KR20060081492A - 폴리에스테르 보온단열재 - Google Patents

폴리에스테르 보온단열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보온단열재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난연성이 있는 폴리에스테르 보온단열재에 관한 것이다. 본 발명에 의한 난연성 폴리에스테르 보온단열재는 폴리에스테르 섬유를 일정한 형태로 성형한 후에 2.1~2.9의 몰비((SiO2/Na2O)× 1.032)를 갖는 규산나트륨 용액 55~75중량%, 카복시메틸셀룰로오스 0.5~7중량%, 폴리비닐알콜 0.1~5중량% 및 나머지는 물로 이루어진 난연액을 이용하여 용도 및 규격에 맞게 난연 처리한 안정성 및 난연성이 우수한 보온단열재에 관한 것이다.
난연, 보온, 단열, 섬유, 폴리에스테르

Description

폴리에스테르 보온단열재 {Polyester Heat Insulation Board}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 보온단열재의 제조공정을 도시한 공정도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매트용 보온단열재의 제조공정을 도시한 공정도이고,
도 3은 난연처리후 일정한 형태로 이루어진 폴리에스테르 섬유를 도시한 측단면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 저밀도 폴리에스테르 섬유 12 : 성형된 폴리에스테르 섬유
14a, 14b : 건조장치 15 : 배관용 보온단열재
21 : 저밀도 폴리에스테르 섬유 22 : 성형된 폴리에스테르 섬유
23a: 열판(위) 23b: 열판(아래)
24 : 매트용 보온단열재 31 : 성형된 폴리에스테르 섬유의 단면
32 : 31의 확대 단면 33 : 폴리에스테르 섬유를 둘러싼 난연층
본 발명은 보온단열재에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 보온성, 단열성, 형태의 안정성 및 난연성이 우수하면서도 경량이고, 특히 환경친화적인 폴리에스테르 섬유의 특성을 유지한 난연성 보온단열재에 관한 것이다.
건축과 산업용의 배관류 및 열설비의 보온단열재는 물리적 성질, 특히 보온효과를 발휘할 수 있는 단열성은 물론 시공의 특성상 작업의 편리성이 요구된다. 거기에 더해, 난연성은 매우 중요한 요소로서, 설계의 단계에서부터 고려하여야 하는 사항이다. 또한, 상기한 조건들에 더해 경제적인 면 및 대량생산 가능성의 면까지 고려되어야 한다.
한편, 상용화된 제품들을 기준으로 살펴보면, 종래의 보온단열재로는 폴리에스테르로 된 부직포, 스티로폼, 우레탄폼, PE폼, 암면, 글라스울 등이 주로 사용되어 오고 있으나, 그 중 폴리에스테르로 된 부직포, 스티로폼, 우레탄폼, PE폼 등은 열에 약하여 화재에 취약하기 때문에 그 사용범위에 제약을 받아 오고 있으며, 암면 및 글라스울 등은 분진의 비산으로 인한 공해문제로 역시 그 사용범위에 제약을 받고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 보온 및 단열성, 작업성, 난연성 등을 모두 만족하는 보온단열재에 대한 개발요구를 충족하기 위한 것이다. 또한, 상기한 조건들에 더해 경제적인 면 및 대량생산 가능성의 면까지를 만족할 수 있는 새로운 형태의 보온단열재를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 인체에 무해하고, 친환경적이고, 뛰어난 단열성과 작업성의 장점을 가지면서도 난연성이 없어, 건축용 및 상업용 보온단열재로서의 한계를 가지고 있는 폴리에스테르 섬유에 난연성을 부여함으로써 화재시에도 난연화에 의해 화재의 확산을 억제하고, 유독가스의 발생량을 줄여 대형사고의 가능성을 예방하는 한편 분진의 비산 등이 없는 친환경적인 보온단열재를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 난연액의 주원료로 사용되는 규산소다의 몰비(molecular ratio)를 조절하여 폴리에스테르 섬유에 효과적인 난연막을 형성시켜 난연성을 부여한 보온단열재를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수평방향의 결을 갖는 폴리에스테르 섬유를 난연액을 이용하여 난연 처리하면서 일정한 두께로 겹쳐 원하는 형태로 만든 후, 상기 난연 처리된 폴리에스테르 섬유를 원하는 형태로 건조한 새로운 형태의 보온단열재를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 난연성 보온단열재는 제조 단계에서 난연처리 순서에는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 난연성 보온단열재는 수평방향의 결을 갖는 폴리에스테르 섬유(도 1의 11, 도 2의 21)를 일정한 두께로 겹쳐 원하는 형태와 유사하게 만든 후, 상기 성형된 폴리에스테르 합성섬유를 난연액을 이용하여 난연 처리하면서 원하는 형태로 건조한 새로운 형태의 보온단열재를 제공할 수 있다.
본 발명은 폴리에스테르 섬유의 난연성 보온단열재에 대해서, 형성된 구조를 통해 물리적 성질인 단열성을 유지시키고, 본 발명의 난연액을 이용하여 상기 보온단열재의 난연성을 최대화시킬 수 있다.
첫째, 본 발명의 보온단열재의 구조는 수평방향의 결을 갖는 저밀도의 폴리에스테르 섬유를 난연액을 이용하여 난연 처리하면서 일정한 두께로 겹쳐 원하는 형태로 만든 후, 상기 난연 처리된 폴리에스테르 섬유를 원하는 형태로 건조하여 새로운 형태의 보온단열재를 제조할 수 있다(도 1 및 도 2). 더욱 바람직하게는 상기 난연 처리된 저밀도의 폴리에스테르 합성섬유를 원하는 형태 및 두께로 압착을 하여 건조하는 과정에서 보온단열재의 밀도가 높아짐으로써 형태의 안정성을 좋게 하는 것이다.
둘째, 본 발명의 폴리에스테르 흡음단열 패널의 난연성을 향상시키기 위하여 사용되는 난연액은 2.1~2.9의 몰비((SiO2/Na2O)× 1.032)를 갖는 규산나트륨 용액 55~75 중량%, 카복시메틸셀룰로오스 0.5~7중량%, 폴리비닐알콜 0.1~5중량% 및 나머지는 물로 이루어진다.
상기에서 규산나트륨 용액은 난연성을 부여하는 핵심기능이면서 그 함량에 따라 난연의 정도가 달라질 수 있으며, 그에 비례하여 중량도 늘어날 수 있기 때문에 적절한 비율이 요구된다. 본 발명에서는 2.1~2.9의 몰비((SiO2/Na2O)× 1.032)를 갖는 규산나트륨 용액을 사용하고, 상기 몰비는 산화나트륨에 대한 이산화규소의 몰비를 의미하며, 여기에 상수 1.032를 곱하여 정량적으로 수치화한 것이다. 이때 2.1~2.9의 몰비 범위는 난연 처리를 위한 도포 및 탈수를 용이하게 하며 건조효율을 향상시켜 생산성을 높일 수 있고, 폴리에스테르 합성섬유의 표면에 균일한 난연막을 형성시켜 난연성을 증가시킬 수 있다.
상기에서 규산나트륨 용액은 고온에 노출되는 경우 산화나트륨과 이산화규소 간의 반응에 의하여 탄화규소막을 형성시키며, 형성된 탄화규소막은 연소시 발생하는 이산화탄소 및 일산화탄소 가스를 발생시키면서 팽창되어 단열성을 향상시키는 기능을 하며, 오래 전부터 난연제의 주요 물질의 하나로 널리 이용되어 왔던 것으로서 당업자에게는 용이하게 이해될 수 있다. 이 때, 규산나트륨 용액의 함량이 55~75중량%가 바람직하며, 55중량% 미만인 경우, 난연성이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 75중량%를 초과하는 경우, 난연화를 위한 도포 및 건조 등이 어려워져 생산성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
카복시메틸셀룰로오스는 상기 규산나트륨 용액의 점도를 낮춰주며, 난연액의 보관안정성을 높이는 기능을 한다. 상기 카복시메틸셀룰로오스의 함량이 0.5중량% 미만인 경우, 난연화를 위한 도포 및 건조 등이 어려워져 생산성이 저하되고, 보관안전성이 저하되는 문제점이 있을 수 있으며, 7중량%를 초과하는 경우, 다른 성분들 특히 규산나트륨 용액의 함량 저하로 난연성이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 폴리비닐알콜은 난연액 중에 포함되는 상기 규산나트륨 용액 중의 나트륨 성분이 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 표면에 흰가루가 생기는 백화현상을 방지하는 기능을 하며, 0.1중량% 미만인 경우, 백화현상을 충분히 예방하지 못하는 문제점이 있을 수 있으며, 5중량%를 초과하는 경우, 다른 성분들 특히 규산나트륨 용액의 함량 저하로 난연성이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다. 상기에서 물은 다른 성분들을 수용하는 담체로서 기능한다.
상기 난연액을 폴리에스테르 섬유에 침투시키기 위해서는 함침하거나 난연액을 분사방법을 사용하여, 폴리에스테르 섬유 표면에 난연층(도 3의 33)을 형성시킨다. 상기 단계 이후, 원하는 형태로 건조시켜 난연 처리된 보온단열재의 제조를 완료한다. 이때 건조방법은 고주파 발생장치에서 건조 및 발포시키는 방법, 원적외선 발포 건조기를 이용하여 원적외선을 조사하여 건조 및 발포시키는 방법, 또는 110~250℃의 열풍으로 건조 및 발포시키는 방법에서 선택될 수 있다.
본 발명에서 사용한 폴리에스테르 섬유는 그 자체가 경량이면서도 내인성이 강하고 통상적으로 흡음단열재로 사용되는 대표적인 물질이다. 이러한 성질에 폴리에스테르 합성섬유의 보온성 및 난연성을 최대화하여, 형태의 안정성이 뛰어난 난연성 보온단열재를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 기술적 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
<실시예 1> 배관용 난연성 보온단열재 제작
단계 1: 폴리에스테르 합성섬유의 성형
폭 300mm, 두께 3mm, 밀도 12㎏/㎥의 폴리에스테르 합성섬유(도 1의 11)를 외경이 30mm인 파이프에 감아서 폭 300mm, 내경 30mm, 외경 55mm, 밀도 24㎏/㎥ 인 파이프 형태의 원통(도 1의 12)을 만든 후 길이가 300mm가 되도록 절단하였다. 이때 만들어진 보온단열재의 두께는 25mm이며, 저밀도의 폴리에스테르 합성섬유를 포개어 놓은 상태이므로 형태의 안정성은 불안한 상태이다.
단계 2: 난연 및 건조
상기 제조된 폴리에스테르 합성섬유를 난연 처리하기 위하여, 난연액을 하기와 같이 제조하였다. 상기 난연액은 2.5 몰비(SiO2/Na2O)× 1.032)를 갖는 규산나트륨 용액 65중량%, 카복시메틸셀룰로오스 4중량%, 폴리비닐알콜 2중량% 및 물 29중량%를 포함하여 이루어지는 조성물이며, 상기 규산나트륨 용액은 상용화된 액상규산소다 2호(20℃의 Be' 52 내지 54, Na2O 14 내지 15중량%, SiO2 34 내지 35중량%, Fe2 O3 0.05중량% 이하, 물불용분 0.2중량% 이하로 조성된 것으로서, 대한민국 소재 이화산업의 상품명 ‘액상규산소다2호’)와 액상규산소다 3호(20℃의 Be' 40 내지 42, Na2O 9 내지 10중량%, SiO2 28 내지 30중량%, Fe2O3 0.03중량% 이하, 물불용분 0.2중량% 이하로 조성된 것으로서, 대한민국 소재 이화산업의 상품명 ‘액상규산소다3호’)를 혼합하여 상기의 몰비의 범위로 조정하여 사용하였다.
제조된 난연액에 상기 단계 1에서 제조된 폴리에스테르 합성섬유를 함침시켜 탈수한 후 150~250℃에서 건조(도 1의 14a, 도 1의 14b)시켜, 단계 1에서 제조된 폴리에스테르 보온단열재를 난연 처리하였다. 상기 난연 처리된 폴리에스테르 보온단열재는 난연액의 건조 과정에서 상기 난연액이 폴리에스테르 함성섬유에 고착되어 형태가 고정된 폭 300mm, 내경 30mm, 외경 55mm, 밀도 43㎏/㎥인 파이프 형태의 원통을 이룬 난연성 보온단열재(도 1의 15)가 완성되었다. 완성된 난연성 보온단열재(도 1의 15)를 시공이 용이하도록 길이 방향으로 절단(도 1의 16)하여 파이프형 난연성 보온단열재를 완성하였다. 난연성 보온단열재(도 1의 15)의 밀도가 증가한 이 유는 상기 난연 처리 과정에서 폴리에스테르 합성섬유에 고착된 난연액에 의한 것이다.
<실시예 2> 매트용 난연성 보온단열재 제작
단계 1: 폴리에스테르 합성섬유의 난연 및 탈수
폭 및 길이가 각 300mm, 두께 3mm, 밀도 12㎏/㎥ 의 폴리에스테르 합성섬유(도 2의 21)를 상기 실시예 1의 단계 2에서 제조된 난연액에 함침하여 탈수한 후, 준비된 별도의 열판 위에 놓는다. 상기 행위를 반복하여 난연 처리된 폴리에스테르 섬유의 두께가 27mm가 될 때까지 포갠 후 준비된 별도의 열판으로 눌러 두께가 25mm(도 2의 22)가 되도록 하였다.
단계 2: 성형 및 건조
상기 1단계에서 만들어진 매트 형태의 폴리에스테르 합성섬유는 단순히 포개어 놓은 상태이므로 형태의 안정성은 불안한 상태이다. 상기 제조된 폴리에스테르 합성섬유를 위, 아래에서 덮고 있는 열판(도 2의 23a, 도 2의 23b)에 150~250℃의 열을 가한 후 건조시키면 폭과 길이가 각 300mm, 두께 50mm, 밀도 43㎏/㎥인 매트 형태의 난연성 보온단열재(도 2의 24)가 완성되었다.
<실험예 1> 열전도율 실험
상기 실시예 2에서 제작된 난연성 보온단열재에 대한 열전도율 실험을 KS L 9102:2002(평판열계류법)의 기준에 따라 한국화학시험연구원에서 실시하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.
시료/구분 두께(mm) 밀도(kg/㎥) 열전도율(W/m·K) (평균온도 20℃) 열전도율(W/m·K) (평균온도 70℃)
1 26 43 0.037 0.046
2 25 55 0.035 0.043
3 26 64 0.036 0.044
4 25 72 0.037 0.045
5 51 42 0.037 0.045
6 50 52 0.037 0.045
7 51 62 0.037 0.046
8 51 70 0.035 0.043
<실험예 2> 난연성 실험
상기 실시예 2에서 제작된 난연성 보온단열재에 대한 난연성 실험을 KS F 2271(건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법)의 기준에 따라 방재시험연구원에서 실시하였으며, 그 결과는 표 2와 같다.
항목 / 시험체번호 1 2 3 기준 판정
표면시험 온도시간면적(℃×분) 3분 이내 0 0 0 0 난연2급(준불연재료) 적합
3분 이후 0 0 0 100 이하
발연계수(CA) 3.0 4.0 4.0 60 이하
잔염시간(초) 0 0 30 미만
전체두께에 걸친 용융 없음 없음 없음 없을 것
뒷면의 균열폭 0 0 0 두께×1/10 미만
방화상 유해한 변형 등 없음 없음 없음 없을 것
부가시험 온도시간면적(℃×분) 0 0 0 150 이하
발연계수(CA) 3.0 3.0 4.0 60 이하
잔염시간(초) 0 0 0 90 미만
가스유해성 시험 행동정지시간(분:초) 14:38 14:55 - 9분 이상
상기 KS L 9102:2002(평판열계류법)의 기준에 의한 열전도율 수행결과, 실시예 2에서 제작된 난연 처리된 보온단열재는 0.035~0.037 W/m·K 의 우수한 열전도율을 나타내었다.
또한, 상기한 실시예들의 결과에 따르면, 통상의 흡음단열재인 폴리에스테르 섬유에 대한 형태의 안정성을 높혀 기계적인 성질을 향상시켰으며, 본 발명의 난연액을 이용하여 난연 처리한 경우, KSF 2271에서 규정한 난연2급의 기준치를 능가하는 것을 확인하였다.
그러므로 본 발명에 따른 난연성 보온단열재는 30㎏/㎥ 이하의 저밀도 폴리에스테르 섬유를 난연 처리하여 밀도 85㎏/㎥ 이하의 경량 보온단열재를 제공함으로서 시공성 및 경제성을 보장하며, KSF 2271에서 규정하는 난연2급의 기준치를 능가하는 난연성을 발휘하게 함은 물론 풍화에 의한 분진의 발생을 방지하여 공해발생을 예방할 수 있고, 난연 처리후에도 폴리에스테르 섬유의 열전도율을 유지하는 우수한 보온성을 나타냄으로써 보온단열재로서 적합함을 증명하였다.
따라서, 본 발명에 의한 폴리에스테르 보온단열재는 단열성, 기계적 성질, 난연성 등이 우수하면서도 경량이고, 특히 형태의 안정성이 우수하고 커팅 작업시에도 분진의 비산이 없어서 작업성이 우수하고 시공성이 우수한 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

  1. 폴리에스테르 합성섬유를 파이프 형태로 성형하고, 상기 파이프 형태의 폴리에스테르 합성섬유의 한쪽을 길이 방향으로 절단하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 보온단열재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 합성섬유는 2.1~2.9의 몰비((SiO2/Na2O)× 1.032)를 갖는 규산나트륨 용액 55~75중량%, 카복시메틸셀룰로오스 0.5~7중량%, 폴리비닐알콜 0.1~5중량% 및 나머지는 물로 이루어지는 난연액으로 난연 처리되는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 보온단열재.
  3. 폴리에스테르 합성섬유가 매트 형태로 성형되고, 상기 폴리에스테르 합성섬유는 2.1~2.9의 몰비((SiO2/Na2O)× 1.032)를 갖는 규산나트륨 용액 55~75중량%, 카복시메틸셀룰로오스 0.5~7중량%, 폴리비닐알콜 0.1~5중량% 및 나머지는 물로 이루어지는 난연액으로 난연 처리되는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 보온단열재.
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