KR102462936B1 - 난연 및 방습 성능이 우수하고 에너지 효율이 향상된 건축용 복합 단열재 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 초기의 열전도율을 유지하여 단열성능을 유지하면서도, 준불연 이상의 난연성능과 방습성능이 우수한 건축용 복합 단열판재를 제공하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 건축용 복합 단열 판재는 투습저항계수가 μ-value ("mu-value") ≥ 10,000 이면서 준불연성 성능의 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR)을 포함하는 제1단열층, 상기 제1단열층 위에 형성되며, 준불연 성능의 발포스티렌(EPS)을 포함하는 제2단열층 및 상기 제1단열층과 상기 제2단열층 사이에 형성되는 난연성 접착제층을 포함한다.

Description

난연 및 방습 성능이 우수하고 에너지 효율이 향상된 건축용 복합 단열재{Composite insulation for buildings with excellent flame retardant and moisture-proof performance and improved energy efficiency}

본 발명은 건축용 복합 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축물의 천정 또는 벽체 등의 평명 또는 3차원 설치구간에 사용 가능하며, 난연 및 방습 성능이 우수하고 에너지 효율이 향상된 건축용 복합 단열재에 관한 것이다.

건축용 단열재는 건물의 내외벽체, 천정 및 각 설비에 사용된다. 건축용 단열재는 기본적으로 각족 각종 건축관련 법령 또는 고시규정 등이 요구하는 성능을 만족시켜야 한다. 특히 에너지절약기준에 근거한 열관류율을 만족해야 한다. 그러나 건축물의 설계 시점에 적용되는 열관류율은 단순히 단열재 및 구성품목의 초기 열전도도를 기준으로 계산되고 있다.

유기질과 무기질 단열재들은 수분에 노출되고 상온에 노출되어 내포된 가스층이 방출되면서 시간의 흐름에 따라 열전도도가 상승하여 단열성능이 저하되는 경시변화의 기질을 보인다.

경시 변화에 따라 단열성능이 저하되며, 에너지손실 및 결로 발생으로 이어지며, 이로 인해 건축물 구조 및 구성체의 부식, 곰팡이 및 세균생장을 유발하는 문제점이 발생할 수 있다.

열교현상은 점, 선, 면의 형태로 단열이 파괴된 곳을 통해 열기와 냉기가 이동하여 에너지 손실로 이어지는 것을 의미한다. 대부분의 단열판넬은 그 설치 과정에서 이음매부위의 열교현상을 보완하기 위하여 우레탄폼 혹은 씰란트 처리를 실시한다. 우레탄폼 및 씰란트는 경시변화에 따라 씰링 성능이 파괴되며, 결국 열교를 장기적으로 막을 수 없으며 이는 건축물의 노후화로 이어지게 된다. 열교를 방지하기 위해, 단열의 적층 이음매에 팀이 없애는 것이 필요하다.

건축 내외장재에서 단열성능과 동시에 요구되는 성능 중 하나는 난연성이다. 공동주택, 물류센터, 다중이용 시설에서의 화재는 많은 인명 피해와 재산손실을 야기시키므로 난연성을 중요한 요소이다. 난연성능은 건축법시행령, 건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준(국토교통부고시), 건축물의 피난ㆍ방화구조 등의 기준에 관한 규칙에 대한 고시가 새로이 이루어 이루어짐에 따라, 기존의 시험 평가 방법이 유기단열재의 표면에 방열시트, 금속강판, 흑연발표체, 석고보드층 등이 복합으로 이루어진 곳에 진행된 콘칼로리미터법 및 유해성가스 시험을 이제는 단열재 심재에 대하여 직접 진행하도록 규정하고 있다. 새로운 고시에 의해 보통의 유기 단열재는 표면처리 없는 심재시험에서 착화, 칼로리발생량 초과, 유해가스발생으로 이어져 난연 성능 이상을 획득하기 어렵다. 특히 22M 이상 혹은 6층이상의 건축물은 결과적으로 난연성능을 심재로서 만족하는 단열재가 사용되어야 하며, 최종적으로 구성된 벽체는 준불연 이상의 성능을 만족해야 한다.

한편, 단열 성능이 파괴된 곳으로 에너지의 이동이 발생하며, 이 때에 수증기의 이동이 함께 수반된다. 열교는 결로를 발생시키며 이는 건축물 구조 및 구성체의 부식, 곰팡이 및 세균생장을 유발한다. 글라스울, 미네랄울 등의 무기단열재는 열린구조의 소재이며 그 이음매들도 열려있으므로, 단열재 혹은 샌드위치패널로 설치된 경우 열교가 관찰되며 결로로 인한 곰팡이 및 세균이 생장하여 악취를 발생시키며 위생 문제 및 건축물의 노후화 및 에너지 손실을 유발한다. 폴리우레탄계 (경질, 연질, 뿜 포함) 단열재는 경시변화에 따라 열전도도가 증가하며 그 이음매의 열교가 관찰된다. 뿜칠의 초기에는 이음매가 없이 시공되나, 경시변화에 의해 갈라짐 현상 및 이탈락 현상을 관찰할 수 있으며, 특히 강판 마감과 긴밀 시공이 되지 않아 결로와 부식으로 이어진 경우가 종종 확인된다. 결국 결로로 인한 위생성에 영향이 발생한다. 페놀폼 단열재 또한 그 이음매에 열교 및 결로가 관찰되며, 경시변화로 인한 열전도도 상승이 발생한다. 결로에 의한 응축수 및 우수에 노출되는 경우 Phenolic Acid 및 VOC가 용출되며, 관련 구조재 및 부재를 급속히 부식시키는 문제로 미국, 유럽등지의 해외에는 사용 중지 상태에 들어가 있다.

따라서, 단열효율이 유지되면서 난연, 방습 성능을 갖추면서, 법령상의 기준을 확보할 수 있는 건축용 단열 판재의 개발이 필요한 실정이다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

등록특허공보 제10-2127079호(2020.06.26)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 초기의 열전도율을 유지하여 단열성능을 유지하면서도, 준불연 이상의 난연성능과 방습성능이 우수한 건축용 복합 단열판재를 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 건축용 복합 단열 판재는 투습저항계수가 μ-value ("mu-value") ≥ 10,000 이면서 준불연성 성능의 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR)을 포함하는 제1단열층, 상기 제1단열층 위에 형성되며, 준불연 성능의 발포스티렌(EPS)을 포함하는 제2단열층 및 상기 제1단열층과 상기 제2단열층 사이에 형성되는 난연성 접착제층을 포함한다.

상기 제2단열층을 염화파라핀, 파라핀계오일 및 고무계 수지 중 어느 하나 이상을 폴리스티렌 입자의 표면층에 침투시키고, 흑연, 팽창질석 및 카본블랙 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

삭제

상기 접착제층은 클로로프렌 고무일 수 있다.

본 발명에 의한 건축용 복합 단열판재에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 초기단열성능에 의한 열관류율을 만족할 뿐만 아니라, 경시변화를 최소화하여 장기적으로 단열성능 저하를 최소화할 수 있다.

둘째, 단열판재의 실치 시 이음매 열교를 방지하여 에너지 손실 및 결로를 예방할 수 있다.

셋째, 결로를 방지하여 곰팡이 및 세균 생장을 억제할 수 있어 위생을 확보함과 동시에 건축물의 노후화를 방지할 수 있다.

넷째, 준불연 성능을 확보하여 화재시 안전성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 건축용 복합 단열판재 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 건축용 복합 단열판재를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 건축용 복합 단열판재의 설치 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 건축용 단열 판재의 이음새 부분과 시공상태에 대한 열화상 촬영 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 건축용 단열 판재의 제1단열층(10)과 일반 단열판재의 세균증식 정도를 나타낸 도면이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 건축용 단열 판재에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 건축용 복합 단열판재 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 건축용 복합 단열판재를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 건축용 복합 단열판재의 설치 예시를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 건축용 복합 단열판재는 제1단열층(10), 제2단열층(20), 접착제층(30)을 포함한다.

상기 제1단열층(10)은 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR)을 포함한다. 제1단열층의 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR) 소재는 단열성능을 확보한다. 초기 단열성능 만족을 위해 에너지절약기준 단열재 "가"등급에 속하는 열전도도 0.036 (W/m·k) 이하를 만족시킨다. 본 발명의 NBR 소재는 열전도도가 0.033 (W/m·k)에 해당한다. 본 발명에 적용된 NBR (Nitrile Butylene Rubber) 로 되어 있는 단열판재는 DIN EN ISO 12572에 따라 투습저항계수 μ-value ("mu-value") ≥ 10,000 로서, 습기, 수분에 대한 저항성을 가지며 경시변화가 최소화되어 10-20년 사용 기간 동안의 단열 성능 변화가 현저하게 나타나지 않는 성능을 보인다.

상기 제2 단열층(20)은 발포스티렌(EPS)을 포함한다. EPS 판재의 경우에도 단열성능을 확보하기 위함이며, EPS 단열판재는 열전도도 0.037 (W/m·k)에 해당한다. EPS (Extruded Polystyrene) 로 되어 있는 단열판재 또한, 습도 및 온도변화에 따른 경시변화가 최소화된 재료이다. 그러므로, 경시변화를 최소화할 수 있는 단열판재를 실현할 수 있다.

상기 접착제층(30)은 클로로프렌 고무일 수 있다. 접착제층에 의해 본 발명에 따른 건축용 단열 판재는 제1단열층 및 제2단열층의 복층구조이다. NBR 단열판재는 이어지는 단열재와의 부착에 있어 난연접착제를 사용하며. 이 때 난연접착제가 도포된 이음매 부위는 표면이 미세하게 용해되며, 접합 후에는 화학적으로 결합한 상태가 되므로, 이음매를 없앨 수 있게 된다. 인장 실험을 통해서 이음매가 아닌 본체에서 파괴지점이 발생한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1단열층(10)과 제2단열층(20)를 결합하는 과정에서 이음매를 없애기 위해 단순한 연결 접착 외에도 적층 시 엇갈림적층 (Stagged Lamination)을 하면 더 용이하게 이음매 열교를 방지할 수 있다

본 발명에 적용된 NBR (Nitrile Butylene Rubber) 로 되어 있는 제1단열층(10)은 DIN EN ISO 12572에 따라 투습저항계수 μ-value ("mu-value") ≥ 10,000 로서, 습기, 수분에 대한 저항성을 가진다. 단열판재의 이음매를 없애는 적층 및 연결방법과 더불어 결로를 방지할 수 있다. 본 발명에 NBR (Nitrile Butylene Rubber) 로 되어 있는 제1단열층(10)은 또한 높은 수준의 투습저항계수 μ-value ("mu-value") ≥ 10,000 로서 방습층 (Vapor Barrier) 역할을 할 수 있다.

NBR (Nitrile Butylene Rubber) 로 되어 있는 제1단열층(10)은 준불연 성능을 가진다.

EPS (Extruded Polystyrene) 로 되어 있는 제2단열층(20)은 그 제조과정에서 난연성능을 향상시키기 위해 염화파라핀, 파라핀계오일, 고무계수지 중 1종 이상을 폴리스티렌 입자의 표면층에 침투시키고 흑연, 팽창질석, 카본블랙 중 1종 이상을 0.05-10 중량부 이상을 포함함으로써 준불연 성능을 가진다.

접착제층(30)은 클로로프렌 고무 (Chloroprene Rubber)계로 난연 성능을 가지며, 0.4 - 5 mm 의 두께로 도포될 수 있다.

이와 같이 3개의 적층 구조를 통하여 단열, 방습, 난연 성능을 확보할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 건축용 단열 판재의 이음새 부분과 시공상태에 대한 열화상 촬영 사진이다. 도 4를 참조하면 단열 판재간의 이음새 부분에 열이 누출되지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한 엇갈림 방식으로 설치하여 이음매를 없애고 열교를 방지하여 에너지 손실 및 결로를 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 건축용 단열 판재의 제1단열층(10)과 일반 단열판재의 세균증식 정도를 나타낸 도면이다. 초기에 일정한 양의 세균을 포함하는 액적을 분무한 후에 일정시간 도과 후 세균증식여부를 관찰할 사진이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 건축용 단열 판재의 제1단열층(10)의 경우 세균이 증식되지 않는 것을 확인 할 수 있다.

준불연 성능과 관련한 기준은 다음과 같다.

한국산업규격 KS F ISO 5660-1[연소성능시험-열 방출, 연기 발생, 질량 감소율-제1부:열 방출률(콘칼로리미터법)]에 따른 가열시험 결과, 제5조제2항제2호에 따른 모든 시험에 있어 다음 각 목을 모두 만족한다.

가. 가열 개시 후 10분간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하일 것

나. 10분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200kW/㎡ 를 초과하지 않을 것

다. 10분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열(시험체가 갈라져 바닥면이 보이는 변형을 말한다), 구멍(시험체 표면으로부터 바닥면이 보이는 변형을 말한다) 및 용융(시험체가 녹아서 바닥면이 보이는 경우를 말한다) 등이 없어야 한다.

복합자재의 경우에는 위 조건을 만족하는 동시에 심재의 일부 용융 및 수축(시험체의 심재가 녹거나 줄어들어 시험체 바닥면의 강판이 보이는 경우를 말한다)이 없어야 한다.

본 발명에 따른 건축용 단열 판재의 경우 위와 같은 준불연 성능을 만족하며 이에 따른 화재 안전을 도모할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 제1단열층
20: 제2단열층
30: 접착층

Claims (4)

1. 투습저항계수가 μ-value ("mu-value") ≥ 10,000 이면서 준불연성 성능의 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR)을 포함하는 제1단열층;
   상기 제1단열층 위에 형성되며, 준불연 성능의 발포스티렌(EPS)을 포함하는 제2단열층; 및
   상기 제1단열층과 상기 제2단열층 사이에 형성되는 난연성 접착제층;
   을 포함하는 건축용 복합 단열 판재.
   
2. 삭제
3. 청구항1에 있어서,
   상기 제2단열층을 염화파라핀, 파라핀계오일 및 고무계 수지 중 어느 하나 이상을 폴리스티렌 입자의 표면층에 침투시키고, 흑연, 팽창질석 및 카본블랙 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 복합 단열 판재.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 접착제층은 클로로프렌 고무인 것을 특징으로 하는 건축용 복합 단열 판재.

Images