KR20110126484A

KR20110126484A - 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물

Info

Publication number: KR20110126484A
Application number: KR1020100046175A
Authority: KR
Inventors: 김기홍; 김동현; 이헌구; 이창섭
Original assignee: (주)폴머; 재단법인 한국건자재시험연구원
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2011-11-23

Abstract

본 발명은 액상 무기 난연제와 소수성 수지 코팅제를 이용하여 제조된 난연성과 내수성이 우수한 고성능의 발포폴리스티렌 성형물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물은, 발포폴리스티렌 입자와; 상기 발포폴리스티렌 입자의 표면에 서로 이격하여 분포하는 물방울 형태의 무기 난연 스폿들과; 발포폴리스티렌과 친화성이 높은 소수성 수지성분을 포함하여 이루어지며, 상기 무기 난연 스폿들이 형성된 발포폴리스티렌 입자의 표면을 전체적으로 감싸는 형태의 보호 코팅층;을 포함하여 구성된 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 스팀가열 발포성형하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물{Highly flame-retardant expanded polystyrene molded product using multi-layer coated expanded polystyrene particle}

본 발명은 발포폴리스티렌 성형물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 액상 무기 난연제와 소수성 수지 코팅제를 이용하여 제조된 난연성과 내수성이 우수한 고성능의 발포폴리스티렌 성형물에 관련된 것이다.

건축용 단열재로 많이 사용되는 발포폴리스티렌의 난연성을 부여하는 기술로는, 중합법, 복합법, 침지법, 입자코팅법 등의 여러 기술이 있으며, 각 방법에는 장단점이 있지만 모두 난연성 강화에 있어서 어느 정도 한계를 보이고 있는 실정이다.

특히, 난연성 시험의 정확성을 높이기 위해 실제 화재에서와 같이 대형 시험체를 제작하여 좀 더 강화된 방법으로 시험을 실시하는 방법을 시행할 방침에 있는 점에 비추어 볼 때, 이러한 종래방법들의 한계를 극복하는 것은 난연성 발포폴리스티렌 건축자재의 개발에 있어서 해결해야 할 매우 중대한 과제로 대두되고 있다.

이러한 이유로, 상기한 방법들 이외에 난연성 강화와 제품의 가격 경쟁에 있어서 우위를 확보하기 위해, 가격이 저렴하면서도 우수한 난연성을 지닌 액상의 난연성 무기 난연제를 이용한 제품들이 시판되고 있다.

상기 난연성 무기 난연제는 대부분 내열성이 우수하여 1000℃ 이상, 종류에 따라서는 2,400℃ 이상의 고온에 견디는 것도 있을 뿐만 아니라, 불연성이고 산화되기 어려우며, 내노화성 및 내구성이 우수하고 내약품성도 좋아 최근 주목받고 있다.

이러한 난연성 무기 난연제는 경화기구에 따라서 기건형, 수화형, 용융형, 화학반응형으로 나뉘어지는데, 발포폴리스티렌의 난연 피복에 사용되는 것으로는 기건 타입의 물유리가 많이 사용되고 있다.

물유리를 사용하여 발포폴리스티렌에 난연성을 부여하는 방법으로는 발포입자를 개별적으로 도포하는 방식과 성형된 발포폴리스티렌 보드에 흠집을 내고 물유리를 침지 및 침투시키는 방식이 있다.

상기 전자의 물유리를 개개의 발포 입자에 도포하는 방법은 발포된 폴리스티렌 입자를 물유리로 코팅 및 건조하여 성형하는 순서를 거쳐 난연성의 발포성형물을 제조하는 방법이다. 그런데 친유성을 가지는 발포폴리스티렌의 표면에 물유리로 코팅을 할 경우, 표면장력차에 의해 균일도포가 어려울 뿐만 아니라, 코팅과 건조후의 저장 또는 이송하는 과정에서 코팅된 표면의 취성이 커서 코팅 피막이 쉽게 부서지거나 떨어져 나가는 현상이 나타난다. 또한 스팀에 의한 발포성형공정에서는 성형기 내부의 형판 표면에 닿는 코팅 피막이 쉽게 용해되어 스팀의 흐름을 막음으로 인해, 성형불량과 크랙발생을 야기하기도 한다.

그리고 일반 발포성형에서는 친유성이 강한 발포폴리스티렌에 스팀을 주입하게 되면, 발포성형 후에 형성되는 응축수가 드레인을 통해 배출이 이루어져 원활한 냉각공정을 거치게 되지만, 물유리로 코팅된 발포폴리스티렌 입자의 경우, 내부 깊숙히 스팀이 전달되었다 할지라도 성형전에 고화된 물유리가 쉽게 용해되어 드레인에 의한 응축수의 배출을 방해하는 요소로 작용하게 된다. 이로 인해 성형물의 형태안정성을 나쁘게 하고, 치수의 변형을 초래하며, 내부 융착을 저해하게 된다. 이러한 현상은 다량의 물유리를 사용하는 경우에는 더욱 심화된다.

상술한 문제점으로 인해 물유리로 발포폴리스티렌 입자의 표면을 코팅하여 난연성능을 강화하는 데에는 한계가 있다.

한편, 발포폴리스티렌을 성형한 후에 보드에 흠집을 내어 물유리를 주입하는 방법은, 난연성을 높이기 위해서 보드 표면에 많은 흠집을 내야 하는 문제점이 있다. 또한, 보드 자체의 융착도가 어느 정도 떨어져야 물유리가 원활하게 분포하게 되기 때문에, 보드 자체의 융착력 저하에 따른 굽힘강도, 압축강도, 열전도율 및 흡수성 등의 물성 저하를 야기하게 된다. 그뿐만 아니라, 많은 양의 물유리를 주입할 경우 건조시간이 길어져서 생산성이 저하되는 문제도 발생하게 된다.

한편, 대한민국 특허공보 제799282호 공보에는, 상술한 문제점들을 해결하기 위해 1차 발포된 발포폴리스티렌 비드에 규산계 난연제로 코팅하고 건조하여 제 1 코팅비드를 제조하고, 1차 코팅된 비드를 다시 내수성 코팅재로 코팅하여 제 2 코팅비드를 제조한 후, 성형하는 것을 특징으로 하는 난연 발포폴리스티렌 블록 및 형물의 제조방법에 관한 발명이 개시되어 있다.

그런데, 이와 같이 규산계 난연제 코팅층의 친수성 문제를 해소하기 위해 그 표면에 다시 내수성 코팅재로 코팅한다 하더라도 친수성의 규산계 난연재의 표면을 다시 소수성의 내수성 코팅재로 균일하게 코팅하는 작업이 매우 어려우며, 코팅한 이후에도 친화성이 낮은 발포 폴리스티렌 비드와 규산계 난연제간의 결합력이 좋지 않아 이송 과정 등에서 취성을 나타내어 코팅이 벗겨지는 현상을 보인다.

본 발명은 상술한 발포폴리스티렌의 난연화 방법 내지 난연성 발포폴리스티렌 제품에 있어서의 제반 문제점을 극복하여 난연성이 더욱 강화되면서도 성형과정 및 성형물의 강도상 문제가 없는 고성능성의 발포폴리스티렌 성형물을 제조하기 위해 이루어진 것으로서, 특히, 고도의 난연성을 발휘할 수 있는 물유리와 같은 액상의 무기 난연제를 사용하여 발포 폴리스티렌의 고도의 난연화를 가능하게 하면서도, 이러한 액상의 무기 난연제의 사용에 따른 문제점을 해소하여, 저비용이면서도 난연성능이 한층 강화된 고성능의 발포폴리스티렌 성형물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물은,

발포폴리스티렌 입자와; 상기 발포폴리스티렌 입자의 표면에 서로 이격하여 분포하는 물방울 형태의 무기 난연 스폿들과; 상기 무기 난연 스폿들이 형성된 발포폴리스티렌 입자의 표면을 전체적으로 감싸는 형태의 발포폴리스티렌과 친화성이 높은 소수성 수지성분을 포함하여 이루어진 보호 코팅층;을 포함하여 구성된 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 스팀가열 발포성형하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 무기 난연 스폿층은, 발포성 폴리스티렌 입자를 예비발포하여 이루어지는 발포폴리스티렌 입자의 표면에, 발포폴리스티렌 입자의 표면과 친화성이 낮은 점도 20~200cps 범위의 규산염계 무기난연제를 포함하는 난연성 무기 코팅액을 코팅처리하여 형성되는 것이다.

본 발명에 따르면, 발포 폴리스티렌 입자의 표면을 균일하게 도포하는 형태가 아니라, 입자 표면에 반점(물방울) 형태로 점점이 흩어져 분포하는 무기 난연 스폿들을 형성하고, 발포 폴리스티렌 입자의 표면과 친화성이 우수한 소수성 수지 코팅제를 이용하여 무기 난연 스폿들과 무기 난연 스폿이 형성되지 않고 외부로 드러난 발포 폴리스티렌 입자의 표면을 전체적으로 감싸는 보호 코팅층을 형성하기 때문에, 발포 폴리스티렌 입자와의 친화성이 우수한 보호 코팅층의 결합력에 의해 무기 난연 스폿들이 발포 폴리스티렌 입자 표면으로부터 박리되는 현상이 방지되어 난연성이 한층 강화되면서도 내구성이 우수하고 내수성도 우수한 고성능의 발포폴리스티렌 성형물을 얻을 수 있게 된다.

또한, 보호 코팅층에도 난연제를 포함한 다양한 기능성 첨가제를 추가로 첨가할 수 있어 고도의 난연성을 발휘할 수 있게 하는 등 다양한 기능성을 갖는 제품을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다중코팅 발포폴리스티렌 입자의 제조과정을 모식적으로 나타낸 도면;
도 2는 실시예 2에서 제조된 1차 코팅후에 무기 난연 스폿이 형성된 상태의 발포폴리스티렌 입자의 표면을 확대하여 촬영한 주사전자현미경 사진.

도 1은 본 발명에 따른 다중코팅 발포폴리스티렌 입자의 제조과정을 모식적으로 나타낸 도면으로, 이를 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물은, 다중코팅층이 형성된 발포폴리스티렌 입자를 통상의 발포폴리스티렌의 스팀가열 발포성형에서와 마찬가지의 방법으로 스팀가열 발포성형하여 이루어진다.

상기 다중코팅 발포폴리스티렌 입자는, 도 1에서 보는 것과 같이 발포성 폴리스티렌 입자를 가열 발포하여 이루어지는 발포폴리스티렌 입자(1)의 표면에 서로 이격하여 분포하는 물방울 형태의 무기 난연 스폿(2)들과; 상기 무기 난연 스폿들이 형성된 발포폴리스티렌 입자의 표면을 전체적으로 감싸는 형태의 보호 코팅층(3);을 포함하여 구성된다.

상술하면, 상기 무기 난연 스폿(2)들은, 발포폴리스티렌 입자(1)의 표면에, 발포폴리스티렌 입자의 표면과 친화성이 낮은 규산염계 무기난연제를 포함하는 낮은 점도의 난연성 무기 코팅액을 코팅처리하여 형성되는 것이다. 발포폴리스티렌 입자의 표면 전체에 걸쳐 물방울 형태의 무기 난연 스폿이 골고루 분포하기 위해서는 상기 난연성 무기 코팅액의 점도는 20~200cps 정도의 범위인 것이 바람직하며, 이보다 낮은 점도이면 발포폴리스티렌 입자와의 접착성이 너무 낮아 흘러내려 코팅이 제대로 이루어지지 않을 뿐만 아니라 난연성을 제대로 발휘할 수 없으며, 이 범위보다 높은 점도의 것은 점성이 너무 높아 발포폴리스티렌 입자의 표면 전체를 두껍게 피복하게 되어 건조 또는 성형후에 박리현상을 일으킬 수 있어 바람직하지 않다.

한편, 상기 규산염계 무기난연제는 내열성, 내노화성 및 내구성이 우수하고, 불연성이며, 산화되기 어려워 고난연성의 무기 난연층을 형성할 수 있는 것으로, 이러한 규산염계 무기난연제로 가장 유용한 것이 물유리이다. 물유리는 규산나트륨을 비롯한 규산염이 물에 용해되어 있는 물질을 뜻하는데 자체 점성이 있어 난연성의 무기 접착제로서 매우 유용하다. 규산나트륨을 주성분으로 하는 소다 물유리가 가장 일반적이지만 칼륨 물유리, 소다칼륨 물유리 등의 물질도 모두 물유리로 분류된다.

무기 난연 스폿의 난연성을 더욱 향상시키기 위해서는, 상기 규산염계 무기난연제를 주성분으로 하는 난연성 무기 코팅액에 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연 등의 알려진 무기 난연제를 더 첨가할 수 있다.

또한, 경화촉진제로 알칼리금속이나 알칼리토금속 종류의 물질을 함유하는 수산화칼슘, 산화칼슘, 중탄산나트륨, 인산나트륨, 중탄산수소나트륨, 붕사 등을 더 첨가할 수 있다.

한편, 상기 보호 코팅층(3)은, 폴리스티렌 수지와 친화성이 높은 소수성 수지성분을 포함하는 코팅액으로 상기 무기 난연 스폿(2)들이 형성된 발포폴리스티렌 입자의 표면을 코팅처리하여 형성되는 것으로서, 상기 소수성 수지성분으로는 열가소성 수지의 용액형과 에멀젼형, 열경화성 수지 등을 사용할 수 있다.

상기 열가소성 수지는 발포폴리스티렌보다 융점과 연화점이 낮은 종류를 사용하는 것이 바람직한데, 발포 폴리스티렌의 연화점 및 융점보다 높은 열가소성 수지를 사용할 경우, 높은 온도를 얻기 위해 과도한 스팀을 공급하여야 하고, 그로 인해 수분이 과도하게 발생하는 등 성형에 악영향을 미치게 되므로, 발포 폴리스티렌의 연화점과 융점보다 낮은 온도의 연화점과 융점을 가지는 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

이러한 열가소성 수지로는 특히, 아세트산비닐계의 수지를 물, 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 카르복시산류, 방향족류 및 할로겐화탄화수소류 중에서 선택되는 어느 하나 또는 2가지 이상의 것을 혼합한 형태의 용매에 용해하여 수지의 농도가 3~80중량%가 되도록 한 형태의 열가소성 수지용액이 발포 폴리스티렌 입자와의 친화성이나 무해성, 작업성, 성형성 등의 측면에서 바람직하다.

열가소성 수지의 에멀젼형 접착제는 상용화된 종류가 많으며 이러한 종류들 중에서 상술한 것과 같이 발포폴리스티렌보다 연화점과 융점이 낮은 종류의 열가소성 수지의 에멀젼형 접착제를 선택하여 사용할 수 있다. 그리고, 열경화성 수지로서는 예컨대 페놀수지를 사용할 수 있다.

한편, 수지 분자간의 결속력을 높여 성형성을 개선하기 위해서 상기 소수성 수지성분을 포함하는 코팅액에 메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4'-methylene diphenylisocyanate, MDI)를 더 첨가할 수 있다. 상기 MDI는 아닐린과 포름알데히드가 축합되어 생성된 디페닐메탄디아민에 포스겐(COCl₂)을 처리(포스겐화)하여 얻어지는 물질로서, 수분과 반응하여 경화함으로써 우수한 접착력을 갖게 된다.

MDI는 저장성이나 사용 편의성을 고려하여 폴리메릭 MDI(Polymeric MDI), 모디파이 MDI(Modified MDI), 모노메릭 MDI(Monomeric MDI), 퓨어 MDI(prepolymer)와 같은 다양한 형태의 MDI가 제조되고 있는데, 본 발명에서는 이들 다양한 형태의 MDI를 모두 사용 가능하며 그 형태는 특별히 제한을 받지 않는다. 따라서, 작업조건이나 작업환경, 안정성, 효율성, 비용 등을 고려하여 적절한 형태의 것을 선택하여 사용할 수 있다.

이들 MDI는 분자량이 다른 소수성 수지 성분들에 비해 비교적 작아 쉽게 분산되며, 분자구조 내에 포함된 이소시아네이트기(-NCO)가 활성수소를 가지는 화합물과 반응하여 우레탄결합 및 요소결합 등을 생성하므로, 스팀중의 수분을 제거하고 소수성 수지의 가교밀도를 높여 접착성을 향상시키므로, 성형성을 개선시키고 성형물의 기계적 성질을 향상시키는 작용을 하게 된다.

상기 MDI는 발포폴리스티렌 중량 대비 0.1~30% 범위로 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 사용량이 0.1중량% 미만일 경우에는 성형성 개선효과가 미미하며, 30중량%를 초과하여 사용할 경우에는 열수 분해에 의해 폴리스티렌을 분해시키는 부산물이 발생하여 발포 폴리스티렌이 용해되어 수축현상이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.

또한, 보호 코팅층(3)에도 난연성능을 극대화하기 위해 상기 소수성의 수지 성분을 포함하는 코팅액에 무기 난연제인 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연, 팽창 흑연 등을 혼용해서 사용할 수 있다.

그외에도 상기 보호층을 형성하기 위한 소수성 수지성분을 포함하는 코팅액에는 각종 기능성을 발현하기 위한 또는 코팅액의 기능을 향상시키기 위한 다양한 기능성 첨가제가 첨가될 수 있다. 상기 기능성 첨가제는 발포제, 핵제, 윤활제, 산화방지제, 열안정제, 자외선 안정제, 생물안정제, 충진제, 보강제, 가소제, 착색제, 내충격제, 난연제, 대전방지제, 가교제, 형광증백제, 열전도성 부여제, 전기전도성 부여제, 투과성 조절제, 자성 부여제, 계면활성제, 안정제, 부형제, 의약제, 용매, 경화제, 흡습제, 강화제, 향료, 항균제와 같은 다양한 형태의 기능성을 부여하는 물질들 중에서 적의 선택되는 것일 수 있으며, 이들은 어느 하나가 사용될 수도 있고, 함께 사용이 가능한 여러 가지가 복합적으로 사용될 수 있음은 물론이며, 그 발현되는 기능성의 종류에 특별히 제한이 있는 것은 아니다. 그리고 이들은 유기계의 첨가제일 수도 있고, 또는 무기계의 첨가제일 수도 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.

실시예 1~3

하기 표 1에 기재된 조성과 조성비에 의거하여 아래와 같은 과정을 거쳐 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용한 발포성형물을 제조하였다.

(1) 발포폴리스티렌 입자의 제조

시판 발포성 폴리스티렌 입자(신호유화제품)을 발포기에 넣고, 103~105℃의 온도로 예비 발포하고, 건조한 후, 사일로에서 숙성하였다. 발포비율은 평균 105배로 하였다.

(2) 1차 코팅

상기 예비발포하여 숙성된 발포폴리스티렌 입자 2㎏을 200ℓ 용량의 믹서기에 넣고, 50rpm의 속도로 교반하면서, 점도가 130cps로 조정된 규산염계 무기난연제(물유리 2호)를 포함하는 코팅액을 투입하고, 1분 정도 교반을 지속하여 발포폴리스티렌 입자의 표면에 코팅액이 잘 도포되도록 하였다. 다음으로 물유리에 포함된 수분을 건조하기 위해 60℃ 정도의 열풍을 주입하여 완전히 건조함으로써, 각 발포폴리스티렌 입자의 표면에 무기 난연 스폿이 형성된 발포 폴리스티렌 입자를 얻었다.

(3) 2차 코팅(보호 코팅층의 형성)

상기 무기 난연 스폿이 형성된 발포폴리스티렌 입자를 200ℓ 용량의 믹서기에 투입하고, 50rpm의 속도로 교반하면서, 준비한 보호 코팅액을 투입하고 1분 정도 교반을 지속하여 무기 난연 스폿들이 형성된 표면 위에 보호 코팅액이 균일하게 분산 도포되도록 하였다. 다음으로 보호 코팅액에 포함된 용제를 휘발시키기 위해 60℃ 정도의 열풍을 주입하여 완전히 건조시켜, 무기 난연 스폿들이 형성된 발포폴리스티렌 입자의 표면에 균일하게 보호 코팅층을 형성하였다.

(4) 성형

상기 보호 코팅층을 형성시킨 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 발포성형장치의 성형틀에 투입하고, 110~120℃의 고온의 스팀을 주입하여 성형틀 내부 온도를 108~116℃로 가온함으로써, 예비발포된 발포폴리스티렌수지 입자에 함유된 발포제를 발포시켜 성형밀도 19㎏/㎥의 성형물을 제조하였다.

비교예 1~4

하기 표 1에 기재된 조성과 조성비에 의거하여, 상술한 실시예 1~3에서와 동일한 과정을 거쳐 발포성형물을 제조하였다. 다만, 이들 비교예 1~4에서는 점도가 250cps로 조정된 규산염계 무기난연제(물유리 2호)를 포함하는 코팅액을 사용하여 무기 난연 코팅액이 발포폴리스티렌 입자의 표면에 비교적 균일하게 도포되어 무기 난연피막층을 형성도록 하였으며, 비교예 1~3은 2차 코팅에 의한 보호 코팅층의 형성과정은 생략하고 1차 코팅을 실시하고 건조한 후에 성형을 실시하여 성형물을 제조하였다.

구분	코팅			성형성	난연성능
	단계	성분	성분비 (중량%)
실시예 1	1차	발포폴리스티렌	40	제품의 외형 변화가 없고, 치수도 안정성이 있음.	외부에 형성되는 불꽃이 없으며, 관통 및 용융현상을 볼 수 없음
		규산염계 무기난연제	20
	2차	폴리비닐아세테이트 수지용액	20
		수산화알루미늄	15
		팽창흑연	13
		MDI	2
실시예 2	1차	발포폴리스티렌	35	제품의 외형 변화가 없고, 치수도 안정성이 있음.	외부에 형성되는 불꽃이 없으며, 관통 및 용융현상을 볼 수 없음
		규산염계 무기난연제	30
	2차	폴리비닐아세테이트 수지용액	15
		수산화알루미늄	10
		팽창흑연	9
		MDI	1
실시예 3	1차	발포폴리스티렌	30	제품의 외형 변화가 없고, 치수도 안정성이 있음.	외부에 형성되는 불꽃이 없으며, 관통 및 용융현상을 볼 수 없음
		규산염계 무기난연제	35
	2차	폴리비닐아세테이트 수지용액	13
		수산화알루미늄	9
		팽창흑연	7
		MDI	1
비교예 1	1차	발포폴리스티렌	75	성형물의 안정성을 위해 저압으로 성형하였으며, 압력에 따른 형태의 변화가 있음	시험 후, 시험체의 관통이 두드러지게 나타남.
		규산염계 무기난연제	25
비교예 2	1차	발포폴리스티렌	50	저압으로 성형시에는 발포가 전체적으로 이루어지지 않으며, 고압으로 성형시에는 표면 융착은 좋으나 내부 융착이 좋지 않음.	시편의 관통 부위 일부 발생.
		규산염계 무기난연제	50
비교예 3	1차	발포폴리스티렌	25	스팀에 의한 규산염계 무기접착제의 표면 용탈이 일어나 내부까지 원활한 스팀공급이 어려워 성형이 어렵고, 형태변화가 심함.	관통 부위는 일부 해소됨.
		규산염계 무기난연제	75
비교예 4	1차	발포폴리스티렌	35	성형시 융착은 비교적 좋았으나, 성형물이 쉽게 부서지는 현상이 발생함.	시편의 관통 부위 일부 발생.
		규산염계 무기난연제	30
	2차	폴리비닐아세테이트 수지용액	15
		수산화알루미늄	10
		팽창흑연	9
		MDI	1

시험 및 평가

상술한 실시예 및 비교예들에서 제조된 발포폴리스티렌 성형물을 가지고 아래와 같은 방법으로 성형성과 난연성능을 평가하였다.

(1) 재단 및 성형성 평가

오실레이팅 절단기로 성형품을 절단하여 내부 융착상태 및 물성을 확인하였다.

(2) 난연성능 평가

현재 표준 난연시험방법으로 사용되는 ISO-5660-1 콘칼로리미터법의 시험기기와 유사한 자체 시험기기를 통해서 난연성능을 시험하였다. 콘칼로리미터법의 시편 제작 및 준비방법에 준하여, 시편의 크기는 10㎝*10㎝*5㎝로 하고 시편의 양쪽면에 철판을 붙인 후, 열선 온도는 800℃로 하여 시험을 실시하였다. 판단기준은 시편의 홀더에서 나오는 불꽃의 생성여부 및 시험이 끝난 뒤 심재의 용융, 관통상태를 육안으로 보아 판단하였다.

(3) 평가 결과

먼저, 실시예 2에서 1차 코팅을 실시한 후의 발포폴리스티렌 입자의 표면을 주사전자현미경을 이용하여 확대하여 촬영한 결과, 물방울 형태의 무기 난연 스폿이 입자의 표면에 불규칙적으로 이격하여 형성된 상태를 나타내었다.

한편, 성형성 및 난연성을 평가한 결과, 이와 같이 다수의 무기 난연 스폿들이 형성된 발포폴리스티렌 입자의 외부에 2차 코팅을 실시하여 보호 코팅층을 형성하여 발포폴리스티렌 성형물을 제조한 실시예 1 내지 3에 있어서는, 규산염계 무기난연제의 사용량에 관계없이 원활한 성형이 이루어졌으며, 제품의 외형 변화도 없고, 치수안정성도 높게 나타났다. 또한 완성된 성형물은 보호 코팅층에 의해 견고하게 결합되어 있어, 부서지거나 박리되는 현상도 발생하지 않았다.

또한, 이 발포폴리스티렌 성형물의 시편을 제조하여 난연 성능을 평가한 결과, 외부에 형성되는 불꽃이 없을 뿐만 아니라, 관통 및 용융 현상도 나타나지 않아 우수한 난연성을 발휘할 수 있는 것으로 나타났다. 특히, 종래에는 시편이 화기에 노출시에 탄화피막을 형성하여 온도전달을 차단하기 위해 가격이 비싼 팽창 흑연(expandable graphite)를 과량으로 사용하여야 하였지만, 본 발명에 따르면 고열에 의해 발포하는 규산염계 무기난연제를 사용함으로써 실시예 3에서 보는 것과 같이 소량의 팽창 흑연을 사용하여도 난연성능이 우수한 것으로 나타났기 때문에 고가의 팽창 흑연의 사용량을 줄일 수 있는 것으로 나타났다.

한편, 2차 코팅을 실시하여 보호 코팅층을 형성하지 않은 종래의 방법에 따른 비교예 1 내지 3의 경우에는, 발포폴리스티렌의 중량 대비 규산염계 무기난연제의 첨가량이 적으면 성형성에는 문제가 적었지만, 발포폴리스티렌 표면장력에 따른 코팅성 저하로 인해 난연성능 시험후에 관통이 두드러지게 나타나 충분한 난연성을 부여하기 어려운 것으로 나타났다.

반면에, 규산염계 무기난연제를 과량 첨가하였을 때에는 난연성은 다소 개선되었으나, 규산염계 무기난연제가 스팀에 의해 용탈되어 내부 융착이 좋지 않게 나타나고, 형태에 있어서도 변형이 심하게 나타나는 문제가 있었다.

또한, 2차 코팅에 의해 보호 코팅층을 형성하더라도, 비교예 4에서와 같이 고점도의 규산염계 무기 난연제 코팅액을 사용하였을 때에는, 성형과정 중 또는 성형후에 무기 코팅층의 박리가 일어나 성형물이 쉽게 부서지고, 이로 인해 난연성능 시험후에 관통이 두드러지게 나타나 충분한 난연성을 부여하기 어려운 것으로 나타났다.

1: 발포폴리스티렌 입자
2: 무기 난연 스폿
3: 보호 코팅층

Claims

발포폴리스티렌 입자와; 상기 발포폴리스티렌 입자의 표면에 서로 이격하여 분포하는 물방울 형태의 무기 난연 스폿들과; 상기 무기 난연 스폿들이 형성된 발포폴리스티렌 입자의 표면을 전체적으로 감싸는 형태의 발포폴리스티렌과 친화성이 높은 소수성 수지성분을 포함하여 이루어진 보호 코팅층;을 포함하여 구성된 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 스팀가열 발포성형하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물.
제 1항에 있어서, 상기 무기 난연 스폿들은 발포폴리스티렌 입자의 표면과 친화성이 낮은 점도 20~200cps 범위의 규산염계 무기난연제를 포함하는 난연성 무기 코팅액으로 코팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물.
제 1항에 있어서, 상기 무기 난연층에는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연 중에서 선택되는 무기 난연제가 한 종류 이상 더 포함된 것을 특징으로 하는 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물.
제 1항에 있어서, 보호 코팅층은, 아세트산비닐계의 수지를 물, 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 카르복시산류, 방향족류 및 할로겐화탄화수소류 중에서 선택되는 어느 하나 또는 2가지 이상의 것을 혼합한 형태의 용매에 용해한 용액형 코팅액을 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물.
제 1항에 있어서, 상기 보호 코팅층에는 산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연, 팽창 흑연 중에서 선택되는 무기 난연제가 1종류 이상 더 포함된 것을 특징으로 하는 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물.
제 1항에 있어서, 상기 보호 코팅층에는 메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4'-methylene diphenylisocyanate, MDI)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중코팅 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조되는 고성능 발포폴리스티렌 성형물.