KR101633733B1 - 불연성 알루미늄 복합판넬 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불연성 알루미늄 복합판넬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유를 이용하여 복합판넬의 두께를 낮추면서도 내화성능을 더 향상시킨 불연성 알루미늄 복합판넬에 관한 것이다.

Description

불연성 알루미늄 복합판넬{INCOMBUSTIBLE ALUMINUM COMPLEX PANEL}
본 발명은 불연성 알루미늄 복합판넬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성형성을 좋게 하면서도 섬유를 이용하여 복합판넬의 두께를 낮추면서도 내화성능을 더 향상시킨 불연성 알루미늄 복합판넬에 관한 것이다.
건축재 내,외장재로 사용되는 알루미늄 복합판넬은 알루미늄, 접착층, 심재(불연성 수지조성물), 접착층, 알루미늄이 순차적으로 형성된 다층 구조를 갖는 바, 상기 다층 구조는 고가인 알루미늄 원판의 사용을 감소시키기 위해 얇은 알루미늄, 바람직하게는 0.5mm 이하의 두께를 갖는 알루미늄판을 구비한 후 심재로서 불연성 폴리올레핀 수지 조성물을 상기 알루미늄판에 접착시키는 구성을 갖는다.
그러나, 상기 불연성 수지 조성물은 일반적으로 다량의 난연제를 사용하여 비중이 높을 뿐만 아니라 물성 개선을 위해 상용화제를 사용함으로써 압출 가공성이 현저히 저하되는 문제점 등이 있다.
이러한 일례로서 대한민국 특허 등록번호 제10-0375665호(2003.02.27.) "불연성 폴리올레핀 수지조성물 및 이를 이용한알루미늄복합판넬의 제조방법" 및 대한민국 특허 등록번호 제10-0385369호(2003.05.14.) "불연성 폴리올레핀 수지조성물"에는 저밀도 폴리에틸렌 15 내지 25 중량 %, 수산화마그네슘 65 내지 80 중량 % 및 상용화제 5 내지 10 중량 %를 포함하는 불연성 폴리올레핀수지 조성물 및 이를 이용한 알루미늄 복합판넬의 제조 방법이 개시되어 있다.
또한, 이러한 압출 가공상의 문제와 소재 경량화를 위하여 대한민국 특허 등록번호 제10-0680822호(2007.02.02.) "비할로겐계 난연성 폴리올레핀 수지조성물"에는 상용화제를 대신하여 경량 필러를 사용한 예가 나와 있으나 경량화가 미흡할 뿐만 아니라 경량 필러의 과도한 입자 크기와 경도로 인하여 압출기 스크류(Screw)의 마모 문제와 이로 인한 압출량 불균일이라는 또 다른 문제점을 양산하였다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0899112호(2009.05.18.) '불연성 알루미늄 복합판넬 심재용 조성물'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 성형성을 좋게 하면서도 섬유를 이용하여 복합판넬의 두께를 낮추면서도 내화성능을 더 향상시킨 불연성 알루미늄 복합판넬, 더 정확하게는 심재를 구성하는 수지조성물을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 알루미늄, 접착층, 심재(불연성 수지조성물), 접착층, 알루미늄이 순차적으로 형성된 다층 구조를 갖는 알루미늄 복합판넬에서 상기 심재는 제1내화심재시트와 제2내화심재시트 및 상기 제1,2내화심재시트 사이에 개재된 채로 합지되는 내화섬유의 3층 구조로 이루어지되, 상기 제1내화심재시트는 폴리스티렌수지 100중량부에 대해 팽창흑연 15중량부; 수산화알루미늄 10중량부; 산화제2철:20중량부; 지르코늄 5중량부; 이소펜탄 10중량부; 방향족 폴리아민 5중량부; 아마인유(Iinseed oil) 5중량%, 백유(white spirit) 5중량%, 나프텐 증류액 5 중량%, 지방산 그리시딜 에스테르(fatty acid glycidyl esters) 70중량%, 무수프탈산(phthalic anhydride) 10중량% 및 오일수지(oil resins) 5중량%로 혼합된 제1혼합물 15중량부; 전분풀 10중량부; 아크릴모노머 10중량부; 규산나트륨 5중량부를 포함하여 이루어지고; 상기 제2내화심재시트는 에폭시수지 100중량부에 대해 산화나트륨(Na2O) 10중량부, 이산화규소(SiO2) 12중량부, 프로필렌아세테이트 20중량부, 폴리에스터 로우 멜팅 화이버 15중량부, 폴리다이아조디페닐아민 5중량부, 아미노프로필트리에톡시실란 5중량부, 지방족 폴리아민 5중량부, 폴리이미드수지 8중량부, 글리세롤 모노스테아레이트 2중량부, 에르소르빈산나트륨 2중량부를 포함하여 이루어지며; 상기 내화섬유는 Al2O3 15중량%, CaO 20중량%, MgO 4중량%, B2O3 3중량%, Na2O 2중량%, K2O 2중량% 및 나머지 SiO2를 포함한 조성물을 실로 뽑아 낸 후 이 실로 직조된 실리카 패브릭인 것을 특징으로 하는 불연성 알루미늄 복합판넬을 제공한다.
본 발명에 따르면, 성형성을 좋게 하면서도 섬유를 이용하여 복합판넬의 두께를 낮추면서도 내화성능을 더 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 알루미늄, 접착층, 심재(불연성 수지조성물), 접착층, 알루미늄이 순차적으로 형성된 다층 구조를 갖는 알루미늄 복합판넬에서 심재의 구조 및 이를 구성하는 조성물을 제공하여 불연성을 강화시키면서 두께는 기존 대비 얇게 하고, 성형성은 더 좋게 한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 심재는 제1내화심재시트와 제2내화심재시트 및 상기 제1,2내화심재시트 사이에 개재된 채로 합지되는 내화섬유의 3층 구조로 이루어진다.
이렇게 3층 구조를 갖는 이유는 경계면에서 물성이 완전히 달라지도록 하여 화재 발생시 불연성을 더욱 강화시키기 위한 것이다.
특히, 3층 구조를 이루어 계면에서의 불연 특성이 증대됨으로 인해 3층 구조를 갖지만 각 층의 두께를 낮춤으로써 심재의 전체 두께를 낮출 수 있으며, 나아가 심재의 구성은 각 시트와 내화섬유가 각각 제조된 후 프레스되어 합지됨으로써 일체화 된 하나의 심재를 구성하게 된다.
이때, 상기 제1내화심재시트는 폴리스티렌수지 100중량부에 대해 팽창흑연 15중량부; 수산화알루미늄 10중량부; 산화제2철:20중량부; 지르코늄 5중량부; 이소펜탄 10중량부; 방향족 폴리아민 5중량부; 아마인유(Iinseed oil) 5중량%, 백유(white spirit) 5중량%, 나프텐 증류액 5 중량%, 지방산 그리시딜 에스테르(fatty acid glycidyl esters) 70중량%, 무수프탈산(phthalic anhydride) 10중량% 및 오일수지(oil resins) 5중량%로 혼합된 제1혼합물 15중량부; 전분풀 10중량부; 아크릴모노머 10중량부; 규산나트륨 5중량부를 포함하여 조성된 제1내화심재조성물을 충분히 교반한 후 몰드에 투입하고 120-150℃의 스팀을 가해 발포시키면서 압착하여 시트상으로 제조된다.
여기에서, 상기 폴리스트렌수지는 내열성과 내충격성이 뛰어나며 혼용성을 높이기 위해 첨가된다.
그리고, 상기 팽창흑연(Exandable Graphite)은 그라파이트의 층상 구조를 갖기 때문에 그 층상 사이에 원자나 작은 분자를 집어 넣고 열을 가할 경우 아코디언처럼 분리가 되면서 입자가 수 백배 팽창하게 되는 현상을 이용하여 난연 플라스틱, 난연 EPS, 난연 우레탄폼 등 다양한 분야에서 활용되는 물질이다.
또한, 상기 수산화알루미늄은 수지의 소수화를 막고 친수화를 유도하여 결합력을 높이기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 산화제2철은 내후성과 내알카리성을 확보하기 위해 첨가되며, 상기 첨가량을 벗어나면 입도가 거칠어지면서 혼합 교반성을 떨어뜨려 성형성을 저해하거나 혹은 심재의 내후성과 내알카리성을 떨어뜨리므로 상기 범위로 한정되어야 한다.
그리고, 상기 지르코늄은 화재발생시 공기중의 산소와 결합하여 산화물 또는 질소화물로 된 보호피막을 형성하여 내화성과 난연성을 증대시키기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 상기 이소펜탄은 발포제로 첨가된다.
또한, 상기 방향족 폴리아민은 경화를 촉진하기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 제1혼합물을 구성하는 아마인유는 아마의 씨로 짠 기름으로서 착색을 위해 첨가되며, 백유는 유화성을 갖추고 있으므로 산소와 습기에 저항하여 녹 발생 원인을 제거하기 위해 첨가되고, 나프텐 증류액은 일종의 용제이며, 지방산 그리시딜 에스테르와 무수프탈산 및 오일수지는 유연성을 부여하기 위해 첨가한다.
또한, 상기 전분풀은 천연증점제 및 접착기능을 위해 첨가되며, 상기 아크릴모노머는 상온안정성을 증대시켜 부착력을 강화함으로써 코팅제 역할을 수행하기 위해 첨가되고, 상기 규산나트륨은 주로 물유리(Water Glass)로 통칭되는 것으로 화재 등에 의해 발열시 주변에 본 발명 조성물에 함유된 금속이온과 반응하여 겔화되면서 필름을 형성하게 되고, 이 필름에 의해 불연성이 증대되게 된다.
이에 더하여, 불연성을 더욱 증대시키기 위해 알루미나와 실리카가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 10중량부, 10㎛ 크기의 입도를 갖는 뮬라이트(mullite) 분말 5중량부, 10㎛ 크기의 입도를 갖는 인회석 분말 5중량부를 더 첨가할 수 있다.
이때, 상기 제2혼합물은 융점을 1800-1900℃까지 증대시켜 내화도를 향상시키기 위해 첨가되며, 또한 분산성을 균일하게 하기 위해 상기 입도를 유지해야 하고, 상기 인회석은 육방정계에 속하는 광물로서, 착물구조를 갖기 때문에 뮬라이트 분말과 혼합되면서 점액질로 만들고, 상온 분산성이 좋기 때문에 이들 점액질을 균질하게 분산시키기는 기여하여 전체면에 걸쳐 균일한 난연성 증대를 유도하기 위해 첨가된다.
한편, 상기 내화섬유는 실리카 패브릭 형태가 바람직한데, 상기 실리카 패브릭은 Al2O3 15중량%, CaO 20중량%, MgO 4중량%, B2O3 3중량%, Na2O 2중량%, K2O 2중량% 및 나머지 SiO2를 포함한 조성물을 실로 뽑안낸 후 이 실로 직조된 것을 말한다.
여기에서, 상기 제1내화심재시트와 실리카 패브릭 및 제2내화심재시트의 합지시 상호 교락에 의한 앵커링이 가능하도록 2,2-디클로로아세트산을 제1,2내화심재시트의 경계면에 균일하게 살포한 상태에서 합지하도록 함이 바람직하다.
다른 한편, 상기 제2내화심재시트는 에폭시수지 100중량부에 대해 산화나트륨(Na2O) 10중량부, 이산화규소(SiO2) 12중량부, 프로필렌아세테이트 20중량부, 폴리에스터 로우 멜팅 화이버 15중량부, 폴리다이아조디페닐아민 5중량부, 아미노프로필트리에톡시실란 5중량부, 지방족 폴리아민 5중량부, 폴리이미드수지 8중량부, 글리세롤 모노스테아레이트 2중량부, 에르소르빈산나트륨 2중량부로 조성되고, 이렇게 조성된 제2내화심재조성물을 충분히 교반한 후 가열하면서 압출하여 시트상으로 제조된다.
이때, 상기 에폭시수지는 접착기능을 높이도록 첨가되며, 상기 산화나트륨은 이산화규소와 반응하여 규산염을 형성함으로써 내화도를 높이는 기능을 수행하는데, 특히 산화나트륨은 산화방지기능도 수행하며, 이산화규소는 유리화반응을 통해 쇄상격자를 이루면서 난연성을 높이기 위해 첨가된다.
그리고, 상기 프로필렌아세테이트는 독성이 낮은 유기용매의 일종이고, 상기 폴리에스터 로우 멜팅 화이버는 0.5mm의 길이를 갖는 단섬유 형태로 사용되며 내구력을 높이기 위해 첨가된다.
또한, 상기 폴리다이아조디페닐아민은 자외선 반응에 따른 부착력 증대를 위해 첨가되며, 상기 아미노프로필트리에톡시실란은 첨가되는 수지와 무기계 난연제의 커플링을 위해 첨가되는 것으로 결합성, 접착성, 표면강도를 높이기 위해 첨가되고, 상기 지방족 폴리아민은 경화를 촉진하기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 상기 폴리이미드수지는 대표적인 내열성 수지로서, 내열성을 증대시키기 위해 첨가되며, 상기 글리세롤 모노스테아레이트는 활제로 첨가되고, 상기 에르소르빈산나트륨은 산화 방지를 위해 첨가된다.
이에 더하여, 대표적인 무기계 난연제인 염화파라핀과 APP(Ammonium Polyphosphate)를 분말상으로 10중량부, 대표적인 염소계 난연제인 에틸렌비스테트라브로모프탈이미드를 5중량부 더 첨가할 수 있다.
이렇게 하여 심재를 완성하게 되면 기존대비 두께는 낮추면서도 불연성은 더욱 증대시킬 수 있다. 또한 제1,2내화심재시트 제조시 성형성도 우수하다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
본 발명에 따른 심재의 불연특성을 확인하기 위해, 폴리스티렌수지 100중량부에 대해 팽창흑연 15중량부; 수산화알루미늄 10중량부; 산화제2철:20중량부; 지르코늄 5중량부; 이소펜탄 10중량부; 방향족 폴리아민 5중량부; 아마인유(Iinseed oil) 5중량%, 백유(white spirit) 5중량%, 나프텐 증류액 5 중량%, 지방산 그리시딜 에스테르(fatty acid glycidyl esters) 70중량%, 무수프탈산(phthalic anhydride) 10중량% 및 오일수지(oil resins) 5중량%로 혼합된 제1혼합물 15중량부; 전분풀 10중량부; 아크릴모노머 10중량부; 규산나트륨 5중량부를 포함하여 조성된 제1내화심재조성물을 충분히 교반한 후 몰드에 투입하고 120-150℃의 스팀을 가해 발포시키면서 압착하여 제1내화심재시트를 만들었다.
또한, 에폭시수지 100중량부에 대해 산화나트륨(Na2O) 10중량부, 이산화규소(SiO2) 12중량부, 프로필렌아세테이트 20중량부, 폴리에스터 로우 멜팅 화이버 15중량부, 폴리다이아조디페닐아민 5중량부, 아미노프로필트리에톡시실란 5중량부, 지방족 폴리아민 5중량부, 폴리이미드수지 8중량부, 글리세롤 모노스테아레이트 2중량부, 에르소르빈산나트륨 2중량부로 조성조성된 제2내화심재조성물을 충분히 교반한 후 가열하면서 압출하여 제2내화심재시트로 만들었다.
그런 다음, 실리카 패브릭을 사이에 두고 제1,2내화심재시트의 각 계면에 2,2-디클로로아세트산을 균일하게 살포한 상태에서 압착하면서 열을 가해 합지하여 3층 구조를 갖는 심재를 완성하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 하되, 상기 제1내화심재조성물 조성시 폴리스티렌수지 100중량부에 대해 알루미나와 실리카가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 10중량부, 10㎛ 크기의 입도를 갖는 뮬라이트(mullite) 분말 5중량부, 10㎛ 크기의 입도를 갖는 인회석 분말 5중량부를 더 첨가하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일하게 하되, 상기 제2내화심재조성물 조성시 에폭시수지 100중량부에 대해 염화파라핀과 APP(Ammonium Polyphosphate)를 분말상으로 각각 10중량부, 에틸렌비스테트라브로모프탈이미드를 5중량부 더 첨가하였다.
그런 다음, 통상적으로 건축물의 내장재료 및 구조의 불연성 테스트 방법인 KS F2271에 의해 검측하였다.
테스트 결과, 실시예 1,2,3 모두 불연 2등급을 충분히 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.

Claims (1)

  1. 알루미늄, 접착층, 심재, 접착층, 알루미늄이 순차적으로 형성된 다층 구조를 갖는 알루미늄 복합판넬에서 상기 심재는 제1내화심재시트와 제2내화심재시트 및 상기 제1,2내화심재시트 사이에 개재된 채로 합지되는 내화섬유의 3층 구조로 이루어지되,
    상기 제1내화심재시트는 폴리스티렌수지 100중량부에 대해 팽창흑연 15중량부; 수산화알루미늄 10중량부; 산화제2철:20중량부; 지르코늄 5중량부; 이소펜탄 10중량부; 방향족 폴리아민 5중량부; 아마인유(Iinseed oil) 5중량%, 백유(white spirit) 5중량%, 나프텐 증류액 5 중량%, 지방산 그리시딜 에스테르(fatty acid glycidyl esters) 70중량%, 무수프탈산(phthalic anhydride) 10중량% 및 오일수지(oil resins) 5중량%로 혼합된 제1혼합물 15중량부; 전분풀 10중량부; 아크릴모노머 10중량부; 규산나트륨 5중량부를 포함하여 이루어지고;
    상기 제2내화심재시트는 에폭시수지 100중량부에 대해 산화나트륨(Na2O) 10중량부, 이산화규소(SiO2) 12중량부, 프로필렌아세테이트 20중량부, 폴리에스터 로우 멜팅 화이버 15중량부, 폴리다이아조디페닐아민 5중량부, 아미노프로필트리에톡시실란 5중량부, 지방족 폴리아민 5중량부, 폴리이미드수지 8중량부, 글리세롤 모노스테아레이트 2중량부, 에르소르빈산나트륨 2중량부를 포함하여 이루어지며;
    상기 내화섬유는 Al2O3 15중량%, CaO 20중량%, MgO 4중량%, B2O3 3중량%, Na2O 2중량%, K2O 2중량% 및 나머지 SiO2를 포함한 조성물을 실로 뽑아 낸 후 이 실로 직조된 실리카 패브릭인 것을 특징으로 하는 불연성 알루미늄 복합판넬.
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