KR100321450B1 - 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포층을 형성하기 위해서 고온에서 이산화탄소로 쉽게 산화될 수 있는 젤라틴과 같은 유기성 발포제 0.001∼50%, 고온에서 이산화탄소를 발생시키는 탄산칼슘, 탈크와 같은 무기 탄산염 5∼70%을 포함하고 단열층을 형성하기 위해 고온 융점을 가지거나 고온 융점을 형성할 수 있는 물유리와 같은 단열재 10∼80%을 포함하는 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 화재 발생시 즉시 발포층을 형성하기 때문에 내화성과 단열성이 우수하고, 시공 두께가 얇고 철구조물이나 전선 등 각종 시설에 하도없이 직접 피복시킴으로써 비용을 줄일 수 있으며, 작업이 진행되는 동안 탈락이나 훼손 또한 적은 이점을 가진다.

Description

유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물 {Refractory coating compositions for the forming of organic and inorganic mixture}

본 발명은 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 건축물, 철구조물, 또는 전선 등에 도포되어 화재 발생시 즉시 발포층을 형성함으로써 각종 시설이 열에 의해 물리적 또는 화학적으로 성질 변화되는 것을 억제하여 상기 시설물의 강도 및 내력 저하를 방지할 수 있는 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물에 관한 것이다.

건축물, 선박, 산업 플랜트, 철구조물 등 각종 시설은 화재시 강도가 저하되고, 또한 전선이나 전기 시설물 등도 손상되어 그 기능이 저하된다. 따라서, 화재가 발생하더라도 건축물, 철구조물, 전선 등의 기능이 저하되는 것을 방지하기 위해서는 단열 및 내열성을 가지는 재료를 도포하여 허용 온도 이하로 보호하는 것이 매우 중요하다. 그러나, 현재까지는 여러 종류의 내화 페인트를 이용하여 가연성물질의 난연화에 주력하였다. 하지만, 고온에서 단열 효과를 높일수 있도록 화재시 열에 의해 발포 팽창되는 단열층을 만드는 기술 확보가 필요하다.

이를 위해, 많은 경우에 유기 발포제를 사용하여 발포층을 형성하여왔다 (JP10007947, 간사이 페인트 공업(Kansai Paint Co. Ltd), Shigeya Jun, Fukushima Tatsuo). 하지만, 이러한 유기 발포제를 제조하기 위해서는 유기성 용제를 사용해야만 했기 때문에, 작업시에는 휘발성 유기 용제들이 증발하여 인체에 해롭고 화재시에는 많은 유독성 가스를 발생시켜 사용상 제한이 있었다.

이를 개선하기 위해서 무기성 발포재료와 보호층이 개발되었으나 (JP06316682, Matsushima Koyo Kagaku KK, Jiyo Koukan), 대부분의 무기 내화 피복재(도료)는 단열 효과를 충족시키기 위하여 내화 도료의 두께를 두껍게 하여야만 하였다. 그 때문에 건물 모양이 좋지 않고, 건물 내부에 공간적인 손실이 있었으며, 비용이 많이 들었고, 보호층에 도포한 후 처짐 현상이나 박리의 위험이 있기도 하였다. 이를 개선하기 위해서 단열층에 단열효과가 좋은 흑연을 첨가하는 시도도 있었으나 그리 효과적이지는 못하였다(US5650448, Kay-Metzeler Limited, Wiliam R. Wallace, Ronald J. Baumforth).

또한 종래에는 각종 산업 구조물의 내화재로 일반적으로 스치로폴 또는 암면 등이 많이 사용되었다. 그러나, 스치로폴의 경우는 화재 발생시 고온의 열을 받게 되면 스치로폴이 녹아서 그 표면이 물방울처럼 응집되며 유독가스를 방출하고, 스치로폴 자체의 크기가 매우커서 폐기시에도 어려움이 많았으며, 암면은 인체에 암을 유발하는 성분을 포함하고 있어서 인체에 유해하였다.

또한 종래에는 내화 피복재를 도포하기 전에 철구조물이나 전선에 산화 방지(녹방지)용 광명단 페인트(하도)를 피복하기 때문에 작업이 진행되는 동안 광명단 페인트가 철구조물이나 전선으로부터 분리되기 쉬웠었다.

또한, 종래의 내화 피복재는 분진이 많이 발생되어 작업하기 불편하였고 인체에 유독하며 공해를 발생시키는 문제점이 있었다. 또한 보호층의 강도가 약하여 부서지기 쉽고, 약한 진동에도 견디지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화재 발생 즉시 균일한 발포층을 형성하여 발포 팽창성과 단열 효과가 우수한 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 유기 용제를 사용하지 않아 화재시 유독성 가스가 발생되지 않고 분진이 없어 인체에 무해한 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 철구조물이나 전선 등에 별도의 하도없이 얇게 도포할 수 있는 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 계속되는 목적은 철구조물, 건축물, 선박, 전선 또는 전기 시설물, 원자로 벽면에 도포할 수 있는 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물을 제공하는데 있다.

도 1은 외부에서 1000℃의 열을 가했을 때 시간에 따른 철골재 표면의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 발포층을 형성하기 위해 고온에서 이산화탄소로 쉽게 산화될 수 있는 젤라틴과 같은 유기성 발포제 0.001∼50%와, 이산화탄소를 발생시키는 탄산칼슘, 탈크와 같은 무기 탄산염 5∼70%을 포함하고 단열층을 형성하기 위해 고온 융점을 가지거나 고온 융점을 형성할 수 있는 물유리와 같은 단열재 10∼80%을 포함하는 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물을 제공한다.

상기 발포성 내화 피복재 조성물은 유기성 발포제, 무기 탄산염 및 단열재를 상기 정해진 비율로 잘 배합하고 교반함으로써 형성된다.

본 발명에 따른 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물은 화재시 고온의 열로 인해 발생되는 가스를 이용하여 발포층을 형성하게 된다. 본 발명의 발포층 형성과정을 좀 더 상세히 설명하면, 상기 발포성 내화 피복재 조성물이 건축물, 선박, 철구조물, 또는 전선이나 전기 시설물에 도포되었을 때 화재로 인해 발생된 고온의 열에 의해 본 발명의 구성 성분인 유기성 발포제 및 무기 탄산염이 분해됨에 따라 이산화탄소가 발생되고 이 가스에 의해 매우 미세하게 발포된 발포층이 형성된다.

상기 유기성 발포제로는 젤라틴, 멜라민, 에폭시수지, 셀룰로우즈계 및 카제인 중 하나 이상이 사용되지만, 이에 한정되지 않고 고온에서 이산화탄소로 산화될 수 있는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있다. 이러한 유기성 발포제를 상기 정해진 비율 이상으로 첨가하게 되면 탄소가 많아지게 되어 외관상 검어진다.

또한, 상기 무기 탄산염으로는 우리 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 탈크(Talc), 칼사이트(Calcite), 세피오라이트(Sepiolite), 돌로마이트(Dolomite), 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산마그네슘(MgCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 중탄산나트륨(NaHCO₃), 탄산칼륨(K₂CO₃), 중탄산칼륨(KHCO₃), 탄산바륨(BaCO₃), 보락스(Borax), 퍼라이트(Perlite), 마그네슘실리케이트계 화합물, 브러이너라이트(Breunnerite) 및 탄산망간(MnCO₃) 중 하나 이상이 사용되지만, 이에 한정하지 않고 이산화탄소를 방출할 수 있는 탄산염 화합물과 복합 탄산염 화합물이면 어느 것이나 사용될 수 있다. 이러한 복합 탄산염은 무기 탄산염 혼합물의 융점을 낮추는 이점을 가진다. 이러한 성질로 인해서, 화재 발생시 온도가 올라감에 따라 가스 발생 유발 물질인 혼합 탄산염이 상대적으로 저온에서 녹게 되어, 도포된 단열층에 균일하게 분산된다. 이에 따라, 온도가 분해 온도까지 도달하면 내화 도료층 전체에서 가스 발생이 골고루 이루어져 아주 균일한 발포층이 형성된다. 발포층이 균일하면 열 차단 효과가 극대화되어 아주 높은 고온에서도 좋은 단열효과를 얻을 수 있게 된다. 하지만, 무기 탄산염의 양이 상기 정해진 비율보다 낮아지게 되면 발포가 적게 일어나고 점성 및 접착성이 저하되므로 주의가 필요하다.

또한, 단열층을 형성하기 위한 단열재로는 통상의 물유리나 실리카(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃), 흑연, 실리카알루미네이트 및 버미큐라이트(Vermiculite) 중 하나 이상이 사용되지만, 이에 한정되지 않고 고온 융점을 가지거나 형성할 수 있는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있다.

일반적으로 내화 피복재를 철골 구조물에 도포할 때에는 방청 도료위에 도포하였으나 본 발명에 따른 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재는 방청도료 없이 바로 철골 구조물에 도포하여도 방청효과를 얻을 수 있는 부가 효과를 가진다.

본 발명은 다음의 실시예로서 더욱 상세히 설명된다. 하기 실시예는 철골구조물에서의 단열 효과를 보여주고 있지만, 이에 한정되지 않고, 건축물, 선박, 또는 전선이나 전기 시설물 등에 각각 한국 공업(KS) 규격에 맞게 도포하여 그 효과를 나타낼 수 있다. 또한 본 발명은 내화성 및 단열성이 우수하기 때문에 원자로 벽면에도 이용할 수 있다.

실시예

본 실시예에서는 단열 효과를 알아보기 위하여 철골 구조물에 본 발명에 따른 발포성 내화 피복재를 도포한 다음 외부에서 고온의 열을 가하여 시간에 따라 변하는 철골 구조물의 외부 온도를 측정하였다.

먼저 칼슘탄산염 20%, 셀룰로오즈계 1%, 물유리 60%, 마그네슘실리케이트 19%를 혼합하여 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물을 제조하고, 칼슘탄산염 및 마그네슘탄산염 30%, 멜라민계 1%, 물유리 55%, 실리카알루미네이트 24%를 혼합하여 보호층 조성물을 제조하였다. 본 실시예에서는 발포 단열층과 보호층의 조성물을 따로 제조하여 도포하였으나, 발포 단열층의 조성물로만 도포하여도 무방하다. 본 실시예에서는 방청 도료(하도)가 도포되어 있는 철골 구조물에 상기와 같이 제조된 발포성 내화 피복재 조성물과 보호층 조성물을 수회 도포하여 각각 두께 3mm의 발포 단열층(중도)과 3mm의 보호층(상도)을 얻었다. 그런 다음 완전히 건조된 후에 화재 발생시를 가정하여 60분 동안 외부에서 1000℃의 온도를 가했을 때 철골재 표면에서의 온도 변화를 측정하였다. 이 때, 시간에 따라 가해진 외부 온도는 표 1에 나타나 있고 그 결과는 도 1과 같다. 참고로 KS 규격에 적당한 강재의 허용 온도를 표 2에 나타내었다.

도 1은 외부에서 1000℃의 열을 60분 동안 가했을 때 시간에 따른 철골재 표면의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 1의 그래프에서 보는 바와 같이, 외부에서 1000℃의 열을 가하여도 철골재 표면의 온도는 30분에 100℃, 점차 증가하여 60분에는 340℃ 정도에 머물렀다. 이는 6mm의 단열층 만으로 1000℃의 열에서 그 표면 온도가 350℃ 미만으로 유지되었음을 나타내는 것으로, 내화 구조 기준에 적합함을 보여준다.

이상과 같이 본 발명은 기존의 내화 피복재에 있었던 여러가지 문제점들을 나타내지 않고 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

본 발명은 일례로 뿜칠(spray) 타입으로 되어 있고, 화재 발생시 유기성 발포제 및 무기 탄산염에서 발생된 이산화탄소를 이용하여 균일한 발포층을 형성함으로써 내화성 및 단열성이 우수하므로 건축물 또는 선박등의 내구성, 안정성에 상당한 영향을 미치며, 인명과 재산상의 피해를 탁월하게 방지할 수 있다.

본 발명은 철구조물이나 전선 등에 별도의 하도없이 도포하기 때문에 시공이 용이하고 안전하며 비용이 절감되는 등의 기술적, 경제적 이익이 생기며, 내화 피복재와 구조물 사이에 결착력이 우수하여 작업 진행되는 동안 탈락 및 훼손이 적다.

또한, 본 발명인 내화 피복재 조성물은 수용성으로 유기 용제를 사용하지 않아 유독성 가스가 발생하지 않고 분진 등이 없어 인체에 해가 없고 공해 발생이 없으며 청소 또한 용이하다.

또한, 시공 두께가 얇기 때문에 공간적으로 손실이 줄어들며, 비용도 크게 감소된다.

Claims (4)

1. 발포층을 형성하기 위해서 고온에서 이산화탄소로 쉽게 산화될 수 있는 젤라틴과 같은 유기성 발포제 0.001∼50%, 이산화탄소를 발생시키는 탄산칼슘, 탈크와 같은 무기 탄산염 5∼70%을 포함하고 단열층을 형성하기 위해 고온 융점을 가지거나 고온 융범을 형성할 수 있는 물유리와 같은 단열재 10∼80%을 포함하는 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기성 발포제는 젤라틴, 멜라민, 에폭시수지, 셀룰로우즈계 및 카제인 중 하나 이상인 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 무기 탄산염은 탈크(Talc), 칼사이트(Calcite), 세피오라이트(Sepiolite), 돌로마이트(Dolomite), 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산마그네슘(MgCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 중탄산나트륨(NaHCO₃), 탄산칼륨(K₂CO₃), 중탄산칼륨(KHCO₃), 탄산바륨(BaCO₃), 보락스(Borax), 퍼라이트(Perlite), 마그네슘실리케이트계 화합물, 브러이너라이트(Breunnerite), 탄산망간(MnCO₃) 중 하나 이상인 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 단열재는 물유리, 실리카(SiO₂), 산화 알루미늄(Al₂O₃), 흑연, 실리카알루미네이트, 버미큐라이트(Vermiculite) 중 하나 이상인 유기 및 무기 혼합 발포성 내화 피복재 조성물.