KR102275910B1 - 내화판넬 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내화판넬의 충진제로 사용되는 우레탄의 표면에 세라믹 섬유층을 형성하는 것으로 내화성능을 개선시킬 수 있는 내화판넬 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 내화판넬은 우레탄층; 상기 우레탄 층의 상부 및 하부에 형성된 세라믹 섬유층; 및 상기 세라믹 섬유층의 표면에 부착된 금속판을 포함할 수 있다.

Description

내화판넬 및 그 제조방법{Fireproof panel and Manufacturing thereof}
본 발명은 내화판넬 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내화판넬의 충진제로 사용되는 우레탄의 표면에 세라믹 섬유층을 형성하는 것으로 내화성능을 개선시킬 수 있는 내화판넬 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 우리가 지구 환경을 보호하는 것은 현재를 살아가는 우리 모두의 삶과 직접적인 관련이 있으며, 미래에 살아갈 후손들을 위해 우리가 지켜내야 할 사명이다. 이 중에서도 전 세계적인 기후변화 및 화석 에너지자원의 고갈이라는 문제는 우리가 지구 환경보호를 위해 가장 시급히 해결해야 할 당면 과제이다. 기후변화를 일으키는 지구온난화의 원인인 온실가스 중 가장 큰 비중을 차지하는 이산화탄소(CO2)는 에너지를 얻기 위해 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석연료를 태울 때 가장 많이 발생하기 때문에 결국 온실가스를 줄이는 것은 결국 화석 에너지 자원을 절약하는 것은 같은 맥락의 일이 될 것이며, 화석 에너지를 절감하고 또한 온실가스를 줄이기 위한 노력이 곧 지구환경을 보호하는 가장 효과적인 일이다.
여기서 현재 소비되는 모든 에너지 자원의 약 40%를 차지하고 있는 건물의 냉난방 에너지를 절감하는 것은 위에서 언급한 일과 직결되는 일로써, 이를 위해서는 건축물의 에너지를 외부로 빼앗기지 않도록 건축물의 내부 및 외부에 단열을 잘하는 것이 아주 중요하며 이를 위해 고효율 단열재의 사용이 요구되고 있다.
일반적으로 건물의 외장 구조는 구조벽체, 외장재가 연속으로 배치된 형태를 취한다. 이때 단열재는 종래에는 구조벽체와 일체화되어 구조벽체 내부에 설치되거나, 내부공간 구조벽체의 내부측 면에 설치되는 것이 일반적이다.
건축용 단열재는 합판, 유리섬유를 사용한 파이버 보드(Fiber Board), 발포 폴리스티렌을 사용한 EPS(expanded polystyrene) 판넬, 폴리우레탄 발포체(polyurethane foam)를 사용한 우레탄 판넬 등이 사용된다. 이러한 단열재 중에서, 우레탄 발포체는 타소재와 비교하여 뛰어난 단열 효과와 함께 자체의 경량성, 완충성, 자기접착성 등의 성질이 우수하여 각광을 받고 있다.
우레판 발포체를 적용한 대표적인 단열재로서 우레탄 판넬을 들 수 있다.우레탄 판넬의 일반적인 제조 공정은 아연도금강판이나 철판인 상하부 표면판재를 이송롤러로 각각 연속적으로 안내하면서 포밍기로 외곽을 굴곡지게 형성시키고 나서, 하부 표면판재상에 일정량의 우레탄수지액을 분사기로 분사시킨 다음, 상하부 표면판재를 더블벨트내로 진입시켜 가열기로 우레탄수지액을 가열하면 우레탄수지액은 120℃~ 140℃의 온도로 발열반응을 하게 되고 이에 따라 부피가 팽창하면서 상하부 표면판재내에서 발포되어 충진된다. 이와 같이, 우레탄이 발포된 판넬은 소정의 간격으로 절단된 후 적재장에 차곡차곡 쌓여 적재된 상태에서 자연 냉각되는 숙성공정을 통해 제조가 완료된다.
이렇게 제조되는우레탄 판넬(경질 폴리우레탄 폼 단열재,KS M 3809)은 건축물의 단열에 실제로 사용할 수 있는 현존하는 모든 자재 중에서 가장 열전도율이 낮아(K= 0.023~0.024 w/mk, KS 기준) 가장 작은 두께로 효과적으로 건물의 단열을 할 수 있는 고효율의 단열재이다. 실제로 최근에는 공동주택이나 업무시설에서 내벽 또는 외벽 단열재로 많이 사용되는 추세다. 그러나 폴리우레탄 폼 단열재는 그 원료가 석유에서 추출되어 생산된 화공제품으로, 그간 난연 기술의 발전에 따라 여러 종류의 첨가 난연제가 개발되는 등 많은 난연 기술의 시도가 있었음에도, 화재시 제품이 연소하여 많은 가스를 발생하고 인명을 살상하는 결과를 가져오게 된다는 치명적인 약점이 있다.
따라서 이러한 우레탄 판넬의 난연성을 증가시키기 위한 새로운 기술의 개발이 필요하다.
(0001) 대한민국 등록특허 제10-2193352호 (0002) 대한민국 등록특허 제10-0996322호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 난연성이 우수한 우레탄 판넬을 제조하는 것이다.
또한 본 발명은 판넬의 내부에 충진되는 우레탄의 표면에 세라믹 섬유층을 형성하는 것으로 기존의 우레탄 판넬에 비하여 높은 난연성을 가질 수 있는 우레탄 판넬 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 내화판넬은 우레탄층; 상기 우레탄 층의 상부 및 하부에 형성된 세라믹 섬유층; 및 상기 세라믹 섬유층의 표면에 부착된 금속판을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 우레탄층은, 실리카 에어로겔 10~20중량부; 폴리올 80~90중량부; 이소시아네이트 100~200중량부; 및 촉매 0.1~5중량부를 포함하며, 상기 우레탄 층은, 소듐실리케이트용액과 이온교환수지를 혼합하여 실리카 졸을 형성하는 단계; 상기 실리카 졸을 불활성 기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계; 상기 폴리올-실리카졸 복합수지에 촉매 및 화학적 발포제를 혼합하는 단계; 및 상기 촉매 및 화학적 발포제와 혼합된 폴리올-실리카졸 복합수지를 에이소시아네이트와 혼합하고 기계적 교반 및 발포하여 폴리우레탄-실리카 에어로겔 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며, 상기 세라믹 섬유층은, 상기 우레탄층 상부에 형성되며, 암면, 유리섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리케이트 섬유로 제작되는 단열 섬유층; 및 상기 단열 섬유층의 상부에 형성되며, 탄소섬유 또는 금속섬유로 제작되는 전도성 섬유층을 포함하며, 상기 내화판넬의 내부는 상기 금속판 사이의 공간을 분할하는 내화단열수단에 의하여 다수의 격실로 분할되며, 상기 내화단열수단은무기질 섬유 블랑켓 및 바인더를 포함하며, 상기 무기질 섬유 블랑켓은 산화알루미늄 섬유, 산화규소 섬유, 산화칼슘 섬유, 산화마그네슘 섬유, 산화철 섬유, 산화나트륨 섬유, 산화지르코늄 섬유, 유리섬유, 암면, 알루미나 섬유,실리케이트 섬유의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하며, 상기 바인더는, 베이스 수지, 난연제, 가소제, 가교제 및 첨가제를 포함하며, 상기 베이스 수지는 펜타클로로페놀(Pentachlorophenol, PCP), 클로로프렌(Chloroprene), 클로로설포네이트 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene, CSPE), 클로리네이티드 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene, CPE), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 또는 에틸렌프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, EPR)이며, 상기 난연제는 수산화알루미늄, 인산 알루미늄, 인계 혼화물 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 바인더는 상기 베이스 수지 100중량부 대비 난연제를 100~130중량부를 포함하며, 상기 내화단열수단은 무기질 섬유 블랑켓100중량부 대비 바인더를 200~300중량부를 포함하며, 상기 내화판넬의 양측면에는 상기 내화판넬을 상호간에 연결하기 위한 연결부를 구비하며, 상기 연결부는, 상기 우레탄층의 단부를 감싸도록 상기 상기 세라믹 섬유층이 연장되어 형성되며, 상기 금속판을 인접금속판과 연결하는 연결부재;상기 연장된 양측의 세라믹 섬유층 중 일측에 형성되는 돌출부 형성부재; 및 상기 연장된 양측의 세라믹 섬유층 중 타측에 형성되는 함입부 형성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화판넬을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 우레탄층의 표면에 세라믹 섬유층을 포함함에 따라 내화성이 우수하면서도 단열성이 뛰어난 판넬을 제공할 수 있다.
또한 세라믹 섬유층을 단열 섬유층과 전도성 섬유층의 복합구조로 제작함에 따라 화제에 의한 열이 공급되는 경우 우레탄 층으로의 전파를 막으면서도 판넬전체로 열을 분산하여 발산시킬 수 있으므로 기존의 내화 판넬에 비하여 높은 내화성을 가지는 내화판넬의 제공이 가능하다.
또한 상기 내화판넬의 내부에 내화단열수단을 설치하여 다수개의 격실을 형성하는 것으로 일부 우레탄 층의 연소가 시작되더라도 연소가 최소화될 수 있도록 하여 화제의 전파 및 유독가스의 생성이 최소화될 수 있는 내화판넬을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 본 발명의 일 실시에 의한 내화판넬의 단면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 내화판넬의 설치모습을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 내화판넬의 단면을 나타낸 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 내화판넬의 단면을 나타낸 것이다.
본 발명은 우레탄층; 상기 우레탄 층의 상부 및 하부에 형성된 세라믹 섬유층; 및 상기 세라믹 섬유층의 표면에 부착된 금속판을 포함하는 내화판넬에 관한 것이다.
일반적인 우레탄 판넬은 샌드위치 판넬이라고 하며, 금속판의 사이에 우레탄이 일정한 두께로 충진되어 있다. 이러한 우레탄 판넬은 충진된 우레탄이 높은 단열효과를 가지고 있으므로 단열성이 우수하며, 외부를 금속으로 마감하고 있어 내구성 또한 우수하여 조립식 건축등에 많이 사용되고 있다. 하지만 상기 우레탄의 경우 화재시 빠른 속도로 연소됨과 더불어 유독가스를 다량으로 발생시키는 특성을 가지고 있으므로 상기 우레탄 판넬이 난연성과 내화성을 가지도록 하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 우레탄 층(100)은 내화성 및 단열성을 높이면서도 무게를 가볍게 하기 위하여 실리카 에어로겔을 포함할 수 있다. 실리카 에어로겔은 높은 기공도를 가짐에 따라 단열재로 사용될 수 있으며 낮은 밀도를 가지고 있으며 특히 경량 단열재로 사용될 수 있다. 하지만 기존에 사용되는 실리카 에어로겔의 경우 매우 약한 강도를 가지고 있어 단독으로 사용되지는 못하고 있으며, 섬유재 또는 고분자 바인더를 혼합하여 사용하고 있다. 다만 상기 섬유재 또는 고분자 바인더의 경우 낮은 단열성능을 가지고 있음에 따라 단열재로의 특성이 감소할 수 있다.
본 발명의 경우 단열재로 사용되는 우레탄 폼의 제조시 실리카 졸을 이용하여 실리카 에어로겔 유사체를 형성하는 것으로 높은 단열성을 가질 수 있을 뿐만 아니라 압축강도가 크게 향상된 우레탄 층의 형성이 가능하다.
이를 위하여 상기 우레탄 층은, 소듐실리케이트용액과 이온교환수지를 혼합하여 실리카 졸을 형성하는 단계; 상기 실리카 졸을 불활성 기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계; 상기 폴리올-실리카졸 복합수지에 촉매 및 화학적 발포제를 혼합하는 단계; 및 상기 촉매 및 화학적 발포제와 혼합된 폴리올-실리카졸 복합수지와 에이소시아네이트와 혼합하고 기계적 교반 및 발포하여 폴리우레탄-실리카 에어로겔 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에 있어서, 실란 전구체인 소듐실리케이트 용액(sodium silicate solution)을 출발물질로 하여 물로 희석시킨 후 희석용액을 이온교환수지와의 교반을 통해 불순물인 Na를 제거하면서 생성되는 실라놀이 탈수축합반응에 의해 실리카에어로겔 유사체를 형성하고, 이를 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올과의 반응을 통해 개질된 실리카 에어로겔 유사체를 포함하는 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올을 제조하여 촉매(아민계 촉매, 삼량화 촉매), 계면활성제 그리고 발포제와 혼합한 혼합물[A액]과 이소시아네이트(방향족 이소시아네이트 혹은 지방족이소시아네이트)[B액]를 반응시켜 단열성능 및 압축강도가 향상된 실리카 에어로겔 유사체를 포함하는 폴리우레탄층을 형성할 수 있다.
상기 소듐실리케이트는 흔히 규산나트륨, 규산소다 또는 물유리로 불리는 물질로서, Na2O·nSiO2(n＝2∼4)를 기본 조성으로 하여 적정량의 물과 혼합되어 있는 액상의 물질이다. 이러한 소듐실리케이트의 경우 나트륨이온으로 인하여 강한 염기성을 가지고 있으며, 이를 중화하는 경우 겔형을 형성할 수 있으므로 이를 응용하여 다공성의 흡습제인 실리카겔이나 실리카 에어로겔의 제작에 사용할 수 있다. 하지만 본 발명에서는 물과 혼합한 다음, 이온교환 수지를 이용하여 나트륨 이온을 제거하는 것으로 실나놀을 형성하며, 실나놀은 탈수 축합반응을 통하여 실리카 졸로 전환될 수 있다. 이러한 실리카 졸을 실리카 에어로겔 유사체로 활용하여 폴리올에 혼합하여 사용한다.
상기 소듐실리케이트는 용매에 희석되어 사용될 수 있으며, 이때 상기 용매는 상기 소듐실리케이트를 희석할 수 있는 용매라면 제한없이 사용할 수 있지만, 이후 공정에서 분리의 편의성 및 화학적 안정성을 고려하여 물, 바람직하게는 증류수를 사용할 수 있다. 상기 물은 상기 소듐실리케이트의 중량대비 1:2~1:4의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 1:2비율 미만으로 물을 혼합하여 사용하는 경우 소듐실리케이트의 점성이 높아 이온교환 수지와의 혼합 시 나트륨이온의 제거가 용이하지 않으며, 1:4를 초과하는 비율로 혼합하는 경우 물의 비율이 높아짐에 따라 수득되는 실리카 에어로겔 유사체의 비율이 줄어들어 분리에 많은 비용 및 시간을 필요로 할 수 있다.
상기 이온교환 수지는 상기 소듐실리케이트의 나트륨을 제거하기 위하여 사용되는 것으로 술폰산, 카르복시산 또는 아민으로 개질된폴리스티렌, 폴리아크릴레이트 또는 스티렌-디비닐벤젠코폴리머와 같은 이온교환 수지가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 술폰산으로개질된DOWEX, Duolite, Amberite, Amberlyst, Amberjet 또는 카르복시산으로 개질된 DOWEX, Amberite 또는 양이온 및 음이온 모두를 이온 교환할 수 있는 DOWEX, 강한 산성 양이온 교환수지(시그마 알드리치IR120) 등이 사용될 수 있다. Na이온제거에 사용된 이온교환수지는, 이온교환수지 부피와 같은 부피의 1M HCl를 이용하여 약 3회 정도 처리함으로써 재활성화시킬 수 있다.
상기 실리카 졸을 형성하는 단계를 상세히 살펴보면 소듐실리케이트 용액 30중량부에 증류수 60~120중량부를 혼합하여 희석한 다음, 이온교환 수지 30~90중량부를 혼합하여 교반하면 실리카 졸이 분리된다. 이때 상기 용액은 pH가 3~4가 될 때 반응을 중지시켜 실리카 졸이 용이하게 분리될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 용액의 pH가 3미만인 경우 실리카 졸이 생성되지 않으며, 4를 초과하는 경우 실리카 겔이 형성되므로 pH가 3~4의 범위에 있을 때 이온교환 수지를 제거하는 것이 바람직하다.
기존의 실리카 에어로겔을 포함하는 폴리우레탄 복합 발포체의 경우 실리콘 에어로겔을 제조하기 위하여 용매치환, 표면개질, 건조공정을 거치게 됨에 따라, 제작비용이 대폭 상승한다는 단점을 가지고 있다. 또한 이러한 공정에서 금속 알콕사이드를 촉매로 사용하는데 이는 제작단가의 상승으로 직결될 수 있다.
아울러 이렇게 제조된 실리카 에어로겔을폴리올에 혼합하는 경우에도 실리카 에어로겔의 응집이 발생하거나 폴리올과의 혼합성이 떨어져 결과적으로는 압축강도가 떨어지거나 열전도도가 국부적으로 높아지는 결과는 가져올 수 있다. 하지만 본 발명에서는 실리카 에어로겔 유사체인 실리카 졸 표면을 폴리올로 개질하여 사용하고 있으므로, 응집이 최소화됨과 동시에 생성되는 우레탄 층의 내부에 실리카 에어로겔 유사체가 균일하게 분산되어 높은 압축강도 및 낮은 열전도도를 가질 수 있다.
상기와 같이 실리카 졸이 형성된 이후 실리카 졸 즉 실리카 에어로겔 유사체를 불활성기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지를 제조할 수 있다.
본 발명에서 바인더로 사용되는 우레탄은 경질우레탄 폼을 사용할 수 있으며, 낮은 열전도율이 필요하므로 독립기포(closed cell)을 가지고, 높은 강도 및 찌그러지지 않는 특성이 필요하므로, 사용하는 폴리올은 분기 및 가교밀도가 높은 구조가 유리하다. 따라서 폴리올의 분자량은 200~800 정도로 낮고, 수산기값(hydroxy number)이 200 내지 400mgKOH/g인 것이 바람직하다.
이때 사용되는 폴리올은 폴리에테르계, 폴리에스테르계 폴리올 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 상기 폴리에테르계 폴리올은 수크로스, 소르비톨, 글리콜, 글리세롤 등과 같은 다가 알코올이나 폴리아민과 같은 이가 이상의 활성수소를 가지고 있는 화합물인 출발물질에 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 등의 공중합체 폴리올로부터 선택될 수 있다. 또한 폴리에스테르계 폴리올은 다염기산(polybasic acid) 및 글리콜, 글리세롤 등의 히드록시기를 가지는 다가 알코올(polyalcohol)을 용매로 합성된 것으로서, 상기 다가 알코올은 에틸렌글리콜, 1-4부탄디올, 1,6-헥산디올, 폴리에틸렌글리콜, 다이에틸렌글리콜 등으로부터 선택되며, 상기 다염기산은 테레프탈산, 아디프산, 말레산, 숙신산 등 방향족 염기산, 지방족 이염기산 등에서 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서 용어 “분위기”는 반응기 또는 반응공간의 내부를 일정기체로 치환한 것을 의미하며 예를 들어 불활성기체 분위기는 반응기 내부의 공기 전체를 불활성 기체로 치환한 것을 의미한다.
상기 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합수지를 제조하는 단계는 불활성기체 분위기 하에서 수행될 수 있다. 실리카 에어로겔 유사체와 폴리올을 혼합할 때, 산소와 접촉하는 경우 실리카 에어로겔 유사체가 산화에 의하여 pH가 높아짐에 따라 실리카 겔이 석출될 수 있으며, 폴리올역시 산화에 의하여 열화될 수 있다. 또한 본 발명의 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계는 혼합의 효율성을 높이기 위하여 150~180℃의 온도에서 수행되므로, 높은 온도에 의하여 이러한 산화반응이 더욱 가속될 수 있다. 따라서 상기 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계는 불활성기체 분위기 하에서 수행하여 산화를 방지하는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 불활성 기체는 상기 실리카 에어로겔유사체 및 폴리올과 반응하지 않는 기체라면 제한없이 사용할 수 있지만, 산업적으로 많이 사용되는 질소(N2), 헬륨(He), 네온(Ne) 또는 아르곤(Ar)을 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 질소를 사용할 수 있다.
상기 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합수지에 촉매 및 화학적 발포제를 혼합하는 단계는 상기 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합수지를 제조하는 단계에서 제조된 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합 수지에 촉매 및 발포제를 첨가하여 복합수지 전구체를 생성하는 단계이다.
상기 촉매는 상기 폴리올과 이후 첨가된 이소시아네이트의 반응을 촉진하여 폴리우레탄을 형성하는 촉매로 폴리우레탄 제조시 일반적으로 사용되는 촉매라면 제한없이 사용가능하다. 하지만 반응성의 증대 및 물성향상을 위하여 바람직하게는 아민계 촉매와 삼량화 촉매를 혼합하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 N,N-디메틸사이클로헥실아민(N,N-dimethylcyclohexylamine), N,N,N',N'-펜타메틸디에틸렌트리아민(N,N,N',N'-pentamethyldiethylenetriamine), 트리에틸렌디아민(triethylenediamine), 디-N-부틸틴디라우릴레이트, 아세트산 칼륨, 아세트산 리튬, 아세트산 마그네슘, 유기주석 화합물, 유기티타늄 화합물 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 화학적 발포제는 상기 폴리우레탄-실리카 에어로겔유사체 복합 수지 전구체에 혼합되어 폴리올과 이소시아네이트가 반응할 때 또는 반응직후 기체를 생성하는 것으로 상기 폴리우레탄 복합체를 발포시키는 역할을 수행하는 것으로 노르말펜탄, 시클로펜탄, 아이소펜탄, 하이드로겐클로로플루오로카본(H-CFCs), 하이드로겐플루오로카본(H-FCs) 또는 물을 사용하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 촉매 및 화학적 발포제 이외에도 생성되는 폴리우레탄 복합 발포제의 물성을 개선하기 위하여 정포제, 계면활성제, 난연제, 활제와 같은 첨가제가 추가적으로 포함되어 사용될 수 있다.
또한 상기 폴리올- 실리카 에어로겔유사체 복합수지에 촉매 및 화학적 발포체를 혼합하는 단계는 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합 수지에 촉매, 화학적 발포제를 혼합한 다음 교반기를 이용하여 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 교반기는 공업용 또는 실험용으로 흔하게 사용되는 회전식 교반기를 사용하는 것이 바람직하며, 300~800RPM으로 회전시켜 교반하는 것이 바람직하다. 300RPM미만으로 회전시키는 경우 혼합효과가 떨어져 생성되는 폴리우레탄 복합 발포체에 불균일성이 생길 수 있으며, 800RPM이상으로 회선시키는 경우 액상에 캐비테이션(공동현상)이 발생하여 크기가 큰 공동이 형성될 수 있어 단열성이 떨어질 수 있다.
상기 촉매 및 화학적 발포제와 혼합된 폴리올-실리카졸 복합수지에 이소시아네이트를 혼합하고 기계적 교반 및 발포하여 폴리우레탄-실리카 에어로겔 복합체를 제조하는 단계는 폴리우레탄-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지 전구체에 이소시아네이트를 첨가하여 폴리올을 폴리우레탄으로 중합함과 동시에 발포하여 폴리우레탄 복합 발포체를 제작하는 단계이다.
상기 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트 또는 지방족 이소시아네이트에서 선택되는 1종 이상을 포함할수 있다.
방향족 이소시아네이트는 디페닐메탄디이소시아네이트(4,4'-Diphenylmethnae diisocyanate, MDI), 폴리머릭디페닐메탄디이소시아네이트(polymeric 4,4'-Diphenylmethnae diisocyanate, PMDI), 톨루엔디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI), 1-4 페닐렌디이소시아네이트(1,4-phenylene diisocyanate, PPDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(1,5-Naphthalene diisocyanate, NDI)을 포함하는 화합물로서 방향족 고리를 가지는 이소시아네이트이다.
지방족 이소시아네이트는 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트(1,6-Hexamethylene diisocyanate, HDI), 이소포론디이소시아네이트(Isoporon diisocyanate, IPDI), 디사이클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트(Dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, H12MDI)가 사용될 수 있다.
상기 기계적 교반은 회전식교반기를 사용하여 300~800RPM으로 회전시켜 교반하는 것이 바람직하다. 또한 이 단계에서는 화학적 발포제에 의하여 발포가 수행되므로 상기 폴리올-실리카졸 복합수지에 촉매 및 화학적 발포체를 혼합하는 단계보다 회전수를 10~30% 낮춰서 혼합하는 것이 바람직하다. 다만 300RPM미만으로 회전하는 경우 혼합 시간보다 발포시간이 짧아 혼합이 완료되기 이전에 발포가 끝나버리게 되므로, 300RPM이상으로 회전시켜 혼합하는 것이 바람직하다.
이와 같은 방법에 의하여 제조되는 상기 우레탄 층(100)은 실리카 에어로겔 10~20중량부; 폴리올 80~90중량부; 이소시아네이트 100~200중량부; 및 촉매 0.1~5중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 실리카 에어로겔이 10중량부 미만인 경우 상기 실리카 에어로겔에 의한 단열성능 향상 및 강도향상의 효과를 기대하기 어려우며, 상기 실리카 에어로 겔의 함량이 20중량부를 초과하는 경우 상기 우레탄 층에 취성이 생겨 파손될 수 있다.
또한 상기 폴리올, 이소시아네이트 및 촉매의 경우 상기 범위내에서만 최적의 우레탄을 형성할 수 있다.
상기 세라믹 섬유층(200)은 상기 우레탄 층(100)의 상부에 형성되며, 상기 우레탄 층(100)이 고온에서 발화되는 것을 막기 위한 층으로, 외부에서 공급되는 열을 단열하여 상기 우레탄 층(100)이 발화온도 이상으로 가열되는 것을 막는 층이다.
이때 상기 세라믹 섬유층(200)은 암면, 유리섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리케이트 섬유로 제작되는 단열 섬유층; 및 상기 단열 섬유층의 상부에 형성되며, 탄소섬유 또는 금속섬유로 제작되는 전도성 섬유층을 포함할 수 있다.
상기 단열 섬유층은 기존의 우레탄 판넬과 동일하게 상기 우레탄에 전달되는 열을 차단하며, 화염이 직접 상기 우레탄 층에 도달하지 않도록 하는 층이다. 이를 위하여 상기 단열 섬유층은 단열성 및 내화성을 동시에 가지는 세라믹 섬유로 구성될 수 있다,
상시 단열 섬유층에 사용되는 세라믹 섬유는 암면, 유리섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리케이트 섬유와 같은 내화성 섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 섬유는 부직포 또는 종이형상으로 제작되는 것으로 상기 우레탄의 연소를 막을 수 있다.
상기 전도성 섬유층은 상기 우레탄 층(100)에 전달되는 열을 상기 내화판넬의 전체에 전달하여 외부로 발산하도록 제작되는 층으로, 후술한 금속판(300)과 상기 단열 섬유층 사이에 형성되어 금속판(300)을 통하여 입사되는 열을 금속판(300)의 다른 지점으로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 일반적으로 화재 또는 내화시험에서는 상기 우레탄 판넬의 일부에만 집중적으로 열이 가해지게 되므로 이를 상기 판넬의 전체로 확산시켜 열을 외부로 배출하는 경우 상기 우레탄 판넬의 내화성을 개선하는 것이 가능하다. 즉 상기 판넬의 일정지점에서 도입되는 열은 상기 전도성층을 따라 상기 금속판(300)의 전체로 분산되며, 이는 복사를 통하여 상기 금속판(300)의 전체로 방출될 수 있다. 또한 이때 이동하는 열은 상기 단열 섬유층으로 인하여 상기 우레탄에는 최소량만 도달하며, 이에 따라 상기 우레탄이 발화점까지 가열되는 것을 최대한 늦출 수 있다.
상기 전도성 섬유층은 열전도성이 높은 탄소섬유 또는 금속섬유로 제작될 수 있으며, 상기 탄소섬유 또는 금속섬유를 다른 종류의 섬유와 혼방하여 사용하는 것도 무방하다.
상기 내화판넬의 내부에는 상기 금속판 사이의 공간을 분할하는 내화단열수단(110)을 포함할 수 있다. 일반적인 우레탄 판넬의 경우 금속판의 사이에 우레탄 층에 형성되어 있다. 따라서 일부 우레탄이 연소를 시작하는 경우 상기 우레탄 판넬의 전체가 연소하여 큰화제를 일으킴과 동시에 막대한 유독가스를 발생시킬 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위하여 본 발명의 경우 상기 우레탄이 충진되는 금속판 사이의 공간을 내화단열수단(110)을 이용하여 다수개의 공간으로 분할하는 것으로 일부 우레탄이 연소하더라도 이 연소가 최소화 될 수 있도록 할 수 있다.
이를 위하여 상기 내화단열수단(110)은 무기질 섬유 블랑켓 및 바인더를 포함할 수 있다.
상기 무기질 섬유 블랑켓은 상기 우레탄의 연소시 인접한 우레탄으로 열 및 화염이 전달되지 않도록 하는 것으로 내화성을 가지는 섬유를 이용하여 부직포 형상으로 제작하는 것으로 내화성 및 단열성을 동시에 가질 수 있다. 이를 통하여 상기 내화단열수단(110)는 상기 금속판 사이의 공간을 물리적으로 분할하여 다수개의 격실을 형성할 수 있으며 일부 격실에 연소가 시작되더라도 이러한 연소가 다른 격실로 전달되어 상기 우레탄 판넬의 전체가 연소되는 것을 막을 수 있다.
상기 무기질 섬유 블랑켓은 산화알루미늄 섬유, 산화규소 섬유, 산화칼슘 섬유, 산화마그네슘 섬유, 산화철 섬유, 산화나트륨 섬유, 산화지르코늄 섬유, 유리섬유, 암면, 알루미나 섬유, 실리케이트 섬유의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 가볍고 단열성 및 내화성이 우수하고 시중에서 구하기 용이한 유리섬유 또는 암면을 사용할 수 있다.
상기 바인더는 상기 무기질 섬유 블랑켓을 고정하기 위하여 사용되는 것으로 상기 바인더에 상기 무기질 섬유 블랑켓의 일부 또는 전부가 함침되어 있는 형태로 제작될 수 있으며, 단순히 상기 바인더를 상기 섬유의 고정용으로만 사용하여 상기 무기질 섬유 블랑켓을 부직포 형태로 고정시켜 사용하는 것도 가능하다. 이때 사용되는 바인더는 상기 우레탄 보다 내화성 및 발화온도가 높은 바인더를 사용하는 것이 바람직하며, 베이스 수지, 난연제, 가소제, 가교제 및 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 베이스 수지는 다른 구성요소들을 포함하는 기본이 되는 수지로서 본 발명에서는 열경화성 수지 또는 탄성중합체를 사용한다. 상기 열경화성 수지 또는 탄성중합체는 펜타클로로페놀(Pentachlorophenol, PCP), 클로로프렌(Chloroprene), 클로로설포네이트 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene, CSPE), 클로리네이티드 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene, CPE), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 또는 에틸렌프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, EPR)를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 또는 에틸렌프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, EPR), 더욱 바람직하게는 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA)를 사용할 수 있다. 열가소성 수지를 베이스 수지로 사용하는 경우 우레탄의 연소 또는 외부화제에 의하여 고온이 되는 경우 연성 및 전성이 생겨 상기 격실구조를 유지하기 어려울 수 있다.
상기 난연제는 상기 바인더에 난연성을 부여하는 물질로 상기 베이스 수지 100중량부에 대하여 130~180중량부, 바람직하게는 150~160중량부가 사용될 수 있다. 상기 난연제가 130중량부 미만으로 사용되는 경우 난연성이 떨어질 수 있으며, 180중량부를 초과하여 포함되는 경우 난연제의 사용량의 증가에 따라 난연성의 향상은 일어나지 않으면서 인장강도가 떨어질 수 있다.
상기 난연제는 수산화알루미늄, 인산 알루미늄, 인계 혼화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특히 기존의 난연제로서 많이 사용되는 수산화 마그네슘(상품명 TAJIMA M)을 포함하는 경우 인장강도가 저하될 수 있어 사용하지 않는 것이 바람직하다. 상기 난연제는 위에서 살펴본 바와 같이 베이스 수지 100중량부에 대하여 130~180중량부가 사용될 수 있으며, 이를 상세히 살펴보면 베이스 수지 100중량부에 대하여 수산화알루미늄(상품명 TAJIMA A) 140~160중량부, 바람직하게는 150중량부, 인산 알루미늄(상품명 PNF-740R) 3~8중량부, 바람직하게는 5중량부, 인계 혼화물(상품명 RPM 650E) 1~5중량부, 바람직하게는 3중량부를 포함할 수 있다. 상기 중량부의 하한값 미만으로 포함되는 경우 난연성이 떨어질 수 있으며, 상한값을 초과하여 포함되는 경우에는 인장강도가 떨어질 수 있다. 또한 상기 인산알루미늄의 경우 표면 개질된 인산알루미늄을 사용하는 것이 더욱 바람직하다
상기 가소제는 상기 바인더의 전성 및 연성을 높여주는 첨가물로서, 각국의 환경 규제에 대응하기 위하여 비 프탈레이트계 가소제를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 디옥틸아디페이트(dioctyl adipate)를 사용할 수 있다. 또한 상기 가소제는 상기 베이스 수지 100중량부에 대하여 5~15중량부, 바람직하게는 10중량부를 포함할 수 있다. 상기 가소제가 5중량부 미만으로 포함되는 경우 상기 바인더의 연성이 떨어질 수 있으며, 15중량부를 초과하여 포함되는 경우 난연성이 떨어질 수 있다.
상기 가교제는 상기 베이스 수지에 첨가되는 것으로 고분자가 그물형의 연결을 가지도록 하며, 이에 따라 수지의 강도를 높이는 역할을 수행한다. 상기 가교제는 베이스 수지 100중량부에 대하여 1~5중량부 바람직하게는 3~4중량부를 포함할 수 있으며, 디커밀퍼옥사이드(Dicumyl peroxide)를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 가교제가 1중량부 미만으로 포함되는 경우 상기 바인더를 이용하여 제조되는 내화단열수단의 강도가 낮아질 수 있으며, 5중량부를 초과해서 포함하는 경우에는 강도가 높아지고 연성이 떨어져 내화단열수단의 탄성이 떨어질 수 있다.
상기 첨가제는 가교안정제, 가교조제 및 가공조제를 포함할 수 있다. 상기 가교안정제는 가교제에 의한 가교 반응시 가교반응이 균일하게 일어나도록 하는 물질로서, 산화아연(ZnO)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 가교조제는 triallyl isocyanurate를 사용할 수 있다. 상기 첨가제는 상기 베이스 수지 100중량부에 대하여 15~20중량부가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 가교안정제 5중량부, 가교조제 4.2중량부, 가공조제 4.2중량부를 사용할 수 있다.
아울러 상기 내화단열수단(110)은 상기 내화판넬의 전후면에 위치하는 금속판(100)을 연결해주는 것으로 상기 내화판넬의 강도를 높일 수 있다(도 3 참조). 기존의 우레탄 판넬의 경우 상기 금속판에 대부분의 하중을 지탱하여, 일부 하중을 상기 우레탄 층이 지지하는 구조로 되어 있다. 하지만 이 경우 수직하중에 대한 저항성은 높지만 수평으로 가해지는 하중에 의한 변형이 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위하여 본 발명의 경우 상기 내화단열수단을 보강제로서 사용할 수 있다. 이 경우 상기 바인더의 사용량을 늘려 상기 무기질 섬유 블랑켓의 일부 또는 전부를 함침하도록 제작되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 내화단열수단(110)은 상기 내화판넬의 내부에서 측방향의 변형을 지지하는 뼈대로서 사용될 수 있으며 이에 따라 상기 내화 판넬의 강도가 향상될 수 있다. 이때 상기 내화단열수단(110)은 무기질 섬유 블랑켓 100중량부 대비 바인더를 200~300중량부를 포함할 수 있다. 상기 바인더가 200중량부 미만으로 포함되는 경우 상기 내화단열수단(110)에 의한 내화판넬의 강도향상효과가 떨어질 수 있으며, 300중량부를 초과하는 경우 내화성이 떨어져 우레탄층의 보호효과가 떨어질 수 있다.
또한 상기 내화단열수단(110)은 최소한의 내화성을 확보하기 위하여 5~50mm의 두께를 가지며, 50~300mm가 이격되어 설치되는 것이 바람직하다. 상기 내화단열수단(110)의 두께가 5mm미만인 경우 내화성이 떨어져 우레탄층 격실에서 발생한 연소가 다른 격실로 전파될 수 있으며, 50mm를 초과하는 두께를 가지는 경우 우레탄의 사용량이 줄어들어 내화판넬의 단열성이 떨어질 수 있다. 상기 내화단열수단의 이격거리가50mm미만인 경우 우레탄의 형성이 어려워 제작비용이 상승할 수 있으며, 300mm를 초과하는 경우 격실 형성에 의한 효과가 떨어질 수 있다.
상기 내화판넬의 양측면에는 상기 내화판넬을 상호간에 연결하기 위한 연결부를 구비할 수 있다(도 1의 확대부 참조). 기존의 우레탄 판넬의 경우 단순히 우레탄 판넬의 측면을 연결하고 있으며, 이에 따라 하나의 우레탄 판넬에서 발생한 화제가 인접한 판넬로 번질 수 있다. 따라서 본 발명의 경우 상기 연결부를 구비하여 이 연결부가 화재를 막는 역할을 수행하는 것으로 화재가 인접한 판넬로 번지는 것을 막을 수 있다.
이때 상기 연결부는 상기 우레탄 층(100)의 단부를 감싸도록 상기 상기 세라믹 섬유층(200)이 연장되어 형성될 수 있다(도 1의 확대부 참조). 즉 본 발명의 내화판넬은 양측면에 우레탄이 노출되는 기존의 우레탄 판넬과는 달리 양측면의 우레탄 층(100)의 말단부분이 상기 세라믹 섬유층(200)으로 감싸져 있어 우레탄 층에서 발생한 화제가 인접한 내화판넬로 번지지 않도록 할 수 있다.
또한 상기 내화판넬의 연결을 위하여 상기 금속판을 인접금속판과 연결하는 연결부재(400); 및 상기 연장된 세라믹 섬유층을 관통하여 상기 우레탄층과 인접한 우레탄층을 연결하는 관통부재(420)를 포함할 수 있다.
상기 연결부재(400)는 상기 내화판넬의 표면에 위치하며, 인접한 두 판넬사이를 연결하는 부분으로, 상기 판넬의 금속판(300)을 인접한 판넬의 금속판과 연결하는 것으로 두 판넬을 연결하게 된다. 이때 상기 금속판과 연결부재(400)는 나사산이 형성되어 있는 고정수단(410) 특히 드라이 월 스크류(Drywall Screw)를 이용하여 연결되는 것이 바람직하다.
상기 연장된 양측의 세라믹 섬유층 중 일측에 형성되는 돌출부 형성부재(420)는 상기 연장되어 우레탄 층(200)의 말단부를 감싸고 있는 세라믹 섬유층(200)을 일정항 형상을 가지도록 하여 타측에 형성되는 함입부 형성부재와 맞물리는 형상이 되도록 하는 것으로, 상기와 같은 맞물림을 통하여 상기 내화판낼의 단열성을 향상시킬 수 있다.
이를 상세히 살펴보면 기존의 우레탄 판넬의 경우 연결부위가 단순히 우레탄의 측면을 맞대는 것으로 제작됨에 따라, 상기 우레탄 층과 우레탄 층의 사이로 공기가 유동할 수 있다. 이 경우 상기 유동되는 공기로 인하여 우레탄 판넬의 단열성이 낮아지는 결과를 가져오게 될 뿐만 아니라 공기의 유동으로 인하여 화제가 발생하는 경우 유독가스가 유출되거나 발화부분으로 산소가 공급될 수 있다. 이를 개선하기 위하여 본 발명의 경우 상기 우레탄 층의 말단부를 감싸는 세라믹 섬유층의 표면에 돌출부 형성부재 또는 함입부 형성부재를 부착하는 것으로 상기 내화 판넬의 결합기 상기 돌출부와 상기 함입부가 끼움결합되도록 할 수 있다(도 1의 확대부 참조).
본 발명은 또한 상기 내화판넬의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
실시예 1
에틸렌 비닐아세테이트 수지 100중량부에 대하여 수산화알루미늄 난연제 150중량부, 디옥틸 아디페이트 10중량부, 디커밀 퍼옥사이드 3중량부를 혼합하여 제조된 난연성 컴파운드를 제조하였다.
암면으로 제작된 두께 10mm의 무기질 섬유 블랑켓에 상기 난연성 컴파운드를 함침하여 내화단열격벽을 형성하였다.
아연도금 강판에 탄소섬유층 및 실리케이트 단열섬유층을 부착한 다음, 상기 내화단열격벽을 100mm가 이격되도록 부착하고, 두께 80mm의 판넬을 제조하였다.
소듐 실리케이트 용액(sodium silicate solution)에 D.I water(증류수)를 첨가한 후 교반하여 소듐 실리케이트 희석액을 제조하였다. 제조한 희석액을 이온교환수지(시그마 알드리치, IR120)와 혼합하여 교반하였으며, 희석액의 pH가 3~4가 되었을 때 교반을 멈추고 생성된 실리카 졸(실리카 에어로겔 유사체)을 분리하였다.
상기 제조된 실리카 에어로겔 유사체에 무수프탈산 기반의 작용기가 2이고 수산가가 240(mgKOH/g)인 폴리에스테르 폴리올(폴리올 A)을 혼합한 다음, 질소분위기 하에서 가열(165℃) 및 교반(회전식 교반기, 500RPM)하여 폴리올-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지를 제조하였다.
상기 폴리올-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지에 아민계촉매로서 N,N-디메틸사이클로헥실아민(N,N-dimethylcyclohexylamine), N,N,N',N'-펜타메틸디에틸렌트리아민(N,N,N',N'-pentamethyldiethylenetriamine), CH3COOK, 실리콘 첨가제(silicone surfactant, Goldschmidt사의 B8462), 물을 혼합하여 폴리우레탄-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지 전구체를 제조하였다.
상기 폴리우레탄-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지 전구체에 방향족 이소시아네이트(PMDI, BASF사의 M20R)을 혼합하여 폴리우레탄-에어로겔 복합체를 제조하였다.
상기 폴리우레탄 에어로겔 복합체를 상기 판넬의 각 격벽에 주입하여 내화판넬을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 내화판넬의 제조시 폴리우레탄 에어로겔 복합체 대신 기존에 사용되는 폴리우레탄을 주입한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 3
상기 실시예 1의 내화판넬 제조시 탄소섬유층 및 실리케이트 단열섬유층을 사용하지 않을 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 4
상기 실시예 1의 제조시 내화단열격벽을 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 5
기존에 시판되는 동일한 규격의 우레판 판넬을 사용하였다.
시험예
ISO-9075 Fire Test 방법을 이용하여 화염발생 및 전파실험을 수행하였다.
상기 실시예 1~5의 방법으로 제조된 판넬을 배치한 다음, 화염을 가하였으며, 화염 발생시간 및 화염전파정도를 측정하여 하기의 표 1에 나타내었다.
화염발생시간(분) 화염전파 시험후 변형
실시예 1 73분 아니오 아니오
실시예 2 38분 아니오 아니오
실시예 3 31분 아니오 아니오
실시예 4 54분 예 예
실시예 5 13분 예 예
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 실시예 1의 경우 1시간 이상 화염을 발생시키지 않았으며, 내화단열격벽으로 인하여 발생한 화염이 내부에서 전파되지 않는 것으로 나타났다. 또한 내화단열격벽이 보강재의 역할을 수행하고 있으므로, 시험후에도 변형이 발생되지 않아 구조재로서의 역할을 수행할 수 있었다.
하지만 일반적인 우레탄을 사용한 실시예 2, 탄소섬유층 및 실리케이트 단열섬유층을 사용하지 않은 실시예 3의 경우 화염발생시간이 크게 줄어드는 것을 확인할 수 있었으며, 내화단열격벽을 사용하지 않은 실시예 4의 경우 화염발생시간은 실시예 1과 유사하였지만 일단 화염이 발생하는 경우 상기 나타난 바와 같이 판넬의 전체로 화염이 전파되는 것으로 나타났다. 또한 상기 실시예 4의 경우 내화단열격벽에 의한 보강효과가 없아 시험이후 일부 구조가 변형되는 것으로 나타났다. 기존의 우레탄 판넬을 사용할 실시예 5의 경우 가장 화염 발생시간이 짧고 화염이 판넬의 전체로 전파되었으며, 시험이후 변형도 가장 심한 것으로 나타났다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100 : 우레탄 층
110 : 내화단열수단
200 : 세라믹 섬유층
300 : 금속판
400 : 연결부재
410 : 고정수단
420 : 관통부재

Claims (2)

  1. 우레탄층;
    상기 우레탄 층의 상부 및 하부에 형성된 세라믹 섬유층;및
    상기 세라믹 섬유층의 표면에 부착된 금속판;
    을 포함하는 내화판넬에 있어서,
    상기 우레탄층은,
    실리카 에어로겔10~20중량부;
    폴리올80~90중량부;
    이소시아네이트100~200중량부;및
    촉매 0.1~5중량부;
    를 포함하며,
    상기 우레탄 층은,
    소듐실리케이트용액과 이온교환수지를 혼합하여 실리카 졸을 형성하는 단계;
    상기 실리카 졸을 불활성 기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계;
    상기 폴리올-실리카졸 복합수지에 촉매 및 화학적 발포제를 혼합하는 단계;및
    상기 촉매 및 화학적 발포제와 혼합된 폴리올-실리카졸 복합수지를 에이소시아네이트와 혼합하고 기계적 교반 및 발포하여 폴리우레탄-실리카 에어로겔 복합체를 제조하는 단계;
    를 포함하는 방법으로 제조되며,
    상기 세라믹 섬유층은,
    상기 우레탄층 상부에 형성되며, 암면, 유리섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리케이트 섬유로 제작되는 단열 섬유층;및
    상기 단열섬유층의 상부에 형성되며, 탄소섬유 또는 금속섬유로 제작되는 전도성 섬유층;
    을 포함하며,
    상기 내화판넬의 내부는 상기 금속판 사이의 공간을 분할하는 내화단열수단에 의하여 다수의 격실로 분할되며,
    상기 내화단열수단은 무기질 섬유 블랑켓 및 바인더를 포함하며,
    상기 무기질 섬유 블랑켓은 산화알루미늄 섬유, 산화규소 섬유, 산화칼슘 섬유, 산화마그네슘 섬유, 산화철 섬유, 산화나트륨 섬유, 산화지르코늄 섬유, 유리섬유, 암면, 알루미나 섬유, 실리케이트 섬유의 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하며,
    상기 바인더는, 베이스 수지, 난연제, 가소제, 가교제 및 첨가제를 포함하며,
    상기 베이스 수지는 펜타클로로페놀(Pentachlorophenol, PCP), 클로로프렌(Chloroprene), 클로로설포네이트 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene, CSPE), 클로리네이티드 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene, CPE), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 또는 에틸렌프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, EPR)이며,
    상기 난연제는 수산화알루미늄, 인산 알루미늄, 인계 혼화물 또는 이들의 조합을 포함하며,
    상기 바인더는 상기 베이스 수지 100중량부 대비 난연제를 100~130중량부를 포함하며,
    상기 내화단열수단은 무기질 섬유 블랑켓 100중량부 대비 바인더를 200~300중량부를 포함하며,
    상기 내화판넬의 양측면에는 상기 내화판넬을 상호간에 연결하기 위한 연결부를 구비하며,
    상기 연결부는,
    상기 우레탄층의 단부를 감싸도록 상기 상기 세라믹 섬유층이 연장되어 형성되며,
    상기 금속판을 인접금속판과 연결하는 연결부재;
    상기 연장된 양측의 세라믹 섬유층 중 일측에 형성되는 돌출부 형성부재; 및
    상기 연장된 양측의 세라믹 섬유층 중 타측에 형성되는 함입부 형성부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화판넬.
  2. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100943228B1 (ko) * 2009-11-04 2010-02-18 주식회사 부일세이프텍 불연성 단열패널
KR100996322B1 (ko) 2002-04-30 2010-11-23 도시바 기카이 가부시키가이샤 유압제어장치
KR102193352B1 (ko) 2020-08-20 2020-12-22 강지숙 단열성과 내화성 및 방수성을 갖는 그라스울 판넬 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100996322B1 (ko) 2002-04-30 2010-11-23 도시바 기카이 가부시키가이샤 유압제어장치
KR100943228B1 (ko) * 2009-11-04 2010-02-18 주식회사 부일세이프텍 불연성 단열패널
KR102193352B1 (ko) 2020-08-20 2020-12-22 강지숙 단열성과 내화성 및 방수성을 갖는 그라스울 판넬 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102400896B1 (ko) * 2021-10-08 2022-05-20 이원우 우레탄 판넬 제조방법

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