WO2024177331A1 - 난연 접착제 조성물, 및 이를 포함하는 천장재 - Google Patents

난연 접착제 조성물, 및 이를 포함하는 천장재 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a flame retardant adhesive composition which is excellent in eco-friendliness and flame retardancy because it does not contain toxic substances such as toxic organic solvents, and a ceiling material including the same which has excellent flame retardancy, excellent adhesion to a substrate, and excellent water resistance.
  • rock-faced ceiling materials are usually manufactured by forming mineral wool into a plate shape using the main raw material, processing various patterns and irregularities, and then painting the surface.
  • this rock-faced ceiling material has only 1/3 the density, but it has high strength, can be manufactured in large sizes, and has excellent noise absorption and blocking performance.
  • rock wool ceiling materials are made up of rock wool, a mineral fiber, as the main component, and are generally manufactured into slurry by adding an appropriate amount of filler such as bentonite, organic binders such as starch, phenol resin, and pulp, and binder assistants such as emulsion wax, alumina sulfate, and polyacrylamide, and then manufactured into a plate shape using a wet kneading method.
  • Filler such as bentonite
  • organic binders such as starch, phenol resin, and pulp
  • binder assistants such as emulsion wax, alumina sulfate, and polyacrylamide
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2009-0016809 discloses an inorganic adhesive comprising liquid sodium silicate, a water-soluble polymer emulsion, a substance for phase stability, and a viscosity regulator.
  • Patent Document 1 discloses an inorganic adhesive comprising liquid sodium silicate, a water-soluble polymer emulsion, a substance for phase stability, and a viscosity regulator.
  • inorganic adhesives such as Patent Document 1 have a problem in that the main component, sodium silicate, is re-dissolved by moisture, and thus the adhesive strength is reduced due to moisture absorption in a humid environment.
  • Patent Document 1 No. 2009-0016809 (Publication Date: February 18, 2009)
  • the present invention provides a flame retardant adhesive composition having excellent flame retardancy and excellent adhesion, and a ceiling material including the same having excellent flame retardancy, adhesion, and water resistance.
  • the present invention provides a flame retardant adhesive composition and a ceiling material.
  • the present invention provides a flame retardant adhesive composition
  • a flame retardant adhesive composition comprising 20 to 50 wt% of colloidal silica, 5 to 20 wt% of polyvinyl alcohol, 20 to 50 wt% of an inorganic flame retardant, and 0.1 to 10 wt% of a coupling agent, based on the total weight of the solid content.
  • the present invention provides a flame retardant adhesive composition according to the above [1], wherein the colloidal silica has an average diameter of silica fine particles in the colloidal silica of 5 to 200 nm and contains less than 3 wt% of an alkali metal salt.
  • the present invention provides a flame retardant adhesive composition according to [1] or [2], wherein the polyvinyl alcohol has a saponification rate of 80 mol% to 100 mol% and a weight average molecular weight of 80,000 to 150,000 g/mol.
  • the present invention provides a ceiling material including a substrate layer including rock wool; an adhesive layer formed on at least one surface of the substrate layer and including a flame retardant adhesive composition of any one of [1] to [3]; and an outer covering material laminated on the adhesive layer.
  • the present invention provides a ceiling material according to the above [4], wherein the adhesive layer is formed by applying 25 to 100 g of a flame-retardant adhesive composition based on the solid content per 1 m2 of the surface area of the substrate layer, and the flame-retardant adhesive composition is applied by a roll coating method.
  • the present invention provides a ceiling material according to [4] or [5], wherein the ceiling material has a temperature difference of 20°C or less and a mass reduction rate of 30 wt% or less when evaluated for non-combustibility according to the method of KS F ISO 1182.
  • the flame retardant adhesive composition according to the present invention is excellent in environmental friendliness as it does not contain toxic substances such as toxic organic solvents, and has excellent flame retardancy and adhesive strength.
  • the ceiling material including the flame retardant adhesive composition satisfies the criteria for a fire resistance test specified in KS F ISO 1182, and thus has excellent fire resistance, excellent adhesive strength between the substrate layer and the outer covering material, and excellent water resistance.
  • Figure 1 is a cross-sectional view of a ceiling material according to an embodiment of the present invention.
  • the “weight average molecular weight” used in this specification is measured by a conventional method known in the art, and can be measured by, for example, a GPC (gel permeation chromatography) method.
  • a flame retardant adhesive composition according to the present invention comprises colloidal silica, polyvinyl alcohol, an inorganic flame retardant, and a coupling agent.
  • Liquid sodium silicate which is water glass, is an soluble alkali silicate obtained by melting silicon dioxide and an alkali metal. Since it contains an excessive amount of an alkali metal salt, it has poor drying properties, and even after drying, there is a disadvantage in that the water resistance of an adhesive containing it is poor due to the moisture absorption and re-dissolution characteristics of the alkali metal salt.
  • colloidal silica is a colloidal state of negatively charged silica particles in water, and contains an alkali metal salt in a content of less than 3 wt%, specifically less than 1 wt%, so that the moisture absorption and re-dissolution characteristics of the metal salt do not interfere with the water resistance of the adhesive, and therefore an adhesive containing colloidal silica has the advantage of good water resistance.
  • Colloidal silica is an inorganic binder that provides adhesion between the substrate layer and the outer covering material, thereby maintaining the strength of the ceiling material. It is also a non-combustible material that provides flame retardant properties to the ceiling material when exposed to fire.
  • the colloidal silica above is a colloidal particle state of negatively charged silica (SiO 2 ) fine particles in a solvent, and at this time, the colloidal silica may contain an alkali metal salt in an amount of less than 3 wt%, specifically less than 1 wt%. If the content of the alkali metal salt in the colloidal silica exceeds the above range, a large amount of the alkali metal salt may remain in the manufactured adhesive, which may be re-dissolved through moisture absorption and water decomposition, thereby reducing the waterproof adhesive strength of the ceiling material.
  • the average diameter of the silica fine particles in the colloidal silica may be 5 to 200 nm, specifically 10 to 100 nm. If the average diameter of the fine particles in the colloidal silica exceeds the above range, silica precipitation may occur due to a decrease in the dispersion stability of the colloidal silica, which may cause layer separation and deteriorate the applicability of the adhesive.
  • the solvent may be water.
  • the above flame retardant adhesive composition may contain a colloidal silica solid content in an amount of 20 to 50 wt%, specifically 25 to 45 wt%, based on the total solid content weight. If the content of the colloidal silica is less than the above range, there is a problem that the flame retardant performance is deteriorated due to an increase in the content of combustible organic substances in the adhesive, and if it exceeds the above range, there may be a problem that the initial wet adhesive strength and dry adhesive strength of the ceiling material are insufficient due to the excessive inclusion of colloidal silica having relatively inferior adhesive strength.
  • Polyvinyl alcohol improves initial wet adhesion to ceiling materials, has low heat of combustion, improves flame retardancy of adhesives, and does not produce toxic gases when burned.
  • the above polyvinyl alcohol may have a weight average molecular weight (Mw) of 80,000 to 150,000 g/mol, specifically 88,000 to 140,000 g/mol.
  • Mw weight average molecular weight
  • the initial wet adhesion of the ceiling material can be improved.
  • the adhesive strength between the substrate layer and the outer covering material is insufficient, and the water resistance of the adhesive layer of the manufactured ceiling material is reduced, and when it exceeds the above range, the viscosity of the manufactured adhesive composition may increase excessively and the storability may also be poor.
  • the adhesive strength of polyvinyl alcohol is generated by the hydrogen bond of the hydroxyl group (-OH), and as the molecular weight increases, the hydrogen bond becomes stronger and the crystallinity increases, thereby improving the adhesive strength and water resistance.
  • the weight average molecular weight of polyvinyl alcohol increases, the water-soluble property (water solubility) of the adhesive containing it deteriorates, which may cause a problem in which it is difficult to manufacture an aqueous composition, and therefore the molecular weight of polyvinyl alcohol is important.
  • the saponification rate of the polyvinyl alcohol may be 80 mol% to 100 mol%, specifically 85 mol% to 99 mol%.
  • Polyvinyl alcohol is usually manufactured by modifying polyvinyl acetate, and the "saponification rate" may be the % of the mole number of alcohol groups formed by hydrolysis based on the mole number of vinyl ester groups in the polymer. If the saponification rate of the polyvinyl alcohol is below the above range, the glass transition temperature may be low, making solidification impossible, which may cause a problem in that the adhesive performance of the adhesive including it is not provided.
  • the combustion heat of polyvinyl acetate including a vinyl ester group is -26.1 kJ/g, which is higher than the combustion heat of polyvinyl alcohol, which is -21.3 kJ/g, if the saponification rate of polyvinyl alcohol is below the above and the content of vinyl ester groups in the polymer is high, the combustion heat of the adhesive may increase, resulting in insufficient flame retardancy and water-soluble stability.
  • the degree of saponification of polyvinyl alcohol exceeds the above range, it is difficult to water-solubilize an adhesive including it, and there may be a problem of recrystallization at low temperatures.
  • the flame retardant adhesive composition may include a solid content of polyvinyl alcohol in an amount of 5 to 20 wt%, specifically 8 to 15 wt%, based on the total solid content weight. If the content of the polyvinyl alcohol is less than the above range, there is a problem of insufficient adhesive strength between the substrate layer and the outer skin due to insufficient content of polyvinyl alcohol which provides adhesiveness to the composition, and if it exceeds the above range, the content of flammable organic matter increases, which may result in insufficient flame retardancy of the adhesive.
  • Inorganic flame retardants serve to improve the flame retardancy and/or non-flammability properties of adhesives.
  • the above inorganic flame retardant can be applied without special limitation as long as it is generally applicable to adhesives, and for example, one or more selected from the group consisting of metal-based flame retardants, phosphorus-based flame retardants, and nitrogen-based flame retardants can be used. At this time, the above inorganic flame retardant can be used alone or in combination of two or more.
  • the inorganic flame retardant may be a metal-based flame retardant
  • the metal-based flame retardant may include at least one selected from the group consisting of, for example, aluminum hydroxide (aluminum trihydroxide), zinc borate, and magnesium hydroxide.
  • Examples of the above-mentioned phosphorus flame retardants include ammonium polyphosphate, red phosphorus, phosphate, etc.
  • the above-mentioned nitrogen-based flame retardants include melamine, melamine cyanurate, etc.
  • the flame retardant adhesive composition may contain an inorganic flame retardant solid content in an amount of 20 to 50 wt%, specifically 25 to 45 wt%, and more specifically 30 to 40 wt%, based on the total solid content of the composition. If the content of the inorganic flame retardant is less than the above range, there is a problem that the flame retardancy of the adhesive is insufficient, and if it exceeds the above range, the adhesive strength between the base layer and the outer covering material may be insufficient and the viscosity of the adhesive may excessively increase, resulting in insufficient fluidity and workability.
  • Coupling agents include inorganic colloidal silica and organic polyvinyl alcohol. As a compound having reactivity with each other, it plays a role in improving the adhesive strength and water resistance of the adhesive through a crosslinking reaction between colloidal silica and polyvinyl alcohol.
  • the above coupling agent can be used without any particular limitation as long as it can be used in adhesives in general, and for example, it can be a silane coupling agent containing an organic functional group.
  • the organic functional group can be an epoxy group, an amino group, a urea group, a thiol group, an isocyanate group, etc.
  • the coupling agent can be a silane coupling agent having an epoxy group.
  • silane coupling agents having an epoxy group include ⁇ -(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, (3-glycidyloxypropyl) trimethoxysilane, etc. You can hear it.
  • the coupling agent may be included in the composition in an amount of 0.1 to 10 wt%, specifically 1 to 5 wt%, based on the total solid weight of the flame retardant adhesive composition.
  • the above flame retardant adhesive composition may additionally contain additives such as a viscosity modifier and a solvent as needed.
  • the above viscosity modifier serves to improve the application workability of the adhesive.
  • the viscosity modifier can be applied without special limitation if it is generally applicable to an aqueous composition, and examples thereof include a cellulose-based thickener, a urethane-based thickener, a silicon-based thickener, etc.
  • the viscosity modifier can be a silicon-based viscosity modifier.
  • the silicon-based thickener can be, for example, silica, and the silica can be fumed silica.
  • the viscosity modifier may be included in the composition in an amount of 5 to 25 wt%, specifically 7 to 20 wt%, and more specifically 8 to 18 wt%, based on the total solid weight of the flame retardant adhesive composition. If the amount of the viscosity modifier is less than the above range, there is a problem that the viscosity of the adhesive is excessively reduced, causing the adhesive composition to flow or the initial adhesive strength between the substrate layer and the outer covering material to be poor, and if it exceeds the above range, there is a problem that the viscosity of the adhesive is excessively increased, causing poor adhesive application properties.
  • the above solvent plays a role in controlling the viscosity, storage stability, and drying property of the adhesive composition.
  • the solvent can be used without special limitation as long as it can be commonly used in an aqueous composition, and may include, for example, an organic solvent and water.
  • the organic solvent may include, for example, at least one selected from the group consisting of alcohol-based, ether-based, and ketone-based solvents.
  • the organic solvent may include at least one selected from the group consisting of propylmethyl ether, methanol, ethanol, isopropanol, and methyl ethyl ketone, and considering non-toxicity and environmental friendliness, ethanol is preferred.
  • the above water is not particularly limited in type, and for example, pure water, ultrapure water, deionized water, or ion-exchanged water can be used.
  • the solvent may be included in the composition in an amount of 50 to 85 wt%, specifically 60 to 80 wt%, based on the total weight of the flame retardant adhesive composition.
  • the content of the solvent may be the content excluding the content of the solid content from the total weight of the adhesive.
  • the flame retardant adhesive composition according to the present invention is excellent in environmental friendliness as it does not contain toxic substances such as toxic organic solvents, and has excellent incombustibility and adhesive strength.
  • the flame retardant adhesive composition has excellent adhesive strength, thereby improving the adhesion between the base layer and the outer covering material, thereby improving the mechanical properties and water resistance of the ceiling material.
  • a ceiling material according to the present invention comprises a substrate layer including rock wool; an adhesive layer formed on at least one surface of the substrate layer and including the adhesive composition; and an outer covering material laminated on the adhesive layer.
  • the ceiling material (10) includes a substrate layer (100); an adhesive layer (200) formed on one surface of the substrate layer (100); and an outer covering material (300) formed on the adhesive layer.
  • the above ceiling material may be a sound-absorbing ceiling material, and in this case, the substrate layer may play a role in providing sound-absorbing performance to the ceiling material.
  • the above-mentioned substrate layer may include components that may be typically included in the manufacture of ceiling materials, such as mineral wool, fillers, binders, etc.
  • the above-mentioned substrate layer may include mineral wool, starch, clay, and pulp.
  • the substrate layer may include 60 to 80 wt%, specifically 63 to 73 wt%, of mineral wool, 0.1 to 10 wt%, specifically 1 to 5 wt%, of starch, 5 to 20 wt%, specifically 7 to 10 wt%, of clay, and 0.1 to 10 wt%, specifically 1 to 2 wt%, of pulp, based on the total weight of the substrate layer.
  • the above mineral wool may include SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , CaO, MgO, Na 2 O and K 2 O, and the above mineral wool may be a salt-soluble mineral wool having excellent solubility in body fluid.
  • the adhesive layer serves to adhere the substrate layer and the outer covering material.
  • the above adhesive layer can be formed by applying 25 to 100 g, specifically 30 to 80 g, and more specifically 40 to 50 g of the flame retardant adhesive composition based on the solid content per 1 m 2 of the surface area of the substrate layer. If the application amount of the flame retardant adhesive composition is less than the above range, there is a problem that the adhesive strength between the substrate layer and the outer covering material becomes poor, and if it exceeds the above range, the content of combustible organic substances increases, which may cause the flame retardancy of the ceiling material to become insufficient or the adhesive curing time to become long.
  • the above outer covering material serves to improve the appearance quality of the ceiling material.
  • the outer covering material is not particularly limited as long as it is usually applied to improve the appearance of the ceiling material, and examples thereof include glass tissue, non-woven fabric, or woven fabric.
  • the above outer covering material is laminated on the substrate layer by an adhesive, and the adhesive can be applied by a roll coating method.
  • the roll coating method is a method in which the adhesive on the surface of the roll is applied to the surface of the substrate layer while the substrate layer passes through the lower part of a rotating roll, and the equipment is simple. There is an advantage of small variation in the amount of adhesive applied. As described above, when applying the adhesive using the roll coating method, there is a small variation in the amount of adhesive applied, so there is no occurrence of poor adhesion, and there is no contamination of equipment or products due to the adhesive, so there is an advantage of a good working environment.
  • the above ceiling material may have a temperature difference of 20°C or less and a mass reduction rate of 30 wt% or less when evaluated for non-combustibility according to the method of KS F ISO 1182.
  • the ceiling material according to the present invention as described above satisfies the fire resistance performance that satisfies the evaluation criteria of the fire resistance test specified in KS F ISO 1182, and thus has excellent fire resistance, water resistance, mechanical properties, and adhesion.
  • An adhesive was manufactured by mixing each component in the composition ratios shown in Tables 1 to 3 below. At this time, the % in parentheses of Tables 1 to 3 represents the proportion (weight%) of the solid content weight of each component with respect to the total solid content weight of the adhesive, GPTMS is (3-Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane, and ATH is aluminum trihydroxide.
  • Polyvinyl alcohol-1 was used in an aqueous solution by mixing 96.4 g of PVA 2699 (product name) and 828.6 g of water
  • polyvinyl alcohol-2 was used in an aqueous solution by mixing 96.4 g of PVA 217S (product name) and 828.6 g of water
  • polyvinyl alcohol-3 was used in an aqueous solution by mixing 96.4 g of Mowiol® 40-88 (product name) and 828.6 g of water.
  • Colloidal silica Manufacturer Qingdao Kangyexin, Product name: JN-40 (Solid content: 40 wt%, Na2O content: 0.3 wt%, Average particle diameter: 10 nm) water glass Manufacturer: Youngil Chemical, Product name: Water Glass No.
  • polyvinyl alcohol-1 Manufacturer: ANHUI WANWEI, Product name: PVA 2699 (degree of polymerization: 2600 ⁇ 100, Mw: 115,000 g/mol, saponification degree: 98 mol%) polyvinyl alcohol-2 Manufacturer: Kuraray, Product name: PVA 217S (degree of polymerization: 1700 ⁇ 100, Mw: 75,000 g/mol, saponification degree: 88 mol%) polyvinyl alcohol-3 Manufacturer: Kuraray, Product name: Mowiol® 40-88 (degree of polymerization: 4600 ⁇ 100, Mw: 205,000 g/mol, degree of saponification: 98 mol%) Fumed silica Manufacturer: EVONIK, Product name: AEROSIL R 972
  • the slurry was poured onto a screen and naturally dehydrated.
  • the naturally dehydrated slurry was forcedly dehydrated using a vacuum pump. After that, the thickness was adjusted using a press, and then it was dried in a dryer and cut to produce a base layer with a final thickness of 15.0 mm.
  • the mineral wool used was composed of 39.5 parts by weight of SiO 2 , 21.9 parts by weight of Al 2 O 3 , 0.9 parts by weight of Fe 2 O 3 , 0.7 parts by weight of TiO 2 , 30.5 parts by weight of CaO, 4.1 parts by weight of MgO, and 2.4 parts by weight of Na 2 O and K 2 O in total.
  • the adhesive of Manufacturing Example 1 was applied to both sides of the substrate layer of the above Experimental Example 1-1 in the amount described in Table 4 below to manufacture an adhesive layer, and an outer covering material (Manufacturer: Korea Carbon, Product Name: GLASS TISSUE) was laminated on the adhesive layer to manufacture a ceiling material.
  • an outer covering material Manufacturer: Korea Carbon, Product Name: GLASS TISSUE
  • a ceiling material was manufactured in the same manner as in Experimental Example 1, except that the adhesive and application amount described in Table 5 below were applied.
  • a ceiling material was manufactured using the same method as Experimental Example 1, except that a water-based acrylic adhesive (Manufacturer: Workem Co., Ltd., Product Name: WC-SA663J) was used as the adhesive.
  • a water-based acrylic adhesive Manufacturer: Workem Co., Ltd., Product Name: WC-SA663J
  • the ceiling material was cut to 200 mm in length and 150 mm in width to manufacture the specimen. After that, only the substrate layer was cut in a direction parallel to the width at a position of 20 mm in length, and the outer covering material was not cut. After that, the specimen was placed on a flat jig with the outer covering material attachment surface facing upward. After that, the cut portion of the substrate layer was fixed by fitting it into a clip, and the opposite side was fixed so that it would not fall off the jig. After that, the clip was fixed to the upper part of the UTM tensile strength measuring device and the jig was fixed to the lower part, and then the adhesive strength during the process of the outer covering material being peeled off was measured through a tensile test.
  • the waterproof adhesive strength was measured using the same method as in item (1) above.
  • the temperature difference between the highest temperature and the final equilibrium temperature was measured for the noncombustibility of the ceiling material according to the method of KS F ISO 1182. Specifically, the ceiling material was placed in a noncombustibility tester preheated to 750°C, and the highest temperature in the tester and the final equilibrium temperature after 20 minutes were measured. If the temperature difference between the highest temperature and the final equilibrium temperature was 20°C or less, the noncombustibility was judged to be excellent.
  • the mass reduction rate was measured as non-combustibility according to the method of KS F ISO 1182 in the same manner as in the above item (3).
  • the ceiling material was left in a fireproof tester preheated to 750°C for 20 minutes, and the weight of the ceiling material before and after being left in the fireproof tester was measured. Afterwards, the ratio of the mass reduced compared to the weight before being left in the tester, that is, the mass reduction rate, was calculated, and if the mass reduction rate was 30 wt% or less, it was judged to have excellent fireproofness.
  • the ceiling materials of Experimental Examples 1 to 3 had excellent adhesive strength and wet adhesive strength, and the temperature difference was less than 20°C when evaluated for non-combustibility, indicating excellent non-combustibility.
  • Experimental Example 4 in which the coating amount of the flame-retardant adhesive composition was excessive, Experimental Example 9 using the adhesive of Preparation Example 7 containing a small amount of colloidal silica, Experimental Example 11 using the adhesive of Preparation Example 9 containing polyvinyl alcohol-3 having a large weight average molecular weight, Experimental Example 13 using the adhesive of Preparation Example 11 containing an excessive amount of polyvinyl alcohol, Experimental Example 14 using the adhesive of Preparation Example 12 containing a small amount of ATH, Experimental Example 17 using the adhesive of Preparation Example 15 containing an excessive amount of GPTMS, and Experimental Example 18 using a water-based acrylic adhesive showed insufficient fire resistance because the temperature difference exceeded 20°C during the fire resistance evaluation.
  • Experimental Example 5 in which the amount of flame-retardant adhesive composition applied was small, Experimental Example 7 using the adhesive of Preparation Example 5 containing polyvinyl alcohol having a small weight average molecular weight, and Experimental Example 12 using the adhesive of Preparation Example 10 containing a small amount of polyvinyl alcohol had insufficient adhesive strength and waterproof adhesive strength.
  • Experimental Example 6 using the adhesive of Preparation Example 4 containing water glass (soluble alkali silicate) instead of colloidal silica
  • Experimental Example 8 using the adhesive of Preparation Example 6 not containing an organic silicon compound as a coupling agent
  • Experimental Example 10 using the adhesive of Preparation Example 8 containing an excess amount of colloidal silica
  • Experimental Example 15 using the adhesive of Preparation Example 13 containing an excess amount of ATH
  • Experimental Example 16 including Preparation Example 14 containing a small amount of GPTMS had insufficient waterproof bonding strength.

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Abstract

본 발명은 고형분 총 중량을 기준으로 20 내지 50 중량%의 콜로이달 실리카, 5 내지 20 중량%의 폴리비닐알코올, 20 내지 50 중량%의 무기 난연제 및 0.1 내지 10 중량%의 커플링제를 포함하는 난연 접착제 조성물, 및 이를 포함하는 불연성을 갖는 천장재에 관한 것이다.

Description

난연 접착제 조성물, 및 이를 포함하는 천장재
본 발명은 유독성 유기 용제 등의 독성 물질을 포함하지 않아 친환경성이 우수하고 난연성이 우수한 난연 접착제 조성물, 및 이를 포함하여 불연성이 우수함과 동시에 기재와의 접착력이 우수하고 내수성도 우수한 천장재에 관한 것이다.
종래 암면 천장재는 미네랄 울(mineral wool)을 주원료로 판상으로 성형하고 다양한 무늬 및 요철을 가공한 후 표면을 도장하여 제조하는 것이 통상적이다. 이러한 암면 천장재는 종래의 석고 시멘트 판에 비해 밀도가 1/3에 불과하면서도, 강도가 높고 대형으로 제조가 가능하며, 소음을 흡수, 차단하는 성능이 우수한 장점이 있다.
또한, 암면 천장재는 광물질 섬유인 암면이 주성분이고, 적정량의 벤토나이트 등의 충진제, 전분, 페놀 수지, 펄프 등의 유기물 결합제, 및 에멀젼 왁스, 황산 반토, 폴리아크릴아마이드 등의 결합 조제 등을 첨가하여 슬러리를 만든 후, 습식 초조 방법으로 판상으로 제조하는 것이 일반적이다. 이러한 암면 천장재는 원판 배합의 개량이나 무늬의 개선, 패턴의 다양화, 가공 정밀성의 향상, 처짐 물성의 향상 등 다방면에서 연구가 이루어지고 있다.
최근에는 화재 안전 성능 향상에 대한 요구에 부응하기 위하여 내열성이 향상된 천장재에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나, 습식 초조 방법으로 천장재를 제조하는 경우, 원판과 외피재의 결합에 접착력이 우수한 아크릴계 접착제를 사용하고 있으며, 이러한 아크릴계 접착제와 같은 유기계 성분은 화재 안전 성능에 취약한 문제점이 있었다.
이에 대한 대안으로 무기계 접착제가 제안되었으며, 구체적으로, 한국 공개특허 제2009-0016809호(특허문헌 1)에는 액상 규산나트륨, 수용성 고분자 에멀젼, 상 안정성을 위한 물질, 및 점도 조절제를 포함하는 무기계 접착제가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1과 같은 무기계 접착제는 주요 성분인 규산나트륨이 습기에 의해 재용해되는 특성을 가져, 다습한 환경에서 흡습에 의해 접착력이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 불연성이 우수함과 동시에 부착성이 우수한 난연 접착제 조성물, 및 이를 포함하여 불연성, 접착성 및 내수성이 우수한 천장재에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 제2009-0016809호 (공개일: 2009.2.18.)
이에, 본 발명은 불연성이 우수함과 동시에 부착성이 우수한 난연 접착제 조성물, 및 이를 포함하여 불연성, 접착성 및 내수성이 우수한 천장재를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 난연 접착제 조성물 및 천장재를 제공한다.
[1] 본 발명은 고형분 총 중량을 기준으로 20 내지 50 중량%의 콜로이달 실리카, 5 내지 20 중량%의 폴리비닐알코올, 20 내지 50 중량%의 무기 난연제 및 0.1 내지 10 중량%의 커플링제를 포함하는, 난연 접착제 조성물을 제공한다.
[2] 본 발명은 상기 [1]에 있어서, 상기 콜로이달 실리카는 콜로이달 실리카 내 실리카 미립자의 평균 직경이 5 내지 200 nm이고, 3 중량% 미만의 알칼리 금속염을 포함하는, 난연 접착제 조성물을 제공한다.
[3] 본 발명은 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 폴리비닐알코올은 검화도(saponification rate)가 80 mol% 내지 100 mol%이고, 중량평균분자량이 80,000 내지 150,000 g/mol인, 난연 접착제 조성물을 제공한다.
[4] 본 발명은 암면(rock wool)을 포함하는 기재층; 상기 기재층의 적어도 일면에 형성되고, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나의 난연 접착제 조성물을 포함하는 접착제층; 및 기 접착제층 상에 적층된 외피재;를 포함하는, 천장재를 제공한다.
[5] 본 발명은 상기 [4]에 있어서, 상기 접착제층은 기재층의 표면적 1 m2에 고형분을 기준으로, 25 내지 100 g의 난연 접착제 조성물을 도포하여 형성되고, 상기 난연 접착제 조성물의 도포는 롤 코팅 방법으로 도포되는, 천장재를 제공한다.
[6] 본 발명은 상기 [4] 또는 [5]에 있어서, 상기 천장재는 KS F ISO 1182의 방법에 따라 불연 평가시, 온도 차이가 20℃ 이하이고, 질량 감소율이 30 중량% 이하인, 천장재를 제공한다.
본 발명에 따른 난연 접착제 조성물은 유독성 유기 용제 등의 독성 물질을 포함하지 않아 친환경성이 우수하고, 불연성 및 접착 강도가 우수하다.
또한, 상기 난연 접착제 조성물을 포함하는 천장재는 KS F ISO 1182에서 규정하는 불연성 시험의 판정 기준을 만족하여 불연성이 우수하고, 기재층과 외피재 사이의 접착력이 우수하며, 내수성도 우수하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 천장재의 단면도이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 어떤 층이 다른 층 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층이 다른 층에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 층 사이에 또 다른 층이 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 "중량평균분자량"은 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 GPC(gel permeation chromatograph) 방법으로 측정할 수 있다.
난연 접착제 조성물
본 발명에 따른 난연 접착제 조성물은 콜로이달 실리카, 폴리비닐알코올, 무기 난연제 및 커플링제를 포함한다.
물유리인 액상 규산 나트륨은 이산화규소와 알칼리 금속을 융해하여 얻은 가용성 규산알칼리염으로 알칼리 금속염을 과량 함유하고 있어 건조성이 불량하며, 건조되더라도 알칼리 금속염의 흡습 및 재용해 특성으로 인해 이를 포함하는 접착제의 내수성이 불량한 단점이 있었다. 반면, 콜로이달 실리카는 음전하를 띄는 실리카 미립자가 수중에서 콜로이드 상태를 이루고 있는 것으로, 알칼리 금속염을 3 중량% 미만, 구체적으로 1 중량% 미만의 함량으로 포함하여 금속염의 흡습 및 재용해 특성이 접착제의 내수성을 방해하지 않으므로, 콜로이달 실리카를 포함하는 접착제는 내수성이 양호한 장점이 있다.
콜로이달 실리카
콜로이달 실리카는 무기 바인더로서, 기재층과 외피재 사이에 접착성을 부여하여 천장재의 강도를 유지시키는 역할을 하며, 불연성 물질로 화재 노출시 천장재에 난연 특성을 부여하는 역할을 한다.
상기 콜로이달 실리카는 음전하를 띄는 실리카(SiO2) 미립자가 용매 중에 콜로이드 입자 상태를 이루고 있는 것으로서, 이때, 상기 콜로이달 실리카는 알칼리 금속염을 3 중량% 미만, 구체적으로 1 중량% 미만의 함량으로 포함할 수 있다. 콜로이달 실리카 내 알칼리 금속염 함량이 상기 범위를 초과할 경우, 제조된 접착제 내 알칼리 금속염이 다량 잔류되어 흡습 및 수분해됨으로써 재용해되어 천장재의 내수 접착 강도가 열세해질 수 있다.
또한, 상기 콜로이달 실리카 내 실리카 미립자의 평균 직경은 5 내지 200 nm, 구체적으로 10 내지 100 nm일 수 있다. 콜로이달 실리카 내 미립자의 평균 직경이 상기 범위를 초과할 경우, 콜로이달 실리카의 분산 안정성 저하로 인해 실리카 침강이 발생될 수 있으며, 이로 인해 층 분리가 발생하여 접착제의 도포성이 열세해질 수 있다.
상기 용매는 물일 수 있다.
상기 난연 접착제 조성물은 고형분 총 중량을 기준으로 20 내지 50 중량%, 구체적으로 25 내지 45 중량%의 함량으로 콜로이달 실리카의 고형분을 포함할 수 있다. 상기 콜로이달 실리카의 함량이 상기 범위 미만인 경우 접착제 내 가연성 유기물 함량 증가로 인해, 난연 성능이 열세해지는 문제가 있고, 상기 범위 초과인 경우, 접착 강도가 상대적으로 열세한 콜로이달 실리카가 과량 포함되어 천장재의 초기 습윤 접착 강도 및 건조 접착 강도가 부족한 문제가 발생할 수 있다.
폴리비닐알코올
폴리비닐알코올은 천장재에 초기 습윤 접착력을 향상시키고, 연소열이 적어 접착제에 난연성을 향상시키며, 연소시 유독 가스를 발생시키지 않는다.
상기 폴리비닐알코올은 중량평균분자량(Mw)이 80,000 내지 150,000 g/mol, 구체적으로 88,000 내지 140,000 g/mol일 수 있다. 폴리비닐알코올의 중량평균분자량이 상기 범위 내인 경우, 천장재의 초기 습윤 접착력을 향상시킬 수 있다.
반면, 폴리비닐알코올의 중량평균분자량이 상기 범위 미만인 경우, 기재층과 외피재 사이의 접착력이 부족하고 제조된 천장재의 접착층의 내수성이 저하되며, 상기 범위 초과인 경우, 제조된 접착제 조성물의 점도가 과도하게 상승되고 저장성도 불량해질 수 있다. 폴리비닐알코올의 접착력은 수산기(-OH)의 수소결합에 의해 발생되며, 분자량이 커질수록 수소결합이 강해지고, 결정화도가 증가하여 접착 강도와 내수성이 향상된다. 하지만, 폴리비닐알코올의 중량평균분자량이 커질수록 이를 포함하는 접착제의 물에 용해되는 특성(수용화도)은 열세해져 수계 조성물 제조가 어려운 문제가 발생할 수 있으므로 폴리비닐알코올의 분자량은 중요하다.
또한, 상기 폴리비닐알코올의 검화도(saponification rate)는 80 mol% 내지 100 mol%, 구체적으로 85 mol% 내지 99 mol%일 수 있다. 폴리비닐알코올은 폴리비닐아세테이트를 변형시켜 제조되는 것이 통상적이며, "검화도"는 고분자 내 비닐에스테르기 몰수를 기준으로 가수분해되어 형성된 알코올기의 몰수의 %일 수 있다. 상기 폴리비닐알코올의 검화도가 상기 범위 미만인 경우, 유리전이온도가 낮아 고상화가 불가능하여 이를 포함하는 접착제의 접착 성능이 부여되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 비닐에스테르기를 포함하는 폴리비닐아세테이트의 연소열은 -26.1 kJ/g으로 폴리비닐알코올의 연소열 -21.3 kJ/g 비해 높기 때문에, 폴리비닐알코올의 검화도가 상기 미만으로 고분자내 비닐에스테르기의 함량이 많을 경우, 접착제의 연소열이 상승하여 난연성 및 수용화 안정성이 부족해질 수 있다. 반면, 폴리비닐알코올의 검화도가 상기 범위 초과이면, 이를 포함하는 접착제를 수용화하는데 어려움이 있고, 저온에서 재결정화되는 문제가 있을 수 있다. 난연 접착제 조성물은 고형분 총 중량을 기준으로 5 내지 20 중량%, 구체적으로 8 내지 15 중량%의 함량으로 폴리비닐알코올의 고형분을 포함할 수 있다. 상기 폴리비닐알코올의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 조성물에 접착도를 부여하는 폴리비닐알코올의 함량 부족으로 인해 기재층과 외피재 사이의 접착력이 부족한 문제가 있고, 상기 범위 초과인 경우, 가연성인 유기물의 함량이 증가하여 접착제의 난연성이 부족해질 수 있다.
무기 난연제
무기 난연제는 접착제에 난연성 및/또는 불연성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 무기 난연제는 통상적으로 접착제에 적용 가능한 것이라면 특별한 제한 없이 적용할 수 있으며, 예를 들어, 금속계 난연제, 인계 난연제 및 질소계 난연제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 이때, 상기 무기 난연제는 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 무기 난연제는 금속계 난연제일 수 있으며, 상기 금속계 난연제는 예를 들어, 수산화 알루미늄(알루미늄 트리하이드록사이드, Aluminium trihydroxide), 징크 보레이트(zinc borate), 및 수산화 마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 인계 난연제는 예를 들어, 암모늄 폴리포스페이트, 적인(red phosphorus), 인산염 등을 들 수 있다. 또한, 상기 질소계 난연제는 멜라민, 멜라민 시아누레이트 등을 들 수 있다.
또한, 난연 접착제 조성물 고형분 총 중량을 기준으로 20 내지 50 중량%, 구체적으로 25 내지 45 중량%, 더욱 구체적으로 30 내지 40 중량%의 함량으로 무기 난연제의 고형분을 포함할 수 있다. 상기 무기 난연제의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 접착제의 난연성이 부족한 문제가 있고, 상기 범위 초과인 경우, 기재층과 외피재 사이의 접착력이 부족해지고 접착제의 점도가 과도하게 상승하여 유동성 및 작업성이 부족해질 수 있다.
커플링제
커플링제는 무기계인 콜로이달 실리카 및 유기계인 폴리비닐알코올 각각과 반응성을 갖는 화합물로서, 구체적으로, 콜로이달 실리카 및 폴리비닐알코올간의 가교 반응을 통해 접착제의 접착 강도 및 내수성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 커플링제는 통상적으로 접착제에 사용할 수 있는 것이라면 특별한 한정없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유기 관능기를 포함하는 실란 커플링제일 수 있다. 이때, 유기 관능기로는 에폭시기, 아미노기, 우레아기. 싸이올기, 이소시아네이트기 등일 수 있으며, 구체적으로, 접착제 저장안정성 및 반응성 등을 감안하면 상기 커플링제는 에폭시기를 갖는 실란 커플링제일 수 있다.
보다 구체적으로, 에폭시기를 갖는 실란 커플링제로는, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, (3-글리시딜옥시프로필) 트리메톡시실란((3-Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane) 등을 들 수 있다.
또한, 상기 커플링제는 난연 접착제 조성물 고형분 총 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%, 구체적으로 1 내지 5 중량%의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다.
상기 난연 접착제 조성물은 필요에 따라 점도조절제, 용제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
첨가제
상기 점도조절제는 접착제에 도포 작업성을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 상기 점도조절제는 통상적으로 수계 조성물에 적용 가능한 것이라면 특별한 제한 없이 적용할 수 있으며, 예를 들어, 셀룰로오스계 증점제, 우레탄계 증점제, 규소계 증점제 등을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 점도조절제는 규소계 점도조절제일 수 있다. 상기 규소계 증점제는 예를 들어, 실리카일 수 있으며, 상기 실리카는 흄드 실리카일 수 있다.
또한, 상기 점도조절제는 난연 접착제 조성물 고형분 총 중량을 기준으로 5 내지 25 중량%, 구체적으로 7 내지 20 중량%, 더욱 구체적으로 8 내지 18 중량%의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 상기 점도조절제의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 접착제의 점도가 과도하게 낮아져서 접착제 조성물이 흘러내리거나, 기재층과 외피재 사이의 초기 접착력이 열세해지는 문제점이 있고, 상기 범위 초과인 경우, 접착제의 점도가 과도하게 상승하여 접착제 도포성이 불량해지는 문제가 있다.
상기 용제는 접착제 조성물의 점도, 저장 안정성 및 건조성을 조절하는 역할을 한다. 이때, 상기 용제는 통상적으로 수계 조성물에 사용할 수 있는 것이라면 특별한 한정없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유기 용매 및 물을 포함할 수 있다.
상기 유기 용매는, 예를 들어, 알코올계, 에테르계, 및 케톤계 용제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 용매는 프로필메틸에테르, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 무독성 및 친환경성을 감안하면 에탄올이 바람직하다.
상기 물은 그 종류를 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 순수, 초순수, 탈이온수 또는 이온 교환수 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 용제는 난연 접착제 조성물 총 중량을 기준으로 50 내지 85 중량%, 구체적으로 60 내지 80 중량%의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 이때, 상기 용제의 함량은 접착제 총 중량에서 고형분의 함량을 제외한 함량일 수 있다.
본 발명에 따른 난연 접착제 조성물은 유독성 유기 용제 등의 독성 물질을 포함하지 않아 친환경성이 우수하고, 불연성 및 접착 강도가 우수하다. 또한, 상기 난연 접착제 조성물은 접착력이 우수하여 기재층과 외피재의 부착성을 향상시켜 천장재의 기계적 물성 및 내수성을 향상시키는 효과가 있다.
천장재
본 발명에 따른 천장재는 암면(rock wool)을 포함하는 기재층; 상기 기재층의 적어도 일면에 형성되고, 상기 접착제 조성물을 포함하는 접착제층; 및 상기 접착제층 상에 적층된 외피재;를 포함한다.
도 1을 참조하면, 상기 천장재(10)는 기재층(100); 상기 기재층(100)의 일면에 형성되는 접착제층(200); 및 상기 접착제층 상에 형성되는 외피재(300);을 포함한다.
기재층
상기 천장재는 흡음 천장재일 수 있으며, 이때, 상기 기재층은 천장재에 흡음 성능을 부여하는 역할을 할 수 있다.
상기 기재층은 통상적으로 천장재 제조시 포함될 수 있는 성분, 예를 들어, 미네랄울, 충전제, 바인더 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기재층은 미네랄울, 전분, 점토 및 펄프를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기재층은 기재층 총 중량을 기준으로, 60 내지 80 중량%, 구체적으로 63 내지 73 중량%의 미네랄울, 0.1 내지 10 중량%, 구체적으로 1 내지 5 중량%의 전분, 5 내지 20 중량%, 구체적으로 7 내지 10 중량%의 점토, 및 0.1 내지 10 중량%, 구체적으로 1 내지 2 중량%의 펄프를 포함할 수 있다.
상기 미네랄울은 SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O 및 K2O을 포함할 수 있으며, 상기 미네랄울은 체액에 대한 용해성이 우수한 염용해성 미네랄울일 수 있다.
접착제층
접착제층은 기재층과 외피재를 접착시키는 역할을 한다.
상기 접착제층은 기재층의 표면적 1m2에 고형분을 기준으로 25 내지 100 g, 구체적으로 30 내지 80 g, 더욱 구체적으로 40 내지 50 g의 상기 난연 접착제 조성물을 도포하여 형성될 수 있다. 상기 난연 접착제 조성물의 도포량이 상기 범위 미만인 경우, 기재층과 외피재 간의 접착 강도가 불량해지는 문제가 있고, 상기 범위 초과인 경우, 가연성 유기물의 함량이 증가하여 천장재의 난연성이 부족해지거나 접착제 양생 시간이 길어질 수 있다.
외피재
상기 외피재는 천장재의 외관 품질을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 상기 외피재는 통상적으로 천장재의 외관 향상을 위해 적용되는 것이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어, 글라스 티슈, 부직포 또는 직포 등을 들 수 있다.
상기 외피재는 접착제에 의해 기재층 상에 적층되고, 상기 접착제는 롤 코팅 방법으로 도포될 수 있다. 상기 롤 코팅 방법은 회전하는 롤의 하부를 기재층이 통과하면서 롤 표면의 접착제를 기재층 표면에 도포하는 방식으로, 설비가 단순하고 도포량 편차가 적다는 장점이 있다. 상술한 바와 같이 접착제를 롤 코팅 방법으로 도포할 경우, 접착제의 도포량 편차가 적어 접착 불량이 발생하지 않으며, 접착제로 인한 설비 오염 및 제품 오염이 없어 작업 환경이 양호한 장점이 있다.
상기 천장재는 KS F ISO 1182의 방법에 따라 불연 평가시 온도 차이가 20℃ 이하이고, 질량 감소율이 30중량% 이하일 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 천장재는 KS F ISO 1182에서 규정하는 불연성 시험의 판정 기준을 만족하는 불연 성능을 만족하여 불연성이 우수하고, 내수성, 기계적 물성 및 부착성도 우수하다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1 내지 15. 접착제의 제조
하기 표 1 내지 3에 기재된 조성비로 각 성분들을 혼합하여 접착제를 제조하였다. 이때, 표 1 내지 3의 괄호 내의 %는 접착제 고형분 총 중량에 대한 각 성분들의 고형분 중량이 차지하는 비중(중량%)을 나타내고, GPTMS는 (3-글리시딜옥시프로필) 트리메톡시실란((3-Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane)이며, ATH는 알루미늄 트리하이드록사이드(Aluminium trihydroxide)이다.
(중량%) 제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5
콜로이달 실리카 30.70 28.00 34.10 - 30.70
물유리 - - - 30.70 -
폴리비닐알코올-1 11.60 18.60 8.50 11.60 -
폴리비닐알코올-2 - - - - 11.60
폴리비닐알코올-3 - - - - -
GPTMS 5.20 5.60 5.20 5.20 5.20
ATH 35.80 39.50 35.60 35.80 35.80
흄드 실리카 16.70 8.30 16.60 16.70 16.70
접착제 내 고형분의 함량 25.70 중량% 25.50 중량% 25.60 중량% 25.80 중량% 25.70 중량%
(중량%) 제조예 6 제조예 7 제조예 8 제조예 9 제조예 10
콜로이달 실리카 32.40 17.35 50.83 32.60 33.51
물유리 - - - - -
폴리비닐알코올-1 12.20 14.40 12.23 - 3.52
폴리비닐알코올-2 - - - - -
폴리비닐알코올-3 - - - 9.70 -
GPTMS - 6.40 5.67 5.20 5.65
ATH 37.80 41.50 24.85 35.80 39.10
흄드 실리카 17.60 20.35 6.42 16.70 18.22
접착제 내 고형분의 함량 25.40 중량% 24.24 중량% 28.84 중량% 25.00 중량% 30,29 중량%
(중량%) 제조예 11 제조예 12 제조예 13 제조예 14 제조예 15
콜로이달 실리카 27.58 41.69 22.61 32.40 28.70
물유리 - - - - -
폴리비닐알코올-1 22.59 15.76 8.54 12.23 10.83
폴리비닐알코올-2 - - - - -
폴리비닐알코올-3 - - - - -
GPTMS 5.65 5.58 3.81 0.06 11.51
ATH 29.19 17.52 52.75 37.75 33.43
흄드 실리카 14.99 19.45 12.29 17.56 15.53
접착제 내 고형분의 함량 22.29 중량% 20.50 중량% 32.20 중량% 25.00 중량% 27.10 중량%
이하, 제조예에서 사용한 각 성분들의 제조사 및 제품명 등은 하기 표 4에 나타냈으며, 폴리비닐알코올-1은 PVA 2699(제품명) 96.4 g과 물 828.6 g을 혼합하여 수용액 상태로 사용하고, 폴리비닐알코올-2는 PVA 217S(제품명) 96.4 g과 물 828.6 g을 혼합하여 수용액 상태로 사용하였다. 또한, 폴리비닐알코올-3은 Mowiol® 40-88(제품명) 96.4 g과 물 828.6 g을 혼합하여 수용액 상태로 사용하였다.
비고
콜로이달 실리카 제조사: Qingdao Kangyexin, 제품명: JN-40(고형분 함량: 40중량%, Na2O 함량: 0.3중량%, 미립자의 평균 직경: 10nm)
물유리 제조사: 영일화성, 제품명: 물유리 2호 수용액(고형분 함량: 45중량%, Na2O 함량: 13.5중량%)
폴리비닐알코올-1 제조사: ANHUI WANWEI, 제품명: PVA 2699(중합도: 2600±100, Mw: 115,000g/mol, 검화도: 98mol%)
폴리비닐알코올-2 제조사: Kuraray, 제품명: PVA 217S(중합도: 1700±100, Mw: 75,000g/mol, 검화도: 88mol%)
폴리비닐알코올-3 제조사: Kuraray, 제품명: Mowiol® 40-88(중합도: 4600±100, Mw: 205,000g/mol, 검화도: 98mol%)
흄드 실리카 제조사: EVONIK, 제품명: AEROSIL R 972
실험예 1. 천장재의 제조
1-1: 기재층의 제조
67.5 중량부의 미네랄울, 3.9 중량부의 옥수수 파우더 전분(제조사: 삼양사, 제품명: 플라이스타, 전분), 10.1 중량부의 마그네슘-알루미늄-실리콘 디옥사이드(Magnesium-Aluminum-Silicon dioxide, 아타펄자이트), 1.9 중량부의 셀룰로오스(NodelHols Unbleached Kraft Pulp, 신문지를 물과 혼합하여 3.0 내지 4.0 질량% 농도로 투입), 15.8 중량부의 broke(제조사: KCC, 제품명: 마이톤, 분말 형태로 파분하여 약 8.3% 농도로 습식 혼합하여 투입), 0.1 중량부의 왁스(C20H30O2의 로진 에스테르계), 0.1 중량부의 응집제((C3H5NO)m의 폴리아크릴아미드계, 분자량 약 300만 g/mol), 및 0.6 중량부의 황산알루미늄을 반응기에 투입하고 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이후, 슬러리를 장망 위에 붓고 자연 탈수한 후 자연 탈수된 슬러리를 진공 펌프를 이용하여 강제 탈수했다. 이후, 프레스기를 이용하여 두께를 조정한 후, 건조기에서 건조하고, 재단하여 최종 두께 15.0 mm인 기재층을 제조하였다.
이때, 사용한 미네랄울은 39.5 중량부의 SiO2, 21.9 중량부의 Al2O3, 0.9 중량부의 Fe2O3, 0.7 중량부의 TiO2, 30.5 중량부의 CaO, 4.1 중량부의 MgO, 및 2.4 중량부의 Na2O와 K2O의 총량으로 구성되었다.
1-2: 천장재의 제조
상기 실험예 1-1의 기재층의 양면에 제조예 1의 접착제를 하기 표 4에 기재된 도포량으로 도포하여 접착제층을 제조하고, 상기 접착제층 상에 외피재(제조사: 한국카본, 제품명: GLASS TISSUE, 글라스 티슈)를 적층하여 천장재를 제조하였다.
실험예 2 내지 17.
하기 표 5에 기재된 접착제 및 도포량을 적용한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 천장재를 제조하였다.
실험예 18.
접착제로 수성 아크릴 접착제(제조사: ㈜워켐, 제품명: WC-SA663J)을 사용한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 천장재를 제조하였다.
시험예. 천장재의 물성 평가
실험예에서 제조한 천장재의 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타냈다.
(1) 접착 강도
천장재를 길이 200 mm 및 폭 150 mm로 절단하여 시편을 제조한 후 길이 20 mm 위치에서 폭과 수평인 방향으로 기재층만 절단하고 외피재는 절단하지 않았다. 이후 평평한 지그에 시편의 외피재 부착면이 상부를 향하도록 위치시켰다. 이후 기재층 절단 부위를 클립에 끼워 고정하고, 반대쪽은 지그에서 떨어지지 않도록 고정했다. 이후 UTM 인장강도 측정기의 상부에 클립을 고정하고 하부는 지그를 고정한 후 인장 시험을 통하여 외피재가 박리되는 과정에서의 접착력을 측정하였다.
(2) 내수 접착 강도
천장재를 항온 항습기의 상대 습도 95% 및 온도 50℃의 가혹 조건에서 7일간 방치한 후 상기 항목 (1)과 동일한 방법으로 내수 접착 강도를 측정하였다.
(3) 불연성
천장재를 대상으로 KS F ISO 1182의 방법에 따라 불연성으로서 최고 온도와 최종 평형 온도 간의 온도차를 측정하였다. 구체적으로, 750℃로 예열된 불연 시험기에 천장재를 투입하고, 시험기 내 최고 온도와 20분 방치 후 최종 평형 온도를 측정하고, 최고 온도와 최종 평형 온도 간의 온도차가 20℃ 이하인 경우 불연성이 우수함으로 판단했다.
(4) 질량 감소율
상기 항목 (3)과 동일한 방법으로 KS F ISO 1182의 방법에 따라 불연성으로서 질량 감소율을 측정하였다.
구체적으로, 750℃로 예열된 불연 시험기에 천장재를 20분 방치한 후, 불연 시험기 방치 전과 후의 천장재의 무게를 측정하였다. 이후 시험기 방치 전 무게 대비 감소한 질량의 비율 즉, 질량 감소율을 계산하였으며, 질량 감소율이 30 중량% 이하인 경우 불연성이 우수함으로 판단하였다.
　 접착제 물성
종류 도포량 (g/㎡) 접착 강도 (kgf) 내수 접착 강도 (kgf) 불연성 (℃) 질량 감소율
(중량%)
실험예 1 제조예 1 45 4.72 4.24 15 11.96
실험예 2 제조예 2 45 5.44 4.98 17.2 12.11
실험예 3 제조예 3 45 3.88 3.36 13.9 12.05
실험예 4 제조예 1 120 7.1 6.52 31.5 12.45
실험예 5 제조예 1 10 1.46 0.98 11.4 11.84
실험예 6 제조예 4 45 3.08 1.06 15.3 12.02
실험예 7 제조예 5 45 1.9 1.68 14.1 11.90
실험예 8 제조예 6 45 2.66 1.7 14 12.13
실험예 9 제조예 7 45 4.25 3.87 26.3 12.16
실험예 10 제조예 8 45 2.52 1.93 14.7 12.03
실험예 11 제조예 9 45 4.92 4.45 22.4 12.21
실험예 12 제조예 10 45 1.98 1.72 14.3 11.92
실험예 13 제조예 11 45 5.97 5.75 28.4 12.26
실험예 14 제조예 12 45 5.85 5.23 33.4 12.18
실험예 15 제조예 13 45 2.12 1.58 12.2 11.95
실험예 16 제조예 14 45 2.38 1.26 15.3 11.99
실험예 17 제조예 15 45 4.25 3.87 27.3 12.18
실험예 18 수성 아크릴 접착제 45 4.54 4.3 52.4 13.43
표 5에서 보는 바와 같이, 실험예 1 내지 3의 천장재는 접착 강도 및 습윤 접착 강도가 우수하고, 불연 평가시 온도 차이가 20℃ 이하로 적어 불연성이 우수했다.
반면, 난연 접착제 조성물의 도포량이 과랑인 실험예 4, 소량의 콜로이달 실라카를 포함하는 제조예 7의 접착제를 사용한 실험예 9, 중량평균분자량이 큰 폴리비닐알코올-3을 포함하는 제조예 9의 접착제를 사용한 실험예 11, 과량의 폴리비닐알코올을 포함하는 제조예 11의 접착제를 사용한 실험예 13, 소량의 ATH를 포함하는 제조예 12의 접착제를 사용한 실험예 14, 과량의 GPTMS를 포함하는 제조예 15의 접착제를 사용한 실험예 17, 및 수성 아크릴 접착제를 사용한 실험예 18은 불연 평가시 온도 차이가 20℃를 초과하여 불연성이 부족했다.
또한, 난연 접착제 조성물의 도포량이 소량인 실험예 5, 중량평균분자량이 작은 폴리비닐알코올을 포함하는 제조예 5의 접착제를 사용한 실험예 7, 소량의 폴리비닐알코올을 포함하는 제조예 10의 접착제를 사용한 실험예 12는 접착 강도 및 내수 접착 강도가 부족했다.
콜로이달 실리카 대신 물유리(가용성 규산알칼리염)을 포함하는 제조예 4의 접착제를 사용한 실험예 6, 커플링제인 유기 규소 화합물을 미포함하는 제조예 6의 접착제를 사용한 실험예 8, 과량의 콜로이달 실라카를 포함하는 제조예 8의 접착제를 사용한 실험예 10, 과량의 ATH를 포함하는 제조예 13의 접착제를 사용한 실험예 15, 및 소량의 GPTMS를 포함하는 제조예 14를 포함하는 실험예 16은 내수 접착 강도가 부족했다.

Claims (6)

  1. 고형분 총 중량을 기준으로 20 내지 50 중량%의 콜로이달 실리카, 5 내지 20 중량%의 폴리비닐알코올, 20 내지 50 중량%의 무기 난연제 및 0.1 내지 10 중량%의 커플링제를 포함하는, 난연 접착제 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는 콜로이달 실리카 내 실리카 미립자의 평균 직경이 5 내지 200 nm이고, 3 중량% 미만의 알칼리 금속염을 포함하는, 난연 접착제 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리비닐알코올은 검화도(saponification rate)가 80 mol% 내지 100 mol%이고, 중량평균분자량이 80,000 내지 150,000 g/mol인, 난연 접착제 조성물.
  4. 암면(rock wool)을 포함하는 기재층;
    상기 기재층의 적어도 일면에 형성되고, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 난연 접착제 조성물을 포함하는 접착제층; 및
    상기 접착제층 상에 적층된 외피재;를 포함하는, 천장재.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 접착제층은 기재층의 표면적 1 m2에 고형분을 기준으로, 25 내지 100 g/m2의 난연 접착제 조성물을 도포하여 형성되고,
    상기 난연 접착제 조성물의 도포는 롤 코팅 방법으로 도포되는, 천장재.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 천장재는 KS F ISO 1182의 방법에 따라 불연 평가시, 온도 차이가 20℃ 이하이고, 질량 감소율이 30중량% 이하인, 천장재.
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