KR101479558B1 - 무기 팽창성 내화 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물의 철골구조나 방화 또는 내화가 요구되는 구조물에 피복하여 화재시 고열에 의한 구조의 강도 및 내력 저하를 방지하기 위한 알칼리금속산화물과 산화규소로 구성된 팽창성 분말을 갖는 내화 조성물을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 내화 조성물은 구체적으로 규산염으로 이루어진 팽창성 분말 1 내지 50중량%, 규산염 바인더 20 내지 80중량%, 안정화제 0.05 내지 5중량%, 섬유 0.01 내지 10중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

무기 팽창성 내화 조성물{Inorganic expandable refractory composition}

본 발명은 팽창성 분말과 이를 함유하는 무기 팽창성 내화 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 건축물의 철골 구조물이나, 선박 및 공장 플랜트, 터널 등 내화성능을 요구하는 표면에 피복 및 코팅하여 화재시 고열에 의한 철골 및 구조물의 강도 및 내력 저하를 방지할 수 있는 팽창성 분말과 이를 함유하는 무기 팽창성 내화 조성물에 관한 것이다.

건축물의 고층화 및 대형화가 이루어짐에 따라 대부분 철골구조가 적용되고, 선박의 경우 선원 및 엔진, 연료 파트의 손상시 그 피해가 크고, 터널의 경우 화재 발생시 구조의 붕괴가 발생될 가능성이 크며, LNG/LPG등의 저장탱크나, 제철 및 정유공장, 또한 대량의 유기화합물 등을 취급하는 플랜트의 경우 화재에 의한 피해가 막대하므로, 그 피해를 방지하기 위해 중요 구조물에 내화재를 피복하게 된다.

이러한 내화피복재는 크게 내화뿜칠재와 내화도료, 내화마스틱 등으로 구분할 수 있는데, 내화뿜칠재는 시멘트, 석고 등을 접착제로 하여 내화성능을 갖는 재료들을 슬러리 상태로 혼합하여 뿜칠하고, 뿜칠된 두께로 내화 성능을 발휘하는 형태이며, 내화도료나 내화마스틱은 수성 또는 유성의 접착제로 하여 화염에 팽창하는 재료들을 혼합하여 얇게 코팅하고, 화재발생시 팽창하면서 내화 성능을 발휘하는 형태를 갖는다.

그러나, 내화뿜칠재는 진동에 약하고, 그 형태에 따라 분진발생의 우려가 있어, 클린 환경에 사용하기에는 부적합하고, 내화도료는 주로 유기화합물에 의한 팽창구조를 갖기 때문에, 발포시 유독가스인 암모니아 가스가 발생하고 아주 높은 고온이나, 외부 압력을 동반하는 화염(열풍)에는 쉽게 부서지는 문제점을 갖고 있다. 내화도료의 이러한 점을 개선한 내화마스틱이 있으나, 이 또한 그 주성분이 유기화합물이고, 팽창력이 약해 내화도료에 비해 두텁게 피복을 해야 하기 때문에 경제성이 저하된다.

내화도료나 내화마스틱에서 상기 문제점을 해결하기 위해 규산염의 팽창성을 이용한 무기질계 도료가 있으나, 실제로 팽창은 유기화합물에 의해 이루어지거나, 규산염이 화염에 팽창시 그 균일성이 떨어지고, 규산염의 특성상 발포셀이 합쳐져 큰 공간을 만들면서 크랙이 발생하거나 성능저하의 문제점 등에 의해 실제 실용화 되지 못했다.

한국공개특허공보 제10-2003-0101084호의 “발포성 내화도료 조성물” 등에서 공지된 바와 같이, 규산염에 몰비(Mole Ratio) 조절한 것을 바인더로 하고 보강제, 체질안료, 발포조제 및 첨가제를 이용한 발포성 내화도료 조성물에 규산염의 발포 문제를 해결하기 위해 불활성 기체가 들어있는 캡슐이나, 팽창 흑연을 사용하였으나, 그 제조 방법이 어려워 실현되지 못했다.

한국공개특허공보 제10-1995-0019288호에는 규산나트륨, 탄산칼슘, 해포석, 무기질섬유 및 물로 이루어진 무기질계 발포성 내화도료가 개시되어 있으나, 내화성능을 발휘하기 위해 그 피복층 두께가 두껍고, 화염에서 팽창이 불균일한 문제점을 가지고 있다

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 규산염을 바인더로 사용하는 내화 조성물에 있어서, 미리 내부 수분의 함량이 조정된 알카리금속산화물과 산화규소로 구성된 팽창성 분말을 혼합하여 화재발생시 고온에서 규산염이 팽창하고, 알카리금속산화물과 산화규소로 구성된 팽창성 분말이 개별적인 팽창을 함으로써 균일한 발포층 허니컴 구조를 형성하고, 규산염 및 필러와 내화보조재에 의해 화염에 버티는 강도와 단열성능을 향상시켜 우수한 내열성을 갖도록 하는 무기 팽창성 내화 조성물을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 피복두께가 얇고, 고온 및 내화시간을 연장 가능한 물성과 경제성을 갖는 무기 팽창성 내화 조성물을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 구현예에 의하면, 건조한 규산염으로 이루어진 팽창성 분말을 포함하는 무기 팽창성 내화 조성물인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 규산염의 팽창성 분말은 알칼리금속산화물 10 내지 50중량%, 산화규소 30 내지 80중량% 및 물 0.1 내지 20중량%로 이루어져 있으며, 상기 알칼리금속산화물으로는 나트륨, 칼륨 및 리튬으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여서 되는 1A족에 속하는 알칼리금속의 산화물이다.

본 발명에 의하면, 상기 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 팽창성 분말은 발포보조재 및 내화 보조재 중에서 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서, 상기 발포 보조재로는 중탄산칼륨, 중탄산칼슘, 중탄산나트륨, 중탄산마그네슘 및 중탄산암모늄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택할 수 있고, 상기 내화 보조재로는 안티몬 화합물, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 붕산, 붕사, 카올린족 광물, 벤토나이트, 클레이, 에뜨링가이트, 인산염, 인계 난연제, 할로겐계 난연제 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택할 수 있으며, 상기 카올린족 광물은 카올리나이트, 몬모릴로나이트, 디카이트, 일라이트, 세리사이트 또는 할로이사이트 중에서 적어도 하나를 선택할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 팽창성 분말은 추가로 유기 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지르코네이트계 커플링제, 실리콘계 발수제 및 불소계 발수제로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 소수성을 부여할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 내화 조성물은 팽창성 분말 1 내지 70중량%, 규산염 바인더 20 내지 80중량%, 안정화제 0.05 내지 10중량%, 섬유 0.01 내지 10중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 내화 조성물 규산염 바인더는 규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 내화 조성물에는 발포 보조재 및 내화 보조재 중에서 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 발포로는 중탄산칼륨, 중탄산칼슘, 중탄산나트륨, 중탄산마그네슘 및 중탄산암모늄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택할 수 있고, 상기 내화 보조재는 안티몬 화합물, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 붕산, 붕사, 카올린족 광물, 벤토나이트, 클레이, 에뜨링가이트, 인산염, 인계 난연제, 할로겐계 난연제 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택할 수 있다. 그리고, 상기 카올린족 광물은 카올리나이트, 몬모릴로나이트, 디카이트, 일라이트, 세리사이트 또는 할로이사이트 중에서 적어도 하나를 선택할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 내화 조성물에는 추가로 유기 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지르코네이트계 커플링제, 실리콘계 발수제 및 불소계 발수제로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 소수성을 부여할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 안정화제로는 셀룰로오즈계 증점제, 실리콘계 증점제, 무기계 증점제, 유기계 증점제, 분산제, 층분리 방지제, 소포제, 스테아린산, 파라핀계 왁스, 계면활성제, 실리콘계 발수제, 불소계 발수제 및 실란커플링제로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택할 수 있으며, 상기 섬유는 유기계 섬유 또는 무기계 섬유 중에서 적어도 하나를 선택할 수 있다.

본 발명의 무기 팽창성 내화 조성물은 종래 규산염 단독 사용시 화염에 팽창될때 규산염의 특성상 내부에 발생되는 팽창셀이 허니컴 구조를 형성하지 못하고, 지속적으로 팽창되어 주변의 셀들이 합쳐져 불균일하고 큰 기공을 갖는 발포체를 형성함으로써 크랙 발생이나 단열성능이 미흡하여 내화성능이 저하되는 문제점을 개선해 팽창성 분말에 의한 균일한 발포층 허니컴 구조의 셀을 갖도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 무기 팽창성 내화 조성물은 무기질계 특성에 의해 화염, 예를 들면 열풍에 발포층이 훼손되는 것을 방지하고, 미세한 허니컴 구조의 셀에 의해 강도가 더욱 보강되고 단열성능이 향상됨으로써, 낮은 두께에서도 화재에 대해 우수한 내열, 내화성능을 발휘하는 효과가 있다.

본 발명의 무기 팽창성 내화 조성물에 따른 한 구현예에 의하면, 건조한 규산염으로 이루어진 팽창성 분말을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 규산염의 팽창성 분말은 알칼리금속산화물 10 내지 50중량%, 산화규소 30 내지 80중량% 및 물 0.1 내지 20중량%로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 사용하는 규산염은 M₂O·nSiO₂·xH₂O로 표시되는 화합물로서, M은 주기율표 제 1A족에 속하는 알카리 금속을 나타내고 n과 x는 정수이다. 1A족에 속하는 알칼리 금속으로는 리튬, 나트륨 및 칼륨 등이 있고, 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 예를 들면, 규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

이러한 규산염은 40~70중량%의 함수분을 갖고 있으며, 유리질계 특성에 의해 팽창 가능한 선팽창계수를 가지고 있다. 따라서, 규산염이 열을 받게 되면 발포 팽창을 하면서 내부에 셀을 갖는 발포체를 구성하게 된다.

그러나, 규산염은 팽창시 내부에 발생되는 셀이 미세한 크기의 허니컴 구조를 형성하지 못하고, 지속적으로 팽창되고 셀의 격막이 약해 주변의 셀들이 합쳐져 불균일하고 큰 기공을 갖는 발포체를 구성한다. 이러한 현상에 의해 발포체가 크랙이 발생하거나 단열성 및 내화성능이 저하되어 그 성능을 제대로 발휘할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명의 구현예에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 팽창성 분말의 입자 크기와 양 및 규산염의 선팽창계수와 팽창제 역할을 하는 함수분으로 셀의 크기와 팽창의 균일성을 조절하고, 팽창시 발생되는 셀의 강도에 변화를 주어, 상기의 문제점을 해결하게 된 것이다.

본 발명에 있어서 팽창성 분말의 입자 크기에 따라서 셀의 크기에 영향을 주는데, 팽창성 분말의 입자 크기가 큰 것은 그만큼 큰 셀을 형성하고, 팽창성 분말의 입자가 작은 것은 그만큼 작은 셀을 형성하기 때문에, 이는 당연한 원리이므로 부가적인 설명은 생략한다. 다만 그 크기가 너무 큰 경우는 허니컴 구조를 형성하기에 부족하므로 입자의 크기는 5mm이하가 바람직하다.

규산염이 가지고 있는 함수분은 규산염의 팽창제 역할을 하는데, 팽창시키고자 하는 크기와 균일성을 확보하기 위해, 건조를 통해 수분의 양을 조절하여 분말을 제조할 수 있다. 이렇게 건조된 팽창성 분말을 규산염과 혼합하여 철골구조 등에 내화 조성물로 사용한다. 물론 바인더로 사용된 규산염도 철골구조에 피복후 건조가 진행되지만, 일반 자연상태에서는 100% 건조되지 못하고, 대략 10중량% 이상의 수분을 가진 상태에서 고형화된다. 미리 제조한 팽창성 분말은 그것보다 수분의 함량이 낮게, 예를 들면 5중량% 내지 7중량%까지 건조시킨 상태이기 때문에 화재발생시 피복된 본 발명의 내화 조성물중 바인더로 사용된 규산염 사이에서 팽창성 분말이 그것보다 작은 크기로 팽창된다. 이렇게 되면 동일한 재질이라도, 선팽창의 크기 차이로 인해, 바인더로 사용된 규산염의 팽창셀 속에, 팽창성 분말의 미세한 팽창셀이 분포되면서 허니컴 구조의 미세한 셀을 갖게 되어 단열성능과 내화성능의 효과가 향상 되는 것이다. 그와 동시에 발포체의 균일성을 부여하게 된다. 앞서 설명한 것처럼 규산염 단독으로 사용될 경우는, 불균일하고 큰 기공을 갖는 발포체를 형성함으로써 크랙 발생이나 단열성능이 떨어져 내부로 열전달이 빠르게 진행되기 때문에, 화염이 닿는 부위부터 팽창되는 불균일한 현상을 보인다. 그러나 본 발명의 경우는 팽창성 분말의 역할에 의해 화염이 내부로 급격히 전이되는 것을 막기 때문에 전체적으로 표면에서부터 균일한 팽창 및 셀을 형성한다. 결국 이러한 효과에 의해 발포체의 크랙을 방지함으로써 효과적인 내화 성능을 발휘하게 되는 것이다.

본 발명에 있어 팽창성 분말은 제조하는 내화 조성물의 혼합상태 및 추가적인 혼합물들과의 상관관계가 있기 때문에 최종적으로 제조하고자 하는 내화 조성물의 조건에서 적절한 건조%를 선정한다.

팽창성 분말은 규산염으로부터 제조되기 때문에 최초의 함량은 거의 결정되어 있다. 예를 들어 설명하면 일반적으로 규산염은 그 종류에 따라 다음 표 1과 같다.

팽창성 분말은 상기 표1에서 수분을 10%이하로 건조하여 제조되므로, 팽창성 분말의 최종 수분의 양을 10%이하를 기준으로 건조시킨다면 다음 표2와 같이 중량%가 변한다.

제조시, 수분의 양 변화에 따라 함량이 기본적으로 변한다.

본 발명의 한 구현예에 의하면, 상기 팽창성 분말은 규산염을 건조하여 제조할 수 있으며, 발포 보조재 및 내화 보조재 중에서 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있는 바, 발포 보조재로는 1A족의 알칼리금속이 포함되고, 내화 보조재에는 산화규소가 포함될 수 있으며, 그 혼합에 따라 팽창성 분말의 함량이 변하게 된다. 다만 알칼리금속산화물은 발포의 성능과 형태에 영향을 주고, 산화규소는 발포셀 강도에 영향을 미치는데, 알칼리금속산화물이 50중량%를 넘으면 발포시 셀의 깨짐 현상이 발생하고, 산화규소가 80중량%를 넘으면 발포력이 약해 그 효과가 작다.

본 발명에서, 팽창성 분말의 발포 보조재로는 중탄산계 화합물, 예를 들면, 중탄산칼륨, 중탄산칼슘, 중탄산나트륨, 중탄산마그네슘 및 중탄산암모늄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 수분 단독으로 조절시 건조 조건 및 형태에 따라 수분의 분포가 불균일할 수가 있다. 발포에 대한 미세한 조정이 세부적으로 요구될 경우는, 건조를 최대로 진행하면 수분에 대한 균일성을 부여할 수 있는데, 이 경우 중탄산계 화합물의 혼합량으로 발포의 크기나 형태의 제어가 어느 정도 가능하다. 즉 규산염에 요구되는 발포셀 크기만큼 중탄산계 화합물을 녹인 다음 최대한 건조하는 방법이다. 이때 규산염의 종류에 따라 다르나, 규산염 대비 중탄산계 화합물 사용량은 크게 0.1 내지 20중량%가 적정하다. 만일 0.1중량% 미만에서는 발포에 큰 영향이 없고 20중량%를 초과할 경우에는 발포셀의 크기가 너무 크기 때문이다.

본 발명에 의하면, 팽창성 분말 제조시 내화 보조재를 추가 할 수 있다. 내화 보조재 또는 내열성 보조재를 추가하는 이유는 팽창성 분말이 화염에 팽창시 형성하는 셀을 더욱 단단하게 하고, 팽창 셀이 고온에서 용융되는 것을 방지하거나, 난연성능을 향상하기 위함이다. 내화 보조재로는 안티몬화합물, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 붕산, 붕사 그리고 카올리나이트, 몬모릴로나이트, 디카이트, 일라이트, 세리사이트, 할로이사이트와 같은 카올린족 광물, 벤토나이트, 클레이(clay), 에뜨링가이트, 인산염, 인계 난연제, 할로겐계 난연제 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 내화 보조재는 약 0.1 내지 50중량%가 바람직하며, 만일 0.1중량% 이하로 하는 경우에는 그 효과가 미비하게 되고, 반대로 50중량%를 초과하게 되면 발포셀의 강도 증가로 발포성능이 떨어지게 된다.

본 발명에 한 구현예에 의하면, 팽창성 분말을 제조할 때 소수성을 부여하는 방법이 있다. 규산염은 물에 대한 친수성의 특성을 가지고 있기 때문이다. 소수성을 부여하는 방법은 실리콘계 발수제 또는 불소계 발수제 등의 발수제를 약 0.01중량% 내지 약 10중량%로 혼합하거나, 실란 등 커플링제를 사용하는데, 예를 들면, 이소옥틸트리메톡시실란(i-Octyltrimethoxysilane), 메틸트리메톡시실란 (Methyltrimethoxysilane), 옥틸트리에톡시실란(Octyltrietoxysilane), 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane), 3-글리시딜옥시프로필 트리메톡시실란(3-glycidyloxytriethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필트리메특시실란(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(vinyltriethoxysilane), 비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane), 비닐트리(2-메톡시-에톡시)실란[vinyltri(2-methoxy-ethoxy)silane 등을 포함하는 유기 실란계 커플링제와 네오펜틸(디알릴)옥시, 트리네오데카노닐티타네이트[neopentyl(diallyl)oxy,trineodecano titanate], 네오페닐(디알릴)옥시,트릴(도데실)벤젠-술포닐티타네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(dodecyl)benzene-sulfonyl titanate], 네오페닐(디알릴)옥시,트리 (디옥틸)포스페이토티타네이트[neopentyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)phosphate titanate], 네오페닐(디알릴)옥시,트리(디옥틸)피로-포스페이토티타네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)pyro-phosphato titanate], 네오펜틸디알릴옥시,트리(N-에틸렌디아미노)에틸티타네이트[neopentyl(diallyl)oxy,tri(N-ethylenediamino)ethyl titanate], 네오펜틸디알릴옥시,트리(m-아미노)페닐티타네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(m-amino)phenyl titanate] 등을 포함하는 티타네이트계 커플링제와 네오펜틸(디알릴)옥시,트리네오데카노닐지르코네이트[neopentyl(diallyl)oxy,trineodecano zirconate], 네오페닐(디알릴)옥시,트릴(도데실)벤젠-술포닐지르코네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(dodecyl)benzene-sulfonyl zirconate], 네오페닐(디알릴)옥시,트리 (디옥틸)포스페이토지로코네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)phosphate zirconate], 네오페닐(디알릴)옥시,트리(디옥틸)피로-포스페이토지로코네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)pyro-phosphato zirconate], 네오펜틸디알릴옥시,트리(N-에틸렌디아미노)에틸지로코네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(N-ethylenediamino)ethyl zirconate], 네오펜틸디알릴옥시,트리(m-아미노)페닐지르코네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(m-amino)phenyl zirconate] 등을 포함하는 지로코네이트계 커플링제 등이 있다. 상기에서 만일 사용량을 0.01중량% 미만으로 사용할 경우에는 그 효과가 없고, 반대로 10중량%를 초과하여 사용하는 경우에는 효과 대비 경제성이 떨어지게 된다.

또한, 본 발명에 한 구현예에 의하면, 무기 팽창성 내화 조성물은 팽창성 분말 1 내지 70중량에, 추가로 규산염 바인더 20 내지 80중량%, 안정화제 0.05 내지 10중량%, 섬유 0.01 내지 10중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 팽창성 분말은 규산염을 건조하여 제조하는 것이고, 이렇게 제조된 팽창성 분말을 다시 규산염 바인더와 혼합하여 내화 조성물을 제조하는 것이다. 여기서 규산염 바인더도 화염에서 팽창하기 때문에 팽창 성능 조절, 화염에 대한 강도 조절을 위해서 발포 보조재 및 내화 보조재를 첨가하지만, 앞에서 설명한 바와 같이 규산염으로부터 제조되는 팽창성 분말의 제조 과정과 동일하므로 동일한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명에 의하면, 내화 조성물에서, 안정화제는 내화 조성물이 도료나, 마스틱등으로 사용되기 위해 가져야 하는 작업성 및 물성을 확보하기 위해 사용한다. 안정화제는 셀룰로오즈계 증점제, 실리콘계 증점제, 무기계 증점제, 유기계 증점제, 분산제, 층분리 방지제, 소포제, 스테아린산, 파라핀계 왁스, 계면활성제, 실리콘계 발수제, 불소계 발수제 및 실란커플링제로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 안정화제의 사용량은 0.05 내지 10중량%가 바람직한데, 만일 0.05중량% 미만으로 첨가하면 그 효과가 없고, 반대로 10중량%를 초과하여 사용할 경우에는 내화성능을 저해하기 때문에 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.

본 발명의 내화 조성물에서 섬유로는 유기질계 섬유, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론 또는 무기질계 섬유, 예를 들면, 유리섬유, 미네랄울, 지르코늄 중에서 적어도 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 상기 섬유는 0.01 내지 10중량%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하며, 만일 0.01중량%를 미만으로 할 경우에는 그 첨가효과가 없고, 반대로 10중량%를 초과하여 사용할 경우에는 섬유의 과다한 사용으로 작업성을 해치게 된다.

유기질계는 철골구조 등에 피복시, 또는 피복후 가져야 하는 물리적 성질을 확보하기 위해 혼합 가능하며, 무기질계는 화재에 접촉되어 내화조성물이 팽창시의 물리적 성질을 확보하기 위함이다.

본 발명에 한 구현예에 의하면, 내화 조성물의 사용 방법에 따라, 팽창성 분말에 추가적인 처리를 할 수 있다. 팽창성 분말은 그 시작이 규산염으로부터 시작되기 때문에 앞에서 설명한 바와 같이 내화 조성물 제조시 사용되는 규산염 바인더에 다시 용융 및 겔화될 수 있다. 이러한 문제점을 제거하기 위한 방법으로, 팽창성 분말과 팽창성 분말을 포함하지 않는 내화조성물을 각각 제조하여 철골구조물 등에 작업 시점에 팽창성 분말을 혼합하여 사용하는 방법이다. 팽창성 분말은 규산염 바인더가 혼합된 내화 조성물에서 녹거나 겔화되는 현상이 있지만, 그렇게 단시간에 발생되지 않기 때문이다. 그 이유는 팽창성 분말은 내부에 수분이 제어된 상태로 단단하게 굳은 분말 상태기 때문에, 내화 피복을 하는 작업 시간 및 철골구조물에 피복되어 건조되는 동안 표면의 일부만 아주 작게 녹기 때문에 내화성능에 영향을 주지 않는다.

본 발명의 구현예에 따르면, 내화 조성물의 내수성 및 내화학성을 보강하기 위해 필요에 따라 열가소성 및 열경화성 바인더를 추가로 포함할 수 있다.

이렇게 제조된 본 발명에 의한 무기 팽창성 내화 조성물은 규산염이 갖는 발포셀의 문제점을 개선하여 균일한 발포층 허니컴 구조의 셀을 형성하고, 내화도료와 달리 팽창시 유독가스 발생이 없으며, 팽창된 셀이 화염에 훼손되는 현상이 없기 때문에 고온 및 장기 가열에 따른 내화성능이 우수하다.

상기 언급한 내용의 근거로 보다 자세하게 설명하기 위해, 아래와 같이 실시예와 실험예를 통해 상세히 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

<실시예 1~6> 본 발명의 팽창성 분말용 바인더 제조.

규산염에 발포 보조재, 내화 보조재, 발수제 등을 순서대로 투입하여 1,000rpm 이상의 속도로 4시간 동안 충분히 교반하여 팽창성 분말용 바인더를 제조하였다.

(단위: 중량%)

<실시예 7~16> 본 발명의 팽창성 분말 제조.

실시예 1~6에 제조한 팽창성 분말용 바인더를 표 4의 수분함량까지 건조하였다. 건조는 열풍, 원적외선, 마이크로웨이브 등 다양하게 가능하며, 건조 후 입자의 크기를 325mesh이하가 90중량% 이상이 되도록 분쇄기를 통해 분쇄하여 팽창성 분말을 제조하였다.

단, 실시예 16은 실시예 11에서 제조된 팽창성 입자의 표면에 메톡시 실란으로 소수처리 과정을 추가하였다.

<실시예 16~27> 본 발명의 무기 팽창성 내화 조성물 제조

(단위: 중량%)

HEC = 히드록시에틸셀룰로오즈, HPC = 히드록시프로필셀룰로오즈

<실험예 1> 내화성능 비교

상기 실시예 16~24, 비교예 1~2에서 제조한 내화 조성물의 내화성능시험은 H빔에 건조도막두께가 12.0~12.1mm가 되도록 피복하여, 건설교통부고시에 의거 KS F 2257에 규정된 표준가열곡선 온도 기준으로 진행하였다. 내화성능은 3시간 538℃이하가 되는 기준으로 검토되었다.

<실험예 2> 장기 안전성 비교

상기 실시예 25~27에서 제조한 내화 조성물의 시간경과에 따른 점도 비교를 실시하여, 본 발명의 팽창성 분말과 규산염의 안전성 검토를 하였다. 점도 측정은 일본 RION사의 VT-04F의 점도계를 이용하였다.

(단위:CPS)

상기 표6의 결과 본 발명의 무기 팽창성 분말을 사용한 경우 균일한 발포층 허니컴 구조의 팽창셀을 형성해, 규산염 단독으로 사용된 비교예 1~2에 비해 그 효과가 큼을 알 수 있다. 또한, 발포 보조재를 사용할수록 더 양호한 결과를 보이는데, 이는 균일한 발포셀을 갖는 팽창성 분말을 만드는데 효과적임을 알 수 있다. 특히 붕산등 내화 보조재를 더 할 경우 내화성능이 더 향상된다.

표7의 결과는 본 발명의 무기 팽창성 분말에 소수 처리 여부에 따라 팽창성 분말과 규산염간의 사용안전성을 알 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 무기 팽창성 분말은 규산염으로부터 만들어지기 때문에 규산염에 쉽게 녹아, 규산염을 흡수하여 겔화 된다. 그러나 실시예 26이나 실시예 27과 같이 소수처리를 할수록 그런 현상을 방지하여, 장기간 사용할 수 있게 된다. 물론 소수처리를 안하더라도, 혼합하여 바로 사용하는 경우는 크게 문제가 없기 때문에 반드시 소수처리를 할 필요는 없다.

Claims (17)

10% 이하의 함수분을 갖도록 건조한 규산염으로 이루어진 팽창성 분말과,
내화성능을 요구하는 표면에 코팅시 상기 팽창성 분말을 혼합하여 사용하는 액상의 무기 팽창성 내화조성물을 포함하되
상기 무기 팽창성 내화 조성물은 10% 이하의 함수분을 가지며, 5 mm 이하의 입자 크기를 갖는 건조한 규산염으로 이루어진 팽창성 분말 1~70중량%;
규산염 바인더 20~80중량%;
셀룰로오즈계 증점제, 실리콘계 증점제, 무기계 증점제, 유기계 증점제, 층분리 방지제, 소포제, 스테아린산, 파라핀계 왁스, 실리콘계 발수제, 및 불소계 발수제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 안정화제 0.05 ~ 10중량%
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 나일론의 유기계 섬유 또는 유리섬유, 미네랄 또는 지르코늄의 무기계 섬유 중에서 적어도 하나를 선택하여서 된 섬유 0.01~10중량%로 이루어진 무기 팽창성 내화 조성물.

제1항에 있어서, 상기 규산염의 팽창성 분말은 알칼리금속산화물 10 내지 50중량%, 산화규소 30 내지 80중량% 및 물 0.1 내지 20중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여서 된 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

제1항에 있어서, 상기 팽창성 분말은 발포 보조재 및 내화 보조재 중에서 적어도 하나를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

제4항에 있어서, 상기 발포 보조재는 중탄산칼륨, 중탄산칼슘, 중탄산나트륨, 중탄산마그네슘 및 중탄산암모늄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여서 된 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

제4항에 있어서, 상기 내화 보조재는 안티몬 화합물, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 붕산, 붕사, 카올린족 광물, 벤토나이트, 클레이, 에뜨링가이트, 인산염, 인계 난연제, 할로겐계 난연제 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여서 된 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

제1항에 있어서, 상기 팽창성 분말은 추가로 유기 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지르코네이트계 커플링제, 실리콘계 발수제 및 불소계 발수제로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 소수성을 부여한 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

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제1항에 있어서, 상기 내화 조성물은 상기 내화 조성물은 중탄산마그네슘 및 중탄산암모늄으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여서 된 발포 보조제 0.1 내지 20중량%; 및 안티몬 화합물, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 카올린족 광물, 벤토나이트, 클레이, 에뜨링가이트, 인산염, 인계 난연제, 할로겐계 난연제 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여서 된 내화 보조제 0.1 내지 50중량% 중에서 적어도 하나를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

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제1항에 있어서, 상기 내화 조성물은 상기 내화 조성물은 추가로 티타네이트계 커플링제, 지르코네이트계 커플링제, 실리콘계 발수제 및 불소계 발수제 0.01 내지 10중량%로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 소수성을 부여한 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

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제1항에 있어서, 상기 내화 조성물은 석고, 돌로마이트, 합성 실리카, 퍼라이트, 플라이애쉬, 산화알루미늄, 산화마그네슘 및 카본 블랙으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여서 된 필러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 팽창성 내화 조성물.

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