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KR20150056918A - 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법 및 이에 따른 단열재 - Google Patents

폐단열재를 이용한 단열재 제조방법 및 이에 따른 단열재 Download PDF

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KR20150056918A
KR20150056918A KR1020130139550A KR20130139550A KR20150056918A KR 20150056918 A KR20150056918 A KR 20150056918A KR 1020130139550 A KR1020130139550 A KR 1020130139550A KR 20130139550 A KR20130139550 A KR 20130139550A KR 20150056918 A KR20150056918 A KR 20150056918A
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KR
South Korea
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heat insulating
insulating material
waste
waste heat
microwave
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KR1020130139550A
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English (en)
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유동혁
한재용
Original Assignee
(주)엔비텍이앤씨
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Abstract

본 발명은 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법 및 이에 따른 단열재에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 단계; 상기 혼합한 폐단열재에 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하는 단계; 및 상기 마이크로웨이브를 조사한 폐단열재를 경화시키는 단계;를 포함하는 것이 특징이다. 이러한 본 발명은 마이크로웨이브에 의해 페놀수지와 경화제의 반응을 활성화시켜서 상기 페놀수지를 발포시킴으로서, 공극이 적은 단열재를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 원재료의 사용량도 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐단열재를 이용한 단열재 제조방법 및 이에 따른 단열재{MEHOD FOR MANUFACTURING HEAT INSULATING MATERIAL USING WASTE HEAT INSULATING MATERIAL, AND HEAT INSULATING MATERIAL USING THE SMAE}
본 발명은 버려지는 전자제품이나 건축물 등에 포함된 폐단열재를 이용하여 새로운 단열재를 제조하는 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 공극이 적은 단열재를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 원재료의 사용량도 최소화할 수 있는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법 및 이에 따른 단열재에 대한 것이다.
우리나라는 에너지 최빈국으로 우리가 필요로 하는 에너지의 거의 대부분을 외국에서 수입해 오고 있는 실정이며, 한해 동안 에너지 수입액은 약 500억 달러를 상위하고 있는데, 이는 전체 수입액의 20 % 이상 달하는 엄청난 규모에 이른다.
세계 12위의 무역대국이면서도 특별한 에너지 부존자원이 없는 우리나라의 여건을 감안한다면 1 watt의 전력이라도 아끼려고 노력하는 우리의 모습은 너무나도 당연하며 우리의 에너지환경을 감안할 때 에너지 이용의 효율성 제고는 절대적으로 필요하며 그 중요성을 아무리 강조하여도 지나치지 않다.
고유가 시대를 맞아 에너지 낭비에 대한 위기감이 고조되고 있으며, 특히 온실가스 배출의 83% 이상이 에너지 소비에 의해 발생하고 있는 우리의 현실에서 2005년 교토의정서 발효에 따라 에너지 절약의 필요성이 더욱 현실화되고 있는 실정이다.
국내 전체 에너지 소비량의 약 30% 정도는 건축물을 통해 이뤄지며 따라서 건축물을 통한 에너지 낭비를 차단하려면 철저한 단열시공이 필수적이다.
이와 같이 건축물 내에서 열손실을 방지하고 단열효과를 극대화하기 위하여 단열효과가 우수한 공기층을 부여하기 위하여 발포성 고분자재료를 사용하고 있으며, 이는 발포성재료에 형성된 공기층 자체가 단열효과가 매우 우수할 뿐만 아니라 가열 내지는 냉각과정 중의 대류현상을 막아줌으로써 단열효과를 크게 하기 때문이다.
종래기술에서 개시된 단열재로는 발포폴리스타이렌, 유리면, 발포폴리에틸렌, 폴리우레탄폼, 질석(Vermiculite), 퍼라이트(Perlite), 우레아폼, 셀룰로오즈보온재, 연질섬유판, 페놀폼 및 에어로겔 등이 개발되어 사용하고 있다.
그러나, 발포폴리스타이렌인 경우 단열효과가 높고 경량으로 운반 및 시공성이 우수하나 최고안전 사용온도가 70 ℃ 정도로 고온 및 자외선에 약하고 화재발생 시 착화가 쉽고 유독가스 발생 위험이 높아 인체에 치명적인 위해를 주는 문제점이 있으며, 유리면을 사용하는 경우에는 유리섬유 사이에 밀봉된 공기층이 단열층으로 형성되어 단열성 외에 불연성, 흡음성, 시공성, 운반성 등에서 장점을 가지나, 압축이나 침하에 의한 유효두께 감소, 함수에 의한 단열성 저하의 우려가 있으며, 투습저항이 없으므로 별도의 방습층이 필요하다는 문제점을 갖고 있으며, 발포폴리에틸렌의 경우 폴리에틸렌수지에 발포제 및 난연제를 배합하여 압축발포시킨 후 냉각한 판상의 발포층을 열융착하여 자기소화성을 갖춘 보온판, 보온통 형식으로 제조되고 있는 것으로, 평균온도상의 열전도율이 0.039 kcal/mh 이하이기 때문에 단열효과가 우수하나 최고안전 사용온도가 80℃ 정도로 화재발생 시유독가스의 방출로 인한 인체에 위해를 주는 문제점을 갖고 있다.
또한, 폴리우레탄의 경우 폴리올(polyol), 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate) 및 발포제, 난연성을 위한 첨가제가 주원료이며, 폴리우레탄폼을 발포 성형한 유기발포체(독립기포구조)의 단열재로써, 내열성(최고안전 사용온도 100 ℃)보다는 단열성이 우수하여 냉동기기 등의 보냉재료로 적합하나 시공 후 부피가 줄어들고 열전도율이 저하되는 문제점이 있으며, 이 또한 화재발생 시 다른 발포성 고분자 재료와 동일하게 유독가스가 방출된다는 문제점을 갖고 있다.
또한, 질석(Vermiculite)의 경우 운모계 광석으로 1000℃ 이상으로 소성한 유공형의 무기질로 단열, 보온, 불연, 방음, 결로방지에 장점을 가지고 있으며, 퍼라이트인 경우 화산석으로 된 진주석을 900~1200 ℃로 소성한 후 분쇄하여 소성 팽창시킨 것으로 내부에 미세공극을 가지는 경량 구상형의 작은 입자로 구성되어 경량골재 및 단열재료로 이용되고 단열, 보온, 흡음에 효과가 있으나, 질석이나 퍼라이트와 같은 광물을 발포시키기 위해서는 1,000 ℃ 이상의 높은 온도에서 일해야 하므로 다량의 에너지원이 필요하다는 문제점을 갖고 있다.
또한, 에어로겔의 경우 머리카락 1만 분의 1 굵기인 구조체들이 솜사탕처럼 얽혀서 공기구멍이 전체부피의 95 %를 차지함에 따라 단열과 방음효과가 매우 뛰어나다는 평가를 받고 있으나 매우 고가라는 단점으로 일부 첨단산업에서만 제한적으로 이용되고 있는 실정이다.
상기에서 살펴본 바와 같이 지금까지 개발되어 있는 단열성을 갖는 발포체는 석유화학제품인 경우 화재발생시 유독가스 방출에 의해 인체에 치명적인 위해를 가할 위험성이 매우 높을 뿐만 아니라 환경오염을 가속화시키는 위험성이 있으며, 무기소재, 세라믹재인 경우 1,000 ℃ 이상의 고온이 필요하여 에너지손실이 크고, 압축성형을 하기 위하여 일정한 틀에 성형을 하기 위한 많은 시설설치비가 필요하거나 또는 에어로겔과 같이 가격이 고가라는 문제점을 갖고 있기 때문에 특수용도가 아닌 범용적 용도에서는 가격경쟁력을 상실할 뿐만 아니라 에너지절감을 위한 건축자재 및 단열소재로써 다방면의 분야에 사용되지 못하고 제한적으로 사용될 수 밖에 없는 실정이다.
상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 최근에도 에너지 손실을 방지하기 위한 단열재를 제공하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있는바, 몇 가지 실례를 찾아보면, 대한민국 등록특허 제10-0649397호(발명의 명칭:폐우레탄을 이용한 발포 우레탄 보드)는 "폴리올, 이소시아네이트와 함께 절단 또는 파쇄된 폐우레탄 칩을 제조되는 우레탄 보드의 총 중량 대비 10 ~ 95 중량%로 혼합하고 반응시켜 발포 우레탄 보드를 제조한 후, 일면에는 메쉬형 종이를 접착시키고, 다른 면에는 접착제를 이용하여 석고보드, 철판, 황토판넬로부터 선택되는 어느 하나 이상을 접착시켜 제조된 발포 우레탄 보드의 일면 또는 양면에 메쉬형 종이, 석고보드, 철판 또는 황토판넬로부터 선택되는 2개 이상의 층을 더 접착시킨 것을 특징으로 하는 폐우레탄 함량을 증가시킨 건축자재용 발포 우레탄 보드"이다. 그러나, 이것은 페우레탄폼 스크랩에 우레탄 원래의 재료인 폴리올과 이소시아네이트를 반응시키는 것일 뿐만 아니라, 폐우레탄폼 스크랩의 소모량이 적고, 우레탄폼 반응시 폐우레탄폼 스크랩이 열을 흡수하기 때문에 소요되는 우레탄폼의 신규 재료(폴리올과 이소시아네이트) 양이 과도하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐단열재를 이용하여 공극이 적은 단열재를 생산하는 것이 목적이다.
또한, 본 발명은 폐단열재를 이용하되, 다른 신규의 원재료 사용량도 최소화할 수 있고, 이에 따라 적은 비용으로 폐단열재를 이용하여 신규의 단열재를 생산하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법은, 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 단계; 상기 혼합한 폐단열재에 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하는 단계; 및 상기 마이크로웨이브를 조사한 폐단열재를 경화시키는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 폐단열재는 폐우레탄폼, 폐발포스틸렌폼 및 폐폴리에틸렌폼으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
그리고, 상기 페놀수지는 레졸수지(resol resin), 가소제, 계면활성제 및 충진제를 포함하는 페놀수지믹스인 것이 가능하다.
또한, 상기 페놀수지 및 경화제는 페놀수지 140~160중량부에 대하여 경화제가 20~25중량부 범위 내의 비율로 혼합된 것이 바람직하다.
또한, 상기 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 것은, 상기 폐단열재 9ℓ에 대하여, 페놀수지 140~160중량부 및 경화제 20~25중량부를 혼합하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 마이크로웨이브를 조사하는 것은 10초~3분 범위 내의 시간 동안 조사하는 것이 가능하다.
또한, 상기 마이크로웨이브를 조사하는 단계는, 상기 혼합한 폐단열재를 테프론, 파커글라스 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료로 이루어진 용기에 넣는 단계; 상기 폐단열재를 넣은 용기를 밀폐시키는 단계; 및 상기 밀폐시킨 용기를 극초단파 발생장치에 넣고 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐단열재를 경화시키는 것은, 상기 폐단열재를 70℃~90℃ 범위 내의 온도에서 1분~10분간 유지시키는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 상기한 제조방법에 의해 제조되어, 페놀수지가 발포된 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 발포성 단열재일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열성 흡음보드인 것도 가능하다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이러한 본 발명은 마이크로웨이브에 의해 페놀수지와 경화제의 반응을 활성화시켜서 상기 페놀수지를 발포시킴으로서, 공극이 적은 단열재를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 원재료의 사용량도 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 페놀수지와 경화제의 혼합비율을 최적화하여, 상기 페놀수지 및/또는 경화제의 사용량을 최소화할 수 있고, 이에 따라 적은 비용으로 폐단열재를 이용하여 신규의 단열재를 생산할 수 있는 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 버려지는 전자제품이나 건축물 등에 포함된 폐단열재를 이용하여 새로운 단열재를 제조하는 방법에 대한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법은, 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 단계(S100); 상기 혼합한 폐단열재에 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하는 단계(S200); 및 상기 마이크로웨이브를 조사한 폐단열재를 경화시키는 단계(S300);를 포함하여 이루어진다.
이에 앞서서, 본 발명은 폐단열재를 준비하는 단계(S10)를 더 포함할 수 있다. 상기 폐단열재는 한번 이상 사용되어 폐기되는 단열재를 모두 포함한다. 상기 폐단열재는 폐우레탄폼, 폐발포스틸렌폼 및 폐폴리에틸렌폼으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 폐기되는 냉장고, 판넬, 콘테이너 등에서 연간 20,000만 톤 이상의 폐우레탄폼이 발생하지만, 폐우레탄폼은 재활용이 거의 불가능하여 불법소각되거나 압축과정을 거쳐 매립되고 있어서 환경오염을 가중시키고 있다. 이에 본 발명은 이와 같이 재활용이 힘든 폐단열재를 이용하여 새로운 단열재를 제조하기 위한 것이다. 상기 폐단열재는 직경 5cm 이하로 분쇄되어 스크랩화된 것이, 후술하는 페놀수지 및 경화재의 원할한 혼합을 위하여 더욱 바람직하다.
상기 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 단계(S100)는 상기 폐단열재를 발포시키기 위한 발포성 물질과 혼합하는 것이다. 상기 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 방법이나 순서는 특별히 제한되지 않고, 일반적인 혼합 또는 교반 방법을 이용할 수 있다. 발포성 물질로서 본 발명에서는 특별히 페놀수지와 경화제를 이용하고, 후술하는 바와 같이 여기에 마이크로웨이브를 조사하여 상기 페놀수지를 발포시키는 것이 특징이다.
본 발명의 출원 전에는 폐우레탄폼을 재생시키기 위하여, 상기 폐우레탄폼에 신규의 우레탄폼 수지를 혼합하는 방법이 일반적이었다. 즉, 우레탄폼 수지의 원료인 폴리올과 폴리이소시아네이트가 만나서 발생시키는 열에너지에 의하여 폐우레탄폼을 발포시키는 것이었다. 그러나, 이러한 방법에 의하면 폐우레탄폼 스크랩의 소모량이 적고, 새롭게 소요되는 우레탄폼의 신규 재료(폴리올과 이소시아네이트) 양이 과도하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있다. 예를 들어, 상자 안에 9ℓ의 폐우레탄폼 스크랩을 가압하여 넣었을때 공극이 1ℓ라고 가정하면 1ℓ의 부피를 채울 수 있는 신규의 우레탄폼 수지가 새로운 원료로 들어가야 하는데, 상기 폐우레탄폼 스크랩이 열에너지를 빼앗아가기 때문에 1ℓ보다 더 많은 신규의 우레탄폼 수지를 필요로 한다. 이에 따라, 폐우레탄폼 스크랩을 재활용한 우레탄보드와 신재(새로운 원료)로 제조한 우레탄보드의 가격차가 없어 현실성이 없는 문제점이 있다. 또한, 경질의 우레탄폼 수지는 발포시에 강한 압이 발생하여, 핀홀 및 공극을 완벽하게 채우기가 어렵다는 단점이 있다.
이에, 본 발명에서는 열경화성 수지 중에서도 난연성이 탁월한 페놀수지(바람직하게는, 레졸타입의 수지)를 선택하였고, 이것을 경화제와 혼합한 후 발포시켜서 상기 페놀수지의 경화반응을 촉진 및 활성화시킴으로서, 폐단열재의 핀홀이나 공극을 최소화하고자 하였다.
상기 페놀수지는 페놀 화합물을 주성분으로 하는 수지를 모두 포함할 수 있고, 상기 페놀 화합물에 다양한 작용기가 결합된 유도체를 이용하는 것도 가능하다.
그 중에서도, 상기 페놀수지는 레졸수지(resol resin), 가소제, 계면활성제 및 충진제를 포함하는 페놀수지믹스인 것이 가능하고, 상기 충진제는 난연제 및/또는 이 기술분야에서 널리 알려진 일반적인 발포제를 포함할 수 있다. 상기 레졸 수지는 열에 의해 경화성 레지트로 변화하는 점에서 폐단열재 내부에 발포체를 형성하기에 바람직하고, 상기 가소제, 계면활성제 및 충진제는 상기 레졸 수지의 변화 및/또는 상기 레졸 수지와 경화제의 반응을 더욱 촉진시키는 촉매 역할을 수행하는 점에서 더욱 바람직하다.
또한, 상기 페놀수지 및 경화제는 페놀수지 140~160중량부에 대하여 경화제가 20~25중량부 범위 내의 비율로 혼합된 것이 바람직한데, 후술하는 실험예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 페놀수지 150중량부에 대하여 경화제는 22중량부로 혼합하는 경우 핀홀 및/또는 공극이 없으면서 밀도가 높은 단열재를 생산할 수 있다.
또한, 상기 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 것은, 상기 폐단열재 9ℓ에 대하여, 페놀수지 140~160중량부 및 경화제 20~25중량부를 혼합하는 것이 더욱 바람직한데, 후술하는 실험예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기와 같은 비율로 혼합시키는 경우 핀홀 및/또는 공극이 없으면서 밀도가 높은 단열재를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 페놀수지 및 경화제의 사용량을 최소화할 수 있어서 더욱 바람직하다.
상기 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하는 단계(S200)는 상기 혼합한 폐단열재에 마이크로웨이브를 조사하여 발포시키기 위한 것이다. 상기 마이크로웨이브는 극초단파(Micro Wave)를 의미하는 것으로, 이를 조사하는 방법이나 장치는 특별히 제한되지 않는다. 본 발명은 폐단열재와 페놀수지 및 경화제가 혼합된 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하는 것이 특징이다. 이와 같이 폐단열재와 페놀수지 및 경화제가 혼합된 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하면, 페놀수지와 경화제에 함유되어있는 물분자, 수소분자 및 산소분자 간에 충돌이 일어나고, 충돌된 분자는 운동에너지를 갖게 되어 열을 발생시키며, 이렇게 발생 된 열이 페놀수지와 경화제의 반응을 촉진 및/또는 활성화시킨다. 그러면, 이와 같이 빠른 반응에너지에 의해 페놀수지가 발포하게 되고, 상기 발포한 페놀수지가 페단열재 스크랩 사이의 공간을 빈틈없이 채울 수 있는 것이다. 이로 인하여, 폐우레탄폼 스크랩 공간에 난연 및 단열성이 우수한 페놀폼을 빽빽하게 밀집해서 채울 수 있고, 이에 따라 핀홀 및 공극이 적은 단열재를 생산할 수가 있다. 이러한 본 발명은 페놀수지에 극초단파(Micro Wave)를 사용함으로서 페놀수지와 경화제를 적게 소모하는 장점이 있고, 이에 따라 단가 경쟁력이 있는 단열재 및 흡음재를 생산할 수 있는 효과가 있다.
여기서, 상기 혼합한 폐단열재는 마이크로웨이브를 조사하기 전에 최적의 수분함량을 가지는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 상기 혼합한 폐단열재는 5~15% 범위 내(더욱 바람직하게는, 8~12% 범위 내)의 수분함량을 가지는 것이 바람직한데, 15%를 초과하면 페놀수지의 물성이 약해져서 발포가 미약하게 일어나고, 5% 미만이면 극초단파(Micro Wave)에 의하더라도 수소와 산소가 서로 치환하거나 부딪히는 작용이 약해져서 발포 및 경화 반응이 미흡하다는 단점이 있다.
또한, 상기 마이크로웨이브를 조사하는 시간 역시 특별히 제한되지는 않지만, 그 중에서도 10초~3분 범위 내의 시간 동안 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로웨이브를 조사하는 단계(S200)는, 상기 혼합한 폐단열재를 테프론, 파커글라스 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료로 이루어진 용기에 넣는 단계(S210); 상기 폐단열재를 넣은 용기를 밀폐시키는 단계(S220); 및 상기 밀폐시킨 용기를 극초단파 발생장치에 넣고 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하는 단계(S230);를 포함할 수 있다. 즉, 상기 혼합한 폐단열재를 극초단파 조사용 용기에 넣고 밀폐시킨 다음 극초단파를 조사하여, 상기 용기 내부에서 폐단열재 사이의 발포 충진을 더욱 밀집시킬 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, 극초단파를 조사할 수 있는 테프론, 파커글라스, 석영 등의 재질로 된 용기를 소정의 크기(예:1M(W)*1M(L)*1M(H))로 만들고, 여기에 스크랩 우레탄폼 및/또는 스치로폼을 가득 투입한 후 본 발명에 따른 페놀수지와 경화제를 혼합시킨다. 그런 다음, 상기 용기의 투입구를 밀봉하고 용기 전체를 극초단파 발생장치에 넣은 후 극초단파를 2~3분간 조사할 수 있다. 그러면, 발포용 페놀수지가 초단파에 의하여 서서히 발포하면서 스크랩과 스크랩사이 모든 공간을 발포충진시킬 수 있다. 상기 극초단파 발생장치 역시 특별히 제한되지 않고, 일반적인 전자레인지를 사용하면 간편하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
상기 폐단열재를 경화시키는 단계(S300)는 상기 마이크로웨이브를 조사한 폐단열재를 경화시켜서 숙성시키기 위한 것이다. 이러한 경화 및 숙성과정은 마이크로웨이브 조사 이후 폐단열재 내부로 형성된 발포체를 굳게 만드는 것이다. 이에 따라, 상기 경화시키는 방법은 일반적인 방법으로 가열하는 것이 가능하고, 상온 또는 저온에서 소정의 시간 동안 그대로 두는 것도 가능하다. 바람직하게는, 마이크로웨이브 조사 후, 상기 폐단열재를 70℃~90℃ 범위 내의 온도에서 1분~10분간 유지시키는 것이 적합한데, 너무 낮은 온도에서 짧은 시간 동안만 경화시키면 스크랩 내부 공간에 발포 충진이 충분히 퍼지지 않아 공극율이 높아질 수 있고, 너무 높은 온도에서 긴 시간 동안 경화시키면 오히려 폐스크랩이 녹아내리거나 페놀수지의 계속된 반응으로 밀도가 낮아질 수 있어서 부적합하다.
이어서 본 발명은 상기 경화시킨 폐단열재를 절단하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다. 즉, 큰 블럭(BLOCK) 형태로 형성된 페놀폼 덩어리를 필요한 크기로 절단하여 단열보드 또는 단열흡음재로 재생산할 수 있다.
상기한 본 발명에 의하면 마이크로웨이브에 의해 페놀수지와 경화제의 반응을 활성화시켜서 상기 페놀수지를 발포시킴으로서, 공극이 적은 단열재를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 원재료의 사용량도 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 상기 페놀수지와 경화제의 혼합비율을 최적화하여, 상기 페놀수지 및/또는 경화제의 사용량을 최소화할 수 있고, 이에 따라 적은 비용으로 폐단열재를 이용하여 신규의 단열재를 생산할 수 있는 것이다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 : 페놀수지와 경화제를 이용한 단열재의 제조
실시예 1
페놀수지 프리믹스는 아래와 같은 성분을 혼합한 후, 15℃에서 보관하였다.
·레졸수지 : 500g(고형분 80%이상, 수분 15%이하, 분자량 400~500, 점도6000cps(25℃))
·가소제 : 50g(폴리올타입 diol or triol)
·계면활성제 : 5g(비이온성:B.8462 GOLD SHMIT)
·난연제 : 25g(산화알루미늄)
·발포제 : 10g(n-pentane)
그리고, 상기와 같이 제조한 페놀수지 프리믹스 120g과 경화제(P-TSA(파라톨루엔설포닉엑시드) 60% 사용) 18g을 2500rpm으로 10초간 교반하였다.
이와는 별도로, 폐냉장고 및 건축물 등에서 얻은 페우레탄폼을 직경 5cm이하로 분쇄하여 폐우렌탄폼 스크랩(부피 9ℓ)을 준비하였다.
또한, 극초단파(Micro Wave)에 적합한 테프론 등의 재질로 가로*세로*높이가 각각 약 20cm이고, 상부에 뚜껑이 있는 정육면체 상자(부피 8ℓ)를 준비하였다.
그런 다음, 상기 준비한 테프론 상자에 폐우레탄폼 스크랩을 넣고, 페놀수지 프리믹스와 경화제의 교반 혼합물을 넣은 다음, 리본 Mixer로 혼합한 후, 상부뚜껑을 가압 밀폐시키었다. 상기 폐우레탄폼 스크랩(부피 9ℓ)은 대부분 발포시킨 것이기 때문에 약간의 유연성(Flexibility)이 있어서 부피 8ℓ의 테프론 상자에 놓고 뚜껑을 닫을 수 있다. 이와 같이하는 이유는, 단열재의 틈새 발생을 최소화시킴으로서 신재(페놀수지량)의 사용량을 적게 하기 위한 것이다.
이어서, 상기 밀봉한 상자를 극초단파(전자렌지)에 20초간 가열하였고, 이후에는 80℃의 오븐(Oven)에서 5분간 숙성 경화시키었다.
실시예 2
상기 실시예1에서 페놀수지 프리믹스는 150g, 경화제는 22g을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예1의 방법과 동일하게 단열재를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예1에서 페놀수지 프리믹스는 180g, 경화제는 27g을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예1의 방법과 동일하게 단열재를 제조하였다.
실험예 : 단열재의 공극률 확인
상기 실시예 1~3에 따라 제조된 단열재를 필요한 두께만큼 절단하여, 공극률이 어느 정도인지 확인하였고, 그 결과는 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
구분 성분
실시예1 실시예2 실시예3
폐우레탄폼 스크랩 부피(ℓ) 9 9 9
페놀수지프리믹스량(g) 120 150 180
경화제 량(g) 18 22 27
1차가열시간(전자렌지/sec) 20 20 20
초기상자온도 (℃) 50 50 50
2차오븐온도 (℃) 80 80 80
오븐가열시간( min ) 5 5 5
핀홀 또는 공극유무 약간(7%) 없음 없음
밀도(g/ cm3 ) 0.032 0.036 0.040
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1~3에 의하면 핀홀이나 공극이 적으면서 밀도도 높은 단열재를 제조할 수 있었다. 즉, 폐우레탄폼 스크랩 주변에 난연성 페놀폼이 감싸고 있는 단열재를 제조할 수 있으며, 이러한 단열재는 강도 또한 우수하여 단열재 및/또는 흡음보드로 사용하기 충분함을 확인하였다.
특히, 실시예 2에 의하면 공극이 없으면서도 페놀수지 프리믹스의 양을 최소로 사용할 수 있어서 가장 우수한 효과를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 이에 따르면, 폐우레탄폼 스크랩 9ℓ에 대하여, 페놀수지 프리믹스는 150g 만큼 사용하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 부피 8ℓ의 테프론 상자 1m3 당 소요되는 페놀수지 프리믹스의 양을 계산해보면 다음과 같다.
·8(ℓ):150g=1000(ℓ):X
·8X=150,000
·X=18.75kg
·수지의 밀도는 0.01875g/cm3
·즉, 테프론 상자 1m3 당 18~19kg의 수지가 소요됨을 알 수 있다.
비교예 : 우레탄수지를 이용한 단열재의 제조
대한민국 등록특허 제10-0649397호(발명의 명칭:폐우레탄을 이용한 발포 우레탄 보드)에 따라, 우레탄 원래의 재료인 폴리올(POLYOL)과 폴리이소시아네이트(MDI)를 폐우레탄폼과 반응시켜서 단열재를 제조하였다.
그리고, 이와 같이 제조한 단열재에 대하여 공극율을 조사하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
구분 성분
비교예1 비교예2 비교예3
폐우레탄폼 스크랩 부피(ℓ) 9 9 9
우레탄수지 (A+B/g) 100+100 130+130 160+160
오븐온도 (℃) 80 80 80
핀홀 또는 공극유무 35% 15% 0
* A : 폴리올(POLYOL)
* B : 폴리이소시아네이트(MDI)
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1, 2에 의하면 공극이 과도하게 발생하였고, 비교예 3에 의하면 공극은 없으나 공극을 없애기 위하여 새로운(신재) 원료인 우레탄수지가 320g 만큼 소요됨을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 공극이 없는 단열재를 제조하기 위하여, 종래의 방법에 의하면 새로운(신재) 원료인 우레탄수지가 320g 만큼 필요하지만, 본 발명에 의하면 페놀수지 150g만을 이용하여 스크랩 공극을 빈틈없이 채울 수 있어서, 재활용 경쟁력이 높은 것을 알 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

Claims (10)

  1. 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 단계;
    상기 혼합한 폐단열재에 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하는 단계; 및
    상기 마이크로웨이브를 조사한 폐단열재를 경화시키는 단계;를 포함하는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐단열재는 폐우레탄폼, 폐발포스틸렌폼 및 폐폴리에틸렌폼으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 페놀수지는 레졸수지(resol resin), 가소제, 계면활성제 및 충진제를 포함하는 페놀수지믹스인 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페놀수지 및 경화제는 페놀수지 140~160중량부에 대하여 경화제가 20~25중량부 범위 내의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폐단열재를 페놀수지 및 경화제와 혼합하는 것은,
    상기 폐단열재 9ℓ에 대하여, 페놀수지 140~160중량부 및 경화제 20~25중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브를 조사하는 것은 10초~3분 범위 내의 시간 동안 조사하는 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브를 조사하는 단계는,
    상기 혼합한 폐단열재를 테프론, 파커글라스 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료로 이루어진 용기에 넣는 단계;
    상기 폐단열재를 넣은 용기를 밀폐시키는 단계; 및
    상기 밀폐시킨 용기를 극초단파 발생장치에 넣고 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폐단열재를 경화시키는 것은,
    상기 폐단열재를 70℃~90℃ 범위 내의 온도에서 1분~10분간 유지시키는 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 단열재 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조되어,
    페놀수지가 발포된 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐단열재를 이용한 발포성 단열재.
  10. 제9항에 따른 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열성 흡음보드.
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