KR20050081803A - 불연성 조성물, 이를 이용한 건축용 불연성 성형품 및이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불연성 조성물, 이를 이용한 건축용 불연성 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 유기섬유 또는 무기섬유 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬 1∼80중량%, 화염방지제 1∼80중량% 및 경화용 난연수지 1∼30중량%를 포함하는 불연성 조성물과, 상기 불연성 조성물을 혼합시킨 다음, 고압 열프레스를 사용하여 소정의 형태로 압축, 성형시키는 불연성 성형품의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 성형품에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 폐자재를 이용하면서도 환경친화적이며, 기존 자재에 비해 물리적 및 화학적으로 단점을 보강하여 경도, 강도, 내수성 등이 우수하며, 가격이 저렴하고, 무엇보다 조성비율에 따라 불연 성능이 탁월한 불연성 조성물 및 이로부터 제조된 건축용 마감 및 내장 자재를 제공할 수 있다.

Description

불연성 조성물, 이를 이용한 건축용 불연성 성형품 및 이의 제조방법 {Incombustible composition, incombustible material for architecture using the same and preparing method thereof}

본 발명은 불연성 조성물, 이를 이용한 건축용 불연성 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 건축용 마감 및 내장재료로 사용시 화재로부터 안전하며, 화염의 확산방지와 유독가스가 발생되지 않는 특성을 갖는 불연성 조성물, 이를 이용한 건축용 불연성 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

현재 국내·외에 건축용 마감 및 내장재료로 널리 사용되는 대표적인 건축용 자재는 MDF, 합판, 석고보드판, 시멘트 목모판 등이 있다.

그러나 이들 제품은 종류별로 서로 상이한 물성과 단점을 지니고 있어 상호 보완적인 방법으로 재료의 다양한 조성 변화를 통해 여러 종류의 난연성 재료가 개발되었으나, 건축용 마감 및 내장재료가 갖추어야 할 필요·충분 조건을 갖추지 못하여 사용에 제한을 받는 등 단편적인 특성만을 가진 자재로서 현재 사용되고 있다.

이러한 분야의 종래기술을 살펴 보면 다음과 같다.

난연성이 있는 자재의 개발은 대부분 난연 성능이 전혀 없는 MDF 합판에 난연성을 지닌 도료 또는 박판을 도포하거나 붙이는 방식을 통해 난연성을 확보하도록 조성물질을 조금씩 서로 다르게 하여 제조하거나, 석고보드에 난연성을 갖는 합판 또는 불연재인 철판·알루미늄 판을 붙이는 형태로 주종을 이루고 있다.

MDF나 합판은 나무 칩을 유기 접착제를 사용하여 압축·성형하는 방식으로 제조한 판재로서 현재 가장 널리 사용되고 있는 건축용 마감 및 내장재료이나, 이들 재료는 화염에 의해 쉽게 불이 붙는 등 난연성이 없는 자재이다.

이를 개선시키기 위해 유기 접착제 대신 무기 접착제를 사용하는 방식이 있지만 이렇게 제조한 제품은 층간 박리와 파손으로 생산성이 떨어지고, 접착제만 무기질일 뿐 주재료가 가연성 나무 칩으로 구성되어 있어 결국 난연성능(불연·준불연·난연성)을 발휘하지 못하는 등의 문제가 있어 상품화가 되지 않았다.

또한, 난연성을 지닌 석고보드를 이용한 경우에는 석고보드에 난연성 합판을 붙이는 방식의 기술과, 불연재인 철판·알루미늄 판을 붙이는 방식 등의 다양한 기술이 시도되고는 있으나, 석고보드의 주성분인 석고 소재 자체가 중량이 무거우며 마감을 위한 가공이 불가능하여 석고 소재 자체를 대체할 수 있는 기술은 국내·외에는 아직까지 개발되지 않고 있어 난연성을 지닌 건축용 마감 및 내장재료로서는 현재 석고보드가 대표적인 제품이라고 할 수 있다.

그 이외의 소재로서 시멘트 목모판을 언급할 수 있는데, 이들 소재는 시멘트에 다양한 소재를 첨가하여 개발한 것이다. 그 특징을 보면 우선 경량성이 있는 종이입자, 퍼라이트, 스티로폼 입자, 질석, 버텀애쉬 등의 소재를 이용하고 있으며, 대부분이 이들 소재 중 일부 또는 2가지이상의 소재를 조성비율에 따라 혼합하고, 사용목적에 따라 각종 첨가제를 첨가하는 방식의 개발이 주종을 이루고 있다.

그러나, 이들 대부분은 시멘트 판의 물성을 조금씩 변화시킨 차이만 있을 뿐 근본적인 물성 변화를 주지 못하여 건축용 마감 및 내장재료로서보다는 외장 또는 천정재료로서 일부 활용이 되고 있는 실정이다.

최근 불연성인 알루미나 분말(Al₂O₃)을 압축·성형하여 제조한 건축용 불연마감 및 내장재료가 개발되어 출시되었으나, 이 재료는 그 가격이 MDF나 합판에 비해 10배이상으로 높아 특수용도로만 일부 사용될 뿐 화재 안전을 위해 널리 사용되어야 할 건축용 마감 및 내장재료로서는 거의 사용되고 있지 않다.

현행 건축법과 소방법에는 건축물 내부에 사용되는 마감 및 내장재료는 불연·준불연·난연 재료를 사용하도록 규제하고 있으며, 화재 확산방지와 인명보호를 위해 일정규모 이상의 건물은 방화구획을 하도록 하고, 이를 통과하는 문은 방화문을 설치하도록 하여 화재에 30분 또는 1시간을 견딜 수 있는 자재를 사용하도록 법으로 규제하고 있다.

이러한 법적 규제에 따른 기준과 성능 시험방법은 마감 및 내장재료의 경우 한국 산업표준규격 KS F2271(건축물의 난연성능 시험방법)에 따라 난연 1급(불연재료), 난연 2급(준불연재료), 난연 3급(난연재료)의 성능기준을 만족하도록 정하고 있으며, 특히 방화문의 경우에는 한국 산업표준규격 KS F2257에 의한 화재시험을 1시간 동안 실시하는 갑(甲)종과, 30분을 실시하는 을(乙)종으로 구분하여 상기 성능기준에 적합하여야 사용이 가능하도록 규정하고 있다.

이는 우리나라 뿐만 아니라 전세계 대부분의 나라가 채택하고 있는 규정으로 내용에 따라 약간의 차이는 있을 수 있으나, 성능기준에 적합한 것을 사용하도록 하는 규정은 거의 같다고 할 수 있다. 이는 화재에 대한 대비로 화염의 확산방지와 연소시 발생하는 유독가스로부터 인명과 재산의 안전을 확보하기 위한 것이기 때문이다.

하지만, 앞에서 언급한 것과 같이 현재 사용되고 있는 여러 건축용 마감 및 내장재료는 그 사용목적에 맞지 않는 것이 많으며, 일부 불연·준불연·난연의 성능기준을 충족하지만 건축용 마감 및 내장재료로 사용할 수 있는 여러 다른 조건을 충족시키지 못하고 있는 실정이다.

현재에도 불연·준불연·난연성의 성능을 가진 건축용 마감 및 내장재료에 대하여 다양한 형태로 개발이 이루어지고 있으나, 우수한 성능을 가진 제품이 적은 이유를 보면, MDF나 합판은 가공성과 시공성, 경량성 및 가격이 저렴한 특성을 지니고 있어 현재 가장 널리 사용되고 있는 건축용 내장제품이지만, 내수성이 떨어지고, 가연성 소재로 불연·준불연·난연성의 성능을 지니지 못해 화염에 의해 쉽게 연소가 되고, 화재가 확산되기 때문에 현행 법령상 그 사용에 제한을 받고 있다.

또한, 석고보드는 비료공장 또는 발전소에서 나오는 폐화학석고, 플라스터(plaster) 등을 조성하여 제조한 것으로, 가공성과 시공성이 우수하며, 가격이 저렴하고, 불연·준불연·난연의 성능을 지니고 있어 현재 사용되고 있는 불연·준불연·난연의 성능기준을 갖춘 대표적인 건축용 내장 및 마감자재이나, 수분에 매우 약하며, 강도가 낮아 파손이 쉽고, 가공시 많은 분진발생과 폐석고보드의 재활용이 이루어지지 않는 등 환경오염의 문제가 있으며, 표면에 종이가 붙어있어 다양한 형태의 디자인과 용도로 사용하기에는 제한을 받는 등의 문제가 있다.

또한, 시멘트 목모판의 경우에는 강도가 높고, 불연·준불연·난연의 성능이 우수하며, 내수성이 좋다고 할 수 있는 반면에, 가공성과 시공성이 떨어지며, 무겁고, 충격에 부서지는 등의 문제가 있어 건축물의 외벽이나, 표면재료로 주로 사용될 뿐 건축용 마감 및 내장재료로서는 거의 사용되고 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 기존의 건축용 마감 및 내장재료에서 발생되어졌던 난연성능의 부족, 다양한 마감재의 적용이 불가능한 점등 기존 자재의 물리적 및 화학적 단점들을 보강 및 개선시키고자 창안하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 주로 폐자재를 이용하면서도 환경친화적이며, 경도, 강도, 내수성 등이 우수하며, 가격이 저렴하고, 무엇보다 조성비율에 따라 화재에 안전한 난연 성능을 갖는 다양한 불연성 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용하여 불연성은 물론, 건축자재로서의 필요 및 충분 조건을 만족할 수 있는 건축용 불연성 성형품의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어 건축용 마감 및 내장재료의 판재로 사용시 화재로부터 안전하며, 화염의 확산방지와 유독가스가 발생되지 않는 등의 성능과 물성을 갖는 건축용 불연성 성형품을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불연성 조성물은 유기섬유 또는 무기섬유 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬 1∼80중량%, 화염방지제 1∼80중량% 및 경화용 난연수지 1∼30중량%를 포함한다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또다른 불연성 조성물은 유기섬유 또는 무기섬유 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬 1∼80중량%, 난연성 경화제 1∼60중량%, 화염방지제 1∼80중량% 및 경화용 난연수지 1∼30중량%를 포함한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 건축용 불연성 성형품의 제조방법은 유기섬유 또는 무기섬유 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬 1∼80중량%, 화염방지제 1∼80중량% 및 경화용 난연수지 1∼30중량%를 포함하는 상기 불연성 조성물을 혼합시킨 다음, 고압 열프레스를 사용하여 소정의 형태로 압축 성형시키는 것으로 구성된다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 건축용 불연성 성형품의 또 다른 제조방법은 플라이애쉬 또는 버텀애쉬, 및 화염방지제를 혼합시키는 단계, 상기 혼합물에 난연성 경화제를 분사한 다음, 유기 또는 무기섬유를 분산/투입하여 혼합시키는 단계; 상기 혼합물을 압출시스템으로 압출하고, 건조시스템에서 건조한 후 분쇄기에서 필요한 입자크기로 분쇄시키는 단계; 및 상기 분쇄물에 경화용 난연수지 및 화염방지제를 혼합하고, 그 혼합물을 고압 열프레스를 사용하여 소정의 형태로 압축 성형하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 건축용 불연성 성형품은 상기 제조방법으로 제조되어 방화문, 불연보드 또는 내화보드 등으로 성형된다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 불연성 조성물은 유기섬유 또는 무기섬유(a) 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬(b) 1∼80중량%, 화염방지제(c) 1∼80중량%, 및 경화용 난연수지(d) 1∼30중량%를 포함한다. 상기 조성물은 건식 압축성형공법에 적합하다.

본 발명의 또 다른 불연성 조성물은 유기섬유 또는 무기섬유(a) 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬(b) 1∼80중량%, 화염방지제(c) 1∼80중량%, 경화용 난연수지(d) 1∼30중량%, 및 난연성 경화제(e) 1∼60중량%를 포함한다. 상기 조성물은 습식 및 건식 압축성형공법에 적합하다.

또한, 본 발명의 조성물은 불연성 경량화제(f), 및/또는 기타 첨가제, 예를 들어 경화촉진고착제, 계면활성제 및/또는 착색제를 더욱 포함할 수 있고, 물을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 유기섬유 또는 무기섬유(a)의 사용량은 1∼80중량%가 바람직하며, 상기 유기섬유로는 섬유질 상태로 파쇄한 종이 분쇄물, 목재 분쇄물, 폐섬유, 쌀겨, 식물성 화이버 또는 이들의 혼합물 등이 있으며, 상기 무기섬유로는 암면, 글라스울, 현무암면, 세라믹울 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다. 상기 성분들은 일부 폐재료를 사용할 수 있다.

상기 유기섬유 또는 무기섬유(a)는 본 발명의 조성물로 제조한 성형품이 MDF나 합판의 목재 특성을 나타낼 수 있도록 하기 위한 것으로 작은 칼(커트 칼)로도 가공이 가능하도록 하여 크기에 따라 다양한 제작이 가능할 뿐 아니라 벽체부착 시공시 스크류 등과의 결합력 또한 상기 섬유질의 중요한 역할이라 할 것이다.

상기 유기섬유 또는 무기섬유(a)의 사용량이 1중량%미만인 경우에는 난연성능은 향상될 수 있으나, 경도가 높아 가공성이나 스크류 등과의 결합력 등이 떨어지는 문제가 있으며, 조성비율이 80중량%를 초과하면 강도가 떨어져 난연성 성형품의 형태를 유지하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.

또한, 표면의 강도와 매끄러운 표면을 유지하기 위해서 플라이애쉬 또는 버텀애쉬(b)를 사용하였으며, 그 조성비율에 따라 밀도와 표면 및 압축강도를 조절할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "플라이애쉬(fly ash)"는 화력발전소에서 열원으로 사용되는 석탄이 타고남은 잔재중 대체적으로 중량이 가벼운 잔재를 의미하고, "버텀애쉬(bottom ash)"는 플라이애쉬보다는 무거워서 바닥에 가라앉아 있는 잔재를 의미한다.

이들 플라이애쉬 또는 버텀애쉬(b)는 시멘트보다는 가벼운 비중을 나타내고 있으나, 본 난연성 성형품을 이루고 있는 조성물 중에는 비중이 높은 조성물에 해당되므로 그 조성비율이 높을 경우에는 경량화에 문제가 있을 수 있으나, 상대적으로 강도를 증진시키고, 견고한 난연성 성형품을 얻을 수 있다.

상기 플라이애쉬 또는 버텀애쉬(b)의 조성비율이 1중량%미만일 경우에는 적절한 경도, 표면효과 및 매끄러운 성형품을 만들기 어려운 문제가 있으며, 조성비율이 80중량%를 초과할 경우에는 비중이 높고, 약한 충격에도 쉽게 부러지는 현상이 발생하여 판재나 각재의 용도로 사용하기에 적절하지 못한 문제점이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 유기섬유 또는 무기섬유(a)는 재료에 따라서 가연성 소재인 경우도 있으므로 화염발생시 연소 및 연기를 최소화하여 불연·준불연 성능을 확보하는 화염방지제(c), 예를 들어 탄산칼슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 기타 탄산염 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

또한, 화염의 온도가 500℃가 넘는 경우 상기 성분 (c)가 분해되어 탄산가스(CO₂)가 판재 내부에서 발생하여 화염이 소화되도록 조절할 수 있으며, 성분 (c)를 통해 상기 3가지 성분만으로도 성능기준에 있어 준불연급이던 것을 불연급으로, 난연급이던 것을 준불연급 이상의 성능이 되도록 개선할 수 있다.

상기 화염방지제(c)의 사용량은 1∼80중량%가 바람직하며, 1중량%미만이면 화염방지제로서의 역할을 기대하기 어려우며, 80중량%를 초과하면 조성물의 강도저하에 영향을 주는 경향이 있다.

그러나, 상기 성분만으로는 불연성은 어느 정도 확보할 수 있으나, 불연성 못지 않게 중요한 건축자재로서의 충분한 압축/인장 강도의 부족, 양생시 변형, 다양한 마감재의 부착이 불가능하다는 점 등의 치명적인 단점이 발견된다.

따라서, 이러한 건축자재로서의 치명적 결함을 해결하기 위해 경화용 난연수지(d), 예를 들어 페놀수지, 난연 폴리에스테르수지 또는 멜라민수지를 사용하여 건축자재로서의 성능과 불연성능을 동시에 만족하는 성형품을 제조할 수 있다.

상기 경화용 난연수지(d)의 사용량은 1∼30중량%가 바람직하며, 1중량%미만이면 조성물의 경화가 불가능하며, 반면 30중량%를 초과하면 더 이상 난연수지로서의 경화의 역활이 향상되지는 않으면서 제조단가만 올라가는 결과를 얻게 된다.

이러한 조성을 갖는 본 발명의 불연성 조성물을 잘 혼합시킨 다음, 고압 열프레스, 바람직하게는 고주파 가열기를 구비한 고압 열프레스를 사용하여 원하는 형태로 압축 성형시켜 불연성 성형품을 제조할 수 있다.

한편, 상기 유기섬유 또는 무기섬유(a)에 불연성을 더욱 향상시키기 위해 난연성 경화제(e), 예를 들어 나트륨실리케이트, 칼륨실리케이트 또는 이들의 혼합물을 1∼60중량%로 선택적으로 사용할 수 있으며, 그 조성비율에 따라 성형된 판재의 강도와 가공성을 조절할 수 있으며, 또한 화염에 의해 불이 붙지 않는 정도를 조절할 수 있다.

상기 난연성 경화제(e)의 조성비율이 1중량%미만인 경우에는 각각의 조성물을 결속시키지 못하여, 강도 및 경도가 저하되는 등 성형물의 역할을 하지 못하는 문제가 발생할 수 있으며, 그 조성비율이 60중량%를 초과할 경우에는 표면경화 속도차이에 의한 성형물의 변형 등의 문제가 발생할 수 있다.

그러나, 상기 난연성 경화제(e)를 사용하여 성형품을 제조하기 위해서는 습식 및 건식공정을 혼합하여야 한다. 먼저, 난연성 경화제(e)의 특성을 얻기 위한 1차 습식공정과, 전술한 건축자재로서의 치명적 결함을 해결하기 위해 경화용 난연수지(d), 예를 들어 페놀수지, 난연 폴리에스테르수지 또는 멜라민수지를 사용하여 최종 성형품을 완성하는 2차 건식공정을 적용함으로써 비로소 요구되어지는 건축자재로서의 성능과 불연성능을 동시에 만족하는 성형품을 완성할 수 있다.

또한, 난연성 성형품의 경량화를 위해 불연성 경량화제(f)를 선택적으로 사용할 수 있으며, 그 조성비율에 따라 다양한 비중을 가진 건축 마감 및 내장재료를 제조할 수 있다. 불연성 경량화제(f)는, 예를 들어 미립자 퍼라이트, 미립자 질석, 암면 웨이스트(Rockwool Waste), 규조토, 지오라이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 미립자 퍼라이트 또는 미립자 질석은 폐자재를 사용할 수 있다.

상기 불연성 경량화제(f)의 사용량은 1∼50중량%의 범위내에서 다양한 비중을 가진 성형품을 제조할 수 있으나, 조성물의 비율이 1중량%미만인 경우에는 비중에 거의 영향을 주지 못하므로 본래의 경량화제로서의 역할을 못하며, 그 조성비율이 50중량%를 초과하는 경우에는 면이 거칠고, 강도가 저하되고, 조성물의 원료분리가 일어나 고른 분포의 혼합물을 얻지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에 있어서, 또 다른 부가 선택사항으로는, 상기의 조성물로 제조한 성형품에 대한 생산성을 향상시키고, 양생 과정에서 발생할 수 있는 수축과 변형을 최소화하기 위한 기타 첨가제로는 난연성 경화제(e)의 성분을 빠른 시간 내에 고착하여 형태를 유지하도록 하는 1∼10중량%의 경화촉진 고착제(g), 예를 들어 마그네시아, 석고 플라스터, 무기산 또는 유기산의 혼합물, 칼슘실리케이트 또는 이들 하나이상의 혼합물을 혼합한 것을 사용할 수 있으며, 상기 난연성 경화제(e)의 조성비율을 통해 경화시간을 조절할 수 있다.

또한, 성형품의 단열특성과 경량화 향상 및 내수 및 발수성을 높이기 위한 계면활성제(h), 예를 들어 표면장력이 큰 알킬벤젠술폰산계열의 계면활성제를 사용할 수 있으며, 이를 통해 물에 대한 저항과 물의 흡수율을 낮추어 물 속에서도 형태를 유지할 수 있는 특성을 부여하고, 특히 난연성 성형품의 내부에 수많은 다공성의 공기층을 만들어 단열과 경량화를 향상시킬 수 있다. 그러나, 그 조성비율에 따라 다소 강도의 저하의 원인이 되기도 하므로 조성비율은 0.1∼0.3중량%가 바람직하였다.

상기 성분의 조성물로 제조한 난연성 성형품의 특성상 성분 (a) 및 성분 (b)가 흑회색으로 전체 색상에 영향을 줄 수 있기 때문에 진한 회색으로는 다양한 색상을 표출해야 하는 건축용 마감 및 내장 재료의 특성상 문제가 있어 이를 개선·보완하기 위해 화염에 강하고, 은폐력이 우수한 1∼10중량%의 백색 무기 착색제(i), 예를 들어 이산화티탄(TiO₂)을 추가로 사용하여 바탕색을 엷은 회백색으로 만들어 성형품에 도장 및 무늬목 코팅 등의 표면 처리를 번거롭지 않게 개선시킬 수 있다.

특히 다양한 색상을 표출하기 위해 적색 또는 황색 무기 착색제(j)를 적정비율로 혼합하여 난연성 성형품의 바탕색상을 다양하게 하여 별도의 표면착색이 없이도, 본래의 색상을 그대로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 조성물은 물 1∼60중량%를 더욱 포함할 수 있다. 이는 난연성 경화제만으로 혼합을 하였을 경우 혼합반죽을 원활하게 하기 위해서 물을 첨가하는데, 1중량%미만이면 농도가 되어서 혼합반죽이 원활하게 이루어지지 않으며, 60중량%를 초과하면 건조시간이 오래 걸리는 문제가 있다.

상기와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 불연성 조성물 및 이 불연성 조성물로 제조된 성형품의 제조방법은 건식 압축성형공법과, 1차 습식 및 2차 건식 압축성형공법으로 구분하여 볼 수 있다.

이하에서 본 발명의 조성물을 사용하여 건축용 불연성 성형품을 제조하는 방법을 상세하게 설명하며, 하기 제조방법은 본 발명을 상세히 설명하고자 한 것으로서, 하기 제조방법 이외의 상이한 변형방법을 이용하여 불연성 성형품을 제조할 수 있음을 관련 분야의 숙련가는 쉽게 알 수 있을 것이다.

〈 건식 압축성형공법에 의한 건축내장용 판재의 제조 〉

본 발명에 따라 압축·성형공법에 의한 불연성이 우수한 건축내장용 판재 성형품의 제조방법은 혼합, 판재 성형 및 건조를 포함한다. 우선 성분 (a), (b), (c), 및 (d)와 선택적으로 성분 (f), (g), (h) 및/또는 (i)을 계량시스템이 갖추어진 사일로에서 각각의 성분을 보관하고, 사일로로부터 제공되는 조성물을 혼합하기 위하여 혼합실로 이송시키고, 혼합실 하단의 30∼50마력의 컴프레셔가 불어주는 강력한 기류에 의해 조성물을 사전 분산·혼합한다.

1차적인 혼합은 믹서, 예를 들어 저속 리본 믹서로 수행하고, 제품에 따라 선택적으로 1차로 혼합된 조성물을 2차로 칼날이 달린 고속 분쇄믹서기로 고르게 분쇄하면서 혼합한 다음, 최종 혼합된 조성물은 프레스, 예를 들어 500∼3,000톤의 고압열프레스를 사용하여 판재로 성형한다. 성형된 판재는 적당한 높이로 적재하여 자연양생을 실시하여 완성된 난연성 판재 성형품을 제조한다.

본 발명에 따르면, 상기 성형품의 압축 및 인장강도를 증가시키기 위해서는 프레스내에 혼합된 조성물을 투여하면서 그 상/하부 내부에 글라스 화이버로 구성된 보강용 메쉬(그물망)를 깔고 압축/성형하게 되면 보다 높은 압축 및 인장 강도를 가진 판재 성형품을 완성하게 된다.

〈 건식 압축성형 공법에 의한 건축내장용 각재의 제조 〉

불연성이 우수한 건축내장용 각재를 제조하는데 있어 단지 제품성형을 위한 몰드를 요구되어지는 각재의 크기와 같은 몰드를 사용하여 상기 건축내장용 판재의 압축·성형공법과 유사한 방법으로 완성된 불연성 각재 성형품을 제조할 수 있으며, 또한 기완성된 판재를 절단용 톱을 이용하여 요구되어지는 크기로 가공하여 원하는 각재를 얻을 수도 있다.

본 발명에 따르면, 상기 성형품의 압축 및 인장강도를 증가시키기 위해서 알루미늄, 스틸, 아크릴 또는 나무를 각재 또는 플레이트(Plate) 형상의 보강재로 내부에 매입하여 보강시킬 수 있다.

〈 습식 및 건식 압축성형 공법에 의한 건축내장용 판재의 제조 〉

압축·성형공법은 1차 습식공법과 2차 건식공법을 순서대로 거쳐야 하는데, 1차 습식공법은 우선 수분흡수율이 느린 플라이애쉬 또는 버텀애쉬(b) 및 화염방지제(c)를 계량시스템을 거쳐 믹서로 혼합하고, 이후 난연성 경화제(e)를 분사하여 고르게 혼합한 상태의 혼합조성물 반죽을 만들고, 추가로 수분흡수율이 빠른 유기 또는 무기섬유(a)를 분산/투입하여 고르게 다시 혼합한 후, 필요에 따라 일정량의 성분 (e)와 물을 공급한다.

이후 습식반죽이 끝난 조성물은 압출시스템으로 이송하여 빠른 건조를 위하여 마치 국수가락과 같이 가늘게 압출하여 콘베이어 라인 또는 로터리 킬른으로 형성된 건조장치를 통과하여 완전히 건조시킨 후, 분쇄기로 투입하여 필요한 입자크기로 분쇄하여 2차 건식공정을 위하여 저장탱크에 보관한다.

이어서 2차 건식공정은 1차 습식공정을 거친 분쇄물은 성분 (e)에 의하여 불연성과, 충분하지는 않지만 어느 정도의 경도를 확보한 상태인 바, 이 분쇄물에 강도증가, 변형방지, 마감재 부착이 가능케 하기 위한 경화용 난연수지(d)와 성분(d)의 불완전한 불연성을 보완하기 위한 성분 (c)를 혼합하고, 필요에 따라 선택적으로 성분 (g)와 (i) 및/또는 (j)를 추가 혼합하여, 최종적으로 완성되어지는 성형품의 용도에 따라 요구되어지는 비중이 달라져야 하는 바, 이 요구되어지는 비중에 맞춰 선택적으로 적당량의 성분 (f)를 혼합한다.

예를 들면, 액세스플로어와 같이 그 요구되어지는 성형품의 비중이 1.1∼1.2g/cu.cm일 경우에는 비중을 조절하기 위한 성분 (f)의 추가 사용이 필요치 않으나, 보통의 건축내장재용 판재의 경우 비중은 0.7∼0.9g/cu.cm가 가장 적당한 관계로 이와 같은 경우 그 요구되어지는 비중에 도달할 수 있도록 성분 (f)를 조절/혼합하여야 한다.

이와 같이 요구되어지는 비중에 맞춰 혼합되어진 조성물은 일정한 두께와 규격으로 성형하기 위하여 고압열프레스(500∼3,000ton)를 사용하게 되며, 온도는 60∼200℃, 시간은 1∼60분 고압열프레스 내에서 압축/성형하여 불연성 판재 성형품을 완성하게 된다.

이때 고주파 가열기능을 추가한 고압열프레스를 사용하게 되면 성분 (d)의 경화반응을 빠르게 진행할 수 있어 그에 따라 프레스내에서의 성형시간을 상당부분 단축할 수 있다.

부수적으로, 판재의 압축 및 인장 강도를 증가시키기 위하여 프레스내에 혼합된 조성물을 투여하면서 그 상/하부 내부에 글라스 화이버로 구성된 보강용 메쉬(그물망)를 깔고 압축/성형하게 되면 보다 높은 압축 및 인장 강도를 가진 판재 성형품을 완성하게 된다.

〈 습식 및 건식 압축성형 공법에 의한 건축내장용 각재의 제조 〉

불연성이 우수한 건축내장용 각재의 제조는 상기 건축내장용 판재의 압축·성형공법과 유사한 방법으로 불연성 각재 성형품을 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 성형품의 압축 및 인장강도를 증가시키기 위해서는 알루미늄, 스틸, 아크릴 또는 나무를 각재 또는 플레이트(Plate) 형상의 보강재로 내부에 매입하여 보강시킬 수 있다.

한편, 불연성이 우수한 본 발명의 성형품은 제작공법에 따라 다양한 제품적 특성이 있는데 우선 건식 압축성형공법에 의한 성형품은 면이 고르고, 양생 과정에 변형과 수축이 없고, 강도가 우수한 장점이 있으나, 습식 및 건식 압축성형공법에 비하여 난연성이 떨어질 수 있다.

본 발명에 따라 제조한 성형품은 우수한 불연성 또는 난연성 및 물리적 특성을 보이기 때문에 다음과 같은 다양한 분야에서 유리하게 사용될 수 있다.

① 목재방화문

본 발명에 따라 제조된 불연성 판재, 구성각재 성형품을 사용하여 제작된 방화문은 완벽한 내·방화기능은 물론, 가공의 용이성, 다양한 마감처리 등 스틸 방화문이 갖지 못하는 많은 장점을 지니고 있으며, 특히 아파트 등의 공동주택의 내부 목재문 또한 상기 목재방화문으로 설치하면 이를 경계로 내부화재시 화염확산과 유독가스를 차단시켜 세대 내부에 있는 인명까지도 보호할 수 있으므로 새로운 차원의 주거환경을 제공할 수 있다.

② 방화벽

본 발명에 따라 제조된 불연성 제품을 사용할 경우 제작단가 및 하중의 감소는 물론, 기존의 방화벽 두께(평균 100m/m) 또한 상당한 부분에서 감소가 이루어져, 내부 유효 사용면적의 증가에도 많은 기여를 할 수 있다.

③ 내화보드

본 발명에 따라 제조된 불연성 성형품으로 스틸부재 4면을 마감처리하여 내화피복의 기능과 마감을 동시에 해결할 수 있다.

④ 불연보드

본 발명에 따라 제조된 불연성 성형품은 석고보드의 일부 단점을 개선한 제품으로 불연성은 물론이며, 가공성, 폐기물 재활용 등 모든 면에서 건축용 마감 및 내장재료로 손색이 없는 건축자재로 상당한 경쟁력을 가진 우수한 건축자재로 활용할 수 있다.

⑤ 구성판재

본 발명에 따라 제조된 불연성 판재 성형품을 강화마루, 액세스플로어, OA플로어, 계단판, 방화벽, 칸막이벽, 화장실 칸막이, 벽체마감 내장재, 천정마감 내장재, 붙박이 가구, 씽크대, 책상, 서류 보관함 또는 테이블의 구성판재로 사용할 경우 불연성, 경량성, 경제성 등을 충족한 제품으로 사용할 수 있다.

이하 실시예들 및 비교예들을 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예들 및 비교예들에서 측정한 각종 물성의 측정방법은 다음과 같다.

1) 불연·준불연·난연성능 특성 : 한국 산업표준규격 KS F2271(건축물의 난연성능 시험방법)에 의한 난연 1급(불연재료), 난연 2급(준불연재료), 난연 3급(난연재료)에 의한 측정

2) 비중 및 밀도 : 한국 산업표준규격 KS L5316(석고판재류의 물리적 특성 시험방법)에 의한 비중 및 밀도 측정

3) 내화염성 : 한국 산업표준규격 KS F3507(석고보드제품)에 의한 내화염성 측정

4) 침수안정성 : 한국 산업표준규격 KS F3507(석고보드제품)에 의한 침수안정성 측정

조성물에 따른 성형품의 난연성 및 물리적 특성은 압축·성형 공법 및 습식공법에 의해 성형품을 제조하여 비교하였으며, 이중 본 발명에서 달성하고자 하는 가장 중요한 성능기준, 즉 불연·준불연·난연의 성능기준에 관한 사항은 한국 산업표준규격 KS F2271에 의해 난연 1급인 불연과, 난연 2급인 준불연, 난연 3급인 난연 등급으로 구분하여, 조성물의 배합비율 및 성형품 종류에 따라 비교하였다.

또한 조성물의 배합비율에 따른 단위면적당 무게변화를 비교하였으며, 본 발명의 조성물에 의해 성형되는 성형품의 화재 안전성은 내화염성을 통해 비교하였다.

특히 대부분의 건축용 마감 및 내장재료는 침수안정성을 요구하므로 이에 대한 성능을 측정하여 그 측정결과를 비교하였다.

실시예 1 ∼ 실시예 3

하기 표 1에 기재된 성분과 양을 갖는 본 발명의 조성물을 혼합하기 위하여 혼합실로 이송시키고, 혼합실 하단의 컴프레셔가 불어주는 강력한 기류에 의해 조성물을 사전에 10분동안 혼합하였다. 본격적인 혼합은 저속 리본믹서기와 필요에 따라서 고속 분쇄 믹서기로 수행하고, 혼합된 조성물은 500ton의 고압열프레스를 사용하여 20m/m 두께, 500×800의 크기로 판재로 성형시켰다. 이렇게 성형된 판재는 3일동안 자연양생을 실시하여 완성된 난연성 판재 성형품을 제조하고, 상술한 측정방법으로 성형품의 물성을 평가하고, 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

건식 압축성형공법으로 제조한 불연성 성형품의 물성 측정결과

상기 표 1의 실시예 1과 같이 건식 압축성형공법으로 제조한 판재의 단위면적당 무게는 0.8∼1.2의 범위정도로 확인되었으며, 난연성능과 내화염성은 난연1급 및 불연성의 성능을 나타내었으며, 수분에 대한 침수안정성은 모두 물 속에서 그 형상을 유지하는 등 수분에 안정한 것으로 나타났다.

실시예 4 ∼ 실시예 6

하기 표 2에서 플라이애쉬, 7중량%의 화염방지제 및 선택적으로 5중량%의 경량화제를 계량시스템을 거쳐 믹서로 10분동안 혼합하고, 이후 난연성 경화제 15중량%를 분사하여 고르게 혼합한 상태의 혼합조성물 반죽을 만들고, 추가로 수분흡수율이 빠른 유기 또는 무기섬유를 분산/투입하여 10분동안 고르게 다시 혼합한 후, 나머지 난연성 경화제 15중량%와 10중량%의 물을 공급하였다.

이후 습식반죽이 끝난 조성물은 압출시스템으로 이송하여 국수가락과 같이 가늘게 압출하여 콘베이어 라인으로 형성된 건조장치를 통과하여 30분 동안 완전히 건조시킨 후, 분쇄기로 투입하여 분쇄하였다.

여기에 경화용 난연수지 10중량%와 상기 난연수지의 불완전한 불연성을 보완하기 위하여 탄산칼슘의 잔여량 3%를 최종 혼합한 후, 상기 혼합물을 약 150℃에서 약 30분간 고압열프레스 내에서 압축/성형하여 20m/m 두께, 500×800의 크기로 불연성 판재 성형품을 제조하고, 상술한 측정방법으로 성형품의 물성을 평가하고, 그 측정결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

습식 및 건식 압축성형공법으로 제조한 불연성 성형품의 물성 측정결과

상기 표 2의 실시예들에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 조성물의 배합비율중 플라이애쉬의 사용비(중량비)가 높을수록 비중이 높아지며, 폐지분쇄물의 사용비(중량비)가 높을수록 난연성능과 내화염성의 등급이 낮아지는 것으로 나타났다.

비교예 1 ∼ 비교예 5

우선 본 발명과 관련하여 현재 널리 사용되고 있는 건축용 마감 및 내장 자재의 제품 5종류, MDF/합판, 일반석고보드, 방화석고보드, 슬레이트판, 시멘트목모판을 시중으로부터 구입하여 상술한 측정방법에 따라 물성을 평가하고, 그 측정결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

현재 널리 사용되고 있는 건축 마감 및 내장용 제품에 대한 물성 측정결과

상기 표3의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1(MDF/합판)의 경우에는 난연성능이 없는 것으로 나타났고, 비교예 2(일반석고보드) 및 비교예 3(방화석고보드)은 난연 2급 및 난연 1급으로 표시되어 있는 바, 화재안전에는 문제가 없는 제품으로 인정하여야 하며, 비교예 4(슬레이트판) 및 비교예 5(시멘트목모판)의 경우는 가장 화재안전에 문제가 없는 불연성으로 나타났다.

그러나 단위면적당 무게의 경우는 표 3의 결과와 같이 불연성은 비교예 4 및 비교예 5가 가장 우수하였으나, 경량성에 문제가 있었으며, 수분에 대한 안전성에 대해서는 석고보드가 가장 문제가 있는 것으로 나타났다.

따라서 건축용 마감 및 내장재료로 널리 사용되는 MDF나 합판은 근본적으로 화재안전에 문제가 있어 건축법 및 소방법 상 사용할 수 없는 재료라고 할 수 있으며, 석고보드는 건축물의 용도와 장소에 따른 사용제한이 있으며, 슬레이트판 및 시멘트목모판의 경우 단위면적당 무게가 MDF 및 석고보드에 비해 매우 무거워 시공성이 떨어지는 것으로 나타났다.

한편, 상기 실시예들과 비교예들을 비교하여 보면, 상기 표 1의 실시예 2 및 실시예 3에 해당되는 판재의 경우에는 상기 표 3의 비교예 4 및 비교예 5에 해당하는 슬레이트판 및 시멘트 목모판의 난연성능과 같은 난연 1급이었으며, 내화염성도 불연성으로 나타났으며, 표 3의 비교예 4와 비교예 5에 해당되는 슬레이트판과 시멘트 목모판의 단위면적당 무게가 1.0∼1.4인 것과 같이, 표 1의 실시예 2 및 실시예 3의 경우 단위면적당 무게가 1.0∼1.2인 것으로 확인되었다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 불연/준불연/난연성 판재 및 각재 제조에 제공되어지는 불연성 조성물의 1∼70중량%는 폐자재를 재활용할 수 있기 때문에 제작단가가 저렴하고, 구성 조성물 모두 화재가 발생하여 접촉시 화염 및 유독성 가스가 발생하지 않으므로 건축용 마감 및 내장재료로 사용하기에 적합하다.

또한, 가공성(톱가공, 스크류 체결, 대패가공, 무늬목 및 필름지 접착, 도장등)이 용이하고, 제품강도 및 내수성이 우수하며, 변형이 없으며, 불연성이 있으면서도 목재나 보드와 같은 용도로 사용이 가능케 됨으로써, 다양한 건축용 내/외장재료로 사용할 수 있으며, 이를 건축용 판재로 사용시 화재발생의 경우 화재의 확산방지는 물론, 화염과 유독가스로부터 우리의 소중한 인명과 재산을 보호할 수 있는 안전한 생활공간을 제공하는 효과가 있다.

Claims (20)

1. 유기섬유 또는 무기섬유 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬 1∼80중량%, 화염방지제 1∼80중량% 및 경화용 난연수지 1∼30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
2. 유기섬유 또는 무기섬유 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬 1∼80중량%, 화염방지제 1∼80중량%, 경화용 난연수지 1∼30중량% 및 난연성 경화제 1∼60중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기섬유가 섬유질 상태로 파쇄한 종이 분쇄물, 목재분, 폐섬유, 쌀겨, 식물성 화이버 또는 이들의 혼합물이고, 상기 무기섬유가 암면, 글라스울, 현무암면, 세라믹울 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
4. 제2항에 있어서, 상기 난연성 경화제가 나트륨실리케이트, 칼륨실리게이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화염방지제가 탄산칼슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 기타 탄산염 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
6. 제1항에 있어서, 상기 경화용 난연수지는 페놀수지, 난연 폴리에스테르수지 또는 멜라민수지인 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성물이 미립자 퍼라이트, 미립자 질석, 암면 웨이스트, 규조토, 지오라이트 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 불연성 경량화제 1∼50중량%를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성물이 경화촉진고착제, 계면활성제 및 무기 착색제로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택된 기타 첨가제 1∼10중량%, 및/또는 물 1∼60중량%를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
9. 제8항에 있어서, 상기 경화촉진고착제가 마그네시아, 석고플라스터, 무기산 또는 유기산의 혼합물, 칼슘실리케이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
10. 제8항에 있어서, 상기 무기 착색제가 이산화티탄(TiO₂)인 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
11. 유기섬유 또는 무기섬유 1∼80중량%, 플라이애쉬 또는 버텀애쉬 1∼80중량%, 화염방지제 1∼80중량% 및 경화용 난연수지 1∼30중량%를 포함하는 제1항에 따른 불연성 조성물을 혼합시킨 다음, 고압 열프레스를 사용하여 소정의 형태로 압축 성형시키는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
12. 제2항에 따른 불연성 조성물의 성분비 범위내에서,

    플라이애쉬 또는 버텀애쉬, 및 화염방지제를 혼합시키는 단계;

    상기 혼합물에 난연성 경화제를 분사한 다음, 유기 또는 무기섬유를 분산/투입하여 혼합시키는 단계;

    상기 혼합물을 압출시스템으로 압출하고, 건조시스템에서 건조한 후 분쇄기에서 필요한 입자크기로 분쇄시키는 단계; 및

    상기 분쇄물에 경화용 난연수지 및 화염방지제를 혼합하고, 그 혼합물을 고압 열프레스를 사용하여 소정의 형태로 압축 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 성형품이 건축용 판재 또는 각재인 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 성형품의 판재인 경우, 글라스 화이버로 구성된 메쉬를 보강시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 성형품이 각재인 경우, 알루미늄, 스틸, 아크릴 또는 나무를 각재 또는 플레이트 형상의 보강재로 내부에 매입하여 보강시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
16. 제12항에 있어서, 상기 유기 또는 무기섬유를 분산/투입하여 혼합시키는 단계후에 난연성 경화제와 물을 공급시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
17. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 압축성형하는 단계에서 성형물의 비중에 따라 불연성 경량화제가 더욱 첨가되는 것을 특징으로 하는 불연성 성형품의 제조방법.
18. 제11항 또는 제12항에 따른 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 건축용 불연성 성형품.
19. 제18항에 있어서, 상기 성형품이 방화문의 판재 및/또는 각재, 불연보드 또는 내화보드인 것을 특징으로 하는 건축용 불연성 성형품.
20. 제18항에 있어서, 상기 성형품이 강화마루, 액세스플로어, OA플로어, 계단판, 방화벽, 칸막이벽, 화장실 칸막이, 벽체마감 내장재, 천정마감 내장재, 붙박이가구, 씽크대, 책상, 서류 보관함 또는 테이블의 구성판재인 것을 특징으로 하는 건축용 불연성 성형품.