KR20210088449A - 준불연 단열재 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20210088449A
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박재남
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김광회
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대한폴리텍(주)
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Abstract

본 발명은 준불연 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 단열재층과 표면층을 포함하는 준불연 단열재로서, 상기 표면층은 표지층에 부직포가 결합되며, 상기 부직포에 a) 그라파이트; b) 바인더; c) 설탕; 및 d) 탄산칼슘;의 혼합액이 코팅 경화된 난연코팅층을 포함하는 특징으로 하는 준불연 단열재에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재 및 이를 생산성이 높게 제조할 수 있는 준불연 단열재의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

준불연 단열재 및 이의 제조방법{A semi-nonflammable insulation material and manufacturing method for it}
본 발명은 준불연 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재 및 이를 생산성이 높게 제조할 수 있는 준불연 단열재의 제조방법에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
실내 공간은 겨울철 난방이 이루어지고, 에어컨을 이용한 여름철 냉방이 수행되고 있으며, 이러한 실내 공간의 냉난방 효율의 증대는 단열을 통하여 얻을 수 있기 때문에, 다양한 단열재를 이용한 단열 시공이 이루어지고 있다.
특히 최근 대형 화재사고로 많은 인명피해와 재산피해가 발생하였는데, 이 화재사고의 경우 건물의 외벽을 난연성능 및 불연성능이 없는 단열재, 접착몰탈, 마감재로 시공을 하는 일명 '드라이비트 공법'으로 시공을 하여 화재 확산 속도가 빨랐고 이로 인해 피해가 더욱 커진 것이 원인으로 지목되고 있다.
이에 정부에서는 '건축물의 피난/방화구조 등의 기준에 관한 규칙'을 개정하여 건축물 마감재료의 화재안전성 기준을 대폭 강화하였으며, 2016년 4월부터 시행되고 있다.
종래 단열 시공에 사용되는 단열재의 대표적인 예로는, 스티로폼, 발포 폴리우레탄, 발포 폴리에틸렌이 주종을 있다. 그 중에서도 폴리우레탄 계열이 가장 우수한 열전도 특성을 갖고 있어 많이 사용된다. 그러나, 단열재로 많이 사용되고 있는 발포 폴리우레탄의 경우, 화재시 인화성이 높고, 화재 초기에 다량의 유독가스가 발생되는 문제로 인해 사용상의 많은 문제점을 갖고 있다.
종래 우수한 단열재를 제공하기 위하여 페놀 폼 단열재가 개발되기도 하였으나, 페놀 폼 단열재의 경우 강도가 비교적 약하고, 가공이 용이하지 않아 현장에서 단독으로 사용하기에는 한계가 있다.
또한 대한민국 특허 제1177383호에서는 단열재의 전면에 불연재를 형성하는 단계와, 상기 불연재의 전면과, 상기 단열재의 이면에 알루미늄 박지를 형성하는 내화성 복합 소재 제조방법을 개시하였다. 그러나 상기 방법은 내화성 복합소재의 경우 강화된 난연성능 테스트인 BS8414 테스트를 만족시키지 못하는 문제점이 있으며, 이에 대한 개선이 절실히 요청되고 있다.
대한민국특허 제1177383호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재 및 이를 생산성이 높게 제조할 수 있는 준불연 단열재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은
단열재층(20)과 표면층(10)을 포함하는 준불연 단열재(100)로서,
상기 표면층(10)은 표지층(11)에 부직포가 결합되며,
상기 부직포에 a) 그라파이트; b) 바인더; c) 설탕; 및 d) 탄산칼슘;의 혼합액이 코팅 경화된 난연코팅층(12)을 포함하는 특징으로 하는 준불연 단열재(100)를 제공한다.
상기 난연코팅층(12)은 0.5 내지 10 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합액은 a) 그라파이트 100 중량부; b) 바인더 50 내지 200 중량부; c) 설탕 10 내지 60 중량부; 및 d) 탄산칼슘 10 내지 60 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합액은 e) 물유리 50 내지 200 중량부를 더욱 포함할 수 있다.
상기 혼합액은 f) 전분 5 내지 100 중량부를 더욱 포함할 수 있다.
상기 혼합액은 g) 중공실리카 10 내지 60 중량부를 더욱 포함할 수 있다.
상기 혼합액은 h) 중탄산나트륨 10 내지 60 중량부를 더욱 포함할 수 있다.
상기 단열재층(20)은 (a) 폴리에스테르 폴리올; (b) 삼량화 촉매; (c) 우레탄 촉매; (d) 발포제; 및 (e) 폴리이소시아네이트를 포함하며, 이소시아네이트 지수가 150 내지 700인 발포조성물을 발포시킨 폼인 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 폴리에스테르 폴리올은 S1) 테레프탈릭산(terephthalic acid: TPA)를 준비하는 단계; S2) 상기 TPA에 a) MEG(monoethylene glycol) 또는 DEG(diethylene glycol); 및 b) 분자량 150 내지 600의 PEG(polyethylene glycol)을 혼합하는 단계; S3) 에스테르반응 촉매를 사용하여 S2)단계의 혼합물을 승온하여 산가(acid value)가 1.5 mgKOH/g 이하가 될 때까지 축합반응시키는 단계; S4) 상기 S3)단계의 반응물을 냉각시키는 단계;를 포함하여 제조된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은
준불연 단열재(100)의 제조방법에 있어서,
S1) 단열재층(20)을 준비하는 단계;
S2) 표면층(10)을 준비하는 단계;
S3) 상기 단열재층(20)과 표면층(10)을 결합하는 단계;
를 포함하며,
상기 표면층(10)은 상기 기재의 난연코팅층(12)을 포함하는 표면층(10)인 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법을 제공한다.
상기 단열재층(20)은 (a) 폴리에스테르 폴리올; (b) 삼량화 촉매; (c) 우레탄 촉매; (d) 발포제; 및 (e) 폴리이소시아네이트를 포함하며, 이소시아네이트 지수가 150 내지 700인 발포조성물을 발포시킨 폼인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재 및 이를 생산성이 높게 제조할 수 있는 준불연 단열재의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 준불연 단열재의 단면모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 준불연 단열재의 단면모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 준불연 단열재 제조방법의 모식도를 나타낸 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 준불연 단열재의 단면모식도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 준불연 단열재의 단면모식도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 준불연 단열재 제조방법의 모식도를 나타낸 것이다.
본 발명에서 상기 이소시아네이트 지수는 사용된 폴리이소시아네이트의 실제량을 반응 혼합물 내의 폴리올의 활성 수소와의 반응에 필요한 폴리이소시아네이트의 이론적으로 요구되는 화학량으로 나누고, 100을 곱한 것을 의미한다. (NCO의 Eq/활성 수소의 Eq) x 100으로도 표기될 수 있다.
본 발명에 따른 준불연 단열재는 단열재층(20)과 표면층(10)을 포함하는 준불연 단열재(100)로서,
상기 표면층(10)은 표지층(11)에 부직포가 결합되며,
상기 부직포에 a) 그라파이트; b) 바인더; c) 설탕; 및 d) 탄산칼슘;의 혼합액이 코팅 경화된 난연코팅층(12)을 포함하는 특징으로 한다.
본 발명에 따른 준불연 단열재(100)는
준불연 단열재(100)의 제조방법에 있어서,
S1) 단열재층(20)을 준비하는 단계;
S2) 표면층(10)을 준비하는 단계;
S3) 상기 단열재층(20)과 표면층(10)을 결합하는 단계;를 포함하며,
상기 표면층(10)은 상기 기재의 난연코팅층(12)을 포함하는 표면층(10)인 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법을 통하여 제조될 수 있다.
본 발명에서 상기 표지층(11)에 부직포는 준불연 단열재에 사용되는 공지의 표지층과 부직포가 사용될 수 있으며, 구체적인 예로 상기 표지층은 알루미늄 시트가 사용될 수 있으며, 상기 부직포는 PE, PP 또는 PET 등의 플라스틱 재질의 부직포가 사용될 수 있으며, 내화성 섬유가 사용될 수도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 난연코팅층(12)은 부직포에 a) 그라파이트; b) 바인더; c) 설탕; 및 d) 탄산칼슘;의 혼합액이 코팅 경화되어 형성된다.
바람직하기로 상기 난연코팅층(12)은 0.5 내지 10 mm의 두께를 가진다. 상기 범위 내인 경우 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재를 제공할 수 있다.
구체적으로 상기 혼합액은 a) 그라파이트 100 중량부; b) 바인더 50 내지 200 중량부; c) 설탕 10 내지 60 중량부; 및 d) 탄산칼슘 10 내지 60 중량부를 포함할 수 있다. 상기 범위 내인 경우 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재를 제공할 수 있다.
바람직하기로 상기 혼합액은 e) 물유리 50 내지 200 중량부를 더욱 포함할 수 있다. 이 경우 난연성이 우수하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재를 제공할 수 있다.
또한 바람직하기로 상기 혼합액은 f) 전분 5 내지 100 중량부를 더욱 포함하는 것이다. 이 경우 난연성이 우수하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재를 제공할 수 있다. 구체적인 예로 상기 전분은 옥수수전분 또는 감자전분이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 혼합액은 g) 중공실리카 10 내지 60 중량부를 더욱 포함하거나 h) 중탄산나트륨 10 내지 60 중량부를 더욱 포함할 수 있다. 구체적으로 g) 중공실리카는 표면에 기공이 없는 Closed type인 것이 좋으며, 바람직하기로는 직경이 10 내지 120 microns, 겉보기비중 5~20Kg/m3, 또는 True density(진비중) 125~300Kg/m3인 중공실리카를 사용하는 것이 좋다. 또한 상기 h) 중탄산나트륨은 공지의 중탄산나트륨이 사용될 수 있다.
상기 e), f), g) 및 h)는 단독으로 혼합액에 포함될 수도 있고, 2종 이상 동시에 포함될 수도 있다.
상기 혼합액에서 a) 그라파이트; b) 바인더; c) 설탕;은 준불연 단열재에 사용되는 공지의 물질들이 사용될 수 있으며, 구체적으로 상기 b) 바인더는 아크릴, 에폭시, 우레탄, 또는 실리콘이 사용될 수 있으며, 바람직하기로 수성 아크릴인 것이 좋다. 이 경우 설탕 및 물유리와의 상용성이 우수하여, 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재를 제공할 수 있다.
본 발명에서 상기 d) 탄산칼슘은 통상적으로 사용되는 공지의 탄산칼슘이 사용될 수 있으며, 상기 혼합액에 그라파이트 100 중량부에 대하여 5 내지 100 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 이 경우 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 표면층(10)은 상기 표지층(11)과 부직포를 융착한 후 상기 혼합액을 부직포에 고르게 코팅하고 경화시켜 난연코팅층(12)을 형성함으로써 제조될 수 있다. 구체적인 예로 상기 알루미늄 시트(11)과 부직포를 열융착할 수 있으며, 이 때 필요한 경우 무기접착제를 더욱 사용할 수도 있다. 상기 코팅과 경화의 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 경화방법으로는 50 내지 120 ℃에서 5분 내지 2시간 동안 건조시켜 경화할 수 있다.
본 발명에서 상기 단열재층(20)으로 사용되는 단열재는 공지의 단열재가 사용될 수 있으며, 구체적인 예로 발포우레탄, 발포폴리우레아, 우레탄폼, 발포폴리이소시안누레이트(polyisocyanurate), 발포폴리스틸렌, 비드법 발포스틸렌, 압출법 발포스틸렌, 발포스티로폼, 발포에틸렌, 발포프로필렌 중 선택되는 1종 또는 2종 이상이 혼합된 것일 수 있다.
바람직하기로 상기 단열재층(20)은 (a) 폴리에스테르 폴리올; (b) 삼량화 촉매; (c) 우레탄 촉매; (d) 발포제; 및 (e) 폴리이소시아네이트를 포함하며, 이소시아네이트 지수가 150 내지 700인 발포조성물을 발포시킨 폼인 것이다.
바람직하기로 상기 발포조성물은 (a) 상기 폴리에스테르 폴리올 100 중량부; (b) 삼량화 촉매 0.1 내지 10 중량부; (c) 우레탄 촉매 0.1 내지 10 중량부; (d) 발포제 1 내지 30 중량부를 포함하는 것이 좋다.
더욱 구체적으로 상기 폴리에스테르 폴리올은
(S1) 테레프탈릭산(terephthalic acid: TPA)를 준비하는 단계;
(S2) 상기 TPA에 a) MEG(monoethylene glycol) 또는 DEG(diethylene glycol); 및 b) 분자량 150 내지 600의 PEG(polyethylene glycol)을 혼합하는 단계;
(S3) 에스테르반응 촉매를 사용하여 S2)단계의 혼합물을 승온하여 산가(acid value)가 1.5 mgKOH/g 이하가 될 때까지 축합반응시키는 단계;
(S4) 상기 S3)단계의 반응물을 냉각시키는 단계;
를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 (S1) 단계에서 본 발명은 산성분으로 테레프탈릭산(terephthalic acid: TPA)을 사용한다.
상기 (S2) 단계는 상기 TPA에 a) MEG(monoethylene glycol) 또는 DEG(diethylene glycol); 및 b) 분자량 150 내지 600의 PEG(polyethylene glycol)을 혼합하는 단계이다.
상기 a) MEG(monoethylene glycol) 또는 DEG(diethylene glycol)는 상기 TPA 1몰에 대하여 1: 1.1 내지 1.8이 되도록 혼합할 수 있다. 바람직하기로 1: 1.2 내지 1.7이 되도록 혼합시킨다. 이 경우 단열재층(20)에 난연성을 부여할 수 있으며, 저장성이 우수한 폴리에스테르 폴리올을 제조할 수 있다.
또한 상기 분자량 150 내지 600의 PEG(polyethylene glycol)는 상기 TPA 1몰에 대하여 몰비가 1: 0.1 내지 0.4가 되도록 혼합하며, 바람직하기로 1: 0.1 내지 0.2가 되도록 혼합시킨다. 이 경우 단열재층(20)에 난연성을 부여할 수 있으며, 상온에서 더욱 우수한 저장안정성과 다른 성분과의 상용성이 우수한 폴리에스테르 폴리올을 제조할 수 있다.
상기 (S3) 단계에서는 에스테르반응 촉매를 사용하여 (S2)단계의 혼합물을 승온하여 산가(acid value)가 1.5 mgKOH/g 이하가 될 때까지 축합반응시키는 단계이다. 구체적으로 상기 촉매는 부틸 하이드록시옥소 주석 또는 테트라-엔-부틸 티타네이트(tetra-n-butyl titanate)가 사용될 수 있으며, 바람직하기로는 부틸 하이드록시옥소 주석을 사용하는 것이다. 상기 진공탈수 공정을 통하여 생성되는 물을 제거할 수 있으며, 바람직하기로 상기 S3)단계는 반응물의 산가가 1.0 mgKOH/g 이하가 될 때까지, 구체적으로는 0.5 내지 1.0 mgKOH/g이 될 때까지 축합반응시키는 것이 좋다. 이 경우 더욱 우수한 저장안정성과 다른 성분과의 상용성이 우수한 폴리에스테르 폴리올을 제조할 수 있다.
이후 상기 반응물을 냉각시키는 단계를 거쳐 본 발명의 폴리에스테르 폴리올이 제조된다.
바람직하기로 본 발명에서 상기 (S3-1) 단계의 상기 (S3)단계의 반응물을 50 내지 100 ℃로 냉각시켜 난연제를 혼합하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 (S3-1)단계의 난연제는 반응물 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부로 혼합하는 것이 좋으며, 구체적으로 상기 (S3-1)단계의 난연제는 TCPP(tris(chloropropyl)phosphate), TECP(tris(2-chloroethyl)phosphate), TEP(triethyl phosphate, TPP(tripropyl phosphate), DMMP(dimethyl methylphosphonate)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것일 수 있다. 이 경우 단열재층(20)에 난연성을 부여할 수 있으며, 저장성이 우수한 폴리에스테르 폴리올을 제조할 수 있다.
또한 바람직하기로 상기 (S1)단계의 a) MEG(monoethylene glycol) 또는 DEG(diethylene glycol)를 TMP(trimethylolprophane), Glycerine, TEOA(triethanol amine), PE(pentaerithritol)로 각각 독립적으로 0.1 내지 0.3몰 대체하여 혼합하는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하기로는 상기 TMP(trimethylolprophane), Glycerine, TEOA(triethanol amine), PE(pentaerithritol)는 각각 독립적으로 0.1-0.2: 0.1-0.2: 0.1-0.2: 0.2-0.3의 몰비로 혼합하는 것이 좋다. 이 경우 단열재층(20)에 더욱 우수한 난연성을 부여할 수 있으며, 상온에서 저장성이 우수한 폴리에스테르 폴리올을 제조할 수 있다.
상기 제조방법으로 제조된 폴리에스테르 폴리올은 점도가 상온에서 3,000 내지 50,000 cps의 액상이며, OHV가 100 내지 300 mgKOH/g일 수 있다. 바람직하기로 상기 폴리에스테르 폴리올은 상온에서 일주일 이내에 결정화가 이루어지지 않는 것이다.
본 발명에서 상기 (b) 삼량화 촉매는 공지의 삼량화 촉매가 사용될 수 있으며, 시판되고 있는 삼량화 촉매가 사용될 수 있음은 물론이다. 구체적인 예로는 칼륨 옥토에이트가 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 (c) 우레탄 촉매는 공지의 우레탄 촉매가 사용될 수 있으며, 시판되고 있는 우레판 촉매가 사용될 수 있음은 물론이다. 구체적인 예로는 트리부틸아민 또는 펜타메틸디에틸렌트리아민가 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 (d) 발포제는 공지의 발포제가 사용될 수 있으며, 시판되고 있는 발포제가 사용될 수 있음은 물론이다. 구체적인 예로는 HCFC-141b, HFC-365mfc/227, HFC-245fa, HFO-1234ze(E), HFO-1234ze(F), HFO-1336mzz(Z)을 포함할 수 있으며, Cyclo-펜탄, n-펜탄,iso-펜탄 등을 사용할 수도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 (e) 폴리이소시아네이트는 공지의 폴리이소시아네이트가 사용될 수 있으며, 시판되고 있는 폴리이소시아네이트가 사용될 수 있음은 물론이다. 구체적인 예로는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 25℃의 액상 점도가 50-1,000 cps인 폴리메릭 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Polyemric MDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 페닐렌 디이소시아네이트, 수화된 MDI 또는 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트를 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 (e) 폴리이소시아네이트는 이소시아네이트 지수가 150 내지 700이 되도록 포함하는 것이 좋다. 이 경우 적절한 삼량화가 어우러져 난연성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 박형화에 유리하며, 내구성이 우수하며, 강도가 우수하며, 동시에 방수성이 우수한 고난연 단열재를 제조할 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 발포조성물은 셀 안정화제, 내연제, 사슬 연장제, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 충전재 또는 안료 등 발포조성물에 통상적으로 포함될 수 있는 공지의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 각각 독립적으로 폴리에스테르 폴리올 100 중량부에 대하여 0.01 내지 40 중량부의 범위 내에서 당업계에 공지된 양으로 사용될 수 있다.
바람직하기로 상기 발포조성물은 흑연, 그라핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 팽창성 흑연, 산화알루미늄 수화물, 삼산화안티몬, 산화비소, 암모늄 폴리포스페이트 및 황산칼슘로 이루어지는 군으로 선택되는 1종 이상의 물질을 각각 독립적으로 폴리에스테르 폴리올 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부의 양으로 더욱 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에서는 상기 발포조성물 중 상기 (e) 폴리이소시아네이트를 제외한 나머지 성분들을 먼저 프리믹싱 한 후 이후 (e) 폴리이소시아네이트를 혼합하여 발포시킬 수 있다.
본 발명에서는 상기 발포조성물을 발포용기 내에서 발포시켜 단열재층(20)을 제조할 수 있다.
상기 발포용기는 제조되는 단열재의 크기에 따라 임의로 조절될 수 있다.
본 발명에서 상기발포단계를 마친 폼은 내부는 삼량화가 이루어진 PIR(폴리이소시아누레이트)이고, 표층은 삼량화가 이루어지지 않은 PUR(폴리우레탄)일 수 있다.
또한 필요한 경우 단열재층(20)의 표면에 위치한 PUR을 제거하는 PUR 제거단계를 더욱 포함하는 것일 수 있다. 상기 PUR을 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로 글라인더로 표면의 PUR을 제거할 수 있다. PIR/PUR이 골곡진 경계면을 가지는 경우 PUR이 모두 제거될 수 있도록 글라인딩을 하는 것이 좋다. 더욱 구체적으로 상기 글라인딩으로 제거되는 두께는 1 내지 10 mm일 수 있다. 이 경우 단열재층(20)에 난연성이 우수한 PIR만을 남겨 두어 더욱 우수한 난연성을 가지는 준불연 단열재(100)를 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기 S3) 단계는 준비된 단열재층(20)과 표면층(10)을 결합하는 단계이다. 구체적으로 상기 단열재층(20)과 난연코팅층(12)를 결합시킬 수 있다. 필요한 경우 결합되는 단열재층(20)의 표면에 프라이머 또는 접착제를 코팅한 후 표면층을 결합할 수도 있으며, 표면층(10)의 난연코팅층(12)의 완전 경화 전에 단열재층(20)을 결합시킬 수도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하기로 상기 단열재층(20)은 열전도율이 175일 경과 후 0.020 내지 0.026 W/m.K인 것일 수 있다. 이 경우 난연성을 가지면서도 우수한 단열성을 가질 수 있다.
또한 본 발명의 준불연 단열재(100)에서 단열재층(20)은 흡수량이 1 g/100cm2 이하인 것일 수 있다. 이 경우 종래 페놀폼 단열재의 높은 흡수성(4 g/100cm2 이상)으로 인한 열전율의 하락 문제와 금속의 부식문제를 원천적으로 해결할 수 있다.
또한 본 발명의 상기 준불연 단열재(100)는 가스 유해성 시험(시험방법 KS F 2271), 열방출율 시험(시험방법 KS F ISO 5660-1) 및 BS-8414 규정에 따른 테스트에서 모두 준불연 재료 성능을 만족시킬 수 있는 특성을 가진다.
본 발명에 따르면 난연성이 우수하며, 방수성이 우수하며, 화재발생시 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있으며, 단열성이 우수하며, 경량으로 단열재의 설치가 용이하며, 강도가 우수하며, 외관이 수려하며, 동시에 내구성이 우수한 준불연 단열재 및 이를 생산성이 높게 제조할 수 있는 준불연 단열재의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 표면층(10)의 구체적인 제조의 예는 다음과 같다.
실시예 1로 a) 그라파이트 100 중량부; b) 바인더 50 내지 200 중량부; c) 설탕 10 내지 60 중량부; 및 d) 탄산칼슘 10 내지 60 중량부를 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 알루미늄 시트와 Glass mat를 PET로 열융착한 부직포의 표면에 1~2 mm의 두께로 코팅하고 경화시켜 표면층을 형성하였다. 또한 테레프탈산 몰비 1몰에 DEG 1.26몰, PEG200 0.35몰을 혼합한 후, 부틸 하이드록시옥소 주석 300 ppm을 투입한 후, 190 ℃로 승온하여 3시간을 가열하고, 이후 200 ℃로 승온하여 1시간을 가열하고, 이후 220 ℃로 승온하여 2시간 가열하고, 이후 100 mmHg 감압상태로 20분 유지한 후 300 mmHg 감압상태로 30분 유지하고, 이후 600 mmHg 감압상태로 산가가 1.0 mgKOH/g가 될 때 까지 감압탈수를 진행하고, 이후 냉각하여 제조한 폴리에스테르 폴리올을 이용하여 단열재층을 준비하였다. 상기 준비된 단열재층과 표면층을 도 1과 같이 결합하여 준불연 단열재를 제조하였다.
실시예 2로는 상기 실시예 1에서 상기 혼합액이 e) 물유리 50 내지 200 중량부를 더욱 포함하는 혼합액을 제조한 후 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 표면층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 준불연 단열재를 제조하였다.
실시예 3으로는 상기 실시예 1에서 상기 혼합액이 f) 옥수수전분 5 내지 100 중량부를 더욱 포함하는 혼합액을 제조한 후 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 표면층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 준불연 단열재를 제조하였다.
실시예 4로는 상기 실시예 1에서 상기 혼합액이 e) 물유리 50 내지 200 중량부 및 f) 옥수수전분 5 내지 100 중량부를 더욱 포함하는 혼합액을 제조한 후 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 표면층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 준불연 단열재를 제조하였다.
실시예 5로는 상기 실시예 1에서 준비된 단열재층과 표면층을 도 2와 같이 결합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 준불연 단열재를 제조하였다.
실시예 6으로는 상기 실시예 2에서 준비된 단열재층과 표면층을 도 2와 같이 결합한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 준불연 단열재를 제조하였다.
실시예 7으로는 상기 실시예 3에서 준비된 단열재층과 표면층을 도 2와 같이 결합한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 준불연 단열재를 제조하였다.
실시예 8으로는 상기 실시예 4에서 준비된 단열재층과 표면층을 도 2와 같이 결합한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 준불연 단열재를 제조하였다.
비교예 1로는 상기 실시예 1에서 단열재층으로 폴리우레탄을 사용하고, 표면층으로 Glass mat를 PET로 열융착한 부직포를 사용하며, 혼합액에 탄산칼슘를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1의 단열재에 대하여 난연 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
준불연 재료 성능을 만족시키는 경우 ‘○’로 표시하고, 만족시키지 못하는 경우를 ‘×’로 표시하였다.
- 가스 유해성 시험: 시험방법 KS F 2271
- 열방출율 시험: 시험방법 KS F ISO 5660-1
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 1
가스 유해성 시험 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ×
열방출율 시험 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ×
상기 표 1에 나타나는 바와 같이 본 발명의 실시예들의 경우 모두 준불연 2급의 난연 특성을 나타내었으나 비교예 1의 경우 난연 특성을 전혀 나타내지 못하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 단열재층과 표면층을 포함하는 준불연 단열재로서,
    상기 표면층은 표지층에 부직포가 결합되며,
    상기 부직포에 a) 그라파이트; b) 바인더; c) 설탕; 및 d) 탄산칼슘;의 혼합액이 코팅 경화된 난연코팅층을 포함하는 특징으로 하는 준불연 단열재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 난연코팅층은 0.5 내지 10 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 준불연 단열재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼합액은 a) 그라파이트 100 중량부; b) 바인더 50 내지 200 중량부; c) 설탕 10 내지 60 중량부; 및 d) 탄산칼슘 10 내지 60 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 준불연 단열재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합액은 e) 물유리 50 내지 200 중량부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 준불연 단열재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합액은 f) 전분 5 내지 100 중량부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 준불연 단열재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼합액은 g) 중공실리카 10 내지 60 중량부 또는 h) 중탄산나트륨 10 내지 60 중량부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 준불연 단열재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단열재층은 (a) 폴리에스테르 폴리올; (b) 삼량화 촉매; (c) 우레탄 촉매; (d) 발포제; 및 (e) 폴리이소시아네이트를 포함하며, 이소시아네이트 지수가 150 내지 700인 발포조성물 발포시킨 폼인 것을 특징으로 하는 준불연 단열재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a) 폴리에스테르 폴리올은 S1) 테레프탈릭산(terephthalic acid: TPA)를 준비하는 단계; S2) 상기 TPA에 a) MEG(monoethylene glycol) 또는 DEG(diethylene glycol); 및 b) 분자량 150 내지 600의 PEG(polyethylene glycol)을 혼합하는 단계; S3) 에스테르반응 촉매를 사용하여 S2)단계의 혼합물을 승온하여 산가(acid value)가 1.5 mgKOH/g 이하가 될 때까지 축합반응시키는 단계; S4) 상기 S3)단계의 반응물을 냉각시키는 단계;를 포함하여 제조된 것을 특징으로 하는 준불연 단열재.
  9. 준불연 단열재의 제조방법에 있어서,
    S1) 단열재층을 준비하는 단계;
    S2) 표면층을 준비하는 단계;
    S3) 상기 단열재층과 표면층을 결합하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 표면층은 상기 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항 기재의 난연코팅을 포함하는 표면층인 것을 특징으로 하는 준불연 단열재의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단열재층은 (a) 폴리에스테르 폴리올; (b) 삼량화 촉매; (c) 우레탄 촉매; (d) 발포제; 및 (e) 폴리이소시아네이트를 포함하며, 이소시아네이트 지수가 150 내지 700인 발포조성물 발포시킨 폼인 것을 특징으로 하는 준불연 단열재의 제조방법.
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