KR20090008122A - 팽창 펄라이트와 폴리우레탄을 포함하는 단열재 및 그제조방법과 이를 포함하는 건축자재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 팽창 펄라이트와 폴리우레탄을 포함하는 단열재 및 그 제조방법과 이를 포함하는 건축자재에 관한 것이다. 본 발명의 단열재는, 미리 정해진 평균입경을 갖는 다수의 팽창 펄라이트 제 1 입자; 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자들 사이에 형성되는 공극 내부에 위치하는 것이 가능한 크기의 평균입경을 갖는 다수의 팽창 펄라이트 제 2 입자; 및 일액형 수발포형 폴리우레탄 바인더를 포함한다. 본 발명의 단열재는 단열성이 뛰어난 팽창 펄라이트 제 1 입자를 포함하며 바인더 수지인 폴리우레탄 및 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자 사이의 공극에 상기 팽창 펄라이트 제 2 입자가 분산되어 있으므로 경량이면서도 우수한 단열성, 내화성 및 난연성을 갖는다.
단열재, 펄라이트, 폴리우레탄
Description
본 발명은 팽창 펄라이트와 폴리우레탄을 포함하는 단열재 및 그 제조방법과 이를 포함하는 건축자재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 경량이면서도 우수한 단열성, 내화성 및 난연성을 갖는 팽창 펄라이트와 폴리우레탄을 포함하는 단열재 및 그 제조방법과 이를 포함하는 건축자재에 관한 것이다.
일반적으로 건축물의 시공에 있어서 단열재로 사용되고 있는 것은 값이 싸고, 시공이 간편하며, 단열성이 뛰어난 발포 폴리스티렌(Expanded Polystyrene, 이하 EPS)과 발포 폴리우레탄(Expanded Polurethane, 이하 EPU) 주를 이루고 있다. 상기 재료들은 100kg/m3 이하의 경량이면서 단열성이 탁월하여 각종 건축물의 단열재 또는 샌드위치 판넬의 심재 등으로 대량으로 사용되고 있으나, 화재 시 쉽게 연소하여 화염을 전파하고 또한 유독가스를 발생하는 등 내열성, 난연성에서 매우 취 약한 단점을 가지고 있다.
상기 단열재의 문제점을 해결하기 위하여, 난연성을 갖는 다양한 형태의 단열재가 개발되었으며, 대표적인 것으로는 유리섬유, 석면/암면재, 방염처리된 폴리에스테르계 섬유재, 폴리올레핀계 발포재 등이 있다. 하지만 상기와 같은 단열재들은 단열성 및 흡음성이 미흡하거나 혹은 경량성 및 환경친화성이 결여되어, 건축용 재료로 이상적인 경량성, 난연성, 단열성, 경제성 등을 동시에 만족시키지 못하는 문제점이 있다.
또한, 단열재를 제조하는 경우 종래에 접착제로 사용되는 것은, 무기질 물유리계 규산소다, 시멘트, 이액형 폴리우레탄 및 합성고무계 접착제 등이 있다. 하지만, 무기질계 접착제는 깨지고 쉽고, 유기질계 접착제는 점도가 높아 불규칙한 펄라이트 발포체의 표면에 완전도포를 유도하기가 쉽지 않다. 따라서 단열재가 효과적인 난연성 및 단열특성을 갖도록 하는 성형 공정의 설계가 매우 어렵다.
이에 관해, 대한민국등록특허 제10-0530015호에는 팽창성 무기물인 펄라이트(Perlite)와 규조토, 황토분말 및 활성탄 등의 무기물과, 바인더로서 규산나트륨 및 알루미나졸 등과 같은 액상의 무기 바인더와 열경화성 페놀수지를 병용·혼합하여 고온에서 압축 성형한 경량 내화재가 개시되어 있다. 상기에서 개시한 재료의 경우, 난연성에서는 우수한 특성을 가지나, 중량에 있어서는 상기의 EPS, EPU 등의 기타재료에 비하여 무겁고, 250℃ 이상의 고온에서 성형하여 완성하는 것으로, 대면적의 성형체를 형성하기가 어렵고, 고온의 성형 공정운용에 따른 제조경비의 상승이 따르는 문제가 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 제조방법이 간단하고 우수한 난연성, 단열성 및 내화성을 갖는 경량의 단열재 및 그 제조방법과 이를 포함하는 건축자재를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 단열재는, 미리 정해진 평균입경을 갖는 다수의 팽창 펄라이트 제 1 입자; 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자들 사이에 형성되는 공극 내부에 위치하는 것이 가능한 크기의 평균입경을 갖는 다수의 팽창 펄라이트 제 2 입자; 및 일액형 수발포형 폴리우레탄 바인더를 포함한다. 본 발명의 단열재는 단열성이 뛰어난 팽창 펄라이트 제 1 입자를 다수 포함하며 바인더 수지인 폴리우레탄과 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자 사이의 공극에 상기 팽창 펄라이트 제 2 입자가 다수 분산되어 있으므로 경량이면서도 우수한 단열성, 내화성 및 난연성을 나타낸다.
본 발명의 단열재는, 상기 폴리우레탄 바인더 100 중량부에 대하여, 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자 50 ~ 600 중량부; 및 상기 팽창 펄라이트 제 2 입자 50 ~ 300 중량부가 포함될 수 있으며, 선택적으로 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 무기 난연제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 난연제를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서, (S1) 액상의 일액형 수발포형 폴리우레탄, 다수의 상기 팽창 펄라이트 제 2 입자 및 물을 균일하게 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계; (S2) 상기 페이스트에 다수의 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자를 첨가하여 균일하게 혼합하는 단계; (S3) 상기 (S2) 단계의 혼합물에 물을 주입하여 일액형 수발포형 폴리우레탄을 발포시켜 경화시키는 단계; 및 (S4) 상기 경화물을 건조하는 단계를 포함하는 단열재 제조방법을 제공한다.
본 발명의 단열재 제조방법에 있어서 전술한 (S1) 단계의 페이스트가 점도가 300 cps 이하인 고유동성 페이스트인 것이 팽창 펄라이트 제 1 입자 및 팽창 펄라이트 제 2 입자의 균일한 분산에 유리하다.
전술한 본 발명의 단열재는 건축자재에 사용될 수 있다.
본 발명의 단열재는 무게가 가벼울 뿐만 아니라 평균입경이 서로 다른 2종의 팽창 펄라이트를 사용함으로써, 상대적으로 평균입경이 작은 팽창 펄라이트 입자가 평균입경이 큰 팽창 펄라이트 입자들 사이의 공극에 위치할 수 있으므로, 경량이면서도 우수한 단열성, 내화성, 난연성 및 화염 노출시에 유해가스의 발생이 저감된 준불연성을 나타낸다. 또한, 바인더 수지인 상기 폴리우레탄이 일액형 수발포형 폴리우레탄이므로 물에 의해 발포 및 경화를 유도할 수 있고, 저점도의 유동성을 가짐으로써 팽창 펄라이트 입자와 폴리우레탄 바인더의 혼합을 용이하게 하므로 제조방법이 간편하며, 용제의 발생이 전무하여 친환경적이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사 용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 단열재는 미리 정해진 평균입경을 갖는 다수의 팽창 펄라이트 제 1 입자; 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자들 사이에 형성되는 공극 내부에 위치하는 것이 가능한 크기의 평균입경을 갖는 다수의 팽창 펄라이트 제 2 입자; 및 일액형 수발포형 폴리우레탄 바인더를 포함하는 단열재이다.
본 발명에 따른 팽창 펄라이트는 당분야에서 사용되고 있는 팽창 펄라이트라면 제한없이 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 팽창 펄라이트 제 1 입자는 그 크기에 특별한 제한은 없으나, 평균입경 2mm 이상인 경우에 최적의 효과를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자의 평균입경은 2 mm ~ 15 mm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용될 수 있는 팽창 펄라이트 제 2 입자의 크기는 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자 사이에 형성되는 공극 내부에 상기 제 2 입자가 위치할 수 있는 정도이면 된다. 예를 들면, 상기 팽창 펄라이트 제 2 입자의 평균입경은 0.01 mm ~ 2 mm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 단열재에 있어서, 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자 및 팽창 펄라이트 제 2 입자의 함량은, 상기 폴리우레탄 바인더 100 중량부에 대하여 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자 50 ~ 600 중량부; 및 상기 팽창 펄라이트 제 2 입자 50 ~ 300 중량부인 경우에 본 발명이 목적하는 최적의 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 단열재는 필요에 따라 당분야에서 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있는 것은 당업자에게 자명하다. 예를 들면 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 무기 난연제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 난연제를 더 포함할 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 단열재의 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 액상의 일액형 수발포형 폴리우레탄, 상기 팽창 펄라이트 제 2 입자 및 물을 균일하게 혼합하여 페이스트를 제조한다(S1).
본 발명의 성형체의 바인더로 작용하는 일액형 수발포형 폴리우레탄 원액에 첨가되는 팽창 펄라이트 제 2 입자의 함량은 특별한 제한은 없이 당업자가 필요에 따라 적정량을 결정할 수 있으며, 예를 들면 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대해 50 ~ 300 중량부일 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄이 팽창 펄라이트 제 1 입자 및 팽창 펄라이트 제 2 입자와 균일하게 혼합되기 위해서는 페이스트의 점도를 낮춰 유동성을 높일 수도 있다. 예를 들면, 점도가 300 cps 이하인 고유동성 페이스트를 제조할 수 있으며, 이를 위해 폴리우레탄과 팽창 펄라이트 제 2 입자의 혼합물 100 중량부 대비 60 ~ 200 중량부의 물을 혼합할 수 있다.
본 발명에서 난연제를 더 포함하는 경우에는 팽창 펄라이트 제 2 입자와 혼합하기 전에 폴리우레탄에 첨가하는 것이 난연효과를 가장 잘 나타낼 수 있다. 난연제의 함량은 당업자가 필요에 따라 결정할 수 있으며, 예를 들면 상기 폴리우레 탄 중량 100 중량부에 대해 10 ~ 30 중량부일 수 있다.
다음으로, 일액형 수발포형 폴리우레탄, 상기 팽창 펄라이트 제 2 입자 및 물이 혼합된 페이스트에 상기 팽창 펄라이트 제 1 입자를 첨가하여 균일하게 혼합한다(S2).
본 발명에서 사용되는 팽창 펄라이트 제 1 입자는 그 크기에 특별한 제한은 없으며, 예를 들면 전술한 바와 같이 평균입경 2 mm 이상일 수 있다. 또한, 그 함량은 당업자가 필요에 따라 적정량을 첨가할 수 있다. 예를 들면 폴리우레탄 100 중량부에 대해 50 ~ 600 중량부인 경우에 단열성 및 내화성 등이 최적의 효과를 나타냄과 동시에 본 발명의 단열재의 경량화에도 바람직할 수 있다.
상기 페이스트에 팽창 펄라이트 제 1 입자를 첨가한 후에는 물을 주입하여 일액형 수발포형 폴리우레탄을 발포시켜 경화시킨다(S3).
본 발명에 따라 일액형 수발포형 폴리우레탄을 발포시키는 경우에는 필요에 따라 적당한 성형틀을 사용하여 원하는 형태로 본 발명의 단열재를 제조할 수 있다.
폴리우레탄의 수발포가 종료된 후에는 상기 경화물을 건조하여 본 발명의 단열재를 제조할 수 있다(S4).
이 경우, 필요에 따라 건조 전에 후발포 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 단열재는 다양한 분야에서 사용될 수 있으며, 예를 들면 건축자재로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하 기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1~4
하기 표 1에서와 같은 중량(단위 g)의 배합비율로, 먼저 일액형 수발포형 폴리우레탄, 팽창 펄라이트 제 2 입자(평균입경 0.43 mm) 및 물을 균일하게 혼합하여 페이스트를 제조하고, 상기 페이스트에 팽창 펄라이트 제 1 입자(평균입경 3.5mm)를 균일하게 혼합한 후, 가로 220mm, 세로 220mm, 두께 50mm의 성형틀에 주입하고, 상기 성형틀 내에서 균일하게 혼합된 폴리우레탄의 수발포 경화를 유도하였다. 상기 성형틀에서 경화가 종료된 후, 탈형하고, 80℃ 항온 건조로에서 24시간 건조하여 성형체를 제조하였다.
| 팽창 펄라이트 제1입자 | 팽창 펄라이트 제2입자 | 일액형 폴리우레탄 | 물 | |
| 실시예 1 | 80 | 50 | 100 | 200 |
| 실시예 2 | 80 | 80 | 100 | 200 |
| 실시예 3 | 100 | 185 | 100 | 200 |
| 실시예 4 | 100 | 290 | 100 | 200 |
실험예 1 : 압축강도, 굴곡강도 및 밀도
상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 성형체들의 압축강도, 굴곡강도 및 밀도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 압축강도(Kgf/cm2) | 굴곡강도(Kgf/cm2) | 밀 도(Kg/m3) | |
| 실시예 1 | 33 | 16 | 430 |
| 실시예 2 | 29 | 15 | 360 |
| 실시예 3 | 26 | 13.2 | 230 |
| 실시예 4 | 22 | 8. | 180 |
상기 표 2의 결과로부터, 실시예에 의해 제조된 성형체 모두 압축강도가 20 Kgf/cm2 이상으로 우수하게 나타났으며, 밀도도 500 Kg/m3 이하로 경량성을 달성하고 있음을 알 수 있다.
실험예 2 : 열전도율
상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 각 성형체들에 대해, KS L 9016-05 규격에 의해 측정한 열전도율을 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | |
| 열전도율(W/mK) | 0.068 | 0.057 | 0.048 | 0.026 |
상기 표 3의 결과로부터, 실시예 1 내지 4는 모두 0.1 W/mK 이하의 우수한 열 전도율을 나타냄을 알 수 있다.
실험예 3 : 열방출 시험 및 가스유해성 시험
상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 성형체들에 대해, 한국 건설교통부 고시 제2006-476호(KS F ISO5660-1:2003) 및 한국 건설교통부 고시 제2006-476호(KS F 2271:2006) 시험방법에 따라 시험한 열방출시험 및 가스유해성시험 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 준불연재료 판정기준 | |
| 총방출열량(MJ/m2) | 7.4 | 4.4 | 2.9 | 1.1 | 8MJ/m2 이하 |
| 열방출율이 연속으로 200kW/m2를 초과하는 시간(sec) | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 sec 이하 |
| 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열 및 구멍 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없을 것 |
| 마우스 행동정지시간 (min:sec) | 11:25 | 13:48 | 17:48 | 19:31 | 9 min 이상 |
상기 표 4에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따른 발포 성형체의 열방출시험 및 가스 유해성시험 측정결과, 모두 준불연재료 판정기준치를 상회하는 것으로 나타났다. 즉, 본 발명에 따른 단열재는 준불연재료에 해당하는 고성능 단열재임을 알 수 있다.
Claims (10)
- 미리 정해진 평균입경을 갖는 다수의 팽창 펄라이트 제 1 입자;상기 팽창 펄라이트 제 1 입자들 사이에 형성되는 공극 내부에 위치하는 것이 가능한 크기의 평균입경을 갖는 다수의 팽창 펄라이트 제 2 입자; 및일액형 수발포형 폴리우레탄 바인더를 포함하는 단열재.
- 제1항에 있어서,상기 팽창 펄라이트 제 1 입자의 평균입경은 2 mm ~ 15 mm 인 것을 특징으로 하는 단열재.
- 제1항에 있어서,상기 팽창 펄라이트 제2 입자의 평균입경은 0.01 mm ~ 2 mm 인 것을 특징으로 하는 단열재.
- 제1항에 있어서,상기 폴리우레탄 바인더 100 중량부에 대하여,상기 팽창 펄라이트 제 1 입자 50 ~ 600 중량부; 및상기 팽창 펄라이트 제 2 입자 50 ~ 300 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 단열재.
- 제1항에 있어서,인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 무기 난연제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 난연제를 더 포함하는 단열재.
- (S1) 액상의 일액형 수발포형 폴리우레탄, 다수의 제1항의 팽창 펄라이트 제 2 입자 및 물을 균일하게 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계;(S2) 상기 페이스트에 다수의 제1항의 팽창 펄라이트 제 1 입자를 첨가하여 균일하게 혼합하는 단계;(S3) 상기 (S2) 단계의 혼합물에 물을 주입하여 일액형 수발포형 폴리우레탄을 발포시켜 경화시키는 단계; 및(S4) 상기 경화물을 건조하는 단계를 포함하는 단열재 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 (S1) 단계의 페이스트는 점도가 300 cps 이하인 고유동성 페이스트인 것을 특징으로 하는 단열재 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 (S1) 단계에서 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 무기 난연제로 이루어 진 군에서 선택되는 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 난연제를 더 첨가하는 단열재 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 (S4) 단계에서 건조 전에 발포단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열재 제조방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 단열재를 포함하는 건축자재.
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