KR102558934B1 - 불연보드 제품 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무기질층; 상기 무기질층 상에 형성된 접착층; 및 상기 접착층 상에 형성된 디자인층;을 포함하는 불연보드를 제공한다.

Description

불연보드 제품 및 이의 제조방법{Non-combustible board products and their manufacturing method}
본 발명은 불연보드 제품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어, 생활이 윤택해지고 풍족해짐에 따라 실내 인테리어에 많은 관심을 갖게 되면서, 초기에는 질감 및 미감이 우수한 천연목재인 고급원목이 각광을 받았으나, 원목의 경우에는 그 형태가 각양 각색으로 다양하고 크기에 한계가 있어 판재로의 가공성이 상당히 어려워 판재의 크기가 제한되는 한계가 있으며, 또한 그 가격이 일반적으로 고가이어서 고가의 고급 가구나 건축내장재 이외에 범용으로 널리 적용시켜 사용하기에는 상당한 경제적 부담이 발생하는 단점이 있었다.
이러한 원목의 단점을 감안하여 비교적 염가로 되는 재료로서는 통상적으로 중밀도 섬유판(Medium-Density Fiberboard, MDF), 합판, 석고보드 등과 같은 인조목이나 합성목을 가구용 판재나 건축용 내장판재로 널리 사용하고 있으며, 이러한 MDF, 합판, 석고보드 등의 내장판재를 표면 처리함에 있어서는 대체로 표면에 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC) 필름을 접착하거나 일반 도료로 페인팅하는 방법, 또는 열전사필름을 이용하여 표면에 열 접착시켜 표면을 무늬와 색상을 형성하는 방법 등으로 처리된 판재를 사용하고 있음도 널리 알려져 있다.
그러나 MDF나 합판으로 구성한 판재의 경우에 있어서는 그 자체의 물성 상 난연성을 전혀 기대할 수 없기 때문에 화재발생시 쉽게 화염이 옮겨 붙어 화재사고가 대형화되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 이들의 재질 구성의 특성이나 표면에 부착되는 PVC 등의 필름 등에 의하여 연소될 때, 연기와 유독가스를 대량으로 발생시켜 화재 발생시 인명에 치명적인 피해를 가하게 되는 등의 문제점을 나타내고 있다.
그리고 석고보드는 그 자체의 물성상 경성(硬性)이어서 인장력이 약하고, 유연성이 전혀 없어 외부 충격에 취약하여, 가공이나 시공시의 절단작업 또는 못질 등에 의한 충격이 가해지는 경우 표면이 쉽게 파손되는 단점을 지니고 있어 가공이나 시공에 상당한 어려움이 뒤따르는 등의 문제점이 있다.
이를 해결하고자, 난연성과, 유연성 및 보온성이 우수하고, 환경친화적인 마그네슘과 같은 무기질 소재로 된 마그네슘 보드가 개발되어, 각종 건물의 내장재 등으로 사용되기도 하였다. 그러나 이러한 종래 마그네슘 보드에는 다양한 무늬와 형태를 갖는 마감지가 잘 부착되지 않아, 점착성이나, 제품의 균일성 등이 떨어지며, 제품의 고유 형태가 변형되는 등 여러 가지 사용상의 문제점이 발생되었다.
특허문헌 1: 대한민국공개특허 10-2020-0045293
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 디자인이 표현된 표면재를 접착제를 이용해 흡착시켜 불순물 없이 코팅할 수 있어 기존 PVC 표면재를 생략할 수 있고, 불연성, 꺾임강도, 압축강도, 열전도율 등의 특성이 우수한 불연보드 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
무기질층;
상기 무기질층 상에 형성된 접착층; 및
상기 접착층 상에 형성된 디자인층;을 포함하는 불연보드를 제공한다.
또한, 상기 무기질층은 산화마그네슘 28-32 중량부, 염화마그네슘 18-22 중량부, 복합 기능성 섬유 8-12 중량부, 일라이트 3-7 중량부, 흑운모 3-7 중량부, 벤토나이트 3-7 중량부, 알루미늄실리케이트 1-5 중량부, 칼슘실리케이트 1-5 중량부 및 규산염 17-21 중량부를 포함하는 무기질층 형성용 조성물로 형성된 것이고,
상기 복합 기능성 섬유는,
폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리하는 단계; 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계; 및 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하는 단계;를 포함하는 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 제조하는 단계;
25℃에서의 점도가 200,000-250,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산 33-37 중량부, 25℃에서의 점도가 500-1,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산 8-12 중량부, 25℃에서의 점도가 800,000-1,000,000 mPaㆍs인 폴리오가노하이드로겐실록산 8-12 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 13-17 중량부, 알루미늄하이드레이트 13-17 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 8-12 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 2-6 중량부 및 백금계 촉매 0.1-2 중량부를 혼합하고, 400-500 rpm의 회전속도로 교반하여 실리콘 조성물을 제조하는 단계; 실리카섬유에 상기 실리콘 조성물을 코팅하는 단계; 및 실리카섬유를 160-200℃의 온도에서 건조 및 경화시키는 단계;를 포함하는 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 제조하는 단계;
상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유와 상기 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 1-5:1의 중량비율로 혼타면공정을 통해 혼합한 후, 상기 혼타면공정을 거친 혼방랩을 소면, 연조, 조방 및 정방공정을 수행하여 복합 기능성 섬유를 제조하는 단계;를 수행하여 제조되는 것이고,
상기 접착층은 하기 화학식 1로 표시되는 고분자 수지 48-52 중량부, 수산화탄산마그네슘 5-9 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 5-9 중량부, 멜라민폴리포스페이트 3-7 중량부, 입자크기가 20-30 nm인 은 나노입자 2-6 중량부, 입자크기가 20-30 nm의 산화아연 나노입자 1-5 중량부, 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유 2-6 중량부 및 물 18-22 중량부를 포함하는 접착층 형성용 조성물로 형성된 것이고,
상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유는,
폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리하는 단계; 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계; 및 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하는 단계;를 수행하여 제조되는 것이고,
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서 n은 20-30이고, m은 20-30이고, p는 20-30이고, q는 20-30이고, x는 10-20이다.)
상기 디자인층은 액상규산칼륨에 침지하여 불연처리한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은
산화마그네슘 28-32 중량부, 염화마그네슘 18-22 중량부, 복합 기능성 섬유 8-12 중량부, 일라이트 3-7 중량부, 흑운모 3-7 중량부, 벤토나이트 3-7 중량부, 알루미늄실리케이트 1-5 중량부, 칼슘실리케이트 1-5 중량부 및 규산염 17-21 중량부를 혼합하고, 38-42℃의 온도에서 800-1200 rpm의 회전속도로 교반하여 무기질층 형성용 조성물을 제조하는 단계;
상기 무기질층 형성용 조성물을 금형에 투입하여 성형하는 단계;
성형된 무기질층 형성용 조성물을 140-160℃의 온도로 가열 및 경화하여 무기질층을 형성하는 단계;
상기 무기질층 상에 접착층 형성용 조성물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계; 및
상기 접착층 상에 불연처리된 디자인층을 위치시키고 압착하여 디자인층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 복합 기능성 섬유는,
폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리하는 단계; 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계; 및 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하는 단계;를 포함하는 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 제조하는 단계;
25℃에서의 점도가 200,000-250,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산 33-37 중량부, 25℃에서의 점도가 500-1,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산 8-12 중량부, 25℃에서의 점도가 800,000-1,000,000 mPaㆍs인 폴리오가노하이드로겐실록산 8-12 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 13-17 중량부, 알루미늄하이드레이트 13-17 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 8-12 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 2-6 중량부 및 백금계 촉매 0.1-2 중량부를 혼합하고, 400-500 rpm의 회전속도로 교반하여 실리콘 조성물을 제조하는 단계; 실리카섬유에 상기 실리콘 조성물을 코팅하는 단계; 및 실리카섬유를 160-200℃의 온도에서 건조 및 경화시키는 단계;를 포함하는 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 제조하는 단계;
상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유와 상기 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 1-5:1의 중량비율로 혼타면공정을 통해 혼합한 후, 상기 혼타면공정을 거친 혼방랩을 소면, 연조, 조방 및 정방공정을 수행하여 복합 기능성 섬유를 제조하는 단계;를 수행하여 제조되는 것이고,
상기 접착층 형성용 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 고분자 수지 48-52 중량부, 수산화탄산마그네슘 5-9 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 5-9 중량부, 멜라민폴리포스페이트 3-7 중량부, 입자크기가 20-30 nm인 은 나노입자 2-6 중량부, 입자크기가 20-30 nm의 산화아연 나노입자 1-5 중량부, 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유 2-6 중량부 및 물 18-22 중량부를 포함하고,
상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유는,
폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리하는 단계; 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계; 및 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하는 단계;를 수행하여 제조되는 것이고,
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서 n은 20-30이고, m은 20-30이고, p는 20-30이고, q는 20-30이고, x는 10-20이다.)
상기 디자인층은 액상규산칼륨에 침지하여 불연처리한 것을 특징으로 하는 불연보드의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 불연보드는 디자인이 표현된 표면재를 접착제를 이용해 흡착시켜 불순물 없이 코팅할 수 있어 기존 PVC 표면재를 생략할 수 있고, 불연성, 꺾임강도, 압축강도, 열전도율 등의 특성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연보드를 모식도로 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1차, 2차, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, '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. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
본 발명은
무기질층(10);
상기 무기질층(10) 상에 형성된 접착층(20); 및
상기 접착층(20) 상에 형성된 디자인층(30);을 포함하는 불연보드(100)를 제공한다.
이때, 도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 불연보드(100)를 모식도로 나타내었으며, 이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 불연보드(100)에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 불연보드(100)는 무기질층(10)을 포함한다.
상기 무기질층(10)은 산화마그네슘 28-32 중량부, 염화마그네슘 18-22 중량부, 복합 기능성 섬유 8-12 중량부, 일라이트 3-7 중량부, 흑운모 3-7 중량부, 벤토나이트 3-7 중량부, 알루미늄실리케이트 1-5 중량부, 칼슘실리케이트 1-5 중량부 및 규산염 17-21 중량부를 포함하는 무기질층 형성용 조성물로 형성된 것이 바람직하고, 산화마그네슘 29-31 중량부, 염화마그네슘 19-21 중량부, 복합 기능성 섬유 9-11 중량부, 일라이트 4-6 중량부, 흑운모 4-6 중량부, 벤토나이트 4-6 중량부, 알루미늄실리케이트 2-4 중량부, 칼슘실리케이트 2-4 중량부 및 규산염 18-20 중량부를 포함하는 무기질층 형성용 조성물로 형성된 것이 더욱 바람직하다.
상기 복합 기능성 섬유는,
폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리하는 단계; 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계; 및 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하는 단계;를 포함하는 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 제조하는 단계;
25℃에서의 점도가 200,000-250,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산 33-37 중량부, 25℃에서의 점도가 500-1,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산 8-12 중량부, 25℃에서의 점도가 800,000-1,000,000 mPaㆍs인 폴리오가노하이드로겐실록산 8-12 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 13-17 중량부, 알루미늄하이드레이트 13-17 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 8-12 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 2-6 중량부 및 백금계 촉매 0.1-2 중량부를 혼합하고, 400-500 rpm의 회전속도로 교반하여 실리콘 조성물을 제조하는 단계; 실리카섬유에 상기 실리콘 조성물을 코팅하는 단계; 및 실리카섬유를 160-200℃의 온도에서 건조 및 경화시키는 단계;를 포함하는 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 제조하는 단계;
상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유와 상기 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 1-5:1의 중량비율로 혼타면공정을 통해 혼합한 후, 상기 혼타면공정을 거친 혼방랩을 소면, 연조, 조방 및 정방공정을 수행하여 복합 기능성 섬유를 제조하는 단계;를 수행하여 제조되는 것을 사용한다.
상기 복합 기능성 섬유는 탄소섬유 및 실리카섬유의 복합섬유인 것이 바람직하다. 상기 복합섬유는, 탄소섬유와 실리카섬유를 1-5:1의 중량비율로 혼타면공정을 통해 혼합한 후, 상기 혼타면공정을 거친 혼방랩을 소면, 연조, 조방 및 정방공정을 거쳐 제조되는 것이 바람직하다.
상기 복합섬유를 제조하는 공정은 혼타면공정, 소면공정, 연조공정, 조방공정 및 정방공정으로 이루어진다.
상기 혼타면 공정은 탄소섬유와 실리카섬유를 1-5:1의 중량비율, 바람직하게는 3-4:1의 중량비율로 혼합하여 랩(lap)상태의 혼방랩을 얻기 위한 공정이다. 탄화섬유가 많이 혼합되면 유연성이 떨어지고, 실리카섬유가 많이 혼합되면 기계적 물성이 부족할 수 있다.
상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유는, 먼저, 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조한다. 바람직하게는 1-2℃/분의 승온속도로 330-370℃의 온도까지 승온시킨 후 2.5-3.5시간 동안 1차 열처리한다.
다음, 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조한다. 바람직하게는 5℃/분의 승온속도로 730-770℃의 온도까지 승온시킨 후 0.8-1.2시간 동안 1차 열처리한다.
다음, 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리한다. 상기 산소플라즈마 처리를 통해 탄소섬유 표면에 균일한 작용기를 도입할 수 있다. 이는 후단에서 그래핀 산화물을 용이하게 코팅하기 위한 전처리 공정이다.
다음, 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅한다.
산소플라즈마 처리된 탄소섬유는 히드록시기 등의 작용기를 포함하고 있기 때문에, 그래핀 산화물에 포함된 카르복시기와 탈수축합반응하기에 용이하다.
또한, 상기 그래핀 산화물에 포함된 카르복시기는 산 촉매 존재 하에서 탄소섬유에 포함되어 있는 히드록시기와 반응하여 새로운 공유결합을 형성할 수 있다.
탄소섬유의 표면에 그래핀 산화물이 코팅된 후에도, 그래핀 산화물에 포함된 적어도 일부의 카르복시기는 반응에 참여하지 않은 상태로 남아있게 된다. 또한, 대기 조건에서 상술한 작용기들은 산소분자와 반응하여 쉽사리 라디칼화 되며 활성 산소종을 생성한다. 그 결과, 섬유의 표면에서 그램 음성 세균 혹은 그램 양성 세균이 번식하는 것을 지연시키거나 방지할 수 있다.
이와 같은 반응은 달리 트랜스-에스테리피케이션(trans-esterification) 반응이라 칭해질 수 있으며, 에스테르기 또는 히드록시기가 교환되는 반응에 해당한다. 따라서, 그래핀 산화물의 코팅은 산 촉매 조건에서 섬유의 표면에 위치한 작용기 및 그래핀 산화물의 작용기 사이의 트랜스-에스테리피케이션(trans-esterification) 반응에 의하여 수행된 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은 트랜스-에스테리피케이션은 그래핀 산화물 분산액에 섬유를 침지하고 촉매인 산을 첨가함으로써 수행될 수 있다. 이 때, 산이란 루이스 산(Lewis acid)를 의미한다. 루이스 산은 전자를 공여받을 수 있는 종으로서, 황산, 질산, 염산 외에도 금속염을 포함하는 개념이며, 아연 양이온, 이리듐 양이온 등을 포함한다.
또한, 상기 트랜스-에스테리피케이션은 40-60℃의 온도조건에서 6-10시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 온도조건이 40℃ 미만이거나 반응시간이 6시간 미만이 경우에는 트랜스-에스테리피케이션이 충분히 진행되지 아니할 가능성이 상당하고, 온도조건이 60℃를 초과하거나 반응시간이 10시간을 초과하는 경우에는 섬유의 훼손이 문제될 수 있다.
다음, 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척한다.
상기 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유는, 먼저, 실리콘 조성물을 제조한다. 상기 실리콘 조성물은 각 물질을 혼합하고, 430-480 rpm의 회전속도로 교반하여 제조되는 것이 더욱 바람직하다.
다음, 실리카섬유에 상기 실리콘 조성물을 코팅한다. 상기 실리카섬유를 상기 실리콘 조성물로 코팅하는 것은 침지, 도포 등의 방법을 수행할 수 있다.
다음, 실리카섬유를 160-200℃의 온도에서 건조 및 경화시킨다. 더욱 바람직하게는, 170-190℃의 온도에서 건조 및 경화시킨다.
상기 실리카섬유는 실리콘 조성물이 코팅된 것을 사용한다.
상기 실리콘 조성물은 25℃에서의 점도가 200,000-250,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산 33-37 중량부, 25℃에서의 점도가 500-1,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산 8-12 중량부, 25℃에서의 점도가 800,000-1,000,000 mPaㆍs인 폴리오가노하이드로겐실록산 8-12 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 13-17 중량부, 알루미늄하이드레이트 13-17 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 8-12 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 2-6 중량부 및 백금계 촉매 0.1-2 중량부를 포함하는 것이 바람직하고, 25℃에서의 점도가 200,000-250,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산 34-36 중량부, 25℃에서의 점도가 500-1,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산 9-11 중량부, 25℃에서의 점도가 800,000-1,000,000 mPaㆍs인 폴리오가노하이드로겐실록산 9-11 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 14-16 중량부, 알루미늄하이드레이트 14-16 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 9-11 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 3-5 중량부 및 백금계 촉매 0.5-1.5 중량부를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 실리콘 조성물은 25℃에서의 점도가 200,000-250,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산을 포함한다. 상기 실리콘 조성물로, 상기 점도 범위를 나타내며, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산을 포함하여 우수한 접착성 및 내열성을 확보할 수 있다. 상기 알케닐기는 비닐, 알릴, 프로페닐, 이소프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐 등일 수 있으며, 바람직하게는 5-헥세닐이다.
상기 실리콘 조성물은 25℃에서의 점도가 500-1,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산을 포함한다. 상기 실리콘 조성물로, 상기 점도 범위를 나타내며, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산을 포함하여 조성물의 내구성을 높인다. 상기 폴리다이오가노실록산은 폴리다이오가노실록산의 알케닐기와 반응하여 경화될 수 있다.
상기 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산은 트라이메틸실록시-종결된 폴리다이메틸실록산-메틸하이드로겐실록산 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 실리콘 조성물은 25℃에서의 점도가 800,000-1,000,000 mPaㆍs인 폴리오가노하이드로겐실록산을 포함한다. 상기와 같이 고점도의 가교결합제를 추가 적용하여 실리콘 조성물의 코팅 시 접착력을 높일 수 있다. 상기 폴리다이오가노하드로겐실록산은 폴리다이오가노실록산의 알케닐기와 반응하여 경화될 수 있다.
상기 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3)는 실리콘 조성물에 난연제로 적용되어 실리카섬유에 난연성을 더욱 높여준다.
상기 알루미늄하이드레이트는 실리카섬유의 내열 특성을 더욱 보강시켜준다.
상기 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무는 내열 특성과 더불어 실리카섬유의 기계적 물성을 향상시켜준다.
상기 소듐디헥실술포숙시네이트는 고무 첨가제와 함께 도입되어 섬유의 인장신도, 열안정성을 개선하여 준다.
상기 소면공정은 상기 혼타면공정으로부터 공급되는 랩상태의 혼방랩을 길이방향으로 빗질하여 슬라이버를 제조하는 공정으로서, 혼방랩을 상하 금속침사이로 통과시켜 혼방랩의 섬유를 평행화시킨다. 소면공정은 일반적으로 카딩기에 투입하여 1-3차에 걸쳐 카딩(carding)시켜 슬라이버를 제조한다.
상기 연조공정은 상기 소면공정으로부터 공급되는 슬라이버를 연신을 가하여 조사(Roving)을 제조하는 공정이다. 상기 슬라이버는 상기 연조공정에 의해 굵기가 감소되고 균제도가 향상된 조사로 제조된다.
특히, 상기 연조공정은 더욱 균제도가 향상된 조사를 얻기 위하여 상기 소면공정을 거친 슬라이버를 D/R비 6-8로 연신시키는 것이 바람직하다.
다음, 상기 연조공정에 의해 공급되는 조사는 일반적인 면방적과 동일하게 상기 조방공정을 거치고, 상기 조방공정에 의해 조사는 조방사로 제조된다.
상기 조방공정은 사절없이 꼬임이 가하여 균일한 조방사를 얻기 위하여 상기 연조공정을 거친 연조슬라이버를 플라이어의 회전속도가 680-720 rpm인 조방기에 공급하여 D/R비 5-7로 드래프트하여 조방사를 얻는 것이 좋다.
상기 조방공정으로부터 공급된 조방사는 상기 정방공정에 의해 복합원사로 제조된다. 상기 정방공정은 링정방기 등을 이용하여 행한다.
상기 정방공정은 상기 조방사를 보빈 회전속도가 6800-7200 rpm인 링정방기에 공급하여 드래프트 비율(D/R 비) 25-45로 드래프트하면서 650-800 TPI의 꼬임을 주어 20-40수의 복합원사를 제조하는 것이 좋다. 650 TPI 미만으로 꼬임을 주는 경우 정방공정시 사절이 발생할 우려가 있고 실의 외관에 잔털이 많이 발생하는 문제가 있고, 800 TPI 초과로 꼬임을 주는 경우 과꼬임이 발생되어 스티프하고 촉감이 좋지 못하는 문제가 있다.
규산염은 지각의 약 90%를 차지하는 조암 광물로 각기 다른 비율의 규소와 산소를 함유하고 있는 규산염군의 구조를 기반으로 분류된다. 액상 규산염(가용성 규산염, Soluble silicates)은 실리카(SiO2)와 알칼리금속(M2O)이 다양한 몰비(molar ratio)로 결합하고 있는 화합물로서, 일반적으로 구조 내에 일부 물을 함유하고 있어서 M2O-nSiO2-xH2O의 분자식으로 표현된다. 물에 대한 용해성이 있기 때문에 '물유리(water glass)'라고도 한다. 상기 규산염은 무기질 바인더로 적용된다.
본 발명에 따른 불연보드(100)는 접착층(20)을 포함하고, 상기 접착층(20)은 상기 무기질층(10) 상에 형성된다.
상기 접착층(20)은 하기 화학식 1로 표시되는 고분자 수지 48-52 중량부, 수산화탄산마그네슘 5-9 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 5-9 중량부, 멜라민폴리포스페이트 3-7 중량부, 입자크기가 20-30 nm인 은 나노입자 2-6 중량부, 입자크기가 20-30 nm의 산화아연 나노입자 1-5 중량부, 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유 2-6 중량부 및 물 18-22 중량부를 포함하는 접착층 형성용 조성물로 형성된 것이 바람직하고, 하기 화학식 1로 표시되는 고분자 수지 49-51 중량부, 수산화탄산마그네슘 6-8 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 6-8 중량부, 멜라민폴리포스페이트 4-6 중량부, 입자크기가 20-30 nm인 은 나노입자 3-5 중량부, 입자크기가 20-30 nm의 산화아연 나노입자 2-4 중량부, 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유 3-5 중량부 및 물 19-21 중량부를 포함하는 접착층 형성용 조성물로 형성된 것이 더욱 바람직하다.
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서 n은 20-30이고, m은 20-30이고, p는 20-30이고, q는 20-30이고, x는 10-20이다.)
상기 화학식 1로 표시되는 고분자 수지는 폴리디메틸실록산과 하이드록시에틸메타크릴레이트를 이용하여 합성된 화합물, n-부틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트 및 2-포스포노옥시에틸 메타크릴레이트(2-(phosphonooxy)ethyl methacrylate) 단량체로부터 합성된 아크릴계 공중합체를 적용한다. 상기 화학식 1로 표시되는 고분자 수지를 적용하여 난연 또는 불연의 접착층을 구성할 수 있다. 상기 화학식 1에서 n은 23-27이고, m은 23-27이고, p은 23-27이고, q은 23-27이고, x는 13-17인 것이 더욱 바람직하고, 에서 n은 25이고, m은 25이고, p은 25이고, q은 25이고, x는 13-17인 것이 가장 바람직하다.
상기 수산화탄산마그네슘은 난연제로 적용되어 난연성을 향상시킨다.
상기 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3)는 난연제로 적용되어 난연성을 향상시킨다.
상기 멜라민폴리포스페이트는 난연제로 적용되어 난연성을 향상시킨다.
상기 입자크기가 20-30 nm인 은 나노입자 및 입자크기가 20-30 nm의 산화아연 나노입자는 무기항균제로 적용된 것으로, 은 나노입자는 박테리아 및 세균을 99.99% 이상 살균시키거나 생성 자체를 억제하는 효과를 나타내어 항균성이 우수하다. 산화아연 나노입자는 태양 빛을 에너지원으로 촉매 반응(산화, 환원 반응)을 촉진해 각종 세균 및 오염물질을 분해시켜주는 물질이다. 산화아연은 바이러스나 박테리아의 신진대사를 저해시킴으로써 이를 고사시켜 제거하는 메커니즘도 수행될 수 있다. 상기 산화아연 나노입자는 비표면적이 증가하여 벌크 재료가 구비하지 못한 표면효과를 가지며, 건조된 도막이 공기 중의 수분과 접촉하게 될 때, 표면에 존재하는 산화아연의 아연 금속 성분이 이온화되어 용출되면서 박테리아 등의 유해균에 항균제로서 작용하게 된다.
상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유는, 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리하는 단계; 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계; 및 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하는 단계;를 수행하여 제조되는 것을 사용한다.
본 발명에 따른 불연보드(100)는 디자인층(30)을 포함하고, 상기 디자인층(30)은 상기 접착층(20) 상에 형성된다.
상기 디자인층(20)은 액상규산칼륨에 침지하여 불연처리한 것을 사용한다.
상기 디자인층(20)은 원하는 색상 및 무늬를 디자인한 합성수지, 부직포, 종이 또는 섬유를 사용할 수 있고, 상기 액상규산칼륨은 비중(20℃)이 1.318~1.330인 것이 바람직하고, 비중(20℃)이 1.318 미만이면 접착력이 떨어져 강도가 약해지는 문제가 있고, 비중(20℃)이 1.330 초과이면 끈적거려 보드 표면에 도포하기 어려운 문제가 있다.
또한, 본 발명은
산화마그네슘 28-32 중량부, 염화마그네슘 18-22 중량부, 복합 기능성 섬유 8-12 중량부, 일라이트 3-7 중량부, 흑운모 3-7 중량부, 벤토나이트 3-7 중량부, 알루미늄실리케이트 1-5 중량부, 칼슘실리케이트 1-5 중량부 및 규산염 17-21 중량부를 혼합하고, 38-42℃의 온도에서 800-1200 rpm의 회전속도로 교반하여 무기질층 형성용 조성물을 제조하는 단계;
상기 무기질층 형성용 조성물을 금형에 투입하여 성형하는 단계;
성형된 무기질층 형성용 조성물을 140-160℃의 온도로 가열 및 경화하여 무기질층을 형성하는 단계;
상기 무기질층 상에 접착층 형성용 조성물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계; 및
상기 접착층 상에 불연처리된 디자인층을 위치시키고 압착하여 디자인층을 형성하는 단계;를 포함하는 불연보드의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 불연보드의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 불연보드의 제조방법은 무기질층을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 무기질층을 제조하는 단계는, 산화마그네슘 28-32 중량부, 염화마그네슘 18-22 중량부, 복합 기능성 섬유 8-12 중량부, 일라이트 3-7 중량부, 흑운모 3-7 중량부, 벤토나이트 3-7 중량부, 알루미늄실리케이트 1-5 중량부, 칼슘실리케이트 1-5 중량부 및 규산염 17-21 중량부를 혼합하고, 38-42℃의 온도에서 800-1200 rpm의 회전속도로 교반하여 무기질층 형성용 조성물을 제조하는 단계; 상기 무기질층 형성용 조성물을 금형에 투입하여 성형하는 단계; 성형된 무기질층 형성용 조성물을 140-160℃의 온도로 가열 및 경화하여 무기질층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 무기질층을 제조하는 단계는, 먼저 산화마그네슘 28-32 중량부, 염화마그네슘 18-22 중량부, 복합 기능성 섬유 8-12 중량부, 일라이트 3-7 중량부, 흑운모 3-7 중량부, 벤토나이트 3-7 중량부, 알루미늄실리케이트 1-5 중량부, 칼슘실리케이트 1-5 중량부 및 규산염 17-21 중량부를 혼합하고, 38-42℃의 온도에서 800-1200 rpm의 회전속도로 교반하여 무기질층 형성용 조성물을 제조한다.
바람직하게는 39-41℃의 온도에서 900-1100 rpm의 회전속도로 교반한다.
다음, 상기 무기질층 형성용 조성물을 금형에 투입하여 성형한다.
다음, 성형된 무기질층 형성용 조성물을 140-160℃의 온도로 가열 및 경화하여 무기질층을 형성한다. 바람직하게는 145-155℃의 온도로 가열 및 경화한다.
다음으로, 본 발명에 따른 불연보드의 제조방법은 상기 무기질층 상에 접착층 형성용 조성물을 도포하여 접착층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 무기질층 상에 접착층을 형성하며, 상기 접착층 형성용 조성물은 전술한 바와 같다.
다음으로, 본 발명에 따른 불연보드의 제조방법은 상기 접착층 상에 불연처리된 디자인층을 위치시키고 압착하여 디자인층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 접착층 상에 불연처리된 디자인층을 위치시킨 후 압착하여 디자인층을 형성하며, 상기 디자인층은 전술한 바와 같다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 탄소섬유의 제조
폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1℃/분의 승온속도로 350℃의 온도까지 승온시킨 후 3시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하였다. 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 5℃/분의 승온속도로 750℃의 온도까지 승온시킨 후 1시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하였다.
<제조예 2> 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유의 제조
폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1℃/분의 승온속도로 350℃의 온도까지 승온시킨 후 3시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하였다. 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 5℃/분의 승온속도로 750℃의 온도까지 승온시킨 후 1시간 동안 열처리하여 탄소섬유를 제조하였다.
상기 탄소섬유 표면에 균일한 작용기를 도입하기 위하여 플라즈마 장치를 이용하여 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 제조하였다.
상기 플라즈마 장치는 감압 펌프, 알루미늄 합금 반응기, 가스 유량 조절기, 전원 공급기 등으로 구성되어 있으며, 상기 탄소섬유 1 g을 니켈 보트에 넣은 후 산소플라즈마 처리를 진행하였다. 감압 펌프를 이용하여 플라즈마 반응기 내부를 진공 상태로 전환하였다. 이후, 산소 가스 주입 유량을 40 sccm으로 하여 플라즈마 처리를 실시하였다. 이때 그 반응시간은 10분, 전력은 50 W, 주파수는 50 kHz로 수행하였다.
카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조하였다. 상기 분산액에 상기 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 50℃의 온도에서 8시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유의 표면에 위치한 작용기 및 그래핀 산화물의 작용기 사이의 트랜스-에스테리피케이션(trans-esterification) 반응을 유도하여 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하였다. 이후, 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하여 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 제조하였다.
<제조예 3> 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유의 제조
25℃에서의 점도가 200,000-250,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산 35 중량부, 25℃에서의 점도가 500-1,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산 10 중량부, 25℃에서의 점도가 800,000-1,000,000 mPaㆍs인 폴리오가노하이드로겐실록산 10 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 15 중량부, 알루미늄하이드레이트 15 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 10 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 4 중량부 및 백금계 촉매 1 중량부를 혼합하고, 450 rpm의 회전속도로 교반하여 실리콘 조성물을 제조하였다. 실리카섬유를 준비하여 상기 실리콘 조성물에 침지하여 실리콘 조성물을 실리카섬유에 코팅한 후, 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 180℃의 온도에서 건조 및 경화시실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 제조하였다.
<제조예 4> 복합 기능성 섬유의 제조
상기 제조예 2에서 제조된 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유 및 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 혼타면공정을 통해 혼합한 후, 상기 혼타면공정을 거친 혼방랩을 소면, 연조, 조방 및 정방공정을 수행하여 복합 기능성 섬유를 제조하였다.
<실시예 1> 불연보드의 제조
산화마그네슘 30 중량부, 염화마그네슘 20 중량부, 상기 제조예 4에서 제조된 복합 기능성 섬유 10 중량부, 일라이트 5 중량부, 흑운모 5 중량부, 벤토나이트 5 중량부, 알루미늄실리케이트 3 중량부, 칼슘실리케이트 3 중량부 및 규산염 19 중량부를 혼합하고, 40℃의 온도에서 1000 rpm의 회전속도로 교반하여 무기질층 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 무기질층 형성용 조성물을 금형에 투입하여 성형하고, 성형된 무기질층 형성용 조성물을 150℃의 온도로 가열 및 경화하여 무기질층을 형성하였다.
상기 화학식 1로 표시되는 고분자 수지 50 중량부, 수산화탄산마그네슘 7 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 7 중량부, 멜라민폴리포스페이트 5 중량부, 입자크기가 20-30 nm인 은 나노입자 4 중량부, 입자크기가 20-30 nm의 산화아연 나노입자 3 중량부, 상기 제조예 2에서 제조된 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유 4 중량부 및 물 20 중량부를 혼합하고, 30℃의 온도에서 800 rpm의 회전속도로 교반하여 접착층 형성용 조성물을 제조하였다. 이때, 화학식 1로 표시되는 고분자 수지는 n이 25이고, m이 25이고, p가 25이고, q가 25이고, x는 15이다.
상기 무기질층 상에 상기 접착층 형성용 조성물을 도포하여 접착층을 형성하였다.
비중(20℃)이 1.318이고, SiO2 대 K2O의 몰비가 3.7이 되도록 조절한 액상규산칼륨을 준비하고, 디자인층을 상기 액상규산칼륨에 침지한 후 꺼내어 50℃에서 5분 동안 열풍건조하여 불연처리된 디자인층을 제조하였다.
상기 접착층 상에 상기 불연처리된 디자인층을 위치시키고 압착하여 디자인층을 형성하여 불연보드를 제조하였다.
<실험예 1> 물성분석
상기 실시예 1에서 제조된 불연보드의 물성을 한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
주요 성능지표 단위 실시예 1
불연성 - 온도상승 0.8
질량손실 2.2
꺾임강도 N/cm2 328
압축강도 N/cm2 432
열전도율 W/mK 0.095
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 불연보드는 물성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (3)

  1. 무기질층;
    상기 무기질층 상에 형성된 접착층; 및
    상기 접착층 상에 형성된 디자인층;을 포함하고,
    상기 무기질층은 산화마그네슘 28-32 중량부, 염화마그네슘 18-22 중량부, 복합 기능성 섬유 8-12 중량부, 일라이트 3-7 중량부, 흑운모 3-7 중량부, 벤토나이트 3-7 중량부, 알루미늄실리케이트 1-5 중량부, 칼슘실리케이트 1-5 중량부 및 규산염 17-21 중량부를 포함하는 무기질층 형성용 조성물로 형성된 것이고,
    상기 복합 기능성 섬유는,
    폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리하는 단계; 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계; 및 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하는 단계;를 포함하는 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 제조하는 단계;
    25℃에서의 점도가 200,000-250,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 2개의 규소-결합된 알케닐기를 갖는 폴리다이오가노실록산 33-37 중량부, 25℃에서의 점도가 500-1,000 mPaㆍs이고, 분자 내에 적어도 3개의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 폴리다이오가노실록산 8-12 중량부, 25℃에서의 점도가 800,000-1,000,000 mPaㆍs인 폴리오가노하이드로겐실록산 8-12 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 13-17 중량부, 알루미늄하이드레이트 13-17 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 8-12 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 2-6 중량부 및 백금계 촉매 0.1-2 중량부를 혼합하고, 400-500 rpm의 회전속도로 교반하여 실리콘 조성물을 제조하는 단계; 실리카섬유에 상기 실리콘 조성물을 코팅하는 단계; 및 실리카섬유를 160-200℃의 온도에서 건조 및 경화시키는 단계;를 포함하는 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 제조하는 단계;
    상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유와 상기 실리콘 조성물이 코팅된 실리카섬유를 1-5:1의 중량비율로 혼타면공정을 통해 혼합한 후, 상기 혼타면공정을 거친 혼방랩을 소면, 연조, 조방 및 정방공정을 수행하여 복합 기능성 섬유를 제조하는 단계;를 수행하여 제조되는 것이고,
    상기 접착층은 하기 화학식 1로 표시되는 고분자 수지 48-52 중량부, 수산화탄산마그네슘 5-9 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 5-9 중량부, 멜라민폴리포스페이트 3-7 중량부, 입자크기가 20-30 nm인 은 나노입자 2-6 중량부, 입자크기가 20-30 nm의 산화아연 나노입자 1-5 중량부, 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유 2-6 중량부 및 물 18-22 중량부를 포함하는 접착층 형성용 조성물로 형성된 것이고,
    상기 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유는,
    폴리아크릴로나이트릴(PAN) 섬유를 질소분위기에서 1-2℃/분의 승온속도로 300-400℃의 온도까지 승온시킨 후 2-4시간 동안 1차 열처리하여 탄소섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유 전구체를 질소분위기에서 4-6℃/분의 승온속도로 700-800℃의 온도까지 승온시킨 후 0.5-2시간 동안 2차 열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계; 상기 탄소섬유를 이용하여 산소플라즈마 처리하는 단계; 카르복시기를 포함하는 그래핀 산화물과 10 중량%의 황산 수용액을 준비하여, 상기 황산 수용액 100 중량부에 대하여 상기 그래핀 산화물을 1 중량부 포함하는 분산액을 제조한 후, 상기 분산액에 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 침지한 후, 40-60℃의 온도에서 6-10시간 동안 반응시켜 산소플라즈마 처리된 탄소섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계; 및 그래핀 산화물이 코팅된 탄소섬유를 물 및 에탄올을 1:1의 중량비율로 포함하는 세정제를 이용하여 세척하는 단계;를 수행하여 제조되는 것이고,
    <화학식 1>
    Figure 112023063716619-pat00004

    (상기 화학식 1에서 n은 20-30이고, m은 20-30이고, p는 20-30이고, q는 20-30이고, x는 10-20이다),
    상기 디자인층은 액상규산칼륨에 침지하여 불연처리한 것을 특징으로 하는 불연보드.
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