KR20190061976A - 난연성 복합단열보드 및 이를 이용한 건축용 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 적층구조를 통하여 건축의 단열공법에 이용이 가능한 수준의 단열성을 발휘하면서도 난연 내지는 준불연 수준의 우수한 난연성을 가지는 복합단열보드와 이를 이용하여 제조되는 건축용의 패널에 관한 것으로,
본 발명에 따른 난연성 복합단열보드는, 표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층과; 상기 표면 단열재층의 일면에 형성되며, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 이면 단열재층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
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Description
본 발명은 난연성 복합단열보드 및 이를 이용한 건축용 패널에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 복합 적층구조를 통하여 건축의 단열공법에 이용이 가능한 수준의 단열성을 발휘하면서도 난연 내지는 준불연 수준의 우수한 난연성을 가지는 복합단열보드와 이를 이용하여 제조되는 건축용의 패널에 관한 것이다.
건축물의 단열성능을 높이기 위해 사용되는 단열공법은, 단열재의 사용 위치에 따라서 내단열, 외단열 및 중단열로 구분되는데, 이들 단열공법은 건축물의 내벽 또는 외벽에 단열재를 시공한 후, 마감처리를 하여 시공하고 있다.
이러한 단열재로 가장 널리 사용되는 것이 EPS, 즉 발포폴리스티렌이다. 그런데, 종래의 EPS 단열재들은 난연성을 갖추지 못하여 화재에 대한 취약성을 드러내었다.
최근에는, 도 1에서 보는 것과 같이 발포폴리스티렌 입자(100)의 표면에 무기 난연제(210)를 포함한 난연성 코팅층(200)을 형성함으로써 입자들 사이에 난연성 격벽을 형성하여 난연성을 높인 발포폴리스티렌 소재가 개발되어 샌드위치 패널 등에 난연성의 흡음재 및 단열재로서 사용되고 있다.
그런데, 이와 같이 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층을 형성한 발포폴리스티렌 단열재는 상기 난연성 코팅층에 포함된 무기 난연제들을 통한 열전도 현상으로 인해 난연처리 전보다는 단열성이 다소 떨어지게 되어, 건축물의 단열공법의 단열재로서 충분한 단열성을 확보할 수 없는 문제가 있다.
또한, 난연성 코팅층의 형성에 따른 중량의 증가와 난연 처리 비용의 증가로 인한 가격의 상승도 문제가 된다.
이를 해소하기 위한 방안으로, 한국 특허공보 제10-1060311호에 기재된 것과 같은 형태의 복합보드가 개발되었다. 상기 복합보드는, 무기 난연제를 포함하는 난연성 코팅층이 형성된 난연성 발포폴리스티렌 판재의 일면, 또는 난연성 발포 폴리스티렌 판재들의 사이에 일반 발포폴리스티렌 판재 또는 폴리우레탄폼, 고단열성 발포폴리스티렌 판재 등으로 이루어진 난연성 코팅층이 형성되지 않은 발포단열판재를 접합하여 복합화함으로써, 난연성 코팅층 내에 포함된 무기 난연제를 통한 열전도가 난연성 코팅층이 형성되지 않은 발포단열판재에 의해 차단되어 전체적으로 난연성 코팅층이 형성된 형태의 난연성 보드보다 우수한 단열성을 갖도록 한 것이다.
이러한 형태의 고단열성의 난연성 복합보드는, 단열성의 측면에서 단열공법에 사용 가능할 정도의 우수한 단열성을 갖지만, 난연성 코팅층이 형성된 난연성 발포폴리스티렌 판재들의 사이 또는 일면에 난연성 코팅층이 형성되지 않은 발포단열판재를 접합하여 복합화하였기 때문에, 화재의 전파에 대한 취약성이나 난연성의 저하가 우려되고 있다.
본 발명은 상술한 종래 난연성 단열재나 이를 활용한 난연성 복합보드의 문제점을 해결하여, 건축물의 내단열, 외단열 등의 각종 단열공법 및 건축물의 내부 칸막이 또는 조립식 가옥의 흡음 단열재로 사용할 수 있는 충분한 단열성을 가지면서도, 종래의 단일구조의 난연 발포폴리스티렌 판재에 비해서도 향상된 난연성을 갖는 난연재 내지 준불연재로서의 기준을 충족하는 난연성 복합단열보드와, 이를 이용하여 제조되는 건축용의 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 난연성 코팅층을 형성한 예비발포 발포폴리스티렌 입자를 발포 성형하여 이루어진 난연재 내지는 준불연재 기준을 만족하는 난연성 발포폴리스티렌 판재와 난연성 코팅액을 소량 사용한 얇은 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자를 발포 성형하여 이루어진 단열성은 높지만 비난연재인 발포폴리스티렌 판재를 복합화할 경우에, 난연성 발포폴리스티렌 판재를 화염에 노출되는 쪽으로 사용하면 전체가 난연성 발포폴리스티렌 판재로 이루어진 경우보다 오히려 향상된 난연성능을 발휘할 수 있다는 사실을 확인하고, 이를 이용하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1형태에 따른 난연성 복합단열보드의 구성은,
표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층과;
상기 표면 단열재층의 일면에 형성되며, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 이면 단열재층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2형태에 따른 난연성 복합단열보드의 구성은,
표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층들과;
상기 표면 단열재층들의 사이에 형성되고, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 내부 단열재층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 따른 난연성 복합단열보드들에 있어서, 표면 단열재층과 이면 단열재층 또는 표면 단열재층들과 내부 단열재층은 각각 따로 성형 및 재단된 후에 접합에 의해 일체화되어 복합단열보드 형태를 구성할 수도 있고, 성형과정에서 층상의 성형물 형태로 일체로 성형이 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 난연성 복합단열보드를 이용한 본 발명에 따른 건축용 패널의 제1형태는,
표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층과; 상기 표면 단열재층의 일면에 형성되며, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 이면 단열재층 포함하여 구성된 난연성 복합단열보드로 이루어진 심재와;
상기 심재의 외측 또는 상기 심재의 표면 단열재층의 외측에 형성된 불연성 표면재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 건축용 패널의 제2형태는,
표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층들과; 상기 표면 단열재층들의 사이에 형성되고, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 내부 단열재층;을 포함하여 구성된 난연성 복합단열보드로 이루어진 심재와;
상기 심재의 표면 단열재층들의 외측에 형성된 불연성 표면재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 난연성 복합단열보드는, 난연재 내지는 준불연재 기준에 적합한 난연성을 가지면서도, 단열성이 우수한 이면 단열재층 또는 내부 단열재층에 의해 단열공법용 단열재에서 요구되는 수준의 단열성을 갖고 있기 때문에, 이를 이용하여 건축물의 단열공법에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 이른바 샌드위치 패널 형태의 건축용 패널을 제조하여 화재에 더욱 안전한 조립식 건축물이나 실내의 구획 등에 활용할 수 있다.
특히, 난연성에 있어서, 전체적으로 두꺼운 난연성 코팅층이 형성된 형태의 난연성 발포폴리스티렌 보드에 비해서 동일수준 또는 그 이상의 난연성을 발현하는 것이 가능하다는 향상된 효과를 갖는다.
또한, 전체적으로 두꺼운 난연성 코팅층이 형성된 형태의 난연성 발포폴리스티렌 보드에 비해서, 난연성 코팅층을 형성하기 위한 코팅액의 소요량이 적어 제조비용이 낮아 경제적일 뿐만 아니라, 코팅층의 부가에 의한 중량의 증가가 낮아 경량성 측면에서도 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 복합단열보드는, 비난연재인 이면 단열재층 또는 내부 단열재층이라 할지라도, 무기 난연제를 포함하는 얇은 코팅층이 형성되어 있어서, 화재시에 열에 의해 발포폴리스티렌이 용융된 용융물이 흘러내리면서, 용융된 수지의 열에 의해 단열판재를 연쇄적으로 용융시킴으로써 발생하는 복합단열보드의 열에 의한 형태 안정성 부족 문제를 해소하여, 직접적인 화염에 의한 문제뿐만 아니라, 복사열 등의 열에 의해 발생하는 난연성 복합단열보드의 형태 붕괴를 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래의 난연성 발포폴리스티렌 단열재의 모식도;
도 2는 본 발명의 제1형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드의 전체 구성을 보여주는 사시도;
도 3은 본 발명의 제2형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드의 전체 구성을 보여주는 사시도;
도 4는 본 발명의 제2형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드를 이용한 건축용 패널의 전체 구성을 보여주는 사시도;
도 5 내지 7은 다양한 발포단열재를 이용한 불꽃 적하물 발생 실험 결과를 보여주는 사진.
도 2는 본 발명의 제1형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드의 전체 구성을 보여주는 사시도;
도 3은 본 발명의 제2형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드의 전체 구성을 보여주는 사시도;
도 4는 본 발명의 제2형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드를 이용한 건축용 패널의 전체 구성을 보여주는 사시도;
도 5 내지 7은 다양한 발포단열재를 이용한 불꽃 적하물 발생 실험 결과를 보여주는 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드의 전체 구성을 보여주는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제2형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드의 전체 구성을 보여주는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 제2형태의 일 실시예에 따른 난연성 복합단열보드를 이용한 건축용 패널의 전체 구성을 보여주는 사시도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1형태에 따른 난연성 복합단열보드(1)는, 표면에 난연성 코팅층(200)이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층(10)과, 상기 표면 단열재층(10)의 일면에 형성된 비난연재인 이면 단열재층(20)을 포함하여 구성되어 있다. 상기 비난연재인 이면 단열재층(20)은, 표면에 무기 난연제를 포함한 얇은 코팅층(300)이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것이다.
그리고 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2형태에 따른 난연성 복합단열보드(1')는, 표면에 난연성 코팅층(200)이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층들(10A, 10B)과, 상기 표면 단열재층들(10A, 10B)의 사이에 형성된 비난연재인 내부 단열재층(20')을 포함하여 구성되어 있다. 상기 비난연재인 내부 단열재층(20')은, 표면에 무기 난연제를 포함한 얇은 코팅층(300)이 형성된 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것이다.
여기서, 상기 난연재 또는 준불연재인 표면 단열재층(10, 10A, 10B)은, 예비발포(1차 발포)된 발포폴리스티렌 입자(100)의 표면에 무기 난연제(210)를 포함하는 난연성 코팅층(200)이 형성된 난연성 발포폴리스티렌 입자들을 스팀을 이용하여 가열하여 발포 성형함으로써 제조되는 것으로서, 발포성형 후에는 상기 난연성 코팅층(200)에 의해 발포폴리스티렌 입자(100)들 사이에 난연성 격벽이 형성되어, 화재의 전파가 억제되어 우수한 난연 성능을 나타내는 것이다.
이러한 상기 난연성 코팅층(200)이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들은, 예컨대 폴리비닐아세테이트나 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체와 같은 열가소성 수지의 용액 또는 분산액과 같이 발포폴리스티렌의 표면을 손상시키지 않거나 손상이 적은 바인더 성분에 무기 난연제(210)를 포함하는 첨가제를 첨가하여 제조된 코팅액을, 예비발포된 발포폴리스티렌 입자의 표면에 코팅한 후, 개개의 입자로 분리하면서 건조한 것으로서, 일정시간 동안 숙성 보관하였다가 스팀가열 발포성형을 통해 성형에 사용한다.
상기 바인더 성분으로는, 스팀가열 발포 성형에 문제가 없는 한 상기 열가소성 수지 이외에도 2액형 에폭시, 폴리우레탄 등의 반응형 수지 및 페놀수지, 멜라민 수지 등의 열경화성 수지 등의 다른 유기 바인더나, 규산염 수용액, 인산과 금속수산화물이 혼합된 액상 바인더와 같은 무기 바인더 등을 사용할 수도 있으며, 스팀가열 발포 성형의 원활화나 성형된 제품의 품질 및 기능성 향상을 위한 다양한 첨가제가 더 포함될 수 있다.
그리고, 상기 무기 난연제(210)로서는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 팽창흑연과 같은 공지의 무기 난연제가 사용될 수 있으며, 난연성 향상을 위해 무기 난연제 이외에 유기 난연제도 함께 사용될 수 있다.
이러한 난연성 코팅층 형성에 의한 난연성 발포폴리스티렌 판재의 제조와 관련하여 위에서 설명되지 않은 상세한 기술은 한국등록특허 제479218호, 제927550호 공보를 참조할 수 있다.
한편, 상기 난연재 또는 준불연재인 표면 단열재층(10)의 일면에 형성된 이면 단열재층(20), 또는 표면 단열재층들(10A, 10B) 사이에 형성된 내부 단열재층(20')은, 상기 표면 단열재층(10, 10A, 10B)과 마찬가지로 예비발포(1차 발포)된 발포폴리스티렌 입자(100)의 표면에 무기 난연제(210)를 포함하는 코팅액을 이용하여 이루어진 코팅층(300)이 형성된 발포폴리스티렌 입자들을 스팀을 이용하여 가열하여 발포 성형함으로써 제조되는 것으로서, 발포 성형후에는 상기 코팅층(300)에 의해 발포폴리스티렌 입자(100)들 사이에 얇은 격벽이 형성된다.
다만, 이 코팅층(300)은 적은 양의 코팅액을 사용하여 상기 표면 단열재층(10, 10A, 10B)의 난연성 코팅층(200)보다 얇게 형성되어, 화재의 억제효과가 다소 떨어지게 되어 난연재 또는 준불연재 수준의 난연성을 갖지는 못한다. 다만, 단열성을 저해하는 코팅층의 두께가 얇기 때문에, 단열재로 필요한 수준의 단열성을 갖게 된다.
또한, 상기 코팅층(300)은 무기 난연제가 혼입되어 있기 때문에, 연화나 용융이 이루어지더라도 점도가 높고 유동성이 낮아서 잘 흐르지 않는 특성을 가지기 때문에, 화재시에 이면 단열재층(20) 또는 내부 단열재층(20')의 형태 안정성을 높이는 데에 도움을 준다.
두께를 제외하고는 상기 코팅층(300)을 구성하는 코팅액의 성분이나 코팅 방법 및 코팅된 예비발포폴리스티렌 입자를 이용하여 발포 성형하는 공정 등은 상술한 표면 단열재층(10, 10A, 10B)의 난연성 코팅층(200)의 형성이나 성형방법 등과 마찬가지이다. 다만, 상기 바인더 성분이나 첨가제 등은 상기 난연성 코팅층(200)을 형성한 바인더 성분과 동일한 종류의 것을 사용한 동일한 코팅액을 사용하는 것이 공정한 유리하지만, 다른 종류의 것일 수도 있다.
이면 단열재층(20) 또는 내부 단열재층(20')에 있어서의 상기 코팅층(300)의 두께와 관련하여서는, 예컨대 발포폴리스티렌 입자 중량의 300wt%를 사용하는 상기 난연성 코팅층(200)을 형성하는 데에 사용하는 코팅액과 동일한 코팅액을 사용할 경우, 코팅액의 도포량을 발포폴리스티렌 입자 중량의 200wt%이하로 할 경우에는 열전도율의 증가 정도가 매우 낮아, 나 등급 단열재 열전도율 0.040W/mK 이하의 범위를 만족시킬 수 있게 된다. 시험결과, 50wt% 정도의 부가시에도 이를 이용한 난연성 복합단열보드는 난연재 내지는 준불연재 수준의 난연성을 나타낼 수 있기 때문에, 단열성과 경제성의 측면에서 50wt% 내지는 100wt% 수준의 부가가 적합하다.
50배 발포된 발포폴리스티렌 입자를 발포하여 성형되는 130배 발포된 일반 발포폴리스티렌의 열전도율이 0.035W/mK 내외이고, 단열재의 등급 분류상 나 등급이 0.035~0.040W/mK이므로, 열전도율 0.040W/mK 이하라는 것은 열전도율의 상승이 미미하여 코팅층의 형성에 의해 열전도율에 거의 변화가 없어, 비코팅 발포폴리스티렌 판재와 마찬가지로 나 등급의 단열재에 속한다는 것을 의미한다.
한편, 상기 난연성 복합단열보드(1, 1')의 상기 표면 단열재층(10)과 이면 단열재층(20), 그리고 표면 단열재층들(10A, 10B)과 이들 사이에 형성된 내부 단열재층(20')은 접착층(30)을 통해 서로 접합하여 일체화되어 있다. 접착층(30)은 이들 단열재층들의 일면 또는 양면에 접착제를 도포하고 접하는 다른 단열재층들과 접합함으로써 형성된 것이며, 바람직하게는 난연성을 향상시키기 위해, 이들 접착층을 형성하기 위한 접착제에도 난연제가 포함되어 난연성 접착층을 형성한다.
또한, 도시된 실시예들에 있어서는, 이들 표면 단열재층들과 이면 단열재층 또는 내부 단열재층은 각각 성형되고 필요한 크기와 형태로 재단된 다음에 접착에 의해 서로 접합되어 일체화된 형태를 보여주고 있지만, 본 발명의 제1형태와 제2형태에 따른 난연성 복합단열보드들은 성형시에 일체로 형성된 것일 수도 있다.
성형시에 일체로 형성되기 위해서는, 예컨대 제1형태에 따른 난연성 복합단열보드(1)의 경우에는, 금형틀 내에 표면 단열재층(10)을 형성하는 난연성 코팅층(200)이 형성된 예비발포된 발포폴리스티렌 입자들을 투입한 다음, 이면 단열재층(20)을 형성하기 위한 얇은 코팅층(300)이 형성된 예비발포된 발포폴리스티렌 입자들을 투입하고, 스팀을 주입하여 스팀가열 발포 성형하는 순서로 하여 층상구조의 발포성형물을 얻은 다음 재단하여 사용할 수 있다. 또는 이러한 교번 투입을 반복하여 다층상의 발포성형물을 얻은 다음, 원하는 크기로 재단하여 사용할 수 있다.
본 발명의 제2형태에 따른 난연성 복합단열보드(1')를 얻고자 하는 경우에는, 표면 단열재층(10A)용 예비발포 발포폴리스티렌 입자와 내부 단열재층(20)용 예비발포 발포폴리스티렌 입자, 표면 단열재층(10B)용 예비발포 발포폴리스티렌 입자의 순으로 순차로 발포폴리스티렌 입자를 투입하고 스팀가열 발포성형을 수행함으로써 발포성형물을 얻을 수 있으며, 제1형태와 마찬가지로 교번 투입을 반복하여 다층상의 발포성형물을 성형한 후에, 원하는 크기로 재단하여 사용할 수도 있다.
이와 같이 성형시에 다층구조의 성형물을 성형할 경우에는, 접착을 통해 일체화할 필요가 없기 때문에, 도 2 내지 도 3에서와 같은 접착층(30)은 형성되지 않는다.
한편, 본 발명에 따른 난연성 복합단열보드(1, 1')에 있어서의 비난연재인 이면 단열재층 또는 내부 단열재층의 두께는, 일반적인 건축용 난연성 단열재로서 사용되는 규격의 범위 내에서는, 단면에만 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층이 형성되는 제1형태의 경우에는 전체 두께의 10~80% 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30~70%의 범위인 것이 좋다. 양면에 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층들이 형성되는 제2형태의 경우에도 10~80% 범위인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20~60%의 범위인 것이 좋다. 상기 범위보다 두꺼우면 충분한 난연성을 발휘하기 어려우며, 상기 범위보다 얇으면 단열성을 충분히 발휘하기 어려울 뿐만 아니라, 난연성 코팅층을 형성하기 위한 코팅액이 많이 소요되므로 제조 비용이 높다.
다만, 상기 범위는 용도와 표면 단열재층의 난연성 코팅층의 두께, 이면 또는 내부 단열재층의 코팅층의 두께 변화 등에 따른 난연성과 단열성의 성능에 따라 변화될 수 있으며, 반드시 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명에 따른 고단열성의 난연성 복합단열보드를 이용한 샌드위치 패널 형태의 건축용 패널(2)을 도시한 것으로서, 불연성 표면재인 금속박판(40)의 내부에 배치되는 저밀도 심재로서 본 발명의 제2형태에 따른 난연성 복합보드(1')가 사용된 것을 보여준다.
이러한 샌드위치 패널 형태의 건축용 패널(2)에 있어서는, 양면이 모두 화염에 노출될 가능성이 있으므로, 도 3에 도시된 것과 같은 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층들(10A, 10B) 사이에 비난연재인 내부 단열재층(20)이 형성되어 있다.
용도에 따라서는, 샌드위치 패널 형태의 건축용 패널에서도, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층(10) 사이에 비난연재인 이면 단열재층(20)이 형성된 제1형태의 난연성 복합단열보드(1)가 심재로 사용될 수도 있다.
한편, 단열공법에서 콘크리트 벽면에 부착할 경우 등에는 외부로 노출되는 쪽만 난연성 코팅층(200)이 형성된 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층(10)이 형성된 도 2에 도시된 것과 같은 제1형태(1)를 사용하는 것이 경제적이고 단열성도 높다. 또한, 도시하지 않았지만, 표면 단열재층(10)의 표면에 불연성 표면재인 금속박판이나 다른 불연성 표면재가 부착된 건축용 패널 형태로 단열공법에 사용할 수도 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.
실시예
제조예
1~8 및
비교제조예
1~2
비교제조예
1
발포성 폴리스티렌 입자를 50배로 예비발포하였다.
상기 예비발포된 발포폴리스티렌 입자를 숙성을 거친 후, 스팀가열 발포성형기에 주입하여, 발포배율이 130배인 블록상의 직육면체의 발포폴리스티렌 성형물을 얻었다.
상기 발포폴리스티렌 성형물을 5㎝의 두께로 절단하여, 열 전도율 측정용 시료로 사용하였다.
제조
예
1~4
발포성 폴리스티렌 입자를 50배로 예비발포하였다.
고형분 함량 35%인 비닐아세테이트계 접착제 100중량부에 팽창흑연 50중량부, 수산화알루미늄 35중량부 및 적인 30중량부를 혼합하여 난연성 코팅액을 제조하였다.
상기 예비발포 입자를 숙성을 거친 후, 상기 난연성 코팅액을 각각 예비발포입자의 중량 대비 100%(제조예 1), 200%(제조예 2), 300%(제조예 3) 및 400%(제조예 4)를 부가하고 교반한 후, 건조하여 코팅층이 형성된 발포폴리스티렌 입자를 얻었다.
상기 코팅층이 형성된 발포폴리스티렌 입자를 스팀가열 발포성형기에 주입하여, 발포배율이 130배인 블록상의 직육면체의 발포폴리스티렌 성형물을 얻었다.
상기 각 제조예들에서 얻은 발포폴리스티렌 성형물을 5㎝의 두께로 절단하여, 열 전도율 측정용 시료로 사용하였다.
비교제조예
2
발포성 폴리스티렌 입자로서 흑연이 첨가되어 단열성이 우수하다고 알려진 BASF사의 네오폴을 사용한 것을 제외하고는 비교제조예 1과 동일한 과정으로 거쳐, 비교제조예 2의 발포폴리스티렌 성형물을 얻고, 이로부터 열 전도율 측정용 시료를 제조하였다.
제조예
5~8
발포성 폴리스티렌 입자로서 흑연이 첨가되어 단열성이 우수하다고 알려진 BASF사의 네오폴을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1~4와 동일한 과정으로 거쳐, 제조예 5~8의 발포폴리스티렌 성형물을 얻고, 이로부터 열 전도율 측정용 시료를 제조하였다.
단열성 시험
상기 각 제조예와 비교제조예에서 얻은 시료의 단열성능을 시험하기 위해, 열전도율을 측정하였다.
측정결과는 아래의 표 1과 같이 나타났다.
| 구분 | 폴리스티렌 수지 종류 | 코팅액 부가량 | 열전도율(W/mK) |
| 비교제조예 1 | 일반 | - | 0.035 |
| 제조예 1 | 일반 | 100wt% | 0.035 |
| 제조예 2 | 일반 | 200wt% | 0.037 |
| 제조예 3 | 일반 | 300wt% | 0.044 |
| 제조예 4 | 일반 | 400wt% | 0.046 |
| 비교제조예 2 | 고단열(네오폴) | - | 0.032 |
| 제조예 5 | 고단열(네오폴) | 100wt% | 0.033 |
| 제조예 6 | 고단열(네오폴) | 200wt% | 0.039 |
| 제조예 7 | 고단열(네오폴) | 300wt% | 0.045 |
| 제조예 8 | 고단열(네오폴) | 400wt% | 0.050 |
상기 시험결과로부터, 소량의 난연성 코팅액의 부가는 발포폴리스티렌 단열재의 열전도율에 거의 영향을 주지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다.
즉, 200wt%까지의 부가에 의해서는 열전도율의 증가가 낮고, 나 등급 단열재의 열전도율 기준인 0.040W/mK 이하의 열전도율을 나타내므로, 소량의 난연성 코팅액을 부가하여 코팅층을 형성한 판재는 단열공법에 적용이 가능하다는 사실을 확인할 수 있었다. 다만, 300wt% 이상을 부가할 경우에는 열전도율이 다소 높게 나타났기 때문에, 단독으로 단열공법용 단열재로서는 부적합한 것을 알 수 있다.
이러한 사실은 고단열성 소재인 네오폴을 사용한 경우에도 비슷하게 나타났으며, 200wt%의 난연성 코팅액 부가에 의한 코팅층의 생성은 단열성을 만족시킬 수 있는 것으로 나타났다. 다만, 일반 발포폴리스티렌 수지를 사용한 경우보다는 열전도율의 상승 정도가 훨씬 높아서 200wt% 부가시에 열전도율이 일반 발포폴리스티렌 수지를 사용한 경우보다 오히려 높아서, 고단열성 수지를 사용하는 것이 경제적인 측면에서는 별로 바람직하지 않다는 것을 알 수 있었다.
실시예
1~6,
비교예
1~2
발포성 폴리스티렌 입자를 50배로 예비발포하였다.
고형분 함량 35%인 비닐아세테이트계 접착제 100중량부에 팽창흑연 50중량부, 수산화알루미늄 35중량부 및 적인 30중량부를 혼합하여 난연성 코팅액을 제조하였다.
상기 예비발포 입자를 숙성을 거친 후, 2개의 용기에 나누고, 상기 난연성 코팅액을 각각 예비발포 입자의 중량 대비 300wt%와 50wt%를 각각 부가하고 교반한 후, 개개입자로 분리하고 건조하여, 난연성 코팅액으로 이루어진 코팅층이 형성된 2종류의 발포폴리스티렌 입자를 얻었다.
상기 코팅층이 형성된 발포폴리스티렌 입자를 각각 스팀가열 발포성형기에 주입하여, 발포배율이 120배인 블록상의 직육면체의 발포폴리스티렌 성형물을 얻었다.
상기 2종류의 발포폴리스티렌 성형물을 하기 표 2에 기재된 두께로 각각 재단한 다음, 적층하여 본 발명의 실시예에 따른 난연성 복합단열보드와 비교예에 따른 복합단열보드를 각각 제조하였다.
그리고, 각 실시예와 비교예에서 제조된 복합단열보드를 100mm*100mm*50mm의 시편으로 만들어, KS F ISO 5660-1 연소성능 시험-콘칼로리메타법에 의거하여, 열방출시험을 실시하여 그 결과를 아래 표 2에 함께 나타내었다.
| 구분 | 복합단열보드의 구성 | 열방출량(MJ/㎡) | ||
| 표면 단열재층 | 이면 단열재층 | 5분 | 10분 | |
| 실시예 1 | 300wt% 1㎝ | 50wt% 4㎝ | 8.58 | 13.40 |
| 실시예 2 | 300wt% 1.5㎝ | 50wt% 3.5㎝ | 3.73 | 5.41 |
| 실시예 3 | 300wt% 2㎝ | 50wt% 3㎝ | 3.97 | 5.95 |
| 실시예 4 | 300wt% 2.5㎝ | 50wt% 2.5㎝ | 4.71 | 7.75 |
| 실시예 5 | 300wt% 3㎝ | 50wt% 2㎝ | 5.20 | 7.50 |
| 비교예 1 | 300wt% 5㎝ 단일층 | 4.11 | 6.15 | |
| 비교예 2 | 50wt% 2㎝ | 300wt% 3㎝ | 16.07 | 20.41 |
| 실시예 6 | 300wt% 2㎝ | 50wt% 3㎝ | 3.99 | 6.01 |
난연성 시험 결과, 비교예 1의 300wt%의 코팅액을 부가하여 단일층으로 된 난연성 발포폴리스티렌 판재는 5분, 10분에서 8.0 MJ/㎡이하의 열방출량을 나타내어 현행 법령 '건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준'에 의거한 준불연재료에 준하는 난연 성능을 보유하고 있었다.
한편, 표면 단열재층에 300wt%의 난연코팅액을 부가한 것을 사용한 실시예 2~6의 경우, 모두 8.0 MJ/㎡ 이하의 열방출량을 나타내어서, 표면 단열재층에만 난연성 코팅층을 형성하고, 이면 단열재층에는 얇은 코팅층만 형성하여 난연재 기준에 적합한 난연성 코팅층을 형성하지 않은 경우에도, 이들을 결합한 복합단열보드는 준불연재 기준에 적합한 난연성능을 나타낼 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
다만, 준불연재인 표면 단열재층이 1㎝에 불과한 실시예 1의 경우에는 8.0 MJ/㎡를 초과하는 열방출량을 나타내어, 준불연재 기준에는 부족한 난연성을 나타내어, 표면 단열재층의 두께가 일정수준 이상이 필요함을 확인할 수 있었다. 본 실험에서는 1.5㎝ 이상에서는 우수한 난연 성능을 발휘하는 것으로 나타났다.
특히, 준불연재인 표면 단열재층과 비난연재인 이면 단열재층의 두께 비율이 1.5㎝/3.5㎝인 경우와, 2㎝/3㎝인 경우에는 전체적으로 준불연재 수준의 난연성능을 가지는 단일층으로 이루어진 난연성 발포폴리스티렌 판재인 비교예 1에 비해 오히려 향상된 난연성을 나타내는 것으로 확인되었다. 이는, 고난연 성능을 가진 표면 단열재층에 의해 화기가 충분히 차단된 경우에는, 이면 단열재층까지 전달될 수 있는 열량이 한정되어 이면 단열재층에 형성된 코팅층에 영향을 줄 수 없는 반면에, 전체적으로는 연소에 연료로 제공되는 코팅층을 포함한 단열재의 중량이 감소되어, 연소에 의한 열방출량은 감소하기 때문인 것으로 추측된다.
이에 반해, 비교예 2에서와 같이 비난연의 발포폴리스티렌 판재를 표면 단열재층으로 하고, 준불연성의 발포폴리스티렌 판재를 이면 단열재층으로 한 경우에는, 매우 높은 열방출량을 나타내는 것으로 확인되었다. 이는 비난연의 표면 단열재층이 난연성을 충분히 발휘하지 못하여 이면 단열재층까지 화기가 전달되고, 부가된 다량의 코팅액이 연소의 연료로서 활용되기 때문인 것으로 추측된다.
실시예
7~11
실시예 1에서와 비슷한 방법으로 본 발명에 따른 난연성 복합단열보드를 제조하되, 표면 단열재층과 이면 단열재층을 각각 따로 형성하지 않고, 성형장치의 금형 내에 표면 단열재층 형성용의 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 입자와 이면 단열재층 형성용의 코팅층이 형성된 예비발포 입자를 순차로 공급하여, 스팀가열 발포성형시 융착에 의해 표면 단열재층과 이면 단열재층이 융착되어 층상으로 형성된 형태의 복합단열보드를 얻었다.
표 3에 나타낸 것과 같이 표면 단열재층과 이면 단열재층의 두께를 달리하여 복합단열보드를 제조하였으며, 이를 이용하여 100mm*100mm*50mm의 시편을 만들고, KS F ISO 5660-1 연소성능 시험-콘칼로리메타법에 의거하여, 열방출시험을 실시하여 그 결과를 아래 표 3에 함께 나타내었다.
| 구분 | 복합단열보드의 구성 | 열방출량(MJ/㎡) | ||
| 표면 단열재층 | 이면 단열재층 | 5분 | 10분 | |
| 실시예 7 | 300wt% 1㎝ | 50wt% 4㎝ | 8.28 | 13.80 |
| 실시예 8 | 300wt% 1.5㎝ | 50wt% 3.5㎝ | 3.33 | 5.51 |
| 실시예 9 | 300wt% 2㎝ | 50wt% 3㎝ | 4.07 | 6.05 |
| 실시예 10 | 300wt% 2.5㎝ | 50wt% 2.5㎝ | 4.89 | 7.97 |
| 실시예 11 | 300wt% 3㎝ | 50wt% 2㎝ | 5.40 | 8.10 |
표 3의 결과로부터, 표면 단열재층과 이면 단열재층을 각각 성형하여 일체화한 경우뿐만 아니라, 이들을 층상으로 동시에 성형한 경우에도 유사한 난연성능을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이 경우에도, 표면 단열재층이 너무 얇거나 두꺼우면 준불연재로서 적합한 난연 성능을 나타내지는 못하는 것으로 나타났다.
실시예
12
예비발포 입자의 중량 대비 100wt% 코팅액을 부가하여 상기 제조예 1에서와 동일한 방법으로 발포폴리스티렌 성형물을 얻어 두께 1㎝의 판재형태로 재단하여 내부 단열재층용 재료로 사용하였다.
그리고, 제조예 3에와 같은 방법으로 코팅액 부가량 300wt%의 난연성 발포폴리스티렌 성형물을 얻고, 두께 2㎝의 판재형태로 재단하여 표면 단열재층용 재료로 하여, 상기 재단된 난연성 발포폴리스티렌 판재 2개의 사이에 상기 재단된 내부 단열재층용 발포폴리스티렌 판재를 배치하고, 접착제를 이용하여 이들을 접합하여 실시예 12의 난연성 복합단열보드를 제작하였다.
상기 실시예 12에서 제조된 난연성 복합단열보드 100mm*100mm*50mm의 시편을 사용하고, KS F ISO 5660-1 연소성능 시험-콘칼로리메타법에 의거하여, 열방출시험을 3회 실시하여 그 결과를 아래 표 4에 나타내었다.
표 4에서 보는 것과 같이, 시험결과 용융관통이 없었을 뿐만 아니라, 10분간 열방출이 8MJ/㎡ 이하로 나타나서, 본 실시예에서 준비한 난연성 복합단열보드가 현행 법령 '건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준'에 의거한 준불연재료에 준하는 난연 성능을 보유하고 있음을 확인할 수 있었다.
| 구분 | 열방출량 | 시험 시간 | 외관 |
| 1회 | 5.5MJ/㎡ | 10분 | 용융 관통 없음 |
| 2회 | 5.7MJ/㎡ | 10분 | 용융 관통 없음 |
| 3회 | 6.8MJ/㎡ | 10분 | 용융 관통 없음 |
한편, 화재의 전파성을 확인하기 위하여, 실시예 12에서 제조된 난연성 복합단열보드와 시판의 일반 EPS 단열재와(비교예 3) 및 시판되는 열반사 단열재(비교예 4)를 사용하여, 심재의 불꽃적하물(Flaming droplets) 발생 실험을 실시하였다.
적하물 실험은 화재에 취약한 위치인 심재에 영향을 주는 3방향(수평하부, 수평측부, 대각측부)을 선정하여 진행하였으며, 점화원(촛불, 토치)에 착화후 불꽃적하물이 발생하는 시간을 1분간 관찰하였다.
실험에 사용된 시편의 크기는 200mm*100mm*50mm이다.
실시예 12와 비교예 3, 비교예 4에 대한 적하물 실험 결과를 보여주는 사진을 수평하부, 수평측부 및 대각측부 순으로 도 5 내지 도 7에 각각 나타내었다.
도 5 내지 도 7의 시험 결과를 통해 알 수 있듯이, 실시예 12의 본 발명에 따른 난연성 복합단열보드에 있어서는 수평하부, 수평측부 및 대각측부의 불꽃에 대해서 모두 적하물 발생이 일어나지 않아, 본 발명에 따른 난연성 복합단열보드의 내부 단열재층에 코팅층을 형성한 발포폴리스티렌 입자를 사용할 경우에 발포폴리스티렌 입자의 표면을 둘러싼 격벽에 포함된 난연제가 유동성을 저하시켜 적하물의 발생을 억제하여, 화재의 전파를 차단하는 데에 효과적임을 확인할 수 있었다.
그에 반해, 비교예 3과 비교예 4의 미난연의 일반 발포폴리스티렌 단열재나 시판 열반사 EP 단열재의 경우에는 모두 짧은 시간 내에 모든 방향의 불꽃에 대해 적하물이 발생하여 용융물의 유동에 의한 화재의 전파와 형태의 소실이 예견된다.
실시예
13~16
표면 단열재층과 이면 단열재층에 표 5에서와 같이 난연제(TCPP:Tris(1-chloro-2-propyl)phosphate)의 첨가량을 변화시킨 접착제를 사용하여 표면 단열재층과 이면 단열재층의 사이에 접착층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 본 발명에 따른 난연성 복합단열보드를 제조하고, 이를 사용하여 100mm*100mm*50mm의 시편을 만들어, KS F ISO 5660-1 연소성능 시험-콘칼로리메타법에 의거하여, 열방출시험을 실시하였으며, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
| 구분 | 복합단열보드의 구성 | 접착층 (100㎠당 2g 도포) |
열방출량(MJ/㎡) | ||
| 표면 단열재층 | 이면 단열재층 | 5분 | 10분 | ||
| 실시예 13 | 300wt% 2㎝ |
50wt% 3㎝ |
우레탄본드 A,B액 각 50중량부 | 9.10 | 12.78 |
| 실시예 14 | 우레탄본드 A,B액 각 50중량부, 난연제(TCPP) 5중량부 | 4.71 | 6.95 | ||
| 실시예 15 | 우레탄본드 A,B액 각 50중량부, 난연제(TCPP) 12.5중량부 | 3.97 | 5.85 | ||
| 실시예 16 | 우레탄본드 A,B액 각 50중량부, 난연제(TCPP) 25중량부 | 4.81 | 5.80 | ||
표 5에서 확인할 수 있는 것과 같이, 접착층을 별도로 형성할 경우에는, 별도의 난연제를 첨가하면, 난연성의 향상에 도움이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
1, 1' : 난연성 복합단열보드 2 : 건축용 패널
10, 10A, 10B : 표면 단열재층
20: 이면 단열재층 20': 내부 단열재층
30: 접착층 40: 금속박판
100: 발포폴리스티렌 입자 200: 난연성 코팅층
210: 무기 난연제 300: 코팅층
10, 10A, 10B : 표면 단열재층
20: 이면 단열재층 20': 내부 단열재층
30: 접착층 40: 금속박판
100: 발포폴리스티렌 입자 200: 난연성 코팅층
210: 무기 난연제 300: 코팅층
Claims (9)
- 표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층과;
상기 표면 단열재층의 일면에 형성되며, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 이면 단열재층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 난연성 복합단열보드. - 제1항에 있어서, 상기 이면 단열재층은 전체 두께의 10~80% 범위를 차지하는 것을 특징으로 하는 난연성 복합단열보드.
- 표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층들과;
상기 표면 단열재층들의 사이에 형성되고, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 내부 단열재층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 난연성 복합단열보드. - 제1항에 있어서, 상기 내부 단열재층은 전체 두께의 10~80%를 차지하는 것을 특징으로 하는 난연성 복합단열보드.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 표면 단열재층과 상기 이면 단열재층간 또는 표면 단열재층들과 내부 단열재층간에는 난연성 접착층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 난연성 복합단열보드.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 표면 단열재층과 상기 이면 단열재층간 또는 표면 단열재층들과 내부 단열재층간은 발포성형시의 융착에 의해 서로 직접 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 난연성 복합단열보드.
- 표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층과; 상기 표면 단열재층의 일면에 형성되며, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 이면 단열재층 포함하여 구성된 난연성 복합단열보드로 이루어진 심재와;
상기 심재의 외측에 형성된 불연성 표면재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건축용 패널. - 표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층과; 상기 표면 단열재층의 일면에 형성되며, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 이면 단열재층 포함하여 구성된 난연성 복합단열보드로 이루어진 심재와;
상기 심재의 표면 단열재층의 외측에 형성된 불연성 표면재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건축용 패널. - 표면에 무기 난연제를 포함한 난연성 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어지며, 난연재 내지는 준불연재인 표면 단열재층들과; 상기 표면 단열재층들의 사이에 형성되고, 표면에 무기 난연제를 포함한 코팅층이 형성된 예비발포 발포폴리스티렌 입자들이 발포 성형되어 이루어진 것으로서, 상기 표면 단열재층에 형성된 난연성 코팅층에 비해 얇은 코팅층이 형성되어 비난연재인 내부 단열재층;을 포함하여 구성된 난연성 복합단열보드로 이루어진 심재와;
상기 심재의 표면 단열재층들의 외측에 형성된 불연성 표면재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건축용 패널.
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