KR101577504B1 - 난연화 폴리스티렌 발포입자 및 이를 이용한 난연성 발포체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난연화한 폴리스티렌 발포입자 및 이를 사용한 난연성 발포체에 관한 것으로 발포성 폴리스티렌 비드를 1차(예비)발포시키는 단계, 1차 발포된 구(BALL) 상의 발포입자를 원통형 난연 처리실에 체우고 다수의 구멍이 천공된 원판으로 가압하여 체적을 1/2~1/3로 압축시킨 상태에서 발포입자들이 잠기도록 난연액을 주입한 후 원판을 상승시켜 압을 해제하고 다시 가압하여 압을 해제하는 조작을 반복하여 발포입자 내부 조직에 난연액을 침투시키는 단계, 원통형 난연실에서 가압판을 제거하고 원통상 난연실에 난연성 혼합물의 미세분말을 첨가하여 교반하므로서 발포입자 표면의 미세간극과 요부에 미세분말을 집적 부착시켜 표면층의 난연성을 강화시키는 단계, 난연액을 제거하고 발포입자를 취출하는 단계, 취출된 발포입자에 침투된 난연액의 일부를 탈액하고 건조시키는 5단계 공정을 거쳐서 되는 난연화된 폴리스티렌 발포입자와 이 발포입자로 2차 발포 융착성형해서 되는 발포체에 관한 것이다.

Description

난연화 폴리스티렌 발포입자 및 이를 이용한 난연성 발포체{Fire retarded foam particle of polystyrene and foam block of polystyrene using it}

본 발명은 난연화 폴리스티렌 1차 발포입자 및 이를 이용한 난연성 발포체에 관한 것으로 구체적으로는 발포성 폴리스티렌 비드(Bead)를 1차 발포시킨 구형의 발포입자를 발포입자 난연화 장치로서 난연화시킨 발포입자로서 구형의 발포입자를 난연화장치의 원통형의 난연처리실에 채워진 발포입자를 처리실의 내경 보다 2~3mm 적은 원형가압판으로 가압하여 발포입자 집적체의 체적을 1/2~1/3로 줄인 상태에서 암모니아 수용액에 난연제, 계면활성제, 분산제를 첨가시켜서 된 난연액을 발포입자가 잠길 수 있도록 채운 상태에서 원형가압판을 들어올려 압을 해제하였다가 다시 가압하고 해제시키는 조작을 수회 반복하여 발포입자 조직 내에 난연액을 침투시킨 다음 원판을 들어올려 이동시키고 난연성 혼합분말을 난연액에 연속적으로 투입하면서 교반한 다음 난연액을 배출하고 난연화 된 발포입자를 취출하여 가볍게 탈액하고 건조하여 된 난연화 폴리스티렌 발포입자와 이를 발포 융착 성형해서 된 난연성 발포체에 관한 것이다.

이상에서 암모니아 수용액은 중량비로 1~5%를 물에 용해시킨 수용액이며 암모니아 수용액에는 난연제와 함께 소량의 음이온 계면활성제 및 분산제가 소량 첨가된다. 난연제로서는 제1인산암모니움, 붕사를 사용하며 발포 배율은 발포체의 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 복잡한 구조체로서 특히 포장재로서 큰 하중의 내용물을 포장하는 발포체는 저발포시키며 보온재, 흡음재, 샌드위치형의 보오드(Board)와 같은 발포체로서 발포 배율이 10~100의 범위의 발포체들이 있다.

본 발명에서는 난연액의 침투성을 고려하여 40~50배의 발포 배율을 채택하고 있다. 본 발명과 같이 융착성형용의 비드는 모두 프로판, 부탄, 펜탄의 지방족 탄화수소를 발포제로서 함유하고 있고 오토클레이브 중의 수계 분산계에서 중합 중 또는 폴리머 입자에 함침된 것으로 현재 일반적으로 가장 많이 사용하고 있는 구상(Ball)의 폴리스티렌 비드는 1~2mm의 입경을 가지나 용도에 따라 더 작은 것이나 큰 것도 있으며 본 발명에서는 1~2mm의 것을 사용하고 있다.

이와 같은 비드로 1차 발포시킨 1차 비드 발포입자는 수중 또는 난연액에 침지시켜도 전혀 침투되지 않을 뿐만 아니라 발포입자 표면에 유분성에 의한 발수성으로 표면까지도 거의 습윤화되지 않는 특징이 있다. 설사 물의 침투를 위하여 비드를 고발포시켜 표면을 손상시켜 거칠게 하여도 고발포입자의 내부 공기압때문에 물의 침투가 거의 되지 않을 뿐만 아니라 2차 융착성형 발포시에 배율 조절이 어려운 문제점이 있다.

또한 계면활성제를 물 또는 난연액에 첨가하여 계면을 활성화시켜도 표면 습윤화는 가능하다 할 수 있으나 침투는 기대할 수 없는 특징이 있다.

본 발명자는 수년간에 걸친 연구와 실험을 통한 과정에서 1차 발포비드의 탄성에 의한 원형 복귀성에 착안하여 발포비드를 가압하여 체적을 줄인 상태에서 압을 해제시키는 조작을 되풀이 하므로서 표면에 미세 균열 발생과 구상 발포입자의 탄성으로 원형 복귀현상에서 비드 발포체 내에 감압현상이 발생하게 된다는 사실을 인지하므로서, 본 발명에 도달하게 이른 것이다.

발포성 폴리에티렌 융착 성형은 독일의 BASF사에서 개발되어 세계 주요국에서 특허를 얻은 오늘날의 플라스틱 발포체의 융성을 가져온 획기적인 방법으로서 그 특징은 높고 고발포 제품을 얻을 수 있고 게다가 다른 재질과 같이 취성이 없으며 순백으로 아름답고 밝은 착색이 가능하며 고발포인데 비교적 영(yang)율이 크고 표면에 강인한 피막있고 절연성이 뛰어나며 두께, 치수, 밀도를 균일하게 얻을 수 있으며 내한성이 우수하여 -60℃에서도 기계적 강도가 떨어지지 않고 기계적인 가공이 아주 용이한 특징이 있는 발포체라 할 수 있다.

이상과 같은 특징 때문에 그 용도가 다양하다 할 수 있다.

1차 예비 발포입자는 그대로 완충제 목적으로도 사용되지만 최근에는 침몰선을 인양할 때 선내에서 발포시켜 부력을 이용하는 것이 있으며 특히 가장 많이 사용되는 보오드는 처음부터 1매로 성형하는 것이 있는가 하면 큰 블록으로 발포시켜 슬라이싱한 보오드가 있으며 용도로서는 일반 주택의 천정 단열재, 상재, 저온창고, 차량과 선박 등의 단열 보온 방음재로서 널리 사용되고 있다.

또한 융착성형물 제품의 용도 중에서 포장재 관계에서는 가벼움, 아름다움, 완충성, 치수 균일성 등의 특징이 있으며 정밀기기, 라디오에서 냉장고에 이르는 약전, 화장품, 의약품, 유리도자기, 식료품 등 다방면에 사용되고 있다.

특히 최근에는 포장 인건비의 절약을 위해 냉장고와 모우터 사이클의 일체 포장에까지 행해지고 있다.

용기로서는 빙과케이스, 보온병 등에 이용되고 부양체로서는 구명구, 낚시찌, 물놀이 기구 등에 사용되며 완구로서 인형, 비행기, 배, 상처가 나지 않는 적목 등, 장식용 문자와 진열구조물 등 다방면에 널리 사용하고 있다.

그러나 가장 널리 사용되고 있는 보오드 건축용 단열, 보온, 방진, 방음재 등으로 사용되고 있지만 난연성(방염성)이 없는 것이 취약점이라 할 수 있어 산업용으로 고열관의 보온재나 고열의 열 차단재로서 사용할 수 없는 단점을 갖고 있다.

전술한 폴리스티렌 발포체의 특징인 우수한 물성으로 발포체로서 가장 널리 이용되고 특히 고배율로 발포할 수 있는 잇점으로 아주 가볍고 염가이어서 발포체로서 경쟁력이 있어 가장 널리 사용되는 발포체이긴 하나 고열에 견디는 산업용 제품으로 제한성을 갖게 된다. 예를 들어 150℃ 이상의 열관 보온용이나 고온의 방열을 차단하는 소재로서는 사용할 수 없는 제한성이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 스티렌 발포제품에 난연성(방염성)을 부여하기 위하여 많은 연구와 노력을 경주하여 왔으나 내열성 발포체로서 아직까지도 만족할 만한 발포제품이 없고 자소성이 있는 정도의 발포체에 불과한 제품들이라 할 수 있으며 그 밖에 당 분야 종사하는 자들이 시도하고 있는 것들로 발포성의 비드에 난연재를 접착성 물질과 함께 코팅한 비드를 1차 발포시킨 발포입자로 발포체를 성형한 것들이 있으나 1차 발포입자의 융착에 의하여 발포체가 성형되기 보다 1차 발포입자들 간에 코팅에 의한 난연제가 함유된 접착제의 접착에 의한 발포 성형체라 할 수 있으며 발포체의 표면이 접착제의 경화로 딱딱하게 되어 본래의 부드럽고 탄성이 있는 표면을 기대할 수 없으며 제품들이 조잡한 문제점들이 있다.

좀 더 구체적인 난연성 폴리스티렌 발포체의 종래 예를 알아보면 종래 당 분야의 기술로서 국내등록특허 공보(등록번호 10-10180938호)에는 "자기 소화성 난연 비드제조 및 그 난연 비드를 이용한 난연성 발포 스티로폼 제조 시스템"에 관한 기술 내용이 나타나 있다. 기술구성으로서 국산네오자폰, 염화나트륨 중에서 선택되는 2종 이상의 난연재 혼합물, 발포성 폴리스티렌비드, 물유리를 혼합시켜 비드 표면에 난연재와 물유리 혼합물로 코팅되고 또한 접착성 물질에 의한 비드의 뭉침현상을 방지하기 위하여 윤활제(계면활성제와 인산암모늄)도 함께 교반하여 비드 입자의 표면에 윤활막을 형성시켜서 된 비드를 90~120℃로 가열 예비 발포시킨 입자를 융착 성형한 발포체(스티로폼)를 얻는 방법과 장치에 관한 것이라 할 수 있다.

이상과 같은 난연화 방법은 발포성 폴리스티렌 비드는 표면이 폴리스티렌 수지로서 표면이 치밀하여 액의 침투가 되지 않는 직경이 1~2mm 범위의 구상체이다.

이와 같은 비드에 난연제 혼합물과 접착제인 물유리 혼합물을 코팅할 경우 비드 내부로 전혀 혼합물이 침투되지 않고 비드의 표면층에 일정 두께의 혼합물의 막이 형성된다. 막이 형성된 비드를 1차 예비 발포한 구상체의 발포입자의 상태는 비드에 형성되어 있는 혼합물의 막이 파열되어 발포된 구상체 발포입자 표면에 부분적으로 부착되게 된다. 예를 들어 통상적인 1차(예비) 발포 배율로서 27배로 발포시킬 경우 비드에 형성된 코팅막이 발포에 의해 파열되면서 발포입자 표면의 1/9에 해당하는 코팅막이 부분적으로 발포입자 표면에 부착되어 있고 나머지는 폴리스티렌의 발포면이라 할 수 있어 난연 기능을 거의 기대할 수 없다고 할 수 있으며 더욱이 발포성 비드 표면에 물유리 혼합물을 코팅할 경우 물유리가 경화하면 딱딱하고 강인한 막인 형성되므로서 발포성 비드의 예비 발포시 지장을 초래하므로서 소정의 배율을 극히 조정하기 곤란한 문제점이 있다.

다른 종래 기술로서 국내등록특허공보(등록번호: 10-0991189호)에는 "난연화 도포제, 이의 제조방법 및 발포 스티로폼 입자 난연처리방법"에 관한 기술 내용이 소개되고 있다. 여기에서 발포스티로폼 입자 난연처리방법에 관한 기술 내용을 살펴보면 발포성 폴리스티렌 비드를 1차 예비 발포한 구상체의 발포입자(발포스티로폼 입자)를 난연화시키는 방법으로 구상체의 발포입자에 물유리 100중량부에 대하여 내열성 옥수수 기름 0.3~0.5중량부 피막 박리 방지 성분2~3중량부, 난연성 성분 4~6중량부, 수산화칼슘 0.4~0.5중량부 및 유화제 0.35~0.45중량부를 포함하는 도포제를 도포하여 피막을 형성시키고 건조시킨 구상체의 발포입자라 할 수 있으며 여기에서 도포제의 주성분이 소디움 또는 포타시움 실리케이트 등의 물유리라 할 수 있어 이를 건조시키면 발포입자 표면에 유리막이 형성되므로서 발포입자 표면에는 난연성을 가질 수 있지만 최종 제품인 발포체를 얻기 위하여 발포 융착 성형과정을 반드시 거쳐야만 하는데 통상의 융착 온도인 100~130℃ 범위에서는 유리 피막 때문에 융착 성형에 의한 발포체를 기대하기 어렵다. 원래 융착성형은 예비 발포한 스티로폼의 입자와 입자를 폴리스티렌의 융점 범위의 온도에서 융착 성형하게 되는데 폴리스티렌의 표면에 유리막이 형성되므로서 발포입자와 입자 간의 융착이 어렵다.

이상에서와 같이 난연재를 포함하는 물유리를 발포성 폴리스티렌 비드의 표면이나 비드를 1차 예비 발포한 구상의 발포입자에 코팅하여 막을 형성한 난연화는 비드의 내부 조직 또는 발포입자의 내부조직에는 난연재가 침투할 수 없어 재질 전체의 난연화는 될 수 없으며 단순히 표면에만 유리질의 막이 형성되어 있어 2차 융착 성형이 어렵고 전체 난연화를 기대할 수 없는 방법들이라 할 수 있다.

본 발명은 종래 폴리스티렌 발포체 난연화의 문제점을 해결한 방법으로서 발포성 폴리스티렌 비드를 1차 발포시킨 발포입자를 가압하여 축소시켰다가 압을 해제시키므로서 발포입자를 원상태로 복원시키는 과정을 되풀이 하므로서 복원 상태 입자 내에 감압현상을 발생시켜 발포 입자의 미세 기공 조직 내에 암모니아 수용액에 용해 또는 분산된 난연액을 균일하게 깊이 침투시킴과 동시에 가압 및 압해제 조작으로 발생 된 발포입자 표면에 무수하게 생성된 간극 또는 요철면에 난연재 입자를 집적 부착시키므로서 발포입자 표면의 난연성을 강화시켜 발포입자 전체에 난연성이 부여되며 2차 발포 융착성형을 용이하게 달성할 수 있는 난연화 된 발포입자와 이를 이용 2차 발포 융착 성형한 난연성 발포체를 얻음에 목적이 있다.

발포성 폴리스티렌 비드로 1차 예비 발포된 구상의 발포입자를 난연화 장치의 원통형의 난연화 처리실에 발포입자를 일정량 채워 넣고 원통형 난연화 처리실의 내경보다 2~3mm 작은 원형 가압판으로 가압하여 발포입자 집적체의 부피를 1/3~1/2로 감소시킨 상태에서 암모니아 수용액에 난연제, 음이온 계면활성제 및 분산제를 첨가한 난연액을 주입하여 잠기도록 한 후 가압판을 상승시켜 압을 해제시키고 다시 가압하였다가 해제시키는 조작을 되풀이하고, 가압판을 들어올린 다음 난연제 분말 천연섬유분말, 광물질 미세분말의 혼합분말을 난연액에 연속해서 일정량으로 투입하면서 교반한 다음 난연액을 배출시키고 구상의 발포입자를 취출하여 가볍게 탈액시킨 다음 건조시킨 난연화 된 발포입자와 이난연화된 발포입자를 2차 발포 융착 성형해서 된 발포체를 얻으므로서 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다.

본 발명에 의한 난연화 된 폴리스티렌 발포입자는 발포 입자의 내부 조직에 까지 난연제가 균일하게 침투되고 표면층에 난연성이 강화되어 탁월한 난연성을 갖이며 종래 폴리스티렌 비드를 1차(예비) 발포시킨 발포입자 표면에 단순히 물유리와 난연성 물질의 혼합물을 코팅한 난연성 발포입자와는 달리 우수한 2차 발포 융착 성형성을 갖는 난연화 된 폴리스티렌 발포입자이며 이를 사용하여 2차 발포 융착성형으로 얻어진 발포체는 적어도 500℃까지 본래의 원형을 유지할 수 있음은 물론 보온, 단열, 방음, 방진 등의 폴리스티렌 발포체의 본래의 기능을 확보할 수 있고 탁월한 난연성으로 고열관, 고열의 차단재 등으로 널리 사용할 수 있는 난연성의 발포체라 할 수 있다.

도 1은 발포입자 난연화 장치(A)의 단면도
도 2는 원형 가압판의 사시도

본 발명은 종래 발포성 폴리스티렌 비드로 발포체를 제조함에 있어 발포체를 난연화시키는 방법들의 문제점을 개량 보완시킨 발명으로서 발포성 폴리스티렌 비드를 1차 예비 발포시킨 구상의 발포입자 표면은 물론 내부에까지 난연화시킴과 동시에 2차 융착 성형을 원활하게 달성할 수 있도록 한 난연화 된 발포 입자와 이 발포입자로 2차 발포 융착 성형한 난연성 발포체에 관한 것으로 이를 상세하게 설명하면 1~2mm 직경의 발포스티렌 비드를 30~50배의 발포 배율로 발포시키는 1단계 공정

1차 발포된 구상의 발포입자를 발포입자 난연화 장치의 원통형 난연화 처리실에 일정량의 발포입자를 집적시키고 이를 원형의 가압판으로 가압하여 집적된 발포입자의 채적을 1/2~1/3로 줄인 상태에서 발포입자가 잠길 수 있도록 난연액을 주입한 다음 가압판을 상승시켜 압을 해제시키고 다시 가압하여 압을 해제시키는 조작을 수회 되풀이하여 발포입자 내부 조직에 난연액을 침투시키는 2단계 공정

난연화 장치의 원형 가압판을 제거시킨 상태에서 원통형 난연실에 난연성 혼합물의 미세 분말을 투하시키면서 교반기로 교반시키는 3단계 공정

난연액을 배출하고 난연액이 함침된 발포성 입자를 취출시키는 4단계 공정

취출한 발포입자에 함침된 난연액을 일부 탈액시키고 건조시키는 5단계 공정을 거쳐서 되는 난연화 발포입자 그리고 이 난연화 된 발포입자를 2차 발포융착 성형으로 얻어지는 난연성 발포체라 할 수 있다.

상기 방법의 1단계 공정에서 1mm 직경의 비드를 30~50 배율 발포시키면 직경이 3.2~3.7mm 범위의 구상 발포입자를 얻을 수 있고 2mm의 직경의 비드를 30~50배로 발포시키면 6.4~7.4mm 범위의 구상 발포입자를 얻을 수 있으며 발포 배율을 30이하로 할 수록 표면에 강인한 피막으로 덮혀 있어 난연액의 침투가 어려워지고 발포 배율이 지나치게 커지면 인장강도 및 내압성이 떨어지며 표면이 거칠어져 융착성형에서 발포입자 간의 결합력이 떨어진다. 상기 배율 범위 내에서는 원형 가압판으로 가압과 압해제를 되풀이 하면 압해제시 발포입자 내부에 감압현상이 발생하여 발포입자 내부로 난연액의 침투가 용이해진다.

본 발명 2단계 공정에서 사용되는 발포입자 난연화 장치(A)는 도 1에 나타낸 바와 같이 원통형 용기로 수평 구획판(1)으로 구획하여 상측부는 난연화처리실(2), 하측부에는 난연액 저장실(3)로 구성되어 있고 난연화 처리실(2)에는 유압실린더(4)의 피스톤(5)을 그의 중심부에 고정시켜서 된 원형가압판(6)이 현수되어 있으며 난연화 처리실(2)의 하측부 일측에는 밸브(7)를 구비한 난연액 배출관(8)이 설치되어 난연액 저장실(2)의 상측부에 연결되어 있으며 타측에는 난연화 된 발포입자를 배출하는 잠금캡(9)을 구비한 발포입자 배출구(10)가 형성되어 있고 난연액 저장실(3)의 하측부에는 모우터(11)가 장착된 난연액 송출관(12)이 설치되어 난연화 처리실(2) 상단부에 연결되어 있는 발포입자 난연화 장치라 할 수 있다.

여기에서 원형가압판(6)은 그 직경이 원통형의 난연화 처리실의 내경 보다 2~3mm 짧고 원형 원판에는 2mm 직경의 무수한 구멍(13)이 뚫어져 있으며 그의 중심에는 수직의 유압실린더(4)의 피스톤(5)이 고정되어 있는 원형 가압판이다(도2 참조). 이 원형 가압판(6)은 난연화 처리실(2)에 집적되어 있는 발포입자(14) 위에서 발포입자들의 집적체를 가압하게 되어 있으며 이 원형 가압판(6)으로 발포입자 집적체를 가압할 시에는 원판에 형성되어 있는 구멍과 원판의 가장자리와 난연화실 내벽 사이의 틈으로 난연액(15)이 통과하여 위로 올라오고 반대로 압을 해제하기 위하여 원형 가압판을 상승시킬 경우에는 난연액이 상기 구멍과 틈새로 통과하여 아래로 내려가게 되어 있는 구성이다.

이와 같은 원형 가압판으로 가압과 압해제를 반복하게 되면 난연액이 내부로 침투했다 다시 나오게 되는 현상을 되풀이 하면서 발포입자 내에 기공으로 된 조직에 통로가 형성되고 표면이 거칠어 지면서 미세한 요철이 발생되고 발포입자는 원형으로 복귀했다가 다시 줄어들고 하는 과정이 반복되며 탄성이 있는 발포입자가 줄어든 상태에서 원형(구상)으로 복귀할 시 발포입자 내에 감압현상이 발생하여 외부의 난연액이 순식간에 침투된다.

발포성 폴리스티렌 비드의 발포율이 낮으면 표면에 강인한 피막이 형성되어 있고 조직이 치밀해 지므로서 난연액 침투가 적어지고 고 발포시는 발포입자의 조직 성글게 되며 표면이 거칠어져 2차 융착성형에서 입자 간의 접착이 불량해지고 그 발포 배율을 조정하기 어려워지며 발포체 인장강도 및 내압성이 떨어진다.

또한 난연액은 1~5중량%의 암모니아 수용액 100중량부에 제1인산암모늄 2~12중량부, 무수붕사 1~5중량부, 음이온 계면활성제 0.2~0.5중량부, 분산제 0.1~0.3중량부를 첨가해서 균질화 시킨 난연액이다.

이와 같은 난연액은 점도가 높아지면 1차 발포시킨 구상 발포입자 표면에 막이 형성될 수 있으므로 2차 융착 성형에서 발포 입자 간의 융착이 어려워져 발포체의 강도가 떨어지게 되고 보다 적은 난연재를 사용하면 소정의 난연성을 기대할 수 없다.

또한 난연액을 구성하는 물질 중 제1인산암모늄은 무색 무취이며 결정체로서 공기중에서 안정하며 물에 쉽게 녹으며 천연 섬유의 셀룰로즈와 쉽게 결합하며 산화되면 탈수기능을 가지며 인화합물의 분자는 사슬상의 폴리머로 되어 있어 고열이 발생하면 인화합물의 폴리머는 분해 산화되어 탈수작용을 하는 인화합물로 변한다. 인화합물은 난연성(방염성)을 가지며 냉각 및 질식 억제작용을 하고 산환인 자체는 비드 표면에 산화막을 형성하여 산소를 차단하는 기능을 갖게 된다

난연액을 구성하는 무수붕사는 백색 결정으로서 m.p 741℃, 비중 2.367이고 물에 약간 용해하며 비연소성의 난연제로서 방수, 살균 살충 기능이 있어 곰팡이나 벌레들이 발생하지 않으며 불을 붙지 않게 하거나 타오르는 불을 꺼지게 하는 우수한 난연성을 갖는 기능성 물질이다.

음이온 계면활성제는 유분끼가 있는 구상의 발포입자의 표면을 활성화 시켜 친수성을 갖게 하고 유화성이 있어 난연재와 3단계에서 투입되는 난연성 혼합물의 미세분말을 유화시키므로서 입자들의 침하현상 방지와 분산제와 함께 난연액의 균질성을 확보할 수 있다. 무색 또는 흰색의 난연성 혼합물의 미세분말은 인산암모니움, 붕소 또는 붕사, 천연섬유 및 백운석의 미세 분말이고 발포체의 백색을 살리기 위한 무색 또는 백색의 재료들이며 혼합물의 배합비는 인산암모늄 분말, 붕소, 붕사분말, 천연섬유분말, 백운석분말 순으로1.5:1:0.5:1 비율의 중량비를 갖는다.

이와 같은 혼합물의 분말은 난연액 및 발포입자를 교반하면서 첨가하므로서 발포입자에 원형 가압판의 가압과 압해제의 되풀이 조작으로 발생한 미세 간극이나 발포로 생성된 요철부의 요부에 난연성 혼합물 미세입자들이 박히어 집적하게 되고 부분적인 평활면이나 철부에는 교반에 의한 유속으로 부착되지 않으므로서 발포입자 표면에 융착면이 남게 된다. 이같은 현상은 2차 발포 융착성형을 가능하게 하고 있다.

난연성 혼합물 미세분말의 첨가량은 암모니아수 100중량부에 대하여 4중량부를 첨가하게 된다. 난연액이 흘러 나오지 않도록 취출한 난연성 발포입자 중에 포함된 난연액의 30~40%로 탈액하여 12-24시간 자연건조 및 숙성을 행하고 발포입자를 안정화시킨다. 경우에 따라서 수분함량을 줄일 필요가 있을 경우에는 온도 40~50℃로 유지하여 감압건조시켜 수분하량 1%이하의 난연화 발포체를 얻고 이를 2차 발포 융착성형으로 발포체를 얻는다. 여기에서 건조온도 50℃를 초과하면 폴리스티렌의 연화점인 70℃에 가까워지므로 절대 50℃를 초과해선 않된다.

상기와 같은 건조과정, 2차 성형과정에서 암모니아 대부분이 증발되고 약간의 취기가 발포체에 남게 되나 1~2주 경과하면 무취의 발포체를 얻을 수 있다.

그 밖에 취출한 난연액과 탈수시에 발생한 난연액은 다시 첨가물의 함량을 조절하여 재사용하게 된다.

이상의 방법으로 얻어진 1차 발포된 구상체의 발포입자는 입체 망상구조의 내부 조직까지 균일하게 난연액이 침투되고 발포과정 또는 가압 및 압해제의 반복적인 조작에 의해서 생성된 미세 요철 및 간극에 난연성 입자들이 박혀 집적되므로서 발포 입자 전체가 난연화되고 발포 입자표면에 부분적인 면과 표면에 미세한 돌출부들이 형성되므로서 2차 융착성형을 원만하게 달성할 수 있게 한 난연화 된 발포입자와 이를 이용 2차 발포가압성형으로 우수한 난연성 발포체를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 발포체의 기술 구성을 분명하게 하게하고 그 효과를 알아 보기 위해 실시예를 나타내었다.

실시예(1) 본 발명 발포체 시료제조

직경 1mm의 발포성 폴리스티렌 비드를 고압 증기로 40배의 배율로 발포시켜 원통상의 탱크에 절반이 차도록 집적시켜 두고 그 위에 원형 가압판을 하강시켜 발포비드의 집적면과 맏닿게 설치한 후 2중량%의 암모니아 수용액 100중량부에 제1인산암모니움 10중량부, 붕사 3중량부, 음이온 계면활성제 0.3중량부, 분산제 0.2중량부를 첨가시켜 균질화시킨 난연액을 얻고 이 난연액을 발포비드가 잠기도록 원통형 탱크에 주입하여 원형 가압판으로 가압하여 발포비드 집적 부피의 1/2이 되게 가압하고 다시 압을 해제하는 조작을 5회 실시한 다음 원형 가압판을 상승시켜 이동시키고 회전익을 도입하여 발포 비드를 서서히 교반함과 동시에 난연성 혼합물 미세분말 4중량부를 투입하면서 5분간 교반한 다음 난연액을 배출하고 난연화 된 발포입자를 취출하여 가볍게 탈수하여 발포입자에 함유된 난연액의 30%를 탈수하고 24시간 자연건조시킨 다음 온도 40~50℃에서 감압 건조하여 수분함량 1%이하의 난연화 발포입자를 얻고 이를 2차 융착성형 방법으로 10×10×10cm의 발포체 시료(A)를 얻었다.

비교 실시예(2) 통상의 발포체 시료제조

직경 1mm의 발포성 스티렌 비드를 생증기로 40배로 발포시킨 구상체의 발포입자를 얻고 2차 융착성형하는 통상의 방법으로 성형하여 10×10×10cm의 발포체 시료(B)를 얻었다.

실시예(3) 실험 실시예

온도계를 장착시킨 원통형의 유리 용기바닥에 시료가 직접 닿지 않게 세라믹 접시 놓고 그 위에 시료(A) 및 (B)를 간격을 두고 재치하고 상층부를 밀폐시키고 온도를 승온시키면서 시료 (A) 및 (B)의 상태를 관찰하였다.

시료 (A)는 온도가 상승하면서 400℃와 500℃ 사이에서 약간의 체적이 줄어든 상태로이나 원형 손상은 없었으며 600℃에서는 더욱 체적이 줄어들면서 검은색을 띠기 시작하면서 탄화되기 시작하고 700℃에서는 완전히 탄화되어 600℃에 줄어든 상태로 형체를 유지하고 800℃에서 형체가 무너져 내려 않아 탄화된 잔사가 남아 있었다.

시료(B)는 온도가 상승하면서 온도가 120℃에 도달할 때 시료 B의 모서리 부분 및 변부분이 완만하게 되기 시작함과 동시에 용융된 용융액이 세라믹 용기 위에 2mm정도로 깔려 있는 상태로 유지하면서 700℃ 부근에서 발화되기 시작하였으며 800℃ 부근에서 탄화분이 용기위에 깔려 있었다.

이상의 실험으로 500℃까지는 체적에 약간의 체적변화는 있지만 원형을 유지하고 있는 것으로 사료되며 700~800℃ 범위에서도 발화되지 않아 난연화된 효과를 알 수 있었다.

반면에 시료 B는 120℃ 이상에서는 발포체의 기능이 상실되기 시작하여 200℃에서는 발포체의 기능이 완전히 상실되고 700℃ 부근에서는 발화되므로서 화재 발생의 위험이 있었다.

A : 발포입자 난연화장치 8 : 난연액 배출관
1 : 수평 구획판 9 : 잠금캡
2 : 원통형 난연화 처리실 10 : 발포입자 배출구
3 : 난연액 저장실 11 : 모우터
4 : 유압실린더 12 : 난연액 송출관
5 : 피스톤(원형가압판축) 13 : 구멍
6 : 원형가압판 14 : 발포입자
7 : 밸브 15 : 난연액

Claims (7)

1. 직경 1~2mm 구상스티렌 비드를 30~50배 발포 배율로 발포시킨 발포입자를 난연화 장치의 원통형 처리실에 채워넣고 원형가압판으로 가압하여 발포입자 원 체적의 1/2~1/3로 줄인 상태에서 발포입자가 잠길수 있도록 1~5중량%의 암모니아수용액 100중량부에 제1인산암모늄 2~12중량부, 무수붕사 1~5중량부, 음이온 계면활성화제 0.2~0.5중량부, 분산제 0.1~0.3중량부를 첨가해서된 난연액을 주입한 다음 가압판을 들어올려 압을 해제시키고 다시가압하는 조작을 수회 되풀이 하여 발포입자 내부조직에 난연액을 침투시킨 후 난연화 처리실에서 원형가압판을 제거 시킨 상태에서 난연화 처리실에 인산암모늄, 무수붕사, 천연섬유 및 백운석의 혼합중량비가 1.5:1:0.5:1인 난연성 혼합물의 미세분말을 암모니아 수용액 100중량부에 대하여 4중량부를 연속적으로 5분간 투입하면서 교반하여 발포입자 표면의 난연성을 강화시킨 다음 난연액을 배출하고 난연성 발포입자를 취출하여 난연액의 30~40%를 탈수 시킨 후 건조하여된 난연화 폴리스티렌 발포입자
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3. 청구항 제1항에 있어서,
   발포입자 난연화 장치는 원통형의 용기를 수평구획판(1)으로 구획하여 상측부는 난연화 처리실(2) 하측부에는 난연액 저장실(3)로 구성되어 있고 난연화 처리실(2)에는 유압실린더(4)의 피스톤(5)을 그의 중심부에 수직으로 고정시켜서 된 원형 가압판(6)이 현수되어 있으며 난연화 처리실(2)의 하측부 일측에는 밸브(6)를 구비한 난연액 배출관(7)이 설치되어 난연액 저장실(8)의 상측부에 연결되어 있으며 난연화 처리실(2)의 하츨부 타측에는 난연화 된 발포입자를 배출하는 잠금캡(9)이 구비된 발포입자 배출구(10)가 형성되어 있고 난연액 저장실(3)의 하측부에는 모우터(11)가 장착된 난연액 배출관(12)이 설치되어 난연화 처리실(2)의 상단부에 연결되어 있는 발포입자 난연화 장치(A)임을 특징으로 하는 난연화 폴리스티렌 발포입자
4. 청구항 제3항에 있어서,
   원형 가압판(6)은 그 직경이 원통형 난연화처리실(2)의 내경 보다 2~3mm 짧고 원형 가압판에는 2mm 직경의 무수한 구멍이 뚫어져 있고 가압판 상면 중심에는 유압실린더(4)의 피스톤(5)이 수직으로 고정되어 있는 원형 가압판임을 특징으로 하는 난연화 폴리스티렌 발포입자
   
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