KR100776377B1 - 방염성 실리콘 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 비닐그룹과 수소원자가 각각 결합된 폴리실록산 형태의 실리콘, 무기계 방염제 및 백금촉매 등을 포함하는 실리콘 방염조성물, 상기 실리콘 방염조성물을 이용하여 제조되며 방염성을 요하는 피처리재에 실리콘이 코팅된 불연성 방염재 및 이의 제조방법에 관한 것으로 본 발명에 따르면 내열성뿐 아니라, 화학안정성, 친환경성, 롤함침코팅성, 내구성, 형상복원력, 보온단열성, 흡음성 등이 향상되고 간편한 작업으로 방염재를 제조할 수 있다. 또한 본 발명의 방염조성물 및 이의 함침코팅법은 건축내외장재, 직물, 플라스틱, 목판재, 유리섬유, 판넬, 스폰지, 카본히터, 부직포, 벽지와 같은 종이 등 방염이 필요한 거의 모든 피처리재에 응용가능하다.

방염재, 실리콘, 스폰지, 방염조성물

Description

방염성 실리콘 조성물{Flame Retardant Siliconand Composition}

본 발명은 실리콘 방염조성물, 이를 이용한 방염재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 비닐그룹과 수소원자가 각각 결합된 폴리실록산 형태의 실리콘 수지, 무기계 방염제 및 백금촉매 등을 포함하는 실리콘 방염조성물, 상기 실리콘 방염조성물을 이용하여 제조되는 방염성을 요하는 건축내외장재, 목판재, 판넬, 플라스틱, 스폰지, 카본히터, 종이, 직물, 부직포 등에 실리콘이 코팅된 불연성 방염재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

오늘날까지 내염(耐炎) 및 방염(防炎)에 관한 연구는 매우 다각적으로 진행되어 왔으며, 그 용도 또한 건축자재용, 방화복용 등 불길의 전개를 억제하기 위한 용도로 다양하게 개발되어 왔다. 특히 내염 및 방염처리는 주로 유기물질로 이루어지는 소재의 표면에 처리되어 유기물질의 착화 및 연소를 억제하는 방향으로 개발되어 왔다.

그 대표적인 예로서 유기물질로 된 천이나 수지 플레이트 등의 표면에 할로겐화물을 포함하는 내염조성물을 도포하여 유기물질로 된 소재에 난연성 및 내염성 을 부여토록 하는 방법이 개발되어 여러 제품들에 응용된 바 있다.(미국특허 제 4532287호 , 미국특허 제 5326800호) 그러나 이러한 방법은 할로겐화물의 사용으로 인하여 생산, 사용 및 폐기 등의 순환과정에서 다량의 환경 오염물질을 발생시키는 문제점이 있었다.

무기계 난연제로서 수산화 알루미늄이 사용되기도 하나 수산화 알루미늄만으로 방염성을 부여하려면 다량 사용되어야 하며 이 때문에 방염성이 부여되는 물질의 물성이 변화하게 된다.

또한, 일반적으로 방염성 스폰지는 발포시킬 때 방염제를 혼합하여 제조되기 되는데, 발포액에 방염제를 홈합하여 발포를 시키면 표면에는 다소 방염성이 있지만 스폰지 중간중간에는 방염성 불량이 발생한다.

한편, 최근 새로운 방염제의 개발은 환경문제에 대한 연구를 우선으로 하고 있다. 불과 수년전만 하더라도 새로운 방염화 방법 및 보다 저렴한 방염제 생산이 주된 연구과제였으나 현재는 환경친화적이지 않으면 성능이 아무리 우수해도 소용이 없다.

따라서 친환경적이면서도 직물 등의 천, 플라스틱, 스폰지, 종이, 카본히터, 목판재, 판넬, 나무재료, 부직포 등에 방염성을 효과적으로 부여하기 위한 새로운 방법 및 그에 의한 제품의 개발에 대한 요구는 여전히 존재하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 소정의 비 닐그룹과 수소원자가 각각 결합된 폴리실록산 형태의 실리콘 20 내지 80 중량부, 무기계 방염제 20 내지 80 중량부 및 백금촉매 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 실리콘 방염조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실리콘을 포함하는 방염조성물을 이용하여 실리콘이 코팅된 방염재를 제조할 수 있으며 상기 공정 중에 유해가스 등을 발생시키지 않는 환경 친화적인 불연성 방염재 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실리콘 방염조성물을 이용하여 천, 종이, 카본히터, 스폰지 등에 실리콘이 골고루 코팅되어 방염성이 전체적으로 고르게 분포된 방염재(防炎材)를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소정의 비닐그룹과 수소원자가 각각 결합된 폴리실록산 형태의 실리콘을 20 내지 80 중량부, 무기계 방염제 20 내지 80 중량부, 백금촉매 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 방염성 조성물을 제공한다.

상기 실리콘 방염성 조성물은 바람직하게는 인계 방염제를 추가로 포함한다. 상기 인계 방염제는 바람직하게는 상기 무기계 방염제 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부가 첨가된다.

상기 무기계 방염제로는 수산화 알루미늄, 산화안티몬, 수산화 마그네슘, 산화지르코늄, 붕산바륨, 산화아연, 산화티타늄, 마이카 등이 바람직하다.

상기 인계 방염제로는 무기계를 사용하는 것이 바람직하며 적인, 인산 암모늄, 폴리인산 암모늄 등이 있다.

인계 방염제는 물과 접촉할 경우 독성이 있을 수 있고, 밀폐공간에서 폭발 위험이 있는 포스핀(phosphine) 가스를 방출할 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 무기계 방염제 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 정도의 소량을 첨가함으로써 이러한 위험을 줄이면서도 무기계 방염제와 함께 시너지 효과를 주게 된다.

본 발명의 실리콘 수지 조성물을 이용하여 실리콘이 코팅된 방염재를 제조하는 방법은 소정의 비닐그룹과 수소원자가 각각 결합된 폴리실록산 형태의 실리콘을 20 내지 80 중량부, 무기계 방염제 20 내지 80 중량부, 백금촉매 0.1 내지 5 중량부를 혼합하는 단계, 상기 혼합단계를 거친 혼합액을 방염을 요하는 물건에 함침 또는 코팅하는 단계; 상기 함침 또는 코팅액을 열경화시키는 단계를 포함한다.

코팅된 실리콘층의 두께는 바람직하게는 20㎛ 내지 100㎛이나, 피처리재의 종류에 따라 당업자가 쉽게 적당하게 결정할 수 있다.

상기 실리콘과 무기계 방염제의 양은 상기 조성범위에서 모두 효과가 있으나, 방염을 요하는 물건이 종이와 같이 불에 매우 잘 타는 것인 경우에는 실리콘에 비하여 무기계 방염제의 양이 더 많은 것이 바람직하다.

비방염 스폰지를 사용하는 경우 상기 스폰지를 상기 혼합액에 함침한 다음 압력이 가해지는 롤러를 이용하여 스폰지의 셀 속까지 혼합액이 들어가게 함과 동시에 혼합액을 짜서 제거한 다음 100℃ 이상의 열챔버내에서 경화시킨다. 상기 스 폰지 두께가 약 10mm를 기준으로 할 때 경화 시간은 20~60초가 바람직하다.

카본 히터를 사용하는 경우에는 카본 히터를 상기 혼합액에 함침한 다음 100℃이상의 열챔버내에서 경화시킨다. 이 때 15~40 초간 경화하는 것이 바람직하다.

상기 열경화에 의하여 다음과 같은 반응이 일어난다.

여기서, 부가형 골격은 Si-O-Si이고, 부가형으로 경화시킬 때 부산물이 생기지 않는 특징을 지니고 있다.

상기 폴리실록산 형태의 실리콘은 다음과 같이 제조할 수 있다. 메탄올은 염화메틸형태로 실리콘 제조 원료로 사용되며, 염화메틸은 실리콘 모노머인 메틸 클로로실란에 흡수되고 가수분해에 의해 메틸기는 폴리머에 남으며 염소는 염산으로 회수된다. 회수된 염산은 메탄올과 다시 반응하여 재사용한다. 상기 백금촉매는 휘발성 용제가 전혀 함유되지 않음으로써 건조과정에서 열안정을 얻을 수 있다.

한편, 혼합단계에서는 방염조성물에 사용되는 에폭시실란과 같은 점도조절제, 실리카, 규산소다 등과 같은 방염보조제를 본 발명의 방염조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부 범위로 추가로 첨가할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 이용하여 보다 상세히 설명한다.

실시예

실시예 1:

디메틸 히드로겐 폴리실록산 40 중량부, 수산화 마그네슘 30 중량부, 마이카 30중량부, 백금촉매 2중량부, 적인 2중량부, 실리카 5중량부을 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 9mm 두께의 합판을 함침시킨 후 120℃의 열챔버에서 30초간 경화시켜 실리콘이 코팅된 합판을 제조하였다.

실시예 2:

디메틸 폴리실록산 40 중량부, 수산화 마그네슘 30 중량부, 마이카 30중량부, 백금촉매 3중량부, 인산 암모늄 2중량부, 실리카 10중량부을 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 부직포(20㎝ x 20㎝)를 함침시킨 후 130℃의 열챔버에서 40초간 경화시켜 실리콘이 코팅된 부직포를 제조하였다. 제조된 부직포는 코팅전보다 인열강도가 증가하였다.

실시예 3:

디메틸메틸비닐 폴리실록산 60 중량부, 수산화 알미늄 20 중량부, 마이카 20중량부, 백금촉매 4중량부, 인산 암모늄 1중량부, 실리카 5중량부을 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 카본히터를 함침시킨 후 150℃의 열챔버에서 35초간 경화시켜 실리콘이 코팅된 카본히터를 제조하였다.

실시예 4:

메틸 폴리실록산 40 중량부, 수산화 마그네슘 20 중량부, 마이카 40중량부, 백금촉매 1중량부, 폴리인산 암모늄 2중량부, 실리카 20중량부를 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 스폰지 함침시킨 후 압력이 가해지는 롤러를 통과시켜 여분의 액을 제거한 다음 120℃의 열챔버에서 60초간 경화시켜 실리콘이 코팅된 1cm 두께의 스폰지를 제조하였다. 실리콘이 코팅된 스폰지는 흡음성이 우수하면서도 일반스폰지에 비하여 내열성이 우수할 뿐 아니라 보온단열성, 흡음성, 형상복원력, 내마모성이 보다 향상되었다.

실시예 5:

디메틸 히드로겐 폴리실록산 40 중량부, 산화 지르코늄 20 중량부, 마이카 40중량부, 백금촉매 2중량부, 적인 2중량부, 실리카 10중량부를 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 0.5mm두께의 유리섬유를 함침시킨 후 150℃의 열챔버에서 45초간 경화시켜 실리콘이 코팅된 유리섬유를 제조하였다.

실시예 6:

실시예 1 내지 실시예 5의 본 발명의 방염 조성물로 처리된 방염재들에 대하여 방염도를 시험하였다. 그 결과를 이하 표 1에 정리하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
발화시작온도	850℃	750℃	900℃	900℃	1500℃
홀발생여부	미발생	미발생	미발생	미발생	미발생
잔염시간(sec)	1	1	1	1	1
잔신시간(sec)	1	2	2	1	1

상기 발화시작온도는 상기 온도에서 30초간 발화되지 않는 최고온도를 기록한 것이다. 10분 이상 경과하여도 불이 번지지는 아니하였다.

상기 잔염시간(단위: sec)은 버어너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태가 그칠 때 까지의 시간을 측정하였고, 잔신시간(단위: sec)은 버어너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소하는 상태가 그칠 때까지의 시간을 측정하였다.

버어너의 불꽃에 수평으로 실리콘이 코팅된 방염재를 대었을 때 홀이 발생하는지 여부를 체크하였다.

종래의 난연성 스폰지가 500 내지 550℃에서 발화가 시작되는 것에 비하여 본 발명의 방염조성물로 처리된 방염재가 매우 우수한 방염성을 가짐을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 다른 실리콘 방염조성물 및 이를 이용한 실리콘 방염재 제조방법에 의하면 기존에 비하여 내열성뿐 아니라, 보온단열성, 흡음성, 화학안정성, 친환경성, 롤함침코팅성 등이 향상되고 간편한 작업으로 방염재를 제조할 수 있다. 또한 본 발명 의 방염조성물 및 이의 함침코팅법은 건축내외장재, 직물, 플라스틱, 목판재, 유리섬유, 판넬, 스폰지, 카본히터, 벽지와 같은 종이 등 방염이 필요한 거의 모든 피처리재에 응용가능하므로 방염재 제조산업 상 매우 유용한 발명이다.

Claims (5)

1. a) 폴리실록산 형태의 실리콘 20 내지 80 중량부, 무기계 방염제 20 내지 80 중량부 및 백금촉매 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 실리콘 방염 조성물에 발포 스폰지를 함침시켜 상기 실리콘 방염 조성물을 흡수시키는 단계;

   b) 단계 a)를 거친 스폰지로부터 흡수되고 남은 실리콘 방염 조성물을 제거하는 단계; 및

   c) 단계 b)를 거친 스폰지를 가열하는 단계를 포함하는 방염 스폰지의 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 방염 조성물은 상기 무기계 방염제 100 중량부에 대하여 인계 방염제를 1 내지 5 중량부 더 포함하는 것인 방염 스폰지의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 방염 조성물은 방염보조제를 상기 실리콘 방염조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부 더 포함하는 것인 방염 스폰지의 제조방법.
5. 제1항의 제조방법에 의하여 제조되는 방염 스폰지.