KR20160057611A - 적층 합본 발포 단열재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 얇은 두께의 발포 단열재를 적층하여 필요한 두께의 발포 단열재를 제조함에 있어서 압출과 발포 등의 발포 단열재를 생산하는 공정과 생산된 발포 단열재를 적층하여 합본하는 공정이 단절되지 않는 인-라인 방식으로 연속 생산할 수 있어 생산성이 높을 뿐만 아니라 불량률을 낮출 수 있으며, 아울러 발포 단열재를 적층하여 합본함에 있어서 유독가스나 심한 악취를 유발하는 화학 접착제를 사용하지 않고, 발포 단열재 원재료에 포함된 플라스틱 수지와 동일한 성분의 플라스틱 수지 용융액을 이용하여 상호 접합시키는 방식을 사용함으로써, 근로자의 작업 환경을 크게 개선할 수 있을 뿐만 아니라 사용 후 폐기된 발포 단열재를 재활용하는 데에도 아무런 문제가 발생하지 않는 친환경적인 적층 합본 발포 단열재의 제조방법에 관한 것이다.

Description

적층 합본 발포 단열재의 제조방법{Manufacturing Method Of Multi-Layer Foamed Heat Insulating Material}

본 발명은 발포 단열재의 제조방법에 관한 것으로, 특히 얇은 두께의 발포 단열재 다수개를 상하로 적층 합본하여 하나의 두꺼운 두께의 발포 단열재를 제조함에 있어서 별도의 화학 접착제를 사용하지 않을 뿐만 아니라 성형에서 합본 단계까지 연속적인 공정으로 행할 수 있는 적층 합본 발포 단열재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 단열재는 일정한 온도가 유지되도록 하려는 부분의 바깥쪽을 피복하여 외부로의 열손실이나 열 유입을 최소화하기 위한 재료를 말하는데, 사용되는 온도에 따라 약 100℃ 이하의 보냉재와 100 ~ 500℃의 보온재, 500 ~ 1,100℃의 단열재, 1,100℃ 이상의 내화단열재로 구분하기도 한다.

단열재의 소재로는 열전도율이 작은 것이 이상적이지만, 대개의 경우 그다지 작지 않은 열전도율을 보완하기 위하여 단열재 내부가 다공질이 되도록 형성하여 기공 속의 공기의 단열성을 이용하고 있다.

단열재의 소재는 크게 유기질과 무기질로 나누어지는데, 유기질 소재로는 코르크, 면, 펠트, 탄화코르크, 발포고무 등이 있으며, 약 150℃ 이하의 온도에서 사용하는 데 적합하다. 무기질 소재로는 석면, 유리솜, 석영솜, 규조토, 탄산마그네슘 분말, 마그네시아 분말, 규산칼슘, 펄라이트 등이 사용되며, 대부분 고온에서의 사용에 견딜 수 있는 것이 특징이다.

이중에서 높은 경제성으로 인하여 건축물의 내외장재 등으로 가장 널리 사용되고 있는 것은 플라스틱 계열 발포 단열재로써, 폴리스틸렌이나 폴리우레탄, 폴리에틸렌 등과 같은 플라스틱 수지를 발포제로 발포시킨 것인데, 열전도율은 평균 온도 20℃에서 대략 0.020 ~ 0.035 W/mk를 가지며, 사용 한계 온도는 최고 110℃ 정도이다.

발포 단열재를 생산하는 대표적인 방법으로는 비드법과 압출법이 있는데, 비드법에 의하여 제조된 발포 단열재는 일반적으로 EPS로 통용되며 특정 회사의 상품명인 ‘스티로폼’으로도 널리 알려져 있고, 비드법은 ‘비드’라고 하는 것을 발포시켜 단열재를 제조하기 때문에 주어진 명칭이다.

압출법에 의하여 제조된 발포 단열재는 통상 XPS로 불리며, 역시 특정 회사의 상품명인 ‘스타폼’ 또는 ‘아이소핑크’로도 알려져 있는데, 일반적으로 동일한 밀도에서 비드법에 의하여 제조된 발포 단열재보다 단열 성능이 높으며, 흡수율이 거의 없으므로 직접 물에 닿는 부위에 적용하여도 단열 성능이 보장되는 특징이 있다.

압출법은 일반적으로 원재료인 플라스틱 수지와 발포제, 기타 첨가제를 혼합하는 과정과, 원재료를 용융하여 압출하는 과정과, 모판을 성형하는 과정, 발포제를 발포하는 과정 등으로 이루어져 있다.

종래에는 압출장치에서 생산된 모판을 연속적으로 발포로에 투입하여 발포 단열재를 생산하는 인-라인 방식과, 압출 성형 공정이 끝난 모판을 곧바로 발포 공정에 투입하지 않고 특정 장소에 저장하고 있다가 차후 발포로에 투입하여 발포 단열재를 생산하는 오프-라인 방식으로 대별되었다. 오프-라인 방식은 종래 압출장치의 모판 생산율이 발포로에서 처리할 수 있는 생산율에 비하여 현저하게 떨어지기 때문에 채택된 방식으로서, 압출장치의 생산성이 현격하게 높아진 현재에는 온-라인 방식이 많이 사용되고 있다.

발포 단열재의 경우 앞서 언급한 바와 같이 단열재의 열전도율을 보완하기 위하여 셀(cell)이라고 하는 공기층 구멍을 형성하게 되는데, 발포 단열재 내에 이러한 셀을 형성하는 경우 열전도율 측면에서는 유리하지만 발포 단열재의 두께를 두껍게 하여 생산하는 경우에는 셀의 크기도 커지는 문제가 있었다.

발포 단열재 내의 셀의 크기가 커지는 경우 온도 변화에 따라 발포 단열재가 수축되거나 팽창하는 등 외형의 변화가 쉽게 일어나기 때문에 일반적으로 20 ~ 120 ㎜ 정도의 두께로 발포 단열재를 생산하고 있으며, 이보다 두꺼운 두께의 발포 단열재를 생산하기 위해서는 별도의 합본 공정을 추가로 필요로 하였다.

즉, 종래에는 일단 압출과 발포 등 모든 공정이 완료된 발포 단열재를 필요한 규격으로 재단한 후, 재단된 발포 단열재의 표면에 접착제를 도포하고 그 위에 다시 재단된 발포 단열재를 적층하는 것을 반복하여 필요한 두께의 발포 단열재를 생산하는 비연속적인 방식이 사용되었다.

그러나, 이와 같이 발포 단열재의 압출, 발포 등의 생산 공정과 생산된 발포 단열재를 일일이 적층하는 합본 공정이 연속적으로 이루어지지 않음에 따라 작업 속도가 떨어져 생산성이 크게 저하되고 추가적인 인건비 등에 의한 생산 원가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 미리 재단된 발포 단열재에 접착제 등을 도포하여 적층하는 합본 과정을 반복적으로 거치게 되므로, 아무리 정밀하게 작업한다고 하더라도 적층된 발포 단열재 상호 간에 단차가 필연적으로 발생하게 되어 품질이 저하되는 다른 문제점도 있었다.

또한, 합본 과정에 사용되는 접착제로 일반적으로 유독가스나 심한 악취를 배출하는 화학 접착제가 많이 사용되기 때문에 작업환경이 매우 열악할 수밖에 없을 뿐만 아니라, 이러한 화학 접착제에 의하여 합본된 발포 단열재는 재활용이 거의 불가능하여 자원이 낭비되고 환경이 오염되는 또 다른 문제점도 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0067874호(2008.07.22.공개)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 얇은 두께의 발포 단열재를 적층하여 필요한 두께의 발포 단열재를 제조함에 있어서 압출과 발포 등의 발포 단열재를 생산하는 공정과 생산된 발포 단열재를 적층하여 합본하는 공정이 단절되지 않는 인-라인 방식으로 연속 생산할 수 있어 생산성이 높을 뿐만 아니라 불량률을 낮출 수 있는 적층 합본 발포 단열재의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 발포 단열재를 적층하여 합본함에 있어서 유독가스나 심한 악취를 유발하는 화학 접착제를 사용하지 않고, 발포 단열재의 원재료에 포함된 플라스틱 수지와 동일한 재질의 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 상호 접합시키는 방식을 사용함으로써, 근로자의 작업 환경을 크게 개선할 수 있을 뿐만 아니라 사용 후 폐기된 발포 단열재를 재활용하는 데에도 아무런 문제가 발생하지 않는 친환경적인 적층 합본 발포 단열재의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 적층 합본 발포 단열재의 제조방법은, a) 압출 성형 후 발포된 다수개의 단위성형체를 공급하는 단계; b) 공급되는 다수개의 상기 단위성형체 각각을 이송하면서 하층에 위치할 단위성형체의 상면에 단위성형체 원재료에 포함된 플라스틱 수지와 동일한 플라스틱 수지 용융액을 일정한 두께로 도포하여 용융접착층을 형성하는 단계; c) 용융접착층이 형성된 다수개의 상기 단위성형체 각각을 이송하면서 상하로 적층 합본하여 연속적으로 적층 합본 발포 단열재를 형성하는 단계; 및 d) 연속적으로 형성되는 상기 적층 합본 발포 단열재를 이송하면서 일정한 크기로 재단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 b)단계는, 0.01 ~ 0.03㎜의 두께로 단위성형체 원재료에 포함된 플라스틱 수지와 동일한 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 용융접착층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 b)단계는, 130 ~ 300℃의 온도로 가열된 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 용융접착층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 a)단계는, a-1) 원재료를 혼합한 후 다수개의 압출장치를 통해 다수개의 단위성형체 각각을 연속적으로 성형하는 단계; 및 a-2) 다수개의 상기 단위성형체 각각을 연속적으로 발포하여 연속적으로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 a-1)단계는, 상하로 배치된 다수개의 압출장치를 통하여 다수개의 단위성형체 각각을 동시에 연속적으로 성형하며, 상기 b)단계는, 발포된 다수개의 단위성형체를 각각 상이한 수직적 위치와 동일한 수평적 위치를 가지도록 이송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 압출 성형과 발포 공정 등에 의하여 동시에 제조된 다수개의 단위성형체를 연속적으로 이송하면서 상하로 적층하여 합본함에 따라 원재료의 혼합에서부터 단위성형체 제조, 적층 합본 발포 단열재 형성 및 재단까지 전 공정이 단절되지 않고 인-라인 방식으로 구성할 수 있어 생산성이 높고 불량률이 적을 뿐만 아니라 인건비 등과 같은 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 미세 크기의 셀이 형성된 얇은 두께의 단위성형체를 적층 합본하여 필요한 두께의 발포 단열재를 제조하고, 적층 합본 공정을 거친 후 필요한 규격으로 재단하는 공정을 행함으로써, 외부의 온도 변화에 따른 수축이나 팽창 등 외형의 변화가 거의 발생하지 않을 뿐 아니라 단차 등에 의한 마감 품질 저하를 방지할 수 있다는 다른 장점이 있다.

또한, 본 발명은 단위성형체를 상하로 적층하여 합본함에 있어 화학접착제 등과 같은 유해 물질을 사용하지 않고, 각 단위성형체 자체의 표면에 단위성형체를 이루는 플라스틱 수지와 동일한 성분의 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 용융접착층을 형성한 후 상호 접합시킴으로써 유독가스나 심한 악취가 발생하지 않아 작업 환경이 크게 개선될 뿐만 아니라 사용 후 폐기된 발포 단열재를 재활용할 수 있어 자원의 낭비와 환경의 오염을 방지할 수 있다는 또 다른 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 합본 발포 단열재의 제조 단계를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 적층 합본 발포 단열재의 공정 라인을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 용융접착층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하에서는 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 본 발명의 구체적인 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 합본 발포 단열재의 제조 단계를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 적층 합본 발포 단열재의 공정 라인을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 적층 합본 발포 단열재의 제조방법은 먼저 원재료를 용융한 후 압출장치(10)를 이용하여 단위성형체(100)를 성형하는 것으로 시작된다.

이때, 상기 압출장치(10)는 2개 이상 다수개를 구비한 후 모두 가동시켜 다수개의 단위성형체(100)가 동시에 성형될 수 있도록 하는데, 다수개의 상기 압출장치(10)를 도 2에서 도시된 바와 같이 상하로 위치시켜 성형된 단위성형체(100)가 상하에서 배출되도록 하는 것이 바람직할 것이지만, 다수개의 상기 압출장치(10)를 동일한 높이에 위치시켜 성형된 단위성형체(100)가 동일한 높이로 배출되도록 하는 것도 가능할 것이다.

이와 같이 다수개의 상기 압출장치(10)에서 압출 성형된 단위성형체(100) 각각은 발포 공정을 거치게 되는데, 상기 압출장치(10)에서 배출된 단위성형체(100)를 재단하여 따로 저장한 후 차후 발포하는 것보다는 상기 단위성형체(100)를 성형한 후 즉시 발포하여 압출 성형 공정과 발포 공정이 연속적으로 행하여지도록 하는 것이 매우 바람직할 것이다.

발포 공정을 거친 각각의 상기 단위성형체(100)에 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 용융접착층(110)을 형성하게 되는데, 상기 단위성형체(100) 양면에 모두 상기 용융접착층(110)을 형성하는 것이 아니라 상기 단위성형체(100)의 상면에만 형성하도록 한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 상층에 위치하는 단위성형체(100)와 하층에 위치하는 단위성형체(100)를 합본하여 적층 합본 발포 단열재(200)를 제조함에 있어서, 하층에 위치하는 상기 단위성형체(100)의 상면에만 도포장치(40)로 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 용융접착층(110)을 형성한 후 롤러(30) 등으로 압착하여 상층과 하층의 단위성형체(100)가 합본되도록 하는 것이다.

이때, 상기 용융접착층(110)을 형성하는 데 사용되는 플라스틱 수지 용융액은 상기 단위성형체(100)와 이질적인 것을 이용하는 것이 아니라 상기 단위성형체(100)를 제조하는 데 사용된 플라스틱 수지와 동일한 플라스틱 수지를 용융하여 이용하도록 한다.

이와 같이 상기 단위성형체(100) 원재료에 사용된 플라스틱 수지와 동일한 플라스틱 수지 용융액으로 용융접착층(110)을 형성함으로써, 적층 합본 발포 단열재(200)를 이루는 하층과 상층의 단위성형체(100) 뿐만 아니라 그 둘을 접착시키는 용융접착층(110)의 재질이 모두 동일한 플라스틱 수지로 이루어져 품질이 우수할 뿐 아니라 차후 재활용하고자 하는 데에도 용이하게 되는 것이다.

한편, 상기 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 용융접착층(110)을 형성하는 데 있어서, 상기 플라스틱 수지 용융액의 온도는 130 ~ 300℃ 정도를 유지하도록 하여 도포되는 단위성형체(100)의 표면이 지나치게 손상되지 않도록 하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 용융접착층(110)의 두께가 0.01 ~ 0.03㎜ 정도가 되도록 플라스틱 수지 용융액을 도포함으로써 너무 얇게 도포되어 상층과 하층의 단위성형체(100)간 접착력이 떨어지거나 너무 두껍게 도포되어 제조된 적층 합본 단열재의 품질에 영향을 주는 것을 방지하도록 한다.

이상에서 살펴본 상기 단위성형체(100)의 압출 성형 공정과 발포 공정, 용융접착층 형성 공정, 적층 합본 공정은 하나의 시퀀스로 연속적으로 행하여지도록 하는데, 이러한 연속 공정은 압출장치(10)에서 배출된 단위성형체(100)를 이송장치(20)를 이용하여 이동시키면서 발포 공정과 용융접착층 형성공정, 적층 합본 공정이 행하여지게 된다.

상기 이송장치(20)는 각각의 공정이 행하여지는 장치간의 거리에 따라 적절한 위치에 적절한 개수로 배치하도록 하며, 어느 한 공정에서 적체가 일어나지 않도록 적절한 이송 속도를 유지하는 것도 중요할 것이다.

또한, 상기 압출장치(10)를 어떻게 배치하였느냐에 따라 상기 이송장치(20)의 배치도 달라질 것인데, 앞서 언급한 바와 같이 상기 압출장치(10)를 상하로 배치하는 경우에는 각각에서 배출되는 단위성형체(100) 각각의 상하 위치를 유지시키면서 발포 공정과 용융접착층 형성 공정을 실시하고, 이후 각각의 단위성형체(100)를 하나로 합본시킬 수 있도록 상기 이송장치(20)를 배치하게 될 것이다.

반면, 상기 압출장치(10)를 동일한 높이로 배치한 경우에는 발포 공정과 용융접착층 형성 공정을 실시하는 동안 각각의 단위성형체(100)가 상층과 하층에 위치할 수 있도록 그 높이를 변경함과 동시에 합본 공정에서 동일한 수평적 위치를 이룰 수 있도록 상기 이송장치(20)를 배치하여야 할 것이다.

한편, 본 일실시예에서와 같이 원재료를 이용하여 단위성형체를 형성하는 것으로부터 단위성형체를 적층 합본하는 것까지 모두 연속적인 공정으로 행하는 것이 효율적인 측면에서나 경제적인 측면에서 유리할 것이지만, 필요에 따라 미리 단위성형체를 압출 성형한 후 발포하는 공정은 별도로 수행하도록 하고 차후 적층 합본 공정을 행하거나 미리 단위성형체를 압출 성형하여 생산하여 놓고 발포 공정과 적층 합본 공정을 차후 실행하는 것도 충분히 고려해 볼 수 있을 것이다.

이상과 같이 합본 공정을 거쳐 제조된 적층 합본 발포 단열재는 이후 커팅 장치 등을 통하여 필요한 규격으로 재단되어 스택 단위로 포장되어 제품으로 출하되게 되는데, 이러한 재단 공정과 포장 공정 또한 연속적으로 행하여지도록 하여 전체 제조 공정이 하나의 시퀀스를 이루는 것이 바람직할 것이다.

이상에서는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위하여 첨부한 도면과 함께 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 서술하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이지 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이나 치환 등에 의한 타 실시예가 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 - 압출장치 20 - 이송장치
30 - 롤러 40 - 도포장치
100 - 단위성형체 110 - 용융접착층
200 - 적층 합본 발포 단열재

Claims (5)

1. a) 압출 성형 후 발포된 다수개의 단위성형체를 공급하는 단계;
   b) 공급되는 다수개의 상기 단위성형체 각각을 이송하면서 하층에 위치할 단위성형체의 상면에 단위성형체 원재료에 포함된 플라스틱 수지와 동일한 성분의 플라스틱 수지 용융액을 일정한 두께로 도포하여 용융접착층을 형성하는 단계;
   c) 용융접착층이 형성된 다수개의 상기 단위성형체 각각을 이송하면서 상하로 적층 합본하여 연속적으로 적층 합본 발포 단열재를 형성하는 단계; 및
   d) 연속적으로 형성되는 상기 적층 합본 발포 단열재를 이송하면서 일정한 크기로 재단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 합본 발포 단열재의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 b)단계는,
   0.01 ~ 0.03 ㎜의 두께로 단위성형체 원재료에 포함된 플라스틱 수지와 동일한 성분의 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 용융접착층을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층 합본 발포 단열재의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 b)단계는,
   130℃ ~ 300℃의 온도로 가열된 플라스틱 수지 용융액을 도포하여 용융접착층을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층 합본 발포 단열재의 제조방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3에 있어서,
   상기 a)단계는,
   a-1) 원재료를 혼합한 후 다수개의 압출장치를 통해 다수개의 단위성형체 각각을 연속적으로 성형하는 단계; 및
   a-2) 다수개의 상기 단위성형체 각각을 연속적으로 발포하여 연속적으로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 합본 발포 단열재의 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 a-1)단계는,
   상하로 배치된 다수개의 압출장치를 통하여 다수개의 단위성형체 각각을 동시에 연속적으로 성형하며,
   상기 b)단계는,
   발포된 다수개의 단위성형체를 각각 상이한 수직적 위치와 동일한 수평적 위치를 가지도록 이송하는 것을 특징으로 하는 적층 합본 발포 단열재의 제조방법.

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