KR20170074119A - 건축용 단열재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열 성능이 우수하고 제조 비용이 저렴한 건축용 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 건축용 단열재는 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고, 나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되며, 상기 바인더는 수용성 유기 바인더인 것을 특징으로 한다.

Description

건축용 단열재 및 그 제조방법{Construction Insulation Material and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 주택이나 아파트 등의 건축물에 사용되는 단열재에 관한 것으로, 특히 단열 성능이 우수하고 제조 비용이 저렴한 건축용 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

단열재는 전도, 대류, 복사에 의한 열 에너지의 이동을 억제하거나 차단할 수 있는 재료를 칭한다. 현재 단열재는 주택이나 건물 등의 외벽이나 내벽면에 설치되는 주거용이나 벽체, 샌드위치 패널의 심재용 등으로 사용되는 패널용, 또는 차량, 선박. 냉동 창고, 가전 제품 등의 보온 및 보냉을 위한 산업용으로 주로 사용되고 있다. 특히 최근에 이르러서는 에너지 비용을 절감하고 환경오염 문제를 낮추기 위해 에너지의 소비를 줄여야 한다는 국가적인 필요성이 대두되면서 건축물의 단열재 사용에 대한 관련 법규가 점차 강화되고 있다.

단열재에 관해서는 특허등록 10-0750862(건축용 복합 단열재), 특허등록 10-1218238(건축용 단열재 및 그의 제조방법), 특허공개 10-2013-0041459(건축용 복합 단열재), 특허공개 10-2014-0087637(페놀 폼 기반의 건축용 단열재 및 이를 포함하는 건축용 단열재) 등에 소개된 바 있다.

단열재는 크게 무기물 단열재와 유기물 단열재로 구분되고, 그 밖에 무기물 단열재와 유기물 단열재의 복합재로 이루어진 것이 있다. 무기물 단열재는 주로 세라믹, 실리카, 퍼라이트 등으로 구성되는데, 이는 난연성이 우수한 반면에 단열성이 좀 낮다는 단점이 있다. 또한 유기물 단열재는 주로 스티로폼, 발포 폴리스티렌, 발포 폴리우레탄, 폴리에틸렌 등으로 구성되는데, 이는 제조가격이 낮고 단열성능이 우수한 반면에 열에 약하고 기계적 강도가 낮다는 단점이 있다. 또한 최근에는 무기물 단열재로서 높은 단열성과 양호한 불연성을 갖는 글라스울이 개발되어 주목받고 있다. 그러나 글라스울은 제조가격이 매우 높이 때문에 건축물용 단열재로서 범용적으로 사용하기에는 불리함이 있다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 양호한 단열 성능을 갖는 건축물용 단열재 및 그 제조방법을 제공함에 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 제조가격이 낮고 기계적인 강도가 우수한 단열재 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 내연성이 우수한 단열재 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 단열 성능과 더불어 차음 성능이 우수하여 건축물의 층간 소음을 낮출 수 있는 단열재 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 건축용 단열재는 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고, 나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되며, 상기 혼합물은 판재의 크기가 300mm×300mm×10mm인 경우에 650g~1Kg의 양으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 관점에 따른 건축용 단열재는 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고, 나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되며, 상기 바인더는 수용성 유기 바인더인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 관점에 따른 건축용 단열재는 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고, 제1 부재와 제2 부재의 적층 구조를 포함하며, 상기 제1 부재는 나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되고, 상기 제2 부재는 발포층으로 구성되며, 상기 혼합물은 판재의 크기가 300mm×300mm×10mm인 경우에 650g~1Kg의 양으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 관점에 따른 건축용 단열재는 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고, 제1 부재와 제2 부재의 적층 구조를 포함하며, 상기 제1 부재는 나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되고, 상기 제2 부재는 발포층으로 구성되며, 상기 바인더는 수용성 유기 바인더인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5 관점에 따른 건축용 단열재는 제1 및 제2 목질층과, 상기 제1 및 제2 목질층 사이에 배치되는 삽입부재를 구비하여 구성되고, 상기 제1 및 제2 목질층은 정방형 또는 장방형의 판재로 구성됨과 더불어 나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되며, 상기 삽입 부재는 발포층으로 구성됨과 더불어 1개 이상의 관통구멍이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼합물은 판재의 크기가 300mm×300mm×10mm인 경우에 650g~1Kg의 양으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 바인더는 수용성 유기 바인더인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 바인더에 난연제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼합물에 다공질 세라믹이 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 및 제2 목질층이 상이 관통구멍을 통해서 상호 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 발포층이 폴리스티렌 발포 폼, 폴리우레탄 발포 폼, 폴리우레아 발포 폼, 폴리염화비닐 발포 폼, 폴리프로필렌 발포 폼, 폴리에틸렌 발포 폼, 폴리스티렌 발포 폼, 폴리비닐아세테이트 발포 폼, 멜라민 수지 발포 폼, 페놀 수지 발포 폼 중 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6 관점에 따른 건축용 단열재의 제조방법은 나무 분쇄물을 준비하는 단계와, 나무 분쇄물과 바인더를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및, 상기 혼합물을 압연 또는 압축하여 정방형 또는 장방형의 판재를 성형하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 성형 단계에서 상기 혼합물은 판재의 크기가 300mm×300mm×10mm인 경우에 650g~1Kg의 양으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7 관점에 따른 건축용 단열재의 제조방법은 나무 분쇄물을 준비하는 단계와, 나무 분쇄물과 수용성 유기 바인더를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및, 상기 혼합물을 압연 또는 압축하여 정방형 또는 장방형의 판재를 성형하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 성형 단계에서는 상기 혼합물을 가온하여 유기 바인더의 수분을 배출시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8 관점에 따른 건축용 단열재의 제조방법은 제1 및 제2 부재를 형성하는 단계와, 삽입부재를 준비하는 단계, 상기 삽입부재에 1개 이상의 관통구멍을 형성하는 단계 및, 상기 제1 및 제2 부재의 사이에 삽입부재가 배치되도록 제1 및 제2 부재와 삽입부재를 상호 결합하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 제1 및 제2 부재는 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물을 압연 또는 압축 성형하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9 관점에 따른 건축용 단열재의 제조방법은 건축용 단열재의 제조방법에 있어서, 나무 분쇄물과 바인더를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계와, 삽입부재를 준비하는 단계, 상기 혼합물을 적층하여 제1 부재의 형성을 위한 제1 재료층을 준비하는 단계, 상기 제1 재료층의 상측에 삽입부재를 배치하는 단계, 상기 삽입부재의 상측에 상기 혼합물을 적층하여 제2 부재의 형성을 위한 제2 재료층을 준비하는 단계 및, 상기 제1 및 제2 재료층과 삽입부재를 전체적으로 가압하면서 바인더를 경화시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 삽입부재의 배치 이전에 삽입부재에 1개 이상의 결합공을 형성하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 바인더가 수용성 유기 바인더이고, 상기 제1 및 제2 재료층의 가압시에 혼합물을 가온하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼합물 형성 단계 이전에 나무 분쇄물에 난연제를 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 바인더에 난연제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 나무 분쇄물과 바인더를 혼합할 때 다공질 세라믹을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 삽입부재가 폴리스티렌 발포 폼, 폴리우레탄 발포 폼, 폴리우레아 발포 폼, 폴리염화비닐 발포 폼, 폴리프로필렌 발포 폼, 폴리에틸렌 발포 폼, 폴리스티렌 발포 폼, 폴리비닐아세테이트 발포 폼, 멜라민 수지 발포 폼, 페놀 수지 발포 폼 중 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10 관점에 따른 건축용 단열재의 제조방법은 나무 분쇄물을 준비하는 단계와, 나무 분쇄물과 바인더를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및, 상기 혼합물을 압연 또는 압축하여 정방형 또는 장방형의 판재를 성형하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 성형 단계에서 상기 바인더를 발포시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 건축용 단열재는 열전도율이 낮고 비교적 높은 기계적 강도를 가지며 무게가 가볍고 난연성을 갖추게 된다. 또한 본 발명에 따른 건축용 단열재는 나무나 목재를 제재할 때 발생되는 톱밥을 이용하여 제조하게 되므로 그 제조 가격이 저렴하게 되고, 또한 단열재에 구비되는 다량의 다양한 기공에 의해 차음 및 방음 효과를 제공하는 부수적인 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건축용 단열재의 외관 형상을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 단열재의 방음 효과를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건축용 단열재의 외관 형상을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 건축용 단열재의 외관 형상을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 건축용 단열재의 분리 사시도.
도 6은 도 5에 나타낸 건축용 단열재의 단면도.
도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 건축용 단열재의 단면도.
도 8은 도 7에서 삽입 부재(60)의 구성의 일례를 나타낸 사시도.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 단, 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 예시적으로 나타낸 것으로서, 이러한 실시 예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다.

우선, 본 발명의 기본 개념을 설명한다.

건축물은 다양한 재질을 이용하여 건축하게 된다. 건축물의 건축에 사용되는 재질로서는 철 등의 금속 재료, 콘크리트/시멘트, 벽돌, 석회 등의 몰탈재, 타일, 석재, 판재, 목재, 유리, 자갈 등의 골재, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 방습재, 비닐 계통이나 종이 계통의 벽지, 플라스틱 계통의 바닥재 등 매우 다양하다.

상기한 재질의 열전도율은 철 등의 금속 물질이 대략 50~370(W/mK), 콘크리트/시멘트 등이 대략 1~2.5(W/mK), 벽돌 등이 0.2~1(W/mK), 몰탈재는 0.7~1.5(W/mK), 석재는 대략 1~2.8(W/mK), 목재는 0.13~0.19(W/mK), 유리는 0.76(W/mK), 골재는 대략 2(W/mK) 내외, 방습재는 대략 0.2(W/mK) 내외, 벽지는 0.17~0.27(W/mK), 바닥재는 대략 0.19(W/mK) 내외로서 비교적 높게 측정된다.

따라서 건축물을 건축하는 경우에는 건물의 냉난방성을 고려하여 건축물의 내벽면 또는 외벽면에 단열재를 부착하게 된다. 그러나 상기한 바와 같이 종래의 단열재에 있어서는 난연성을 갖는 무기물을 이용한 단열재의 경우에는 열전도율에 불리함을 갖고 있고, 열전도율이 우수한 발포 수지의 경우에는 난연성에 있어서 불리함이 있게 된다.

본 발명자는 건축 자재 중 목재를 단열재로서 활용하는 방안에 대하여 연구하였다. 나무나 목재는 열전도율이 0.13~0.19(W/mK)로서 단열재로서 활용하기에는 다소 높은 열전도율을 나타낸다. 그러나 목재는 상기한 건축 자재 중 다른 재질에 비해 비교적 양호한 열전도율을 갖고 있다. 특히 목재는 섬유조직으로 구성되면서 내부에 수관이 형성되어 있고, 섬유조직에는 다수의 기공층이 형성되어 있다.

주지되어 있는 단열재 중 가장 유효한 것 중의 하나가 공기, 특히 정지상태의 공기층이다. 기존에 유효한 단열재로서 사용되고 있는 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 수지 등은 그 자체로서는 단열재가 아니다. 이들 유기물 수지가 단열재가 되기 위해서는 필연적으로 발포 과정을 거쳐야 한다. 유기물 수지를 발포하게 되면 수지에 다량의 기공, 즉 정지된 공기층이 생성되게 된다. 그리고 이러한 기공에 의해 발포 수지는 단열재로서 유효한 효과를 갖게 된다.

나무나 목재를 잘게 분쇄한 후 이를 다수의 기공이 형성되도록 결합한다면, 나무 분쇄물을 이용하여 유용한 단열재를 구성할 수 있을 것이다. 특히 나무나 목재는 제재 등의 작업과정에서 다량의 톱밥이 생성된다. 이러한 톱밥은 나무나 목재와 달리 그 가격이 매우 저렴하다.

현재 목재나 나무의 부산물을 이용하여 생산하는 제품으로서 목모 보드와 합성목재가 있다. 목모 보드는 나무를 가공하여 머리카락 형상의 목모를 형성하고, 이를 바인더를 이용하여 결합함으로써 보드를 형성한 것이다. 목모 보드는 흡음재로서 개발된 것이다. 목모보드는 목모 사이의 단차와 기공을 이용하여 음파를 흡수또는 반사함으로써 방음 효과를 제공하게 된다. 목모 보드는 보드에 형성되는 다량의 기공에 의해 일반적인 목재에 비해 양호한 대략 0.06~0.09(W/mK)의 열전도율을 나타낸다. 목보 모드의 열전도율은 여전히 단열재로서 활용하기에는 다소 높은 열전도율을 나타낸다. 그리고 일반적인 나무나 목재를 가공하여 형성하게 되는 목모는 그 생산 가격이 다소 높기 때문에 보드의 제조 가격이 높아진다는 문제가 있다.

합성목재는 목모 보드와 달리 톱밥 또는 이를 미세하게 분쇄한 목분을 이용한다. 합성목재는 톱밥 또는 목분을 바인더와 혼합하고, 이를 높은 압력으로 압축 성형하여 형성하게 된다. 합성 목재는 무게가 무겁고 높은 강도를 갖추고 있으며, 주로 목재의 대용으로서 저가용 가구재나 건축자재의 용도로서 활용된다. 이들 합성 목재의 열전도율은 목재와 동등하거나 오히려 더 높은 값을 나타낸다.

이상으로 기술한 바와 같이 목재는 기본적으로 열전도율이 일반적으로 단열재에서 요구되는 값보다 다소 높다. 또한 목재나 목모 또는 합성목재로 구성되는 판재는 발포 수지에 비해 무게가 매우 무겁고 가격 또한 고가이다. 이러한 이유로 목재는 단열재로서 활용되거나 그러한 용도로서 고려되고 있지 않았다.

본 발명자는 톱밥이나 목분을 결합하여 판재를 형성할 때 판재에 다량의 정지된 공기층을 형성하는 방법을 통해 유효한 단열재를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건축용 단열재(10)의 외관 형상을 나타낸 사시도이다. 본 발명에 따른 건축용 단열재(10)는 정방형 또는 장방형 판재의 형상으로 이루어지고, 주된 재질은 톱밥이나 목분 등의 나무 분쇄물로 구성된다.

일반적으로 나무나 목재를 제재하게 되면 통상적으로 톱밥이라 칭하는 다양한 입자 크기의 나무 분쇄물이 형성되고, 필요한 경우 이들 톱밥이나 나무 또는 목재를 분쇄하여 목분을 형성하게 된다. 또한 필요에 따라 나무나 목재를 분쇄하여 균일한 크기의 나무 분쇄물을 형성하기도 한다. 이하에서는 이와 같은 톱밥이나 목분 또는 나무나 목재의 부산물을 나무 분쇄물로서 총칭하기로 한다.

나무 분쇄물을 사용하여 판재를 형성하는 경우에는 우선 나무 분쇄물과 바인더를 혼합하여 혼합물, 즉 성형 재료를 형성한 후, 이 성형 재료를 압연 또는 압축 성형하게 된다. 이때 바인더로서는 열경화성 또는 열가소성 수지 계열의 유기물 바인더를 바람직하게 채용한다. 바인더에는 필요에 따라 인이나 할로겐 계열의 난연제나 활석, 납석 등의 내열성, 내화성 물질, 안료, 염료, 무기물과 같은 충전제, 또는 분산제가 포함될 수 있다.

바인더의 양은 바인더의 종류나 나무 분쇄물의 종류에 따라 대략 25~50중량%로 한다. 또한 판재를 형성하는 경우에는 판재의 크기에 대응하여 성형 재료의 양을 적절하게 설정한다. 단위 부피당 성형 재료의 양을 너무 많게 설정하게 되면 판재의 밀도가 높아지게 됨으로써 열전도율이 크게 저하되고, 성형 재료의 양을 너무 적게 설정하게 되면 성형이 잘 이루어지지 않게 된다. 판재의 크기를 예컨대 300mm×300mm×10mm로 하는 경우 성형재료의 양은 대략 650g~1Kg의 양으로 설정한다. 또한 성형 온도는 예컨대 90~185도 정도로 설정된다.

또한 바인더로서 수용성 유기 바인더를 바람직하게 채용할 수 있다. 수용성 바인더는 나무 분쇄물을 압연 또는 압축 성형할 때 수분이 외부로 배출되면서 판재에 다량의 기공을 형성함으로써 단열재의 열전도율을 보다 효과적으로 낮출 수 있게 된다.

또한 나무 분쇄물과 바인더를 혼합하기 전에 나무 분쇄물에 난연재를 흡착시킴으로써 단열재의 난연성을 높이는 방법도 바람직하게 채용할 수 있다.

본 실시 예에 따른 건축용 단열재는 다음과 같은 특징을 갖는다.

1. 열전도율이 낮다.

본 실시 예에 따른 건축용 단열재는 나무 분쇄물 사이에 다량의 안정적인 공기층이 형성되므로 전체적으로 0.04(W/mK) 이하의 낮은 열전도율을 나타내게 된다.

2. 발포 유기물 단열재에 비해 높은 기계적 강도를 갖는다.

현재 범용적으로 사용되고 있는 스티로폼의 경우에는 외부로부터의 작은 물리적 충격에 의해서는 부러지거나 부서지는 단점을 갖는다. 이에 대하여 상술한 본 실시 예의 건축용 단열재는 목재를 구성하는 섬유재질이 압축되어 자재의 골격을 형성하게 되므로 외부 충격에 대해 높은 기계적 강도를 나타내게 된다.

3. 다수의 기공들이 포함되므로 무게가 매우 가볍다.

본 실시 예에 따른 건축용 단열재는 나무 분쇄물 사이에 다량의 안정적인 공기층이 형성되므로 기존의 합성목재나 목모보드 등에 비하여 매우 가볍다는 특성을 나타낸다.

4. 난연성을 갖는다.

종래의 발포 수지 등의 경우에는 열에 매우 약하여 화재의 발생시에는 순식간에 연소됨은 물론 연소시에 다량의 유독성 가스를 배출하는 문제가 있는데 대하여, 본 실시 예에 따른 건축용 단열재는 바인더에 난연성 물질을 혼합하거나 나무 분쇄물에 난연성 물질을 흡착시키는 방법을 통해 용이하게 나연성을 제고할 수 있게 된다.

5. 제조 가격이 저렴하다.

통상 톱밥 등의 나무 분쇄물은 나무나 목재를 가공하는 과정에서 배출되는 부산물이므로 가격이 매우 저렴하다.

6. 방음효과를 제공한다.

나무 분쇄물에는 목재 본래의 기공을 갖고 있다. 그리고 이러한 나무 분쇄물을 압축성형하게 되면 그 압축 강도에 따라 다수의 기공이 형성된다. 이러한 기공들은 단열재의 열전도율을 낮춤은 물론이고 단열재를 통과하는 음파를 반사하거 굴절시킴으로써 단열재의 방음 효과를 제고하게 된다.

제1 실시 예의 변형 예로서, 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물, 즉 성형 재료에는 규조토, 제올라이트, 질석 등의 다공성 물질이 추가로 혼합될 수 있다. 어떠한 매질이 갖고 있는 단열 및 차음 능력은 그 매질이 갖고 있는 기공에 의해 유효하게 결정된다. 특히 차음 능력은 기공의 수효와 더불어 기공의 크기도 매우 중요한 요소로서 작용한다. 기공의 크기가 작을수록 저주파 대역의 음파를 제거하는데 효과적이다.

나무 분쇄물을 이용하여 단열재를 형성하는 경우, 단열재에 형성되는 기공의 크기를 작게 하기 위해서는 단열재를 성형할 때 가압력을 높임으로써 그 밀도를 높이는 것이 필요하다. 그러나 이와 같이 단열재의 밀도를 높이게 되면 내부의 기공 양이 축소됨으로써 단열 효율이 크게 저하된다. 따라서 단열재에는 미세한 기공을 형성하는 것이 매우 어렵고, 결과적으로 저주파 대역의 음파에 대한 차음 효과를 제고하는데 한계가 있게 된다.

다공성 물질, 즉 다공질 세라믹의 경우에는 세라믹 입자에 수십 ~ 수백 nm의 미세한 기공이 형성되어 있다. 따라서 이러한 다공성 물질을 성형 재료에 혼합하게 되면 단열재에 의한 차음 효과를 제고할 수 있다.

특히 본 발명자의 연구에 따르면 어떠한 물질에 서로 다른 크기를 갖는 기공을 형성하게 되면 흡음 및 차음 기능이 향상된다. 도 2는 이러한 흡음 및 차음 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에서 참조번호는 20은 다수의 기공이 형성된 매질이다. 이 매질에 상대적으로 직경이 큰 제1 기공(21)과 직경이 작은 제2 기공(22)이 존재한다고 할 때, 외부에서 음파(A)가 인입되면 이 음파(A)는 매질(20)과 제1 및 제2 기공(21, 22)을 통해서 전파되게 된다. 그런데 제1 기공(21)을 통과한 음파(A)가 제2 기공(22)으로 인입하는 경우에는 a 및 b로 나타낸 바와 같이 음파(A)가 반사하거나 굴절하게 된다. 그리고 이러한 현상은 제2 기공(22)을 통과한 음파(b)가 제1 기공(21)으로 인입하는 경우에도 유사하게 발생된다. 이는 기공의 크기에 따라 기공의 공진주파수가 달라지는 것이 원인인 것으로 판단된다.

일반적으로 물질의 차음 기능은 외부로부터 인가된 음파를 어느 정도 통과시키는지의 여부에 의해 결정되고, 흡음 기능은 외부로부터 인가된 음파를 어느 정도 흡수하는지에 의해 결정된다. 모든 물질은 외부의 음파에 자극을 받으면 진동을 하게 되는데, 이때 진동에 영향을 준 주파수음은 진동 에너지로 변환되는 과정을 통해 흡음된다.

상기한 바와 같이 어떠한 매질에 서로 다른 크기를 갖는 기공을 형성하게 되면 음파가 기공을 통과하는 과정에서 반사 및 굴절되면서 음파의 직진성이 현저하게 저하된다. 즉 차음기능이 향상된다. 또한 음파가 서로 다른 크기의 기공을 통과하면서 공진된다. 즉 다양한 주파수 대역의 음파 에너지가 기공의 진동 에너지로 변환되면서 흡음 기능이 향상된다.

이러한 현상은 열에너지에 대해서도 유사하게 발생되어, 매질에 다양한 크기의 기공을 형성하는 경우 해당 매질의 열전도율은 더욱 낮아지게 된다. 즉, 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물에 다공성 물질을 혼합하여 단열재를 형성하게 되면 단열재의 단열 및 차음 능력이 보다 향상된다. 다만, 단열재에 혼합되는 다공성 물질의 양이 일정 이상이 되면 다공성 물질의 고유한 열전도율에 의해 단열재의 전체적인 열전도율이 상승할 수 있다. 단열재(10)에 포함되는 다공성 물질의 양은 예컨대 1~5 중량%로 설정된다.

또한 본 실시 예의 다른 변형 예로서 나무 분쇄물과 혼합되는 유기 바인더에 발포제를 혼합하여 단열재(10)를 성형할 때 유기 바인더를 발포시키는 방법도 바람직하게 채용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 건축용 단열재의 구조를 나타낸 사시도이다.

본 실시 예는 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물로 제작한 제1 부재, 즉 도 1의 단열재(10)의 일 측에 제2 부재(30)로서 발포층을 형성한 것이다. 이하에서 발포층(20)에 대응하는 용어로서 제1 부재(10)는 목질층으로도 지칭될 것이다.

발포층(30)은 예컨대 PVC, 나일론, 폴리에스테르 등과 수성아크릴, 에틸비닐아세테이트(EVA), 폴리비닐알코올(PVA) 등을 포함하는 유기물에 발포제를 혼합한 후 발포하여 형성하게 된다. 또한 상기 발포층(30)으로서는 바람직하게 폴리스티렌 발포 폼, 폴리우레탄 발포 폼, 폴리우레아 발포 폼, 폴리염화비닐 발포 폼, 폴리프로필렌 발포 폼, 폴리에틸렌 발포 폼, 폴리스티렌 발포 폼, 폴리비닐아세테이트 발포 폼, 멜라민 수지 발포 폼, 페놀 수지 발포 폼 등이 채용된다.

본 실시 예에 따른 건축용 단열재를 제조하는 방법으로서는 제1 부재(10)와 제2 부재(20)를 각각 형성한 후, 이들을 접착제 등을 이용하여 결합하는 방법을 채택할 수 있다.

또한 본 실시 예에 따른 단열재를 제조하는 다른 방법으로서 다음 방법을 바람직하게 채용할 수 있다. 우선, 나무 분쇄물과 바인더를 혼합하여 혼합물을 형성한다. 이어, 상기 혼합물을 적층하여 목질층(10)을 위한 제1 층을 형성하고, 이 제1 층의 상측에 발포층(30)을 적층한 후, 이들 적층물에 전체적으로 압력을 가하여 단열재를 제조한다. 물론, 본 제조 방법에서 제1층으로서 발포층(30)을 배치한 후, 이 제1 층 위에 상기 혼합물로 목질층(10)을 위한 제2 층을 적층하여 가압하는 방법도 동일하게 채용할 수 있다.

본 실시 예에 따른 단열재를 설치하는 경우에는 발포층(30)이 건축물의 내벽면 또는 외측 벽면에 접촉되도록 설치되고, 외측에 높은 기계적 강도를 갖는 목질층(10)이 설치된다. 따라서 외부로부터의 부적절한 충격 등에 의해 발포층(30)이 손상되는 일이 방지된다. 또한 목질층(10)이 난연성과 내열성을 가지고 있기 때문에 외측으로부터의 열에 의해 발포층(30)이 부적절하게 손상되는 일이 방지되게 된다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 건축용 단열재의 구성을 나타낸 사시도이다. 본 실시 예에서 단열재는 발포층(30)의 양측에 각각 제1 및 제2 목질층(10, 40)이 결합되어 구성된다.

본 실시 예에서 제1 및 제2 목질층(10, 40)은 도 1의 단열재(10)와 실질적으로 동일하다. 또한 본 단열재는 도 3에서 설명한 것과 동일한 방법을 통해 제조할 수 있다. 즉, 본 단열재는 발포층(30)의 양측에 접착제나 체결수단을 이용하여 제1 및 제2 목질층(10, 40)을 결합하여 형성할 수 있다. 또한 본 단열재는 바람직하게는 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물을 적층하여 제1 목질층(10)을 형성하기 위한 제1 층을 적층하고, 제1 층의 상측에 발포층(30)을 배치하며, 다시 발포층(30)의 상측에 제2 목질층(40)을 위한 혼합물의 제2 층을 적층한 후, 이들 적층물에 전체적을 압력을 가하여 성형을 실행하는 방법을 통해 형성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 단열재의 구성을 나타낸 분리 사시도이고, 도 6은 그 요부 단면도이다.

본 실시 예에서 단열재는 제1 및 제2 목질층(10, 40)의 사이에 제1 삽입부재(50)가 결합되어 구성된다. 제1 삽입부재(50)는 바람직하게 예컨대 폴리스티렌 발포 폼, 폴리우레탄 발포 폼, 폴리우레아 발포 폼, 폴리염화비닐 발포 폼, 폴리프로필렌 발포 폼, 폴리에틸렌 발포 폼, 폴리스티렌 발포 폼, 폴리비닐아세테이트 발포 폼, 멜라민 수지 발포 폼, 페놀 수지 발포 폼 등의 발포층으로 구성된다.

또한 상기 제1 삽입부재(50)에는 다수의 관통구멍(51)이 형성된다. 관통구멍(51)의 크기와 형상은 특정한 것에 한정되지 않는다. 관통구멍(51)은 제1 삽입부재(50)의 양측에 제1 및 제2 목질층(10, 40)을 결합했을 때 제1 및 제2 목질층(10, 40)의 중간에 안정적으로 기공층을 형성하기 위한 것이다.

상술한 바와 같이 정지상태의 공기층, 즉 기공은 매우 유효한 단열재이다. 공기의 열도전도율은 0.025(W/mK)로서 일반적인 발포 수지나 글라스울(0,035W/mK) 보다도 낮은 열전도율 특성을 나타낸다.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 예에 따른 단열재는 제1 목질층(10)과 제2 목질층(40)의 사이에 안정적인 다수의 기공층(51)들이 형성된다. 이때 기공층(51)의 크기와 수효는 제1 삽입부재(50)에 형성되는 관통구멍(51)의 크기와 수효를 조정하는 방식으로 적절하게 설정할 수 있다. 상기 기공층(51)들은 제1 목질 층(10)과 제2 목질층(40) 사이의 열전달을 억제함으로써 단열재의 연전도율을 더욱 낮추게 된다.

도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 단열재의 요부 단면 구성을 나타낸 단면도이다.

도 7의 실시 예에 있어서는 목질층(10)의 내부에 예컨대 발포 수지 등으로 이루어지는 제2 삽입 부재(60)가 설치되어 있다. 도 8은 삽입 부재(60)의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다. 삽입 부재(60)는 예컨대 발포 수지 등과 같이 열전도율이 낮은 재질로 구성됨과 더불어 장방형 또는 정방형의 보드로 구성된다. 특히 삽입 부재(60)에는 다수의 결합공(61)이 구비된다. 상기 발포 수지로서는 바람직하게 폴리스티렌 발포 폼, 폴리우레아 발포 폼, 폴리염화비닐 발포 폼, 폴리프로필렌 발포 폼, 폴리에틸렌 발포 폼, 폴리스티렌 발포 폼, 폴리비닐아세테이트 발포 폼, 멜라민 수지 발포 폼, 페놀 수지 발포 폼 등이 채용되고, 보다 바람직하게는 폴리우레탄 발포 폼이 채용된다.

본 단열재를 제조하는 경우에는 우선 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물을 적층하여 1층 재료층을 형성하고, 이 위에 삽입 부재(60)를 배치한다. 그리고 다시 제2 삽입 부재(60)의 상측에 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물을 적층하여 2층 재료층을 형성함으로써 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물 내측에 삽입 부재(60)를 배치하게 된다. 그리고 이 적층물에 일정 이상의 압력을 가압하면서 바인더를 경화시킴으로써 단열재를 구성하게 된다,

상기한 제조 과정에 있어서는 나무 분쇄물과 바인더의 혼합물에 압력을 가하는 과정에서 삽입 부재(60)의 결합공(61)을 통해 삽입 부재(60)의 상하측 혼합물이 연통되어 경화됨으로써 도 7에 나타낸 바와 같이 삽입 부재(60)는 목질층(10) 내에 안정적으로 안착되게 된다.

본 실시 예에 있어서는 목질층(10)을 경화시키는 과정에서 목질층(10) 내에 발포 수지 등의 삽입 부재(60)가 안정적으로 안착되므로 목질층(10)과 발포 수지 등을 추가적으로 결합하는 과정을 생략할 수 있게 되고, 또한 목질층(10)과 발포 수지 등이 매우 견고하게 결합되는 효과가 제공된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단열재는 열전도율이 매우 낮다는 장점이 있는 반면에 난연성과 강도 측면에서 불리함을 갖는 제1 단열 부재와, 열전도율이 비교적 양호하면서도 우수한 난연성 및 기계적 강도를 갖는 제2 단열부재를 결합함으로써 열전도율과 난연성 및 기계적 강도에 있어서 매우 우수한 단열재를 구현할 수 있게 된다.

또한 상기 실시 예에서 제1 부재, 즉 목질층(10)과 제2 부재, 즉 발포 수지(30, 50) 또는 삽입 부재(60)는 서로 다른 밀도를 갖게 된다. 주지된 바와 같이 밀도가 서로 다른 물질을 접합하게 되면 그 접합면에서 음파 에너지가 굴절 및 분산됨으로써 양호한 흡음 또는 차음 기능을 발휘하게 된다. 따라서 본 실시 예에 따른 건축용 단열재는 건축물에 채용되어 층간 소음 등을 낮추는 추가적인 효과를 제공할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명에 따른 실시 예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.

10, 30 : 목질층, 20 : 매질,
21, 22 : 기공, 50, 60 : 삽입부재,
51 : 관통구멍, 61 : 결합공.

Claims (19)

1. 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고,
   나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되며,
   상기 혼합물은 판재의 크기가 300mm×300mm×10mm인 경우에 650g~1Kg의 양으로 설정되는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
2. 제1항에 있어서,
   나무 분쇄물에 대한 바인더의 양이 25~50중량%인 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
3. 제1항에 있어서,
   상기 바인더가 수용성 유기 바인더인 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바인더에 난연제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
5. 제1항에 있어서,
   상기 혼합물에 다공질 세라믹이 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
6. 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고,
   나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되며,
   상기 바인더는 수용성 유기 바인더인 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
7. 제6항에 있어서,
   상기 바인더에 난연제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
8. 제6항에 있어서,
   상기 혼합물에 다공질 세라믹이 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
9. 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고,
   제1 부재와 제2 부재의 적층 구조를 포함하며,
   상기 제1 부재는 나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되고,
   상기 제2 부재는 발포층으로 구성되며,
   상기 혼합물은 판재의 크기가 300mm×300mm×10mm인 경우에 650g~1Kg의 양으로 설정되는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
10. 제9항에 있어서,
    상기 바인더가 수용성 유기 바인더인 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 바인더에 난연제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
12. 제9항에 있어서,
    상기 혼합물에 다공질 세라믹이 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
13. 장방형 또는 정방형의 판재 형상으로 이루어지고,
    제1 부재와 제2 부재의 적층 구조를 포함하며,
    상기 제1 부재는 나무 분쇄물과 바인더를 포함하는 혼합물로 구성되고,
    상기 제2 부재는 발포층으로 구성되며,
    상기 바인더는 수용성 유기 바인더인 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
14. 제13항에 있어서,
    상기 바인더에 난연제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
15. 제13항에 있어서,
    상기 혼합물에 다공질 세라믹이 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재.
16. 나무 분쇄물을 준비하는 단계와,
    나무 분쇄물과 바인더를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및,
    상기 혼합물을 압연 또는 압축하여 정방형 또는 장방형의 판재를 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 성형 단계에서 상기 혼합물은 판재의 크기가 300mm×300mm×10mm인 경우에 650g~1Kg의 양으로 설정되는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재의 제조방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 혼합물 형성 단계 이전에 나무 분쇄물에 난연제를 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재의 제조방법.
18. 제16항에 있어서,
    상기 바인더에 난연제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재의 제조방법.
19. 제16항에 있어서,
    상기 나무 분쇄물과 바인더를 혼합할 때 다공질 세라믹을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재의 제조방법.
    

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