KR102012272B1 - 난연비드 및 난연성 보드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 개시된 기술은 발포입자; 상기 발포입자의 외면에 제1 접착제를 코팅시켜 박막 두께가 t2로 형성된 접착층; 및 상기 접착층 상에 상기 제2 접착제 및 난연제를 포함하고 상기 t2보다 더 두꺼운 두께 t3로 코팅된 난연층;을 포함하고, 상기 발포입자의 반지름을 t1이라 할 때, t1과 t2+t3의 비는 1:0.0001 내지 1:0.2인 난연비드 및 이를 포함하는 난연성 보드를 제공한다.

Description

난연비드 및 난연성 보드 {Flame―retardant bead and flame―retardant board}

본 발명은 난연비드 및 난연성 보드에 관한 것이다.

난연성 보드는 불연(난연 1급), 준불연(난연 2급), 난연(난연 3급)으로 나누어지는 데 난연성 보드는 통상 발포입자에 난연제를 코팅하고, 코팅된 난연비드를 성형하는 방식으로 제조되고 있다.

난연성 보드의 난연성은 난연제의 양에 의해서 결정되는 데, 난연성을 높이기 위하여 난연제를 다량으로 사용하는 경우 난연입자들간의 융착력이 약하여져서 부스러지는 문제점과, 열전도성이 높아져서 단열성이 저하되는 문제점이 발생한다. 이로 인해 난연성 보드로 샌드위치 패널을 제조하는 경우 금속판과 난연성보드가 서로 박리되는 경우가 발생하기도 한다.

실제 시중에 판매되는 많은 난연성 보드들의 실제 제품은 규격시험에 통과되지 못하는 것이 많아 실질적으로 인명과 재산을 보호할 수 있는 난연성 보드와 관련된 기술개발이 요청되고 있다.

대한민국 공개특허 2016-0071080호

본 발명의 일측면은 접착층과 난연층의 구조 및 조성을 특정하여 난연층의 박리를 방지하고 융착력이 강화된 난연비드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일측면은 발포입자의 발포도를 높임에 따라 단열재 성형시 입자크기가 커져 융착성을 개선시키고 높은 밀도를 제공할 수 있는 난연비드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일측면은 상기 난연비드를 강화된 융착성으로 포함하여 개선된 압축강도와 굴곡피로강도를 갖는 보드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면은 개선된 난연 성능을 갖고 층간 융착에 적합한 난연층을 제공할 수 있는 난연비드의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면은 천공이 발생하지 않을 정도로 난연성이 개선되는 난연비드들을 융착력을 강화시키며 보드로 제조하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면은 비드간 융착성이 강화된 보드를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면은 융착력이 부족하여 박리되던 난연층의 박리를 융착성 확보와 함께 방지함으로써 준불연 성능을 갖는 보드를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면은 샌드위치 패널의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보드 또는 준불연 보드를 이용하여 융착성과 난연성 그리고 난연유지성이 개선된 패널로 성형하는 샌드위치 패널의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명한 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 난연비드는

발포입자;

상기 발포입자의 외면에 제1 접착제를 코팅시켜 박막 두께가 t2로 형성된 접착층; 및

상기 접착층 상에 상기 제2 접착제 및 난연제를 포함하고 상기 t2보다 더 두꺼운 두께 t3로 코팅된 난연층;을 포함하고,

상기 발포입자의 반지름을 t1이라 할 때, t1과 t2+t3의 비는 1:0.0001 내지 1:0.2인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발포스티렌 원료는 평균 직경이 0.5~1.5mm이고, 최대 발포 배율 70~ 150배를 갖는 것일 수 있다.

또한, 상기 제1 접착제와 제2 접착제는 우레탄 발포 접착제인 것이 바람직하다.

또한 상기 난연제는 팽창 흑연을 포함하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 난연비드는 밀도가 0.5 g/cm3 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 난연성 보드는,

발포입자에 난연층을 코팅한 후 성형 및 건조한 난연비드들이 서로 융착된 난연성 보드로서,

상기 난연비드는,

발포입자;

상기 발포입자의 외면에 제1우레탄 발포 접착제를 코팅시켜 박막 두께가 t2로 형성된 접착층; 및

상기 접착층 상에 상기 제2우레탄 발포 접착제 및 난연제를 포함하고 상기 t2보다 더 두꺼운 두께 t3로 코팅된 난연층;을 포함하고,

상기 발포입자의 반지름을 t1이라 할 때, t1과 t2+t3의 비는 1:0.0001 내지 1:0.2이고,

상기 난연비드의 상기 성형전의 평균 직경을 s1라 하고, 상기 난연비드의 상기 건조 후의 평균 직경을 s2라 할 때, s2 ≥ s1 + s1 × 0.005인 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 s1은 1~10의 정수이다.

또한, 상기 난연제는 팽창 흑연을 포함하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 보드는 KS M 3808:2011로 측정시 굴곡파괴하중이 20N 이상이고, 압축강도가 6N/cm2 이상이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일측면에 따른 난연비드는 발포입자와 난연층의 접합력을 개선시켜 난연층이 박리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 발포입자간 융착력 강화 되는 효과가 있다.

또한, 발포입자의 발포도를 높임으로써 발포 강화에 따른 입자크기가 커지고, 그 결과 발포입자들이 서로 맞부딪치는 힘이 커져서 높은 밀도를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 일측면에 따른 난연비드의 제조장치는 외기의 온도에 따라 발포입자의 발포상태가 변하는 것을 개선하여 난연성과 융착성이 개선된 난연보드를 제조할 수 있다. 이 때, 화재시험시 천공이 발생하지 않을 정도로 난연성이 개선된다.

또한 본 발명의 일측면에 따른 난연보드의 제조방법은 외기의 온도에 따라 발포입자의 발포상태가 변하는 것을 개선하여 난연성과 융착성이 개선된 난연보드를 제조할 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 난연보드의 제조방법은 난연비드들간의 융착성 및 발포입자와 난연층 사이의 접착력을 강화시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일측면에 따른 난연보드의 제조장치는 발포가 추가적으로 필요한 코팅기가 설치된 공간에 온도구배조절수단을 구비하여 코팅기에서 코팅 및 발포가 효율적으로 실현될 수 있게 한다.

본 발명의 일측면에 따르면 샌드위치 패널의 제조장치는 금속판과 보드간 접합력이 개선되는 효과가 있다. 특히 금속판의 열팽창률의 변화로 발생되는 금속판과 보드간의 이격을 방지할 수 있게 된다.

여기서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 난연비드의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 난연비드의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코팅기의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따라 성형된 보드 내 난연비드들이 강하게 융착된 결과로서 파단시 비드들이 쪼개진 것을 나타내는 사진 (a)과 시중에서 판매되는 보드 내 난연비드들이 약하게 융착된 결과로서 파단시 비드들이 구형 형상을 유지하면서 절단면의 어느 한쪽에 위치한 것을 나타내는 사진 (b)이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따라 성형된 보드 내 굴곡피로강도를 실험한 결과 180°로 접더라도 휘어질 뿐 절단되지 않는 결과를 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 성형된 보드 내 준불연 실험한 결과를 나타내는 사진 (a)과 시중에서 판매되는 준불연 보드 내 준불연 실험한 결과를 나타내는 사진 (b)이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 성형된 샌드위치 패널을 분리시 금속판에 난연비드가 잔류한 사진(a)과 시중에서 판매되는 샌드위치 패널을 분리시 금속판에 난연비드가 잔류한 사진(b)이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따라 샌드위치 패널을 제조하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 난연비드 및 준불연 단열재, 이들의 제조방법과 제조장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.

도면들에 있어서, 구성 요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 구성요소가 다른 구성요소 "위에/아래에" 또는 "상에/하에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 위에/바로 아래에" 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.

본 발명자들은 보드를 구성하는 비드들의 융착력 및 난연성을 강화하는 기술을 확인하여 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.

구체적으로, 본 발명에서 보드를 구성하는 비드들의 융착력은 다음과 같은 이유들에 따라 강화된다.

첫째, 접착층과 난연층의 구조 및 조성을 들 수 있다. 본 발명에서 접착층은 발포입자와 난연층을 접합시키는 역할을 한다. 이와 같이 접착층을 별도로 구비하는 이유는 접착층을 발포입자 전체 표면에 걸쳐 골고루 형성되게 하여 발포입자와 난연층을 접합시 접합력을 개선하기 위함이다. 따라서 접착층이 발포입자의 전체표면의 95%이상, 바람직하게 98%이상 코팅되는 것이 중요하다. 이때 난연층은 접착층에 비해 상대적으로 접착력이 낮기 때문에 접착층이 구비되지 않을 경우 난연층이 박리되어 난연효과가 감소할 수 있어 이러한 박리를 난연비드 제조 단계에서부터 이를 방지할 수 있다.

또한 이러한 박리 방지를 돕기 위하여, 난연층은 난연제의 기능을 기본적으로 구비하는 동시에 추가로 우레탄 발포 접착제를 포함하는 것이 바람직하다. 추가로 포함되는 접착제에 의해 난연층 박리 뿐 아니라 비드들간 융착력 및 난연성 강화 효과를 보강할 수 있다.

본 발명의 난연성 보드를 파단(도구를 써서 절단하는 것이 아니라 보드를 부러뜨리는 경우)하는 경우 강화된 융착력으로 맞붙어있는 난연비드들이 쪼개지면서 것을 확인할 수 있다. 한편, 종래에는 난연비드들의 서로간 융착력이 약하므로 마찬가지로 파단하는 경우 난연비드들이 쪼개지지 않고 양 파단면 중 어느 한쪽에 비드 형상을 유지한 채 뽑혀있는 것을 확인할 수 있다.

둘째, 발포입자의 발포도를 높이는 것에 기인한다. 발포입자의 발포가 강화될수록 입자크기가 커지게 되고, 발포입자들이 서로 맞부딪치는 힘이 커져서 높은 밀도가 달성하여 서로 빡빡하게 보드를 형성한다.

이에 본 발명의 실시예에서는 발포입자들의 발포, 숙성, 코팅, 성형, 건조 과정을 거치면서 전체적으로 발포성을 강화한다. 이 때, 융착성 및 난연성을 극대화 하기 위해서는 발포입자들의 크기가 일정하게 골고루 이루어져야 한다. 이를 위해 본 발명의 여러측면들에서는 발포입자의 크기를 일정하게 유지하기 위하여 발포입자들이 공정 중 온도구배에 따라 발포입자들의 크기가 변하는 것을 방지하기 위한 여러 수단을 구비한다.

또한, 해당 발포는 발포입자 자체의 발포도가 높아지는 것뿐 아니라 접착층 및 난연층에 포함된 발포 접착제의 영향으로 더욱더 증가할 수 있다. 즉, 코팅 후 추가적으로 성형전의 입자크기(이하 s1이라고도 함)가 보드 제조 후의 입자크기(이하 s2라고도 함)로 증가한다. 이 때, s1과 s2는 s2 ≥ s1 + s1 × 0.005의 관계를 가지는 것이 바람직하다.

제1 측면

본 발명의 제1 측면은 난연비드 및 난연비드가 성형된 보드에 관한 것이다. 여기서 상기 난연비드는 발포스티렌 원료를 발포시켜 형성된 발포입자의 외면에 접착층을 매개로 난연제를 코팅하여 형성된 구조를 갖는 난연비드에 관한 것이다.

상기 난연비드는 발포스티렌 원료를 발포시켜 형성된 발포입자를 적정 온도구배 하에 건조시킴으로써 덜 펴진 형태의 발포입자를 펴서 보다 탱글탱글한 형태로 만들게 된다. 해당 온도구배 하에 건조시키는 방식에 대하여는 후술하는 제2 측면의 제조장치 항목에서 구체적으로 설명한다.

상기 발포스티렌 원료는 평균 직경이 0.5~1.5mm이고, 최대 발포 배율 70~ 150배, 또는 75~110배를 갖는 것이 본 발명에 사용하기 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

이러한 발포입자는 난연비드의 구현예로서 구형 난연비드의 단면도를 개략적으로 나타낸 도 1을 참조하면, 부호 11로 나타낸 최내측 코어에 해당한다.

이때 발포입자(11)는 구상, 기둥의 형태 또는 럭비공 형태 등 다양할 수 있으나, 가급적 구상을 갖는 것이 후술하는 성형의 가공성 등을 고려할 때 바람직하다.

상기 발포입자(11)는 열을 가하여 연화된 원료에 발포제가 팽창하여 발포를 수행하게 되므로 일회성 발포로는 충분히 탱글탱글해진 상태의 발포입자를 얻을 수 없는데, 발포 후 온도구배를 조절하면서 건조함에 따라 덜 펴진 형태의 발포입자를 펴서 도 1에 도시된 것과 같이 탱글탱글한 구형에 가까운 형태로 만들 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 난연비드는 상술한 발포입자를 사용하여 제공될 수 있다. 즉, 발포입자의 외면에 제1 접착제를 코팅시켜 박막 두께가 t2로 형성된 접착층(도 1의 부호 12에 해당); 및 상기 접착층(12) 상에 상기 제2 접착제 및 난연제를 포함하고 상기 t2보다 더 두꺼운 두께 t3로 코팅된 난연층(도 1의 부호 13에 해당);을 포함할 수 있다.

여기서 상기 발포입자의 반지름을 t1이라 할 때, 해당 층들의 두께비는 t1과 t2+t3의 비가 일례로 1:0.0001 내지 1:0.2, 1:0.001 내지 1:0.2, 1:0.01 내지 1:0.2, 1:0.0001 내지 1:0.02, 또는 1:0.0001 내지 1:0.002 범위 내일 수 있다. 이러한 범위 내에서 강화된 융착력과 난연성 및 난연층의 박리 방지 등을 제공할 수 있다.

상기 제1 접착제 및 제2 접착제는 서로 같거나 다른 우레탄계 접착제를 사용할 수 있으며, 특히 열이 충분히 주어질 경우 발포입자의 추가 발포를 제공할 수 있도록 우레탄 발포 접착제를 사용하는 것이 더 바람직하다. 이러한 우레탄 발포 접착제의 예로는 단량체성 디이소시아네이트를 포함할 수 있으며, 구체적인 예로는, 메틸렌디페닐디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate: MDI) 소재를 들 수 있다.

상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 아닐린과 포름알데히드가 축합되어 생성된 디페닐메탄디아민에 포스겐(COCl2) 처리하여 얻어지는 물질로서, 저장성이나 사용 편의성을 고려하여 폴리머릭 MDI(polymeric MDI), 모디파이 MDI(modified MDI), 모노머릭 MDI(monomeric MDI), 퓨어 MDI(prepolymer)와 같은 다양한 형태의 MDI가 제조되는데, 본 발명에서는 이들 다양한 형태의 MDI를 모두 사용 가능하며 그 형태는 특별히 제한받지 않는다.

이러한 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 분자량이 다른 소수성 수지 성분들에 비해 비교적 작아 쉽게 분산되며, 분자구조 내에 포함된 이소시아네이트기(-NCO)가 활성수소를 가지는 화합물과 반응하여 우레탄 결합 및 요소 결합 등을 생성할 수 있는 것으로, 스팀 중의 수분을 제거하고 소수성 수지의 가교밀도를 높여 접착성을 향상시킬 수 있어 난연성 발포스티렌 입자의 기계적 물성을 향상시킬 수도 있다.

상기 우레탄 발포 접착제에 열팽창성 미소구(thermo-expandable microsphere)를 접착제 함량 기준으로 10 중량% 이하로 포함시켜 사용할 수 있다. 상기 열팽창성 미소구는 상기 우레탄 발포 접착제와 상용성을 가지고 후술하는 코팅 단계, 특히 성형 단계에서 추가 발포를 수행하기에 적절한 물질에 해당한다.

이러한 열팽창성 미소구는 중공 및 쉘을 갖는 캡슐의 형태를 가지고 발포를 위해 쉘의 연화온도 이하의 비점을 갖는 액체를 중공 내에 함유하고 있다. 이러한 액체로는 탄화수소일 수 있고, 대기압에서 60℃ 미만의 비점을 갖는 탄화수소인 것이 보다 바람직하다. 일례로 내부의 바람직한 발포체 액체는 이소부탄이다.

한편, 아크릴계 공중합체가 쉘을 구성하여, 상온에서는 분말 형상이다가 고온 노출시 중공내 액화 탄화수소의 기화에 의해 캡슐을 팽창시키고 발포제로 적용될 수 있다. 한편, 일반적인 화학(chemical) 발포제와는 달리 가스가 표면으로 노출되지 않는 이점을 갖는다.

이러한 열팽창성 미소구는 Akzo Nobel사에 의해 제품명 Expancel 980 DU 120 등으로 시판되고 있다.

즉, 본 발명에서 상기 접착층은 발포입자와 난연층을 접합시키는 역할을 한다. 이와 같이 접착층을 별도로 구비함으로써 접착층을 발포입자 전체 표면에 걸쳐 골고루 형성되게 하여 발포입자와 난연층을 접합시 접합력을 개선시키게 된다. 이때 난연층은 접착층에 비해 상대적으로 접착력이 낮기 때문에 접착층이 구비되지 않을 경우 난연층이 박리되어 난연효과가 감소할 수 있어 이러한 박리를 난연비드 제조 단계에서부터 이를 방지할 수 있다.

상기 난연제는 일례로 팽창 흑연, 알루미늄 분말, Al(OH)3, Mg(OH), Al2O3, 철, 아연, 구리 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 난연필러를 포함한다.

상기 난연제는 물 또는 유기 용매를 사용하여 액상 형태로 사용하는 것이 작업성, 코팅막의 균일성 등의 측면을 고려할 때 바람직하다.

또한 난연제는 바인더 기능을 하는 초산비닐 수지, 폴리비닐 아세테이트 수지(PVA), 아크릴수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지(EVA) 등의 열가소성 수지를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 팽창 흑연은 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 20 내지 40 중량부 범위로 포함되는 것이 충분한 난연효과와 더불어 크랙 발생 등을 억제할 수 있어 바람직하다.

본 발명에 사용되는 팽창흑연은 난연성을 부여하는 물질로, 열에 의해 함유하고 있는 물과 산화 화합물이 가스를 발생하며, 그 결과 비늘조각 모양의 흑연이 팽창하여 열이나 화학 약품에 안정된 층을 형성함에 따라 고체상 챠르(char) 방식으로 난연 효과를 나타내게 된다.

상기 팽창흑연은 할로겐 프리 고체 상태를 형성하는 난연제이므로 발연성을 낮게 억제할 수 있어서 환경적으로 바람직하며, 또한 무기물의 주요 문제점인 이탈 문제와 이에 의한 난연성 문제를 동시에 해결할 수 있다.

본 발명에 사용되는 팽창흑연은 서로간 응집을 억제하도록 중량평균 분자량이 100~400 g/mol인 에폭시 함유 실란; 페닐기 함유 실란; 비닐트리클로로실란, 비닐트리메톡시실란 등의 비닐기 함유 실란; N-2(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡실란-N-(1,3-디메틸부틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란 등의 아민기 함유 실란; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 실란 화합물로 코팅된 팽창 흑연을 사용할 수 있다. 상기 실란 화합물의 사용량은 팽창흑연 100 중량부에 대하여 0.01 내지 20 중량부 범위 내에서 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 팽창흑연은 분산성 측면에서 80 내지 240 메쉬의 미세입자를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, Al(OH)3, Mg(OH), Al2O3는 흐름 개선제로서 난연성을 향상시키고, 특히 180℃ 부근에서 반응이 개시되면서 화합물이 분해되어 물이 생성되고, 이로 인해 불을 끄는 역할을 한다. 특히, Al(OH)3는 무기계 난연제 중에서 구조 수가 풍부하여 난연 효과가 뛰어날 뿐 아니라 내산성이나 내알칼리성에도 뛰어나고 비용 측면도 유리하다. 상기 Al(OH)3의 평균 입경은 1~10um, 혹은 2~4um인 것을 사용하는 것이 작업성, 분산성 등에서 바람직하다.

또한, 알루미늄 분말, 철, 아연, 구리 등은 연화성이 낮은 스티로폼 입자의 연화점을 높이고, 연소시 연기의 발생을 억제하는 기능을 수행할 수 있다.

이중에서도, 팽창 흑연, Al(OH)3, 알루미늄 분말 등의 난연필러는 단열성 또한 증가시키는 효과를 제공할 수 있다. 따라서 난연필러는 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 25 내지 100 중량부로 포함하고, 용매는 필요에 따라 20 내지 200중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 효과를 억제하지 않는 범위 내에서 붕산, 규산소다 등 난연제로서 사용가능한 성분들을 더 포함할 수 있다. 필요에 따라서는 상기 발포입자를 추후 성형시 발포입자간 융착을 촉진시킬 수 있는 물질을 더 포함할 수 있으며, 스테아르산, 스테아르산 트리글리세라이드, 히드록시스테아르산 트리글리세라이드, 스테아르산 소르비탄에스테르 등을 들 수 있다. 이들 융착 촉진제는 본 발명에 개시된 효과에 악영향을 미치지 않는 함량 범위 내에서 사용할 수 있다.

상기 난연층에 포함되는 제2 접착제는 일례로 난연제 사용량을 기준으로 10 중량% 이하, 또는 0.1~5 중량%일 수 있다.

즉, 본 발명에서 상기 난연층은 난연제의 기능을 기본적으로 구비하는 동시에 추가로 발포 접착제를 포함한다. 이렇게 추가로 포함되는 접착제에 의해 난연층 박리 뿐 아니라 비드들간 융착력 강화 효과를 보강할 수 있다.

해당 비드들로 제조한 보드를 파단하는 경우 강화된 융착력으로 맞붙어있는 난연비드들이 쪼개지면서 파단되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 종래에는 난연비드들의 서로간 융착력이 약하므로 마찬가지로 파단하는 경우 난연비드들이 쪼개지지 않고 양 절단면 중 어느 한쪽에 비드 형상을 유지한 채 뽑혀있는 것을 확인할 수 있다.

상기 난연비드는 밀도가 0.5 g/cm3 이하, 0.01 내지 0.5 g/cm3 또는 0.05 내지 0.2 g/cm3일 수 있다. 발포제의 양 또는 발포의 용이성에 따라 밀도는 달라질 수 있으며, 발포된 형상에 따라 내부의 공극구조로 인해 겉보기 밀도가 달라질 수 있다.

상기 난연비드는 평균 직경(단면의 너비)이 1~10mm, 혹은 2~5mm일 수 있고, 상기 규격일 경우 적절한 단열성을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 EPS(Expanded Poly Stylene) 난연성 보드는 발포입자에 난연층을 코팅하여 성형한 난연비드가 융착된 난연성 보드일 수 있다. 이때 상기 난연비드들은 발포입자; 상기 발포입자의 외면에 제1우레탄 발포 접착제를 코팅시켜 박막 두께가 t2로 형성된 접착층; 및 상기 접착층 상에 상기 제2우레탄 발포 접착제 및 난연제를 포함하고 상기 t2보다 더 두꺼운 두께 t3로 코팅된 난연층;을 포함하고, 상기 발포입자의 반지름을 t1이라 할 때, t1과 t2+t3의 비는 1:0.0001 내지 1:0.2인 것일 수 있다.

이에 본 발명의 실시예에서는 숙성, 코팅, 성형, 건조 과정을 거치면서 전체적으로 발포하나 특히 코팅 후 성형전의 입자크기(이하 s1이라고도 함)가 보드제조 후의 입자크기(이하 s2라고도 함)로 증가한다. 이 때, s1과 s2는 s2 ≥ s1 + s1 × 0.005의 관계를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 해당 발포는 발포입자 자체의 발포도가 높아지는 것뿐 아니라 접착층 및 난연층에 포함된 발포 접착제의 영향으로 더욱더 증가할 수 있다.

상기 보드는 KS M 3808:2011 규격에 의해 측정한 굴곡파괴하중이 20N 이상일 수 있고, KS M 3808:2011 규격에 의해 측정한 압축강도가 6N/cm2 이상일 수 있다.

<제2 측면>

본 발명의 제2 측면은 난연비드의 제조장치와 이들 난연비드를 융착시켜 성형된 보드의 제조장치에 관한 것이다.

본 발명에서 발포입자의 건조에 적용하는 건조기는 도 2에 있는 건조기(120)를 사용하여 수행할 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 난연비드를 사용하여 난연성 보드를 성형하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서 도 2를 참조하여 설명하면, 도 2는 발포스티렌 원료를 발포하는 발포기(110), 상기 발포기(110)에서 전달된 발포입자를 건조하는 건조기(120) 및 상기 건조기(120)에서 전달된 발포입자를 코팅하는 코팅기(130)를 포함하는 난연비드의 제조장치로서, EPS 원료를 압출 실린더의 호퍼에 투입하고, 발포기(110)로 투입한다. 상기 발포기(110)는 다양한 발포성형 타입의 발포기를 사용할 수 있으며, 일례로 pre-expander 타입의 발포기를 사용할 수 있다.

상기 발포기(110)에서 전달된 발포입자는 건조기(120)에서 건조시킨다. 해당 건조기(120)는 건조본체(121) 내부에서 발포입자(11)를 열풍에 의해 유동시켜 건조되며, 이러한 건조 효율을 고려할 때 상기 건조본체(121)는 일례로 유동층 반응기(Fluidized-bed dryer)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 건조본체(121)의 상면과 저면 등에 온도 구배 차이로 인해 회전 건조시 발포입자가 받을 영향을 고려하여, 건조본체(121)의 저면에 송풍구를 구비하고 열풍을 불어넣어 상기 건조본체(121)의 저면을 가열하는 가열수단(122)을 구비하는 것이 바람직하다.

이때 상기 건조본체(121)의 상면에는 외기차단수단을 구비하여 상기 건조본체(121)의 내부의 온도구배 특히 내부의 상하간의 온도구배를 조절하는 것이 바람직하다.

외기차단수단이 없는 경우 특히 겨울철에는 차가운 공기가 건조본체 상면에 바로 닿게 되면 건조본체 상면은 하면의 열풍이 공급되는 하면과 온도구배가 심하여져서 건조시 발포입자의 균일도가 떨어지게 된다.

이러한 외기차단수단은 외기가 건조본체 내부에 영향을 미치지 않게 하는 다양한 방식으로 제공될 수 있다.

도 2에 도시한 것과 같이, 일실시예로 외기차단수단은 하우징(housing, 123)과 에어스택(air stack, 124)으로 구성될 수 있다. 하우징(123)은 건조본체의 상면에 구비되어 내부에 공기를 수용하는 공간을 제공하고, 에어스택(124)은 하우징 상부에 구비된다,

에어스택은 하우징 내부의 온도가 높을 경우 공기를 외부로 배출시키지만, 외부의 차가운 외기가 내부로 들어오지 못하게 한다. 외기차단수단은 측면에 공기조절부(125)를 더 구비할 수 있다. 공기조절부(125)는 적절하게 내부의 공기유입량을 조절할 수 있다. 공기조절부는 하우징의 측면에 자바라식 출입구를 설치하여 제공될 수 있다.

도 2에는 간략한 설명을 위해 도시하지 않았으나, 전술한 발포기(110)과 건조기(120)는 반복 구비하는 것이 발포 및 건조 효과를 극대화할 수 있어 바람직하다. 일예로, 본 발명의 해당 제조장치는 발포기(110), 건조기(120), 발포기(미도시), 건조기(미도시)의 순으로 발포기와 건조기가 교대 구비된 것일 수 있다. 구체적인 예로, 본 발명의 해당 제조장치는 발포기(110), 건조기(120), 숙성기(130), 발포기(미도시), 건조기(미도시), 숙성기(미도시)의 순으로 발포기와 건조기, 숙성기가 교대 구비된 것일 수 있다.

상기 건조기(120)에서 발포기(미도시된 추가 발포기에 해당)으로의 발포입자 전달은 이 분야에 공지된 다양한 방식을 사용할 수 있으며, 일례로 스크류 방식을 사용할 수 있다.

상기 건조기(미도시)에서 전달된 발포입자는 숙성기(130)에서 숙성하면서 물을 고압 분사하여 습도를 조절하고 정전기를 방지한다. 상기 숙성기에서 전달된 발포입자는 코팅기(140)를 통해 접착제와 난연제를 코팅하게 된다.

본 발명의 일 실시예로 코팅기(140)는 교반조(141), 건조조(143), 이송조(145), 및 온도구배조절수단(150)을 포함한다. 도 3은 코팅기의 개념도를 도시한다.

교반조는 발포입자에 제1접착제와 난연제를 주입하여 상기 발포입자를 코팅하여 난연비드를 제조한다. 교반조에는 접착제 선첨 탱크(142) 또는 난연제 후첨 탱크(144)를 통해 동시에 혹은 순차적으로 공급되는 접착제와 난연제를 투입하기 위한 유입부가 구비된다.

난연제 후첨 탱크(144)는 사용 전 이들을 공급받아 고루 잘 섞은 상태로 교반조(140)로 공급하는 혼합 탱크와 별개의 접착제 공급탱크(146)를 포함할 수 있다.

건조조(143)는 교반조에서 코팅된 난연비드를 전달받아 건조한다. 건조조에서는 난연비드를 50℃ 미만으로 감온하여 100~500초간 교반한다.

이송조(145)는 건조조(143)에서 건조된 난연비드를 이송하면서 건조한다. 이 때, 50℃ 미만을 유지하면서 100~300초에 걸쳐 이송하면서 건조한다.

온도구배조절수단(150)은 코팅기가 설치되는 외부공간에 온도구배가 없도록 조절한다. 난연비드의 코팅이 균일하게 이루어지기 위하여 코팅기 내부의 온도조절이 필요하다.

즉, 보다 높은 난연성 및 융착성을 구현하기 위해 코팅기 내부의 온도구배를 없애는 것이 필요하며, 이를 위해 코팅기 내부가 아니라 코팅기가 설치된 주변의 온도조절이 필요하다.

본 발명에서는 코팅기(140)를 거치면서도 난연비드의 발포가 진행되므로 코팅기 내부의 온도구배가 생길 경우 비드의 발포가 불균일해지게 된다. 이를 위하여 코팅기의 벽면이 외기와 접촉하는 영역을 코팅기 내부와 유사한 온도로 유지하기위하여 미세한 온도구배조절수단(150)이 필요하다.

온도구배조절수단(150)은 측정부(151), 제어부(153), 가열장치(155)를 포함한다. 즉, 코팅기 주변부의 공간에 외기 온도를 측정할 수 있는 측정부를 설치하여 센싱하고, 일정한 온도를 유지하지 못할 경우 제어부가 가열장치를 작동시킴으로써 온도를 유지한다.

한편 교반조(140)는 수평 방향의 중심축을 기준으로 상하 회전되는 방식일 수 있으나 이에 한정하지 않고 교반하면서 코팅하는 다양한 방식의 코팅방식을 사용할 수 있다.

상기 코팅기(140)에서 전달된 난연비드는 건조기(150)에서 건조시킨다. 여기서 사용하는 건조기(150)는 앞서 제시한 건조기(120) 중 건조본체(121) 만을 포함하고 있어도 되고, 필요한 경우 건조기(120)과 마찬가지로 건조본체(121) 상부에 외기차단수단(123,124,125) 또는 저면에 가열수단(122)을 포함하고 있어도 된다.

상기 건조기(150)에서 전달된 발포입자는 숙성기(160)를 사용하여 숙성 및 습도 조절, 정전기 방지능 등을 제공한다. 이때 사용가능한 숙성기(160)는 일례로 다단계 숙성 사일로를 사용할 수 있다.

숙성기(160)에서 전달된 난연비드는 보드 성형기(170)로 투입되어 증기압 하에 스팀 처리 후 진공 냉각하여 배출될 수 있다. 이러한 보드 성형기(170)는 블록 성형기 또는 몰드 성형기일 수 있으며, 이들 성형기들은 가열 챔버 하에서 수행되는 것이 접착제 등에 의한 추가 발포를 효율적으로 제공할 수 있어 바람직하다.

<제3 측면>

본 발명의 제3 측면은 난연비드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 난연비드는 발포스티렌 원료를 발포하고, 그 외면에 접착제를 코팅하여 난연제 결착자리를 만들어준 다음 난연제를 부착하여 제조된다.

구체적으로 제조방법은 제1-1단계, 제1-2단계, 제1-3단계, 제1-4단계, 제1-5단계 내지 제1-8단계를 포함한다. 각 단계의 명칭은 각 단계를 다른 단계와 구별하기 위하여 부여한 명칭으로 각 단계의 기술적인 모든 의미를 포함하는 것은 아니다.

제1-1단계는 발포스티렌 원료를 발포기 내에서 발포시키는 단계이다.

본 발명에서 사용하는 발포스티렌 원료는 일례로 평균 직경이 0.5~1.5mm인 것을 사용할 수 있다.

상기 발포는 일례로, 80℃ 이상, 증기압 0.5kg/cm 이하, 또는 0.1~0.2kg/cm, 스팀 120초 이하, 또는 100~120초 조건 하에서 수행할 수 있다.

제1-2단계는 상기 발포단계에서 전달된 발포입자를 건조본체에서 건조하면서, 상기 건조본체의 상부 외기를 차단하여 건조본체 내부의 중심부 온도와 상기 건조본체 내부의 상부 온도와의 온도 구배를 조절하는 동시에 상기 건조본체의 하부에서 열풍을 불어넣어 건조본체의 저면을 가열하는 단계이다.

이때 건조본체의 온도는 30도 이상에서 열풍 건조되는 것이 바람직하며, 이와 같은 방식으로 발포 및 건조를 수행함에 따라 발포스티렌 원료 기준으로 발포배율 70~90배 정도로 발포시킬 수 있다.

제1-3단계는 건조 본체를 통과한 발포입자를 40℃ 이하 온도에서 3~12시간 동안 숙성시킨다. 다단계 Silo 방식으로 진행하는 것이 숙성 효율을 고려할 때 바람직하며, 물을 간헐적으로 고압 분사하여 습도를 조절해주는 것이 더욱 바람직하다.

제1-4단계는 숙성된 원료를 스크류 방식으로 2차 발포기(전술한 발포기를 사용하거나 별도의 발포기를 사용가능함)에 투입하여 추가 발포를 수행한 다음 건조시킨다. 이때 추가 발포 조건은 80~90℃에서 수행하여 이전 발포에서 덜 수행된 발포를 좀더 진행시킬 수 있으며, 이후 전술한 것과 같은 건조본체(와 함께 상부 외기 차단과 하부에서 열풍을 불어넣는 방식)를 사용하거나 또는 별도의 건조본체를 사용하여 30℃ 이상의 건조실 온도를 유지하면서 열풍 건조시키는 것이 바람직하다.

이와 같은 방식으로 발포 및 건조를 반복함에 따라 최초 사용된 발포스티렌 원료 기준으로 발포배율 100~130배 정도까지 발포시킬 수 있다.

제1-5단계는 추가 건조 본체를 통과한 발포입자를 0~40℃에서 3~12시간 동안 숙성시킨다. 다단계 Silo 방식으로 진행하는 것이 숙성 효율을 고려할 때 바람직하며, 물을 간헐적으로 고압 분사하여 습도를 조절하는 동시에 정정기르 방지하는 것이 더욱 바람직하다.

제1-6단계는 얻어진 발포입자의 외면에 우레탄 발포 접착제를 도포하는 단계이다.

상기 우레탄 발포 접착제를 상기 발포입자 100 중량부 기준으로 우레탄 발포 접착제 3~20 중량부, 3~10 중량부, 또는 4~8중량부 범위 내로 사용하는 것이 난연제가 결착할 자리를 만들어주면서 후술하는 코팅 단계 또는 성형 단계에서 추가 발포를 일으킬 수 있어 바람직하다.

필요에 따라서는 상기 우레탄 발포 접착제에 열팽창성 미소구(thermo -expandable microsphere)를 접착제 기준으로 10 중량% 이하로 포함시켜 사용하 수 있다. 상기 열팽창성 미소구는 상기 우레탄 발포 접착제와 상용성을 가지고 후술하는 코팅 단계, 특히 성형 단계에서 추가 발포를 수행하기에 적절한 물질에 해당한다.

이러한 열팽창성 미소구는 중공 및 쉘을 갖는 캡슐의 형태를 가지고 발포를 위해 쉘의 연화온도 이하의 비점을 갖는 액체를 중공 내에 함유하고 있다. 이러한 액체로는 탄화수소일 수 있고, 대기압에서 60℃ 미만의 비점을 갖는 탄화수소인 것이 보다 바람직하다. 일례로 내부의 바람직한 발포체 액체는 이소부탄이다.

한편, 아크릴계 공중합체가 쉘을 구성하여, 상온에서는 분말 형상이다가 고온 노출시 중공내 액화 탄화수소의 기화에 의해 캡슐을 팽창시키고 발포제로 적용될 수 있다. 한편, 일반적인 화학(chemical) 발포제와는 달리 가스가 표면으로 노출되지 않는 이점을 갖는다. 이러한 열팽창성 미소구는 Akzo Nobel사에 의해 제품명 Expancel 980 DU 120 등으로 시판되고 있다.

제1-7단계는 상기 접착제 도포단계 후 팽창 흑연을 함유하는 난연제를 도포하는 단계이다.

상기 팽창 흑연을 함유하는 난연제는 전술한 <제1 측면>에 개시한 다양한 물질들을 포함할 수 있으며, 일례로 팽창 흑연을 포함하는 난연 필러, 폴리졸, PVA계 등 아크릴계 접착수지를 포함하는 것이 바람직하다.

난연제는 분사 전까지 별도의 보관 탱크에 저장하다가 사용 전 혼합하고 호모게나이저 등을 사용하거나 혹은 고른 교반을 통해 잘 섞은 다음 분사하는 것이 발포입자(11)가 외부 기체와 직접 접촉하지 않을 정도의 두께인 동시에 균일한 두께로 난연층(13)을 형성할 수 있어 더욱 바람직하다.

또한 균일한 두께로 난연층(13)을 형성하는 관점에서 분사는 노즐 또는 실린지 등 순간적으로 고른 도포가 가능한 방식으로 수행하는 것이 바람직하다.

상기 난연제는 발포입자 100 중량부 기준으로 50 내지 250 중량부, 100 내지 200 중량부, 또는 100 내지 150 중량부 범위 내로 사용할 수 있고, 이 범위 내에서 발포입자(11)가 외부 기체와 직접 접촉하지 않을 정도의 두께로 난연층(13)을 형성할 수 있어 바람직하다.

또한, 상기 난연제 사용량을 기준으로 제2 접착제를 10 중량% 이하, 또는 0.1~5 중량% 범위 내로 포함시켜 발포입자와 난연층의 접합시 접합력을 개선시킬 수 있다. 이때 사용하는 제2접착제는 전술한 우레탄계 발포 접착제를 사용할 수 있고, 필요에 따라서는 열팽창성 미소구를 포함할 수도 있다.

상기 제1-6단계와 제1-7단계는 필요에 따라 동시에 수행하거나 순차적으로 수행할 수 있다.

이들 단계 내 도포는 40~60℃, 또는 45~55℃에서 100~300초, 150 내지 250초, 또는 150 내지 200초간 교반하면서 수행하고, 이어서 30~50℃, 또는 35~45℃에서 200초 이상, 바람직하게는 200~300초, 또는 200~250초간 교반하면서 코팅된 물질을 건조한 다음 30~50℃, 또는 35~45℃에서 추가로 100~300초, 바람직하게는 150~250초간 이송하면서 추가로 건조시키는 것이 바람직하다.

필요한 경우 제1-8단계로서 40℃ 이하에서 2~5시간 동안 숙성시키는 단계를 추가할 수 있다.

<제4 측면>

본 발명의 제4 측면은 제조된 난연비드를 사용하여 난연성 보드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이때 난연비드 뿐 아니라 접착층과 난연층을 형성하기 이전의 발포입자를 사용하여 제조할 수 있으며, 이 경우에는 난연성 보드가 아닌 일반 보드를 제조할 수 있다.

구체적으로 난연성 보드를 제조하는 방법은 제2-1단계, 제2-2단계, 제2-3단계, 제2-4단계, 제2-5단계 내지 제2-10단계를 포함한다. 각 단계의 명칭은 각 단계를 다른 단계와 구별하기 위하여 부여한 명칭으로 각 단계의 기술적인 모든 의미를 포함하는 것은 아니다.

제2-1단계는 발포스티렌 원료를 발포시키는 단계이다.

본 발명에서 발포는 일례로, 90℃ 이상의 발포 온도, 증기압 0.5kg/cm 이하, 또는 0.1~0.2kg/cm, 스팀 120초 이하, 또는 100~120초 조건 하에서 수행할 수 있다.

제2-2단계는 상기 발포단계에서 전달된 발포입자를 건조본체에서 건조하면서, 상기 건조본체의 상부 외기를 차단하여 건조본체 내부의 중심부 온도와 상기 건조본체 내부의 상부 온도와의 온도 구배를 조절하는 동시에 상기 건조본체의 하부에서 열풍을 불어넣어 건조본체의 저면을 가열하는 단계이다.

이때 건조본체의 온도는 30℃ 이상에서 열풍 건조되는 것이 바람직하며, 이와 같은 방식으로 발포 및 건조를 수행함에 따라 발포스티렌 원료를 발포배율 70~90배 정도로 발포시킬 수 있다.

제2-3단계는 건조 본체를 통과한 발포입자를 40℃ 이하 온도에서 3~12시간 동안 숙성시킨다. 다단계 Silo 방식으로 진행하는 것이 숙성 효율을 고려할 때 바람직하며, 물을 간헐적으로 고압 분사하여 습도를 조절해주는 것이 더욱 바람직하다.

제2-4단계는 숙성된 원료를 스크류 방식으로 2차 발포기(전술한 발포기를 사용하거나 별도의 발포기를 사용함)에 투입하여 추가 발포를 수행한 다음 건조시킨다. 이때 추가 발포 조건은 80~90℃에서 수행하여 이전 발포에서 덜 수행된 발포를 좀더 진행시킬 수 있으며, 이후 전술한 것과 같은 건조본체(와 함께 상부 외기 차단과 하부에서 열풍을 불어넣는 방식)를 사용하거나 또는 별도의 건조본체를 사용하여 30℃ 이상의 건조실 온도를 유지하면서 열풍 건조되는 것이 바람직하다.

이와 같은 방식으로 발포 및 건조를 반복함에 따라 발포스티렌 원료를 발포배율 100~130배 정도로 발포시킬 수 있다.

제2-5단계는 추가 건조 본체를 통과한 발포입자를 0~40℃에서 3~12시간 동안 숙성시킨다. 다단계 Silo 방식으로 진행하는 것이 숙성 효율을 고려할 때 바람직하며, 물을 간헐적으로 고압 분사하여 습도를 조절하는 동시에 정정기르 방지하는 것이 더욱 바람직하다.

제2-6단계는 얻어진 발포입자의 외면에 우레탄 발포 접착제를 도포하는 단계이다.

상기 우레탄 발포 접착제를 상기 발포입자 100 중량부 기준으로 우레탄 발포 접착제 3~20 중량부, 3~10 중량부, 또는 4~8중량부 범위 내로 사용하는 것이 난연제가 결착할 자리를 만들어주면서 후술하는 코팅 단계 또는 성형 단계에서 추가 발포를 일으킬 수 있어 바람직하다.

필요에 따라서는 상기 우레탄 발포 접착제에 열팽창성 미소구(thermo -expandable microsphere)를 접착제 기준으로 10 중량% 이하로 포함시켜 사용하 수 있다. 상기 열팽창성 미소구는 상기 우레탄 발포 접착제와 상용성을 가지고 후술하는 코팅 단계, 특히 성형 단계에서 추가 발포를 수행하기에 적절한 물질에 해당한다.

이러한 열팽창성 미소구는 중공 및 쉘을 갖는 캡슐의 형태를 가지고 발포를 위해 쉘의 연화온도 이하의 비점을 갖는 액체를 중공 내에 함유하고 있다. 이러한 액체로는 탄화수소일 수 있고, 대기압에서 60℃ 미만의 비점을 갖는 탄화수소인 것이 보다 바람직하다. 일례로 내부의 바람직한 발포체 액체는 이소부탄이다.

한편, 아크릴계 공중합체가 쉘을 구성하여, 상온에서는 분말 형상이다가 고온 노출시 중공내 액화 탄화수소의 기화에 의해 캡슐을 팽창시키고 발포제로 적용될 수 있다. 한편, 일반적인 화학(chemical) 발포제와는 달리 가스가 표면으로 노출되지 않는 이점을 갖는다. 이러한 열팽창성 미소구는 Akzo Nobel사에 의해 제품명 Expancel 980 DU 120 등으로 시판되고 있다.

제2-7단계는 상기 접착제 도포단계 후 팽창 흑연을 함유하는 난연제를 고루 혼합하여 난연제를 분사하는 단계이다.

상기 팽창 흑연을 함유하는 난연제는 전술한 제1 측면에 기재한 다양한 관련 물질들을 포함할 수 있으며, 일례로 팽창 흑연을 포함하는 난연 필러, 폴리졸, PVA계 등 아크릴계 접착수지를 포함하는 것이 바람직하다.

이들 물질은 난연제 분사 전까지 별도의 보관 탱크에 저장하다가 사용 전 혼합하고 호모게나이저 등을 사용하거나 혹은 고른 교반을 통해 잘 섞은 다음 분사하는 것이 발포입자(11)가 외부 기체와 직접 접촉하지 않을 정도의 두께로 전면에 균일하게 난연층(13)을 형성할 수 있어 바람직하다.

또한 균일한 두께로 난연층(13)을 형성하는 관점에서 분사는 노즐 또는 실린지 등 순간적으로 고른 도포가 가능한 방식으로 수행하는 것이 바람직하다.

상기 난연제는 발포입자 100 중량부 기준으로 50 내지 250 중량부, 100 내지 200 중량부, 또는 100 내지 150 중량부 범위 내로 사용할 수 있고, 이 범위 내에서 발포입자(11)가 외부 기체와 직접 접촉하지 않을 정도의 두께로 난연층(13)을 형성할 수 있어 바람직하다.

또한, 상기 난연제 사용량을 기준으로 접착제를 10 중량% 이하, 또는 0.1~5 중량% 범위 내로 포함시켜 발포입자와 난연층의 접합시 접합력을 개선시킬 수 있다. 이때 사용하는 접착제는 전술한 우레탄계 발포 접착제를 사용할 수 있고, 필요에 따라서는 열팽창성 미소구를 포함할 수도 있다.

상기 제2-6단계와 제2-7단계는 필요에 따라 동시에 수행하거나 순차적으로 수행할 수 있다.

이들 단계 내 도포는 40~60℃, 또는 45~55℃에서 100~300초, 150 내지 250초, 또는 150 내지 200초간 교반하면서 수행하고, 이어서 30~50℃, 또는 35~45℃에서 200초 이상, 바람직하게는 200~300초, 또는 200~250초간 교반하면서 코팅된 물질을 건조한 다음 30~50℃, 또는 35~45℃에서 추가로 100~300초, 바람직하게는 150~250초간 이송하면서 추가로 건조시키는 것이 바람직하다.

필요한 경우 제2-8단계로서 40℃ 이하에서 2~5시간 동안 숙성시키는 단계를 추가할 수 있다.

제2-9단계로서, 난연 숙성단계 후 난연비드를 보드 성형에 즉시 투입하거나 혹은 성형 전까지 저장 보관하게 된다. 여기서 사용하는 보드 성형으로는 예를 들어 원료를 진공 충진한 다음 일례로 증기압 1~5kg/cm, 또는 1~3kg/cm, 1차 스팀 10~20초 또는 10~15초, 2차 스팀 1~10초, 또는 1~5초, 진공냉각 40~50초 공정 후 배출로 수행할 수 있으며, 필요에 따라 블록 성형 또는 몰드 성형일 수 있다

이상 살펴본 것과 같이, 본 발명에서는 보드를 구성하는 비드들의 융착력을 강화하는 기술을 제공하는 것으로, 구체적으로, 본 발명에서 보드를 구성하는 비드들의 융착력은 접착층과 난연층의 구조 및 조성에 의해 강화된다. 즉, 본 발명에서 접착층은 발포입자와 난연층을 접합시키는 역할을 한다. 이와 같이 접착층을 별도로 구비하는 이유는 접착층을 발포입자 전체 표면에 걸쳐 골고루 형성되게 하여 발포입자와 난연층을 접합시 접합력을 개선하기 위함이다. 이때 난연층은 접착층에 비해 상대적으로 접착력이 낮기 때문에 접착층이 구비되지 않을 경우 난연층이 박리되어 난연효과가 감소할 수 있어 이러한 박리를 난연비드 제조 단계에서부터 이를 방지할 수 있다.

또한 이러한 박리 방지를 돕기 위하여, 난연층은 난연제의 기능을 기본적으로 구비하는 동시에 추가로 접착제를 포함한다. 이렇게 추가로 포함되는 접착제에 의해 난연층 박리 뿐 아니라 비드들간 융착력 강화 효과를 보강할 수 있다. 참고로, 해당 보드를 손으로 절단하는 경우 강화된 융착력으로 맞붙어있는 난연비드들이 쪼개지면서 절단되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 종래에는 난연비드들의 서로간 융착력이 약하므로 마찬가지로 손으로 절단하는 경우 난연비드들이 쪼개지지 않고 양 절단면 중 어느 한쪽에 비드 형상을 유지한 채 뽑혀있는 것을 확인할 수 있다.

또한 발포입자의 발포도를 높여 융착력이 강화된다. 발포입자의 발포가 강화될수록 입자크기가 커지게 되고, 발포입자들이 서로 맞부딪치는 힘이 커져서 높은 밀도가 달성된다.

이에 본 발명의 실시예에서는 숙성, 코팅, 성형, 건조 과정을 거치면서 전체적으로 발포하나 특히 코팅 후 성형전의 입자크기(이하 s1이라고도 함)가 보드 제조 후의 입자크기(이하 s2라고도 함)로 증가한다. 이 때, s1과 s2는 s2 ≥ s1 + s1 × 0.005의 관계를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 해당 발포는 발포입자 자체의 발포도가 높아지는 것뿐 아니라 접착층 및 난연층에 포함된 발포 접착제의 영향으로 더욱더 증가할 수 있다.

실제로, 도 5를 통하여 본 발명의 실시예에 따라 성형된 보드의 굴곡피로강도를 실험한 결과 180°로 접더라도 휘어질 뿐 절단되지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 6을 통하여 본 발명의 실시예에 따라 성형된 보드 내 준불연 실험 결과가 시중에서 판매되는 보드 내 준불연 실험한 결과보다 우수한 것을 확인할 수 있다.

<제5 측면>

본 발명의 제5 측면은 전술한 난연비드들을 성형한 보드에 금속판을 상하부 접합하여 샌드위치 패널을 제공하는 것이다.

구체적인 제조방법은 제3-1단계, 제3-2단계, 제3-3단계, 제3-4단계, 제3-5단계 내지 제3-10단계를 포함한다. 각 단계의 명칭은 각 단계를 다른 단계와 구별하기 위하여 부여한 명칭으로 각 단계의 기술적인 모든 의미를 포함하는 것은 아니다.

제3-1단계는 발포스티렌 원료를 발포시키는 단계이다.

본 발명에서 발포는 일례로, 90℃ 이상의 발포 온도, 증기압 0.5kg/cm 이하, 또는 0.1~0.2kg/cm, 스팀 120초 이하, 또는 100~120초 조건 하에서 수행할 수 있다.

제3-2단계는 상기 발포단계에서 전달된 발포입자를 건조본체에서 건조하면서, 상기 건조본체의 상부 외기를 차단하여 건조본체 내부의 중심부 온도와 상기 건조본체 내부의 상부 온도와의 온도 구배를 조절하는 동시에 상기 건조본체의 하부에서 열풍을 불어넣어 건조본체의 저면을 가열하는 단계이다.

이때 건조본체의 온도는 30℃ 이상에서 열풍 건조되는 것이 바람직하며, 이와 같은 방식으로 발포 및 건조를 수행함에 따라 발포스티렌 원료를 발포배율 70~90배 정도로 발포시킬 수 있다.

제3-3단계는 건조 본체를 통과한 발포입자를 40도 이하 온도에서 3~12시간 동안 숙성시킨다. 다단계 Silo 방식으로 진행하는 것이 숙성 효율을 고려할 때 바람직하며, 물을 간헐적으로 고압 분사하여 습도를 조절해주는 것이 더욱 바람직하다.

제3-4단계는 숙성된 원료를 스크류 방식으로 2차 발포기(전술한 발포기를 사용하거나 별도의 발포기를 사용함)에 투입하여 추가 발포를 수행한 다음 건조시킨다. 이때 추가 발포 조건은 80~90℃에서 수행하여 이전 발포에서 덜 수행된 발포를 좀더 진행시킬 수 있으며, 이후 전술한 것과 같은 건조본체(와 함께 상부 외기 차단과 하부에서 열풍을 불어넣는 방식)를 사용하거나 또는 별도의 건조본체를 사용하여 30℃ 이상의 건조실 온도를 유지하면서 열풍 건조되는 것이 바람직하다.

이와 같은 방식으로 발포 및 건조를 반복함에 따라 발포스티렌 원료를 발포배율 100~130배 정도로 발포시킬 수 있다.

제3-5단계는 추가 건조 본체를 통과한 발포입자를 0~40℃에서 3~12시간 동안 숙성시킨다. 다단계 Silo 방식으로 진행하는 것이 숙성 효율을 고려할 때 바람직하며, 물을 간헐적으로 고압 분사하여 습도를 조절하는 동시에 정정기르 방지하는 것이 더욱 바람직하다.

제3-6단계는 얻어진 발포입자의 외면에 우레탄 발포 접착제를 도포하는 단계이다.

상기 우레탄 발포 접착제를 상기 발포입자 100 중량부 기준으로 우레탄 발포 접착제 3~20 중량부, 3~10 중량부, 또는 4~8중량부 범위 내로 사용하는 것이 난연제가 결착할 자리를 만들어주면서 후술하는 코팅 단계 또는 성형 단계에서 추가 발포를 일으킬 수 있어 바람직하다.

필요에 따라서는 상기 우레탄 발포 접착제에 열팽창성 미소구(thermo -expandable microsphere)를 접착제 기준으로 10 중량% 이하로 포함시켜 사용하 수 있다. 상기 열팽창성 미소구는 상기 우레탄 발포 접착제와 상용성을 가지고 후술하는 코팅 단계, 특히 성형 단계에서 추가 발포를 수행하기에 적절한 물질에 해당한다.

이러한 열팽창성 미소구는 중공 및 쉘을 갖는 캡슐의 형태를 가지고 발포를 위해 쉘의 연화온도 이하의 비점을 갖는 액체를 중공 내에 함유하고 있다. 이러한 액체로는 탄화수소일 수 있고, 대기압에서 60℃ 미만의 비점을 갖는 탄화수소인 것이 보다 바람직하다. 일례로 내부의 바람직한 발포체 액체는 이소부탄이다.

한편, 아크릴계 공중합체가 쉘을 구성하여, 상온에서는 분말 형상이다가 고온 노출시 중공내 액화 탄화수소의 기화에 의해 캡슐을 팽창시키고 발포제로 적용될 수 있다. 한편, 일반적인 화학(chemical) 발포제와는 달리 가스가 표면으로 노출되지 않는 이점을 갖는다.

이러한 열팽창성 미소구는 Akzo Nobel사에 의해 제품명 Expancel 980 DU 120 등으로 시판되고 있다.

제3-7단계는 상기 접착제 도포단계 후 팽창 흑연을 함유하는 난연제를 고루 혼합하여 난연제를 분사하는 단계이다.

상기 팽창 흑연을 함유하는 난연제는 전술한 제1 측면에 기재한 다양한 관련 물질들을 포함할 수 있으며, 일례로 팽창 흑연을 포함하는 난연 필러, 폴리졸, PVA계 등 아크릴계 접착수지를 포함하는 것이 바람직하다.

이들 3물질은 난연제 분사 전까지 별도의 보관 탱크에 저장하다가 사용 전 혼합하고 호모게나이저 등을 사용하거나 혹은 고른 교반을 통해 잘 섞은 다음 분사하는 것이 발포입자(11)가 외부 기체와 직접 접촉하지 않을 정도의 두께인 동시에 대략 균일한 두께로 난연층(13)을 형성할 수 있어 바람직하다.

또한 균일한 두께로 난연층(13)을 형성하는 관점에서 분사는 노즐 또는 실린지 등 순간적으로 고른 도포가 가능한 방식으로 수행하는 것이 바람직하다.

상기 난연제는 발포입자 100 중량부 기준으로 50 내지 250 중량부, 100 내지 200 중량부, 또는 100 내지 150 중량부 범위 내로 사용할 수 있고, 이 범위 내에서 발포입자(11)가 외부 기체와 직접 접촉하지 않을 정도의 두께로 난연층(13)을 형성할 수 있어 바람직하다.

또한, 상기 난연제 사용량을 기준으로 접착제를 10 중량% 이하, 또는 0.1~5 중량% 범위 내로 포함시켜 발포입자와 난연층의 접합시 접합력을 개선시킬 수 있다. 이때 사용하는 접착제는 전술한 우레탄계 발포 접착제를 사용할 수 있고, 필요에 따라서는 열팽창성 미소구를 포함할 수도 있다.

상기 제3-6단계와 제3-7단계는 필요에 따라 동시에 수행하거나 순차적으로 수행할 수 있으며, 순차 수행하는 것이 보다 바람직하다.

이들 단계 내 도포는 40~60℃, 또는 45~55℃에서 100~300초, 150 내지 250초, 또는 150 내지 200초간 교반하면서 수행하고, 이어서 30~50℃, 또는 35~45℃에서 200초 이상, 바람직하게는 200~300초, 또는 200~250초간 교반하면서 코팅된 물질을 건조한 다음 30~50℃, 또는 35~45℃에서 추가로 100~300초, 바람직하게는 150~250초간 이송하면서 추가로 건조시키는 것이 바람직하다.

필요한 경우 제3-8단계로서 40℃ 이하에서 2~5시간 동안 숙성시키는 단계를 추가할 수 있다.

제3-9단계로서, 난연 숙성단계 후 난연비드를 보드 성형에 즉시 투입하거나 혹은 성형 전까지 저장 보관하게 된다. 여기서 사용하는 보드 성형으로는 예를 들어 원료를 진공 충진한 다음 일례로 증기압 1~5kg/cm, 또는 1~3kg/cm, 1차 스팀 10~20초 또는 10~15초, 2차 스팀 1~10초, 또는 1~5초, 진공냉각 40~50초 공정 후 배출로 수행할 수 있으며, 필요에 따라 블록 성형 또는 몰드 성형일 수 있다.

제3-10단계로서, 성형된 보드를 금속판에 접합시켜 샌드위치 패널을 형성한다.

상기 제조방법에 사용되는 제조장치는 전술한 제3 측면에서 개시한 난연성 보드의 제조장치에 추가적으로 샌드위치 패널 제조장치(미도시)를 부가한 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 발포스티렌 원료를 예비발포하는 예비발포기, 상기 예비발포기에서 전달된 예비발포입자를 건조하는 제1 건조기, 상기 건조기에서 전달된 예비발포입자를 발포하는 발포기, 상기 발포기에서 전달된 발포입자를 건조하는 제2 건조기, 상기 제2 건조기에서 전달된 발포입자를 난연제로 코팅하는 코팅기, 상기 코팅기에서 전달된 코팅된 발포입자를 보드 성형하는 보드 성형기,상기 보드 성형기에서 전달된 보드를 건조하는 제3 건조기, 및 상기 제3 건조기에서 전달된 보드를 샌드위치 패널 성형하는 패널 성형기를 포함하는 샌드위치 패널의 제조장치를 사용할 수 있다.

상기 보드를 샌드위치 패널 성형하는 패널 성형기를 포함한 샌드위치 패널의 제조장치는 예를 들어, 발포스티렌 원료를 발포하는 발포기, 상기 발포기에서 전달된 발포입자를 건조하는 건조기, 및 상기 건조기에서 전달된 발포입자를 코팅하여 난연비드를 형성하는 코팅기, 및 상기 난연비드를 성형하여 난연보드를 제조하는 성형기, 성형된 보드를 건조하는 보드건조기 및 상기 보드건조기에서 전달된 보드에 금속판을 접합하여 형성된 샌드위치 패널 제조기를 포함하는 샌드위치 패널의 제조장치로 구성될 수 있다.

이 때, 상기 건조기는, 상기 발포입자에 제1접착제와 난연제를 주입하여 상기 발포입자를 코팅하여 난연비드를 제조하는 교반조; 상기 교반조에서 코팅된 상기 난연비드를 건조하는 건조조; 및 상기 건조조에서 건조된 난연비드를 이송하면서 건조하는 이송조를 포함하고, 상기 코팅기의 내부공간이 외부의 환경에 의한 온도구배가 발생하지 않도록 상기 코팅기 주변영역의 외기온도를 측정하기 위한 측정부, 상기 측정부의 온도신호를 전달받아 온도를 제어하는 제어부, 및 상기 제어부에 의해 가열을 실시하는 가열장치를 포함하는 온도구배조절수단을 가지는 것이 보드 내 난연비드간 강화된 융착을 제공하는 동시에 개선된 난연을 제공할 수 있다.

상기 코팅기는 전술한 바와 같이, 제1접착제를 공급하는 접착제 선첨 탱크, 및 상기 코팅기에 난연제를 공급하는 난연제 후첨탱크를 포함할 수 있다.

상기 난연제로는 팽창 흑연, 폴리졸과 아크릴계 바인더를 혼합하여 사용할 수 있으며, 해당 난연제 혼합탱크에는 제2접착제를 공급하는 접착제 공급탱크를 포함할 수 있다. 여기서 제2접착제는 일례로 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 소재와 같은 우레탄 발포 접착제를 사용하는 것이 교반조 후의 상기 건조조, 상기 이송조 및 상기 보드건조기를 거치면서 상기 난연비드를 추가적으로 발포시킬 수 있어 바람직하다.

이 때, 상기 교반조는 상부에서 상기 접착제 및 상기 난연제를 순차적으로 주입하는 것이 난연제의 고른 혼합을 도울 수 있어 바람직하다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 성형된 샌드위치 패널을 분리시 금속판에 난연비드가 잔류한 사진(a)과 시중에서 판매되는 샌드위치 패널을 분리시 금속판에 난연비드가 잔류한 사진(b)이다.

도 7의 (a) 도면을 참조하면, 금속판에 난연비드가 거의 잔류하지 않은 것을 확인한 반면, (b) 도면에서는 금속판의 거의 전면에 걸쳐 난연비드가 붙어나오는 것을 확인하였다.

<제6 측면>

본 발명의 제6 측면은 금속판 및 보드를 접착물질로 접합하고 패널 성형하여 형성된 샌드위치 패널에 관한 것이다.

상기 샌드위치 패널은 발포스티렌 원료를 발포시켜 형성된 발포입자의 외면에 접착층을 매개로 난연제를 코팅하여 형성된 난연비드를 성형하여 형성한 난연성 보드와 금속판을 접합시켜 형성된 단열재에 해당한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 패널을 제조하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 여기서 금속판, 보드 및 금속판과 보드의 접착층은 고무 롤러를 사용하여 연속하여 이송됨으로써 편리한 작업성을 제공할 수 있다.

또한, 금속판은 철판, SUS 등 필요에 따라 다양한 종류를 준비할 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 금속판(182a, 182b)을 예비 가열하기 위한 제1 가열부(184a, 184b)를 포함한다. 상기 제1 가열부(184a, 184b)는 예를 들어 금속판(182a, 182b) 표면에 분사되는 접착제에 충분한 접착능 발현을 위한 것으로, 금속판(182a, 182b) 표면을 직접 가열할 수 있는 다양한 가열 수단일 수 있다. 일례로, 열선을 사용하는 것이 가온 성능을 간단하게 제공할 수 있어 바람직하다.

이와 같이 예비 가열된 금속판(182a, 182b)과 상기 보드(181) 사이에 우레탄 발포 접착제를 분사하기 위한 접착제 분사부(183a, 183b)를 구비한다.

해당 분사는 분사 성능을 고려하여 노즐 등을 사용할 수 있다.

상기 금속판(182a, 182b)과 상기 보드(181)의 접착층은 제2 가열부(185a, 185b)를 통해 가열하게 된다.

상기 제2 가열부(185a, 185b)로는 이송을 위한 고무 롤러의 변형을 일으키지 않는 동시에 가열로 인한 추가 발포의 효과를 함께 제공할 수 있는 것이 바람직하며, 일례로, 송풍로를 통해 열풍을 불어넣을 수 있다.

한편, 상하부 접착층의 대류 차이를 고려할 때 하부측 제2 가열부(185b)의 개수는 상부측 제2 가열부(185a)의 개수보다 2배 이상 설치되어 있는 것이 바람직하다. 일례로, 하부측 제2 가열부(185b)가 이송을 위한 하부측 고무 롤러 사이에 6개가 구비된 경우, 상부측 제2 가열부(185a)는 이송을 위한 상부측 고무 롤러 사이에 3개가 구비될 수 있다.

상기 제조장치를 사용하여 샌드위치 패널을 제조하는 방법은 일례로 다음과 같다:

구체적인 샌드위치 패널 제조방법은 제4-1단계, 제4-2단계 및 제4-3단계를 포함한다. 각 단계의 명칭은 각 단계를 다른 단계와 구별하기 위하여 부여한 명칭으로 각 단계의 기술적인 모든 의미를 포함하는 것은 아니다. 여기서 금속판, 보드 및 금속판과 보드의 접착층은 고무 롤러를 사용하여 연속하여 이송됨으로써 편리한 작업성을 제공할 수 있다. 또한, 금속판은 철판, SUS 등을 포함할 수 있다.

제4-1단계는 연속적으로 공급되는 금속판을 예비 가열하는 단계이다.

본 발명에서 사용되는 금속판은 보드의 상부와 하부에서 각각 공급된다. 이중에서 보드의 상부에서 공급되는 금속판은 보드 상단부에 장착된 반송 롤을 통해 공급될 수 있고, 보드의 하부에서 공급되는 금속판은 보드 하단부에 장착된 공급 롤을 통해 공급될 수 있다.

여기서 예비 가열은 열선 등을 사용하여 해당 표면을 직접 가열하는 것으로, 여기서 가열 온도는 추후 분사되는 우레탄 발포 접착제가 해당 표면에서 접착력을 발휘할 정도로 가온하는 정도면 충분하다.

구체적인 예로, 상기 반송 롤을 통해 보드의 상부에서 공급되는 금속판은 상부 열선을 사용하여 상기 금속판의 표면을 예비 가열하고, 상기 공급 롤을 통해 보드의 하부에서 공급되는 금속판은 하부 열선을 사용하여 상기 금속판의 표면을 또한 예비 가열할 수 있다.

제4-2단계는 예비 가열된 금속판과 상기 보드 사이에 우레탄 발포 접착제를 분사하는 단계이다.

이때 접착제 분사부는 예비 가열된 금속판의 상하측 각각에 구비되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 사용하는 우레탄 발포 접착제는 이러한 우레판 발포 접착제를 예로 들면, 단량체성 디이소시아네이트를 포함할 수 있으며, 구체적인 예로는, 메틸렌디페닐디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate: MDI) 소재를 들 수 있다.

상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 아닐린과 포름알데히드가 축합되어 생성된 디페닐메탄디아민에 포스겐(COCl2) 처리하여 얻어지는 물질로서, 저장성이나 사용 편의성을 고려하여 폴리머릭 MDI(polymeric MDI), 모디파이 MDI(modified MDI), 모노머릭 MDI(monomeric MDI), 퓨어 MDI(prepolymer)와 같은 다양한 형태의 MDI가 제조되는데, 본 발명에서는 이들 다양한 형태의 MDI를 모두 사용 가능하며 그 형태는 특별히 제한받지 않는다.

이러한 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 분자량이 다른 소수성 수지 성분들에 비해 비교적 작아 쉽게 분산되며, 분자구조 내에 포함된 이소시아네이트기(-NCO)가 활성수소를 가지는 화합물과 반응하여 우레탄 결합 및 요소 결합 등을 생성할 수 있는 것으로, 스팀 중의 수분을 제거하고 소수성 수지의 가교밀도를 높여 접착성을 향상시킬 수 있어 난연비드의 기계적 물성을 향상시킬 수도 있다.

상기 우레탄 발포 접착제에 열팽창성 미소구(thermo -expandable microsphere)를 접착제 기준으로 10 중량% 이하로 포함시켜 사용하 수 있다. 상기 열팽창성 미소구는 상기 우레탄 발포 접착제와 상용성을 가지고 후술하는 코팅 단계, 특히 성형 단계에서 추가 발포를 수행하기에 적절한 물질에 해당한다.

이러한 열팽창성 미소구는 중공 및 쉘을 갖는 캡슐의 형태를 가지고 발포를 위해 쉘의 연화온도 이하의 비점을 갖는 액체를 중공 내에 함유하고 있다. 이러한 액체로는 탄화수소일 수 있고, 대기압에서 60℃ 미만의 비점을 갖는 탄화수소인 것이 보다 바람직하다. 일례로 내부의 바람직한 발포체 액체는 이소부탄이다.

한편, 아크릴계 공중합체가 쉘을 구성하여, 상온에서는 분말 형상이다가 고온 노출시 중공내 액화 탄화수소의 기화에 의해 캡슐을 팽창시키고 발포제로 적용될 수 있다. 한편, 일반적인 화학(chemical) 발포제와는 달리 가스가 표면으로 노출되지 않는 이점을 갖는다.

이러한 열팽창성 미소구는 Akzo Nobel사에 의해 제품명 Expancel 980 DU 120 등으로 시판되고 있다.

제4-3단계는 상기 금속판과 상기 보드의 접착층을 추가로 가열하여 추가 발포를 제공하는 단계이다.

상기 금속판과 보드의 접착층 하측에는 상기 금속판의 하면에 구비되는 송풍구로 열풍을 불어넣어 고무 롤러의 변형 없이 상기 접착층을 간접적으로 가열하는 방식을 제공하는 것이 바람직한데, 이러한 가열에 의해 우레탄 발포 접착제의 추가 발포를 수행할 수 있어, 결과적으로 보드 내 융착된 발포입자들의 융착율을 더욱 개선시키게 되는 효과를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명을 이에 한정하려는 것은 아니다.

<실시예>

하기 물질들을 실시예의 난연비드 제조를 위해 준비하였다.

EPS: 신호석유화학사제 평균 직경 0.5~1.5mm의 발포 폴리스티렌 50kg

접착제 1: MDI 3kg

접착제 2: Akzo Nobel사 제품명 Expancel 980 DU 120 0.3kg

난연제: 팽창 흑연, 폴리졸, PVA계 수지의 호모게나이저 혼합물 55kg

<실시예 1>

난연비드의 제조

도 2의 장치를 참조하여, EPS 원료를 발포기(110)에 충진하고 90℃ 이상의 온도, 0.1~0.2kg/cm의 증기압, 스팀 100초의 조건하에 EPS 원료를 예비적으로 팽창 발포시켰다.

그런 다음 발포기(110)에서 예비 발포된 입자를 건조기(120)의 건조본체(121) 내부로 전달하였다. 이때 상기 건조기(120)는 도 2에서 보듯이, 건조본체(121)의 상부에 외기차단수단으로서 온도 조절 박스(123,124,125)가 부착되고, 저면에 송풍로를 통해 열풍을 불어넣는 가열수단(122)이 구비된 구조로 사용하였다.

상기 건조기(120)의 구조를 통해 건조본체(121)의 내부 온도를 30℃ 이상으로 균일하게 조절하면서 열풍 건조시켰다.

이렇게 얻어진 발포입자의 발포배율은 75배이었다.

그런 다음, 상기 건조기(120)에서 전달된 발포 입자를 다단계 사일로 숙성기(130)에서 40℃ 이하로 3~12시간 숙성하면서 물을 고압분사하여 습도를 조절하였다.

상기 숙성기(130)에서 전달된 원료를 스크류 방식으로 2차 발포기(미도시)에 투입하고 80~90℃를 유지하면서 발포시켰다.

그런 다음 2차 발포기(미도시)에서 발포입자를 추가 건조기의 건조본체(미도시) 내부로 전달하였다. 이때 사용하는 건조기 또한 전술한 것과 동일하게 건조본체(미도시)의 상부에 외기차단공간(미도시)으로서 온도 조절 박스가 부착되고, 저면에 송풍로를 통해 열풍을 불어넣는 가열수단이 구비된 것을 사용하였다.

해당 건조기에서 건조본체의 내부 온도를 30℃ 이상으로 균일하게 조절하면서 열풍 건조시켰다. 이렇게 얻어진 발포입자의 발포배율은 110배이었다.

이어서 상기 추가 건조기에서 전달된 발포입자를 다단계 Silo 숙성기(미도시)에서 0~40℃ 온도로 3~12시간 숙성하면서 물을 고압분사하여 습도를 조절하는 동시에 정전기를 방지하였다.

다음으로 숙성된 발포입자(도 1의 부호 11에 해당)에 접착제와 난연제를 코팅기(140)를 사용하여 50℃에서 180초간 교반하여 순차 코팅하였다.

즉, 접착제 1을 코팅기(140) 상부측 유입구로서 구비된 유입구를 통해 선첨 탱크(142)로부터 선 첨가하여 접착층(12)를 형성하였고, 이어서 팽창 흑연을 포함한 원료 보관탱크(144)로부터 물질을 혼합한 다음 교반하여 고루 혼합한 난연액에 접착제 2 보관탱크(146)로부터 공급된 접착제 2를 혼합한 혼합액을 코팅기(140)에 주입하여 첨가하여 난연층(13)을 형성하였다.

이와 같이 코팅된 입자를 40℃에서 230초간 교반하여 건조시킨 다음 40℃에서 200초 전후로 이송하면서 추가 건조시켜 상기 발포입자(11)를 둘러싸는 접착층(12)을 도 1에 나타낸 것처럼 얇게 형성한 후, 상기 발포입자(11) 및 접착층(12)을 전체적으로 둘러싸는 난연층(13)을 형성시킨 구조를 갖는 난연비드(10)를 수득하였다.

이 때, 온도구배조절수단을 이용하여 난연비드가 제조되는 장치들의 내부 온도구배를 줄이기 위해 장치가 설치된 외부공간의 온도를 조절하였다. 즉, 코팅기 주변부의 공간에 외기 온도를 측정할 수 있는 측정부(151)를 설치하여 센싱하고, 일정한 온도를 유지하지 못할 경우 제어부(153)가 가열장치(155)를 작동시킴으로써 온도를 유지한다.

이어서, 다단계 SilO 숙성기(150)를 통과시키면서 40℃ 이하에서 2~5시간 동안 추가 숙성하고 난연비드(10)를 얻었다.

이때 발포입자(11)의 반지름(t1), 접착층(12)의 두께(t2), 난연층(13)의 두께(t3)는 t1: t2+t3 = 1:0.2인 것을 확인하였다.

<실시예 2>

난연성 보드의 제조

도 2 및 도 3의 장치를 참조하여, 상기 실시예 2에서 제조된 난연비드(10)를 몰드 성형기(170)에 진공 충진하고 증기압 2kg/cm, 1차 스팀 12초, 2차 스팀 2.5초, 진공냉각 40~50초 공정 후 배출하여 두께 50mm와 120mm의 보드를 각각 제작하였다.

제작된 보드들을 1차 건조실에서 40~50℃ 하에 2시간 건조시킨 다음 2차 건조실로 옮겨 20℃ 이상에서 24시간 이상 숙성시킨 다음 재단하여 보관하였다.

난연비드의 성형전의 평균 직경을 s1이라 하고, 난연비드의 보드제조 후의 평균 직경을 s2라 할 때, s2 ≥ s1 + s1 × 0.005의 관계를 만족하는 것을 또한 확인하였다.

<실시예 3>

샌드위치 패널의 제조

도 8의 장치를 참조하여 보드(181)의 상하부에 철판(182a, 182b)을 우레탄 발포 접착제(183a, 183b)로 접합하여 샌드위치 패널을 제작하였다.

우선, 고무 이송 롤러(미도시)를 통해 연속적으로 공급되는 철판(182a, 182b)을 직접 가열부로서 상하부 열선(184a, 184b)을 통해 가온하였다. 이때 상부 철판(182a)는 보드(181)의 상부측 반송롤을 통해 공급된 것이고, 하부 철판(182b)는 보드(181)의 하부 또는 측부의 공급 롤을 통해 공급된 것이다.

가온된 철판(182a, 182b)의 상하부에 우레탄 발포 접착제를 분사하였고, 보드의 상하부를 접합시켰다.

상기 철판과 보드(181)의 접착층을 간접 가열부로서 고무 이송 롤러 사이에 구비된 송풍로(185a, 186b)를 통해 열풍을 상하부에 불어넣어 접착성능을 극대화시켰다. 여기서 상부의 송풍로(185a)는 3개를 구비하였고, 하부의 송풍로(185b)는 6개를 구비하여 상하부 대류 차이를 극복하게 하였다.

실험예 1

상기 실시예 2의 보드와 시중에 판매되는 난연성 보드를 제작하여 단면을 손으로 절단하여 보드 내 비드간 융착력을 확인하고 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따라 성형된 보드 내 난연비드들이 강하게 융착된 결과로서 파단시 비드들이 쪼개진 것을 나타내는 사진 (a)과 시중에서 판매되는 보드 내 난연비드들이 약하게 융착된 결과로서 파단시 비드들이 구형 형상을 유지하면서 절단면의 어느 한쪽에 위치한 것을 나타내는 사진 (b)이다.

도 4를 통하여 본 발명의 경우 난연비드들이 더욱 강하게 융착된 것을 확인할 수 있었다.

즉, 보드가 파단되는 경우에도 비드간의 융착력이 강하기 때문에 비드들 사이로 파단이 이루어지는 것이 아니라, 비드자체가 파단되며 비드가 파단되는 비율이 70% 내지 95%, 80% 내지 90%에 달한다.

실험예 2

상기 실시예 2의 보드와 시중에서 판매된는 준불연 보드를 제작하여 굴곡피로강도를 측정하고 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5의 도면은 본 발명의 실시예 2에 따라 성형된 보드에 대한 굴곡피로강도 특성 결과를 나타내는 사진으로서, 시중에서 판매되는 보드가 부러지는 것과 180°로 접어도 휘어질 뿐 절단되지 않는 결과를 확인할 수 있었다. 이는 본 발명의 기술에 따라 밀도와 융착성이 개선된 결과인 것으로 추론된다.

실험예 3

상기 실시예 2의 보드와 시중에서 판매되는 준불연 보드로 준불연 성능을 확인하고 결과를 도 6에 나타내었다. 구체적으로 750℃에서 10분간 가열하고 천공 여부를 확인하였다.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 성형된 보드 내 준불연 실험한 결과를 나타내는 사진 (a)과 시중에서 판매되는 준불연 보드 내 준불연 실험한 결과를 나타내는 사진 (b)이다. 결과적으로 (a) 도면의 실시예 2의 보드의 경우 (b) 도면의 시중에서 판매되는 준불연 보드보다 개선된 준불연 성능을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이는 본 발명의 기술에 따라 밀도와 융착성이 개선되고, 나아가 난연층이 발포입자가 외부 기체와 접촉하지 않을 정도의 두께로 잘 형성되어 있는 결과인 것으로 추론된다.

특히, 본 발명의 실시예 3에 따라 성형된 보드는 KS F ISO 5660-1:2015 하에 측정한 연소성능시험-열방출률(콘칼로리미터법), 연기발생률(동적 측정), 질량감소율 모두에서 기준치 이하를 만족한 결과를 확인할 수 있었다.

참고로, 시중에서 판매되는 준불연 보드는 성능인증을 받은 제품임에도 마찬가지로 KS F ISO 5660-1:2015 하에 측정한 연소성능시험-열방출률(콘칼로리미터법), 연기발생률(동적 측정), 질량감소율 모두에서 기준치를 모두 만족하지 못한 것을 확인하였다.

실험예 4

상기 실시예 2의 보드의 압축 강도를 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 측정하였다. KS M 3808:2011에 의거한 측정 결과, 실시예 2에 따라 성형된 보드는 압축강도가 6N/cm3에 달하고 굴곡피로강도가 20N인 것을 확인하였다.

실험예 5

상기 실시예 2에서 제작한 보드를 건물 외벽에 단열재로서 현장 적용한 다음 6개월 경과후 떼어내어 융착력과 준불연성을 측정한 결과, 처음 제작시와 마찬가지의 융착력과 준불연성 결과를 제공하는 것을 확인하였다.

실험예 6

상기 실시예 4의 샌드위치 패널과 시중에서 판매되는 샌드위치 패널로 박리 강도를 측정하였다. 구체적으로 제작된 샌드위치 패널에서 보드와 상부 철판, 하부 철판을 손으로 힘을 주어 박리하고 분리된 철판의 단면을 육안으로 확인하였다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 성형된 샌드위치 패널을 분리시 금속판에 난연비드가 잔류한 사진(a)과 시중에서 판매되는 샌드위치 패널을 분리시 금속판에 난연비드가 잔류한 사진(b)이다.

도 7의 (a) 도면을 참조하면, 금속판에 난연비드가 거의 잔류하지 않은 것을 확인한 반면, (b) 도면에서는 금속판의 거의 전면에 걸쳐 난연비드가 붙어나오는 것을 확인하였다. 이는 본 발명의 기술에 따라 밀도와 융착성이 개선된 결과인 것으로 추론된다.

참고예 1

상기 <실시예 1>에서 난연비드의 원료로서 난연층(13)을 형성시 접착제를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 반복하여 발포입자(11)를 제작하였다.

그 결과, 난연비드의 최외곽에 난연층(13)이 충분히 고른 두께로 형성되지 않았으며, 발포입자(11)가 그대로 노출되어 있는 부분을 육안으로도 관찰할 수 있었다.

이상의 실시예를 통하여, 본 발명의 보드의 융착력이 전술한 이유들, 즉 접착층과 난연층의 조성 및 구조 특정, 그리고 발포입자의 발포도가 높아지는 것에 근거하여 강화된 것임을 확인할 수 있었다.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 난연비드
11 발포입자
12 접착층
13 난연층
100 제조장치
110 발포기
120 건조기
121 건조본체
122 건조본체의 저면 가열수단
123 하우징
124 에어스택
125 공기조절부
130, 160 숙성기
140 코팅기
141 교반조
142 접착제 선첨 탱크
143 건조조
144 난연제 후첨 탱크
145 이송조
146 별개의 접착제 공급 탱크
150 온도구배조절수단
151 측정부
153 제어부
155 가열장치
170 보드 성형기
180 샌드위치 패널 성형기
181 보드
182a 상부 금속판
182b 하부 금속판
183a 접착제 상부 분사구
183b 접착제 하부 분사구
184a 상부 열선
184b 하부 열선
185a 상부 가열수단
185b 하부 가열수단

Claims (9)

1. 발포입자에 난연층을 코팅한 후 성형 및 건조한 난연비드들이 서로 융착되며, KS M 3808:2011로 측정시 굴곡파괴하중이 20N 이상이고, 압축강도가 6N/cm2 이상인 난연성 보드를 만들기 위한 난연비드로서,
   평균반지름이 t1(mm)인 발포입자;
   상기 발포입자의 외면에 발포되는 제1 접착제를 코팅시켜 박막 두께가 t2(mm)로 형성된 접착층; 및
   상기 접착층 상에 발포되는 제2 접착제 및 난연제를 포함하고 상기 t2(mm)보다 더 두꺼운 두께 t3(mm)로 코팅된 난연층;을 포함하고,
   상기 t1과 t2+t3의 비는 1:0.0001 내지 1:0.2이고,
   상기 난연비드의 성형전의 평균 직경을 s1(mm)라 하고, 상기 난연비드의 건조 후의 평균 직경을 s2(mm)라 할 때, s2 ≥ s1 + s1 × 0.005인 난연비드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 발포스티렌 원료는 평균 직경이 0.5~1.5mm이고, 최대 발포 배율 70~ 150배를 갖는 것인 난연비드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 접착제와 제2 접착제는 메틸렌디페닐디이소시아네이트인 난연비드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 난연제는 팽창 흑연을 포함하는 난연비드.
5. 제4항에 있어서,
   상기 난연비드는 밀도가 0.5 g/cm3 이하인 난연비드.
6. 발포입자에 난연층을 코팅한 후 성형 및 건조한 난연비드들이 서로 융착된 난연성 보드로서,
   상기 난연비드는,
   평균반지름이 t1(mm)인 발포입자;
   상기 발포입자의 외면에 발포되는 제1 접착제를 코팅시켜 박막 두께가 t2(mm)로 형성된 접착층; 및
   상기 접착층 상에 발포되는 제2 접착제 및 난연제를 포함하고 상기 t2(mm)보다 더 두꺼운 두께 t3(mm)로 코팅된 난연층;을 포함하고,
   상기 t1과 t2+t3의 비는 1:0.0001 내지 1:0.2이고,
   상기 난연비드의 성형전의 평균 직경을 s1(mm)라 하고, 상기 난연비드의 건조 후의 평균 직경을 s2(mm)라 할 때, s2 ≥ s1 + s1 × 0.005이며,
   상기 난연성 보드는 KS M 3808:2011로 측정시 굴곡파괴하중이 20N 이상이고, 압축강도가 6N/cm2 이상인 난연성 보드.
7. 제6항에 있어서,
   상기 s1은 1~10의 정수인 난연성 보드.
8. 제6항에 있어서,
   상기 난연제는 팽창 흑연을 포함하는 난연성 보드.
9. 삭제

Images