KR102149236B1

KR102149236B1 - 팽창흑연 도막이 형성된 불연성의 페놀 폼의 제조방법 및 상기의 방법으로 제조된 페놀 폼

Info

Publication number: KR102149236B1
Application number: KR1020180033949A
Authority: KR
Inventors: 김재천
Original assignee: 김재천
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2020-08-28
Also published as: KR20190111598A

Abstract

본 발명은 팽창 흑연의 도막을 형성시킨 페놀수지 혼합물의 발포 폼의 제조방법 및 상기의 방법으로 제조된 발포 폼(이하 페놀 폼이라 한다)에 관한 것으로, 팽창율(Expansion rato) 20ml/g - 500ml/g이며, 입도직경이 20mesh - 300mesh 인 팽창흑연의 도막을 페놀 폼 표면에 도포하여 형성시키는 방법 및 팽창 흑연의 도막이 형성된 페놀 폼 단열재를 얻기 위하여 페놀수지 혼합물을 발포 경화 성형 및 성형한 페놀 폼의 표면층에 팽창흑연 도막을 형성하여 불연성의 페놀 폼을 수득하기 위한 것으로 발포 팽창율은 20ml/g - 500 ml/g이며, 입도직경이 20mesh - 300mesh인 물성을 갖는 것이 바람직하다.

Description

팽창흑연 도막이 형성된 불연성의 페놀 폼의 제조방법 및 상기의 방법으로 제조된 페놀 폼 {A method for producing an incombustible phenol foam having an expanded graphite coating and a method for producing a phenol foam}

본 발명은 팽창 흑연의 도막을 형성시킨 페놀수지 혼합물의 발포 폼의 제조방법 및 상기의 방법으로 제조된 발포 폼(이하 페놀 폼이라 한다)에 관한 것으로, 팽창율(Expansion rato) 20ml/g - 500ml/g이며, 입도직경이 20mesh - 300mesh인 팽창흑연의 도막을 페놀 폼 표면에 도포하여 형성시키는 방법 및 팽창 흑연의 도막이 형성된 페놀 폼 단열재를 얻기 위한 것이다.

보다 상세하게는 페놀수지 혼합물을 발포 경화 성형하는 단계 및 성형한 페놀 폼의 표면층에 팽창흑연 도막을 형성하여 불연성의 페놀 폼을 수득하기 위한 것으로 발포 팽창율은 20ml/g - 500ml/g이며, 입도직경이 20mesh - 300mesh인 물성을 갖는 것이 바람직하다.

페놀폼은 페놀수지를 발포시킨 열경화성 수지의 발포성 단열재로 페놀수지 혼합액에 정포제, 발포제, 경화제 등을 투입하여 발포 경화하여 제조하며 단열성이 우수하고 고온에서의 기계적 물성도 뛰어나지만 준불연 재료 성능으로 미달되며 흡수율이 높고 폼에 잔류하는 미반응한 포름알데히드와 산성 경화제로 인하여 접촉하는 금속 및 비철금속이 쉽게 부식하는 단점이 있다.

페놀 폼은 일반적으로 페놀수지 혼합액을 발포한 열경화성 단열재로 공지의 페놀수지 혼합액에 정포제, 발포제, 경화제 등을 투입하여 발포 경화하여 제조하며, 최근에는 페놀 폼을 제조하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있다.

페놀수지 발포체인 페놀폼은 단열성, 난연성 등이 폴리스티렌계나 우레탄계의 단열재와 비교하여 우수하므로 최근에는 드라이비트 공법의 건축물 외벽 단열재 등 그 사용이 증가하고 있는 실정이다. 위와 같이 우수한 물성을 가지고 있음에도 불구하고 페놀 폼은 충격에 쉽게 부서지며 흡수율이 높고 난연재료(난연3급)의 물성을 충족하지 못하는 단점이 있다. 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 국내에서는 페놀폼 표면층 일면에 알미늄 호일을 부착하는 제조 방법을 실시하여 준불연 성능을 확보하는 방법이 있으나, 드라이비트 공법의 건축물 외벽 단열재 시공과정에서 알미늄 호일의 소수성으로 인하여 몰탈의 접착력이 떨어지는 문제점이 발생하고 있다.

최근에는 준불연 성능의 페놀 폼 단열재가 요구되고 있는 실정으로 관련 업계에서는 물성을 향상시키기 위하여 페놀수지 혼합액에 금속 비철금속 무기물질 팽창흑연 팽창 질석을 조합하여 첨가하는 방법, 페놀 폼 표면층에 규산나트륨(물유리)액체를 코팅하는 방법, 페놀 폼 표면 알미늄 호일을 부착하는 방법 등 페놀폼의 성능을 향상시키기 위한 다양한 제조방법들이 개발되고 있고, 일예로, 대한민국 특허제1792186 호에서는 페놀수지 100중량부와 분쇄된 팽창흑연 5 내지 15 중량부 수산화알루미늄 또는 탄산칼슘으로 된 무기 필러 1 내지 10 중량부를 포함하여 발포하는 수지 조성물을 개시하고 있으며, 공개특허 제10-2017-0028065호에서는 페놀수지 혼합물 100 중량부에 무기광물 5 내지 30 중량부와 계면활성제 1 내지 20 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무기광물을 첨가한 탄소 폼의 제조 방법을 개시하고 있으며, 특허등록번호 10-1765708호에서는 페놀 수지 혼합물에 팽창흑연 또는 팽창질석수산화알루미늄을 혼합하여 제조된 페놀 폼을 규산나트륨으로 된 무기 바인더로 함침 하는 방법을 개시하고 있다.

상기와 같은 기술들은 페놀수지에 팽창 발포하는 물성의 팽창흑연 및 팽창질석 무기물과 유기물을 혼합하는 제조방법들로 상기의 페놀수지 혼합물은 고형분과 점도가 높아 화학적인 반응 및 발포 경화하는 공정에서 기계적인 물성과 생산성을 훼손하는 방해 물질로 작용하는 반면, 난연 불연 성능을 확보하지 못하여 난연 성능 향상에는 미흡한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결한 것으로 페놀수지 혼합물을 발포 경화 성형하는 단계 또는 제조된 페놀 폼 표면층에 불용성의 팽창흑연을 접착성수지로 도막을 형성시켜 준불연 성능의 페놀 폼 단열재를 수득하는 것이다.

국내등록특허 제1792186호 국내등록특허 제1765708호 국내공개특허 제2017-0028065호

본 발명의 목적은 페놀수지 혼합물을 발포 성형하고 폼의 표면층에 팽창흑연 도막을 형성시켜서 방수성과 준불연성을 확보한 페놀폼 단열재를 수득하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 팽창흑연 입자의 파손없이 0.005Mpa - 0.1Mpa 저압력으로 페놀폼에 도막을 형성하여 준불연성을 확보한 페놀폼 단열재를 수득하는데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 페놀수지 혼합액을 토출하며 발포 성형하고 이동하는 단계에서 페놀 폼 표면층에 팽창 흑연을 도포하여 도막을 형성시켜서 페놀 폼의 연소를 방지함에 있다.

상기와 같이 팽창 흑연을 도포함에 있어, 분사하여 도포하거나, 도색방법으로 도포하거나 또는 팽창흑연을 머금은 상하 롤러 사이로 폼을 통과시키며 도포하거나 또는 페놀폼을 팽창흑연에 함침하는 방법 등으로 팽창 흑연을 페놀 폼에 도막을 형성시킬 수 있다.

본 발명은 페놀수지 혼합액을 발포 성형하고 페놀폼 표면층에 팽창율(Expansion rato)이 20ml/g - 500ml/g인 팽창흑연을 도포하여 도막을 형성하여 준불연 성능의 페놀폼을 수득할 수 있다.

또한, 페놀폼에 알미늄 호일을 부착하거나 또는 페놀수지 혼합액에 각종 무기물질과 금속 또는 비금속을 혼합하는 방법을 사용하지 않고도 페놀 폼에 방수성과 불연성을 확보함으로써 경제적이고 효율적인 방법으로 불연성의 페놀폼을 제조할 수 있으므로, 페놀수지의 고유한 특성을 방해하지 않으며 물성이 안정적인 페놀폼의 제조가 가능하다.

기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다. 그리고, 본 발명의 페놀 폼 표면층에 팽창흑연을 도포하여 도막을 형성하여 방수성의 준불연 페놀 폼을 수득하려는 의도와 목적에 부합하면 다소 변형된 다른 도포방법들도 본 발명의 범위 안에 있다.

본 발명에서 사용하는 팽창흑연은 천연 인편흑연을 산성재료로 화학 처리를 하여 흑연의 층간에 산성 화합물을 침투시켜 건조한 것으로 150℃ 이상으로 가열하면 분해되어 가스를 발생하면서 체적의 20배 - 500배로 팽창이 될 수 있으며, 이를 통상적으로 팽창흑연(Expandable Graphite)이라 한다.

팽창흑연은 가열에 의해 팽창하면서 발포층이 열원을 차단하는 작용을 하므로 팽창율(Expansion rato)이 20ml/g - 500ml/g인 팽창흑연 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직한 팽창율은 100ml/g - 300ml/g이고, 입도는 80mesh - 300mesh 이다. 본 발명에서 페놀폼에 도포된 팽창흑연 도막은 방수성이며 150℃의 온도로 가열하게 되면 20 - 500배로 팽창하면서 탄소계의 불연성 발포층을 형성하며 열원과 산소공급을 차단하여 폼의 연소성을 억제하는 작용을 한다. 팽창흑연은 고압 또는 충격 등에 의해 입자가 파손되거나 분쇄하면 팽창하는 물성이 상실되고 본 발명의 목적을 달성할 수 없으므로 0.005Mpa - 0.1Mpa 저압력으로 도막을 형성하여야 한다.

페놀 폼 100중량에 대하여 팽창흑연 1 - 50 중량부를 혼합하여 도막을 형성한다. 바람직하게는 10 - 25 중량부의 팽창흑연으로 도막을 형성한다. 이 범위를 초과하면 물성의 증진이 미약하고, 경제성이 떨어진다. 본 발명에서 사용하는 팽창흑연은 탄소함량 92중량%(Carbon Content), 팽창율(Expansion rate) 20ml/g - 300ml/g, 입도(Particle distribution) 80mesh 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

팽창흑연은 접착성 수지와 혼합하여 도포하므로 사용하는 접착성 수지의 결속력 압력이 팽창흑연의 팽창력을 압박하지 않도록 접착력을 조절하여 사용하여야 한다. 팽창흑연과 혼합하는 접착성 수지(고형분 35%)는 아크릴계수지, 올레핀계수지, 우레탄계수지, 폴리스티렌계수지, 초산비닐계수지, 에폭시계수지, 염화비닐계수지, 클로로프렌고무계수지, 실리콘계수지 또는 폐놀계수지가 있으며, 이들 중, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 페놀폼 100중량부에 대하여 1 - 50중량부 혼합할 수 있으며. 바람직하게는 10중량부 - 25중량부를 사용한다. 점도를 조절하는 유기 용매로는 에탄올(ethanol), 아세톤(Acetone), 메탄올(methanol), 에틸아세테이트(ethylacetate), 톨루엔(toluene) 및 메틸에틸케톤(methylethylketone)이 있으며, 이들 중, 1종 또는 2종 이상 혼합하여 페놀폼 100중량부에 1 - 50중량부 혼합할 수 있으며, 바람직하게는 10중량부 ~ 25중량부를 사용한다.

이하, 본 발명의 실시예에서 페놀폼을 제조하고 표면층에 팽창율(Expansion rato)이 20ml/g - 500ml/g인 팽창흑연을 도포하고 도막을 형성한 페놀폼의 불연 물성 등에 대하여 설명하나, 본 발명의 범위는 실시예의 범위에 한정되지 아니하며 실시예로부터 뒷받침되는 모든 범위를 포함한다고 할 수 있다.

<실시예 1>

제1단계

연속식 발포 성형기의 하부에 공급되는 부직포에 페놀수지 혼합물이 발포 경화하면서 두께를 조절하고 토출되고 경화 양생하는 단계.

제2단계

팽창율(Expansion rato) 20ml/g - 500ml/g이며, 입도직경이 20mesh - 300mesh 팽창흑연과 접착성 수지를 0.005Mpa - 0.1Mpa의 저압력으로 교반하고 도포를 준비하는 단계.

제3단계

발포 성형하고 벨트 위로 이동하는 상기 페놀폼(밀도 35) 상부면에 접착성 수지와 혼합된 팽창 흑연 30 중량부를 분사 도포하는 단계.

제4단계

3단계의 팽창 흑연이 도포된 페놀폼을 열풍으로 건조한 후 제조된 600mmX11200mmX100mm 성형품의 불연성을 측정하는 단계.

<실시예 2>

접착성 수지와 혼합된 팽창 흑연을 50중량부를 분사 도포하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

<비교예1>

팽창 흑연을 도포하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 접착성 성형품을(밀도35) 얻었다.

<열방출시험>

실시예 1 및 실시예 2의 시료와 비교예 1의 방법으로 제조된 페놀폼의 시료들의 열방출 시험을 실시하였다. 시험은 건축물의 내장재료 및 구조의 연소성능 시험(KS F ISO 5660-1:2008)에 의하여 성능시험을 3회씩 하였으며, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 페놀 폼 블록 시편을 사용하여 측정하였다.

그 결과는 하기 [표 1]과 같다.

시험항목		실시예 1	실시예 2	비교예 1	판정준
열방출실험	총방출량(MJ/m²)	6.2	5	14	8 이하
	열방출량이연속으로 200 kw/m²를초과하는시간(S)	6	4	12	10 이하
	심재의 전부용융, 관통하 는 균열 및 구멍 등의 변화	없음	없음	있음	없을 것

상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 실시예 1 보다 실시예 2는 열방출량이 매우 낮게 나타나고 있으며 가열 후 3 - 5초 부터 표면에 형성된 팽창 흑연의 도막이 100배로 팽창하며 불연성 발포체를 형성하고 성형품을 열원으로부터 보호하였다.

비교예1의 경우에는 연소되며 8MJ/m²를 초과하는 것으로 나타났고 실시예1, 2와 비교하여 난연 3급 재료의 열방출 실험에 미달하는 것으로 확인되었다.

Claims

a) 연속식 압출 성형기의 하부에 공급되는 부직포에 페놀수지 혼합물이 발포 경화하면서 두께를 조절하여 토출된 페놀 폼을 경화 양생하는 단계;
b) 팽창율이 20ml/g - 500 ml/g 이고, 입도직경이 20mesh - 300mesh 인 팽창흑연과 우레탄계수지, 폴리스티렌계수지 및 폐놀계수지 중에서 선택한 1종 단독 또는 2종 이상이 혼합된 접착성 수지와 메틸에틸케톤(methylethylketone)이 혼합된 유기용매를 0.005Mpa - 0.1Mpa 저압력으로 교반하고 도포를 준비하는 단계;
c) 상기의 페놀 폼 표면층에 상기 팽창흑연과 접착성 수지의 혼합물을 도포하고 건조하는 단계;
로 수득한 팽창흑연 도막이 형성된 불연성 페놀 폼의 제조방법.
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a) 페놀수지 혼합물을 토출하여 발포 경화 성형하고 두께를 조절하며 이동하는 단계;
b) 팽창율이 20ml/g - 500 ml/g 이고, 입도직경이 20mesh - 300mesh 인 팽창흑연과 우레탄계수지, 폴리스티렌계수지 및 폐놀계수지 중에서 선택한 1종 단독 또는 2종 이상이 혼합된 접착성 수지와 메틸에틸케톤(methylethylketone)이 혼합된 유기용매를 0.005Mpa - 0.1Mpa 저압력으로 교반하고 도포를 준비하는 단계;
로 수득한 페놀 폼 표면층에 팽창흑연과 접착성 수지의 혼합물을 도포하여 건조시킨 팽창흑연 도막이 형성된 불연성 페놀 폼.
제5항에 있어서,
상기의 불연성 페놀 폼 100중량에 대하여, 페놀 폼 표면층에 1 - 50 중량부의 팽창흑연과 1 - 50 중량부의 접착성 수지의 도막이 형성된 불연성 페놀 폼.