高温用真空绝热材料的制作方法

高温用真空绝热材料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种由芯材和外皮材料形成的真空绝热材料，更详细地，涉及可以在高温区域使用的高温用真空绝热材料。本发明提供一种高温用真空绝热材料，其包含：无机芯材，以玻璃纤维为成分；外皮材料，由包含热熔敷层、保护层和阻隔层的复合膜构成，用于密封上述无机芯材，上述热熔敷层与上述无机芯材的表面紧贴，上述保护层用于吸收并分散外部冲击，上述阻隔层在上述热熔敷层和上述保护层之间隔断气体或水分的渗透。
【专利说明】高温用真空绝热材料
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由芯材和外皮材料形成的真空绝热材料，更详细地，涉及一种可以在高温区域使用的高温用真空绝热材料。
【背景技术】
[0002]在韩国，在净水器等高温环境使用的绝热材料使用如玻璃绒(Glass wool)等操作容易且具有阻燃性的无机绝热材料，但是因绝热性能不足在改善消费电力效率方面存在很多问题。
[0003]最近在韩国，为了适用于高温用途而进行真空绝热材料的开发，举一代表性的例子的话，使用烘制娃石(Fumed Silica)等多孔性无机原材作为芯材,使真空绝热材料内部的热传递最小化，相比初期性能，将开发重点放在长期性能的维持上。
[0004]但是，为了提高上述的根本性能，需要对外皮材料赋予耐热性、阻燃性，并针对外部气体及湿蒸气引起的真空绝热材料内部压力上升的要因，寻求解决之策，但目前仍未找到。
[0005]在日本，有关电热水壶及微波炉等高温用家用电器，存在通过外皮材料的耐热结构及吸收材料的特性制备真空绝热材料后使用的例子，但存在长期性能特性、成本增加及非阻燃性问题。
[0006]真空绝热材料使用于高温用途的情况下，根据高温的温度环境导致绝热性能及外皮材料的阻隔(barrier)性能的极度变差。
[0007]因此，若要将真空绝热材料用于高温用途，需要能够将外皮材料的阻隔性能降低的现象最小化的耐热外皮材料膜结构及能够强烈地吸附在高温环境下流入的外部气体及湿蒸气的吸收(getter)原材。
[0008]尤其，若要使用于家用电器，要求具有阻燃性能及自我灭火性的真空绝热材料的物性。

【发明内容】

_9] 本发明要解决的技术问题
[0010]本发明的目的在于提供在高温区域可持续使用的高温用真空绝热材料。
[0011]本发明的另一个目的是提供在高温的环境下阻燃性优秀的高温用真空绝热材料。_2] 技术方案
[0013]用于达到上述目的的本发明提供一种高温用真空绝热材料，其包含:无机芯材，以玻璃纤维(glass fiber)为成分；外皮材料，由包含热熔敷层、保护层和阻隔层的复合膜构成，用于密封上述无机芯材，上述热熔敷层与上述无机芯材的表面紧贴，上述保护层用于吸收并分散外部冲击，上述阻隔层在上述热熔敷层和上述保护层之间隔断气体或水分的渗透。
[0014]上述外皮材料的上述复合膜中可包含选自磷化合物、氮化合物、氢氧化铝及三氧化锑中的一种以上的阻燃添加剂。
[0015]作为另一种方式，上述外皮材料可在上述保护层的外表面还包含阻燃层，该阻燃层通过将IO?90重量％的选自磷化合物、氮化合物、氢氧化铝及三氧化锑中的一种以上的阻燃添加剂以及10?90重量％的高分子树脂和有机溶剂的组合物涂敷而形成。
[0016]作为另一种方式，上述外皮材料可在上述保护层的外表面还包含阻燃层，该阻燃层通过将5?50重量％的磷化合物、5?50重量％的氮化合物、40?90重量％的高分子树脂和有机溶剂的组合物涂敷而形成。
[0017]另一方面，上述无机芯材可通过层叠一个以上的板状的板而形成，其中上述板状的板通过对在包含水或者有机化合物的水溶液内搅拌的玻璃纤维进行热压而形成；或者可通过层叠一个以上的板状的板而形成，其中上述板状的板由包含直径为I?10 μ m的玻璃纤维集合体及硅石的无机粘结剂形成；或者可通过层叠一个以上的板状的垫子(Mat)而形成，其中上述板状的垫子是对玻璃绒进行针刺(Needling)处理而形成的。
[0018]而且，还可包含吸收材料(Getter)，该吸收材料插入于被上述外皮材料密封的内部空间。
_9] 有益.效果
[0020]通过本发明，可对需要在高温环境下个别或者同时实现阻燃性和绝热性的家用电器适用真空绝热材料，以此为基础能够容易扩张适用于建筑内/外饰材料、家用电器、传送机及产业机器等所有产业领域。
[0021]尤其，真空绝热材料可适用于在净水器和自动售货机等的内部迅速加热或冷却水并保存热量和冷气的保温桶(保温管道)等需要阻燃性和绝热性的用途。
[0022]本发明的高温用真空绝热材料具有0.01w/mK以下的导热率，利用此来使净水器的温水贮藏桶的2面绝热的情况下，可带来约10%以上的消耗电力改善效果。而且，使温水贮藏桶的5面绝热的情况下，可带来25%以上的消耗电力改善效果。
【专利附图】

【附图说明】
[0023]图1是示出本发明的高温用真空绝热材料的结构的剖视图。
[0024]图2是示出本发明的高温用真空绝热材料的外皮材料的剖视图。
[0025]图3是示出本发明的高温用真空绝热材料的外皮材料中保护层的结构的剖视图。
[0026]图4是示出本发明的高温用真空绝热材料的外皮材料中阻隔层的结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0027]图1是示出本发明的高温用真空绝热材料的结构的剖视图。
[0028]如图所示，高温用真空绝热材料100包含以玻璃纤维为成分的无机芯材120和用于密封上述无机芯材的外皮材料140。
[0029]并且，以除去被外皮材料140密封的内部空间的水分为目的，可在被外皮材料140密封的内部空间内插入上述吸收材料160。
[0030]外皮材料包含各种功能性层，可由复合膜材质形成。
[0031]功能性层有用于为确保与无机芯材的表面之间的附着性的热熔敷层，吸收并分散外部冲击的保护层，用于隔断气体和水分的浸透的阻隔层，用于确保阻燃性的阻燃层等。[0032]本发明的高温用真空绝热材料100的无机芯材120，只要是以玻璃纤维为主成分的公知的芯材，就可不受限制地使用。
[0033]优选地，上述无机芯材120可通过将对在包含水或者有机化合物的水溶液内搅拌的玻璃纤维进行热压而形成的板状的板层叠一个以上而形成，也可通过将由直径为I?10 μ m的玻璃纤维集合体及包含娃石的无机粘结剂形成的板状的板层叠一个以上而形成。
[0034]并且，上述无机芯材120通过将板状的垫子(Mat)层叠一个以上而形成，上述垫子(Mat)通过对玻璃绒进行针刺(Needling)处理而形成。优选地，上述垫子的密度为100?300g/mm3o上述垫子的密度小于100g/mm3的情况下，很难确保充分的绝热性能，上述垫子的密度大于300g/mm3的情况下，不仅操作不容易还存在真空绝热材料的弯曲性能等降低的缺点。
[0035]根据本发明，高温用真空绝热材料100可使用吸收材料160，以吸收收容有无机芯材120的内部空间的水分。吸收材料160可附着于无机芯材120，或可插入无机芯材120的内部。
[0036]外皮材料140由多个功能性层层叠而形成，可呈复合膜的形态。外皮材料140的结构将后述。
[0037]吸收材料160可包含纯度95%以上的生石灰(CaO)粉末，优选地，包含选自沸石、钴、锂、活性炭、氧化铝、钡、氯化钙、氧化镁、氯化镁、氧化铁、锌及锆中的一种以上的物质。
[0038]将无机芯材120及吸收材料160插入于外皮材料140袋子，对上述外皮材料140的内部进行减压后，密封上述外皮材料140的热熔敷部140a，来制备出高温用真空绝热材料100。制备出的高温用真空绝热材料100以折叠上述热熔敷部140a使其与无机芯材120的外表面相对应的方式使用。
[0039]将本发明的真空绝热材料制备成厚度为3_以下的薄膜型，并适用于家电机器等的情况下，优选地，上述热熔敷部140a的宽度为6?15mm。
[0040]图2是示出本发明的高温用真空绝热材料的外皮材料的剖视图，图3是示出本发明的高温用真空绝热材料的外皮材料中保护层的结构的剖视图，图4是示出本发明的高温用真空绝热材料的外皮材料中阻隔层的结构的剖视图。
[0041]由复合膜形成的外皮材料140从与无机芯材接触的下方开始包含热熔敷层142、阻隔层144、保护层146及阻燃层148。
[0042]以下“上部”表示高温用真空绝热材料的朝向外部的面，“下部”表示真空绝热材料的朝向无机芯材的内侧面。
[0043]热熔敷层142
[0044]上述热熔敷层142粘合于阻隔层144的下部，并与高温用真空绝热材料的无机芯材120 (图1)的表面紧贴。
[0045]优选地，上述热熔敷层142由不仅在热熔敷部140a(图1)容易形成热熔敷而且密封性能优秀的线性低密度聚乙烯(Linear Low-Density Polyethylene)、低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene)、高密度聚乙烯(High Density Polyethylene)、流延聚丙烯(Casting Polypropylene)等单独或者2种以上混合而成的膜形成。
[0046]优选地，上述热熔敷层142的厚度为50?80 μ m。热熔敷层142厚度小于50 μ m的情况下，热熔敷层的剥离强度降低，不能发挥相应层的作用，热熔敷层142的厚度大于80 μ m的情况下，导致费用问题，且通过热熔敷层进入的外部的气体或水蒸气的量增加，因而成为降低真空绝热材料的长期耐久性的要因。
[0047]并且，优选地，上述热熔敷层142的结晶度为30%以上，软化点(softeningpoint) 70 ?130°C,且溶点(melting point)为 100 ?170°C。
[0048]上述热熔敷层142的结晶度小于30%的情况下，具有高温下分子间的结合力容易变弱而导致阻隔性能降低，随之内部真空度降低的问题。
[0049]上述热熔敷层142的软化点小于70°C的情况下，具有以下缺点，即，当高温下使用真空绝热材料时，热熔敷层的分子间结合力下降，发生外皮材料的阻隔性能变差，并且，由于发生热熔敷层收缩(Shrink)等问题,引起外皮材料发生裂缝(leak),从而致使真空绝热材料内部真空解体。上述热熔敷层142的软化点大于130°C的情况下，则存在密封热熔敷层需要过度加热和加压的缺点。
[0050]并且，上述热熔敷层142的熔点小于100°C的情况下，存在高温下因热熔敷层熔化(Melting)而破坏热熔敷层导致内部真空解体的缺点，上述热熔敷层142的熔点大于170°C的情况下，则存在密封热熔敷层需要过度加热和加压的缺点。
[0051]保护层146
[0052]上述保护层146吸收并分散外部冲击，并保护表面或真空绝热材料内部的芯材等免受外部冲击。因此，优选地，保护层146由耐冲击性优秀的材质形成。
[0053]作为上述保护层146的材质，可提出聚碳酸酯膜、聚酰亚胺膜、尼龙膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET)膜。可从上述膜中选择一种以上膜后作为层叠体使用，优选例为，把尼龙膜和PET膜粘合后用作保护层。
[0054]优选地，上述膜的厚度分别为12?25 μ m。上述膜的厚度小于12 μ m的情况下，由于外部冲击或刮痕等被破坏的可能性大，所以不能发挥保护层固有的功能，各个膜的厚度大于上面提到的25 μ m的情况下，具有成本上升和柔韧性降低的缺点。
[0055]并且，如图3所示，在形成上述保护层146的膜的某一面可形成由铝(Al)或者无机硅石(Si2O3等)形成的无机物层200b。
[0056]上述无机物层200b可出于耐冲击性、耐热性、耐寒性、耐刮性、水分隔断性、气体隔断性及柔韧性的层面来添加，优选地，无机物层200b的厚度在500nm以下，更优选为5?300nm。无机物层200b厚度小于5nm的情况下，无法正常发挥对于气体或水分等的隔阻性能。并且，无机物层200的厚度大于300nm的情况下，虽然可充分发挥阻隔性能，却在形成无机物层时耗费过多工序费用，因此并不优选。
[0057]上述无机物层200b可通过蒸镀上述铝(Al)或者无机硅石(Si2O3等)而形成。
[0058]阳隔层144
[0059]上述阻隔层144粘合于保护层146的下部，起到维持内部真空度及隔断外部气体或水分等流入的作用。
[0060]本发明中，阻隔层144的材质为可利用阻隔性优秀的铝箔(Al foil)，铝箔中可利用铁(Fe)的含量低于0.65重量％。铁的含量高于0.65重量％的铝箔的情况下，相比阻隔性的提高，制备费用的上升幅度非常大，因而并不优选。
[0061]优选地，上述铝箔的厚度为6?12 μ m。铝箔的厚度小于6 μ m的情况下，在压延工序中可发生龟裂或缺陷的问题，铝箔的厚度大于12 μ m的情况下，热量沿着导热率高的铝箔传递，存在绝热效果降低的问题。
[0062]另一方面，铝箔被撕裂的情况下，气体或水分等通过被撕裂的部位浸透，从而妨碍真空绝热材料的长期耐久性。
[0063]因此，在本发明中，为改善铝箔的阻隔性能，在上述铝箔上粘合PET膜或者乙烯-乙烯醇(Ethylene Vinyl Alcohol)膜来用作保护层
[0064]而且，在本发明中，可利用形成有由铝或者硅石形成的无机物层144c的PET膜或者乙烯-乙烯醇(Ethylene Vinyl Alcohol, EV0H)膜。
[0065]优选地，上述PET膜或者乙烯-乙烯醇膜的厚度为12?16 μ m。上述膜的厚度小于12 μ m的情况下，形成膜时发生缺陷或被撕裂的问题，上述膜的厚度大于16 μ m的情况下，存在加工性降低，从而发生制备膜时总费用上升的问题。
[0066]上述无机物层144c可出于耐冲击性、耐热性、耐寒性、耐刮性、水分隔断性、气体隔断性及柔韧性的层面添加，优选地，上述无机物层144c厚度在500nm以下,更优选为5?300nm。上述无机物层144c的厚度小于5nm的情况下,无法充分发挥对于气体或水分等的阻隔性能。而且，无机物层144c的厚度大于300nm的情况下，虽然可充分发挥阻隔性能，却在形成无机物层144c时耗费过多工序费用，因此并不优选。
[0067]上述无机物层144c可通过蒸镀上述铝(Al)或者无机硅石(Si2O3等)形成。
[0068]阻隔层144如图4所示，形成有无机物层144c的乙烯-乙烯醇膜144b位于真空绝热材料的外皮材料的内侧，并粘合于热熔敷层142，铝箔144a相对位于外侧，并粘合于保护层210。
[0069]这是因为，在本发明中，乙烯-乙烯醇膜144b用于改善铝箔的阻隔性能，优选地，除了角部之外阻隔性能更加优秀的铝箔位于外侧，起到阻隔气体或水分的作用，而乙烯-乙烯醇膜144b只对于铝箔144a被撕裂引起的气体或水分等的浸透起到阻隔作用。
[0070]阳燃层148
[0071]阻燃层148起到在高温环境下适用真空绝热材料时保护真空绝热材料免受外部破坏的作用。上述阻燃层148中包含阻燃剂，阻燃层148可涂敷于上述保护层146的上部，也可对上述保护层146等添加阻燃剂赋予阻燃性。
[0072]高温真空绝热材料使用于70?140°C的比较高温的家用电器等的内部的情况下，会因突然冒烟或者高热引起外皮材料损伤等的问题。在本发明，真空绝热材料用外皮材料140为解决此类问题，形成一种包含阻燃剂的阻燃层148。
[0073]上述阻燃层148中添加阻燃剂，以赋予阻燃性。作为上述阻燃剂，只要能够赋予阻燃性，就没有特别的限制，优选地，可使用选自非卤素类型的磷化合物、氮化合物、氢氧化铝及三氧化锑中的一种以上的物质。
[0074]在此，氮化合物为三聚氰胺类、尿素类、胺类、酰胺类等的阻燃剂的总称，磷化合物为红磷和磷酸酯等的磷类阻燃剂的总称。优选地，混合使用氮化合物和磷化合物，可取得阻燃性能的协同增效作用。
[0075]而且，氢氧化铝腐蚀性小、电绝缘性优秀，在经济方面也很有利，因此优选地使用于本发明的阻燃剂，三氧化锑在与其他阻燃剂同时使用的情况下，会有阻燃上升效果大的优点。
[0076]上述阻燃层148可通过将由上述阻燃剂10?90重量％、高分子树脂和有机溶剂10?90重量％形成的涂敷组合物涂敷于保护层146的表面而形成。并且，优选地，利用上述磷化合物5?50重量％和氮化合物5?50重量％、高分子树脂和有机溶剂40?90重量％的涂敷组合物涂敷于保护层146的上部，来形成上述阻燃层148。上述磷化合物的添加量小于5重量％或氮化合物的添加量小于5重量％的情况下，存在难以充分地确保阻燃性的问题。而且，上述磷化合物的添加量大于50重量％或氮化合物的添加量大于50重量％的情况下，由于阻燃成分之外的其他物质的含量减少，因而难以形成阻燃层。优选地，上述高分子树脂和有机溶剂合起来添加40?90重量％，在添加量小于40重量％的情况下，难以形成阻燃层，在添加量大于90重量％的情况下，很难确保阻燃性。
[0077]作为上述高分子树脂，可使用聚酯类或者聚氨基甲酸乙酯类等高分子树脂，作为上述有机溶剂，只要是一般使用于涂敷组合物的有机溶剂，就可不受限制地使用。
[0078]形成上述阻燃层148的涂敷方法没有特别的限制。优选地，通过喷涂方式、辊涂方式、凹版印刷方式来涂敷。
[0079]而且，阻燃层148的厚度也没有特别的限制，但是，根据制备复合膜的特性及真空绝热材料的薄膜化等的要求，限定规定的厚度。因此，优选地，阻燃层148的厚度为0.5?10 μ m0
[0080]另一方面，形成各层的多个膜借助粘合层(未图示)相互粘合。本发明的复合膜的上述层间粘合强度在200gf/15mm以上时，作为真空绝热材料用外皮材料时优选。粘合强度小于200gf/15_的情况下，适用于真空绝热材料用外皮材料会发生剥离的问题。
[0081]这时，作为用于形成粘合层的粘合剂，可将聚酯类粘合剂、聚氨基甲酸乙酯类粘合剂单独使用或者混合2种以上使用。
【权利要求】
1.一种高温用真空绝热材料，其特征在于，包含: 无机芯材，其以玻璃纤维作为成分； 外皮材料，其由包含热熔敷层、保护层和阻隔层的复合膜构成，用于密封所述无机芯材，所述热熔敷层与所述无机芯材的表面紧贴，所述保护层用于吸收并分散外部冲击，所述阻隔层在所述热熔敷层和所述保护层之间隔断气体或水分的渗透。
2.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述外皮材料的所述复合膜中包含选自磷化合物、氮化合物、氢氧化铝及三氧化锑中的一种以上的阻燃添加剂。
3.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述外皮材料在所述保护层的外表面还包含阻燃层，所述阻燃层通过将10~90重量％的选自磷化合物、氮化合物、氢氧化铝及三氧化锑中的一种以上的阻燃添加剂，以及10~90重量％的高分子树脂和有机溶剂的组合物涂敷而形成。
4.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述外皮材料在所述保护层的外表面还包含阻燃层，所述阻燃层通过将5~50重量％的磷化合物、5~50重量％的氮化合物、40~90重量％的高分子树脂和有机溶剂的组合物涂敷而形成。
5.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述无机芯材通过层叠一个以上的板状的板而形成,其中所述板状的板通过对在包含水或者有机化合物的水溶液内搅拌的玻璃纤维进行热压而形成。
6.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述无机芯材通过层叠一个以上的板状的板 而形成，其中所述板状的板由包含直径为I~IOym的玻璃纤维集合体及硅石的无机粘结剂形成。
7.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述无机芯材通过层叠一个以上的板状的垫子而形成，其中所述板状的垫子是对玻璃绒进行针刺处理而形成。
8.根据权利要求7所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述垫子的密度为100~300g/mm3。
9.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，还包含吸收材料，所述吸收材料插入于被所述外皮材料密封的内部空间。
10.根据权利要求9所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述吸收材料包含纯度为95%以上的生石灰粉末。
11.根据权利要求9所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述吸收材料包含选自沸石、钴、锂、活性炭、氧化铝、钡、氯化钙、氧化镁、氯化镁、氧化铁、锌及锆中的一种以上的物质。
12.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述保护层通过将选自聚碳酸酯膜、聚酰亚胺膜、尼龙膜及聚对苯二甲酸乙二醇酯膜中的一种以上的膜分别以12~25 μ m厚度层叠而形成。
13.根据权利要求12所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述保护层还包含无机物层，所述无机物层中包含铝或者硅石，且所述无机物层的厚度在500nm以下。
14.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于， 所述阻隔层通过将厚度为6~12 μ m的铝箔、厚度分别为6~12 μ m的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或者乙烯-乙烯醇膜粘合而形成。
15.根据权利要求14所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述阻隔层还包含由铝或者硅石形成的无机物层。
16.根据权利要求1所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述热熔敷层由选自线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、流延聚丙烯中的一种以上的材质形成的膜构成。
17.根据权利要求16所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述热熔敷层具有厚度为50~80 μ m、结晶度为30%以上、软化点为70~130°C、熔点为100~160°C的物性。
18.根据权利要求1 所述的高温用真空绝热材料，其特征在于，所述保护层、阻隔层及热熔敷层分别由聚氨基甲酸乙酯类树脂或者聚酯类树脂来粘合，且层间粘合强度在200gf/15mm 以上。
【文档编号】F16L59/065GK103958954SQ201280058506
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2011年12月2日
【发明者】全胜敏, 黃承锡, 韩程弼, 闵丙勋 申请人:乐金华奥斯有限公司