KR100366235B1

KR100366235B1 - 불연제 조성물, 이의 제조방법 및 이를 처리한 불연재

Info

Publication number: KR100366235B1
Application number: KR1020000018133A
Authority: KR
Inventors: 김형식
Original assignee: 김형식
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2003-01-09
Also published as: KR20010100274A

Abstract

본 발명에 따라, 불연제 조성물, 이의 제조방법 및 이를 처리한 불연 제품이 제공된다.

또한, 본 발명은, 방염도가 기존의 불연성 또는 난연성 조성물에 필적하는 불연제 조성물을 제공할 뿐만 아니라, 직물, 부직포, 벽지, 목판재 등의 피처리재에 처리시 내구성(마모 강도)과 인장강도, 인렬강도가 우수한 불연 제품을 제공할 수 있다.

Description

불연제 조성물, 이의 제조방법 및 이를 처리한 불연재{Non-flammable compositions, a process for the production thereof and non-flammable materials treated therewith }

본 발명은 불연제 조성물, 이의 제조방법 및 이를 처리한 불연재(不燃材), 특히 방염도와 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 내열성, 인장강도 및 인렬강도가 우수한 불연재에 관한 것이다.

최근, 화재로 인한 피해의 방지와 인명 존중의 관점에서 세계적으로 난연화에 관한 법규제가 강화되고 있고, 이에 따라 관련 업계에서는 난연제 또는 불연제의 개발에 상당한 관심을 기울이고 있는 실정이다.

직물의 경우, 방염성을 부여하는 방법은 일반적으로 세 가지 방법으로 크게 나눌 수 있다: 즉 (1) 방염제를 직물의 표면에 처리하는 방법, (2) 섬유로 방사하기 전에 합성단계에서 중합체에 첨가하는 방법 및 (3) 방염성이 있는 섬유를 개발하여 직물을 제직하는 방법으로 나눌 수 있다.

한편, 방염 가공에 사용되는 방염 가공제는 비내구성 방염 가공제(예: 인산암모늄, 붕사, 붕산, 설파민산 등), 반내구성 방염 가공제(예: 주석, 아연, 알루미늄의 불용성 인산염 또는 붕산염 및 제2주석, 제2철, 아연, 실리콘 등의 산화물 등) 및 내구성 방염 가공제(예: THPC와 TMM과의 축합물 등) 세 가지로 나누어진다.

규산나트륨(Na₂SiO₃)은 위의 세 가지 방염 가공제 중에서 반내구성 방염 가공제에 속하는 것으로 분류할 수 있으며, 알칼리성의 회백색 분말로서, 물에는 가용성이지만, 알콜과 산에는 불용성인 물질이며, 넓은 의미에서 물유리(water glass, Na₂O·nSiO₂)에 포함된다.

또한, 물유리는 산화나트륨(Na₂O)과 이산화규소(SiO₂)의 결합 비율에 따라 여러 가지 형태로 존재하는데, Na₂O : SiO₂의 비가 1:1.6 내지 1:4인 것을 콜로이달 실리카(colloidal silica)라고 하고, Na₂O : SiO₂의 비가 1:1인 것을 메타규산나트륨(sodium metasilicate), Na₂O : SiO₂의 비가 1.5:1인 것을 세스퀴실리케이트(sesqui-silicate), Na₂O : SiO₂의 비가 1.5:1인 것을 오르토 실리케이트(ortho-silicate)라고 한다.

일반적으로, 물유리는 다음과 같은 건식법(乾式法)과 습식법(濕式法) 두 가지 방법으로 제조되고 있다.

(1) 건식법

규사(硅砂)와 탄산나트륨과의 혼합물을 1300 내지 1500℃의 온도 범위에서 가열, 용융시켜 유리를 만들고, 이를 저압 오토클레이브 속에서 처리한다.

(2) 습식법

콜로이드질 규산 또는 규조토와 수산화나트륨을 오토클레이브 속에서 가열, 반응, 융해시킨다.

한편, 물유리는 세제, 세정제, 침투제, 접합제, 접착제, 방화제, 토양 경화제, 내화 시멘트용 원료, 경수 연화제 제조용 원료, 실리카 겔 제조용 원료, 난(卵)의 방부제 등으로서 사용되고 있는 것으로 공지되어 있다.

방염 효과를 나타내는 것으로 공지되어 있는 물유리를 직물, 부직포, 벽지, 펠트(felt), 목판재, 판넬 등의 피처리재에 직접 처리하여 피처리재에 불연성을 부여하고자 하는 경우에는, 물유리 자체의 취성(脆性)으로 인하여 사용시 내구성이 열악해진다는 단점이 있다.

또한, 현재 시판되고 있는 방염제 또는 난연제 중에서 특히 할로겐을 함유하는 방염제 또는 난연제는 열원(熱源)에 노출되면 인체에 유해한 유독 가스를 발생하여, 사람이 이를 흡입하는 경우, 호흡기계 기관(器官)이 치명적으로 손상됨에 따라 심한 경우에는 사망에 이르기도 한다.

따라서, 본 발명자는 이러한 단점을 개선하기 위하여 예의 연구한 결과, 물유리에 1a족 알칼리 금속의 탄산염 또는 중탄산염과 고체 이산화탄소를 특정 중량비로 혼합, 반응시켜 수득한 규산나트륨계의 불연성 반응 생성물(A)와 1a족 알칼리 금속 또는 3b족 금속의 수산화물(B)로 이루어진 조성물을 불연제 조성물로서 사용하는 경우, 물유리를 직물, 부직포, 벽지, 펠트, 목판재, 판넬 등에 직접 처리하는 경우에 발생하는 취성이 나타나지 않게 되고, 열원과 접촉하여 연소되더라도 유독 가스를 발생하지 않을 뿐만 아니라 탄화 흔적을 거의 나타내지 않으며 내구성, 인장강도, 인렬강도 등이 향상된다는 사실을 밝혀내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 제1 목적은 내구성(마모 강도), 내열성, 인장강도, 인렬강도 및 방염도가 우수한 불연제 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 본 발명에 따르는 불연제 조성물을 용이하고도 간단한 방법으로 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제3 목적은 본 발명에 따르는 불연제 조성물을 사용하여 고도의 방염 효과를 필요로 하는 각종 피처리제, 예를 들면, 부직포, 펠트, 커텐용 직물, 항공기 및 자동차 내장용 직물, 실내 장식용 벽지, 비닐 하우스용 보온 덮게 등을 처리하여 방염도가 우수할 뿐만 아니라 내구성, 내열성, 인장강도 및 인렬강도가 우수한 방염재(防炎材)를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르는 불연제 조성물은 1a족 알칼리 금속의 탄산염 또는 중탄산염, 물유리 및 고체 이산화탄소를 특정 중량비로 혼합, 반응시켜 수득한 규산나트륨계의 불연성 반응 생성물(A)와, 당해 반응 생성물(A) 100중량%를 기준으로 하여, 10 내지 20중량%의 1a족 알칼리 금속 또는 3b족 금속의 수산화물(B)를 포함한다.

규산나트륨계의 불연성 반응 생성물(A)를 제조하는 데 사용되는 물유리로서는, Na₂O : SiO₂의 비가 1:1.6 내지 1:4인 콜로이달 실리카, Na₂O : SiO₂의 비가 1:1인 메타규산나트륨, Na₂O : SiO₂의 비가 1.5:1인 세스퀴실리케이트, Na₂O : SiO₂의 비가 1.5:1인 오르토 실리케이트를 사용할 수 있으며, 시판품을 구입하여 사용하거나, 건식법 또는 습식법에 따라 직접 합성하여 제조한 것을 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 이들 중에서 Na₂O : SiO₂의 비가 1:1인 메타규산나트륨을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르는 불연제 조성물을 구성하는 성분 중의 하나인 반응 생성물(A)는 1a족 알칼리 금속의 탄산염 또는 중탄산염, 물유리 및 고체 이산화탄소를 0.25 : 1 : 0.25의 중량비로 반응시켜 수득한 것이다.

반응 생성물(A)의 제조에 있어서, 1a족 알칼리 금속의 탄산염 또는 중탄산염은 경화용으로 사용되고, 고체 이산화탄소(드라이 아이스)는 습기 제거용으로 사용된다.

본 발명에서 사용할 수 있는 1a족 알칼리 금속의 탄산염 또는 중탄산염은, 예를 들면, 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 중탄산리튬, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨을 포함하며, 시중에서 통상적으로 시판되고 있는 것을 구입하여 사용할 수 있다. 본 발명을 실시하는 데 있어서는 탄산나트륨과 중탄산나트륨이 바람직하며, 탄산나트륨이 특히 바람직하다.

본 발명에 따르는 불연제 조성물을 구성하는 또다른 성분인 1a족 알칼리 금속 또는 3b족 금속의 수산화물(B)는, 예를 들면, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화알루미늄을 포함하며, 시중에서 통상적으로 시판되고 있는 것을 구입하여 사용할 수 있다. 본 발명을 실시하는 데 있어서는 수산화나트륨과 수산화알루미늄이 바람직하며, 수산화알루미늄이 특히 바람직하다.

당해 성분(B)는, 반응 생성물 100중량%를 기준으로 하여, 10 내지 20중량%의 양으로 사용된다.

본 발명에 따르는 불연제 조성물에 있어서, 1a족 알칼리 금속 또는 3b족 금속의 수산화물(B)는, 반응 생성물(A)가 pH 11.5 내지 13의 강알칼리성을 나타내기 때문에, 이를 중화시키는 역할을 한다. 당해 성분(B)는 시판 중인 것이라면 특별한 지장을 받지 않고 본 발명에서 사용할 수 있다.

1a족 알칼리 금속 또는 3b족 금속의 수산화물(B)의 사용량이, 반응 생성물(A) 100중량%를 기준으로 하여, 10중량%보다 적은 경우에는, 피처리재의 제품 강도가 저하되며, 따라서 실제 사용에 있어서는 부적합하게 되어 바람직스럽지 않다. 한편, 이의 사용량이 20중량%보다 많은 경우에는, 본 발명에 따르는 불연제 조성물이 급결(急結)되는 경향을 나타내어, 결과적으로 내구성이 열악해지므로, 실제 사용에 있어서 바람직스럽지 않다.

본 발명에서 목적하는 불연재(不燃材)는 본 발명에 따르는 불연제 조성물을 25 내지 30%의 함침율로 피처리재를 함침시키고, 150℃ 이상의 온도에서 열경화시킴으로써 수득된다.

피처리재는 방염 또는 방화처리를 필요로 하는 것이라면 어떠한 종류의 것이라도 상관 없으며, 이의 예로써는 부직 웹, 펠트, 폐섬유 매트, 커텐용 직물, 실내 장식용 벽지, 목판재, 판넬, 비닐 하우스용 보온 덮게 등을 들 수 있다.

불연재의 제조에 있어서, 피처리재의 함침율이 25%보다 낮은 경우에는 최종적으로 수득한 불연재의 강도가 낮아서 실제로 사용하기에는 부적합하여 바람직하지 않다. 한편, 피처리재의 함침율이 30%를 초과하는 경우에는 강도가 지나치게 커져서 유연성이 부족해지므로, 산업 현장에서 취급하기가 곤란해진다.

열경화시 사용하는 온도는 특별히 한정되지 않으며, 150℃ 이상이면 상관 없다.

이하에서 본 발명에 따르는 불연제 조성물 및 당해 조성물로 함침처리되거나, 피복처리된 불연재가 나타내는 방염도, 내구성(마모 강도), 인장강도 및 인렬강도를 측정하는 실험에 대하여 설명한다:

1. 방염도

본 발명에 따르는 불연제 조성물과 당해 조성물로 함침처리된 불연재의 방염도는 KS K 0585(수직법)에 따라 측정한다:

2. 내구성(마모 강도)

본 발명에 따르는 불연제 조성물로 함침처리된 불연재의 내구성(마모 강도)은 KS K 0540(팽창막법)에 따라 측정한다.

당해 측정법에서 다이아프램 압력은 4psi이고, 적용 하중은 1lbf이며, 마모자는 CW-320이다.

3. 인장강도

본 발명에 따르는 불연제 조성물로 함침처리된 불연재의 인장강도는 KS K 0520(C.R.E., 그래브법)에 따라 측정한다.

4. 인장신도

본 발명에 따르는 불연제 조성물로 함침처리된 불연재의 인장신도는 KS K 0520(C.R.E., 그래브법)에 따라 측정한다.

5. 인렬강도

본 발명에 따르는 불연제 조성물로 함침처리된 불연재의 인렬강도는 KS K 0537(C.R.E., 트래피조이드법)에 따라 측정한다:

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하며, 이들 실시예는 본 발명의 범위를 제한하거나 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다.

비교실시예 1

콜로이달 실리카 10㎖와 수산화알루미늄 0.2g을 혼합하여 불연성 조성물을 0.3ℓ 수득한다. 이어서, 당해 조성물을 사용하여 부직포를 다음 실시예 1의 과정과 동일한 과정으로 함침처리하여 대조용의 불연성 부직포를 수득한다.

비교실시예 1에 따라 수득한 대조용의 불연성 부직포는 불연제가 부직포의 표면으로부터 부스러기로 떨어져나와 실제로 사용하기에는 부적합하였다.

비교실시예 2

탄산칼륨 4g, 오르토 실리케이트 16g 및 고체 이산화탄소 4g을 혼합, 반응시켜 반응물을 0.2ℓ 수득하고, 이를 다음 실시예 1의 과정과 동일한 과정으로 부직포에 함침처리하여 대조용의 불연성 부직포를 수득한다.

비교실시예 2에 따라 수득한 대조용의 불연성 부직포는 불연제가 부직포의표면으로부터 부스러기로 떨어져나와 실제로 사용하기에는 부적합하였다.

실시예 1

탄산나트륨 0.2g, 콜로이달 실리카 0.8ℓ 및 고체 이산화탄소(드라이 아이스) 0.2g을 환류 콘덴서, 온도계 및 자기 교반기가 구비되어 있는 2ℓ들이 3구 환저 플라스크 속에 넣고, 환류하에 150℃로 가열한다. 이어서, 생성된 불연성 반응 혼합물에 수산화알루미늄을, 반응 혼합물의 중량을 기준으로 하여, 20중량%의 양으로 첨가하여 본 발명에 따르는 불연성 조성물을 0.5ℓ 수득한다.

실시예 2

실시예 1의 과정을 반복하되, 콜로이달 실리카를 메타규산나트륨으로 대체하고 수산화알루미늄 대신에 수산화나트륨을 동일한 양으로 사용하여 본 발명에 따르는 불연성 조성물을 0.5ℓ 수득한다.

실시예 3

실시예 1의 과정을 반복하되, 콜로이달 실리카를 메타규산나트륨으로 대체하고 탄산나트륨 대신에 탄산칼륨을 동일한 양으로 사용하여 본 발명에 따르는 불연성 조성물을 0.8ℓ 수득한다.

실시예 4

실시예 1을 통하여 수득한 불연성 조성물을 20㎝ × 20㎝ 부직포[WD 300,세원산업(주) 제품]에 함침시키고, 한 쌍의 스퀴즈 롤러의 닙(nip) 사이를 통과시켜 함침율이 25%로 되도록 조정한 다음, 180℃의 온도에서 열처리하여 경화시켜 불연성 부직포를 수득한다.

이렇게 하여 수득한 불연성 부직포에 대하여 방염도, 내구성(마모 강도), 인장강도, 인장신도 및 인렬강도를 측정한다:

측정 결과는 다음 표 1 내지 표 5에 기재되어 있다.

방염도 시험 결과

	불연제 미처리 부직포	불연제 처리 부직포
잔염시간(sec)
경사	30.4	0
위사	33.6	0
잔진시간(sec)
경사	30.4	0
위사	33.6	0
탄화거리(mm)
경사	22.4	0.8
위사	21.5	0.6

내구성(마모 강도) 시험 결과

불연제 미처리 부직포	불연제 처리 부직포
252회	3000회 이상

인장강도 시험 결과

	불연제 미처리 부직포	불연제 처리 부직포
길이	61.3Kgf	104.1Kgf
폭	58.8Kgf	152.4Kgf

인장신도 시험 결과

	불연제 미처리 부직포	불연제 처리 부직포
길이	112%	29%
폭	86%	38%

인렬강도 시험 결과

	불연제 미처리 부직포	불연제 처리 부직포
길이	27.0Kg	23.5Kg
폭	21.8Kg	33.7Kg

위의 표 1 내지 표 5의 결과로부터, 본 발명에 따르는 불연제 조성물을 처리하여 수득한 불연 제품은 방염도, 내구성(마모 강도), 인렬강도가 우수하다는 사실을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 불연제 조성물은, 피처리재인 부직포를 함침처리하여 불연성을 시험하는 경우, 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 연기를 전혀 발생하지 않을 뿐만 아니라 탄화 흔적을 거의 나타내지 않았다.

한편, 본 발명의 불연제 조성물로 처리된 부직포는 미처리 부직포에 비하여 약 10배 이상의 내구성을 나타낸다는 사실을 표 2의 결과로부터 잘 알 수 있다.

실시예 5

실시예 4에서 피처리재로서 사용한 부직포 대신에 벽지를 사용하고 함침율을 30%로 하는 것을 제외하고는 실시예 4의 과정을 반복하여 불연성 벽지를 수득한다.

본 발명은 기존의 방염제를 피처리재에 처리하였을 때 수득할 수 있는 방염도에 필적하는 방염도를 제공할 뿐만 아니라 내구성(마모 강도), 인장강도, 인렬강도 또한 우수한 불연제 조성물을 제공한다.

본 발명을 이의 특정 양태에 대하여 상세하게 설명하였으나, 당해 기술 분야의 숙련가는 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화와 수정이 가능함을 잘 알 수 있을 것이다.

Claims

1a족 알칼리 금속의 탄산염 또는 중탄산염, 물유리 및 고체 이산화탄소를 0.25 : 1 : 0.25의 중량비로 혼합, 반응시켜 수득한 규산나트륨계의 불연성 반응 생성물(A)와, 당해 반응 생성물(A) 100중량%를 기준으로 하여, 10 내지 20중량%의 1a족 알칼리 금속 또는 3b족 금속의 수산화물(B)를 포함함을 특징으로 하는 불연제 조성물.

제1항에 있어서, 1a족 알칼리 금속의 탄산염 또는 중탄산염이 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 중탄산리튬, 중탄산나트륨 및 중탄산칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 불연제 조성물.

제1항에 있어서, 물유리가 콜로이달 실리카, 메타규산나트륨, 세스퀴실리케이트 및 오르토 실리케이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 불연제 조성물.

제1항에 있어서, 1a족 알칼리 금속 또는 3b족 금속의 수산화물이 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 불연제 조성물.

1a족 알칼리 금속의 탄산염 또는 중탄산염, 물유리 및 고체 이산화탄소를0.25 : 1 : 0.25의 중량비로 혼합, 반응시켜 수득한 규산나트륨계의 불연성 반응 생성물을 대기압하에 150 내지 250℃의 온도 범위에서 1a족 알칼리 금속 또는 3b족 금속의 수산화물과 혼합함을 특징으로 하여, 불연제 조성물을 제조하는 방법.

피처리재를 제1항에 따르는 불연제 조성물로 함침시키고, 함침율이 25 내지 30%가 되도록 스퀴즈 롤러의 닙 사이를 통과시킨 다음, 150℃ 이상의 온도에서 열경화시킴을 특징으로 하여 피처리재를 불연처리하는 방법.

제6항에 있어서, 피처리재가 직물, 부직포, 폐섬유 매트, 농업용 보온재, 건축용 내장재 및 건축용 외장재로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.

제1항에 따르는 불연제 조성물을 사용하여 불연처리한 직물.

제1항에 따르는 불연제 조성물을 사용하여 불연처리한 부직포.