KR20200065204A - 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재에 있어서: 난연 무기물로 충전된 페놀수지에 함침하여 생성되는 유리섬유층(10); 상기 유리섬유층(10)의 일면과 타면으로 접합되고, 페놀수지에 함침하여 생성되는 모양지함침층(20); 및 상기 모양지함침층(20)의 적어도 일면에 투명한 상태로 형성되는 세라믹코팅층(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 불연 또는 난연 규정을 만족하는 기능성을 확보하면서 디자인의 다양성을 부가하기 용이하여 장식성을 높이므로 건축물 마감용 자재의 상품성과 활용성을 제고하는 효과가 있다.

Description

세라믹 기반의 친환경준불연 외장재 {Eco-friendly quasi-noncombustible exterior material based on ceramic}
본 발명은 건축물 등의 외장재에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 건축 마감용 자재로서 디자인의 다양성과 더불어 안전의 기능성을 확보하기 위한 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재에 관한 것이다.
통상적으로 건축물의 외벽에 설치되는 외장재는 이미지 제고를 위한 장식성이 중요하지만 이에 더하여 내구성, 내화성, 친환경성, 경제성, 시공성 등의 기능성이 요구된다. 근래 들어 부실한 외장재에 의한 화재사고가 빈번하게 발생하면서 (준)불연성/난연성 등의 안전 규정이 강화되고 있다. 준불연성은 화재 발생시 약간 타거나 미량의 연기가 나오지만 유독가스 발생이 없고, 난연성은 가연성을 지닌 유기질 재료를 약품가공하여 연소되기 어려운 상태이다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서, 한국 등록실용신안공보 제0380401호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1868345호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 발포폴리스티렌에 불연성 및 난연성의 내화피폭제를 적용한 난연성 단열재에 시멘트와 유무기 접착제로 접착부를 형성되고, 각 접착부에는 불연성의 보드가 부착ㆍ형성되며, 각 보드의 겉면으로는 내열성이 우수한 코팅층을 형성한 내화단열패널이 구성된다. 이에, 우수한 난연성으로 유해물질을 배출하지 않으며, 화재에도 안전한 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 강판, 강판의 적어도 일면에 형성된 용융도금층, 용융도금층 상에 형성된 전처리층, 전처리층 상에 형성된 칼라 코팅층, 및 칼라 코팅층 상에 형성된 세라믹 투명 코팅층을 포함하는 불연성 또는 난연성 칼라강판을 제안한다. 이에, 가공성, 내지문성, 내후성 등의 물성은 물론 불연성 또는 난연성이 우수한 효과를 기대한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 불연이나 난연의 물성을 강화하는 만큼 장식성을 높이기 어려워 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 등록실용신안공보 제0380401호 "난연성의 건축용 내화 단열 패널" (공개일자 : 2005.03.30.) 한국 등록특허공보 제1868345호 "불연성 또는 난연성 칼라강판, 및 그 제조방법" (공개일자 : 2018.01.08.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 건축물 마감용 자재로서 불연 또는 난연 규정을 만족하는 기능성을 확보하면서 디자인의 다양성을 부가하기 용이하여 장식성을 높이기 위한 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재에 있어서: 난연 무기물로 충전된 페놀수지에 함침하여 생성되는 유리섬유층; 상기 유리섬유층의 일면과 타면으로 접합되고, 페놀수지에 함침하여 생성되는 모양지함침층; 및 상기 모양지함침층의 적어도 일면에 투명한 상태로 형성되는 세라믹코팅층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 유리섬유층은 평직층, 주자직층, 스트랜드층에서 선택되는 복수의 층으로 구성되고, 난연 무기물은 입경 5~300㎛의 미세입자로 페놀수지에 혼합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 모양지함침층에 침지되는 페놀수지는 나노 입경을 지닌 산화티탄(TiO2), ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide)를 구비하고, 산화티탄(TiO2)의 함량을 조절하여 설정된 투명도를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 세라믹코팅층은 액체 세라믹과 합성수지 에멀젼으로 형성되는 코팅제에 분쇄된 입경 100~500㎚의 산화티탄(TiO2)을 1~5wt% 배합하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 모양지함침층 또는 세라믹코팅층은 운모, 활석에서 선택되는 입경 5~50㎛의 투명성 착색안료를 더 구비하고, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 인산암모늄에서 선택되는 입경 5~50㎛의 소화물질 분말을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 불연 또는 난연 규정을 만족하는 기능성을 확보하면서 디자인의 다양성을 부가하기 용이하여 장식성을 높이므로 건축물 마감용 자재의 상품성과 활용성을 제고하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 외장재의 적층 구조를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재에 관하여 제안한다. 건축물에 대한 단열성은 물론 화재사고에 대응하는 (준)불연성/난연성 규정을 만족하는 외장재를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 세라믹은 친환경성과 내후성이 우수한 소재로서 건축물의 외장재 뿐만 아니라 다양한 질감의 내장재로도 손색이 없다.
본 발명에 따르면 유리섬유층(10)이 난연 무기물로 충전된 페놀수지에 함침하여 생성되는 구조이다. 난연 무기물은 알루미나, 실라카 에어로겔, 인산마그네슘암모늄계 조성물, 할로겐계 조성물 등에서 선택할 수 있다. 유리섬유층(10)은 무기 섬유로서 특별히 한정되지 않으며 암면 등을 부분적으로 혼용할 수 있다. 페놀수지는 페놀, 크레졸 등의 페놀수지류에 알데히드류를 혼합하고 염기성 또는 산성 촉매 하에 반응하여 생성된 것을 사용한다. 유리섬유층(10)은 함침된 상태의 프리프레그(prepreg)로 제조하여 후속 공정에 투입한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 유리섬유층(10)은 평직층, 주자직층, 스트랜드층에서 선택되는 복수의 층으로 구성되고, 난연 무기물은 입경 5~300㎛의 미세입자로 페놀수지에 혼합되는 것을 특징으로 한다.
평직층은 외장재가 크고 두꺼울수록 강도 유지에 유리하고, 주자직층은 평직보다 강도와 더불어 유연성도 높이기 유리하고, 스트랜드층은 강도와 인성이 약하지만 함침성 측면에서 유리하다. 유리섬유층(10)의 복층 구조는 평직층 또는 주자직층을 기반으로 스트랜드를 외면에 적층하는 방식이 선호된다. 물론 유리섬유층(10)의 복층 구조는 이외의 다양한 조합이 가능하다.
난연 무기물의 입경은 입도분석기(Particle Size Analysis)에서 누적 50%에 해당하는 메디안 지름(median size)이다. 난연 무기물의 입경이 하한치에 미달하면 점도가 증가되어 함침 공정 등의 성형성이 저하되고, 상한치를 초과하면 후속되는 적층ㆍ접합 공정에서 접합력 약화를 유발하기 쉽다. 함침의 흡수율을 높이기 위해 난연 무기물의 표면에 다공 처리를 부가할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 페놀수지에 함침하여 생성되는 모양지함침층(20)이 상기 유리섬유층(10)의 일면과 타면으로 접합되는 구조이다. 모양지함침층(20)의 모양지는 특별한 제한이 없으나 고온에서 변형이 없는 종류가 선호된다. 일예로 산화티탄 함유 셀룰로오스 종이가 모양지로 사용될 수 있다. 모양지함침층(20)의 페놀수지는 레조르시놀(Resorcinol)에 알데히드류를 혼합ㆍ반응하여 생성된 것을 사용한다. 이는 유리섬유층(10)의 페놀수지와 기본적 물성은 유사하지만 디자인 다양성 구현을 위한 투명도에서 차이를 나타낸다. 모양지함침층(20)은 함침된 상태의 프리프레그(prepreg)로 제조하여 후속 공정에 투입한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 모양지함침층(20)에 침지되는 페놀수지는 나노 입경을 지닌 산화티탄(TiO2), ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide)를 구비하고, 산화티탄(TiO2)의 함량을 조절하여 설정된 투명도를 유지하는 것을 특징으로 한다. 무기충진재는 기계적 강도와 같은 물성을 확보하면서 모양지함침층(20)의 열경화 가공전후의 치수 안정성을 높인다. 무기충진재는 산화티탄(TiO2)의 한 종류를 사용할 수도 있고, ITO(Indium Tin Oxide) 그리고/또는 ATO(Antimony Tin Oxide)를 혼합할 수도 있다. 특히 산화티탄은 외장재에 요구되는 강도와 더불어 투명한 질감 유지에 효과적이다. 무기충진재의 100~500㎚ 범위의 입경은 페놀수지와의 굴절율 차이를 축소하여 투명도를 높인다. 페놀수지에 혼합되는 산화티탄(TiO2)의 함량은 5wt% 이하로 유지하며, 함량이 적정 범위를 초과하면 모양지함침층(20)의 투명도가 급격히 저하된다.
한편, 유리섬유층(10)의 양면에 모양지함침층(20)을 프리프레그 상태로 적층하고 130~180℃로 가열된 상태에서 50~80Kg/㎠의 프레스 가압을 통하여 열경화시키며 상온 냉각을 거쳐 접합이 완성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 세라믹코팅층(30)이 상기 모양지함침층(20)의 적어도 일면에 투명한 상태로 형성되는 구조이다. 도 1을 참조하면, 유리섬유층(10)의 양면에 접합된 모양지함침층(20)에 각각 세라믹코팅층(30)이 형성된 상태를 예시한다. 세라믹코팅층(30)은 설정된 투명도를 유지하여 모양지함침층(20)의 문양을 적어도 부분적으로 표출시킴에 따른 디자인 다양성을 구현한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 세라믹코팅층(30)은 액체 세라믹과 합성수지 에멀젼으로 형성되는 코팅제에 분쇄된 입경 100~500㎚의 산화티탄(TiO2)을 1~5wt% 배합하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 액체 세라믹은 규산니트륨과 같은 규산염을 기반으로 하는 실리놀염을 사용한다. 액체 세라믹에 탄화규소(SiC), 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC), 보론나이트라이드(BN), 장석 등의 나노 분말을 선택적으로 미량 혼합할 수 있다. 합성수지 에멀젼은 폴리카보네이트, 아크릴, 우레탄, 실리콘 등을 혼합한 투명한 수지를 기반으로 한다. 나노 입경의 산화티탄(TiO2)은 전술한 것처럼 강도 및 투명한 질감 유지에 유용하다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 모양지함침층(20) 또는 세라믹코팅층(30)은 운모, 활석에서 선택되는 입경 5~50㎛의 투명성 착색안료를 더 구비하고, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 인산암모늄에서 선택되는 입경 5~50㎛의 소화물질 분말을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
운모, 활석의 미세 입자는 모양지함침층(20)과 세라믹코팅층(30)의 투명성을 바탕으로 질감에 변화를 주어 디자인 다양성을 구현한다. 입경이 너무 작으면 질감 표현이 미흡하고 입경이 너무 크면 투명성을 저하시킨다.
탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨은 화재시 이산화탄소를 발생시켜 산소 농도를 감소시킨다. 인산암모늄은 화재시 연소면의 피복에 의한 질식과 억제 작용을 유발한다. 어느 소화 입자나 입경이 너무 작으면 소화 작용이 미흡하고 입경이 너무 크면 투명성을 저하시킨다.
이때, 세라믹코팅층(30)은 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide)계 무기안료를 미량 첨가하여 미세한 색상을 부여할 수도 있다.
한편, 본 발명에서 유리섬유층(10)과 모양지함침층(20)의 함침에 페놀수지를 제시하였으나 적어도 부분적으로 멜라민수지를 병용하거나 전부 멜라민수지로 대체할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 유리섬유층 20: 모양지함침층
30: 세라믹코팅층

Claims (5)

  1. 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재에 있어서:
    난연 무기물로 충전된 페놀수지에 함침하여 생성되는 유리섬유층(10);
    상기 유리섬유층(10)의 일면과 타면으로 접합되고, 페놀수지에 함침하여 생성되는 모양지함침층(20); 및
    상기 모양지함침층(20)의 적어도 일면에 투명한 상태로 형성되는 세라믹코팅층(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리섬유층(10)은 평직층, 주자직층, 스트랜드층에서 선택되는 복수의 층으로 구성되고, 난연 무기물은 입경 5~300㎛의 미세입자로 페놀수지에 혼합되는 것을 특징으로 하는 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모양지함침층(20)에 침지되는 페놀수지는 나노 입경을 지닌 산화티탄(TiO2), ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide)를 구비하고, 산화티탄(TiO2)의 함량을 조절하여 설정된 투명도를 유지하는 것을 특징으로 하는 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹코팅층(30)은 액체 세라믹과 합성수지 에멀젼으로 형성되는 코팅제에 분쇄된 입경 100~500㎚의 산화티탄(TiO2)을 1~5wt% 배합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 모양지함침층(20) 또는 세라믹코팅층(30)은 운모, 활석에서 선택되는 입경 5~50㎛의 투명성 착색안료를 더 구비하고, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 인산암모늄에서 선택되는 입경 5~50㎛의 소화물질 분말을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 세라믹 기반의 친환경준불연 외장재.
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