KR20170059875A - 진공단열재 내장 복합단열재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공단열재를 외부로부터 보호하기 위한 진공단열재 내장 복합단열재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 심재를 둘러싸며 내부가 진공으로 형성되는 외피를 가지는 진공단열재를 준비하는 단계; 및 상기 진공단열재를 보호하도록 상기 진공단열재 외면에 발포플라스틱을 피복하는 단계;를 포함하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법에 있어서, 상기 진공단열재 외면에 상기 발포플라스틱을 피복하기 위해 상기 진공단열재를 금형에 장착하는 단계; 비드형 발포플라스틱 원료를 금형에 주입 후 성형하여 피복하는 단계; 그리고, 금형에서 탈형하는 단계;를 포함하여 복합단열재를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법을 제공한다.

Description

진공단열재 내장 복합단열재의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF COMPOSITE HEAT-INSULATING MATERIAL HAVING VACUUM INSULATION PANEL}
본 발명은 발포플라스틱 속에 진공단열재를 내장하여 진공단열재를 외부로부터 보호하도록 하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조방법에 관한 것이다.
대부분의 인구가 도시에 거주하고, 산업, 건물 등 도시민의 생활과 관련된 온실가스 배출량이 그만큼 상당하다. 특히, 건축물 분야는 온실가스 배출량의 25.6%를 차지하며, 전 세계적으로 온실가스 감축여력이 크다. 건축물의 에너지 소비 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 건축물의 외벽을 통한 열 손실이다. 건축물의 외벽에 단열을 보강하여 에너지 사용을 효율화한다면, 건축물에서 상당한 양의 열 손실을 방지할 수 있다.
건축물에 사용되는 단열재로는 발포폴리스티렌, 발포폴리우레탄, 압출 발포폴리스티렌, 발포폴리에틸렌과 같은 유기단열재와 글라스울, 암면 등의 무기 단열재가 있다. 이러한 기존 단열재의 경우, 공사현장에서의 유연성은 높으나, 30~40mW/mK의 비교적 높은 열전도율을 갖기 때문에 단열을 보강하기 위해서는 두께가 두꺼워질 수 있다. 폴리우레탄은 20~30mW/mK의 열전도율을 가지나, 화재 시 독성가스가 발생하는 문제점이 있다.
한편, 최근 부각되고 있는 진공단열재는 3~4mW/mK의 열전도율을 갖기 때문에, 낮은 단열두께로도 단열성능을 보강할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다. 다공성 무기질 섬유나 100% 실리카 성분을 가지는 무기분말의 성형 심재를 사용하므로 인체에 무해하고, 친환경적이다. 단, 못이나 충격에 의해 외피가 손상이 되면 열전도율이 20mW/mK 수준으로 성능저하가 발생할 수 있기 때문에 건축현장에서 관리가 어렵다는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 공개특허공보 10-2002-0027725 에서는 진공단열재를 금형에 넣고, 폴리우레탄 발포원액을 주입하고 경화시켜 상기 진공단열재를 발포폴리우레탄으로 피복하여 보호하도록 하는 기술이 개시되어 있다. 발포폴리우레탄은 화재 시 시안화물 및 이소시안산염과 같은 매우 유독한 물질을 배출한다. 비드형 발포플라스틱과 비교하면, 재활용되지 않아 친환경적이지 않고, 제조비용이 높으므로 건축물 단열재로는 더욱 적합하지 않다.
대한민국 공개특허공보 10-2012-0129385 에서는 도 1 (a)의 우측 그림과 같이 발포플라스틱 성형물 내부에 한 면을 제외한 진공단열재의 모든 면을 감싸도록 상기 진공단열재를 끼워넣고, 나머지 한 면을 발포플라스틱 커버로 폐쇄하여 상기 진공단열재를 외부로부터 보호하도록 하였다. 하지만, 발포플라스틱의 내면과 이와 맞닿는 진공단열재의 외면이 밀착되지 않아 기밀성이 떨어져 단열성능이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 상기 발포플라스틱의 내면이 맞닿는 진공단열재의 외면을 이탈하여 평활도가 떨어져 건축 시공 시 문제점이 된다.
이를 방지하기 위해 대한민국 등록특허공보 10-1379758 에서는 발포플라스틱 성형물 내부에 한 면을 제외한 진공단열재의 모든 면을 감싸도록 상기 진공단열재를 끼워넣고, 나머지 한 면을 발포플라스틱 커버로 폐쇄하여 상기 진공단열재를 외부로부터 보호하도록 하되, 상기 발포플라스틱 성형물 일면에 구멍을 내고, 상기 구멍을 통해 접착제를 투입하여 상기 발포플라스틱의 내면과 맞닿는 진공단열재의 외면과 밀착되도록 하였다. 하지만, 구멍을 통해 접착제를 투입하여도 진공단열재 전면에 분포하도록 하기 어렵고, 작업성이 떨어지며 제조비용이 높아지는 문제점이 있다.
한편, 종래 복합단열재의 형태는 도 1과 같은 형태가 대부분 사용되고 있으며, 상기 진공단열재(12)의 육면의 외면을 피복하기 위해, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 일면과 오면 또는 오면과 일면의 발포플라스틱이 한 쌍으로 이루어진 발포플라스틱(14)으로 상기 진공단열재(12)의 육면을 피복하거나, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 이면과 사면 또는 사면과 이면의 발포플라스틱이 한 쌍으로 이루어진 발포플라스틱(14)으로 상기 진공단열재(12)의 육면을 피복하는 형태가 사용되고 있고, 이 경우 상기 발포플라스틱(14)의 내면과 진공단열재(12) 외면 사이에 들뜸이 발생하여 밀착성과 기밀성을 높일 수 없다는 문제점이 발생하고 있다. 이는 이면 이상 마주보는 발포플라스틱 구조 안에 진공단열재(12)를 안착시켜야 하기 때문에, 상기 발포플라스틱 구조가 안착되는 진공단열재(12)보다 커야 피복이 가능하기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 건축현장에서 발생할 수 있는 진공단열재의 파손을 방지할 수 있도록 보호하기 위해 발포플라스틱 내에 진공단열재를 내장하여서 된 진공단열재 내장 복합단열재의 제조방법을 제공함에 발명의 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적으로, 진공단열재를 감싸는 발포플라스틱의 내면과 맞닿는 상기 진공단열재의 외면을 밀착하도록 하여 단열성능을 높이고 평활도를 높여 건축 시공성을 향상시킬 수 있도록 된 진공단열재 내장 복합단열재의 제조방법을 제공하고자 함에 있다.
그리고, 진공단열재를 발포플라스틱으로 감싸도록 한 복합단열재를 보다 효율적으로 제조하는 방법을 제공하려는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법은, 심재를 둘러싸며 내부가 진공으로 형성되는 외피를 가지는 진공단열재를 준비하는 단계; 및 상기 진공단열재를 보호하도록 상기 진공단열재 외면에 발포플라스틱을 피복하는 단계;를 포함하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법에 있어서, 상기 진공단열재 외면에 상기 발포플라스틱을 피복하기 위해 상기 진공단열재를 금형에 장착하는 단계; 비드형 발포플라스틱 원료를 금형에 주입 후 성형하여 피복하는 단계; 그리고, 금형에서 탈형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 진공단열재에 상기 발포플라스틱을 피복하는 단계를 수행하기 이전에 열에 의해 접착성이 발현하는 열가소성 수지를 상기 진공단열재 표면에 코팅하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 복합단열재는 시공시 인접 복합단열재와 결합하기 위해 한 쪽 일면에 돌출부와 다른 한 쪽에 수용부를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 진공단열재 내장 복합단열재를 제공함으로서 단열성능을 개선할 수 있으며, 건축현장에서의 진공단열재 도입에 대한 작업성 및 효용성을 높일 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 복합단열재의 분해도,
도 2는 본 발명의 진공단열재 내장 복합단열재의 분해도.
도 3은 본 발명의 진공단열재 내장 복합단열재의 제조방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 밴드에 의해 외면이 결속, 고정되는 진공단열재 내장 복합단열재를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따를 복합단열재의 시공시 체결구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재 내장 복합단열재에 대해 상세 설명한다.
도 2는 본 발명의 진공단열재 내장 복합단열재의 분해도를 도시한 것으로, 복합단열재(10)는 크게 진공단열재(12)와 발포플라스틱(14: 14a, 14b)으로 구성된다. 상기 진공단열재(12)는 열전도율이 극히 낮은 고효율 단열재로서 알루미늄 박막을 포함하는 높은 차폐성을 갖는 외피가 내부에 유기질이나 무기질의 다공성 심재의 모든 면을 둘러싸도록 형성된다.
상기 발포플라스틱(14)은 내부에 설치되는 진공단열재(12)를 피복하여 외부의 충격이나 스크래치로부터 상기 진공단열재(12)의 외피가 손상되어 상기 진공단열재(12)의 진공이 훼손되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 발포플라스틱(14)은 상기 진공단열재(12) 외면에 완전히 밀착되어 피복되도록 하는 것이 바람직하다. 만일, 밀착되어 피복되지 않으면, 상기 발포플라스틱(14)의 내면과 진공단열재(12) 외면 사이에 들뜸이 발생하여 기밀성이 떨어진다. 이는 단열성능 저하의 결과로 이어진다. 또한, 상기 발포플라스틱(14)의 내면이 이와 맞닿는 진공단열재(12)의 외면을 이탈하면 이를 모두 포함하는 복합단열재(10)의 평활도가 떨어진다. 평활도가 떨어지는 복합단열재는 건축 현장에서 작업성 및 시공성능이 떨어질 수 밖에 없다.
상기 사정을 감안하여 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 복합단열재에 대해 도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 발포플라스틱(14)은 동일한 꼭짓점을 공유하면서 삼면이 연결된 제1 발포플라스틱(14a)과 제2 발포플라스틱(14b) 한 쌍으로 구성된다. 상기 제1 발포플라스틱(14a)은 육면체로 구성된 진공단열재(2)의 삼면을 피복하고, 상기 제2 발포플라스틱(14b)은 상기 제1 발포플라스틱(14a)이 피복하고 남은 진공단열재(12)의 다른 삼면을 피복한다. 각기 서로 다른 발포플라스틱(14a) (14b)의 삼면이 상기 진공단열재(12)의 육면을 피복하는 이유는 상기 발포플라스틱(14)과 상기 진공단열재(12)와의 밀착성 및 기밀성을 높이기 위함이다.
도 1은 종래의 복합단열재의 분해 도면으로서, 상기 진공단열재(12)의 육면의 외면을 피복하기 위해, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 일면과 오면 또는 오면과 일면의 발포플라스틱이 한 쌍으로 이루어진 발포플라스틱(14)으로 상기 진공단열재(12)의 육면을 피복하거나, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 이면과 사면 또는 사면과 이면의 발포플라스틱이 한 쌍으로 이루어진 발포플라스틱(14)으로 상기 진공단열재(12)의 육면을 피복하게 되면, 상기 발포플라스틱(14)의 내면과 진공단열재(12) 외면 사이에 들뜸이 발생하여 밀착성과 기밀성을 높일 수 없다. 이는 이면 이상 마주보는 발포플라스틱 구조 안에 진공단열재(12)를 안착시켜야 하기 때문에, 상기 발포플라스틱 구조가 안착되는 진공단열재(12)보다 커야 피복이 가능하기 때문이다.
상기 발포플라스틱(14)과 상기 진공단열재(12) 사이에는 접착제가 포함될 수 있다. 상기 발포플라스틱(14)의 구조가 상기 진공단열재(12)의 외면을 완전 밀착되도록 감싸더라도 상기 발포플라스틱(14)의 내면이 상기 진공단열재(12)의 외면을 이탈할 수 있다. 이는 상기 발포플라스틱(14)의 내면과 상기 진공단열재(12)의 외면 사이에는 물리적, 화학적 결합력이 존재하지 않기 때문이다. 상기 발포플라스틱(14)과 상기 진공단열재(12)를 포함하는 복합단열재(10)의 크기가 크면 클수록 그 현상은 뚜렷하게 나타난다. 접착제는 진공단열재(12) 외면에 발라져 발포플라스틱(14) 내면에 부착될 수 있다. 반대로, 발포플라스틱(14) 내면에 발라져 진공단열재(12) 외면에 부착될 수 있다. 단, 도 1에 도시된 종래의 복합단열재와 같은 구조에서 진공단열재(12)와 발포플라스틱(14) 사이에 이미 이격이 있는 상태에서 접착제가 발라지면 부착되지 않는다.
상기 접착제는 우레탄, 에폭시, 멜라민, 페놀, 에스테르계를 포함하는 열경화성 수지 또는 비닐, 아크릴, 에틸렌, 아미드계를 포함하는 열가소성 수지 또는 부타디엔, 니트릴, 부틸, 클로로프렌, 실리콘을 포함하는 고무계 소재 중 하나 또는 하나 이상을 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 진공단열재 내장 복합단열재는 다른 형태로 실시될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합단열재 제조방법에 대해 설명한다.
도 3은 도시된 바와 같이, 진공단열재(12)를 보호하도록 상기 진공단열재 외면에 발포플라스틱(14)을 피복하는 단계를 포함하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법을 나타내고 있다.
먼저 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 심재를 둘러싸며 내부가 진공으로 형성되는 외피를 가지는 진공단열재(12)를 준비한다. 상기 심재는 유기질이나 무기질의 다공성으로 이루어져 높은 단열성능을 가는 부재이며, 상기 외피는 알루미늄 박막을 포함하는 높은 차폐성을 갖는 부재로서, 상기 심재를 외피로 둘러싸서 형성되는 진공단열재(12)는 열전도율이 극히 낮은 고효율 단열재를 형성한다.
이어, 상기 진공단열재(12)를 외부 접촉이나 충격으로부터 보호하도록 상기 진공단열재(12) 외면에 발포플라스틱(14)을 피복하는 단계를 수행한다. 상기 발포플라스틱 피복단계는 진공단열재(12) 외면에 상기 발포플라스틱(14)을 피복하기 위해 상기 진공단열재(12)를 하부금형(32)에 장착하고, 비드형 발포플라스틱 원료(14c)를 주입 후 상부금형(34)을 결합한 상태에서 성형하여 피복한 다음, 하부금형(32) 및 상부금형(34)에서 탈형하는 단계를 수행함으로써 진공단열재(12)가 발포플라스틱(14)에 내장된 복합단열재(10)를 제조하게 된다.
상기 발포플라스틱 피복단계를 수행하기 이전에 상기 진공단열재(12) 외면에 상기 발포플라스틱(14)과 열에 의해 접착성이 발현하는 열 가소성 수지를 코팅하는 단계를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 열 가소성 수지에 의해 코팅된 진공단열재는 앞서 설명된 바와 같이 발포플라스틱으로 피복하기 위해 금형에 장착되고, 성형되는 단계를 거친다. 이 과정에서 금형에 있는 열이 열가소성 수지 코팅물의 접착성을 발현시키면서, 상기 진공단열재(12)의 외면과 상기 발포플라스틱(14)의 내면이 상호 부착되도록 할 수 있다. 상기 열 가소성 수지를 사용하는 이유는 상온에서 코팅물이 얇게 도포되어 고형화 된 상태로 존재하므로 코팅된 진공단열재가 금형 내에 장착되거나 비드형 발포플라스틱에 의해 피복될 때까지 흘러내리거나 이탈하지 않고 안정적으로 유지한다. 열 가소성 수지는 진공단열재 외면에 코팅할 수 있고, 상기 진공단열재가 제조되기 이전의 상태에서 상기 진공단열재를 구성하는 외피재의 제조단계에서 코팅될 수 있다. 상기 열 가소성 수지는 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리비닐알콜 등을 모두 포함하는 폴리올레핀계 수지 중 하나 또는 하나 이상을 코팅할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기의 복합단열재(10)는 밴드(20)에 의해 외면이 결속, 고정될 수 있다. 밴드(20)에 의한 결속은 발포플라스틱(14)의 내면이 진공단열재(12)의 외면을 이탈하는 것을 방지하고, 상기 발포플라스틱(14)과 진공단열재(12) 사이에 기밀성과 밀착성을 유도한다. 밴드(20)에 의한 결속 형태는 도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 복합단열재(10)의 가로방향 또는 세로방향을 따라 하나 이상으로 결속하거나, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 가로방향과 세로방향으로 하나 이상 교차시켜 결속할 수 있으나, 특별히 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상기와 같은 결속효과를 부여하기 위해 상기 발포플라스틱(14)과 상기 진공단열재(12) 사이에 접착제를 포함하거나 상기 열 가소성 수지를 상기 진공단열재(12) 외면에 코팅하는 것을 대체할 수 있다. 또한, 복합단열재(10)를 밴드(20)로 결속하는 것은 상기 발포플라스틱(14)과 진공단열재(12) 사이에 접착제가 포함되는 복합단열재 또는 열 가소성 수지가 코팅된 진공단열재(12)와 상기 발포플라스틱(14)을 포함하는 복합단열재에도 부가하여 사용할 수 있다. 상기 밴드(20)는 고무밴드를 사용하여 고유의 탄성으로 인한 결속, 체결이 가능하고, 또한, 플라스틱 밴드를 사용하여 상기 밴드의 말단을 서로 열융착시키거나 접착제, 핫멜트 등으로 결속, 체결이 가능하다. 상기 밴드(20)의 폭과 두께는 제한하지는 않지만, 두께는 얇을수록 상기의 복합단열재가 현장 벽면에 밀착 시공 시, 또는 상기 복합단열재와 다른 복합단열재의 결합 시 밴드의 간섭이 없어 유리하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기의 복합단열재(10)는 벽체에 시공시 인접된 다른 복합단열재와 결합하기 위해 한 쪽 일면에 돌출부(42)를 형성하고 상기 돌출부(42)와 대응되는 다른 한 쪽 일면에 수용부(44)를 형성할 수 있다. 복합단열재(10)의 돌출부(42)가 또 다른 복합단열재(10)의 수용부(44)와 결합함으로써 고정이 가능하고, 연속적으로 이음이 가능할 수 있다.
본 발명의 진공단열재 내장 복합단열재를 제조하는 방법에 있어서도, 상기 복합단열재 시공시 인접 복합단열재와 결합하기 위해 한 쪽 일면에 돌출부를 형성하고 상기 돌출부와 대응되는 다른 한 쪽 일면에 수용부를 형성할 수 있다.
이는 시공된 복합단열재(10)들 사이에 틈새를 방지하여 단열성능의 저하를 방지하고, 시공 시 작업성을 개선시켜 사용의 편리성을 극대화할 수 있다.
상기의 복합단열재(10)는 이를 구성하는 진공단열재(10)를 난연성이 있는 발포플라스틱으로 피복하거나 또는 난연성이 있는 발포플라스틱 원료를 사용하여 피복함으로서 난연성능을 부가할 수 있다.
본 발명의 진공단열재 내장 복합단열재를 제조하는 방법에 있어서도, 상기 복합단열재에 내장되는 진공단열재는 난연성이 있는 발포플라스틱 원료를 사용하여 피복되도록 할 수 있다.
상기 실시예에서는 진공단열재 내장 복합단열재에 대해 설명되었으나, 본 발명은 이들의 범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 원칙을 벗어나지 않는 범위에서 변형 가능함을 알 수 있다.
10 - 복합단열재, 12 - 진공단열재,
14(14a, 14b) - 발포플라스틱, 20 - 밴드,
32 - 하부금형, 34 - 상부금형,
42 - 돌출부, 44 - 수용부.

Claims (5)

  1. 심재를 둘러싸며 내부가 진공으로 형성되는 외피를 가지는 진공단열재를 준비하는 단계; 및
    상기 진공단열재를 보호하도록 상기 진공단열재 외면에 발포플라스틱을 피복하는 단계;를 포함하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법에 있어서,
    상기 진공단열재 외면에 상기 발포플라스틱을 피복하기 위해 상기 진공단열재를 금형에 장착하는 단계;
    비드형 발포플라스틱 원료를 금형에 주입 후 성형하여 피복하는 단계;
    그리고, 금형에서 탈형하는 단계;를 포함하여 복합단열재를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발포플라스틱을 피복하기 이전에 상기 진공단열재 외면에 열에 의해 접착성을 발현하는 열 가소성 수지를 코팅하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 열 가소성 수지는 폴리올레핀계 수지인 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리비닐알콜 중에서 하나 이상으로 선택하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합단열재는 시공시 인접 복합단열재와 결합하기 위해 한 쪽 일면에 돌출부를 형성하고 상기 돌출부와 대응되는 다른 한 쪽 일면에 수용부를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 복합단열재에 내장되는 진공단열재는 난연성이 있는 발포플라스틱 원료를 사용하여 피복하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내장 복합단열재의 제조 방법.

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