KR102532293B1 - 그라스울을 포함하는 단열용 스프레이 폼 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그라스울을 분사하는 방식으로 단열재 시공할 수 있는 단열용 스프레이 폼 조성물에 관한 것으로, 단열성, 난연성, 내열성, 발수성이 우수하면서도, 항 흐름성이 좋아서 작업성이 우수하고, 경화(굳는) 시간도 짧아 시공시간이 짧은 것에 특징이 있다.

Description

그라스울을 포함하는 단열용 스프레이 폼 조성물{Insulation spray foam composition comprising glass wool}
본 발명은 그라스울을 포함하는 단열용 스프레이 폼 조성물에 관한 것이다.
폴리우레탄 스프레이 폼은 기계적 강도, 단열성능 등이 우수하고, 시공이 간편하여 건설현장에서 뿜칠용 단열소재로 널리 사용되고 있다.
하지만, 종래 상용되던 폴리우레탄 스프레이 폼은 난연성 및 내열성 부분에서 문제가 있어, 잦은 화재 발생의 원인이 되어 왔다.
한편, 그라스울은 단열성, 흡음성, 난연성, 내열성 및 발수성 등이 우수하여, 건설현장에서 단열재로 사용되고 있으나, 판넬과 같은 형태로만 제조되어 시공 시 판넬을 적합한 크기로 잘라서 사용해야하고, 벽체가 균일하지 않은 건물에는 시공하기 어려운 점이 있는 등의 불편함이 있어 왔다.
대한민국 등록특허 제10-1876936호(2018.07.04)에는, 폴리우레탄 스프레이 폼 조성물이 기재되어 있다. 대한민국 등록특허 제10-2210648호(2021.01.27)에는, 그라스울 판넬이 기재되어 있다.
본 발명에서는 그라스울을 분사하는 방식으로 단열재 시공할 수 있는 단열용 스프레이 폼 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 그라스울, 수용성 수지, 및 경화제를 혼합하여 제조하되, 상기 수용성 수지는 카르복시메틸셀룰로즈 및 물의 혼합액이고, 상기 경화제는 인산아연 및 산화아연인 것임을 특징으로 하는 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물을 제공한다.
한편, 본 발명의 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물에 있어서, 상기 수용성 수지는 바람직하게 비산억재용 수지, 에어로젤분말, '불소실란(fluorosilane) 또는 실리콘불소화합물' 및 '화산석분말 또는 펄라이트분말'을 더욱 포함하는 혼합액인 것이 좋은데, 더욱 바람직하게 '카르복시메틸셀룰로즈 및 물의 혼합액' 100중량부에 대하여, 비산억재용 수지 3~6 중량부, 에어로젤 분말 20~30 중량부, '불소실란(fluorosilane) 또는 실리콘불소화합물' 5~10 중량부 및 '화산석분말 또는 펄라이트분말' 10~15 중량부를 혼합시킨 것을 더욱 포함하는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물에 있어서 상기 경화제는 바람직하게 인산아연 8~10 중량부 및 산화아연 0.5~1.5 중량부로 혼합한 것을 포함하는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물은 바람직하게 물유리(waterglass)를 더욱 포함하는 것이 좋다.
한편, 본 발명은 건축물의 벽체에 와이어메쉬 또는 난연섬유메쉬를 부착시켜 보강하는 단계 (a); 상기 와이어 메쉬 또는 난연섬유메쉬에 접착재층을 형성시키는 단계 (b); 및 제1항의 단열재 조성물을 분사하는 단계 (c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열벽 시공방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 단열벽 시공방법에 있어서, 상기 단계 (b)의 접착재층은 바람직하게 폴리올레핀 주쇄에 극성 작용기를 포함하는 중합체 또는 화합물로 이루어지되, 상기 극성 작용기는 카복실산기, 산무수기, 아미노기, 에폭시기, 아이소사이 아네이트기, 옥사졸린기, 말레이미드기, 인산기, 인산 에스터기, 붕산기, 붕산 에스터기 및 티아란기 중 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 단열용 스프레이 폼 조성물은 항 흐름성이 좋아서 작업성이 우수한 특성이 있다. 또한, 경화(굳는) 시간도 짧아 시공 시간을 단축시킬 수 있으며, 그 외 난연성, 내열성, 발수성이 우수한 특성도 있다.
본 발명은 그라스울, 수용성 수지, 및 경화제를 혼합하여 제조한 것을 특징으로 하는 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물을 제공한다.
그라스울은 유리 원료를 고온에서 용융한 후 고속 회전력을 이용해 섬유화시킨 단열재로, 단열성, 흡음성, 난연성, 내열성 및 발수성 등이 우수한 특징이 있으나, 주로 판넬과 같은 형태로만 제조되어, 벽체가 고르지 못한 이동식 주택의 경우에는 시공하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 단열 시공 시 우레탄 폼을 이용하기도 하는데, 우레탄 폼의 경우 내열성 및 난연성에 문제가 있어 화재에 취약한 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에서는 내열성 및 난연성이 우수한 그라스울, 수용성 수지 및 경화제를 적절한 비율로 혼합하여, 단열성, 흡음성, 난연성, 내열성 및 발수성이 우수하면서도, 항 흐름성이 좋아서 작업성이 우수하고, 경화(굳는) 시간도 짧아 우레탄 폼처럼 분사하는 방식으로 뿜칠하여 단열 시공할 수 있는 단열재 조성물을 제조할 수 있었다.
한편, 본 발명에서 상기 수용성 수지는 일 예로, 물 1~1.2리터에 카르복시메틸셀룰로즈 1~5 중량%를 함유하도록 첨가하여 제조한 것을 사용할 수 있는데, 바람직하게 여기에 비산억재용 수지 3~6 중량부, 에어로젤 분말을 20~30 중량부, '불소실란(fluorosilane) 또는 실리콘불소화합물' 5~10 중량부 및 '화산석분말 또는 펄라이트분말' 10~15 중량부를 혼합시킨 것을 더욱 포함시켜 제조한 것이 좋다.
비산 억제용 수지, 에어로젤분말, '불소실란 또는 실리콘불소화합물', '화산석분말 또는 퍼라이트분말'를 더욱 첨가하는 경우 단열성, 난연성, 내열성 및 발수성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 카르복시메틸셀룰로즈는 물에 혼합시키면 안정된 젤 형태를 가진다.
상기 비산 억제용 수지는 일 예로, 아크릴 에멀젼 또는 아크릴-우레탄 에멀젼일 수 있다.
상기 에어로젤분말은 일 예로, 실리카에어로젤, 알루미나에어로젤, 카본에어로젤, 에폭시-실리카에어로젤 복합체 및 폴리비닐부티랄-실리카에어로젤 복합체 중 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 에어로젤 분말은 단열성, 난연성 및 내열성 향상시켜 준다.
상기 '불소실란 또는 실리콘불소화합물'은 발수성 향상시켜 준다.
상기 '화산석분말 또는 퍼라이트분말'은 무게의 증가를 방지하면서도 단열성, 난연성 및 내열성 향상시켜 준다.
한편, 상기 에어로젤분말, 화산석분말, 퍼라이트분말은 30㎛ 이하의 입경을 갖는 크기를 사용함이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 상기 경화제는 바람직하게 인산아연 및 산화아연을 포함하는 경화제를 사용하는 것이 좋은데, 더욱 바람직하게 인산아연 8~10 중량부, 산화아연 0.5~1.5 중량부를 혼합시킨 경화제를 사용하는 것이 더욱 좋다. 하기 실시예에 따르면, 상기 조성비의 인산아연 및 산화아연을 포함하는 경화제를 사용하는 경우 응결시간이 매우 짧으면서도, 접착력이 우수하다.
한편, 본 발명에서 상기 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물은 바람직하게 그라스울 50~70 중량부, 수용성 수지 20~30 중량부, 경화제 5~10 중량부를 포함하도록 혼합시킨 것이 좋다. 하기 실시예에 따르면, 상기와 같은 비율로 제조하는 경우 항 흐름성이 좋아서 작업성이 우수하고, 경화(굳는) 시간도 짧아 시공 시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물은 물유리(waterglass)를 더욱 포함하는 것이 좋다. 물유리를 더욱 포함시켜 제조하는 경우 접착력(항 흐름성) 및 내화성이 더욱 우수해진다.
한편, 본 발명은 건축물의 외벽에 와이어메쉬 또는 난연섬유메쉬를 부착시켜 외벽을 보강하는 단계 (a); 상기 와이어 메쉬 또는 난연섬유메쉬에 접착재층을 형성시키는 단계 (b); 및 제1항의 단열재 조성물을 분사하는 단계 (c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열벽 시공방법을 제공한다.
본 발명의 단열벽 시공방법은 상기 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물을 사용하기 때문에, 벽체가 고르지 못한 이동식 주택에 시공하기 적합하면서도, 단열성, 흡음성, 난연성, 내열성 및 발수성이 우수하다.
이하 본 발명의 단열벽 시공방법을 단계별로 나누어 구체적으로 설명하고자 한다.
<단계 (a): 건축물의 벽체에 보강부재를 부착시키는 단계>
본 단계는 본 발명의 단열재 조성물을 분사하기 전, 벽체에 보강부재를 부착시키는 단계로, 벽체의 내구성을 향상시켜주는 단계이다.
한편, 본 단계에서 상기 건축물은 바람직하게 이동식 주택인 것이 좋다. 이동식 주택의 경우, 벽체가 고르지 못한 경우가 많은데, 고르지 못한 벽체에 스프레이 폼 형태의 단열재로 시공하는 경우, 판넬 또는 시트 형태의 단열재를 사용하는 것 보다 시공하기 편리하다.
본 단계에서 상기 보강부재는 와이어메쉬 또는 난연섬유메쉬를 사용하는 것이 좋다. 와이어메쉬를 사용하는 경우에는 내구성이 우수하고, 난연섬유메쉬를 사용하는 경우에는 벽체, 난연섬유메쉬 및 단열재 층간의 접착력이 우수하다.
<단계 (b): 상기 보강부재에 접착재층을 형성시키는 단계>
본 단계는 보강부재에 접착재층을 형성시켜, 벽체, 보강부재 및 단열재층 간의 접착력을 향상시켜주는 단계이다.
한편, 본 단계에서 상기 접착재층은 접착재를 바르거나, 접착시트를 부착시키는 방식으로 형성시킬 수 있는데, 상기 접착재 또는 접착시트는 폴리올레핀 주쇄에 극성 작용기를 포함하는 중합체 또는 화합물로 이루어진 것이 좋다. 폴리올레핀 주쇄에 극성 작용기를 포함하는 중합체 또는 화합물로 이루어진 접착재층은 접착성이 우수하면서도 난연성이 우수하다. 상기 극성 작용기는 일 예로, 카복실산기, 산무수기, 아미노기, 에폭시기, 아이소사이 아네이트기, 옥사졸린기, 말레이미드기, 인산기, 인산 에스터기, 붕산기, 붕산 에스터기 및 티아란기가 있다.
<단계 (c): 본 발명의 단열재 조성물을 분사하는 단계>
본 단계는 상기 본 발명의 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물을 분사하여 단열재층을 형성시키는 단계이다. 일 예로, 상기 본 발명의 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물을 50~200mm 두께로 분사하고, 경화되도록 기다려줌으로써 단열재층을 형성시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예 및 실험예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예 및 실험예에만 한정되는 것은 아니고 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.
[실시예 1: 본 발명의 스프레이 폼 조성물 제조]
1) 수용성 수지 (바인더) 제조
교반기를 사용하여 물 1.1리터와 카르복시메틸셀룰로즈를 650rpm으로 50분동안 혼합하여 카르복시메틸룰로즈 3중량%를 함유하는 수용성 수지를 제조하였다.
이후 상기 수용성 수지 100 중량부를 기준으로 하여 비산 억제용 수지 (아크릴 에멀젼) 3 중량부, 에어로젤분말(실리카에어로젤) 30 중량부, 불소실란 10 중량부, 화산석분말 10 중량부를 더 첨가하고, 50분 동안 교반하여, 단열성 및 내화성을 더욱 강화시킬 수 있는 수용성 수지를 제조하였다.
2) 본 발명의 스프레이 폼 조성물 제조 1
상기 제조한 단열성 및 내화성을 더욱 강화시킬 수 있는 수용성 수지, 40μm 이하의 크기로 입자화된 그라스울, 경화제(인산아연 9: 산화아연 1 중량 비율)를 하기 표 1의 조성로 10분간 혼합하여 본 발명의 스프레이 폼 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1
(중량 비율)		 실시예 1-2
(중량 비율)		 비교예 1
(중량 비율)		 비교예 2
(중량 비율)
그라스울 60 50 40 60
수용성 수지 25 25 25 25
경화제 8 8 8 4
3) 본 발명의 스프레이 폼 조성물 제조 2
상기 제조한 단열성 및 내화성을 더욱 강화시킬 수 있는 수용성 수지, 40μm 이하의 크기로 입자화된 그라스울, 경화제(인산아연 9: 산화아연 1 중량 비율) 및
물유리(waterglass, 규산나트륨 수용액)을 하기 표 2의 조성비로 10분간 혼합하여 본 발명의 스프레이 폼 조성물을 제조하였다.
실시예 2
(중량 비율)
그라스울 50
수용성 수지 30
경화제 5
물유리 15
[실험예 1: 본 발명 스프레이 폼 조성물의 접착력(항 흐름성) 비교]
본 실험예에서는 상기 실시예 1에서 제조한 본 발명 스프레이 폼 조성물의 접착력을 비교하고자 했다.
비교를 위해 벽면에 난연수지매쉬시트를 부착시킨 후, 난연수지매쉬시트 위에 상기 실시예 1에서 제조한 본 발명 스프레이 폼 조성물을 50mm 두께로 분사하고, 1시간 후에 흘러내려간 거리를 측정하였다. 이후, 가장 접착력이 좋았던 실시예 2를 기준으로, 상대적 이동거리(비교대상의 이동거리/실시예 2의 이동거리)을 계산하였다 (표 3).
실시예 1-1 실시예 1-2 실시예 2 비교예 1 비교예 2
상대적
이동거리		 108% 121% 100% 133% 151%
[실험예 2: 본 발명 스프레이 폼 조성물의 경화시간 비교]
본 실험예에서는 상기 실시예 1에서 제조한, 단열용 스프레이 폼 조성물이 경화하는데 걸리는 시간을 비교하고자 했다.
비교를 위해 벽면에 난연수지매쉬시트를 부착시킨 후, 난연수지매쉬시트 위에 상기 실시예 1에서 제조한 본 발명 스프레이 폼 조성물을 50mm 두께로 분사하고, 경화까지 걸리는 시간을 측정하였다. 이후, 가장 경화시간이 빠른 실시예 1-1(2시간)을 기준으로, 상대적 경화시간%(비교대상의 경화시간/실시예 1-1의 경화시간)을 계산하였다 (표 4). 한편, 표 4를 보면, 물유리를 더욱 포함시켜 제조하여도, 경화시간에는 유의미한 차이가 없는 것을 확인할 수 있다. 한편, 본 발명의 스프레이 폼 조성물 (실시예 1-1)은 분사 후 2시간 정도면, 움직임이 전혀 없을 정도로 굳는 것을 확인할 수 있었고, 24시간 정도면 완전히 경화되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1-1 실시예 1-2 실시예 2 비교예 1 비교예 2
상대적
경화시간%		 100% 112% 103% 116% 145%
[실험예 3: 본 발명 스프레이 폼 조성물의 내화성 확인]
본 실험예에서는 상기 실시예 1에서 제조한, 단열용 스프레이 폼 조성물의 내화성을 확인하고자 했다.
이를 위해, 상기 제조한 본 발명 스프레이 폼 조성물 및 시판의 우레탄 폼 단열재를 50mm 두께로 분사하고, 경화시켰다. 이후, 화염토치로 화염을 조사하며, 완전히 타는데 걸리는 시간을 측정하였다. 가장 타는데 오래 걸린 실시예 2를 기준으로, 상대적 시간%(비교대상의 시간/실시예 2의 시간)을 계산하였다 (표 5). 표 5를 보면, 본 발명의 스프레이 폼 조성물은 내화성이 우수해 타는데 오래 걸리는 것을 확인할 수 있다. 또한, 물유리를 더욱 넣어 제조하는 경우 내화성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 1-1 실시예 2 우레탄 폼 단열재
상대적 시간% 93% 100% 15%

Claims (7)

  1. 40μm 이하의 크기로 입자화된 그라스울 50~70 중량부, 수용성 수지 20~30 중량부 및 경화제 5~10 중량부를 혼합하여 제조한 것으로, 건축물의 벽체에 50~200mm 두께로 스프레이 분사하여 단열벽 시공이 가능한 조성물로서,
    상기 수용성 수지는 '물 1~1.2리터에 카르복시메틸셀룰로즈 1~5 중량% 함유하도록 만든 혼합액' 100중량부에 대하여, 비산억재용 수지 3~6 중량부, 에어로젤 분말 20~30 중량부, '불소실란(fluorosilane) 또는 실리콘불소화합물' 5~10 중량부 및 '화산석분말 또는 펄라이트분말' 10~15 중량부를 첨가한 것이고;
    상기 경화제는 인산아연 8~10 중량부 및 산화아연 0.5~1.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 뿜칠용 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 뿜칠용 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물은,
    물유리(waterglass)를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 뿜칠용 스프레이 폼 형태의 단열재 조성물.
  6. 건축물의 벽체에 와이어메쉬 또는 난연섬유메쉬를 부착시켜 보강하는 단계 (a);
    상기 와이어 메쉬 또는 난연섬유메쉬에 접착재층을 형성시키는 단계 (b); 및
    제1항의 단열재 조성물을 50~200mm 두께로 분사하여 뿜칠 시공하는 단계 (c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열벽 시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (b)의 접착재층은,
    폴리올레핀 주쇄에 극성 작용기를 포함하는 중합체 또는 화합물로 이루어지되, 상기 극성 작용기는 카복실산기, 산무수기, 아미노기, 에폭시기, 아이소사이 아네이트기, 옥사졸린기, 말레이미드기, 인산기, 인산 에스터기, 붕산기, 붕산 에스터기 및 티아란기 중 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열벽 시공방법.
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