KR20220121972A - 난연비드 조성물 및 난연비드 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 탄소 및 질소가스를 충진하고 표면에 무기계난연재를 도포하여 난연성을 부여한 발포폴리스틸렌입자의 소재인 난연비드의 제조방법과 난연액 조성물에 관한 것으로 인산암모늄15~17%중량비, 탄산암모늄15~16%중량비, 요소 9~11%중량비, 팽창흑연, 인계난연재6~9%중량비, 16~18%중량비의 난연재와,메탄롤15~16%중량부와 물9~10%중량부, 의 용매재와 폴리졸6~7%중량부, 의 접착재와. 가소재5~7%중량부,를 혼합하여 점성을 가지는 액상의 제1조성물과,
팽창흑연과 인계난연재를 1.5:1중량비로 혼합하여 분말상의 제2조성물과
4:1중량비로 EPS와 제1조성물을 교반하고 EPS와 제1조성물의 혼합물에 2차조성물을 5:1중량비로 혼합교반하고 건조하면 발포폴리스틸렌입자의 소재인 난연비드를 제조할 수 있으므로 그 제조공정이 간단하여 생산성이 우수하고 친환경적인 난연성발포폴리스티렌을 얻을 수 있는 이점이 있다.

Description

난연비드 조성물 및 난연비드 조성물의 제조방법{Flame-retardant bead composition and method for producing flame-retardant bead composition}

본 발명은 내부에 탄소 및 질소가스를 충진하고 표면에 무기계난연재를 도포하여 난연성을 부여한 발포폴리스틸렌입자의 발포소재인 난연비드조성물 및 난연비드 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

발포폴리스티렌(Expandable Polystyrene)은 단열성과 완충성 및 가공성이 우수하므로 산업 전반에 걸쳐 널리사용되고 있으며, 특히 건축용 단열재와 흡음재 및 외부의 충격으로 부터 제품을 보호하는 포장재 등으로 널리 사용되고 있지만 열과 화기에 매우 취약한 특성으로 인해 화재시 그 화력의 확산 매개로 작용하여 대형화재를 일으키는 원인을 제공할 뿐만 아니라, 연소되는 과정에서 인체에 치명적인 유독가스가 발생되어 큰 인명피해를 유발하기도 하는 등 상당한 단점도 가지고 있기 때문에 근래에는 발포폴리스티렌에 난연성을 부여하기 위한 연구·노력이 활발히 진행되고 있으며 일예로 발포폴리스티렌의 원료인 비드에 다공성 광물입자를 단순히 도포한 후 이를 이용해 발포 및 압축 성형을 통해 제조하는 방법(특허 제10-0492199호, 제10-0782311호)

발포, 압축성형된 발포폴리스티렌의 외면에 별도 제작된 난연성시트 내지 난연제를 추가 도포하여 난연성이 발휘되도록 하는 방법과 완성된 발포폴리스티렌성형물에 주사 바늘로 난연재를 주사하여 난연기능을 갖도록 하는 방법 등이 있다.

상기한 종래방법 중 비드의 외측에 다공성 광물입자를 도포하여 발포폴리스티렌을 압축 성형하는 방법은 난연성은 우수하나 발포폴리스티렌의 고유한 성질인 가공성과 단열성 및 성형성을 감소시키게 되고 제조된 발포폴리스티렌이 무겁고 쉽게 부러지는 성질이 있어, 취급이 어려울 뿐만 아니라 생산성이 떨어지게 되고 완성된 제품에 수분이 침투하면 난연제의 융착성이 떨어지는 등의 결점이 있고, 발포폴리스티렌의 외면에 난연성시트 또는 난연재를 도포하는 방법의 경우는 난연재를 발포폴리스티렌의 성형물표면에 도포하고 건조하여야 하므로 작업에 많은 인력과 시간이 소요되어 생산성이 저하되고 대형의 제조장치가 추가되어 제조되는 발포폴리스티렌의 가격이 상승하게 되며 발포폴리스티렌의 내부 및 절단면에는 난연재가 존재하지 않음으로써 화재가 어느정도 진척되면 내부의 발포폴리스티렌이 연소되는 문제점이 있으며,성형된 발포폴리스티렌의 내측으로 난연재를 주사하여 투입하는 것은 성형된 발포폴리스티렌에 다수의 주사바늘 구멍등 외면이 손상되어 발포폴리스티렌 성형물의 강도를 약화할 뿐만 아니라, 그 수많은 바늘구멍을 통해 내부 함침된 난연재가 외부로 유출되어 난연효과가 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

특허등록 제10-0492199호 특허등록 제10-0782311호

본 발명은 상기와 같은 종래와 같은 문제점을 해결하고자 제안한 것으로서 스티로폼의 성형원료가 되는 비드의 내측으로 자기소화성을 갖는 난연재를 투입되도록 하여 발포폴리스티렌의 우수한 특성을 저해하지 않으면서 자기소화성을 갖도록 하여 화염이 전달되거나 유해가스가 발생하지 않도록 하는 난연비드조성물 및 난연발포폴리스티렌의 원료가 되는 난연비드조성물의 제조방법을 제안함에 그 목적이 있다.

본 발명에서 난연비드조성물은 점성을 가지는 액상의 제1조성물과 분말형의 제2조성물을 순차로 EPS와 혼합하여 난연비드조성물을 형성하는 것으로 난연비드조성물은 연소하기 쉬운 성질을 가진 비드에 불연성 효과가 큰 물질을 첨가함으로써 발화를 늦춰주고, 연소의 확대를 막아주는 첨가제로 크게 첨가형 난연재와 반응형난연재로 구분할 수 있으며 본 발명은 첨가형 난연제 난연성분의 물질을 비드에 물리적으로 혼합, 첨가, 분산하여 흡열반응 등에 의해서 연소되는 곳의 온도를 떨어뜨리는 냉각 및 열, 가연성기체, 산소등 이동방지을 방지하여 연소반응의 지연하는 보호막의 형성하고 비가연성 물질을 생성하여 가연성분을 희석하여 난연 효과를 얻는 것에 그 특징이 있다.

이상과 같이되는 본 발명은 점성을 가지는 액상의 난연비드조성물과 분말의 난연비드조성물로 되어 EPS와 순차로 교반하고 건조하여 발포폴리스틸렌입자의 소재인 난연비드를 제조할 수 있으므로 그 제조공정이 간단하여 생산성이 우수하고 친환경적인 난연성발포폴리스티렌을 얻을 수 있는 이점이 있다.

본 발명에서 난연비드조성물은 연소하기 쉬운 성질을 가진 비드에 불연성 효과가 큰 물질을 첨가함으로써 발화를 늦춰주고, 연소의 확대를 막아주는 첨가제로 크게 첨가형 난연재와 반응형난연재로 구분할 수 있으며 본 발명은 첨가형 난연제 난연성분의 물질을 비드에 물리적으로 혼합, 첨가, 분산하여 흡열반응 등에 의해서 연소되는 곳의 온도를 떨어뜨리는 냉각 및 열, 가연성기체, 산소등 이동방지을 방지하여 연소반응의 지연하는 보호막의 형성하고 비가연성 물질을 생성하여 가연성분을 희석하여 난연 효과를 얻는 것이다

본 발명의 난연비드조성물은 점성을 가지는 액상의 제1조성물과 분말형의 제2조성물로 형성된다

먼저 제1조성물은 폴리졸, 메탄올, 인산암모늄, 탄산암모늄, 요소, 가소재, 팽창흑연, 인계난연재, 물을 혼합하여 구성된다.

상기에서 난연재로서 인계난연재, 탄산암모늄, 인산암모늄, 요소, 팽창흑연이다

인계난연재의 난연 메커니즘은 열분해에 의해 인산 메타인산과 폴리메타 인산을 생성해, 인산 층에 의한 보호 층의 형성과 폴리메타 인산에 의한 탈수작용으로 생성된 열전도율이 낮은 탄화피막을 형성하므로써는 탄화물에 의한 연소를 방지하는 차단 효과가 주로 작용하여 난연성을 나타낸다.

또한 본 발명에서 인계난연재는 크게 무기계와 유기계로 분류할 수 있으며, 무기계로는 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 등이 사용될 수 있으며 유기계로서 트리아릴 포스페이트류가 사용될 수있다.

인계난연재의 탄화층은 불연성 효과가 큰 물질로 연소반응의 지연하는 보호막의 형성하고 다공성을 가지므로 질소, 이산화탄소등의 비가연성 가스를 함유하므로 가연성기체, 산소등의 이동을 방지하여 난연 효과를 얻는다.

인계난연재는 본 발명 제1조성물에서 6~9%중량비를 갖는다.

인산암모늄은 제1인산암모늄과 제2인산암모늄 및 제3인산암모늄등이 있으며 본 발명에서는 질소 21%, 인산 53%의 제2인산암모늄이 난연재로 바람직하며 인산암모늄은 가열시에 질소가스를 생성하여 가연성기체, 산소등의 이동을 방지하여 연소반응의 지연하는 보호막의 형성하고 비가연성 물질을 생성하여 가연성분 희석하여 난연 효과를 생성한다.

인산암모늄은 본 발명 제1조성물에서 15~17%중량비를 갖는다.

요소는 무색 주상의 결정으로 물에는 비교적 잘 녹고 가열하면 분해되어 이산화탄소와 암모니아가스로 분해되므로 가연성기체, 산소등의 이동을 방지하여 연소반응의 지연하는 보호막의 형성하고 비가연성 물질을 생성하여 가연성분 희석하여 난연 효과를 생성한다.

요소는 본 발명 제1조성물에서 9~11%중량비를 갖는다.

탄산암모늄은 무색의 사방정계의 미세한 결정으로 공기 중에 방치하면 암모니아를 발생하면서 서서히 탄산수소암모늄으로 변화하고 가열하면 암모니아, 물, 이산화탄소로 분해되므로써 가연성기체, 산소등의 이동을 방지하여 연소반응의 지연하는 보호막의 형성하고 비가연성 물질을 생성하여 가연성분 희석하여 난연 효과를 생성한다.

탄산암모늄은 본 발명 제1조성물에서 15~16%중량비를 갖는다.

팽창흑연은 천연흑연 인조흑연을 산으로 함침하여 산화시킨 것으로 180℃ 이상으로 가열되면 팽창을 시작한다.

팽창흑연분말은 다공성층으로 구성되며 다공층에 질소 ,이산화탄소등의 비가연성가스를 함침하여 가연성기체, 산소등 이동방지을 방지하여 연소반응의 지연하고 비가연성 물질을 생성하여 가연성분 희석한다.

팽창흑연은 그 입자가 작을수록 팽창률과 탄소함유량이 크게 되는 특징이 있다.

팽창흑연은 본 발명 제1조성물에서 16~18%중량비를 갖는다.

본 발명의 제1조성물은 점성을 가진 액상으로 구성되므로 상기 난연재에 더하여 용매재로 메탄롤15~16%중량부와 물9~10%중량부, 접착재로서 폴리졸6~7%중량부, 가소재5~7%중량부를 혼합하여 구성된다.

한편 본 발명의 제2조성물은 분말난연재로서 팽창흑연과 인계난연재를 1.5:1중량비로 혼합하여 형성한다.

이하 상기 조성물과 EPS를 혼합하여 난연비드를 형성하는 제조공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 제조공정을 설명하기에 앞서 후술하는 용어를 정의하면 EPS는 발포폴리스티렌의 소재를 지칭하는 명칭이고 난연비드는 EPS에 제1 및 제2조성물이 코팅된 발포되지 않은 발포폴리스티렌의 소재임을 주지하여야 한다.

본 발명의 난연비드제조방법으로서 교반기에4:1중량비로 EPS와 제1조성물을 투입하여 1차로 투입하고 교반하여 EPS의 표면에 점성을 가지는 제1조성물을 도포하는 제1교반공정과,

EPS와 제1조성물의 혼합물에 2차조성물을 5:1중량비로 혼합하여 교반하므로서 제1조성물에 2차조성물이 골고루 접착하게 하는 제2교반공정과,

1차교반공정과 2차교반공정을 통하여 EPS에 1차조성물 및 제2차조성물이 순차로 접착된 결과물이 투입된 교반기에 저압의 압축공기를 공급하며 교반하므로서 제1조성물의 용매재인 메탄올과 물의 증발시켜 접착성을 상실하게 하므로서 각각의 EPS가 1차조성물 및 제2차조성물이 코팅된 난연비드로 구성하는 제3교반공정으로 이루어진다.

상기에서 제1 내지 제3교반공정은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구분하여 설명하였지만 제1 내지 제3교반공정은 동일교반기내에서 순차로 연속하여 이루어진다.

Claims (6)

1. 인산암모늄15~17%중량비, 탄산암모늄15~16%중량비, 요소 9~11%중량비, 팽창흑연16~18%중량비, 인계난연재6~9%중량비의 난연재와,
   메탄롤15~16%중량부와 물9~10%중량부, 의 용매재와
   폴리졸6~7%중량부, 의 접착재와.
   가소재5~7%중량부,
   를 혼합하여 점성을 가지는 액상의 제1조성물과,
   팽창흑연과 인계난연재를 1.5:1중량비로 혼합하여 분말상의 제2조성물,
   4:1중량비로 EPS와 제1조성물을 교반하고 EPS와 제1조성물의 혼합물에 2차조성물을 5:1중량비로 혼합교반하여서 되는 것을 특징으로 하는 난연비드 조성물
2. 제1항에 있어서
   인계난연재는 암모늄 포스페이트 인 것을 특징으로 하는 난연비드 조성물.
3. 제1항에 있어서
   인계난연재는 암모늄 폴리포스페이트 인 것을 특징으로 하는 난연비드 조성물.
4. 제1항에 있어서
   인계난연재는 트리아릴 포스페이트인 것을 특징으로 하는 난연비드 조성물.
5. 제1항에 있어서
   인산암모늄은 질소 21%, 인산 53%의 제2인산암모늄인 것을 특징으로 하는 난연비드 조성물.
   
6. 4:1중량비로 EPS와 제1조성물을 투입하여 혼합 교반하는 제1교반공정과.
   1차교반공정의 결과물에 2차조성물을 5:1중량비로 혼합하여 교반하는 제2교반공정과,
   제2교반공정결과물에 저압의 압축공기를 공급하며 교반하므로서 용매재인 메탄올과 물의 증발시켜 건조하는 제3교반공정으로 이루어지는 난연비드조성물의 제조방법.