KR102549309B1 - 폐섬유를 포함하는 건축 및 가구용 초지 패널. - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐섬유를 포함하는 섬유재를 사용하여 제조된 초지 및 함침 조성물로 이루어진 건축 및 가구용 초지 패널에 관한 것으로서, 상기 함침 조성물은 트리페닐포스페이트(TPP), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 데카브로모디페닐에탄(DBDPE)로 이루어진 난연제; 및 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트의 공중합체(poly(n-buthylacrylate)-b-poly(methylmethacrylate), PBA-PMMA)로 표면처리된 실리카로 이루어지며, 건축용 내장재, 가구 등의 소재로 사용하기에 적합한 향상된 난연성을 나타낼 수 있다.
Description
본 발명은 폐섬유를 포함하는 건축 및 가구용 초지 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 폐섬유를 활용하며 난연제를 포함함으로써 자원 재활용 및 난연 성능을 향상시켜 건축 내장재, 가구 등에 사용할 수 있는 초지 패널에 관한 것이다.
건축용 내장재로 사용되는 패널은 화재에 대비하기 위하여 불연 또는 준불연 소재로 제조되고 있다. 불연성 패널로는 질석, 시멘트, 황토 등의 소재로 제조되고 있으나, 불연성을 높이기 위해 사용되는 소재는 무겁고 시공성이 좋지 않고 재단 및 가공이 까다로울 뿐만 아니라 유해성분이 검출되는 등의 문제점이 있다. 따라서 화재 발생 시 대피시간을 확보할 수 있도록 준불연 소재를 이용한 패널이 개발되고 있다. 이러한 패널은 난연제를 포함하는 소재를 이용하고 있으나 난연 처리가 불충분하여 충분한 난연효과를 얻지 못하는 경우가 많다.
대한민국 공개특허공보 10-2018-0107524호에서는 초지를 난연제에 포함하여 함침 조성물에 함침시킴으로써 준불연성 섬유 판재를 제조하고 있으나, 함침 공정으로는 난연제 성분이 충분히 함유되지 않아 충분한 난연성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-0776377호에서는 실리콘 방염 조성물을 직물, 패널, 판재, 부직포 등에 함침 코팅하여 방염 효과를 얻는 점에 대해 기재되어 있으나, 이 경우에도 함침 공정을 통해 난연 성분이 기재에 충분히 함유되지 못하기 때문에 난연성을 향상시키는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 난연제 성분이 고분산되도록 개선된 함침 조성물을 포함함으로써 난연성 및 내구성을 향상시킨 초지 패널을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 건축 및 가구용 초지 패널은 폐섬유를 포함하는 섬유재를 사용하여 제조된 초지 및 함침 조성물로 이루어진 것으로서, 상기 함침 조성물은 트리페닐포스페이트(TPP), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 데카브로모디페닐에탄(DBDPE)로 이루어진 난연제 및 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트의 공중합체(poly(n-buthylacrylate)-b-poly(methylmethacrylate), PBA-PMMA)로 표면처리된 실리카로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 섬유재는 비팅 공정을 통해 연마된 섬유재일 수 있다.
또한, 상기 초지 패널은 상기 초지를 상기 함침 조성물에 함침한 후 열압착하여 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 초지 패널은 초지를 함침 조성물에 함침하여 제조되는 것으로서, 상기 함침 조성물에 함유된 난연제 성분이 상기 초지에 충분히 함침되기 때문에 초지 패널의 난연성을 향상시키는 효과를 나타낸다.
도 1은 멤브레인 패널(a), 난연성 초지 패널(b) 및 목재 패널(c)을 사용하여 제조된 도어 시험체에 대한 직화 연소실험 결과를 나타낸 사진이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 난연성 초지 패널은 건축 및 가구용 소재로 사용할 수 있는 것으로서, 난연성을 부여하기 위하여 폐섬유를 포함하는 섬유재를 사용하여 제조된 초지 및 함침 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 함침 조성물은 트리페닐포스페이트(TPP), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 데카브로모디페닐에탄(DBDPE)로 이루어진 난연제 및 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체(poly(n-buthylacrylate)-b-poly(methylmethacrylate), PBA-PMMA)로 표면처리된 실리카로 이루어진다.
일반적으로 초지 패널은 섬유재를 사용하여 제조된 초지를 제조하는 초지 공정과, 상기 초지 공정에 의해 수득된 초지를 함침 조성물에 함침한 후 이를 열압착 성형함으로써 제조되는데, 난연성을 부여하기 위하여 상기 함침 조성물에 난연제를 첨가하여 가공할 수 있다.
본 발명의 초지 패널은 이러한 종래의 초지 패널을 제조하기 위한 함침 조성물의 성분을 최적화함으로써 난연제 성분이 초지 패널에 고분산되어 난연성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 함침 조성물에 함유되는 난연제로는 트리페닐포스페이트, 수산화알루미늄 및 데카브로모디페닐에탄의 3가지 성분으로 이루어진 난연제를 적용하고 있는데, 상기 난연제의 조합에 의해 초지 패널의 난연성능을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 특히, 상기 난연제의 각 성분을 적절한 비율로 혼합하면 초지 조성물을 구성하는 성분들과의 상용성을 높일 수 있기 때문에 난연제의 함량을 높이더라도 함침 공정이 원활히 이루어지는 것으로 나타나 일반적인 함침 공정에 비해 더 많은 양의 난연제를 함침시킬 수 있는 것으로 나타났다.
상기 함침 조성물을 구성하는 난연제는 구체적으로 트리페닐포스페이트 20 내지 30 중량%, 수산화알루미늄 50 내지 60 중량% 및 데카브로모디페닐에탄 10 내지 20 중량%로 이루어진 난연제를 사용하는데, 이를 통해 인계 난연제인 트리페닐포스페이트나 브롬계 난연제인 데카브로모디페닐에탄으로 인한 응집이 발생하지 않으면서도 함침 공정시 양호한 분산성을 확보할 수 있게 된다. 또한, 상기 난연제를 구성하는 수산화알루미늄은 난연 효과뿐만 아니라 초지를 구성하는 섬유재의 친수성을 높여 결합력을 향상시킬 수 있게 한다.
상기 난연제를 구성하는 각 성분들은 50 내지 150㎛의 입도로 분급하여 사용하는 것이 바람직한데, 이는 초지를 구성하는 섬유재 내에서의 분산성을 감안한 것으로서, 입도가 너무 작은 경우 함침 공정에서 섬유재 내에 분산되지 않는 미반응 분말의 발생량이 증가하며 너무 큰 경우에도 충분한 함침이 이루어지지 않기 때문에 상기 크기 범위가 되도록 분급하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 함침 조성물에는 실리카가 함유되는데, 특히, 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트의 공중합체로 표면처리된 실리카를 사용함으로써 난연제의 분산성과 성형성을 향상시키고 있다. 상기 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체는 실리카 입자와 그래프트 공중합함으로써 표면처리된 실리카 입자를 형성하게 된다. 이러한 표면처리된 실리카 입자는 일종의 분산제 역할을 하면서도 공중합체의 말단에 결합되는 실리카의 친수성으로 인해 초지를 구성하는 섬유재 내에서 난연제가 빠르게 분산되어 흡착을 촉진할 수 있도록 하는 것으로 나타났다.
폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트의 공중합체는 부틸아크릴레이트와 메틸메타크릴레이트가 1:1의 중량비로 함유된 공중합체의 경우 코팅제로 사용되며, 부틸아크릴레이트 함량이 90 중량% 이상인 경우에는 접착제로 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 즉, 상기 공중합체의 물성은 공중합체의 조성비에 의해 달라질 수 있다.
본 발명에서는 상기 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트의 공중합체로서, 폴리부틸아크릴레이트 10 내지 20 중량% 및 폴리메틸메타크릴레이트 80 내지 90 중량%로 조성된 공중합체를 사용하고 있다. 또한, 상기 공중합체에 실리카를 부가하여 그래프트 공중합체를 형성하기 위하여 상기 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트의 공중합체 80 내지 90 몰%에 0.1 내지 0.5㎛의 실리카 입자 10 내지 20 몰%가 되도록 공중합체와 실리카 입자를 혼합하고 그래프트 공중합체하여 표면처리된 실리카를 제조할 수 있다.
즉, 상기 함침 조성물은 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트의 공중합체를 제조하는 단계, 상기 공중합체에 실리카 입자를 혼합하여 표면처리된 실리카를 제조하는 단계, 상기 실리카에 난연제를 혼합하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 함침 조성물은 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체 30 내지 40 중량부, 표면처리된 실리카 10 내지 20 중량부 및 난연제 50 내지 60 중량부로 이루어지며, 원활한 함침을 위해 물 50 내지 200 중량부를 부가하여 수용액을 형성하여 사용하게 된다. 또한, 상기 초지 패널에 색상을 부여하기 위하여 상기 함침 조성물을 제조하는 과정에서 무기안료를 첨가할 수도 있다.
상기 표면처리된 실리카 입자는 폴리부틸아크릴레이트와 실리카 입자를 브롬화 구리(CuBr2) 및 아스코르브산의 존재하에 반응시켜 폴리부틸아크릴레이트로 표면처리된 실리카 입자를 제조하고, 상기 실리카 입자에 다시 메틸메타크릴레이트를 부가하고 브롬화 구리 존재하에 반응시켜 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체가 실리카 입자를 표면처리한 형태의 실리카를 수득할 수 있다. 이후, 제조된 실리카에 난연제를 부가하여 교반함으로써 함침 조성물을 수득하게 된다.
상기와 같이 수득된 함침 조성물에 초지를 함침시키는데, 상기 초지는 폐섬유를 포함하는 섬유재를 사용하여 통상의 초지 제조공정을 적용함으로써 수득될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2018-0107524호에서는 준불연 초지 섬유판재를 제조하기 위하여 초지 공정에서 난연제를 함유하는 초지 조성물과 섬유재를 섞어 초지를 제조하고 있으며, 제조된 초지를 다시 난연제가 함유된 함침 조성물에 함침시키는 공정을 적용하고 있다. 이러한 두 차례의 난연제 도입에 의해 초지 내부에 난연제의 함량을 늘일 수는 있으나, 초지 제조공정에서 난연제가 함유되면 초지 자체의 내구성이 저하되어 공정 불량이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 공정과는 달리 초지를 통상의 초지 공정으로 제조한 후 함침 공정만으로 초지 섬유질 내에 난연제가 도입되도록 하고 있다. 또한, 이러한 공정만으로도 충분한 난연효과를 달성할 수 있도록 함침 공정을 위한 함침 조성물의 성분 및 함량을 최적화하고 있다.
상기 섬유재는 폐섬유를 이용하는데, 상기 폐섬유는 면, 펄프, 폴리에스테르, 폴리프로펠렌에서 선택된 천연섬유나 합성섬유를 단독으로 사용할 수도 있고 또는 혼합된 섬유를 사용할 수도 있다. 또한, 폐섬유와 일반섬유를 혼합하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 섬유재를 이용하여 초지 공정을 수행하기에 앞서 비팅(beating) 공정을 통해 섬유재를 연마 처리할 수 있다. 상기 비팅 공정에서는 섬유재를 미세한 분말 형태로 분쇄한 후 수조에 투입하여 2 내지 3시간 동안 연마하게 된다.
이와 같이 연마 처리된 섬유재를 이용하여 초지를 제조하는데, 섬유재를 탈수 건조하는 공정이며, 지층형성, 압착탈수, 건조, 표면처리 등의 통상의 초지 공정을 적용할 수 있다. 즉, 헤드박스에서 분출된 섬유재를 와이어부에 도입하여 지필로 형성된 다음, 압착부에서 압착 탈수 과정을 거치며, 건조부에서 잔류수분을 증발시킨 다음 캘린더에서 종이의 두께가 조절되어 초지로 완성된다.
상기 초지는 두께가 1 내지 5㎜가 되도록 제조할 수 있다. 초지의 두께가 너무 두꺼우면 이후 함침 공정에서 난연제의 함침이 원활하지 않으며 두께가 너무 얇으면 후공정에서 초지의 손상이 발생할 수 있기 때문에 상기 두께 범위가 되도록 제조하는 것이 바람직하다.
상기 함침 공정은 상기 함침 조성물이 수납된 함침조에 상기 초지를 투입하고 상기 함침조 내에 설치된 압축 가이드 롤러를 거치면서 함침시킨 후 스틸 압축 롤러로 가압함으로써 초지의 수분 함량을 줄이면서 함침 과정을 진행할 수 있다. 또한, 초지를 구성하는 섬유질 내에 함침 조성물의 성분이 침투할 수 있도록, 상기 가이드 롤러로 음각 및 양각으로 만든 롤러를 사용하여 가압하면서 함침되도록 할 수도 있고, 상기 함침 공정 후 수득된 난연성 초지 패널을 건조하는 공정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 난연성 초지 패널을 열압착기를 이용하여 열압착 성형할 수 있다. 상기 열압착 성형은 평면 열압착 성형이며 이를 통해 초지를 구성하는 섬유질의 평활도와 안정성을 유지할 수 있다. 상기 열압착 성형 공정을 수행할 때 상기 열압착기의 상단에 금형을 부착하여 상기 난연성 초지 패널의 표면에 다양한 문양을 형성할 수도 있다.
이러한 열압착 성형을 하거나 또는 건조된 난연성 초지 패널을 2매 이상의 합지하는 합지 공정을 수행함으로써 합지된 판재 또는 보드 형태로 제조할 수 있다. 상지 합지 공정은 상기 난연성 초지 패널의 용도에 따라 2 내지 6매의 범위에서 적층하여 합지할 수 있다. 또한, 상기 합지 공정을 위하여 합지할 난연성 초지 패녈의 표면에 접착제를 도포한 후 적층하여 접착할 수 있다. 이와 같이 합지 공정을 수행하면 두께가 2 내지 30㎜가 되도록 조절할 수 있으므로 각종 건축용 내장재의 소재로 사용할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다.
[실시예]
난연성 초지 패널의 제조를 위하여 평균 40㎜ 길이의 면 재질의 폐섬유를 분쇄한 후 분쇄물 100 중량부를 수조에 투입하고 2시간 동안 비팅 공정을 수행하였다.
수득된 폐섬유를 헤드박스에 투입하였고, 상기 헤드박스에서 분출되는 폐섬유를 와이어부에서 지층을 형성하였다. 이를 가압부에서 압착 및 탈수한 후 건조부에서 잔류 수분을 증발시킨 후 캘린더를 통과하여 폭 1,000㎜, 길이 2,500㎜, 두께 2~2.5㎜의 초지를 제조하였다.
상기 초지를 함침 조성물이 저장된 함침조에 투입하였으며, 함침조 내에 설치된 가이드 롤러를 거쳐 스틸 압축 롤러로 가압하여 난연성 초지 패널을 제조하고 1차 건조하였다. 1차 건조된 난연성 초지 패널을 180℃, 200㎏/㎠의 온도와 압력으로 3분간 열압착하여 두께 2㎜의 난연성 초지 패널을 수득하였다.
이때, 함침액은 난연제 60 중량부, 실리카 15 중량부 및 폴리부틸아크릴레이트 및 폴리메틸메타크릴레이트의 공중합체 35 중량부로 이루어진 함침 조성물을 물 100 중량부와 혼합하여 제조하였다.
이때, 상기 난연제는 트리페닐포스페이트 24 중량%, 수산화알루미늄 58 중량% 및 데카브로모디페닐에탄 18 중량%를 혼합하여 사용하였으며, 부틸아크릴레이트/메틸메타크릴레이트 공중합체로는 BA 15 중량% 및 MMA 85 중량%로 조성된 공중합체를 사용하였다.
[비교예]
비교를 위하여 실시예와 동일한 함침 공정을 실시하되 함침 조성물로 액상규산칼륨 80 중량부, 울트라카브 30 중량부, 규조토 20 중량부를 물 100 중량부와 혼합한 조성물을 사용하였다.
실시예 및 비교예에 따른 난연성 초지 패널과 종래의 목재 패널에 대한 직화 연소 실험을 실시하였다. 그 결과 도 1(b)에서와 같이 실시예의 난연성 초지 패널은 직화 분사에도 연소되지 않아 난연성이 우수한 것으로 나타났다. 이에 대하여 비교예에 따른 난연성 초지 패널은 도 1(a)와 같이 난연성을 나타내어 종래의 목재 패널(도 1(c))에 비해서는 발화 정도가 약했으나 실시예에 비해 심한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 발명의 함침 공정에 의해 초지 패널에 난연제 성분이 다량 함유되기 때문인 것으로 판단되었다.
상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하며, 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
Claims (3)
- 폐섬유를 포함하는 섬유재를 사용하여 제조된 초지 및 함침 조성물로 이루어진 건축 및 가구용 초지 패널로서,
상기 함침 조성물은,
트리페닐포스페이트(TPP) 20 내지 30 중량%, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 50 내지 60 중량% 및 데카브로모디페닐에탄(DBDPE) 10 내지 20 중량%로 이루어진 난연제; 및 폴리부틸아크릴레이트 10 내지 20 중량% 및 폴리메틸메타크릴레이트 80 내지 90 중량%로 조성된 공중합체(poly(n-buthylacrylate)-b-poly(methylmethacrylate), PBA-PMMA) 80 내지 90 몰%와 실리카 입자 10 내지 20 몰%를 혼합하여 표면처리된 실리카로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축 및 가구용 초지 패널.
- 청구항 1에 있어서,
상기 섬유재는 비팅 공정을 통해 연마된 섬유재인 것을 특징으로 하는 건축 및 가구용 초지 패널.
- 청구항 1에 있어서,
상기 초지 패널은 상기 초지를 상기 함침 조성물에 함침한 후 열압착하여 제조되는 것을 특징으로 하는 건축 및 가구용 초지 패널.
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| JP2003160414A (ja) * | 2001-07-26 | 2003-06-03 | Sanyo Chem Ind Ltd | 抗菌剤 |
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2022
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