KR101555612B1 - 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축용 불연성 발포폴리스티렌(EPS: 스치로폼) 입자 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쉽게 연소하는 발포폴리스티렌 입자가 불연성 및 난연성을 갖도록 1차 및 2차에 걸쳐 난연첨가제의 발포폴리스티렌 코팅을 수행하고 연속적인 소정의 발포 및 건조공정을 수행함으로써 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물을 얻는 제조방법을 개시한다.

Description

건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법{PREPARATION METHOD OF DRIVIT ASSOCIATE NONFLAMMABLE EXPANDED POLYSTYRENE FOR FACING MATERIAL OF BUILDING}

본 발명은 건축용 발포폴리스티렌(EPS: 스치로폼)을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쉽게 연소하는 발포폴리스티렌을 소정의 공정을 통하여 준불연성을 갖도록 하는 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

건축물 관련 산업에서는 다양한 재료들을 사용하여 외적 심미감과 단열효과 등을 도모하고 있고, 현재는 EPS(발포 폴리스티렌, expanded polystyrene) 보드가 광범위하게 사용되고 있는 실정이다. 화재로부터 생명과 재산을 보호하기 위하여 최근에 요구되는 불연 또는 난연 수준이 모든 산업분야에서 더욱 엄격해짐에 따라 높은 난연성 및 불연성이 요구되고 있다. 특히 불소나 염소를 함유하는 할로겐계 난연제는 연소 시 사람에게 유해한 다이옥신이 발생할 수 있기 때문에 다이옥신을 대체하는 난연제의 필요성이 한층 강화되고 있다.

건축물의 단열을 위해 사용되는 EPS 성형제품은 보드 형태로 가공된 것을 널리 사용하고 있다. 이러한 EPS는 가격이 저렴하고 가공성과 시공 시 취급이 우수하다는 장점이 있지만 불에 매우 취약하며, 압출보드(압출법 폴리스티렌 XPS)에 비하여 단열성이 떨어진다는 문제점이 있다.

EPS 보드에 난연성을 부여하기 위한 방법의 하나로 액상의 무기 난연제를 발포 폴리스티렌 입자에 코팅시키는 방법이 주로 사용되고 있다.

국내공개특허 제10-2007-0121147호에는 난연성 발포 폴리스티렌 제조에 사용할 수 있는, 무기 난연제, 실리케이트 난연제 및 기타 다양한 무기물 충전재를 복합시킨 난연액 조성물의 제조방법을 개시하고 있으나, 주로 액상 실리케이트 화합물을 사용함으로써 난연효과는 극대화될 수 있지만, 무기물의 비율이 너무 높아 코팅소재로서 이용할 경우 코팅되는 것보다 손실되는 무기물이 많아진다는 문제가 있다.

또한, 국내특허제0602205호에는 폴리스티렌 발포입자에 팽창흑연, 열경화성 액상 페놀 수지 및 경화 촉매의 혼합물을 코팅 가교하여 EPS 비드의 난연성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 인체에 해로운 페놀과 발암물질인 포름알데히드의 축합에 의해 얻어지는 페놀수지를 사용하기 때문에 발연시 유해가스가 방출되는 문제가 있다.

발포폴리스티렌 패널은 가볍고 절단, 성형이 쉬우며 값이 싸서 건축용 자재, 공장건물 또는 축사 등의 외장재 및 내장재 등 다양한 용도로 사용되고 있으나, 발포폴리스티렌은 석유제품이기 때문에 목재보다도 수십 배 강력한 연소성을 내재하고 있어 화재위험이 대단히 높으며, 일단 화재가 발생하면 스티로폼의 연소시 발생하는 유독가스로 인하여 사람이 질식사하게 되는 등 화재에 대한 취약성이 최대 약점으로 지적되어 왔다.

이러한 화재를 예방하면서도 보온효과가 있는 건축자재의 대체품으로는 난연 및 불연성을 지닌 석면(asbestos), 유리면(glass wool), 암면(rock wool)등이 개발 사용되어 왔다. 그러나 이들은 성형성이 없어 외장재로는 사용이 어려울 뿐만 아니라, 석면은 발암성 물질이며, 암면은 침상형이라 작업자의 피부를 손상시킬 수 있어 작업성이 떨어지고 가격도 지나치게 비싸 스티로폼 패널을 대체하기에는 상당히 제한적이다. 또한 이를 예방하기 위하여 외부에 섬유질 또는 비닐 피복을 하게 되면 원가는 더욱 상승하게 된다. 경우에 따라서는 양면 또는 한 면에 철판, 알루미늄판 등을 부착하여 사용하기도 하지만 화재 또는 유독가스 발생을 완전히 차단할 수는 없었다. 따라서 상기와 같은 스티로폼 패널의 문제점과 석면, 암면의 문제점을 제거하면서도 스티로폼 패널의 경량 단열의 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 불연성 또는 난연성이 요구되는 대체 패널의 필요성이 제기되어 왔다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결코자 제공하는 것으로, 우수한 불연성 또는 난연성을 가진 조성물을 제공할 뿐만 아니라 연소시에 유독성 물질이 발생하지 않고 단열성 및 성형성이 우수한 발포폴리스티렌 입자 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 이루기 위한 수단으로서, 폴리스티렌 분말을 소정의 온도와 압력하에서 1차 발포하여 사이로에서 수지 접착제와 물, 및 인, 인산흑연 및 초산흑연으로 구성되는 난연첨가제를 소정의 비율로 소정의 온도와 압력하에서 교반한 다음, 건조기에서 건조함으로써 난연제로 발포폴리스트렌 입자를 1차 코팅하여 상온에서 저장한다.

상기 상온 저장된 코팅 발포스티렌 입자를 소정의 온도와 압력하에서 2차 발포하고 이러한 2차 발포된 입자를 접착제 2차 코팅한 후에 건조 및 저장하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 발포폴리스티렌 조성물은 난연제의 적정한 비율에 의한 혼합과 폴리스티렌의 발포 및 건조과정을 통하여 난연성이 크게 향상된 준불연 특성을 가질 뿐만 아니라 연소시에 유독가스가 발생하지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조공정을 나타낸 흐름도이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 본 명세서에서 '난연첨가제'는 난연성을 갖는 인 및 흑연 화합물을 의미하는 용어로 사용된다.

본 발명에 사용되는 최초 원료인 발포폴리스티렌 분말은 시중에 다양하게 공급되고 있는 원료이다.

폴리스티렌(Polystyren)은 널리 사용되는 플라스틱으로, 스티렌의 중합체이다. 무색 투명한 열가소성 물질로, 100℃ 이상에서 부드러워지고 185℃ 정도가 되면 점성의 액체가 되며, 산·알칼리·기름·알코올 등에 강한 성질이 있다. 발포폴리스티렌은 이 폴리스티렌 수지에 펜테인이나 뷰테인 등 탄화수소가스를 주입시킨 뒤 이를 증기로 부풀린 발포 제품으로, 체적의 98%가 공기이고 나머지 2%가 수지인 자원 절약형 소재이다.

발포폴리스티렌의 제조 공정은 스티렌에 펜테인 또는 뷰테인가스 등의 발포제를 주입해 물로 중합한 뒤, 소정의 분자량이 될 때까지 가열한다. 이어 얻어진 발포폴리스타이렌의 구상 입자인 비드(bead)를 세척 건조하고 폐수를 처리한 후 선별하면 완제품의 발포폴리스티렌 분말이 된다.

도면에 나타낸 바와 같이, 원료인 발포폴리스티렌 분말을 100 ~110℃ 및 0.2 ~ 0.3 기압하에서 1차 발포시킨다. 이와 같이 대기압보다 낮은 압력에서 상기 온도로 가열하게 되면 원료인 발포폴리스티렌 입자가 팽창하여 발포하게 된다.

상기 1차 팽창 발포한 원료를 상온의 0.2 ~ 0.3 기압을 유지하는 사이로에 넣고 원료 100중량부에 대하여 수지 접착제, 적절하게는 초산비닐 50 ~ 70중량부, 물 50 ~ 150중량부, 및 인과 인산흑연 및 초산흑연 중에서 선택된 하나 또는 이들의 혼합물인 난연첨가제 50 ~ 100중량부를 함께 넣어 교반한다.

상기한 바와 같이 기압을 낮춤으로써 발포 및 혼합하는 온도를 크게 높이지 않아도 되기 때문에 가열에 따른 비용을 절감할 수 있다.

상기 첨가물과 혼합한 발포폴리스티렌 혼합물을 50 ~ 70 ℃의 건조기에 넣고 10분 정도 건조하여 발포폴리스티렌 입자에 난연첨가제가 1차 코팅됨으로써 난연성 및 단열성이 증가한 코팅 발포폴리스티렌 입자를 얻는다.

상기 혼합과정에서 수지 접착제를 70중량부 이상으로 과다 사용하는 경우에는 입자의 코팅시에 접착력이 높아져 작업성이 저하되는 문제가 발생하고 제품성형시에는 수축현상이 발생하는 문제가 있다. 또한, 너무 적게 수지 접착제를 사용하는 경우에는 코팅력이 떨어지는 문제가 발생한다.

인 및 흑연 화합물은 발포폴리스티렌에 난연성을 부가하기 위해 첨가하는 화합물로서, 난연성뿐만 아니라 유동성과 성형성을 향상시킨다. 사용되는 흑연 화합물은 인산과 흑연이 혼합된 인산흑연이나 초산과 흑연이 혼합된 초산흑연 또는 이들의 혼합물을 사용할 수가 있다. 흑연 화합물은 100중량부 이상을 사용하는 경우에는 초산비닐접착제가 흑연 화합물과 결합하여 코팅력을 감소시킬 수가 있으며, 50중량부 이하로 사용하는 경우에는 상기 소정의 효과를 얻을 수가 없다.

수지의 난연성을 향상시키는데 상업적으로 가장 널리 사용되고 있는 첨가물은 할로겐 함유첨가물이다. 이러한 할로겐 함유 난연제가 효과적일지라도, 이들은 환경적인 관점에서 바람직하지 않은 것으로 간주되며, 최근 수년 동안에 난연성 요건을 충족시킬 수 있는 할로겐 비함유 수지 배합물에 관심이 고조되어 왔다.

본 발명에 따라 사용하는 상기 난연제는 지금까지 난연제로 사용되어온 할로겐 화합물을 대체하는 것으로 수지에 양호한 난연 특성을 제공할 수 있다.

그러나, 상기 난연첨가제를 100중량부 이상으로 사용하는 경우에는 단열성이 떨어지기 때문에 적정 비율로 혼합하는 것이 요구된다.

상기 1차 코팅된 발포 폴리스티렌 분말은 상온에서 4 ~ 8 시간 저장한 다음 2차 발포과정을 거치게 되는바, 이는 1차 발표와 동일한 조건, 즉 100 ~ 110℃의 0.2 ~ 0.3 기압에서 발포과정을 거친 다음, 혼합기에 2차 발포된 발포폴리스티렌 분말을 넣고 접착제를 첨가하여 혼합하되, 발포폴리스티렌 100중량부에 대하여 50 ~ 100중량부의 비율로 혼합한다. 이때 사용하는 난연첨가제는 디페닐메탄디이소시아네이트(MDI)가 바람직하다.

본 발명에 따라 사용하는 디페닐메탄디이소시아네이트(diphenyl methane diisocyanate)는 반응성이 좋은 화합물로서, 공기 중 증기압은 매우 낮기 때문에 상온에서는 유해한 가스가 거의 발생하지 않는 물질이다.

상기 2차 코팅된 발포폴리스티렌 입자 조성물은 55 ~ 65℃에서 3분간 건조한 다음 다시 동일한 조건으로 2차 건조시켜 상온에서 4 ~ 24시간 저장함으로써 최종 발포폴리스티렌 불연성 입자 조성물을 얻는다.

원료인 발포폴리스티렌 분말을 준비하여 100 ~ 110℃의 0.2 ~ 0.3기압하에서 1차 발포시키고 이를 사이로에 넣어 상온의 0.2 ~ 0.3기압하에서 발포폴리스티렌 100중량부에 대하여 초산비닐 접착제 60중량부와 인, 인산흑연 및 초산흑연의 혼합 난연첨가제 50중량부, 및 물 100 중량부를 넣고 약 10시간 정도 교반하여 혼합한다. 이때 사용하는 교반믹서기는 첨가액을 원료에 코팅하기 위한 것으로 믹서기 상부에 다수의 노즐을 통하여 첨가액을 분사할 수도 있으며 첨가액에 원료 분말을 함침하여 교반할 수도 있다.

상기 교반하여 얻은 혼합물을 60℃에서 10분간 건조시킴으로써 상기 난연첨가제가 코팅된 발포폴리스티렌 입자를 얻는다.

상기 1차 코팅된 발포폴리스티렌 입자를 상온에서 5시간 동안 저장한 다음, 다시 100 ~ 110℃의 0.2 ~ 0.3기압하에서 2차 발포한다.

상기 2차 발포한 코팅 발포폴리스티렌 입자 조성물을 혼합기에 넣고 접착제인 디페닐메탄디이소시아네이트(MDI)를 입자 조성물 100 중량부에 대하여 70중량부를 첨가하여 교반 혼합한다.

상기 2차 코팅을 완성한 발포폴리스티렌 입자 조성물을 55 ~ 65℃를 유지하면서 3분간 1차 건조한 다음 다시 동일한 조건에서 2차 건조시켜 상온에서 10시간 저장한다. 이때의 건조방식은 55 ~ 65℃의 일정한 온도의 열풍을 공급하는 형태가 바람직하다. 또한 분말이 엉기는 것을 방지하기 위하여 1차 및 2차로 분리하여 건조하는 것이 바람직하다.

상기 저장된 발포폴리스티렌 입자 조성물을 제품 성형하여 사용하기 위해서는 호퍼(원료공급기)에 원료를 저장하여 성형기로 공급하되, 일반적으로 성형기는 85 ~ 95℃의 온도를 유지하는 가운데 0.5 ~ 1기압하에서 성형공정을 수행하는 것이 바람직하다.

상기 성형 제품은 건조실로 이동하여 65 ~ 75℃를 유지하는 가운데 10시간 건조시킨 다음 소정의 크기로 재단하여 제품을 공급하게 된다.

Claims (6)

1. 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법에 있어서,
   최초 원료인 발포폴리스티렌 분말을 100 ~110℃ 및 소정의 기압하에서 1차 발포시키는 단계;
   상기 1차 발포한 원료를 상온의 소정 기압을 유지하는 사이로에 넣고 발포폴리스티렌 분말 100중량부에 대하여 수지 접착제 50 ~ 70중량부, 물 50 ~ 100중량부, 난연첨가제 50 ~ 100중량부를 함께 넣어 교반하는 단계;
   상기 첨가물과 혼합한 발포폴리스티렌 혼합물을 50 ~ 70 ℃의 건조기에 넣고 건조함으로써 발포폴리스티렌 입자에 난연 첨가제를 1차 코팅하는 단계;
   상기 1차 코팅된 발포 폴리스티렌 분말을 상온에서 4 ~ 8 시간 저장한 다음 100 ~ 110℃의 소정 기압에서 2차 발포시키는 단계;
   상기 2차 발포된 발포폴리스티렌 분말을 혼합기에 접착제와 함께 넣어 혼합하여 코팅하는 단계; 및
   상기 2차 코팅된 발포폴리스티렌 입자 조성물을 55 ~ 65℃에서 3분간 건조한 다음 다시 동일한 조건으로 2차 건조시켜 상온에서 4 ~ 24시간 저장함으로써 최종 발포폴리스티렌 불연성 조성물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 난연 첨가제는 인, 인산과 흑연이 혼합된 인산흑연 및 초산과 흑연이 혼합된 초산흑연 중 하나이거나 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 접착제는 디페닐메탄이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지 접착제는 초산비닐 접착제인 것을 특징으로 하는 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 1차 발포시키는 단계, 교반하는 단계 및 2차 발포시키는 단계에서의 소정의 기압은 0.2 ~ 0.3 기압인 것을 특징으로 하는 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 접착제는 1차 코팅한 발포폴리스티렌 100중량부에 대하여 50 ~ 100중량부인 것을 특징으로 하는 건축 외장재용 드라이비트 준불연 발포폴리스티렌 입자 조성물의 제조방법.

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