KR20130035080A - 상이한 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자의 복합에 의한 난연성 발포 수지 성형물 - Google Patents

상이한 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자의 복합에 의한 난연성 발포 수지 성형물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발포수지 입자의 표면에 무기 난연제가 함유된 난연성 코팅액의 코팅에 의해 형성된 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자들의 발포성형에 의해 이루어진 난연성 발포수지 성형물에 있어서,
상이한 난연성 원리를 갖도록 조성된 코팅액으로 코팅된 상이한 난연성의 스킨층을 갖는 발포 수지 입자가 2종류 이상이 서로 불규칙하게 뒤섞여 혼재함으로써, 단일 종류의 난연성 스킨층을 갖는 발포수지 입자로만 이루어진 성형물에 비해 향상된 난연성을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

상이한 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자의 복합에 의한 난연성 발포 수지 성형물{Expanding molded plastic product using different kinds of inorganic fire retardant}
본 발명은 난연성 발포 수지 성형물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 서로 다른 물성의 난연제를 함유한 코팅액을 이용하여 코팅한 스킨층을 갖는 발포수지 입자의 혼용에 의해, 단일 코팅액 사용시의 문제점을 개선하여 향상된 외관 효과와 뛰어난 난연성을 갖도록 한 발포수지 성형물에 관한 것이다.
발포 폴리스티렌(Expanded polystyrene)과 같은 발포 수지는 가벼우며, 내수성, 단열성, 흡음성, 완충성이 뛰어나기 때문에, 포장재료, 건축재료 등에 널리 사용되고 있다.
이러한 발포 수지의 성형공정을 대표적인 발포 폴리스티렌 제품의 성형공정을 예로 들어 상세히 살펴보면, 직경 0.2～0.3mm의 조그마한 비드(bead)나 길이 약 2.5mm 정도의 펠릿(pellet)형태로 공급되는 발포제를 함유하고 있는 폴리스티렌 또는 스티렌 공중합체 수지를 예비 발포하여, 발포성이 있는 (예비)발포 입자를 만든 다음, 이 발포 입자를 숙성·건조하고, 숙성된 발포 입자를 형틀(mold)에 넣고 고온, 고압의 스팀으로 가열하여 원하는 형태로 성형하는 순으로 이루어진다.
이렇게 제조된 발포 폴리스티렌은 전체 체적의 98%가 공기이고, 수지는 약 2%만을 차지하고 있으며, 플라스틱의 거품 속에 공기를 밀폐시킨 독특한 발포체 구조를 가지기 때문에, 우수한 완충성, 단열성, 흡음성, 경량성 등을 나타내어 다양한 활용성을 갖게 된다.
그러나 이러한 발포체 구조로 인해 일부 화학약품에 대해서는 수지 자체가 가지고 있는 내약품성보다 훨씬 민감한 특성을 나타내기도 하는 등 독특한 성질을 가지게 되며, 이러한 발포체 구조의 특성은 발포 수지 성형물에 각종 기능성을 부여하는 데에 장애 요인이 되었다. 특히, 난연성의 부여를 위해 난연제를 첨가하더라도 발포체라는 특수성으로 인해 그 효과가 충분히 달성되기 어려운 문제점이 있었다.
이에 본 발명자 등은, 예비발포가 이루어진 발포 입자 형태의 폴리스티렌 입자의 표면을 기능성 코팅제로 코팅함으로써 얻어지는, 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자 및 이를 이용하여 제조되는 발포 성형물과 관련된 기술을 개발하여 대한민국 특허 제479218호로 특허를 받았으며, 다량의 무기 첨가제를 함유하거나 성형성이 불량한 바인더 성분을 포함한 코팅액의 코팅액 의해 형성된 기능성 스킨층을 갖는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 발포성형물의 성형성을 개선하기 위한 기술을 개발하여 대한민국 특허 제927550호로 특허를 받은 바 있다.
이와 같이 기능성 코팅제로 코팅하여 기능성 스킨층을 형성함으로써 부여되는 대표적 기능성으로는 독특한 색상 부여와 난연성 향상을 들 수 있는데, 난연성을 부여하기 위해서는 다양한 형태의 난연제가 첨가될 수 있다. 알려진 대표적인 난연제로는 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 무기 난연제 등을 들 수 있으며, 기능성 스킨층의 형성을 통해 난연성을 부여한 발포 수지 성형물의 제조를 위해서는 이들 중에서 가격이 저렴하면서도 인체에 대한 유해성이 낮은 무기 난연제가 주로 사용된다.
무기 난연제로는 Char 형성이 용이한 흑연과 비교적 가격이 저렴하면서 냉각작용이 탁월한 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘이 주로 사용되고 있다. 이중 흑연은 천연에서 얻어진 것을 그대로 분쇄하여 사용하기도 하지만, 특정한 가공공정을 거쳐 흑연 입자를 팽창시킨 팽창흑연이 주로 사용된다. 팽창흑연을 합성수지의 난연제로 사용하게 되면, 합성수지의 연소과정에서 다량으로 발생하는 가연성 가스를 흡착하고, 높은 온도에서 팽창되는 성질로 인해 플라스틱 표면에 탄화층을 형성시켜 연소열의 피드백을 저하시키며 산소와의 접촉을 차단시키는 효과를 갖는다.
또한, 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘 등의 무기 난연제는, 화기에 노출시에 탈수반응으로 인한 냉각작용과 억연 효과로 인해 연소면에 탄화막이 형성되어 열이 이면으로 전달되는 것을 차단하는 작용을 하게 된다.
그런데, 발포수지 입자의 표면에 팽창흑연이 다량 함유된 코팅액으로 코팅하여 성형물을 제조할 경우, 화기에 노출시 높은 온도에서 팽창되는 특성으로 인해 빠르게 탄화층을 형성시켜 화염전파를 억제하지만, 600℃ 이상에서 장시간 노출되면 산화작용에 의해 기체인 이산화탄소로 전환되어 심재의 심각한 질량감소가 일어나고, 화재 발생시 생성되는 압력이 팽창된 흑연을 미분상태로 비산시키며, 탄화층이 쉽게 붕괴되는 양상을 보이게 되는 문제점이 있다.
또한, 흑연은 흑색이기 때문에, 코팅액에 흑연과 함께 다른 색상의 안료를 첨가하더라도 밝고 선명한 색상의 구현이 어려워 다양하고 미려한 외관 효과를 가지는 성형물을 제조하는 데에 문제가 있다.
한편, 수산화알루미늄과 수산화마그네슘과 같은 무기 난연제는 코팅액에 포함된 수지 성분과 발포수지의 2가지 물질에 대해 난연성을 가져야 하므로, 코팅액 제조시에 많은 양을 첨가하여야 하고, 코팅시에도 발포 수지의 질량 대비 코팅액의 비율을 높게 하여야 효과를 얻을 수 있는 문제가 있다. 이와 같이 코팅액의 비율을 높이면 작업이 번거롭고 제조 시간이 길어지며, 무기 난연제의 첨가량이 많아 제품 물성의 저하를 가져 올 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명은 상술한 종래 무기 난연제를 이용한 난연성 발포 수지 성형물의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 난연성이 우수하면서도 선명하고 다양한 색상의 표현이 가능한 난연성 발포 수지 성형물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 난연성 발포수지 성형물은,
발포수지 입자의 표면에 무기 난연제가 함유된 난연성 코팅액의 코팅에 의해 형성된 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자들의 발포성형에 의해 이루어진 난연성 발포 수지 성형물에 있어서,
상이한 난연성 원리를 갖도록 조성된 코팅액으로 코팅된 상이한 난연성의 스킨층을 갖는 발포 수지 입자가 2종류 이상이 서로 불규칙하게 뒤섞여 혼재함으로써, 단일 종류의 난연성 스킨층을 갖는 발포수지 입자로만 이루어진 성형물에 비해 향상된 난연성을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상이한 난연성의 스킨층을 갖는 발포 수지 입자는 상이한 원리의 난연성을 발휘하는 난연제를 포함하는 입자가 별도로 존재함으로써, 각각의 난연성 발포 수지 입자가 갖는 고유의 난연 작용을 충분히 발휘하게 하면서, 이웃에 존재하는 다른 입자가 갖는 작용으로 인해 각각의 난연성 발포 수지 입자가 갖는 문제점이 보완되도록 하는 것을 말한다.
이렇게 상호 보완적인 작용을 하는 상이한 난연성의 스킨층을 갖는 발포 수지 입자의 대표적인 예로는, 화재에 노출시에 표면에 탄화층을 형성시켜 산소와의 접촉을 차단시키는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자와, 냉각작용을 하면서, 산화에 의한 질량감소가 적어 탄화층의 붕괴를 저지하는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자를 들 수 있다.
그리고, 상기 화재에 노출시에 표면에 탄화층을 형성시켜 산소와의 접촉을 차단시키는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자로는 팽창흑연을 주성분으로 포함한 무기 난연제가 함유된 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자를 들 수 있다.
또한 상기 산화에 의한 질량감소가 적어 탄화층의 붕괴를 저지하는 작용과 냉각작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자로는, 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘, 산화아연, 예컨대 물유리와 같은 규산염계 무기 난연제를 주성분으로 포함한 무기 난연제가 함유된 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자를 들 수 있다. 이들 중, 수산화알루미늄과 수산화마그네슘은, 200℃ 이상의 고온에서 탈수반응에 의해 무게의 40%를 수분으로 방출하여 냉각작용과 억연효과를 가지며, 연소면에 탁화막이 형성되어 이면으로 열이 전달되는 것을 차단하는 효과가 있어 가장 바람직하다.
한편, 상기 화재에 노출시에 표면에 탄화층을 형성시켜 산소와의 접촉을 차단시키는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자에도 팽창흑연과 같이 탄화층을 형성하는 무기 난연제 이외에 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘과 같은 다른 유형의 무기 난연제나 활석, 운무, 제올라이트와 같은 불연성 무기 광석을 더 첨가하여 탄화층의 붕괴를 막고 난연성을 향상시킬 수 있으며, 산화에 의한 질량감소가 적어 탄화층의 붕괴를 저지하는 작용과 냉각작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자에도 소량의 팽창흑연이나 상기 불연성 무기 광석이 더 참가될 수는 있다.
한편, 본 발명에 따른 난연성 발포 수지 성형물에 있어서의 상기 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자는, 발포 수지 입자의 표면에 무기 난연제가 함유된 난연성 코팅액의 코팅에 의해 형성되는데, 발포 수지에는 대표적인 발포 폴리스티렌 수지 이외에도 발포 폴리에틸렌, 발포 폴리프로필렌 등의 수지 등도 포함될 수 있다.
이러한 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자는, 열가소성 수지계 접착제, 열경화성 수지계 접착제, 무기계 접착제, 단백질계 접착제 또는 이들의 혼용 가능한 혼합물 중에서 선택되는 바인더와 무기 난연제를 포함하는 코팅액을 조성하여, 예비발포가 이루어진 발포 수지의 입자의 표면에 코팅한 후, 개개의 입자로 분리하면서 건조하고 숙성하여 제조할 수 있다. 성형성을 개선하기 위해서는 코팅액에 메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4'-methylenediphenyldiisocyanate, 이하, 'MDI'라고도 함)나 톨루엔디이소시아네이트(toluene diisocyanate, 이하, 'TDI'라고도 함)를 첨가하거나 코팅 후에 MDI 나 TDI를 부가할 수 있다.
바인더의 조성을 비롯한 이러한 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자를 제조하는 방법과 이를 발포 성형하는 방법에 관한 좀 더 상세한 사항에 대해서는, 상기 특허 제479218호와 특허 제927550호 공보에 기재된 내용을 참고할 수 있다.
본 발명에 따른 난연성 발포 수지 성형물에 있어서, 화재에 노출시에 표면에 탄화층을 형성시켜 산소와의 접촉을 차단시키는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자와, 냉각작용을 하면서, 산화에 의한 질량감소가 적어 탄화층의 붕괴를 저지하는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자의 혼용 비율은, 성형물에 이들 서로 다른 물성의 입자가 교차되는 구조를 형성하기 위하여 입자의 숫자를 기준으로 1:1 정도인 것이 가장 바람직하지만, 각각의 입자에 있어서의 무기 난연제의 종류 및 함량과, 발포 수지 입자 대비 코팅액의 사용량 등에 따라 달라질 수 있다.
그리고, 상기 각 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자들에는 다양한 색상의 안료가 첨가되거나 첨가되지 않을 수 있으며, 이로 인해 2가지 이상의 색의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자의 제조가 가능하여, 다양하고 선명한 색상의 발포 수지 성형물을 형성할 수 있다. 예컨대 팽창흑연을 사용할 경우에 흑색 계통의 색상을 띠게 할 수 있고, 팽창흑연을 포함하지 않는 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자는 다양한 안료에 의한 색상효과를 얻을 수 있는데, 이를 2가지 이상의 색상으로 제작할 경우, 3가지 이상의 색상의 입자들이 혼재된 형태의 발포 수지 성형물을 제조할 수 있다. 이러한 성형물에는 발포 수지 입자에 포함된 각각의 안료들이 서로 혼합되지 않은 채로 각각의 색상을 나타내게 할 수 있어, 선명한 원색의 스킨층이 드러나도록 한 미려한 제품의 제조가 가능하게 된다.
본 발명에 따른 난연성 발포 수지 성형물은, 서로 다른 물성의 입자들이 서로 보완적으로 작용하여, 종래 단일한 종류의 난연성 스킨층이 형성된 발포 수지 입자만을 사용하여 제조되는 난연성 발포 수지 성형물에 비해 현저히 향상된 난연성을 갖게 되는 효과가 있다.
예컨대, 팽창흑연을 포함하는 유형의 난연성 스킨층이 형성된 발포수지 입자에 의해 합성수지의 연소과정에서 다량으로 발생하는 가연성 가스 흡착하고, 높은 온도에서 팽창되는 성질로 인해 플라스틱 표면에 탄화층을 형성시켜 연소열의 피드백을 저하시키며 산소와의 접촉을 차단시키는 효과를 갖는 한편, 팽창흑연 이외의 무기 난연제를 주성분으로 하는 난연제를 함유한 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포수지 입자가 존재함으로써, 화재시 압력에 의해 탄화층이 쉽게 붕괴되는 문제점이 보완되어 더욱 향상된 난연성을 갖게 되는 효과가 있다.
또한, 팽창흑연과 같은 난연제를 첨가시, 팽창흑연의 흑색으로 인하여 선명하고 밝은 색상의 표현이 불가능하던 문제점을 해소하여, 팽창흑연을 포함하지 않는 유형의 난연성 스킨층에는 다양한 색상의 안료를 첨가하여 밝은 색상의 표현도 가능하게 되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 화재에 노출시에 표면에 탄화층을 형성시켜 산소와의 접촉을 차단시키는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자와, 냉각작용을 하면서, 산화에 의한 질량감소가 적어 탄화층의 붕괴를 저지하는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자를 각각 단독으로 사용하거나, 이러한 작용을 하는 무기 난연제를 혼합한 단일 조성의 코팅액에 의해 코팅한 단일 종류의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자를 사용할 경우 등에 비해, 적은 양의 난연제와 코팅액을 사용하여도 동일하거나 그보다 뛰어난 수준의 난연성을 나타내기 때문에, 난연성 향상효과와 더불어 비용의 절감, 다른 물성의 향상 등의 효과도 함께 얻을 수 있는 이점이 있다.
도 1은 비교예 1에서 제조된 발포 수지 성형물의 재단면 사진;
도 2는 비교예 2에서 제조된 발포 수지 성형물의 재단면 사진;
도 3은 실시예 1에서 제조된 발포 수지 성형물의 재단면 사진;
도 4는 실시예 2에서 제조된 발포 수지 성형물의 재단면 사진;
도 5는 각 실시예와 비교예에서 제조된 발포 수지 성형물을 사용한 화기시험 후의 가열면 비교사진;
도 6은 비교예 1에서 제조된 발포 수지 성형물의 연소 후의 두께 변화 측정결과 사진;
도 7은 비교예 2에서 제조된 발포 수지 성형물의 연소 후의 두께 변화 측정결과 사진;
도 8은 실시예 1에서 제조된 발포 수지 성형물의 연소 후의 두께 변화 측정결과 사진;
도 9는 실시예 2에서 제조된 발포 수지 성형물의 연소 후의 두께 변화 측정결과 사진.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통해 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.
실시예 1~2, 비교예 1~8
이하의 각 실시예와 비교예는 하기와 같은 방법에 의해 예비발포된 발포 폴리스티렌 입자를 준비하고, 난연성 스킨층을 형성한 후, 스팀가열 발포성형을 통해 성형하고, 표면효과와 난연성을 시험 평가하였다.
(A) 예비발포된 발포 폴리스티렌 입자의 준비
각 실시예 및 비교예에서 사용한 발포 폴리스티렌 입자는, 시판 EPS 입자(발포성 폴리스티렌 입자, 신호유화사 제품)를 발포기에서 103~105℃의 온도로 예비 발포하고 건조한 후, 사일로에서 3일간 숙성한 것을 사용하였다.
발포비율은 평균 105배이었다.
(B) 난연성 스킨층의 형성
상기 (A)단계에서 제조된 발포 폴리스티렌 입자를 사용하여, 하기 표 1에 기재된 각 실시예 및 비교예의 코팅액을 준비하고, 상기 발포폴리스티렌 입자와의 중량비를 표 1에 기재된 것과 같이 하여 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 코팅액을 도포 및 건조하여 난연성 스킨층을 형성하였다.
구체적인 방법은, 용량 200ℓ짜리 믹서기에 상기 발포 폴리스티렌 입자 2㎏씩을 넣고, 50rpm의 속도로 교반하면서, 준비한 코팅액 2㎏을 투입하고, 1분 정도 교반을 지속하여 발포 폴리스티렌 이자의 표면에 코팅액이 균일하게 도포되도록 하였다. 다음으로 코팅액에 사용된 용제들을 휘발시키기 위해 60℃의 정도의 열풍을 주입하여 용제가 완전히 휘발될 때까지 건조를 함으로써, 각 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 코팅액에 의한 난연성 스킨층이 형성된 발포 폴리스티렌 입자를 얻었다.
구분 사용량(중량%)
비고
EPS 입자 코팅액
바인더 무기 난연제 MDI/TDI
비교예 1 20
 폴리비닐아세테이트 용액 20 팽창흑연 36 MDI 4
수산화알루미늄 20
비교예 2
 20 폴리비닐아세테이트 용액 20 수산화알루미늄 56 MDI 4


실시예 1


 흑색입자
 20
 폴리비닐아세테이트 용액 20
 팽창흑연 36 MDI 4
각각 코팅된 입자 제조 후, 1:1로 혼합 성형
수산화알루미늄 20
적색입자
 20
 폴리비닐아세테이트 용액 20
 수산화알루미늄 54 MDI 4
산화제이철 2(안료)


실시예 2

 흑색입자
 30 폴리비닐아세테이트 용액 17.5 팽창흑연 31.5 MDI 3.5
각각 코팅된 입자 제조 후, 1:1로 혼합 성형
수산화알루미늄 17.5
백색입자 30 폴리비닐아세테이트 용액 17.5 수산화알루미늄 49 MDI 3.5


실시예 3
흑색입자
30		 폴리비닐아세테이트 용액 17.5
 팽창흑연 31.5 TDI 3.5
각각 코팅된 입자 제조 후, 1:1로 혼합 성형
수산화알루미늄 17.5
백색입자 30 폴리비닐아세테이트 용액 17.5 수산화알루미늄 49 TDI 3.5

실시예 4

 흑색입자
 30
 에멀젼 폴리비닐아세테이트 17.5 팽창흑연 31.5 MDI 3.5
 각각 코팅된 입자 제조 후, 1:1로 혼합 성형
수산화알루미늄 17.5
백색입자 30 에멀젼 폴리비닐아세테이트 17.5 수산화알루미늄 49 MDI 3.5

실시예 5

 흑색입자
 30
 아크릴계 접착제 17.5 팽창흑연 31.5 MDI 3.5
 각각 코팅된 입자 제조 후, 1:1로 혼합 성형
수산화알루미늄 17.5
백색입자 30 아크릴계 접착제 17.5 수산화알루미늄 49 MDI 3.5

실시예 6
 흑색입자
 30
 EVA 접착제 17.5
 팽창흑연 31.5 MDI 3.5
 각각 코팅된 입자 제조 후, 1:1로 혼합 성형
수산화알루미늄 17.5
백색입자 30 EVA 접착제 17.5 수산화알루미늄 49 MDI 3.5

실시예 7

 흑색입자
 30
 규산염계 접착제
17.5		 팽창흑연 31.5 MDI 3.5
 각각 코팅된 입자 제조 후, 1:1로 혼합 성형
수산화알루미늄 17.5
백색입자 30 규산염계 접착제
17.5		 수산화알루미늄 49 MDI 3.5

실시예 8

 흑색입자
 30
 폴리비닐알코올 17.5 팽창흑연 31.5 MDI 3.5
 각각 코팅된 입자 제조 후, 1:1로 혼합 성형
수산화알루미늄 17.5
백색입자 30 폴리비닐알코올 17.5 수산화알루미늄 49 MDI 3.5
(C) 스팀가열 발포성형
상기 각 실시예 및 비교예에서 제조된 난연성 스킨층이 형성된 발포 폴리스티렌 입자를 성형틀에 투입하고, 110~120℃의 고온의 증기를 주입하여, 성형틀 내부의 온도를 108~116℃로 가열하여 발포 폴리스티렌 입자 내에 함유된 발포제가 발포되도록 하여, 발포 수지 성형물을 제조하였다.
(D) 외관 효과의 대비
상기 (C) 단계에서 제조된 각 실시예와 비교예의 발포 수지 성형물을 오실레이팅 절단기로 절단하여, 재단면의 형태를 촬영한 사진을 도 1(비교예 1), 도 2(비교예 2), 도 3(실시예 1), 및 도 4(실시예 2)에 각각 나타내었다.
도 1 내지 도 2에서 보는 것과 같이, 단일 종류의 난연성 스킨층을 형성한 경우, 흑색 또는 백색의 격벽이 형성된 단조로운 외관을 나타냄에 반해, 실시예 1과 실시예 2와 같이 팽창흑연을 주성분으로 포함하는 난연성 스킨층과 수산화알루미늄을 주성분으로 하는 난연성 스킨층을 형성한 발포 폴리스티렌 입자를 함께 사용하여 성형한 경우, 도 3에서와 같이 선명한 적색 안료의 색감을 표현할 수도 있고, 도 3과 도 4에서와 같이 흑색과 다른 색의 혼재에 의한 자연석과 같은 다채로운 질감의 외관 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
(E) 난연성 평가
각 실시예 및 비교예에서 제조된 발포 수지 성형물을 오실레이팅 절단기로 절단하여 10㎝*10㎝*5㎝ 크기의 시편을 제작하여, 화염방사기(토출 구경 2㎝의 가스 토치)로 10㎝ 이격된 거리에서 90초간 화염을 가한 후, 화염이 가해진 부분의 형태와, 연소 후의 시편의 중간을 절개하여 중심 부분의 두께 변화를 관찰하여 난연성을 평가하였다.
도 5에서 보는 것과 같이, 비교예 1의 팽창흑연을 주성분으로 하는 무기 난연제를 포함하는 난연성 스킨층을 형성한 발포 수지 성형물의 경우, 팽창흑연의 특성으로 인해 탄화면이 다른 시험편에 비해 넓게 형성되었음을 확인할 수 있으며, 시험과정에서도 화기에서 발생되는 바람에 의해 흑연이 팽창하면서 비산되는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 비교예 2의 시험편의 경우, 가열원이 직접적으로 닿은 부분이 높은 온도에 의해 산화 분해되어 회분만이 남음으로써 하얗게 변한 것을 확인할 수 있는데, 이 부분은 쉽게 부스러지게 된다.
반면에 실시예 1과 2는 비교예 1, 2에 비해 상대적으로 좁은 탄화면을 형성하였음을 확인할 수 있으며, 특히 실시예 1은 가장 좁은 탄화면을 형성하여 가장 우수한 난연성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
도 6 내지 도 9는 각 실시예와 비교예에서 제조된 난연성 발포 수지 성형물의 연소 후의 두께 변화 관찰 결과를 나타낸 것이다. 도 6은 비교예 1에서 제조된 난연성 발포 수지 성형물에 관한 것으로서, 팽창흑연에 의해 외견상 두께 변화가 거의 없는 것으로 보이지만, 연소과정에서 발생하는 열전달로 인해 많은 부분에서 탄화되어 시료의 실제 남은 높이는 1㎝ 정도에 불과한 것으로 확인되었다. 도 7은 비교예 2에서 제조된 난연성 발포 수지 성형물에 관한 것으로서, 초기 탄화층이 형성되어 형태의 변화는 별로 없었지만, 시간이 갈수록 뒤로 밀려 들어가는 양상을 보여, 결국 발포 폴리스티렌 수지가 녹으면서 층간에 발생한 공극을 지탱할 수 있는 힘이 없어져, 실질적인 잔류 두께는 1.5㎝ 정도에 불과한 것을 확인할 수 있다.
도 8은 실시예 1에서 제조된 발포 수지 성형물에 대한 시험 결과로서, 화염의 높은 열에 의해 발포 폴리스티렌 수지의 일부가 녹아서 발생하는 공간을 팽창흑연이 지탱해 주며, 또한 수산화알루미늄을 함유한 난연성 스킨층이 강한 탄화피막을 형성하여 연소열의 전달을 저하시킴으로써 가장 두께 손실이 적은 것으로 나타났으며, 잔류한 두께는 2㎝이다. 도 9는 실시예 2에서 제조된 발포 수지 성형물에 대한 시험 결과로서, 비교예 1, 2나 실시예 1에 비해 적은 양의 코팅액을 사용하였지만, 비교예 2와 동일한 수준으로 두께 손실이 적은 것으로 나타나, 적은 양의 무기 난연제를 사용하더라도 우수한 난연효과를 얻을 수 있음을 확인하게 해 주었다.
실시예 3 내지 8에서 제조한 난연성 발포 수지 성형물도 난연성 평가에서 실시예 2와 동등한 수준의 탄화면 면적과 잔류 두께를 갖는 것으로 나타났다.

Claims (7)

  1. 발포수지 입자의 표면에 무기 난연제가 함유된 난연성 코팅액의 코팅에 의해 형성된 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자들의 발포성형에 의해 이루어진 난연성 발포수지 성형물에 있어서,
    상이한 난연성 원리를 갖도록 조성된 코팅액으로 코팅된 상이한 난연성의 스킨층을 갖는 발포 수지 입자가 2종류 이상이 서로 불규칙하게 뒤섞여 혼재함으로써, 단일 종류의 난연성 스킨층을 갖는 발포수지 입자로만 이루어진 성형물에 비해 향상된 난연성을 갖는 것을 특징으로 하는 난연성 발포 수지 성형물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상이한 난연성의 스킨층을 갖는 발포 수지 입자로서,
    화재에 노출시에 표면에 탄화층을 형성시켜 산소와의 접촉을 차단시키는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자와,
    냉각작용을 하면서, 산화에 의한 질량감소가 적어 탄화층의 붕괴를 저지하는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 발포 수지 성형물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 화재에 노출시에 표면에 탄화층을 형성시켜 산소와의 접촉을 차단시키는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자는, 팽창흑연을 주성분으로 포함한 무기 난연제가 함유된 유형의 난연성 스킨층을 갖는 것을 특징으로 하는 난연성 발포 수지 성형물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 팽창흑연을 주성분으로 포함한 무기 난연제가 함유된 유형의 난연성 스킨층에는 팽창흑연 이외에 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 산화아연, 규산염계 무기 난연제 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 다른 무기 난연제가 더 포함된 것을 특징으로 하는 난연성 발포 수지 성형물.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 냉각작용을 하면서, 산화에 의한 질량감소가 적어 탄화층의 붕괴를 저지하는 작용을 하는 유형의 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자는, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연, 또는 규산염계 무기 난연제를 주성분으로 하는 무기 난연제가 함유된 유형의 난연성 스킨층을 갖는 것을 특징으로 하는 난연성 발포 수지 성형물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 난연성 스킨층을 갖는 발포 수지 입자들의 난연성 스킨층에는 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 또는 톨루엔디이소시아네이트(TDI)가 포함된 것을 특징으로 하는 난연성 발포 수지 성형물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 상이한 난연성의 스킨층을 갖는 발포 수지 입자들의 난연성 스킨층은 서로 상이한 색상을 갖는 것을 특징으로 하는 난연성 발포 수지 성형물.
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