KR102560475B1 - 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄 폼 복합 단열재 - Google Patents

무기질 파우더가 균일하게 분산 배치되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄 폼 복합 단열재 Download PDF

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Abstract

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법은, (a) 건축물의 벽면을 포함하는 소정의 타겟면을 향해 경화제를 포함한 제1 액과 폴리올을 포함한 제2 액을 혼합 분사하는 단계; (b) 상기 단계 (a)와 동시에, 별도의 공급 유로를 통해 공급되는 무기질 파우더를 연속적 또는 간헐적으로 상기 타겟면을 향해 분사하는 단계; (c) 상기 타겟면에 도달한 제1 액 및 제2 액이 반응하면서 발포되는 과정에서 상기 타겟면에 동시에 분사된 무기질 파우더가 침투하여 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액 중에 고르게 분산되는 단계;를 포함하고, 상기 제1 액 및 제2 액이 도포된 타겟면에 상기 무기질 파우더가 분산된 형태로 부착되도록 함으로써 한번의 스프레이 시공으로 폴리우레탄 폼 단열재 내부에 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치된 형태의 복합 단열폼을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

무기질 파우더가 균일하게 분산 배치되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄 폼 복합 단열재 {Method for forming polyurethane foam composite insulation material in which inorganic powder is unifromly dispersed, and polyurethane foam composite insulation material manufactured thereby}
본 발명은 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄 폼 복합 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축물의 벽면 등 소정의 타겟면을 향해 경화제를 포함한 제1 액과 폴리올을 포함한 제2 액을 혼합 분사하고, 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합 분사와 동시 또는 간헐적으로 별도의 공급 유로를 통해 무기질 파우더를 공기와 함께 분사하여 상기 제1 액 및 제2 액이 도포된 타겟면에 상기 무기질 파우더가 분산된 형태로 부착되도록 함으로써 한번의 스프레이 시공으로 폴리우레탄 폼 단열재 내부에 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치된 형태의 복합 단열폼을 형성하는 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄 폼 복합 단열재에 관한 것이다.
일반적으로 단열제 또는 난연제에 이용되는 폴리우레탄 폼은 이소시아네이트와 수산기를 갖는 폴리올을 혼합하고 발포하여 고형화된 폼을 의미하며, 단열성이 0.018 mk/w-0.020 mk/w로 매우 우수한 것으로 알려져 있다.
여기에서, 이소시아네이트는 MDI(methylene diphenyl diisocyanate)를 사용하고, 폴리올의 하이드록실기 (hydroxyl group, -OH)와 반응하여 폴리우레탄 구조로 결합한다.
또한, 폴리올은 통상 폴리에스테르 및 폴리에테르를 사용하는데, 폴리에테르는 유연하며 부드럽고, 폴리에스테르는 단단하고 견고한 물성이기 때문에, 개시제의 관능기수에 따라 단독 1종 또는 2종 이상을 적절히 혼합하여 사용할 수 있다. 상술한 바와 같은 이소시아네이트, 폴리올, 각종 첨가제 등이 혼합되는 과정에서 가교반응이 발생하고, 발열하여 수지화가 되며, 이러한 반응으로 인해 발생하는 이산화탄소 때문에 발포 다공질을 갖는 우레탄폼이 성형됨으로써, 내열성, 내용제성, 내노화성, 접착성 등이 양호한 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
이러한 우레탄 폼은 그 경도에 따라 연질, 반경질, 경질 등으로 분류할 수 있는데, 연질 우레탄 폼은 자동차 등의 쿠션재, 충진재, 필터, 건축 내장재, 흡음용 판넬 등으로 사용되고, 반경질 우레탄 폼은 열이나 전기의 절연재 등으로 사용되며, 경질 우레탄 폼은 항공기 및 기계부품재료, 공업용 및 가정용 단열재료, 방음판 등으로 널리 사용되고 있다.
상술한 바와 같은 우레탄 폼은 발포되어 건축 내장재, 절연재, 단열재 등으로 사용될 경우 이소시아네이트와 폴리올을 혼합하고, 이를 충분한 압력범위로 토출함으로써, 내열성, 내용제성, 내노화성 및 접착성을 가지면서 사용용도에 따라 충분한 발포성 및 성형성을 갖는 우레탄 폼을 시공할 수 있도록 다양한 기법이 제안되고 있는 실정이다.
일례로, 대한민국 등록특허 제2162512호(이하, 선행특허라 함)에 개시된 기술은 기존 일반적인 우레탄 스프레이 단열재에 무기질(팽창흑연 등의 광물질)을 추가 혼합하여 난연 성능을 개선시켰으나, 이는 아래와 같은 문제점이 있었다.
첫째, 무기질(광물질)이 액상의 제2 액에 미리 혼합되어 있어 시간이 지남에 따라 제2 액의 하부에 침전되기 때문에 시공 전 또는 시공 시에 이를 균일하게 분산시키기 위해 계속해서 교반하는 과정이 추가로 진행되어야 한다. 상기 선행특허에서 제시된 상분리 방지 방법인 온도 45℃에서 10분간 교반하는 작업만으로는 작업 중 무기질이 침전되는 문제를 방지하기 어려워 작업 현장의 조건에 따라 시공 중 수시로 제2 액을 교반해 주어야 하는 문제점이 있었다.
둘째, 시공 작업 중 교반하는 여건이 충족되었다 하더라도 잦은 교반은 제2 액의 공기 중 노출을 유발하며 이는 수분함량 증가, 기타 이물질 혼입 등의 문제로 이어질 수 있어 시공 완료 시까지 안정적 품질유지가 어려운 문제점이 있었다.
셋째, 무기질(광물질)의 지속적인 침전으로 인해 우레탄 스프레이 단열재 시공 시 품질이 균일하지 않아 시공 부위에 따른 난연 성능의 편차가 발생될 수 있는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 한국 특허등록 제2162512호 (2022.09.25. 등록)
(특허문헌 2) 한국 특허등록 제2349220호 (2022.01.05. 등록)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 본 발명은 무기질 파우더가 폴리우레탄 폼 내부에 균일하게 배치됨에 따라 고온 및 화염 조건에서 장시간 동안 내열 성능 및 단일 난연 성능을 유지할 수 있는 폴리우레탄 폼 복합 단열재(난연재, 준불연재)를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기재의 부식 및 폭렬을 방지하면서, 화재 시 차열 및 차염이 우수한 폴리우레탄 폼 복합 단열재를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기존 우레탄 스프레이 단열재의 한계였던 난연 성능을 개선하고자 함에 있으며, 한편 유기물로 구성된 단열재의 우수한 단열성능과 무기질의 우수한 차열, 차염 성능을 접목하여 두 가지의 장점을 극대화한 폴리우레탄 폼 복합 단열재를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법은 일 실시예에 따라, (a) 건축물의 벽면을 포함하는 소정의 타겟면을 향해 경화제를 포함한 제1 액과 폴리올을 포함한 제2 액을 혼합 분사하는 단계; (b) 상기 단계 (a)와 동시에, 별도의 공급 유로를 통해 공급되는 무기질 파우더를 연속적 또는 간헐적으로 상기 타겟면을 향해 분사하는 단계; (c) 상기 타겟면에 도달한 제1 액 및 제2 액이 반응하면서 발포되는 과정에서 상기 타겟면에 동시에 분사된 무기질 파우더가 침투하여 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액 중에 고르게 분산되는 단계;를 포함하고, 상기 제1 액 및 제2 액이 도포된 타겟면에 상기 무기질 파우더가 분산된 형태로 부착되도록 함으로써 한번의 스프레이 시공으로 폴리우레탄 폼 단열재 내부에 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치된 형태의 복합 단열폼을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합 분사액은 물결 문양으로 위아래 지그재그 형태로 반복해서 도포함에 의해 전체적으로 우레탄 폼의 각 셀이 서로 폐쇄된 형상을 갖는 폐쇄형 셀 구조의 기재층을 형성하되, 무기질 파우더는 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합 분사액의 분사 범위와 같거나 더 넓게 확산되면서 상기 기재층의 상면뿐만 아니라 기재층의 사이에도 전반적으로 넓게 분사되는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 제1 액, 제2 액 및 무기질 파우더는 100:100:20 내지 190:100:60의 중량비를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 제1 액은, 경화제로서 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 제2 액은, 폴리올 60~70중량부, 난연제로서 TCPP((Tris(1-chloro-2-propyl)phosphate)) 10~20중량부, 발포제로서 HCFC계, HFC계 또는 HFO계 발포제 중 적어도 하나를 20~30중량부, 물 0~10중량부, 촉매로서 아민 촉매 또는 금속 촉매 중 적어도 하나를 1중량부, 정포제로서 실리콘 1중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 무기질 파우더는, 입자 사이즈 15 ~ 30㎛의 무기질 혹은 1200 ~ 200mesh의 무기질로 구성되되, 단독 혹은 2종 이상의 무기질을 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 무기질 파우더는 타겟면을 향해 분사 시 공기 중으로 비산됨을 방지하기 위해서 분사 전에 파우더 입자의 표면에 유기물을 표면 코팅하는 비산방지 처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 실시예에 따라, (a) 건축물의 벽면 등 소정의 타겟면을 향해 경화제를 포함한 제1 액과 폴리올을 포함한 제2 액을 혼합 분사하는 단계; 및 (b) 상기 단계 (a)와 동시 또는 직전에, 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액 중에 별도의 공급 유로를 통해 무기질 파우더를 연속적으로 또는 간헐적으로 공급함으로써 상기 무기질 파우더가 포함된 제1 액 및 제2 액의 혼합액을 상기 타겟면을 향해 분사하는 단계; (c) 상기 타겟면에 도달한 제1 액 및 제2 액이 반응하면서 발포되는 과정에서 혼합 분사된 무기질 파우더가 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액 중에 고르게 분산되는 단계;를 포함하고, 상기 제1 액 및 제2 액이 도포된 타겟면에 상기 무기질 파우더가 분산된 형태로 부착되도록 함으로써 한번의 스프레이 시공으로 폴리우레탄 폼 단열재 내부에 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치된 형태의 복합 단열폼을 형성하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상술한 어느 하나의 형성방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 무기질 파우더가 균일하게 분산된 폴리우레탄 폼 복합 단열재가 제공된다.
상술한 바와 같은 본 발명은 벽면 등의 타겟면에 제1 액 및 제2 액의 혼합 분사와 동시에 무기질 파우더가 함께 분사되므로 한번의 스프레이 시공으로 폴리우레탄 폼 복합 단열재 내부에 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치됨에 따라 작업 효율이 향상될 뿐만 아니라, 특히 고온 및 화염 조건에서 장시간 동안 우수한 내열 성능 및 난연 성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 타겟면 상에 형성된 폴리우레탄 폼의 각 셀이 서로 폐쇄된 형상을 갖는 폐쇄형 셀 구조의 기재층을 형성함에 의해 기재의 부식 및 폭렬을 방지하면서, 화재 시 차열 및 차염이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래 기술처럼 제1 액 또는 제2 액과 미리 혼합하지 않고 무기질 파우더를 별도로 관리하기 때문에 종래 무기질 파우더를 미리 혼합함에 따른 제1 액 또는 제2 액의 변질 또는 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래 기술은 무기질 파우더가 미리 혼합된 제1 액 또는 제2 액을 우레탄 시공 전에 무기질 파우더가 침착되지 않도록 지속적으로 교반하여야 하나, 본 발명은 시공 전에 제1 액 또는 제2 액을 교반할 필요가 없어 작업 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열제의 형성방법을 보인 플로우챠트
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 시공 과정을 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 시공에 적용되는 폴리우레탄 및 무기질 파우더의 혼합 분사장치를 일 실시예에 따라 보인 도면
도 4는 도 3의 스프레이 건 구조를 일 실시예에 따라 확대하여 보인 도면
도 5는 도 3의 스프레이 건 구조를 다른 실시예에 따라 확대하여 보인 도면
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자,단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무기질 파우더가 분산 배치된 폴리우레탄 폼 복합 단열재 및 이의 형성방법에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열제의 형성방법을 보인 플로우챠트이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 시공 과정을 보여주는 도면이다.
먼저, 상기 도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명 무기질 파우더가 분산 배치된 폴리우레탄 폼 복합 단열재 및 이의 형성방법은 일 실시예에 따라 다음 단계들로 구성된다.
단계 (a): 건축물의 벽면을 포함하는 소정의 타겟면을 향해 경화제를 포함한 제1 액과 폴리올을 포함한 제2 액을 혼합 분사한다. (S100)
단계 (b): 상기 단계 (a)와 동시에, 별도의 공급 유로를 통해 공급되는 무기질 파우더(P)를 연속적 또는 간헐적으로 상기 타겟면을 향해 분사한다. (S200)
단계 (c): 상기 타겟면에 도달한 제1 액 및 제2 액이 반응하면서 발포되는 과정에서 상기 타겟면에 동시에 분사된 무기질 파우더(P)가 침투하여 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액(MS) 중에 고르게 분산된다. (S300)
따라서, 본 발명은 상기 단계 (a) 내지 (c)에 의해 상기 제1 액 및 제2 액이 도포된 타겟면에 상기 무기질 파우더(P)가 분산된 형태로 부착되도록 함으로써 한번의 스프레이 시공으로 폴리우레탄 폼(F)의 단열재 내부에 무기질 파우더(P)가 균일하게 분산 배치된 형태의 복합 단열폼을 형성한다.
특히, 도 2를 참조하면 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액(MS)은 물결 문양으로 위아래 지그재그 형태로 반복해서 도포함에 의해 전체적으로 우레탄 폼(F)의 각 셀(cell)이 서로 폐쇄된 형상을 갖는 폐쇄형 셀 구조의 기재층을 형성한다.
이때, 상기 무기질 파우더(P)는 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합 분사액(MS)의 분사 범위와 같거나 더 넓게 확산되면서 상기 기재층의 상면뿐만 아니라 기재층의 사이에도 전반적으로 넓게 분사된다.
바람직하게는, 상기 제1 액, 제2 액 및 무기질 파우더(P)는 100:100:20 내지 190:100:60의 중량비를 갖는다. 이때, 상기 제1 액 및 제2 액의 중량비 중 제2 액의 100중량부를 기준으로 할 때, 제1 액의 중량부가 100이 되지 않거나 190이 초과될 시 우레탄 폼(F) 형성에 부정적 영향을 끼치며 폼 형성 지연, 수축, 뒤틀림 등의 문제가 발생되었다. 마찬가지로 무기질 파우더(P)의 중량부는 20 미만일 경우 원하는 난연 성능을 구현하기 힘들었으며, 60중량부가 초과될 경우 폼 형성에 부정적 영향을 끼쳤다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 제1 액은, 경화제로서 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate)를 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 제2 액은, 폴리올 60~70중량부, 난연제로서 TCPP((Tris(1-chloro-2-propyl)phosphate)) 10~20중량부, 발포제로서 HCFC계, HFC계 또는 HFO계 발포제 중 적어도 하나를 20~30중량부, 물 0~10중량부, 촉매로서 아민 촉매 또는 금속 촉매 중 적어도 하나를 1중량부, 정포제로서 실리콘 1중량부를 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 무기질 파우더는, 입자 사이즈 15 ~ 30㎛의 무기질 혹은 1200 ~ 200mesh의 무기질로 구성되되, 단독 혹은 2종 이상의 무기질을 혼합하여 구성하고, 2종 이상의 무기질 혼합 시 각 파우더의 입자 사이즈를 균일하게 맞추기 위해 골고루 혼합함이 바람직하다. 이때, 상기 무기질 파우더는 팽창 흑연, 흑연, 팽창 질석, 질석, 팽창 퍼라이트, 퍼라이트, 적인 등 광물 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 무기질 파우더는 타겟면을 향해 분사 시 공기 중으로 비산됨을 방지하기 위해서 분사 전에 파우더 입자의 표면에 유기물을 표면 코팅하는 비산방지 처리를 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 비산방지 처리는 1종 이상의 무기질 파우더를 드럼 형태의 믹서에서 교반하면서 상기 교반 중인 무기질 파우더 상에 에폭시, 멜라민, 실란 또는 기타 천연물을 적어도 1종 이상 포함하는 액상 유기물을 노즐 분사하여 무기질 파우더의 표면을 유기물로 코팅한다. 이어서, 상기 유기물 코팅된 무기질 파우더를 상온 또는 열풍 건조함으로써 유기물이 표면 코팅된 무기질 파우더를 제조하는 비산방지 처리를 수행할 수 있다. 이때, 상기 비산방지 처리 공정에서 표면 코팅은 유기물을 1회 코팅 또는 여러 번에 걸쳐 다중 코팅할 수 있다.
상술한 비산방지 처리를 통해 무기질 파우더의 분사 시 공기 중으로 비산됨을 방지하여 작업자의 호흡기 안전과 폭발 위험도 감소, 최종 제품의 로스(LOSS)율 감소 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 비산되지 않고 고르게 유기물 코팅된 무기질 파우더 입자가 분사되므로 우레탄 스프레이 단열재 내부에 무기질 파우더가 균일하게 분산되므로 시공 완료된 본 발명의 폴리우레탄 폼의 난연성이 향상된다.
상술한 단계를 거쳐 형성된 본 발명의 폴리우레탄 폼은 기재의 표면에 형성되어 철골의 부식을 방지하면서, 건축물의 단열성, 난연성 및 물리적 강도의 확보를 위해 포함된다.
본 발명의 폴리우레탄 폼은, 수성 연질 우레탄 폼, 연질 우레탄 폼, 반경질 우레탄 폼, 경질 우레탄 폼 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 폴리우레탄 폼은 통상적인 방법으로 형성할 수 있다. 구체 예에서는 경화제(MDI 등 제1 액 일체) 및 우레탄 시스템(제2 액 일체), 무기질 파우더(고상 광물 파우더)를 반응하여 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
단, 상기 실시예 및 비교예는 본 발명의 명확한 이해를 위해 예시적으로 설명된 것으로서, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아님을 명시한다.
[실시예]
실시조건은 일반 압력, 액온 10℃, 분위기온도 20℃ 건조한 조건에서 실시하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
폴리올 Ester 33 33 33 33 33 33
Ether 33 33 33 33 33 33
난연제 13 13 13 13 13 13
발포제 발포제 17 17 17 17 17 17
물 2 2 2 2 2 2
촉매 1 1 1 1 1 1
정포제 1 1 1 1 1 1
경화제 100 130 160 190 100 190
무기질 10 10 10 10 - -
실시예 1
상기 표 1에 도시한 바와 같이, 에스테르(Ester) 폴리올 33중량부, 에테르(Ether) 폴리올 33중량부, 난연제로서 TCPP((Tris(1-chloro-2-propyl)phosphate)) 13중량부, 물 2중량부, HCFC계(HFC계 또는 HFO계) 발포제 17중량부, 아민 촉매(또는 금속 촉매) 1중량부, 정포제로서 실리콘 1중량부를 혼합하여 교반하였다. 이후 NCO%가 30~32인 폴리머릭 MDI 100 중량부를 반응시켰고, 우레탄 뿜칠 분사 시 무기질 파우더 10중량부를 동시 분사하여 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다만 표 1에서와 같이 폴리머릭 MDI의 함량을 130 중량부로 변경하여 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다만 표 1에서와 같이 폴리머릭 MDI의 함량을 160 중량부로 변경하여 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다만 표 1에서와 같이 폴리머릭 MDI의 함량을 190 중량부로 변경하여 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 표 1에서와 같이 무기질을 포함하지 않고 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 표 1에서와 같이 무기질을 사용하지 않고 대신에 폴리머릭 MDI 190중량부를 사용하여 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
실시예 1 내지 4, 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 폴리우레탄 폼 단열재의 물성을 하기 표 2에 나타내었다.
1. 겉보기밀도: KS M 3809 : 2020
2. 열전도율: KS M 3809 : 2020
3. 흡수량: KS M 3809 : 2020
4. 압축강도: KS M 3809 : 2020
5. 열방출률시험: 콘 칼로리미터법으로 10분간 실시하여 총 방출열을 측정(KS F ISO 5660-1)
6. 가스유해성시험: 마우스테스트법으로 실험용 흰 쥐의 행동정지 시간의 평균값 측정(KS F 2271)
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
겉보기밀도
(kg/㎥)		 25 29 32 36 24 35
열전도율
(W/(m*K))		 0.024 0.023 0.023 0.023 0.024 0.023
흡수량
(g/100㎠)		 2.0 2.2 2.3 2.4 3.0 2.8
압축강도
(kg/㎥)		 20 22 23 25 10 15
총방출열량
(MJ/㎥)		 7.8 7.4 7.2 7.1 - -
가스유해성
(min : s)		 9:30 9:25 9:13 9:00 - -
상기 표 2에 도시된 바와 같이 MDI 중량부 증량에따른 물성 개선 효과는 높은 기계적 강도를 보이나, 일정 중량부 이상이 되면 동일한 수준의 물성이 유지됨을 알 수 있다.
또한, 동일조건에서 무기질 처방은 기계적 강도를 향상시키며, 이는 무기질이 가지는 고유의 기계적 물성이 폴리우레탄 폼 단열재의 물성을 향상시킨 결과이다.
시험 결과, 실시예 1 내지 4는 각각 열방출량이 7.8MJ/㎥ ~ 7.1MJ/㎥을 나타내었으며, 비교예 1, 2에 비해 열방출량이 감소되었다. 이는 혼합된 무기질 파우더가 연소를 차단하여 난연 성능을 향상시킨 결과이다.
결과적으로, 기존에 보편적으로 사용되는 스프레이 우레탄 단열재 처방에서 MDI 중량비 증량과 무기질 파우더 처방을 통해 난연 성능 및 기계적 물성이 향상된 폴리우레탄 폼 단열재를 제조할 수 있다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
폴리올 Ester 33 33 33 33 33 33
Ether 33 33 33 33 33 33
난연제 13 13 13 13 13 13
발포제 발포제 17 17 17 17 17 17
물 2 2 2 2 2 2
촉매 1 1 1 1 1 1
정포제 1 1 1 1 1 1
경화제 150 150 150 150 150 150
무기질 20 30 40 50 60 -
실시예 5
상기 표 3에 도시한 바와 같이 Ester 폴리올 33중량부, Ether 폴리올 33중량부, 난연제로서 TCPP((Tris(1-chloro-2-propyl)phosphate)) 13중량부, 물 2중량부, 발포제 17중량부, 촉매 1중량부, 정포제 1중량부를 혼합하여 교반하였다. 이후 NCO%가 30~32인 폴리머릭 MDI 150 중량부를 반응시켰고, 우레탄 뿜칠 분사 시 무기질 파우더 20중량부를 동시 분사하여 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 표 3에서와 같이 무기질 파우더 30중량부를 사용하여 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 표 3에서와 같이 무기질 파우더 40중량부를 사용하여 폴리우레탄 폼 단열재를 제조하였다.
실시예 8
상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 표 3에서와 같이 무기질 50 중량부를 사용하여 폴리우레탄폼 단열재를 제조하였다.
실시예 9
상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 표 3에서와 같이 무기질 파우더 60중량부를 사용하여 폴리우레탄폼 단열재를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 5과 동일하게 실시하되, 표 3에서와 같이 무기질 파우더를 사용하지 않고, 대신에 폴리우레탄폼 단열재를 제조하였다.
실시예 5-9 및 비교예 3에 따라 제조된 폴리우레탄폼의 물성을 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9 비교예3
겉보기밀도
(kg/㎥)		 32 34 35 36 37 30
열전도율
(W/(m*K))		 0.024 0.023 0.023 0.022 0.022 0.024
흡수량
(g/100㎠)		 2.0 2.0 2.1 2.1 2.2 2.6
압축강도
(kg/㎥)		 20 22 23 25 26 13
열방출량
(MJ/㎥)		 7.8 6.4 5.6 4.8 4.0 -
가스유해성
(min : s)		 9:56 10:40 11:24 12:50 14:00 -
상기 표 4에 도시된 바와 같이 실시예 5 내지 9는 각각 열방출량이 7.8MJ/㎥ ~ 4.0MJ/㎥을 나타내었으며, 비교예 4에 비해 열방출량이 감소되었다. 이는 혼합된 무기질 파우더의 중량비가 증가됨에 따라 난연 성능이 향상됨을 알 수 있다.
결과적으로, 폴리머릭 MDI 150 중량부와 무기질 파우더 60중량부를 사용한 우레탄 뿜칠 단열재는 기존대비 열방출량이 개선되었음을 알 수 있다.
상기 실시예에서 폴리머릭 MDI와 무기질로 인한 난연성 향상이 설명되었으나, 이는 이들의 범위를 제안하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 원칙을 벗어나지 않는 범위에서 변형할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 시공에 적용되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재 분사장치를 일 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 시공에 적용되는 폴리우레탄 및 무기질 파우더의 혼합 분사장치를 일 실시예에 따라 보인 도면이고, 도 4는 도 3의 스프레이 건 구조를 일 실시예에 따라 확대하여 보인 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면 본 발명의 폴리우레탄 폼 복합 단열재는 분사액 저장부(100), 즉 제1 액 저장부(110) 및 제2 액 저장부(120)에 각각 저장된 제1 액과 제2 액이 각각 이송펌프(111)(121)와 이송관(113)(123)을 통해 분사액 공급부(200) 내 유량계(210)(220)를 통과해 유속 및 유량이 제어된 뒤, 도 4에서 도시된 바와 같이 스프레이 건(500)의 제1 스프레이 노즐(510) 내부에서 믹싱되어 건물의 벽면 등 타겟면으로 혼합 분사된다.
여기서, 도 4를 참조하면 상기 제1 스프레이 노즐(510) 내부에는 믹싱챔버(511)가 더 구비되어 있음에 따라 상기 믹싱챔버(511) 내부로 공급된 제1 액과 제2 액이 서로 섞이면서 믹싱된 후 제1 스프레이 노즐(510)을 통해 타겟면으로 분사된다.
한편, 무기질 파우더(P)는 무기질 파우더 공급부(400)에 의해 스프레이 건(500)으로 공급된다. 상기 무기질 파우더 공급부(500)의 구성은 별도의 에어컴프레셔(410)에 의해 가압되어 별도의 에어공급관(420) 및 파우더 이송관(470)을 통해 제2 스프레이 노즐(520)로 무기질 파우더(P)가 공급되며, 상기 제2 스프레이 노즐(520)은 단일의 스프레이 건(500)의 제1 스프레이 노즐(510)에 인접하여 장착된다. 이 상태에서 작업자가 스프레이 건(500)의 방아쇠(530, 도 3 참조)를 조작함에 따라 상기 스프레이 건(500)의 제1 스프레이 노즐(510) 및 제2 스프레이 노즐(520)이 동시에 분사된다. 이때, 상기 무기질 파우더(P)의 유량 및 압력은 도 3에서 도시된 바와 같이 무기질 파우더 공급부(400)에 부착된 유량계(450)를 통해 조절된다.
또한, 상기 제1 액 및 제2 액이 스프레이 건(500)의 제1 스프레이 노즐(510)에서 믹싱된 뒤 타겟면을 향해 분사될 때, 이와 동시에 무기질 파우더(P)가 스프레이 건(500)의 제2 스프레이 노즐(520)을 통해 별도로 분사된 후, 피처리물의 타겟면에서 제1 액 및 제2 액의 혼합 분사액(MS)과 만나 혼합된다.
구체적으로, 피처리물의 타겟면에서 제1, 제2 액 및 무기질 파우더(P)가 서로 혼합되면서 발포를 위한 우레탄 반응이 진행되고, 이 과정에서 무기질 파우더(P)가 폴리우레탄 폼 내부에 고르게 분산된다.
이를 통해 본 발명에 의하면 종래 기술에서 살펴본 바와 같이 우레탄 분사를 위한 혼합액 속에 무기질 파우더가 미리 혼입된 상태로 분사됨에 따라 무기질 파우더(P)가 혼합액 속에 가라앉아 침착되거나 상기 무기질 파우더(P)로 인한 노즐 막힘 문제 등이 발생되고, 이로 인해 종래 기술에서 상기 무기질 파우더(P)가 타겟면에 균일하게 분산 및 도포되지 못했던 근본적인 문제점이 일거에 해소될 수 있다.
또한, 분사액 공급부(200)로부터 스프레이 건(500)을 연결하는 이송관(113)(123)의 둘레에는 히팅코일(300)이 더 부가됨으로써 스프레이 건(500)으로 이송되는 제1 액 및 제2 액을 적정 온도로 가열하여 우레탄 반응을 촉진시키고, 이와 더불어 상기 제1 액 및 제2 액 중에 무기질 파우더(P)의 침전을 방지한다.
또한, 상기 무기질 파우더 공급부(400)에는 무기질 파우더(P)를 투입하기 위한 호퍼(430)와, 무기질 파우더를 담아 저장하기 위한 파우더 저장탱크(440)와, 무기질 파우더(P)의 공급 유량을 제어하기 위한 유량계(450)가 더 포함될 수 있다. 또한, 상기 무기질 파우더 공급부(400)의 일측에는 작업자가 일정한 압력과 유량을 조절하기 위한 시스템 조작부(미도시)가 더 포함될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면 본 발명 무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법은 하기에서 설명하는 다른 실시예에 따라 수행될 수 있다.
도 5는 도 3의 스프레이 건 구조를 다른 실시예에 따라 확대하여 보인 도면이다.
단계 (a): 건축물의 벽면 등 소정의 타겟면을 향해 경화제를 포함한 제1 액과 폴리올을 포함한 제2 액을 혼합 분사한다. 본 단계는 앞서 도 1 및 도 4의 일 실시예에서 살펴본 단계 (a)와 동일하다.
단계 (b): 도 5를 참조하면, 상기 단계 (a)와 동시 또는 직전에, 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액(MS) 중에 별도의 공급 유로, 즉 파우더 이송관(470)을 통해 무기질 파우더(P)를 연속적 또는 간헐적으로 공급함으로써 상기 무기질 파우더(P)가 포함된 제1 액 및 제2 액의 혼합액(MS)을 상기 타겟면을 향해 분사한다.
단계 (c): 상기 타겟면에 도달한 제1 액 및 제2 액이 반응하면서 발포되는 과정에서 혼합 분사된 무기질 파우더(P)가 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액(MS) 중에 고르게 분산된다.
따라서, 상술한 단계 (a) 내지 (c)에 의해 상기 제1 액 및 제2 액이 도포된 타겟면에 상기 무기질 파우더(P)가 분산된 형태로 부착되도록 함으로써 한번의 스프레이 시공으로 폴리우레탄 폼(F)의 단열재 내부에 무기질 파우더(P)가 균일하게 분산 배치된 형태의 복합 단열폼을 형성한다.
아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.
100 : 분사액 저장부 110, 120 : 제1, 제2 액 저장탱크
111, 121 : 이송펌프 113, 123 : 이송관
200 : 분사액 공급부 210, 220 : 유량계
300 : 히팅코일 400 : 무기질 파우더 공급부
410 : 에어컴프레셔 420 : 에어공급관
430 : 호퍼 440 : 파우더 저장탱크
450 : 유량계 470 : 파우더 이송관
500 : 스프레이 건 510 : 제1 스프레이 노즐
511 : 믹싱챔버 520 : 제2 스프레이 노즐
530 : 방아쇠 MS : 제1, 제2 액의 혼합액
P : 무기질 파우더 F : 폴리우레탄 폼

Claims (9)

  1. (a) 건축물의 벽면을 포함하는 소정의 타겟면을 향해 경화제를 포함한 제1 액과 폴리올을 포함한 제2 액을 혼합 분사하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)와 동시 또는 직전에, 별도의 공급 유로를 통해 공급되는 무기질 파우더를 연속적 또는 간헐적으로 상기 타겟면을 향해 분사하는 단계;
    (c) 상기 타겟면에 도달한 제1 액 및 제2 액이 반응하면서 발포되는 과정에서 상기 타겟면에 동시에 분사된 무기질 파우더가 침투하여 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합액 중에 고르게 분산되는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 액은, 경화제로서 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate)를 포함하고,
    상기 제2 액은, 폴리올 60~70중량부, 난연제로서 TCPP((Tris(1-chloro-2-propyl)phosphate)) 10~20중량부, 발포제로서 HCFC계, HFC계 또는 HFO계 발포제 중 적어도 하나를 20~30중량부, 물 0~10중량부, 촉매로서 아민 촉매 또는 금속 촉매 중 적어도 하나를 1중량부, 정포제로서 실리콘 1중량부를 포함하고,
    상기 무기질 파우더는, 입자 사이즈 15 ~ 30㎛의 무기질 혹은 1200 ~ 200mesh의 무기질로 구성되되, 팽창 흑연, 흑연, 팽창 질석, 질석, 팽창 퍼라이트, 퍼라이트, 적인을 포함하는 광물 중 하나 또는 둘 이상의 무기질을 혼합하여 구성하고,
    상기 제1 액 및 제2 액의 혼합 분사액은 물결 문양으로 위아래 지그재그 형태로 반복해서 도포함에 의해 전체적으로 폴리우레탄 폼의 각 셀이 서로 폐쇄된 형상을 갖는 폐쇄형 셀 구조의 기재층을 형성하되, 무기질 파우더는 상기 제1 액 및 제2 액의 혼합 분사액의 분사 범위와 같거나 더 넓게 확산되면서 상기 기재층의 상면뿐만 아니라 기재층의 사이에도 전반적으로 넓게 분사되고,
    상기 제1 액 및 제2 액이 도포된 타겟면에 상기 무기질 파우더가 분산된 형태로 부착되도록 함으로써 한번의 스프레이 시공으로 폴리우레탄 폼 단열재 내부에 무기질 파우더가 균일하게 분산 배치된 형태의 복합 단열폼을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기질 파우더는 타겟면을 향해 분사 시 공기 중으로 비산됨을 방지하기 위해서 분사 전에 파우더 입자의 표면에 유기물을 표면 코팅하는 비산방지 처리를 수행하되,
    상기 비산방지 처리는 1종 이상의 무기질 파우더를 드럼 형태의 믹서에서 교반하면서 상기 교반 중인 무기질 파우더 상에 에폭시, 멜라민, 실란 또는 천연물을 적어도 1종 이상 포함하는 액상 유기물을 노즐 분사하여 무기질 파우더의 표면을 유기물로 코팅한 후 상기 유기물 코팅된 무기질 파우더를 상온 또는 열풍 건조함으로써 유기물이 표면 코팅된 무기질 파우더를 제조하는 것인,
    무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 액, 제2 액 및 무기질 파우더는 100:100:20 내지 190:100:60의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는,
    무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기질 파우더는 타겟면을 향해 분사 시 공기 중으로 비산됨을 방지하기 위해서 분사 전에 파우더 입자의 표면에 유기물을 표면 코팅하는 비산방지 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는,
    무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재의 형성방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 내지 3, 7 항 중 어느 한 항에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 무기질 파우더가 균일하게 분산되는 폴리우레탄 폼 복합 단열재.
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