KR101957642B1 - 폴리우레탄폼을 사용한 준불연 단열재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 준불연 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상부로부터 제 1알루미늄시트, 불연섬유, 제 2알루미늄시트, 부직포를 순차적으로 합지하여 상부층을 형성하는 단계; 상기 상부시트와 하부시트를 50-200mm 이격시켜 연속공급하고 그 사이에 폴리올과 이소시아네이트를 포함하여 구성된 폴리우레탄폼 원료를 고압으로 밀도 25-39 kg/m³가 되도록 분사하여 고르게 펼쳐주는 단계; 상기의 폴리우레탄폼 원료를 5-15m/min 속도로 30m ~ 100m 이송하면서 온도 40-45℃로 발포와 함께 압착하는 단계를 포함하여 구성되는 단열재 제조방법 및 그에 따른 단열재로, 화재에 강하고 경량이며 우수한 단열성을 갖는 단열재 및 그 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 준불연 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리우레탄폼을 사용하여 경량이면서 준불연 특성을 갖는 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
단열재는 고온이나 극저온 유체의 수송관, 보일러, 건축물의 외벽 등에 사용되는 것으로, 보온을 하거나 열을 차단할 목적으로 사용되는데, 현재 건축현장에서 사용되는 단열재로는 폴리우레탄폼, 스티로폼, 유리솜, 석면, 암면 등이 있다.
이 중 스티로폼 및 폴리우레탄폼은 경량이고 단열성능이 우수하지만 화재 발생시 인화성 및 유독성 가스를 다량 배출하는 단점을 지니고 있고, 이로 인해 인체에 유해함을 가함은 물론 호흡곤란으로 사망에까지 이르게 하는 치명적인 문제를 일으킬 수 있어 불연성능을 확보한 단열재의 개발을 위한 노력이 계속되고 있다.
여기서 불연성이란 불에 잘 타지 않거나 불에 타지 않는 것을 통칭하여 말하는 것으로, 이를 구체적으로 세분하면 불에 타지 않는 성질을 가진 불연성, 상기 불연성에 준하는 성질을 가진 준불연성, 불에 잘 타지 아니하는 성질을 가진 난연성으로 나뉜다.
이에 따라 스티로폼이나 폴리우레탄폼의 인화성 및 유독성 가스 발생 문제점을 해결하기 위하여 폴리머로 방염처리를 수행하는 경우도 있었으나, 이는 별도의 공정을 부가하여 생산효율을 저하하고, 비용을 증가시키는 문제점이 있고, 불연 효과의 측면에서도 본질적인 해결책은 될 수 없는 문제점이 있었다.
한편, 상기 유리솜이나 석면, 암면의 경우는 불연성을 확보하고 있으나, 대부분 표면이 부서지기 쉽고, 촉감이 좋지 못하며, 무겁고 분진이 날리므로, 운반성, 보관성, 작업성 등이 나쁜 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 폴리우레탄폼을 사용하면서 화재에 강하고 경량이며 우수한 단열성을 갖는 단열재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 상부로부터 제 1알루미늄시트, 불연섬유, 제 2알루미늄시트가 순차적으로 적층되어 구성되는 상부 시트와, 상기 상부시트와 소정간격 이격되는 하부시트, 상기 상부시트와 하부시트 사이에 투입되어 발포형성된 폴리우레탄 폼을 포함하여 구성되는 단열재에 있다.
본 발명의 다른 특징은 상부로부터 제 1알루미늄시트, 불연섬유, 제 2알루미늄시트를 순차적으로 합지하여 상부층을 형성하는 단계; 상기 상부시트와 하부시트를 50-200mm 이격시켜 연속공급하고 그 사이에 폴리올과 이소시아네이트를 포함하여 구성된 폴리우레탄폼 원료를 고압으로 밀도 25-39 kg/m³가 되도록 분사하여 고르게 펼쳐주는 단계; 상기의 폴리우레탄폼 원료를 5-15m/min 속도로 30m ~ 100m 이송하면서 온도 40-45℃로 발포와 함께 압착하는 단계를 포함하여 구성되는 단열재 제조방법에 있다.
상기에서 상부시트에는 제 2알루미늄시트하부에 부직포가 더 적층될 수 있다.
상기에서 불연섬유는 유리섬유, 아라마이드 섬유 중에서 택일된다.
상기에서 폴리올은 폴리에스테르계 폴리올을 사용하고, 이소시아네이트는 메틸렌디페닐디이소시아네이트를 사용하며, 이소시아네이트 100 중량을 기준으로 상기 이소시아네이트를 제외한 폴리올 포함 폴리우레탄 원료 혼합물 30-70중량부 사용한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의하면 제 1알루미늄시트, 불연섬유, 제 2알루미늄시트를 포함하는 3중 불연재료의 적층구조에 의하여 화염이 폴리우레탄폼까지 전달되지 않아 단열재가 준불연특성을 갖게 되고, 이러한 적층구조에 의하여 본 발명의 단열재는 폴리우레탄폼의 강도와 상관없이 준불연특성을 갖게 되므로 종래 주로 사용되는 40kg/m³밀도 이하인 25-39kg/m³에서도 준불연특성을 갖게 되므로, 경량의 단열재를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 제 2알루미늄시트 저면에 부직포가 적층되어 폴리우레탄폼과 제 2알루미늄시트의 접착력이 강화되어 사용 중 폴리우레탄폼과 제 2알루미늄시트가 분리되지 않고 접착상태가 견고하게 유지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단열재를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단열재를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단열재를 나타내는 사시도
이하 본 발명의 실시 예를 하기에서 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리우레탄폼을 사용한 준불연 단열재를 나타내는 도면으로, 상기 단열재(10)는 상부로부터 제 1알루미늄시트(22), 불연섬유(24), 제 2알루미늄시트(26)가 순차적으로 적층되어 구성되는 상부 시트(20)와, 상기 상부시트(20)와 소정간격 이격되는 하부시트(30), 상기 상부시트(20)와 하부시트(30) 사이에 투입되어 발포되고 압착형성된 폴리우레탄폼(40)을 포함하여 구성된다.
상기에서 제 1 및 제 2알루미늄시트(22)(26)는 각각 두께 1~20㎛이고, 상기 폴리우레탄폼은 두께 50-200mm이다.
그리고, 상기 불연섬유(24)는 유리섬유, 아라미드 등의 공지의 불연섬유 중 하나로 100-200g/㎡ 비율로 구성된 것을 사용된다.
상기 부직포(28)는 투습도가 10-20g/㎡/24h이고, 인장강도는 길이 25(N/15mm)이상, 폭 10(N/15mm)이상, 신장율은 길이 50%이상, 폭 40%이상, 인열강도(mN)는 길이 1900 이상, 폭 900 이상의 시트를 사용한다.
그리고, 상기 하부시트(30)는 상부시트(20)에 사용되는 부직포와 동일한 부직포를 사용한다.
이러한 구성을 갖는 단열재 제조방법을 하기에서 구체적으로 살펴본다.
상부로부터 제 1알루미늄시트, 불연섬유(본 발명의 실시예에서는 유리섬유를 사용한다), 제 2알루미늄시트를 순차적으로 합지하여 상부층을 형성한다.
이후, 상기 상부시트와 하부시트를 더블 콘베이어를 통하여 상하로 50-200mm 이격시켜 연속공급하고 그 사이에 폴리올과 이소시아네이트를 포함하여 구성된 폴리우레탄폼 원료를 고압으로 밀도 25-39 kg/m³가 되도록 분사하여 고르게 펼쳐준다.
상기에서 폴리올은 폴리에스테르계 폴리올을 사용하는데, 비중은 1.2±0.05(mPa.s), 점도 2300±500cps, 산가 3±1, ph 6±1인 원료를 사용하며, 점착제를 포함하고 난연특성을 갖는 것을 사용한다.
이소시아네이트는 메틸렌디페닐디이소시아네이트를 사용하며, 비중은 1.2 ~ 1.3(mPa.s), 점도 150 ~ 250, NCO 함량 30-32%인 것을 사용한다.
이외에 촉매로 포화촉매와 삼량화촉매를 각각 사용하며, 포화촉매는 비중 0.85±0.1(mPa.s), 점도 1.1±0.1cps, 삼량화촉매는 비중 2±1(mPa.s), 점도 max300인 것을 사용하며, 발포제로 펜탄(인화점 -37℃, 비등점 49.3℃, 비중 0.7±0.1)을 사용한다.
그리고, 상기 폴리이소시아네이트 150g을 기준으로 폴리올 84.88g, 시클로 펜탄 11.26g, 포화촉매 2.46g, 삼량화촉매 1.4g이 혼합된다.
아울러, 상기 폴리우레탄폼 원료는 고압분사되면서 동시에 자연스럽게 혼합되는데, 이를 위하여 상기 폴리이소시아네이트는 초당 213.41g, 폴리올은 120.77g, 펜탄은 16.02g 포화촉매는 3.50g 삼량화촉매는 1.99g비율로 토출된다.
이후, 상기 폴리우레탄폼 원료를 10m/min 속도로 30m ~ 100m 이송하면서 온도 40-45℃로 발포와 함께 압착하여 단열재 보드를 형성한다.
이 후, 연속으로 생산되는 보드를 커팅하고 냉각시킨다.
그리고, 본 발명에 따른 단열재의 준불연특성을 확인하기 위하여 아래 표 1에 나타내는 바와 같은 본 발명의 단열재 시료 3개(NO1, 2, 3)에 대하여 열방출시험을 실시한 결과는 표 2와 같다.
즉, 국토교통부고시 제2015-744호 "건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준에서 규정하는 준불연재료의 조건, 즉 한국산업규격 KS F ISO 5660-1〔연소성능시험-열 방출, 연기 발생, 질량 감소율-제1부:열 방출률(콘칼로리미터법)〕에 따른 가열시험 개시 후 10분간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며, 10분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200kW/㎡를 초과하지 않으며, 10분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다) 등이 없어야 한다는 조건을 모두 만족한다.
그리고, 본 발명의 단열재 시험체 3개(시험체 1, 2)에 대하여 가스유해성 시험을 실시한 결과는 아래 표 3과 같다.
즉, 본 발명의 단열재는 국토교통부 고시 제2015 - 744호에서 정하는 준불연재료의 조건, 즉 한국산업규격 KS F 2271 중 가스유해성 시험 결과, 실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상이어야 한다는 조건을 만족한다.
한편, 도 2에 나타내는 바와 같이 상기 상부시트(20)의 제 2알루미늄시트(26) 하부에 부직포(28)를 더 적층할 수 있으며, 상기 부직포(28)에 의하여 상부 시트(20)와 폴리우레탄폼(40)의 접착력이 강화된다.
따라서, 본 발명의 단열재는 가스 유해성 테스트 결과 업계 평균인 9분을 크게 웃도는 14분이라는 수치로 안전성을 입증했고, 제품 무게와 연관된 심재 밀도 또한 업계평균보다 낮은 36.8kg/㎥에 불과해 가벼우면서도 경제적인 제품임을 알 수 있다.
10 : 단열재 20 : 상부시트
22 : 제 1알루미늄시트 24 : 불연섬유
26 : 제 2알루미늄시트 28 : 부직포
30 : 하부시트 40 : 폴리우레탄 폼
22 : 제 1알루미늄시트 24 : 불연섬유
26 : 제 2알루미늄시트 28 : 부직포
30 : 하부시트 40 : 폴리우레탄 폼
Claims (4)
- 상부로부터 두께 1~20㎛의 제 1알루미늄시트(22), 100-200g/㎡ 비율로 구성된 불연섬유(24), 두께 1~20㎛의 제 2알루미늄시트(26) 및 부직포(28)가 순차적으로 적층되어 구성되는 상부 시트(20)와,
상기 상부시트(20)와 소정간격 이격되고 부직포로 이루어진 하부시트(30),
상기 상부시트(20)와 하부시트(30) 사이에 투입되어 발포되고 압착형성된 밀도 25-39 kg/m³이고 두께 50-200mm인 난연특성을 갖는 폴리우레탄폼(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄폼을 사용한 준불연 단열재. - 삭제
- 삭제
- 상부로부터 두께 1~20㎛의 제 1알루미늄시트, 100-200g/㎡ 비율로 구성된 불연섬유, 두께 1~20㎛의 제 2알루미늄시트, 부직포를 순차적으로 합지하여 상부시트를 형성하는 단계;
상기 상부시트와 부직포로 이루어진 하부시트를 50-200mm 이격시켜 연속공급하고 그 사이에 폴리올과 이소시아네이트를 포함하여 구성된 난연특성을 갖는 폴리우레탄폼 원료를 고압으로 밀도 25-39 kg/m³가 되도록 분사하여 고르게 펼쳐주는 단계;
상기의 폴리우레탄폼 원료를 5-15m/min 속도로 30m ~ 100m 이송하면서 온도 40-45℃로 발포와 함께 압착하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄폼을 사용한 준불연 단열재 제조방법.
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