KR102666785B1 - 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 및 이의 제조방법 - Google Patents

트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 폴리에틸렌 수지와 트리아진계 난연제를 포함하는 난연성 조성물을 준비하는 단계; b) 상기 난연성 조성물에 발포제를 첨가한 후, 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; c) 상기 혼합물을 압출시킨 후, 발포하여 발포체를 형성하는 단계; d) 상기 발포체를 성형 및 가공하여, 가공물을 제조하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 제조방법에 관한 것이다.

Description

트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 및 이의 제조방법{Flame-retardant foam insulation using triazine-based flame retardant and manufacturing method thereof}
본 발명은 무독성, 난연성, 내열성이 우수하고, 유사한 종래의 난연제에 비하여 물리적, 화학적으로 안정한 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래 단열 시공에 사용되는 단열재의 대표적인 예로는, 스티로폼, 발포 폴리우레탄, 발포 폴리에틸렌이 주종을 이루고 있다. 발포 폴리에틸렌의 경우, 난연성을 강화시키기 위하여, 할로겐계, 무기계, 인계, 질소계로 구분되는 난연제를 첨가하여, 화염이나 불꽃에 의해 연소되는 것을 방지하고자 하였다.
그러나, 상기 할로겐계 난연제의 경우, 난연성 확보는 용이하지만, 폴리에틸렌 수지와의 좋지 못한 상용성, 압출기내의 체류로 인한 분해로 탄화물 발생, 가공 및 연소 시 하이드로 브롬산, 다이옥신, 벤조 퓨란 등과 같은 유해한 독성가스의 발생하는 등의 문제점이 있었다. 이와 같이 할로겐계 난연제는 인체에 유해하여 제품물성, 제조공정 및 안정성에 좋지 않은 영향을 준다는 문제가 있었다.
또한, 무기계 난연제의 경우, 충분한 난연효과를 발휘하기 위하여, 과량의 무기계 난연제를 사용해야하는 문제 때문에, 성형 가공성이 용이하지 못해 단열재로 용이하게 제조되지 못하는 문제가 있었다.
한편, 인계 난연제의 경우, 상기한 할로겐계 난연제보다 독성의 지속성이 짧고, 연소과정에서 적은 연기가 발생하며, 사용 시에는 친환경적이라는 장점이 있어, 각광받아 왔으나, 수지의 기본 물성을 저하시킬 우려가 있다는 점, 제품 사용 중에 휘발, 마모, 침출, 침전, 침투 및 용해 등을 통해 쉽게 환경으로 누출될 수 있고, 누출된 인계 난연제가 인체 내부에 축적되면 독성, 생식 기능 손상, 내분비 장애 및 발암 등의 여러 가지 건강상의 악영향을 유발할 수 있는 문제가 있었다.
또한, 질소계 난연제의 경우, 난연효과가 다소 미흡할 뿐만 아니라 수지와의 상용성 및 내수성의 문제가 있었다.
이에 따라서, 상기의 문제점들을 해결하면서, 내열성, 난연성, 친환경성, 가공성을 극대화 시킬 수 있는 단열재 판넬의 개발이 시급한 실정이다.
한국 등록특허공보 제 10-1976417호 한국 등록특허공보 제 10-1778945호
본 발명은 인체에 무해하고, 난연성과 내열성이 우수하며, 단열재의 기계적 물성을 저하시키지 않도록 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 난연성 발포 단열재는 a) 폴리에틸렌 수지와 트리아진계 난연제를 포함하는 난연성 조성물을 준비하는 단계; b) 상기 난연성 조성물에 발포제를 첨가한 후, 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; c) 상기 혼합물을 압출시킨 후, 발포하여 발포체를 형성하는 단계; d) 상기 발포체를 성형 및 가공하여, 가공물을 제조하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 a)의 트리아진계 난연제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
(여기서, 상기 R1 내지 R2 는 C1~ C10의 선형, 분지형 또는 지환형 알킬기 이다.)
상기 단계 a)의 난연성 조성물은 인계 난연제, 무기계 난연제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인계 난연제는 비스페놀 A 비스(디페닐 포스페이트)(bisphenol A bis(diphenylphosphate), BDP), 펜타에리스리톨 스피로포스페이트(Pentaerythritol spirophospate)와 헥사페녹시 트리싸이클로 포스파젠(hexaphenoxytricyclophosphazene)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 b)의 발포제는 물, 탄산암모늄, 중탄산암모늄, 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 중 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 단계 b)와 상기 단계c) 사이에는, 상기 혼합물에 4,000~10,000cs의 점도를 갖는 안정제를 투입한 후, 혼합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 안정제는 실리콘 오일, 나프텐 오일, 파라핀유 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 앞서 기재된 어느 하나의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재를 제공할 수 있다.
본 발명은 트리아진계 난연제를 이용하여 단열재를 구성함으로써, 인체에 무해하고, 난연성과 내열성이 우수하며, 단열재의 기계적 물성을 저하시키지 않고, 상용성을 나타낼 수 있도록 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 및 이의 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재의 제조 공정도를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재는 a) 폴리에틸렌 수지와 트리아진계 난연제를 포함하는 난연성 조성물을 준비하는 단계; b) 상기 난연성 조성물에 발포제를 첨가한 후, 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; c) 상기 혼합물을 압출시킨 후, 발포하여 발포체를 형성하는 단계; d) 상기 발포체를 성형 및 가공하여, 가공물을 제조하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 a)의 트리아진계 난연제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 트리아진계 난연제를 이용할 수 있다.
[화학식 1]
(여기서, 상기 R1 내지 R2 는 C1~ C10의 선형, 분지형 또는 지환형 알킬기 이다.)
상기 트리아진계 난연제는 한 분자 내에 황과 질소가 포함된 구조이므로, 화염 발생시, 차르 형성 효율이 높아, 화염이 번지는 것을 방지할 수 있고, 비활성 질소를 방출하여 산소차단 작용을 유도할 수 있게 된다.
즉, 트리아진계 난연제는 다른 질소계 난연제에 비하여, 황이 포함된 구조이므로, 차르 형성 효율이 높아, 난연성을 발휘하기 위한 난연제의 함량이 적으며, 이에 따라 난연제의 사용량이 감소될 수 있어, 경제성이 향상될 수 있다. 또한 전체 난연성 조성물에서 차지하는 난연제 함량이 줄어듦에 따라 기계적 물성 또한 향상될 수 있다.
상기 트리아진계 난연제는 화학식 2의 화합물과 화학식 3의 화합물을 반응시켜, 하기 반응식 1과 같이 화학식 4로 표시되는 화합물을 수득한다. 이후, 화학식4의 화합물과 화학식 5로 표시되는 화합물을 반응시켜, 하기 반응식 2와 같이 화학식 1의 트리아진계 난연제를 형성하게 된다.
[반응식 1]
[반응식 2]
(여기서, 상기 R1 내지 R2 는 C1~ C10의 선형, 분지형 또는 지환형 알킬기 이다.)
더욱 구체적으로, 질소가스 분위기의 반응 용기에 화학식 2의 화합물에 화학식 3의 화합물을 첨가한 후, 60rpm, 72℃에서 11시간 혼합시켜, 화학식 4로 표시되는 화합물을 수득하였다. 이후, 반응용기를 상온에서 3시간 숙성한 후, 반응 용기에 화합물에 화학식 5로 표시되는 화합물을 천천히 적가하여, pH 8~9 상태가 되도록 하였다. 반응이 완료되면 회전 증발기에서 반응 용매를 제거하고, 생성물을 무수 에탄올로 3회 세척하여 건조함으로써, 화학식 1로 표시되는 화합물을 수득하였다.
가장 바람직하게, 화학식 3의 화합물은 소듐 2-아미노에테인-술포네이트(Sodium 2-aminoethane-sulfonilate)일 수 있고, 화학식 5의 화합물을 디에탄올아민을 이용하여, 최종적으로 제조되는 트리아진계 난연제가 최적의 수율을 보이도록 할 수 있다.
상기 화학식1의 트리아진계 난연제는 트리아진 고리를 포함하므로, 불에 노출되었을 때, 고온에서 흡열 분해를 겪게 되고, 이때, 주위의 열을 흡수하며 흡열 분해되므로, 쿨링효과 또는 냉각효과를 유발할 수 있게 된다. 또한, 흡열 반응이 일어나면, 상기 트리아진 고리는 비활성 질소 가스를 방출하여, 연소의 지점에 존재하는 산소 및 가연성 가스를 희석하고, 숯을 형성하게 되어, 화염의 전파를 억제하게 된다.
또한, 화학식 1의 트리아진계 난연제에 있어서, 트리아진 고리에 결합된 -N(R2OH)2기의 경우, 분자 구조 내에 수산화기와 아미노기가 난연성을 개선시킬 수 있다.
더욱 구체적으로, -N(R2OH)2기의 경우, 열에 의해 기화되어, 비활성 질소가스를 방출하게 되므로, 산소차단 작용을 유도하게 된다. 특히, -N(R2OH)2기는 복수개의 수산화기가 (-OH)가 열을 흡수하여 물을 발생시키면서, 난연 효과를 극대화 시킬 수 있다.
또한, -NHR1SO3Na기는 비활성 질소가스를 방출하여, 산소차단 작용을 유도하며, 술폰산염과 금속이온인 소듐의 염이 결합된 구조이므로, 연소시 차르 형성 속도를 증가시키게 될 뿐만 아니라, 비활성 질소 가스가 차르를 다공질로 만들어 열분해에 의한 연소를 제어하게 된다. 즉, 연소의 확산을 차단하게 되므로, 난연성이 개선된다.
본 발명에서 이용되는 트리아진계 난연제는 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부가 포함될 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 트리아진계 난연제가 10 중량부 미만으로 포함될 경우, 충분한 난연성을 나타내지 못할 우려가 있고, 40 중량부를 초과하여 사용될 경우, 기계적 물성 또는 가공성을 저하시킬 우려가 있으므로, 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부가 포함될 수 있도록 함이 바람직하다.
한편, 상기 단계 a)의 난연성 조성물은 논할로겐 인계 난연제, 무기계 난연제를 더 포함할 수 있다.
먼저, 논할로겐 인계 난연제는 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부가 포함될 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 논할로겐 인계 난연제가 1 중량부 미만으로 포함될 경우, 충분한 난연성을 나타내지 못할 우려가 있고, 20 중량부를 초과하여 사용될 경우, 기계적 물성 또는 가공성을 저하시킬 우려가 있으므로, 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부가 포함될 수 있도록 함이 바람직하다.
더욱 구체적으로, 상기 논할로겐 인계 난연제는 비스페놀 A 비스(디페닐 포스페이트)(bisphenol A bis(diphenylphosphate), BDP), 펜타에리스리톨 스피로포스페이트(Pentaerythritol spirophospate)와 헥사페녹시 트리싸이클로 포스파젠(hexaphenoxytricyclophosphazene)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고, 가장 바람직하게, 상기 논할로겐 인계 난연제는 비스페놀 A 비스(디페닐 포스페이트)(bisphenol A bis(diphenylphosphate), BDP) 30~55중량%, 펜타에리스리톨 스피로포스페이트(Pentaerythritol spirophospate) 20~40중량%, 헥사페녹시 트리싸이클로 포스파젠(hexaphenoxytricyclophosphazene) 15~35중량%로 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기의 조합으로 구성된 논할로겐 인계 난연제의 경우, 친환경적이고, 독성이 거의 없을 뿐만 아니라, 단열재의 기계적 물성에 거의 영향을 주지 않고도, 최적의 난연성 보이게 되는 효과가 있다.
한편, 무기계 난연제의 경우, 최종적으로 제품되는 단열재의 난연성을 보조하고, 내수성을 개선하기 위해 사용되는 성분으로서, 필요시 요구되는 수준을 고려하여, 적절한 양으로 사용할 수 있다.
상기 무기계 난연제가 1 중량부 미만으로 함유될 경우, 단열재가 충분한 난연성을 나타내지 못할 우려가 있고, 10 중량부를 초과하여 사용될 경우, 단열재의 기계적 물성과 가공성이 저하될 수 있으므로, 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 1~10중량부가 포함되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 팽창 흑연, 탈크, 징크보레이트(Zinc Borate) 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 무기계 난연제에 사용되는 상기 수산화알루미늄(Al(OH)3),의 경우, 알칼리에 쉽게 반응하여 용해하고 200℃까지 안정적으로 유지하며 더 높은 온도에서 결정수가 탈수하는 과정으로 인해 많은 양의 열을 흡수하게 되므로 냉각효과가 있으며, 연소 시 발생하는 다이옥신, 염화수소가스 등 유해물질을 흡착할 수 있다. 즉 내열성, 내산성 및 난연성을 동시에 기대할 수 있으며, 화재 시에 연기와 유독성 가스의 발생을 줄여줄 수 있다.
또한, 수산화마그네슘,(Mg(OH)2)의 경우, 주변에서 열이 발생하면 수산화마그네슘의 반응기인 수산화기(-OH)가 열을 흡수하여 물을 발생시키면서 난연 효과가 발생하게 될 수 있을 뿐만 아니라, 기계적 강성을 개선할 수 있다. 또한, 이는 고온에 노출되어도, 유독 가스를 배출되지 않아 친환경적으로 이용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 팽창흑연의 경우, 층상의 결정구조를 갖는다. 이와 같은 구조의 팽창흑연은 연소에 의해 형성된 화염, 물 및 산화 화합물에 의해 20~350배까지 발포되어, 다공성 구조를 형성함으로써, 열이 이동하는 것을 방지한다. 뿐만 아니라, 다공성 구조에 독성 가스를 가두는 역할을 하여, 우수한 난연효과를 나타낼 수 있게 된다.
또한, 상기 팽창흑연은 당업자에 의해 통상적으로 사용되는 것을 이용할 수 있으나, 무기계 난연제에 포함된 다른 성분들과의 혼합 균일성을 증진시키고, 물리적 특성의 저하를 방지하기 위하여, 평균 입자의 크기가 300~600mesh 인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탈크(talc)의 경우, 활석광석을 미분쇄 또는 초미분쇄하여 제조된 입자 형상이 판상인 백색 분말로서, 무기 광산물 중 가장 경도가 낮고, 내열성 및 화학적 안정성이 우수하여, 난연제로서 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 내수성이 우수하여, 무기계 난연제로서 용이하게 사용될 수 있다.
상기 징크보레이트의 경우, 내열성, 전기특성, 내수성이 우수하며, 고온에서 탈수반응이 일어나면서 흡열현상을 보이며, 530J/g의 흡열량에 의해 우수한 난연효과를 나타낼 수 있다.
가장 바람직하게, 상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Al(OH)3) 20~35중량%, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 20~35중량%, 팽창흑연 10~20중량%, 탈크 1~20중량%, 징크보레이트(Zinc Borate) 1~10중량%를 포함하여 구성되는 것 사용하여, 최적의 난연성과 내수성을 보이도록 구성할 수 있다.
방법에 따라서, 상기 난연성 조성물은 술포네이트계 난연제를 더 포함할 수 있다.
상기 술포네이트계 난연제의 경우, 유기 술폰산이온과 금속이온의 염 화합물에 해당되며, 차르 형성 속도를 증가시켜, 난연성을 보이게 된다,
또한, 유기 술폰산이온과 금속이온의 염 화합물의 조합인 술포네이트계 난연제는 단열재의 가공성 뿐만 아니라, 최종적으로 얻어지는 단열재의 경도와 기계적 강성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 술포네이트계 난연제가 1 중량부 미만으로 함유될 경우, 조성물의 물성이 저하되고, 이로인데 최종적으로 얻어지는 단열재의 경도와 기계적 강성이 취약해질 우려가 있고, 15 중량부를 초과하여 사용될 경우, 첨가량 대비 난연 효과, 가공성 및 기계적 강도의 개선 효과가 미미하여, 경제성이 좋지 못한 문제가 있으므로, 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 1~15 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명에서 이용되는 술포네이트계 난연제는 포타슘 디페닐술폰 술포네이트(Potassium diphenyl sulfonesulfonate), 소듐 트리클로로벤젠 술포네이트(Sodium trichlorobenzene sulfonate)를 포함한다. 이는 방향족 고리를 함유하고 있으므로, 현저한 열적 안정성을 보이게 된다.
더욱 바람직하게는, 포타슘 디페닐술폰 술포네이트(Potassium diphenyl sulfonesulfonate)와 소듐 트리클로로벤젠 술포네이트(Sodium trichlorobenzene sulfonate)가 1:1 중량비로 혼합된 술포네이트계 난연제 임이 바람직하다.
한편, 상기 단계 b)의 발포제는 물, 탄산암모늄, 중탄산암모늄, 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 중 1종 이상인 것을 특징으로 한다. 상기의 발포제의 경우, 상기 난연성 조성물을 발포시킴에 있어, 가스의 유출을 극소화시키면서도, 서로 가교 융합되도록 하여, 안정적인 발포력을 보일 수 있도록 하는 효과가 있다.
이때, 상기 발포제는 혼합물의 필요 물성에 따라 첨가량이 달라질 수 있으나, 상기 난연선 조성물 100 중량부에 대해 상기 발포제가 1 중량부 미만으로 첨가되어 혼합될 경우, 혼합물의 발포력이 떨어지게 될 우려가 있고, 35 중량부를 초과하여 혼합될 경우, 혼합물이 지나치게 발포되어, 단열재의 강도가 저하되고 물성이 떨어지게 되는 문제점이 나타나 바람직하지 않게 되므로, 상기 발포제는 상기 난연성 조성물 100 중량부에 대해 1~35 중량부가 첨가될 수 있다.
한편, c) 상기 혼합물을 압출시킨 후, 발포하여 발포체를 형성하는 단계;에 있어서, 상기 혼합물은 압출된 후에, 120℃~200℃의 온도조건의 발포로에서 가교, 발포되어, 화학적으로 가교된 발포체로 제조될 수 있도록 함이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 상기 단계 b)와 상기 단계c) 사이에는, 상기 혼합물에 4,000~10,000cs의 점도를 갖는 안정제를 투입한 후, 혼합하는 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 안정제는 난연성 조성물이 발포제와 혼합된 후에도 물리적 및 화학적 성질을 안정적으로 유지할 수 있도록 함으로써, 난연 상승 효과와 더불어 열방출 효과를 돕고, 화염으로부터 발생되는 연기를 감소시킬 수 있게 하기 위함이다.
상기 안정제는 혼합물의 필요 물성에 따라 첨가량이 달라질 수 있으나, 난연성 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 안정제가 1~5 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 안정제는 배합과 분산을 용이하게 하여 가공성을 상승시킬 수 있도록, 4,000~10,000cs의 점도를 갖는 것을 사용함이 바람직하며, 더욱 바람직하게, 트리아진계 중합체, 에틸렌계 중합체와 사용성이 높은 실리콘 오일, 나프텐 오일, 파라핀 오일 중 1종 이상을 포함할 수 있도록 한다.
d) 상기 발포체를 성형 및 가공하여, 가공물을 제조하는 단계;에 있어서, 상기 발포체는 금형틀에 넣어 원하는 형상이나 모양으로 성형 및 가공할 수 있다.
방법에 따라서, 본 발명은 상기 가공물의 양면에 금속시트를 접착하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 금속시트는 통상적으로 사용되는 알루미늄 시트를 열 접착시킬 수 있고, 더욱 바람직하게는, 유리섬유포(glass fiber cloth)가 포함된 알루미늄 시트를 열 접착시켜, 고온에 의한 열 침투성을 더욱 개선시킬 수 있게 구성 할 수 있다. 상기 금속시트의 두께는 당업자에 의해 용이하게 구성될 수 있다.
이때, 상기 금속시트의 일면에는 난연성 접착액이 도포될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 난연성 접착액은 액상의 규산나트륨(Sodium Silicates), 액상의 규산칼륨(Potassium Silicate)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 액상의 규산나트륨(Sodium Silicates), 액상의 규산칼륨(Potassium Silicate)의 경우, 접착력을 가지므로, 가공물과 금속시트가 더욱 견고히 접착될 수 있게 할 수 있고, 화재 시 부풀어 오르면서 난연성을 더욱 개선시킬 수 있게 되므로, 상기 금속시트에 도포되는 접착액으로서 사용되기 적합하다.
이때, 규산나트륨(Sodium Silicates), 규산나트륨(Sodium Silicates)의 경우, 수분에 의하여 강도가 저하될 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여, 상기 난연성 접착액은 황산알루미늄을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 난연성 접착액의 결합력을 보다 증진시키기 위하여, 난연성 접착액은 대마 추출물을 더 포함할 수 있다. 상기 대마 추출물의 경우, 대마를 물에 넣고 일정시간 이상 가열한 후, 얻을 수 있는 점액성 물질에 해당된다. 또한, 천연 물질이므로 화재시 유독가스를 유발하지 않으며, 가공물과 금속시트의 견고한 결합력을 유도할 수 있게 된다.
본 발명은 앞서 언급된 어느 하나 이상의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재를 제공할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열반사 단열재 판넬에 관하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
■ 실시예: 단열재의 제조
<실시예 1>
a) 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여, 화학식 1-1로 표시된 트리아진계 난연제 20중량부를 첨가하여 혼합하였다. 다음으로, 이를 헨셀 믹서를 통하여, 균일하게 혼합한 후, 가공 과정을 통해 난연성 조성물을 제조하였다.
[화학식 1-1]
b) 이후, 상기 난연제 조성물 100 중량부에 대해 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 25 중량부를 첨가하여 혼합물을 형성하였다.
c) 다음으로, 상기 혼합물을 압출기에 투입하여, 압출시킨 후, 100~140 bar 압력에서 발포하여 발포체를 형성하였다.
d) 상기 발포체를 금형틀에 넣어 성형한 후, 이를 45℃의 온도에서 24시간 건조하고, 규격화된 형태의 단열재로 재단하는 가공하여 가공물을 제조하였다.
e) 가공물의 양면에 알루미늄 시트를 1mm 두께로 접착하여, 단열재를 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1의 상기 단계 a)의 난연성 조성물 제조에 있어서, 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여, 논할로겐 인계 난연제 15 중량부를 더 첨가하되, 상기 논할로겐 인계 난연제는 비스페놀 A 비스(디페닐 포스페이트)(bisphenol A bis(diphenylphosphate), BDP) 30~55중량%, 펜타에리스리톨 스피로포스페이트(Pentaerythritol spirophospate) 20~40중량%, 헥사페녹시 트리싸이클로 포스파젠(hexaphenoxytricyclophosphazene) 15~35중량%로 구성된 것을 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 2의 상기 단계 a)의 난연성 조성물 제조에 있어서, 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여, 무기계 난연제 7 중량부를 더 첨가하되, 상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Al(OH)3) 20~35중량%, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 20~35중량%, 팽창흑연 10~20중량%, 탈크 1~20중량%, 징크보레이트(Zinc Borate) 1~10중량%를 포함하여 구성되는 것을 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조하였다.
<실시예 4>
실시예 3의 상기 단계 a)의 난연성 조성물 제조에 있어서, 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여, 술포네이트계 난연제 5 중량부를 더 첨가하되, 상기 술포네이트계 난연제는 포타슘 디페닐술폰 술포네이트(Potassium diphenyl sulfonesulfonate)와 소듐 트리클로로벤젠 술포네이트(Sodium trichlorobenzene sulfonate)가 1:1 중량비로 혼합된 술포네이트계 난연제를 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 제조하였다.
<실시예 5>
실시예 1의 제조방법에 있어서, 상기 단계 b)와 단계 c) 사이에, 난연성 조성물과 발포제가 혼합된 혼합물에 4,000~10,000cs의 점도를 갖는 안정제를 3 중량부 첨가하되, 상기 안정제는 실리콘오일 30~45중량%, 파라핀오일 25~40중량%, 나프텐 오일 20~35중량%로 구성된 것을 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
<실시예 6>
실시예 1의 제조방법에 있어서, 상기 단계 e)에서 사용된 알루미늄 시트의 일면에 도포되는 접착액으로서, 액상의 규산나트륨 40중량%, 액상의 규산칼륨 40중량%, 황산알루미늄 15 중량%. 대마추출물 5 중량%로 구성된 것을 이용하였다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
<비교예 1>
폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여, 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 25 중량부를 첨가한 후, 이를 압출기에 투입하여, 압출시키고, 100~140 bar 압력에서 발포하여 발포체를 형성하였다. 다음으로, 상기 발포체를 금형틀에 넣어 성형한 후, 이를 45℃의 온도에서 24시간 건조하고, 규격화된 형태의 단열재로 재단하는 가공하여 가공물을 제조하였다. 이후, 가공물의 양면에 알루미늄 시트를 1mm 두께로 접착하여, 단열재를 제조하였다.
■ 시험예 1: 열방출 시험 및 가스유해성 시험
상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 각각에 대한 열방출 시험은 KS F ISO 5660-1에 의하여 측정하였으며, 가스 유해성은 KS F 2771에 의거하여 측정하였다. 표 1은 시험규격을 나타낸 것이고, 표 2는 가스 유해성 시험에 사용된 시험체를 나타낸 것이다.
구분 시험규격 시험방법
난연 2급
(준불연재)		 열방출 시험
KS F ISO 5660-1		 가열시험 개시 후 10분간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며, 10분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로
200kW/㎡를 초과하지 않으며, 10분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다) 등이 없어야 한다.
가스 유해성 시험
KS F 2271		 실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상
난연 3급
(난연재)		 열방출 시험
KS F ISO 5660-1		 가열시험 개시 후 5분간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며, ５분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로200kW/㎡를 초과하지 않으며, 5분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다)등이 없어야 한다.
가스 유해성 시험
KS F 2271		 실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상
마우스 혈통 마우스 성별 마우스 평균무게(g)
ICR 암컷 19
하기 표 3에 상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1의 3회 실험 평균값을 나타내었다.
시험항목 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예1
열방출
시험		 총방출열량
(MJ/㎡)2		 2.1 1.6 1.5 1.3 1.9 1.8 11
열방출율이 연속으로 200 kW/㎡
초과하는 시간(초)		 0 0 0 0 0 0 15
시험체를 관통하는 방화상 유해한
균열, 구멍 및 용융 등		 없 음 없 음 없 음 없 음 없 음 없 음 있 음
가스
유해성
시험		 행동정지시간
(분:초)		 15:21 17:11 17:18 18:12 16:13 16:52 5:11
상기 표 3에 나타난바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 6는 우수한 난연성을 갖고, 가스유해성이 적음을 확인할 수 있다.
■ 시험예 2: 물리적 성질 측정
ASTM D 638, ASTM D 790의 시험방법에 따라, 상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 각각에 대한 물리적 성질을 측정한 후, 이를 하기의 표 4에 나타내었다.
물 성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1
인장강도
()		 12.7 14.8 16.6 19.5 13.3 13.5 6.5
인장탄성률
()		 1,020 1,080 1,220 1,240 1,040 1,050 550
굴곡강도
()		 18.5 20.1 22.5 24.3 19.2 19.5 5.6
굴곡탄성율
()		 87.2 90.1 92.3 94.5 88.1 88.6 57.1
상기 표 3에 나타난바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 6는 우수한 비교예 1 보다 물리적 성질이 현저히 높음을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. a) 폴리에틸렌 수지, 트리아진계 난연제, 논할로겐 인계 난연제, 무기계 난연제 및 술포네이트계 난연제를 포함하는 난연성 조성물을 준비하는 단계;
    b) 상기 난연성 조성물에 발포제를 첨가한 후, 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    c) 상기 혼합물을 압출시킨 후, 발포하여 발포체를 형성하는 단계;
    d) 상기 발포체를 성형 및 가공하여, 가공물을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 난연성 조성물은,
    상기 폴리에틸렌 수지 100 중량부, 상기 트리아진계 난연제 10 내지 40 중량부, 상기 논할로겐 인계 난연제 1 내지 20 중량부, 상기 무기계 난연제 1 내지 10 중량부 및 상기 술포네이트계 난연제 1 내지 15 중량부로 구성되고,
    상기 트리아진계 난연제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하고,
    상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Al(OH)3) 20~35중량%, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 20~35중량%, 팽창흑연 10~20중량%, 탈크 1~20중량%, 징크보레이트(Zinc Borate) 1~10중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 제조방법
    [화학식 1]

    (여기서, 상기 R1 내지 R2 는 C1~ C10의 선형, 분지형 또는 지환형 알킬렌기 이다.)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 인계 난연제는 비스페놀 A 비스(디페닐 포스페이트)(bisphenol A bis(diphenylphosphate), BDP), 펜타에리스리톨 스피로포스페이트(Pentaerythritol spirophospate)와 헥사페녹시 트리싸이클로 포스파젠(hexaphenoxytricyclophosphazene)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 제조방법
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 b)의 발포제는 물, 탄산암모늄, 중탄산암모늄, 아조디카본아미드(Azodicarbonamide) 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 난연성 발포 단열재 제조방법
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 b)와 상기 단계 c) 사이에는, 상기 혼합물에 4,000~10,000cs의 점도를 갖는 안정제를 투입한 후, 혼합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 제조방법
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 안정제는 실리콘 오일, 나프텐 오일, 파라핀유 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재 제조방법
  8. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 트리아진계 난연제를 이용한 난연성 발포 단열재
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013119575A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Adeka Corp 難燃性ポリオレフィン系樹脂組成物
KR101556901B1 (ko) * 2015-01-14 2015-10-02 프라임에너텍(주) 건축용 단열재

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