KR102084204B1 - 난연 스티로폼 보드, 이의 제조방법 및 eps 외단열재 - Google Patents

난연 스티로폼 보드, 이의 제조방법 및 eps 외단열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난연 스티로폼 보드 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 낮은 열전도율 및 낮은 열방출량을 가지면서 화재시 가스 유해성이 낮은 난연 스티로폼 보드, 이를 효과적으로 제조하는 방법 및 이를 이용한 단열재에 관한 발명이다.

Description

난연 스티로폼 보드, 이의 제조방법 및 EPS 외단열재{A flame retardant Styrofoam board, Manufacturing method thereof and EPS heat insulator for the building outer wall}
본 발명은 매우 낮은 열전도율, 열방출량을 가지면서 가스 유해성이 낮은 난연 스티로폼 보드, 이의 제조방법 및 EPS외단열재에 관한 것이다.
발포 폴리스티렌은, 스티렌(Styrene) 모노머를 중합하여 제조한 발포성 폴리스티렌 수지를 가열, 경화시키는 것과 동시에, 기포를 발생 시켜 제작한 것이다. 이와 같이 제조된 발포 폴리스티렌은, 전체적의 98%가 공기 이며, 수지는 약 2%만을 차지하고 있어 플라스틱의 거품안에 공기를 밀폐시킨 독특한 발포체 구조를 가지므로 경량성, 완충성, 방수성, 보온성 및 단열성, 흡음성, 완충성이 뛰어나므로 포장재료, 구명조끼, 장식재, 절연재, 식품용기나 일회용 등의 생활 용품에 이르기까지 매우 폭넓게 사용되고 있다.
그러나, 최근에 발포 폴리스티렌은 낮은 인화온도로 인하여 화재 유발 요인으로 지목되고 있어서 사용이 제한되고 있다. 또한 특정의 화학 약품에 민감하여 발포 폴리스티렌에 각종의 기능성을 부여하는데 장해 요인이 되고 있다. 발포 폴리스티렌 제품에 여러가지 기능성을 주기 위해서, 발포 폴리스티렌의 중합 공정 과정 중에 물리적, 화학적 영향을 주지 않는 범주에서 기능성 성분의 첨가량과 물질을 선택해야 하기 때문에 제한적인 선택만이 가능하였다. 또한 발포 폴리스티렌은, 낮은 융점으로 인하여 화재 사고의 발생 때, 그 형태가 쉽게 무너져 가연성의 액상 물질로 전환되는 문제가 있어 선진국을 중심으로 하는 여러 가지 법규에 반하는 단점이 다양한 제품을 만드는데 어려움이 있다.
종래의 경우 발포 폴리스티렌은 난연성과 같이 우수한 기능성을 발휘하는데 매우 유효했지만, 다량의 무기 첨가제가 포함되는 경우, 성형이 저하되고, 열전도율이 높아지는 문제가 있다. 즉, 난연성과 같은 고도의 기능성을 발휘하려면, 바인더의 역할을 담당하는 수지의 양과 거의 동일한 양의 무기물 난연제를 첨가해 코팅 액을 제조해야 하지만, 발포 비드의 표면에 도포하여 스킨층을 형성한 후, 스팀 가열 발포 성형 공정을 실시할 때, 다량의 무기물 첨가제로 인하여 스팀의 내부 침입이 원활히 되지 않으며, 진공 냉각 단계에서 발생 하는 응축수를 무기 첨가제가 흡수하기 때문에 발포 폴리스티렌 입자끼리의 접착력이 저하된다고 하는 문제를 유발하는 문제가 있다.
또한, 최근 샌드위치 패널 등에 사용되고 있는 발포 폴리스티렌의 난연성을 강화하기 위하여 여러 가지 방법이 제시되어 있으나, 기존에는 바인더로서 비닐 아세테이트(vinyl acetate), 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate), 아크릴레이트 모노머(acrylate monomer) 등과 같이, 폴리스티렌보다 낮은 융점을 갖는 열가소성 수지를 사용하므로, 기존 바인더로는 난연성을 향상시킬 수 없다. 또한, 기존 바인더는 난연성 무기물로 알려진 수산화알루미늄, 팽창흑연, 할로겐 원소들을 접착시키는 필요에 의해 사용되므로, 폴리스티렌에 코팅되었을 때, 코팅제 내에 다량의 무기 첨가제가 첨가되어 성형성이 떨어지는 문제점이 있다.
특히 외단열재로 사용되는 EPS경우에는 열전도율이 0.035W/mk 이하이고, 난연성, 내수성 등의 품질규격이 요구된다.
한국 특허등록공보 제10-0660192호(공개일 2006. 12. 14)
본 발명은 발포 폴리스티렌을 이용한 난연제품, 특히 단열재의 난연성을 개선함과 동시에 성형성 및 열전도율, 내수성이 우수한 난연 스티로폼 보드, 이를 효율적으로 제조하는 방법 및 단열재를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 난연성 EPS(Expandable polystyrene) 보드; 및 상기 난연성 EPS 보드의 일면 또는 양면에 도장 처리된 난연 도료층;을 포함하며, 상기 난연성 EPS 보드는 저발포 EPS 입자를 난연 코팅액으로 1 : 0.8 ~ 1.5 중량비가 되도록 코팅시켜서 제조한 준불연 스티로폼 폴의 스팀 성형품이다.
또한, 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 하기 제조방법으로 제조한 것일 수 있다.
또한, 상기 난연 스티로폼 보드는 드라이비드 공법용 난연 스티로폼 보드일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 난연 스티로폼 보드를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 저발포 EPS(Expandable polystyrene) 입자를 난연 코팅액으로 코팅시켜서 준불연 스티로폼 폴을 제조하는 1단계; 상기 준불연 스티로폼 폴을 스팀(Steam)에 찌는 방법으로 성형시켜서 난연성 EPS 보드(board)를 제조하는 2단계; 및 상기 난연성 EPS 보드의 일면 또는 양면을 난연 도료로 도장 및 건조하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 난연 스티로폼 보드를 포함하는 EPS 외단열재를 제공하는데 있다.
발명의 난연 스티로폼 보드(및 외벽 EPS 단열재)는 열전도율이 매우 낮고, 총방출열량이 매우 낮아서 난연성이 우수하면서도, 화재 발생시 포름알데하이드 등의 유해가스 발생량이 적고 , 내수성이 우수하므로, 단열재로 사용하기에 적합하며 특히, 건물 외벽 단열재로 사용하기에 매우 적합하다.
도 1의 A 및 B 는 실시예 1에서 제조한 난연 스티로폼 보드를 찍은 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 난연 스티로폼 보드는 저발포 EPS(Expandable polystyrene) 입자를 난연 코팅액으로 코팅시켜서 준불연 스티로폼 폴을 제조하는 1단계; 상기 준불연 스티로폼 폴을 스팀(Steam)에 찌는 방법으로 성형시켜서 난연성 EPS 보드(board)를 제조하는 2단계; 및 상기 난연성 EPS 보드의 일면 또는 양면을 난연 도료로 도장 및 건조하는 3단계;를 수행하여 제조할 수 있다.
우선 1단계에 대하여 설명한다.
1단계의 상기 저발포 EPS 입자는 저발포성 폴리스티렌 비드(bids) 또는 펠릿(pellets)을 발포시켜 제조한 저발포 EPS 입자를 사용할 수 있다.
1단계의 상기 난연 코팅액은 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 5 ~ 20 중량부, 무기난연제 10 ~ 20 중량부 및 난연 수지 10 ~ 50 중량부를, 바람직하게는 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 10 ~ 18 중량부, 무기난연제 12 ~ 18 중량부 및 난연 수지 20 ~ 40 중량부를, 더욱 바람직하게는 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 10 ~ 15 중량부, 무기난연제 12 ~ 16 중량부 및 난연 수지 25 ~ 35 중량부를 포함할 수 있다.
난연 코팅액 성분 중 상기 팽창흑연은 일정 온도에서 팽창하여 난연 역할을 하는 것으로서, 팽창흑연 사용량이 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 5 중량부 미만이면 난연이 저해되는 문제가 있을 수 있고, 팽창흑연 사용량이 20 중량부를 초과하면 코팅이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 난연 코팅액 성분 중 상기 무기난연제는 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 SiO2, Al2O3 및 수산화마그네슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 무기난연제의 사용량이 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 10 중량부 미만이면 충분한 난연성을 확보하지 못할 수 있고, 20 중량부를 초과하여 사용하는 것은 과다 사용인 바 성형 및 코팅성이 떨어지며, 준불연 스티로폼 폴로부터 무기난연제가 이탈되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 난연 코팅액 성분 중 상기 난연 수지는 무기난연제와 함께 코팅액 내 난연성을 부여하면서 높은 온도를 가열하였을 때 스티로폼이 연화되더라도 코팅층은 그대로 유지될 수 있는 역할을 하는 것으로서, 저발포 폴리스티렌 입자보다 높은 융점을 가지는 비할로겐 난연성 수지인 Si, Na, Ca, Al, Mg 및 B의 무기물로 하이브리드(hybrid)화 된 에멀젼형 수지를 포함할 수 있으며, 바람직한 일례를 들면, 상기 비할로겐 난연성 수지는 폴리비닐알코올, 아크릴아마이드, 아크릴산 및 아크릴로니트릴 중에서 선택된 1종 또는 2 종 이상의 단량체를 중합시킨 공중합체를 포함;하거나, 또는 폴리비닐알코올, 아크릴아마이드, 아크릴산, (메타)아크릴산, 메타크릴산메틸 및 아크릴로니트릴 등의 높은 유리전이온도를 갖는 단량체 및 2 이상의 모노머를 중합시킨 공중합체 중에서 선택된 1종과 아크릴산에스테르, 아세트산비닐, 스티렌 및 에틸렌 비닐 아세테이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 모노머와 중합시킨 공중합체;를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 기존 비닐기, 아크릴기, 스틸렌기 중 적어도 하나를 포함하는 화합물은 열가소성 물질로 화재에 약하여 화재시 유독가스를 발생하므로, 상기 난연 수지는 비닐기, 아크릴기, 스틸렌기 중 적어도 하나를 포함하는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 10 ~ 50 중량%; 유기산 및 유기산의 염, 무기산 및 무기산의 염에서 적어도 하나를 포함하는 열안정제 0.1 ~ 20 중량% 및 잔량의 용매를 포함하는 난연성 발포 폴리스티렌 바인더 수지를 포함할 수 있다. 이때, 상기 상기 유기산 및 유기산의 염은 탄소원자로 구성되어 말단에 카르복실산이나 설폰산이 있는 물질로 아세트산, 아크릴산, 설폰산 등과 그의 염을 의미하며, 또한, 상기 무기산 및 무기산의 염은 비금속원소가 포함된 무기화합물로 염산, 황산, 인산, 탄산, 붕산 등과 그의 염을 의미한다.
그리고, 난연 코팅액 성분 내 상기 난연 수지의 사용량이 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부를 미만이면 난연 스티로폼 보드의 난연성이 저조할 수 있고, 50 중량부를 초과하여 사용하면 난연 코팅액의 점도가 너무 높아져서 코팅성이 오히려 떨어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
1단계의 상기 준불연 스티로폼 폴은 저발포 EPS(Expandable polystyrene) 입자 및 난연 코팅액을 1 : 0.8 ~ 1.5 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 1.2 중량비, 더욱 바람직하게는 1 : 0.95 ~ 1.10 중량비로 저발포 EPS 입자에 난연 코팅액을 도포하여 코팅시킬 수 있다. 이때, 도포는 당업계에서 사용하는 일반적인 방법으로 수행할 수 있으며, EPS입자를 난연 코팅액으로 코팅시 중량비가 0.8이하에서는 난연성이 떨어지고, 1.5 중량비를 초과하면 성형이 어려워지는 문제가 있을 수 있다.
상기 코팅방법을 구체적으로 설명하면, 저발포 폴리스티렌 입자 및 난연 코팅액을 혼합 및 교반하여 난연 코팅액이 코팅된 저발포 EPS 입자를 제조하는 1-1단계; 상기 난연 코팅액이 코팅된 저발포 EPS 입자를 50 ~ 70℃로 온풍 처리하면서 5초 ~ 20초간 교반하면서 코팅된 저발포 EPS 입자를 개개의 알갱이로 분리시키는 1-2단계; 개개의 알갱이로 분리된 코팅처리된 저발포 EPS 입자를 건조하여 준불연 스티로폼 폴을 제조하는 1-3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다. 1-1단계에서 뭉쳐서 코팅처리된 것을 1-2단계에서 분리시켜서 저발포 EPS 입자 마다 고르게 난연 코팅층을 형성시킬 수 있다.
다음으로, 2단계에 대하여 설명한다.
2단계는 1단계에서 제조한 준불연 스티로폼 폴을 당업계에서 사용하는 일반적인 스팀성형기를 이용하여 보드 형태로 성형하여 난연성 EPS 보드를 제조할 수 있다. 바람직한 일구현예를 들면, 준불연 스티로폼 폴을 스팀 성형기에 넣은 후, 0.2 ~ 1kg/㎤의 스팀압력으로 40초 ~ 2 분간 가열하고 5 ~ 15초간 훈련시킨 후, 냉각하여 보드 형태의 저발포 폴리스티렌 성형물인 난연성 EPS 보드를 제조할 수 있다.
다음으로, 3단계에 대하여 설명한다.
3단계는 2단계에서 스팀성형하여 제조한 난연성 EPS 보드의 일면 또는 양면을 난연 도료로 도장 및 건조하여 난연 스티로폼 보드를 제조하는 공정이다.
상기 난연 도료는 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 5 ~ 30 중량부, 무기난연제 10 ~ 30 중량부 및 내수성이 보완된 난연 수지 5 ~ 20 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 15 ~ 25 중량부, 무기난연제 15 ~ 30 중량부 및 내수성이 보완된 난연 수지 10 ~ 20 중량부를, 더욱 바람직하게는 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 18 ~ 25 중량부, 무기난연제 20 ~ 30 중량부 및 내수성이 보완된 난연 수지 15 ~ 20 중량부를 포함할 수 있다.
난연 도료 성분 중 상기 무기난연제는 SiO2, Al2O3 및 수산화마그네슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 무기난연제의 사용량이 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 10 중량부 미만이면 원하는 낮은 수준의 열전도율을 확보하지 못할 수 있고, 30 중량부를 초과하여 사용하는 것은 과다 사용인 바, 오히려 코팅성이 떨어지며, 준불연 스티로폼 폴로부터 무기난연제가 이탈되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
난연 도료 성분 중 상기 내수성이 보완된 난연 수지는 난연 도료 내 팽창흑연 및 무기난연제 성분을 고정하고, 또한 준불연 스티로폼 폴로 제조한 2단계의 보드와 난연 도료간 도료 접착성을 발현하는 역할을 하는 것으로서, 알코올기, 에스터기 및 아미노기 중 적어도 하나를 포함하는 화합물 중에서 선택되는 적어도 2종 이상의 화합물; 실란 커플링제; 다가 알코올; 및 용매;를 포함할 수 있다.
내수성이 보완된 난연 수지 성분 중 상기 화합물 성분은 알코올기(-OH), 에스터기(-COO-) 및 아미노기(-NH2) 중 적어도 하나를 포함하는 화합물(또는 단량체) 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물은 바인더의 주성분으로서, 활성 수소를 포함하고 있어서, 경화제인 이소시아네이트기(-NCO) 및 에폭시기 중 적어도 하나를 포함하는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물(또는 단량체)과 반응하여 공중합체를 형성시킬 수 있다. 상기 화합물들은 모두 활성 수소를 포함하여 반응성이 좋으므로, 에폭시기나 이소시아네이트기와 가교하거나 자기 가교를 일으켜서 내열성을 향상시킬 수 있다.
상기 알코올기를 포함하는 화합물로는 폴리비닐알코올 등을 사용할 수 있다. 에스터기를 포함하는 화합물로는 비닐아세테이트, 아크릴계 화합물 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 아크릴계 화합물로는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 2-하이드록시 에틸 메타크릴레이트 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 아미노기를 포함하는 화합물로는 모노에탄올아민, 트리에탄올아민, 우레아, 멜라민 등을1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 활성 수소를 갖는 반응성 물질들은 아래와 같이 반응할 수 있다. 그러므로, 내수성이 보완된 난연 수지를 제조할 수 있고, 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 코팅되어 난연성 무기물을 소량 사용하여도 난연 기능을 만족할 수 있다.
[반응식 1]
-COOH + R-OH → -COOR + H2O
상기 화합물은 내수성이 보완된 난연 수지 전체 중량에 대하여 10 ~ 50 중량%, 바람직하게는 20 ~ 45 중량%를 포함할 수 있으며, 이때, 10 중량% 미만이면 접착력이나 난연성이 떨어질 수 있고, 50 중량%를 초과하면 수지 점도가 높아져서 작업하기 어려워질 수 있다.
또한, 내수성이 보완된 난연 수지 성분 중 상기 실란 커플링제는 난연성 무기물과의 융착을 돕기 위해서 사용될 수 있다. 실란 커플링제는　같은 분자에 유기와 무기의 2개의 서로 다른 반응기를 포함하는 실리콘에 기반한 화학물질로서, 난연성 무기물질과 유기물질을 포함하는 서로 다른 물질의 결합을 위해 중간에서 접점의 역할을 할 수 있다. 특히, 메톡시, 에톡시, 아세톡시를 포함하는 실란 커플링제는　대부분의 무기 소재 표면에 있는 금속 수산기 그룹(특히 소재가 규소, 알루미늄, 중금속을 포함하는 경우)과 잘 결합하는 성질을 가지며,　실리콘과 결합하는 알콕시실란　그룹은 무기 표면의 잔여 수분 등과 가수분해하여 실라놀기를 형성하고, 실라놀기는 무기 금속 표면의 금속 수산기 그룹과 결합하여 수분을 제거하므로, 금속의 부식을 방지하는데에 효과적이다. 실란 커플링제는 난연제로 첨가된 물질들과의 접착을 증진시킬 수 있고, 소수성의 무기 파우더를 유기 폴리머와 액체에 잘 분산시켜 분산성을 증진시킬 수 있다. 실란에 있는 유기그룹은 반응성 유기그룹(예 유기 관능그룹)이나, 비반응형 유기그룹일 수 있고, 유기그룹은 열안정 특성 변화와 더불어 소수성 및 친수성일 수 있다. 알콕시 실란은 폴리머의 백본에　트리알콕시실릴 그룹을 붙이기 위하여 유리 폴리머와 반응할 수 있다. 실란은 습기와 반응하여 가교하면서 안정된 3차원 실록산 구조를 형성함으로써, 아크릴 및 우레탄과 같은 유기 수지의 내구성, 내수성, 내열성을 강화시킬 수 있다.
본 발명에서 사용하는 상기 실란 커플링제로는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 실란 커플링제로서 (N,N-디에틸아미노메틸)트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 난연 바인더 수지 전체 중량 중 0.01 ~ 0.5 중량%, 바람직하게는 0.05 ~ 0.4 중량%를 포함할 수 있는데, 이때, 0.01 중량% 미만이면 무기난연제와의 접착력이 떨어질 수 있고, 0.5 중량%를 초과하면 비경제적이다.
[화학식 1]
R1Si(R2)3
상기 화학식 1에서, R1은 질소를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 ~ 10의 알킬기이고, R2는 메톡시기, 에톡시기 또는 아세톡시기이다.
또한, 내수성이 보완된 난연 수지 성분 중 상기 다가 알코올은 물보다 비점이 높아 바인더가 건조된 후 형성된 필름(스킨층)의 내수성을 향상시킬 수 있다. 다가 알코올로는 글리세린, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 다가 알코올은 난연 바인더 수지 전체 중량 중 0.1 ~ 5 중량%로, 바람직하게는 0.5 ~ 3.5 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 다가 알코올의 함량이 0.1 중량% 미만이면 난연 도료층의 내수성이 떨어질 수 있고, 5 중량%를 초과하면 난연 도료와 발포 스티렌 보드간 접착력이 떨어질 수 있다.
또한, 내수성이 보완된 난연 수지 성분 중 상기 용매로는 물 및 알코올류 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 용매의 함량은 난연 바인더 수지 전체 중량 중 상기 화합물, 실란 커플링제, 다가 알코올 외 나머지 잔량이다.
그리고, 상기 난연 도료는 팽창흑연, 무기난연제, 난연 바인더 수지 외에 난연성 등 본 발명의 난연 스티로폼 보드의 유리한 물성을 해하지 않는 범위 내에서 안료, 자외선 차단제, 발수제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
상기 1단계 내지 3단계의 공정을 수행하여 제조한 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 난연성 EPS(Expandable polystyrene) 보드; 및 상기 난연성 EPS 보드의 일면 또는 양면에 도장 처리된 난연 도료층;을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 난연성 EPS 보드는 그 사용 용도에 따라 두께를 조절할 수 있으며, 상기 난연 도료층은 평균두께 0.1 ~ 1mm, 바람직하게는 평균두께 0.2 ~ 1 mm, 더욱 바람직하게는 0.3 ~ 0.8 mm의 두께로 도장 처리하는 것이 좋다.
이러한, 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 난연성 EPS 보드가 평균두께 50 mm이고, 난연성 EPS 보드 양면에 형성된 난연 도료층의 평균두께가 각각 0.5 ㎛일 때, KS L 9016:2010에 의거하여 측정시, 열전도율이 0.020 ~ 0.038 W/mk (21~25℃, 상대습도 45 ~ 55% 기준), 바람직하게는 0.026 ~ 0.034 W/mk (21~25℃, 상대습도 45 ~ 55% 기준)일 수 있다.
또한, 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 난연성 EPS 보드가 평균두께 50 mm이고, 난연성 EPS 보드 양면에 형성된 난연 도료층의 평균두께가 각각 0.5 ㎛일 때, KS F ISO 5660-1:2008에 의거하여 측정시, 총방출열량이 8 MJ/m2 이하, 바람직하게는 5 MJ/m2 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 4.6 MJ/m2일 수 있다.
또한, 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 난연성 EPS 보드가 평균두께 50 mm이고, 난연성 EPS 보드 양면에 형성된 난연 도료층의 평균두께가 각각 0.5 ㎛일 때, KS F ISO 5660-1:2008에 의거하여 측정시, 열방출율이 연속으로 200 kW/ m2을 초과하는 시간이 10초 이하일 수 있으며, 바람직하게는 5초 이하일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1초 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 난연성 EPS 보드가 평균두께 50 mm이고, 난연성 EPS 보드 양면에 형성된 난연 도료층의 평균두께가 각각 0.5 ㎛일 때, KS F ISO 5660-1:2008에 의거하여 측정시, 난연 스티로폼 보드를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융이 발생하지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 난연성 EPS 보드가 평균두께 50 mm이고, 난연성 EPS 보드 양면에 형성된 난연 도료층의 평균두께가 각각 0.5 ㎛일 때, KS F 2271:2016에 의거하여 가스 유해성 측정시, 시험체(mouse)의 행동정지시간이 9분 이상일 수 있다.
이러한, 본 발명의 난연 스티로폼 보드는 단열재로 적용하기에 적합하며 바람직한 일구현예로는 드라이비트 공법용 건물 EPS 외단열재로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 건물 외벽 EPS 복합 패널에 적용할 수도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
준비예 1 : 난연 코팅액의 제조
폴리스티렌 수지 100 중량부, 팽창흑연 14 중량부, 무기난연제인 SiO2, 15 중량부 및 유리전이온도가 102℃인 메틸메타아크릴 수지-에틸아크릴에스테르 수지(난연 수지) 30 중량부를 혼합하여 난연 코팅액을 제조하였다.
준비예 2 : 난연 도료의 제조
폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 21.2 중량부, 무기난연제인 수산화마그네슘 24.5 중량부 및 내수성이 보완된 난연 수지 18.5 중량부를 혼합하여 난연 도료를 제조하였다.
이때, 상기 내수성이 보완된 난연 수지는 교반기, 콘덴서, 질소가스 도입관, 개시제 및 모노머 투입구, 온도조절형 수조가 장치된 반응기에, 물 500 g 및 폴리비닐알코올 50 g을 넣고 80℃ 조건에서 가온 교반하면서, 상기 반응물에 비닐 아세테이트 모노머 200 g 및 아크릴산 200 g을 2시간 동안 적하한 후, 상기 반응기에 증류수 200 g을 넣고, 질소를 치환하면서 온도 75℃로 조정한 후, 2시간 동안 교반을 지속하였다. 이후, (N,N-디에틸아미노메틸)트리메톡시실란 0.6 g을 2시간 동안 균일하게 배합하였다. 상기 반응물을 80℃에서 2시간 동안 방치한 후, 모노에탄올아민 20 g 및 에틸렌글리콜 2 g을 투입하여 제조한 난연성 바인더 수지(고형분 약 40%)를 사용하였다.
실시예 1 : 난연 스티로폼 보드의 제조
용량 100 L의 리본 믹서에 비중 15kg/m3의 저발포 폴리스티렌 입자를 넣은 후, 50 rpm의 속도로 교반하면서, 상기 준비예 1에서 제조된 난연 코팅액을 첨가하여 1 분간 리본 믹서를 가동시켜 상기 수지 용액이 발포 입자에 균일하게 도포될 수 있도록 하여 난연 코팅액이 코팅된 저발포 EPS 입자를 제조하였다. 다음으로, 상기 난연 코팅액이 코팅된 저발포 EPS 입자를 60℃로 온풍 처리하면서 코팅된 저발포 EPS 입자를 개개의 알갱이로 분리시켰다. 다음으로, 개개의 알갱이로 분리된 코팅처리된 저발포 EPS 입자를 건조하여 준불연 스티로폼 폴을 제조하였다. 이때, 준불연 스티로폼 폴은 저발포 EPS 입자 및 난연 코팅액의 중량비는 1 : 1.0 중량비였다.
다음으로, 제조한 준불연 스티로폼 폴을 EPS용 스팀 성형기에 넣은 후, 0.5 kg/㎤의 스팀압력으로 60초간 가열하고 10초간 훈련시킨 후, 냉각하여 보드 형태의 저발포 폴리스티렌 성형물인 난연성 EPS 보드(평균두께 50mm)를 제조하였다.
다음으로, 상기 난연성 EPS 보드를 양면을 상기 준비예 2에서 제조한 난연 도료를 도포한 후, 건조시켜서 약 0.5 mm 두께의 난연 도료를 코팅시켜서 최종 난연 스티로폼 보드(외벽 EPS 단열재)를 제조하였다.
그리고, 제조한 난연 스티로폼 보드의 사진을 도 1 A 및 B 에 나타내었다.
실시예 2 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 난연 스티로폼 보드를 제조하되, 준불연 스티로폼 폴 제조시, 저발포 EPS 입자 및 난연 코팅액의 중량비가 하기 표 1을 만족하도록 하여 실시예 2 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2를 실시하였다.
구분 저발포 EPS 입자 및 난연 코팅액의 중량비
실시예 1 1 : 1.00 중량비
실시예 2 1 : 0.90 중량비
실시예 3 1 : 1.40 중량비
비교예 1 1 : 0.70 중량비
비교예 2 1 : 1.60 중량비
실험예 1 : 열전도율 측정
실시예 및 비교예에서 제조한 난연 스티로폼 보드 각각에 대한 열전도율을 한국건설행활환경시험연구원에 의뢰하여 측정(시험기간 2017.11.27 ~ 2017.12.13)하였으며 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이때, 열전도율은 KS L 9016:2010에 의거하여 측정하였다.
구분 열전도율 (W/mk) 비고
실시예 1 0.032 23(±2)℃, 상대습도 50(±5)%
실시예 2 0.034
실시예 3 0.026
비교예 1 0.034
비교예 2 0.042
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1의 경우, 적정 열전도율을 가지는데 반해, 비교예 2의 경우 열전도율이 너무 높은 문제가 있었다.
실험예 2 : 열방출시험 및 가스 유해성 측정
실시예 및 비교예에서 제조한 난연 스티로폼 보드 각각에 대한 열전도율을 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 측정(시험기간 2017.11.24 ~ 2018.1.5)하였으며 그 결과를 하기 표 5 ~ 표 6에 나타내었다. 그리고, 표 6의 실시예 2 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2는 3회 실험 평균값을 나타내었다. 그리고, 표 3은 시험규격을 나타낸 것이고, 표 4는 가스 유해성 시험에 사용된 시험체를 나타낸 것이다.
그리고, 열방출시험은 KS F ISO 5660-1:2008에 의거하여 측정하였으며, 가스 유해성은 KS F 2271:2016에 의거하여 측정하였다.
구분 시험 방법 시험 규격
난연 2급
(준불연재)		 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 한다. 한국산업규격 KS F ISO 5660-1〔연소성능시험-열 방출, 연기 발생, 질량 감소율-제1부:열 방출률(콘칼로리미터법)〕
실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상 한국산업규격 KS F 2271
난연 3급 (난연재) 가열시험 개시 후 5분간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며, ５분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200kW/㎡를 초과하지 않으며, 5분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다) 등이 없어야 한다. 한국산업규격 KS F ISO 5660-1
가스유해성 시험 결과, 실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상. 한국산업규격 KS F 2271
마우스 혈통 마우스 성별 마우스 평균무게(g)
ICR 암컷 19
시험항목 실시예 1 판정기준
1회 2회 3회
열방출
시험		 총방출열량(MJ/m2) 1.7 1.8 4.6 8 MJ/m2 이하
열방출율이 연속으로 200 kW/m2 초과하는 시간(초) 0 0 0 10초 이하
시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융 등 없음 없음 없음 없을 것
가스 유해성 행동정지시간(분:초) 14:52 14:58 - 9분 이상
시험항목 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
열방출
시험		 총방출열량(MJ/m2) 3.8 1.6 5.9 1.2
열방출율이 연속으로 200 kW/m2 초과하는 시간(초) 1.5 0 7.5 0
시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융 등 없음 없음 있음 없음
가스 유해성 행동정지시간(분:초) 14:23 16:34 9:18 17:07
상기 표 5 및 표 6의 실험결과를 살펴보면, 본 발명의 난연 스티로폼 보드가 한국산업규격 KS F ISO 5660-1 및 한국산업규격 KS F 2271을 만족할 뿐만 아니라, 이 규격 보다 매우 우수한 난연성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 비교예 1의 경우, 실시예 2와 비교할 때, 난연성이 크게 떨어지는 문제가 있음을 확인할 수 있다.

Claims (10)

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  9. 난연성 EPS(Expandable polystyrene) 보드; 및
    상기 난연성 EPS 보드의 일면 또는 양면에 도장 처리된 난연 도료층;을 포함하며,
    상기 난연성 EPS 보드는 저발포 EPS 입자를 난연 코팅액으로 1 : 0.8 ~ 1.4 중량비가 되도록 코팅시켜서 제조한 준불연 스티로폼 폴의 스팀(steam) 성형품이며,
    상기 난연 코팅액은 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 5 ~ 20 중량부, 무기난연제 10 ~ 20 중량부 및 난연 수지 10 ~ 50 중량부를 포함하고,
    상기 난연 수지는 저발포 폴리스티렌 입자보다 높은 융점을 가지며, Si, Na, Ca, Al, Mg 및 B의 무기물로 하이브리드(hybrid)화 된 에멀젼형 수지를 포함하며,
    상기 난연 도료층은 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 팽창흑연 10 ~ 30 중량부, 무기난연제 10 ~ 30 중량부 및 내수성이 보완된 난연 수지 10 ~ 30 중량부를 포함하는 난연 도료로 형성된 것이고,
    상기 내수성이 보완된 난연 수지는 알코올기, 에스터기 및 아미노기 중 적어도 하나를 포함하는 화합물 중에서 선택되는 적어도 2종 이상의 화합물 10 ~ 50 중량%; 하기 화학식 1로 표시되는 실란 커플링제 0.01 ~ 0.5 중량%; 글리세린, 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 다가 알코올 0.1 ~ 5 중량%; 및 잔량의 용매;를 포함하며,
    상기 난연성 EPS 보드는 평균두께 50 mm이고, 상기 난연성 EPS 보드 양면에 형성된 난연 도료층의 평균두께가 각각 0.5 ㎛일 때, KS L 9016:2010에 의거하여 측정시, 난연 스티로폼 보드의 열전도율이 0.026 ~ 0.035 W/mk이고,
    상기 난연성 EPS 보드는 KS F ISO 5660-1:2008에 의거하여 측정시, 총방출열량이 5 MJ/m2 이하이고, 열방출율이 연속으로 200 kW/ m2을 초과하는 시간이 5초 이하인 것을 특징으로 하는 난연 스티로폼 보드.
    [화학식 1]
    R1Si(R2)3
    상기 화학식 1에서, R1은 질소를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 ~ 10의 알킬기이고, R2는 메톡시기, 에톡시기 또는 아세톡시기이다.
  10. 제9항의 난연 스티로폼 보드를 포함하는 EPS 외단열재.
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