KR101514938B1

KR101514938B1 - 수용성 세라믹 불연도료 조성물의 제조방법

Info

Publication number: KR101514938B1
Application number: KR1020140172068A
Authority: KR
Inventors: 김희종
Original assignee: 주식회사 경민화학; 김희종
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2015-04-23

Abstract

본 발명은 (a)테트라메톡시실란 20~30 중량%와, 멜라민 10~14 중량%를 혼합한 용액에 인산염 0.3~0.7 중량%를 첨가한 상태에서 70~90℃로 5시간 동안 숙성하는 단계; (b)상기 숙성된 용액에 암모니아 0.3~0.7 중량%를 혼합하여 PH를 7~8로 조정하고, 증류수 15~25 중량%를 첨가하여 수화하는 단계; (c)상기 수화된 용액에 티타늄 테트라이소프로폭사이드 6~10 중량%를 첨가한 상태에서 50~60℃로 4시간 동안 숙성하는 단계; (d)상기 숙성된 용액에 암모니아 0.1~0.3 중량%를 혼합하여 PH를 12~13으로 조정하는 단계; 및 (e)상기 PH 조정된 용액에 금속산화물로 이루어지는 안료 15~25 중량%, 플라스타(Plaster) 12~16 중량%을 첨가한 혼합액을 분산하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 모재 표면에 부착력과 내구성이 우수하고 내열성이 있어 화재시 화재전이를 효과적으로 방지하면서 유독가스를 발생시키지 않는 효과가 있다.

Description

수용성 세라믹 불연도료 조성물의 제조방법 {The methode for manufacturing watersoluble fire-proof paint composition}

본 발명은 수용성 세라믹 불연도료 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 모재 표면에 부착력과 내구성이 우수하고 내열성이 있어 화재 시 화재전이를 효과적으로 방지하면서 유독가스가 발생하지 않는 수용성 세라믹 불연도료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

모르타르, 콘크리트, 석재 건축물의 외벽 및 내벽에는 도료가 사용되는데, 최근에는 미관 개선이라는 기본적인 역할 이외에 특수한 기능을 가진 도료가 요구되고 있는데, 그 중 화재 시 인명보호를 위해 내화도료가 주목을 받고 있다.

내화도료는 화재의 확산을 방지하고 건축물의 구조와 성능을 일정시간 유지시켜 인명을 구조할 수 있는 제공하기 위해 사용되는 도료로서, 고온에서 균열, 연화, 박리 및 열변형이 되지 않아야 한다.

대한민국 특허공개 제1989-0010138호에는 메탈실리케이트를 주재료로 하는 발포성 내화무기질 방화재에 대한 기술이 개시되어 있는데, 이와 같은 조성물의 경우 메탈실리케이트의 내열성에 한계가 있어 약 600℃이상의 고온 하에서는 도막이 용융되어 아래로 흘러내리는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 공개특허공보 제2005-0070809호에는 무기계 규산염계 수지를 사용하여 600℃이상의 고온에서도 내화성능을 가진 내화도료 조성물이 개시되어 있다. 하지만, 개시된 조성물은 내수성이 불량하고 피도물과의 부착성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 제784738호에는 유성 스타이렌 변성 아크릴을 사용하여 건조가 빠르고 내후성이 우수하며 발포 탄화층의 탈리 현상이 없는 내열도료 조성물이 개시되어 있다. 하지만, 개시된 조성물 역시 모재와의 부착성이 떨어질 뿐만 아니라, 도막의 내구성이 부족하고 특히 유기용제를 함유하고 있어 도막의 연소 시 인체에 유해한 가스가 방출되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제1989-0010138호 "발포성 무기질 조성물" 대한민국 공개특허공보 제2005-0070809호 "발포성 내화도료 조성물" 대한민국 등록특허공보 제784738호 "내화성능을 갖는 고밀도 유성계 발포성 내화도료 및 그의 도장방법"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위해 창안된 것으로서, 모재 표면에 부착력과 내구성이 우수하며 화재 시 내열성이 있고 유독가스가 발생하지 않는 수성 세라믹 불연도료 조성물의 제조방법을 제공하려는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 (a)테트라메톡시실란 20~30 중량%와, 멜라민 10~14 중량%를 혼합한 용액에 인산염 0.3~0.7 중량%를 첨가한 상태에서 70~90로 5시간 동안 숙성하는 단계; (b)상기 숙성된 용액에 암모니아 0.3~0.7 중량%를 혼합하여 PH를 7~8로 조정하고, 증류수 15~25 중량%를 첨가하여 수화하는 단계; (c)상기 수화된 용액에 티타늄 테트라이소프로폭사이드 6~10 중량%를 첨가한 상태에서 50~60℃로 4시간 동안 숙성하는 단계; (d)상기 숙성된 용액에 암모니아 0.1~0.3 중량%를 혼합하여 PH를 12~13으로 조정하는 단계; 및 (e)상기 PH 조정된 용액에 금속산화물로 이루어지는 안료 15~25 중량%, 플라스타(Plaster) 12~16 중량%을 첨가한 혼합액을 분산하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 플라스타는 1000~1200℃로 소성시킨 돌로마이트를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조되는 수용성 세라믹 불연도료 조성물은 테트라메톡시실란과 멜라민을 혼합하여 인산염 촉매에 의한 중축합 반응에 의해서 모재 표면에 불용성의 피막이 형성되면서 부착력이 우수한 도막을 형성할 수 있고, 티타늄 테트라이소프로폭사이드와 플라스타의 첨가로 모재 부착시 우수한 내열성과 내식성을 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 조성물의 불연성 시험 및 가스유해성 시험 결과 데이터를 나타낸 시험성적서.
도 2는 불연성 시험 결과를 그래프로 나타난 시험성적서.
도 3 내지 도 5는 가스유해성 시험 결과를 그래프로 나타난 시험성적서.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 수성 세라믹 불연도료 조성물의 제조방법에 관련되며, (a)단계에서 (e)단계를 거쳐 모재 표면에 부착력과 우수한 내구성 및 내열성을 지니고 화재 시 화재전이를 효과적으로 방지하면서 유독가스를 발생시키지 않는 수성 세라믹 불연도료 조성물을 제조하는 방법이다.

먼저 본 발명에 따른 (a)단계는, 테트라메톡시실란(Tetramethoxy-silane) 20~30 중량%와, 멜라민 10~14 중량%를 혼합한 용액에 인산염(Phosphate) 0.3~0.7 중량%를 첨가한 상태에서 70~90℃로 5시간 동안 숙성한다.

테트라메톡시실란은 멜라민과 가수분해 축합반응을 하여 도막을 형성하는데, 형성되는 도막은 콘크리트와의 실록산 결합에 의하여 부착성이 우수하고 화재 시 타지 않아서 유독가스를 발생시키지 않는다.

본 발명에 따르면, 테트라메톡시실란이 하드한 도막을 형성함에 따라 도막의 크랙을 방지하기 위해 멜라민이 첨가되어 보다 소프트한 특성의 도막을 형성한다. 그리고 가수분해 축합반응에 인산염 촉매를 사용하는데, 이를 통해서 표면에 불용성의 인산염 피막을 형성하여 금속쪽에 사용할 때 부식을 방지하는 역할을 해준다. 여기서 인산염 촉매는 Sodium Hexameta-phospate, Triphenyl Phospate를 사용하는 것이 바람직한데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 사용된 테트라메톡시실란은 20~30 중량%이 바람직한데, 20중량% 미만이면 도막형성에 문제가 있고, 30중량%을 초과하면 상술한 바와 같이 도막에 크랙이 발생한다. 또한, 본 발명에 따른 멜라민은 10~14 중량%이 바람직한데, 10중량% 미만이 되면 도막이 딱딱해져 소프트한 특성의 도막을 형성하는 본원 발명의 목적을 달성할 수 없고, 14중량%을 초과하면 강도가 저하된다. 그리고, 본 발명에 따른 인산염촉매는 0.3~0.7 중량%가 최적인데, 0.3중량% 미만이면 가수분해가 저하되고, 0.7중량% 초과 되면 겔화되는 문제가 있다.

이어서 본 발명에 따른 (b)단계는, (a)단계의 용액에 암모니아 0.3~0.7 중량%를 혼합하여 PH를 7~8로 조정하고, 증류수 15~25 중량%를 첨가하여 수화하는 단계를 거친다. 용액의 PH를 조정하는 이유는 증류수의 첨가로 수용화 시키기 위함인데, 바람직하게는 PH를 7.5로 조정하는 것이 가장 좋다. 본 발명에 사용된 암모니아는 0.3~0.7 중량%가 최적 범위인데, 0.3중량% 미만이면 PH를 중성으로 유지할 수가 없고, 0.7중량%을 초과하면 갑작스런 PH증가로 인해서 겔화되는 문제가 있다.

이어서 본 발명에 따른 (c)단계는, (b)단계의 용액에 티타늄 테트라이소프로폭사이드 6~10 중량%를 첨가한 상태에서 50~60℃로 4시간 동안 숙성시켜 불연성을 강화시킨다. 티타늄 테트라이소프로폭사이드가 6%중량 미만이면 도막형성에 문제가 발생할 수 있고, 10중량% 초과하면 도막의 깨짐 현상이 발생할 수 있다.

이어서 본 발명에 따른 (d)단계는, (c)단계의 용액에 암모니아 0.1~0.3 중량%를 혼합하여 PH를 12~13으로 조정한다. PH를 조정하는 이유는 강산일 때보다 강알칼리일 때 도막의 3차원 구조가 잘 이루어지고 콘크리트의 중성화 방지 및 금속의 발청을 방지해 주기 위함인데, 바람직하게는 PH를 12.5로 조정하는 것이 가장 좋다.

이어서 본 발명에 따른 (e)단계는, (d)단계의 용액에 금속산화물로 이루어지는 안료 15~25 중량%, 플라스타(Plaster) 12~16 중량%을 첨가한 혼합액을 분산시켜 조성물을 완성한다.

플라스타(Plaster.고토석회)는 1000~1200℃로 소성시킨 돌로마이트(CaCO₃,MgCO₃)를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 금속산화물 안료는 15% 미만일 경우 소재에 대한 은폐력이 저하되고, 25% 초과할 경우 도막의 부스러짐 현상이 발생할 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 살펴보고 조성물이 가진 효과가 유효함을 알아보고자 한다.

<<실시예>>

1)온도계, 적하기, 냉각기, 교반기가 달린 플라스크에 테트라메톡시실란을 각각 400g, 350g, 250g, 250g, 250g을 투입하고(실시예 1~5) 250rpm으로 교반하면서 각각의 플라스크에 멜라민 60g, 120g, 120g 120g, 120g을 투입한 후 30분간 교반하고, 증류수 20g에 인산염(Sodium hexameta-phospate) 5g을 용해시킨 후 각각의 플라스크에 첨가하여 5시간 반응시켰다.

2) 반응된 각각의 플라스크 용액에 암모니아 5g을 첨가한 후 증류수 178g을 투입하고 30분간 교반하였다.

3) 교반한 용액에 티타늄 테트라이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide)을 각각 80g, 80g, 80g, 120g, 140g을 투입하고 4시간 반응시켰다.

4) 반응된 용액에 암모니아를 각각 2g을 첨가하였다.

5) 암모니아가 첨가된 용액에 티타늄 디옥사이드를 110g, 100g, 200g, 160g, 140g을 첨가한 후, 플라스타 140g을 투입하여 볼밀로 1800rpm으로 분산 후 입도를 30㎛하였다.

이를 정리하면 아래 표 1과 같다.

순서	원료명	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
1	테트라메톡시실란 (Tetramethoxy-silane)	400g	350g	250g	250g	250g
2	멜라민	60g	120g	120g	120g	120g
3	증류수	20g	20g	20g	20g	20g
4	인산염 (Sodium Hexameta-phospate)	5g	5g	5g	5g	5g
5	암모니아	5g	5g	5g	5g	5g
6	증류수	178g	178g	178g	178g	178g
7	티타늄 테트라이소프로폭사이드 (Titanium Tetraisopropoxide)	80g	80g	80g	120g	140g
8	암모니아	2g	2g	2g	2g	2g
9	타타늄 다이옥사이드 (Titanium Dioxide)	110g	100g	200g	160g	140g
10	플라스타	140g	140g	140g	140g	140g

<시료제작>

두께3mm의 금속판에 상기 실시예 1~5의 도료를 50㎛ 두께로 도장한 후, 상온에서 7일 건조시켰다. 건조한 실시예 1~5의 도막 상태를 육안으로 확인하니 실시예1은 표면에 미세한 크랙이 발생하였고, 실시예 4와 5는 도막이 금속판에 제대로 형성되지 않음을 확인하였다.

<부착성 시험>

도막이 제대로 형성된 실시예 2와 3을 ASTM D3359에 따라 시료의 도장면에 1mm 간격으로 칸을 그어 100칸을 만든 후 셀로판테이프를 이용하여 5회에 걸쳐 박리 테스트를 수행하였다. 그 결과, 실시예2와 3이 박리되지 않음을 육안으로 확인할 수 있었다.

<내구성 시험>

실시예 2와 3을 #0000 스틸울을 1kg의 해머에 묶어 상기 시료의 도장면에 30회 문지른 후, 시료표면을 관찰하니 실시예 2는 표면에 미세한 스크래치가 발생함을 확인할 수 있었고, 실시예3은 표면이 매끈함을 확인할 수 있었다.

<불연성 및 가스유해성 시험>

실시예 3을 대구광역시 달서구 죽전1길 39 (죽전동) 한국건설생활환경시험연구원에 KS F ISO 1182:2004에 의한 불연성 시험과 KS F 2271:2006에 의한 가스유해성 실험을 의뢰하였다.

도 1은 불연성 시험 및 가스유해성 시험 결과 데이터를 나타낸 시험성적서이며, 도 2는 불연성 시험 결과를 그래프로 나타난 시험성적서이고, 도 3 내지 도 5는 가스유해성 시험 결과를 그래프로 나타난 시험성적서이다.

시험결과로 알 수 있듯이, 실시예3은 질량 감소율이 매우 낮고 최고온도와 최종 평형온도와의 차이가 적어 불연성이 우수함을 확인할 수 있으며, 연소 시 마우스의 행동정지시간이 기준시간을 상회하여 안전함을 확인할 수 있었다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims

(a)테트라메톡시실란 20~30 중량%와, 멜라민 10~14 중량%를 혼합한 용액에 인산염 0.3~0.7 중량%를 첨가한 상태에서 70~90℃로 5시간 동안 숙성하는 단계;
(b)상기 숙성된 용액에 암모니아 0.3~0.7 중량%를 혼합하여 PH를 7~8로 조정하고, 증류수 15~25 중량%를 첨가하여 수화하는 단계;
(c)상기 수화된 용액에 티타늄 테트라이소프로폭사이드 6~10 중량%를 첨가한 상태에서 50~60℃로 4시간 동안 숙성하는 단계;
(d)상기 숙성된 용액에 암모니아 0.1~0.3 중량%를 혼합하여 PH를 12~13으로 조정하는 단계; 및
(e)상기 PH 조정된 용액에 금속산화물로 이루어지는 안료 15~25 중량%, 플라스타(Plaster) 12~16 중량%을 첨가한 혼합액을 분산하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수용성 세라믹 불연도료 조성물의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 플라스타(Plaster)는 1000~1200℃로 소성시킨 돌로마이트를 사용하는 것을 특징으로 하는 수성 세라믹 불연도료 조성물의 제조방법.