KR102345586B1 - 흡음홀이 형성된 난연 복합패널 - Google Patents

흡음홀이 형성된 난연 복합패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난연 성능은 물론 우수한 흡음 성능을 가진 난연 복합패널에 관한 것이다.
본 발명은 난연분말과 수지를 포함하여 이루어지는 심재와, 상기 심재의 양면에 알루미늄 패널이 부착된 알루미늄 복합패널과; 상기 알루미늄 패널의 적어도 일면에 부착되는 흡음 패널;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

흡음홀이 형성된 난연 복합패널{Flame-retardant composite panel with sound-absorbing holes}
본 발명은 난연 성능은 물론 우수한 흡음 성능을 가진 난연 복합패널에 관한 것이다.
건축재 내,외장재로 사용되는 알루미늄 복합패널은 알루미늄, 접착층, 심재(불연성 수지조성물), 접착층, 알루미늄이 순차적으로 형성된 다층 구조를 갖는다. 이러한 다층 구조의 복합패널은 고가인 알루미늄 원판의 사용을 감소시키기 위해 얇은 알루미늄, 바람직하게는 0.5mm 이하의 두께를 갖는 알루미늄판을 구비한 후 심재로서 불연성 폴리올레핀 수지 조성물을 상기 알루미늄판에 접착시키는 구성을 갖는다. 그러나 종래의 알루미늄 복합패널에 사용되는 불연성 수지 조성물은 일반적으로 다량의 난연제를 사용하여 비중이 높을 뿐만 아니라 물성 개선을 위해 상용화제를 사용함으로써 압출 가공성이 현저히 저하되는 문제점 등이 있다.
일례로 대한민국 등록특허 제10-0375665호에는 저밀도 폴리에틸렌과, 수산화마그네슘 및 상용화제를 포함하는 불연성 폴리올레핀 수지 조성물 및 이를 이용한 알루미늄 복합판넬의 제조 방법이 개시되어 있다.
그러나 종래의 알루미늄 복합패널에 사용되고 있는 불연성 또는 난연성 수지 조성물은 여전히 충분치 않은 불연성 또는 난연성을 가지고 있다. 즉, 알루미늄 복합패널이 내화성 건축재료로 사용되기 위해서는 국토부 고시에 의한 난연재료 또는 준불연재료에 적합하여야 하지만 기존의 난연성 수지 조성물은 국토부고시 기준에 적합한 품질로 양산되지 못하는 한계를 가지고 있다.
난연성능을 국토부 고시에 만족하기 위해 금속수산화물을 다량으로 사용하게 되면, 전술한 것처럼 수지 조성물의 흐름성(MI : Melting Index)이 현저히 떨어지므로 압출 또는 사출 등의 방식으로 양산이 불가능하여 상용화되지 못하고 있는 실정이다.
또한 생산성을 좋게 하기 위해 금속수산화물 외에 할로겐 계열의 난연제를 사용하는 경우 환경적인 문제와 국토부 고시에서 규정하는 가스유해성시험(실험용 동물을 사용하여 연소 유해성 평가)에 부적합한 한계를 갖는다.
이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-0375665호에서는 2개의 금속판 사이에 난연성 플라스틱 심재가 적층되어 구성된 알루미늄 복합패널로서, 상기 난연성 플라스틱 심재는, 325 ~ 800메쉬 크기로 분쇄된 열가소성 수지 12~15 중량%와, 800 ~ 5,000메쉬 크기로 분쇄된 무기성 금속수산화물 76~80 중량%와, 일정한 온도 범위 하에서 상기 무기성 금속수산화물과 반응하여 결정성 금속수산화물을 생성하는 1~3 중량%의 액상의 염기성 재료와, 스테아린산 아연(Zinc Stearate) 또는 EBS(Ethylene Bis Stearamide)로 된 활제 1중량%와, 잔부의 면사 형태로 된 불연성 규사질 재료를 포함하는 조성물로 만들어진 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱을 이용한 알루미늄 복합패널이 개시되어 있다.
한편, 종래의 흡음재는 폴리에스터 섬유를 이용하여 다공성 구조를 가지게 하고 이를 흡음소재에 응용하거나, 유리섬유를 주요 소재를 사용하여 흡음성능을 발휘하고 있다.
그러나, 폴리에스터 섬유 재질의 흡음재는 유기물로 구성되어 있어 화재 발생시 유독가스를 방출하는 위험성이 있다.
폴리에스터 섬유 재질, 유리섬유 재질, 목재 재질 및 시멘트 콘크리트 재질을 사용하여 형성되는 종래의 흡음재는 무겁거나, 화재에 취약하거나, 흡음 성능이 부족하거나, 인체에 유해하거나, 시공성이 나쁘거나 등과 같은 결점을 적어도 하나 이상 지니고 있다. 이에 따라, 상기에서 기술된 결점이 해소된 경량 흡음재의 개발이 요구되고 있다.
한편 기존의 알루미늄 복합패널의 경우, 심재는 성형성의 문제로 인해 금속수산화물과 같은 난연재료의 최대 함량이 65중량%이였기 때문에 난연재료의 함량을 그 이상, 예를 들어 70중량% 이상으로 높이게 되면 성형이 되지 않았다.
더욱이, 알루미늄 복합패널에 흡음성을 제공하기 위해 다수의 흡음홀을 형성하게 되면 준불연 등급의 난연 성능도 발휘하지 못하였기 때문에 현재까지 흡음홀이 형성되고 난연성의 알루미늄 복합패널은 개발되지 못하는 실정이다. 따라서 흡음홀을 형성하더라도 준불연 등급의 난연 성능을 충족할 수 있는 알루미늄 복합패널의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0375665호 대한민국 등록특허 제10-1375618호 대한민국 등록특허 제10-1013827호 대한민국 등록특허 제10-1866426호
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 난연 성능은 물론 우수한 흡음 성능을 가진 난연 복합패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있다.
본 발명에 따른 난연 복합패널은 난연분말과 수지를 포함하여 이루어지는 심재와, 상기 심재의 양면에 부착되는 알루미늄 패널로 이루어지며, 상기 심재와 알루미늄 패널을 관통하는 흡음홀이 형성된 알루미늄 복합패널과;
상기 알루미늄 복합패널의 일면에 부착되는 흡음 시트;를 포함하여 이루어지되,
상기 흡음 시트는,
발포 세라믹과, 합성수지를 혼합한 원료를 방사하여 발포 섬유를 마련하는 단계와;
유리 섬유 100중량부와, 상기 발포 섬유 30~50중량부를 혼합하여 복합 섬유 웹을 마련하는 단계와;
상기 복합 섬유 웹을 복수 개 적층하여 결합하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난연 복합패널에 있어서, 심재는 상기 난연분말 100중량부를 기준으로 수지 15~30중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명에 따른 난연 복합패널에 있어서, 복합 섬유 웹을 적층하여 결합하는 단계는 각 복합 섬유 웹 표면에 셀룰로오스가 분산된 셀룰로오스 용액을 살포하여 상하로 이웃하는 복합 섬유 웹 사이에 셀룰로오스가 게재되도록 한 다음 적층된 복합 섬유 웹을 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 난연 복합패널은 흡음홀을 형성하더라도 난연 성능을 발휘할 수 있으며 우수한 흡음 성능을 가지는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 흡음홀이 형성된 난연 복합패널의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 난연 복합패널의 시험성적서이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 흡음홀이 형성된 난연 복합패널의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 흡음홀이 형성된 난연 복합패널은 크게 난연분말과 수지를 포함하여 이루어지는 심재(12)와, 상기 심재(12)의 양면에 알루미늄 패널(13)이 부착되며 흡음홀(14)이 형성된 알루미늄 복합패널(11)과, 상기 알루미늄 복합패널(13)의 적어도 일면에 부착되는 흡음 시트(15)를 포함하여 이루어진다.
상기 알루미늄 복합패널은 평활성, 내식성, 단열성, 경량성 및 난연성이 우수하여 건물의 내,외장재로 활용될 수 있다.
상기 난연분말은 인계, 할로겐계와 같은 유기계와 산화안티몬, 금속수산화물과 같은 무기계 난연제가 있다. 이들 중 수산화물 난연제는 연소시 연소하는 부위에 물층을 형성시키고, 산화막을 형성시키는 난연기구를 가지고 있다. 수산화물 난연제 중 하나이 수산화마그네슘(Magnesium Hydroxide)은 흡열반응을 통하여 수증기를 방출함으로써 분해된다.
본 발명의 난연분말은 수산화마그네슘(Magnesium Hydroxide)인 것을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 난연 성능을 제공하는 것이라면 공지의 난연분말을 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 수지는 열가소성 수지인 것을 예시할 수 있으며, 구체적으로 저밀도 폴리프로필렌(low density polyethylene), 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate) 또는 염소화된 폴리비닐 클로라이드(chlorinated polyvinyl chloride) 등인 것을 예시할 수 있다.
그리고 상기 수지는 적어도 2종의 수지가 혼합된 혼합수지로 구성할 수도 있는데, 폴리올레핀 수지와, 염소화된 폴리비닐 클로라이드를 혼합할 수 있는데, 보다 구체적으로 저밀도 폴리프로필렌(low density polyethylene)와 염소화된 폴리비닐 클로라이드(chlorinated polyvinyl chloride)가 1 : 0.2~0.5의 중량비로 혼합되는 것을 예시할 수 있다.
상기 심재는 난연분말 100중량부를 기준으로 수지 15~30중량부를 포함하는 것을 예시할 수 있는데, 수지가 20중량부 미만이 되는 성형성은 물론, 강도 등 물성이 저하되어 제품화가 되지 않으며, 30중량부를 초과하면 난연 성능이 크게 저하되기 때문에 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20~25중량부이다.
다만, 상기 수지가 저밀도 폴리프로필렌(low density polyethylene)와 염소화된 폴리비닐 클로라이드(chlorinated polyvinyl chloride)의 혼합수지는 단일 성분인 저밀도 폴리프로필렌(low density polyethylene)에 비해 접착성이 크게 개선되기 때문에 난연분말 100중량부 기준으로 혼합수지 20중량부 미만, 예를 들어 16~19중량부로 구성할 수도 있다. 이 경우 수지 대비 난연분말의 양이 상대적으로 증가할 뿐만 아니라, 유리전환온도가 높고 내열성이 우수한 염소화된 폴리비닐 클로라이드 자체 특성이 더해지면서 심재의 난연 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 알루미늄 복합패널에는 다수의 흡음홀이 형성되는데, 상기 다수의 흡음홀의 면적을 합한 면적은 상기 알루미늄 복합패널 면적 대비 3~8%인 것을 예시할 수 있는데, 3% 미만인 경우에는 흡음 성능을 제공하기 어렵고, 8%를 초과하게 되면 단열 성능이 크게 저하되기 때문에 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 흡음 시트는 상기 알루미늄 패널의 일면에 부착되어 흡음성을 제공하는 것으로서, 발포 세라믹과, 합성수지를 혼합한 원료를 방사하여 발포 섬유를 마련하는 단계와, 유리 섬유 100중량부와, 상기 발포 섬유 30~50중량부를 혼합하여 복합 섬유 웹을 마련하는 단계와, 상기 복합 섬유 웹을 복수 개 적층하여 결합하는 단계를 거쳐 제조되는 것을 예시할 수 있다.
여기서, 발포 세라믹은 합성수지 100중량부를 기준으로 5~10중량부 첨가하고, 평균 입도가 1~20㎛인 것을 예시할 수 있고, 합성수지는 폴리에스테르 섬유인 것을 예시할 수 있으며, 통상적인 방사공정에 따라 혼합 원료를 방사하여 발포 섬유를 제조한다.
상기 발포 세라믹은 팽창 진주암인 것을 예시할 수 있는데, 상기 팽창 진주암은 진주암 원석을 분쇄한 후 800∼1150 ℃의 고열을 급격히 가하면 함유한 휘발성분이 가스화하여 팽창된 것으로서, 본래 부피의 10∼30배 정도로 물보다 가벼운 초경량 백색 분체로 팽창하여 내부기공이 형성되어 0.03∼0.19g/㎤의 밀도와 0.038∼0.046 W/mK의 매우 낮은 열전도도를 나타내는 초경량이며, 내부기공이 열린 기공으로 형성되어 흡음 성능을 제공하는 특징이 있다.
상기 복합 섬유 웹을 마련하는 단계는 발포 섬유와, 유리 섬유를 혼합하여 개면 및 혼면한 다음, 카딩 공정을 통해 부직포 형상으로 만드는 과정이다.
상기 복합 섬유 웹을 적층하여 결합하는 단계는 각 복합 섬유 웹 표면에 셀룰로오스가 분산된 셀룰로오스 용액을 살포하여 상하로 이웃하는 복합 섬유 웹 사이에 셀룰로오스가 게재되도록 한 다음 상하로 적층된 복합 섬유 웹들을 결합하여 이루어질 수 있다.
여기서, 셀룰로오스 용액은 물과, 분산제, 셀룰로오스 분말과, 수성 접착제로 이루어지고, 상기 수성 접착제는 초산비닐수지 에멀젼(polyvinyl acetate emulsion) 또는 폴리비닐아세테이트 에틸렌공중합체 접착제 등인 것을 예시할 수 있다.
물 100중량부를 기준으로 셀룰로오스 분말은 10~30중량부이고, 수성 접착제는 5~15중량부인 것을 예시할 수 있다.
이와 같은 단계를 거쳐 제조된 흡음 시트는 복합패널의 일면에 부착하여야 하는데, 접착제를 흡음 시트 또는 복합패널에 도포한 다음 가열하여 부착하는 것을 예시할 수 있다. 여기서, 핫멜트 접착제는 에틸렌-초산비닐계, 올레핀계, 에틸렌 아크릴계 공중합체, 스티렌계 열가소성 엘라스토머 중 어느 하나인 것을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명에 따른 난연 복합패널의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
1. 알루미늄 복합패널 제조
수산화마그네슘 100중량부와, 수지 25중량부를 혼합한 혼합원료를 판상으로 성형하여 3mm 두께의 심재를 마련한다. 여기서, 수지는 저밀도 폴리프로필렌와 염소화된 폴리비닐 클로라이드를 1 : 0.3중량비로 혼합한 것을 사용하였다.
상기 심재의 양면에 접착제를 도포하고 0.5mm 두께의 알루미늄 패널을 부착한 다음 다수의 흡음홀을 형성하여 알루미늄 복합패널을 제작하였다.
2. 흡음 시트 제조
상기 알루미늄 복합패널의 일면에 접착제를 이용하여 흡음 시트를 부착하여 도 2와 같은 본 발명에 따른 흡음홀이 형성된 난연 복합패널을 제조하였다.
여기서, 흡음 시트는 유리 섬유 100중량부와, 발포 섬유 50중량부를 혼합하여 개면 및 혼면한 다음, 카딩 공정을 통해 부직포 형상의 복합 섬유 웹을 제조한다. 여기서 발포 섬유는 폴리에스테르 수지에 팽창 진주암 분말을 첨가한 원료를 통상적인 방사공정에 따라 방사하여 제조한 것이다.
제조된 복합 섬유 웹에 셀룰로오스 분말이 함유된 용액을 살포한 다음 복합 섬유 웹을 그 위에 적층하여 0.3mm 두께의 흡음 시트를 제조하였으며, 셀룰로오스 용액은 물 100중량부를 기준으로 셀룰로오스 분말 20중량부와, 초산비닐수지 에멀젼 15중량부와, 분산제로서 알킬디페닐에테르디술폰산나트륨 1중량부로 이루어진다.
[실험예 1]
상기 실시예 1의 알루미늄 복합패널에 대한 난연시험을 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하였으며, 열방출 시험과 가스유해성 시험을 진행하였다.
열방출 시험은 KS F ISO 5660-1:2015에 의거하여 시험하였으며, 가스유해성 시험은 KS F 2271:2016에 의거하여 시험하였다.
열방출시험의 경우, 총방출열량과, 열방출율이 연속으로 200kW/㎡을 초과하는 시간(열방출 초과 시간)과, 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융 등의 유무(이상 유무) 총 3개 항목을 시험하였으며, 그 결과는 도 2a 내지 도 2h 및 아래 표 1에 기재하였다.
시험항목 단위 시험결과 판정기준
1회 2회 3회
열방출
시험		 총방출열량 MJ/㎡ 0.4 0.3 0.4 8 이하
열방출 초과시간 s 0 0 0 10 미만
이상 유무 - 없음 없음 없음 없을 것
가스유해성
시험		 시험용 흰 쥐
평균행동정지시간		 분:초 14:28 14:48 - 9:00 이상
표 1을 참조하면 총방출열량의 판정기준은 8(MJ/㎡) 이하인데, 실시예 1의 시험체는 평균 0.36(MJ/㎡)이었으며, 열방출율이 연속으로 200kW/㎡을 초과하는 시간의 경우 판정기준은 10(초) 미만인데, 실시예 1의 시험체는 '0'이었고, 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융 등은 전혀 발생하지 않았다.
또한, 가스유해성 시험의 경우 시험용 흰 쥐 평균행동정지시간을 측정하였는데, 판정기준은 9분 이상이고 실시예 1의 시험체는 평균 14분을 초과하였다.
정리하면, 실시예 1의 시험체는 국토교통부고시 제2020-263호의 난연재료의 기준에 적합하다는 결과가 나왔다.
[실험예 2]
실시예 1의 흡음 시트를 다수층 결합시켜 두께 25mm로 시험체를 제작하여 KS F 2805에 의거하여 흡음계수(NRC,Noise Reduction Coefficient)를 측정하였으며, 그 결과는 아래 표 2에 정리하였다.
250Hz 500Hz 1,000Hz 2,000Hz NRC
흡음계수 0.39 0.95 0.93 0.86 0.79
본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 난연 복합패널
11 : 알루미늄 복합패널
12 : 심재
13 : 알루미늄 패널
14 : 흡음홀
15 : 흡음 시트

Claims (4)

  1. 난연분말과 수지를 포함하여 이루어지는 심재와, 상기 심재의 양면에 부착되는 알루미늄 패널로 이루어지며, 상기 심재와 알루미늄 패널을 관통하는 흡음홀이 형성된 알루미늄 복합패널과;
    상기 알루미늄 복합패널의 일면에 부착되는 흡음 시트;를 포함하여 이루어지되,
    상기 흡음 시트는,
    발포 세라믹과, 합성수지를 혼합한 원료를 방사하여 발포 섬유를 마련하는 단계와;
    유리 섬유 100중량부와, 상기 발포 섬유 30~50중량부를 혼합하여 복합 섬유 웹을 마련하는 단계와;
    상기 복합 섬유 웹을 복수 개 적층하여 결합하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 흡음홀이 형성된 난연 복합패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심재는,
    상기 난연분말 100중량부를 기준으로 수지 15~30중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡음홀이 형성된 난연 복합패널.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합 섬유 웹을 적층하여 결합하는 단계는,
    각 복합 섬유 웹 표면에 셀룰로오스가 분산된 셀룰로오스 용액을 살포하여 상하로 이웃하는 복합 섬유 웹 사이에 셀룰로오스가 게재되도록 한 다음 적층된 복합 섬유 웹을 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡음홀이 형성된 난연 복합패널.


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