KR101800047B1 - 진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 고성능 진공단열재 - Google Patents

진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 고성능 진공단열재 Download PDF

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Abstract

1층 이상의 폴리에스테르 필름; 상기 폴리에스테르 필름 하부에 접착되는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol, PVOH) 필름; 및 상기 폴리비닐알콜 필름 하부에 접착되는 실링 필름을 순차적으로 포함하는 진공단열재용 외피재를 제공한다.
유리섬유로 이루어지는 심재; 및 상기 심재를 수납하고 내부를 감압한 상기 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.

Description

진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 고성능 진공단열재{ENVELOPE FOR VACUUM INSULATION PANEL AND HIGH PERFORMANCE VACUUM INSULATION PANEL APPLIED THE SAME}
진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 고성능 진공단열재에 관한 것이다.
현재 상용되고 있는 진공단열재의 경우，심재로서 글라스울 및 흄드 실리카，에어로겔 등의 무기화합물이 사용되고 있으며，외피재는 나일론/PET /알루미늄 호일, 혹은 알루미늄 증착층과 더붙어 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP) 등이 융착층으로서 사용된다. 또한 진공단열재의 장기적인 성능 확보를 위해 게터재로서 생석회(CaO) 및 제올라이트，실리카겔 등의 흡습제와 금속 파우더가 사용되고 있다.
특히 진공단열재용 외피재의 경우 외부 충격 및 외부의 환경변화, 즉 외부 온도변화 및 습도변화 등에 노출되어 있고, 진공단열재의 효과 및 성능에도 영향을 미치는바 진공단열재용 외피재에 대한 연구가 계속되고 있다.
본 발명의 일 구현예는 알루미늄 호일을 포함하지 않음에도 배리어 성능이 우수한 진공단열재용 외피재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 진공단열재용 외피재를 포함하여 열성능과 장기성능이 우수한 진공단열재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 1층 이상의 폴리에스테르 필름; 상기 폴리에스테르 필름 하부에 접착되는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol, PVOH) 필름; 및 상기 폴리비닐알콜 필름 하부에 접착되는 실링 필름을 순차적으로 포함하는 진공단열재용 외피재를 제공한다.
상기 폴리비닐알콜 필름의 두께는 약 10㎛ 내지 약 30㎛일 수 있다.
상기 폴리비닐알콜 필름이 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 실링 필름은 무연신 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 필름을 포함할 수 있다.
상기 실링 필름의 두께는 약 20㎛ 내지 약 40㎛일 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름은 1층 이상의 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(Vacuumm Metalized PolyEthylene Terephthalate, VM-PET) 필름을 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 증착필름의 두께는 약 5㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름, 폴리비닐알콜 필름 및 실링필름은 각각 폴리우레탄계 수지에 의해서 접착될 수 있다.
상기 폴리우레탄계 수지의 층간 접착강도는 약 200gf/15㎟ 이상일 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재는 알루미늄 호일을 더 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 유리섬유로 이루어지는 심재; 및 상기 심재를 수납하고 내부를 감압한 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
상기 심재가 유리섬유를 포함하는 보드가 1층 이상 적층된 적층체 일 수 있다.
상기 심재의 기공 크기(pore size)가 약 50㎛이하일 수 있다.
상기 심재에 부착 또는 삽입되는 게터재를 추가로 포함할 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재는 배리어 성능이 우수하여 외부의 가스 또는 수분의 유입을 차단할 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재를 사용한 진공단열재는 열성능과 장기 내구성능이 동시에 향상될 수 있다.
도 1은 진공단열재 외부의 수분 및 공기가 내부로 침투하는 경로(1,2,3)를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재용 외피재의 분해 단면도이다.
도 3은 실시예1, 비교예1 및 비교예2에 따른 진공단열재용 외피재의 분해 단면도이다.
도 4는 실시예1 및 실시예2의 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재의 시간에 따른 열전도율을 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 실시예1, 비교예1 및 비교예2의 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재의 시간에 따른 열전도율을 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재의 분해 단면도이다.
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 외피재
본 발명의 일 구현예에서, 1층 이상의 폴리에스테르 필름; 상기 폴리에스테르 필름 하부에 접착되는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol, PVOH) 필름; 및 상기 폴리비닐알콜 필름 하부에 접착되는 실링 필름을 순차적으로 포함하는 진공단열재용 외피재를 제공한다.
종래에 나와 있는 진공단열재의 경우 외피재는 주로 금속 증착필름 또는 알루미늄 호일이 포함된 다층필름으로 구성되고, 심재에는 글라스파이버, 흄드 실리카 등이 적용되고 있다. 또한 진공단열재 내부의 수분, 공기 및 가스를 흡착하기 위해 게터를 적용하게 된다. 한편, 진공단열재의 열성능은 시간이 지남에 따라 초기 열성능보다 나빠지게 되는데 그 주된 이유는 외부로부터 유입되는 수분 및 공기로 인해 진공단열재 내부의 압력이 상승되기 때문이다.
알루미늄 호일이 적용된 통상적인 외피재의 경우, 외피재의 배리어 성능(투습도, 산소투과도)이 우수하여 진공단열재의 장기 내구성능 측면에서는 유리하지만 알루미늄 호일에 의한 열전달로 인해 열교(Heat bridge) 현상이 생기게 되고, 이에 따라 진공단열재 전체의 열성능 또한 악화되는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 극복하기 위해 상기 알루미늄 호일을 대신하여 금속 증착필름, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 일면에 알루미늄 증착층을 갖는 알루미늄 증착필름을 적용할 경우 열교 현상은 거의 없으나 장기내구성능이 떨어져 실제 진공단열재용 외피재로 적용하기에는 어려움이 있었다.
도 1은 진공단열재 외부의 수분 및 공기가 내부로 침투하는 경로(1,2,3)를 나타낸 것이다. 도 1을 참고하면, 진공단열재 외부의 수분 및 공기가 진공단열재 내부로 침투하는 경로는 3가지로 나누어 나타날 수 있다.
알루미늄 호일을 포함하는 통상의 외피재의 경우 1번 방향으로의 공기 침투량은 거의 없다고 볼 수 있으나, 2번 방향으로는 실링부를 통해, 3번 방향에서는 외피재의 꺽임으로 인해 배리어 성능이 저하됨으로써 외부의 수분 및 공기가 침투할 수 있다. 이로 인해 배리어 성능을 높이고자 외피재에 알루미늄 호일을 포함시키는 것이 대부분이나, 그럼에도 불구하고 장기 내구성능이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 진공단열재용 외피재에 열교현상을 발생시키는 알루미늄 호일을 포함하지 않음에도 불구하고, 장기내구성능이 및 열성능이 우수한 진공단열재용 외피재를 제공한다.
상기 진공단열재용 외피재는 1층 이상의 폴리에스테르 필름; 상기 폴리에스테르 필름 하부에 접착되는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol, PVOH) 필름; 및 상기 폴리비닐알콜 필름 하부에 접착되는 실링 필름의 순차적인 적층구조이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재용 외피재의 분해 단면도인바, 도2를 참조하면, 상기 진공단열재용 외피재(100)는 위로부터 폴리에스테르 필름(10), 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol, PVOH) 필름(20), 실링 필름(30)을 포함할 수 있다.
유리섬유를 심재로 적용하는 진공단열재의 경우, 상기 진공단열재를 모서리 부분을 돌출된 패널 형태로 만드는 것이 보통인바, 부득이하게 진공단열재용 외피재가 접히는 부분이 발생한다. 상기 진공단열재용 외피재는 외피재가 접힘에도 불구하고 배리어 성능이 저하되지 아니하며, 이로 인해 상기 외피재의 접힘부분으로 수분 및 공기가 침투하지 않게 할 수 있다.
구체적으로, 전술한 외피재의 접힘부분은 도 1의 3번 방향이 될 수 있고, 상기 접힘부분으로 인한 외부의 수분 및 공기가 침투는 진공단열재용 외피재의 PVOH 필름(20)에 영향을 많이 받으나, 상기 PVOH 필름(20)은 여러 번의 접힘에도 불구하고 배리어 성능 저하가 없어, 우수한 배리어 성능을 유지할 수 있다.
상기 PVOH 필름(20)의 두께는 약 10㎛ 내지 약 30㎛일 수 있다. 상기 PVOH 필름이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 배리어 성능이 향상되는 장점이 있어, 진공단열재의 장기내구성 개선 효과를 용이하게 구현할 수 있다.
상기 PVOH필름이 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 PVOH 필름은 외부의 가스 또는 수분의 유입을 차단하는 배리어층의 역할을 수행할 수 있는바, 이때, 상기 PVOH 필름(20)은 알루미늄 호일을 포함하지 않을 수 있다.
통상의 배리어층은 외부의 가스 또는 수분 유입을 차단하기 위하여 알루미늄 호일을 포함함이 보통이다. 그러나, 상기 PVOH 필름은 알루미늄 호일을 포함하지 아니하는바, 알루미늄 호일에 의해 발생하는 열교현상을 억제하여 초기성능과 동시에 장기내구성능이 우수한 진공단열재용 외피재를 구현 할 수 있다.
또한, 상기 PVOH필름은 고온에서 잘 견디고, 여러 접힘에도 불구하고 배리어 성능이 EVOH(Ethylenevinyl alcohol) 필름보다 우수하다. 그러므로, 진공단열재 제조에 있어서 필수적으로 발생하는 진공단열재용 외피재의 접힘 및 굽힘 현상에도 불구하고, 상기 PVOH 필름이 외부의 가스 또는 수분의 유입을 차단하는 역할을 여전히 수행할 수 있고, 상기 접힘 및 굽힘 부분으로 인한 배리어 성능의 악화 등이 발생하지 아니한다.
한편, 통상의 실링층은 폴리에틸렌 필름이 적용되는데, 폴리에틸렌 필름의 경우 산소투과도가 약 3000cc/m2day 내지 약 4000cc/m2day 수분으로 배리어 성능이 좋지 않고, 나아가 고온에서 배리어 성능이 급격히 저하되는 단점이 있었다.
전술한 바와 같이, 도 1의 2번 방향의 경우 외부의 수분 및 공기가 침투됨에 있어서, 실링 필름(30)의 영향을 많이 받는바, 상기 실링 필름(30)은 무연신 폴리프로필렌(PP) 필름을 포함할 수 있다.
상기 실링 필름(30)은 배리어 성능이 우수한 무연신 폴리프로필렌(PP) 필름을 포함하는바, 상기 PVOH 필름(20)과 함께 진공단열재용 외피재의 배리어 성능을 극대화할 수 있고, 상기 실링 필름(30)은 심재의 표면에 밀착될 수 있다.
상기 무연신 폴리프로필렌(PP) 필름은 통상의 실링 필름에 적용되는 내열성이 우수한 필름으로 상온에서뿐 아니라 고온에서도 폴리에틸렌 필름에 비해 배리어 성능이 우수한바, 심재와 부착되는 실링 필름(30)으로의 사용에 탁월하다.
또한, 상기 무연신 폴리프로필렌(PP) 필름의 산소투과도는 상온에서 약 1300cc/m2day 수분으로 폴리에틸렌 필름의 약 1/3 수준에 불과하며, 투습도의 경우도 폴리에틸렌 필름이 약 14g/m2day 수준인 것에 비해, 상기 무연신 폴리프로필렌(PP) 필름의 경우 약 7g/m2day으로 상기 폴리에틸렌 필름의 투습도의 1/2을 유지한다. 그러므로, 상기 실링 필름(30)은 상기 무연신 폴리프로필렌(PP) 필름을 포함함으로써 2번 방향을 통해 외부의 수분 및 공기의 침투를 탁월하게 차단할 수 있다.
구체적으로, 상기 실링 필름(30)의 두께는 약 20㎛ 내지 약 40㎛일 수 있다. 상기 실링 필름이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 상기 실링 필름으로 침투하는 수분 및 공기의 양을 줄일 수 있는 장점이 있어, 결과적으로 진공단열재의 장기내구성을 개선하는 효과를 용이하게 구현할 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재는 상기 PVOH 필름(20) 상부에 1층 이상의 폴리에스테르 필름을 포함할 수 있다. 상기 폴리에스테르 필름은 외부 충격으로부터 보호하는 보호층의 역할을 함과 동시에, 외부의 가스 또는 수분의 유입을 차단하는 배리어층의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 필름은 하부에 PVOH 필름을 동시에 포함함으로써, PVOH 필름에 의한 진공단열재의 배리어 성능을 극대화 할 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리에스테르 필름(10)은 1층 이상의 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름(11,12)을 포함할 수 있는바, 상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름을 1층 이상 적층함으로써, 진공단열재용 외피재의 배리어 성능 또는 외부충격 또는 외부조건으로 인한 보호 성능을 극대화할 수 있다.
상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름(11,12)은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 일면에 알루미늄 증착층을 갖는 필름을 일컫는바, 상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름의 광학밀도(Optical Density: OD) 값은 약 3.0 이상인 것이 배리어 특성을 구현할 수 있다. 또한, 상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름(11,12)을 사용하는 경우 알루미늄 증착층의 두께는 약 500Å이상으로 하여 배리어 특성을 구현할 수 있다.
상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름(11,12)의 두께는 약 5㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다. 상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 외피재의 뻣뻣한 정도가 적당하게 유지됨으로써, 진공단열재 제조시 발생할 수 있는 불량률을 최소화할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름은 PET 필름 일면에 알루미늄 증착층을 갖는 필름으로써, 외부에는 PET 필름을 노출시킬 수 있다. 상기 알루미늄 증착층이 최외각에 위치하는 경우 알루미늄이 산화되는 현상이 발생할 수 있고, 손이나 외부 충격에 의한 긁힘 또는 크랙 등이 발생할 수 있다.
그러므로, 알루미늄 증착층을 내부에, PET필름을 외부에 위치시킴으로써, 알루미늄 증착필름의 외부에 의한 충격을 최소화할 수 있고, 외부의 가스 또는 수분의 유입을 차단하는 배리어 성능을 동시에 확보할 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름, 폴리비닐알콜 필름 및 실링 필름은 각각 폴리우레탄계 수지에 의해서 접착될 수 있다. 또한, 상기 폴리우레탄계 수지의 층간 접착강도는 200gf/15㎟ 이상일 수 있다. 도 2를 참고하면, 각각의 필름 사이에 위치하여 필름을 접착하는 접착제(101)는 폴리우레탄 수지일 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 진공단열재용 외피재(100)는 열교현상에 의한 열전달을 최소화 함과 동시에 배리어 성능을 높일 수 있는 적층구조를 포함하는바, 예를 들어, 배리어 성능을 극대화 하기 위해 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름을 2개층으로 구성하고, 상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름 하단에 진공단열재용 외피재의 접힘 부위 배리어 성능을 유지하기 위해 PVOH 필름을 적용하고, 상기 PVOH 필름 하부에 실링부위에서의 배리어 성능을 극대화 하기 위해 무연신 폴리프로필렌(PP) 필름을 적용할 수 있다.
또한, 상기 진공단열재용 외피재는 알루미늄 호일을 더 포함하지 아니하는바, 알루미늄 호일을 포함함으로써 발생할 수 있는 열교 현상 등이 발생하지 아니하여 진공단열재 전체의 열성능 악화 등을 방지할 수 있다.
진공단열재
본 발명의 다른 구현예에서, 유리섬유로 이루어지는 심재; 및 상기 심재를 수납하고 내부를 감압한 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재의 분해 단면도로, 상기 진공단열재는 심재(200), 상기 진공단열재용 외피재(100) 및 게터제(300)를 제공한다.
상기 심재(200)는 유리섬유로 이루어질 수 있다. 상기 심재(200)는 글라스 울, 글라스 보드, 펄라이트, 흄드실리카 및 에어로겔 등의 단열성을 갖는 공지의 심재라면 제한 없이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 심재(200)는 유기 및 무기 바인더가 포함되지 않거나, 물 또는 유기 화합물을 포함하는 수용액 내에서 교반된 유리섬유를 포함하는 보드가 1층 이상 적층되는 적층체를 형성할 수 있고, 직경이 약 1㎛ 내지 약 10㎛ 이내인 유리 섬유 집합체, 혹은 유/무기 바인더로 이루어지는 글라스울 및 보드가 하나 이상 적층될 수 있다.
상기 심재의 기공 크기(pore size)가 약 50㎛이하, 구체적으로 약 30㎛일 수 있다. 기공 크기는 다공체의 세공조직에 있는 공극을 의미하는바, 상기 심재에서는 유리섬유에 의해 형성된 유리섬유 사이의 기공 크기를 일컫는다. 폴리에스테르 필름, 폴리비닐알콜 필름 및 실링필름을 포함하는 진공단열재용 외피재와 심재를 동시에 사용함에 있어서, 상기 심재의 기공 크기가 약 50㎛를 초과하는 경우, 진공단열재가 시간이 흐름에 따라 성능이 저하되어 장기내구성능의 확보에 어려움이 있다.
이에 반해, 상기 심재의 기공 크기가 약 50㎛ 이하인 경우 작은 기공 크기로 인하여 외부로부터 침투한 가스의 대류에 의한 열전달이 상대적으로 느리게 진행되기 때문에, 동일한 양의 가스가 내부로 침투하는 경우에도 진공단열재의 장기내구성능을 향상시킬 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재(100)는 전술한 바와 같다. 상기 진공단열재용 외피재(100)는 1층 이상의 폴리에스테르 필름; 상기 폴리에스테르 필름 하부에 접착되는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol, PVOH) 필름; 및 상기 폴리비닐알콜 필름 하부에 접착되는 실링 필름을 순차적으로 포함 할 수 있다.
알루미늄 호일을 포함하는 통상의 진공단열재용 외피재를 사용하여 제조된 진공단열재의 경우 진공단열재 중앙부(도 1의 1번 방향)의 열전도율은 낮으나, 모서리부(도 1의 3번 방향)의 열전도율은 높아 진공단열재 전체에 대한 열전도율은 약 2배 내지 3배가 악화되었다. 이처럼, 진공단열재의 중앙부, 모서리부 등의 위치마다 열전도율이 다르게 측정되는바, 진공단열재 면적 전체에 대한 열전도율을 유효 열전도율이라 일컫는다.
상기 유효 열전도율은 실제로 냉장고의 소비효율, 건물의 에너지 절감과 관련된 값으로, 진공단열재의 물성 중 중요한 수치이다. 예를 들어, 알루미늄 호일을 배리어층에 포함하는 진공단열재용 외피재를 사용하여 450mmX900mm X20mm의 크기로 진공단열재를 제조한 경우, 상기 진공단열재 중앙부의 열전도율은 약 3.5mW/mK이지만 유효열전도율은 약 9.6mW/mK로 열전도율보다 크게 측정되었는바, 상기 진공단열재용 외피재 포함하는 알루미늄 호일에 의해 발생한 열교현상이 진공단열재의 중앙부와 모서리부의 열전도율의 차이를 크게 만드는 것을 알 수 있었다.
그러나, 상기 진공단열재에 PVOH 필름을 포함하여 배리어 성능을 발휘하는 진공단열재용 외피재가 적용된 경우, 진공단열재 중앙부의 열전도율은 약 3.5mW/mK로, 유효열전도율은 약 4.7mW/mK로 측정되었는바, 상기 진공단열재의 중앙부와 모서리부의 열전도율 차이가 크지 않음을 알 수 있었다.
그러므로, 알루미늄 호일을 포함하지 아니하고, 상기 PVOH필름을 포함하는 진공단열재용 외피재를 사용함으로써, 상기 진공단열재의 열성능 향상, 즉 열전달을 최소화시킬 수 있다.
또한, 알루미늄 호일을 포함하지 않는 상기 외피재를 사용함으로써 진공 단열재의 열성능을 향상시킴과 동시에 상기 심재의 기공크기를 약 50㎛이하로 할 수 있는바, 심재의 기공크기를 약 50㎛이하로 조절함으로써 진공단열재의 장기내구성을 또한 확보할 수 있고, 이로 인해 열성능과 장기내구성능이 모두 우수한 진공단열재를 제공할 수 있다.
아울러, 상기 진공단열재는, 상기 진공단열재 내부의 수분 흡습을 목적으로 게터재(300)를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 게터재(300)는 상기 심재에 부착되어 적용되거나, 또는 상기 심재에 삽입되어 적용된다. 도 5에서는 상기 게터재(300)가 심재(100)에 삽입되어 적용된 실시예가 도시되어 있다.
상기 게터재(300)는 순도 95% 이상의 생석회(CaO) 분말을 포함할 수 있고, 제올라이트, 코발트, 리튬, 활성탄, 산화알루미늄, 바륨, 염화칼슘, 산화마그네슘, 염화마그네슘, 산화철, 아연 및 지르코늄 중에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 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 >
실시예1
먼저, 직경이 1㎛ 내지 6㎛인 글라스 섬유 집합체 및 실리카를 포함하는 무기 바인더로 이루어지는 5mm의 판상의 보드가 각각 한층씩 적층법에 의해 적층되어 복합체로 구성되고, 기공크기가 50㎛인 심재를 진공단열재용 심재로 사용하였다. 이때 순도 95%의 생석회(CaO) 5g을 파우치에 넣어서 제조한 게터재를 상기 심재에 삽입시켰다.
다음으로, 위로부터 2층의 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름 12㎛, PVOH 필름 15㎛ 및 무연신 폴리프로필렌(PP) 필름 30㎛의 구조로 형성된 진공단열재용 외피재를 제조하였고, 상기 필름층은 폴리우레탄계 수지를 이용하여 접착되었다.
그 다음으로 상기 심재를 상기 외피재에 삽입한 후 1Pa의 진공도 상태에서 밀봉하여 크기가 200mmX200mmX8mm인 진공단열재를 제조하였다.
실시예2
진공단열재용 심재의 기공크기를 80㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
비교예1
위로부터 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 (PET) 12㎛, 나일론(Nylon) 필름 25㎛, Al 호일 7㎛ 및 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 50㎛의 구조로 형성된 진공단열재용 외피재를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진공단열재를 제조하였다.
비교예2
위로부터 3층의 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름 12㎛ 및 선형저밀로 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 50㎛의 구조로 형성된 진공단열재용 외피재를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진공단열재를 제조하였다.
도 3은 상기 실시예1, 비교예1 및 비교예2에 따른 진공단열재용 외피재의 분해 단면도이다.
< 실험예1 > -진공단열재의 장기내구성능 TEST
상기 실시예1 및 실시예2에 따른 진공단열재를 70°C, 90%RH의 항온 챔버에 각각 넣고 3개월 간 유지하면서, HC-074-200(EKO사 제조) 열전도 측정기를 사용하여 열전도율을 측정하였다.
열전도율(mW/Mk)
1개월 2개월 3개월
실시예1 3.5 3.7 4.1
실시예2 3.7 5.9 8.2
도 4는 실시예1 및 실시예2의 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재의 시간에 따른 열전도율을 그래프로 나타낸 것이다. 상기 표1 및 도4를 참고하면, 실시예1의 진공단열재의 열전도율이 실시예 2의 진공단열재의 열전도율 보다 낮게 측정되었다.
구체적으로, 상기 실시예 1은 심재의 기공크기가 50㎛이하인 것에 비해, 상기 실시예 2는 심재의 기공크기가 50㎛를 초과하였다. 이때, 상기 실시예 2에 비해 실시예 1의 열전도율이 시간이 흐름에도 불구하고 더 낮게 유지되어 있는바, 실시예 1의 장기내구성능이 더 우수함을 확인하였다.
그러므로, 상기 진공단열재가 알루미늄 호일을 포함하지 않고 PVOH필름을 포함하는 진공단열재용 외피재와 기공크기가 약 50㎛이하인 심재를 동시에 포함함으로써 열전달 특성 및 장기내구성능을 함께 확보할 수 있음을 확인하였다.
< 실험예2 > -진공단열재의 열전도율 TEST
상기 실시예1, 비교예1 및 비교예2에 따른 진공단열재를 85°C의 항온 챔버에 각각 넣고 3개월 간 유지하면서, HC-074-200(EKO사 제조) 열전도 측정기를 사용하여 열전도율을 측정하였다.
열전도율(mW/Mk)
1개월 2개월 3개월
실시예1 3.9 4.5 5.1
비교예1 4.3 5.1 5.8
비교예2 4.6 7.5 10.4
도 5는 실시예1, 비교예1 및 비교예2의 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재의 시간에 따른 열전도율을 그래프로 나타낸 것이다. 상기 표2 및 도5를 참고하면, 실시예1의 진공단열재의 열전도율이 비교예1 및 2의 진공단열재의 열전도율 보다 낮게 측정되었다.
구체적으로, 진공단열재용 외피재에 알루미늄 호일을 포함하는 비교예 1에 비해, PVOH 필름 또는 PVOH 필름 및 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름으로 배리어 성능을 발휘하는 진공단열재용 외피재를 포함하는 실시예1이 장기 내구성능 또한 훨씬 우수함을 알 수 있었다.
또한, 실시예1은 PVOH 필름 또는 알루미늄 호일을 별도로 포함하지 않는 비교예 2에 비해 열전도율이 전반적으로 낮으며, 장기내구성능 또한 우수함을 알 수 있었다.
100: 진공단열재용 외피재
200: 심재
300: 게터재
101: 접착제
10: 폴리에스테르 필름
20: 폴리비닐알콜 필름
30: 실링 필름

Claims (14)

1층 이상의 폴리에스테르 필름;
상기 폴리에스테르 필름 하부에 접착되는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol, PVOH) 필름; 및
상기 폴리비닐알콜 필름 하부에 접착되는 실링 필름을 순차적으로 포함하고,
상기 폴리에스테르 필름은 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(Vacuum Metalized PolyEthylene Terephthalate, VM-PET) 필름이고,
상기 실링 필름은 무연신 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 필름이며,
알루미늄 호일을 더 포함하지 않는
진공단열재용 외피재.
제 1항에 있어서,
상기 폴리비닐알콜 필름의 두께는 10㎛ 내지 30㎛인
진공단열재용 외피재.
제 1항에 있어서,
상기 폴리비닐알콜 필름이 단층 또는 다층으로 형성된
진공단열재용 외피재.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 실링 필름의 두께는 20㎛ 내지 40㎛인
진공단열재용 외피재.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 알루미늄 진공증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET) 필름의 두께는 5㎛ 내지 20㎛인
진공단열재용 외피재.
제 1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 필름, 폴리비닐알콜 필름 및 실링필름은 각각 폴리우레탄계 수지에 의해서 접착되는
진공단열재용 외피재.
제 8항에 있어서,
상기 폴리우레탄계 수지의 층간 접착강도는 200gf/15㎟ 이상인
진공단열재용 외피재.
삭제
유리섬유로 이루어지는 심재; 및
상기 심재를 수납하고 내부를 감압한 제1항 내지 제3항, 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 외피재를 포함하는
진공단열재.
제 11항에 있어서,
상기 심재가 상기 유리섬유를 포함하는 보드가 1층 이상 적층된 적층체인
진공단열재.
제 11항에 있어서,
상기 심재의 기공 크기(pore size)가 50㎛이하인
진공단열재.
제 11항에 있어서,
상기 심재에 부착 또는 삽입되는 게터재를 추가로 포함하는
진공단열재.
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