KR101259201B1 - 기능성 보드 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기능성 보드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 폴리우레탄 발포층 내에 충전제가 포함되며, 폴리우레탄이 발포되면서 충전제와 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 기능성 보드 및 이의 제조방법을 제공한다.
기능성 보드, 폴리우레탄, 충전제

Description

기능성 보드 및 이의 제조방법{Functional board and process for preparing the same}
본 발명은 기능성 보드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 가격 경쟁력을 가지면서 다양한 기능을 제공하는 기능성 보드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 폴리우레탄 발포보드의 제조공정도로서, 몰드(10)에 폴리우레탄 원료(20)를 투입한 후, 몰드 덮개(11)를 덮고 발포 및 팽창시킨 다음, 경화 단계를 거쳐 탈형함으로써 폴리우레탄 발포보드(30)를 얻는다.
이러한 폴리우레탄 발포보드(30)의 경우, 폴리우레탄이 비교적 고가이므로 제조비용이 상승하게 되며, 용도 또한 단열보드로만 한정된다.
일본 특허공개 제1997-78799호에는 표면재와 이면재로 심재를 샌드위치한 복합 보드에 있어서, 심재의 필러로서 합성수지 발포체로 구성된 여러 칩을 이용하고, 그 필러의 바인더로서 이소시아네이트계 화합물과 저급 폴리올레핀류를 열융해함과 동시에 혼합하고 냉각하여 형성한 접착 캡슐을 이용하여 일체로 형성한 복합 재활용 보드가 개시되어 있다. 이 일본특허는 합성수지 발포체를 재활용하기 위한 것으로 심재의 필러로서 합성수지 발포체를 사용하나, 본 발명에서는 충전제로서 합성수지 발포체를 사용하지 않고 보드에 기능성을 부여하기 위해 기능성 충전제를 사용한다. 또한, 상기 일본특허에서는 바인더로서 이소시아네이트계 화합물과 저급 폴리올레핀류를 사용하나, 본 발명에서는 바인더로서 폴리올과 이소시아네이트를 주재로 하는 발포성 폴리우레탄 원료를 사용한다.
대한민국 특허등록 제649397호에는 폴리올, 이소시아네이트와 함께 절단 또는 파쇄된 폐우레탄 칩을 제조되는 우레탄 보드의 총 중량 대비 10-95 중량%로 혼합하고 반응시켜 발포 우레탄 보드를 제조한 후, 일면에는 메쉬형 종이를 접착시키고, 다른 면에는 접착제를 이용하여 석고보드, 철판, 황토판넬로부터 선택되는 어느 하나 이상을 접착시켜 제조된 발포 우레탄 보드의 일면 또는 양면에 메쉬형 종이, 석고보드, 철판 또는 황토판넬로부터 선택되는 2개 이상의 층을 더 접착시킨 것을 특징으로 하는 폐우레탄 함량을 증가시킨 건축자재용 발포 우레탄 보드가 개시되어 있다. 이 특허도 폐우레탄을 재활용하기 위한 것으로 발포 우레탄 보드에 폐우레탄 칩을 사용하나, 본 발명에서는 폐우레탄을 사용하지 않고 보드에 기능성을 부여하기 위해 기능성 충전제를 사용한다.
대한민국 특허등록 제367515호에는 내부석고보드, 스틸스터드, 방수합판, 압축 스티로폴, 글래스메시, 시멘트판 층의 순서로 압축 결합 구성된 기초 패널 위에 상온경화형 수지를 바인더로 도포하고 규소 칼라칩을 살포하고 그 위에 다시 바인더를 살포 바인더가 경화하기 전에 바인더 상에 살포 고정되는 필러가 글라스비드로 구성된 것을 특징으로 하는 건축용 내외장 마감재 패널이 개시되어 있다. 이 특허에서 바인더로서 도료를 사용하고, 바인더는 발포체를 형성하지 않으며, 필러는 바인더 내부에 포함되는 것이 아니라 표면에 노출되고, 바인더가 단순히 필러를 부착 지지하고 있다.
일본 특허등록 제4038048호에는 적어도 표층, 중심층의 순서로 적층된 구조의 내수성 보드이고, 표층으로서 목분 칩과 열경화성 수지분을 접착제로 결합한 것이고, 중심층으로서 목편 칩과 열경화성 수지분을 접착제로 결합한 것이고, 목편 칩의 비중은 0.1-0.2 g/cc이고, 열경화성 수지분의 비중은 0.03-0.09 g/cc인 것을 특징으로 하는 내수성 보드가 개시되어 있다. 이 특허는 폐수지를 재활용하기 위한 것으로, 열경화성 수지가 발포되어 목분 칩을 결합시키는 것이 아니라 수지 분쇄물과 목분 칩을 별도의 접착제로 결합한다.
따라서, 본 발명의 목적은 제조비용이 절감되고 다양한 기능성을 갖는 기능성 보드를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 몰드에 충전제를 투입하는 단계; 발포성 폴리우레탄 원료를 투입하는 단계; 몰드 덮개를 덮고 폴리우레탄 원료를 발포 및 팽창시키는 단계; 및 발포된 폴리우레탄을 경화시키는 단계를 포함하는 기능성 보드의 제조방법을 제공한다.
기능성 보드를 폴리우레탄으로만 구성할 경우 폴리우레탄이 비교적 고가이므로 제조비용이 상승하게 된다. 폴리우레탄에 상대적으로 저렴한 충전제(Filler)를 다량 첨가할 경우, 한편으로는 제조비용이 줄어들어 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 다른 한편으로는 충전제의 기능에 따라 다양한 기능을 부여할 수 있는 일석이조의 효과가 있다.
본 발명에서 발포보드 제조시 기능성을 부여함과 동시에 원재료 투입량을 줄이기 위해 충전제를 투입하지만, 원료 혼합시 충전제를 동시에 혼합시킬 경우 충전제 투입량의 한계(중량 기준 5% 미만)가 있으며, 본 발명에서는 충전제를 투입한 후 미세 진동을 통해 몰드 내에서 고르게 분포시키는 방법, 구체적으로 일정한 양의 충전제를 먼저 몰드에 투입한 후 미세 진동을 통해 몰드 내에서 고르게 분포시킨 후 폴리우레탄 원료를 투입하는 방법을 사용함으로써 충전제의 투입량을 중량 기준 70%까지 확대할 수 있다.
또한, 노즐을 이용하여 폴리우레탄 원료와 충전제가 미리 혼합된 원료를 투입할 경우 충전제 입자의 크기(직경 1 ㎜ 미만)에 한계가 있으나, 본 발명에서는 충전제가 노즐을 통하여 투입되지 않고 폴리우레탄 원료 투입 전 미리 몰드에 투입시키는 방법, 즉 충전제를 모두 투입한 후에 발포성 폴리우레탄 원료를 투입하는 방법을 사용함으로써 입자크기가 5 내지 10 ㎜의 큰 충전제도 투입할 수 있다.
본 발명에서 충전제로는 돌, 펄라이트, 탄석, 질석, 모래, 맥반석, 목분, 폐유리, 플라스틱, 황토가루, 탄석가루, 숯가루 등을 사용할 수 있으며, 1종 이상을 혼합할 수도 있다.
펄라이트, 질석은 열전도를 감소시켜 단열효과를 부여하면서 경량성을 부여하고 다공질의 특성으로 인해 조습기능도 제공할 수 있다. 탄석과 탄석가루, 폐유리는 열전도를 향상시켜 신속한 열전달 기능을 부여하면서 치수안정성, 강성 등의 기계적 물성을 부여하고 비교적 비중이 높기 때문에 진동저감 효과 및 소음차단 효과가 있어 기능성패널을 두드렸을 때 통통거리는 소리나 시끄러운 소음을 차단시키는 방음기능도 제공할 수 있다. 맥반석, 황토가루, 숯가루는 원적외선 방출 기능을 부여한다. 자원재활용 및 원료비 저감 차원에서 파쇄된 플라스틱, 목분도 충전제로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 폴리우레탄 발포층 내에 충전제가 포함되며, 폴리우레탄이 발포되면서 충전제와 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 기능성 보드를 제공한다.
특히, 충전제로서 펄라이트, 질석을 사용할 경우 발포단열보드로서 매우 유 용하다.
본 발명에서 충전제는 기능성 보드 전체 중량에 대하여 10 내지 70 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 이 범위 내에서는 충전제 사이로 폴리우레탄이 발포되어 팽창하는데 방해가 되지 않는다.
본 발명은 적용 제품의 용도에 맞는 기능성 보드를 가격 경쟁력을 가지도록 제조하는 것을 특징으로 하며, 예를 들어 마루바닥재에 적용할 경우 열전도도 향상, 방음기능 부여, 원적외선 방출 등의 기능을 부여할 수 있으며, 벽장재의 단열효과 부여, 경량성 등의 기능을 부여할 수 있다.
본 발명에 따르면, 적용 제품의 용도에 맞는 기능성 보드를 가격 경쟁력을 가지도록 제조할 수 있고, 용도(단열, 전도도, 원적외선, 방음, 경량성 등)에 맞도록 충전제의 종류 및 상태(칩, 입자, 분말상태 등)를 선택 가능하며, 충전제의 투입량 확대가 가능하여 가격 절감효과가 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 기능성 보드의 제조공정도로서, 충전제 투입, 원료 투입, 발포/팽창, 경화, 탈형 공정으로 구성된다.
먼저, 몰드(10)에 충전제(40)를 투입한다.
몰드(10)의 크기는 기능성 보드(50)의 두께, 길이, 폭에 따라 설계한다. 충전제(40)는 몰드(10)의 전면에 걸쳐 몰드(10)의 두께만큼 투입하고 미세 진동을 통 하여 몰드(10) 내에 고르게 분포되도록 한다. 진동은 예를 들어 통상의 진동장치를 사용하여 발생시킬 수 있다.
충전제(40)로는 입자 형태, 칩(조각) 형태, 분말 형태의 충전제를 사용할 수 있다. 입자 형태로는 돌, 펄라이트, 탄석, 질석, 모래, 맥반석, 목분 등을 사용할 수 있고, 칩(조각) 형태로는 폐유리, 플라스틱 등을 사용할 수 있으며, 분말 형태로는 황토가루, 탄석가루, 숯가루 등을 사용할 수 있다.
다음, 발포성 폴리우레탄 원료(20)를 투입한다.
발포성 폴리우레탄 원료는 폴리올과 이소시아네이트를 주재로 하여, 발포제, 촉매제, 정포제, 가교제, 기능성 첨가제(난연제, 항균제, 대전방지제, 소취제, 안료 등) 등으로 구성될 수 있다.
폴리올로는 폴리에테르계로서 폴리프로필렌글리콜(PPG)계, 폴리에틸렌글리콜(PEG)계, 트리메틸올프로판(TMP)계, 글리세린계, 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)계 등을 사용할 수 있고, 폴리에스터계로서 프로필렌글리콜(PG)계, 에틸렌글리콜(EG)계, 디에틸렌글리콜(DEG)계 등을 사용할 수 있다.
이소시아네이트로는 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI), 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI) 등을 사용할 수 있다.
발포제로는 이산화탄소(물과 이소시아네이트와의 반응으로 생성), 프레온, 메틸렌클로라이드, 펜탄 등을 사용할 수 있다.
촉매로는 3급 아민계 촉매, 유기금속계 촉매(주석화합물, 납화합물 등)가 일 반적으로 많이 사용된다.
정포제는 첨가제의 일종으로서 계면활성 효과작용으로 폼 내의 셀 구조에 영향을 미치며, 원료의 혼합성, 안정성, 기포 발생, 기포의 안정성 등을 조절하는 기능을 하며, 폴리알킬 실록산과 같은 계면활성제를 사용할 수 있다.
가교제로는 3가 이상의 알콜 또는 아민류가 주로 사용된다.
폴리우레탄 원료(20)는 비싸므로 원가절감 차원에서 값싼 충전제(40)를 다량으로 첨가하고, 폴리우레탄 원료(20)는 충전제(40)에 대한 바인더로서 충전제(40)끼리 서로 결합할 수 있을 정도로 소량만 첨가한다.
다음, 몰드 덮개(11)를 덮고 폴리우레탄 원료(20)를 발포 및 팽창시킨다.
발포성 폴리우레탄 원료를 투입하면 원료가 반응하여 자연적으로 발포가 이루어지면서 팽창하게 된다. 폴리우레탄이 발포하면서 몰드(10)와 몰드 덮개(11)에 막히게 되며, 따라서 기능성 보드(50)는 몰드 형상대로 성형된다.
다음, 발포된 폴리우레탄을 경화시켜 기능성 보드(50)를 형성한다.
마지막으로, 몰드 덮개(11)를 제거한 후 몰드(10)로부터 탈형하여 기능성 보드(50)를 얻을 수 있다.
도 2에서 확인할 수 있듯이, 기능성 보드(50)는 폴리우레탄 발포층(51) 내에 충전제(40)가 골고루 분포되면서 결합된 구조를 갖는다.
충전제(40)가 기능성 보드(50)에서 차지하는 비율은 충전제(40) 사이로 폴리우레탄(20)이 발포되어 팽창하는데 방해가 되지 않는 10 내지 70 중량%인 것이 바람직하다.
폴리우레탄 발포층(51)은 충전제(40)에 대한 바인더의 역할을 하면서 단열재의 기능도 발휘한다.
폴리우레탄 원료는 액상 조성물로서 접착성이 있어서, 폴리우레탄 발포층(51)이 형성되면서 충전제(40)를 결합시킴으로써 별도의 접착제없이 폴리우레탄 발포층(51)과 충전제(40)가 일체화된다.
도 1은 종래의 폴리우레탄 발포보드의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기능성 보드의 제조공정도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10: 몰드
11: 몰드 덮개
20: 폴리우레탄 원료
30: 폴리우레탄 발포보드
40: 충전제
50: 기능성 보드
51: 폴리우레탄 발포층

Claims (7)

  1. 몰드에 충전제를 투입하는 단계;
    발포성 폴리우레탄 원료를 투입하는 단계;
    몰드 덮개를 덮고 폴리우레탄 원료를 발포 및 팽창시키는 단계; 및
    발포된 폴리우레탄을 경화시키는 단계를 포함하고,
    상기 충전제가 돌, 펄라이트, 탄석, 질석, 모래, 맥반석, 목분, 폐유리, 황토가루, 탄석가루, 숯가루 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 보드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 충전제를 투입한 후 미세 진동을 통해 몰드 내에서 고르게 분포시키는 것을 특징으로 하는 기능성 보드의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 충전제를 모두 투입한 후에 발포성 폴리우레탄 원료를 투입하는 것을 특징으로 하는 기능성 보드의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 폴리우레탄 발포층 내에 충전제가 포함되며, 폴리우레탄이 발포되면서 충전제와 일체로 결합되고, 상기 충전제가 돌, 펄라이트, 탄석, 질석, 모래, 맥반석, 목분, 폐유리, 황토가루, 탄석가루, 숯가루 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 보드.
  6. 제5항에 있어서, 충전제가 기능성 보드 전체 중량에 대하여 10 내지 70 중량% 포함된 것을 특징으로 하는 기능성 보드.
  7. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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