KR101141752B1

KR101141752B1 - 발포형 내화도료

Info

Publication number: KR101141752B1
Application number: KR1020090107947A
Authority: KR
Inventors: 오세생; 김종생; 차재승; 조성호; 김종선
Original assignee: 주식회사 유니버샬켐텍
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2012-05-03
Also published as: KR20110051395A

Abstract

열에 의한 발포배율이 높아 단열성이 우수하며, 발포 후 내화도료층(발포층)이 풍압에 의해 탈락되는 것을 방지할 수 있는 발포형 내화도료가 개시된다. 상기 발포형 내화도료는 바인더 수지; 난연제; 발포제; 팽창흑연; 및 상기 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내의 융점을 갖는 무기물인 비산 방지제를 포함한다. 여기서, 상기 바인더 수지는 유성 바인더 수지 또는 수성 바인더 수지인 것이고, 상기 비산 방지제는 150 내지 300℃의 융점을 갖는, 붕산, 붕산암모늄, 티오시안산 금속염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

발포형 내화도료, 팽창흑연, 비산 방지제

Description

발포형 내화도료{Expandible fire resisting material}

본 발명은 발포형 내화도료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열에 의한 발포배율이 높아 단열성이 우수하며, 발포 후 내화도료층(발포층)이 풍압에 의해 탈락되는 것을 방지할 수 있는 내화도료층 형성용 발포형 내화도료에 관한 것이다.

통상의 철구조물이나 해양구조물의 강재에 내화도료층을 형성시키기 위해서는, 수성 또는 유성의 슬러리상 또는 액상의 발포형 내화도료 등을 도포하는 방법을 사용할 수 있다. 이러한 내화도료층 형성 방법 중, 건설용 강재에 미리 내화도료를 도포하여 내화도료층을 형성하는 방법은, 건설용 강재 운송과정에서 내화도료에 의해 형성된 내화도료층이 탈락될 우려가 있으며, 내화도료층이 철구조물 등의 조립에 방해가 될 우려가 있다. 따라서, 작업 효율을 향상시키기 위해서는, 스프레이건 등을 사용한 스프레이 방식으로 통상의 철구조물이나 해양구조물에 직접 내화도료층을 형성하는 방법을 사용할 수 있다. 상기 스프레이 방식의 시공을 위해서는 내화도료의 점도가 적절하게 유지되어야 하는 데, 이는 점도가 너무 낮으면 시공 시 흘러내림의 문제로 인해 한 번에 일정 두께 이상의 시공이 불가능하고, 반면에 점도가 너무 높으면 스프레이가 원활하게 이루어지지 않기 때문이다. 실제 시공에 있어서는 비교적 높은 점도의 내화도료를 가열에 의해 적당히 점도를 낮추어 사용하는 방법이 흔히 사용된다. 따라서 가능한 한 내화도료의 조성물끼리는 서로 반응하지 않는 것이 바람직하다.

내화성분을 강재에 부착하기 위해 사용하는 바인더 성분은, 사용 용도에 따라, 에폭시, 우레탄 등의 유성재료가 사용되기도 하고, 수성 아크릴 에멀젼, 수성 우레탄 에멀젼 및 수성 EVA 에멀젼 등의 수성재료가 단독 또는 혼합되어 사용되기도 한다. 상기 유성재료는 해양구조물 등의 내수성이 크게 요구되는 분야에 주로 사용되고, 상기 수성재료는 생활환경이 중요시되는 근린생활시설 등의 건축분야에 주로 사용된다.

상기 내화도료는 화재 시 발포되어 단열성을 부여함으로서 화재로부터 강재를 보호하는 것이 목적이므로, 발포율이 높은 것이 일반적이다. 발포율을 높이기 위해서는 질석이나 팽창흑연과 같이 충전물질 자체가 팽창하는 발포성 화합물을 사용하거나, 인계화합물과 같이 분해생성물이 발포제에 의해 발포되는 발포성 화합물을 사용할 수 있다. 상기 자체 팽창하는 발포성 화합물은 화합물 사이에 공극을 형성하므로 이를 통하여 열이 전달되어 단독으로는 충분한 성능을 나타내지 못하며, 상기 인계화합물은 발포과정에서 발포층을 이루는 폴리인산막이 쉽게 흘러내리는 문제가 있어 적절한 막 강화제를 필요로 한다. 그러나, 막 강화제를 사용하더라도 화염접촉면 전체가 하나의 면을 이루어 팽창하므로 팽창압력이나 화염압력에 견디지 못하고 막이 깨지게 될 우려가 있다. 상기의 문제로 인하여 상기 발포성 화합물들은 서로의 단점을 보완하기 위하여 단독 사용보다는 혼합사용하는 것이 바람직하다.

상기 발포성 화합물로서 팽창흑연은 통상 50~300배의 발포배율을 가지며, 뛰어난 단열성을 나타내므로 내화도료에 적용하려는 시도가 많이 이루어졌지만 실제 상업제품으로 개발된 경우는 드물다. 그 이유는, 입자의 크기로 인한 스프레이 노즐의 폐색유발, 검은색으로 인한 색상표현의 제한 등 여러 가지가 있지만, 높은 발포배율에 따른 팽창 후 날림현상이 가장 중요한 제한요인으로 인식된다. 팽창흑연을 내화재료로 사용하는 발명은 많은 분야에서 이루어져왔다. 예를 들면, 일본특허 JP 1999-140755에는 팽창흑연과 인계 난연제를 직포 또는 부직포에 함침시켜 내화단열시트를 제조하는 방법이 개시되어 있고, 일본특허 JP 2007-59336에는 팽창흑연을 폴리에틸렌과 같은 수지에 함침시켜 전선케이블에 적용하면 PVC 소재를 대체할 수 있음이 개시되어 있으며, 미국특허 US 6747074에는 팽창흑연과 APP 등 인계 난연제를 천연라텍스, EVA 에멀젼 등의 수성바인더에 함침하여 방화문등에 적용하면 화염확산 및 유독가스 차단에 탁월한 효능이 있음을 개시하고 있다. 이밖에도 팽창흑연을 이용한 내화재료 개발에 관한 발명이 다수 제안되어 있지만, 팽창흑연의 날림현상에 대한 해결방안을 제시하지는 못하고 있다. 또한, 종래의 내화도료는 발포 의 제어가 용이하지 않고, 발포가 지나쳐 발포층(발포 후의 내화도료층)의 탈락이 발생하거나, 불균일한 발포에 의해 발포층의 균열이 발생하는 경우가 흔할뿐더러, 발포층의 강도 부족에 의해 풍압에 의해 이 발포층이 비산되어 이탈됨으로써 충분한 내화성능을 발휘할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 팽창흑연을 수성도료에 함침시킨 후, 상기 도료를 유리섬유 재질 등의 메시에 도포하고, 도포된 메시를 표층부에 가깝게 매립하는 방법을 한국특허 출원번호 10-2009-0028950에 개시하였다. 그러나, 이 방법은 메시에 팽창흑연을 도포하는 공정을 수반하므로 제조비용이 상승하고, 내화도료층 전체가 아닌 메시 부근에서만 팽창흑연이 역할을 하므로 효과가 불충분한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 열에 의한 발포배율이 높아 단열성이 우수하며, 발포 후 내화도료층(발포층)이 풍압에 의해 탈락되는 것을 방지할 수 있는 발포형 내화도료를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 바인더 수지; 난연제; 발포제; 팽 창흑연; 및 상기 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내의 융점을 갖는 무기물인 비산 방지제를 포함하는 발포형 내화도료를 제공한다.

여기서, 상기 바인더 수지는 유성 바인더 수지 또는 수성 바인더 수지인 것이고, 상기 비산 방지제는 150 내지 300℃의 융점을 갖는, 붕산, 붕산암모늄, 티오시안산 금속염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 발포형 내화도료는, 철구조물에 도포 등의 방법으로 내화도료층을 형성할 수 있는 것으로, 화재 시 높은 발포배율(5 내지 50배)로 발포되어 뛰어난 단열성을 갖는 발포층을 형성함으로써 우수한 내화성능을 발휘하며, 발포된 내화도료층(발포층)이 풍압에 의해 탈락되거나 날림현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 통상의 건축물 뿐 만 아니라 장시간의 내화성능을 요구하는 해양구조물의 내화도료층 형성에 유용하다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 발포용 내화도료는, 통상의 건축물, 해양구조물 등의 철구조물에 도포 등의 방법을 사용하여 내화도료층을 형성할 수 있는 것으로서, 바인더 수지; 난연제; 발포제; 팽창흑연; 및 상기 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내의 융점을 갖는 무기물인 비산 방지제를 포함한다. 상기 내화도료층은, 철구조물에 형성되어 화재 발생 시 장시간 동안 철구조물을 임계온도 이하로 유지시켜 철구조물의 붕괴를 막는 역할을 하는 것으로서, 통상 10 내지 200mm의 두께로 형성되며 내화도료층의 두께가 너무 얇으면, 단열 효과가 줄어들어 화재 발생 시 철구조물의 붕괴를 막지 못할 우려가 있으며, 너무 두꺼우면, 구조물의 하중이 증가되어 시공비가 상승할 우려가 있어 경제적이지 못하다.

본 발명에 사용되는 바인더 수지는, 상온에서 내화도료층이 철구조물 등에 부착되고, 내구성을 지니도록 하는 것으로서, 사용되는 환경에 따라 유성 바인더 수지 또는 수성 바인더 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 내화도료가 해양구조물 등 옥외에 설치되고 필연적으로 수분에 접촉되는 철구조물에 사용되는 경우에는 유성 바인더 수지를 포함하는 내화도료(유성 내화도료)를 사용하고, 생활환경이 중요시되는 근린생활시설 등에 사용되는 경우에는 수성 바인더 수지를 포함하는 내화도료(수성 내화도료)를 사용할 수 있다.

상기 유성 바인더 수지로는, 통상의 내화도료에 사용되는 유성 바인더를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지 등의 에폭시계 수지를 사용할 수 있고, 바람직하게는 비스페놀 F형 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또한, 상기 수성 바인더 수지로는, 통상의 내화도료에 사용되는 수성 바인더를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 수성 아크릴 수지, 수성 우레탄 수지, 수성 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate: EVA) 수지, 이들의 혼 합물 등을 사용할 수 있다.

상기 바인더 수지의 함량은, 10 내지 60중량%, 바람직하게는 20 내지 50중량%이며, 상기 함량이 10중량% 미만이면, 철구조물과의 부착성 및 내화도료층의 내구성이 떨어질 우려가 있고, 60중량%를 초과하면 내화도료층이 정상적인 내화성능을 발휘하지 못할 우려가 있다.

본 발명에 사용되는 난연제는, 내화도료 등에 사용되는 통상의 난연제를 제한 없이 사용할 수 있으나, 화재 시 탄화막(char)을 형성하여 단열성을 높이는 재료가 바람직하다. 예를 들어, 멜라민 폴리포스페이트(melamine polyphosphate: MPP), 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate: APP), 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate: MC), 인산에스테르(phosphoric acid ester) 등의 인 및/또는 질소 함유 물질을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 멜라민 폴리포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 등을 사용할 수 있다. 상기 난연제의 함량은, 5 내지 40중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%이며, 상기 함량이 5중량% 미만이면, 내화도료층의 발포율이 떨어져 내화성능이 저하될 우려가 있고, 40중량%를 초과하면, 발포율이 지나치게 높아져 발포층이 흘러내릴 우려가 있다.

본 발명에 사용되는 발포제(발포성 화합물)는, 고온에서 분해되어 난연제에 의해 형성된 탄화막을 팽창시켜 발포층을 만들 수 있도록 하는 것으로서, 내화도료 등에 사용되는 통상의 발포제를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 요 소(urea), 티오요소(thiourea), 멜라민(melamine), 글리신(glycine) 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 요소 및/또는 티오요소를 사용할 수 있다. 상기 발포제의 함량은, 1 내지 20중량%, 바람직하게는 5 내지 15중량%이며, 상기 함량이 1중량% 미만이면, 발포율이 낮아 발포층의 단열성이 부족해질 우려가 있고, 20중량%를 초과하면 형성된 발포층의 내구성이 떨어질 우려가 있다.

본 발명에 사용되는 팽창흑연(expandible graphite)은, 화재 시 고배율로 발포되어 단열효과를 부여함으로써 연소 가능한 재료를 보호하는 내화성이 우수한 물질이다. 통상적으로, 상기 팽창흑연은 인상흑연에 황산과 산화제를 함침시키고, 필요에 따라 중화와 세정공정을 거쳐 제조되는 것으로, 팽창흑연의 발포율은 제조조건에 따라 통상 50 내지 300배까지 다양하게 조절된다. 단열성은 발포율에 비례하여 높아지지만, 발포율이 너무 높을 경우, 작은 풍압 또는 제트 파이어(jet-fire)에 의해서 연소영역으로부터 쉽게 이탈되는 단점이 있다. 본 발명자들의 연구결과에 따르면 발포율이 100배 이상인 제품은 풍압을 견디지 못하여 사용이 곤란함이 확인되었다.

일본 특허 특개평10-330108호는, 팽창흑연 제조 시, 팽창제인 황산과 산화제를 사용하면서, 인산을 적당량 첨가함으로써 발포율을 조절하고, 팽창온도를 높여 고온 가공을 요하는 고융점 수지에 사용할 수 있도록 하는 방법을 개시하였다. 본 발명자들도 상기 특허의 개념을 응용하여, 내화도료에 인계 난연제를 과량 사용할 경우, 화재 발생 시 팽창된 흑연의 풍압에 대한 저항성이 높아짐을 확인하였다. 그러나 상기 방법은 내화도료 전체의 발포율을 현저히 감소시킴으로써 단열성을 저하시키는 현상을 나타내었다. 이는 연소과정에서 생성되는 인산성분이 팽창된 흑연 속으로 침투되어 낭비됨으로써 폴리인산막의 형성을 저해하기 때문으로 풀이된다.

상기 문제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 다양한 방안을 강구하였으며, 그 결과 유리섬유나 탄소섬유 등의 메시에 팽창흑연이 혼합된 수성 내화도료를 도포하여 사용하는 방법이 단열성, 풍압에 대한 저항성 등 내화성능에 있어서 우수한 효과를 발휘함을 확인하였고, 특히 팽창흑연이 도포된 메시는 화염이 접촉하는 표면(내화도료층 표층부)에 가깝게 설치될 경우 효과적임을 알 수 있었다. 내화도료층의 중심부 또는 철구조물 가까이에 설치될 경우, 팽창흑연의 높은 발포율로 인하여 연소과정에서 메시를 설치한 부분에서 내화도료층의 탈락현상이 나타났다. 따라서, 상기 팽창흑연이 도포된 메시를 표면(내화도료층 표층부)에 가까이 설치함으로써, 내화도료의 연소생성물을 적게 하여 내화도료층의 탈락현상이 나타나지 않도록 하고, 팽창된 흑연의 날림도 방지하는 것이 바람직하다. 이는 내화도료층 표층부에 메시를 설치하면, 메시 표층부 재(ash)의 양이 작아져 무게가 가벼워서 떨어져 나가지 않게 되기 때문이다. 상기 내용을 본 발명자들이 대한민국특허 출원번호 10-2009-0028950호를 통하여 개시하였다. 그러나 상기 방법 또한 내화성 메시를 제조하는 번거로움과 비용 상승의 문제뿐 만 아니라 내화도료 전체가 아닌 메시 부근에서만 팽창흑연에 의한 효과가 나타나기 때문에 충분한 효과를 발휘하지 못하는 단점이 있다.

이에, 본 발명자들은 팽창된 흑연입자의 비산방지에 있어서 보다 효율적인 방안을 마련하기 위해 많은 노력을 하였으며, 그 결과 불연성의 무기물중 융점이 팽창흑연의 팽창온도와 비슷한 무기물 재료(비산 방지제)를 사용하면 날림현상이 현저하게 방지될 수 있음을 실험을 통하여 확인하게 되었다. 이는 팽창된 흑연입자가 용융된 무기물에 갇히게 되어 풍압에 견디게 되는 것으로 해석된다.

본 발명에 사용되는 비산 방지제는 상기 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내의 융점을 갖는 무기물인 것으로서, 통상의 팽창흑연은 170 내지 250℃ 영역에서 팽창이 이루어지므로, 상기 비산 방지제는 융점이 70 내지 350℃인 무기물일 수 있으며, 바람직하게는 150 내지 300℃, 더욱 바람직하게는 160 내지 260℃의 융점을 갖는 무기물일 수 있다. 상기 비산 방지제의 융점이 70℃ 이하가 되면 팽창흑연이 팽창하기 전에 내화도료층이 녹아 흘러내릴 우려가 있고, 350℃ 이상이 되면 비산방지 효과가 사라져 바람직하지 않다. 상기 융점이 150 내지 300℃인 무기물로는, 경제성을 고려하여, 붕산(boric acid), 붕산암모늄(ammonium borate)등의 붕소화합물, 티오시안산칼륨(potassium thiocyanate, KSCN), 티오시안산나트륨(sodium thiocyanate, NaSCN) 등의 티오시안산 금속염, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

상기 팽창흑연의 함량은, 1 내지 15중량%, 바람직하게는 2 내지 10중량%이며, 상기 팽창흑연의 함량이 1중량% 미만이면, 발포층의 단열성이 부족해질 우려가 있고, 15중량%를 초과하면, 화재 시 팽창되는 팽창흑연 입자 속으로 폴리인산막을 형성하는 인산 성분이 흡수되어 발포율이 감소될 우려가 있다.

상기 비산 방지제의 함량은, 상기 팽창흑연 100중량부에 대하여, 200 내지 1,500중량부, 바람직하게는 300 내지 1,000중량부이며, 상기 비산 방지제의 함량이 상기 팽창흑연 100중량부에 대하여, 200중량부 미만이면, 비산 방지 효과가 불충분할 우려가 있고, 1,500중량부를 초과하면, 전체 내화도료의 발포율이 크게 감소되어 단열성이 부족해질 우려가 있다.

본 발명에 따른 발포형 내화도료는, 필요에 따라, 경화제, 불연성 무기화합물, 보강제, 난연 보조제 등을 더욱 포함할 수 있다.

상기 경화제는, 상기 바인더 수지를 경화시킬 수 있는 것으로, 통상의 경화제를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 테트라에틸렌펜타민(tetraethylenepentamine: TEPA), 트리에틸렌테트라아민(triethylene tetramine: TETA), 무수프탈산(phthalic acid anhydride: PAA), 아미도아민(amidoamine) 등을 사용할 수 있다. 상기 경화제의 함량은 전체 바인더 수지 100중량부에 대하여, 5 내지 18중량부, 바람직하게는 8 내지 15중량부이다. 경화제의 함량이 상기 범위를 벗어나면, 굴곡강도 등 내화재료의 성능과 경화속도 등 가공성이 떨어질 우려가 있다.

상기 불연성 무기화합물은, 내화도료층에 단열성을 부여하기 위한 것으로서, 자체적으로 단열성을 지닌 중공형(hallow sphere) 무기재료를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 중공형 실리카, 중공형 보로실리케이트 등을 사용할 수 있다. 상기 불연성 무기화합물은 제품화 된 것을 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 3M Glass Microsphere series(제조사: 한국쓰리엠 주식회사), Q-cell series(제조사: 에이켐텍 주식회사) 등을 사용할 수 있다. 상기 중공형 무기재료의 파쇄강도는 500 내지 5,000psi, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 4,000psi이다. 상기 중공형 무기재료의 파쇄강도가 500psi 미만이면 단열성은 높아지지만, 전체 내화도료의 강도를 저하시킬 우려가 있고, 5,000psi를 초과하면, 단열성이 부족해질 우려가 있다. 또한, 상기 중공형 무기재료는 단독 제품으로 사용하는 것보다 파쇄강도가 서로 다른 2가지 이상의 제품을 혼합 사용하는 것이 서로의 단점을 보강해주어 바람직하다.

상기 불연성 무기화합물의 함량은, 전체 내화도료 100중량부에 대하여, 1 내지 10중량부, 바람직하게는 2 내지 8중량부이다. 상기 불연성 무기화합물의 함량이 1중량부 미만이면, 발포층의 단열성이 부족해질 우려가 있고, 10중량부를 초과하면 내화도료의 부피증가로 인하여 바인더 수지의 사용량이 많아질 우려가 있다.

상기 난연 보조제는, 난연성을 더욱 높이기 위해 첨가할 수 있으며, 예를 들어, 펜타에리트리톨(pentaerythritol: PT), 디펜타에리트리톨(dipentaerythritol: DPT), 트리스히드록시에틸이소시아누레이트(trishydroxyethylisocyanurate: THEIC) 등을 사용할 수 있다. 상기 난연 보조제의 함량은, 전체 내화도료 100중량부에 대하여, 1 내지 10중량부, 바람직하게는 2 내지 8중량부이다. 상기 난연 보조제의 함량이 상기 범위를 벗어나면, 오히려 내화성능이 떨어지거나, 점도상승 등 가공성의 문제를 유발할 수 있다.

상기 보강제는, 내화도료층의 중간에 위치하여 물리적인 힘으로, 화재 시 형성되는 발포층의 균열 및 탈락을 방지해주는 것으로, 와이어 메시(wire-mesh), 유리섬유 메시, 탄소섬유 메시 등의 망목상 보강제 및/또는 3 내지 30mm길이의 유리섬유 촙 스트랜드(fiberglass chopped strand), 세라믹 섬유 등과 같은 섬유상 보강제를 사용할 수 있다. 상기 망목상 보강제는, 내화도료를 스프레이나 미장방식 등으로 철구조물에 적당량 도포하고 경화가 완전히 진행되기 전에 메시(보강제)를 내화도료층에 매립한 후, 나머지 내화도료를 도포하여 내화도료층에 포함시킬 수 있다. 여기서, 내화도료층에서의 상기 망목상 보강제의 위치조절은 설치 전후의 내화도료 도포량을 달리함으로써 가능하며, 통상적으로 내화도료층 중간에 위치시킬 수 있다. 상기 메시의 크기는 내화재료 내에 보강제가 안정하게 위치하고 보강기능을 유지하도록 적절히 설정될 수 있으며, 통상 10 내지 50mesh(가로 세로 각 1인치당 눈의 개수)의 것이 사용될 수 있다. 상기 섬유상 보강제는 내화도료 주제성분 또는 경화제 성분 중 어느 곳에 혼합하여 사용해도 무방하며, 점도를 고려하여 양쪽에 나누어 사용하는 것도 가능하다. 상기 섬유상 보강제의 함량은 전체 내화도료 100중량부에 대하여, 0.1 내지 5중량부, 바람직하게는 0.5 내지 2중량부이며, 상기 함량이 0.1중량부 미만이면, 탄화막의 균열 및 흘러내림 현상을 방지하지 못할 우려가 있고, 5중량부를 초과하면, 내화도료의 점도가 지나치게 높아져 취급이 곤란해질 우려가 있다.

또한, 본 발명에 따른 발포형 내화도료는, 수성 바인더 수지를 포함하여 제조될 경우, 점도를 조절할 목적으로 물이 추가될 수도 있고, 고형물의 분산, 침강방지 및 거품 제거를 위하여, 분산제, 침강방지제 및 소포제가 더욱 포함될 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3] 발포형 유성 내화도료 제조 및 평가

하기 표 1에 따라, 바인더 수지(비스페놀 F형 에폭시 수지, 제품명: YDF-161, 제조사: 국도화학 주식회사), 난연제(멜라민 폴리포스페이트(melamine polyphosphate: MPP), 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate: APP) 또는 인산에스테르(제품명: Reofos-65, 제조사: Rhodia SA)), 발포제(티오요소(thiourea)), 불연성 무기화합물(Heat block(제조사: 우진단열방수시스템 주식회사), Q-cell 6048(제조사: Potters Industries Inc.) 또는 Q-cell 5020(제조사: Potters Industries Inc.), 팽창흑연(제품명: KP-80, 제조사: Qingdao Super Graphite Co., Limited), 비산 방지제(붕산(boric acid, 융점: 171℃)), 티오시안산칼륨(potassium thiocyanate, KSCN, 융점: 173℃) 또는 탄산칼슘(calcium carbonate, 융점: 825℃)), 난연 보조제(펜타에리트리톨(pentaerythritol: PT) 또는 트리스히드록시에틸이소시아누레이트(trishydroxyethylisocyanurate: THEIC)) 및 보강제(3mm 유리섬유)를 혼합하여 유성 내화도료 주제를 제조하였다.

각각의 주제에 경화제로서 테트라에틸렌펜타민(tetraethylenepentamine, TEPA) 또는 아미도아민(amidoamine)을 하기 표 1에 따라 첨가하고, 하단 지름 70mm의 폴리에틸렌 코팅 종이컵에서 교반하고, 60℃ 오븐에서 30분간 경화시켰다. 지름이 70mm가 넘는 부분과 높이가 10mm 넘는 부분은 전기 그라인더로 제거하여 지름 70mm, 높이 10mm인 원형 발포형 유성 내화도료 시편을 제작하였다. 내화단열성을 측정하기 위하여, 상기 시편을 밴드클램프를 이용하여 수직으로 매달고 부탄가스가 연결된 토치를 이용하여 10cm 거리에서 화염에 의한 내화시험을 수행하였다. 부탄가스는 매회 새로운 통을 사용하고 토치의 가스밸브는 항상 같은 정도를 열어 화염 압력차에 의한 오차를 제거하였다. 각각 30분, 60분 및 120분이 지난 시점에서 화염 반대편, 즉, 이면의 온도를 적외선 레이저 온도계를 이용하여 시편 중심부에 대하여 측정하였다. 흑연 비산 정도는 연소과정에서 발포된 흑연가루가 바람에 날리는 정도를 육안으로 판별하였다. 연소 후 도막강도는 내화시험이 완료된 후 연소된 내화도료 시편을 손으로 눌러 그 강도를 상대적으로 비교 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

성분 및 용도			함량(g)
성분		용도	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1	실시예 2
YDF-161		바인더 수지	44	30	30	30	30
MPP		난연제	18
APP			10	24	24	24	24
Reofos-65				1	1	1	1
티오요소		발포제	10	12	12	12	12
Heat Block		불연성 무기화합물		5	5	5	5
Q-cell 6048			6
Q-cell 5020			6	2	2	2	2
붕산		비산방지제			10	18
티오시안산칼륨							18
탄산칼슘				18
팽창흑연		팽창흑연		3	11	3	3
PT		난연보조제	5
THEIC		난연보조제		4	4	4	4
유리섬유(3mm)		보강제	1	1	1	1	1
TEPA		경화제	6
아미도아민		경화제		20	20	20	20
결과	흑연 비산 정도		매우 심함	매우 심함	다소 심함	거의 없음	거의 없음
	연소 후 도막강도		매우 약함	매우 약함	보통	매우 강함	강함
	30분 후 이면온도(℃)		55	65	45	45	40
	60분 후 이면온도(℃)		135	150	90	125	125
	120분 후 이면온도(℃)		165	210	105	140	150

[참고예 1 내지 3 및 비교예 4 내지 5] 발포형 수성 내화도료 제조 및 평가

하기 표 2에 따라, 바인더 수지(고형분 30중량% 수성 우레탄 수지 및 고형분 50중량% 수성 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate: EVA) 수지), 난연제(멜라민 폴리포스페이트(melamine polyphosphate: MPP), 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate: APP) 또는 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate: MC)), 발포제(티오요소(thiourea)), 팽창흑연(제품명: KP-80, 제조사: Qingdao Super Graphite Co., Ltd), 비산 방지제(붕산(boric acid, 융점: 171℃), 티오시안산칼륨(potassium thiocyanate, KSCN, 융점: 173℃) 또는 탄산칼슘(calcium carbonate, 융점: 825℃)), 분산제(제품명: BYK-181, 제조사: BYK-Chemie GmbH) 및 희석제로서 물을 혼합하여 수성 내화도료 주제를 제조하였다.

각각의 주제를 아크릴 바인더가 코팅된 유리섬유직물에 1kg/M²의 양이 되도록 도포한 다음, 상온에서 1시간 건조하고, 80℃에서 다시 1시간 더 건조하여 발포형 수성 내화도료 시편을 제작했다. 가로 20cm, 세로 20cm가 되도록 절단한 시편을 부탄가스 버너위에 올려놓고 시간별(30분 및 60분)로 이면온도를 측정하여 내화성능을 확인하였다. 내화도료가 입혀진 면이 불꽃(화염)과 직접 접촉하도록 하부방향이 되도록 하였고, 시편위치는 불꽃 끝이 시편과 접촉되도록 높이를 조절하였다. 부탄가스는 가스압력을 일정하게 유지하기 위하여 매 실험마다 새 것을 사용하였다. 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 흑연 비산 정도, 연소 후 도막 강도 및 이면온도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

성분 및 용도			함량(g)
성분		용도	비교예 4	비교예 5	참고예 1	참고예 2	참고예 3
30% 수성 우레탄 수지		바인더 수지	15.0	15.0	15.0	15.0	15.0
50% 수성 EVA 수지		바인더 수지	30.0	30.0	30.0	30.0	30.0
팽창흑연		팽창흑연	15.0	15.0	15.0	25.0	15.0
붕산		비산 방지제	0	0	26.0	16.0	0
티오시안산칼륨			0	0	0	0	26
탄산칼슘			0	26
MC		난연제	13.0	0	0	0	0
APP			13.0	0	0	0	0
MPP			3.5	3.5	3.5	3.5	3.5
티오요소		발포제	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
BYK-181		분산제	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50
물		희석제	9.0	9.0	9.0	9.0	9.0
결과	흑연 비산 정도		매우 심함	매우 심함	거의 없음	약간 있음	약간 있음
	연소 후 도막강도		매우 약함	매우 약함	강함	보통	보통
	30분 후 이면온도(℃)		300	310	280	270	290
	60분 후 이면 온도(℃)		350	360	280	300	290

상기 표 1로부터, 팽창흑연 및 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내의 융점을 갖는 비산 방지제를 사용할 경우(실시예 1 및 2), 팽창흑연에 의한 우수한 단열효과와 함께, 흑연의 비산방지 효과가 있음을 알 수 있다. 팽창흑연 및 비산 방지제를 사용하지 않거나(비교예 1), 비산 방지제의 융점이 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내에 있지 않을 경우(비교예 2) 단열 효과 및 흑연 비산 방지 효과를 얻을 수 없음을 알 수 있고, 팽창흑연을 과량 사용할 경우(비교예 3) 흑연 비산 방지 효과가 떨어지고 연소 후 도막의 강도도 다소 떨어짐을 알 수 있다. 또한 비교예 2 시편의 경우 화염의 접촉부가 떨어져 나갔으며, 비교예 3 시편의 경우 측면 갈라짐이 나타났다. 상기 비산 방지제 중 티오시안산칼륨(실시예 2)의 비산 방지 효과가 붕산(실시예 1)에 비해 상대적으로 낮은 이유는 티오시안산칼륨의 분해온도가 500℃ 정도로 낮아서 시편의 연소과정에서 티오시안산칼륨 일부가 소모되기 때문으로 풀이된다.

또한, 상기 표 2로부터, 팽창흑연 및 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내의 융점을 갖는 비산 방지제를 사용할 경우(참고예 1 내지 3), 팽창흑연에 의한 우수한 단열효과와 함께, 흑연의 비산방지 효과가 있음을 알 수 있고, 비산 방지제를 사용하지 않거나(비교예 4), 비산 방지제의 융점이 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내에 있지 않을 경우(비교예 5) 단열 효과 및 흑연 비산 방지 효과가 없음을 알 수 있다.

Claims

바인더 수지; 난연제; 발포제; 팽창흑연; 및

상기 팽창흑연의 팽창온도에 대하여, 상하 100℃ 내의 융점을 갖는 무기물인 비산 방지제를 포함하며,

상기 바인더 수지는 에폭시계 수지, 수성 아크릴 수지, 수성 우레탄 수지, 수성 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 상기 난연제는 멜라민 폴리포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 인산에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 상기 비산 방지제는 150 내지 300℃의 융점을 갖는, 붕산, 붕산암모늄, 티오시안산 금속염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 발포용 내화도료.
삭제
제1항에 있어서, 상기 바인더 수지의 함량은 10 내지 60중량%이고, 상기 난연제의 함량은 5 내지 40중량%이고, 상기 발포제의 함량은 1 내지 20중량%이고, 상기 팽창흑연의 함량은 1 내지 15중량%이며, 상기 비산 방지제의 함량은, 전체 발포형 내화도료의 중량%가 100중량%를 초과하지 않는 범위에서, 상기 팽창흑연 100중량부에 대하여, 200 내지 1,500중량부인 것인 발포용 내화도료.
제1항에 있어서, 경화제, 불연성 무기화합물, 난연 보조제, 보강제를 더욱 포함하는 발포용 내화도료.