KR100837807B1 - 섬유질유기물을 이용한 산업용 불연성 조성물, 불연성성형품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업용 불연성 조성물, 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 건축용 마감 및 내장재료로 사용시 화재로부터 안전하며 화염의 확산방지와 유독가스가 발생되지 않는 특성을 갖는 불연성 조성물, 불연성 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 불연성 조성물은 섬유질 유기물 1~70중량%; 플라이애쉬 또는 인조규사 1~30 중량%; 나트륨실리게이트, 칼륨실리게이트 또는 이들의 혼합물인 난연성 경화제 10~60 중량%; 및 경화용 난연 수지 1~15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
불연성, 섬유질유기물, 판재, 건축자재, 난연수지, 방화문

Description

섬유질유기물을 이용한 산업용 불연성 조성물, 불연성 성형품 및 이의 제조 방법{Industrial incombustible composition using fibroid organanic material, formed article using the same and manufacturing method thereof}
본 발명은 산업용 불연성 조성물, 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 건축용 마감 및 내장재료로 사용시 화재로부터 안전하며 화염의 확산방지와 유독가스가 발생되지 않는 특성을 갖는 불연성 조성물, 불연성 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
현재 불연, 준불연, 난연성의 성능을 가진 건축용 마감 및 내장재료에 대하여 다양한 형태로 개발이 이루어지고 있다.
MDF나 합판은 가공성과 시공성, 경량성 및 가격이 저렴한 특성을 지니고 있어 현재 가장 널리 사용되고 있는 건축용 내장제품이지만, 내수성이 떨어지고, 가연성 소재로 불연, 준불연, 난연성의 성능을 지니지 못해 화염에 의해 쉽게 연소가 되고, 화재가 확산되기 때문에 현행 법령상 그 사용에 제한을 받고 있다.
또한, 석고보드는 현재 사용되고 있는 불연, 준불연, 난연의 성능기준을 갖춘 대표적인 건축용 내장 및 마감자재이다. 그러나 수분에 매우 약하며, 강도가 낮 아 파손이 쉽고, 가공시 많은 분진발생과 폐 석고보드의 재활용이 이루어지지 않는 등 환경오염의 문제가 있다. 또한, 표면에 종이가 붙어있어 다양한 형태의 디자인과 용도로 사용하기에는 제한을 받는 등의 문제가 있다.
한편, 시멘트 목모판의 경우에는 강도가 높고, 불연, 준불연, 난연의 성능이 우수하며, 내수성이 좋다고 할 수 있는 반면에, 가공성과 시공성이 떨어지며, 무겁고, 충격에 부서지는 등의 문제가 있어 건축물의 외벽이나, 표면재료로 주로 사용될 뿐 건축용 마감 및 내장재료로서는 거의 사용되고 있지 않다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 특허출원번호 10-2001-0061962호로 2001년 10월 8일 출원되어 공개번호 특2003-0029419호로 출원공고된 '건축구조용 내화 보강재 및 이의 제조 방법'이 개시되었다.
상기 공개 발명에 의하면, 방화, 단열을 목적으로 하는 석고보드를 대체할 수 있는 특정을 부여하기 위해 규조토, 경량 세라믹과 펼프, 무기 결합제 그리고 유기 고분자 물질을 이용하여 경량, 고강도, 내충격성 및 방화 성능이 우수한 건축용 보드를 제조하는 것을 그 내용으로 하고 있다.
그러나 상기 공개된 발명은 고분자물질로, 에폭시, 폴리에스테르계 등을 첨가하도록 되어 있다. 이러한 고분자 물질은 액상의 수지로서 이 수지를 이용한 물질은 모두가 액상의 수지속에 충진제가 충진되어진 함침의 형상을 이루기 때문에, 물체표면이 유기성수지로 이루어진 형태이다.
따라서, 가연성수지인 불포화 폴리에스터계나 에폭시계 수지로 이루어진물질의 표면에 화염이 닿으면 표면이 발화하면서 유독가스가 발생함에 따라 만족할만한 불연성능을 구현할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 출원인은 상기와 같은 문제점에 대하여, 출원번호 10-2003-0067416호로 2003년09월29일 출원하여 등록번호 10-0635832호로 2006년10월18일 등록된 '불연성 조성물, 이를 이용한 건축용 불연성 성형품 및 이의 제조방법'에서 유기섬유 또는 무기섬유 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬 1∼80중량%, 화염방지제 1∼80중량% 및 경화용 난연수지 1∼30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물을 개시하였다.
이에 대하여 본 발명의 출원인은 불연성 각재 뿐만 아니라, 섬유질 유기물과 실리게이트 및 경화용 난연수지의 효과적인 조성비를 이용하여 각재뿐만 아니라 얇은 박판과 같은 소재의 성형에 쓰이는 불연성 조성물의 필요성을 제안한다.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 주로 폐자재를 이용하면서도 환경친화적이며, 경도, 강도, 내수성 등이 우수하며, 가격이 저렴하고, 무엇보다 조성비율에 따라 화재에 안전한 난연 성능을 갖는 다양한 불연성 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용하여 불연성은 물론, 건축자재로서의 필요 및 충분 조건을 만족할 수 있는 건축용 불연성 성형품의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어 건축용 마감 및 내장재료의 판재로 사용시 화재로부터 안전하며, 화염의 확산방지와 유독가스가 발생되지 않는 등의 성능과 물성을 갖는 불연보드, 불연 가구 또는 방화문 등 산업용 불연성 성형품을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 불연성 조성물은, 섬유질 유기물 1~70 중량%; 플라이애쉬 또는 인조규사 1~30 중량%; 나트륨실리게이트, 칼륨실리게이트 또는 이들의 혼합물인 난연성 경화제 10~60 중량%; 및 경화용 난연 수지 1~15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 불연성 조성물은 화염 불꽃을 방지하기 위해 탄산칼슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산염, 수산화 알루미늄, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나의 화염 방지제 1~30 중량%;를 더 포함할 수 있다.
상기 불연성 조성물은, 미립자퍼라이트, 미립자 질석, 암면웨이스트(Rockwool waste), 지오라이트 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나의 불연성 경량화제 1~80중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 섬유질 유기물은, 섬유질 상태로 파쇄한 종이 분쇄물, 목재 분쇄물, 코코넛화이버 분쇄물, 폐섬유, 쌀겨, 식물성 화이버 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 경화용 난연 수지는 페놀수지 또는 멜라민수지인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 불연성 조성물은 무기 착색제로 이산화티탄(TiO2)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 불연성 성형품의 제조 방법은, 상기 본원 발명에 의한 불연성 조성물 범위 내에서 불연성 조성물의 요구되는 비중 및 난연 성능에 따라, (a) 섬유질유기물과 화염 방지제를 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합에 의한 혼합물에 난연성 경화제를 분사하는 단계; (c) 상기 난연성 경화제가 분사된 혼합물을 건조 장치에 통과시켜 건조하고 필요한 입자의 크기로 분쇄하는 단계; (d) 상기 분쇄된 입자들에 플라이애쉬 또는 인조 규사를 투입하여 혼합하고, 액상의 경화용 난연 수지를 분무형태로 분사하여 혼합하는 단계; 및 (e) 상기 혼합에 의한 혼합물을 고압 열 프레스 내에서 압축 및 성형하여 불연성 판재 성형품을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c) 단계는, 미립자퍼라이트, 미립자 질석, 암면웨이스트(Rockwool waste), 지오라이트 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나의 불연성 경량화제 1~80 중량%와 물을 공급하여 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (c) 단계는, 상기 불연성 경량화제와 물을 공급하여 3~5분 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (e) 단계는 온도 60~300℃, 시간 1~60분, 고압프레스 500~3,000ton 하에서 압축성형하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (e) 단계는 고주파 가열에 의해 고압 열 프레스를 사용하 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 성형품이 방화문의 판재 및/또는 각재, 불연보드 또는 내화보드인 것 을 특징으로 할 수 있다.
상기 성형품이 판재인 경우, 상기 (e) 단계는 글라스 화이버로 구성된 메쉬를 보강시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 성형품이 각재인 경우, 상기 (e) 단계는 알루미늄, 스틸, 아크릴 또는 나무를 각재 또는 플레이트 형상의 보강재로 내부에 매입하여 보강시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 산업용 불연성 성형품은, 상기 본 발명의 불연성 성형품의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 성형품이 방화문의 또는/ 및 각재, 불연보드 또는 내화보드인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 성형품은 강화마루, 액세스플로어, OA플로어, 계단판, 샌드위치판넬 심재, 목자재 대체재, 방화벽, 칸막이벽, 화장실 칸막이, 벽체마감 내장재, 천정마감 내장재, 붙박이 가구, 씽크대, 책상, 서류 보관함 또는 테이블의 구성판재인 것을 특징으로 할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 불연성 조성물은 섬유질유기물(a) 1～70 중량%, 플라이애쉬 또는 인조규사(b) 1～30 중량%, 불연성의 경량화제(c) 1～80 중량%, 화염 불꽃을 방지하기 위한 화염방지제(d) 1～30 중량%, 난연성 경화제(e) 10～60 중량% 및 경화용 난연수지(f) 1～15 중량%를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 섬유질유기물(a)의 사용량은 1～70 중량%가 바람직하며, 상기 유기섬유로는 섬유질 상태로 파쇄한 종이 분쇄물, 목재 분쇄물, 코코넛화이버 분쇄물, 폐섬유, 쌀겨, 식물성 화이버 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있으며, 상기 성분들은 일부 폐자재를 사용할 수 있다.
상기 섬유질유기물(a)은 본 발명의 조성물로 제조한 성형품이 MDF나 합판의 목재 특성을 나타낼 수 있도록 하기 위한 것으로 작은 칼(커트 칼)로도 가공이 가능하도록 하여 크기에 따라 다양한 제작이 가능할 뿐 아니라 벽체부착 시공시 스크류 등과의 결합력 또한 상기 섬유질의 중요한 역할이라 할 것이다.
상기 섬유질유기물(a)의 사용량이 1중량%미만인 경우에는 불연성능은 향상될 수 있으나, 경도가 높아 가공성이나 스크류 등과의 결합력 등이 떨어지는 문제가 있으며, 조성비율이 70중량%를 초과하면 강도가 떨어져 불연성 성형품의 형태를 유지하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
또한, 성형품의 강도와 매끄러운 표면을 유지하기 위해서 플라이애쉬 또는 인조규사(b)를 휠러로 사용하였으며, 그 조성비율에 따라 밀도와 표면 및 압축강도를 조절할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "플라이애쉬(fly ash)"는 화력발전소에서 열원으로 사용되는 석탄이 타고남은 잔재중 대체적으로 중량이 가벼운 잔재를 의미한다.
이들 플라이애쉬 또는 인조규사(b)는 시멘트보다는 가벼운 비중을 나타내고 있으나, 본 난연성 성형품을 이루고 있는 조성물 중에는 비중이 높은 조성물에 해 당되므로 그 조성비율이 높을 경우에는 경량화에 문제가 있을 수 있으나, 상대적으로 강도를 증진시키고, 견고한 난연성 성형품을 얻을 수 있다.
상기 플라이애쉬 또는 인조규사(b)의 조성비율이 1중량%미만일 경우에는 적절한 경도, 표면효과 및 매끄러운 성형품을 만들기 어려운 문제가 있으며, 조성비율이 30중량%를 초과할 경우에는 비중이 높고, 약한 충격에도 쉽게 부러지는 현상이 발생하여 판재나 각재의 용도로 사용하기에 적절하지 못한 문제점이 있다.
또한, 불연성 성형품의 경량화 및 불연성 향상을 위하여 불연성 경량화제(c)를 선택적으로 사용할 수 있으며, 그 조성비율에 따라 다양한 비중을 가진 건축 마감 및 내장재료를 제조할 수 있다. 불연성 경량화제(c)는, 예를 들어 미립자 퍼라이트, 미립자 질석, 암면 웨이스트(Rockwool Waste), 규조토, 지오라이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 미립자 퍼라이트 또는 미립자 질석은 폐자재를 사용할 수 있다.
상기 불연성 경량화제(c)의 사용량은 1～80중량%의 범위 내에서 다양한 비중을 가진 성형품을 제조할 수 있으나, 조성물의 비율이 1중량%미만인 경우에는 성형품의 경량화 및 불연성 향상에 거의 영향을 주지 못하므로 본래의 경량화제로서의 역할을 못하며, 그 조성비율이 80중량%를 초과하는 경우에는 면이 거칠고, 강도가 저하되고, 조성물의 원료분리가 일어나 고른 분포의 혼합물을 얻지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 섬유질유기물(a)은 가연성 소재이기 때문에 난연성 경화제로 불연성능을 부여하더라도 외부의 화염발생시 본 발명품의 연소 및 연기를 최소화하여 불연, 준불연 성능을 더욱 확보하여 주는 화염방지제(d), 예를 들어 탄산칼슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산염, 수산화알루미늄 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
이는 화염의 온도가 300 ~ 500 ℃가 넘는 경우 상기 성분 (d)가 분해되어 탄산가스 (CO2)나 물이 판재 내부에서 발생하여 화염이 소화되도록 조절할 수 있으며, 성분 (c)를 통해 성능기준에 있어 준불연급이던 것을 불연급으로, 난연급이던 것을 준불연급 이상의 성능이 되도록 개선할 수 있다.
상기 화염방지제(d)의 사용량은 1～30중량%가 바람직하며, 1중량%미만이면 화염방지제로서의 역할을 기대하기 어려우며, 30중량%를 초과하면 조성물의 강도저하에 영향을 주는 경향이 있다.
본 발명의 중요기술중 하나는 상기 섬유질유기물(a)의 불연성을 부여하기 위하여 난연성 경화제(e), 예를 들어 나트륨실리케이트, 칼륨실리케이트 또는 이들의 혼합물을 10～60중량%로 선택적으로 사용할 수 있으며, 그 조성비율에 따라 성형된 판재의 강도와 가공성을 조절할 수 있으며, 또한 화염에 의해 불이 붙지 않는 정도를 조절할 수 있다.
상기 난연성 경화제(e)의 조성비율이 10중량%미만인 경우에는 섬유질유기물의 불연성 부여 및 강도증가를 기대할 수 없으며, 그 조성비율이 60중량%를 초과할 경우에는 난연성 경화제의 재료특성에 의한 성형물의 변형 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 난연성 경화제(e) 혼합시 필요에 따라 물 1～60중량%를 더욱 포함할 수 있다. 이는 난연성 경화제(e)만으로 원활한 혼합이 이루어 지지 않았을 경우 혼합반죽을 원활하게 하기 위해서 물을 첨가하는데, 1중량%미만이면 농도가 되어서 혼합반죽이 원활하게 이루어지지 않으며, 60중량%를 초과하면 조성물의 강도가 저하되며 건조시간이 오래 걸리는 문제가 있다.
그러나 상기 성분에 난연성 경화제(e)만 혼합하여 양생함으로써 불연성은 확보된 물질을 만들 수 있으나, 산업용 자재로 쓰일 수 있는 완성도 있는 성형품으로서의 제작은 불가능하다. 즉 불연성 못지 않게 중요한 산업용 자재로서의 필수불가결한 완전한 형태의 성형성, 건축자재로서의 충분한 압축/인장 강도의 부족, 양생시 변형, 다양한 마감재의 부착이 불가능하다는 점 등의 치명적인 문제점이 발견된다.
따라서, 이러한 산업용 자재로서의 치명적 문제점을 해결하기 위하여 경화용 난연수지(f), 예를 들어 페놀수지, 난연 폴리에스테르수지 또는 멜라민수지를 사용함으로서 산업용 자재로서의 성능과 건축자재로서의 성능 및 불연성능을 동시에 만족하는 성형품을 제조할 수 있다.
상기 경화용 난연수지(f)의 사용량은 1～15중량%가 바람직하며, 1중량%미만이면 조성물의 경화가 불가능하며, 반면 15중량%를 초과하면 더 이상 난연수지로서의 경화의 역활이 향상되지는 않으면서 제조단가만 올라가는 결과를 얻게 된다.
그러므로 상기 성형품을 제조하기 위해서는 2단계의 공정을 거쳐야 한다. 먼저, 난연성 경화제(e)의 섬유질유기물의 불연성을 부여할 수 있는 특성을 얻기 위 한 습식혼합공정 및 건조분쇄공정인 1단계 공정과 전술한 산업용 자재로서의 치명적 문제점을 해결하기 위해 1차 공정의 분쇄물과 경화용 난연수지(f)를 혼합하여 고압 열프레스 또는 고주파 가열기를 구비한 고압 열프레스를 사용하여 원하는 형태로 압축 성형시켜 최종 불연성 성형품을 완성하는 2단계 성형공정을 적용함으로써 비로소 불연성능과 요구되어지는 건축자재로서의 성능을 동시에 만족하는 성형품을 완성할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 불연성 조성물 및 이 불연성 조성물로 제조된 성형품의 제조방법은 2단계의 공정으로 구분하여 볼 수 있다.
이하에서 본 발명의 조성물을 사용하여 건축용 불연성 성형품을 제조하는 방법을 상세하게 설명하며, 하기 제조방법은 본 발명을 상세히 설명하고자 한 것으로서, 하기 제조방법 이외의 상이한 변형방법을 이용하여 불연성 성형품을 제조할 수 있음을 관련 분야의 숙련가는 쉽게 알 수 있을 것이다.
< 2단계 공법에 의한 건축내장용 판재의 제조방법 >
판재의 제조공법은 1차 습식공정과 2차 성형공정을 순서대로 거쳐야 하는데, 1차 습식공법은 우선 섬유질유기물(a)과 화염방지제(d)는 함께 혼합한 후, 경량화제(c)는 따로 각각 난연성 경화제(e)를 분사하고 선택적으로 필요에 따라 일정량의 물을 공급하여 3～5분정도 혼합하여 콘베이어 라인 또는 로터리 킬른으로 형성된 건조장치를 통과하여 완전히 건조시킨 후, 분쇄기로 투입하여 필요한 입자크기로 분쇄하여 저장탱크에 보관하며 이는 요구되어지는 불연성의 등급에 따라 1~5회 습식공법을 반복한다. 이어서 2차 성형공정은 1차 습식공정을 거친 분쇄물은 난연성 경화제(e)에 의하여 불연성과 어느 정도의 입자경도를 확보한 상태인 바, 본격적인 혼합은 저속 리본믹서기에서 계량시스템을 거쳐 이 분쇄물과 인조규사(b)를 최종적으로 완성되어지는 성형품의 용도에 따라 요구되어지는 비중에 맞춰 선택적으로 적당량을 투입하여 혼합하여 액상의 경화용 난연수지(f)를 분무형태로 분사하여 고르게 혼합하며 선택적으로 필요에 따라 일정량의 물을 공급할 수 있다.
예로서, 보통의 건축내장재용 판재의 경우 비중은 0.8～1.0g/cu.㎝가 가장 적당한 관계로, 용도에 따라 요구되어지는 비중과 난연성능에 도달할 수 있도록 각각의 성분을 적절하게 조절하여 혼합하여야 한다.
이와 같이 요구되어지는 비중과 난연성능에 맞춰 혼합되어진 조성물은 일정한 두께와 규격으로 성형하기 위하여 고압열프레스(500～3,000ton)를 사용하게 되며, 온도는 60～300℃, 시간은 1～60분 고압열프레스 내에서 압축/성형하여 불연성 판재 성형품을 완성하게 된다.
이때 고주파 가열기능을 추가한 고압열프레스를 사용하게 되면 경화용 난연수지(f)의 경화반응을 빠르게 진행할 수 있어 그에 따라 프레스 내에서의 성형시간을 상당부분 단축할 수 있다.
부가적으로, 판재의 압축 및 인장 강도를 증가시키기 위하여 프레스 내에 혼합된 조성물을 투여하면서 그 상/하부 내부에 글라스 화이버로 구성된 보강용 메쉬 (그물망)를 깔고 압축/성형하게 되면 보다 높은 압축 및 인장 강도를 가진 판재 성형품을 완성하게 된다.
본 발명에 따라 제조한 성형품은 우수한 불연성 또는 난연성 및 물리적 특성 을 보이기 때문에 다음과 같은 다양한 분야에서 유리하게 사용될 수 있다.
① 불연보드
본 발명에 따라 제조된 불연성 성형품은 석고보드의 일부 단점을 개선한 제품으로 불연성은 물론이며, 가공성, 폐기물 재활용 등 모든 면에서 건축용 마감 및 내장재료로 손색이 없는 건축자재로 상당한 경쟁력을 가진 우수한 건축자재로 활용할 수 있다.
② 방화벽
본 발명에 따라 제조된 불연성 제품을 사용할 경우 제작단가 및 하중의 감소는 물론, 기존의 방화벽 두께(평균 200m/m) 또한 상당한 부분에서 감소가 이루어져, 내부 유효 사용면적의 증가에도 많은 기여를 할 수 있다.
③ 내화보드
본 발명에 따라 제조된 불연성 성형품으로 스틸부재 4면을 마감처리하여 내화피복의 기능과 마감을 동시에 해결할 수 있다.
④ 구성판재
본 발명에 따라 제조된 불연성 판재 성형품을 불연가구, 강화마루, 액세스플로어, OA플로어, 계단판, 목재문심재, 목재각재대체재, 방화벽, 칸막이벽, 화장실 칸막이, 벽체마감 내장재, 천정마감 내장재, 붙박이 가구, 씽크대, 책상, 서류 보관함 또는 테이블의 구성판재 등등으로 사용할 경우, 불연성, 경량성, 경제성 등을 충족한 제품으로 사용할 수 있다.
이하 실시 예들 및 비교 예들을 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보 지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
하기 실시 예들 및 비교 예들에서 측정한 각종 물성의 측정방법은 다음과 같다.
1) 불연, 준불연, 난연성능 특성: 한국 산업표준규격 KS F2271(건축물의 난연성능 시험방법)에 의한 난연 1급(불연재료), 난연 2급(준불연재료), 난연 3급(난연재료)에 의한 측정
2) 비중 및 밀도: 한국 산업표준규격 KS L5316(석고판재류의 물리적 특성 시험방법)에 의한 비중 및 밀도 측정
3) 내화염성 : 한국 산업표준규격 KS F3507(석고보드제품)에 의한 내화염성 측정
4) 침수안정성: 한국 산업표준규격 KS F3507(석고보드제품)에 의한 침수안정성 측정
조성물에 따른 성형품의 난연성 및 물리적 특성은 습식공법 및 압축, 성형 공법에 의해 성형품을 제조하여 비교하였으며, 이중 본 발명에서 달성하고자 하는 가장 중요한 성능기준, 즉 불연, 준불연, 난연의 성능기준에 관한 사항은 한국 산업표준규격 KS F2271에 의해 난연 1급인 불연과, 난연 2급인 준불연, 난연 3급인 난연 등급으로 구분하여, 조성물의 배합비율 및 성형품 종류에 따라 비교하였다.
또한, 조성물의 배합비율에 따른 단위면적당 무게변화를 비교하였으며, 본 발명의 조성물에 의해 성형되는 성형품의 화재 안전성은 내화염성을 통해 비교하였다.
특히 대부분의 건축용 마감 및 내장재료는 침수안정성을 요구하므로 이에 대한 성능을 측정하여 그 측정결과를 비교하였다.
<실시 예 1 ～ 실시 예 3>
하기 표 1에 기재된 성분과 양을 갖는 본 발명의 조성물을 완성하기 위하여 1차 공정으로 성분(a)와 성분(d)는 함께 혼합한 후, 성분(c)는 따로 각각 성분(e)를 분사하여 5분 동안 혼합하여 건조하는 과정을 2번 반복한 후, 본격적인 혼합은 저속 리본믹서기에서 성분(b)를 혼합하여 액상의 성분(f)를 분무형태로 분사하여, 최종적으로 혼합된 조성물은 500ton의 고압열프레스를 사용하여 20m/m 두께의 600m/m x 600m/m 크기의 판재로 성형시켰다. 이렇게 성형된 판재는 3일 동안 자연 양생을 실시하여 완성된 난연성 판재 성형품을 제조하고, 상술한 측정방법으로 성형품의 물성을 평가하고, 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.
건식 압축성형공법 제조로 불연성 성형품의 물성 측정 결과
구분 조성(중량%) 성형품 물성
성분 (a) 목재 분쇄물 성분 (b) 인조규사 성분 (c) 미립자질석 성분 (d) 탄산칼슘 성분 (e) 규산소다 성분 (f) 페놀수지 형상물형태 난연성능 비중/밀도 침수 안정성 내화염성
실시예1 10 15 36 10 23 6 판재 난연1급 0.92 안정 불연성
실시예2 27 12 18 3 34 6 판재 난연2급 0.85 안정 불연성
실시예3 40 12 5 3 34 6 판재 난연3급 0.82 안정 비연소성
* 성분(e)와 성분(f)는 고형분 함량이 50%인 액상으로 첨가되었으며, 표에서 의 중량%는 고형분의 중량%임.
상기 표 1의 실시 예 1～3과 같이 2단계 제조공정으로 제조한 판재의 단위면적당 무게는 0.8～1.0의 범위 정도로 확인되었으며, 난연성능과 내화염성은 난연 1급/2급/3급 및 불연성의 성능을 나타내었으며, 수분에 대한 침수안정성은 모두 물속에서 그 형상을 유지하는 등 수분에 안정한 것으로 나타났다.
상기 표 1의 실시 예들에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 조성물의 배합비율 중 미립자질석의 사용비(중량비)가 높을수록 난연성능의 등급이 높아지며, 목재분쇄물의 사용비(중량비)가 높을수록 난연성능과 내화염성의 등급이 낮아지는 것으로 나타났다.
<비교예 1 ～ 비교예 5>
우선 본 발명과 관련하여 현재 널리 사용되고 있는 건축용 마감 및 내장 자재의 제품 5종류, MDF/합판, 일반석고보드, 방화석고보드, 슬레이트판, 시멘트목모판을 시중으로부터 구입하여 상술한 측정방법에 따라 물성을 평가하고, 그 측정결과를 하기 표 2에 나타내었다.
현재 널리 사용되고 있는 건축 마감 및 내장용 제품에 대한 물성 측정결과
구분 조성 성분 성형품 물성
성분(a) 성분(b) 성분(c) 제품명 난연성능 비중/밀도 침수안정성 내화염성
비교예 1 목재칩 접착제 발수재 MDF/합판 없음 0.8~0.9 불안정 연소
비교예 2 폐석고 _ 종이판지 일반석고보드 난연2급 0.7~0.8 파손 비연소성
비교예 3 폐석고 유리섬유 종이판지 방화석고보드 난연1급 0.8~1.0 파손 불연성
비교예 4 시멘트 석명 석분 슬레이트판 난연1급 1.2~1.4 안정 불연성
비교예5 시멘트 폐종이 석고 시멘트목모판 난연1급 1.0~1.2 안정 불연성
상기 표2의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1(MDF/합판)의 경우에는 난연성능이 없는 것으로 나타났고, 비교예 2(일반석고보드) 및 비교예 3(방화석고보드)은 난연 2급 및 난연 1급으로 표시되어 있는바, 화재안전에는 문제가 없는 제품으로 인정하여야 하며, 비교예 4(슬레이트판) 및 비교예 5(시멘트목모판)의 경우는 가장 화재안전에 문제가 없는 불연성으로 나타났다.
그러나 단위면적당 무게의 경우는 표 2의 결과와 같이 불연성은 비교예 4 및 비교예 5가 가장 우수하였으나, 경량성에 문제가 있었으며, 수분에 대한 안전성에 대해서는 석고보드가 가장 문제가 있는 것으로 나타났다.
따라서 건축용 마감 및 내장재료로 널리 사용되는 MDF나 합판은 근본적으로 화재안전에 문제가 있어 건축법 및 소방법상 사용할 수 없는 재료라고 할 수 있으며, 석고보드는 건축물의 용도와 장소에 따른 사용제한이 있으며, 슬레이트판 및 시멘트목모판의 경우 단위면적당 무게가 MDF 및 석고보드에 비해 매우 무거워 시공성이 떨어지는 것으로 나타났다.
한편, 상기 실시 예들과 비교 예들을 비교하여 보면, 상기 표 1의 실시 예 1에 해당되는 판재의 경우에는 상기 표 2의 비교예 3, 비교예 4 및 비교예 5에 해당하는 방화석고보드, 슬레이트판 및 시멘트 목모판의 난연성능과 같은 난연 1급이었으며, 내화염성도 불연성으로 나타났으며, 상기 표 1의 실시 예 2에 해당되는 판재의 경우에는 상기 표 2의 비교예 2 해당하는 일반석고보드의 난연성능과 같은 난연 2급이었으며, 내화염성은 불연성으로 나타났으며, 표 1의 실시 예 1, 실시 예 2 및 실시 예 3의 경우 단위면적당 무게가 0.8～1.0으로 일반적인 MDF나 합판과 비슷한 수준인 것으로 확인되었다.
이상 명세서에서 최적의 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상기한 본 발명에 따르면, 불연/준불연/난연성 판재 제조에 제공되어지는 불연성 조성물의 1～70중량%는 폐자재를 재활용할 수 있기 때문에 제작 단가가 저렴하고, 완성 조성물 모두가 화재가 발생함으로써 화재 접촉시 화염 및 유독성 가스가 발생하지 않으므로 건축용 마감 및 내장재료로 사용하기에 적합한 불연성 조성물을 제공하는 효과가 있다.
또한, 상기 조성물을 이용하여 불연성은 물론, 건축자재로서의 필요 및 충분 조건을 만족할 수 있는 건축용 불연성 성형품의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 상기 방법으로 제조되어 건축용 마감 및 내장재료의 판재로 사용시 화재로부터 안전하며, 화염의 확산방지와 유독가스가 발생되지 않는 등의 성능과 물성을 갖는 불연보드, 불연 가구 또는 방화문 등 산업용 불연성 성형품을 제공하는 효과가 있다.
또한, 가공성(톱가공, 스크류 체결, 대패가공, 무늬목 및 필름지 접착, 도장 등)이 용이하고, 제품강도 및 내수성이 우수하며, 변형이 없으며, 불연성이 있으면서도 합리적인 가격으로 목재, MDF, 합판 등의 대체자재로 같은 용도에 다양한 건축용 내/외장 재료로 사용할 수 있게 됨에 따라, 이를 건축용 판재로 사용함으로써 공간 내에서 화재가 발생하였을 경우 화재의 확산방지는 물론, 화염과 유독가스로부터 우리의 소중한 인명과 재산을 보호할 수 있는 안전한 생활공간을 제공하는 효과가 있다.
또한, 불연성 각재 뿐만 아니라, 섬유질 유기물과 실리게이트 및 경화용 난연수지의 효과적인 조성비를 이용하여 각재뿐만 아니라 얇은 박판과 같은 소재의 성형에 쓰이는 불연성 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

Claims (18)

  1. 섬유질 유기물 1~70중량%;
    플라이애쉬 또는 인조규사 1~30 중량%;
    나트륨실리게이트, 칼륨실리게이트 또는 이들의 혼합물인 난연성 경화제 10~60 중량%; 및
    경화용 난연 수지 1~15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 불연성 조성물은, 화염 불꽃을 방지하기 위해 탄산 칼슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산염, 수산화 알루미늄 중 어느 하나 또는 이들 중 어느 둘 이상을 포함하는 혼합물 중 어느 하나의 화염 방지제 1~30 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 불연성 조성물은, 미립자퍼라이트, 미립자 질석, 암면웨이스트(Rockw ool waste), 지오라이트 중 어느 하나 또는 이들 중 어느 둘 이상을 포함하는 혼합물 중 어느 하나의 불연성 경량화제 1~80중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 섬유질 유기물은, 섬유질 상태로 파쇄한 종이 분쇄물, 목재 분쇄물, 코코넛화이버 분쇄물, 폐섬유, 쌀겨, 식물성 화이버 중 어느 하나 또는 이들 중 어느 둘 이상을 포함하는 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 경화용 난연 수지는 페놀수지 또는 멜라민 수지인 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 불연성 조성물은 무기 착색제로 이산화티탄(TiO2)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  7. (a) 섬유질유기물 1~70중량% 와 화염 방지제 1~30중량%를 혼합하는 단계;
    (b) 상기 혼합에 의한 혼합물에 난연성 경화제 10~60중량% 를 분사하는 단계;
    (c) 상기 난연성 경화제가 분사된 혼합물을 건조 장치에 통과시켜 건조하고 필요한 입자의 크기로 분쇄하는 단계;
    (d) 상기 분쇄된 입자들에 플라이애쉬 또는 인조 규사 1~30중량% 를 투입하여 혼합하고, 경화용 난연 수지 1~15중량% 의 고형분을 50% 함유하는 액을 분무형태로 분사하여 혼합하는 단계; 및
    (e) 상기 혼합에 의한 혼합물을 고압 열 프레스 내에서 압축 및 성형하여 불연성 판재 성형품을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는, 상기 난연성 경화제가 분사된 혼합물에,
    미립자퍼라이트, 미립자 질석, 암면웨이스트(Rockwool waste), 지오라이트 중 어느 하나 또는 이들 중 어느 둘 이상을 포함하는 혼합물 중 어느 하나의 불연성 경량화제 1~80중량% 와 일정량의 물을 더 공급하여 혼합하고 건조장치에 통과시켜 완전히 건조하고 필요한 입자의 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 경화용 난연 수지는 페놀 수지 또는 멜라민 수지인 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 불연성 경량화제와 물을 공급하여 3~5분 혼합하는 것을 특징으로 하는 성형품 제조 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 (e) 단계는 온도 60~300℃, 시간 1~60분, 고압프레스 500~3,000ton 하에서 압축성형하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 (e) 단계는 고주파 가열에 의해 고압 열 프레스를 사용하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 성형품은 건축용 판재 또는 각재인 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 성형품이 판재인 경우, 상기 (e) 단계는 글라스 화이버로 구성된 메쉬를 보강시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 성형품이 각재인 경우, 상기 (e) 단계는 알루미늄, 스틸, 아크릴 또는 나무를 각재 또는 플레이트 형상의 보강재로 내부에 매입하여 보강시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조 방법.
  16. 청구항 7 내지 청구항 15의 제조 방법 중 어느 하나로 제조된 것을 특징으로 하는 산업용 불연성 성형품.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 성형품이 방화문의 판재 또는 각재 또는 판재및각재 또는 불연보드 또는 내화보드인 것을 특징으로 하는 산업용 불연성 성형품.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 성형품은 강화마루, 액세스플로어, OA플로어, 계단판, 샌드위치판넬 심재, 목자재 대체재, 방화벽, 칸막이벽, 화장실 칸막이, 벽체마감 내장재, 천정마감 내장재, 붙박이 가구, 씽크대, 책상, 서류 보관함 또는 테이블의 구성판재인 것을 특징으로 하는 산업용 불연성 성형품.
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