KR20200042548A - 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물 - Google Patents

투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불포화 폴리에스터, 유리섬유, 난연제 및 경화제로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 채광 패널용 조성물은 우수한 채광효과를 나타내며, 폴리카보네이트나 섬유강화플라스틱으로 이루어진 채광 패널의 단점인 난연성이 개선된 채광패널을 제공하는 효과를 나타낸다.

Description

투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물 {COMPOSITION FOR LIGHTING PANEL HAVING TRANSLUCENC AND ANTI FLAMMABLE PROPERTIES}
본 발명은 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 채광효과를 나타내며, 폴리카보네이트나 섬유강화플라스틱으로 이루어진 채광 패널의 단점인 난연성을 개선한 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 건축용 내/외장재로 널리 사용되는 패널의 경우, 건축물에 적합하도록 충분한 강도와 내구성, 내후성 등이 요구되고 있으며, 건축물의 실내에는 별도로 조명시설을 설치하여 밝게 비추게 된다. 최근에 들어서는 전기에너지를 절약함과 더불어 탄소발생을 줄이고 유해물질을 유발하지 않아 친환경적인 자연채광에 관심이 집중되고 있다.
자연 채광기술은 공장, 상업시설, 실내 체육시설 등에 적용하여 태양광 유입이 어려운 실내로 자연광을 유입시켜 조명 전력 수요를 줄이고, 시스템화하여 단열효과로 고급주택, 상가, 아파트 등 주거시설에 적용할 수 있는 건축물 에너지 저감 기술로, 종래에 채광 패널은 폴리카보네이트(PC)와 섬유강화플라스틱(FRP)이 주로 사용되고 있으나, 폴리카보네이트 채광 패널은 설치 후 옥외 노출환경에서 겨울철, 여름철 과도한 온도변화에 따른 뒤틀림, 변형 등이 발생하고 대형 시설물에 적용하기에는 어려운 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해소하기 위해 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 유리섬유강화플라스틱으로 이루어지는 채광패널은 열적성질, 기계적 성질, 화학약품에 대한 저항성 및 성형성이 우수하지만, 난연성에 낮고, 착화 후에는 급속히 연소가 진행되는 문제점이 있었다.
한국특허등록 제10-0892090호(2009.03.31) 한국특허실용 제20-0472551호(2014.04.29)
본 발명의 목적은 우수한 채광효과를 나타내며, 폴리카보네이트나 섬유강화플라스틱으로 이루어진 채광 패널의 단점인 난연성이 개선된 채광 패널을 제공하는 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 불포화 폴리에스터, 유리섬유, 난연제 및 경화제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물은 불포화 폴리에스터 100 중량부, 유리섬유 25 내지 35 중량부, 난연제 16 내지 24 중량부 및 경화제 1 내지 3 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연제는 입자형 난연제와 액상난연제가 1:2.5 내지 3.5의 무게비, 바람직하게는 1: 2.7 내지 3.3의 무게비, 보다 바람직하게는 2.9 내지 3.1의 무게비, 가장 바람직하게는 1: 3의 무게비로 혼합되어 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 입자상 난연제는 알루미늄트리하이드록사이드와 암모늄포스파이트가 1:3.5 내지 4.5의 무게비, 바람직하게는 1: 3.7 내지 4.3의 무게비, 보다 바람직하게는 1: 3.9 내지 4.1의 무게비, 가장 바람직하게는 1: 4의 무게비로 혼합되어 이루어지거나, 암모늄폴리포스페이트 단독으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 액상 난연제는 디메틸메틸포스포네이트로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 경화제는 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 큐밀하이드로퍼옥사이드, 터셔리부틸퍼벤조에이트 및 시클로헥사논퍼옥사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물은 우수한 채광효과를 나타내며, 폴리카보네이트나 섬유강화플라스틱으로 이루어진 채광 패널의 단점인 난연성이 개선된 채광 패널을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 개시된 AP, ATH, DMMP를 단독으로 사용한 난연 불포화 폴리에스테르 수지의 열분해 거동을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 개시된 액상 난연제 단독 사용, 액상 난연제/입자상 난연제 혼합사용에 따른 난연 불포화 폴리에스테르 수지의 열분해 거동을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 3 및 도 4는 DMMP/ATH 혼합 난연 조성물의 함량 변화에 따른 불포화 폴리에스테르 수지의 열분해 거동을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 9를 통해 제조된 채광 패널을 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 진행된 투광성 측정 사진을 나타낸 것이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물은 불포화 폴리에스터, 유리섬유, 난연제 및 경화제로 이루어지며, 불포화 폴리에스터 100 중량부, 유리섬유 25 내지 35 중량부, 난연제 16 내지 24 중량부 및 경화제 1 내지 3 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 불포화 폴리에스터는 본 발명에 따른 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물의 주재료가 되는 성분으로, 내열성, 기계적 물성, 내화학성 및 성형성이 우수하기 때문에, 상기의 물성을 나타낼 뿐만 아니라, 다양한 형태를 나타내는 채광패널을 제조하는 과정에서 우수한 가공성을 부여하는 역할을 한다.
상기 유리섬유는 25 내지 35 중량부, 바람직하게는 27 내지 33 중량부, 보다 바람직하게는 29 내지 31 중량부, 가장 바람직하게는 30 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 투광성이 우수한 난연성 채광 패널용 조성물의 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라, 난연성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 유리섬유의 함량이 25 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 유리섬유의 함량이 35 중량부를 초과하게 되면 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물의 투광성이 저하될 수 있다.
상기 난연제는 16 내지 24 중량부, 바람직하게는 18 내지 22 중량부, 보다 바람직하게는 19 내지 21 중량부, 가장 바람직하게는 20 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물에 난연성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 난연제의 함량이 16 중량부 미만이면 난연효과가 미미하며, 상기 난연제의 함량이 24 중량부를 초과하게 되면 투광성이 우수한 난연성 채광 패널용 조성물의 기계적 물성과 투광성이 저하될 수 있다.
또한, 일반적으로 불포화 폴리에스테르 수지의 난연성(자기소화성, 연기밀도 저감 등)을 부여하기 위해 알루미늄트리하이드록사이드(Aluminium trihydroxide; ATH)와 암모늄포스파이트(Ammonium phosphite; AP)를 단독 또는 혼합하여 사용하고 있다. 이 경우 경화과정에서 난연제 입자의 침강현상이 발생하여 불포화 폴리에스테르 수지와 난연제 사이의 상분리 현상으로 균질한 난연성을 확보하기 어렵고, 투명성이 급격이 저하되는 문제점이 발생한다. 또한 투명성을 개선하기 위해 트리에틸포스페이트(Triethyl phosphate; TEP), 디메틸 메틸포스포네이트(dimethyl methylphosphonate; DMMP) 등 액상형 난연제를 단독으로 사용하여 난연성능(V0등급)을 발휘하기 위해서는 입자상 난연제에 비해 과량 사용되어야 한다. 이 경우 채광 패널의 투명성은 개선되지만, 과도한 액상 난연제 사용으로 표면 끈적임(tacky) 및 마이그레이션(migration) 현상이 발생하여 채광 패널의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에서는 최근 규제대상인 할로겐계 난연제를 대체하여, 인계(인산 에스테르, 적인 포스파젠 등), 질소계(트라진계 화합물 등) 및 무기계(붕소, 산화 안티몬, 금속 후과물 등)의 난연제가 사용될 수 있으며, 상기의 문제점을 개선하기 위해 입자상 난연제와 액상 난연제를 혼합하여 사용한다. 이때 입자상 난연제와 액상난연제가 1:2.5 내지 3.5의 무게비, 바람직하게는 1: 2.7 내지 3.3의 무게비, 보다 바람직하게는 2.9 내지 3.1의 무게비, 가장 바람직하게는 1: 3의 무게비로 이루어진다.
하나의 구체적 실시 양태로서, 입자상 난연제와 액상 난연제 중 가장 바람직한 난연제의 성분 및 배합비율을 확인하기 위해 아래 표 1에 나타낸 배합비로 불포화 폴리에스터에 난연제 성분을 혼합하고 물성을 측정하여 아래 도 1 내지 4에 나타내었다.
이때, AP(Ammonium phosphite(암모늄포스파이트), 입자상),DMMP(Dimethyl methylphosphonate(디메틸메틸포스포네이트), 액상), ATH(Aluminium trihydroxide(알루미늄트리하이드록사이드), 입자상), TEP(Triethyl phosphate(트리에틸포스페이트), 액상)이다.
아래 도 1은 난연제인 AP, ATH 및 DMMP를 단독으로 사용한 난연 불포화 폴리에스테르 수지의 열분해 거동을 측정한 결과인데, 난연 조성물의 5% 중량 손실한 온도, 50% 중량 손실한 온도를 확인한 결과 APP>ATH>DMMP 순서로 난연 조성물의 열 안정성이 개선되는 것을 확인하였다. 또한, 투명성은 DMMP>APP>ATH 순서로 투명 액상형 난연제가 불포화 폴리에스테르 수지의 투명성 개선에 가장 효과적인 것을 확인 하였다.
또한, 아래 도 2는 액상 난연제 단독 사용, 액상 난연제/입자상 난연제 혼합사용에 따른 난연 불포화 폴리에스테르 수지의 열분해 거동을 측정한 결과로, DMMP/ATH 혼합 난연 조성물이 열 안정성은 우수하지만, 투명성은 DMMP/TEP 혼합 난연 조성물이 우수한 것을 확인하였다.
또한, 그림 3과 그림 4는 DMMP/ATH 혼합 난연 조성물의 함량 변화에 따른 불포화 폴리에스테르 수지의 열분해 거동을 측정한 결과로, DMMP 사용량을 증가시키는 경우 투명성과 열 안정성이 동시에 개선되는 것을 알 수 있다.
<표 1>
Figure pat00001
상기 표 1과 아래 도 1 내지 4에 나타낸 자료를 바탕으로 난연제의 함량은 16 내지 24 중량부, 바람직하게는 18 내지 22 중량부, 보다 바람직하게는 19 내지 21 중량부, 가장 바람직하게는 20 중량부가 바람직하며, 난연제의 성분으로는 디메틸메틸포스포네이트(Dimethyl methylphosphonate, DMMP), 알루미늄트리하이드록사이드(Aluminium trihydroxide, ATH), 암모늄 폴리포스포네이트(Ammonium phosphite, AP) 및 암모늄포스포네이트(Ammonium polyphosphate, APP)의 조합이 바람직한 것으로 확인되었다.
상기 경화제는 1 내지 3 중량부가 함유되며, 본 발명의 따른 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물의 경화속도를 향상시켜 가공성을 향상시킴과 동시에, 상기 불포화 폴리에스터와 같은 수지재 내에서 결정이 생성되는 것을 억제하여 채광 패널의 투명도가 유지될 수 있도록 하는 역할을 한다.
이때, 상기 경화제는 메틸에틸케톤퍼옥사이드(Methyl Ethyl Ketone Peroxide, MEKPO), 벤조일퍼옥사이드(Benzoyl Peroxide, BPO), 큐밀하이드로퍼옥사이드(Cumyl Hydroperoxide, CHP), 터셔리부틸퍼벤조에이트(Tertiary Butyl Perbenzoate, TBPB) 및 시클로헥사논퍼옥사이드(cyclohexanone peroxide, CPO)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 경화제의 함량이 1 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 경화제의 함량이 3 중량부를 초과하게 되면 투광성이 우수한 난연성 채광 패널용 조성물의 경화가 급속하게 진행되어 작업성이 저하될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 채광 패널의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
불포화 폴리에스터 100 중량부, 난연제(디메틸메틸포스포네이트 15 중량부, 알루미늄트리하이드록사이드 1 중량부, 암모늄포스파이트 4 중량부) 20 중량부, 경화제(메틸에틸케톤퍼옥사이드) 1 중량부 및 유리섬유 30 중량부를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 150rpm의 속도로 10분 동안 교반한 후에, 압출기를 이용하여 두께가 0.5cm인 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 15 중량부, 암모늄폴리포스페이트 5 중량부를 사용하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 15 중량부, 알루미늄트리하이드록사이드 2 중량부, 암모늄포스파이트 3 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 15 중량부, 알루미늄트리하이드록사이드 3 중량부, 암모늄포스파이트 2 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 10 중량부, 알루미늄트리하이드록사이드 2 중량부, 암모늄포스파이트 3 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<비교예 4>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 17 중량부, 알루미늄트리하이드록사이드 2 중량부, 암모늄포스파이트 1 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<비교예 5>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 12 중량부, 알루미늄트리하이드록사이드 2 중량부, 암모늄포스파이트 1 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<비교예 6>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 7 중량부, 알루미늄트리하이드록사이드 2 중량부, 암모늄포스파이트 1 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<비교예 7>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 알루미늄폴리포스페이트 10 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채관 패널을 제조하였다.
<비교예 8>
상기 실시예 1와 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 10 중량부, 암모늄폴리포스페이트 5 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
<비교예 9>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 난연제로 디메틸메틸포스포네이트 10 중량부, 암모늄폴리포스페이트 10 중량부를 혼합하여 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 9를 통해 제조된 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널의 겔화시간, 광투과율, Haze 및 UL94 등급을 측정하여 아래 표 2 및 도 5에 나타내었다.
{단, 겔화시간은 100℃의 온도로 가열하는 조건이며, 광투과율과 Haze는 HAZE & 투과율 측정기(NDH-2000)를 이용하였으며, UL94 등급은 아래 표 3에 나타낸 기준으로 측정하였다.}
<표 2>
Figure pat00002
<표 3>
Figure pat00003
위 표 2와 3 및 아래 도 5에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널은 비교예 1 내지 9를 통해 제조된 채광 패널에 비해 내열성, 광투과율, Haze 및 난연성이 월등한 것을 알 수 있다.
또한, 난연제의 함량은 16 내지 24 중량부, 바람직하게는 18 내지 22 중량부, 보다 바람직하게는 19 내지 21 중량부, 가장 바람직하게는 20 중량부가 최적이며, 난연제로는 입자형 난연제 및 액상 난연제가 1:2.5 내지 3.5의 무게비, 바람직하게는 1: 2.7 내지 3.3의 무게비, 보다 바람직하게는 2.9 내지 3.1의 무게비, 가장 바람직하게는 1: 3의 무게비로 혼합되는 것이 바람직하고, 상기 입자상 난연제는 알루미늄트리하이드록사이드와 암모늄포스파이트가 1:3.5 내지 4.5의 무게비, 바람직하게는 1: 3.7 내지 4.3의 무게비, 보다 바람직하게는 1: 3.9 내지 4.1의 무게비, 가장 바람직하게는 1: 4의 무게비로 혼합되어 이루어지거나, 암모늄폴리포스페이트로 이루어지고, 상기 액상 난연제는 디메틸메틸포스포네이트로 이루어지는 것이 가장 바람직한 것임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물은 우수한 채광효과를 나타내며, 폴리카보네이트나 섬유강화플라스틱으로 이루어진 채광 패널의 단점인 난연성이 개선된 채광 패널을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 불포화 폴리에스터, 유리섬유, 난연제 및 경화제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물은 불포화 폴리에스터 100 중량부, 유리섬유 25 내지 35 중량부, 난연제 16 내지 24 중량부 및 경화제 1 내지 3 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 난연제는 입자형 난연제 및 액상 난연제가 1: 2.5 내지 3.5의 무게비로 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 입자상 난연제는 알루미늄트리하이드록사이드와 암모늄포스파이트가 1: 3.5 내지 4.5의 무게비로 혼합되어 이루어지거나, 암모늄폴리포스페이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 액상 난연제는 디메틸메틸포스포네이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 경화제는 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 큐밀하이드로퍼옥사이드, 터셔리부틸퍼벤조에이트 및 시클로헥사논퍼옥사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성과 난연성이 우수한 채광 패널용 조성물.
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