KR101069096B1

KR101069096B1 - 난연성 합성수지 발포체의 제조방법

Info

Publication number: KR101069096B1
Application number: KR1020080075938A
Authority: KR
Inventors: 김병만; 우명운
Original assignee: 우명운; 김병만
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2011-09-30
Also published as: KR20100015051A

Abstract

본 발명은 난연성 합성수지 발포체의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 상기 합성수지 발포체에 순수 무기질의 불연성의 소재인 수용성 규산염, 즉, 물유리를 함침시켜 탄산가스를 사용하여 경화를 촉진시킴으로써 화재의 위험성을 해결하고, 기계적인 강도를 보강함으로써 샌드위치 판넬, 경량벽체, 방화문의 단열, 벽체 시공을 통한, 난연, 보온, 단열, 방음성, 내충격성, 압축강도 등이 우수한 소재를 생산할 수 있는 난연성 합성수지 발포체의 제조방법에 관한 것으로서, 도 1에서와 같이, 합성수지 발포체(2)는 물유리(3)의 저장탱크(4)와 진공펌프(6) 및 진공해제밸브(7)가 각각 장치된 물유리 함침탱크(1)에서 함침시킨 후 꺼낸 다음, 도 2에서와 같이, 프레스 압착부(11)는 하부 밀착판(13)으로, 프레스 고정부(12)는 상부 밀착판(14)으로 각각 연결된 상, 하부 밀착판(13, 14)사이에 상기 합성수지 발포체(2)를 적치할 수 있는 유압프레스(10)를 이용하여 압착하여 과포화된 물유리를 제거한 다음, 도 3에서와 같이, 고압 CO2 가스실린더(30)와 드라이아이스(38)가 각각 합성수지 발포체(2)가 적치 내장된 고압경화탱크(21)로 각각 연결되어 상기 합성수지 발포체(2)을 경화시킬 수 있는 장치(20)를 통하여 경화되는 공정으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

합성수지 발포체, 난연, 물유리, 탄산가스

Description

난연성 합성수지 발포체의 제조방법 {The Manufacturing Method of Flame Retardant Plastic Foam}

본 발명은 난연성 합성수지 발포체의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 상기 합성수지 발포체에 순수 무기질의 불연성의 소재인 수용성 규산염, 즉, 물유리를 함침시켜 탄산가스를 사용하여 경화를 촉진시킴으로써 화재의 위험성을 해결하고, 기계적인 강도를 보강함으로써 샌드위치 판넬, 경량벽체, 방화문의 단열, 벽체 시공을 통한, 난연, 보온, 단열, 방음성, 내충격성, 압축강도 등이 우수한 소재를 생산할 수 있는 난연성 합성수지 발포체의 제조방법에 관한 것이다.

통상, 불연성, 보온성, 단열성, 방음성, 내습성 및 가공성과 압축 및 인장강도가 향상된 건축용 유기소재 및 합성수지 발포체 판재 및 소재, 즉 톱밥, 숯 등의 유기소재 판재 및 소재와 스치로폼, 폴리우레탄폼, 우레아폼, 스폰지, 폴리비닐수지폼, 폴리아크릴수지폼 등의 합성수지 발포체를 생산하는데 있어서, 순수 무기질의 불연성 소재인 수용성의 규산염을 사용함으로써 제조과정 중에서의 빠른 경화를 통하여 생산성과 작업성을 향상시켰고, 기계적인 강도를 훨씬 증가시켰으며, 제품의 강도 때문에 발포를 일정이상 발포할 수 없었으나, 본 발명을 통하여 합성수지 발포체의 강도가 크게 향상됨으로써 고발포가 가능하여졌으며, 이에 따라 발포제품의 가격이 크게 낮추는 것이 가능하게 되었다. 또한, 영구적인 난연 재료로서 화재시에 발생하는 발화 및 인화성, 유독가스발생 등, 여러 가지 문제점을 해결한 난연성, 보온성, 단열성, 내충격성, 압축강도 등이 우수한 건축용 합성수지 발포체 판재 및 소재의 난연처리를 가능하게 한 것이다.

본 발명은 난연성 합성수지 발포체의 제조방법에 관한 것으로서, 일반 합성수지 발포체는 화재 발생시 급속한 발화와 연소가 이루어짐은 물론 다량의 유독가스가 발생되므로 대형사고의 직접적 원인이 되었으나, 근래에는 화재 발생 시에 대형사고를 방지하기 위하여 여러 종류의 불연성 또는 난연성 내장재가 개발되고 있는 실정에 있으나, 신소재 개발의 어려움과 원가상승 등으로 어려움을 겪고 있으며, 특히 정부에서 건축물의 건축에 비난연성 소재의 사용을 규제하고 있어서 난연성 건축 단열소재의 개발이 시급한 실정에 있었으며, 종래에는 제품의 강도 때문에 발포를 일정이상 발포 할 수 없었으나, 본 발명을 통하여 발포체의 강도가 크게 향상됨으로써 고발포가 가능하여 졌으며, 이에 따라 발포제품의 가격이 크게 낮추는 것이 가능하게 되었다. 또한, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제조 가격이 매우 저렴하고, 처리공정이 매우 단순하며, 화제 발생시에 연소 속도가 지연되고, 유독가스의 발생이 최소화되게 함으로써 화재 발생 시에 화재의 확산과 인명피해를 최대한 방지할 수 있도록 한 것으로서, 본 발명은 합성수지 발포체에 순수 무기질의 불연성의 소재인 수용성 규산염, 즉, 물유리를 함침시켜 탄산가스를 사용하여 경화를 촉진시킴으로써 화재의 위험성을 해결하고, 기계적인 강도를 보강함으로써 샌드위치 판넬, 경량벽체, 방화문의 단열, 벽체 시공을 통한, 난연, 보온, 단열, 방음성, 내충격성, 압축강도 등이 우수한 소재를 생산할 수 있는 난연성 합성수지 발포체의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 도 1에서와 같이, 합성수지 발포체(2)는 물유리(3)의 저장탱크(4)와 진공펌프(6) 및 진공해제밸브(7)가 각각 장치된 물유리 함침탱크(1)에서 함침시킨 후 꺼낸 다음, 도 2에서와 같이, 프레스 압착부(11)는 하부 밀착판(13)으로, 프레스 고정부(12)는 상부 밀착판(14)으로 각각 연결된 상, 하부 밀착판(13, 14)사이에 상기 합성수지 발포체(2)를 적치할 수 있는 유압프레스(10)를 이용하여 과포화된 물유리를 압착하여 제거한 다음, 도 3에서와 같이, 고압 CO2 가스실린더(30)와 드라이아이스(38)가 각각 합성수지 발포체(2)가 적치 내장된 고압경화탱크(21)로 각각 연결되어 상기 합성수지 발포체(2)을 경화시킬 수 있는 장치(20)를 통하여 경화되는 공정으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 합성수지 발포체에 순수 무기질의 불연성 소재인 물유리를 함침시켜 탄산가스를 사용하여 경화를 촉진시킴으로써 화재의 위험성을 해결하고, 기계적인 강도를 보강함으로써 고발포가 가능하여졌으며, 이에 따라 발포제품의 가격을 크게 절감시키고, 샌드위치 판넬, 경량벽체, 방화문의 단열, 벽체 시공을 통한, 난연, 보온, 단열, 방음성, 내충격성, 압축강도 등이 우수한 소재를 생산할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명의 합성수지 발포체의 물유리 함침공정을 나타낸 개략도이다.

도시된 바와 같이, 물유리 함침탱크(1)에 스치로폼, 폴리우레탄폼, 우레아폼, 스폰지, 폴리비닐수지폼, 폴리아크릴수지폼 중 어느 하나의 합성수지 발포체(2)를 넣고, 탱크개폐구(5)를 닫아 밀폐시킨 후, 물유리 저장탱크(4)의 물유리(3)를 물유리 함침탱크(1)로 유입시켜 합성수지 발포체를 함침시킨다.

그리고, 진공펌프(6)를 가동하여 합성수지 발포체(2)에 형성되어 있는 발포공 내부의 공기를 흡입하여 제거시킴과 동시에 물유리가 발포체의 발포공 속으로 빠르고, 쉽게 흡입되도록 한 후, 함침이 완료되면, 진공펌프(6)를 정지하고, 진공 해제밸브(7)를 열어 진공을 풀고, 합성수지 발포체(2)를 꺼내어 도 2의 물유리의 압착제거 공정으로 이동시킨다.

도 2는 함침된 합성수지 발포체로부터 물유리의 압착제거 공정을 나타낸 개략도이다.

도시된 바와 같이, 물유리 함침이 끝난 합성수지 발포체(2)는 프레스 압착부(11)가 하부 밀착판(13)으로, 프레스 고정부(12)가 상부 밀착판(14)으로 각각 연결된 상, 하부 밀착판(13, 14)사이에 상기 합성수지 발포체(2)를 적치하고, 이 유압프레스(10)를 이용하여 과포화된 물유리를 압착, 압출하여 물유리액 유도판(16)을 통하여 물유리(3) 저장탱크(17)에 저장하여 재활용하며, 상기 합성수지 발포체(2)는 도 3의 경화공정으로 이동한다.

도 3은 합성수지 발포체의 발포공에 코팅된 물유리의 탄산가스 경화공정을 나타낸 개략도이다.

고압 CO2가스 실린더(30)를 사용하여 물유리가 코팅된 합성수지 발포체(2)를 경화시키는 경우에는 고압경화탱크(21)의 고압경화탱크 개폐문(22)를 열고 합성수지 발포체(2)를 고압경화탱크(21)의 내부선반(24)에 올려놓고, 상기 개폐문(22)을 닫고, 고압경화탱크(21) 개폐핸들(23)을 돌려 완전 밀폐시킨다.

그 후, 고압경화탱크 압력해제용 개폐밸브(36), 콤푸레샤 개폐밸브(37), 고압CO2 가스 개폐밸브(31), 드라이아이스 승화기체 유입밸브(33)를 잠근 다음, 진공펌프(26)의 개폐밸브(27)를 열고, 진공펌프(26)를 가동하여 고압경화탱크(21) 내부를 감압하여 합성수지 발포체(2)의 내부 기포와 일부 수분을 제거한 후, 진공펌프 개폐밸브(27)를 닫고, 고압CO2 가스 개폐밸브(31)를 열고, 탄산가스를 고압경화탱크(21)내로 유입시킨다. 이와 같이, 유입 가압시켜 합성수지 발포체(2)의 내부로 탄산가스를 침투시켜 발포체 내부에 코팅된 물유리(3)의 경화를 전체적으로 경화 촉진시켜 경화를 완료한다.

이와 같이, 경화가 완료되면, 고압 CO2 가스 개폐밸브(31)를 차단하고, 콤푸레샤 입출 개폐밸브(29)를 감압밸브(입)로 전환하고, 콤프레샤(28)를 작동하여 고압경화탱크(21)내의 잔류 탄산가스를 콤프레샤(28) 탱크 내로 저장한다.

이것은 잔류하는 탄산가스를 재활용하기 위한 방법이다.

이후, 고압탱크 압력해제용 개폐밸브(36)로 고압경화탱크(21)내의 압력을 해제한 후, 고압경화탱크의 개폐문(22)을 열어 경화된 합성수지 발포체(2)를 꺼내어 경화를 완료한다.

이후, 재작업을 실시 할 경우에는 고압경화탱크(21)의 개폐문(22)을 열고 합성수지 발포체(2)를 고압용기의 내부선반(24)에 올려놓고, 개폐문(22)을 닫고 개폐핸들(23)을 돌려 완전 밀폐시킨다. 그 후, 고압탱크 압력해제용 개폐밸브(36), 콤푸레샤 개폐밸브(37), 고압CO2 가스 개폐밸브(31), 드라이아이스 승화기체 유입밸브(33)를 잠근 다음, 진공펌프 개폐밸브(27)를 열고, 진공펌프(26)를 가동하여 고압경화탱크(21) 내부를 감압하여 합성수지 발포체(2)의 내부 기포와 일부 수분을 제거한 후, 진공펌프 개폐밸브(27)를 닫고, 고압CO2 가스 개폐밸브(31)를 열고, 탄산가스를 고압경화탱크(21)내로 유입한다.

이때, 고압 탄산가스는 저압 정도로 유입시키고, 고압CO2 가스 개폐밸브(31)를 차단한 후, 2차 압력은 콤푸레샤 입출 개폐밸브(29)를 가압밸브(출)로 전환하고, 콤프레샤(28)를 작동하여 콤푸레샤에 저장된 탄산가스를 이용하여 가압시킨다.

유입하여 가압시켜 합성수지 발포체(2)의 내부로 탄산가스가 침투하여 합성수지 발포체(2)의 경화를 전체적으로 경화 촉진시켜 경화가 완료되면, 콤푸레샤 입출 개폐밸브(29)를 감압밸브(입)로 전환하고, 콤프레샤(28)를 작동하여 고압탱크(21)내의 잔류 탄산가스를 콤프레샤 탱크로 저장한다. 이러한 작업을 반복하여 실행한다.

드라이아이스(38)를 사용하여 합성수지 발포체(2)를 경화시키는 경우에는 드라이아이스 승화 탱크(32)에 드라이아이스(38)를 넣고, 드라이아이스 승화탱크 개페문(34)을 닫아 밀폐시키고, 히터(35)를 작동하여 드라이아이스(38)의 승화를 촉진시킨다. 그 후, 고압경화탱크(21)의 개폐문(22)를 열고 합성수지 발포체(2)를 고압용기의 내부선반(24)에 올려놓고, 개폐문(22)를 닫고 고압경화탱크 개폐핸들(23)을 돌려 완전 밀폐시킨다. 그 후, 고압탱크 압력해제용 개폐밸브(36), 콤푸레샤 개폐밸브(37), 고압CO2 가스 개폐밸브(31), 드라이아이스 승화기체 유입밸브(33)를 잠근 다음, 진공펌프 개폐밸브(27)를 열고, 진공펌프(26)를 가동하여 고압경화탱크(21)내부를 감압하여 합성수지 발포체(2)의 내부 기포와 일부 수분을 제거한 후, 진공펌프 개폐밸브(27)를 닫고, 미리 준비된 드라이아이스(38)가 승화된 탄산가스를 드라이아이스 승화기체 유입밸브(33)를 열어 탄산가스를 유입시키고, 시간이 경과하면, PV=nRT의 기체상태방정식에 따라 아보가드로의 법칙에 의하면 드라이아이스(CO2) 1분자량, 즉, 44g은 22.4리터의 기체를 발생시키며, 25℃상온 기준으로 1.08atm 의 압력이 발생된다. 따라서 10㎘의 용적을 갖는 고압탱크는 드라이아이스 19.6Kg이 100%승화되면 1.08atm의 압력의 탄산가스압력이 발생되며, 만약 29.4Kg의 드라이아이스가 승화되면, 1.377atm의 압력이 발생된다. 1atm은 1.013×10⁶(dyne/㎠)의 힘을 가지므로, 1.377atm은 1.395×10⁶(dyne/㎠)의 힘을 발생시킬 수 있다. 물론, 물유리와 탄산가스의 반응으로 탄산가스가 소모되면 압력은 급격히 떨어지겠지만 이미 합성수지 발포체의 내부에는 고압의 탄산가스가 이미 접촉된 이후가 될 것이다.

만약, 고압 경화탱크를 진공시키지 않으면, 고압경화탱크의 기존의 공간에 1기압의 공기를 가지고 있는 상태에서는 1기압의 탄산가스 압력이 발생되어도, 실지로는 2기압 이상의 압력이 발생하게 된다.

그 다음의 과정은 고압 CO2가스 실린더를 사용하여 합성수지 발포체를 경화시키는 경우와 같이 사용하고 남은 탄산가스를 콤푸레샤 탱크로 옮기는 등의 반복 과정은 전과 같다.

아보가드로의법칙에 따르면,

PV=nRT

기체상수 R은 = PV/nT,

즉, 1.00×22.4/1.0×273 = 0.082(ℓatm/molK) 이므로, P = nRT/V가 되며,

여기서 절대온도 T(273˚K)는 상온 25℃ 기준이 되면, 298˚K가 된다.

따라서, P = 1×0.082×298/22.4 = 24.4/22.4 = 1.08atm이 된다.

1atm은 1.013×10⁶(dyne/㎠)의 힘을 가지므로,

1.08atm은 1.094×10⁶(dyne/㎠)이 된다.

도 1은 본 발명의 합성수지 발포체의 물유리 함침공정을 나타낸 개략도.

도 2는 함침된 합성수지 발포체로부터 물유리의 압착제거 공정을 나타낸 개략도.

도 3은 합성수지 발포체의 발포공에 코팅된 물유리의 탄산가스 경화공정을 나타낸 개략도.

Claims

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물유리 함침탱크에 합성수지 발포체를 넣는 공정;

상기 함침탱크와 연결된 물유리 저장탱크에서 물유리를 상기 함침탱크로 유입시키는 공정;

상기 함침탱크의 내부 공기를 진공펌프로 흡입하여 상기 물유리를 상기 합성수지 발포체의 발포공으로 함침시키는 공정;

상기 물유리가 함침된 합성수지 발포체를 유압 프레스로 압착, 압출하여 과포화된 물유리를 제거하는 공정;

상기 과포화된 물유리가 제거된 합성수지 발포체를 고압경화탱크 내부선반에 놓고 상기 고압경화탱크를 밀폐시키는 공정;

상기 고압경화탱크 내부를 진공펌프를 이용하여 감압하여 합성수지 발포체의 내부 기포와 수분을 제거하는 공정;

상기 고압경화탱크 내부로 탄산가스를 유입시켜 상기 합성수지 발포체 내부에 있는 물유리를 경화시키는 공정; 및

상기 물유리와 상기 탄산가스가 반응을 한 후 잔류하는 탄산가스를 콤푸레샤를 작동시켜 콤푸레샤 탱크로 저장하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 합성수지 발포체의 제조방법.