KR100832141B1

KR100832141B1 - 수용성 무기질 난연제

Info

Publication number: KR100832141B1
Application number: KR1020020015478A
Authority: KR
Inventors: 이명주
Original assignee: 주식회사 에프씨티
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2008-05-27
Also published as: KR20030076806A

Abstract

본 발명은 부직물, 견직물, 목재 또는 종이의 함침에 사용되는 난연제로서, 구체적으로는 내화기능이 우수하고, 유성원료를 사용하는 난연제와 달리 작업환경의 유해함이 적고 환경공해를 유발하지 않는 친환경적인 난연제에 관한 것이다. 또한, 본 발명인 난연제를 부직물등에 함침 시킴으로서 강도가 강하게 되고, 내한성, 안정성, 내수성 및 탄성이 발현되도록 하는 것을 특징으로 하는 수용성의 무기질 난연제에 관한 것이다.

본 발명은 이산화규소와 산화나트륨으로 구성된 난연성의 규산소다, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(C.M.C), 제1인산암모늄, 인산나트륨, 및 실리콘 또는 변성실리콘(Polyvinyl Methyle Silicon Rubber)으로 됨을 특징으로 하는 수용성의 무기질 난연제이다.

규산소다, 실리콘, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(C.M.C), 수용성, 무기질, 난연제, 내수성

Description

수용성 무기질 난연제{watersoluble inorganic fire resistance}

도 1은 본 발명의 난연시험 결과 그래프

본 발명은 수용성의 무기질 난연제에 관한 발명으로서, 좀더 구체적으로 는 견직물, 부직물, 목재 및 종이의 함침에 사용되는 난연성이 우수할 뿐만 아니라 내습성, 안정성, 방수성 및 유연성이 보강된 수용성의 무기질 난연제에 관한 발명이다.

종래 사용된 불연 및 난연제는 섬유나, 목재 및 철 구조물의 피복에 사용되는 도료의 조성물이나 분사제의 조성물이었으나, 최근에 개정된 건축법 시행령 제61조에 따르면, 건축물의 거의 모든 내부마감재료를 불연, 준불연, 난연재료로 하도록 규정하고 있고, 건축물의 내장재료 및 구조의 난연시험방법인 KS F 2271에 합격한 경우에 한하여 사용토록 한정하고 있는 바 종래의 다중이용시설 및 공장의 외벽 등 주로 내장재료로 사용되는 EPS, 폴리우레탄 및 글라스울(G.W) 등은 연소시 유해가스가 발생하고 게다가 G.W의 경우에는 준발암물질이 나오게 되므로 이를 특별한 조치 없이 샌드위치판넬의 내부마감재료로 사용하는 것은 어렵게 되었다.

대한민국 공개특허공보 제98-34097호의 '경량화 난연성 내장용 규소보드의 가공방법 및 규소보드' 에서는 합판, 하드보드, MDF 등 목재나 목분을 주제로 하는 경량합판을 묽은 소다용액에 침적하여 가열 건조한 후, 이에 다시 규산소다 등의 무기질 충전제와 강알칼리성 수지안료를 혼합하여 미립화한 다음 이를 묽은 규산소다 용액에 함침시킨 경량합판이 있었으나, 규산소다는 내습성이 약하기 때문에 마감코팅을 별도로 하지 아니하는 한 그 형태를 유지하기 어려운 문제점이 있었다.

대한민국 특허공고 제97-5147호의 '유색 유성 발포성 불연도료 및 그 제조방법' 에서는 일정비율의 MEK, 아세톤, DEF으로 조성된 용제에 염화고무, 염화파라핀, 페놀수지, 무수마레인산 등을 각각의 공정을 통해 혼합한 유성 발포성 불연도료에 사용되는 난연제가 있었으나, 이런 유기질의 유성 난연제는 방수성이 높은 장점이 있는 반면 화재 발생시 다량으로 발생되는 유독가스에 의해 사람이 질식되어 사망하는 등 심각한 문제를 발생시킬 뿐만 아니라, 유해가스 및 분진도 발생시키므로 환경을 오염시키는 단점이 있었다. 또한, 유성 발포성 난연제의 경우 피복의 두께가 얇은 경우 충분한 내화성능을 가질 수 없는 바 충분한 두께를 필요로 한다는 기술적인 난점이 있었고, 유성 발포제의 함량이 많을수록 그 비산하는 성질에 의해 로스는 많아지기 때문에 난연제에 대한 비용의 부담이 커진다는 문제점도 갖고 있었다.

대한민국 공개특허공보 제98-9399호의 '내화성 도료 조성물'에서는 규산나트륨과 이산화규소로 구성된 조성물에 산화마그네슘, 수산화나트륨 및 티탄 분말을 첨가하여 하부층을 구성하고, 상기 하부층 위로 산화마그네슘, 산화칼슘 및 산화알 루미늄이 상부층을 이루는 것을 특징으로 하는 공지된 도료를 조성하는 난연제가 있었으나, 무기질의 수용성 난연제로서 건축물을 시공할 때나 화재 발생시에 유성원료가 사용된 난연제에 비해 유해가스가 발생하지 않고 강도가 커서 외부충격에 의하여 쉽게 변형되지 않는 장점이 있지만, 유연성이 부족하여 피복외부에서 균열 결함이 발생하기 쉽다는 문제점을 갖고 있었다.

대한민국 공개특허공보 제01-56001호의 '내화기능성 피복도료조성물'에는 산업용 각종 철 구조물의 표면에 도포되는 도료를 조성하는 난연제에 관한 사항이 있었는데. 유기수지 및 세라믹수지를 사용한 수성원료를 사용했지만, 가연성있는 유기수지를 사용한다는 점에서 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 종래의 유성원료를 사용하지 않음으로써 직물 제조나 건축 시공시 분진이나 냄새 등의 환경오염물질이 발생하지 않고, 화재시 화재의 진행속도를 늦추고 유독가스가 발생하지 않을 뿐만 아니라 재생이 가능한 친환경적인 난연제를 제공하고, 유성발포제 사용에 의한 비용적, 기술적 난점을 해결한 무기질의 수성원료를 사용한 난연제이다.

또한, 종래의 규산소다, 석면사등을 주성분으로 하는 난연제는 완전히 수분이 증발하면 표면이 수축되어 거미줄과 같은 크랙이 발생하며, 습도와 온도의 변화에 따라 피착된 불연제가 탈리되거나 변형되는 문제점이 있었으나, 본 발명을 통하여 이를 극복하여 함침의 대상물로 하여금 내수성을 가지게 하고 저온에서도 유연성과 탄성이 보강된 난연제를 만들 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(C.M.C) 50~55중량부, 제1인산나 트륨 30~40중량부, 제1인산암모늄 15~25중량부의 혼합물 100g을 물 2L에 용해시켜 용액(A)를 조성하고 : 실리콘 400~1200g을 상기 용액(A)와 함께 교반하여 혼합용 액(B)를 만든 후: 상기 혼합용액(B)와 규산소다용액 2000~3200g을 혼합하여 만든 수용성의 무기질 난연제이다. 이를 제조공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

(제1공정)

분말상태인 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(C.M.C) 50~55중량부, 제1인산나트륨 30~40중량부, 제1인산암모늄 15~25중량부를 물 2L에 녹인다. 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(C.M.C)는 섬유상의 물질로 물에 잘 녹지만, 80℃이상의 온도에서 장시간 가열하면 물에 대하여 불용성이 되는 성질이 있다. 후술할 제3공정의 규산소다와 관련하여, 규산소다는 난연성이 있지만 습기나 물에 아주 약해 자연 건조시 녹아내리고 고온건조시에 완전히 수분이 증발하면 분말이 되어 형태를 유지하기가 어려운 단점이 있으나, 카르복시셀룰로오스나트륨이 함유된 본 발명인 난연제를 견직물, 부직물, 목제, 종이 등에 함침시키고 80℃이상의 온도에서 건조시킨 후 성형을 하면, 견직물 등의 표면에 셀룰로오스층이 형성됨으로서 내수성을 가지게 된다. 카르복시메틸셀룰로오스나트륨은 가장 바람직하게는 50~55중량부인데, 40중량부 이하이면 셀룰로오스층이 형성이 부진하고, 60중량부가 넘으면 내수성이 강화될 만한 효과는 볼 수 없으며 또한 비경제적이다.

또한, 제1인산암모늄(NH4)H2PO4 은 염료분산작용과 난연기능을 부가시키며, 인산나트륨(Na3PO4)은 형태가 흐트러지는 것을 방지하는 강성보강기능을 하며 색조를 좋게한다.

(제2공정)

상기한 제1공정에 의해 형성된 혼합물에, 실리콘 400~1200g을 첨가하여 교반시킨다. 실리콘(Silicon)은 내연성이 우수하여 200℃~250℃에서도 연소되지 않고, 내한성이 우수하여 -50℃~-70℃에서도 유연성을 유지할 뿐만 아니라 내후성, 발수성, 난연성을 가지며 또한 소포작용을 한다. 실리콘은 난연제 총 중량의 10%이하(본 공정에서는 400g)인 경우 난연성의 발현이 부진하며, 실리콘은 가격이 비싸기 때문에 난연제 총 중량의 30%이하(본 공정에서는 1200g)가 바람직하다. 실리콘은 가격이 비싸기 때문에 이를 대신하여 변성실리콘의 일종으로 발수,방수성이 있는 합성고무와 실리콘 수지의 화합물인 Polyvinyl Methyle Silicon Rubber(알칼리성 무기질 침투 발수, 방수제) 400~1200g를 사용하여도 무방하다.

또한, 제1공정에 의한 혼합물은 약산성으로 알칼리성인 규산소다(제3공정)와 교반하는데 많은 시간을 필요로 하지만, 본 공정에서 실리콘 또는 변성실리콘을 첨가함으로써 제1공정에서 제조된 혼합물의 pH를 높임으로써 제3공정에서의 규산소다용액과 잘 섞이도록 하는 작용까지 하고 있다.

(제3공정)

상기한 제2공정에 의해서 형성된 혼합물에 규산소다용액 2000~3200g을 혼합하고 10분이상 충분히 교반시킨다. 규산소다용액은 현재 시판되고 있는 액상규산소다 제2호를 사용한다. 가장 바람직하게는 규산소다용액 2000~3200g 인데, 1800g이 하로 할 경우에는 난연기능이 제대로 발휘되지 않으며, 3500g이상 사용할 경우에는 난연성이 증가될 만한 효과는 볼 수 없고 비경제적이다.

규산소다용액(Na2O

nSiO2

nH2O)은 열에 의해 발포되어 단열 내화층을 형성하는 무기질의 수용액로서, 화재시 건축물의 연소 및 화재진행을 방지하는 기능을 한다. 또한, 제1공정에서의 카르복시메틸셀룰로오스나트륨를 첨가하여 함침시킴으로써 규산소다는 불완전유리상태가 되고, 습기나 물에 약한 단점은 극복될 수 있다. 또한, 규산소다를 대신하여 실리카겔, 실리카졸 또는 규산카리를 사용할 수도 있다.

최근에 개정된 건축법시행령 제61조 규정에 의거하여 일정규모 이상의 다중이용시설, 공동주택 및 생활권수련시설, 자연수련시설등의 벽, 천장, 복도, 계단등의 마감재료를 불연, 준불연 또는 난연재료로 하도록 개정함으로써 이전에는 내부마감재료에 한하여 실시되는 불연성능시험(KS F 2271)을 내부마감재료인 폴리우레탄, 스티로폼 샌드위치 패널 등에 대하여서도 적용되도록 하였다. 종래에는 견직물, 부직물, 건축자재 등의 피복도료에 사용되는 난연제에 관한 것이 대부분이었고, 난연성 내부마감재라 하더라도 배기가스의 유해성 및 난연성의 측면에서 불연성능시험(KS F 2271)을 통과할 정도로 우수한 난연성 내부마감재는 없었다. 이에 본 발명인 수용성 무기질 난연제를 건축물의 내부마감재료로 가장 널리 이용되는 폴리에스테르판넬에 함침시켜 시험한 결과 섬유를 사용한 내부마감재료로는 처음으로 방재시험연구원의 난연2급(준불연재료)기준에 적합판정을 받았으며, 본 발명이 내부마감재료의 난연성을 발현시킨 것이다. 또한, 후술할 실시례1과 같은 난연제가 함침 된 폴리에스테르를 KS M 6518의 아령형 1호과 같은 형상으로 만들고, 38℃~42℃의 물에 168시간 동안 담그고 실험한 결과 인장하중이 237N(뉴턴)으로 내수성이 매우 우수한 것으로 나타났다(시험처: 한국화학시험연구원. 시험항목: 내수성시험, 시험방법: 만능재료시험기INSTRON-4465). 이하, 실시례1에서 본 발명인 난연제의 난연효과와 배기가스의 무해성 여부도 확인하여 본다.

(실시예1)

규산소다용액 2600g, C.M.C 50g, 제1인산나트륨 18g, 제1인산암모늄 35g, 변성실리콘 800g 및 물 2L를 상기한 제1공정, 제2공정 및 제3공정에 의해서 혼합하고, 이를 폴리에스테르 폴리에스테르(220mm×220mm×10mm)의 평판에 함침시킨 후, 이를 항온기(40℃)에 24시간 동안 양생시키고 한쪽 면을 주열원인 1.5kW의 전열기와 부열원인 프로판가스(350cc/min)로 10분동안 가열시킨결과 그 실험치는 표1과 같다.

(실험1)

상기한 실험1의 안정제가 함침된 폴리에스테르의 평판에 직경25mm인 구멍을 3개 뚫고서 이를 항온기(40℃)에 24시간 동안 양생시키고 한쪽 면을 주열원인 1.5kW의 전열기와 부열원인 프로판가스(350cc/min)로 10분동안 가열시킨 결과 그 실험치는 표2과 같다.

(실험2)

상기한 실험1의 본 발명인 안정제가 함침된 폴리에스테르 평판을 항온기(40℃)에 24시간 동안 양생시키고 한쪽 면을 주열원인 1.5kW의 전열기와 부열원인 프 로판가스(350cc/min)으로 6분동안 가열한후 발생한 가스를 생후 5주된 ICR계의 암컷쥐(체중18~22g)에게 1차 3L/min, 2차 25L/min 만큼 흡입 시킨 결과 그 실험치는 표3과 같다.

(표1: 표면시험)

시 험 명		표 면 시 험			판정기준
시험체	번 호	1	2	3	공 란
	크 기(mm)	220×220	220×220	220×220
	두 께(mm)	10.0	10.0	10.0
	중 량(g)	300.4	391.4	324.8
시험후감량(g)		42.3	32.9	42.5
배기온도 및 연기	3분이내표준온도곡선초과 유무	무	무	무	초과하지 않을 것
	온도×시간면적 (℃ ×분)	0	0	0	100 이하
	단위면적당 발연계수(CA)	6.0	1.0	4.0	60 이하
잔염시간(초)		12	10	13	30 미만
곡 선 도		도1(가)	도1(나)	도1(다)	-
균 열 폭(mm)		0	0	0	두께×1/10미만
방화상 유해한 변형 등		없음	없음	없음	없을 것
판 정		적합	적합	적합	-

(시험처: 방제시험연구원 시험방법: KS F 2271-1998기준)

단위면적당 발연계수라 함은 배기가스를 광학측정장치에 통과시켰을 때의 상대적인 계기의 수치를 의미하며, 표준온도 곡선(제1도 참고)이라함은 석면펄라이트판(220mm×220mm×10mm)을 실시예1과 같이 가열한 결과, 시간경과에 따른 배기온도 곡선을 말한다.

(표2: 부가시험)

시 험 명		부 가 시 험			판정기준
시험체	번 호	1	2	3	공 란
	크 기(mm)	220×220	220×220	220×220
	두 께(mm)	10.0	10.0	10.0
	중 량(g)	322.7	321.6	305.0
시험후감량(g)		42.7	40.0	50.4
배기온도 및 연기	온도×시간면적 (℃ ×분)	0	0	0	150 이하
배기온도 및 연기	단위면적당 발연계수(CA)	3.0	12.0	3.0	60 이하
잔염시간(초)		21	20	18	90 이하
판 정		적합	적합	적합	-

(시험처: 방제시험연구원 시험방법: KS F 2271-1998기준)

(표3: 가스유해성시험)

시 험 명		가스유해성시험		판정기준
시험체	번 호	1	2	공란
	크 기(mm)	220×220	220×220
	두 께(mm)	10.0	10.0
	중 량(g)	308.3	365.4
시험후 감량(g)		37.7	41.2
마 우 스	혈통,성별	IRC, 암컷	IRC, 암컷
마 우 스	평균중량	20.3	20.3
시험상자온도 (℃)	초 기	30.4	31.7
시험상자온도 (℃)	최 고	33.1	32.3
마우스행동정지시간		14분 47초	14분 28초	9분 이상
판 정		적합	적합	-

(시험처: 방제시험연구원 시험방법: KS F 2271-1998기준)

상기한 바와 같이 본 발명은, 부직물, 견직물의 제조시는 물론 건설시공시 작업환경에 유해함이 적고 환경공해를 유발하지 않는 무기질의 수성원료를 사용한 친환경적인 난연제이며, 화재시 건축물의 연소 및 화재의 빠른 진행을 방지하여 화재를 초기에 진압할 수 있게 하고, 유성원료를 사용한 경우와 달리 매연 및 유독가스가 발생하지 않으며, 또한 규산소다를 주원료로 사용함으로써 강도가 강하기 때문에 외부충격에 의하여 변형 또는 변질되지 않을 뿐만 아니라 습기에 약한 성질을 극복할 수 있는 우수한 발명이다.

Claims

카르복시메틸셀룰로오스나트륨(C.M.C) 50~55중량부, 제1인산나트륨 30~40 중량부, 제1인산암모늄 15~25중량부의 혼합물 100g을 물 2L에 용해시켜 용액(A)를 제조하고 : 실리콘 400~1200g을 상기 용액(A)와 함께 교반하여 혼합용액(B)를 만든 후: 상기 혼합용액(B)와 규산소다용액 2000~3200g을 혼합하는 것을 특징으로 하는 함침용 수용성 무기질 난연제.
제 1 항에 있어서, 상기 실리콘은 합성고무로 변성시킨 변성실리콘인 것을 특징으로 하는 함침용 수용성 무기질 난연제.