KR100860046B1

KR100860046B1 - 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한발포플라스틱 성형체와 그 제조방법

Info

Publication number: KR100860046B1
Application number: KR1020070041209A
Authority: KR
Inventors: 백범규; 이윤식; 윤성봉
Original assignee: 주식회사 경동세라텍
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-09-25

Abstract

본 발명은 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 규산염에 의해 난연 및 내화격막 처리된 발포플라스틱에 있어서 발포플라스틱을 압축공법에 의해 추가 팽창을 억제하고 융착시킴으로써, 추가 팽창시 코팅 과정에서 형성된 난연 및 내화격막이 깨지거나, 밀림 현상으로 인한 부분적 코팅화로 발생되는 성능저하를 막고, 부가적으로 저밀도 사용이 가능하게 하여 난연 및 내화성능을 향상시키기 위한 발포플라스틱 성형체의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의해 격막제가 코팅되어 있는 발포플라스틱을 융착 성형함에 있어서, 격막이 깨지거나 밀림현상에 의한 부분 코팅화 문제와 더불어 제조되는 성형체의 변형 및 수축이 없도록 하는 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법이 제공된다.

발포플라스틱, 코팅, 압축, 난연성, 내화성

Description

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체와 그 제조방법{FOAMED PLASTIC BODY HAVING EXCELLENT FLAME RETARDANCY AND FIRE RESISTANCE, WHICH USING COMPRESSION METHOD, AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래의 방법에 의한 미코팅, 미압축 발포플라스틱 성형체의 단면도

A : 일반 미코팅 발포폴리스티렌 비드가 밀도 15 kg/㎥로 충진된 상태의 단면도

B : A를 밀도 15 kg/㎥로 스팀을 공급해 성형한 상태의 단면도

도 2는 본 발명의 압축공법을 이용한 발포플라스틱 성형체의 단면도

A : 밀도 12.5 kg/㎥의 발포플라스틱이 충진된 상태의 단면도

B : A를 밀도 15 kg/㎥로 압축하여 성형한 상태의 단면도

도 3은 본 발명의 압축공법을 이용한 발포플라스틱 성형체 제조시, 연속형 콘베어를 이용하는 제조공정을 보여주는 개략도

도 4는 압축 여부에 따른 발포플라스틱 성형체에 대한 격막의 광학현미경(×500) 사진

A : 본 발명의 압축공정을 거친 발포플라스틱 성형체의 격막사진

B ~ D : 일반적인 미압축 상태의 발포플라스틱 성형체의 격막사진

도 5는 압축 여부에 따른 발포플라스틱 성형체의 사진

A : 본 발명의 제2형태의 방법에 의한 발포플라스틱 성형체의 사진

B : 본 발명의 제3형태의 방법에 의한 발포플라스틱 성형체의 사진

C : 미압축 상태의 발포플라스틱 성형체의 사진

도 6은 압축 여부에 대한 발포플라스틱 성형체의 난연성 및 내화성 실험결과 사진

A : 본 발명의 압축공정을 거친 발포플라스틱 성형체가 격막의 훼손 없이 화염막을 구성한 상태의 사진

B : 미압축 상태의 발포플라스틱 성형체가 격막이 훼손된 상태로 화염막을 구성한 상태의 사진

<도면 부호에 대한 간단한 설명>

1 : 일반 폴리스티렌 비드, 2 : 공극, 3 : 성형몰드

4 : 일반 폴리스티렌 비드를 팽창시켜 완성시킨 발포플라스틱 성형체

5 : 난연 및 내화격막제가 코팅된 비드 6 : 압축판

7 : 격막제가 코팅된 비드를 압축하여 완성시킨 발포플라스틱 성형체

9 : 연속식 콘베어 10 : 로울러 11 : 압축구간

12 : 유체공급관 13 : 배출된 유체 14 : 유체배출관

15 : 유체이동로 16 : 외부틀

본 발명은 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체에 관한 것이다.

발포플라스틱은 유기물질로써 연화점 및 용융점이 낮아 비교적 낮은 열에서도 녹아내려 형상을 유지할 수 없으며, 더욱이 화재 발생시에는 불에 대한 저항성이 없고 오히려 외부의 점화인자에 의해 불꽃이 점화되어 발포플라스틱 자체가 연소를 도와주는 에너지원으로 작용하여 지속적으로 불을 확산시키고, 유독 가스를 배출하여 그 사용이 점차적으로 제한되었다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 발포플라스틱에 난연 처리를 하는 다양한 방법들과 제조방법이 모색되고 진행되어 왔다.

한국공개특허공보 특2003-0042299호(난연성 및 소화성이 우수한 스치로폴 폼 및 그 제조방법)에는, 스티로폼 비드를 파쇄하여 발포시키고, 규산소다와 탄산칼슘이 도포된 스티로폼을 다시 규산소다와 혼련하여 이를 탄산가스를 불어 넣으면서 압축하여 요구되는 치수와 강도를 갖는 스티로폼 성형체를 제조하는 방법이 공개되어 있다.

또, 한국공개특허 특2002-0060053호(내열성이 우수한 초경량의 난연성 단열재 조성물과 그제조장치 및 그를 이용한 제조방법)에는, 3 mm이하로 분쇄된 발포폴리스틸렌 침, 불연성의 무기불연재, 물, 증점제, 난연제, 접착보조제 등을 압축혼련하고, 가압성형하고 경화에 의한 성형체를 제조하는 방법이 공개되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 기술들은 난연제 및 무기물과 분쇄된 폴리스틸렌 칩을 단순 혼련하고 압축성형하여 그 제품의 무게가 무겁고, 두꺼운 제품의 성형시 건조의 문제가 있어, 제조 두께의 한계로 인하여 크게 활용되지 못하고 있다.

또한, 한국등록특허공보 10-0529285호(난연 폴리스티렌 패널)에는, 무기질 불연성물질인 규산소다분말을 물에 수용액화하여, 이를 단독 또는 물유리를 혼합한 무기질접착제를 발포 폴리스틸렌의 표면에 코팅 융착시킨 난연 발포 폴리스틸렌이 공개되어 있다.

상기와 같은 발포플라스틱 표면에 난연 및 내화격막 코팅을 하여 가열수단에 의해 융착시키는 방법들은 필요한 두께 이상의 제조가 가능하여 1 회 공정에 다량의 제품을 생산할 수 있고 발포플라스틱 개개가 코팅되어 성형됨으로써 격막을 형성하여 화염에 견디는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 방법들은 다음과 같은 문제점이 있다.

일반적인 발포플라스틱의 성형체 형성 방법은 열 매체를 가하여 추가적인 팽창이 발생하면서 발포플라스틱 간의 빈공간을 채워 성형체가 형성되는 것이다.

따라서, 난연 및 내화격막 코팅제가 코팅되어 있는 상태에서 추가적인 팽창이 발생하여 격막이 깨지거나 밀려 부분 코팅화 현상으로 그 성능이 떨어지는 문제점을 갖고 있다.

또한, 한국등록특허공보 10-0589433(발포수지의 저온 성형방법 및 성형장치)에는, 발포수지 성형물을 저온에서 성형하기 위해 발포수지 표면에 발포수지 보다 연화온도가 낮은 수지로 코팅 처리하고 이를 다시 건조시킨 후에 성형기 내부에 저 온의 열매체를 통해 코팅된 수지에 접착성을 부여하고 압축하여 성형시키는 방법이 공개되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래기술은 성형틀의 가열과 냉각에 따른 에너지 소비의 절감과 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있을지 모르나, 휘발성이 높은 용매에 용해시켜야 하는 까다로운 공정이 사용될 뿐만 아니라, 코팅되는 유기질 수지의 증가와 사용되는 용매에 의해 난연성과 내화성능을 갖기에는 충분치 못한 문제점 갖고 있다.

한편, 본 발명의 출원인이 선출원한 한국등록특허공보 10-0541658호(내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체)에는, 발포플라스틱 수지를 발포, 성형하는 공정이나 발포된 비드를 융착 성형하는 공정 중에 유기질계, 무기질계의 내화성 격막을 갖게 하는 방법이 공개되어 있으며, 한국등록특허공보 10-0650544(내열성 및 내구성이 우수한 유기질 발포플라스틱 성형체)에는, 무기질계 격막형성시 알카리토금속이나, 산등에 의해 700 ℃이상에서 내화격막의 용융을 방지하고 유연성과 접착성을 향상시킨 발포플라스틱 성형체에 대해 공개되어 있다.

그러나, 격막제가 코팅되어 있는 발포플라스틱을 융착 성형함에 있어서, 격막이 깨지거나 밀림현상에 의한 부분 코팅화 문제와 더불어 제조되는 성형체의 변형 및 수축이 없도록 하기 위한 연구가 필요한 실정이었다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해, 격막제가 코팅되어 있는 발포플라 스틱을 융착 성형함에 있어서, 격막이 깨지거나 밀림현상에 의한 부분 코팅화 문제와 더불어 제조되는 성형체의 변형 및 수축이 없도록 하는 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 발포플라스틱 성형체의 제조방법에 의해 발포플라스틱의 사용량을 최소화하여 화염 접촉시 발생열량과 유독가스량을 축소시켜 난연 및 내화성능이 향상된 발포플라스틱 성형체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 규산염에 의해 난연 및 내화격막 처리된 발포플라스틱에 있어서 발포플라스틱을 압축공법에 의해 추가 팽창을 억제하고 융착시킴으로써, 추가 팽창시 코팅 과정에서 형성된 난연 및 내화격막이 깨지거나, 밀림 현상으로 인한 부분적 코팅화로 발생되는 성능저하를 막고, 부가적으로 저밀도 사용이 가능하게 하여 난연 및 내화성능을 향상시키기 위한 발포플라스틱 성형체의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체 제조방법의 제1형태는 다음과 같다.

발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비 발포하는 제1공정, 이 발포된 플라스틱에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리하는 제2공정, 이 난연 및 내화격 막제가 코팅된 발포플라스틱을 성형몰드에 투입하여 성형몰드 전체 부피대비 5 ~ 70 부피%가 되도록 압축하는 제3공정, 성형몰드 내에서 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 유체를 불어 넣거나, 흡입하여 건조하는 제4공정을 거쳐 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것으로 구성된다.

또한, 본 발명의 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체 제조방법의 제2형태는, 발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비 발포하는 제1공정, 발포된 플라스틱에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리하는 제2공정, 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱을 연속식 콘베어에 투입하여 초기 투입되는 입구측 높이보다 두께가 5 ~ 70 %로 축소되도록 구성된 로울러에 의해 압축이 진행되는 압축구간을 통과하면서 압축시키는 제3공정, 연속형 콘베어에 유체를 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 불어 넣거나, 흡입하여 건조하는 제4공정을 거쳐 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것으로 구성된다.

또한, 본 발명의 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체 제조방법의 제3형태는, 발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비 발포하는 제1공정, 발포된 플라스틱에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리하는 제2공정, 난연 및 내화격막이 코팅된 발포플라스틱을 성형몰드에 투입하여 성형몰드 전체 부피대비 5 ~ 70 부피%가 되도록 압축하는 제3공정, 압축된 성형몰드 내에서 열원을 이용해 융착 성형하는 제4공정을 거쳐 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것으로 구성된다.

본 발명의 발명자들은 규산염에 의해 난연 또는 내화격막제가 코팅되어 있는 발포플라스틱을 융착 성형함에 있어 난연 및 내화격막이 깨지거나 밀림현상에 의한 부분 코팅화로 그 성능이 저하되고, 코팅시 발생되는 뭉침 현상에 의해 겉보기 밀도가 상승되어 재료가 적정량 투입되지 못하고, 내부 발포플라스틱 사이의 빈공간이 증가 되어 제조되는 성형체가 변형과 수축이 생기는 문제를 해결하기 위해 수많은 시행착오를 겪으며 연구하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 종래의 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 압축공법을 이용하여 성형체를 제조시 압축상태에서 추가팽창 자체를 제어하기 위해 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱 비드 사이에 오픈 셀을 추가적으로 형성시키는 방법인 제1형태와, 제1형태의 연속식 성형방법인 제2형태, 그리고 압축공법에 의해 추가팽창을 최소화하여 융착 성형함으로써 균열을 방지하는 제3형태가 있다.

특히, 종래의 일반적인 발포플라스틱 성형체는 외부에 추가적인 코팅이 없으므로 스팀을 사용한 융착성형이나, 압출을 통한 발포성형의 두가지 방법으로 성형체를 제조하여 왔으며, 난연성을 위해 추가적인 코팅이나 혼합시 열프레스를 사용하거나, 일반 압축하여 건조시키거나, 스팀 융착 성형을 하여 성형체를 제조하여 왔다.

그러나, 본 발명은 압축상태에서 추가팽창 자체를 제어하기 위해 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱 비드 사이에 오픈 셀을 추가적으로 형성시키고, 유체를 내부에 관통시키면서 성형하는 것이므로 종래의 방법과는 전혀 다른 새로운 방법인 것이다.

본 발명의 발포플라스틱 성형체 제조방법의 제1형태는, 발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비 발포하는 제1공정, 이 발포된 플라스틱에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리하는 제2공정, 이 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱을 성형몰드에 투입하여 성형몰드 전체 부피대비 5 ~ 70 부피%가 되도록 압축하는 제3공정, 성형몰드 내에서 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 유체를 불어 넣거나, 흡입하여 건조하는 제4공정을 거쳐 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것으로 구성된다.

즉, 본 발명의 제1형태의 제조방법은 발포플라스틱에 코팅된 난연 및 내화격막제의 균열 및 부분코팅을 제거하고 성형하기 위한 것이다.

먼저, 제1공정은 발포플라스틱을 적정 밀도로 예비 발포하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 발포플라스틱은 플라스틱 수지를 비드(Bead) 형태로 제조하여 이를 예비발포를 통한 추가발포를 하여 융착시켜 사용하는 종류로서, 발포 폴리스틸렌, 발포 폴리에틸렌, 발포 폴리프로필렌 등이 있다.

발포는 스팀의 열기를 사용하여 목적된 밀도까지 한번에 팽창시키거나, 2차, 3차 이상의 팽창을 순차적으로 시켜 만들 수 있다.

이때, 12 kg/㎥ 미만의 낮은 밀도로 팽창할 때에는 한번에 팽창하면 과팽창에 의해 다시 수축되거나, 발포된 플라스틱끼리 융착되는 경우가 발생하기 쉽기 때문에 2차, 3차 등 순차적 팽창을 사용한다.

제2공정은, 상기와 같이 발포된 플라스틱을 규산염로 이루어진 난연 및 내화 격막제를 코팅하기 위해 믹서로 이송되며, 믹서 내부에서 일정량의 코팅이 될 수 있도록 코팅처리 하는 것이다.

이때, 규산염은 M₂O·nSiO₂·xH₂O로 표시되는 화합물로서, M은 주기율표 제 1A족에 속하는 알칼리 금속을 나타내고 n과 x는 정수이다.

1A족에 속하는 알칼리 금속의 구체적인 예로는 리튬, 나트륨 및 칼륨 등이 있다.

그 다음, 제3공정은 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱을 성형몰드에 투입하여 몰드의 부피대비 5 ~ 70 부피%까지 압축처리 하는 것으로 구성된다.

압축 방법은 한 면에서 실시하거나 두면 이상에서 압축 가능하다.

이때, 압축시 성형몰드의 부피대비 5 부피% 미만으로 압축을 시키면 압축비가 작아서 제품의 강도가 약해져 사용상의 문제가 있고, 70 부피%를 초과하면 압축에 의해 격막이 깨지는 문제가 생기므로, 압축은 5 ~ 70 부피%가 적당하다.

또한, 압축 정도는 사용하는 비드의 밀도에 따라 그 압축 정도를 조절할 수 있다.

일반적으로 발포플라스틱 성형체는 성형몰드 내에서 성형될 때 공급된 열원에 의해 추가 팽창이 발생하여 발포플라스틱 알갱이 사이의 공극을 메우면서 서로 융착되어 성형체를 형성하게 된다(도 1).

그러나, 일반 발포플라스틱과 달리 표면에 난연 및 내화격막제가 코팅이 되어있는 상태에서 성형체를 형성하기 위해 추가 팽창이 일어나게 되면 발포플라스틱의 표면적이 증가하는데, 이러한 현상에 반하여 코팅된 난연 및 내화격막제는 추가적인 팽창이 없거나 적기 때문에 결국 균열 및 밀림 현상이 발생하고 팽창된 면적에는 코팅막이 없게 되는 부분 코팅화 현상도 발생된다(도 4).

물론 탄성이 있는 유기물을 추가적으로 사용하여 그 피해를 줄일 수 있으나, 눈에 보이지 않을 정도의 미세 균열까지 방지하기 힘들고, 그러한 방지를 위해 사용되는 유기물에 의해 난연 및 내화 성능도 떨어지게 되는 것이다.

반면, 이러한 난연 및 내화격막제의 균열이나 밀림 현상을 피하고자 압축하지 않고 단순히 추가팽창만을 최소화하여 성형하면 코팅된 내화성 격막의 균열이 적은 성형체를 만들 수는 있겠지만, 이때의 성형체는 발포플라스틱 입자 사이의 접촉면이 적게 되어 결합력 부족으로 인해 압축 및 휨강도가 현격히 떨어져 상품으로써 가치를 상실하는 문제점이 발생하게 된다.

도 4는 상기 내용의 이해를 돕기 위해 광학현미경을 활용해 500 배 확대하여 비교한 것이다.

본 발명의 압축공법을 이용한 발포플라스틱 성형체는 격막이 부서지거나 미코팅되어 있는 부분이 없었으나(도 4A), 일반적인 방법으로 압축없이 융착성형한 경우 격막제가 미코팅되거나 떨어져나가 발포플라스틱 표면이 노출된 것을 도 4B, C, D를 통해 확인할 수 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 발포플라스틱의 예비 발포단계 에서 충분히 또는 과도하게 팽창을 시키고 압축을 하는 방법을 선택한 것이다.

본 발명의 압축 이유를 발포 폴리스티렌을 예로 들어 다시 한번 설명하면 다음과 같다.

통상적으로 0.2 ~ 2 mm 사이의 입도 분포를 갖는 비드(Bead) 형태의 폴리스티렌을 스팀을 이용하여 1 ~ 6 mm 로 발포시킨다.

이때, 발포된 폴리스티렌의 발포입자 크기(크게 발포될수록 밀도가 낮아짐), 즉 밀도는 목적된 성형폼의 밀도에 따라 팽창 정도를 다르게 조절하는데, 높은 밀도의 성형폼을 갖기 위해서는 발포를 적게 하고, 낮은 밀도의 성형폼을 갖게 하기 위해서는 발포를 크게 한다.

이렇게 발포된 폴리스티렌을 성형기에 투입하고, 스팀을 공급하여 성형을 한다. 예를 들어 15 kg/㎥의 밀도를 갖는 성형체를 제조하기 위해 도 1의 A처럼 성형몰드(3) 내부에 15 kg/㎥의 밀도를 갖도록 일반 폴리스티렌 알갱이(1)가 빈공극(2)을 갖는 상태로 채워지고, 스팀의 공급을 받아 팽창을 통해 빈공극을 채워 성형체 B를 형성하는 것이다.

또한, 종래의 기술에서 건조의 문제로 두꺼운 제품의 성형의 불합리함을 말했듯이 발포플라스틱은 그 자체가 단열의 용도로 사용되는 것으로 낮은 열전도율을 갖고 있다.

이러한 발포플라스틱을 난연처리하여 성형할 때나, 성형 후 건조시 공급되는 열원은 내부에 직접적인 침투가 되지 못하고, 표면에서부터 전도되어 내부로 전해지므로 그 건조의 한계가 있다.

이를 해결하기 위해 종래에 마이크로웨이브(Microwave)를 통해 내부에 직접적 침투로 해결하는 방법이 제시되고 있으나, 마이크로웨이브에 의해 내부 수분이 수증기화 되어 외부로 증발시 인위적이 아닌 자연적 배출에 의해 이루어지고, 장비가 굉장히 고가이면서 마이크로파가 인체에 미치는 영향이 좋지 못하기 때문에 효율적인 방법이 되지 못한다.

따라서, 본 발명의 제4공정인 성형몰드 내에서 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 유체를 불어 넣거나, 흡입에 의해 건조하여 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것이다.

즉, 압축을 통해 성형체 내부에 오픈(Open)된 추가적 셀(Cell)을 갖게 하여 유체를 직접적으로 내부로 불어 넣거나, 흡입하여 성형체를 형성하게 하는 것이다.

도 2의 B에서와 같이 압축된 상태를 보면, 발포 폴리스티렌 비드 사이에 약간의 빈 공극이 형성되어 있다.

이렇게 형성된 틈 사이로 유체를 불어 넣거나, 흡입하면 망목상 구조 내부에 유체가 공급되면서 유속이 더 빨라지고 발포 폴리스티렌 비드에 코팅된 난연 및 내화격막제의 수분이 제거된다.

원리적인 측면은 유체와 포화수증기와의 관계를 이용하는 것으로, 불어 넣거나 흡입되는 유체는 그 특성과 온도에 따라 가질 수 있는 포화수증기량이 결정되므로, 불포화상태의 유체가 수분과 접촉시 포화수증기 상태가 될 때까지 수분의 증발 현상이 발생한다.

이때, 증발은 유체와 수분이 접촉된 계면을 통해 발생되고, 그 면적의 넓이 와 접촉시간이 크거나, 불포화상태일수록 증발속도가 빨라지므로, 유체가 빠르게 망목상 구조인 오픈 셀 사이를 통과하면서 수분이 포함된 난연 및 내화격막제의 경계면을 통과하게 되면 접촉 계면이 유체의 속도에 비례하여 기하급수적으로 증가하고, 그 유체가 포화수증기에 가까워지기 전에 빠져나감으로써 빠르게 건조 성형되는 것이다.

따라서, 본 발명의 제1형태의 이점은 유체로 대기중 공기의 사용이 가능하여 열원에 대한 추가적 비용도 절감될 수 있다는 것이다.

사용되는 유체는 온도가 높을수록 빠른 건조를 갖게 되지만 고온 고압 스팀과 같이 추가 팽창을 야기하는 높은 열량을 갖은 상태가 아닌, 80 ℃ 이하의 유체를 총칭한다.

특히, 배출되는 유체는 그 함수량에 따라 다시 순환하여 사용하는 것도 가능하며, 유체를 순환 사용하면 불어 넣거나 흡입하는 기계에 통과되면서 그 기계의 운동에너지가 열에너지로 교환되어 유체의 온도가 상승되는 효과를 가질 수 있다.

또한, 고압으로 가할수록 빠른 유속발생에 의해 접촉 면적이 더욱 더 증가되어 건조가 빠르게 되나, 10 kgf/㎠ 이상의 압력이 걸리면 성형체에 크랙이 발생하는 문제점이 있어 그 이하가 좋다.

이렇게 형성된 성형체는 그 자체의 단열성과 내부에 형성된 망목상의 오픈 셀에 의해 내부와 외부 공기의 순환으로, 공기의 유통이 가능한 이른바 숨쉬는 단열재라 칭할 수 있는 훌륭한 성형체를 제조할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체 제조방법의 제2형태는, 발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비 발포하는 제1공정, 발포된 플라스틱에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리하는 제2공정, 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱을 연속된 콘베어에 투입하여 초기 투입하는 입구측 높이보다 높이가 5 ~ 70 %로 축소되도록 구성된 로울러에 의해 압축시키는 제3공정, 연속형 콘베어에 유체를 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 불어 넣거나, 흡입하여 건조하는 제4공정을 거쳐 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것으로 구성된다.

즉, 상기의 제2형태는 제1형태와 동일한 원리를 사용한 것이며, 제1형태의 연속식 사용방법이다.

먼저, 제1공정의 발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비발포하는 공정은 상기의 제1형태의 예비발포 공정과 동일하다.

또한, 제2공정의 발포된 플라스틱에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅 처리하는 공정 또한 상기의 제1형태의 코팅공정과 동일하다.

그 다음, 본 발명의 제2형태의 제3공정인 압축공정은 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱(5)을 연속식 콘베어(9)에 투입하여 진행하면서 초기 투입되는 입구측 높이보다 높이가 5 ~ 70 %로 축소되도록 구성된 로울러(10)에 의해 압축시키는 것이다.

즉, 난연 및 내화격막제가 코팅처리가 된 발포플라스틱 비드(5)를 도 3과 같이 구성된 연속식 콘베어(9)로 투입시킨다.

난연 및 내화격막제에 코팅된 발포플라스틱 비드(5)가 투입되고, 연속식 콘베어(9)가 초기 투입되는 입구측 높이보다 5 ~ 70 %로 높이가 축소되도록 구성된 로울러(10)에 의해 진행되면서 코팅된 발포플라스틱을 압축시키는 압축구간(11)을 통과하며 일정 배율로 압축된다.

이때, 연속식 콘베어(9)는 상판과 하판으로 구성되어 있고, 다수개의 홀이 형성되어 있어 유체가 통과될 수 있도록 구성된 타공막으로서, 이 틈으로 유체가 통과되는 것이다.

그 다음, 제2형태의 제4공정은 연속형 콘베어에 유체공급관(12)을 통해 유체를 가압공급하여, 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 유체를 공급하거나, 또는 흡입하여 건조하는 것이다.

도 3과 같이 연속식 콘베어(9)로 이동하면서 압축된 발포비드에 유체공급관(12)으로 유체를 가압 공급하여, 발포플라스틱 비드 사이에 형성된 오픈 셀 사이를 관통하여 배출된 유체(13)가 유체이동로(15)를 따라 이동하여 유체배출관(14)을 통해 배출된다.

상기와 같은 건조과정을 거쳐 본 발명의 연속된 발포플라스틱 성형체(7)을 제조한다.

공급되는 유체와 배출되는 유체는 고압으로 불어넣거나 진공압으로 흡입하는 것 모두 가능하며, 유체를 하판에서 상판, 또는 상판에서 하판, 측면에서 측면 등에서 불어 넣거나 흡입하는 방법 들은 제품의 형상 및 제조 목적에 따라 모두 가능하고, 동시 또는 순차적인 삽입도 가능하다.

특히, 유체배출관(14)으로 배출되는 유체는 그 함수량에 따라 다시 순환하여 사용도 가능하여, 유체를 불어 넣거나 흡입하는 기계에 통과되면서 그 기계의 운동에너지를 열에너지로 교환되어 유체의 온도가 상승되는 효과를 가진다.

본 발명의 제3형태의 제1공정의 예비발포 공정과 제2공정의 난연 및 내화성 격막제를 코팅처리 하는 공정은 상기의 제1 및 제2형태와 동일하다.

그 다음, 제3공정은 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱을 성형몰드에 투입하여 압축하고 압축된 성형몰드 내에서 열원을 이용해 융착 성형하는 것이다.

이 3공정은 본 발명의 제1 및 제2형태와 구분된다.

이 방법은 유체를 이용한 건조 성형하는 방법이 아닌 스팀과 같은 고온의 열원으로 제조하는 것으로 제1, 제2형태의 방법으로 제조된 성형품의 형상과 물성이 상이한 내부에 오픈(Open)된 셀(Cell)이 없는 성형체가 제조된다.

일반 발포 폴리스티렌의 경우는 제1형태의 방법에서 언급한 도 1A에서 도 1B와 같이 성형체를 형성하기 위해 팽창이 되어도 문제가 없으나, 표면에 난연 및 내화격막이 코팅된 경우는 이미 제기된 문제와 같이 격막의 손상이 발생된다.

본 발명의 제3형태의 방법은 이를 해소하기 위해 성형기에 투입되는 발포 폴리스티렌(5)을 도 2A와 같이 12.5 kg/㎥(본 밀도는 예시 사용 밀도로 확정적 밀도는 아니며, 표기되는 밀도는 격막형성제를 제외한 폴리스티렌만의 밀도로 이하 같음)로 과발포하여 성형기(3)에 투입하여 도 2B와 같이 15 kg/㎥(확정적 밀도는 아님)의 부피로 압축(6)한다.

이러한 압축(6)을 실시하게 되면 도 2B에서 보는 바와 같이 빈 공극(2)이 거의 없어지고 발포 폴리스티렌 비드(5)끼리 융착될 부위의 면적이 넓어지게 된다.

따라서, 스팀공급에 의해 성형체를 형성할 때 채워야 할 빈 공극(2)이 거의 없을 뿐 아니라 폴리스티렌 비드가 이미 넓은 면적으로 맞닿은 상태이므로 추가적인 팽창을 최소로 하여 도 2의 C처럼 융착 성형(7)이 일어나게 되는 것이다.

즉, 본 발명의 압축공법에 의해 추가적인 팽창과정이 최소화 되는 것이다.

한편, 본 발명의 제1, 제2, 제3형태의 성형체 제조방법은 난연 및 내화성 격막의 손상을 방지함과 더불어 몇 가지 추가적인 효과가 있다.

첫째는 성형시 발포플라스틱이 갖는 발포제의 영향을 적게 받는다는 것이다.

발포플라스틱을 발포시키기 위해서 내부에는 펜탄, 부탄, 헥산 등 폴리스티렌의 연화점 혹은 그 이하에서 끓는 포화탄화수소인 발포제가 들어 있는데, 이는 예비발포(1차, 2차 ,3차 등)나 발포 후 숙성, 성형시 일정량씩 소멸이 된다.

특히 낮은 밀도의 성형체를 위해 예비발포를 2차나 3차 까지 실시한 경우, 또는 발포후 숙성과 보관에 의한 시간의 경과로 발포제가 많이 소멸된 경우 성형기 내부에서 팽창이 부족해 성형이 되지 않는 문제점이 발생된다.

그러나, 본 발명에서는 압축에 의해 빈 공극(2)을 최대한 제거하고 융착면적을 증가시킨 상태에서 성형시킴으로써 발포제가 갖는 역할을 대신 수행하여 성형체를 제조할 수 있으므로, 발포제 양의 절감이나, 발포된 플라스틱 비드의 보관에 대한 영향을 줄일 수 있는 것이다.

둘째는 저밀도의 발포플라스틱을 사용하여 성형체의 제조가 가능하다는 것이다.

폴리스티렌을 크게 발포하는 방법은 앞서 기술한 것처럼 여러번의 발포를 통해 팽창시키는데, 한번의 팽창시 크게 만드는 것은 수축, 뭉침 현상 등의 문제가 있으므로 1차, 2차, 3차 등의 순서로 팽창시킨다.

이렇게 과다하게 팽창할수록 발포된 폴리스티렌 내부에 구성된 독립기포 구조가 커지고, 그 뼈대는 약해지게 된다.

이러한 상태의 발포 폴리스티렌이 성형기에 투입되어 추가 팽창이 되면 독립기포가 더 커지게 되면서 독립기포를 이루는 뼈대는 더욱 취약해져 복원에 의한 수축이 발생하여 성형체의 손상을 초래한다.

그러나, 본 발명은 인위적 압축처리로 발포플라스틱 간의 빈 공간을 축소시켜, 성형시 발생되는 추가팽창을 최소화하거나 억제함으로써 성형 이후에 발생되는 수축 변형을 제거할 수 있다.

저밀도 사용의 이점은, 발포플라스틱에 난연 및 내화격막제가 처리되었더라도 그 자체의 유기질 특성을 개질하는 것이 아닌 화염을 차단하고 방어하는 목적이여서 화염에 어쩔 수 없이 소량의 열기와 연기가 발생된다.

따라서, 발포플라스틱 사용량을 최소화(화염에 대한 난연 및 내화성 격막의 뼈대 역할을 수행하는 발포플라스틱 수지의 기능적 역할이 가능한 양)하기 위한 적절한 제조방법인 것이다.

셋째는 코팅 후 건조에 의한 겉보기 밀도의 하락의 영향을 최소화하는 것이다. 발포플라스틱 비드에 난연 및 내화격막제의 코팅시, 균일한 코팅을 하여 서로 붙지 않도록 건조나 경화를 실시하더라도, 코팅 전의 개별의 알갱이 상태와 다르게, 코팅에 의한 입자의 직경의 증가 및 입자끼리의 부분적인 뭉침이 발생될 수 있다.

이 경우 초기에 비해 부피가 상승되어 겉보기 밀도가 낮아진 상태이므로 성형기에 투입되면, 일정 크기로 제작된 성형기이므로 실제 투입되어야 할 양보다 적은 양이 투입되어, 설계된 팽창보다 과팽창이 되어야 성형체를 이룰 수 있다.

따라서, 설계된 성형체의 부피보다 큰 부피에 코팅 발포플라스틱을 투입하여 선정된 부피까지 압축하는 효과에 의해 그러한 문제점이 해결되는 것이다.

본 발명의 효과를 도 4, 5 및 6을 통해서 살펴 보면 다음과 같다.

도 4에는 본 발명의 압축된 상태의 발포플라스틱 성형체와 미압축한 일반 발 포플라스틱 성형체에 대하여 광학현미경을 이용하여 500 배 확대사진을 촬영하여 격막의 손상 여부를 확인하였다.

그 결과, 도 4A와 같이 본 발명의 압축공법을 이용한 발포플라스틱 성형체는 코팅처리된 격막이 균열 없이 코팅되어 있는 모습을 확인할 수 있었다.

그러나, 압축 없이 일반적인 방법으로 추가 팽창시켜 발포플라스틱 성형체를 제조한 경우에는 도 4B, C 및 D에서 보는 바와 같이 격막이 균열이 생기고 미코팅 부분이 발생하였음을 확인하였다.

또한, 압축여부에 따른 발포플라스틱 성형체의 격막 훼손여부를 확인한 결과, 도 5A에서 보는 바와 같이 일반 스팀 융착 성형체와는 달리 본 발명의 제1형태의 방법에 의해 제조한 발포플라스틱 성형체는 발포 비드가 구형의 상태로 구성되어 결합되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 형상에 의해 내부에 망목상의 기공을 갖게 되는 것이다.

도 5B는 본 발명의 제3형태의 방법에 의해 10 kg/㎥의 밀도로 발포된 비드를 격막제가 코팅된 상태에서 15 kg/㎥의 밀도로 압축하여 스팀에 의해 융착 성형된 성형체로서 코팅된 격막제가 거의 훼손되지 않고 성형되어 있음을 알 수 있었다.

그러나, 압축없이 융착성형한 경우인 도 5C는 15 kg/㎥의 발포비드에 격막제를 코팅하여 압축없이 15 kg/㎥의 성형체를 제조한 것이다.

도 5C는 발포비드 간의 빈공극을 팽창에 의해 채우면서 성형체를 형성하다 보니 팽창된 부위의 격막제가 깨지거나 밀림현상에 의한 부분 코팅화되어 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 본 발명의 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체에 대한 화염에 대한 성능을 확인하기 위해 온도 800 ~ 1100 ℃의 화염으로 5 분간 표면을 가열하는 실험을 하였다.

그 결과, 본 발명의 압축공법을 이용하여 제조한 발포플라스틱 성형체는 도 6A에서 보는 바와 같이 표면부터 내부까지 벌집 구조의 차르(char)를 형성함으로써 격막을 형성하였으나, 도 6B의 일반적인 방법으로 융착성형한 성형체의 경우에는 표면에서 내부로 격막이 깨지면서 완벽한 벌집구조의 차르(char)를 형성하지 못했다.

즉, 압축없이 일반 융착성형을 한 경우에는 격막이 훼손됨으로써 그 효과를 충분히 발휘하지 못했다는 것을 알 수 있었다.

한편, 본 발명의 목적을 좀 더 효과적으로 보강하기 위하여 접착보조제, 내화성증진제 등 다양한 첨가제를 추가로 투입할 수 있다.

즉, 규산염의 접착력을 좀 더 효과적으로 보강하기위한 접착보조제로써 계면활성제, 실란 커플링제, PVA(Poly Vinyl Alcohol), EVA(Ethylene Vinyl Acetate Copolymers), 셀룰로오스접착제,멜라민, 에폭시, 페놀 등 열경화성수지와 수분 존재 하에서 경화되는 접착제 또는 습기와 반응하여 경화하는 일액형, 이액형 촉매첨가형 접착제인 폴리우레탄, 실리콘폴리머, 에폭시, 변성에폭시, 반응성 아크릴계 접착제, 시아노아크릴레이트 등의 습기경화형 접착제, 이소시아네이트 및 변성 이 소시아네이트 이소시아네이트기를 갖는 고분자, 물(H₂O)과 반응을 할 수 있는 반응기를 갖는 폴리머, 지방족 아민, 알코올, 에테르, 케톤, 에스테르화합물, 산, 알칼리토금속 및 알칼리토금속을 포함하는 물질 등을 사용할 수 있다.

또, 내화성증진제로 안티몬화합물, 산화 및 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕산 및 붕사, 인산염, 인계, 할로겐계 난연제와 그라파이트, 돌로마이트, 탄산칼슘, 실리카분말, 산화티탄, 산화철, 에뜨링가이트화합물, 퍼라이트, 플라이애시, 또는 카본블랙 및 그라파이트, 몬모릴로나이트 및 그를 주성분으로 하는 벤토나이트, 미립의 일라이트 또는 점토류를 첨가할 수 있다.

또한, 본 발명의 난연 및 내화 격막의 코팅처리가 된 발포플라스틱은 공정 중의 이송이나 성형기 내부에 투입하기 위해 열기를 통한 건조, 경화제에 의해 경화시키는 공정을 추가할 수 있다.

이때는 코팅처리가 된 발포플라스틱끼리 달라붙어 덩어리지고 뭉치는 현상이 발생될 수 있다.

건조나 경화시 발포플라스틱 코팅면과 코팅면이 붙은 상태로 건조나 경화가 실시되면 달라붙은 덩어리들 내부 공극에 의해 부피가 증가하여 초기 사용된 겉보기 밀도보다 낮아지게 되어 성형기에 투입되어야 할 설계값 보다 적은양이 투입되므로 성형불량의 변수가 생기게 된다.

이러한 뭉침현상은 유동층을 이용하거나, 진동 등의 외부 압력에 의해 떨어지게 하거나, 나사선 방식으로 회전진행을 시키거나, 코팅 라인 끝단에 분말을 투 입하여 추가 코팅을 하게 되면 분말이 발포플라스틱 코팅면 외부를 감싸면서 표면장력 및 접착성 저하로 손쉽게 분리할 수도 있다.

분말의 경우 입도가 작을수록 적은 양으로 큰 효과를 볼 수 있으며, 코팅시 사용된 격막제와 경화반응을 일으키는 것을 사용하는 것도 효과적이다.

또 다른 방법으로서 발포플라스틱에 내화격막제를 믹서 내부에서 코팅하면서 열원을 통해 건조할 수도 있다.

이런 방법은 코팅중이나, 코팅이 완료된 시점부터 믹서의 혼합(회전)과 동시에 열원을 가함으로써 건조 중 발생되는 덩어리를 믹서 내부의 회전체에 의해 부서 주는 효과를 발휘하게 된다.

또한, 본 발명의 제1형태나 제2형태의 방법에 의해 발포플라스틱 성형체를 제조하는 경우, 발포된 플라스틱 성형체에 난연제나 내화격막제를 코팅처리한 후, 열에 의한 건조공정, 경화에 의한 경화공정, 뭉침제거 공정을 거친 후, 성형기나 연속된 콘베어에 투입한 다음, 내부에 스팀을 일정량 불어넣음으로서 건조, 경화된 코팅막에 수분 활성화를 일으키는 공정을 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명의 제2형태의 방법에 의해 발포플라스틱 성형체를 제조하는 경우, 연속식 난연 및 내열성을 갖는 발포플라스틱 성형체 제조공정의 후 공정으로써, 상부와 하부면에 금속, 유기물, 무기물의 각각 또는 혼합 구성된 보드나 몰탈을 부착할 수 있는 제조공정을 포함하여 본 발명의 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체를 제조할 수도 있다.

이하, 본 발명의 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

<본 발명의 제1형태에 따른 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조공정>

1. 제1공정 : 예비발포

발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비 발포한다.

이때, 발포플라스틱은 플라스틱 수지를 비드(Bead) 형태로 제조하여 이를 예비발포를 통한 추가발포를 하여 융착시켜 사용하는 종류로서, 발포 폴리스틸렌, 발포 폴리에틸렌, 발포 폴리프로필렌 등이 있다.

2. 제2공정 : 코팅

상기 제1공정의 발포된 플라스틱에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리한다.

3. 제3공정 : 압축

상기 제2공정의 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱을 성형몰드에 투 입하여 성형몰드 전체 부피대비 5 ~ 70 부피%가 되도록 압축처리 한다.

4. 제4공정 : 건조

성형몰드 내에서 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 유체를 불어 넣거나, 흡입하여 건조하여 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조한다.

이때, 유체는 온도가 높을수록 빠른 건조가 되고, 고온 고압 스팀과 같이 추가 팽창을 야기하는 높은 열량을 갖는 상태가 아닌 80 ℃ 이하의 유체를 총칭하며, 대기중 공기도 사용가능하다.

또한, 고압을 가할수록 빠른 유속발생에 의해 접촉 면적이 더욱 증가되어 건조가 빠르나, 10 ㎏f/㎠ 이하가 적절하다.

<본 발명의 제2형태에 따른 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조공정>

1. 제1공정 : 예비발포

발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비 발포한다.

이때, 12 kg/㎥ 미만의 낮은 밀도로 팽창할 때에는 한번에 팽창하면 과팽창 에 의해 다시 수축되거나, 발포된 플라스틱끼리 융착되는 경우가 발생하기 쉽기 때문에 2차, 3차 등 순차적 팽창을 사용한다.

2. 제2공정 : 코팅

제1공정의 발포된 플라스틱에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리한다.

3. 제3공정 : 압축

제2공정의 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱을 연속된 콘베어에 투입하여 상판과 하판이 진행하면서 압축시킨다.

난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱 비드를 도 3과 같이 연속식 콘베어(9)가 초기 투입되는 입구측 높이보다 5 ~ 70 %로 높이가 축소되도록 구성된 로울러(10)에 의해 압축할 수 있도록 형성된 연속식 콘베어로 투입된다.

이때, 연속식 콘베어(9)는 상판과 하판으로 구성되어 있으며, 다수개의 홀이 형성된 타공막으로써 유체의 공급 및 배출이 용이하도록 구성되어 있다.

이러한 압축구간(11)을 통과하면서 발포플라스틱 성형체가 일정 배율로 압축된다.

4. 제4공정 : 건조

상기의 연속형 콘베어에 유체를 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 주입하거나, 흡입하여 건조하여 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조한다.

도 3과 같이 압축된 발포비드를 이동시키면서 유체공급관(12)으로 유체를 가압 공급하여, 발포플라스틱 비드 사이에 형성된 오픈 셀 사이를 관통하게 하고, 배출된 유체(13)가 유체이동로(15)를 따라 이동하여 유체배출관(14)을 통해 배출된다.

유체가 오픈 셀 사이를 관통하면서 건조되어 본 발명의 연속된 발포플라스틱 성형체(7)가 제조된다.

이때, 공급되는 유체와 배출되는 유체는 고압으로 주입하거나 진공으로 흡입하는 것 모두 가능하며, 유체를 하판에서 하판, 또는 상판에서 하판, 측면에서 측면 등에서 주입하거나 흡입하는 방법들은 제품의 형상 및 제조 목적에 따라 모두 가능하고, 동시에 또는 순차적인 삽입도 가능하다.

특히, 배출되는 유체는 그 함수량에 따라 다시 순환하여 사용이 가능하다.

<본 발명의 제3형태에 따른 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조공정>

1. 제1공정 : 예비발포

발포플라스틱을 목표 발포배율까지 예비 발포한다.

이때, 발포플라스틱은 플라스틱 수지를 비드(Bead) 형태로 제조하여 이를 예비발포를 통한 추가발포를 하여 융착시켜 사용하는 종류로서, 발포 폴리스틸렌, 발 포 폴리에틸렌, 발포 폴리프로필렌 등이 있다.

2. 제2공정 : 코팅

3. 제3공정 : 압축

상기 제2공정의 난연 및 내화격막이 코팅된 발포플라스틱을 성형몰드에 투입하여 성형몰드 전체 부피대비 5 ~ 70 부피%가 되도록 압축한다.

4. 제4공정 : 융착 성형

압축된 성형몰드 내에서 열원을 이용해 융착 성형하여 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조한다.

스팀과 같은 고온의 열원으로 융착 성형하여 내부에 오픈된 셀이 없는 성형체가 제조된다.

과발포하여 성형기에 투입하고 원하는 부피로 압축하여 빈공극을 거의 없애 발포플라스틱 비드끼리의 융착될 부위의 면적을 넓게 한다.

이 상태에서 스팀등의 열원공급에 의해 성형체를 형성할 때 채워야 할 빈 공극이 거의 없을 뿐 아니라, 발포비드가 이미 넓은 면적으로 맞닿은 상태이므로 추 가적인 팽창이 억제되는 것이다.

이하, 본 발명의 압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체에 대하여 실시예 및 실험예를 통하여 상세히 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

<실시예 1> 난연성과 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조1

42Be' 규산소다에 규산소다 중량대비 카본블랙 3 중량%, 수산화알루미늄 10 중량%, 벤토나이트 20 중량% 혼합하여 난연 및 내화 격막제를 준비하였다.

겉보기 밀도 12.5 kg/㎥인 발포 폴리스티렌 비드(신호유화제품, CL 2500F)를 준비하여, 비드 표면에 준비한 난연 및 내화격막제를 균일하게 도포하여 코팅하였다.

코팅된 발포 비드를 목적 성형품 600×900×1800 ㎜ 크기로 성형하기 위해 1.2 배 크기인 720×900×1800 ㎜ 금형에 채우고, 900×1800 면에서 720 길이 방향으로 120 ㎜ 압축하였다.

상온의 공기를 2400 mmAq 압으로 900×1800 면의 하판에서 불어 넣어 상판으로 배출시켜, 발포 폴리스티렌 밀도(난연 및 내화 격막제 무게를 제외한) 15 kg/㎥인 난연 및 내화성을 갖는 발포플라스틱 성형체를 제조하였다.

<실시예 2> 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조2

겉보기 밀도 12.5 kg/㎥인 발포 폴리스티렌 비드(신호유화제품, CL 2500F)를 준비하여, 이 발포 비드 표면에 준비한 난연 및 내화격막제를 균일하게 도포하여 코팅하였다.

코팅된 발포 비드를 상판과 하판의 높이 100 ㎜에 폭 1000 ㎜로 형성된 연속된 콘베어(투입구는 높이 120 ㎜로 시작되어 1200 ㎜구간까지 서서히 100 ㎜로 압축되게 형성)에 투입시켰다.

하판에서 상온의 공기를 2400 mmAq 압으로 상판으로 배출시키는 파트가 세 지점으로 형성된, 연속된 콘베어에서 발포 폴리스티렌 밀도(난연 및 내화 격막제 무게를 제외한) 15 kg/㎥인 연속된 난연 및 내화성을 갖는 발포플라스틱 성형체를 제조하였다.

<실시예 3> 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조3

42Be' 규산소다에 규산소다 중량대비 카본블랙 3 중량%, 수산화알루미늄 10 중량%, 벤토나이트 20 중량% 혼합하여 난연 및 내화격막제를 준비하였다.

겉보기 밀도 12.5 kg/㎥인 발포 폴리스티렌 비드(신호유화제품, CL 2500F)를 준비하여, 발포비드 표면에 준비한 난연 및 내화격막제를 균일하게 도포하여 코팅하였다.

코팅된 발포 비드를 80 ℃ 유동층 건조기에서 5 분간 가건조를 실시하고 회전형 분쇄기에서 일부 뭉친 알갱이를 분리하여 목적 성형품 600×900×1800 ㎜ 크 기로 성형하기 위해 1.2 배 크기인 720×900×1800 ㎜ 금형에 채우고, 900×1800면에서 720 길이 방향으로 120 ㎜ 압축하고, 스팀을 사용하여 융착 성형시킨 후에 냉각시켜 발포 폴리스티렌 밀도(난연 및 내화 격막제 무게를 제외한)가 15 kg/㎥인 난연 및 내화성을 갖는 발포플라스틱 성형체를 제조하였다.

<실시예 4 ~ 23>

본 발명의 실시예 1과 같은 방법으로 발포플라스틱 성형체를 제조하되, 규산염 및 첨가제의 종류와 그 첨가량을 다음 표 1과 같이 하여 본 발명의 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체를 제조하였다.

<표 1> 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체

구 분	규산염	접착보조제	내화성증진제
기 준	플라스틱 중량대비%	규산염 중량대비%	규산염 중량대비%
재료명	규산소다	폴리 우레탄	-	-	플라이애시	수산화마그네슘
실시예4	50	5	-	-	50	30
실시예5	200	2.5	-	-	7.5	7.5
실시예6	600	7.5	-	-	15	5
실시예7	1000	15	-	-	10	1.5
재료명	규산소다	우레탄	-	카본블랙	벤토나이트	수산화마그네슘
실시예8	400	10	-	1.5	10	1.5
실시예9	600	7.5	-	5	15	3
실시예10	800	25	-	20	2.5	0
실시예11	1000	15	-	7.5	10	20
재료명	규산소다	에폭시	구연산	카본블랙	황토	수산화마그네슘
실시예12	100	1	0.5	3	10	10
실시예13	400	2.5	0	3	10	0
실시예14	700	10	0	5	5	15
실시예15	1000	5	3	10	20	5
재료명	규산칼륨	실리콘 폴리머	-	실리카분말	규조토	퍼라이트
실시예16	100	20	-	10	5	0.02
실시예17	400	2.5	-	15	10	3
실시예18	700	10	-	5	5	15
실시예19	1000	5	-	25	20	10
재료명	규산리튬	이소시아 네이트	규불화물	그라파이트	탄산칼슘	붕사
실시예20	100	1	0	3	10	0.5
실시예21	400	2.5	1.5	1.5	10	5
실시예22	700	10	5	5	5	15
실시예23	1000	5	10	10	20	5

<실시예 24 ~ 43>

본 발명의 실시예 2와 같은 방법으로 발포플라스틱 성형체를 제조하되, 성형체에 난연 및 내화격막제를 코팅한 후, 열에 의한 건조 및 경화에 의한 경화공정을 추가하였고, 진동을 가해 뭉침현상을 방지하는 공정을 추가한 후, 연속형 콘베어에 투입한 후 내부에 스팀을 일정량 불어넣어 건조 및 경화된 코팅막에 수분 활성화를 일으키는 공정을 추가하였다.

또한, 규산염 및 첨가제의 종류와 그 첨가량을 다음 표 2와 같이 하여 본 발 명의 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체를 제조하였다.

<표 2> 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체

구 분	규산염	접착보조제	내화성증진제
기 준	플라스틱 중량대비%	규산염 중량대비%	규산염 중량대비%
재료명	규산소다	폴리 우레탄	-	-	플라이애시	수산화마그네슘
실시예24	50	5	-	-	50	30
실시예25	200	2.5	-	-	7.5	7.5
실시예26	600	7.5	-	-	15	5
실시예27	1000	15	-	-	10	1.5
재료명	규산소다	우레탄	-	카본블랙	벤토나이트	수산화마그네슘
실시예28	400	10	-	1.5	10	1.5
실시예29	600	7.5	-	5	15	3
실시예30	800	25	-	20	2.5	0
실시예31	1000	15	-	7.5	10	20
재료명	규산소다	에폭시	구연산	카본블랙	황토	수산화마그네슘
실시예32	100	1	0.5	3	10	10
실시예33	400	2.5	0	3	10	0
실시예34	700	10	0	5	5	15
실시예35	1000	5	3	10	20	5
재료명	규산칼륨	실리콘 폴리머	-	실리카분말	규조토	퍼라이트
실시예36	100	20	-	10	5	0.02
실시예37	400	2.5	-	15	10	3
실시예38	700	10	-	5	5	15
실시예39	1000	5	-	25	20	10
재료명	규산리튬	이소시아 네이트	규불화물	그라파이트	탄산칼슘	붕사
실시예40	100	1	0	3	10	0.5
실시예41	400	2.5	1.5	1.5	10	5
실시예42	700	10	5	5	5	15
실시예43	1000	5	10	10	20	5

<실시예 44 ~ 63>

본 발명의 실시예 3과 같은 방법으로 발포플라스틱 성형체를 제조하되, 뭉침현상을 방지하기 위해 난연 및 내화격막제를 코팅하는 믹서 내부에서 열원을 통해 건조 및 분쇄하는 공정을 추가하였다.

또한, 규산염 및 첨가제의 종류와 그 첨가량을 다음 표 3과 같이 하여 본 발 명의 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체를 제조하였다.

<표 3> 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체

구 분	규산염	접착보조제	내화성증진제
기 준	플라스틱 중량대비%	규산염 중량대비%	규산염 중량대비%
재료명	규산소다	폴리 우레탄	-	-	플라이애시	수산화마그네슘
실시예44	50	5	-	-	50	30
실시예45	200	2.5	-	-	7.5	7.5
실시예46	600	7.5	-	-	15	5
실시예47	1000	15	-	-	10	1.5
재료명	규산소다	우레탄	-	카본블랙	벤토나이트	수산화마그네슘
실시예48	400	10	-	1.5	10	1.5
실시예49	600	7.5	-	5	15	3
실시예50	800	25	-	20	2.5	0
실시예51	1000	15	-	7.5	10	20
재료명	규산소다	에폭시	구연산	카본블랙	황토	수산화마그네슘
실시예52	100	1	0.5	3	10	10
실시예53	400	2.5	0	3	10	0
실시예54	700	10	0	5	5	15
실시예55	1000	5	3	10	20	5
재료명	규산칼륨	실리콘 폴리머	-	실리카분말	규조토	퍼라이트
실시예56	100	20	-	10	5	0.02
실시예57	400	2.5	-	15	10	3
실시예58	700	10	-	5	5	15
실시예59	1000	5	-	25	20	10
재료명	규산리튬	이소시아 네이트	규불화물	그라파이트	탄산칼슘	붕사
실시예60	100	1	0	3	10	0.5
실시예61	400	2.5	1.5	1.5	10	5
실시예62	700	10	5	5	5	15
실시예63	1000	5	10	10	20	5

<비교예 1> 미압축 상태의 발포플라스틱 성형체 비교제조1

본 발명의 실시예 2와 동일한 방법으로 발포플라스틱 성형체를 제조하되, 압축공정 없이 성형체를 비교제조하였다.

<비교예 2> 미압축 상태의 발포플라스틱 성형체 비교제조2

본 발명의 실시예 3과 동일한 방법으로 발포플라스틱 성형체를 제조하되, 압축공정 없이 성형체를 비교제조하였다.

<실험예 1> 압축 여부에 따른 발포플라스틱 성형체의 강도 확인실험

본 발명의 제1 및 제2형태의 방법은 팽창 자체를 없애 격막의 훼손 자체를 제거하기 위해 80 ℃ 이하의 유체를 사용하는 것으로, 압축 여부는 제품의 강도 실현을 위한 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 발포플라스틱 성형체에 대한 밀도 및 굽힘강도를 측정하는 실험을 하였다.

즉, 본 발명의 실시예 1의 방법에 의해 제조된 발포플라스틱 성형체와 비교예 1의 미압축 상태로 제조한 발포플라스틱 성형체를 준비하였다.

준비한 시편의 압축 및 굽힘강도를 KS M 3808(발포폴리스티렌 보온재 시험방법에 준하여 평가하고, 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.

<표 4> 발포플라스틱 성형체의 밀도 및 굽힘강도 측정결과

항 목	압축강도(N/㎠)	굽힘강도(N/㎠)
실시예 1	9	18
비교예 1	2	7

KS M 3808에 따르면 보온판 4호인 밀도 15이상의 경우 압축강도 5 N/㎠ 이상 굽힘강도 15 N/㎠ 이상의 특성을 갖도록 되어 있어야 실 사용상에 문제가 없다.

그러나, 비교예 1의 발포플라스틱 성형체의 경우 격막의 훼손은 없으나 압축 및 굽힘강도가 굉장히 취약하여 제품으로서의 기능이 상실되는 것을 알 수 있었다.

<실험예 2> 압축 여부에 따른 발포플라스틱 성형체의 격막 훼손 확인실험

본 발명의 실시예 2 및 3의 방법에 의해 제조된 발포플라스틱 성형체를 준비하였다.

비교예 2의 미압축 상태로 일반 융착성형한 발포플라스틱 성형체를 준비하였다.

압축 여부에 따른 발포플라스틱 성형체의 격막 훼손여부에 대해 확인한 결과, 본 발명의 실시예 2의 성형체는 본 발명의 제2형태의 방법에 의해 압축 성형된 발포플라스틱 성형체로서, 도 5A에서 보는 바와 같이 그 형상이 일반 스팀 융착 성형체와 달리 발포 비드가 구형의 상태로 구성되어 결합되어 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 준비한 발포플라스틱 성형체에 대하여 광학현미경을 이용하여 500 배 확대사진을 촬영하여 격막의 손상 여부를 확인하였다.

본 발명의 실시예 3의 성형체는 본 발명의 제3형태의 방법에 의해 10 kg/㎥의 밀도로 발포된 비드를 격막제가 코팅된 상태에서 15 kg/㎥의 밀도로 압축하여 스팀에 의해 융착 성형된 성형체로서 도 5B에서 보는 바와 같이 코팅된 격막제가 거의 훼손되지 않고 성형되어 있음을 알 수 있었다.

그러나, 압축 없이 융착성형한 경우인 비교예 2의 성형체는 15 kg/㎥의 발포비드에 격막제를 코팅하여 압축 없이 15 kg/㎥의 밀도로 제조된 성형체로서, 발포비드 간의 빈공극을 팽창에 의해 채우면서 성형체를 형성하다 보니 도 5C에서 보는 바와 같이 팽창된 부위의 격막제가 깨지거나 밀림현상에 의한 부분 코팅화 되어 있는 것을 알 수 있었다.

<실험예 3> 본 발명의 발포플라스틱 성형체에 대한 난연성 및 내화성 실험

본 발명의 실시예 3의 방법에 의해 제조한 발포플라스틱 성형체를 준비하였다.

비교예 2의 미압축 상태로 융착 성형된 발포플라스틱 성형체를 준비하였다.

압축여부에 따른 발포플라스틱 성형체에 대한 화염에 대한 성능을 확인하기 위해 온도 800 ~ 1100 ℃의 화염으로 5 분간 표면을 가열하는 실험을 하였다.

그 결과, 도 6B의 일반적인 방법으로 융착성형한 성형체의 경우에는 표면에서 내부로 격막이 깨지면서 완벽한 벌집구조의 차르(char)를 형성하지 못했다.

즉, 압축없이 일반 융착성형을 한 비교예 2의 경우에는 격막이 훼손됨으로써 그 효과를 충분히 발휘하지 못했다는 것을 알 수 있었다.

그러나, 본 발명의 압축공법을 이용하여 제조한 발포플라스틱 성형체는 도 6A에서 보는 바와 같이 표면부터 내부까지 벌집 구조의 차르(char)를 형성함으로써 격막을 형성하는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명에 의해, 규산염로 난연 및 내화격막제가 코팅되어 있는 발포플라스틱을 융착 성형함에 있어서, 격막 코팅제가 깨지거나 밀려 부분 코팅화 현상으로 그 성능이 저하됨을 막고, 저밀도의 발포플라스틱을 사용할 수 있게 되어 발포플라스틱의 사용량을 최소화하여 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체를 제조하는 방법이 제공된다.

또한, 코팅시 덩어리짐이나 뭉침에 의해 발생되는 빈 공극에 의한 성형불량이 억제되고, 발포제의 영향을 최소화하여 성형시 발생되는 문제를 해결하고, 연속식 성형체를 제조하여 공정을 단순화하고 대량생산이 가능하도록 하여 산업발전에 이바지 할 수 있는 발포플라스틱 성형체의 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 발포플라스틱 성형체의 제조방법에 의해 발포플라스틱의 사용량을 최소화하여 화염 접촉시 발생열량과 유독가스량을 축소시켜 난연 및 내화성능이 향상된 발포플라스틱 성형체가 제공된다.

Claims

발포플라스틱 성형체의 제조방법에 있어서,

비드형태로 제조된 발포플라스틱을 예비 발포하는 제1공정,

이 발포된 발포플라스틱 비드에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리하는 제2공정,

이 난연 및 내화격막제가 코팅된 발포플라스틱 비드를 성형몰드에 투입하여 성형몰드 전체 부피대비 5 ~ 70 부피%가 되도록 압축하는 제3공정,

성형몰드 내에서 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 유체를 불어 넣거나, 흡입하여 건조하는 제4공정을 거쳐 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것으로 구성된,

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법.
발포플라스틱 성형체의 제조방법에 있어서,

비드형태로 제조된 발포플라스틱을 예비 발포하는 제1공정,

발포된 발포플라스틱 비드에 규산염의 난연 및 내화격막제를 코팅처리하는 제2공정,

난연 및 내화격막제가 코팅된 발포 발포플라스틱 비드를 연속된 콘베어에 투입하여 연속된 콘베어가 초기 투입되는 입구측 높이보다 5 ~ 70 %로 높이가 축소되도록 구성된 로울러에 의해 압축이 진행되는 압축구간을 통과하면서 압축시키는 제3공정,

연속형 콘베어에 유체를 압축된 발포비드 사이의 빈 공간으로 불어 넣거나, 흡입하여 건조하는 제4공정을 거쳐 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것으로 구성된,

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법.
발포플라스틱 성형체의 제조방법에 있어서,

비드형태로 제조된 발포플라스틱을 예비 발포하는 제1공정,

발포된 발포플라스틱 비드에 규산염의 난연 및 내화격막제 코팅처리하는 제2공정,

난연 및 내화격막이 코팅된 발포플라스틱 비드를 성형몰드에 투입하여 성형몰드 전체 부피대비 5 ~ 70 부피%가 되도록 압축하는 제3공정,

압축된 성형몰드 내에서 열원을 이용해 융착 성형하는 제4공정을 거쳐 본 발명의 발포플라스틱 성형체를 제조하는 것으로 구성된,

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

발포플라스틱 비드에 난연제나 내화격막제를 코팅처리 후 열에 의한 건조공정 또는 경화에 의한 경화공정이 추가되는 것이 특징인,

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법.
제4항에 있어서,

건조나 경화공정 중에 뭉침 현상을 방지하기 위한 것으로서, 유동층이나 진동, 압력, 회전식 또는 교차식 패드, 코팅공정 끝단에 분말 투입에 의한 추가 코팅 공정이 추가되거나, 난연 및 내화격막제를 코팅하는 믹서 내부에서 열원을 통해 건조 및 분쇄하는 공정이 추가되는 것이 특징인,

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법.
제5항에 있어서,

발포플라스틱 성형체의 제조공정 중에서 격막형성제 코팅공정, 격막형성제 코팅처리 후 건조나 경화공정, 뭉침 방지공정이 전체 또는 부분이 반복되는 공정이 추가되는 것이 특징인,

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

발포플라스틱 비드에 난연 및 내화격막제를 코팅처리한 후, 열에 의한 건조공정, 경화에 의한 경화공정, 뭉침방지 공정의 작업 후, 성형기나 연속된 콘베어에 투입한 후, 내부에 스팀을 일정량 불어넣음으로써 건조, 경화된 코팅막에 수분 활성화를 일으키는 공정을 포함하는 것이 특징인,

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법
제2항에 있어서,

연속식 난연성 및 내열성을 갖는 발포플라스틱 성형체의 제조공정 후, 상부와 하부면에 금속, 유기물, 무기물의 각각 또는 혼합으로 구성된 보드나 몰탈을 부착할 수 있는 제조공정을 포함하는 것이 특징인,

압축공법을 이용한 난연성 및 내화성이 우수한 발포플라스틱 성형체의 제조방법.
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