KR100870192B1 - 무기수성내화도료 조성물 및 그를 이용한 내화도료도장공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기수성내화도료 조성물 및 그를 이용한 내화도료도장공법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 무기수성내화도료 조성물은, 변성 규산염 40 내지 65중량%, 비정질 실리카 또는 알칼리화합물 중 적어도 하나로 이루어진 몰비 조절제 1 내지 15중량% 및 아크릴계 바인더, 스티렌계 바인더 및 고무계 바인더 중 적어도 어느 하나를 포함하는 바인더 수지; 보강재 1 내지 15중량%, 체질안료 1 내지 15중량%, 내화성능을 유지시키는 발포조제 1 내지 10중량%, 가소제 1 내지 30중량%를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 의하면, 종래의 무기질 수성원료로 이루어진 발포성 무기수성내화도료의 수분에 취약한 한계점을 극복하여 내구성과 시공성을 향상시키며, 본래의 내화성능을 유지하는 무기수성내화도료 조성물 및 그를 이용하여 안전하게 철골부재를 시공을 수행할 수 있는 도장공법을 제공할 수 있다.

무기, 수성, 도료, 페인트, 도장공법, 규산염, 몰비, 조절제, 스티렌계, 가소제

Description

무기수성내화도료 조성물 및 그를 이용한 내화도료도장공법{INORGANIC AQEUOS FIRE-PROOF PAINT COMPOSITION AND METHOD OF FIRE-PROOF PAINTING USING THEREOF}

본 발명은 무기수성내화도료 조성물 및 그를 이용한 내화도료도장공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 변성 규산염, 몰비 조절제, 체질안료, 발포조제, 특수 보강제 등의 혼합으로 제조되며, 철골구조의 건축물에 도장하여 건축물 화재시 도막이 발포 및 팽창하여 팽창된 견고한 발포층이 철골구조를 감싸 고온에서도 열이 철골에 미치지 못하게 하는 기능성 도료 조성물 및 그를 이용한 내화도료도장공법에 관한 것이다.

최근에는 건축물들이 고층화 및 대형화되어감에 따라 철골구조물의 비중이 증대되고 있으며, 특히 건축물의 하중을 받는 보 및 기둥은 매우 중요한 부분으로서 내구성이 우수한 강재의 사용이 필수적이다.

일반적으로, 건축물의 화재시에는 800 내지 1,000℃의 열이 발생하는데, 건 축구조에서 일반적으로 사용되는 철재인 저탄소강의 임계온도는 약 540℃ 내외로서, 열에 의한 철골의 내력이 60% 정도로 감소하고, 철골 구조물을 이루는 강재 고유의 인장강도나 압축 강도 등에 심각한 영향을 초래하게 되며, 종국에는 철골 구조물의 변형, 붕괴( 및 파괴)가 일어나는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 화염 노출에 있어서의 문제점을 보완하기 위하여 철골 구조물에 내화 피복을 실시하고 있으며, 건축법에서는 보 및 기둥과 같은 주요 구조물에 규정시간 이상의 내화성능을 만족시켜야 하는 건축물의 설계 및 시공을 요구하고 있는 실정이다.

철골 구조물에 내화성능을 부여하는 내화도료로는 발포성 내화도료가 사용되고 있다. 상기 발포성 내화도료는 비화재시에 수 mm의 건조 도막 두께를 갖지만, 열에 노출되면서 건조 도막이 발포하여 두터운 단열층을 형성하게 되고, 불활성 가스를 발생시키는 도료로서, 이 두터운 탄화층에 의한 일정시간 동안의 단열층 형성과, 불활성 가스의 발생으로 인하여 철골에 전달되는 외부의 열을 차단하고, 철골 구조물이 임계온도에 도달하는 시간을 지연시켜 건축물의 붕괴현상을 일정시간 지연시켜주는 도료이다.

이러한 발포성 내화도료로서, 유성내화도료가 널리 사용되고 있다. 상기 발포성 유성내화도료는 방향족 탄화수소계 용제를 사용한 바인더와 아크릴계 변성수지를 포함하여 이루어진다. 유성내화도료는 화재시 표면이 발화함과 동시에 APP와 같은 암모니아계 수지의 주성분인 암모니아 가스가 배출되면서 발포가 진행되며, 발포 탄화층이 재로 변하면서 도막 내부로의 온도를 차단하는 메카니즘에 의하여 내화특성을 발휘한다.

그러나, 상기 유성내화도료를 사용할 경우, 내수성은 우수하나, 유기 용제의 증발에 의한 도막의 완전건조에 시간이 많이 걸리며, 발포시에 유독가스인 암모니아 가스 등의 유독가스가 발생하고, 발포층에 의하여 형성된 연질의 탄화층이, 고온의 화재시 열풍에 의하여 쉽게 부숴지기 때문에 단열효과가 미비하여 자체 내화성능을 확보하지 못하므로, 화재 위험성을 지니는 문제점이 있으며, 더욱이 유기 원료가 갖는 한계로서 인화성 저하의 특성 때문에 화재 위험성이 높아져 현장 시공시에는 각별한 주의가 필요하다. 이 때문에, 유럽 등의 선진국에서는 유기발포 도료의 사용을 엄격히 규제하고 있으며, 외부 노출 형태의 구조에만 적용되도록 하고 있는 것이 현실이다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 수성내화도료를 적용하게 되었다. 액상 메틸실리케이트를 주 바인더로 하는 상기 수성내화도료는 친환경적이고, 건조시간이 빠르며, 발포성능, 내열성이 우수한 장점이 있으나, 수분에 약한 단점을 가진다. 수성내화도료의 주원료인 규산염의 화학적 성질과, 혼합되는 무기 원료들의 특성상, 수분에 노출될 경우, 도막이 물에 녹는 한계를 지녀, 옥외 장소에서의 시공에 있어서는 상기 수성내화도료에 의한 도막 형성 후, 상도 도장이 이루어지기 전에 우수 또는 기타 수분에 노출될 경우에는, 도막이 흘러내리는 문제점이 있어, 시공 현장에서는 지붕틀이 설치된 후에 내화도료의 도장 작업을 수행하던지, 또는 내화도료의 도장 작업 이후에 별도의 보양을 하여 수분에 접촉되지 않도록 하는 미연의 조치가 불가피한 문제점이 있다.

아울러, 상기 수성내화도료가 수분에 노출되는 경우에 주원료인 규산염의 흡 습 작용으로 인한 도막의 부풀음 현상이 발생하며, 지속적인 수분의 유입으로 도막의 흡습 작용이 지속될 경우, 접착력의 약화와 수분과 규산염에 내재한 -OH기와의 반응으로 인하여 표면 백화현상이 초래될 수 있다.

또한, 일반적인 내화도료도장공법은, 도 1a에서 보는 바와 같이, 철골부재(H 강관)를 가공(S10)하고, 상기 철골부재의 내외부에 대해 쇼트 작업(S20)을 수행하여 도료의 접착력이 증대될 수 있도록 처리한 후, 방청도료를 상기 철골부재에 도포(S30)한 다음, 공사 현장에 철골부재를 이송하고, 철골 조립(S40)을 수행한 후에 비로소 내화도료 도장(S50)을 수행하는 방법을 취하였다.

그러나, 상기 내화도료도장공법을 수행하는 경우에는 철골이 설치된 상태에서 작업자가 크레인 등의 장비를 이용하여 도료를 도장하는 내화 피복 작업이 진행되므로, 현장 여건 등에 따라 난공사를 수반하게 되고, 추락사 등 작업자의 안전을 보장하기 어렵기 때문에, 실제로는 여건상 작업이 난해하거나 위험한 부분을 제외한 부분에 대한 도장 작업만이 수행되어, 올바른 시공 품질 확보가 어렵고, 내화 시공의 특성상 다른 공정과 병행이 불가능하기 때문에, 전체 공사기간이 증가할 뿐 아니라, 내화도료 시공시 발생하는 스프레이 작업으로 인한 현장 소음, 비산 분진 등으로 인한 민원 등의 피해가 발생하고, 현장시공에 따른 장비, 인건비, 관리비 등으로 인한 시공 비용이 증가하는 문제점이 발생한다. 아울러, 유기계 도료 사용시에는 시너 등의 인화성 물질이 반입되어 화재 위험성에 노출되고, 전체 도장면에 대한 시공품질 확인이 어려워 품질 저하의 원인이 된다.

또한, 도 1b에 나타난 바와 같이, 상기 내화도료도장공법을 사용하여 형성된 철골의 도막 구조를 살펴보면, 철골부재(1) 위에 하도로서 방청도료(2) 및 프라이머(3), 중도로서 내화도료(4), 상도(5)이 순차적으로 적층 코팅되어 있는 모양을 보이는데, 방청도료(2) 및 프라이머(3)의 코팅 후 건조시간이 각각 6시간 이상 소요되는 점 및 상기 재료가 고가인 탓에, 공기가 길어지고, 고가의 자재비가 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 무기질 수성원료로 이루어진 발포성 무기수성내화도료가 지닌 수분에 취약한 성질을 극복하여 내구성 및 시공성을 향상시키면서도 본래의 우수한 내화 특성을 보유한 무기수성내화도료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 친환경적이고, 건조시간이 빠르며, 발포성능, 내열성이 우수한 무기수성내화도료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 시공효율성, 안전성, 친환경성 및 경제성을 갖춘 내화도료도장공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에 의한 무기수성내화도료 조성물은, 규산염 40 내지 65중량% 및 비정질 실리카 또는 알루미나 1 내지 25중량%를 포함하는 변성규산염; 탄산칼슘, 탈크, 규회석, 티타늄 디옥사이드 중 적어도 하나로 이루어진 보강재 1 내지 15중량%, 체질안료 5 내지 20 중량%, 발포조제 1 내지 10중량%, 가소제 1 내지 30중량%를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 규산염은, 규산나트륨 또는 규산칼륨 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 규산나트륨 또는 규산칼륨은, SiO₂:Na₂O 또는 SiO₂:K₂O의 몰비가 2:1 내지 4:1인 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포조제는, 이염화바나듐, 아세틸아세톤산바나딜, 삼염화바나딜, 삼불화바나듐, 사불화바나듐, 오불화바나듐, 삼브롬화바나듐, 이염화바나듐, 삼염화바나듐, 사염화바나듐 및 삼요오드화바나듐 중 적어도 하나로 이루어진 바나듐 화합물 및 아크릴 혼성 중합체를 포함하는 마이크로 캡슐인 것이 발포 특성 향상을 위하여 바람직하다.

또한, 상기 체질안료는, 클레이, 호분, 석고, 카올린, 마이카, 산화크롬, 산화철, 실리카, 황산바륨, 해포석 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 가소제는 DOA(di-2-ethylhexyl adipate), 폴리올, 에틸렌글리콜 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 제1실시예에 의한 내화도료도장공법은, 철골부재 가공단계, 쇼트단계, 내화도장단계, 철골조립단계를 포함하고, 상기 내화도장단계는 상기 철골조립단계 이전에 수행되며, 상기 내화도장단계는, 상기 철골조립단계를 수행하는 철골조립 현장이 아닌 별도의 장소에서 내화도료 조성물을 이용하여 내화도장을 수행하고, 상기 내화도장 위에 상도를 형성하는 것이 도장횟수 절감, 인건비 절감, 공기의 단축 등의 시너지 효과를 얻기 위하여 바람직하다.

여기서, 상기 내화도장단계는, 방청도료 및 프라이머의 코팅 없이 제1항 내지 제7항에 의한 무기수성내화도료 조성물을 이용하여 수행하는 것이 최적의 내수 성, 내구성, 내화성 확보를 위하여 바람직하다.

또한, 상기 무기수성내화도료 조성물의 건조도막의 두께가 1.5 내지 6.0mm가 되도록 도장하는 것이 1시간 및 2시간 이상의 내화 특성을 확보하기 위하여 바람직하다.

본 발명에 의한 무기수성내화도료는, 수성내화도료 본연의 우수한 내화성능과 아울러, 친환경성, 화재 안전성, 내구성 및 시공성을 갖춘 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 무기수성내화도료를 이용한 내화도료도장공법은, 철골구조를 설치하기 전에 미리 도장 작업을 수행함에 따라 작업의 안전성, 인건비 절감 및 시공효율성을 확보할 뿐 아니라, 방청도료 및 프라이머의 코팅 공정이 생략됨에 따라, 도장 횟수의 절감에 따른 경제성 확보 및 공기 단축의 효과를 발휘하는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 무기수성내화도료 조성물은, 무기수성내화도료 조성물 100중량%에 있어서, 규산염 40 내지 65중량% 및 비정질 실리카 또는 알루미나 중 적어도 하나를 포함하는 몰비 조절재 1 내지 25중량%를 포함하는 변성규산염; 탄산칼슘, 탈크, 규회석, 티타늄 디옥사이드 중 적어도 하나로 이루어진 보강재 1 내지 15중량%, 체질안료 5 내지 20 중량%, 발포조제 1 내지 10중량%, 가소제 1 내지 30중량% 를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 무기수성내화도료 조성물은, 100% 순수 무기질 형태로서 규산염에 비정질실리카 및 알루미나를 첨가한 변성 규산염에 의하여 도막의 강도 및 내구성, 내후성을 향상시키고, 체질안료를 이용하여 도막의 건조시간 및 도료의 점도를 증가하여 작업성을 증가시키고, 보강재를 이용하여 내수성을 확보한다. 그리고 철 구조물의 온도 변화에 따른 수축, 팽창에 따른 가소제를 사용하여 도료의 가소성을 확보하여 균열을 방지한다.

먼저, 규산염 및 비정질 실리카 또는 알루미나 중 적어도 하나를 포함하는 몰비 조절재로 이루어진 변성 규산염에 대하여 살펴본다.

상기 규산염은 착화합물(Complex Compound)로 구성되어 있다. 즉, 1개 또는 그 이상의 알칼리금속, 구체적으로는 리튬, 나트륨, 칼륨 원자를 중심으로, 몇 개의 비금속 원자 또는 원자단이 결합하여 이루어진 화학종이며, 중심금속 원자에 다른 비금속 원소가 치환하여 규소(Si)와 다른 원자간의 단일결합(Single Bond)을 이중결합(Double Bond)으로 만들어 망목 구조가 생성되어 규산염과 축합반응(Condensation Reaction)을 하여 규산염에 붙어 있는 수산화이온(OH-)이 다른 이온으로 치환 및 해리되어 물의 침투를 막아주어 내수성을 향상시키는 메카니즘을 갖는다.

본 발명에 있어서의 규산염은 수용성 규산나트륨(Na₂O·nSiO₂·xH₂O, n은 2 내지 6의 정수, x는 20 내지 40의 정수) 또는 상기 규산나트륨의 혼합물을 포함 할 수 있다. 본 발명의 조성물에 유용한 상기 수용성 규산나트륨은 SiO₂:Na₂O의 몰비가 바람직하게는 2:1 내지 4:1이다. 상기 수용성 규산나트륨 외에, 유사한 화학식의 수용성 규산칼륨(K₂O·nSiO₂·xH₂O) 이 본 발명의 조성물에 포함될 수 있다.

본 발명의 주 바인더로 사용되는 규산염은 10 내지 30 중량%의 수분을 함유하고 있고, 이러한 수분들은 150℃ 이상의 온도를 받으면 피막 표면은 경화되지만 피막 내부에서 잔존하는 수분들이 발포팽창을 시작하면서 다공성의 셀(Cell)을 형성하여 단열층을 만들게 되고 이런 셀등은 후술하는 체질안료 및 기타 바인더와 결합하여 고온에서도 두꺼운 발포층과 강도를 유지한다.

이러한 셀들은 고온(1000℃ 이상)에서도 발포층을 그대로 유지하면서 우수한 내화성능을 나타낸다. 규산염의 함량은 전체 조성물 100중량%에 있어서, 바람직하게는 40 내지 65 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 60중량%으로 한다. 함량이 40 중량% 미만일 경우, 도막의 건조시간 및 도료의 점도가 나빠지고 65 중량% 이상이면 내열성 및 점도가 증가하여 작업성을 떨어뜨리게 되는데 적당한 양은 45~55 중량%이다.

한편, 상기 규산염의 경화 메카니즘은 Vaper Injection Curing System으로서, 규산염이 보유하고 있는 수분이 증발하여 규산염이 겔(고화상태)이 되어 건조도막을 형성하게 된다.

그러나, 이런 시스템은 가역반응으로 건조도막이 다시 수분을 흡수할 경우 다시 졸(액화상태)상태가 되어 도막에 크랙이 발생한다. 따라서, 이러한 무기질 내 화도료의 화학적인 특성으로 인하여 철골표면에 도장시 외부 수분 및 공기와의 접촉에 의한 도막의 재용해 현상 및 부풀음 현상 등이 발생한다.

본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 비정질 실리카 또는 알루미나 중 어느 하나를 단독으로, 혹은 상기 물질을 혼합한 몰비 조절재를 이용하여 규산염의 몰비를 증가시키고자 하였다.

본 발명에서 사용되는 몰비 조절재는 비정질 실리카 혹은 알루미나를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것인데, 상기 비정질 실리카 혹은 알루미나는, 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카, 콜로이달 알루미나, 마이크로나이즈드(micronized) 실리카, 제올라이트 등을 들 수 있다.

규산염의 몰비를 증가시키는 방법은, 규산염을 40 내지 60℃로 가열하면서 상기 몰비 조절재를 서서히 첨가시키고, 고속 교반으로 약 10 내지 50분간 용해시키는 방법에 따른다. 이때 상기 실리카 혹은 알루미나가 규산염에 용해되어 규산염의 몰비를 증가시키게 되는 것이다. 여기서 주의할 점은 규산염의 농도가 저장 안정성과 밀접한 관계가 있기 때문에, 규산염의 농도를 떨어뜨리면서 반드시 규산염의 몰비를 증가시켜야 한다는 것이다.

또한, 상기 비정질 실리카 및 알루미나는 후술하는 보강재의 역할을 보충하는 효과도 지니며, 무기질 수성도료의 건조도막을 촉진시켜 주고 화재시에 보다 더 효과적인 성능을 발휘하기 위하여 사용한다.

상기 몰비 조절재의 함량은 전체 조성물에서 바람직하게 1 내지 25 중량%이며, 더욱 바람직하게는 5 내지 20중량%이다. 몰비 조절재의 함량이 1 중량% 미만이 면 규산염 몰비 증가의 효과가 없으며 25 중량% 을 초과하면, 도료의 점도가 상승하여 도료의 분산성 및 작업성 저하를 일으킨다.

상기 비정질 실리카 및 알루미나 등의 몰비 조절재를 이용하여 규산염의 몰비를 증가시키면 규산염이 매우 불안정한 형태가 되며 이것은 규산염의 건조가 빨라짐과 동시에 규산염 내의 알칼리 금속 성분이 용출되어 건조 도막이 알칼리 금속 성분에 의한 백화현상을 현저히 감소시킨다. 그러나, 건조가 빨라진다는 것은 도료의 저장 안정성의 문제가 대두되며 건조속도가 너무 빨라 건조 도막의 균열을 야기시키는 문제를 일으킬 수 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 보강재를 첨가하여 변성 규산염과 축합반응을 일으켜 규산염에 존재하는 수산기(OH^-)를 탈수반응(Dehydration Reaction)으로 증발시키고 수산기 위치에 금속이 들어가 규산염과 망목구조를 형성하게 되며 내수성을 확보하게 된다.

본 발명에서는 도막의 강도를 강화시키고 변성규산염과 축합반응을 하기 위해서 특수한 보강재를 사용한다. 상기 보강재의 역할은 변성규산염의 최대 약점인 내수성을 강화하고 발포층의 도막의 강도와 내열성 향상에 있다.

본 발명에서 사용되는 내수성을 확보한 보강재에는 탄산칼슘(CaCO₃), 탈크(talc, Mg₃(OH)₂Si4O₁₀), 규회석(CaSiO₃), 티타늄 디옥사이드(TiO₂), 탄산수소나트륨(NaHCO₃), 탄산망간(MnCO₃), 탄산아연(ZnCO₃), 탄산철(FeCO₃) 등을 단독 또는 혼합하여 사용하며, 더욱 바람직하게는 탄산칼슘, 탈크, 규회석, 티타늄 디옥사이드 중 어느 하나를 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용한다.

보강재는 피막조성물에서 1 내지 15 중량% 함량으로 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3 내지 12중량%이다. 함량이 1 중량% 미만이면 그 효과가 미미하고, 15 중량% 이상이면 도료의 저장안정성 및 발포시 발포율에 악영향을 미치게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 몰비 조절재를 이용하여 규산염의 몰비를 증가시키고, 보강재를 이용하여 규산염과 축합반응(Condensation Reaction) 및 공유결합을 하여 규산염의 망목구조를 형성시켜 규산염 자체의 물 분자를 증발시키고 그 위치에 탄산기를 잃은 금속이 들어가 분자간의 공유결합력을 증가시켜 내수성을 확보한다. 이러한 축합반응 및 공유결합은 도막의 건조과정에서 서서히 일어난다.

또한, 규산염은 150℃ 이상의 온도가 되면 수분들이 발포하여 발포능력은 우수하지만 고온에서 셀들이 같은 밀도를 유지하면서 내열성을 유지하기는 거의 불가능하다.

따라서 본 발명에서는 발포조제(Blowing Agent)를 첨가하여 규산염의 발포층에 발포조제가 2차로 발포하여 그 내부에 보강재가 발포조제와 치환반응(Substitution Reaction)을 하여 발포층 내부에 들어가 발포층의 밀도 및 강도를 높이는 역할을 한다.

일반적인 발포조제는 열팽창성 물질로, 약 100℃ 이상으로 가열하면 현저한 팽창이 시작된다. 본 발명에 사용되는 발포조제는 이염화바나듐, 아세틸아세톤산바나딜, 삼염화바나딜, 삼불화바나듐, 사불화바나듐, 오불화바나듐, 삼브롬화바나듐, 이염화바나듐, 삼염화바나듐, 사염화바나듐 및 삼요오드화바나듐 등을 단독 또는 2종 이상 혼합한 바나듐 화합물 및 아크릴 혼성 중합체를 포함하는 마이크로 캡슐로 이루어지며, 150 내지 170℃에 약 5분간 가열했을 경우 휘발성 탄화수소가 열팽창되어 전체적인 체적이 약 10 내지 20배 팽창하고, 팽창된 발포조제는 높은 온도(1000℃)에서도 열을 차단하여 피막을 더욱 견고하게 하는 역할을 한다.

상기 발포조제는 피막조성물에서 1 내지 10 중량%가 바람직하며, 더욱 바람직한 함량은 3 내지 8중량%이다. 함량이 1 중량% 미만일 경우, 발포팽창이 현저히 떨어지고, 10 중량%를 초과하면 도막의 강도가 약하여 팽창에 따른 도막의 균열을 야기할 수 있다.

본 발명에서는 무기질계 수성도료의 약점인 가소성을 부여하기 위해 가소제를 사용한다. 철골 구조물은 외부온도에 따라 수축, 팽창을 하는데, 가소제를 첨가함으로서 건조도막의 균열이 가는 것을 예방한다.

본 발명에 사용되는 바람직한 가소제는 DOP(di-2-etylhexyl phthalate), DBP(di-butyl-phthalate), DOM (Dioctylmaleate), DOA(di-2-ethylhexyl adipate), DIDP(Di-isodecyl phthalate), BBP(Butyl benzyl phthalate), DINP(di-isononyl phthalate), TOTM(tri-etylhexyl trimellitate), 폴리올, 에틸렌글리콜 중 어느 하나를 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용한다.

가소제는 피막조성물 전체에 대하여, 1 내지 30 중량%가 바람직하며, 더욱 바람직한 함량은 5 내지 20중량%이다. 가소제의 함량이 1 중량% 미만이면, 가소제의 효과가 약하고, 30 중량%를 초과하면, 도료의 점도가 낮아져서 도료의 작업성 및 분산성이 떨어진다.

아울러, 본 발명에서는 무기질 수성도료의 점도 향상 및 도료내부의 밀도를 증가시켜 발포팽창시 도막의 강도를 높여주기 위해서 체질안료(Extender)를 사용한다. 본 발명에 있어서의 체질안료는 클레이, 호분, 석고, 카올린, 마이카, 산화크롬, 산화철, 실리카, 황산바륨, 해포석 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용한다. 이러한 체질안료는 도막의 갈라짐이나 부서짐 및 도료의 내구성을 증가시킨다.

체질안료는 전체 조성물에 있어서 바람직하게는 5 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 12 내지 17중량%를 첨가한다. 체질안료의 함량이 5 중량% 미만이면 도료의 점도 저하에 영향을 주며, 20 중량%를 초과하는 경우, 점도가 급상승하여 도료의 생산성이 떨어지게 된다.

이하, 본 발명에 의한 내수성 무기수성내화도료의 평가시험 결과를 실시예 및 비교예를 통하여 살펴보기로 한다.

실시예 및 비교예

<표 1>에 나타난 조성 및 함량과 같이, 몰비(SiO₂/Na₂O 또는 SiO₂/K₂O)가 3.68인 규산나트륨 또는 규산칼륨이 단독 또는 혼합되어 이루어진 규산염에 비정질 실리카 및 알루미나, 보강재, 체질안료, 발포조제, 가소제등을 순서대로 투입 후 20분 이상 2,000 내지 3000 rpm 이상의 속도로 교반장치(Vessel)을 이용하여 교반하여 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 무기질 내화 수성도료의 조성물을 제조하 였다.

여기서, 비정질 실리카, 알루미나 및 체질안료로서의 마이카는 평균입도 350메쉬 이상인 것을 사용하였고, 상기 발포조제 A는 이염화바나듐 및 아크릴 혼성 중합체로 이루어지며, 팽창 초기온도가 130 내지 160℃이며, 발포조제 B는 아크릴계 공중합체로 이루어지며, 팽창 초기온도가 90~100℃인 것이다.

<표1>

		실시예				비교예
		1	2	3	4	1	2
규산염	규산나트륨(3호)	45	55	58	55	71	70
	규산칼륨	5	7	-	-	19	10
체질안료	마이카	10	16	-	12	8	6
몰비 조절재	비정질 실리카	8	-	10	-	-	-
	알루미나	10	15	15	20	-	-
발포조제	A	6	1	3	2	-	-
	B	-	-	-	-	2	5
가소제	DOA	8	-	7	6	-	-
	에틸렌글리콜	-	6	-	-	-	-
보강재	탄산칼슘	-	6	7	2	-	-
	탈크	8	-	-	3	-	-
	유리섬유	-	-	-	-	-	5
	카본블랙	-	-	-	-	-	4
합계		100	100	100	100	100	100

평가시험

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에 의해 제조된 무기질 내화수성도료를 내화시험 및 내수성시험, 부착강도 시험을 실시하였다.

(1) 내화시험

철구조물(H 빔)에 12개의 열전대를 한국공업규격 KS F 2257-6,7에 따라 설치하고 상기 실시예 및 비교예에 의한 내화도료를 도장한 후 KS F 2257-1에 규정된 표준가열온도조건으로 2시간 동안 가열시험을 실시하여 무기질 내화 수성도료가 발포하여 발포 도막이 외부의 온도를 철구조물(피도체)의 열전달을 어느 정도 효과적으로 차단하는가를 평가하였다.

시험체 열전대는 지름이 0.5mm이하이고, 보와 기둥의 시험시에는 열전대를 최소 3~ 4부위를 사용하고 이때 측정 열전대 개수는 최소 각 부위당 3~4개로 총 12개 이상으로 하였다.

각 시험체에 12개의 열전대를 KS F 2257-6,7의 규정대로 설치하고 각 부위의 온도를 측정하였다. 시험 시에 가열로 내의 시간에 따른 실제 가열온도는 아래의 <표 2>에 나타내었다.

<표 2>

가열시간(분)	KS F 2257-1 표준 가열온도(℃)	실제 가열시험온도(℃)
5	576	569
10	678	678
14	728	726
20	781	784
24	808	805
30	842	842
35	865	865
40	885	884
45	902	904
50	918	916
55	932	931
60	945	944
65	957	958
70	968	970
75	979	978
80	988	988
85	997	997
90	1006	1006
95	1014	1012
100	1022	1023
105	1029	1027
110	1036	1037
115	1043	1042
120	1049	1048

상기 실험은 내화도료가 2시간 이상의 내화도료로서의 내화성능을 확인하는 시험으로서 KS F 2257-6,7의 부속서 2에 명시된 2시간용 내화성능은 각 단면 별 강재의 평균온도 538℃이하, 측정온도의 최고온도는 649℃이하로 2시간 동안 유지가 되어야 2시간용 내화피복재로 적용 가능한 무기질 내화 수성도료가 된다.

(2) 내수성 시험(침지 시험)

철판(70mm×150mm)에 상기 실시예 및 비교예에 의한 내화도료를 약 1.8~2.0mm 두께로 도장하여 상온에서 72시간 건조시킨 후 청수가 담긴 비이커에 철판을 3/2 이상 침적시킨 후 건조도막의 부풀음, 갈라짐, 벗겨짐 등의 도막결함 현상이 발생되는 시간을 육안으로 확인하였다.

(3) 부착강도 시험

철판(70mm×70mm)에 내화도료를 약 2.4~2.6mm 두께로 도장하여 상온에서 72시간 건조시킨 후 KS M ISO 4624에 따라 만능재료시험기를 이용하여 내화도료의 부착강도를 시험하였다.

(4) 염수분무 시험

철판(70mm×150mm)에 내화도료를 약 1.8~2.0mm 도장하여 상온에서 72시간 건조시킨 후 염수분무시험기에 철판을 놓고 120시간동안 시험하여 건조도막의 부풀음, 녹발생 등을 시험하였다.

(5) 촉진내후성 시험

철판(70mm×150mm)에 내화도료를 약 1.8~2.0mm 도장하여 상온에서 72시간 건조시킨 후 촉진내후성 시험기에 철판을 놓고 120시간동안 시험하여 건조도막의 부 풀음, 녹발생 등을 시험하였다.

상기 평가시험의 결과는 아래의 <표 3>과 같다.

<표 3>

			실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비고
건조도막의 상태			크랙없음	크랙없음	크랙없음	크랙없음	크랙없음	크랙없음	육안확인
내화시험 (℃)		10분	85	80	82	85	90	88	KS F 2257-1 (평균온도)
		20분	90	86	92	90	137	128
		30분	95	92	95	95	188	190
		40분	102	100	100	105	237	248
		50분	116	118	120	118	299	300
		60분	140	145	145	148	375	388
		70분	173	185	188	192	412	455
		80분	217	229	220	230	488	508
		90분	264	280	270	285	533	591
		100분	314	335	320	340	591	622
		110분	363	397	409	420	671	688
		120분	415	439	450	441	715	785
내화시험시 도막탈락여부			탈락없음	탈락없음	탈락없음	탈락없음	탈락됨	탈락됨	육안확인
내수성시험(시간)			10	6	5	5	3	2	육안확인
부착강도 시험(N/cm2)			98	80	75	70	60	70	KS M ISO 4624
염수분무시험(120시간)			이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	부풀음	부풀음	KS D 9502
촉진내후성시험 (120시간)			이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	부풀음	KS F 2274
오염물질 방출량 시험	TVOC (mg/m2h)		Trace	Trace	Trace	Trace	Trace	Trace	한국공기청청협회 인증규격
	포름알데히드 (mg/m2h)		0.006	0.004	0.010	0.008	0.006	0.009

상기 <표 3>의 결과로부터 비교예 1 및 비교예 2는 내화시험 도중 모두 도막에 도막 탈락이 발생되었으며, 발포도 충분히 이루어 지지 않았고, 내수성 시험, 부착강도 시험, 염수분무 시험, 촉진내후성 시험도 좋지아니하였으나, 실시예 1 내 지 실시예 4는 상기 평가시험 모두에서 양호한 특성을 나타내는 것을 알수 있었다. 특히, 실시예 1의 경우가 가장 좋은 결과를 나타내었다.

이하에서는 도면을 참조하여, 상기 무기수성내화도료 조성물을 이용한 내화도료도장공법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 내화도료도장공법은, 이른바 오프사이트 프레코팅 (Offsite Precoating) 공법으로서, 철골내화도료 도장공정을, 철골의 현장 반입 전 일정장소에서 도장한 후 현장에 반입하여 바로 조립하는 방법을 말한다. 이는 철골에 내화도장이 된 상태에서 현장에 반입되는 형태이므로 철골구조의 조립작업과 타 공정이 즉시 이루어질 수 있어 철골 내화 구조 시공 공정에 소요되는 전체 시간을 획기적으로 단축시킴으로써 공사비용 절감효과를 거둘 수 있다.

또한, 앞서 언급한 바와 같은 현장 시공상의 수많은 문제를 상당부분 해결할 수 있는 동시에 내화도료의 시공의 품질의 향상을 이루어낼 수 있다.

도 2a는 본 발명에 의한 내화도료도장공법을 순차적으로 나타낸 순서도이며, 도 2b는 도 2a의 내화도료도장공법을 이용하여 형성된 철골의 코팅 적층구조를 나타낸 도면이다.

도 2a에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 내화도료도장공법은, 철골부재 가공단계(S100), 쇼트단계(S200), 내화도장단계(S300), 철골조립단계(S400)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 철골조립단계(S400) 이후에는 후속 공정이 이어질 수 있다.

상기 도 2a에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 내화도료도장공법에 따르면, 철골의 가공공정(S100 및 S200)에 이어 바로 내화도료의 도장공정(S300)이 이루어지며, 도장 장소는 철골조립이 이루어지는 현장이 아닌 별도의 샵(Shop) 또는 본 발명에서 생략할 수도 있는, 방청도료 도장이 수행되는 장소일 수 있다. 내화도장단계(S300)가 완료되면, 철골은 현장으로 이송되어 현장 조립이 이루어지고, 설치가 완료된 상태에서 이송 또는 조립과정에서 발생하는 도장 면 훼손부분의 터치업으로 상기 프레코팅 작업은 마무리된다.

특히, 내화도장작업(S300)에 있어서, 사용되는 내화도료로는 일반적인 내화도료 조성물, 즉 유기 내화도료 조성물 및 무기수성 내화도료 조성물 모두를 사용할 수도 있으나, 본 발명에 의한 무기수성내화도료 조성물을 3 내지 4회 도장하여 1.5 내지 6.0mm, 바람직하게는 4.0 내지 6.0mm가 되도록 내화도막을 형성하는 경우, 1시간 또는 2시간 이상의 내화성능을 갖는다. 이때 도장방법은 특별히 제한되지는 아니하지만, 에어리스 스프레이 도장, 에어 스프레이 도장, 롤러도장, 붓 도장 등의 방법을 사용할 수 있다.

종래의 무기수성내화도료 조성물을 사용하는 경우에는 내화도장작업(S300) 수행시에 5회 이상 내화도료를 도장하여 그 두께가 최소한 6.0mm 이상 되어야 그 내화성, 내수성 특성을 확보할 수 있었으나, 본 발명에 의한 무기수성내화도료 조성물을 사용할 경우에는 특수한 보강재 등을 사용하여, 그 두께를 6.0mm 이하로 하여도 우수한 내화성, 내수성을 확보할 수 있다는 특징이 있다.

따라서, 내화도료의 건조시간에 따른 시간적 손실을 최대한 방지할 수 있으 며, 미리 내화도료를 코팅하기 때문에, 철골의 구석구석을 코팅할 수 있어 올바른 시공 품질을 확보할 수 있고, 스프레이 작업으로 인한 현장 소음, 비산 분진 등으로 인한 민원 등의 피해가 발생을 최소화할 수 있으며, 현장시공에 따른 장비, 인건비, 관리비 등으로 인한 시공 비용을 절약할 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 내화도료도장공법을 적용할 경우, 철골이 조립되지 않은 상태에서 내화도장 공사를 진행할 수 있으므로 아무리 큰 철골조라도 뛰어난 시공 효율성과 작업의 안전성을 보장할 수 있다.

뿐만 아니라, 내화구조의 시공 확인을 하는 과정에서도 별도의 기구를 이용하지 않고도 전체적인 도장상태를 확인할 수 있어 시공감리의 품질확인이 용이하여 올바른 시공이 가능케 한다.

또한, 본 발명에 의한 내화도료도장공법의 실제 적용에 있어서, 전제되어야 할 내화도료의 품질기준은 아래와 같다.

1. 도료의 건조속도가 빨라 신속한 재도장이 용이할 것.

2. 도장된 도막의 표면강도가 이송 또는 조립시 충격을 견딜 수 있어야 할 것.

3. 철골면과의 강한 부착성을 확보할 것.

4. 일정장소 또는 실내 도장공정이므로 유해성 가스 또는 냄새가 없어야 할것.

5. 이송 또는 적재 시 발생할 수 있는 수분침투에 대비한 내수성 확보.

등이 그것이다.

상기 프레코팅 공법의 적용 기준에 가장 적합한 제품이 상기 본 발명에 의한 무기수성내화도료이다. 본 발명에 의한 무기수성내화도료을 본 발명에 의한 내화도 료도장공법에 적용하여 탁월한 속건성과 표면강도 그리고 인체 및 환경 안전성을 통해 전체 공사기간의 절감을 실현을 검증할 수 있었다.

아울러, 본 발명에 의한 내화도료도장공법과 무기수성내화도료의 특징으로서, 철골 방청도료 도장의 배제를 들 수 있다.

본 발명인 내수성 무기수성내화도료는 무기원료로 개발된 강알칼리성 제품으로 철골에 도장시 철골의 산화를 방지하는 역할을 수행한다. (<표 3>의 염수분무시험 및 촉진내후성시험 결과 참조)따라서 일반적으로 철골의 가공과정에서 철골의 부식을 방지하기 위해 도장되는 방청도료 도장의 생략이 가능한 것이다.

도 2b에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 내수성 무기수성내화도료 및 내화도료도장공법을 활용하여 형성된 철골 코팅구조는, 쇼트단계(S200)를 거친 후 방청도료를 생략하고 나철골면(100)에 곧바로 무기수성내화도료(10)가 코팅되고, 그 위에 상도(20)가 코팅되는 적층구조를 보이는바, 별도의 방청도료 도장공정과 방청도료 비용이 절감되는 효과를 거둘 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 무기수성내화도료의 주원료인 규산염과 철골에 40%가량 함유되어 있는 규산철과의 강한 흡착력으로 인해 높은 부착강도를 지니기 때문에 프라이머 코팅처리의 필요가 없어지는 것이다. 결론적으로, 프레코팅공법으로 무기수성내화도료를 도장할 경우, 현행 이루어지는 방청도료와 내화도료용 프라이머 도장 공정이 생략된다.

즉, 친환경 무기질 내화 수성도료 조성물로 철구조물에 유성도료인 방청도료를 도포하지 않고 직접 무기질 내화수성도료를 도포하여 철구조물의 방청성과 부착 성을 향상시키고 프레코팅공법을 적용함으로써 도장횟수 절감, 인건비 절감, 공기의 단축 등의 시너지 효과를 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1a는 종래의 철골내화도료 도장방법을 순차적으로 나타낸 순서도

도 1b는 도 1a의 철골내화도료 도장방법으로 인하여 형성된 철골의 도료 도막 구조를 나타낸 도면

도 2a는 본 발명에 의한 내화도료도장공법을 순차적으로 나타낸 순서도

도 2b는 도 2a의 내화도료도장공법을 이용하여 형성된 철골의 코팅 적층구조

Claims (9)

1. 무기수성내화도료 조성물 100중량%에 있어서,

   규산나트륨 또는 규산칼륨 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지며, 상기 규산나트륨 또는 규산칼륨은, SiO₂:Na₂O 또는 SiO₂:K₂O의 몰비가 2:1 내지 4:1인 규산염 40 내지 65중량%, 및 알루미나로 이루어지거나, 또는 비정질 실리카 및 알루미나로 이루어진 몰비 조절재 1 내지 25중량%를 포함하는 변성규산염 41 내지 90중량%;

   탄산칼슘, 탈크, 규회석, 티타늄 디옥사이드 중 적어도 하나로 이루어진 보강재 1 내지 15중량%;

   체질안료 5 내지 20 중량%;

   이염화바나듐, 아세틸아세톤산바나딜, 삼염화바나딜, 삼불화바나듐, 사불화바나듐, 오불화바나듐, 삼브롬화바나듐, 이염화바나듐, 삼염화바나듐, 사염화바나듐 및 삼요오드화바나듐 중 적어도 하나로 이루어진 바나듐 화합물 및 아크릴 혼성 중합체를 포함하는 마이크로 캡슐로 이루어진 발포조제 1 내지 10중량%;

   DOA(di-2-ethylhexyl adipate), 폴리올, 에틸렌글리콜 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 가소제 1 내지 30중량%를 포함하여 이루어지는 무기수성내화도료 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 체질안료는, 클레이, 호분, 석고, 카올린, 마이카, 산화크롬, 산화철, 실리카, 황산바륨, 해포석 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 무기수성내화도료 조성물.
6. 삭제
7. 제1항 또는 제5항의 무기수성내화도료를 이용하며, 철골부재 가공단계, 쇼트단계, 내화도장단계, 철골조립단계를 포함하는 내화도료도장공법에 있어서,

   상기 내화도장단계는 상기 철골조립단계 이전에 수행되며,

   상기 내화도장단계는, 상기 철골조립단계를 수행하는 철골조립 현장이 아닌 별도의 장소에서, 방청도료 및 프라이머의 코팅 없이, 상기 무기수성내화도료 조성물을 이용하여 건조도막의 두께가 1.5 내지 6.0mm가 되도록 내화도장을 수행하고, 상기 내화도장 위에 상도를 형성하는 것을 특징으로 하는 내화도료도장공법.
8. 삭제
9. 삭제

Images