KR20190021681A - 난연 스티로폼 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스티렌모노머(SM: Stylene Monomer) 비드(Bead)를 발포시켜 발포립을 형성하고(S1), NFS가 포함된 난연 코팅재로 발포립을 코팅한 후(S2), 건조시킨 후(S3), 원하는 형상으로 성형하도록 하는 난연 스티로폼 제조방법이다.

Description

난연 스티로폼 제조방법{making method for flame retardant styrofoam}

본 발명은 발포 스티로폼에 접착제, 경화제, 팽창흑연을 포함하는 난연제 및 나노 크기의 흄드 실리카(Fumed Silica)로 이루어진 난연 코팅재를 코팅시킴으로써 팽창흑연이 발포 스티로폼에 균일하게 부착되고, 접착력을 강화시켜 건조공정에서 착탈 박리되는 것을 방지하도록 한 난연 스티로폼의 제조방법에 관한 것이다.

샌드위치 판넬의 충전물, 건축물의 단열재 등에 스티로폼이 널리 사용되고 있으나, 스티로폼이 열에 약하여 화재시에 단시간 내에 녹아 내려 대형화재의 원인이 되고, 화재시에 유독가스의 발생으로 인하여 인명손상 등의 문제가 발생되기 때문에 스티로폼에 난연 또는 불연성능을 부여하면서 화재시에 유독가스의 저감을 위한 다양한 연구 및 개발들이 이루어지고 있다.

일반적으로 스티로폼용 발포폴리스티렌(EPS: Expandable Polystyrene) 원료(비드)에 난연성능을 부여하기 위해서는 발포립을 다수종류의 난연소재, 접착바인더, 용제 등의 물질이 포함되어 있는 복합 난연액으로 코팅시키고 건조시킨 후 성형하는 공정을 채택하고 있다.

그러나 이러한 일반적인 공정에 의한 난연 스티로폼 제작은 EPS발포비드의 난연 코팅전에 복합난연액을 제조하여야 하고, 건조 공정에서 코팅난연소재의 박리착탈이 발생하는 문제점과, 물이 많이 포함되어 있기 때문에 건조에 어려움이 있으며, 물과 반응성이 없는 난연제를 선택하여야 하는 문제점을 갖고 있었다.

특허등록 제10-1536645호(발명의 명칭: 물을 사용하지 않는 난연성능 향상 스티로폼 건식제조방법)(이하, ‘종래기술’이라 함)는 코팅장치 내에 EPS(expandable polystyrene) 발포비드를 투입하는 단계(S100); 상기 코팅장치 내에 접착제, 경화제, 팽창흑연 및 수산화알루미늄을 포함하는 액상성상의 난연제가 투입되는 단계(S200); 상기 코팅장치 내에 난연파우더가 투입되는 단계(S300); 상기 코팅장치에서 난연파우더가 코팅되어 배출되는 난연코팅 EPS 발포비드를 저장하는 단계(S400); 상기 난연코팅 EPS 발포비드를 난연 스티로폼 블럭으로 성형하는 단계(S500)로 이루어지는 기술구성을 이루도록 함으로써 물을 사용하는 습식 난연스티로폼 제조방법의 문제점을 해결하고자 하였다.

그러나 종래기술에서 접착제, 경화제는 실제는 수분이 70% 이상 함유되어 사용되는 것으로, 어떤 의미에서 건식이라 정의하는지 불분명하고, 종래기술에서 사용되는 팽창흑연의 입도는 80메쉬(mesh) 정도의 크기로 건조 이송과정에서 탈착이 발생하여 난연효과가 저하되고, 특히 코팅후 스프레이 건식분산공정으로 난연제를 부착시킨다면 탈착박리가 매우 심하게 발생된다. 이러한 탈착문제를 보완하기 위해서 유기바인더를 더 첨가하여야 하지만 유기바이더의 고연소성 또한 난연효과의 저하를 초래하게 되고, 연소시에 유독성 가스를 발생시킨다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 점성이 높고 코팅막을 균일하게 하도록, 팽창흑연이 들어간 난연제, 흄드실리카(Fumed Silica), 접착제, 경화제로 이루어지는 난연성 코팅재로 발포비드를 코팅장치에 동시에 투입하여 고속으로 회전시켜 혼합시켜 믹싱함으로써 발포비드의 팽창흑연이 코팅막에 균일하게 형성되도록 하고, 높은 접착력을 갖도록 하여 건조공정시에 팽창흑연의 박리착탈되는 것을 방지하도록 하도록 하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 기존의 접착제에 천연성분인 셀룰로오스 또는 셀룰로오스 유도체의 단위 글루코스 링에 폴리에테르술폰계 화합물이 에테르 결합한 구조를 갖는 셀룰로오스계 수지를 믹싱함으로써 난연효과를 높이고, 화재시에 유독가스의 발생이 감소되도록 하기 위한 것이다.

상기 해결과제를 갖는 본 발명의 해결수단은 스티렌모노머(SM: Stylene Monomer) 비드(Bead)를 발포시켜 발포립을 형성하고(S1), 난연 코팅재로 발포립을 코팅한 후(S2), 건조시킨 후(S3), 원하는 형상으로 성형되도록 하는 난연 스티로폼 제조방법에 있어서: 상기 난연 코팅재는 팽창흑연이 포함된 난연제, 접착제, 경화제와 흄드실리카(Fumed Silica)가 포함된 것이다.

또한 본 발명에서 상기 난연코팅재가 상기 발포립과 함께 코팅장치 내에 투입된 후 기설정된 속도로 회전됨으로써 상기 팽창흑연이 수식분산되어 조쇄되어 상기 발포립에 부착되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 흄드실리카는 20~70 nano 크기인 NFS(Nano Fumed Silica)인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 팽창흑연이 조쇄된 크기는 120 메쉬 내지 160 메쉬인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 난연 코팅재는 미분의 흑연을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 접착재는 셀룰로오스를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 해결과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, SM 발포비드에 조쇄된 팽창흑연이 접착력 높고 균일하게 부착되기 때문에 난연성능을 향상시킨다.

또한 본 발명에서 셀룰로오스의 천연성분에 의하여 접착력을 높이기 때문에 화재시의 가스의 유독성을 감소시킨다.

또한 본 발명에서 발포비드와 팽창흑연이 포함된 난연성 코팅재를 한꺼번에 코팅장치에 넣고 고속으로 회전시킴으로써 팽창흑연이 수식분산되어 조쇄되어, 코팅재가 균일하게 분포되기 때문에 공정이 단순화되고, 부착력이 강화되어 난연성능을 향상시킨다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예의 난연성 코팅액에 의하여 코팅건조된 재료의 사진이고, 도 2b는 본 발명의 실시예와 대비되는 비교예의 사진이다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 제조방법을 설명하는 순서도이다.

도 1에 도시된 난연 스티로폼의 제조방법은 먼저 스티렌모노머(SM: Stylene Monomer) 비드(Bead)를 발포시켜 발포립을 형성하고(S1), 기준비된 흄드실리카(Fumed Silica), 바람직하게는 20~70nano의 흄드 실리카인 NFS가 포함된 난연 코팅재로 발포립을 코팅한 후(S2), 건조시킨 후(S3), 원하는 형상으로 성형되도록 하는 것이다(S4).

상기 난연 코팅재는 접착제, 경화제, 난연제를 혼합한 것으로, 접착제는 PVAc계(폴리비닐아세테이트), PVA(폴리비닐알코올), EVA계(에틸비닐아세테이트), Acryl계, Epoxy계, Phenol계, Melamine계, Urea계, MDI(메틸렌디페닐디오소시아네이트), TDI(톨루엔디이소시아네이트), 우레탄바인더, 규산소다 중 어느 하나 또는 다수개와 메틸 또는 카복시메틸셀룰로오스를 혼합한 것으로, 사용시에는 접착재 재료와 물의 혼합액 중 물이 60 내지 80 중량%이 혼합된 혼합액을 사용한다.

또한 경화제는 MDI(메틸렌디페닐디오소시아네이트), TDI(톨루엔디이소시아네이트), 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 아민계화합물, 아미드계화합물 중 어느 하나 또는 다수개가 사용되며, 사용시에는 경화제 재료와 물의 혼합액 중 물이 60 내지 80 중량%이 혼합된 혼합액을 사용한다.

또한 난연제는 팽창흑연과 수산화알루미늄이 사용된다. 이때 사용되는 팽창흑연은 일반적으로 사용되는 80 메쉬의 크기로 코팅장치에 투입되지만 코팅장치에서 1750 rpm 의 속도로 임펠러가 고속으로 회전됨으로써 수식분산되어 120 내지 160 매쉬로 조쇄되게 되어 균일하고, 접착력이 높게 발포비드에 부착됨으로써 건조공정시에 착탈분리가 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한 난연 코팅재에는 팽창흑연의 접착력과 분산효과를 높이기 위하여 NFS와 미분의 흑연(Ave: 3~5 마이크론)을 사용한다.

SM 발포립을 난연 코팅재로 코팅하기 위해서는 내부에 회전임펠러가 설치된 코팅장치에 SM 발포립을 투입한 후 경화제, 접착제, 난연제, NFS, 흑연분말을 순차적으로 또는 동시에 투입하여 교반시킴으로써 난연제가 SM 발포립의 외주면에 코팅접착되게 된다.

난연 코팅재 실시예

경화제	MDI	SM 발포립 중량대비 10%
난연제	수산화알루미늄(30중량%)+팽창흑연(70중량%)	난연제는 SM 발포립 중량대비 20%
접착제	유기접착제(70중량%)+셀룰로오스(30중량%)	접착제는 SM 발포립 중량대비 25%
NFS		접착제 중량대비 7%
미분흑연		접착제 중량대비 1%

표1의 실시예에서 물과 MDI의 중량% 비가 70 : 30인 경화제가 SM발포립 중량대비 10%가 사용되었으며, 난연제로 수산화 알루미늄과 팽창흑연을 SM발포립 중량대비 20%가 사용되었다. 이때 수산화 알루미늄과 팽창흑연의 중량비는 30% 대 70%로 하였다. 또한 사용된 팽창흑연은 80메쉬이나 수식분산과정에서 120 ~ 160 메쉬로 조쇄되어 SM 발포립 비드에 부착 코팅된다. 또한 접착제로 유기접착제와 셀룰로오스를 SM발포립 중량대비 25%가 사용되었다. 이때 유기접착제와 셀룰로오스의 중량%비는 70 : 30로 하였으며, 유기접착제는 물과 접착제 원재료를 중량비 70: 30로 혼합된 혼합액이 사용되었다. 또한 NFS는 접착제 중량대비 7%로 하였으며, 미분흑연은 접착제 중량대비 1%로 하였다.

이와 같은 중량비로 혼합된 난연성 코팅재를 코팅장치에 혼입한 다음 고속(1750rpm)으로 회전시켜 수식분산시키면 팽창흑연이 조쇄되면서 균일한 두께로 SM발포립에 난연 코팅막이 형성되며, 그 후에 건조되는 공정에서 팽창흑연의 탈착분리되는 비율이 현저히 감소되게 된다.

또한 본 발명에서 경화제가 SM 발포립 중량대비 5% 미만이면 경화시간이 길어지게 되며, 15%를 초과하게 되면 접착력이 약화되게 되며, 난연제가 SM 발포립 중량대비 15%미만이면 난연성이 떨어지고, 30% 초과하게 되면 부착력이 약해지며, 부착력을 강화시키기 위하여 접착제를 더 첨가하게 되면 연소시에 유독가스발생량이 증가하게 된다. 난연제에서 팽창흑연이 수산화알루미늄에 비해 중량비 60% 미만이면 난연성이 낮아지게 되며, 80%를 초과하게 되면 난연성능의 향상에 비하여 전체 가격이 상승되게 된다.

접착제는 SM 발포립 중량대비 20% 미만이면 접착효과가 낮아지기 때문에 난연재의 부착력이 약화되고, 30% 초과하면 유독가스 발생이 증가되며, 제품 성형시에 금형에 재료가 부착되는 현상이 발생된다.

또한 NFS가 접착제 중량대비 5% 미만이면 분산효과가 낮아지며 팽창흑연의 접착효과가 낮아져 탈착분리되는 비율이 증가되며, 10%를 초과하게 되면 난연성능의 향상에 비하여 전체적인 가격이 상승된다.

또한 미분흑연이 접착제 중량대비 0.5% 미만이면 제품 전체적인 색상이 균일하게 유지되지 못하여 최종 난연 스티로폼 제품이 조악하게 되고, 3%를 초과하게되면 균일한 색상유지효과에 비하여 제품가격의 상승이 크게 이루어진다.

도 2a는 본 발명의 실시예의 난연성 코팅액에 의하여 코팅건조된 재료의 사진이고, 도 2b는 본 발명의 실시예와 대비되는 비교예의 사진이다.

도 2a는 표1에 표기된 재료의 난연성 코팅재가 코팅되어 건조된 상태의 난연재의 사진이고, 도 2b는 종래에 사용되는 방법과 동일하게 접착제로 유기접착제를 전부사용하였으며, NFS를 전혀 사용하지 않은 난연 코팅재를 코팅한 것으로 건조공정과정에서 팽창흑연의 탈착분리되는 비율이 높아지며, 코팅막에 팽창흑연의 균일한 부착이 이루어지지 않게 된다.

또한 본 발명에서 표1의 실시예에서와 같이 80메쉬의 팽창흑연을 코팅장치에 다른 코팅재와 함께 동시에 투입하여 1500에서 2000 rpm, 바람직하게 1750rpm으로 고속으로 임펠라를 회전시킴으로써 수식 분산시켜 120 내지 160 메쉬로 조쇄시키는 것이 다른 재료들과 혼합성을 높이기 때문에 균일하게 코팅막이 형성되게 된다. 단순히 150메쉬의 팽창흑연 분말을 코팅장치에 넣고, 500rpm으로 저속회전시켜 단순히 다른 재료들과 혼합하는 공정을 실시한 경우에는 균일하게 발포비드에 팽창흑연이 부착되지 않게 되고, 건조공정에서 탈착분리되는 비율이 높아지게 된다.

Claims (6)

1. 스티렌모노머(SM: Stylene Monomer) 비드(Bead)를 발포시켜 발포립을 형성하고(S1), 난연 코팅재로 발포립을 코팅한 후(S2), 건조시킨 후(S3), 원하는 형상으로 성형되도록 하는 난연 스티로폼 제조방법에 있어서:
   상기 난연 코팅재는 팽창흑연이 포함된 난연제, 접착제, 경화제와 흄드실리카(Fumed Silica)가 포함되는 것을 특징으로 하는 난연스티로폼 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 난연코팅재가 상기 발포립과 함께 코팅장치 내에 투입된 후 기설정된 속도 이상으로 회전됨으로써 상기 팽창흑연이 수식분산되어 조쇄되어 상기 발포립에 부착되는 것을 특징으로 하는 난연스티로폼 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 흄드실리카는 20~70 nano 크기인 NFS(Nano Fumed Silica)인 것을 특징으로 하는 난연스티로폼 제조방법.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 팽창흑연이 조쇄된 크기는 120 메쉬 내지 160 메쉬인 것을 특징으로 하는 난연스티로폼 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 난연 코팅재는 미분의 흑연을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난연스티로폼 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 접착재는 셀룰로오스를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연스티로폼 제조방법.

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