WO2014168351A1 - 유기합성섬유를 포함하는 진공단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공단열재 - Google Patents

유기합성섬유를 포함하는 진공단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공단열재 Download PDF

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organic synthetic
vacuum insulation
synthetic fiber
insulation material
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정승문
이명
이주형
김현재
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Definitions

  • a core material for a vacuum insulating material including an organic synthetic fiber and a vacuum insulating material including the same.
  • the core material using the glass fiber or glass wool can be used as the core material of the vacuum insulation material only after a pretreatment process, which is easily deformed by an external force when used as it is because the glass fiber and glass wool have a form such as a kind of fiber. Rolling occurs between the fibers to go through a compression process such as needling (needling), as well as to use the organic or inorganic binder to prevent the rolling between the materials.
  • the organic or inorganic binder may destabilize the performance of the vacuum insulator, and when used as a vacuum insulator, a gas of a predetermined component leaks from the organic or inorganic binder to the outside, and the gas may have a degree of vacuum inside the vacuum insulator. Since it may cause to lower the insulation performance can be reduced.
  • One embodiment of the present invention provides a core material for a vacuum insulation material that implements the initial heat insulation performance, including the organic synthetic fibers with low thermal conductivity.
  • Another embodiment of the present invention provides a vacuum insulating material including the core material for the vacuum insulating material.
  • the organic synthetic fiber In one embodiment of the invention, the organic synthetic fiber; And it provides a core material for vacuum insulation comprising at least one organic synthetic fiber fusion.
  • organic synthetic fiber may not include a matrix resin.
  • the organic synthetic fiber may include at least one resin selected from the group consisting of polystyrene, polyester, polypropylene, polyethylene, butadiene, styrene, and combinations thereof.
  • the diameter of the organic synthetic fiber may be about 20 ⁇ m or less.
  • the organic synthetic fiber fusion unit may be formed by fusion of the organic synthetic fiber.
  • the average diameter of the organic synthetic fiber fusion portion may be about 400 ⁇ m to about 600 ⁇ m.
  • the distance between the center and the center of the organic synthetic fiber fusion unit may be about 750 ⁇ m to about 1100 ⁇ m.
  • the core material for vacuum insulation may include organic synthetic fibers arranged horizontally.
  • the horizontally arranged organic synthetic fibers may include a horizontal arrangement or a vertical arrangement.
  • the thickness of the core material for the vacuum insulation may be about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the core material for the vacuum insulation material may be one or a plurality of laminated structures.
  • the weight per unit area of the stacked core insulation material for vacuum insulation may be about 40 g / m 2 or less.
  • the porosity of the laminated core material for vacuum insulation may be about 60% to about 80%.
  • preparing an organic synthetic fiber Spinning the organic synthetic fibers in paper form; And locally heating and pressurizing the spun organic synthetic fiber to form an organic synthetic fiber fusion unit.
  • a vacuum insulating material comprising the core material for the vacuum insulating material.
  • the core material for the vacuum insulation material implements the initial heat insulation performance, and can solve the harmful problem of the human body.
  • the vacuum insulation material including the core material for the vacuum insulation material can prevent the thermal insulation performance of the core material for the vacuum insulation material due to the matrix resin deterioration.
  • 1 is a SEM photograph showing a plan view of a core material for a vacuum insulator.
  • Figure 3 is a SEM photograph of the cross section of the organic synthetic fiber welding portion of the core material for vacuum insulation.
  • Figure 4 shows the schematic diagram of the organic synthetic fibers arranged horizontally.
  • the organic synthetic fiber In one embodiment of the invention, the organic synthetic fiber; And it provides a core material for vacuum insulation comprising at least one organic synthetic fiber fusion.
  • Conventional vacuum insulation material may be prepared by placing a core material for a vacuum insulation material made of glass fiber or fumed silica in a multilayer film shell material or a metal deposition film shell material containing aluminum foil, and vacuum evacuation after mounting the getter agent.
  • the conventional glass fiber has a thermal conductivity of about 7 times to about 10 times higher than that of the organic synthetic fiber.
  • the core material for vacuum insulation using glass fiber has much higher thermal insulation performance.
  • a core material for vacuum insulation material containing glass fibers of a certain diameter or less for example, about 4 ⁇ m or less
  • a certain diameter for example, 4 ⁇ m.
  • a separate matrix resin treatment is required, which may cause thermal conductivity deterioration.
  • the core insulation core material contains only organic synthetic fibers with a significantly low intrinsic thermal conductivity of 1/10 of an inorganic material such as glass, and has a human hazard problem when processed into a fiber form including one or more organic synthetic fiber fusions. It can be solved, and excellent heat insulation performance can be realized.
  • the vacuum insulation core material may be formed of only organic synthetic fibers, and may not include a matrix resin in addition to the glass synthetic fibers.
  • the vacuum insulator core material may be manufactured by thermally fusion organic synthetic fibers having a uniform length and diameter, so that the vacuum insulation material may secure the performance of the vacuum insulator even though it does not include a separate matrix resin. Since there is no leakage, the degree of vacuum inside the vacuum insulator can be maintained at a constant level.
  • the organic synthetic fiber refers to a synthetic fiber produced by making a polymer compound using low molecules such as petroleum, coal, limestone, chlorine, and spinning the polymer compound, polystyrene, polyester, polypropylene, polyethylene, butadiene, styrene And it may include one or more resins selected from the group consisting of, but is not limited to these kinds.
  • organic synthetic fibers including polypropylene resins which are relatively inexpensive and easily supplied by unit weight, have high utilization.
  • the organic synthetic fiber may have a diameter of about 20 ⁇ m or less, specifically, about 10 ⁇ m to about 20 ⁇ m. It is harmless to the human body by using the organic synthetic fiber having the diameter in the above range, and in general, the higher the porosity of the core material for the vacuum insulation material, the better the heat insulating performance. Can be.
  • the vacuum insulation core material including a glass fiber
  • heat insulation performance is generally exhibited.
  • the vacuum insulation core material is formed of only organic synthetic fibers, and thus the organic synthesis having a diameter in the above range.
  • the core material for the vacuum insulator can easily realize the effect of maintaining the initial performance of the vacuum insulator by securing a constant thermal conductivity.
  • the length of the organic synthetic fiber may be about 2mm or about 3mm or more.
  • the fiber core is applied to the vacuum insulator, it is advantageous for the insulation performance to keep the fiber arrangement as horizontal as possible. The more fibers in the vertical arrangement, the more heat transfer occurs in the vertical direction. to be.
  • the length of the organic synthetic fibers of about 2mm or more than about 3mm can minimize the synthetic fibers of the vertical array, there is an advantageous effect in ensuring the thermal conductivity of the vacuum insulation.
  • the core material for vacuum insulator may include an organic synthetic fiber fusion unit.
  • the organic synthetic fiber fusion unit is formed by fusion of the organic synthetic fibers, for example, by pressing the organic synthetic fibers with an emboss roller in the state of spinning the organic synthetic fibers in the form of paper, the fibers and fibers are heat-bonded between the organic synthetic fibers It can be partially melted with heat to produce an organic soluble fiber fusion.
  • the organic synthetic fiber fusion unit may be one or more, it may include a polygonal shape by thermal fusion.
  • the polygon may include a circle, an ellipse, a triangle, a rectangle, and the like, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a SEM photograph showing a plan view of a core material for a vacuum insulator, wherein the core material for vacuum insulator includes one or more organic synthetic fiber welds formed by fusion of organic synthetic fibers in addition to the organic synthetic fiber that is uniformly arranged and spun.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an organic synthetic fiber of the core material for vacuum insulation material
  • FIG. 3 is a SEM photograph of a cross section of the organic synthetic fiber welding portion of the core material for vacuum insulation material.
  • the organic synthetic fiber fusion portion may have an average diameter of about 400 ⁇ m to about 600 ⁇ m.
  • the average diameter refers to the diameter when the fusion portion is circular, but refers to the average value of the diameters measured at various parts when the fusion portion is a polygon rather than a circular shape.
  • the distance between the center and the center of the organic synthetic fiber fusion unit may be about 750 ⁇ m to about 1100 ⁇ m.
  • the distance between the center of the organic synthetic fiber fusion unit and the center may be, for example, the distance between the center of one organic synthetic fiber fusion unit and the center of another organic synthetic fiber fusion unit when the organic synthetic fiber fusion unit is a polygon. have.
  • the organic synthetic fiber fusion portion is spaced apart by a predetermined distance is present at least one bar, by maintaining a distance between the center and the center of the range by including a predetermined number of organic synthetic fiber fusion unit per unit area, it is possible to maintain the core shape for the vacuum insulation To be.
  • the core material for vacuum insulation may include organic synthetic fibers arranged horizontally.
  • 4 is a diagram illustrating the organic synthetic fibers arranged horizontally. Referring to FIG. 4, when the heat transfer direction is a vertical direction of T hot to T cold, the core material for the vacuum insulation material is organically arranged vertically as the heat transfer direction. If it contains synthetic fibers, heat transfer in the core will increase. However, when the core material for vacuum insulation material includes the organic synthetic fibers arranged horizontally, the heat insulation performance in the core material can be maintained even if the heat transfer direction is vertical.
  • the organic synthetic fibers are arranged vertically. In this case, heat transfer in the vertical direction may be lowered and heat transfer in the horizontal direction may be more active.
  • the horizontally arranged organic synthetic fibers may include a horizontal arrangement or a vertical arrangement.
  • Horizontal or vertical arrays are arranged alternately in one plane, and do not include a separate matrix resin between the organic synthetic fibers, the organic synthetic fibers formed by spinning in the form of fibers by heat can be uniform have.
  • the thickness of the core material for the vacuum insulation material may be about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m. By maintaining the thickness range, it is possible to ensure the physical durability of the core material due to external pressure, etc., it is possible to maintain a constant degree of vacuum in the process of evacuating the exhaust material is inserted into the shell material.
  • the core material for the vacuum insulator can maintain the thickness in the above range in order to improve production efficiency and ensure the initial heat insulation performance, long-term durability.
  • One or more core insulation material for the vacuum insulation material may be laminated, and the thickness of the core insulation material for the vacuum insulation material may be adjusted according to the number of laminations.
  • the weight per unit area of the laminated vacuum insulation core material may be about 40 g / m 2 or less, specifically about 20 g / m 2 or less.
  • the weight per unit area refers to a mass value measured per unit area (1 m 2 ) of the core material for the vacuum insulation material, and by laminating the core material for vacuum insulation material containing organic synthetic fibers having a constant diameter to control density and porosity, The weight per unit area of the level can be secured.
  • the weight per unit area of the laminated core insulation material for vacuum insulation exceeds about 40 g / m 2 , while maintaining the weight per unit area in the above range. In this case, the contact between the organic synthetic fibers is increased, the thermal conductivity is increased due to the contact may lower the thermal insulation performance of the vacuum insulation.
  • the weight per unit area of the core material for the vacuum insulation material is less than about 10g / m 2 pore size included in the core material for the vacuum insulation material increases, there is a fear that the thermal insulation performance of the vacuum insulation material including the core material for the vacuum insulation material is lowered. have.
  • the porosity of the laminated core material for vacuum insulation may be about 60% to about 80%.
  • the porosity is a numerical value representing the porosity of the pores included in the laminated vacuum insulation core material, means a percentage of the pore volume to the total volume of the laminated vacuum insulation material, the vacuum containing an organic synthetic fiber having a constant diameter
  • preparing an organic synthetic fiber Spinning the organic synthetic fibers in paper form; And locally heating and pressurizing the spun organic synthetic fiber to form an organic synthetic fiber fusion unit.
  • the organic synthetic fibers may be prepared by preparing one or more resins selected from the group consisting of polystyrene, polyester, polypropylene, polyethylene, butadiene, styrene, and combinations thereof in a fiber form. Thereafter, the prepared organic synthetic fibers can be spun in paper form.
  • the core material for the vacuum insulation material does not include any other matrix resin other than the organic synthetic fiber
  • the adhesion between the organic synthetic fibers may be lowered to locally heat-press the spun organic synthetic fibers to form an organic synthetic fiber fusion portion It may include a step.
  • the organic synthetic fiber fusion unit does not include a matrix resin, it is possible to manufacture a core material for vacuum insulation formed only of organic synthetic fibers, and to minimize the production process and manufacturing cost.
  • the organic synthetic fiber in another embodiment, provides a vacuum insulation material comprising a core material for vacuum insulation material comprising at least one organic synthetic fiber fusion.
  • the vacuum insulator may include a core material for the vacuum insulation material and an outer cover material for vacuum packaging the core material for the vacuum insulation material, and may further include a getter material attached or inserted into the vacuum insulation material core material.
  • the outer shell material containing the vacuum insulation core material and depressurizing the inside may sequentially form a metal barrier layer and a surface protection layer on the adhesive layer, thereby allowing the vacuum insulation material 300 to have the best airtightness and long-term durability.
  • gas and moisture may be generated inside the outer cover material due to external temperature change, and a getter material may be used to prevent this.
  • the getter material may use quicklime (CaO) contained in the pouch, and specifically, 95% or higher purity quicklime powder may be used, and the pouch may be formed of wrinkled paper and polypropylene (PP) impregnated nonwoven fabric to secure 25% or more moisture absorption performance. Do it.
  • the thickness of the getter material may be formed within about 2 mm in consideration of the thickness of the entire vacuum insulation material.
  • a polypropylene (PP) long fiber of about 10 ⁇ m to about 15 ⁇ m in diameter, 2mm to 3mm in length without a separate matrix resin, press the spun PP fiber with an embossed roller to press one or more PP fibers
  • a core material including a welded portion (average diameter 538 ⁇ m of the welded portion, distance 1034 ⁇ m of the center of the welded portion) was manufactured, and the core material was dried at 70 ° C for 24 hours and laminated 100 sheets to obtain a mass of 15 g / m. It was used as a core material for two persons vacuum insulation.
  • a vacuum envelope formed of a structure of 12.5 ⁇ m polyethylene terephthalate film (PET), 25 ⁇ m nylon film, 6 ⁇ m Al foil and 50 ⁇ m linear low density polyethylene (LLDPE) film from above. , LG Hausys Co., Ltd. was inserted into the core material for vacuum insulation material, and the envelope was decompressed and sealed in a vacuum state to prepare a vacuum insulation material of 190X250X10mm (thickness X width X length).
  • PET polyethylene terephthalate film
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • a vacuum insulation material was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 80 core materials were laminated and used as a core material for vacuum insulation material having a mass per unit area of 20 g / m 2 .
  • Vacuum insulation was prepared in the same manner as in Example 2 except that the core was dried at 70 ° C. for 1 hour.
  • Vacuum insulation was prepared in the same manner as in Example 2 except that the core was dried at 120 ° C. for 24 hours.
  • a vacuum insulator was prepared in the same manner as in Example 2 except that the core material was dried by spinning at 120 ° C. for 1 hour.
  • a vacuum insulator was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 40 cores were laminated and used as a core insulator for a vacuum insulator having a mass per unit area of 40 g / m 2 .
  • 0.5 mm thick plate-like boards made of a glass fiber aggregate having an average diameter of 5 ⁇ m and an inorganic binder containing silica were laminated one by one to prepare a core material composed of a composite having a size of 12 ⁇ 430 ⁇ 912 mm (thickness ⁇ width ⁇ length).
  • a vacuum insulator was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the vacuum insulator core was used.
  • Glass wool was prepared in the same manner as in Example 1 except that the glass wool was prepared by using a inorganic binder in a wet method using a vacuum binder, and then used as a vacuum insulating material, after preparing a core material of 10 ⁇ 600 ⁇ 600 mm (thickness X width ⁇ length).
  • Comparative Example 1 and glass wool using the inorganic binder containing the organic fiber aggregate and silica as the core material for the vacuum insulation material when the thermal conductivity when using the core material for vacuum insulation material containing organic synthetic fibers It was found that the inorganic binder was measured similarly to the thermal conductivity of Comparative Example 2 using the core material for the vacuum insulator. For this reason, it can be inferred that even when forming a core material using only organic synthetic fibers without containing a separate matrix resin, it is possible to secure a thermal conductivity of a predetermined level or more.
  • the core material for vacuum insulation material is composed of only organic synthetic fibers having the same diameter and length, but the weight per unit area of the core material can be adjusted according to the density and porosity. As the weight per unit area increases, the density of the core material for vacuum insulation material itself increases, and the porosity decreases, so that the thermal conduction phenomenon through the core material for vacuum insulation material composed only of organic synthetic fibers increases, so that the mass per unit area from Example 1 to Example 3 is increased. The larger the value, the higher the thermal conductivity was found.
  • Examples 2 to 2-3 were configured according to the pretreatment conditions of the core material, and the thermal conductivity values at this time were measured. The results are shown in Table 3 below.
  • pretreatment of core material is required to remove initial moisture and impurities as much as possible.
  • limit pretreatment temperature below melting point. Can be.
  • the thermal conductivity showed a certain level or more, in the case of using the core material for vacuum insulation material formed only of organic synthetic fibers. In addition, it was confirmed that the excellent heat insulating performance.

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Abstract

유기합성섬유; 및 하나 이상의 유기합성섬유 융착부를 포함하는 진공단열재용 심재 및 이의 제조방법을 제공한다. 또한 상기 유기합성섬유; 및 하나 이상의 유기합성섬유 융착부를 포함하는 진공단열재용 심재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.

Description

유기합성섬유를 포함하는 진공단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공단열재
유기합성섬유를 포함하는 진공단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
상기 유리섬유 또는 글래스 울을 사용한 심재는 전처리 공정을 거쳐야만 진공단열재의 심재로서 사용될 수 있는데, 이는 상기 유리섬유 및 글래스 울의 경우 일종의 섬유와 같은 형태를 갖게 되므로, 그대로 사용할 경우 외력에 의해 손쉽게 변형되거나 섬유들 사이에서 서로 밀림이 발생하여 니들링(needling) 등의 압축 공정을 거쳐야 할 뿐만 아니라 재질 사이의 밀림을 방지하기 위해 유기 또는 무기 바인더를 사용하게 된다.
이 때, 상기 유기 또는 무기 바인더는 상기 진공단열재의 성능을 불안정하게 할 수 있고, 진공단열재로서 사용시에 상기 유기 또는 무기 바인더로부터 소정 성분의 가스가 외부로 누출되게 되고 이러한 가스는 진공단열재 내부의 진공도를 떨어뜨리는 원인이 되므로 단열성능을 저하시킬 수 있다.
아울러, 유리섬유 또는 글래스 울의 경우, 폐기시에 재사용 및 소각처리가 어렵고, 소재자체의 중량이 많이 나가며 진공단열재 제조시에 분진이 많이 날릴 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 열전도율이 낮은 유기합성섬유를 포함하여 초기 단열성능을 구현하는 진공단열재용 심재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 진공단열재용 심재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 유기합성섬유; 및 하나 이상의 유기합성섬유 융착부를 포함하는 진공단열재용 심재를 제공한다.
상기 유기합성섬유 외에 매트릭스 수지를 포함하지 않을 수 있다.
상기 유기합성섬유는 폴리스틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 부타디엔, 스틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 수지를 포함할 수 있다.
상기 유기합성섬유의 직경은 약 20㎛인 이하일 수 있다.
상기 유기합성섬유 융착부는 상기 유기합성섬유가 융착되어 형성될 수 있다.
상기 유기합성섬유 융착부의 평균직경이 약 400㎛ 내지 약 600㎛일 수 있다.
상기 유기합성섬유 융착부 중심과 중심 사이의 거리는 약 750㎛ 내지 약 1100㎛일 수 있다.
상기 진공단열재용 심재는 수평으로 배열된 유기합성섬유를 포함할 수 있다.
상기 수평으로 배열된 유기합성섬유는 가로배열 또는 세로배열을 포함할 수 있다.
상기 진공단열재용 심재의 두께가 약 100㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
상기 진공단열재용 심재가 하나 또는 복수개의 적층구조일 수 있다.
상기 적층된 진공단열재용 심재의 단위 면적당 중량이 약 40g/m2이하일 수 있다.
상기 적층된 진공단열재용 심재의 기공율이 약 60% 내지 약 80%일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 유기합성섬유를 마련하는 단계; 상기 유기합성섬유를 종이형태로 방사하는 단계; 및 상기 방사된 유기합성섬유를 국부적으로 가열 가압하여 유기합성섬유 융착부를 형성하는 단계를 포함하는 진공단열재용 심재 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 진공단열재용 심재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
상기 진공단열재용 심재는 초기 단열성능을 구현하고, 인체의 유해성 문제를 해결할 수 있다.
또한, 상기 진공단열재용 심재를 포함하는 진공단열재는 매트릭스 수지로 인한 진공단열재용 심재의 단열 성능 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 진공단열재용 심재의 평면도를 SEM촬영하여 나타낸 것이다.
도 2는 진공단열재용 심재의 유기합성섬유 단면을 SEM촬영하여 나타낸 것이다.
도 3은 진공단열재용 심재의 유기합성섬유 용착부의 단면을 SEM촬영하여 나타낸 것이다.
도 4는 수평으로 배열된 유기합성섬유를 도식화 하여 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
진공단열재용 심재 및 이의 제조방법
본 발명의 일 구현예에서, 유기합성섬유; 및 하나 이상의 유기합성섬유 융착부를 포함하는 진공단열재용 심재를 제공한다.
통상의 진공단열재는 유리섬유 혹은 흄드 실리카로 형성된 진공단열재용 심재를 알루미늄 호일이 포함된 다층필름 외피재나 금속증착필름 외피재에 넣고 게터제를 장착한 후 진공 배기시켜 제조될 수 있다. 또한, 통상의 유리섬유의 경우 상기 유기합성섬유에 비해 약 7배 내지 약 10배 높은 열전도율을 가지는바, 물질 자체의 열전달 성능만을 비교하는 경우 유리섬유를 이용한 진공단열재용 심재가 훨씬 높은 단열성능을 가질 수 있다,
그러나, 일정수준의 직경 이하, 예를 들면 약 4㎛ 이하의 유리섬유를 포함하는 진공단열재용 심재를 사용하는 것에 대해 인체유해성을 이유로 강력하게 규제 당하고 있으며, 일정수준의 직경, 예를 들어 4㎛ 이상의 표준화된 유리섬유를 진공단열재용 심재로 사용하는 경우 별도의 매트릭스 수지 처리가 필요하게 되고 이는 열전도 성능 저하를 야기할 수 있다.
그러므로, 상기 진용단열재 심재는 물질 자체의 고유 열전도율이 유리와 같은 무기물의 1/10 수준으로 현저히 낮은 유기합성섬유만을 포함하고, 하나 이상의 유기합성섬유 융착부를 포함하는 섬유형태로 가공시 인체 유해성 문제를 해결할 수 있으며, 우수한 단열성능을 구현할 수 있다.
상기 진공단열재 심재는 유기합성섬유만으로 형성될 수 있고, 상기 유리합성섬유 이외에 매트릭스 수지를 포함하지 않을 수 있다. 상기 진공단열재 심재는 균일한 길이 및 직경을 가지는 유기합성섬유를 열융착하여 제조될 수 있는바, 별도의 매트릭스 수지를 포함하지 않음에도 불구하고 진공단열재의 성능을 확보할 수 있고, 매트릭스 수지로부터 가스누출 등이 없어 진공단열재 내부의 진공도를 일정수준으로 유지할 수 있다.
상기 유기합성섬유는 석유, 석탄, 석회석, 염소 등의 저분자를 사용하여 고분자 화합물을 만들고, 상기 고분자 화합물을 방사시켜 제조한 합성섬유를 일컫는바, 폴리스틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 부타디엔, 스틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 수지를 포함할 수 있으나, 이들의 종류에 제한된 것을 아니다. 구체적으로, 비교적 가격이 저렴하고 단위중량별 수급이 용이한 폴리프로필렌 수지를 포함하는 유기합성섬유가 그 활용도가 높다.
상기 유기합성섬유의 직경은 약 20㎛ 이하, 구체적으로, 약 10㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다. 상기 범위의 직경을 가진 유기합성섬유를 사용함으로써 인체에 무해하고, 통상의 경우 진공단열재용 심재의 기공률이 클수록 단열성능이 우수한바, 상기 범위의 유기합성섬유 직경으로 인해 일정 수준 이상의 공극률을 확보할 수 있다.
또한, 유리섬유를 포함하여 진공단열재 심재를 포함하는 경우 유리섬유 직경이 작을수록 단열성능이 발휘됨이 보통이나, 상기 진공단열재 심재는 유기합성섬유만으로 형성되는바, 상기 범위의 직경을 가지는 유기합성섬유를 포함함으로써 진공단열재용 심재는 일정 열전도율을 확보하여 진공단열재의 초기성능을 유지하는 효과를 용이하게 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 유기합성섬유의 길이는 약 2mm 또는 약 3mm이상 일 수 있다. 섬유 형태의 심재를 진공단열재에 적용하는 경우, 그 섬유의 배열이 최대한 수평방향을 유지하는 것이 단열성능에 유리한바, 수직 배열의 섬유가 많을수록 수직방향으로의 열전달이 발생하므로 단열성능이 떨어지기 때문이다.
그러므로, 약 2mm 또는 약 3mm이상의 유기합성섬유의 길이를 사용함으로써 수직배열의 합성섬유를 최소화 할 수 있어, 진공단열재의 열전도율을 확보한다는 점에서 유리한 효과가 있다.
상기 진공단열재용 심재는 유기합성섬유 융착부를 포함할 수 있다. 상기 유기합성섬유 융착부는 상기 유기합성섬유가 융착되어 형성된 것, 예를 들어 유기합성섬유를 종이형태로 방사한 상태에서 엠보 롤러로 유기합성섬유를 눌러서 섬유와 섬유끼리 열융착시킨 것으로, 유기합성섬유 자체를 부분적으로 열로 녹여 유기함성섬유 융착부를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 유기합성섬유 융착부는 하나 이상일 수 있고, 열융착에 의해 다각형을 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다각형은 원, 타원, 삼각형, 사각형 등을 포함할 수 있으나, 제한이 있는 것은 아니다.
도 1은 진공단열재용 심재의 평면도를 SEM촬영하여 나타낸 것으로, 상기 진공단열재용 심재는 일정하게 배열되어 방사된 유기합섬섬유 외에, 유기합성섬유가 융착되어 형성된 하나 이상의 유기합성섬유 용착부를 포함하고 있다. 구체적으로, 도 2는 진공단열재용 심재의 유기합성섬유 단면을, 도 3은 진공단열재용 심재의 유기합성섬유 용착부의 단면을 SEM촬영하여 나타낸 것이다.
상기 유기합성섬유 융착부는 평균직경이 약 400㎛ 내지 약 600㎛일 수 있다. 평균직경은 상기 융착부가 원형인 경우 그 직경을 의미하나, 상기 융착부가 원형이 아닌 다각형인 경우 여러 부분에서 측정한 직경의 평균값을 일컫는다. 상기 유기합성섬유의 융착부가 상기 범위의 평균직경을 유지함으로써 유기합성섬유 융착부를 포함하는 진공단열재용 심재의 형상을 유지하게 할 수 있고, 진공단열재용 심재가 일정크기의 기공을 가질 수 있도록 하여 진공단열재의 우수한 단열효과를 확보할 수 있다.
또한, 상기 유기합성섬유 융착부 중심과 중심 사이의 거리는 약 750㎛ 내지 약 1100㎛일 수 있다. 상기 유기합성섬유 융착부 중심과 중심 사이의 거리는, 예를 들어, 상기 유기합성섬유 융착부가 다각형인 경우, 하나의 유기합성섬유 융착부의 중심과 또 다른 하나의 유기합성섬유 융착부의 중심의 거리일 수 있다.
상기 유기 합성섬유 융착부는 일정한 거리만큼 이격되어 하나 이상 존재하는바, 상기 범위의 중심과 중심 사이의 거리를 유지함으로써 단위면적당 일정 개수의 유기합성섬유 융착부를 포함함으로써, 진공단열재용 심재 형상을 유지할 수 있게 한다.
상기 진공단열재용 심재는 수평으로 배열된 유기합성섬유를 포함할 수 있다. 도 4는 수평으로 배열된 유기합성섬유를 도식화 하여 나타낸 것으로, 도 4를 참고하면, 열전달 방향이 Thot에서 Tcold의 수직방향인 경우, 진공단열재용 심재가 열전달 방향과 같은 수직으로 배열된 유기합성섬유를 포함한다면, 상기 심재 내 열전달이 증가할 것이다. 그러나, 진공단열재용 심재가 수평으로 배열된 유기합성섬유를 포함하는 경우, 열전달 방향이 수직방향이더라도 심재 내 단열성능을 유지할 수 있다.
상기 유기합성섬유의 배열이 수평상태에 가까울수록 상기 진공단열재용 심재의 단열성능이 우수해지고, 전술한 바와 같이 일정길이를 가진 유기합성섬유를 포함하는 경우, 수직으로 배열된 유기합성섬유가 거의 존재하지 아니하게 되어, 수직방향으로의 열전달 발생이 저하되고 상대적으로 수평방향으로의 열전달이 활발해 질 수 있다.
구체적으로, 상기 수평으로 배열된 유기합성섬유는 가로배열 또는 세로배열을 포함할 수 있다. 한 평면에서 가로배열 또는 세로배열이 교대로 배열되어 있는 형상으로, 유기합성섬유 사이에 별도의 매트릭스 수지를 포함하지 아니하는바, 열에 의해 섬유형태로 방사되어 형성된 유기합성섬유의 배열이 균일할 수 있다.
상기 진공단열재용 심재의 두께는 약 100㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다. 상기 두께 범위를 유지함으로써, 외부압력 등으로 인한 심재의 물리적 내구성을 확보할 수 있고, 외피재에 삽입되어 배기 진공하는 과정에 있어서 일정한 진공도를 유지할 수 있다. 또한, 생산효율 증진 및 초기 단열성능, 장기 내구성을 확보하기 위해 진공단열재용 심재가 상기 범위의 두께를 유지할 수 있다.
상기 진공단열재용 심재는 하나 이상 적층될 수 있고, 적층 개수 등에 따라 상기 진공단열재용 심재의 두께를 조절할 수 있다. 상기 적층된 진공단열재용 심재의 단위 면적당 중량이 약 40g/m2이하, 구체적으로 약 20g/m2이하 일 수 있다. 상기 단위 면적당 중량은 상기 진공단열재용 심재의 단위면적(1m2)당 측정되는 질량값을 일컫는바, 일정한 직경을 가진 유기합성섬유를 포함하는 진공단열재용 심재를 적층하여 밀도 및 기공률을 조절하여 일정수준의 단위 면적당 중량을 확보할 수 있다.
상기 적층된 진공단열재용 심재의 단위 면적당 중량에 하한이 있는 것은 아니나 상기 범위의 단위 면적당 중량을 유지함으로써 일정수준이상의 단열성능을 발휘할 수 있는 것에 반해, 단위 면적당 중량이 약 40g/m2를 초과하는 경우 유기합성섬유간의 접촉이 증가하고, 상기 접촉으로 인해 열전도율이 커져 진공단열재의 단열성능이 저하될 수 있다.
구체적으로, 상기 진공단열재용 심재의 단위 면적당 중량이 약 10g/m2미만인 경우 진공단열재용 심재가 포함하는 기공크기가 커짐으로써 상기 진공단열재용 심재를 포함하는 진공단열재의 단열성능이 저하될 염려가 있다.
또한, 상기 적층된 진공단열재용 심재의 기공율이 약 60% 내지 약 80%일 수 있다. 상기 기공율은 적층된 진공단열재용 심재가 포함하는 기공의 공극 정도를 나타내는 수치로, 적층된 진공단열재의 전 부피에 대한 기공 부피의 백분율을 의미하는바, 일정한 직경을 가진 유기합성섬유를 포함하는 진공단열재용 심재를 적층하여 밀도 및 단위면적당 중량을 조절하여 일정수준의 기공율을 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 유기합성섬유를 마련하는 단계; 상기 유기합성섬유를 종이형태로 방사하는 단계; 및 상기 방사된 유기합성섬유를 국부적으로 가열 가압하여 유기합성섬유 융착부를 형성하는 단계를 포함하는 진공단열재용 심재 제조방법을 제공한다.
상기 유기 합성섬유는 폴리스틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 부타디엔, 스틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 수지를 섬유형태로 제조하여 마련될 수 있다. 그 후, 상기 마련된 유기합성섬유를 종이형태로 방사할 수 있다.
또한, 상기 진공단열재용 심재는 유기합성섬유 이외에 다른 매트릭스 수지를 포함하지 아니하는바, 유기합성섬유 간의 부착력이 저하될 수 있어 방사된 유기합성섬유를 국부적으로 가열 가압하여 유기합성섬유 융착부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유기합성섬유 융착부로 인하여 매트릭스 수지를 포함하지 않음에도 불구하고, 유기합성섬유 만으로 형성된 진공단열재용 심재를 제조할 수 있고, 생성공정 및 제조비용을 최소화 할 수 있다
진공단열재
본 발명의 또다른 구현예에서, 유기합성섬유; 및 하나 이상의 유기합성섬유 융착부를 포함하는 진공단열재용 심재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
상기 진공단열재는 상기 진공단열재용 심재 및 상기 진공단열재용 심재를 진공 포장하는 외피재를 포함하여 형성할 수 있고, 상기 진공단열재용 심재에 부착 또는 삽입되는 게터재를 더 포함할 수 있다.
상기 진공단열재용 심재를 수납하고 내부를 감압한 외피재는 접착층 상부에 금속 배리어층 및 표면 보호층을 순차적으로 형성함으로써, 상기 진공단열재(300)가 최상의 기밀성과 장기 내구성능을 가질 수 있도록 한다. 또한 외부의 온도 변화에 의해서 상기 외피재 내부에서 가스 및 수분이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위해서 게터재를 사용할 수 있다.
상기 게터재로 파우치에 담긴 생석회(CaO)를 사용할 수 있고 구체적으로, 순도 95% 이상의 생석회 분말을 사용하되, 파우치는 주름지 및 폴리프로필렌(PP) 함침 부직포로 형성하여 25% 이상의 수분 흡수 성능을 확보할 수 있도록 한다. 또한, 전체 진공단열재의 두께를 고려하여 게터재의 두께는 약 2mm 이내로 형성할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
<실시예 및 비교예>
실시예 1
별도의 매트릭스 수지 없이 섬유직경이 약 10㎛ 내지 약 15㎛이고, 길이가 2mm 내지 3mm인 폴리프로필렌(PP) 장섬유를 방사하고, 엠보가 있는 롤러로 상기 방사된 PP섬유를 눌러 하나이상의 PP섬유 융착부(융착부의 평균직경 538㎛, 융착부 중심과 중심사이의 거리 1034㎛)를 포함하는 심재를 제조하였고, 상기 심재를 70℃에서 24시간 건조하고 100장 적층하여 단위면적당 질량이 15g/m2인 진공단열재용 심재로 사용하였다.
그 후 순도 95%의 생석회(CaO) 20g을 파우치에 넣어서 제조한 게터재 1개를 심재에 삽입시켰다. 다음으로, 위로부터 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 (PET) 12.5㎛, 나일론(Nylon) 필름 25㎛, Al 호일 6㎛ 및 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 50㎛의 구조로 형성된 진공 외피재(Koptri-113643-1, ㈜LG하우시스)에 상기 진공단열재용 심재를 삽입한 후, 상기 외피재를 감압하여 진공상태에서 밀봉하여 190X250X10mm(두께X폭X길이) 크기의 진공단열재를 제조하였다.
이 때, Eko사 장비인 HC-074-200을 이용하여 열전도율을 측정한 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
실시예2
심재를 80장 적층하여 단위면적당 질량이 20g/m2인 진공단열재용 심재로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
실시예2-1
심재를 70℃에서 1시간 건조한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
실시예2-2
심재를 120℃에서 24시간 건조한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
실시예2-3
심재를 120℃에서 1시간 건조하여 방사한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
실시예3
심재를 40장 적층하여 단위면적당 질량이 40g/m2인 진공단열재용 심재로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
비교예1
평균직경이 5㎛인 유리섬유 집합체 및 실리카를 포함하는 무기 바인더로 이루어지는 두께 0.5mm의 판상의 보드가 각각 한층씩 적층되어 복합체로 구성된 심재를 12X430X912mm(두께X폭X길이)의 크기로 제조한 후 진공단열재용 심재로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
비교예2
글라스 울(Glass wool)을 무기바인더를 이용한 습식법으로 10X600X600mm (두께X폭X길이)의 심재를 제조한 후 진공단열재용으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
표 1
Figure PCTKR2014002252-appb-T000001
표 2
Figure PCTKR2014002252-appb-T000002
상기 표 1 및 표 2를 참조하면, 유기합성섬유를 포함한 진공단열재용 심재를 사용하는 경우의 열전도율이, 유기섬유 집합체 및 실리카를 포함하는 무기바인더를 진공단열재용 심재로 사용한 비교예 1 및 글라스울 무기바인더를 진공단열재용 심재로 사용한 비교예 2의 열전도율과 유사하게 측정됨을 알 수 있었다. 이로 인해, 별도의 매트릭스 수지를 함유하지 아니하고 유기합성섬유만으로 심재를 형성하는 경우에도 일정수준 이상의 열전도율을 확보할 수 있음을 유추할 수 있다.
구체적으로, 실시예 1 내지 3의 경우 동일한 직경 및 길이를 포함하는 유기합성섬유만으로 진공단열재용 심재가 구성되나, 밀도 및 기공률에 따라 심재의 단위면적당 중량을 조절할 수 있다. 단위면적당 중량이 증가할수록, 진공단열재용 심재 자체의 밀도가 높아지고, 기공률이 감소하여 유기합성섬유만으로 구성된 진공단열재용 심재를 통한 열전도 현상이 커지는바, 실시예 1 에서 실시예 3으로 단위면적당 질량이 커질수록 열전도율 값은 높아지는 것을 알 수 있었다.
표 3
Figure PCTKR2014002252-appb-T000003
또한, 심재의 전처리 조건에 따라 실시예 2 내지 2-3을 구성하였고, 이때의 열전도율 값을 측정하였는바, 그 결과를 표 3에 나타내었다. 유기합성섬유만을 포함하는 진공단열재용 심재를 제조하는 데 있어서, 초기수분 및 불순물을 최대한 제거해 주기 위해서는 심재의 전처리 과정이 필요한바, 용융점이 비교적 낮은 유기합성섬유의 경우 전처리 온도를 용융점 아래로 제한할 수 있다.
그러므로, 상기 실시예 2 내지 2-3과 같이 심재 전처리 과정의 건조시간 및 건조온도를 다르게 한 경우라도, 열전도율은 일정수준이상을 나타내었는바, 유기합성섬유만으로 형성된 진공단열재용 심재를 사용하는 경우에도, 우수한 단열성능을 발휘함을 확인하였다.

Claims (15)

  1. 유기합성섬유; 및
    하나 이상의 유기합성섬유 융착부를 포함하는
    진공단열재용 심재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유기합성섬유 외에 매트릭스 수지를 포함하지 않는
    진공단열재용 심재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유기합성섬유는 폴리스틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 부타디엔, 스틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 수지를 포함하는
    진공단열재용 심재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유기합성섬유의 직경은 20㎛인 이하인
    진공단열재용 심재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유기합성섬유 융착부는 상기 유기합성섬유가 융착되어 형성된
    진공단열재용 심재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유기합성섬유 융착부의 평균직경이 400㎛ 내지 600㎛인
    진공단열재용 심재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 유기합성섬유 융착부 중심과 중심 사이의 거리는 750㎛ 내지 1100㎛인
    진공단열재용 심재.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 진공단열재용 심재는 수평으로 배열된 유기합성섬유를 포함하는
    진공단열재용 심재.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수평으로 배열된 유기합성섬유는 가로배열 또는 세로배열을 포함하는
    진공단열재용 심재.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 진공단열재용 심재의 두께가 100㎛ 내지 200㎛인
    진공단열재용 심재.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 진공단열재용 심재가 하나 또는 복수개의 적층구조인
    진공단열재용 심재.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 적층된 진공단열재용 심재의 단위 면적당 중량이 40g/m2이하인
    진공단열재용 심재.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 적층된 진공단열재용 심재의 기공율이 60% 내지 80%인
    진공단열재용 심재.
  14. 유기합성섬유를 마련하는 단계;
    상기 유기합성섬유를 종이형태로 방사하는 단계; 및
    상기 방사된 유기합성섬유를 국부적으로 가열 가압하여 유기합성섬유 융착부를 형성하는 단계를 포함하는
    진공단열재용 심재 제조방법.
  15. 제 1항에 기재된 상기 진공단열재용 심재를 포함하는
    진공단열재.
PCT/KR2014/002252 2013-04-08 2014-03-18 유기합성섬유를 포함하는 진공단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공단열재 WO2014168351A1 (ko)

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