KR101493434B1

KR101493434B1 - 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물

Info

Publication number: KR101493434B1
Application number: KR20140135252A
Authority: KR
Inventors: 엄봉섭
Original assignee: 엄봉섭
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2015-02-16
Also published as: WO2016056717A1

Abstract

본 발명은 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정제수, 팽창흑연, 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 수산화마그네슘과 황토 등이 함유된 첨가제로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물은 발포 폴리스티렌에 효율적으로 코팅되며, 난연성 개선 효과 뿐만 아니라, 단열성 및 압축강도 등과 같은 물성적 측면에서도 단열재로 사용하기 적합한 발포 폴리스테린을 제공하는 효과를 나타낸다.

Description

발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물 {FLAME RETARDANT COATING COMPOSITION FOR EXPANDED POLYSTYRENE}

본 발명은 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정제수, 팽창흑연, 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 수산화마그네슘과 황토 등이 함유된 첨가제로 이루어져, 발포 폴리스티렌에 코팅되면 난연성을 개선할 뿐만 아니라, 단열성 및 압축강도 등과 같은 물성적인 측면에서도 단열재로 사용하기에 적합한 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 스티로폼으로 불리우는 발포 폴리스티렌(EPS : Expanded Poly-Styrene)은 스티렌 단량체를 중합하여 제조된 폴리스티렌과 발포제가 주원료인데, 상기의 재료로 이루어진 발포 폴리스티렌은 단열성, 시공성 및 경제성 등이 우수하여 건물의 단열을 위한 단열재를 비롯하여 건축물의 내외장재로 널리 이용되고 있다.

상기의 특성을 나타내는 발포 폴리스티렌은 통상적으로 폴리스티렌 수지입자를 예비 발포하여 예비 발포입자를 얻고, 이를 다수의 작은 구멍을 갖는 폐쇄 금형 속에 충진시킨 후, 가압 수증기 등으로 가열 발포시켜 발포입자 사이의 공극을 메우는 동시에 발포입자를 서로 융착시킨 후 이를 냉각하고 금형으로부터 이형시키는 과정을 통해 제조된다.

특히, 스티로폼은 주로 건축물의 단열재 등에 사용되기 때문에 단열성을 비롯하여 낮은 열전도율, 낮은 흡수율 및 높은 강도 등의 특성이 요구되는데, 무엇보다 건축물 내부 마감재료의 난연성능기준(난연재료: 난연 2급)을 만족시킬 정도의 우수한 난연성이 요구된다.

상기의 요구에 부합하기 위해 종래에는 스티로폼에 난연성을 제공하기 위하여 스티로폼 입자나 스티로폼 자체에 각종 난연제를 첨가하여 난연성을 향상시키고자 하는 기술들이 개발되어 왔는데, 그 일예로 한국특허등록 제10-0602205호에는 팽창흑연을 함유한 불연성 난연 폴리스티렌 발포체 수지입자의 제조방법이 기재되어 있는데, 상기의 선행기술은 난연성의 부여를 위해 예비 폴리스티렌 발포체 수지입자에 팽창흑연, 열경화성수지 및 경화촉매들이 다량 투여된 난연 코팅액을 혼합한 후에 건조하여 폴리스티렌 발포체 수지의 표면에 난연 코팅층이 형성되도록 하고 있다.

그러나, 상기의 선행기술은 코팅층 전구간에 대해 난연제가 분포해야 하기 때문에, 열경화성수지를 다량으로 혼합해야 하나, 난연 코팅액과의 혼합과정에서 폴리스티렌 발포체 수지입자가 서로 뭉치는 것을 방지하기 위해 열경화성수지의 투여량에 제한이 있어, 난연 코팅층이 충분한 강도를 확보하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 상기의 선행기술의 경우 난연제들이 난연 코팅층의 표면에 직접 노출되게 되기 때문에 시간이 경과함에 따라 팽창흑연의 입자들이 난연 코팅층으로부터 떨어져 나오면서 난연성능이 크게 저하된다.

또한, 일정한 형상의 제품으로 성형하기 위하여 난연 코팅층이 형성된 폴리스티렌 발포체 수지입자들을 성형기에 투입할 때, 난연 코팅층으로부터 팽창흑연의 입자들이 떨어져 나오면서 난연성능이 저하되고, 떨어져 나온 팽창흑연의 입자들이 성형제품에 달라붙어 품질을 제품의 품질을 저하시키고, 성형작업의 효율성을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 정제수, 팽창흑연, 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 수산화마그네슘과 황토 등이 함유된 첨가제로 이루어져, 발포 폴리스티렌에 효율적으로 코팅될 뿐만 아니라, 단열성 및 압축강도 등과 같은 물성적인 측면에서도 단열재로 사용하기에 적합한 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수용성 바인더가 함유되어 팽창흑연이 코팅층에서 박리되지 않기 때문에 발포 폴리스티렌의 난연성 저하를 유발하지 않는 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 정제수, 팽창흑연, 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 첨가제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물은 정제수 100 중량부, 팽창흑연 50 내지 100 중량부, 수산화알루미늄 50 내지 100 중량부, 수용성 바인더 75 내지 100 중량부 및 첨가제 25 내지 75 중량부로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 팽창흑연은 팽창율이 20 내지 400배이며, 50 내지 1000 마이크로미터의 입자크기를 갖는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 수용성 바인더는 비닐아세테이트, 폴리비닐알코올, 유화제 및 정제수로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 수용성 바인더는 비닐아세테이트 100 중량부, 폴리비닐알코올 1 내지 10 중량부, 유화제 1 내지 10 중량부 및 정제수 20 내지 30 중량부로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 첨가제는 수산화마그네슘 및 황토로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 첨가제는 수산화마그네슘 100 중량부 및 황토 50 내지 100 중량부로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명에 따른 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물은 정제수, 팽창흑연, 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 첨가제로 이루어져, 발포 폴리스티렌에 효율적으로 코팅될 뿐만 아니라, 난연성, 단열성 및 압축강도를 개선하는 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물은 정제수, 팽창흑연, 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 첨가제로 이루어지며, 정제수 100 중량부, 팽창흑연 50 내지 100 중량부, 수산화알루미늄 50 내지 100 중량부, 수용성 바인더 75 내지 100 중량부 및 첨가제 25 내지 75 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 팽창흑연은 50 내지 100 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물에 난연성과 단열성을 부여하는 역할을 하는데, 상기 팽창흑연의 함량이 50 중량부 미만이면 난연성 및 단열성의 향상효과가 미미하며, 상기 팽창흑연의 함량이 100 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 첨가제의 함량이 줄어들어 난연성 코팅제 조성물이 도포된 폴리스티렌의 기계적 강도가 저하되고, 팽창흑연이 코팅층에서 떨어져나와 난연성의 저하를 유발할 수 있다.

이때, 상기 팽창흑연은 팽창율이 20 내지 400배이며, 50 내지 1000 마이크로미터의 입자크기를 갖는 것이 바람직한데, 상기 팽창흑연의 팽창율이 20배 미만이면, 단열성능이 저하되며, 팽창흑연의 팽창율이 400배를 초과하게 되면 압축강도와 같은 기계적 물성이 지나치게 저하된다.

또한, 상기 팽창흑연의 입자크기가 50 마이크로미터 미만이면 입자크기가 지나치게 작아 혼합공정에서 쉽게 비산되서 작업성을 저하시키며, 상기 팽창흑연의 입자크기가 1000 마이크로미터를 초과하게 되면 상기 정제수, 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 첨가제와의 혼합성이 저하되어 균일한 물성의 코팅제 조성물을 제공할 수 없다.

상기 수산화알루미늄은 50 내지 100 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물에 난연성을 부여하는 역할을 한다.

상기 수산화알루미늄은 우수한 난연성을 나타내며, 유독물질을 발생시키지 않는 특성을 나타내는데, 상기 수산화알루미늄의 함량이 50 중량부 미만이면 상기와 같은 난연성 부여효과가 저하되며, 상기 수산화알루미늄의 함량이 100 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 첨가제의 함량이 줄어들어 난연성 코팅제 조성물이 도포된 폴리스티렌의 기계적 강도가 저하되고, 팽창흑연이 코팅층에서 떨어져나와 난연성의 저하를 유발할 수 있다.

이때, 상기 수산화알루미늄은 5 내지 10 마이크로미터의 입자크기를 갖는 것이 바람직한데, 상기 수산화알루미늄의 입자크기가 5 마이크로미터 미만이면 혼합과정에서 쉽게 비산되어 작업장을 오염시키며 제조공정의 효율성이 저하되고, 상기 수산화알루미늄의 함량이 10 마이크로미터를 초과하게 되면 입자크기가 지나치게 커서 상기 정제수, 팽창흑연, 수용성 바인더 및 첨가제와 고르게 혼합되지 못하기 때문에 균일한 물성을 나타내는 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물을 제공할 수 없다.

상기 수용성 바인더는 75 내지 100 중량부가 함유되며, 상기 팽창흑연, 수산화알미늄 및 첨가제를 결속시키는 역할을 하는데, 상기 수용성 바인더의 함량이 75 중량부 미만이면 수용성 바인더의 함량이 지나치게 낮아 상기 팽창흑연, 수산화알미늄 및 첨가제 성분이 결속되지 못할 뿐만 아니라, 발포 폴리스티렌 표면에 난연성 코팅제 조성물을 도포하게 되면 균일한 도막이 형성되지 않고, 상기 수용성 바인더의 함량이 100 중량부를 초과하게 되면 뭉침현상이 발생하여 균일한 도막의 형성이 어려울 뿐만 아니라, 상대적으로 상기 팽창흑연, 수산화알미늄 및 첨가제의 함량이 낮아져 난연성, 단열성 및 압축강도와 같은 기계적 물성이 저하된다.

이때, 상기 수용성 바인더는 비닐아세테이트 100 중량부, 폴리비닐알코올 1 내지 10 중량부, 유화제 1 내지 10 중량부 및 정제수 20 내지 30 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 첨가제는 25 내지 75 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물의 난연성 및 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는데, 상기 첨가제의 함량이 25 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 첨가제의 함량이 75 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 상기 팽창흑연, 수산화알미늄, 수용성 바인더의 함량이 줄어들어 난연성, 단열성 및 균일한 도막형성 등의 효과가 저하된다.

또한, 상기 첨가제는 수산화마그네슘 및 황토로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 수산화마그네슘 100 중량부 및 황토 50 내지 100 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 수산화마그네슘은 상기 수산화알루미늄과 유사한 역할을 하며, 상기 황토는 본 발명에 따른 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물이 도포되는 발포 폴리스티렌의 압축강도를 향상시키는 역할을 한다.

이때, 상기 황토 외에도 적도, 흑토, 백토 및 점토 등이 사용될 수 있는데, 비용과 효율성을 고려하였을 때, 황토를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같이 정제수 100 중량부, 팽창흑연 50 내지 100 중량부, 수산화알루미늄 50 내지 100 중량부, 수용성 바인더 75 내지 100 중량부 및 첨가제 25 내지 75 중량부로 이루어지는 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물은 상기의 성분을 교반장치에 투입하여 150 내지 250rpm의 속도로 20 내지 40분 동안 교반한 후에, 40 내지 60분 동안 방치하여 제조된다.

또한, 상기의 과정을 통해 제조된 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물을 폴리스티렌 발포체 수지입자의 표면에 코팅되는데, 난연성 코팅제 조성물이 코팅된 폴리스티렌 발포체 수지입자를 성형기에 충진시키고 가열시켜 발포입자 사이의 공극을 메우는 동시에 발포입자를 서로 융착시킨 후 이를 냉각하여 스티로폼 패널로 제조한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물의 제조방법 및 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<실시예 1>

정제수 250kg, 팽창흑연(발포배율 200배, 입자크기 500 마이크로미터) 225kg, 수산화알루미늄 225kg 중량부, 수용성 바인더(비닐아세테이트 100 중량부, 폴리비닐알코올 5 중량부, 유화제 5 중량부 및 정제수 25 중량부) 200kg 및 첨가제 (수산화마그네슘 100 중량부 및 황토 75 중량부) 100kg을 교반장치에 투입하여 200rpm의 속도로 30분 동안 교반한 후에, 50분 동안 방치하여 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물을 제조하였다.

<실시예 2>

발포배율이 100배인 폴리스티렌 발포체 수지입자 100 중량부의 표면에 상기 실시예 1을 통해 제조된 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물 20 중량부를 분사하여 코팅층을 형성하고, 코팅층이 형성된 폴리스티렌 발포체 수지입자를 성형기에 충진시키고 가열시켜 발포입자 사이의 공극을 메우는 동시에 발포입자를 서로 융착시킨 후 이를 냉각하여 스티로폼 패널을 제조하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 발포배율이 80배인 폴리스티렌 발포체 수지입자를 이용하여 스티로폼 패널을 제조하였다.

<비교예 1>

정제수 250kg, 팽창흑연 225kg, 수산화알루미늄 225kg 중량부 및 무기 바인더 200kg을 교반장치에 투입하여 200rpm의 속도로 30분 동안 교반한 후에, 50분 동안 방치하여 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물을 제조하였다.

<비교예 2>

발포배율이 80배인 폴리스티렌 발포체 수지입자 100 중량부의 표면에 상기 비교예 1을 통해 제조된 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물 20 중량부를 분사하여 코팅층을 형성하고, 코팅층이 형성된 폴리스티렌 발포체 수지입자를 성형기에 충진시키고 가열시켜 발포입자 사이의 공극을 메우는 동시에 발포입자를 서로 융착시킨 후 이를 냉각하여 스티로폼 패널을 제조하였다.

상기 실시예 2 내지 3 및 상기 비교예 2를 통해 제조된 스티로폼 패널의 난연성을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.

{단, 난연성의 측정은 ASTM D 2863의 측정방법과 산소지수 시험기(Oxygen Index Tester)기를 이용하였다.}

<표 1>

위에 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물이 도포된 스티로폼 패널의 난연성이 비교예 1을 통해 제조된 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물이 도포된 스티로폼 패널에 비해 월등하게 향상되는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물은 정제수, 팽창흑연, 수산화알미늄, 수용성 바인더 및 첨가제로 이루어져, 발포 폴리스티렌에 효율적으로 코팅될 뿐만 아니라, 팽창흑연이 코팅층에서 박리되지 않기 때문에 발포 폴리스티렌의 난연성 개선, 단열성 및 압축강도 등과 같은 물성적인 측면에서 단열재로 사용하기에 적합한 효과를 나타낸다.

Claims

정제수 100 중량부, 팽창흑연 50 내지 100 중량부, 수산화알루미늄 50 내지 100 중량부, 수용성 바인더 75 내지 100 중량부 및 첨가제 25 내지 75 중량부로 이루어지며,
상기 수용성 바인더는 비닐아세테이트 100 중량부, 폴리비닐알코올 1 내지 10 중량부, 유화제 1 내지 10 중량부 및 정제수 20 내지 30 중량부로 이루어지고,
상기 첨가제는 황토로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물.
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청구항 1에 있어서,
상기 팽창흑연은 팽창율이 20 내지 400배이며, 50 내지 1000 마이크로미터의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는 발포 폴리스티렌용 난연성 코팅제 조성물.
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