KR102125544B1 - 난연성 세라믹 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스티로폼 보드와, 상기 스티로폼 보드의 양측에 각각 부착되는 내측 세라믹 보드 및 외측 세라믹 보드를 포함하는 난연성 세라믹 패널에 관한 것으로, 상기 스티로폼 보드와 상기 내측 세라믹 보드 및/또는 외측 세라믹 보드 사이에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물이 적층되며, 상기 내측 및 외측 세라믹 보드는 무기질 난연제를 포함하는 난연성 세라믹 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 단열성, 항균성, 차음성을 모두 향상시킨 세라믹 보드를 제공할 수 있다.

Description

난연성 세라믹 패널{Flame Retardant Ceramic Panel}
본 발명은 건축물의 벽체, 외벽 등의 건축용 내외장재로 사용되는 난연성 세라믹 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스티로폼 패널과 상기 스티로폼 패널의 양측에 각각 부착되는 내측 세라믹 패널 및 외측 세라믹 패널로 이루어지며, 상기 스티로폼 패널과 상기 내측 세라믹 패널 사이에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물이 적층되는 난연성 세라믹 패널에 관한 것이다.
일반적으로 건축용 패널은 내부 단열재의 종류에 따라 EPS(Expandable Poly Styrene) 패널, 발포 폴리우레탄 패널, PIR(Polyisocyanurate) 패널, 유리섬유(Glass Wool) 패널로 나눌 수가 있다.
그러나 상기 EPS 패널은 가장 널리 사용되는 패널로서, 스티로폼 패널로 불리며, 내화성능 확보가 불가능하여 내화성능이 요구되는 부위에는 적용할 수 없고, 더구나 불연성능 역시 확보되지 않아 적용 가능한 부위가 극히 미약하고 실내측에서 관찰되는 부위에도 적용할 수 없어 사용이 제한적이다.
다만, 저가이며 성형성이 좋아, 창고, 가건물 등의 건축물에 널리 사용되나, 화재 발생시 스티로폼이 연소하면서 유독성 가스를 발생하며, 스티로폼이 녹아내려 패널이 주저앉아 상기 패널을 사용하는 건축물이 붕괴되면서 인명 및 재산피해를 발생시키는 문제가 있다.
또한, 상기 PIR 패널은 난연3급의 불연성능을 지니고 있으나 내화성능 확보가 불가능하며, 따라서 난연 2급 이상의 불연성능 또는 내화성능이 요구되는 부위에는 사용이 불가능하며, 또한 고가라는 약점을 지니고 있다.
또한, 상기 유리섬유 패널은 내화성능 확보가 가능하여 적용가능 부위가 다양한 반면에, 수분에 취약해서 물에 노출될 경우 치명적인 피해를 입어 샌드위치 패널의 기능을 상실하기 쉽고, 재단 및 설치 작업시 유리섬유 분진으로 인해 작업자들이 시공을 기피하는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 공개특허공보 10-1992-17801호 및 등록특허공보 10-135439호에는 발포수지로 이루어진 단열재를 중간 삽입재로 하고 폴리머 콘크리트를 외벽제로 하는 샌드위치 패널이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2001-003718호에는 석판재를 이용하여 안쪽 내부에 공동부가 형성된 다층 또는 단층블럭을 만들고 상기 공동부에 콘크리트 폐기물 등의 충진물을 충진시키거나 타설한 후 활석공정을 통하여 제작한 조립 식 간막이용 박판 스톤 샌드위치 패널과 보차도용 경계석이 개시되어 있으며, 대한민국 등록실용신안 10-344475호에는 내부가 빈 육면체 형상의 샌드위치 패널 스킨의 내부 공간에 경량기포 콘크리트를 주입식으로 충전한 샌드위치 패널이 개시되어 있다.
그러나 상기 특허문헌에서는 샌드위치 패널들은 콘크리트나 석재를 사용하여 중량이 무겁고 가공성이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 흡수율이 높아 습도가 높은 계절에 세균이 번식할 위험성이 있고, 대형건축물에 설치함에 있어 중량과다와 못 지지력 등의 강도가 약하며, 밀집된 도시에서 차음 및 화재시 난연성 등의 많은 문제점을 안고 있다.
중량이 무거운 문제점을 해결하기 위해서 경량 샌드위치 패널에 관한 기술이 개발되고 있으며, 이러한 예로, 일본 공개특허공보 특개평07-300913호에서는 코어재의 공간 내에 무기계 경량 조성물을 충진하되 코어재가 복수의 강간으로 나누어진 허니컴 구조 또는 콜게이트 구조로 이루어진 패널이 기재되어 있고, 국제특허공보 제2006-049444호에서는 발포 무기소재를 단열재로 사용하여 내화, 내수, 불연, 강성 측면에서 효과가 있는 패널이 기재되어 있다.
그러나 이들 패널은 무게를 감소시킨 것 외에 패널에 번식하는 세균, 곰팡이를 방지하며, 아파트 등의 복합주택에서 발생하는 소음을 차단하는 차음성 등을 충분히 나타내지 못하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 10-1992-17801호 대한민국 등록특허공보 10-135439호 대한민국 공개특허공보 10-2001-003718호 대한민국 등록실용신안 10-344475호 일본 공개특허공보 특개평07-300913호 국제특허공보 제2006-049444호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 세라믹 재료로 건축용 보드를 구성하되, 심재 표면에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물을 적층함으로써 난연성 뿐만 아니라, 단열성, 항균성, 차음성을 모두 개선시킨 세라믹 보드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 난연성 세라믹 패널은 스티로폼 보드와, 상기 스티로폼 보드의 양측에 각각 부착되는 내측 세라믹 보드 및 외측 세라믹 보드를 포함하는 난연성 세라믹 패널로서, 상기 스티로폼 보드와 상기 내측 세라믹 보드 및/또는 외측 세라믹 보드 사이에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물이 적층되며, 상기 내측 및 외측 세라믹 보드는 무기질 난연제를 포함하는 난연성 세라믹 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 난연성 세라믹 조성물은 규사, 장석, 석회석 중 어느 하나 또는 그 이상의 세라믹 분말, 규산염계 무기질 난연제, 열가소성 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 상기 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물은 코르크 분말, 브롬화 에폭시 수지, 계면활성제, 용제를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 브롬화 에폭시 수지는 브롬 함량이 15 내지 25 중량%이고, 상기 코르크 분말은 20 메쉬 이하로 분쇄된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 세라믹 보드는 심재 표면에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물을 적층한 세라믹 소재의 보드로서 난연성 뿐만 아니라, 단열성, 항균성, 차음성을 모두 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 난연성 세라믹 패널은 스티로폼 보드와, 상기 스티로폼 보드의 양측에 각각 부착되는 내측 세라믹 보드 및 외측 세라믹 보드를 포함하는 난연성 세라믹 패널로서, 상기 스티로폼 보드와 상기 내측 세라믹 보드 및/또는 외측 세라믹 보드 사이에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물이 적층되며, 상기 내측 및 외측 세라믹 보드는 무기질 난연제를 포함하는 난연성 세라믹 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
통상적인 세라믹 패널은 2장의 세라믹 보드 사이에 단열재 및 심재로서 스티로폼이 사용되며, 난연성을 향상시키기 위하여 상기 스티로폼 대신에 종래기술에서 개시된 바와 같은 난연성 발포제 등을 사용하게 된다.
이러한 난연성 발포제 등의 재료는 스티로폼에 비해 난연성은 뛰어나나 제조단가가 비싸고 스티로폼과 같은 정도의 가공성 및 제품신뢰성을 얻을 수 없으므로, 스티로폼을 단열재 및 심재로 사용하는 것이 제조단가나 공정 면에서 가장 유리하다.
본 발명자들은 스티로폼을 사용하면서도 이때 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 단열재 및 심재인 스티로폼 보드와 상기 내측 세라믹 보드 사이에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물을 적층함으로써 스티로폼 보드의 난연성을 향상시키면서도 스티로폼 보드만을 사용했을 때보다 향상된 단열성과 코르크 분말로부터 얻어지는 항균성, 차음성의 효과를 동시에 얻을 수 있음을 발견하였다.
본 발명에서 상기 난연성 조성물은 코르크 분말, 브롬화 에폭시 수지, 계면활성제, 용제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
코르크 분말은 굴참나무 껍질수피의 표피, 피층, 1차사부, 2차사부 중 피층에서 형성되는 다공질 세포이며, 1㎤ 당 벌집모양의 다공질세포가 4,200만여 개로 형성되며, 화학적 조성은 목질부에 있는 셀룰로오스가 거의 없고 대부분 지방산과 소량의 리그닌, 회분, 수지 및 탄수화물을 함유하고 있다. 다공질세포로 된 코르크의 특성은 불투과성이며, 탄력성과 유연성이 있는 격실이며, 접착체는 열절연체이고, 10% 희석된 끊는 염산에도 침투되지 않을 정도로 액체가 통과하지 못한다.
상기 코르크 분말은 대한민국 등록특허공보 10-0957049호, 10-0222241호 등에서 판상재로 사용할 때 원적외선 방사, 항균, 방충, 항곰팡이, 탈취 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 건축내장제의 흡음재로도 사용되고 있다.
따라서, 상기 코르크 분말을 포함하는 도포층이 도포된 스티로폼 보드는 여름철 등 습기가 많은 환경에서 수분이 스티로폼 보드 내부로 침투하여 곰팡이, 세균 등이 번식하는 문제를 해결해 줄 수 있게 된다.
본 발명에서는 상기 코르크 분말만으로는 난연성능을 얻을 수 없으므로, 상기 코르크 분말을 포함한 난연성 조성물로서 도포층을 형성하게 된다.
본 발명의 난연성 조성물에 사용되는 상기 브롬화 에폭시 수지는 브롬 원자를 포함하고 있어 난연성 수지로서 사용된다. 이러한 브롬화 에폭시 수지는 국도화학, 우진고분자 등에서 시판하는 제품을 사용할 수 있다. 상기 브롬화 에폭시 수지는 브롬 함량이 15 내지 25 중량%인데, 이는 브롬화 에폭시 수지의 제조 조건에 따라 달라지게 된다.
따라서 요구되는 난연특성에 따라 상기 브롬화 에폭시 수지의 함량을 조절하거나, 브롬 함량이 40 중량% 이상인 브롬화 에폭시 수지로 치환하여 사용할 수도 있다. 브롬 함량이 40 중량% 이상인 브롬화 에폭시 수지는 테트라브로모비스페놀 A의 디글리시딜 에티르 중합체로서 분자량이 500 내지 3000이 되도록 합성하여 사용할 수 있다.
상기 브롬화 에폭시 수지는 20 내지 40 중량부를 사용하는 것을 바람직하다. 즉, 20 중량부 미만이면 난연효과가 충분하지 못하며, 40 중량부를 초과하면 코르크 분말의 함량이 상대적으로 적어져 항균 및 차음 효과를 충분히 얻을 수 없으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 코르크 분말은 수지, 용제, 계면활성제 등과 균일하게 혼합되어야 하므로 20 메쉬 이하로 분쇄된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 코르크 분말의 크기가 20 메쉬 이상이면 조성물로서의 분산도가 떨어져 도포층을 형성했을 때 전체 도포층에서 충분한 난연성을 발현하지 못하는 부분들이 발생하게 되므로 바람직하지 않다.
상기 코르크 분말은 코르크 분말 30 내지 50 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 코르크 분말이 30 중량부 미만이면 항균 및 차음 효과를 충분히 얻을 수 없고, 50 중량부를 초과하면 코르크 분말이 지나치게 많아 분산성이 떨어져 적층 후 불량이 발생하므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 계면활성제는 통상의 분산제로 사용될 수 있는 계면활성제라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 전체 조성물의 분산도를 감안하여 0.1 내지 1 중량부의 범위에서 적절히 배합된다.
용제는 알코올, 물 또는 알코올과 물의 혼합물을 사용할 수 있으며, 상기 알코올로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올 중 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있다. 상기 용제는 10 내지 30 중량부를 사용하는 것이 적합하며, 조성물 전체의 분산도를 감안하여 적절히 사용될 수 있다.
본 발명에서 세라믹 보드는 규사, 장석, 석회석 중 어느 하나 또는 그 이상의 세라믹 분말, 규산염계 무기질 난연제, 열가소성 수지를 포함하는 난연성 세라믹 조성물로 제조된다.
이때, 상기 세라믹 분말은 0.02~0.1mm 크기의 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 분말의 크기가 0.1mm를 초과하면 조성물의 균일한 혼합이 이루어지지 않아 세라믹 보드 성형 후 강도 및 내구성이 떨어지며, 0.02mm 미만의 분말은 입자가 너무 작아 성형성이 떨어지게 되므로 상기 크기의 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 분말은 20 내지 50 중량부를 사용할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나면 세라믹 분말이 지나치게 많거나 적게 되어 조성물 전체의 균일한 혼합 및 세라믹 성분으로 인한 특성을 얻을 수 없게 되므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열가소성 수지는 통상의 열가소성 수지라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으나, 아크릴 수지, 초산비닐 수지, 메타크릴레이트 수지, 폴리에틸렌 수지 중 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있다.
상기 수지는 조성물 전체의 혼합 및 성형성의 향상을 위해 20 내지 50 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 무기질 난연제는 인 함유 난연제를 사용할 수도 있으나, 친환경적 소재로서 규산염을 사용할 수 있고, 규산염 난연제와 인 함유 난연제를 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 무기질 난연제는 난연 효과를 충분히 발생시키기 위하여 조성물 전체에 대해 20 내지 60 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 함량은 무기질 난연제의 종류 및 목적하는 난연성능에 따라 달라지나 상기 범위를 벗어나면 난연제가 지나치게 많거나 적어 보드의 성형 후 내구성이 떨어지게 되므로 상기 함량 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 세라믹 보드는 통상의 압출성형으로 제조될 수 있다.
즉, 재료를 혼합하고, 이를 압출기에 투입하여 20 내지 250℃로 가열하면서 밀 롤을 통과하여 소정의 두께로 성형하고, 절단, 양생함으로써 제조될 수 있다.
또한, 필요에 따라 성형 후 외부에 난연 및 흡음성 세라믹 코팅을 부가할 수도 있다.
또한, 본 발명의 난연성 세라믹 패널은 통상의 제조방법으로 제조될 수 있다.
즉, 심재인 스티로폼 패널의 일측 또는 양 측면에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물을 스프레이 또는 도포하고 열프레스에서 10±5 kgf/㎤의 압력 및 60 내지 110℃의 온도로 2 내지 10분간 압착 적층하거나 롤코팅 방식으로 코팅하고 열풍건조기로 건조, 숙성함으로써 도포층을 형성한 후, 상기 심재의 양측면에 세라믹 보드를 접합하고 마감처리함으로써 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 패널은 용도에 따라 상기 세라믹 보드 중 하나 또는 모두의 외측면에는 난연 목재 톱밥 조성물의 코팅층을 형성하여 시각적 효과를 구현할 수 있다.
상기 난연 목재 톱밥 조성물은 10mm 이하, 바람직하게는 5mm로 분쇄한 목재 톱밥과 우레탄 또는 아크릴 수지 및 규산염 난연제를 혼합하여 제조한 것으로 이러한 난연 목재 톱밥 조성물을 표면에 코팅함으로써 세라믹 패널의 외관을 바꿀 수 있어, 건축내장용 등의 용도로 사용하기에 적합한 제품을 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기 목재 톱밥은 자원재활용의 측면에서 가구나 건축폐기물에서 발생하는 폐목재를 사용할 수도 있다.
[실시예 1]
15 메쉬로 분쇄한 코르크 분말 400g, 브롬화 에폭시 수지(YDB-424A80) 200g, BYK-103 5g, 에탄올과 물의 혼합용매(1:1 중량비) 200g을 혼합하여 난연제 조성물을 제조하였다.
상기 난연제 조성물을 0.5×0.5m의 스티로폼 보드에 도포하고, 열프레스에서 10±5 kgf/㎤의 압력 및 80℃의 온도로 5분간 압착하여 스티로폼 보드를 제조하였다.
이와는 별도로, 규사 3kg, 아크릴 수지 3kg, 규산염 3.5kg을 혼합하고, 이를 압출기에 투입하여 200℃로 가열하면서 밀 롤을 통과하여 1㎝ 두께로 성형하고, 0.5×0.5m 크기로 절단한 후 실온에서 하루 양생하여 세라믹 보드를 제조하였다.
제조된 세라믹 보드 2매의 사이에 상기 스티로폼 보드를 개재하고 열압착하여 세라믹 패널을 제조하였다.
[비교예 1]
난연제 조성물을 도포하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 세라믹 패널을 제조하였다.
상기 세라믹 패널에 대하여 난연성, 단열성, 항균성, 차음성에 대한 시험을 하였다.
난연성은 KS F 2271-'98에 의하여 시험하였고, 단열성은 FT-IR로 40℃에서의 원적외선 방사율을 측정하였다. 또한, 실시예 1의 스티로폼 보드 1×1×1cm와 비교예 1의 스티로폼 보드 1×1×1cm에 대하여 대장균(Escherichia coli)을 배양시킨 후 24시간 후의 균수를 측정하여 항균성 여부를 평가하였다. 차음성은 KS F2810-1/2에 따른 바닥 충격음 측정방법을 이용하여 주파수 63Hz에 대한 측정음으로 평가하였다.
시험결과는 아래 표 1과 같다.
실시예 1 비교예 1
차음성 49 58
항균성(개/㎖) 46 350
원적외선 방사율 0.92 0.75
난연성 1급 1급
상기 시험결과로부터 본 발명의 세라믹 패널에 대해서는 차음성, 항균성, 단열성, 난연성을 모두 만족하는 효과가 나타남을 확인할 수 있었다. 비록 비교예 1에서도 난연성 세라믹 패널을 사용하여 난연 효과를 얻을 수 있었으나, 차음성, 단열성이 낮았고, 특히 항균성이 매우 나빠 건축자재로 장기간 사용시 세균, 곰팡이에 대해 취약할 것으로 예상되었다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기 실시예 등에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속하는 것이 자명하다.

Claims (5)

  1. 스티로폼 보드와, 상기 스티로폼 보드의 양측에 각각 부착되는 내측 세라믹보드 및 외측 세라믹 보드를 포함하는 난연성 세라믹 패널로서,
    상기 스티로폼 보드와 상기 내측 세라믹 보드 및 외측 세라믹 보드의 사이에 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물이 적층되며,
    상기 내측 및 외측 세라믹 보드는 무기질 난연제를 포함하는 난연성 세라믹 조성물로 이루어지며,
    상기 난연성 세라믹 조성물은 0.02 내지 0.1㎜ 크기의 규사, 장석, 석회석 중 어느 하나 또는 그 이상의 세라믹 분말 20 내지 50 중량부, 규산염계 무기질 난연제 20 내지 60 중량부, 열가소성 수지 20 내지 50 중량부로 이루어지며,
    상기 코르크 분말을 포함하는 난연성 조성물은 15 메쉬로 분쇄된 코르크 분말 30 내지 50 중량부, 브롬 함량이 15 내지 25 중량%인 브롬화 에폭시 수지 20 내지 40 중량부, 계면활성제 0.1 내지 1 중량부, 용제 10 내지 30 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 세라믹 패널.
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