KR20160091612A - 불연성 단열재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불연성 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재는 유기 단열재층; 상기 유기 단열재층 상면에 적층되는 금속층 및 상기 금속판 상면에 적층되는 불연 단열층을 포함하는 것이고, 상기 불연 단열층은 규산염(silicate) 100중량부 및 상기 규산염에 대하여 유화제(emulsifier) 10 내지 50 중량부, 유성페인트(oil paint) 10 내지 50 중량부, 내열성 무기질을 3 내지 40 중량부로 포함하는 불연조성물, 그리고 접착제가 1 : 10 내지 10 : 1의 중량비로 혼합된 불연 접착조성물이 코팅된 하기의 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재가 압착성형된 것이고, 상기 불연 단열층은 상기 금속층을 마주보는 면에 홈이 형성된 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00019

[화학식 2]
Figure pat00020

(상기 화학식 1 또는 2에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)

Description

불연성 단열재 및 그 제조방법{NON-FLAMMABLE INSULATOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 불연성 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 높은 단열성과 함께 불연성을 가지는 것으로 다양한 목적에 따라 건축분야에서 사용될 수 있는 불연성 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 친환경 기술의 필요성 및 에너지 절감 요구에 따라, 친환경과 에너지 저감에 관한 기술개발이 급물살을 타고 있다. 그 일례로 전 세계 에너지 소비의 25%를 차지하는 주택 부문에서 발생되는 유해가스를 저감하기 위하여, 태양열, 지열과 같은 신재생 에너지의 도입을 이용한 이산화탄소 배출감소를 추구하고 있다. 그러나 그 도입과 운영이전에, 주택의 불필요한 열 손실의 최소화 즉, 단열이 전제되어야 한다. 가령, 태양열을 이용하는 주택의 경우, 단열성능이 좋지 않다면 외부로 손실되는 열을 보충하기 위해 밤에 난방을 위한 추가적인 화석연료 사용이 필요하므로, 난방비용과 함께 이산화탄소 배출양 증가가 불가피하기 때문이다.
이에, 그린홈의 필수조건인 에너지 효율을 극대화하고 절대 에너지 사용량을 최소화하기 위해서는, 외벽 단열을 비롯한 내벽, 층간, 지붕 단열 등 모든 부위에 완벽한 단열에 대한 수요가 증대되고 있다.
단열재는 열전도율, 밀도, 열확산율, 강도, 내구성, 외관 등의 물리적 및 화학적 성질을 충족하는 것은 물론, 가격대비 성능비도 단열재의 선정에 주요한 기준이 된다.
일반적으로 단열의 메커니즘은 저항형, 반사형, 용량형 및 투과형으로 분류된다. 일반적으로 열의 전달은 전도, 대류 및 복사로 인한 방법으로 진행되는데, 저항형 또는 반사형 단열재는 열 전달을 차단시키는 기능을 이용한 것이고, 용량형 단열재는 열 전달을 지연시키는 기능을 이용한 것으로서, 상기 저항형 또는 반사형 단열재가 순간적 효과가 있다. 반면, 용량형 단열재는 시간과 함수관계를 가진다. 또한, 투과형 단열재는 단열의 개념과 자연에너지(태양에너지) 이용에 관련한다.
한편 저항형 단열재는 대부분 다공질이며, 밀도가 낮은 특성을 가지는데, 상기 자재 내에 포함된 다공질에 의해 단열작용이 구현된다. 이때, 공기는 움직이지 않는 것을 전제한다. 상기 저항형 단열재의 일례로는 글라스울, 암면, 폴리스티로폼, 추출발포 폴리스티렌, 경질 우레탄 폼, 고발포 폴리에틸렌, 페놀폼, 인슐레이션 보드, 셀룰로오스 화이버 등이 있다.
상기 저항형 단열재에 있어 무기계 단열재 즉, 저항형 무기계 단열재의 경우 열에 대한 저항성이 상대적으로 높은 특징을 가지지만 단열효과가 높지 않다는 문제가 있다. 또한 상기 저항성 무기계 단열재는 일반적으로 가격이 더 비싸고, 무게 역시 상대적으로 무거울 뿐만 아니라 가공성이 좋지 않은 것이 일반적이어서 건축용으로 사용하는데 일정한 한계가 따른다.
한편, 상기 저항형 단열재에 있어 유기성분을 포함하는 저항성 유기계 단열재의 경우 가공성이 뛰어날 뿐만 아니라 일반적으로 단열효과가 높고 가격이 저렴한 소재가 많이 개발되어 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그러나 이는 열전도율이 높거나 그 자체로서 열에 취약한 특징을 가지고 있어 주택에 화재 등이 발생한 경우 쉽게 타버리면서 주택에 화재가 더 크게 번지거나 대량의 유독가스 발생으로 인하여 재산적 피해는 물론 인명의 피해가 발생할 수 있어 단열재 소재에 대한 불연성을 높이는 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래의 기술을 보면, 상기 저항성 유기계 단열재에 불연성 조성물을 함침하여 단열성을 높인 구성이 있었는데, 이는 단열재의 무게를 증가시켜 건축재로 활용하는데 효용성이 저하될 뿐만 아니라 기공의 감소 또는 소멸로 단열효과가 저하되고 및 열차단이 미흡하여 단열재의 유기성분이 열전도재의 역할을 하면서 불연 성능이 역시 저하되는 문제가 있다.
이에 저항성 유기계 단열재 사이에 불연재를 적층 또는 부착하여 단열성을 개선한 것이 있으나, 제품의 무게가 너무 무거워지고 부피에 비하여 단열성이 저하되어 건축용으로 사용하는데 단점이 있을 뿐만 아니라 불연성능이 역시 떨어지는 문제가 있다.
구체적으로 관련 선행기술을 살펴보면, 선행기술 1(KR 10-2010-0060833 A, 공개일자 2010년 06월 07일)은 무기질 단열재와 난연 조성물을 주입시킨 스티로폼을 결합시킨 것으로 이에 의하는 경우, 난연 조성물을 스티로폼에 직접 주입함에 따라 난연성 및 단열 성능의 저하문제가 있고, 상기 무기질 단열재 사용에 의해 부피당 단열성능 및 불연성능의 저하 문제에 따라 건축용으로 활용하는데 그 활용성이 저하되는 문제가 있다.
선행기술문헌 2(KR 10-0659942 B1, 등록일자: 2006년 12월 14일)는 실리카졸을 포함하는 난연 조성물을 스티로폼에 함침시키는 구성을 개시하고 있는데, 상기 실리카 졸의 사용으로 일반적인 난연 조성물에 비해 경량성이 인정될 수 있지만, 실리카 졸은 겔화(Gel化)되는 문제 때문에 SiO2 함량을 30 중량% 이상으로 높이기 어렵기 때문에 상기 제시된 구성 역시 이산화규소, 규조토 등을 포함하고 있는 것이고, 상기 구성만으로는 기공의 소실에 의한 단열성능 저하되는 문제가 있고 향상되는 난연성 효과 역시 일정한 한계를 가진다는 문제가 있다.
KR 10-2010-0060833 A KR 10-0659942 B1
본 발명의 목적은 저항성 유기계 단열재와 관련하여 단열성이 우수할 뿐만 아니라 불연성을 가지는 불연성 단열재를 제공하는 것이다. 또한 상기 불연성 단열재는 유기계 단열재는 특유의 높은 경량성 및 가공성이 유지되는 것이어야 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 불연성 단열재에 대한 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재는 유기 단열재층; 상기 유기 단열재층 상면에 적층되는 금속층 및 상기 금속판 상면에 적층되는 불연 단열층을 포함하는 것이고, 상기 불연 단열층은 규산염(silicate) 100중량부 및 상기 규산염에 대하여 유화제(emulsifier) 10 내지 50 중량부, 유성페인트(oil paint) 10 내지 50 중량부, 내열성 무기질을 3 내지 40 중량부로 포함하는 불연조성물, 그리고 접착제가 1 : 10 내지 10 : 1의 중량비로 혼합된 불연 접착조성물이 코팅된 하기의 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재가 압착성형된 것이고, 상기 불연 단열층은 상기 금속층을 마주보는 면에 홈이 형성된 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
(상기 화학식 1에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
상기 유기 단열재층 및 불연 단열층은 10 : 1 내지 10 : 7의 부피비를 이루는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 불연성 단열재의 제조방법은 하기의 화학식 1 또는 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재에 대하여 규산염(silicate) 100중량부 및 상기 규산염에 대하여 유화제(emulsifier) 10 내지 50 중량부, 유성페인트(oil paint) 10 내지 50 중량부, 내열성 무기질을 3 내지 40 중량부로 포함하는 불연조성물, 그리고 접착제가 1 : 10 내지 10 : 1의 중량비로 혼합된 불연 접착조성물을 코팅하여 불연코팅된 단열소자 제조단계; 상기 불연코팅된 단열소자를 압축성형하여 성형된 불연 단열층을 제조하는 불연 단열층 제조단계 및 상기 불연 단열층에 일면에 금속층을 포함하는 유기단열층을 상기 금속층이 상기 불연 단열층과 마주보도록 적층하는 단열층 적층 제조단계를 포함하는 것이고, 상기 불연 단열층은 상기 금속층을 마주보는 면에 홈이 형성된 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00003
[화학식 2]
Figure pat00004
(상기 화학식 1에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
상기 불연성 단열재의 제조방법은 상기 단열층 적층 제조단계에서 상기 유기 단열재층 및 불연 단열층은 10 : 1 내지 10 : 7의 부피비를 이루는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재는 유기 단열재층; 상기 유기 단열재층 상면에 적층되는 금속층 및 상기 금속판 상면에 적층되는 불연 단열층을 포함하는 것이고, 상기 불연 단열층은 규산염(silicate) 100중량부 및 상기 규산염에 대하여 유화제(emulsifier) 10 내지 50 중량부, 유성페인트(oil paint) 10 내지 50 중량부, 내열성 무기질을 3 내지 40 중량부로 포함하는 불연조성물, 그리고 접착제가 1 : 10 내지 10 : 1의 중량비로 혼합된 불연 접착조성물이 코팅된 하기의 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재가 압착성형된 것이고, 상기 불연 단열층은 상기 금속층을 마주보는 면에 홈이 형성된 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00005
[화학식 2]
Figure pat00006
(상기 화학식 2에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
상기 불연성 단열재는 금속판 사이에 충전재를 위치시키는 일반적인 판넬 형태의 조립식 건축재 또는 충전재로 사용되는 것일 수 있다.
상기 불연성 단열재는 불연 단열층 외피에 유기 단열재층을 포함시켜 불연성 단열재 전체로서 단열효과를 높일 뿐만 아니라, 가공성과 경량성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다. 특히, 상기 불연 단열층은 불연성과 단열 효과가 우수할 뿐만 아니라 불연 단열층의 높은 불연성능 외에 상기 금속층에 의한 열차단으로 전달되는 열에너지가 낮아 불연성 단열재 전체로서 뛰어난 불연효과를 나타내도록 하는 것이다.
즉, 불연성 및 단열성을 동시에 높이며 경량성과 가공성을 높게 유지시킬 수 있으므로 다양한 건축분야에서 쉽게 활용할 수 있다.
바람직하게 상기 불연성 단열재는 제1 불연 단열층; 상기 제1 불연 단열층 상면에 적층되는 제1 금속층; 상기 제1 금속층 상면에 적층되는 유기 단열재층; 상기 유기 단열재층 상면에 적층되는 제2 금속층 및 상기 제2 금속층 상면에 적층되는 제2 불연 단열층을 포함하는 것이고, 상기 불연 단열층은 상기 제1 금속층 및 제2 금속층을 마주보는 면에 홈이 형성된 것일 수 있다. 이 경우 유기 단열재가 양방향에서 보강되어 일반적인 사용에 있어 이를 사용한 건축물에 대한 단열효과가 우수할 뿐만 아니라, 화재가 발생한 경우 상기 금속층 및 불연 단열층에 의하여 상기 유기 단열재의 연소 외에 화재가 번지는 것을 방지하거나 화재를 감소 내지 지연시키는 효과가 매우 우수하다.
상기 유기 단열재층은 유기물로 이루어진 단열재료를 의미하는 것이다. 유기 단열재 층은 무게가 가볍고 가공성이 우수할 뿐만 아니라 단열성이 우수한 장점을 가지므로 이에 대한 불연성능의 보완으로 단열성과 함께 불연성능을 내도록 하는데 유리할 수 있다. 바람직하게 상기 유기 단열재층은 발포고무, 나일론, 페놀폼, 셀룰로오스 화이버, 스티로폼, 우레탄 폼 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 경량성 및 불연 조성물의 코팅 대상이 되는 입자 구현 및 접착 후 압착 성형이 용이한 장점이 있다.
상기 금속층은 상기 외부의 화원에서 발생한 화염 등으로부터 발생한 열에너지가 유기 단열재를 태우고 상기 금속층에서 더 이상 타지 않도록 하는 역할을 한다.
즉, 상기 금속층에 전달된 열에너지가 복사열 형태로 미미하게 전달되는 외에 상기 불연 단열층에 직접적인 산화를 차단하며, 열전도를 늦출 수 있다. 상기 금속층으로 전체적인 내구성을 높일 수 있는 장점을 가진다.
특히 상기 불연 단열층은 홈을 가지고 있으므로 복사열을 제외하고 열전도 등이 현격하게 저하되므로 상기 유기 단열재 또는 금속층에 열이 전달되거나 상기 유기 단열재 또는 금속층으로부터 전달받는 열을 최소화 하여 불연 효과를 높일 수 있는 장점을 가진다.
상기 홈의 모양은 도 2 및 3에 한정하는 것이 아니라 다양한 모양과 크기고 형성되는 것일 수 있고, 미세한 홈이 형성된 것일 수 있다. 이는 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적용하는 대상에 맞추어 적용할 수 있는 홈의 형상 및 크기를 모두 포함하는 것으로 본다.
상기 금속층은 0.01 내지 3mm일 수 있고, 황동 알루미늄, 크롬강 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 열전도의 차단 및 내구성이 크게 높아질 수 있다.
상기 불연 단열층은 하기의 화학식 1 또는 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재는 발포시켜 그 안에 미세기공을 다량으로 형성되어 높은 단열성을 나타낼 수 있으며, 화학적으로도 안정한 장점을 가진다. 특히 상기 불연 조성물과 화학적 반응이나, 상기 불연 조성물의 침투로 상기 형성된 기공이 손상되지 않으면서도 상기 불연 조성물이 코팅층을 형성하면서 강하게 결합할 수 있는 장점을 가진다.
[화학식 1]
Figure pat00007
[화학식 2]
Figure pat00008
(상기 화학식 1에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
구체적인 예로서, 상기 화학식 1로 표현되는 유기 단열재는 하기의 화학식 3에 의하는 유기 단열재인 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00009
(상기 화학식 3에서 R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
구체적인 예로서, 상기 화학식 1로 표현되는 유기 단열재는 하기의 화학식 4에 의하는 유기 단열재인 것일 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00010
(상기 화학식 4에서 R1은 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
상기에 의하는 경우 상기 불연 조성물에 의한 단열효과의 저하가 없고 상기 불연 조성물에 의해 상기 유기 단열재의 미세기공의 훼손 없이 안정적인 불연 코팅층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 화학식 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재는 하기의 화학식 5로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재인 것일 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00011
(상기 화학식 5에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
상기 유기 단열재에 의하는 경우 내구성 및 가공성이 우수할 뿐만 아니라 미세기공의 형성이 용이하고 물리적인 내구성과 화학적인 안정성이 높다. 또한 불연 조성물이 코팅층을 형성하여 불연성을 높이는 경우에도 그 자체의 단열성이 낮아지는 문제가 없어 불연성능을 가지는 유기 단열재로 사용하는데 적합할 수 있다.
상기 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 규산알루미늄, 규산마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 규산염은 SiO2 함량이 15 내지 50중량% 이고, 액상인 것일 수 있다. 상기 SiO2 함량이 15 내지 50중량%인 액상 규산염을 사용하는 경우 함침시 충전재에 대한 침투성이 우수하고, 화염에 접촉되었을 때 발포되어 미세한 공기층을 형성하기 때문에 불연 및 차열효과를 가진다.
또한 바람직하게 상기 규산염을 규산염 총량에 대하여 리튬실리케이트를 10 내지 55 중량% 포함하는 것일 수 있다. 리튬실리케이트는 접착성이 우수하여 상기 화학식 1로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재에 고르게 분포되어 강력한 불연코팅층을 형성할 수 있다.
상기 불연조성물은 폴리글리세롤폴리글리시딜에테르(polyglycerol polyglycidyl ether), 디글리세롤폴리글리시딜에테르(diglycerol polyglycidyl ether), 글리세롤폴리글리시딜에테르(glycerol polyglycidyl ether), 트리메틸프로판폴리글리시딜에테르(trimethlypropane polyglycidyl ether), 비스(에폭시프로폭시)에틸렌(bis(epoxypropoxy)ethylene), 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르(pentaerythritol polyglycidyl ether), 소르비톨폴리글리시딜에테르(sorbitol polyglycidyl ether) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기에 의하는 경우 상기 화학식 1로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재의 내부 기공안에 상기 조성물이 침투하지 않고, 상기 기공을 유지한 상태로 상기 유기 단열재 입자를 코팅하기 때문에 상기 유기 단열재의 기공에 의한 단열효과를 저하시키지 않으면서 상기 유기 단열재에 대한 불연성을 부가할 수 있다.
상기 유성페인트는 보일유 등의 지방유를 전색제로 하여 여기에 안료를 가하여 만든 착색도료를 말하며, 일반적으로는 목재 등에 견고한 피막을 형성하여 방수, 방부성을 제공하기 위해 사용한다.
상기 규산염은 습기와 결합하여 산성의 부생물을 생성하고, 이것이 습기가 많은 곳에 노출되어 추워질 경우 결로가 발생되는 문제가 있다. 따라서 상기 규산염이 습기에 노출되지 않게 하고, 불연 코팅층에 대한 내수성을 향상시키기 위해 상기 유성페인트를 사용한다. 또한, 상기 유성페인트는 상대적으로 비중이 낮기 때문에 상기 규산염과 강하게 교반하여 사용한다.
상기 불연제에 대하여 상기 유성페인트가 10 중량부 미만으로 사용되는 경우 유기 단열재에 대한 내수성 향상효과가 거의 없으며, 50 중량부를 초과하는 경우 상기 유기 단열재의 미세기공까지 침투하여 공기층을 훼손함으로서 단열효과를 저하시키고 상기 유성페인트 함량이 상대적으로 증가하여 불연성이 저하되는 문제가 있다.
바람직하게는 상기 유성페인트는 20 내지 30 중량부로 포함되는 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 분산이 용이하여 작업성이 우수할 뿐만 아니라 상기 유기 단열재에 미세기공까지 침투하지 않으면서 불연 코팅층을 형성하고 결로현상도 방지할 수 있는 장점을 가진다.
상기 내열성 무기질은 내열성, 내수성 및 내식성이 우수한 광물질을 총칭하는 것으로 바람직하게는 분말형태의 일라이트(illite), 퍼라이트(perlite), 형석, 운모 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 내열성 무기질을 사용하는 경우 조립식 건축재의 내열성을 향상시킬 뿐만 아니라, 내수성 및 내식성 향상으로 그 수명이 연장되는 장점이 있다. 또한, 분말로 제공되는 경우 상기 불연성 용액이 상기 충전재에 보다 접착이 우수해질 수 있다.
바람직하게 상기 내열성 무기질은 산화규소, 산화마그네슘, 산화칼슘 분말 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 상기에 의하는 경우 코팅층의 내열성을 높이는 장점을 가진다.
상기 내열성 무기질이 3 중량부 미만으로 포함되는 경우 내열성, 내수성 및 내식성을 높이는 효과가 미미하고, 40 중량부를 초과하는 경우 불연 코팅층의 접착력이 오히려 감소되는 문제점이 있다.
바람직하게는 상기 내열성 무기질은 10 내지 20 중량부로 포함되는 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 유기계 단열재의 단열효과를 저해하지 않으면서도 내열성이 높아질 수 있고, 코팅층의 접착성능을 저해하지 않아 오랜 시간 동안 내구성과 불연성을 유지할 수 있다.
상기 유화제는 실리콘 유화제인 것일 수 있다. 실리콘 유화제를 사용하는 경우 유화안정성이 높고, 불연성을 저해하지 않는 장점을 가진다. 다만 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 접착제는 유기계 또는 무기계 접착제를 사용하는 것으로 해당 분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 사용할 수 있는 접착제 조성을 모두 포함하는 것으로 본다.
상기 유기 단열재층 및 불연 단열층은 10 : 1 내지 10 : 7의 부피비를 이루는 것일 수 있다.
상기 범위를 벗어나는 경우 즉 상대적으로 유기 단열재층의 부피가 적은 경우 통상적인 사용에서 단열효과가 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 유기 단열재층이 부피가 증가하는 경우 화재 발생시 상기 유기 단열재의 연소에 의한 연소열이 증가할 수 있고, 상기 불연 단열재의 부피가 감소하게 되어 불연성 단연재의 불연 또는 난연성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 불연성 단열재의 제조방법은 하기의 화학식 1 또는 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재에 대하여 규산염(silicate) 100중량부 및 상기 규산염에 대하여 유화제(emulsifier) 10 내지 50 중량부, 유성페인트(oil paint) 10 내지 50 중량부, 내열성 무기질을 3 내지 40 중량부로 포함하는 불연조성물, 그리고 접착제가 1 : 10 내지 10 : 1의 중량비로 혼합된 불연 접착조성물을 코팅하여 불연코팅된 단열소자 제조단계; 상기 불연코팅된 단열소자를 압축성형하여 성형된 불연 단열층을 제조하는 불연 단열층 제조단계 및 상기 불연 단열층에 일면에 금속층을 포함하는 유기단열층을 상기 금속층이 상기 불연 단열층과 마주보도록 적층하는 단열층 적층 제조단계를 포함하는 것이고, 상기 불연 단열층은 상기 금속층을 마주보는 면에 홈이 형성된 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00012
[화학식 2]
Figure pat00013
(상기 화학식 1에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
상기 불연성 단열재의 제조방법은 상기 단열층 적층 제조단계에서 상기 유기 단열재층 및 불연 단열층은 10 : 1 내지 10 : 7의 부피비를 이루는 것일 수 있다.
상기 불연 단열층 제조단계에서 압축성형은 1500 내지 2500kg/m2의 압력으로 성형된 것일 수 있다. 압력이 상기 범위를 초과하는 경우 단열재의 기공이 손상되고 상기 불연성 단열재의 코팅층이 깨져 단열성과 불연성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있고, 상기 범위 미만의 압력의 경우 코팅된 단열재의 입자가 강하게 결합되어 공기층이 품어지지 않아 단열성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 불연성 단열재는 단열성이 우수할 뿐만 아니라 불연성을 가지는 불연성을 가지므로 이를 사용하는 경우 단열성능으로 에너지 절감에 도움이 될 뿐만 아니라 화재에 의한 인명 또는 재산적 피해를 줄이는 효과를 낼 수 있다.
또한, 다른 불연성 단열재에 비하여 상대적으로 무게가 가볍기 때문에 건축분야에 적용 및 시공하는데 편리하여 공정효율성이 매우 높을 뿐만 아니라, 그 자체의 가공성이 우수하여 다양한 건축분야에서 용이하게 활용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 불연성 단열재의 제조방법은 상기 불연성 단열재를 제조할 수 있는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재의 적층구조에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재의 적층구조에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재의 적층구조에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재의 적층구조에 관한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재의 적층구저 제조방법에 관한 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예 1: 불연 조성물의 제조]
본 발명에 따른 불연성 효과를 확인하기 위하여 하기의 표 1과 같은 조성에 따라 불연조성물을 제조하였다. 각 조성물에 사용한 접착제는 실리콘 접착제를 사용하였다.
P1 P2 P3 P4 P5 P6
규산염A 100 - - 100 - 100
규산염B - 100 - - - -
규산염C - - 100 - 100 -
유화제 20 20 20 20 20 20
유성페인트 20 20 20 20 20 20
내열성 무기질A 15 15 15 - - -
내열성 무기질B - - - 15 15 -
내열성 무기질C - - - - - 15
(단위: 중량부)
- 규산염 A: 액상 규산 나트륨
- 규산염 B: 액상 규산 칼륨
- 규산염 C: 액상 규산 나트륨 및 리튬실리케이트의 70 : 30 중량비 혼합물
- 유화제: 실리콘 유화제
- 내열성 무기질 A: 산화규소
- 내열성 무기질 B: 산화마그네슘 및 산화칼슘 15 : 40 내지 35: 15 중량비 혼합물.
- 내열성 무기질 C: 제올라이트.
[제조예 2: 불연성 단열제의]
본 발명의 일 실시예에 따른 불연성 단열재에 대한 효과를 확인하기 위하여 하기의 실시예 및 비교예를 제조하였다.
(1) 실시예 1 내지 6
평균 직경이 5mm이고 하기의 화학식 4로 이루어진 유기계 단열재를 상기 P1 내지 P6를 사용하여 코팅하고, 상기 코팅된 유기계 단열재를 압착 성형하여 불연 단열층을 제조하였다. 아울러, 일반 스티로폼, 상기 일반 스티로폼 상면에서 0.1mm의 알루미늄 금속층을 상기 적층하고, 상기 알루미늄 금속층 상면에 불연 단열층을 적층하였다. 또한 상기 불연 단열층은 상기 알루미늄 금속층과 마주보는 면에 홈을 형성하였다.(실시예 1은 P1, 실시예 2는 P2, 실시예 3은 P3, 실시예 4는 P4, 실시예 5는 P5, 실시예 6은 P6)
[화학식 4]
Figure pat00014
(상기 화학식 4에서 R1은 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
(2) 실시예 7
평균 직경이 5mm인 스티로폼을 상기 P5를 사용하여 코팅을 하고 압착성형으로 불연 단열층을 제조하였다. 그 외의 방법은 상기 실시예 1 내지 6과 같은 방법으로 불연성 단열재를 제조하였다.
(3) 비교예 1
평균 직경이 5mm인 스티로폼을 상기 P1을 사용하여 코팅을 하고 압착성형으로 불연단열층을 제조하였다. 다만 금속층 및 유기계 단열층을 적층하는 구성을 제외하였다.
(4) 비교예 2
평균 직경이 5mm인 스티로폼을 상기 P1을 사용하여 코팅을 하고 압착성형으로 불연 단열층을 제조하였고, 상기 불연 단열층의 일면에 일반 스티로폼을 적층하였다. 다만 금속층 적층하는 구성을 제외하였다.
(5) 비교예 3
일반 스티로폼에 상기 P1을 함침시켜 불연 단열층을 제조하고, 그외의 구성은 실시예와 동일하게 구성되도록 하였다.
(6) 비교예 4
실시예 1에 있어, 불연 단열층에 홈을 형성하지 않고 금속판과 상기 불연단열층이 면대 면으로 그대로 부착되도록 하였다. 그 외의 구성은 실시예 1과 동일하게 되도록 구성하였다.
[실험예 1: 실시예 및 비교예의 연소실험]
상기 실시예 및 비교예에 대한 불연성을 실험하기 위해 상기 실시예 및 비교예에 대한 연소실험을 진행하였다. 상기 연소실험은 콘칼로리미터법에 따라 10분간 총방출열량이 8MJ/m2 이하며, 10분간 최대 열방출률이 200kw/m2를 넘는 시간이 10초가 되도록 하였다. 상기 연소실험 결과를 관능평가 하여 표면연소, 연기발생, 질량감소율 및 자가연소율을 구분하여 1 내지 10의 등급으로 나누어 평가하였다. 상기 등급은 수치가 클수록 불연성이 우수한 것이다.
또한, 상기 실시예 및 비교예의 단열성을 시험하기 위하여 단열성 평가로서 상기 실시예 및 비교예로 이루어진 밀폐상자를 구비하고, 그 안에 35℃, 그 밖을 -10℃로 유지한 뒤 밀폐상자 내부온도가 외기 온도의 차이가 절반이 되는데 까지 걸린 시간을 측정하여 그 값을 1 내지 10의 등급으로 분류하여 나타내였다. 상기 등급은 수치가 클수록 단열성이 우수한 것이다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
불연성 8 9 9 9 10 8 7 7 4 5 6
단열성 8 8 8 8 10 8 6 3 7 1 7
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 구성에 따라 제조된 실시예가 비교예에 비하여 높은 불연성과 함께 우수한 단열성을 가진다는 것을 확인할 수 있다.
특히 실시예 5에 의하는 경우 불연성 및 단열성이 탁월하였다. 한편, 비교예 1의 경우 불연성은 낮은 범위에서의 향상을 확인할 수 있었지만 단열성이 급격히 저하되는 문제를 확인할 수 있었다. 비교예 2의 경우 일반 스티로폼의 사용으로 단열 구성은 보완되었으나, 연소실험에서 상기 일반 스티로폼에 불로 상기 불연 단열재에 열이 즉각적으로 전달되어 불연성이 약한 것을 확인하였다. 또한 비교예 3은 불연성과 단열성이 나빳을 뿐만 아니라 건조공정 등 공정상 문제가 많았고, 스티로폼의 기공이 막혀 무거워지면서 단열성도 저하되는 문제와 상기 스티로폼에 불연 조성물이 고르게 분포되지 않아 상기 불연조성물의 적게 포함된 부분부터 연소되어 불연성이 약한 문제가 있었다.
비교예 4의 경우 비교예 중에서 가장 우수하였으나, 실시예에 비하여 단열 및 불연효과가 떨어지는 문제가 있었는데 이로서 실시예의 불연 단열층은 형성된 홈에 의해 열차단 및 단열층 확보에 따른 이점이 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 불연 단열층
11: 제1 불연 단열층
12: 제2 불연 단열층
20 : 금속층
21: 제1 금속층
22: 제2 금속층
30 : 유기단열재층

Claims (4)

  1. 유기 단열재층;
    상기 유기 단열재층 상면에 적층되는 금속층 및
    상기 금속판 상면에 적층되는 불연 단열층을 포함하는 것이고,
    상기 불연 단열층은 규산염(silicate) 100중량부 및 상기 규산염에 대하여 유화제(emulsifier) 10 내지 50 중량부, 유성페인트(oil paint) 10 내지 50 중량부, 내열성 무기질을 3 내지 40 중량부로 포함하는 불연조성물, 그리고 접착제가 1 : 10 내지 10 : 1의 중량비로 혼합된 불연 접착조성물이 코팅된
    하기의 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재가 압착성형된 것이고,
    상기 불연 단열층은 상기 금속층을 마주보는 면에 홈이 형성된 것인
    불연성 단열재.
    [화학식 1]
    Figure pat00015

    [화학식 2]
    Figure pat00016

    (상기 화학식 1 또는 2에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유기 단열재층 및 불연 단열층은 10 : 1 내지 10 : 7의 부피비를 이루는 것인
    불연성 단열재.
  3. 하기의 화학식 1로 또는 화학식 2로 표현되고 평균직경이 0.1 내지 20 mm인 유기 단열재에 대하여 규산염(silicate) 100중량부 및 상기 규산염에 대하여 유화제(emulsifier) 10 내지 50 중량부, 유성페인트(oil paint) 10 내지 50 중량부, 내열성 무기질을 3 내지 40 중량부로 포함하는 불연조성물, 그리고 접착제가 1 : 10 내지 10 : 1의 중량비로 혼합된 불연 접착조성물을 코팅하여 불연 코팅된 단열소자 제조단계;
    상기 불연 코팅된 단열소자를 압축성형하여 성형된 불연 단열층을 제조하는 불연 단열층 제조단계 및
    상기 불연 단열층에 일면에 금속층을 포함하는 유기단열층을 상기 금속층이 상기 불연 단열층과 마주보도록 적층하는 단열층 적층 제조단계를 포함하는 것이고,
    상기 불연 단열층은 상기 금속층을 마주보는 면에 홈이 형성된 것인
    불연성 단열재의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00017

    [화학식 2]
    Figure pat00018

    (상기 화학식 1 또는 2에서 R1, R2는 C1 내지 C10의 알킬기 또는 H이고, R3는 C1 내지 C13의 알킬기 또는 H이고, n은 2 이상인 정수이다)
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단열층 적층 제조단계에서 상기 유기 단열재층 및 불연 단열층은 10 : 1 내지 10 : 7의 부피비를 이루는 것인
    불연성 단열재의 제조방법.
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