KR102319646B1 - 건축용 발포 단열재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발포가능한 폴리머 수지와 자외선감쇠제와 난연제를 포함하는 단열재 조성물을, 압출기에서 용융, 압축, 혼련하여 연속으로 판상형태로 발포하여 형성되는 건축용 발포 단열재에 있어서, 단열재 조성물로서 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 염화 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 스티렌 및 부타디엔의 코폴리머, 비닐아세테이트 및 에틸렌의 코폴리머, 고무 개질폴리머, 열가소성 폴리머 혼합물 및 이들의 조합으로부터 선택되는 발포가능한 폴리머수지와, 발포체의 단열성능의 저하를 방지하기 위하여 무기 조핵제로서 실리카탄산칼슘과 탈크활석 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하여 구성함으로써, HCFC(수소염화불화탄소) 발포제와 HCBD(헥사알콜부타디엔) 난연제를 사용하지 않아 친환경적으로 제조될 수 있으며, 발포시의 셀들의 크기가 60~260㎛ 로 작고 균일하게 형성되어 종래 발포 단열재의 셀 크기보다 작은 크기의 조밀한 셀들로 발포형성되어 사용경과에 따른 단열성 저하가 방지되고 내구성이 향상되며, 합지에 의해 단열재 두께 증가시 셀이 오픈형으로 되는 문제 없이 단열재 두께를 증가시켜 단열 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 건축용 발포 단열재에 관한 것으로, 특히 환경에 유해한 발포제와 난연제를 사용하지 않고 가스 확산도가 낮은 대체 발포가스 조성물 대체 난연제 조성물로 기존 단열재 공정에서의 표면처리, 건조 공정 등을 적용할 수 있고 환경규제에 적합하면서 시장에서 요구하는 XPS의 장기 단열 및 난연 신뢰성을 확보하도록 개선된 건축용 발포 단열재에 관한 것이다.
일반적으로, 건축물에서는 안팎에서 열의 이동이 일어나고 있으며, 벽체를 이루는 콘크리트나 벽돌의 미세한 기공을 통해 건축물의 내,외부로 공기가 유출입되고 열전달을 통해 건축물 내외로 열의 이동이 발생하게 됨에 따라, 건축물의 내벽 또는 외벽과 마감재 사이에 부착되어 단열, 난연성, 흡음성 및 방습기능을 높여 주기 위해 건축용 단열재가 널리 사용되고 있다.
그동안 주로 사용되어 왔던 할로겐 난연제는 기체상에서 라디칼을 포착함으로써 난연 역할을 하였으나, 이때 발생하는 할로겐 가스는 금형 또는 전선 등의 금속을 부식시켜 설비 등에 치명적인 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 인체에도 유해하다.
이에 따라, 국제기후협약과 국내 환경규제에 따라 2020년부터 HCFC(수소염화불화탄소) 발포제와 HCBD(헥사알콜부타디엔) 난연제를 사용할 수 없어, 이러한 환경에 유해한 발포제와 난연제를 사용하지 않는 단열재 제조방법이 요구되고 있어 발포제인 HCFC를 대체하기 위해 HFC(불화탄화수소), CO2, HC(탄화수소)등으로 대체하기 위한 연구가 진행되고 있다.
이러한 단열재의 예로서, 국내 등록특허공보 제10-1676742호(등록일자 2016년11월10일)에는 폴리스티렌수지 100중량부, 난연제 1 내지 5중량부, 조핵제 03 내지 4중량부, 이산화탄소 발포제 02 내지 1중량부 및 기타 발포제 3 내지 10중량부를 포함하하고, 이산화탄소 발포제 02 내지 1중량부와, 3 내지 10중량부의 수소염화불화탄소(HCFC)류 또는 수소불화탄소(HFC)류 발포제를 제 1 압출 압력 및 제 1 압출 온도 조건에서 금형에 투입되어 제 2 압출 압력 및 제 2 압출 온도 조건에서 압출성형하는 압출 스티렌 폼이 개시되어 있다.
그러나, 종래의 압출식 발포 폴리스티렌(XPS) 폼의 경우 발포가스가 공기중의 치환됨에 따라 장기 단열성능이 저하되는 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 XPS 단열재의 문제점을 해결하여, 셀사이즈를 작고 균일하게 형성하고 무기물 난연제에 의해 클로즈드 셀이 파괴되지 않아 단열성과 가스차단성능이 향상되어 장기신뢰성이 개선되고, 폐재사용율이 향상된 건축용 발포 단열재를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 건축용 발포 단열재는, 발포가능한 폴리머 수지와 자외선감쇠제와 난연제를 포함하는 단열재 조성물을, 압출기에서 용융, 압축, 혼련하여 연속으로 판상형태로 발포하여 형성되는 건축용 발포 단열재에 있어서,
단열재 조성물로서 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 염화 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 스티렌 및 부타디엔의 코폴리머, 비닐아세테이트 및 에틸렌의 코폴리머, 고무 개질폴리머, 열가소성 폴리머 혼합물 및 이들의 조합으로부터 선택되는 발포가능한 폴리머수지와,
1,1-(1-메틸에틸리덴)비스[3,5-디브로모-4-(2,3-디브로모프로폭시)벤젠, 1,1!-(이소프로필렌)비스[3,5-디브로모-4-(2,3-디브로모-2-메틸프로폭시)벤젠, 테트라브로모비스페놀 A 비스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 난연제, 및
발포체의 단열성능의 저하를 방지하기 위하여 무기 조핵제로서 실리카탄산칼슘과 탈크활석 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하여 구성된다.
압출기에서 상기 단열재 조성물을 HFC계열의 가스를 주발포제로 하고 펜탄과 부탄을 보조발포제로 하여 셀들의 크기가 60~260㎛ 로 작고 균일하게 발포성형하도록 발포가능한 폴리머수지 100중량부에 대하여 상기 무기조핵제를 0.6~3.2중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단열재 조성물을 압출기에서 200~240℃에서 HFC계열의 가스를 주발포제로 하고, 부탄과 펜탄을 보조발포제로서 주발포제 100중량부에 대하여 펜탄 2~3.5중량부, 부탄 1.5~2.3 중량부를 포함하여 발포하면서, 50~70mm 두께의 판상으로 압출성형된 단열재들을 적어도 2장을 열융착으로 합지시켜 증가된 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 건축용 발포 단열재는 HCFC(수소염화불화탄소) 발포제와 HCBD(헥사알콜부타디엔) 난연제를 사용하지 않아 친환경적으로 제조될 수 있으며, 발포시의 셀들의 크기가 60~260㎛ 로 작고 균일하게 형성되어 종래 발포 단열재의 셀 크기보다 작은 크기의 조밀한 셀들로 발포형성되어 사용경과에 따른 단열성 저하가 방지되고 내구성이 향상되는 효과와 장기 사용에 따른 단열성이 저하되는 문제가 해소되며, 본 발명에 의한 클로즈드셀의 단열재를 열합지공정으로 단열재 두께를 증가시킬 수 있어 종래 단열재 두께 증가시에 셀이 오픈형으로 되어 단열성이 저하되는 현상 없이도 단열재 두께를 증가시킬 수 있어 에너지 절약 효율성이 향상된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 건축용 발포 단열재는 발포가능한 폴리머 수지와, 그에 의한 발포체에서의 단열성능 향상을 위한 무기질 조핵제, 발포가스가 공기와 치환됨에 따라 발생되는 단열성능의 저하를 방지하기 위한 자외선감쇠제를 포함하는 조성물을, 압출기에서 용융, 압축, 혼련하여 연속으로 판상형태로 발포하여 형성된다.
상기 발포가능한 폴리머수지로는 폴리비닐 클로라이드, 염화 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 스티렌 및 부타디엔의 코폴리머, 비닐아세테이트 및 에틸렌의 코폴리머, 고무 개질폴리머, 열가소성 폴리머 혼합물 및 이들의 조합으로부터 선택되는 조성물을 포함할 수 있으며, 폴리스티렌이 바람직하다.
상기 발포가능한 폴리머수지 100중량부에 대하여, 상기 무기 조핵제로서 실리카탄산칼슘과 탈크활석중에서 선택된 적어도 하나를 0.6~3.2중량부를 포함하여 발포시의 셀들의 크기를, 무기 조핵제의 함량을 조절함으로써 60~280㎛ 범위로 작고 균일하게 형성되게 하는 것이 바람직하다. 상기 무기질 조핵제에 의해 셀들의 크기가 작고 균일하게 형성되어 단열성능이 향상됨과 함께 종래 셀이 터져 오픈셀로 됨에 따른 단열기능의 저하가 방지된다.
난연제 3~12중량부, 자외선감쇠제로서 카본블랙, 흑연, 이산화티타늄(TiO2) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 0.07~4.3중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 난연제로는 1,1-(1-메틸에틸리덴)비스[3,5-디브로모-4-(2,3-디브로모프로폭시)벤젠, 1,1!-(이소프로필렌)비스[3,5-디브로모-4-(2,3-디브로모-2-메틸프로폭시)벤젠, 테트라브로모비스페놀 A 비스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 단열재 조성물은 압출기에서 200~240℃에서 HFC계열의 가스를 주발포제로 하고, 부탄과 펜탄을 보조발포제로 사용하여 발포하면서, 미리 설정된 소정의 두께, 바람직하기로는 50~70mm 두께의 판상으로 압출성형된 단열재들을 적어도 2장을 열융착하여 일체화하여 두께를 증가되게 한다.
상기 주발포제 100중량부에 대하여 펜탄 2~3.5중량부, 부탄 1.5~2.3 중량부를 포함하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 발포가능한 폴리스티렌수지 1000g에 대하여 난연제로서 1,1-(1-메틸에틸리덴)비스[3,5-디브로모-4-(2,3-디브로모프로폭시)벤젠 4.7g, 자외선감쇠제로서 카본블랙 2.1g을 포함하는 조성물에 무기 조핵제로서 각각 탈크활석 5g, 1g, 2g, 3g을 넣고, 균일하게 혼합하여, 압출기에서 200℃에서 HFC 가스 100중량부에 대하여 HGC가스; 펜탄 : 부탄의 비율을 100 : 2 : 1.5로 혼합한 발포가스를 주입하여 두께 100mm의 발포단열재를 압출성형하 실시예 1 내지 4의 단열재를 제조하였다.
아래 표 1은 위 실시예 1 내지 4에서 무기 조핵제 함량에 대한 셀사이즈와 단열성(초기열전도율)에 대한 실험결과가 표시되어 있다.
| 폴리머수지에 함유된 무기 조핵제 함량(중량%) | 평가항목 | 단위 | 실험결과 |
| 실시예 1 : 0.5 | 셀 사이즈 | mm | 0.303 |
| 초기열전도율 | W/m· | 0.02883 | |
| 실시예 2 : 1 | 셀 사이즈 | mm | 0.266 |
| 초기열전도율 | W/m· | 0.02772 | |
| 실시예 3 : 2 | 셀 사이즈 | mm | 0.241 |
| 초기열전도율 | W/m· | 0.02743 | |
| 실시예 4 ; 3 | 셀 사이즈 | mm | 0.229 |
| 초기열전도율 | W/m· | 0.02711 |
위 표 1로 부터 무기 조핵제 함량이 폴리스티렌을 포함한 전체 단열재 조성물에 대하여 0.5중량%에서는 셀 사이즈가 0.3mm 보다 크게 되므로, 바람직하지 않으며, 무기 조핵제가 3중량%일 때에는 셀 사이즈가 0.229이고 열전도율 또한 낮아지므로 바람직하지만, 무기 조핵제 함량이 증가될 수록 셀 사이즈가 작아지지만, 그 보다 많게 되면 발포시에 셀 형성에 방해가 되어 바람직하지 않다.
아래 표 2에는 본 발명의 실시예 2에 따라 두께 100mm로 XPS 단열재를 제조하여 무기조핵제를 포함하지 않는 종래의 100mm 두께의 XPS 단열재와 단열성능-시간 경과에 따른 효과 변화를 비교평가한 것이다.
| 품목 | 평가항목 | 단위 | KS M 3808 기준 | 실험결과 |
| 비교예 : XPS 100 mm(기존) |
셀 사이즈 | mm | - | 0.303 |
| 초기열전도율 | W/m· | 0.028 이하 | 0.02883 | |
| 장기열전도율(23도 50 % R.H. 91일) | W/m· | 0.030 이하 | 0.03524 | |
| 본 발명 : XPS 100 mm(무기조핵제 1 중량%) |
셀 사이즈 | mm | - | 0.266 |
| 초기열전도율 | W/m· | 0.028 이하 | 0.02772 | |
| 장기열전도율(23도 50 % R.H. 91일) | W/m· | 0.030 이하 | 0.02966 |
위 표 2에서 기존의 방법에 따라 무기 조핵제를 사용하지 않은 XPS 성형에 의해 제조된 100mm 두께의 단열재는 셀 사이즈가 0.303mm이지만 열전도율이 0.03524로 높아서 단열 성능이 저하될 것임이 예상되지만, 본 발명에 의해 무기 조핵제 함량이 폴리스티렌을 포함한 전체 단열재 조성물에 대하여 무기조핵제를 1중량%를 함유한 경우에 셀사이즈가 0.266mm로 상대적으로 매우 작고, 열전도율 또한 0.02966으로 비교예 보다 크게 감소되어 장기적으로 단열 특성이 유지됨을 확인할 수 있었다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따라 폴리스티렌 수지에 무기조핵제를 함유하여 제조한 100mm 두께의 발포 단열재 두장을 열융착함으로써 단열 특성을 크게 향상시킬 수 있다. 상기 100mm 두께의 발포 단열재들 두장을 접합될 표면들을 금속판을 190~210℃로 가열하여 용융상태에서 압접하여 융착시켜 일체화한다.
이로써, 종래 단열재 두께 증가시에 셀이 오픈형으로 되어 단열 성능이 저하되는 문제 없이도 두장의 단열재를 합지하여 단열 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 발포된 단열재의 외표면에는 발수, 방수성이 있는 합성고무와 실리콘 수지의 화합물인 알칼리성 무기질 침투 발수, 방수제를 도포할 수도 있다.
본 발명에 의한 발포 단열제, 바람직하기로는 압출식 발포 폴리스티렌 단열재는 물을 흡수하는 성질이 거의 없어 건물의 기초나 지하층의 시공에 매우 적합하며, 또한 같은 성능의 스티로폼 소재보다 얇게 형성하더라도 공간을 차지하지 않으면서도 열전도율이 낮아 단열성능이 좋으므로 건축물의 단열재로써 적합하게 사용될 수 있으며, 종래 발포 단열재의 셀 크기보다 작은 크기의 조밀한 셀들로 발포형성되어 사용경과에 따른 단열성 저하가 방지되고 내구성이 향상된다.
본 발명은 HCFC(수소염화불화탄소) 발포제와 HCBD(헥사알콜부타디엔) 난연제를 사용하지 않고, 건축용 발포 단열재 제조에 이용될 수 있다.
Claims (3)
- 발포가능한 폴리머 수지와 자외선감쇠제와 난연제를 포함하는 단열재 조성물을, 압출기에서 용융, 압축, 혼련하여 연속으로 판상형태로 발포하여 형성하며,
단열재 조성물로서 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 염화 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 스티렌 및 부타디엔의 코폴리머, 비닐아세테이트 및 에틸렌의 코폴리머, 고무 개질폴리머, 열가소성 폴리머 혼합물 및 이들의 조합으로부터 선택되는 발포가능한 폴리머수지와,
1,1-(1-메틸에틸리덴)비스[3,5-디브로모-4-(2,3-디브로모프로폭시)벤젠, 1,1!-(이소프로필렌)비스[3,5-디브로모-4-(2,3-디브로모-2-메틸프로폭시)벤젠, 테트라브로모비스페놀 A 비스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 난연제, 및
발포체의 단열성능의 저하를 방지하기 위하여 무기 조핵제로서 실리카탄산칼슘과 탈크활석 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 건축용 발포 단열재에 있어서,
상기 발포가능한 폴리머 수지 100중량부에 대하여 상기 무기조핵제를 0.6~3.2중량부를 더 포함하고, HFC계열의 가스 주발포제 100중량부에 대하여 펜탄 2~3.5중량부와 부탄 1.5~2.3 중량부를 보조발포제로 하여 압출기에서 200~240℃에서 셀들의 크기가 60~260㎛ 로 작고 균일하게 발포하면서, 50~70mm 두께의 판상으로 압출성형된 단열재들을 적어도 2장을 열융착으로 합지시켜 증가된 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 건축용 발포 단열재.
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