KR101885583B1 - 바인더 조성물, 이를 포함하는 내화구조용 무기 섬유 단열재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 페놀 수지 25~30 중량%; 무기 바인더 5~10 중량%; 무기 안정제 1~10 중량%; 및 잔부의 물을 포함하는 바인더 조성물, 및 이를 포함하는 무기 섬유 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 기술에 따르면, 단열재의 성능을 최적화시킬 수 있는 바인더 조성물을 이용함으로써, 우수한 내화성, 차염성 및 물리적/화학적 특성을 발휘하고, 유독가스 등의 유해물질을 발생시키지 않으며, 취급성 및 제조 공정이 용이하며, 방화문이나 건축 내외장 판넬의 심재 등으로 널리 적용될 수 있는 무기 섬유 단열재를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 바인더 조성물, 이를 포함하는 내화구조용 무기 섬유 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 단열재의 성능을 최적화시킬 수 있는 바인더 조성물, 및 이러한 바인더 조성물을 이용함으로써, 우수한 내화성, 차염성 및 물리적/화학적 특성을 발휘하고, 유독가스 등의 유해물질을 발생시키지 않으며, 취급성 및 제조 공정이 용이하며, 방화문이나 건축 내외장 판넬의 심재 등으로 널리 적용될 수 있는 무기 섬유 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현행 건축법 및 소방법에 따르면, 화재 사고에 대비하여, 화염의 확산 방지와 연소 시 발생되는 유독가스로부터 인명과 재산의 안전을 확보하기 위하여 건축물에 대한 각종 규제가 마련되어 있다. 구체적으로, 건축물의 내부에 사용되는 마감재 및 내장재로서 불연재, 준불연재 및 난연재를 사용하도록 규제되어 있고, 화재 확산 방지와 인명 보호를 위해 일정 규모 이상의 건물에는 방화 구획이 설치되어야 하며, 이를 통과하는 출입구에는 화재 시 적어도 30분이나 1시간 정도를 견딜 수 있는 방화문을 설치하도록 규제되어 있다.
이러한 법적 규제에 따르면, 마감 및 내장재의 경우, 한국 산업표준규격 KS F 2271(건축물의 난연성능 시험방법)의 성능 기준에 따라 난연 1급(불연재료), 난연 2급(준불연재료), 난연 3급(난연재료)의 조건을 만족하여야 한다. 특히, 방화문의 경우, 한국 산업표준규격 KS F 2257에 의한 화재 시험을 1시간 동안 실시하는 갑(甲)종과 30분 동안 실시하는 을(乙)종으로 구분하여 상기 성능 기준을 만족하여야만 사용이 가능하도록 규정하고 있다.
통상적으로, 현재 대부분의 방화문 및 내외장 판넬의 내부 단열재는 폴리우레탄 또는 발포 폴리스티렌(Expandable Polystyrene, EPS), 및 허니컴(Honey comb)과 같은 유기 단열재를 심재로 사용하고 있다. 이러한 EPS 심재와 허니컴 심재는 가볍고 저렴하며, 취급과 시공이 용이한 장점이 있으나, 화재 발생에 취약한 구조적인 문제점을 갖고 있으며, 화재 시 유독 가스를 배출하고, 화재 확산을 촉진시킬 수 있어, 대형 화재로 인한 인명 및 재산 피해 발생 위험이 매우 큰 문제점을 갖는다.
한편, 무기 단열재로는 유리면이나 암면 등의 소재를 섬유화하고, 형성된 섬유상에 바인더를 분사하여 매트나 보드의 형태로 제조한 것을 주로 이용하고 있다. 무기 단열재에 사용되는 바인더는 단열재의 단열 성능과 불연 성능을 최적화시키면서, 유리 섬유 등의 휨성이나 처짐성 등을 막아주고, 제품의 인장강도를 증가시킬 수 있어야 한다.
내화구조에 적용될 수 있는 단열재에 관한 기술로는, 대한민국 공개특허 제10-2014-0004502호(특허문헌 1) 및 대한민국 공개특허 제10-2011-0100689호(특허문헌 2) 등에 개시된 기술을 예로 들 수 있다.
특허문헌 1은 방화문용 내화단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 팽창된 질석과, 팽창되지 않은 질석과, 다공성 실리카분말과, IR불투명제와, 규산소다 및 속경성 시멘트를 혼합하여 얻은 혼합물을 프레스로 열가압성형하여 구성되는 방화문용 내화단열재를 개시하고 있다. 특허문헌 1에 개시된 내화단열재는 강도가 높고, 불연 성능 및 내수성이 우수한 반면, 가공성과 시공성이 떨어지며, 무겁고, 충격에 의해 쉽게 부서지는 문제가 있다.
특허문헌 2는 세라믹 조성물과 이를 이용한 다공성 세라믹 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 유리분말 44.00Wt% 내지 60.00Wt%; 플라이애쉬(Fly Ash) 8.00Wt% 내지 15.00Wt%; 인터크리트(Intercrete) 4.00Wt% 내지 8.00Wt%; 및 물유리(Water Glass) 23.00Wt% 내지 29.00Wt%를 포함하는 세라믹 조성물을 개시하고 있다. 특허문헌 2에 개시된 세라믹 단열재는 방화용 단열재 심재로 사용이 가능하나, 제조 공정이 어렵고, 단열성 및 시공성이 떨어지는 문제로 인하여 실제 사용이 어려운 문제가 있다.
이에, 단열 성능 및 불연 성능이 우수할 뿐 아니라, 기계적 강도, 내흡습성, 친환경성 등의 향상된 기능성을 가지며, 취급성이나 시공성이 용이한, 방화문이나 내외장 판넬 등에 적용 가능한 무기 섬유 단열재의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단열재의 성능을 최적화시킬 수 있는 바인더 조성물, 및 이러한 바인더 조성물을 이용함으로써, 우수한 내화성, 차염성 및 물리적/화학적 특성을 발휘하고, 유독가스 등의 유해물질을 발생시키지 않으며, 취급성 및 제조 공정이 용이하며, 방화문이나 건축 내외장 판넬의 심재 등으로 널리 적용될 수 있는 무기 섬유 단열재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 조성물은 페놀 수지 25~30 중량%; 무기 바인더 5~10 중량%; 무기 안정제 1~10 중량%; 및 잔부의 물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무기 섬유 단열재는 상기 실시예에 따른 바인더 조성물 및 무기 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무기 섬유 단열재의 제조방법은 상기 실시예에 따른 바인더 조성물을 무기 섬유에 분사하는 단계; 상기 바인더 조성물이 분사된 무기 섬유를 열가압성형하는 단계; 및 상기 열가압성형 단계에 의해 얻어진 성형물을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단열재의 최적 성능을 발현시킬 수 있는 바인더 조성물을 이용함으로써, 단열재의 내화성, 차염성 및 단열성을 현저하게 향상시킬 수 있어 방화문이나 건축 내외장 판넬의 심재로 널리 적용될 수 있는 무기 섬유 단열재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무기 섬유 단열재는 화재 발생 시에 인체에 유해한 유독가스를 발생하지 않고, 구조적 안정성이 우수하여, 방화문이나 건축 내외장 판넬의 변형을 일으키지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 무기 섬유 단열재는 제조 공정이 복잡하지 않고 제조 단가가 낮아, 쉽고 경제적으로 제조가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 무기 섬유 단열재는 무게가 가볍기 때문에 시공 설치가 용이하며, 다양한 건축 용도에 효율적으로 광범위하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 조성물은 페놀 수지 25~30 중량%; 무기 바인더 5~10 중량%; 무기 안정제 1~10 중량%; 및 잔부의 물을 포함할 수 있다.
페놀 수지는 열경화성 수지로서 무기 섬유를 서로 결속시키는 결합재로 작용하며, 무기 섬유 단열재에 요구되는 물성인 강도 및 흡수율 등을 발휘하는 역할을 할 수 있다. 특히. 페놀 수지는 무기 바인더의 취약한 내수성을 보완하여 습도 및 수분에 의한 무기 섬유 단열재의 강도 저하를 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 페놀 수지의 함량은 25~30 중량%일 수 있다. 페놀 수지의 함량이 25 중량% 미만인 경우에는 무기 섬유를 서로 결속시키는 결합력이 충분하지 않을 수 있고, 무기 섬유 단열재의 강도 및 흡수율이 적정한 수준으로 확보되기 어려우며, 30 중량%를 초과하는 경우에는 공정 상 무기 바인더와 겔을 형성하는 겔화 현상이 발생되어 바인더 노즐이 막히는 문제점이 발생할 수 있으며, 또한 내화 성능이 저하될 우려가 있다.
한편, 페놀 수지는 무기질 재료에 대하여 우수한 접착성을 나타내므로 무기질 재료의 결합재로서 유용한 특성을 가지나, 300~400℃ 영역에서 급격한 열분해 반응을 통해 기화가 시작되어 질량이 급속하게 감소하는 성질을 갖고 있다. 그로 인하여, 고온에서의 내열성이 요구되는 내화 및 방화용 건축 단열재의 바인더로서는 적용되기 어려운 문제점이 있다.
본 실시예에 있어서는, 페놀 수지의 이러한 문제점을 극복하기 위하여 무기 바인더를 페놀 수지와 혼용함으로써, 페놀 수지의 바인더로서의 우수한 특성을 발휘하면서 동시에 무기 바인더의 우수한 내화성 및 방화성을 발휘할 수 있도록 한다.
무기 바인더는 무기 섬유를 서로 결속시키는 결합재로서 작용하며, 무기 섬유 단열재에 요구되는 물성인 단열성, 방화성, 내화성, 고온 강도 및 흡수율 등을 발휘하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 무기 바인더의 함량은 5~10 중량%일 수 있다. 무기 바인더의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 무기 섬유 단열재의 고온에서의 내열성이나 강도가 불충분할 수 있으며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 단열성, 방화성 및 강도 등이 오히려 저하될 우려가 있다.
일 실시예에서, 무기 바인더는 규산염, 인산염, 알루미늄염, 마그네슘염 및 붕산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
특히, 물과의 반응이 쉽고, 가격이 저렴하며, 바인더로서의 특성이 우수한 규산염이 무기 바인더로서 바람직하게 이용될 수 있다.
규산염은 알칼리금속 규산염 및 암모늄 규산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 규산염은 Na2O:SiO2의 몰비가 1:3 내지 1:4의 범위인 규산나트륨, K2O:SiO2의 몰비가 1:3 내지 1:4의 범위인 규산칼륨 및 LiO:SiO2의 몰비가 1:4 내지 1:5의 범위인 규산리튬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 각각의 규산염에 있어서 상기 기재된 몰비를 벗어나는 경우, 최종 제품에 있어서 기계적 물성 저하의 우려가 있으며, 공정상 바인더 경화 시간 및 컨트롤이 어려운 문제점이 있다.
특히, 무기 섬유 단열재의 제조 공정을 원활하게 하고, 우수한 물성을 확보하기 위하여, Na2O:SiO2의 몰비가 1:3 내지 1:4의 범위인 규산나트륨을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 규산나트륨의 비중은 1.2~1.6 범위일 수 있다.
규산염은 고형 또는 수용액 형태로 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 규산염은 20~50 중량%의 고형분 함량을 갖는 수용액 형태로 이용될 수 있다. 여기서, 고형분 함량은 수용액 상태에서의 Na2O 및 SiO2의 고형분 양을 나타내며, 이러한 고형분 함량은 제품의 경화 속도 및 기계적 물성에 영향을 줄 수 있다.
본 명세서에서, 인산염은 인산나트륨유리와 같이 결정질 및 비결정질의 무기인산염을 모두 포함하는 일반적 의미로 사용될 수 있으며, 오르토인산, 폴리인산, 피로인산 및 메타인산 등의 인산의 염을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 인산염은 알칼리금속 인산염 및 암모늄 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 바인더 조성물은 페놀 수지와 무기 바인더를 혼합하여 이용함으로써, 무기 재료에 대한 결합력을 높이고, 또한 고온에서의 내열성 및 강도를 향상시켜, 방화문을 비롯한 내화 및 방화용 건축 내외장 판넬에 적용되는 무기 섬유 단열재에 대하여 유용하게 이용될 수 있다.
그러나, 페놀 수지와 무기 바인더 혼합시 중화 반응에 의해 pH가 낮아져, 규산 이온 또는 폴리규산 이온들이 실록산 결합을 형성하는 중합이 진행되어, 점도가 상승하고, 겔화가 진행될 수 있다. 따라서, 무기 섬유 단열재의 바인더로서 우수한 결합력, 내화성, 단열성, 방화성, 고온 강도 및 흡수율 등의 물성을 발휘하고, 무기 섬유 단열재의 제조를 원활하게 하기 위하여, 바인더 조성물의 pH를 조정하여 겔화가 일어나지 않도록 방지하는 것이 중요하다.
이에, 본 실시예에서는, 페놀 수지와 무기 바인더 혼합시 pH 저하를 방지하고 겔화를 방지할 수 있는 범위 내로 pH를 조정하기 위하여 무기 안정제를 포함할 수 있다.
즉, 무기 안정제는 바인더 조성물에 있어서 페놀 수지와 무기 바인더의 중화 반응에 의해 pH가 낮아지면서 규산 이온 또는 폴리규산 이온들의 중합이 진행되어 점도가 상승하고 겔화가 진행되는 것을 방지하는 작용을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 무기 안정제의 함량은 1~10 중량%일 수 있다. 무기 안정제의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 바인더 조성물의 pH 저하를 방지하지 못하여 점도 상승에 따른 겔화 진행을 막을 수 없고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 오히려 바인더 조성물의 물성 저하의 우려가 있다.
일 실시예에서, 무기 안정제는 NaOH, KOH, Mg(OH)2, Al(OH)3 및 Zn(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물은 바인더 조성물의 특성을 향상시키기 위하여 추가적인 성분을 더 포함할 수 있으며, 이용가능한 추가적인 성분의 예는, 황산암모늄, 암모니아수, 방진제, 기능성 재료, 발수제, 방청제, 완충제 및 커플링제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
황산암모늄은 바인더 조성물에 있어서 페놀류 등을 포함하는 유기 바인더와 실리케이트류 등을 포함하는 무기 바인더와의 혼합 시 pH 조절을 통하여 겔화 현상을 방지하는 작용을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 황산암모늄의 함량은 1~5 중량%일 수 있다. 황산암모늄의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 유기 바인더와 무기 바인더와의 혼합 시 겔화 현상을 방지하는 역할을 충분히 수행할 수 없으며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 바인더 분사 후 경화 과정에서 경화가 되지 않는 현상이 발생할 수 있다.
암모니아수는 황산암모늄과 마찬가지로 바인더 조성물에 있어서 페놀류 등을 포함하는 유기 바인더와 실리케이트류 등을 포함하는 무기 바인더와의 혼합 시 pH 조절을 통하여 겔화 현상을 방지하는 작용을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 암모니아수의 함량은 1~3 중량%일 수 있다. 암모니아수의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 유기 바인더와 무기 바인더와의 혼합 시 겔화 현상을 방지하는 역할을 충분히 수행할 수 없으며, 3 중량%를 초과하는 경우에는 바인더 분사 후 경화 과정에서 경화가 되지 않는 현상이 발생할 수 있다.
방진제는 바인더 조성물에 있어서 고체 재료의 비산에 의한 먼지 발생을 방지하는 작용을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 방진제의 함량은 1~3 중량%일 수 있다. 방진제의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 단열재 제조 공정 중에, 또한 최종 제품에서 분진 발생이 많아 작업이나 가공이 어려운 단점이 있으며, 3 중량%를 초과하는 경우에는 제품 제조 시 단열재 제품의 마감성 및 가공성이 저하되는 현상이 발생할 수 있다.
기능성 재료는 바인더 조성물의 물성을 향상시키거나, 무기 섬유 단열재에 대하여 친환경성을 부여하거나, 또는 추가적인 기능성을 부여하기 위하여 필요에 따라 적절하게 첨가될 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물에 이용가능한 기능성 재료의 예는, 황토 분말, 게르마늄 분말, 토르말린 분말, 펄라이트 분말, 규조토 분말 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물은 상기 구성성분 외에 잔부의 물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 바인더 조성물은 페놀 수지와 무기 바인더를 혼용하고 있음에도 불구하고, 무기 안정제의 첨가에 의해, 조성물의 pH가 7~9 범위로 유지될 수 있다. 따라서, 페놀 수지와 무기 바인더 혼합시 중화 반응에 의해 pH가 낮아지는 현상을 방지할 수 있으며, 결과적으로 규산 이온 또는 폴리규산 이온들이 실록산 결합을 형성하는 중합이 진행되어, 점도가 상승하고, 겔화가 진행되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 바인더 조성물은 10~50 cps 범위의 점도를 가질 수 있으며, 겔화가 진행되지 않아 바인더로서의 물성을 최적화할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무기 섬유 단열재는 상기 실시예에 따른 바인더 조성물 및 무기 섬유를 포함할 수 있다.
바인더 조성물에 대해서는 전술한 실시예에서 상세하게 설명하였으므로, 본 실시예에서는 반복을 피하기 위하여 그 상세한 설명을 생략한다.
무기 섬유는 유리면, 암면 등의 재료를 섬유상으로 형성한 것을 포함할 수 있으며, 당해 기술분야에서 공지된 임의의 것을 이용할 수 있다.
유리면이나 암면 등의 무기 재료를 섬유화하는 공정은 당해 기술분야에 공지된 임의의 방식에 따라 이루어질 수 있다. 예를 들어, 무기 재료 원료를 용융시킨 후 회전형 스피너에 공급하여 섬유 형태로 방사함으로써 무기 섬유를 생성할 수 있다.
본 실시예에 따른 무기 섬유 단열재는 고온에서의 내열성, 방화성, 내화성, 강도 및 흡수율 등의 물성을 발휘할 수 있어 방화문 또는 건축 내외장재의 심재로 광범위하게 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무기 섬유 단열재의 제조방법은, 상기 실시예에 따른 바인더 조성물을 무기 섬유에 분사하는 단계; 상기 바인더 조성물이 분사된 무기 섬유를 열가압성형하는 단계; 및 상기 열가압성형 단계에 의해 얻어진 성형물을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
바인더 조성물을 무기 섬유에 분사하는 단계는 무기 섬유 단열재 제조 공정에서 통상적으로 이루어지는 방식을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 무기 재료를 섬유 형태로 방사하는 공정에 이어서, 방사기 하단에서 생성된 섬유에 대하여 바인더 조성물을 균일하게 분사할 수 있다.
바인더 조성물의 도포량은 무기 섬유 단열재 전체 중량을 기준으로 2~6 중량%의 범위일 수 있다. 바인더 조성물의 도포량이 2 중량% 미만인 경우에는 최종 제품의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 6 중량%를 초과하는 경우에는 바인더 조성물의 양이 과도하게 되어 공정 상 문제가 발생될 수 있다.
다음으로, 바인더 조성물이 분사된 무기 섬유를 열가압성형하는 단계는 100~350℃의 온도를 유지하는 프레스기에서 250~350 kgf/㎡의 압력으로 1~10 분 동안 이루어질 수 있다.
열가압성형 단계에서의 온도 및 압력이 상기 범위를 벗어날 경우에는 무기 섬유 단열재의 강도 저하 또는 밀도의 급격한 상승 등의 문제가 발생될 수 있다.
다음으로, 열가압성형 단계에 의해 얻어진 성형물을 건조하는 단계는 100~350℃의 온도를 유지하는 건조기에서 10~20 분 동안 이루어질 수 있다.
무기 섬유 단열재는 필요에 따라 판상, 블랭킷, 보드 등의 적절한 형태로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[
실시예
]
1. 바인더 조성물 및 무기 섬유 단열재의 제조
하기 표 1에 기재된 조성비로 각각의 구성성분을 균일하게 혼합하여 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3에 따른 바인더 조성물을 제조하였다. 표 1에 기재된 구성성분의 조성비는 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 하는 중량%로 표시된다. 무기 섬유를 이용하여 단열재를 제조하는 연속 공정에서, 제조된 바인더 조성물을 무기 섬유에 분사하고, 이후 100℃ 내지 300℃의 소부로를 거쳐 경화시킴으로써 최종 제품인 무기 섬유 단열재를 제조하였다. 무기 바인더로는 규산염을 사용하였으며, 무기 안정제로는 NaOH를 사용하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 페놀 수지 | 25 | 25 | 30 | 20 | 50 | 40 |
| 무기 바인더 | 10 | 5 | 10 | 0 | 10 | 20 |
| 무기 안정제 | 3 | 5 | 3 | 0 | 0 | 0 |
| 황산암모늄 | 3 | 3 | 3 | 3 | 5 | 3 |
| 암모니아수 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 세정수 | 57 | 60 | 52 | 75 | 33 | 35 |
2. 시험 방법
하기 방법에 따라 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3에 대하여 바인더 특성, 단열재의 성능, 내화 성능 및 방화 성능 시험을 수행하였다.
(1) 바인더 특성 시험
실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3의 바인더 조성물의 특성을 평가하기 위하여, 바인더 조성물의 pH를 측정하고, 바인더 조성물을 이루는 구성성분의 혼용성 정도 및 겔화 현상이 발생하는지 여부를 확인하였다. 또한, 바인더 조성물을 교반기에 넣고 150 rpm으로 5분 동안 균일하게 교반한 후, 건조기에서 150~160℃의 온도에서 바인더 조성물이 경화되는 시간을 측정하였다.
(2) 단열재의 성능 측정
- 압축 강도 및 휨량 측정
실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3에 따른 무기 섬유 단열재의 물성을 확인하기 위하여, 압축 강도 및 휨량을 측정하였다.
- 강열 감량 측정
균일하게 혼합된 바인더 조성물을 무기 섬유에 도포한 후 전기로에서 300~310℃의 온도로 2시간 동안 방치한 후 무게 변화량을 측정하였다.
- 탄화 정도 확인
균일하게 혼합된 바인더 조성물을 무기 섬유에 도포한 후 전기로에서 600~610℃의 온도로 20분 동안 가열한 후, 시편의 상태를 확인하였다.
(2) 단열재의 화재 안정성 측정
- 불꽃 착화시간
무기 섬유 단열재의 시편(가로×세로×두께=300×300×50mm)을 건조기에서 30℃의 온도로 12시간 동안 건조한 후, 800~900℃의 버너 불꽃으로 단열재 중앙부의 표면에 가열한 경우 탄화 발생 시간을 측정하였다.
- 불꽃 지속시간
무기 섬유 단열재의 시편(가로×세로×두께=300×300×50mm)을 건조기에서 30℃의 온도로 12시간 동안 건조한 후, 800~900℃의 버너 불꽃으로 단열재 중앙부의 표면에 가열하여 탄화되는 경우, 불꽃 발생의 지속시간을 측정하였다.
(3) 방화문 및 판넬의 내화성능 측정
- 시험체 규격
무기 섬유 단열재가 심재로 적용된 방화문 및 내화 판넬의 시험체는 가로×세로=3,000×3,000mm의 규격으로 제작하였다.
- 시험 기준
제작된 시험체에 대하여 KS F 2268-1(방화문의 내화 시험 방법)의 기준에 따라 내화 성능 시험을 수행하였다.
- 평가 기준
일정 시간 동안 가열된 시험체의 이면에 비가열면 착화 여부, 균열, 화염 발생 여부를 확인하여 합격/불합격 판정을 하였다.
3. 시험결과
상기 방법에 따라 측정된 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3의 무기 섬유 단열재의 물성, 내화 성능 및 방화 성능을 하기 표 2에 나타낸다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | ||
| 바인더 특성 |
pH | 8.5 | 8.9 | 7.9 | 5.3 | 10.8 | 12.1 |
| 점도(cps) | 29 | 34 | 32 | 18 | 59 | 93 | |
| 겔화 | ◎ | ◎ | ◎ | × | ▲ | ▲ | |
| 혼용성 | ◎ | ◎ | ◎ | ▲ | × | × | |
| 경화시간 (sec) |
210 | 250 | 300 | 400 | 20 | 50 | |
| 단열재 성능 |
휨량(㎜) | 7 | 5 | 12 | 15 | 17 | 24 |
| 강열감량(%) | 0.9 | 1.6 | 3.3 | 5.6 | 7.8 | 8.9 | |
| 탄화정도 | ◎ | ▲ | ▲ | × | × | × | |
| 화재 안정성 |
불꽃 착화시간(분) | 35 | 32 | 37 | 5 | 13 | 25 |
| 불꽃 지속시간(초) | 15 | 22 | 15 | 35 | 28 | 30 | |
| 내화성능 | 방화등급 (30분) |
합격 | 합격 | 합격 | 불합격 | 불합격 | 불합격 |
- 겔화: ◎ 겔화가 전혀 발생하지 않음, ▲ 약간의 겔화가 발생함, ×: 다량의 겔화가 발생함
- 혼용성: ◎ 각 구성성분이 잘 혼용되어 매우 균일한 혼합물을 형성함, ▲ 각 구성성분이 양호하게 혼용되어 어느 정도의 균일한 혼합물을 형성함, ×: 구성성분이 대부분 서로 혼용되지 않음
- 탄화 정도: ◎ 시편의 상태가 변화하지 않고 잘 유지됨, ▲ 일부 탄화에 의한 변화가 있으나 시편의 상태가 대부분 양호하게 유지됨, ×: 시편의 대부분이 탄화에 의해 변화함
상기 표 2에 나타내어진 시험결과로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 바인더의 특성 측면에서, 실시예 1 내지 3은 무기 안정제를 포함함으로써 pH가 특정 범위 내로 조정되어, 바인더 조성물을 이루는 구성성분들의 혼용성이 우수하고, 겔화가 발생되지 않아 무기 섬유 단열재의 바인더로서의 물성이 비교예 1 내지 3에 비하여 현저하게 향상되었다.
또한, 단열재의 성능 측면에서, 실시예 1 내지 3은 비교예 1 내지 3에 비하여 압축강도가 높고, 휨량 및 강열 감량이 작았으며, 탄화 정도에 있어서도 우수한 특성을 나타내었다.
또한, 화재 안정성 및 내화 성능 측면에서, 실시예 1 내지 3은 비교예 1 내지 3에 비하여 우수한 내화성 및 방화성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
상기 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
Claims (17)
- 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물로서,
페놀 수지 25~30 중량%;
무기 바인더 5~10 중량%;
무기 안정제 1~10 중량%; 및
잔부의 물을 포함하며,
상기 무기 안정제는 상기 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물의 pH를 조정하여 겔화를 방지하고, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Al(OH)3 및 Zn(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하며,
상기 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물은 7~9의 pH를 가지며, 무기 섬유 단열재 제조에 이용되는
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 바인더는 규산염, 인산염, 알루미늄염, 마그네슘염 및 붕산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 규산염은 알칼리금속 규산염 및 암모늄 규산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 규산염은, Na2O:SiO2의 몰비가 1:3 내지 1:4의 범위인 규산나트륨, K2O:SiO2의 몰비가 1:3 내지 1:4의 범위인 규산칼륨 및 LiO:SiO2의 몰비가 1:4 내지 1:5의 범위인 규산리튬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 규산염은, 고형분 함량이 20~50 중량%인
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물은 황산암모늄 1~5 중량%를 더 포함하는
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물은 암모니아수 1~3 중량%를 더 포함하는
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물은 방진제 1~3 중량%를 더 포함하는
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물은 10~50 cps의 점도를 갖는
무기 섬유 단열재용 바인더 조성물.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물; 및 무기 섬유를 포함하는
무기 섬유 단열재.
- 제10항에 있어서,
상기 무기 섬유 단열재는 방화문 또는 건축 내외장재의 심재로 이용되는
무기 섬유 단열재.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물을 무기 섬유에 분사하는 단계;
상기 무기 섬유 단열재용 바인더 조성물이 분사된 무기 섬유를 열가압성형하는 단계; 및
상기 열가압성형 단계에 의해 얻어진 성형물을 건조하는 단계를 포함하는
무기 섬유 단열재의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 열가압성형 단계는 100~350℃의 온도를 유지하는 프레스기에서 250~350 kgf/㎡의 압력으로 1~10 분 동안 이루어지는
무기 섬유 단열재의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 건조 단계는 100~350℃의 온도를 유지하는 건조기에서 10~20 분 동안 이루어지는
무기 섬유 단열재의 제조방법.
- 제10항에 따른 무기 섬유 단열재를 포함하는 내화 구조물.
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