KR20110061675A - 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재 및 그의 제조방법 - Google Patents

상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 에어캡 필름(10) 상에 형성된 에어캡(11)에 상변화물질(12)을 충진시킨 에어캡 필름(10)을 2층 적층시켜 단열층(40)을 형성하고, 상기 단열층(40) 일측 표면에 알루미늄 박막(20)을 융착시킨 단열재를 제공하며, 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재는 공기층이 가지는 단열 효과를 에어캡 필름(10)을 적층시키고 단열층(40) 일측 표면에 알루미늄 박막(20)을 증착시킴으로써 단열 효과를 더욱 배가시키고, 상변화물질(12)이 가지는 잠열효과를 이용하여 더욱 효과적인 단열 효과를 얻을 수 있으며, 특히 상변화물질(12)이 에어캡(11) 내에 충진되도록 하여 에어캡(11) 내부에서 안정되게 존재하게 함으로써 포장재를 사용함에 따라 상변화물질(12)이 탈락되거나 흩어지지 않게 하여 포장재를 거듭 사용하여도 단열 효과가 그대로 유지되게 할 수 있다. 또한 상기 상변화물질(12)은 단열층(40)의 외측에 형성됨으로써 포장재 내측 표면과 외측 표면에 골고루 분포됨으로써 포장재 내측 표면에서는 상변화물질(12)이 공기층의 매개 없이 포장된 물체와 바로 접촉하고, 포장재 외측 표면에서는 상변화물질(12)이 공기층의 매개 없이 외부 공기와 바로 접촉함으로써 상변화물질(12)의 열 흡수와 방출에 따른 단열 효과가 극대화될 수 있다. 그리고 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재는 제조 방법이 간단하고 사용되는 재료가 많지 않아 우수한 단열 효과를 가지는 단열재를 저렴한 가격에 제공할 수 있다.
단열재, 에어캡, 상변화물질, 필름

Description

상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재 및 그의 제조방법{thermal insulating material using aircap filled with phase change material and the manufacturing method thereof}
본 발명은 상변화물질을 충진시킨 에어캡 필름을 2겹 이상 적층시켜 형성한 단열재에 관한 것이다.
단열이란, 필요한 열의 유출을 방지하고, 불필요한 열의 유입을 방지하는 것을 의미한다. 현대산업의 발전과 더불어 국민생활수준이 향상되면서 식품포장 본래의 목적을 만족시키면서 내용물의 특성을 유지시키는 단열 포장재료의 요구가 증대하고 있다. 특히 과채류나 아이스크림, 생선 및 정육 등 유통·운반 과정에서 온도 상승에 따른 변질이나 외형 변화가 큰 식품의 경우 선도유지뿐만 아니라 우수한 단열성이 요구된다.
주로 사용되는 단열재는 유기 발포질 계의 발포 폴리스티렌, 경질 우레탄 폼, 요소 발포, 발포 폴리에틸렌 등이 있으며, 무기 섬유질 계에는 유리면, 암면 등이 있다. 그러나 상기 단열재들은 주로 건물의 단열재로 사용되는 것이어서 식품포장재로는 적합하지 못하다.
최근까지 단열성 식품포장재로는 스티렌폼(styrene foam)이 주로 사용되고 있다. 스티렌폼은 고분자 물질인 폴리스티렌을 부풀려 팽창시킨 것으로 전체 부피의 98%가 공기로 이루어져 가볍고 단열성능이 우수한데다 물기에도 강하고 가격도 저렴해 포장용 완충재, 건축용 단열재, 일회용 용기, 고기나 생선 등의 신선식품 포장용기로 널리 사용되고 있다. 그러나 스티렌폼은 쉽게 부서지기 때문에 반복 사용이 어렵고, 열에 약한 단점 때문에 종종 큰 화재의 원인이 되기도 했으므로 기존 스티렌폼을 대체하기 위한 단열재 개발이 요구되어 왔다.
상변화물질(Phase change material; PCM)이란 상변화기술이 적용된 물질로서, 상변화기술은 미항공우주국(NASA)에서 시작된 것으로 급격한 온도변화에 따른 우주선의 동체균열을 방지하고, 극심한 온도편차로부터 우주비행사들을 보호하기 위해 연구된 것으로 고체상태와 액체상태 사이의 상변화과정을 통하여 열을 흡수하였다가 온도가 내려가면 열을 방출시키는 기술이다. 상변화기술은 많은 양의 열에너지를 저장하거나 방출하는 기술로서 우주선, 항공전자장비의 온도조절, 우주복, 태양열저장시스템에 적용되고 있으며 점차 기능성 제품으로 개발되고 있다. 상변화기술은 다른 물질보다 몇 십배, 몇 백배의 열에너지를 저장할 수 있다. 설정된 온도 이상으로 온도가 상승하면, 상변화물질은 열을 흡수하기 시작하고, 반대로 온도가 하강하면 저장된 열에너지를 방출하여 상변화물질에 둘러쌓인 물체는 항상 일정한 온도를 유지할 수 있으므로 상변화물질을 이용하여 단열재를 생산하기 위한 시도는 꾸준히 있어 왔다.
에어캡이란 합성수지 필름 사이에 공기를 주입·압축하여 공기층을 필름 사이에 공기층을 형성시킨 것으로 에어캡 필름은 특정한 상품의 제한 없이 파손되기 쉬운 제품의 완충을 필요로 하는 경우 주로 사용되며, 에어캡 필름 제작에는 주로 폴리에틸렌(Linear low density polyethylene; LLDPE)이 주로 사용된다. 에어캡은 상기에서 기술한 바와 같이 파손되기 쉬운 제품의 완충을 필요로 하는 경우에 포장재로 주로 사용되나, 공기층의 단열 효과를 이용하여 단열재로 개발할 수 있는 잠재력이 크다.
상변화물질 또는 에어캡을 이용하여 단열재를 만들기 위한 시도는 아래와 같은 예들이 있어 왔다.
대한민국 등록특허 제10-0860584호 "반사형 필름 및 이를 이용한 단열재와 그 제조방법"에는 "에어캡, 폴리에틸렌 폼 및 부직포를 적층하여 복합층으로 이루어진 단열층과; 상기 단열층의 상하면에 형성한 필름반사층을 포함하며, 상기 필름반사층은 상기 단열층의 상하면에 합성수지 필름층을 형성하면서, 상기 필름층에 알루미늄 호일을 증착시켜 제2반사층을 형성하고, 상기 제2반사층에 금과 도료를 혼합하여 형성한 금색도료를 도포한 뒤 200℃의 온도에서 1∼2초 동안 가열 건조하여 형성한 제1반사층으로 구성한 것을 특징으로 하는 반사형 필름을 이용한 단열재"를 공개하고 있다.
상기 등록특허는 단열층의 상하면에 반사형 필름으로 이루어진 반사 필름층을 형성하여 에너지 반사와 더불어 단열이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 반사 형 필름 및 이를 이용한 단열재에 관한 것이나, 상기 등록특허는 상변화물질을 이용하지 않고 있으며, 에어캡외에도 폴리에틸렌 폼 및 부직포를 추가로 적층하여야만 단열층을 형성할 수 있고, 합성수지 필름 층과 알루미늄 호일이 증착되어야 제 2 반사층 형성이 가능하고, 금과 도료를 혼합한 금색도료를 도포하여 제 1 반사층 형성이 가능하다. 즉, 상기 등록특허는 너무나 제조방법이 복잡하고, 사용되는 원재료도 다양하므로 기존의 스티렌폼을 대체하기에는 장점이 크지 않다.
대한민국 등록특허 제10-0579704호 " 다중 코어 형태의 상변화물질을 포함하는 잠열축열캡슐의 제조방법"에는 "상변화물질을 코어형태로 적어도 두 개 이상 포함하고, 상기 적어도 두 개 이상의 코어의 외벽면에 고분자 물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 잠열축열캡슐" 및 "상기 잠열축열캡슐을 포함하는 단열재"를 공개하고 있다.
상기 등록특허는 마이크로 캡슐 내부에 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 단위의 입자 크기의 코어로 존재하는 상변화물질을 포함하는 잠열축열캡슐 및 이를 포함하는 단열재에 관한 것이나, 잠열축열캡슐을 포함하는 단열재라고만 공개하여 스티렌폼의 장점을 대체할 수 있는 구체적인 단열재의 구성에 관하여는 공개하고 있지 않다.
국제특허 제2004-007635호(대한민국 공개특허 제10-2005-0016961호) "열저장매질"은 단열재 시스템의 용도로서의 열저장매질을 공개하고 있다.
상기 공개특허는 상변화 열의 형태로 열에너지를 저장하기 위한 상변화물질 및 이의 제조방법과 용도에 관한 것이나, 이 역시 단열재에 사용될 수 있는 열저장매질에 대하여만 공개하고 있을 뿐 스티렌폼의 장점을 대체할 수 있는 구체적인 단열재의 구성에 관하여는 공개하고 있지 않다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 기존 스티렌폼 단열재를 대체할 수 있는 우수한 단열재를 제공하되, 사용되는 원재료가 적고 가공방법이 간단하여 비용 측면에서도 우수한 단열재를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하게 위하여 본 발명에서는 에어캡 필름(10) 상에 형성된 에어캡(11)에 상변화물질(12)을 충진시킨 에어캡 필름(10)을 2층 적층시켜 단열층(40)을 형성하고, 상기 단열층(40) 일측 표면에 알루미늄 박막(20)을 융착시킨 단열재를 제공한다. 본 발명에 의한 상변화 물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재는 상기 단열층(40)을 1개만 사용하거나 또는 2개 이상 적층하여 형성할 수 있다.
또한 본 발명은 에어캡 필름(10)의 바닥면을 형성하게 되는 필름 상에 상변화물질(12)을 접착하는 단계(S 1); 상기 상변화물질(12)이 접착된 필름 면 상에 필름을 융착하여 에어캡(11)을 형성함으로써 상변화물질(12)이 충진된 에어캡 필름(10)을 만드는 단계(S 2); 상기 에어캡 필름(10)을 적층하여 단열층(40)을 만드는 단계(S 3); 상기 단열층(40) 일측 표면에 알루미늄 박막(20)을 증착하는 단계(S 4)를 포함하는 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 에어캡 필름(10)은 2개의 열가소성 합성수지를 융착하여 필름 사이에 공기주머니가 형성되게 한 것을 말한다. 본 발명에 따른 에어캡 필름(10)은 열가소성 합성수지를 사용하여 제조되며, 바람직하게는 폴리에틸렌(Poly ethylene; PE)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상변화물질(12)(Phase Change Material; PCM)은 "잠열저장물질" 또는 "잠열축열물질"로 명명될 수 있으나 본 발명에서는 이하 상변화물질(12)로 기재하도록 한다. 상변화물질(12)은 일정한 온도범위에서 고상에서 액상으로 또는 액상에서 고상으로 변화하며 열에너지를 흡수 또는 방출하는 물질을 의미하며, 상기 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하나, 바람직하게는 파라핀계 탄화수소 물질을 사용하며, 더욱 바람직하게는 n-옥타코산(n-octacosane), n-헵타코산(n-hetacosane), n-헥사코산(n-hexacosane), n-테트라코산(n-tetracosane), n-트리코산(n-tricocosane), n-도코산(n-docoosane), n-헤네이코산(n-heneicosane), n-아이코산(n-eicosane), n-노나데칸(n-nonadecan), n-옥타데칸(n-octadecan), n-헵타데칸(n-heptadecan), n-헥사데칸(n-hexadecan), n-펜타데칸(n-pentadecan), n-테트라데칸(n-tetradecan) 및 n-트리데칸(n-tridecan) 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 물질을 사용한다.
알루미늄 박막(20)의 증착은 진공 챔버 내에 코팅시키고자 하는 알루미늄을 기화 또는 승화시켜서 원자 또는 분자 단위로 플라스틱 필름의 표면에 응고되도록 함으로써 박막을 형성시키는 진공 증착 방식에 의하여 이루어지며, 또는 알루미늄 박막(20)을 플라스틱 필름에 증착시키는 공지의 기술이라면 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다.
본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재는 공기층이 가지는 단열 효과를 에어캡 필름(10)을 적층시키고 단열층(40) 일측 표면에 알루미늄 박막(20)을 증착시킴으로써 단열 효과를 더욱 배가시키고, 상변화물질(12)이 가지는 잠열효과를 이용하여 더욱 효과적인 단열 효과를 얻을 수 있으며, 특히 상변화물질(12)이 에어캡(11) 내에 충진되도록 하여 에어캡(11) 내부에서 안정되게 존재하게 함으로써 포장재를 사용함에 따라 상변화물질(12)이 탈락되거나 흩어지지 않게 하여 포장재를 거듭 사용하여도 단열 효과가 그대로 유지되게 할 수 있다.
또한 상기 상변화물질(12)은 단열층(40)의 외측에 형성됨으로써 포장재 내측 표면과 외측 표면에 골고루 분포됨으로써 포장재 내측 표면에서는 상변화물질(12)이 공기층의 매개 없이 포장된 물체와 바로 접촉하고, 포장재 외측 표면에서는 상변화물질(12)이 공기층의 매개 없이 외부 공기와 바로 접촉함으로써 상변화물질(12)의 열 흡수와 방출에 따른 단열 효과가 극대화될 수 있다.
그리고 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재는 제조 방법이 간단하고 사용되는 재료가 많지 않아 우수한 단열 효과를 가지는 단열재를 저렴한 가격에 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 이하의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재의 에어캡(11) 부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재 제조방법을 도시한 것이다.
[실시예]
먼저 에어캡 필름(10)의 바닥면을 형성하게 되는 필름 상에 상변화물질(12)을 접착하는 단계가 수행된다.
에어캡 필름(10)은 2폴리에틸렌(Poly ethylene; PE)을 사용하였다.
상변화물질(12)은 n-옥타코산(n-octacosane)을 사용하였고, 상기 상변화물질(12)을 접착제를 사용하여 에어캡 필름(10)의 바닥면을 형성하는 필름 상에 접착한다.
이후, 상기 상변화물질(12)이 접착된 필름 면 상에 필름을 융착하여 에어캡(11)을 형성함으로써 상변화물질(12)이 충진된 에어캡 필름(10)을 만드는 단계를 수행한다. 필름의 융착은 열융착 등 에어캡(11)을 제조하는 통상의 방법에 의하여 수행된다.
이후, 상기 에어캡 필름(10)을 적층하여 단열층(40)을 만드는 단계가 수행된다. 상기 에어캡 필름(10) 적층 시, 상변화물질(12)이 접착된 에어캡 필름(10)의 바닥면이 단열층(40)의 외층을 형성한다. 상변화물질(12)이 접착된 에어캡 필름(10)의 바닥면이 단열층(40)의 외층을 형성함으로써 추후 단열재를 이용하여 포장재를 제조하였을 때 포장재 내부 표면에서는 포장되어 있는 물체와 상변화물질(12)이 공기층의 매개 없이 바로 접촉하고, 포장재 외부 표면에서는 상변화물질(12)이 공기층의 매개 없이 외부 공기와 바로 접촉하게 되므로 상변화물질(12)의 단열 효과가 극대화될 수 있다. 에어캡 필름(10) 적층은 에어캡 필름(10) 상의 에어캡(11) 상부에 접착제를 도포하여 에어캡 필름(10)끼리 접착시킨다. 접착제는 우레탄계 접착제를 사용한다.
상기와 같은 방법으로 형성된 단열층(40)을 복수개 적층하여 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재를 제조할 수 있으며, 이 경우 단열층(40)끼리의 적층은 접착제를 사용하여 실시한다.
이 후, 상기 단열층(40) 일측 표면에 알루미늄 박막(20)을 증착하는 단계를 수행한다. 알루미늄 박막(20)의 증착은 진공 챔버 내에 코팅시키고자 하는 알루미늄을 기화 또는 승화시켜서 원자 또는 분자 단위로 플라스틱 필름의 표면에 응고되 도록 함으로써 박막을 형성시키는 진공 증착 방식에 의하여 수행된다.
도 1은 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재의 에어캡(11) 부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재 제조방법을 도시한 것이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 설명 -
10 : 에어캡 필름
11 : 에어캡
12 : 상변화물질
20 : 알루미늄 박막
30 : 단열층 접착면
40 : 단열층

Claims (8)

  1. 에어캡(11)에 상변화물질(12)을 충진시킨 에어캡 필름(10)을 적층시킨 단열층(40), 상기 단열층(40) 일측 표면에 융착된 알루미늄 박막(20)층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재.
  2. 제 1항에 있어,
    상기 에어캡 필름(10)은 열가소성 합성수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재.
  3. 제 1항에 있어,
    상기 에어캡 필름(10)은 폴리에틸렌(Poly ethylene; PE)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재.
  4. 제 1항에 있어,
    상기 상변화물질(12)은 파라핀계 탄화수소 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재.
  5. 제 1항에 있어,
    상기 상변화물질(12)은 n-옥타코산(n-octacosane), n-헵타코산(n- hetacosane), n-헥사코산(n-hexacosane), n-테트라코산(n-tetracosane), n-트리코산(n-tricocosane), n-도코산(n-docoosane), n-헤네이코산(n-heneicosane), n-아이코산(n-eicosane), n-노나데칸(n-nonadecan), n-옥타데칸(n-octadecan), n-헵타데칸(n-heptadecan), n-헥사데칸(n-hexadecan), n-펜타데칸(n-pentadecan), n-테트라데칸(n-tetradecan) 및 n-트리데칸(n-tridecan) 군으로부터 선택되는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재.
  6. 제 1항에 있어,
    상기 단열층(40)은 에어캡 필름(10)을 2층 적층시킨 단열층(40)을 복수개 적층하여 형성한 것임을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재.
  7. 제 1항에 있어,
    상기 단열층(40)은 상변화물질(12)이 접착된 에어캡 필름(10)의 바닥면이 단열층(40)의 외층을 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재.
  8. 에어캡 필름(10)의 바닥면을 형성하게 되는 필름 상에 상변화물질(12)을 접착하는 단계; 상기 상변화물질(12)이 접착된 필름 면 상에 필름을 융착하여 에어캡(11)을 형성함으로써 상변화물질(12)이 충진된 에어캡 필름(10)을 만드는 단계; 상기 에어캡 필름(10)을 적층하여 단열층(40)을 만드는 단계; 상기 단열층(40) 일측 표면에 알루미늄 박막(20)을 증착하여 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재를 제조하는 방법.
KR1020090118146A 2009-12-02 2009-12-02 상변화물질이 충진된 에어캡을 이용한 단열재 및 그의 제조방법 KR20110061675A (ko)

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KR101360755B1 (ko) * 2011-10-06 2014-02-11 농업회사법인 주식회사 사이언팜 상변화 물질을 이용한 농업자재용 필름
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