KR102270833B1 - 창호용 난연성 단열바 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 베이스 수지; 보강제; 난연제; 및 첨가제를 포함하는 단열재 조성물을 압출하여 제조된, 난연성 단열바를 제공한다.

Description

창호용 난연성 단열바{FLAME-RETARDANT INSULATION BAR FOR WINDOWS AND DOORS}
본 발명은 창호용 단열바에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난연성을 가지는 창호용 단열바에 관한 것이다.
창과 문을 의미하는 창호는 실내외를 분리시키거나, 상호 연결시켜 채광, 공기의 순환 등의 기능을 수행한다. 이러한 창호는 일반적으로 골격에 해당하는 창틀 내지 문틀과 이와 결합하는 창짝 내지 문짝으로 구성된다.
창호는 잦은 개폐에 따라 파손되기 쉬워 충분한 기계적 물성을 필요로 한다. 또한, 심미적 관점에서 다양한 형상으로 가공될 필요가 있으므로, 알루미늄 등의 금속 소재 또는 다양한 합성 수지를 이용한 제품이 상용화되어 있다.
그러나, 다양한 창호용 소재 중 알루미늄은 그 특성 상 열전도율이 160 W/mㆍK에 달할 정도로 높아 실내외 기온 차가 높을 경우 단열 효과가 불량하여 결로 현상이 발생하기 쉽고, 열변형에 의해 단열 효과, 방음 효과, 기계적 물성 등이 저하되는 문제점이 있다. 이에 따라 알루미늄 프레임 간에 단열 프레임을 형성하거나, 아존 내지 폴리아미드 등의 단열재를 충전한 단열바가 상용화되었다. 상기 단열바는 열교를 차단하여 열전달을 효과적으로 방지할 수 있다.
그러나, 본 발명의 발명자들은 이러한 단열바용 소재가 화재 발생 시 창호의 구성 성분 중의 취약점에 해당하여 쉽게 발화해버리는 문제점을 발견하였다. 상기 단열바는 효과적인 열교 차단을 위해 유리 등과 접촉하므로 일부의 손실만으로도 유리가 탈락하여 안전사고가 발생할 수 있다.
본 발명의 발명자들은 이러한 견지에서 단열바용 소재의 주요한 특성인 낮은 열전도율, 우수한 기계적 물성, 압출성을 유지하면서 난연성을 부여하는 기술을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 난연성을 가지면서 단열성이 우수하고, 기계적 물성이 우수한 난연성 단열바와 이를 포함하는 창호를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 베이스 수지; 보강제; 난연제; 및 첨가제를 포함하는 단열재 조성물을 압출하여 제조된, 난연성 단열바를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 폴리아미드는 폴리아미드6, 폴리아미드12, 폴리아미드66, 폴리아미드 6/66, 폴리아미드 6/12, 폴리아미드 6/6T, 폴리아미드6/6I 및 이들의 공중합체로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나이며, 상대점도가 1.5 내지 3.6일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 폴리우레탄은 열전도율이 0.15 W/mㆍK 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 보강제는 종횡비(aspect ratio)가 1 초과이고 400 이하인 유리섬유일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연제는 무기계 난연제, 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 질소계 난연제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단열재 조성물은, 상기 베이스 수지 50~80중량부; 상기 유리섬유 10~30중량부; 상기 난연제 10~25중량부; 및 상기 첨가제 5~15중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난열성 단열바는 하기 (i) 내지 (vii)의 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다: (i) 열전도율 0.5 W/mㆍK 이하; (ii) 굴곡강도 2,000 kg/cm2 이상; (iii) 굴곡탄성률 50,000 kg/cm2 이상; (iv) 충격강도 10 kgㆍcm/cm 이상; (v) 용융지수(280℃) 5 g/10min 이상; (vi) 용융점도(100S-1, 280℃) 5,000 PaㆍS 이상; (vii) UL94 난연등급 5V, V-0, V-1 또는 V-2.
본 발명의 다른 일 측면은 전술한 난연성 단열바를 포함하는, 난연성 단열 창호를 제공한다.
본 발명의 난연성 단열바 및 난연성 단열 창호는 우수한 단열성 및 기계적 물성을 가짐과 동시에 난연성을 구비하여 화재에 대한 위험성을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구 범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 난연성 단열바 및 난연성 단열 창호에 대하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다. 단, 하기 기재사항들은 본 발명의 예시를 통해 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하는 것일 뿐으로 본 발명이 하기 기재사항들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
난연성 단열바
본 발명의 일 측면에 따른 난연성 단열바는 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 베이스 수지; 보강제; 난연제; 및 첨가제를 포함하는 단열재 조성물을 압출하여 제조될 수 있다.
상기 난연성 단열바는 종래의 단열바와 달리, 난연제를 포함함으로써 화재에 의한 안전사고를 방지할 수 있다. 또한, 상기 난연제는 상기 단열재 조성물의 점도를 상승시키며 최종 제품에 난연성을 부여할 뿐만 아니라, 강도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 폴리아미드는 폴리아미드6, 폴리아미드12, 폴리아미드66, 폴리아미드 6/66, 폴리아미드 6/12, 폴리아미드 6/6T, 폴리아미드6/6I 및 이들의 공중합체로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
폴리아미드 난연성 단열바는 소정의 형태로 압출성형한 후 이를 후가공하여 알루미늄 바에 삽입하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 일 실시예에 있어서, 상기 폴리아미드는 상대점도가 1.5 내지 3.6일 수 있다. 이러한 상대점도는 20℃ 96% 황산 100 ㎖ 중 폴리아미드 수지 성분 1g의 상대점도를 의미할 수 있다.
상기 폴리아미드의 상대점도가 전술한 범위를 만족하면 상기 난연제가 추가됨에 따라 단열재 조성물의 압출성이 저하되는 문제점을 개선할 수 있다.
상기 폴리아미드의 열전도율은 0.40 W/mㆍK이하, 예를 들어, 0.40 W/mㆍK, 0.35 W/mㆍK, 0.30 W/mㆍK 또는 0.25 W/mㆍK일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 상기 폴리우레탄은 열전도율이 0.15 W/mㆍK 이하, 예를 들어, 0.15 W/mㆍK, 0.14 W/mㆍK, 0.13 W/mㆍK, 또는 0.12 W/mㆍK일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
폴리우레탄 난연성 단열바는 용융된 단열재 조성물을 알루미늄 바에 주입한 후 이를 커팅하여 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이를 위해 상기 폴리우레탄의 상대점도는 1.0 초과, 3.6 이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 상기 보강제는 종횡비(aspect ratio)가 1 초과이고 400 이하인 유리섬유일 수 있다. 상기 유리섬유의 종횡비가 전술한 범위를 벗어나면 단열재 조성물의 점도가 압출성형에 부적합하거나, 보강제로서의 내충격성 개선 효과가 저하될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연제는 무기계 난연제, 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 질소계 난연제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무기계 난연제는 적인, 암모늄포스페이트, 암모늄폴리포스페이트, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 사산화안티몬, 오산화안티몬, 안티몬산탄산나트륨, 금속안티몬, 삼염화안티몬, 오염화안티몬, 메타붕산바륨, 산화지르코늄, 붕산아연, 주석산아연, 몰리브덴산염, 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 무기계 난연제는 일차적으로 베이스 수지보다 먼저 연소반응을 수행하여 난열바의 파손에 의한 유리 탈락을 방지하고, H2O 증기를 방출하며 흡열 반응인 탈수 반응을 수행하여 이차적으로 베이스 수지의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 상기 무기계 난연제는 H2O 증기가 방출된 이후 표면보호층을 형성하여 난열성을 부여할 수 있다.
할로겐계 난연제는 염소계 또는 폴리브롬화디페닐에테르, 테트라브로모비스페놀 A 및 그의 유도체, 폴리브롬화바이페닐, 헥사브로모사이클로도데칸 등의 브롬계일 수 있다. 상기 할로겐계 난연제는 염소 또는 브롬이 고에너지 상태의 라디칼과 먼저 반응하는 라디칼 트랩 효과로 활성 OHㆍ, Hㆍ 라디칼을 안정화시키며 산소를 차단하여 난연성을 부여할 수 있다.
유기인계 난연제는 트리페닐포스페이트, 트리자일레닐포스페이트, 트리크레실포스페이트 등의 인산에스테르, 레조르시놀디포스페이트, 암모늄폴리포스포릭산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기인계 난연제는 연소 시 인계 라디칼로 분해되어 OHㆍ 라디칼과 반응함으로써 산소 및 열 공급을 차단하여 연소를 억제할 수 있다.
질소계 난연제는 멜라민계 화합물일 수 있다. 상기 질소계 난연제는 흡열 반응으로 온도를 낮추고, 연소에 의해 질소 기체를 생성하여 표면을 발포시킴으로써 상기 단열바의 연소를 방지할 수 있다.
상기 난연제는 베이스 수지와 단순 물리적 혼합되는 첨가형 난연제 또는 베이스 수지와 화학적 반응하는 반응형 난연제일 수 있다.
상기 첨가제는 단열바의 색상을 부여하기 위한 안료, 기계적 강도를 개선하기 위한 탄성체, 상기 난연제의 성능을 극대화하기 위한 난연보조제 등일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단열재 조성물은, 상기 베이스 수지 50~80중량부; 상기 유리섬유 10~30중량부; 상기 난연제 10~45중량부; 및 상기 첨가제 5~15중량부를 포함할 수 있다. 상기 조성물이 전술한 범위를 만족하면 압출성형이 가능하면서도 종래의 단열바 대비 우수한 물성을 구현할 수 있다. 특히, 상기 난연제의 함량에 따라 기계적 강도가 종래의 단열바 대비 개선될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연성 단열바는 하기 (i) 내지 (vii)의 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다: (i) 열전도율 0.5 W/mㆍK 이하, 예를 들어, 0.5 W/mㆍK, 0.45 W/mㆍK, 0.40 W/mㆍK, 0.35 W/mㆍK, 0.30 W/mㆍK, 0.25 W/mㆍK, 0.20 W/mㆍK, 0.15 W/mㆍK 또는 0.10 W/mㆍK; (ii) 굴곡강도 2,000 kg/cm2 이상, 예를 들어, 2,000 kg/cm2, 2,100 kg/cm2, 2,200 kg/cm2, 2,300 kg/cm2, 2,400 kg/cm2, 2,500 kg/cm2, 2,600 kg/cm2, 2,700 kg/cm2, 2,800 kg/cm2, 2,900 kg/cm2 또는 3,000 kg/cm2; (iii) 굴곡탄성률 50,000 kg/cm2 이상, 예를 들어, 50,000 kg/cm2, 55,000 kg/cm2, 60,000 kg/cm2, 65,000 kg/cm2, 70,000 kg/cm2, 75,000 kg/cm2 또는 80,000 kg/cm2; (iv) 충격강도 10 kgㆍcm/cm 이상, 예를 들어, 10 kgㆍcm/cm, 11 kgㆍcm/cm, 12 kgㆍcm/cm, 13 kgㆍcm/cm, 14 kgㆍcm/cm, 15 kgㆍcm/cm, 16 kgㆍcm/cm, 17 kgㆍcm/cm, 18 kgㆍcm/cm, 19 kgㆍcm/cm 또는 20 kgㆍcm/cm; (v) 용융지수(280℃) 5 g/10min 이상, 예를 들어, 5 g/10min, 6 g/10min, 7 g/10min, 8 g/10min, 9 g/10min, 10 g/10min, 11 g/10min, 12 g/10min, 13 g/10min, 14 g/10min, 15 g/10min; (vi) 용융점도(100S-1, 280℃) 5,000 PaㆍS 이상, 예를 들어, 5,000 PaㆍS, 5,500 PaㆍS, 6,000 PaㆍS, 6,500 PaㆍS, 7,000 PaㆍS, 7,500 PaㆍS; (vii) UL94 난연등급 5V, V-0, V-1 또는 V-2.
상기 난연성 단열바는 종래와 유사한 수준의 물성을 구현함과 동시에 V-2 이상의 우수한 UL94 난연등급을 가질 수 있다.
난연성 단열 창호
본 발명의 다른 일 측면은 전술한 난연성 단열바를 포함하는, 난연성 단열 창호를 제공한다.
상기 난열성 단열 창호는 상기 난열성 단열바 및 상기 난열성 단열바와 적어도 일 면이 접촉된 알루미늄 프레임을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 난연성 단열바는 다양한 형태의 창호에 적용될 수 있으며, 열교의 차단이 필요한 구조라면 모두 사용될 수 있다.
실시예 1
압출기에 상대점도가 1.5인 폴리아마이드 60중량부, 유리섬유 30중량부, 수산화마그네슘 20중량부 및 고무 및 안료 혼합물 10중량부를 혼합하여 250~300℃에서 압출성형하여 단열바 시편을 제조하였다.
실시예 2
압출기에 상대점도가 3.6인 폴리아마이드 60중량부, 유리섬유 30중량부, 수산화마그네슘 20중량부 및 고무 및 안료 혼합물 10중량부를 혼합하여 250~300℃에서 압출성형하여 단열바 시편을 제조하였다.
실시예 3
압출기에 상대점도가 2.5인 폴리아마이드 60중량부, 유리섬유 30중량부, 데카브로모디페닐에테르 20중량부 및 고무 및 안료 혼합물 10중량부를 혼합하여 250~300℃에서 압출성형하여 단열바 시편을 제조하였다.
실시예 4
압출기에 상대점도가 2.5인 폴리아마이드 60중량부, 유리섬유 30중량부, 트리페닐포스페이트 20중량부 및 고무 및 안료 혼합물 10중량부를 혼합하여 250~300℃에서 압출성형하여 단열바 시편을 제조하였다.
실시예 5
압출기에 상대점도가 2.5인 폴리아마이드 60중량부, 유리섬유 30중량부, 멜라민시아누레이트 20중량부 및 고무 및 안료 혼합물 10중량부를 혼합하여 250~300℃에서 압출성형하여 단열바 시편을 제조하였다.
비교예 1
압출기에 상대점도가 2.5인 폴리아마이드66 60중량부, 유리섬유 30중량부 및 고무 및 안료 혼합물 10중량부를 혼합하여 250~300℃에서 압출성형하여 단열바 시편을 제조하였다.
비교예 2
압출기에 상대점도가 3.8인 폴리아마이드 60중량부, 유리섬유 30중량부, 수산화마그네슘 20중량부 및 고무 및 안료 혼합물 10중량부를 혼합하여 250~300℃에서 압출성형하였으나 압출기가 토출되지 않았다.
비교예 3
압출기에 상대점도가 1.5인 폴리아마이드 40중량부, 유리섬유 30중량부, 수산화마그네슘 60중량부 및 고무 및 안료 혼합물 10중량부를 혼합하여 250~300℃에서 압출성형하여 단열바 시편을 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 제조된 단열바 시편의 특성을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
상기 시편은 길이×폭×두께 125×13×10 mm이며, UL94의 측정 조건에 의거하여 난연성을 측정하였다.
각 시편의 기계적 물성은 비교예 1을 기준(100)으로, 우수할 수록 그에 비례하여 높은 값을, 열등할 수록 낮은 값을 부여하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 3
난연성
(UL94)		 V-1 V-1 V-0 V-1 V-1 발화 V-0
열전도율 99 102 101 102 103 100 93
굴곡강도 97 94 101 103 102 100 88
굴곡탄성률 96 94 100 101 102 100 71
충격강도 104 107 105 104 104 100 77
상기 표 1을 참고하면, 난연제를 포함하지 않는 비교예 1의 시편은 연소 후 발화시간이 30초를 초과하여 난연성을 가지지 않았으나, 실시예 1 내지 5는 모두 난연성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 5에 따르면 각 난연제가 난연성 부여 외에 열전도율 저감 및 기계적 강도의 개선 효과를 부여할 수 있다.
비교예 1의 시편은 열전도율 0.30 W/mㆍK, 굴곡강도 2,100 kg/cm2, 굴곡탄성률 67,000 kg/cm2, 충격강도 14 kgㆍcm/cm인 제품으로, 각 실시예는 이와 유사하거나 우수한 수준의 물성을 구현할 수 있었다.
베이스 수지보다 난연제를 과량 첨가한 비교예 3은 난연성이 우수하였으나, 기계적 물성과 열전도율이 불량하였다. 이는 그 작용기작이 확인된 것은 아니나, 난연제의 분산성이 불량하여 기계적 강도가 급감하고, 난연제로 인해 열전도도가 상승하였기 때문으로 보인다.

Claims (8)

  1. 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 베이스 수지; 보강제; 질소계 난연제; 및 첨가제를 포함하는 단열재 조성물을 압출하여 제조되고,
    상기 단열재 조성물은,
    상기 베이스 수지 50~80중량부;
    상기 보강제 10~30중량부;
    상기 난연제 10~25중량부; 및
    상기 첨가제 5~15중량부를 포함하고,
    상기 베이스 수지의 함량은 상기 단열재 조성물 총 함량의 절반 이상이고,
    상기 베이스 수지의 상대점도는 1.5~2.5이고,
    상기 보강제는 종횡비(aspect ratio)가 1 초과이고 400 이하인 유리섬유이며,
    열전도율이 0.5 W/mㆍK 이하이고, UL94 난연등급이 V-0 이상인, 난연성 단열바.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아미드는 폴리아미드6, 폴리아미드12, 폴리아미드66, 폴리아미드 6/66, 폴리아미드 6/12, 폴리아미드 6/6T, 폴리아미드6/6I 및 이들의 공중합체로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나이며, 상대점도가 1.5 내지 3.6인, 난연성 단열바.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은 열전도율이 0.15 W/mㆍK 이하인, 난연성 단열바.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    하기 (i) 내지 (v)의 조건 중 적어도 하나를 만족하는, 난연성 단열바:
    (i) 굴곡강도 2,000 kg/cm2 이상;
    (ii) 굴곡탄성률 50,000 kg/cm2 이상;
    (iii) 충격강도 10 kgㆍcm/cm 이상;
    (iv) 용융지수(280℃) 5 g/10min 이상;
    (v) 용융점도(100S-1, 280℃) 5,000 PaㆍS 이상.
  8. 제1항 내지 제3항, 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 난연성 단열바를 포함하는, 난연성 단열 창호.
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