KR20100119535A

KR20100119535A - 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법

Info

Publication number: KR20100119535A
Application number: KR20100102605A
Authority: KR
Inventors: 이은용
Original assignee: 이은용
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2010-11-09

Abstract

본 발명은 폐기물로서 매립에 의존하는 폐폴리우레탄을 재활용하여 흡음성 우수하고, 탁월한 단열효과를 갖는 내장보드의 제조방법에 관한 것으로서, 입도가 50㎛ 내지 400㎛이고 비중이 0.15이하인 폐폴리우레탄분말에 비산방지 및 균질혼합제로서 유기점착제, 난연성 향상제로서 무기 내화충진제, 액상 규산염 및 촉매제를 혼합하여 몰드에 주입하고 105℃ 내지 255℃ 온도에서 경화시키는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법 {THE METHOD OF INTERIOR BORD USING RECYCLED POLYURETHANES }

본 발명은 폐폴리우레탄을 이용한 흡음 단열보드의 제조방법에 관한 것으로서, 가전제품 및 건축물 등의 수명이 다하여 폐기될 때에 발생하는 폐폴리우레탄을 분쇄하여 불연소재와 바인더를 혼합하여 경화함으로써, 흡음성과 단열성을 동시에 갖는 내장용 보드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

종래에 흡음성 및 단열성을 갖는 내장보드는 유기화합물이 일반적 제조하기 용이하며 폴리스틸렌을 발포하여 스티로폼 보드를 제조하는 방법, PE(Polyethylene)와 같은 고분자물질을 섬유화하여 열융착하는 방법으로 제조하는 부직포를 방법, 폴리우레탄 및 폴리우레아 등을 발포가스와 함께 사용하는 방법으로 이용하여 왔다. 또한, 무기화합물로서는 유리섬유, 암면섬유, 세라믹 섬유 등을 휄트화 혹은 판상화하는 방법으로 이용하여 왔다.

그러나 유기화합물로 이루어진 흡음보드 및 단열보드의 경우에는 열에 매우 취약하여 90℃이상의 조건에서 사용이 제한되거나 화재시 가연물이 되는 치명적인 단점을 가지고 있다. 반면 무기화합물로 이루어진 세라믹섬유 등의 경우에는 고온에서 사용이 가능하나 무게가 상대적으로 무거우며 작업시 절단, 운반, 해체할 경우 유리가루와 석면가루 등이 비산하여 이 경우 환경유해물질로서 인체에 발암물질로 작용할 수 있어 점차 사용이 규제되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 흡음재 및 단열재의 소재인 유기화합물과 무기화합물의 단점을 보완하고 장점을 부각시킬 수 있는 유무기 복합체를 구성하여 난연성을 극대화하고, 환경유해물질을 차단하면서 흡음성과 단열성을 동시에 갖는 내장용 보드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법은, 입도가 50㎛ 내지 400㎛이고 비중이 0.15이하인 폐폴리우레탄분말에 유기점착제, 무기 내화충진제, 액상 규산염 및 촉매제을 혼합하여 어트리션밀(attritionmill)로 충분히 혼합한 다음 30×30×10㎤의 스테인레스 몰드에 주입하고 105℃ 내지 255℃ 온도에서 경화시키는 것을 특징으로 하는 폐 폴리우레탄을 이용한 흡음성 및 단열성을 갖는 보드의 제조방법을 제공함으로서 달성될 수 있다.

일반적으로 폐폴리우레탄분말은 가전제품 및 건축물에서 단열재로 쓰인 것을 수거하여 플라스틱과 철재 등의 불순물을 제거하고 이를 분쇄한 것으로 적절한 혼합 및 경화를 시키기 위해서 입도가 50㎛ 내지 400㎛이고 비중이 0.15이하인 것이 바람직하다.

상기에서 유기점착제는 경량화된 미세 폐폴리우레탄분말의 비산을 방지하고, 분산을 효과적으로 하기 위해 사용하는 것으로서 알긴산나트륨(Alginic Acid, Sodium Salt), 합성풀 중 어느 하나를 선택하여 물과 혼합하여 5중량% 내지 15중량%로 만들고 이때 점도를 300cp 내지 600cp가 되게 조절하여 사용하면 폐폴리우레탄분말이 비산하거나 혼합시 비중차에 의한 재료분리현상을 방지하여 균질하게 혼합할 수 있다. 상기 유기점착제는 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 그 사용량은 전체 혼합물을 100중량부로 할 때 3중량부 내지 8중량부가 되도록 첨가한다.

상기에서 무기 내화충진제는 제조되는 단열보드의 난연성을 높이고 단열성을 유지시키기 위하여 첨가되는 것으로서 실리카 다공체, 알루미늄실리케이트 중공체, 마그네시아 분말 중 어느것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 보드를 제조하기 위한 혼합물 100중량부에 대하여 15중량부 내지 22중량부가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.

상기에서 액상규산염은 K₂SiO₃·nH₂O, Na₂SiO₃·nH₂O, Li₂SiO₃·nH₂O의 다양한 형태를 가지며 혼합물의 분말 입자간 결합 역할을 하며 또한 강도를 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 보드를 제조하기 위한 혼합물 100중량부에 대하여 12중량부 내지 27중량부가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.

상기에서 촉매제는 MKP(Monopotassium phosphate), Boric Acid, 염화주석(SnCl₂) 중 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 보드를 제조하기 위한 혼합물 100중량부에 대하여 2중량부 내지 7중량부가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 비중이 낮은 폐폴리우레탄 분말과 점성을 갖는 유기점착제, 분말상의 무기 내화제, 그리고 액상규산염 및 촉매제를 혼합하여야 하는 관계로 일반적인 교반기를 통해서는 혼합의 균질성을 확보하기 어려우므로 어드리션밀을 사용하여 교반속도는 300rpm 내지 800rpm의 범위로 행하고, 혼합시간은 30분 내지 60분의 범위에서 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합물을 30×30×10㎤의 스테인레스 몰드에 주입하고 105℃ 내지 255℃ 온도에서 경화시키는 것을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 유기화합물과 무기화합물의 단점을 보완하고 장점을 부각시킬 수 있는 유무기 복합체를 구성하여 난연성을 극대화하고, 환경유해물질을 차단하면서 흡음성과 단열성을 동시에 갖는 내장용 보드를 제조할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

도 1은 실시 예 1 내지 6에 의하여 혼합물을 직경 2mm 내지 10mm의 구형으로 제조한 사진이다.
도 2는 실시 예 2 내지 4에 의하여 제조된 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 흡음성능 시험 결과이다.
도 3은 실시 예 5에 의하여 제조된 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 단열성능 시험결과이다.
도 4는 실시 예 5에 의하여 제조된 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 사진이다.

본 발명에 따른 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법은, 입도가 50㎛ 내지 400㎛이고 비중이 0.15이하인 폐 폴리우레탄분말에 유기점착제, 무기 내화충진제, 액상규산염 및 촉매제를 혼합하여 어트리션밀(attritionmill)로 충분히 혼합한 다음 30×30×10㎤의 스테인레스 몰드에 주입하고 105℃ 내지 255℃ 온도에서 경화시키는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법을 제공함으로서 달성될 수 있다.

일반적으로 폐폴리우레탄분말은 가전제품 및 건축물에서 단열재로 쓰인 것을 수거하여 플라스틱과 철재 등의 불순물을 제거하고 이를 분쇄한 것으로 적절한 혼합 및 경화를 시키기 위해서 입도가 50㎛ 내지 400㎛이고 비중이 0.15이하인 것이 바람직하다. 폐폴리우레탄분말의 입도가 50㎛이하일 경우에는 입자가 작아서 비산하거나 작업시 다루기가 어려우며, 입도가 400㎛이상일 경우에는 혼합의 균질성이 저하되어 경화시 크랙발생 및 강도저하의 문제점이 있다.

상기에서 유기점착제는 경량화된 미세 폐폴리우레탄분말의 비산을 방지하고, 분산을 효과적으로 하기 위해 사용하는 것으로서 알긴산나트륨(Alginic Acid, Sodium Salt), 합성풀 중 어느 하나 이상을 선택하여 물과 혼합하여 5중량% 내지 15중량%로 만들고 이때 점도를 300cp 내지 600cp가 되게 조절하여 사용하면 폐폴리우레탄분말이 비산하거나 혼합시 비중차에 의한 재료분리현상을 방지하여 재료를 고루게 분산시켜며 균질하게 혼합할 수 있다. 이때 사용되는 합성풀은 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol),전분, MTMS(Methyl trimethoxy silane) 중 어느 하나 이상을 사용하여 물과 혼합하여 접합 혹은 코팅할 수 있는 물질로 점성을 가진다. 상기 유기점착제는 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 그 사용량은 전체 혼합물을 100중량부로 할 때 3중량부 내지 8중량부가 되도록 첨가한다.

균질분산제로 첨가되는 유기점착제를 3중량부 이하로 첨가되는 경우에는 폐폴리우레탄분말과 혼합되는 양이 부족하여 폐폴리우레탄분말이 비산하여 손실되는 문제가 발생하고, 8중량부 이상으로 첨가되는 경우에는 폐폴리우레탄분말을 과도하게 응집시키게 되어 폐폴리우레탄분말이 한쪽으로 쏠리게 되는 현상이 발생하는 문제가 있다.

상기에서 무기 내화충진제는 제조되는 단열보드의 난연성을 높이고 단열성을 유지시키기 위하여 첨가되는 것으로서 실리카 다공체, 알루미늄실리케이트 중공체, 마그네시아 분말 중 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 단열보드를 제조하기 위한 혼합물 100중량부에 대하여 15중량부 내지 22중량부가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 15중량부이하로 첨가되는 경우에는 KSF 2271-90 에 의거하여 원하는 난연성능을 발휘할 수 없게 되며 22중량부 이상으로 첨가하는 경우에는 무기화합물이 갖는 수분친화력으로 인하여 다공질 단열보드에 수분이 흡착하게 되어 내구성이 떨어지는 문제가 있다.

상기에서 액상규산염은 K₂SiO₃·nH₂O, Na₂SiO₃·nH₂O, Li₂SiO₃·nH₂O의 다양한 형태를 가지며 혼합물의 분말 입자간 결합 역할을 하며 또한 강도를 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 보드를 제조하기 위한 혼합물 100중량부에 대하여 12중량부 내지 27중량부가 되도록 첨가하는 것이 좋으며, 12중량부 이하로 첨가되는 경우에는 혼합물의 분말 입자 간에 결합력이 약하여 경화하는 과정에서 크랙이 발생하거나 강도가 약해져서 운반 또는 시공시에 상당한 주의를 하여야하는 문제가 발생하고, 27중량부 이상으로 첨가되는 경우에는 강도는 유지될 수 있으나 단열보드의 단위중량이 무거워지고 흡음성능과 단열성능이 저하되는 문제가 발생한다.

상기에서 촉매제는 혼합물의 경화속도를 조절하기 위하여 첨가하는 것으로서 MKP(Monopotassium phosphate), Boric Acid, 염화주석(SnCl₂) 중 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 보드를 제조하기 위한 혼합물 100중량부에 대하여 2중량부 내지 7중량부가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 비중이 낮은 폐폴리우레탄분말과 점성을 갖는 유기점착제, 분말상의 무기 내화제, 액상 규산염, 촉매제를 혼합하여야 하는 관계로 일반적인 교반기를 통해서는 혼합의 균질성을 확보하기 어려우므로 어드리션밀을 사용하여 교반속도는 300rpm 내지 800rpm의 범위로 행하고, 혼합시간은 30분 내지 60분의 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 교반속도가 300rpm이하에서는 균질하게 혼합되기 어려우며, 800rpm이상에서는 과도한 마찰력이 발생하여 혼합물의 온도를 상승시키게 되어 점결제 및 액상규산염 등이 경화를 일으키게 되어 균질한 단열보드를 제조하기 어렵다. 혼합시간이 30분 이하에서는 혼합물이 균질하게 혼합되기 어려우며, 60분 이상에서는 혼합물의 균질성을 보장되나 효율성이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 상기 혼합물을 30×30×10㎤의 스테인레스 몰드에 직경 2mm 내지 10mm를 같는 구형으로 만들어 넣은 후, 상온에서 2시간 1차 건조하여, 몰드의 뚜껑을 압착하여 닫은 후, 대류식 오븐에서 경화하는 것이 바람직하다. 이때 105℃ 내지 250℃ 온도에서 경화시키는 것이 바람직하며, 105℃ 이하에서는 유기점착제 및 액상규산염에 있는 수분이 건조되는 시간이 길어져서 충분한 경화가 이루어지기 어려우며, 255℃ 이상의 온도에서는 충분한 경화가 이루어질 수 있으나 과도한 에너지 비용이 발생하여 효율적이지 않으며 400℃ 부근에서는 유기점착제가 탄화하여 변형이 발생하는 문제가 있다.

이하 본 발명을 하기의 실시 예를 통하여 상세히 설명하기로 하나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 본 발명이 실시 예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

폐기되는 냉장고에서 플라스틱과 철재 등을 제거하여 폴리우레탄 칩을 수거하였다. 폴리우레탄 칩을 크러셔에서 일차 분쇄하고 고속분쇄기로 이차분쇄하여 진동체에 걸러 입도가 50㎛ 내지 400㎛인 폐폴리우레탄분말을 제조하였다. 어트리션밀(나노인텍(주), AM-5) 에 폐폴리우레탄분말 114g에 상온에서 300~600cp의 점도를 갖는 알긴산나트륨((주)대정화금, CAS nNo. 9005-38-3) 5중량% 용액을 6g 첨가하여 350rpm으로 5분간 혼합한다. 여기에 다공성 실리카 분말((주)엠파워, EMP-SAG0105, 열전도도 0.2W/mk, BET 700~800㎡/g) 30g, 액상 규산칼륨(R.S.CHEM co.ltd., PS-2228, CAS NO.1312-76-1, SiO₂: 27~29%) 50g 및 Boric Acid(CAS No. 10043-35-3)을 첨가하여 어트리션밀에서 600rpm으로 40분간 혼합하였다. 이러한 방법으로 6회 반복실시하여, 30×30×10㎤의 스테인레스 몰드에 상기 혼합물을 직경 3mm 구형으로 만들어 각각 주입하고, 상온에서 2시간 1차 건조하여 경화한다. 경화시에는 유기점착제 및 액상 규산염이 발포되지 않도록 몰드의 뚜껑을 압착하여 고정시킨다. 상기 몰드를 대류식 드라이오븐에 넣어 3시간 동안 50℃의 온도로 경화과정으로 보드를 제조하여 보드 양면에 알루미늄박을 코팅하여 수분흡착을 방지하였다. 본 실시 예에서 제조된 보드를 압축강도 시험기(터너스툴센 사, H10K)에서 강도를 측정하고, 열전도도측정기(KS L 9106, (주)테크녹스사 제품, HC-074-314) 결과, 비중, 난연성(KS F 2271-90, 한국건자재시험원)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

경화온도를 3시간에서 105℃로 행한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 제조하였다. 제조된 보드를 압축강도 시험기(터너스툴센 사, H10K)에서 강도를 측정하고, 열전도도측정기(KS L 9106, (주)테크녹스사 제품, HC-074-314) 결과, 비중, 난연성(KS F 2271-90, 한국건자재시험원)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

경화온도를 3시간에서 155℃로 행한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 제조하였다. 제조된 보드를 압축강도 시험기(터너스툴센 사, H10K)에서 강도를 측정하고, 열전도도측정기(KS L 9106, (주)테크녹스사 제품, HC-074-314) 결과, 비중, 난연성(KS F 2271-90, 한국건자재시험원)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

경화온도를 3시간에서 205℃로 행한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 제조하였다. 제조된 보드를 압축강도 시험기(터너스툴센 사, H10K)에서 강도를 측정하고, 열전도도측정기(KS L 9106, (주)테크녹스사 제품, HC-074-314) 결과, 비중, 난연성(KS F 2271-90, 한국건자재시험원)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

경화온도를 3시간에서 255℃로 행한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 제조하였다. 제조된 보드를 압축강도 시험기(터너스툴센 사, H10K)에서 강도를 측정하고, 열전도도측정기(KS L 9106, (주)테크녹스사 제품, HC-074-314) 결과, 비중, 난연성(KS F 2271-90, 한국건자재시험원)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

경화온도를 3시간에서 305℃로 행한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 제조하였다. 제조된 보드를 압축강도 시험기(터너스툴센 사, H10K)에서 강도를 측정하고, 열전도도측정기(KS L 9106, (주)테크녹스사 제품, HC-074-314) 결과, 비중, 난연성(KS F 2271-90, 한국건자재시험원)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

실시예	경화온도(℃)	압축강도(㎏f/㎠)	열전도도(W/mk)	비중	난연성
1	55	-	-	-	(경화미흡)
2	105	133	0.069	0.48	난연1급
3	155	142	0.056	0.39	난연1급
4	205	145	0.042	0.31	난연1급
5	255	141	0.039	0.31	난연1급
6	305	89	0.108	0.33	(변색,단열저하)

상기 표 1을 살펴보면, 비중과 열전도도의 측정치가 비례 관계를 보이고 있으며,

다만 305℃에서 경화한 보드는 일부 유기점착제가 변형을 발생하여 부분변색이 되었고 압축강도가 저하되면서 낮은 비중에도 불구하고 열전도도 값이 높아지는 현상을 확인하였다. 실시 예 2내지 4를 통해 제조된 보드의 흡음성은 흡음측정기(Asoustic duct. Sp-9031)를 사용하여 측정한 결과를 도 2에 나타내었으며, 흡음력이 97% 이상으로 탁월한 흡음성능을 확인하였다. 또한, 실시 예 5를 통해 제조된 보드를 1.3㎤ 의 두께로 하여 전기로에서 단열시험을 한 결과를 도 3에 나타내었으며, 내부온도가 510℃를 외피온도가 180℃부근으로 열을 차단하는 우수한 단열효과를 확인하였다.

Claims

폐폴리우레탄을 이용하여 내장보드를 제조하는 방법에 있어서, 입도가 50㎛ 내지 400㎛이고 비중이 0.15이하인 폐폴리우레탄분말에 유기점착제, 무기 내화충진제, 액상 규산염 및 촉매제를 혼합하여 몰드에 주입하고 105℃ 내지 255℃ 온도에서 경화시키는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 1에 있어서, 유기점착제는 알긴산나트륨(Alginic Acid, Sodium Salt), 합성풀 중에서 단독 혹은 혼합하여 물과 용해하여 5중량% 내지 15중량%로 만들고 이때 점도를 300cp 내지 600cp가 되게 조절하여, 그 사용량은 전체 혼합물을 100중량부에 대하여 3중량부 내지 8중량부가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 1에 있어서, 무기 내화충진제는 실리카 다공체, 알루미늄실리케이트 중공체, 마그네시아 분말 중 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 보드를 제조하기 위한 혼합물 100중량부에 대하여 15중량부 내지 22중량부가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 1에 있어서, 액상 규산염은 K₂SiO₃·nH₂O, Na₂SiO₃·nH₂O, Li₂SiO₃·nH₂O 중 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 혼합물 100중량부에 대하여 15중량부 내지 22중량부가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 1에 있어서, 촉매제는 MKP(Monopotassium phosphate), Boric Acid, 염화주석(SnCl₂) 중 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이들의 혼합물도 사용이 가능하고, 보드를 제조하기 위한 혼합물 100중량부에 대하여 2중량부 내지 7중량부가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 1 내지 5에 있어서, 폐폴리우레탄은 발포 폴리우레탄, 발포 폴리우레아, 발포 에틸렌비닐아세테이트를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 3에 있어서, 합성풀은 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol),전분, MTMS(Methyl trimethoxy silane) 중 어느 하나 이상을 사용하여 물과 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 1 내지 7에 있어서, 수분흡착 방지제로서 보드의 양면에 알루미늄박을 코팅하는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 1 에 있어서, 혼합물을 직경 2mm 내지 10mm의 구형으로 제조하여 상온에서 1차 건조하는 것을 특징으로 하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법
청구항 1 에 있어서, 몰드의 뚜껑을 압착고정하여 경화하는 것을 특징으로하는 폐폴리우레탄을 이용한 내장보드의 제조방법