KR101512443B1

KR101512443B1 - 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드와 그 제조방법

Info

Publication number: KR101512443B1
Application number: KR1020140109705A
Authority: KR
Inventors: 안명숙
Original assignee: 주식회사 정연바이오
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-05-13

Abstract

본 발명은 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분쇄한 발포스티포롬과 인산알미늄과 알루미늄 실리게이트 중 선택된 어느 하나와 혼합하여 반죽에 의해 불연성을 갖도록 압연 성형되는 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드와 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 분쇄한 발포스티로폼의 입자 10∼50 중량% 및 인산 알루미늄 50∼90 중량% 의 혼합재료,
3∼5% 과산화수소 용액 30∼50 중량% 및 칼륨실리게이트 50∼70 중량% 의 혼합물,
상기 혼합재료 10∼40 중량%와, 혼합물의 60∼90 중량%을 혼합 반죽하여 압연성형 제조되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드와 그 제조방법{The manufacturing method of non-flammable board using expanded polystyrene particles}

본 발명은 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분쇄한 발포스티포롬과 인산알미늄과 알루미늄 실리게이트 중 선택된 어느 하나와 혼합하여 반죽에 의해 불연성을 갖도록 압연 성형되는 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드와 그 제조방법에 관한 것이다.

팽창된 폴리스티렌(Expaneded Styrofoam)은 보통 스티로폼(Styrofoam)으로 불리우며 경량성,단열성,방음성,완충성이 우수해 건축자재나 용기,포장재 등으로 많이 사용된다.

이러한 다양한 용도에도 불구하고 내열성,불연성이 취약하여 여기에 시멘트,제강슬러지,퍼라이트,질석,석분,탈크,규조토,탄산칼슘,마그네슘염,화산제,일라이트,황토,흑연,물유리 등을 첨가하여 난연 또는 불연성을 부여하고 있다.

팽창된 폴리스티렌(Expaneded Styrofoam) 입자를 분쇄하여 쓰는 목적은 입자의 부피가 커서 부피를 줄이고 고유의 경량성과 단열성을 활용하며 폐 스티로폼을 이용할 경우 가격이 저렴하기 때문이다.

그러나 난연 또는 불연성 목적으로 무기물들을 첨가할 경우 내수성 및 경량성이 문제시되며 어떠한 형태로 성형을 할 경우도 별도의 바인더(Binder)가 필요하다.

바인더(Binder)에는 요소수지, 멜라민수지, 불포화폴리에스테르수지, 페놀수지, 우레탄수지, 초산비닐수지, 아크릴수지, 라텍스수지, 실리콘수지, 고무수 지등 유기성 바인더를 많이 사용하고 있으나 연소시 반드시 포름알데히드와 방향족 유독가스가 발생한다.

기존의 내화성 불연재료로 만든 석고보드, 암면보드, 질석보드, 마그네슘보드 등이 있으나 석고보드는 내수성이 취약하고 마그네슘보드는 경량성이 부족하고 암면보드는 발암성 물질이 우려되며 질석보드는 가격이 상대적으로 고가인 결점이 있다.

문헌 1. 특허공개번호 제1998-0008481호(1998. 11. 07. 등록) 문헌 2. 특허등록번호 제1083080호(2011. 11. 07. 등록) 문헌 3. 특허등록번호 제0728746호(2007. 06. 08. 등록) 문헌 4. 특허등록번호 제0694808호(2007. 03. 07. 등록)

따라서 이러한 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 해결과제는, 유기성 바인더(binder)를 전혀 사용치 않았으며 불연성 재료와 개질(Reforming)한 실리게이트(Silicate)화합물을 사용하여 불연성 보드(non-flammable Board)로 제조되는 것이다.

본 발명에 사용된 불연성 재료 중 알루미늄 실리게이트(Aluminium silicate) 는 미세한 중공체 분말로 탁월한 열반사와 열저항 기능이 있으며 용융점이 약 1800℃이며 피막의 압축강도가 3,000N/㎠ 정도로 매우 단단한 구조로 이루어저 있어 내구성이 뛰어나며 반영구적 단열기능을 발휘하는 소재이다.

인산 알루미늄(Aluminium phosphate)은 물에 불용이며 용융점이 약 1500℃이며, 유리와 도자기제조, 화장품, 페인트, 종이제조, 치아용 시멘트로 사용된다.

칼륨(Potassium), 리튬(Lithium), 트리칼슘(Tricalcium)의 알카리 실리게이트(Alkali Silicate)는 다른 성분과의 높은 용해도와 접착성을 보이며 내화도가 뛰어난 제품으로 끈적임이 적고(Non-tacky), 냄새가 없으며, 투명하기 때문에 많은 응용분야에 있어 선호되어 지고 있고, 물에는 잘 녹지만 알코올에는 녹지 않는다.

수분에 의해 나트륨(Na)이 용출되는 백화현상에 없고 내열성이 좋은 장점을 가지고 있다.

세정제, 거품비누, 용접봉 전극 코팅 바인더, 인쇄판 현상액, 금속 표면코팅제, 세라믹접착제, 전자용 Binder, TV 브라운관의 형광물질 결합제, Paint, 내화도료, 방청도료, 토양 강화제, 단열제용 접착제, 콘크리트 강화제로 쓰인다.

이러한 알카리 금속 실리게이트는 상온에서 염화칼슘,과산화수소와 반응시 거품과 함께 겔(Gelling)이 형성된다.

이렇게 형성된 겔(Gelling) 상의 액체는 인산 알루미늄, 알루미늄 실리게이트 와 혼합하면 발열반응과 함께 응고한다.

이러한 반응을 이용하여 폴리스티렌 입자를 분쇄하여 혼합하면 불연성 보드로 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 발포폴리스티렌 입자를 사용하여 불연 보드를 제조하는 것은 경량화가 가능하고 내수성이 좋고 가격이 저렴하며 건축물의 내구성, 안정성에 기여하고 화재 발생시 유독가스가 발생하지 않아 생명과 재산을 보호할 수 있으며 폐기시 자연분해 하여 토양 자양분으로 재활용되는 효과를 제공하는 것이다.

도 1 a 내지 d는 본 발명의 팽창된 폴리스티렌 입자를 사용하여 제조한 불연성 보드에 대한 사진
도 2 는 본 발명의 팽창된 폴리스티렌 입자를 사용하여 제조한 불연성 보드에 대한 제조공정도

따라서 이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면에 따라서 상세하게 설명하기로 한다.

[도 2]에서 재료준비 공정

팽창된 스티로폼 구형 입자 또는 가공 성형된 판넬이나 형물중 폐기 되는 스티로폼 재료들을 준비한다.

[도 2]에서 분쇄공정(P1)

재료준비 단계후 준비된 재료를 분쇄 칼날(knife bar )이 달린 커팅 밀(Cutting mill)로 크기와 모양이 일정치 않은 부정형으로 0.1~5mm 크기로 분쇄하는 분쇄공정을 수행하는 것이다.

[도 2]에서 혼합공정(P2)

분쇄공정(P1)에서 분쇄한 재료를 10∼50 중량%를 계량하여 여기에 알루미늄 실리게이트(Aluminium silicate)와 인산알루미늄(Aluminium phosphate) 중에서 선택한 어느 하나에 50∼90 중량%를 첨가, 혼합기(Mixer)로 혼합하는 혼합공정을 수행하는 것이다.

[도 2]에서 반응공정(P3)

혼합공정(P2) 후 3∼5% 과산화수소(Hydrogen peroxide)와 염화칼슘(Calcium chloride) 중에서 선택된 어느 하나의 용액 30∼50 중량%에 칼륨실리게이트(Potassium silicate)와 리튬실리게이드(Lithium silicate) 및 트리칼슘실리게이트(Tricalcium silicate) 중에서 선택된 어느 하나에 50∼70 중량%를 첨가 포화 용해시키면 거품과 함께 발열반응이 일어나며 반응 종료 냉각후 24시간 이상 숙성하면 겔(Gel) 상의 액체가 취득되는 반응공정을 수행한다.

[도 2]에서 반죽공정(P4)

혼합공정(P2)에서 혼합한 혼합재료의 10∼40 중량%에 반응공정(P3)에서 반응된 겔(Gel) 상의 액체의 혼합물 60∼90 중량%를 혼합하여 반죽하면 점탄성 고체의 덩어리가 되는 반죽공정을 수행한다.

[도 2]에서 성형공정(P5)

반죽공정(P4) 후 가사시간(경화시간)을 고려해 즉시 롤 프레스(Roll Press)로 원하는 두께 5∼20mm를 갖도록 조절, 압연 성형하면 판상의 형태가 되는 성형공정을 수행한다.

[도 2]에서 경화공정(P6)

성형공정(P5)과 동시에 5∼10분이면 발열 반응과 동시에 상온 경화하기 시작되며 수분 후 단단한 보드(hard board)가 형성되는 경화공정을 수행한다.

[도 2]에서 제품 완성공정(P7)

경화공정(P6) 후 3∼4일 그늘진 곳에서 자연건조 숙성하면 제품이 완성된다.

본 발명에 의해 제조된 시료 Ⅰ

(중량%)

목 록	재료 명	재료 량	혼합 량	실사용 량	비 고
분쇄 공정(P1)	분쇄한 스티로폼	10	100	10
혼합 공정(P2)	인산 알루미늄	90
반응 공정(P3)	3% 과산화수소용액	30	100	90
	칼륨 실리게이트	70

분쇄한 발포스티로폼 입자 10 중량% 및 인산 알루미늄 90 중량% 와 혼합 한 혼합재료 10 중량% 와, 3% 과산화수소 용액 30 중량% 및 칼륨실리게이트 70 중량% 를 혼합 반응 후 취득한 겔(Gell) 상의 혼합물 90 중량% 를 각각 혼합 반죽하여 성형한 것이다(도 1a).

본 발명에 의해 제조된 시료 Ⅱ

(중량%)

목 록	재료 명	재료 량	혼합 량	실사용 량	비 고
분쇄 공정(P1)	분쇄한 스티로폼	50	100	40
혼합 공정(P2)	인산 알루미늄	50
반응 공정(P3)	3%과산화수소용액	50	100	60
	칼륨 실리게이트	50

분쇄한 발포스티로폼 입자 50 중량% 및 인산 알루미늄 50 중량% 와 혼합 한 혼합재료 40 중량% 와, 3% 과산화수소 용액 50 중량% 및 칼륨실리게이트 50 중량% 을 혼합 반응 후 취득한 겔(Gell) 상의 혼합물 60 중량% 를 각각 혼합 반죽하여 성형한 것이다(도 1b).

본 발명에 의해 제조된 시료 Ⅲ

(중량%)

목 록	재료 명	재료 량	혼합 량	실사용 량	비 고
분쇄 공정(P1)	분쇄한 스티로폼	10	100	10
혼합 공정(P2)	알루미늄실리게이트	90
반응 공정(P3)	5%염화칼슘용액	30	100	90
	리튬 실리게이트	50

분쇄한 발포스티로폼 입자 10 중량% 및 알루미늄 실리게이트 90 중량% 와 혼합 한 혼합재료 11 중량% 와, 5% 염화칼슘 용액 30 중량% 및 리튬실리게이트 50 중량%를 혼합 반응 후 취득한 겔(Gell) 상의 혼합물 90중량% 을 각각 혼합 반죽하여 성형한 것이 다(도 1c).

본 발명에 의해 제조된 시료 Ⅳ

(중량%)

목 록	재료 명	재료 량	혼합 량	실사용 량	비 고
분쇄 공정(P1)	분쇄한 스티로폼	50	100	40
혼합 공정(P2)	알루미늄실리게이트	50
반응 공정(P3)	5%염화칼슘용액	50	100	60
	리튬 실리게이트	50

분쇄한 발포스티로폼 입자 50 중량% 및 알루미늄 실리게이트 50 중량% 와 혼합 한 혼합재료 40 중량% 와, 5% 염화칼슘 용액 50중량% 및 리튬실리게이트 50 중량% 를 혼합 반응 후 취득한 겔(Gell) 상의 혼합물 60중량% 를 각각 혼합 반죽하여 성형한 것이 다(도 1d).

아래의 [표 5]은 상기 실시예에 따라 제조된 시료를 비교 하였다.

시료의 비교

목 록	불연성	성형성	내수성	경량성	비 고
시료	B	A	A	B
시료	A	B	A	A
시료	B	C	B	B
시료	A	B	B	C

(A:좋음 B:보통 C:나쁨 )

[표 5]에서 시험방법은,

불연성 시험은 화염분사기(1800 설정)로 3분간 가열하여 잔염시간, 균열폭, 발연상태, 탄화흔적, 외형변형을 판단하였다.

성형성 시험은 성형프레스로 압연 후 갈라짐, 압축성, 강도, 균일성, 뒤틀림 을 판단하였다.

내수성 시험은 시료를 수중에 15일간 침적 후 침투성, 흡수성, 휨을 판단하였다.

경량성 시험은 각각의 시료를 상대 평가하여 비교 하였다.

상기[표 5]에서,

불연성은 시료 Ⅱ, Ⅳ가 좋았으며 칼륨실리게이트, 리튬실리게이트 함량이

시료 Ⅰ, Ⅲ 보다 재료량이 50% 많이 사용되어 불연성이 향상된 것을 알 수 있으며,

성형성은 시료 Ⅰ이 좋았으며 시료 Ⅱ, Ⅳ는 보통 성형성이며 시료 Ⅲ은 알루미늄실리게이트, 염화칼슘용액의 재료량이 같은 량으로 사용하여 나쁜 결과가 나왔으며,

내수성은 시료 Ⅰ, Ⅱ가 좋았으며 인산 알루미늄, 과산화수소용액 이 시료 Ⅲ, Ⅳ에 사용된 알루미늄실리게이트, 염화칼슘용액 보다 내수성이 좋은 약품이며,

경량성은 시료 Ⅱ가 좋았으며 시료 Ⅰ, Ⅲ가 보통이며 시료 Ⅳ가 가장 나쁜 결과며 리튬실리게이트 재료 사용량에 영향이 있는 것 같을 알 수 있고, 분쇄한 스티로폼 재료 사용량 10∼20 중량%에는 경량성에는 큰 영향이 없었음을 알 수 있다.

Claims

분쇄한 발포스티로폼의 입자 10∼50 중량% 및 인산 알루미늄 50∼90 중량% 의 혼합재료,
3∼5% 과산화수소 용액 30∼50 중량% 및 칼륨실리게이트 50∼70 중량% 의 혼합물,
상기 혼합재료 10∼40 중량% 와, 혼합물의 60∼90 중량%을 혼합 반죽하여 압연성형 제조되는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드.
분쇄한 발포스티로폼의 입자 10∼50 중량% 및 알루미늄 실리게이트 50∼90 중량% 의 혼합재료,
3∼5% 과산화수소 용액 30∼50 중량% 및 칼륨실리게이트 50∼70 중량% 의 혼합물,
상기 혼합재료 10∼40 중량% 와, 혼합물의 60∼90중량%을 혼합 반죽하여 압연성형 제조되는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드.
분쇄한 발포스티로폼의 입자 10∼50 중량% 및 인산 알루미늄 50∼90 중량% 의 혼합재료,
3∼5% 염화칼슘 용액 30∼50 중량% 및 리튬실리게이트 50∼70중량% 의 혼합물,
상기 혼합재료 10∼40 중량% 와, 혼합물의 60∼90 중량%를 혼합 반죽하여 압연성형 제조되는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드.
분쇄한 발포스티로폼의 입자 10∼50 중량% 및 알루미늄 실리게이트 50∼90중량% 의 혼합재료,
3∼5% 염화칼슘 용액 30∼50 중량% 및 리튬실리게이트 50∼70 중량% 의 혼합물,
상기 혼합재료 10∼40 중량% 와, 혼합물의 60∼90 중량%을 혼합 반죽하여 압연성형 제조되는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드.
발포 폴리스티렌 입자를 분쇄하는 단계:
인산 알루미늄과 알루미늄 실리게이트 중 선택된 어느 하나와, 혼합하여 혼합재료을 제조하는 단계;
과산화수소 용액과 칼륨 실리게이트, 리튬 실리게이트, 트리칼슘실리게이트중 선택된 어느 하나와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계:및
상기 혼합재료와 혼합물을 혼합 반죽하여 압연성형 제조하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드의 제조방법.
발포 폴리스티렌 입자를 분쇄하는 단계:
인산 알루미늄과 알루미늄 실리게이트 중 선택된 어느 하나와 혼합하여 혼합재료을 제조하는 단계;
염화칼슘 용액과 칼륨 실리게이트, 리튬 실리게이트, 트리칼슘실리게이트 중 선택된 어느 하나와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계:및
상기 혼합재료와 혼합물을 혼합 반죽하여 압연성형 제조하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 사용한 불연 보드의 제조방법.