KR20230078887A - 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법 - Google Patents

2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설용 및 산업용으로 사용하는 불연성 단열재 조성물과 이의 2차 가공에 의한 발포폴리스타이렌(EPS:Expanded polystyrene) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차로 불연성 단열재 조성물을 제조하여 발포스타이렌 비드(bead, 알갱이)와 교반하여 제조된 불연성 단열재 조성물로 가공된 발포 폴리스타이렌 원료 비드(알갱이)에 가공된 불연성 단열재 조성물을 2차 처리하여 제조되는 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법으로서, 불연성, 단열성, 방습성, 내열성, 내구성, 접착성, 점성 등의 특성의 개선된 불연성 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 종래 각종의 유, 무기질발포 폼 등은 화재시 인명피해와 건물의 소실 및 자연환경피해 등이 없는 친환경 자재로서, 단열성능을 비롯한 불연성, 단열성, 방습성, 내열성, 내구성, 접착성, 점성 등의 특성의 개선된 2차 가공에 의한 불연성 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌를 제공할 수 있다.

Description

2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법{Polystyrene foam using non-combustible insulation composition by secondary processing and method for manufacturing the same}
본 발명은 건설용 및 산업용으로 사용하는 불연성 단열재 조성물과 이의 2차 가공에 의한 발포폴리스타이렌(EPS:Expanded polystyrene) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차로 불연성 단열재 조성물을 제조하여 발포스타이렌 비드(bead, 알갱이)와 교반하여 제조된 불연성 단열재 조성물로 가공된 발포 폴리스타이렌 원료 비드(알갱이)에 가공된 불연성 단열재 조성물을 2차 처리하여 제조되는 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법으로서, 불연성, 단열성, 방습성, 내열성, 내구성, 접착성, 점성 등의 특성의 개선된 불연성 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발포폴리스타이렌(EPS: Expanded polystyrene)은 건설용과 산업용의 난연성단열재와 흡음재 및 포장재로 사용되고 있다.
그러나, 건설용과 산업용의 난연성 단열재로 사용되는 유무기질 단열재 발포폴리스타이렌 폼, 경질우레탄폼, 연질우레탄폼, 발포폴리에틸렌, 페놀폼, 인슐레이션 보드, 암면폼, 글라스폼 등이 있으며, 난연성 단열재를 형성하기 위해서는 조성 물의 선택, 성분과 제조시의 시간, 온도, 제조방법 등이 중요하며, 유무기질재료는 화재, 습기 등에 취약하고 화재 시에 일산화탄소, 다이옥신 등의 유독성 물질을 발생시키며, 물 및 수분에 의한 흡수성은 뭉치고 처지기 쉬우며, 분진, 유해한 곰팡이 세균 등의 유해성물질을 발생시켜 인명피해를 유발시키는 문제점이 있었다.
종래의 난연성 단열재는 유무기질 세립재로 혼합하여 압축성형한 난연성 단열재와 성형된 발포폴리스타이렌 폼의 외면에 난연성 시트를 부착한 난연성 단열재 및 가압성형 틀에 코팅된 난연성의 발포폴리스티렌 발포비드를 투입하고 교반하여 난연성 바인더를 충진하여 일정시간 숙성하고, 발포비드를 서로 융착시킨 후 이를 냉각하여 금형으로부터 이형시켜 이루어진 난연성 단열재 등 있다.
상기 난연성 단열재와 발포폴리스타이렌의 난연성, 단열성 문제를 해결하기 위하여 다양한 난연재료를 이용한 방법들이 강구되고 있는 바, 그 몇 가지 예를 들어보면 다음과 같다.
대한민국 특허출원번호 10-2018-0116332호 외부벽체용 단열재 및 그 의 제조 방법에 있어서, 코팅제에 의해 코팅된 발포 폴리스티렌을 난연성 바인더로 충진하여 제조된 박판형태의 발포 폴리스티렌층(110)과 열차단성 접착제 층(120 )이 반복되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
대한민국 특허출원번호 10-2014-0133239호는 불연성코팅제조성물 및 이를 포함하는 불연성 건축 내외장재에 있어서, 규산소다 20~60중량부, 규산칼륨 10 ~ 30중량부, 계면활성제 1~5중량부, 제올라이트 1~5중량부, 첨매암분말 1~5중량부, 아크릴에멀젼 1~10중량부, 활성탄 1~5중량부, 황토 1~5중량부, 기포제 1~10중량부, 물 1~20중량부를 포함하는 불연성 코팅제 조성물에 있어서, 폴리스타이렌폼 수지알갱이를 발포시켜 발포체로 형성된 표면에 불연성 코팅제 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계와 코팅층이 형성된 발포체를 성형 틀에 투입한 후, 가압하여 틀 현상으로 성형된 폴리스타이렌폼을 제조하는 성형단계 및 상기 건조된 발포폴리스티로폼 상에 상기 불연성코팅제조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계 등으로 제조되는 불연성코팅제조성물이 개시된 바 있다.
또한, 대한민국 특허 등록번호 10-2008-0106423호는 난연성 폴리스타이렌폼 및 이의 제조방법에 있어서, 난연성 폴리스타이렌 비드를 제조하는 방법에 있어서, 비드를 액상 난연제로 사용하는 액상 규산소다, 액상 내수성 규산소다, 인산, 인산에스테르계, 할로겐, 인산에스테르계, 비할로겐 축합인계, 폴리인산염계, 적인계, 중에서 선택 하여 단독으로 또는 혼합하여 사용하거나(A그룹), 염소계 난연제, 브롬계, 난연제를 친수성용매에 녹여서 단독으로 또는 혼합하여 사용하거나(B그룹), A그룹 액상난연제와 B그룹 액상난연제를 혼합하여 사용하고, 난연성 분말은 실리콘계 난연제, 탄소분말, 알칼리토금속산화물, 아연, 아연 산화물, 수산화마그네슘, 수산화알미늄, 실란 화합물, 실록산 화합물, 산화철, 산화망간, 삼산화안티몬, 오산화안티몬, 구아니딘염, 붕산아연, 몰리부덴화합물, 주석산 아연 중에서 선택하여 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법과 비드를 예비 발포한 예비 발포 수지입자를 난연 제에 담그고 흡착시키고, 이탈시킨 후 난연성 분말을 분사하여 도포하고 점착시키는 공정을 거친, 예비 발포 수지입자를 성형기에 넣어 압착 발포 성형하는 공정으로 이루어진 난연성 발포폴리스티랜폼 제조방법이 개시된 바 있다.
그러나, 이러한 종래의 난연성 단열재는 난연성은 우수하나, 단열성과 가공성 및 성형 등의 결점과 도장비용 및 공정별 많은 인력과 시간이 소모되어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 냉각시스템으로 형성된 난연성 단열재는 수분이 침투하면 난연성의 성능이 떨어지고, 일정한 시간이 지나면서 4면의 엣지(edge)부분과 중앙부위에서 난연성 발포비드의 입자는 부스러지고 낙차 형상이 발생하므로, 단열성은 감소되고, 난연성 단열재의 불안정한 성능으로 화재가 발생되는 문제점이 있었다.
특허출원번호 10-2018-0116332호 특허출원번호 10-2014-0133239호 특허 등록번호 10-2008-0106423호
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 단열성과 가공성 및 성형 등의 결점과 생산성이 저하되는 문제점을 해결하기 위하여 불연성 단열재 조성물을 2중으로 2차 처리하여 불연성, 단열성, 방습성, 내열성, 내구성, 접착성, 점성 등의 특성의 개선된 불연성 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌의 제조방법은 수용성 폴리에스터(water polyester) 15 ~ 20 중량부; 적인계 (Redphosphorus) 7 ~ 16 중량부, 소듐 폴리아크릴레이트- 2 소듐 카르복시 메칠셀룰로오스 나트륨(Sodiumyacrylate - 2 Sodiumcarboxy methylcellulose) 15 ~ 20 중량부, 콜로이달실리카(Colloidal Silica) 20 ~ 30 중량부, 백토분말 10 ~ 15 중량부; 무기질 분말 13 ~ 20 중량부; 중성수(물 PH7) 5 ~ 15 중량부;를 교반기에 투입하여 50 ~ 90℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 교반하여 1차 불연성 단열재 조성물을 제조하는 1단계; 상기 1단계의 불연성 단열재조성물 30 ~ 40 중량부 및 발포폴리스타이렌 원료 비드(bead,알갱이)를 60 ~ 70 중량부를 혼합하여 30분 ~ 1시간 동안 교반한 후, 온풍기로 건조시켜서 불연성 단열재조성물 발포폴리스타이렌 원료 비드를 제조하는 2단계; 수용성 폴리에스터(waterpolyester) 6 ~ 12 중량부; 적인계(Redphosphorus) 4 ~ 8 중량부, 스티렌부타디엔고무(SBR: styrenebutadienerubber) 7 ~ 14 중량부; 프로필렌글리콜(propyleneglycol) 6 ~ 10 중량부; 부틸아크릴-2에틸헥실아크릴레이트메틸메타아크릴산(butylacryl-2ethylhexyl acrylate methylmethacrylacid) 4 ~ 8 중량부; 이소시아네이트(isocyanate) 6 ~ 12 중량부; 소듐폴리아크릴레이트- 2소듐카르복시메틸셀룰로오스나트륨(Sodiumpolyacrylate-2Sodiumcarboxymethyl cellulose) 6 ~ 12 중량부; 수산화알루미늄 8 ~ 16 중량부; 수산화마그네슘 6 ~ 10 중량부; 이산화티타늄(TiO2) 4 ~ 8 중량부; 백토 분말 5 ~ 10 중량부; 무기질 분말 5 ~ 10 중량부; 무기질 안료 2 ~ 4 중량부; 규산나트륨 7 ~ 14 중량부; 콜로이달실리카(Colloidal Silica) 10 ~ 20 중량부; 중성수 5 ~ 10 중량부;를 교반기에 투입하여 50 ~ 90℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 교반하여 2차 불연성 단열재조성물을 제조하는 3단계;및 상기 2단계의 불연성 단열재조성물 발포폴리스타이렌 원료 비드 50 ~ 60 중량부와 상기 3단계의 2차 불연성 단열재조성물 40 ~ 50 중량부로 혼합하여 교반기에 투입하여 50 ~ 90℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 교반한 후, 가압고온성형틀에서 온풍기로 건조하여 불연성 단열재조성물을 이용한 발포폴리스타이렌을 제조하는 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌을 제공한다.
바람직하게, 상기 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌은 열전도율이 0.0281W/m℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 1차로 불연성 단열재 조성물을 제조하여 발포스타이렌 비드(bead, 알갱이)와 교반하여 제조된 불연성 단열재 조성물로 가공된 발포 폴리스타이렌 원료 비드(알갱이)에 다시 가공된 불연성 단열재 조성물을 2중으로 처리하여 제조됨으로써, 불에 연소시에 깨지거나 크랙의 발생이 없고, 연소 시에 그을음, 연기, 분진 등의 발생이 없으며, 다이옥신, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 등의 유해성가스발생과 유독성 물질의 표출 및 휘발성 유기화합 물질 등의 발생이 없고, 불연성과 단열성, 내화학성 등이 개선되었다.
상기 2차 가공에 의한 불연성 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 특성과 특징과 관련하여, 불연성 단열재조성물의 수용성 유무기질 고온용 결합재의 열린 셀(open cell)은 불(Fire)에 의하여 닫힌 셀(close cell)로 조성되고, 상기 닫힌 셀(close cell)은 일정한 시간동안 고체로 변화되면서, 불연성, 단열성, 방습성, 내열성, 내구성, 접착성, 점성 등의 특성으로 이루어지며, 상기 불연성 단열재 조성물 이를 이용한 발포폴리스타이렌은 일정한 시간동안 고온(500℃-1500℃)의 불(fire)로 태우면 닫힌 셀(close cell)의 점력에 의하여 표면이 둥그렇게 부풀면서 볼록하게 튀어 나오면서 발포폴리스타이렌의 내용물은 없어지며, 계란 껍때기처럼 단단하게 굳어지는 형태의 특징을 제공한다.
본 발명은 단열재 조성물을 2차 가공하고, 수차례 실험에 의해 크랙이나, 도막 발생을 최소화하고, 균일한 점성과 방습성, 내구성을 갖도록 최적의 비율로 단열재 조성물을 2중 처리하여 제조함으로써, 단열성과 가공성 및 성형 등의 결점과 생산성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있으며, 전체적으로 단열성, 방습성, 내열성, 내구성, 접착성, 점성 등의 특성이 전반적으로 개선된 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 불연성 단열재 조성물 및 그를 이용한 발포 폴리스타이렌폼 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재 조성물을 이용한 두께 59.41mm의 발포 폴리스타이렌폼의 열저항을 나타낸 시험성적서이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 불연성 단열재 조성물을 이용한 두께 58.15mm의 발포 폴리스타이렌폼의 열저항을 나타낸 시험성적서이다.
본 발명에 있어서 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌 및 그 제조방법을 실시예를 들어 설명을 하면 다음과 같다. 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 불연성조성물 및 그를 이용한 발포폴리스티로폼 및 이의 제조방법의 1차 제조공정을 나타낸 흐름도로서, 이를 참고하여 제조과정을 이하 상세히 설명한다.
먼저, 1차 불연성 단열재 조성물을 제조하는 단계로서, 수용성 폴리에스터(water polyester) 15 ~ 20 중량부; 적인계 (Redphosphorus) 7 ~ 16 중량부, 소듐 폴리아크릴레이트- 2 소듐 카르복시 메칠셀룰로오스 나트륨(Sodiumyacrylate - 2 Sodiumcarboxy methylcellulose) 15 ~ 20 중량부, 콜로이달실리카(Colloidal Silica) 20 ~ 30 중량부, 백토분말 10 ~ 15 중량부; 무기질 분말 13 ~ 20 중량부; 중성수(물 PH7) 5 ~ 15 중량부;를 교반기에 투입하여 50 ~ 90℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 교반하여 제조한다.
상기 수용성 폴리에스터(water polyester)는 자기소화성(Self-Extinguishing)의 성질을 가지고 있어 뛰어난 난연성을 나타내며 우수한 내수성과 내용제성을 보유한다. 계면 활성제를 사용하지 않는 독자적인 분산 기술로 폴리에스터수지 본연의 강인성, 밀착성, 내열성 등의 특성을 발현한다.
적인계((Red phosphorus)는 비할로겐 계열 난연 첨가제인 적인은 소량만 첨가해도 충분한 난연성을 확보할 수 있고 난연제 첨가에 따른 플라스틱의 기계적 물성 저하도 최소화할 수 있다.
소듐폴리아크릴레이트-2소듐카르복시메칠셀룰로오스나트륨(Sodiumpolyacrylate-2Sodiumcarboxymethylcellulose)는 화학물질과 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 신장성과 부착력 및 탄성력을 강화시키게 된다.
콜로이달실리카(Colloidal Silica)는 결합성, 내열성, 조막성 및 흡착성 등의 특징을 갖는다.
다음으로, 상기 1단계의 불연성 단열재조성물 30 ~ 40 중량부 및 발포폴리스타이렌 원료 비드(bead,알갱이)를 60 ~ 70 중량부를 혼합하여 30분 ~ 1시간 동안 교반한 후, 온풍기로 건조시켜서 불연성 단열재조성물 발포폴리스타이렌 원료 비드를 제조한다.
3단계는 2차 불연성 단열재 조성물을 제조하는 단계로서, 수용성 폴리에스터(waterpolyester) 6 ~ 12 중량부; 적인계(Redphosphorus) 4 ~ 8 중량부, 스티렌부타디엔고무(SBR: styrenebutadienerubber) 7 ~ 14 중량부; 프로필렌글리콜(propyleneglycol) 6 ~ 10 중량부; 부틸아크릴-2에틸헥실아크릴레이트메틸메타아크릴산(butylacryl-2ethylhexylacrylatemethylmethacrylacid) 4 ~ 8 중량부; 이소시아네이트(isocyanate) 6 ~ 12 중량부; 소듐폴리아크릴레이트- 2소듐카르복시메틸셀룰로오스나트륨(Sodiumpolyacrylate-2 Sodiumcarboxymethyl cellulose) 6 ~ 12 중량부; 수산화알루미늄 8 ~ 16 중량부; 수산화마그네슘 6 ~ 10 중량부; 이산화티타늄(TiO2) 4 ~ 8 중량부; 백토 분말 5 ~ 10 중량부; 무기질 분말 5 ~ 10 중량부; 무기질 안료 2 ~ 4 중량부; 규산나트륨 7 ~ 14 중량부; 콜로이달실리카(Colloidal Silica) 10 ~ 20 중량부; 중성수 5 ~ 10 중량부;를 교반기에 투입하여 50 ~ 90℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 교반하여 2차 불연성 단열재 조성물을 제조한다.
상기 2차 불연성 단열재 조성물 중 스티렌부타디엔 고무는 친수성 유화제로서 친수성 중합법에 의한 유화물질과 무기질물질과의 현탁중합에 의하여 온도변화에도 유화 안정성으로 점성을 안정되게 유지되고, 도막의 방수성, 방미성, 방식성, 방부성, 전기절연성, 내화학성, 내유성, 내후성, 신장성과 부착력 및 탄성력의 기능성이 강화되고, 비전해질의 보호콜로이드 합성고무액체로서, 도장 후에는 신장성과 경질성의 탄성고무도막형성을 위해 사용한다.
상기 스티렌부타디엔 고무는 전체 100중량부에 대해 7 중량부를 미달할 경우에는 조성물의 점성이 묽어지며, 부착성이 저감될 수 있으며, 14 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 점성이 높아져 경화성이 빨라지고, 도장이 건조된 후에 부풂과 크랙이 발생될 수 있다.
프로필렌글리콜(propylene glycol)은 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 유화분산성, 내광성, 방부성, 방미성(공기의 살균, 곰팡이세균번식방지)을 강화시키기게 된다. 상기 프로필렌글리콜(propylene glycol)을 사용하는 이유는 친수성 유화제로서 온도변화에도 조성물의 유화안정성으로 점성을 안정되게 유지되고, 부패와 동결을 방지하고, 살균성에 의한 곰팡이 세균번식방지와 내광성에 의한 노화를 방지하는 친수성의 수산이온 비전해질 제품이기 때문이다. 또한 상기 프로필렌 글리콜은 전체 100중량부에 대해 6 중량부를 미달할 경우 유화안정성과 점성 및 기능성이 저감되고, 10 중량부를 초과할 경우에는 부착성이 저감되어 박리가 발생할 수 있다.
부틸아크릴-2에틸헥실아크릴레이트메틸메타크릴산(butylacryl-2ethylhexylacrylatemethylmethacryl acid)은 온도변화에도 물질의 혼합 결합과 점성을 안정되게 유지시킬 수 있고, 도막의 방오성, 방식성, 내후성, 내열성, 전기절연성, 신장성과 균일한 경화성 및 부착력을 강화시키게 된다. 상기 부틸아크릴-2에틸헥실아크릴레이트메틸메타크릴산을 사용하는 이유는 소수성 유화제로서 친수성물질과의 가교결합으로 온도변화에도 물질성분의 혼합결합을 안정되게 유지되고, 방오성, 방식성, 내후성, 내열성, 부착성의 기능성과 경질성의 비전해질 탄성고무도막형성이 되기 때문이다. 또한 상기 부틸아크릴-2에틸헥실아크릴레이트메틸메타크릴산은 전체 100중량부에 대해 4 중량부를 미달할 경우 도막의 탄성력과 점도조정기능이 저감되고, 8 중량부를 초과할 경우에는 점도가 높아지고 불균일한 혼합결합에 의하여 도장의 경화시간이 길어지면서, 건조 후에 울퉁불퉁한 자국이 발생할 수 있다.
이소시아네이트(isocyanate)는 가교반응하여 사용하는 물질로 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 도막의 고온성, 내염성, 내산성, 내알칼리성, 분산 안정성,을 안정되게 유지하고, 내마모성과 경화성 및 부착력을 강화시킨다. 상기 이소시아네이트(isocyanate)는 전체 중량 100%에 대해 6 중량부를 미달할 경우는 경화성이 저감 될 수 있으며, 12 중량부를 초과할 시는 점성이 증가되며 도막 및 크렉이 발생된다.
소듐폴리아크릴레이트-2게소듐카르복시메칠셀룰로오스나트륨(Sodiumpolyacrylate-2Sodiumcarboxymethylcellulose)은 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 도막의 고온성, 내염성, 내산성, 내알칼리성, 분산안정성, 거품 안정성, 내마모성과 균일한 경화성 및 부착력을 강화시키게 된다. 상기 소듐폴리아크릴레이트-2카르복시메칠셀루로스나트륨을 사용하는 이유는 친수성 유화제로서, 온도변화에도 물질성분의 점성과 혼합결합을 안정되게 유지되고, 도막의 고온성, 내염성, 내산성, 내알칼리성, 분산안정성, 거품안 정성, 내마모성과 균일한 경화성 및 부착력의 기능성과 비전해질 물질로서 경질성의 도막형성과 지촉건조시간 및 완전건조시간이 빠른 경화성 때문이다. 또한 상기 소듐폴리아크릴레이트-2소듐카르복시메칠셀룰로오스나트륨은 전체100중량부에 대해 6 중량부를 미달할 경우에는 경화성이 저감될 수 있으며, 12 중량부를 초과할 경우에는 빠른 경화성으로 점성이 증가되고, 도막에 박리와 크랙이 발생될 수 있다.
콜로이달 실리카는 친수성물질로서 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 도막의 방수성, 내열성, 내마모성, 충격성, 내노화성, 대전방지성과 도막의 균일한 경도를 강화시키게 된다. 상기 콜로이달 실리카를 사용하는 이유는 유해물질이 없는 친수성 콜로이달 실리카로서 온도변화에도 물질의 혼합결합 과 점성을 안정되게 유지되고, 분산성, 방수성, 내열성, 내마모성, 충격성, 대전방지성과 도막의 균질한 경도가 지속적으로 유지되기 때문이다. 또한 상기 콜로이달 실리카는 전체 100중량부에 대해 10 중량부를 미달할 경우에는 도막의 경도가 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 점성이 높아지고, 경화시간이 빠르게 진행되어 불규칙한 도막이 형성될 수 있다.
중성수를 사용하는 이유는 수소이온농도 pH 7 정도의 물로서, 조성물의 점도와 건조시간 및 색상선명도를 조정하고, 용제와 희석재로 사용되기 때문이며, 산성과 알칼리성을 중화시키기 때문이다. 또한, 중성수는 전체 100중량부에 대해 5 중량부를 미달할 경우에는 조성물의 혼합이 어렵고, 물질성분의 결합이 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과할 경우에는 불규칙한 도막이 형성될 수 있다.
이밖에, 수산화알루미늄 8 ~ 16 중량부; 수산화마그네슘 6 ~ 10 중량부; 이산화티타늄(TiO2) 4 ~ 8 중량; 백토 분말 5 ~ 10 중량부; 무기질 분말 5 ~ 10 중량부; 무기질 안료 2 ~ 4 중량부; 규산나트륨 7 ~ 14 중량부; 중성수 5 ~ 10 중량부; 혼합하여 투명한 불연성조성물이 제조된다.
수산화알루미늄은 친수성 물질로서 점활제, 흡착제, 수렴제의 성질을 가지고 있으며, 염산 등에 중화력을 갖고 있음, 염색의 매염제로 쓰이며, 여과 매질, 제조 유리, 내화 점토, 종이, 도기, 인쇄 잉크, 윤활 조성물, 계면 활성제, 방수천 등 에 쓰인다.
상기 수산화알루미늄을 사용하는 이유는 유해물질이 없는 친수성 물질로서 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 분산성, 중화성, 도막의 균질한 경도가 지속적으로 유지되기 때문이다.
또한 상기 수산화알루미늄은 전체 100중량부에 대해 8 중량부를 미달할 경우에는 도막의 경도가 저하될 수 있으며, 16 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 점성이 높아지고, 경화시간이 빠르게 진행되어 불규칙한 도막이 형성될 수 있다.
수산화마그네슘은 100℃ 이상으로 가열하면 물을 방출하면서 산화마그네슘(MgO)으로 변하며, 고온 1000℃ 이상에서도 불연성을 갖는다, 물에는 거의 녹지 않지만, 은백색의 부드러운 금속으로 전성, 연성이 풍부하며 수용액은 알칼리성이다.
이산화티타늄분말은 화학물질과 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 유해물질이 없는 천연무기질로서 물질의 흡착성이 강하여 도막의 경화성이 빠르고, 도막의 균일한 경도를 강화시키게 된다. 화학물질과 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 유해물질이 없는 천연무기질로서 물질의 흡착성이 강하여 도막의 경화성이 빠르고, 도막의 균일한 경도를 강화시키게 된다.
상기 이산화티타늄분말을 사용하는 이유는 유해물질이 없는 무기질로서 물에 잘 녹지 않고, 백색의 음폐력이 강하고, 도막의 오염과 자외선을 방지하고, 불연성, 내염성, 내산성, 내알칼리성, 내마모성과 발색지속력을 강화시키게 된다.
또한 상기 이산화티타늄분말은 전체 100중량부에 대해 4 중량부를 미달할 경우에는 도막의 발색 지속력이 저하 될 수 있으며, 8 중량부를 초과할 경우에는 도막의 균열이 발생될 수 있다.
백토분말은 화학물질과 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정 되게 유지되고, 불에서 타지 않고 물질의 흡착성이 강하며 도막의 경화성이 빠르고, 고온에서 도막의 균일한 경도를 강화시키게 된다. 상기 백토분말제는 고령토이며 300 메시 내지 400 메시 크기인 것이 적당하다.
또한 백토분말은 전체 100중량부에 대해 5 중량부를 미달할 경우에는 도막의 은폐력과 경도가 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 혼합이 어렵고, 중성수를 많이 투입하게 되어 도막이 불규칙하게 형성될 수 있다.
규산나트륨은 점착성이 있으며 백화현상(effloresce)은 발생하지 않으며 화 학물질과 온도 변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 물질의 흡 착성이 강하여 도막의 경화성이 빠르고, 도막의 균일한 경도를 강화시키게 된다.
상기 규산나트륨을 사용하는 이유는 유해물질이 없는 천연광물질로서 도막의 내구성, 난연성, 등의 기능성과 건조시간이 길수록 은폐력과 경도가 증강되고 안정되기 때문이다.
또한 규산나트륨은 전체 100중량부에 대해 7 중량부를 미달할 경우에는 도막의 은폐력과 경도가 저하될 수 있으며, 14 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 혼합이 어렵고, 도막이 불규칙하게 형성될 수 있다.
무기질분말 유해물질이 없으며 물에 잘 녹지 않고, 산성물질과 알칼리성물질의 중화제로 사용되고, 화학물질과 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정 되게 유지된다. 그 사용량은 5 중량부 - 10 중량부이다. 만일 5 중량부를 미달하면 도막의 은폐력과 경도가 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 혼합이 어렵고 도막이 불규칙하게 형성할 수 있다.
무기질 안료는 발색이 매우 선명하고, 쉽게 퇴색하지 않으며, 광택이 없어 역광에서도 제 빛깔을 발하며, 화학물질과 온도변화에도 물질의 혼합결합과 점성을 안정되게 유지되고, 물질의 흡착성이 강하여 색상이 도막의 경화성이 빠르고, 도막의 균일한 경도성을 강화시키게 된다.
상기 무기질 안료를 사용하는 이유는 유해물질이 없는 천연광물질로서 도막의 내열성, 불연성, 내화성, 단열성, 고온성을 강화시키기고 선명한 색상의 발현과 유해성물질을 흡착하기 때문이다.
또한 상기 무기질 안료는 전체 100 중량부에 대해 2 중량부를 미달할 경우에는 도막의 불연성, 등의 기능성이 저하될 수 있으며, 4 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 점성이 저감되고 도막의 표면이 불규칙하게 도막이 형성될 수 있다.
<실험예 1>
본 발명의 불연성 단열성 적층 발포 폴리스티렌 폼에 대하여 한국건설 생활시험 연구원에서 열전도율(단열성)을 테스트한 결과는 다음과 같다(2020. 6.22. 한국건설 생활시험 연구원).
(1) 시료명칭: 불연성 단열성 적층발포 폴리스티렌 폼
(2) 시료크기: T58.15mm, 300X300mm.
(3) 열전도율 성능수치 : 0.02803 W/m℃
(4) 열 저항 성능수치: 1.63 m2k/W
(5) 열전도율 시험방법; KSL 9016
<실험예 2>
(1) 시료명칭: 불연성 단열성 적층발포 폴리스티렌 폼
(2) 시료크기: T59.41mm, 300X300mm
(3) 단열성능(열전도율)수치 : 0.02810 W/m℃
(4) 열 저항 성능수치: 1.67 m2/W
(5) 열전도율 시험방법; KSL 9016
○ 열전도율(Thermal Conductivity)은 재료 내에서 온도가 높은곳에서 낮은곳까지 전달되는 열의 이동을 나타내는 수치로 두께가 1m인 재료에서 양면의 온도차가 1℃일때 1시간 동안 전달되는 열량을 Kcal로 표시된 수치이며 단위는 Kcal/mhr℃ 혹은 W/mk 이다.
Figure pat00001
따라서, 본 실험예1에서 열전도율은 1.63W/m2k ÷ 58.15mm=0.02803 W/mK이고, 실험예 2에서 열전도율은 1.67 W/m2k ÷ 59.41mm= 0.02810 W/mK 이다.
○ 열관류율 (Heat Transfer Coefficient)은 재료를 통과하여 열이 전달될때 열의 이동량을 나타내는 수치로 면적이 1m2 양측의 온도차가 1℃일때 1시간 동안 전달되는 열량을 Kcal로 표시된 수치이며 단위는 Kcal/m2hr℃ 혹은 W/m2k 이다.
Figure pat00002
열전도율의 성능수치는 열저항 성능 수치가 적을수록 더욱 성능이 좋다.
참고로, 비드법보온판 단열성 수치(열전도율 W/m℃)의 등급 비교표를 나타내면 표 1과 같다.
Figure pat00003
본 발명은 단열재 조성물로 2차 처리된 발포 폴리스타이렌을 비드법보온판 1종 4호로 제작한 것으로서, 열전도율 기준에 부합할 뿐만 아니라, 열전도율이 일반적인 1호 등급 기준보다 매우 양호한 수준으로 나타났음을 알 수 있다.
또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재 조성물을 이용한 두께 59.41mm의 발포 폴리스타이렌폼의 열저항을 나타낸 시험성적서이고, 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 불연성 단열재 조성물을 이용한 두께 58.15mm의 발포 폴리스타이렌폼의 열저항을 나타낸 시험성적서로서, 이를 참고하면, 상술한 우수한 열전도율에 따라 우수한 열저항을 나타냄을 알 수 있다.
상기에 제시된 실시예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 제시된 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 본 발명의 범위는 제한되지 않는다.

Claims (3)

  1. 수용성 폴리에스터(water polyester) 15 ~ 20 중량부; 적인계(Redphosphorus) 7 ~ 16 중량부, 소듐 폴리아크릴레이트- 2 소듐 카르복시 메칠셀룰로오스 나트륨(Sodiumyacrylate - 2 Sodiumcarboxy methylcellulose) 15 ~ 20 중량부, 콜로이달실리카(Colloidal Silica) 20 ~ 30 중량부, 백토분말 10 ~ 15 중량부; 무기질 분말 13 ~ 20 중량부; 중성수(물 PH7) 5 ~ 15 중량부;를 교반기에 투입하여 50 ~ 90℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 교반하여 1차 불연성 단열재 조성물을 제조하는 1단계;
    상기 1단계의 불연성 단열재조성물 30 ~ 40 중량부 및 발포폴리스타이렌 원료 비드(bead,알갱이)를 60 ~ 70 중량부를 혼합하여 30분 ~ 1시간 동안 교반한 후, 온풍기로 건조시켜서 불연성 단열재조성물 발포폴리스타이렌 원료 비드를 제조하는 2단계;
    수용성 폴리에스터(waterpolyester) 6 ~ 12 중량부; 적인계(Redphosphorus) 4 ~ 8 중량부, 스티렌부타디엔고무(SBR: styrenebutadienerubber) 7 ~ 14 중량부; 프로필렌글리콜(propyleneglycol) 6 ~ 10 중량부; 부틸아크릴-2에틸헥실아크릴레이트메틸메타아크릴산(butylacryl-2ethylhexylacrylatemethylmethacrylacid) 4 ~ 8 중량부; 이소시아네이트(isocyanate) 6 ~ 12 중량부; 소듐폴리아크릴레이트- 2소듐카르복시메틸셀룰로오스나트륨(Sodiumpolyacrylate-2 Sodiumcarboxymethyl cellulose) 6 ~ 12 중량부; 수산화알루미늄 8 ~ 16 중량부; 수산화마그네슘 6 ~ 10 중량부; 이산화티타늄(TiO2) 4 ~ 8 중량부; 백토 분말 5 ~ 10 중량부; 무기질 분말 5 ~ 10 중량부; 무기질 안료 2 ~ 4 중량부; 규산나트륨 7 ~ 14 중량부; 콜로이달실리카(Colloidal Silica) 10 ~ 20 중량부; 중성수 5 ~ 10 중량부;를 교반기에 투입하여 50 ~ 90℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 교반하여 2차 불연성 단열재조성물을 제조하는 3단계;및
    상기 2단계의 불연성 단열재조성물 발포폴리스타이렌 원료 비드 50 ~ 60 중량부와 상기 3단계의 2차 불연성 단열재조성물 40 ~ 50 중량부로 혼합하여 교반기에 투입하여 50 ~ 90℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 교반한 후, 가압고온성형틀에서 온풍기로 건조하여 불연성 단열재조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌을 제조하는 4단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌의 제조방법.
  2. 제1항의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌.
  3. 제2항에 있어서, 상기 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌은 열전도율이 0.0281W/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 2차 가공에 의한 단열재 조성물을 이용한 발포 폴리스타이렌.
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