KR102339722B1 - 라돈 차폐 발포체 및 시공방법 - Google Patents

라돈 차폐 발포체 및 시공방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102339722B1
KR102339722B1 KR1020210074834A KR20210074834A KR102339722B1 KR 102339722 B1 KR102339722 B1 KR 102339722B1 KR 1020210074834 A KR1020210074834 A KR 1020210074834A KR 20210074834 A KR20210074834 A KR 20210074834A KR 102339722 B1 KR102339722 B1 KR 102339722B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
foam
radon
weight
foaming
parts
Prior art date
Application number
KR1020210074834A
Other languages
English (en)
Inventor
박정규
Original Assignee
주식회사 알피티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 알피티 filed Critical 주식회사 알피티
Priority to KR1020210074834A priority Critical patent/KR102339722B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102339722B1 publication Critical patent/KR102339722B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/34—Chemical features in the manufacture of articles consisting of a foamed macromolecular core and a macromolecular surface layer having a higher density than the core
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08—Processes
    • C08G18/16—Catalysts
    • C08G18/22—Catalysts containing metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48—Polyethers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/10—Organic substances; Dispersions in organic carriers
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F3/00—Shielding characterised by its physical form, e.g. granules, or shape of the material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2203/00—Foams characterized by the expanding agent
    • C08J2203/20—Ternary blends of expanding agents
    • C08J2203/204—Ternary blends of expanding agents of chemical foaming agent and physical blowing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2205/00—Foams characterised by their properties
    • C08J2205/04—Foams characterised by their properties characterised by the foam pores
    • C08J2205/052—Closed cells, i.e. more than 50% of the pores are closed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/02—Polyureas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04—Polyurethanes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

본 발명은 얇은 두께의 발포체를 형성함으로써 건물 내부 및 외부에서 발생하는 라돈을 효과적으로 차폐함에 따라 안전한 실내 환경을 구현할 수 있는 라돈 차폐 발포체 및 시공방법을 개시한다.

Description

라돈 차폐 발포체 및 시공방법{Foam for shielding Radon and construction method}
본 발명은 라돈 차폐 발포체 및 시공방법에 관한 것이다.
라돈은 자연 방사능 물질로서, 호흡을 통해 인체에 흡입된 라돈과 라돈 자손은 붕괴를 일으키면서 알파선을 방출하여 폐조직을 파괴하는 것으로 알려져 있다. 라돈은 토양과 인접한 단독 주택이나, 바닥과 벽 등에 균열이 많은 오래된 건축물, 밀폐도가 높고, 환기시설이 부족해 유입된 라돈이 잘 빠져나갈 수 없는 실내에서 농도가 높으며, 적절한 차폐 시설이 없는 경우 노후된 건물에서의 피폭량이 매우 높다. 이에 주택뿐만 아니라 학교, 지하철, 및 병원 등이 공공 건물에 대한 라돈을 차폐하거나 발생을 최소화해야 한다.
라돈 차폐 시공을 위해 건물 밑 토양에 라돈 배출관을 설치하여 토양 중의 라돈 가스를 모아서 실내를 거치지 않고 바로 건물 외부로 배출시키거나 공기유입용 장치를 통해 실내 공기의 압력을 조절하여 라돈 가스가 실내로 들어오지 못하게 차단하는 방식이 가능하다. 그러나 이러한 배출관 및 공기유입용 장치는 라돈을 어느 정도 차폐할 수 있으나, 시공시 고비용이 소요되는 문제가 있다.
이에 KR 공개 제10-2008-0104770호 및 제10-2017-0085700호에서는 라돈을 차폐할 수 있는 물질로 건물 벽면을 도장하여, 저비용이면서 시공이 간단한 라돈 차폐 시공이 제안되었다. 상기 제시한 도장 방식은 건물 벽체에만 국한되어 있으며, 바닥이나 천정 등에는 적용이 용이하지 않다. 실제로 라돈은 건물의 틈새나 바닥 등에서도 발생하고 있어, 도장 방법은 라돈의 완전 차폐에는 적절치 않다는 문제가 있다.
특히, 건축 자재에서 사용하는 골재 자체에서 라돈의 방출량이 높은 것을 고려할 때, 라돈 차폐를 위한 새로운 시공 방식이 요구된다.
최근 KR 10-2102556호를 통해 발포체를 이용한 라돈 차폐 방법이 출원된 바 있다. 이때 발포체는 폴리우레탄 또는 폴리우레아 제조를 위한 조성물을 이용하여 3 내지 200 mm의 두께로 발포 시공을 수행함으로써 라돈 차폐 효과를 가짐을 입증하였다. 이러한 방법은 간단한 방법을 이용하여 라돈 차폐 효과를 얻을 수 있으나, 그 두께가 두꺼워 건축물의 내외부에 적용 시 차단제 두께에 따른 내부 공간이 감소하는 문제를 안고 있다.
KR 공개 제10-2008-0104770호 (2008.12.03, 공개) KR 공개 제10-2017-0085700호 (2017.07.25, 공개) KR 등록 제10-2102556호 (2020.04.20, 공고)
본 발명자들은 시공 방법이 간편한 스프레이 방식으로 라돈 차단 발포체를 형성하되, 기존 대비 보다 얇은 두께로 형성하여 차단제 두께에 따른 내부 공간이 감소하는 문제를 해소하기 위해 연구를 진행하였다.
이에, 얇은 두께로 형성하더라도 라돈을 효과적으로 차폐하되, 물성 변화가 없도록 새로운 조성을 설계하였고, 발포체 조성 내 브롬계 폴리올 및 입상형 충진제를 사용함으로써 독립셀 및 독립기포율과 함께 스킨 밀도와 코어 밀도를 조절하고, 자기 접착력과 함께 인장 강도 및 압축 강도와 같은 물성을 개선시킬 수 있었다.
따라서, 본 발명은 효과적인 라돈 차폐 발포체 및 시공방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 폴리에테르계 폴리올, 브롬계 폴리올, 발포제, 금속 발포 촉매, 경화제, 입상형 충진제, 및 혼합 난연제를 포함하는 조성물로 제조되며, 3 mm 미만의 두께를 갖는 라돈 차폐 발포체를 제공한다.
이때 상기 발포체는 300 ㎛ 이하의 독립셀의 독립기포율(Closed cell content)이 95% 이상이고, ASTM D1623(Type C sample)에 의거하여 측정된 자기 접착력이 5 N/cm2 이상을 만족한다.
또한, 상기 발포체는 평균 입경이 200 내지 800 ㎛의 개방셀과 300 ㎛ 이하의 독립셀이 혼재된 미세 구조를 갖는다.
이때 발포제는 물리적 발포제와 화학적 발포제를 혼합 사용한다.
또한, 상기 입상형 충진제는 평균 입경이 5 nm 내지 100 ㎛인 구형의 입자를 사용한다.
또한, 상기 혼합 난연제는 브롬계 난연제, 인계 난연제, 및 염소계 난연제로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상을 사용한다.
이때 발포체는 폴리우레탄 폼 또는 폴리우레아 폼 재질이다.
또한, 상기 발포체는 라돈 측정기를 이용하여 24시간 동안 라돈 방출 농도를 측정시 90% 이상의 라돈 차단율을 갖는다.
또한, 본 발명은 상기 라돈 차폐 발포체용 조성물을 건축재에 3 mm 미만의 두께로 시공하여 발포체를 형성하는 라돈 차폐 시공방법을 제공한다.
본 발명에 따른 라돈 차폐 발포체는 독립셀 및 독립기포율이 조절되어 스킨 밀도는 높게 코어 밀도는 낮게 형성됨과 동시에 우수한 인장 강도 및 압축 강도를 가지고, 소정 범위의 자기 접착력을 가져, 기존 3 내지 200 mm의 두께로 설치하던 발포체 대비 그 두께를 3 mm 미만으로 줄이더라도 우수한 라돈 차폐 효과를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 시공방법은 종래 두꺼운 발포체의 시공으로 인한 내부 공간의 축소 문제를 해결할 수 있으며, 저비용으로 수행이 가능하며 공정 또한 간단한 시공을 통해 건물 내부 및 외부에서 발생하는 라돈을 효과적으로 차폐할 수 있다. 이로 인해 안전한 실내 환경을 구현하여 인체의 피해를 최소화하는 이점이 있다.
또한, 상기 건물은 개인 주택이나 아파트와 같은 건물을 비롯하여 학교, 병원, 지하철, 연구소, 빌딩, 각종 공공시설 등 다양한 건축물에 시공이 가능하다.
본 발명은 3 mm 미만의 얇은 두께로 형성하더라도 라돈을 효과적으로 차폐할 수 있도록 독립셀 및 독립기포율과 함께 스킨 밀도와 코어 밀도를 조절하기 위해 새로운 발포체 제조를 위한 조성물을 설계하였고, 상기 조성물 내 브롬계 폴리올 및 입상형 충진제를 사용하였다. 이러한 조성은 라돈의 차폐뿐만 아니라 얇은 두께에도 불구하고 우수한 자기 접착력, 인장 강도 및 압축 강도 특성을 갖는다.
이하 라돈 차폐 발포체 및 이의 시공방법을 설명한다.
용어 정의
본 명세서에서 언급하는 '발포체'란 발포 시공에 의해 얻어지는 물질을 의미하고, 패널 형태를 갖는 것을 '발포체'라 한다.
이때 발포체의 물성은 오픈셀과 독립셀의 크기 및 독립기포율과 스킨 밀도가 제한된다.
본 명세서에서 언급하는 '개방셀'은 오픈셀(open cell)이라고도 하며, 발포 폼 내에 포함되는 셀로 적어도 일부분 또는 전체가 개방(open)되어 있는 셀을 포함하는 개념이다.
본 명세서에서 언급하는 '독립셀'은 클로즈드셀(closed cell) 또는 밀폐셀이라고도 하며, 발포 폼 내에 포함되는 셀로 완전히 닫혀(closed) 있는 셀을 포함하는 개념이다.
본 명세서에서 언급하는 '개방 기포율(opend cell content)'은 일정한 체적 내에 개방셀의 비율을 의미한다.
본 명세서에서 언급하는 '독립 기포율(closed cell content)'은 일정한 체적 내에 독립셀의 비율을 의미한다.
본 명세서에서 언급하는 '건축재'는 발포체가 설치되기 전의 자재로서, 통상적으로 건축에 사용하는 골재, 시멘트, 콘크리트, 강판, 아연, 목재, 합판(예, OSB, ESB, 코어, 플라이우드), 보드(예, 난연보드), 타일, 세라믹, 대리석, 유리 등을 포함한다.
라돈 차폐 발포체
본 발명에 따른 라돈 차폐 발포체는 3 mm 미만, 바람직하게는 1 mm 이상 3 mm 미만, 1 mm 이상 2.5 mm 미만의 얇은 두께에도 건축재에 대한 설치가 가능하며, 라돈 차폐 효과를 확보하기 위해 독립셀 및 독립 기포율과 함께 스킨 밀도와 코어 밀도를 조절한다.
발포체는 발포 공정을 통해 제조되는 것으로, 층면의 1 ㎟의 단위 면적 당 약 25,000 내지 약 1,000,000,000 개의 발포 셀을 포함할 수 있다. 상기 발포 셀은 구형의 발포셀이며, 개방셀과 독립셀이 존재한다. 본 명세서에서 구형의 발포 셀이란, 외부 압력에 의해 찌그러지거나, 뾰족한 형상을 갖게 된 발포셀의 형상과 대비되는 표현으로서, 반드시 기하학적으로 완벽한 구형을 의미하는 것은 아니며, 통상적으로 개개 발포셀에 대하여 구형이라 칭할 때 포괄할 수 있는 수준을 다 아우르는 개념으로 이해되어야 한다. 이러한 구형의 발포셀을 포함함으로써, 즉 외부 압력에 의해 발포셀의 물리적 구조가 변형되지 않는다.
이러한 독립셀과 개방셀은 패널의 두께 방향과 폼 내 셀의 발포 방향이 대략 수직인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 「대략 수직」이란 구체적으로 90°±15°를 의미하고, 특히 90°±10°를 의미하는 것으로 한다. 또한, 「폼 내 셀의 발포 방향」이란 개개의 셀 형상을 타원형으로 간주하였을 때의 긴 지름 방향을 의미하고, 특히 폴리우레탄 폼 패널의 중앙 부분(폭 방향 및 세로 방향 중심으로부터 폭 방향 길이 및 세로 방향 길이의 양측 10% 정도의 부분)에서 측정하였을 때의 방향을 가리키는 것으로 한다.
발포체는 용도에 따라 100% 또는 이에 가까운 수치의 개방셀로만 이루어지거나 100% 또는 이에 가까운 수치의 독립셀로만 제작할 수 있다. 본 발명에 따른 발포체는 개방셀과 독립셀이 혼재한다. 구체적으로, 독립셀이 주도적으로(dominant) 존재하고, 개방셀이 패널 전체에 걸쳐 존재하는 구조를 갖는다. 추가적으로, 상기 개방셀 및 독립셀과 함께 일부 개방셀(partially opened cell), 기공(pore) 및 핀홀(pin hole)과 같은 미세 구조가 함께 혼재할 수 있다.
본 발명의 발포체 내부에 존재하는 개방셀과 독립셀과 같은 기공으로 인해 방사능 가스의 진행 방향을 바꾸거나 방사능 가스의 흐름을 차단함으로써 라돈을 차단할 수 있다. 구체적으로, 개방셀은 방사능 가스의 진행 방향을 바꾸어 최대 반감기인 3.82일 안에 발포체 내부에서 납으로 변화시켜 인체에 영향이 없도록 하며, 독립셀은 방사능 가스의 최대 반감기인 3.82일 동안 실내로 유입을 차단하는 역할을 주도적으로 수행한다. 즉, 발포체 내부에 독립셀-개방셀-독립셀-개방셀이 혼재되어 존재하게 되는데, 입사되는 라돈이 독립셀에 의하여 차단되고 미처 차단되지 못한 라돈은 개방셀로 인해 라돈의 진행 방향을 바꿔 라돈의 진행 속도(즉, 투과를 위한)가 늦춰지고, 다시 독립셀 부분과 접해 상기 독립셀에 의해 방사능 가스의 흐름이 차단되어 라돈이 더 이상 진행되어 실내에 유입되지 않고 발포체 내부 또는 방사능 가스의 모핵종에서 발포체를 투과하지 못하고 방사능 가스 방출 물질 표면에서 납으로 최종 변화한다. 이러한 미세 구조를 통해 라돈과 같은 방사능 가스의 반감기 동안에는 발포체 내에 방사능 가스가 존재하여 라돈을 효과적으로 차단한다.
이와 비교하여 대부분 독립셀로만 이루어지거나 개방셀로 이루어진 발포체 또한 라돈 차단 효과가 있으나, 상기와 같이 독립셀과 개방셀이 혼재해 있는 경우에 미치지 못한다. 즉, 독립셀로만 이루어진 발포체를 독립셀에 미처 포집되지 못한 라돈이 그대로 투과할 우려가 있고, 개방셀로만 이루어지게 되면 라돈의 이동 속도만 느려지고 포집이 효과적이지 못해, 보다 더 두꺼운 두께의 발포체를 제작하여야만 라돈 차단이 이루어진다.
본 발명에서 언급하는 라돈의 차단은 3 mm 미만의 얇은 두께에서도 라돈을 차단할 수 있도록 개방셀과 독립셀의 크기 및 독립 기포율을 조절한다.
구체적으로, 개방셀의 크기는 200 내지 800 ㎛, 바람직하기로 330 내지 700 ㎛, 더욱 바람직하기로는 400 내지 500 ㎛을 가지며, 독립셀의 크기는 150 내지 600 ㎛, 바람직하기로 200 내지 500 ㎛, 더욱 바람직하기로 200 내지 400 ㎛를 갖는다.
특히, 본 발명에서는 300 ㎛ 이하, 바람직하기로 250 내지 300 ㎛의 독립셀의 기포율이 95% 이상, 95 내지 99% 이상이고, 이때 개방셀의 크기는 400 내지 500 ㎛이고, 개방 기포율은 5% 미만, 1 내지 5%를 갖는다. 이때 개방셀과 독립셀의 크기 및 기포율은 KS M ISO 4590로 측정된 수치이고, 각 셀의 크기는 평균 입경의 크기를 의미한다.
개방셀 및 독립셀의 크기는 발포체의 밀도 및 강도와 같은 물리적 특성에 직접적인 영향을 미치므로, 그 크기가 상기 범위 미만이거나 이를 초과할 경우에는 인장 강도, 굽힘 강도와 함께 만족스러운 표면 질감을 확보할 수 없다.
개방셀 및 독립셀의 기포 분율 또한 발포체의 밀도 및 강도와 같은 물리적 특성에 직접적인 영향을 미치므로, 상기 범위에 해당하여야만 적절한 물성을 확보할 수 있다.
특히, 상기 언급한 독립셀의 크기 및 기포율은 라돈의 차단 및 차폐에 영향을 미치는 파라미터로서, 개방셀의 크기가 너무 크거나 작을 경우 라돈의 진행 방향을 바꾸거나 진행 속도를 늦추기가 어렵다. 또한, 독립셀의 크기가 너무 작거나 클 경우에는 라돈의 포접이 용이하지 않게 된다.
이러한 독립셀의 크기 및 기포율은 KR 등록 제10-2102556호에서 언급한 바의 범위와 차이가 있으며, 이러한 차이를 통해 보다 얇은 3 mm 미만의 두께에서도 라돈을 차단할 수 있다. 또한, 상기 언급한 범위의 독립셀의 크기 및 독립 기포율을 갖기 위해서는 발포 공정의 제어가 필요하며, 본 발명에서는 특정 조성으로 조합된 발포제를 사용함으로써 낮은 발열 반응하에서 셀을 형성함과 동시에 안정하게 유지할 수 있도록 한다. 보다 자세한 사항은 후속에서 설명한다.
한편, 발포체의 표면은 '스킨'이라고 하여 플라스틱과 같은 고밀도화된 표면을 형성하는데, 상기 스킨의 밀도가 높을수록 라돈의 차폐 효과가 증가한다.
스킨 밀도(skin density)는 ASTM D-1621에 의거하여 측정될 수 있는 것으로, 발포체의 표면을 1 mm의 두께로 절단한 후 측정한 밀도를 의미한다.
구체적으로, 본 발명의 발포체는 스킨 밀도가 50 kg/m3 이상, 바람직하기로 50 내지 100 kg/m3을 만족시키도록 한다. 만약 스킨 밀도가 상기 범위 미만이면 추가적인 라돈 차폐 효과를 확보할 수 없고, 발포체의 제조 공정 상 상기 범위 이상의 스킨 밀도를 갖기 어렵다.
상기 스킨 밀도와 더불어 본 발명의 발포체는 다른 개념의 밀도를 포함한다.
밀도는 제조된 발포체의 단위 체적(부피) 당 중량을 의미하며 제품의 품질을 관리하기 위한 중요한 기본 요소이다. 상기 밀도는 측정 방식에 따라 다양하며, 겉보기 밀도(apparent density), 프리 밀도(free density), 코어 밀도(core density), 전체 밀도(overall density), 주입밀도(packing density) 등이 있다.
이 중 본 발명에서는 코어 밀도를 한정한다. 코어 밀도란 발포체에서 스킨(skin)을 제거한 후 중심 부위만을 채취하여 부피와 무게를 측정하여 산출한 밀도를 의미하고, KS M ISO 845에 의거하여 측정된 코어 밀도가 50 kg/m3 미만, 바람직하기로 10 kg/m3 이상 50 kg/m3 미만의 범위를 만족시키도록 한다. 만약 코어 밀도가 상기 범위 미만이거나 이를 초과할 경우 건축 내외장재로 사용하기에는 다른 기계적 물성(예, 강도, 경도 등)이 저하되기 때문에 상기 수준을 만족시키는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 발포체는 그 표면에 해당하는 스킨 밀도가 높고, 내부에 해당하는 코어 밀도가 낮도록 형성한다.
보다 구체적으로, 스킨 밀도는 코어 밀도 대비 약 1.5배 이상의 수치를 갖는 것이 바람직하며, 이를 통해 높은 스킨 밀도는 발포체의 물성 개선을 이루며, 이보다 낮은 코어 밀도는 내부를 통과하는 라돈을 효과적으로 포접할 수 있다. 이렇게 높은 스킨 밀도 및 낮은 코어 밀도를 확보하기 위해선, 발포 공정 시 초기 반응을 빠르게 하고 후기 반응은 느리게 함으로써 달성될 수 있으며, 이는 후속에서 설명하는 화학적 발포제의 사용 및 촉매의 사용과 함께 폴리올로서 브롬계 폴리올 및 혼합 난연제를 사용함으로써 조절될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 시공되는 발포체는 소정 범위의 자기 접착력을 갖는다. 자기 접착력이란 별도의 접착제 없이도 재질 자체가 접착력을 갖는 자기 접착성을 의미한다. 발포체 시공을 위해 건축재에 발포체용 조성물을 시공하여 발포체를 형성할 경우, 상기 건축재에 대한 발포체의 높은 부착력으로 인해 건축재와 발포체 사이의 틈새가 없어 들뜸에 의한 결로 또는 곰팡이가 발생하지 않아 건축물의 수명을 늘릴뿐더러 라돈에 대한 차폐 효과를 얻을 수 있다.
종래 라돈 차단 효과가 있다고 알려진 라돈 멤브레인 시공의 경우 건축재에 대해 멤브레인을 접착하는 것이 아니라 고정하는 방식으로 이루어져 상기 언급한 결로 또는 곰팡이의 발생을 피할 수 없고, 건축재와 멤브레인 사이에서 라돈이 방출되어 라돈 차단이 효과적이지 못하다. 이에 본 발명의 발포체는 높은 수준의 자기 접착성을 가짐에 따라 이러한 문제를 원천적으로 차단할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 발포체를 일부 벽면 예를 들면 6면중에 1면을 우리 제품으로 막으면 라돈 수치는 1/6로 떨어지면 2면을 막으면 2/6으로 떨어진다. 정확한 예를 들자면 기준에 (450Bq)측정되면 방이 2면을 본 발명의 발포체로 시공하면 160 내지 140Bq로 저감될 수 있다. 이러한 수치는 어떠한 형식으로도 멤브레인 처리를 해도 바닥 코너 천창과 접점 부분에서 라돈 가스의 흐름을 막을 수 없다.
자기 접착력은 ASTM D1623(Type C sample)에 의거하여 측정된 수치로, 5 N/cm2 이상, 바람직하기로 5 내지 30 N/cm2의 범위를 갖는다. 상기 자기 접착력은 그 수치가 높을수록 유리하고, 건축재와 발포체가 일체화(또는 한몸)될 수 있는 것을 의미한다. 만약 그 수치가 상기 범위 미만이면 건축재와 발포체 사이의 들뜸이 발생하여 외부로부터의 습기 및 라돈의 효과적인 차단이 쉽지 않고, 발포체의 제조 공정 상 상기 범위 이상의 자기 접착력을 갖기 어렵다.
이러한 자기 접착력은 폴리올과 이소시아네이트의 NCO/OH 몰비에 영향을 받으며, 이를 조절함으로써 접착력을 향상시킴과 동시에 시공 후 내구성을 위해 적적한 신율을 확보할 수 있도록 하였다.
이와 같이 높은 자기 접착력으로 인해 건축재와 발포체의 일체화가 이루어져, 건축재의 바닥, 벽이나 천정에서 발생하는 습도와 관련된 여러 문제를 해소할 수 있다.
습도와 관련된 파라미터로는 수분 흡수량, 수증기 투과율, 투습저항계수, Sd값 및 부피 변화율(수분에 의한)이 있다.
수분 흡수량은 발포체의 수분 증발과 관련된 것으로, 그 수치가 작을수록 바람직하다. 즉, 발포체를 건축 내외장재로 사용할수록 수분을 높은 함량으로 흡수하고 습환경이 유지되므로 증발에 소요되는 시간이 상대적으로 증가하므로 주변의 먼지를 정전기처럼 모으고 균조류와 같은 곰팡이가 발생될 위험이 증가한다. 이에 본 발명의 발포체는 KS F 2609:2008에 의거하여 측정된 수분 흡수량이 0.1 내지 10 g/100cm2, 바람직하기로 0.5 내지 8 g/100cm2, 더욱 바람직하기로 1 내지 5 g/100cm2를 만족한다.
수증기 투과율은 단위 폭 내에서 수증기가 통과하는 속도로, 그 수치가 높을수록 수증기의 빠른 투과를 의미한다. 상기 수증기 투과율이 높으면 습환경을 배제하여 곰팡이의 발생 위험이 줄어드나, 수증기 이외의 공기나 방사능(즉, 라돈) 또한 그만큼 투과가 용이하다는 것을 의미하여, 반드시 그 수치가 높은 것만이 유리하지는 않다. 바람직하기로 상기 범위 내에서 발포체의 수증기 투과율이 조절될 경우, 수증기를 비롯한 공기 및 방사능의 투과 또한 적절히 억제할 수 있다. 이에 본 발명에서 제시하는 수증기 투과성은 한시간 동안 물질 1평방피트의 면적을 통과하는 수증기량(grain,gr) . (1 grain = 1/7,000 pound = 0.06479891g), ASTM E 96-05에 의거하여 측정된 수증기 투과율이 3 내지 230 ng/m2·s·Pa, 바람직하기로 5 내지 150 ng/m2·s·Pa, 더욱 바람직하기로 20 내지 80 ng/m2·s·Pa을 만족한다.
투습저항계수란 [투습저항계수(μ) = 공기의 습기 투과량 / 해당 재료의 습기 투과량]으로 산출되는 수증기 투과성과 관련된 파라미터로, 그 수치가 작을수록 투습이 잘 되는 것을 의미한다. 투습이 잘될수록 쾌적한 환경을 유지할 수 있으나, 상기 수증기 투과율과 같이 공기 및 방사능의 투과가 함께 일어날 수 있으므로, 상기 범위 내로 조절하는 것이 바람직하다. 이에, 본 발명의 발포체는 KS F 2607에 의거하여 측정된 투습저항계수(μ)가 3 내지 13,000, 바람직하기로 3 내지 300, 더욱 바람직하기로 5 내지 250을 만족한다
Sd값은 등가공기층 두께를 의미하며, 투습저항계수(μ)x 두께(m)의 식으로 산출된다. 즉, μ(투습저항계수) 값이 3인 재료가 40 mm 두께를 가진다면 Sd값은 3 x 0.04m = 0.12m 로써 이 재료는 공기층 0.12m만큼의 투습성과 같다는 의미이며, 하기의 기준을 갖는다.
Sd값 < 1m : 투습
1m < Sd값 < 100m : 반투습
Sd값 > 100m : 불투습
Sd값 > 1,000m : 완전 불투습
바람직하기로, 본 발명에서는 0.3 내지 1,300m (100 mm 두께) 이하, 바람직하기로 0.5 내지 20 m의 범위를 갖는다.
또한, 본 발명의 발포체는 KS M ISO 2796에 의거하여 측정된 특정 온도/습도 분위기하에서의 부피 변화율을 의미한다. 이때 온도는 저온, 고온 및 고온 다습한 분위기 하에서 측정한다. 구체적으로, -20℃에서의 부피 변화율(97±3% RH)은 0.05 내지 0.6%, 바람직하기로 0.1 내지 0.5%이고, 70℃에서의 부피 변화율(97±3% RH)은 1 내지 10%, 바람직하기로 2 내지 8%이고, 80℃에서의 부피 변화율(97±3% RH)은 0.1 내지 10%을 만족한다.
한편, 자기 접착력은 공기 투과도와 관련이 있다. 즉, 높은 자기 접착력으로 인해 건축재와 발포체의 일체화가 이루어져, 건축재를 통과하는 공기의 투과도를 일정 수준으로 조절함으로써, 공기에 여러 문제를 해소할 수 있다.
건축재의 공기 투과도가 높은 경우 기밀한 구조를 이룰 수 없어, 외부로부터의 차갑거나 더운 공기가 그대로 유입되거나 내부의 공기가 외부로 통과하여 건축 내부의 온도 조절(즉, 단열)이 용이하지 않게 된다. 또한, 공기 투과는 소리의 투과에도 관련이 있으며, 외부로부터의 소음을 효과적으로 차단할 수 없다.
공기 투과도와 관련된 파라미터로는 ASTM E283d에 의거한 공기누설특성 시험(또는 기밀성능시험)에 의해 얻어진 공기 누설비(Rate of Air Leakage)이며, 75 Pa의 차압 (differential pressure)에서 0.02 이하의 공기 누설비(m2당 L/s)를 만족하고, ASTM E2178에 의거한 건축 재료의 공기 투과성에 대한 표준 시험 방법 (Standard Test Method for Air Permeance of Builiding Materials)에서 제시한 75 Pa의 차압 (differential pressure)에서 0.02 이하의 공기 투과도(m2당 L/s)를 만족한다.
상기한 물성 이외에도, 발포체를 건축재로 사용하기 위한 기본적인 물성으로 인장 강도 및 압축 강도가 있으며, 이는 자기 접착력이 우수할수록 그 수치가 증가한다.
특히, 3 mm 미만의 얇은 두께로 형성함에 따라 발포체는 우수한 인장 강도 및 압축 강도 물성이 확보되어야 한다. 구체적으로 인장 강도는 ASTM D1623에 의거하여 측정된 수치로 44 psi의 압력을 인가할 경우 150 내지 500 kPa (기존특허 차별화를 위해 기재)의 범위를 가지고, 압축 강도는 KSM 3809에 의거하여 측정된 것으로 25 내지 80 N/cm2의 수치를 갖는다. 이러한 인장 강도 및 압축 강도와 같은 물성은 기존 발포체(KR 등록 제10-2102556호) 대비 얇은 두께를 가짐에도 우수한 물성을 갖는다.
본 발명에 따른 시공 방식에 따라 제조된 발포체는 경질 발포체로서 라돈을 효과적으로 차폐할 수 있다.
라돈의 차폐 정도는 여러 가지 방식이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 밀폐된 공간에서 측정하는 방식으로 수행할 수 있다. 구체적으로, 실시간 라돈 측정기를 이용하여 24 시간 동안 블랭크값을 확인한 후, 발포체를 설치한 후 다시 라돈 측정기를 이용하여 24 시간 동안 라돈 방출 농도를 분석하였다. 그 결과, 라돈을 95% 이상, 더욱 바람직하기로 97%, 가장 바람직하기로 99% 이상의 높은 수치로 라돈을 차폐하여, 라돈 방사선량을 100 Bq/m3 이하로 달성할 수 있다.
또한, 상기 발포체는 건물 내부에 시공시 하기와 같은 물성을 가져 건축 내장재로 별도의 단열재 등의 설치가 불필요하여, 건축 시공 비용을 저감할 수 있다.
라돈 차폐 발포체용 조성물
본 발명에 따른 라돈 차폐 발포체는 3 mm 미만의 얇은 두께로 시공하기 위해, (i) 폴리에테르계 폴리올, (ii) 브롬계 폴리올, (iii) 발포제, (iv) 금속 발포 촉매, (v) 경화제, (vi) 입상형 충진제, 및 (vii) 혼합 난연제를 포함하는 조성을 준비하고, 이의 발포 시공을 통해 제조된다.
라돈 차폐를 위한 발포체는 폴리우레탄 폼 또는 폴리우레아 폼으로서, 패널 형태로 제조된다. 이들은 발포체용 조성물에 사용하는 경화제의 종류에 따라 폴리우레탄 폼 또는 폴리우레아 폼의 제조가 가능하다. 상기 폴리우레탄 및 폴리우레아는 경도에 따라 크게 초연질/연질/반경질/경질 폼으로 구분되며, 본 발명에서는 경질 폼을 제조한다. 상온·상압 조건에서 자유발포가 가능하여 분사와 발포가 동시에 가능한 장점을 가지며 단열성능이 매우 우수하다.
폴리우레탄 폼은 활성 수산기(-OH)를 갖고 있는 폴리올과 이소시아네이트기(-N=C=O)를 갖고 있는 이소시아네이트 화합물의 부가중합 반응(Addition Polycmrization Reaction)에 의해 (-NHCOO-)의 우레탄 구조를 갖는다. 또한, 폴리우레아 폼은 수산기(-OH)를 갖고 있는 폴리올과 아민기(-NH=)를 갖고 있는 이소시아네이트 화합물의 부가중합 반응(Addition Polycmrization Reaction)에 의해 (-NHCONH-)의 우레아 구조를 갖는다. 이하 각 조성을 상세히 설명한다.
(i) 폴리에테르계 폴리올
본 발명에 사용하는 폴리에테르계 폴리올은 폴리프로필렌 글리콜(Polypropylene glycol), 폴리테트라메틸렌 글리콜(Polytetramethylene glycol) 및 이들로부터 유도된 1종 이상의 폴리에테르 폴리올의 사용이 가능하며, 바람직하게는 중량평균분자량 1,500 g/mol 내지 5,000 g/mol의 폴리프로필렌 글리콜(Polypropylene glycol)을 사용함으로써 유연성(Material softness) 특성을 극도로 높일 수 있으며, 이후 첨가되는 비교적 낮은 분자량을 가지는 브롬계 폴리올의 적용 시에도 충분한 유연성을 발휘할 수 있게 된다.
이때 상기 폴리에테르계 폴리올은 수산기값이 2 KOH/mg 내지 50 KOH/mg인 것을 사용하며, 상기 범위의 폴리올을 사용시 경화제와의 중합 반응이 용이하게 일어나, 탄성 복원성, 내구성, 유연성 등의 물리적 성질이 우수할 수 있다.
(ii) 브롬계 폴리올
본 발명의 브롬계 폴리올은 분자 구조 내 브롬기를 갖는 폴리올로서, 난연성과 함께 상기 폴리올 및 경화제와 반응이 일어날 수 있어, 발포체 표면의 밀도, 즉 스킨 밀도를 증가시키는 역할을 한다.
이때 브롬계 폴리올로는 테트라브로모프탈레이트디올(Tetrabromophthalate Diol) 또는 브롬기가 치환된 글리세린(glycerine)에 에틸렌옥사이드(EO)와 프로필렌옥사이드(PO)가 부가 중합된 폴리에테르 폴리올(Mw: 400 내지 700 g/mol)이 사용될 수 있다.
상기 브롬계 폴리올의 사용은 스킨 밀도를 증가시키는 역할을 함과 동시에 난연성을 갖는다. 이들은 폴리에테르계 폴리올 100 중량부 대비 10 내지 150 중량부, 바람직하기로 20 내지 80 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 스킨 밀도의 향상 효과를 기대할 수 없고, 상기 범위를 초과할 경우 강성이 증가하여 발포체의 물성 저하를 야기할 수 있다.
(iii) 물리적 발포제 및 화학적 발포제
발포제는 중합반응 공정에서 기체를 발생시킴으로써 단열재 내부에 발포셀을 형성하는 역할을 할 수 있는 것으로, 폴리우레탄 폼 또는 폴리우레아 폼 형성 후 셀 안에 존재하므로 열전도도가 낮으며 안정성이 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 물, 카르복실산, 불소계 발포제 또는 이산화탄소, 공기 같은 불활성 기체를 사용할 수 있다.
발포제의 사용은 기포의 크기, 기포율 및 발포체의 밀도에 직접적으로 관여하며, 본 발명에서는 물리적 발포제와 화학적 발포제를 특정 비율로 혼합하여 사용함하되, 물리적 발포제에 의해 낮은 발열 반응하에서 셀을 형성함과 동시에 안정하게 유지하여 독립셀의 크기 및 기포율을 조절함과 동시에 화학적 발포제에 의해 발포 공정 시 초기 반응을 빠르게 하고 후기 반응은 느리게 함으로써 높은 스킨 밀도 및 낮은 코어 밀도를 확보한다.
물리적 발포제로는 CO2, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(HFC-245fa), 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄/1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판의 혼합물(HFC-365/227)을 각각 1:0.1 내지 5:0.1 내지 5의 부피비로 사용한다.
상기 물리적 발포제는 이를 제외한 발포체용 조성물 100 부피%에 대하여 5 부피% 내지 200 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 사용하여야만 독립적인 구형의 발포 셀을 형성할 수 있다.
화학적 발포제로는 이소시아네이트기와 반응하여 이산화탄소 또는 이산화탄소 및 일산화탄소를 제거하는 물과 함께 포름산(HCOOH), 탄소 원자 4개 이상의 알칸 및/또는 시클로알칸, 디알킬 에테르, 에스테르, 케톤, 아세탈, 탄소 원자 1 내지 8 개의 플루오로알칸, 및 알킬쇄 내 탄소 원자 1 내지 3 개의 테트라알킬실란, 특히 테트라메틸실란으로 구성된 군에서 선택된다.
바람직하기로는 물/포름산을 함께 사용하며, 이들은 1:0.1 내지 1.5의 중량비로 사용하되, 폴리에테르계 폴리올 100 중량부에 대해 0.01 내지 10 중량부의 함량으로 사용함으로써 스킨 밀도와 코어 밀도를 조절할 수 있다.
(iv) 금속 발포 촉매
촉매는 폴리올의 OH기와 이소시아네이트기와의 우레탄화 반응, 또는 OH기와 아민기와의 우레아화 반응을 가속화하기 위해 사용한다.
특히, 본 발명의 발포체는 높은 스킨 밀도 및 낮은 코어 밀도를 확보해야 하며, 이는 발포 공정 시 초기 반응을 빠르게 하고 후기 반응은 느리게 해야 한다. 이러한 반응 속도의 조절은 금속 발포 촉매의 사용을 통해 달성될 수 있다.
금속 발포 촉매는 촉매는 주석, 티타늄, 납, 비스무트, 코발트, 칼륨 등의 금속을 포함할 수 있으며, 구체적으로 디부틸주석디라우레이트, 디옥틸주석말레이트, 옥틸산주석, 디부틸주석옥시드 등의 주석 화합물, 테트라부틸티타네이트 등의 티타늄 화합물, 나프텐산 납, 옥틸산 납 등의 납 화합물, 네오데칸산 비스무트, 옥틸산 비스무트 등의 비스무트 화합물, 나프텐산 코발트, 옥틸산 코발트 등의 코발트 화합물, 옥틸산 칼륨, 아세트산 칼륨, 포름산 칼륨 등의 칼륨 화합물 등을 들 수 있다.
금속 발포 촉매는 폴리에테르계 폴리올 100 중량부에 대해 0.05 내지 10 중량부, 바람직하기로 0.1 내지 5 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 경화 시간이 길어지고 반대로 상기 범위를 초과하면 반응 속도의 조절이 어려워 발포기의 노즐이 막히는 등의 문제가 발생하여 작업성이 저하될 우려가 있다.
(v) 경화제
본 발명의 경화제는 폴리우레탄 폼의 경우 이소시아네이트 화합물이 사용되고, 폴리우레아 폼의 경우 아민 화합물이 사용된다.
이소시아네이트 화합물은 폴리우레탄 펌의 제조에 적합한 모든 이소시아네이트 화합물이 사용될 수 있다. 이소시아네이트 성분은 바람직하게는 둘 이상의 이소시아네이트 관능기를 갖는 하나 이상의 유기 이소시아네이트를 포함한다. 본 발명의 목적에 적합한 이소시아네이트 화합물에는, 예를 들어 방향족 이소시아네이트, 지환족 이소시아네이트, 또한 2 이상의 그러한 이소시아네이트들의 혼합물, 및 그러한 이소시아네이트의 변성(modification)으로부터 얻어진 변성된 폴리이소시아네이트들이 있다.
적합한 방향족 이소시아네이트 화합물의 예로는 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI)의 4,4'-, 2,4' 및 2,2'-이성질체, 그의 블렌드 및 중합체성 및 단량체성 MDI 블렌드, 톨루엔-2,4- 및 2,6-디이소시아네이트 (TDI), m- 및 p-페닐렌디이소시아네이트, 클로로페닐렌-2,4-디이소시아네이트, 디페닐렌-4,4'-디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이트-3,3'-디메틸디페닐, 3-메틸디페닐-메탄-4,4'-디이소시아네이트 및 디페닐에테르디이소시아네이트 및 2,4,6-트리이소시아나토톨루엔 및 2,4,4'-트리이소시아나토디페닐에테르를 포함한다.
지방족 이소시아네이트 화합물의 예로는 에틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 시클로헥산 1,4-디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 상기 언급한 방향족 이소시아네이트의 포화 유사체 및 이들의 혼합물을 포함한다.
폴리이소시아네이트의 혼합물, 예컨대 톨루엔 디이소시아네이트의 2,4-이성질체와 2,6-이성질체의 상업적으로 입수가능한 혼합물을 사용할 수 있다. 조질(crude) 폴리이소시아네이트, 예컨대 조질 메틸렌 디페닐아민의 포스겐화에 의해 수득된 조질 디페닐메탄 디이소시아네이트 또는 톨루엔 디아민의 혼합물의 포스겐화에 의해 수득된 조질 톨루엔 디이소시아네이트 또한 본 발명의 실시에 사용할 수 있다. TDI/MDI 블렌드 또한 사용할 수 있다.
또한, 폴리우레아를 제조하기 위한 경화제로는 아민 화합물, 바람직하기로 폴리아민이 사용될 수 있다.
폴리아민은 1종 이상의 폴리옥시알킬렌아민, 바람직하게는 2종 이상의 폴리옥시알킬렌아민(폴리에테르 아민으로 알려짐)의 혼합물이 사용된다. 그러한 폴리옥시알킬렌아민은, 수평균 분자량이 350 g/mol 이상, 예를 들어 350∼6000 g/mol, 바람직하게는 380∼5100 g/mol의 범위인, 바람직하게는 아민 말단 이작용성 또는 보다 고작용성의 폴리알킬렌 옥시드이고, 일반적으로 폴리옥시에틸렌 옥시드 또는 폴리옥시프로필렌 옥시드이고, 여기서 아미노 기는 바람직하게는 지방족 결합된다. 아민 말단 폴리테트라하이드로푸란(PTHF)을 사용하는 것도 가능하다. 폴리에테르 아민의 아민 기는 바람직하게는 1차 아민 기이다. 1종의 폴리에테르 아민만을 사용할 수도 있다. 폴리에테르 아민(b)은 특히 디아민 또는 트리아민이다. 이러한 화합물은, 예를 들어, Huntsman에 의해 상표명 Jeffamine ⓡ 또는 BASF에 의해 상표명 Baxxodurⓡ 폴리에테르 아민으로서 시판된다.
경화제는 폴리에스테르계 폴리올 100 중량부에 대해 50 내지 200 중량부, 바람직하기로 100 내지 150 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 폴리올의 경화 반응이 100% 진행이 어려워 미반응 폴리올이 존재하여 발포체의 물성이 저하될 수 있고, 반대로 상기 범위를 초과하면, 이 또한 미반응된 경화제가 존재하거나 과도한 경화로 발포체가 딱딱해지는 등 인장강도가 저하되는 문제가 있다.
(vi) 입상형 충진제
충진제는 발포체의 물성 향상, 일례로 강도, 치수안정성, 강도계수, 열변형온도, 내충격성, 내부식성 등의 목적으로 사용한다.
다양한 충진제의 사용이 가능하며, 최근 나노클레이 또는 산화그래핀과 같은 판상형 충진제를 사용하여 미세셀(fine cell)을 형성함에 따라 발포체가 균일한 셀 사이즈를 가지며 뛰어난 치수안정성을 갖는다고 제시된 바 있다. 그러나, 상기 나노클레이 및 산화그래핀의 경우 높은 종횡비를 갖는 판상형의 입자로 형성됨에 따라 실제 발포 공정에서 독립셀의 표면을 파괴하여 독립셀의 독립기포율을 저하시키는 문제가 있다. 이러한 문제는 섬유상의 충진제 사용에서도 유사하게 나타난다.
본 발명에 따른 발포체의 경우 95% 이상의 독립기포율을 가짐에 따라 상기 나노클레이나 산화그래핀을 대체할 목적으로, 입상형 충진제를 사용하였다.
입상형 충진제는 구형의 형상을 갖는 충진제로서, 발포 공정 중 독립셀에 영향을 미치지 않으면서도 충진제로서의 역할, 즉 물성 향상을 유도할 수 있다.
사용 가능한 입상형 충진제로는 5 nm 내지 100 ㎛의 평균 입경을 갖는 입자로서, 그 재질은 본 발명에서 한정하지 않으며, 알루미늄, 구리 등의 금속 입자, 수산화알루미늄, 탄산칼슘, 질석 등의 무기 입자뿐만 아니라 스티렌 수지, SAN(스티렌-아크릴로니트릴) 수지, 아크릴 수지 등의 유기 입자가 사용될 수 있다. 바람직하기로, 균일한 혼합 등과 물성 개선 등을 위해 20 nm 내지 10 ㎛, 보다 바람직하기로 20 nm 내지 500 nm의 나노 입자가 사용될 수 있다.
입상형 충진제는 폴리에스테르계 폴리올 100 중량부에 대해 0.1 내지 20 중량부, 바람직하기로 1 내지 10 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 효과를 얻을 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과할 경우 입자 간의 뭉침 등이 발생할 수 있다.
(vii) 혼합 난연제
본 발명에서는 발포체의 스킨 밀도 증가를 위해 첨가제를 사용한다.
사용 가능한 혼합 난연제로는 브롬계 난연제, 인계 난연제 및 염소계 난연제제를 각각 또는 2종 이상 혼합하여 사용한다. 이러한 유기 난연제의 사용을 통한 스킨 밀도의 증가는 다른 무기 난연제의 사용에서는 나타나지 않거나 그 효과가 매우 미비하다.
브롬계 난연제로는 트리브로모페녹시에탄(FF-680), 테트라브로모비스페놀A(TBBA) 등이 있으며, 인계 난연제는 트리옥틸 포스페이트, 디메틸 메틸포스페이트, 트리메틸올프로판 에틸포프파닉 올리고머, 펜타에리쓰리톨 포스파이트, 사이클릭 네오펜틸 티오포스포릭 무수물 등이 있으며, 염소계 난연제로는 염소화 파라핀, 염소화폴리에틸렌, 지방족 염소계 난연제 등이 있다.
이들 첨가제들은 1:0 내지 1:1 내지 1의 범위로 사용될 수 있으며, 바람직하기로는 1:0.5 내지 1:0.5 내지 1의 중량비로 사용한다.
혼합 난연제는 폴리에스테르계 폴리올 100 중량부에 대해 0.01 내지 10 중량부, 바람직하기로 0.1 내지 5 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 효과를 얻을 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과할 경우 스킨 밀도 뿐만 아니라 코어 밀도가 증가될 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용한다.
(viii) 첨가제
본 발명에 따른 발포체용 조성물은 여러 가지 목적을 위해 첨가제를 더욱 포함한다. 이러한 첨가제는 폴리우레탄 폼 또는 폴리우레아 폼의 제조에 사용되는 모든 공지의 첨가제일 수 있다.
본 발명의 공정을 수행하기 위해 사용되는 출발 재료, 발포제, 촉매, 및 또한 보조제 및/또는 첨가제와 관련된 추가의 상세한 사항은, 예를 들어 문헌{Kunststoffhandbuch [Plastics Handbook], volume 7, "Polyurethane" ["Polyurethanes"] Carl-Hanser-Verlag Munich, 1st edition, 1966, 2nd edition, 1983, and 3rd edition, 1993}에서 찾을 수 있다.
이들 첨가제는 공지된 바의 첨가 함량으로 사용이 가능하며, 일례로 폴리올 100 중량부에 대하여 10 중량부, 바람직하기로 5 중량부 이하로 사용한다.
가교제로서 사용되는 저분자 화합물로서는 예를 들면, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 글리세린, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리트리톨 등을 들 수 있고, 이들 1종 또는 2종 이상을 병용할 수 있다. 특히 1,4-부탄디올 혹은 에틸렌글리콜은 가교제로서 적합한 것이다.
정포제는 폼 내에 셀이 형성될 때, 셀이 서로 합해지거나 생성된 셀이 파괴되는 것을 방지하고, 다른 조성물 간의 혼합성, 셀의 안정성 및 균일화를 향상시킬 수 있다. 이로 인해 폼 표면의 거칠기도를 감소하고 핀홀의 발생을 낮출 수 있다.
상기 정포제로는 비실리콘계 정포제 및 실리콘계 정포제를 모두를 포함할 수 있다. 상기 비실리콘 정포제는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 알콕시알코올(alkoxyalcohol)이고, 실리콘계 정포제는 SH-193, SF-2937F, SF-2938F(도레 다우코닝 실리콘사 제품), B-8465, B-8467, B-8481(에보닉 데구사 자판사 제품), L-6900(모멘티브사 제품) 등을 사용할 수 있다. 정포제의 배합량은 폴리에테르계 화합물 100중량부에 대해 1 내지 10중량부인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 서술한 첨가제 이외에, 핵제나 탄산칼슘, 황산바륨 등의 충전제, 산화 방지제, 자외선 흡수제 등의 노화 방지제, 가소제, 착색제, 항곰팡이제, 파포제, 분산제, 변색 방지제 등을 들 수 있다. 구체적인 조성 등은 공지된 바이 것을 따른다.
라돈 차폐 시공방법
본 발명에 따른 라돈 차폐 시공방법은,
(a) 폴리에테르계 폴리올, 브롬계 폴리올, 발포제, 금속 발포 촉매, 경화제, 입상형 충진제, 및 혼합 난연제를 포함하는 발포체용 조성물을 준비하는 단계;
(b) 상기 발포체용 조성물을 건물 내부에 발포 시공하는 단계; 및
(c) 발포 후 얻어진 발포체의 표면을 마감 시공하는 단계를 포함하여 시공한다.
이하 각 단계별로 상세히 설명한다.
단계 (a) : 발포체용 조성물 제조 단계
먼저, 전술한 바의 조성물을 포함하는 발포체용 조성물을 제조한다.
본 발명에 따른 발포체용 조성물은 처방을 조절하고 원하는 물성을 얻기 위하여 그 생산기법에 따라 다양한 형태의 조성으로 제조될 수 있다.
일 구현예에 따른 발포체용 조성물은 one-shot법을 사용하는 것으로, 모든 조성을 혼합하는 일액형 수지로 제조될 수 있다. 구체적으로, 모든 원료의 성분이 각각 정량되어 혼합기(mixer)로 보내져서 혼합되어 토출하는 방식으로, 폴리올, 발포제, 촉매, 정포제 및 경화제를 혼합기에서 혼합한 후 발포기를 통해 발포 성형 공정을 수행한다.
다른 구현예에 따른 발포체용 조성물은 two component법을 사용하는 것으로, 주제 및 경화제로 나뉘는 이액형 수지로 제조될 수 있다. 구체적으로, 폴리에테르계폴리올, 브롬계 폴리올, 금속 발포 촉매, 입상형 충진제, 혼합 난연제 및 발포제를 혼합하여 폴리올 프리믹스(premix)를 제조하고, 상기 폴리올 프리믹스와 경화제를 혼합기에서 혼합한 후 발포기를 통해 발포 성형 공정을 수행한다.
또 다른 구현예에 따른 발포체용 조성물은 Quasi - prepolymer법을 사용하는 것으로, 제1조성 및 제2조성으로 나뉘는 이액형 수지로 제조될 수 있다. 구체적으로, 폴리에테르계 폴리올의 일부, 브롬계 폴리올, 금속 발포 촉매, 입상형 충진제, 혼합 난연제 및 발포제를 혼합하여 폴리올 프리믹스(premix)를 제조하고, 이와 별도로 나머지 잔부의 폴리에테르계 폴리올과 경화제를 반응시켜 프리폴리머를 제조한 후, 혼합기에서 상기 폴리올 프리믹스와 프리폴리머를 혼합한 후 발포기를 통해 발포 성형 공정을 수행한다. 이러한 방식은 모든 폴리올이 경화제와 반응한다는 장점이 있다.
또 다른 구현예에 따른 발포체용 조성물은 forth법을 사용하는 것으로, two component법과 유사하다. 구체적으로, 폴리에테르계폴리올, 브롬계 폴리올, 금속 발포 촉매, 입상형 충진제, 혼합 난연제 및 발포제를 혼합하여 폴리올 프리믹스를 제조하고, 상기 혼합기에서 상기 폴리올 프리믹스, 경화제 및 저비점 발포제를 혼합한 후 발포기를 통해 발포 성형 공정을 수행한다.
이들 방법 중 이액형 수지를 사용하는 two-component법 또는 forth법의 방식이 널리 사용될 수 있으며, 이외에 폴리우레탄 폼 또는 폴리우레아 폼의 제조 방식에 사용하는 방법이 사용될 수 있다.
혼합 후 얻어지는 발포체용 조성물은 발포기의 노즐을 통해 분사되며, 이때 시공면에 분사액이 어느 정도 힘으로 부착되어 발포가 이루어질 수 있도록 점도를 조절한다. 또한, 조성물 원액의 점도가 높으면 부분적으로 강도, 밀도 등 물성편차가 발생될 수 있으므로, 바람직하게는 25℃에서 점도가 1800cps 이하인 것이 바람직하다.
상기와 연관하여, 본 발명에 의한 폴리올과 경화제가 서로 혼합되기 이전의 각 수지 온도가 20 내지 60℃의 상태로 상호 혼합되는 것이 바람직한데, 이는 각 수지 온도가 20℃ 미만이면, 발포제인 물과 경화제가 반응하여 이산화탄소를 발생시킴으로써 생성되는 발포체 셀의 모양과 크기가 지나치게 작아져 제조 완료된 발포체의 밀도가 지나치게 높아지는 문제가 발생하고, 60℃를 초과하면, 상기와 반대로 발생된 이산화탄소가 높은 온도에 의하여 급격하게 발포체 외부로 빠져나가 제조 완료된 발포체의 밀도가 지나치게 낮아짐과 동시에 발포체 셀의 모양이 일정하지 못하게 생성되는 문제가 발생하기 때문에, 상기 범위 내의 온도에서 상호 혼합되는 것이 바람직하다.
단계 (b) : 건물 내부 발포 단계
다음으로, 상기 발포체용 조성물을 이용하여 건물 내부를 시공하기 위해 발포기를 이용하여 건물 내부에 발포한다. 상기 발포는 스프레이법(또는 현장뿜칠 발포)이 사용될 수 있다.
스프레이법으로서는 여러 가지 방법이 알려져 있는데, 본 발명에 있어서의 스프레이법로서는, 발포체용 조성물을 믹싱 헤드 내에서 혼합하여 분무하는, 이른바 에어레스 스프레이법이 바람직하다.
상기 스프레이법은 공사 현장에서 직접 경질폼을 제조하는 방법으로, 공사 비용을 억제할 수 있고, 기재의 요철이 있는 시공면에도 간극없이 시공할 수 있는 등의 장점을 가지고 있다. 또한, 스프레이법에 있어서 중요한 경질폼의 표면성이 양호하고, 요철이 없어 평활성이 우수한 표면이 얻어진다. 또한 천정부에 시공할 때의 늘어짐이 없기 때문에, 균일한 경질폼층을 형성하는 것이 가능해진다
발포기(spray gun)는 주제와 경화제를 서로 다른 노즐에서 고속으로 분사하여 혼합용기 내에서 충돌 혼합 후 발포하여 경화과정을 통해 폼을 형성할 수 있는 장치이다. 상기 발포기는 폴리우레탄 업계에서 통상적으로 사용하는 고압 또는 저압 발포기를 사용할 수 있다. 또한, 원액온도 및 토출량과 같은 발포조건은 발포기의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명에 따른 작업조건에 맞는 사양으로 개발할 수도 있으며, 또는 기존의 유사한 스프레이 장치를 개조하여 사용할 수 있다.
발포기를 이용한 발포는 하기 공정을 따라 수행한다.
(S1) 먼저, 발포체용 조성물을 발포기의 챔버에 주입한다.
(S2) 다음으로, 발포기를 점검한다.
발포기의 점검은 먼저, 전원을 연결하여 콤프레셔의 작동 및 발포체용 조성물의 온도, 및 공급 라인을 확인한다. 이어, 발포기의 노즐에 연결된 필터의 이상 유무를 점검한 다음, 발포기의 세팅 온도를 설정 후 확인한다. 또한, 일정 시간 동안 공급 라인을 통해 받은 토출량 및 배합비가 적절한지 검사한다.
(S3) 다음으로, 발포를 위해 온도, 토출량, 및 배합비 등을 세팅한다.
상기 발포기의 세팅 온도는 경화 시간 및 물성과 관련된 것으로, 너무 높거나 낮을 경우 발포 품질이 저하될 수 있으며, 바람직하기로 40∼85℃의 범위 내로 설정한다. 또한, 작업장의 온도가 높을수록 경화반응이 빨라지고, 작업장의 온도가 낮을수록 경화시간이 길어진다. 그러므로, 계절 및 작업장의 외부 온도 조건에 따라 상기 온도 범위 내에서 토출 직전의 발포체용 조성물의 온도를 적절히 세팅할 필요가 있다. 바람직하기로 발포 시공은 10℃ 이상, 실내습도 RH 85% 이하에서만 시공하는 것이 유리하다. 발포 시공시 경화 시간의 속도는 발포체용 조성물 자체의 물성, 혼합 및 분사시 세팅 온도, 및 경화가 진행되는 동안 외부 온도의 순서로 영향을 받으므로, 상기 범위 내에서 수행하는 것이 바람직하다.
(S4) 다음으로, 폼을 형성하고자 하는 건축물의 대상 면 위로 소정의 두께만큼 발포체용 조성물을 혼합 분사시켜 발포 및 경화를 수행한다.
특히, 본 발명의 발포 시공에서 대상 건물의 내부에 발포 시공을 수행하며, 이때 건물 내부는 측벽, 천장, 바닥 및 이음새이고, 실내 전체면적의 80% 이상으로 시공하여야만 효과적으로 라돈을 차폐할 수 있다.
발포 시공시 발포체용 조성물의 코팅 두께, 분사 각도, 토출량 및 압축 공기의 양을 조절한다.
발포체용 조성물의 코팅 두께는 3 mm 미만의 두께로 발포하며, 이는 최종 얻어지는 발포체의 물성과 함께 라돈의 완전 차폐를 확보할 수 있는 두께를 확보하기 위함이다. 상기 코팅 두께로 발포 시공할 경우 패널 형태의 발포체는 3 mm 미만 두께를 가질 수 있다.
이때 발포 시공은 건물 내부의 대상에 따라 서로 다른 두께로 시공할 수 있다. 이처럼 서로 다른 두께로 시공하는 것은 외부 공기에 접하는 벽면의 단열 성능 향상 내지는 벽면의 굴곡 및 홈 등을 완벽하게 메우기 위함이다.
보다 구체적으로, 상기 패널은 1 mm 이상 3 mm 미만 두께의 경질 폴리우레탄 패널, 또는 1 mm 이상 3 mm 미만 두께의 경질 폴리우레아 패널인 것이 바람직하다.
분사 각도는 45 내지 90도, 바람직하기로 70 내지 90도를 유지하면서 수행한다. 발포체용 조성물은 대상 면에 대해 일정 각도를 이루면서 수행하여야만, 균일한 두께의 발포체를 형성할 수 있다. 상기 분사 각도보다 낮는 각도로 분사할 경우, 발포체용 조성물이 대상 면을 따라 흐르게 되어 하단부가 두껍게 발포체용 조성물이 코팅되어, 최종 얻어지는 발포체의 물성 저하를 가져온다.
발포기를 통한 토출량은 2 내지 8kg/min의 범위로 수행한다. 만약 토출량이 상기 범위 미만이거나 상기 범위를 초과할 경우 발포체용 조성물의 코팅 조성물의 두께 조절이 쉽지 않아 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
또한, 발포를 위해 발포기에 공급하는 압축 공기는 80 psi, 바람직하기로 1,200 psi 이상의 고압이 연속적으로 유지하여야 균일한 폼을 형성할 수 있다.
경화는 발포체용 조성물의 조성에 따라 달라지나, 통상적으로 발포 후 상온에서 2 내지 10분 정도가 지나면 경화가 완전히 수행된다.
여기서, 상기 분사 및 발포과정을 반복하면 동일 구조의 폼이 반복적으로 적층가능하며, 그 시공과정의 반복횟수 및 두께는 현장의 시공조건에 따라 맞춤식으로 시공가능하다.
단계 (c) : 마감 시공 단계
다음으로, 상기 발포 후 얻어진 발포체의 표면을 마감 시공하는 단계를 수행한다.
표면 마감 시공은 발포체가 가능한한 평활도를 유지하도록 하는 것으로, 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 방법이 사용될 수 있다. 일례로, 수직 면의 경우 블레이드 등을 이용하여 발포체 표면을 절단하여, 편평한 면을 형성할 수 있도록 한다. 또한, 수평 면의 경우 수평줄을 띄우고 이를 참고하면서 수동으로 평활도를 맞춘다. 필요한 경우, 분사 공정 중 와이어 게이지(wire gauge)를 이용하여 평활도를 맞출 수 있다.
이러한 발포체 시공 방법은 하기의 이점이 있다.
먼저, 건물 내부의 측면, 바닥, 천정 및 이음새 모두를 시공함으로써 라돈을 90% 이상, 더욱 바람직하기로 95% 이상 효과적으로 차폐할 수 있다. 또한, 다양한 기계적 물성을 만족함으로써 추가 내장재의 설치가 불필요하다.
이러한 방식은 건물의 형태에 따라 시공 방식을 설정할 필요가 없어 작업방식이 매우 간편하여 작업 생산성과 편리성을 획기적으로 개선할 수 있다. 또한, 현장 맞춤형 시공이 가능하며, 유지기간이 매우 길어 개/보수가 거의 불필요하다.
그 때문에 단독 주택, 맨션, 오피스 빌딩, 프레하브 냉동 창고 등의 건축물의 벽, 천정, 기초 부분이나 마루 밑 등의 시공면에 경질폼으로 이루어지는 단열층을 형성할 때 채용되는 경우가 많다. 또, 건축물을 건축하기 전의 건재에 미리 스프레이법으로 경질 훔을 형성하고, 이 경질폼층이 미리 형성된 건재를 사용하여 건축물을 시공할 수도 있다. 또, 본 발명에 의해 제조되는 경질폼은 건축물이나 건재의 단열재로서의 용도에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
이하 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 실시상태는 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 실시예 10, 및 비교예 1 내지 4
(1) 발포체용 조성물 제조
폴리에테르계 폴리올, 브롬계 폴리올, 발포제, 금속 발포 촉매, 경화제, 입상형 충진제, 및 혼합 난연제를 준비하였다.
에어리스 발포기의 제1주입구에 레진 혼합물을 주입하고, 제2주입구에 경화제(이소시아네이트 경화제 또는 아민 경화제)를 주입하였다. 이어, 믹싱헤드로 이송하여 균일하게 혼합하여 발포체용 조성물을 제조하였다.
발포기 세팅 완료 후 콘크리트 재질의 블록에 대해 1.5 mm의 두께로 분사하였다. 5분 동안 경화 반응이 이루어지도록 하고, 표면을 블레이드로 처리하여 마감 시공을 수행하였다.
[조성]
폴리에테르계 폴리올: 폴리올A/폴리올B (6:4의 중량비)
- 폴리올A: KPX 케미칼에서 생산중인 폴리에테르 폴리올, KONIX KR-403 (개시제: TDA, 4 관능기수)
- 폴리올B: KPX 케미칼에서 생산중인 폴리에테르 폴리올, KONIX KFT-120 (개시제: EDA, 4 관능기수)
브롬계 폴리올: 테트라브로모프탈레이트디올
이소시아네이트 경화제: 디이소시아네이트 BASF 제품
물리적 발포제: CO2, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(HFC-245fa), 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄/1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판의 혼합물(HFC-365/227) 1:1:1 부피비
화학적 발포제: 물/포름산 (1:1 중량비)
금속 발포 촉매: 디부틸주석디라우레이트
입상형 충진제: 스티렌 수지(평균입경 50 nm)
판상형 충진제: 나노클레이(종횡비 1:5)
브롬계 난연제: 트리브로모페녹시에탄
인산계 난연제: 트리옥틸 포스페이트
염소계 난연제: 염소화폴리에틸렌
[분사 조건]
세탕온도:50℃
압축공기:1000psi
토출량: 5kg/min
분사각도: 70도
조성(중량부) 실시예 1 실시예 2 실시예 3
 실시예 4 실시예 5 실시예 6
폴리에테르계 폴리올 100 100 100 100 100 100
브롬계 폴리올 50 10 100 50 50 50
이소시아네이트 경화제 100 100 100 100 100 100
발포제 물리적 발포제 10 10 10 10 10
화학적 발포제 6 6 6 6 6 6
금속 발포 촉매 4 4 4 4 4 4
충진제 입상형 충진제 5 5 5 0.1 15 5
판상형 충진제 - - - - - -
난연제 브롬계 2 2 2 2 2 3
인산계 2 2 2 2 2 -
염소계 2 2 2 2 2 3
조성(중량부) 비교예１ 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예５
폴리에테르계 폴리올 100 100 100 100 100
브롬계 폴리올 - 50 50 50 50
이소시아네이트 경화제 100 100 100 100 100
발포제 물리적 발포제 10 - 10 10 0
화학적 발포제 6 6 - 6 6
금속 발포 촉매 4 4 4 4 4
충진제 입상형 충진제 5 5 5 - 5
판상형 충진제 - - - 5 -
난연제 브롬계 2 2 2 2 6
인산계 2 2 2 2 -
염소계 2 2 2 2 -
비교예 6
KR 등록특허 제10-2102556호에서 제시하는 실시예 1의 방법으로 3 mm 두께의 발포체를 제작하였다.
비교예 7
KR 등록특허 제10-2102556호에서 제시하는 실시예 1의 방법으로 1.5 mm 두께의 발포체를 제작하였다.
실험예 1: 미세 구조 분석
상기 실시예 1 및 비교예 6에서 제작된 발포체의 단면을 수직 방향으로부터 5개의 패널로 수평 절단한 후, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 기포 형태를 확인한 결과, 모두 독립셀과 개방셀이 혼재되어 있는 미세 구조를 가짐을 알 수 있다.
실험예 2: 발포체 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제작된 발포체에 대한 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표에 나타내었다.
[자기 접착력 및 수증기 투과율]
건축재로는 12.7 mm 두께의 OSB 합판 상에 발포체를 설치하여, 자기 접착력 및 수증기 투과율을 측정하였다.
[라돈 차단율]
라돈 방사량 측정 시험은 실시간 라돈 측정기를 이용하여 24 시간 동안 블랭크값을 확인한 후, 발포체를 설치한 후 다시 라돈 측정기를 이용하여 24시간 동안 라돈 방출 농도를 분석하였다. 이때 라돈 차단율은 (측정된 라돈 농도-블랭크값)/블랭크값100 의 수치로 계산하였다.
물성 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 시험 방법
개방셀 크기 ㎛ 421 418 415 425 429 412 SEM
독립셀 크기 ㎛ 275 268 298 275 279 274 SEM
300 ㎛ 이하의 독립 기포율 % 96 95 97 94 95 94 KS M ISO 4590
스킨 밀도 kg/m3 84 73 92 81 69 72 ASTM D-1621
코어 밀도 kg/m3 33.5 34.5 46.5 32.5 29.5 32.5 KS M ISO 845
자기 접착력 N/cm2 27 22 28 23 22 21 ASTM D1623(Type C sample)
수분 흡수량 g/100cm2 3.8 3.5 3.3 3.6 3.2 3.5 KS F 2609:2008
수증기 투과율 ng/m2·s·Pa 37 32 38 30 36 31 ASTM E 96-05
투습저항계수 - 82 78 85 75 82 76 KS F 2609:2008
Sd값 m 16.5 15.4 18.2 10.5 15.6 12.5 KS F 2607
부피 변화율 -20 ℃ % 0.08 0.1 0.05 0.1 0.05 0.1 KS M ISO 2796
70 ℃ % 6.5 7.2 5.1 7.4 5.2 6.9
80 ℃ % 6.8 8.6 6.1. 7.7 5.6 7.0
압축강도 N/cm2 32 28 42 28 32 25 KSM 3809
인장강도 kPa 180 150 38 165 49 145 ASTM D1623
라돈 차단율 % 98.9 92.5 96.5 94.5 93.5 92.8
물성 단위 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
개방셀 크기 ㎛ 431 425 411 421 455 425
독립셀 크기 ㎛ 358 315 326 332 445 436
300 ㎛ 이하의 독립 기포율 % 87 86 75 65 86 76
스킨 밀도 kg/m3 69 65 64 52 67 36
코어 밀도 kg/m3 32.5 31.5 35.2 36.5 34.5 33.2
자기 접착력 N/cm2 15 12 18 16 12 4
수분 흡수량 g/100cm2 3.1 3.1 2.5 2.6 3.2 4.5
수증기 투과율 ng/m2·s·Pa 31 34 25 23 35 58
투습저항계수 - 75 69 65 69 75 26
Sd값 m 11.5 6.7 8.5 7.2 7.5 2.5
부피 변화율 -20 ℃ % 0.2 0.5 0.3 0.2 0.1 0.5
70 ℃ % 7.5 7.8 8.5 8.9 7.5 10.2
80 ℃ % 8.2 10.5 11.2 13.5 9.2 12.5
압축강도 N/cm2 18 19 17 32 22 15
인장강도 kPa 43 49 52 58 120 36
라돈 차단율 % 84.6 82.5 83.6 86.9 96.2 89.5
상기 표를 보면, 본 발명에 따라 독립셀의 크기 및 독립 기포율을 만족할 경우, 90% 이상의 높은 라돈 차단율을 나타내었으며, 건축 자재로서의 물성 기준에 만족함을 알 수 있다.
비교예 5와 같이 3 mm의 두께로 시공할 경우 압축강도 및 인장강도의 수치가 실시예 1과 유사한 범위를 가지나, 동일 조성으로 1.5 mm의 두께로 시공한 비교예 6의 경우 그 물성이 크게 저하됨을 알 수 있다.
이러한 결과를 통해, 발포체를 이용한 라돈 차폐는 독립셀의 독립기포율과 함께 자기 접착력, 나아가서는 개방셀과 독립셀의 미세 구조 조절에 의해 달성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 폴리에테르계 폴리올 100 중량부에 대해,
    브롬계 폴리올 20 내지 80 중량부,
    발포제,
    금속 발포 촉매 0.05 내지 10 중량부,
    경화제 50 내지 200 중량부,
    입상형 충진제 0.1 내지 20 중량부
    혼합 난연제 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 조성물로 제조되며,
    상기 발포제는 CO2, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(HFC-245fa), 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄/1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판의 혼합물(HFC-365/227)을 각각 1:0.1 내지 5:0.1 내지 5의 부피비를 갖는 물리적 발포제와, 물/포름산이 1:0.1 내지 1.5의 중량비로 혼합된 화학적 발포제를 포함하되,
    상기 물리적 발포제는 발포제를 제외한 발포 조성물 100 부피%에 대하여 5부피% 내지 200 부피%로 포함하며, 상기 화학적 발포제는 폴리에테르계 폴리올 100 중량부에 대해 0.01 내지 10 중량부의 함량으로 포함되고,
    상기 혼합 난연제는 브롬계 난연제, 인계 난연제, 염소계 난연제가 1:0.5 내지 1:0.5 내지 1의 범위로 포함되고,
    3 mm 미만의 두께를 갖되,
    평균 입경이 200 내지 800 ㎛의 개방셀과 150 내지 600 ㎛의 독립셀이 혼재된 미세 구조를 가지며, 300 ㎛ 이하의 독립셀의 독립기포율(Closed cell content)이 95% 이상을 갖는, 라돈 차폐 발포체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발포체는 ASTM D1623(Type C sample)에 의거하여 측정된 자기 접착력이 5 N/cm2 이상을 만족하는, 라돈 차폐 발포체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입상형 충진제는 평균 입경이 5 nm 내지 100 ㎛인 구형의 입자를 사용하는, 라돈 차폐 발포체.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발포체는 폴리우레탄 폼 또는 폴리우레아 폼 재질인 것인, 라돈 차폐 발포체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발포체는 라돈 측정기를 이용하여 24시간 동안 라돈 방출 농도를 측정시 90% 이상의 라돈 차단율을 갖는 것인, 라돈 차폐 발포체.
  9. 삭제
KR1020210074834A 2021-06-09 2021-06-09 라돈 차폐 발포체 및 시공방법 KR102339722B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210074834A KR102339722B1 (ko) 2021-06-09 2021-06-09 라돈 차폐 발포체 및 시공방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210074834A KR102339722B1 (ko) 2021-06-09 2021-06-09 라돈 차폐 발포체 및 시공방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102339722B1 true KR102339722B1 (ko) 2021-12-20

Family

ID=79034012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210074834A KR102339722B1 (ko) 2021-06-09 2021-06-09 라돈 차폐 발포체 및 시공방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102339722B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023237418A1 (de) * 2022-06-08 2023-12-14 Evonik Operations Gmbh Herstellung von flammwidrigem polyurethanschaum

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040095426A (ko) * 2003-04-28 2004-11-15 주식회사 그린메이드 탄산칼슘을 함유한 경질 폴리우레탄 발포체
KR20080104770A (ko) 2007-05-29 2008-12-03 건설화학공업주식회사 라돈 방사선 차단 도장방법과 그 도장층
KR20160023049A (ko) * 2014-08-21 2016-03-03 선경폴리우레탄 주식회사 초저온 보냉용 유리 섬유 강화 폴리우레탄 폼
KR20170085700A (ko) 2016-01-15 2017-07-25 지에스건설 주식회사 라돈 저감용 수성 코팅제 조성물, 이의 제조방법 및 라돈 저감화 방법
KR101828165B1 (ko) * 2016-08-09 2018-03-22 한국건설생활환경시험연구원 라돈 차폐용 도막방수재
KR102017008B1 (ko) * 2019-05-07 2019-09-02 주식회사 디와이케미칼 라돈 차단 코팅 및 시공방법
KR102102556B1 (ko) 2019-04-30 2020-04-20 주식회사 오페르투 발포체를 이용한 라돈 차폐방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040095426A (ko) * 2003-04-28 2004-11-15 주식회사 그린메이드 탄산칼슘을 함유한 경질 폴리우레탄 발포체
KR20080104770A (ko) 2007-05-29 2008-12-03 건설화학공업주식회사 라돈 방사선 차단 도장방법과 그 도장층
KR20160023049A (ko) * 2014-08-21 2016-03-03 선경폴리우레탄 주식회사 초저온 보냉용 유리 섬유 강화 폴리우레탄 폼
KR20170085700A (ko) 2016-01-15 2017-07-25 지에스건설 주식회사 라돈 저감용 수성 코팅제 조성물, 이의 제조방법 및 라돈 저감화 방법
KR101828165B1 (ko) * 2016-08-09 2018-03-22 한국건설생활환경시험연구원 라돈 차폐용 도막방수재
KR102102556B1 (ko) 2019-04-30 2020-04-20 주식회사 오페르투 발포체를 이용한 라돈 차폐방법
KR102017008B1 (ko) * 2019-05-07 2019-09-02 주식회사 디와이케미칼 라돈 차단 코팅 및 시공방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023237418A1 (de) * 2022-06-08 2023-12-14 Evonik Operations Gmbh Herstellung von flammwidrigem polyurethanschaum

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2514780B1 (en) Process for production of rigid open-cell foam
KR102102556B1 (ko) 발포체를 이용한 라돈 차폐방법
MX2008015850A (es) Revestimiento de poliuretano libre de compuestos organicos volatiles o pobre en compuestos organicos.
JP5107435B2 (ja) 新規なテニスボール
KR102339722B1 (ko) 라돈 차폐 발포체 및 시공방법
US20190153185A1 (en) Method for producing sandwich components
JP2017095553A (ja) 硬質ポリウレタンフォームの製造方法
US20200298531A1 (en) Polyurethane-based insulation board
JP2015004011A (ja) 硬質ポリウレタンフォームの製造方法
KR101909047B1 (ko) 창틀 하부 사춤용 폴리우레탄 조성물 및 이를 이용한 폴리우레탄 시공방법
JP2022043979A (ja) ポリウレタン樹脂組成物、弾性舗装材、型枠材、防水材、床材および複合弾性材
JP4948853B2 (ja) 硬質ポリウレタンフォームの製造法
KR100684162B1 (ko) 우레탄 시트용 수지 조성물 및 이를 이용한 우레탄 시트의시공방법
KR102339395B1 (ko) 라돈 차단 시트 및 이의 시공방법
CN111491799B (zh) 基于聚氨酯的隔热板
JP6329884B2 (ja) セメントコンクリートの養生方法
KR100549161B1 (ko) 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄조성물, 및 이를 이용한 스프레이 시공방법, 그리고 그연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체
JP2001049202A (ja) 接着被膜構造体の製造方法および接着被膜構造体
JP5232600B2 (ja) ポリオール組成物
KR102000720B1 (ko) 발포체를 이용한 라돈 차폐방법
US8399062B2 (en) Elastomeric foam product
JP2021028357A (ja) ポリウレタンフォーム製造用組成物
JPH05345876A (ja) ウレタン系硬質床仕上げ用組成物
EP3941956B1 (en) Water-resistive coating composition
KR102238884B1 (ko) 친환경 발포제를 사용한 단열성이 우수한 폴리우레탄 폼용 조성물 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant