KR100590502B1 - 발포성 내화도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 규산염에 몰비 조절제를 이용하여 수지의 몰비(Mole Ratio)를 조절한 것을 바인더로 하고 여기에 보강제, 체질안료, 발포조제 및 첨가제를 이용하여 화재 시 발포 팽창 후 발포 팽창된 발포층이 고온 하에서 우수한 내열성 및 단열층을 형성하는 발포성 내화도료 조성물에 관한 것으로서, 규산염 화합물에 몰비 조절제를 이용함으로써 규산염의 몰비(Mole Ratio)를 조절함과 동시에 보강재를 이용함으로써 도막의 건조강도 및 내열성 향상, 발포층의 강도를 향상시킬 수 있으며, 체질안료를 이용하여 작업성 및 외관, 내열성을 향상시킬 수 있고, 첨가제를 사용하여 발포층의 내열성을 향상시킬 수 있고, 발포조제를 사용하여 발포율 및 발포층 밀도를 향상시켜 결과적으로 우수한 내화성능을 발휘하면서, 도막강도 및 발포밀도가 우수하여 한국공업규격 KS F 2257에 규정된 건축구조부분의 내화시험방법에 따라 건축물의 철근 보 및 기둥 등에 2시간용 내화 피복재로 적합한 내화도료 조성물을 제공한다.

규산염*몰비 조절제*체질안료*도료

Description

발포성 내화도료 조성물{Fire-resistant paints composition}

본 발명은 발포성 내화도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 규산염에 몰비 조절제를 이용하여 규산염의 몰비를 조절한 것을 바인더로 하고 여기에 보강제, 체질안료, 발포조제, 첨가제 및 용제를 이용하여 화재시 발포 팽창 후 발포 팽창된 발포층이 고온 하에서 우수한 내열성 및 단열층을 형성하는 발포성 내화도료 조성물에 관한 것이다.

내화도료는 건축물 등을 화재로부터 보호하여 화재 발생시 고온의 열이 강재로 접근하는 것을 차단하거나 지연시킴으로써 화재를 진압할 시간을 제공하거나, 또는 인명을 구조할 수 있는 시간을 제공하는 도료이다.

그리고, 내화 구조란 건축물의 주요 구조부가 화재발생시 고온에 견디는 내화성능을 갖추고 있음은 물론이고 화재 후 간단한 수리로도 재사용이 가능한 구조를 말한다.

한편, 건축 철골구조물에 사용되는 저탄소강은 임계온도가 540℃ 정도로, 임계온도 이상에서는 내력이 통상 60% 정도로 감소하기 때문에 건물의 화재시 철골 의 내력저하 및 이로 인한 인명피해를 최대한 방지하기 위하여 철골 내화피복을 실시하고 있다.

일반적으로 화재시 발포성 내화도료가 철골구조물을 보호하는 기능을 제대로 발휘하기 위해서는 여러 가지 기본적 성능이 필요하다. 그 첫째로는, 충분한 단열성을 가지기 위하여 발포가 원활하게 이루어져 발포도막의 두께가 일정수준 이상 높아야 한다. 발포두께가 얇을 경우에는 충분한 단열성을 발현할 수가 없다. 둘째로, 효과적인 단열을 위하여 발포층의 밀도가 충분히 높아야 한다. 발포층의 두께가 두껍더라도 발포층의 밀도가 낮으면 외부로부터의 열의 침투를 효과적으로 막을 수 없게 된다. 셋째로, 발포시 과다한 발포 또는 수축으로 인한 크랙의 발생없이 균일할 발포가 일어나야 한다. 발포도막에 크랙이 발생하게 되면 크랙 발생부위를 통하여 철골로 열이 유입되어 요구되는 내화성능을 발휘할 수 없게 된다.

무엇보다 가장 중요한 것은 건축물의 철골에 시공 후 오랜 기간동안 수축팽창에 의한 도막상의 변화가 없어야 한다.

한편, 일반적인 발포성 내화도료 조성물로는 유기 고분자와 암모늄 폴리포스페이트 및 다가 알코올을 이용한 형태의 조성물이 주종을 이루고 있다.

이러한 형태의 내화도료 조성물은 화재가 발생하여 발포시 유독가스인 암모니아 가스가 부산물로 발생하고 발포층이 탄화층으로 이루어져 있어 화재시 열풍에 의해 발포층이 쉽게 부서질 수 있기 때문에 내화성능에 한계가 있는 바, 그 사용 제품이나 용도가 한정적이다.

이와 같은 유기형태의 내화도료 이외에, 규산염을 주 바인더로 하는 형태의 무기질계 내화도료도 있는 바, 이는 유기 형태의 내화도료가 가지고 있는 문제점들을 해결할 수 있으나, 유기 형태의 내화도료에 비해 도막두께가 지나치게 두꺼워지고 시공 후 건조수축과정에서 도막에 균열이 발생하여 도막 박리 및 탈락 등 많은 문제점들이 야기될 수 있다.

구체적인 일 예로, 대한민국 특허공개 제89-10138호에는 액상 메탈실리케이트를 주바인더로 하는 발포성 내화무기질 방화재에 대한 기술이 공개되어 있는 바, 이러한 조성물의 경우 발포단열성은 매우 우수하나 사용되는 메탈실리케이트의 내열성에 한계가 있어 약 600℃이상의 고온 하에서는 발포 도막층이 용융되어 아래로 흘러내리는 문제점이 야기되었다.

그리고 일본 특허 공개평 5-86310호에는 발포제로서 폴리인산암모늄, 탄화재로서 멜라민, 그리고 바인더로서 변성에폭시 등을 이용한 발포성 내화도료에 대한 피막 조성물이 개시되어 있다. 이러한 형태의 도료는 도료 조성물이 열을 받아 400℃ 부근에서 화학반응에 의하여 탄소층을 형성하도록 함으로써 열로부터 소지를 보호하는 형태의 도료이며, 이러한 도료는 발포성능은 우수하지만 도막이 발포되면서 다량의 암모니아 가스를 방출할 뿐만 아니라 발포층 자체가 아주 약한 탄화층으로 형성되어 있기 때문에 화재시 열풍에 의하여 발포층이 쉽게 부서지는 결점을 가지고 있다.

한편, 대한민국 특허출원 제95-19288호에 발포 팽창하는 성질을 가지는 규산나트륨, 화염의 진행을 지연시키는 탄산칼슘, 내열 및 단열작용을 가지는 해포석, 무기섬유질로 변화하여 열을 지연시키는 펄프 및 물로 이루어진 무기질계 발포성 내화도료가 개시되어 있다. 이러한 형태의 무기질계 내화도료는 내화 단열성이 우수하고 발포 팽창시 유해가스가 발생하지 않는다는 장점을 가지고 있으나 규정 이상의 내화단열성능을 발현하기 위해서 피복층의 두께가 수천 미크론 이상이 되어야 하고 시공 후 건조수축과정에서 도막에 균열이 발생하여 도막 박리 및 탈락 등 많은 문제점들이 야기될 수 있다.

이에 본 발명의 목적은 유기질계가 가지고 있는 우수한 발포율과 무기질계 내화도료가 가지고 있는 우수한 내화단열성능을 이용하면서 피복층의 두께가 얇아도 1,000℃ 이상의 고온에서도 2시간 이상의 우수한 내화성능을 발휘할 수 있는 발포성 내화도료 조성물을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발포성 내화도료 조성물은 규산염 40∼70중량%, 몰비 조절제 1∼10중량%, 보강재 0.5∼10중량%, 체질안료 10∼40중량%, 첨가제 0.2∼10중량% 및 발포조제 0.2∼10중량%로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 발포성 내화도료 조성물은, 규산염계 화합물에 몰비 조절제를 이용한 것을 주 바인더로 하고, 도막의 건조강도, 내열성 및 발포강도를 향상 시키기 위한 보강재와 도막의 외관, 내열성 및 작업성을 증가시키기 위해 사용하는 체질안료, 도막의 내열성을 향상시키기 위해 사용하는 첨가제 및 화재시 발포층의 발포율 및 발포밀도를 높이기 위해 사용하는 발포조제로 이루어진다.

본 발명은 2시간 이상의 내화성능이 요구되는 내화 피복재에 해당하는 것으로서 이러한 내화성능을 발휘하기 위해서는 화재시 발포도막의 두께가 3cm 이상은 되어야 한다. 이렇게 높은 발포성능을 발현하기 위해서는 무엇보다 사용하는 수지인 규산염이 매우 높은 발포팽창을 하게 하여야 하는데 이는 규산염의 몰비를 조절함으로써 가능하다. 하지만 규산염의 몰 비가 너무 높으면 내열성은 우수하나 발포율이 낮아지고 몰 비가 너무 낮으면 발포율은 높으나 내열성이 낮아진다.

이에 본 발명에서는 규산염의 몰비를 조절하여 도막의 발포율을 향상시키고 이러한 발포층 내부의 발포밀도를 높임과 동시에 발포된 도막의 내열성 증가 및 크랙 발생을 방지함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다.

일반적인 규산염계 내화도료의 발포/팽창 단열 메커니즘은 다음과 같다.

바인더로 사용되는 규산염은 40∼70중량%의 함수분을 가지고 있는데 이러한 함수분들은 70~130℃ 이상의 온도를 받으면 도막 내부에서 발포팽창하면서 여러 형태의 셀(cell)을 형성하여 단열효과를 나타내게 되는데 이러한 셀들은 도료 제조시 함께 사용하는 체질안료 및 기타 충진제들에 의하여 셀의 밀도가 저하되고, 자체 내열성 부족으로 600℃ 이상의 고온 하에서는 발포 팽창한 도막이 용융됨으로써 본 발명에서 요구되는 목적을 달성하기 위해서는 수천 미크론 이상의 두꺼운 피복층을 형성하여야만 가능하였다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 셀들을 1,000℃ 이상의 고온에서도 발포층을 그대로 유지시켜주면서 발포층의 밀도를 증가시켜 주어 박막으로도 내화단열 효과가 우수한 발포성 내화도료 조성물을 제공한다.

본 발명에서 사용하는 규산염은 M₂O·nSiO₂·xH₂O로 표시되는 화합물로서, 여기서 M은 주기율표 제 1A족에 속하는 금속을 나타내고 n은 2∼6의 정수이고 x는 20∼40의 정수이다. 1A족에 속하는 금속의 구체적인 예로는 리튬, 나트륨 및 칼륨 등이 있다.

규산염은 조성물의 특성과 물성을 고려하여 선택하는 바, 내수성, 내열성, 발포율 및 소지와의 부착력 등을 고려하여 선택한다.

본 발명에서는 상기한 규산염 중 선택하여 단독 또는 2종 이상을 혼합 사용한다.

이와 같은 규산염을 전체 내화도료 조성물 중 40∼70중량% 되도록 사용하는 바, 그 함량이 40중량% 미만일 경우 도막의 레벨링(Leveling)성이 나빠지고 70중량% 초과면 내열성이 저하되는데, 바람직하게는 50∼70중량%이다. 이러한 형태의 규산염은 그 자체로서는 발포능력이 우수하지만 함께 사용하는 충진제들로 인하여 발포층이 1,000℃ 이상의 고온에서도 높은 밀도를 유지하면서 내열성을 유지하기는 불가능하다.

이에, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 발포조제(Blowing Agent)를 사용하는 바, 이러한 발포조제를 더욱 구체적으로 예를 든다면 내부에는 불활성 기체가 들어 있고 표면에는 아크릴계 공중합체 등으로 캡슐되어 있는 것과 팽창성 흑연을 들 수 있다.

캡슐된 발포조제는 초기발포온도와 평균입경이 대단히 중요하며, 발포시작 온도와 평균입경에 따라 여러 종류의 제품이 소개되어 있다. 본 발명에서는 여러 종류의 캡슐된 발포조제 중 평균입경이 6~50㎛이면서 규산염의 발포 온도인 70~200℃ 온도범위에서 발포시작온도가 서로 다른 발포조제를 선택하여 팽창성 흑연과 함께 단독 또는 2종 이상을 혼합 사용한다.

한편 팽창성 흑연은 2차원적으로 퍼지는 6원 고리구조의 망평면의 층과 층이 C축 방향으로 적층하고 있어 6방정 결정의 상기 각 층간에 열분해성의 물질을 삽입시킨 층간 화합물로서, 급격히 가열되면 층간에 삽입되어 있는 화합물이나 결정입계에 삽입된 화합물이 열분해하고, 그때에 발생하는 분해 가스의 압력으로 각 층의 사이가 넓어져서 팽창하는데, 일반적으로 팽창성 흑연은 입경이 클수록 팽창율이 큰 것으로 알려져 있으나, 본 발명에서는 도막의 발포율 및 발포밀도를 고려하여 평균입경 80~200㎛의 것을 적합한 것으로서 사용한다.

일반적으로 화재시 본 발명의 내화도료 조성물은 1차로 규산염층이 열 팽창을 하고 그 내부에서 발포조제가 서로 다른 온도범위에서 다중으로 발포를 하여 매우 미세한 셀 층이 규산염 발포층 내부에 생성되는 시스템으로 발포층의 밀도가 아주 높고 발포효율도 뛰어나 박막으로도 내화 단열성이 우수한 것이 특징이다.

이러한 발포조제의 평균 입경이 너무 크면(캡슐된 발포조제의 경우 50㎛ 이상, 팽창성 흑연의 경우 200㎛ 이상) 발포 단열층의 밀도가 낮아져 단열성능이 저 하되므로 평균 입경은 캡슐된 발포조제의 경우 6~50㎛, 팽창성 흑연의 경우 80~200㎛인 것이 바람직하며, 사용량은 내화도료 조성물 중 0.2∼10중량% 범위가 적당하다. 만일 그 함량이 0.2중량% 미만이면 발포조제의 성능을 제대로 발휘하지 못하고 10중량% 초과면 수지인 규산염이 발포하는 면적에 비하여 발포조제의 발포면적이 지나치게 과다하여 규산염 발포층에 크랙이 발생하게 되며, 발포 단열층의 밀도가 낮아지고 열로부터 피도물을 보호하지 못하게 된다. 바람직하게는 1∼5중량%이다

한편, 본 발명의 내화도료 조성물은 도막의 건조강도(내구성)를 높이고 화재시 보다 효과적인 기능을 발휘하기 위하여 보강제를 사용하는 바, 이러한 보강제의 역할은 피복층을 건축물에 시공 후 상온에서 오랜 시간 경과함에 따른 수분증발에 의한 도막의 크랙을 방지해주고 화재시 발포층의 강도를 높이며 발포층의 내열성 증가와 크랙 방지에 있다. 이러한 보강제는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 용도로 사용되는 보강재의 종류로는 유리섬유(Glass Fiber), 세라믹 섬유(Ceramic Fiber), 암면(rock wool) 등을 사용할 수 있는데, 특히 이러한 보강재를 사용할 때 섬유상의 길이와 섬유 내부에 혼입된 불순물들을 제거하는 것이 매우 중요한 바 본 발명에서는 섬유들의 길이를 3mm 이하가 되도록 Chapping하여 사용하고 섬유 내부에 혼입된 불순물들을 제거한 Clean Fiber를 사용하였다. 이와 같은 보강재의 함량은 전체 피막조성 중 0.5∼10중량% 이내가 적당하며, 그 함량이 0.5중량% 미만이면 보강재로서의 효과가 미미하고 10중량% 초과면 사용시 외관 및 작업성 불량, 도료 제조시 분산성이 나빠 생산효율을 저하시키게 된다. 이러한 보강재의 사용량은 적당하게는 1∼7중량% 범위이다.

그리고, 본 발명에서는 보강재를 사용함으로 인해 발생하는 도료의 외관 및 질감을 개선하고 도료의 작업성을 향상시키기 위하여 체질안료를 사용하는데, 이러한 목적으로 사용된 체질안료는 클레이, 카올린족 광물(카올리나이트, 몬모릴로나이트, 디카이트, 일라이트, 세리사이트, 할로이사이트 등), 벤토나이트 등을 사용할 수 있다. 이러한 체질안료들의 역할은 도료 제조시 도료내부에 특히 보강재 내부로 스며들어 보강재로 인해 다공성인 도료내부를 치밀하게 해주는 역할을 함과 동시에 수지 및 수분을 흡수하여 도료의 점력을 향상시켜주고, 보강재의 분산을 도와주어 우수한 도막을 얻게 하는 역할을 하게 된다. 이러한 체질안료들은 그 특성에 따라 단독 또는 2종이상 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 전체 도료 조성 중 10∼40중량% 범위이며 체질안료 사용량이 10중량% 미만일 경우 도료의 외관개선에 도움을 주지 못하고 40중량% 초과면 도료의 점도 상승으로 도료제조가 불가능하게 된다. 바람직하게는 20∼30중량%이다.

또한 본 발명에서는 화재시 도막이 내열성을 유지하면서 최대한의 발포율을 갖도록 하기 위하여 알칼리 화합물 혹은 비정질 실리카를 이용하여 규산염의 불휘발분을 유지하면서 몰비를 변화시키고, 첨가제를 사용하여 화재시 발포된 규산염 도막의 망목 구조를 강화하여 1,000℃ 이상의 고온에서도 2시간 이상의 시간이 경과하여도 발포층이 용융되어 흘러내리지 않도록 하였다.

규산염의 몰 비를 조절하는 방법으로는 일정 몰 비의 규산염을 알칼리화합물 또는 비정질 실리카를 이용하여 몰 비를 조절할 수 있는데 이러한 규산염의 몰비 조절제로 사용할 수 있는 알칼리 화합물로는 Na(OH), KOH 등과 같은 수산화물을 단 독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 비정질 실리카로는 백색 카본(white carbon), Aerosil, Silica-Sol 및 기타 비정질 실리카를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 규산염의 몰비 조절제를 규산염에 넣고 저속 교반으로 약 10 ~20분간 용해시키면 규산염의 몰비를 조절할 수 있는데, 이때 60℃ 정도의 온도를 유지하면 더욱 효과적이다. 본 발명에서는 이러한 몰비 조절제를 이용하여 규산염의 몰비를 1.9∼3.5범위로 조절할 수 있으며, 그 몰비가 1.9보다 작으면 알칼리 성분이 너무 많이 존재하여 내수성 저하 및 도막건조가 잘 되지 않고, 3.5보다 크면 화재시 발포율이 부족하고, 건조속도가 너무 빨라 도막의 균열을 야기시킬 수 있으며 도료의 저장성 또한 불안정해지므로, 적당하게는 2.1∼3.0 범위 내에서 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 이러한 점을 고려하였을 때, 몰비 조절제의 함량은 전체 도료 조성물 중 1 내지 10중량%인 것이 바람직하다.

화재시 발포한 발포층의 내화성능을 향상시키기 위한 첨가제로 수산화물을 사용하는데, 이러한 수산화물은 난연 및 내열성 첨가제로서 화재 발생시 340℃ 이상의 온도에서 탈수되며 열간 흡열반응을 함으로써 강재에 전달되는 열을 자체 소진하여 강재의 온도상승을 지연시키고, 규산염이 발포 팽창한 발포층에서 규산염에 탈수되어 수산기를 잃은 금속이 들어가 축합반응을 하여 망목구조를 더욱 강화함으로써 발포층의 강도를 증가시켜 1,000℃ 이상의 고온에서도 발포층이 용융되어 흘러내리지 않도록 하여 내화성능이 향상된다.

이러한 용도의 수산화물은 Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, Al(OH)₃ 등이 있으며 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며 이러한 수산화물의 평균입경은 매우 중요한데 이는 소량으로 효과를 보기 위함으로 0.5~10㎛이 바람직하며, 그 사용량은 전체 피막조성 중 0.2∼10중량%이며, 사용량이 0.2중량% 미만일 경우 사용목적을 달성하는데 효과가 미미하여 10중량% 초과 사용시 도료 제조시 분산효율이 나빠지고 화재 발생시 규산염 발포층의 강도가 급격하게 강화되어 도막의 발포율에 악영향을 초래하게 된다. 적당하게는 0.5∼5중량% 이다.

상기와 같은 조성에 용제로 물을 이용하여 적당하게 점도를 조절하면 본 발명에 따른 발포성 내화도료 조성물을 완성할 수 있다.

일반적인 발포성 내화도료의 경우 고화건조 도막이 화재 등에 의하여 고온의 열에 노출되면 발포층을 형성하며, 발포과정 중 불균일한 발포에 의한 크랙 발생 및 자체 내열성 부족으로 인하여 발포 단열층이 일정 시간 유지되지 못하고 용융되어 흘러내림으로써 1,000℃ 이상의 고온에서의 내화성능을 발휘하지 못한다.

그러나, 본 발명에 따른 발포성 내화도료는 규산염과 몰비 조절제, 체질안료, 보강재, 첨가제 및 발포조제가 적절한 비율로 혼합되어 있어, 상기와 같은 발포층의 균열 및 내열성 부족현상을 효과적으로 제어하기 때문에 1,000℃ 이상의 고온에서 2시간 이상의 내화성능을 유지시켜주게 된다.

본 발명에 따라 얻어진 발포성 내화도료는 건설교통부고시 제2000-93호에 의거한 한국공업규격 KS F 2257에 규정된 건축구조부분의 내화시험방법에 의하여 일반 건축물 및 공장 건축물, 위험물 저장 및 처리시설의 기둥 및 보에 대하여 2시간용 내화피복재용 도료로서 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1∼5 및 비교예 1∼3)

규산염 수지에 몰비 조절제, 보강재, 체질안료, 첨가제, 발포조제 및 용제를 순서대로 투입 후, 20∼30분간 1,500 rpm 이상의 속도로 Dissolver 등을 이용 교반 하여 본 발명의 내화도료 조성물을 제조하였다.

그 조성 및 함량은 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.

		실 시 예					비 교 예
		1	2	3	4	5	1	2	3
바 인 더	소듐실리케이트(1호)	55	-	-	55	-	60	60	60
	소듐실리케이트(3호)	-	60	55	-	65	-	-	-
	포타슘 실리케이트	10	5	10	-	-	-	-	-
몰비 조절제	수산화나트륨	-	3	2	-	1.5	-	-	-
	수산화칼륨	-	1	2	-	1.5	-	-	-
	백색 카본	4	-	-	3	-	-	-	-
	Aerosil 380	-	-	-	2	-	-	-	-
보강제	세라믹 화이버	3	4	5	3	3	-	4	1
	글래스 화이버	1	-	-	3	2	-	-	-
체질 안료	카올리나이트	22	22	20	24	22	40	35.5	36
발포조제	A	1.5	-	1.0	2	1	-	0.5	-
	B	1.5	1.5	-	3	-	-	-	-
	팽창성 흑연	-	1.5	2.0	2	1	-	-	-
첨가제	수산화마그네슘	2	1	3	1.5	-	-	-	3
	수산화칼슘	-	1	-	1.5	3	-	-	-
합계		100	100	100	100	100	100	100	100
(주) 소듐실리케이트(1호): 몰비 2.1 소듐실리케이트(3호): 몰비 3.14 보강제: 섬유 길이 3.0mm 이고, 섬유 내의 쇼트를 제거한 것임. 발포조제 A: 불활성 기체를 아크릴 및 아크릴계 공중합체로 캡슐링한 평균입경 10~16㎛이고 발포시작온도 80∼90℃인 것. Akzonobel사 제품 발포조제 B: 불활성 기체를 아크릴 및 아크릴계 공중합체로 캡슐링한 평균입경 10~16㎛이고 발포시작온도 120∼130℃인 것. Akzonobel사 제품 팽창성흑연: 평균입경 80㎛이고, 발포시작온도 220℃ 첨가제: 평균입경 1.0㎛인 것.

상기 실시예 1∼5 및 비교예 1∼3에 따라 제조한 내화도료에 대하여 내화성능시험을 수행하였다. 이때 내화성능 시험은 H빔에 건조도막두께가 6.0~6.1mm가 되도록 도장하여 건조도막의 내화성능시험을 아래의 방법에 의하여 실시하였다.

내화성능시험

본 시험은 일반 건축물, 공장건축물, 위험물 저장 및 처리시설 등의 보, 기둥의 구조부분에 내화 피복재로 도장한 후 시험하여 이 내화 피복재의 내화성능을 확인하기 위한 것이다.

구체적으로는, H빔에 6개의 열전대를 균일한 간격을 두고 설치한 후 내화도 료를 도장하여 KS F 2257의 표준가열 조건으로 2시간 가열시험을 실시하여 내화도료의 발포도막이 주위의 열로부터 시험체로의 열전달을 어느 정도로 효율적으로 차단하는가를 평가하는 것이다.

이때, 표준가열시험은 표준가열 온도조건을 충족할 수 있는 규정된 가열로에서 실시해야 하며 KS F 2257에 명기된 것처럼 표준가열온도는 KS C 1602에 규정된 0.75급 이상의 성능을 가진 지름 1mm의 CA열전대로 측정하며 보와 기둥의 시험시에는 열전대를 최소 3개에서 8개를 설치하여 각 부위별 온도를 측정한다.

본 시험은 시험체에 6개의 열전대를 균일한 간격으로 설치하여 각 부위의 온도를 측정하였다.

또한 표준가열 조건의 시간에 따른 온도변화를 다음 표 2에 나타내었다.

내화성능 시험은 한국공업규격 KS F 2257에 규정된 건축구조부분의 내화시험방법에 따르며 보와 기둥에 대해서는 평균온도 538℃ 이하, 최고온도 649℃ 이하로 규정되어 있다.

시간(분)	KS F 2257의 표준가열온도(℃)
10	663
20	769
30	831
40	875
50	909
60	937
70	961
80	982
90	1000
100	1016
110	1031
120	1044

상기와 같은 방법으로 평가한 내화성능 시험 결과는 다음 표3에 나타낸 바와 같다.

		실 시 예					비 교 예			비고
		1	2	3	4	5	1	2	3
건조도막 내크랙성		양호	양호	양호	양호	양호	불량	양호	불량	육안 관찰
시편 온도 (℃ )	10	80(658)	74(652)	85(662)	82(660)	70(661)	155(660)	184(657)	179(661)
	20	96(766)	92(757)	96(767)	99(765)	90(759)	287(768)	261(759)	240(764)
	30	102(825)	101(821)	105(830)	108(824)	100(827)	403(828)	349(826)	303(824)
	40	109(872)	110(874)	115(875)	118(874)	111(876)	546(870)	388(876)	345(874)
	50	122(907)	122(908)	137(909)	141(905)	119(903)		432(904)	406(907)
	60	151(941)	155(931)	177(937)	182(940)	151(938)		477(940)	557(943)
	70	194(959)	198(958)	230(961)	237(956)	194(960)		514(957)
	80	250(982)	253(980)	295(982)	302(979)	247(983)		566(984)
	90	299(999)	302(1004)	352(1000)	360(1001)	297(1000)
	100	350(1018)	355(1017)	409(1017)	417(1015)	348(1015)
	110	411(1031)	421(1033)	475(1031)	484(1030)	418(1029)
	120	460(1041)	473(1049)	528(1043)	537(1042)	481(1050)
발포층 외관		양호	양호	양호	양호	양호	불량 (흘러 내림)	불량 (수축)	불량 (흘러 내림)	육안 관찰
발포층 강도		우수	양호	우수	양호	우수	불량	양호	불량	지촉 관찰
크랙발생 여부		없음	없음	없음	없음	없음	발생	없음	발생	육안 관찰
주) ( ) 안의 숫자는 노(furnace) 내의 분위기 온도를 말함.

상기 표 3의 결과에 있어서, 비교예 1과 3은 시험도중 도막이 용융되어 흘러내리는 현상과 크랙이 발생하였으며 발포층 강도 또한 쉽게 부스러졌으며 40~60분 경 시험을 중단하였다. 그리고, 비교예 2는 도막이 용융되는 현상은 없었으나 발포층이 다소 수축되는 현상이 발생하였으며 내열성이 부족하여 80분 경 시험을 중단하였다.

상기 표 3의 결과로부터 본 발명에 의한 실시예 1~5에 따른 발포성 내화도료 조성물은 비교예의 도료 조성물에 비하여 2시간 내화성능 결과와 발포도막의 외관, 발포도막의 강도 및 내크랙성이 훨씬 우수함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 규산염계 화합물에 몰비 조절제를 이용함으로써 규산염의 몰비를 조절함과 동시에, 보강재를 이용함으로써 도막의 건조강도 및 내열성 향상, 발포층의 강도를 향상시킬 수 있으며, 체질안료를 이용하여 작업성 및 외관, 내열성을 향상시킬 수 있고, 발포조제를 이용하여 발포밀도 및 발포율을 향상시킬 수 있고, 내열 및 난연성 첨가제를 사용하여 내열성을 향상시킬 수 있었는 바, 결과적으로 발포성 내화도료 조성물은 내열성이 우수하고, 발포효율 및 발포층 강도가 우수하여 건축물의 철근 보 및 기둥 등에 2시간 내화 피복재로 적합하다.

Claims (7)

1. (정정)소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트 및 리튬 실리케이트 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 규산염 40∼70중량%, 알칼리 화합물 또는 비정질 실리카 중에서 선택된 규산염의 몰비 조절제 1~10중량%, 보강재 0.5∼10중량%, 체질안료 10∼40중량%, 평균입경 0.5~10㎛인 수산화마그네슘, 수산화칼슘 및 수산화알루미늄 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 첨가제 0.2∼10중량% 및 불활성 기체가 충진된 아크릴 및 아크릴계 공중합체로 캡슐링된 것과 팽창성 흑연 중에서 선택된 발포조제 0.2∼10중량%로 이루어진 발포성 내화도료 조성물.
2. (삭제)
3. (정정) 제 1 항에 있어서, 규산염의 몰비 조절제는 규산염의 몰비가 1.9~3.5 되도록 사용되는 것임을 특징으로 하는 발포성 내화도료 조성물.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 규산염의 몰비 조절제는 NaOH, KOH, 백색카본, 및 실리카졸 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 발포성 내화도료 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 보강재는 유리섬유, 세라믹 섬유 및 암면 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 것으로서, 섬유의 길이가 3mm 이하이고 섬유 내에 있는 쇼트(shot)가 제거된 것임을 발포성 내화도료 조성물.
6. 제 1 항에 있어서, 발포조제는 불활성 기체가 충진된 아크릴 및 아크릴계 공중합체로 캡슐링된 평균입경 6~50㎛, 발포시작온도 범위가 70~200℃ 인 것과 평균입경 80~200㎛인 팽창성 흑연 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 발포성 내화도료 조성물.
7. (삭제)