KR100838822B1 - 발포 팽창성 난연시트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포 팽창성 난연시트 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체에 무해한 비할로겐 제품으로 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제이며 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이트를 주성분으로 하는 발포 팽창성 난연시트를 구성함으로써 상기 발포 팽창성 난연시트를 샌드위치 패널, 내화패널, 건축용 내.외장재 패널(이하 ‘건축용 패널’이라 총칭함)에 부착 적용할 경우 화재발생시 그라파이트를 주성분으로 하는 발포 팽창성 난연시트가 팽창하여 각 패널에 두꺼운 난연패드층을 형성함에 따라 공기의 흐름을 차단하고 건축용 패널 내부로의 화염전파를 근본적으로 차단하게 됨으로써 건축용 패널의 보호는 물론, 열에 의한 건축용 패널의 탄화현상을 방지하여 연기 및 유해가스의 발생을 현저하게 감소시켜 화재로 인한 건축용 패널의 유해성을 최소화하여 인체나 환경에 피해를 주지 않도록 하는 발포 팽창성 난연시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 발포 팽창성 난연시트는 염화고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 불소고무 중에서 선택된 1종의 난연성 액상 바인더 22~70wt%와, 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제로서 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이터 14~40wt%와, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬, 주석산아연, 지르코늄 중에서 선택된 1종의 무기질 난연필러 15~35wt%와, 원료의 분산성과 레벨링성을 향상하기 위한 폴리실록산계 공중합체, 하이드록시 관능기 카르복실릭산 에스테르계 중에서 선택된 1종의 첨가제 1~3wt%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 염화고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 불소고무 중에서 선택된 1종의 난연성 액상 바인더 22~70wt%와, 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제로서 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이터 14~40wt%와, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬, 주석산 아연, 지르코늄 중에서 선택된 1종의 무기질 난연필러 15~35wt%와, 원료의 분산성과 레벨링성을 향상하기 위한 폴리실록산계 공중합체, 하이드록시 관능기 카르복실릭산 에스테르계 중에서 선택된 1종의 첨가제 1~3wt%를 교반기에 투입 후 상온에서 10~30분간 고르게 혼합하여 균질화시키는 원료혼합공정과, 상기 원료혼합공정 후, 몰드 내부에 혼합된 발포 팽창성 난연시트 조성물을 투입하여 100~300㎏/㎠의 압력에서 5~8분 동안 압착 성형하여 0.3~5mm 두께의 시트 형태로 제작하는 몰드압착 성형공정과, 상기 몰드압착 성형공정 후, 내부에 성형된 난연시트를 몰드로부터 탈형시키는 탈형공정과, 상기 탈형공정 후, 상온에서 10~15시간 원료 상호간에 안정된 결합을 유도하는 숙성공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

난연시트, 난연패드, 팽창, 그라파이트, 단열재, 내화패널, 건축패널

Description

발포 팽창성 난연시트 및 그 제조방법{Foam-expansive sheet of hardly combustible}

본 발명은 발포 팽창성 난연시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체에 무해한 비할로겐 제품으로 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제이며 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이트를 주성분으로 하는 발포 팽창성 난연시트를 구성함으로써 상기 발포 팽창성 난연시트를 샌드위치 패널, 단열재, 내화패널, 건축용 내.외장재 패널(이하 ‘건축용 패널’이라 총칭함)에 부착할 경우 화재발생시 그라파이트를 주성분으로 하는 발포 팽창성 난연시트가 팽창하여 각 패널에 두꺼운 난연패드층을 형성함에 따라 공기의 흐름을 차단하고 건축용 패널 내부로의 화염전파를 근본적으로 차단하게 됨으로써 건축용 패널의 보호는 물론, 열에 의한 건축용 패널의 탄화현상을 방지하여 연기 및 유해가스의 발생을 현저하게 감소시켜 화재로 인한 건축용 패널의 유해성을 최소화하여 인체나 환경에 피해를 주지 않도록 하는 발포 팽창성 난연시트에 관한 것이다.

일반적으로 그라파이트를 사용하여 난연성을 향상시킨 건축자재가 제안되었으며, 그 일예로서 대한민국 특허 공개번호 제2005-77551호(공개일자:2005.08.03) 에서는 건축용 단열재, 충격보강재, 및 건축 내외장재에 사용되는 난연성능이 우수한 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조한 것으로서 팽창성 흑연을 사용하여 화재 시 탄화막을 형성하며 이소시아네이트간의 삼량화 반응을 위하여 NCO/OH 비율을 증가시킨 후, 삼량화 촉매를 사용하여 이소시아네이트 간의 삼량화 반응을 일으키게 하여 난연성을 개선할 수 있도록 하고 있다.

상기와 같은 특허 공개번호 제2005-77551호는 팽창성 흑연을 발포체에 투입하여 제조하고 있으나, 화재 발생시 폴리이소시아누레이트 발포체에 직접 열이 전달됨에 따라 유해가스가 여전히 발생될 뿐만 아니라, 건축용 패널에 전면적인 탄화막의 생성이 어려움에 따라 난연성이 저하되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 대한민국 실용신안등록 제391775호(등록일자:2005.07.27)에서는 차염 특성이 좋고 유독가스의 발생이 적으며 내화패널의 중심부에 형성되는 심재부재와, 상기 심재부재의 둘레부분을 싸고 있고 칼라 강판과 심재를 접착하며, 고온에 노출되면 자체 발포를 시작하고 체적이 팽창하므로 고온에서 소손된 심재 부분을 보충하여 내화성의 저하를 방지하며 실리케이트, 팽창흑연(그라파이트), 인산암모늄을 촉매로 사용하는 내화도료 중에서 어느 하나인 발포접착제와, 상기 발포접착제의 외부 표면에 접착되며 패널 자체의 구조적인 강도를 향상시키고 외부 표면을 별도의 마감처리를 할 필요가 없게 하는 칼라강판부재로 구성됨을 특징으로 하는 발포접착제를 사용한 내화패널이 제안된 바 있다.

상기와 같은 실용신안등록 제391775호 칼라 강판과 심재를 결합시키는 접착제로서 팽창흑연(그라파이트)을 촉매로 사용하는 내화도료의 발포접착제를 이용함 에 따라 화재 발생시 그라파이트가 발포되어 탄화막을 생성하도록 되어 있으나, 실질적으로 접착제의 도포 두께(20~50㎛) 등을 고려할 때 탄화막의 형성 두께는 미미하여 난연 효과를 얻을 수 없는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위한 것으로 인체에 무해한 비할로겐 제품으로 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제이며 100~ 200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이트를 주성분으로 하는 발포 팽창성 난연시트를 구성함으로써 상기 발포 팽창성 난연시트를 샌드위치 패널, 단열재 패널, 건축용 내.외장재 패널와 같은 건축용 패널에 부착 적용할 경우 화재발생시 그라파이트를 주성분으로 하는 발포 팽창성 난연시트가 팽창하여 각 패널에 두꺼운 난연 패드층을 형성함에 따라 건축용 패널 내부로의 공기 흐름과 화염전파를 근본적으로 차단하게 됨으로써 건축용 패널의 보호는 물론, 열에 의한 건축용 패널의 탄화현상을 방지하여 연기 및 유해가스의 발생을 현저하게 감소시켜 화재로 인한 건축용 패널의 유해성을 최소화하여 인체나 환경에 피해를 주지 않도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명의 발포 팽창성 난연시트의 조성물은 염화고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 불소고무 중에서 선택된 1종의 난연성 액상 바인더 22~70wt%와, 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제로서 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이터 14~40wt%와, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬, 주석산아연, 지르코늄 중에서 선택된 1종의 무기질 난연필러 15~35wt%와, 원료의 분산성과 레벨링성을 향상하기 위한 폴리실록산계 공중합체, 하이드록시 관능기 카르복실릭산 에스테르계 중에서 선택된 1종의 첨가제 1~3wt%로 이루어지는 것에 특징이 있다.

또한, 본 발명의 발포 팽창성 난연시트는 염화고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 불소고무 중에서 선택된 1종의 난연성 액상 바인더 22~70wt%와, 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제로서 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이터 14~40wt%와, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬, 주석산 아연, 지르코늄 중에서 선택된 1종의 무기질 난연필러 15~35wt%와, 원료의 분산성과 레벨링성을 향상하기 위한 폴리실록산계 공중합체, 하이드록시 관능기 카르복실릭산 에스테르계 중에서 선택된 1종의 첨가제 1~3wt%를 교반기에 투입 후 상온에서 10~30분간 고르게 혼합하여 균질화시키는 원료혼합공정과, 상기 원료혼합공정 후, 몰드 내부에 혼합된 난연시트 조성물을 투입하여 100~300㎏/㎠의 압력에서 5~8분 동안 압착 성형하여 0.3~5mm 두께의 시트 형태로 제작하는 몰드압착 성형공정과, 상기 몰드압착 성형공정 후, 내부에 성형된 난연시트를 몰드로부터 탈형시키는 탈형공정과, 상기 탈형공정 후, 상온에서 10~15시간 원료 상호간에 안정된 결합을 유도하는 숙성공정으로 이루어지는 것에 특징이 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 인체에 무해한 비할로겐 제품으로 카 본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제이며 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이트를 주성분으로 하는 발포 팽창성 난연시트를 구성함으로써 상기 발포 팽창성 난연시트를 샌드위치 패널, 단열재 패널, 건축용 내.외장재 패널와 같은 건축용 패널에 부착 적용할 경우 화재발생시 그라파이트를 주성분으로 하는 발포 팽창성 난연시트가 팽창하여 각 패널에 두꺼운 난연 패드층을 형성함에 따라 건축용 패널 내부로의 공기 흐름과 화염전파를 근본적으로 차단하게 됨으로써 건축용 패널의 보호는 물론, 열에 의한 건축용 패널의 탄화현상을 방지하여 연기 및 유해가스의 발생을 현저하게 감소시켜 화재로 인한 건축용 패널의 유해성을 최소화하여 인체나 환경에 피해를 주지 않는 효과가 있는 것이다.

이하 본 발명에 따른 발포 팽창성 난연시트의 제조과정을 도 1에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 발포 팽창성 난연시트의 제조공정도로서, 먼저 염화고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 불소고무 중에서 선택된 1종의 난연성 액상 바인더22~70wt%와, 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제로서 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이터 14~40wt%와, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬, 주석산 아연, 지르코늄 중에서 선택된 1종의 무기질 난연필러 15~35wt%와, 원료의 분산성과 레벨링성을 향상하기 위한 폴리실록산계 공중합체, 하이드록시 관능기 카르복실릭산 에스테르계 중에서 선택된 1종의 첨가제 1~3wt%를 교반기에 투입 후 상온에서 10~30분간 고르게 혼합하여 균질화시키는 원료혼합공정(101)을 수행한다.

상기 발포 팽창성 난연시트를 구성하는 난연성 액상바인더는 난연성의 주기능과 더불어 제품의 강도유지 및 성형성에 영향을 미치는 것으로 22wt% 미만 첨가 시에는 제품의 성형성이 떨어지며, 70wt% 이상 첨가 시에는 성형성은 양호하나 제품의 강도유지에 영향을 미치게 되므로 22~70wt% 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 발포 팽창성 난연시트를 형성하는 주요 성분인 팽창성 그라파이트는 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직으로 100~200℃에서 발포팽창을 시작하여 40~300% 까지 팽창하고 화재발생시 화염전파를 차단하여 단열재의 보호 및 유해성 가스방출을 감소시키는 것으로 14wt% 미만 첨가 시에는 방염성이 떨어지고, 40wt% 이상 첨가 시에는 방염효과는 우수하나 원가상승 및 제품성형에 영향을 미치게 되므로 14~40wt% 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 발포 팽창성 난연시트를 구성하는 무기질 난연필러는 난연성의 주 기능과 더불어 제품의 강도 및 점도유지에 영향을 미치는 것으로 15wt% 이하 첨가 시에는 성형제품의 강도가 저하되고, 35wt% 이상 첨가 시에는 제품의 점도 상승으로 인하여 제품성형에 영향을 미치게 되므로 15~35wt% 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 발포 팽창성 난연시트를 구성하는 첨가제는 원료의 분산성과 레벨링성을 향상하기 위해 사용되는 것으로 1~3% 범위에서 사용하는 것이 분산성과 레벨링성이 가장 양호한 것으로 나타났다.

상기 원료혼합공정(101)이 완료되면 몰드 내부에 일정량의 혼합된 발포 팽창성 난연시트 조성물을 투입 후, 100~300㎏/㎠의 압력에서 5~8분 동안 압착 성형하여 0.3~5mm 두께의 시트 형태로 제조하는 몰드압착 성형공정(102)을 수행한다.

상기 몰드압착 성형공정(102)에서 100㎏/㎠ 압력 이하에서 5분 미만으로 성형할 경우 발포 팽창성 난연시트가 일정한 강도를 유지하지 못하는 문제점이 있으며, 300㎏/㎠ 이상의 압력에서 8분 이상 성형할 경우 더 이상의 강도 상승을 기대할 수 없으므로 100~300㎏/㎠의 압력에서 5~8분 동안 압착 성형하는 것이 바람직하다.

상기 발포 팽창성 난연시트를 0.3mm 미만의 시트로 제작할 경우에는 발포팽창성이 미흡하여 난연 효과가 떨어지며, 5mm 이상의 시트로 제작할 경우에는 효과는 우수하나 가격상승의 단점이 발생하게 되므로 0.3~5mm 두께 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 몰드압착 성형공정(102)의 수행이 완료되면 몰드 내부에 성형된 발포 팽창성 난연시트를 탈형시키는 탈형공정(단계 103)한 다음, 상기 몰드로부터 탈형된 난연시트를 상온에서 10~15시간 원료 상호간에 안정된 결합을 유도하는 숙성공정(104)을 진행함으로써 본 발명에 따른 발포 팽창성 난연시트의 제조과정을 완료하게 된다.

여기에서 10시간 미만 숙성할 경우 각 원료 간의 결합력이 저하될 수 있으며, 15시간 이상 숙성시킬 경우에는 더 이상의 효과를 얻을 수 없으므로 10~15시간 범위내에서 숙성시키는 것이 바람직하고, 상기 0.3~5mm 두께의 발포 팽창성 난연 시트를 사용 용도에 따라 일정한 규격으로 재단하여 사용한다.

상기와 같이 제조된 발포 팽창성 난연시트 조성물의 실시예에 따른 혼합비율을 표 1에서와 같이 제1 내지 제4실시예로 나타내었으며, 아래의 표 1에서와 같이 제1 내지 제4실시예에서 발포 팽창성 난연시트를 구성하는 성분 중에서 난연성 액상 바인더는 22wt%, 38wt%, 53wt%, 67wt%로 각각 변화시키고, 무기질 난연필러는 35wt%, 30wt%, 22wt%, 17wt%로 각각 변화시키고, 팽창성 그라파이터는 40wt%, 30wt%, 23wt%, 14wt%로 각각 변화시키고, 첨가제는 3wt%, 2wt%, 2wt%, 2wt%로 각각 변화하였다.

또한, 제1 내지 제4실시예의 배합으로 제조된 조성물을 샘플로 제조하여 2mm 두께의 발포 팽창성 난연시트를 제조한 후 MDF판에 부착하고, 비교제품은 건조 후, 도막이 2mm가 되도록 MDF판에 도포한 다음, 휴대용 토치램프를 사용하여 동일조건으로 5분 동안 화염방사를 실시하여 각 실시예에 따라 제품 성형성, 도막 건조상태, 성형제품 강도, 가스발생 여부, 방염성, MDF판 탄화여부를 시험하고, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

(표 1) 각 실시예에 따른 발포 팽창성 난연시트의 조성물 함량 비율표(단위:wt%)

구 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예
난연성 액상바인더	22.0	38.0	53.0	67.0	국내 K 社 1액형 염화고무계 방염페인트
무기질 난연필러	35.0	30.0	22.0	17.0
첨가제	3.0	2.0	2.0	2.0
팽창성 그라파이트	40.0	30.0	23.0	14.0
합 계	100.0	100.0	100.0	100.0

(표 2) 각 실시예에 따른 조성물의 물성 비교표

구 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예
제품 성형성	×	◎	◎	◎	-
도막 건조상태	-	-	-	-	◎
성형제품 강도	△	◎	△	×	△
가스발생 여부	◎	◎	△	△	△
방염성	◎	◎	◎	△	△
MDF판 탄화여부	◎	◎	△	×	×
◎ : 양호 , △ : 보통 , × : 불량

상기 시험결과 실시예 2의 조성물이 제품 성형성, 도막 건조상태, 성형제품 강도, 가스발생 여부, 방염성, MDF판 탄화여부를 비교예를 기준으로 할 때 월등히 좋은 결과를 나타내었다.

이와 같이 본 발명에 따른 발포 팽창성 난연시트를 단열재 양면에 철판이 형성된 통상의 샌드위치 패널에 있어 상기 단열재와 철판 사이에 부착할 경우 화재발생시 발포 팽창성 난연시트가 팽창하여 샌드위치 패널의 끝단부에 두꺼운 난연패드층이 형성되어 공기의 흐름을 차단하고 패널 내부로의 화염전파를 근본적으로 차단하게 됨으로써 내부 단열재의 보호는 물론, 열에 의한 단열재의 탄화현상을 방지하여 연기 및 유해가스의 발생을 현저하게 감소시켜 화재로 인한 샌드위치 패널의 유해성을 최소화하여 인체나 환경에 피해를 주지 않게 되는 것이다.

또한, 발명에 따른 발포 팽창성 난연시트를 폴리스틸렌계 유리면계, 암면계, 폴리에틸렌계, 우레탄계 등의 건축용 단열재에 부착할 경우 화재발생시 발포 팽창성 난연시트가 팽창하여 건축용 내화패널 전면에 두꺼운 난연패드층이 형성되어 공기의 흐름을 차단하고 건축용 내화패널의 화염전파를 근본적으로 차단하게 됨으로써 내부 내화패널의 보호는 물론, 열에 의한 내화패널의 탄화현상을 방지하여 연기 및 유해가스의 발생을 현저하게 감소시켜 화재로 인한 내화패널의 유해성을 최소화 하여 인체나 환경에 피해를 주지 않게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 발포 팽창성 난연시트의 제조공정도.

Claims (2)

1. 염화고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 불소고무 중에서 선택된 1종의 난연성 액상 바인더 22~70wt%와, 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제로서 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이터 14~40wt%와, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬, 주석산아연, 지르코늄 중에서 선택된 1종의 무기질 난연필러 15~35wt%와, 원료의 분산성과 레벨링성을 향상하기 위한 폴리실록산계 공중합체, 하이드록시 관능기 카르복실릭산 에스테르계 중에서 선택된 1종의 첨가제 1~3wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 팽창성 난연시트.
2. 염화고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 불소고무 중에서 선택된 1종의 난연성 액상 바인더 22~70wt%와, 카본을 3,000℃ 이상에서 추출한 탄소조직의 방염제로서 100~200℃에서 40~300% 까지 팽창하는 그라파이터 14~40wt%와, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬, 주석산 아연, 지르코늄 중에서 선택된 1종의 무기질 난연필러 15~35wt%와, 원료의 분산성과 레벨링성을 향상하기 위한 폴리실록산계 공중합체, 하이드록시 관능기 카르복실릭산 에스테르계 중에서 선택된 1종의 첨가제 1~3wt%를 교반기에 투입 후 상온에서 10~30분간 고르게 혼합하여 균질화시키는 원료혼합공정(101)과,

   상기 원료혼합공정(101) 후, 몰드 내부에 혼합된 발포 팽창성 난연시트 조성물을 투입하여 100~300㎏/㎠의 압력에서 5~8분 동안 압착 성형하여 0.3~5mm 두께의 시트 형태로 제작하는 몰드압착 성형공정(102)과,

   상기 몰드압착 성형공정(102) 후, 성형된 난연시트를 몰드로부터 탈형시키는 탈형공정(103)과,

   상기 탈형공정(103) 후, 상온에서 10~15시간 원료 상호간에 안정된 결합을 유도하는 숙성공정(104)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 팽창성 난연시트의 제조방법.

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