KR100799612B1 - 난연성 발포유리입자를 이용한 판재 및 그 제조방법 - Google Patents

난연성 발포유리입자를 이용한 판재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서 제공되는 난연성 판재는 폐유리를 이용한 발포유리 입자들이 무기계 결합제에 의해 표면결합하는 난연성 발포유리입자 판재로서, 통기성과 흡음성이 우수하고 건축용 내외장재로 매우 적합한 물성을 나타내며 불에 타지 않아 화재방지성능이 우수한 장점이 있어 그 자체로 건축자재로 유용하며, 또한 별도의 접착제를 사용하지 않고도 섬유견면이나 무늬목 등과의 견고하게 적층결합될 수 있고 또한 경량이어서 다층건물의 내외장재로서 사용하면 화재방지와 층간 소음이나 벽간 소음을 차단하는데 매우 효과적이다.
발포유리, 무기접착제, 견면, 난연, 판재

Description

난연성 발포유리입자를 이용한 판재 및 그 제조방법 {Flameretardant panel using foamed glass grain and preparation thereof}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시구현에 따라 폴리에스테르 섬유 견면이 난연성 발포유리입자 판재의 양면에 적층된 건축용 내장재를 제조하기 위한 제조공정을 보여주는 장치도이다.
본 발명은 난연성 판재에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 발포유리 입자 를 이용한 난연성 판재에 관한 것이다.
건축자재 및 산업용 자재 등에는 주로 암면, 석고보드, 유리섬유, 스티로폴 등 단열재와 압축목재와 접착제로 구성된 하드보드 등이 사용되고 있으나, 이러한 판재들은 인체에 유해한 물질을 배출하는 것으로 알려져 있으며 또한 재활용이 불가능하여 환경공해를 일으키는 등의 문제점이 있다.
종래 폐화섬물로 판재를 제조하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어 한국공개 특허공보 공고 87-5764호에 의하면, 섬유상의 폴리프로필렌을 잘게 분쇄하고 이에 아크릴, 폴리에스테르, 나일론 등의 화학섬유를 10mm 이상으로 절단하여 소면기에 넣어 만든 웹(web)을 가열실에서 일정시간 가열한 후 절단하여 제조하는 화섬판재가 제시된다. 그러나 이 방법은 화섬물을 10mm 정도의 단섬유로 절단함으로써 단섬유들간의 엉킴이 적어 잘 부서지는 단점이 있는 것이다. 또한 이러한 판재는 화재시 연기 및 유해가스의 발생으로 인하여 건축내장재로서 부적합한 것이다.
또한 한국 특허 공보 공고 95-6863호에 의하면 폐화섬물을 50∼100 mm 정도의 장섬유로 절단하여 타면기에서 타면하여 솜상태로 하고 이를 일정두께의 매트형태로 한 다음 이들을 적당한 두께의 층으로 적층하여 섬유실끼리 서로 일체가 되도록 고열화 고압으로 가열가압함으로써 화섬판재를 제조하는 방법이 알려져 있다. 그러나 상기한 방법으로 제조한 화섬판재는 고온 및 고압에서 성형되므로 섬유구성물질인 고분자 물질의 분해를 초래하게 되고 섬유의 고유특성이 상실되는 문제점이 있는 것이다. 또한 상기한 종래의 방법들은 폐화섬물을 이용하기 때문에 작업환경이 불량하고 환경공해물질을 발생시키는 문제점을 안고 있는 것이기도 하다. 또한 이러한 판재는 화재시 연기 및 유해가스의 발생으로 인하여 건축내장재로서 부적합한 것이다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 일반 폴리에스테르 섬유와 저융점 폴리에스테르 섬유로 이루어진 웹을 융착하여 폴리에스터 섬유판재를 제조하는 방법이 개발되어 있다. 그러나, 이러한 폴리에스터 섬유판재는 보온성, 단열성, 충격흡수성, 탄성, 외관 등 건축내장재로서 매우 적합한 것이나, 화재시 방염성에 문제가 있는 것이다.
또한 대한민국특허 제10-485138호 공보에는 벤토나이트와 방염제를 혼합한 혼합물과 물을 부피기준 0.5~4:1의 비율로 혼합하여서 된 조성물을 도포하여 난연성을 부여한 섬유판재가 기술되어 있다. 이러한 섬유판재는 벤토나이트/방염제 혼합물이 어느 정도의 난연성은 충족시키나 현재 건축자재에 요구되는 등급의 난연성은 만족시킬 수 없고 중량이 많이 나가는 등의 문제점이 있는 것이다.
한편 발포유리(foamed glass)는 아주 미세하게 분쇄된 특수한 조성을 갖는 유리에 발포제를 혼합하여 소성한 무기질 유리로서 일반적인 명칭으로 세포성 유리(cellular glass) 또는 다세포성 유리(multicellular glass)로 불리워진다. 이러한명칭은 이 유리가 아주 얇은 유리막으로 쌓인 세포상의 독립기공이 형성된 구조적인 특성을 지니고 있는데 기인한다. 이 발포유리는 이러한 구조적인 특성 때문에 저온보온, 불꽃차단, 단열, 방음, 내수성 등에 탁월한 효능을 나타낼 뿐 아니라 경량이어서 구조물이나 건축물에 있어 훌륭한 재료로 사용될 수 있다.
발포유리는 구성성분에 따라 낮은 선형열팽창 계수를 갖는 고기능성의 붕규산 발포유리 및 소다석회 발포유리로 분류할 수 있으나 최종제품의 형태에 따라 괴상의 형태인 발포유리 벽돌(foamed glass block)과 0.1∼10mm의 직경을 갖는 구형 또는 원통형의 발포유리입자(foamed glass bead)의 두 종류로 나눌 수 있다. 발포유리 벽돌은 주로 굴뚝 및 연돌의 내장, 에틸렌 공장(ethylene plant), 액화가스의 저장탱크의 보온재 및 일반건축의 단열재로서 그 자체를 그대로 사용되고 있고 그 용도로도 점차 확대되고 있다. 그리고, 발포유리입자는 그 자체의 단독 사용보다는 시멘트와 함께 혼합하여 시멘트 벽돌 내에 또는 시멘트 구조물에 충전시킴으로써 시멘트벽돌 및 구조물의 열전도도를 낮추어 건축 및 토목 구조물의 단열 및 보온의 기능을 부여하는 것은 물론 경량화시킬 수도 있다.
발포유리입자는 유리에 탄소재와 같은 환원제와 산화물, 설페이트(sulfate) 또는 다른 형태의 산화성분들을 함유하는 기포 형성제를 함께 혼합하여 이를 분쇄한 후, 이 분쇄된 혼합물을 그래인형태로 성형한 후 연화 또는 용융점까지 소성시킨다. 이 열처리 과정에서 탄소와 황산화물(또는 산화제 또는 유리의 산화물) 사이에 산화-환원반응이 일어나고 그 결과 용융된 유리는 SO2, CO2 , N2 , H2S 또는 다른 가스를 함유하게 되며, 이것이 저밀도 및 열전도 및 복사에 저항성을 갖는 구조를 형성하게 하는 물질을 만드는 유리가스를 형성한다. 그 결과 가장 최상의 결과를 얻을 경우 유리의 구조는 물 또는 수증기, 또는 다른 액체 및 기체 등이 스며들지 않는 밀폐기공을 갖게 된다.
본 발명은 흡음성과 통기성이 우수하면서 고도의 난연성을 갖는 건축 내외장제용 판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명자의 연구에서 발포유리입자에 특정한 무기계 접착제를 적정비율로 배합하여 판재로 성형하면 발포유리입자의 표면들 사이에서만 결합이 이루어진 판재를 제조할 수 있게 되고, 제조된 판재는 발포유리입 자들 간에 기공이 형성되어 고도의 통기성과 흡음성을 갖게 되고 사용재료의 고유특성인 고도의 난연성을 갖게 되어 건축자재용으로 매우 유용하다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면 발포유리입자 판재에 있어서, (a) 폐유리를 이용한 발포유리 입자 50~80중량%; 및 (b) 결합제로서 무기계 접착제 20~50중량%(고형분함량 50% 기준)를 함유하는 조성물로 되며, 상기 무기계 접착제는 (i) 수산화 알루미늄분말 32 ~ 38wt%, 산화구리분말 3wt%, 산화아연분말 20 ~ 25wt%, 액상의 규산소다 41 ~ 30wt% 및 액상의 메칠 셀룰로즈 4wt%로 되는 혼합물과; (ii) 정제된 규산소다를 함유하며, 상기 혼합물(i) 대 상기 규산소다(ii)의 중량비(i:ii)가 1: 8~9인 것임을 특징으로 하는 난연성 발포유리입자 판재가 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 상기 조성물은 상기 발포유리입자(a)와 무기계 접착제(b)의 합계량 100중량부에 대해 폴리에스테르계 단섬유를 5~70중량부를 더 함유하는 것임을 특징으로 하는 난연성 판재가 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 상기 무기계접착제는 (i) 수산화 알루미늄분말 32 ~ 38wt%, 산화구리분말 3wt%, 산화아연분말 20 ~ 25wt%, 액상의 규산소다 41 ~ 30wt% 및 액상의 메칠 셀룰로즈 4wt%로 되는 혼합물; (ii) 정제된 규산소다 및 (iii) 황토, 모래, 옥 및 일라이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 천연무기분말을 함유하며,
상기 혼합물(i) 대 상기 규산소다(ii)의 중량비(i:ii)가 1: 8~9이고, 상기 혼합물과 상기 규산소다의 합계량(i+ii) 대 상기 천연무기분말(iii)의 중량비[(i+ii) : iii]가 1:2인 무기계 접착제인 것을 특징으로 하는 난연성 판재가 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 상기 발포유리입자 판재가 심재로 되는 난연성 판재가 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 상기한 발포유리입자 판재를 제조하기 위한 방법에 있어서,
(i) 폐유리를 이용한 발포유리 입자 50~80중량%; 및 (b) 결합제로서 무기계 접착제 20~50중량%(고형분함량 50% 기준)를 함유하는 조성물을 혼합하여 상기 발포유리 입자의 표면에 상기 무기계 접착제를 도포하는 단계, 및
(ii) 무기계 접착제가 도포된 발포유리입자으로 판재를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 무기계 접착제는 (i) 수산화 알루미늄분말 32 ~ 38wt%, 산화구리분말 3wt%, 산화아연분말 20 ~ 25wt%, 액상의 규산소다 41 ~ 30wt% 및 액상의 메칠 셀룰로즈 4wt%로 되는 혼합물과; (ii) 정제된 규산소다를 함유하며, 상기 혼합물(i) 대 상기 규산소다(ii)의 중량비(i:ii)가 1: 8~9인 것임을 특징으로 하는 발포유리입자 판재의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따르는 발포유리입자 판재는 표면에 무기계 접착제가 도포된 발포유리입자들이 판상으로 결합된 것이다.
본 발명에서 사용되는 발포 유리입자는 블록 등의 건축자재의 제조에 이용되는 것으로서 이 분야에 잘 알려져 있는 것으로 폐유리 분말과 발포조제 등의 첨가제를 균일하게 혼합하고 여기에 물을 가하여 입자형태로 성형하고, 성형된 입자를 발포시키는 방법으로 제조할 수 있다. 시중구입가능한 발포유리입자의 예로는 한국미보주식회사에서 제조판매되는 인노텍스 엘더블유에이(Innotex LWA)가 있다.
본 발명에서 사용하기에 특히 바람직한 발포유리 입자의 크기는 직경 7mm 이 하, 보다 바람직하게 0.1 내지 4mm이며, 또한 발포유리입자의 압축강도와 경도는 가급적 높은 것이 바람직하다.
본 발명에서 발포유리입자들의 표면결합을 위한 결합제로서 사용되는 무기계 접착제는 대한민국 특허 제10-0655259호로 등록된 것으로 액상의 규산소다(물유리)를 주성분으로 하는 수용성 접착제이다. 본 발명자가 실험한 바에 의하면 상기 접착제는 다른 무기계 접착제 및 유기계 접착제와는 달리 발포유리입자와 혼합하면 내부로 침투하지 않고 실질적으로 표면에만 도포되는 특성이 있다. 또한 상기 접착제는 인체에 유해한 물질의 방출이 없고 불에 타지 않을 뿐만 아니라 유해가스의 방출도 없는 친환경적인 결합제이다.
본 발명에서 사용하기에 바람직한 상기 무기계 접착제는 (i) 수산화 알루미늄분말 32 ~ 38wt%, 산화구리분말 3wt%, 산화아연분말 20 ~ 25wt%, 액상의 규산소다 41 ~ 30wt% 및 액상의 메칠 셀룰로즈 4wt%로 되는 혼합물과 (ii) 정제된 규산소다를 함유하는 것(이하 "접착제-A"라 함)이거나, 또는 여기에 (iii) 황토, 모래, 옥 및 일라이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 천연무기분말이 더 함유된 것(이하, '접착제-B'라 함)이다. 여기서, 상기 혼합물(i) 대 상기 규산소다(ii)의 중량비(i:ii)는 1: 8~9이고, 상기 혼합물과 상기 규산소다의 합계량(i+ii) 대 상기 천연무기분말(iii)의 중량비[(i+ii) : iii]가 1:2이다.
상기 접착제-A는 예를 들어 수산화 알루미늄분말 32 ~ 38wt%와 산화구리분말 3wt%와 산화아연분말 20 ~ 5wt%와 액상의 규산소다 41 ~ 30wt%에 액상의 메칠 셀룰로즈 4wt%를 첨가하여 1000 rpm정도의 속도로 충분히 교반하는 단계; 상기 혼합물의 중량에 대하여 규산소다를 중량비로 8 내지 9배 첨가하여 1000rpm 내외의 속도로 1 시간 내외의 시간동안 재차 교반하여 제조할 수 있고, 상기 접착제-B는 상기한 접착제-A 성분에 천연 무기분말을 첨가하고 1000 rpm의 속도로 30 내외의 시간 동안 교반하는 것에 의해 제조할 수 있다.
본 발명에 따르는 판재의 제조방법을 예를 들어 설명하면 상기 발포유리 입자와 상기 무기계 접착제를 배합하고 혼합하여 상기 입자의 표면에 상기 무기계 접착제를 도포하고, 그 결과 얻어진 접착제-도포 발포유리입자를 연속 또는 비연속 판재성형방법으로 성형하여 발포육리 입자를 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 무기계 접착제의 배합비율은 발포유리입자의 표면에 충분히 도포되기에 적합한 양으로 조절하는 것이 바람직하며, 발포유리입자의 크기가 작을 수록 무기계접착제의 사용량은 증가하는 경향이 있다. 무기계 접착제와 발포유리입자의 바람직한 배합비율은 발포유리 입자 50~80중량부, 무기계 접착제 20~50중량%(고형분함량 50% 기준)이다. 무기계 접착제의 배합비율이 너무 적으면 발포유리입자에 충분한 도포가 어렵고, 너무 많으면 발포유리입자들 간에 형성되어야 하는 공극이 채워져서 소망하는 통기성 및 흡음성을 달성하는 것이 어렵게 된다.
바람직하게 상기 무기계 접착제는 물에 용해시켜 사용하는 것이 바람직하며, 사용하기에 바람직한 무기계 접착체 수용액의 농도는 30~60%이다.
본 발명에서 발포유리입자 판재는 연속식 또는 비연속식 판재 성형방법으로 성형하여 제조할 수 있다. 예를 연속식 판재성형에서는 무기계 접착제가 도포된 발포유리입자를 닙간격이 하류로 갈수록 좁아지는 2대 이상의 가압롤러를 통과시켜 소정두께의 연속적인 판재를 얻고 이를 원하는 크기로 절단하여 판재를 성형하는 방법 등을 이용할 수 있고, 비연속식 판재성형에서는 무기계 접착제가 도포된 발포유리입자를 소정형상의 거푸집에 충전한 후 거푸집에서 제거하는 방법 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 발포유리입자 판재에는 물성보강을 위하여 상기 발포유리입자(a)와 무기계 접착제(b)의 합계량 100중량부에 대해 폴리에스테르계 단섬유를 5~70중량부를 더 첨가할 수 있다. 폴리에스테르 섬유로서는 융점이 높은 폴리에스테르계 섬유, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유가 바람직하다. 폴리에스테르 섬유의 혼합비가 너무 낮거나 첨가에 따른 물성보강효과가 다소 미흡하게 되고, 폴리에스테르 섬유의 혼합비가 너무 높으면 폴리에스테르 섬유와 발포유리 입자의 균질한 혼합이 어려워 균일한 물성분포를 갖는 판재를 얻는 것이 곤란하게 된다.
본 발명의 발포유리판재는 그 자체로 건축내외장제로 이용할 수도 있으나, 폴리에스테르 섬유 견면을 발포유리판재의 일면 또는 양면에 적층하여 사용할 수도 있고, 또한 MDF 패널과 같이 무늬목 등과 같은 시트를 발포유리판재의 일면 또는 양면에 적층하여 사용할 수도 있다. 상기 폴리에스테르 섬유 견면으로는 섬유웹을 니들펀칭하여 제조한 것 또는 가열압축한 것 등 다양한 형태의 견면이 이용될 수 있다.
이하, 본 발명을 도면을 참조한 실시예의 방법으로 설명하기로 한다.
[실시예 1]
무기계 접착제의 제조
수산화 알미늄(60~300mesh) 35중량%, 액상 규산소다 35중량%, 산화구리(60 ~ 300 mesh) 3중량%, 산화아연(60 ~ 300 mesh) 23중량%, 메칠셀룰로즈(평균분자량 17,000이하) 4중량%의 비율로 혼합된 A재료를 1000rpm 정도의 교반속도로 충분히 교반한 후 정제된 규산소다를 재차 투입하여 기본재료를 완성한다. 기본재료를 완성하기 위한 규산소다의 투입비율은 A재료에 대하여 중량비로 규산소다를 8 내지 9배가 되도록 혼합하였다. 이때에도 1000 rpm 정도의 교반속도로 일반 상온에서 약 1시간 내외의 시간동안 충분히 교반시켜준다.
발포유리입자에 무기계 접착제의 도포
얻어진 무기계 접착제를 50%의 농도로 물에 용해한 무기계 접착제 수용액 34중량%와 발포유리입자으로서 크기 1.0~2.0mm, 벌크밀도 0.22(kg/dm3±10%), 압력치 14인 Innotex LWA(한국미보주식회사 제품) 66중량%를 혼합기에 투입하고 교반하에 혼합하여 발포유리입자의 표면에 무기계 접착제를 도포하였다.
내장재용 판재의 제조
도 1의 장치를 통해 발포유리입자 판재의 양면에 폴리에스테르 니드펀칭 견면이 양면에 적층된 내장재용 판재를 제조하였다. 호퍼(1)를 통해 공급되는 무기계 접착제가 도포된 발포유리입자와 제1견면롤(2)과 제2견면롤(2')에서 액상상난연제함침조(2a, 2a')를 통과하면서 난연제가 함침되어 공급되는 폴리에스테르 니들펀칭견면을 한쌍의 롤러로 되는 제1가압롤러(3)에 공급하되 하부로부터 순차적으로 제 1견면롤의 견면이 제1층, 접착제 도포 발포유리입자가 제2층, 제2견면롤의 견면이 제3층이 되도록 공급하여 이들을 가압적층한 다음, 닙간격이 제1가압롤러보다 점차로 작아지는 일련의 제2가압롤러(4)를 통과시켜 연속적으로 가압하였다, 다음 가압이 완료된 적층판을 건조챔버(5)을 통과시켜 건조한 후 냉각챔버(6)를 통과시켜 냉각하고 절단기(7)로 절단하여 내장재용 판재를 제조하였다.
삭제
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 발포유리입자 판재는 발포유리비들이 표면에서 견고하게 결합하여 통기성과 흡음성이 우수하고 건축용 내외장재로 매우 적합한 물성을 나타내며 불에 타지 않아 화재방지성능이 우수한 장점이 있어 그 자체로 건축자재로 유용하며, 또한 별도의 접착제를 사용하지 않고도 섬유견면이나 무늬목 등과의 견고하게 적층결합될 수 있고 또한 경량이어서 다층건물의 내외장재로서 사용하면 화재방지와 층간 소음이나 벽간 소음을 차단하는데 매우 효과적이다.

Claims (6)

  1. 발포유리입자 판재에 있어서, (a) 폐유리를 이용한 발포유리 입자 50~80중량%; 및 (b) 결합제로서 무기계 접착제 20~50중량%(고형분함량 50% 기준)를 함유하는 조성물로 되며,
    상기 무기계 접착제는 (i) 수산화 알루미늄분말 32 ~ 38wt%, 산화구리분말 3wt%, 산화아연분말 20 ~ 25wt%, 액상의 규산소다 41 ~ 30wt% 및 액상의 메칠 셀룰로즈 4wt%로 되는 혼합물과; (ii) 정제된 규산소다를 함유하며, 상기 혼합물(i) 대 상기 규산소다(ii)의 중량비(i:ii)가 1: 8~9인 것임을 특징으로 하는 난연성 발포유리입자 판재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 상기 발포유리입자(a)와 무기계 접착제(b)의 합계량 100중량부에 대해 폴리에스테르계 단섬유를 5~70중량부를 더 함유하는 것임을 특징으로 하는 난연성 발포유리입자 판재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 무기계 접착제는 (i) 수산화 알루미늄분말 32 ~ 38wt%, 산화구리분말 3wt%, 산화아연분말 20 ~ 25wt%, 액상의 규산소다 41 ~ 30wt% 및 액상의 메칠 셀룰로즈 4wt%로 되는 혼합물; (ii) 정제된 규산소다 및 (iii) 황토, 모래, 옥 및 일라이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 천연무기분말을 함유하며,
    상기 혼합물(i) 대 상기 규산소다(ii)의 중량비(i:ii)가 1: 8~9이고, 상기 혼합물과 상기 규산소다의 합계량(i+ii) 대 상기 천연무기분말(iii)의 중량비[(i+ii) : iii]가 1:2인 무기계 접착제인 것을 특징으로 하는 난연성 발포유리입자 판재.
  4. 제 1항 내지 3항중 어느 한항 기재의 상기 발포유리입자 판재가 심재로 되는 난연성 판재.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 심재의 일면 또는 양면에 적층되는 표면재가 폴리에스테르 섬유 견면 또는 무늬목인 것을 특징으로 하는 난연성 판재.
  6. 발포유리입자 판재를 제조함에 있어서,
    (I) 폐유리를 이용한 발포유리 입자 50~80중량%; 및 (b) 결합제로서 무기계 접착제 20~50중량%(고형분함량 50% 기준)를 함유하는 조성물을 혼합하여 상기 발포유리 입자의 표면에 상기 무기계 접착제를 도포하는 단계, 및
    (II) 무기계 접착제가 도포된 발포유리입자로 판재를 성형하는 단계를 포함하며,
    상기 무기계 접착제는 (i) 수산화 알루미늄분말 32 ~ 38wt%, 산화구리분말 3wt%, 산화아연분말 20 ~ 25wt%, 액상의 규산소다 41 ~ 30wt% 및 액상의 메칠 셀룰로즈 4wt%로 되는 혼합물과; (ii) 정제된 규산소다를 함유하며, 상기 혼합물(i) 대 상기 규산소다(ii)의 중량비(i:ii)가 1: 8~9인 것임을 특징으로 하는 발포유리입자 판재의 제조방법.
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