KR102000183B1 - 건축용 단열재 및 이를 포함하는 건축물의 바닥 시공구조 - Google Patents
건축용 단열재 및 이를 포함하는 건축물의 바닥 시공구조 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 건축용 단열재 및 이를 포함하는 건축물의 바닥 시공구조를 제공한다. 본 발명에 따른 건축용 단열재는 난연성 폴리비닐알코올계 폼을 포함하되, 상기 난연성 폴리비닐알코올계 폼은 불수용성의 폴리비닐알코올계 폼과 지방산 에스테르염을 포함한다. 상기 불수용성의 폴리비닐알코올계 폼은 폴리비닐알코올과 메틸렌 다리 유도제의 탈수 축합반응에 의해 생성된 폴리비닐알코올의 개질체로서, 이는 다수의 포어를 가지는 스폰지 구조를 갖는다. 상기 지방산 에스테르염은 불수용성의 폴리비닐알코올계 폼의 내부에 분산 및/또는 표면에 코팅된다. 본 발명에 건축용 단열재는, 높은 단열성과 함께 우수한 난연성을 갖는다.
Description
본 발명은 건물의 바닥이나 벽면에 설치되는 건축용 단열재 및 이를 포함하는 건축물의 바닥 시공구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 발포 폴리스티렌 제품(통상, 스치로폼)을 대체하여, 적어도 높은 단열성과 함께 우수한 난연성 등을 가지는 건축용 단열재 및 이를 포함하는 건축물의 바닥 시공구조에 관한 것이다.
다세대 주택(빌라 등)이나 아파트 등의 다층 건축물을 건축함에 있어서는 시공 현장에서 거의 모든 작업이 이루어지는 것이 보편적이다. 그리고 제한적이기는 하나, 아파트 등의 경우에는 프리캐스트 공법(PC 공법)을 이용한 조립식 방법이 이루어지기도 한다.
일반 가정 주택은 물론이고, 아파트나 빌딩 등과 같은 다층 건축물의 바닥을 시공함에 있어서, 단열과 차음은 대단히 중요하다. 특히, 동절기에 단열성이 떨어지는 경우 난방비용(에너지 비용)이 많이 소요된다. 또한, 아파트 등과 같은 다층 건축물에서 상층에서 가해지는 충격이나 소음은 아래층에 거주하는 입주자에게 심한 피해를 준다. 이에 따라, 단열을 위한 단열재와 층간 차음을 위한 차음재(완충재)의 설치는 건축물의 바닥 시공공사에서 거의 필수적이다.
일반적으로, 건축물의 바닥 시공구조를 도모함에 있어서는, 콘크리트 슬래브(slab) 상에 단열 및 차음을 위한 단열재(또는 차음재)를 적층하고, 상기 단열재 상에 경량 기포 콘크리트층을 형성한 다음, 상기 경량 기포 콘크리트층 상에 난방 배관을 설치하고 있다. 그리고 상기 난방 배관 상에 모르타르를 타설 양생하여 난방 배관이 매입된 모르타르층을 형성하고, 이후 상기 모르타르층 상에 장판이나 마루판 등과 같은 마감재를 설치하고 있다.
상기 단열재(또는 차음재)는 주로 발포 제품이 사용되고 있다. 예를 들어, 한국 등록특허 제10-0166993호에는 바닥기초 슬래브 위에 폴리에틸렌(PE) 발포 스폰지를 적층한 바닥충격음 방지 바닥구조가 제시되어 있다. 단열재는 섬유, 폴리비닐클로라이드(PVC) 및 폴리에틸렌(PE) 등의 제품이 있으나, 발포 폴리스티렌(Expanded Polystyrene, EPS) 제품이 널리 사용되고 있다. 발포 폴리스티렌(통상, 스치로폼)은 높은 단열성을 가짐과 함께 경량성 등에서도 유리하다.
일반적으로, 발포 폴리스티렌 제품은 비드(bead) 형상으로 폴리스티렌 입자를 제조한 다음, 이를 가열하여 발포(1차 발포)하여 폴리스티렌 발포 입자를 얻은 후, 성형기에 투입하여 스팀(steam)이나 열을 가하여 판넬(panel) 등의 형상으로 성형하는 방법으로 제조된다. 이때, 성형 과정에서도 스팀에 의해 발포(2차 발포)가 진행된다.
그러나 종래 대부분의 건축용 단열재, 특히 발포 폴리스티렌 제품은 열에 매우 취약하여 쉽게 연소된다. 이에 따라, 발포 폴리스티렌 제품에 난연성을 부여하고 있으며, 주로 난연제를 표면 코팅하거나 폴리스티렌 조성물에 난연제를 첨가하는 방법이 사용되고 있다.
예를 들어, 한국 등록특허 제10-0305711호에는 폴리스티렌 발포 입자의 표면에 할로겐계 화합물이나 인계 화합물 등의 난연제를 코팅하는 기술이 제시되어 있고, 한국 공개특허 제10-2001-0072979호에는 발포성 폴리스티렌 조성물에 브롬화 유기 화합물의 난연제를 첨가하는 방법이 제시되어 있다. 또한, 한국 등록특허 제10-0991189호에는 물유리, 탄산나트륨, 아황산나트륨, 탄산수소나트륨 및 탄산마그네슘으로 구성된 난연제를 도포한 기술이 제시되어 있다.
그러나 상기 선행 특허문헌들을 포함한 종래 기술에 따른 건축 단열재는 우수한 난연성을 보이기 어렵고, 경제성 등이 떨어진다. 구체적으로, 종래 기술에 따른 발포 폴리스티렌은 그 자체로서 가연성이 높아 고가의 난연제의 사용량에 비해 난연성이 떨어지고, 제품의 가격이 높다.
또한, 발포 폴리스티렌 제품은 폴리스티렌의 중합, 입자화, 발포, 및 난연제의 첨가(또는 코팅) 공정 등으로 진행되어 제조공정이 복잡하고, 연소 시에는 유독가스를 발생시키는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 단열성과 함께 우수한 난연성 등을 가지는 건축용 단열재 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 상기 건축용 단열재를 포함하는 건축물의 바닥 시공구조를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 건축물의 바닥이나 벽면에 설치되는 건축용 단열재로서, 난연성을 가지는 폴리비닐알코올계 폼을 포함하는 건축용 단열재를 제공한다.
또한, 본 발명은 건축물의 바닥이나 벽면에 설치되는 건축용 단열재로서, 난연성 폴리비닐알코올계 폼을 포함하고, 상기 난연성 폴리비닐알코올계 폼은 불수용성의 폴리비닐알코올계 폼과 지방산 에스테르염을 포함하는 건축용 단열재를 제공한다. 이때, 상기 폴리비닐알코올계 폼은 폴리비닐알코올과 메틸렌 다리 유도제의 탈수 축합반응에 의해 생성되어 메틸렌 다리 결합을 가지며, 이는 또한 다수의 포어(pore)를 가지는 다공성 구조를 갖는다.
아울러, 본 발명은 바닥 구조체와, 상기 바닥 구조체 상에 형성된 단열재층을 포함하고, 상기 단열재층은 본 발명의 건축용 단열재를 포함하는 건축물의 바닥 시공구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 폴리비닐알코올과 전분을 혼합하고, 상기 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물에 메틸렌 다리 유도제 및 지방산 에스테르염(B)을 혼합하여 촉매 존재 하에서 반응시키는 반응 단계; 및 상기 반응에서 얻어진 반응 생성물에 포함된 전분을 가온된 물을 이용하여 제거하는 전분 제거 단계를 포함하는 건축용 단열재의 제조방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 폴리비닐알코올과 전분을 혼합하고, 상기 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물에 메틸렌 다리 유도제를 혼합하여 촉매 존재 하에서 반응시키는 반응 단계; 상기 반응에서 얻어진 반응 생성물에 포함된 전분을 가온된 물을 이용하여 제거하는 전분 제거 단계; 및 상기 전분이 제거된 반응 생성물에 지방산 에스테르염을 코팅하는 코팅 단계를 포함하는 건축용 단열재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 폴리비닐알코올이 메틸렌 다리 유도제와의 결합에 의해 네트 구조(고리 구조)를 포함하면서 불수용성으로 개질되어 물에 대한 취성(내성)과 물리/화학적 특성이 향상된 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 포어(pore)를 가지는 스폰지(sponge) 구조로서 우수한 단열성 및 차음성(완충성) 등을 갖는다. 아울러, 폴리비닐알코올계 폼에 분산(또는 코팅)된 지방산 에스테르염에 의해 우수한 난연성과 함께 기계적 강도가 보강된다.
도 1은 본 발명에 따른 건축용 단열재의 일례를 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 건축용 단열재의 다른 예를 보인 단면이다.
도 3은 본 발명에 따른 건축물의 바닥 시공구조를 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 건축용 단열재의 다른 예를 보인 단면이다.
도 3은 본 발명에 따른 건축물의 바닥 시공구조를 보인 단면도이다.
본 발명은 건축물의 내장재 및/또는 외장재로 사용되는 건축 자재로서, 적어도 단열성과 난연성을 가지는 건축용 단열재 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 건축용 단열재는 건축물의 바닥이나 벽면, 및/또는 천장 등에 설치되며, 이는 단열성 및 차음성과 함께 우수한 난연성을 갖는다. 또한, 본 발명은 상기 본 발명의 건축용 단열재를 포함하는 건축물의 바닥 시공구조를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다. 또한, 본 발명에서, "난연"은 화재의 발생이 어려운 것, 화재(화염)의 퍼짐을 방지하는 것, 연기의 발생을 억제(방염)하는 것, 및/또는 불연 등의 의미를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 건축용 단열재의 일례를 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 건축용 단열재의 다른 예를 보인 단면이다.
본 발명에 따른 건축용 단열재(이하, "단열재"로 약칭한다.)는 폴리비닐알코올(PVA ; Polyvinyl Alcohol)을 주성분으로 하는 난연성 폴리비닐알코올계 폼(foam)(10)을 포함한다. 상기 난연성 폴리비닐알코올계 폼(foam)(10)은 난연성을 가지는 폴리비닐알코올계 폼(foam)으로서, 이는 폴리비닐알코올계 폼(A)과 난연제를 포함한다. 이때, 상기 난연제는 폴리비닐알코올계 폼(A)의 내부에 균일하게 분산되거나 폴리비닐알코올계 폼(A)의 표면에 코팅된다.
이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이하에서, 본 발명의 실시형태를 설명함에 있어, 경우에 따라서는 상기 난연성 폴리비닐알코올계 폼(10)은 "난연 PVA계 폼(10)"으로 약칭하고, 상기 폴리비닐알코올계 폼(A)은 "PVA계 폼(A)"으로 약칭한다.
[건축용 단열재]
본 발명에 따른 단열재는 제1실시형태에 따라서, 적어도 난연 PVA계 폼(10)을 포함한다. 난연 PVA계 폼(10)은 앞서 언급한 바와 같이 PVA계 폼(A)과 난연제를 포함한다. 이때, 바람직한 실시형태에 따라서, 상기 PVA계 폼(A)은 불수용성이고, 폴리비닐알코올(PVA)과 메틸렌 다리 유도제의 탈수 축합반응에 의해 생성되어 메틸렌 다리 결합을 갖는다. 또한, 상기 PVA계 폼(A)은 다수의 포어(pore)를 가지는 다공성의 스폰지(sponge) 구조를 갖는다.
상기 난연제는 난연성을 가지는 것이면 좋으며, 이는 특별히 제한되지 않는다. 난연제는, 예를 들어 인계, 할로겐계 및/또는 안티몬계 화합물 등을 포함할 수 있다. 이러한 난연제는 PVA계 폼(A)의 내부에 균일하게 분산되거나, 및/또는 PVA계 폼(A)의 표면에 코팅된 형태로 포함된다. 바람직한 실시형태에 따라서, 난연제는 지방산 에스테르염(B)을 포함한다.
일반적으로, 폴리비닐알코올(PVA)은 비닐알코올을 약 50 중량% 이상 함유하는 중합체로서, 이는 비닐아세테이트 모노머를 중합하여 폴리비닐아세테이트(PVAC)를 합성하고, 이후 알칼리 가수 분해 반응을 통하여 제조된다. 그러나 폴리비닐알코올(PVA)은 화학 구조적으로 수분과 수소결합을 형성할 수 있는 하이드록시기(-OH)를 다량 함유하고 있어, 물에 대한 취성(brittleness)이 약하다. 예를 들어, 저분자량의 폴리비닐알코올(PVA)은 상온에서 물에 쉽게 용해되며, 고분자량의 폴리비닐알코올(PVA)의 경우에는 물에 의해 팽윤된다. 또한, 폴리비닐알코올(PVA)은 물리/화학적 특성이 다소 약하다. 이에 따라, 폴리비닐알코올(PVA)은 물에 대한 취성(내성)과 물리/화학적 특성이 약하여 그 자체로서는 건축 자재로서의 단열재로 사용되기 어렵다. 아울러, 폴리비닐알코올(PVA)은 열에 취약하여 쉽게 연소될 수 있다.
이에, 본 발명에 따라서, 폴리비닐알코올(PVA)은 메틸렌 다리 유도제와의 탈수 축합반응에 의해 불수용성으로 개질된다. 즉, 본 발명에서, 상기 PVA계 폼(A)은 폴리비닐알코올(PVA)과 메틸렌 다리 유도제의 탈수 축합반응에 의해 생성된 불수용성의 개질체로서, 이는 물에 대한 취성(내성)을 가지면서 우수한 물리/화학적 특성을 갖는다. 또한, 본 발명에 따라서, PVA계 폼(A)은 난연제를 포함하여 난연성을 갖는다. 구체적으로, PVA계 폼(A)에는 난연제로서의 지방산 에스테르염(B)이 분산 및/또는 코팅되어, 상기 지방산 에스테르염(B)에 의해 난연성을 가지면서 기계적 강도가 향상된다. 아울러, PVA계 폼(A)은 다공성의 스폰지(sponge) 구조에 의해 단열성은 물론, 층간 차음성 및 완충성(충격 흡수성) 등을 갖는다.
상기 PVA계 폼(A)은, 구체적으로 폴리비닐알코올(PVA)과 메틸렌 다리 유도제의 탈수 축합반응에 의해 형성된 메틸렌 다리 결합을 PVA계의 분자 내에 적어도 하나 이상 포함한다. 하나의 구현예에 따라서, PVA계 폼(A)은 하기 구조식으로 표시되는 구조 단위를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, PVA계 폼(A)은 PVA계의 분자 내에 하기 구조식의 구조 단위를 적어도 1개, 또는 2개 이상 포함할 수 있다.
[구조식]
상기 구조식에서, R은 수소(H), 탄소수가 C1 ~ C20인 탄화수소 화합물(알킬 그룹) 또는 고리 화합물로부터 선택된다. 이때, 상기 구조식에서, R이 고리 화합물인 경우, 이는 헤테로 고리 유기화합물 또는 벤젠 고리 유기화합물(방향족 탄화수소 화합물)로부터 선택될 수 있다.
상기 PVA계 폼(A)은, 예시적인 실시형태에 따라서, 하기 화학식 1 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에서, R은 상기한 바와 같이 수소(H), 탄소수가 C1 ~ C20인 탄화수소 화합물(알킬 그룹) 또는 고리 화합물로부터 선택된다. 그리고 상기 고리 화합물은 헤테로 고리 유기화합물 또는 벤젠 고리 유기화합물(방향족 탄화수소 화합물)일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1 및 2에서, n은 1 이상의 정수이다. 상기 화학식 1 및 2에서, n의 상한치가 클수록 PVA계 폼(A)의 물에 대한 취성과 물리/화학적 특성이 향상될 수 있으므로 n의 상한치는 한정되지 않는다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 상기 화학식 1 및 2에서, n은 예를 들어 2 내지 500의 정수일 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 2 내지 200, 2 내지 100, 2 내지 50, 5 내지 100 또는 5 내지 50의 정수일 수 있다.
상기 PVA계 폼(A)은 폴리비닐알코올(PVA)과 메틸렌 다리 유도제의 탈수 축합반응에 의한 메틸렌 다리(-CHR-) 결합을 포함하여, 상기 구조식과 화학식 1 및 2에 보인 바와 같이 적어도 하나 이상의 네트 구조(고리)를 포함할 수 있다. 즉, PVA계 폼(A)은 주쇄에 결합된 두 개의 산소(O)가 메틸렌 다리(-CHR-)에 의해 연결되어 적어도 하나 이상의 네트 구조(고리)를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 난연 PVA계 폼(10)은 불수용성으로서의 상기 PVA계 폼(A)을 베이스(base)로 하되, PVA계 폼(A)은 다수의 포어(pore)가 형성된 다공성 스폰지 구조를 가지며, 적어도 난연성을 위한 지방산 에스테르염(B)을 포함한다. 상기 포어는 PVA계 폼(A)에 균일하게 분산 형성되어 있다. 또한, 상기 지방산 에스테르염(B)은 PVA계 폼(A)에 분산 및/또는 코팅되어 있다. 구체적으로, 상기 지방산 에스테르염(B)은 PVA계 폼(A)의 내부에 균일하게 분산, 및/또는 PVA계 폼(A)의 적어도 표면에 코팅되어 있다.
상기 난연 PVA계 폼(10)은 종래의 단열재(또는 차음재), 예를 들어 발포 폴리스티렌(EPS) 등을 대체하여 우수한 단열성을 가짐은 물론 난연성을 갖는다. 이때, 단열성은 적어도 다수의 포어(pore)에 의한 다공성 스폰지 구조에 의해 도모되고, 난연성은 적어도 지방산 에스테르염(B)에 의해 도모된다.
상기 난연 PVA계 폼(10)에 형성된 포어(pore)의 크기는 특별히 제한되지 않는다. 상기 포어는, 예를 들어 수 나노미터(nm) 이상, 수 밀리미터(mm) 이하일 수 있다. 상기 포어는, 구체적인 예를 들어 0.1 마이크로미터(㎛) 내지 500 ㎛의 미세 셀(cell)을 포함할 수 있다. 이때, 미세 셀(cell)은 오픈 셀(open cell) 및/또는 닫힌 셀(close cell)을 포함할 수 있다.
상기 포어는, 예를 들어 발포제를 통해 형성될 수 있다. 구체적인 제조예에 따라서, 상기 난연 PVA계 폼(10)은 폴리비닐알코올(PVA)과 메틸렌 다리 유도제를 반응(탈수 축합반응)시켜 상기 화학식 1 및/또는 2에 보인 같은 불수용성의 PVA계(PVA 개질체)를 생성(합성)하는 반응 단계와, 상기 반응 단계를 통해 생성된 불수용성의 PVA계(PVA 개질체)에 발포제와 지방산 에스테르염(B)를 혼합하는 혼합 단계와, 상기 혼합 단계에서 얻어진 혼합물을 발포시키는 발포 단계를 통해 제조될 수 있다. 이때, 발포제에 의해 다수의 포어가 형성된 스폰지 구조의 PVA계 폼(A)이 형성되며, 이와 함께 PVA계 폼(A)의 내부에는 지방산 에스테르염(B)이 균일하게 분산된다. 다른 제조예에 따라서, 상기 난연 PVA계 폼(10)은 폴리비닐알코올(PVA)과 메틸렌 다리 유도제를 반응(탈수 축합반응)시켜 상기 화학식 1 및/또는 2에 보인 같은 불수용성의 PVA계(PVA 개질체)를 생성(합성)하는 반응 단계와, 상기 반응 단계를 통해 생성된 불수용성의 PVA계(PVA 개질체)에 발포제를 혼합하는 혼합 단계와, 상기 혼합 단계에서 얻어진 혼합물을 발포시키는 발포 단계와, 상기 발포 단계를 통해 얻어진 PVA계 폼(A)에 지방산 에스테르염(B)이 포함된 용액을 코팅/건조시키는 코팅/건조 단계를 통해 제조될 수 있다. 이때, 발포제에 의해 다수의 포어가 형성된 스폰지 구조의 PVA계 폼(A)이 형성되며, 이와 함께 상기 코팅/건조를 통해 PVA계 폼(A)의 표면에 지방산 에스테르염(B)이 코팅된다.
또한, 바람직한 실시형태에 따라서, 상기 포어는 전분(starch)를 통해 형성될 수 있다. 전분(starch)을 이용하는 경우, 제조 공종이 개선된다. 이에 대해서는 본 발명의 제조방법을 통해 설명한다.
상기 난연 PVA계 폼(10)은 다양한 형상(형태) 및 크기 등을 가질 수 있으며, 이의 형상(형태) 및 크기 등은 제한되지 않는다. 형상은, 예를 들어 비드(bead), 소정 두께의 판넬(panel), 시트(sheet), 바(bar), 펠릿(pellet) 및/또는 이들 이외에 소정의 입체적 형상(형태)를 가질 수 있다. 난연 PVA계 폼(10)이 비드 형상을 가지는 경우, 이는 예를 들어 접착제와 혼합된 다음 건물의 바닥이나 벽면 등에 분사되어 단열층(또는 차음층)을 형성할 수 있다. 또한, 난연 PVA계 폼(10)이 판넬 형상을 가지는 경우, 이는 예를 들어 통상과 같이 적정 크기(가로, 세로)로 규격화되어 건물의 바닥이나 벽면 등에 단열재(차음재)로 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 단열재는 제2실시형태에 따라서, 지지체(20)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 제2실시형태에 따른 단열재는 적어도 하나 이상의 난연 PVA계 폼(10)와, 상기 난연 PVA계 폼(10)을 지지하기 위한 적어도 하나 이상의 지지체(20)를 포함한다.
제1구현예에 따라서, 도 1에 보인 바와 같이 지지체(20)의 일면에 난연 PVA계 폼(10)이 형성(접합)된 구조를 가질 수 있다. 제2구현예에 따라서, 도 2에 보인 바와 같이 지지체(20)의 양면(상/하부 면)에 난연 PVA계 폼(10)이 형성(접합)된 구조를 가질 수 있다. 제3구현예에 따라서, 난연 PVA계 폼(10)의 양면(상/하부 면)에 지지체(20)가 형성(접합)된 구조를 가질 수 있다. 제4구현예에 따라서, 복수 개의 난연 PVA계 폼(10)과 복수 개의 지지체(20)을 포함하고, 이들(10)(20)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 난연 PVA계 폼(10)과 지지체(20)는, 예를 들어 접착제, 열 융착, 양면 접착 테이프 및/또는 체결구 등을 통해 결합될 수 있다.
상기 지지체(20)는 난연 PVA계 폼(10)을 지지할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. 지지체(20)는, 예를 들어 판상(plate), 메쉬(mesh), 그리드(grid) 및/또는 격자(lattice) 등의 형상이나 구조를 가질 수 있다. 또한, 지지체(20)는, 예를 들어 금속재, 목재, 세라믹재, 섬유재, 플라스틱재 및/또는 고무재 등의 재질로 구성될 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라서, 상기 지지체(20)는 차음 부재로부터 선택될 수 있다. 지지체(20)는, 구체적인 예를 들어 차음성의 고무 시트, 폴리우레탄(PU) 발포 시트, 및/또는 폴리에틸렌(PE) 발포 시트 등으로부터 선택될 수 있다.
[건축용 단열재의 제조]
한편, 본 발명에 따른 단열재는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 이하에서 설명되는 본 발명의 제조방법을 통해 제조될 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 단열재의 제조방법을 설명한다. 이하에서 설명되는 제조방법은 상기 난연 PVA계 폼(10)의 제조방법으로서, 이의 설명을 통하여 상기 난연 PVA계 폼(10)의 구체적인 실시형태를 함께 설명한다. 이하, 제조방법을 설명함에 있어, 난연제는 지방산 에스테르염(B)을 사용한 것을 예로 들어 설명한다.
본 발명에 따른 단열재의 제조방법은, 본 발명의 제1형태에 따라서 지방산 에스테르염(B)과 전분(starch)이 분산된 PVA계 불수용체를 생성하는 반응 단계와; 상기 PVA계 불수용체에 분산된 전분을 제거하는 전분 제거 단계를 포함한다. 이때, 상기 반응 단계에서는 폴리비닐알코올(PVA)과 전분(starch)을 혼합하고, 상기 폴리비닐알코올(PVA)과 전분(starch)의 혼합물에 메틸렌 다리 유도제 및 지방산 에스테르염(B)을 혼합하여 촉매 존재 하에서 반응시킨다. 또한, 상기 반응 단계에서는 반응물에 용매로서 물을 더 포함시켜 반응시킬 수 있다.
본 발명에서, 원료로 사용되는 상기 폴리비닐알코올(PVA)은 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 비닐알코올을 50 중량% 이상 함유한 중합체, 구체적인 예를 들어 비닐알코올을 50 내지 98 중량%, 또는 55 내지 95 중량%으로 함유한 중합체로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 폴리비닐알코올(PVA)은, 예를 들어 120 내지 5만, 구체적인 예를 들어 200 내지 2만의 중량평균분자량을 가지는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서, 상기 메틸렌 다리 유도제는 폴리비닐알코올(PVA)과 탈수 축합반응하여 메틸렌 다리(-CHR-) 결합을 유도(형성)할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 메틸렌 다리 유도제는, 예를 들어 알데히드계 화합물 및/또는 알데히드계 화합물의 유도체 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 알데히드계 화합물(및 이의 유도체)은 분자 내에 적어도 하나 이상의 알데히드기(-CHO)를 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 알데히드계 화합물은 R1-CHO의 화학 구조식을 가질 수 있다. 여기서, 상기 R1는 수소(H), 지방족 탄화수소 화합물(알킬 그룹), 또는 고리 화합물 등으로부터 선택될 수 있다. 이때, 상기 지방족 탄화수소 화합물(알킬 그룹)은, 예를 들어 탄소수가 C1 ~ C20일 수 있다. 상기 고리 화합물은 헤테로 고리 유기화합물 또는 벤젠 고리 유기화합물(방향족 탄화수소 화합물)로서, 예를 들어 탄소수가 C5 내지 C20일 수 있다. 상기 알데히드계 화합물은, 구체적인 예를 들어 포름알데히드, 아세트알데히드(에틸알데히드), 부틸알데히드 및/또는 벤즈알데히드 등으로부터 선택될 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 알데히드계 화합물의 유도체는 알데히드계 화합물로부터 유도된 것으로서, 이는 예를 들어 헥사메틸렌테트라민 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 메틸렌 다리 유도제는 촉매 존재 하에서 폴리비닐알코올(PVA)과 탈수 축합반응에 의해 PVA계 불수용체를 생성시킨다. 즉, 상기 반응 단계에서, 수용성의 폴리비닐알코올(PVA)은 메틸렌 다리 유도제와의 결합(탈수 축합반응)에 의해 불수용성의 PVA계 화합물로 개질된다. 또한, 상기 반응을 통해 생성된 불수용성의 PVA계는 메틸렌 다리 유도제로부터 유래된 네트 구조(고리)를 포함한다. 즉, 상기 반응을 통해 생성된 불수용성의 PVA계는 폴리비닐알코올(PVA)과 메틸렌 다리 유도제의 탈수 축합반응에 의한 메틸렌 다리(-CHR-) 결합을 가지며, 이러한 메틸렌 다리(-CHR-) 결합에 의해 형성된 네트 구조(고리)를 포함한다. 이에 따라, 반응 생성물로서의 PVA계 화합물은 불수용성을 가지면서 네트 구조(고리)를 포함하여 물에 대한 우수한 취성(내성) 등을 가짐은 물론 물리/화학적 특성이 개선된 PVA계 불수용체(PVA 개질체)로 개질된다.
하나의 예시에서, 상기 메틸렌 다리 유도제로서 포름알데히드(HCHO)를 사용하는 경우, 상기 반응 단계에서는 아래의 반응식 1에 따라 PVA계 불수용체(PVA계 폼)가 생성될 수 있다. 이때, 아래의 반응식 1에 따라 생성된 PVA계 불수용체(PVA계 폼)은 상기 화학식 1에 따른 화합물을 포함할 수 있다. 아래의 반응식 1에 보인 바와 같이, 폴리비닐알코올(PVA)은 포름알데히드(HCHO)와의 탈수 축합반응에 의해 메틸렌 다리(-CH2-)를 통해 연결되어 네트 구조(고리)를 가지는 PVA계 화합물로 합성되면서, 이는 또한 불수용성으로 개질된다.
[반응식 1]
본 발명에서, 상기 전분(starch)은 수용성으로서, 이는 포어 형성제로서 작용한다. 구체적으로, 전분은 폴리비닐알코올(PVA)와 균일하게 분산, 혼합되며, 이는 반응이 완료된 후, 물을 이용한 용해를 통해 제거된다. 이때, 전분이 제거된 자리에는 다수의 포어가 형성된다. 이러한 전분의 용해 제거에 의해, PVA계 폼(A) 내에는 다수의 포어가 균일하게 형성된 스폰지 구조를 갖는다.
위와 같이 전분을 이용하는 경우, 포어의 크기 및 분포율(포어 형성율)을 제어할 수 있으며 제조 공정도 간소화될 수 있다. 구체적으로, 전분의 크기 및 사용량(첨가량)의 조절을 통하여, 포어의 크기 및 분포율(포어 형성율)을 제어할 수 있다. 또한, 온도와 압력이 요구되고 발포 설비(밀폐 몰드 등)가 사용되는 발포제를 사용하는 경우에 비해, 전분은 물에 의해 쉽게 제거되어 포어를 형성하므로 제조 공정이 간소화된다.
본 발명에서, 상기 지방산 에스테르염(B)은 분자 내에 적어도 하나 이상의 에스테르기(-COO)와 금속 원소를 가지는 것으로서, 이는 난연제로서 작용한다. 상기 지방산 에스테르염(B)은 PVA계 폼(A) 내에 균일하게 분산되어 있으며, 이는 적어도 난연성을 구현한다. 즉, 지방산 에스테르염(B)은 PVA계 폼(A) 내에 균일하게 분산된 형태로 포함되되, 이는 화재 시 난연성을 구현한다. 또한, 지방산 에스테르염(B)은 PVA계 폼(A)의 기계적 강도 등을 보강한다.
상기 지방산 에스테르염(B)은, 예를 들어 R2-COO-M의 화학 구조식을 가질 수 있다. 여기서, 상기 R2는 C1 내지 C20의 지방족 탄화수소 화합물 등으로부터 선택될 수 있으며, 상기 M은 K, Na, Ca 및 Mg 등의 금속 원소로부터 선택될 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 이러한 지방산 에스테르염(B)은 수용성 및/또는 불수용성인 것으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 불수용성인 것으로부터 선택되는 것이 좋다.
상기 지방산 에스테르염(B)이 수용성인 경우, 반응 단계나 전분 제거 단계에서 사용(생성)된 물에 의해 일부가 용해 제거되어, 이의 사용에 따른 난연성이 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 지방산 에스테르염(B)은 불수용성인 지방산 금속염으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 구체적인 예를 들어 지방산 칼슘염 및/또는 지방산 마그네슘염 등을 사용할 수 있다.
아울러, 상기 지방산 칼슘염은 R2-COO-Ca의 화학 구조식을 가지는 것으로부터 선택될 수 있다. 이러한 지방산 칼슘염은, 본 발명의 실시형태에 따라서 하기 반응식 2을 통해 생성된 것을 사용할 수 있다. 하기 반응식 2에서, R3는 예를 들어 수소(H), 탄소수 C1 내지 C20의 지방족 탄화수소 화합물(알킬 그룹), 또는 탄소수 C5 내지 C20의 고리 화합물(헤테로 고리 또는 벤젠 고리 유기화합물) 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 지방산 칼슘염은 불수용성이고, 이는 또한 우수한 난연성을 가져 본 발명에 바람직하다.
[반응식 2]
R2-COO-R3 + NaOH --> R2-COO-Na + R3-OH
R2-COO-Na + CaCl2 --> R2-COO-Ca + NaCl
또한, 상기 반응 단계에서는 촉매가 사용되며, 상기 촉매는 예를 들어 산 및/또는 염기로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매는, 구체적인 예를 들어 황상, 염산, 붕산, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및/또는 수산화칼슘 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 강산 및/또는 강염기가 사용될 수 있다. 아울러, 상기 반응 단계에서는 폴리비닐알코올(PVA)을 분산하기 위한 용매로서 물이 사용될 수 있다.
상기 반응 단계에서는 촉매 존재 하에서 35℃ 내지 65℃에서 반응시킬 수 있다. 이때, 반응 온도가 35℃ 미만으로서 너무 낮으면, 반응 효율(생성율)이 미미해질 수 있다. 즉, 메틸렌 다리 결합(-CHR-)을 가지는 불수용성 PVA계의 생성율(수득율)이 낮아질 수 있다. 그리고 반응 온도가 65℃를 초과하여 너무 높은 경우, 전분이 미리 용해 제거되어 포어 형성율이 떨어질 수 있다. 즉, 반응 온도가 65℃를 초과하는 경우, 반응 과정(반응이 양호하게 진행되기 전)에서 승온된 물에 의해 전분이 용해 제거되어 포어 형성율이 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 반응 온도는 40℃ 내지 60℃가 바람직할 수 있다. 아울러, 반응 시간은, 예를 들어 5시간 내지 48시간 동안 진행될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 12시간 내지 36시간 동안 진행될 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 반응 단계에서, 각 원료의 사용량은 특별히 제한되지 않으나, 예시적인 실시 형태에 따라서, 폴리비닐알코올(PVA) 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 60 중량부, 메틸렌 다리 유도제 20 내지 120 중량부, 및 지방산 에스테르염(B) 5 내지 40 중량부를 사용할 수 있다.
상기 각 원료의 사용량에 있어서, 상기 전분의 사용량이 5 중량부 미만인 경우에는 포어 형성율이 낮아져 단열성 및 차음성 등이 미미할 수 있으며, 60 중량부를 초과하는 경우에는 포어 형성율이 높아 기계적 강도 등이 낮아질 수 있다. 그리고 상기 메틸렌 다리 유도제의 사용량이 20 중량부 미만인 경우에는 상기 반응 생성물, 즉 상기 불수용성 PVA계(예를 들어, 상기 화학식 1 및 2로 표시된 PVA계 화합물)의 생성량이 낮아질 수 있고, 120 중량부를 초과하는 경우에는 메틸렌 다리 유도제의 과잉 사용에 따른 상승 효과가 그다지 크지 않고 미반응 메틸렌 다리 유도제의 잔류량이 많아 바람직하지 않을 수 있다. 아울러, 상기 지방산 에스테르염(B)의 사용량이 5 중량부 미만인 경우에는 이의 사용에 따른 난연성 및 기계적 강도의 개선 효과가 미미할 수 있고, 40 중량부를 초과하는 경우에는 상기 불수용성 PVA계, 즉 상기 화학식 1 및 2로 표시된 PVA계 화합물의 합성 반응에 악영향을 끼칠 수 있다.
또한, 상기 반응에서는 촉매가 사용되는데, 상기 촉매는 폴리비닐알코올(PVA) 100 중량부에 대하여, 예를 들어 20 내지 120 중량부로 사용될 수 있다. 이때, 촉매의 사용량이 20 중량부 미만인 경우에는 상기 반응 생성물, 즉 상기 불수용성 PVA계의 생성량이 낮아질 수 있고, 120 중량부를 초과하는 경우에는 촉매의 과잉 사용에 따른 상승 효과가 그다지 크지 않을 수 있다. 아울러, 상기 반응물에는 물을 더 포함할 수 있는 데, 이때 물은 수용성 폴리비닐알코올(PVA)의 충분한 분산성을 고려하여, 예를 들어 폴리비닐알코올(PVA) 중량의 5배 내지 20배로 사용될 수 있다.
위와 같은 반응은 반응 용기에서 진행되되, 상기 반응 용기는 소정의 형상을 가질 수 있다. 반응 용기는, 예를 들어 소정 두께의 판넬(panel)이나 바(bar) 등의 형상을 가지는 성형 몰드(mold)가 사용될 수 있다. 아울러, 반응을 완료한 후에는 탈수가 진행될 수 있다.
또한, 상기 반응을 진행한 후에는 가온된 물을 이용하여 전분을 제거하는 전분 제거 단계를 진행한다. 즉, 상기 반응을 통해 생성된 불수용성 PVA계 내에는 지방산 에스테르염(B)과 전분이 분산되어 있는데, 이때 가온된 물을 이용하여 상기 전분을 용해 제거한다. 이러한 전분의 제거에 의해, 상기 불수용성 PVA계는 다수의 포어가 형성된 다공성의 스폰지 구조를 갖는다. 이에 따라, 스폰지 구조의 PVA계 폼(A) 내에 지방산 에스테르염(B)이 분산된 난연 PVA계 폼(10)이 제조된다.
본 발명에서, 전분 제거를 위한 상기 가온된 물은 전분을 용해 제거할 수 있는 온도이면 좋으며, 이는 예를 들어 60℃ 이상의 온도를 가질 수 있다. 이때, 온도가 60℃ 미만으로서 너무 낮으면, 전분의 용해 제거율(제거량 및 제거 시간)이 떨어질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 60℃ ~ 95℃의 온도로 가온된 물을 이용하여 전분을 용해 제거할 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 65℃ ~ 95℃의 온도로 가온된 물을 이용하여 전분을 용해 제거할 수 있다. 이러한 전분 제거 후에는 탈수 단계를 더 진행하여, 본 발명에 따른 난연성 및 불수용성의 난연 PVA계 폼(10)이 완성될 수 있다.
또한, 상기 난연 PVA계 폼(10)은 단열성, 층간 차음성 및 완충성 등을 고려하여, 예를 들어 45% 이상의 포어 형성율(기공도), 또는 50% 이상의 포어 형성율을 가질 수 있다. 난연 PVA계 폼(10)은, 상기 전분의 사용량 및/또는 전분의 제거율 등에 따라 다를 수 있지만, 구체적인 예를 들어 45% ~ 85%, 또는 50% 내지 80%, 는 60 내지 80%의 포어 형성율을 가질 수 있다.
본 발명에서, 상기 포어 형성율(기공도)는 난연 PVA계 폼(10)의 전체 체적 중에서 포어가 차지하는 체적 비율(%)을 의미한다. 이러한 포어 형성율(%)은 다양한 측정 방법을 통해 측정될 수 있으며, 일례를 들어 난연 PVA계 폼(10)의 단면 사진을 통해, 난연 PVA계 폼(10)의 단면 전체 면적을 측정하고, 단면 내에 존재하는 기공의 면적을 측정하여, 이들의 비율(%)로 평가(계산)될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단열재의 제조방법은, 본 발명의 제2형태에 따라서 전분이 분산된 PVA계 불수용체를 생성하는 반응 단계와; 상기 PVA계 불수용체에 포함된 전분을 제거하는 전분 제거 단계와; 상기 전분이 제거된 반응 생성물에 지방산 에스테르염(B)을 코팅하는 코팅 단계를 포함한다. 이에 따라 제조된 난연 PVA계 폼(10)은 PVA계 폼(A)에 상기 지방산 에스테르염(B)이 코팅된 형태를 갖는다.
이때, 상기 반응 단계에서는 폴리비닐알코올(PVA)과 전분을 혼합하고, 상기 폴리비닐알코올(PVA)과 전분의 혼합물에 적어도 메틸렌 다리 유도제를 혼합하여 촉매 존재 하에서 반응시킨다. 이러한 반응 단계에서 사용되는 각 원료 및 이의 사용량 등은 상기 제1형태를 설명한 바와 같다. 또한, 상기 전분 제거 단계의 경우에도 상기 제1형태를 설명한 바와 같으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 코팅 단계에서는 전분이 제거된 반응 생성물에 지방산 에스테르염(B)을 코팅한다. 이때, 제2형태에서는 상기 지방산 에스테르염(B)으로서, 불수용성은 물론 수용성인 것도 제한없이 사용될 수 있다. 즉, 상기 코팅 단계에서 사용되는 지방산 에스테르염(B)은 수용성 및/또는 불수용성의 지방산 금속염을 제한없이 사용할 수 있다. 상기한 바와 같이, 지방산 에스테르염(B)은, 예를 들어 R2-COO-M의 화학 구조식을 가지되, 상기 M은 K, Na, Ca 및 Mg 등의 금속 원소로부터 선택될 수 있다. 이러한 지방산 에스테르염(B)은 수용성 및/또는 불수용성인 등의 금속 원소로부터 선택될 수 있으며, 이는 하나의 예시에서 수용성의 지방산 나트륨염(R2-COO-Na) 및/또는 지방산 칼륨염(R2-COO-K)을 사용할 수 있다.
구체적인 실시형태에 따라서, 상기 코팅 단계에서는 지방산 에스테르염(B)과 분산 용매를 포함하는 분산 용액을 이용할 수 있다. 또한, 상기 분산 용액에는 경우에 따라 선택적으로 바인더(binder)를 더 포함할 수 있다. 상기 분산 용매는 물 및/또는 유기 용제로부터 선택될 수 있다. 그리고 상기 바인더는 접(점)착성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴 수지 등의 접(점)착성 수지 등으로부터 선택될 수 있다. 아울러, 상기 분산 용액은, 예를 들어 수용성의 지방산 에스테르염(B)을 포함하되, 이러한 수용성의 지방산 에스테르염(B)을 예를 들어 5 내지 40 중량%으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 코팅 단계에서는 분산 용액(지방산 에스테르염(B)이 분산된 용액)에 상기 전분이 제거된 반응 생성물로서의 PVA계 폼(A)을 함침(침지)하거나, 상기 분산 용액을 전분이 제거된 반응 생성물로서의 PVA계 폼(A)의 표면에 분사(spray)하는 방법으로 코팅할 수 있다. 이러한 코팅에 의해, 분산 용액이 스폰지 구조의 PVA계 폼(A)의 표면에는 물론, 포어와 심부에까지 침투하여 지방산 에스테르염(B)이 코팅되어 우수한 난연성이 구현될 수 있다.
아울러, 위와 같은 코팅 단계를 진행한 후에는 건조 단계를 더 진행하여, 코팅된 분산 용액의 용매를 제거(휘발)할 수 있다. 이때, 상기 건조는, 예를 들어 자연 건조, 열풍 건조 및/또는 복사열 건조 등으로부터 선택될 수 있다.
한편, 본 발명의 제2형태에 따른 제조방법은, 상기 지방산 에스테르염(B)으로서 수용성의 지방산 에스테르염을 사용하는 경우, 상기 코팅 단계에 후속하여 진행되는 치환 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅 단계에서 수용성의 지방산 에스테르염(B)과 분산 용매(예, 물)를 포함하는 분산 용액을 이용하여 상기 전분이 제거된 반응 생성물에 함침이나 분사 등을 통해 수용성의 지방산 에스테르염을 코팅한 다음, 치환 반응을 통해 수용성의 지방산 에스테르염(B)을 불수용성의 지방산 에스테르염(B)으로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 치환 단계는 2가의 금속 이온을 포함하는 치환 용액을 이용할 수 있다. 상기 치환 용액은, 예를 들어 칼슘염 및/또는 마그네슘염 등의 2가 금속염이 용해된 수용액을 사용할 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 염화칼슘(CaCl2) 및/또는 염화마그네슘(MgCl2) 등의 금속염 수용액을 사용할 수 있다.
상기 코팅 단계를 진행한 반응 생성물을 위와 같은 치환 용액에 함침하게 되면, 반응 생성물에 코팅된 수용성의 지방산 에스테르염(B)은 치환 반응에 의해 불수용성의 지방산 에스테르염(B)으로 전환될 수 있다. 일례를 들어, 상기 코팅 단계에서, 수용성의 지방산 에스테르염(B)으로서 지방산 나트륨염(R2-COO-Na)을 사용한 경우, 이를 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 함침하게 되면, 치환 반응(R2-COO-Na + CaCl2 --> R2-COO-Ca + NaCl)에 의해 수용성의 지방산 나트륨염(R2-COO-Na)은 불수용성의 지방산 칼슘염(R2-COO-Ca)으로 전환될 수 있다. 이러한 치환 반응은, 예를 들어 30℃ 내지 60℃에서 진행될 수 있다.
이상의 과정을 통해 난연 PVA계 폼(10)의 제조를 완료한 다음, 난연 PVA계 폼(10)에 지지체(20)를 접합하여 강도를 보강할 수 있다. 상기 과정을 통해 제조된 난연 PVA계 폼(10)은, 수용성의 폴리비닐알코올(PVA)이 메틸렌 다리 유도제와의 결합에 의해 네트 구조(고리 구조)를 포함하면서 불수용성으로 개질되어 물에 대한 취성(내성)은 물론 물리/화학적 특성이 향상된 효과를 갖는다. 아울러, 다수의 포어를 가지는 다공성 스폰지 구조로서 우수한 단열성 및 차음성 등을 갖는다. 그리고 PVA계 폼(A)에 분산(또는 코팅)된 지방산 에스테르염(B)에 의해 우수한 난연성을 갖는다.
본 발명에 따른 단열재는 건축물의 단열 및/또는 차음을 목적으로 건축물의 바닥이나 벽면에 유용하게 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 단열재는 난연 PVA계 폼(10)을 포함하는 것이면 제한되지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 단열재는 난연 PVA계 폼(10)를 적어도 포함하되, 지지체(20) 및 기능성 부재(층)를 더 포함하는 구성을 가질 수 있다. 이때, 상기 기능성 부재(또는, 층)은 난연 PVA계 폼(10)의 어느 한 면 또는 양면에 형성될 수 있다. 상기 기능성 부재(층)는, 예를 들어 인쇄 시트, 점(접)착층 및/또는 보호층 등으로부터 선택될 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것이며, 이는 당 업계(건축 분야)에서 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단열재의 제조방법은, 상기한 바와 같은 난연 PVA계 폼(10)의 제조공정(제1형태 및 제2형태)을 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에 단열재의 제조방법은 상기 난연 PVA계 폼(10)의 제조에서의 반응 단계 및 전분 제거 단계를 적어도 포함하는 것이면 여기에 포함한다. 아울러, 본 발명에 따른 단열재의 제조방법은 상기 난연 PVA계 폼(10)에 지지체(20)를 형성(접합)하는 공정 및/또는 기능성 부재(층)를 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다.
[건축물의 바닥 시공구조]
본 발명에 따른 건축물의 바닥 시공구조는 전술한 바와 같은 본 발명의 단열재를 포함한다. 도 3은 본 발명에 따른 바닥 시공구조의 일례를 보인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 바닥 시공구조는 바닥 구조체(S)와, 상기 바닥 구조체(S) 상에 형성된 단열재층(1) 및/또는 차음재층(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 이때, 도 3에는 바닥 구조체(S) 상에 단열재층(1)이 형성된 모습을 예시하였으나, 바닥 구조체(S) 상에는 단열재층(1)과 차음재층 둘 모두가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 단열재층(1)은 전술한 바와 같은 본 발명의 단열재를 포함한다. 다른 실시형태에 따라서, 상기 차음재층은 전술한 바와 같은 본 발명의 단열재를 포함한다. 상기 바닥 구조체(S)는 건축물의 바닥을 형성하는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 통상의 콘크리트 슬래브(slab)이거나, 복수의 콘크리트 블록(패널)이 조립되어 구축된 콘크리트 구조체 등으로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 바닥 시공구조는, 도 3에 보인 바와 같이 상기 단열재층(1) 상에 형성된 경량 기포 콘크리트층(2)과, 상기 경량 기포 콘크리트층(2) 상에 설치된 난방 배관(4)을 포함할 수 있다. 그리고 상기 난방 배관(4) 상에 모르타르를 타설 양생하여 모르타르층(5)을 형성하고, 상기 모르타르층(5) 상에는 장판이나 마루판 등과 같은 마감재(6)가 설치된 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 모르타르층(5) 내에는 난방 배관(4)이 매입되고, 상기 난방 배관(4)은 고정구(3)에 의해 고정될 수 있다. 난방 배관(4)에는 보일러로부터 공급된 온수가 순환되어 난방이 도모된다.
본 발명에 따른 바닥 시공구조는 특별히 제한되지 않으며, 바닥 구조체(S) 상에 형성된 단열재층(1) 및/또는 차음재층을 포함하되, 상기 단열재층(1) 및 차음재층 중에서 선택된 적어도 하나 이상은 전술한 바와 같은 본 발명의 단열재를 포함하는 것이면 좋다. 즉, 본 발명에 따른 바닥 시공구조는 전술한 바와 같은 난연 PVA계 폼(10)을 포함하는 것이면 본 발명에 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것은 아니며, 이는 단지 실시예와의 비교를 위해 제공된다.
[실시예 1]
PVA(비닐알코올 함량 약 64.5 중량%, 중량평균분자량 약 700의 저분자량) 1.25kg을 준비하고, 여기에 전분 약 0.3kg을 넣은 다음, 교반기가 달린 반응 용기에서 균일하게 혼합하였다. 다음으로, 반응 용기에 물(증류수) 약 13kg, 포르말린(포름알데히드) 약 1.15kg, 지방산 에스테르염 약 0.12g, 촉매(95wt%의 진한 황산 수용액) 약 1.1kg을 넣은 다음, 50℃의 온도에서 24시간 동안 반응시켰다.
이후, 탈수를 진행하고, 반응 생성물을 약 90℃의 뜨거운 물에 약 5시간 동안 침적(침지)하여 전분을 용해 제거한 다음, 탈수를 진행하여 스폰지 구조의 PVA계 폼을 제조하였다. 이때, 상기 지방산 에스테르염은 수용성의 지방산 금속염으로서, 스테아린산에 수산화나트륨(NaOH)을 반응시켜 얻은 스테아린산 나트륨염을 사용하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 지방산 에스테르염을 불수용성인 것으로 달리하였다. 구체적으로, 지방산 에스테르염으로서 불수용성의 지방산 금속염을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 본 실시예에 따른 스폰지 구조의 PVA계 폼을 제조하였다. 이때, 상기 불수용성의 지방산 금속염은 스테아린산에 수산화나트륨(NaOH)을 반응시켜 스테아린산 나트륨염을 얻은 다음, 여기에 염화칼슘(CaCl2)을 반응시켜 얻은 스테아린산 칼슘염을 사용하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1과 대비하여, 포르말린(포름알데히드) 대신에 헥사메틸렌테트라민을 사용하고, 지방산 에스테르염은 반응 후에 코팅을 통해 적용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 반응 용기에서 PVA 1.25kg에 전분 약 0.3kg을 넣고 잘 혼합한 다음, 여기에 물(증류수) 약 13kg, 헥사메틸렌테트라민 약 1.15kg, 촉매(95wt%의 진한 황산 수용액) 약 1.1kg을 넣은 후, 50℃의 온도에서 24시간 동안 반응시켰다. 이후, 탈수를 진행하고, 반응 생성물을 약 90℃의 뜨거운 물에 약 5시간 동안 침적(침지)하여 전분을 용해 제거한 다음, 탈수를 진행하여 스폰지 구조의 PVA계 폼을 얻었다.
다음으로, 지방산 에스테르염이 분산된 분산 용액을 상기 얻어진 PVA계 폼의 표면에 분사하고, 90℃에서 24시간 동안 건조시켜 본 실시예에 따른 스폰지 구조의 PVA계 폼을 제조하였다. 이때, 상기 분산 용액은 물에 수용성의 스테아린산 나트륨염을 용해한 20wt%의 수용액을 사용하였으며, 총 사용량은 0.6kg이다.
[실시예 4]
상기 실시예 3과 대비하여, 지방산 에스테르염을 반응 후에 코팅한 후에 치환 반응을 통해 불수용성으로 전환시킨 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 반응 용기에서 PVA 1.25kg에 전분 약 0.3kg을 넣고 잘 혼합한 다음, 여기에 물(증류수) 약 13kg, 헥사메틸렌테트라민 약 1.15kg, 촉매(95wt%의 진한 황산 수용액) 약 1.1kg을 넣은 후, 50℃의 온도에서 24시간 동안 반응시켰다. 이후, 탈수를 진행하고, 반응 생성물을 약 90℃의 뜨거운 물에 약 5시간 동안 침적(침지)하여 전분을 용해 제거한 다음, 탈수를 진행하여 스폰지 구조의 PVA계 폼을 얻었다.
다음으로, 수용성의 스테아린산 나트륨염이 분산된 수용액에 상기 얻어진 PVA계 폼을 침적하여 코팅한 다음, 이를 20wt%의 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 50℃에서 3시간 동안 함침하여 치환 반응시켜 불수용성의 스테아린산 칼슘염으로 전환시켰다. 이후, 90℃에서 24시간 동안 건조시켜 본 실시예에 따른 스폰지 구조의 PVA계 폼을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 지방산 에스테르염을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 반응 용기에서 PVA 1.25kg에 전분 약 0.3kg을 넣고 잘 혼합한 다음, 여기에 물(증류수) 약 13kg, 포르말린(포름알데히드) 약 1.15kg, 촉매(95wt%의 진한 황산 수용액) 약 1.1kg을 넣은 후, 50℃의 온도에서 24시간 동안 반응시켰다. 이후, (탈수를 진행하고), 반응 생성물을 약 90℃의 뜨거운 물에 약 5시간 동안 침적(침지)하여 전분을 용해 제거한 다음, 탈수를 진행하여 본 비교예에 따른 스폰지 구조의 PVA계 폼을 제조하였다.
< 난연성 평가 >
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 스폰지 구조의 PVA계 폼 시편을 밀폐 가능한 챔버(chamber) 내에 넣고, 착화기(토치)를 통해 각 시편을 착화시킨 다음 , 챔버 내의 온도 변화(△T)를 측정하였다. 이때, 상기 온도 변화(△T)는 착화 10초 후의 온도에서 착화 전(초기)의 온도를 뺀 값이다. 또한, 착화기(토치)의 제거 후, 불꽃 존재시간을 측정하였다.
| 비 고 |
PVA |
전분 |
C1 |
C2 |
지방산 에스테르염 |
난연성 평가 결과 | ||
| 수용성 (지방산-Na) |
불수용성 (지방산-Ca) |
온도 변화 [△T] |
불꽃 존재시간 [초] |
|||||
| 실시예 1 | 1.25kg | 0.3kg | 1.15kg | - | 0.12kg (분산) |
- | 18.7℃ | 1초 |
| 실시예 2 | 1.25kg | 0.3kg | 1.15kg | - | - | 0.12kg (분산) |
15.2℃ | 토치 제거와 동시에 사라짐 |
| 실시예 3 | 1.25kg | 0.3kg | - | 1.15kg | 0.12kg (코팅) |
- | 16.8℃ | 토치 제거와 동시에 사라짐 |
| 실시예 4 | 1.25kg | 0.3kg | - | 1.15kg | 0.12kg (코팅) |
15.3℃ | 토치 제거와 동시에 사라짐 | |
| 비교예 1 | 1.25kg | 0.3kg | 1.15kg | - | - | - | 44.6℃ | 사라지지 않음 (연소) |
| * C1 : 포르말린(포름알데히드) * C2 : 헥사메틸렌테트라민 |
||||||||
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 실시예들에 따른 시편의 경우 지방산 에스테르염에 의해 난연성을 보임을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 2를 대비해 보면, 지방산 금속염을 분산 적용 시에는 불수용성의 지방산 금속염(지방산-Ca)을 사용한 경우(실시예 2)가 수용성의 지방산 금속염(지방산-Na)를 사용한 경우(실시예 1)보다 우수한 난연성을 갖게 함을 알 수 있다. 실시예 1의 경우, 반응 과정에서 수용성 지방산 금속염(지방산-Na)의 일부가 물에 용해 제거되어 난연성이 낮게 평가된 것으로 판단된다.
아울러, 실시예 1과 3을 대비해 보면, 수용성의 지방산 금속염(지방산-Na)은 코팅을 통해 적용하는 경우(실시예 3)에는 우수한 난연성을 갖게 함을 알 수 있다. 그리고 코팅의 경우, 실시예 4에서와 같이 수용성의 지방산 금속염(지방산-Na)을 치환 반응을 통해 불수용성의 지방산 금속염(지방산-Ca)으로 전환시킨 경우, 난연성이 더 향상됨을 알 수 있다.
[실시예 5 내지 7]
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 각 실시예에 따라 반응 온도를 달리하였다. 구체적으로, 반응 용기에 각 원료들을 넣은 다음, 24시간 동안 반응시키되, 각 실시예에 따라 60℃(실시예 5), 65℃(실시예 6), 및 75℃(실시예 7)로 반응 온도를 달리한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하여 스폰지 구조의 PVA계 폼을 제조하였다.
< 포어 형성율(기공도) 평가 >
상기 각 실시예에 따른 PVA계 폼 시편에 대하여 포어 형성율(기공도)(%)을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 이때, 포어 형성율(%)은 각 실시예에 따른 PVA계 폼 시편의 단면 사진(주사현미경 사진)을 통해, 시편의 단면 전체 면적과 단면 내에 존재하는 포어(pore)의 면적을 측정하고, 아래의 수학식에 따라 산출하였다. 또한, 상기 실시예 2의 PVA계 폼 시편에 대하여 포어 형성율(%)을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 함께 나타내었다.
[수학식]
포어 형성율(%) = (Sp/S) x 100
(위 수학식에서, S는 PVA계 폼 시편의 단면 전체 면적이고, Sp는 PVA계 폼 시편의 단면에 형성된 포어(pore)의 전체 면적이다.)
| 비 고 |
실시예 2 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 |
| 반응 온도 [℃] |
50℃ | 60℃ | 65℃ | 75℃ |
| 포어 형성율 [%] |
63.8% | 61.2% | 54.7% | 41.6% |
상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 반응 온도에 따라 포어 형성율(기공도)가 달라짐을 알 수 있다. 즉, 반응 온도가 증가할수록 포어 형성도가 낮아짐(포어의 수가 낮아지거나 포어의 크기가 작아짐)을 알 수 있다. 이는 반응 과정에서, 반응이 완료되기 전에 물의 온도에 의해 전분의 일부가 물에 용해되었기 때문인 것으로 판단된다.
S : 바닥 구조체 1 : 단열재층
2 : 경량 기포 콘크리트층 4 : 난방 배관
5 : 모르타르층 6 : 마감재
10 : 난연 PVA계 폼 20 : 지지체
2 : 경량 기포 콘크리트층 4 : 난방 배관
5 : 모르타르층 6 : 마감재
10 : 난연 PVA계 폼 20 : 지지체
Claims (7)
- 건축물의 바닥이나 벽면에 설치되는 건축용 단열재의 제조방법에 있어서,
난연성 폴리비닐알코올계 폼(10)을 제조하는 공정과,
상기 난연성 폴리비닐알코올계 폼(10)에 지지체(20)를 접합하는 공정을 포함하고,
상기 난연성 폴리비닐알코올계 폼(10)을 제조하는 공정은,
폴리비닐알코올과 전분을 혼합하고, 상기 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물에 메틸렌 다리 유도제를 혼합하여 촉매 존재 하에서 반응시키는 반응 단계;
상기 반응에서 얻어진 반응 생성물에 포함된 전분을 가온된 물을 이용하여 제거하는 전분 제거 단계; 및
상기 전분이 제거된 반응 생성물에 지방산 에스테르염을 코팅하는 코팅 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반응 단계에서는 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 60 중량부 및 메틸렌 다리 유도제 20 내지 120 중량부를 사용하여 반응시키고,
상기 전분 제거 단계에서는 60℃ ~ 95℃의 온도로 가온된 물을 이용하여 전분을 용해 제거하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 건축용 단열재의 제조방법.
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