KR20220133862A - 건물의 단열을 위한 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하는 단열 보드 - Google Patents

건물의 단열을 위한 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하는 단열 보드 Download PDF

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KR20220133862A
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insulation
weight
airgel
adhesive
layer
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KR1020227021306A
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위브케 로엘스버그
아르네 클린크빌
에바 겐터
크리스찬 슈미트
데이비드 제이. 미할식
캐스린 엘리자베스 드크라프트
니콜라스 자피로풀로스
오웬 리처드 에반스
조지 엘. 굴드
Original Assignee
아스펜 에어로겔, 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명은 함께 접합된 적어도 2개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)에 관한 것이다. 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하고, 상기 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 단열 보드(IB)를 포함하는 단열 시스템(IS)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 단열 보드(IB)의 제조 방법, 및 건물, 건물의 부속물 및/또는 요소의 단열을 위한 상기 단열 보드(IB) 및 상기 단열 시스템(IS)의 용도에 관한 것이다.

Description

건물의 단열을 위한 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하는 단열 보드
본 발명은 함께 접합된 적어도 2개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)에 관한 것이다. 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하고, 상기 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 단열 보드(IB)를 포함하는 단열 시스템(IS)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 단열 보드(IB)의 제조 방법, 및 건물, 건물의 부속물 및/또는 요소의 단열을 위한 상기 단열 보드(IB) 및 상기 단열 시스템(IS)의 용도에 관한 것이다.
특히 단열과 관련된 에너지 절약은 산업 및 건물 건축에서 중요한 문제이다. 전통적 단열재는, 예를 들어, 글라스울(glass wool), 미네랄울(mineral wool), 압출 폴리스티렌(extruded polystyrene) 및 발포 폴리스티렌(expanded polystyrene)이다. 단열재의 단열 성능은 열전도율로 측정한다. 열전도율 값이 낮을수록 단열재가 열을 덜 전도하고 단열성이 우수하다.
에어로겔은 일반적으로 열전도율 λ이 ≤20W/(mK)이므로 사용 가능한 최고의 고체 단열재로 널리 간주된다. 그러나 에어로겔은 전형적으로 운송 및 취급에 문제가 있는 과립 형태로 수득되기 때문에, 전형적으로 결합제에 의해 함께 접착되어 단일 블록 조각, 바람직하게는 패널로 존재되거나, 유리 섬유 매트와 같은 기계적으로 안정적인 기재 또는 캐리어 물질에 매립(imbed)된다. 그러나 이러한 조치에는 몇 가지 추가 단점이 있다: 단열재의 전체 중량과 두께가 증가하고 취급, 기계가공 및 설치 시 분진이 발생하는 경향이 있다. 또한, 과립을 함께 결합하는 경우 단열재도 기계적으로 취약해지는 경향이 있다. 따라서 이러한 바람직하지 않은 중량 및 두께의 증가를 방지하고 분진을 감소시키기 위해 최근에는 연속 기포(open-cell) 중합체 발포체가 캐리어 물질로 사용된다. 에어로겔을 연속 기포 중합체 발포체에 혼입함으로써, 에어로겔 및 연속 기포 중합체 발포체를 포함하는 단열층이 수득된다.
수득된 단열층은 전형적으로 다층 단열 보드를 형성하기 위해 적어도 하나의 추가 단열층에 접합되며, 상기 추가 단열층도 에어로겔을 포함할 수 있다. 형성된 다층 단열 보드는 단열 시스템을 형성하기 위해 단열층이 아닌 적어도 하나의 추가 층에 접합될 수 있다. 추가 층의 예는, 예를 들어, 접착제, 모르타르, 강화 재료, 페인트, 코팅 및 플라스터(plaster)를 포함하는 층이다.
단열 시스템은, 예를 들어, 다층의 외부 단열 복합 시스템(external thermal insulation composite system, ETICS), 다층의 외부 단열 파사드 시스템(exterior insulation facade system, EIFS) 및 내부 단열 시스템에 사용된다.
US 2016/0115685는 본질적으로 단열 복합 재료로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 다층 패널을 개시하고, 상기 단열 복합 재료는 무기 에어로겔 및 멜라민 발포체를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 석고보드(plasterboard)는 본질적으로 단열 복합 재료로 이루어진 층의 한 면 또는 각 면에 접합될 수 있다.
EP 2 347 059 B1은 외부 단열 복합 시스템(ETICS) 및 건물 벽을 포함하는 단열 건물 벽을 개시하며, 상기 외부 단열 복합 시스템은 건물 벽에 부착된다. 상기 외부 단열 복합 시스템은 단열 하위 시스템을 포함하는데, 이는 적어도 20 내지 90중량%의 에어로겔을 함유하는 제1 단열판 및 적어도 미네랄울을 함유하는 제2 단열판을 포함하는 단열 하위 시스템, 또는 미네랄울 및 20 내지 90중량%의 에어로겔을 함유하는 적어도 하나의 복합 단열판을 포함하는 단열 하위 시스템이다. 상기 외부 단열 복합 시스템은 또한 적어도 하나의 기계적 패스너, 및 모르타르 층을 포함하는 시스템인 외부 층을 포함한다.
EP 2 665 876 B1은 복합 단열 시스템 및 외부 건물 벽을 포함하는 단열 건물 벽을 기술하며, 상기 복합 단열 시스템은 건물과 반대되는 건물 벽의 측면에 부착되고, 상기 복합 단열 시스템은 적어도 2층의 단열 클래딩(cladding)을 포함하며 적어도 2개의 층은 각각 25 내지 95중량%의 에어로겔, 5 내지 75중량%의 무기 섬유 및 0 내지 70중량%의 무기 충전제를 함유한다. 상기 단열 클래딩의 층은 무기 결합제로 서로 연결된다. 상기 에어로겔은 규소, 알루미늄 및/또는 티타늄을 기반으로 하는 적어도 하나의 에어로겔이다.
US 2018/0112134 A1은 유기 발포체 물질과 실리카 에어로겔을 포함하는 내화성 물질을 개시한다. 상기 유기 발포체 물질은, 예를 들어, 멜라민과 폴리우레탄 중 하나 또는 이들의 조합이다.
US 2002/0094426 A1은 무기 및 유기 겔 형성 물질 및 강화 구조로 이루어진 군으로부터 선택된 에어로겔을 포함하는 에어로겔 복합 물품을 기술한다.
그럼에도 불구하고, 연속 기포 중합체 발포체에 매립된 에어로겔에서 여전히 자주 발생하는 문제는 취급 및 절단 시 분진 배출이다.
또한, 건축 및 시공 응용 분야에서 전형적으로 접하게 되는 습윤 및 습한 조건에서 장기간 적용할 수 있도록 에어로겔, 특히 실리카 에어로겔은 재료에 발수성을 부여하고 수분 흡수 및 수분 보유를 최소화하기 위해 소수성 그룹을 포함할 수 있다. 그러나 에어로겔이 이러한 소수성 그룹을 포함함으로써 에어로겔의 연소열이 전형적으로 증가하고 이러한 에어로겔을 포함하는 단열 보드(IB) 및/또는 단열 시스템은 특정 테스트 방법에서 연소열, 화염 시간(flame time), 질량 손실 또는 노 온도 상승(furnace temperature rise)과 같은 관련 특성의 특정 임계값을 달성하지 못하기 때문에 "비연소(non-burning)"로 분류된다.
따라서 본 발명의 기초가 되는 목적은 에어로겔을 포함하는 개선된 단열 보드 및/또는 개선된 단열 시스템을 제공하는 것이며, 단열 보드 및/또는 단열 시스템은 취급이 용이하고 최소한의 연소열을 보인다. 또한, 상기 단열 보드 및/또는 상기 단열 시스템은, 예를 들어, 수직 인장강도 측면에서 기계적 부하에 대해 향상된 기계적 안정성을 보인다.
이러한 목적은 적어도 2개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)에 의해 달성되며, 상기 적어도 2개의 단열층(A)은 함께 접합되고, 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 하기 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함한다:
(a1) 적어도 하나의 실리카 에어로겔,
(a2) 적어도 하나의 중합체 발포체 및
(a3) 적어도 하나의 난연제.
놀랍게도, 본 발명의 단열 보드(IB)는 열 성능이 비슷한 최신 기술의 단열 보드의 분진 배출과 비교하여 감소된 분진 배출을 나타내는 것으로 밝혀졌으며, 본 발명의 문맥에서 "비슷한 열 성능"은 U-값 및 R-값이 비슷함을 의미한다. 따라서 본 발명의 단열 보드(IB)는 특히 절단 및 설치 중에 취급하기 쉽다.
도 1은 본 발명의 단열 보드(IB) 및 본 발명의 단열 시스템(IS)의 일 실시양태를 각각 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 단열 보드(IB) 및 본 발명의 단열 시스템(IS)의 다른 실시양태를 각각 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 맥락에서, "U-값"이라는 용어는 단열 보드(IB) 또는 단열 시스템(IS) 각각을 통한 열 전달 속도를 해당 단열 보드(IB) 또는 단열 시스템(IS) 전반에 걸친 온도 차이로 나눈 값을 의미하는 것으로 이해된다. 측정 단위는 W/㎡K이다. 단열 보드(IB) 또는 단열 시스템(IS)의 단열이 각각 우수할수록 U-값이 작다. R-값은 U-값의 역수이다. U-값 및 R-값은, 예를 들어, Klaus Liersch, Normen Langner, "Bauphysik kompakt", Verlag Bauwerk BBB, 4. Auflage 2011, ISBN 987-3-89932-285-9, Chapter 6 "Warmedurchgang durch ebene opake Bauteile"에 따라 계산된다.
또한, 본 발명의 단열 보드(IB)는 열 성능이 비슷한 최신 기술의 단열 보드의 밀도와 비교하여 더 낮은 밀도를 나타내어 더 낮은 중량으로 이어진다.
또한, 본 발명의 단열 보드(IB)는 동일한 치수의 최신 기술의 단열 보드의 열 전도도와 비교하여 감소된 열 전도도를 나타내므로, 비슷한 U-값 또는 R-값을 달성하기 위해 감소된 두께로 사용되어 단열 보드(IB)의 중량도 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 단열 보드(IB)는 감소된 연소열을 나타내므로 다양한 건축 법규에 따라 비연소로 분류될 수 있다.
본 발명의 단열 보드(IB)는 또한 높은 기계적 안정성, 특히 높은 수직 인장강도를 나타내며, 이는 단열 시스템(IS)에 통합될 때 다웰(dowel)과 같은 추가 기계적 고정 보조장치의 필요성 및 수를 감소시킨다.
또한 놀랍게도 본 발명의 단열 보드(IB)가 단열 시스템(IS)에 통합되면 취급, 기계가공 및 절단 시 분진 배출도 감소하고 상기 단열 시스템(IS)은 열 성능(각각 U-값 또는 R-값)이 비슷한 최신 기술의 단열 시스템과 비교하여 더 작은 중량 및 더 얇은 두께를 보이고 단열 문제를 해결하는 데 공간이 절약된다.
본 발명의 단열 보드(IB)를 포함하는 본 발명의 단열 시스템(IS)은 또한 최신 기술의 단열 시스템과 비교하여 바람직하게는 ≤3.0MJ/kg의 감소된 연소열을 나타내고 전체 단열 시스템의 특정 설계에 따라 ≤1.5MJ/kg의 값에도 도달할 수 있으므로 다양한 건축 법규에 따라 비연소로 분류될 수 있다.
본 발명의 단열 보드(IB)를 포함하는 단열 시스템(IS)은 또한 높은 기계적 안정성 및 수직 인장강도를 나타내며, 결과적으로 본 발명의 단열 보드(IB) 및 추가 층(X) 및 선택적으로 추가 층(B), (C) 및 (D)를 위한 추가의 기계적 고정 보조장치가 필요하지 않거나 적게 필요하다.
본 발명의 맥락에서, "에어로겔 복합 재료"라는 용어는 적어도 하나의 에어로겔, 및 적어도 하나의 에어로겔 전구체와 비혼화성인 적어도 하나의 추가 성분을 포함하는 재료를 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 실시양태에서, "에어로겔 복합 재료"는 상기 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 하나의 에어로겔을 적어도 10중량%, 바람직하게는 적어도 20중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 30중량% 포함한다. 상기 추가 성분은, 예를 들어, 충전제, 첨가제 또는 발포체로부터 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 에어로겔로서 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)을, 추가 성분으로서 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)를 포함한다. 하기에 언급된 바와 같이, 에어로겔 복합 재료는 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제(opacifier)와 같은 성분도 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "에어로겔"이라는 용어는 에어로겔 뿐만 아니라 제로겔(xerogel)을 의미하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 제로겔은 졸-겔 공정에 의해 생성된 물질로, 상기 공정에서는 겔을 액상의 임계 온도 미만 및 임계 압력 초과("아임계 조건")에서 건조시켜 상기 겔로부터 액상을 제거한다. 대조적으로, 에어로겔은 일반적으로 "초임계 조건" 하에서 졸-겔 공정 동안 겔로부터 액상이 제거되어 공기가 채워진 기공이 있는 연속 기공, 고도의 다공성 구조를 형성할 때 에어로겔로 지칭된다. 에어로겔은 유기 또는 무기 에어로겔일 수 있다. 무기 에어로겔은, 예를 들어, 실리카 에어로겔, 산화티탄 에어로겔, 산화망간 에어로겔, 산화칼슘 에어로겔 또는 산화지르코늄 에어로겔로부터 선택된다. 본 발명의 단열 보드(IB)에 포함된 에어로겔은 적어도 하나의 실리카 에어로겔이다.
본 발명의 단열 보드(IB) 및 본 발명의 단열 시스템(IS) 자체, 및 또한 상기 단열 보드(IB)의 본 발명의 제조 방법에 대한 더 상세한 정의를 하기에 제공한다.
단열 보드(IB)
본 발명의 단열 보드(IB)는 적어도 2개의 단열층(A)을 포함하고, 따라서 정확히 2개의 단열층(A)을 포함하거나 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 단열층(A)을 포함할 수 있다. 상기 단열 보드(IB) 자체의 층 수는 함께 접합된 단열층(A)의 수에서 비롯된다. 따라서 그 자체가 2개의 층을 포함하는 단열 보드(IB)의 경우, 2개의 단열층(A)이 함께 접합된다. 따라서 그 자체가 3개 또는 4개의 층을 포함하는 단열 보드(IB)의 경우, 바람직하게는 각각 3개 또는 4개의 단열층(A)이 함께 접합된다. 따라서 그 자체가 더 많은 수의 층을 포함하는 단열 보드(IB), 일례로 10개의 층을 포함하는 단열 보드(IB)가 제조되는 한에 있어서, 바람직하게는 함께 접합된 단열층(A)의 수는 상기 단열층의 수, 일례로 10개의 단열층(A)에 대응하는 것이 필요하다.
3개 이상의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)의 경우, 개별 단열층(A)을 단계적으로 조립하는 것이 바람직하다. 따라서 3개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)의 경우, 첫 번째 단계의 산물은 2개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)인 것이 바람직하며, 이어서 상기 2개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)를 다른 단열층(A)에 접합하여 3개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)를 수득한다. 3개의 단열층(A)은 (특히 두께 및 조성과 관련하여) 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 3개의 단열층(A) 중 적어도 하나는 적어도 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함한다.
접합 공정에 사용되는 단열층(A)은 화학적 조성과 관련하여 본 발명의 공정의 맥락에서 제조된 단열 보드(IB) 자체에 해당한다(예를 들어 사용된 접착제를 무시하는 접착제 본딩의 경우 선택적으로 표면에 적용되는 구성요소는 무시).
함께 접합되는 각각의 단열층(A)은 치수가 동일하고/하거나 화학 조성이 동일한 것이 바람직하다. 그러나 치수가 상이하고/하거나 화학 조성이 상이한 단열층(A)이 함께 접합되는 것도 선택적으로 가능하다. 예를 들어, 3개의 단열층(A)이 함께 접합되고, 이들 모두가 치수가 동일하며 (예를 들어) 이들 모두가 적어도 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하면, 생성된 산물은 3개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)이고, 이들 모두는 적어도 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함한다.
함께 접합되는 단열층(A)은 원하는 치수일 수 있다. 이의 길이 및 폭과 관련하여 센티미터 범위에서 최대 수 미터의 치수일 수 있다. 3차 치수(두께)와 관련하여, 이론적으로 임의의 원하는 치수가 마찬가지로 가능하지만, 실제로 단열층(A)의 두께는 바람직하게는 1 내지 500mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 100mm, 가장 바람직하게는 5 내지 20mm이다. 따라서 본 발명의 방법에서 제조된 단열 보드(IB)의 두께는 사용된 모든 단열층(A)의 총 두께에서 기인한다. 그러나, 예를 들어, 접착제 본딩의 경우, 적어도 하나의 접착제를 도포한 후 또한 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)를 포함하는 특정 두께의 "층"이 한 쌍의 단열층(A)마다 형성될 수 있기 때문에, 생성된 단열 보드(IB)는 사용된 단열층(A)의 각 두께의 합에 비해 두께가 두꺼워질 수 있다.
본 발명에서 두께는 직교 좌표계에서 x 방향 및 y 방향과 함께 본 발명의 단열 보드(IB)(또는 층(A))의 치수를 정의하는 z 방향으로 정의한다. 본 발명에서 x 방향은 단열 보드(IB)(또는 층(A))의 길이를 의미하고 y 방향은 단열 보드(IB)(또는 층(A))의 폭을 의미한다. 본 발명의 단열 보드(IB)(또는 층(A))의 길이는 항상 폭 및 두께보다 크다. 본 발명의 단열 보드(IB)(및 층(A))에서 길이(x 방향)가 폭(y 방향)보다 크고 폭이 두께(z 방향)보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 단열 보드(IB)에서, 적어도 한 쌍의 단열층(A)이 접합되는 경우, 2개의 단열층(A)의 길이(x-방향)는 각각 500 내지 2800mm, 바람직하게는 1000 내지 1500mm, 폭(y-방향)은 500 내지 1250mm, 바람직하게는 500 내지 900mm이고, 두께(z-방향)는 1 내지 500mm, 바람직하게는 5 내지 100mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 20mm이다. 또한, 3개 이상의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)의 경우, 그 안에 포함된 각 단열층(A)은 치수는 상기와 같은 것이 바람직하다.
본 발명의 단열 보드(IB)는 하기 단계 a) 및 b)를 포함하는 공정에 의해 제조된다:
a) 적어도 2개의 단열층(A)을 제공하는 단계로서, 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 하기 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하는 단계:
(a1) 적어도 하나의 실리카 에어로겔,
(a2) 적어도 하나의 중합체 발포체 및
(a3) 적어도 하나의 난연제, 및
b) 상기 적어도 2개의 단열층(A)을 바람직하게는 적어도 하나의 접착제 및/또는 기계적 고정(MF)으로 함께 접합하여 상기 단열 보드(IB)를 수득하는 단계.
따라서 본 발명은 또한 하기 단계 a) 및 b)를 포함하는 단열 보드(IB)의 제조 방법을 제공한다:
a) 적어도 2개의 단열층(A)을 제공하는 단계로서, 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 하기 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하는 단계:
(a1) 적어도 하나의 실리카 에어로겔,
(a2) 적어도 하나의 중합체 발포체 및
(a3) 적어도 하나의 난연제, 및
b) 상기 적어도 2개의 단열층(A)을 바람직하게는 적어도 하나의 제1 접착제(AD1) 및/또는 기계적 고정(MF)으로 함께 접합하여 상기 단열 보드(IB)를 수득하는 단계.
상기 적어도 2개의 단열층(A)이 기계적 고정(MF)으로 함께 접합되는 경우, 바람직하게는 소잉(sewing), 클램프(clamp), 리벳(rivet), 다웰 및/또는 못(nail)으로 함께 접합된다.
상기 적어도 2개의 단열층(A)이 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)로 함께 접합되는 경우, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 무기 접착제, 유기 접착제 및 무기-유기 하이브리드 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 맥락에서, "적어도 하나의 제1 접착제(AD1)"라는 용어는 정확히 하나의 제1 접착제(AD1) 뿐만 아니라 2개 이상의 제1 접착제(AD1)를 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 실시양태에서, 상기 적어도 2개의 단열층(A)은 하나의 제1 접착제(AD1)로 접합된다.
그러나 적어도 2개의 단열층(A)이 적어도 하나의 제1 접착제(AD1) 및 기계적 고정(MF)으로 함께 접합되는 것도 가능하다.
무기 접착제는 바람직하게는 물유리(water glass), 규산염, 석회(lime), 석고(gypsum), 시멘트 및 경석고(anhydrite)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 포함한다. 유기 접착제는 바람직하게는 폴리우레탄 기반 1성분 또는 2성분 접착제, 불포화 폴리에스테르, 에폭사이드, (메트)아크릴레이트 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 포함한다. 무기-유기 하이브리드 접착제는 바람직하게는 무기 화합물로 충전된 유기 접착제를 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 선택적으로 무기 화합물로 충전된, 발열량(calorific value)이 <40MJ/kg인 폴리우레탄 기반 1성분 또는 2성분 접착제이다.
무기, 유기 및 무기-유기 하이브리드 접착제는, 예를 들어, 접착제 또는 이의 구성요소를 분무, 롤링 또는 브러싱함으로써 다양한 기술을 사용하여 도포할 수 있다. 선택적으로, 상기 접착제는 스프레이 접착성 발포체, 발포 접착제 또는 발포성 접착제로서 도포될 수 있다.
상기 적어도 2개의 단열층(A)이 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)로 함께 접착되는 경우, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 바람직하게는 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층의 적어도 하나의 표면에 바람직하게는 0.01 내지 10mm의 두께, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5mm의 두께, 가장 바람직하게는 0.05 내지 2mm의 두께로 도포된다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 10 내지 500g/㎡의 제곱미터당 중량으로, 바람직하게는 50 내지 250g/㎡의 제곱미터당 중량으로 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층의 적어도 하나의 표면에 도포된다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 접합되는 한 쌍의 단열층(A)당 접합되는 2개의 출발 단열층(A)의 하나의 표면에만 도포된다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 상기 단열층(A)의 대응하는 표면에 넓은 영역에 걸쳐 도포될 수 있다. 상기 제1 접착제(AD1)는 통상적인 방법, 예를 들어, 브러싱, 분무, 롤링(rolling), 스퀴지(squeegee) 또는 인쇄에 의해 도포될 수 있다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 접합되는 상기 출발 단열층(A)의 하나의 표면에만 도포되고(한 쌍의 단열층(A)당), 제1 접착제(AD1)는 접합되는 두 번째 표면에는 도포되지 않는다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 상기 단열층(A) 표면의 한 방향으로 균일하게 도포된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 상기 단열층(A)의 적어도 하나의 표면에 구조화된 방식으로, 바람직하게는 스폿형, 선형 또는 격자형, 더욱 바람직하게는 격자형 방식으로 도포된다.
본 발명의 이 실시양태는 또한 구조화된 본딩으로 지칭된다. 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)와의 구조화된 본딩은 임의의 구조 또는 구조적 형태에 의해 달성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 바람직하게는 상기 단열층(A)의 각 표면의 20 내지 80%, 더욱 바람직하게는 40 내지 80%, 가장 바람직하게는 50 내지 75%로 구조화된 방식으로 도포될 수 있다.
단열층(A)
단열층 자체는 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있다. 단열층은, 예를 들어, 압출 폴리스티렌(extruded polystyrene, XPS) 발포체, 발포 폴리스티렌(expanded polystyrene, EPS) 발포체, 폴리우레탄 발포체, 페놀 수지 발포체, 목재 섬유, 셀룰로오스 섬유, 코르크, 규산칼슘, 석고, 광물 발포체, 유리 발포체, 미네랄울(mineral wool), 스톤울(stone wool), 글라스울(glass wool), 유리 섬유(glass fiber), 파이버글라스(fiberglass) 및 에어로겔을 포함할 수 있다.
본 발명의 단열 보드(IB)에서, 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함한다.
본 발명의 맥락에서, "적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층"이라는 용어는 정확히 하나의 단열층(A) 뿐만 아니라 2개 이상의 단열층(A)을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 실시양태에서, 적어도 2개의 단열층(A) 각각은 적어도 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함한다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료로 본질적으로 이루어진다.
본 발명의 맥락에서, "적어도 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료로 본질적으로 이루어진"이라는 용어는 적어도 2개의 단열층(A)이 적어도 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 적어도 99.5중량%, 바람직하게는 적어도 99.9중량% 포함한다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 더욱 바람직한 실시양태에서, 적어도 2개의 단열층(A) 각각은 적어도 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료로 본질적으로 이루어진다.
그러나 적어도 2개의 단열층(A) 중 하나의 단열층만이 적어도 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하고 적어도 2개의 단열층(A)의 또 다른 층은 적어도 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하지 않으며, 대신 압출 폴리스티렌(XPS) 발포체, 발포 폴리스티렌(EPS) 발포체, 폴리우레탄 발포체, 페놀 수지 발포체, 목재 섬유, 셀룰로오스 섬유, 코르크, 규산칼슘, 석고, 광물 발포체, 유리 발포체, 미네랄울, 스톤울, 글라스울, 유리 섬유 및 에어로겔로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 상이한 재료를 포함하는 것도 가능하다. 상기 2개 이상의 단열층(A)이 적어도 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하고 적어도 2개의 단열층(A)의 또 다른 층은 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하지 않으며, 대신 압출 폴리스티렌(XPS) 발포체, 발포 폴리스티렌(EPS) 발포체, 폴리우레탄 발포체, 페놀 수지 발포체, 목재 섬유, 셀룰로오스 섬유, 코르크, 규산칼슘, 석고, 광물 발포체, 유리 발포체, 미네랄울, 스톤울, 글라스울, 유리 섬유 및 에어로겔로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 상이한 재료를 포함하는 것도 가능하다.
본 발명의 맥락에서, "적어도 하나의 에어로겔 복합 재료"라는 용어는 정확히 하나의 에어로겔 복합 재료 및 둘 이상의 에어로겔 복합 재료의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 실시양태에서, 적어도 2개의 단열층(A) 각각은 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함한다.
또한, 본 발명의 맥락에서, "적어도 하나의 상이한 재료"라는 용어는 정확히 하나의 상이한 재료 및 둘 이상의 상이한 재료의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 실시양태에서, 적어도 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하지 않는 각각의 단열층(A)은 하나의 상이한 재료를 포함한다. 더욱 바람직한 실시양태에서, 적어도 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하지 않는 각각의 단열층(A)은 본질적으로 하나의 상이한 재료로 이루어진다.
에어로겔 복합 재료
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 적어도 하기 성분 (a1) 내지 (a3)를 포함한다:
(a1) 적어도 하나의 실리카 에어로겔,
(a2) 적어도 하나의 중합체 발포체 및
(a3) 적어도 하나의 난연제.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)를 임의의 원하는 양으로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 10중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 20중량%, 가장 바람직하게는 적어도 30중량%의 성분(a1)을 포함한다.
마찬가지로, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 94중량% 이하, 더욱 바람직하게는 80중량% 이하, 가장 바람직하게는 70중량% 이하의 성분(a1)을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 10 내지 94중량%, 바람직하게는 20 내지 80중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 70중량%의 성분(a1)을 포함한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 1중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 3중량%의 성분(a2)을 포함한다.
마찬가지로, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 20중량% 이하, 더욱 바람직하게는 15중량% 이하, 가장 바람직하게는 10중량% 이하의 성분(a2)을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 1 내지 20중량%, 바람직하게는 1 내지 15중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 10중량%의 성분(a2)을 포함한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 5중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 19중량%, 가장 바람직하게는 적어도 27중량%의 성분(a3)을 포함한다.
마찬가지로, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 70중량% 이하, 더욱 바람직하게는 65중량% 이하, 가장 바람직하게는 60중량% 이하의 성분(a3)을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 5 내지 70중량%, 바람직하게는 19 내지 65중량%, 더욱 바람직하게는 27 내지 60중량%의 성분(a3)을 포함한다.
따라서 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료가 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)을 10 내지 94중량% 범위로 포함하고, 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)를 1 내지 20중량% 범위로 포함하고 적어도 하나의 난연제(a3)를 5 내지 70중량% 범위로 포함하면 바람직하다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료가 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)을 20 내지 80중량% 범위로 포함하고, 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)를 1 내지 15중량% 범위로 포함하고 적어도 하나의 난연제(a3)를 19 내지 65중량% 범위로 포함하면 특히 바람직하다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료가 각각의 경우에 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량%의 합을 기준으로, 바람직하게는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)을 30 내지 70중량% 범위로 포함하고, 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)를 3 내지 10중량% 범위로 포함하고 적어도 하나의 난연제(a3)를 27 내지 60중량% 범위로 포함하면 가장 바람직하다.
따라서 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)의 중량% 값은 전형적으로 합이 100%가 된다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3) 이외에도 적어도 하나의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 맥락에서 "적어도 하나의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제"는 정확히 하나의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제 또는 둘 이상의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제의 혼합물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 하나의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제를, 예를 들어, 0.1 내지 10중량% 범위로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료가 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 적어도 하나의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제를 1 내지 5중량% 범위로 포함하면 바람직하다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료가 적어도 하나의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제를 포함하는 경우, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료에 존재하는 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)의 중량% 값은 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2), 적어도 하나의 난연제(a3) 및 적어도 하나의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제의 중량% 값의 합이 100%가 되도록 상응하게 감소함을 인지할 것이다.
적합한 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제는 그 자체로 당업자에게 공지되어 있다. 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제는 바람직하게는 카본 블랙, 흑연, 탄화붕소, 금속 산화물 및 금속 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 금속 산화물로부터 선택된다.
적합한 금속 산화물의 예는 산화티타늄, 산화철 및 산화망간이다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 ASTM C167에 따라 측정할 때 밀도가 바람직하게는 0.10 내지 0.40g/㎤, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.25g/㎤이다.
추가로, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 DIN EN 12667:2001-05에 따라 측정할 때 열전도율 λ이 바람직하게는 ≤0.030W/(mK), 더욱 바람직하게 λ이 ≤0.020W/(mK)이다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 소수성 성질을 가질 수 있다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로 액체 수분 흡수(liquid water uptake)가 ≤20중량%, 바람직하게는 ≤10중량%, 더욱 바람직하게는 ≤5중량%, 가장 바람직하게는 ≤1중량%이다. 액체 수분 흡수는 에어로겔 또는 에어로겔 복합 재료의 소수성의 한 표현이다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "액체 수분 흡수"는 액체 수분을 흡수하거나 그렇지 않으면 보유하기 위한 에어로겔 또는 에어로겔 복합 재료의 잠재력의 측정을 지칭한다. 액체 수분 흡수는 특정 측정 조건하에 액체 수분에 노출될 때 에어로겔 또는 에어로겔 복합 재료에 의해 흡수되거나 유지되는 수분의 백분율(중량 또는 부피 기준)로 표시할 수 있다. 에어로겔 또는 에어로겔 복합 재료의 액체 수분 흡수는 DIN EN 12087:2013-06, 방법 2를 포함하지만 이에 제한되지 않는 당업계에 공지된 방법으로 측정할 수 있다. 다른 에어로겔 또는 에어로겔 복합 재료에 비해 액체 수분 흡수가 개선된 에어로겔 또는 에어로겔 복합 재료는 기준 에어로겔 또는 에어로겔 복합 재료에 비해 액체 수분 흡수/보유 백분율이 더 낮을 것이다.
다른 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 EN ISO 1716:2010-11에 따라 측정할 때 바람직하게는 연소열이 ≤3.0MJ/kg이다.
ISO 1182:2010에 따라 측정할 때 노 온도 상승이 ≤50℃이고 질량 손실이 ≤50%이고 화염 시간이 ≤20초인 것이 추가로 바람직하다.
특히 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 액체 수분 흡수가 ≤10중량%이고 열전도도가 ≤0.020W/(mK)이며 연소열이 ≤3.0MJ/kg이다.
실리카 에어로겔(a1)
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)을 포함한다.
"적어도 하나의 실리카 에어로겔", "실리카 에어로겔" 및 "성분(a1)"이라는 용어는 본 발명의 맥락에서 동의어로 사용되며 동일한 의미이다. 또한, 본 발명의 맥락에서, "적어도 하나의 실리카 에어로겔"이라는 용어는 정확히 하나의 실리카 에어로겔 및 둘 이상의 실리카 에어로겔의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 하나의 실리카 에어로겔을 포함한다.
실리카 에어로겔은 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있다. 이것은 보통 졸-겔-공정에 의해 겔 전구체로부터 제조된다.
적합한 겔 전구체의 예는 규산나트륨 및 규산칼륨과 같은 금속 규산염, 및 테트라메톡시실란(TMOS) 및 테트라에톡시실란(TEOS)과 같은 알콕시실란이다.
그러나 안정성 및 소수성과 같은 생성된 실리카 에어로겔에 특정 성질을 부여하거나 개선하기 위해 적어도 하나의 소수성 그룹을 포함하는 겔 전구체를 사용하는 것도 가능하다. 적어도 하나의 소수성 그룹을 포함하는 겔 전구체를 사용함으로써 생성된 실리카 에어로겔은 또한 적어도 하나의 규소 원자에 결합된 적어도 하나의 소수성 그룹을 포함한다는 것이 당업자에게는 명백하다.
적어도 하나의 소수성 그룹을 포함하는 적합한 겔 전구체는 알킬실란 및 아릴실란, 예컨대 트리메틸 메톡시실란(TMS), 디메틸 디메톡시실란(DMS), 메틸 트리메톡시실란(MTMS), 트리메틸 에톡시실란, 디메틸 디에톡시실란(DMDS), 메틸 트리에톡시실란(MTES), 에틸 트리에톡시실란(ETES), 디에틸 디에톡시실란, 에틸 트리에톡시실란, 프로필 트리메톡시실란, 프로필 트리에톡시실란, 페닐 트리메톡시실란 및 페닐 트리에톡시실란(PhTES)이다.
바람직한 실시양태에서, 실리카 에어로겔은 적어도 하나의 소수성 그룹을 포함하는 겔 전구체, 및 테트라메톡시실란(TMOS) 및 테트라에톡시실란(TEOS)으로부터 선택된 겔 전구체를 포함하는 혼합물로부터 제조된다.
그러나 생성된 실리카 에어로겔의 안정성 및/또는 소수성을 부여하거나 개선하기 위해 겔을 소수화제로 처리하는 것도 가능하다. 소수화 처리는 소수화제 및 소수화제가 가용성이고 또한 습윤 겔 내의 겔 용매와 혼화성인 용매를 포함하는 혼합물에 겔을 침지함으로써 수행할 수 있다. 적합한 용매는, 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 크실렌, 톨루엔, 벤젠, 디메틸포름아미드 및 헥산이다. 그러나 액체 또는 기체 형태의 소수화제는 겔과 직접 접촉하여 소수성을 부여할 수도 있다.
소수화제의 예는 트리메틸클로로실란(TMCS), 트리에틸클로로실란(TECS), 트리페닐클로로실란(TPCS), 디메틸클로로실란(DMCS), 디메틸디클로로실란(DMDCS) 또는 일반적으로 알킬 또는 아릴 알콕시실란 또는 알킬 디실라잔 또는 알킬 디실록산, 예컨대 헥사메틸디실라잔 또는 헥사메틸디실록산을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)은 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)의 총 중량을 기준으로 적어도 하나의 소수성 그룹을 1 내지 25중량% 범위, 바람직하게는 1 내지 10중량% 범위로 포함하고, 상기 적어도 하나의 소수성 그룹은 적어도 하나의 규소 원자에 결합된다.
적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)은 모놀리식(monolithic) 에어로겔, 미립자 에어로겔 또는 이들의 조합일 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "모놀리식"은 에어로겔의 대부분(중량 기준)이 상호 연결된 단일형 에어로겔 나노구조(unitary interconnected aerogel nanostructure)의 형태임을 의미한다. 모놀리식 에어로겔은 초기에 상호 연결된 단일형 겔 또는 에어로겔 나노구조를 갖도록 형성될 수 있지만 이후에 비단일형 에어로겔 나노구조로 균열, 파열 또는 분할될 수 있다. 모놀리식 에어로겔은 미립자 에어로겔과 구별된다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "미립자"는 에어로겔의 대부분(중량 기준)이 미립자, 입자, 과립, 비드 또는 분말의 형태이며 함께 조합되거나 압축될 수 있지만 개별 입자 사이의 상호 연결된 에어로겔 나노 구조는 없는 것을 의미한다.
중합체 발포체(a2)
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)를 포함한다.
"적어도 하나의 중합체 발포체", "중합체 발포체" 및 "성분(a2)"이라는 용어는 본 발명의 맥락에서 동의어로 사용되며 동일한 의미이다. 또한, 본 발명의 맥락에서, "적어도 하나의 중합체 발포체"라는 용어는 정확히 하나의 중합체 발포체 및 둘 이상의 중합체 발포체의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 하나의 중합체 발포체를 포함한다.
중합체 발포체는 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있다.
중합체 발포체는 연속 기포 중합체 발포체 또는 독립 기포(closed-cell) 중합체 발포체일 수 있다. 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료에 포함된 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)는 바람직하게는 연속 기포 중합체 발포체이다.
본 발명의 맥락에서, "연속 기포 중합체 발포체"라는 용어는, 예를 들어, 공기 및/또는 다른 기체로 채워진 공동이 있는 밀접하게 이격된 복수의 기포를 포함하는 중합체 발포체를 의미하는 것으로 이해되며, 상기 공동은 각 기포의 벽에 있는 구멍(opening)에 의해 상호 연결된다.
공동이 각 기포의 벽에 있는 구멍에 의해 상호 연결된 기포를 "연속 기포"라고도 한다. 연속 기포 중합체 발포체, 바람직하게는 습윤성 기포 벽이 있는 연속 기포 중합체 발포체는 보통 모세관 작용에 의해 액체를 흡수할 수 있다. 연속 기포 중합체 발포체는 (연속 기포 중합체 발포체의 총 기포 수를 기준으로) 50% 초과의 연속 기포로 구성된다. 결과적으로, 독립 기포가 연속 기포 중합체 발포체에도 존재할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "독립 기포"는 공동이 각 기포의 벽에 있는 구멍에 의해 상호 연결되지 않은 기포이다. 본 발명에서, 연속 기포 중합체 발포체는 (총 기포 수를 기준으로) 독립 기포보다 항상 더 많은 연속 기포를 포함한다.
바람직하게는 연속 기포 중합체 발포체는 연속 기포 중합체 발포체의 총 기포 수를 기준으로 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 80%, 더욱 바람직하게는 적어도 90%의 연속 기포를 포함한다.
"독립 기포 중합체 발포체"는 (독립 기포 중합체 발포체의 총 기포 수를 기준으로) 50% 초과의 독립 기포를 포함한다. 결과적으로 연속 기포도 독립 기포 중합체 발포체에 포함될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 독립 기포 중합체 발포체는 (기포의 총 수를 기준으로) 연속 기포보다 항상 더 많은 독립 기포를 포함한다.
바람직하게는, 독립 기포 중합체 발포체는 독립 기포 중합체 발포체의 총 기포 수를 기준으로 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%, 더욱 바람직하게는 적어도 95%의 독립 기포를 포함한다.
연속 기포 또는 독립 기포 중합체 발포체 뿐만 아니라 이의 제조 공정은 당업자에게 공지되어 있다. 이것은, 예를 들어, 발포 공정으로 생성할 수 있는데 첫 번째 단계에서 가스를 보통 적합한 액체, 바람직하게는 용융된 중합체 또는 중합체 반응물(educt)로 불어넣고, 또는 발포체 형성은 기체 분위기에서 액체의 격렬한 비팅(beating), 흔들기(shaking), 분무 또는 교반에 의해 달성된다. 그 후, 상기 액체를 보통 두 번째 단계에서 경화하여 연속 기포 또는 독립 기포 중합체 발포체를 수득한다. (주로) 연속 기포 또는 독립 기포 중합체 발포체의 결과는 무엇보다도 액체의 부피, 기계적 조건, 압력 및 온도에 따라 달라진다.
중합체 발포체는 또한 열가소성 또는 열경화성 중합체 발포체일 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 연속 기포 열경화성 중합체 발포체가 바람직하다. 더욱 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료에 포함된 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)는 연속 기포 멜라민 기반 발포체 또는 연속 기포 우레탄 기반 발포체, 바람직하게는 연속 기포 멜라민 기반 발포체이다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료에 포함된 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)가 EN ISO 845:2009-10에 따라 측정할 때 밀도가 0.002 내지 0.025g/㎤, 바람직하게는 0.005 내지 0.015g/㎤인 것이 추가로 바람직하다.
난연제(a3)
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 적어도 하나의 난연제를 포함한다.
"적어도 하나의 난연제", "난연제" 및 "성분(a3)"이라는 용어는 본 발명의 맥락에서 동의어로 사용되며 동일한 의미이다. 또한, 본 발명의 맥락에서, 용어 "적어도 하나의 난연제"는 정확히 하나의 난연제 및 둘 이상의 난연제의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는 둘 이상의 난연제의 혼합물을 포함한다.
난연제는 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명의 맥락에서 적어도 하나의 난연제는 바람직하게는 무기 화합물로부터, 더욱 바람직하게는 점토 광물, 저융점 유리, 금속 산화물, 금속 산화물 수산화물, 금속 수산화물, 탄산염 및 탄화수소로 이루어진 군으로부터, 가장 바람직하게는 점토 광물, 금속 산화물, 금속 산화물 수산화물 및 금속 수산화물로부터 선택된다.
적합한 점토 광물은, 예를 들어, 규산알루미늄 점토, 필로실리케이트(phyllosilicate) 점토, 카올리나이트(kaolinite), 할로이사이트(halloysite), 엔델라이트(endellite), 운모, 다이어스포어(diaspore), 깁사이트(gibbsite), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 바이델라이트(beidellite), 파이로필라이트(pyrophyllite), 논트로나이트(nontronite), 브라바이사이트(bravaisite), 스멕타이트(smectite), 르베리에라이트(leverrierite), 렉토라이트(rectorite), 셀라도나이트(celadonite), 아타풀자이드(attapulgite), 클로르오팔(chloropal), 불콘스코아이트(volkonskoite), 알로팬(allophane), 라시위나이트(racewinite), 딜나이트(dillnite), 세베라이트(severite), 밀로카이트(miloschite), 콜리라이트(collyrite), 시몰라이트(cimolite) 및 뉴토나이트(newtonite)이다.
적합한 저융점 유리는, 예를 들어, 유리 비드이다.
적합한 금속 산화물은, 예를 들어, 산화마그네슘 및 산화티타늄이다.
적합한 금속 수산화물은, 예를 들어, 수산화마그네슘 및 수산화알루미늄이다.
적어도 하나의 에어로겔 복합 재료는, 예를 들어, 하기 연속 단계 a) 내지 d)를 포함하는 공정에 의해 제조된다:
a) 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)가 배치되는 반응기에서 적어도 하나의 겔 전구체, 적어도 하나의 용매 및 적어도 하나의 난연제(a3)를 포함하는 졸을 캐스팅하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 겔 전구체는 적어도 하나의 에어로겔(a1)의 제조를 위한 겔 전구체인 단계,
b) 상기 적어도 하나의 겔 전구체를 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)에서 겔화하여 적어도 하나의 리오겔(lyogel)을 수득하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 리오겔은 상기 겔화된 적어도 하나의 겔 전구체, 상기 적어도 하나의 용매 및 적어도 하나의 난연제(a3)를 포함하는 단계,
c) 단계 b)에서 수득된 적어도 하나의 리오겔을 건조시켜 상기 적어도 하나의 리오겔로부터 상기 적어도 하나의 용매를 제거하여 적어도 하나의 에어로겔(a1), 적어도 하나의 중합체 발포체(a2) 및 적어도 하나의 난연제(a3)를 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 수득하는 단계, 및
d) 반응기로부터 단계 c)에서 수득된 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 제거하는 단계.
그러나 적어도 하나의 난연제(a3)는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 제조를 위한 공정의 임의의 단계에서 첨가될 수 있다. 예를 들어, 그것은 단계 a), b), c) 또는 d) 동안, 또는 단계 a)와 b) 사이, 단계 b)와 c) 사이 또는 단계 c)와 d) 사이, 또는 단계 d) 후에 첨가될 수도 있다.
바람직한 실시양태에서, 적어도 하나의 난연제(a3)는 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)에 매립된다.
단열 시스템(IS)
본 발명은 또한 본 발명의 단열 보드(IB) 및 고정층(X)을 포함하는 단열 시스템(IS)을 제공하며, 상기 고정층(X)은 건물 벽(BW)에 단열 보드(IB)를 부착한다.
본 발명의 맥락에서, "고정층" 및 "층(X)"이라는 용어는 동의어로 사용되며 동일한 의미이다. 건물 벽(BW)은 외부 및/또는 내부 건물 벽(BW), 바닥, 지붕 및/또는 천장일 수 있다.
고정층(X)은 단열 보드(IB)를 건물 벽(BW)에 부착하여 단열 시스템(IS)에서 건물 벽(BW)과 단열 보드(IB) 사이에 고정층(X)이 있게 된다는 것이 당업자에게는 명백하다.
고정층(X)은 바람직하게는 무기 접착제 및 유기 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제2 접착제(AD2)를 포함하고, 더욱 바람직하게는 무기 접착제 및 유기 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 접착제로 이루어지며, 가장 바람직하게는 고정층(X)은 모르타르로 이루어진다. 적합한 모르타르는, 예를 들어, Knauf SM 300 또는 SM 700이라는 상품명으로 Knauf에서 구입할 수 있다.
적어도 하나의 제2 접착제(AD2)는 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)와 동일할 수 있다. 그러나 적어도 하나의 제2 접착제(AD2)는 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)와 상이할 수도 있다.
바람직한 실시양태에서, 고정층(X)은 두께가 0.5 내지 30mm, 바람직하게는 1 내지 10mm이다. 또한, 고정층(X)의 두께는 단열 보드(IB)에서 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층의 적어도 하나의 표면에 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)가 도포되는 두께보다 두꺼운 것이 바람직하다.
상기 단열 시스템(IS)은 바람직하게는 단열 보드(IB)에 접합되는 상부층(B)을 추가로 포함하여 상기 단열 시스템(IS)에서 고정층(X)과 상부층(B) 사이에 단열 보드(IB)가 있게 된다.
본 발명의 맥락에서, "상부층" 및 "층(B)"이라는 용어는 동의어로 사용되며 동일한 의미이다.
바람직하게는, 상부층(B)은 무기 접착제 및 유기 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제3 접착제(AD3), 및 선택적으로 메쉬, 섬유, 플리스(fleece) 및 직물로 이루어진 군으로부터 선택된, 더욱 바람직하게는 메쉬 및 섬유로부터 선택된 적어도 하나의 보강재를 포함한다.
적합한 무기 접착제는 렌더(render) 및 모르타르이다. 적합한 유기 접착제는 중합체 기반 접착제이다. 바람직하게는, 상부층(B)은 모르타르를 포함한다.
적어도 하나의 제2 접착제(AD3)는 적어도 하나의 제1 접착제(AD1) 및/또는 적어도 하나의 제2 접착제(AD2)와 동일할 수 있다. 그러나 적어도 하나의 제2 접착제(AD2)는 적어도 하나의 제1 접착제(AD1) 및/또는 적어도 하나의 제2 접착제(AD2)와 상이할 수도 있다.
상부층(B)의 두께는 바람직하게는 0.5 내지 30mm, 더욱 바람직하게는 1 내지 10mm이다. 상부층(B)의 두께는 단열 보드(IB)에서 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층의 적어도 하나의 표면에 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)가 도포되는 두께보다 두꺼운 것이 바람직하다는 것은 당업자에게 명백하다.
상부층(B)은 상부층(B)에 포함된 적어도 하나의 제3 접착제(AD3)에 의해 단열 보드(IB)에 부착된다는 것이 당업자에게는 명백하다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 단열 시스템(IS)은 또한 상부층(B)에 접합된 마감층(C)을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "마감층" 및 "층(C)"은 동의어로 사용되며 동일한 의미이다.
마감층(C)은 상부층(B)에 접합되어 단열 시스템(IS)에서 마감층(C)과 단열 보드(IB) 사이에 상부층(B)이 있게 된다는 것이 당업자에게 명백하다.
마감층(C)은 바람직하게는 플라스터 또는 렌더를 포함한다. 적합한 플라스터 및 렌더는 무기 및/또는 유기 성분을 포함할 수 있다. 적합한 무기 성분의 예는 석고, 시멘트, 석회 및 규산염이다. 적합한 유기 성분의 예는 폴리스티렌 및 폴리아크릴레이트이다.
마감층(C)의 두께는 바람직하게는 0.5 내지 40mm, 더욱 바람직하게는 2 내지 20mm이다.
마감층(C)은 상부층(B)에 포함된 적어도 하나의 접착제 및/또는 마감층(C)에 포함된 플라스터 또는 렌더에 의해 상부층(B)에 부착된다는 것은 당업자에게는 명백하다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 단열 시스템(IS)은 또한 마감층(C)에 접합된 표면 마감층(D)을 포함한다.
표면 마감층(D)은 마감층(C)에 접합되어 단열 시스템(IS)에서 상부층(B)과 표면 마감층(D) 사이에 마감층(C)이 있게 된다는 것이 당업자에게는 명백하다.
본 발명의 맥락에서, "표면 마감층" 및 "층(D)"은 동의어로 사용되며 동일한 의미이다.
표면 마감층(D)은 바람직하게는 코팅, 라미네이션, 필름, 호일 또는 페인트, 바람직하게는 당업자에게 잘 알려진 외벽 또는 내벽용 페인트를 포함한다. 페인트는 바람직하게는 아크릴, 비닐, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 에폭시 또는 실리콘 중합체와 같은 유기 결합제와 무기 안료의 수성 분산액 또는 에멀젼을 기반으로 하는 페인트의 형태로 도포된다.
표면 마감층(D)의 두께는 바람직하게는 0.001 내지 10mm이고, 더욱 바람직하게는 0.002 내지 2mm이다.
고정층(X)에 의해 단열 보드(IB)가 건물 벽(BW)에 부착됨으로써, 또한 선택적으로 단열 보드(IB)에 접합된 층(B), 선택적으로 층(B)에 접합된 층(C) 및 선택적으로 층(C)에 접합된 층(D)이 건물 벽(BW)에 부착되고 결과적으로 단열 시스템(IS) 전체로서 건물 벽(BW)에 부착된다는 것이 당업자에게는 명백하다.
단열 보드(IB) 및/또는 단열 시스템(IS)은 각각 외부 및/또는 내부 건물 벽(BW), 바닥, 지붕 및/또는 천장에 고정층(X) 단독에 의해 부착될 수 있고, 또는 기계적 고정, 바람직하게는 다웰, 못, 나사(screw) 및/또는 레일(rail)에 의해 추가로 부착될 수 있다.
본 발명의 단열 보드(IB) 및/또는 본 발명의 단열 시스템(IS)은 고정층(X)에 의해 직접, 또는 본 발명의 단열 보드(IB) 및/또는 본 발명의 단열 시스템(IS)을 캐리어 보드 상에 사전 설치함으로써 간접적으로 건물 외부 및/또는 내부 벽(BW), 바닥, 지붕 및/또는 천장에 부착될 수 있고, 상기 캐리어 보드는 바람직하게는 산화마그네슘, 규산칼슘, 플라스터, 석고, 목재, 합판, 목재 섬유, 플레이크, 입자 및 칩으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 캐리어 보드는 외부 및/또는 내부 건물 벽(BW), 바닥, 지붕 및/또는 천장에 고정층(X)에 의해 부착된다.
도 1에는 본 발명의 단열 보드(IB) 및 본 발명의 단열 시스템(IS)의 한 실시양태가 각각 개략적으로 도시되어 있다: 본 발명의 단열 보드(IB)는 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)에 의해 함께 접합된 5개의 단열층(A)을 포함한다. 본 발명의 단열 보드(IB)는 본 발명의 단열 시스템(IS)을 수득하기 위해 고정층(X)에 의해 건물 벽(BW)에 부착된다. 상부층(B)은 단열 보드(IB)에 접합되어 단열 시스템(IS)에서 고정층(X)과 상부층(B) 사이에 단열 보드(IB)가 있게 된다. 상부층(B)에 마감층(C)이 접합된다. 마감층(C)에 표면 마감층(D)이 접합된다.
도 2에는 본 발명의 단열 보드(IB) 및 본 발명의 단열 시스템(IS)의 다른 실시양태가 각각 개략적으로 도시되어 있다: 본 발명의 단열 보드(IB)는 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)에 의해 함께 접합된 5개의 단열층(A)을 포함한다. 본 발명의 단열 보드(IB)는 본 발명의 단열 시스템(IS)을 수득하기 위해 고정층(X)에 의해 건물 벽(BW)에 부착된다. 상부층(B)은 단열 보드(IB)에 접합되어 단열 시스템(IS)에서 고정층(X)과 상부층(B) 사이에 단열 보드(IB)가 있게 된다. 상부층(B)에 마감층(C)이 접합된다. 마감층(C)에 표면 마감층(D)이 접합된다. 상기 단열 보드는 기계적 고정(MF)에 의해 건물 벽(BW)에 추가로 부착된다.
용도
따라서 본 발명은 또한 건물, 건물의 부속물 및/또는 요소의 단열, 바람직하게는 외부 및/또는 내부 건물 벽, 바닥, 지붕 및/또는 천장의 단열, 더욱 바람직하게는 다층 외부 단열 복합 시스템(ETICS), 다층 외부 단열 파사드 시스템(EIFS), 통기식(ventilated) 또는 커튼 파사드 시스템(curtain facade system) 및/또는 내부 단열 시스템에서 외부 및/또는 내부 건물 벽, 바닥, 지붕 및/또는 천장의 단열을 위한 본 발명의 단열 보드(IB) 또는 본 발명의 단열 시스템(IS)의 용도를 제공한다.
예를 들어, 본 발명의 단열 시스템(IS)은 파사드 시스템, 클래딩, 외장, 또는 외부 또는 내부 건물 벽(BW)에 적용되는 커버 뒤에, 바람직하게는 통기식 파사드 시스템에서, 운반 하부구조(carrying substructure)를 통해 외부 건물 벽(BW)에 연결되는 레인스크린(rainscreen) 또는 클래딩 요소 뒤에 사용된다. 이 경우 단열 시스템(IS)은 선택적으로 적어도 하나의 접착제 또는 기계식 고정에 의해 벽에 접합되고 선택적으로 마감 플리스(finishing fleece), 직물 또는 기타 코팅 또는 적층물이 구비된다.
또한, 본 발명의 단열 시스템(IS)은, 예를 들어, 파사드 카세트 시스템(facade cassette system), 인필 파사드 패널(infill facade panel), 프레임워크(framework), 프레임 또는 패널 구조, 포스트 앤드 빔(post and beam) 및 포스트 및 멀리언 파사드(post and mullion facade), 요소 파사드(element facade), 커튼월(curtain wall) 및 커튼 파사드, 이중 외피 파사드(double skin facade), 퍼포레이트(perforated), 피어싱(pierced) 또는 펑크쳐(punctuated) 파사드, 밴드형 파사드(banded facade), 컴포넌트 파사드(component facade), 일체형 파사드 및 통합 기능이 있는 파사드 구성요소, 예를 들어, 그린 파사드, 일체형 태양광 발전시스템, 통기식 또는 가열식 파사드에서 사용될 수 있다.
본 발명의 단열 시스템(IS)은 또한 건축 및 시공 부문의 넓은 다른 응용 분야에서, 예컨대 열교(thermal bridge) 및 열 디커플링(thermal decoupling), 예를 들어, 파사드 조인트, 콘솔 및 앵커에, 롤러 셔터 또는 기타 차양 요소, 우편함, 케이블 덕트(cable duct), 파이프용 샤프트(shafts for pipes), 튜브 및 도관(tubes and conduits), 내부 또는 외부 창 또는 도어 문설주(door reveals), 프레임, 잼(jamb), 린텔(lintel) 또는 실(sill) 내 또는 뒤에, ETICS에서 다웰용 커버(론델라(rondella))에 또는 조인트 씰링 테이프(in joint sealing tape)에 유익하게 사용될 수 있다. 이것은 또한, 예를 들어, 내부 벽의 단열에, 특히 틈새(niche), 알코브(alcove), 턱쌤(recess), 개구부(opening) 또는 공동(cavity), 예를 들어, 라디에이터 틈새 또는 창 알코브에, 예를 들어, 석고보드, 월보드(wallboard), 석고보드, 포스트 앤드 빔 및 프레임워크 건축구조, 파티션 요소, 벽 스터드(wall stud) 요소 또는 라이닝(lining) 및 퍼링(furring) 요소를 포함하는 건식벽 건축구조(drywall construction)의 단열 및 단열 시스템(IS)에 사용할 수 있다.
본 발명의 단열 시스템(IS)은 또한, 예를 들어, 공동 벽 및 벽 사이의 중공 공간의 단열, 지붕, 특히 역지붕(inverted roof), 보호막 지붕(protected membrane roof), 그린 지붕, 통기식 지붕을 포함하는 물매지붕(pitched roof) 및 평지붕(flat roof)의 단열, 및 서까래 사이, 위 또는 아래의 단열, 및 배플(baffle), 다락방 및 잼 벽의 단열, 바닥, 올림 바닥(raised floor), 언더플로어(underfloor), 중공 바닥, 바닦밑 공간(crawl space), 테라스, 발코니, 천장, 지하층 천장, 공원 데크 천장, 소피트(soffit)의 단열, 및 바닥 또는 벽 난방 또는 냉방 시스템의 단열에 사용할 수 있다. 이것은 또한, 예를 들어, 슬라이딩, 롤러 또는 조립식 도어(sectional door) 및 게이트, 창 프로파일 및 프레임, 예를 들어, 사전 제작된 단열 요소로서 프로파일에 삽입되거나 연속 압출 또는 인발 공정에서 단열 요소로서 삽입되는 건물 및 건축물의 기타 중공 프로파일을 포함한 도어, 게이트, 도어 및 게이트 충전재의 단열에, 화재 방지 및 화재 예방 시스템의 단열에, 그리고 이러한 응용 분야에서 불연성, 비연성 요소 또는 부품, 예를 들어, 방화 장벽(fire barrier), 방화대(fire break), 방화록(fire lock), 소방 스트라이프(fire protection stripe), 방화문(fire protection door), 방화 게이트 또는 커튼, 연기 통풍구 또는 지붕 돔으로서, 주거용 도관, 덕트, 통풍구 및 파이프의 단열에, 그리고 건물 서비스 설비 및 기술적 건물 설비 내 시스템, 예를 들어, 보일러, 히터, 온수 및 냉수 공급기, 태양열 발전시설, 에어컨 및 공기 공급 시스템, 냉장실 및 냉장 저장실에 사용할 수 있다.
건축 및 시공의 영역을 넘어, 본 발명의 단열 시스템(IS)은 다른 단열 응용 분야, 예컨대 냉장고, 냉각기, 냉동고, 아이스박스, 냉장 선반(refrigerated shelve) 및 진열장(display case), 자동판매기, 오븐과 같은 가정용 및 상업용 기기에, 예를 들어 컨테이너, 리퍼(reefer), 냉장실(cold storage) 내 단열 커튼이나 분리 또는 분할 요소의 일부 또는 구성요소로서, 예를 들어, 의약품, 백신, 의료 샘플, 장기, 혈액, 음료수, 식품 또는 기타 부패하기 쉬운 제품의 운송을 위한 운송 및 물류 컨테이너 및 상자의 단열에, 전자 장치, 소비자 전자 제품 및 웨어러블 전자 제품, 예를 들어, 컴퓨터, 태블릿 PC, 랩톱 PC, 디스플레이, 스크린 및 모니터, 모바일 및 스마트폰, 센서의 단열에, 스포츠 및 야외용 장비, 예를 들어, 쿨러백, 텐트, 침낭, 신발, 스포츠 신발 및 부츠, 신발 밑창 및 안창, 재킷, 장갑 및 모자를 포함한 의류, 기능성 의류, 의복(apparel) 및 스포츠웨어의 단열에, 내연 기관 장착 차량 부품, 예를 들어, 동력 전달 장치, 엔진 컴파트먼트, 엔진 커버, 엔진 캡슐화, 배기 시스템, 촉매 시스템, 전송 터널(transmission tunnel), 예를 들어, 연료, 액화 가스, 배기 가스 처리용 매체, 예를 들어, 요소 용액용 탱크 및 각각의 파이프 및 라인의 단열을 포함한 자동차 및 차량의 단열에, 하이브리드 또는 전기 구동 시스템이 있는 차량 부품, 예를 들어, 배터리 셀 사이 열보호기, 배터리 모듈 및 케이싱, 전력 전자(power electronics), 전기 엔진, 연료 전지, 수소와 같은 매체용 탱크 및 각각의 파이프 및 라인, 및 객실(passenger cabin) 및 차체 부품, 예를 들어, 헤드라이너(headliner), 루프 라이너(roof liner), 차체 하부(underbody), 도어, 트림(trim), 방화벽, 뒷벽의 단열에, 상업용, 유틸리티 및 건설 차량 및 기계, 예를 들어, 트럭, 덤프 트럭, 탱크 트럭, 아스팔트 믹서, 도로 포장기, 트랙터, 밴, 크레인, 터널 굴착기, 광산 차량 및 기계 및 이러한 차량의 각각의 트레일러, 컨테이어 및 구조물, 예를 들어, 리퍼의 단열에, 버스, 트램, 기차 및 각각의 코치, 자동차 및 왜건의 내부 및 외부 단열에, 군용 차량 및 장갑차의 내부, 외부, 캐빈 또는 부품의 단열에, 항공기, 헬리콥터, 위성 및 기타 항공우주 차량 및 장비의 내부, 외부, 캐빈 또는 부품의 단열에, 해양 선박, 배, 보트 또는 요트의 내부, 외부, 선실 또는 부품의 단열에, 및 엘리베이팅 및 팝탑 지붕(pop-top roof)을 포함한 캐러밴, 트레일러 캐러밴, 캠핑카, 이동식 주택의 내부, 외부, 캐빈 또는 부품의 단열에 사용할 수 있다
본 발명은 실시예를 참조하여 하기에 예시된다.
실시예
표 1은 본 발명의 실시예 E1 내지 E3에 따른 단열 보드(IB)에 사용된 단열층(A)의 필수 매개변수를 나타내고, 표 2는 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 보드(IB)에 사용된 단열층(A*)의 필수 매개변수를 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
열전도율 λ은 DIN EN 12667:2001-05 및 DIN EN 13162에 따라 측정한다.
중량당 연소열은 DIN EN ISO 1716:2010-11에 따라 측정한다.
밀도는 DIN EN 1602:2013-05에 따라 측정한다.
수직 인장강도는 DIN EN 1607:2013-05에 따라 측정한다.
표 3은 본 발명의 실시예 E1 내지 E3에 따른 단열 보드(IB)의 조성 및 전체 두께를 나타낸다; 표 4는 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 보드의 조성 및 전체 두께를 나타낸다. 이 경우 조성이란 서로 다른 층이 함께 접합된 순서를 의미한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
단열 시스템(IS)을 수득하기 위해, 실시예 E1 내지 E3에 따른 본 발명의 단열 보드(IB) 및 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 보드를 모르타르(고정층(X))로 건물 벽(BW)에 부착한다. 모르타르의 두께는 5mm, 열전도율 λ은 0.540W/(mK), 밀도는 건조 상태에서 1.2g/㎤, 연소열은 0.5MJ/kg이다.
본 발명의 실시예 E1 및 E3에 따른 단열 보드(IB)와 비교예 C2 및 C3에 따른 단열 보드는 건물 벽(BW)에 부착하기 전에 제조한다. 본 발명의 실시예 E2에 따른 단열 보드(IB)는 먼저 건물 벽(BW)에 층 A2를 모르타르(고정층(B))로 부착한 다음 모르타르로 이전 층 A2에 각각 추가로 3개의 층 A2와 층 A1을 접합함으로써 현장에서 제조한다.
건물 벽(BW)에 모르타르로 단열 보드를 부착한 후, 보강 메쉬가 있는 모르타르(상부층(B))를 본 발명의 실시예 E1 내지 E3에 따른 단열 보드 및 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 보드에 접합하여 단열 시스템에서 고정층(X)과 상부층(B) 사이에 단열 보드가 있게 한다. 상부층(B)의 두께는 5mm이다.
본 발명의 실시예 E1 및 E2에서 상부층(B)은 층 A1에 접합되고, 본 발명의 실시예 E3에서는 상부층(B)이 층 A2에 접합된다. 비교예 C1에서 상부층(B)은 층 A*1에 접합되고, 비교예 C2에서는 상부층(B)이 층 A*4에 접합되고, 비교예 C3에서는 상부층(B)이 층 A*3에 접합된다.
플라스터를 포함하는 상부층(B)은 마감층(C)에 접합된다. 마감층(C)의 두께는 5mm이다.
본 발명의 실시예 E1 내지 E3에 따른 단열 시스템 및 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 시스템의 성질을 표 5에 나타낸다. 본 발명의 실시예 E1 내지 E3에 따른 단열 시스템 및 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 시스템에 포함된 단열 보드의 성질을 표 6에 나타낸다.
Figure pct00005
Figure pct00006
표면적당 및 중량당 비연소열(specific heat of combustion)은 각각의 MJ/kg 값을 각 구성요소의 1㎡ 표면적에 대해 구성요소의 중량과 곱하여 시스템의 개별 구성요소로부터 계산한다.
U-값과 R-값은 Klaus Liersch, Normen Langner, "Bauphysik kompakt", Verlag Bauwerk BBB, 4. Auflage 2011, ISBN 987-3-89932-285-9, Chapter 6 "Waermedurchgang durch ebene opake Bauteile"를 참조하여 계산할 수 있다.
표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 E1 내지 E3에 따른 본 발명의 단열 보드(IB)는 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 보드에 비해 감소된 연소열, 감소된 총 두께 및 중량, 감소된 분진 발생을 보이면서 유사한 전체 단열 성능(U-값/R-값)을 보여준다. 또한, 본 발명의 실시예 E1 내지 E3에 따른 단열 보드(IB)는 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 보드에 비해 증가된 수직 인장강도를 보여준다.
본 발명의 단열 시스템에 대해서도 마찬가지다: 표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 E1 내지 E3에 따른 본 발명의 단열 시스템(IS) 역시 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 시스템에 비해 감소된 연소열, 감소된 총 두께 및 중량, 감소된 분진 발생을 보이면서 유사한 전체 단열 성능(U-값/R-값)을 보여준다. 또한, 비교예 C1 내지 C3에 따른 단열 시스템에 비해 증가된 수직 인장강도를 보여준다.
본 발명의 단열 시스템(IS)은, 예를 들어, 다층 외부 단열 복합 시스템(ETICS)에 사용할 수 있다.

Claims (18)

  1. 적어도 2개의 단열층(A)을 포함하는 단열 보드(IB)로서,
    상기 적어도 2개의 단열층(A)은 함께 접합되고, 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 하기 성분 (a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하는 단열 보드(IB):
    (a1) 적어도 하나의 실리카 에어로겔,
    (a2) 적어도 하나의 중합체 발포체 및
    (a3) 적어도 하나의 난연제.
  2. 제1항에 있어서,
    i) 상기 적어도 2개의 단열층(A)이 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)에 의해 함께 접합되고/되거나,
    ii) 상기 적어도 2개의 단열층(A)이 기계적 고정(mechanical fixing, MF)에 의해, 바람직하게는 소잉(sewing), 클램프(clamp), 리벳(rivet), 다웰(dowel) 및/또는 못(nail)에 의해 함께 접합되고/되거나,
    iii) 상기 적어도 2개의 단열층(A) 각각의 두께가 1 내지 500mm, 바람직하게는 5 내지 100mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 20mm인 단열 보드(IB).
  3. 제2항에 있어서,
    i) 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)가 무기 접착제, 유기 접착제 및 무기-유기 하이브리드 접착제로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)는 바람직하게는 발열량(calorific value)이 <40MJ/kg인 폴리우레탄 기반 1성분 또는 2성분 접착제이고 선택적으로 무기 화합물로 충전되고/되거나,
    ii) 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)가 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층의 적어도 하나의 표면에, 바람직하게는 0.01 내지 10mm의 두께, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5mm의 두께, 가장 바람직하게는 0.05 내지 2mm의 두께로 도포되고/되거나,
    iii) 상기 적어도 하나의 제1 접착제(AD1)가 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층의 적어도 하나의 표면에 10 내지 500g/㎡의 제곱미터당 중량으로, 바람직하게는 50 내지 250g/㎡의 제곱미터당 중량으로 도포되는 단열 보드(IB).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층에 포함된 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료가
    i) 0.10 내지 0.40g/㎤, 바람직하게는 0.15 내지 0.25g/㎤의 밀도, 및/또는
    ii) ≤0.030W/(mK), 바람직하게는 ≤0.020W/(mK)의 열전도율 λ, 및/또는
    iii) 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로, ≤20중량%, 바람직하게는 ≤10중량%, 더욱 바람직하게는 ≤5중량%, 가장 바람직하게는 ≤1중량%의 액체 수분 흡수(liquid water uptake), 및/또는
    iv) ≤3.0 MJ/kg의 연소열, 및/또는
    v) ≤50℃의 노 온도 상승(furnace temperature rise), ≤50%의 질량 손실 및 ≤20초의 화염 시간(flame time)을 갖는 단열 보드(IB).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층에 포함된 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료가
    i) 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로, 10 내지 94중량%, 바람직하게는 20 내지 80중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 70중량%의 상기 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1), 및/또는
    ii) 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로, 1 내지 20중량%, 바람직하게는 1 내지 15중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 10중량%의 상기 적어도 하나의 중합체 발포체(a2), 및/또는
    iii) 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료의 총 중량을 기준으로, 5 내지 70중량%, 바람직하게는 19 내지 65중량%, 더욱 바람직하게는 27 내지 60중량%의 상기 적어도 하나의 난연제(a3)를 포함하는 단열 보드(IB).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)이, 상기 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)의 총 중량을 기준으로, 1 내지 25중량% 범위, 바람직하게는 1 내지 10중량% 범위의 적어도 하나의 소수성 그룹을 포함하고, 상기 적어도 하나의 소수성 그룹은 적어도 하나의 규소 원자에 결합된 단열 보드(IB).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료에 포함된 상기 적어도 하나의 중합체 발포체(a2)가
    i) 연속 기포(open-cell) 중합체 발포체, 바람직하게는 연속 기포 멜라민 기반 발포체 또는 연속 기포 우레탄 기반 발포체, 더욱 바람직하게는 연속 기포 멜라민 기반 발포체이고/이거나,
    ii) 밀도가 0.002 내지 0.025g/㎤, 바람직하게는 0.005 내지 0.015g/㎤인 단열 보드(IB).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료에 포함된 상기 적어도 하나의 난연제(a3)가 무기 화합물로부터, 바람직하게는 점토 광물, 저융점 유리, 금속 산화물, 금속 산화물 수산화물, 금속 수산화물, 탄산염 및 탄화수소산염으로 이루어진 군으로부터, 더욱 바람직하게는 점토 광물, 금속 산화물, 금속 산화물 수산화물 및 금속 수산화물로부터 선택되는 단열 보드(IB).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 난연제(a3)가 상기 적어도 하나의 실리카 에어로겔(a1)에 매립된(embedded) 단열 보드(IB).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료가 적어도 하나의 적외선 흡수 또는 반사 불투명화제(opacifier)를, 바람직하게는 카본 블랙, 흑연, 탄화붕소, 금속 산화물 및 금속 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된, 더욱 바람직하게는 금속 산화물로부터 선택된 것을 추가로 포함하는 단열 보드(IB).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 단열 보드(IB) 및 고정층(X)을 포함하는 단열 시스템(IS)으로서, 상기 고정층(X)은 건물 벽(BW)에 상기 단열 보드(IB)를 부착하는 단열 시스템(IS).
  12. 제11항에 있어서, 상기 고정층(X)이
    i) 무기 접착제 및 유기 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제2 접착제(AD2)를 포함하고, 바람직하게는 무기 접착제 및 유기 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 접착제로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 모르타르로 이루어지고/지거나,
    ii) 두께가 0.5 내지 30mm, 바람직하게는 1 내지 10mm인 단열 시스템(IS).
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 단열 시스템(IS)이 상기 단열 보드(IB)에 접합하는 상부층(B)을 추가로 포함하여 상기 단열 시스템(IS)에서 상기 고정층(X)과 상기 상부층(B) 사이에 상기 단열 보드(IB)가 있는 단열 시스템(IS).
  14. 제13항에 있어서, 상기 상부층(B)이
    i) 무기 접착제 및 유기 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제3 접착제(AD3), 바람직하게는 모르타르를 포함하는 적어도 하나의 제3 접착제(AD3), 및 선택적으로 메쉬, 섬유, 플리스(fleece) 및 직물로 이루어진 군으로부터, 바람직하게는 메쉬 및 섬유로부터 선택된 적어도 하나의 보강재를 포함하고/하거나,
    ii) 두께가 0.5 내지 30mm, 바람직하게는 1 내지 10mm인 단열 시스템(IS).
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 단열 시스템(IS)이 상기 상부층(B)에 접합된 마감층(C)을 추가로 포함하고,
    i) 상기 마감층(C)은 플라스터(plaster) 또는 렌더(render)를 포함하고/하거나,
    ii) 상기 마감층(C)은 두께가 0.5 내지 40mm, 바람직하게는 2 내지 20mm인 단열 시스템(IS).
  16. 제15항에 있어서, 상기 단열 시스템(IS)이 상기 마감층(C)에 접합된 표면 마감층(D)을 추가로 포함하고,
    i) 상기 표면 마감층(D)은 코팅, 라미네이션, 필름, 호일 또는 페인트를 포함하고/하거나,
    ii) 상기 표면 마감층(D)은 두께가 0.001 내지 10mm, 바람직하게는 0.002 내지 2mm인 단열 시스템(IS).
  17. 하기 단계 a) 및 단계 b)를 포함하는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 단열 보드(IB)의 제조 방법:
    a) 적어도 2개의 단열층(A)을 제공하는 단계로서, 상기 적어도 2개의 단열층(A) 중 적어도 하나의 단열층은 적어도 하기 성분(a1) 내지 (a3)을 포함하는 적어도 하나의 에어로겔 복합 재료를 포함하는 단계:
    (a1) 적어도 하나의 실리카 에어로겔,
    (a2) 적어도 하나의 중합체 발포체 및
    (a3) 적어도 하나의 난연제, 및
    b) 상기 적어도 2개의 단열층(A)을 바람직하게는 적어도 하나의 제1 접착제(AD1) 및/또는 기계적 고정(MF)으로 함께 접합하여 상기 단열 보드(IB)를 수득하는 단계.
  18. 건물, 건물의 부속물 및/또는 요소의 단열, 바람직하게는 외부 및/또는 내부 건물 벽(BW), 바닥, 지붕 및/또는 천장의 단열, 더욱 바람직하게는 다층의 외부 단열 복합 시스템(external thermal insulation composite system, ETICS), 다층의 외부 단열 파사드 시스템(exterior insulation facade system, EIFS), 통기식(ventilated) 또는 커튼 파사드 시스템(curtain facade system) 및/또는 내부 단열 시스템에서 외부 및/또는 내부 건물 벽(BW), 바닥, 지붕 및/또는 천장의 단열을 위한, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 단열 보드(IB) 또는 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 단열 시스템(IS)의 용도.
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