KR100580145B1 - 난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 코팅제가도포된 제품 - Google Patents

난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 코팅제가도포된 제품 Download PDF

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Abstract

알콕시 실란계 화합물이 포함된 난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 코팅제가 도포된 제품에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 제품 일면 또는 양면에 알콕시 실란계의 화합물 알콕시 실란계 화합물을 비롯하여 증류수 또는 이온교환수, 용제로써 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등 중 선택된 1 이상의 알코올계 물질, 실리카졸, HCl, HNO3, CH3COOH 등의 산촉매, 증점제, 무기안료 및 필러로써 산화티탄, 산화철, 크롬산화물, 산화아연 또는 산화규소를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 난연성 코팅제가 도포된 제품을 제공하며, 또한 상기 난연성 코팅층 상부면에 광촉매성 코팅층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 제품을 제공함으로써, 화재시에도 불이 붙지 않고, 유해가스를 배출하지 않아 인명피해를 최소화할 수 있으며, 환경에 유해한 물질을 배출하지 않으며, 대기중의 유해물질도 분해할 수 있는 환경친화적인 난연성 코팅층이 구비된 제품을 제공할 수 있다.
난연성, 광촉매성, 실란계 코팅제

Description

난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 코팅제가 도포된 제품{Non-flammable coating compositions and coated materials}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 단면도,
도 2는 실험예 2의 결과데이터이다.
* 도면의 주요부호에 대한 설명
10 : 제품
20 : 난연성 코팅층
30 : 광촉매성 코팅층
본 발명은 알콕시 실란계 화합물이 포함된 난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 코팅제가 도포된 제품에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 제품 일면 또는 양면에 알콕시 실란계의 화합물 알콕시 실란계 화합물을 비롯하여 증류수 또 는 이온교환수, 용제로써 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등 중 선택된 1 이상의 알코올계 물질, 실리카졸, HCl, HNO3, CH3COOH의 산촉매, 증점제, 무기안료 및 필러로써 산화티탄, 산화철, 크롬산화물, 산화아연 또는 산화규소를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 난연성 코팅제가 도포된 제품에 관한 것이다.
종래 건축용 또는 차량용의 내외장재로 이용되고 있는 알루미늄, 플라스틱 제품은 불소수지도료 등의 합성수지계 도료를 주로 사용하여 왔으며, 이로 인하여 오염이 잘되고 제조시 환경에 유해한 물질이 다량 배출되어 환경에도 악영향을 미치고 있다. 또한 화재 발생시 유해가스가 대량 방출되어 인명피해의 우려가 있어왔다.
근래에 철도차량이나 건축물의 경우 화재로 인한 대규모 참사가 발생하면서 난연성 내장재에 대한 관심이 높아지고 있으며, 여러종류의 난연성 또는 불연성 내장재가 개발되고 있다.
그러나 여러 공정을 거치는 번거로움과 이로 인한 제조원가의 상승으로 인하여 비용의 부담으로 실용화하고 있지는 못한 실정이다.
이에 본 발명자는 화재시에도 불이 붙지 않을 뿐만 아니라 유해가스도 발생되지 않는 코팅층이 구비된 제품을 제공할 수 있음을 실험을 통하여 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명은 화재시에도 불이 붙지 않고, 유해가스를 배출하지 않아 인명피해를 최소화하는 난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 코팅제가 도포된 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제 1용액 총 중량에 대하여 증류수 또는 이온교환수 5~30중량%, 용제로써 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등 중 선택된 1 이상의 알코올계 물질 7~30중량%, 고형분이 20~40% 함량된 pH 2~11의 물분산 콜로이드질 실리카졸 14~45중량%, HCl, HNO3, CH3COOH의 산촉매 0.15~1.5중량%, 메틸셀룰로오스계 또는 프로필셀룰로오스계의 증점제 0.15~1.5중량%, 무기안료 및 필러로써 산화티탄, 산화철, 크롬산화물, 산화아연 또는 산화규소 25~45중량%가 혼합된 제 1용액과;
제 2용액 총 중량에 대하여 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 메틸페닐디메톡시실란, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 화합물을 50~87.5중량%, 용제로써 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등 중 선택된 1 이상의 알코올계 물질 12.5~50중량%가 혼합된 제 2용액을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 난연성 코팅제 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 난연성 코팅제 조성물로 제조된 난연성 코팅제를 알루미늄 제품에 도포하기 위하여 알루미늄 제품의 표면처리 수단으로써 황산용액에 침적한 상태에서 1~3 A/d㎡의 전류를 가하면서 18~22℃의 온도범위로 5~10분동안 유지하여 산화피막층을 형성하는 아노다이징단계를 거친 후, 350~350℃에서 5~15분간 가열 후 수냉하여 아노다이징 피막에 균열을 형성하는 단계를 거쳐 제1항의 난연성 코팅제 조성물로 제조된 난연성 코팅제가 도포된 알루미늄 제품을 제공한다.
아울러 본 발명은 상기 난연성 코팅제 조성물로 제조된 난연성 코팅제를 플라스틱 제품에 도포하기 위하여 플라스틱 제품의 표면처리 수단으로써 50~200℃ 및 0.00001~100mbar의 플라즈마 환경에서 100~150초간 노출시킨 후, OH- 이온이 존재하여 친수성 표면을 형성하는 단계를 거쳐 제1항의 난연성 코팅제 조성물로 제조된 난연성 코팅제가 도포된 플라스틱 제품을 제공한다.
한편 본 발명은 상기 난연성 코팅층 상부면에 광촉매성 코팅층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 난연성 코팅제가 도포된 제품을 제공한다.
본 발명의 난연성 코팅제는 물과 용제, 실리카졸, 촉매, 증점제, 안료, 필러 및 실란으로 제조된다. 우선 제1용액과 제2용액을 제조한 후 이들을 혼합하여 교반하고 가사시간 내에 스프레이로 도장한다.
이 때, 제 1용액은 제 1용액의 총 중량에 대하여 증류수 또는 이온교환수 5~30중량%, 용제로써 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등 중 선택된 1 이상의 알코올계 물질 7~30중량%, 고형분이 20~40% 함량된 pH 2~11의 물분산 콜로이드질 실리카졸 14~45중량%, HCl, HNO3, CH3COOH의 산촉매 0.15~1.5중량%, 메틸셀룰로오스계 또는 프로필셀룰로오스계의 증점제 0.15~1.5중량%, 무기안료 및 필러로써 산화티탄, 산화철, 크롬산화물, 산화아연 또는 산화규소 25~45중량%를 혼합하여 제조한다.
한편 제 2용액은 제 2용액의 총 중량에 대하여 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 메틸페닐디메톡시실란, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 화합물을 50~87.5중량%, 용제로써 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등 중 선택된 1 이상의 알코올계 물질 12.5~50중량%를 혼합하여 제 2용액을 제조한다.
상기 제 2용액에서 실란계의 물질이 50중량% 이하 혼합되면 광택과 경도가 낮아지며, 87.5중량% 이상 혼합되면 알루미늄판넬이 단단해지면서 크랙이 발생하기 쉽다.
상기 제 1용액을 분산매체로 bead를 사용하는 도료용 분산기에서 안료를 분산시키고 여기에 제 2용액을 혼합하여 반응시킨다. 이 때 제 1용액 : 제 2용액을 1.5~3 : 1의 비율로 하고, 반응시간은 1시간 교반후 12시간 정치시키거나 또는 연속교반 5시간 중 선택하여 반응시킬 수 있다.
상기 증류수 또는 이온교환수는 하기의 실란과의 몰의 비율이 3이하이면 반응시간 내에 반응이 일어나지 않으며, 몰의 비율이 20이상이면 반응시간과 난연성 코팅제의 사용가능한 시간이 짧아지게 된다.
상기 제 1용액의 pH가 2 이하이면 반응시간과 난연성 코팅제의 사용가능한 시간이 짧아지게 되며, 제 1용액의 pH가 8 이상이면 반응이 거의 진행되지 않는다.
이와 같이 제조된 난연성 코팅제를 제품 상부면에 부착시키기 위해서 알루미늄제품의 경우 전처리로써 아노다이징 및 가열, 수냉처리하며, 플라스틱 제품의 경우 전처리로써 플라즈마 처리하게 된다.
우선 알루미늄 제품의 경우 황산용액에 알루미늄제품을 침적한 상태에서 1~3 A/d㎡의 전류를 가하면서 18~22℃의 온도범위로 5~10분동안 유지하여 산화피막층을 형성하는 아노다이징단계와, 열처리로에서 250~350℃의 온도범위로 5~15분동안 열충격을 가하고 수냉하여 산화피막층에 균열을 형성시키는 열처리단계로 이루어진다.
이 때, 제품에 산화피막층을 형성시킨 다음 열충격을 가하여 산화피막층의 균열을 유도하므로써, 상기 난연성 코팅층과의 접착력을 증가시키고, 알루미늄제품의 표면의 변색 및 코팅제의 박리현상 등의 품질저하를 방지하여 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 플라스틱 제품의 경우 50~200℃ 및 0.00001~100mbar의 플라즈마 환경에서 100~150초간 노출시키며, 이로 인하여 계면에서 코팅제의 접착이 더 잘되도록 해준다.
한편, 상기 난연성 코팅제 상부면에 광촉매성 코팅제를 선택적으로 도포할 수 있다. 상기 광촉매성 코팅제는 TTIP(Titanium Tetra Iso Propoxide) 10~30중량%, IPA(Iso Propyl Alcohol) 20~40중량%, H2O 10~25중량%, HNO3 1.5~2.0중량%, BC(Buthyl cellosolve) 3.0~10중량%, TiO2 2.0~10중량%, 증점제 0.2~5.0중량%을 혼합하여 제조된다.
또는 MTMS(Methyl Tri Metoxy Silane) 15~35중량%, IPA(Iso Propyl Alcohol) 15~30중량%, H2O 15~25중량%, HNO3 1.5~2.5중량%, 실리카졸 8.0~15중량%, BC(Buthyl cellosolve) 3.0~10중량%, TiO2 2.0~15중량%, 증점제 0.5~5.0중량%을 혼합하여 제조된다.
그리고 MTMS(Methyl Tri Metoxy Silane) 10~25중량%, TTIP(Titanium Tetra Iso Propoxide) 5.0~15중량%, H2O 10~25중량%, HNO3 1.5~2.5중량%, 실리카졸 5.0~12 중량%, BC(Buthyl cellosolve) 3.0~10중량%, TiO2 2.0~10중량%, 증점제 0.2~3.0중량%을 혼합하여 제조된다.
상기 광촉매성 코팅제의 구성성분 중 TiO2는 결정크기가 수~수십㎚, 예컨대 1~90㎚를 유지시킴이 바람직하다.
상기의 증점제로는 HPC(Hydro Propyl Cellulous) 또는 HEC(Hydro Ethyl Cellulous) 등과 같은 셀룰로우스 계통이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 제품의 단면도로써 상기와 같이 제조된 난연성 코팅제와 광촉매성 코팅제가 도포된 것으로, 제품(10)의 일측면에 난연성 코팅층(20)과 다시 그 상부면에 광촉매성 코팅층(30)이 구비되어 있는 모습을 도시하고 있다.
본 도면에서는 일측면에만 코팅제가 도포된 것을 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 양면에 도포하는 경우도 포함된다.
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
알루미늄 재질의 제품을 황산용액에 제품을 침적한 상태에서 1.5 A/d㎡의 전류를 가하면서 20℃의 온도범위로 10분동안 유지하여 산화피막층을 형성하는 아노다이징단계를 거쳐, 열처리로에서 300℃의 온도로 10분동안 열충격을 가하고 급냉하여 산화피막층에 균열을 형성시킨다.
난연성 코팅제 조성물을 제조하기 위한 제 1용액은 제 1용액의 총 중량 500g에 대하여 증류수 20중량%, 메틸알코올 20중량%, 고형분이 35% 함량된 pH 6의 물분 산 콜로이드질 실리카졸 30중량%, HNO3 1중량%, 메틸셀룰로오스계의 증점제 1중량%, 산화티탄 13중량%, 산화아연 15중량%를 혼합한다.
상기 난연성 코팅제 조성물을 제조하기 위한 제 2용액은 제 2용액의 총 중량 500g에 대하여 테트라메톡시실란 65중량%, 메틸알코올 35중량%를 혼합하여 제 2용액을 제조한다.
상기 제조된 용액은 제 1용액 : 제 2용액을 2.5 : 1의 비율로 혼합하여, 1시간 교반후 12시간 정치시켜 반응시킬 수 있다.
상기 전처리된 알루미늄 외측면에 상기의 난연성 코팅제를 스프레이 도포한 후 200℃의 온도로 20분간 건조시킨다.
<실시예 2>
알루미늄판을 실시예 1에서와 같이 처리한다.
TTIP(Titanium Tetra Iso Propoxide) 25중량%, IPA(Iso Propyl Alcohol) 35중량%, H2O 20중량%, HNO3 2.0중량%, BC(Buthyl cellosolve) 8.0중량%, 결정크기 50㎚의 TiO2 5.0중량%, HPC(Hydro Propyl Cellulous) 5.0중량%을 혼합하여 코팅제를 제조한다.
이를 상기 전처리된 알루미늄판에 실시예 1과 같은 방법으로 도포 및 건조시킨다.
<실험예 1>
실시예 1에 의하여 제조된 난연성 코팅제가 도포된 알루미늄판을 한국 건자재 시험연구원에 KS F 2271 '98 시험을 의뢰하였으며, 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.
구분 난연성(1급)
표면시험 기재시험
용융 해로운변형 균열 (㎜) 잔염 (초) 발연계수 (CA) 온도시간면적 (℃ㆍmin) 온도차 (℃)
3분이내 3분이후
1 없음 0 0 1.2 0 0 +30
2 없음 0 0 1.2 0 0 +32
3 없음 0 0 1.2 0 0 +30
상기의 실험결과로부터 본 발명의 난연성 코팅제를 도포한 알루미늄판 및 플라스틱판이 화재에 영향이 없음을 알 수 있다.
<실험예 2>
실시예 2에 의해 제조된 광촉매성 코팅제가 도포된 알루미늄판을 주입부, 반 응기, 펌프, UV램프로 이루어진 순환식 반응기를 이용하여 광분해 활성을 측정하였다.
광촉매는 슬라이드 글라스 위에 고르게 분산시켜 반응기에 삽입되며, 반응기의 윗부분은 석영을 사용하여 UV의 회절을 방지하였다. 여기에 광원을 제공할 UV램프는 254㎚의 주파장대를 갖는 빛을 방사하는 8W짜리 UV 형광EMD(Sankyo Denki Co.) 2개를 사용하여 반응기에서 약 10㎝ 떨어진 반응기 상부에서 충분한 광조사를 받도록 하였다. 반응에 사용되는 촉매의 양은 30㎎으로 고정하여 1.6g/㎠가 되도록 하였으며, 반응기의 내부 온도는 약 40℃로 일정하게 유지하였다.
반응물로는 NH3, Trimethylamine, Acetaldehyde로 선정하였으며, 운반 및 희석기체로는 O2를 사용하여 500ppm으로 고정하였다. 액상의 반응물을 기상 반응기에 도입하기 위해서 포화기를 준비하여 O2와 함께 반응장치 내부로 주입되도록 하였으며, 농도의 조절은 O2의 유량을 조절함으로써 조절할 수 있다.
이렇게 반응기 내부로 도입된 기상의 반응물은 펌프에 의해서 3L/min의 유속으로 순환하게 하였고, 광분해 실험을 시작하기 전에 충분히 순환시켜 반응물이 촉매에 완전히 흡착되도록 하여 흡착의 영향을 배제하고 광분해의 효과만을 고찰하였다.
그 결과는 도 2와 같다. 즉, 최초 80ppm의 농도에서 30분이 경과한 후 NH3와 Acetaldehyde의 농도는 각각 22ppm 및 25ppm으로, Trimethylamine는 3ppm으로 농도가 확연하게 감소하였음을 볼 수 있으며, 60분이 지나면서 NH3와 Acetaldehyde의 농도는 6, 7ppm으로, Trimethylamine는 0ppm으로 감소하였으며 90분이 경과하면서 NH3와 Acetaldehyde의 농도 역시 0ppm에 가깝게 감소하였음을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명의 광촉매성 코팅제가 도포된 알루미늄판이 유해한 물질을 분해하는데 효과적임을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하여 제조된 난연성 코팅제 조성물 및 이 조성물로 제조된 코팅제가 도포된 알루미늄 제품 또는 플라스틱 제품은 화재시에도 불이 붙지 않고, 유해가스를 배출하지 않아 인명피해를 최소화할 수 있으며, 환경에 유해한 물질을 배출하지 않으며, 대기중의 유해물질도 분해할 수 있는 환경친화적인 효과를 제공한다.

Claims (4)

  1. 제 1용액 총 중량에 대하여 증류수 또는 이온교환수 5~30중량%, 용제로써 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등 중 선택된 1 이상의 알코올계 물질 7~30중량%, 고형분이 20~40% 함량된 pH 2~11의 물분산 콜로이드질 실리카졸 14~45중량%, HCl, HNO3, CH3COOH의 산촉매 0.15~1.5중량%, 메틸셀룰로오스계 또는 프로필셀룰로오스계의 증점제 0.15~1.5중량%, 무기안료 및 필러로써 산화티탄, 산화철, 크롬산화물, 산화아연 또는 산화규소 25~45중량%가 혼합된 제 1용액과;
    제 2용액 총 중량에 대하여 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 메틸페닐디메톡시실란, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 화합물을 50~87.5중량%, 용제로써 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등 중 선택된 1 이상의 알코올계 물질 12.5~50중량%가 혼합된 제 2용액을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 난연성 코팅제 조성물.
  2. 알루미늄 제품을 황산용액에 침적한 상태에서 1~3 A/d㎡의 전류를 가하면서 18~22℃의 온도범위로 5~10분동안 유지하여 산화피막층을 형성하는 아노다이징단계 를 거친 후, 350~350℃에서 5~15분간 가열후 수냉하여 아노다이징 피막에 균열을 형성하는 단계를 거쳐 제1항의 난연성 코팅제 조성물로 제조된 난연성 코팅제가 도포된 알루미늄 제품.
  3. 플라스틱 제품을 50~200℃ 및 0.00001~100mbar의 플라즈마 환경에서 100~150초간 노출시킨 후, OH- 이온이 존재하여 친수성 표면을 형성하는 단계를 거쳐 제1항의 난연성 코팅제 조성물로 제조된 난연성 코팅제가 도포된 플라스틱 제품.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 난연성 코팅층의 상부면에 광촉매성 코팅층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 난연성 코팅제가 도포된 제품.
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