KR101792186B1 - 준불연성 수지 조성물을 이용한 건축용 외단열재 및 그 제조방법 - Google Patents

준불연성 수지 조성물을 이용한 건축용 외단열재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 국토부 고시 기준을 만족할 수 있는 우수한 난연성 또는 준불연성을 갖는 건축용 외단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 외단열재는, 레졸형 페놀수지와, 팽창흑연 및 난연제 중에서 선택된 1종 이상과, 발포제와, 정포제, 산경화제를 포함하는 준불연성 수지 조성물을 발포 및 경화하여 만들어진 것을 특징으로 한다.

Description

준불연성 수지 조성물을 이용한 건축용 외단열재 및 그 제조방법{Exterior Insulation Panel Using Limited Combustible Resin Composition And Method for Manufaturing the Same}
본 발명은 건축용 외단열재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 외벽면에 마감재로서 설치되는 외단열재로서, 레졸형 페놀수지에 팽창흑연 및 난연제, 발포제, 정포제, 산경화제, 규사질 다공재 등을 혼합한 조성물로 이루어져, 매우 우수한 난연성 또는 준불연성을 갖는 준불연성 수지 조성물을 이용한 건축용 외단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축용 외단열재는 건축물의 외부를 마감하고 단열성능을 부여하는데 사용되는 마감자재로서, 단열성을 부여하기 위하여 폴리스티로폼이나 폴리우레탄폼 및 유리섬유 등의 소재가 적용되고 있다.
하지만, 상기한 외단열재의 소재에 있어 폴리스티로폼이나 폴리우레탄폼은 불에 타기 쉽고 연소되는 동안에 유독가스가 발생되는 단점이 있으며, 유리섬유는 보온성이 떨어지고 인체에 유해한 물질로 사용이 극히 제한되고 있는 실정에 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해 난연성이 우수할 뿐만 아니라 연기발생량이 적고 독성가스의 발생이 적은 페놀수지를 이용한 대체소재의 개발이 이루어지고 있다.
특히, 페놀수지를 이용한 가교된 페놀수지 발포체는 내열성을 가지고 있어 고온에서의 열 변형이 거의 없는 특성을 나타내며 불연성을 확보하는 소재로 대체소재의 개발 및 연구의 중심에 있다.
그러나 기존의 페놀수지를 이용한 외단열재는 여전히 국토부 고시 기준을 만족하기에 충분한 난연성을 제공하지 못하여 실용화되지 못하고 있는 실정이다.
등록특허 제10-0773092호(2007.10.29. 등록) 등록특허 제10-0406073호(2003.11.05. 등록) 등록실용신안 제20-0383482호(2005.04.27. 등록) 등록특허 제10-1697701호(2017.01.12. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 레졸형 페놀수지에 팽창흑연 및 난연제, 발포제, 정포제, 산경화제, 규사질 다공재 등을 혼합한 준불연성 수지 조성물로 이루어져 국토부 고시 기준을 만족할 수 있는 우수한 난연성 또는 준불연성을 갖는 건축용 외단열재 및 그 제조방법을 제공함에 있다,
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 외단열재는, 레졸형 페놀수지와, 팽창흑연 및 난연제 중에서 선택된 1종 이상과, 발포제와, 정포제, 산경화제를 포함하는 준불연성 수지 조성물을 발포 및 경화하여 만들어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 건축법이 규정하는 국토부고시 제2015-744호(건축물 마감재료의 난연성능 및 화재확산방지구조기준)에 의거한 준불연성능을 만족할 수 있는 우수한 내화성을 가지므로, 화재 발생 시 외단열재를 통해 화재가 확산되는 현상을 방지할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외단열재를 나타낸 사시도이다.
도 2는 열방출율을 나타낸 도면이다.
도 3은 난연 시험 후의 시료 형상을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 4d는 준불연재료 난연성능 평가를 위한 콘칼로리미터와 가스유해성의 시험결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 외단열재(10)를 나타낸 것으로, 본 발명의 외단열재(10)는 액상의 레졸형 페놀수지와, 팽창흑연 및 난연제 중에서 선택된 1종 이상과, 발포제와, 정포제와, 산경화제 및, 규사질 다공재를 포함하는 준불연성 수지 조성물로 이루어져, 국토부 고시 기준을 만족하는 우수한 난연성 또는 준불연성을 갖는다.
바람직하기로, 상기 준불연성 수지 조성물은, 레졸형 페놀수지 100중량부; 팽창흑연 및 난연제 중에서 선택된 1종 이상 1 내지 60중량부; 발포제 1 내지 20중량부; 정포제 1 내지 20중량부와; 산경화제 1 내지 30중량부 및; 규사질 다공재 5 내지 15 중량부를 포함한다.
레졸형 페놀수지
본 발명의 외단열재를 이루는 준불연성 수지 조성물에 있어서 액상의 레졸형 페놀 수지는 페놀, 크레졸, 자일레놀, 파라알킬페놀, 파라페닐페놀, 레조르신 등으로 대표되는 페놀류 및 그 유도체와 포름알데히드, 파라포름알데히드, 푸르푸랄, 아세트알데히드 등으로 대표되는 알데히드류를, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘 등으로 대표되는 알칼리 촉매의 존재하에 반응시킨 후, 필요에 따라 중화 처리 및/또는 감압 탈수 처리를 실시함으로써 조제되는 액상의 레졸형 페놀 수지를 사용할 수 있다.
또한, 페놀류와 알데히드류의 배합 비율에 대해서는 몰비 기준에서 1.0：1.8 ~ 2.5 의 범위가 바람직하다. 또, 페놀류, 알데히드류 및 촉매는 각각에 속하는 화합물의 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 혹은 2 종 이상을 병용해도 된다.
특히 조제된 액상 레졸형 페놀 수지로는 온도 25℃ 의 온도 하에서 점도가 1,000 ~ 80,000 cPs, 바람직하게는 3,000 ~ 50,000 cPs, 보다 바람직하게는 5,000 ~ 20,000 cPs, 보다 더욱 바람직하게는 5,500~7,500 cPs 이다.
팽창흑연과 난연제
난연성을 높이기 위하여 팽창흑연 및 난연제는 단독으로 또는 병행하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 병행하여 같이 사용할 수 있다. 상기 팽창흑연 및 난연제를 병행하여 사용할 경우 상기 레졸형 페놀수지 100중량부에 대하여 1 내지 60중량부 사용할 수 있고, 팽창흑연(A) 및 난연제(B)의 중량비(A:B)는 1:0.01 내지 0.01 내지 1일 수 있다.
상기 팽창흑연은 80 메쉬 ~ 150 메쉬로 분쇄된 팽창흑연 분말을 사용하는 것이 난연성능을 향상시키는데 있어서 유리하다. 상기 팽창흑연이 단독으로 사용될 경우, 배합량으로는 레졸형 페놀수지 100 중량부에 대하여, 1 ~ 30 중량부의 범위에서 적절히 선택되는데, 바람직하게는 5 ~ 15 중량부이다.
상기 난연제는 무기질 또는 유기질이며, 상기 난연제가 수산화알루미늄, 퍼라이트, 수산화마그네슘, 일인산암모늄(Mono Ammonium Phosphate), 폴리인산암모늄(Ammonium Poly Phosphate), 적린(Red Phosphorus), 트리아릴인산(Triaryl phosphate), 트리크레실인산(Tricresyl Phosphate), 트리에틸인산(Triethyl Phosphate), 트리페닐인산(Triphenyl Phosphate), 다이메틸 메틸인산(Dimethyl methylphosphate), 또는 할로알킬 포스페이트(Halo Alkyl Phosphate) 등을 예로 들 수 있으며, 바람직하게는 인산계 난연제인 일인산암모늄(Mono Ammonium Phosphate), 폴리인산암모늄(Ammonium Poly Phosphate; APP), 적린(Red Phosphorus), 트리아릴인산(Triaryl phosphate), 트리크레실인산(Tricresyl Phosphate), 트리에틸인산(Triethyl Phosphate), 트리페닐인산(Triphenyl Phosphate), 다이메틸 메틸인산(Dimethyl methylphosphate), 또는 할로알킬 포스페이트(Halo Alkyl Phosphate) 등을 예로 들 수 있으며 이외에도 다양하다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 또, 상기 난연제를 단독으로 사용시 배합량으로는 레졸형 페놀수지 100 중량부에 대하여, 통상 1 ~ 30 중량부의 범위에서 적절히 선택되는데, 바람직하게는 5 ~ 15 중량부이다.
화재나 연소시에 인계 난연제 및 급격히 팽창(200~250배 부피 팽창)하는 팽창흑연에 의해 산소(O2) 유입이 차단되고 고도(高度)의 난연성(難燃性)이 유지되는 발포 레졸형 페놀수지 발포체를 얻을 수 있다.
발포제
본 발명의 준불연성 수지 조성물에 있어서의 발포제로는, 예를 들어 디클로로에탄, 프로필클로라이드, 이소프로필클로라이드, 부틸클로라이드, 이소부틸클로라이드, 펜틸클로라이드, 이소펜틸클로라이드 등의 염소화 지방족 탄화수소, 프로판, n-부탄, iso-부탄, n-펜탄, iso-펜탄, neo-펜탄, 시클로펜탄, n-헥산, iso-헥산, 헵탄, 시클로프로판, 시클로부탄, 시클로헥산, 시클로헵탄 등의 저비점 지방족 탄화수소, 이소프로필에테르 등의 에테르계 화합물, 염화메틸, 염화에틸, 염화메틸렌, 디클로로플루오로메탄, 디클로로디플루오로메탄, 클로로디플루오로메탄 및 디클로로테트라플루오로에탄, 트리클로로모노플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로에탄 등의 대체 플론계 화합물 등으로 대표되는 유기계 비반응형 발포제를 들 수 있다. 이러한 발포제는 단독으로 사용해도 되고, 혹은 2 종 이상을 병용해도 된다. 또한, 여기서 말하는 비반응형 발포제란, 물질 그 자체가 발포 조건하에 휘발하여 페놀 수지를 발포할 수 있는 것을 말한다. 이러한 발포제 중에서도, n-펜탄, iso-펜탄 또는 헵탄을 사용하거나 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.
또, 발포제의 배합량은, 전술한 레졸형 페놀 수지 100 중량부에 대하여, 통상 1 ~ 20 중량부의 범위에서 적절히 선택되는데, 바람직하게는 1 ~ 10 중량부이다. 배합량이 1 중량부 미만이면, 소기의 밀도를 갖는 발포체를 얻지 못하고, 반대로 10 중량부를 초과하면, 발포압의 증대에 수반하여 기포가 파괴되어, 외관이나 단열성능(열전도율)이 악화되는 경향이 있다. 또한, 상기 발포제 이외에도 질소 가스, 산소 가스, 아르곤 가스, 이산화탄소 가스 등의 기체, 혹은 이들 혼합 가스를 사용할 수도 있다.
정포제
본 발명의 페놀수지 조성물에 있어서의 정포제로는 특별히 제한은 없지만, 비이온성 계면활성제가 바람직하게 사용된다. 또한, 필요에 따라 다른 이온성 계면활성제를 단독으로, 혹은 병용해도 상관없다. 이러한 비이온성 계면활성제의 예로는, 예를 들어 폴리실록산, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 피마자유 에틸렌옥사이드 부가물, 디메틸 실리콘오일, 실리콘 폴리에테르 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 또, 정포제의 배합량으로는 레졸형 페놀수지 100 중량부에 대하여, 통상 1 ~ 10 중량부의 범위에서 적절히 선택되는데, 바람직하게는 3 ~ 7 중량부이다.
산경화제
본 발명의 레졸형 페놀수지 조성물에 있어서의 산경화제로는, 예를 들어 황산, 인산 등의 무기산이나, 벤젠술폰산, 에틸벤젠술폰산, 파라톨루엔술폰산, 자일렌술폰산, 나프톨술폰산, 페놀술폰산 등의 유기산 등의 사용이 일반적이나, 이들 예시에 한정되는 것은 아니다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 이러한 산경화제의 배합량으로는 레졸형 페놀수지 100 중량부에 대하여, 통상 1 ~ 50 중량부의 범위에서 적절히 선택되는데, 바람직하게는 5 ~ 10 중량부이다.
규사질 다공재
불연기능이 탁월한 규사(주성분:SiO2)와 물질간 연결기능이 뛰어나 광물의 접착제 역할을 하는 소다장석(Na2O·Al2O3·6SiO2)을 포함한 천연광물을 소성하여 고압분사기를 통해 0.3 ~ 1㎜ 길이로 형성된 면사 형태의 불연재질이며 다공성 구조로 되어, 평상시에는 다공 구조에 의한 단열효과를 유지하며, 화재시 고온에서 불연재질로서 다공구조의 형태로 열을 차단하는 효과를 증대시킬 수 있다. 상기 규사질 다공재는 레졸형 페놀수지 100 중량부에 대하여 1 ~ 20 중량부의 범위에서 적절히 선택되는데, 바람직하게는 5 ~ 15 중량부이다.
기타 첨가제
본 발명의 레졸형 페놀수지 조성물은 가소제나 무기 필러 등을 함유한다.
본 발명의 레졸형 페놀수지 조성물에서 가소제로는, 얻어지는 페놀수지 발포체의 기포벽에 유연성을 부여하고, 단열 성능의 시간 경과적인 열화를 억제하는 작용을 갖는 것이 사용된다.
이와 같은 가소제로는 예를 들어 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 글리콜류, 인산트리페닐, 테레프탈산디메틸, 이소프탈산디메틸 등을 들 수 있다. 이들은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
본 발명에 있어서는, 상기 가소제는, 전술한 액상 레졸형 페놀 수지 100 중량부에 대하여, 통상 0.1 ~ 20 중량부의 범위에서 사용된다. 그 가소제의 사용량이 상기 범위에 있으면, 얻어지는 페놀수지 발포체 이외의 성능을 해치지 않고, 기포벽에 유연성을 부여하는 효과가 양호하게 발휘된다. 그 가소제의 바람직한 사용량은 0.5 ~ 15 중량부이고, 보다 바람직하게는 1 ~ 12 중량부이다.
본 발명의 레졸형 페놀수지 조성물에서, 필요에 따라 함유시킬 수 있는 무기 필러는 얻어지는 페놀 수지 발포체에 효과적으로 방화성 및/또는 방식성을 부여할 수 있는 것이 사용된다.
이와 같은 무기 필러로는 예를 들어 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 산화아연 등의 금속의 수산화물이나 산화물, 아연 등의 금속 분말, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산발륨, 탄산아연 등의 금속 탄산염 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 수산화알루미늄 및/또는 탄산칼슘이 바람직하다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 또, 무기 필러의 배합량으로는 액상 레졸형 페놀수지 100 질량부에 대하여, 통상 0.1 ~ 30 중량부의 범위에서 적절히 선택되는데, 특히 1 ~ 10 중량부 정도가 바람직하다.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, 본 발명은 상기 준불연성 수지 조성물을 발포 경화시켜 외단열재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 외단열재는 전술한 바와 같이 조제한 준불연성 수지 조성물을 발포, 경화시켜 제작되는 것으로서, 구체적으로는 예를 들어 (1) 엔드리스 컨베이어 벨트 상에서 준불연성 수지 조성물을 발포, 경화시키는 성형 방법, (2) 스폿적으로 준불연성 수지 조성물을 충전하여 발포, 경화시키는 방법, (3) 몰드 내에 준불연성 수지 조성물을 충전하여 가압 상태에서 발포, 경화시키는 방법, (4) 큰 공간 내에 준불연성 수지 조성물을 충전하여 발포, 경화시켜 발포 블록을 성형하는 방법, (5) 공동 중에 압입하면서 충전 발포시키는 방법 이외에, (6) 현장 스프레이 발포기에 의해 준불연성 수지 조성물을 구체 벽면 등에 내뿜어 발포, 경화시키는 방법 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 건재 분야에서 종래 채용되어 온 상기 (1) 의 성형 방법에 의하면, 외단열재는 준불연성 수지 조성물을, 연속적으로 이동시키는 컨베이어 벨트 상에 탑재된 면재 상에 유연 도포하고, 또한 유연 도포된 준불연성 수지 조성물 상에 다른 면재를 실어 샌드위치 구조로 한 후, 이것을 더블 컨베이어 벨트식의 가열 경화로 내로 안내하고, 로 중에서 발포, 경화 시킴과 함께, 소정 두께로 성형한 후, 이것을 소정 길이로 절단함으로써, 판 형상으로 제작된다.
좀 더 구체적으로, 본 발명에 따른 외단열재의 제조방법은, 레졸형 페놀수지를 포함하는 액상물질을 준비하는 단계; 상기 액상물질과 난연제를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1 혼합물과 팽창흑연을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제2 혼합물과 발포제를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계; 및 제3 혼합물과 산경화제를 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하는 단계; 상기 준불연성 수지 조성물을 발포 및 경화시켜 외단열재를 성형하는 단계; 를 포함한다.
상기 액상물질을 준비하는 단계는 레졸형 페놀수지 및 정포제를 포함하는 액상물질을 준비하는 단계일 수 있다.
또한 상기 레졸형 페놀수지를 포르말린과 페놀을 물에 용해하고 반응시켜 트리메틸올페놀을 제조하는 단계; 및 상기 트리메틸올페놀을 축합반응시켜 레졸형 페놀수지를 제조하는 단계;에 의해 제조할 수 있다.
또한 상기 트리메틸올페놀을 제조하는 단계에서 촉매인 수산화바륨을 물에 추가로 투입할 수 있다.
[실시예]
제조예 1: 레졸형 페놀수지 제조
레졸형 페놀수지를 페놀과 포르말린의 1단계 첨가방법에 의해 생성된 methylolphenol을 2단계 축합반응으로 제조하였다. 반응 촉매로 수산화바륨을 사용하고 합성방법은 아래와 같다.
포르말린(F)과 페놀(P)을 정량하여 F/P몰비 1.2에서 100L 반응조에서 투입하였다. 페놀에 대한 포르말린의 양은 과량(excess)으로 투입된다. 반응 초기온도를 35℃에 맞추어 고체인 페놀을 서서히 녹였다. 반응 원료가 완전히 혼합된 후 촉매인 수산화바륨을 넣고 질소가스를 퍼지(purge)하였다. 반응온도를 서서히 상승시켜 최종 반응온도인 90℃까지 올렸다. 부가반응을 3시간 동안 수행하여 트리메틸올페놀(Trimethylolphenol)을 생성하였다. 부가반응이 종결되고 생성액을 상온으로 내리고 층분리된 상층의 물을 제거하였다.
진공 760torr, 120℃의 온도로 진공오븐(vacuum oven)에서 생성물인 트리메틸페놀(Trimethylolphenol)을 축합 반응시켜 분자량 550-750g/mol, 점도 5500-7000cps의 레졸형 페놀수지를 합성하였다.
실시예 1: 준불연성 수지 조성물
실시예 1-1
제조예에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 실리콘계 정포제 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 난연제인 수산화알루미늄 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 80메쉬의 팽창흑연 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 발포제인 n-펜탄 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 산경화제인 p-톨루엔설폰산(para-toluenesulfonic acid, PTSA) 8중량부를 투입하고 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 1-2
제조예에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 실리콘계 정포제 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 난연제인 퍼라이트 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 발포제인 n-펜탄 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 산경화제인 p-톨루엔설폰산(para-toluenesulfonic acid, PTSA) 8중량부를 투입하고 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 1-3
제조예에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 실리콘계 정포제 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 인계난연제인 폴리인산암모늄(APP) 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 80메쉬의 팽창흑연 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 발포제인 n-펜탄 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 산경화제인 p-톨루엔설폰산(para-toluenesulfonic acid, PTSA) 8중량부를 투입하고 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 1-4
제조예에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 실리콘계 정포제 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 인계난연제인 폴리인산암모늄(APP) 10중량부와 퍼라이트 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 80메쉬의 팽창흑연 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 발포제인 n-펜탄 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 산경화제인 p-톨루엔설폰산(para-toluenesulfonic acid, PTSA) 8중량부를 투입하고 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 1-5
제조예에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 실리콘계 정포제 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 인계난연제인 폴리인산암모늄(APP) 20중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 발포제인 n-펜탄 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 산경화제인 p-톨루엔설폰산(para-toluenesulfonic acid, PTSA) 8중량부를 투입하고 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 1-6
제조예에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 실리콘계 정포제 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 난연제인 수산화마그네슘 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 80메쉬의 팽창흑연 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 발포제인 n-펜탄 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 산경화제인 p-톨루엔설폰산(para-toluenesulfonic acid, PTSA) 8중량부를 투입하고 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 1-7
제조예에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 실리콘계 정포제 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 인계난연제인 폴리인산암모늄(APP) 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 발포제인 n-펜탄 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 산경화제인 p-톨루엔설폰산(para-toluenesulfonic acid, PTSA) 8중량부를 투입하고 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 1-8
제조예에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 실리콘계 정포제 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 80메쉬의 팽창흑연 10중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 발포제인 n-펜탄 5중량부를 투입하고 혼합하였다. 여기에 산경화제인 p-톨루엔설폰산(para-toluenesulfonic acid, PTSA) 8중량부를 투입하고 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 레졸형 페놀수지(중량부) 팽창흑연(중량부) 난연제(중량부) 발포제(중량부) 정포제(중량부) 산경화제(중량부)
폴리인산암모늄(APP) 수산화
알루미늄		 퍼라이트 수산화마그네슘
1-1 100 10 - 10 - - 5 5 8
1-2 100 - - - 10 - 5 5 8
1-3 100 10 10 - - - 5 5 8
1-4 100 10 10 - 10 - 5 5 8
1-5 100 - 20 - - - 5 5 8
1-6 100 10 - - - 10 5 5 8
1-7 100 - 10 - - - 5 5 8
1-8 100 10 - - - - 5 5 8
실시예 2: 외단열재
실시예 2-1
실시예 1-1의 준불연성 수지 조성물을 경화 발포시켜 외단열재를 제조하였다.
실시예 2-2
실시예 1-2의 준불연성 수지 조성물을 상온에서 경화 발포시켜 외단열재를 제조하였다.
실시예 2-3
실시예 1-3의 준불연성 수지 조성물을 상온에서 경화 발포시켜 외단열재를 제조하였다. 밀도는 66.8 kg/m3이었다.
실시예 2-4
실시예 1-4의 준불연성 수지 조성물을 상온에서 경화 발포시켜 외단열재를 제조하였다.
실시예 2-5
실시예 1-5의 준불연성 수지 조성물을 상온에서 경화 발포시켜 외단열재를 제조하였다.
실시예 2-6
실시예 1-6의 준불연성 수지 조성물을 상온에서 경화 발포시켜 외단열재를 제조하였다.
실시예 2-7
실시예 1-7의 준불연성 수지 조성물을 상온에서 경화 발포시켜 외단열재를 제조하였다. 밀도는 67.6 kg/m3이었다.
실시예 2-8
실시예 1-8의 준불연성 수지 조성물을 상온에서 경화 발포시켜 외단열재를 제조하였다. 밀도는 71.6 kg/m3이었다.
[시험예]
난연성능을 측정하여 불연재료, 준불연재료 또는 난연재료의 등급을 만족하는지 평가하였다. 국토교통부 고시 2015-744호에 따르면 준불연재료 및 난연재료는 각각 아래와 같은 성능을 만족하여야 한다. 통상의 화재 시에 상당하는 가열을 받았을 때 나타나는 재료의 연소거동에 따라 불연재료, 준불연재료, 난연재료의 3가지 등급으로 분류할 수 있다.
불연재료
KS F ISO 1182 (불연성시험방법)으로 시험하여 가열시험 개시 후 20분간 가열로 내의 최고온도가 최종평형온도를 20K 초과 상승하지 않아야 하고, 여기서, 20분 동안 평형에 도달하지 않으면 최종 1분간 평균온도를 최종평형온도로 하며, 질량감소율이 30%이하이어야 한다.
또한 KS F 2271(가스유해성시험)로 시험하여 실험용 쥐의 평균행동 정지시간 9분 이상이어야 한다.
준불연재료
KS F ISO 5660-1 (콘칼로리미터법)으로 시험하여 가열 개시 후 10분간 총방출열량 8MJ/m2이하이며, 10분간 최대열방충율이 10초이상 연속으로 200KW/m2을 초과하지 않아야 하며, 10분간 가열 후 시험체를 관통하는 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재를 포함한다)등이 없어야 한다.
또한 KS F 2271 (가스유해성시험)으로 시험하여 실험용 쥐의 평균행동 정지시간이 9분 이상이어야 한다.
ISO 5660-1 시험방법은 연소시 열방출율은 재료의 연소에 필요한 산소의 양에 비례한다는 점에 기초를 두고 있다. 즉, 연소시 산소 1 kg이 소비되면 약 13.1 MJ의 열이 방출된다는 관계가 성립한다. 규정된 외부 복사열을 받는 동안 시편은 주위 공기조건에서 연소하며, 이때 산소농도와 배출가스 유량을 측정하여 열방출율을 산정한다. 이 러한 방법으로, 재료 또는 제품이 화재에 노출되는 동안 열방출율에 기여하는 정도를 평가한다
난연재료
KS F ISO 5660-1 (콘칼로리미터법)으로 시험하여 가열 개시 후 5분간 총방출열량 8MJ/m2이하이며, 5분간 최대 열방출율이 10초이상 연속으로 200KW/m2을 초과하지 않아야 하며, 5분간 가열 후 시험체를 관통하는 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재를 포함한다)등이 없어야 한다.
또한 KS F 2271(가스유해성시험)으로 시험하여 실험용 쥐의 평균행동 정지시간이 9분 이상이어야 한다.
시험예 1: 콘칼로리미터법에 따른 난연성능 평가
KS F ISO 5660-1(콘칼로리미터법)에 따라 콘칼로리미터를 사용하여 외단열재의 실시예들에 대한 준불연성능 및 난연성능을 측정하였다. 표 2에 콘칼로리미터법에 따른 난연성능의 결과를 정리하였고, 도 2에 열방출율(Heat release rate, HRR)을 도시하였다.
표 2는 다양한 배합비로 구성된 페놀폼 실시예를 대상으로 국토부 고시에 의한 콘칼로리미터시험 결과이다. 레졸형 페놀수지, 팽창흑연, 발포제, 정포제, 산경화제, 수산화아미늄, 퍼라이트, 수산화마그네슘 등의 다양한 배합을 통해 콘칼로리미터에 의한 난연성능평가를 수행하였으며 난연성능과 경제성 등을 고려하여 최적의 배합비를 도출하였다.
실시예 콘칼로리미터 방법
난연재료(MJ/m2) 준불연 재료(MJ/m2)
2-1 2.0 3.9
2-2 12.7 22.8
2-3 1.7 4.5
2-4 12.6 19.9
2-5 8.7 15.1
2-6 1.1 3.4
2-7 3.6 8.9
2-8 8.4 14.0
시험예 2: 난연 시험 후의 시료 형상 측정
난연 시험 후의 시료 형상을 도 2에 나타냈다. 실시예 2-3이 난연 시험 후의 형상이 가장 잘 유지되었으며 경제성 및 난연성이 가장 우수하였다
시험예 3: 가스 유해성 실험
KS F 2271 시험방법에 따라 가스 유해성을 측정하였다.
시험예 4
실시예 2-3에 따라 제조된 외단열재의 시험체 3개에 관하여 화학시험융합연구원에서 측정한 준불연재료 난연성능 평가를 위한 콘칼로리미터와 가스유해성의 시험결과를 표 3 및 도 4a 내지 도 4d에 도시하였다. 표 3 및 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 본 발명의 외단열재는 국토교통부 고시 제2015-744호에 따른 준불연재료 적합으로 판정되었다.

시편		 콘칼로리미터 가스유해성 시험
총방출열량
(MJ/m2)		 열방출율이 200kW를 연속하여 초과한 시간(초) 외단열재의 전부 용융, 관통하는 균열 및 구멍 등의 변화 평균행동정지시간
(분:초)
1 2.1 0 이상 없음 11:50
2 2.9 0 이상 없음 13:17
3 4.4 0 이상 없음 -
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 외단열재

Claims (14)

  1. 페놀류와 알데히드류를 알칼리 촉매와 반응시켜 만들어진 레졸형 페놀수지 100중량부와; 80 메쉬 ~ 150 메쉬로 분쇄된 팽창흑연 5 내지 15 중량부; 난연제 5 내지 15 중량부; 발포제 1 내지 20중량부; 정포제 1 내지 20중량부; 산경화제 1 내지 30중량부; 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 글리콜류, 인산트리페닐, 테레프탈산디메틸, 이소프탈산디메틸 중에서 선택된 1종 이상인 가소제 1 내지 12 중량부; 수산화알루미늄 또는 탄산칼슘으로 된 무기 필러 1 내지 10 중량부;를 포함하는 준불연성 수지 조성물을 발포 및 경화하여 만들어지며,
    상기 레졸형 페놀수지는 페놀류와 알데히드류를 몰비 기준에서 1.0：1.8 ~ 2.5 의 범위로 혼합하여 만들어지며, 점도가 상온에서 5500-7000cps이고,
    상기 팽창흑연 및 난연제의 중량비는 1:1 인 것을 특징으로 하는 건축용 외단열재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 준불연성 수지 조성물의 난연제는 수산화알루미늄, 퍼라이트, 수산화마그네슘, 일인산암모늄(Mono Ammonium Phosphate), 폴리인산암모늄(Ammonium Poly Phosphate), 적린(Red Phosphorus), 트리아릴인산(Triaryl phosphate), 트리크레실인산(Tricresyl Phosphate), 트리에틸인산(Triethyl Phosphate), 트리페닐인산(Triphenyl Phosphate), 다이메틸 메틸인산(Dimethyl methylphosphate), 및 할로알킬 포스페이트(Halo Alkyl Phosphate) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 외단열재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 난연제가 일인산암모늄(Mono Ammonium Phosphate), 폴리인산암모늄(Ammonium Poly Phosphate), 적린(Red Phosphorus), 트리아릴인산(Triaryl phosphate), 트리크레실인산(Tricresyl Phosphate), 트리에틸인산(Triethyl Phosphate), 트리페닐인산(Triphenyl Phosphate), 다이메틸 메틸인산(Dimethyl methylphosphate), 및 할로알킬 포스페이트(Halo Alkyl Phosphate) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 외단열재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 준불연성 수지 조성물의 발포제가 디클로로에탄, 프로필클로라이드, 이소프로필클로라이드, 부틸클로라이드, 이소부틸클로라이드, 펜틸클로라이드, 프로판, n-부탄, iso-부탄, n-펜탄, iso-펜탄, neo-펜탄, 시클로펜탄, n-헥산, iso-헥산, 헵탄, 시클로프로판, 시클로부탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 이소프로필에테르, 염화메틸, 염화에틸, 염화메틸렌, 디클로로플루오로메탄, 디클로로디플루오로메탄, 클로로디플루오로메탄 및 디클로로테트라플루오로에탄, 트리클로로모노플루오로메탄, 및 트리클로로트리플루오로에탄 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 외단열재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발포제가 n-펜탄, iso-펜탄 및 헵탄 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 외단열재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 준불연성 수지 조성물의 정포제가 폴리실록산, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 피마자유 에틸렌옥사이드 부가물, 디메틸 실리콘오일, 및 실리콘 폴리에테르 공중합체 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 외단열재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 준불연성 수지 조성물의 산경화제가 황산, 인산, 벤젠술폰산, 에틸벤젠술폰산, 파라톨루엔술폰산, 자일렌술폰산, 나프톨술폰산, 및 페놀술폰산 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 외단열재.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 준불연성 수지 조성물은 규사(주성분:SiO2) 및 소다장석(Na2O·Al2O3·6SiO2)을 포함한 천연광물을 소성하여 고압분사기를 통해 0.3 내지 1㎜ 길이의 면사 형태로 된 다공성의 규사질 다공재 5 내지 15 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 외단열재.
  11. 제1항 및 제3항 내지 제8항 및 제10항 중 어느 한 항에 따른 외단열재의 제조방법으로서,
    (a) 레졸형 페놀수지를 포함하는 액상물질을 준비하는 단계;
    (b) 상기 액상물질과 난연제를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    (c) 상기 제1 혼합물과 팽창흑연을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
    (d) 상기 제2 혼합물과 발포제를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (e) 제3 혼합물과 산경화제를 혼합하여 준불연성 수지 조성물을 제조하는 단계;
    (f) 상기 준불연성 수지 조성물을 발포 및 경화시켜 외단열재를 성형하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 외단열재의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액상물질을 준비하는 단계가 레졸형 페놀수지 및 정포제를 포함하는 액상물질을 준비하는 단계인 것을 특징으로 하는 외단열재의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 레졸형 페놀수지를
    포르말린과 페놀을 물에 용해하고 반응시켜 트리메틸올페놀을 제조하는 단계; 및
    상기 트리메틸올페놀을 축합반응시켜 레졸형 페놀수지를 제조하는 단계;에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 외단열재의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 트리메틸올페놀을 제조하는 단계에서 촉매인 수산화바륨을 물에 추가로 투입하는 것을 특징으로 하는 외단열재의 제조방법.
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