KR101768947B1 - 목재용 도포방식의 난연제 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목재용 도포방식의 난연제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 목재 표면에 난연제를 수차례 도포시켜 도막(피막)을 형성하는 방법과, 수용성 난연액을 목재 내부로 가압 함침 시키는 방법을 단점을 보완하기 위하여, 한 번의 도포에 의해서도 잘 침투되는 난연성 조성물의 제품으로 짧은 시간의 건조로 생산성이 우수하고 난연 성능 또한 우수한 것을 특징을 하는 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

목재용 도포방식의 난연제 조성물 및 그의 제조방법 { Flame retardant composition and a method of producing a coating method for wood }

본 발명은 목재용 도포방식의 난연제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 목재 표면에 난연제를 수차례 도포시켜 도막(피막)을 형성하는 방법과, 수용성 난연액을 목재 내부로 가압 함침시키는 방법의 단점을 보완하기 위하여, 한 번의 도포에 의해서도 잘 침투되는 난연성 조성물의 제품으로 짧은 시간의 건조로 생산성이 우수하고 난연 성능 또한 우수한 것을 특징을 하는 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 목재(木材)는 보온성이나 단열성 또는 흡습성 등 우수한 특성을 가지고 있는 반면, 화재에 취약한 결점을 가지고 있기 때문에 건축법이나 소방법 등의 심한 규제를 받고 있을 뿐 아니라 사용에도 많은 제한이 따르고 있다. 그리하여, 이러한 목재를 난연화 하여 화재 발생 시 불꽃 및 연기를 발생시켜 화재의 확산 및 인명피해를 크게 유발 시키는 원인을 해결하기 위하여, 화재 시 목재의 착화 지연 및 연소 지연을 위한 보존 처리제의 일종으로 난연제가 사용된다.

목재의 난연처리 방법에는, 목재 표면에 난연제를 도포시켜 도막(피막)을 형성하는 방법과, 수용성 난연액을 목재 내부로 가압 함침시키는 방법이 있으며, 건축법이나 소방법 등의 규제에 대응하려는 수많은 시도가 이루어지고 있다.

난연제 처리 목재 및 난연제 관련 기술로는 한국등록특허 제10-1390631호에 난연 목재의 제조방법에 대해서 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2014-0023853호에 목재 함침용 난연 수지에 대해서 개시되어 있고, 한국등록특허 제10-1312785호에 광물을 이용한 무기질 난연제의 제조방법 및 그 난연제에 관해 개시되어 있다.

그리고, 기존의 목재 난연제는 구아니딘(Guanidine), 구아닐(Guanyl), 멜라민(Melamine),우레아레진(Urearesine) 등에 포름알데하이드(Formaldehyde)를 첨가하여 난연성을 높였으나 제조 과정에서 사용된 포름 알데 하이드의 완전한 제거는 어려워 인체의 건강 또는 환경측면에서 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 포름 알데 하이드의 사용으로 인한 부정적인 요소를 제거하기 위한 노력으로 포름 알데 하이드를 사용하지 않고도 난연성을 부여한 난연제의 연구 개발이 진행되고 있다.

그러나 상기와 같은 목재 표면에 난연제를 도포시켜 도막(피막)을 형성하는 방법은

난연액의 점도가 높아 액이 잘 퍼지지 않고 뭉치는 현상이 발생하여 침투력이 저하됨으로써 난연 성능이 떨어지는 문제점을 가지며, 이를 보완하기 위하여 얇은 도포 및 건조 후 샌딩을 수차례 반복해야 하며, 이 결과 표면의 백화 현상과 선명도 저하의 문제점이 있었다.

그리고, 수용성 난연액을 가압 함침 시키는 방법은 함침 하는 시간과 불필요한 난연액의 소요 등으로 원가 상승과 생산량 저하가 되었으며 함침 후 과다하게 침투된 난연 액으로 인하여, 도막 건조가 더디고 장시간 건조함으로 인해 제품의 변형 또는 시공 후에도 변형의 우려가 있어 제품의 생산성이 떨어지며, 목재의 온도/습도 조절기능과 목재의 천연향이 차단될 뿐 아니라 시간이 경과되면서 표면 도막에 균열이 발생하거나 탈락하는 등의 문제점이 있으며, 특히 골고루 함침하기 위하여 사용하는 상대로 인한 제품의 표면에 상대의 오염이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 현재 개발되어 사용되고 있는 난연제는 목재 내부까지 난연액을 침투시키기 위한 함침용으로 함침 시설을 갖추기 위한 비용이 과다하고 함침액의 과소요, 함침시간 (8~24H)과 건조시간(36~108H)의 과다한 투자로 인한 비용과 시간의 손실이 크다는 단점이 있다.

도포용 난연 도료 역시 재료의 고비용과 건조시간 (24H)에도 불구하고 난연성이 미흡하여 도포 및 건조, 샌딩 공정을 수차례 반복함으로써 표면의 백화현상 및 선명도 저하의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 함침용 난연 제와 도포용 난연 도료의 단점을 보호하기 위하여 함침 장비를 이용하지 않고도 인체에 유해하지 않은 친 환경적이며, 열과 빛에도 변색이 되지 않는 고효율의 목재 도포방식의 저점도, 침투형 난연제를 개발하는데 그 목적을 가지고 있는 목재용 도포방식의 난연제 조성물 및 그의 제조방법으로,

종래의 도막 건조가 더디고 생산성이 떨어지며, 목재의 온도/습도 조절기능과 목재의 천연향이 차단될 뿐 아니라 시간이 경과되면서 표면 도막에 균열이 발생하거나 탈락하는 등의 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명은 한번의 도포에 의해서도 퍼짐과 침투가 잘되어지는 난연제 조성물을 개발하여 짧은 시간의 건조로 생산성이 우수하고 난연 성능이 우수한 목재용 도포방식의 난연제 조성물 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 목재에 난연성을 부여하기 위하여 수용성인 인화합물에 초 순수 증류수와 첨가제(기포방지제)를 혼합하여 제조된 목재용 도포방식의 난연제 조성물을 사용함으로서, 한번의 도포만으로도 목재의 침투성이 뛰어나고 건조가 빠르며 저비용으로 난연성이 우수한 친수성을 갖는 친환경적인 특징과 수용성 난연액의 침투력 향상과 균일한 침투력이 달성되어 목재의 난연품질이 크게 향상되고 생산시간은 크게 단축되는 등의 효과가 있었다.

도 1은 본 발명의 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법 흐름도
도 2는 난연 테스트 연소시험기
도 3은 본 발명의 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 난연 테스트 사진

본 발명의 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 통해서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1] 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법

도 1은 본 발명의 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법 흐름도를 나타내는 것으로, 도 1의 흐름도를 참고하여 본 발명의 난연제 조성물의 제조방법에 대하여설명하면 다음과 같다.

먼저, 반응 용기에 인 화합물 23~28 중량%를 투입하여 준비하는 인 화합물 투입단계(10)와;

상기 인 화합물 투입단계(10) 후, 인 화합물을 투입한 반응 용기를 60~65℃로 서서히 1~2시간 가열하는 인 화합물 가열 단계(20)와;

상기 인 화합물 가열 단계(20) 후, 반응 용기 내에 불순물 및 이온을 최대한 제거시킨 초순수 증류수(Deionized Water) 70~75중량%를 투입하는 초순수 증류수 투입단계(30)와;

상기 초순수 증류수 투입단계(30) 후, 상기 투입된 23~28 중량%의 인 화합물에 70~75 중량%의 초순수 증류수를 혼합하고 용해시키기 위해, 반응 용기를 10~30분 정도 회전시키는 혼합 용해를 위한 회전 단계(40)와;

상기혼합 용해를 위한 회전 단계(40) 후, 혼합 용해된 용액에 기포방지를 위해 기포 방지제 2 중량%를 투입 후, 약액의 점성 및 고형분에 도달시키기 위해 반응 용기를 65~95℃에서 1~2시간 가열 시키는 첨가제 투입과 가열단계(50)와;

상기 첨가제 투입과 가열단계(50) 후, 혼합, 용해, 가열된 용액을 서서히 냉각 시키는 인화합물의 냉각단계(60)를 포함하여,

이루어지는 난연 성능이 우수한 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

상기 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법에서 사용되는 인 화합물은 하이포인산염, 아인산염, 피로아인산염, 삼인산염, 메타 인산염, 과산화인산염 중에서 선택된 하나 이상의 인산염을 포함하는 인화합물로 난연 성능이 우수한 목재용 도포방식의 난연제를 제조하였다.

상기 인화합물 가열 단계(20)에서 반응 용기를 60~65℃로 서서히 1~2시간 가열하는 것은 인(Phosphorus)의 녹는점이 44.2℃인 점을 감안하여 완전한 용해를 위해 바람직한 온도 설정이다.

상기 초순수 증류수(Deionized Water)는 일반적으로 물을 끓여서 불순물을 일부 제거하고 정제된 1차 증류수와는 달리 초순수 증류수는 3차 증류수라고도 하는데 Deionized Water(탈이온수)는 양이온, 염기성 이온교환 수지를 통해 불순물 및 이온을 최대한 제거해줌으로써 인 화합물과 혼합이 잘 이루어지며 목재에 대한 침투성을 탁월하게 해주는 효과가 있어 3차 증류수인 초순수 증류수(Deionized Water)를 사용하였다.

그리고, 상기 첨가제 투입과 가열단계(50)에서 기포 방지제를 첨가하는 이유는 인 화합물과 초 순수 증류수와의 결합으로 목재에 대한 난연성과 침투성이 우수하나 도포 후 목재표면의 점착성과 기포방지를 위하여 기포 방지제의 첨가제(Additive)를 투입하는 것을 포함할 수 있으며, 가열하는 이유는 약액의 점도와 고형분 비중을 맞추기 위해 65~95℃온도로 1~2 시간 2차 가열하며 가열 유지시간은 1시간 정도가 바람직하나 상황에 따라 조금 더 연장할 수 있다.

상기 인화합물의 냉각단계(60)에서 인 혼합물의 점도와 고형분, 비중을 유지하기 위하여 가열된 용기를 서서히 냉각 시켜주는 과정이 필요하며 8~12시간 정도로 냉각 후 난연성이 우수한 목재용 도포방식의 난연제 조성물을 제조할 수 있기 때문이다.

[실시예 2] 목재용 도포방식의 난연제 조성물

본 발명의 목재용 도포방식의 난연제 조성물은,

상기 [실시예 1] 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법에 의해 혼합, 용해, 가열, 냉각하여 제조되는 난연제로 인 화합물 23~28 중량%와 초순수 증류수(Deionized Water) 70~75 중량%, 기포 방지제 2 중량%로 구성되어 이루어짐을 특징으로 하는 목재용 도포방식의 난연제 조성물에 관한 것이다.

[ 실험 결과 ]

[시료 준비]

상기 [실시예 1]의 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법으로 제조된 본 발명의 목재용 도포방식의 난연제 조성물을,

1) 교반기와 온도계 및 콘덴서가 부착된 1리터 반응 용기에 인 화합물 250g을 투입 후, 온도 60℃로 1시간 가열 후, 초 순수 증류수 730g을 투입하고 반응 용기를 20분간 회전시켜 혼합하였다.

상기 혼합물에 기포 방지제 20g를 첨가하여 온도 70℃로 1시간 가열 후, 난연제(A)를 제조하였다.

2) 교반기와 온도계 및 콘덴서가 부착된 1리터 반응 용기에 인 화합물 230g을 투입 후, 온도 60℃로 1시간 가열 후, 초 순수 증류수 750g을 투입하고 반응 용기를 20분간 회전시켜 혼합하였다.

상기 혼합물에 기포 방지제 20g를 첨가하여 온도70℃로 1시간 가열 후, 난연제(B)를 제조하였다.

3) 상기 1), 2)와 동일한 조건으로, 인 화합물 280g, 초 순수 증류수 700g, 첨가제기포 방지제 20g을 첨가하여 온도 70℃로 1시간 가열 후, 난연제(C)를 제조 하였다.

본 발명인 목재용 도포방식의 난연제 조성물을 상기 1), 2), 3)의 배합비율로 구성하여 난연제(A), 난연제(B), 난연제(C)로 준비하여, 함수율 10~12%의 편백 루버에 상기 도포 난연제를 1회 도포 후, 상온에서 30분간 건조 후, 105℃의 항온, 항습기에서 1시간 건조 후, 함수율 12%에서 시료를 반출하여 난연 성능 테스트에 사용하였다[도 3-1-1), 2), 3) 참조].

함침용 난연제(2)는 함수율 10~12%의 편백 루버를 시험용 함침기에서 30분간 진공 감압하여 내부 수분 및 불순물을 제거하고 난연액을 충진 후 8시간 가압(10㎏f/㎠)한 후, 난연액을 회수한 상태로 다시 진공 감압으로 30분간 목재 내부에 충진된 액을 빼낸 다음 건조로로 이송하여 36시간 건조 후, 채취한 시편을 105℃의 항온, 항습기에서 1시간 건조 후, 함수율 12%에서 시료 반출하여 난연 성능 테스트에 사용하였다(도 3-2 참조).

방염도료(3)는 함수율 10~12%의 편백 루버에 방염도료를 1회 도포하고 건조로에 4시간 건조 후, 사포지로 표면을 샌딩 작업 후, 다시 도포하고 샌딩하는 작업을 5회 반복하여 건조로로 이송, 건조한 후, 105℃의 항온, 항습기에서 1시간 건조 후, 함수율 12%에서 시료 반출하여 난연 성능 테스트에 사용하였다(도 3-3 참조).

무방염(4)은 함수율 12% 편백 루버를 시료로 하여 난연 성능 테스트에 사용하였다(도 3-4 참조).

따라서, 상기 난연 성능 비교를 위한 난연제 시료 준비는 동일한 시험조건과 동일한 시료 상태로 시험을 실시하였다.

[ 실험 결과 ]

상기 준비된 본 발명인 목재용 도포방식의 난연제 조성물인 난연제(A), 난연제(B), 난연제(C)와 함침용 난연제(2), 방염도료(3), 무방염(4)된 시료들에 대하여,

도 2에 나타낸 45°연소시험기(멕켈 버너형)는 전원이 220V/60HZ의 전원으로 하였고, 액화석유가스 (LPG)를 사용연료로 하여, 가스분출량은 50㏄/min, 연소시험을 위한 불꽃길이는 200℃에서 55㎜ 거리에서 120초(2분) 동안 연소하여 나타낸 결과를 살펴보면,

도 3은 본 발명의 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 난연 테스트 사진을 나타내는 것으로,

도 3-1-1), 2), 3)에 나타낸, 본 발명인 목재용 도포방식의 난연제 조성물(1)인 난연제(A), 난연제(B), 난연제(C)는, 모든 시료에서 1회 도포만으로도,

도 3-2에 나타낸, 함침용 난연제(2)가 처리된 시료(도 3-2)에와 유사하거나 뛰어난 효능을 나타내었다.

도 3-3에 나타낸, 방염도료(3)의 시료는, 도 3-3에서와 나타낸 바와 같이, 본 발명의 목재용 도포방식의 난연제 조성물(1)의 연소 상태보다 더 깊게 그리고 더 넓게 연소된 것을 나타내고 있었다.

도 3-4에 나타낸, 무방염(4)된 시료는 도 3-4에서와 나타낸 바와 같이, 본 발명의 목재용 도포방식의 난연제 조성물(1)의 연소 상태보다 더 깊게 그리고 더 넓게 연소된 것을 나타내며, 도 3-3의 방염도료(3)의 시료보다 더 연소된 결과를 보였다.

따라서, 상기 본 발명인 목재용 도포방식의 난연제 조성물인 1) 2) 3)의 배합비율로 구성된 난연제(A), 난연제(B), 난연제(C)가 사용된 시료 모두에서 우수한 결과를 보였다.

Claims (3)

1. 반응 용기에 인 화합물 23~28 중량%를 투입하여 준비하는 인 화합물 투입단계(10)와;
   상기 인 화합물 투입단계(10) 후, 인 화합물을 투입한 반응 용기를 60~65℃로 서서히 1~2시간 가열하는 인 화합물 가열 단계(20)와;
   상기 인 화합물 가열 단계(20) 후, 반응 용기 내에 불순물 및 이온을 최대한 제거시킨 초순수 증류수(Deionized Water) 70~75중량%를 투입하는 초순수 증류수 투입단계(30)와;
   상기 초순수 증류수 투입단계(30) 후, 상기 투입된 23~28 중량%의 인 화합물에 70~75 중량%의 초순수 증류수를 혼합하고 용해시키기 위해, 반응 용기를 10~30분 정도 회전 시키는 혼합 용해를 위한 회전 단계(40)와;
   상기 혼합 용해를 위한 회전 단계(40) 후, 혼합 용해된 용액에 기포방지를 위해 기포 방지제 2 중량%를 투입 후, 약액의 점성 및 고형분에 도달시키기 위해, 반응 용기를 65~95℃에서 1~2시간 가열 시키는 첨가제 투입과 가열단계(50)와;
   상기 첨가제 투입과 가열단계(50) 후, 혼합, 용해, 가열된 용액을 서서히 냉각 시키는 인화합물의 냉각단계(60)를 포함하여,
   이루어짐을 특징으로 하는 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법
   
2. 제 1항에 있어서,
   인 화합물은 하이포인산염, 아인산염, 피로아인산염, 삼인산염, 메타 인산염, 과산화인산염 중에서 선택된 하나 이상의 인산염을 포함하는 인화합물로 구성되어 이루어짐을 특징으로 하는 목재용 도포방식의 난연제 조성물의 제조방법
   
3. 삭제

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