KR20150140469A - 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법 - Google Patents

우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복합 난연액의 제조시, 우레탄계의 바인더를 사용함으로써, 기존의 경화성 수지 바인더인 멜라민과 페놀계에서 발생되는 포롬알데하이드의 유해성이 배제되고, 기존의 가소성 수지인 PVA와 EVA의 난연 내열성 약화의 문제점을 열경화성인 우레탄계로 해소하여 난연성 발포 폴리스티렌 발포체의 효율이 증가하는 특징이 있다.

Description

우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법{Method of producing flame retardant expanded polystyrene foam with a urethane binder}
본 발명은 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복합 난연액의 제조시, 우레탄계의 바인더를 사용함으로써, 기존의 경화성 수지 바인더인 멜라민과 페놀계에서 발생되는 포롬알데하이드의 유해성이 배제되고, 기존의 가소성 수지인 PVA와 EVA의 난연 내열성 약화의 문제점을 열경화성인 우레탄계로 해소하여 난연성 발포 폴리스티렌 발포체의 효율이 증가하는 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법에 관한 것이다.
성형된 폴리스티렌 발포체(스티로폼)는 건축물의 단열을 위한 단열재로 널리 사용되고 있다. 스티로폼은 가격이 저렴하고 가공성과 경량성이 우수하다는 장점이 있지만 불에 매우 취약하며, 압출보드(압출법 폴리스티렌 XPS)에 비하여 단열성이 떨어진다는 문제점을 가지고 있다. 단열성이 부족하면 원하는 수준의 단열성을 얻기 위해서는 더 두꺼운 단열재를 사용하여야 하기 때문에 스티로폼 제조 원가상승과 건축물 내, 외벽의 두께가 두꺼워지는 단점을 가진다.
이러한 문제점을 해결하고자 한 종래의 기술로, 팽창성 흑연을 스티렌 중합 시 첨가하는 기술이 개시된 바가 있다.
한국공개특허 10-2006-0030155호(발명의 명칭 : 단열특성이 우수한 발포성 폴리스티렌 입자의 제조방법)에서는 흑연입자를 스티렌 중합 과정에서 포함시키고 난연제로서 유기브롬 화합물을 포함시켜 단열성능을 향상시키는 제조방법이며, 한국공개특허 10-2007-0053953호,(발명의 명칭 : 단열특성이 우수한 발포성 폴리스티렌 입자의 제조방법)는 폴리스티렌 입자에 흑연을 5중량%를 혼합하여 220℃로 용융하며 폴리스티렌을 압출하여 미니 펠렛을 만든 후, 흑연이 함유된 폴리스티렌 입자를 반응기로 이송하고 물, 현탁제, 유기 난연제, 기포 조절제를 투입 혼합하여 120℃의 온도로 가열하며 발포제(펜탄)를 투입하고 5시간 유지하여 탈수 건조 후 흑연이 함유된 발포성 폴리스티렌을 제조하는 방법이다.
상기 기술들은 제조 공정에 변화만 있을 뿐 흑연을 폴리스티렌에 포함시킨다는 점에서는 공통되며 발포성 폴리스티렌 비드를 1차 발포하여 숙성시키고 공지의 입자법으로 성형하여 스티로폼을 제조할 때 공통적으로 입자 간의 융착성이 불량하여 성형이 어렵다는 단점이 있다. 또 최종 성형체는 포함된 흑연의 흡수성으로 인하여 시간이 지날수록 단열성이 저하되는 단점이 있으며, 경제성이 부족하여 아직 본격적으로 실용화 되지 못하고 있다.
이러한 문제점 해결을 시도한 것으로, 발포성 폴리스티렌 비드에 알루미늄 분말을 코팅하는 기술로, 한국공개특허 10-2007-0076026호(발명의 명칭 : 알루미늄 입자로 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자 및 그 제조방법)가 있으며, 이 기술은 판상형 알루미늄을 레진(접착제)으로 1차 코팅하여, 발포성 폴리스티렌 비드에 레진으로 코팅된 판상형 알루미늄분말 0.1~25중량%를 폴리프로필렌왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리스티렌으로 코팅하는 기술이다.
이 기술은 알루미늄이 적외선을 반사하는 작용을 이용한 것인데, 알루미늄 분말이 고가 인 것에 비하여 단열성능 향상은 미약하고 공정이 복잡하여 경제성이 없어서 실용화되지 못하고 있다.
발포성 폴리스티렌 비드의 다른 취약점인 난연성 부족을 해결하기 위한 종래의 기술들은 아래와 같다.
한국특허공보 제1999-000001호(발명의 명칭 : 난연 폴리스티렌계 수지 및 그 제조방법)에는 폴리스티렌계 수지에 난연제로서 염소화 파라핀, 산화 안티몬, 열팽창성 흑연 등을 첨가하여 난연 폴리스티렌을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
한국공개특허 제1995018241호(발명의 명칭 : 비할로겐계 난연 폴리스티렌계 수지 및 그 제조방법)는 폴리스티렌수지에 난연제로서 열팽창성 흑연, 적린, 고무 등을 혼합하여 가열하여 압출하는 제조방법이 개시되어 있다.
이렇듯, 난연 발포성 폴리스티렌(EPS) 폼재의 난연성능이 난연액으로 결정되는데, 특히, 난연액의 성분 중 바인더(Binder,접착제)의 중요성이 매우크다.
즉, 접착제가 결정짖는 것은 - 난연제의 코팅성능, - 난연 내열성, - 건조공정의 작업성, - 성형공정의 융착성, - 난연제의 탈착방지, - 작업환경(냄새 등의 작업환경) 등이 있다.
그런데, 종래에 사용되는 바인더를 살펴보면, 경화성수지 바인더인 멜라민과 페놀계는 포롬알데하이드의 유해성 물질이 발생하고, 가소성 수지인 PVA와 EVA는 난연 내열성이 약한 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2006-0030155호 한국공개특허 제10-2007-0053953호 한국공개특허 10-2007-0076026호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
복합 난연액의 제조시, 우레탄계의 바인더를 사용함으로써, 기존의 경화성 수지 바인더인 멜라민과 페놀계에서 발생되는 포롬알데하이드의 유해성이 배제되고, 기존의 가소성 수지인 PVA와 EVA의 난연 내열성 약화의 문제점을 열경화성인 우레탄계로 해소하여 난연성 발포 폴리스티렌 발포체의 효율이 증가하는 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 EPS(Epandable polystyrene) 비드가 발포기에서 1차 발포되고, 상기 발포된 EPS 비드가 사일로에서 숙성하는 단계(S100);
배합기에 유무기물 난연제, 물 또는 용제, 우레탄 바인더, 첨가제를 넣고 배합하여 난연화 도포제인 복합 난연액을 제조하는 단계(S200);
상기 복합 난연액과 숙성된 EPS 발포 비드를 코팅기에 넣고 회전을 통해 EPS 발포 비드에 복합 난연액이 코팅되고, 상기 코팅된 EPS 발포 비드를 1차 건조기에서 1차 건조하는 단계(S300);
상기 1차 건조된 EPS 발포 비드를 2차 건조기에서 물 또는 용제를 증발시켜 2차 건조하는 단계(S400);
상기 2차 건조된 EPS 발포 비드를 사일로에서 또 다시 숙성하는 단계(S500);
상기 숙성된 EPS 발포 비드를 성형기에서 성형 몰딩하여 난연 EPS 폼재로 제조하는 단계(S600);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법은 복합 난연액의 제조시, 우레탄계의 바인더를 사용함으로써, 기존의 경화성 수지 바인더인 멜라민과 페놀계에서 발생되는 포롬알데하이드의 유해성이 배제되고, 기존의 가소성 수지인 PVA와 EVA의 난연 내열성 약화의 문제점을 열경화성인 우레탄계로 해소하여 난연성 발포 폴리스티렌 발포체의 효율이 증가하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법을 나타낸 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅기와 1차 건조기를 나타낸 개략도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 EPS(Epandable polystyrene) 비드가 발포기에서 1차 발포되고, 상기 발포된 EPS 비드가 사일로에서 숙성하는 단계(S100);
배합기에 유무기물 난연제, 물 또는 용제, 우레탄 바인더, 첨가제를 넣고 배합하여 난연화 도포제인 복합 난연액을 제조하는 단계(S200);
상기 복합 난연액과 숙성된 EPS 발포 비드를 코팅기에 넣고 회전을 통해 EPS 발포 비드에 복합 난연액이 코팅되고, 상기 코팅된 EPS 발포 비드를 1차 건조기에서 1차 건조하는 단계(S300);
상기 1차 건조된 EPS 발포 비드를 2차 건조기에서 물 또는 용제를 증발시켜 2차 건조하는 단계(S400);
상기 2차 건조된 EPS 발포 비드를 사일로에서 또 다시 숙성하는 단계(S500);
상기 숙성된 EPS 발포 비드를 성형기에서 성형 몰딩하여 난연 EPS 폼재로 제조하는 단계(S600);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅기와 1차 건조기를 나타낸 개략도이다.
도 에 도시한 바와 같이, 본 발명의 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법은 우선, EPS(Epandable polystyrene,발포폴리스티렌) 비드가 발포기에서 1차 발포되고, 상기 발포된 EPS 비드가 사일로에서 숙성된다.(S100) 여기서, 상기 발포기(미도시)는 몸통에 EPS 비드를 넣고 모터에 의해 회전되는 교반날개가 회전되면서 EPS 비드를 발포시키는 것이다.
한편, 배합기에 유무기물 난연제, 물 또는 용제, 우레탄 바인더, 첨가제를 넣고 배합하여 난연화 도포제인 복합 난연액을 제조한다.(S200)
여기서, 상기 복합 난연액은 우레탄 바인더(접착제) 24 ~ 35 중량%, 물 또는 용제 24 ~ 35 중량%, 유무기물 난연제 30 ~ 50 중량%, 첨가제 0.5 ~ 2 중량%의 배합비로 이루어진다.
이때, 상기 우레탄 바인더는 우레탄계에 멜라민, 페놀, 초산비닐, 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리비닐아세테이트(PVAC) 중 어느 하나 이상을 선택적으로 혼합하여 이루어지고, 상기 유무기물 난연제는 팽창 흑연, 수산화 알루미늄로 이루어지며, 상기 첨가제는 분산제, 계면활성제, 침강방지제 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
또한, 상기 배합기(미도시)는 몸통 내에 유무기물 난연제, 물 또는 용제, 우레탄 바인더, 첨가제를 넣은 상태에서 모터에 의해 회전되는 교반날개가 회전되면서 상호 섞여 복합 난연액으로 제조된다.
그런 다음, 상기 복합 난연액과 숙성된 EPS 발포 비드를 코팅기(10)에 넣고 회전을 통해 EPS 발포 비드에 복합 난연액이 코팅되고, 상기 코팅된 EPS 발포 비드를 1차 건조기(20)에서 1차 건조한다.(S300)
여기서, 상기 코팅기(10)와 1차 건조기(20)는 도 2에서처럼, 하나의 케이스(50) 내에 일체형으로 형성되고, 상기 케이스(50) 내에 코팅공간과 건조공간으로 구획되도록 격벽(30)이 형성되며, 상기 격벽(30)의 일단부에는 다수개의 게이트(31)가 형성되어 다수개의 게이트(31) 중 어느 하나가 선택적으로 개방됨으로써, 상기 EPS 발포 비드가 코팅기(10) 내에서 체류되는 시간을 조절한다.
즉, 상기 코팅기(10)는 도 2에서처럼, EPS 발포 비드와 복합 난연액이 내부에 투입되어 다수개의 교반 날개(11)의 회전을 통해 EPS 발포 비드의 표면에 복합 난연액이 고루 도포되어 코팅되는데, 상기 교반 날개(11)는 다수개가 코팅기(10) 내에 수직 또는 수평으로 구비되어 회전을 통해 투입된 EPS 발포 비드의 표면에 복합 난연액을 골고루 묻혀주어 EPS 발포 비드의 전체 표면에 도포될 수 있게 한다.
여기서, 상기 1차 건조기(20)는 도 1에 도시한 바와 같이, 코팅기(10)에서 코팅되어 이송된 EPS 발포 비드를 열풍에 의해 건조되며, 건조시, 다수개의 교반 날개(21)의 회전을 통해 EPS 발포 비드의 표면에 열풍이 고루 전달되어 빠르고 균일하게 건조가 이루어진다.
또한, 상기 교반 날개(21)는 다수개가 1차 건조기(20) 내에 수직 또는 수평으로 구비되어 회전을 통해 EPS 발포 비드의 표면에 코팅된 복합 난연액을 골고루 건조시킬 수 있다.
그리고, 상기 1차 건조기(20)는 외부에 열풍기 등이 열원장치(미도시)와 연결되어 열풍이 내부에 유입되는 구조이고, 상기 열풍은 약 60℃정도의 온도로 이루어진다.
그런 다음, 상기 1차 건조된 EPS 발포 비드를 2차 건조기(40)에서 물 또는 용제를 증발시켜 2차 건조한다.(S400)
여기서, 상기 2차 건조기(40)는 도 2에서처럼, 케이스 내부에 복수개의 격판(41)이 상호 엇갈리게 겹쳐지도록 형성되고, 상기 격판(41)이 슬라이딩 이동하여 개폐되는 정도를 조정할 수 있어 격판(41)이 설치된 공간 사이로 열풍이 유도되면서 격판(41)에 의한 구간별로 EPS 발포 비드가 체류하는 시간과 배출되는 양을 조절할 수 있어 최적의 조건 효율을 나타낼 수 있게 된다.
그런 다음, 상기 2차 건조기(40)에서 2차 건조된 EPS 발포 비드를 사일로(9)에 이송한 뒤, 상기 사일로(9)에서 또 다시 숙성한다.(S500)
그런 다음, 상기 숙성된 EPS 발포 비드를 성형기(7)에서 성형 몰딩하는데, 상기 성형기(7)는 도 2에서처럼, 사일로(9)에서 숙성된 EPS 발포 비드가 내부에 투입된 뒤, 고온으로 압축되면서 스팀이 분사되는 일반적인 성형 방법에 의해 성형 몰딩된다.
마지막으로, 성형 몰딩된 EPS 발포 비드를 블록건조기(8)에서 건조한 뒤, 난연 EPS 폼재로 절단하여 제품으로 제조한다.(S600)
이하에서는 상기의 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법에서 사용된 본 발명의 바인더와 종래의 바인더의 성능에 대해 표 1로 기술한다.
Binder 명칭 코팅성능 내열성 작업성 및 환경 기 타
종래 PVA, EVA 등의 가소성수지 ○ × ○
종래 멜라민, 페놀계의 경화성수지 ◎ ◎ ×
본 발명 우레탄계 △ ○ ○ ※ 코팅성능을 향상시키는데 사용됨.
참고로, ◎ : 매우좋음, ○ : 좋음, △ : 보통, × : 나쁨
7 : 블록성형기 8 : 블록건조기
9 : 사일로 10 : 코팅기
11,21 : 교반 날개 20 : 1차 건조기
30 : 격벽 31 : 게이트
40 : 2차 건조기 41 : 격판
50 : 케이스

Claims (4)

  1. EPS(Epandable polystyrene) 비드가 발포기에서 1차 발포되고, 상기 발포된 EPS 비드가 사일로에서 숙성하는 단계(S100);
    배합기에 유무기물 난연제, 물 또는 용제, 우레탄 바인더, 첨가제를 넣고 배합하여 난연화 도포제인 복합 난연액을 제조하는 단계(S200);
    상기 복합 난연액과 숙성된 EPS 발포 비드를 코팅기(10)에 넣고 회전을 통해 EPS 발포 비드에 복합 난연액이 코팅되고, 상기 코팅된 EPS 발포 비드를 1차 건조기(20)에서 1차 건조하는 단계(S300);
    상기 1차 건조된 EPS 발포 비드를 2차 건조기(40)에서 물 또는 용제를 증발시켜 2차 건조하는 단계(S400);
    상기 2차 건조된 EPS 발포 비드를 사일로(9)에서 또 다시 숙성하는 단계(S500);
    상기 숙성된 EPS 발포 비드를 성형기(7)에서 성형 몰딩하여 난연 EPS 폼재로 제조하는 단계(S600);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복합 난연액은 우레탄 바인더(접착제) 24 ~ 35 중량%, 물 또는 용제 24 ~ 35 중량%, 유무기물 난연제 30 ~ 50 중량%, 첨가제 0.5 ~ 2 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 우레탄 바인더는 우레탄계에 멜라민, 페놀, 초산비닐, 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리비닐아세테이트(PVAC) 중 어느 하나 이상을 선택적으로 혼합하여 이루어지고,
    상기 유무기물 난연제는 팽창 흑연, 수산화 알루미늄로 이루어지며,
    상기 첨가제는 분산제, 계면활성제, 침강방지제 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅기(10)와 1차 건조기(20)는 하나의 케이스(50) 내에 일체형으로 형성되고, 상기 케이스(50) 내에 코팅공간과 건조공간으로 구획되도록 격벽(30)이 형성되며, 상기 격벽(30)의 일단부에는 다수개의 게이트(31)가 형성되어 다수개의 게이트(31) 중 어느 하나가 선택적으로 개방됨으로써, 상기 EPS 발포 비드가 코팅기(10) 내에서 체류되는 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 우레탄 바인더를 이용한 난연성 발포 폴리스티렌 발포체 제조방법.
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