KR20100060833A - 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건축용 단열재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난연성제가 주입되어 불연성을 강화시킨 스치로폼과 불연성을 갖는 무기질 단열재를 결합시킨 건축용 판넬에 관한 것이다.
본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬은, 유리질암석을 가스 또는 전기로 급속 가열하여 결정수를 기화시킨 무기질 발포체와; 물유리(Na20·SiO2), 난연제, 안티몬 및 PVA(Polyvinyl acetate)을 교반한 보조재;를 혼합하여 몰드에 성형하여 열경화시킨 난연성 무기질 단열재와; 물(H2O), 난연제 규산나트륨(SiO2), 점도보강제 전분, 경화제 및 염화나트륨 를 교반한 난연액상을 주입하여 건조시킨후 경화시킨 난연성제가 주입된 스치로폼;를 무기질 접착제로 접착시켜 형성되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.
스치로폼, 단열재, 무기질, 불연성, 판넬
Description
본 발명은 건축용 단열재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난연성제가 주입되어 불연성을 강화시킨 스치로폼과 불연성을 갖는 무기질 단열재를 결합시킨 건축용 판넬에 관한 것이다.
현재 국내에서 사용되는 불연, 단열재는 석고보드, 스치로폼, 글라스울 또는 세라믹화이버 등 유기화학 제품이 사용되고 있는 실정이다.
이러한 유기화학 제품은 화재발생시 쉽게 타버리고, 유독가스가 발생하여 질식사 및 인명, 재산손실을 감수하여야 했으며 불연재 및 단열재 등 건자재 개발의 요구는 끝없이 재기되어 왔지만 이에 적합한 자재의 기술은 경제성, 시공성 등 여러 문제점으로 한계점에 다다르고 있다.
또한 건축에 사용되는 단열재인 스치로폼.유리섬유.우레탄.암면등은 그동안 산업전반에 걸쳐 널리 사용되었던 소재이었으나 지구온난화 및 환경파괴의 주범으로 앞으로는 이러한 소재로 만든 제품으로는 소비자에게 외면을 받을 것이다.
특히 스치로폼 페기물은 땅속에서 썩는데 500년이나 걸리고 연소시 많은 유 독성가스를 발생하는 단점이 있다.
우레탄폼은 이소시아네이트와 폴리올 등과 혼합하여 현장에서 분사발포하여 공백을 메우거나 또는 판재로 성형하여 사용하나 프레온,펜탄,이산화탄소를 함유하고 있어 환경공해적인 측면에서 매우 부적절한 재료로 입증되었으며, 마르면 부서지는 단점등으로 근래에는 사용되지 않는 경향이 있다.
유리섬유 또한 단열성과 가공성이 좋으나 취급시 미세한 분진등으로 산업병을 일으키므로 이것을 취급하는 인력이 기피하는 현상이 있고 페기물처리시 환경에막대한 피해를 입히고 있다.
이러한 문제들을 극복시키기 위해 본 출원인은 등록번호 제10-0807245호(불연성 무기질 단열재)를 출원하여 등록을 받은 바 있으나, 이 불연성 무기질 단열재는 단열 효과가 매우 뛰어나나 기계적인 강도의 보완 필요성이 있는 것으로 확인된 바 있다.
또한, 건축단열재로서 널리 사용되는 스치로폼은 가연성 물질로서 화재발생시 급속한 발화가 이루어지고 또한 다량의 유독가스가 발생되므로 대형사고의 직접적 원인이 된다.
근래에는 화재발생시에 사고를 미연에 방지하기 위하여 불연성 또는 난연성 내장재가 지속적으로 개발되고 있는 실정이며, 또한 스치로폼 역시 불연성의 스치로폼이 개발되거나 시중에 유통되고 있는 실정이다.
그러나, 이러한 종전의 불연성 스치로폼의 경우 그 효과가 매우 미미하여 불연성이라기 보다는 종래의 가연성 스치로폼 보다 가연 속도가 약간 저지되는 수준 에 불과하다.
또한, 제조공정도 복잡하여 제조원가가 상승되는 원인이 되어 가연성 스치로폼을 건축자재로 사용할 수 밖에 없도록 하고 있다.
결과적으로, 이러한 종래의 불연성 스치로폼은 가연성 물질의 연소 속도를 지연시키는 효과가 미미하고, 유독가스의 발생을 완전히 억제할 수 없으며, 그 제조공정도 복잡하여 제조단가를 상승시켜 실용화하기에는 부족함이 있다.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 불에 타지 않으며 화재발생시 인명과 재산을 보호하고 단열성능을 발휘하고 가볍고 가공성이 뛰어나며, 특히 기계적 특성인 인장강도가 우수한 경량 불연 단열재를 제공함에 있다.
또한, 불연성 스치로폼을 제작하여 가스방출을 최대한 줄일 수 있으므로 화재시 사람이 대피할 수 있는 시간적 여유를 주어 인명 및 경제적 손실을 최대한 방지할 수 있도록 하는 데 있다.
또한, 단열 스치로폼과 불연성 단열재가 결합된 건축판넬을 제공하여 단열효과가 우수하고 불연성이 우수한 친환경 건축용 판넬을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬은, 유리질암석을 가스 또는 전기로 급속 가열하여 결정수를 기화시킨 무기질 발포체와; 물유리(Na20·SiO2), 난연제, 안티몬 및 PVA(Polyvinyl acetate)을 교반한 보조재;를 혼합하여 몰드에 성형하여 열경화시킨 난연성 무기질 단열재와; 물(H2O), 난연제 규산나트륨(SiO2), 점도보강제 전분, 경화제 및 염화나트륨 를 교반한 난연액상을 주입하여 건조시킨후 경화시킨 난연성제가 주입된 스치로폼;를 무기질 접착제로 접착시켜 형성되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.
여기서, 상기 무기질 발포체와 보조재의 혼합비율은 2:1이고, 상기 보조재는 물유리 65 내지 70 중량%, 난연제 27.5 내지 32.5 중량%, 안티몬 2.48 내지 3.0 중량% 및 PVA 0.01 내지 0.02 중량%의 비율로 교반되도록 구현하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 보조재는 물유리 67중량%, 난연제 30중량%, 안티몬 2.985중량% 및 PVA 0.015중량%의 비율로 교반되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 스치로폼의 조성물은 물(H2O) 50중량%, 규산나트륨(SiO2) 30중량%, 전분 10중량%, 경화제 8중량% 및 염화나트륨 2중량%가 교반되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 난연성제가 주입된 스치로폼과 난연 단열재가 결합된 판넬은 천정재, 방음재, 드라이비트용 단열재, 샌드위치판넬 충진재 또는 건축물의 내외장재로 사용될 수 있다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 불에 타지 않으며 화재발생시 인명과 재산을 보호하고 단열성능을 발휘하고 가볍고 가공성이 뛰어나며, 기계적특성(인장강도)이 우수하고 보온효과 및 소음차단효과가 뛰어난 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬을 제공하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬의 조성성분과 작용효과를 설명한다.
[
난연성제가
주입된
스치로폼의
조성물 및 제조공정]
본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼은 물(H2O) 50중량%, 난연제 규산나트륨(SiO2) 30중량%, 점도보강제 전분 10중량%, 경화제 8중량% 및 염화나트륨 2중량%를 교반한 난연액상을 주입하여 건조/경화시켜 제조된다.
여기서, 규산나트륨(SiO2)은 불연성제로 사용되며, 전체 중량 대비 30중량%를 사용하며, 전분은 전체 중량 대비 10중량%을 사용하며 이는 점도를 보강해주는 보조재로서 사용된다. 또한 염화나트륨은 전체 중량 대비 2중량% 정도 사용하며 이는 제품을 사용하기 전에 급속하게 경화되는 시간을 방지하기 위해 경화시간 지속제로 사용된다. 경화제는 전체 중량 대비 8중량% 정도 사용하는 것이 바람직하다.
물은 전체 대비 50중량% 정도를 사용하는 것이 바람직하며 그 미만이면 미만이면 건조시간이 증가됨으로 인하여 생산성 등의 저하를 가져오고, 그 중량을 초과하면 다른 혼합제와 혼합이 잘 안되는 문제점이 있다.
난연제는 전체 중량 대비 30중량% 정도를 사용하는 것이 바람직하며, 친환경소재의 난연제를 사용하며, 30 중량% 미만이면 접착강도를 보강하는 보조재로서의 역할을 다 하지 못하는 문제가 있고, 30 중량%를 초과하면 가스발생 등의 문제가 발생한다.
다음으로, 본 발명의 난연성제가 주입된 스치로폼의 제조과정을 도 1를 참조하여 살펴본다.
도 1에 도시된 난연성제 주입 장치는 본 발명을 더욱 효과적으로 제조하기 위한 장치일 뿐 본 발명이 이러한 제조방법에 따라 국한되지는 않는다.
먼저 제조장치를 살펴보면, 제조장치는 스치로폼(400)과, 스치로폼(400)에 랜덤하게 박혀있는 다수의 분사침(300)과, 다수의 분사침(300)에 각각 연결되는 분사호스(210)와, 다수의 분사호스(210)가 연결되는 분사 분기관(200)과, 분사 분기관(200)과 고압분무기(100)를 연결하는 연결관(110)과, 고압으로 난연액을 분사하는 고압분무기(100)로 이루어진다.
분사침(300)은 분사호스(210)에 연결되는 연결부(320)와 분사액이 통과하는 통과홀(330)이 형성된 봉(310)으로 구성된다. 통과홀(330)은 분사액이 통과될 수 있는 정도의 내경을 가지며 대략 내경 1.0mm 정도로 제작하여 사용할 수 있다. 봉(310)은 외경 1.5 내지 2mm 정도로 사용가능하며 스치로폼(400)의 손상이 없는 정도의 외경을 가지면 외경의 크기는 중요하지 않다.
고압분무기(100) 내부에는 위에서 설명된 난연성 조성물이 내장되며, 고압분무기(100)에서 분사된 난연제액은 분사 분기관(200)을 거쳐 각각의 분사호스(240) 및 다수의 분사침(300)을 통해 스치로폼(400)에 주입된다. 주입된 난연제액은 시간의 경과 및 지속적인 난연액 분사에 따라 스치로폼(400) 전체에 골고루 퍼지게 된다.
이렇게 난연제액이 주입된 스치로폼은 마이크로 웨이르로 건조기에서 건조하여 경화시킨 후 팬으로 열을 식힌 후 제품이 완성된다.
이런 과정을 거쳐 제조된 난연성 스치로폼을 시료(가로*세로*두께, 220*220*30mm)로 만들어 일정한 화력을 주어 시험한 결과 1분이상이 지속된 화력에 의해서도 육안으로 가연되는 연기가 보이지 않았으며, 또한 유독가스의 발생을 냄새로 확인하더라도 전혀 발생되지 않았다. 약 10분 이상 경과시에 유독가스가 극히 소량 방출되는 것을 냄새로서 확인되어 화재시 불연재로서 사용이 가능하며 또한 유독가스로 인한 인명피해를 최대한 줄일 수 있는 효과를 가져올 수 있었다.
[불연 단열재 조성물]
본 발명에 따른 불연성 무기질 단열재는 건축물의 내·외장 또는 천정재, 방음재, 충진재로 사용되는 건자재이다.
본 발명에 따른 불연성 무기질 단열재는 유리질암석을 870 내지 900℃로 NO2 가스로 급속 가열하여 결정수를 기화시킨 무기질 발포체와, 물유리(Na20·SiO2), 난연제, 안티몬 및 PVA(Polyvinyl acetate, 폴리비닐 아세테이트)을 교반한 보조재를 혼합하여 몰드에 성형하여 열경화시켜 제조된다.
여기서, 무기질 발포체는 질석, 화강암 또는 화산암 등의 용암이 급속냉각되어 생성된 결정수(약 3%~5%)를 함유한 유리질암석인 무기질을 정석 가공한 후 870℃~900℃의 온도에서 No2 가스로 급속 가열한 후, 급속 가열과정에서 결정수가 기화되면서 무기질을 팽창시키고 백색으로 변하면서 다공성 입자를 형성한 물체로 변하게 되며, 이 다공성 입자의 물체가 무기질 발포체가 된다.
이렇게 얻은 무기질의 특성은 초경량성을 지니게 되며, 밀도 0.04~0.20g/m²를 유지하며, 단열성면에서 열전도율 0.025~0.045kcal/mhc을 갖게되어 우수한 단열 효과를 가지게 되고, 형태 및 질이 변하지 않고, 용융온도 1200℃~1300/연화개시1100℃의 내화성을 지닌다. 또한, 화학적 안정성이 뛰어나 황산, 질산, 수산화나트륨 등의 화학약품에 의한 손상이 전혀 발생되지 않는다. 또한, 6.5~7.5의 경도로 아주 탁월하고 인체나 환경에 전혀 무해하며, 연소시 가스가 발생되지 않는 장점을 갖는다.
이렇게 생성된 무기질 발포체에 보조제를 첨가하여 혼합한 후 몰드 성형을 거쳐 경화시킨다.
여기서, 첨가되는 보조제는 물유리(Na20·SiO2), 친환경 난연제, 안티몬 및 폴리비닐 아세테이트가 선택된다.
여기서, 무기질 발포체와 보조제의 혼합비율은 2:1로 교반하는 것이 바람직하다.
상기 보조재는 물유리 65 내지 70 중량%, 난연제 27.5 내지 32.5 중량%, 안티몬 2.48 내지 3.0 중량% 및 PVA 0.01 내지 0.02 중량%의 비율 또한, 보조제의 혼합비율은 물유리(Na20·SiO2) 65 내지 70 중량%, 난연제 27.5 내지 32.5 중량%, 안티몬 2.48 내지 3.0 중량% 및 PVA 0.01 내지 0.02 중량%의 비율로 교반시키는 것이 바람직하다.
물유리는 접착/접합제로서의 기능을 가지며, 65중량% 미만이면 건조시간이 증가됨으로 인하여 생산성 등의 저하를 가져오고, 70중량%를 초과하면 다른 혼합제와 혼합이 잘 안되는 문제점이 있다.
난연제는 물유리의 접착강도를 보강하기 위한 보조재로서 바람직하게는 친환경소재의 난연제를 사용하며, 27중량% 미만이면 접착강도를 보강하는 보조재로서의 역할을 다 하지 못하는 문제가 있고, 32.5 중량%를 초과하면 가스발생 등의 문제가 발생한다.
안티몬은 경화후 표면처리를 매끄럽게 하기 위한 용도의 목적으로 혼합되며, 2.4 중량% 미만이면 경화후 단열재의 표면이 매끄럽게 처리되지 못하는 문제가 있고, 3.0 중량%를 초과하면 안티몬 특유의 냄새 등의 문제가 발생한다.
더욱 바람직하게는 물유리 67중량%, 난연제 30중량%, 안티몬 2.975중량% 및 PVA 0.015%의 비율로 교반시키는 것이 본 발명에 따른 효과를 최대화시킬 수 있는 배합비를 갖는다.
물유리 67중량%, 난연제 30중량%, 안티몬 2.975중량% 및 PVA 0.015%의 비율로 교반시킨 보조제와 무기질 발포체를 1:2로 혼합하여 몰드에 성형후 경화시킨 본 발명의 무기질 단열재와 종래의 단열재의 특성을 비교한 내용을 표 1를 참조하여 설명한다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 우레탄 폼을 제외한 본 발명을 포함한 다른 단열재들은 대부분 난연 1등급 자재들이며, 불연성 면에서 보면 난연 1등급 자재라 하더라도 일부 가연성인 반면 본 발명은 불연성을 갖는다.
화재시 발생할 수 있는 유독가스 발생면에서, 석고보드, 글라스화이버, 우레탄 폼 등은 유독가스를 발생시키나 본 발명은 유독가스를 발생시키지 않아 사람의 생명과 재산손실을 막는 데 첨병의 역할을 할 수 있다.
흡수성 면에서도, 석고보드 나 글라스화이바는 작은 습기에도 쉽게 부서지는 단점이 있으나 본 발명은 흡수성도 우수하며 물에 대한 형태변형이 거의 없어 내수성 또한 강한 특성을 갖는다.
시멘트발포체의 경우 본 발명과 거의 특성이 비슷하나, 시멘트발포체는 인체에 치명적인 휘발성 유기화합물이 발생하는 문제 뿐만아니라 자체 중량이 높아 시공면에서 문제가 많다.
또한, 본 발명은 단열재 배합시 전체 비율중에서 0.045중량%의 폴리비닐 아세테이트를 첨가하여 배합/경화시켜 인장강도를 80% 정도 높이게 되어 건축용 단열재로서의 품질을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
[
난연성제가
주입된
스치로폼과
불연 단열재의
결합된
판넬제조
]
상술한 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재는 친환경소재로 이루어진 무기질 접착제에 의해 결합된다.
무기질 접착제는 규산소다 30중량%, 나트륨 10중량% 및 물 60중량%을 교반하여 액상상태에서 스치로폼 또는 단열재 일면에 바른 후 스치로폼 및 단열재를 결합시켜 건축용 판넬을 제작할 수 있다.
이렇게 제조된 건축용 판넬의 사용 상태의 예시를 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬의 사용상태 제1 예시도 이고, 도 3은 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬의 사용상태 제2 예시도 이며, 도 4는 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬의 사용상태 제3 예시도 이다.
먼저, 일반건축물의 벽측에 세워지는 경우(도 2 참조)에는 외부와 접촉되는 부분은 단열재(201)가 위치되고 내부로는 스치로폼(202)이 위치되도록 건축할 수 있으며, 또한 건물 내의 공간과 공간의 중간칸막이로 사용되는 경우(도 3 참조)에는 스치로폼(303)을 중간에 놓고 양쪽으로 단열재(301, 302)를 접착시킨 3중구조로 형성될 수 있으며, 건물의 층간구조물로 사용되는 경우(도 4 참조)에는 아래방향으로 스치로폼(401)이 위치되고 윗방향으로는 단열재(402)가 위치되도록 하고, 그 위에 온돌 파이프(403), 콘크리트(404) 및 마루(장판, 405) 순으로 건축할 수 있으며, 이외에도 다양하게 건축 내장재로 사용될 수 있다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼의 제조과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬의 사용상태 제1 예시도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬의 사용상태 제2 예시도 이다.
도 4는 본 발명에 따른 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬의 사용상태 제3 예시도 이다.
Claims (5)
- 유리질암석을 가스 또는 전기로 급속 가열하여 결정수를 기화시킨 무기질 발포체와; 물유리(Na20·SiO2), 난연제, 안티몬 및 PVA(Polyvinyl acetate)을 교반한 보조재;를 혼합하여 몰드에 성형하여 열경화시킨 난연성 무기질 단열재와;물(H2O), 난연제 규산나트륨(SiO2), 점도보강제 전분, 경화제 및 염화나트륨 를 교반한 난연액상을 주입하여 건조시킨후 경화시킨 난연성제가 주입된 스치로폼;를 무기질 접착제로 접착시켜 형성하는, 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬.
- 제1항에 있어서,상기 무기질 발포체와 보조재의 혼합비율은 2:1이고,상기 보조재는 물유리 65 내지 70 중량%, 난연제 27.5 내지 32.5 중량%, 안티몬 2.48 내지 3.0 중량% 및 PVA 0.01 내지 0.02 중량%의 비율로 교반되는, 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬.
- 제2항에 있어서,상기 보조재는 물유리 67중량%, 난연제 30중량%, 안티몬 2.985중량% 및 PVA 0.015중량%의 비율로 교반되는, 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합 된 판넬.
- 제1항에 있어서,상기 스치로폼의 조성물은 물(H2O) 50중량%, 규산나트륨(SiO2) 30중량%, 전분 10중량%, 경화제 8중량% 및 염화나트륨 2중량%가 교반된, 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬.
- 제1항에 있어서,상기 난연성제가 주입된 스치로폼과 난연 단열재가 결합된 판넬은 천정재, 방음재, 드라이비트용 단열재, 샌드위치판넬 충진재 또는 건축물의 내외장재로 사용되는, 난연성제가 주입된 스치로폼과 불연 단열재가 결합된 판넬.
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