WO2016089101A1 - 진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 진공단열재 - Google Patents

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WO2016089101A1
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outer shell
shell material
film
vacuum
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정승문
김은주
김하나
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(주)엘지하우시스
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    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/06—Arrangements using an air layer or vacuum

Definitions

  • It relates to a jacket for vacuum insulation and a vacuum insulation comprising the same.
  • Vacuum insulator is composed of outer material with low gas or moisture permeability and core material which gives vacuum state, and has excellent heat shielding effect, and it is a high-tech material which realizes several times more insulation performance than existing insulation materials such as polyurethane or styrofoam.
  • the shell material of a general vacuum insulation material is a composite film in which several layers of films are laminated.
  • the core material is sealed by using an outer shell material composed of such a composite film, and the outer shell material of the vacuum insulation material may have a great influence on securing durability and thermal insulation of the vacuum insulation material according to its components and properties.
  • One embodiment of the present invention provides a heat insulating material for a vacuum insulation material that implements excellent long-term durability while preventing excellent heat-insulation performance (heat-bridge) phenomenon.
  • Another embodiment of the present invention provides a vacuum insulating material comprising the outer cover material for the vacuum insulating material, which can ensure excellent heat insulation and durability due to the outer cover material.
  • the protective layer A barrier layer that is a metal free film; And it provides an outer cover material for the vacuum insulation comprising a sealing layer.
  • the metal-free film may be a biaxially stretched polyvinyl alcohol (BO-PVOH) film.
  • BO-PVOH biaxially stretched polyvinyl alcohol
  • the barrier layer may have a thickness of about 10 ⁇ m to about 30 ⁇ m.
  • the protective layer may include at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), nylon, and combinations thereof.
  • the protective layer may have a thickness of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the sealing layer may include a resin film having a melting point of 125 ° C to 170 ° C.
  • the sealing layer may include at least one selected from the group consisting of unstretched polypropylene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), and combinations thereof.
  • CPP unstretched polypropylene
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • the sealing layer may have a thickness of 25 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • Moisture permeability of the outer cover material for the vacuum insulation material may be 0.1g / m2 ⁇ day or less under 38 °C 100% RH conditions.
  • Oxygen permeability of the outer shell material for the vacuum insulation material may be less than 0.05cc / m2 ⁇ day under 23 °C 0% RH conditions.
  • the core material comprising a glass fiber; And it provides a vacuum insulating material containing the outer shell material for the vacuum insulating material containing the core material and pressure-reduced inside.
  • the average diameter of the glass fibers may be 10 ⁇ m or less.
  • the vacuum insulator may have a linear thermal conductivity of 2 mW / mK or less.
  • the outer shell material for the vacuum insulation material can be realized at the same time excellent barrier performance and thermal insulation performance.
  • the vacuum insulating material including the outer cover material for the vacuum insulating material can ensure excellent long-term durability and heat insulation at the same time.
  • Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of the outer shell material for vacuum insulation in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a schematic diagram of a vacuum insulating material according to another embodiment of the present invention.
  • the protective layer A barrier layer that is a metal free film; And it provides an outer cover material for the vacuum insulation comprising a sealing layer.
  • a multilayer film using a metal deposition film or a metal foil was used as a barrier layer.
  • the barrier layer using the metal foil is advantageous in terms of long-term durability, there is a problem of causing a heat-bridge phenomenon due to the excellent thermal conductivity of the metal itself, thereby lowering the thermal insulation performance of the vacuum insulator.
  • a barrier layer using a metal deposition film is typically prepared by depositing a metal, such as aluminum, on a film of a transparent resin such as polyethylene terephthalate (PET), and when used as a barrier layer, a thermal bridge compared to a metal foil (foil) Although the phenomena decreased, due to the thermal conductivity of the basic metal, it was still difficult to improve the thermal insulation performance.
  • a metal such as aluminum
  • PET polyethylene terephthalate
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a vacuum insulation jacket 100 according to an embodiment of the present invention
  • the vacuum insulation jacket 100 is a protective layer 30, barrier layer 20 and sealing.
  • the layer 10 may be included, and the barrier layer may be a metal free film.
  • the 'metal free film' refers to a film of metal material or a film containing no metal deposition layer.
  • the outer cover material for the vacuum insulation material may include a barrier layer, which is a metal-free film, to prevent thermal bridges, thereby achieving excellent heat insulation performance and ensuring excellent long-term durability.
  • the metal-free film may be a biaxially stretched polyvinyl alcohol (BO-PVOH) film.
  • BO-PVOH biaxially stretched polyvinyl alcohol
  • the oxygen permeability measured at a temperature condition of 23 ° C. shows a value of about 0.1 cc / m 2 ⁇ day
  • the oxygen permeability can represent a value of 0.05 cc / m2 ⁇ day or less. This is because when the general polyvinyl alcohol (PVOH) is biaxially stretched, the degree of orientation of the polymer is improved and thus the barrier performance is improved. That is, the metal-free film includes a biaxially stretched polyvinyl alcohol (BO-PVOH) film, thereby achieving excellent barrier performance even without containing a metal.
  • the metal free film may have a thickness of about 10 ⁇ m to about 30 ⁇ m. Since the metal-free film has a thickness in the above range, the barrier layer including the same may ensure excellent long-term durability and flexibility. When the thickness of the metal-free film is less than about 10 ⁇ m the barrier performance is difficult to secure long-term durability, when the thickness is greater than about 30 ⁇ m stiffness (stiffness) of the film is increased to bond in the fold site when manufacturing vacuum insulation ( Defect) may occur.
  • the outer cover material for the vacuum insulator includes a protective layer, and the protective layer serves to primarily protect the vacuum insulator from external shock.
  • the protective layer may be a single film composed of one film, or may be a multilayer film in which a plurality of films of the same or different materials are stacked.
  • the protective layer may include at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), nylon and combinations thereof.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the protective layer may include a nylon film, and may include a nylon film in the outermost layer in order to maximize protection performance from external impact that may occur during manufacture and transportation. If the outermost layer of the protective film includes a nylon film may be advantageous in terms of wear resistance.
  • the protective layer may have a thickness of about 5 ⁇ m to about 20 ⁇ m. If the thickness of the protective layer is less than about 5 ⁇ m the hole (Hole) is likely to occur through the external impact, if the impact resistance exceeds a certain level than about 20 ⁇ m, while the stiffness (stiffness) of the film increases Defects in the folded portion of the vacuum insulator may occur. When the thickness of the protective layer satisfies the above range, it is possible to secure excellent heat insulating performance together with the barrier layer, and at the same time to secure excellent impact resistance and flexibility for processing.
  • Hole hole
  • stiffness stiffness
  • the outer cover material for the vacuum insulator includes a sealing layer, and the sealing layer serves to seal the core material through thermocompression bonding with the outer cover material for the vacuum insulator in close contact with the core material.
  • the sealing layer effectively maintains the vacuum state inside the outer cover material for the vacuum insulator, and may include a resin film having a melting point of about 125 ° C. or more, for example, a resin film having about 125 ° C. to about 170 ° C.
  • the resin film used as the sealing layer has a melting point in the above range, the barrier performance at high temperature can be improved. If the melting point of the sealing layer is less than about 125 °C has a problem that the barrier performance is deteriorated at a high temperature, if it exceeds about 170 °C causes defects in other adjacent film during the sealing process in the manufacturing process of the vacuum insulation material. There is a concern.
  • the sealing layer may include at least one selected from the group consisting of unstretched polypropylene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), and combinations thereof.
  • CPP unstretched polypropylene
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • the sealing layer may include a film prepared by mixing linear low density polyethylene (LLDPE) and a polymer having a high melting point, for example, polypropylene.
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • the resin film used as the sealing layer can easily secure the melting point in the above-described range, thereby enhancing the heat resistance of the sealing layer It can exhibit excellent barrier performance under high temperature, and can secure excellent barrier performance even when the envelope includes a metal-free barrier layer.
  • the sealing layer may include an unstretched polypropylene (CPP) film, in which case the shell material is free of metal due to the characteristics of low oxygen permeability and low moisture permeability of the unstretched polypropylene (CPP).
  • CPP unstretched polypropylene
  • Including a barrier layer can ensure excellent barrier performance.
  • the sealing layer may have a thickness of about 25 ⁇ m to about 60 ⁇ m. When the thickness of the sealing layer is less than about 25 ⁇ m, the sealing strength may be lowered. When the thickness of the sealing layer is greater than about 60 ⁇ m, the oxygen and moisture permeability in the horizontal direction may be increased, thereby decreasing barrier performance. That is, by maintaining the thickness of the sealing layer within the range it can be realized at the same time excellent sealing strength and barrier performance.
  • the moisture permeability of the outer cover material for the vacuum insulation material may be about 0.1 g / m 2 ⁇ day or less under a temperature of about 38 ° C. and a relative humidity (RH) of about 100%, for example, about 0.01 to about 0.1 g / m 2 ⁇ day And, for example, about 0.01 to about 0.05 g / m 2 ⁇ day.
  • RH relative humidity
  • the 'moisture permeability' indicates the degree of water vapor transmission through the outer cover material, and the amount of water vapor permeating for 24 hours (1 day) per unit area of 1 m 2 will be represented by g number.
  • the outer cover material for the vacuum insulation material maintains a low moisture permeability as in the above range, it is possible to implement an excellent barrier performance against water even when the barrier layer does not contain a metal, thereby improving long-term durability of the vacuum insulation material including the same.
  • the oxygen permeability of the outer cover material for the vacuum insulation material may be about 0.05cc / m2 ⁇ day or less under a temperature of about 23 °C degree, relative humidity (RH) of about 0%.
  • the 'oxygen permeability' refers to the degree of oxygen permeation through the outer shell material, the outer shell material for the vacuum insulation material to maintain the low oxygen permeability as the above range, even if it includes a barrier layer that is a metal-free film in the gas (gas) Excellent barrier performance can be implemented, and the long-term durability of the vacuum insulation material including the same can be improved.
  • the outer cover material for the vacuum insulation material includes a barrier layer that is a metal-free film, as described above, low moisture permeability and low oxygen permeability can be realized, and as a result, it does not contain metal, thereby exhibiting excellent thermal insulation performance. Excellent barrier performance and long-term durability can be secured.
  • the core material comprising a glass fiber; And it provides a vacuum insulating material containing the outer shell material for the vacuum insulating material containing the core material and pressure-reduced inside.
  • the vacuum insulation material 200 includes a core material 40 and an outer shell material 100, and the details of the outer shell material 100 are as described above.
  • the vacuum insulation material 200 may ensure excellent heat insulation performance and long-term durability at the same time by including the outer shell material 100 for the vacuum insulation material.
  • the vacuum insulator 200 includes a core 40, and the core may include an inorganic compound having low thermal conductivity and low gas generation, and for example, glass fiber, fumed silica, and silica board. It may include at least one selected from the group consisting of (silica board), organic fiber (organic fiber), organic foam (organic foam) and combinations thereof.
  • the core 40 may include glass fiber, and specifically, may include a glass fiber board.
  • the core 40 may include a plate-like laminate obtained by thermo-compression bonding a plurality of glass fiber boards. When the core 40 includes a glass fiber, it can secure excellent strength, it may be advantageous in terms of improving the thermal insulation performance.
  • the glass fiber may have an average diameter of about 10 ⁇ m or less, for example, about 0.5 ⁇ m to about 2 ⁇ m.
  • the 'average diameter' means the average diameter of the cross section cut perpendicular to the longitudinal direction of the glass fiber.
  • the outer shell material 100 for the vacuum insulation material includes a barrier layer 20 which is a metal free film, wherein the core material 40 sealed using the outer shell material 100 has an average diameter of the size range.
  • the vacuum insulating material 200 can ensure excellent heat insulating performance and excellent long-term durability at the same time.
  • the vacuum insulation material may have a linear thermal conductivity of about 2 mW / mK or less, for example, about 1.5 mW / mK or less.
  • the 'linear thermal conductivity' refers to a thermal conductivity per unit length of 1 mm in the edge portion of the vacuum insulator. The closer the linear thermal conductivity of the vacuum insulator to zero, the better the thermal insulation performance.
  • the vacuum insulator is manufactured using the outer cover material for the vacuum insulator including a barrier layer which is a metal-free film, thereby ensuring linear thermal conductivity in the above range, thereby achieving not only a certain level of barrier performance but also significantly improved thermal insulation performance. It can be secured.
  • the vacuum insulator 200 may further include a getter 50.
  • the getter 50 is to absorb the gas and moisture remaining inside or newly introduced into the vacuum insulator, for example, an alloy of calcium oxide (CaO), zeolite, lithium and barium (BaLi), and cobalt oxide (CoO). ), Barium oxide (BaO) and a combination thereof may include at least one selected from the group consisting of.
  • the getter 50 may be manufactured in a block or rectangular parallelepiped shape, and may be included in a vacuum insulation material by being inserted into the core 40.
  • the getter 50 may have a specific surface area of about 1 m 2 / g to about 100 m 2 / g, for example, about 0.1 m 2 / g to about 20 m 2 / g. Moisture adsorption performance can be improved by the specific surface area of the getter 50 satisfies the above range, can contribute to long-term durability improvement with the outer shell material for the vacuum insulation, it is possible to secure the appropriate mechanical properties.
  • a glass fiber board having an average diameter of 2 ⁇ m was laminated to prepare a core material having a size of 200 mm ⁇ 200 mm ⁇ 12 mm (width ⁇ length ⁇ thickness).
  • 25 ⁇ m nylon film, 12 ⁇ m polyethylene terephthalate (PET) film, 12 ⁇ m biaxially stretched polyvinyl alcohol (BO-PVOH) film, and 30 ⁇ m unstretched polypropylene (CPP) film are sequentially laminated from the outermost layer Formed shell material.
  • PET polyethylene terephthalate
  • BO-PVOH biaxially stretched polyvinyl alcohol
  • CPP unstretched polypropylene
  • a getter prepared by putting 5 g of calcium oxide (CaO) having a purity of 95% having a specific surface area of 4 m 2 / g into a pouch was inserted into the surface of the core material.
  • the core material was sealed with the outer cover material, and a vacuum insulation material having a size of 200 mm ⁇ 200 mm ⁇ 8 mm (width ⁇ length ⁇ thickness) was finally produced by depressurizing to 4 kPa.
  • PET polyethylene terephthalate
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • Example 2 12 ⁇ m polyethylene terephthalate (PET) film deposited with 25 ⁇ m nylon film 0.1 ⁇ m aluminum oxide film from outermost layer, 12 ⁇ m ethylene vinyl alcohol (EVOH) film deposited with 0.1 ⁇ m aluminum and 30 ⁇ m unstretched
  • PET polyethylene terephthalate
  • EVOH ethylene vinyl alcohol
  • a vacuum insulator was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a polypropylene (CPP) film was sequentially stacked.
  • CPP polypropylene
  • the moisture permeability was measured for 24 hours per 1 m 2 area using the Aquatran company of Mocon under conditions of temperature 38 ° C. and 100% relative humidity. was derived.
  • Oxygen permeability was measured for 24 hours per 1 m 2 area using Mocon's Oxtran device under the conditions of 23 ° C. and 0% relative humidity, for the outer shell material for the vacuum insulator of the Examples and Comparative Examples. Was derived.
  • the initial thermal conductivity at room temperature was measured using HC-074-200 (manufactured by EKO Co., Ltd.) apparatus within one day after manufacture of the center of each of the vacuum insulators of Examples and Comparative Examples, followed by 30 days at a temperature of 70 ° C.
  • the thermal conductivity after positioning was measured during.
  • the increase in thermal conductivity was derived after 30 days compared to the initial thermal conductivity.
  • one sheet of 600 ⁇ 600 ⁇ 8 mm size and two pieces of 300 ⁇ 600 ⁇ 8 mm size were prepared, and the linear thermal conductivity was measured through an Eko HC-074-600 apparatus.
  • the vacuum insulator of 600 x 600 x 8 mm size was measured for the thermal conductivity of a predetermined area of the center, and the 300 x 600 x 8 mm 2 vacuum insulators were placed side by side to be in contact with each other, and then the predetermined area near the contact surface. Thermal conductivity for the region of was measured. After that, the linear thermal conductivity was calculated using the measured thermal conductivity.
  • the vacuum insulating material of Example 1 is manufactured by using an outer material including a barrier layer that is a metal-free film, a comparative example containing a conventional metal in terms of moisture and oxygen permeability It can be seen that it achieves a similar or better level of barrier performance compared to 1 and 2.
  • a comparative example containing a conventional metal in terms of moisture and oxygen permeability it can be seen that it achieves a similar or better level of barrier performance compared to 1 and 2.
  • in terms of the thermal conductivity increase in the implementation of excellent long-term durability compared to Comparative Examples 1 and 2 and the linear thermal conductivity was measured significantly low, it can be seen that the thermal insulation performance is remarkably excellent.

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Abstract

보호층; 금속 미함유 필름인 배리어층; 및 실링층을 포함하는 진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 진공단열재를 제공한다.

Description

진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 진공단열재
진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 진공단열재에 관한 것이다.
진공단열재는 가스나 수분의 투과율이 낮은 외피재와 진공상태를 부여한 심재로 구성되어 열 차단 효과가 매우 우수하며, 폴리우레탄이나 스티로폼 같은 기존 단열재에 비하여 수배 이상의 단열 성능을 구현하는 첨단소재이다.
일반적인 진공단열재의 외피재는 여러 층의 필름이 라미네이트 되어 있는 복합 필름으로 되어 있다. 이러한 복합 필름으로 구성된 외피재로 심재를 밀봉하여 사용하게 되는데, 이때 진공단열재의 외피재는 그 성분 및 물성에 따라 진공단열재의 내구성 및 단열성 확보와 관련하여 큰 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 열교(heat-bridge) 현상을 방지하여 우수한 단열성능을 확보하면서도, 우수한 장기 내구성을 구현하는 진공단열재용 외피재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공하며, 이는 상기 외피재에 기인하여 우수한 단열성 및 내구성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 보호층; 금속 미함유 필름인 배리어층; 및 실링층을 포함하는 진공단열재용 외피재를 제공한다.
상기 금속 미함유 필름은 이축연신 폴리비닐알콜(BO-PVOH) 필름일 수 있다.
상기 배리어층의 두께는 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
상기 보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 보호층의 두께는 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
상기 실링층은 녹는점이 125℃ 내지 170℃인 수지 필름을 포함할 수 있다.
상기 실링층은 미연신 폴리프로필렌(CPP), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 실링층의 두께는 25㎛ 내지 60㎛일 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재의 수분 투과도가 38℃ 100% RH 조건 하에서 0.1g/㎡·day 이하일 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재의 산소 투과도가 23℃ 0% RH 조건 하에서 0.05cc/㎡·day 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 유리 섬유를 포함하는 심재; 및 상기 심재를 수납하고 내부를 감압한 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
상기 유리 섬유의 평균 직경은 10㎛ 이하일 수 있다.
상기 진공단열재는 선형열전도율이 2mW/mK 이하일 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재는 우수한 배리어 성능 및 단열 성능을 동시에 구현할 수 있다. 또한, 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재는 우수한 장기 내구성 및 단열성을 동시에 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 진공단열재용 외피재의 단면을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 진공단열재를 도식화하여 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 일 구현예에서, 보호층; 금속 미함유 필름인 배리어층; 및 실링층을 포함하는 진공단열재용 외피재를 제공한다.
종래의 진공단열재용 외피재는 배리어층으로서 금속증착필름 또는 금속 포일(foil)을 사용한 다층 필름을 이용하였다. 금속 포일(foil)을 사용한 배리어층은 장기 내구성 측면에서는 유리하지만, 금속 자체의 우수한 열전도도에 의하여 열교(heat-bridge) 현상을 일으켜, 진공단열재의 단열 성능을 저하시키는 문제가 있었다. 또한, 금속증착필름을 사용한 배리어층은 통상적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 투명 수지의 필름 상에 알루미늄 같은 금속을 증착하여 제조되고, 이를 배리어층으로 이용하는 경우, 금속 포일(foil)에 비하여 열교 현상이 감소하나, 기본적인 금속의 열전도도에 기인하여 여전히 단열 성능을 향상시키기에 무리가 있었다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 진공단열재용 외피재(100)의 단면을 도식화하여 나타낸 것으로, 상기 진공단열재용 외피재(100)는 보호층(30), 배리어층(20) 및 실링층(10)을 포함하며, 상기 배리어층이 금속 미함유 필름일 수 있다. 상기 '금속 미함유 필름'은 금속 재질의 필름 또는 금속 증착층이 전혀 포함되지 않은 필름을 일컫는다. 상기 진공단열재용 외피재는 금속 미함유 필름인 배리어층을 포함하여 열교 현상을 방지함으로써 우수한 단열 성능을 구현할 뿐 아니라, 우수한 장기 내구성도 확보할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 미함유 필름은 이축연신 폴리비닐알콜(BO-PVOH) 필름일 수 있다. 일반적으로, 연신되지 않은 폴리비닐알콜(PVOH) 필름의 경우 23℃의 온도 조건에서 측정한 산소투과도가 약 0.1cc/㎡·day의 값을 나타내는 반면, 이축연신 폴리비닐알콜(BO-PVOH) 필름은 동일한 온도 조건에서 산소투과도가 0.05 cc/㎡·day 이하의 값을 나타낼 수 있다. 이는 일반적인 폴리비닐알콜(PVOH)이 이축 연신할 경우 폴리머의 배향도가 향상되고, 이에 따라 배리어 성능이 향상되는 결과를 갖게 되기 때문이다. 즉, 상기 금속 미함유 필름은 이축연신 폴리비닐알콜(BO-PVOH) 필름을 포함함으로써 금속을 함유하지 않음에도 우수한 배리어 성능을 구현할 수 있다.
상기 금속 미함유 필름의 두께는 약 10㎛ 내지 약 30㎛일 수 있다. 상기 금속 미함유 필름이 상기 범위의 두께를 가짐으로써, 이를 포함하는 상기 배리어층이 우수한 장기 내구성 및 유연성을 확보할 수 있다. 상기 금속 미함유 필름의 두께가 약 10㎛ 미만일 경우 배리어 성능이 저하되어 장기내구성을 확보하기 어렵고, 약 30㎛ 초과일 경우 필름의 강성(Stiffness)이 증가하여 진공단열재 제조 시 접힘 부위에서의 결합(Defect)이 발생할 우려가 있다.
상기 진공단열재용 외피재는 보호층(protecting layer)을 포함하며, 상기 보호층은 진공단열재가 외부 충격으로부터 1차적으로 보호받을 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 보호층은 하나의 필름으로 이루어진 단일 필름일 수도 있고, 동일한 또는 상이한 재질의 복수의 필름이 적층된 다층 필름일 수도 있다.
구체적으로, 상기 보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 보호층은 나일론 필름을 포함할 수 있고, 제조 및 운송 시 발생할 수 있는 외부 충격으로부터 보호 성능을 극대화하기 위하여, 최외각층에 나일론 필름을 포함할 수 있다. 상기 보호층의 최외각에 나일론 필름이 포함되는 경우 내마모성 측면에서 유리할 수 있다.
상기 보호층의 두께는 약 5㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다. 상기 보호층의 두께가 약 5㎛ 미만일 경우 외부의 충격을 통해 홀(Hole)이 발생할 가능성이 크며, 약 20㎛ 초과일 경우 내충격성능은 일정 수준을 만족하지만, 필름의 강성(Stiffness)이 증가하면서 진공단열재 접힘부의 결함(Defect)이 발생할 우려가 있다. 상기 보호층의 두께가 상기 범위를 만족함으로써, 상기 배리어층과 함께 우수한 단열 성능을 확보하고, 동시에 우수한 내충격성 및 가공에 필요한 유연성을 확보할 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재는 실링층(sealing layer)을 포함하며, 상기 실링층은 상기 진공단열재용 외피재가 심재와 밀착되어 패널 형태를 유지하며, 열압착을 통하여 상기 심재를 밀봉하는 역할을 한다.
상기 실링층은 진공단열재용 외피재 내부의 진공상태를 효과적으로 유지하는 것으로, 녹는점이 약 125℃ 이상인 수지 필름, 예를 들어 약 125℃ 내지 약 170℃인 수지 필름을 포함할 수 있다. 상기 실링층으로 사용되는 수지 필름이 상기 범위의 녹는점을 갖는 경우 고온에서의 배리어 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 실링층의 녹는점이 약 125℃ 미만인 경우에는 고온에서 배리어 성능이 저하되는 문제점이 있고, 약 170℃를 초과하는 경우에는 진공단열재의 제조 과정에서 실링 공정 중에 다른 인접한 필름에 결함(Defect)을 야기할 우려가 있다.
상기 실링층은 미연신 폴리프로필렌(CPP), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 실링층은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 고온의 녹는점을 갖는 폴리머, 예를 들어 폴리프로필렌을 혼합하여 제조된 필름을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 실링층으로 사용되는 수지 필름이 전술한 범위의 녹는점을 용이하게 확보할 수 있고, 이로써 상기 실링층의 내열성이 강화되어 고온 하에서 우수한 배리어 성능을 나타낼 수 있으며, 상기 외피재가 금속 미함유 배리어층을 포함함에도 우수한 배리어 성능을 확보할 수 있다.
또한, 상기 실링층은 미연신 폴리프로필렌(CPP) 필름을 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 미연신 폴리프로필렌(CPP)의 낮은 산소 투과도 및 낮은 수분 투과도의 특성으로 인하여, 상기 외피재가 금속 미함유 배리어층을 포함함에도 우수한 배리어 성능을 확보할 수 있다.
상기 실링층의 두께는 약 25㎛ 내지 약 60㎛일 수 있다. 상기 실링층의 두께가 약 25㎛ 미만인 경우에는 실링 강도가 저하될 수 있고, 약 60㎛를 초과하는 경우에는 수평 방향의 산소 및 수분 투과도가 상승하여 배리어 성능이 저하될 수 있다. 즉, 상기 실링층의 두께가 상기 범위를 유지함으로써 우수한 실링 강도 및 배리어 성능을 동시에 구현할 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재의 수분 투과도는 약 38℃의 온도, 약 100%의 상대 습도(RH) 조건 하에서 약 0.1g/㎡·day 이하일 수 있고, 예를 들어 약 0.01 내지 약 0.1g/㎡·day일 수 있고, 예를 들어 약 0.01 내지 약 0.05 g/㎡·day일 수 있다. 상기 '수분 투과도'는 외피재를 통하여 수증기가 투과되는 정도를 나타낸 것으로, 1㎡의 단위 면적에 대하여 24시간(1일) 동안 투과하는 수증기의 양을 g수로 나타내 것이다. 상기 진공단열재용 외피재가 상기 범위와 같이 낮은 수분 투과도를 유지함으로써 금속 미함유 배리어층을 포함함에도 수분에 대한 우수한 배리어 성능을 구현할 수 있고, 이를 포함하는 진공단열재의 장기 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 진공단열재용 외피재의 산소 투과도는 약 23℃도의 온도, 약 0%의 상대습도(RH) 조건 하에서 약 0.05cc/㎡·day 이하일 수 있다. 상기 '산소 투과도'는 외피재를 통해 산소가 투과하는 정도를 일컫는 것으로, 상기 진공단열재용 외피재가 상기 범위와 같은 낮은 산소 투과도를 유지함으로써 금속 미함유 필름인 배리어층을 포함함에도 가스(gas)에 대한 우수한 배리어 성능을 구현할 수 있고, 이를 포함하는 진공단열재의 장기 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재는 금속 미함유 필름인 배리어층을 포함함에도 불구하고, 전술한 바와 같이 낮은 수분 투과도 및 낮은 산소 투과도를 구현할 수 있고, 결과적으로 금속을 함유하지 않음으로써 우수한 단열 성능을 나타냄과 동시에 우수한 배리어 성능 및 장기 내구성을 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 유리 섬유를 포함하는 심재; 및 상기 심재를 수납하고 내부를 감압한 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 진공단열재의 단면을 도식화하여 나타낸 것이다. 상기 진공단열재(200)는 심재(40) 및 외피재(100)를 포함하며, 상기 외피재(100)에 관한 사항은 전술한 바와 같다. 상기 진공단열재(200)는 상기 진공단열재용 외피재(100)를 포함함으로써 우수한 단열 성능과 장기 내구성을 동시에 확보할 수 있다.
상기 진공단열재(200)는 심재(40)를 포함하며, 상기 심재는 열전도도가 낮고, 가스 발생이 적은 무기 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어 유리 섬유(glass fiber), 흄드 실리카, 실리카 보드(silica board), 유기질 섬유(organic fiber), 유기질 폼(organic foam) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 심재(40)는 유리 섬유(glass fiber)를 포함할 수 있고, 구체적으로 유리 섬유 보드를 포함할 수 있다. 상기 심재(40)는 복수의 유리 섬유 보드를 열-압착시킨 판상의 적층체를 포함할 수 있다. 상기 심재(40)가 유리 섬유를 포함하는 경우 우수한 강도를 확보할 수 있고, 단열 성능을 향상시키는 측면에서 유리할 수 있다.
상기 유리 섬유의 평균 직경은 약 10㎛ 이하일 수 있고, 예를 들어 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛일 수 있다. 이때, 상기 '평균 직경'은 상기 유리 섬유의 길이 방향에 대해 수직으로 절단한 단면의 평균 직경을 의미한다. 상기 유리 섬유의 평균 직경이 약 10㎛를 초과하는 경우에는 이를 포함하는 심재 내부의 공극 크기가 지나치게 커지기 때문에 내부로 들어온 가스의 대류 현상이 크게 발생하여 장기 내구성이 저하될 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재(100)는 금속 미함유 필름인 배리어층(20)을 포함하며, 이 때 상기 외피재(100)를 이용하여 밀봉되는 상기 심재(40)는 상기 크기 범위의 평균 직경을 갖는 유리 섬유를 포함함으로써, 상기 진공단열재(200)가 우수한 단열 성능 및 우수한 장기 내구성을 동시에 확보할 수 있다.
상기 진공단열재는 선형열전도율이 약 2 mW/mK 이하일 수 있고, 예를 들어 약 1.5 mW/mK 이하일 수 있다. 상기 '선형열전도율'은 상기 진공단열재의 테두리부에 있어서, 1㎜의 단위 길이 당 열전도율을 일컫는다. 상기 진공단열재의 선형열전도율이 0(zero)에 가까울수록 단열 성능이 우수함을 나타낸다.
상기 진공단열재는 금속 미함유 필름인 배리어층을 포함하는 상기 진공단열재용 외피재를 이용하여 제조됨으로써 상기 범위의 선형열전도율을 확보할 수 있고, 이로써 일정 수준 이상의 배리어 성능 뿐만 아니라, 현저히 향상된 단열 성능을 확보할 수 있다.
도 2를 참조할 때, 상기 진공단열재(200)는 게터(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 게터(50)는 진공단열재의 내부에 잔존하거나, 새로 유입되는 가스 및 수분을 흡수하기 위한 것으로, 예를 들어 산화칼슘(CaO), 제올라이트, 리튬 및 바륨의 합금 (BaLi), 산화코발트(CoO), 산화바륨(BaO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 게터(50)는 블록(block) 또는 직육면체 형상으로 제조될 수 있고, 상기 심재(40) 내부에 삽입되는 방법으로 진공단열재에 포함될 수 있다.
상기 게터(50)는 비표면적이 약 1㎡/g 내지 약 100㎡/g일 수 있고, 예를 들어 약 0.1㎡/g 내지 약 20㎡/g일 수 있다. 상기 게터(50)의 비표면적이 상기 범위를 만족함으로써 수분 흡착 성능이 향상될 수 있고, 상기 진공단열재용 외피재와 함께 장기 내구성 향상에 기여할 수 있으며, 적합한 기계적 물성을 확보할 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
평균 직경이 2㎛인 유리 섬유 보드를 적층하여 200㎜×200㎜×12㎜ (가로×세로×두께) 크기의 심재를 제조하였다. 최외각층으로부터 25㎛의 나일론 필름, 12㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 12㎛의 이축연신 폴리비닐알콜(BO-PVOH) 필름 및 30㎛의 미연신 폴리프로필렌(CPP) 필름이 순차적으로 적층된 외피재를 형성하였다. 각 필름은 우레탄 계열의 2액형 접착제로 접착하였다. 이어서, 비표면적이 4㎡/g인 순도 95%의 산화칼슘(CaO) 5g을 파우치에 넣어 제조한 게터를 상기 심재의 표면에 삽입하였다. 이어서, 상기 심재를 상기 외피재 밀봉하고, 4㎩으로 감압함으로써 최종적으로 200㎜×200㎜×8㎜ (가로×세로×두께) 크기의 진공단열재를 제조하였다.
비교예 1
최외각층으로부터 12㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 25㎛의 나일론 필름, 7㎛의 알루미늄 포일 및 50㎛의 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 필름이 순차적으로 적층된 외피재를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
비교예 2
최외각층으로부터 25㎛의 나일론 필름 0.1㎛인 산화알루미늄막이 증착된 12㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)필름, 0.1㎛인 알루미늄이 증착된 12㎛의 에틸렌비닐알콜(EVOH) 필름 및 30㎛의 미연신 폴리프로필렌(CPP) 필름이 순차적으로 적층된 외피재를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
<평가>
실험예 1: 수분 투과도의 측정
상기 실시예 및 비교예의 각 진공단열재용 외피재에 대하여, 온도 38℃ 및 상대 습도 100%의 조건 하에서, Mocon사의 Aquatran 장치를 이용하여 1㎡ 면적당, 24시간 동안의 투과 수분량을 측정하여, 수분 투과도를 도출하였다.
실험예 2: 산소 투과도의 측정
상기 실시예 및 비교예의 각 진공단열재용 외피재에 대하여, 온도 23℃ 및 상대습도 0%의 조건 하에서, Mocon사의 Oxtran 장치를 이용하여 1㎡ 면적당, 24시간 동안의 산소 투과량을 측정하여, 산소 투과도를 도출하였다.
실험예 3: 장기 내구성의 측정
상기 실시예 및 비교예의 진공단열재 각각의 중심부에 대하여 제조 후 1일 이내에 HC-074-200(EKO社 제조) 장치를 이용하여 상온에서의 초기 열전도율을 측정하고, 이어서 온도 70℃의 조건에서 30일 동안 위치시킨 후의 열전도율을 측정하였다. 상기 초기 열전도율 대비, 30일후 열전도율의 증가량을 도출하였다.
실험예 4: 선형열전도율의 측정
상기 실시예 및 비교예의 진공단열재에 대하여, 600×600×8mm 크기 1매와 300×600×8mm 크기 2매를 제작하여, Eko사 HC-074-600 장치를 통해 선형열전도율을 측정하였다. 구체적으로, 600×600×8mm 크기 1매의 진공단열재는 중심의 소정의 영역의 열전도율을 측정하였고, 300×600×8mm 크기 2매의 진공단열재는 서로 접하도록 나란히 위치시킨 후에, 접촉면 부근의 소정의 영역에 대한 열전도율을 측정하였다. 이후 측정된 열전도율을 이용하여 선형열전도율을 산출하였다.
표 1
수분 투과도(g/㎡·day) 산소투과도(cc/㎡·day) 열전도율 증가량 (mW/mK) 선형열전도율(mW/mK)
실시예 1 0.05 0.04 1.70 1.3
비교예 1 0.03 0.04 1.80 33.8
비교예 2 0.05 0.05 1.75 2.4
상기 표 1의 결과를 참조할 때, 상기 실시예 1의 진공단열재는 금속 미함유 필름인 배리어층을 포함하는 외피재를 이용하여 제조됨으로써, 수분 및 산소 투과도 측면에서 기존의 금속을 함유하는 비교예 1 및 2 대비, 유사하거나 더 나은 수준의 배리어 성능을 구현함을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 1의 경우, 열전도율 증가량 측면에서 비교예 1 및 2 대비 우수한 장기 내구성을 구현하고, 선형열전도율이 현저히 낮게 측정되었는바, 단열 성능이 현저히 우수한 것을 알 수 있다.
[부호의 설명]
100: 진공단열재용 외피재
200: 진공단열재
10: 실링층
20: 배리어층
30: 보호층
40: 심재
50: 게터

Claims (13)

  1. 보호층; 금속 미함유 필름인 배리어층; 및 실링층을 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 미함유 필름은 이축연신 폴리비닐알콜(BO-PVOH) 필름인
    진공단열재용 외피재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층의 두께는 10㎛ 내지 30㎛인
    진공단열재용 외피재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호층의 두께는 5㎛ 내지 20㎛인
    진공단열재용 외피재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실링층은 녹는점이 125℃ 내지 170℃인 수지 필름을 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실링층은 미연신 폴리프로필렌(CPP), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실링층의 두께는 25㎛ 내지 60㎛인
    진공단열재용 외피재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 진공단열재용 외피재의 수분 투과도가 38℃ 100% RH 조건 하에서 0.1g/㎡·day 이하인
    진공단열재용 외피재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 진공단열재용 외피재의 산소 투과도가 23℃ 0% RH 조건 하에서 0.05cc/㎡·day 이하인
    진공단열재용 외피재.
  11. 유리 섬유를 포함하는 심재; 및
    상기 심재를 수납하고 내부를 감압한 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 진공단열재용 외피재를 포함하는
    진공단열재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유리 섬유의 평균 직경은 10㎛ 이하인
    진공단열재.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 진공단열재는 선형열전도율이 2mW/mK 이하인
    진공단열재.
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