KR20170000588A - 진공 단열재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심재, 및 상기 심재를 사이에 두고 위치하며 상기 심재를 둘러싸도록 구성되는 한 쌍의 적층체를 포함하는 봉지 부재를 포함하며, 상기 한 쌍의 적층체 각각은 상기 심재에 대해서 순차적으로 적층되는 융착층, 차단층 및 보호층을 포함하며, 상기 한 쌍의 적층체의 외주부는 융착되어 봉투 형태를 이루고, 상기 봉지 부재의 외부 표면에 플로킹(flocking)부가 제공된 진공 단열재를 제공한다.

Description

진공 단열재 {Vacuum Insulation Panel}
본 발명은 진공 단열재에 관한 것으로서, 플로킹(flocking) 처리되어 표면 강도가 우수하고 색상 구현이 자유로운 진공 단열재에 관한 것이다.
진공 단열재는 단열재 내부를 진공처리함으로써 단열재 내부의 대류 현상을 차단시켜 기존 유/무기 단열재 대비 다섯배 이상의 우수한 단열성능을 나타내도록 하는 소재이다.
이러한 진공 단열재는 크게 심재(core material), 외피재로서 다층 필름의 봉지 부재(sealing member), 및 외피재 내로 유입되는 가스 성분을 제거하기 위한 가스 흡착제(getter)로 이루어진다. 이 중에서, 봉지 부재는 진공 단열재의 진공도 유지를 위해 필수불가결한 요소로서, 특히 진공 단열재 내부의 진공도를 일차적으로 유지시키는 역할을 하며, 이를 위해 내통기성을 갖추어야 한다. 만약, 내통기성, 즉 차단성이 떨어지는 봉지 부재가 이용될 경우 제품의 장기간 사용시에 외부의 가스 및 수분이 유입될 수 있으며, 이 과정에서 진공도를 떨어뜨리게 되어 결국 단열성을 저하시키게 된다. 또한, 봉지 부재의 강도가 약한 경우 작은 충격에도 핀홀이 생길 확률이 높아 진공도가 쉽게 깨질 위험이 있다.
진공 단열재의 봉지 부재는 일반적으로 보호층, 차단층 및 융착층으로 구성되고, 이러한 구성의 봉지 부재는 내구연한이 10 내지15년인 냉장고용 진공 단열재에 많이 쓰이고 있다. 그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 구성의 봉지 부재는30년 이상의 건축용 진공 단열재에 적용하기에는 장기간 동안의 내구성 및 내충격성 면에서 취약하다.
대한민국 공개특허 제2012-0033168호
본 발명은 우수한 표면 강도를 가져 내충격성이 뛰어나고 장기 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 다양한 색상 구현이 가능한 진공 단열재를 제공한다.
본 발명은 또한 상기 진공 단열재용 봉지 부재를 제공한다.
한편으로, 본 발명은 심재, 및
상기 심재를 사이에 두고 위치하며 상기 심재를 둘러싸도록 구성되는 한 쌍의 적층체를 포함하는 봉지 부재를 포함하며,
상기 한 쌍의 적층체 각각은 상기 심재에 대해서 순차적으로 적층되는 융착층, 차단층 및 보호층을 포함하며, 상기 한 쌍의 적층체의 외주부는 융착되어 봉투 형태를 이루고,
상기 봉지 부재의 외부 표면에 플로킹(flocking)부가 제공된 진공 단열재를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 플로킹부는 나일론, 폴리에스테르, 인견, 면사 분말, 가죽 분말 및 금강석 분말로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 소재를 정전기 원리를 이용하여 상기 봉지 부재의 외부 표면에 부착시켜 형성될 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 융착층, 차단층 및 보호층을 포함하는 진공 단열재용 봉지 부재로서, 상기 봉지 부재의 외부 표면에 플로킹(flocking)부가 제공된 봉지 부재를 제공한다.
본 발명의 플로킹 처리된 봉지 부재를 포함하는 진공 단열재는 우수한 표면 강도를 가지므로 외부 충격에 의한 제품 불량률을 낮출 수 있고 장기 내구성도 뛰어나다. 또한 다양한 색상 구현도 가능하여 제품의 가치도 우수하다.
도1a 및 도 1b는 본 발명이 적용되는 일반적인 형태에 따른 진공 단열재의 구조를 나타낸 사시도와 단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 진공 단열재의 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명이 적용되는 일반적인 형태에 따른 진공 단열재의 구조를 나타낸 사시도이고, 도1b는 이러한 진공 단열재의 구조를 도 1a의 A-A선을 따라 단면하여 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 진공 단열재의 단면도이다.
도 1a 내지 도 2를 참조로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 진공 단열재는 심재(100), 상기 심재(100)를 둘러싸고 있는 봉지 부재(200) 및 상기 봉지 부재 내부로 유입되는 가스를 제거하기 위한 가스 흡착제(300)를 포함할 수 있다.
상기 봉지 부재(200)는 한 쌍의 적층체를 포함하며, 각각의 적층체는 도 1b 및 도2에 도시된 바와 같이, 융착층(210), 차단층(220) 및 보호층(230)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 각각의 적층체는 보호층(230)이 외부를 향하도록 심재(100)를 중심으로 대향하여 위치하고, 양 적층체의 외주부(d)가 융착되어 봉투 형태를 이룰 수 있다. 일 실시예에서, 상기 봉지 부재(200)는 외부 표면에 플로킹(flocking)부(240)가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 플로킹부(240)는 나일론, 폴리에스테르, 인견, 면사 분말, 가죽 분말, 금강석 분말 등의 소재를 정전기 원리를 이용하여 상기 봉지 부재(200)의 외부 표면에 부착시켜 형성될 수 있다. 일 실시예로, 상기 봉지 부재(200)의 외부 표면, 즉 보호층(230)의 외부 표면에 아크릴 및 우레탄과 같은 접착제(240b)를 도포하고, 정전기장을 인가한 상태에서 적용하고자 하는 소재를 분출시킴으로써 일정하게 상기 소재를 표면상에 부착시킨 다음, 50 내지 200℃에서0.1 내지 30분 동안 건조시켜 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 플로킹부(240)에 사용되는 소재는 0.01 내지 100mm의 길이 및 0.01 내지 1000 데니아의 굵기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 봉지 부재(200)의 보호층(230)은 최외층으로서 차단층(220)을 보호하고 외부 충격 또는 스크래치로부터 진공 단열재가 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 보호층(230)은 하나 이상의 층으로 구성될 수 있으며, 각 층은 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 무기물-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트, 배향된 폴리프로필렌(OPP), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 무기물-증착 에틸렌 비닐 알코올, 폴리비닐알코올(PVOH), 무기물-증착 폴리비닐알코올(PVOH), 오모세르(ORMOCER) 및 무기물-증착 오모세르(ORMOCER)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 증착에 사용되는 무기물은 알루미늄(Al), 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiOx)일 수 있으며, 증착 두께는 100 내지 2000Å, 구체적으로 200 내지 1000Å일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 보호층(230)의 두께는 특별한 제한 없이 진공 단열재에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 5 내지 30㎛, 구체적으로 10 내지 25㎛일 수 있다.
상기 차단층(220)은 진공 단열재의 통기를 막는 역할을 한다. 이러한 차단층(220)으로서는 무기물-증착 필름, 알루미늄 박막 또는 오모세르(ORMOCER)가 사용될 수 있으며, 상기 무기물-증착 필름은 무기물-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트, 무기물-증착 에틸렌 비닐 알코올, 무기물-증착 폴리비닐알코올(PVOH) 및 무기물-증착 오모세르(ORMOCER)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 증착에 사용되는 무기물은 알루미늄(Al), 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiOx)일 수 있으며, 증착 두께는 100 내지 2000Å, 구체적으로 200 내지 1000Å일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 무기물-증착 필름은 최종 제품의 원가 및 목적하는 특성에 따라 하나 이상 구비될 수 있다.
상기 차단층(220)의 두께는 특별한 제한 없이 진공 단열재에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 5 내지 30㎛, 구체적으로 10 내지 25㎛일 수 있다.
상기 융착층(210)은 최내층으로서 상기 봉지 부재(200)가 외피재로서 진공 단열재에 적용될 경우 외피재 간 열융착을 가능하게 하고 심재(100)와 밀착되어 밀봉제 역할을 하는 층이다. 이러한 융착층(210)의 재질은 진공 단열재에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 구체적으로 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLPDE) 필름 또는 캐스트 폴리프로필렌(CPP) 필름이 사용될 수 있다.
상기 융착층(210)의 두께는 특별한 제한 없이 진공 단열재에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 20 내지 100㎛, 구체적으로 30 내지 75㎛ 일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 봉지 부재(200)는 필요에 따라 특정 특성을 부여하는 부가의 층들을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 다층 구조 내의 각 층간 접착은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 접착제, 예컨대 우레탄 접착제를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 그 접착 방법에는 특별한 제한이 없으며, 진공 단열재에 통상적으로 적용되는 방식, 예컨대 그라비아, 다이렉트, 리버스, 드라이 라미네이션 방식 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 진공 단열재의 심재(100)로는 글라스 울, 발연 실리카(fumed silica) 또는 우레탄 폼이 사용될 수 있고, 가스 흡착제(300)로는 CaO(생석회), 금속 분말, 생석회와 금속 분말의 혼합물, 실리카겔 또는 제올라이트가 사용될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 진공 단열재는 플로킹부(240)가 사전에 형성된 봉지 부재(200)를 사용하여 제조하거나, 플로킹 처리되지 않은 봉지 부재(200)를 사용하여 진공 단열재를 제조한 다음, 봉지 부재(200)의 외부 표면에 플로킹부(240)를 형성하는 플로킹 처리를 수행하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 진공 단열재는 30년 이상의 장기 내구성을 가지므로 냉장고용은 물론 높은 신뢰성을 요구하는 건축용 진공 단열재로도 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에 따른 진공 단열재는 지붕, 천장, 벽, 마루 등의 단열시공을 위한 건축재로 사용되어 고효율의 단열성능을 제공하여 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
실시예 1 내지 4
하기 표 1에 제시한 바와 같은 층들로 구성된 봉지 부재를 제조하였다. 이때, 각 층들의 접착은 동일한 조건으로 2액형 우레탄계 접착제를 사용하여 드라이 라미네이션 방식으로 수행하였다.
그 다음, 상기 봉지 부재의 최외층 표면에 우레탄계 접착제를 도포하고, 정전기장을 인가한 상태에서 플로킹 소재를 분출시켜 상기 표면상에 부착시킨 다음 150℃에서 경화시켰다. 이때, 상기 플로킹 소재로서 실시예 1에서는 노란색을 띤 나일론, 실시예 2에서는 빨간색을 띤 나일론, 실시예 3에서는 파란색을 띤 나일론, 실시예 4에서는 검정색을 띤 나일론을 사용하였다
이어서, 심재로서 글라스 울, 외피재로서 앞서 제조된 각각의 봉지 부재, 가스 흡착제로서 생석회와 금속 분말의 혼합물을 사용하여, 10-4 torr의 고진공하에서 진공 단열재를 제조하였다.
비교예 1 내지 4
하기 표 1에 제시한 바와 같은 층들로 구성된 봉지 부재를 제조한 후, 각 봉지 부재의 최외층 표면에 플로킹 처리를 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 진공 단열재를 제조하였다.
제조된 진공 단열재에 대해서 하기 사항에 대해 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 제시하였다.
- 제품 불량률(%): 외부 충격에 의한 핀홀의 발생 여부에 따라 평가
- 초기 열전도율(W/mK)
- 내구성(1): 100℃에서 50일 동안 방치후의 열전도율(=10년 내구성)
- 내구성(2): 100℃에서 150일 동안 방치후의 열전도율(=30년 내구성)
- 내구성(3): 0 내지 80%의 상대습도(RH) 및 -30 내지 80℃의 온도에서 30일 동안 방치후의 열전도율(=10년 내구성)
- 내구성(4): 0 내지 80%의 상대습도(RH) 및 -30 내지 80℃의 온도에서 80일 동안 방치후의 열전도율(=30년 내구성)
Figure pat00001
VmPET: 알루미늄-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)
VmEVOH: 알루미늄-증착 에틸렌 비닐 알코올(EVA)
Ny: 나일론
LLDPE: 선형 저밀도 폴리에틸렌
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 플로킹 처리된 봉지 부재를 구비한 실시예 1 내지 4의 진공 단열재는 플로킹 처리되지 않은 비교예 1 내지 4의 진공 단열재에 비해 내충격성이 우수하여 제품 불량률이 더 낮았고, 내구성 면에서도 더 우수하였다. 특히, 실시예 1 내지 4의 진공 단열재는 고온고습/저온 환경 속에서도 장기간 단열 효과가 우수함을 볼 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 4의 진공 단열재는 플로킹 처리에 의해 다양한 색상을 구현할 수 있으므로 상품가치가 높다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 심재, 및
    상기 심재를 사이에 두고 위치하며 상기 심재를 둘러싸도록 구성되는 한 쌍의 적층체를 포함하는 봉지 부재를 포함하며,
    상기 한 쌍의 적층체 각각은 상기 심재에 대해서 순차적으로 적층되는 융착층, 차단층 및 보호층을 포함하며, 상기 한 쌍의 적층체의 외주부는 융착되어 봉투 형태를 이루고,
    상기 봉지 부재의 외부 표면에 플로킹(flocking)부가 제공된 진공 단열재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플로킹부는 나일론, 폴리에스테르, 인견, 면사 분말, 가죽 분말 및 금강석 분말로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 소재를 정전기 원리를 이용하여 상기 봉지 부재의 외부 표면에 부착시켜 형성되는 진공 단열재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플로킹부에 사용되는 소재는 길이가 0.01 내지 100mm이고 굵기가 0.01 내지 1000 데니아인 진공 단열재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보호층은 하나 이상의 층으로 구성되고, 각 층은 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 무기물-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트, 배향된 폴리프로필렌(OPP), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 무기물-증착 에틸렌 비닐 알코올, 폴리비닐알코올(PVOH), 및 무기물-증착 폴리비닐알코올(PVOH), 오모세르(ORMOCER) 및 무기물-증착 오모세르(ORMOCER)로 구성된 군으로부터 선택되는 진공 단열재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 무기물은 알루미늄(Al), 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiOx)인 진공 단열재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차단층이 무기물-증착 필름, 알루미늄 박막 또는 오모세르(ORMOCER)인 진공 단열재.
  7. 제6항에 있어서, 상기 무기물-증착 필름은 무기물-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트, 무기물-증착 에틸렌 비닐 알코올, 무기물-증착 폴리비닐알코올(PVOH) 및 무기물-증착 오모세르(ORMOCER)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 진공 단열재.
  8. 제7항 에 있어서, 상기 무기물은 알루미늄(Al), 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiOx)인 진공 단열재.
  9. 제1항에 있어서, 상기 융착층이 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLPDE) 필름 또는 캐스트 폴리프로필렌(CPP) 필름인 진공 단열재.
  10. 제1항에 있어서, 건축용인 진공 단열재.
  11. 융착층, 차단층 및 보호층을 포함하는 진공 단열재용 봉지 부재로서, 상기 봉지 부재의 외부 표면에 플로킹(flocking)부가 제공된 봉지 부재.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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