KR102260336B1 - 항곰팡이 효과가 향상된 샌드위치 패널. - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단열재와 상기 단열재의 양면에 금속판이 적층된 샌드위치 패널에 항곰팡이 효과를 부여한 것으로서, 상기 단열재는 아연 및 구리가 담지된 제올라이트가 분산된 항곰팡이 조성물로 처리된 발포폴리스티렌인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 샌드위치 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 항곰팡이 효과를 향상시킬 수 있도록 항곰팡이제를 함유하는 심재를 포함하는 샌드위치 패널에 관한 것이다.
샌드위치 패널은 단열재인 발포폴리스티렌(EPS: expanded polystyrene)의 양면에 금속판을 부착한 적층구조로 이루어지며, 발포폴리스티렌의 내열성, 흡음성, 내충격성, 경량성 등의 특성을 이용하여 건축물의 시공시 널리 사용되고 있다. 이러한 샌드위치 패널은 건축물의 외벽을 구성하는 경우 하절기에 금속판의 온도가 상승하여 적층구조의 안정성이 저하되며, 팽창과 수축을 반복하면서 단열재의 성능이 저하되고, 내외부의 온도 차이에 의해 건축물 내부에 곰팡이를 발생시키는 등의 문제점이 있어 이를 개량한 제품들이 개발되고 있다.
종래기술에서는 난연성을 향상시키기 위한 목적으로 단열재에 난연성분을 부가하는 등의 개량을 하고 있으며, 패널의 제조방법을 최적화하여 내구성을 향상시키고 있으나, 시공 후 건축물 내부에서 곰팡이가 발생하는 문제점은 해결하고 있지 못하며, 이를 해결하기 위하여 건축물 시공시 사용되는 다른 건축자재에 항곰팡이 성능을 부여하는 등의 방법을 통해 곰팡이 발생을 억제하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 항곰팡이 조성물로 단열재를 처리함으로써 항곰팡이 효과가 향상된 샌드위치 패널을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 난연 성분을 함유하는 단열재를 사용함으로써 난연 성능이 부여된 샌드위치 패널을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 샌드위치 패널은 단열재와 상기 단열재의 양면에 금속판이 적층된 샌드위치 패널에 있어서, 상기 단열재인 발포폴리스티렌을 아연 및 구리가 담지된 제올라이트가 분산된 항곰팡이 조성물로 처리하여 항곰팡이 효과가 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 단열재는 상기 발포폴리스티렌을 상기 항곰팡이 조성물에 함침한 후 이를 건조하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 단열재는 상기 발포폴리스티렌의 표면에 상기 항곰팡이 조성물을 도포한 후 이를 건조하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널은 항곰팡이 조성물로 단열재를 처리함으로써 항곰팡이 효과가 향상되는 효과를 나타낸다.
또한, 단열재에 난연 성분을 함유함으로써 난연 성능이 부여된 샌드위치 패널을 제공할 수 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널은 단열재와 상기 단열재의 양면에 금속판이 적층된 샌드위치 패널에 있어서, 상기 단열재인 발포폴리스티렌을 아연 및 구리가 담지된 제올라이트가 분산된 항곰팡이 조성물로 처리하여 항곰팡이 효과가 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여 단열재인 발포폴리스티렌을 제조하는 공정에서 상기 발포폴리스티렌을 상기 항곰팡이 조성물에 함침한 후 이를 건조하거나 또는 제조된 발포폴리스티렌의 표면에 상기 항곰팡이 조성물을 도포한 후 이를 건조함으로써 상기 단열재를 제조하여 사용할 수 있다.
산화티탄, 산화구리, 산화아연과 같은 산화물은 항곰팡이 성능이 있는 성분으로 알려져 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2019-0038380호에서는 산화티타늄 미립자와 항곰팡이성 금속을 함유하는 합금 미립자를 혼합한 항곰팡이제를 각종 부재의 표면에 적용하는 기술이 개시되어 있다.
본 발명에서 사용되는 단열재는 발포폴리스티렌으로 이루어진 것으로서, 발포된 구조에 공극이 존재하므로 함침 또는 도포에 의해 항곰팡이제를 함유하도록 할 수 있다. 다만, 발포폴리스티렌 자체는 흡착력이 낮으므로 액상의 항곰팡이제가 발포폴리스티렌의 구조 내에 잔존하기 어려워 단순히 함침한 후 건조하면 함곰팡이제의 함유량이 미미하여 목적하는 성능을 얻기 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 상기 단열재를 제조하는 공정에서 항곰팡이 조성물을 이용하여 함침 또는 도포하는 공정을 수행함으로써 상기 단열재에 항곰팡이제 성분이 함유되도록 하고 있다.
이를 위하여 상기 항곰팡이 성능을 가진 함침액으로서, 아연 및 구리가 담지된 제올라이트가 분산된 수 분산액을 사용한다. 또한, 상기 아연 및 구리로는 산화아연 및 산화구리를 병용한다. 상기 산화아연(ZnO) 및 산화구리(II)(CuO)가 적절한 비율로 담지될 때 실험적으로 항곰팡이 성능이 우수한 것으로 나타났다. 산화아연이나 산화구리(II)의 항곰팡이 성능에 대해서는 일부 문헌에 보고되고 있으나, 본 발명에서는 상기 산화아연과 산화구리(II)를 혼합함으로써 발포폴리스티렌 재질의 단열재에 구조 내에서 안정화되어 항곰팡이 성능을 향상시키고 있다.
또한, 상기 제올라이트에 담지되는 아연 및 구리의 몰비는 1:1 내지 1:1.5일 때 최적의 효과를 나타내는 것을 확인하였다. 담지 금속 산화물이 산화아연이나 산화구리 중 어느 하나를 단독으로 사용했을 때에는 충분한 항곰팡이 성능이 발현되지 않는 것으로 나타났고, 상기 아연 및 구리의 몰비를 벗어나는 경우에도 항곰팡이 성능이 저하되는 경향을 나타나었다.
또한, 상기 아연 및 구리는 제올라이트 100 중량%에 대하여 산화아연(ZnO) 및 산화구리(CuO)를 기준으로 0.1 내지 5 중량%의 범위에서 담지되는 것이 바람직하다. 제올라이트에 담지하는 방법은 질산아연(Zn(NO3)2) 및 질산구리(Cu(NO3)2)의 수화물 등 가용성의 출발물질을 물에 녹여 수용액을 제조한 후 이를 습식담지법에 의해 제조할 수 있다. 상기 제올라이트로는 천연 제올라이트를 사용하는 것이 바람직하다. 제올라이트는 표면적이 넓고 다공성 구조로 이루어져 있어 산화아연이나 산화구리를 흡착하는 담체로서 적합하며, 제올라이트 자체의 수분 흡착 성능이 있어 항곰팡이 성능을 발현하기에 적합한 재료로 파악된다.
또한, 상기 제올라이트의 수 분산액을 제조할 때 정제수 100 중량부에 대하여 상기 제올라이트 5 내지 10 중량부 및 분산제 1 내지 3 중량부의 비율로 배합된 수 분산액을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제올라이트 분말은 0.5 내지 10㎛ 크기의 입자이므로 이를 안정적으로 분산시키기 위하여 상기 분산제로 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜-폴리에틸렌글리콜의 삼중 블록 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 삼중 블록 공중합체는 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜의 분자량에 따라 용매 내에서의 상변화 및 분산성이 달라지게 되는데, 본 발명에 따른 수 분산액에는 친수성-친유성 밸런스(Hydrophile-Lipophile Balance, HLB)가 12 내지 18인 것을 사용하는 것이 특히 바람직한데, 이러한 삼중 블록 공중합체로는 Pluronic L-44 또는 L-64를 들 수 있다. 이러한 삼중 블록 공중합체는 23℃에서의 표면장력이 40 내지 42mN/m인데, 표면장력 및 HLB가 이보다 높은 F-68, F-127을 사용했을 때와 달리 단열재 내에 함유되는 제올라이트의 중량이 20 내지 30% 증가하는 결과로부터 상기와 같은 물성의 분산제를 사용하는 것이 효과적임을 확인하였다.
상기 발포폴리스티렌은 난연성을 부여한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 통상의 난연성 발포폴리스티렌의 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
일 실시예에서 상기 발포폴리스티렌은 폴리스티렌 수지 93~95 중량부에 발포제로 펜탄 5 내지 6 중량부, 부탄 1 내지 2 중량부 및 난연제로 인계 난연제 1 내지 2 중량부를 혼합하고 이를 발포한 후 40 내지 50℃에서 12시간 동안 숙성한 후 초산비닐수지 메틸 알코올 용액에 수산화알루미늄을 첨가한 난연성 코팅제로 표면을 코팅하고 가열 성형하여 제조할 수 있다. 상기 가열 성형 공정에서는 수막 현상으로 인한 융착 불량을 해소하기 위하여 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 1 내지 5 중량부 혼합하여 성형하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제조된 발포폴리스티렌은 난연성 코팅층이 표면에 형성된 것으로서, 본 발명에서와 같은 항곰팡이 조성물을 사용할 때에만 발포폴리스티렌의 발포 구조 내에 안정적으로 항곰팡이제가 함유될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 단열재를 적용한 샌드위치 패널에서 항곰팡이 성능이 향상되는지 여부를 확인하기 위하여 다음과 같은 시험평가를 실시하였다.
천연 제올라이트 100 중량%에 대해 산화물의 흡착량이 2.5 중량%가 되도록 제올라이트에 질산아연과 질산구리의 수용액을 가한 후 습식담지법으로 흡착하였다. 흡착된 천연 제올라이트는 450℃에서 1시간 동안 열처리하였다. 상기 흡착된 천연 제올라이트의 원소분석을 통해 아연 및 구리의 몰비가 1:1.32인 것을 확인하였다.
정제수 100 중량부에 상기 천연 제올라이트 8 중량부 및 Pluronic L-64 1.2 중량부를 혼합하여 항곰팡이 조성물을 제조하였다(제조예 1).
또한, 비교를 위하여 제올라이트의 수 분산액을 제조할 때 분산제로 F-127 1 중량부를 혼합한 항곰팡이 조성물을 제조하였다(제조예 2).
또한, 천연 제올라이트에 산화구리를 1.8 중량% 담지하고 제조예 1과 동일한 방법으로 항곰팡이 조성물을 제조하였다(제조예 3).
또한, 천연 제올라이트에 아연 및 구리의 몰비가 1:2.2가 되도록 산화물을 담지하고 제조예 1과 동일한 방법으로 항곰팡이 조성물을 제조하였다(제조예 4).
제조예 1 내지 4의 항곰팡이 조성물에 50㎜ 두께의 발포폴리스티렌 패널을 28±2℃에서 2분 간 함침한 후 60℃ 오븐에서 1시간 동안 건조하여 항곰팡이 성분을 함유하는 발포폴리스티렌을 제조하였다. 또한, 상기 항곰팡이 조성물을 50㎜ 두께의 발포폴리스티렌 패널의 양면에 스프레이 코팅법을 이용하여 10g/㎡의 양으로 코팅한 후 60℃ 오븐에서 1시간 동안 건조하여 항곰팡이 성분을 함유하는 발포폴리스티렌을 제조하였다.
제조된 단열재의 열전도율을 평가한 결과 모두 0.034W/mK 이하인 것으로 나타나 ‘가’ 등급에 해당하는 단열 성능을 나타내는 것으로 나타났다.
이와 같이 제조된 발포폴리스티렌에 대하여 항곰팡이 성능을 평가하였다. 시험은 ASTM G 21-15에 따라 수행하였으며, 균주로는 Aspergillus niger ATCC 9642, Penicillium pinophilum ATCC 11797, Chaetomium globosum ATCC 6205, Gliocladium virens ATCC 9645, Aureobasidium pullulans ATCC 15233를 사용하였다. 평가기준은 육안 및 현미경 하에서 곰팡이의 발육은 보이지 않는 경우 0점, 육안으로는 곰팡이의 발육은 보이지 않지만, 현미경 하에서는 확인되는 경우 1점, 균사의 발육은 미미하고, 발육 부분의 면적은 시료의 전체 면적의 25％를 초과하지 않는 경우 2점, 균사의 발육은 중간 정도이고, 발육 부분의 면적은 시료의 전체 면적의 25 내지 50％인 경우 3점, 균사는 잘 발육하고, 발육 부분의 면적은 시료의 전체 면적의 50 내지 100％인 경우 4점, 균사의 발육은 심하고, 시료 전체면을 덮고 있는 경우 5점으로 하였다. 배양시험은 4주간 실시하였고, 4주 후의 상태로 평가하였다. 그 결과는 표 1과 같다.
| 함침법 | 코팅법 | |
| 제조예1 | 0 | 0 |
| 제조예2 | 1 | 2 |
| 제조예3 | 1 | 2 |
| 제조예4 | 3 | 2 |
표 1의 결과를 살펴보면, 제조예 1에 따른 항곰팡이 조성물을 사용하면 함침법이나 코팅법에서 모두 우수한 항곰팡이 성능을 나타내었으나, 제올라이트의 수 분산액을 제조할 때 다른 종류의 분산제를 사용한 제조예 2에서는 항곰팡이 성능이 저하되는 것으로 나타났으며, 항곰팡이제로서 아연과 구리의 비율을 최적화하지 않은 경우에도 항곰팡이 성능이 저하되는 결과를 얻었다.
또한, 장기간 사용할 때의 항곰팡이 성능을 평가하기 위하여 상기 발포폴리스티렌을 3개월 간 외부 환경에 방치한 후 동일한 방법으로 항곰팡이 성능을 평가하였다. 그 결과는 표 2와 같다.
| 함침법 | 코팅법 | |
| 제조예1 | 0 | 0 |
| 제조예2 | 3 | 3 |
| 제조예3 | 2 | 4 |
| 제조예4 | 4 | 3 |
표 2의 결과를 살펴보면, 외부 환경에서 장기간 방치될 경우, 제조예 1을 제외하고는 모두 항곰팡이 성능이 저하되는 결과를 나타내었다. 따라서 본 발명에 따른 항곰팡이 조성물로 단열재를 처리하는 경우 샌드위치 패널을 제조할 때 항곰팡이 성능이 향상된 샌드위치 패널을 제공할 수 있음을 확인하였다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
Claims (3)
- 단열재와 상기 단열재의 양면에 금속판이 적층된 샌드위치 패널에 있어서,
상기 단열재는 아연 및 구리가 담지된 제올라이트가 분산된 항곰팡이 조성물로 처리된 발포폴리스티렌이며,
상기 아연 및 구리는 1:1 내지 1:1.5의 몰비로 상기 제올라이트 100 중량%에 대하여 0.1 내지 5 중량%의 범위에서 담지되며,
상기 제올라이트는 정제수 100 중량부에 대하여 제올라이트 5 내지 10 중량부 및 분산제 1 내지 3 중량부의 비율로 배합된 수 분산액이며,
상기 분산제는 친수성-친유성 밸런스가 12 내지 18인 삼중 블록 공중합체인 것을 특징으로 하는 항곰팡이 효과가 향상된 샌드위치 패널.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단열재는 상기 발포폴리스티렌을 상기 항곰팡이 조성물에 함침한 후 이를 건조하여 제조되는 것을 특징으로 하는 항곰팡이 효과가 향상된 샌드위치 패널.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단열재는 상기 발포폴리스티렌의 표면에 상기 항곰팡이 조성물을 도포한 후 이를 건조하여 제조되는 것을 특징으로 하는 항곰팡이 효과가 향상된 샌드위치 패널.
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