KR101902821B1 - 난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼에 관한 발명으로, 구체적으로는 난연성 수지를 이용하여 난연성이 현저히 상승된 난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼에 관한 기술이다.
본 발명은 발포된 폴리스티렌을 준비하는 과정(1과정),
상기의 준비된 발포된 폴리스티렌을 MDI(디페닐메탄디이소시아네이트)로 코팅하는 과정(2과정),
상기 코팅된 발포된 폴리스티렌에 난연성 수지로 코팅하는 과정(3과정),
팽창 흑연을 분사하여 코팅하고 건조하는 과정(4과정),
스팀에 찌는 과정으로 상기 발포된 폴리스티렌을 서로 접착시켜서 난연성이 있는 스티로폼으로 형성하는 과정(5과정)
을 포함하는 난연성 스티로폼을 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 난연성 수지는 초산비닐수지, APP, 브롬계 난연제, 에탄올을 혼합하여 조성한 조성물인 것을 특징으로 하는 난연성 스티로폼을 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 방법으로 제조된 난연성 스티로폼(100)을 제공한다.
또한 본 발명은 본 발명은 상기한 난연성 스티로폼(100),
상기한 난연성 스티로폼 양면에 글라스 페이퍼(Glass Paper)(110, 111)가 접착되어 있으며,
상기한 글라스 페이퍼에 알루미늄 호일(Alumonium Foil)(120,121)이 부착된 것을 특징으로 하는 난연성 스티로폼 패널을 제공한다.

Description

난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼{a fire retardant styrofoam producing method and the styrofoam using thereof}

본 발명은 난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼에 관한 발명으로, 구체적으로는 난연성 수지를 이용하여 난연성이 현저히 상승된 난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼에 관한 기술이다.

일반적으로 건축물이나 전동차의 내장재로 사용되는 스티로폼은 내화성을 갖고 있지 않아서 건축물 또는 전동차에 화재가 발생하면 쉽게 전소되는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 기술개발이 시도되고 있다.

스티로폼(EPS, Expandable Polystyrene)은 다공성 재료로 단열 효과가 우수하며 가볍고 성형이 쉽기 때문에 단열재로 널리 사용되고 있다. 특히 스티로폼을 심재로 하고 그 양면에 철판을 덧댄, 일명 샌드위치 패널은 가볍고 단열효과가 우수하며, 빠른 시공이 가능한데다 저렴하기 때문에 건축자재로 널리 사용되고 있다. 또한 건물의 외벽에 스티로폼 단열재를 덧대어 마감하는 외단열미장마감공법(EIFS, Exterior Insulating and FinishingSystem), 일명 드라이비트(drivit) 공법은 시공이 쉽고 간편하여 공사기간을 단축할 수 있고 저렴하여 다가구주택이나 주상복합건물에 많이 사용되고 있다.

그러나 스티로폼은 가연성 물질로서, 열에 매우 약하여 70℃가 넘으면 변형되며, 화재 발생시 많은 유독 가스를 발생시키고 구조가 붕괴되는 문제점을 갖고 있다. 특히 수직으로 설치된 스티로폼은 불쏘시개 역할을 하여 화염을 확산시킨다.

이에, 원료수지에 첨가되어 난연성을 나타낼 수 있는 난연제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재, 난연제로는 할로겐계가 가장 많고, 비할로겐계로는 인계와 질소계가 많이 사용되고 있다. 상기 할로겐계 난연제에서는 저렴하고 난연 효과가 높은 브롬화 난연제가 널리 사용되고 있으며, 스티로폼에 적용되는 브롬화 난연제로는HBCD(hexabromocyclododecane)가 가장 많이 쓰이고 있다.

대한민국 등록실용신안 제241745호의 스티로폼을 이용한 단열재에는 스티로폼의 양면에 알루미늄 시트와 염화비닐 사이에 유리섬유실사 또는 폴리에스터실사를 직조하여 접합시킨 불연소재를 부착시킨 스티로폼 단열재가 개시되어 있다.

또한 대한민국 등록실용신안 제196790호의 불연성 스치로폼 패널의 구조에는 스치로폼 패널의 정, 배, 좌, 우측 단면에 불연성층을 형성한 것을 개시하고 있다.

이들은 난연성을 더하기 위하여 스티로폼의 표면에 난연제를 코팅하거나, 불연소재를 양면 또는 육면에 부착하는 것은 단지 스티로폼의 표면에 난연제를 코팅하거나 부착하는 것이므로, 스티로폼 내부까지 난연도료가 침투하지 못하여, 패널을 재단하거나 표면이 손상되는 경우에는 화재에 그대로 노출되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제2004-88786호의 조립식 패널 구조체용 폴리에스테르 난연심재 및 그 제조방법에는 난연제액을 폴리에스테르 견면에 침투시키고 롤러에 의하여 견면을 압축하여 침투시키고 타공롤러를 통하여 잉여난연제액을 빨아들인 후 마이크로웨이브장치로 건조시킨 후 히터를 이용하여 발포하여 제조하는 방법이 개시되어 있다.

이는 난연제액이 침투된 후 발포작업을 수행하기 때문에 난연제가 소실되거나 화재시 난연도료 내부의 발포 알갱이가 녹아내리는 문제점이 있다.

대한민국 등록실용신안 제379868호의 난연성 스티로폼 단열재에는 각각의 발포 알갱이를 관통하여 연장되는 분사노즐에 의하여 통상의 난연도료를 분사 도포시키고 스티로폼 단열재 외부면 상에 통상의 단연도료를 도포하는 기술이 개시되어있다. 이는 스티로폼 내부에 직접 난연제를 주입시키는 것이므로 제조공정이 복잡하고, 분사노즐이 스티로폼 단열재를 관통하여 일정시간 일정압력으로 난연제액이 분사되므로 다수의 구멍이 생기게 되어 단열 효과가 떨어지게 되는 문제가 있다.

또한 공개특허 10-2016-0143137호(난연제 조성물, 난연성 스티로폼 및 그 제조방법)는 "세라믹 중공체; 및 20℃에서 점도가 5000 CP 이상 100000 CP 미만인 무기 바인더;를 포함하는 난연제 조성물 및 이를 이용한 난연성 스티로폼"을 제공한 바 있다.

상기한 종래기술 및 선행기술은 제조공정이 까다롭고 제조원가가 높다는 단점과 난연제로 사용되는 코팅물질이 고가일 뿐만 아니라 난연성도 떨어짐은 물론 스티로폼으로 발포 성형되는 성형성도 많이 떨어지며 스티로폼의 난연성도 떨어지는 문제점이 있는데 본 발명은 이를 해결하는 난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼을 제공하고자 한다.

본 발명은 특히 준불연급의 난연성이 향상된 난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기한 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,

발포된 폴리스티렌을 준비하는 과정(1과정),

상기의 준비된 발포된 폴리스티렌을 MDI(디페닐메탄디이소시아네이트)로 코팅하는 과정(2과정),

상기 코팅된 발포된 폴리스티렌에 난연성 수지로 코팅하는 과정(3과정),

팽창 흑연을 분사하여 코팅하고 건조하는 과정(4과정),

스팀에 찌는 과정으로 상기 발포된 폴리스티렌을 서로 접착시켜서 난연성이 있는 스티로폼으로 형성하는 과정(5과정)

을 포함하는 난연성 스티로폼을 제조하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기의 난연성 수지는 초산비닐수지, APP, 브롬계 난연제, 에탄올을 혼합하여 조성한 조성물인 것을 특징으로 하는 난연성 스티로폼을 제조하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기한 방법으로 제조된 난연성 스티로폼(100)을 제공한다.

또한 본 발명은 본 발명은 상기한 난연성 스티로폼(100),

상기한 난연성 스티로폼 양면에 글라스 페이퍼(Glass Paper)(110, 111)가 접착되어 있으며,

상기한 글라스 페이퍼에 알루미늄 호일(Alumonium Foil)(120,121)이 부착된 것을 특징으로 하는 난연성 스티로폼 패널을 제공한다.

본 발명에 따른 난연성 스티로폼은 제조공정이 단순하고 제조원가가 낮으며 난연제로 사용되는 코팅물질을 저렴한 난연성 수지를 사용하여 종래 기술의 문제점을 해결하고 더불어 발포된 스티로폼을 사용하여 스티로폼의 성형성의 떨어지는 문제점을 완전히 해결하는 효과가 나타난다.

또한 본 발명에 따른 난연성 스티로폼 및 난연성 스티로폼 패널은 750도씨의 화염으로 10분간 가열해도 연소하지 않는 준불연의 효과가 나타나게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 난연성 스티로폼 패널 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 난연성 스티로폼 패널 단면 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 난연성 스티로폼 제조 방법 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 난연성 스티로폼 패널의 실물 사진.
도 5는 본 발명에 따른 난연성 스티로폼의 난연 실험 결과 사진.

이하 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 난연성 스티로폼 제조 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기한 난연성 스티로폼 제조 방법에 의하여 제조된 난연성 스티로폼을 제공한다.

본 발명은 먼저 발포된 폴리스티렌을 준비하는 과정을 수행한다.(1과정)

본 발명에 사용되는 최초 원료인 발포폴리스티렌 분말(EPS, expandable polystyrene)은 시중에 다양하게 공급되고 있는 원료이다.

폴리스티렌(Polystyrene)은 널리 사용되는 플라스틱으로, 스티렌의 중합체이다. 무색 투명한 열가소성 물질로, 100℃ 이상에서 부드러워지고 185℃ 정도가 되면 점성의 액체가 되며, 산·알칼리·기름·알코올 등에 강한 성질이 있다. 발포폴리스티렌은 이 폴리스티렌 수지에 펜테인이나 뷰테인 등 탄화수소가스를 주입시킨 뒤 이를 증기로 부풀린 발포 제품으로, 체적의 98%가 공기이고 나머지 2%가 수지인 자원 절약형 소재이다.

발포폴리스티렌의 제조 공정은 스티렌에 펜테인 또는 뷰테인가스 등의 발포제를 주입해 물로 중합한 뒤, 소정의 분자량이 될 때까지 가열한다. 이어 얻어진 발포폴리스타이렌의 구상 입자인 비드(bead)를 세척 건조하고 폐수를 처리한 후 선별하면 완제품의 발포폴리스티렌 분말이 된다.

원료인 발포폴리스티렌 분말을 100 ~110℃ 및 0.2 ~ 0.3 기압하에서 1차 발포시킨다.

이와 같이 대기압보다 낮은 압력에서 상기 온도로 가열하게 되면 원료인 발포폴리스티렌 입자가 팽창하여 발포하게 된다.

본 발명은 상기의 준비된 발포된 폴리스티렌을 MDI(디페닐메탄디이소시아네이트)로 코팅하는 과정을 수행한다.(2과정)

상기한 MDI(diphenyl methane diisocyanate)는 디페닐메탄디이소시아네이트로서 난연성을 증진시키는 기능을 수행하게 된다.

본 발명은 상기한 발포된 폴리스티렌 100중량부에 MDI 3~15중량부를 혼합하는 것이 좋으며, 바람직하게는 폴리스티렌 100중량부에 MDI 5~8중량부를 혼합하는 것이 효과적이다.

본 발명은 상기 코팅된 발포된 폴리스티렌에 난연성 수지로 코팅하는 과정을 수행한다.(3과정)

본 발명은 상기 발포된 폴리스티렌 100중량부를 기준으로 난연성 수지 40~80중량부를 바람직하게는 60~70중량부를 혼합하여 코팅하는 것이 효과적이다.

본 발명은 상기한 난연성 수지에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 난연성 수지는 초산비닐수지, 인계 난연제, 브롬계 난연제, 에탄올을 혼합하여 조성한 조성물을 의미한다.

본 발명은 초산비닐수지 100중량부에 인계난연제 1~10 중량부, 브롬화 난연제 1~10 중량부, 에탄올 20~60 중량부 혼합하여 조성하는 것이 난연성의 효율을 현저히 높이다.

바람직하게는 초산비닐수지 100중량부에 인계난연제 4~6 중량부, 브롬화 난연제 4~6 중량부, 에탄올 35~45 중량부 혼합하여 조성하는 것이 난연성의 효율을 현저히 높인다.

본 발명은 상기한 초산비닐수지 대신에 페놀수지 또는 퓨란수지를 대체하여 사용할하거나, 페놀수지 또는 퓨란수지를 함께 혼합하여 사용할 수 있다.

상기한 초산비닐수지 100중량부에 페놀수지 80~120중량부 또는 퓨란수지 80~120중량부 혼합하여 사용할 수 있다.

또한 상기한 초산비닐수지 100중량부에 페놀수지 40~60중량부 및 퓨란수지 40~60중량부 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 인계 난연제는 통상적인 인계 난연제를 사용할 수 있으며 APP(Ammonium Poly Phosphate)를 사용하는 것이 좋으나 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 인계 난연제는 무기질 또는 유기질이며, 일인산암모늄(Mono Ammonium Phosphate), 폴리인산암모늄(Ammonium Poly Phosphate), 적린(Red Phosphorus), 트리아릴인산(Triaryl phosphate), 트리크레실 인산(Tricresyl Phosphate), 트리에틸인산(Triethyl Phosphate), 트리페닐인산(Triphenyl Phosphate), 다이메틸 메틸인산(Dimethyl methylphosphate), 할로알킬 포스페이트(Halo Alkyl Phosphate) 등을 예로 들 수 있으며, 이외에도 다양하다.

특히 본 발명의 인계 난연제는 1-히드록시에틸리덴-1,1-포스폰산(1-Hydroxyethylidene- 1,1-phosphonic acid)의 철 착체 화합물을 함유하는 인계 난연제를 사용하는 것이 특징이다.

즉, 1-히드록시에틸리덴-1,1-포스폰산 100중량부에 2가 철이온 10~120중량부 혼합한 것을 물, 저급 알콜로서 메틸 또는 에틸 알콜과 같은 용매에서 반응시킨 후, 암모니아와 같은 유기염기 또는 1A, 2A, 3A족 금속의 수산화물과 같은 무기염기를 추가하여 반응시킨 것을 특징으로 하는 인계 난연제를 사용한다.

본 발명의 상기한 브롬화 난연제는 할로겐계 난연제로서 일반적으로 사용하는 브롬화 난연제를 사용할 수 있으며, 일 예로 HBCD(hexabromocyclododecane) 등이 사용될 수 있다.

본 발명은 상기한 난연제 수지를 코팅한 과정 후에 팽창 흑연을 분사하여 코팅하고 건조하는 과정을 수행한다.(4과정)

상기한 팽창 흑연은 일반적으로 판매하는 팽창 흑연을 사용할 수 있다.

일반적으로 graphite은 탄소의 결정형의 하나로, 평면 육각형의 형태로 탄소 원자가 결합한 시트 형태가 겹겹이 쌓인 구조를 하고 있다. 육각형 평면간의 탄소-탄소 결합은 다이아몬드와 같이 강한 결합이지만, 시트의 중복은 약한 결합(판데르워르스 결합)이므로 박리 하거나하기 쉬워지고 있다.(이것이 연필의 원리이다). 거기서, 시트간에 이온이나 분자등이 삽입되는 것으로, graphite층간화합물을 만드는 것이 알려져 있다.

팽창 흑연은 이 층간화합물로 만들어지는 것으로 즉, 화학반응을 이용해 시트간에 물질을 삽입한 흑연층간화합물을 급 가열하면, 층간에 넣어진 물질이 연소가스화하는 경우가 있다. 그 때에 생긴 가스의 방출이 폭발적으로 층과 층의 사이를 확대하므로, 흑연이 층의 겹겹이 쌓여 방향으로 「팽창」한다. 경우에 따라서는, 흑연의 수백 배의 크기로 부풀어 오른다. 이와 같은 것을 팽창 흑연이라고 한다.

본 발명은 발포된 폴리스티렌 100중량부를 기준으로 팽창 흑연 40~90 중량부 바람직하게는 60~75중량부를 상기 난연제 수지가 코팅된 것에 혼합하여 코팅을 하고 건조하는 과정을 수행하는 것이 난연성에 현저한 효과가 나타난다.

본 발명은 상기한 팽창 흑연을 분사하여 코팅하고 건조하는 과정으로 제조된 것을 스팀에 쪄서 상기의 발포된 폴리스티렌을 서로 접착시켜서 난연성이 있는 스티로폼(100)으로 형성하는 과정을 수행한다.(5과정)

상기한 스팀에 찌는 과정은 100도씨 이상 바람직하게는 110도씨의 스팀을 팽창 흑연을 분사하여 코팅하고 건조하는 과정이 수행된 발포된 폴리스티렌에 가하는 것으로 약 1분 이상 바람직하게는 1분 30초 정도 수행하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 과정으로 난연성 스티로폼(100)을 제조하게 된다.

또한 본 발명은 상기한 난연성 스티로폼(100)을 포함한 난연성 스티로폼 패널을 제공한다.

도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 난연성 스티로폼 패널은 중간에 난연성 스티로폼(100)이 있고 난연성 스티로폼 양면에 글라스 페이퍼(Glass Paper)(110, 111)가 접착되어 있으며, 글라스 페이퍼에 알루미늄 호일(Alumonium Foil)(120,121)이 부착된 구조로 되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 난연성 스티로폼 패널의 실물 사진을 보여준다.

본 발명의 상기한 글라스 페이퍼(Glass Paper)는 통상적으로 사용하는 유리 가루를 바른 종이로서 일반적으로 사용하는 글라스 페이퍼를 사용할 수 있다.

상기한 글라스 페이퍼는 화염에 작용하는 경우 수축하게 되어 불이 난연성 스티로폼에 작용하지 못하도록 하는 작용을 한다.

본 발명의 상기한 알루미늄 호일은 일반적으로 사용하는 알루미늄 호일을 사용할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 호일은 난연성 스티로폼에 작용하는 화염을 일차적으로 저지하는 기능을 수행하여 스티로폼의 난연성을 현저히 증진하는 효과가 있다.

도 5에서 보는 것처럼 본 발명에 따라 제조된 난연성 스티로폼 및 난연성 스티로폼 패널은 750도씨의 화염으로 10분간 가열해도 연소하지 않는 준불연의 효과가 나타나게 된다.

본 발명은 상기한 구성과 기능으로 이루어진 난연성 스티로폼 제조 방법 및 이에 의한 스티로폼을 제공한다.

본 발명은 스티로폼을 생산, 제조, 판매, 유통, 연구하는 산업에 매우 유용하다.

특히, 본 발명은 난연성 스티로폼을 생산, 제조, 판매, 유통, 연구하는 산업에 매우 유용하다.

스티로폼(100),
글라스 페이퍼(110, 111),
알루미늄 호일(120,121)

Claims (4)

1. 발포된 폴리스티렌을 준비하는 과정(1과정),
   상기의 준비된 발포된 폴리스티렌을 MDI(디페닐메탄디이소시아네이트)로 코팅하는 과정(2과정),
   상기 코팅된 발포된 폴리스티렌에 난연성 수지로 코팅하는 과정(3과정)을 수행하되,
   상기의 난연성 수지는 초산비닐수지, 폴리인산암모늄(APP), 브롬계 난연제, 에탄올, 페놀수지 및 퓨란수지를 혼합하여 조성한 조성물이고,
   팽창 흑연을 분사하여 코팅하고 건조하는 과정(4과정),
   스팀에 찌는 과정으로 상기 발포된 폴리스티렌을 서로 접착시켜서 난연성 스티로폼으로 형성하는 과정(5과정),
   상기에서 형성된 난연성 스티로폼의 양면에 글라스 페이퍼(Glass Paper)(110, 111)를 접착하고,
   상기한 글라스 페이퍼에 알루미늄 호일(Alumonium Foil)(120,121)을 부착하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 스티로폼 패널을 제조하는 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기의 난연성 수지는 초산비닐수지 100중량부에 폴리인산암모늄(APP) 1~10 중량부, 브롬화 난연제 1~10 중량부, 에탄올 20~60 중량부, 페놀수지 40~60중량부, 퓨란수지 40~60중량부를 혼합한 것에 특징이 있는 난연성 스티로폼 패널을 제조하는 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항의 방법으로 제조된 난연성 스티로폼 패널.
   
4. 삭제

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