KR20190119687A - 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난연제가 함유된 폴리우레탄 혼합물로 이루어지는 중간층 및 상기 중간층의 상부면 및 하부면에 형성되며 불연성 및 경량성이 우수한 패널로 이루어진 패널층으로 이루어진다.
상기의 구조로 이루어지는 샌드위치 패널은 건물의 외장용으로 사용가능하며, 우수한 난연성, 단열성, 차음성 및 작업성을 나타낸다.

Description

난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널 {SANDWICH PANEL HAVING EXCELLENT NOISE-BLOCKING AND FLAME RESISTANCE}
개시된 내용은 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 외장용으로 사용가능하며, 우수한 난연성, 단열성, 차음성 및 작업성을 나타내는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널에 관한 것이다.
일반적으로, 샌드위치패널은 글래스울이나 스티로폼 또는 우레탄과 같은 충전재의 전후면에 금속판을 부착하고, 그 양단부에 돌출부와 오목부가 각각 형성되어 구성된 것으로, 통상 다수개를 연속적으로 연결할 때, 상기 돌출부와 오목부가 서로 끼움 결합되도록 되어 있다. 이때, 상기 샌드위치패널은 돌출부와 오목부가 끼워져 연결된 상태에서 체결볼트에 의해 건물의 지지빔 등에 고정되어 건축자재로 널리 사용된다.
상기와 같은 샌드위치패널은 단가가 저렴하고 단위중량이 가볍고 샌드위치패널의 건축공법이 용이하여 건축비가 저렴하여 공사기간을 단축시키는 장점이 많은 자재로 널리 애용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 샌드위치패널의 충전재로 사용되는 스티로품, 우레탄은 인화성재질로 불에 쉽게 타는 특성을 나타내기 때문에, 화재발생시 샌드위치패널의 충전재로 사용되는 스티로품, 우레탄이 연소하면서 발생되는 유독가스와, 스티로폼, 우레탄의 연소속도가 빨라 화재진압시 소화가 더디게 진행되어 국민의 생명과 재산에 많은 피해를 초래하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 샌드위치패널은 패널과 패널 사이에 충전재인 글래스울이나 스티로폼 또는 우레탄으로 충진되어 있어서, 방음, 방한, 방수효과가 저조한 문제점이 있었다.
한국실용등록 제20-0426021호(2006.09.04) 한국특허공개 제10-2016-0148218호(2016.12.26)
개시된 내용은 건물의 외장용으로 사용가능하며, 우수한 난연성, 단열성, 차음성 및 작업성을 나타내는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널을 제공하는 것이다.
하나의 일 실시예로서 이 개시의 내용은 난연제가 함유된 폴리우레탄 혼합물로 이루어지는 중간층 및 상기 중간층의 상부면 및 하부면에 형성되며 불연성 및 경량성이 우수한 패널로 이루어진 패널층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널에 대해 기술하고 있다.
바람직하기로는, 상기 난연제가 함유된 폴리우레탄 혼합물은 폴리우레탄 100 중량부, 난연제 1 내지 2 중량부 및 시멘트 결합제 1 내지 10 중량부로 이루어질 수 있다.
더 바람직하기로는, 상기 시멘트 결합제는 고로 슬래그 100 중량부, 수산화칼슘 5 내지 20 중량부, 탄산칼슘 3 내지 10 중량부 및 석고 3 내지 10 중량부로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하기로는, 패널층은 팽창 펄라이트가 함유된 기재층 및 상기 기재층의 상부면 및 하부면에 형성되는 표면층으로 이루어질 수 있다.
더욱 더 바람직하기로는, 상기 기재층은 팽창 펄라이트 100 중량부, 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물 80 내지 120 중량부 및 섬유소재 0.1 내지 3 중량부로 이루어질 수 있다.
더욱 더 바람직하기로는, 상기 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물은 플라이애시 100 중량부, 고로 슬래그 미분말 30 내지 70 중량부, 산화칼슘 30 내지 70 중량부 및 염화칼슘 10 내지 25 중량부로 이루어질 수 있다.
더욱 더 바람직하기로는, 상기 섬유소재는 유리섬유, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 폴리아라미드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
더욱 더 바람직하기로는, 상기 표면층은 부직포, 메쉬망, 섬유재료 및 종이재료로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어질 수 있다.
이상에서와 같은 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널은 건물의 외장용으로 사용가능하며, 우수한 난연성, 단열성, 차음성 및 작업성을 나타내는 샌드위치 패널을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 개시된 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널을 나타낸 분해사시도이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
개시된 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널은 난연제가 함유된 폴리우레탄 혼합물로 이루어지는 중간층(10) 및 상기 중간층(10)의 상부면 및 하부면에 형성되며 불연성 및 경량성이 우수한 패널로 이루어진 패널층(20)으로 이루어진다.
상기 중간층(10)은 40 내지 190 밀리미터의 두께로 형성되며, 난연제가 함유된 폴리우레탄 혼합물로 이루어지는데, 폴리우레탄 100 중량부, 난연제 1 내지 2 중량부 및 시멘트 결합제 1 내지 10 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 중간층(10)의 두께가 40 밀리미터 미만이면 샌드위치 패널의 단열성과 차음성이 저하되며, 상기 중간층(10)의 두께가 190 밀리미터를 초과하게 되면 샌드위치 패널의 중량이 지나치게 증가하게 바람직하지 못하다.
상기 폴리우레탄은 폴리에스터 폴리올에 기타 첨가제로 촉매제와 정포제와 발포제를 첨가한 것과 메틸렌 디이소시아네이트를 소정의 비율로 혼합하여 제조되는데, 더욱 상세하게는 폴리에스터 폴리올 100 중량부에 난연성을 향상시키고, 유독 가스의 발생을 억제하는 중탄산나트륨 50 내지 100 중량부를 혼합하여 1차 폴리올 혼합물을 제조하고, 상기 1차 폴리올 혼합물 100 중량부에 대해 단열성과 항균성 및 탈취효과를 높이기 위한 황토분말 30 내지 50 중량부와 고령토 또는 벤토나이트 20 내지 30 중량부, 촉매제 4 내지 10 중량부, 정포제 3 내지 5 중량부 및 발포제 40 내지 90 중량부를 혼합하여 2차 폴리올 혼합물을 제조하고, 상기 2차 폴리올 혼합물 100 중량부에 메틸렌 디이소시아네이트(MDI)를 80 내지 120 중량부를 혼합하고 반응시켜 제조된다.
상기 난연제는 1 내지 2 중량부가 함유되는데, 상기 폴리우레탄의 난연성능을 더욱 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 암모니움 포스페이트, 알루미늄 포스페이트 및 멜라민 포스페이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 난연제의 함량이 1 중량부 미만이면 폴리우레탄의 난연성 향상 효과가 미미하며, 상기 난연제의 함량이 3 중량부를 초과하게 되면 폴리우레탄이 발포된 후에 경화되는 시간이 증가하여 바람직하지 못하다.
상기 시멘트 결합제는 1 내지 10 중량부가 함유되며, 상기 중간층(10)에 난연효과를 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 중간층(10)과 상기 패널층(20)을 접착시키는 접착제의 역할을 하는데, 고로 슬래그 100 중량부, 수산화칼슘 5 내지 20 중량부, 탄산칼슘 3 내지 10 중량부 및 석고 3 내지 10 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 결합제의 함량이 1 중량부 미만이면 상기 중간층(10)과 상기 패널층(20)의 접착력이 저하되며, 상기 시멘트 결합제의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 상기 중간층(10)과 상기 패널층(20)의 접착력을 크게 향상되지 않으면서 중간층의 중량을 지나치게 증가시켜 바람직하지 못하다.
상기 패널층(20)은 상기 중간층(10)의 상부면 및 하부면에 형성되며 불연성 및 경량성이 우수한 패널로 이루어지는데, 팽창 펄라이트가 함유된 기재층(21) 및 상기 기재층(21)의 상부면 및 하부면에 형성되는 표면층(22)으로 이루어진다.
상기 기재층(21)은 3 내지 100 밀리미터의 두께로 형성되며, 팽창 펄라이트가 함유되어 이루어지는데, 팽창 펄라이트 100 중량부, 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물 80 내지 120 중량부 및 섬유소재 0.1 내지 3 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 기재층(21)의 두께는 개시된 패널층이 적용되는 분야에 따라 가변적인데, 강도를 요구하는 부분이나 단열성을 요구하는 부분에 적용될 경우에는 기재층(21)의 두께가 두텁게 형성되는 것이 바람직하며, 유연성이나 경량성을 요구하는 부분에 적용될 경우에는 기재층(21)의 두께가 얇게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 팽창 펄라이트는 진주암, 흑요석 및 경석 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 광물을 0.5 내지 2 밀리미터의 입자크기로 미세하게 분쇄한 후에 900 내지 1200℃의 온도로 가열하면, 광물에 함유된 휘발성분이 가스화하여 연화된 입자의 내부에서 팽창하여 내부기공이 형성되는 과정을 통해 제조되는데, 상기와 같은 과정을 통해 제조되는 팽창 펄라이트는 본래 부피의 약 10 내지 20배 정도로 팽창하게 된다.
또한, 펄라이트는 유문암질 암석의 일종으로, 진주광택을 가진 연회색에서 암회색, 갈색, 녹색, 검은색을 띔으로 진주암이라고도 하는데, 암석의 조직에 따라 다르지만 870 내지 1100℃의 온도에서 결합수가 증발하면서 생기는 증발압력이 각각의 과립입자를 원형의 유리질입자로 변형시키기 때문에, 10 내지 20배 정도 팽창하여 상업적으로 사용할 수 있다. 이렇게 팽창된 펄라이트는 저밀도에 다공질이고, 흡수능력이 좋으며, 불연성, 흡음성, 내열성, 방음성, 경량성 및 단열성 등의 성질을 가지고 있어, 불연성, 흡음성, 내열성, 방음성, 경량성 및 단열성 등이 우수한 패널층(20)을 제공하는 역할을 한다.
상기 펄라이트의 입자크기가 0.5 밀리미터 미만이면 펄라이트를 가열하여 팽창하더라도 기공층의 형성효과가 미미하기 때문에, 경량성이나 단열성 및 방음성의 확보가 어렵고, 상기 펄라이트의 입자크기가 2 밀리미터를 초과하게 되면 골재인 팽창 펄라이트의 입자크기가 지나치게 큰 것이어서 바람직하지 못하다.
또한, 상기 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물은 80 내지 120 중량부가 함유되며, 플라이애시, 고로 슬래그 미분말, 산화칼슘 및 염화칼슘으로 이루어지는데, 플라이애시 100 중량부, 고로 슬래그 미분말 30 내지 70 중량부, 산화칼슘 30 내지 70 중량부 및 염화칼슘 10 내지 25 중량부로 이루어지는 것이 바람직하며, 산업부산물인 플라이애시를 함유하여 친환경적이면서도, 상기 팽창 펄라이트를 강력하게 결속시키는 바인더의 역할을 하여 기계적 강도가 패널층(22)을 제공할 수 있도록 한다.
이때, 상기 고로 슬래그 미분말은 30 내지 70 중량부가 함유되며, 제철공정에서 발생하는 고로 슬래그를 건조하고 분쇄하여 생산되는 공산품으로서, KS 규격(KS F 2563)이 제정되어 있으며, 시중에 유통되고 있는 공산품이다. 또한, 산화제이철(Fe2O3) 성분 0.5 중량% 미만인 것이 바람직하다.
상기 섬유소재는 0.1 내지 3 중량부가 함유되며, 길이가 3 내지 12 밀리미터인 유리섬유, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 폴리아라미드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 상기 팽창 펄라이트와 상기 상온경화형 무시멘트 결합재로 이루어진 혼합물 내에 상기의 성분으로 이루어진 섬유소재가 혼합되면, 상기 상온경화형 무시멘트 결합재를 잡아주는 역할을 하여 내충격성이나 압축강도 및 휨강도와 같은 기계적 물성이 월등하게 향상된 패널층이 제공될 수 있다.
상기 표면층(22)은 상기 기재층(21)의 상부면 및 하부면에 0.01 내지 1 밀리미터의 두께로 형성되는데, 상기 기재층(21)이 경화되기 전에 상기 기재층(21)의 상부면 및 하부면에 표면층(22)을 적층한 상태에서 상기 기재층(21)이 경화되면 표면층(22)이 기재층(21)의 표면에 견고하여 형성되며, 상기와 같이 표면층(22)이 형성되면 기재층(21)의 표면이 고르게 형성되어 외관품질이 개선될 뿐만 아니라, 상기 기재층(21)을 다른 패널이나 건축물의 벽면에 접착체 등을 이용하여 접착하는 경우에 우수한 접착강도를 나타낼 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 표면층(20)의 두께가 0.01 밀리미터 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 표면층(20)의 두께가 1 밀리미터를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 패널층(20)의 두께, 중량 및 제조비용을 증가시키게 된다.
이때, 상기 표면층(20)은 부직포, 메쉬망, 섬유재료 및 종이재료로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 기재층(21) 및 표면층(22)으로 이루어지는 패널층(20)은 팽창 펄라이트 100 중량부, 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물 80 내지 120 중량부 및 섬유소재 0.1 내지 3 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 롤프레스나 캐스팅 혼합방식 등을 이용하여 가로 600 내지 1200 밀리미터, 새로 1200 내지 2400 밀리미터 및 두께 3 내지 100 밀리미터로 성형하여 기재층(21)을 형성하되, 상기 기재층(21)이 경화되기 전에 부직포, 메쉬망, 섬유재료 및 종이재료 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 상기 기재층(21)의 상부면 및 하부면에 0.01 내지 0.1 밀리미터의 두께로 적층하고 60 내지 90℃이 온도에서 6 내지 24시간 동안 습윤양생하는 과정을 통해 제조된다.
이하에서는, 개시된 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 샌드위치 패널의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1> 패널층의 제조
평균 입자크기가 1 밀리미터인 팽창 펄라이트 100 중량부 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물(플라이애시 100 중량부, 고로 슬래그 미분말 45 중량부, 산화칼슘 45 중량부 및 염화칼슘 12 중량부) 100 중량부 및 섬유소재(유리섬유) 1.5 중량부롤 혼합하여 제조된 혼합물을 롤프레스기를 이용하여 가로 900 밀리미터, 세로 1800 밀리미터 및 두께 50 밀리미터로 성형하고, 상기 성형물의 상부면 및 하부면에 두께가 0.05 밀리미터인 폴리에스터 부직포를 적층하고 75℃의 온도에서 15시간 동안 습윤양생하여 패널층을 제조하였다.
<제조예 2> 패널층의 제조
상기 제조예 1과 동일하게 진행하되, 가로 900 밀리미터, 세로 1800 밀리미터 및 두께 3 밀리미터로 성형하여 패널층을 제조하였다.
<제조예 3> 패널층의 제조
상기 제조예 1과 동일하게 진행하되, 가로 900 밀리미터, 세로 1800 밀리미터 및 두께 100 밀리미터로 성형하여 패널층을 제조하였다.
<실시예 1> 샌드위치 패널 제조
폴리에스터 폴리올 100 중량부에 중탄산나트륨 75 중량부를 혼합하여 1차 폴리올 혼합물을 제조하고, 상기 1차 폴리올 혼합물 100 중량부에 대해 황토분말 40 중량부와 고령토 25 중량부, 촉매제 7 중량부, 정포제 4 중량부 및 발포제 65 중량부를 혼합하여 2차 폴리올 혼합물을 제조하고, 상기 2차 폴리올 혼합물 100 중량부에 메틸렌 디이소시아네이트(MDI)를 100 중량부를 혼합하고 반응시켜 제조된 폴리우레탄 100 중량부에 난연제(암모니움 포스페이트) 1.5 중량부 및 시멘트 결합제(고로 슬래그 100 중량부, 수산화칼슘 12 중량부, 탄산칼슘 7 중량부 및 석고 7 중량부) 5 중량부를 혼합하여 중간층을 제조한 후에, 상기 중간층의 상부면 및 하부면에 상기 제조예 1을 통해 제조된 패널층을 적층하여 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널을 제조하였다.
<실시예 2> 샌드위치 패널 제조
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 2를 통해 제조된 패널층을 적층하여 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널을 제조하였다.
<실시예 3> 샌드위치 패널 제조
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 3을 통해 제조된 패널층을 적층하여 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널을 제조하였다.
상기 제조예 1 내지 3을 통해 제조된 패널층의 압축강도, 휨강도, 단열성 및 불연성을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
(단, 압축강도는 KS F 2405, 휨강도는 KS F 2408, 단열성은 KS F 4724 및 불연성은 KS F 2271의 측정방법을 이용하였다.)
<표 1>
Figure pat00001
위에 표 1에 나타낸 것처럼, 개시된 제조예 1 내지 3을 통해 제조된 패널층은 팽창 펄라이트가 함유되어 중량이 가벼울 뿐만 아니라 단열성 및 불연성이 우수하고, 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물이 함유되어 압축강도 및 휨강도와 같은 기계적 물성이 우수한 것을 알 수 있으며, 상기의 물성을 나타내는 패널층이 적용된 실시예 1 내지 3의 샌드위치 패널은 난연성 및 차음성이 우수하게 형성된다.
따라서, 상기와 같은 물성을 나타내는 패널층(20)이 상부면 및 하부면에 적층되며, 폴리우레탄을 제조하는 과정에서 난연성 재료가 첨가될 뿐만 아니라, 난연제와 시멘트 결합제가 별도로 첨가되어 우수한 난연성능을 나타내는 중간층(10)이 적용되기 때문에, 개시된 샌드위치 패널은 건물의 외장용으로 사용가능한 기계적 물성을 나타내며, 우수한 난연성, 단열성, 차음성 및 작업성을 나타낸다.
10 ; 중간층
20 ; 패널층
21 ; 기재층
22 ; 표면층

Claims (8)

  1. 난연제가 함유된 폴리우레탄 혼합물로 이루어지는 중간층; 및
    상기 중간층의 상부면 및 하부면에 형성되며 불연성 및 경량성이 우수한 패널로 이루어진 패널층;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 난연제가 함유된 폴리우레탄 혼합물은 폴리우레탄 100 중량부, 난연제 1 내지 2 중량부 및 시멘트 결합제 1 내지 10 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 시멘트 결합제는 고로 슬래그 100 중량부, 수산화칼슘 5 내지 20 중량부, 탄산칼슘 3 내지 10 중량부 및 석고 3 내지 10 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 패널층은 팽창 펄라이트가 함유된 기재층; 및
    상기 기재층의 상부면 및 하부면에 형성되는 표면층;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기재층은 팽창 펄라이트 100 중량부, 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물 80 내지 120 중량부 및 섬유소재 0.1 내지 3 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 상온경화형 무시멘트 결합재 조성물은 플라이애시 100 중량부, 고로 슬래그 미분말 30 내지 70 중량부, 산화칼슘 30 내지 70 중량부 및 염화칼슘 10 내지 25 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 섬유소재는 유리섬유, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 폴리아라미드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 표면층은 부직포, 메쉬망, 섬유층 및 종이재료로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 및 차음성이 우수한 샌드위치 패널.
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