KR20220006021A - 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품 - Google Patents

냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품에 관한 것이다.
본 발명에 따른 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물은 주재로 피브이씨(PVC, Polyvinyl chloride), 씨피브이씨(CPVC, Chlorinated Polyvinyl Chloride), 팽창흑연분말(Expandable graphite powder), 가소제, 첨가제, 안정제 및 활제, 유리섬유 중에서 3종 이상을 포함한다.
상기 구성에 의한 본 발명은 압출과 사출방식에 의한 여러 가지 응용제품 제조가 가능하며, 특히 열팽창성 테이프 및 방화보드 성형품으로 제조함으로써 -5℃ 내지 -48℃에서의 충격강도와 유연성확보에 의한 시공성과 장기적으로 경시변화에 의한 내구성이 확보되고, 자체적인 내화충전되어진 팽창성능, 난연성, 열전도 차단에 의하여 화재의 확산 및 유독가스의 발생(전파)을 억제함과 동시에 열전도를 차단하여 발화 시 화재 대피 공간 내지 대피 시간을 확보하여 인명 참사를 예방할 수 있는 우수한 특징을 가진다.

Description

냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품{FIREPROOF EXPANDABLE COMPOSITION WITH IMPROVED COLD IMPACT STRENGTH AND LOW TEMPERATURE FLEXIBILITY, AND APPLICATION PRODUCTS USING THIS COMPOSITION}
본 발명은 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물로 제조된 응용제품에 의하여 저온(-5℃ 이하)에서도 충격강도와 유연성, 내구성이 확보되고, 또한 자체 내화충전 팽창성능을 발휘할 수 있도록 구성함으로써, 대형물류센터, 아파트, 대형건물, 공장 등 화재로 인해 대형사고가 예상되는 현장 등에 적용하여, 화재 발생 시 화재 확산의 원인구역을 효과적으로 밀폐시켜 화재 확산 및 유독가스 확산을 방지, 인명피해를 예방할 수 있도록 내화충전 팽창성능을 발휘하고, 난연성과 열전도 차단이 향상될 수 있도록 이루어진 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물 및 이를 이용한 응용제품에 관한 것이다.
또한 본 발명에 의거 제조되어진 조성물은 압출과 사출 방식에 의한 압출 및 사출 성형품 제조가 아울러 가능함을 특징으로 한다.
냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품들은 저온에서의 깨짐이나 유연성 결여로 인하여 시공의 어려움을 해소코자 발명되어진 것으로, 다방면에 걸쳐 접목할 수 있는 발명이다. 특히 응용제품으로 열팽창성 테이프와 방화보드에 관한 예를 들어 기술코자 한다.
종래 기술로는,
먼저 저온성 조성물 기술로는; ① 폴리아미드수지, 고무질 중합체, 방향족 비닐계 단량체, 시안화 비닐계 단량체를 그래프트(graft)ap하여 얻은 그래프트 중합체, 방향족 비닐 단량체 등 포함하는 저온충격성이 우수한 열가소성 수지 조성물이 있고, ② 폴리프로필렌수지, 탈크, 폴리프로필렌과 에틸렌프로필렌 고무로 구성된 저온 내충격제로 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 내충격성 폴리프로필렌 수지 조성물이 있으며, ③ 폴리에틸렌 조성물 및 메탈로센 담지 촉매를 이용한 저온 충격강도가 높은 폴리에틸렌 조성물과 같이 여러 가지 제안되어진 기술들이 있다.
이에 상기 제안된 기술들은, ①, ②는 저온성이 우수하다는 근거에 관한 명확한 설명 및 기재가 없으며, ③ 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 수지를 용융 혼합하는 기술구성에 의한 저온 충격강도 개선에 관한 기술 등이 기재되어 있다.
그리고 본 발명의 적용 가능한 응용제품 중 하나인 열팽창성 테이프는; ① 유연성 확보를 위한 부틸 첨가 제품, ② 난연성을 높인 에폭시 첨가 제품, ③ 그리고 PVC계 제품이 있다.
이에 상기 제품들은, ① 저온에서의 유연성 확보가 어렵고, ② 난연성을 가진 에폭시 첨가 제품은 무기물 첨가량이 많을 경우, 성형성 확보가 어렵고, ③ 종전 PVC 제품 모두는 탄산칼슘과 같은 무기 필터 첨가에 따른 팽창성 저하 및 저온에서의 유연성 확보 어려움 등을 포함하고 있다.
또한 본 발명의 적용 가능한 응용제품 중 또 하나인 방화보드는;
① 내화도료를 도포하거나, ② 석고, 암면, 납석, 운모 등을 포함하여 이루어진 방화 석고보드, ③ 석고에 내화성 부여를 위한 팽창된 질석 등을 보조제로 포함하는 기술, ④ ③에 있어 팽창성 질석을 포함하는 기술, ⑤ 그리고 석고에 고온용 단열재인 세라믹 섬유를 주원료로 포함하는 기술, ⑥ 그 이외에 시멘트 또는 석고에 펄프, 펄라이트, 스티로폼, 황토, 애쉬 등을 포함하는 기술, ⑦ 난연 성능을 가진 탄화보드와 불연성을 가진 불연보드를 결합하고, 내부 층에는 불연섬유를 충진 구성하여 화재 안전성과 기능성을 동시에 갖는 탄화보드를 사용한 목재 방화문, ⑧ 틀 내 크라프트지에 방화도료 적용하는 기술, ⑨ 폴리에틸렌, 엘라스토머, 팽창흑연, 인계 난연제 둥이 포함된 내화재용 팽창 폴리에틸렌수지 조성물에 관한 기술과 같이 여러 가지 제안되어진 기술들이 있다.
이에 상기 제안된 기술들은, ① 내화도료를 도포하는 기술은 작업성이 떨어지는 문제가 있는 것으로 알려져 있고, ② 무기물로 이루어져 무게가 무겁고, 마감을 위한 가공 시 쉽게 부스러짐에 의한 작업 어려움, ③ 팽창 질석에 의한 단열성은 우수하나, 석고는 열에 수축함에 보드의 균열 원인이 되며, ④ 고온 노출 시 팽창성 질석은 팽창하여 석고의 수축을 보완하고, 단열성은 있으나, 상기 특성에 적합한 팽창성 질석 입도, 투입량 등 제조에 어려움이 많은 기술, ⑤ 고온단열재는 고가이므로 주재료로 사용함에 장애 요인, ⑥ 이 또한 중량과 현장 재가공 시 많은 문제점을 가지고 있어, 건축용 마감재 또는 내장재보다는 외장 또는 천정 재료로서 거의 사용이 되고 있지는 않은 것으로 알려졌고, ⑦ 사용 목재는 결국 난연성을 발휘하지 못하는 문제가 있으며, ⑧ 작업성이 떨어지며, 도료를 사용한 보드 제작 및 작업성이 떨어지는 단점, ⑨ 주 매트릭스 소재인 폴리에틸렌의 한계산소지수가 통상 17로서 자체 소화 기능이 떨어져 연소가 쉬워지는 등, 상기와 같은 종래기술들의 문제점을 극복할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상되고, 팽창성능을 극대화할 수 있는 조성물질에 의한 압출 및 사출 성형이 가능한 조성물과 이를 이용한 응용제품을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이하 실시예에 따른 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품으로 저온에서의 충격강도와 유연성, 내구성, 자체 팽창성, 난연성, 열전도 차단 특성이 포함되는 것을 특징으로 하며, 한편 상기의 목적 달성에 더하여 상기 조성물에 의한 압출 및 사출 방식에 의한 압출 또는 사출 성형품 제조가 아울러 가능하여지는 특징을 가진다.
본 발명은 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물로써 압출 및 사출 방식에 의한 압출 내지 사출 성형품 제조가 가능하며, 제조된 응용제품들은 저온에서의 충격강도 및 유연성이 양호하며, 내화 팽창성능과 동시에 열전도를 차단하고, 난연성능이 향상된 제품을 제조할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 제품은 -5℃ 이하의 저온에서도 충격강도와 유연성, 내구성이 확보되고, 자체가 내화충전 팽창성능이 발휘될 수 있도록 구성됨으로써, 별도의 내화충전제를 부착 또는 첨부하지 않아도 우수한 내화충전 팽창성능, 난연성을 발휘하여 화재의 확산 및 유독가스의 발생(전파)을 억제함과 동시에 열전도를 차단하여 발화 시 화재 대피 공간 내지 대피 시간을 확보하여 인명 참사를 예방할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 압출 조성물을 촬영한 사진.
도 2은 본 발명에 의해 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 (a) 압출 시트와 (b) 이를 절단한 압출 열팽창성 테이프에 대한 사진.
도 3은 건설 현장에서 열팽창성 테이프 시공 전에 사전 작업을 진행하고 있는 사진.
도 4은 본 발명에 의해 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 시트를 냉동 방치 후 꺾은 평가를 진행한 결과에 대한 사진.
도 5는 종전 열팽창성 테이프를 냉동 방치 후 꺾은 평가를 진행한 결과에 대한 사진.
도 6은 본 발명에 의해 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 시트가 부착된 방화보드에 대한 사진(상층: 아연도 강판, 하층: 본 발명의 시트).
도 7은 본 발명에 의해 제조되는 열팽창성 테이프 제조라인 공정도 사진.
도 8은 본 발명에 의해 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 시트가 부착된 방화보드 시공 모형도에 대한 사진.
도 9은 본 발명에 의해 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 방화보드의 열전도 차단성 및 차염성에 대한 적합함을 인증받은 공인시험기관 성적서.
도 10는 본 발명에 의해 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 방화보드에 대한 방화시험 평가 전/후 가열 면과 가열 반대 면의 일례.
도 11은 본 발명에 의해 제조된 내화충전 팽창 시트가 부착된 방화보드에 대한 팽창성능 평가 결과.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화할 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 게시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품에 관하여 상세히 설명한다, 또한 본 발명은 냉간 충격강도와 유연성 실 측정, 내화충전 팽창성 배율 향상을 위한 발명의 내용을 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 공학적 근거 및 평가 결과(시험 성적서 포함) 제시와 특히 조성물 제조 방법에서는 압출 내지 사출을 통한 제품의 안정적인 제조 방법에 관한 구체적인 사항들을 통하여 본 발명의 우수성을 상세히 기술하고, 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명한다.
본 발명은 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물로써 압출 방식, 사출 방식에 의한 압출 및 사출 성형품 제조가 가능하여지는 특징을 발휘하며, 저온에서의 충격강도와 유연성, 발화 시 화재의 확산 및 유독가스의 발생(전파)을 억제할 수 있는 내화충전 팽창성능과 난연성, 열전도 차단 특성이 포함되는 것을 특징으로 하게끔 함에 있다.
상기의 같은 목적을 실현하기 위해 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물을 개발하였다.
도 1은 본 발명에 따른 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물을 보여주는 사진이고, 본 발명의 한 일 예로 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 성형품, 특히 시트(도 2(a)), 열팽창성 테이프(도 2(b))는 자체가 내화충전 팽창성능이 발휘될 수 있도록 구성됨으로써, 별도의 내화충전성능재를 부착 또는 첨부하지 않아도 우수한 내화충전 팽창성능을 발휘하여 화재의 확산 및 유독가스의 발생(전파)을 억제함과 동시에 열전도를 차단하여 대형 인명 참사를 예방할 수 있고, 저온에서도 향상된 충격강도 및 유연성에 의하여 외부 응력(힘)에 의한 내구성과 유연성이 유지됨을 확인할 수 있었다.
도 3은 동절기에 열팽창성 테이프가 딱딱해져서, 실제 시공 현장에서 배관에 열팽창성 테이프 감는 작업 전 힘들게 꺾어 부숴 둥근 배관에 감을 수 있도록 작업하고 있는 동절기 현장 사진이다.
이에 우선 본 발명에 의하여 제조된 시트와 종전 열팽창 테이프 1종을 -24℃, 24시간 방치 후 딱딱함과 깨어짐 여부에 관한 평가를 하였다. 이하 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명의 조성물 시험체와 현재 사용하고 있는 열팽창성 테이프 중 하나인 비교 실험체에 대하여 인위적으로 180° 꺾은 평가에서 본 발명의 조성물 시험체는 깨어짐이 발생하지 않고 유연하였으나, 비교 실험체는 딱딱하고 깨어졌다. 인위적 평가에 대한 깨어진 여부를 도 4, 도 5에서 각각 확인할 수 있을 것이다.
도 6는 본 발명에 의해 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물로 제조된 시트를 이용하여 제작되어진 방화보드에 관한 사진이며, 본 발명에 의해 제작된 방화보드에 대한 덕트, PVC 관, 스틸 관에 적용되는 경우의 모형도를 도 7에 도시하였으며, 실 현장과 동일한 조건에서 시공 사진과 측정 결과를 이하 실시예를 통하여 이를 구체적으로 설명코자 한다.
도 6에 도시한바, 상층 아연도 강판과 하층 본 발명 제조 시트는 양면 접착 필름 내지 에폭시 접착제, 폴리우레탄 1액 형 또는 2액 형 접착제를 이용하여 접착하였다.
고분자 수지, 팽창성능을 제공하는 물질, 가소제, 첨가제, 안정제 및 활제, 유리섬유 중에서 3종 이상을 포함하며,
상기 고분자 수지는 피브이씨(PVC, Polyvinyl Chloride), 씨피브이씨(CPVC, Chlorinated Polyvinyl Chloride), 고무(Rubber) 중 1종 또는 2종을 포함하고, 함유량 10중량% 내지 60중량%인 것이며,
상기 팽창성능을 제공하는 물질은 팽창흑연으로 함유량 10중량% 내지 65중량%이며,
상기 가소제는 탄소 수 3 내지 50의 알킬 수 무독성 가소제로서 (디)아세틸화 모노글리세라이드((Di)acetylated Monoglyceride), 폴리소르브(Polysorb), 메사몰오일(Mesamll oil), 디에틸1,4-사이클로헥산디카복실레이트(1,4-cyclohexanedicarboxylicacid,diethylester), 디옥틸(노닐) 테레프탈레이트(Dioctyl(nonyl) terephthalate), 2-에틸헥소산, 벤조산 및 트리에틸렌 글리콜의 혼합 에스터 화합물(Mixed ester compounds of 2-ethylhexoic acid, benzoic acid and triethylene glycol), 헥산산, 2-에틸-, 벤조산과 혼합 트리에스테르 및 트리메틸올프로판(Hexanoic acid, 2-ethyl-, mixed triesters with benzoic acid and trimethylolpropane), 혼합 알코올 에스테르(Mixed alcohol ester), 트리뷰틸 시트레이트(Tributyl Citrate), 디옥틸 테레프탈레이트(Dioctyl terephthalate, 비스(2-에틸헥실)-1,4-벤젠디카복실레이트), 1,2-사이클로헥산 디카복실산 다이이소노닐에스터(1,2-cyclohexane dicarboxylic acid diisononyl ester), 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean Oil)으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 피브이씨 중량을 기준으로 1 : 0.2 내지 3.0인 것을 포함하며,
상기 첨가제는 분산 성능 개선을 위하여 에틸렌-아크릴산 공중합체(Polyethylene-co-acrylic acid), 에틸렌-메타크릴산 공중합체(Polyethylene-co-methacrylic acid), 에틸렌-메타크릴레이트(Ethylene dimethacrylate)으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하고,
상기 안정제는 열적 안정성을 위한 물질로써, 페닐 디디소데실 인산염(Phenyl didisodecyl phosphite), 디페닐 이소데실 인산염(Diphenyl isodecyl phosphite), 트리페닐 인산염(Triphenyl phosphite), 트리노닐 페닐 인산염(Trinonyl phenyl phosphite), 칼슘 아세틸아세토네이트(Calcium acetylacetonate), 스테아린산 칼슘(Calcium stearate). 스테아린산 마그네슘(Magnesium stearate), 스테아린산 아연(Zinc stearate), 디옥틸틴 메르캅티드(n-Octyltin mercaptide). 디옥틸틴 말레인산염(Di-n-Octyltin maleate), 디옥틸틴 라우린산염(Di-n-Octyltin laurate)으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하며,
상기 활제는 용융물의 점도 내지 압출 부하를 줄여주는 역할을 하는 것으로, 왁스(Wax). 지방산 에스테르(Fatty acid ester), 지방산 아마이드(Fatty acid amide), 에틸렌 비스 스테아마이드(Ethylene Bis stearamide), 염화파라핀(Chlorinated paraffins)으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하고,
피브이씨 중량을 기준으로 1 : 0 내지 0.6 : 0 내지 0.5 : 0 내지 0.4인 것이며,
상기 점결제로써 유리섬유 내지 탄소섬유를 포함하며, 이들 중 1종 또는 2종 포함하고, 이들로 제한되는 것은 아니며,
피브이씨 중량 기준으로 1 : 0 내지 0.35인 것이며,
50℃ 내지 160℃에서 가열 교반, 160℃ 내지 230℃에서 압출하는 제조 방법을 포함하여 조성된 조성물로써
저온에서의 충격강도와 유연성, 내구성, 자체 팽창성, 난연성, 열전도 차단, 난연성이 포함되는 것을 특징으로 하며, 한편 상기의 목적 달성에 더하여 상기 조성물에 의한 압출 및 사출 방식에 의한 압출 또는 사출 성형품 제조가 아울러 가능하여지는 특징을 가진다. -5℃ 내지 -47℃에서 Izod 강도 평가에서 깨짐없고, 유연성이 포함되고, 자체 팽창성 10배 내지 45배, 열전도 차단성(차열성) 80℃ 내지 180℃, 난연성(콘칼로리미터) 5MJ/m2 내지 8MJ/m2, 발화 시 자기소화성을 포함하는 것인 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물을 제조하였다.
상기 언급된 결과는 이하 실시예를 통하여 상세히 설명한다.
예 3에 있어,
냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물을 제조하는 방법이며, 배합용기(혹은 배합기)에 팽창성능을 제공하는 물질과 고분자 수지, 가소제, 첨가제, 안정제, 활제, 점결제 중 3종 내지 6종을 투입 후, 50℃ 내지 160℃에서 가열 교반하여 제조하는 경우, 먼저 팽창흑연을 넣고 배합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 조성된 배합물을 160℃ 내지 230℃에서 압출하였다.
상기 투입하는 팽창성능을 제공하는 물질을 별도 건조기에서 50℃ 내지 160℃ 조건으로 건조하는 단계를 포함하거나, 배합기에서 50℃ 내지 160℃ 조건으로 건조하는 단계를 포함하여 조성물질들의 고른 분산 및 배합 시간 10분 내지 50분 이내로 단축하는 것이 가능하였다.
상기 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물은 가공온도 160℃ 내지 230℃에서 압출, 사출 내지 핫 프레스를 통하여 다양한 성형체 제조가 가능한 것이 또 하나의 특징이다. 특히 이미 언급한 응용제품으로 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 시트와 이를 세절하여 가공된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 열팽창성 테이프(도 7은 본 발명에 의해 제조되는 열팽창성 테이프 제조라인 공정도), 그리고 이를 아연도 강판 일면에 부착하여 제조된 방화보드 등이 있다.
본 발명에서 사용된 팽창성, 열전도 차단성, 난연성을 발휘하는 물질에 대한 성분, 효능은 다음과 같다.
먼저 팽창성능은 다음과 같다.
팽창성능을 발휘하는 팽창흑연 분말(Expandable graphite powder)은 팽창흑연을 분말화한 것으로, 일반적으로 흑연은 탄소 원자의 6 원자 고리가 평면적으로 무한히 연결된 평면형 거대분자가 층을 이루어 포개어진 광물로서, 그 성질은 전기의 양도체이고, 또한 층간 반데르발스 결합에 의한 층상구조로 인해 유연하고, 활성(滑性)이 있으며, 쪼개지기는 쉽지만 거대 분자여서 반응성이 낮은 특징이 있다. 그리고 흑연은 탄소 원자 사이의 간격이 넓기 때문에 층 사이의 틈새에 다른 원자를 삽입하여 층간 화합물을 만들 수 있다. 즉, 흑연 결정의 망상 평면을 유지한 채로 평면 사이의 틈새에 많은 원자나 분자 또는 이온을 삽입하여 층간 화합물을 만들 수 있다. 흑연의 층 사이에 황산과 같은 산을 포함한 층간 화합물 또는 잔류화합물을 1,000℃에 가까운 온도로 급가열하면, 산이 기화되어 가스가 발생하고, 그 가스의 팽창압에 의해 흑연 층간이 수십 내지 수백 배로 팽창하는데, 이를 팽창흑연이라 한다. 상기 팽창흑연은 화재 발생 시 온도가 180℃ 이상으로 상승하는 과정에서 팽창흑연이 30배 내지 50배로 팽창하며 숯(Char)을 형성하기 때문에 불연성과 함께 난연성을 부여하는 역할을 수행할 수 있다.
이에 상기 팽창성능을 발휘하는 주성분인 팽창흑연의 팽창률이 200㎖/g 이상, 탄소 함량 90% 이상, 회분 10% 이하, 휘발분 20% 이하, pH 4∼8인 것으로 사용하고, 이를 통하여 본 발명에 의해 제조된 열팽창성 테이프 또는 방화보드에 대한 팽창성능에 관한 결과를 이하 실시예를 통하여 설명한다.
< 본 발명에 의한 시험체>
이하보다 비교 예와 차별화될 수 있는 측정 결과를 도출코자 상기 실시예 조성의 일 예 조성물, 피브이씨 27.00중량%, 팽창흑연 26.75중량% 내지 40.36중량%, 가소제 20.50중량% 내지 60.40중량%, 첨가제 0.004중량% 내지 3.10중량%, 안정제 5.12중량% 내지 13.72중량%, 활제 0.02중량% 내지 3.10중량% 및 점결제 0.03중량% 내지 4.99중량%의 중량 비율로 포함된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 실험체를 제조하였다.
< 비교 실험체>
본 발명에 의한 시험체와 동일한 조성물을 이용하여 슬리브 실험체를 제조하였는데, 비교예에서는 현재 시판 중이며, 현장에서 시공되고 있는 A사 열팽창성 테이프의 일부를 절단하여 실험체로 사용하였다.
시험체 및 비교예에 실험체의 난연성(발연성)을 측정하였고, 이에 대한 측정 기준을 하기의 [표 1]에 나타내었으며, 측정 결과를 하기의 [표 2]에 나타내었다.
등급 시험 항목 시험조건 적합기준
불연재료
(1급)		 불연성
(전기로 연소)		 최고온도와 최종평형 온도와의온도차(℃) 750℃,
20분 연소		 20℃ 이하
질량감소율 30% 이하
가스유해성 평균행동정지시간 마우스 9분 이상
준불연재료
(2급)		 콘칼로리미터 총열방출량(MJ/m2) 약 800℃,
10분 연소		 8 MJ/m2 이하
열방출율이 20kW/m2를 초과하는 시간(초) 10초 이하
심재의 전부용융, 관통하는 균열 및 구멍 등의 변화 육안 심재의 균열, 구멍 및 용융이 없을 것
가스유해성 평균행동정지시간 마우스 9분 이상
난연재료
(3급)		 콘칼로리미터 총열방출량(MJ/m2) 약 800℃,
5분 연소		 8 MJ/m2 이하
열방출율이 20kW/m2를 초과하는 시간(초) 10초 이하
심재의 전부용융, 관통하는 균열 및 구멍 등의 변화 육안 심재의 균열, 구멍 및 용융이 없을 것
가스유해성 평균행동정지시간 마우스 9분 이상
구분 시험체 실험체 기준
콘칼로리미터 총방출률(MJ/m2) 6.55 7.9 8 MJ/m2 이하
열방출율이 20kW/m2를 초과하는 시간(초) 8 9.5 10초 이하
심재의 전부용융, 관통하는 균열 및 구멍 등의 변화 없음 없음 심재의 균열, 구멍 및 용융이 없을 것
발연 없음 있음 -
판정 난연 2급 상당 난연 2급 상당 -
상기 [표 2]를 참고하면, 실시예에 따라 제조된 시험체는 열방출량이 매우 낮게 나타나고 있으며, 난연성, 특히 자기소화성에 의한 발연이 우수함을 확인할 수 있다.
이는 본 발명의 고분자 수지는 한계산소지수가 45 내지 60으로 연소하려면 지구상의 공기 중(대기 중 산소 함유량 21%) 산소 비율의 2배 내지 3배가 필요하므로, 본 발명의 경우 발연성 없음으로 평가된 결과가 확보됐다.
본 발명에 의하여 제조된 시트를 이용하여 제작된 방화보드에 대한 덕트, PVC 관, 스틸 관에 적용되어지는 경우의 모형도를 도 8에 도시하였고, 실 현장과 동일한 조건에서 시공 측정 결과를 도 9, 도 10에 도시하였다. 국토교통부 고시 제2019-593호에 의거, 실험조건은 실온에서 1,050℃까지 120분간 가열 후 측정온도가 초기온도를 뺀 180℃ 이하인 경우 적합 판정을 획득하는데, 본 발명의 경우 시험체 A는 max. 176.6℃, 시험체 B는 161.3℃로서 열전도 차단성이 확보됨을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 방화보드(시트)는 예 1과 2의 결과물과 동일하게, 비가열 면의 화염 발생이 없을 만큼 우수한 열전도 차단성과 차염성을 확보하고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 주목적의 하나인 제조된 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물은 압출, 사출 및 핫 프레스에 의한 시트 내지 성형품 제조가 가능한 것이 특징인데, 이를 위하여 본 발명은 상기 가소제가 상기 고분자 수지의 자유 부피(Free volume)에 위치하여 사슬(chain) 간의 인력을 저하해 유동성을 증가시키고, 또한 상기의 일 예에서와같이 균일하게 제조 가능한 방법에 의하여 사슬(chain) 내에 균일하게 안착이 되어 더 양호한 유동성이 제공됨에 다양한 성형 방식도 가능해지도록 함을 본 발명은 포함하고 있다.
특히 본 발명에서 추구하는 상기 발명의 목적을 위하여 탄소 수 3 내지 50의 알킬 수 가소제를 사용하였고, 바람직하게는 탄소 수 4 내지 25의 알킬 수 가소제를 포함한 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물 제조로 인하여 압출, 사출 방식 및 핫 프레스 방식에 의한 성형품 제조를 포함하는 것이 특징이다.
본 발명의 또 다른 주목적인 성형체의 저온 내구성에 관한 평가 결과 및 이에 관한 상세한 설명을 하고자 한다.
건축 자재 중 건축물 시공체의 하나인 열팽창성 테이프는 동절기 냉동 영향 평가는 매우 중요한 요소의 하나이다.
이에 대한 냉동에 의한 강도 영향 평가를 위하여, 실험장비는 전기냉동기기, SRG-C158SY와 아이조드 충격강도 측정기를 이용하며, 우선 본 발명의 열팽창성 테이프 내지 시트를 -24℃, 24시간 방치 (도 4) 후, 인위적으로 180° 꺾은 평가에서 상기 실시예 2에 설명된 바와 같이 우수한 결과를 확보하였다. 이를 ASTM D256 시험방법에 의거, 냉동된 시편에 대한 아이조드 충격강도 실험을 하여 그에 관한 결과를 표 3에 도시하였다. 본 발명에 따른 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물로 제조된 시험체는 저온 환경에서 외부의 충격에 대한 저항성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
구분 시험체 실험체
I-ZOD (단위: ㎏f·㎝/㎠) 파괴 안 됨 3.5
이는 본 발명의 기술에 관한 인위적 평가에서 확인된 바와 같이 유연성이 우수하고, 또한 사용하는 조성물질 중에 중요한 요소 물질로 인하여 -40℃ 내지 -60℃까지도 바람직하게는 -47℃까지 얼지 않아, 지구촌의 모든 지역 환경에서는 부동액처럼 얼지 않고 유연성을 유지하여 어떠한 상황에서도 충격에 의하여 파손(파괴)될 가능성이 없는 내구성이 매우 우수함을 확인하였고, 지구촌 환경에서는 얼지 않는 특징으로 내구성이 확보되는 독창적인 기술이다.
도 11은 본 발명에 의한 방화보드 팽창 전과 방화보드 팽창 후 시험 결과물로써, 현재 사용하고 있는 열팽창성 테이프와 본 발명의 방화보드에 대한 비교 실험 결과, 본 발명에 의해 제조된 시트(시트를 세절하면 열팽창성 테이프가 되므로, A사 열팽창성 테이프와 비교)의 높은 팽창력에 의하여 본 발명의 방화보드 역시 우수한 팽창성을 보여줌을 확인할 수 있었다. 이는 본 발명의 경우, 발상을 전환하여, 현재 PVC 조성물에 필수적으로 사용되는 무기충진제없이 본 발명의 조성물을 개발함에 의한 결과물이다.
구분 A사 열팽창성 테이프 (사각형) 본 발명의 방화보드 (사각형)
팽창율 25 배 이하 32 배 이상
예 6에 있어,
동일한 조성물로 제조된 성형체 일지라도 성형체의 두께 따라서 유연성의 차이가 발생하였다. 이를 극복하는 방법으로 예 3에 있어, 가소제 함량을 늘릴 경우, 상기 문제점을 극복할 수 있다.
예를 들어, 전체 조성 비율 중에서 고분자 수지 중량 기준 1, 팽창성능을 제공하는 물질 1.1로 한정하고, 가소제 0.3일 때, 두께 3T(3T는 3㎜를 의미함) 이상일 경우 딱딱하여 신율이 10% 이하로 떨어졌으나, 두께 1T에서는 50%, 두께 0.5T에서는 80% 이상이었다. 이에 5T 이상에서도 신율을 확보하기 위한 방법으로 가소재 함량을 PVC 중량 기준 1 : 1 이상으로 늘려 유연성이 떨어지는 문제점을 극복하였고, 더욱 양호한 신율 향상을 위한 방법에 관한 것을 예 12에서도 언급한 바 있다. 본 예에서는 하나의 실예를 들었으나, 본 발명에서는 유연성 향상을 위한 방안뿐만 아니라 생산성 향상에 의한 경비 절감을 위한 방안이 아울러 내재하여져 있는 발명임이 주지의 사실이다.
이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. 고분자 수지, 팽창성능을 제공하는 물질, 가소제, 첨가제, 안정제 및 활제, 유리섬유, 충격보강제 중에서 3종 이상을 포함하며,
    상기 고분자 수지는 피브이씨(PVC, Polyvinyl Chloride), 씨피브이씨(CPVC, Chlorinated Polyvinyl Chloride), 고무(Rubber) 중 1종 또는 2종을 포함하고, 함유량 10 중량% 내지 60 중량%인 것이며,
    상기 팽창성능을 제공하는 물질은 팽창흑연으로 함유량 10 중량% 내지 65 중량%이며,
    상기 가소제는 탄소 수 3 내지 50의 알킬 수 무독성 가소제로서 (디)아세틸화 모노글리세라이드((Di)acetylated Monoglyceride), 폴리소르브(Polysorb), 메사몰오일(Mesamll oil), 디에틸1,4-사이클로헥산디카복실레이트(1,4-cyclohexanedicarboxylicacid,diethylester), 디옥틸(노닐) 테레프탈레이트(Dioctyl(nonyl) terephthalate), 2-에틸헥소산, 벤조산 및 트리에틸렌 글리콜의 혼합 에스터 화합물(Mixed ester compounds of 2-ethylhexoic acid, benzoic acid and triethylene glycol), 헥산산, 2-에틸-, 벤조산과 혼합 트리에스테르 및 트리메틸올프로판(Hexanoic acid, 2-ethyl-, mixed triesters with benzoic acid and trimethylolpropane), 혼합 알코올 에스테르(Mixed alcohol ester), 트리뷰틸 시트레이트(Tributyl Citrate), 디옥틸 테레프탈레이트(Dioctyl terephthalate, 비스(2-에틸헥실)-1,4-벤젠디카복실레이트), 1,2-사이클로헥산 디카복실산 다이이소노닐에스터(1,2-cyclohexane dicarboxylic acid diisononyl ester), 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean Oil)으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 피브이씨 중량을 기준으로 1 : 0.2 내지 3.0인 것이며,
    상기 첨가제는 분산 성능 개선을 위하여 에틸렌-아크릴산 공중합체(Polyethylene-co-acrylic acid), 에틸렌-메타크릴산 공중합체(Polyethylene-co-methacrylic acid), 에틸렌-메타크릴레이트(Ethylene dimethacrylate)으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 피브이씨 중량을 기준으로 1 : 0 내지 0.6인 것이며,
    상기 안정제는 열적 안정성을 위한 물질로서, 페닐 디디소데실 인산염(Phenyl didisodecyl phosphite), 디페닐 이소데실 인산염(Diphenyl isodecyl phosphite), 트리페닐 인산염(Triphenyl phosphite), 트리노닐 페닐 인산염(Trinonyl phenyl phosphite), 칼슘 아세틸아세토네이트(Calcium acetylacetonate), 스테아린산 칼슘(Calcium stearate). 스테아린산 마그네슘(Magnesium stearate), 스테아린산 아연(Zinc stearate), 디옥틸틴 메르캅티드(n-Octyltin mercaptide). 디옥틸틴 말레인산염(Di-n-Octyltin maleate), 디옥틸틴 라우린산염(Di-n-Octyltin laurate)으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하며, 피브이씨 중량을 기준으로 1 : 0 내지 0.4인 것이며,
    상기 활제는 용융물의 점도 내지 압출 부하를 줄여주는 역할을 하는 것으로, 왁스(Wax). 지방산 에스테르(Fatty acid ester), 지방산 아마이드(Fatty acid amide), 에틸렌 비스 스테아마이드(Ethylene Bis stearamide), 염화파라핀(Chlorinated paraffins)으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 피브이씨 중량을 기준으로 1 : 0 내지 0.6 : 0 내지 0.5 : 0 내지 0.4인 것이며,
    상기 점결제로써 유리섬유 내지 탄소섬유를 포함하며, 이들 중 1종 또는 2종 포함하고, 이들로 제한되는 것은 아니며, 피브이씨 중량 기준으로 1 : 0 내지 0.35인 것이며,
    50℃ 내지 160℃에서 가열 교반, 160℃ 내지 230℃에서 압출하는 제조 방법을 포함하여 조성된 조성물로써 -5℃ 내지 -47℃에서 Izod 강도 평가에서 깨짐없고, 유연성이 포함되고, 자체 팽창성 10배 내지 45배, 열전도 차단성(차열성) 80℃ 내지 180℃, 난연성(콘칼로리미터) 5MJ/m2 내지 8MJ/m2, 발화 시 자기소화성을 포함하는 것인 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물.
  2. 제1항에 있어,
    상기 방법은
    (Step 1) 팽창성능을 제공하는 물질을 투입하는 단계; 및
    (Step 2) 고분자 수지 및 가소제, 첨가제, 안정제, 활제, 점결제 중 3종 내지 6종을 각각 투입하는 단계;
    (Step 3) 상기 (Step 1), (Sep 2)의 결과물을 50℃ 내지 160℃에서 가열 교반하는 단계; 를 포함하는 것인 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성 단계;
    (Step 4) 160℃ 내지 230℃에서 가열 압출하는 단계;를 포함하는 것인 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물 제조 방법.
  3. 제1항 내지 제2항에 있어서,
    상기 (Step 1)에서 배합기에 팽창성능을 제공하는 물질을 투입하고, 고분자 수지, 가소제를 투입하며, 첨가제, 안정제, 활제, 점결제는 순서와 관계없이 투입하고, 상기 (Step 1)의 팽창성능을 제공하는 물질을 건조기에서 50℃ 내지 160℃ 조건으로 건조하는 단계; 를 포함하거나, 배합기에서 50℃ 내지 160℃ 조건으로 건조하는 단계를 포함하여 조성의 분산 및 배합 시간 10분 내지 30분으로 단축하는 단계; 를 포함하는 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물이 가공온도 160℃ 내지 230℃에서 압출, 사출, 프레스 되는 응용제품 중 0.1T 내지 20T 열팽창성 시트와 이를 절단한 열팽창성 테이프 제조 방법.
  5. 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물로 제조된 시트를 이용하여 제조된 방화보드에 있어,
    방화보드 일면, 아연도 강판;
    방화보드 일면, 내화충전 팽창성 시트;
    아연도 강판과 내화충전 팽창성 시트는 양면 접착 필름 내지 에폭시 접착제, 폴리우레탄 1액 형 또는 2액 형 접착제로 붙인 온도별 경시 변화 내지 저온 수축에 의한 박리없는 내화충전 방화보드.
  6. 제1항 내지 제4항에 있어서,
    동일한 조성물로 제조된 성형체일 때 성형체의 두께 따른 신율의 차이 극복과 팽창률 25배 내지 45배를 위한 고분자 수지 1 기준 가소제 함량 0.5 내지 3, PVC용 무기충전제없는 결과물인 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물 및 이를 이용한 열팽창성 시트 및 테이프, 그리고 방화보드.
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KR1020210186657A KR20220006021A (ko) 2021-12-24 2021-12-24 냉간 충격강도 및 저온 유연성이 향상된 내화충전 팽창 조성물과 이를 이용한 응용제품

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116948380A (zh) * 2023-09-20 2023-10-27 河北华密新材科技股份有限公司 一种耐高温型工程塑料及其制备方法

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CN116948380A (zh) * 2023-09-20 2023-10-27 河北华密新材科技股份有限公司 一种耐高温型工程塑料及其制备方法
CN116948380B (zh) * 2023-09-20 2023-11-24 河北华密新材科技股份有限公司 一种耐高温型工程塑料及其制备方法

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