KR100799282B1 - 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법 - Google Patents

난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법에 관한 것으로, 예비 발포기에서 1차로 발포폴리스티렌 비드에 이산화규소를 포함하는 규산계난연재로 코팅하고 건조하여 제1 코팅비드를 제조하는 단계와; 아크릴 수지가 에틸알콜 또는 메틸알콜 또는 물에 녹아 있는 에틸렌아크릴산, 아크릴레이트계 수용액, 멜라민 또는 페놀 또는 우레아를 포함하는 유기질 수지가 아세트포름알데히드에 녹아 있는 수용액, 아크릴레이트와 실리콘이 혼합된 수용액, 폴리비닐알콜, 아세트산비닐수지용액 및 공업용 카제인 중 하나 이상 포함하는 내수코팅재로 상기 제1 코팅비드에 코팅하고 건조하여 제2 코팅비드를 제조하는 단계와; 상기 제2 코팅비드로 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 발포폴리스티렌 비드에 코팅되어 난연성을 부가하는 제1 코팅재가 발포폴리스티렌 블록 및 형물 제조 시 스팀 및 냉각수에 의해 용탈되는 것을 방지하여, 난연성이 보장되는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법을 제공한다.

Description

난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF NON FLAMMABLE EXPANDED POLYSTYRENE BLOCK MOLDING PRODUCT AND SHAPE MOLDING PRODUCT}
도 1은 본 발명에 따른 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법의 순서도이고,
도 2는 도 1의 따른 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법에 유기질코팅재로 코팅하는 단계가 더 추가된 순서도이고,
도 3은 본 발명에 따른 분사파이프가 삽입위치에 위치한 상태의 금형을 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 분사파이프가 이탈위치에 위치한 상태의 금형을 도시한 단면도이고,
도 5는 본 발명에 의해 제조된 난연 발포폴리스티렌 형물을 촬영한 사진이고,
도 6은 종래의 발포폴리스티렌 형물의 난연 실험을 촬영한 사진이고,
도 7 및 도 8은 본 발명에 의해 제조된 난연 발포 폴리스티렌 형물의 난연 실험을 촬영한 사진이고,
도 9는 본 발명에 의해 제조된 난연 발포폴리스티렌 형물 및 종래의 발포폴 리스티렌 형물의 실험결과를 촬영한 사진이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
10 : 발포폴리스티렌 비드 20, 21 : 제1 코팅비드
30 : 제2 코팅비드 40 : 금형
50 : 분사부
본 발명은 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 발포폴리스티렌 비드에 코팅되어 난연성을 부가하는 제1 코팅재가 발포폴리스티렌 블록 및 형물 제조 시 스팀 및 냉각수에 의해 용탈되는 것을 방지하여, 난연성이 보장되는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 발포폴리스티렌 비드, 형물, 및 블록의 성형물의 구성과정은 다음과 같다.
발포폴리스티렌(Expanded PolyStyren : EPS) 비드(Bead)는 폴리스티렌의 수지 속에 펜탄, 또는 부탄 등의 발포제(發泡劑)를 대략 5~7중량%정도로 함침하여 만든 수지로 구성된다. 이를 예비 발포기의 설비 속에 충전하여 필요한 대개 30~80배 정도의 발포 배율을 설정한 후 약 100℃ 전후의 스팀의 열기를 일정시간동안 가하면 설정된 발포 배율을 가진 예비 발포폴리스티렌 비드입자(이하, '발포폴리스티렌 비드' 라고 한다)가 된다.
발포폴리스티렌 비드를 통풍이 잘되는 저장로에서 2~12시간 이상 숙성한다. 그리고, 숙성된 발포폴리스티렌 비드들을 수많은 작은 구멍이 천공된 형태로 이루어진 주로 알루미늄으로 만들어진 금형 속에 충전하고, 상기 구멍들을 통하여 105~118℃의 수증기와 60℃ 전후의 냉각수를 약 1~ 5분 동안 차례로 분사하여 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조한다(이하, "2차 발포"라고 한다). 그 후, 이를 건조실에 넣고 약 1시간 이상 건조시키면 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조가 완료된다.
여기서, 예비 발포한 상태의 발포폴리스티렌 비드가 숙성 과정을 거쳐 금형 속에 채워지는 과정을 보면 겉보기에는 금형 속에 꽉 채워진 것으로 보이나 발포폴리스티렌 비드 입자들 사이의 빈공간은 충전된 전체 발포폴리스티렌 비드입자의 부피의 약 40% 정도가 된다. 이 빈공간은 금형 속에 분사되는 스팀의 열에 의해 2차 발포 되어 팽창하는 발포폴리스티렌 비드에 의해 거의 채워진다. 이때, 발포폴리스티렌 비드입자들의 표면이 스팀의 열에 의해 표면이 용융되어 상호 접합된다. 그리고, 이를 건조실로 옮겨 약 30~60℃ 정도의 열풍으로 건조하는 과정을 거치는 동안 수증기는 증발하고 발포폴리스티렌 비드의 표면들이 상호 접합되어 발포폴리스티렌 블록 및 형물이 형성된다.
이러한 과정으로 만들어지는 발포폴리스티렌 블록은 주로 전기열선으로 필요한 두께로 절단하여 보드 상태로 만들어 건축물의 바닥, 벽, 지붕 등의 단열재, 강판을 양면으로 부착한 패널의 내부 심재 등으로 사용되고, 발포폴리스티렌 형물은 과일, 생선 등을 담는 포장용기, 원형 및 사각 형상의 보온 덕트, 송풍기 또는 필터 등의 기구 및 전기 부품들을 담는 전열교환기 등으로 제조되어 사용된다.
그러나, 일반적인 방법으로 제조된 발포폴리스티렌 블록 및 형물들은 80℃ 이상의 온도와 열에 취약한 단점이 있다. 예컨데, 건축용 설비 및 구조재로 사용하던 중, 화재에 의해 쉽게 연소될 뿐만 아니라 화재의 열로 발포폴리스티렌 수지가 불꽃이 붙은 채로 매우 쉽고 빠르게 녹거나 흘러내려 화재를 확대시켜 재산 피해를 증가시키는 문제점이 있었다. 또한, 연소하는 과정에서 이산화탄소, 일산화탄소 등의 유해가스를 많이 발생하여, 인명 피해를 발생시키는 문제점이 있었다.
상기 문제를 해결하기 위하여 대한민국 특허청 특허공보 등록 10-0479218호에 개시된 바와 같이 난연 발포폴리스티렌 블록 성형물을 제조하는 방법이 발명되었다. 그 내용을 간단히 살펴보면, 축합성 접착제용 수지인 수용액의 아세트산 비닐 수지를 메탄올에 용해시킨 후, 난연재로 미세한 분말의 수산화알루미늄을 다량 첨가하여 혼합 액상 용액을 만든다. 이를 예비 발포한 발포폴리스티렌 비드에 먼저 코팅하고, 접착성 수지에 의해 코팅된 발포폴리스티렌 비드 입자들이 서로 뭉쳐지는 것을 방지하기 위하여 소량의 에틸렌글리콜 등의 계면활성제를 이형재로 사용하는 방식으로 난연 발포폴리스티렌 블록 성형물을 제조하는 방법이다.
상기 발명은 발포폴리스티렌 비드 입자의 표면에 코팅된 난연재인 수산화알루미늄은 접착력이 떨어져 발포폴리스티렌 비드에 코팅되더라도 쉽게 떨어지는 현상이 있었다. 이에, 접착력을 보강하기 위하여 상온에서 쉽게 타물질과 접착하는 성질을 갖는 축합성 수지인 아세트산 비닐수지를 접착제로 사용한 것이다.
그러나 아세트산 비닐수지는 30~40℃ 이내 낮은 온도에서 다른 물질과 쉽게 접착하는 성질을 가지기는 하지만 같은 온도에서 쉽게 물러지거나 젤리화 되는 성향이 있다. 또한, 수산화 알루미늄이 코팅된 발포폴리스티렌 비드들이 금형 속에 충전된 후에 2차 발포될 시, 금형 및 성형기의 외부로부터 난연 발포폴리스티렌 비드 입자들의 표면 전체에 분사되는 104~118℃의 스팀 및 60℃ 전후의 냉각수에 의해 코팅된 수산화알루미늄이 대부분 용탈된다. 이에, 제조된 난연 발포폴리스티렌 블록 성형물은 난연기능이 감소되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 발포폴리스티렌 블록 및 형물에 난연성을 부가하는 기술과제를 이루기 위하여서는 규산계난연재를 발포폴리스티렌 비드 표면에 2회차 이상 반복 코팅하여 난연 발포폴리스티렌 비드를 만들고, 이를 금형 속에 넣어 2차 발포하기 전 단계에서 상기 고온의 스팀과 냉각수에 대해 내수성을 가지도록 내수코팅재로 코팅한 발포폴리스티렌 비드로 제조된 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
여기서, 내수코팅재는 금형 내부에서 2차 발포 시 고온이며 다량인 수증기와 냉각수에 의해 발포폴리스티렌 비드 표면 및 부피가 40% 팽창하였을 경우에도 같이 팽창하면서 내부에 코팅된 규산계난연재가 용해하거나 씻기어 나가지 않도록 감싸며, 104~118℃ 이상의 에 5분간 접촉하여도 용탈을 방지하는 내수성이 보장되고, 발포폴리스티렌 비드가 발포되는 온도인 대략 70~80℃ 이하의 온도에서 빠르게 건조, 경화하는 기능을 가져야 한다.
또한, 본 발명은 난연 발포폴리스티렌 비드로 제조된 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물은 건축용 내, 외장재 또는 설비재료로 성형되어 사용하는 중에 화재 발생으로 인한 750℃ 이상 고온의 열과 불꽃에 접촉되더라도 불이 붙은 상태로 수지가 용융되거나, 유독가스가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능한 난연성을 가진 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법은 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적은 본 발명에 따른 발포폴리스티렌 비드에 이산화규소를 포함하는 규산계난연재로 코팅하고 건조하여 제1 코팅비드를 제조하는 단계와; 아크릴 수지가 에틸알콜 또는 메틸알콜 또는 물에 녹아 있는 에틸렌아크릴산, 아크릴레이트계 수용액, 멜라민 또는 페놀 또는 우레아를 포함하는 유기질 수지가 아세트포름알데히드에 녹아 있는 수용액, 아크릴레이트와 실리콘이 혼합된 수용액, 폴리비닐알콜, 아세트산비닐수지용액, 공업용 카제인 및 카제인나트륨 중 하나 이상 포함하는 내수코팅재로 상기 제1 코팅비드에 코팅하고 건조하여 제2 코팅비드를 제조하는 단계와; 상기 제2 코팅비드로 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1 코팅비드를 제조하는 단계는 상기 규산계난연재로 코팅된 발포플라스틱 비드를 아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 멜라민, 페놀, 우레아 중 하나 이상을 포함하는 유기질코팅재로 코팅하고 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 내수코팅재에는 숯, 제오라이트, 탈크, 탄산칼슘, 발포 질석, 발포 퍼라이트, 황토 및 수산화마그네슘 중 중 하나 이상이 더 혼합될 수 있다.
한편, 상기 제2 코팅비드로 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조하는 단계는삽입구가 형성되고 내부에 상기 제2 코팅비드를 수용하여 상기 제2 코팅비드에 스팀 및 냉각수를 공급하는 금형과, 상기 삽입구에 삽입되어 상기 제2 코팅비드에 상기 내수코팅재를 분사하는 분사파이프를 가지며 상기 분사파이프가 상기 금형에 삽입된 삽입위치와 상기 분사파이프가 상기 금형에서 이탈된 이탈위치 간을 왕복이동하는 분사부에 의해, 상기 분사파이프가 삽입위치에 위치한 상태에서 상기 금형에 수용된 상기 제2 코팅비드가 발포하도록 상기 금형 내부로 스팀을 공급한 후, 상기 분사파이프가 상기 제2 코팅비드의 표면에 상기 내수코팅재를 분사하면서 상기 삽입위치에서 상기 이탈위치로 이동하는 단계와; 상기 분사파이프가 상기 이탈위치로 이동 완료되면 상기 금형의 내부로 냉각수를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법은 제1 코팅비드를 제조하는 단계를 포함한다(S1).
제1 코팅비드(20)는 발포폴리스티렌 비드(10)에 규산계난연재로 1차 코팅한 것이다.
규산계난연재는 주로 무기질 재료로서 1,200℃ 이상 고열에 견디는 불연재이 자 무기질인 이산화규소(SiO2)를 주성분으로 구성하고 있으며, 물에 쉽게 녹으며 또한 물에 녹아 있는 수용액의 상태로 이루어져 있는 규산나트륨, 변성규산나트륨, 규산칼륨, 변성콜로이달실리카, 콜로이달실리카, 리튬실리케이트로 구성할 수 있다.
여기서 규산나트륨은 일반적으로 물유리(Water soluble Glass) 또는 규산소다라고도 불리며 분자식은 Na2O.nSiO2.xH2O로 나타낸다. 여기서 규산나트륨은 이산화규소의 함유량이 10~40%까지 다양한 종류로 마련될 수 있으나, 본 발명에서는 30~40%대의 이산화규소 함유량을 가지는 규산나트륨을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 규산계난연재는 규산칼륨으로 마련될 수 있다. 규산칼륨은 분자식이 K2O.nSiO2.xH2O로 나타내며 이산화규소의 함유량이 10~45%까지 다양한 종류로 마련될 수 있으나, 본 발명에서는 30~40%대의 이산화규소 함유량를 가진 규산칼륨이 저렴하면서도 본 발명의 기능성 및 작용을 발휘하기에 바람직하다.
여기서, 규산계난연재로 백화 현상 방지 등 필요한 목적 또는 용도에 따라 규산나트륨 1~99중량%와 규산칼륨 1~99중량%를 상호 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 규산나트륨을 규산계난연재로 사용할 경우, 나트륨 성분이 물과 습기에 용탈되는 가능성이 있을 수 있다. 이에, 본 발명의 규산계난연재로 용탈을 방지하기 위해 규산나트륨에서 나트륨을 이온교환 방식을 통하여 제거한 변성규산나트륨을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 규산계난연재로 이산화규소(SiO2)와 수산화기(OH-)의 화합물이 10~50% 포함되며 군집된 클러스터(Cluster)구조로 구성된 콜로이달실리카를 이용할 수 있다.
여기서, 콜로이달실리카는 일반적으로 입자크기가 1~100nm이며 용질이 실리카인 콜로이드 상태의 물질이다. 콜로이달실리카는 표면에 다수의 수산화기(OH)를 갖고 있으며, 내부에는 실록산 결합(Si-O-Si)을 이루고 있어 결합성, 내열성 등을 특징으로 가진다.
또한, 본 발명의 규산계난연재로 상기 변성규산나트륨에 순수한 콜로이달 실리카를 혼합한 변성콜로이달실리카를 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 규산계난연재로 콜로이달실리카에 고체원소 중 비중이 0.543정도로 가장 가벼운 금속계 원소로 뛰어난 화합제인 리튬(Lithium)을 분산한 상태로 만든 액상의 리튬실리케이트를 사용할 수 있다. 여기서, 리튬실리케이트는 다른 규산계 무기질난연재에 비해 비교적 높은 내수성을 가지고 있으며, 내열성이 높고 25℃ 정도의 상온과 같이 낮은 온도에서도 안정한 상태로 구성되는 특성이 있다.
여기서, 규산계난연재로 발포폴리스티렌 비드(10)를 코팅하는 것을 2회 이상으로 반복하여 코팅이 발포폴리스티렌 비드(10) 표면에 골고루 코팅되도록 할 수 있으며, 규산계난연재의 코팅 회수를 조절하여 코팅의 두께를 조정하는 목적을 겸하여 시행할 필요가 있다. 여기서, 규산계난연재로 발포폴리스티렌 비드(10)를 코팅하는 것을 리본 믹서에 발포폴리스티렌 비드(10) 및 규산계난연재를 넣고 혼합 및 열풍 건조하는 방식 등을 이용할 수 있으며, 리본 믹서의 구성 및 기능은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략한다.
여기서, 본 발명의 규산계난연재로 마련되는 규산나트륨, 규산칼륨, 변성규산나트륨, 콜로이달실리카, 변성콜로이달실리카, 리튬 실리케이트를 단독으로 사용할 수도 있으나, 이에 첨가물을 혼합하여 규산계난연재의 난연성을 강화시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 규산계난연재의 난연성을 더욱 보강하기 위하여, 50~99.99중량%의 규산계난연재에 난연성을 가지는 인산암모늄, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 오산화안티몬, 탄산칼슘, 탄산나트륨 및 아조디카본아미드(Azodicabonamid) 중 어느 하나를 0.01~50 중량%로 혼합한 것을 본 발명의 규산계난연재로 사용할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 코팅비드(20)를 제조하는 단계는, 규산계난연재로 코팅된 발포플라스틱 비드(10)를 아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 멜라민, 페놀, 우레아 등과 같은 유기질코팅재로 코팅하는 단계(S1a)를 더 포함하여 제1 코팅비드(21)를 제조할 수 있다. 여기서, 유기질코팅재는 후술할 2차 발포시 공급되는 스팀 및 냉각수에 의한 내수성을 보강하기 위해 마련된다. 여기서, 유기질코팅재는 자체가 제1 코팅비드(20)에 코팅될 수 있으나, 규산계난연재 50~99.99중량%에 유기질코팅재를 0.01~50중량%의 범위로 혼합하여 발포플라스틱 비드(10)에 코팅할 수 있음은 물론이다.
여기서, 제1 코팅비드(20,21) 자체를 금형(40)에 넣고 2차 발포시키는 것도 가능하나, 2차 발포시 금형(40) 내부로 공급되는 스팀 및 냉각수에 의해 규산계난연재가 용탈될 가능성이 있다.
이에, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 코팅비드(20,21)에 내수성을 부가하기 위해 거쳐야 하는 과정으로 상술한 바와 같이 제1 코팅비드(20,21)를 제조한 후, 제1 코팅비드(20,21)를 내수코팅재로 코팅하여 제2 코팅비드(30)를 제조하는 단계(S2)를 포함한다.
여기서, 내수코팅재로 제1 코팅비드(20,21)을 코팅하는 것은 금형(40)에서 제2 발포 시 접촉하는 105~118℃의 스팀과 60℃의 냉각수에 의해 코팅된 규산계난연재가 용탈되는 것을 방지하기 위함이다.
그리고, 내수코팅재로 제1 코팅비드(20,21)을 코팅하는 것은 전술한 리본 믹서를 이용할 수 있다.
내수코팅재는 내열성과 내수성이 있는 액상 코팅재로 마련될 수 있으며, 구체적으로 아크릴레이트 고형분 비율이 10~75% 대의 아크릴수지가 에틸알콜, 메틸알콜 또는 물에 녹아 있는 형태의 에틸렌아크릴산으로 마련되거나, 폴리에스테르, 아크릴 등의 아크릴레이트계 수용액으로 마련되거나, 멜라민, 페놀 또는 우레아를 포함하는 유기질 수지가 아세트포름알데히드에 녹아 있는 수용액으로 마련되거나, 전술한 아크릴레이트와 무기질의 실리콘이 상호 6:4의 비율로 혼합된 수용액으로 마련되거나, 폴리비닐알콜(PVA), 아세트산비닐 수지용액, 공업용 카제인 또는 카제인나트륨 등으로 마련될 수 있다.
여기서, 내수코팅재에 난연성을 부가하기 위해, 내수코팅재 90~99.9중량%에 인산암모늄, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 오산화안티몬, 탄산칼슘, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 아조디카본아미드 등의 난연재 등을 0.1~10중량%을 혼합하여 본 발명의 내수코팅재로 사용할 수 있다.
또한, 내수코팅재 80~99중량%에 항균, 방충, 원적외선 방사 기능 및 내열성을 부가하고 난연성을 증진시키기 위하여 입자크기가 45마이크로미터 이하인 숯, 제오라이트, 탈크, 탄산칼슘, 발포 질석, 발포 퍼라이트, 황토, 수산화마그네슘 중 하나 이상을 1~20중량%를 혼합하여 본 발명의 내수코팅재로 사용할 수 있다.
또한, 내수코팅재에 본 발명에 따른 규산계난연재를 혼합하여 제2 코팅비드(30)의 내수성을 증가시키면서도 난연성을 증가시킬 수 있음은 물론이다.
그리고, 제2 코팅비드(30)가 제조되면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 코팅비드(30)를 2차 발포시켜 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조하는 단계(S3)를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 하나로 상기한 내수코팅재를 발포 폴리스티렌비드에 코팅하여 내수성을 증가시키더라도, 2차 성형시 금형(40) 내부로 공급하는 스팀의 압력이 통상의 2차 발포시 공급되는 스팀의 압력보다 높게 하여 난연 발포 폴리스티렌 블록이나 형물을 제조하는 경우도 생길 수 있다. 예를 들어 발포폴리스티렌 블록의 밀도가 45~70Kg/M3의 고밀도를 가진 난연 발포 폴리스티렌 블록을 제조하여 야 할 경우, 상기 스팀의 온도와 압력을 높여야 하고, 스팀과 냉각수에 제2 코팅비드가 접촉하는 시간이 증가하게 된다. 이에, 고온, 고압의 스팀에 의해 제2 코팅비드의 내수코팅재의 일부가 용탈되고, 그 후 냉각수에 의해 규산계난연재가 용탈될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조하는 단계(S3)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 삽입구가 형성되고 내부에 제1 코팅비드(20,21)를 수용하여 스팀 및 냉각수를 내부로 공급하는 금형(40)과, 복수 개의 구멍이 형성된 분사파이프(51)가 하나 이상 형성되어 제2 코팅재를 분사하는 분사부(50)를 통해, 금형(40) 내부에 위치하는 제2 코팅비드(30)에 스팀을 공급한 후 내수코팅재를 분사하여 재코팅할 수 있다.
금형(40)은 외금형(41)과 내금형(42)으로 마련된다. 외금형(41)은 내부에 내금형(42)을 수용하며, 스팀 또는 냉각수가 유입되는 제1 유입구(44)와 분사파이프(51)가 삽입되는 제1 삽입구(41b)가 형성되어 있다. 내금형(40)은 내부에 제2 코팅비드(30)를 수용하여 2차 발포시킨다. 내금형(42)에는 외금형(41)으로 유입되는 스팀 또는 냉각수가 제2 코팅비드(30)로 공급되기 위한 다수의 제2 유입구(43)가 형성되어 있고, 분사파이프(51)가 삽입되기 위한 제2 삽입구(42b)가 형성되어 있다.
분사부(50)는 다수의 분사파이프(51)가 형성되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 분사파이프(51)가 2개인 것을 일 예로 하였으나, 하나 또는 2개 이상 마련될 수 있음은 물론이다.
분사파이프(51)는 금형(40)의 삽입구를 통해 금형(40) 내부로 삽입된 삽입위치(A)와 금형(40) 내부에서 이탈되는 이탈위치(B) 간을 왕복 이동할 수 있으며, 내수코팅재가 제2 코팅비드(30)로 분사되기 위한 다수의 분사구(52)가 형성되어 있다.
이에, 본 발명에 따른 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조하는 단계(S3)는 도 3에 도시된 바와 같이, 분사파이프(51)가 삽입위치(A)에 위치한 상태에서 금형(40)에 수용된 제2 코팅비드(30)가 발포하도록 금형(40) 내부로 스팀을 공급한 후, 분사파이프(51)가 제2 코팅비드(30)의 표면에 내수코팅재를 분사하면서 삽입위치(A)에서 이탈위치(B)로 이동하는 단계와, 도 4에 도시된 바와 같이 분사파이프(51)가 이탈위치(B)로 이동 완료되면 금형(40)의 내부로 냉각수를 공급하는 단계를 포함한다.
즉, 내수코팅재가 코팅된 제2 코팅비드(30)들이 금형(40) 속에 충전되기 전부터 내금형(42) 속의 내부의 바닥이 가까운 지점인 삽입위치(A)에 분사파이프(20)가 위치하게 한다. 그리고, 내금형(42) 속에 제2 코팅비드(30)들이 채워지고 고온의 스팀이 분사된 직 후, 분사파이프(51)가 이탈위치(B)로 이동하면서 80℃ 이상으로 가열된 상태의 내수코팅재를 제2 코팅비드(30)들 사이에 골고루 분사한다. 이때, 분사파이프(51)가 이탈위치(B)로 이동하는 동안 계속 공급되는 스팀에 의해 제2 코팅비드(30)는 발포된다. 그리고, 분사파이프(51)가 이탈위치(B)로 이동 완료되면, 냉각수가 유입되어 발포된 제2 코팅비드(30)를 냉각하여 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조한다. 여기서, 분사파이프(51)를 통해 분사된 내수코팅재는 발 포된 제2 코팅비드(30)들의 사이에 위치하여 각 발포된 제2 코팅비드(30)를 결합시키는 역할도 수행한다.
또한, 상기 과정을 거쳐 제조된 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 용도에 맞게 가공한 성형물의 표면에 상기 규산계난연재를 스프레이 분사 방식으로 1회 이상 도포하여 코팅하고 건조하여, 난연성을 증가시킬 수도 있다.
이하에서는 본 발명으로 실제 난연 발포폴리스티렌 형물의 제조과정과 제조된 난연 발포폴리스티렌 형물을 가지고 실제로 행한 난연 성능시험 장면을 도 5 내지 도 9를 통해 설명하겠다.
우선, 밀도 15.3Kg/M3을 가진 발포폴리스티렌 비드(10) 500g을 혼합기인 리본믹서 안에 넣고 규산계난연재로 함량비 20%대인 규산칼륨 수용액 750g을 넣고 5분간 혼합한 후 6~70℃의 열풍으로 약 5분간 건조시켰다. 그리고, 리본믹서 안에 규산칼륨 수용액 150g 및 리튬 실리케이트 수용액 100g을 혼합한 혼합물과 규산계난연재가 코팅된 난연 발포폴리스티렌 비드를 넣어 10분간 교반하고 60~70℃의 열풍으로 건조시켜 제1 코팅비드(20,21) 1,200g을 구하였다.
그리고, 아크릴 고형분 비율 45%의 에틸렌아크릴산 80중량%에 크기가 7~10마이크로미터 이하인 숯이나 제오라이트, 황토를 혼합한 물질 10중량%과 인산암모늄 약10중량%을 리본믹서로 1분간 교반한 내수코팅재 250g을 제조하였다. 그리고, 상기 내수코팅재 250g과 제1 코팅비드(20,21) 600g을 리본 믹서 속에 넣고 약 5분간 혼합하며 70℃의 열풍으로 5분간 건조한 후 꺼내어 건조실에서 열풍 온도 80℃하에 2시간 이상 숙성, 건조하여 회색의 제2 코팅비드(30) 750g을 구하였다.
또한, 아크릴 고형분 비율이 75%인 에틸렌아크릴산을 60중량%로 하고 인산암모늄 10중량%, 리튬실리케이트 30중량%로 한 총 중량 300g의 내수코팅재와 제1 코팅비드(20,21) 600g을 리본 믹서 속에 넣고 혼합하고 70℃의 열풍으로 5분간 건조한 후 건조실에 80℃의 열풍으로 2시간 이상 숙성, 건조하여 흰색의 제2 코팅비드(30) 780g를 구하였다.
이에, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 회색과 흰색의 제2 코팅비드(30)들을 금형 및 스팀 성형기 속에 넣고 약 0.7Kgf/cm2의 압력으로 약 20초간 스팀과 1분간 냉각수를 가하고 건조시켜 흰색 및 회색의 난연 발포폴리스티렌 형물을 구하였다.
또한, 폭150mm 길이250mm 두께 25mm의 흰색의 일반 발포폴리스티렌 형물을 준비하였다.
그리고, 1,200~1,300℃의 열을 가지는 길이 10cm의 불꽃을 분출하는 토치램프를 준비하여 바람이 불지 않는 실내에서 도 6에 도시하는 바와 같이 일반 발포폴리스티렌 형물을 각 토치램프 불꽃길이 10cm 거리에 위치하여 화염을 2-3초 닿게 하였다.
여기서, 일반 발포폴리스티렌 형물은 도 6에 도시한 바와 같이 불꽃이 삽시간에 발생하며 형물의 중앙부분이 소멸, 용융하였고, 발포 폴리스티렌 수지는 검은 매연의 연기 발생과 함께 녹아내려 불꽃이 붙은 작은 젤리 방울로 바닥에 떨어졌다. 이에, 도 9에 도시된 바와 같이 일반 발포폴리스티렌 형물(도 9의 가운데)의 중앙 부분에 지름 약 8~12cm 크기의 큰 구멍이 형성된 것을 알 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 규산계난연재와 숯과 제오라이트를 첨가한 내수코팅재로 코팅한 짙은 회색의 난연 발포 폴리스티렌 형물을 전술한 바와 같은 방법으로 토치램프로 불꽃길이 10cm 거리에서 위치하여 화염에 약 8~10초간 닿게 하였다.
여기서, 도 9에 도시된 바와 같이 회색의 난연 발포폴리스티렌 형물(도 9의 왼쪽)은 중앙부에 지름 10~30mm 정도의 원형으로 깊이 3~5mm 정도의 얕은 홈이 파일 정도로 화염 자욱이 생겼으나, 불꽃이 발생하거나 젤리처럼 폴리스티렌 수지가 녹아내리는 현상은 발생하지 않았다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이 흰색의 난연 발포폴리스티렌 형물을 같은 토치램프로 같은 조건에서 화염을 약 8~10초간 닿게 하였다. 여기서, 도 9에 도시된 바와 같이, 흰색의 난연 발포폴리스티렌 형물(도 9의 오른쪽)은 회색의 난연 발포폴리스티렌 형물보다 더 작은 화염 자욱을 남겼고, 연기 발생은 거의 없었으며 연소 반응도 더디게 나타났다.
결론적으로, 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 난연 발포폴리스티렌 형물은 일반 발포폴리스티렌 형물보다 난연성이 탁월한 것을 알 수 있으며, 본 발명의 소기의 목적을 이룰 수 있는 것이 증명될 수 있다고 주장한다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 별명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
상기한 구성의 의해 본 발명은 750℃ 이상의 고온에 연소되지 않으며, 발포폴리스티렌수지가 화재의 불꽃과 열에 녹거나 흘러내려 화재를 다른 물질이나 부위로 옮기는 현상을 방지하는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 화재발생의 열과 불꽃을 차단하는 단열의 방화 막을 이루는 한편, 화재의 연소를 도우는 산소 공급을 차단하여 연소로 인한 일산화탄소 및 이산화탄소 등 유해한 가스 발생을 최대한 억제하는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법은 가격이 저렴하면서도 난연성이 뛰어난 액상의 규산나트륨, 규산칼륨을 비롯한 규산계난연재 사용하여 제조단가가 저렴한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 난연 발로폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법은 내수성과 난연성을 함께 보강하는 내수코팅재로 발포폴리스티렌 비드를 코팅하여, 큰 문제였던 난연재의 나트륨, 칼륨의 성분이 성형물로 성형한 후 건축 구조설비재 또는 단열재로 사용하는 중에 비나 눈 등의 수분이나 습기에 쉽게 용탈하는 것을 방지하여 난연성을 보장하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 난연발포폴리스티렌 블록 및 형물은 규산계 물질이 표면에 구성되어 있어 따로 모르타르 등의 접착제를 사용하지 않아도 용이하 게 시멘트 또는 콘크리트 등에 부착하여 건축자재로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물은 내수코팅재에 숯, 제오라이트 및 황토 중 하나 이상을 혼합함으로서 내열성과 항균성, 방충성, 원적외선 방사 기능을 가지는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 발포폴리스티렌 비드에 이산화규소를 포함하는 규산계난연재로 코팅하고 건조하여 제1 코팅비드를 제조하는 단계와;
    아크릴 수지가 에틸알콜 또는 메틸알콜 또는 물에 녹아 있는 에틸렌아크릴산, 아크릴레이트계 수용액, 멜라민 또는 페놀 또는 우레아를 포함하는 유기질 수지가 아세트포름알데히드에 녹아 있는 수용액, 아크릴레이트와 실리콘이 혼합된 수용액, 폴리비닐알콜, 아세트산비닐수지용액, 공업용 카제인 및 카제인나트륨 중 하나 이상 포함하는 내수코팅재로 상기 제1 코팅비드에 코팅하고 건조하여 제2 코팅비드를 제조하는 단계와;
    상기 제2 코팅비드로 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코팅비드를 제조하는 단계는
    상기 규산계난연재로 코팅된 발포플라스틱 비드를 아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 멜라민, 페놀, 우레아 중 하나 이상을 포함하는 유기질코팅재로 코팅하고 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내수 코팅재에는 숯, 제오라이트, 탈크, 탄산칼슘, 발포 질석, 발포 퍼라이트, 황토 및 수산화마그네슘 중 하나 이상이 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코팅비드로 발포폴리스티렌 블록 및 형물을 제조하는 단계는
    삽입구가 형성되고 내부에 상기 제2 코팅비드를 수용하여 상기 제2 코팅비드에 스팀 및 냉각수를 공급하는 금형과, 상기 삽입구에 삽입되어 상기 제2 코팅비드에 상기 내수코팅재를 분사하는 분사파이프를 가지며 상기 분사파이프가 상기 금형에 삽입된 삽입위치와 상기 분사파이프가 상기 금형에서 이탈된 이탈위치 간을 왕복이동하는 분사부에 의해,
    상기 분사파이프가 삽입위치에 위치한 상태에서 상기 금형에 수용된 상기 제2 코팅비드가 발포하도록 상기 금형 내부로 스팀을 공급한 후, 상기 분사파이프가 상기 제2 코팅비드의 표면에 상기 내수코팅재를 분사하면서 상기 삽입위치에서 상기 이탈위치로 이동하는 단계와;
    상기 분사파이프가 상기 이탈위치로 이동 완료되면 상기 금형의 내부로 냉각수를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법.
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