KR102001234B1 - 열가소성 친환경 바인더 조성물을 포함하는 인조 광물 섬유 단열재의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 인조 광물 섬유를 제공하는 단계; 상기 인조 광물 섬유에 열가소성 친환경 바인더 수지를 도포하는 단계; 상기 인조 광물 섬유에 발수제를 도포하는 단계; 및 상기 인조 광물 섬유에 대하여 추가적인 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 인조 광물 섬유 단열재의 제조방법에 관한 것이다. 본 기술에 따르면, 포름알데히드를 포함하는 휘발성 유기화합물과 같은 유해물질을 포함하거나 배출하지 않을 수 있는 친환경 바인더 조성물에 대하여 열가소성 고분자를 열적으로 안정화시켜 단열재의 성능을 최적화시킬 수 있도록 공정 조건을 최적화시킴으로써 우수한 물성을 확보하면서 동시에 인체 및 환경에 대한 유해한 영향을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 열가소성 친환경 바인더 조성물을 포함하는 인조 광물 섬유 단열재의 제조방법에 관한 것으로, 포름알데히드를 포함하는 휘발성 유기화합물과 같은 유해물질을 포함하거나 배출하지 않으며, 열가소성 고분자를 열적으로 안정화시켜 단열재의 성능을 최적화시킬 수 있는 친환경 바인더 조성물을 이용함으로써 우수한 물성을 확보하면서 동시에 인체 및 환경에 대한 유해한 영향을 방지할 수 있는 인조 광물 섬유 단열재의 제조방법에 관한 것이다.
유리면이나 암면과 같은 재료로 형성되는 인조 광물 섬유를 이용한 인조 광물 섬유 단열재는 일반적으로, 광물 원료 혼합물을 고온에서 용융한 후, 이를 방사하여 섬유화하고, 바인더로 이용되는 수지를 분사하여 섬유를 서로 결합시킨 후, 이를 열가압성형, 건조시킴으로써 제조된다.
종래 인조 광물 섬유를 결합시키기 위한 바인더로서 널리 이용되는 수지는 열경화성 수지인 PFR(resolphenol formaldehyde resin)이다. PFR은 가격이 저렴하고 물성이 우수한 장점을 가지고 있으나, 제조 과정 중은 물론이고, 시공 후 시간 경과에 따라 포름알데히드와 휘발성 유기화합물을 방출하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 독성 물질과 수지의 미반응물은 외부 환경에 유출되어 암을 유발하는 등 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있다.
이러한 문제점에 대하여 유해물질의 배출을 억제하기 위한 방법으로 흡착제나 아크릴 바인더 등의 사용이 제안되었다. 그러나, 흡착제는 일정 시간 동안 유해물질을 흡착하는 것일 뿐, 시공 후 시간이 흐른 뒤에 여전히 포름알데히드가 배출될 수 있어 유해물질의 방출을 방지하고자 하는 목적을 위한 근본적인 원인에 대한 해결책은 될 수 없었다. 또한, 아크릴 바인더의 경우, 바인더 수지의 강도 부족에 따른 두께 복원이 이루어져 제품 품질이 충분히 확보될 수 없는 문제점이 있었다.
바인더 수지의 유해물질 배출에 대한 문제점을 해결하고자 하는 기술로는, 대한민국 공개특허 제10-2015-0142147호(특허문헌 1) 등에 개시된 기술을 예로 들 수 있다.
특허문헌 1은 공정수의 재활용이 가능한 수성 접착제 조성물 및 이를 사용하여 섬유상 재료를 결속하는 방법에 관한 것으로, 하나 이상의 환원당; 하나 이상의 아미노산; 및 하나 이상의, 미생물 최소억제농도(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)가 1% 이하인 알데히드 화합물을 포함하는, 수성 열경화성 접착제 조성물을 개시하고 있다. 특허문헌 1에 개시된 수성 열경화성 접착제 조성물은 유해물질을 거의 배출하지 않고, 방부 성능을 가지고 있어 공정수의 재활용이 가능한 반면, 열경화성 바인더이므로 일단 한번 경화된 후에는 다시 재성형이 불가능하여 제조 공정이 어렵고 취급성이 떨어지며, 단열재의 물성 조절이 쉽지 않은 문제가 있다.
이와 같이, 최근 인조 광물 섬유 단열재 분야에서 가장 관심이 집중되는 물성은 친환경성이다. 그러나, 현재까지 개발된 친환경성이 확보된 인조 광물 단열재의 경우, 종래의 페놀 바인더 또는 요소 바인더를 사용한 인조 광물 섬유 단열재에 비하여 물리적/화학적 특성이 저하된다는 문제점이 있다. 따라서, 단열재의 단열 성능 및 물리적/화학적 특성이 우수하고, 제조 과정이나 시공 후에 유해물질의 배출을 억제 또는 최소화할 수 있으며, 제조 공정이 용이하고, 취급성이 우수하며, 단열재의 물성 조절이 용이하게 이루어질 수 있는 인조 광물 섬유 단열재의 제조방법 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 포름알데히드를 포함하는 휘발성 유기화합물과 같은 유해물질을 포함하거나 배출하지 않을 수 있는 친환경 바인더 조성물에 대하여 열가소성 고분자를 열적으로 안정화시켜 단열재의 성능을 최적화시킬 수 있도록 가소성 친환경 바인더 조성물에 적합하도록 공정 조건을 최적화시킴으로써 우수한 물성을 확보하면서 동시에 인체 및 환경에 대한 유해한 영향을 방지할 수 있는 인조 광물 섬유 단열재의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인조 광물 섬유 단열재의 제조방법은 인조 광물 섬유를 제공하는 단계; 상기 인조 광물 섬유에 열가소성 친환경 바인더 수지를 도포하는 단계; 상기 인조 광물 섬유에 발수제를 도포하는 단계; 및 상기 인조 광물 섬유에 대하여 추가적인 열처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열가소성 고분자를 열적으로 안정화시켜 단열재의 성능을 최적화시킬 수 있는 친환경 바인더 조성물을 이용함으로써 제조 과정이나 시공 후에 인체에 유해한 영향을 미치는 포름알데히드와 같은 유해물질의 배출을 억제 또는 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 열가소성 바인더 조성물을 이용하고, 이러한 바인더에 적합하도록 구체적인 공정 조건을 적절하게 제어함으로써 효율적으로 단열재의 단열 성능 및 물리적/화학적 특성을 최적화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 인조 광물 섬유 단열재는 그 제조 공정이 용이하고, 취급성이 우수하며, 시공 목적 및 장소 등의 조건에 따라 용이하게 단열재의 물성 조절을 이룰 수 있어, 다양한 건축 용도에 효율적으로 광범위하게 적용될 수 있다.
도 1은 단기 흡수성 시험의 개요를 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인조 광물 섬유 단열재의 제조방법은 인조 광물 섬유를 제공하는 단계; 상기 인조 광물 섬유에 열가소성 친환경 바인더 수지를 도포하는 단계; 상기 인조 광물 섬유에 발수제를 도포하는 단계; 및 상기 인조 광물 섬유에 대하여 추가적인 열처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "인조 광물 섬유"는 고온에서 용융한 인조 광물을 당해 기술분야에서 널리 이용되는 회전형 스피너 공정을 통해 섬유화하여 얻어진 무기 섬유를 의미할 수 있다.
인조 광물 섬유를 형성하는 소재의 예는 유리면, 암면 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
인조 광물 섬유의 평균 섬유 직경은 4.5~15.0 ㎛의 범위일 수 있다. 인조 광물 섬유의 평균 직경이 4.5 ㎛ 미만인 경우에는 공정 유지상 많은 에너지가 소요되며 설비에 부담이 가중되어 최적화된 생산이라 보기 어렵고, 15.0 ㎛을 초과하는 경우에는 열전도율 성능 확보가 문제점이 발생하게 된다.
무기 소재로부터 섬유상을 형성하는 공정은 당해 기술분야에 널리 알려진 공정 중 적절한 방식을 선택하여 이루어질 수 있다.
다음으로, 이와 같이 형성된 인조 광물 섬유에 열가소성 친환경 바인더 수지를 도포할 수 있다.
본 실시예에서 이용되는 열가소성 친환경 바인더 수지는 당류 및 아크릴산 중합체를 포함할 수 있다.
당류는 친환경 바인더 수지의 주요 골격을 이루어 최종 제품의 강도를 포함하는 물성에 전반적인 영향을 미칠 수 있다.
당류는 식료품에 이용되는 당류를 포함할 수 있으며, 반응성을 결정하는 당량(DE=100*(쪼개진 글리코사이드 결합의 수/출발 녹말에 있는 글리코사이드 결합의 수))가 20~35의 범위에 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 당류는 전분을 효소 발효시켜 얻어진 것일 수 있다.
본 실시예의 친환경 바인더 수지에 이용가능한 당류의 예는 포도당, 고과당옥수수 시럽, 이성화당, 맥아당, 말토시럽, 사이클로덱스트린, 이소말토올리고당, 물엿, 폴리글리시톨시럽으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 당류는 이소말토올리고당, 폴리글리시톨시럽, 물엿, 및 고과당옥수수시럽으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
당류는 친환경 바인더 수지 전체 중량에 대하여 40~60 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
아크릴산 중합체는 가교 역할을 하며, 메타크릴산 및 아크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화학물질로부터 형성될 수 있다.
아크릴산 중합체는 친환경 바인더 수지 전체 중량에 대하여 10~40 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 아크릴산 중합체는 중합 개시제로서 과황산칼륨, 차아황산나트륨, 과황산암모늄 및 중황산나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화학물질을 더 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 아크릴산 중합체는 중화제를 더 포함할 수 있다. 중화제는 pH의 범위를 제어하도록 사용되며, 구체적으로 트리에틸아민, 암모늄하이드록사이드, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, KOH, NaOH 및 암모니아수로 이루어진 군에서 1종 이상 사용될 수 있다.
친환경 바인더 수지는 당류를 아크릴산 중합체 제조시 미리 투입하여 당류와 아크릴산 중합체를 반응시키는 핫블랜딩 변성 공정을 통해 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 친환경 바인더 수지는 물성 향상을 위하여 필요에 따라 물 및 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 이용되는 친환경 바인더 수지의 고형분 함량은 바인더 수지 전체 중량을 기준으로 30~50 중량%일 수 있다. 친환경 바인더 수지의 고형분 함량이 30 중량% 미만인 경우에는 낮은 고형분으로 인한 분사량 증가로 방사된 인조 광물 섬유의 손실과 설비의 과부하를 초래할 수 있으며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 수지의 점도가 지나치게 상승하여 분사가 어려워져 생산에 차질을 초래할 수 있으며, 이를 해결하기 위해서는 추가적인 공정수 혼합을 통한 점도 조절 과정을 추가하여야 하므로 공정 추가에 따른 공정 난이도 및 비효율성이 증가하는 문제가 있다.
일 실시예에서, 친환경 바인더 수지의 점도는 30~200 cps일 수 있다. 친환경 바인더 수지의 점도가 30 cps 미만인 경우에는 수지의 강도 형성과 관련하여 매우 낮은 효율을 나타낼 수 있으며, 200 csp를 초과하는 경우에는 지나치게 높은 점도로 인하여 수지의 분사가 어려워져 생산에 차질을 초래할 수 있으며, 이를 해결하기 위해서는 추가적인 공정수 혼합을 통한 점도 조절 과정을 추가하여야 하므로 공정 추가에 따른 공정 난이도 및 비효율성이 증가하는 문제가 있다.
일 실시예에서, 친환경 바인더 수지의 pH는 3 내지 5의 범위일 수 있다. 친환경 바인더 수지의 pH가 3 미만인 경우에는 수지의 산성이 지나치게 강해져 생산 설비의 부식을 초래할 우려가 있으며, pH가 5를 초과하는 경우에는 수지의 물성 저하 우려가 있다.
친환경 바인더 수지의 도포 단계는 400~500℃의 온도에서 수행될 수 있다. 친환경 바인더 수지의 도포가 400℃ 미만의 온도에서 이루어지는 경우 수지에 포함된 공정수의 증발량을 조절하지 못하여 제품이 경화로를 거치고 나서도 경화되지 못하는 현상을 초래할 수 있으며, 500℃를 초과하는 온도에서 이루어지는 경우 경화로를 거치기 전에 미리 경화되는 프리 큐어(pre-cure) 현상이 발생하여 불량율이 상승한다.
친환경 바인더 수지의 도포율은 인조 광물 섬유 전체 중량을 기준으로 4~12 중량%일 수 있다. 친환경 바인더 수지의 도포율이 4 중량% 미만인 경우에는 제품의 성형이 적절하게 이루어지기 어렵고, 12 중량%를 초과하는 경우에는 제조 원가의 상승으로 필요 이상의 비용 소모가 있을 수 있다.
친환경 바인더 수지의 도포는 당해 기술분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있으며, 예를 들면 인조 광물 섬유가 방사되는 방사기 하단에서 친환경 바인더 수지를 섬유 상에 대하여 분사함으로써 이루어질 수 있다.
다음으로, 친환경 바인더 수지가 도포된 인조 광물 섬유에 대하여 발수제를 도포한다.
발수제는 수분에 노출되는 경우 저하될 수 있는 제품의 품질을 유지하는 작용을 할 수 있다. 이용가능한 발수제의 예는 실리콘계 발수제를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
발수제의 도포율은 인조 광물 섬유 전체 중량을 기준으로 0.5~1.0 중량%일 수 있다. 발수제의 도포율이 0.5 중량% 미만인 경우에는 인조 광물 섬유가 전체적으로 도포되기 어려워 제품이 물에 젖는 현상이 발생하며, 이에 따라 제품의 열성능에 문제를 초래할 수 있다. 또한, 발수제의 도포율이 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 제조 원가의 상승으로 필요 이상의 비용 소모가 있을 수 있다.
발수제의 도포는 당해 기술분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있으며, 예를 들면 친환경 바인더 수지 도포 후, 방사기 하단에서 발수제를 섬유 상에 대하여 분사함으로써 이루어질 수 있다.
이 때, 인조 광물 섬유에 친환경 바인더 수지 및 발수제를 도포하는 과정에서, 바인더 수지나 발수제가 인조 광물 섬유 표면에 불균일하게 존재할 수 있고, 또한 바인더 수지에 의해 결속되지 않은 인조 광물 섬유가 존재할 수 있다. 이를 방치할 경우, 최종 제조되는 인조 광물 섬유 단열재의 물성 저하를 일으킬 수 있으며, 제조 공정 상의 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 본 실시예는 이러한 문제점을 해결하기 공정수를 이용하여 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
공정수의 공급량은 150~170 ℓ/min일 수 있다. 공정수의 공급량이 150 ℓ/min 미만인 경우에는 섬유화 지점에서의 높은 온도에서 프리 큐어 현상이 일어나 제품의 성형성이 나빠져 단열재로서의 충분한 두께 및 형상이 확보되기 어렵고, 이에 따라 열전도율 등의 물리적인 특성에 대한 확보가 이루어지기 어려우며, 170 ℓ/min을 초과하는 경우에는 최종 제품에 있어서 두께 부풂 현상이 충분하지 않게 되고, 경화가 완벽하게 이루어지지 않아 제품의 안정적인 생산에 차질이 있을 수 있다.
이어서, 추가적인 열처리 단계를 수행할 수 있다. 친환경 바인더 수지 및 발수제가 도포된 인조 광물 섬유에 대하여 열처리를 수행함으로써 경화 및 성형될 수 있다.
추가적인 열처리는 190~220℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 추가적인 열처리 온도가 190℃ 미만인 경우에는 제한된 경화로 성능 내에서 인조 광물 섬유에 도포된 수지를 완전히 경화시킬 수 없으며, 220℃를 초과하는 경우에는 수지의 열가소성 특성으로 수지가 재액화되는 경우가 발생할 수 있다.
추가적인 열처리의 시간은 온도 범위에 따라 적절한 효과를 얻도록 적절하게 조절될 수 있으며, 예를 들면, 2~3분 동안 열처리될 수 있다.
종래 무기 섬유 단열재의 바인더로 널리 이용되는 페놀 수지와 같은 열경화성 수지의 경우 일단 경화된 후에는 다시 재성형을 할 수 없어, 제조 공정이 어렵고 취급성이 떨어지며, 단열재의 물성 조절이 쉽지 않다. 이에 반하여, 본 실시예에 있어서는, 열가소성 특성을 갖는 친환경 바인더 수지를 이용함으로써, 단열재의 물성을 좀더 효율적이고 쉬운 방법으로 조절할 수 있다.
즉, 본 실시예에 이용되는 친환경 바인더 수지는 열가소성 특성을 가지므로, 추가적인 열처리 단계에 의해 온도가 유리 전이 온도 이상이 되면, 유리상의 단단한 상태에서 고무상의 특성을 갖는 유리 전이 상태로 변화되고, 이 상태에서는 몇 번이고 성형을 하여 고화되었다가 다시 열을 가하면 연화된 상태로 되어 재성형이 가능해진다.
따라서, 경화 및 성형을 위한 열처리 온도 및 노출 시간의 적절한 제어가 요구되며, 공정 조건의 조절이 잘 되지 않는 경우 바인더 수지가 경화되지 않거나 프리 큐어 현상이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 이와 같은 미경화 또는 프리 큐어 현상을 방지하고, 열가소성 친환경 바인더 수지의 열안정성을 향상시켜 단열재의 물성을 최적화시킬 수 있도록 190~220℃의 온도에서 열처리하는 단계를 거칠 수 있다. 이와 같은 열처리에 의해 열가소성 친환경 바인더 수지가 적정하게 경화되어 우수한 물성이 확보된 단열재 성형이 가능해질 수 있다. 성형 공정에 있어서 이와 같은 공정 조건이 충족되지 않는 경우, 바인더 수지의 경화적 특성 및 pH에 의해 제품 불량률 증대 및 공정 설비상의 부식 무제를 가속화시킬 수 있다.
다음으로, 적절한 크기로의 절단 들을 포함하는 가공 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 방법에 따라 제조된 인조 광물 섬유 단열재는 20~96 kg/㎥ 범위의 밀도를 가질 수 있으며, 0.037 W/mK 이하의 열전도율을 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[
실시예
]
1.
실시예
1 내지 3
유리 섬유 제조공정에 따라 생산되는 유리 섬유에 친환경 바인더 및 실리콘 발수제를 순차적으로 도포하고, 공정수로 세정한 후, 건조시키고 Curing oven에서 경화시켜 건축용 유리 섬유 보드를 제조하였다. 해당 예의 목표 밀도는 24kg/㎥이었다. 친환경 GW 바인더(제조사: 벽산페인트) 분사량은 80ℓ/hr, 실리콘 발수제(제조사: Wacker) 분사량은 32ℓ/hr로 분사하였다. 공정수의 유량은 160ℓ/min으로 일정하게 유지하였으며, 유리 용융액 유출량은 1100kg/hr이었고, Curing Oven의 평균 온도는 각각 200℃, 205℃ 및 210℃이었다.
제조된 유리 섬유 단열재에 대한 공정 조건 및 물성 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
2.
비교예
1 내지 5
유리 섬유 제조공정에 따라 생산되는 유리 섬유에 친환경 바인더 및 실리콘 발수제를 순차적으로 도포하고, 공정수로 세정한 후, 건조시키고 Curing oven에서 경화시켜 건축용 유리 섬유 보드를 제조하였다. 해당 예의 목표 밀도는 24kg/㎥이었다. 친환경 GW 바인더(제조사: 벽산페인트) 분사량은 80ℓ/hr, 실리콘 발수제(제조사: Wacker) 분사량은 32ℓ/hr로 분사하였다. 공정수의 유량은 120~180 ℓ/min 범위 내에서 다르게 조절되었으며, 유리 용융액 유출량은 1100kg/hr이었고, Curing Oven의 평균 온도는 각각 200℃, 200℃, 230℃, 220℃ 및 240℃이었다.
제조된 유리 섬유 단열재에 대한 공정 조건 및 물성 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
3. 시험 방법
[
실시예
1 내지 3, 및
비교예
1 내지 5에 따른 유리 섬유 단열재의 물성 평가]
(1) 단기 흡수성 시험
인조광물 섬유 단열재 보드 시료를 200mm×200mm×50mm 3EA를 자르고 105℃의 오븐에 항량이 될 때까지 건조한 후 무게(m0)를 측정하였다. 도 1에 도시된 모형으로 제작된 수조 내 시편을 거치시킨 후 상부에 일정량의 무게를 두어 물을 부어도 시편이 부유하지 않도록 한다. 시편의 하부 1±0.2mm 수준에서 수면을 유지시켜주고 일정 시간이 지난 후에 시편을 꺼내서 물이 배출될 수 있는 거치대에 놓고 10분간 시편의 흡수된 물을 빼내었다. 이후 시편의 무게(m1)를 측정하였다. 단기의 경우 1일 거치를 기준으로 한다.
단기 흡수성의 계산 산출식은 다음과 같다.
계산식
m0: 초기 시편 건조 후 무게
m1: 시편 거치 후 무게
Ap: 시편 바닥 단면적
(2) 열전도율 측정 시험
평균온도 20℃ 조건아래 시험하였다(상판온도 10℃ 하판온도 30℃). 시편 600mm×600mm×50mm 3EA를 절단한 후 105℃ 조건에서 제품이 항량될 때까지 1 내지 2일간 건조하였다. 열전도율 측정 장비에 넣고, 두께를 알맞게 설정한 후 열전도율을 측정하였다.
(3) 제품 두께 측정 시험
제품 두께 비교는 버니어 캘리퍼스를 이용하여 0~28일까지 총 5회에 걸쳐 실시하였으며, 상기 표시된 제품 두께는 28일차 제품의 두께이다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | ||
| 수지 물성 |
고형분(%) | 44.3 | 44.3 | 43.9 |
| 점도(cP, 25℃) | 67 | 67 | 60 | |
| pH | 4.0 | 4.0 | 4.2 | |
| 공정 조건 |
공정수(ℓ/min) | 160 | 160 | 160 |
| 경화시간(min) | 2.5 | 2.5 | 2.5 | |
| 평균 노출 온도(℃) | 200 | 205 | 210 | |
| 제품 물성 |
수지+발수제 도포율(%) | 6.1 | 5.3 | 5.59 |
| 밀도(㎏/㎥) | 24.8 | 24.2 | 48.6 | |
| 성형성 | ○ | ○ | ○ | |
| 프리 큐어 현상 | 없음 | 없음 | 없음 | |
| 두께 부풂 | ○ | ○ | ▲ | |
| 열전도율(W/mK) | 0.036 | 0.036 | 0.033 | |
| 단기흡수성(㎏/㎡) | 0.15 | 0.45 | 0.40 | |
[우수:○, 양호:▲, 나쁨:×]
| 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | ||
| 수지 물성 |
고형분(%) | 44.3 | 44.3 | 43.9 | 43.9 | 43.9 |
| 점도 (cP,25℃) |
67 | 67 | 60 | 60 | 60 | |
| pH | 4.0 | 4.0 | 4.2 | 4.2 | 4.2 | |
| 공정 조건 |
공정수 (ℓ/min) |
120 | 140 | 160 | 180 | 180 |
| 경화시간 (min) |
2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | |
| 평균 노출 온도(℃) | 200 | 200 | 230 | 220 | 240 | |
| 제품 물성 |
수지+발수제 도포율(%) | 5.6 | 5.4 | 3.02 | 16.66 | 12.16 |
| 밀도 (㎏/㎥) |
측정 불가 | 측정 불가 | 측정 불가 | 측정 불가 | 측정 불가 | |
| 성형성 | × | × | ▲ | ▲ | × | |
| 프리 큐어 현상 | 발생 | 발생 | 없음 | 없음 | 없음 | |
| 두께 부풂 | × | × | × | × | × | |
| 열전도율 (W/mK) |
측정 불가 | 측정 불가 | 측정 불가 | 측정 불가 | 측정 불가 | |
| 단기흡수성(㎏/㎡) | 18.18 | 16.15 | 16.18 | 22.15 | 19.58 | |
[우수:○, 양호:▲, 나쁨:×]
상기 표 1 및 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 공정 조건을 적절하게 조절하여 제조된 실시예 1 내지 3의 경우, 공정 조건이 조절되지 않은 비교예 1 내지 5에 비하여 단열재의 성형성, 두께 부풂 현상의 정도, 열전도율 및 단기흡수성 등의 물성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
비교예 1 내지 5의 경우, 공정 조건의 적절한 제어가 이루어지지 않아 단열재의 성형성이 적정한 수준으로 확보될 수 없었고, 이에 따라 두께가 적정한 정도로 부풀지 못하였다. 나아가, 이러한 물성 변화에 기인하여 열전도율 및 흡수성도 실시예 1 내지 3에 비하여 좋지 않았다.
구체적으로, 비교예 1 및 2의 경우, 공정수에 의한 세정 단계에 있어서 공정수의 공급량이 낮기 때문에 프리 큐어 현상이 발생하여 제품 경화 이전에 성형이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생하였다. 또한, 비교예 3의 경우, 공정수에 의한 세정 단계에 있어서 공정수의 공급량은 실시예들과 동일하나, 경화가 일어나는 열처리 온도가 지나치게 높기 때문에, 열가소성 바인더의 특성에 기인하여 성형이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생하였다. 또한, 비교예 4의 경우, 공정수에 의한 세정 단계에 있어서 공정수의 공급량이 지나치게 높기 때문에, 바인더 수지와 발수제 도포율이 과도하게 증가하고, 실시예와 동일한 열처리 온도에 노출되더라도 성형이 되지 않고 미경화 상태로 남는 문제점이 발생하였다. 비교예 5의 경우, 실시예보다 열처리 온도를 현저하게 높이더라도 과도한 공정 공급량에 기인하여 여전히 성형이 이루어지지 않고 미경화 상태로 남는 것을 확인할 수 있었다.
[열경화성 수지와 친환경 바인더 수지의 경화 시간 비교]
본 발명에 따른 방법에 이용되는 친환경 바인더 수지는 열가소성 수지로서, 동일한 온도에서 경화시킬 경우, 종래 이용되던 열경화성 페놀 수지와 경화 시간에 있어서 차이를 나타낸다. 이를 좀더 명확하게 하기 위하여, 150℃ 핫 플레이트에 일정량의 친환경 바인더 수지 및 페놀 수지를 놓고, 교반하면서 경화되는 시간을 측정하였다. 측정 결과, 본 발명에 이용되는 친환경 바인더 수지의 경화 시간은 150~200sec인 반면, 페놀 수지의 경화 시간은 230~280sec이었다.
따라서, 본 발명에 있어서 열경화성 수지 대신에 열가소성인 친환경 바인더 수지를 인조 광물 섬유를 결속하는 결합재로 이용함으로써, 경화 시간을 단축할 수 있으며, 이에 의해 단열재 제조 공정의 효율성을 높일 수 있다. 또한, 열가소성 찬환경 바인더 수지를 이용하여 공정 조건을 최적함으로써, 제조 공정이 용이하고, 취급성이 우수하며, 단열재의 물성 조절이 용이하게 이루어질 수 있다. 아울러, 친환경 바인더 수지는 포름알데히드를 포함하는 휘발성 유기화합물 등을 포함하거나 배출하지 않으므로 인체 및 환경에 대하여 유해한 영향을 미치지 않는다.
상기 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
Claims (15)
- 인조 광물 섬유를 제공하는 단계;
상기 인조 광물 섬유에 열가소성 친환경 바인더 수지를 도포하는 단계;
상기 인조 광물 섬유에 발수제를 도포하는 단계; 및
상기 인조 광물 섬유에 대하여 190~220℃의 온도에서 추가적인 열처리를 수행하는 단계를 포함하며,
상기 열가소성 친환경 바인더 수지는, 당류를 아크릴산 중합체 제조시 투입하여 당류와 아크릴산 중합체를 반응시키는 핫블랜딩 변성 공정에 의해 제조된 것으로, 상기 열가소성 친환경 바인더 수지 전체 중량에 대하여, 상기 당류는 40~60 중량%의 함량으로 포함되고, 상기 아크릴산 중합체는 10~40 중량%의 함량으로 포함되며,
상기 당류는 상기 열가소성 친환경 바인더 수지의 골격을 이루는 역할을 하고, 상기 아크릴산 중합체는 가교 역할을 하는
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 열가소성 친환경 바인더 수지의 도포 단계는 400~500℃의 온도에서 수행되는
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 열가소성 친환경 바인더 수지의 도포율은 인조 광물 섬유 전체 중량을 기준으로 4~12 중량%인
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 발수제의 도포율은 인조 광물 섬유 전체 중량을 기준으로 0.5~1.0 중량%인
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 추가적인 열처리 단계에 의해, 상기 열가소성 친환경 바인더 수지가 경화되어 성형되는
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 발수제 도포 단계 후에, 공정수를 이용하여 세정하는 단계를 더 포함하는
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 세정 단계는 공정수를 150~170 ℓ/min로 공급함으로써 이루어지는
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 아크릴산 중합체는 메타크릴산 및 아크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화학물질로부터 형성되는
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 열가소성 친환경 바인더 수지의 고형분 함량은 30~50 중량%인
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 열가소성 친환경 바인더 수지의 점도는 30~200 cps인
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 열가소성 친환경 바인더 수지의 pH는 3 내지 5의 범위인
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 인조 광물 섬유는 유리면 또는 암면이며, 평균 섬유 직경이 4.5~15.0 ㎛인
인조 광물 섬유 단열재의 제조방법.
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