KR100729846B1 - 단열 소재 및 단열 소재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축용 단열 패널 및 상기 단열 패널의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 건물 내부에 단열 소재로 사용되는 비드법 또는 압출법 등으로 제조된 발포 단열 패널 및 상기 단열 패널의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 단열 소재는 단열 보드, 상기 단열 보드의 양쪽으로 형성된 표면 강화층 및 상기 단열 보드 및 표면 강화층을 관통하고 일정한 간격으로 형성된 다수 개의 주입 홀을 포함하고, 상기에서 표면 강화층은 상기 단열 보드의 양쪽으로 차례대로 적층된 유리 섬유 메시층, 제1차 프라이머 층, 규사 또는 규석 층 및 제2차 프라이머층을 포함한다.

비드법, 압출법, 발포 폴리스티렌, 유리 섬유 메시

Description

단열 소재 및 단열 소재의 제조 방법{An Adiabatic Material and A Method for Producing the Same}

도 1은 본 발명에 따른 단열 소재의 단면을 도시한 것이다.

본 발명은 건축용 단열 패널 및 상기 단열 패널 소재의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 건물 내부에 단열 소재로 사용되는 비드법 또는 압출법 등으로 제조된 발포 단열 패널 소재 및 상기 단열 패널 소재의 제조 방법에 관한 것이다.

주상복합 초고층 공동 주택 등의 화장실 또는 발코니 등의 벽체 마감을 위한 건식 벽체 공법을 위한 소재로는 시멘트 계열의 제품, 경량 철물 및 석고 보드 등이 사용된다. 또 다른 종래의 건물 벽체 마감 방법으로는 단열재를 시공한 후 타일 공사를 시행하는 것이 있다. 그러나 이와 같은 건물 벽체 소재 또는 시공 방법은 아래와 같은 문제점을 가진다.

먼저 단열 성능이 약화된다는 단점을 가지며 구체적으로 종래의 비드 법 발 포 폴리스티렌 단열재의 경우 압출 법 발포 폴리스티렌 단열재에 비하여 30 % 이상으로 단열 성능이 저하된다.

둘째로 단열을 위한 유리면 또는 비드법 발포 폴리스티렌 보온 판과 타일 공사를 위한 벽돌 벽 시공에 따른 시공 공간 내측 폭이 좁아짐으로 인하여 안목 치수를 설계하는 경우 불리하다는 단점을 가진다.

셋째로 시공 공간 내에 습기가 존재하는 경우 습기로 인하여 단열재의 성능이 저하될 수 있다는 단점을 가진다.

아울러 시공으로 인한 건물 자체의 하중 증가, 운반의 어려움 및 시공에 따른 숙련도의 요구 등의 문제점이 존재한다.

그러므로 고층 건물의 벽체 마감 소재 또는 방법은 단열 성능이 향상되고, 시공에 따른 내부 공간의 감소를 방지하고, 단순 건식 공법으로 공사 기간이 단축될 필요가 있고, 아울러 소재의 경량화가 이루어질 필요가 있다.

종래의 고층 건물의 벽체의 단열 시공의 문제점을 해결하기 위한 선행 발명으로는 특허출원번호 제10-2003-0065507호 “건축용 단열 판넬의 제조 방법”이 있다.

상기 발명은 균일하면서 대량 생산이 가능한 건축용 내·외장 단열 판넬의 제조 공법을 목적으로 한다. 그러나 제시된 발명은 단열 성능 또는 시공의 편리함 또는 경량화와 관련된 문제의 해결 방법을 제시하지는 않는다. 또한 제시된 방법에 따른 자동 또는 반자동으로 일괄적으로 이루어지는 판넬의 제조 방법은 제조된 판넬의 성능과 관련하여 여러 가지 문제점을 가지는 것으로 나타난다.

본 발명은 종래의 건축용 내·외장 단열 소재가 가진 문제점 및 상기 발명으로부터 밝혀진 소재의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 압출법 또는 비드법으로 제조된 유리 섬유, 수지 프라이머 및 규사를 포함하는 건물의 내·외장재용으로 사용될 수 있는 단열 소재를 제공하는 것이다. 특히 본 발명에 따른 단열 소재는 발포 폴리스티렌으로 제조되고 그리고 다수의 주입 홀을 포함한다.

본 발명의 다른 목적은 압출법 또는 비드법으로 건물의 내·외장재용으로 사용될 수 있는 유리 섬유, 수지 프라이머 및 규사를 포함하는 단열 소재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

아래에서 위와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 단열 소재는 단열 보드, 상기 단열 보드의 양쪽으로 형성된 표면 강화층 및 상기 단열 보드 및 표면 강화층을 관통하고 일정한 간격으로 형성된 다수 개의 주입 홀을 포함하고, 상기에서 표면 강화층은 상기 단열 보드의 양쪽으로 차례대로 적층된 유리 섬유 메시층, 제1차 프라이머 층, 규사 또는 규석 층 및 제2차 프라이머층을 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 단열 보드는 압출법 또는 비드법에 의하여 제조된 발포 폴리스티렌이 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 제 1차 및 제2차 프라이머 층은 아크릴 공중합체가 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 주입홀의 간격은 5 내지 10 ㎝ 그리고 각각의 주입홀의 직경은 3 내지 8 mm가 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 표면 강화층을 형성하는 각각의 층의 두께는 0.5 내지 3 mm가 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 단열 소재를 제조하는 방법은 단열 보드의 표면에 요철을 형성시키는 단계; 상기 단열 보드의 표면에 유리 섬유 메시를 도포하는 단계; 상기 유리 섬유 메시 위에 제 1차 접착용 프라이머를 도포하는 단계; 상기 제 1차 접착용 프라이머 위에 규사 또는 규석을 분사하여 도포하는 단계; 상기 규사 또는 규석이 도포된 층 위에 제2차 에멀션 수지 접착제 층을 스프레이 분사하는 단계 및 상기 층들이 형성된 단열 보드를 60 내지 80 ℃로 경화하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 단열 소재를 제조하는 방법은 상기 단열 소재를 관통하도록 일정 간격으로 다수 개의 주입홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 실시 예로서 상세하게 설명을 하지만 제시된 실시 예는 예시적인 것으로서 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 단열 소재(1)의 단면을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 단열 소재(1)는 단열 보드(10)의 양면으로 벽면 부착에 필요한 소재들이 결합된다. 단열 보드(10)는 비드법 보드(스티로폼) 또는 압출 보드(아이소핑크), 우레탄 폼 등과 같이 이 분야에서 공지된 임의의 보드가 될 수 있지만, 바람직하게는 발포성 단열 판재로서 압출 폴리스티렌이 된다. 대량 생산 공정을 위하여 단열 보드(10)는 현장의 샘플 시공으로서 정확한 실측으로 규격품으로 절단될 수 있다. 이와 같은 시공을 위한 적당한 크기로 절단된 단열 보드(10)에 대하여 단열 강화 소재의 용이한 접착을 위하여 표면 요철 작업이 행해진다. 상기 표면 요철 작업은 모래 종이(sanding paper) 등을 이용하며 단열 보드 자체가 변형되지 않도록 행해진다. 이와 같은 요철 작업이 이루어진 후 단열 보드(10)의 표면은 유리 섬유(glass fiber) 메시로 도포된다. 유리 섬유 메시는 단열 시공의 과정 또는 설치 후 온도 등에 따른 단열 소재(1)의 변형을 막기 위한 것으로서 보강재의 역할을 한다. 이와 같은 유리 섬유 메시 층(11)은 이 분야에서 공지되어 있으며 예를 들어 #1000 등의 크기가 될 수 있다. 상기 유리 메시 섬유 층(11)은 휨 강도 또는 압축 강도를 향상시키는 기능을 한다.

유리 메시 섬유 층(11)의 위쪽으로는 에멀션 수지 성분의 접착용 1차 프라이머 층(12)이 형성된다. 상기 1차 프라이머 층(12)은 스프레이 방식으로 도포되고 이후 시공 과정에서 단열 소재(1)의 벽체 부착을 위한 것이다. 1차 프라이머 층(12)의 위쪽으로는 규사 또는 규석 층(13)이 형성된다. 규사 또는 규소 층(13)은 외부 충격에 대한 저항을 위한 것으로서 분사하는 방식으로 형성된다. 또한 규사 또는 규소 층(13)은 단열 보드의 부착을 용이하도록 하는 기능을 한다. 상기 규사 또는 규소 층(13) 위에는 2차 프라이머 층(14)이 스프레이 분사 방식을 통하여 형성된다.

이와 같이 본 발명에 따른 단열 소재(1)는 단열 보드(10)의 양면으로 형성된 유리 섬유 메시 층(11), 제1차 프라이머 층(12), 규사 층(13) 및 제2차 프라이머 층(14)을 포함한다.

대량 생산 방법을 통하여 형성된 단열 소재(1)의 표면에는 일정한 간격으로 주입 홀(15)이 형성된다. 주입 홀(15)은 접착 본드 등을 주입할 수 있도록 형성된 것으로서 크기 또는 중량과 같은 단열 소재(1)의 물리적 성질을 고려하여 임의의 크기로 형성될 수 있지만 바람직하게는 주입 홀(15) 사이의 간격이 5 내지 10 cm가 되고 주입 홀(15)의 직경은 3 내지 8 mm가 될 수 있다. 상기 주입 홀(15)은 단열 소재(1)를 설치하는 경우 접착 본드를 주입하기 위하여 형성된 것이다. 본드의 주입 후에는 우레탄 폼을 이용해 주입 홀(15)의 나머지 부분이 채워진다.

아래에서 본 발명에 따른 단열 소재의 제조 방법이 제한되지 않는 실시 예를 이용하여 상세하게 설명된다.

본 발명에 따른 단열 소재는 비드법 또는 압출법에 의하여 제조될 수 있다.

비드법에 따른 발포 폴리스티렌은 스티렌 모노머(styrene monomer)의 중합체로 형성된 폴리스티렌과 발포제를 주원료로 하여 가열하여 1차 가열하고, 이후 2차 발포에 의하여 융착 성형을 하여 만들어진다. 상기 공정에 의하여 단열 소재의 단열 보드가 만들어지면 위에서 설명한 것과 같은 층들을 형성하여 단열 소재가 완성 된다.

비드법에 따른 발포 폴리스티렌의 제조 공정은 먼저 비드 상태의 원재료를 준비하는 것에 의하여 개시된다. 비드 상태로 준비된 폴리스티렌은 1차 발포 공정을 거치게 된다. 상기 1차 발포 공정은 일정량의 폴리스티렌 원재료를 발포기에 투입한 후 적당량의 스팀으로 가열하여 33 내지 66배까지 발포하는 것을 말한다. 상기 발포 공정은 공정 대상에 따라 적절하게 조절이 될 수 있다. 상기와 같이 1차 발포 공정을 거친 폴리스티렌은 실로(Silo)에서 안정화 및 발포가스의 증발을 유도하는 공정인 1차 숙성 공정을 거치게 된다. 이후 상기와 같이 숙성된 폴리스티렌 비드는 예를 들어 크기가 1800 X 900 X 600 ㎜과 같은 틀에 넣어 스팀으로 가열하는 2차 발포 성형 공정에 의하여 블록 형태로 만들어진다. 그리고 이와 같이 성형된 블록은 건조실 또는 야적장에서 숙성되고 전기 저항을 이용하여 니켈과 같은 합금 등으로 만들어진 열선을 이용하여 필요한 규격으로 절단된다. 일반적으로 적당한 열선 온도는 150 내지 200 ℃가 된다.

이와 같은 제작된 비드법 발포 폴리스티렌은 단열성능이 우수하고, 중량에 비하여 강도가 뛰어나고 그리고 가공성 및 시공성이 뛰어나다는 장점을 가진다.

단열 소재의 단열 보드를 제조하는 다른 방법으로는 압출법이 있다.

압출법에 의한 단열 보드의 제조 방법에서는 주원료로서 폴리스티렌, 발포제(HCFC-22), 난연제(브롬계 난연계), 조핵제, 색소 등과 같은 부-원료를 일정 비율로 배합하여 가열, 용융하고 연속적으로 압출 및 발포를 시켜 단열 보드를 제조한다.

구체적으로 먼저 위에서 언급한 것과 같은 주원료 및 발포제를 제외한 부-원료를 일정비율로 배합한다. 그리고 배합된 원료들은 발포제가 투입되는 상태에서 겔 상태로 용융되는 1차 압출 공정 및 상기 1차 압출된 원료들을 고르게 혼합시키는 2차 압출 공정을 거치게 된다. 이와 같이 2번에 걸친 압출 공정 후 혼합된 재료들은 대기압 상태에서 발포가 되어 판의 형태로 연속으로 압출되어 보드 형태로 만들어진다. 이후 압출 발포된 보드는 상온 및 진공 상태에서 숙성이 된 후 필요한 크기로 절단이 된다. 상기 절단은 연결 부위의 열 손실을 방지하기 위하여 티엔지이(Tongue and Groove:T&G) 방식과 같이 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. 상기와 같은 공정을 통하여 제조된 폴리스티렌 단열 보드는 수축 필름을 이용하여 포장되어 시공 위치로 운반된다.

제조된 단열 보드는 단열 매체가 HCFC-22로서 열전도열이 낮아서 단열 효과가 높고, 중량에 비하여 강도가 높으며, 가공성 및 내약품성이 우수하고 아울러 연속 독립기포 구조로 형성이 됨으로서 흡수율이 미세하여 흡수에 의한 열정도율 변화가 매우 낮다는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 단열 소재는 이와 같이 제조된 단열 보드 위에 표면 강화제를 도포하는 방법으로 형성된다.

표면 강화제 층들은 각각 약 0.5 내지 3 mm 정도의 두께로서 스프레이 방식으로 분사하는 방법으로 도포된다. 상기 표면 강화제 층들의 도포 방법은 이 분야에서 공지된 임의의 방법으로 이루어질 수 있다.

유리 섬유가 먼저 표면 강화제 층으로서 단열 보드의 양쪽 면에 형성된다. 상기 유리 섬유는 유리 원료를 1,500 내지 1,600 ℃의 고온으로 용융 방사를 통하 여 얻어지는 6 내지 23 ㎛의 미세한 무기질 섬유를 각종 유기 재료로서 복합하여 형성된다. 이와 같은 제조된 유리 섬유는 이 분야에서 공지되어 있고, 두께는 임의적으로 형성될 수 있지만 약 0.5 내지 3 mm 정도가 되는 것이 적당하다. 상기 유리 섬유는 전기 절연성 및 치수 안정성, 인장 강도 및 인장 탄성율이 우수할 뿐만 아니라 생리적으로 안정성을 가지고 그리고 열적 특성을 가진다는 점으로 인하여 석면 대체용으로 사용될 수 있다. 그러므로 본 발명은 이와 같은 유리 섬유에 제한되는 것은 아니며 이 분야에서 사용될 수 있는 임의의 단열 보강 재료가 단열 보드의 양쪽 면에 단열 소재의 강화 소재로서 사용될 수 있다.

상기 유리 섬유의 양쪽 면에는 접착 성분으로서 아크릴 공중합체가 도포된다. 상기 아크릴 공중합체은 에멀션 수지 성분이 될 수 있고, 바람직하게는 강도와 내구성을 위하여 MMA(Methyl Methacrylate), 경도 및 내수성의 향상을 위하여 EA(Ethyl Acrylate), 그리고 탄력성을 위하여 AN(Acrylonitrilo)으로 구성된 그룹 중의 적어도 어는 하나 또는 전부가 사용될 수 있다. 상기 유리 섬유는 유리 메시 층, 그리고 유리 섬유 위에 도포된 아크릴 공중합체는 1차 프라이머 층을 형성하게 된다.

상기 1차 프라이머 층 위에는 규사 또는 규석 층이 도포된다.

상기 규사 또는 규석 층은 1차 프라이머 층과 유사한 두께로 형성되고 스프레이 분사 형식으로 도포된다. 이와 같은 스프레이 분사 형식의 규사 또는 규석 층은 본 발명에 따른 단열 소재가 대량 공정 작업에 적합하도록 만드는 요소가 된다.

일반적으로 규사 또는 규석은 이산화규소(SiO2)를 포함하고, 특히 규사는 화 강암 및 석영을 포함하는 천연 규사 및 규석을 분쇄하여 분급한 인조 규사로 나누어 질 수 있다.

규석은 페그마타이트, 석영, 규암 및 처트로부터 산출되고, 특히 순도가 높고 백색을 띄는 것은 백-규사로 칭해진다. 그리고 페그마타이트에 포함된 것은 장석과 함께 산출되기 때문에 장-규석으로 명해지고, 또한 석영 형태의 암석이 풍화하여 토성을 형성함으로서 다소의 점토를 포함하는 연-규석이 불리는 것이 있다.

본 발명에 다른 단열 소재에서는 외부 충격에 대한 저항 및 강도를 높이기 위하여 강도가 약 7이 되고 비중이 2.5 내지 2.8에 해당하는 이산화규소(SiO2)의 함량이 98 중량% 이상이 되는 규석을 사용한다.

본 발명에 따른 단열 소재에서는 규석은 충전제(Filler)로서도 사용되기 때문에 철분이 포함되어서는 아니 된다. 또한 본 발명에 따른 단열 소재에서는 규사 또는 규석만 사용되거나 적절한 비율로 혼합되어 사용이 될 수 있다.

이와 같이 형성된 규사 또는 규석 층 위로는 2차 프라이머 층이 형성된다. 상기 2차 프라이머 층은 1차 프라이머 층과 동일한 방법으로 형성된다.

이와 같이 2차 프라이머 층이 형성된 단열 보드는 빠른 경화를 위하여 60 내지 80 ℃에서 열풍 건조기를 이용하여 자동화 공정과정으로 경화된다. 그리고 경화된 단열 보드에는 이미 설명한 것과 같은 주입 홀이 형성됨으로서 단열 소재의 제조 공정이 완료된다.

본 발명에 따른 단열 소재의 제조 공정은 일련의 공정들이 자동화 과정으로 이루어질 수 있다는 장점을 가진다. 특히 단열 보드 위에 형성되는 규사 또는 규 석 층의 형성이 스프레이 분사 방법으로 이루어짐으로서 충분한 강도 및 접착력을 가진 단열 소재가 자동으로 대량으로 생산될 수 있도록 한다.

단열 소재의 제조가 완료되면 마무리 공정으로서 도배, 미장, 페인트 등의 작업을 위한 표면 강화 공정이 실시가 될 수 있고, 그리고 상기 표면 강화 공정은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다.

위에서 본 발명에 따른 단열 소재 및 단열 소재의 제조 방법에 대하여 실시 예를 이용하여 상세하게 설명하였지만, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있다는 것은 자명하다. 예를 들어 본 발명의 실시 예는 압출법 또는 비드법으로 폴리스티렌을 이용하여 단열 소재를 제조하였지만 다양한 방법으로, 그리고 다양한 소재의 단열 보드를 이용하여 본 발명의 기술적 사상에 따라 단열 소재를 제조할 수 있을 것이다. 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 본 발명은 제한되지 않으며, 다만 본 발명의 범위는 아래에 첨부된 특허청구범위에 의하여 제한된다.

본 발명에 따른 단열 소재는 우수한 단열 성능을 가지고 특히 압출법 발포 폴리스티렌을 이용하여 제조된 단열 소재는 특히 뛰어난 단열 성능을 나타낸다. 또한 본 발명에 따른 단열 소재로 시공하는 경우 벽체의 두께를 줄일 수 있다는 이점을 가진다. 예를 들어 종래의 방법에 따라 단열 시공을 하는 경우에는 전체 벽체의 두께가 137 내지 152 ㎜가 되지만 본 발명에 단열 소재를 사용하여 단열 시공을 하는 경우에는 벽체의 두께를 60 내지 80 ㎜ 정도가 되도록 할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 단열 소재는 대량으로 생산이 가능할 뿐만 아니라 소재의 경량화로 인하여 작업 능률의 향상을 꾀할 수 있도록 한다.

Claims (7)

1. 단열 소재에 있어서,

   폴리스티렌으로부터 제조된 단열 보드;

   단열 보드의 양쪽으로 차례대로 적층된 유리 섬유 메시 층, 제1차 프라이머 층, 규사 또는 규석 층, 및 2차 프라이머 층을 포함하는 표면 강화층; 및

   접착제를 주입하기 위하여 단열보드 및 표면 강화층을 관통하여 일정한 간격으로 형성된 다수 개의 주입 홀을 포함하고, 상기에서 규사 또는 규석 층은 강도 7, 비중 2.5 내지 2.8에 해당하는 이산화규소를 98 중량% 내지 99.9 wt%의 양으로 포함하는 규석 분말이 스프레이 분사 방식으로 도포가 되고, 그리고 제1 및 제2 프라이머 층은 아크릴 공중합체로 에멀션 수지 중 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 아크릴레이트(EN) 및 아크릴로니트릴로(AN)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 되는 것을 특징으로 하는 단열 소재.
2. 청구항 1에 있어서, 폴리스티렌은 압출법 또는 비드법에 의하여 제조된 발포 폴리스티렌이 되는 것을 특징으로 하는 단열 소재.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 주입홀의 간격은 5 내지 10 ㎝ 그리고 각각의 주입홀의 직경은 3 내지 8 mm가 되는 것을 특징으로 하는 단열 소재.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 표면 강화층을 형성하는 각각의 층의 두께는 0.5 내지 3 mm가 되는 것을 특징으로 하는 단열 소재.
6. 단열 소재의 제조 방법에 있어서,

   압출법 또는 비드법에 의하여 발포 폴리스티렌으로 단열 보드를 제조하여 표면에 요철 면을 형성하는 단계;

   상기 형성된 요철 면에 유리 섬유 메시를 형성하는 단계;

   상기 형성된 유리 섬유 메시 면에 제1차 프라이머 층를 도포하는 단계;

   상기 제1차 프라이머 층에 규사 또는 규석을 스프레이 방식으로 도포하는 단계;

   상기 규사 또는 규석 층에 제2차 에멀션 수지 접착제 층을 스프레이 방식으로 도포하는 단계;

   제2차 에멀션 수지 접착제 층이 형성된 단열 보드를 60 내지 80 ℃의 온도로 경화하는 단계; 및

   일정간격으로 단열 소재 전체를 관통하는 다수 개의 주입 홀을 형성하는 단계를 포함하고, 상기에서 제1차 프라이머 층 및 제2차 에멀션 수지 접착층은 아크릴 공중합체로 에멀션 수지 중 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 아크릴레이트(EN) 및 아크릴로니트릴로(AN)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 되는 것을 특징으로 하는 단열 소재의 제조 방법.
7. 삭제

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