KR20200075205A - 내화보드 및 이의 제조방법 - Google Patents

내화보드 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경량성, 가공성 및 내구성이 우수함과 동시에 불에 잘 견디도록 형성되어 난연성이 우수한 내화보드 및 이의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 보다 얇은 두께를 가지면서도 고온의 열 노출 시 열에 의한 응력 집중 현상이 완화되어 현저히 향상된 내화성을 가져 화재를 예방하기 위한 내화 단열재료로 폭넓게 활용가능한 내화보드 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

내화보드 및 이의 제조방법{FIREPROOF BOARD AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 내화보드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성 및 난연성이 우수함과 동시에 고온의 열 노출 시 응력을 분산시키기 위하여 응력 집중 현상이 완화되어 난연성이 향상된 내화보드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 내화 단열재료는 불에 타지 않고 고온의 연소가스나 화학작용에도 충분히 견딜 수 있으며, 열의 이동을 가능한 한 억제하기 위한 목적으로 사용되는 재료 전체를 총칭하며, 에너지소비 절약을 위한 단열 시스템이나 화재를 예방하기 위한 건축 자재로서 사용되고 있다.
일반적으로 단열 원재료는 석면, 유리면, 암면, 세라믹 파이버, 규조토, 펄라이트와 같은 무기계 재료와 탄화 코르크, 스틸렌 폼, 우레탄 폼, 경질 고무 등을 포함하는 유기계 재료로 분류된다.
유기계 재료는 무기계 재료에 비해 난연성이 낮아 화재와 열에 매우 취약한 단점을 지니고 있지만 경량성, 가공성 및 경제성의 이유로 사용되는 반면에 무기계 재료는 난연성이 우수하여 화재와 열에 잘 견딜 수 있으나, 가공성이 떨어지는 단점이 있어 종래에는 무기계 재료와 유기계 재료를 혼합한 단열 복합 재료를 제조 및 사용하고 있다.
한국 등록특허 제10-1019513호의 일체형 내화보드를 개시하고 있다. 이와 같이 유기계 단열재에 무기질 바인더를 코팅하는 경우, 난연성에 한계가 있었다. 또한, 고온에 노출되는 경우엔 응력이 집중되는 지점에 크랙이 발생하여 내화성이 현저히 떨어지는 한계점이 있었다.
한국 등록특허 제10-1019513호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 우수한 내구성 및 난연성을 가지며 이와 동시에 고온의 열 노출 시 열에 의한 응력 집중 현상이 완화되어 현저히 우수한 내화성을 가지는 난연성이 향상된 내화보드 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 무기 바인더, 미세크랙 유발제 및 무기계 난연제를 포함하는 제1불연재층 및 제2불연재층; 및 상기 제1불연재층 및 제2불연재층의 사이에 형성된 난연재층;을 포함하며, 상기 난연재층은 난연부재가 난연제로 코팅되어 있는 내화보드를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 난연재층 및 제2불연재층을 반복유닛으로 하여 1~5회 반복하여 더 적층될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 미세크랙 유발제는 스트로폼 또는 펄프일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 난연제는 팽창흑연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕사, APP, 중조, 멜라민, 산화철, 규산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 돌로마이트 및 하이드로탈사이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1불연재층 및 제2불연재층은 각각 미세크랙 유발제 0.5~10중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 난연재층의 난연부재는 스티로폼, 우레탄, 종이하니컴, 부직포 또는 폴리에스터 흡음판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 내화보드는 하기의 조건 (a) 및 (b)를 모두 만족할 수 있다.
(a) 0.5 ≤ A/B ≤ 1.4
(A : 내화보드에 포함되는 난연재층의 총 두께 B : 내화보드 전체의 두께 )
(b) 0.030 ≤ P ≤ 0.042
(P : KS L 9016에 규정된 측정방법에 따른 내화보드의 열전도율(W/mK))
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 내화보드는 하기의 조건 (c)를 더 만족할 수 있다.
(c) 1.0 ≤ X ≤ 7.0
(X : KS F ISO 5660에 규정된 측정방법에 따른 내화보드의 열방출률(MJ/m2))
또한, 본 발명은 (1) 난연부재의 적어도 일면에 난연제가 코팅된 제1난연재층을 형성하는 단계; 및 (2) 무기 바인더, 미세크랙 유발제 및 무기계 난연제를 포함하는 내화보드 제조용 불연성 조성물로부터 제1불연재층 및 제2불연재층을 상기 난연부재의 양 면에 형성하는 단계;를 포함하는 내화보드 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계 이후 (3) 상기 제2불연재층 상에 제2난연재층을 형성하는 단계; 및 (4) 상기 제2난연재층 상에 제3불연재층을 형성하는 단계;를 더 수행하고, 상기 (3)~(4) 단계를 1~9회 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명은 경량성, 가공성 및 내구성이 우수함과 동시에 불에 잘 견디도록 형성되어 난연성이 향상된 내화보드 및 이의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 보다 얇은 두께를 가지면서도 고온의 열에 노출되는 경우 열에 의한 응력 집중 현상이 완화되어 현저히 향상된 내화성을 가져 화재를 예방하기 위한 내화 단열재료로 폭넓게 활용가능한 난연성이 향상된 내화보드 및 이의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내화보드의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층 내화보드의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 철판이 적층된 내화보드의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 보호층 및 단열층이 적층된 내화보드의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내화보드의 열전도율을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내화보드의 열방출률을 측정한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 종래의 내화보드는 경량성, 가공성 및 내구성의 효과는 만족할 수 있었으나, 난연성이 저하되고, 고온의 열에 노출되는 경우에 응력이 집중되는 지점에 비교적 거대한 크랙이 발생하게 되어 내화성도 현저히 저하되는 한계점이 있었다.
이에 본 발명은 무기 바인더, 미세크랙 유발제 및 난연제를 포함하는 제1불연재층 및 제2불연재층; 및 상기 제1불연재층 및 제2불연재층의 사이에 형성된 난연재층;을 포함하며, 상기 난연재층은 난연부재가 난연제로 코팅되어 있는 내화보드를 제공한다.
이를 통해 본 발명은 불연재층과 난연재층이 적층된 다층의 형태이므로 경량성, 가공성 및 내구성이 우수함과 동시에 불에 잘 타지 않아 난연성이 우수한 효과가 있다. 또한, 본 발명은 상기 제1불연재층 및 제2불연재층에 포함되는 미세크랙 유발제로 인하여 고온의 열에 노출되는 경우에 다수의 미세한 크랙이 발생하게 되어 열에 의한 응력 집중 현상이 완화되므로, 거대한 크랙 발생에 따른 발화를 방지할 수 있어 내연성이 현저히 향상되는 효과가 있다. 또한, 보다 얇은 두께로 내화성 및 난연성이 현저히 향상된 내화보드를 제공할 수 있는 장점이 있다. 이러한 특성으로 인해 에너지 소비 절약 및 화재 예방 단열재료로 폭넓게 활용될 수 있는 장점이 있다.
구체적으로 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내화보드의 구조도이다. 상기 도면을 참조하면, 제1불연재층(1) 및 제2불연재층(3)이 형성되어 있고, 그 사이에 난연재층(2)이 형성되어 있어 본 발명의 내화보드(100)가 다층 형태로 형성됨을 알 수 있다.
먼저, 무기 바인더, 미세크랙 유발제 및 난연제를 포함하는 제1불연재층(1) 및 제2불연재층(3)에 대해 설명한다.
본 발명의 불연재층(1, 3)은 무기 바인더 및 미세크랙 유발제를 포함한다. 즉, 불연재층(1, 3)은 고온에 대해 우수한 내구성을 발휘하는 무기 바인더와 내화성을 발휘하는 미세크랙 유발제가 포함되어, 내구성이 우수함과 동시에 내화성이 우수하여 단열재료로 폭넓게 이용 가능하며 화재 예방에도 적합한 효과가 있다.
무기 바인더는 무기물과 물의 상호작용을 통해 결합제로서의 기능을 발현하며, 미세크랙 유발제 및 기타 첨가제와 혼합되어 내구성 및 단열성을 향상시킬 수 있다.
상기 무기 바인더는 해당 기술분야에서 통상적으로 이용가능한 무기 바인더를 이용할 수 있으나, 바람직하게는 시멘트, 석고, 점토(clay), 규산염 및 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 시멘트, 석고, 규산 나트륨, 규산 알루미나, 규산 칼슘 및 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 시멘트, 석고, 규산 나트륨 및 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 규사를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 시멘트로는 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 및 혼합 시멘트(고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트, 실리카 시멘트 등)와 같은 수경성 시멘트 또는 기경성 시멘트를 사용할 수 있고, 규사를 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 본 발명의 불연재층(1, 3)은 70~90중량%의 무기바인더를 포함할 수 있다.
미세크랙 유발제는 불연재층(1, 3)에 포함되는 고온에서 산화되는 물질로, 고온에 노출되는 경우에 다수의 미세크랙을 유발하는 역할을 하고, 미세크랙으로 인하여 열에 의한 응력 집중 현상이 완화되어 거대한 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있어 내화성을 현저히 향상시킬 수 있다. 만일 미세크랙 유발제를 포함하지 않는 경우엔, 고온의 열에 노출되는 경우 무기물이 도포된 층에 열에 의한 응력이 집중되는 현상으로 인하여 거대한 크랙이 발생하게 되고 이에 따라 불연재층(1, 3) 내부에 형성된 난연재층(2)이나 다른 불연재층으로 발화가 진행되어 내화성이 현저히 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 미세크랙 유발제는 펄프 및 스티로폼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 미세크랙 유발제로 상기 물질을 사용하는 경우에, 미세크랙이 유발되어 열에 의한 응력 집중 현상을 완화시킴으로써 내화성 및 난연성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 미세크랙 유발제는 0.5~20중량%로 포함될 수 있고, 보다 바람직하게는 0.5~10중량%로 포함될 수 있다. 만일 미세크랙 유발제가 0.5중량% 미만으로 포함되는 경우에는 열에 의한 응력 집중 현상을 충분히 완화할 수 없어 내화성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 마일 미세크랙 유발제가 20중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 크랙으로 인하여 내화성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
난연제는 난연성을 부여할 수 있는 제제로서, 불연재층(1, 3)이 난연제를 포함하여 본 발명의 내화보드(100)에 난연성을 부여할 수 있다.
난연제는 난연성 물질을 화학반응에 의하여 부가하고, 강도유지 및 성형성에도 영향을 준다. 상기 난연제는 반응형 난연제, 난연성 물질을 첨가하는 첨가형 난연제 등을 폭넓게 사용할 수 있고, 상기 첨가형 난연제로는 할로겐계, 인계, 질소계, 복합계 등의 유기계 난연제 뿐만 아니라 무기계 난연제를 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 팽창흑연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕사, APP, 중조, 멜라민, 산화철, 규산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 돌로마이트 및 하이드로탈사이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
한편, 불연재층(1, 3)은 내열제를 더 포함할 수 있다. 이 경우 내열성을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 내열제는 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용할 수 있는 물질을 사용할 수 있고, 바람직하게는 알루미나, 실리카, 점토류 및 지르콘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 불연재층(1, 3)은 무기계 발포제를 더 포함할 수 있다. 무기계 발포제는 불연재층(1, 3)에 기포를 포함시키기 위한 첨가제로서, 이를 첨가하여 경량성, 단열성, 완충성 및 방음성 등을 부여할 수 있다.
또한, 본 발명의 불연재층(1, 3)은 본 발명이 얻고자 하는 물성을 해하지 않는 범위 내에서 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 기타 첨가제는 점결제, 감수제 및 아크릴 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 내화보드는 불연재층(1, 3)을 포함하여야만 목적하는 내열성 및 난연성을 달성할 수 있다. 구체적으로, 난연부재로 스티로폼(EPS)을 사용하는 경우에는 화재에 약한 특성을 불연재층(1, 3)으로 보완할 수 있고, 난연부재로 암면 또는 유리 등을 사용하는 경우에는 지나치게 두꺼워지는 것을 방지하기 위하여 불연재층(1, 3)을 포함하여 내열성 및 난연성을 향상시킬 수 있다. 또한, 화재 등의 열에 의하여 깨지기 쉬운 기타 난연부재를 사용하는 경우에도 불연재층(1, 3)을 사용함으로써 내열성 및 난연성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 상기 제1불연재층(1) 및 제2불연재층(3)의 사이에 형성되는 난연재층(2)에 대해 설명한다.
상기 난연재층(2)은 난연부재를 포함하며, 상기 난연부재는 난연제로 코팅되어 있다. 이에 따라 상기 난연재층(2)을 포함하는 내화보드(100)는 내화성이 현저히 향상되는 효과가 있다.
상기 난연부재는 해당 기술 분야에서 통상적으로 단열재 및 난연부재로 이용되는 재료를 이용할 수 있으나, 바람직하게는 스티로폼(EPS), 우레탄, 종이하니컴, 부직포, 암면, 유리 또는 폴리에스터 흡음판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 스티로폼(EPS) 및 우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 스티로폼(EPS)일 수 있다.
난연부재로 스티로폼(EPS)를 사용하는 경우, 내열성 및 난연성이 현저히 향상될 수 있다. 또한, 스티로폼(EPS)의 적어도 일면이 난연제로 코팅됨으로써 경량성, 단열성, 완충성 및 방음성 등의 효과를 구현할 수도 있다.
한편, 난연제는 난연성을 부여할 수 있는 제제로서, 이를 포함하는 난연제를 난연부재의 적어도 일면에 코팅하여 본 발명의 내화보드(100)에 난연성을 부여할 수 있다.
난연제는 난연성 물질을 화학반응에 의하여 부가하고, 강도유지 및 성형성에도 영향을 준다. 상기 난연제는 반응형 난연제, 난연성 물질을 첨가하는 첨가형 난연제 등을 폭넓게 사용할 수 있고, 상기 첨가형 난연제로는 할로겐계, 인계, 질소계, 복합계 등의 유기계 난연제 뿐만 아니라 무기계 난연제를 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 팽창흑연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕사, APP, 중조, 멜라민, 산화철, 규산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 돌로마이트 및 하이드로탈사이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
난연제는 난연부재의 적어도 일면 코팅될 수 있으며, 바람직하게는 난연부재의 모든 표면에 코팅될 수 있다. 또한, 도포 시 함량은 난연부재의 표면에 코팅되어 난연성이 향상된 난연재층을 형성할 수 있는 정도로 코팅될 수 있으나, 바람직하게는 난연부재:난연제의 중량비가 1 : 1~1.2로 코팅될 수 있다.
한편, 본 발명의 내화보드(100)는 난연재층(2) 1평당 제1불연재층(1)이 400~1600g으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 난연재층(2) 1평당 제1불연재층(1)이 600~1200g으로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 난연재층(2) 1평당 제1불연재층이 700~1000g으로 형성될 수 있다. 이는 난연재층(2) 1평당 제2불연재층(3)의 함량에 관한 설명과도 일치한다. 만일 상기 범위를 미만의 함량으로 제1불연재층이 형성되는 경우에는 이면 온도의 증가로 내화 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 함량으로 제1불연재층이 형성되는 경우에는 시공 시 흘러내리는 현상이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 내화보드(100)는 제1불연재층(1) 및 제2불연재층(3) 사이에 난연재층(2)이 형성되는 구조를 가지는 데, 이러한 구조를 통해 고온의 열에 노출되는 경우 제1불연재층(1) 및 제2불연재층(3)은 응력 집중 현상이 완화되어 거대한 크랙은 발생하지 않고 다수의 미세한 크랙만이 형성되어 난연재층(2)으로의 불의 진입이 어려운 장점이 있다. 이에 따라 내화성이 현저히 향상될 뿐만 아니라, 난연재층(2)의 난연성이 극대화되는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 난연재층(2) 및 제2불연재층(3)을 반복유닛으로 하여 1~5회 반복하여 더 적층될 수 있다. 상기 '반복유닛'이란 반복되는 단위를 의미한다.
구체적으로 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층 내화보드(200)의 구조도이다. 상기 도면을 참조하면, 난연재층(2) 및 제2불연재층(3)을 반복유닛으로 하여 1회 반복하여 더 적층한다는 의미는 제1불연재층(1) 상에 형성된 난연재층(2) 및 제2불연재층(3)만을 반복하여 1회 더 적층하여 난연재층(2') 및 불연재층(3')의 2개 층이 더 적층됨을 의미한다. 이 때 내화보드는 5개의 층으로 형성된 다층 내화보드(200)가 됨을 알 수 있다.
이와 마찬가지로, 상기 난연재층(2) 및 제2불연재층(3)을 반복유닛으로 하여 2회 반복하여 더 적층한다는 의미는 난연재층(2) 및 제2불연재층(3)만을 반복하여 2회 더 적층함을 의미하고, 이 때 내화보드는 7개의 층으로 형성될 것이다. 즉, 본 발명의 내화보드는 불연재층(3, 3')-난연재층(2, 2')이 반복하되 내화보드의 최외측면에는 불연재층(1, 3')이 존재하도록 다층 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 내화보드가 다층 구조로 형성되는 경우 내화성능 향상되고, 화재 발생시 이면에 전달되는 온도를 차단할 수 있어 신체 접촉 시 화상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 내화보드(100)의 두께는 상술한 반복유닛의 반복이 없는 경우엔 45.1~76mm일 수 있으며, 반복유닛이 1회 증가할 때마다 45.5~68mm씩 두꺼워질 수 있다. 또한, 불연재층(1, 3, 3')의 두께는 각 0.05~8mm일 수 있으며, 난연재층(2, 2')의 두께는 45~60mm일 수 있다. 즉, 본 발명은 보다 얇은 두께만으로도 우수한 난연성 및 내화성을 만족하는 내화보드를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 보호층(4)이 적층된 내화보드의 구조도이다. 상기 도면을 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 내화보드(100)의 불연재층의 외부면중 적어도 일면에 보호층(4)을 더 포함할 수 있다. 이와 같이 보호층(4)을 더 포함하는 경우 내화보드의 내구성을 향상시킬 수 있어 다양한 단열재료로 활용할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 보호층(4)은 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 재료층을 적층하여 형성할 수도 있으나, 바람직하게는 철판일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 불연재층(1, 3)의 적어도 일면에 단열층(5)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 불연재층(1, 3)의 적어도 일면이란 내화보드의 최외측면을 형성하는 불연재층(1, 3)의 외부면 및 난연재층과 맞닿아 있는 불연재층(1, 3)의 내부면 중 적어도 일면을 의미한다. 또한, '적어도 일면'이란 제1 불연재층의 내부면, 제1 불연재층의 외부면, 제2 불연재층의 내부면 및 제2 불연재층의 외부면 중 어느 하나 이상의 면을 의미한다. 즉, 단열층(5)은 불연재층(1, 3)의 외부면 및 내부면 중 하나 이상의 면 상에 형성될 수 있다.
이와 같이, 단열층(5)을 더 포함하는 경우에 단열성 및 내열성을 향상시킬 수 있고, 이와 동시에 불연재층의 크랙 및 무너짐 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 단열층(5)은 글라스파이버층(glass fiber layer) 및 알루미늄 호일층(aluminum foil layer)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 층으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 단열층(5)은 글라스파이버로 이루어진 글라스파이버층일 수도 있고, 알루미늄 호일로 이루어진 알루미늄 호일층일 수도 있으며, 글라스파이버층 및 알루미늄 호일층이 적층된 것일 수도 있다.
한편, 상기 보호층(4)과의 관계에서, 단열층(5)은 보호층(4)의 내부에 형성됨이 바람직하다. 즉, 불연재층(1, 3)의 외부면 상에 형성되는 경우에 불연재층(1, 3)의 외부면에 단열층(5)이 형성된 후, 상기 단열층(5) 상에 보호층(4)이 형성됨이 바람직하다.
이와 관련하여 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 보호층 및 글라스파이버층이 적층된 내화보드의 구조도이다. 도 4를 참조하면, 불연재층(1, 3)의 외부면에 단열층(5)이 형성되는 경우에 보호층(4)이 내화보드의 최외측면을 이루게 됨을 알 수 있다. 이를 통해 불연재층의 크랙 및 무너짐 현상을 방지할 수 있음과 동시에 내화보드의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 내화보드가 '다층'으로 형성되는 경우에 내화보드는 적어도 하나의 단열층(5)을 더 포함할 수 있다. 즉, '다층' 구조에 포함되는 다수의 불연재층(1, 3, 3'?)에 대하여, 상기 불연재층들의 적어도 일면에 단열층(5)이 형성될 수 있는 것이다.
또한, 단열층(5)이 하나 이상 형성되는 경우 상기 단열층(5)들은 각각 독립적으로 글라스파이버층 및 알루미늄 호일층으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 단열층(5)이 내화보드에 두 군데 형성되는 경우에는, 한 군데는 글라스파이버층일 수 있고 다른 한 군데는 알루미늄 호일층으로 형성될 수도 있고, 두 군데 모두 글라스파이버층이거나 알루미늄 호일층만으로 형성될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 내화보드(100)는 하기의 조건 (a) 및 (b)를 모두 만족할 수 있다. 본 발명의 내화보드(100)는 하기 조건의 두께 범위를 만족함과 동시에 열전도율을 만족함으로써 보다 얇은 두께만으로도 현저히 향상된 난연성을 가질 수 있다.
(a) 0.5 ≤ A/B ≤ 1.4
(A : 내화보드에 포함되는 난연재층의 총 두께 B : 내화보드 전체의 두께 )
(b) 0.030 ≤ P ≤ 0.042
(P : KS L 9016에 규정된 측정방법에 따른 내화보드의 열전도율(W/mK))
상기 조건 (a)는 바람직하게는 0.6 ≤ A/B ≤ 1.35일 수 있다. 또한, 상기 조건 (b)는 바람직하게는 0.033≤ P ≤ 0.040일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.035≤ P ≤ 0.038일 수 있다. 만일 P가 상기 범위를 만족하지 못하는 경우에는 열전도율이 지나치게 높아져 난연성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 내화보드(100)는 하기의 조건 (c)를 더 만족할 수 있다. 이를 통해 단열성, 난연성 및 내열성이 모두 우수한 내화보드를 제공할 수 있다.
(c) 1.0 ≤ X ≤ 7.0
(X : KS F ISO 5660에 규정된 측정방법에 따른 내화보드의 열방출률(MJ/m2))
상기 조건 (c)는 바람직하게는 2.0 ≤ X ≤ 6.0일 수 있고, 보다 바람직하게는 2.0 ≤ X ≤ 4.0일 수 있다.
나아가, 본 발명은 (1) 난연부재가 난연제로 코팅된 제1난연재층(2)을 형성하는 단계 및 (2) 무기 바인더, 미세크랙 유발제 및 무기계 발포제를 포함한 내화보드 제조용 불연성 조성물로부터 제1불연재층(1) 및 제2불연재(3)층을 상기 난연부재의 양면에 형성하는 단계;를 포함하는 내화보드 제조방법을 제공한다.
이하, 상술한 내용과 중복되는 내용을 제외하고 상세히 설명한다.
먼저, (1) 난연부재가 난연제로 코팅된 제1난연재층(2)을 형성하는 단계에 대해 설명한다.
상기 (1) 단계는 난연부재에 대한 난연제 코팅 방법은 해당 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 기성형된 난연부재의 적어도 일면에 난연제를 주입하여 코팅하는 방법 또는 난연부재 제조용 비드를 발포하기 전에 상기 비드를 난연제로 코팅한 후 성형 공정을 통해 난연부재를 제조하는 방법이 있다. 보다 바람직하게는 후자의 방법을 사용할 수 있다.
상기 기성형된 난연부재의 적어도 일면에 난연제를 주입하여 코팅하는 방법은 공정 수행방법이 간단하며 충분한 양의 난연제를 주입하여 난연성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 난연부재 제조용 비드를 발포하기 전에 상기 비드를 난연제로 코팅한 후 성형 공정을 통해 난연부재를 제조하는 방법은 비드에 난연제를 골고루 코팅할 수 있고, 난연제의 종류와 양을 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
한편, 난연재층(2)의 제조방법은 2액형 공정 또는 1액형 공정으로 수행될 수 있다. 상기 2액형 공정은, 바람직하게는 난연부재 제조용 비드를 난연제로 코팅한 후 발포 공정을 수행할 수 있다. 그 후 혼합 및 건조 공정 수행 시에 유기접착제를 분사한 후 몰드 주입 및 성형 공정을 수행할 수 있다. 또한, 상기 1액형 공정은 상기 2액형 공정과 동일하게 수행하되 유기접착제를 분사하지 않을 수 있다.
다음으로, (2) 무기 바인더, 미세크랙 유발제 및 난연제를 포함한 내화보드 제조용 불연성 조성물로부터 제1불연재층(1) 및 제2불연재층(3)을 상기 난연부재의 양 면에 형성하는 단계에 대해 설명한다.
상기 (2) 단계는 상기 불연성 조성물을 상기 난연재층의 양 면에 도포하여, 제1불연재층(1) 및 제2불연재층(3)을 형성할 수 있다. 이 때, 불연성 조성물의 도포는 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 롤투롤(roll-to-roll) 공정 또는 칼날 공정을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계 이후에 (3) 상기 제1불연재층 및 제2불연재층의 적어도 일면에 단열층을 형성하는 단계;를 더 수행할 수 있다. 상기 (3) 단계는 단열층을 형성하는 단열재를 불연재층의 적어도 일면에 고르게 부착될 수 있는 방법으로 수행될 수 있으나, 바람직하게는 난연재층의 양면에 내화보드 제조용 불연성 조성물을 도포한 후 건조되지 않은 상태에서 단열재를 부착하여 형성할 수도 있고, 내화보드 제조용 불연성 조성물을 도포하기 전에 단열재를 배치한 후에 내화보드 제조용 불연성 조성물을 도포하여 형성할 수도 있다. 전자의 경우, 불연재층의 외부면에 단열층이 형성된다. 후자의 경우, 불연재층의 내부면에 단열층이 형성된다.
난연재층의 양면에 내화보드 제조용 불연성 조성물을 도포한 후 건조되지 않은 상태에서 단열재를 부착하여 형성하는 경우에는, 수분이 단열재에 흡수된 후에 건조를 수행하므로 불연재층에 보다 용이하게 부착될 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 (2) 단계 이후 (4) 상기 제2불연재층 상에 제2난연재층을 형성하는 단계 및 (5) 상기 제2난연재층 상에 제3불연재층을 형성하는 단계를 더 수행하고, 상기 (4)~(5) 단계를 1~9회 반복하여 수행할 수 있다.
상기 (4) 단계의 제2난연재층(2')을 형성하는 단계는 상기 (2)단계의 제1난연재층(2)을 형성하는 단계와 수행하는 방법 및 조건이 동일하다. 또한, 상기 (5) 단계의 제3불연재층(3')을 형성하는 단계는 상기 (1)단계의 제1불연재층 (1)및 제2불연재층(2)을 형성하는 단계와 수행하는 방법 및 조건이 동일하다. 또한, 상기 (3)~(4) 단계를 1~9회 반복하여 수행함으로써 상술한 바와 같이 다층 내화보드(200)를 제조할 수 있는 것이다.
결국, 본 발명의 내화보드 및 이의 제조방법은 경량성, 가공성 및 내구성이 우수함과 동시에 불에 잘 타지 않아 난연성이 우수한 효과가 있다. 또한, 본 발명은 미세크랙 유발제로 인하여 고온의 열에 노출되는 경우에 다수의 미세한 크랙이 발생하게 되어 열에 의한 응력 집중 현상이 완화되므로, 거대한 크랙 발생에 따른 발화를 방지할 수 있어 내연성이 현저히 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 내화보드는 제품을 소성하고 절단하여 정형의 내화보드를 제조하는데 이용할 수 있어 에너지 소비 절약 및 화재 예방 단열재료 등으로 폭넓게 활용이 가능하다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 설명한다.
실시예 1
시멘트 35중량%, 규사 35중량%, 탄산마그네슘 10중량% 및 펄프 10중량%를 혼합하여 불연재층 형성용 불연성 조성물을 제조하였다. 한편, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 35중량%, 난연제 40중량%, 상전이물질 5중량% 및 물 20중량%를 혼합하여 난연제를 함유한 코팅액을 제조하였다. 상기 코팅액으로 스티로폼 비드를 코팅한 후 발포 공정을 수행하였다. 그 다음, 혼합 및 건조 공정을 수행하면서 유기첨가제를 주입하는 2액형 공정으로 수행한 후 멀드 주입 및 성형 공정을 수행하여 난연재층을 제조하였다. 이 때, 상기 코팅은 스티로폼:난연제의 중량비 1 : 1.2로 도포하였다. 상기 불연재층 형성용 조성물을 상기 난연재층의 양 면에 롤투롤 공정 또는 칼날형 공정을 통해 도포하여, 내화보드를 제조하였다.
실시예 2
2액형 공정 대신 혼합 및 건조 공정 수행 시 유기첨가제를 주입하지 않는 1액형 공정을 수행하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 3
상전이물질을 포함하지 않고 물을 25중량% 혼합하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 4
상기 난연재층을 제조한 후 불연재층 형성용 조성물을 도포하기 전에, 상기 난연재층의 양면에 알루미늄 호일층을 적층하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 5
상기 난연재층을 제조한 후 불연재층 형성용 조성물을 도포하기 전에, 상기 난연재층의 양면에 글라스파이버층을 적층하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1
상전이물질 및 펄프를 포함하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실험예 1 - 화염전파성 측정
상기 실시예 1내지 3, 비교예를 통해 제조한 내화보드 시험체에 대하여 ASTM E-2058에 규정된 방법으로 화염전파성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 표시하였다.
실험예 2 - 열방출률 측정
상기 실시예 1내지 3, 비교예를 통해 제조한 내화보드 시험체에 대하여 KS F ISO 5660-1:2008에 규정된 방법으로 열방출률을 측정하였다. 열방출률은 각 실시예 당 1~3차로 반복 측정한 값을 하기 표 1 및 표 2에 표시하였다.
실험예 3 - 가스유해성 측정
상기 실시예 1내지 3, 비교예를 통해 제조한 내화보드 시험체에 대하여KS F 2271:2016에 규정된 방법으로 가스유해성을 측정하였다. 상기 측정은 실험용 흰 쥐의 평균 행동 정지 시간을 측정하고, 실시예 당 1~3차로 반복 측정한 값을 하기 표 1 및 표 2에 표시하였다.
실험예 4 - 열전도율 측정
상기 실시예 1, 실시예 4 및 실시예 5를 통해 제조한 내화보드 시험체에 대하여 KS L 9016에 규정된 방법으로 열전도율을 측정하였다. 측정한 값을 하기 표 1 및 표 3에 표시하였다.
실험예 5 - 난연재층의 열전도율 측정
상기 실시예 1내지 3, 비교예를 통해 제조한 난연재층에 대하여 KS L 9016에 규정된 방법으로 열전도율을 측정하였다. 실시예 당 1~3차로 반복 측정하였으며, 측정한 값을 하기 표 1 및 표 2에 표시하였다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
[표 3]
Figure pat00003
상기 표 1을 참조하면, 미세크랙 유발제를 포함하는 실시예 1은 연소지속열 및 열방출률이 방재에 적합한 값을 가진다. 이를 통해 미세크랙 유발제를 포함하는 경우, 거대한 크랙 발생을 방지할 수 있어 내화성이 우수하고 화염전파성이 낮으므로 화재 예방이 필요한 단열재료 등으로의 활용가능성이 높음을 알 수 있다. 또한, 실험용 흰 쥐의 평균 행동 정지 시간이 14분 이상으로 나타남을 통해 불에 견디는 성질이 우수함을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 난연2급 테스트 관련 실험예가 모두 우수함을 알 수 있다.
또한, 상기 표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 열방출률, 가스 유해성 등은 우수한 값을 가진다. 반면 실시예 3의 경우 열방출률이 6.0 MJ/m2 이상으로 높게 나타난다. 또한, 비교예의 경우 열방출률이 8.0 MJ/m2 이상이고 가스 유행성도 현저히 높게 나타나 방재에 적합하지 않음을 알 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내화보드의 열전도율을 측정한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내화보드의 열방출률을 측정한 그래프이다. 도 6의 각 실시예에 해당하는 열방출률은 반복 측정 값의 평균값을 의미한다. 상기 도면 및 상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 내화보드는 열방출률이 낮게 나타날 뿐만 아니라 열전도율도 0.045W/mK정도로 낮게 나타난다. 난연재층만을 측정한 열전도율 값이 0.030~0.040W/mK 정도의 값을 가지는 것과 비교하였을 때, 내화보드 자체의 열전도율이 0.045W/mK정도의 값을 가진다는 것은 현저히 낮은 값임을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 내화보드는 난연성 및 내화성이 우수한 단열재료이다.
또한, 실시예 4 및 실시예 5는 각각 알루미늄 호일층과 글라스파이버층을 더 포함하고 있다. 실시예 4 및 실시예 5의 열전도율은 각각 0.043W/mK 및 0.044W/mK로 실시예 1보다도 낮은 값을 가진다

Claims (12)

  1. 무기 바인더, 미세크랙 유발제 및 난연제를 포함하는 제1불연재층 및 제2불연재층;및
    상기 제1불연재층 및 제2불연재층의 사이에 형성된 난연재층;을 포함하며,
    상기 난연재층은 난연부재가 난연제로 코팅되어 있는 내화보드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 난연재층 및 제2불연재층을 반복유닛으로 하여 1~5회 반복하여 더 적층되는 것을 특징으로 하는 내화보드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미세크랙 유발제는 스트로폼 또는 펄프인 것을 특징으로 하는 내화보드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 난연제는 팽창흑연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕사, APP, 중조, 멜라민, 산화철, 규산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 돌로마이트 및 하이드로탈사이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상 인 것을 특징으로 하는 내화보드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1불연재층 및 제2불연재층은 각각 미세크랙 유발제 0.5~10중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 내화보드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 난연재층의 난연부재는 스티로폼, 우레탄, 종이하니컴, 부직포, 유리, 석면 또는 폴리에스터 흡음판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 내화보드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1불연재층 및 제2불연재층의 적어도 일면에 단열층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내화보드.
  8. 제1항에 있어서,
    하기의 조건 (a) 및 (b)를 모두 만족하는 것을 특징으로 하는 내화보드.
    (a) 0.5 ≤ A/B ≤ 1.4
    (A : 내화보드에 포함되는 난연재층의 총 두께 B : 내화보드 전체의 두께 )
    (b) 0.030 ≤ P ≤ 0.042
    (P : KS L 9016에 규정된 측정방법에 따른 내화보드의 열전도율(W/mK))
  9. 제8항에 있어서,
    하기의 조건 (c)를 더 만족하는 것을 특징으로 하는 내화보드.
    (c) 1.0 ≤ X ≤ 7.0
    (X : KS F ISO 5660에 규정된 측정방법에 따른 내화보드의 열방출률(MJ/m2))
  10. (1) 난연부재가 난연제로 코팅되어 있는 제1난연재층을 형성하는 단계;및
    (2) 무기 바인더, 미세크랙 유발제 및 난연제를 포함하는 내화보드 제조용 불연성 조성물로부터 제1불연재층 및 제2불연재층을 상기 난연부재의 양 면에 형성하는 단계;를 포함하는 내화보드 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (2) 단계 이후,
    (3) 상기 제1불연재층 및 제2불연재층의 적어도 일면에 단열층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내화보드 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (2) 단계 이후
    (4) 상기 제2불연재층 상에 제2난연재층을 형성하는 단계;및
    (5) 상기 제2난연재층 상에 제3불연재층을 형성하는 단계;를 더 수행하고,
    상기 (4)~(5) 단계를 1~9회 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 내화보드 제조방법.
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