KR102025428B1

KR102025428B1 - 준불연 시멘트계 바탕바름재

Info

Publication number: KR102025428B1
Application number: KR1020190003470A
Authority: KR
Inventors: 신선호
Original assignee: 디비하우징(주)
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2019-09-25

Abstract

본 발명은 준불연 시멘트계 바탕바름재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난연 EPS(expanded polystyrene)를 준불연 EPS로 업그레이드시킴으로써 고가의 준불연재를 별도로 시공하지 않고도 동등 수준의 불연성을 제공하는 저렴한 준불연 EPS로 대체할 수 있도록 개선된 준불연 시멘트계 바탕바름재에 관한 것이다.

Description

준불연 시멘트계 바탕바름재{Semi-incombustible cement base materials}

건축물 등 다양한 산업에서는 다양한 재료들을 사용하여 외적 미려함, 단열 등을 도모하고 있고, 현재는 EPS(발포 폴리스티렌, expanded polystyrene) 보드가 광범위하게 사용되고 있는 실정이다.

화재로부터 생명과 재산을 보호하기 위하여 최근에 요구되는 난연 수준이 모든 산업분야에서 더욱 엄격해졌고, 높은 난연성이 요구되고 있다.

특히, 브롬 또는 염소를 함유하는 할로겐계 난연제는 연소 시 사람에게 유해한 다이옥신 이 발생할 수 있다는 가능성이 지적되고 있어 다이옥신을 저감하는 난연제의 필요성이 한층 강화되고 있다.

건축현장에서 건축물의 단열을 위해 사용되는 성형된 EPS는 보드형태로 가공된 것을 널리 사용되고 있다.

이러한 EPS는 가격이 저렴하고 가공성과 단열 시공 시 취급이 우수하다는 장점이 있지만 불에 매우 취약하며, 압출보드(압출법 폴리스티렌 XPS)에 비하여 단열성이 떨어진다는 문제점을 가지고 있다.

EPS 보드에 난연성을 부여하기 위하여 종래에는 액상의 무기 난연제를 발포 폴리스티렌 입자에 코팅시키는 방법을 주로 사용하였다.

대한민국 공개특허 제10-2007-0121147호에는 난연성 발포 폴리스티렌을 제조에 사용할 수 있는, 무기 난연제, 실리케이트 난연제 및 기타 다양한 무기물을 복합시킨 난연액 조성물의 제조방법을 개시하고 있으나, 주로 액상실리케이트 화합물을 사용함으로써 난연효과는 극대화될 수 있지만, 무기물의 비율이 너무 높아 코팅소재로서 이용할 경우 코팅되는 것보다 손실되는 무기물이 많아진다는 문제가 있었다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0602205호에는 폴리스티렌 발포입자에 팽창흑연, 열경화성 액상 페놀 수지 및 경화 촉매의 혼합물을 코팅 가교하여 EPS 비드의 난연성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 인체에 해로운 페놀과 발암물질인 포름알데히드의 축합에 의해 얻어지는 페놀수지를 사용함으로써, 발연시 유해가스가 방출되는 문제가 있었다.

따라서, 유해하지 않으면서 난연 특성을 극대화할 수 있는 EPS용 난연 바인더 조성물 및 이를 포함하는 EPS 보드의 개발이 요구되었다.

이를 개선한 대한민국 등록특허 제10-1459380호는 아예 EPS를 제조할 때 바인더 조성물로 난연성을 강화시킨 것이다.

하지만, 제천화재 참사의 경우와 같이, EPS 보드 표면에 난연층이 있는 것이 아니라 EPS를 성형할 때 하나의 성분으로 포함된 것이기 때문에 결국 고열을 받으면 화재에 대한 저항력이 약하여 전소되기 때문에 난연성은 있지만 준불연성을 구현하기는 아직까지 한계를 가지고 있다.

그 외에도 다수의 특허기술들이 난연제를 포함시킨 EPS를 개시하고 있지만 이들 역시 별도의 불연층을 개시하고 있는 것이 아니어서 이 역시 유명무실한 상태에 놓여 있다고 봐도 과언이 아니다.

대한민국 공개특허 제10-2007-0121147호 대한민국 등록특허 제10-0602205호 대한민국 등록특허 제10-1459380호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 난연 EPS(expanded polystyrene)를 준불연 EPS로 업그레이드시킴으로써 고가의 준불연재를 별도로 시공하지 않고도 동등 수준의 불연성을 제공하는 저렴한 준불연 EPS로 대체할 수 있도록 개선된 준불연 시멘트계 바탕바름재를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 난연 EPS의 표면에 도포되어 준불연 EPS로 업그레이드시키도록 준불연층을 형성하는 바탕바름재로서,
상기 바탕바름재는 바름재혼합물과 시멘트가 1:1의 중량비로 믹싱되는 시멘트계 바탕바름재이고;
상기 바름재혼합물은 물 9.09중량%와, MC(methyl cellulose) 1.36중량%와, 메틸파라벤 0.23중량%와, 에틸렌글리콜 1.82중량%와, 비실리콘계 수성소포제 0.18중량%와, 과황산 암모늄(Ammonium Persulfate) 0.18중량%와, 팽창흑연 33.19중량%와, 시멘트혼화용 폴리머 16.36중량% 및 나머지 규사로 이루어지되,
상기 바름재혼합물의 불연 특성을 더욱 강화시키기 위해 시멘트와 혼합되기 전에 상기 바름재혼합물 100중량부에 대하여 수산화알루미늄 20중량부와, 지르코늄 15중량부와, 아연스테아르산염 15중량부 및 뮬라이트 20중량부를 더 첨가 혼합하고;
상기 시멘트혼화용 폴리머는 PEBAX(Polyether-block-amide)와 폴리테트라 플루오로에틸렌과 퍼플루오로-1,3-디옥솔과 C₁₈H₂₄N₂가 7:2:0.5:0.5의 중량비로 혼합되어 조성되며;
상기 규사에는 구타페르카와 메틸술포닉메탄 및 트리스(2-클로로메틸) 포스페이트가 6:2:0.5:1.5의 중량비로 더 혼합된 것을 특징으로 하는 준불연 시멘트계 바탕바름재를 제공한다.

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본 발명에 따르면, 난연 EPS(expanded polystyrene)를 준불연 EPS로 업그레이드시킴으로써 고가의 준불연재를 별도로 시공하지 않고도 동등 수준의 불연성을 제공하는 저렴한 준불연 EPS로 대체할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 준불연 시멘트계 바탕바름재가 EPS 표면에서 준불연층을 형성한 예를 보인 예시적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 준불연 시멘트계 바탕바름재를 갖춘 EPS 보드의 예시적인 샘플 사진이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 시멘트계 바탕바름재는 외부단열시 3층 이상 건물의 경우 반드시 준불연재를 사용하도록 KS F 4716에 의해 제한을 받고 있다.

이는 제천화재 참사를 비롯한 다양한 사회적 요구에 따라 강화된 것이다.

그런데, 기존 난연재를 사용하다 준불연재를 사용하게 되면 그 만큼 비용이 급격히 커져 시공비가 증대되는 단점이 발생한다.

즉, 앞서 종래 기술에서도 언급했듯이, 난연 EPS는 많이 개발되어 있지만, 준불연 EPS는 개발이 더딘 상태이고, 개발된 경우라고 하더라도 비용이 비싸기 때문에 그냥 준불연재를 사용하는 것과 큰 차이가 없어 경쟁력이 없다.

이에, 본 발명에서는 난연 EPS를 준불연 EPS 수준으로 성능을 업그레이드시킴으로써 저렴한 비용으로 규격에 맞는 준불연재 시공이 가능하도록 한 것이다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 준불연 시멘트계 바탕바름재는 EPS(100)의 표면에 준불연층(200)을 형성하기 위해 일정두께로 도포되는 조성물이며, 이렇게 별도의 층을 형성한 것이 가장 큰 특징이다.

이후, 시공의 필요에 따라 마감을 위해 준불연층(200) 위에 유리메쉬층(300), 마감층(400) 등을 선택적으로 더 구현할 수 있다.

즉, 본 발명의 가장 큰 특징은 종래 기술들 처럼 EPS를 성형할 때 함께 믹싱되는 성분으로 불연성을 강화시키는 재료를 첨가한 것이 아니라, 별도의 준불연층을 형성하고 있다는 점이다.

이러한 준불연층(200)은 다음과 같이 조성되며, 이 조성물이 곧 본 발명의 바탕바름재가 된다.

이때, 중요한 사실은 상기 준불연층(200)을 형성하는 바탕바름재는 시멘트계로서 바름재혼합물과 시멘트를 1:1의 중량비로 믹싱하여 제조된다는 점이다.

다시 말해, 시멘트 몰탈처럼 시멘트를 포함하는 혼합물이 EPS 표면에 일정두께로 도포되어 준불연층(200)을 형성하게 되어 결국 난연 EPS를 준불연 EPS로 업그레이드시킬 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명의 준불연 시멘트계 바탕바름재가 도포된 준불연층(200)을 갖는 샘플 EPS는 도 2에 도시되어 있다.

그럼, 본 발명을 구현하는 바름재혼합물에 대해서 설명한다.

본 발명에 따라 시멘트와 1:1의 중량비로 믹스될 바름재혼합물은 물 9.09중량%와, 혼화제 1.36중량%와, 방부제 0.23중량%와, 건조지연제 1.82중량%와, 소포제 0.18중량%와, 산도조절제 0.18중량%와, 팽창흑연 33.19중량%와, 시멘트 혼화용 폴리머 16.36중량% 및 나머지 규사로 이루어진다.

이때, 혼화제는 MC(methyl cellulose)가 바람직하며, 몰탈과 물의 블리딩 현상을 방지하여 도포 작업성을 향상시키기 위해 첨가된다.

또한, 방부제는 메틸파라벤이 바람직하고, 건조지연제는 에틸렌글리콜이 바람직하다.

아울러, 소포제는 아크릴분산계에 유효하며 파포성이 우수한 비실리콘계 수성소포제가 특히 바람직하며, NXZ 혹은 Acrylic copolymer를 사용할 수 있다.

뿐만 아니라, 산도조절제는 과황산 암모늄(Ammonium Persulfate)가 바람직하다.

그리고, 팽창흑연은 본 발명 바름재혼합물에서 가장 중요한 성분으로서 EPS 표면에서 난연성을 준불연성으로 상승시키는데 직접 기여하기 때문이다.

팽창흑연(Exandable Graphite)은 그라파이트의 층상 구조를 갖기 때문에 그 층상 사이에 원자나 작은 분자를 집어 넣고 열을 가할 경우 아코디언처럼 분리가 되면서 입자가 수백배 팽창하게 되는 현상을 이용하여 방염성을 넘어 불연성을 강화시킨다.

아울러, 시멘트 혼화용 폴리머는 시멘트와의 혼화성을 증대시키면서 시멘트와의 혼화가 일어날 때 팽창흑연과의 교합성을 강화시켜 불연성을 지속적으로 유지시킬 수 있도록 하기 위해 PEBAX(Polyether-block-amide)를 사용한다. 경우에 따라서는 기능성 물질을 더 혼합하여 사용할 수 있다.

이때, 상기 PEBAX(Polyether-block-amide)는 저온에서도 경도변화가 작고, 내피로성이 뛰어나며, 비중이 작아 성형가공성이 우수할 뿐만 아니라, 흡습성이 낮고, 내굴곡 피로성, 내후성, 유연성, 내크립성, 접착성이 우수하여 팽창흑연과의 교합 및 시멘트와의 혼화성을 강화시킨다.

본 발명은 이와 같은 바름재혼합물의 불연 특성을 더욱 강화시키기 위해 시멘트와 혼합되기 전에 상기 바름재혼합물 100중량부에 대하여 수산화알루미늄 20중량부와, 지르코늄 15중량부와, 아연스테아르산염 15중량부 및 뮬라이트 20중량부를 더 첨가 혼합할 수 있다.

이 경우, 상기 수산화알루미늄은 폴리머의 소수화를 막고 친수화를 유도하여 결합력을 높이면서 불연성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 지르코늄은 화재발생시 공기중의 산소와 결합하여 산화물 또는 질소화물로 된 보호피막을 형성하여 내화성, 내식성, 불연성을 증대시키기 위해 첨가되고, 상기 뮬라이트는 1500℃ 부근까지 고융점화시켜 방염성, 즉 불연성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 아연스테아르산염은 열적 안정제로서 내열성을 강화시키기 위해 첨가된다.

한편, 상기 시멘트혼화용 폴리머에는 폴리테트라 플루오로에틸렌과, 퍼플루오로-1,3-디옥솔과, C₁₈H₂₄N₂를 7:2:0.5:0.5의 중량비로 더 혼합될 수 있다.

이것은 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)에 의한 비점착성, 방오성, 내열성, 마찰특성을 더 구현하면서 퍼플루오로-1,3-디옥솔을 통해 폴리테트라 플루오로에틸렌의 피블릴화를 억제하고, C₁₈H₂₄N₂(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine)을 통해 열산화를 막아 불연기능 강화를 가일층 증대시키기 위함이다.

또한, 상기 규사에는 구타페르카와 메틸술포닉메탄 및 트리스(2-클로로메틸) 포스페이트가 6:2:0.5:1.5의 중량비로 더 혼합되어 준불연층(200)의 갈라짐, 탈락을 막아 고정안정성을 강화시키고, 이를 통해 준불연 특성을 증대시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

이때, 구타페르카는 1000-5000개의 이소프렌 단위체가 중합되어 트랜스형 긴사슬을 갖는 것으로서 고무에 비해 탄성은 적지만 산과 알카리에 잘 침식되지 않기 때문에 내산성, 내알카리성, 내침식성을 확보하기 위한 것이며; 메틸술포닉메탄은 유연성을 유지하면서 크랙, 갈라짐을 억제하기 위한 것이고; 트리스(2-클로로메틸) 포스페이트는 발화지연성을 증대시키므로 불연성 강화에 직접 기여하는 특징이 있다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

본 발명에 따라 물 9.09중량%와, 혼화제 1.36중량%와, 방부제 0.23중량%와, 건조지연제 1.82중량%와, 소포제 0.18중량%와, 산도조절제 0.18중량%와, 팽창흑연 33.19중량%와, 시멘트 혼화용 폴리머 16.36중량% 및 나머지 규사로 이루어진 것을 바탕바름재로 하여 시멘트와 1:1의 중량비로 혼합한 후 EPS 표면에 2mm 두께로 도포한 후 KS F 3504에 준하여 테스트하였다.

시험 결과, 난연 2급에 해당되었다. 난연 2급은 준불연과 동등합 급수로서 준불연에 해당함을 확인할 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하게 하되, 상기 바름재혼합물의 불연 특성을 더욱 강화시키기 위해 시멘트와 혼합되기 전에 상기 바름재혼합물 100중량부에 대하여 수산화알루미늄 20중량부와, 지르코늄 15중량부와, 아연스테아르산염 15중량부 및 뮬라이트 20중량부를 더 첨가 혼합한 것을 사용하였으며, 이또한 준불연으로 판명되었다.

[실시예 3]

실시예 2와 동일하게 하되, 시멘트혼화용 폴리머에는 폴리테트라 플루오로에틸렌과, 퍼플루오로-1,3-디옥솔과, C₁₈H₂₄N₂를 7:2:0.5:0.5의 중량비로 더 혼합하였고; 규사에는 구타페르카와 메틸술포닉메탄 및 트리스(2-클로로메틸) 포스페이트가 6:2:0.5:1.5의 중량비로 더 혼합된 것을 사용하였으며, 이는 난연 1급에 준하여 결국 준불연성을 넘어 불연재료에 가까운 효과를 발휘하였다.

100: EPS
200: 준불연층
300: 유리메쉬층
400: 마감층

Claims

난연 EPS의 표면에 도포되어 준불연 EPS로 업그레이드시키도록 준불연층을 형성하는 바탕바름재로서,
상기 바탕바름재는 바름재혼합물과 시멘트가 1:1의 중량비로 믹싱되는 시멘트계 바탕바름재이고;
상기 바름재혼합물은 물 9.09중량%와, MC(methyl cellulose) 1.36중량%와, 메틸파라벤 0.23중량%와, 에틸렌글리콜 1.82중량%와, 비실리콘계 수성소포제 0.18중량%와, 과황산 암모늄(Ammonium Persulfate) 0.18중량%와, 팽창흑연 33.19중량%와, 시멘트혼화용 폴리머 16.36중량% 및 나머지 규사로 이루어지되,
상기 바름재혼합물의 불연 특성을 더욱 강화시키기 위해 시멘트와 혼합되기 전에 상기 바름재혼합물 100중량부에 대하여 수산화알루미늄 20중량부와, 지르코늄 15중량부와, 아연스테아르산염 15중량부 및 뮬라이트 20중량부를 더 첨가 혼합하고;
상기 시멘트혼화용 폴리머는 PEBAX(Polyether-block-amide)와 폴리테트라 플루오로에틸렌과 퍼플루오로-1,3-디옥솔과 C₁₈H₂₄N₂가 7:2:0.5:0.5의 중량비로 혼합되어 조성되며;
상기 규사에는 구타페르카와 메틸술포닉메탄 및 트리스(2-클로로메틸) 포스페이트가 6:2:0.5:1.5의 중량비로 더 혼합된 것을 특징으로 하는 준불연 시멘트계 바탕바름재.
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