KR20090001762U

KR20090001762U - 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어

Info

Publication number: KR20090001762U
Application number: KR2020070013828U
Authority: KR
Inventors: 김인국; 김진옥
Original assignee: (주)이씨씨비앤피; (주)선만
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-02-25

Abstract

본 고안은 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어에 관한 것이다.

본 고안의 방화도어는 단열성, 경제성, 시공성, 경량성의 특성이 우수하되, 열에 취약한 발포폴리스티로폼의 적어도 일면에 수용성 난연제를 도포하여, 난연2급 수준의 발포폴리스티로폼을 제공하고 이를 이용한 방화도어를 제공함으로써, 화재발생시 도어가 쉽게 타지 않기 때문에 도어를 통해 침투되는 화력을 막을 수 있으며, 상기 난연 발포폴리스티로폼이 적어도 3개 이상의 복수개로 순차적층되되, 상이한 두께의 발포폴리스티로폼이 순차적층되어, 내구성이 확보됨에 따라, 주거자들로부터 탈출시간을 연장시켜 줄 수 있다.

발포폴리스티로폼, 방화도어, 수용성 난연제

Description

난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어{FIREPROOF DOOR USING FIRE RETARDANT POLYSTYRENE FOAM}

본 고안은 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어에 관한 것으로서, 발포폴리스티로폼의 적어도 일면에 수용성 난연제를 도포하여, 난연2급의 준불연성 수준의 난연 발포폴리스티로폼을 제조하고, 상기 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어에 관한 것이다.

주택이나 아파트 등에 설치되어 출입을 개폐하는 수단인 도어는, 통상 전면패널, 후면패널과, 상기 전후면패널의 내부에 충진되는 허니콤과, 상기 허니콤의 둘레부를 따라 구비되는 테두리 부재로 이루어진다.

종래에는 상기 전후면패널의 재질이 합판이나 인조목 등으로 형성하고, 이 판재의 표면에 도료를 도색하여 색채를 나타내었으나, 최근에는 습기에 강하고 부식되지 않는 합성수지재질로 이루어진 합성수지패널이 주로 사용되고 있다.

이러한 합판 또는 합성수지재질로 이루어진 패널이 구비된 도어들은, 화재 발생시 외부의 화력이 내부로 쉽게 침투됨에 따라 주거자가 화력을 피할 시간도 없이 사고를 당하는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도어의 내부에 예컨대, 철판 등의 불연재를 내삽하여 외부의 화력이 도어를 통해 쉽게 침투되는 것을 방지하고자 노력하고 있다.

대한민국특허 제321494호에서 제시하는 방화도어는 화재발생시 높은 고열에 의해 도어가 변형되는 것이 방지되도록 보강부재를 삽입함으로써, 화재발생시 높은 고열에 의한 방화도어의 변형을 방지함과 아울러 이러한 방화도어를 통해 밖으로 나가는 사람들의 출구를 확보해 주는 효과를 기술하고 있다.

그러나, 이와 같은 구성의 방화도어 구조는, 그 구성요소가 복잡하고 많아 생산단가의 증대를 꾀할 뿐만 아니라, 시공작업 또한 어려워 작업효율성이 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 실용신안 제345025호에 따르면, 상기와 같은 종래 방화도어들이 지닌 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 도어의 내부에 3중으로 이루어진 샌드위치형 불연심재를 구비하여 도어를 통해 화력이 침투되는 것을 미연에 방지함은 물론, 불연심재의 견고한 지지력이 강화될 수 있도록 한 방화도어구조를 개시하고 있다. 따라서, 화재발생시, 방화도어는 난연 내지 불연 수준의 우수한 난연성과 구조물이 장시간 버틸 수 있는 높은 내구성이 요구된다.

방화도어의 구조는 단열재를 심재로 끼워 넣는 샌드위치 판넬 형태이며, 일반적으로 샌드위치 판넬은 그 심재의 소재에 따라, 발포폴리스티로폼(EPS) 판넬, 폴리우레탄 판넬 및 그라스울 판넬로 분류된다.

상기 발포폴리스티로폼 판넬은 심재로서, 폴리스티렌 수지에 발포제를 넣은 다공질의 기포플라스틱인 발포폴리스티로폼(Poly-Styrene Foam)을 사용한 것으로서, 고주파에 대한 절연성이 우수하고 다른 단열재에 비해 단열효과가 비교적 크고 흡수율 및 비중이 작을 뿐 아니라 시공성 및 내부식성이 우수하고, 가격이 저렴하여 가장 바람직한 단열재로서 널리 사용되고 있다.

그러나, 발포폴리스티로폼 판넬은 열에 약하여 화재시 단시간에 녹아내리고, 철판 사이에서 불이 확산하기 때문에, 화재발생시 옆 건물의 화재 확대를 방지하기 위한 조치만 가능할 뿐, 건물이 전소될 때까지 대책이 없을 정도로 열에 취약하다. 또한, 발포폴리스티로폼이 타면서 유독가스가 발생되는 문제점이 지적되면서, 최근에는 정부차원에서 화재에 취약한 샌드위치 판넬의 사용을 엄격히 규제하고 있다.

반면에, 폴리우레탄 판넬은 발포폴리스티로폼 판넬보다 비싸지만, 그라스울 판넬보다는 저렴하고 내화성능이 있지만 무게가 무거운 것이 단점이다. 또한, 심재로 사용한 폴리우레탄은 단열성이 크고 공사현장에서 발포시공이 가능하며, 화학약품에 대해 안전하나, 시간의 경과에 따라 부피가 줄어들고 점차 열전도율이 높아지는 단점이 있다.

또한, 그라스울 판넬은 내화성능이 있으나 우선 비싸고 EPS 판넬 생산공장보다 수가 적어 공급에 문제가 따른다. 더욱이, 그라스울은 무게가 상당히 무겁고, 유리를 녹여 섬유형태로 만들어 사용하는 것으로서, 건물 시공 단계에서 작업자가 미세한 분진에 장시간 노출되는 단점이 있다.

그러나, 샌드위치 판넬의 시장 점유율을 보면, 발포폴리스티로폼 판넬이 89.7%, 폴 리우레탄 판넬이 8.0% 및 그라스울 판넬이 2.3%로 차지하고 있을 정도로, 발포폴리스티로폼 판넬이 널리 사용되고 있다. 이러한 발포폴리스티로폼 판넬의 사용은 심재로 사용된 발포폴리스티로폼 자체가 단열성, 경제성, 시공성 및 경량성이 우수하기 때문이다. 다만, 열에 취약한 발포폴리스티로폼 판넬에 우수한 난연성을 부가한다면, 다양한 제품개발 및 적용분야가 더욱 확장될 것이다.

이에, 본 고안자들은 난연성이 우수한 발포폴리스티로폼 판넬을 제공하고, 이를 이용한 다양한 제품 개발의 일환으로서, 방화도어를 제공하고자 안출되었는 바, 수용성 난연제를 발포폴리스티로폼에 도포하여 난연 2급 수준의 난연성을 부여하여 난연 발포폴리스티로폼을 얻고, 상기 난연 발포폴리스티로폼을 이용하여 방화도어를 제작함으로써, 화재발생시 도어가 쉽게 타지 않기 때문에 도어를 통해 침투되는 화력을 막을 수 있음에 따라 주거자들로부터 탈출시간을 연장시켜 줌으로써, 인명피해를 최소화할 수 있고, 제조도 간단하고 용이하여 저렴한 비용으로 제조할 수 있음을 확인함으로써, 본 고안을 완성하였다.

본 고안의 목적은 발포폴리스티로폼의 적어도 일면에 수용성 난연제를 도포하여, 난연2급의 준불연성 수준의 난연 발포폴리스티로폼을 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 상기 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은

하기 화학식 1로 표시되는 카르복실산 유도체를 함유하는 인계 난연제 1∼3중량%; 제1금속산화물 18∼25중량%; 및 이산화규소를 함유하는 제2금속산화물 40∼53중량%로 이루어진 무기계 난연제; 및 잔량의 물로 이루어진 수용성 난연제를, 발포폴리스티로폼의 적어도 일면에 도포하여 제조된, 난연2급의 난연 발포폴리스티로폼; 및

상기 난연 발포폴리스티로폼의 양면에 외장재가 부착된, 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어를 제공한다.

화학식 1

(상기 식에서 R₁은 -CH₂COOH, -CH₂CH₂COOH 또는 -COOH이다.)

본 고안의 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어는 상기 난연 발포폴리스티로폼이 적어도 3개 이상의 복수개로 순차적층되되, 층간 수용성 난연제가 도포된 것이다.

더욱 바람직하게는 상기 난연 발포폴리스티로폼이 적어도 3개 이상의 복수개로 순 차적층되되, 적층 두께가 20 내지 40mm 범위 이내에서 상이한 두께의 발포폴리스티로폼이 순차적층된 것이다.

상기 외장재는 철재 또는 불연성보드에서 선택되는 불연성 소재; 또는 목재 또는 합성수지에서 선택되는 가연성 소재;를 사용할 수 있다.

본 고안은 발포폴리스티로폼에 수용성 난연제를 도포하여, 난연 발포폴리스티로폼을 제조함으로써, 단열성, 경제성, 시공성, 경량이 우수한, 발포폴리스티로폼 자체의 특징을 유지하면서 난연 2급수준의 난연성을 부가함으로써, 이를 이용한 제품개발의 일환으로 방화도어를 제공할 수 있다.

본 고안은 발포폴리스티로폼에, 하기 화학식 1로 표시되는 카르복실산 유도체를 함유하는 인계 난연제 1∼3중량%; 제1금속산화물 18∼25중량%; 및 이산화규소를 함유하는 제2금속산화물 40∼53중량%로 이루어진 무기계 난연제; 및 잔량의 물로 이루어진 수용성 난연제를, 발포폴리스티로폼의 적어도 일면에 도포하여 제조된, 난연2급의 난연 발포폴리스티로폼; 및

(상기 식에서 R₁은 -CH₂COOH, -CH₂CH₂COOH 또는 -COOH이다.)

본 고안의 수용성 난연제는 대한민국 등록특허 제520814호에 공지된 수용성 난연제를 사용한다. 즉, 본 고안에 사용되는 난연제는 카르복실산 유도체를 함유하는 인계 난연제로서, 연소시 인화합물이 열에 의해 분해되면서 발생되는 부산물이 수지와 반응을 일으키면서 수지의 표면에 탄화막(Carbonaceous layer)을 형성함으로써, 연소에 필요한 산소를 차단하여 난연효과를 발휘한다. 특히, 고분자 내의 산소원자와 반응하여 탈수 및 탈화함으로써 난연효과를 발휘하기 때문에 산소원소를 함유한 고분자에서 효과적인 난연역할을 수행한다.

또한, 본 고안의 난연제에 함유되는 금속산화물로 이루어진 무기계 성분은 연소시 물을 생성하여 수증기로 변하면서 연소성 가스를 희석시키며 연소점 주위의 온도를 낮추어 연소현상을 억제한다. 따라서, 상기 무기계 난연제의 난연 메카니즘은 금속원자에 화학적으로 결합된 결정수에 기인하며, 이러한 결정수는 대부분의 플라스틱 성형가공 온도에서도 안정하며 장시간의 가열 조건 하에서도 방출되지 않는다. 또한, 본 고안은 제1금속산화물 또는 제2금속산화물로 이루어진 무기계 난연제를 사용함으로써, 구입이 용이하므로, 가격이 저렴할 뿐 아니라, 무독성이고, 저발연 성으로 가공기계의 부식성이 적고 전기절연성도 우수하다.

특히, 본 고안의 수용성 난연제는 상기 금속산화물의 무기 난연제 성분이 물을 용매로 실시한 전기분해공정에서 전해질로서 작용하여 20∼30nm의 입자크기의 이온형태로 각각 분리되며, 상기 카르복실산 유도체를 함유하는 인계 난연제와 양이온 치환반응으로 결합하여 무기 난연제의 넓어진 표면에 결합되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 본 고안의 수용성 난연제는 유기 난연제가 무기 난연제에 내포된 형태로서, 상기 무기 난연제의 금속산화물로 인하여 고온에서의 안정성이 부여되고, 가열조건에서 감싸고 있는 무기 난연제가 물을 생성하여 수증기로 변하면서 연소성 가스를 희석시키며, 내포된 유기 난연제의 자기 소화성으로 인하여 난연효과를 극대화할 수 있다. 또한, 고온에서 가수분해되기 쉬운 수용성 유기 난연제를 무기 난연제가 감싸는 방식으로 제조됨으로써, 유기 난연제의 상기 문제점을 방지할 수 있다.

이에, 본 고안은 수용성 난연제를 발포폴리스티로폼에 도포하여, 난연 발포폴리스티로폼을 얻음으로써, 단열성, 경제성, 시공성, 경량성이 우수한, 발포폴리스티로폼 자체의 특징을 유지하면서, 난연 2급의 준불연성 수준의 난연성이 부가되므로, 이를 이용한 다양한 제품개발이 가능하다. 이에, 본 고안은 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어를 제공한다.

본 고안의 발포폴리스티로폼에 대하여 KS F ISO 5660-1법에 의한 난연성 시험결과에서, 800∼1190℃ 온도하에서도 발포폴리스티로폼을 심재로 사용한 경우, 균열, 구멍 또는 용융이 전혀 관찰되지 않았고[표 1], 열방출률의 시험결과, 난연 2급 기 준을 확인하고, 유해가스노출 환경에서 9분 이상의 평균 행동정지시간 결과를 확인하였다[표 2].

따라서, 심재로서 사용된 난연 발포폴리스티로폼의 난연성이 우수하므로, 상기 난연 발포폴리스티로폼를 심재로 하고 그 양면에 외장재가 부착된 통상의 방화도어 구조에 제한없이 적용할 수 있다.

따라서, 상기 외장재의 소재는 특별히 제한되지 않으며, 그 일례로, 목재 또는 합성수지의 가연성 소재; 또는 철재 또는 불연성 보드에서 선택되는 불연성 소재;에서 선택 사용할 수 있으며, 상기 불연성 보드는 마그네슘보드, 시멘트보드, 석고보드 등과 같이 불에 타지 않고, 강도가 있는 불연성 소재가 바람직하다.

본 고안의 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어의 바람직한 구현의 일례로서, 그 구조를 도 1 내지 도 3에 도시하고 있다.

상세히 설명하면, 본 고안의 방화도어는 도어 전체를 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 판넬(10)로 구성하는 것을 특징으로 하며, 상기 난연 발포폴리스티로폼 판넬이 적어도 3층 이상의 난연 발포폴리스티로폼(11)이 적층되고, 그 층간에 수용성 난연제가 도포되어 난연제층(12)이 형성되도록 한다. 상기 난연 발포폴리스티로폼(11)의 양면에 외장재(13)가 부착형성된다.

특히, 본 고안의 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어는 난연 발포폴리스티로폼이 적어도 3개 이상의 복수개로 순차적층되되, 층간 수용성 난연제가 도포되어 층간 접착과 동시에, 화염 접촉시, 난연성이 순차 발현된다.

따라서, 본 고안의 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어의 구조는 3개 이상의 복수개로 순차적층되므로, 난연성과 동시에 내구성이 발현되므로, 화재발생시, 우수한 난연성으로 인하여, 도어가 쉽게 타지 않기 때문에 도어를 통해 침투되는 화력을 막을 수 있으며, 내구성 향상으로 인하여, 주거자들로부터 탈출시간을 연장시켜 줌으로써, 인명피해를 최소화할 수 있다.

또한, 난연성 및 내구성을 향상시키기 위한 더욱 바람직한 구현은 상기 난연 발포폴리스티로폼이 적어도 3개 이상의 복수개로 순차적층되되, 적층 두께가 20 내지 40mm 범위 이내에서 상이한 두께의 발포폴리스티로폼이 순차적층되도록 하는 것이다.

이때, 심재의 두께가 20mm 미만이면, 샌드위치 판넬의 내구성이 약하고, 심재의 두께가 40mm를 초과하면, 판넬의 난연성 효과는 달성되나, 다층구조화 작업으로 인한 공정단계가 증가함으로써, 제조원가가 상승되는 문제가 있다.

상기 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어에 있어서, 문틀과의 접촉마모를 줄이기 위한 테두리부(14)가 설치되고, 문틀에 고정시키기 위한 수단으로서 지지부(15) 및 사각바(16)가 설치될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 고안을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 실시예는 본 고안을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 고안의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

단계 1: 인 함유 카르복실산 유도체 합성

3구 플라스크에 98%의 페닐포스포닉산(phenylphosphonic acid) 450g 및 98%의 아세트산 550g을 투입하고 실온에서 15분동안 교반하여 반응하였다. 반응 후, 냉각하여 얻어진 침전물을 물로 감압여과하고 여과 잔유물의 수분을 건조시켜 목적화합물을 얻었다(수율: 60%).

단계 2: 수용성 난연제의 제조

상기 단계 1에서 제조된 인 함유 카르복실산 유도체 100g을 물 2.5㎏에 첨가하고 60∼80℃에서 완전히 용해될 때까지 교반하여 제1용액을 제조하고, 상기 제1용액에 산화나트륨, 산화마그네슘 및 산화칼슘으로 이루어진 금속산화물 2㎏을 첨가하여 5∼8분 정도 교반하여 완전히 상기 금속산화물이 용해된 제1용액을 제조하였다.

이산화규소 및 산화알루미늄으로 이루어진 금속산화물 4.9㎏을 물 0.5㎏에 첨가하고 완전히 용해될 때까지 교반하여 제2용액을 제조하였다. 제조된 제2용액에 상기 제1용액을 혼합하여 5∼8분 동안 충분히 교반하여, 물의 전기분해 공정을 수행하였다.

단계 3: 방화도어 제조

상기 제조된 난연 발포폴리스티로폼 심재의 최외측 양면에 10mm의 철재를 적층하여 제작하였다.

< 실시예 2>

상기 심재로서 사용된 발포폴리스티로폼이 5mm/5mm/5mm/15mm/15mm 두께가 순차적층되되, 층간 수용성 난연제를 도포하여 제조된, 난연 발포폴리스티로폼을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

< 실험예 1> 난연성 실험

상기 실시예 1에서 제조된 다층으로 적층된 발포폴리스티로폼을 25∼26℃, 상대습도 35℃ 40% RH 조건 하에서 콘칼로리미터법을 이용하여 열방출률을 측정하여, 난연성능 시험을 실시하였다[한국건설기술연구원, KS F ISO 5660-1법].

본 고안의 다층으로 적층된 발포폴리스티로폼을 이용한 판넬에 대하여, 열원공급기가 10cm 떨어진 지점에서 800∼1190℃ 온도로 직접 가열하였고, 심재의 형상 변화를 관찰하여, 그 시험 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 다층으로 적층된 발포폴리스티로폼을 이용한 경우, 800∼1190℃ 온도 하에서도 심재의 균열, 구멍 또는 용융이 전혀 관찰되지 않았으며, 열방출률의 시험결과, 난연 2급 기준을 만족하였다. 따라서, 본 고안의 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어는 난연 2급 기준을 만족하는 준 불연재 료임이 확인되었다.

<실험예 2> 가스 유해성시험

상기 실시예 1에서 제조된 발포폴리스티로폼의 판넬에 대하여, 가스유해성시험을 실시하였다[한국건설기술연구원, KS F 2271법]. 상기 발포폴리스티로폼의 판넬을 연소시켜, 연소산화물에 대한 적외선 흡수스펙트럼을 측정하였으며, 일산화탄소, 이산화탄소, 시안화수소, 염화수소, 브롬화수소, 일산화질소, 이산화질소, 불화수소, 아황산 가스등의 유해가스를 정량 및 정성 분석하였다. 이때, 유해가스 분위기 하에서 체중 18∼22g이고, 5주령의 혈통 ICR계 암컷 마우스를 각각 8마리씩 방치하여, 행동정지시간을 측정하였다.

상기 표 2에서 보이는 바와 같이, 유해가스노출 환경에서 9분 이상의 평균 행동정 지시간 결과를 보임으로써, 난연소재로 적합하다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 발포폴리스티로폼에 수용성 난연제를 도포하여, 난연 2급수준의 난연 발포폴리스티로폼을 제조하고 이를 이용하여 방화도어를 제공하였다.

본 고안의 방화도어는 발포폴리스티로폼자체로부터 단열성, 경제성, 시공성, 경량성의 특성이 유지되고, 난연 2급수준의 난연성이 부가됨에 따라, 화재발생시 도어가 쉽게 타지 않기 때문에 도어를 통해 침투되는 화력을 막을 수 있으며, 제조도 간단하고 용이하여 저렴한 비용으로 제조할 수 있다.

본 고안의 방화도어는 난연 발포폴리스티로폼이 적어도 3개 이상의 복수개로 순차적층되되, 상이한 두께의 발포폴리스티로폼이 순차적층되어, 내구성이 확보됨에 따라, 주거자들로부터 탈출시간을 연장시켜 줌으로써, 인명피해를 최소화할 수 있다.

이상에서 본 고안은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 고안의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 본 고안의 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어의 정면도이고,

도 2는 상기 도 1의 A-A에 의한 방화도어의 측단면도이고,

도 3은 상기 도 1의 B-B에 의한 방화도어의 단면도이다.

<도면 부호에 대한 간단한 설명>

10: 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어 11: 난연 발포폴리스티로폼

12: 내화재층 13: 외장재

14: 테두리부 15: 지지부

16: 사각바 17: 경첩

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 카르복실산 유도체를 함유하는 인계 난연제 1∼3중량%; 제1금속산화물 18∼25중량%; 및 이산화규소를 함유하는 제2금속산화물 40∼53중량%로 이루어진 무기계 난연제; 및 잔량의 물로 이루어진, 수용성 난연제를 발포폴리스티로폼의 적어도 일면에 도포하여 제조된, 난연2급의 난연 발포폴리스티로폼; 및

상기 제조된 난연 발포폴리스티로폼의 양면에 철재 또는 불연성보드에서 선택되는 불연성 소재 또는 목재 또는 합성수지에서 선택되는 가연성 소재에서 선택되는 외장재가 부착된, 난연 발포폴리스티로폼을 이용한 방화도어.

화학식 1

(상기 식에서 R₁은 -CH₂COOH, -CH₂CH₂COOH 또는 -COOH이다.)
제1항에 있어서, 상기 난연 발포폴리스티로폼이 적어도 3개 이상의 복수개로 순차적층되되, 층간 수용성 난연제가 도포된 것을 특징으로 하는 상기 방화도어.
제1항에 있어서, 상기 난연 발포폴리스티로폼이 적어도 3개 이상의 복수개로 순차 적층되되, 적층 두께가 20 내지 40mm 범위 이내에서 상이한 두께의 발포폴리스티로폼이 순차적층된 것을 특징으로 하는 상기 방화도어.