KR102151556B1 - 페놀폼 단열재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은 페놀 수지, 발포제, 산 촉매 및 무기 중성화제를 포함하는 발포성 페놀 수지 조성물을 발포, 경화시켜 이루어지는 페놀폼 단열재로서, 상기 무기 중성화제는 수산화알루미늄, 산화아연, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나이며, 상기 무기 중성화제가 결합제로 코팅된 것을 특징으로 하는 페놀폼 단열재에 대해 기술하고 있다.
상기와 같은 페놀폼 단열재 및 이의 제조방법은 무기 중성화제 사용에 의한 셀 균열 및 단열 성능저하를 예방하고, 금속 재료와 접촉 시 금속의 부식 발생을 억제할 수 있다. 또한 페놀폼 단열재 내부 미반응 포름알데히드를 제거하여 단열재로서 안전하게 사용할 수 있다.
상기와 같은 페놀폼 단열재 및 이의 제조방법은 무기 중성화제 사용에 의한 셀 균열 및 단열 성능저하를 예방하고, 금속 재료와 접촉 시 금속의 부식 발생을 억제할 수 있다. 또한 페놀폼 단열재 내부 미반응 포름알데히드를 제거하여 단열재로서 안전하게 사용할 수 있다.
Description
개시된 내용은 페놀폼 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속 재료와 접촉시 금속 재료의 부식 발생을 억제하고, 포름알데하이드 잔존율이 낮은 페놀폼 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
페놀폼 단열재는 우수한 단열성과 내화 특성을 갖기 때문에, 건축 재료의 단열재 용도로 사용되고 있다. 종래의 페놀폼 단열재는 경화제로 유기산을 사용하여 발포체 내부에 산 촉매를 함유하고 있어 빗물과 같은 수분에 노출된 경우에 상기 산 촉매가 물에 의해 페놀 수지 발포체로부터 추출되는 경우가 있다. 금속 재료가 상기 페놀폼 단열재와 접촉시 금속이 부식되는 문제를 일으키는 단점이 있어 샌드위치 패널의 심재로 적용이 어렵다.
그리고, 최근 국내 유통되는 페놀폼 단열재에 포름알데히이드가 발포체 내에 잔존하는 문제점이 발생하여 이에 대한 우려가 증가하고 있다. 페놀폼 단열재의 원료로 사용되는 페놀 수지에는 미반응의 페놀과 포름알데히드가 포함되어 있는데, 포름알데히드의 경우 1급 발암물질로서 인체에 유해고 악취를 수반하는 물질이다. 따라서, 국내 실내공기질 관리법 시행규칙의 건축자재의 오염물질 방출 기준(실내공기질공정시험기준 시험법 0.02㎎/㎡·h이하)을 만족하는 페놀폼 단열재가 요구된다.
개시된 내용은 우수한 단열성을 유지하면서, 종래의 페놀폼 단열재와 비교하여 높은 pH 값을 갖는 페놀폼 단열재를 제공하는 것에 있다.
또한, 페놀폼 단열재 내부에 잔존하는 미반응 포름알데히드를 제거하여 국내 실내공기질 관리법 시행규칙의 건축자재의 오염물질 방출 기준(0.02㎎/㎡·h이하)에 적합한 페놀폼 단열재를 제공함에 있다.
하나의 실시예로서 개시된 내용은 페놀 수지, 발포제, 산 촉매 및 무기 중성화제를 포함하는 발포성 페놀 수지 조성물을 발포, 경화시켜 이루어지는 페놀폼 단열재로서, 상기 무기 중성화제는 수산화알루미늄, 산화아연, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나이며, 상기 무기 중성화제가 결합제로 코팅된 것을 특징으로 하는 페놀폼 단열재에 대해 기술하고 있다.
바람직하기로는, 상기 상기 발포성 페놀 수지 조성물은 페놀 수지 100 중량부, 발포제 6 내지 8 중량부, 산 촉매 중량부 6 내지 10 중량부 및 무기 중성화제 3 내지 10 중량부로 이루어질 수 있다.
더 바람직하기로는, 상기 결합제는 수용성 레졸을 포함하고, 페놀 및 무기 중성화제와 반응할 수 있는 2 이상의 관능기를 가지는 것일 수 있다.
더욱 바람직하기로는, 상기 발포성 페놀 수지 조성물에 요소 또는 멜라민이 더 포함될 수 있다.
하나의 다른 실시예로서 개시된 내용은 페놀폼 단열재의 제조방법으로서, 페놀폼 단열재가 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 페놀폼 단열재이고, 하기 공정 (A) 내지 (C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 페놀폼 단열재의 제조방법에 대해 기술하고 있다.
(A) 페놀 수지, 발포제, 산 촉매 및 무기 중성화제를 포함하는 발포성 페놀 수지 조성물을 발포, 경화하여 성형체를 제조하는 공정;
(B) 상기 발포, 경화된 성형체를 알칼리 챔버에 넣고 50 내지 60℃에서 12 내지 24시간 숙성하는 공정; 및
(C) 상기 숙성된 성형체를 챔버에서 30 내지 50℃에서 6 내지 12시간 동안 산소촉매를 분무하여 포름알데히드를 제거하는 공정;
바람직하기로는, 상기 (C)공정의 산소촉매는 인산티타늄계 화합물인 것일 수 있다.
더욱 바람직하기로는, 상기 제조방법으로 제조되는 페놀폼 단열재는 pH가 6 이상이며, 포름알데히드 방출량이 0.02㎎/㎡·h 이하일 수 있다.
이상에서와 같은 페놀폼 단열재 및 이의 제조방법은 무기 중성화제 사용에 의한 셀 균열 및 단열 성능저하를 예방하고, 금속 재료와 접촉 시 금속의 부식 발생을 억제할 수 있다. 또한 페놀폼 단열재 내부 미반응 포름알데히드를 제거하여 국내 실내공기질 관리법 시행규칙의 건축자재의 오염물질 방출 기준(0.02㎎/㎡·h이하)에 적합하여 실내 마감재료로 안전하게 사용할 수 있다.
본 실시 예들의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 개시된 내용의 일 실시 예에 따른 알칼리 챔버 내부 다단 컨베이어 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 개시된 내용의 일 실시 예에 따른 알칼리 챔버 내부 다단 컨베이어 상부의 확대도이다.
도 2는 개시된 내용의 일 실시 예에 따른 알칼리 챔버 내부 다단 컨베이어 상부의 확대도이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
페놀폼 단열재
개시된 페놀폼 단열재는 페놀 수지, 발포제, 산 촉매, 페놀 결합제가 코팅된 무기 중성화제를 함유하는 발포성 페놀 수지 조성물을 발포, 경화시킨 후 이를 암모니아 및 산소촉매로 분무된 챔버 내에서 가열시켜 pH가 6 이상이며, 발포체 내부에 포름알데히드를 제거한 페놀폼 단열재이다.
상기 페놀 수지는 레졸형 수지가 바람직하고, 레졸형 수지는 페놀 화합물과알데히드가 촉매 존재하에 반응에 의해 제조될 수 있다. 페놀 화합물로는 페놀, 크레졸, 자일레놀, 파라알킬페놀, 파라페닐페놀, 레졸시놀 등이 있으며, 알데히드로는 포름알데히드, 푸르푸랄, 아세트알데히드 등이 있다.
이때, 상기 페놀과 알데히드의 몰비는 특별히 한정되지 않으나, 미반응의 페놀과 알데히드를 감소시키기 위해 알데히드가 과량 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 미반응 알데히드의 제거를 위하여 남은 알데히드를 요소 또는 멜라민을 첨가하여 반응시킬 수 있으며, 이때 요소 또는 멜라민은 알데히드 100중량부에 대해 10 내지 70중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 촉매로는 알칼리 금속, 알칼리토류 금속 촉매 또는 아민류가 사용될 수 있으며, 수산화리튬, 수산화칼륨 또는 수산화바륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용하는 것이 내수열화 및 금속 부식 방지 면에서 바람직하다.
개시된 페놀폼 단열재의 제조에 사용되는 페놀수지는 중량평균분자량이 600 내지 800Mw이며, 점도가 700 내지 9000cps, 수지 함량이 80 내지 85%인 것이 바람직하다.
발포제는 탄화수소계 및 탄화수소 혼합물을 사용할 수 있으며, 국내 친환경제품 인증을 위한 ODP(오존층 파괴 지수, ozone depletion potential) 0.11이하인 발포제 사용이 바람직하다. 더욱 바람직하게 시클로펜탄, 클로로프로판이 있으며 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 발포제의 양은 페놀수지 100중량부당 6 내지 8 중량부가 적합하다. 6중량부 미만이면, 발포율이 낮아 단열성이 저하되며, 8중량부 초과의 경우 발포셀의 크기가 커지고 단열재의 강도 및 셀 조밀도가 저하되는 단점이 있다.
상기 산 촉매는 산경화제로서 벤젠설폰산, 메틸벤젠설폰산, 페놀 설폰산, 자일렌 설폰산 등이 사용될 수 있다. 산 촉매의 양은 6 내지 10 중량부가 적합하며 발포터널의 길이와 단열재의 두께에 따라 양을 조절할 수 있다. 6 중량부 미만 사용의 경우 경화 시간이 지연되어 생산속도가 저하되며 균일하고 견고한 Closed 형태의 셀구조가 생성되지 못한다. 10중량부 초과로 사용시 원료 분사 후 바로 발포가 진행되어 제품을 생산 할 수 없다.
상기 무기 중성화제는 수산화알루미늄, 산화아연, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있으며, 상기 무기 중성화제 사용 시 페놀과 무기 중성화제의 결합력을 증대하기 위해 페놀 결합제가 코팅된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 페놀 결합제는 페놀 및 무기 중성화제와 반응할 수 있는 2 이상의 관능기를 가지는 것이 바람직한데, 유리, 규상, 알루미나 등에 대한 접착성이 있으며 내열성도 있기 때문에 페놀 결합제를 페놀 수지와 무기질 재료의 결합제로 사용시 셀 내부의 무기 성분 탈락 및 셀 내부의 균열 발생을 방지하여 열화로부터 페놀폼 단열재를 보호할 수 있다.
상기 무기 중성화제에 페놀 결합제를 코팅하는 방법으로는 무기 중성화제에 수용성 레졸을 포함하는 조성물을 도포한 후 겔화 또는 경화하는 방법이 있다. 상기 방법에 의하면 pH가 상승하고 난연성이 향상되는 효과가 있다. 페놀 결합제가 코팅된 무기 중성화제는 페놀 수지 100중량부에 대해서 3 내지 10중량부를 사용하는 것이 바람직하며 3중량부 미만 사용시 중성화 효과가 미미하고, 10중량부 초과 사용시 장기 단열성능 저하의 원인이 된다.
개시된 페놀폼 단열재 제조를 위한 발포성 페놀 수지 조성물에는 상기 페놀 수지, 발포제, 산 촉매, 페놀 결합제가 코팅된 무기 중성화제 외에도 필요한 경우 정포제, 요소, 가소제 및 기타 첨가제가 더 포함될 수 있다.
페놀폼 단열재의 제조 방법
개시된 페놀폼 단열재는 하기의 공정을 포함하여 제조된다.
(A) 페놀수지, 발포제, 산 촉매 및 페놀 결합제가 코팅 된 무기 중성화제를 혼합 및 교반하고, 이를 연속 컨베이어 위 면재에 분사시키는 공정.
이때, 상기 면재로는 천연 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 유리 섬유, 부직포, 종이, 금속박 등이 사용될 수 있다.
(B) 분사된 원료의 상단에 단열재의 최종 두께에 맞는 높이로 더블 컨베이어를 위치한 후 50 내지 70m의 발포터널에 연속적으로 통과시켜 40 내지 60
로 가열하며 발포 및 경화 시켜 성형체를 제조하는 공정.
이때, 최종 두께에 맞는 높이는 단열재의 용도에 따라 달라질 수 있으며, 건축물의 내장재로 사용되는 경우에는 20 내지 200mm인 것이 바람직하다.
또한, 효율적인 생산을 위하여 터널의 이동속도는 3 내지 5m/min이 바람직하다.
(C) 발포 경화된 성형체를 일정한 크기로 절단하는 공정.
이때, 페놀폼 단열재의 용도에 맞도록 절단하는 크기는 달라질 수 있으며, 작업 편의성 및 생산성을 고려시 1200 x 600 또는 1200 x 1200인 경우가 바람직하다.
(D) 절단된 성형체를 다단 컨베이어를 통해 일정한 간격으로 배열시킨 후 알칼리 챔버에 넣고 가열 및 숙성시키는 공정.
이때, 다단 컨베이어의 간격은 20 내지 40mm로 하고, 챔버 내부 열풍이 유입되는 통로에 알칼리성 휘발물을 동시에 분사시켜 챔버 내부의 알칼리성 휘발물을 고르게 유지시키며 50 내지 60℃에서 12시간 내지 24시간 숙성한다.
상기 숙성조건이 50℃미만이거나 12시간 미만이면 잔류 산성분의 중화가 불충분하고, 60℃ 초과하거나 24시간을 초과하면 에너지 비용 및 생산성 측면에서 바람직하지 못하다.
상기 알칼리성 휘발물로는 암모니아(농도: 2 내지 10중량%)를 사용하는 것이 안전성 및 경제성 관점에서 바람직하다.
(E) 숙성된 성형체를 챔버의 온도를 30 내지 50℃로 하고, 6시간 내지 12시간 산소촉매 용액을 분무하여 숙성시키는 공정.
이때, 상기 산소촉매로는 인산티타늄계 화합물이 바람직하며, 상기 챔버의 온도 및 시간 조건에서 페놀폼 단열재에서 방출된 포름알데히드와 암모니아 냄새를 충분히 제거할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
레졸형 페놀수지 100 중량부(강남화성 PF-6000), 발포제 6 중량부(클로로프로판), 산 촉매 7중량부(메틸벤젠설폰산, 강남화성 NEOCAT C-4) 및 무기 중성화제(수용성 레졸을 코팅한 수산화알루미늄) 10 중량부를 믹서에 공급한 후 교반하고 컨베이어 상부의 면재에 분사한 다음, 발포터널을 통과시키며 발포 및 경화하여 성형품을 제조하였다.
제조된 성형품을 1200 x 600 크기로 절단하고, 알칼리 챔버에 적층 후 암모니아(농도: 2 내지 10중량%) 분위기에서 55℃에서 18시간 숙성하였다.
상기 숙성을 거친 성형품을 챔버 내에서 인산티타늄계 화합물을 분무하며 40℃에서 8시간 후처리 공정을 수행하였다.
[비교예 1]
무기 중성화제로 결합제를 사용하지 않은 수산화알루미늄을 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 제조하였다.
[비교예 2]
무기 중성화제를 사용하지 않고, 알칼리 숙성 공정 및 산소촉매 숙성 공정을 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 제조하였다.
[비교예 3]
알칼리 숙성 공정 및 산소촉매 숙성 공정을 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 제조하였다.
[비교예 4]
산소촉매 숙성 공정을 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 제조하였다.
[실시예] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 4]의 조성을 [표 1]에 나타내었다.
[표 1]
상기 [실시예] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 4]를 시험한 결과를 [표 2]에 나타내었다.
[표 2]
제품의 물성은 300 x 300 페놀폼 단연재의 시편을 제작하여 다음과 같은 측정방법으로 측정하였다.
1) 초기 열전도율(W/mK)은 KS L 9016에 의해 측정하였다.
2) 28일 경과 후 열전도율(W/mK)은 KS M ISO 4898에 의해 측정하였다.
3) 산소지수는 KS M ISO 4589-2에 의해 측정하였다.
4) pH는 KS ISO 3071에 의해 측정하였다.
5) 포름알데히드(실내공기질공정시험기준 ㎎/㎡·h)은 EN 02131.1에 의해 측정하였다.
상기 [표 2] 에서 보이는 바와 같이 개시된 페놀폼 단열재의 제조방법에 의하여 제조된 페놀폼 단열재는 초기 열전도율이 0.020W/mk이하로 우수하고, 장기 열전도율의 저하가 적으며, pH가 6이상이어서 금속과의 접촉시에도 부식을 방지할 수 있고, 포름알데히드 방출량이 0.02㎎/㎡·h 이하로서 인체에 유해성이 없는 안전한 페놀폼 단열재를 제공할 수 있다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 않는다.
Claims (7)
- 삭제
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- (A) 페놀 수지, 발포제, 산 촉매 및 무기 중성화제를 포함하는 발포성 페놀 수지 조성물을 발포, 경화하여 성형체를 제조하는 공정;
(B) 상기 발포, 경화된 성형체를 알칼리 챔버에 넣고 50 내지 60℃에서 12 내지 24시간 숙성하는 공정; 및
(C) 상기 숙성된 성형체를 챔버에서 30 내지 50℃에서 6 내지 12시간 동안 산소촉매를 분무하여 포름알데히드를 제거하는 공정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 페놀폼 단열재의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 (C)공정의 산소촉매는 인산티타늄계 화합물인 것을 특징으로 하는 페놀폼 단열재의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 페놀폼 단열재는 pH가 6 이상이며, 포름알데히드 방출량이 0.02㎎/㎡·h 이하로 제조되는 것을 특징으로 하는 페놀폼 단열재의 제조방법.
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