계계계계Phenolic/PolystyrenePhenolic/PolystyrenePhenolic/PolystyrenePhenolic/Polystyrene

경량 불연성 단열재 제조관련 기술지원경량 불연성 단열재 제조관련 기술지원경량 불연성 단열재 제조관련 기술지원경량 불연성 단열재 제조관련 기술지원

2006. 6. 302006. 6. 302006. 6. 302006. 6. 30

한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

라지산업라지산업라지산업라지산업

산 업 자산 업 자산 업 자산 업 자 원 부원 부원 부원 부

- 2 -

관리번호:

종합기술지원사업 기술지원성과 보고서종합기술지원사업 기술지원성과 보고서종합기술지원사업 기술지원성과 보고서종합기술지원사업 기술지원성과 보고서

사 업 명 계 경량 불연성 단열재 제조기술관련 기술지원Phenolic/Polystyrene

지원책임자소속 한국기계연구원:

성명 이 상 관:지원기간

부터2005. 07. 01.

까지2006. 06. 30.

사업비 규모

총 백만원190

지원기관의

참여연구원

이 상 복

박 종 한

장 은 미

정 부 출 연 금 백만원: 95

기업부담금현금 백만원: 57

현물 백만원: 38

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업18․

수행에 대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨 부 기술지원성과보고서 부: 5

년 월 일2006 6 30

지 원 책 임 자 : 이 상 관

한국기계연구원장 : 박 화 영

지원기업 대표 : 김 준 현

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 계 경량 불연성 단열재 제조 관련 기술지원 지“Phenolic/Polystyrene ”(

원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다: 2005. 7. 1 ~ 2006. 6. 30.) .

2006. 6. 30.2006. 6. 30.2006. 6. 30.2006. 6. 30.

지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원::::

대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영( )( )( )( )

지원기업 라지산업지원기업 라지산업지원기업 라지산업지원기업 라지산업::::

대표자 김 준 현대표자 김 준 현대표자 김 준 현대표자 김 준 현( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 이 상 관이 상 관이 상 관이 상 관::::

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 이 상 복이 상 복이 상 복이 상 복::::

"""" 박 종 한박 종 한박 종 한박 종 한::::

"""" 장 은 미장 은 미장 은 미장 은 미::::

- 4 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제고유번호 연구기간 개월2005. 07. 01 ~ 2006. 06. 30 (12 )

연구사업명 부품 소재 종합기술지원사업․

지원과제명 계 경량 불연성 단열재 제조관련 기술지원Phenolic/Polystyrene

지원책임자 이 상 관 지원연구원수

총 명: 06

내부 명: 04

외부 명: 02

총

사업비

정부 천원: 95,000

기업 천원: 95,000

계 천원: 190,000

지원기관명한국기계연구원

재료기술연구소소속부서명 신기능재료연구본부

참여기업 기업명 라지산업: 기술책임자 박 철 현:

요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서

면수

경량 불연성 단열재의 국내외의 산업 현황 제조 기술 및 특허 조사를 통한 기술자문o ,

경량 불연성 단열재 개발 및 기술지원o

최근 개발의 중요성이 대두되고 있는 불연내장재에 있어 기업의 요구에 따라- , KIMM

에서 보유한 기술을 바탕으로 경량 불연성 단열재 및 제조기술을 공동개발하였으며 축,

척된 기술을 해당업체에 지원 새로운 생산 아이템 경량이면서 불연성이 우수한 신개념, (

의 불연성 단열재 을 제공함) .

경량 불연성 단열소재의 제조를 위한 최적의 소재 선택 및 특성설계 불연성 코팅기- ,

술 차 발표에 의한 성형품 제조기술을 개발하여 기업에 지원함, 2 .

특히 경량의 제 선택과 재 표면에 난연성 소재의 코팅이 필수사항임 따라- , core core .

서 경량 불연 소재 개발을 위한 재 및 난연 코팅소재 선정과 코팅에 대한 전반적인core

방법을 개발하였음.

제조한 소재에 대한 밀도 압축강도 투습계수 열전도도 그리고 규정에 따o , , , , ISO1182

른 불연성 시험 및 특성 평가

밀도 압축강도 열전도도 투습계수 등의 시험 결과는 목표치를 이상 만족하는- , , , 100%

것으로 개발된 소재의 우수한 경량성 구조적 특성 및 열적 특성을 반증함, , .

본 연구의 불연성 목표치는 규정에 따른 해양 선박용 난연성 소재의 세계적인ISO1182

연구 목표치이며 현재 다수의 기업들이 노력을 경주하고 있으나 목표 특성을 만족하는, ,

제품은 아직 없는 실정임 이는 다량의 무기물과 난연재의 첨가로 불연등급을 만족하면.

경량화가 어렵고 경량화를 만족하면 불연등급 획득의 어려움에 따른 것임 본 연구에서, .

는 년이라는 짧은 연구를 통해 규정의 수준에 달하는 우수한 불연 특성을 가1 ISO 80%

지는 소재를 개발하였으며 이는 기존소재 대비 우수한 수준의 소재로 판단됨, .

공동 개발된 우수한 경량 불연성단열재소재 및 제조기술은 업체의 경쟁력 강화 및 매o

출신장에 기여할 것으로 판단됨.

색 인 어

각 개 이상( 5 )

한 글 불연성 단열 페놀수지 발포 폴리스틸렌 경량, , , , ,

영 어non-flammability, insulation, phenolic, expanded polystyrene, light

weight

- 5 -

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

계 불연성 단열재 개발 및 제조기술 지원o Phenolic/Polystyrene

경량 불연성 단열재 특성설계 및 제어-

재료 표면처리 및 발포 기술- Core

경량 불연성 단열재 기본 물성 시험 분석- /

상세 사업목표o

물리적 특성- :

밀도 100 kg/m 이하 압축강도 이상 열전도 이하, : 80 kPa , : 0.07 W/m℃․

불연성 시험규정- (ISO 1182 ) :

온도상승 질량손실 화염유지시간( T) 40 , ( m) 50 %, (≤ ℃ ≤⊿ ⊿ tf 초) 2≤

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

불연 단열재 관련 기술 및 특허 현황 조사o

기업의 요구를 만족하는 경량 불연성 단열재 개발 및 특성설계o

젖음성 및 난연성 향상을 위한 재료 표면처리 및 발포기술o Core

의 코팅성형공정을 통한 난연성 확보 및 폼 성형o Phenolic/Polystyrene

불연성 단열재 기본 물성 시험 분석 물리적 특성 불연성시험o / ( , ISO1182 )

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

불연성단열재

특성설계 및 제어

특성설계 및

제어기술 미비

특성설계 및 제어기술

확보 및 관련재료의 적용

재료 표면처리Core 표면처리기술 미흡 표면처리기술 확립

표면 처리된

재료의 폼 제조Core

기술

미확보 기술적,

전반 전무폼 제조 기술 확보

불연성 단열재의

특성 평가 및 개선

불연성 단열재의

특성평가 및 개선

관련기술 전무

불연성 단열재의

특성평가 및 개선연구

수행

- 6 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 계 경량 불연성 단열재o : Phenolic/Polystyrene

모 델 명 난연성코팅 단열블록o : EPS

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원 전 지원 후

경쟁제품 대비 품질 골드폴 미개발공정기술 및

품질향상

경쟁제품 대비 가격 하이폴 미개발원가 절감형

기술 확보

해외제품 대비 품질 Polyphen 미개발

소재설계 기술

및 우수한

난연성 확보

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절감금액 비 고

원부자재 절감 백만원 년/ ( %)

인건비 절감 백만원 년/ ( %)

계 백만원 년/ ( %)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비 고

내 수 백만원 년/ 백만원 년500 / %

수 출 천달러 년/ 천달러 년/ %

계 백만원 년/ 백만원 년500 / %

참고)

적용제품 주요수출국1. :

작성당시 환율기준2. :

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도 수입액 수입대체금액 비 고

난연성코팅

단열블록EPS천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년200 /

계 천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년200 /

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

의 경량 불연성 단열재 설계 및 제조 능력 보유o Phenolic/Polystyrene

보유한 기술을 바탕으로 불연성단열재 특성설계 및 제조기술 확보-

젖음성 및 불연성 향상을 위한 재료 차 차 다층 코팅기술- Core 1 , 2

다양한 코팅소재 및 코팅층 물성에 따른 성형공정기술 확보-

시제품제작 기술 확보-

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

신제품개발o :

현재까지 달성되지 못한 세계적 연구개발 목표인 해양 불연 규정 의- ISO1182

수준 한국 산업규격의 난연 등급에 해당 의 우수한 경량불연소재 개발 및80% ( 2 ) ․

제조기술을 획득하여 기존 내장재보다 우수한 신개념의 불연성 내장제품의 출,

시가 가능하며 해양규격인 보다 덜 엄격한 건축 및 육상 수송기용 내장, SOLAS

재 등에 적용 가능.

공정개선o :

복합재의 제조를 위한 최적의 설계를 통한 공정단축 및 원가 절감과 생산량증-

대

최적 설계 및 성형공정 기술을 바탕으로 자동차 및 년도부터 생산 계획o 2007

된 경전철차량 불연성 단열 내장재의 잠재시장 활성화

- 8 -

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건32관련기술 및 특허 정보 제공 기초 신기술 획,

득 및 적용

시제품제작 건8 중간 시제품 제작

양산화개발 건1 양산화를 위한 공정개선 및 시제품제작

공정개선 건7 공정절감형 공정개선 및 신기술 적용

품질향상 건18 재료의 표면처리 및 품질향상기술 제공core

시험분석 건16 제조된 성형품의 특성분석 및 평가

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건12

불연성 경량 단열재 제조 연구 방향에 따른

매달 사업 실적 및 기술지원 정보 업로드

지원기업 방문회수 건15소재 개발 진행 상황 협의 및 기술정보제공

및 시제품 제작

기 타 건

- 9 -

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

본 과제의 불연성 단열재의 최적화 설계 및 제조에 대한 년이라는 짧은 연구o 1

를 통해 해양 선박용 난연성 소재의 세계적 연구목표치인 규정의ISO1182 80%

수준의 난연성 및 경량성이 우수한 소재 개발 및 제조기술을 확보하였음 연구.

기간의 부족으로 인해 아직 양산화 및 제조비용 절감 등의 개선할 사항은 있지

만 향후 추가연구를 통해 문제점이 해결된다면 기존 공정 및 제품에 비해 경쟁, ,

력이 우수한 제품을 개발할 수 있다고 판단됨.

최근 개발의 중요성이 대두되고 있는 불연내장재에 있어 본 과제를 통해 축o ,

척된 기술을 해당업체에 지원하고 새로운 생산 아이템 경량이면서 불연성이 우, (

수한 신개념의 불연성 단열재 을 제공함으로써 업체의 경쟁력 강화 및 매출신장) ,

이 기대됨.

제조된 기술을 바탕으로 년도부터 생산 계획된 경전철 차량불연성 단열o 2007

내장재의 잠재시장수요의 활성화에 기여하며 건축 및 자동차용 내장재 등에 적,

용이 가능할 것으로 판단됨.

- 10 -

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과□

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과□

출원된 특허의 경우○

등록된 특허의 경우○

- 11 -

사업화 현황□

고용창출 효과□

- 12 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건1. : 151. : 151. : 151. : 15

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.07.28 수지관련 자료조사phenol

2 05.08.19 불연 단열재 국내 및 해외기술현황

3 05.08.22 기초 신기술 획득 및 적용

4 05.09.15 불연 단열재 제조기술 협의

5 05.09.18 불연성 단열재 특허현황 지원

6 05.09.29 불연성 단열재 발포 및 성형공정 자료조사

7 05.10.05 경량 불연성 단열재 기술 및 열분석 적용방법

8 05.10.10 불연성 단열재 제조 협의

9 05.12.20 계 단열재 제조공정 및 기술지원PS

10 06.02.09 불연단열재 성형 기술

11 06.04.12 불연성 단열재 제조 협의

12 06.04.26 사업진행 보고 및 기술협의

13 06.05.10 단열재 제조 기술 이전

14 06.05.22 제조 설비 기술 이전

15 06.06.15 단열재 시제품 제작

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 322. : 322. : 322. : 32

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.07.28 수지관련 자료조사phenol

2 05.08.19 불연 단열재 국내 및 해외기술현황

3 05.08.22 기초 신기술 획득 및 적용

4 05.09.15 불연 단열재 제조기술 협의

5 05.09.18 불연성 단열재 특허현황 지원

6 05.09.29 불연성 단열재 발포 및 성형공정 자료조사

7 05.10.05 경량 불연성 단열재 기술 및 열분석 적용방법

8 05.10.10 불연성 단열재 제조 협의

- 13 -

9 05.10.14 계 단열재 제조공정 및 기술지원PS

10 05.10.21 불연단열재 성형 기술

11 05.11.04 불연성 단열재 기본 물성 시험 분석방법/

12 05.11.22 페놀수지의 열분해반응의 연소 메카니즘 기술

13 05.12.12 제 차 불연성 단열재의 특성 설계3

14 05.12.21 제 차 불연단열재의 특성 제어3

15 06.01.05 제 차 코팅공정4 Phenolic/Polystyrene

16 06.01.18 제 차 의 표면처리4 Phenolic/Polystyrene

17 06.02.06제 차 난연제의 효과 및3, 4 Phenolic/Polystyrene

영향

18 06.02.13 제 차 아세트산비닐계수지 코팅액 제조공정5

19 06.02.24제 차 아세트산비닐계수지코팅 의 성형품제작5 EPS

및 화염노출 테스트

20 06.03.06 제 차 코팅공정6 Phenolic/Polystyrene

21 06.03.27 제 차 의 성형품제작6 Phenolic/Polystyrene

22 06.04.04 제 차 의 표면처리7 Phenolic/Polystyrene

23 06.04.07제 차 의 폼 제조와 기본6, 7 Phenolic/Polystyrene

물성

24 06.04.14 제 차 재료의 젖음성 향상 방안8 core

25 06.04.27 제 차 성형품 제작을 통한 성형공정 확립방안9 EPS

26 06.05.02 제 차 성형품의 건조와 화염노출9 EPS

27 06.05.11 제 차 성형품의 기계적 성질 금형의 영향9 EPS ,

28 06.05.12 제 차 표면 처리된 재료의 폼 제조기술10 core

29 06.05.18 제 차 제조된 폼의 화학성분10

30 06.05.24 제 차 제조된 폼의 기계적 성질10

31 06.05.30 제 차 제조된 폼의 물리적 특성10

32 06.06.07 시제품 제작 공정 확립

- 14 -

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. : 83. : 83. : 83. : 8

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.12.20 제 차 불연단열재 폼 제조3

2 05.01.19 제 차 불연단열재 폼 제조4

3 05.02.16 제 차 불연단열재 폼 제조5

4 05.03.19 제 차 불연단열재 폼 제조6

5 05.04.04 제 차 불연단열재 폼 제조7

6 05.04.17 제 차 불연단열재 폼 제조8

7 05.05.12 제 차 불연단열재 폼 제조9

8 05.06.21제 차 난연 경량 단열 폼10 Phenolic/Polystyrene

제조

- 15 -

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건4. : 164. : 164. : 164. : 16

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.10.05 수지 및 열적거동분석phenol EPS

2 05.10.14 의 화학 성분분석polyphen

3 05.11.12 의 코팅층 및 열적 분석polyphen

4 05.11.21페놀수지의 경화제 함량에 따른 열적거동 및

경화도 분석

5 05.12.05 경화제의 종류에 따른 열적거동 및 경화정도 분석

6 05.12.11페놀수지와 경화제의 함량에 따른 점성도 및

경화열 측정

7 05.12.13 제 차 불연단열재의 화학 성분분석3

8 05.01.09 제 차 불연단열재의 기계적 물성분석3

9 05.01.24제 차 불연단열재의 화학성분 및 기계적4

물성분석

10 05.02.07제 차 불연단열재의 화학성분 및 기계적5

물성분석

11 05.03.17제 차 불연단열재의 화학성분 및 기계적6

물성분석

1206.04.20 ~

06.04.23제조된 폼의 밀도 및 흡습계수측정

13 06.04.28 제조된 폼의 코팅층 두께 측정

1406.05.20 ~

06.06.30

규격의 불연성시험 의뢰ISO1182

한국방재연구소( )

1506.05.16 ~

06.05.18제조된 폼의 압축강도 측정

1606.06.18 ~

06.06.22제조된 폼의 열전도도 측정

- 16 -

기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건5. : 125. : 125. : 125. : 12

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.07.28불연성 경량 단열재 제조 연구 방향 및 사용

재료의 분석시험 계획 협의

2 05.08.31 불연 단열재 국내 및 해외기술현황정보 제공

3 05.09.29 불연 단열재 제조 기술 및 기술 현황 분석

4 05.10.31경량 불연성 단열재 기술 및 열분석 적용 방법과

계 단열재 제조 공정 및 기술지원PS

5 05.11.29

불연성 단열재 기본 물성 시험 분석방법과/

페놀수지의 경화제 함량에 따른 열적거동 및

경화도 분석 및 실험 진행 사항 확인

6 05.12.27 제 차 불연성 단열재 특성설계 및 제어3

7 06.01.30 제 차 의 코팅공정4 Phenolic/Polystyrene

8 06.02.27

제조한 단열재의 기본물성 측정 및 제작된 금형의

이형성 개선방안과 스팀기의 압력조절에 대한

협의

9 06.03.30 제 차 불연단열재제조6

10 06.04.27 제 차 성형품 제조 및 사업진행보고7, 8

11 06.05.30제 차 난연 경량 의 폼제조9 Phenolic/Polystyrene

및 제조된 폼의 불연성 시험

12 06.06.29 단열재 제조에 대한 전반적인 기술이전

- 17 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 절 국외 기술개발 현황제 절 국외 기술개발 현황제 절 국외 기술개발 현황제 절 국외 기술개발 현황1111

제 절 국내 기술 개발 현황제 절 국내 기술 개발 현황제 절 국내 기술 개발 현황제 절 국내 기술 개발 현황2222

제 절 현 기술 상태의 취약성제 절 현 기술 상태의 취약성제 절 현 기술 상태의 취약성제 절 현 기술 상태의 취약성3333

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

관련 기술 및 특허현황 조사관련 기술 및 특허현황 조사관련 기술 및 특허현황 조사관련 기술 및 특허현황 조사1.1.1.1.

국내 단열재 시장 동향 및 시장 규모국내 단열재 시장 동향 및 시장 규모국내 단열재 시장 동향 및 시장 규모국내 단열재 시장 동향 및 시장 규모2.2.2.2.

해외 전문 기술 습득해외 전문 기술 습득해외 전문 기술 습득해외 전문 기술 습득3.3.3.3.

실험 실적실험 실적실험 실적실험 실적4.4.4.4.

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

제조한 폼의 물성 측정제조한 폼의 물성 측정제조한 폼의 물성 측정제조한 폼의 물성 측정1. Phenolic/Polystyrene1. Phenolic/Polystyrene1. Phenolic/Polystyrene1. Phenolic/Polystyrene

제조한 폼의 불연성재료 시험제조한 폼의 불연성재료 시험제조한 폼의 불연성재료 시험제조한 폼의 불연성재료 시험2. Phenolic/Polystyrene2. Phenolic/Polystyrene2. Phenolic/Polystyrene2. Phenolic/Polystyrene

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

부 록부 록부 록부 록

기술지원일지 또는 기술지원실적 업로드 국외출장보고서 기술지원과 관련하여기술지원일지 또는 기술지원실적 업로드 국외출장보고서 기술지원과 관련하여기술지원일지 또는 기술지원실적 업로드 국외출장보고서 기술지원과 관련하여기술지원일지 또는 기술지원실적 업로드 국외출장보고서 기술지원과 관련하여, ,, ,, ,, ,※※※※

수집한 해외과학기술정보 및 참석한 학회 세미나 전시회 등 요약보고서 기술지수집한 해외과학기술정보 및 참석한 학회 세미나 전시회 등 요약보고서 기술지수집한 해외과학기술정보 및 참석한 학회 세미나 전시회 등 요약보고서 기술지수집한 해외과학기술정보 및 참석한 학회 세미나 전시회 등 요약보고서 기술지,,,,․․․․ ․․․․

원 활용 기자재 및 시설 요약서 등 본 기술지원과 관련된 부수적 사항 기재원 활용 기자재 및 시설 요약서 등 본 기술지원과 관련된 부수적 사항 기재원 활용 기자재 및 시설 요약서 등 본 기술지원과 관련된 부수적 사항 기재원 활용 기자재 및 시설 요약서 등 본 기술지원과 관련된 부수적 사항 기재

- 18 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

건축물 선박 산업 기계 등 각 분야에서 열에너지 절감을 위한 단열재는 광범위하

게 사용되고 있으며 사용량은 날로 증가하여 단열재의 시장규모는 국내만 조 억원5

년 이상에 이르고 있다 단열재는 크게 유기계 발포 단열재 무기계 섬유 단열재/ . ,

및 세라믹 발포 단열재가 공급되고 있다 스티로폼 우레탄폼과 같은 유기계 단열재. ,

는 경제성 시공성이 우수하지만 화염에 취약성으로 빈번히 대형 화재를 발생시킬,

가능성도 있다 현재 국내의 경우 대표적인 수송 수단인 철도 차량은 난연성 수지.

를 이용한 복합재료를 내장재 등에 사용되고 있는 현실이나 대구 지하철 화재 사,

건에서와 알 수 있는 바와 같이 화재 시 기지 재료인 수지로부터 발생하는 유독성

가스 및 연기로 인한 많은 인명 피해를 가져왔다 최근 들어 이러한 폐해를 방지하.

기 위하여 자동차 철도 차량 및 선박 등에는 불연성 소재의 사용이 국내뿐 아니라,

국제적으로 법제화되어 가고 있으며 규제의 강화가 예상이 되므로 이러한 기술 주,

기의 변화에 대하여 적극 대응할 필요가 있다.

또한 에너지 자원의 해외의존도가 높은 우리나라로서는 건축물의 에너지 절약은,

물론이고 국가적으로는 외화낭비를 축소하기 위하여 건축물 에너지 소비 중 열손실

의 가장 큰 비중을 차지하고 있는 외피 즉 단열재의 적극적인 활용과 함께 계속적

인 기술개발이 절실히 요구되고 있다.

향후 자동차용 및 철차와 함께 년부터 생산이 계획된 경전철 사업을 포함한2007

자동차 내장재의 수요가 상당할 것 예상되므로 라지 산업에서는 신규 사업으로 경

량 불연성 단열재 개발에 착수하였다 재료 시스템으로는 계. Phenolic/Polystyrene

선정하여 개발하여 시도하고 있으나 기술 개발과 관련한 기반 기술이 부족하여 많

은 어려움을 겪고 있으며 아직까지는 기업의 소재 개발에 대한 연구인프라도 열악,

한 실정이다 그에 반해 선진국에서는 경량 불연성 단열재의 설계 기술 제조 공정. , ,

및 불연성 성능 시험 기법 및 사용 환경에 대한 특성 데이터를 구축하고 있으며,

자동차 내장재 철도 차량 내장재 선박 내장재 등 경량과 불연성이 요구되는 분야, ,

에 제품 생산의 기술을 확보하는 등 상용화 단계에 있다know-how .

현 상황에서 계 불연성 단열 복합재료를 제조하기 위한 기업Phenolic/Polystyrene

의 애로기술은 복합재료의 특성의 이해 부족으로 인한 최적설계의 어려움과 불연성

복합재 핵심 성형 기술 밀도 제어 기술 재료의 발포기술 페놀 수지에 대한( , Core ,

열적 특성 및 경화 제어 기술 과 불연성단열재의 기본 물성 시험 분석기술 등 지속) / ,

적이고 집중적인 기술지원이 필요한 실정이다.

- 19 -

이와 같은 기술과 관련하여 지원연구원인 한국기계연구원은 경량 불연성 단열재를

개발하기 위한 밀도 제어 섬유 체적을 제어 페놀 수지의 경화 특성 점도 변화, , , ,

바인더의 균일도포 분포 등의 최적 성형기술과 시제품 설계 기술 불연성 및 기계/ ,

적 특성 시험에 대한 규정에 의한 시험 등의 제반 여건을 보유하고 있다 이러한.

구성 재료의 특성분석 밀도 강도 및 열적 특성분석 설계밀도 체적율 강도 및 열, , / , ,

적 특성 제어기술 페놀수지의 열변형 및 열분해 거동 페놀수지의 경화 및 점성 거, ,

동 발포특성 젖음성 향상을 위한 재료 표면처리기술, Polystyrene , Core ,

성형공정 등의 제반 관련 기술을 기술지원에 활용할 필요가Phenolic/Polystyrene

있다.

그림 불연성 단열재의 연구개발의 필요성그림 불연성 단열재의 연구개발의 필요성그림 불연성 단열재의 연구개발의 필요성그림 불연성 단열재의 연구개발의 필요성1.1.1.1.

- 20 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

주요목표 세부목표 상세예상목표

Phenolic/Polystyrene

계 불연성 단열재 제조

기술 지원

불연성 단열재 특성o

설계 및 제어

재료 표면처리o Core

및 발포 기술

o Phenolic/Polystyrene

제조공정

불연성 단열재 기본o

물성 시험 분석/

물리적 특성o

밀도- : 100 kg/m 이하

압축강도 이상- : 80 kPa

열전도도- : 0.07 W/m℃․

이하

불연성 시험규정o (ISO1182 )

온도상승- ( T) 40≤ ℃⊿

질량손실- ( m) 50 %≤⊿

화염유지시간- (tf 초) 2≤

- 21 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

연구 개발의 목표 불연성 경량 단열재 제조 기술 개발: Phenolic/Polystyrene

경량 불연성 단열재 제조 기술 및 특허현황 조사■

국내외 기술현황 파악을 위한 특허 조사 및 시장 조사․

실험실적 제조를 통한 경량 단열재 소재 제조Phenolic/Polystyrene■

수지 균일 교반 및 도표 기술․

재료 표면 처리 및 발포 기술Core․

난연제 및 무기재 첨가 코팅액 제조 기술․

제조 최적화공정 확립Phenolic/Polystyrene․

불연성 복합재 재료의 밀도 제어 기술․

페놀수지에 대한 열적 특성 및 경화 거동 규명․

의 성형 공정 및 폼 제조 기술Phenolic/Polystyrene․

의 기초 물성 확보Phenolic/Polystyrene DB․

불연성단열재의 기본 물성 시험 분석 기술/■

밀도 및 압축강도 기본 물성 시험․

화염노출시험 및 흡습계수 시험․

열전도도 평가․

의 폼의 건축물 및 내장재 자동차 부품 적용을 위한Phenolic/Polystyrene EPS , DB․

확보

의 시험규정에 따른 불연성시험SOLAS ISO 1182■

불연성재료시험 불꽃전파성시험 발연성 및 유(IMO FTPC), (IMO FTPC part 5),․

독성가스시험 질의 의뢰(IMO FTPC part 2, IMO )

- 22 -

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

향후 에너지 절약 기준이 더욱 엄격하게 적용될 것으로 예상하면 단열재의 수요는,

더욱 증가할 것으로 기대할 수 있으며 차세대 에너지 절약 기준대용으로 고성능화,

와 환경보존 코스트다운 고부가가치 복합화상품전개 시공의 최적화 신 분야 개, , , , ,

척 등이 단열재 시장의 해결 과제이자 개발 방향의 키워드로 정리될 수 있다, .

제 절 국외 기술 개발의 현황제 절 국외 기술 개발의 현황제 절 국외 기술 개발의 현황제 절 국외 기술 개발의 현황1111

경량 불연성 단열재에 대한 기술 개발은 선진국에서는 설계기술 제조 공정 및 불,

연성 성능 시험 기법 및 사용 환경에 대한 특성 데이터를 구축하고 있으며 자동차,

내장재 철도 내장재 차량 내장재 선박 내장재 등 경량과 불연성이 요구되는 분야, , ,

에 대한 제품 생산의 기술을 확보하는 등 상용화 단계에 있다 또한 경know-how .

량 불연성 단열재를 개발하기 위한 밀도 제어 섬유 체적율 제어 페놀수지의 경화, ,

특성 점도 변화 불연성 및 기계적 특성 시험에 대한 규정에 의한 시험 등 제반 여, ,

건을 갖추고 있다.

일본의 연구 개발일본의 연구 개발일본의 연구 개발일본의 연구 개발1.1.1.1.

주요단열재의 시장규모는 년에 섬유계인 암면 톤 유리면 톤2001 341,000 , 05,951 ,

셀룰로오즈 섬유 톤으로 합계 톤 발포 플라스틱계인 경질 우레탄폼10,800 557,751 ,

톤 압출 발포 폴리스티렌폼 톤 비즈법 폴리스티렌폼 톤 고발87,925 , 66,390 , 15,900 ,

포 폴리에틸렌폼 톤 페놀폼 톤으로 합계 톤이었으며 일부는5,770 , 6,600 182,585 ,

전망치를 포함하고 있다 년도 일본 단열재의 용도별 구성과 주요 메이커를 살. 2001

펴보면 섬유질계 단열재의 경우 유리면이 가장 큰 시장을 차지하며 아사히 파이버, ,

섬유가 로 선두이고 암면은 일본록울이 셀룰로오즈 섬유는 왕자제지35.3% , 33.2%,

일 가 업계 선두를 차지하고 있다( ) .

발포 플라스틱계 단열재의 경우 경질 우레탄폼이 가장 큰 시장을 차지하며 고, 東洋

무공업이 로 수위를 점유하고 압출발포 폴리스티렌폼은 다우 이27.8% , 39.4%化工

로 선두를 차지하고 있으며 비즈법 폴리스티렌폼은 후쿠비화학공업 등 고발포 폴, ,

리에틸렌폼은 적수화학공업 등 페놀폼은 일동방직 등이 주요업체로 시장을 분점하,

고 있다.

- 23 -

압출 발포폴리스티렌의 메이커 개사는 압출 발포 폴리스티렌 공업회에 가맹하고4

있으며 유통루트는 일반건축 주택 등에 각각 독자의 루트를 통하고 있고 폼 메이, , ,

커에서는 각사 모두 대기업 상사를 판매 창구로 하고 일반 건축 주택용 단열재에, ,

서는 건재상 등을 경유해 제네콘과 공무짐 등에 판매된다 업체별로 상품개발 동향.

을 살펴보면 다우화공에서는 타 소재와의 복합상품과 차 가공품의 개발에 종연, 2 ,

화학공업에서는 단열기준에 대응한 상품개발을 지항하며 외단열 기밀공법과 주택, .

의 부위에 맞춘 개발에 중점을 두고 있고 에서는 고밀도화 복합화 제품 단열, JSP , ,

공법 리사이클 제품의 개발과 식크하우스 대책에 위력을 발휘하는 카테킨 도입 발, ,

포 폴리에틸렌 시트의 개발에 역점을 두고 있으며 적수화학공업에서는 성력화 고, ,

단열화를 추진하는 신공법의 개발 타 소재와의 복합화 단열건재의 자사제품은 모, ,

두 함유량을 억제시킨 제품으로 교체하는데 노력하고 있다VOC .

그림 해외개발된 복합단열재 현황 위로부터 사의그림 해외개발된 복합단열재 현황 위로부터 사의그림 해외개발된 복합단열재 현황 위로부터 사의그림 해외개발된 복합단열재 현황 위로부터 사의2. , Rudolf Rost Sperrholz2. , Rudolf Rost Sperrholz2. , Rudolf Rost Sperrholz2. , Rudolf Rost Sperrholz

패널 사의 패널패널 사의 패널패널 사의 패널패널 사의 패널PHENOLIC , DEGUSSA Solimide & Hardboard Foam ,PHENOLIC , DEGUSSA Solimide & Hardboard Foam ,PHENOLIC , DEGUSSA Solimide & Hardboard Foam ,PHENOLIC , DEGUSSA Solimide & Hardboard Foam ,

사의 초경량 소재사의 초경량 소재사의 초경량 소재사의 초경량 소재KAESOTEC FOAMKAESOTEC FOAMKAESOTEC FOAMKAESOTEC FOAM

기타 국가의 연구개발기타 국가의 연구개발기타 국가의 연구개발기타 국가의 연구개발2.2.2.2.

호주의 사 일반 와 난연성Polyphen International Pty.Ltd Polystyrene bead Phenol

및 첨가물의 혼합으로 경화 열에 따른 자체 발열 에 의하여resin (100 ) , PS bead℃

가 발포되는 공정의 기술력을 확보하고 있다 발명의 특징의 페놀 폴리우레탄 및. ,

은 다른 강성 발포체와는 달리 발포혼합물형상기억 보유 능력이 있EPS “pre-rise ”

어 발포성 혼합물과 거의 동일한 형상을 갖는 최종물품 생산 가능하며 난pre-rise

연성 이 발포된 를 감싸 제품 전체가 난연성을 가진다는 점이다Phenol resin EPS .

- 24 -

사는 난연성 중성 페놀을 개발하였으며Polyphen International Pty.Ltd , 2001~2005

년 월간 연구개발비만 총 만 달러를 소요하였으며7 AUD200 ( 1AUD=780KRW)※

년 월 월 월 개월간의 제 총생산량은2005 8 , 9 , 10 3 core 8000m에 이른다.

제 절 국내 기술 개발의 현황제 절 국내 기술 개발의 현황제 절 국내 기술 개발의 현황제 절 국내 기술 개발의 현황2222

국내의 단열재 시장을 살펴보면 일본의 경우 단열성이 높은 무기질계가 유기질계보

다 배 이상의 시장규모를 확보하고 있는 반면에 국내는 시공용이성 및 저렴한 가3

격 때문에 아직까지도 유기질계인 발포폴리스티렌과 폴리우레탄이 전체 단열재 시

장의 를 차지하고 있다71% .

그림 발포폴리스티렌의 시장규모그림 발포폴리스티렌의 시장규모그림 발포폴리스티렌의 시장규모그림 발포폴리스티렌의 시장규모3.3.3.3.

최근에 단열기준이 강화되고 화재 안전사고에 대한 인식이 높아지면서 무기계의,

성장이 빠르게 이루어지고 있으며 또한 건강 환경 리사이클을 고려한 부가가치가, , ,

높은 신소재를 적용한 단열재 개발도 계속 증가할 것이다 한편 국내 단열재 시장.

의 규모를 예측하기 위해서 품목별 협회 및 업체 방문 등을 통해 실사한 결과 유기

질계인 발포폴리스티렌의 경우 건축물 단열 기준이 강화되면서 발포스티렌의 두께

가 두꺼워지고 최근 공법의 도입 등으로 시공이 용이한 점 때문에 많이 사, spray

용되고 있다 사 한국발포스티렌재활용협회에서 생산 관련 업체의 성장률을. ( ) EPS

근거로 발포폴리스티렌의 시장규모는 년 억원으로 연평균성장률이2005 3,690

에 달한다 하지만 점차 강화되고 있는 환경규제 및 화재에 대한 난연 규제11.2% . ,

등에 대한 계속된 문제 제기와 신소재 개발에 따른 개발업체의 강력한 진입 등의

장애요인이 곳곳에 내재되어 있다.

- 25 -

표 국내 시장의 단열재 제조업체 및 난연 등급에 따른 가격표 국내 시장의 단열재 제조업체 및 난연 등급에 따른 가격표 국내 시장의 단열재 제조업체 및 난연 등급에 따른 가격표 국내 시장의 단열재 제조업체 및 난연 등급에 따른 가격1.1.1.1.

순 단열재류 제조업체 인증 단가 원( ) 특징

1 폴리스티렌판넬정맥산업,

기린산업 외난연 급3 18,500 화재 불안전

2 그리스울판넬 판넬 외ACE 난연 급2 28,600 공해 시공애로,

3 우레탄폼판넬 억태판넬 외 난연 급3 26,500 화재 불안전

5 폴리에스터판넬 엔셉 난연 급2 20,300 화재 불안전

6판넬 철판SGP ( +

석고 글라스울+ )대원산업 외 난연 급2 75,000 화재 안전

7 칸막이 벽CRC 벽산 외 난연 급2 76,000 화재 안전

년 월 건설교통부령으로 건축물 에너지절약 설계기준 이 개정되어 건축물의2001 6 “ ”

에너지 관리와 열손실 방지 등을 위해 건축법과 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙

중 단열기준이 이상 강화되었으며 이에 따라 건설업계에서는 새로운 기준으20% ,

로 설계 적용하게 되었으며 단열재 생산업체는 이 기준에 맞추어 기술개발을 활발, ,

히 하고 있다 또한 대구 지하철 화재 사건에서와 같이 화재 시 기지 재료인 수지.

로부터 발생하는 유독성 가스 및 연기로 인한 많은 인명피해를 가져 왔으므로 최근

들어 이런 폐해를 방지하기 위하여 자동차 철도 차량 및 선박 등에 불연성 소재의,

사용이 법제화 되어 가고 있다.

제 절 현 기술 상태의 취약성제 절 현 기술 상태의 취약성제 절 현 기술 상태의 취약성제 절 현 기술 상태의 취약성3333

현재 국내와 해외에서는 난연성 향상을 위한 의 발포와 성형에 따른, Polystyrene

코팅층 제조와 패널 제조 및 발포법에 관한 특허가 상당하며 활발히 연구가 진행, ,

되고 있다 또한 정부의 건설교통부 고시로 건축물의 단열재의 두께 및 특성을 기.

준으로 정한 건축물의 설비기준에 관한 규칙의 시행에 따라 불연성 단Polystyrene

열재는 주 벽산과 한국하나소 등의 기업에서 아이소핑크 골드폼 하나폼으로 불리( ) , ,

는 압출법을 통한 제품으로 선호 추세이나 압출법의 주된 공정은 독일의 기술제휴,

를 통해 생산하는 상황이다 코팅층 제노는 스티로폼 또는 페스티로폼을 주원료로.

하여 유 무기성의 난연재를 각각의 스티로폼 입자표면에 치밀하게 코팅 성형하여,

약 의 화염에서도 인화와 화염확산이 되지 않는 난연성을 발휘하며 인체유1000℃

해성이 없는 친환경적 제품생산에 주력하고 있다 하지만 코팅방법의 절차가 번거.

롭고 용액의 코팅액이 고가이며 제조된 제품이 열선에 잘 절단되지 않는 문제점을,

가진다.

- 26 -

표 핵심 기술별 국내 외 기술수준 비교표 핵심 기술별 국내 외 기술수준 비교표 핵심 기술별 국내 외 기술수준 비교표 핵심 기술별 국내 외 기술수준 비교2.2.2.2. ․․․․

핵심 기술 선진국 수준 국내 수준기술 격차

선진국 대비( 100% )

수지의 균일

분산 코팅기술/

수지의 균일

분산 코팅기술/

성숙단계

수지의 균일

분산 코팅기술 확보.90

성형품 제조기술성형품 제조기술

확보

복합재의 특성 이해

부족으로 인한

최적설계 어려움

80

핵심 성형기술 확보know-how기술 개발과 관련한

기반기술 부족70

특성 평가기술기계적 특성 시험에

대한 제반여건 갖춤

특성 평가 기술

확보80

- 27 -

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

관련 기술 및 특허 현황 조사관련 기술 및 특허 현황 조사관련 기술 및 특허 현황 조사관련 기술 및 특허 현황 조사1.1.1.1.

가 기술지원 추진일정. : 2005. 7. 1 ~ 2005. 8. 30

나 수행 인력 이상관 이상복 장은미. : , ,

다 수행 내용.

기존 불연 단열 소재 현황기존 불연 단열 소재 현황기존 불연 단열 소재 현황기존 불연 단열 소재 현황(1)(1)(1)(1)

표 기존 불연 단열 소재 현황표 기존 불연 단열 소재 현황표 기존 불연 단열 소재 현황표 기존 불연 단열 소재 현황3.3.3.3.

Glass Fiber Ceramic wool 금속발포소재폴리머

발포소재

유형

소재 Glass Fiber CeramicSteel or

AluminumPolymer Foam

가공열을 가해

섬유질 추출

열을 가해

섬유질 추출분쇄 후 발포

Polymer foam

내열성+ resin

성형Glass Fiber &

바인더

섬유질을 적층

후 압축

알갱이 상태를

압축

발포제

압축성형

결합 Resin resin 가열 가열 + Resin

특성 문제점/산업폐기물 &

작업자 기피

고가 &

산업폐기물고가 고중량&

경량 &

불연성취약

- 28 -

단열 불연 소재의 환경 특성단열 불연 소재의 환경 특성단열 불연 소재의 환경 특성단열 불연 소재의 환경 특성(2)(2)(2)(2) ․․․․

구분 유리면 암면 금속발포소재 폴리스티렌폼 폴리우레탄

연소성 비연소성 비연소성 비연소성 연소성 연소성

화염전파(s) 15~20 15 - 5~25 30~40

연기발생(s) 0~20 0 0 10~400 155~500

분진발생 있음 있음 거의 없음 조각 날림 적음

유해성/

문제점피부자극 피부자극

단열성 낮음,

고중량

사용CFC ,

가스 유출CO

사용CFC ,

가스 유출CO

특허 현황특허 현황특허 현황특허 현황(3)(3)(3)(3)

표 는 경량 불연성 단열재 제조 관련 특허로서 검색범위는 폴리스티렌 비드 또는4 ,

수지를 이용한 단열재 의 제조와 을 이용한 제조이다Foam , Phenolic Foam .

이하 내용은 표 불연단열재 관련 특허 현황4.

가 코팅층 제조가 코팅층 제조가 코팅층 제조가 코팅층 제조( ) EPS +( ) EPS +( ) EPS +( ) EPS +

특허번호 제목 특허권자 간략내용

10_2001_0082580

한국( )

내열성이 우수한

초경량의 난연성

단열재 조성물과

그 제조장치 및

그를 이용한 제조

방법

박종원

기능성을 가지는 코팅제조성물을 제조하

여 에 코팅한 뒤 성형공정, EPS Steam

코팅액 무기불연재 석고 점토 산화알: ( , ,

루미나 중점제 메틸셀룰로스 전분 벤)+ ( , ,

토 나이트 셀로로스화이버 냔연제 붕, )+ (

산 인산 염화파라핀 경화조절제 황산, , )+ (

칼륨 황산마그네슘 접착보조제 요소, )+ ( ,

멜라민 에폭시 우레탄 내수성향상제, , )+

석고방수제 아크릴 초산비닐 멜라민( , , , ,

에폭시 우레탄, )

10_2004_7020650

한국( )

기능성 스킨층을

갖는 발포폴리스

티렌 입자와 그

제조방법

박봉국

코팅액 아세트산 비닐계 수지용액 수: +

지용액의 용매 물 알코올류 에스테르( , ,

류 기능성첨가물 발포제 윤활제 산화)+ ( , ,

방지제 경화제 열안정제 등 난연제 인, , )+ (

산화합물 붕소 붕산 수산화알루미늄, , , )

- 29 -

10_2003_0018763

한국( )

난연 폴리스티렌

패널 및 그 제조

방법

주식회사

현암

규산소다수용액 규산소다수용액 난연: +

제 탄산칼슘 수산화알루미늄 탈크( + + )

10_2004_0033139

한국( )

난연 발포 폴리스

티렌 보온재를 이

용한 샌드위치 판

넬 및 그 제조방

법

한국미부주식

회사

코팅액 붕산계 무기물 규산계무기물: , ,

도자기유약 실리카졸 중 하나의 물질, +

열경화성수지 레졸수지 노블락수지 멜( , ,

라민 수지 푸란수지 구아나민수지 난, , )+

연재 인 계열 난연제( (P) )

10_2002_7007642

호주( )내화성 조성물

노비오

페놀릭폼피

타와이

엘티디

수성의 내화성 처리의 조성물 제공 물: ,

알칼리금속규산염 반응성소성충전재 잠, ,

재성 산 촉매 포함

나 입자형 발포 난연성 비드 제조나 입자형 발포 난연성 비드 제조나 입자형 발포 난연성 비드 제조나 입자형 발포 난연성 비드 제조( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

특허번호 제목 특허권자 간략내용

특2001_0072979

미국( )

브롬화 난연제 함

량이 감소된 내화

성 스티렌중합체

발포체

더다우케미칼

company,

그래헴이 테.

일러 미국( )

대적인 브롬난연재인 의와 인화합HBCD

물 사용을 낮추면서 동일한 효과(HBCD

를 나타내도록 도와줌 을 혼합 의) (HBCD

약 미만을 사용2.5% )

특2001_0080720

독일( )

발포폴리스티렌

입자의 제조방법

바스트

악티엔거젤

샤프트,

스타르크,

카르크

디큐밀 퍼옥시드 및 디벤조일 퍼옥시①

드를 스티렌에 용해 후 디메틸페닐포스,

포네이를 첨가

탈염수에 혼합한 수성상을 피로인산②

나트륨 황산마그네슘 첨가,

현탁액을 가열 유화제계량첨가 팽창, ,③

흑연 첨가 펜탄계량 첨가,

세척 건조,④

통상공정으로 발포하여 비드 수득,⑤

소결 성형물 제조

PCT/AU2000/0153

호주7( )난연제 조성물 303046314

폴리스티렌 환산 수평균 분자량이

의 폴리페닐렌 에테르를500~5000

중량 호스파젠 화합물을20~95 %, 80~5

중량 함유하는 난연성 조성물제조%

- 30 -

다 수지입자조성다 수지입자조성다 수지입자조성다 수지입자조성( )( )( )( )

특허번호 제목 특허권자 간략내용

P2005_264121A

일본( )

발포성 스티렌계

수지입자 및 스티

렌계수지 예비 발

포 및 발포성형폼

0000024440

水化成品工

業株式會社

스틸렌계 수지 예비 발포입자를 금형내

에 충전하고 발포성형

스티렌계수지 스틸렌: (styrene), a-①

메탈스티렌 비닐톨루엔, (vunyl toluene),

에틸스티렌(ethyl styrene)

가소화성분 스틸렌계 수지와 상용:②

성을 가지는 지방산 카르본산 아이핀산, ( ,

프탈산 의 에스테르)

P2005_239968A

발포성 스틸렌계

수지입자의 제조

방법 스틸렌계수,

지 예비 발포 입

자 및 스틸렌계

수지발포 성형체

0000024440

水化成品工

業株式會社

비늘조각 모양 규산염을 함유하는 스①

틸렌계 수지종 입자를 수중에 분산시키

고 있는 분산액 중에 스틸렌계 모노미를

공급

스틸렌계 모노머를 스틸렌계 수지종②

입자에 함침시키고 중합시켜 스틸렌계,

수지종 입자를 성장

스틸렌계 수지입자를 제조한 뒤 스틸③

렌계 수지종 입자의 성장 도상에 발포제

를 함침시킨 발포성 스틸렌계 수지 입자

의 제조

라 무기물 및 수지폼의 발포라 무기물 및 수지폼의 발포라 무기물 및 수지폼의 발포라 무기물 및 수지폼의 발포( )( )( )( )

특허번호 제목 특허권자 간략내용

US 6,313,186 B1

Inorganic-organic

composite foam

and process for

production thereof

ShinzouKaida,

Tomokazu

shimizu

(Japan)

인산계와 인산발포제 부스러지지 않,①

음을 향상시키기 위해 함유NCO-groups

한 우레탄 폴리머와 물을 넣어 현택액으

로 제조

혼합물에 무기물 충진재를 첨가②

상온에서 하에 폼ordinary pressure③

제조

P.N 4,917,742

Method of making

lightweight panels

and their core

materials

Nippon steel

chemical

co.Ltd.

레졸레진에 반응재를 섞은 수지를 제①

조

레졸 페놀릭을 프레온 반응제를 이용②

하여 발포

불필요한 부위를 잘라 낸 페놀릭폼을③

허니콤보에 채움

유리섬유 강화플라스틱을 양 옆의 보④

드로 구성함

PCT/JP1999/03567 페놀수지 발포체 -활성제 발포제 경화제등을 혼합하고 이, ,

를 발포시켜 제조되는 발포체

- 31 -

마 가스발생 발포핵제 함유 발포법마 가스발생 발포핵제 함유 발포법마 가스발생 발포핵제 함유 발포법마 가스발생 발포핵제 함유 발포법( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

특허번호 제목 특허권자 간략내용

10_2005_0023986 발포체 및 그 제법 권중식

일래스토머 수지와 무기질(elastomer)①

충전재에 이소시아네이트를 혼합할 수

있는 혼합물에 혼련

을 가압 가열하여 얻어진 화합물을② ①

적수의 작은 구멍이 설치되어 있는 금형

내에 충전하여 수조내에 들아 가도록 함

이소시아네이트 와 물이(isocyannate)③

접촉하여 가수분해반응하여 생성되는 탄

산가스와 질소가스로 발포현상을 만들,

어 내고 화합물이 팽창하여 성형됨

10_2004_0016427

수분없이 발포

가능한 고분자의

비드 발포 공정

한혜순

배치식 발포 공정 중에 물을 사용하지

않는 제조공법 고압반응기와 발포제 이, , (

산화탄소 아이소펜탄 질소 이용, , )

P2005_56036

일본( )

발포핵제 함유

열가소성 수지

조성물 및 내열성

스틸렌계

수지발포시트의

제조방법

399051593

東洋株式會社

수지조성물의 밀어내기 발포시트의 취성

을 개량하기 위한 밀어내기 발포용핵제

조성물 스틸렌 메타크릴산 공중합체에( -

대해 특정조성의 스틸렌 메타크릴산 메-

틸 공중합체와 발포핵제로 되는(methyl)

발포핵제 함유 열가소성 수지 조성물을

이용하여 스틸렌 메타크릴산 공중합체를-

주성분으로 하는 수지의 발포시트 제조)

바 혼합성형바 혼합성형바 혼합성형바 혼합성형( )( )( )( )

특허번호 제목 특허권자 간략내용

10_2003_70106998

오스트레일리아( )폴리머 복합 발포체

스티로펜

인터네쇼날

피티와이

엘티디,

죤안토니자콥

일반 와 난연성PS bead phenol resin

및 첨가제의 혼합으로 의 경화 시phenol

발열되는 열에 의해 발포EPS

US 19868371858

Method of

Forming Fire

Retardant

Insulating Material

From Plastic

Foam Scrap and

the Resultant

Product.

Nippon steel

chemical

co.Ltd.

형 또는resol phenol-formaldehyde①

와 계melamine-for-maldehy de resin

면활성제 수지 발포제를 교반하여, resin

를 만든 후 교반composition , EPS

를 에 채운 뒤bead mold , 125 ~ 150②

온도에서 과molding mixture℉

하여 경화된 발포 셀dielectric heating

폼을 수득.

- 32 -

PN. 04427797 A1

Non-burning

non-smoking

Thermoset foam

composition

A Foam Co

LTD

pre-blend reaction :

200 to about 250 parts by weight①

melamine

20 to about 100 parts by weight②

phenolic resin

20 to about 100 parts by weight③

isocyanate

20 part by weight polyethylene glycol.④

PN. 04645615 A1Fire-resistant

hydraylic fluid-

fluid composition :

tertiary-butylphenyl/ phenyl /phosphate①

a minor amout of a polyol ester as a②

base stock and a homopolymer of

polystyrene a milecular weight between

200,000 and 300,000

US 19882652208Polymer fire

retardant

TAG

INCESTME

NTS INC

novel formulation①

a fire retardant formulation fire②

retardant properties to synthetic polymeric

materials comprising a solid composition

precipitated from an aqueous mixture of a

sulfate or phosphate oxyacid, an amine,

and a surfactant.

US 19881499718

Containing an

arylsulfonic acid,

a phenol and a

naphalenic solvent

KOBAYAH I

MASAKAZ U

ASAUMI

SHINGO

YOKOTA

AKIRA

NAKANE

HISASHI

The remover solution for photoresist layers

comprises

(a) from 30 to 70% by weight of an

aromatic hydrocarbon compound or a

combination of aromatic hydrocarbon

compounds having a flash point of 70

DEGC or higher containing at least a half

amount of a naphthalenic compound

selected from the group consisting of

naphthalene, methyl naphth-alenes and

dimethyl naphtha lenes

(b) from 5 to 40% by weight of a

phenolic compound

(c) from 10 to 50% by weight of an

arylsulfonic acid

US 19871374158

Phenolic resin

foams of hight

filler content and

their use as

insulation

DYNAMIT

NOBEL AG

ISOBLIC

GMBH

Hard foams having foamed and hardened

phenolic resins as binfing agents, and in

which over 90% of the filler is aluminum

hydroxide.

The filler content is more than 100% with

respect to the resin content of the foams.

The aluminum hydroxide used has a grain

size disytibution such that between 30 to

60% of the filler is in the grain size range

under 5 microns.

- 33 -

사 압출공정사 압출공정사 압출공정사 압출공정( )( )( )( )

특허번호 제목 특허권자 간략내용

P2004_264117A

일본( )

스틸렌계 수지 압

출발포체 및 그

제조

주( ) 力初力

스티렌계수지를 비할로겐계 발포체로,

탄화수 의 포화탄화수소와 디알킬3~5

에테르 를 함유한 저밀도(dialkyl ether) ,

의 스틸렌계 수지 발포체 제조

- 34 -

국내 단열재 시장동향 및 시장 규모국내 단열재 시장동향 및 시장 규모국내 단열재 시장동향 및 시장 규모국내 단열재 시장동향 및 시장 규모2.2.2.2.

가 기술지원 추진일정. : 2005. 8. 1 ~ 2005. 8. 30

나 수행 인력 이상관 장은미 박종한. : , ,

다 수행 내용.

국내에서는 건물 외피 단열을 위해 스티로폼 우레탄폼 유리면 암면 등이 주로 사, , ,

용되고 있다 이러한 건물 단열재는 크게 무기질 계 단열재와 유기질 계 단열재로.

구분되며 주로 많이 사용되는 것은 유기질 계 단열재 중에는 발포 폴리스티렌 스, (

티로폼 과 발포 폴리우레탄이 있고 무기질 계 단열재 중에는 암면과 유리면 등을) ,

들 수 있다 그 외에 석면이나 우레아포름알데하이드 등이 사용되기도 하였지만 발. ,

암 성분 등 인체에 유해하여 현재는 사용이 금지되고 있거나 제한하고 있다.

국내의 단열재 시장은 유기질 계 단열재 스티로폼 압축보드 폴리 우레탄( 55%, 6%,

폼 가 를 차지하고 있으며 무기질 계 단열재 유리면 암면 는 정도의29%) 71% , ( , ) 29%

시장점유율을 나타내고 있다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 단열재들은 비교적 단열 성능이 우수하고 화학적으

로 비교적 안정되어 있으며 물리적 강도나 흡수성 시공성 등에서 성능이 우수하여, ,

오랫동안 널리 사용되고 있다.

표 국내 단열재 시장규모표 국내 단열재 시장규모표 국내 단열재 시장규모표 국내 단열재 시장규모5.5.5.5.

제품분야 시장규모 억원( ) 주요 수요처

조립식 판넬 조 천1 3판넬 제조 컨테이너제조 이동식건물 모델하우스, , ,

제조 등

실내 칸막이 조 천1 3 실내칸막이 판넬 크린룸 판넬, SGP ,

층간 차음재 조 천1 8 다세대 아파트 전기온돌 단열판 등,

흡 차음재, 천1 멀티플렉스 노래방 음악실 학원 등, , ,

천정재 800 건축물의 천정재 특히 다중이용 건물

선박격벽재 천1 200 조선

드라이비트 보드 100 드라이비트 시공사

인테리어재 천1 리모델링 시공 인테리어시공,

방화문 코아 300 방화문

산업기계 100 반도체 솔더링 설비 및 건조로 단열재

기타 300 농축수산 건축물 외

- 35 -

현재 국내 단열재 시장규모를 표 에 나타내었다 발포폴리스티렌은 경량의 밀도5 . (

방수성이 뛰어난 재료로서 다양한 형태로 가공이 쉬운 장점이 있어12~120kg/ ) ,㎥

건축물 단열재로 널리 쓰이고 있으며 건축자재로서는 깨지기 쉬운 점이 있으나 다,

른 철판 보강재 등과 함께 사용되어 적용범위가 넓어지고 있다.

표 단열재의 성능비교표 단열재의 성능비교표 단열재의 성능비교표 단열재의 성능비교6.6.6.6.

단열재명 화재 안정성 인체 유해성 시공성 경제성

스티로폼 × ○ ○ ○

우레탄폼 × ○ ○ △

글라스울 ○ × × △

울PE △ ○ △ △

스티롤 × △ ○ △

발포폴리스티렌 시장의 전망은 대체로 양호한 것으로 추정되고 있으며 전 세계,

수용공급 전망을 보면 년 톤에서 년 톤으로EPS , 1996 2,250,000 2006 3,750000

수요는 꾸준히 증가할 것으로 예측되고 있지만 생산능력은 년EPS , 1996

톤에서 년 이후 톤으로 가동률은 년 년3,200,000 2002 4,500,000 , 1996 72%, 2002

로 최저수준까지 떨어진 후 년까지 서서히 로 증가할 것으로 전망하70% 2006 85%

고 있다 우리나라에서 생산되는 의 가 건축용 단열재로 사용되고 있으며. EPS 44% ,

그 외 나머지는 전자용 자동차용 등의 전방산업에 적용되고 있다, .

- 36 -

해외 전문 기술 습득해외 전문 기술 습득해외 전문 기술 습득해외 전문 기술 습득3.3.3.3.

가 기술지원 추진일정. : 2005. 9. 1 ~ 2005. 10. 30

나 수행 인력 이상복 장은미. : ,

다 수행 내용.

에 관한 해외 전문 기술을 습득하여 본 지원 사업에Polymeric Composite Foam

적용하고자 하였다 호주의 사 일반. Polyphen Internation Pty.Ltd Polystyrene bead

와 난연성 및 첨가물의 혼합으로 경화 열에 따른 자체 발열 에Phenol resin (100 )℃

의하여 가 발포되는 공정의 기술력을 확보하고 있다 발명의 특징의 페놀, PS bead . ,

폴리우레탄 및 은 다른 강성 발포체와는 달리 발포혼합물형상기억EPS “pre-rise ”

보유 능력이 있어 발포성 혼합물과 거의 동일한 형상을 갖는 최종물품 생pre-rise

산 가능하며 난연성 이 발포된 를 감싸 제품 전체가 난연성을 가Phenol resin EPS

진다는 점이다.

또한 외부 열원과 에너지원이 필요치 않으며 우수한 열전연성과 화재 노출 시 암모

니아 가스를 방출하여 방화성을 가진다 발포체의 팽창과의 벌크를 공간적인 제한.

없이 일으킬 수 있으나 주형은 발포체에 의해 발생되는 압력을 견뎌내기에 충분할,

정도로 강해야 한다.

사는 난연성 중성 페놀을 개발하였으며Polyphen Internation Pty.Ltd , 2001~2005

년 월간 연구개발비만 총 만 달러를 소요하였으며7 AUD200 ( 1AUD=780KRW)※

년 월 월 월 개월간의 재 총생산량은 에 이른다2005 8 , 9 , 10 3 core 8000m2 .

의 제조 재료는 펜탄을 발포제로 한 난연제 함유 폴리스티렌비드 액상 레Polyphen ,

졸타입인 페놀수지 발열촉매제 역할을 하는 약간의 푸르푸릴 알코올 또, Catalysis( )

는 이의 반응생성물을 함유하는 푸란수지를 첨가한다 또한 계면활성제로 발포체. ,

안정제 폴리옥시에틸렌 옥타데실페놀 폴리옥시에틸렌 데실페놀 설페이트 폴리옥시( , ,

에틸렌 도데실페놀 폴리옥시에틸렌 옥틸페놀 등 와 페놀수지의 경화를 촉진하는, )

수지를 폴리머로 전화하는 산 촉매인 강산 황산과 인산 과 기타 첨가제로 염소 브( ) ,

롬 보론 인 암모니아 팽창성 흑연 난연제와 수지 발포체성분의 평균 를, , , , cell size

줄여 발포를 도와주는 작용을 하는 충전제 인 퍼라이트 플라nucleating agent (filler) ,

이애쉬 버미큘라이트와 중화제와 그 외 멜라민의 혼합물, slow dissolving salt , PVA

코폴리머 암모늄 포스페이트와 같은 팽창성 첨가제를 첨가한다, .

- 37 -

그림 의 제조과정 모식도그림 의 제조과정 모식도그림 의 제조과정 모식도그림 의 제조과정 모식도4. Polyphen4. Polyphen4. Polyphen4. Polyphen

제조과정■

공정으로 리터 용기에 수지 페놀수지 비드푸르푸릴알코올 계면활성(1) Mixing 100 ( , ,

제 와 비드를 혼합하고 로 가온하여 분간 혼합 후 여기에 산촉매) EPS 27 10 (50%℃

황산 인산 혼합물을 첨가 후 초 동안 격렬히 교반한다+81% ) , 40 .

혼합물을 형틀에 투입과 동시에 발포되기 시작 페놀자체내의 발열반응에 의해(2)

정도의 열이 발생한다100 .℃

혼합물의 발포되는 힘에 의해 형틀이 빠르게 편평한 위치로 밀어 내어진다 형(3) .

틀은 최조 발포되는 시점의 형상을 바로 잡아 줌으로써 최종적인 제품의 형상이 최

한 반듯하게 형성되도록 하는 역할을 한다.

혼합물을 최조 에 투입 한 뒤 약 분 경과 후 발포가 거의 끝나고 형틀(4) 30 , ,ⓑ ⓓ

내부에 가득 차게 되며 모든 방향으로 팽창되고 형상 유지되어 블, EPS , pre-rise

록 생성된다 형상의 안정화를 가져오는 숙성과정을 걸쳐 제품을 완제품으로 생산.

하게 된다.

- 38 -

그림 의 단면그림 의 단면그림 의 단면그림 의 단면5. Polyphen5. Polyphen5. Polyphen5. Polyphen

그림 일반 폼의 단면그림 일반 폼의 단면그림 일반 폼의 단면그림 일반 폼의 단면6. EPS6. EPS6. EPS6. EPS

로 촬영한 이미지 로 시중에 유통되는 과정을 거친 일반Visual scope (X200) , Steam

적인 단면과는 달리 의 단면은 공기층이 잘 형성되어 밀도는 감소시EPS polyphen

키고 단열층의 역할을 더욱 강화시키며 또한 단면에 페놀이 묻어 있는 것을 볼 수,

있다 의 는 는. Polyphen Density 48~50kg/m3, Themal conductivity(at 25)

이며 의 의 물성을 가진다0.0368W/m 179Kpa(25.4psi) compressive strength .

은 이미 제품이 되어 생산되고 있으나 개선점을 가지고 있다 현재의 공Polyphen , .

정은 의 속도로 생산되고 있으며 상업성을 가지기 위해서는8 Bulk/1day ,

의 개발이 필요하다 그러나 거액의 설비투자 및 장기간의 개continuous process .

발기간이 소용될 것으로 예상되므로 중간 단계로써 의 개선 개발을, Batch process /

통하여 양산화 공정을 검토 할 필요가 있다 또한 현 단면 절단공정은 의. , 0.7m/min

속도로 한 가닥의 절단선에 의해 진행되고 있어 대량생산 양산에 부적합하므로 이,

에 대한 해결방안으로 현재의 공정에서 가닥 이상의 절단선이 일정 간격으로, 3~5

동시에 작동하도록 설비를 개선함으로써 현재보다 배가량 속도를 단축시키는, 3~5

방법을 강구할 수 있다.

- 39 -

홈 파기 또는 정밀가공 되는 제품으로 사용되기 위해서는 단순히Grooving( ) Slicing

뿐만 아니라 좀 더 정밀한 공정에 의해 홈을 팔 수 있어 하지만 현 공정에서는 불, ,

가능하며 일반적인 의 경우 열선에 의하여 정밀가공을 하여 면을 매끄럽게 처, EPS ,

리할 수 있으나 의 경우 난연 으로 인하여 열선에 의한 절단 불가, Polyphen , Phenol

능하여 해결해야 할 과제로 꼽힌다 재와 과의 접착성 문제 또한. Core Panel , Core

재가 난연성능이 우수한 장점을 지니는데 반해 과의 접착성이 다소 떨, Steel panel

어지는 것을 나타나며 재와 의 접착력을 향상시키기 위해 재, Core Steel Panel , Core

표면에 처리되는 접착능력향상화학약품의 개발 및 처리기술의 개발이 과제로 남아

있다.

그림 의 열분석그림 의 열분석그림 의 열분석그림 의 열분석7. Polyphen (DTA/TGA)7. Polyphen (DTA/TGA)7. Polyphen (DTA/TGA)7. Polyphen (DTA/TGA)

- 40 -

실험 실적실험 실적실험 실적실험 실적4.4.4.4.

가 기술지원 추진일정. : 2005. 11. 1 ~ 2006. 03. 30.

나 수행 인력 이상복 박종한 장은미. : , ,

다 장비 활용 보일러 스팀성형기 압축성형용 금형 열분석기 교반. : , , (DSC, DTA),

기 열풍기 항온항습조 질량계 진공오븐 재단용 커터 바인더 분사노출 불꽃토, , , , , , ,

치 밀도계 등, .

라 수행 내용.

제 차 기초 기술제 차 기초 기술제 차 기초 기술제 차 기초 기술(1) 1(1) 1(1) 1(1) 1

기계적 물성이 우수하고 가격이 싼 을 재료로 또한 불연성이 낮은Polystyrene core ,

단점을 보완하기 위해 재료의 표면처리를 위해 페놀수지와 무기 유기 난연제Core ,

를 선택하였다.

그림 선정된 공정방안그림 선정된 공정방안그림 선정된 공정방안그림 선정된 공정방안8.8.8.8.

로 선정한 의 특질은 아래와 같다Core PS .

표 재료의 연소 특징표 재료의 연소 특징표 재료의 연소 특징표 재료의 연소 특징7. Core7. Core7. Core7. Core

저PE( ) PP PS

비열(Cal/g )℃ 0.55 0.46 0.32

열전도도

(10-4Cal/sec cm2)8.0~10.0 2.8 0.32

융점( )℃ 105 176 연화점92( )

분해온도( )℃ 335~450 328~410 300~400

발화점( )℃ 350 495

인화점( )℃ 340 570 370

열분해생성물 Olefin, Paraffin, Cyclic CO, CO₂ CO, CO₃

민연소속도(in/min) 0.312 0.7~1.6 0.5~2.5

- 41 -

표 의 특징 및 의 중합과정표 의 특징 및 의 중합과정표 의 특징 및 의 중합과정표 의 특징 및 의 중합과정8. EPS PS8. EPS PS8. EPS PS8. EPS PS

물성

밀도 0.016g/cm3

흡수율(vol) 이하0.6%

균질성 발포조건 변화에 따라 입자의 균일성 결여

열적특성

내화성 취약함

적용온도 -118~96℃

용융온도 120~180℃

화염 전파율 5~25%

연소속도 1.6g/min

연기 발생율 10~400

열전도율 0.028Kcal/mh℃

이하 난연용 입경 발포밀도 의Size 3mm ( LG EPS : 0.50~1.04mm, : 15~25g/l)

숙성된 난연용 발포 비드를 사용하였다 이는 독립된 입자가 열을 받는 면적EPS .

이 적고 난연층 막이 주변을 충분히 에워싸고 있기 때문에 단열재 역할을 제대로

수행하며 만일 비드의 크기가 이상일 경우 불이나 열에 쉽게 용융하거나 수, 3mm ,

축되는 문제가 있다 그러므로 밀도와 난연성을 고려한 의 발포크기의 제어가. EPS

요구된다.

그림 발포전의 비드의 조직그림 발포전의 비드의 조직그림 발포전의 비드의 조직그림 발포전의 비드의 조직9. EPS9. EPS9. EPS9. EPS

- 42 -

경량 및 기계적 물성이 우수하고 가격이 저렴한 이지만 낮은 불연성의 단점을EPS

보완하기 위하여 면을 페놀수지와 난연제로 코팅할 필요성이 있다.

그림 발포 비드를 통해 제조한 일반적인 스티로폼의 이미지와그림 발포 비드를 통해 제조한 일반적인 스티로폼의 이미지와그림 발포 비드를 통해 제조한 일반적인 스티로폼의 이미지와그림 발포 비드를 통해 제조한 일반적인 스티로폼의 이미지와10. EPS TGA10. EPS TGA10. EPS TGA10. EPS TGA

열적거동열적거동열적거동열적거동

일반적인 는 발포 시 내부에 독립기포 구조를 형성하여 열 소음에 대한 차단EPS ,

효과가 좋고 충격흡수성이 좋다 수지 발포립은 크기의 수많은 독립기포가. 1~5mm

다각형의 모양으로 치밀하게 내포되어 있으며 일반적인 폴리스티렌은 부근에, 95℃

서 연화되고 에서는 점성액체 이상에서는 낮은 점도의 액체로 되120~180 , 250℃ ℃

고 이상에서 분해된다 측정결과 에서 급격한320~330 . TGA , 400~430℃ ℃

감소를 보이며 이 온도 범위에서 의 기화반응이 일어남을 알 수 있었weight(%) , PS

다.

코팅제로 선정된 페놀수지는 차 불연성 코팅층 형성 및 바인더 역할을 한다 페놀1 .

수지는 페놀과 포름알데히드의 축합에 의해 생성되는 열경화성수지로 페놀과 포름,

알데히드의 양에 따라 노블락과 레졸 타입으로 나뉘어진다 차 실험에서는 사후. 1

제작 될 폼의 패널의 보호를 위해 금형마모에 영향을 미치지 않는 정도의 레Ph7

졸타입의 페놀수지를 이용하였다Cellobond J2027L .

- 43 -

의 물성치의 물성치의 물성치의 물성치Cellobond J2027L (resol type)Cellobond J2027L (resol type)Cellobond J2027L (resol type)Cellobond J2027L (resol type)

Propertles Speclflcation Unlts

Viscosity 220~320 cs

Specific gravity 1.220~1.230 -

Frce fomaldehyde 3(max) %

PH 7.3~7.8 -

Pot life 5~8 min

water content 10~13 %

그림 의 페놀수지 화학구조 및 페놀수지의 합성과정그림 의 페놀수지 화학구조 및 페놀수지의 합성과정그림 의 페놀수지 화학구조 및 페놀수지의 합성과정그림 의 페놀수지 화학구조 및 페놀수지의 합성과정11. resol type11. resol type11. resol type11. resol type

페놀수지의 화학구조는 벤젠고리에 가 붙은 고리형으로 고도의 난연성을 가지OH ,

며 충격에 약하며 경화가 늦다 연소 시 페놀수지 반응 은 불연성 중질. Mechanism

를 발생시켜 산소 차단하여 자기소화특성을 가지며 차원 망직물 분자구조로Gas , 3

인하여 저분자로 열분해 되기 전 탄화된다 열분해 될 때 휘발성의 열분해 생성물. ,

인 고체의 탄소의 생성 촉진되어 더 이상 연소할 수 있는 유기성분이 없어짐으로,

인해 반응이 종결된다.

페놀 수지 바인더에 대한 열적 특성 경화 거동 점도 거동 균일 도포 분산 연구를, , , /

통해 균일 도포 분산 장치 설계 제작하기 위해 와 를 통해 열분석을 하였/ DSC TGA

다.

그림 과 같이 의 경화된 페놀수지를 온도 범위 내에서 페13 pH 7.3~7.8 50~350℃

놀의 탄화가 시작되며 경화된 페놀자체의 는 로 내외, water content 10~13% 100℃

에서 수분의 증발이 일어남을 알 수 있다 경화된 페놀은 범위에서 약. 450~620℃

이상의 급격한 무게감소를 보이며 범위 내에 페놀의 탄화발열로 보이30% , 570℃

는 발열 이 나타났다pick .

- 44 -

그림 연소 시 에 의한 열분해반응으로 인한 페놀수지의 난연그림 연소 시 에 의한 열분해반응으로 인한 페놀수지의 난연그림 연소 시 에 의한 열분해반응으로 인한 페놀수지의 난연그림 연소 시 에 의한 열분해반응으로 인한 페놀수지의 난연12. Free radical.12. Free radical.12. Free radical.12. Free radical.

메카니메카니메카니메카니즘즘즘즘

그림 경화된 페놀수지의 열적거동그림 경화된 페놀수지의 열적거동그림 경화된 페놀수지의 열적거동그림 경화된 페놀수지의 열적거동13.13.13.13.

- 45 -

제 차 경량 불연성 단열재에 대한제 차 경량 불연성 단열재에 대한제 차 경량 불연성 단열재에 대한제 차 경량 불연성 단열재에 대한 접근접근접근접근(2) 2(2) 2(2) 2(2) 2

발포체를 통한 경량성 확보와 수지 로 차 난연성 및 바EPS Phenolic (resole type) 1

인더를 부여하며 무기 난연재로 차 난연성 부여 및 고온 구조체 역할과 기타첨가, 2

물로 특성을 부여한다.

그림 단열재 제조 모식도그림 단열재 제조 모식도그림 단열재 제조 모식도그림 단열재 제조 모식도14.14.14.14.

불 난연 첨가소재로 불연소성기체 방출 또는 연소성 기체 및 산소를 차단하는 물․

질 할로겐화물 인계화합물 탄화물형성을 통해 열 및 산소를 차단하는 인계화합물( , ),

로 연소열을 줄이는 방법과 무기물 및 인계화합물의 충진제와 물질의 비열이나 열

전도를 증가시키는 무기계수화물을 들 수 있다.

할로겐 화합물은 연쇄반응을 정지시키고 활성 라티칼 의 농도를 줄이고(H-, -OH)

불연성가스를 발생하여 의 희석 및 차단을 하는 역할을 한다 요오드 는 가장O2 . (I)

우수한 할로겐화합물이지만 가격이 비싸고 내열성이 부족하여 거의 사용되지 않으

며 불소 및 브롬 염소 가 주로 사용되나 환경규제 등으로 사용이 거의, (F) (Br), (Cl) ,

제한되고 있으므로 무기물과 인계화합물을 난연제로 첨가할 것이다 무기 난연제, , .

로는 금속수산화물 금속산화물 금속화합물 실리콘화합물 복합형 난연제 등이 있, , , ,

다.

그러므로 최적의 불 난연 첨가제의 선정이 중요하다 또한, . Silicone-based․

와 계 난연제를 난연 상승제로 이용을 생각해 볼 수 있다 폴리스티렌에additives Cl .

실리콘계 첨가제 첨가 시 난연 상승효과와 열 방출 일산화탄소와 같은 유독1~5% ,

성 기체 및 연기의 방출을 감소시킬 수 있으며 계 난연제 사용 시 연기 발생 감, Cl

소의 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다 공정은 발포된 에 난연층을 코팅. EPS

하며 스팀으로 성형을 행한다 국내에서는 수냉 공냉의 병행 및 진공 냉각방식에. ․

의한 자동형물 성형기가 주를 이루나 아직도 수동형물기에 의해 작업하는 경우도

있다.

- 46 -

공정은 발포된 표면코팅 스팀성형으로 성형공정의 은 다음과 같다EPS EPS Cycle .→ →

형폐 형개 금형을 열고 닫는 공정1) :․

예비충진 충진 전 금형 내부의 수분 및 찌꺼기를 제거하여 충진 효과를 높여2) :

주는 공정으로 이 공정이 지나치게 짧은 경우는 국부적인 충진 불량의 원인이 될

수 있다.

크레킹 충진 공기에 의한 금형 내부의 압력상승 공기와의 간섭으로3) (Cracking) : ,

발생 가능한 충진 불량을 막기 위해 금형을 정도 열어주는 공정으로 과다한2~3mm

성형품의 두께 및 중량편차의 원인이 될 수 있으며 국부적인 용착 불량의 원인이

되므로 주의하여야 한다.

충진4)

가압5)

예비가열 금형내의 잔류수분 및 공기를 배출시키고 금형을 일정 온도까지 예6) :

열한다.

일방가열 금형내의 발포립을 가열 재 발포시켜 발포입자끼리 융착시키는 공정7) :

으로 특히 성형품의 내부 융착을 향상시킨다.

양면가열 성형품의 겉모양 즉 외부융창 표면퍼짐성 및 모서리 부분 등의 국8) : , ,

부적인 융착을 촉진시키는 공정으로 다른 공정에 비하여 고압의 스팀이 공급되므로

가능한 최소한 가열시간을 주는 것이 이형성에 유리하다.

보조가열 성형품의 면 융착 및 국부 융착을 돕기 위해 양면가열을 보조하는9) :

공정이다.

냉각10)

그림그림그림그림 평판평판평판평판성형에 사용성형에 사용성형에 사용성형에 사용되되되되는는는는 금금금금형형형형15.15.15.15.

충진 불량 이형 불량 냉각 불량 융착 불량 수축 불량으로 인한 불량품 생산을, , , ,

억제하기 위하여 성형공정에 대한 최적화가 필요하다.

- 47 -

제 차 불연성 단열재의 특성설계 및 제제 차 불연성 단열재의 특성설계 및 제제 차 불연성 단열재의 특성설계 및 제제 차 불연성 단열재의 특성설계 및 제어어어어(3) 3(3) 3(3) 3(3) 3

재료로 선정된 과 불연성이 낮은 단점을 보완하기 위해 면을 페놀Core Polystyrene

수지와 난연제로 코팅하였다.

그림 와 페놀수지의 에 따른 혼합량그림 와 페놀수지의 에 따른 혼합량그림 와 페놀수지의 에 따른 혼합량그림 와 페놀수지의 에 따른 혼합량16. EPS 1:1016. EPS 1:1016. EPS 1:1016. EPS 1:10wwwwtttt%%%%, 2:1, 2:1, 2:1, 2:1wwwwtttt%%%%

폴리스티렌과 페놀수지의 비율을 로 경화온도에1:10, 1:5, 2:3, 1:1, 2:1, 4:1wt%

따른 특성변화를 관찰을 위해 와 조건에서 분 경화하였다 페놀의 양60 80 120 .℃ ℃

이 많을수록 교반은 쉽게 되나 목로 하는 경량화와 균일분산이 어려웠(1:10~1:1) ,

으며 와 의 비율의 경우 균일하게 페놀수지가 코팅되었다, 2:1wt% 4:1wt% .

그림 와 페놀수지의 코팅과 화그림 와 페놀수지의 코팅과 화그림 와 페놀수지의 코팅과 화그림 와 페놀수지의 코팅과 화염염염염에에에에 노노노노출시출시출시출시킨킨킨킨 모습모습모습모습17. EPS17. EPS17. EPS17. EPS

페놀수지만 이용한 코팅액으로 코팅시킨 는 페놀수지의 양이 많을수록 불꽃토EPS

치의 불이 붙는데 시간이 걸렸으나 초 내외로 큰 차이는 없으며 까만 연기와2~3 ,

함께 유해성 가스를 배출하였다 이를 통해 페놀수지만으로는 의 열에 약한 성. EPS

질을 극복하기 어려우며 페놀수지에 무기물첨가제와 난연제를 첨가하여 코팅액을,

제조해야 할 필요가 있다는 것을 알 수 있다.

- 48 -

페놀수지의 경화제의 열적 특성 제어를 위하여 경화제의 종류에 따라 분석을DTA

하였다 포름알데히드와 암모니아의 반응생성물인 헥사메틸렌테트라아민은 전형적.

인 경화제로서 이용되며 포름알데히드를 공급하고 산을 중화시킴으로써 반응을 촉,

진시킨다.

그림 경화제 기존 의 열적거동그림 경화제 기존 의 열적거동그림 경화제 기존 의 열적거동그림 경화제 기존 의 열적거동18. ( ) I18. ( ) I18. ( ) I18. ( ) I

그림 경화제 의 열적거동 이미지그림 경화제 의 열적거동 이미지그림 경화제 의 열적거동 이미지그림 경화제 의 열적거동 이미지19. II19. II19. II19. II

또한 페놀수지의 경화에 경화특성에 대한 제반관련 기술지원인 페놀수지와 경화제, ,

의 최적의 배율을 알기 위해 포름알데히드와 암모니아의 함량의 차이를 갖는 가지2

경화제를 조건을 달리하여 코팅을 하였다.

페놀수지는 페놀과 포름알데히드 사이의 화학반응에 의해서 생성된 폴리머로 이 수

지는 축합반응을 수반하여 물이 부산물로 생성된다.

- 49 -

반응초기의 폴리머는 저분자량을 갖고 완전히 용해되는데 이 단계를 축A-stage,

합반응이 진행됨에 따라 수지는 탄성과 열가소성을 가지고 부분적으로 용해되는 단

계를 넘게 되는데 이를 라고 부른다 그 후 수지는 완전히 가교를 이루어B-stage .

져 경화되는데 이를 라고 한다 레졸수지 는 가열에 의해 경화될 수C-stage . (resol)

있으나 노볼락 수지는 반응성이 있는 메티올 그룹이 없기 때문에, (novolak) (methyol)

경화제의 첨가 없이는 경화가 되지 않는다.

레졸타입의 페놀수지와 경화제를 중량비 의 배율로 배합하였30:3(10:1), 30:1, 30:5

다 그 후 열풍에 가열 후 오븐에서 건조하였다 페놀수지의 배합이(wt%). , , 50 .℃

인 코팅된 의 색만이 변하는 것을 알 수 있다10:1 EPS .

그림 페놀수지와 경화제그림 페놀수지와 경화제그림 페놀수지와 경화제그림 페놀수지와 경화제 배율배율배율배율에 따른 코팅 이미지에 따른 코팅 이미지에 따른 코팅 이미지에 따른 코팅 이미지20.20.20.20.

제조된 페놀수지와 경화제의 배합이 인 코팅된 를 화염에 노출시켰다10:1 EPS .

그림 화그림 화그림 화그림 화염염염염에에에에 노노노노출시출시출시출시킨킨킨킨 페놀수지로 코팅된 차 발포페놀수지로 코팅된 차 발포페놀수지로 코팅된 차 발포페놀수지로 코팅된 차 발포21. 1 EPS21. 1 EPS21. 1 EPS21. 1 EPS

그 결과 는 열에 용융되어 녹았으나 페놀수지의 형태는 그대로 유지되어 있, EPS ,

다 페놀수지는 초고온에서 면에 탄화층이 발생되어 이로 인한 단열효과로 내층을.

보호해 직접 불에 접촉이 가능하다 또한 고도의 난연성을 가지고 있어 연소 시 가.

스발생이 적은 장점이 있으나 경화 시 반응수의 방출이나 수분으로 인해 성형조건,

의 변화가 우려되므로 경화제의 적절한 함량조절이 필요할 것으로 보인다.

- 50 -

건조 후 상온 보관에서 시간이 경과함에 따라 의 코팅된 의 코팅층의30:1wt% EPS

색깔이 그림 와 같이 변하였다22 .

그림 페놀수지와 경화제 로 코팅된 의 시그림 페놀수지와 경화제 로 코팅된 의 시그림 페놀수지와 경화제 로 코팅된 의 시그림 페놀수지와 경화제 로 코팅된 의 시간간간간에 따른에 따른에 따른에 따른 색색색색상상상상변변변변화화화화22. 30:122. 30:122. 30:122. 30:1 wwwwtttt%%%% EPSEPSEPSEPS

- 51 -

제 차 코팅공정 및 표면제 차 코팅공정 및 표면제 차 코팅공정 및 표면제 차 코팅공정 및 표면처처처처리리리리(4) 4 Phenolic/polystyrene(4) 4 Phenolic/polystyrene(4) 4 Phenolic/polystyrene(4) 4 Phenolic/polystyrene

재료인 에 수지바인더 을 이용하여 보강재인Core Polystyrene Phenolic resole resin ,

과 난연성 향상을 위해 기타 난연 유기물과 규산소다 수산화알루미늄glass wool , ,

인산에스테르 등을 첨가하여 코팅층을 제조하였다.

그림 코팅층의 모식도그림 코팅층의 모식도그림 코팅층의 모식도그림 코팅층의 모식도23.23.23.23.

젖음성 향상을 위하여 재료의 표면처리를 위하여 에 페놀수지를 코팅 후core , EPS ,

물성과 경화방법 향상을 위해 수산화알루미늄 파우더코팅 한 뒤 무기물첨가EPS ,

제와 난연제 첨가 및 의 첨가하기로 하였다glass wool .

차 코팅은 타입의 과 의 경화제1 Phenolic resole Cellobond J2027L 2% (Partial

를 에 시간 경화하였다phosphate ester catalyst, Cellobond Phencat 382) 65 2 .℃

이때 완전경화가 되어 차 코팅 시 고른 코팅에 방해될 것을 우려하여 끓는점2 7

정도로 휘발성을 가지며 에탄올을 첨가하여 페놀의 점도 높여 반 경화상태가 되8℃

도록 제조하였다.

- 52 -

표 코팅소재에 따른 경화 및 불연성 특질표 코팅소재에 따른 경화 및 불연성 특질표 코팅소재에 따른 경화 및 불연성 특질표 코팅소재에 따른 경화 및 불연성 특질9.9.9.9.

코팅소재 코팅조건소화

능력경화 및 불연성 특질

페놀수지

페놀수지

없음

경화제를 사용 시 비드사이가 뭉쳐서 잘 분EPS

리되지 않으며 완전 경화됨 페놀수지만으로 코, .

팅을 할 경우 시 시간 반 경화됨, (60 , 5 ) .℃

페놀수지

알코올+ +

경화제

페놀수지만으로는 경화시간이 길며 경화제를 넣,

으면 완전 경화되는 점을 극복하기 위해 알코올

을 첨가하여 비드사이가 잘 분리되도록 함.

페놀수지 +

수산화나트륨우수

화염에 노출 시 비드사이에 불이 번지지 않고 5

초 이내 꺼짐 연기발생이 거의 없음. .

페놀수지 +

인산에스테르보통

불에 잘 붙으며 탄화막을 생성하여 화염이 소화,

되지만 까만 연기가 발생되며 에서 인산에, , 70℃

스테르가 비드를 녹임EPS .

페놀수지 +

규산소다우수

완전 경화되지 않아 끈적이며 코팅 시 규산소다,

가 분리되어 균일 코팅이 어려움 자기소화성을.

가짐.

페놀수지 +

카본블랙없음 카본블랙의 뭉침으로 균일 교반되지 않음.

페놀수지 +

폴리에스테르수지1:1:1:1 보통

불에 잘 붙으나 탄화막을 생성하여 소화됨 경, .

화 시 의 수축현상을 보임, EPS .

가 수산화가 수산화가 수산화가 수산화알루알루알루알루미미미미늄늄늄늄( )( )( )( )

반 경화된 에 무독성의 비할로겐 난연제인 수산화알루미늄 파우더를 섞어 교반EPS

하였다.

그림그림그림그림 24.24.24.24. AlOH의 열분해 거동의 열분해 거동의 열분해 거동의 열분해 거동

- 53 -

의 세 점에서 탈수반응에 따른 흡열 나타나며 연소가스250 , 330 , 550 Peak ,℃ ℃ ℃

를 억제하면서 연소점의 열을 뺏어 연소현상을 억제한다.

2Al(OH3) Al2O3 H2O + 2H2O→

2Al(OH3) Al2O3 + 3H2O→

Al2O3 H2O + Al2O3 + H2O

그림 수산화그림 수산화그림 수산화그림 수산화알루알루알루알루미미미미늄늄늄늄으로 코팅된 의 화으로 코팅된 의 화으로 코팅된 의 화으로 코팅된 의 화염노염노염노염노출이미지출이미지출이미지출이미지25. EPS25. EPS25. EPS25. EPS

연소 시에 를 발생하여 수증기로 변하면서 연소성가스를 희석시키며 연소점 주H2O

위의 온도를 낮추어 연소현상을 억제할 것으로 기대된다.

산소토치에서 형성된 길이 의 불꽃에 초간 노출시켜서 난연 성능을 알기 위4cm 10

해 화염테스트를 하였다 면에 노출된 일부 입자만 열에 의해 탈뿐 스킨 층. EPS ,

의해 화염이 차단되는 것을 알 수 있다.

나 규산계 무기물 규산소다나 규산계 무기물 규산소다나 규산계 무기물 규산소다나 규산계 무기물 규산소다( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

규산계 무기물로 규산소다와 페놀수지를 의 의 비율로 혼합하여 코팅하였1:1 wt%

다 규산소다는 물유리로 진한 수용액. (Sodium silicate solution(NaSiO

이다 조)) .

성은 SiO35~38%, Na

O 는 조성으로 비교적 우수17~19%, Iron(Fe) max 0.02%

한 자기소화성 특질을 나타내었으나 점도가 높고 고르게 교반되기 어려웠으며 취, ,

급하기도 어려웠다.

코팅 후 완전 경화되지 않아 끈적이며 코팅 시 규산소다가 분리되어 균일 코팅이, ,

어려우나 화염에 가 녹으며 타나 자기소화성을 가지는 것을 알 수 있다, EPS .

- 54 -

그림 규산소다와 페놀수지의 로 코팅그림 규산소다와 페놀수지의 로 코팅그림 규산소다와 페놀수지의 로 코팅그림 규산소다와 페놀수지의 로 코팅액액액액 제조제조제조제조 후후후후 코팅한코팅한코팅한코팅한26. 1:126. 1:126. 1:126. 1:1wwwwtttt%%%% EPSEPSEPSEPS

다 인산에스다 인산에스다 인산에스다 인산에스테르테르테르테르( )( )( )( )

인계 난연제 로 인산에스테르 화학(Phosphorus Containing Flame Retardants) (

명 를 이용하여 페놀과 인산에스테르를 로 코팅하였다 인산에스테르는 연:TPP) 1:1 .

소과정에서 가연성물질과 반응하여 열분해에 의해 인산과 폴리인산을 생성하며 이

때 생성된 인산과 폴리인산은 에스테르화 및 탈수화 반응에 의해 고분자 면에 탄화

막을 형성하고 이 탄화막은 연소에 필요한 열과 산소를 차단한다고 볼 수 있다, .

인산에스테르 양이 많을수록 탈수화 반응에 의해 가 수축되며 녹으므로 적정량PS ,

조절이 필요하다고 판단된다 에서 경화 시 수축현상이 발생하였고 연소. 65 , EPS℃

시 는 녹으며 인산에스테르는 탄화되나 끈적임이 생겼다 인산에스테르 코팅EPS , .

시 열을 가하면 는 수축되며 녹으므로 소량만 제한적으로 사용 가능할 것으로, EPS ,

판단된다.

- 55 -

그림 인산에스그림 인산에스그림 인산에스그림 인산에스테르테르테르테르 코팅된 의 화코팅된 의 화코팅된 의 화코팅된 의 화염테염테염테염테스스스스트트트트 이미지이미지이미지이미지27. EPS27. EPS27. EPS27. EPS

그림 인산에스그림 인산에스그림 인산에스그림 인산에스테르테르테르테르와 페놀수지의 비와 페놀수지의 비와 페놀수지의 비와 페놀수지의 비율율율율이 의 코팅이 의 코팅이 의 코팅이 의 코팅액액액액으로 코팅한 의으로 코팅한 의으로 코팅한 의으로 코팅한 의28. 2:128. 2:128. 2:128. 2:1wwwwtttt%%%% EPSEPSEPSEPS

화화화화염염염염이미지이미지이미지이미지 좌좌좌좌 인산에스인산에스인산에스인산에스테르테르테르테르와 의 코팅이미지와 의 코팅이미지와 의 코팅이미지와 의 코팅이미지 우우우우( ), EPS ( )( ), EPS ( )( ), EPS ( )( ), EPS ( )

- 56 -

라라라라( ) Glass( ) Glass( ) Glass( ) Glass wwwwoolooloolool

그림 과 페놀수지의그림 과 페놀수지의그림 과 페놀수지의그림 과 페놀수지의 배배배배합합합합29.29.29.29. gggglasslasslasslass wwwwoolooloolool

Glass wool

물성

밀도 0.060g/cm3

균질성

원료자체가 모두 섬유화 됨으로 열전도가

고르게 분포되며 온도변화에 열전도가 비교적

일정하게 분포

열성능

내화성 불연성

적용온도 -85~350℃

용융온도 600℃

화염전파율 0%

열전도율 0.029kcal/mh℃

페놀수지와 의 균일 분산의 문제점이 발생하여 원심분리법 등 균일분산Glass wool

의 방법을 모색하여야 한다 폐유리가루인 무기계 폐기물 재활용 기술이나. , glass

사용도 고려할 필요가 있다bead/powder .

- 57 -

제 차 난연성제 차 난연성제 차 난연성제 차 난연성 아아아아세세세세트트트트산 비산 비산 비산 비닐닐닐닐계수지 코팅계수지 코팅계수지 코팅계수지 코팅액액액액 제조제조제조제조(5) 5(5) 5(5) 5(5) 5

난연성 아세트산 비닐수지 코팅액을 제조하였다 발포 폴리스테렌 입자와의 친수성.

이 크며 스팀성형하기 좋은 저온 용착성을 가지는 아세트산비계수지에 다양한 기능

성 첨가물이 첨가된 기능성 코팅제 조성물을 면에 도포한 후 이형제를 첨가하EPS ,

여 입자를 개개의 알갱이로 분리하고 건조하는 과정을 거친다 아세트산비닐수지와.

에탄올을 의 비율로 균일용해 수지 에탄올 시키며 아세트산비닐계수9:11 ( 22g+ 27g) ,

지 용액에 사용되는 용매로 비교적 휘발성이 높고 인체의 유해성이 낮으며 발포된,

입자의 면을 용해 또는 침식시키는 작용이 적은 알코올류의 용매로 선택하였EPS

다 수산화알루미늄 입자와 의 용액을 의 비율로 혼합 수지 과 수산. 1) 1:1 wt% ( 5g

화나트륨 한 뒤 소량의 카본블랙 첨가한다 제조된 코팅액을 와 비5g) , . EPS 1:1 wt%

율로 교반하여 고르게 코팅되도록 하며 알갱이가 잘 분리되도록 에틸렌글리콜, EPS

분무한다 이형제로는 고체분말을 사용할 경우 성형성을 감소시키며 액상물질5g . ,

중에서도 지나치게 친유성이 높은 경우에는 와의 친화성이 아세트산 비닐수지EPS

보다 높아서 와 아세트산비닐수지를 분리시키는 문제점이 있다 따라서 다수간EPS .

의 친수성을 가지면서 액상이여서 균일하게 도포할 수 있는 에틸렌글리콜을 선택하

여 알갱이가 분리되도록 교반하였다 진공을 걸어 감압 하에서 건조 작업성을 향상. ,

시키기 위해 진공과 이하의 온풍을 가하면서 교반하는 방법을 병행하였다, 100 .℃

그림그림그림그림 아아아아세세세세트트트트산비산비산비산비닐닐닐닐계수지의 코팅계수지의 코팅계수지의 코팅계수지의 코팅액액액액과 코팅이과 코팅이과 코팅이과 코팅이 완완완완료된 이미지료된 이미지료된 이미지료된 이미지30. EPS30. EPS30. EPS30. EPS

- 58 -

고르게 코팅이 잘되었으며 무게는 코팅하기 전의 무게보다 배 증가하였, EPS 2~3

다 코팅된 비드를 예열된 금형에 넣어 추후 금형 틀 에 채우고 의 압. ( ) 0.8~1kg/cm2

력으로 스팀을 가하였다 성형공정은 비가열 충진 가열 배기 본가열 냉각 이형으. - - ( - )- -

로 발포립 내의 발포제 및 공기의 팽창에 의한 발포립의 팽창에 의해 발포 입자끼

리 융착시켜 금형에서 분리하여도 금형의 모양을 유지토록 하나 아세트산비닐수지,

코팅된 의 경우 차 발포된 상태가 융착이 불량하여 건전한 성형품을 얻EPS , 1 , EPS

지 못하였다.

그림 성형된 폼그림 성형된 폼그림 성형된 폼그림 성형된 폼31. EPS31. EPS31. EPS31. EPS

면은 쉽게 부스러졌으며 가 융착되지 않고 알갱이 그대로의 형태가 유지되었, EPS

다 또한 아세트산비닐수지가 친수성을 가져 제조된 성형품이 물에 풀려 알갱. , EPS

이가 분리되어 성형품이 내수성이 약한 것을 알 수 있었다, EPS .

그림 분리된그림 분리된그림 분리된그림 분리된 아아아아세세세세트트트트산비산비산비산비닐닐닐닐수지 코팅 성형품 중 스티로폼수지 코팅 성형품 중 스티로폼수지 코팅 성형품 중 스티로폼수지 코팅 성형품 중 스티로폼 우우우우32. EPS ( ), ( )32. EPS ( ), ( )32. EPS ( ), ( )32. EPS ( ), ( )

아세트산비닐수지로 코팅된 에 열을 가하니 비드는 녹아서 코팅액만 남은EPS , EPS

것을 관찰 할 수 있다.

- 59 -

그림 열그림 열그림 열그림 열을을을을 가한가한가한가한 아아아아세세세세트트트트산비산비산비산비닐닐닐닐수지 코팅된 비드수지 코팅된 비드수지 코팅된 비드수지 코팅된 비드33. EPS33. EPS33. EPS33. EPS

제조된 를 연소시험을 위해 산소토치 의 화염에 노출시킨 결과 열EPS 800~1100 ,℃

가소성수지인 아세트산비닐수지와 가 녹아 형상을 유지하지 못하였다EPS .

그림 화그림 화그림 화그림 화염염염염에에에에 노노노노출시출시출시출시킨 아킨 아킨 아킨 아세세세세트트트트산 비산 비산 비산 비닐닐닐닐수지 코팅수지 코팅수지 코팅수지 코팅34. EPS34. EPS34. EPS34. EPS

- 60 -

제 차 의 코팅공정 및 성형폼 제작제 차 의 코팅공정 및 성형폼 제작제 차 의 코팅공정 및 성형폼 제작제 차 의 코팅공정 및 성형폼 제작(6) 6 Phenolic/polystyrene(6) 6 Phenolic/polystyrene(6) 6 Phenolic/polystyrene(6) 6 Phenolic/polystyrene

페놀수지 코팅액을 제조하여 에 고르게 도포하였다 페놀수지는 경화가 늦다는EPS .

단점이 있으므로 경화 조절제를 추후에 첨가할 수도 있다 경화촉진제로는 황산칼, .

슘 황산알루미늄 석고 규산소다 염화마그네슘이 있고 경화지연제로는 에틸렌그, , , , ,

릴콜을 사용할 수 있다.

에 실리콘오일 로 면을 고르게 코팅시킨 후 페놀수지 경화제EPS 20g (0.5g) , 20g(

첨가 에 탈크와 인산에스테르를 씩 첨가하여 혼합 한 뒤 교반기를 사용하0.5g ) 10g ,

여 코팅액의 비율로 일차 코팅한다 인산에스테르는 인계 난연제로EPS: 10:7wt% . (P)

페놀수지의 자기소화성을 향상시키도록 도와주며 알갱이가 크므로 분쇄시켜 고운,

파우더 형태로 만든 뒤 혼합할 필요가 있다, .

그림 페놀수지를 이용하여 제조한 코팅그림 페놀수지를 이용하여 제조한 코팅그림 페놀수지를 이용하여 제조한 코팅그림 페놀수지를 이용하여 제조한 코팅액액액액과 이를 이용하여 코팅시과 이를 이용하여 코팅시과 이를 이용하여 코팅시과 이를 이용하여 코팅시킨킨킨킨35. EPS35. EPS35. EPS35. EPS

탈크 는 백색도가 우수한 수화마그네슘 광물로 페놀수지와 혼합시키면 흐름성(talc)

을 우수하게 하여 혼합이 용이하도록 도와주며 무기 난연제 무기충전제 역할을 하,

는 무색분말이다 일차코팅 완료 후 수산화마그네슘과 수산화알루미늄파우더를 일. ,

차 코팅된 와 비율로 혼합하여 코팅한다 페놀수지로 일차적으로 코팅EPS 1:1wt% .

시킨 에 페놀수지의 경화로 인한 간의 접착을 막고 단열성능을 더욱 향상EPS EPS ,

시키기 위하여 수산화마그네슘과 수산화알루미늄을 파우더 상태로 에 코팅 후, , EPS

균일하게 혼합되도록 교반한다 수산화알루미늄과 수산화마그네슘은. 250 , 330 ,℃ ℃

의 온도에서 탈수반응에 따른 흡열반응이 일어나 연소가스를 억제하면서 연550 ,℃

소점의 열을 뺏어 연소반응을 억제하며 연소 시에 물을 발생시켜 연소가스를 희석

시키며 연소점주위의 온도를 낮추어 연소현상을 억제하는 역할을 한다, .

- 61 -

최대한 공정의 단계를 축소하려고 하여 차 차 코팅으로 진행하려고 하였다1 2 .

코팅은 균일하게 되었으나 추후 금형 틀 에 채우고 스팀을 가하여 발포립 내의 발, ( )

포제 및 공기의 팽창에 의한 발포립의 팽창에 의해 발포 입자끼리 융착 시켜 금형

에서 분리하여도 금형의 모양을 유지토록 하는 성형 공정 시 문제점 유발 가능성

과 패널절단 시 열선을 통해 잘 전달되지 않을 가능성도 있다 제조한 코팅된, . EPS

는 고르게 코팅이 잘되었으며 무게는 코팅하기 전의 무게보다 배 증가하, EPS 2~3

였다 완전 경화된 코팅된 를 화염에 노출시켜 보니 는 용융되어 녹았으. EPS , EPS

나 페놀로 코팅된 코팅층은 그대로 형태를 유지하는 것을 알 수 있었다, .

그림 화그림 화그림 화그림 화염염염염에에에에 노노노노출시출시출시출시킨킨킨킨 제조한제조한제조한제조한36. EPS36. EPS36. EPS36. EPS

성형기에 발포입자가 가득 차 있는 상태에서도 입자간의 공간은 약 남아있는40%

데 증기로써 수증기의 포화증기압은 에서 성형기, 108 ~ 116 ( 0.4~0.8Kgf/ G)℃ ㎠

금형내의 발포입자를 가열하면 입자 내에 남아 있는 발포제의 기화 시 체적팽창에

의해 발포입자가 재 발포되어 입자간의 공간을 채워 상호 열융착시킴으로써 금형에

의해 성형되는 공간과 동일한 형상의 성형품을 얻을 수 있다 코팅된 비드를 예열.

된 금형에 넣어 추후 금형 틀 에 채우고 스팀을 가하였다 코팅된 비드는( ) .

필요하였다 성형온도는 정도이고 스팀 압력은(20X30cm) 150~160g . 100~110 ,℃

에 스팀을 배기 본 가열 가하였다0.8~1kg/cm2 ( - ) .

- 62 -

성형발포작업이 종료된 후 일간의 숙성공정을 거치게 되면 완성된 스티로폼블록이2

형성되는데 페놀수지코팅 는 성형 후 의 형이 유지가 되지 않고 용융되어, EPS EPS ,

있는 것을 알 수 있다 이는 완전 경화되지 않은 페놀수지의 발열량에 따른 의. EPS

수축으로 판단된다.

그림 스그림 스그림 스그림 스팀팀팀팀성형기의성형기의성형기의성형기의 금금금금형 모식도형 모식도형 모식도형 모식도37.37.37.37.

그림 스그림 스그림 스그림 스팀팀팀팀성형으로 제조한 페놀수지 코팅 폼성형으로 제조한 페놀수지 코팅 폼성형으로 제조한 페놀수지 코팅 폼성형으로 제조한 페놀수지 코팅 폼38. EPS38. EPS38. EPS38. EPS

- 63 -

그림 스그림 스그림 스그림 스팀팀팀팀성형과정성형과정성형과정성형과정39.39.39.39.

- 64 -

제 차 의 표면제 차 의 표면제 차 의 표면제 차 의 표면처처처처리리리리(7) 7 Phenolic/polystyrene(7) 7 Phenolic/polystyrene(7) 7 Phenolic/polystyrene(7) 7 Phenolic/polystyrene

차에 실리콘과 카본블랙을 추가로 첨가한 코팅액을 제조하였다 열경화성수지인6 .

페놀수지는 부서지기 쉽고 수축률이 높아 대부분 충전재를 첨가하여 사용하는데 충

전재로 탈크와 카본블랙을 이용하였다 차 코팅액의 배합비는 페놀수지 중합. 1 30%(

비 난연성무기질 인산에스테르 수산화알루미늄 수산화마그네슘 탈크 을 각각) ( , , , )

경화제 이며 실리콘파우더 소량의 카본블랙을 첨가하여 상온에서5wt%, 3% , 5wt%,

교반하여 액상의 차 코팅제를 조성하여 이를 상온에서 원료비와 전후의 배합1 , 1:1

비 중량비 로 혼합하여 원료비드의 면에 코팅제가 피복되도록 하였다( ) .

그림 카본그림 카본그림 카본그림 카본블랙블랙블랙블랙이이이이 첨첨첨첨가된 코팅가된 코팅가된 코팅가된 코팅 좌좌좌좌 과과과과 첨첨첨첨가가가가되되되되지지지지 않않않않은 코팅은 코팅은 코팅은 코팅 우우우우40. EPS ( ) EPS ( )40. EPS ( ) EPS ( )40. EPS ( ) EPS ( )40. EPS ( ) EPS ( )

그림 화그림 화그림 화그림 화염염염염에에에에 노노노노출시출시출시출시킨킨킨킨41. EPS41. EPS41. EPS41. EPS

- 65 -

성형은 되었으나 폼의 균열이 발생하였다 국부적인 융착이 불량한 경우 충진, EPS .

불량 스팀압력 및 스팀시간 등의 체크가 요구되며 이형불량의 금형과 원료의 가, , 2

지 문제를 확인하여 공정의 재정립이 필요한 것으로 판단된다 통상적으로 원료로.

인한 문제는 냉각시간이 길 경우 주로 발생되며 대부분 금형의 구배적음 이젝트, ,

핀의 작동 등 금형상의 문제점을 찾아야 할 것으로 판단된다.

그림 성형된 폼그림 성형된 폼그림 성형된 폼그림 성형된 폼42. EPS42. EPS42. EPS42. EPS

- 66 -

제 차 재료의제 차 재료의제 차 재료의제 차 재료의 젖음젖음젖음젖음성 향상성 향상성 향상성 향상을을을을 위한 방안위한 방안위한 방안위한 방안(8) 8 core(8) 8 core(8) 8 core(8) 8 core

페놀수지와 기존의 경화제를 이용하여 코팅을 행하였다 페놀수지와 경화제의 비율.

은 이며 그 외에 무기물 난연제 인산에스테르 수산화마그네슘3:1, 5:1, 10:1wt% , , ( , ,

수산화알루미늄 탈크 각 를 첨가하였다, 5wt%) .

과 의 페놀수지와 경화제배합의 경우 큰 차이는 없었으나 의5:1 10:1wt% , , 3:1wt%

경우 기포가 생성되며 점도가 높았다, .

그림 페놀수지와 경화제의 비그림 페놀수지와 경화제의 비그림 페놀수지와 경화제의 비그림 페놀수지와 경화제의 비율율율율이 일 경이 일 경이 일 경이 일 경우우우우43. 3:143. 3:143. 3:143. 3:1wwwwtttt%%%%

- 67 -

그림 코팅그림 코팅그림 코팅그림 코팅액액액액과 의 비과 의 비과 의 비과 의 비율율율율이이이이 좌 우좌 우좌 우좌 우 인 경인 경인 경인 경우우우우44. EPS 2:1( ), 1:1( )44. EPS 2:1( ), 1:1( )44. EPS 2:1( ), 1:1( )44. EPS 2:1( ), 1:1( )

제조된 의 코팅액에 실리콘오일과 실리콘파우더를 첨가 한 것에 대한 비교를 하5:1

였다 실리콘오일을 넣은 경우와 파우더를 첨가한 경우의 차이는 거의 없으며 코. , ,

팅액과 의 비율은 로 조절하였으나 두께의 차이는 거의 보이지 않아EPS 1:1, 2:1 ,

페놀수지와 의 비율에 따른 코팅층 두께의 차이는 거의 없으며 젖음성을 향상EPS ,

시켜 코팅층 두께 확보방안에 대한 연구가 필요하다 또한 페놀수지와 경화재의 비.

율에 따른 차이는 발열량과 경화정도에 차이가 있으나 크게 차이는 나지 않는 것으

로 보이며 정도의 비율이 적당할 것으로 판단된다, 5:1wt% .

- 68 -

제 차 성형폼 제작제 차 성형폼 제작제 차 성형폼 제작제 차 성형폼 제작을을을을 통한 성형 공정 정통한 성형 공정 정통한 성형 공정 정통한 성형 공정 정립립립립(9) 9 EPS(9) 9 EPS(9) 9 EPS(9) 9 EPS

성형폼 제작을 위하여 차 차 동안 진행한 방법의 코팅법으로 비드를 코팅EPS , 2 ~8

하였다 인 하나의 폼을 제조하기 위해서 비드의 양은 이 필요. 20X30cm 150~160g

하였다 이 실험은 기술지원기업인 라지산업에서 진행하였다. .

그림 성형폼 제작그림 성형폼 제작그림 성형폼 제작그림 성형폼 제작을을을을 위한 준비과정위한 준비과정위한 준비과정위한 준비과정45.45.45.45.

그림 성형폼 의그림 성형폼 의그림 성형폼 의그림 성형폼 의 금금금금형에형에형에형에 충충충충진시진시진시진시킨킨킨킨 비드의 이미지비드의 이미지비드의 이미지비드의 이미지46.46.46.46. ①①①①

- 69 -

그림 제조된 성형폼 의 형상그림 제조된 성형폼 의 형상그림 제조된 성형폼 의 형상그림 제조된 성형폼 의 형상47.47.47.47. ①①①①

그림 성형폼 의 스그림 성형폼 의 스그림 성형폼 의 스그림 성형폼 의 스팀팀팀팀압력이 적절압력이 적절압력이 적절압력이 적절히히히히 조절조절조절조절되되되되지지지지 못못못못하여 수하여 수하여 수하여 수축축축축된 비드의된 비드의된 비드의된 비드의48.48.48.48. ②②②②

단면이미지단면이미지단면이미지단면이미지

공정은 발포된 면 코팅 스팀성형으로 성형 공정의 로 형폐 후 금EPS Cycle→ →

형의 이형성을 좋게 하기위해 이형제로 금형을 닦아준다 그 후 예비 충진 후 크. , ,

레킹을 한다 남은 빈 공간에 비드를 추가로 더 채워놓고 로 예비. 0.3~0.4Kgf/cm²

로 금형을 가열한다 이 과정은 분정도로 금형의 온도를 맞춰준 다음 스팀압력이. 1 ,

이 되면 이 상태를 분 정도 유지한다 정확한 압력조절과 비드의 양0.8kgf/cm² 3 . ,

공정개선을 통해 폼 제조 기술의 확보를 하였다.

- 70 -

그림 성형폼 의 건전한 폼의 이미지그림 성형폼 의 건전한 폼의 이미지그림 성형폼 의 건전한 폼의 이미지그림 성형폼 의 건전한 폼의 이미지49.49.49.49. ③③③③

그림 성형폼 의 불량한 폼의 이미지그림 성형폼 의 불량한 폼의 이미지그림 성형폼 의 불량한 폼의 이미지그림 성형폼 의 불량한 폼의 이미지50.50.50.50. ④④④④

- 71 -

제조된 성형폼 과 을 화염에 노출하였다 화염의 온도는 정도이, . 800~1000① ③ ℃

며 분 동안 노출하였다, 3 .

그림 성형폼 의 화그림 성형폼 의 화그림 성형폼 의 화그림 성형폼 의 화염노염노염노염노출이미지출이미지출이미지출이미지51.51.51.51. ①①①①

- 72 -

그림 성형폼 의 화그림 성형폼 의 화그림 성형폼 의 화그림 성형폼 의 화염노염노염노염노출이미지출이미지출이미지출이미지52.52.52.52. ③③③③

성형폼 과 둘 다 자기소화성을 가지며 불에 노출되어도 형상은 유지되며 유, ,① ③

독가스의 양이 적었다.

스팀성형공정을 이용하여 최적의 불연 단열재 블록을 제조하기 위해서는 성형EPS

공정 중 블록내의 함수율에 대한 이해가 필요하다 따라서 다음은 블록내의, . EPS

함수율 관계에 대해 정리한 것이다.

블록내의 함수율 관계EPS•

의 블록을 만들 때 충분한 성형성과 융착성을 갖기 위해서는 약 로 가열EPS 110℃

해야 한다 를 올리기 위해서는 열원으로 스팀이 사용되는데 이 스팀은 성형. 110℃

몰드를 통과하여 비드를 강제적으로 융착 시키는 역할을 한다 스팀은 열을 비드로.

전달한 후 응축되어 비드표면에 남기나 일부는 배출밸브를 통해 배출된다.

- 73 -

성형물을 만들기 위해 필요한 에너지양을 계산하는 식은 다음과 같다.

Q = mCp (Te - Ta)

여기서,

일에너지Q : (Kcal)

가열하고자 하는 물질의 중량m : (kg)

물질의 비열Cp : (KJ/Kg )℃

성형온도Te : ( )℃

충진 발포립 온도Ta : ( )℃

의 블록의 체적이 이고 밀도가EPS 1m³ 15g/ 일때 성형온도와 충진 발포립 온도를,

이라 하면 이 때 필요한 에너지는 먼저 발포립의 무게를 구하면110 , 25 , , EPS ,℃ ℃

1m X 15g/ X 1000 이다/m = 15000g = 15kg .

발포립에는 펜탄 수분 폴리스티렌이 이므로 각 성분별 비15kg 4%, 0.3%, 95.7%

열은 다음과 같다.

펜탄의 비열 Cp = 1.3208 Kcal/Kg℃

수증기의 비열 Cp = 0.45 Kcal/Kg℃

폴리스티렌의 비열 Cp = 0.3298 Kcal/Kg℃

펜탄의 증발에 필요한 열1) 4%

Qp=(15kgX0.04)X1.3208Kcal/Kg X(110 -25 )=67.4Kcal℃ ℃ ℃

수분의 증발에 필요한 열 스팀의 장열2) 0.5% ( = 540Kcal/kg)

Qw=(15kgX0.005)X[(100 -25 )+540+0.45X(110 -25 )]=46.5Kcal℃ ℃ ℃ ℃

발포립의 가열에 필요한 열3) 95.7%

Qs=(15kgX0.957)X0.3298Kcal/Kg X(110 -25 )=402.4Kcal℃ ℃ ℃

- 74 -

총 필요한 에너지는

Qt = Qp + Qw + Qs = 67.4Kcal + 46.5Kcal + 402.4Kcal = 516.3Kcal

스팀의 응축열은 증발열과 같으므로 응축된 스팀의 양은 다음과 같다.

540Kcal/Kgxm = 516.3Kcal

스팀m = 0.956kg( )

결국 의 를 성형하기 위해서는 스팀이 사용되나 성형기의 금형을15kg EPS 0.96kg ,

예열시켜야하므로 실제적으로는 더 많은 스팀이 사용되고 응축될 것으로 보인다.

응축된 의 스팀이 블럭 내에 남아있다고 볼 경우 블록의 함수율은0.96kg EPS

이다 그러나 위의 함수율은 적어지지 않을 것이다 그 이0.96kg/15kgX100=6.4% . .

유는 보일러에서 건조포화스팀이 생성되더라도 사용처까지 이동과정에서 쉽100%

게 불포화 스팀으로 변화되기 때문이다 스팀 속에 포함된 수분은 에너지로서 작용.

을 할 수가 없어 성형에 필요한 열량을 갖기 위해서는 더 많은 스팀이 소요되고 응

축된다.

예로 사용되는 스팀이 의 수분을 포함한 불포화스팀이라고 가정하면 블- 5% , EPS

록 을 성형하기 위해서 필요한 스팀의 양은15kg

스팀내의 수분의 양 : 0.96kg steamX0.05=0.048kg

수분의 잠열 : 0.048kgX540Kcal/kg=25.92Kcal

540Kcal/Kgxm = 516.3Kcal+25.92Kcal

m=1kg steam

의 스팀이 응축되어 블록내에 존재할 경우 함수율은1kg EPS 1kg/15kgX100=6.7%

이다 그러므로 블록 내에는 통상적으로 약 의 수분이 함유되어. 15kg EPS 6~7%

있어 성형 후 건조하지 않고 재단 시 제품의 품질저하 및 열선의 과부하에 따른 화

재발생이 우려되므로 반드시 건조과정은 거쳐야 할 것이다.

- 75 -

제 차 면제 차 면제 차 면제 차 면 처처처처리된 재료의 폼 제조 기술리된 재료의 폼 제조 기술리된 재료의 폼 제조 기술리된 재료의 폼 제조 기술(10) 10 core(10) 10 core(10) 10 core(10) 10 core

스티로폼 제조 원료인 원료수지비즈 입자 표면에 페놀수지 인산에스테르 탈크 수, , ,

산화알루미늄 수산화마그네슘과 실리콘파우더 경화제로 이루어진 차 공정 코팅, , 1

제를 코팅한 후 동일한 코팅액을 차 코팅제를 코팅한 다음 발포 성형하여 난연, 2 ,

성 스티로폼을 제조하였다 코팅된 스티로폼의 단면구성은 다스의 비즈가EPS . EPS

발포하여 다수의 발포입자들이 서로 융착된 배열에 발포된 면에 난연 코팅막EPS

을 형성하여 각 발포입자들이 캡슐형태로 둘러 쌓인 구조를 이루도록 하였다 차. 1

코팅제를 원료비즈 면에 자동교반 도포장치를 이용하여 피복시킨다.

차 코팅액의 배합비는 페놀수지 중합비 난연성무기질 인산에스테르 수산화1 30%( ) ( ,

알루미늄 수산화마그네슘 탈크 을 각각 경화제 이며 상온에서 교반하, , ) 5wt%, 3% ,

여 액상의 차 코팅제를 조성하여 이를 상온에서 원료비드와 전후의 배합비1 , 2:1

중량비 로 혼합하여 원료비드의 면에 코팅제가 피복되도록 하였다( ) .

그림 차 차 코팅그림 차 차 코팅그림 차 차 코팅그림 차 차 코팅액액액액 코팅된 비드 건조과정과 제조된 비드의 이미지코팅된 비드 건조과정과 제조된 비드의 이미지코팅된 비드 건조과정과 제조된 비드의 이미지코팅된 비드 건조과정과 제조된 비드의 이미지53. 1 2 ,53. 1 2 ,53. 1 2 ,53. 1 2 ,

그림 차 코팅그림 차 코팅그림 차 코팅그림 차 코팅 좌좌좌좌 과 차 코팅과 차 코팅과 차 코팅과 차 코팅 우우우우 된 이미지된 이미지된 이미지된 이미지54. 1 ( ) 2 ( ) EPS54. 1 ( ) 2 ( ) EPS54. 1 ( ) 2 ( ) EPS54. 1 ( ) 2 ( ) EPS

코팅작업이 끝나면 열풍 내지 상온 또는 이하에서 완전경화 시켜 원료 비드의, 60℃

차 코팅을 완성한 후 차 코팅된 원료 비즈의 면에 동일한 공정으로 차 코팅 작1 , 1 2

업을 이행하였다.

- 76 -

차 코팅 작업이 끝나면 다시 열풍 내지 상온으로 반 경화시켜 원료 비드에 대한2 ,

코팅을 완성한 후 숙성시킨다 성형기의 금형을 충분히 예비가열 후 코팅된 비. , EPS

드를 금형에 충진시킨다 성형온도는 정도이고 스팀 압력은. 100~110 ,℃

에 스팀을 배기 본가열 가한다 성형발포작업이 종료되어 숙성공정을0.8~1kg/cm2 ( - ) .

거치게 되면 완성된 스티로폼블록이 형성된다 제작된 블록을 통풍이 잘되는. EPS

실내에서 저장한다 이것은 절단과정에서 발포가스의 확산으로 인한 품질변화와 수.

분에 의한 품질저하 특히 절단면 를 방지할 수 있기 때문에 에서 일 에( ) 60 5 , 70℃ ℃

서 일 또는 상온에서 주 이상 보관하여야 한다 건조된 는 페놀수지 코팅층3 4 . EPS

으로 코팅되어 있기 때문에 쉽게 절단기로 절단되지 않는 불편함이 있다 이 때 니.

크롬선이나 그 합금을 재질로 한 직경 의 절연선을 사용한다 절단 시0.3~0.5mm . ,

절단 선에 걸리는 장력은 약 정도가 걸리므로 열선은 에서도 장력5.0kg 250~300℃

을 견딜 수 있는 것 이여야 하며 절단 시 열선에 걸리는 장력은 재단 제품의 표면, ,

품질을 결정하는 가장 중요한 인자이므로 높은 열에서도 변화가 적은 열선을 사용

하는 것이 좋다.

그림 페놀수지로 코팅된 폼 제작 및 건조그림 페놀수지로 코팅된 폼 제작 및 건조그림 페놀수지로 코팅된 폼 제작 및 건조그림 페놀수지로 코팅된 폼 제작 및 건조55. EPS55. EPS55. EPS55. EPS

- 77 -

그림 코팅그림 코팅그림 코팅그림 코팅 완완완완료된 의 단면 이미지료된 의 단면 이미지료된 의 단면 이미지료된 의 단면 이미지56. EPS56. EPS56. EPS56. EPS

그림 코팅층의그림 코팅층의그림 코팅층의그림 코팅층의 두께두께두께두께 측정 차코팅측정 차코팅측정 차코팅측정 차코팅 좌좌좌좌 차코팅차코팅차코팅차코팅 우우우우57.57.57.57. ----1 ( ), 2 ( )1 ( ), 2 ( )1 ( ), 2 ( )1 ( ), 2 ( )

코팅층의 두께는 차 코팅 시 차 코팅 시 로 균일하게 코팅되1 39.196 , 2 59.970㎛ ㎛

어 있는 것을 알 수 있다 밀도는 이다 산소토치를 이용하여. 55~60kg/m³ .

화염에 노출시켜본 결과 약 초 후 발화가 시작되었으며 는 불800~1100 , 3 , EPS℃

에 쉽게 녹는 반면 코팅된 폼은 분이 경과한 후에도 불이 붙지 않고 코팅제, EPS 5 ,

에 의한 코팅막이 형성되어 화염에 접했을 때 난연성을 가진다 즉 코팅제에 포함, . ,

된 물질들이 화염에 접할 시에 탄화막을 형성하여 발화온도를 높이고 화염의 전파,

를 일정시간 지연시켜 확산을 방지하며 접착 응고제로서의 기능하는 페놀수지 또,

한 열경화성 수지이므로 우수한 난연성을 가지는 것으로 보인다 이때 차 코팅막, . 1

은 주로 난연 피막의 역할을 담당하고 차 코팅막은 각 비즈의 융착력 결합력을, 2 ,

강화시키는 기능을 하는 것으로 보인다 불꽃에 노출되지 않은 반대쪽은 연소되지.

않은 것을 보아 단열성은 뛰어난 것으로 사료된다.

- 78 -

그림 화그림 화그림 화그림 화염 테염 테염 테염 테스스스스트트트트한 폼한 폼한 폼한 폼58. EPS58. EPS58. EPS58. EPS

또한 위의 그림 과 같이 열을 가하였을 때 는 녹으나 코팅막이 형태를 유, 58 , EPS

지하고 있음을 알 수 있다 또한 코팅된 를 열적 특성을 알기 위해. EPS 50~550℃

의 온도에서 열분석을 행하였다 초기의 의 코팅된 의 에서. 4.3mg EPS weight 130℃

에서 의 기하 후 의 페놀수지 코팅막의 형태를 유지하며 남은 것을 알 수PE , 0.9mg

있었다.

그림 열그림 열그림 열그림 열을을을을 가한 페놀수지와 차 코팅된 비드가한 페놀수지와 차 코팅된 비드가한 페놀수지와 차 코팅된 비드가한 페놀수지와 차 코팅된 비드59. 2 EPS59. 2 EPS59. 2 EPS59. 2 EPS

- 79 -

그림 코팅된 의 열적거동그림 코팅된 의 열적거동그림 코팅된 의 열적거동그림 코팅된 의 열적거동60. EPS60. EPS60. EPS60. EPS

온도에 따른 의 상태변화를 알기 위해 의 에 분간 유지EPS 110, 115, 120 oven 10℃

한 의 모습이다 에서 는 수축하며 에는 거의 증발하나 코팅층EPS . 110 EPS 120℃ ℃

은 외형을 유지하며 불연성은 우수하다고 판단된다.

그림그림그림그림 온온온온도에 따른 의 형상도에 따른 의 형상도에 따른 의 형상도에 따른 의 형상변변변변화화화화61. EPS61. EPS61. EPS61. EPS

- 80 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

제조한 폼의 물성 측정제조한 폼의 물성 측정제조한 폼의 물성 측정제조한 폼의 물성 측정1. Phenolic/Polystyrene1. Phenolic/Polystyrene1. Phenolic/Polystyrene1. Phenolic/Polystyrene

시험편을 구분이 용이하도록 시편 으로 분류하여 발포성형폼의 물성을 측, 1, 2, 3

정하였다.

그림 물성 측정그림 물성 측정그림 물성 측정그림 물성 측정할할할할 시시시시편편편편의 이미지의 이미지의 이미지의 이미지63.63.63.63.

가가가가 밀밀밀밀도 측정도 측정도 측정도 측정....

시편 1 시편 2 시편 3

무게(g) 9.49 8.12 10.92 10.62 11.51 8.53

부피(cm³) 205.3169 187.1672 245.8575 251.629 205.1594 191.5927

밀도(g/cm³) 0.046221 0.043384 0.044416 0.042205 0.056103 0.044522

기술지원전 밀도- 120Kg/m³

기술지원후 목표 밀도 이나 현재 측정 밀도는 이하로- 100Kg/m³ , 56Kg/m³

로 목표치에 도달하였다100% .

- 81 -

나 수분나 수분나 수분나 수분 흡흡흡흡수량수량수량수량....

건축용이나 포장용에 있어서 수분의 흡수를 방지하는 문제는 중요하다 수분흡수방.

지가 안될 경우 단열 효과의 저하로 단열재의 역할을 할 수 없으나 정상적인 발포,

폴리스티렌 성형폼은 장시간 물속에 담가 놓아도 수분이 표면에서 일정한 깊이 약(

내외 까지 일정량 침투하고 더 이상 침투하지 않는다 따라서 다량의 수분과5mm ) .

접촉하지 않으면 문제시 되지 않고 접촉했을지라도 쉽게 건조된다 하지만 코팅된. ,

폼은 표면의 코팅액이 수분에 얼마나 오랫동안 유지가 가능한지 알아보기 위해EPS

흡습 시험을 실시하였다.

그림 준비된 시험그림 준비된 시험그림 준비된 시험그림 준비된 시험편편편편65.65.65.65.

그림그림그림그림 흡흡흡흡습시험 과정습시험 과정습시험 과정습시험 과정66.66.66.66.

건조된 의 시편을 준비한 뒤 물에 침투시킨 뒤 시간 후의 질량을 측30X45mm , , 24

정하여 초기질량과의 변화량을 측정하였다.

- 82 -

그림 시험 전그림 시험 전그림 시험 전그림 시험 전후후후후의 질량의 질량의 질량의 질량67.67.67.67.

초기 질량(g) 나중 질량(g) 변화량(%)

일반스티로폼 0.9162 1.8493 50.5

불연재시편 황색2( ) 1.8930 2.9098 34.9

불연재시편 검은색3( ) 1.8218 3.4313 46.9

시험 후 소량의 코팅층이 떨어져 나감을 알 수 있으나 시편은 형상은 거의 수분에,

영향을 받지 않았음을 알 수 있다.

- 83 -

다다다다 투투투투습계수시험습계수시험습계수시험습계수시험....

시험편은 지름 이상 두께 의 원통모양으로 개를 시험에 사용한65mm , 25±0.1mm 3

다 수증기의 통과면적은 이상 두께는 이상 이하로 한다 시. 32cm2 20mm 100mm .

험편에 힘을 주면서 밀어 넣을 수 있는 정도의 비커 등을 준비하고 그 밑바닥에 건

조한 독립기포 폼을 넣고 그 위에 무수 염화칼슘 또는 실리카겔 건조체EPS , (200℃

로 가열하고 활성화시킨 것 오산화인), (PO

를 넣는다 시험편을 비커에 밀어 넣고) .

주위를 밀봉체로 밀봉한 뒤 온도 상대습도 의 실내 또는 항온항습, 23±2 , 50±2%℃

조 내에 넣고 적당한 시간 간격으로 무게의 증가를 측정한다 시험은 시간과 무게.

증가의 관계가 직선관계가 될 때까지 계속한다.

투습계수

여기서,

두께 당의 투습계수Pwv : 25mm (g/m2 h mmHg)․ ․

시간 에서의 무게W1, W2 : T1, T2 (g)

무게 에 대응하는 시간T1, T2 : W1, W2 (h)

시험편의 수증기 통과면적A : (m2)

비커 내부의 수증기압p1 : (0mmHg)

실내 또는 항온항습조의 수증기압p2 : (10.534mmHg)

시험편의 실측 두께h : (mm)

그림그림그림그림 투투투투습계수시험 참고 그림습계수시험 참고 그림습계수시험 참고 그림습계수시험 참고 그림68.68.68.68.

- 84 -

그림그림그림그림 투투투투습계수시험습계수시험습계수시험습계수시험을을을을 위해 준비된 불연 단열재 시위해 준비된 불연 단열재 시위해 준비된 불연 단열재 시위해 준비된 불연 단열재 시편편편편69. 1, 269. 1, 269. 1, 269. 1, 2

그림 시험에 사용한 항그림 시험에 사용한 항그림 시험에 사용한 항그림 시험에 사용한 항온온온온항습조항습조항습조항습조70.70.70.70.

그림 시그림 시그림 시그림 시간간간간의 경과에 따른 불연재의 질량의 경과에 따른 불연재의 질량의 경과에 따른 불연재의 질량의 경과에 따른 불연재의 질량변변변변화화화화71.71.71.71.

- 85 -

온도 상대습도 의 항온항습조 내의 불연단열재의 질량변화를 와 투23 , 50~52%℃

습계수를 표로 나타내었다 시험편의 초기질량은 난연단열재 은 이고 난연. 1 4.6845g ,

단열재 는 이다2 4.6917g .

질량변화

(W2-W1)

시간변화

(T2-T1)시간에 따른 투습계수

난연단열재 1 0.35 2h 이하140

난연단열재 2 0.19 2h 이하130

- 86 -

라 압라 압라 압라 압축강축강축강축강도도도도....

시험편은 될 수 있는 한 건조한 것을 사용하고 온도 상대습도 에, 20±2 , 65±5℃ ℃

서 시간 이상 방치한다16 .

시험편은 제조 후 시간 이상 경과한 것으로 임의 발취하여야 하며 시험편의 치수24

는 세로와 가로가 이상이고 두께가 이상이여야 한다 두100mm X 100mm , 25mm .

께가 보다 작을 때에는 여러 장 겹쳐도 좋다 그림 는 압축강도 측정을 위25mm . 72

한 시험편의 외형 이미지를 보여준다.

그림 압그림 압그림 압그림 압축강축강축강축강도 준비 시험도 준비 시험도 준비 시험도 준비 시험편편편편의 외형의 외형의 외형의 외형72.72.72.72.

두께 측정(1)

시험편의 윗면에 평판을 놓고 하중이 의 하중을 가2±0.2gf/cm2 (0.02±0.02KPa)

하고 초가 지난 후 하중이 가해진 상태에서 시험편의 중심부나 네 모서리를 최소30

눈금 를 가진 자나 두께 측정 게이지로서 두께를 측정한다0.5mm , .

길이와 나비의 치수 측정(2)

시험편의 양 모서리와 중앙부 개소를 측정하여 길이와 나비를 구하고 그 평균 수3 ,

치를 구한다.

- 87 -

밀도의 측정(3)

과 에서 측정한 치수로 부피를 구하고 시험편의 무게는 까지 측정하여(1) (2) , 0.01g

무게를 부피로 나누어 밀도를 계산한다 단위는 으로 한다. g/cm³ .

응력 변위도(4) -

는 시험편에 미리 전처리를 하지 않은 것A .

는 시험편에 미리 전처리를 한 것B .

법A

하중을 가하는 속도는 매 분당 로 한다 압축은 하중이 급격히 증가하기12±3mm .

시작할 때를 한도로 한다.

법B

전처리는 시험편의 두께의 변위가 생기는 압축하중을 회 반복하고 하중을20% 10 ,

제거한 후 분 경과한 것을 사용한다 시험방법은 법과 동일하다30 . A .

그림 전그림 전그림 전그림 전처처처처리리리리 후후후후 시험시험시험시험편편편편의 외형의 외형의 외형의 외형73.73.73.73.

- 88 -

그림 압그림 압그림 압그림 압축축축축하중하중하중하중을을을을 가하는 시가하는 시가하는 시가하는 시편편편편의 이미지의 이미지의 이미지의 이미지74.74.74.74.

계산(5)

가 응력( )

=σ A

P

여기서,

응력= (Kgf/cm2) {MPa}σ

하중P= (kgf) {N}

시험편의 넓이A= (cm2)

나 변위도( )

법A :

X100

법B :

X100

여기서,

변위도S= (%)

TO 시험전의 두께= (cm)

TP 전처리후의 두께= (cm)

TL 하중을 가했을 때의 두께= (cm)

다 두께의 감소( )

법의 경우에는 두께의 감소를 기록하고 다음 식에 의하여 계산한다B , .

두께의 감소(%) =

X100

- 89 -

표표표표 두께두께두께두께와와와와 길길길길이 측정이 측정이 측정이 측정13.13.13.13.

그림 압그림 압그림 압그림 압축강축강축강축강도 측정도 측정도 측정도 측정 후후후후 의 이미지의 이미지의 이미지의 이미지75. , EPS75. , EPS75. , EPS75. , EPS

- 90 -

법법법법AAAA

법법법법BBBB

그림 시그림 시그림 시그림 시편편편편 의 법 및 법에 의한 스의 법 및 법에 의한 스의 법 및 법에 의한 스의 법 및 법에 의한 스트레트레트레트레인 압인 압인 압인 압축강축강축강축강도 그도 그도 그도 그래프래프래프래프76. 1, 2, 3 A76. 1, 2, 3 A76. 1, 2, 3 A76. 1, 2, 3 A B -B -B -B -

변위도와 압축강도 값(6)

표표표표 변변변변위 및 압위 및 압위 및 압위 및 압축강축강축강축강도 실험도 실험도 실험도 실험결결결결과과과과14.14.14.14.

시편1 시편2 시편3

법A 법B 법A 법B 법A 법B

변위도 92% 74% 72% 71% 79% 80%

압축강도 210KPa 110KPa 120KPa 180KPa 100KPa 210KPa

한국공업규격의 스티로폼의 압축강도는 종류에 따라 정도 이다 기술지3.5 (kgf/cm2) .

원사업의 목표치 압축강도는 로 현재 테스트 데이터의 결과를 통하여80KPa

이상의 압축강도 값을 얻어 목표치를 달성한 것으로 보아진다100KPa 100% .

- 91 -

마 단열재의마 단열재의마 단열재의마 단열재의 평판평판평판평판법에 의한 열전도도 시험법에 의한 열전도도 시험법에 의한 열전도도 시험법에 의한 열전도도 시험....

시험절차는 까지의 열전도도가0 ~100 1W℃ ℃ m K

이하의 특성을 가지고 있으면

평판법으로 측정 가능한 단열 재료에 적용된다.

그림 열전도도 시험의 개그림 열전도도 시험의 개그림 열전도도 시험의 개그림 열전도도 시험의 개략략략략도도도도77.77.77.77.

평판법 방식에 의한 열전도도 측정원리는 아래와 같다 전기적 열량이 주열판과 보.

호판에 공급되어 각 판의 온도를 일정하게 유지시키고 주열판과 보호열판은 공기,

층으로 분리되어 있어 열전대가 각각 열판의 온도를 읽어드려 열이 반경 방향으로

흐르는 것을 감지하도록 되어있다 보조열판의 전기량은 이 공기층을 통하여 흐르.

는 열량이 없어지도록 조절된다 동시에 저열판은 일정하고 균일한 온도를 유지할.

수 있도록 한다 이와 같은 정상상태에서 열의 흐름은 일정하게 주열판으로부터 저.

열판으로 흐른다 만일 이때 주열판에서 발열된 열량이 보호열판과 보조열판으로.

흐르지 않았다면 시편의 열 저항은 다음과 같이 표현된다.

R=A(Th-Tc)/Q

여기서,

두께 인 시편의 열저항R= L (m2 K-1 W-1)․ ․

주열판의 면적A= (m2)

주열판의 평균온도Th= (K)

저열판의 평균온도Tc= (K)

주열판에서 발생된 열량Q=

- 92 -

정의에 의하여 시편의 열전도도는 는λ

=λ

=

로 표현된다.

시편의 준비사항(1)

시편의 크기가 정사각형 또는 원형의 평판으로 변 또는 지름은 두께1 200±2mm,

이하가 되도록 가공한다 기공이 있는 시편은 가열에 의해 변질 및 변형이35mm . ,

일어날 염려가 없는 것은 온도 에서 일정한 무게가 될 때까지 건조한다105±2 .℃

변질 및 변형이 일어날 염려가 있는 시편은 다른 조건으로 일정한 무게가 될 때까

지 건조한다.

시편의 밀도는 시편 건조후의 무게와 부피에서 다음 식으로 구한다.

밀도 (kg/m³) = W/V

여기에서 질량 부피W: (kg), (m³)

시편에 압력을 가하면 두께가 변하는 시편의 경우 간격판을 사용하여 각 판 중앙의

높이를 까지 측정하여 평균값과 표준편차를 구하여 기록한다 증류수와 증0.01mm .

류수로 만든 얼음조각을 비율로 보온병에 넣어 빙점 을 만든 후 열1:1 (ice point)

전대의 기준점을 절연유가 약 높이로 들어있는 유리관에 넣어 보온병의 중간5mm

까지 담근다.

시험결과의 기록(2)

가 불확도( )

불확도는 측정 불확도 표현 지침 (KRISS Guide to the Expression of Uncertainty

에 따라 계산한다in Measurement : KRISS-98-069-SP) .

나 불확도 분석( )

불확도는 와 로 구분된다Type A Type B .

Type A①

측정값의 산란㉮

Type B②

빙점의 삽입깊이에 따른 온도차에 의한 불확도 (㉮ Uid)

빙점의 시간 변화에 따른 온도자체 의한 불확도 (㉯ Ui t)

연전대의 불확도 (㉰ Uth)

주열판과 열전대 접촉상태에 따른 불확도 (㉱ Uhe)

주열판의 온도분포에 의한 불확도㉲

의 불확도DVM㉳

- 93 -

열전도도 측정값(3)

표 시표 시표 시표 시편편편편의 열전도도 실험의 열전도도 실험의 열전도도 실험의 열전도도 실험결결결결과과과과15.15.15.15.

목표치

시편온도 기준( 25 )℃

실험치

시편온도 기준( 25 )℃

불연단열재 1 이하0.07W/m℃ 이하0.065W/m℃

불연단열재 2 이하0.07W/m℃ 이하0.055W/m℃

본 연구를 통해 제조된 불연단열재 모두 목표 열전도도 이하의1, 2 (0.07W/m )℃

값으로 우수한 열적 단열 효과를 가지는 것을 확인할 수 있다.

- 94 -

제조한 폼의 불연성재료시험제조한 폼의 불연성재료시험제조한 폼의 불연성재료시험제조한 폼의 불연성재료시험2. Phenolic/Polystyene2. Phenolic/Polystyene2. Phenolic/Polystyene2. Phenolic/Polystyene

가 규정에 의한 불연성 시험법가 규정에 의한 불연성 시험법가 규정에 의한 불연성 시험법가 규정에 의한 불연성 시험법. SOLAS. SOLAS. SOLAS. SOLAS

는 해상인명안전SOLAS (International convention for the Safety Of Life At Sea)

조약으로 년 타이타닉호의 침몰사건을 계기로 하여 지난 년 동안 국제규칙1912 88

으로 발전하여 왔다 년 의 내용은 선박구조 증서 여객선의 설비 안. 1984 SOLAS , , ,

전설비 무선설비 안전항해 곡물 및 위험물 운송에 관하여 규정을 두었으며 국제, , ,

항해에 종사하는 여객선 및 이상의 화물선에 적용된다300t .

시험방법(1) SOLAS

가 불연성재료 시험( ) (IMOFTPC)

시험편①

각 재료에 대하여 개의 시험편을 시험하여야 한다5 .㉮

시험편은 원통형이어야 하고 각각의 시험편은 지름 높이 및45(mm), 50±3mm㉯

의 부피를 가져야한다80±5cm³ .

그림 시험로 시험그림 시험로 시험그림 시험로 시험그림 시험로 시험편편편편 및 열전대의 상대위및 열전대의 상대위및 열전대의 상대위및 열전대의 상대위62. ,62. ,62. ,62. ,

- 95 -

시험편의 준비②

시험편은 가능한 한 재료의 평균적인 특성을 대할 수 있는 것 한다.㉮

시험을 실시하기 전에 각각의 층은 시험편 홀더 지지대 내부에 수평이 되도록( )㉯

위치시키고 각 층 사이에 이어 갭을 방지하기 위하여 최대 지름이 인 두 개, 0.5mm

의 와이어로 고정시켜야 한다.

시험편의 밀도는 재료의 밀도를 대하는 것으로 하여야 한다.㉰

시험편의 조정③

시험편은 통풍이 되는 오븐 안에서 시간 동안 유지하는 방법으로20~24 60+5℃

상태를 조절하여야 하며 시험을 하기 전에 건조기에서 주위온도까지 냉각하여야,

한다 각 시험편의 질량은 시험로 내에서 시험을 실시하기 전에 의 정밀도까지. 0.1g

측정한다.

시험 중의 관찰④

각각의 시험편에 대한 시험 전후의 질량을 기록한다.㉮

모든 지속염 의 발생에 주목하고 그러한 발열의 지속시간을(sustained flaming)㉯

기록한다 지속염이란 시험편에서 발생한 불꽃이 초 이상 계속적으로 재하는 것을. 5

말한다.

시험결과의 계산⑤

온도 상승 각각의 시험편에 대하여 시험로와 시험편 열전대의 측정된 온도를 이㉮

용하여 아래와 같이 온도 상승을 계산한다 시험로 시험편 중심 및 면 열전대의 온. ,

도 상승에 대하여 개의 시험편에 대한 산술평균을 기록한다5 .

시험로 열전대의 온도 상승(a) ⊿Tf=Tf(max.)-Tf(final)

시험편 중심 열전대 온도 상승(b) ⊿Tc=Tc(max.)-Tc(final)

시험편 면 열전대 온도 상승(c) ⊿Ts=Ts(max.)-Ts(final)

발염 개 시험편에 대한 지속염의 산술평균 즉 지속염의 지속 평균 시간을 계5 ,㉯

산하고 기록한다 이는 기록되어 있는 발염의 모든 지속 시간을 합한 다음 로 나. 5

누어 구한다.

판정기준⑥

아래의 모든 조건을 만족할 경우 불연성 재료로 보며 불연성 재료 이외의 재료는, ,

가연성 재료로 본다.

계산된 시험로 열전대의 평균온도 상승이 를 초과하지 않을 것30 .㉮ ℃

계산된 시험로 면 열전대 평균온도 상승이 를 초과하지 않을 것30 .㉯ ℃

계산된 지속염의 지속 평균 시간이 초를 초과하지 않을 것10 .㉰

계산된 평균 질량손실이 를 초과하지 않을 것50% .㉱

- 96 -

나 불꽃전파성시험 항( ) (IMO FTPC Part5, 1904. 3 )

적용화재확산이 느린 특성을 가지는 면을 필요로 하는 제품에 적용한다.①

시험편②

적용 및 평가되는 제품의 각 노출면에 대하여 개의 시험편을 준비한다3 .㉮

시험편은 폭 이 며 제품을 대하는 것이어야 한다155mm 800mm , .㉯

시험편이 상태조절시험편은 시험 전에 온도 상대습도 에서 일23 2 , 50 10%㉰ ℃

정한 수분상태가 되도록 조절하여야 한다 일정한 수분상태는 시간 간격으로 연. 24

속 회 측정한 질량이 시험편 질량의 를 벗어나지 않을 때 도달한 것으로 간2 0.1%

주한다.

시험시간③

다음 중 어느 하나에 해당될 때 시험을 종결하며 시험편을 제거하고 조절 시험편, ,

을 홀더 안에 다시 넣는다.

시험편이 노출 분 후에도 착화되지 않는 경우10㉮

시험편에서 모든 발염이 사라진 후 분이 경과한 경우3㉯

발염이 시험편의 가장자리에 도달하거나 자기 소화되어 시험편에 연소진행이 끝㉰

나는 경우 이 경우는 방출열 측정을 하지 않을 때에만 이용한다. .

시험 중의 관찰④

시험자료의 기록에 추가하여 적열 탄화 용융 불꽃낙하 시험편의 분열 등을 포함, , , ,

한 시험편의 일반적인 거동을 기록한다.

판정기준⑤

모든 면연소성 기준을 초과하지 않는 시험결과의 평균값을 가지는 재료는 1974

장 규칙 항 및 항 규칙 항 규칙 항 규칙 항에 언급SOLAS II-2 3 8 23 , 32 1.4 , 34 2 , 49 1

된 화염의 전파가 느린 특성을 가진 것으로 본다 여기서 소화시의 임계열유. , CFE=

속, Qsb 지속연소열= , Qt 방출 총열량= , qp 최고 열방출율 추가요건 면재는 발연성= (8)

및 유독성가스시험에 적합하여야 한다.

표 면연소성표 면연소성표 면연소성표 면연소성 판판판판정기준정기준정기준정기준10.10.10.10.

- 97 -

다 발연성 및 유독성가스시험 및 결의 항( ) (IMO FTPC Part2 IMO , 1904. 4 )

적용과도한 양의 연기나 유독성 물질이 발생해서는 안 되거나 온도가 상승함에①

따라 유독성의 위험물이 증가해서는 안 될 것이 요구되는 재료에 적용한다.

시험 조건②

점화용 불꽃이 있는 상태에서 의 조사량25kW/m²㉮

점화용 불꽃이 없는 상태에서 의 조사량25kW/m²㉯

점화용 불꽃이 없는 상태에서 의 조사량50kW/m²㉰

판정기준③

연기각각의 시험 조건에서 단위 면적당 연기의 최대 흡광도(㉮ Ds 에 대한 평균)

(Dm 을 구한다) .

격벽 및 내장재 또는 천정재의 면에 사용되는 재료는 모든 시험 조건에서- Dm이

을 초과해서는 안된다200 .

면 바닥재로 사용되는 재료는 모든 시험 조건에서- Dm이 을 초과해서는 안된500

다.

유독성㉯

모든 시험 조건에서 측정된 가스의 농도는 다음의 한계치를 초과해서는 안된다.

표 가스표 가스표 가스표 가스농농농농도 한계치도 한계치도 한계치도 한계치11.11.11.11.

가스 농도

CO 1450 ppm

HBr 600 ppm

HCl 600 ppm

HCN 140 ppm

HF 600 ppm

SO 120 ppm

NOx 350 ppm

- 98 -

표 난연 등급표 난연 등급표 난연 등급표 난연 등급12. ISO 118212. ISO 118212. ISO 118212. ISO 1182

나 규정에 의한 시험나 규정에 의한 시험나 규정에 의한 시험나 규정에 의한 시험편편편편 준비 및준비 및준비 및준비 및 결결결결과과과과. ISO 1182. ISO 1182. ISO 1182. ISO 1182

각 재료에 대한 개의 시험편 준비(1) 5

시험편은 원통형이어야 하고 각각의 시험편은 지름 높이(2) 45(mm), 50(±3)mm

및 의 부피를 가져야 함80(±5)cm3

시험편은 통풍이 되는 오븐 안에서 시간 동안 유지하는 방법으로(3) 20~24 60℃

상태를 조절하며 시험을 하기 전에 건조기에서 주위 온도까지 냉각함,

각 시험편의 질량은 시험로 내에서 시험을 실시하기 전에 의 정밀도까지(4) 0.1gㄹ

측정

- 99 -

한국방재연구소에 시험의뢰(5)

그림 시험규격에그림 시험규격에그림 시험규격에그림 시험규격에 맞춘맞춘맞춘맞춘 시험시험시험시험편편편편 이미지이미지이미지이미지 좌좌좌좌 불연성단열재 와불연성단열재 와불연성단열재 와불연성단열재 와 우우우우 불연성단열재불연성단열재불연성단열재불연성단열재78. ( ) 2 ( ) 178. ( ) 2 ( ) 178. ( ) 2 ( ) 178. ( ) 2 ( ) 1

결과(6)

표 불연성 실험표 불연성 실험표 불연성 실험표 불연성 실험결결결결과 요약과 요약과 요약과 요약16. ISO 115216. ISO 115216. ISO 115216. ISO 1152

목표치 판정기준ISO 1182 결과치

온도상승( T)⊿ 40≤ ℃중심과 표면의

온도상승 30≤ ℃150≤ ℃

질량손실( m)⊿ 50%≤ 50%≤ 71%≤

화염유지시간(tf) 초2≤ 초10≤ 초47≤

본 연구에서 목표치로 한 국제 해양인명안전조약인 규정의 는 최ISO 1182 A1, A2

고의 등급으로 업체가 요구한 난연 등급의 시장성의 목표와 다소 상이한 면이 있, 2

다 현재 우리나라 단열재 시장은 한국 산업규격은 난연 등급만 되어도 시장성. 2, 3

은 밝다고 보아진다.

- 100 -

건축물의 내장재료 및 구조의 난연 성능 시험방법인 산업규격의KS F 2271-2003

난연 등급 판정은 균열과 용융 잔염 배기온도 온도시간면직 발연계수로 판정하, , , , ,

나 규정은 국제규칙인 만큼 환경규제와 안전설비가 엄격하여 년 동안의 과제, ISO 1

만으로는 그 목표치에 도달하기 어려움이 있었다.

표 한국 산업규격의 난연성 등급표 한국 산업규격의 난연성 등급표 한국 산업규격의 난연성 등급표 한국 산업규격의 난연성 등급 판판판판정정정정17.17.17.17.

측정항목 난연 급1 난연 급2 난연 급3

시험체 변형 변형 없을 것 변형 없을 것 변형 없을 것

균열

시험체 뒷면의

균열폭이 전체

두께의 이하1/10

시험체 뒷면의

균열폭이 전체

두께의 이하1/10

시험체 뒷면의

균열폭이 전체

두께의 이하1/10

용융 용융 없을 것 용융 없을 것 용융 없을 것

잔염가열 종료 후 초30

이상 없어야 함

가열 종료 후 초30

이상 없어야

함 부가시험 초( 90 )

가열 종료 후 초30

이상 없어야 함

배기온도표준온도 초과

없어야 함.

분 이내 표준온도3

초과 없어야 함

분 이내 표준온도3

초과 없어야 함

온도시간 면적 0이하 부가시험100 (

이하150 )이하350

발연계수 30 60 120

개발의 중요성이 대두되고 있는 불연내장재에 있어 본 과제를 통해 축적된 기술을,

해당업체에 지원하고 새로운 생산 아이템 경량이면서 불연성이 우수한 신개념의, (

불연성 단열재 을 제공함으로써 업체의 경쟁력 강화 및 매출신장이 기대된다 현재) , .

차세대 난연성 단열재 판넬 시장을 선점하고자 하는 프리모드 판넬 또한 난연 등, 2

급 획득으로 무기질과 유기질의 비율로 혼합하여 제조한 패널로서 현재 동부재7:3

강과 스틸과의 기술제휴로 생산을 하고 있다 본 연구에서 제조한 폼 또한IK . EPS ,

규정에는 부족하였으나 밀도와 압축강도가 우수하며 난연 등급도 등급ISO 1182 , , 2

은 가능하리라 생각된다 페놀수지는 열경화성 접착 응고제로서 난연재 및 무기물.

이 포함된 코팅제와의 혼합물 통해 탄화막을 형성하여 발화온도를 높여주고 화염,

의 전파를 지연시킴으로 난연성이 우수하다고 할 수 있다.

- 101 -

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

■ 목표 대비목표 대비목표 대비목표 대비 달달달달성도성도성도성도

구분 세부 연구 목표 달성내용 달성도(%)

물리적 특성

밀도 100Kg/m

이하 밀도 56Kg/m

이하 100

압축강도 이상80KPa 압축강도 이상200KPa 100

열전도도 이하0.07W/m℃ 열전도도 이하0.06W/m℃ 100

불연성

(ISO1182)

온도상승 이하40℃ 온도상승 150℃ 80

질량감소 이하50% 질량감소 71% 70

화염유지시간 초 이하2 화염유지시간 초47 90

■ 지원 내용의 기여도지원 내용의 기여도지원 내용의 기여도지원 내용의 기여도

내용 기여도

소재 기술 확립 의 발포와 성형공정을 확립함Phenolic/Polystyrene .

소재 특성 평가 물리적 특성과 시험규정을 통한 특성평가를 행함ISO1182 .

기업 전략 최적설계를 통한 성형공정단축 및 원가절감과 생산량 증대에 기여함.

■ 연구 수행연구 수행연구 수행연구 수행 결결결결과 성취된 핵심기술과 성취된 핵심기술과 성취된 핵심기술과 성취된 핵심기술 확확확확보 내용보 내용보 내용보 내용

의 제조를 위한 기초기술을 제공하고 공정을 확립하였다Phenolic/Polystyrene .

경량 불연성 단열재 제조 기술 및 특허 현황 조사에 대한 기술 자문o

코팅층 제조를 통한 난연성 향상 기술 자문o

페놀수지는 열경화성 접착 응고제로서 난연재 및 무기물이 포함된 코팅제와의 혼-

합을 통해 탄화막을 형성하여 발화온도를 높여주고 화염의 전파를 지연시킨다, .

표면에 차 코팅으로 진행되며 차 코팅막은 난연 피막의 역할을 담당하고- EPS 2 , 1 ,

차 코팅막은 각 비즈의 융착력과 결합력을 강화시키는 기능을 한다2 .

- 102 -

시제품 제작을 위한 전반적 제조공정 및 작업 조건 확립o

수지 균일 교반 및 도표 기술 재료 표면 처리 및 발포 난연재 및 무기재- , Core ,

첨가 코팅액 제조기술 불연성 복합재 재료의 밀도 제어 기술과 페놀수지에 대한,

열적 특성 및 경화 거동 규명 등의 의 기초 물성 를 확보Phenolic/Polystyrene DB

하였다.

제조한 소재를 의 규정에 따른 시험 및 특성을 평가하여 기존의 불연o SOLAS ISO

성 단열재보다 성능이 우수함을 확인하고 현재 사용되는 소재를 대체하고자 하였,

다.

한국방재연구소에 시험편을 의뢰하여 평가·

본 연구에서 목표치로 한 국제 해양인명안전조약인 규정의 은 최고o ISO1182 A1

의 등급으로 업체가 요구한 목표와 다소 상이한 면이 있다 현재 우리나라 단열재.

시장은 난연 등급만 되어도 시장성은 밝으나 규정은 국제규칙인 만큼 환경2, 3 , ISO

규제와 안전설비가 엄격하여 년 동안의 과제만으로는 그 목표치에 도달하기 어려1

움이 있었다.

- 103 -

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

■ 추추추추가 연구의 필요성가 연구의 필요성가 연구의 필요성가 연구의 필요성

본 연구에서 제조한 계 경량 불연성 단열재는 선진기술 보- Phenolic/Polystyrene

유국에서 이전을 기피하는 기술선점효과가 큰 분야의 기술로서 짧은 개월 동안12

지금까지의 연구결과를 얻기 위해 노력을 다하였지만 규격과 산업규격에서 난, ISO

연 등급을 획득하기 위해서는 아직 불연성시험에서 미흡한 실정이다 현재 페놀1 . ,

수지에 탄소나노파우더를 첨가하여 특성 향상을 구현하려고 노력하고 있으며 이를,

구현하기 위하여 보다 집중적인 추가 연구가 필요한 상황이다.

본 연구에서 개발한 계 경량 불연성 단열재를 자동차 및 철- Phenolic/Polystyrene

차용 내장재 제품으로 개발 및 상용화를 하기 위해서는 평판제작 뿐 아니라 형물,

제작 고생산성 표면품질 개선 두께정밀도 향상 등에 관한 개발이 필요하다, , , .

■ 타 연구와 연타 연구와 연타 연구와 연타 연구와 연결결결결

제조한 계 경량 불연성 단열재는 국내 외 요구사항에 부- Phenolic/Polystyrene ·

응하는 불연성 단열제품의 추가 개발로 사업다각화 및 해외수요 흡수가 가능하다.

본 연구에서 제조한 경량 불연성 단열재를 이용하여 년 이후 생산이 예정- , 2007

된 경전철차용 경량 불연성 내장재 제조와 직접 연계할 수 있다.

■ 연구개발연구개발연구개발연구개발결결결결과의 파급효과과의 파급효과과의 파급효과과의 파급효과

개발의 중요성이 대두되고 있는 불연내장재에 있어 본 과제를 통해 축척된 기술- ,

을 해당업체에 지원하고 새로운 생산 아이템 경량이면서 불연성이 우수한 신개념, (

의 불연성 단열재 을 제공함으로써 업체의 경쟁력 강화 및 매출신장이 기대된다) , .

현재 국내와 해외에서는 난연성 향상을 위한 의 발포와 성형에 따른- , Polystyrene

코팅층 제조와 패널 제조 및 발포법에 관한 특허가 상당하며 활발히 연구가 진행, ,

되고 있으며 또한 정부의 건설교통부 고시로 건축물의 단열재의 두께 및 특성을 제

품으로 선호 추세이나 압출법의 주된 공정은 독일의 기술 제휴를 통해 생산하는,

상황이나 본 연구에서 제조한 계 경량 불연성 단열재를 통하Phenolic/Polystyrene

여 국내잠재시장의 활성화가 가능하다.

- 104 -

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

1. Wojciech Baltcerowiak, Jacker Hetper, Bronislaw Kaledkowski, Marian Gryta,

A new approach to the determination of the heat of phenolic resol synthesis,

Thermochimica Acta 320 (1998) 209-214

2. H.-T. Chiu, S.-H. CHiu, R.-E. jeng, J.-S. Chung, A study od the

combustion and fire-retardance behaviour of Unsaturated polyester, phonlic

resin blends, Polymer Degradation and Stability 70 (2000) 505-514

3. R.D. Patton, C.U. pittman jr, L. Wang, J.R. Hill, A. day, Ablation,

mechanical and thermal cinductivity properties of vapor grown carban fiber,

phanolic matrix composites, Composites: Part A 33 (2002) 243-251

4. C.P. Reghunadhan Nair, Advances in addition-cure phenolic resins,

Available online at www.sciencedirect.com

5. J. E. Petit, A. Mansuet, M. Ferrie, V. Cervantes, D. Rebuffat, M. Vachon,

Aircraft seat cushions fire resistance comments on the standardized tests

6. ISO 1182 Third edition, Fire tests - Building materials - Non-combustibility

test

7. Hongbin Shen, Steven Nutt, Mechanical characterization of short fiber

reinforced phenolic foam

8. M. Francesca Ottaviani, Maura Tomatis, and Bice Fubini, Surface Properties

of Vitreous Fibers

9. Jia-Min Lin, Chen-Chi M. Ma, Thermal degradation of phenolic resin/silica

hybrid ceramers

10. Hongbin Shen, Steven Nutt, Mechanical characterization of short fiber

reinforced phenolic foam

11. Jia-Min Lin, Chen-Chi M. Ma, Thermal degradation of phenolic resin/silica

hybrid ceramers

- 105 -