KR101811225B1 - 팽창흑연을 함유한 마감재가 접착된 불연 단열성 우레탄 폼 - Google Patents
팽창흑연을 함유한 마감재가 접착된 불연 단열성 우레탄 폼 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에서 오존화된 공기로 부직포를 산화 개질시켜 팽창흑연이 도포된 우레탄 폼의 제조방법에 관한 발명으로
1. 두루마리 형태의 부직포를 하부 롤러에 삽입 장치하여 우레탄 폼의 제조 단계에서 라미네이터에 연속 공급하여 부직포 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 혼합액을 도포를 준비하는 단계;
2. 두루마리 형태의 알루미늄 호일를 상부 롤러에 삽입 장치하여 라미네이터에 연속 공급하여 발포하는 우레탄 폼의 상부면에 접착되도록 공급을 준비하는 단계;
3. 콤프레샤 (압력 3-4Kgf /cm2) 와 After cooler Air Filter 냉동건조장치로 이루어진 장치를 경유한 건조한 공기를 1쌍의 전극 사이에 세라믹 유전체를 끼운 오존 발생 장치의 전극 사이로 불어 넣고, 오존 발생 장치에 6kv∼18kv 교류 고압을 가하면 공기가 방전영역을 통과하면서 오존화된 공기를 연속식 라미네이터에 공급하여 부직포에 주입하는 오존 공기의 존재 하에서 부직포 및 알루미늄 호일 표면을 산화 개질시키는 단계;
4. 산화 개질된 부직포 및 알루미늄호일에 접착성 수지와 혼합된 팽창흑연을 분사하여 도포하고 90℃ 이하의 공기로 건조시키는 단계;
5. 상기 팽창 흑연이 코팅된 부직포를 연속식 라미네이터 벨트에 공급하고 하부 부직포 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 교반 혼합액을 도포하여 우레탄폼을 발포하고, 우레탄폼 상부 벨트에 팽창 흑연이 코팅된 일루미늄 호일을 연속 공급하며 압착하여 접착하는 단계;로 이루어진다.
1. 두루마리 형태의 부직포를 하부 롤러에 삽입 장치하여 우레탄 폼의 제조 단계에서 라미네이터에 연속 공급하여 부직포 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 혼합액을 도포를 준비하는 단계;
2. 두루마리 형태의 알루미늄 호일를 상부 롤러에 삽입 장치하여 라미네이터에 연속 공급하여 발포하는 우레탄 폼의 상부면에 접착되도록 공급을 준비하는 단계;
3. 콤프레샤 (압력 3-4Kgf /cm2) 와 After cooler Air Filter 냉동건조장치로 이루어진 장치를 경유한 건조한 공기를 1쌍의 전극 사이에 세라믹 유전체를 끼운 오존 발생 장치의 전극 사이로 불어 넣고, 오존 발생 장치에 6kv∼18kv 교류 고압을 가하면 공기가 방전영역을 통과하면서 오존화된 공기를 연속식 라미네이터에 공급하여 부직포에 주입하는 오존 공기의 존재 하에서 부직포 및 알루미늄 호일 표면을 산화 개질시키는 단계;
4. 산화 개질된 부직포 및 알루미늄호일에 접착성 수지와 혼합된 팽창흑연을 분사하여 도포하고 90℃ 이하의 공기로 건조시키는 단계;
5. 상기 팽창 흑연이 코팅된 부직포를 연속식 라미네이터 벨트에 공급하고 하부 부직포 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 교반 혼합액을 도포하여 우레탄폼을 발포하고, 우레탄폼 상부 벨트에 팽창 흑연이 코팅된 일루미늄 호일을 연속 공급하며 압착하여 접착하는 단계;로 이루어진다.
Description
본 발명은 팽창흑연을 함유한 마감재를 폴리우레탄 폼 표면에 접착하여 불연성과 단열성을 향상시킨 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.
이를 구체적으로 살펴보면, 팽창율(Expansion rato)이 20ml/g - 500ml /g, 입도직경이 20mesh- 300mesh의 팽창흑연을 마감재료에 함유시키고 폴리우레탄 폼 양면에 접착하여 불연성과 단열성을 향상시킨 팽창흑연을 함유한 마감재가 접착된 불연성 및 단열성을 갖는 우레탄 폼에 관한 것으로,
상세하게는 폴리우레탄 폼 표면층에 팽창흑연의 도막을 형성하기 위하여 폴리우레탄 폼 제조단계에서 폼 양면에 접합시키는 마감재료인 부직포 및 알루미늄 호일을 오존화된 공기로 개질하여 부착성을 향상시키고 가열에 의해 팽창하면서 연소를 차단하는 팽창율이 20ml /g - 500 ml/g, 입도직경이 20mesh- 300mesh 의 물성을 갖는 팽창흑연과 접착성 수지를 부직포 및 알루미늄 호일에 접착시키는 것을 특징으로 하는 팽창흑연을 함유한 마감재가 부착된 불연 단열성 폴리우레탄 폼의 제조방법에 관한 발명이다.
폴리우레탄폼은 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 혼합하고 발포하여 고형화된 폼을 말하며 단열성이 이 0.018 mk/w - 0.020 mk/w 로 매우 우수하다.
일반적으로 이소시아네이트는 MDI( Methylene Diphenyl Diisocyanate)를 사용하고 폴리올의 hydroxyl (OH)기와 반응하여 우레탄과 결합을 한다.
폴리올은 폴리에스테르 및 폴리에테르를 사용하며 폴리에테르는 유연하며 부드럽고 폴리에스테르는 단단하고 견고한 물성이므로 개시제의 관능기수에 따라서 단독 1종 또는 적절히 혼합하여 사용할 수 있다 우레탄폼은 연질폼과 경질폼으로 분류할 수 있으며 연질폼은 유연하고 복원력이 우수하므로 메트리스 등으로 널리 사용되고 있으며, 경질우레탄폼은 발포성 단열재 중에서 단열성이 가장 우수하므로 산업용 단열재로 널리 사용되고 있다.
특히 최근에는 불연성과 단열성이 더 향상된 우레탄폼의 제조기술이 요구되고있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제1729205 에서는 글리콜화합물과 방향족 유기산을 반응시켜서 폴리에스터 화합물을 만들어 난연성이 강화된 폴리에스터 폴리올을 제조하는 방법으로 난연성 우레탄 폼의 생산방법을 개시하고 있으나, 난연성 효과는 미약한 반면 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제0982176에서는 인계 난연재 및 금속산화물이 물에 함유된 무기 난연 조성물 100중량부에 팽창흑연 10~25중양부가 함유된 페이스트 조성물을 가연성 단열재에 도포하는 방법을 개시하고 있으나, 수용성 무기 조성물에 팽창흑연을 포함시키므로 도막의 내구성과 내수성이 약한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제1735496호에서는 발포성 폴리스티렌EPS)입자를 발포한 후 팽창흑연을 코팅시켜 성형하는 방법을 개시하고 있으나, EPS를 발포한 입자에 코팅하고 성형하는 기술이므로 공정이 복잡하고 최종 물성이 균일하지 못한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제1657494호에서는 우레탄 보드의 양면에 마감 시트로 코로나 방전처리 한 부직포를 접착하는 방법을 개시하고 있으나 불연성과 단열성을 향상시키지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로 폴리우레탄폼 제조 단계에서 연속식 라미네이터 벨트 상 하부에 공급되며 폴리우레탄폼의 양면에 접착되는 부직포 및 알루미늄호일 마감재료를 오존으로 개질하고 팽창흑연을 함유시켜서 불연성과 단열성을 향상시킨 것이다.
본 발명은 소수성인 부직포 및 알미늄 호일의 표면을 오존화된 공기로 산화하고 개질하여 팽창흑연의 부착성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 팽창흑연을 함유한 부직포 및 알루미늄 호일을 수득하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 팽창흑연을 함유한 부직포 및 알루미늄 호일을 우레탄 폼에 접착하여 불연성과 단열성이 향상된 우레탄폼을 수득하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서 사용하는 부직포 및 알루미늄 호일은 우레탄폼 양면에 접착되어서 우레탄폼 보드의 물성을 보존시키는 마감재료이다. 부직포와 알루미늄 호일은 두루마리 형태로 롤러에 삽입 설치되고 우레탄 폼의 제조 단계에서 연속식 라미네이터 위에 공급되며 부직포 및 알루미늄 호일 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 혼합액을 도포시켜 발포하여 우레탄폼이 형성된다.
부직포는 예를 들어서 케미컬본딩부직포, 써멀본딩부직포, 에어레이부직포, 니들펀칭 부직포, 스판레스부직포, 스판본드부직포, 멜트블로운부직포 및 스테치본드부직포 등으로 다양한 방법으로 제조한 부직포가 사용될 수 있으며, 팽창흑연을 함유시키는 기술에 부합하면 제한없이 선택하여 사용할 수 있다. 부직포와 알루미늄 호일은 소수성이고 피코팅체인 팽창 흑연은 친수성으로 양자는 부착시 서로 반발하는 경향이 있으므로 부직포의 표면층을 오존에 노출하여 입자 표면층을 산화시켜 친수성으로 개질하고 팽창흑연 및 피코팅체와 접착 코팅이 용이하도록 한다. 오존은 산소분자(O2)가 분해되어 3개의 산소원자가 결합한 물질로서 3개의 산소원자가 4가지 형상의 공명 구조로 결합 된 형태로 존재한다.
오존은 불소 다음으로 강력한 산화력을 가지며 유·무기물과의 반응성은 산화력에 의한 것이다. 오존의 발생은 통상 산소에 물리, 화학적인 에너지를 가해 오존으로 변화시키는 것인데 무성 방전법, 전해법, 광화학법, 방사선 조사법 등으로부터 발생시킬 수 있다.
통상적으로 무성방전법이 가장 널리 이용되며, 무성방전법은 1쌍의 전극 사이에 유리나 세라믹 같은 유전체를 끼우고 공기나 산소를 불어넣고, 전극에 6kv∼18kv 교류고압을 가하면 방전영역에서 오존이 발생된다. 무성방전법의 오존발생은 공기를 사용한 경우, 10g∼35 g/m3, 산소를 사용할 경우에는 50g ∼150 g/m3의 오존을 얻을 수 있고, 소비 전력은 수냉식 냉각수 온도 25℃의 경우 산소를 주입할 때 10∼13 kwh/kg 이며, 공기를 주입할 때는 15∼20 kwh/kg이다 오존 발생장치는 원형의 동축 원통형과 판상의 평판형이 있으며, 본 발명에서는 산업용에 널리 사용하고 있는 무성방전법의 동축원통형의 전극구조를 사용하였다.
다음 반응식에 의하여 오존이 발생된다
O2 + e- -> O + O + e-
O2 + e- -> O2 +
O + O2 +M -> O3 + M
O2 + O2 -> O3 + O
본 발명에서 부직포에 함유되는 팽창흑연은 천연 인편흑연을 산성재료로 화학 처리를 하여 흑연의 층간에 산성화합물을 침투 형성시키고 건조한 것으로 150℃ 이상으로 가열하면 분해되어 가스를 발생하면서 체적의 20배 ~ 500배로 팽창이 될 수 있으며 이를 통상적으로 팽창흑연 (Expandable Graphite)이라 한다.
팽창 흑연은 가열에 의해 팽창하면서 발포층이 열원을 차단하는 작용을 하므로 팽창율(Expansion rato)이 20ml /g 에서 500 ml /g 인 팽창흑연 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직한 팽창율은 100ml /g 300 ml /g 이고, 입도는 20mesh- 300mesh 이다.
본 발명에서 사용하는 팽창흑연은 탄소함량이 92중량% (Carbon Content), 팽창율(Expansion rate)이 200ml/g ~ 500ml/g이며, 입자분포 (Particle distribution) 80 mesh 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
부직포 및 알루미늄 호일에 팽창흑연을 도포한다. 이때 부직포 및 알루미늄 호일 1m2 당 팽창연은 1 내지 30g을 도포하며 바람직하게는 2 ~ 10g이다. 이 범위를 초과하면 불연성과 단열성의 향상은 미약하고 원가가 높아지는 단점이 있다.
팽창 흑연에 포함되는 접착성 수지(고형분 35중량%)는 건조가 빠르고 물에 불용성인 유용성 수지를 사용한다. 예를 들어서, 아크릴수지계, 올레핀계수지, 우레탄계수지, 폴리스티렌계수지, 초산비닐계수지, 에폭시계수지, 염화비닐계수지 및 폐놀계수지를 사용하며 이들 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 팽창흑연 100중랑부에 대하여 1 - 30 중량부를 도포할 수 있으며. 바람직하게는 1중량부~ 5중량를 사용한다.
본 발명에서 오존화된 공기로 부직포를 산화 개질시켜 팽창흑연이 도포된 우레탄 폼에 접착하는 제조공정은 다음과 같다.
1. 두루마리 형태의 부직포를 하부 롤러에 삽입 장치하여 우레탄 폼의 제조 단계에서 라미네이터에 연속 공급하여 부직포 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 혼합액을 도포를 준비하는 단계;
2. 두루마리 형태의 알루미늄 호일를 상부 롤러에 삽입 장치하여 라미네이터에 연속 공급하여 발포하는 우레탄 폼의 상부면에 접착되도록 공급을 준비하는 단계;
3. 콤프레샤 (압력 3-4Kgf /cm2) 와 After cooler Air Filter 냉동건조장치로 이루어진 장치를 경유한 건조한 공기를 1쌍의 전극 사이에 세라믹 유전체를 끼운 오존 발생 장치의 전극 사이로 불어 넣고, 오존 발생 장치에 6kv∼18kv 교류 고압을 가하면 공기가 방전영역을 통과하면서 오존화된 공기를 연속식 라미네이터에 공급하여 부직포에 주입하는 오존 공기의 존재 하에서 부직포 및 알루미늄 호일 표면을 산화 개질시키는 단계;
4. 산화 개질된 부직포 및 알루미늄호일에 접착성 수지와 혼합된 팽창흑연을 분사하여 도포하고 90℃ 이하의 공기로 건조시키는 단계;
5. 상기 팽창 흑연이 코팅된 부직포를 연속식 라미네이터 벨트에 공급하고 하부 부직포 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 교반 혼합액을 도포하여 우레탄폼을 발포하고, 우레탄폼 상부 벨트에 팽창 흑연이 코팅된 일루미늄 호일을 연속 공급하며 압착하여 접착하는 단계;를 거쳐 폴리우레탄 폼 양면에 팽창흑연을 코팅한 마감재가 접착된 불연 단열성 우레탄 폼을 수득하였다.
본 발명은 발포성 폴리우레탄폼의 표면을 오존으로 산화시켜 개질하고 그 위에 팽창흑연을 도포한 후 부직포 및 알루미늄 호일로 우레탄폼 보드의 양면에 접착함으로서 불연성과 단열성이 향상시키기 화재 등을 예방하며, 또한 연소 시 매연의 발생을 줄일 수 있는 등의 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서 제조된 우레탄 폼의 불연 물성과 작용효과를 실시예에서 상세히 설명하나, 본 발명의 범위는 실시예의 범위에 한정되지 아니하며, 실시예로부터 뒷받침되는 모든 범위를 포함한다고 할 수 있다.
실시예 1.
1. 두루마리 형태의 넓이 1000mm 의 부직포를 하부 롤러에 삽입 장치하고 두루마리 형태의 넓이 1000mm의 알루미늄 호일을 상부롤러에 삽입 장치하고, 라미네이터 벨트의 상부 및 하부로 연속 공급하여 부직포 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 혼합액을 도포를 준비하는 단계;
2. 부직포와 알루미늄 호일을 12m/min 속도로 라미네이터에 공급하며 발포하는 우레탄 폼의 양면에 접착되도록 공급을 준비하고 오존 발생 장치에 6kv∼18kv 교류 고압을 가하여 공기가 방전영역을 통과하면서 오존화 된 공기를 라미네이터에 공급되는 부직포와 알루미늄호일에 주입하여 부직포 및 알루미늄 호일 표면을 산화 개질시키는 단계;
3. 산화 개질된 부직포와 알루미늄호일에 멜라민수지(고형분35%)70중량부와 팽창흑연 30중량부를 우레탄 폼 중량에 대하여 5중량부 분사하여 코팅하고 90도 이하의 공기로 건조하는 단계;
4. 상기 팽창 흑연이 코팅된 부직포를 연속식 라미네이터 벨트에 공급하고 하부 부직포 위에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 교반 혼합액을 도포하며 동시에 접착하고 발포하는 우레탄 폼 상부 벨트에 팽창 흑연이 코팅된 일루미늄호일을 연속 공급하며 압착하여 접착하고 단계로 폴리우레탄 폼 양면에 팽창흑연을 코팅한 마감재가 접착된 불연 단열성 우레탄폼을 얻었으며 불연성을 측정하였다.
| 시 험 항 목 | 결 과 | 판정기준 | 시험방법 | |||
| 1회 | 2회 | 3회 | ||||
| 열방출실험 | 총방출량(MJ/m²) | 7.2 | 5.8 | 6.2 | 8Mj/m² 이하 | KSF ISO 5660-1 2008 |
| 열방출량이연속으로 200 kw/m² 를초과하는시간(S) |
0 | 0 | 0 | 10s 이하 | ||
| 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열 구멍 및 용융 (심재의 전부 소멸 용융) 등 |
없음 | 없음 | 없음 | 없을 것 | ||
| 가스유해성 시험 |
행동 정지 시간 (min: s) | 14.9 | 13.4 | 12.8 | 9min 이상 |
KSF227: :2006 |
<비교예 1>
오존처리와 팽창 흑연의 코팅을 처리하지 않고, 나머지 공종은 실시예 1 과 실시하여 불연성 폴리우레탄폼을 제조한 후 불연성을 측정하였다.
| 시 험 항 목 | 결 과 | 판정기준 | 시험방법 | |||
| 1회 | 2회 | 3회 | ||||
| 열방출실험 | 총방출량(MJ/m²) | 12 | 15 | 13. | 8Mj/m² 이하 | KSF ISO 5660-1 2008 |
| 열방출량이연속으로 200 kw/m² 를초과하는시간(S) |
8 | 8 | 7 | 10s 이하 | ||
| 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열 구멍 및 용융 (심재의 전부 소멸 용융) 등 |
없음 | 없음 | 없음 | 없을 것 | ||
| 가스유해성 시험 |
행동 정지 시간 (min: s) | 7.9 | 8.4 | 6.8 | 9min 이상 |
KSF227: :2006 |
상기의 시험결과에 의하면 표 1과 2를 비교할 때 팽창흑연이 코팅된 마감재가 접착 도포된 실시예 1의 폴리우레탄 폼의 불연성이 뛰어난 것으로 확인되었다.
Claims (4)
- a) 두루마리 형태의 부직포 및 알루미늄 호일의 표면에 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올과 발포제의 혼합액을 도포하는 단계;
b) 오존 발생 장치에서 발생시킨 오존화된 공기를 연속식 라미네이터에 공급하여 오존 공기의 존재 하에서 부직포 및 알루미늄 호일 표면을 산화 개질시키는 단계;
c) 산화 개질된 부직포 및 알루미늄호일에 접착성 수지 및 팽창흑연을 분사하여 도포한 후 90℃에서 건조시키는 단계;
d) 상기 팽창 흑연이 코팅된 부직포 및 알루미늄 호일을 연속식 라미네이터 벨트에 공급하여 발포된 폴리우레탄 폼 양면에 팽창흑연이 코팅한 마감재를 접착시키는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연 단열성 우레탄 폼의 제조방법. - 제1항에 있어서,
팽창흑연은 팽창율 20ml /g - 500 ml/g 입도직경 20mesh- 300mesh 인 것을 특징으로 하는 불연 단열성 우레탄 폼의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 접착성 수지는 아크릴수지계, 올레핀계수지, 우레탄계수지, 폴리스티렌계수지, 초산비닐계수지, 에폭시계수지, 염화비닐계수지, 폐놀계수지를 중에서 선택한 1종 단독 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 불연 단열성 우레탄 폼의 제조방법. - 제1항의 방법으로 제조된 팽창흑연을 함유하는 불연 단열성 우레탄 폼 단열재.
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