Hot Tech - 고기능 난연성 단열재 제조 기술
Hot Tech는 기술을 선도하는 혁신기업으로부터 듣는 최신 기술동향입니다.
▲ 송경현 대표이사경향셀(유)
경향산업(유), 경향셀(유)(이하 경향)은 1994년 설립된 국내 유일의 플라스틱 및 고무 가교 발포 단열재 전문 제조업체이다.
인간 중심의 친환경 재료를 사용하여 제품을 제조하고 있으며, 시대적 이슈인 친환경, 에너지, 안전의 공동가치 실현을 기업의 목표로 삼는다.
가교 발포 단열재는 건설, 건축, 자동차, 조선 분야의 보온/보냉재는 물론 스포츠, 레저 분야에 이르기까지 광범위하게 적용되고, 상기한 이슈에 대한 전 세계적 조명으로 인해 지속적인 성장세를 보이고 있다.
경향은 국내 최초의 고강도 난연성 NBR 단열 발포체 제조 기술 개발(특허 10-1547988) 및 NET 인증(2016년 4월)과 더불어 상품화(KAIFLEX)를 성공적으로 이루었으며, 현재 국내시장에서 그 우수성을 인정받고 있을 뿐만 아니라 관련 산업의 선두주자로서 자리매김 하고 있다(그림 1 참조).
특히 폴리올레핀 및 고무 발포 분야에서 가교-발포 속도 제어, 난연화 및 고기능화 기술에 대한 노하우 축적이 이루어져 있다.
고강도 난연성 NBR 단열 발포체 제조 기술
본 NET 인증기술은 전 세계적인 에너지 절감 및 CO2 저감을 위한 단열, 경량 소재 개발 및 지속적인 적용 확대에 적극 대응할 수 있는 혁신 기술이다.
현재 국가 에너지 신산업 6대 모델 중 제로에너지 빌딩사업 등에 적용 가능한 단열성 극대화를 위한 우수한 에너지 효율 향상 재료 제조 기술이며, 현재 약 1,000억 원/년 이상의 수입 난연성 고무 발포체(단열재)를 대체할 수 있는 기술이다.
본 혁신기술은 다량 수입(선진사)되는 난연성 고무 단열 발포체의 주요 물성(열전도율, 밀도, 인장강도, 신장률, 난연성, 가스 유해성 등)과 비교하여 월등한 저열 전도율 & 고강도의 난연성 고무 단열 발포체 제조 기술이다(표 1 참조).
특히, 화학가교 발포 공정 중 고온(160~200℃)에서의 발포 성형시 셀 안정성을 확보시킬 수 있는 내열성 재료(실라잔-실록산 등)로 코팅되어 있으며, 또한 화재 발생시 유해가스를 저감시킬 수 있는 새로운 난연제(표면 처리된 무기계 및 인계 난연제, 나노 및 다공성 물질)를 포함하여 우수한 발포 특성(미소 닫힌 셀 & 저밀도 & 저열도율), 난연 특성(한계산소지수 32이상, 가스 유해성 9분 이상) 및 기계적 특성(고강도 ∝ 용이한 시공성)을 갖고 보다 경제적인(∝ 물성의 극대화로 인한) 고난연성 고무 발포체 제조 기술이다.
따라서 본기술은 물성, 가공성 및 재료의 전반적인 면에서 기존 기술 대비하여 매우 향상된 혁신 기술이라 할 수 있다(그림 2 참조).
본 혁신기술의 중요 요소 기술로, 가교-발포 속도제어 기술, 난연화 기술, 인장강도 제어 기술 등을 들 수 있다.
가교-발포속도 제어 기술
셀의 구조(닫힌/열린 정도, 크기), 표면 평활성, 탄성률, 밀도, 열전도율 등과 직접 관련되며, 적정 규명여부는 밀도 등을 통해 확인할 수 있다.
본 기술은 특히 조성 부분에서 가교/촉진제 및 발포/촉진제의 종류 및 양 조절을, 공정 조건 부분에서는 압출/가교/예비발포/발포 공정에서의 속도 및 열(풍)량의 조절이 이루어졌다.
이때 초기 가교의 효율성을 높이고 예비 발포 구간까지 지속적이고 원만한 가교가 이루어지도록 하여 다음과 같은 우수한 발포 특성(미소 셀 및 닫힌 셀 구조)을 유도하였다(그림 3 참조).
난연화 기술
난연도가 높은(한계산소지수 28 이상) 친환경성(가스 유해성 적합) 단열 발포제품을 위해 다량의 난연제가 포함될 경우 셀 구조를 제어할 수 있는 조합별 난연-발포 기술 확보가 매우 어려우며, 이로 인해 셀 구조 제어가 어려워지면 단열재의 주요 물성인 낮은 밀도 및 열 전도율을 확보하기 매우 어렵다.
본 기술에서는 코팅되지 않은 저가의 무기 금속 수산화물을 실라잔-실록산 코팅하여 기존 대비 경제성은 물론 내열/내습/입도 균일/상용성을 확보하여 함량 대비 난연성을 극대화하였고, 나노 및 다공성물질을 사용하여 연기 밀도 저감 및 난연성을 향상시켰다.
결과적으로 미소 셀 구조(열전도율 향상) 하에서 기존 동량 대비 LOI +3 이상의 우수한 시너지 효과를 규명하였다.
이로써 기존 대비 무기 금속 수산화물 30% 이상의 저감, 가공성의 향상(무기계 난연제의 발포 공정 내 분해 및 다량 사용에 대한 문제점 해결) 및 물성 향상을 유도하였다(그림 4 참조).
인장강도 제어기술
고강도 제품의 경우 고발포율(저밀도)의 유지 하에서 높은 인장강도 및 신장률을 유도하는 것이 쉽지 않으며, 이의 조절을 위해서는 고무의 종류를 포함한 조성, 적정 가공방법/조건의 조절 및 최적화가 매우 중요하다.
본 기술에서는 특히, 고점도의 고무를 사용하고, 최종 가교도의 상승을 위해 근본적으로 가교제 양을 늘렸으며, 가교 공정에서 가교 온도를 높이는 것과 가교시간을 늘리는 것에 대해 적정 규명함으로써 닫힌 셀 구조 및 저밀도의 유도와 더불어 인장강도를 향상시켰다(그림 5 참조).
세계적으로 에너지, 환경, 안전이라는 시대적 이슈와 맞물려 단열재 시장은 기본적인 친환경성 및 난연성의 충족 아래 에너지 효율성 재료로써 급속한 성장세를 보이고 있으며, 향후 그 지속 가능성도 매우 높다고 할 수 있다.
그러나 선진국의 기술 차폐와 국내 기술력 부족 등으로 상기한 에너지 효율성, 친환경성, 안전성의 3대 요소를 모두 충족시키는 기술 개발이 매우 어려운 실정이다.
하지만 경향의 미래를 위한 새로운 도전 및 성과는 자사는 물론 나아가 국가 경쟁력 강화를 위한 의미 있는 시발점이 되었다고 자부한다.
앞으로 경향의 새로운 도전은 시대적 이슈를 반영하고 인류번영의 공동가치 실현이 이루어지는 날까지 지속될 것이다.