KR20090072844A - 난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법 - Google Patents

난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

개시된 내용은, 발포성형되는 폴리스티렌 알갱이의 표면에 난연성 액상 코팅액을 분사 코팅처리하고 건조과정을 반복한 후 샌드위치 패널용 단열재를 압축성형함에 따라, 화재 발생시 샌드위치 패널에 충진된 단열재의 난연성을 향상시킬 수 있도록 한 것으로,
본 발명의 실시예에 의한 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법은,
난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법에 있어서,
발포성형된 다면체 형상을 갖는 발포 폴리스티렌 알갱이의 표면에 무기성 액상 혼합물을 1차 분사코팅시키는 제1단계와,
무기성 액상 혼합물이 코팅처리된 발포 폴리스티렌 알갱이를 열풍로에서 건조시키는 제2단계와,
발포 폴리스티렌 알갱이의 표면에 무기성 액상 혼합물을 2차 분사코팅시키는 제3단계와,
무기성 액상 혼합물이 2차 코팅처리된 발포 폴리스티렌 알갱이를 열풍로에서 건조시키는 제4단계와,
건조시 달라붙은 발포 폴리스티렌 입자를 분리시켜 사일로에서 숙성시키는 제5단계와,
숙성된 발포 폴리스티렌을 금형에 의해 발포 폴리스티렌 블록으로 압축성형하는 제6단계를 포함한다.
난연성, 샌드위치 패널, 코팅, 화재, 단열재

Description

난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법{an insulation for resistance sandwiches panel and method thereof}
본 발명은 화재 발생시 샌드위치 패널 내부의 단열재(발포 폴리스티렌(EPS;expanded polystyrene)을 말함)의 연소되는 것을 최소화할 수 있도록 한 난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 발포성형되는 폴리스티렌 알갱이의 표면에 난연성 액상 코팅액을 분사 코팅처리하고 건조과정을 반복한 후 샌드위치 패널용 단열재를 압축성형함에 따라, 화재 발생시 샌드위치 패널에 충진된 단열재의 난연성능(불연, 준불연, 난연성)을 향상시킬 수 있도록 한 난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전술한 준불연성은 800℃의 로 속에서 단열재의 연소시험을 할 경우 형체를 유지할 수 있는 것을 의미하고, 난연성은 800℃의 로 속에서 단열재가 연소되지 않고 10분 이상을 유지할 수 있는 것을 의미한다.
EPS 샌드위치 패널의 제조공정은, 폴리스티렌 알갱이(polystyrene beads)를 소정의 발포 비율로 발포한 후, 사일로(silo)에서 건조 숙성시킨 후 성형기에서 연화할 때까지 가열 후 냉각시켜서 성형체를 성형하고, 소정의 양생과정을 거쳐 열선을 이용하여 규격대로 절단하여 제작되는 비난연 EPS 패널을 강판(아연도강판, 갈바늄강판, 알루미늄강판, 칼라강판 등)사이에 접착제를 이용하여 접착후 규격대로 커팅하여 샌드위치 패널을 제작하게 된다.
이러한 EPS 샌드위치 패널은 높은 단열 효과와 경제성, 방음성, 경량성, 기계강도, 인체 무해성 등의 이유로 공장, 축사 등의 단열재로 폭넓게 사용된다. 반면에 화재 발생시 인화성 및 유독가스 배출 등으로 인해 인체에 치명적인 문제점이 노출되므로 EPS 샌드위치 패널의 난연화는 매우 시급한 문제로 대두되고 있다.
최근에 개정된(2004년 10월) 건축법시행령 제61조 규정에 의하면, 일정규모 이상의 다중이용시설물, 공동주택, 생활권수련시설물, 자연수련시설물 등의 벽, 천장, 복도, 계단 등의 마감재료를 불연, 준불연, 또는 난연재료를 사용하도록 개정함에 따라, 이전에는 내부 마감재료에 한하여 실시되는 불연성능시험(KS F 2271)을 내부 마감재료인 폴리우레탄, 스티로폼 샌드위치 패널 등에 대하여도 적용하도록 규정하고 있다.
이로 인해 다중이용시설물 등의 내장재료로 사용되는 EPS, 폴리우레탄, 글라스울 등은 연소시 유해가스가 발생되고, 또한 글라스울의 경우 준 발암물질이 배출 되므로 이를 특별한 조치 없이 샌드위치 패널의 내부 마감재료로 사용할 수 없게 되었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법은,
발포 폴리스티렌 알갱이를 이용하여 폴리스티렌 블록체(1)를 성형하는 제1단계와,
열선(2)에 의해 발포 폴리스티렌 블록체(1)를 일정크기로 절단하는 제2단계와,
일정크기로 가공(절단)된 발포 폴리스티렌 블록(1a)의 모든 표면에 일정 간격 및 깊이로 핀홀(3)을 형성하는 제3단계와,
블록(1a)을 액상의 난연조성물(4) 내에 함침시키거나, 또는 스프레이 분사기(5)에 의해 블록(1a)에 액상 난연조성물을 분사시켜 코팅처리하는 제4단계와,
난연조성물이 코팅처리된 블록(1a)을 건조시키는 제5단계를 포함한다.
따라서, 기존의 샌드위치 패널을 제작하는 설비를 변경하지 않고, 발포 폴리스티렌 블록의 최종 단계 제조공정 또는 샌드위치 패널의 제조공정에서 스프레이 분사 또는 함침 등에 의해 난연제를 피복코팅처리 하므로, 시공성이 뛰어나고, 설비투자 비용을 절감할 수 있다.
반면에, 종래 기술의 난연성 샌드위치 패널의 제조방법 에서는, 소정크기로 절단된 블록(1a)을 난연재에 함침시키거나 또는 스프레이 분사시키는 경우, 난연재가 블록(1a)의 모든 표면에 균일하게 코팅처리되지 않아 화재 발생시 난연성능을 충분하게 발휘하지 못한다. 이로 인해 화재 발생시 블록(1a)의 연소로 인한 귀중한 인명을 보호할 수 없는 문제점을 갖는다.
본 발명의 실시예는, 발포성형되는 폴리스티렌 알갱이의 표면에 난연성 액상 코팅액을 분사 코팅처리하고, 건조 및 분쇄시켜 샌드위치 패널용 발포 폴리스티렌블록을 압축성형 후 절단하여 샌드위치 패널용 단열재로 사용함에 따라, 샌드위치 패널에 충진된 단열재의 난연성능을 향상시켜 신뢰성을 갖도록 한 난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법과 관련된다.
본 발명의 실시예는, 샌드위치 패널에 충진된 단열재의 난연성 확보로 인해 화재 발생시 배출되는 유독가스 등으로부터 물류 및 인명 피해를 최소화할 수 있도록 한 난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법과 관련된다.
본 발명의 실시예는, 인체에 해롭지 않는 무기성 도포재에 의해 샌드위치 패널을 제작하는 작업자에게 쾌적한 작업환경을 제공할 수 있도록 한 난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법과 관련된다.
본 발명의 실시예에 의한 난연성 샌드위치 패널의 제조방법은,
난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법에 있어서,
발포성형된 발포 폴리스티렌 알갱이의 표면에 무기성 액상 혼합물을 1차 분사코팅시키는 제1단계와,
무기성 액상 혼합물이 코팅처리된 발포 폴리스티렌 알갱이를 열풍로에서 건 조시키는 제2단계와,
발포 폴리스티렌 알갱이의 표면에 무기성 액상 혼합물을 2차 분사코팅시키는 제3단계와,
무기성 액상 혼합물이 2차 코팅처리된 발포 폴리스티렌 알갱이를 열풍로에서 건조시키는 제4단계와,
건조시 달라붙은 발포 폴리스티렌 입자를 분리시켜 사일로에서 숙성시키는 제5단계와,
숙성된 발포 폴리스티렌을 금형에 의해 발포 폴리스티렌 블록으로 압축성형하는 제6단계를 포함한다.
전술한 무기성 액상 혼합물은
규산나트늄 50∼70중량%, 바인더 14∼20중량%, 실란트 2∼10중량%, 및 물 14∼20중량%가 혼합될 수 있다.
전술한 열풍로는 60℃에서 1∼10분 정도 열풍을 토출시킬 수 있다.
전술한 바인더는 액상의 폴리우레탄계 접착제(polyurethane binder) 또는 액상의 아크릴 에멀존계 접착제를 더 포함할 수 있다.
전술한 바인더는,
발포 폴리스티렌을 착색할 수 있도록 수산화알루미늄, 산화철, 탄소, 실리카백, 알루미나백, 백토, 탄산칼슘, 산화아연, 산화티탄, 연백, 벵갈라, 비밀리온, 카드뮴레드, 황토, 카드뮴옐로우, 에메랄드녹, 산화동, 산화크롬녹, 프러시안블루, 코발트청, 망간자, 철흑중 적어도 어느 하나의 착색제를 무기성 난연 액상 혼합물 100중량%에 대해 0.01-0.5중량%를 더 포함할 수 있다.
전술한 바인더는 초산비닐을 더 포함할 수 있다.
전술한 바인더는 구리, 지르코늄, 코발트, 인, 수산알미늄중 적어도 하나 이상의 난연성 금속재를 더 포함할 수 있다.
전술한 바인더는 바인더는 석고, 세라믹, 규사, 황토, 미네랄, 운모, 카본중 적어도 하나 이상의 무기성 난연재를 더 포함할 수 있다.
전술한 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 난연성 샌드위치 패널용 단열재 및 그 제조방법은 아래와 같은 이점을 갖는다.
발포성형되는 폴리스티렌 알갱이의 표면에 난연성 액상 코팅액을 분사 코팅처리하고, 건조 및 분쇄시켜 샌드위치 패널용 발포 폴리스티렌블록을 압축성형 후 절단하여 샌드위치 패널용 단열재로 사용함에 따라, 화재 발생시 샌드위치 패널의 연소시간 확보로 인해 사고위험으로부터 대피할 수 있어 신뢰성을 갖는다.
또한, 샌드위치 패널에 충진된 단열재의 난연성 확보로 인해 화재 발생시 배출되는 유독가스 등으로부터 물류 및 인명 피해를 최소화할 수 있다.
또한, 인체에 해롭지 않는 무기성 도포재에 의해 샌드위치 패널을 제작하는 작업자에게 쾌적한 작업환경을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
이하에서, 본 발명의 실시예에 의한 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발포 폴리스티렌(EPS) 원액(레진)을 1∼5㎜직경의 다면체 형상, 또는 원형 형상을 갖도록 발포 성형한다(S100 참조). 즉 발포 폴리스티렌은 폴리스티렌에 발포제로서 저급(低級) 탄화수소(부탄, 펜탄 등)를 함유시킨 발포성 비드이다. 발포성 비드를 스팀열에 의해 소정온도로 가열하는 경우 부탄, 펜탄 가스가 78℃이상의 열에 의해 팽창되면서 발포된다(약 발포 폴리스티렌 원액이 40∼80배로 발포됨).
이때 발포 폴리스티렌 원액에 열을 가하여 발포성 비드를 성형하는 기술내용은 당해분야에서 사용되는 기술내용에 속하는 것이므로 이들의 상세한 설명은 생략한다.
S200에서와 같이, 무기성 난연 액상 혼합물을 0.5∼2.0kg/㎠의 콤퓨레셔 압력으로 발포 폴리스티렌 알갱이(또는 "발포 폴리스티렌 입자" 라고 함)(a)의 표면에 1차 분사코팅하는 작업공정이다(1차 코팅층(b)을 형성함). 이는 에어 스프레이 건(air spray gun)을 이용하여 작업자가 직접 분사시킬 수 있고, 또는 자동 코팅 부스를 이용하여 발포 폴리스티렌 입자의 표면을 분사 코팅할 수 있다.
전술한 무기성 난연 액상 혼합물은 규산나트늄 50∼70중량%, 바인더(binder) 14∼20중량%, 실란트(일예로서 2액형 폴리우레탄계 실란트(polyurethane sealant)가 사용될 수 있음) 2∼10중량%, 및 물(H₂O) 14∼20중량%가 혼합될 수 있다. 전술한 규산나트늄(sodium silicate)은 규산소다 라고 하며, 메타규산나트늄(Na₂SiO₃), 그 수산화물인 오르토규산나트늄(Na₄SiO₄), 이규산나트늄(Na₂Si₂O5) 등이 있으며, 일반적으로 메타규산나트늄을 사용한다.
전술한 바인더는 초산비닐(일예로서 "D-420"과 같은 초산비닐-아크릴 공중합 에메젼 접착제를 말함)을 더 포함할 수 있다.
전술한 메타규산나트늄은 물에 잘 녹으며 수용액은 가수분해하여 알칼리성이 된다. 즉 2Na₂SiO₃+ H₂O = Na₂Si₂O5 + 2NaOH 반응으로 규산소다(규산나트늄)의 진한 수용액이 된다.
전술한 규산소다 용액은 열에 의해 발포되어 단열 내화층을 형성하는 무기질의 수용액으로서 화재 발생시 건물의 연소 및 화재의 빠른 진행을 방지하는 기능을 수행한다. 또한 코팅액으로 사용되는 규산소다로 인해 발포 폴리스티렌의 변형되는 것을 방지하고 습기에 대해 내구성을 갖게 된다. 규산소다 대신에 실리카겔, 실리카졸, 규산카리를 사용할 수 있다.
이때, 발포 폴리스티렌은 발포 폴리스티렌 입자간의 결합력이 약해 발포 폴리스티렌 블록을 성형할 경우, 난연성 발포 폴리스티렌 입자간의 공간을 폴리우레탄계 바인더 또는 아크릴 바인더로 충진함에 따라 발포 폴리스티렌 입자간의 결합력을 갖게 되고, 접착강도(접착성능을 말함), 조직강도를 향상시킬 수 있다.
전술한 액상 혼합물은 무기물로서 화재 발생시 화염에 타지 않는다. 또한 발포 폴리스티렌 입자의 표면을 코팅시킴에 따라 화재시 화염의 전도와 녹아서 고형분으로 흘러내리는 현상을 방지할 수 있다.
한편 발포 폴리스티렌을 착색할 수 있도록 무기안료를 첨가할 수 있다. 즉 투명성 백색안료(실리카백, 알루미나백, 백토, 탄산칼슘 등), 백색안료(산화아연, 산화티탄, 연백 등), 회색안료(수산화알미늄 등), 적색안료(산화철, 벵갈라, 비밀리온, 카드뮴레드 등), 황색안료(황토, 카드뮴옐로우 등), 녹색안료(에메랄드녹, 산화동, 산화크롬녹 등), 청색안료(프러시안블루, 코발트청 등), 자색안료(망간자 등), 흑색안료(카본블랙, 철흑 등) 등을 무기성 난연 액상 혼합물 100중량%에 대해 0.01-0.5중량%를 포함할 수 있다.
S300에서와 같이, 무기성 액상 혼합물이 1차 코팅된 발포 폴리스티렌 입자를 60℃를 유지하는 열풍로에서 1∼10분 정도 열풍을 토출시켜 건조시킨다. 건조시 달라붙은 발포 폴리스티렌 입자를 임펠러 통과시 알갱이 상태로 분리시킨다.
S400에서와 같이, 무기성 액상 혼합물을 0.5∼2.0kg/㎠의 콤퓨레셔 압력으로 발포 폴리스티렌 알갱이(a)의 표면에 2차 분사코팅한다(2차 코팅층(c)을 형성함). 이때 발포 폴리스티렌 입자를 1차 분사코팅하는 작업과정과 실질적으로 동일하므로 이들의 상세한 설명은 생략한다.
S500에서와 같이, 무기성 액상 혼합물이 1차 코팅된 발포 폴리스티렌 입자를 60℃를 유지하는 열풍로에서 1∼10분 정도 열풍을 토출시켜 건조시킨다.
S600에서와 같이, 건조시 달라붙은 발포 폴리스티렌 입자를 임펠러 통과시 알갱이 상태로 분리시켜 사일로에서 24시간 동안 숙성시킨다.
S700에서와 같이, 숙성된 발포 폴리스티렌 입자를 금형 내부에 투입시켜 발포 폴리스티렌 블록체(샌드위치 패널에 접착고정되는 단열재로 사용됨)을 소정크기로서 압축성형한다. 성형된 폴리스티렌 블록을 50-60℃를 유지하는 건조로에서 약90분 동안 강제로 건조시킨다. 건조로로부터 인출되는 폴리스티렌 블록을 야적장에서 24시간 동안 상온에서 재차 건조시킨다.
S800에서와 같이, 발포 폴리스티렌 블록(1a)을 열선 등을 이용하여 소정 사이즈를 갖도록 절단한다.
아연도금강판 등이 사용되는 외부마감재의 내측면에 접착제를 도포하여 단열재 및 외부마감재를 프레스 등에 의해 가압시킴에 따라 통상의 샌드위치 패널을 제작할 수 있다.
이때 샌드위치 패널을 제작하는 작업과정은 롤철판(0.5∼0.8㎜)(아연도금간판 등) 투입과정 - 발포 폴리스티렌 블록(1a) 투입과정 - 롤철판접착제 코팅과정 - 압착과정을 거치는 당해분야에서 사용되는 기술내용에 속하는 것이므로 이들의 상세한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 샌드위치 패널에 충진되는 단열재로 사용되는 발포 폴리스티렌의 입자 표면에 무기성 난연 액상 혼합물을 분사 코팅 및 건조시키는 과정을 반복한 후, 발포 폴리스티렌 블록을 압축성형함에 따라, 화재 발생시 샌드위치 패널이 화염에 노출되는 경우에도 발포 폴리스티렌 블록이 순간적으로 연소되지 않게 된다.
따라서, 건물에 화재 발생시 건물로부터 사람들이 안전한 장소로 대피할 수 있는 최소 시간을 확보할 수 있다. 또한 발포 폴리스티렌의 연소시 발생되는 인체에 유해한 매연 및 유독가스 등으로부터 귀중한 인명피해 및 재산피해를 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 난연성 샌드위치 패널의 제조방법을 나타내는 작업공정도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법을 나타내는 작업공정도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 제조방법에 의해 제조되는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 사시도이다.
*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명
1a; 발포 폴리스티렌 블록
a; 발포 폴리스티렌 입자
b; 1차 코팅층
c; 2차 코팅층

Claims (9)

  1. 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법에 있어서:
    발포성형된 다면체 형상을 갖는 발포 폴리스티렌 알갱이의 표면에 무기성 액상 혼합물을 1차 분사코팅시키는 제1단계;
    무기성 액상 혼합물이 코팅처리된 발포 폴리스티렌 알갱이를 열풍로에서 건조시키는 제2단계;
    상기 발포 폴리스티렌 알갱이의 표면에 무기성 액상 혼합물을 2차 분사코팅시키는 제3단계;
    무기성 액상 혼합물이 2차 코팅처리된 발포 폴리스티렌 알갱이를 열풍로에서 건조시키는 제4단계;
    건조시 달라붙은 발포 폴리스티렌 입자를 분리시켜 사일로에서 숙성시키는 제5단계; 및
    숙성된 발포 폴리스티렌을 금형에 의해 발포 폴리스티렌 블록으로 압축성형하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 무기성 액상 혼합물은
    규산나트늄 50∼70 중량%, 바인더 14∼20중량%, 실란트 2∼10중량%, 및 물 14∼20중량%을 혼합시킨 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제 조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 열풍로는 60℃에서 1∼10분 정도 열풍을 토출시키는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 바인더는 액상의 폴리우레탄계 접착제 또는 액상의 아크릴 에멀존계 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 바인더는,
    상기 발포 폴리스티렌을 착색할 수 있도록 수산화알루미늄, 산화철, 탄소, 실리카백, 알루미나백, 백토, 탄산칼슘, 산화아연, 산화티탄, 연백, 벵갈라, 비밀리온, 카드뮴레드, 황토, 카드뮴옐로우, 에메랄드녹, 산화동, 산화크롬녹, 프러시안블루, 코발트청, 망간자, 철흑중 적어도 어느 하나의 착색제를 적어도 어느 하나의 착색제를 무기성 난연 액상 혼합물 100중량%에 대해 0.01-0.5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 바인더는 초산비닐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 바인더는 구리, 지르코늄, 코발트, 인, 수산알미늄중 적어도 하나 이상의 난연성 금속재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 바인더는 석고, 세라믹, 규사, 황토, 미네랄, 운모, 카본중 적어도 하나 이상의 무기성 난연재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재의 제조방법.
  9. 청구항 1에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 난연성 샌드위치 패널용 단열재.
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