KR20180027443A - 화염 차단구조를 갖는 단열 패널의 제조 방법 및 그 제조 제품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발포를 위한 통상의 석유화학수지 원료에 팽창흑연과 인계 난연제를 추가하여 발포시킬 때에 먼저 발포 성형틀(몰드) 표면에 허니컴 등 형상을 0.5~30mm 두께의 돌기체로 형성하여 발포시 발포폼에 상기 돌기체 크기의 공극이 만들어지도록 발포하고 발포 후 그 공극 내부 및 발포폼 표면에 난연재 및 불연재를 주입 및 흡입, 코팅하여 발포폼 내부에 격벽을 구비한 후에 상기 발포폼을 심재로 하여 그 외부 표면에 철판 등 외피층을 형성하는 단열 패널로 제조하여 화재에 노출되어 인화되어도 화염이 쉽게 확산되지 않아 대형화재 및 유독가스를 유발하지 않는 화염차단 구조를 갖는 샌드위치 패널 등 단열 패널의 제조 방법과 그 제조 제품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일반 단열재로 사용되는 주로 폴리우레탄폼 단열 패널 내부에 다수의 허니컴 형상을 형성하고 그 내부에 난연재 혹은 불연재를 충진하여 격벽을 형성함으로써 화재에 노출되어도 화염을 크게 확산시키지 않고 유독 가스의 발생을 억제시킬 수 있도록 한 화염차단 구조를 갖는 단열 패널에 관한 것이다. 종래에 스티로폼 판재, 우레탄폼 판재 및 우레아폼 판재 등은 경량성과 단열성이 우수하여 건축이나 일반 산업분야에서 단열재로서 널리 사용되고 있다. 그러나 상기와 같은 발포 화학수지는 오히려 인화성 및 화염 확산성이 커서 대형화재를 유발시킴과 동시에 유독가스의 발생으로 인해 인명에 치명적인 위해를 끼치고 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 상기와 같은 발포 화학수지 단열 패널의 표면에 석고판재나 철판 등을 부착시켜, 단열재의 화재방지를 위한 방법이 시도되고 있지만, 이러한 방법으로는 화염이 내부로 인화(착화)되었을 시 인위적으로 소방하기가 어려운 폐단이 있었다. 또한 화학수지 제조시 염화파라핀과 같은 난연제 등을 첨가하여 난연성 발포 화학수지를 얻는 방법이 시도 되고 있지만 이는 경제성의 결여로 건축 단열재로 호평을 받지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 주로 우수한 경량성과 단열성을 갖는 발포 폴리우레탄 단열재 내부에 난연 격벽 구조를 형성함으로써 화재시에 화염이 확산되는 것을 방지하고 유독가스의 발생을 억제시킬 수 있도록 한 화염차단 구조를 갖는 단열 패널을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 단열 패널 내부에 다수의 격벽을 형성함으로써 전체 구조강도를 향상시킬 수 있도록 한 화염차단 구조를 갖는 단열 패널을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 당초 대한민국 등록특허 10-0654367호 "화염차단 구조를 갖는 단열 판재"에서 상당부분 유사하게 개시된 바 있다. 그러나 상기 특허는 대한민국 등록특허 10-0938818 "난연성 판재 제조장치 및 제조 방법"의 출원인이 청구한 권리범위 심판(심판번호 2009당924)에서 최종적으로 패소 확정되어 2010.6.4. 등록이 무효로 되었다. 그런데, 상기한 등록특허 10-0938818도 등록료를 불납하여 2013.12.9. 소멸되어 이제는 누구나 자유롭게 사용할 수 있는 기술이 되었다. 그렇지만 본 발명에 의한 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 제조방법은 제조 권한 내지 특허권을 정당하게 확보하기 위하여는 상기 2개의 소멸된 특허권의 내용으로부터 기술적으로 보다 진보한 내용이 추가된 개량 발명이 이루어지도록 하여야 하는 과제가 있다.
본 발명에 의한 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 제조방법은 제조권 내지 특허권을 정당하게 확보하기 위하여는 상기 2개의 소멸된 특허권의 내용으로부터 기술적으로 보다 진보한 내용이 추가된 개량 발명이 이루어지도록 하여야 하는 과제가 있다. 이에 상기 2개의 특허권의 기술 내용 및 범위에 대해 구체적으로 검토해 볼 필요가 았다. 우선 상기 대한민국 등록특허 10-0654367호 "화염차단 구조를 갖는 단열 패널"는 통상의 석유화학수지 원료를 발포시켜 건축물 등의 단열재로 사용되는 스티로폼, 우레탄폼 또는 우레아폼 등의 단열재에 열 또는 가공의 방법으로 원형, 선형으로 허니컴 및 미로와 같은 형상을 0.5~30mm 두께로 형성 시키고 여기에 불에 타지 않는 난연재 혹은 불연재를 충진시켜 격벽을 형성시킨 심재를 갖는 단열 패널이 화재에 노출되어 인화되어도 화염이 확산되지 않아 대형화재 및 유독가스를 유발하지 않는 화염차단 구조를 갖는 단열 판재에 관한 것이다. 그리고 다른 하나인 대한민국 등록특허 10-0938818 "난연성 판재 제조장치 및 제조 방법"은 난연성 판재를 제조하는 장치에 관한 것으로서 그 장치 내부에 난연액이 함유된 복수의 판재를 소정 간격으로 배열된 복수의 슬롯에 각각 수용한 후, 판재의 표면에 음(-)압을 가하여 난연액을 물과 난연성 무기물로 분리시키는 액분리기에, 복수의 판재를 인입하여서 난연성 판재를 제조하는 장치로서 복수의 판재를 자동으로 인입, 인출함으로써 시간 및 비용을 절감하고, 판재 처리 공정의 효율성을 제고할 수 있는 난연성 판재 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다. 그런데 상기하는 2개의 특허는 얼른 보면 상당히 다른 것 같지만 난연성 판재를 제조하는 방법에 있어서 먼저 스티로폼, 우레탄폼 또는 우레아폼 등의 단열 패널에 열적 또는 기계적 가공의 방법으로 주입공을 천공하고, 천공된 주입공을 통해 상기 판재 내에 난연액을 주입한다는 점과 상기 단열 판재가 이동하는 일면 또는 양면에 노즐을 밀착시키고 노즐을 통해 난연액을 분사함으로써, 판재(310)에 천공된 주입공 및 판재(310)의 공극에 난연액이 주입되도록 하여야 한다는 점에서, 그리고 난연액 주입과정에서 판재의 표면에 묻어 있는 난연액을 제거하고, 판재를 액분리기에 투입하여 전술한 바와 같이 판매의 표면에 음(-)압을 가하여 판재 내에 함유된 난연액을 물과 난연성 무기물로 분리시킨다는 점과 액분리기에서 처리된 판매를 취출하여 그 표면에 잔존하는 난연액을 다시 제거하고, 판재를 건조장치에 투입하여 표면에 마이크로파 또는 열풍을 가하여 판재를 건조시켜야 한다는 점에서는 제조 공정상 거의 같다고 할 것이다. 오히려 후자의 발명이 전자의 것보다 판재에 마이크로파 또는 열풍을 가함으로써 판재 내부에 함유된 물 분자에 진동을 유도하여 물이 신속하게 증발되도록 하여 그 과정에서 판재로부터 발생한 수증기를 외부로 배출함으로써 건조효율을 높일 수 있는 방법을 제시하고 있다. 결국 상기의 발명들은 공히 난연액이 충전된 판매를 액분리기 및 건조장치에 순차적으로 투입 및 처리하여, 판재에 주입된 난연액이 판재내에서 난연성 무기물로서 잔존하도록 함으로써 난연성 판재가 제조되며 최종 건조 과정을 마친 판재는 규격에 따라 적재, 포장하여 제품화된다.
이는 종래의 단열 판재 제조기술은, 특히 샌드위치 패널의 제조기술에 있어서 패널의 심재로 사용될 판재의 내부에 난연액을 주입한 후에 가열장치나 건조장치 등과 같은 공정처리 장치 내에 복수의 판재를 수용시켜 일정 시간 동안 필요한 공정을 수행하여 전술한 바와 심재의 난연성을 향상시키게 되는데, 종래에는 이러한 공정 처리 장치에 판재를 인입, 인출하는 작업을 일일이 수작업으로 진행함으로써 시간 및 비용이 많이 소요되었으며, 장치에서 판재가 처리되는 시간과 판재를 수동으로 인입, 인출하는 시간을 정확히 맞추지 못함으로써 공정의 효율성이 저하된다는 문제를 개선하고자 개시된 것으로 공정처리 과정에서 전자의 발명에서 특징적으로 제시하고 있는 단열 패널에 열 또는 가공의 방법으로 원형, 선형으로 허니컴, 미로와 같은 주입공 형상을 만드는 것은 후자의 발명에 의한 기술에서 보면 단지 실시과정에서 통상의 지식 내지 기술로도 구현이 가능한 것으로 차별화된 특징이 아니라는 이유로 심판되어 전자의 발명의 등록은 취소 결정되었던 것이다.
그런데, 상기의 발명에서 사용하는 판재의 종류는 스티로폼, 우레탄폼 또는 우레아폼 등으로 실제로 상기 단열 패널에 열 또는 가공의 방법으로 원형, 선형으로 허니컴, 미로와 같은 주입공 형상을 만들기가 처리 공정상 그리 용이하지 아니 하다. 게다가 상기 판재와 난연액의 친화성이 부족하여 상기 주입공으로 난연액을 제대로 주입하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다. 그리고 후자의 발명에서는 상기 난연액 주입과정에서 판재의 표면에 묻어 있는 난연액을 세정하여 제거하고 판재를 액분리기에 투입하여 전술한 바와 같이 판재의 표면에 음(-)압을 가하여 판재 내에 함유된 난연액을 물과 난연성 무기물로 분리시키도록 되어 있다. 그리고 액분리기에서 처리된 판재를 취출하여 그 표면에 잔존하는 난연액을 다시 제거하고, 판재를 건조 장치에 투입하여 표면에 마이크로파 및/또는 열풍을 가하여 판재를 건조시키는데 판재에 마이크로파 및/또는 열풍을 가함으로써 판재 내부에 함유된 물 분자에 진동을 유도하여 물이 증발되도록 하고 있는데 상기 공정은 매우 번거롭기도 하고 공정 처리 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명에서는 상기와 같은 단점과 문제점들을 추가로 개선해야 할 과제가 있었다.
본 발명의 화염차단 구조를 갖는 단열 패널은 건축이나 산업현장에서 단열재로부터 발생되는 대형화재 및 유독가스로 인명 위해사고 유발에 따른 위험요소를 예방할 수가 있고, 발포 화학수지를 간단하게 응용하여 이용함으로써 생산성과 경제성을 제공하고 충진하는 사용하는 불연재로는 경제적인 자원을 사용함으로써 자원의 절약과 환경보호에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 화염차단 구조를 갖는 단열 패널은 단열 패널 내부에 주로 허니컴 형상의 격벽들이 설치됨으로써, 단열 패널의 전체 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
도1 종래의 기술에 의한 다수의 갈매기(V) 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖는 단열 패널.
도2a 종래의 기술에 의한 다수의 갈매기(V) 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 시료에 일정시간 화염을 가한 후 촬영한 사진.
도2b 종래의 기술에 의한 시료 중 아무런 격벽도 갖지 아니한 단열 패널의 시료에 일정시간 화염을 가한 후 촬영한 사진. 도2a보다 상당 수준 소실되었다.
도3 본 발명에 따라 허니컴 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖는 단열 패널 설계도.
도4 본 발명에 따라 허니컴 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖도록 발포한 단열 패널 사진과 그 다음 단계로서 표면에 외피층을 형성한 사진.
도5 본 발명에 따라 허니컴 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖도록 발포한 단열 패널 사진과 그 다음 단계로서 표면에 외피층을 형성한 단열 패널에 일정 시간 화염을 가한 후 촬영한 사진.
도2a 종래의 기술에 의한 다수의 갈매기(V) 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 시료에 일정시간 화염을 가한 후 촬영한 사진.
도2b 종래의 기술에 의한 시료 중 아무런 격벽도 갖지 아니한 단열 패널의 시료에 일정시간 화염을 가한 후 촬영한 사진. 도2a보다 상당 수준 소실되었다.
도3 본 발명에 따라 허니컴 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖는 단열 패널 설계도.
도4 본 발명에 따라 허니컴 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖도록 발포한 단열 패널 사진과 그 다음 단계로서 표면에 외피층을 형성한 사진.
도5 본 발명에 따라 허니컴 모양의 격벽을 갖는 화염차단 구조를 갖도록 발포한 단열 패널 사진과 그 다음 단계로서 표면에 외피층을 형성한 단열 패널에 일정 시간 화염을 가한 후 촬영한 사진.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화염차단 구조를 갖는 단열 패널은 발포 석유화학수지 내부에 격벽을 형성하기 위해 0.5~30mm의 폭을 갖는 다수의 공극을 발포시에 형성하고 상기 다수의 공극에는 난연재 및 불연재가 충진되며, 상기 폴리우레탄폼 외부 표면에는 난연재 혹은 불연재가 코팅되며 다시 내화성이 강한 외피층을 구비한다. 다만 이때, 상기 발포 석유화학수지는 주로 발포 폴리우레탄폼으로 하는 것을 특징으로 하고 상기 외피층은 석고 판재, 철판 및 난연 모르타르로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 아울러 상기 단열재 내부 격벽 형상은 주로 허니컴 형상으로 한다. 상기 난연재 및 불연재는 포틀랜트시멘트 모르타르, 펄프슬러지, 플라이애쉬, 소각재, 집진분진, 폐석고, 규산염 및 그들의 혼합물의 선택이 가능하다. 상기 난연재 및 불연재는 접착성을 띄며 경화성을 갖는 무기분체인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 화염차단 구조를 갖는 단열 패널을 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 실시예는 형상은 다수의 갈매기(V), 허니컴 또는 미로 형상으로부터 선택이 가능하지만 구현이 비교적 수월한 갈매기(V) 형상과 허니컴 형상으로 하였다. 그 내부에 다수의 갈매기(V) 혹은 허니컴 형상의 공극을 형성하고 그 내부에 난연재 및 불연재를 충진하여 격벽을 형성함으로써 이루어진다. 또한, 단열 패널에 공극을 형성하는 방법은 별도의 열, 압축공기, 레이저, 절삭가공 등에 의해 형성하는 것이 아니라 같은 모양의 형성틀(몰드)에 의한 발포로 만든다. 상기 단열 패널은 발포 석유화학수지로서, 일반적으로 스티로폼, 우레탄폼 및 우레아폼으로부터 선택된 어느 하나일 수 있지만 본 발명에서는 주로 폴리우레탄을 주로 실시하였다. 상기 격벽들은 판재의 종류, 두께 또는 크기에 따라 다를 수 있지만 두께가 0.5~30mm의 범위내인 것이 바람직하다. 상기와 같은 내부 구조를 갖는 단열 패널에 불연재를 주입하게 되는데 상기 난연재 및 불연재로는 포틀랜트시멘트 모르타르, 펄프슬러지, 플라이애쉬, 소각재, 집진분진, 폐석고 또는 액상 규산소다, 규산칼륨의 규산염 등을 선택적으로 사용될 수 있다. 상기한 불연재 이외에도 내열성 및 내화성이 우수한 재료들이 불연재로 사용될 수 있는데 접착성 및 경화성을 갖는 무기분체 또는 기포를 포함하는 무기분체 조성물도 사용될 수도 있다. 물론, 단열 패널의 내부 격벽구조는 상기에 언급된 구조 이외에도 규칙적 또는 불규칙적인 형상을 가질 수 있으며 상기와 같은 형상의 격벽은 난연 및 불연재를 충진할 수 있도록 공극을 형성하고 그 공극에 난연재 및 불연재를 충진함으로써 화염차단 구조를 갖는 단열 패널이 완성된다.
이하, 본 발명에 따른 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 주로 인계 난연제와 팽창흑연을 주입하여 발포한 폴리우레탄단열 패널에, 발포 성형틀(몰드) 표면에 주로 3mm 두께의 허니컴 형상으로 발포되도록 돌기체로 구비한 후에 발포한다.
먼저 폴리우레탄 발포시 팽창흑연 및 인계 난연제를 투입하여 폴리우레탄 자체로서 난연성을 확보하는 통상적인 처리 공정을 실시예를 참조하여 설명한다.
아래 표1의 비교예0 내지 비교예1, 시료1 내지 시료5(각 실시예)에 기재된 조성비로 실온에서 폴리우레탄 발포재를 각각 제조하였다.
[표1] 비교예 및 시료에 대한 우레탄 발포재의 조성비(단위: 중량%)
상기 표의 구분부 설명은 다음과 같다.
-폴리올 HS-209 : 일반경질 foam(hydroxyl 430~470mgKOH/g, 3,500~6,500 CPS/25℃)
-난연제 TCPP : tris-chloroprophylphosphate, 20~1,500mesh
-난연제(팽창흑연) : expanded graphite, 50~150mesh
-실리콘정포제 L-5420 : 실리콘정포제(비중 1.063, 어는점 -17℃)
-발포제141b : CH3CCl2F
-촉매DMEA : dimethylethanolamine
-촉매33LV : 33% triethylenediamine + 67% dipropyleneglycol
상기 표에서 비교예0은 종래 폴리우레탄 단열판재를 제조할 때 일반적으로 사용하는 발포비율이고, 비교예1은 난연제 TCPP만 추가로 첨가한 후에 발포한 것이다. 그리고 나머지 시료들은 본 발명 개시를 위하여 인계 난연제 TCPP와 팽창흑연의 첨가 비율을 달리하여 제조한 것이다.
먼저 반응기에 폴리올, 정포제, 발포제, 난연제(TCPP 및 팽창흑연), 촉매 및 증류수를 첨가하여 1차 교반을 실시하였다. 그런 다음 이소시아네이트를 상기의 1차 교반물에 첨가하고 2차 교반을 실시하여 발포시킨 후 경화하여 폴리우레탄 발포재를 제조하였다. 상기에서 폴리우레탄 발포재 제조시 사용한 구성성분인 폴리올(HS-209), 난연제는 인산계 난연제(TCPP), 정포제는 실리콘 정포제(L-5420), 발포제(141B), 발포촉매(DMEA), 촉매(33LV), 증류수 및 이소시아네이트(C-MDI)는 종래 통상적으로 폴리우레탄 발포재 발포시 사용한 성분과 비율을 사용하였다. 각 실시예에서 팽창 흑연은 100메쉬의 체를 통과한 것을 사용하였다.
상기 표 1의 실시예에 의한 조성으로 제조한 폴리우레탄 발포재에 대해 종래의 샌드위치 패널용 폴리우레탄 발포재의 물성측정법(KS기준)을 적용하여 밀도, 압축강도, 굽힘강도 및 연소거리/지속시간을 공인시험기관에 의뢰하여 측정하고 그 결과를 아래의 표2에 나타내었다.
[표 2] 비교예 및 시료 조성에 따른 폴리우레탄 발포재의 물성결과
상기 표의 각 구분 표시 설명은 다음과 같다.
-밀도
비교예인 기존의 폴리올을 이용하여 제조한 폴리우레탄 발포재의 각 밀도는 39.46kg/m3, 39.6kg/m3이고 본 발명에 의한 팽창흑연을 첨가하여 제조한 시료들의 경우는 40.9~48.1kg/m3로 기존의 폴리올을 이용한 폴리우레탄 발포재의 밀도 보다 모두 높게 나타났다.
-열전도율
열전도율은 단위두께(1m)를 갖고 있는 재료의 양면이 단위 온도차(1℃)일 때 단위시간(1h)동안 그 물체단위면적(1m2)을 통과한 열량을 말하는 것으로 값이 작을수록 열 전달이 어렵다. 샌드위치 패널용 폴리우레탄 발포재의 기준은 0.020kcal/mh℃이하인데 비교예의 조성으로 제조한 폴리우레탄 발포재의 열전도율은 0.018~0.0186kcal/mh℃이었으며, 본 발명에 의한 팽창흑연을 첨가하여 제조한 실시예의 폴리우레탄 발포재의 열전도율은 0.0181~0.2kcal/mh℃으로 비교예의 폴리우레탄 발포재와 열전도율을 비교시 모두 동등 수준 이상임을 알 수 있었다.
-압축강도
본 발명에 의한 팽창흑연을 첨가한 실시예의 폴리우레탄 발포재의 압축강도는 0.71~1.41kgf/cm2을 나타났다. 이는 통상적인 방법의 비교예보다 모두 동등이상의 수준이다.
-굽힘강도
본 발명에 의한 팽창흑연을 첨가한 실시예의 폴리우레탄 발포재의 굽힘강도는 2.43~3.47kgf/cm2의 값을 나타내었다. 이는 일반적인 실시예(비교예0)보다는 우월하지만 인계 난연제만을 투입한 실시예(비교예1)보다는 모두 조금씩 낮은 수준이다. 다만 굽힘 강도의 경우 샌드위치 패널용 폴리우레탄 발포재의 물성(KS기준)에서 그리 중요한 기준은 아닐 수 있다.
-난연성
본 난연성, 즉 연소거리/지속시간(초)의 시험 방법은 국내 KS 기준에 들어있는 것이 아니라 출원인들이 별도로 제시한 시험규격에 의거 시험한 것이다. LPG 가스 토치 화염에 30초 노출시켰을 때 폴리우레탄 발포재의 연소거리(mm)와 지속시간(초)를 측정한 것이다. 본 발명에 의한 팽창흑연을 첨가한 실시예의 폴리우레탄 발포재의 연소거리(mm)/지속시간(초)는 33/1~45/2로 나타났다. 이는 통상적인 방법의 비교예보다 모두 동등이상의 수준이다.
이는 고가의 인계 난연제의 투입량을 절감하면서 상대적으로 저렴한 팽창흑연의 투입량을 가감 조절하면서 얻은 결과로서 상당한 경제성을 확보한 것이다.
아울러 본 발명은 발포할 때 난연 처리하는 전처리 방식뿐만이 아니라 발포 이후에 후처리하는 방식도 채택한다. 상기 후처리하는 방식은 폴리우레탄단열 패널을 발포하기 전에 발포 성형틀(몰드) 표면에 주로 3mm 두께의 허니컴 형상으로 발포되도록 먼저 돌기체로 구비한 후에 발포한다. 상기와 같은 성형틀(몰드)에서 발포한 단열 패널의 표면에 상기한 난연재 및 불연재를 주입한다. 그 후에 단열 패널 표면에 외피층으로서 석고판재, 철판 또는 난연 모르타르를 부착함으로써 본 발명에 따른 화염차단 구조를 갖는 단열 패널을 완성한다.
그리고 단열 패널의 내부에 공극을 형성하는 방법으로는 상기한 종래의 발명들은 가열된 와이어를 사용하여 스티로폼 등을 용융시켜 형성하거나 레이저, 압축공기 또는 일반절삭가공 등의 방법으로 형성하지만 본 발명에서는 발포시 성형틀(몰드)에 미리 돌기체를 형성하여 발포한다는 차이점이 있다. 상기 돌기체의 높이 내지 깊이는 발포폼의 1/3~2/3이내인 것이 바람직하다.
아울러 상기와 같이 발포한 후에 발포 폴리우레탄폼 표면에 대해 상온 대기압 플라즈마 처리를 하여 표면을 개질하는 한편 난연재 및 불연재의 주입 및 흡입시 초음파 진동처리를 하여 상기 난연재 및 불연재의 주입을 보다 촉진시킨다.
본 발명에서 하는 상온 대기압 플라즈마 처리는 플라즈마 제트 발생 장치의 전극과 피처리물의 격거리를 30mm로 하였고, 제트 발생장치간 이격은 각 100mm로 하여 10개를 설치하여 실시하였으나 이는 실무현장에서 상기한 바와 같이 얼마든지 증감이 얼마든지 가능한 것이다. 이때 본 발명의 실시예에서 바람직한 대기압 플라즈마 발생장치로 채택한 국내 AI Korea의 전극기준 6G 중형급 발생기를 살펴 보면, 그 규격이 LWD 1,750×100×60mm로서 이동처리 평균속도는 5mm/sec이고 초기 접촉각은 50~60도이고 평균적인 접촉각은 10도이다. 그리고 질소가스 소모량은 250LPM이며 전원 공급은 1Kw 220V 단상으로 하루 8시간 기준전력 사용량은 3kW이다. 이때 전극 발열온도는 50℃ 내외로서 별도로 냉각을 할 필요가 없으며 기기 자체발생 먼지(Particles)은 1개의 제트당 100개 미만이고 오존 발생량도 0.13ppm으로 기기 주변 산화나 여기 에너지의 발생이 다른 제조사보다 상당히 우수한 특성을 지니고 있다. 본 출원인들은 상기와 같은 발포 폴리우레탄폼에 상온 대기압 플라즈마 처리를 한 결과 폴리우레탄 표면의 공극과 표면에서 물리적 변화로 인하여 난연재 및 불연재의 사용량의 105~115% 증가효과가 있는 등 매우 유의미한 결과를 확인하였다.
그리고 본 발명에서는 하는 초음파 진동자에 의한 초음파는 20~20,000㎐ 범위의 실제 가청 주파수를 벗어난 20,000㎐ 이상의 진동을 말하며, 초음파를 수중으로 조사하면 수를 헤아릴 수 없는 미세한 공진(cavitation)이 발생하였다가 소멸하는 현상이 반복되는데 공진이 발생될 때의 기포의 진동은 마이크로(micro) 과류를 생성하여 물질교반 작용이 일어나며 이 공진이 소멸할 때 에너지는 수십만 배에서 수백만 배로 확대되어 기포의 압력과 온도가 상승하여 마이크로 열작용과 분산작용을 통해 매질 내에서의 물리화학적 반응이 촉진된다. 본 발명에서 상기한 현상은 20㎑/초~2㎒회/초 전후로 반복되면서 상기 난연재 및 불연재가 공진하면서 발포 폴리우레탄폼의 표면으로 주입 및 흡입, 코팅되면서 고착화되어 본 발명에의 의한 발포폴리우레탄폼의 높은 난연성은 효과적으로 달성된다.
상기한 바 본 발명에 따른 화염차단 구조를 갖는 단열 패널 시료를 출원인들이 화염에 노출시킨 실험을 한 결과 단열 패널의 내부로 화염이 확산되지 않는 것을 발견하였다. 이러한 현상은 화염이 스티로폼의 내부에 형성된 본 발명에 의한 화염 차단구조를 갖는 단열 패널은 상기한 격벽에 의해 차단되어 더 이상 확산되지 않기 때문인 것을 알 수 있었다.
이하, 본 발명의 화염차단 구조를 갖는 단열 패널의 화염차단 효과를 입증하기 위하여, 아래와 같은 실시예와 비교예를 통해 시료를 제작하였고, 그들 각각의 시료들을 화염에 노출시키는 인화시험을 실시하였으며 그 결과는 도면에 사진으로 첨부하였다.
[실시예]
본 발명의 화염차단 구조를 갖는 단열재의 시험을 위해 가로 300mm, 세로 500mm, 두께 50mm의 폴리우레탄폼 단열재를 준비하고, 3mm두께의 "갈매기(V)"형상으로 된 와이어를 가열한 후, 가열된 와이어를 사용하여 상기 단열재 표면에 위치 시켜 누름으로써 다수의 "갈매기(V)"형상을 형성시켜 다수의 공극을 형성한다. 상기 공극에 플라이애쉬 석회 및 규산소다를 충진하고, 단열재 양측면에 0.5mm의 철판을 부착하여 시료를 제작하였다. 이렇게 완성된 시료에 LPG 가스 토취를 사용하여 화염을 30초 동안 가한 후 일 측면의 외피를 촬영한 사진이 도2a에 도시되어 있다.
[비교예 검토]
본 발명에서 비교시험을 하기 위해 가로 300mm, 세로 50Omm, 두께 50mm의 폴리우레탄 단열재에 양측면에 0.5mm의 철판을 부착하고 일 방향에서 LPG 가스 토치로 화염을 30초간 가한 후 일 측면의 외피를 촬영한 사진이 도5에 도시되어 있다. 도5의 사진을 참조하면, 본 발명에 따라 제작된 도5의 단열 패널은 동일한 시간 동안 화염에 노출시켰을 때에 화염을 확산시키기 않으며 불에 거의 타지 않은 반면에 일반 단열 패널은 바로 인화되어 화염확산이 됨으로써 건축물 및 산업용 단열재로 사용시 화재 노출시 큰 피해를 받을 수 밖에 없다는 것을 알 수 있다. 도2b에서 알 수 있듯이, 화염에 30초간 노출된 폴리우레탄폼 단열재는 인화되어 연소하며 화염이 확산되면서 유독가스를 발생 시키며 거의 용융되었다. 또한 본 발명의 화염차단구조를 갖는 단열 패널 조성물에서 사용하는 불연재는 규산소다를 충진하는 방법으로도 소기의 목적을 달성할 수가 있는데 좀더 바람직하게는 경화성 자재를 먼저 충진한 후 단열재 표면 마감작업을 하는 것이 접착성능이 있어서 단열 패널의 외측면을 접착함으로써 단열 패널의 휨 및 충격 강도를 보완하게 된다. 그리고 더욱 패널의 경량화를 위해서는 접착성이 있는 모르타르를 사용하여 단열 패널의 외측면에 도포할 수도 있다. 또한 경제성 경량성 및 단열성의 성능을 위해 소각재, 폐석고, 분진 및 펄프슬러지 등을 사용하는 것이 좋으며 충진물을 발포 또는 기포가 포함되는 것이 더욱 좋은 성능을 나타낼 수 있다. 이렇게 조성된 조성물은 난연성, 경량성 및 단열성 효과가 더욱 증가되어 에너지 절감에 기여할 수가 았고 단열재를 많이 사용하는 건축물 또는 산업부분에서 화재에 대한 불안을 해소와 자원의 절약 및 경제성을 제공하는 조성물을 얻을 수 있다.
Claims (7)
- 발포를 위한 통상의 석유화학수지 원료에 팽창흑연과 인계 난연제를 추가하여 발포시킬 때에 먼저 발포 성형틀(몰드) 표면에 허니컴 등 형상을 0.5~30mm 두께의 돌기체로 형성하여 발포시 위 돌기체 크기의 공극이 만들어지도록 발포하고 발포 후 그 공극 내부 및 발포폼 표면에 난연재 및 불연재를 주입 및 흡입, 코팅하여 발포폼 내부에 격벽을 구비한 후에 상기 발포폼을 심재로 하여 그 외부 표면에 철판 등 외피층을 형성하는 단열 패널로 제조하여 화재에 노출되어 인화되어도 화염이 쉽게 확산되지 않아 대형화재 및 유독가스를 유발하지 않는 화염차단 구조를 갖는 샌드위치 패널 등 단열 패널의 제조 방법과 그 제조 제품.
- 제 1항에 있어서,
발포 석유화학수지를 패널 형태로 발포 전에 발포 성형틀(몰드)에 0.5~30 mm의 폭을 갖는 다수의 공극을 형성하는 단계; 상기 다수의 공극의 내부에 난연재 및 불연재를 주입하는 단계; 및
상기 난연재 및 불연재가 주입된 패널의 외부 표면에 철판, 석고판재 및 난연 모르타르로부터 선택된 어느 하나의 재료를 사용하여 외피층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화염차단구조를 갖는 단열 패널의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
폴리우레탄폼 1차 발포시에 사용하는 석유화학수지 원료들에 추가하는 팽창흑연과 인계 난연제는 50~150mesh 팽창흑연, 5~10중량%와 250~1,500mesh 인계 난연제 2~6중량%를 첨가하여 발포하는 것을 특징으로 하는 화염차단구조를 갖는 단열 패널의 제조방법. - 제 1항 내지 제3항에 있어서,
상기 발포 석유화학수지는 주로 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 화염차단용 단열 패널. - 제 1항에 있어서,
상기 외피층은 석고판재, 철판 및 난연 모르타르로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화염차단용 단열 패널. - 제 1항에 있어서,
상기 단열재 내부 격벽 형상은 다수의 갈매기(V), 허니컴 또는 미로 형상으로부터 선택된 어느 하나인 것을, 아울러 그 깊이는 폼의 1/3~2/3 이내인 것을 특징으로 하는 화염차단 구조를 갖는 단열 패널. - 제 1항에서 있어서,
상기 난연재 및 불연재는 포틀랜트시멘트 모르타르, 펄프슬러지, 플라이애쉬, 소각재, 집진분진, 폐석고, 규산염 및 그들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화염차단 구조를 갖는 단열 패널.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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