KR20150040548A

KR20150040548A - 탄화보드를 사용한 목재 방화문

Info

Publication number: KR20150040548A
Application number: KR20130119195A
Authority: KR
Inventors: 박상범박상범; 박상범; 손동원손동원; 손동원; 김종인김종인; 김종인
Original assignee: 대한민국(산림청 국립산림과학원장)
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-15
Also published as: KR101531357B1

Abstract

본 발명은 주거공간(아파트 등)에 설치되는 피난시설의 도어 제작시 프레임의 전면과 후면에 포름알데히드 제거, 전자파차폐, 습도조정 등의 기능과 난연성능을 가진 탄화보드와 불연성을 가진 불연보드를 결합하고, 내부층에는 불연섬유를 충진하여 구성하여 화재안전성과 기능성을 동시에 갖는 탄화보드를 사용한 목재 방화문에 관한 것이다.
본 발명에 따른 탄화보드를 사용한 목재 방화문은, 테두리와, 상기 테두리 사이를 가로지르도록 목재로 틀이 제작되며, 상기 테두리 사이에 형성된 공간에 불연재가 충진되어 구성된 프레임; 상기 프레임의 양측에 각각 부착되는 탄화보드가 포함된 보드(board); 상기 보드와 프레임 사이에 각각 삽입되는 불연섬유를 포함하여 구성되어 주거공간의 피난시설 실내도어에 주로 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

탄화보드를 사용한 목재 방화문{Wooden fireproof door made of carbonized board}

본 발명은 목재 방화문에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 주거공간(아파트 등)에 설치되는 피난시설의 도어 제작시 프레임의 전면과 후면에 포름알데히드 제거, 전자파차폐, 습도조정 등의 기능과 난연성능을 가진 탄화보드와 불연성을 가진 불연보드를 결합하고, 내부층에는 불연섬유를 충진하여 구성하여 화재안전성과 기능성을 동시에 갖는 탄화보드를 사용한 목재 방화문에 관한 것이다.

탄화보드는 목탄과 같이 다공질(porous) 구조를 가지며, 포름알데히드에 대한 높은 흡착성, 수분에 대한 조습성과 치수안정성, 화재에 대한 높은 난연성 및 전자파 차폐성 등 다양한 특성을 가지며, 탄화보드는 탄화과정에서 휘발성의 접착제 성분은 모두 타버리고 탄소 결정체로 변하므로 유해한 성분은 전혀 남아 있지 않는 특징을 지니고 있다. 이와 같은 탄화보드의 제조와 관련된 기술로는 특허등록 제776545호 "목질 패널류를 이용한 유해 VOC 흡착 탄화패널 및 그 제조방법", 특허등록 제813672호 "VOC 제거용 탄화보드", 특허등록 제813673호 "전자파 차폐보드의 제조방법 및 이를 이용한 전자파 차폐보드", 특허등록 제1047315호 "목질패널로 제조한 난연 탄화보드 및 그 제조방법" 등 많은 기술이 개발되었다. 하지만 지금까지 탄화보드와 관련하여 출현한 대부분의 특허들은 탄화보드의 제조 및 성능에 관한 기초적인 것이며, 탄화보드를 이용한 제품 적용에 관한 것은 아니었다.

현재 우리나라의 대표적인 주거형태인 아파트의 경우 출입문은 목재보다는 열에 강한 금속제 방화문을 사용하고 있고, 아파트 내부에 설치된 실내도어는 미관과 인테리어 등을 위해 목재로 제작된 문을 사용하고 있다. 또한, 대부분의 실내도어에는 방염액을 칠하고 있는데, 이러한 방염액은 화재안전에 전혀 도움이 되지 못하고, 방염액이 유기성 물질이기 때문에 한번 발화되면 유해성 유독가스가 많이 발생하여 많은 인명 피해를 주게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 기술로 특허등록 제1256627호 "목재 방화문 및 그 제작방법"은 목재 문을 불연성 조성물로 불연 처리하여 화재안전에 도움을 주는 목재 방화문을 제공하고 있다.

한편, 최근 아파트의 경우 초고층화 추세에 있는데, 초고층 건물의 경우 화재가 발생하면 인적, 물적으로 엄청난 피해가 발생하게 된다. 그러므로 주거공간의 각 방이 방화구획으로 구성된다면, 화재가 발생한 방에 화염을 일정시간 동안 국한시킬 수 있어서 전체 주거공간으로 화재가 확산하는 것을 지연시켜 재산 및 인명 피해를 최소화시킬 수 있다. 하지만, 또한, 현재 기존의 아파트 피난시설에 설치되어 있는 도어는 표면은 목재 무늬목을 사용하고, 내부에는 암면 및 무기질보드를 사용한 것이므로 무게가 무겁고 시간이 지남에 따라 암면 등에서 미세한 무기질 분말이 발생하게 되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 기술로 특허등록 제1253606호 "셀룰로오즈 실리케이트섬유를 사용한 경량 목재 방화문"은 기존 목재 방화문에서 문제가 되었던 중량 및 분진문제를 근본적으로 해결할 수 있도록 했다.

통계상 화재가 발생하고 소방차가 출동하기까지 통상 9분 정도가 소요되므로 그 동안 화재가 침입하지 않는 대피공간이 필요한데, 대피공간의 도어는 화재의 침입을 막아주는 방화문이어야 한다. 일반적으로 상업용 건물에서는 철제 방화문이 사용될 수 있지만, 주거용 아파트에서는 목재로 제작된 도어를 사용하고 있어서, 아파트 출입문인 철제의 방화문을 실내도어에 적용하면 화염의 전파를 효과적으로 차단할 수 있어서 좋기는 한데, 철제 특유의 차가운 느낌과 실내 인테리어와의 부조화 문제가 있어서 실제는 시공하기가 어렵다.

한편, 아파트의 모든 실내도어를 방화문으로 만들 필요는 없으므로, 현행법에서는 아파트 공간에 화재를 대피할 안전지대를 확보하기 위해 아파트의 베란다에 피난공간을 확보하도록 하거나 보일러실 입구를 방화문으로 하도록 규정하고 있다. 그런데 대피공간의 방화문을 철제로 하면 높은 열전도로 인해 외부열이 내부로 전달되어 금방 내부가 뜨거워지므로 대피공간에 들어가 있는 사람은 강한 열기를 견딜 수가 없게 되고, 그렇다고 대피공간의 문을 일반 목재로 만들면 쉽게 타므로 사용할 수 없다.

이러한 문제들을 해결하기 위한 상기 특허기술의 목재 방화문은 모두 화재를 막는 방화문으로서의 해결책만을 제시하였고, 방화성능을 부여하는 동시에 새로운 기능성을 부여하는 시도는 이루지지 않았다. 따라서 아파트와 같은 주거공간의 피난시설 도어의 화재안전성을 확보하고 동시에 건강에 유익한 기능성을 확보할 수 있는 목재 방화문의 출현이 절실히 요구된다고 하겠다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 아파트와 같은 주거공간의 내부에 설치되는 피난시설의 실내도어 제작시 도어의 프레임 전면과 후면에 포름알데히드 제거, 전자파차폐, 습도조정 등의 기능과 난연성능을 가진 탄화보드와, 불연성을 가진 불연보드를 결합하고, 내부공간에는 불연섬유를 충진하여 화재안전성과 기능성을 동시에 갖는 탄화보드를 사용한 목재 방화문을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 과제 해결을 위하여 본 발명에 따른 탄화보드를 사용한 목재 방화문은, 테두리와, 상기 테두리 사이를 가로지르도록 목재로 틀이 제작되며, 상기 테두리 사이에 형성된 공간에 불연재가 충진되어 구성된 프레임; 상기 프레임의 양측에 각각 부착되는 탄화보드가 포함된 보드(board); 상기 보드와 프레임 사이에 각각 삽입되는 불연섬유를 포함하여 구성되어 주거공간의 피난시설 실내도어에 주로 사용되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 보드는, 보드 전면(全面)에 배치되고 외측면 쪽으로 위치하는 탄화보드와, 전면에 배치되고 상기 탄화보드의 내측에 위치하는 불연보드를 구비하여 구성되거나, 보드 전면(全面)에 불연보드를 배치하고, 상기 불연보드의 일부에 외측이 개방된 요부(凹部)를 형성해서 상기 요부에 탄화보드를 삽입하여 구성한다.

바람직하게는, 불연보드는 질석보드, 마그네슘보드, 시멘트보드 중 어느 하나이며, 불연재와 불연섬유는 세라믹섬유이다.

바람직하게는, 탄화보드는 800∼1,000℃에서 탄화된 탄화보드의 양면에 물유리와 황토분말을 중량비로 9:1로 혼합한 황토액을 도포한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 탄화보드를 사용한 목재 방화문은, 도어의 프레임 전면과 후면에 포름알데히드 제거, 전자파차폐, 습도조정 등의 기능과 난연성능을 가진 탄화보드와, 불연성을 가진 불연보드를 결합하고, 내부공간에는 불연섬유를 충진하여 실내도어를 제작한 것이기 때문에 아파트와 같은 주거공간의 내부에 설치되는 피난시설의 실내도어가 화재안전성과 건강에 유익한 다양한 기능성을 동시에 갖게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 방화문을 분해하여 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방화문을 결합한 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 방화문에 사용된 탄화보드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 방화문에 사용된 보드의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 방화문의 화재실험을 위해 다수의 온도측정 센서를 부착한 상태를 촬영한 사진이다.

본 발명에 따른 탄화보드를 사용한 목재 방화문의 가장 큰 기술적 특징은, 도어의 프레임 전면과 후면에 난연성과 기능성을 가진 탄화보드와 불연성을 가진 불연보드를 결합하고, 내부공간에는 불연섬유를 충진하여 실내도어를 제작하여 주거공간의 내부에 설치되는 피난시설 실내도어가 화재안전성과 건강에 유익한 다양한 기능성을 동시에 갖게 했다는 점이다.

본 발명의 목재 방화문은 아파트와 같은 주거공간 내의 각 방의 실내도어에도 사용할 수 있지만, 목재 방화문이 고가이고 현행법에서 각 방의 실내도어까지 방화문을 설치하도록 규정되어 있지 않기 때문에, 현재 법으로 규정되어 있는 현관문 또는 주거공간의 내부에 설치되는 피난시설의 실내도어에 주로 사용된다.

본 발명의 목재 방화문은 아파트와 같은 주거공간의 내부에 설치되는 피난시설의 실내도어에 주로 사용되는데, 방화문은 프레임(10)과, 프레임(10)의 양측면에 각각 부착되는 보드(20) 및 프레임(10)과 보드(20) 사이에 삽입되는 불연섬유(25, 25')를 기본적으로 구비하게 된다.

프레임(10)은 방화문의 테두리와, 상기 테두리 사이를 가로지르도록 목재로 제작된 틀인데, 프레임(10)은 각목 또는 일정 두께를 갖는 합판으로 제작되며, 상기 테두리와 테두리 사이를 가로지르는 목재 사이에 형성된 공간에는 불연재(11)를 충진하여 구성된다. 불연재(11)는 불연성을 가진 재질이면 어떤 것을 사용하더라도 상관없는데, 약 1,300℃까지 불연성을 갖는 세라믹섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

보드(board)(20)는 탄화보드(21, 21')를 포함하여 구성되어 프레임(10)의 양측에 각각 부착되게 된다. 보드(20)는 탄화보드(21, 21')와 불연보드(23, 23')로 구성되는데, 제1실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탄화보드(21, 21')를 보드의 외측면 쪽으로 위치하게 하여 보드의 전면(全面)에 배치하고, 탄화보드(21, 21')의 내측으로는 불연보드(23, 23')를 보드의 전면(全面)에 배치하여 구성한다,

보드(20)의 제2실시예는 탄화보드(21, 21')를 보드의 일부에만 배치한 것인데, 도 4에 도시한 바와 같이, 일부에 외측이 개방된 요부(凹部)를 형성한 불연보드(23, 23')를 보드의 전면(全面)에 배치하고, 불연보드(23, 23')의 요부에 탄화보드(21, 21')를 삽입하여 구성한 것으로, 요부는 한 군데만 형성할 수도 있고 다수 개소에 형성할 수도 있다. 이는 포름알데히드 제거, 전자파차폐, 습도조정 등의 기능과 난연성능을 갖는 탄화보드가 고가(高價)이기 때문에 경제적인 면과 탄화보드의 기능적인 면을 고려한 실시예이다.

불연보드(23, 23')는 질석보드, 마그네슘보드, 시멘트보드 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 탄화보드(21, 21')는 800∼1,000℃에서 탄화시켜 그대로 사용해도 되지만, 탄화보드의 양면에 물유리와 황토분말을 중량비로 9:1로 혼합한 황토액(21a, 21b)을 1∼3회 도포한 것(도 3 참조)을 사용하는 것이 바람직하다. 탄화된 탄화보드 자체는 KS 기준으로 난연3급(난연)의 자재이지만, 상기와 같이 황토액을 도포하면 난연2급(준불연)으로 그 기능이 훨씬 향상되게 된다.

참고로 KS에 규정된 건축 내장재료의 난연성능 판정 기준은 [표1]과 같다.

건축 내장재료의 난연성능 판정 기준

난연등급	시험조건		판정기준(KS F ISO 5660-1)
난연등급	가열조건	가열시간	판정기준(KS F ISO 5660-1)
난연1급(불연)	50㎾/㎡	20분	-총방출열량(THR)이 8MJ/㎡ 이하일 것 -최대열방출률(PHHR)이 10초 이상 200㎾/㎡를 초과하지 않을 것 -방화상 유해한 관통, 균열, 구멍 등이 발생하지 않을 것
난연2급(준불연)	50㎾/㎡	10분
난연3급(난연)	50㎾/㎡	5분

불연섬유(25, 25')는 보드(20)와 프레임(10) 사이에 각각 삽입되는데, 불연섬유는 불연성을 가진 재질이면 어떤 것을 사용하더라도 상관없고, 약 1,300℃까지 불연성을 갖는 세라믹섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

방화문의 보드(20) 외측으로는 무늬목, 비닐시트, 금속시트와 같은 표면마감재를 더 부착하여 실내 인테리어와 조화되게 하여 미관을 향상시킬 수도 있다. 여기서 표면마감재에 구멍을 뚫어 놓으면, 탄화보드의 포름알데히드 제거, 전자파차폐, 습도조정 등의 기능을 살릴 수 있다.

[방화문의 내화성 및 유해성 실험]

1. 방화문 제작

가로 850mm, 세로 2100mm, 두께 55mm의 방화문을 제작하였다(도 5 참조).

방화문의 앞면 : 질석보드부와 탄화보드부의 2개 부분으로 구성하였다. 질석보드부는 15mm 두께의 불연성의 질석보드를 사용하였고, 탄화보드부는 가로 300mm, 세로 600mm, 두께 7mm의 탄화보드를 사용하였다. 탄화보드는 탄소로 이루어져 내화성능을 우수하나 열전도성이 큰 특징을 가지므로, 앞면과 뒷면의 탄화보드 사이에 15mm 두께의 질석보드를 삽입하여 열전도성을 낮추었다.

방화문의 중간면 : 테두리와 내부를 가로지르도록 설치되는 프레임은 두께 15mm의 합판을 폭 50mm로 재단하여 사용하였다. 테두리와 가로막(3개)만 남기고 나머지 부분은 제거하였다. 제거된 부분에는 불연재를 채워 넣었다. 불연재로는 1300℃에서도 타지 않는 시판하고 있는 세라믹섬유(두께 12.5mm)를 사용하였다.

방화문의 뒷면 : 앞면부와 마찬가지로 15mm 두께의 질석보드와, 7mm 두께의 탄화보드(가로 300mm, 세로 600mm)를 조합하여 구성하였다.

2. 방화문의 화재실험

상기 제작한 방화문을 대상으로 실대형 방화시험(KS F 2268-1, 방화문의 내화시험방법)을 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 실시하였다. 방화문 앞면의 질석보드에 5개, 탄화보드에 3개의 온도센서를 부착하고, 후면 가열방식으로 방화시험을 실험하였다. 30분이 경과한 시점에서 앞면 질석보드의 표면은 평균 64.7℃이며, 탄화보드의 표면은 74.4℃를 나타내었다. 60분이 경과한 시점에서 앞면 질석보드의 표면은 평균 99.9℃이며, 탄화보드의 표면은 197.6℃를 나타내었다. 60분이 경과한 시점에서 방화문 앞문의 표면온도가 100℃ 또는 200℃ 이상으로 올라가기는 하지만, 전면이 갈라지거나 연기가 새어나오는 등 외관적으로는 아무런 이상을 나타내지 않았다. 탄화보드로 만든 방화문은 비차열 30분의 을종방화문으로서의 성능은 충분히 발휘하는 것으로 판단된다.

방화문 앞면의 온도변화

시간 (min)	온도 측정 부위										비고
	질석보드 표면						탄화보드 표면				비고
	CH1	CH2	CH3	CH4	CH5	평균	CH6	CH7	CH8	평균	실제 가열면 온도 945℃
0	0.5	1.7	1.2	2.2	-1.1	0.9	1.0	0.0	1.0	0.7
30	72.4	60.9	60.1	63.3	66.6	64.7	73.7	68.0	81.5	74.4
60	94.3	93.3	102.6	97.2	112.2	99.9	194.8	185.5	212.5	197.6

3. 탄화보드의 내화실험

ASTM 2863의 산소지수 측정장치에 의한 탄화보드의 한계산소지수(Limiting Oxygen Index : LOI)를 측정한 결과 70%라는 시험결과가 나왔는데, 이는 철도차량 안전기준에 의하면 모든 위험 등급에서 내장판, 의자, 통로연결막, 바닥재의 모든 용도로 사용할 수 있는 성능을 의미한다(32% 이상이면 적합). 또한 콘칼로리미터 시험에서 총방출열량(THR)은 1.8MJ/㎡(KS기준 8MJ/㎡ 이하), 최대열방출률(PHHR)은 10초 이상 10kW/㎡(KS기준 200 kW/㎡ 이하)를 초과하지 않았으며, 방화상 유해한 관통 균열 구멍 등이 발생하지 않았다. 이러한 시험결과는 황토액 코팅 탄화보드가 난연2급(준불연) 재료에 적합한 성능임을 의미한다.

4. 탄화보드의 가스유해성 실험

KS F ISO 5660-1의 콘칼로리미터에 의한 연소 실험 결과, 800℃ 및 1,000℃에서 제조된 탄화보드의 총연기방출율은 각각 94.3 ㎡/㎡, 2.5㎡/㎡2, 0.21㎡/㎡로 탄화하지 않은 MDF의 총연기방출율(94.281㎡/㎡)에 비하여 매우 낮게 나타났다. 연기방출율은 탄화온도의 증가와 함께 줄어드는 경향을 나타내었으며, 특히 800∼1,000℃에서 제조된 탄화보드는 화재가 발생하여도 연기를 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

한편, KS F 2271에 의한‘건축물의 내장재료 및 공법의 난연성 시험방법’에 따라 MDF와 800∼1000℃에서 제조한 탄화보드의 가스 유해성을 조사한 결과, 쥐들의 평균 행동정지시간이 MDF는 5.79분으로 KS 기준(9분)을 통과하지 못하였으나, 탄화보드는 14.12분으로 기준을 통과하여 가스유해성은 인정되지 않았다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 프레임 11 : 불연재
20 : 보드(board) 21, 21' : 탄화보드
23, 23' : 불연보드 25, 25' : 불연섬유
31 : 탄화보드부 33 : 질석보드부

Claims

주거공간 내에 설치되는 피난시설의 도어에 사용되는 목재 방화문에 있어서,
상기 방화문은,
테두리와, 상기 테두리 사이를 가로지르도록 목재로 틀이 제작되며, 상기 테두리 사이에 형성된 공간에 불연재가 충진되어 구성된 프레임;
상기 프레임의 양측에 각각 부착되는 탄화보드가 포함된 보드(board);
상기 보드와 프레임 사이에 각각 삽입되는 불연섬유;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화보드를 사용한 목재 방화문.
제1항에 있어서, 상기 보드는,
보드 전면(全面)에 배치되고, 외측면 쪽으로 위치하는 탄화보드;
전면에 배치되고, 상기 탄화보드의 내측에 위치하는 불연보드;
를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화보드를 사용한 목재 방화문.
제1항에 있어서, 상기 보드는,
보드 전면(全面)에 배치되는 불연보드;
상기 불연보드의 일부에 외측이 개방된 요부(凹部)를 형성하여, 상기 요부에 삽입되는 탄화보드;
를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화보드를 사용한 목재 방화문.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 불연보드는 질석보드, 마그네슘보드, 시멘트보드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄화보드를 사용한 목재 방화문.
제1항에 있어서,
상기 불연재와 불연섬유는 세라믹섬유인 것을 특징으로 하는 탄화보드를 사용한 목재 방화문.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄화보드는, 800∼1,000℃에서 탄화된 탄화보드의 양면에 물유리와 황토분말을 중량비로 9:1로 혼합한 황토액을 도포한 것을 특징으로 하는 탄화보드를 사용한 목재 방화문.
제1항에 있어서,
상기 보드 외측으로는 무늬목, 비닐시트 또는 금속시트로 된 표면마감재를 더 부착한 것을 특징으로 하는 탄화보드를 사용한 목재 방화문.