KR101400718B1 - Intumescent fire-resistant coating composition including silica aerogel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초단열성 실리카 에어로겔 분말을 규산염을 포함한 발포성 내화도료에 추가로 포함시킴으로써, 화재와 같은 고온의 환경에서 열을 받아 발포 팽창되는 기존의 규산염에 추가적인 발포 단열층을 형성하게 하여 단열효과를 증대시키는 발포성 내화도료 피막 조성물을 개시(introduce)한다. 상기 본 발명의 일 실시 예에 따른 발포성 내화도료 피막 조성물은, 규산염 80~97중량%, 에어로겔1~10중량%, 기능성 충진제 1~5중량% 및 첨가제 1~5중량%를 포함한다. The present invention also relates to a method for improving the heat insulating effect by adding a super-heat-resistant silica airgel powder to a foamable refractory coating material containing silicate to form an additional foam insulating layer in the existing silicate which is expanded and expanded by heat in a high- Discloses a foamable refractory coating composition. The foamable refractory coating composition according to one embodiment of the present invention comprises 80 to 97% by weight of silicate, 1 to 10% by weight of an airgel, 1 to 5% by weight of a functional filler and 1 to 5% by weight of an additive.
Description
본 발명은 내화도료 피막 조성물에 관한 것으로, 특히 초단열성 실리카 에어로겔 분말을 포함함으로써, 발포 팽창으로 인한 고온 하에서의 우수한 내열성 및 단열성을 가지는 실리카 에어로겔을 포함하는 발포성 내화도료 피막 조성물에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a refractory coating composition, and more particularly to a foamable refractory coating composition containing a silica airgel having excellent heat resistance and heat insulation property at high temperature due to expansion of a foam by containing a super adiabatic silica airgel powder.
실리카 에어로겔은 고다공성 및 저밀도의 특성이 있기 때문에 열전도율이 매우 낮으므로 에어로겔을 단열재에 혼합시킬 수만 있다면 성능이 우수한 단열재를 생산할 수 있다. 그러나 에어로겔은 밀도가 낮기 때문에 기계적인 안정성이 없어 일반적인 방법으로 실리카 에어로겔을 단열재에 혼합시키는 것은 용이하지 않다.
The silica airgel has a very low thermal conductivity because of its high porosity and low density characteristics, so that it is possible to produce an excellent heat insulating material if the airgel can be mixed with the heat insulating material. However, since the airgel has a low density, it is not mechanically stable and it is not easy to mix the silica airgel with the heat insulating material in a general manner.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 초단열성 실리카 에어로겔 분말을 규산염을 포함한 발포성 내화도료에 추가로 포함시킴으로써, 화재와 같은 고온의 환경에서 열을 받아 발포 팽창되는 기존의 규산염에 추가적인 발포 단열층을 형성하게 하여 단열효과를 증대시키는 발포성 내화도료 피막 조성물을 제공하는 것에 있다.
It is an object of the present invention to provide an additional foam insulation layer for a conventional silicate which is expanded and expanded by heat in a high temperature environment such as a fire by additionally adding a super adiabatic silica airgel powder to a foamable refractory coating containing silicate To thereby increase the heat insulating effect of the foamable refractory coating film composition.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 발포성 내화도료 피막 조성물은, 규산염 80~97중량%, 에어로겔1~10중량%, 기능성 충진제 1~5중량% 및 첨가제 1~5중량%를 포함한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a foamable refractory coating composition comprising 80 to 97% by weight of silicate, 1 to 10% by weight of an airgel, 1 to 5% by weight of a functional filler and 1 to 5% .
본 발명에 따른 발포성 내화도료 피막 조성물은 규산염 또는 변성 규산염계 화합물에 초단열성 실리카 에어로겔 분말이 혼합되어 있으므로, 내열성이 우수하고 화기에 의해 발포된 후 단열성이 우수하며, 내화 및 방염 효과로 인해 건축용 철골, 보 및 기둥 등의 도장에 사용되기에 적합하다.
The foamable refractory coating film composition according to the present invention is excellent in heat resistance and excellent in heat insulation after being foamed by a firebox because the silicate or modified silicate based compound is mixed with the super adiabatic silica airgel powder, , Beams, columns and the like.
도 1은 본 발명에 따른 도료가 코팅되지 않은 시료에 대한 내화 및 단열테스트 도중 시료의 앞면을 나타낸다.
도 2는 도 1의 테스트 후 시료의 뒷면을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 발포성 내화도료가 코팅된 시료에 대한 내화 및 단열테스트 도중 시료의 앞면을 나타낸다.
도 4는 도 2의 테스트 후 시료의 뒷면을 나타낸다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 테스트의 조건 및 결과를 나타낸 테이블이다.
도 6은 도 1 내지 도 4의 테스트의 시간에 따른 시료 표면의 온도변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 에어로겔이 포함되지 않은 종래의 발포성 내화도료의 표면을 나타낸다.
도 8은 에어로겔이 포함되지 않은 종래의 발포성 내화도료의 발포 후의 표면을 나타낸다.
도 9는 3중량%의 에어로겔이 포함된 본 발명에 따른 발포성 내화도료의 표면을 나타낸다.
도 10은 3중량%의 에어로겔이 포함된 본 발명에 따른 발포성 내화도료의 발포 후의 표면을 나타낸다.
도 11은 도 10에 도시된 발포 후 본 발명에 따른 발포성 내화도료의 표면을 확대한 것이다. Fig. 1 shows the front surface of a sample during refractory and thermal insulation test for a sample in which the paint according to the present invention is not coated. Fig.
Fig. 2 shows the back side of the sample after the test of Fig.
Figure 3 shows the front side of the sample during refractory and thermal insulation tests for samples coated with a foamable refractory coating according to the present invention.
Figure 4 shows the back side of the post-test sample of Figure 2;
5 is a table showing conditions and results of the tests of Figs. 1 to 4. Fig.
FIG. 6 is a graph showing the temperature change of the sample surface over time of the tests of FIGS. 1 to 4. FIG.
Fig. 7 shows the surface of a conventional foamable refractory coating without aerogels.
Fig. 8 shows a surface after foaming of a conventional foamable refractory material not containing aerogels.
Figure 9 shows the surface of a foamable refractory coating according to the invention comprising 3% by weight of aerogels.
Fig. 10 shows the surface after foaming of the foamable refractory coating according to the present invention containing 3% by weight of airgel.
11 is an enlarged view of the surface of the foamable refractory coating according to the present invention after foaming shown in Fig.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention and the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings, which are provided for explaining exemplary embodiments of the present invention, and the contents of the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
본 발명에 따른 발포성 내화도료 피막 조성물은 기본적으로 규산염, 에어로겔, 기능성 충진제 및 첨가제를 혼합한 것이다. 이들의 비율은 규산염 80~97중량%, 에어로겔1~10중량%, 기능성 충진제 1~5중량% 및 첨가제 1~5중량%로 하는 것을 제안한다. The foamable refractory coating film composition according to the present invention is basically a mixture of a silicate, an airgel, a functional filler and an additive. These ratios are suggested to be 80 to 97% by weight of silicate, 1 to 10% by weight of aerogels, 1 to 5% by weight of functional filler and 1 to 5% by weight of additives.
여기서 에어로겔은, 크기가 0.1㎛ 내지 100㎛의 범위 내의 무정형 실리카 에어로겔 분말인 것을 사용하며, 특히 무정형 실리카 에어로겔 분말은, 소수성을 사용하는 것이 바람직하지만 친수성을 사용하는 경우에도 효과는 거의 동일하다. 실리카 에어로겔 분말은 일반적으로 물유리 또는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), TMOS(Tetra Methyl Ortho Silicate)와 같은 알콕사이드(alkoxide)를 원료로 초임계 건조 및 상압 건조와 같은 에어로겔 합성 공정에 따라 제조된 것을 사용하는 것이 좋다. Here, the airgel is an amorphous silica airgel powder having a size in the range of 0.1 to 100 mu m. Particularly, the amorphous silica airgel powder is preferably hydrophobic, but the effect is almost the same even when hydrophilic property is used. The silica airgel powder is generally prepared by an aqueous synthetic process such as supercritical drying and atmospheric pressure drying using water glass or an alkoxide such as TEOS (tetraethyl orthosilicate) or TMOS (tetramethyl orthosilicate) as a raw material It is good.
기능성 충진제는 내열성을 향상시키기 위해 포함되는데, 실리카 형태 즉 흄드실리카, 콜로이달 실리카 및 마이크로나이즈드 실리카 중 하나를 사용할 것을 제안한다. 기능성 충진제로는 이외에도 팽창성 흑연 또는 팽창성 흑연에 마그네슘·칼슘 카보네이트, 칼슘 카보네이트 및 수산화 알류미늄 중 적어도 하나를 혼합한 것을 사용하는 것도 가능하다. Functional fillers are included to improve heat resistance, suggesting the use of one of the silica forms: fumed silica, colloidal silica, and micronized silica. As the functional filler, it is also possible to use a mixture of at least one of magnesium carbonate, calcium carbonate and aluminum hydroxide with expansive graphite or expansive graphite.
도료의 스프레이 작업성 및 시공성을 용이하게 하기 위하여 사용되는 첨가제로는 셀룰로오즈 화합물, 알루미늄 실리게이트 및 알루미늄·마그네슘·칼슘 실리게이트 중 하나 또는 이들을 2개 이상 혼합한 것을 사용한다. 경우에 따라서는 첨가제로 표면조정제(leveling agent)를 사용할 수도 있다. As an additive used for facilitating spray workability and workability of the coating material, one of cellulose compound, aluminum silicate, aluminum magnesium, calcium silicate, or a mixture of two or more of them is used. In some cases, a leveling agent may be used as an additive.
표면조정제로는, 폴리아크릴산알킬(poly alkyl acrylate), 폴리알킬비닐에테르(polyalkyl vinyl ehter), 셀룰로오즈 아세테이트 부틸레이트(celulose acetate butylate;CAB), 디메틸 폴리실록산(de-methyl polysiloxane), 메틸페닐 폴리실록산(methyl phenyl polysiloxane), 유기 변성 폴리실록산(organic modified polysiloxane) 및 불소계 계면활성제 중 하나를 사용한다. Examples of the surface adjusting agent include polyalkyl acrylate, polyalkyl vinyl ether, celulose acetate butylate (CAB), dimethyl polysiloxane, methylphenyl polysiloxane, polysiloxane, an organic modified polysiloxane, and a fluorine-based surfactant.
규산염은 친수성이므로 소수성의 에어로겔을 첨가하기 위해서는 계면활성제를 첨가하여야 하는데, 본 발명에서는 불소계 계면활성제를 첨가할 것을 제안한다.
Since the silicate is hydrophilic, a surfactant should be added in order to add a hydrophobic aerogel. In the present invention, it is proposed to add a fluorosurfactant.
본 발명의 효과를 확인하기 위하여 본 발명에 따른 도료를 코팅하지 않은 시료와 본 발명에 따른 도료를 코팅한 시료에 대하여 내화 및 단열테스트를 수행하였다. In order to confirm the effect of the present invention, the samples of which the coatings of the present invention were not coated and the samples of the coatings of the present invention were subjected to the fire resistance test and the insulation test.
이하에서는 에어로겔 분말을 전혀 첨가하지 않은 종래의 도료와 3중량%의 에어로겔을 첨가한 본 발명의 도료를 철판에 코팅한 후 진행되었다. 특히 본 발명을 대표하는 도료를 제조하기 위하여, 알칼리 금속 규산염 수지에 에어로겔 분말 3중량%, 충진제 및 첨가제를 투입한 후 20~30분간 700~1000rpm의 속도로 교반하여 분산시켜 제조하였다. 내화도료는 동일하게 2~3㎜로 300㎜×300㎜×1㎜의 철판에 코팅하여 경화 및 건조한 후 테스트 하였다.
Hereinafter, the conventional coating material to which no airgel powder was added and the coating material of the present invention to which 3 wt% of airgel was added were coated on a steel plate and then the coating was carried out. Particularly, in order to produce a paint representative of the present invention, 3 weight% of an airgel powder, a filler and an additive were added to an alkali metal silicate resin and stirred at a speed of 700 to 1000 rpm for 20 to 30 minutes to prepare a coating. The refractory paint was coated on an iron plate of 300 mm x 300 mm x 1 mm in the same manner as 2 to 3 mm, cured and dried, and then tested.
도 1은 본 발명에 따른 도료가 코팅되지 않은 철판에 대한 내화 및 단열테스트 도중 철판의 앞면을 나타낸다. Fig. 1 shows the front surface of the steel sheet during the refractory and thermal insulation test for the steel sheet without the coating of the paint according to the present invention.
도 2는 도 1의 테스트 후 철판의 뒷면을 나타낸다. Fig. 2 shows the back side of the steel plate after the test of Fig.
도 3은 본 발명에 따른 발포성 내화도료가 코팅된 철판에 대한 내화 및 단열테스트 도중 철판의 앞면을 나타낸다. Fig. 3 shows the front side of the steel sheet during the refractory and thermal insulation test for the steel sheet coated with the foamable refractory coating according to the present invention.
도 4는 도 2의 테스트 후 철판의 뒷면을 나타낸다. Fig. 4 shows the back surface of the steel plate after the test of Fig. 2;
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 도료를 코팅하지 않은 경우(도 1 및 도 2) 일정한 열을 가한 테스트가 종료된 후 열이 공급된 철판의 뒤 부분의 온도는, 본 발명에 따른 도료를 코팅한 경우(도 3 및 도 4) 일정한 열을 가한 테스트가 종료된 후 열이 공급된 철판의 뒷 부분의 온도에 비해 상대적으로 높다는 것을 알 수 있다. 이는 철판의 뒤 부분의 온도 분포를 보면 알 수 있는데, 도 2의 경우 도 4에 비해 높은 온도를 가지는 부분의 면적이 더 넓다는 것을 알 수 있다.
Referring to FIGS. 1 to 4, the temperature of the rear portion of the heated steel plate after completion of the test with the constant heat applied to the coating material according to the present invention (FIGS. 1 and 2) (FIG. 3 and FIG. 4), it can be seen that the temperature after the test with the constant heat is relatively higher than the temperature at the rear portion of the heated steel plate. It can be seen from the temperature distribution of the rear portion of the steel plate that the area of the portion having a higher temperature is wider than that of FIG. 4 in FIG.
도 5는 도 1 내지 도 4의 테스트의 조건 및 결과를 나타낸 테이블이다. 5 is a table showing conditions and results of the tests of Figs. 1 to 4. Fig.
도 6은 도 1 내지 도 4의 테스트의 시간에 따른 철판 표면의 온도변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing the temperature change of the surface of the steel plate with time in the tests of FIGS. 1 to 4. FIG.
도 1 내지 도 4에 도시된 실험은 정확한 비교를 위해 동일한 조건하에서 이루어 졌으며, 도 5는 이를 정리한 것이다. 도 5에 기재된 온도는 화기에 노출된 철판의 반대 표면의 온도를 의미하며, 본 발명에 따른 도료의 경우 3중량% 에어로겔이 포함된 도료의 두께는 2㎜이다. The experiments shown in Figs. 1 to 4 were performed under the same conditions for accurate comparison , and Fig. 5 shows the results. 5 means the temperature of the opposite surface of the steel sheet exposed to the firebox, and in the case of the coating material according to the present invention, the thickness of the coating material containing 3 wt% airgel is 2 mm.
도 6에서 사각형은 종래의 도료가 코팅된 철판의 온도의 변화를 나타내며, 원은 본 발명에 따른 도료가 코팅된 철판의 온도의 변화를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 철판에 화기가 인가된 때로부터 2~3분 내로 철판의 온도가 급격하게 차이가 나는 것을 알 수 있다.
In FIG. 6, the square represents the change in temperature of the iron plate coated with the conventional paint, and the circle represents the temperature change of the iron plate coated with the paint according to the present invention. Referring to FIG. 6, it can be seen that the temperature of the steel plate is drastically changed within 2 to 3 minutes from when the fire is applied to the steel plate.
도 7은 에어로겔이 포함되지 않은 종래의 발포성 내화도료의 표면을 나타낸다. Fig. 7 shows the surface of a conventional foamable refractory coating without aerogels.
도 8은 에어로겔이 포함되지 않은 종래의 발포성 내화도료의 발포 후의 표면을 나타낸다. Fig. 8 shows a surface after foaming of a conventional foamable refractory material not containing aerogels.
도 9는 3중량%의 에어로겔이 포함된 본 발명에 따른 발포성 내화도료의 표면을 나타낸다. Figure 9 shows the surface of a foamable refractory coating according to the invention comprising 3% by weight of aerogels.
도 10은 3중량%의 에어로겔이 포함된 본 발명에 따른 발포성 내화도료의 발포 후의 표면을 나타낸다. Fig. 10 shows the surface after foaming of the foamable refractory coating according to the present invention containing 3% by weight of airgel.
도 11은 도 10에 도시된 발포 후 본 발명에 따른 발포성 내화도료의 표면을 확대한 것이다. 11 is an enlarged view of the surface of the foamable refractory coating according to the present invention after foaming shown in Fig.
도 7 내지 도 11에 도시된 사진은, 주사전자현미경(SEM)를 사용하여 촬영한 것이다. The photographs shown in Figs. 7 to 11 were taken using a scanning electron microscope (SEM).
도 8과 도 10을 비교하면, 종래의 도료를 코팅한 경우에 비해 본 발명에 따른 도료를 코팅한 경우가 발포성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
Comparing FIG. 8 and FIG. 10, it can be seen that the coating of the paint according to the present invention is superior in foamability compared to the case of coating a conventional paint.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
Claims (7)
크기가 0.1㎛ 내지 100㎛의 범위 내의 친수성 무정형 실리카 에어로겔 분말인 에어로겔1~10중량%;
충진제 1~5중량%; 및
첨가제 1~5중량%;를 포함하되, 상기 첨가제로는, 표면조정제(leveling agent)를 사용하되, 상기 표면조정제로는,
폴리아크릴산알킬(poly alkyl acrylate), 폴리알킬비닐에테르(polyalkyl vinyl ehter), 셀룰로오즈 아세테이트 부틸레이트(celulose acetate butylate;CAB), 디메틸 폴리실록산(de-methyl polysiloxane) 및 메틸페닐 폴리실록산(methyl phenyl polysiloxane) 중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 발포성 내화도료 피막 조성물. 80 to 97% by weight of silicate;
1 to 10% by weight of an airgel which is a hydrophilic amorphous silica airgel powder having a size in the range of 0.1 탆 to 100 탆;
1 to 5% by weight of a filler; And
And 1 to 5% by weight of an additive, wherein a surface leveling agent is used as the additive,
One of polyalkyl acrylate, polyalkyl vinyl ether, celulose acetate butylate (CAB), dimethyl polysiloxane, and methyl phenyl polysiloxane may be used. Based on the total weight of the foamable refractory coating film composition.
흄드실리카, 콜로이달 실리카 및 마이크로나이즈드 실리카 중 하나를 사용하거나,
팽창성 흑연 또는 상기 팽창성 흑연에 마그네슘·칼슘 카보네이트, 칼슘 카보네이트 및 수산화 알류미늄 중 적어도 하나를 혼합한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 발포성 내화도료 피막 조성물. The fuel cell according to claim 1,
Fumed silica, colloidal silica and micronized silica,
Wherein the expandable graphite or the mixture of at least one of magnesium carbonate, calcium carbonate and aluminum hydroxide is mixed with the expandable graphite.
상기 에어로겔은 크기가 0.1㎛ 내지 100㎛의 범위 내의 소수성 무정형 실리카 에어로겔 분말이며,
상기 첨가제로는 불소계 계면활성제를 사용하는 것을 특징으로 하는 발포성 내화도료 피막 조성물. The method according to claim 1,
The aerogels are hydrophobic amorphous silica airgel particles having a size in the range of 0.1 탆 to 100 탆,
The foamable refractory coating composition of claim 1, wherein the additive is a fluorochemical surfactant.
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