KR20060125146A - 재활용 섬유를 이용한 단열재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재활용 섬유를 이용한 단열재 및 그 제조 방법에 있어서, 재활용 되어지는 섬유 및 천연섬유를 종류별 혼합하는 단계와; 섬유 바인더(Binder)로 사용되는 폴리올레핀계 섬유를 혼합하는 단계와; 상기의 섬유와 바인더가 혼합되어진 혼합물을 공기유동으로 이송하여 소정의 밀도를 가지도록 적층하는 단계와; 적층된 상기 혼합물을 가열 및 냉각하여 일정 두께의 펠트(Felt)를 만드는 단계와; 상기 펠트를 일정 크기로 재단하는 단계와; 상기의 재단되어진 펠트 내에 액상의 난연액을 함침 혹은 액상 물질을 분사하여 섬유 펠트 내에 처리하는 단계와; 상기 섬유 펠트 내에 처리된 난연액을 가열, 건조하여 고형분을 섬유 표면에 결합시키는 단계와; 상기의 처리된 펠트를 일정 크기로 재단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 재활용 되어진 자원에 기능을 부가하여 연소성, 방염성, 불연성능, 내곰팡이성, 단열성, 흡차음성이 우수한 산업용 자재로서의 샌드위치 판넬(Sandwich Panel)의 심재, 건축물의 단열재, 선박용 단열재, 각종 산업용 단열재 및 그 제조 방법이 제공 된다.
재활용, 섬유, 단열재, 흡차음재, 난연재, 심재
Description
도 1은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 단열재 표면의 부분 확대 사시도.
도 2은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 단열재 단면의 부분 확대 사시도.
도 3은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 단열재와 난연액 처리 전의 펠트의 흡음율 시험 비교 결과.
본 발명은, 재활용 섬유를 이용한 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 재활용 섬유에 난연제를 부가하고 폴리올레핀게 섬유 바인더를 사용한 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자원의 해외 의존도가 높은 우리나라에서는 자원재활용에 대한 관심은 높으나, 재활용 자원에 대한 거부감이 있는 것이 지금의 현실이다. 이에 재활용 되어진 자원이라 할지라도 그 기능을 부가함으로써 재활용 자원 또한 새로운 자원이 될 수 있는 기술 개발이 필요하다. 이러한 폐섬유를 이용한 재활용 자원의 기술 개발은 저급의 농업용 단열재에서 건축물의 실내외 내장용 흡음재, 자동차용 흡음재 등에 이용되고 있다.
종래에 있어서 각종 단열을 목적으로 사용되어지는 것으로는 유리섬유, 암면, 스티로폼, 폴리우레탄폼, PET 펠트, 재활용 섬유 펠트 내에 양모(Wool)를 혼합하여 제조한 펠트 등이 있으며, 유리섬유, 암면 등은 제조 시 작업환경이 열악하며, 시공시 작업자의 거부감이 크고, 스티로폼의 경우 화염에 취약한 단점을 가지고 있으며, 폴리우레탄의 경우 다른 소재에 비해 중량이 무겁고, 고가이며 연소 시 다이옥신 발생 및 재활용이 되지 않는 단점을 가지고 있다.
그리고 섬유상 소재를 이용하여 제조된 기존의 펠트의 경우 일반적으로 겹면 방식에 의한 생산 공정으로 펠트 구조상 얇은 수평 웹(Web) 형상이 적층되어 있어 난연 처리 시 난연성분의 분산성이 고르지 않으며, 랜덤(Random)방식에 의한 생산 공정으로 공기 유동을 이용하여 섬유을 이송하고 이를 랜덤하게 적층함으로써 생산성이 낮다. 또한, 압축강도를 높이기 위하여 겹면 방식으로 제조되는 섬유펠트를 수평으로 누워져 있는 섬유 방향을 수직인 구조로 바꾸기 위하여 후 가공 공정을 통하여 수평인 펠트를 수직으로 절단하는 공정이 추가적으로 이루어지는 단점을 가지고 있다. 또한, 재활용 섬유 펠트 내에 양모(Wool)를 혼합하여 제조한 펠트는 양 모의 함량에 의해 연소 성능을 발휘하며, 난연 성능에는 미흡한 성능을 가지며, 양모 혼합에 따른 가격경쟁력이 저하되는 단점을 가지고 있다.
펠트 제조 시 바인더(Binder) 사용에 있어서, 섬유상 바인더, 분말상 레진(Resin)을 사용하고 있으며, 섬유상 바인더의 경우 저융점 폴리에스터(LM PET:Low Melting Polyester)를 주로 사용하며, 분말상 레진의 경우 열경화성 수지인 페놀(Phenol)수지, 에폭시-폴리에스터(Epoxy-Polyester) 수지 등을 사용하고 열가소성수지의 경우 폴리올레핀계 분말 수지를 사용하고 있다. 섬유상 바인더의 경우 저융점 폴리에스터의 사용량에 따라 펠트의 강도가 결정 되며, 그 함량에 따라 가격이 결정되는 단점을 가지고 있으며, 열경화성 수지 사용 시 작업 환경 및 재활용이 어려운 단점을 가지고 있다.
현재 상용화되고 있는 난연제로는 첨가형, 반응형으로 구별되며, 첨가형의 경우에서도 유기난연제, 무기난연제로 구별된다. 유기난연제의 경우 브롬계의 경우 다이옥신이 발생시키는 단점을 가지고 있으며, 할로겐계 또한 금속부식, 인체 유해등의 단점을 가지고 있다. 상기와 같이 환경문제가 도입되고 있는 실정에 맞춰 비-할로겐, 저유해가스, 저발연화 등에 초점을 맞추고 있으며, 각 기능에 따라 여러 종류의 난연제가 사용되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 에어레이 방식의 제조 방법으로 공기 유동을 이용하여 섬유을 이송하고 이를 랜덤(Random)하게 적층함으로써, 기존의 제품에서 유리섬유와 같이 형태안정성을 유지하기 어려운, 얇은 두께까지 생산 할 수 있는 단열재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 재활용 섬유를 난연처리하여 연소성, 방염성, 불연성능, 내곰팡이성, 단열성, 흡차음성 등이 기존의 암면이나 유리섬유 등의 제품과 비교하여 동등 이상의 성능을 발휘하고, 형태안정성, 치수안정성이 우수한 산업용 자재(예; 샌드위치 판넬(Sandwich Panel)의 심재, 건축물의 단열재, 선박용 단열재, 각종 산업용 단열재)를 제공하는 것이다.
또한, 액상의 난연처리제를 함침 혹은 분사시 기존의 액상에서의 펠트의 풀림현상을 보완하여 펠트내 섬유간 섬유의 접착력을 증대하여 형태의 변형을 최소화하고, 난연처리시 난연제의 분산성을 향상시키며, 난연처리제 분산 처리 후 건조 과정에서 난연액상의 고형분이 고형화 과정에서 섬유와 섬유 사이의 접착력을 향상시켜 주는 단열재의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 재활용 섬유를 이용한 단열재 및 그 제조 방법에 있어서, 재활용 되어지는 섬유 및 천연섬유를 종류별 혼합하는 단계와; 섬유 바인더(Binder)로 사용되는 폴리올레핀계 섬유를 혼합하는 단계와; 상기의 섬유와 바인더가 혼합되어진 혼합물을 공기유동으로 이송하여 소정의 밀도를 가지도록 적층하는 단계와; 적층된 상기 혼합물을 가열 및 냉각하여 일정 두께의 펠트(Felt)를 만드는 단계와; 상기 펠트를 일정 크기로 재단하는 단계와; 상기의 재단되어진 펠트 내에 액상의 난연액을 함침 혹은 액상 물질을 분사하여 섬유 펠트 내에 처리하는 단계와; 상기 섬유 펠트 내에 처리된 난연액을 가열, 건조하여 고형분을 섬유 표면에 결합시키는 단계와; 상기의 처리된 펠트를 일정 크기로 재단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 재활용 되어진 자원에 기능을 부가하여 연소성, 방염성, 불연성능, 내곰팡이성, 단열성, 흡차음성이 우수한 산업용 자재로서의 샌드위치 판넬(Sandwich Panel)의 심재, 건축물의 단열재, 선박용 단열재, 각종 산업용 단열재로 사용할 수 있다.
여기서, 상기 혼합섬유는 상기 재활용섬유 약 70중량% 내지 약 95중량%와, 바인더로 사용되는 폴리올레핀계 섬유는 약 5중량% 내지 약 30중량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 바인더의 함량은 약 5중량% 내지 약 20중량%인 것이 바람직하며, 폴리올레핀계 섬유를 바인더로 사용시 함량이 약 5중량% 이하인 경우 섬유간 접착력이 떨어져 펠트 형상 유지가 어려우며, 약 20중량% 이상인 경우 펠트 성형 후 열에 의한 수축 등 치수 안정성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
기존 펠트의 섬유 간 바인더로 사용되고 있는 섬유상 바인더인 LM PET의 경우 본 발명에서 재활용 섬유를 이용한 단열재 및 그 제조 방법에 있어서, 그 기능을 부가하기 위하여 첨가형 무기계 난연액 처리 시, 함침 또는 분사 방식을 이용하게 되며 펠트 내 섬유 간 접착을 하고 있는 LM PET의 경우 난연 처리 방법으로 펠트 내 수분 침투에 따른 접착력 약화로 펠트의 풀림과 같은 형상 유지가 힘들고 가열 건조 시 그 형상 유지가 어려운 단점을 가지고 있다. 본 발명에서 사용하고자 하는 바인더의 경우 섬유상 폴리올레핀 섬유는 펠트 성형 시 바인더인 폴리올레핀계 섬유를 완전히 용융시킴으로써 섬유 간 접착력을 증대시키고 기존의 LM PET 바인더 함량보다 적은 량으로 펠트 형상을 유지할 수 있으며, 난연액 처리 후 가공 시 형태안정성이 뛰어나다. 분말상 바인더인 열경화성 레진 또한 상기와 같은 성능을 발휘할 수 있다.
상기 재활용섬유는 천연섬유, 면섬유, 폴리올레핀계 섬유를 포함하는 기타 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 재활용섬유는 천연섬유(Jute, Kenaf 등) 약 10중량% 내지 약 70중량%와, 면섬유 약 10중량% 내지 약 70중량%와, 폴리올레핀계 섬유를 포함하는 기타 섬유가 약 20중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 바인더의 경우 폴리올레핀계 섬유, 예를 들어 폴리프로필렌 섬유를 사용하며, 폴리올레핀계 섬유의 섬도가 약 3데니어(Denier) 내지 약 15데니어(Denier)인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 원료로 사용되는 재활용섬유와의 혼면성과 섬유 간 접착력을 향상시키기 위해서는 약 10데니어(Denier)이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더를 폴리올레핀계 섬유를 사용할 경우 120~200℃ 영역에서 용융점을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 재활용섬유의 섬유길이는 약 0.5mm 내지 약 70mm인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 재활용 섬유 펠트의 난연 기능을 부가하기 위한 처리제로서 첨가형 무기 난연제를 주성분으로 하며, 상기 혼합섬유 내에 처리제는 섬유펠트 대 조성물 고형분의 중량비율이 1:0.5 내지 1:2.0을 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 적용한 에어레이 방식은 공기 유동을 이용하여 섬유를 이송하고 이를 랜덤(Random)하게 적층함으로서 공기 유동압에 의해 섬유의 두께 방향 배열을 수직에 유사한 형태로 펠트 내 난연처리시 난연제의 분산성이 펠트 구조 특성상 겹면방식과 비교하여 분산성이 뛰어나며, 난연처리제 분산 처리 후 건조 과정에서 난 연액상의 고형분이 고형화 과정에서 섬유와 섬유 사이의 결합력을 향상시켜 주는 효과로서 펠트의 형태안정성, 치수안정성이 뛰어나다.
이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하나, 본 발명의 보호가 이하 실시예로 한정되는 것은 아니다.
적층된 복수의 혼합섬유를 펠트로 만드는 단계에서는 적층된 복수의 혼합섬유를 가열 및 냉각하여 펠트로 만든다. 펠트는 두께가 약10mm 내지 약30mm가 바람직하다. 제조된 섬유펠트는 난연처리제 처리시 펠트의 두께 보정을 위하여 제조하고자 하는 완제품의 두께 보다 섬유 펠트의 두께는 약 10% 내지 약 20% 더하여 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 펠트의 면 밀도가 약300g/㎡ 미만이면 난연제 처리시 형태안정성 및 제품의 치수안정성 저하되므로 약300g/㎡ 내지 약2000g/㎡가 바람직하다. 아래 표 1은 펠트의 두께에 따른 면밀도의 정도를 나타낸 것이다.
[표 1]
펠트의 두께에 따른 면밀도.
펠트 내 난연액 처리 단계에서는 펠트 내 섬유 각각의 표면에 처리 한다. 난연 처리제는 액상의 첨가형 무기계를 주성분으로 하며 섬유펠트 대 조성물 고형분의 중량비율이 1:0.5 내지 1:2.0처리한다.
여기서, 난연처리제의 고형분 중량이 펠트 중량의 약 0.5배 미만이면 KS F 2271에 준하는 난연 3급 이하의 성능으로 난연 성능이 저하되고, 펠트 중량의 약 2.0 이상인 경우 단위 면적당 중량이 증가하여 흡음성능이 저하된다.
실시예 1
표 3, 도 3은 표 2의 시험방법에 따른 시험평가 결과이다. 혼합섬유는 재활용섬유 70중량% 내지 95중량%와 바인더인 폴리올레핀계 섬유 5중량% 내지 30중량%로 이루어지며, 재활용섬유는 천연섬유(Jute, Kenaf 등) 10중량% 내지 70중량%와, 면섬유 10중량% 내지 70중량%와, 폴리올레핀계 섬유를 포함하는 기타 섬유가 20중량%로 이루어진다. 펠트 내에 난연 처리는 무기계 난연제를 주성분으로 하는 화합물을 가열, 건조에 따른 고형분이 섬유 펠트내 각각의 섬유 표면에 결합시키는 단계로서 섬유펠트 대 조성물 고형분의 중량비율이 1:0.5 내지 1:2.0로 처리한다.
[표 2]
재활용섬유를 이용한 건축용 흡차음 단열재의 시험방법
[표 3]
두께 15mm 일 때 난연처리제의 함량변화에 따른 시험평가 결과
(섬유 펠트 대 난연처리제 고형분함량 비율)
비교예 1
표 4 내지 표 5는 표 2의 시험방법에 따른 시험평가 결과이다. 혼합섬유는 재활용섬유 70중량% 내지 95중량%와 바인더인 폴리올레핀계 섬유 5중량% 내지 30중량%로 이루어지며, 재활용섬유는 천연섬유(Jute, Kenaf 등) 10중량% 내지 70중량%와, 면섬유 10중량% 내지 70중량%와, 폴리올레핀계 섬유를 포함하는 기타 섬유가 20중량%로 이루어지며, 펠트 내에 난연 처리는 첨가형 무기계를 주성분으로 하는 화합물을 가열, 건조에 따른 고형분이 섬유 펠트 내 각각의 섬유 표면에 결합시키는 단계로서 섬유펠트 대 조성물 고형분의 중량비율이 1:0.5 내지 1:2.0처리되어 이루어지며, 제품의 두께 및 면 밀도를 일정하게 한다.
[표 4]
펠트의 제조방법에 따라 난연 처리한 시험평가 결과.(두께 15mm)
[표 5]
기존 사용되고 있는 각종 산업용 단열재 비교.(두께 15mm)
비교예 2
표 6은 표 2의 시험방법에 따른 시험평가 결과이다. 표 6의 에어레이 방식에 의해 제조된 섬유 펠트로서 혼합섬유는 재활용섬유 70중량% 내지 95중량%와 바인더인 폴리올레핀계 섬유 5중량% 내지 30중량%로 이루어지며, 재활용섬유는 천연섬유(Jute, Kenaf 등) 10중량% 내지 70중량%와, 면섬유 10중량% 내지 70중량%와, 폴리올레핀계 섬유를 포함하는 기타 섬유가 20중량%로 이루어진다. 펠트 내에 난연 처리는 첨가형 무기계를 주성분으로 하는 화합물을 가열, 건조에 따른 고형분이 섬유 펠트내 각각의 섬유 표면에 결합시키는 단계로서 섬유펠트 대 조성물 고형분의 중량비율이 1:0.5 내지 1:2.0로 처리한다.
겹면방식으로 제조된 섬유 펠트는 PET 섬유 펠트로서 제품의 두께 및 면밀도 를 일정하게 하여 KS M 3831-1997[경질발포 플라스틱의 압축시험방법]에 따라 압축하중(kgf), 압축탄성율(kgf/cm2)를 측정하여 비교 시험하였다.
[표 6]
겹면방식과 에어레이 방식에 의해 제조되어 난연 처리된 섬유 펠트의 압축강도 시험 비교(두께:30mm, 시편 size:100×100).
이와 같이, 본 발명에 의하면, 혼합섬유는 재활용섬유와 바인더로 폴리올레핀계 섬유로 이루어지며, 복수의 혼합섬유를 공기 유동압으로 이송하여 소정의 밀도를 가지도록 적층한 후 가열 및 냉각하여 복수의 혼합섬유 펠트 내에 무기계 난연제를 가열, 건조하여 고형분이 섬유 펠트내 각각의 섬유 표면에 결합하도록 함으로써, 폐기되어지는 폐섬유를 사용함으로써 재활용에 따른 자원의 절약 가능하며, 재활용 되어진 자원에 기능을 부가하여 연소성, 방염성, 불연성능, 내곰팡이성, 단열성, 흡차음성, 난연제의 분산성이 우수하고, 난연제의 고형화 과정에서의 섬유간 접착력이 향상시켜 섬유펠트의 형태안정성, 치수안정성이 우수하다.
본 발명에 의해 제조된 제품은 산업용 자재로서의 샌드위치 판넬(Sandwich Panel)의 심재, 건축물의 단열재, 선박용 단열재, 각종 산업용 단열재로 적용가능하다.
Claims (10)
- 재활용섬유와 바인더로 폴리올레핀계 섬유로 이루어지는 혼합섬유를 만드는 단계와;상기 복수의 혼합섬유를 공기 유동압으로 이송하여 소정의 밀도를 이루도록 적층하는 단계와;적층된 상기 복수의 혼합섬유를 가열 및 냉각하여 펠트를 만드는 단계와;상기 펠트 내에 무기계 난연제로 처리하는 단계와;상기의 펠트 내에 처리된 무기계 난연제를 가열, 건조하여 고형분이 섬유 펠트내의 각각의 섬유 표면에 결합되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 혼합섬유는 상기 재활용섬유 70중량% 내지 95중량%와, 상기 바인더인 폴리올레핀계 섬유 5중량% 내지 30중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 재활용섬유는 천연섬유(면섬유 제외), 면섬유, 및 합성 섬유(폴리올레핀계 섬유 제외), 폴리올레핀계 섬유로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 재활용섬유는 천연섬유(면섬유 제외) 10중량% 내지 70중량%와, 면섬유 10중량% 내지 70중량%와, 폴리올레핀계 섬유를 포함하는 기타 섬유가 20중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 섬유상 바인더인 폴리올레핀계 섬유의 섬도가 3데니어(Denier) 내지 15데니어(Denier)인 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 바인더는 120~200℃ 영역에서 용융점을 가지는 폴리프로필렌 섬유인 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 재활용섬유의 섬유길이는 0.5mm 내지 70mm인 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 무기계 난연제 처리는 섬유펠트 대 난연제 고형분의 중량비율 1:0.5 내지 1:2.0로 처리하는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제 1 항의 제조방법에 의해 제조된 단열재.
- 제 9 항에 있어서, 상기 단열재는 샌드위치 판넬(Sandwich Panel)의 심재, 건축물의 단열재, 선박용 단열재, 또는 산업용 단열재인 것을 특징으로 하는 단열재.
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| KR1020050047007A KR20060125146A (ko) | 2005-06-02 | 2005-06-02 | 재활용 섬유를 이용한 단열재 및 그 제조 방법 |
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| KR (1) | KR20060125146A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013048948A1 (en) * | 2011-09-26 | 2013-04-04 | Tintoria Piana Us, Inc. | Recycling cotton fiber from old mattresses |
-
2005
- 2005-06-02 KR KR1020050047007A patent/KR20060125146A/ko not_active Application Discontinuation
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