KR102172941B1 - 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드 - Google Patents

경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖는 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 의하면, 독립적으로 존재하는 연질의 연화층과 경질의 경화층을 단순 결합 및 적층한 것이 아니라 하나의 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖도록 함으로써 별도의 결합 및 접합 공정이 요구되지 않는 효과가 있으며, 접착층의 형성이 요구되지 않아 접착제를 도포하여 적층하는 적층형 단열보드 대비 굽힘성 및 시공성이 좋고, 일체형이기 때문에 굽힘 및 변형에 따른 이격이 발생하지 않는 효과가 있다.

Description

경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드{Hybrid Inorganic insulation board including hard part and soft part}
본 발명은 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖는 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 관한 것이다.
일반적으로 내화 단열재는 불에 타지 않고 고온의 연소가스나 화학작용에도 충분히 견딜 수 있으며, 열의 이동을 가능한 한 억제하기 위한 목적으로 사용되는 재료 전체를 총칭하며, 에너지소비 절약, 화재예방 및 내열성이 요구되는 건축 및 산업 분야에 적용되고 있다.
단열재는 원료에 따라 유기단열재와 무기단열재로 구분되며, 유기단열재는 스티로폼, 우레탄 등의 유기수지로 제조되기 때문에 화재에 취약한 단점이 있으며, 이에 난연재질의 마감자재를 추가적으로 사용하고 있다. 한편, 무기단열재는 유리섬유, 실리카섬유, 탄소섬유, 세라믹 섬유 등의 무기물질을 이용하여 제조되는 것으로, 휘발성 유기화합물의 배출을 최소화하고 친환경적이며, 특히 유기단열재와 비교하여 내열성이 월등하게 우수하고, 불연성을 가지는 특성을 갖는다.
최근 반복된 안전관련 사고로 정부에서는 건축법령 개정 등을 강화하고 있으며, 친환경적이고 인체에 무해하며 내화성능이 우수한 무기질 내화단열보드에 관한 관심과 수요가 점차 늘고 있다.
무기질 내화단열보드는 크게 내화섬유를 얽혀 제조되는 연질의 펠트 및 블랑켓 타입과 상기 내화섬유와 유기바인더를 혼합 및 압착하여 제조되는 보드 타입으로 분리된다.
펠트타입의 무기질 내화단열재는 내부에 공기층이 존재하여 단열성이 우수하고 플렉시블한 특성을 가져 다양한 형태의 시공이 가능한 반면, 보드타입의 무기질 내화단열재는 경질로 변형이 어려워 다양한 형태의 단열시공이 어렵고, 펠트타입 대비 단열성이 떨어지는 한계가 있었다.
종래 내화단열재는 요구되는 특성 및 적용대상에 따라 펠트타입 또는 보드타입 단독으로 사용하거나 펠트타입과 보드타입을 결합하여 단점을 보완한 하이브리드 내화단열재가 사용되고 있다.
종래 적층형의 무기 단열재에 관한 특허문헌으로, 국내공개특허 제10-2013-0096933호에서는 단열시트층, 무기질 혼합직물시트층 및 무기질 상도 방수제 코팅층을 포함하는 무기질 복합단열방수시트 구조체 및 이를 이용한 무기질 복합단열방수시트 공법을 개시하고 있으며, 국내공개특허 제10-2017-0064727호에서는 규산 칼슘계 광석을 고온으로 용융 및 액화시켜 제조된 무기질섬유를 소정의 높이를 갖도록 적층시켜 소정의 폭, 길이, 높이를 갖는 내측보드, 상기 내측보드의 양면 또는 일면에 부착되는 외측보드, 상기 외측보드 및 내측보드를 관통하여 벽면에 고정시키기 위한 고정부재를 포함하는 내화성이 우수한 건축물 단열재를 개시하고 있다.
또한, 국내등록특허 제10-2049405호에서는 일측 평면에만 앙카홀이 형성된 판 형상의 석재 패널, 상기 앙카홀이 형성된 상기 석재 패널의 평면에 도포되는 제1 접착제층, 상기 제1 접착제층 위에 적층되는 단열층, 상기 단열층에 도포되는 제2 접착제층 및 상기 제2 접착제층 위에 적층되는 불연무기질보드를 포함하는 단열재 및 불연보드 일체형 경량 석재 패널 구조체를 개시하고 있다.
대부분의 하이브리드 내화단열재는 펠트타입의 내화단열재와 보드타입의 내화단열재를 적층하거나 접합바인더 등을 이용하여 계면을 접합한 것으로, 별도의 적층 또는 접합 공정이 요구되었으며, 서로 다른 물리적인 특성차이로 인하여 이격이 발생되는 한계가 있었다.
이에 본 발명자는 종래 펠트타입과 보드타입의 무기질 내화단열보드가 결합된 하이브리드형 무기질 내화단열보드를 제조함에 있어 서로 독립적으로 존재하는 펠트타입과 보드타입의 무기질 내화단열재를 단순 결합 및 적층한 것이 아닌 일체형의 하이브리드형 무기질 내화단열보드를 개발하고자 하는 연구의 일환으로 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖도록 한 일체형 무기질 내화단열보드를 개발하여 본 발명에 이르게 되었다.
국내공개특허 제10-2013-0096933호(무기질 복합단열방수시트 구조체 및 이를 이용한 무기질 복합단열방수시트 공법) 국내공개특허 제10-2017-0064727호(내화성이 우수한 건축물 단열재) 국내등록특허 제10-2049405호(단열재 및 불연보드 일체형 경량 석재 패널 구조체)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖는 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖는다.
상기 경화층은 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
압축된 무기질섬유 패드원단을 건조시 건조팽창을 방지하고 표면을 균일화하기 위하여 압축롤러를 이용하여 압축하는 것을 특징으로 한다.
상기 무기질섬유 패드원단은 무기질섬유를 포함하는 펠트, 블랑켓 및 이들의 조합 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 무기질 바인더는 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 20 내지 45 중량부와 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규불화나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 첨가제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무기질 바인더는 점도 5 내지 20cps, pH 9.5 내지 11를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 건조를 통해 팽창된 무기질섬유 패드원단의 표면에 기능성 코팅조성물을 도포 및 건조하여 형성된 기능성 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기능성 코팅조성물은 무기질 바인더와 무기질 바인더 100중량부에 대해서 기능성 첨가제 1 내지 30중량부를 포함하며, 상기 기능성 첨가제는 팽창성 무기물, 셀룰로오스계 난연재 또는 이들의 조합 중 어느 하나인 것임을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 의하면, 단열성, 시공성 및 유연성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 의하면, 독립적으로 존재하는 연질의 연화층과 경질의 경화층을 단순 결합 및 적층한 것이 아니라 하나의 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖도록 함으로써 별도의 결합 및 접합 공정이 요구되지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 의하면, 접착층의 형성이 요구되지 않아 접착제를 도포하여 적층하는 적층형 단열보드 대비 굽힘성 및 시공성이 좋고, 일체형이기 때문에 굽힘 및 변형에 따른 이격이 발생하지 않는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드를 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치의 구성을 보여주는 구성도.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치의 복수개로 구비되는 압축롤러의 실시예.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치의 구성을 보여주는 구성도.
도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법을 보여주는 순서도.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법을 보여주는 순서도.
도 8은 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 (A)하이브리드 무기질 내화단열보드와 시판되는 (B)내화섬유 펠트 및 (C)내화섬유 보드의 외관을 보여주는 사진.
도 9는 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 경화층과 연화층의 강도를 비교한 사진.
도 10은 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 변형 및 형태유지특성을 보여주는 사진
도 11은 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드와 시판 내화섬유 보드의 내화특성을 비교한 사진.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖는 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드를 보여주는 단면도이다.
본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 독립적으로 존재하는 펠트타입의 무기질 내화단열재와 보드타입의 무기질 내화단열재를 단순 결합 및 적층한 것이 아닌 하나의 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더가 도포되지 않은 타면에는 연화층을 갖도록 한 일체형 무기질 내화단열보드로서, 별도의 접합공정이 요구되지 않으며, 접착층의 형성이 요구되지 않아 접착제를 도포하여 적층하는 적층형 단열보드 대비 굽힘성 및 시공성이 좋고, 일체형이기 때문에 굽힘 및 변형에 따른 이격이 발생하지 않는 효과가 있다.
상기 무기질섬유 패드원단은 하이브리드 무기질 내화단열보드를 제조하기 위한 주재료로 무기질섬유로 구성되며, 펠트, 블랑켓 및 이들의 조합 중 어느 하나로, 상기 무기질섬유는 산화규소, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화철, 산화나트륨, 산화지르코늄 및 이들의 조합 중 어느 하나의 무기물질을 포함하는 것으로, 구체적으로는 유리섬유, 실리카섬유, 탄소섬유, 세라믹 섬유, 칼슘마그네슘-실리카 섬유 및 이들의 조합 중 어느 하나의 섬유일 수 있다.
상기 무기질섬유 패드원단은 단열성 및 시공성을 고려하여 소정의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 무기질섬유 패드원단의 두께는 한정하지 않으나, 바람직하게는, 5 내지 100mm를 갖는 것을 사용하거나, 더욱 바람직하게는, 10 내지 50mm를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 무기질섬유 패드원단은 1000 내지 1800℃에서 내열특성을 가지며, 평균밀도 70 내지 250 kg/㎥을 갖는 것을 사용할 수 있다. 상기 무기질섬유 패드원단의 평균밀도가 70 kg/㎥ 미만이면 일정 두께 이상을 갖는 원단을 구현하는데 어려움이 있고, 250 kg/㎥ 초과한 것을 사용하면 무기질 바인더의 침투가 어렵고, 중량이 증가될 뿐만 아니라 공기층이 형성되기 힘들어 단열성이 저하되기 때문에 상기 평균밀도를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
상기 무기질 바인더는 무기질섬유 패드원단 내의 공극에 충진되며, 충진된 무기질 바인더는 결합제 및 내구성 강화제로서 역할을 수행하게 되며, 무기질 바인더는 전체 무기질섬유 패드원단 두께에 대하여 20 내지 60%, 더욱 바람직하게는, 30 내지 40% 흡수될 때까지 도포될 수 있다.
상기 무기질 바인더는 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 20 내지 45 중량부와 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규불화나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 첨가제 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 가용성 액상 규산염은 실리카와 알칼리금속을 포함하는 것으로, 상기 알칼리금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 가용성 액상 규산염의 구체적인 예로는, 액상규산칼륨, 리튬실리케이트, 액상규산나트륨, 칼슘실리케이트 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이때, 상기 가용성 액상 규산염 내의 실리카와 알칼리금속의 몰비는 5 내지 15, 바람직하게는 7.5 내지 8.5를 가지는 것이 바람직하다.
상기 콜로이드 실리카는 내화성을 부여함은 물론이고, 계면활성화 및 결합력 강화를 위한 것으로, 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 20 내지 45 중량부 첨가되는데, 상기 콜로이드 실리카가 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만으로 첨가되면, 상술된 효과를 기대하기 힘들고, 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 45 중량부 초과하여 첨가될 경우 가용성 액상 규산염과 반응 및 과도한 겔화로 점도제어가 어려워 결과적으로는 무기질 바인더의 무기질섬유 패드원단에 대한 침투 및 흡수 특성을 저하시키기 때문에 상기 첨가량 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 첨가제로는 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규불화나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나가 첨가될 수 있는데, 이때, 산화알루미늄은 내화성능을 향상시키고, 수산화알루미늄은 점성과 방수성능을 증가시킬 수 있으며, 규불화마그네슘은 경화를 촉진시킨다.
상기 무기질 바인더는 점도 5 내지 20 cps, pH 9.5 내지 11를 갖도록 제어될 수 있는데, 상기 조건 하에서 무기질섬유 패드원단에 대한 무기질 바인더의 침투 및 흡수특성이 우수하고, 무기질 바인더 내 가용성 액상 규산염, 콜로이드 실리카 및 첨가제가 응집을 형성하지 않고, 분산안정성이 우수하다.
일면에 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단은 압축롤러를 이용한 압축공정을 통해 밀도를 증가시켜 경화층을 형성하게 되며, 압축롤러는 1.1 내지 30 kgf/㎠ 의 압력으로 무기질 바인더가 흡수 및 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축시키게 되며, 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 압축처리할 수 있다.
상기 압축롤러는 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축시키기 위한 상부 또는 하부 및 상하부 모두에 배치될 수 있으며, 상기 압축롤러는 복수개 구비될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지하고, 흡수된 무기질 바인더가 압력에 의해 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
압축된 무기질섬유 패드원단은 이후 건조챔버 내 건조를 통해 무기질 바인더의 수분을 증발시키고, 경화되면서 밀도를 더욱 증가시키게 된다.
무기질 바인더가 도포 및 압축된 무기질섬유 패드원단의 건조방법은 한정하지 않으나, 구체적인 예로는, 열풍건조, 마이크로파를 이용한 건조 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 마이크로파를 이용한 건조방법을 이용할 수 있다. 열풍건조법을 이용한 건조시 90 내외 450 ℃에서 건조시키며, 마이크로파를 이용한 건조시 3 내지 45 kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 15분 내지 45분간 건조시킨다.
한편, 건조시 수분증발로 인한 표면팽창이 발생될 수 있으며, 표면팽창은 경화층의 밀도 저하 및 불균일한 표면을 초래하기 때문에 이를 표면팽창을 억제하고 표면을 균일화하기 위하여 상기 건조챔버 내에 팽창방지롤러를 더 포함하여, 건조팽창된 표면을 압축시켜 표면밀도저하를 방지하고 표면을 균일화할 수 있다.
상기 팽창방지롤러는 1.1 내지 15 kgf/㎠ 의 압력으로 건조팽창된 무기질섬유 패드원단을 압축 및 균일화할 수 있으며, 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 압축처리할 수 있다.
상기 팽창방지롤러는 상술된 압출롤러와 마찬가지로 팽창된 무기질섬유 패드원단의 상부 또는 하부 및 상하부 모두에 배치될 수 있으며, 상기 팽창방지롤러는 복수개 구비되어 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 경화층은 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 형성되는데, 상기 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15% 미만으로 형성되면 구조체의 형태를 유지하기 힘들고, 내구성이 저하되며, 상기 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 50%를 초과하여 형성되면, 연화층의 비율이 상대적으로 작아져 단열성이 급격하게 저하되고, 강성도(Stiffness)가 과도하게 커져 무기질 내화단열보드에 플렉시블한 특성을 부여하기 힘들기 때문에 상기 경화층 형성 두께비를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드를 보여주는 단면도를 보여준다.
제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층(10)이 형성되고, 무기질 바인더가 도포되지 않은 타면에는 연화층(20)을 가지되, 경화층 상부에 코팅되어 무기질 내화단열보드에 내구성, 내수성 및 발수성 등의 기능성을 부여하기 위한 기능성 코팅층(5)을 더 포함한다.
무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조시 경화층의 표면에 표면 팽창이 발생되는데, 상기 기능성 코팅층(5)은 경화층의 상부에 기능성 코팅조성물을 도포 및 분무하여 형성된다.
보다 상세하게는, 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 하부에서부터 연화층-경화층-기능성 코팅층으로 형성되며, 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축하여 경화층을 형성하고, 1차 건조를 통해 경화층의 표면에 팽창을 유도하고, 표면팽창된 기공에 기능성 코팅조성물을 도포 및 2차 건조 및 압축하여 기능성 코팅층을 형성하게 된다.
이때, 1차 건조 및 2차 건조는 열풍건조법, 마이크로파를 이용한 건조법 및 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있으며, 바람직하게는, 마이크로파를 이용한 건조방법을 이용할 수 있다. 열풍건조법을 이용한 건조시 90 내외 450 ℃에서 건조시키며, 마이크로파를 이용한 건조시 3 내지 45 kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 15분 내지 45분간 건조시키며, 특히 1차 건조시에는 평균기공직경 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 기공률 25 내지 70 vol% 를 갖도록 팽창건조시킬 수 있다.
2차 건조시 건조온도 및 마이크로세기는 1차 건조보다 낮은 세기 및 시간 조건하에서 수행될 수 있으며, 보다 상세하게는, 2차 건조시에는 이미 1차건조를 통해 경화층의 일부가 건조된 바, 1차 건조 조건과 동일한 조건 하 또는 1차 건조시 조건보다 더욱 높은 세기 및 온도에서 건조를 수행할 경우, 표면의 손상이 발생될 수 있고, 과도한 팽창을 유도하여 기능성 코팅층의 밀도가 낮아질 수 있기 때문에 2차 건조시에는 1차 건조시 보다 낮은 온도, 세기 및 짧은 시간 내에 건조를 수행하는 것이 바람직하다.
구체적인 예를 들어 1차 건조시에는 40kW 출력세기의 마이크로파를 30분간 가하여 건조팽창을 더욱 유도하고, 2차 건조시에는 30kW 출력세기의 마이크로파를 15분간 가할 수 있다.
상기 기능성 코팅조성물은 경화층(10) 상부면에 코팅되어 무기질 내화단열보드에 내구성, 내수성 및 발수성 등의 기능성을 부여하기 위한 것으로, 상기 기능성 코팅조성물은 상술된 무기질 바인더와 기능성 첨가제를 혼합한 것이며, 상기 기능성 첨가제는 팽창성 무기물, 셀룰로오스계 난연재 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 기능성 코팅조성물은 무기질 바인더와 무기질 바인더 100중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1 내지 30중량부를 포함한 것이다.
또한, 상기 기능성 코팅조성물은 할로겐계, 인계, 멜라민계 및 이들의 조합 중 어느 하나의 난연제로 난연처리된 난연처리된 유기수지를 무기질 바인더 100중량부에 대하여 0.01 내지 5중량부 더 포함할 수 있다.
상기 유기수지로는 발포폴리스티렌, 발포폴리우레탄, 발포폴리에틸렌 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 난연제의 구체적인 예로는, 브롬, 적인, 암모늄 포스페이트, 멜라민시누아레이트 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 팽창성 무기물은 팽창성 퍼라이트, 팽창성 흑연 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 팽창성 퍼라이트를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 닫힌 셀(Closed Cell) 팽창 퍼라이트를 사용할 수 있다. 닫힌 셀 팽창 퍼라이트는 밀폐된 공기층을 형성할 수 있어 오픈 셀 구조 대비 열전도율을 더욱 낮출 수 있으며, 수분의 침투를 효과적으로 방지할 수 있다.
이때, 상기 팽창성 무기물은 평균입도 1 내지 500 ㎛, 비중 0.01 내지 0.5 g/㎤ 를 갖는 것을 사용하며, 상기 평균입도 및 비중 범위 내에서 내구성이 우수하고, 낮은 열전도율을 유지할 수 있다.
상기 셀룰로오스계 난연재는 난연처리된 셀룰로오스로, 구체적인 예로는 셀룰로오스 실리케이트, 셀루로오스 카르복실 보레이트 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
셀룰로오스 실리케이트는 셀룰로오스계 소재와 메틸트리메톡시 실란의 커플링반응에 의해 제조되며, 셀루로오스 카르복실 보레이트는 셀룰로오스계 소재에 DMSO와의 에스테르반응에 의해 셀룰로오스 카르복실레이트를 제조하고, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 철 및 안티몬 등의 금속 및 붕산과의 흡착반응에 의해 합성된다. 이때, 셀룰로오스계 원료는 직경 10nm 내지 30 ㎛, 길이 50 내지 500 ㎛를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 셀룰오스계 난연재는 친환경적이며, 긴 섬유로 구성되어 열전도율을 낮출 수 있고, 섬유가닥이 내구성 및 항구력을 향상시키며, 취성을 갖지 않도록 하여 무기단열보드의 굽힘 등의 변형시 경화층에 크랙을 발생시키지 않고 변형 시공이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 기능성 코팅조성물은 실란계, 실록산계, 실란실록산계, 우레탄계, 아크릴실리콘계, 불소계 및 이들의 조합으로 구성되는 발수제와 그 밖에 항균제, 이형제, 산화방지제, 광안정제, 안료 및 이들의 조합의 부첨가제를 포함하는 것도 가능하다.
이때, 상기 기능성 코팅조성물은 점도 1 내지 10 cps를 가질 수 있으며, 스프레이 분사법을 이용하여 상기 기능성 코팅조성물을 경화층의 상부에 도포하고, 건조 공정을 통해 기능성 코팅층을 형성할 수 있다.
스프레이 분사시 분사압은 3 내지 7bar로 제어될 수 있으며, 마찬가지로 기능성 코팅조성물을 분사 및 도포처리 후 건조시 표면팽창에 의한 표면밀도저하를 방지하고 표면을 균일화하기 위하여 팽창방지롤러를 이용하여 압축처리할 수 있으며, 기능성 코팅층은 경화층 두께 대비 5 내지 15%로 박막으로 형성될 수 있다.
이를 위해 상기 팽창방지롤러는 1.1 내지 15 kgf/㎠ 의 압력으로 기능성 코팅조성물이 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축 및 균일화할 수 있으며, 상기 팽창방지롤러는 복수개 구비되어 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드(미도시)는 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 연화층 하부에도 기능성 코팅층이 추가로 형성된 것으로, 하부에서부터 상부까지 순서대로 기능성 코팅층-연화층-경화층-기능성 코팅층으로 구성된다.
제 3실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 1차 건조 후 이송되는 무기질섬유 패드원단의 상부면과 하부면에 동시에 기능성 코팅조성물을 분사하거나, 1차 건조 후 이송되는 무기질섬유 패드원단 상부면에 기능성 코팅물을 분사하여 기능성 코팅층을 형성하고, 하부면에 기능성 코팅물을 분사하여 기능성 코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 하이브리드 무기질 내화단열보드를 제조하기 위한 제조장치를 이용하여 제조되며, 이하, 상기 하이브리드 무기질 내화단열보드를 제조하기 위한 제조장치를 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치의 구성을 보여주는 구성도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치는 무기질 섬유패드 원단을 일방향으로 이송하기 위한 컨베이어부(50)와 상기 컨베이어부에 놓여져 이송되는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포하기 위한 무기질 바인더 도포부(100)와 이송되는 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축하기 위한 압축롤러를 포함하는 압축부(200)와 압축된 무기질섬유 패드원단을 건조시키기 위한 건조챔버(300)를 포함하여 일면에는 경화층(10)이 형성되며, 무기질 바인더가 도포되지 않은 타면에는 연화층(20)을 갖는 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드를제조하게 된다.
컨베이어부(50)에서는 무기질 섬유패드 원단을 일방향으로 이송하게 되며, 컨베이어벨트의 이동속도 및 무기질 섬유패드 원단의 투입속도는 0.05 내지 0.1 ㎡/min으로 제어될 수 있다.
이때, 상기 무기질섬유 패드원단은 하이브리드 무기질 내화단열보드를 제조하기 위한 주재료로 무기질섬유로 구성되며, 펠트, 블랑켓 및 이들의 조합 중 어느 하나로, 상기 무기질섬유는 산화규소, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화철, 산화나트륨, 산화지르코늄 및 이들의 조합 중 어느 하나의 무기물질을 포함하는 것으로, 구체적으로는 유리섬유, 실리카섬유, 탄소섬유, 세라믹 섬유, 칼슘마그네슘-실리카 섬유 및 이들의 조합 중 어느 하나의 섬유일 수 있다.
상기 무기질섬유 패드원단은 단열성 및 시공성을 고려하여 소정의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 무기질섬유 패드원단의 두께는 한정하지 않으나, 바람직하게는, 5 내지 100mm를 갖는 것을 사용하거나, 더욱 바람직하게는, 10 내지 50mm를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 무기질섬유 패드원단은 1000 내지 1800℃에서 내열특성을 가지며, 평균밀도 70 내지 250 kg/㎥을 갖는 것을 사용할 수 있다. 상기 무기질섬유 패드원단의 평균밀도가 70 kg/㎥ 미만이면 일정 두께 이상을 갖는 원단을 구현하는데 어려움이 있고, 250 kg/㎥ 초과한 것을 사용하면 무기질 바인더의 침투가 어렵고, 중량이 증가될 뿐만 아니라 공기층이 형성되기 힘들어 단열성이 저하되기 때문에 상기 평균밀도를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
무기질 바인더 도포부(100)는 상기 컨베이어부(50)에 놓여져 이송되는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포하기 위한 것으로, 무기질 바인더가 저장되는 무기질 바인더 저장부와 연동되어 무기질 바인더의 공급량 및 공급속도를 제어할 수 있다. 이때, 상기 무기질 바인더 저장부는 저장된 무기질 바인더의 점도와 pH가 소정 범위를 벗어나지 않도록 모니터링하기 점도측정부 및 pH 측정부를 더 포함할 수 있다.
무기질 바인더 도포부(100)에서 이송되는 무기질섬유 패드원단에 무기질 바인더를 도포하는 방식은 한정하지 않으나, 바람직하게는, 무기질섬유 패드원단 이송방향에 대하여 횡방향 또는 종방향으로 소정의 거리만큼 좌우왕복하면서 무기질섬유 패드원단의 상부면에 무기질 바인더를 공급할 수 있다.
이때, 무기질섬유 패드원단 이송방향에 대하여 횡방향으로 좌우왕복할때에는 무기질 바인더 도포부의 좌우이동거리는 무기질섬유 패드원단의 면적 및 폭에 대응되도록 제어될 수 있으며, 종방향으로 좌우이동할 경우에는 공정효율을 고려하여 좌우이동거리가 제어될 수 있다. 바람직하게는, 1 내지 2m로 제어될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 무기질섬유 패드원단의 폭이 2m이거나 좌우이동거리가 2m로 설정될 경우 기설정된 유량 및 속도로 우측에서 좌측까지 2m이동하면서 무기질 바인더를 도포하고, 다시 좌측으로 복귀하여 도포공정을 반복수행할 수 있다.
경화층의 두께는 무기질 바인더의 공급량, 무기질 바인더 도포부의 좌우이동속도, 무기질섬유 패드원단의 이송속도 및 이들의 조합 중 어느 하나의 요인을 제어함으로써 결정될 수 있으며, 바람직하게는, 무기질 바인더가 전체 무기질섬유 패드원단 두께에 대하여 20 내지 60%, 더욱 바람직하게는, 30 내지 40% 흡수될 때까지 도포할 수 있다.
무기질 바인더 저장부 내에는 무기질 바인더가 저장되며, 상기 무기질 바인더는 무기질섬유 패드원단 내의 공극에 충진되며, 충진된 무기질 바인더는 결합제 및 내구성 강화제의 역할을 수행하게 되며, 상기 무기질 바인더는 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 20 내지 45 중량부와 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규불화나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 첨가제 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 가용성 액상 규산염은 실리카와 알칼리금속을 포함하는 것으로, 상기 알칼리금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 가용성 액상 규산염의 구체적인 예로는, 액상규산칼륨, 리튬실리케이트, 액상규산나트륨, 칼슘실리케이트 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이때, 상기 가용성 액상 규산염 내의 실리카와 알칼리금속의 몰비는 5 내지 15, 바람직하게는 7.5 내지 8.5를 가지는 것이 바람직하다.
상기 콜로이드 실리카는 내화성을 부여함은 물론이고, 계면활성화 및 결합력 강화를 위한 것으로, 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 20 내지 45 중량부 첨가되는데, 상기 콜로이드 실리카가 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만으로 첨가되면, 상술된 효과를 기대하기 힘들고, 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 45 중량부 초과하여 첨가될 경우 가용성 액상 규산염과 반응 및 과도한 겔화로 점도제어가 어려워 결과적으로는 무기질 바인더의 무기질섬유 패드원단에 대한 침투 및 흡수 특성을 저하시키기 때문에 상기 첨가량 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 첨가제로는 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규불화나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나가 첨가될 수 있는데, 이때, 산화알루미늄은 내화성능을 향상시키고, 수산화알루미늄은 점성과 방수성능을 증가시킬 수 있으며, 규불화마그네슘은 경화를 촉진시킨다.
상기 무기질 바인더는 점도 5 내지 20 cps, pH 9.5 내지 11를 갖도록 제어되며, 상기 조건 하에서 무기질섬유 패드원단에 대한 무기질 바인더의 침투 및 흡수특성이 우수하고, 무기질 바인더 내 가용성 액상 규산염, 콜로이드 실리카 및 첨가제가 응집을 형성하지 않고, 분산안정성이 우수하다.
상기 무기질 바인더의 점도 및 pH는 무기질 바인더 저장부에 구비된 점도 측정부 및 pH 측정부를 통해 실시간으로 모니터링되며 상기 범위를 벗어날 경우 점도 및 pH를 제어하기 위한 약제 및 유기용매가 추가로 첨가되도록 제어될 수 있다.
압축부(200)는 이송되는 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축시키기 위한 압축롤러를 포함하며, 상기 압축롤러는 상부 또는 하부 및 상하부 모두에 배치될 수 있으며, 상기 압축롤러는 복수개 구비될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 도 4와 같이, 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지하고, 흡수된 무기질 바인더가 압력에 의해 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
압축롤러는 1.1 내지 30 kgf/㎠ 의 압력으로 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단를 압축시키게 되며, 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 압축처리될 수 있다.
상기 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15% 미만으로 형성되면 구조체의 형태를 유지하기 힘들고, 내구성이 저하되며, 상기 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 50%를 초과하여 형성되면, 연화층의 비율이 상대적으로 작아져 단열성이 급격하게 저하되고, 강성도(Stiffness)가 과도하게 커져 무기질 내화단열보드에 플렉시블한 특성을 부여하기 힘들기 때문에 상기 경화층 형성 두께비를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
건조챔버(300)는 압축된 무기질섬유 패드원단을 건조시키기 위한 것으로, 무기질 바인더가 도포 및 압축된 무기질섬유 패드원단의 건조방법은 한정하지 않으나, 구체적인 예로는, 열풍건조, 마이크로파를 이용한 건조 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 마이크로파를 이용한 건조방법을 이용할 수 있다.
열풍건조법을 이용한 건조시 90 내외 450 ℃에서 건조시키며, 마이크로파를 이용한 건조시 3 내지 45 kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 15분 내지 45분간 건조시킨다.
한편, 건조시 수분증발 및 Si계 수화물의 열분해에 의한 발생될 수 있으며, 표면팽창은 경화층의 밀도 저하 및 불균일한 표면을 초래하기 때문에 이를 표면팽창을 억제하고 표면을 균일화하기 위하여 상기 건조챔버는 팽창방지롤러를 더 포함하여, 건조팽창된 표면을 압축시켜 표면밀도저하를 방지하고 표면을 균일화할 수 있다.
상기 팽창방지롤러는 1.1 내지 15 kgf/㎠ 의 압력으로 팽창된 무기질섬유 패드원단을 압축 및 균일화할 수 있으며, 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 압축처리할 수 있다.
상기 팽창방지롤러는 상술된 압출롤러와 마찬가지로 팽창된 무기질섬유 패드원단의 상부 또는 하부 및 상하부 모두에 배치될 수 있으며, 상기 팽창방지롤러는 복수개 구비될 수 있으며, 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치의 구성을 보여주는 구성도이다.
제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층(10)이 형성되고, 무기질 바인더가 도포되지 않은 타면에는 연화층(20)을 가지되, 경화층 상부에 기능성 코팅층(5)을 더 포함한다.
제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치는 기능성 코팅층 조성물을 공급 및 도포하기 위한 기능성 코팅조성물 공급부(350)와 제 1건조챔버(300') 및 제 2건조챔버(300")를 더 포함한다.
상기 제 1건조챔버(300') 및 제 2건조챔버(300") 내에는 열풍 또는 마이크로파를 공급하기 위한 건조수단을 포함하며, 특히 제2건조챔버에는 팽창방지롤러가 추가로 구비된다.
상기 제 1건조챔버(300') 및 제 2건조챔버(300")에서 건조방법은 열풍건조, 마이크로파를 이용한 건조 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 마이크로파를 이용한 건조방법을 이용할 수 있다. 열풍건조법을 이용한 건조시 90 내외 450 ℃에서 건조시키며, 마이크로파를 이용한 건조시 3 내지 45 kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 15분 내지 45분간 건조시킨다.
보다 상세하게는, 압축부(200)를 통과하여 압축된 무기질섬유 패드원단은 제 1건조챔버(300')로 이송되며, 상기 제1건조챔버 내에서 1차 건조를 통해 압축된 무기질섬유 패드원단 표면을 건조팽창시켜 기공을 확보하게 된다.
1차 건조처리된 무기질섬유 패드원단이 기능성 코팅조성물 공급부(350)로 이송되어 1차 건조처리된 무기질섬유 패드원단 일면(상부면)에 기능성 코팅조성물을 스프레이 분사 등의 방법을 이용하여 도포하게 된다.
제 2건조챔버(300")에서 건조온도 및 마이크로세기는 상기 제 1건조챔버(300')에서보다 낮은 세기 및 시간 조건하에서 수행될 수 있다.
보다 상세하게는, 제 2건조챔버(300")에서는 이미 1차건조를 통해 경화층의 일부가 건조된 바, 1차 건조 조건과 동일한 조건 하 또는 1차 건조시 조건보다 더욱 높은 세기 및 온도에서 건조를 수행할 경우, 표면의 손상이 발생될 수 있고, 과도한 팽창을 유도하여 기능성 코팅층의 밀도가 낮아질 수 있으며, 이에 2차 건조시에는 1차 건조시 보다 낮은 온도, 세기 및 짧은 시간 내에 건조를 수행하는 것이 바람직하다.
구체적인 예를 들어 상기 제 1건조챔버(300')에서는 40kW 출력세기의 마이크로파를 30분간 가하여 건조팽창을 더욱 유도하고, 상기 제 2건조챔버(300")에서는 30kW 출력세기의 마이크로파를 15분간 가할 수 있다.
기능성 코팅조성물 공급부(350)는 기능성 코팅조성물을 공급 및 도포하기 위한 수단으로, 상기 기능성 코팅조성물은 경화층(10) 상부면에 코팅되어 무기질 내화단열보드에 내구성, 내수성 및 발수성 등의 기능성을 부여하기 위한 것으로, 상기 기능성 코팅조성물은 상술된 무기질 바인더와 기능성 첨가제를 혼합한 것이며, 상기 기능성 첨가제는 팽창성 무기물, 셀룰로오스계 난연재 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 기능성 코팅조성물은 무기질 바인더와 무기질 바인더 100중량부에 대해서 기능성 첨가제 1 내지 30중량부를 포함하며, 상기 기능성 첨가제는 팽창성 무기물, 셀룰로오스계 난연재 또는 이들의 조합 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 기능성 코팅조성물은 할로겐계, 인계, 멜라민계 및 이들의 조합 중 어느 하나의 난연제로 난연처리된 난연처리된 유기수지를 무기질 바인더 100중량부에 대하여 0.01 내지 5중량부 더 포함할 수 있다.
상기 유기수지로는 발포폴리스티렌, 발포폴리우레탄, 발포폴리에틸렌 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 난연제의 구체적인 예로는, 브롬, 적인, 암모늄 포스페이트, 멜라민시누아레이트 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 팽창성 무기물은 팽창성 퍼라이트, 팽창성 흑연 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 팽창성 퍼라이트를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 닫힌 셀(Closed Cell) 팽창 퍼라이트를 사용할 수 있다. 닫힌 셀 팽창 퍼라이트는 밀폐된 공기층을 형성할 수 있어 오픈 셀 구조 대비 열전도율을 더욱 낮출 수 있으며, 수분의 침투를 효과적으로 방지할 수 있다.
이때, 상기 팽창성 무기물은 평균입도 1 내지 500 ㎛, 비중 0.01 내지 0.5 g/㎤ 를 갖는 것을 사용하며, 상기 평균입도 및 비중 범위 내에서 내구성이 우수하고, 낮은 열전도율을 유지할 수 있다.
상기 셀룰로오스계 난연재는 난연처리된 셀룰로오스로, 구체적인 예로는 셀룰로오스 실리케이트, 셀루로오스 카르복실 보레이트 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
셀룰로오스 실리케이트는 셀룰로오스계 소재에 메틸트리메톡시 실란의 커플링반응에 의해 제조되며, 셀루로오스 카르복실 보레이트는 셀룰로오스계 소재에 DMSO와의 에스테르반응에 의해 셀룰로오스 카르복실레이트를 제조하고, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 철 및 안티몬 등의 금속 및 붕산과의 흡착반응에 의해 합성된다. 이때, 셀룰로오스계 원료는 직경 10nm 내지 30 ㎛, 길이 50 내지 500 ㎛를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 셀룰오스계 난연재는 친환경적이며, 긴 섬유로 구성되어 열전도율을 낮출 수 있고, 섬유가닥이 내구성 및 항구력을 향상시키며, 취성을 갖지 않도록 하여 무기단열보드의 굽힘 등의 변형시 경화층에 크랙을 발생시키지 않고 변형 시공이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 기능성 코팅조성물은 실란계, 실록산계, 실란실록산계, 우레탄계, 아크릴실리콘계, 불소계 및 이들의 조합으로 구성되는 발수제와 그 밖에 항균제, 이형제, 산화방지제, 광안정제, 안료 및 이들의 조합의 부첨가제를 포함하는 것도 가능하다.
이때, 상기 기능성 코팅조성물은 점도 1 내지 10 cps 를 가지도록 제어될 수 있으며, 상기 기능성 코팅조성물 공급부(350)는 점도를 측정하기 위한 점도측정부가 구비되어 실시간으로 모니터링되며 상기 범위를 벗어날 경우 점도를 제어하기 위한 약제 및 유기용매가 추가로 첨가되도록 제어할 수 있다.
상기 기능성 코팅조성물 공급부(350)은 스프레이 분사법을 이용하여 경화층의 상부에 분사 및 도포처리 후 건조 공정을 통해 기능성 코팅층을 형성하며, 스프레이 분사시 분사압은 3 내지 7bar로 제어될 수 있으며, 마찬가지로 기능성 코팅조성물을 분사 및 도포처리 후 건조시 표면팽창에 의한 표면밀도저하를 방지하고 표면을 균일화하기 위하여 팽창방지롤러를 이용하여 압축처리할 수 있으며, 기능성 코팅층은 경화층 두께 대비 5 내지 15%로 박막으로 형성될 수 있다.
기능성 코팅조성물이 도포된 무기질섬유 패드원단은 제 2건조챔버(300")를 통과하면서 건조 및 압축처리되며, 제 2건조챔버(300")의 내부에는 건조수단 이외에 팽창방지롤러가 추가로 구비되어 마찬가지로 기능성 코팅조성물을 분사 및 도포처리 후 건조시 표면팽창에 의한 표면밀도저하를 방지하고 표면을 균일화하기 위하여 압축처리할 수 있다.
상기 팽창방지롤러는 1.1 내지 15 kgf/㎠ 의 압력으로 기능성 코팅조성물이 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축 및 균일화할 수 있으며, 상기 팽창방지롤러는 상술된 압출롤러와 마찬가지로 팽창된 무기질섬유 패드원단의 상부 또는 하부 및 상하부 모두에 배치될 수 있으며, 상기 팽창방지롤러는 복수개 구비될 수 있으며, 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드(미도시)는 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 연화층 하부에도 기능성 코팅층이 추가로 형성된 것으로, 하부에서부터 상부까지 순서대로 기능성 코팅층-연화층-경화층-기능성 코팅층으로 구성된다.
제 3실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치(미도시)는 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조장치에 1차 건조 후 이송되는 무기질섬유 패드원단의 하부면에 기능성 코팅조성물을 분사하기 위한 기능성 코팅조성물 공급부를 더 구비한 것으로, 상부면과 하부면에 동시에 기능성 코팅조성물을 분사하거나, 1차 건조 후 이송되는 무기질섬유 패드원단 상부면에 기능성 코팅물을 분사하여 기능성 코팅층을 형성하고, 하부면에 기능성 코팅물을 분사하여 기능성 코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 상술된 제조장치를 이용하여 제조되며, 이하, 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법은 무기질 바인더 도포부에서 컨베이어부에 놓여져 이송되는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포하는 무기질 바인더 도포단계(S100)와 압축부에서 압축롤러를 이용하여 이송되는 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축하는 압축단계(S200)와 건조챔버(300)에서 압축된 무기질섬유 패드원단을 건조시키는 건조단계(S300)를 포함하여 일면에는 경화층(10)이 형성되며, 무기질 바인더가 도포되지 않은 타면에는 연화층(20)을 갖는 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드를제조하게 된다.
무기질 바인더 도포단계(S100)에서는 컨베이어부(50)에 놓여져 이송되는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포하는 단계로, 컨베이어부(50)에서는 무기질 섬유패드 원단을 일방향으로 이송하게 되며, 컨베이어벨트의 이동속도 및 무기질 섬유패드 원단의 투입속도는 0.05 내지 0.1 ㎡/min으로 제어될 수 있다.
이때, 상기 무기질섬유 패드원단은 하이브리드 무기질 내화단열보드를 제조하기 위한 주재료로 무기질섬유로 구성되며, 소정의 두께를 갖는 펠트, 블랑켓 및 이들의 조합 중 어느 하나로, 상기 무기질섬유는 산화규소, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화철, 산화나트륨, 산화지르코늄 및 이들의 조합 중 어느 하나의 무기물질을 포함하는 것으로, 구체적으로는 유리섬유, 실리카섬유, 탄소섬유, 세라믹 섬유, 칼슘마그네슘-실리카 섬유 및 이들의 조합 중 어느 하나의 섬유일 수 있다.
상기 무기질섬유 패드원단은 단열성 및 시공성을 고려하여 소정의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 무기질섬유 패드원단의 두께는 한정하지 않으나, 바람직하게는, 5 내지 100mm를 갖는 것을 사용하거나, 더욱 바람직하게는, 10 내지 50mm를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 무기질섬유 패드원단은 1000 내지 1800℃에서 내열특성을 가지며, 평균밀도 70 내지 250 kg/㎥을 갖는 것을 사용할 수 있다. 상기 무기질섬유 패드원단의 평균밀도가 70 kg/㎥ 미만이면 일정 두께 이상을 갖는 원단을 구현하는데 어려움이 있고, 250 kg/㎥ 초과한 것을 사용하면 무기질 바인더의 침투가 어렵고, 중량이 증가될 뿐만 아니라 공기층이 형성되기 힘들어 단열성이 저하되기 때문에 상기 평균밀도를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
무기질 바인더 도포단계(S100)에서는 상기 컨베이어부(50)에 놓여져 이송되는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포하게 되며, 무기질 바인더가 저장되는 무기질 바인더 저장부와 연동되어 무기질 바인더의 공급량 및 공급속도를 제어할 수 있다. 이때, 상기 무기질 바인더 저장부는 저장된 무기질 바인더의 점도와 pH가 소정 범위를 벗어나지 않도록 모니터링하기 점도측정부 및 pH 측정부를 더 포함할 수 있다.
무기질 바인더 도포단계(S100)에서 이송되는 무기질섬유 패드원단에 무기질 바인더를 도포하는 방식은 한정하지 않으나, 바람직하게는, 무기질섬유 패드원단 이송방향에 대하여 횡방향 또는 종방향으로 소정의 거리만큼 좌우왕복하면서 무기질섬유 패드원단의 상부면에 무기질 바인더를 공급할 수 있다.
이때, 무기질섬유 패드원단 이송방향에 대하여 횡방향으로 좌우왕복할때에는 무기질 바인더 도포부의 좌우이동거리는 무기질섬유 패드원단의 면적 및 폭에 대응되도록 제어될 수 있으며, 종방향으로 좌우이동할 경우에는 공정효율을 고려하여 좌우이동거리가 제어될 수 있다. 바람직하게는, 1 내지 2m로 제어될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 무기질섬유 패드원단의 폭이 2m이거나 좌우이동거리가 2m로 설정될 경우 기설정된 유량 및 속도로 우측에서 좌측까지 2m이동하면서 무기질 바인더를 도포하고, 다시 좌측으로 복귀하여 도포공정을 반복수행할 수 있다.
경화층의 두께는 무기질 바인더의 공급량, 무기질 바인더 도포부의 좌우이동속도, 무기질섬유 패드원단의 이송속도 및 이들의 조합 중 어느 하나의 요인을 제어함으로써 결정될 수 있으며, 바람직하게는, 무기질 바인더가 전체 무기질섬유 패드원단 두께에 대하여 20 내지 60%, 더욱 바람직하게는, 30 내지 40% 흡수될 때까지 도포할 수 있다.
무기질 바인더 저장부 내에는 무기질 바인더가 저장되며, 상기 무기질 바인더는 무기질섬유 패드원단 내의 공극에 충진되며, 충진된 무기질 바인더는 결합제 및 내구성 강화제의 역할을 수행하게 되며, 상기 무기질 바인더는 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 20 내지 45 중량부와 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규불화나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 첨가제 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 가용성 액상 규산염은 실리카와 알칼리금속을 포함하는 것으로, 상기 알칼리금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 가용성 액상 규산염의 구체적인 예로는, 액상규산칼륨, 리튬실리케이트, 액상규산나트륨, 칼슘실리케이트 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이때, 상기 가용성 액상 규산염 내의 실리카와 알칼리금속의 몰비는 5 내지 15, 바람직하게는 7.5 내지 8.5를 가지는 것이 바람직하다.
상기 콜로이드 실리카는 내화성을 부여함은 물론이고, 계면활성화 및 결합력 강화를 위한 것으로, 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 20 내지 45 중량부 첨가되는데, 상기 콜로이드 실리카가 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만으로 첨가되면, 상술된 효과를 기대하기 힘들고, 가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 45 중량부 초과하여 첨가될 경우 가용성 액상 규산염과 반응 및 과도한 겔화로 점도제어가 어려워 결과적으로는 무기질 바인더의 무기질섬유 패드원단에 대한 침투 및 흡수 특성을 저하시키기 때문에 상기 첨가량 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 첨가제로는 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규불화나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나가 첨가될 수 있는데, 이때, 산화알루미늄은 내화성능을 향상시키고, 수산화알루미늄은 점성과 방수성능을 증가시킬 수 있으며, 규불화마그네슘은 경화를 촉진시킨다.
상기 무기질 바인더는 점도 5 내지 20 cps, pH 9.5 내지 11를 갖도록 제어되며, 상기 조건 하에서 무기질섬유 패드원단에 대한 무기질 바인더의 침투 및 흡수특성이 우수하고, 무기질 바인더 내 가용성 액상 규산염, 콜로이드 실리카 및 첨가제가 응집을 형성하지 않고, 분산안정성이 우수하다.
상기 무기질 바인더의 점도 및 pH는 무기질 바인더 저장부에 구비된 점도 측정부 및 pH 측정부를 통해 실시간으로 모니터링되며 상기 범위를 벗어날 경우 점도 및 pH를 제어하기 위한 약제 및 유기용매가 추가로 첨가되도록 제어될 수 있다.
압축단계(S200)에는 압축부에서 압축롤러를 이용하여 이송되는 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축하는 단계로 상기 압축부(200)는 이송되는 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축시키기 위한 압축롤러를 포함하며, 상기 압축롤러는 상부 또는 하부 및 상하부 모두에 배치될 수 있으며, 상기 압축롤러는 복수개 구비될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지하고, 흡수된 무기질 바인더가 압력에 의해 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
압축롤러는 1.1 내지 30 kgf/㎠ 의 압력으로 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단를 압축시키게 되며, 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 압축처리될 수 있다.
상기 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15% 미만으로 형성되면 구조체의 형태를 유지하기 힘들고, 내구성이 저하되며, 상기 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 50%를 초과하여 형성되면, 연화층의 비율이 상대적으로 작아져 단열성이 급격하게 저하되고, 강성도(Stiffness)가 과도하게 커져 무기질 내화단열보드에 플렉시블한 특성을 부여하기 힘들기 때문에 상기 경화층 형성 두께비를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
건조단계(S300)는 건조챔버(300)에서 압축된 무기질섬유 패드원단을 건조시키는 단계로, 무기질 바인더가 도포 및 압축된 무기질섬유 패드원단의 건조방법은 한정하지 않으나, 구체적인 예로는, 열풍건조, 마이크로파를 이용한 건조 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 마이크로파를 이용한 건조방법을 이용할 수 있다.
열풍건조법을 이용한 건조시 90 내외 450 ℃에서 건조시키며, 마이크로파를 이용한 건조시 3 내지 45 kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 15분 내지 45분간 건조시킨다.
한편, 건조시 수분증발 및 Si계 수화물의 열분해에 의한 발생될 수 있으며, 표면팽창은 경화층의 밀도 저하 및 불균일한 표면을 초래하기 때문에 이를 표면팽창을 억제하고 표면을 균일화하기 위하여 상기 건조챔버는 팽창방지롤러를 더 포함하여, 건조팽창된 표면을 압축시켜 표면밀도저하를 방지하고 표면을 균일화할 수 있다.
상기 팽창방지롤러는 1.1 내지 15 kgf/㎠ 의 압력으로 팽창된 무기질섬유 패드원단을 압축 및 균일화할 수 있으며, 경화층이 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 압축처리할 수 있다.
상기 팽창방지롤러는 상술된 압출롤러와 마찬가지로 팽창된 무기질섬유 패드원단의 상부 또는 하부 및 상하부 모두에 배치될 수 있으며, 상기 팽창방지롤러는 복수개 구비될 수 있으며, 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법은 무기질 바인더 도포부에서 컨베이어부에 놓여져 이송되는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포하는 무기질 바인더 도포단계(S100)와 압축부에서 압축롤러를 이용하여 이송되는 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축하는 압축단계(S200)와 제 1건조챔버(300')에서 압축된 무기질섬유 패드원단을 1차 건조시켜 표면을 팽창시키는 제 1건조단계(S300)와 기능성 코팅조성물 공급부에서 1차 건조된 무기질섬유 패드원단의 표면에 기능성 코팅조성물을 도포하여 기능성 코팅층을 형성하는 기능성 코팅층 형성단계(S350)와 제 2건조챔버(300")에서 압축된 무기질섬유 패드원단을 2차 건조하는 제 2건조단계(S400)를 포함한다.
이로써, 제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층(10)이 형성되고, 무기질 바인더가 도포되지 않은 타면에는 연화층(20)을 가지되, 경화층 상부에 기능성 코팅층(5)을 갖게 된다.
제 2실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법을 설명함에 있어 무기질 바인더 도포단계(S100)와 압축단계(S200)는 제 1실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드과 동일한 바, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
상기 제 1건조챔버(300') 및 제 2건조챔버(300") 에는 열풍 또는 마이크로파를 공급하기 위한 건조수단을 포함하며, 특히 제2건조챔버에는 팽창방지롤러가 추가로 구비된다.
상기 제 1건조챔버(300') 및 제 2건조챔버(300")에서 건조방법은 열풍건조, 마이크로파를 이용한 건조 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 마이크로파를 이용한 건조방법을 이용할 수 있다. 열풍건조법을 이용한 건조시 90 내외 450 ℃에서 건조시키며, 마이크로파를 이용한 건조시 3 내지 45 kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 15분 내지 45분간 건조시킨다.
제 1건조단계(S300)에서는 제 1건조챔버(300')에서 압축된 무기질섬유 패드원단을 1차 건조시켜 표면을 팽창시키는 단계로 압축부(200)를 통과하여 압축된 무기질섬유 패드원단은 제 1건조챔버(300')로 이송되며, 상기 제1건조챔버 내에서 1차 건조를 통해 압축된 무기질섬유 패드원단 표면을 건조팽창시켜 기능성 코팅조성물을 흡수 및 기능성 코팅도막을 형성하기 위한 기공을 확보하게 된다.
기능성 코팅층 형성단계(S350)에서는 기능성 코팅조성물 공급부에서 1차 건조된 무기질섬유 패드원단의 표면에 기능성 코팅조성물을 도포하여 기능성 코팅층을 형성하는 단계로, 1차 건조처리된 무기질섬유 패드원단이 기능성 코팅조성물 공급부(350)로 이송되어 1차 건조처리된 무기질섬유 패드원단 일면(상부면)에 기능성 코팅조성물을 스프레이 분사 등의 방법을 이용하여 도포하게 된다.
기능성 코팅조성물 공급부(350)는 기능성 코팅조성물을 공급 및 도포하기 위한 수단으로, 상기 기능성 코팅조성물은 경화층(10) 상부면에 코팅되어 무기질 내화단열보드에 내구성, 내수성 및 발수성 등의 기능성을 부여하기 위한 것으로, 상기 기능성 코팅조성물은 상술된 무기질 바인더와 기능성 첨가제를 혼합한 것이며, 상기 기능성 첨가제는 팽창성 무기물, 셀룰로오스계 난연재 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 기능성 코팅조성물은 무기질 바인더와 무기질 바인더 100중량부에 대해서 기능성 첨가제 1 내지 30중량부를 포함하며, 상기 기능성 첨가제는 팽창성 무기물, 셀룰로오스계 난연재 또는 이들의 조합 중 어느 하나이다.
또한, 상기 기능성 코팅조성물은 할로겐계, 인계, 멜라민계 및 이들의 조합 중 어느 하나의 난연제로 난연처리된 난연처리된 유기수지를 무기질 바인더 100중량부에 대하여 0.01 내지 5중량부 더 포함할 수 있다.
상기 유기수지로는 발포폴리스티렌, 발포폴리우레탄, 발포폴리에틸렌 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 난연제의 구체적인 예로는, 브롬, 적인, 암모늄 포스페이트, 멜라민시누아레이트 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 팽창성 무기물은 팽창성 퍼라이트, 팽창성 흑연 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 팽창성 퍼라이트를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 닫힌 셀(Closed Cell) 팽창 퍼라이트를 사용할 수 있다. 닫힌 셀 팽창 퍼라이트는 밀폐된 공기층을 형성할 수 있어 오픈 셀 구조 대비 열전도율을 더욱 낮출 수 있으며, 수분의 침투를 효과적으로 방지할 수 있다.
이때, 상기 팽창성 무기물은 평균입도 1 내지 500 ㎛, 비중 0.01 내지 0.5 g/㎤ 를 갖는 것을 사용하며, 상기 평균입도 및 비중 범위 내에서 내구성이 우수하고, 낮은 열전도율을 유지할 수 있다.
상기 셀룰로오스계 난연재는 난연처리된 셀룰로오스로, 구체적인 예로는 셀룰로오스 실리케이트, 셀루로오스 카르복실 보레이트 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
셀룰로오스 실리케이트는 셀룰로오스계 소재에 메틸트리메톡시 실란의 커플링반응에 의해 제조되며, 셀루로오스 카르복실 보레이트는 셀룰로오스계 소재에 DMSO와의 에스테르반응에 의해 셀룰로오스 카르복실레이트를 제조하고, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 철 및 안티몬 등의 금속 및 붕산과의 흡착반응에 의해 합성된다. 이때, 셀룰로오스계 원료는 직경 10nm 내지 30 ㎛, 길이 50 내지 500 ㎛를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 셀룰오스계 난연재는 친환경적이며, 긴 섬유로 구성되어 열전도율을 낮출 수 있고, 섬유가닥이 내구성 및 항구력을 향상시키며, 취성을 갖지 않도록 하여 무기단열보드의 굽힘 등의 변형시 경화층에 크랙을 발생시키지 않고 변형 시공이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 기능성 코팅조성물은 실란계, 실록산계, 실란실록산계, 우레탄계, 아크릴실리콘계, 불소계 및 이들의 조합으로 구성되는 발수제와 그 밖에 항균제, 이형제, 산화방지제, 광안정제, 안료 및 이들의 조합의 부첨가제를 포함하는 것도 가능하다.
이때, 상기 기능성 코팅조성물은 점도 1 내지 10 cps 를 가지도록 제어될 수 있으며, 이때, 상기 기능성 코팅조성물 공급부(350)는 점도를 측정하기 위한 점도측정부가 구비되어 실시간으로 모니터링되며 상기 범위를 벗어날 경우 점도를 제어하기 위한 약제 및 유기용매가 추가로 첨가되도록 제어할 수 있다.
상기 기능성 코팅층 형성단계에서는 코팅 스프레이 분사법을 이용하여 경화층의 상부에 분사 및 도포처리 후 건조 공정을 통해 기능성 코팅층을 형성하며, 스프레이 분사시 분사압은 3 내지 7bar로 제어될 수 있으며, 마찬가지로 기능성 코팅조성물을 분사 및 도포처리 후 건조시 표면팽창에 의한 표면밀도저하를 방지하고 표면을 균일화하기 위하여 팽창방지롤러를 이용하여 압축처리할 수 있으며, 기능성 코팅층은 경화층 두께 대비 5 내지 15%로 박막으로 형성될 수 있다.
제 2건조단계(S400)에서는 제 2건조챔버(300")에서 압축된 무기질섬유 패드원단을 2차 건조 및 압축처리하는 단계로, 제 2건조챔버(300")의 내부에는 건조수단 이외에 팽창방지롤러가 추가로 구비되어 마찬가지로 기능성 코팅조성물을 분사 및 도포처리 후 건조시 표면팽창에 의한 표면밀도저하를 방지하고 표면을 균일화하기 위하여 압축처리할 수 있다.
제 2건조단계(S400)에서 건조온도 및 마이크로세기는 상기 제 1건조단계 (300)에서보다 낮은 세기 및 시간 조건하에서 수행될 수 있다.
보다 상세하게는, 제 2건조단계(S400)에서는 이미 1차건조를 통해 경화층의 일부가 건조된 바, 1차 건조 조건과 동일한 조건 하 또는 1차 건조시 조건보다 더욱 높은 세기 및 온도에서 건조를 수행할 경우, 표면의 손상이 발생될 수 있고, 과도한 팽창을 유도하여 기능성 코팅층의 밀도가 낮아질 수 있으며, 이에 2차 건조시에는 1차 건조시 보다 낮은 온도, 세기 및 짧은 시간 내에 건조를 수행하는 것이 바람직하다.
구체적인 예를 들어 상기 제 1건조챔버(300')에서는 40kW 출력세기의 마이크로파를 30분간 가하여 건조팽창을 더욱 유도하고, 상기 제 2건조챔버(300")에서는 30kW 출력세기의 마이크로파를 15분간 가할 수 있다.
상기 팽창방지롤러는 1.1 내지 15 kgf/㎠ 의 압력으로 기능성 코팅조성물이 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축 및 균일화할 수 있으며, 상기 팽창방지롤러는 상술된 압출롤러와 마찬가지로 팽창된 무기질섬유 패드원단의 상부 또는 하부 및 상하부 모두에 배치될 수 있으며, 상기 팽창방지롤러는 복수개 구비될 수 있으며, 롤러의 높이 및 직경이 상이한 복수개의 롤러를 이용하여 소정의 두께만큼 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하여 가압시 무기질섬유 패드원단이 받는 급격한 압력변화에 의해 원단조직이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드(미도시)의 제조방법은 연화층 하부에 기능성 코팅층을 추가로 형성하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 무기질 내화단열보드를 제조하는 것으로, 제 3실시예에 따른 하이브리드 무기질 내화단열보드는 하부에서부터 상부까지 순서대로 기능성 코팅층-연화층-경화층-기능성 코팅층으로 구성된다.
제 3실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법은 무기질 바인더 도포부에서 컨베이어부에 놓여져 이송되는 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포하는 무기질 바인더 도포단계(S100)와 압축부에서 압축롤러를 이용하여 이송되는 무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축하는 압축단계(S200)와 제 1건조챔버(300')에서 압축된 무기질섬유 패드원단을 1차 건조시켜 표면을 팽창시키는 제 1건조단계(S300)와 기능성 코팅조성물 공급부에서 1차 건조된 무기질섬유 패드원단의 상부와 하부에 기능성 코팅조성물을 도포하여 기능성 코팅층을 형성하는 기능성 코팅층형성단계(S350)와 제 2건조챔버(300")에서 기능성 코팅조성물이 도포된 무기질섬유 패드원단을 2차 건조하는 제 2건조단계(S400)를 포함한다.
제 3실시예에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 제조방법은 상부면과 하부면에 동시에 기능성 코팅조성물을 분사하여 경화층 상부와 연화층 하부에 기능성 코팅층을 형성하거나, 경화층 상부에 기능성 코팅층을 형성하고, 연화층 하부에 기능성 코팅층을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것이며, 이것만으로 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
무기질섬유 패드원단으로 평균밀도 120 kg/㎥, 두께 25mm, 1600℃ 내화성능을 갖는 알루미나 블랑켓을 사용하였다. 리튬실리케이트 100g당 콜로이드 실리카 35g, 산화알루미늄 1g, 수산화알루미늄 1g, 규불화나트륨 1g을 혼합하여 점도 15 cps, pH 10~11을 갖는 무기질 바인더를 제조하였다.
0.1 ㎡/min의 이동속도로 이동하는 컨베이어에 알루미나 블랑켓을 올린 후,이동거리가 2m 로 설정된 무기질 바인더 투입기를 이용하여 우측에서 좌측으로 2m 움직이면서 무기질 바인더를 도포하고, 다시 좌측에서 우측으로 복귀 후 약 20분 후 도포공정을 반복수행하였다.
상기 도포공정을 통해 이송되는 알루미나 블랑켓의 상부면에 알루미나 블랑켓 두께 25mm 중 10mm 두께로 무기질 바인더가 흡수되도록 도포하였다.
이후, 압축롤러에 무기질 바인더가 흡수된 알루미나 블랑켓을 통과시켜 무기질 바인더가 흡수된 알루미나 블랑켓 부분이 5mm가 되도록 압축하였다.
이후 마이크로파를 이용한 건조챔버 내에 투입시켜 건조시키고, 45 kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 30분간 건조시키고, 건조시 수분증발에 따른 팽창에 의해 부풀어오른 경화층을 복수개의 롤러를 이용하여 가압하여 20mm의 두께를 갖는 무기질 내화단열보드를 제조하였다.
실시예 2
무기질섬유 패드원단으로 평균밀도 120 kg/㎥, 두께 25mm, 1600℃ 내화성능을 갖는 알루미나 블랑켓을 사용하였다. 리튬실리케이트 100g당 콜로이드 실리카 35g, 산화알루미늄 1g, 수산화알루미늄 1g, 규불화나트륨 1g을 혼합하여 점도 15 cps, pH 10~11을 갖는 무기질 바인더를 제조하였다.
기능성 코팅조성물은 제조된 무기질 바인더 100g당 평균입도 80 ㎛, 비중 0.15 g/㎤ 를 갖는 팽창성 퍼라이트 10g과 셀루로오스 카르복실 보레이트 5g을 혼합하여 제조하였다.
0.1 ㎡/min의 이동속도로 이동하는 컨베이어에 알루미나 블랑켓을 올린 후,이동거리가 2m 로 설정된 무기질 바인더 투입기를 이용하여 우측에서 좌측으로 2m 움직이면서 무기질 바인더를 도포하고, 다시 좌측에서 우측으로 복귀 후 약 20분 후 도포공정을 반복수행하였다.
상기 도포공정을 통해 이송되는 알루미나 블랑켓의 상부면에 알루미나 블랑켓 두께 25mm 중 10mm 두께로 무기질 바인더가 흡수되도록 도포하였고, 이후, 압축롤러에 무기질 바인더가 흡수된 알루미나 블랑켓을 통과시켜 무기질 바인더가 흡수된 알루미나 블랑켓 부분이 5mm가 되도록 압축하였다.
이후 마이크로파를 이용한 건조챔버 내에 투입시켜 건조시키고, 45 kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 15분간 건조시켜 표면이 기공률 35 vol%를 갖도록 팽창시키고, 팽창된 표면에 준비된 기능성 코팅조성물을 5bar의 분무압으로 2mm의 두께를 갖도록 도포하였다.
기능성 코팅조성물으 도포 후 다시 건조챔버 내에 투입하여 30kW 출력세기의 마이크로파를 조사하여 10분간 건조시키되, 건조시 수분증발에 따른 팽창에 의해 부풀어오른 표면을 복수개의 롤러를 이용하여 가압하여 약 21~22mm 의 두께를 가지며, 경화층의 상부에 기능성 코팅층을 포함하는 무기질 내화단열보드를 제조하였다.
비교예 1
20mm 두께를 갖는 시판 알루미나 펠트를 준비하였다.
비교예 2
20mm두께를 갖는 시판 알루미나 보드를 준비하였다.
비교예 3
시판 알루미나 펠트와 시판 알루미나 보드가 6:4의 두께비로 접합하여 20mm 두께의 알루미나 보드를 준비하였다.
시공성 및 유연성
도 8은 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 (A)하이브리드 무기질 내화단열보드(실시예 1)와 시판되는 (B)내화섬유 펠트(비교예 1) 및 (C)내화섬유 보드(비교예 2)의 외관을 보여주는 사진으로, 내화섬유 펠트(비교예 1)는 플렉시블한 특성을 가지며, 내화섬유 보드(비교예 2)는 경질의 소재임으로 확인할 수 있으며, 본 발명에 따른 하이브리드 무기질 내화단열보드(실시예 1)는 경질의 경화층(10)와 연질의 연화층(20)이 일체화되어 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드(실시예 1)의 경화층과 연화층의 강도를 비교한 사진으로, 가압시 연질의 연화층(20)에서만 변형이 발생되었으며, 경질의 경화층(10)은 변형이 발생되지 않음을 확인할 수 있있다.
실시예 1, 비교예 1 내지 3의 시공성은 작업시 형태유지, 구조체로 사용가능성을 통해 확인하였고, 유연성은 굽힘 등의 변형을 통해 확인하였다.
그 결과, 내화섬유 펠트(비교예 1)는 형태를 유지하기 힘들어 구조체로서 사용이 어려웠으며, 비교예 2, 비교예 3 및 실시예 1은 경질의 층이 존재하는 바, 구조체로 사용가능하였다.
유연성은 비교예 1 > 실시예 1 > 비교예 3 > 비교예 2 순이였으며, 접착제를 이용하여 펠트와 보드를 접합한 비교예 3의 경우에 내부 접착층의 경화로 굽힘 등의 변형이 어려웠고, 변형시 펠트와 보드 접합면에 부분적인 이격이 확인되었다.
도 10은 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드의 변형 및 형태유지특성을 보여주는 사진으로, 본 발명에 따른 하이브리드 무기질 내화단열보드(실시예 1)는 일면에는 경화층이 형성되고, 타면에는 연화층이 형성되어 굽힘 등의 변형이 가능하고, 동시에 우수한 내구성을 가져 구조체로서 사용가능함을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 경화층과 연화층을 별도로 접합한 것이 아니라 일체화되어 있어 굽힘에 따른 층간의 이격 또한 발생시키지 않았다.
내화특성
본 발명에 따른 무기질 내화단열보드(실시예 1 및 실시예 2)와 시판되는 알루미나 보드(비교예 2)의 내화특성을 확인하였다.
도 11은 본 발명에 따른 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드(실시예 1 및 실시예 2)와 시판 내화섬유 보드(비교예 2)의 내화특성을 비교한 것으로, 내화특성은 토치를 이용하여 동일 세기 및 간격에서 120초간 가하여 표면변화 및 탄화정도를 비교하여 확인하였다. (A)~(C)는 순서대로 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2이다.
그 결과, 시판 내화섬유 보드(비교예 2)에서 화염이 빠른 속도로 전파되어 되는 넓은 영역의 탄화 및 그을음을 확인할 수 있었으며, 또한 유독가스가 발생되었다. 이는 내화섬유 보드 제조시 첨가되는 유기 바인더의 낮은 내열특성에 기인한 것으로 판단하였다.
반면, 본 발명에 따른 하이브리드 무기질 내화단열보드(실시예 1 및 실시예 2)는 탄화현상이 전혀 확인되지 않았으며, 시판 내화섬유 보드와 비교하여 우수한 내열·내화특성을 보여주었다.
단열성
하기의 표 1은 실시예 1~2, 비교예 1~3의 단열성을 비교한 것으로, 단열성은 열전도율을 측정하여 확인하였다.
단열성은 비교예 1 > 실시예 1 > 실시예 2 > 비교예 3 > 비교예 2 순이었으며, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2는 시판 무기단열보드(비교예 2)보다 단열성이 우수함을 확인할 수 있었다.
열전도율(단위 W/m·k)
온도 비교예 1 실시예 1 실시예 2 비교예 2 비교예 3
25℃ 0.035 0.036 0.038 0.050 0.041
200℃ 0.057 0.066 0.068 0.074 0.072
400℃ 0.090 0.096 0.098 0.102 0.099
550℃ 0.112 0.123 0.126 0.135 0.130
내수성
실시예 1~2 및 비교예 1~3의 내수성 테스트를 KSM ISO 2812-1에 의거하여 실시하였으며, 상태변화는 도막의 전체 면적에 대한 변화된 면적의 %로 평가하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다(◎: 도막의 상태가 전 표면적의 ~10% 미만 변화하였을 경우, ○: 도막 상태가 전 표면적의 10 ~ 20% 변화하였을 경우, ×: 도막 상태가 전 표면적의 20% 초과하여 변화하였을 경우). 실시예 1~2, 비교예 2~3의 경우에는 경화층 표면의 도막변화를 기재하였다.
내수성
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
◎(5%) ◎(0%) ×(85%) ○(18%) ○(20%)
그 결과, 내수성은 실시예 2 > 실시예 1 > 비교예 2 > 비교예 3 > 비교예 1 순으로 우수하였는데, 이는 실시예 1 및 실시예 2의 우수한 내수성은 무기질 바인더가 펠트원단내부에 충진되고, 가압 및 건조공정을 통해 수밀성이 높아짐에 기인한 것으로 판단되었으며, 특히, 실시예 2의 경우, 기능성 코팅층의 형성으로 인하여 내수성이 더욱 향상됨을 확인할 수 있었다.
반면, 펠트타입의 비교예 1의 경우, 섬유 조직간의 엉킴 및 결합이 느슨해짐을 현저하게 확인할 수 있었는데, 이는 무기섬유조직 및 내부기공을 따라 수분이 쉽게 침투한 것에 기인한 것으로 판단되었다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
5 : 기능성 코팅층
10 : 경화층
20 : 연화층
50: 컨베이어부
100: 무기질 바인더 도포부
200: 압축부
300: 건조챔버
300': 제 1건조챔버
300": 제 2건조챔버
350 : 기능성 코팅조성물 공급부

Claims (8)

  1. 무기질섬유 패드원단의 일면에 무기질 바인더를 도포 및 압축 후 건조함으로써 일면에는 경화층이 형성되며, 무기질 바인더 도포되지 않은 타면에는 연화층을 가지는 경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드에 있어서,
    상기 무기질섬유 패드원단은 평균밀도 70 내지 250 kg/㎥을 가지며,
    상기 무기질 바인더는 전체 무기질섬유 패드원단 두께에 대하여 20 내지 60% 흡수될 때까지 도포되며,
    무기질 바인더가 도포된 무기질섬유 패드원단을 압축롤러로 압축처리하되, 롤러의 높이가 상이한 복수개의 압축롤러를 이용하여 단계적으로 두께가 줄어들도록 가압하며,
    상기 경화층은 전체 무기질 내화단열보드 두께 중 15 내지 50%를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는
    경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    압축된 무기질섬유 패드원단을 건조시 건조팽창을 방지하고 표면을 균일화하기 위하여 압축롤러를 이용하여 압축하는 것을 특징으로 하는
    경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 무기질섬유 패드원단은
    무기질섬유를 포함하는 펠트, 블랑켓 및 이들의 조합 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
    경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 무기질 바인더는
    가용성 액상 규산염 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 20 내지 45 중량부와 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규불화나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 첨가제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 무기질 바인더는
    점도 5 내지 20cps, pH 9.5 내지 11를 갖는 것을 특징으로 하는
    경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드.
  7. 제 1항에 있어서,
    경화층 상부에 내구성, 내수성 및 발수성을 갖는 기능성 코팅조성물을 코팅하여 형성되는 기능성 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 기능성 코팅조성물은
    무기질 바인더와 무기질 바인더 100중량부에 대해서 기능성 첨가제 1 내지 30중량부를 포함하며, 상기 기능성 첨가제는 팽창성 무기물, 셀룰로오스계 난연재 또는 이들의 조합 중 어느 하나인 것임을 특징으로 하는
    경화층과 연화층이 일체화된 하이브리드 무기질 내화단열보드.






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