KR20200054742A - 불연 스티로폼 패널 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불연성 스티로폼 패널의 제조방법에 대한 것으로, 발포 스티로폼 비드 제조과정, 초산비닐수지 용액 접착제 도포과정, 규사, 도석과 백시멘트를 1:1:1의 부피비로 혼합한 광물질 부착과정, 물유리도포과정, 마이크로파를 이용한 패널성형과정 및 패널 표면가공과정을 포함하며, 상기 초산비닐수지 용액 접착제 도포과정에서 발포 스티로폼 비드와 초산비닐수지 용액 접착제가 30:1 ~ 30:3의 부피비로 혼합되고, 밀폐된 교반기로 2~3분간 교반하여 접착제가 도포된 스티로폼 비드가 제조되고, 상기 광물질 부착과정은 압축공기를 분사하면서 이루어지고, 상기 패널 표면가공과정에서 규산소다 70중량%와 물 30중량%가 혼합된 용액을 스프레이로 분사하면서 롤러에 의해 표면가공이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

불연 스티로폼 패널 제조방법{A method of nanufacturing nonflammable polystyrent panel and its product}

본 발명은 불연성 스티로폼 패널의 제조방법에 대한 것으로, 더 구체적으로는 교반기를 이용해 발포된 스티로폼 비드의 주변에 접착제인 아세트산 비닐수지의 접착제를 도포한 후 규사 등의 광물을 투입하여 스티로폼 비드의 주변에 규사 등의 광물을 견고하게 부착시킨 후, 액상의 물유리를 혼합하여 광물질 사이의 틈을 메꾸어 형성된 알맹이 형태의 불연소재 혼합물을 롤러가 결합된 형틀에 넣고 마이크로파를 조사하여 가열을 하면서 롤러로 압착하는 과정과 냉각과정을 거쳐 불연 패널을 형성한 후, 표면마감처리를 하여 불연기준에 적합한 불연 스티로폼 패널을 제조하는 방법에 대한 것이다.

최근 건축업계에서는 스티로폼의 겉면에 철제판을 부착하여 제작되는 샌드위치 패널을 사용하여 조립식 건축물의 벽면을 시공하는 사례가 많이 있으며, 샌드위치 패널은 시공의 편의성과 경제성 면에서 여타 건축재에 비해 월등한 잇점이 있어 각광을 받고 있다. 하지만 화재시 급격한 연소 확대와 진압의 어려움 등으로 인하여 많은 인명과 재산피해를 발생시킨 사례가 있어 이러한 문제점을 개선하기 위한 패널 생산 기법에 관한 다양한 기술들이 개발되고 있는 실정이다.

예컨데, 한국등록특허 제10-0659942호에서는 실리카졸 100중량부에 대하여 이산화규소 5~10중량부, 규조토 3~5중량부, 규회석 5~10중량부, 삼산화안티몬 05~1중량부, 계면활성제 05~3중량부를 포함하는 전처리액에 스티로폼 패널을 함침시키는 함침공정;과, 상기 전처리액이 함침된 스티로폼 패널을 압축 및 파공시키는 압축파공공정과, 압축 및 파공된 스티로폼 패널을 다단 롤러를 통과시키면서 침투된 전처리액을 분산시키고, 액상 규산나트륨 100중량부에 대하여 이산화규소 3~5중량부, 규조토 3~5중량부, 규회석 1~5중량부, 삼산화안티몬 05~1중량부, 계면활성제 05~3중량부를 포함하는 표면처리액 및 산화마그네슘액을 분사하여 표면처리하는 분산 및 표면처리공정과, 상기 표면처리된 스티로폼 패널을 건조시키는 건조공정을 포함하는 난연성 스티로폼 패널 제조방법을 개시되고 있고, 한국등록특허 10-1218944호에서는 스티로폼알갱이가 혼합된 난연성 건축판재의 제조방법은, 송진 5~10중량%, 아교 5~10중량%, Nacl 20~23중량%, 수산화나트륨 3~5중량%, 물50~65중량%를 혼합하여 염도가 20~25%가 유지되는 현탁액을 제조하는 단계와, 제조된 상기 현탁액의 100중량부 당 산화마그네슘 80~96 중량부, 제올라이트 3~5중량부, 메도칠 02~05중량부가 혼합교반되어 페이스트 혼합물을 만드는 단계와, 혼합교반된 페이스트 혼합물의 100중량부 당 스티로폼 알갱이와 펄라이트가 20~40 중량부로 혼합되어 성형틀에 부어서 성형시키는 성형단계와, 성형틀의 온도를 30~40℃로 3~4시간 경과후에 성형틀에서 성형물을 분리시키는 분리단계와, 분리된 성형물이 상온에서 1~2일 경화 후에 필요한 형태로 절단가공되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티로폼알갱이가 혼합된 난연성 건축판재의 제조방법을 개시하고 있다.

상기 한국 등록특허 제10-0659942호는 화재시 표면처리된 스티로폼 패널의 내부가 녹아 내리면 패널의 형상을 유지할 수 없어 구조물이 무너지는 단점이 있으며, 한국 등록특허 10-1218944호는 현탁액에 불에 잘 연소되는 송진과 아교가 20% 정도나 포함되어 있고, 페이스트 혼합물에 과도한 양의 스티로폼이 포함되어 있을 뿐만 아니라 스티로폼 알갱이와 펄라이트의 결합이 견고하지 못해 화재시 구조물을 충분히 지지하기 어렵다는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-0659942호 한국 등록특허 제10-0659942호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 패널의 내부까지 불연물질로 채워 패널이 녹이내리지 않도록 하고, 가연성 물질의 비율을 낮춰 불이 났을 때 견고한 구조를 유지하면서 화재를 전파하지 않으며, 하얀색의 스티로폼 고유의 형상과 색상이 유지된 수 있는 건축용 패널을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 발포 스티로폼 비드(100) 제조과정, 초산비닐수지 용액 접착제 도포과정, 규사, 도석과 백시멘트를 1:1:1의 부피비로 혼합한 광물질(300) 부착과정, 물유리도포과정, 마이크로파를 이용한 패널성형과정 및 패널 표면가공과정을 포함하며, 상기 초산비닐수지 용액 접착제 도포과정에서 발포 스티로폼 비드(100)와 초산비닐수지 용액 접착제가 30:1 ~ 30:3의 부피비로 혼합되고, 밀폐된 교반기로 2~3분간 교반하여 접착제가 도포된 스티로폼 비드(100)가 제조되고, 상기 광물질(300) 부착과정은 압축공기를 분사하면서 이루어지고, 상기 패널 표면가공과정에서 규산소다 70중량%와 물 30중량%가 혼합된 용액을 스프레이로 분사하면서 롤러에 의해 표면가공이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 방법으로 제작된 본 발명의 불연 스티로폼 패널은 패널의 내부까지 불연물질로 채워져 화재에도 패널의 내부가 녹이내리지 않고, 가연성 물질의 함유율이 낮아 불이 났을 때에도 견고한 구조가 유지되며, 화재를 전파하지 않고, 하얀색의 스티로폼 고유의 형상과 색상이 유지되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발포 스티로폼 비드에 초산비닐수지 접착제가 도포된 이후 규사 등과 백시멘트가 결합된 형상의 설명도
도 2는 스티로폼 비드에 규사, 도석, 백시멘트가 결합된 이후 규산나트륨이 도포된 형상의 설명도
도 3은 본 발명에 따른 불연 스티로폼 패널의 제조 공정도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 패널의 착화실험 사진

이하 본 발명에 따른 불연 스티로폼 패널의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발포 스티로폼 비드에 초산비닐수지 접착제가 도포된 이후 규사 등과 백시멘트가 결합된 형상의 설명도이고, 도 2는 스티로폼 비드에 규사, 도석, 백시멘트가 결합된 이후 규산나트륨이 도포된 형상의 설명도이며, 도 3은 본 발명에 따른 불연 스티로폼 패널의 제조 공정도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 패널의 착화실험 사진이다.

본 발명에 따른 불연 스티로폼 패널의 제조방법에 대해 개략적으로 설명하면, 교반기를 이용해 발포된 스티로폼 비드(100)의 주변에 접착제인 아세트산 비닐수지를 도포한 후 규사 등의 광물을 투입하여 스티로폼 비드의 주변에 규사 등의 광물질을 부착시킨 후, 숙성과정을 거쳐 건조시킨 알맹이 형태의 스티로폼 비드와 광물질의 결합물에 액상의 규산나트륨을 혼합하여 광물질 사이의 틈을 물유리(규산나트륨)로 메꾸어 형성된 알맹이 형태의 불연소재 혼합물을 롤러가 결합된 형틀에 넣고 마이크로파를 가열을 한 후 롤러로 압착하는 과정을 몇차례 거쳐 불연 패널을 형성하고, 형성된 불연패널에 물유리(규산나트륨)와 물의 혼합물을 스프레이로 분사하면서 롤러를 이용해 표면마감처리를 하여 불연 스티로폼 패널을 제조한다.

<스티로폼 비드 제조과정>

스티로폼은 폴리스티렌 또는 폴리스타이렌의 통칭으로 널리 사용되는 플라스틱으로, 스티렌의 중합체이다. 무색 투명한 열가소성 물질로, 100℃ 이상에서 부드러워지고 185℃ 정도가 되면 점성의 액체가 되며, 산·알칼리·기름·알코올 등에 강한 성질을 가지고 있다. 발포 스티로폼은 이 스티로폼 수지에 펜테인이나 뷰테인 등 탄화수소가스를 주입시킨 뒤 이를 증기로 부풀린 발포 제품으로, 체적의 98%가 공기이고 나머지 2%가 수지인 자원 절약형 소재이다.

제조 공정은 스티렌에 펜테인·뷰테인가스 등의 발포제를 주입해 물로 중합한 뒤, 소정의 분자량이 될 때까지 가열한다. 이어 얻어진 발포 스티로폼의 구상 입자인 비드(bead)를 세척 건조시키면 발포 스티로폼이 된다. 발포 스티로폼 비드의 평균 입경은 3mm인 것이 바람직하며, 스티로폼 비드의 발포는 공지된 방법이 사용되고, 시중에서 평균 입경은 3mm인 것을 구매하여 사용할 수 있다. 스티로폼 비드의 평균 입경보다 입경이 큰 것은 화재시 열에 의해 스티로폼 비드가 녹으면 공극이 커져 스티로폼 패널의 경도가 약해지며, 평균입경보다 입경이 작으면 스티로폼 패널의 완충력이 약해지고 무게가 무거워지는 단점이 있다.

스티로폼은 희고 가벼우며, 내수성·단열성·방음성·완충성 등이 우수하기 때문에 운송용 포장재, 조립식 주택의 벽이나 천장 재료, 냉동창고의 벽재와 같은 건축재료, 농수산물 상자 등으로 널리 사용된다. 환경적으로 보면 발포제로 쓰이는 펜테인 가스는 그대로 내버려둘 경우 약간의 스모그를 발생시킬 수 있지만 오존층을 파괴하는 염소 원자를 함유하지 않고, 또 낮은 고도에서 급속히 분해되기 때문에 상공의 오존층에는 전혀 영향을 미치지 않는다. 스티로폼은 발포과정에서 오존층 파괴의 주범인 프레온가스를 사용하지 않아 지구 온난화, 온실효과, 산성비의 원인이 되는 가스 방출을 줄여 주며, 땅에 묻어도 메테인가스가 발생하지 않아 지하수를 오염시키지 않는다.

< 접착제 도포과정>

발포 스티로폼 비드(100)에 광물질을 부착하기 위해 초산비닐수지 용액 접착제를 도포하여 접착제 층(200)을 형성한다. 초산비닐수지 용액 접착제는 스티로폼과 스티로폼의 접착이나 밤라이트판과 합판접착, 마루를 까는데 쓰이는 아스타일 등의 접착제로 사용되며, 일반적인 접착제들은 스티로폼을 녹이는 성질을 갖고 있어 스티로폼에 사용할 수 없으나 초산비닐수지 용액 접착제는 스티로폼을 녹이지 않고 접착시키는 성질을 갖고 있으며, 물에도 녹지 않고, 건조 속도가 빠른 다용도 접착제 중의 하나이다.

뚜껑이 구비된 밀폐 교반기에 발포 스티로폼 비드와 초산비닐수지 용액 접착제를 30:1 ~ 30:3의 부피비로 투입하고 뚜껑을 닫은 후, 상온에서 2~3분간 교반하여 접착제가 도포된 스티로폼 비드를 제조한다. 뚜껑을 닫고 교반하는 이유는 초산비닐수지 용액 접착제가 공기와 접촉하면 경화시간이 짧아지므로 경화되기 전에 발포 스티로폼 비드의 표면에 초산비닐수지 용액 접착제가 충분히 도포되게 하기 위한 시간을 연장하기 위한 것이다.

< 광물질 부착과정>

스티로폼 비드의 표면에 초산비닐수지 용액 접착제가 충분히 도포되면, 교반기의 뚜껑을 열고, 규사, 도석과 백시멘트를 1:1:1의 부피비로 혼합한 광물질(300)을 접착제가 도포된 스티로폼 비드 부피의 10:1 ~ 10:2의 부피비로 교반기에 투입한 다음 상온에서 교반기를 2분 내지 5분 동안 교반한다. 광물질(300)의 입경은 바람직하게는 5~500μm이고, 보다 바람직하게는 10~200μm이다. 분말의 입경이 5μm 미만인 경우 교반 과정에서 먼지가 되어 고압에어에 날려 가공성이 저하되고, 스티로폼의 표면에 균일한 부착이 이루어지기 어렵고, 500μm를 초과하는 경우 균일한 입자를 이루지 못해 접착성 약해지며, 입자간 빈 공간이 형성되어 강도가 약해질 우려가 있다.

광물질을 투입하여 교반을 하면 접착제가 도포된 스티로폼 비드의 덩어리 형태가 분해되어 비드의 주변에 광물질(300)이 균일하게 부착된 알맹이 형태로 분해된다. 교반기로 분해하면서 에어 콤프레셔를 이용한 압축공기를 호스를 이용해 분사하면 접착제가 도포된 스티로폼 비드의 분리가 촉진되어 알맹이 형태의 비드로 분해되는 시간을 단축할 수 있다.

< 광물질부착 스티로폼 비드의 숙성과정>

광물질이 부착된 스티로폼 비드를 교반기에서 꺼내 그늘진 곳에서 4시간 내지 48시간 숙성시키는 것이 바람직하다. 숙성과정을 통해 스티로폼 비드, 접착제, 규사 및 백시멘트의 결합이 안정되어 견고한 구조를 이루게 된다. 4시간 이내의 숙성은 숙성효과가 미미하며, 48시간 이상 숙성하면 숙성효과가 현저히 줄어든다.

<물유리 도포과정>

광물질이 부착된 스티로폼 비드를 교반기에 넣고, 물유리를 광물질 부착 스티로폼 비드와 10:1 내지 10:2의 부피비로 혼합하여 상온에서 교반하면서 도포하여 증발시켜 물유리 층(400)을 형성시킨다. 물유리는 물, 알칼리에 용해하는 규산나트륨(Na2SiO3)과 같지만, 그것보다도 SiO2의 양을 증가시킨 것으로 규사(SiO2)와 소다회(Na2CO3)를 몰비로 SiO2/ Na2O=1.6~3.8로 혼합하여, 가열 용해한 것의 농후수용액이다. 물유리는 점도가 높고 투명하며, 그 용도로는 내열성 접착제, 자경성(自硬性)주형의 점결제 등으로 쓰인다.

물유리 도포과정을 거친 스티로폼 비드는 접착제 층(200)에 광물질(300)이 부착된 거친 표면의 틈사이에 물유리 층(400)이 씌워진 알맹이 형태이다.

<패널 성형과정>

복수의 마이크로파 발생장치가 설치되고, 내부에 압착롤러가 설치된 밀폐된 1차 성형기에 물유리 도포과정을 거친 스티로폼 비드를 투입하여 마이크로파 발생장치의 출력 조절로 내부의 온도가 60~70℃가 유지된 상태에서 8~12초 내에 압착롤러를 통과하도록 한다. 물유리 도포과정을 거친 성형기를 통과한 스티로폼 비드는 압착롤러의 압력과 마이크로파에 의한 가열로 내부에 최초 발포시 사용된 펜테인이나 뷰테인 등 탄화수소가스와 물유리 성분이 용출되어 나오며, 스티로폼의 발포가 더 진행되어 입자들이 서로 융합하여 견고한 패널 형태로 1차 성형이 이루어 진다. 1차 성형이 이루어져 성형기의 측면에 배출된 패널은 선풍기 또는 제습기가 가동된 상태에서 8~12초의 동안 1차 냉각을 시키고, 다시 마이크로파를 이용한 가열과 압착롤러를 이용한 2차 성형기에서 4~6초간 2차 성형을 하고 4~6초간 2차 냉각을 하고, 필요에 따라 5초 내외의 3차 이후의 성형과 3차 이후의 냉각을 더 반복할 수 있다.

<패널 표면가공과정>

성형이 이루어진 패널의 표면을 다시한번 평평하게 가공하기 위해 규산소다 70중량%와 물 30중량%가 혼합된 용액을 상온에서 스프레이로 분사하면서 10초 내외로 마감롤러를 통과시켜 표면가공을 한 다음 제습기 또는 선풍기를 이용하여 물기를 제거하면 기존의 스티로폼과 색상과 형상이 거의 같은 하얀색의 불연 스티로폼 패널이 완성된다. 완성된 불연 스티로폼 패널은 절단기구를 이용하여 적절한 크기로 절단하여 포장을 한다.

본 발명의 불연 스티로폼 패널은 패널의 내부까지 불연물질로 채워져 화재에도 패널의 내부가 녹이내리지 않고, 견고한 구조가 를 유지되며, 화재를 전파하지 않고, 하얀색의 스티로폼 고유의 형상과 색상이 유지할 수 있는 효과가 있어 화재 후에도 패널을 뜯어내 폐기하지 않고 계속 사용할 수 있는 효과가 있다.

100 : 스티로폼 비드(100) 200 : 접착제 층(200)
300 : 광물질(300) 400 : 물유리 층(400)

Claims (4)

1. 발포 스티로폼 비드(100) 제조과정, 초산비닐수지 용액 접착제 도포과정, 규사, 도석과 백시멘트를 1:1:1의 부피비로 혼합한 광물질(300) 부착과정, 물유리도포과정, 복수의 마이크로파를 이용한 패널성형과정 및 패널 표면가공과정을 포함한 것을 특징으로 하는 불연 스티로폼 패널 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 초산비닐수지 용액 접착제 도포과정에서 발포 스티로폼 비드(100)와 초산비닐수지 용액 접착제가 30:1 ~ 30:3의 부피비로 혼합되고, 밀폐된 교반기로 2~3분간 교반하여 접착제가 도포된 스티로폼 비드(100)가 제조되고, 상기 광물질(300) 부착과정은 압축공기를 분사하면서 이루어지고, 상기 패널 표면가공과정에서 규산소다 70중량%와 물 30중량%가 혼합된 용액을 스프레이로 분사하면서 롤러에 의해 표면가공이 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연 스티로폼 패널 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 광물질 부착과정 이후에 그늘진 곳에서 4시간 내지 48시간 숙성시키는 숙성과정이 더 포함된 것을 특징으로 하는 불연 스티로폼 패널 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항의 방법으로 제조된 불연 스티로폼 패널.

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