KR101321901B1 - 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물 - Google Patents

발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화재 발생시 샌드위치 패널 내부의 단열재(발포 폴리스티렌(EPS;expanded polystyrene)을 말함)가 연소되는 것을 최소화할 수 있도록 한 발포 폴리스티렌 폼(foam) 단열재의 난연성 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 발포 성형되는 폴리스티렌 알갱이의 표면에 난연성 유·무기 복합 액상 코팅액을 분사 코팅처리하고 건조과정을 반복한 후 발포 폴리스티렌 폼 단열재를 압축성형함에 따라, 화재 발생시 샌드위치 패널에 충진된 단열재의 난연성능(불연, 준불연, 난연성)을 향상시킬 수 있도록 한 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물{NON-FLAMMABLE COMPOSITE OF INSULATING MATERIALS BY EXPANDED POLYSTYRENE FOAM}
본 발명은 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물, 상기 조성물로 처리한 발포 폴리스티렌폼 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발포 폴리스티렌(EPS;expanded polystyrene) 입자로 제조된 패널 제품은 주택, 빌딩, 공장 등의 건축물의 벽 및 천장 등에 단열재로 사용되고 있다.
발포 폴리스티렌(EPS;expanded polystyrene) 샌드위치 패널의 제조공정은, 폴리스티렌 입자(polystyrene beads)를 소정의 발포 비율로 발포한 후, 사일로(silo)에서 건조 숙성시킨 후 성형기에서 연화할 때까지 가열 후 냉각시켜서 성형체를 성형하고, 소정의 양생과정을 거쳐 열선을 이용하여 규격대로 절단하여 제작되는 비난연 EPS 패널을 강판(아연도강판, 갈바늄강판, 알루미늄강판, 칼라강판 등)사이에 접착제를 이용하여 접착후 규격대로 커팅하여 샌드위치 패널을 제작하게 된다.
이러한 EPS 샌드위치 패널은 높은 단열 효과와 경제성, 방음성, 경량성, 기계강도, 인체 무해성 등의 이유로 공장, 축사 등의 단열재로 폭넓게 사용된다. 반면에 화재 발생시 인화성 및 유독가스 배출 등으로 인해 인체에 치명적인 문제점이 노출되므로 EPS 샌드위치 패널의 난연화는 매우 시급한 문제로 대두되고 있다.
개정된 건축법시행령 제61조 규정에 의하면, 일정규모 이상의 다중이용시설물, 공동주택, 생활권수련시설물, 자연수련시설물 등의 벽, 천장, 복도, 계단 등의 마감재료를 불연, 준불연, 또는 난연재료를 사용하도록 개정함에 따라, 이전에는 내부 마감재료에 한하여 실시되는 불연성능시험(KS F 2271)을 내부 마감재료인 폴리우레탄, 스티로폼 샌드위치 패널 등에 대하여도 적용하도록 규정하고 있다. 이로 인해 다중이용시설물 등의 내장재료로 사용되는 EPS, 폴리우레탄 등은 연소시 유해가스가 발생되고, 또한 글라스울의 경우 준 발암물질이 배출되므로 이를 특별한 조치 없이 샌드위치 패널의 내부 마감재료로 사용할 수 없게 되었다.
여기서, 상기 준불연성은 800℃의 로 속에서 단열재의 연소시험을 할 경우 형체를 유지할 수 있는 것을 의미하고, 난연성은 800℃의 로 속에서 단열재가 연소되지 않고 10분 이상을 유지할 수 있는 것을 의미한다.
종래 기술에 의한 난연성 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 제조방법은, 발포 폴리스티렌 알갱이를 이용하여 폴리스티렌 블록체를 성형하는 제1단계와, 열선에 의해 발포 폴리스티렌 블록체를 일정크기로 절단하는 제2단계와, 일정크기로 가공(절단)된 발포 폴리스티렌 블록의 모든 표면에 일정 간격 및 깊이로 핀홀을 형성하는 제3단계와, 블록을 액상의 난연조성물 내에 함침시키거나, 또는 스프레이 분사기에 의해 블록에 액상 난연조성물을 분사시켜 코팅처리하는 제4단계와, 난연조성물이 코팅처리된 블록을 건조시키는 제5단계를 포함한다.
이러한 샌드위치 패널의 일 예로는 대한민국 공개특허 제2008-0040810호가 개시되어 있으나, 이러한 종래 기술의 난연성 샌드위치 패널의 제조방법에서는, 소정크기로 절단된 블록을 난연재에 함침시키거나 또는 스프레이 분사시키는 경우, 난연재가 블록의 모든 표면에 균일하게 코팅처리 되지 않아 화재 발생 시 난연 성능을 충분하게 발휘하지 못한다. 이로 인해 화재 발생시 블록의 연소로 인한 귀중한 인명을 보호할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 대한민국 등록특허 제0991189호에는 난연화 도포제에 대하여 기재되어 있으나, 이는 물유리를 주재료로한 것을 특징으로 하고 있으나, 물유리는 스티로폼 발포시 스티로 폼 발포를 위해 진행하는 고압의 스팀압에 의해 물유리가 스티로 폼 알갱이에 코팅되지 못하고 씻겨짐으로써 난연 성능을 발휘하기 어려운 문제가 있다.
따라서 본 발명은 기존의 샌드위치 패널을 제작하는 설비를 변경하지 않고, 발포 폴리스티렌 블록의 최종 단계 제조공정 또는 샌드위치 패널의 제조공정에서 말토오스 및 알칼리 탄산염과 소수성 나노 실리케이트와 같은 유·무기 복합 코팅액을 포함하는 난연성 조성물을 스프레이 분사 또는 함침 등에 의해 피복코팅 처리하므로, 고온의 화염에 노출 시 스티로폼의 표면에서 화염을 차단하는 기능 및 화재 발생시 배출되는 유독가스 발생을 최소화하고, 시공성이 뛰어나고, 설비투자 비용을 절감할 수 있는, 난연성 조성물을 완성하였다.
KR 2008-0040810 A KR 0991189 B
본 발명의 목적은 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 난연성 조성물을 도포하여 발포 폴리스티렌 폼에 난연성을 부가하기 위하여, 말토오스, 소수성 나노 실리케이트 용액, 알칼리 금속 탄산염 화합물, 스타이렌-부틸렌 고무 유화물, 알킬 벤젠 설포네이트계 계면활성제 및 지오폴리머를 포함하는 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물을 제공하는 것으로, 당류 중 하나인 말토오스 및 알칼리 금속 탄산염 화합물과 소수성 나노 실리케이트와 같은 유·무기 복합 코팅액를 포함함으로써, 고온의 화염에 노출될 경우, 스티로폼의 표면에서 화염을 차단하는 기능 및 화재 발생시 배출되는 유독가스 등으로부터 물류 및 인명 피해를 최소화할 수 있도록 한 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 난연성 조성물을 발포 폴리스티렌 폼 입자 표면에 분사 및 함침 처리하여, 난연성 조성물을 코팅처리 및 건조하고, 발포된 폴리스티렌 폼 블록을 압축성형 후 절단하여 제조하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 난연성 조성물 총 중량에 대하여, 말토오스 20~60 중량%; 소수성 나노 실리케이트 용액 10~25 중량%; 알칼리 금속 탄산염 화합물 15~20 중량%; 스타이렌-부틸렌 고무 유화물 5~15 중량%; 알킬 벤젠 설포네이트계 계면활성제 1~3 중량%; 및 지오폴리머 9~17 중량%를 포함하는 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 난연성 조성물을 발포 폴리스티렌 폼 입자에 처리하여 제조하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재를 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 발포 폴리스티렌 폼 입자에 본 발명의 난연성 조성물을 분사 또는 함침시켜, 난연성 조성물을 코팅하는 단계;
(b) 상기 난연성 조성물로 코팅된 발포 폴리스티렌 입자를 건조시키는 단계; 및
(c) 상기 건조된 난연성 조성물로 코팅된 발포 폴리스티렌 입자를 이용하여 폴리스티렌 블록체를 성형 및 가공하는 단계를 포함하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물은, 화염 시 고온에 의해 다층 구조의 포비성 탄화층을 형성함으로써 화재 시 열을 차단하는 효과를 가지며, 고온의 화염에 의해 분해되어 이산화탄소를 방출하여 화재의 삼대요소 중 하나인 산소원을 차단하는 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명의 난연성 조성물은 발포 폴리스티렌 입자의 결합력(부착력)을 증대시켜, 재료의 분리 및 탈락 등을 방지 할 수 있으며, 고온의 화재 시에도 열적 저항성을 유지하며 유독가스의 흡착에 의한 유독가스 방출을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 난연성 조성물을 이용하여 발포 폴리스티렌 폼 단열재(샌드위치 패널) 제조 시, 종래의 샌드위치 패널을 제작하는 설비를 변경하지 않고, 제조 공정에서 스프레이 분사 또는 함침 등의 처리에 의해 난연성 조성물을 코팅처리하여, 난연성을 부여하고, 시공성이 뛰어나며, 설비투자 비용을 절감할 수 있다. 그리고 발포 폴리스티렌 입자에 분사 또는 함침하여 코팅 처리함으로써, 발포 폴리스티렌 입자 표면에 전체적으로 균일하게 코팅처리 되어 난연 성능을 최대로 발휘하여 연소 확대를 억제하고, 화재 시 불연가스를 발생시켜 소화 작용을 도우며, 유독가스 발생을 최소화하는, 난연성 샌드위치 패널(단열재)을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 난연성 조성물 총 중량에 대하여, 말토오스 20~60 중량%; 소수성 나노 실리케이트 용액 10~25 중량%; 알칼리 금속 탄산염 화합물 15~20 중량%; 스타이렌-부틸렌 고무 유화물 5~15 중량%; 알킬 벤젠 설포네이트계 계면활성제 1~3 중량%; 및 지오폴리머 9~17 중량%를 포함하는 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물을 제공한다.
상기 말토오스(maltose)는 D-글루코오스가 α-1, 4 결합한 환원성 이당류로,물엿, 맥아엿 및 가루엿 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 말토오스(maltose)는 난연성 조성물 총 중량에 대하여 20 내지 60 중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 40중량% 내지 50 중량%를 포함할 수 있다. 상기 말토오스는 조성물 총 중량에 대하여 20 중량% 미만으로 포함되었을 경우, 폴리스티렌 폼(스티로 폼) 알갱이에 대한 난연액의 부착력 저하의 문제가 있으며, 60 중량%를 초과하여 포함되었을 경우, 난연성능 저하의 문제가 있다.
상기 소수성 나노 실리케이트 용액은 본 조성물의 난연성 향상을 위하여 사용되는 것으로, 난연성 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 25 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 15 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 상기 소수성 나노 실리케이트 용액이 조성물 총 중량에 대하여 10 중량% 미만이면 난연성 향상에 도움이 되지 못하며, 25 중량%를 초과하여 포함될 경우에는 말토오스 용액과의 재료 분리가 발생할 수 있다.
본 발명의 난연성 조성물에 종래의 발포 폴리스티렌 폼 단열재에 사용된 알칼리 실리케이트를 사용하면 패널 제작이 불가능하고, 비중이 높아지며, 내수성 및 단열성능이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 이를 해결하기 위해 나노 크기의 실리케이트에 소수성 관능기를 결합시킨 소수성 나노 실리케이트를 사용하였다. 예를 들어, 본 발명에 이용되는 소수성 나노 실리케이트 용액의 소수성 나노 실리케이트는 평균입자 크기가 5 ~ 20 나노미터이며, 실리카 함량이 30 중량% 이상인 실리카 졸과 순도 99% 이상의 알칼리 금속 수산화물인 가성소다를, 상기 실리카 졸 : 가성소다의 몰(mole)비율이 2.0 내지 3.5 : 1이 되도록 배합한 후, 회전속도 30 회/분으로 30분간 20±3℃ 조건에서 교반하여 나노 실리케이트 화합물을 제조한다, 상기 합성하여 제조한 나노 실리케이트 화합물 100 중량부에 대하여 알긴산 나트륨 20 내지 40 중량부, 물 60 내지 80 중량부를 혼합하여, 반응온도 70±10℃로 0.5 내지 2시간 동안 교반한 후, 상기 나노 실리케이트 화합물 100 중량부에 대하여 아세트산을 0.5 내지 2 중량부를 투입하여 안정화시킨 후, 상온까지 냉각하여 본 발명의 소수성 나노 실리케이트 용액을 제조할 수 있다.
이때, 상기 알긴산 나트륨이 나노 실리케이트 화합물 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만으로 포함되면 소수성이 저하되고, 40 중량부를 초과하면 점도가 지나치게 높아져서 난연액으로 사용이 불가할 수 있다. 상기 물은 나노 실리케이트 화합물 100 중량부에 대하여 60 중량부 미만으로 포함되면 점도가 상승되고, 실리케이트와 알긴산 나트륨의 혼합반응이 저하될 수 있으며, 80 중량부를 초과하면 소수성이 저하된다. 상기 반응시간은 0.5 시간미만으로 반응 시, 반응 생성물의 생성이 약해져 소수성이 저하될 수 있으며 , 2 시간을 초과하면 지나친 반응으로 점도 상승 및 알긴산 나트륨과 실리케이트의 분리가 일어날 수 있다. 상기 아세트산은 나노 실리케이트 화합물 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만으로 포함되면 반응물의 불안정으로 인한 알긴산과 실리케이트의 분리가 일어날 수 있으며, 2.0 중량부를 초과하면 경제적으로 불리하다.
상기 알칼리 금속 탄산염 화합물은 화염과 접촉시 다공성 탄화층의 생성하여 난연 성능을 상승 시키는 역할을 하며, 상기 알칼리 금속 탄산염 화합물은 소디움 카보네이트, 칼륨 카보네이트, 리튬 카보네이트 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상인 것인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알칼리 금속 탄산염 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 15 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 알칼리 금속 탄산염 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 15 중량% 미만으로 포함되었을 경우, 탄화층 생성 저하로 인한 난연성능 저하의 문제가 있으며, 20 중량%를 초과하여 포함되었을 경우, 과다한 이산화탄소의 배출로 인하여 스티로 폼 알갱이에의 접착력을 저하시키는 문제가 있다.
상기 스타이렌-부틸렌 고무 유화물은 난연 스티로폼을 사용한 샌드위치 패널 제조 시 난연 스티로폼과 압연 강판 등과의 결합력을 유지, 스티렌 폼의 접착성 향상 및 패널 제작의 용이성을 위하여 사용되는 것으로, 상기 스타이렌-부틸렌 고무 유화물은 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 15 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 스타이렌-부틸렌 고무 유화물이 5 중량% 미만으로 포함될 경우 부착력이 저하되는 문제가 있으며, 15 중량% 초과할 경우에는 과다한 유기물의 사용으로 난연성능을 저하시키는 문제가 있다.
상기 알킬 벤젠 설포네이트계 계면활성제는 말토오스와 알칼리 금속 탄산염 화합물 및 소수성 나노 실리케이트 용액과의 균일한 혼합하는 역할을 하며, 상기 알킬 벤젠 설포네이트계 계면활성제는 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 3 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1.5 내지 2.5 중량%가 포함된다. 상기 알킬 벤젠 설포네이트계 계면활성제가 조성물 총 중량에 대하여 1 중량% 미만으로 포함되면 균일 혼합이 이루어지지 않으며, 3 중량%를 초과하여 사용할 경우 과다한 사용에 의해 최종 재료의 혼합 완료 후 재료 분리가 발생할 수 있다.
상기 지오폴리머는 발포 폴리스티렌 폼의 블록체 형성 시, 발포 폴리스티렌 폼 입자 사이의 결합력을 증진시켜 재료의 분리, 탈락 등을 방지하여 발포 폴리스티렌 폼의 결합강도 향상시키며, 고온의 화재 시에도 열적 저항성을 유지하고, 유독가스의 흡착에 의한 유독가스의 방출을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에서 소수성 나노 실리케이트 용액과 함께 사용되어 화재에 의한 연소 시에 난연 성능을 한층 더 강화시킨다.
상기 지오폴리머는 활성화 규조토, 규산 백토, 플라이 애쉬, 고로 슬래그, 제지애쉬, 카올린계 광물, 칼슘 실리케이트계 광물, 칼슘 알루미네이트계 광물, 소성 분쇄 점토(분쇄 벽돌), 유혈암 애쉬(oil shale ash) 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 활성화 규조토, 규산 백토, 플라이 애쉬, 고로 슬래그 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상인 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 지오폴리머의 함량은 조성물 총 중량에 대하여 9 내지 17 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 12 내지 16 중량%로 포함될 수 있다. 상기 지오폴리머가 조성물 총 중량에 대하여 9 중량% 미만이면 보강재로서의 발포 폴리스티렌 폼 입자의 결합력 저하에 의한 분리, 탈락 등이 발생하여 방지 효과가 약하게 되고, 17 중량% 초과하여 포함될 경우, 샌드위치 패널 등의 단열재 제조 시 성형 불량으로 인하여 생산효율을 저하시키게 된다.
본 발명의 난연성 조성물은 말토오스, 소수성 나노 실리케이트 및 스티렌-부틸렌 고무 유화물을 혼합 합성한 용액을 사용함으로써 발포된 폴리스티렌 폼과의 일체성을 이루는 역할을 한다. 상기 알칼리 금속 탄산염 화합물에 의하여 화염과 접촉시 다공성 탄화층의 생성과 지오폴리머의 흡착 작용에 의하여 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 제조시의 부착력 강화 및 난연성 강화 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 난연성 조성물은 말토오스와 알칼리 탄산염 및 소수성 나노 실리케이트 화합물에 의해 화염과 접촉 시에 고온에 의해 다층 구조의 포비성 탄화층을 형성함으로써 화재 시 열을 차단하는 효과가 있으며, 상기 말토오스와 스티렌-부틸렌 고무 유화물은 발포 폴리스티렌 폼의 입자 간의 결합력을 향상시키기고, 화재 시 고온의 화염의 의해 분해되어 이산화탄소를 방출함으로써 화재의 삼대요소인 산소원을 차단하는 효과가 있다.
본 발명의 발포 폴리스티렌 폼 난연성 조성물은 상기 성분들 이외에 본 발명의 목적 및 효과를 벗어나지 않는 범위에서 당 업계에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 첨가제로는 무기질 섬유상 보강재, 천연 미네랄 첨가제를 들 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 난연성 조성물을 발포 폴리스티렌 폼 입자에 처리하여 제조하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재을 제공한다.
본 발명의 난연성 조성물은 발포 폴리스티렌 폼 입자뿐만 아니라, 발포 폴리스티렌 폼 입자를 성형하여 제조된 스티로폼 블록 또는 보드 면에 도포 될 수 있으나, 발포 폴리스티렌 폼 입자에 처리하여 제조하는 것이 바람직하다.
상기 난연성 조성물은, 발포 폴리스티렌 폼 단열재에 적용되어 화재 시 연소되지 않으며, 부분적으로 연소가 발생하더라도, 유독가스의 방출이 없는 발포 폴리스티렌 폼 단열재, 예컨대 난연성 샌드위치 패널을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 제조방법으로서,
(a) 발포 폴리스티렌 폼 입자에 본 발명의 난연성 조성물을 분사 또는 함침시켜, 난연성 조성물을 코팅하는 단계;
(b) 상기 난연성 조성물로 코팅된 발포 폴리스티렌 입자를 건조시키는 단계; 및
(c) 상기 건조된 난연성 조성물로 코팅된 발포 폴리스티렌 입자를 이용하여 폴리스티렌 블록체를 성형 및 가공하는 단계를 포함하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 발포 폴리스틸렌 입자 표면에 난연성 조성물을 코팅하는 단계에서, 본 발명의 난연성 조성물을 발포 폴리스텔렌 입자 100 중량부에 대하여 난연성 조성물 80 내지 120 중량부의 양으로 도포하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게 발포 폴리스텔렌 입자 100 중량부에 대하여 난연성 조성물 100 중량부의 양으로 도포될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 난연성 조성물을 발포 폴리스텔렌 입자 100 중량부에 대하여 난연성 조성물 80 중량부 미만으로 처리할 경우, 난연성능 저하의 문제가 발생할 수 있으며, 120 중량부를 초과하여 처리할 경우, 난연 스티로폼의 비중이 높아져서 난연 스티로 폼의 성형이 곤란한 문제가 있다.
이하에서, 본 발명을 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정 또는 변경될 수 있다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 2 : 난연성 조성물 제조
하기 표 1에 기재된 함량 및 성분으로 실시예 및 비교예의 난연성 조성물을 제조하였다.
평균입자 크기가 10 나노미터이며, 실리카 함량이 30 중량% 이상인 실리카 졸과 순도 99% 이상의 알칼리 금속 수산화물인 가성소다를, 몰(mole)비율 2.5가 되도록 배합한 후 회전속도 30 회/분으로 30분간 20±3℃ 조건에서 교반하여 얻은 나노 실리케이트 화합물을 제조하였다, 상기 합성하여 제조한 나노 실리케이트 화합물 500g에 알긴산 나트륨 20g, 물 380g을 혼합한 후 반응온도 70±10℃로 약 1시간 동안 교반한다. 1시간 동안 교반한 후 아세트산을 3~5g 투입하여 안정화 시킨다. 상기 용액을 상온까지 냉각하여 본 발명의 소수성 나노 실리케이트 용액으로 사용하였다.
상기 제조한 소수성 나노 실리케이트 용액 170g에 알킬벤젠 설포네이트계 계면활성제인 미코린-90 용액(미원상사) 20g을 혼합한 후 50℃에서 300rpm의속도로 3분간 교반한다. 교반 후 스타이렌-부틸렌 고무 유화물인 SBR(Styrene Butadiene Rubber) latex(금호석유화학, KHL-320) 100g을 투입한 후 다시 동일한 조건에서 3분간 교반하여 각각의 재료가 충분히 혼합되도록 한다. 이때 발생되는 거품을 가라앉히기 위하여, 약 2분간 교반을 중지한 후 알칼리 탄산염인 탄산나트륨(Na2CO3)을 170g을 투입한 후 100 rpm의 속도로 약 3분간 서서히 교반한다. 교반 후 다시 말토오스를 400g 투입하고, 온도를 70℃로 유지하여 다시 rpm 300의 속도로 약 5분간 교반한다. 교반을 진행하면서 지오폴리머인 고로 수쇄 슬래그 분말(포스코)을 서서히 투입하여 고르게 혼합한다.
(중량%)
성분 실시예 1 비교예 1 비교예 2
말토오스 42 - 42
소수성 나노 실리케이트 용액 17 17 -
알칼리 금속 탄산염 화합물 17 17 17
스타이렌-부틸렌 고무 유화물 10 10 10
알킬 벤젠 설포네이트계 계면활성제 2 21 21
지오폴리머 12 12 12
물 - 42 17
시험예 1. 발포 폴리스티렌 폼 단열재 제조 및 난연성능 시험
1-1. 난연성 발포 폴리스티렌 폼 패널용 블록 제조
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2로부터 제조된 난연성 조성물 각각 2 kg을 각각 발포 폴리스티렌 폼 입자 2 kg에 분무하여 코팅한 후, 30 ℃ 열풍 건조실에서 30 분 동안 건조시켰다. 건조된 발포 폴리스티렌 폼 입자를 실험용 성형기에 주입하고 표 2의 조건에서 성형하여 900 x 500 x 1800 mm 규격의 발포 폴리스티렌 폼 패널용 블럭을 제조하였다.
구분 성형조건
1차 스팀(kgf/) 0.7
2차 스팀(kgf/) 0.7 ~ 0.8
면압(kgf/) 0.7
성형온도 110~130
총 소요 시간(초) 240
1-2. 난연성능 시험
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2로 코팅하여 제조된 발포 폴리스티렌 폼 패널용 블럭의 난연성능 시험을 하였다.
본 시험은 건설교통부 고시 제 2006-476호 “건축물 마감재료의 난연성능 기준” 의 제4조(난연재료) 기준에 따라, 한국산업규격 KS F ISO 2257-1(건축부재의 내화시험방법)에 따라 본 발명의 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물로 처리하였을 때 얻어지는 난연성능 향상을 확인하기 위해 실시되었다. 난연성능은 한국산업규격 KS F ISO 5660-1에 따른 가열시험 개시 후 5분간 총 방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며, ５분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200kW/㎡를 초과하지 않으며, 5분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다) 등이 없어야 한다.
상기 1-1에서 제조된 발포 폴리스티렌 폼 패널용 블럭을 한국산업규격 KS F ISO 5660-1에 따라 시험한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
건설교통부 고시 제 2006-476호 “건축물 마감재료의 난연성능 기준” 의 제4조(난연재료) 기준에 의하면 건축물 마감재료의 난연성능은 “한국산업규격 KS F ISO 5660-1에 따른 가열시험 개시 후 5분간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며, ５분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200kW/㎡를 초과하지 않으며, 5분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다) 등이 없어야 한다”로 규정되어 있다.
본 발명의 실험결과 말토오스 및 소수성 나노실리케이트 용액이 각각 구성성분에서 빠진 비교예 1 및 2는 “5분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융의 상태”의 기준에는 적합한 것으로 나타났으나, “가열시험 개시 후 5분간 총 방출열량(MJ/㎡)” 및 “5분간 최대 열방출율(200kW/㎡)” 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 실시예 1은 모두 건설교통부 고시 제 2006-476호 “건축물 마감재료의 난연성능 기준”의 제4조(난연재료) 기준에 의하면 건축물 마감재료의 난연성능 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
실시예 1로 처리한 발포 폴리스티렌 폼 패널용 블럭 비교예 1로 처리한 발포 폴리스티렌 폼 패널용 블럭 비교예 2로 처리한 발포 폴리스티렌 폼 패널용 블럭
가열시험 개시 후 5분간 총 방출열량(MJ/㎡) 6.7 8.2 8.4
5분간 최대 열방출율(200kW/㎡) 147 210 221
5분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융의 상태 없음 없음 없음

Claims (6)

  1. 난연성 조성물 총 중량에 대하여,
    말토오스 20~60 중량%;
    소수성 나노 실리케이트 용액 10~25 중량%;
    알칼리 금속 탄산염 화합물 15~20 중량%;
    스타이렌-부틸렌 고무 유화물 5~15 중량%;
    알킬 벤젠 설포네이트계 계면활성제 1~3 중량%;및
    지오폴리머 9~17 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 말토오스는 물엿, 맥아엿 및 가루엿 중에서 선택된 단독 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 알칼리 금속 탄산염 화합물은 소디움 카보네이트, 칼륨 카보네이트, 리튬 카보네이트 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 지오폴리머는 활성화 규조토, 규산 백토, 플라이 애쉬, 고로 슬래그 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재의 난연성 조성물.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 난연성 조성물을 발포 폴리스티렌 폼 입자에 처리하여 제조하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재.
  6. (a) 발포 폴리스티렌 폼 입자에 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 난연성 조성물을 분사 또는 함침시켜, 난연성 조성물을 코팅하는 단계;
    (b) 상기 난연성 조성물로 코팅된 발포 폴리스티렌 입자를 건조시키는 단계; 및
    (c) 상기 건조된 난연성 조성물로 코팅된 발포 폴리스티렌 입자를 이용하여 폴리스티렌 블록체를 성형 및 가공하는 단계를 포함하는, 발포 폴리스티렌 폼 단열재 제조 방법.
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