KR100865177B1 - 발포 스티로폼 입자용 난연화 도포제 조성물, 그 제조방법,및 그 제조방법에 의해 제조된 난연화 도포제 조성물을이용한 난연처리방법 - Google Patents

발포 스티로폼 입자용 난연화 도포제 조성물, 그 제조방법,및 그 제조방법에 의해 제조된 난연화 도포제 조성물을이용한 난연처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발포 스티로폼 입자용 난연화 도포제 조성물, 그 제조방법, 및 그 제조방법에 의해 제조되는 난연화 도포제 조성물을 이용한 발포 스티로폼 입자 난연처리방법에 관한 것이다.
본 발명은 분산가교된 물유리 용액, 초산마그네슘아연칼륨 수용액, 베이킹파우더, 및 인산마그네슘암모늄 수용액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물을 제공한다.
본 발명은 분산가교된 물유리 용액에 초산마그네슘아연칼륨 수용액과 본 발명자에 의해 특허 출원된 인산마그네슘암모늄 수용액(대한민국 특허출원 제 2006-28243호)을 혼합하여 초산마그네슘아연칼륨 수용액과 인산마그네슘암모늄-실리케이트 용액의 혼합물로 이루어진 난연화 도포제 조성물의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 난연화 도포제 조성물을 이용한 발포 스티로폼 입자의 난연처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물에 의해 난연 처리된 발포 스티로폼 입자를 가지고 보드나 판넬을 성형하는 경우, 난연화 도포제 조성물은 보드나 판넬의 연소확대를 방지하고, 불연성 가스를 발생하여 소화작용을 하며, 유독가스의 발생을 극소화시킨다. 그리고 보드나 판넬의 형체가 붕괴,변형되지 않도록 한다.
발포, 스티로폼, 난연제, 도포, 코팅, 물유리, 초산마그네슘아연칼륨, 인산마그네슘암모늄, Incombustible, coating, styrofoam, flameproof

Description

발포 스티로폼 입자용 난연화 도포제 조성물, 그 제조방법, 및 그 제조방법에 의해 제조된 난연화 도포제 조성물을 이용한 난연처리방법{Incombustible coating material for styrofoam, method for preparing the same, and flameproof process using the same}
도 1은 본 발명에 따른 개질된 식물성 기름의 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초산마그네슘아연칼륨 용해액과 인산마그네슘암모늄-실리케이트 용액의 혼합 조성물로 이루어진 난연화 도포제 조성물의 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물이 도포된 발포 스티로폼 입자를 성형하여 제조된 소형빔(스티로폼 보드)의 난연성 실험을 보여주는 그림이고, 도 4은 도 3의 소형빔에 철판을 부착하여 제조된 스티로폼 판넬의 난연성 실험을 보여주는 그림이다.
본 발명은 발포 스티로폼 입자용 난연화 도포제 조성물의 제조방법, 그 제조방법에 의해 제조되는 난연화 도포제 조성물, 및 상기 난연화 도포제 조성물을 이용한 발포 스티로폼 입자 난연처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산가교된 물유리 용액, 초산마그네슘아연칼륨 수용액, 베이킹파우더, 및 인산마그네슘암모늄 수용액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물, 분산가교된 물유리 용액에 초산마그네슘아연칼륨 수용액과 본 발명자에 의해 특허 출원된 인산마그네슘암모늄 수용액(대한민국 특허출원 제 10-2006-28243호)을 혼합하여 초산마그네슘아연칼륨 수용액과 인산마그네슘암모늄-실리케이트 용액의 혼합물로 이루어진 난연화 도포제 조성물의 제조방법, 및 그 제조방법에 의해 제조된 난연화 도포제 조성물을 이용한 발포 스티로폼 입자 난연처리방법에 관한 것이다.
종래의 발포 스티로폼 제품은 비 난연처리 제품이 대부분으로 가연성 수지인 폴리스틸렌에 발포제(부탄, 펜탄 등의 가연성 가스)를 혼합하여 제조하는데, 다수의 스틸렌 원료입자를 예비 발포시켜 예비 발포된 원료입자를 건조·숙성시킨 후 이 예비 발포된 원료입자를 다시 완전히 발포시켜 제조하는 방법이 사용되고 있다.
최근의 주택, 빌딩 등의 건축물에는 에너지 절약 및 효율성을 극대화하기 위하여 고단열성 및 고기밀성이 요구되고 있어 거의 모든 건축물의 벽 및 천장 등에는 많은 단열재가 사용되고 있다. 이들 단열재로는 단열 성능이나 시공성 그리고 비용 측면에서 매우 뛰어난 발포 폴리스티렌이나 발포 폴리에틸렌 또는 폴리우레탄 과 같은 유기계 단열재가 많이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 유기계 단열재는 가연성이기 때문에 여러 가지 착화원에 의해 연소가 개시되면 폭발적인 연소에 가까운 연소특성을 가지고 있어 건물의 화재 및 폭발재해를 유발시키는 원인이 되고 있다. 또한, 상기 유기계 단열재는 재료의 종류나 연소 상태에 따라 시안, 일산화탄소 등의 유독가스를 발생시키기 때문에 가스 중독의 위험성도 있다.
상기 유기계 단열재 중 발포 폴리스티렌은 발포 스티로폼이라는 상품명으로서 널리 사용되고 있는데, 현재 한국을 비롯한 세계적으로 발포스티로폼의 생산량은 연간 수백만 톤으로 용기, 제품의 보호 완충제, 건축 단열 자재용 등으로 광범위한 소비가 이루어지고 있으며 생산량도 매년 증가되고 있다. 이러한 발포스티로폴은 경량, 가공의 용이성, 고단열성, 내충격성, 내수성 등이 뛰어난 반면 높은 연소성, 연소시의 유독성 그리고 연소에 의한 형태 변형 등의 심각한 문제점이 있다.
한편, 종래의 난연처리 제품에는 무기계열 및 유기계열의 난연제가 사용되고 있다. 무기계열 난연제에는 안티몬 및 그 대체품 등이 있는데, 예를 들면 메타붕산바륨(Ba(BO2)2·H2O)이 여기에 해당되며, 안티몬 계열 난연제는 유리 피막을 형성시켜 공기를 차단하여 난연성을 높이는 작용을 한다. 유기계열 난연제에는 브롬, 염소 등의 할로겐 화합물, 인산 에스테르가 있다. 할로겐 화합물은 공기의 공급을 막고 연소계의 온도를 낮추어 난연성의 효과가 높지만, 지구 오존층 파괴 및 온난화의 가능성이 있는 것으로 알려져 있어 이에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 또한, 브롬 화합물은 처리법에 따라 브롬계 다이옥신류의 생성 위험성이 지적되고 있으며, 연소시 발암성 물질의 발생 가능성으로 적절한 처리법의 개발이 필요하기 때문에 높은 난연성을 요구하는 제품의 개발에 적용하기에는 한계가 있다.
한편, 물유리는 특히 대표적인 무기피복제로서 석유화학에서 얻어지는 유기피복제와는 달리 열안정성이 높고 공해문제가 없기 때문에, 내열, 내식 및 방수피복제로 폭넓게 활용되고 있다. 물유리는 물의 양이 적어짐에 따라 용액의 점도가 급격히 늘어나고 점착력을 갖기 때문에, 그 수용액을 피처리재의 표면에 처리하고 건조시키면 표면이 유리처럼 매끈한 피막을 얻을 수 있다.
물유리는 규산나트륨을 주성분으로 하는 소다 물유리가 일반적이지만, 칼륨 물유리, 소다칼륨 물유리 등의 물질도 모두 물유리로 분류되며, 포괄적으로 규산염이 물에 용해되어 있는 물질을 뜻한다. 이러한 규산염은 일반적으로, 규사와 탄산나트륨과의 혼합물을 1300~1500℃의 온도범위에서 가열, 용융시켜 유리를 만들고, 이를 저압오토클레이브 속에서 처리하여 제조하는 건식법과, 콜로이드질 규산 또는 규조토와 수산화나트륨을 오토클레이브 속에서 가열, 반응, 용해시킨 후 건조하여 제조하는 습식법의 두 가지 방법으로 제조되며, 이를 용해시켜 제조되는 물유리는 세제, 세정제, 침투제, 접합제, 접착제, 방화제, 토양경화제, 내화시멘트용 원료, 경수연화제 제조용 원료, 실리카겔 제조용 원료, 난(卵)의 방부제 등으로서 사용되고 있다.
이러한 규산염 물질들은 모두 기본적인 주원료는 산화규소 즉 규사 또는 규석이다. 규사와 규석은 지구상에 존재하는 대표적인 광물로 풍부하게 얻어질 수 있 으며, 상품으로 널리 공급될 수 있는 물질이기 때문에, 물유리는 저렴한 비용으로 난연성을 부여할 수 있어 그 활용가치가 매우 높다고 할 수 있다.
본 발명의 목적은 저유독성가스, 저발연성 및 내열성이 우수하고, 고열하에서도 형상(형체)을 유지시키는 발포 스티로폼 입자용 난연화 도포제 조성물, 그 제조방법, 및 그 제조방법에 의해 제조되는 난연화 도포제 조성물을 이용하여 발포 스티로폼 입자 또는 스티로폼 판넬의 표면에 용이하게 난연 코팅 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 분산가교된 물유리 용액에 초산마그네슘아연칼륨 수용액과 본 발명자에 의해 특허 출원된 인산마그네슘암모늄 수용액(대한민국 특허출원 제 10-2006-28243호)을 혼합하여, 초산마그네슘아연칼륨 수용액과 인산마그네슘암모늄-실리케이트 용액의 혼합물로 이루어진 난연화 도포제 조성물을 제조함으로써 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물은 발화를 늦춰주고, 연소의 확대를 막아 발연 및 유독가스의 발생을 억제하는 친환경적인 난연화 도포제로서 그 성능이 뛰어나며, 인체에 무해하다.
본 발명은 발포 스티로폼 입자용 난연화 도포제 조성물, 그 제조방법, 및 그 제조방법에 의해 제조되는 난연화 도포제 조성물을 이용한 발포 스티로폼 입자의 난연처리방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 상기 목적은 상기 난연화 도포제 조성물을
초산마그네슘아연칼륨 수용액 1~2 중량%, 베이킹파우더 0.5~2.0 중량%, 및 인산마그네슘암모늄 수용액 3~15 중량%를 포함하고 나머지가 분산가교된 물유리 용액으로 이루어지는 것으로 적정 조성함으로써 달성할 수 있다.
상기 분산가교된 물유리 용액은 물유리에 식물성 기름, 기계유, 그리스, 등유, 열매유(광유), 파라핀오일, 및 초산화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 첨가하고 교반시켜 제조되는 것을 특징으로 한다. 물유리 용액은 난연화 도포제 조성물을 발포 스티로폼 입자에 도포하는 경우 그 자체로 바인더 역할을 하지만, 식물성 기름 등으로 분산가교되지 않은 물유리 용액은 발포 스티로폼 입자의 성형시 열에 의해 실리케이트화되어 바인더의 기능을 상실하게 되기 때문이다.
상기 식물성 기름은 콩기름, 옥수수기름, 피마자유, 해바라기유, 면실유, 유채유, 쌀겨유, 올리브유, 또는 야자유를 포함하고, 상기 초산화합물은 초산에틸, 초산암모니아수, 또는 초산염을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 식물성 기름은 특별히 제한되지 않으나, 식물성 기름에 메탄올, 에탄올, 부탄올, 및 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 첨가하고 교반시켜 제조되는 개질 식물성 기름인 것이 바람직하다. 식물 성 기름을 개질하지 않으면 물유리와의 분산가교 과정이 원활하지 않으며, 발포 스티로폼 입자의 성형시 발포 스티로폼 입자의 내부간에 융착성이 떨어지기 때문이다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물은 인과 질소 성분에 무기계의 탄산마그네슘, 산화아연, 칼륨을 반응시켜 제조된 것이므로 상승작용으로 기존의 난연제보다 난연성이 훨씬 높다.
수산화마그네슘은 연소시 물을 발생시켜 수증기로 변화한다. 이렇게 변환된 수증기는 연소성 유독가스를 희석 감소시킨다. 또한 연소물질인 스티로폼 판넬 표면을 희석가스로 도포하여 산소의 접근을 방지하여 소화작용을 한다. 동시에 고체상표면에서 흡열작용을 통하여 냉각 및 열분해 생성물의 생성을 감소시키는 효과가 높다. 수산화마그네슘의 난연 메카니즘은 탈수반응에 의한 흡열에 의한 연소를 지연 저지한다.
본 발명에서, 초산마그네슘아연칼륨 수용액은 도포 후의 성형과정에서 미량 용해되어 난연제가 도포된 발포 스티로폼 입자끼리 융착이 잘 되게 바인더 역할을 하게 된다. 초산용액에 용해된 마그네슘, 아연, 칼륨 수용액은 난연성 조성물의 합 성 촉매 역할을 하고, 기름성분과 결합하여 발포 스티로폼 입자 표면을 미량 용해시키는 역할을 한다.
초산마그네슘아연칼륨 수용액의 함량은 1~2 중량%인 것이 바람직하다. 초산마그네슘아연칼륨 수용액의 함량이 1 중량% 미만인 경우 발포 스티로폼 입자 내부간의 융착이 원활하지 않고 2 중량%를 초과하는 경우 발포 스티로폼 입자의 표면을 과량으로 용해시켜 성형과정에서 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 베이킹파우더는 식품용합성팽창제로서 가스발생량이 70mL/g 이상으로 연소시 열을 받으면 난연제가 도포된 표면이 발포가 되어, 연소를 저지하는 역할을 한다. 베이킹파우더는 함량이 0.5~2.0 중량%인 경우에 연소를 저지시키는 효과가 충분히 발휘된다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물을 구성하는 인산마그네슘암모늄 수용액은 난연성을 강화시키고, 도포성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물은 암모늄이온과 같은 질소성분을 함유하고 있어, 폴리인산의 열적 중축합을 촉진시키고 고분자 폴리인산을 생성시켜 숯 형성에 도움을 주는데, 이는 탄소가 산화되어 유독가스인 일산화탄소 및 이산화탄소가 생성되는 것을 억제한다. 그리고 인산, 질소의 상승효과는 저독성과 고성능 난연제가 되며, 화재시 연기에 대한 안정성이 크다. 또한 탈수작용에 의한 탄소피막의 형성때문에 산소를 막아 연소를 방지하는 효과도 크다.
인산마그네슘암모늄 수용액의 함량은 3~15 중량%인 것이 바람직하다. 인산마그네슘암모늄 수용액의 함량이 3 중량% 미만인 경우 난연성이 떨어지고, 15 중량% 를 초과하는 경우에는 나머지 조성물의 효과가 거의 발현되지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물의 제조방법은 도 2와 같이
a) 물유리에 식물성 기름, 기계유, 그리스, 등유, 열매유(광유), 파라핀오일, 및 초산화합물로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택하여 첨가하고 교반시켜 분산가교된 물유리 용액을 제조하는 단계;
b) 초산 수용액에 상기 초산 중량 대비 1~4 중량%의 수산화마그네슘, 4~8 중량%의 산화아연(ZnO), 및 150~200 중량%의 수산화칼륨을 첨가하고 교반시켜 초산마그네슘아연칼륨 수용액을 제조하는 단계;
c) 상기 a) 단계의 상기 분산가교된 물유리 용액에 상기 b) 단계의 초산마그네슘아연칼륨 수용액을 상기 a) 단계의 분산가교된 물유리 용액 중량 대비 1~2.5 중량%의 양으로 첨가하고 교반시켜 분산가교된 물유리 용액과 초산마그네슘아연칼륨 수용액의 혼합물을 제조하는 단계; 및
d) 상기 c) 단계 후의 혼합물에 상기 a) 단계의 분산가교된 물유리 용액 중량 대비 0.5~2.5 중량%의 베이킹파우더, 5~19 중량%의 인산마그네슘암모늄 수용액을 첨가하고 교반시켜 초산마그네슘아연칼륨 수용액과 인산마그네슘암모늄-실리케이트 용액의 혼합물을 제조하는 단계;를 포함한다.
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본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물의 제조방법에서, 상기 a) 단계의 물유리는 규산나트륨, 규산칼륨, 규산소다칼륨과 같은 한 종류 이상의 규산염물질로 이 루어지며, 바람직하게는 규산나트륨으로 이루어지고 비중이 1.39~1.69인 지관용 물유리 1호 내지 3호로부터 선택된다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물의 제조방법에서, 상기 a) 단계의 분산가교된 물유리 용액 제조단계에서 교반은 170~300 rpm 속도로 25~30분간 교반시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물의 제조방법에서, 상기 b) 단계의 초산 수용액의 초산 농도는 55~75 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물의 제조방법에서, 상기 b) 단계의 초산마그네슘아연칼륨 수용액은 pH가 10~12 인 것을 특징으로 한다. 물유리를 산으로 중화시키면 침전이 생성되기 때문에 pH는 염기성 조건이 바람직하다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물의 제조방법에서, 상기 a) 단계의 식물성 기름은 도 1과 같이 식물성 기름에 메탄올, 에탄올, 부탄올, 및 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 식물성 기름 중량 대비 40~60 중량%의 양으로 첨가하고 교반시켜 제조되는 개질 식물성 기름인 것이 바람직하다.
상기 개질 식물성 기름을 제조하는 단계에서 교반은 70~200 rpm 속도로 10~30분간 교반시키는 것을 특징으로 한다.
상기 개질 식물성 기름은 상기 a) 단계의 물유리 중량 대비 0.5~1.0 중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 개질 식물성의 첨가량이 상기 a) 단계의 물유리 중량 대비 0.5 중량% 미만인 경우 도포 후의 성형과정에서 발포 스티로폼 입자끼리의 내부융착이 잘되지 않고, 1.0 중량%를 초과하는 경우에도 발포 스티로폼 입자끼 리의 내부융착이 잘되지 않고 발포 스티로폼 입자의 외부표면이 변형 및 수축되는 현상이 일어나기 때문이다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물의 제조방법에서, 상기 d)단계의 인산마그네슘암모늄 수용액은 본 출원인에 의해 특허출원된 발명으로서 대한민국 특허 출원 제 10-2006-0028243호에 개시되어 있다.
상기 인산마그네슘암모늄 수용액의 제조방법은 a') 인산 및 수산화암모늄을 수용액상에서 1 : 0.2~0.7 몰비로 혼합하는 단계; 및 b') 인산에 대하여 0.1~0.5 몰비의 수산화마그네슘을 첨가하여 교반하여 인산마그네슘암모늄을 함유한 고형분 5 내지 30 중량%의 수용액을 제조하는 단계를 포함한다. 또한 상기 인산마그네슘암모늄 수용액의 제조방법은 상기 b') 단계 후 비이온성 계면활성제, 멜라민 수지, 또는 아크릴산 에스테르계 수지 및 이들의 혼합물을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 난연화 도포제 조성물을 발포 스티로폼 입자 또는 스티로폼 판넬에 도포하는 단계 및 상기 도포된 난연화 도포제 조성물을 건조하는 단계;를 포함하는 난연 처리 방법을 제공한다.
상기 발포된 스티로폼 입자 대한 도포방법은 스프레이를 사용하여 분무 및 교반을 시키면서 도포작업을 진행한다. 상기 발포 스티로폼 입자의 사용량은 특별 히 제한되지 않으나, 난연화 도포제 조성물 중량 대비 40~60 중량%인 것이 바람직하다. 난연 조성물이 도포된 발포 스티로폼 입자는 건조실로 이송되어 건조실에서 40~60℃ 온도하에서 20~30분간 건조된다. 건조된 입자는 성형기에 투입되어, 1차 및 2차 스팀 주입 시간과 진공타임(time) 등의 적정조건에서 빔(블록)으로 성형된다. 이 빔(블록)은 규격별로 절단기에 의해 절단되고 상,하면에 철판이 부착되어, 샌드위치 스티로폼 판넬이 된다.
또한, 본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물은 발포 스티로폼 입자 뿐만 아니라 발포 스티로폼 입자를 성형시켜 제조된 스티로폼 판넬에 직접 도포되어 사용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 예시에 불과한 것으로서, 본 발명의 특허청구범위가 이에 따라 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 : 개질된 옥수수기름의 제조
옥수수 기름 12.1g에 메탄올 5.2g을 첨가하고 150rpm로 20분간 교반시켜 개질된 옥수수 기름 17.3g을 제조하였다.
실시예 2 : 초산마그네슘아연칼륨 용해액의 제조
66 중량% 농도의 초산 1.0L(692.5g)용액에 수산화마그네슘 11.5g, 및 산화아 연(ZnO) 26.40g을 첨가하여 상온에서 3시간 동안 교반 용해한 후, 수산화칼륨 820g으로 pH를 11로 조정하여 초산마그네슘아연칼륨 용해액을 제조하였다.
실시예 3 : 난연화 도포제 조성물의 제조
실시예 3-1 : 개질된 옥수수 기름으로 제조된 난연화 도포제 조성물
물유리 1.7L(2,363g)에 실시예 1에서 제조한 개질된 옥수수기름 23cc(17.3g)을 첨가하여 교반기(300rpm)로 30분간 물유리와 기름이 분산가교가 잘 되도록 교반을 시키고, 상기용액에 실시예 2에서 제조한 초산마그네슘아연칼륨 용해액 34cc(29.9g)을 첨가하여 혼합교반을 10분간 진행하였다.
이후, 인산마그네슘암모늄 수용액 255cc(327.6g)을 첨가하고, 마지막으로 베이킹파우더 30cc(22.9g)을 주입하고 혼합교반을 10분간 실시하여, 난연화 도포제 조성물을 제조하였다.
실시예 3-2 : 개질되지 않은 옥수수 기름으로 제조된 난연화 도포제 조성물
실시예 3-1에서 개질된 옥수수 기름 대신 개질되지 않은 옥수수기름을 첨가하였고, 나머지 조건은 실시예 3-1과 동일하게 하여 난연화 도포제 조성물을 제조하였다.
비교예 1 : 옥수수 기름 또는 인산마그네슘암모늄 수용액의 영향
비교예 1-1 : 옥수수 기름이 첨가되지 않은 난연화 도포제 조성물
실시예 3-1에서 개질된 옥수수기름을 첨가하지 않았고, 나머지 조건은 실시 예 3-1과 동일하게 하여 난연화 도포제 조성물을 제조하였다.
비교예 1-2 : 인산마그네슘암모늄 수용액이 첨가되지 않은 난연화 도포제 조성물
실시예 3-1에서 인산마그네슘암모늄 수용액을 첨가하지 않았고, 나머지 조건은 실시예 3-1과 동일하게 하여 난연화 도포제 조성물을 제조하였다.
실험예 1 : 발포 스티로폼 입자의 난연 처리 및 성형
발포된 스티로폼 입자 100L(1300g)에, 상기 실시예 3-1, 3-2, 및 상기 비교예 1-1, 1-2에서 제조된 도포제(2,042cc, 2,759.8g)를 발포된 스티로폼 입자를 교반시키면서 분무도포하였다. 이후, 열풍 건조장치에서 40℃의 온도로 20~30분간 건조시켰다.
건조된 입자 100L를 성형기에 주입하여, 표 1의 조건에서 성형하였고, 소형빔(블록)을 제조하였다.
조건 구분 소요시간 비고
1차스팀 16.2sec 발포된 스티로폼 입자 100L
2차스팀 6.5sec
진공time 163sec
진공충진 50.0sec
에어충진 7.0sec
온도 110℃
총소요시간 296sec
실험예 2 : 성형된 소형빔(블록)의 절단성, 융착성, 외부 수축성, 및 난연성 실험
실험예 1에서 제조된 소형빔(블록)의 절단성, 융착성, 외부 수축성, 및 난연성 실험을 수행하였고, 실험결과를 표 2에 나타내었다.
절단성 실험은 스티로폼 절단기를 이용하여, 열선을 진동(바이브레이팅)시키면서 절단 여부를 확인하여 수행하였고, 융착성 실험은 발포 스티로폼 입자의 융착 여부를 육안 및 손으로 확인하여 수행하였다. 외부 수축성 실험은 실제로 수축 여부를 측정하여 수행하였고, 난연성 실험은 1,100℃의 표면온도를 가진 토치램프를 이용하여, 불씨제거 후 소화시간을 측정하여 수행하였다.
실험 내용 실시예 3-1 실시예 3-2 비교예 1-1 비교예 1-2
절단성 양호하게 절단 양호하게 절단 양호하게 절단 양호하게 절단
융착성 입자의 외부에서 내부까지 융착이 잘되고, 입자의 분리가 일어나지 않음 입자의 외부간 융착은 잘되나, 내부간 융착이 불량 입자간 융착이 되지 않음 입자의 외부에서 내부까지 융착이 잘되고, 입자의 분리가 일어나지 않음
외부 수축성 수축, 변형이 없음 수축, 변형이 없음 수축, 변형이 없음 수축, 변형이 없음
난연성 소형빔의 형태변화 없음, 불씨 제거 즉시 소화됨 소형빔의 형태변화 없음, 불씨 제거 즉시 소화됨 소형빔의 형태변화 없음, 불씨 제거 즉시 소화됨 불씨 제거 후 소화시간이 10초 이상 지속
표 2에서 보여지는 바와 같이 실시예 3-1의 경우, 성형된 소형빔(블록)은 절단성, 융착성, 외부수축성, 및 난연성이 모두 양호하였다. 실시예 3-2의 경우, 개질되지 않은 옥수수 기름을 사용시 입자 내부간의 융착성이 부족하였다. 비교예 1-1의 경우, 옥수수 기름이 첨가되지 않은 물유리는 성형조건에서 바인더로서의 기능을 상실하였고, 입자간 융착이 일어나지 않았다. 비교예 1-2의 경우, 인산마그네슘암모늄 수용액을 미첨가시 소화시간이 10초 이상으로 난연성이 떨어지는 결과를 보였다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물은 인, 질소, 실리케이트, 수산화금속화합물등의 난연성 부여 효과가 큰 물질들의 조합으로 이루어져 있어서, 발화를 늦춰주고, 연소의 확대를 막아 발연 및 유독가스의 발생을 억제하는 친환경적인 난연화 도포제로서 그 성능이 뛰어나며, 인체에 무해하다.
본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물에 의해 난연 처리된 발포 스티로폼 입자를 가지고 보드나 판넬을 성형하는 경우, 난연화 도포제 조성물은 보드나 판넬의 연소확대를 방지하고, 불연성 가스를 발생하여 소화작용을 하며, 유독가스의 발생을 극소화시킨다. 그리고 보드나 판넬의 형체가 붕괴,변형되지 않도록 한다.
또한, 국내 난연제 업계의 대외 의존도가 심각하여 90%가량을 해외로부터 수입하고 있는 실정을 감안하여 볼때, 본 발명에 따른 난연화 도포제 조성물은 수입대체효과가 클 것으로 기대된다.

Claims (15)

  1. 초산마그네슘아연칼륨 수용액 1~2 중량%, 베이킹파우더 0.5~2.0 중량%, 및 인산마그네슘암모늄 수용액 3~15 중량%를 포함하고 나머지가 분산가교된 물유리 용액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분산가교된 물유리 용액은 물유리에 식물성 기름, 기계유, 그리스, 등유, 열매유(광유), 파라핀오일, 및 초산화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 첨가하고 교반시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 식물성 기름은 콩기름, 옥수수기름, 피마자유, 해바라기유, 면실유, 유채유, 쌀겨유, 올리브유, 또는 야자유인 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 초산화합물은 초산에틸, 초산암모니아수, 또는 초산염인 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식물성 기름은 식물성 기름에 메탄올, 에탄올, 부탄올, 및 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 첨가하고 교반시켜 제조되는 개질 식물성 기름인 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물.
  6. a) 물유리에 식물성 기름, 기계유, 그리스, 등유, 열매유(광유), 파라핀오일, 및 초산화합물로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택하여 첨가하고 교반시켜 분산가교된 물유리 용액을 제조하는 단계;
    b) 초산 수용액에 상기 초산 중량 대비 1~4 중량%의 수산화마그네슘, 4~8 중량%의 산화아연(ZnO), 및 150~200 중량%의 수산화칼륨을 첨가하고 교반시켜 초산마그네슘아연칼륨 수용액을 제조하는 단계;
    c) 상기 a) 단계의 상기 분산가교된 물유리 용액에 상기 b) 단계의 초산마그네슘아연칼륨 수용액을 상기 a) 단계의 분산가교된 물유리 용액 중량 대비 1~2.5 중량%의 양으로 첨가하고 교반시켜 분산가교된 물유리 용액과 초산마그네슘아연칼륨 수용액의 혼합물을 제조하는 단계; 및
    d) 상기 c) 단계 후의 혼합물에 상기 a) 단계의 분산가교된 물유리 용액 중량 대비 0.5~2.5 중량%의 베이킹파우더, 5~19 중량%의 인산마그네슘암모늄 수용액을 첨가하고 교반시켜 초산마그네슘아연칼륨 수용액과 인산마그네슘암모늄-실리케이트 용액의 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 a) 단계의 식물성 기름은 식물성 기름에 메탄올, 에탄올, 부탄올, 및 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 식물성 기름 중량 대비 40~60 중량%의 양으로 첨가하고 교반시켜 제조되는 개질 식물성 기름인 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 개질 식물성 기름은 상기 a) 단계의 물유리 중량 대비 0.5~1.0 중량%의 양으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 개질 식물성 기름 제조단계의 교반 속도는 70~200 rpm 인 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 a) 단계의 분산가교된 물유리 용액 제조단계의 교반 속도는 170~300 rpm 인 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 b) 단계의 초산 수용액의 초산 농도가 55~75 중량%인 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물의 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 b) 단계의 초산마그네슘아연칼륨 수용액은 pH가 10~12 인 것을 특징으로 하는 난연화 도포제 조성물의 제조방법.
  13. 제 6항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 의해 제조되는 난연화 도포제 조성물을 발포 스티로폼 입자 또는 스티로폼 판넬에 도포하는 단계 및 상기 도포된 난연화 도포제 조성물을 건조하는 단계;를 포함하는 난연 처리 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 발포 스티로폼 입자의 사용량은 난연화 도포제 조성물 중량 대비 40~60 중량%인 것을 특징으로 난연 처리 방법.
  15. 제 13항의 방법에 의해 난연 처리된 발포 스티로폼 입자를 성형시키는 단계를 거쳐 제조되는 난연성 스티로폼 판넬.
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