KR102456052B1 - 발포 성형체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 층별 기능성이 향상된 발포 성형체에 관한 것으로, 단열성이 향상된 수지 발포층 및 난연성이 향상된 수지 발포층을 적층하여 형성함으로써, 단열 및 난연 성능이 우수한 발포 성형체를 제공한다.

Description

발포 성형체 및 그 제조방법{Foam article and method for preparing the same}
본 발명은, 층별 기능성이 향상된 발포 성형체에 관한 것이다.
종래 단열판재로서는 유리섬유 프레스 판재, 비즈(beads) 발포 또는 압출에 의한 폴리스티렌 발포체, 경질 폴리우레탄 발포체, 폴리에틸렌 발포체를 들 수 있으며, 이중에서 유리섬유를 제외한 수지 발포체는 경량이고, 열전도율, 내수성 및 투습 저항성, 압축성이 우수하다는 장점을 가진다.
이중에서도 높은 경제성으로 인하여 가장 널리 사용되고 있는 것은 일명 "스티로폼"이라 불리는 폴리스티렌 발포체이다.
그러나 폴리스티렌 발포체를 포함한 이들 수지 발포체들은 현장에서의 곡면 가공, 또는 표면 요철가공은 비교적 용이하지 않으므로 가공성이 양호하지 못하며, 많은 경우에 있어 철사 또는 앵커의 사용이 필요하므로 시공성 또한 만족스럽지 못하고, 특히 이종 소재와의 접합성이 열등하므로 시공 적용 영역에 일정한 한계가 있을 수밖에 없다.
따라서 종래 시공성 또는 가공성 향상을 목적으로 폴리스티렌 발포체의 일면에는 금속 박판을 붙이고 타면에는 샌드 블래스팅(sand blasting)에 의해 샌드를 접착시킨 형태의 복합 판재, 또는 폴리스티렌 발포체의 일면에는 유리섬유 판재를 접착시키고 타면에는 세라믹판재를 접착시킨 형태의 복합 판재 등이 제안되어 있으나, 경제성이 열등할 뿐만 아니라 외부 단열용으로 사용하기 위해서는 앵커 볼트의 사용이 필수적이므로 충분히 만족스러운 것은 못되었다.
한편, 종래 주재료로서 탄산칼슘 및 산화아연 등의 무기 충진재를 사용하고 바인더(binder)로서 염화비닐수지를 사용한 불연성 무기계 발포체가 알려져 있으나, 상기한 불연성 무기계 발포체는 무기 충진재의 첨가 중량이 염화비닐수지 첨가 중량에 대하여 약 4배~18배 정도의 과량으로 사용하고 있으므로 통상적인 방법으로는 발포가 불가능하여 그 혼련(kneading) 및 발포 성형 공정에 특수한 장비 및 상당히 까다롭고도 번거로운 절차를 필요로하며, 이는 해당 경량 불연 제품의 경제성 결여로 직결되어 시장으로부터 도태된 바 있다.
따라서 단열성, 내습성, 기계적 강도 특성 및 가공성이 우수하며, 경량이고, 불연성이며, 특히 이종 소재와의 접합성이 우수하여 시공성이 우수하면서도 경제성을 갖춘 단열판재의 개발이 절실히 요구되고 있다.
미국등록특허 제5000991호.
본 발명은, 층별 기능성이 향상된 다층의 발포 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
제1수지 발포층; 및
상기 제1수지 발포층의 적어도 일면에 형성되고, 상기 제1수지 발포층보다 낮은 열 방출률을 가지는 제2수지 발포층을 포함하는 발포 성형체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 제1수지를 가열하여 제1수지 용융물을 형성하는 단계;
상기 제1수지 용융물에 발포제를 혼입하여 제1발포성 용융물을 형성하는 단계;
상기 제1발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 제1수지 발포층을 형성하는 단계;
제2수지를 가열하여 제2수지 용융물을 형성하는 단계;
상기 제2수지 용융물에 발포제를 혼입하여 제2발포성 용융물을 형성하는 단계;
상기 제2발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 제2수지 발포층을 형성하는 단계; 및
상기 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층을 접착하는 단계를 포함하는 제 1 항의 발포 성형체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발포 성형체는 단열성이 향상된 수지 발포층 및 난연성이 향상된 수지 발포층을 적층하여 형성함으로써, 우수한 단열성능 및 난연성능을 동시에 구현 가능하다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 발포 성형체의 구조도이다.
도 2는 또 다른 하나의 실시예에 따른 발포 성형체의 구조도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
본 발명에서, "셀"이란, 고분자 내 발포에 의해 팽창된 미세구조를 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 발포 성형체를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 발포 성형체는,
제1수지 발포층; 및
상기 제1수지 발포층의 적어도 일면에 형성되고, 상기 제1수지 발포층보다 낮은 열 방출률을 가지는 제2수지 발포층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층의 수지는 서로 동일하거나 상이한 종류의 수지를 사용할 수 있다. 만약, 상기 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층의 수지가 동일한 경우에는, 수지의 밀도 또는 발포 배율 등을 적절하게 제어하여, 상기 두 발포층의 단열 성능 및 강도를 제어할 수 있다.
상기 발포 성형체는, 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층이 적층된 2층 구조 또는 및 제2수지 발포층/제1수지 발포층/제2수지 발포층의 3층 구조 또는 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층이 교대로 수 회 반복 적층된 구조일 수 있다.
본 발명의 발포 성형체는, 열전도도가 저하되어 단열 성능이 향상된 제1수지 발포층과 난연 성능이 향상된 제2수지 발포층이 적층된 구조를 가짐으로써, 월등히 향상된 단열 및 난연 성능을 구현할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 제1수지 발포층의 열전도도는 상기 제2수지 발포층보다 낮을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 제1수지 발포층은 발포 성형체로 적층되었을 때 단열층 역할을 수행할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 제2수지 발포층은 KS F ISO 5660-1을 기준으로 5분 동안의 열 방출률이 8 MJ/m2 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 열 방출률은 1 내지 8 MJ/m2, 3 내지 7.5 MJ/m2 또는 5 내지 7 MJ/m2 일 수 있다. 상기 제2수지 발포층은 상기 범위의 열 방출률을 가짐으로써, 발포 성형체로 적층하여 제조하였을 때, 뛰어난 난연 성능을 구현할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 제2수지 발포층의 열전도도(KS L 9016)는 0.04 W/mK 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2수지 발포층의 열전도도는 0.01 내지 0.04 W/mK, 0.013 내지 0.038 W/mK, 0.015 내지 0.035 또는 0.018 내지 0.03 W/mK일 수 있다. 본 발명에 따른 발포 성형체는 상기 범위 내의 열전도도를 갖는 수지 발포층을 포함함으로써, 우수한 단열성을 구현할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 제2수지 발포층의 압축강도(KS M ISO 844)는 20 내지 300 N/cm2일 수 있다. 구체적으로 상기 압축강도는 25 내지 250 N/cm2, 30 내지 200 N/cm2, 35 내지 150 N/cm2, 40 내지 100 N/cm2 또는 43 내지 70 N/cm2일 수 있다. 제2수지 발포층의 압축강도가 상기 범위일 경우, 발포 성형체의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 비드 발포의 경우에는 비드 형태의 수지를 금형에 넣고 발포하는 방법으로 발포 성형체를 제조하는 방법으로, 상기 비드 발포 성형체는 압축 시험 시, 비교적 비드와 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등의 쉽게 일어난다. 반면, 본 발명에 따른 수지 발포층은 수지를 용융하여 압출 발포 방법으로 제조함으로써, 비드 발포 방법으로 제조한 경우와 비교하여 현저히 우수한 압축강도를 구현할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 제2수지 발포층은 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 생분해성을 지니면서 폴리에스테르의 물성을 유지할 수 있으며, 연질특성 및 발포 성형가공성이 우수하다면, 크게 한정되지 않는다.
지금까지 주로 사용되던 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올 축합중합 반응에 의하여 생산되는 고분자량의 방향족 폴리에스테르 수지이다. 여기서 고분자량 폴리에스테르는 극한점도 [η]가 0.8 (dL/g) 이상인 고분자를 의미할 수 있다. 그러나, 상기 방향족 폴리에스테르 수지는 높은 분자량, 열적 안정성, 인장강도 등의 물성이 우수하지만, 폐기 후 자연생태계 내에서 분해되지 않고 오랫동안 남아 심각한 환경오염 문제를 야기하고 있다.
한편, 지방족 폴리에스테르가 생분해성을 가지고 있다는 점은 이미 알려져 있다. 그러나, 기존의 지방족 폴리에스테르는 주쇄의 유연한 구조와 낮은 결정성 때문에 용융점이 낮고, 용융시 열안정성이 낮아 열분해되기 쉬우며, 용융흐름지수가 높아 성형가공이 용이하지 못할 뿐만 아니라, 인장강도나 인열강도 등의 물성이 불량하여 용도가 제한되는 문제점이 있었다. 상기 지방족 폴리에스테르는 예를 들어, 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 폴리락타이드 및 폴리부틸렌석시네이트 등을 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 제2수지 발포층은 폴리에스테르계 섬유일 수 있으며, 그 종류로 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 제2수지 발포층은 기능성 코팅층을 더 포함할 수 있다. 이때, 기능성 코팅층은, 계면활성제, 자외선 차단제, 친수화제, 난연제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 충전재, 공전 방지제 및 UV 흡수제의 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상의 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 기능성 코팅층은, 예를 들어 난연 성능을 향상시키기 위해 난연제를 포함할 수 있다.
상기 난연제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 또는 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 등을 포함할 수 있다. 브롬 화합물은 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및 데카브로모디페닐에테르 등을 포함하고, 인 또는 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 등을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄, 마그네슘 등이 바람직하다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋고, 2 종 이상의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋다. 예를 들어, 1 종의 금속 원소로 구성된 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 등을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 제1수지 발포층의 열전도도(KS L 9016)는 0.03 W/mK 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 열전도도는 0.005 내지 0.025 W/mK, 0.01 내지 0.022 W/mK 또는 0.013 내지 0.02 W/mK일 수 있다. 본 발명에 따른 제1수지 발포층은 상기 범위의 열전도도를 가짐으로써, 발포 성형체로 제조하였을 때, 뛰어난 단열 성능을 구현할 수 있다.
상기 제1수지 발포층의 굴곡강도(KS M ISO 844)는 1 내지 50 N/cm2인 발포 성형체. 구체적으로 상기 굴곡강도는 5 내지 45 N/cm2 또는 10 내지 30 N/cm2일 수 있다. 제1수지 발포층의 굴곡강도가 상기 범위일 경우, 발포 성형체의 강도를 효과적으로 향상시키는 동시에 단열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 제1수지 발포층의 압축강도(KS M ISO 844)는 1 내지 40 N/cm2 일 수 있다. 구체적으로 상기 압축강도는 5 내지 35 N/cm2 또는 10 내지 30 N/cm2일 수 있다. 제1수지 발포층의 압축강도가 상기 범위일 경우, 발포 성형체의 강도를 효과적으로 향상시키는 동시에 단열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 수지 발포층은 수지를 용융하여 압출 발포 방법으로 제조함으로써, 비드 발포 방법으로 제조한 경우와 비교하여 현저히 우수한 압축강도를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 제1수지 발포층은 폴리우레탄 또는 페놀수지를 포함할 수 있다.
절연 물질로서, 경질 폴리우레탄 수지가 주로 사용되는데, 이는 다른 절연 물질, 예컨대 폴리스티렌 폼 또는 미네랄 울에 비한 이의 아주 우수한 절연 특성 때문이다. 일반적으로 폴리우레탄 수지 조성물은 피혁, 엘라스토머, 코팅, 실란트 등의 무발포 제품과 건축 단열재, 신발창, 혹은 자동차 내장재와 같은 발포 제품을 제조하는데 사용된다. 상기 폴리우레탄 수지 조성물은 프리폴리머 성분과 수지 성분으로 구성된 2액형 폴리우레탄 수지 조성물과 용제 및 수지 성분으로 구성된 1액형 폴리우레탄 수지 조성물로 구분할 수 있다. 2액형 폴리우레탄 수지 조성물은 주로 발포체용, 혹은 엘라스토머용으로 사용되며, 1액형 폴리우레탄 수지 조성물은 코팅용으로 사용된다. 또한, 2액형 폴리우레탄 수지 조성물은 충격흡수제 용도로도 적용가능하며, 1액형 폴리우레탄 수지 조성물은 차량용 시트 등의 내장재 및 가구용 인공피혁과 합성피혁 제조 용도로도 적용 가능하다.
페놀수지는 대표적인 열경화성 소재로서 화염에 노출되었을 때 연소가스 발생이 적고 자기 소화성능력이 뛰어나 난연성 재료로 사용될 수 있다. 이와 같이 난연성이 뛰어난 페놀수지를 포함할 경우에는, 발포 성형체의 화재 위험성을 효과적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.
하나의 실시예에서, 페놀수지는 수분함량이 2 내지 12%이며, 25℃에서 점도(cps)가 4000 내지 25000 범위일 수 있다. 상기와 같은 물성을 나타내는 페놀수지가 첨가된 발포 성형체는 단열성능이 월등하게 향상된다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 발포 성형체의 전체 두께는 3 내지 60 cm, 5 내지 55 cm, 10 내지 55 cm 또는 15 내지 50 cm 일 수 있다. 또한, 발포 성형체 개별 층인 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층 각각의 두께는 1 내지 40 cm, 3 내지 35 cm 또는 5 내지 25 cm일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 성형 발포체는 비교적 얇은 두께로도 우수한 굴곡강도, 압축강도, 단열성 등의 특성을 구현할 수 있다는 걸 알 수 있다. 따라서, 발포 성형체의 경량화가 가능하며, 생산 비용을 절감할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 제2수지 발포층은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)일 수 있다. 이는, 상기 제2수지 발포층의 DIN ISO4590에 따른 측정값이 셀 중 90 % 이상이 폐쇄 셀임을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2수지 발포층 중 폐쇄 셀은 90 내지 100 % 또는 95 내지 100 %일 수 있다. 본 발명에 따른 발포 성형체는 상기 범위 내의 폐쇄 셀을 갖는 제2수지 발포층을 포함함으로써, 우수한 단열특성을 구현할 수 있다. 이를 통해, 본 상기 발포 성형체는 건축물의 일부, 예를 들어, 토대, 벽, 바닥 및 지붕의 단열을 위해 건설 산업 등에 널리 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 발포 성형체의 셀 수는 mm당 1 내지 30 셀, 3 내지 25 셀, 또는 3 내지 20 셀을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 제1수지 발포층은 상기 제2수지 발포층과 동일한 폐쇠 셀 비율을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 제1 및 제2수지 발포층은 서로 상이한 강도 및 단열 특성을 구현하기 위해 폐쇠 셀의 비율 및 셀 수를 적절하게 조절할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 제2수지 발포층은 압출 발포체일 수 있다.
구체적으로, 발포 방법의 종류에는 크게 비드 발포 또는 압출 발포가 있다. 상기 비드 발포는, 일반적으로, 수지 비드를 가열하여 1차 발포시키고　이것을 적당한 시간 숙성 시킨 후 판모양, 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여　2차 발포에　의해 융착, 성형하여 제품을 만드는 방법이다.
반면, 압출 발포는, 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도 및 압축강도를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 발포 성형체의 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 발포 성형체의 제조방법은,
제1수지를 가열하여 제1수지 용융물을 형성하는 단계;
상기 제1수지 용융물에 발포제를 혼입하여 제1발포성 용융물을 형성하는 단계;
상기 제1발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 제1수지 발포층을 형성하는 단계;
제2수지를 가열하여 제2수지 용융물을 형성하는 단계;
상기 제2수지 용융물에 발포제를 혼입하여 제2발포성 용융물을 형성하는 단계;
상기 제2발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 제2수지 발포층을 형성하는 단계; 및
상기 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층을 접착하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 수지를 200 ℃ 이상의 온도에서 가열하여 수지 용융물을 제조하고, 상기 수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성할 수 있다.
이때, 수지는 상기 설명한 바와 동일할 수 있고, 발포제는 열분해성 발포제, 휘발성 발포제 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 열분해성 발포제로는 예를 들어, 탄산수소나트륨을 포함하는 무기계 발포제, 아조화합물, 니트로소화합물, 히드라진 화합물 등을 포함할 수 있다. 또한, 휘발성 발포제로는 예를 들어, 탄산가스나 질소와 같은 불활성 가스, 프로판, 부탄, 헥산, 메탄 등과 같은 유기 발포제를 포함할 수 있다. 이때, 열분해성 발포제 또는 휘발성 발포제를 사용하는 경우에는 고배율의 발포 성형체를 얻을 수 있는 장점이 있다.
상기 제 1 및 제 2 발포성 용융물을 공압출하면서 발포하여 발포할 경우, 제 1 및 제2수지 발포층을 접착하기 위한 별도의 접착제 또는 접착공정이 필요 없으며, 이에 따라 발포 성형체 제조 공정 효율이 향상되는 효과가 있다.
상기 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층을 접착하는 단계에서, 접착은 제1수지 발포층과 제2수지 발포층의 접착면을 용융시켜 접착하거나, 열 접합 방법을 수행할 수 있다. 또한, 접착은 상기 접착면에 통상의 접착제 등을 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층의 접착면에 도포하여 접착시키는 방법을 수행할 수 있다. 상기 접착제는 난연 등급을 인정받은 필름 형태의 접착제 등을 사용할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서 는 열 접합 방법을 통해 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층을 접착할 수 있으며, 이 경우 열로 인해 수지 발포층의 유해 성분이 제거되어, 발포 성형체 제조에 더 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 발포 성형체는, 단열 특성이 우수한 제1수지 발포층과 난연 특성이 우수한 제2수지 발포층을 접착하여 제조함으로써, 우수한 난연 및 단열 특성을 동시에 구현하는 발포 성형체의 제조가 가능하다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 제1 및 제2수지 발포층은, 친수화 기능, 방수 기능, 난연 기능 또는 자외선 차단 기능을 더 가질 수 있으며, 계면활성제, 자외선 차단제, 친수화제, 난연제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 충전재, 공전 방지제 및 UV 흡수제의 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상의 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계　계면　활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰 산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산에스테르염 등), 비이온계　계면　활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아미드 등), 양이온계 및 양성 이온계　계면　활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제 4 급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 등을 포함할 수 있다.
또한, 방수제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 등의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 난연제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 또는 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 등을 포함할 수 있다. 브롬 화합물은 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및 데카브로모디페닐에테르 등을 포함하고, 인 또는 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 등을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄, 마그네슘 등이 바람직하다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋고, 2 종 이상의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋다. 예를 들어, 1 종의 금속 원소로 구성된 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 등을 포함할 수 있다.
또한, 종래 기술로부터 공지된 난연제가 일반적으로 사용될 수 있으며, 적합한 난연제로는 예를 들면 브롬화 에테르(lxol B 251), 브롬화 알콜, 예컨대 디브로모네오펜틸 알콜, 트리브로모네오펜틸 알콜 및 PHT-4-디올, 그리고 또한 염화 포스페이트, 예컨대 트리스(2-클로로에틸)포스페이트, 트리스(2-클로로이소프로필)포스페이트(TCPP), 트리스(1,3-디클로로이소프로필)포스페이트, 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트 및 테트라키스(2-클로로에틸)에틸렌디포스페이트, 또는 이들의 혼합물이 있다. 상기 언급된 할로겐-치환된 포스페이트와는 별도로, 또한 무기 난연제, 예컨대 적린(red phosphorus), 적린을 포함하는 제제, 팽창성 흑연, 산화알루미늄 수화물, 삼산화안티몬, 산화비소, 폴리인산암모늄, 및 황산칼륨 또는 시아누르산 유도체, 예컨대 멜라민 또는 적어도 2 종의 난연제, 예컨대 폴리인산암모늄과 멜라민으로 된 혼합물을 사용하는 것도 가능하다. 추가의 액체 할로겐 무함유 난연제로서는, 디에틸 에탄포스포네이트(DEEP), 트리에틸포스페이트(TEP), 디메틸프로필포스포네이트(DMPP), 디페닐 크레실 포스페이트(DPC) 등을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계　자외선　차단제일 수 있으며, 상기 유기계　자외선　차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계　자외선　차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 기능성 코팅층은 무기물 또는 끓는 점이 250 ℃ 이상인 유기물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 발포 성형체는 연속적으로 제조 가능한 압출 발포 방법으로 제조할 수 있으며, 상기 압출 발포 과정은 약 200 내지 250 ℃에서 진행되며, 상기 온도에서 압출 발포되어 나오는 수지 성형체 상에 기능성 첨가제를 도포하여 기능성 코팅층을 형성한다. 이때, 기능성 코팅층은 무기물 또는 유기물로 구성된 기능성 첨가제로 코팅하며, 유기물의 경우, 끓는 점이 250 ℃ 이상일 수 있다. 250 ℃ 이상의 끓는 점을 가진 유기물을 사용함으로써, 기능성 코팅층의 물성 저하를 방지할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 상기 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
3층 구조의 발포 성형체를 제조하기 위해, 제1수지 발포층은 폴리 스타이렌(XPS) 발포체로 두께 20 mm, 제2수지 발포층은 PET 발포체로 두께 30 mm 를 제조하여 복합화 하였다.
먼저, 폴리 스타이렌 발포체(XPS)를 제조하기 위하여 폴리 스타이렌 수지 100 phr, 산화티탄 0.2 phr, 탈크 1 phr을 혼합 투입하여 220 ℃로 가열하여 수지 용융물을 제조한 후 발포제로서 HCFC-22와 탄산가스를 투입한 후 충분히 혼합하여 제조된 수지 용융물을 제 2 압출기로 보내 120℃로 냉각 하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 제1수지 발포층을 형성하였다.
그런 다음, PET 발포체를 제조하기 위하여 PET 수지를 130 ℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 100 phr, PMDA 1 phr, 탈크 1 phr, Irganox (IRG 1010) 0.1 phr을 혼합 투입하고 280 ℃로 가열하여 수지 용융물을 제조한 후 발포제로서 탄산 가스를 투입하여 충분히 혼합 하여 제조된 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220 ℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 제2수지 발포층을 형성하였다.
그런 다음, 상기 제1수지 발포층과 제2수지 발포층을 접착제를 사용하여 복합화 하였다.
상기 방법으로 제조된 발포 성형체의 구조도를 도 1에 나타내었으며, 제2수지 발포층(20,21) 및 제1수지 발포층(10)이 교대로 적층되어 3층 구조를 이룬 발포 성형체의 구조를 확인할 수 있다.
실시예 2
제1수지 발포층을 폴리 우레탄을 사용하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
이때 제1수지 발포층은, 폴리올 100 phr, 촉매 0.1 phr, 디에탄올아민 0.1 phr, 실리콘 소포제 1 phr, 발포제로 물 4.6 phr을 균일하게 1분간 혼합한 후 폴리 이소시아네이트 (코스모네이트 T-80) 56 phr을 첨가하여 5~7초간 교반한 후 틀 안에 빠르게 쏟아내 즉시 발포 시킨 후 20분간 80 ℃에서 경화시켜 제조하였다.
비교예 1
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지를 130 ℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 100 phr, PMDA 1 phr, 탈크 1 phr, Irganox (IRG 1010) 0.1 phr을 혼합 투입하고 280 ℃로 가열하여 수지 용융물을 제조한 후 발포제로서 탄산 가스를 투입하여 충분히 혼합 하여 제조된 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220 ℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여, 5 mm 두께의 PET 발포체를 제조하였다.
비교예 2
폴리 스타이렌 수지 100 phr, 산화티탄 0.2 phr, 탈크 1 phr을 혼합 투입하여 220 ℃로 가열하여 수지 용융물을 제조한 후 발포제로서 HCFC-22와 탄산가스를 투입한 후 충분히 혼합하여 제조된 수지 용융물을 제 2 압출기로 보내 120 ?로 냉각 하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여, 5 mm 두께의 폴리 스타이렌 수지 발포체(XPS)를 제조하였다.
비교예 3
폴리올 100 phr, 촉매 0.1 phr, 디에탄올아민 0.1 phr, 실리콘 소포제 1 phr, 발포제로 물 4.6 phr을 균일하게 1분간 혼합한 후 폴리 이소시아네이트 (코스모네이트 T-80) 56 phr을 첨가하여 5~7초간 교반한 후 틀 안에 빠르게 쏟아내 즉시 발포 시킨 후 20분간 80 ℃에서 경화시켜, 5 mm 두께의 폴리 우레탄(PU) 발포체를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 발포 성형체에 대하여, 단열성 및 난연성을 알아보기 위해 열전도도 및 열 방출률을 측정하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
1) 단열성 측정
KS L 9016 조건 하에서 열전도도를 측정하였다.
2) 난연성 측정
KS F ISO 5660 조건하에서 5분간의 열방출률을 측정하였다.
실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3
제1수지 발포층 XPS PU PET XPS PU
제2수지 발포층 PET PET
열전도도(W/mK) 0.03 0.026 0.034 0.029 0.024
열 방출률 (MJ/m2) 7 7 7 42 35
표 1을 보면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 경우, 모두 열전도도가 0.03 W/mK 이하로 나타났으며, 열 방출률은 8 MJ/m2 이하로 나타나 단열성 및 난연성이 동시에 모두 우수한 것을 알 수 있었다. 반면, 비교예 1의 경우 난연성은 우수하지만 열전도도가 0.034 W/mK으로 나타나, 단열성이 비교적 떨어지며, 비교예 2 및 3의 경우 열전도도는 낮게 나타났지만, 열 방출률이 35 MJ/m2 이상의 결과를 보여 난연성이 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다.따라서, 본 발명에 따른 발포성형체는, 단열성이 향상된 제1수지 발포층 및 난연성이 향상된 제2수지 발포층을 적층하여 제조함으로써, 향상된 단열성 및 난연성를 동시에 구현 가능하다는 것을 확인하였다.
100, 200: 발포 성형체
10, 11: 제1수지 발포층
20, 21, 22: 제2수지 발포층

Claims (9)

  1. 제1수지 발포층; 및
    상기 제1수지 발포층의 적어도 일면에 형성되고, 상기 제1수지 발포층보다 낮은 열 방출률을 가지는 제2수지 발포층을 포함하는 발포 성형체로서,
    상기 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층의 수지 종류는 서로 상이하며,
    상기 제1수지 발포층의 열전도도는 상기 제2수지 발포층보다 낮고,
    상기 제2수지 발포층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 압출 발포체이며,
    상기 제2수지 발포층은 KS F ISO 5660-1을 기준으로 5분 동안의 열 방출률이 8MJ/m2이하이고,
    발포 성형체는 열전도도(KS L 9016)가 0.03 W/mK 이하이며, KS F ISO 5660-1을 기준으로 5분 동안의 열 방출률이 8MJ/m2이하인 발포 성형체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2수지 발포층의 열전도도(KS L 9016)는 0.04 W/mK 이하인 발포 성형체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2수지 발포층의 압축강도(KS M ISO 844)는 20 내지 300 N/cm2 인 발포 성형체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2수지 발포층은 기능성 코팅층을 더 포함하는 발포 성형체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1수지 발포층의 열전도도(KS L 9016)는 0.03 W/mK 이하인 발포 성형체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1수지 발포층의 압축강도(KS M ISO 844)는 1 내지 40/cm2 인 발포 성형체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1수지 발포층은 폴리우레탄 또는 폴리 스타이렌을 포함하는 발포 성형체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2수지 발포층은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)인 발포 성형체.
  9. 제1수지를 가열하여 제1수지 용융물을 형성하는 단계;
    상기 제1수지 용융물에 발포제를 혼입하여 제1발포성 용융물을 형성하는 단계;
    상기 제1발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 제1수지 발포층을 형성하는 단계;
    제2수지를 가열하여 제2수지 용융물을 형성하는 단계;
    상기 제2수지 용융물에 발포제를 혼입하여 제2발포성 용융물을 형성하는 단계;
    상기 제2발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 제2수지 발포층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1수지 발포층 및 제2수지 발포층을 접착하는 단계를 포함하는 제 1 항의 발포 성형체의 제조 방법.
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