KR20030061541A - 불연성 단열재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물의 내장 또는 외장용으로 사용되는 단열재에 관한 것으로, 무기질 경량 골재와 노보락형 페놀 수지 분말을 혼합하여 열간 프레스로 가열, 가압하여 성형 판재를 제조하는 방법에 따라 제조되는, 무기질 경량 골재 50∼95 중량%와 노보락형 페놀 수지 분말 5∼50 중량%로 이루어진 밀도 0.1∼0.9 g/㎤의 판재로 되는 본 발명의 불연성 단열재는, 판재를 이루는 무기질 충전재와 결합재인 페놀 수지가 모두 불연성이므로 화재 발생 시에도 불에 타거나 유독가스를 배출시키지 않는다는 장점이 있으며, 성형시 가압의 정도에 따라 다양한 성형 밀도를 갖는 판재를 제조할 수 있기 때문에, 요구되는 단열 정도에 따라 다양한 제품 생산이 가능하여 건축물의 내장 칸막이, 벽재, 천장재 등에 다양하게 사용할 수 있다.

Description

불연성 단열재 및 이의 제조 방법{INCOMBUSTIBLE INSULATING MATERIAL AND PREPARING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 건축물의 내장 또는 외장용으로 사용되는 단열재에 관한 것으로, 화재 발생 시 불에 타지 않으면서 가볍고 가공성이 좋은 불연성 단열재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축 용도에 사용되는 단열재로는 보통 스치로폴이라고 불리는 발포 스티렌 폼(EPS: expanded polystylene), 우레탄 폼, 우레아 폼, 암면 등이 있다. 이와 같은 단열재는 필수적으로 열전도율이 낮고 내부에 기공을 갖고 있어야 하며 경량이어야 한다는 공통점이 있다.

이들 중에서, 특히 스치로폴은 30∼100 배 정도 발포된 제품을 주로 사용하는데, 가공성이 좋고 가벼우며 열전도율이 낮아 단열재로 많이 사용되고 있으나, 열에 약하고 쉽게 연소되기 때문에 화재 발생시 연소에 의해 유독가스를 방출한다는 단점이 있다.

또한, 이소시아네이트와 폴리올 등을 혼합하여 현장 분사 발포 또는 성형 판재에 의해 제조하는 우레탄 폼은 기공 내부에 프레온, 펜탄 또는 이산화탄소 등의기체를 함유하고 있으며 2∼10 배 정도로 발포된 제품이 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 우레탄 폼은 단열성능이 우수하고 분사 방법에 의한 현장 가공이 가능하기 때문에 건축현장에서 많이 사용되고 있으나, 분사 방법에 의해 제조된 우레탄 폼은 표면의 곰보 현상에 의해 내장재로서 사용하기는 어려운 실정이고, 판재 성형에 의하여 제조된 것은 내장재 사용도 가능하긴 하다. 그러나, 현장 분사 방법이든 판재 성형에 의하여 제조된 것이든, 화재 발생시 쉽게 연소하며 난연재 등을 첨가하여 난연화하여도 화원(火原)이 있는 한 연소되는 것을 피할 수 없다는 단점이 있다. 덧붙여, 대부분의 난연재가 할로겐 성분을 포함하고 있어 연소시 유독가스를 배출한다는 문제점도 있다.

난연성 단열재로 가장 많이 사용되고 있는 암면(rock wool)은 열전도율이 낮고 화재에 대한 안전성은 있지만, 침상의 유리섬유로 인해 시공 시 피부자극이 심할 뿐 아니라, 이러한 유리섬유가 호흡에 의해 폐로 유입될 우려가 있어 유해하다.

우레아 폼은 우레탄 폼과 같이 현장 분사 또는 성형 판재로 시공이 가능하긴 하지만 쉽게 부스러지는 단점에 의해 난연성을 갖고 있어도 내장재로 사용하기는 어려운 재료이다.

본 발명은 종래 건축 용도로 사용되는 단열재들의 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화재 발생 시에도 불에 타지 않고 내부에 포함된 기공에 의해 단열성능을 발휘하는 가볍고 가공성이 좋은 불연성 단열재 및 이의 제조 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불연성 단열재는,

무기질 경량 골재 50∼95 중량%와 노보락형 페놀 수지 분말 5∼50 중량%로 이루어진 밀도 0.1∼0.9 g/㎤의 판재인 것을 특징으로 한다.

여기에서 무기질 경량 골재는 질석(vermiculite) 및 펄라이트(perlite)의 적어도 하나인 것이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불연성 단열재의 제조 방법은,

무기질 경량 골재와 노보락형 페놀 수지 분말을 혼합하여 열간 프레스로 가열, 가압하여 성형 판재를 제조하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 경량 골재와 페놀 수지 분말은 경량 골재 50∼95 중량%와 페놀 수지 분말 5∼50 중량%의 비율로 혼합하는 것이 바람직하고, 성형 판재의 성형 밀도는 0.1∼0.9 g/㎤가 되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 내부에 공기층이 포함되어 있는 경량의 무기질 충전재에 이를 접착시켜주는 불연성의 페놀 수지 분말을 혼합하여 가열, 가압에 의해 경량의 성형 판재를 제작하였다. 이와 같이 제조된 성형 판재는 판재를 이루는 무기질 충전재와 결합재인 페놀 수지가 모두 불연성이므로 화재 발생 시에도 불에 타거나 유독가스를 배출시키지 않는다는 장점이 있다. 또한, 성형시 가압의 정도에 따라 다양한 성형 밀도를 갖는 판재를 제조할 수 있기 때문에, 요구되는 단열 정도에 따라 다양한 제품 생산이 가능하다는 이점도 있다.

본 발명에 따른 불연성 단열재에서 충전재 역할을 하는 무기질 경량 골재로는 예를 들어 토질 개량, 묘목 육종 등에 일반적으로 사용되는 질석(vermiculite)이나 펄라이트(perlite) 등을 사용할 수 있다. 질석의 경우에는 입경이 1∼6 ㎜ 정도의 제품이 4∼5 종류 정도로 구분되어 일반적으로 사용되는데, 어떤 입도의 것을 사용하여도 제조되는 단열재의 성능에는 큰 차이가 없다.

무기질 충전재의 결합재로는 페놀 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 합성수지류를 사용하거나, 경량 충전재와 함께 현장 분사하여 단열용으로 사용되는 시멘트 등을 사용할 수 있다. 그러나, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등은 연소성이 있어 단열재 원료로 사용하기는 곤란하다. 더우기 이들 수지는 액상의 원료를 열, 화학 반응 등의 일정의 반응 기구를 통해 경화하기 때문에 경화 과정에서 액상이 경량 충전재로 흡수되어 경량화가 어렵고 흡수되는 정도에 따라 제품 물성이 달라지므로 동일 형태의 제품을 제조하기 어렵다는 문제가 있다. 또한, 결합재로서 시멘트, 점토, 석고 등을 사용하면 불연성의 단열재를 생산할 수는 있지만, 결합을 위해 혼합되는 물이 경량 충전재에 흡수되어 건조가 어렵고 강도가 취약해진다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 불연성 단열재를 제조하는데 사용될 수 있는 결합재로서는 액상이 혼합되지 않은 고상이어야 하고 자체 불연성을 가져야 한다는 조건이 따르고, 이러한 조건을 만족시키는 분말상의 페놀수지가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 불연성 단열재에서 충전재 역할을 하는 무기질 경량 골재와 결합재 역할을 하는 페놀 수지 분말은, 경량 골재 50∼95 중량%와 페놀 수지 분말 5∼50 중량%의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 페놀 수지 분말의 양이 5 중량%보다 적을 때에는 경량 골재간 접착력의 저하로 충분한 성형이 이루어지지 않는다는 문제가 있고, 50 중량% 보다 많을 때에는 수지 자체의 중량에 의해 경량화가 어렵기 때문에 바람직하지 않다.

종래 경량 골재를 이용하여 건축용 단열 판재를 제조할 때에는 시멘트, 석고 또는 점토 등과 물을 사용하여 형틀에서 고온·고압(100∼200 ㎏/㎠) 하에서 성형하는 것이 일반적으로, 공정이 복잡하고 성형 시간이 많이 걸리면서도 원하는 정도의 경량화를 달성할 수 없다는 문제가 있다. 반면, 본 발명에 따른 불연성 단열재는 시멘트, 점토, 석고 등을 사용하지 않고 질석과 같은 경량 골재에 페놀 수지 분말을 사용하여 저압 성형만으로도 제조가 가능하므로 종래의 판재 제조 방법에 비하여 작업 공정이 간단할 뿐 아니라, 밀도 0.1∼0.9 g/㎤ 정도의 경량화가 가능하고, 또한 밀도 및 열전도율에 따라 다양한 제품을 생산할 수 있기 때문에 건축용 내장재, 천장 패널 등 광범위한 용도로 개발할 수 있다. 또한, 불연성이므로 화재 발생 시에도 연소되지 않으며 따라서 유독가스가 배출되지 않는 것은 물론이다.

이하에서는, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

분말 상의 페놀 수지 20 중량부와 입도가 3∼5 ㎜인 질석 80 중량부를 혼합하고, 표면 온도가 170 ℃의 상하 온도를 갖는 열간 프레스에서 5 ㎏/㎠의 압력으로 5 분간 열경화시켜 성형 판재를 제조하였다.

제조된 판재를 25±2 ℃, 60±20 %RH의 실내에서 1 주일 동안 방치시킨 후두께, 비중, 굴곡강도, 열전도율을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 1에서와 같이 페놀 수지와 질석을 혼합하여 열간 프레스에서 10 ㎏/㎠의 압력으로 5 분간 열경화시켜 성형 판재를 제조하고, 실시예 1과 동일한 조건 하에서 1 주일 방치시킨 후 두께, 비중, 굴곡강도, 열전도율을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

실시예 1에서와 같이 페놀 수지와 질석을 혼합하여 열간 프레스에서 20 ㎏/㎠의 압력으로 5 분간 열경화시켜 성형 판재를 제조하고, 실시예 1과 동일한 조건 하에서 1 주일 방치시킨 후 두께, 비중, 굴곡강도, 열전도율을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 4]

실시예 1에서와 같이 페놀 수지와 질석을 혼합하여 열간 프레스에서 50 ㎏/㎠의 압력으로 5 분간 열경화시켜 성형 판재를 제조하고, 실시예 1과 동일한 조건 하에서 1 주일 방치시킨 후 두께, 비중, 굴곡강도, 열전도율을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

항목(단위)	실시예 1(5 ㎏/㎠)	실시예 2(10 ㎏/㎠)	실시예 3(20 ㎏/㎠)	실시예 4(50 ㎏/㎠)
비중두께(㎝)굴곡강도(㎏/㎠)열전도율(㎉/mhr℃)	0.232.550.03	0.522.5120.042	0.632.5140.057	0.902.5320.07

위 표에서 보듯이, 본 발명에 따른 단열재는 열간 프레스로 5∼50 ㎏/㎠의 압력으로 성형시, 비중이 0.2∼0.9 범위에 있고 열전도율이 0.03∼0.07 ㎉/mhr℃ 범위에 있는 판재로 제조됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 성형 압력에 따라 비중, 굴곡 강도와 열전도율이 다른 종류의 불연성 단열재를 얻을 수 있으므로, 요구되는 단열 정도에 따라 다양한 제품으로 생산할 수 있게 된다.

종래 사용되는 단열재들의 열전도율이 스티로폴 0.034∼0.31 ㎉/mhr℃, 우레아폼 0.33 ㎉/mhr℃, 암면 0.03∼0.04 ㎉/mhr℃, 그리고 우레탄폼 0.02∼0.03 ㎉/mhr℃ 정도인 것과 비교해볼 때, 본 발명의 불연성 단열재는 이러한 종래의 단열재들이 갖는 여러 가지 문제점, 즉 가연성, 유독성, 시공 문제 등의 단점을 갖지 않으면서 비슷한 정도의 열전도율을 달성할 수 있게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 불연성 단열재는 판재를 이루는 무기질 충전재와 결합재인 페놀 수지가 모두 불연성이므로 화재 발생 시에도 불에 타거나 유독가스를 배출시키지 않는다는 장점이 있다. 또한, 성형시 가압의 정도에 따라 다양한 성형 밀도를 갖는 판재를 제조할 수 있기 때문에, 요구되는 단열 정도에 따라 다양한 제품 생산이 가능하여 건축물의 내장 칸막이, 벽재, 천장재 등에 다양하게 사용할 수 있다.

Claims (5)

1. 무기질 경량 골재 50∼95 중량%와 노보락형 페놀 수지 분말 5∼50 중량%로 이루어진 밀도 0.1∼0.9 g/㎤의 판재인 것을 특징으로 하는 불연성 단열재.
2. 제 1 항에 있어서, 무기질 경량 골재는 질석(vermiculite) 및 펄라이트 (perlite)의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 불연성 단열재.
3. 무기질 경량 골재와 노보락형 페놀 수지 분말을 혼합하여 열간 프레스로 가열, 가압하여 성형 판재를 제조하는 것을 특징으로 하는 불연성 단열재의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 경량 골재 50∼95 중량%와 페놀 수지 분말 5∼50 중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 성형 판재의 밀도가 0.1∼0.9 g/㎤가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.