KR100996720B1 - 불연성 도막 형성용 조성물 및 이로부터 얻어진 불연성 도막 - Google Patents

불연성 도막 형성용 조성물 및 이로부터 얻어진 불연성 도막 Download PDF

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Abstract

(a) 수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지 및 수용성 또는 수분산성 비닐계 수지에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지 50.4 ~ 64.8중량%; (b) 물 19.6 ~ 25.2중량%; (c) 팽창성 흑연 6 ~ 26중량%; 및 (d) 백등유 2 ~ 4 중량%를 포함하는 불연성 도막 형성용 조성물 및 이 조성물로부터 얻어진 불연성 도막이 개시된다. 본 발명에 따른 불연성 도막 형성용 조성물은 건조속도, 장기 보관성이 우수할 뿐만 아니라, 이 조성물을 이용하면 피도물 표면에 치밀한 수지-팽창성 흑연 복합체 불연성 도막을 간편하게 형성함으로써 불연성뿐만 아니라 내수성, 내열성 및 기계적 강도가 우수한 불연성 도막을 형성할 수 있다.

Description

불연성 도막 형성용 조성물 및 이로부터 얻어진 불연성 도막{Composition for forming non-flammable coating and non-flammable coating obtained therefrom}
본 발명은 불연성 도막 형성용 조성물 및 이로부터 얻어진 불연성 도막에 관한 것으로서, 더 상세하게는 피도물 표면에 치밀한 수지-팽창성 흑연 복합체 불연성 도막을 형성할 수 있으면서도 건조속도, 장기 보관성, 내수성 및 기계적 강도가 우수한 불연성 도막 형성용 조성물 및 이로부터 얻어진 불연성 도막에 관한 것이다.
건물이 대형화, 고층화 되어감에 따라 건물에 화재가 발생하면 대형사고로 이어지는 경우가 많다. 이 때문에 소방기준이 강화되고 있는 추세이며, 건축 내장재를 비롯한 기타 설비들의 불연성 및 난연성에 대한 기준도 강화되고 있다.
방화도료는 목재, 발포 스폰지, 플라스틱 등 가연성 물질에 도포하여 착화를 방지하거나 착화시간을 지연시키는 도료이다. 이러한 방화도료에는 난연성 재료에 의한 것과, 가열되면 발포하여 가연성 재료와의 사이에 차단층을 만들어 불꽃을 차단하고, 열이 전도되는 것을 지연시키는 것의 두 종류가 있다. 전자는 물유리, 각종 난연 또는 불연성 수지, 염소화합물 등의 난연재료에 각종의 안료나 불연 분말 등을 첨가한 것이다. 후자는 합성수지를 바인더로 하고 각종 내화제, 발포제, 단열탄화 형성제, 탄화촉진제 등을 첨가하여 가열에 의해 도막이 열분해하여 불연성 가스를 발생하는 것과 수 cm 두께의 스폰지 모양으로 발포된 단열층을 형성함으로써 가연물에 화염 및 열이 전달되는 것을 지연하는 것이다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 후자에 속하는 것이다. 이러한 분류에 속하는 종래의 방화도료는 도막에 불꽃이 접하면 열에 의하여 도막 성분들이 물리적 및 화학적 변화를 일으켜 탄화된 상태로 발포, 팽창 등으로 도막이 부풀어 올라서 화염과 열에 의해 피도물(가연물질)이 연소되지 않도록 보호해주는 역할을 한다. 즉, 현재 사용되고 있는 발포성 방화도료에서는 도막 성분 중의 바인더가 보호막 역할을 하며 도료에 첨가된 팽창성 안료, 난연제 등의 작용으로 스폰지와 같이 부풀어 오르는 탄화된 발포막을 형성한다. 이러한 발포성 방화도료를 이용하여 방화도막을 형성하기 위해서는 도막을 두껍게 도포해야 하지만 1회 도포 작업 만으로는 충분한 두께의 도막이 얻어지지 않으므로 보통 2-3회의 도포 작업을 필요로 한다. 그러나 이러한 발포성 방화 도료가 수성(aqueous) 베이스인 경우, 물의 낮은 휘발성때문에 건조속도가 느려서 1회 도포 작업 후 2차 도포 작업에 착수할 수 있게 되기까지 많은 시간이 소요된다. 따라서 종래의 수성 발포성 방화 도료는 작업성이 불량하다. 또한 수성 발포성 방화도료는 수성이어서 미생물이 쉽게 번식할 수 있기 때문에 장기보관성이 불량한 문제점이 있다.
한편, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 에멀젼은 건축 도료분야에서 넓게 이용되고 있으며, 유기 용제의 대기 방출에 관한 규제가 염격해지고 있으므로 유기 용제계 도료가 이용되어 왔던 분야에서 수계 도료로의 대체가 이루어지고 있다. 그러나 수계 도료는 유기 용제계 도료에 비하여 내수성 및 기계적 물성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 건조속도, 장기 보관성이 우수한 불연성 도막 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 피도물 표면에 치밀한 수지-팽창성 흑연 복합체 불연성 도막을 형성함으로써 불연성뿐만 아니라 내수성, 내열성 및 기계적 강도가 우수한 불연성 도막을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
(a) 수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지 및 수용성 또는 수분산성 비닐계 수지에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지 50.4 ~ 64.8중량%;
(b) 물 19.6 ~ 25.2중량%;
(c) 팽창성 흑연 6 ~ 26중량%; 및
(d) 백등유 2 ~ 4 중량%를 포함하는 불연성 도막 형성용 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지 및 수용성 또는 수분산성 비닐계 수지에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지 50.4 ~ 64.8중량%; (b) 물 19.6 ~ 25.2중량%; (c) 팽창성 흑연 6 ~ 26중량%; 및 (d) 백등유 2 ~ 4 중량%를 포함하는 불연성 도막 형성용 조성물을 도포하여 건조함으로써 얻어진 불연성 도막이 제공된다.
상기 바인더 수지는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체인 것이 바람직하다.
상기 (a) 및 (b) 성분은 고형분 함량 72중량%의 에틸렌-비닐아세테이트 에멀젼 70 ~ 90중량%의 형태로 포함될 수 있다.
상기 에틸렌-비닐아세테이트 에멀젼은 보호 콜로이드로서 폴리비닐알코올 및 계면활성제를 함유할 수 있다.
상기 불연성 도막 형성용 조성물은 상기 불연성 도막 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 암모니아 0.5 ~ 2 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 불연성 도막 형성용 조성물은 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘, 및 탄산 마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 알칼리 토금속 이온 가교제를 상기 불연성 도막 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 0.6 중량부 더 포함할 수 있다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 팽창성 흑연의 작용에 의해 우수한 불연성을 가진다. 본 발명의 도막 형성용 조성물은 다양한 제품과 건축물에 적용할 수 있다. 피도물 표면에 본 발명의 조성물에 의하여 형성된 치밀한 수지-팽창성 흑연 복합체 불연성 도막에 화염이 닿으면 가열되어 팽창된 흑연이 피도물 표면을 덮고 팽창된 흑연이 산소와 결합하여 생성된 이산화탄소가 화염을 소화시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물을 이용하여 각종 건축물 실내, 전선, 및 통신선 등에 불연성 도막을 형성하면 화염이 전파되는 것을 방지 또는 충분히 지연할 수 있다. 특히 전선에 본 발명에 의한 조성물이 도포된 경우에는 전기합선이나 누전에 의해 발생하는 화염이 주변으로 전파되는 것이 방지 또는 충분히 지연할 수 있다. 본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물을 이용하여 피도물 표면에 불연성 도막을 형성하면 화재예방효과가 우수하다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 또한 종래의 유사한 조성을 갖는 불연성 도막 형성용 조성물에 비하여 건조속도가 훨씬 향상되어 작업성이 우수하다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 또한 종래의 유사한 조성을 갖는 불연성 도막 형성용 조성물에 비하여 미생물 발생을 효과적으로 저지할 수 있으므로 장기 보관성이 우수하다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 수계 조성물이지만 이에 의하여 형성된 불연성 도막은 또한 종래의 유사한 조성을 갖는 수계 불연성 도막 형성용 조성물을 이용하여 형성된 도막에 비하여 내수성 및 기계적 강도가 훨씬 우수하다.
이하, 본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물 및 이를 이용하여 형성된 불연성 도막에 대하여 바람직한 실시형태를 들어 더 자세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 불연성 도막 형성용 조성물은 (a) 수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지 및 수용성 또는 수분산성 비닐계 수지에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지 50.4 ~ 64.8중량%; (b) 물 19.6 ~ 25.2중량%; (c) 팽창성 흑연 6 ~ 26중량%; 및 (d) 백등유 2 ~ 4 중량%를 포함한다.
성분 (a)의 바인더 수지는 수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지 및 수용성 또는 수분산성 비닐계 수지에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지이다.
수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지는 아크릴산, 메타크릴산, 이들 산의 에스테르의 중합체 또는 이들과 메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트 또는 아크릴로니트릴 등의 공단량체의 공중합체로서 물에 용해성이거나 적어도 계면활성제 및/또는 보호 콜로이드의 도움으로 분산성을 갖는 것을 의미한다. 비닐계 수지는 비닐 아세테이트, 스티렌, 비닐 클로라이드, 디비닐에테르 등과 같은 비닐기를 갖는 단량체의 중합체 또는 이들 비닐 단량체와 에틸렌, 프로필렌 등의 공단량체의 공중합체 또는 이들 중합체 및 공중합체의 부분 가수 분해물로서 물에 용해성이거나 적어도 계면활성제 및/또는 보호 콜로이드의 도움으로 분산성을 갖는 것을 의미한다. 상기 바인더 수지는 에틸렌-비닐아세테이트(EVA) 공중합체인 것이 입수 용이성, 접착성, 내한성 및 투명성이 우수하고 안정적인 에멸젼을 얻기 용이하므로 바람직하다. 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체로서 폴리에틸렌 사슬 중에 비닐아세테이트의 큰 원자단이 함유되어 있으므로 폴리에틸렌보다 결정성은 낮지만 탄성을 가지며 내한성이 우수하다. 비닐 아세테이트의 함유량이 증가할수록 높은 점성, 점착성, 투명성, 내한성, 경시안정성, 내후성, 밀도, 고무 탄성, 유연성 다른 바인더 수지 및 가소제와의 상용성 등이 좋아지며, 비닐 아세테이트의 함유량이 50% 이상일 경우 접착성능이 우수한 에멀젼을 얻을 수 있으나 연화온도는 저하된다.
비닐 아세테이트의 분자량은 도막을 형성할 수 있다면 특별히 한정되지 않지만, 기계적 물성 및 도포 작업성이 총체적인 측면에서 중량 평균 분자량을 기준으로 8,000 내지 50,000, 바람직하게는 10,000 내지 20,000, 더 바람직하게는 10,000 내지 15,000이다. 이의 분자량이 커질수록 강인성, 내스트레스 크랙성, 및 내충격성이 향상하고 도포 작업성 및 표면광택은 저하된다.
성분 (a) 바인더 수지의 함량은 50.4 ~ 64.8중량%으로 조절된다. 바인더 수지의 함량이 50.4 중량% 미만이면 조성물의 점도가 낮아서 도막 형성 작업성이 불량해 질 수 있다. 반대로 바인더 수지의 함량이 64.8을 초과하면, 조성물의 점도가 너무 커져서 균일한 두께의 도막을 형성하기 곤란하여 도막 형성 작업성이 불량해 질 수 있다. 만일 도막의 두께가 균일하지 않으면 외관상 좋지 않을 뿐만 아니라 장기적으로는 두꺼운 부분과 얇은 부분의 사이에서 균열이 일어나 내수성이 저하되는 원인이 될 수 있다.
성분 (b)의 물은 용매 또는 분산매의 역할을 하는 것으로 분 발명에서는 유기 용제의 대기 방출에 관한 규제가 엄격해지는 것을 감안하여 물을 용매 또는 분산매로서 사용한다. 성분 (b)의 물이 함량은 19.6 ~ 25.2중량%으로 조절된다. 물의 함량이 19.6 중량% 미만이면 조성물의 점도가 너무 커져서 균일한 두께의 도막을 형성하기 곤란하여 도막 형성 작업성이 불량해 질 수 있다. 만일 도막의 두께가 균일하지 않으면 외관상 좋지 않을 뿐만 아니라 장기적으로는 두꺼운 부분과 얇은 부분의 사이에서 균열이 일어나 내수성이 저하되는 원인이 될 수 있다. 물의 함량이 25.2중량%를 초과하면 조성물의 점도가 낮아서 도막 형성 작업성이 불량해 질 수 있으며 1회 도포 작업시 형성되는 도막의 두께가 너무 얇아질 수 있다. 본 발명의 조성물은 기본적으로 수계 조성물이지만 바인더 수지의 용해도를 향상시킬 수 있는 유기 용제를 소량 포함할 수 있다. 예를 들면, 바인더 수지가 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체인 경우, 본 발명의 조성물은 에틸 아세테이트, 메틸 에틸 케톤, 톨루엔, 메틸렌 클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 시클로헥산, 헥산, 부탄온, 아세톤, 자일렌, 클로로포름, 에틸 아세테이트/헥산(EA/HEX) 공용매, 1,2-디클로로에탄/시클로헥산(DCE/CYH) 공용매, 메틸 에틸 케톤/헵탄(MEK/HEP) 공용매, 아세톤/클로로포름(AC/CF) 공용매와 같은 유기 용매를 소량, 예를 들면 주용매 또는 주분산매인 물과 상분리되지 않는 양으로 포함할 수 있다.
상기 (a) 및 (b)의 바인더 수지 및 용매/분산매 성분은 고형분 함량 72중량%의 에틸렌-비닐아세테이트 에멀젼 70 ~ 90중량%의 형태로 본 발명의 조성물에 포함될 수 있다. 조성물 배합시 에틸렌-비닐아세테이트 에멀젼의 고형분 함량이 이보다 적은 경우에는 에멀젼 배합량을 조정하면 된다. 에틸렌-비닐아세테이트 에멀젼은 에멀젼의 안정성을 증가시키기 위하여 보호 콜로이드로서 폴리비닐알코올 및 계면활성제를 함유할 수 있다. 계면활성제로서는 얻어진 조성물의 pH를 중성에 가깝게 유지하기 위한 측면에서 비이온성 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 비이온성 계면활성제는 예를 들면 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 페놀, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리스티릴 페닐 에테르, 및 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 캐스터오일로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종일 수 있다.
상기한 바와 같이 불연성 도막 형성용 조성물은 성분 (c)의 팽창성 흑연을 포함한다.
팽창성 흑연은 천연 인편상 흑연의 층간에 화학 약품을 주입한 것으로서, 이러한 팽창성 흑연은 가열시 주입된 화학약품에서 발생되는 가스에 의해 팽창된다. 팽창성 흑연은 예를 들면, 발연황산의 제조공정에서 생성된 기상의 SO3 가스 또는 액상의 발연황산을 사용하여 흑연을 산화시키는 1 단계; 산화된 흑연을 세척액으로 세척하는 2 단계; 세척된 흑연에 마이크로파를 조사하거나 또는 열처리하여 팽창시키는 3 단계;로 이루어지는 방법에 의하여 제조될 수 있다.
본 발명의 조성물에서는 이러한 팽창성 흑연의 분말이 사용된다. 흑연은 섭씨 3350℃에서도 타지 않고 승화하기 때문에 일반 화염에는 매우 안전하게 팽창 보호막을 형성시켜주며 그 비늘같은 입체 구조는 열과 화염의 차단 역할을 더욱 효과적으로 하는 것이다. 팽창성 흑연은 화염이 도막에 접하면 약 220℃ 이상부터 도막 중에 팽창하여 바인더 수지와 더불어 0.3㎜ ~ 0.5㎜ 정도 굵고, 길이 5 ~ 20㎜ 정도의 꼬불 꼬불한 융기된 탄화수지-흑연 복합체가 아주 치밀한 방화층을 형성하여 화염과 열을 차단한다. 즉 본 발명의 불연성 조성물에 의해 형성된 차단층(탄화수지-흑연 복합체)은 종래의 방화 도료에서와 같은 스폰지와 같은 발포된 구체가 아니고 짧은 섬유가 촘촘하게 융기된 형태를 취하고 있다. 종래 방화도료가 도포된 피도물에 화염이 가해진 경우 형성된 발포 도막과 본 발명의 불연성 조성물이 도포된 피도물에 화염이 가해진 경우 형성된 탄화수지-흑연 복합체의 형태를 현미경으로 조사해보면, 종래 방화도료에 의해 형성된 발포 도막의 형태는 도막이 발포되어 반구 형태를 취하고 있으나, 본 발명의 불연성 조성물에 의해 형성된 방화층은 인모(human hair)와 같은 짧고 꼬불꼬불한 융털이 화염을 향하여 촘촘하게 융기된 형태를 취하고 있다. 따라서 본 발명의 조성물을 이용하는 경우 화염 차단 효과가 우수하며 종래의 발포 도막을 형성하여 화염을 차단하는 경우와 같이 발포 도막이 터져서 생기는 문제점이 해소될 수 있다.
본 발명의 불연성 조성물에서 사용되는 팽창성 흑연은 비팽창성 흑연안료와는 다른 것으로서, 일반적으로 시중에서 쉽게 입수가능하다. 입수가능한 팽창성 흑연안료로는 현대코마산업에서 시판하고 있는 HCE-995270, HCE-958020 등; Qingdao Kropfmuehl Graphite Co., Ltd.사제의 제품번호 91/155 EWG의 팽창성 흑연; 그라피트베르크 크로프뮤엘 아게(독일 하우젠베르크 소재)에서 시판하는 Kropfmuehl A 15/90, 노르만 라스만 게엠베하 운트 콤파니(독일 함부르크 소재)에서 시판하는 Sigraflex FR 90-60/80 타입 2, 및 리네타(덴마크 코벤하벤 소재)에서 시판하는 Expan-C-8099 LTE를 들 수 있다. 그러한 흑연은 3M(미국 미네소타 세인트폴 소재)에서 "Expantrol(상품명) 4BW"로 시판하는 입자화된 수화 알칼리 금속 실리케이트 팽창 조성물과 혼합될 수도 있다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물에서 팽창성 흑연의 함량은 6 ~ 26중량%, 바람직하게는 10 ~ 20중량%, 더 바람직하게는 10 ~ 15중량%이다. 팽창성 흑연의 함량이 6중량% 미만이면 화염 및 열 차단 효과가 불충분하며, 26중량%를 초과해도 화염차단효과가 증가된 첨가량에 비례하여 증가하지 않을 뿐만 아니라 조성물을 균일하게 도포하는 것을 어렵게 한다. 만일 본 발명의 조성물이 기타 난연제를 포함하는 경우 난연제의 종류에 따라 상기 혼합량의 범위내에서 혼합비가 적당히 조절될 수 있다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 백등유(kerosene) 2 ~ 4 중량%를 포함한다. 본 발명의 발명자는 본 발명의 조성물이 수계 조성물이기 때문에 친환경 제품을 추구하는 현재의 시장 경향에는 부합하지만 도막 도포후 완전 건조에 많은 시간이 소요되는 문제를 해결하기 위하여 고심하던 중, 본 발명의 조성물에 백등유를 적당량 첨가하면 예기치 못하게도 신속건조 효과가 발생하여 불연성 도막을 형성하기 위한 도포 작업의 생산성이 훨씬 향상될 수 있는 것을 발견하였다. 백등유와 화학구조가 거의 유사한 휘발유 또는 경유는 본 발명의 조성물에 혼합하여도 신속 건조효과를 발휘할 수 없다. 예를 들면 휘발유는 휘발성이 커서 본 발명의 조성물에 소량을 혼합하여도 너무 빨리 휘발되어 없어지므로 사용하기 곤란하다. 경유를 본 발명의 조성물에 첨가하면, 조성물의 고형분이 뭉쳐서 걸쭉해지기 때문에 이를 이용해서는 균일한 불연성 도막을 얻기 곤란하다. 본 발명의 조성물에서 백등유의 함량이 2중량% 미만이면 신속 건조효과가 불충분하며, 4 중량%를 초과하면 도막 도포후 도막이 피도물로부터 쉽게 박리되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 또한 불연성 도막 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 암모니아 0.5 ~ 2 중량부를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물이 암모니아를 포함하면, 수계 조성물임에도 불구하고 미생물이 쉽게 번식할 수 없게 하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 암모니아를 포함하는 경우 본 발명의 조성물은 장기 보관성이 향상될 수 있다. 불연성 도막 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 암모니아의 함량이 0.5 중량부 미만이면, 미생물 번식 억제성이 불충분하다. 암모니아의 함량이 2 중량부를 초과해도 미생물 번식 억제성은 첨가량 증가에 비례하여 증가하지 않으며 오히려 악취를 유발할 수 있다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 또한 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘, 탄산 마그네슘 및 수산화 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 알칼리 토금속 이온 가교제를 불연성 도막 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 0.6 중량부 더 포함할 수 있다. 알칼리 토금속 이온 가교제는 본 발명의 조성물로부터 형성된 불연성 도막의 내수성, 내열성 및 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 즉 알칼리 토금속 이온 가교제에서 생성된 칼슘 이온(Ca2 +) 및 마그네슘 이온(Mg2 +)은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 분자 사슬 사이에서 이들 고분자 사슬을 이온성 가교결합을 형성하여 가교시킴으로써 본 발명의 조성물로부터 얻어진 불연성 도막의 물에 대한 팽윤성을 낮추어 내수성을 증가시킨다. 즉 에틸렌-비닐아세테이트에 상기한 알칼리 토금속 이온 가교제가 첨가되면, 아래 반응식에 표시된 바와 같이, 바인더 고분자 사슬중의 비닐 아세테이트 단위의 에스테르 결합이 이온 가교제에서 생성된 히드록사이드 음이온(OH-) 이온과 친핵성 가수분해 반응을 통하여 가수분해(아세트산 방출)된 후, 알칼리 토금속 이온과 이온 가교 결합을 형성함으로써 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 분자 사슬의 분자간 가교 결합이 형성하게 된다.
Figure 112010053518940-pat00001
이와 같이 바인더 고분자 사슬 사이에 분자간 가교 결합이 형성되면, 본 발명의 조성물로부터 형성된 불연성 도막은 내수성뿐만 아니라 내열성 및 기계적 물성도 향상된다. 예를 들면 본 발명의 조성물으로부터 형성된 불연성 도막은 가교결합이 도입되기 전에 비하여 인장강도 및 유리전이온도도 향상된다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물에서 알칼리 토금속 이온 가교제의 함량은 불연성 도막 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 0.6 중량부인 것이 바람직하다. 알칼리 토금속 이온 가교제의 함량이 불연성 도막 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 미만이면, 바인더 고분자 수지의 분자 사슬 사이에 도입된 가교 결합의 밀도가 작아서 내수성, 내열성 및 기계적 물성의 향상이 미미하며, 0.6 중량부를 초과하면 바인더 고분자 수지의 분자 사슬 사이에 도입된 가교 결합의 밀도가 너무 커져서 도막의 유연성이 불량해질 염려가 있다.
알칼리 토금속 이온 가교제로서 수산화 마그네슘 및 탄산 마그네슘과 같이 마그네슘 이온을 포함하는 것을 사용하면 이온 가교 효과에 의한 내수성, 내열성 및 기계적 강도의 향상 이외에 불연성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물은 또한 필요에 따라 분산제, 기타 유기 난연제, 충전제 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 불연성 도막은 상기한 본 발명의 일 측면에 따른 불연성 도막 형성용 조성물을 적당한 피도물상에 도포하고 건조함으로써 형성된다. 즉 본 발명의 다른 측면에 따른 불연성 도막은 (a) 수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지 및 수용성 또는 수분산성 비닐계 수지에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지 50.4 ~ 64.8중량%; (b) 물 19.6 ~ 25.2중량%; (c) 팽창성 흑연 6 ~ 26중량%; 및 (d) 백등유 2 ~ 4 중량%를 포함하는 불연성 도막 형성용 조성물을 적당한 피도물상에 도포하여 건조함으로써 얻어진다.
본 발명의 불연성 도막 형성용 조성물이 도포되는 피도물은 특별히 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 조성물이 예를 들면, 콘크리트 재질의 각종 건축물, 플라스틱 제품, 발포된 플라스틱 폼, 예를 들면 발포 폴리우레탄 폼, 유기 고분자로 피복된 전선 및 통신선, 목재, 종이, 및 철제 건축물에 도포된 후 건조되면 본 발명의 다른 측면에 따른 불연성 도막이 얻어진다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하지만, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1~9 : 불연성 도막 형성용 조성물의 배합
하기 표 1에 기재된 함량에 따라 (a) EVA 에멀젼, (b) 팽창성 흑연, (c) 백등유 및 선택적으로 (d) 암모니아 및 (e) 수산화 칼슘 또는 (f) 수산화 마그네슘을 믹서에 넣고 50 rpm의 속도로 5분 동안 균일하게 혼합한 후 탈포시켜서 균질한 불연성 도막 형성용 조성물을 형성하였다.
비교예 1 ~ 3 : 불연성 도막 형성용 조성물의 배합
하기의 표 2에 기재된 바와 같이 (a) EVA 에멀젼 및 (b) 팽창성 흑연만을 이용한 것을 제외한 것을 제외하고는 실시예 1~9의 경우와 동일한 방법을 이용하여 불연성 도막 형성용 조성물을 형성하였다.
실시
예1		 실시
예2		 실시
예3		 실시
예4		 실시
예5		 실시
예6		 실시
예7		 실시
예8		 실시
예9
(a) EVA
에멀젼
(중량%)*		 70 80 90 70 80 90 70 80 90
(b) 팽창성
흑연
(중량%)*		 26 18 6 26 18 6 26 18 6
(c) 백등유
(중량%)*		 4 2 4 4 2 4 4 2 4
(d)암모니아
(중량부)**		 - - - 2 1 0.5 0.5 0.5 0.5
(e) 수산화
칼슘
(중량부)**		 - - - 0.1 0.3 0.6 - - -
(f) 수산화
마그네슘
(중량부)**		 - - - - - - 0.1 0.2 0.6

* 중량%는 (a)+(b)+(c) 3 성분의 합계량에 대한 중량%임.
** (d) ~ (f) 성분의 함량은 (a)+(b)+(c) 성분의 함량 100 중량부를 기준으로 하는 외부 백분율임.

(a) EVA 에멀젼: Dairen Chemical Corporation사제의 DA-108H(고형분 함량 72중량%)
(b) 팽창성 흑연: Qingdao Kropfmuehl Graphite Co., Ltd.사제의 제품번호 91/155 EWG의 팽창성 흑연을 사용함.
(c) 백등유는 LG 정유사의 주유소에서 구입한 것을 사용함.
(d) 암모니아: 한일화학공업주식회사에서 구입한 28% 암모니아수를 사용함. 위 표에 기재된 함량은 암모니아만의 중량을 계산한 값임.
(e) 수산화 칼슘: 주식회사 백광소재사제의 공업용(CaO 70%, 68% 100Mesh) 수산화 칼슘을 사용함.
(f) 수산화 마그네슘: 시그마 알드리치사에서 구입한 수산화 마그네슘 분말(제품번호 63078)을 사용함.
비교예1 비교예2 실시예3
(a) EVA
에멀젼
(중량%)*		 70 80 90
(b) 팽창성
흑연
(중량%)*		 26 18 6

* 중량%는 (a)+(b) 2 성분의 합계량에 대한 중량%임.

(a) EVA 에멀젼: Dairen Chemical Corporation사제의 DA-108H(고형분 함량 72중량%)
(b) 팽창성 흑연: Qingdao Kropfmuehl Graphite Co., Ltd.사제의 제품번호 91/155 EWG의 팽창성 흑연을 사용함.
조성물 장기 보관성 시험
실시예 1~9 및 비교예 1~3에서 얻어진 불연성 도막 형성용 조성물을 플라스틱 병에 담고 마개를 닫은 상태로 실온에서 30일간 보관하였다. 30일 경과 후, 조성물의 외관으로부터 곰팡이 발생 및 발생 정도를 육안으로 평가하였다. 이때 시편의 장기 보관성 특성을 다음과 같은 기준으로 평가하였다.
◎ : 외관변화가 없음
○ : 곰팡이가 용액 표면 면적의 3% 미만에서 발생함.
△ : 곰팡이가 용액 표면 면적의 3% 이상에서 발생함.
불연성 도막의 방화 성능 시험
실시예 1~9 및 비교예 1~3에서 얻어진 불연성 도막 형성용 조성물을 페인트 도포용 롤러 브러시로 25cm × 20cm × 2cm 사이즈의 폴리우레탄 폼에 건조 불연성 도막 건조 두께가 1㎜±0.02㎜이 되도록 도포하였다. 휴대용 부탄가스 캔에 부착한 토치에서 토출되는 956~957℃의 강력한 화염을 수직 방향으로 상기와 같이하여 얻어진 시편의 불연성 도막에 접촉시켰다. 이때 시편의 불연 특성을 다음과 같은 기준으로 평가하였다.
◎ : 불연성 도막이 화염에 의하여 연소되어 꼬불꼬불한 융기된 탄화수지-흑연 복합체가 치밀한 방화층을 형성할 뿐 화염 접촉후 1분 동안 폴리우레탄 폼 본체의 외관상에는 변화가 없으며 폴리우레탄의 온도 증가는 6℃ 미만임.
○ : 불연성 도막이 화염에 의하여 연소되어 꼬불꼬불한 융기된 탄화수지-흑연 복합체가 치밀한 방화층을 형성할 뿐 화염 접촉후 1분 동안 폴리우레탄 폼 본체의 외관상에는 변화가 없으며 폴리우레탄의 온도 증가는 6℃ 이상 15℃ 미만임.
△ : 불연성 도막이 화염에 의하여 연소되어 꼬불꼬불한 융기된 탄화수지-흑연 복합체가 치밀한 방화층을 형성할 뿐 화염 접촉후 1분 동안 폴리우레탄 폼 본체의 외관상에는 변화가 없으며 폴리우레탄의 온도 증가는 15℃ 이상 40℃ 미만임.
× : 불연성 도막이 화염에 의하여 연소되어 꼬불꼬불한 융기된 탄화수지-흑연 복합체가 치밀한 방화층을 형성하지만 화염 접촉후 1분 동안 폴리우레탄 폼 본체가 변형되기 시작하며 폴리우레탄의 온도 증가는 40℃ 이상임.
불연성 도막의 내수성 시험
실시예 1~9 및 비교예 1~3에서 얻어진 불연성 도막 형성용 조성물을 페인트 도포용 롤러 브러시로 유리판 위에 건조 불연성 도막 두께가 1㎜±0.02㎜이 되도록 도포하였다. 각 시편을 유리판 채로 실온의 수돗물에 넣고 일주일 동안 팽윤시킨 후, 일주일 경과 후 불연성 도막의 팽윤 정도를 육안으로 다음과 같은 기준으로 평가하였다.
◎ : 유리판으로부터 탈리되지 않으며 도막이 거의 팽윤되지 않음
○ : 유리판으로부터 탈리되지 않으며 도막이 약간 팽윤됨
△ : 유리기판으로부터 탈리되지는 않지만 도막이 팽윤됨.
× : 유리판으로부터 탈리되며 도막이 많이 팽윤됨.
불연성 도막의 신속 건조성 시험
실시예 1~9 및 비교예 1~3에서 얻어진 불연성 도막 형성용 조성물을 페인트 도포용 롤러 브러시로 25cm × 20cm × 2cm 사이즈의 폴리우레탄 폼에 건조 불연성 도막 건조 두께가 0.5㎜±0.02㎜이 되도록 1회 도포하였다.
이 후, 도포된 불연성 도막에 대하여 지촉 건조 시간을 측정하여 불연성 도막의 신속 건조 특성을 평가하였다. 여기서 지촉 건조 시간은 손가락으로 도막 표면을 접촉하였을 때 손가락에 묻어 나오는 조성물이 없을 때까지 소요되는 시간을 의미한다.
불연성 도막의 기계적 물성 관능 시험
실시예 1~9 및 비교예 1~3에서 얻어진 불연성 도막 형성용 조성물을 페인트 도포용 롤러 브러시로 유리판 위에 건조 불연성 도막 건조 두께가 1㎜±0.02㎜이 되도록 도포하였다. 각 시편을 유리판으로부터 분리한 후, 도막을 시험자가 양손으로 잡아당기는 시험 및 도막 표면의 경도를 관능적으로 다음과 같은 기준으로 평가하였다.
◎ : 도막이 잘 늘어나지 않으며 표면이 딱딱함.
○ : 도막이 잘 늘어나지 않으며 표면이 약간 딱딱함.
△ : 도막이 파괴될 때까지 약간 늘어나며 표면이 약간 딱딱함.
× : 도막이 파괴될 때까지 잘 늘어나며 표면이 딱딱하지 않음.
아래의 표 3은 위의 시험결과를 종합한 것이다.
장기 보관성 방화 성능 내수성 시험 신속건조성
(지촉건조시간)		 기계적 물성
실시예1 △ ◎ △ 약 38분 △
실시예2 △ ○ △ 약 35분 △
실시예3 △ ○ △ 약 32분 △
실시예4 ◎ ◎ ○ 약 38분 ○
실시예5 ○ ○ ○ 약 36분 ○
실시예6 ○ ○ ◎ 약 29분 ◎
실시예7 ○ ◎ ○ 약 38분 ○
실시예8 ○ ○ ○ 약 35분 ○
실시예9 ○ ○ ◎ 약 29분 ◎
비교예1 △ ○ △ 약 124분 △
비교예2 △ ○ △ 약 121분 △
비교예3 △ ○ △ 약 110분 △
표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 불연성 도막 형성용 조성물을 이용하면 불연특성이 우수할 뿐만 아니라 신속건조성, 장기 보관성, 내수성 및 기계적 물성이 고르게 우수한 불연성 도막을 형성할 수 있음을 알 수 있다. 특히 암모니아 및 알칼리 토금속 이온 가교제를 모두 포함하는 실시예 4 ~ 9는 내수성 및 기계적 물성이 매우 우수하였다.
불연성 도막의 표면 조도 관능 시험
실시예 1~9 및 비교예 1~3에서 얻어진 불연성 도막 형성용 조성물을 페인트 도포용 롤러 브러시로 25cm × 20cm × 2cm 사이즈의 폴리우레탄 폼에 건조 불연성 도막 건조 두께가 1㎜±0.02㎜이 되도록 도포하였다.
실시예 1~9에서 얻어진 불연성 도막은 모두 표면이 매끄러웠지만 비교예 1~3에서 얻어진 불연성 도막은 표면이 매끄럽지 못하고 표면이 약간 울퉁불퉁하였다. 따라서 불연성 도막 형성용 조성물을 이용하여 하도막을 형성하고 그 위에 통상적인 페인트를 도장하는 경우가 많은데 이러한 경우에 특히 본 발명의 조성물은 우수한 응용적합성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (7)

  1. (a) 수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지 및 수용성 또는 수분산성 비닐계 수지에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지 50.4 ~ 64.8중량%;
    (b) 물 19.6 ~ 25.2중량%;
    (c) 팽창성 흑연 6 ~ 26중량%; 및
    (d) 백등유 2 ~ 4 중량%를 포함하는 불연성 도막 형성용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체인 것을 특징으로 하는 불연성 도막 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a) 및 (b) 성분은 고형분 함량 72중량%의 에틸렌-비닐아세테이트 에멀젼 70 ~ 90중량%의 형태로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 불연성 도막 형성용 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에틸렌-비닐아세테이트 에멀젼은 보호 콜로이드로서 폴리비닐알코올 및 계면활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 불연성 도막 형성용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 불연성 도막 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 암모니아 0.5 ~ 2 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 도막 형성용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘, 및 탄산 마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 알칼리 토금속 이온 가교제를 상기 불연성 페인트 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 0.6 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 도막 형성용 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 불연성 도막 형성용 조성물을 도포하여 얻어진 불연성 도막.
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