KR101601708B1 - 팽창된 흑연을 첨가한 불연성 도막 코팅제와 그 제조방법 및 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팽창흑연을 가열하여 분해한 팽창된 흑연을 첨가한 불연성 도막 코팅제와 그 제조방법 및 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 팽창흑연을 200℃ 내지 1,000℃의 온도로 가열하면 팽창흑연에 포함된 각종 유기물의 팽창에 의하여 발포가 일어나 부피가 약 500배로 확대되면서 화염 차단층이 생성된 팽창된 흑연이 생산되는데, 이를 코팅제에 첨가하여 불연성이 부여된 코팅제를 제조할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 팽창흑연을 사용하여 코팅제를 제조하는 경우 가열시 팽창되면서 발생하는 황산이나 이산화탄소 등 유해물질로 인하여 인명피해가 발생할 염려가 없도록 하는 작용효과가 기대된다.

Description

팽창된 흑연을 첨가한 불연성 도막 코팅제와 그 제조방법 및 용도{Incombustible film coating material containing expanded graphite and the manufacturing and using method of the same}

본 발명은 팽창흑연을 가열하여 분해한 팽창된 흑연을 첨가한 불연성 도막 코팅제와 그 제조방법 및 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 팽창흑연을 200℃ 내지 1,000℃의 온도로 가열하면 팽창흑연에 포함된 각종 유기물의 팽창에 의하여 발포가 일어나 부피가 약 500배로 확대되면서 화염 차단층이 생성된 팽창된 흑연이 생산되는데, 이를 코팅제에 첨가하여 불연성이 부여된 코팅제를 제조할 수 있다. 팽창된 흑연은 팽창흑연이 가열에 의해 팽창되면서 생성된 화염차폐층이 분쇄에 의함에도 불구하고 그 구조를 유지하고 있으므로 불연성능이 유지된다.

그라파이트(graphite)는 탄소의 결정형의 하나로, 평면 육각형의 형태이며, 탄소원자가 결합한 시트형태가 적층을 형성한 구조를 이루고 있다. 육각형 평면간 탄소-탄소 결합은 다이아몬드와 같이 강한 결합이지만 시트의 적층은 약한 결합이므로 박리하기 쉽다. 여기에서 시트간에 이온이나 분자 등이 삽입되는 형식으로 하여 그라파이트 층간화합물을 제조하는 것은 잘 알려져 있는 기술이다.

이중 팽창흑연은 위 층간화합물로서 제조되는 것인데, 화학반응을 이용하여 시트간에 물질을 삽입한 흑연 층간 화합물을 급속 가열하면, 층간에 존재하는 물질이 연소 및 가스화하는 경우가 있으며, 그 때 발생된 가스의 방출이 폭발적으로 층과 층사이를 확대하므로 흑연이 층의 적층과 수직의 방향으로 팽창하게 된다. 경우에 따라서는 흑연의 수백배의 크기까지 팽창되기도 한다. 이러한 팽창흑연을 이용하면 공업적인 용도로서 유연성이 풍부한 흑연시트를 제조할 수 있다. 팽창흑연은 흑연과 동일 결정구조의 물질이나, 팽창흑연은 층간이 팽창된 상태이므로 흑연과 비교하여 결정화도가 낮은 특성을 나타낸다.

이러한 팽창흑연은 가열에 의해 팽창되면 일종의 막을 형성하며, 따라서 팽창흑연을 스티로폼이나 우레탄 등에 혼합하는 경우, 위 재료들이 가열되면 팽창된 막이 보호막의 역할을 하게 된다. 따라서 위 스티로폼이나 우레탄 등이 난연재료가 된다. 그 밖에도 팽창흑연을 도료 등 코팅제에 포함하여 사용할 수도 있다.

대한민국등록특허 제0996720호에서는 불연성 도막 형성용 조성물 및 이로부터 얻어진 불연성 도막을 개시한다. 위 선행기술에서는 수용성 또는 수분산성 아크릴계 수지 및 수용성 또는 수분산성 비닐계 수지에서 선택된 적어도 1종의 바인더수지 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. 이에 따르면 건조속도, 장기 보관성이 우수할 뿐만 아니라, 이 조성물을 이용하면 피도물 표면에 치밀한 수지-팽창흑연 복합체 불연성 도막을 간편하게 형성함으로써 불연성뿐만 아니라 내수성, 내열성 및 기계적 강도가 우수한 불연성 도막을 형성할 수 있다. 위 팽창성흑연은 200℃ 이상의 고열에 노출시 팽창되면서 화염 차단층이 생성된다.

그러나, 팽창흑연의 고체분말은 이를 분쇄하여 알갱이의 크기를 최소화해도 400mesh(35㎛) 이상이며, 이것을 코팅제에 첨가하는 경우 알갱이의 질감이 유동체인 코팅제와 구분되며, 유동체내에서 알갱이의 형상이 관찰되어 질감상 및 외관상 매끄럽지 못하며, 따라서, 매끄러운 면을 필요로 하는 피코팅체에 이를 그대로 적용하기 용이하지 않다는 문제점이 있다. 특히 도료의 경우 도료 본연의 부드러운 색상과 질감이 유지되어야 하는 바, 종래의 팽창흑연을 첨가하는 경우에는 이러한 본연의 색상과 질감을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 팽창흑연을 코팅제에 첨가하여 사용하는 경우에, 코팅제에 첨가된 팽창흑연의 가열시 팽창흑연이 팽창되면서 피코팅체 외관을 파괴하는 문제점과, 황산이나 이산화탄소 등 유독물질이 발생된다는 문제점과, 별도의 결합제(바인더)가 있어야 코팅제로서 사용할 수 있다는 문제점과, 화재 등 사고의 케이스가 아닌 상시 고온이 존재하는 영역에서는 사용될 수 없다는 한계점과, 방청 기능이 적은 문제점과, 알갱이의 크기가 상대적으로 크므로 코팅제에 첨가하여 사용하는 경우 피코팅체의 질감과 미관이 기대한 것과 다르거나 또는 좋지 않다는 문제점, 불연기능이 상대적으로 약하다는 문제점 등을 해결하기 위하여 안출된 것이다.

이에, 본 발명은 팽창흑연을 가열함으로써 부드러워지고 쉽게 분쇄되는 팽창된 흑연을 코팅제에 혼합하고 이를 기존의 팽창흑연 입자보다 미립의 입자로 분쇄하여 코팅제에 혼입되도록 함으로써 코팅제 내에 존재하는 흑연에 의한 거칠고 이질적인 질감을 크게 완화하여 코팅제 본연의 질감을 최대한 유지하도록 하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 팽창흑연을 가열하여 층간을 분리함으로써 수백배 팽창시켜 제조한 팽창된 흑연을 활용한 것으로서, 팽창된 흑연은 화염차단층으로 불연성이 있으며, 수평열확산기능이 팽창흑연보다 약 20 ~ 30배 정도 높으므로, 보다 강한 불연성 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 팽창흑연을 미리 팽창시켜 유해물질을 제거한 팽창된 흑연을 제조함으로써, 피코팅체의 가열시 방염기능을 유지하면서도 유해물질이 발생되지 않도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

일반 흑연을 본 발명에서와 같은 가열온도(200 ~ 1000℃)로 가열하는 경우에는 그 소성온도가 매우 높아 본 발명에서와 같은 충분히 팽창된 흑연을 제조할 수 없으며, 팽창흑연을 가열하는 경우라야 본 발명에 의한 팽창된 흑연을 제조할 수 있는 바, 팽창흑연을 출발점으로 하여 팽창된 흑연을 제조하였다는 점은 본 발명의 특징을 이룬다.

또한, 본 발명은 팽창된 흑연은 강산제를 제외한 거의 모든 화학성분에 대한 내산성이 우수하여 이를 함유하는 코팅제의 방청기능을 제고하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 이미 팽창시킨 흑연을 적용하여 코팅제에 불연성을 부여하도록 함으로써, 피코팅체를 가열하여도 피코팅체 표면의 변형이 없어 피코팅체의 대상 범위를 확대하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 팽창된 흑연의 방청기능이 우수하므로 하도 코팅제를 별도로 사용하지 않도록 하여 도장비가 절감된 방청기능의 도료 개발을 가능하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 팽창된 흑연의 흡착력을 활용하여 부착력이 좋은 코팅 제품을 개발하도록 하는 데 또 다른 목적이 있다.

즉, 팽창흑연이 팽창된 흑연과 같은 뛰어난 흡착력이 없기에 별도의 흡착력이 있는 바인더 등과 섞어 사용해야 코팅제로서의 기능을 하는데, 팽창된 흑연은 강한 흡착력이 있어 코팅제에 단독으로 첨가될 수 있는 것이다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 팽창흑연을 가열에 의하여 팽창시킨 팽창된 흑연의 분쇄물 또는 분말과; 코팅제;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 팽창된 흑연이 첨가된 불연성 도막 코팅제를 제공한다.

상기 팽창된 흑연의 입도는 0.1 ~ 20㎛ 범위인 것이 바람직하다.

상기 코팅제와의 혼합시 코팅제의 부피를 100%로 하였을 때, 팽창된 흑연의 투입량은 코팅제 대비 50 ~ 100 부피% 범위인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 팽창흑연을 가열하여 팽창시킴으로써 팽창된 흑연을 제조하는 단계; 상기 팽창된 흑연을 코팅제에 침잠하는 단계; 및 상기 코팅제에 침잠된 팽창된 흑연을 그 상태에서 분쇄하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 팽창된 흑연이 첨가된 불연성 도막 코팅제의 제조방법을 제공한다.

상기 팽창된 흑연을 제조하는 단계에서 가열온도는 200℃ ~ 1,000℃의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 팽창흑연을 가열하여 팽창시킴으로써 팽창된 흑연을 제조하는 단계; 상기 팽창된 흑연을 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄된 팽창된 흑연을 코팅제에 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 팽창된 흑연이 첨가된 불연성 도막 코팅제의 제조방법을 제공한다.

또한, 팽창흑연을 가열하여 팽창된 흑연을 제조하고, 이를 코팅제의 첨가제로 사용하는 방법을 제공한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 팽창흑연을 사용하여 불연성 도막 코팅제를 제조하는 경우 가열시 팽창되면서 발생하는 황산이나 이산화탄소 등 유해물질로 인하여 인명피해가 발생할 염려가 없도록 하는 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 팽창흑연에 비하여 결합성능이 우수한 팽창된 흑연을 적용함으로써 결합제를 사용하지 않아도 코팅제의 생산이 가능하며 또한 피코팅체에 코팅을 수행할 수 있도록 하는 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 코팅제가 적용된 피코팅체를 200℃ 이상 고온에서 사용하여도 피코팅체의 표면의 손상이나 변화가 없도록 하는 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 팽창흑연에 비하여 코팅제 내에서 미립의 상태로 존재하므로 코팅제 내에서 팽창흑연에 비하여 팽창된 흑연이 보다 많은 양으로 분산상태를 이루고 있으며, 따라서 불연기능이 더 우수한 작용효과가 기대된다. 즉, 팽창흑연과 팽창된 흑연은 그 자체로는 동일한 수준의 화염차폐기능을 가지나, 팽창된 흑연은 보다 미립으로 분쇄될 수 있으므로 방염기능을 할 수 있는 표면적이 더 넓다.

또한, 본 발명은 강한 내산성의 팽창된 흑연을 사용함으로써, 이를 적용한 코팅제의 방청기능을 제고하는 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 이미 팽창된 흑연을 사용하기 때문에 높은 열에 의해서도 더 이상의 변형이 발생되지 않으며, 따라서 열과 접촉하기 쉬운 보다 많은 제품에 상기 팽창된 흑연이 적용된 코팅제를 사용할 수 있는 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 팽창되어 층간이 분리된 흑연을 코팅제에 첨가한 후 분쇄하여 팽창된 흑연이 함유된 코팅제를 제조함으로써 상기 코팅제를 피코팅체에 적용하는 경우 팽창흑연에 비하여 보다 우수한 질감의 외관을 얻을 수 있는 작용효과가 기대된다.

도 1은 종래의 팽창흑연의 구조를 나타내는 전자현미경 사진과 본 발명의 팽창된 흑연의 구조를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 2 는 본 발명의 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하였을 때와 팽창흑연을 코팅제에 적용하였을 때의 비교예로서, 이를 가열하기 전의 상태를 비교하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하였을 때와 팽창흑연을 코팅제에 적용하였을 때의 비교예로서, 이를 가열한 후의 상태를 비교하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하고, 이에 대한 부착력 테스트를 시행한 결과를 나타내는 시험성적서이다.
도 5는 본 발명의 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하고, 이에 대한 방청기능 테스트를 시행한 결과를 나타내는 시험성적서이다.

이하, 본 발명을 첨부되는 도면과 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 언급하는 코팅제는 피코팅체의 외면을 보호하거나 그 외관을 미려하게 하기 위하여 적용되는 액상 또는 가열이나 화학적으로 용해될 수 있는 고상의 물질을 총칭하는 것이며, 도료 등을 포함한다.

본 발명에서 사용된 팽창된 흑연은 팽창흑연을 가열하여 인위적으로 팽창시켜 제조한 것으로서, 물성면에서 유사한 점이 존재하며, 다만, 팽창흑연에 비하여 특히 코팅제로 사용하는 경우 용도면에서 유리하고, 물성면에서도 팽창흑연에 비해서 대등하거나 우월한 점이 인정되어 본 발명에 이르렀다. 즉, 팽창된 흑연은 불연성, 유연성, 다공성, 강한 결합력, 흡착력 등의 성질이 있으며, 이는 팽창흑연에서도 발현되는 성질인데, 팽창흑연을 가열하여 팽창시킨 후 분쇄한 상태로 하여 불연성능을 갖도록 도료 등 코팅제에 이를 적용한 예는 이제껏 없었으므로 이는 본 발명의 특징을 이룬다.

팽창된 흑연은 강한 흡착력을 갖는 큰 부피의 물질로 변화되어, 코팅제에 혼합시 코팅제와 혼합이 잘되며, 미분쇄에 의해 팽창흑연보다 미립의 구현이 가능하여 코팅제 내 단위 부피중에 존재하는 흑연의 양을 보다 많게 할 수 있고, 따라서 흑연이 차지하는 비표면적의 면에서 팽창흑연에 비하여 월등하므로 수평열확산기능이 수십배 더 증진될 수 있다.

이러한 코팅제를 피코팅체에 적용하면 코팅제가 응고되었을 때 강한 응집력이 형성될 수 있으므로 그 만큼 불연성 면에서 긍정적인 효과를 거둘 수 있다. 이러한 우수한 수평열확산기능으로 인해 팽창후 흑연은 팽창흑연에 비하여 단열도료, 차열도료, 방화도료로의 응용에 보다 더 유리한 조건을 갖는다.

또한 팽창된 흑연의 강한 흡착력은 부착성이 좋은 코팅제를 생산을 가능하게 하며, 탁월한 내산화성은 450℃ 이하에서는 산화되지 않아, 거의 모든 화학적 매개체에 대하여 내성이 있어 뛰어난 방청성이 있는 코팅제로 제조될 수 있다.

또한, 팽창흑연은 200℃ 이상의 고열에 팽창되면서 화염차단층이 생기기 때문에 자동차 머플러, 부탄 가스 커버, 열 발전기 내 등 200℃ 이상의 열이 발생되는 되는 제품이나 영역에는 팽창흑연이 첨가된 코팅제의 사용이 곤란함에 반하여 팽창된 흑연은 열 발생과 관계없이 사용이 가능하므로, 이를 포함하는 코팅제의 응용영역이 보다 넓다.

팽창흑연과 팽창된 흑연은 내열성, 내한성, 방식성, 자가윤활, 강한 복사저항을 갖는다는 점에서 유사성이 있으나, 팽창흑연과 팽창된 흑연은 하기 표 1과 같이 성능면에서 다소간의 다른 점을 나타낸다.

	팽창흑연	팽창된 흑연
성분	원자량 기준 C :> 70 O : 15 N, S, Na :< 5 HSO4 - SO4 2-	원자량 기준 C :> 90 O :< 8 N, S, Na :< 1 C-C:>70 C-O:10-20 C=O:<10 O-C=O:<8
성능	- 내압성과 유연성, 가소성. 뛰어난 내진동 성능 - 풍화 방지 기능 - 방화도료에서 난연재로서, 내정전성, 내연성, 방습, 연기 배출 감소 및 뛰어난 시너지 효과 - 입자가 크며, 기공을 분쇄하기 어려워 코팅제와 혼합이 어려움 - 팽창흑연은 분쇄에 한계가 있어, 코팅제에 사용시 입자가 크므로 코팅제 도장시 거친 외관이 발생됨	- 흑연의 내고온, 내저온, 내부식, 도전, 열전도등의 물리적 성능을 지님 - 유연성, 다공성, 강한 흡착성이 있음 - 팽창흑연에 비하여 더 다공질이며 더 큰 틈새구조를 가지므로 큰분자 물질, 특히 비극성 대분자 흡착이 쉽고, 타물질과 세밀하게 결합함. 팽창흑연에 비하여 층간물질이 제거되었다는 점과 팽창에 의하여 층간 구조가 팽창되어 있다는 점 등으로부터 밀도는 팽창된 흑연이 더 낮음 평면방향의 열전도율(열확산율)이 팽창흑연보다 약 28배 더 큼. - 450℃ 아래에선 산화되지 않는 특성이 있어, 왕수(王水)와 같은 몇몇 강력한 산화제를 제외한 거의 모든 화학적 매개체를 견뎌낼 수 있음. 즉, 내부식성이 강해 방청처리를 별도로 할 필요가 없음 - 각종 방사선을 장기간 조사하여 분해, 변형, 노화 현상이 발생하지 아니함 - 계면활성제에 의한 표면 자유에너지가 급속히 증가하여, 높은 접착력으로 바인더(결합제) 없이 다양한 제품들로 만들어질 수 있음 - 분쇄하면 흑연의 장점인 불연성 등을 배가 시킬 수 있고 원하는 물성을 얻을 수 있음
유사성	내열성 및 내한성, 방식, 뒤틀림방지, 자가윤활, 강한 복사저항

팽창흑연은 가열에 의하여 팽창된 흑연이 되며, 그 과정에서 흑연내의 탄소원자 및 팽창에 관여하는 첨가물질이 산화환원반응에 참여하여 이산화황, 이산화탄소, 물 등을 생산한 후 증발한다. 이를 화학식으로 표현하면 다음 식 (1)과 같다.

C + 2H₂SO₄ → CO₂ + 2H₂0 + 2SO₂ (1)

즉, 팽창흑연을 가열하면 이산화황, 이산화탄소 등과 같은 유독성물질이 생산된다. 그러므로 팽창흑연을 팽창된 흑연으로 전환하여 사용하면 팽창된 흑연은 이미 유독성물질이 제거된 상태이기에 재차 가열 시에도 유독성물질이 생산되지 않는다. 즉, 본 발명에 의하여 팽창된 흑연이 적용된 코팅제는 내화, 방염기능을 유지하면서도 유독성물질을 생산하지 않는 특성이 있다.

통상 팽창흑연을 가열하여 팽창하는데 필요한 온도범위는 200 ~ 1000℃이며, 본 발명에서는 팽창흑연을 상기의 온도범위 내에서 선택된 어느 온도로 가열하여 팽창된 흑연을 코팅제와 혼합하여 불연성 코팅제를 제조한다.

만일 위 온도의 하한을 벗어나서 가열을 하게 되면, 팽창흑연이 팽창된 흑연으로 전환되는 비율이 매우 낮아지며, 위 온도의 상한을 벗어나서 가열하게 되면 팽창된 흑연을 제조하기 위하여 불필요하게 높은 온도를 사용하는 것이면서도 층과 층사이가 과도하게 갈라져 팽창된 흑연의 층상구조의 붕괴에 의해 팽창율이 감소되는 문제점이 있으므로 위 온도범위는 위 상한과 하한에서 그 임계적 의의가 있다.

한편, 팽창된 흑연은 코팅제 내에서 0.1 ~ 20㎛ 범위의 입도를 이룬다. 위 입도는 그 하한 미만인 경우 입도의 미분화에 많은 에너지가 소요되어 바람직하지 아니하며, 위 상한을 초과하는 경우 팽창후 흑연이 나타내는 비표면적이 작아져서 불연성능에 불리한 효과를 나타낸다. 그러므로, 위 팽창된 흑연의 입도는 위 범위에서 그 임계적 의의를 갖는다.

팽창흑연과 팽창된 흑연의 구조상 차이를 살펴보면, 도 1에서 나타낸 바와 같다. 즉, 팽창흑연은 수많은 층상구조를 이루고 있으나, 이를 가열한 팽창된 흑연은 층간 사이가 선명하게 분열되었고 여러개의 꽃망울 같은 미포가 형성되는데, 층과 층 사이가 완전히 갈라지지는 않으며, 수많은 미포들이 연결되어 있어 마치 연충과도 같다. 동시에 미포속에는 수많은 작은 빈틈들이 있는데 이로 인하여 팽창된 흑연은 풍부한 틈새구조의 형성이 가능하다. 이러한 풍부한 틈새구조로 인하여 팽창흑연에 비하여 코팅제에 대한 흡착력, 결합력이 보다 더 우수하다. 아울러, 이미 틈새구조가 다량 형성되어 있으므로, 분쇄시 쉽게 분쇄될 수 있으며, 따라서 팽창흑연에 비하여 미립의 구현이 가능하므로, 팽창흑연과 동일 부피만큼 코팅제에 첨가되는 경우 코팅제 내에서 차지하는 비표면적은 팽창된 흑연이 훨씬 높고, 따라서 풍부한 표면에너지 및 수평열확산기능의 구현이 가능한 것이다.

팽창흑연은 900℃ 이상에서는 순간팽창이 되며 완전팽창이 된다. 완전팽창 후에는 연성, 전성, 가소성 기능을 갖는데, 이것은 보통 흑연의 성질과 근접하는 것이지만, 이러한 성질로 인하여 팽창된 흑연이 공기중의 이산화탄소 및 산소와 반응하면 화재시 평면방향의 열확산기능을 한다. 평면방향의 열 확산이라는 점에서 불연재 기능을 더할 수 있는 점이 다르다.

도 2 는 본 발명의 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하였을 때와 팽창흑연을 코팅제에 적용하였을 때의 비교예로서, 이를 가열하기 전의 상태를 비교하여 나타낸 사진이며, 도 3은 본 발명의 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하였을 때와 팽창흑연을 코팅제에 적용하였을 때의 비교예로서, 이를 가열한 후의 상태를 비교하여 나타낸 사진이다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 팽창흑연이 첨가된 코팅제를 피코팅체에 도포한 경우에는 코팅제 기지내에 팽창흑연 알갱이가 관찰되어 거친 질감을 나타내고 있으나, 본 발명에 의한 팽창된 흑연이 첨가된 불연성 도막 코팅제를 피코팅체에 도포한 경우에는 표면질감이 매끈한 것을 알 수 있다.

또한 도 3에서 도시된 바와 같이, 팽창흑연이 첨가된 코팅제를 피코팅체에 도포하고 가열한 경우에는 불과 30초간 가열하였음에도 불구하고 팽창흑연이 부풀어올라 피코팅체가 가열전에 비하여 보다 더 거친면을 나타냄과 동시에 코팅층이 완전히 갈라지고 박리현상마저 보이고 있으나, 본 발명에 의한 팽창된 흑연이 첨가된 불연성 도막 코팅제를 피코팅체에 도포하고 가열한 경우에는 3분 이상 가열하였음에도 불구하고 여전히 매끈한 표면을 나타내고 있음을 알 수 있다.

<제조예>

본 발명의 코팅제를 제조하는 공정은 다음과 같다.

(a) 먼저, 팽창흑연을 가열하여 팽창시킴으로써 팽창된 흑연을 제조한다. 또는 기 제조된 팽창된 흑연을 이용할 수도 있다.

(b) 이후에, 상기 팽창된 흑연을 코팅제에 침잠한다.

(c) 그 다음에 상기 코팅제내에 침잠된 팽창된 흑연을 그 상태에서 분쇄한다. 여기서, 코팅제가 고상이라면 액상으로 한 후 팽창된 흑연을 침잠하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 교반 등 혼합의 방식으로 팽창된 흑연을 간편하게 분쇄하는 것이 가능하기 때문이다.

한편, 팽창된 흑연을 먼저 분쇄한 이후에 코팅제에 혼합하는 것도 가능하기는 하나, 팽창흑연을 일단 가열하여 제조되는 팽창된 흑연은 가열과정에서 강도면에서 팽창흑연에 비하여 매우 취약한 상태로 변화되며, 이러한 팽창된 흑연은 이를 먼저 분쇄하는 경우 수많은 비산물이 발생될 뿐만 아니라, 이로 인해 팽창된 흑연의 양적 손실(loss)이 야기될 수 있으므로, 분말 또는 분쇄물 상태로 코팅제에 혼합하는 것이 분쇄 이전의 상태로 코팅제에 혼합하는 것에 비하여 상대적으로 용이하지 않으므로, 최선의 실시예가 될 수는 없다.

요컨대, 본 발명에 따르면, 팽창흑연의 가열 후 분쇄전의 상태에서 코팅제에 혼합하고 그 후에 분쇄하는 것이 가장 바람직한 방법이다. 이와 같이 하여도, 팽창된 흑연은 그 강도가 매우 취약하기 때문에 코팅제 내에서 교반 등 물리적 응력에 의하여 쉽게 분쇄 및 혼합될 수 있다.

여기서, 팽창된 흑연의 투입량을 코팅제의 부피를 100%로 하여 상대 부피로 표현하면 50 ~ 100%가 된다. 만일 팽창된 흑연의 투입량이 50부피% 미만이면 불연성능, 방청기능 등 팽창된 흑연에 의한 다양한 기능이 충분히 발휘될 수 없으며, 100부피%를 초과하는 경우에는 점도가 높아져 코팅제 도장시 어려움이 발생될 수 있다.

<평가예>

팽창흑연과 팽창된 흑연의 불연성능, 방청기능, 흡착력(결합력)을 비교하여 살펴보면 다음과 같다.

명 칭	팽창흑연	팽창된 흑연
불연성능	열을 가하여 팽창되면서 화염차폐층이 만들어져 불연성능을 함	불연 성능을 하는 화염 차폐층이 코팅제를 흡수한 것을 미립화하여 불연기능을 하게함으로써 보다 광범위한 불연 성능을 발휘함
방청기능		열처리하여 얻어지는 물질로 압축성, 탄성, 부식저항이 우수한 물질이 만들어짐
흡착력 (결합력)		열처리하여 얻어진 물질은 다공성이고, 커다란 분자크기와 약한 극성을 갖는 물질에 대한 특별히 좋은 흡수제이며, 오일흡착제로도 연구됨

도 4는 본 발명의 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하고, 이에 대한 부착력 테스트를 시행한 결과를 나타내는 시험성적서이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하고, 피도포체에 도포하여 테스트한 부착력은 가장 높은 등급인 5B를 나타내었음을 알 수 있다. 따라서, 코팅제로서 요구되는 물성인 부착력은 상용화 수준을 충분히 발현시킴을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하고, 이에 대한 방청기능 테스트를 시행한 결과를 나타내는 시험성적서이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 팽창된 흑연을 코팅제에 적용하고, 피도포체에 도포하여 테스트한 방청성능은 100시간에 걸친 염수분무 테스트에도 불구하고 변화가 없는 것으로 나타나 수포 발생, 변색, 박리 등 코팅제의 성능열화는 관찰되지 아니하였으므로, 이 역시 상용화에 전혀 문제가 없는 수준임을 알 수 있다.

이상과 같이 팽창흑연과 팽창된 흑연을 비교하면, 불연성능은 팽창된 흑연이 더 우수하며, 방청기능과 흡착력의 면에서는 상용화 수준임을 알 수 있다.

이와 같이 다양한 기능을 갖는 팽창된 흑연은 코팅제와 조합됨으로써 불연성능을 갖는 코팅제 특히 도장용 페인트 등에 최적의 조합을 이룰 수 있을 것으로 기대되어 산업상 이용가능성이 높은 것으로 평가될 수 있다.

Claims (8)

1. 팽창흑연을 가열하여 팽창시킴으로써 팽창된 흑연을 제조하는 단계;
   상기 팽창된 흑연을 코팅제에 침잠하는 단계; 및
   상기 코팅제내에 침잠된 팽창된 흑연을 그 상태에서 분쇄하는 단계;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 팽창된 흑연이 첨가된 불연성 도막 코팅제의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 팽창된 흑연을 제조하는 단계에서 가열온도는 200 ~ 1,000℃의 범위인 것을 특징으로 하는 팽창된 흑연이 첨가된 불연성 도막 코팅제의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 팽창된 흑연을 코팅제에 침잠하는 단계;에서 상기 코팅제의 부피를 100%로 하였을 때, 상기 코팅제에 대한 팽창된 흑연의 부피는 50% ~ 100%의 범위인 것을 특징으로 하는 팽창된 흑연이 첨가된 불연성 도막 코팅제의 제조방법.
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