KR101821591B1

KR101821591B1 - 난연성 발포 폴리스티렌

Info

Publication number: KR101821591B1
Application number: KR1020160145923A
Authority: KR
Inventors: 김상길; 정상옥
Original assignee: 동명대학교 산학협력단; 주식회사 나노텍세라믹스
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-03-08

Abstract

본 발명은 난연성 발포 폴리스티렌에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 난연성 발포 폴리스티렌은 발포성 폴리스티렌 비드를 발포시켜 발포 폴리스티렌 입자를 형성시키고, 상기 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 물을 용매로 하는 난연성 코팅액을 80 내지 100중량부를 분사하여 발포 폴리스티렌 입자 사이에 코팅층을 형성시킨 난연성 발포 폴리스티렌에 있어서, 상기 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘을 포함하는 무기난연제 10 내지 40 중량부와, 팽창흑연 20 내지 40 중량부와, 인 또는 실리케이트를 포함하는 바인더 10 내지 20 중량부와, 세라믹 섬유 10 내지 20 중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

난연성 발포 폴리스티렌{expanded polystylene which have flammmable capability}

본 발명은 난연성 발포 폴리스티렌에 관한 것으로서, 발포 폴리스티렌 입자 사이에 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘을 포함하는 무기난연제와, 팽창흑연, 인 또는 실리케이트를 포함하는 바인더와, 세라믹 섬유가 포함되는 코팅층을 형성시킨 난연성 발포 폴리스티렌에 관한 것이다.

EPS(Expanded polystyrene) 샌드위치 패널의 제조공정은, 폴리스틸렌 알갱이(polystyrene beads)를 소정의 발포 비율로 발포한 후, 사일로(silo)에서 건조 숙성시킨 후 성형기에서 연화할 때까지 증기 가열 후 냉각시켜 서 성형체를 성형하고, 소정의 양생과정을 거쳐 열선을 이용하여 규격대로 절단하여 제작되는 비난연 EPS 패널의 강판(대표적으로 아연도금강판) 사이에 접착제를 이용하여 접착 후 규격대로 커팅(cutting)하여 샌드위치 패널을 제작한다.

이러한 샌드위치 패널은 경제성과 경량성의 이유로 폭넓게 사용되고 있지만, 대형화재 사고에서는 인화성과 유독가스 발생 등 인체에 치명적인 문제점이 노출되어 EPS 샌드위치 패널의 난연화는 매우 시급한 문제로 대두되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방식으로는 패널을 생산한 후에 난연제를 도포하여 난연화하는 방식, EPS 발포비를 난연제로 코팅한 후 보드로 성형하는 방식 및 발포전의 EPS 원료 제조과정에서 난연제를 미리 함침시키는 방식으로 크게 구분된다.

최근에는 EPS 발포비들르 코팅하여 성형하는 방식이 가장 많이 사용되고 있으며, 이때 난연액으로는 일반적으로 물유리가 사용되고 있다.

이러한 선행기술에는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-2014-0039774 호(2014.04.03:출원일), 출원번호 제10-2013-0071528호(2013.06.21:출원일), 출원번호 제10-2014-0068338호(2014.06.05:출원일) 등이 있다.

그러나, 이러한 종래의 선행기술들은 높은 스팀을 사용하여 성형하는 과정에서 내수성이 약한 물유리의 특성상 난연 코팅액이 이탈하여 중심부까지 스팀이 도달하지 못하여 중심부의 강도가 약해지며, 결과적으로 전체 품질이 균일하지 못하다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 페놀 수지 또는 멜라민 수지를 이용한 난연 코팅액의 경우 포름알데히드 등의 유해물질로 인하여 작업환경이 나빠지고 환경오염의 주범이 된다는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 난연성 발포 폴리스티렌은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 난연성 코팅액을 코팅시킨 발포 폴리스티렌을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 난연성 발포 폴리스티렌은 발포성 폴리스티렌 비드를 발포시켜 발포 폴리스티렌 입자를 형성시키고, 상기 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 물을 용매로 하는 난연성 코팅액을 80 내지 100중량부를 분사하여 발포 폴리스티렌 입자 사이에 코팅층을 형성시킨 난연성 발포 폴리스티렌에 있어서, 상기 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘을 포함하는 무기난연제 10 내지 40 중량부와, 팽창흑연 20 내지 40 중량부와, 인 또는 실리케이트를 포함하는 바인더 10 내지 20 중량부와, 세라믹 섬유 10 내지 20 중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 코팅증은 이산화규소가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 난연성 발포 폴리스티렌은 무기난연제와, 팽창흑연, 바인더와, 세라믹 섬유가 포함되어, 무기난연제의 흡열 반응으로 인한 연소열 저감과, 팽창흑연을 통한 탄화물 생성 촉진, 세라믹 섬유를 통한 기공성 확보(열전도도 감소) 등을 통해서 난연성을 높이면서 바인더를 통해서 강도를 보완할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 난연성 발포 폴리스티렌의 단면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 난연성 발포 폴리스티렌은 발포성 폴리스티렌 비드를 발포시켜 발포 폴리스티렌 입자를 형성시키고, 상기 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 물을 용매로 하는 난연성 코팅액을 80 내지 100중량부를 분사하여 발포 폴리스티렌 입자 사이에 코팅층을 형성시킨다.

여기서, 이러한 코팅층이 발포 폴리스티렌 입자의 수축변형을 초래하지 않도록 별도의 건조 설비를 통해서 저온(50도씨 근처) 10분이하로 잔류수분을 제거하는 과정을 거쳐야 한다.

이러한 코팅층이 발포 폴리스티렌(EPS:expanded polystylene)에 코팅된 상태를 살펴보면, 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 난연성 발포 폴리스티렌의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 난연성 발포 폴리스티렌은 폴리스티렌(1:EPS) 각 사이에 코팅층이 자리잡고 있으며, 각 코팅층은 무기난연제(10), 팽창흑연(20), 바인더(30) 및 세라믹 섬유(40)을 포함한다.

먼저, 이러한 코팅층은 물을 용매로 하는 난연성 코팅액의 주성분을 이루며, 폴리스티렌 입자의 표면을 침식 또는 융해하지 않는 것으로 각 성분마다 고유의 기능을 갖는다.

먼저, 무기난연제는 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 10 내지 40 중량부가 포함되며, 구체적으로는 수산화알루미늄(Al(OH₃), 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 탄산칼슘(CaCo₃) 등이 이용된다. 이러한 무기난연제는 흡열반응으로 인한 연소열을 감소시키는 기능을 하게 된다.

구체적으로 수산화알루미늄의 경우 평균 입경은 1 ~ 10㎛, 바람직하게는 2 ~ 4㎛인 것을 사용하는 것이 분산성, 작업성 등에서 좋다.

만일, 발포 폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여, 수산화알루미늄이 10 중량부 미만으로 함유될 경우, 코팅액의 탁색을 방지하면서 난연 효과를 제대로 얻을 수 없고, 40 중량부를 초과하는 경우에는 코팅층에 크랙이 발생되며, 강도가 떨어져 난연성능을 떨어뜨릴 수 있게 된다.

다음으로, 팽창 흑연은 난연성을 부여하는 대체적인 물질이며, 열에 의해 함유하고 있는 물과 산화 화합물이 가스를 발생시키며, 그 결과 비늘조각 모양의 흑연이 팽창하여 열이나 화학 약품에 안정된 층(탄화물)을 형성시킴에 따라 고체상 챠르 방식으로 난연효과가 나타나게 된다.

구체적으로는 밀도가 1.5~2.3g/㎤이고, 입경이 30~1,000㎛이고, 20~350배의 팽창율을 가지는 것이 화염과 접촉하였을 경우 탄화물을 생성을 촉진시켜서 화염을 차단하는 효과가 극대화시키는 기능을 가질 수 있다.

이러한 팽창 흑연과 무기난연제는 코팅층의 주성분을 이루게 되며, 두 성분의 합이 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 50이상을 차지하여야 난연 효과가 극대화 된다.

특히, 팽창 흑연은 발포 폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여, 20 내지 40 중량부로 함유되는 것으로, 20 중량부 미만으로 함유될 경우, 팽창흑연 사용량 대비 충분한 난연 효과를 얻을 수 없고, 40 중량부를 초과하는 경우에는 코팅된 피막에 크랙이 발생되며, 코팅 강도가 떨어져 난연성을 떨어뜨릴 수 있다.

다음으로, 바인더는 인 또는 실리케이트를 포함하는 무기 바인더를 사용하게 되며, 각 성분을 결합시키는 역할을 하게 된다. 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 바인더는 10 내지 20 중량부가 포함되는 것이 바람직하며, 10중량부 이하에서는 결속력이 약해지고, 20이상의 중량부에서 난연 기능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

종래의 선행기술들에 있어서 바인더 기능을 하는 것으로 열경화성 수지와 열가소성 수지를 용매로 하는 기술들이 제안된 바 있지만, 본 발명에서는 물(구체적으로는 정제수)를 기본적인 용매로 하여 코팅액을 제작하고, 바인더를 통해서 각 성분의 결합력을 높이는 효과를 가져오도록 고안된 것이다.

그리고, 세라믹 섬유는 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 10 내지 20 중량부가 포함되며, 기공이 발달한 구조를 형성시켜서 화재발생시 내열성 확보 및 열전도도 감소 기능을 갖는다.

이러한 세라믹 섬유와 유사한 기능을 하는 것으로 나노파티클(nanopaticles)이 코팅층이 포함될 수 있다.

이산화규소는 불연 소재로 연소질량을 감소시키는 역할을 하며, 마이카, 클레이 등의 성분으로 대체가능하다.

부가적으로, IR-reflective pigment를 활용한 복사열전달 차단 코팅층도 추 가 될수 있다.

이상과 같이 본 발명은 난연성 발포 폴리스티렌을 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1: EPS
10: 무기난연제
20: 팽창흑연
30: 바인더
40: 세라믹 섬유

Claims

발포성 폴리스티렌 비드를 발포시켜 발포 폴리스티렌 입자를 형성시키고, 상기 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 물을 용매로 하는 난연성 코팅액을 80 내지 100중량부를 분사하여 발포 폴리스티렌 입자 사이에 코팅층을 형성시킨 난연성 발포 폴리스티렌에 있어서,
상기 코팅층은,
상기 발포 폴리스티렌 입자 100중량부에 대하여 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘을 포함하는 무기난연제 10 내지 40 중량부와, 팽창흑연 20 내지 40 중량부와, 인 또는 실리케이트를 포함하는 바인더 10 내지 20 중량부와, 세라믹 섬유 10 내지 20 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 코팅층은 이산화규소가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌.