KR20130095506A - 내충격성 및 불연성이 우수한 진공단열재용 봉지부재 - Google Patents

내충격성 및 불연성이 우수한 진공단열재용 봉지부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내충격성 및 불연성이 우수한 진공단열재용 봉지부재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 글라스 클로스(Glass Cloth, 유리천); 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제1외부층; 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제2외부층; 알루미늄 호일층; 및 폴리에틸렌 열융착층을 포함하며, 내충격성 및 불연성이 우수할 뿐만 아니라 진공단열재의 장기간 사용에 의한 물성저하 및 핀홀 발생을 방지하고 물성 신뢰도와 내구성이 높은 진공단열재를 제공할 수 있는 진공단열재용 봉지부재에 관한 것이다.

Description

내충격성 및 불연성이 우수한 진공단열재용 봉지부재{A sealing member having good impact resistance and non-inflammability for vacuum insulation panel}
본 발명은 내충격성 및 불연성이 우수한 진공단열재용 봉지부재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 글라스 클로스(Glass Cloth, 유리천); 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제1외부층; 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제2외부층; 알루미늄 호일층; 및 폴리에틸렌 열융착층을 포함하며, 내충격성 및 불연성이 우수할 뿐만 아니라 진공단열재의 장기간 사용에 의한 물성저하 및 핀홀 발생을 방지하고 물성 신뢰도와 내구성이 높은 진공단열재를 제공할 수 있는 진공단열재용 봉지부재에 관한 것이다.
진공단열재는 그 내부가 진공처리됨으로써 내부의 대류 현상을 차단시켜 기존 유/무기 단열재 대비 5배 이상의 우수한 단열성능을 나타내도록 하는 소재이다.
진공단열재는 크게 심재(core material), 외피재로서 알루미늄층과 열가소성 수지층의 다층필름인 진공단열재용 봉지부재 및 가스 흡착제(Getter)로 이루어진다. 이 중 봉지부재의 경우 진공단열재의 진공도 유지를 위해 필수불가결한 요소로서, 특히 외부 대기압을 1차적으로 차단하는 기능을 하여 진공단열재의 내부의 고진공 상태를 계속적으로 유지함으로써 진공단열재의 장기 내구성능을 보장한다.
따라서 기체 및 수분 차단성능이 떨어지는 봉지부재를 이용할 경우 제품을 장기간 사용함에 따라 외부의 기체 및 수분이 유입될 수 있으며, 이 과정에서 진공도를 떨어뜨리게 되어 결국 단열성능을 저하시키게 된다. 그리고 봉지부재의 강도가 약하면 취급시 작은 충격에도 핀홀이 생길 확률이 높아 쉽게 진공도가 깨질 위험이 있다.
기존의 진공단열재용 봉지부재는 보호층으로서 나일론(Nylon)이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)층, 차단층으로서 알루미늄(Aluminum) 금속층, 그리고 폴리에틸렌(Polyethylene) 열융착층으로 구성되는데(예컨대, 일본공개특허공보 제1986-027392호 및 제2006-056230호, 한국공개특허공보 제10-2011-0133384호), 이는 내구연한이 10~15년으로 주로 냉장고용 진공단열재 외피재로 가장 많이 쓰인다.
그러나 이러한 봉지부재는 15년 이상의 장기 사용에 따라 내구성, 내충격성 등이 부족해지기 때문에 진공단열재 내부의 고진공 상태를 계속적으로 유지하기에는 한계가 있고, 따라서 내구연한 30년 이상의 건축용 진공단열재에 적용하기에는 부적절하다. 따라서, 30년 이상의 장기간에 걸쳐 우수한 가스차단성능, 내충격성 등을 유지할 수 있는 진공단열재용 봉지부재의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내충격성이 강하여 충격에 의한 진공의 터짐을 효과적으로 차단하고 내열성 및 불연성이 우수할 뿐만 아니라 30년 이상의 장기간에 걸친 진공단열재의 사용에 의한 물성저하 및 핀홀 발생을 방지하여 우수한 단열성능을 장기간 유지할 수 있고 물성 신뢰도와 내구성이 높은 진공단열재를 제공할 수 있는 진공단열재용 봉지부재를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, (1) 글라스 클로스; (2) 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제1외부층; (3) 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제2외부층; (4) 알루미늄 호일층; 및 (5) 폴리에틸렌 열융착층을 포함하는 진공단열재용 봉지부재를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 심재, 외피재로서 본 발명의 진공단열재용 봉지부재 및 가스 흡착제를 포함하는 진공단열재가 제공된다.
본 발명에 따른 진공단열재용 봉지부재는 종래의 봉지부재 대비 내충격성이 강화되었고, 내열성 및 불연성능을 갖추었을 뿐만 아니라 차단성능이 완벽하여 30년 이상의 장기 내구성을 가지므로, 높은 신뢰성을 요하는 건축용 진공단열재에 특히 적합하게 사용될 수 있으며, 기존 냉장고용 진공단열재에 적용 시에도 우수한 성능을 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 진공단열재용 봉지부재의 구성에 대한 개략도이다.
이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명의 봉지부재는 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제1외부층을 포함한다. 제1외부층의 두께로는 10㎛ ~ 30㎛가 바람직하며, 10㎛ ~ 25㎛가 보다 바람직하다. 제1외부층의 두께가 10㎛ 미만이면 핀홀수 증가 또는 외부 공기 유입이 있을 수 있어 진공 상태가 깨어지기 쉽고, 30㎛를 초과하면 취급성에 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 봉지부재는 또한 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제2외부층을 포함한다. 제2외부층의 두께로는 10㎛ ~ 30㎛가 바람직하며, 12㎛ ~ 25㎛가 보다 바람직하다. 제2외부층의 두께가 10㎛ 미만이면 핀홀수 증가 또는 외부 공기 유입이 있을 수 있어 진공 상태가 깨어지기 쉽고, 30㎛를 초과하면 취급성에 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 제1 및/또는 제2외부층으로 사용가능한 무기산화물 증착PET(이하 “GL-PET”라고도 한다)층은 봉지부재 자체의 내구성을 향상시킴과 동시에, 무기산화물 증착에 의해 봉지부재의 산소 투과도를 더욱 낮추고 또한 PET가 지닌 습기저항성능이 봉지부재의 습기 투과도를 더욱 낮출 수 있어 후술하는 알루미늄 호일층의 차단성능을 보완한다. 이러한 GL-PET는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에 알루미늄 산화물(AlOx)과 같은 무기산화물을 증착시켜 얻어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, GL-PET층과 다른 층(예컨대, 나일론 층)이 접착되는 경우, GL-PET층의 무기산화물 증착면이 다른 층과 맞닿는 방향으로 접착된다.
본 발명에 있어서 GL-PET층의 두께는 제1외부층으로 사용시 10㎛ ~ 15㎛인 것이 바람직하고, 제2외부층으로 사용시 10㎛ ~ 30㎛인 것이 바람직하다. GL-PET층의 두께가 지나치게 얇으면 차단성능이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 두꺼우면 취급성이 떨어지며 제조단가가 상승하는 문제가 있다.
본 발명에 있어서 상기 제1 및/또는 제2외부층으로 사용가능한 나일론층은 봉지부재의 내구성, 내마모성, 유연성 등을 향상시켜 진공단열재 제작 시 또는 사용시 외부로부터의 충격에 의한 핀홀(pinhole) 발생을 방지하고, 봉지부재의 취급과 2차 가공(접음, 굴곡, 접착 등)과정에서 후술하는 알루미늄 호일(Aluminum Foil)층의 손상을 방지하여 기밀성을 유지할 수가 있으며, 또한 봉지부재의 수분 차단성을 향상시킨다.
본 발명에 있어서 나일론층의 두께는 제1외부층으로 사용시 10㎛ ~ 30㎛인 것이 바람직하고, 제2외부층으로 사용시 15㎛ ~ 30㎛인 것이 바람직하다. 나일론층의 두께가 지나치게 얇으면 유연성이 떨어지고 핀홀수가 증가할 수 있고, 반대로 지나치게 두꺼우면 취급성이 떨어지며 제조단가가 상승하는 문제가 있다.
본 발명에 있어서 상기 제1 및/또는 제2외부층으로 사용가능한 증착 OPP(oriented polypropylene) 층은 폴리프로필렌(poly propylene)을 일축 또는 이축으로 연신하여 제조된 OPP 필름 상에 무기산화물을 증착시켜 얻어질 수 있는 것으로 우수한 방습성을 지니고 있다. 본 발명에 있어서 증착 OPP층의 두께는 10㎛ ~ 30㎛인 것이 바람직하다. 증착OPP층의 두께가 지나치게 얇으면 방습성능이 나빠지고, 반대로 지나치게 두꺼우면 취급성이 떨어지며 제조단가가 상승하는 문제가 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 제1외부층(두께)-제2외부층(두께)으로서 각각 GL-PET층(10㎛ ~ 15㎛)-나일론층(15㎛ ~ 30㎛)의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구체예에 따르면, 상기 제1외부층(두께)-제2외부층(두께)으로서 각각 나일론층(10㎛ ~ 20㎛)-나일론층(15㎛ ~ 30㎛)의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 구체예에 따르면, 상기 제1외부층(두께)-제2외부층(두께)으로서 각각 나일론층(15㎛ ~ 30㎛)-GL-PET층(10㎛ ~ 15㎛)의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 구체예에 따르면, 상기 제1외부층(두께)-제2외부층(두께)으로서 각각 증착 OPP층(10㎛ ~ 30㎛)- 나일론층(15㎛ ~ 30㎛)의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 구체예에 따르면, 상기 제1외부층(두께)-제2외부층(두께)으로서 각각 나일론층(15㎛ ~ 30㎛)-증착 OPP층(10㎛ ~ 30㎛)의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명의 봉지부재는 차단층으로서 알루미늄 호일층을 포함한다. 알루미늄 호일층의 두께로는 5㎛ ~ 10㎛가 바람직하며, 7㎛ ~ 9㎛가 보다 바람직하다. 알루미늄 호일층의 두께가 5㎛ 미만이면 차단성능 저하와 핀홀수 증가의 문제가 있을 수 있고, 10㎛를 초과하면 단가 상승, 취급성 저하, 열교현상 발생 등의 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 봉지부재는 열융착층으로서 폴리에틸렌층을 포함한다. 사용가능한 폴리에틸렌으로는 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 또는 메탈로센 폴리에틸렌(metallocene polyethylene, MPE)를 들 수 있다.
폴리에틸렌 열융착층의 두께로는 40㎛ ~ 60㎛가 바람직하며, 45㎛ ~ 55㎛가 보다 바람직하다. 폴리에틸렌 열융착층의 두께가 40㎛ 미만이면 열봉합 강도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 60㎛를 초과하면 취급성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 봉지부재는 글라스 클로스(Glass Cloth, “유리천”이라고도 함)를 포함한다.
글라스 클로스는 봉지부재의 최외부층으로서 봉지부재에 내충격성을 부여할 뿐만 아니라, 글라스 클로스 자체가 600℃까지 견디는 내열성을 지녔기 때문에 불연성을 또한 제공한다.
바람직하게는, 평량이 100~200 g/m2, 밀도가 가로1인치, 세로1인치 기준으로 20~40가닥이며, 1파운드당 5,000~10,000 m의 길이를 갖는 글라스 클로스가 사용된다.
본 발명의 봉지부재에 있어서, 상기 설명한 층들 이외에 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 필요에 따라 추가의 층(들)을 포함할 수 있다.
본 발명의 봉지부재에 있어서, 적층의 순서에는 특별한 제한이 없으며, 필요에 따라 상기 설명한 층들 및 그 외의 부가층들이 적절한 순서로 적층될 수 있다.
본 발명의 봉지부재에 있어서, 다층 구조 내의 각 층간의 접착은 우레탄 접착제에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
우레탄 접착제로는 유기층-유기층 및/또는 유기층-무기층의 접착에 통상 사용가능한 것들을 제한없이 사용할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 우레탄 접착제로서 폴리에스터우레탄폴리올을 주성분으로 하는 주제와 방향족폴리이소시아네이트를 주성분으로 하는 경화제로 이루어지는 2액형 접착제가 사용될 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
또한 그 접착 방법에는 특별한 제한이 없으며, 그라비아, 다이렉트, 리버스 방식 등과 같이 다층 필름의 제조시 각층간의 접착을 위해 통상 사용되는 방법을 그대로 또는 적절히 변형하여 사용할 수 있다.
봉지부재에 대한 외부로부터의 충격을 효과적으로 차단하기 위해서는 다층구조 내의 각 층간의 접착력이 최대한 동일하도록 설계하는 것이 바람직하다. 각 층들이 같은 수준으로 강하게 접착될 경우, 각 층별로 가지는 각각의 특성은 그대로 유지하면서 전체적인 내구성은 크게 증가된다는 장점이 있다. 따라서, 다층구조 내의 각 층 사이에 도포되는 접착제의 종류, 접착제의 양 및 접착 조건(예컨대, 프레스(Press) 압력, 가열온도, 숙성시간 등)이 모두 동일한 수준인 것이 바람직하다.
상기 설명한 바와 같은 본 발명의 봉지부재 내충격성이 강하고, 내열성 및 불연성이 우수하며, 장기간에 걸쳐 물성 신뢰도와 내구성이 높기 때문에, 진공단열재에 외피재로서 적용하기에 특히 적합하다.
따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 심재, 외피재로서 본 발명의 봉지부재 및 가스 흡착제를 포함하는 진공단열재가 제공된다.
본 발명의 진공단열재는 외피재로서 본 발명의 봉지부재를 포함하는 것을 특징으로 하며, 그 외의 심재 및 가스 흡착제는 진공단열재에서 통상 사용되어 온 것들을 제한없이 사용할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 심재로는 그라스울을 어닐링 가공 처리한 것 또는 니들링 가공 처리한 것을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있으며, 가스 흡착제로는 CaO(생석회) 또는 금속분말게터를 단독으로 또는 조합(콤보게터: CaO + 금속분말)하여 사용할 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
또한 본 발명의 진공단열재 제조방법에도 특별한 제한이 없으며, 통상의 진공단열재 제조방법을 그대로 또는 적절히 변형하여 사용할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~4 및 비교예 1~4
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 종류 및 두께의 층 구성으로 다층 구조 필름을 제조하였다. 각 층들의 접착에는 2액형 우레탄 접착제(주제: 폴리에스터우레탄폴리올, 경화제: 방향족폴리이소시아네이트)가 사용되었으며, 이를 그라비아 방식으로 접착면에 도포한 뒤 합지하는 방식으로 접착이 수행되었다. 각 층의 접착에 사용한 접착제의 종류, 양 및 접착조건은 모두 동일하였다.
실시예 1~4 및 비교예 1~2의 경우, 제조된 다층 구조 필름에 상기와 동일한 접착제를 사용하여 그라비아 방식으로 글라스 클로스를 접착시켜 봉지부재를 제조하였다. 비교예 3~4의 경우, 글라스 클로스의 접착 없이, 제조된 다층 구조 필름을 그대로 봉지부재로 사용하였다.
제조된 각 봉지부재를 외피재로 하고, 니들링 방식으로 제조된 그라스울 심재와 가스흡착제(콤보게터)를 이용하여 10-4 torr의 고진공조건의 진공포장기를 사용하여 진공단열재를 제작하였다. 심재, 가스흡착제 및 진공단열재 제작방법은 실시예 및 비교예들 모두 동일하였다.
제조된 각 진공단열재에 대하여, 하기 사항에 대한 평가를 실시하였고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
- 제품 불량률(%)
- 열전도도(W/mK)
- 내구성(1): 100℃, 50일 방치후 열전도도(=10년 내구성능)
- 내구성(2): 100℃, 150일 방치후 열전도도(=30년 내구성능)
- 내구성(3): RH 0~80%, -30~80℃, 30일 방치후 열전도도(=10년 내구성능)
- 내구성(4): RH 0~80%, -30~80℃, 80일 방치후 열전도도(=30년 내구성능)
- 내구연한: 내구성이 보장될 수 있는 최소 연한
[표 1](층 두께 단위: ㎛)
Figure pat00001

[표 2]
Figure pat00002

상기 표 2의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명 실시예의 진공단열재가 비교예의 진공단열재 보다 우수한 물성을 나타내었으며, 특히 불량률과 내구성능에 있어서 큰 차이를 보였다. 즉, 실시예의 진공단열재는 불량률 2% 미만으로 비교예의 5% 수준에 비하여 불량률이 절반 이하로 감소하였으며, 경시에 따른 단열성능 저하율을 보여주는 내구성능실험 결과 비교예 대비 월등히 우수한 차단 유지성능을 나타내었는바, 30년 이상의 높은 장기내구성을 보장할 수 있었다.
1: 제1외부층인 GL-PET층 중 PET층
2: 제1외부층인 GL-PET층 중 무기산화물 증착층
3: 제2외부층: 나일론층
4: 알루미늄 호일층
5: MPE 열융착층
6.1, 6.2, 6.3: 우레탄계 접착제
7: 글라스 클로스

Claims (11)

  1. (1) 글라스 클로스;
    (2) 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제1외부층;
    (3) 무기산화물 증착PET층, 나일론층 및 증착 OPP층 중에서 선택된 제2외부층;
    (4) 알루미늄 호일층; 및
    (5) 폴리에틸렌 열융착층
    을 포함하는 다층구조의 진공단열재용 봉지부재.
  2. 제1항에 있어서, 제1외부층의 두께가 10㎛ ~ 30㎛이고, 제2외부층의 두께가 10㎛ ~ 30㎛이며, 알루미늄 호일층의 두께가 5㎛ ~ 10㎛이고, 폴리에틸렌 열융착층의 두께가 40㎛ ~ 60㎛인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  3. 제1항에 있어서, 제1외부층이 10㎛ ~ 15㎛ 두께의 무기산화물 증착PET층이고, 제2외부층이 15㎛ ~ 30㎛ 두께의 나일론층인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  4. 제1항에 있어서, 제1외부층이 10㎛ ~ 20㎛ 두께의 나일론층이고, 제2외부층이 15㎛ ~ 30㎛ 두께의 나일론층인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  5. 제1항에 있어서, 제1외부층이 15㎛ ~ 30㎛ 두께의 나일론층이고, 제2외부층이 10㎛ ~ 15㎛ 두께의 무기산화물 증착PET층인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  6. 제1항에 있어서, 제1외부층이 10㎛ ~ 30㎛ 두께의 증착 OPP층이고, 제2외부층이 15㎛ ~ 30㎛ 두께의 나일론층인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  7. 제1항에 있어서, 제1외부층이 15㎛ ~ 30㎛ 두께의 나일론층이고, 제2외부층이 10㎛ ~ 30㎛ 두께의 증착 OPP층인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  8. 제1항에 있어서, 다층구조 내의 각 층이 우레탄 접착제에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  9. 제8항에 있어서, 다층구조 내의 각 층 사이에 도포되는 접착제의 종류, 접착제의 양 및 접착 조건이 동일한 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  10. 제1항에 있어서, 글라스 클로스가 100~200 g/m2의 평량, 가로1인치, 세로1인치 기준으로 20~40가닥의 밀도, 및 1파운드당 5,000~10,000 m의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 봉지부재.
  11. 심재; 외피재로서 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 봉지부재; 및 가스 흡착제를 포함하는 진공단열재.
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