KR20200055882A - 불연 단열재용 조성물. - Google Patents

Abstract

본 발명은 무정형 실리카 입자, 유리섬유, 플라이애쉬 및 하기 화학식 1로 표시되는 다면체 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane, POSS)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연 단열재용 조성물에 관한 것으로서, 불연 성능 및 단열 성능이 우수하며, 경량화된 단열재 보드를 제조하기에 적합하여 건축물의 내외부에 범용으로 적용할 수 있는 불연 단열재용 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]

(상기 화학식 1에서 R은 C5 내지 C10의 탄화수소기이다)

Description

불연 단열재용 조성물.{COMPOSITION FOR NONFLAMMABLE HEAT INSULATOR}

본 발명은 불연 단열재용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 불연 성능 및 단열 성능이 우수하며 경량화되어 건축물의 내외부에 범용으로 적용할 수 있는 단열재를 제조하기 위한 조성물에 관한 것이다.

건축물의 내부 또는 외부에 적용되는 단열재는 단열 효과뿐만 아니라, 결로 방지, 불연 성능 등의 효과가 요구되고 있어 다양한 소재를 이용한 단열재가 개발되고 있다. 종래에는 스티로폼, 유리섬유 등을 이용하고 있으나, 이러한 소재로는 가공성이 충분하지 않고 불연 성능을 얻기 어려워 이를 개선하기 위한 제품이 개발되고 있다.

예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2018-0033675호에서는 발포 폴리스틸렌 그물망 수지의 일면에 유리섬유, 실리카겔 또는 에어로겔 중 어느 하나로 된 준불연 소재면을 형성하여 불연 효과를 얻고 있다. 그러나 상기 선행기술에서는 불연 및 단열 성능을 얻기 위하여 발포 폴리스티렌 수지, 알루미늄 호일 등을 수 차례 적층하여 단열재를 제조하고 있으므로, 제조 공정이 복잡하고 가공성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 10-2005-0090628호에서는 단열, 방음, 방진, 방습 등의 효과를 나타내는 단열재로서 불연 단열층으로서 카본 섬유와 실리카 섬유를 혼합하여 적용하고 있으나, 이러한 선행기술에서도 전술한 바와 같이 불연 단열층에 알루미늄 포일층, 알루미늄 펄층, 단열층을 적층하는 복잡한 구조로 이루어져 있어 제조 공정이 복잡하고 가공성이 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 10-2018-0033675호 대한민국 공개특허공보 10-2005-0090628호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 불연 성능 및 단열 성능이 우수하며 경량화된 단열재를 제조할 수 있는 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 조성물을 압축성형하여 보드 형태의 단열재를 제조함으로써 별도의 적층 구조 없는 단층 구조만으로 불연 및 단열 성능을 나타내는 경량화된 단열제를 제조할 수 있는 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 불연 단열재용 조성물은 무정형 실리카 입자, 유리섬유, 플라이애쉬 및 하기 화학식 1로 표시되는 다면체 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane, POSS)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

이때, 상기 화학식 1에서 R은 C5 내지 C10의 탄화수소기일 수 있으며, 더욱 상세하게는 C5 내지 C10의 직쇄상 알킬기일 수 있다.

또한, 상기 다면체 실세스퀴옥산은 상기 조성물 전체에 대하여 1 내지 10 중량%의 범위로 포함될 수 있다.

본 발명의 불연 단열재용 조성물을 이용하면 불연 성능 및 단열 성능이 우수하며 경량화된 단열재를 제조할 수 있다.

또한, 조성물을 압축성형하여 보드 형태의 단열재를 제조하기 때문에 별도의 적층 구조 없는 단층 구조만으로 불연 및 단열 성능을 나타내는 경량화된 단열제를 제조할 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 불연 단열재용 조성물은 무정형 실리카 입자, 유리섬유, 플라이애쉬 및 하기 화학식 1로 표시되는 다면체 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane, POSS)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

이때, 상기 화학식 1에서 R은 C5 내지 C10의 탄화수소기일 수 있으며, 더욱 상세하게는 C5 내지 C10의 직쇄상 알킬기일 수 있는데, 탄소수가 많아 비교적 부피가 큰 관능기가 결합함으로써 화재에 의한 화염에 노출될 경우 우수한 불연 성능을 나타내게 된다.

상기 다면체 실세스퀴옥산은 분자 구조의 열 진동과 실세스퀴옥산의 우선적인 파괴에 의해 무정형 실리카의 밀도가 저하되는 속도를 늦춰주기 때문에 무정형 실리카를 함유하는 조성물로 제조된 단열재가 화염에 노출되더라도 일정 시간 동안 대단히 높은 불연 성능을 나타내는 것으로 파악되었다. 특히, 상기 다면체 실세스퀴옥산의 관능기인 상기 R로서 탄소수가 5 내지 10의 탄화수소기를 적용하면 탄화수소기를 포함하는 분자의 크기가 실세스퀴옥산 자체의 열진동에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 상기 R의 탄소수가 지나치게 적으면 조성물 내에서의 분산성이 떨어져 단열재 전체 면적에서의 균일한 불연 성능이 나타나지 않는 것으로 파악되었으며, 탄소수가 지나치게 많으면 다면체 실세스퀴옥산이 열 진동할 때 파괴되는 속도가 너무 빨라 불연 성능을 발현하는 시간이 지나치게 짧아지는 것으로 나타났다.

다양한 형태의 다면체 실세스퀴옥산이 존재하나 상기 화학식 1에 따른 구조를 가진 실세스퀴옥산을 사용할 때 단열재의 성형이나 불연 성능 확보의 측면에서 최적의 효과를 나타내는 것으로 나타났다.

또한, 상기 다면체 실세스퀴옥산은 조성물 전체에 대하여 1 내지 10 중량%의 범위에서 사용되는데, 상기 함량 범위에서 상기 다면체 실세스퀴옥산을 함유함으로써 우수한 불연 성능을 나타내는 것으로 파악되었다. 즉, 상기 다면체 실세스퀴옥산의 함량이 지나치게 적거나 지나치게 많으면 불연 성능이 저하되는 경향을 나타내었으며, 상기 함량범위에서 사용할 때 최적의 불연 성능을 나타내는 것으로 파악되었다.

또한, 상기 단열재는 보드 형태로 이루어지는 것이 바람직하며 두께가 20 내지 200㎜의 범위에서 제품의 종류나 용도에 따라 달리하여 성형할 수 있다. 상기 조성물을 통해 단열재를 제조하는 방법은 무정형 실리카 입자, 유리섬유, 플라이애쉬, 다면체 실세시퀴옥산으로 이루어진 조성물을 직접 형틀에 주입하거나 용매 및 분산제를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 상기 슬러리를 형틀에 주입하고 압축성형함으로써 제조할 수 있다.

상기 무정형 실리카 입자는 밀도가 낮은 것이 바람직하며, 특히 흄드 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 무정형 실리카 입자는 상기 조성물 중 50 내지 75 중량%를 사용하는데, 함량이 너무 적으면 열전도율이 불충분하여 불연 성능이 건축용 단열재의 기준을 만족하지 못하게 되며, 함량이 지나치게 많으면 성형성이 나빠지는 문제점이 있는 것으로 나타났다. 특히, 흄드 실리카는 밀도가 낮기 때문에 함량이 너무 많은 경우 성형체가 쉽게 부서지거나 분진이 발생하는 문제점이 발생할 수 있으므로 사용량을 조절할 필요가 있다.

또한, 유리섬유는 직경 1 내지 100 ㎛, 길이 5 내지 50 ㎜ 인 유리섬유를 사용하되 상기 조성물 중 10 내지 30 중량%를 사용한다. 상기 유리섬유는 단열재의 강도를 향상시키기 위하여 첨가되는 성분이므로 사용량이 지나치게 적으면 강도 및 성형성이 나빠지고 너무 많으면 불연 성능이 건축용 자재로서의 기준을 만족하지 못하게 되므로 상기 범위에서 사용하는 것이 가장 적합한 것으로 나타났다. 또한, 상기 유리섬유의 직경이나 길이는 특별히 한정되지 않으나 조성물의 다른 성분과의 혼합을 고려하여 상기 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 플라이애쉬는 단열재의 경량화를 달성하면서도 강도를 증진시키기 위하여 사용되는 것으로서 조성물 전체에 대하여 10 내지 30 중량%를 사용한다. 상기 범위를 벗어나 플라이애쉬의 함량이 지나치게 적으면 성형된 블록이 쉽게 부서지거나 분진이 발생하는 문제점이 발생할 수 있고 플라이애쉬의 함량이 지나치게 많으면 단열 및 차열 성능이 방화문의 기준을 만족하지 못하게 되므로 상기 범위에서 사용하는 것이 가장 적합한 것으로 나타났다.

또한, 상기 조성물을 성형하여 단열재를 제조할 때 대량 생산을 위하여 슬러리 형태로 제조한 후 성형할 수 있는데, 이때 용매와 함께 계면활성제를 혼합하여 슬러리의 분산성을 향상시킬 수 있다. 상기 계면활성제는 혼합물 내에서 공기에 연행하는 작용을 하여 공기연행제의 역할도 수행할 수 있다.

상기 계면활성제로는 중성 계면활성제가 바람직한데, 구체적으로는, 글리세롤 지방산 에스테르, 프로필렌 글리콜 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 테트라올레산 폴리옥시에틸렌 소르비톨, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 글리콜, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 고분자량의 지방산 알콜 에스테르, 다가 알콜 지방산 에스테르 등을 들 수 있다.

또한, 이러한 계면활성제의 분산성을 고려하여 용매로서 물과 알코올의 혼합물, 특히, 물과 에탄올, 또는 물과 이소프로판올의 혼합물을 용매로 사용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 혼합용매를 사용할 경우, 물과 알코올의 중량비를 1:1 내지 2:1로 하는 것이 바람직하다. 물과 알코올의 혼합 비율은 사용하는 계면활성제의 종류와 함량에 따라 달라지나 상기 범위 내에서 사용하는 것이 성형성이 가장 좋은 것으로 나타났다.

상기 계면활성제 및 용매를 부가하는 경우, 조성물 100 중량부에 대하여 계면활성제 1 내지 5 중량부 및 용매 50 내지 300 중량부의 범위에서 추가적으로 배합하여 슬러리를 제조하는 것이 슬러리화 공정 및 성형가공에 유리한 것으로 나타났다.

상기 분말 성분을 슬러리화하는 공정은 유리섬유, 무정형 실리카 입자, 실세스퀴옥산, 플라이애쉬를 순차적으로 투입하여 1차 혼합하고, 상기 1차 혼합된 분체 혼합물을 계면활성제 및 용매의 혼합용액에 투입하여 2차 혼합하면서 슬러리화하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 혼합은 수동 교반, 블랜더, 볼밀, 또는 혼합기를 사용할 수 있는데, 공정 효율의 향상을 위하여 혼합기를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 혼합기로는 리본 블랜더 또는 휴대용 임펠러를 사용할 수 있다. 또한, 상기 혼합기를 사용하는 경우 분체와 용매를 투입한 후 5 내지 20분 간 혼합하여 슬러리를 제조할 수 있다. 또한, 분체의 혼합물은 볼밀을 사용하여 5 내지 30분 간 혼합함으로써 제조할 수 있다.

상기 분체 또는 슬러리를 형틀에 투입하고 압축성형할 때 0.1 내지 20 t/㎡의 압력을 0.5 내지 1분 간 가하는 것으로 심재를 제조할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (3)

1. 무정형 실리카 입자, 유리섬유, 플라이애쉬 및 하기 화학식 1로 표시되는 다면체 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane, POSS)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연 단열재용 조성물.
   
   [화학식 1]
   

   

   
   (상기 화학식 1에서 R은 C5 내지 C10의 탄화수소기이다)
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 화학식 1에서 R은 C5 내지 C10의 직쇄상 알킬기인 것을 특징으로 하는 불연 단열재용 조성물.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 다면체 실세스퀴옥산은 상기 조성물 전체에 대하여 1 내지 10 중량%의 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 불연 단열재용 조성물.