KR102443702B1 - 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레졸계 페놀수지, 산경화제, 발포제, 정포제, 유기 난연제, 무기 난연제 및 희석제를 혼합한 후 발포 형성시켜 완성된 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 접착제, 표면재 및 패널용 보강판을 포함하는 샌드위치 패널에 관한 것이다.

Description

준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널{Sandwich panel containing semi-non-combustible phenol foam}
본 발명은 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레졸계 페놀수지, 산경화제, 발포제, 정포제, 유기 난연제, 무기 난연제 및 희석제를 혼합한 후 발포 형성시켜 완성된 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 접착제, 표면재 및 패널용 보강판을 포함하는 샌드위치 패널에 관한 것이다.
샌드위치 패널(Sandwich panel)은 주로 건축물의 내벽, 외벽 그리고 지붕구조에 사용되고 있으며, 형태는 패널 양쪽 표면에 약 0.4 내지 0.5㎜ 두께의 철판을 붙이고 폴리우레탄(Polyurethane), 스티로폼(Expanded polystyrene), 그라스울(Glasswool) 등의 단열성이 좋은 재료들이 심재로 구성된 합성재료 구조로서, 공장, 창고 등의 상업용과 주거용 건물에 이르기까지 다양한 용도에 걸쳐 널리 보급되고 있는 대표적인 건축용 재료이다.
샌드위치 패널은 단열성, 현장 적용성, 가공성 및 시공성이 우수하지만 폴리우레탄, 스티로폼과 같은 유기 재료를 심재로 사용하는 샌드위치 패널의 경우 고열에 의한 화재 위험성에 취약하여 지속적으로 문제가 제기되고 있다.건축물에 사용된 샌드위치 패널로 인한 대형 화재 참사가 잇달아 발생하고 있으며, 이의 대표적인 예로는 2008년 이천 냉동창고 화재(40여명 사망자 발생), 2018년 인천 남동공단 세일전자 화재(9명 사망자 발생), 2020년 4월 이천의 물류창고 공사현장 화재(38명 사망자 발생)등이 있다. 소방청국가화재 정보센터의 통계 조사 결과 2020년 6월부터 2021년 6월까지 발생한 샌드위치 패널 구조 건축물 화재 건수는 3,208 건에 달하며 해당 화재로 인해 사망자 25명, 부상자 187명이 발생하였고, 재산 피해액이 2,600억 원에 달하는 것으로 조사되었다.
대형 화재 발생의 원인은 다양하나 샌드위치 패널의 심재인 유기 단열재로 인한 급속한 화재 전파, 연소 시 발생하는 독성 가스(일산화탄소, 시안화가스 등) 등으로 화재의 피해를 키우고 있어 정부에서는 건축물 마감재료 난연 성능 개정을 통해 내부 심재인 단열 재료의 난연 성능을 강화하고 있다.
기존의 건축법으로는 건축물 마감 재료의 열방출률 성능 시험을 외기 접하는 면으로 난연 성능 시험을 진행하였으나 변경된 법안으로는 재질이 다른 경우 전, 후, 측면 등 전체 6면으로 시험하며 나아가 복합 마감재료의 경우 표면재료를 제거하고 심재로 준불연 성능을 시험하는 것으로 바뀌었으므로 외벽 마감 재료에 사용되는 단열재 심재의 준불연 성능이 필수로 요구되고 있다.
본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고단열성과 준불연성을 만족하고 화재 시 가연성 가스로 인한 인명피해를 최소화시킬 수 있는 우수한 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 제공한다.
본 발명은 레졸계 페놀수지, 산경화제, 발포제, 정포제, 무기 난연제, 유기 난연제 및 희석제를 포함하는 준불연 페놀 발포폼; 상기 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 도포된 접착제; 상기 접착제의 표면에 접착된 그라스티슈, 폴리에스테르 및 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 표면재; 및 상기 표면재의 상면에 접착된 패널용 보강판;을 포함하는 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 준불연 페놀 발포폼은 레졸계 페놀수지, 레졸계 페놀수지 100 중량부 대비 산경화제 5 내지 35중량부, 발포제 8 내지 24 중량부, 정포제 1 내지 3중량부, 무기 난연제 12 내지 22중량부 및 유기 난연제 1 내지 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 준불연 페놀 발포폼은 밀도가 40 내지 100kg/㎡, 독립기포율은 80 내지 95% 및 총 방출열량은 10분간 8MJ/㎡ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 접착제는 전체 접착제 100중량부 대비 에폭시 수지 65 내지 75중량부, 실리카 0.5 내지 1중량부, 도료용 아미노 수지 22 내지 27중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명애 있어서, 상기 패널용 보강판은 두께가 0.4 내지 0.5㎜인 용융아연도금강판이며, 상기 용융아연도금강판은 표면이 폴리에스테르 및 폴리비닐리덴 플루오르라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 25 내지 30μm의 두께로 코팅된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 준불연 고단열 열전도율을 만족하고 화재 발생 시 가연성 및 유독 가스 발생이 거의 없는 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널은 준불연 페놀 발포폼, 접착제, 표면제, 패널용 보강판을 포함하여 난연성이 향상되며, 상기 준불연 페놀 발포폼은 레졸계 페놀수지, 산경화제, 발포제, 정포제, 무기 난연제 및 유기 난연제를 포함하여 높은 독립기포율을 유지할 수 있음에 따라 준불연성 효과를 부여함과 동시에 우수한 단열 효과를 부여할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 발포폼을 KS F ISO 5660-1에 따라 50kW/㎡ 복사열을 10분간 적용한 후를 나타내는 사진이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당하는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.
본 발명은 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널에 관한 것으로서, 본 발명의 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널은 상기 준불연 페놀 발포폼, 접착제, 표면재 및 패널용 보강판을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 패널은 상기 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 접착제를 도포한 뒤, 그라스티슈, 폴리에스테르 및 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 표면재를 접착시키고, 페놀폼의 상면 및 하면에 접착된 표면재 상면에 패널용 보강판을 접착시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 패널은 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 표면재가 접착되어 있으며, 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 접착된 표면재 상면에 패널용 강판이 접착되어 있음으로써, 패널용 강판이 전반적으로 표면재가 접착된 페놀폼을 감싸고 있는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널 제조 시 준불연 페놀 발포폼(110)의 상면 및 하면에 접착제를 도포한 뒤, 그라스티슈, 폴리에스테르 및 부직포(PET)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 표면재(120)를 접착시키는 것을 특징으로 할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 표면재(120)의 두께는 30 내지 50μm일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 샌드위치 패널은 상기 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 도포된 제 1접착제, 상기 제 1접착제의 표면에 접착된 제 1표면재, 상기 제 1표면재의 상면에 접착된 제 1패널용 보강판, 상기 제 1패널용 보강판의 상면에 도포된 제 2접착제, 상기 제 2접착제의 표면에 접작된 제 2표면재 및상기 제 2표면재의 상면에 접착된 제 2패널용 보강판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 샌드위치 패널(100)은 준불연 페놀 발포폼(110), 제 1표면재(120), 제 1패널용 보강판(130), 제 2표면재(140), 제 2패널용 보강판(150)으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 준불연 페놀 발포폼이 포함된 샌드위치 패널의 단면도는 하기 도 1과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 샌드위치 패널(100)은 준불연 페놀 발포폼(110)의 상면 및 하면에 제 1표면재(120)가 접착되어 있으며, 제 1표면재(120) 상면에 제 1패널용 강판(130)이 접착되고, 제 1패널용 강판(130)의 상면에 제 2표면재(140)를 접착된 후, 제 2표면재(140)의 상면에 제 2패널용 강판(150)이 접착되어 있음으로써, 패널용 강판이 전반적으로 표면재가 접착된 페놀폼을 이중으로 감싸고 있는 형태로 구성되어 있다.
상기 제 1표면재 및 제 2표면재는 두께가 30 내지 50μm이며, 그라스티슈, 폴리에스테르 및 부직포(PET)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 접착제는 아크릴 접착제, 에폭시 접착제, 우레탄 접착제, 폴리우레타이트 접착제, 폴리아미드 접착제, 메틸렌디페닐디이소시아네아이트계 접착제 및 폴리에스테르계 접착제로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 에폭시 접착제일 수 있다.
상기 에폭시 접착제는 전체 접착제 100중량부 대비 에폭시 수지 65 내지 75중량부, 실리카 0.5 내지 1중량부, 도료용 아미노 수지 22 내지 27중량부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 패널용 보강판은 무기질의 난연 성분으로 구성된 준불연 플라스틱일 수 있으며,
상기 제 2 패널용 보강판은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 펄라이트보드 및 유리섬유 강화플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 패널용 보강판은 용융아연도금강판(G.I. sheet)일 수 있다. 상기 제 2 패널용 보강판의 두께는 0.4 내지 0.5㎜일 수 있다.
상기 제 2패널용 보강판은 표면이 폴리에스테르(polyester) 및 폴리비닐리덴 플루오르라이드(PVDF, polyvinylidene fluoride)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 코팅된 것일 수 있다. 상기 제 2패널용 보강판 표면에 코팅된 코팅 두께는 25내지 30μm일 수 있다.
상기 준불연 페놀폼은 레졸계 페놀수지, 산경화제, 발포제, 정포제, 무기 난연제, 유기 난연제 및 희석제를 포함할 수 있다.
상기 샌드위치 패널의 준불연 페놀 발포폼은 레졸계 페놀수지, 레졸계 페놀수지 100 중량부 대비 산경화제 5 내지 35중량부, 발포제 8 내지 24 중량부, 정포제 1 내지 3중량부, 무기 난연제 12 내지 22중량부 및 유기 난연제 1 내지 3중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 준불연 페놀 발포폼에는 레졸계 페놀수지가 포함될 수 있다. 페놀수지는 열경화성 수지로서 우수한 내열성을 가지며 자기소화온도가 480℃로 매우 높고 연소 시 분해가스로는 물과 이산화탄소가 주생성물로서 연기발생량이 적고 독성가스의 발생이 적다. 상기 페놀수지는 페놀(Phenol)류와 포름알데히드(Formaldehyde)류를 반응시켜 생기는 열경화성 수지로 노볼락(Novolac)형과 레졸(Resol)형이 있다. 상기 노볼락형은 산성 촉매 하에서 반응시키면 얻어지는 것으로, 상온 시에는 고체상으로 가열하면 용융하지만 경화되지 않으며, 가교제를 가하여 가열하면 경화한다. 상기 레졸형은 알칼리성 촉매 하에서 반응시켜 얻어지는 것으로 가열하면 경화되는 것으로, 가교제가 불필요하기 때문에 암모니아 발생이 없는 경화 수지를 얻을 수 있다. 이에 본 발명에서는 페놀수지 중에서도 바람직하게 레졸형 페놀수지를 사용할 수 있다. 상기 레졸계 페놀수지에 무기 난연제 및 유기 난연제가 잘 혼합되고 균일하게 분산 및 발포될 수 있다. 이에 따라, 상기 준불연 페놀 발포폼은 난연제를 포함하면서도, 균일하고 작은 크기의 발포 셀을 안정적으로 형성하면서 초기 단열성뿐만 아니라 장기 단열성에 있어서도 향상된 단열성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 상기 준불연 페놀 발포폼에는 산경화제가 포함될 수 있다. 상기 산경화제는 파라-톨루엔설폰산, 모노수화물, 무수인산, 벤젠술폰산, 페놀술폰산, 무수아릴술폰산, 환산, 인산, 포름산 및 톨루엔 술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 상기 산경화제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 5 내지 35중량부가 포함될 수 있다. 상기 산경화제의 사용량이 5중량부 미만일 경우, 발포폼의 경화 및 발포가 충분히 이루어지지 않으며, 사용량이 35중량부를 초과할 경우에는 발포온도가 너무 높아 발포속도가 너무 빨라져 폼의 균일한 셀(cell)의 유지가 어려운 문제가 있다. 따라서 상기 산경화제는 바람직하게 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 5 내지 35중량부를 사용함에 따라 우수한 난연성, 단열성 및 압축강도 등의 물성을 부여할 수 있다.
본 발명의 상기 준불연 페놀 발포폼에는 발포제가 포함될 수 있다. 상기 발포제는 노르말부탄, 이소부탄, 부탄 클로라이드, 이소펜탄, 노르말펜탄, 사이클론펜탄 및 하이드로 플루오로올레핀으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 상기 발포제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 8 내지 24중량부가 포함될 수 있다. 상기 발포제의 사용량이 8중량부 미만일 경우, 발포압의 적정하지 않아 발포가 균일하지 않으며, 사용량이 24중량부를 초과할 경우에는 발포 셀이 파괴되어 단열성 저하, 발포폼의 치수 변화율 증가 및 압축강도가 저하되는 문제가 있다. 따라서 상기 발포제는 바람직하게 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 8 내지 24중량부를 사용함에 따라 상기 레졸계 페놀수지에 분산된 상기 무기 난연제 및 유기 난연제를 포함하는 준불연 페놀 발포폼의 조성물이 발포하는 과정에서 적적으로 발포압으로 균일하게 발포하여 향상된 난연성, 단열성 및 압축강도 등의 물성을 부여할 수 있다.
본 발명의 상기 준불연 페놀 발포폼에는 정포제가 포함될 수 있다. 상기 정포제는 실리콘, 디메틸실록산 및 트리메틸실록산으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 상기 정포제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 1 내지 3중량부가 포함될 수 있다. 상기 정포제의 사용량이 1중량부 미만일 경우, 발포폼의 발포가 원활하게 이루어지지 않으며, 사용량이 3중량부를 초과할 경우에는 발포폼의 난연성 효과를 떨어뜨리고 상대적으로 다른 성분의 활성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서 상기 정포제는 바람직하게 레졸계 졸계 페놀수지 100중량부 대비 1 내지 3중량부를 사용함에 따라 상기 준불연 페놀 발포폼의 레졸계 페놀수지의 발포 시 발포폼의 기포 형태와 크기, 우수한 단열성, 기포의 안정화 및 균일한 발포를 조절할 수 있다.
본 발명의 상기 준불연 페놀 발포폼에는 무기 난연제가 포함될 수 있다. 상기 무기 난연제는 무기 난연제 100중량부 대비 붕산아연 혼합물 19 내지 26중량부, 인계 난연제 36 내지 50중량부 및 질소계 난연제 26 내지 38중량부로 혼합되어 조성될 수 있다. 상기 붕산아연 혼합물은 팽창 그라파이트, 무기 나노알루미나, 안티몬, 수산화알루미늄 및 붕산아연으로 이루어 질 수 있다. 상기 질소계 난연제는 암모늄 폴리포스페이트이며, 상기 인계 난연제는 알루미늄 디에틸포스피네이트, 트리뷰틸포스페이트, 티미딘이인산, 트리크레질포스페이트, 트리스(1-클로로-2-프로필)포스페이트 및 적인으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 상기 무기 난연제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 12 내지 22중량부가 포함될 수 있다. 상기 무기 난연제의 사용량이 12중량부 미만일 경우, 상대적으로 고가인 유기 난연제의 사용비율이 높아져 제조 원가가 상승되어 생산성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있으며, 사용량이 22중량부를 초과할 경우, 서로 상충관계에 있는 단열성과 난연성을 동시에 구현할 수 없는 문제점이 발생될 수 있다. 따라서 상기 무기 난연제는 바람직하게 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 12 내지 22중량부를 사용함에 따라 준불연 페놀 발포폼 제조 시 차르(Char)을 보다 잘 형성하여 균일하면서도 일정한 크기를 갖는 크랙을 형성할 수 있기 때문에 화재의 전파 및 확산을 방지할 수 있고, 준불연성, 단열성, 압축강도 및 치수 안정성 등의 우수한 물성을 가질 수 있다.
본 발명의 상기 준불연 페놀 발포폼에는 유기 난연제가 포함될 수 있다. 상기 유기 난연제는 염소화폴리에틸렌(chlorinated Polyethylene) 또는 인산 에스테르(phosphateester) 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 상기 유기 난연제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 1 내지 3중량부가 포함될 수 있다. 상기 유기 난연제의 사용량이 1 중량부 미만일 경우, 서로 상충관계에 있는 단열성과 난연성을 동시에 구현할 수 없는 문제점이 발생할 수 있고, 3 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 고가인 유기 난연제의 사용비율이 높아져 제조 원가가 상승되어 생산성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 따라서 상기 유기 난연제는 바람직하게 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 1 내지 3중량부를 사용함에 따라 준불연 페놀 발포폼 제조 시 차르(Char)을 보다 잘 형성하여 균일하면서도 일정한 크기를 갖는 크랙을 형성할 수 있기 때문에 화재의 전파 및 확산을 방지할 수 있고, 준불연성, 단열성, 압축강도 및 치수 안정성 등의 우수한 물성을 가질 수 있다.
본 발명의 상기 준불연 페놀 발포폼에는 희석제가 포함될 수 있다. 상기 희석제는 점도 조절용 희석제인 프탈산계 화합물, 프로필렌글리콜(propylene glycol) 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 반응성 희석제인 n-butyl glycidyl ether, 1,4-butandiol glycidyl ether로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 상기 희석제는 바람직하게 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 5 내지 10중량부가 포함될 수 있으나, 상기 페놀 발포폼에 준불연용 무기 난연제 및 유기 난연제 투입량에 따라 희석제가 더 포함될 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 본 발명의 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널은 제조 시 레졸계 페놀 수지에 난연제를 첨가하는 과정에서는 무기 난연제 중 인계 난연제를 선혼입하여 분산을 시키고, 기타 난연제는 난연용 교반기에서 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 예비 믹서기에 산경화제, 발포제 및 정포제와 같은 기타 첨가제 부분을 혼입하여 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 준불연 페놀 발포폼은 밀도가 40 내지 100kg/㎡, 독립기포율은 80 내지 95% 및 총 방출열량은 10분간 8MJ/㎡ 이하일 수 있다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패의 실시예를 상세히 기술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 아니함은 자명하다.
[실시예 1] 준불연 페놀 발포폼
20℃에서 점도가 30,000CPS 이하인 레졸계 페놀수지와 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비, 페놀술폰산으로 선택된 산경화제 20중량부, 사이클로펜탄으로 선택된 발포제 16중량부, 실리콘으로 선택된 정포제 2중량부 및 난연 조성물을 교반하여 준불연 페놀 발포폼 조성물을 제조하였다.
상기 난연 조성물은 무기 난연제 21.5중량부 및 유기 난연제 1.5중량부로 이루어져 있으며, 상기 무기 난연제와 유기 난연제는 20℃에서 상기 레졸 수지의 점도와 상기 난연 조성물의 점도의 점도차이가 20,000CPS 이내가 되도록 하였다. 이 때, 난연 조성물은 수지에 혼합된 인계 난연제를 제외하였다.
상기 무기 난연제는 무기 난연제 100중량부 대비 팽창 그라파이트 3.2중량부, 수산화알루미늄 4.6중량부, 무기 나노알루미나 4.6중량부, 안티몬 2.4중량부, 붕산아연 4.6중량부, 인계 난연제로 적인, 알루미늄 디에틸포스피네이트 및 트리뷰틸포스페이트를 혼합하여 46.7중량부 및 질소계 난연제로 암모늄 폴리포스페이트 33.9중량부 비율로 조성되었으며, 유기 난연제는 염소화폴리에틸렌를 사용하였다.
상기 제조된 페놀 발포폼 조성물을 두께 50mm인 몰드에 밀도 55kg/㎥이하로 투입하고, 상기 몰드를 85℃로 유지되는 오븐에 10분간 투입하여 준불연 페놀 발포폼을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1에 따라 페놀 발포폼을 제조하되, 페놀 발포폼 조성물에 포함되는 무기 난연제 및 유기 난연제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 무기 난연제 16.2중량부 및 유기 난연제 1.8중량부로 조성되도록 하였다. 상기 무기 난연제는 무기 난연제 100중량부 대비 팽창 그라파이트 3.3중량부, 수산화알루미늄 6.2중량부, 무기 나노알루미나 3.2중량부, 안티몬 3.7중량부, 붕산아연 6.2중량부, 인계 난연제로 적인 및 트리크레질포스페이트를 혼합하여 43.3중량부 및 질소계 난연제로 암모늄 폴리포스페이트 34.1중량부 비율로 조성되도록 하였다.
[실시예 3]
실시예 1에 따라 페놀 발포폼을 제조하되, 페놀 발포폼 조성물에 포함되는 무기 난연제 및 유기 난연제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 무기 난연제 12.9중량부 및 유기 난연제 2.1중량부로 조성되도록 하였다. 상기 무기 난연제는 무기 난연제 100중량부 대비 팽창 그라파이트 3.5중량부, 수산화알루미늄 3.5중량부, 무기 나노알루미나 3.5중량부, 안티몬 5.2중량부, 붕산아연 7중량부, 인계 난연제로 적인 및 트리스포스페이트를 혼합하여 46.5중량부 및 질소계 난연제로 암모늄 폴리포스페이트 30.8중량부 비율로 조성되도록 하였다.
[비교예 1]
실시예 1에 따라 페놀 발포폼을 제조하되, 페놀 발포폼 조성물에 포함되는 무기 난연제 및 유기 난연제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 무기 난연제 20.6중량부 및 유기 난연제 1.5중량부로 조성되도록 하였다. 상기 무기 난연제는 무기 난연제 100중량부 대비 팽창 그라파이트 3.2중량부, 수산화알루미늄 4.6중량부, 무기 나노알루미나 4.6중량부, 안티몬 2.4중량부, 붕산아연 0.46중량부, 인계 난연제로 적인 및 트리스포스페이트를 혼합하여 47.5중량부 및 질소계 난연제로 암모늄 폴리포스페이트 37.24중량부 비율로 조성되도록 하였다. 이는 상기 무기 난연제에 포함된 붕산아연의 비율이 실시예 1에 비해 1/10배 감량된 것이다.
[비교예 2]
실시예 1에 따라 페놀 발포폼을 제조하되, 페놀 발포폼 조성물에 포함되는 무기 난연제 및 유기 난연제는 상기 레졸계 페놀수지 100중량부 대비 무기 난연제 24.5중량부 및 유기 난연제 1.5중량부로 조성되도록 하였다. 상기 무기 난연제는 무기 난연제 100중량부 대비 팽창 그라파이트 3.2중량부, 수산화알루미늄 4.6중량부, 무기 나노알루미나 4.6중량부, 안티몬 2.4중량부, 붕산아연 18.4중량부, 인계 난연제로 적인 및 트리스포스페이트를 혼합하여 37중량부 및 질소계 난연제로 암모늄 폴리포스페이트 29.8중량부 비율로 조성되도록 하였다. 이는 상기 무기 난연제에 포함된 붕산아연의 비율이 실시예 1에 비해 4배 증량된 것이다.
[실험예 1]　총방출열량(MJ/㎡)
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 2의 페놀 발포폼을 이용하여 100mm(L)×100mm(W)×50mm(T) 크기의 시편을 준비하고, 상기 시편의 초기 두께(Ti) 1/2 지점(T1/2)의 단면적(Si)을 측정하였다. 상기 시편의 가열면을 제외한 나머지 5면은 알루미늄 호일로 감싸고, KS F ISO 5660-1(연소성능 시험: 콘칼로미터법)에 따라, 50kW/㎡ 복사열을 10분간 적용하여 측정된 결과를 하기 표 1에 기재하고 상기 복사열이 적용된 시편의 사진을 도 2로 첨부하였다. 또한, 한국과학기술연구원 및 KCL에서 동일한 시편에 대해 총방출열량 시험을 진행한 데이터 결과를 표2 내지 6에 기재하였다.
[실험예 2] 초기 열전도율(W/m·K)
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 2의 페놀 발포폼을 30mm의 두께 및 300mm×300mm 크기로 절단하여 시편을 준비하고, 상기 시편을 85℃에서 3시간으로 건조하여 전처리하였다. 상기 시편에 대해 KS L 9016(평판 열류계법 측정방법)의 측정 조건에 따라 평균 온도 20℃에서 열전도율 기기를 사용하여 열전도율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
[실험예 3] 최대방출열량(MJ/㎡)
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 2의 페놀 발포폼을 이용하여 100mm(L)×100mm(W)×50mm(T) 크기의 시편을 준비하고, 상기 시편의 초기 두께(Ti) 1/2 지점(T1/2)의 단면적(Si)을 측정하였다. 상기 시편의 가열면을 제외한 나머지 5면은 알루미늄 호일로 감싸고, KS F ISO 5660-1(연소성능 시험: 콘칼로미터법)에 따라, 콘칼로미터 측정기를 사용하여 상기 시편에 50kW/㎡ 복사열을 10분간 적용하여 총발출열량(THR600)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
[실험예 4] 독립기포율(%)
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 2의 페놀 발포폼을 2.5cm(L)×2.5cm(W)×2.5cm(T)로 절단하여 시편을 준비하였다. 상기 시편을 KS M ISO 4590(경질 발포 플라스틱-독립 기포 및 개방 기포의 부피분율 측정)의 측정방법으로 독립기포율 측정기기 장비를 사용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
[실험예 5] 압축 강도(kPa)
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 2의 페놀 발포폼을 50mm(L)×50mm(W)×50mm(T) 크기의 시편으로 준비하고, 상기 시편을 만능재료시험기의 넓은 판 사이에 두고, UTM장비에서 시편 두께의 10mm/min 속도로 설정하여, 압축강도 실험을 진행하였다. 상기 시편의 두께가 감소되는 중에 나타나는 첫 번째 압축 항복점에서의 강도를 기록하였다. 상기 기록된 강도를 통해 압축강도를 KS M ISO 844(경질 발포 플라스틱-압축 시험) 규격의 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
[실험예 6] 가스유해성(분:초)
실시예 1 내지 3의 페놀 발포폼을 220mm(L)×220mm(W)×50mm(T) 크기의 시편으로 준비하고, KS F 2271(건축물 마감재료의 가스 유해성 시험방법) 표준에 따라 시편의 표면에서 뒷면으로 관통하는 지름 25mm인 구멍을 3개 뚫었다. 시편의 개수는 2개로 하며, 시험을 실시하기 전 온도 23±2℃, 상대습도 50±5%의 조건을 맞추었다. 가열 시험은 시작 할 때 피검 상자 내의 온도는 30℃로 하고, 피검 상자 1개당 1개의 시편을 넣는다. 주령 5주의 체중이 각각 18g, 22g의 흰쥐 2마리를 1마리씩 표준 회전 바구니에 넣어 상기 피검 상자 내로 1개의 피검 상자 당 1마리씩 넣는다. 가열을 시작해서 시험용 흰 쥐가 행동을 정지할 때까지의 시간을 측정하였다. 측정은 자동 기록할 수 있는 장치를 사용하고, 가열은 시작 후 15분간 상기 피검 상자마다 실시하여 총 2회 실시하여야 한다. 그 결과를 공인 시험관 KCL에 시험 의뢰하여 나타난 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
[실험예 7] 용융 및 수축률(%)
상기 실험예 1에서 KS F ISO 5660-1(연소성능 시험: 콘칼로미터법)의 열방출률 시험 시 시편의 두께가 용융 및 수축하는 값의 평균값을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
총 방출열량
(MJ/㎡)		 초기 열전도율(W/m·K) 최대방출열량
(MJ/㎡)		 독립
기포율
(%)		 압축
강도
(kPa)		 가스 유해성
(분:초)		 용융률 및 수축률
(%)
실시예 1 5.58 0.02102 43.00 85 114 12:13 12
실시예 2 6.19 0.02207 40.58 83 116 14:17 14
실시예 3 7.07 0.03204 59.41 80 120 13:13 15
비교예 1 8.81 0.02211 59.52 84 115 - 27
비교예 2 8.52 0.02467 52.04 82 117 - 11
실시예 1)Exported data
Parameter Value Time (s)
peakHRR(kW/㎡) 43.00 5
Totalheatrelease(MJ/㎡) 5.58 -
실시예 2)Exported data
Parameter Value Time (s)
peakHRR(kW/㎡) 40.58 5
Totalheatrelease(MJ/㎡) 6.19 -
실시예 3)Exported data
Parameter Value Time (s)
peakHRR(kW/㎡) 59.41 5
Totalheatrelease(MJ/㎡) 7.07 -
비교예 1)Exported data
Parameter Value Time (s)
peakHRR(kW/㎡) 59.52 10
Totalheatrelease(MJ/㎡) 8.81 -
비교예 2)Exported data
Parameter Value Time (s)
peakHRR(kW/㎡) 52.04 10
Totalheatrelease(MJ/㎡) 8.21 -
상기 총 방출열량은 현재 건축물 마감재료의 난연성능 및 화재확산 방지구조 기준 10분간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하 값을 가져야한다. 상기 초기 열전도율은 KS M ISO 4898에 따른 초기열전도율은 등급에 따라 0.039W/m·K 이하의 값을 가져야한다. 상기 압축 강도는 KS M ISO 4898에 따라 50kPa 이상 150kPa으로 등급이 구분되어 있다. 상기 수축률은 붕산아연 사용으로 용융 수축률은 10% 이상 감소되었다.
상기 표 1 내지 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3 모두 총 방출열량과 최대방출열량이 상기 건축물 마감재료의 준불연성 및 화재확산 방지구조기준에 적합한 결과를 나타낸다. 또한 하기 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 시편이 그을림 및 균열이 비교예 1 내지 2와 비교했을 때 상대적으로 적게 나타난 것을 통해 건축물 마감재료의 준불연성 및 화재확산 방지구조에 적합한 것을 알 수 있다. 또한 KS M ISO 4898에 따라 초기열전도율은 등급에 따라 0.039W/m·K값으로 구분되는데 실시예 1 내지 3 모두 기준에 적합한 결과를 나타낸다.
상기 표 1, 표 5 및 표 6에 나타난 바와 같이, 비교예 1 및 2의 총 방출열량이 상기 건축물 마감재료의 준불연성 및 화재확산 방지구조 기준에 적합하지 않은 결과를 나타내며, 비교예 1은 용융 및 수축률도 20% 이상으로 기준에 적합하지 않다.
[실시예 4] 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널
상기 실시예 1에서 제조된 준불연 페놀 발포폼(110)을 포함하는 샌드위치 패널(100)을 제조하였다.
상기 밀도가 45㎏/㎥인 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 접착제를 도포한 뒤, 두께가 40μm인 부직포(PET)로 선택된 표면재(120)를 접착시켰다. 상기 부직포 상면에 패널용 보강판(130)을 접착시켜서 샌드위치 패널(100)울 제조하였다. 이 때, 상기 패널용 보강판(130)은 두께 0.5㎜인고 표면에 내열성이 있는 러버타입 비닐 보호테이프 50㎛가 입혀진 용융아연도금강판(G.I. sheet)을 사용하였으며, 상면 및 하면 사용하는 상기 패널용 보강판(130)의 두께는 동일한 것으로 사용하였다.
상기 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 표면재를 접착시키는 작업 및 상기 표면재의 상면에 패널용 강판을 접착시키는 작업은 3본 롤러 및 플로우 코팅 방식을 사용하였다.
아울러, 상기 접착제는 전체 접착제 100중량부 대비 에폭시 수지 70중량부, 실리카 1중량부, 도료용 아미노 수지 25중량부 및 BGI/LGI 4중량부를 포함하는 에폭시 타입의 접착제를 사용하였다.
상기 준불연 페놀 발포폼에 표면재 및 보강판을 접착시킨 후, 90±5℃의 온도로 관리되는 다층 적산가능 열매체유 타입의 프레스에서 30분 이상 유지하여 적층 접합시켜서 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 제조하였다.
[실험예 8] 평면 인장강도(kPa)
실시예 4에 따라 제조된 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 200mm×200mm 시편을 준비하였다.
상기 시편에 대해 EN 1607(건축용 단열제품 평면 인장강도 측정)을 수행하여 분당 10mm의 속도로 수직 인장 시험을 수행하여 측정되는 최대 하중을 단면적으로 나눈 값을 통해 평면 인장강도를 구하고, 그 결과를 하기 표 7에 기재하였다.
구분 단위 시험 방법 실시예 4
평면 인장강도 kPa EN 1607 150
상기 인장 강도는 KS M ISO 4898에 따라 50kPa 이상 150kPa으로 등급이 구분되어 있다.
상기 표 7에 나타난 바와 같이, 실시예 4에 따른 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널은 평면 인장강도 150kPa으로 나타났으며, 이는 건축물 마감재료의 준불연성 및 화재확산 방지구조 기준에 적합한 결과임을 나타낸다.
[실험예 9] 난연등급
실시예 4에 따라 제조된 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 220mm(L)×220mm(W)×50mm(T) 크기의 시편으로 준비하고, KS F 2271 표준(건축물 마감재료의 가스 유해성 시험 방법)표준에 따라 시편의 표면에서 뒷면으로 관통하는 지름 25mm인 구멍을 3개 뚫었다. 시편의 개수는 2개로 하였으며, 시험을 실시하기 전 온도 23±2℃, 상대습도 50±5%의 조건을 맞추었다. 가열 시험은 시작 할 때 피검 상자 내의 온도는 30℃로 하고, 피검 상자 1개당 1개의 시편을 넣는다. 주령 5주의 체중이 각각 18g, 22g의 흰쥐 2마리를 1마리씩 표준 회전 바구니에 넣어 상기 피검 상자 내로 1개의 피검 상자 당 1마리씩 넣는다. 가열을 시작해서 시험용 흰 쥐가 행동을 정지할 때까지의 시간을 측정하였다. 측정은 자동 기록할 수 있는 장치를 사용하고, 가열은 시작 후 15분간 상기 피검 상자마다 실시하여 총 2회 실시하였다. 이를 통해 난연등급을 구하고, 그 결과를 하기 표 8에 기재하였다.
구분 단위 시험 방법 실시예 4
난연등급 불연/준불연
/난연		 KS F ISO 5660-1
KS F 2271		 준불연
상기 표 8에 나타난 바와 같이, 실시예 4에 따른 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널의 난연등급은 준불연으로 나타났으며, 이는 건축물 마감재료의 준불연성 및 화재확산 방지구조 기준에 적합한 결과임을 나타낸다.
[실험예 10] 화재실험
실시예 4에 따라 제조된 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 구조물이 골자의 외면에 패널 두께를 관통하여 기계적으로 고정하여 실제 건축물의 룸 크기(2400×2400×3600mm)로 건축물을 시공하여 시험체를 준비하였다. 상기 시험체에 대해 KS F ISO 13784-1(건축용 샌드위치패널 구조에 대한 화재연소 시험방법-소규모실 시험)을 수행하여 화재실험의 난연등급을 구하고, 그 결과를 하기 표 9에 기재하였다.
구분 단위 시험 방법 실시예 4
화재시험 불연/준불연
/난연		 KS F ISO 13784-1 준불연
상기 표 9에 나타난 바와 같이, 실시예 4에 따른 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널은 화재시험에서 준불연으로 나타났으며, 이는 건축물 마감재료의 준불연성 및 화재확산 방지구조 기준에 적합한 결과임을 나타낸다.
[실험예 11] 화재 안전성능시험
실시예 4에 따라 제조된 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널을 포함하는 각각 너비 2.6m 높이 8m인 벽체 및 너비 1.5m 높이 8m인 벽체를 ‘ㄱ’자로 세우고 하단에 나무더미를 쌓은 시험체를 준비하였다.
상기 시험체에 KS F 8414(건축물 외부 마감 시스템의 화재 성능 시험 방법)에 따라 온도센서를 장적더미 위 2.5m, 5m에 각각 7개씩 설치한 뒤 열원을 착화하였다. 착화 후 2.5m에 위치한 온도센서가 30초 동안 시작온도 보다 200℃를 초과 시 시간을 측정하고, 5m에 위치한 온도센서가 30초 동안 600℃를 초과하였을 때 시간을 측정하였다. 이를 통해 얻은 화재 안전성능 결과를 하기 표 10에 기재하였다.
구분 단위 시험 방법 실시예 4
화재 안전성능 PASS, FAIL KS F 8414 PASS
상기 표 10에 나타난 바와 같이, 실시예 4에 따른 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널은 화재 안전성능시험에서 PASS로 나타났다. 이는 상단 5m 위치에 있는 온도센서가 시작시간 후 15분 내에는 표면 절대온도보다 600℃를 초과할 때가 30초 미만이며, 건축물 마감재료의 준불연성 및 화재확산 방지구조 기준에 적합한 결과임을 나타낸다.

Claims (5)

  1. 레졸계 페놀수지 100 중량부, 산경화제 5 내지 35 중량부, 발포제 8 내지 24 중량부, 정포제 1 내지 3 중량부, 무기 난연제 12 내지 22 중량부, 유기 난연제 1 내지 3 중량부 및 희석제를 포함하는 준불연 페놀 발포폼;
    상기 준불연 페놀 발포폼의 상면 및 하면에 도포된 접착제;
    상기 접착제의 표면에 접착된 그라스티슈, 폴리에스테르 및 부직포 중으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 표면재; 및
    상기 표면재의 상면에 접착된 패널용 보강판;을 포함하며
    상기 준불연 페놀 발포폼은 밀도가 40 내지 100kg/㎡, 독립기포율은 80 내지 95% 및 총 방출열량은 10분간 8MJ/㎡ 이하인 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 접착제는 전체 접착제 100중량부 대비 에폭시 수지 65 내지 75중량부, 실리카 0.5 내지 1중량부, 도료용 아미노 수지 22 내지 27중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 패널용 보강판은
    두께가 0.4 내지 0.5㎜인 용융아연도금강판이며,
    상기 용융아연도금강판은 표면이 폴리에스테르 및 폴리비닐리덴 플루오르라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 25 내지 30μm의 두께로 코팅된 것을 특징으로 하는 준불연 페놀 발포폼을 포함하는 샌드위치 패널.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005074681A (ja) * 2003-08-28 2005-03-24 Nisshin Steel Co Ltd 金属パネル又はボードの製造方法
KR20140136251A (ko) * 2013-05-20 2014-11-28 (주)동성화인텍 단열성 및 차음성, 방염성이 동시에 강화된 건축용 패널 및 그의 제조방법
KR20200118120A (ko) * 2018-03-30 2020-10-14 아사히 가세이 겐자이 가부시키가이샤 페놀 수지 발포체 적층판 및 그 제조 방법

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