KR100806964B1

KR100806964B1 - 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개

Info

Publication number: KR100806964B1
Application number: KR1020070005698A
Authority: KR
Inventors: 박경찬; 한상욱
Original assignee: 다우실란트산업 주식회사
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-02-22

Abstract

본 발명은 화재 발생시 불에 타지 않는, 즉 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개에 관한 것으로, 현재 빌딩이나 설비에 사용되고 있는 전력, 통신 및 신호 전달에 사용되고 있는 케이블의 절연재와 피복재의 용도는 전기적 특성을 만족하는 내후성, 내약품성 등의 제반 특성이 우수한 염화비닐(P.V.C), 플라스틱(plastic), 합성고무가 주자재로 많이 사용되고 있지만, 그 성분이 주로 석유계 유기물로 구성되어 있기 때문에 열에 약하고 연소시 염화비닐 외피 케이블은 염화수소 가스를 발생하므로 인체에 유해한 문제가 발생하여, 이를 해결하기 위해 실록산(Siloxane), 실리카(Silica), 산화티탄(Titanium oxide), 산화철(Iron oxide), 첨가제를 일정비율 혼합 제조하여 화재시 고열에서도 그 내열성이 탁월하며 연소시 인체에 유해한 가스 등이 전혀 배출되지 않음으로써, 화재시 방화벽 관로로 유입되는 화염 및 유독가스를 완벽히 차단할 수 있는 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개에 관한 것이다.

난연성, 실리콘, 고무, 화재, 방화벽, 관구, 밀폐, 마개, 고온, 가스

Description

난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개{A FLAME-RETARDANT AIRTIGHT CORK FOR FIRE WALL}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방화벽용 관구 밀폐마개를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방화벽용 관구 밀폐마개를 도시한 사시도.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

10 : 방화벽용 관구 밀폐마개

본 발명은 화재 발생시 불에 타지 않는, 즉 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개에 관한 것으로, 현재 빌딩이나 설비에 사용되고 있는 전력, 통신 및 신호 전달에 사용되고 있는 케이블의 절연재와 피복재의 용도는 전기적 특성을 만족하는 내후성, 내약품성 등의 제반 특성이 우수한 염화비닐(P.V.C), 플라스틱(plastic), 합성고무가 주자재로 많이 사용되고 있지만, 그 성분이 주로 석유계 유기물로 구성되어 있기 때문에 열에 약하고 연소시 염화비닐 외피 케이블은 염화수소 가스를 발 생하므로 인체에 유해한 문제가 발생하여, 이를 해결하기 위해 실록산(Siloxane), 실리카(Silica), 산화티탄(Titanium oxide), 산화철(Iron oxide), 첨가제를 일정비율 혼합 제조하여 화재시 고열에서도 그 내열성이 탁월하며 연소시 인체에 유해한 가스 등이 전혀 배출되지 않음으로써, 화재시 방화벽 관로로 유입되는 화염 및 유독가스를 완벽히 차단할 수 있는 난연성이 우수한 밀폐마개에 관한 것이다.

실리콘 고무는 이형성, 발수성, 내한성, 내열성, 내후성, 화학적 안정성 등 다양한 면에서 우수한 성질이 있으며 나날이 규제가 강화되어 가는 전기, 전자용에서 요구하는 수준의 난연성 측면 및 환경 친화적인 면에서 실리콘 고무는 대두 되어 왔다. 그러나, 자기소화성을 가지는 실리콘 고무의 조성물은 백금 화합물을 사용하여 왔는데 실리콘 고무 가격을 상승시키는 작용을 하였고 이에 백금 화합물의 사용량을 줄이기 위해 저가의 난연제를 함께 사용하였으나 만족할 만한 난연성을 나타내지 못하였다.

실리콘 고무는 고도의 내열성과 내한성이 있으며, 어떤 형태의 다른 탄성체보다고 일반 범용으로 널리 쓰이고 있으며, 고도의 신뢰성과 안정성을 요하는 방위산업 및 항공산업, 자동차와 그 응용분야에서 널리 쓰이고 있다.

실리콘 고무는 조건에 따라서 230 ~ 250℃까지 사용할 수 있는 것으로, 다수의 다른 고무와 비교하여 보았을 때 최고의 전기적 성질을 가지며, 전기절연재료로써 뛰어남과 함께, 탄성, 뒤틀림, 내후성, 내오존성 등도 좋다.

빌딩 등 다수의 건물 지하 등에 매설되어 있는 케이블 등 대다수의 제품들은 열에 매우 취약하여 화재시 엄청나 피해와 함께 화염을 더 일으키게 되어 화재 확산을 일으키는 요인이 되기도 한다.

이와 같이 화재에 취약한 종래 전송용 케이블 등이 쉽게 손실되는 것을 방지하기 위해, 대한민국공개특허공보 특 2001-0101947(공개일자: 2001.11.15)에서는 방염성이 뛰어난 물질을 이용하여 빌딩의 플레넘 및 입관의 전송용 케이블을 코팅하고, 방염성이 뛰어난 물질로 코팅을 함으로써 플라스틱 제품에 의한 빌딩 내의 화염 전파에 차단할 수 있도록 그 기술적 구성으로 폴리올레핀, 분자당 평균 적어도 2개의 알켄일 라디칼을 갖는 폴리오르가노실록산, 및 칼슘 실리케이트를 포함하고, 폴리오르가노실록산이 오르가노히드리도 실리콘 화합물 및 수소화규소화 촉매를 사용하여 혼합한 후 경화되어 이루어지는 열가소성 가황물에 대해 개시하고 있다. 그러나, 상기 대한민국공개특허공보 특 2001-0101947호와 같은 기술적 구성으로는 그 내열성이 여전히 떨어지며, 화재시 유독가스의 발생을 억제할 수 없다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 난연성이 강하여 화재시 불에 잘 타지 않고, 화재시 발생하는 고열에도 그 내열성이 탁월하고, 인체에 유해한 유독성 가스 등이 전혀 발생하지 않아 화재 발생시 방화벽 관로로 유입되는 화염 및 유독가스를 사전에 완전히 차단할 수 있는 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 조성식이 R_nSiO_(4-n)/2(R:메틸기, n: 2.0)이고, 평균 중합도가 1000 ~ 5000인 오르가노폴리실록산 3.0 ~ 75.88중량%,

분자식이 H-{Si(Me)₂-O}₁₃Si(Me)₂-H이고, 분자량이 1022인 질소분위기 하에서 제조된 말단이 수소로 치환된 폴리 실록산 2.0 ~ 46.0중량%,

흄드 실리카(Fumed Silica) 20 ~ 39중량%,

수산화알루미늄(Al(OH)₃), 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 삼산화안티몬(Sb₂O₃)인 무기 난연제 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 난연제 0.1 ~ 0.5중량%,

산화티탄(Titanium oxide) 1.0 ~ 5.0중량%,

산화철(Iron oxide) 1.0 ~ 5.0중량%,

스테아린산 마그네슘 0.01 ~ 1.0중량%, 백금(Pt) 0.01 ~ 0.5중량%로 조성된 것을 금형에 부은 후 150 ~ 200℃의 온도로 5 ~ 30분간 가열하여 이루어짐을 특징으로 하는 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개를 그 주요 구성으로 한다.

상기 흄드 실리카(Fumed Silica)는 비표면적이 25㎡/g이고, 평균 입자크기는 20 ~ 30nm인 것을 특징으로 한다.

상기 산화티탄(Titanium oxide)은 산화티탄(Titanium oxide)은 고온에서 안정한 루틸형으로 그 입도가 10 ~ 20nm인 것을 특징으로 한다.

이하, 상기한 구성을 더욱 상세히 살펴보도록 한다.

본 발명의 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개는 지하통신구 내 화재 발생시 화염 및 유독가스를 차단시키는 역할을 하는 것으로, 그 용도는 방화벽공관로, 수용관로, 광케이블관로용으로 사용된다.

이는 도 1에 도시한 바와 같이, 방화벽용 관구 밀폐마개(10)는 원통형상에 일측이 관통되어 단면이 '

'형상으로 형성되거나, 또는 도 2에 도시한 바와 같이, 원통형상으로 이루어져 단면이 도넛형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 방화벽용 관구 밀폐마개는 종래에 화재로 인한 소실 및 유독성 가스의 발생으로 인해 많은 문제점이 있었으며, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 구성에 대한 그 구체적인 내용은 다음과 같다.

상기 오르가노폴리실록산은 평균 중합도가 1000 ~ 5000인 것으로, 조성식이 R_nSiO_(4-n)/2(R:메틸기, n: 2.0)인 것으로, 상기 중합도가 1000 이하인 경우에는, 실리콘 고무의 기계적 강도가 떨어지므로, 그 평균 중합도가 1000 ~ 5000인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 폴리 실록산은 질소분위기 하에서 제조된 말단이 수소로 치환된 분자량 1022인 것으로, 전체 실리콘 고무 중량에 대해 2.0 ~ 46.0중량%로 사용하는 것으로, 2.0중량%이하로 사용할 경우에는 실리콘 고무의 내열성 및 내마모성이 떨어지고, 46.0중량% 이상으로 사용하는 실리콘 고무의 가공성이 떨어지므로, 2.0 ~ 46.0중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 흄드 실리카(Silica)는 보강성 충전제의 기능을 갖는 것으로, 방화벽용 관구 밀폐마개를 제조하기 위해, 입경이 20 ~ 30㎚인 흄드(fumed) 실리카를 전체중량에 대해 20 ~ 39중량%의 범위로 사용하는 것으로, 20중량%이하로 사용할 경우에는 난연성 및 보강효과가 떨어지는 문제점이 발생되고, 39중량%이상으로 사용할 경우에는 밀폐마개 제조시 그 가공성이 떨어지므로, 전체중량에 대해 20 ~ 39중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

흄드 실리카 분말은 비표면적이 25㎡/g이고, 평균입자크기가 20 ~ 30㎚인 초미세분말로서 상기 범위의 입자크기를 가짐으로써 난연성 실리콘 고무에 분산이 용이하고, 상기 비표면적으로 인한 표면활성이 뛰어나다.

난연제는 크게 첨가형과 반응형으로 분류되고, 첨가형은 유기와 무기 난연제로 구분된다. 첨가형은 물리적으로 고분자에 난연제를 첨가해서 난연성을 향상시키지만 반응형은 고분자를 제조할 때 일부에 난연제를 첨가해서 화학반응을 시키고 난연성을 향상시키는 방법이다. 구성성분에 따라서는 유기계와 무기계로 분류되는데, 유기계는 주로 인계, 질소계, 할로겐계로 분류되고, 무기계는 수산화알루미늄, 수산화마그넴슘, 아티몬 화합물, Zinc borate로 분류되는 것으로,

본 발명에 따른 난연제는 페라이트 단독 또는 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 삼산화안티몬(Sb₂O₃)인 무기 난연제 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 난연제를 실리콘 고무 전체 중량에 대해 0.1 ~ 0.5중량%의 범위로 사용되는 것으로, 0.1중량% 이하로 사용할 경우에는 실리콘 고무의 난연성이 떨어지고, 0.5중량% 이상으로 사용할 경우에는 실리콘 고무의 압축강도 등의 물성이 떨어지므로, 0.1 ~ 0.5중량%의 범위에서 산화티탄을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 산화티탄(Titanium oxide)은 내열성을 강화시키는 기능을 갖는 것으로, 방화벽용 관구 밀폐마개를 구성하는 전체중량에 대해 1 ~ 5중량%의 범위로 사용되는 것으로, 1중량% 이하로 사용할 경우에는 실리콘 고무의 내열성이 떨어지는 문제가 발생하고, 5중량% 이상으로 사용할 경우에는 실리콘 고무의 가공성이 떨어지므로, 전체중량에 대해 1 ~ 5중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 산화티탄(Titanium oxide)은 고온에서 안정한 루틸형 TiO₂, 저온에서 안정한 예추형 TiO₂, 중간 온도에서 안정한 브루카이트형 TiO₂ 중 1종을 선택하여 사용한다. 특히 루틸형 TiO₂는 각종 무기산, 유기산, 알칼리, 가스 등에 침식되지 않으며, 열에 대해서도 1,800℃까지 용해하지 않는다.

본 발명에서의 산화티탄은 루틸형을 사용하고, 그 입도는 10 ~ 20nm인 것을 사용한다. 이와 같은 미립자 상태로 사용하는 이유는 산화티탄이 가지고 있는 특유의 백화현상을 방지하고, 자외선 차단효과를 갖기 위한 것으로, 10nm 이하로 입도를 유지할 경우에는 자외선 차단효과가 떨어지고, 20nm 이상의 입도를 사용할 경우에는 백화현상이 발생하므로, 10 ~ 20nm의 입도를 갖는 산화티탄을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 산화철(Iron oxide)은 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개를 제조하기 위한 성분의 전체중량에 대해 1 ~ 5중량%의 범위로 사용되는 것으로, 육방정계의 결정구조를 갖는 침상의 입자로서 입경이 장경 0.2mm, 단경 0.03mm의 α형 산화철을 사용하며, 1중량% 이하로 사용할 경우에는 내열성이 급격히 떨어지는 문제가 발생하고, 5중량% 이상으로 사용할 경우에는 내구성이 떨어지므로, 전체중량에 대해 1 ~ 5중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 스테아린산 마그네슘은 미끄럽고 광택이 나게 하는 활택제 기능을 하는 것으로, 전체중량에 대해 0.01 ~ 1중량%로 사용되며, 0.01중량% 이하로 사용하는 경우에는 활택 기능이 떨어지며, 1중량% 이상으로 사용하는 경우에는 실리콘 고무의 내구성이 떨어지므로, 0.01 ~ 1중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 백금(Pt)은 경화촉매제로써, 전체중량에 대해 0.01 ~ 0.5중량%가 사용되며, 0.5중량% 이상으로 사용하는 경우에는 실리콘 고무를 이용한 제품 성형이 접착성이 너무 강하여 가공이 용이하지 않으므로, 0.01 ~ 0.5중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같은 성분을 이용한 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개의 몰딩 과정을 살펴보면 다음과 같다.

실리콘 고무는 크게 몰딩용과 사출용으로 구분되는 것으로, 몰딩용은 프레스를 이용하여 금형의 틀 모양대로 생산하는 것이며, 사출의 경우 일반적으로 전선 의 경우 익스트루션 방법을 이용하여 제조하는 것으로, 본 발명의 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개는 전자의 몰딩을 통해 제조된다.

그 방화벽용 관구 밀폐마개의 몰딩은 먼저 준비된 금형에, 앞서 살펴본 바와 같이 조성된 실리콘 조성물을 부은 후 150 ~ 200℃의 온도로 5 ~ 30분간 가열하면 경화가 일어나면서 방화벽용 관구 밀폐마개가 제조된다.

이때, 그 방화벽용 관구 밀폐마개 제조시 온도가 150℃ 이하일 경우에는 경화가 잘 이뤄지지 않아 내구성이 떨어지는 문제가 발생하므로, 150 ~ 200℃에서 5 ~ 30분간 가열하는 것이 바람직하다.

이하, 상기한 구성을 실시 예를 통해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

방화벽용 관구 밀폐마개 성분 혼합비율

[실시 예 1]

난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개의 성분은 오르가노폴리실록산 75.88Kg, 하이드로젠오르가노폴리실록산 2kg, 흄드 실리카(Fumed Silica) 20Kg, 페라이트 0.1Kg, 산화티탄(Titanium oxide) 1Kg, 산화철(Iron oxide) 1Kg, 스테아린산 마그네슘 0.01Kg, 백금(Pt) 0.01Kg을 혼합하여 조성한다.

[실시 예 2]

난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개의 성분은 오르가노폴리실록산 45.5Kg, 하이드로젠오르가노폴리실록산 3.5kg, 흄드 실리카(Fumed Silica) 39Kg, 수산화알루미늄(Al(OH)₃)과 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 동 비율로 혼합한 0.5Kg, 산화티탄(Titanium oxide) 5Kg, 산화철(Iron oxide) 5Kg, 스테아린산 마그네슘 1Kg, 백금(Pt) 0.5Kg을 혼합하여 조성한다.

방화벽용 관구 밀폐마개의 제조방법

[실시 예 3]

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개는 상기 실시 예 1에서 조성된 조성물을 금형에 부은 후 170℃의 온도로 10분간 가열하게 되면 경화가 일어나면서 방화벽용 관구 밀폐마개가 제조된다.

이와 같이, 몰딩과정을 거친 실리콘 고무는 150 ~ 350℃의 내열성 및 -100℃에서의 내한성을 갖는다.

앞서 살펴본 제조방법을 통해 제조된 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개는 화재시 불에 잘 타지 않고, 고열에도 내열성이 탁월하며, 인체에 유해한 유독 가스가 발생하지 않는 것으로, 관련된 물성 실험결과 값은 아래 표1 및 표2와 같다.

표1)

항 목	수 치
외관(Appearance)	Dark gray
비중(Specific Gravity(23℃))	1.45
가소성(Williams Plasticity)	200

표2)

항 목	수 치
TC-1 curing agent phc	0.5
MECHANICAL PROPERTIES(JIS K624.9)
경도(Hardness(TYPE A))	55
인장강도(Tensile Strength) Mpa{Kgf/ ㎠}	7.8{80}
연신율(Elongation) %	370
Tear Strength(Angle) N/㎜{Kgf/㎝}	26{27}
Linear Shrinkage %	2.8
ELECTRICAL PROPERTIES(JIS K6249)
유전강도(Dielectirc Strength)KV/㎜	24
볼륨저항(Volume Resistivity)㏁m{Ω/㎝}	4×10⁷{4×10¹⁵}

상기 실리콘 몰딩(Molding) 압축성형은 지속적인 열과 압력(유압)을 이용한 성형방법으로, 금형구조에 따라 성형을 필요로 하는 어떠한 형태로도 가공이 용이하며 색상도 자유롭게 할 수 있다는 장점을 갖는다.

이와 같은 실리콘 몰딩(Molding) 압축성형을 통한 제품은 고온 가스켓(Gasket), 자동차 부품, 식품용기 팩킹, 반도체 기계 팩킹 등 다양한 분야에서 사용가능하나, 본 발명에서 몰딩 압축 성형된 제품은 주로 통신구 방화벽용 관구 밀폐마개로 사용됨을 특징으로 한다. 이는 본 발명에 따른 방화벽용 관구 밀폐마개는 앞서 살펴본 바와 같이, 난연성을 매우 높게 하여 화재 등에 의해 통신설비가 유실되는 것을 효과적으로 차단할 수 있기 때문이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의해 몰딩 압축 성형을 거쳐 제조된 방화벽용 관구 밀폐 마개는, 빌딩 지하 등에 매설되어 있는 수용 관로, 광케이블 관로 등에 사용됨으로써 화재시 불에 잘 타지 않고, 고열에서도 내열성이 탁월하 며, 인체에 유해한 유독 가스 등이 전혀 발생하지 않아, 화재 발생시 방화벽 관로 등에 유입되는 화염 및 유독가스를 사전에 완벽히 차단하는 효과를 갖는다.

Claims

조성식이 R_nSiO_(4-n)/2(R:메틸기, n: 2.0)이고, 평균 중합도가 1000 ~ 5000인 오르가노폴리실록산 3.0 ~ 75.88중량%,

분자식이 H-{Si(Me)₂-O}₁₃Si(Me)₂-H이고, 분자량이 1022인 질소분위기 하에서 제조된 말단이 수소로 치환된 폴리 실록산 2.0 ~ 46.0중량%,

흄드 실리카(Fumed Silica) 20 ~ 39중량%,

수산화알루미늄(Al(OH)₃), 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 삼산화안티몬(Sb₂O₃)인 무기 난연제 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 난연제 0.1 ~ 0.5중량%,

산화티탄(Titanium oxide) 1.0 ~ 5.0중량%,

산화철(Iron oxide) 1.0 ~ 5.0중량%,

스테아린산 마그네슘 0.01 ~ 1.0중량%, 백금(Pt) 0.01 ~ 0.5중량%로 조성된 것을 금형에 부은 후 150 ~ 200℃의 온도로 5 ~ 30분간 가열하여 이루어짐을 특징으로 하는 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개.
제 1항에 있어서, 흄드 실리카(Fumed Silica)는 비표면적이 25㎡/g이고, 평균 입자크기는 20 ~ 30nm인 것을 특징으로 하는 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개.
제 1항에 있어서, 산화티탄(Titanium oxide)은 고온에서 안정한 루틸형으로 그 입도가 10 ~ 20nm인 것을 특징으로 하는 난연성이 우수한 방화벽용 관구 밀폐마개.