KR101769146B1

KR101769146B1 - 난연 코팅층을 포함하는 지관 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101769146B1
Application number: KR1020170008330A
Authority: KR
Inventors: 조정훈
Original assignee: 이피아이주식회사
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2017-08-17

Abstract

본 발명은 여러겹의 종이 원지가 반복 권취된 상태로 부착되어 형성되고, 중심부에 중공을 포함하는 관형상의 구조를 가지며, 무기바인더 100 중량부, 수용성 아크릴 3 내지 9 중량부 및 팽창흑연 3 내지 9 중량부를 포함하는 난연 코팅층을 포함하는 난연성 지관에 대한 기술 내용을 제공한다.
본 발명에 따른 난연성 지관은 무기바인더, 수용성 아크릴, 팽창흑연 및 물을 특정 함량으로 포함하는 난연 코팅층을 포함하여 난연 특성이 우수하고, 화재 발생 시 독성가스의 배출이 없어 환경 및 인체 유해성이 없기 때문에 친환경적으로 다양한 산업현장에서 배관형성을 위한 용도로 활용이 가능하다.

Description

난연 코팅층을 포함하는 지관 및 이의 제조방법{Paper sleeves coated flame retardant layer and method for preparing the same}

본 발명은 난연 코팅층을 형성시켜 난연 특성이 부여된 지관 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 각종 건축물, 구조물, 교량 등을 시공 또는 보수할 때 일정한 직경을 갖는 구멍을 형성시키고자 원통형의 슬리브(sleeve)를 설치한 후, 슬리브 주변을 콘크리트로 타설하는 방법으로 관통 구멍을 형성시키고, 이에 의해 형성된 관통 구멍을 전기배선, 배수, 통기 등을 위한 용도로 활용하고 있다.

일반적으로 산업현장에서 사용되는 슬리브로 대부분 금속 또는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC) 등과 같은 소재를 이용해 제조된 강관 또는 수지관을 사용하고 있다. 하지만, 상기와 같은 강관 또는 수지관은 건축물에 다양한 용도로 활용될 수 있도록 산업현장에서 가공해서 사용해야 하나, 절단 등의 가공이 어려운 문제가 있으며, 가격이 고가이고 재사용이 어려워 환경 오염을 야기하는 단점이 있어, 최근 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 슬리브의 소재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

한편, 지관(paper sleeve)은 환경에서 완전 생분해될 수 있는 친환경 소재인 종이를 활용해 제조한 관형상의 튜브를 지칭하는 것으로, 페이퍼 슬리브(paper sleeve), 페이퍼 튜브(paper tube), 종이롤(paper roll) 등과 같은 다양한 용어로 호칭되고 있다.

상기 지관은 통상 종이를 복수 회 권취한 후 마감처리하여 제조되는 데 제조방식에 따라 일정한 폭의 종이를 일자형으로 그대로 중첩되게 말아서 제조한 평권형 지관 또는 일정한 폭의 종이를 나선형으로 일부 폭만 중첩되게 말아서 제조한 나선형 지관으로 구분되고 있으며, 종래에는, 상기 지관을 코일, 실 등을 권취하기 위한 용도로 활용하였으나, 최근에는, 친환경성, 가공의 용이성, 경제성 등과 같은 다양한 장점으로 인해 상기 지관을 건축물 시공에 활용하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.

일례로, 문헌 1인 한국등록특허 제10-1075982호에는 원형지관을 강화액에 함침시켜 방수성 및 압축강도가 높은 종이슬리브를 제조하고, 이를 건축 자재로 활용하는 방법에 관한 기술 내용이 개시된 바 있다.

또 다른 예로, 문헌 2인 한국등록특허 제10-0996832호에는 한 쌍의 반원형 내부원형 지관 및 내부원형 지관의 외부에 밀착되는 한 쌍의 반원형 외부원형 지관을 포함하여 내부에 콘크리트를 타설할 수 있는 수용공간을 형성시킬 수 있는 종이 거푸집에 관한 기술 내용이 개시된 바 있다.

하지만, 상기와 같은 지관은 가연성 소재인 종이로 제조되어 화염에 버틸 수 있는 난연성능이 확보되지 않아 화재에 취약하여 용도가 제한되는 등의 문제가 있어 이를 보완할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.

한국등록특허 제10-1075982호 (공개일 : 2011.10.17) 한국등록특허 제10-0996832호 (공개일 : 2010.03.22)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 화재 발생 시 독성가스의 배출이 없어 환경 및 인체 유해성이 없으면서도, 우수한 난연 특성을 갖는 난연성 지관(paper sleeve) 및 이의 제조방법에 대한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명은, 여러겹의 종이 원지가 반복 권취된 상태로 부착되어 형성되고, 중심부에 중공을 포함하는 관형상의 구조를 가지며, 무기바인더 100 중량부, 수용성 아크릴 3 내지 9 중량부 및 팽창흑연 3 내지 9 중량부를 포함하는 난연 코팅층을 포함하는 난연성 지관을 제공한다.

또한, 상기 무기바인더로 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부를 포함하고, 상기 수용성 아크릴 5 중량부 및 팽창흑연 5 중량부를 포함하는 상기 난연 코팅층은 열방출량이 6 MJ/m²인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 난연성 지관은 난연 직물층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 난연 코팅층은 초산비닐수지계 및 녹말계로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 접착제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 종이 원지를 여러겹으로 반복 권취하여 지관을 제조하는 방법에 있어서, 종이 원지의 표면에 무기바인더 100 중량부, 수용성 아크릴 3 내지 9 중량부 및 팽창흑연 3 내지 9 중량부를 포함하는 난연 코팅제를 도포하는 단계를 포함하는 난연성 지관의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 난연성 지관은 무기바인더, 수용성 아크릴 및 팽창흑연을 특정 함량으로 포함하는 난연 코팅층을 구비하여 난연 특성이 우수하고, 화재 발생 시 독성가스의 배출이 없어 친환경이기 때문에 다양한 산업현장에서 배관형성 등을 위한 용도로 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 난연성 지관을 제조하는 방법의 예시를 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 난연성 지관을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 난연성 지관의 제조방법의 일례에 따른 방법으로 제조하여 다양한 구조를 갖는 난연성 지관의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 방법으로 제조한 난연 코팅제를 코팅한 난연제의 열방출량을 측정한 결과이다.
도 6 내지 도 8은 실시예 2에 따른 방법으로 제조한 난연성 지관의 난연 특성을 평가한 난연시험성적서(KICT-R-K-2017-00022-1~2)이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은, 여러겹의 종이 원지가 반복 권취된 상태로 부착되어 형성되고, 중심부에 중공을 포함하는 관형상의 구조를 가지며, 무기바인더 100 중량부, 수용성 아크릴 3 내지 9 중량부 및 팽창흑연 3 내지 9 중량부를 포함하는 난연 코팅층을 포함하는 난연성 지관을 제공한다.

상기 난연성 지관은 종이 원지를 소재로 제조한 관형상의 구조물로서, 일정한 폭의 종이를 일자형으로 중첩되게 반복 권취하여 제조한 평권형 또는 일정한 폭의 종이를 나선형으로 일부 폭만 중첩되게 반복 권취하여 제조한 나선형의 구조를 가질 수 있고, 원통형, 반원통형, 사각형 단면을 갖는 관형 등과 같이, 중심부에 형성된 중공을 포함하는 다양한 관형상의 구조를 가질 수 있다.

상기 난연성 지관은 종이 원지를 반복 권취된 상태로 부착하여 건축 자재로도 충분히 이용이 가능한 우수한 강도 및 형태로 제조된 것일 수 있으며, 이와 같은 난연성 지관은 산업현장에서 건축물 제조에 사용되고 있는 목재합판, 금속 또는 합성수지 등의 소재로 형성된 슬리브에 비하여, 수송, 하적 등의 과정에서 취급이 용이하고, 성형이 용이할 뿐만 아니라, 제작비용이 경감되고, 무게가 가벼워 시공자들의 안전을 보장할 수 있는 장점이 있다.

상기 난연성 지관을 형성하는 종이 원지는 닥, 마, 라미, 억새, 목재 펄프, 삼베, 모 또는 이들의 혼합물을 포함하는 천연펄프로 이루진 것을 사용할 수 있으며, 또는, 비닐론 섬유(vinylon fiber), 나일론 섬유(nylon fiber), 아크릴 섬유(acrylic fiber), 레이온 섬유(rayon), 폴리프로필렌 섬유(polypropylene), 아스베스토(asbestos) 섬유 또는 이들의 혼합물을 포함하는 화학펄프로 이루어진 것 또한 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 난연성 지관은 화재에도 안정할 수 있도록 난연 코팅층을 포함한다.

상기 난연 코팅층은 무기바인더, 수용성 아크릴 및 팽창흑연을 포함하는 난연 코팅제 조성물을 물과 특정비율로 혼합하여 제조한 난연 코팅제를 종이 원지에 코팅하여 지관을 형성시킴에 따라, 종이를 소재로한 지관에 난연성을 부여할 수 있다.

상기 난연 코팅제 조성물에 포함되는 무기 바인더는, 경화의 주성분이되어 화재에 의한 난연 코팅층에 경도 및 강도를 부여하여 기계적 강도가 높고, 우수한 효율로 열을 차단하는 차열성(heat block properties)을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 부착, 응집 및 경화가 가능하여 종이 원지에 코팅되는 난연 코팅제에 접착력을 부여할 수 있다.

상기 무기 바인더는 보통 포틀랜드 시멘트(normal portaland cement), 알루미나 시멘트(alumina cement), 고로슬래그 시멘트(portland blast furnace cement), 반수석고(gypsum hemihydrate), 무수석고(anhydrous gypsum), 플라이 애쉬 시멘트(fly-ash cement) 또는 이들의 혼합물을 대표적인 예로 들 수 있으며, 바람직하게는, 작고 균일한 입도를 가져 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 난연 코팅제 조성물에 포함되는 수용성 아크릴은 난연 코팅제 조성물에 더욱 강한 접착 강도를 부여하고, 난연 코팅제 조성물의 각 성분들의 결속력을 좋게 하면서도 균질한 혼합을 가능하게 하며, 수축성이 좋아 우수한 성형성을 부여하고, 난연 코팅제 조성물을 코팅시 표면 균일성을 좋게하는 역할을 한다.

상기 수용성 아크릴은 아크릴산(acrylic acid), 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexyl acrylate), 부틸아크릴레이트(butyl acrylate), 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate), 스타이렌(styrene) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 친수성 단량체로 중합시킨 수용성 아크릴을 대표적인 예로 들 수 있다.

특히, 상기 수용성 아크릴은, 메틸메타크릴레이트를 20 내지 50 중량%의 비율로 포함하고, 가교 성능이 우수한 글리시딜메타크릴레이트를 1 내지 5중량%의 비율로 포함하는 수용성 아크릴을 사용하여 우수한 접착력을 구현하는 수용성 아크릴을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 메틸메타크릴레이트 20 내지 50 중량부, 부틸아크릴레이트 20 내지 40 중량부, 2-에틸헥실아크릴레이트 4 내지 15 중량부, 아크릴산 1 내지 5 중량부, 글리시딜 메타크릴레이트 1 내지 5 중량부를 포함하는 혼합물을 용액 중합공정으로 중합한 수용성 아크릴을 사용할 수 있고, 상기 수용성 아크릴은 분자량(weight average molecular weight)이 10 내지 20만인 것을 사용하여 난연 코팅제 조성물에 우수한 접착력을 부여하여 종이 원지에 강하게 부착될 수 있다.

상기 난연 코팅제 조성물에 포함되는 팽창흑연은 층상의 결정구조를 가지고 있으며, 이와 같은 구조의 팽창흑연은 연소에 의해 형성된 화염, 물 및 산화 화합물에 의해 20 배에서 350 배까지 발포되어 다공성 구조를 형성하여 가연성 소재로 열이 이동하는 것을 방지해 화염이 가연성 소재에 옮겨 붙는 것을 방지하고 다공성 구조에 독성 가스를 가두는 역할을 하여 우수한 난연 효과를 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 팽창흑연은 발연성을 크게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 독성 가스의 배출을 억제할 수 있어 난연 코팅제 조성물에 포함될 수 있다.

특히, 상기 팽창흑연은 연소의 억제 효과와 난연 코팅제 조성물의 표면 균일성 및 접착성을 유지하고, 물리적 특성의 저하를 방지하기 위해서, 평균 입자크기가 50 내지 500 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 무기바인더, 수용성 아크릴 및 팽층흑연을 포함하는 난연 코팅층은 지관에 우수한 난연 특성을 부여할 수 있도록, 무기바인더 100 중량부, 수용성 아크릴 3 내지 9 중량부 및 팽창흑연 3 내지 9 중량부를 포함하는 난연 코팅제 조성물을 물과 혼합하여 난연 코팅제를 제조할 수 있다.

상기 수용성 아크릴의 포함함량이 3 중량부 미만인 경우 난연 코팅제의 접착력이 약해 종이 원지의 표면에 코팅하여 형성시킨 난연 코팅층의 안정성이 떨어지는 문제가 있으며, 상기 수용성 아크릴의 포함함량이 9 중량부를 초과하는 경우에는 난연 코팅제의 접착력은 증가하나 지관의 난연 특성이 감소하는 문제가 있다.

상기 팽창흑연의 포함함량이 3 중량부 미만인 경우, 지관의 난연 특성이 떨어지고, 독성 가스의 배출을 효과적으로 배출하지 못하는 문제가 있으며, 포함함량이 9 중량부를 초과하는 경우에는 난연 특성을 향상되나, 접착성이 떨어지고, 종이 원지의 표면에 코팅된 뒤 경화되었을 때, 난연 코팅층의 기계적 특성이 저하되는 문제가 있다.

상기와 같은 난연 코팅제 조성물은 물과 각각 1:0.3 내지 1:2의 중량비로 혼합한 후, 100 내지 1,000 rpm으로 10 내지 180분 동안 교반하여 난연 코팅제를 제조할 수 있으며, 접착력, 난연 코팅층의 두께 및 용도 등을 조절하기 위해서, 상기 난연 코팅제 조성물 및 물의 중량비를 조절할 수 있다.

상기와 같은 포함함량으로 무기바인더, 수용성 아크릴 및 팽창흑연을 포함하는 난연 코팅제 조성물은 우수한 난연성 및 접착성을 나타내, 종이 원지의 표면에 안정한 구조의 난연 코팅층을 형성시킬 수 있고 화염에 의한 난연특성을 향상시켜 난연 효율이 극대화된 난연성 지관을 형성시킬 수 있다. 또한, 접착성이 우수하여 종이 원지를 여러 겹 적층하는 각층의 중간에 도포하여 각각의 종이 원지층을 접착하는 난연 접착제로도 활용이 가능하다.

특히, 시멘트 100 중량부, 수용성 아크릴 5 중량부 및 팽창흑연 5 중량부를 포함하는 난연 코팅제 조성물을 물과 혼합하여 제조한 난연 코팅제를 종이 원지에 도포하여 난연 코팅층을 형성시키는 공정을 통해 제조한 종이는 열방출량 평가실험에서, 열방출량이 6 MJ/m²로 확인되어, 이와 같은 난연 코팅층을 포함하는 난연성 지관은 3급 난연제의 조건(8 MJ/m² 이하)을 충족하는 우수한 특성을 나타내어 다양한 산업현장에서 각종 건축물 제조시 각종 배관 형성을 위한 거푸집으로 활용될 수 있다.

또한, 상기 난연 코팅층 형성을 위해, 사용되는 난연 코팅제 조성물에 포함된 시멘트에 연성을 부여하고 난연 특성을 더욱 향상시키기 위해서, 유리섬유 등과 같은 보조 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 유리섬유는 접촉시 피부 자극이 적고, 내열온도가 1,300 ℃ 이상으로 높아 우수한 화재의 확산 방지 및 불꽃 차단 효과를 갖는 실리카 섬유를 사용할 수 있다. 특히, 상기 유리섬유는 평균두께가 50 내지 500 ㎛인 것을 1 내지 10 중량부의 함량비율로 난연 코팅제 조성물에 첨가하도록 구성하여 접착성 및 난연성이 우수한 난연 코팅제 조성물을 형성시킬 수 있으며, 이를 이용해 종이 원지의 표면에 코팅시 우수한 난연 특성을 구현할 수 있다.

아울러, 상기 난연 코팅제 조성물은 물유리층을 형성하는 액상 규산나트륨, 산화 안티몬, 붕산아연(zinc borate), 붕산, 파라핀 왁스 등과 같은 보조 첨가제를 추가로 포함하여 난연 효과를 더욱 향상시킬 수 있으며, 조성물 충중량을 기준으로 1 내지 10 중량부의 함량비율로 난연 코팅제 조성물에 첨가하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 난연 코팅제 조성물은 접착 특성을 더욱 향상시켜 종이 원지를 반복 권취하여 접착시 접착력을 더욱 강화시킬 수 있도록, 접착제를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 난연 코팅제 조성물에 접착제를 혼합하여 난연 코팅제 및 접착제를 동시에 포함하는 접착 난연 코팅층을 지관에 형성시킬 수 있다.

상기 접착제는 초산비닐수지계, 녹말계 또는 이들의 혼합물 등을 포함하는 소재를 사용할 수 있고, 산업현장에서 지관 제조에 통상적으로 활용되는 포리졸을 대표적인 예로 들 수 있고, 상기 난연 코팅제 조성물 및 접착제를 각각 1:0.1 내지 1:1의 중량비로 혼합하여 난연 코팅층을 지관에 형성시킬 수 있다.

상기와 같은 난연 코팅제 조성물은 무기바인더 100 중량부, 수용성 아크릴 3 내지 9 중량부 및 팽창흑연 3 내지 9 중량부를 반응기에 투입한 후, 교반하여 균질한 난연 코팅제 조성물을 제조하고, 제조한 난연 코팅제 조성물 및 물을 1:0.3 내지 1:2의 중량비로 혼합한 후, 100 내지 1,000 rpm으로 10 내지 180분 동안 교반하여 난연 코팅제를 제조할 수 있으며, 제조한 난연 코팅제는 종이 원지의 표면에 코팅하여 난연성이 우수한 지관을 형성시킬 수 있다.

특히, 상기와 같이 제조한 난연 코팅제에 종이 원지를 함침시키거나, 난연 코팅제를 종이 원지의 상면에 분사하여 종이 원지의 표면에 난연 코팅층을 형성시키고, 이와 같이 난연 코팅층이 형성된 종이 원지를 수겹 권취한 후, 부착시켜 난연성 지관(paper pipe)을 형성시킬 수 있으며, 제조한 난연성 지관은 난연성이 우수하여 건축자재로 효과적으로 이용될 수 있다.

상기와 같은 우수한 난연성을 부여할 수 있도록, 본 발명에 따른 지관은 0.5 내지 1.5 mm 두께의 난연 코팅층을 포함할 수 있으며, 난연 코팅층의 두께가 0.5 mm 미만일 경우에는 두께가 얇아 충분한 기계적 강도 및 난연 특성을 부여하기 힘든 문제가 있고, 두께가 1.5 mm를 초과할 경우에는 난연 코팅층을 코팅하여 형성시키고 건조한 후에 난연 코팅층이 깨져 유실될 우려가 있으며, 무게가 증가하는 문제점이 있다.

또한, 상기 난연성 지관은 난연성을 더욱 강화시킬 수 있도록, 지관에 난연 직물층을 추가로 형성시킬 수 있으며, 상기 난연 직물층은 폴리에스테르 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리아라미드 섬유 등과 같은 소재로 이루어진 직물을 통상적인 방법으로 난연 처리하여 제조한 난연성 직물이라면 제한받지 않고 사용할 수 있다.

본 발명에서는 상기 지관의 형성시에 상기와 같은 난연성 직물을 종이 원지와 함께 접착하여 종이 원지의 사이에 난연 직물층을 형성시키거나, 지관을 형성시킨 후, 종이 원지를 부착하여 제조한 지관의 최외각 외주면에 난연성 직물을 부착하여 난연 직물층을 형성시킬 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 난연성 지관은 난연성을 더욱 강화시킬 수 있도록, 상기 지관은물유리층을 추가로 포함할 수 있고, 상기 물유리층은 열이 가해지면 부풀어 올라 지관에 난연성을 추가적으로 부여하는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 물유리층은 액상의 규산나트륨(sodium silicate)을 이용하여 형성시킬 수 있고, 바람직하게는, 0.1 내지 1 mm의 두께, 보다 바람직하게는 0.3 내지 0.5 mm의 두께로 물유리층을 형성시킬 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 난연성 지관은 다양한 형태로 난연 코팅층, 접착 난연 코팅층 또는 난연 직물층을 포함할 수 있으며, 이와 같은 난연성 지관의 구조 및 형성방법은 하기의 난연성 지관의 제조방법에 보다 상세히 설명하도록 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 난연성 지관은 무기바인더, 수용성 아크릴 및 팽창흑연을 특정 함량으로 포함하는 난연 코팅층을 구비하여 우수한 난연성을 나타내며, 화재 발생 시 독성가스의 배출이 없어 환경 및 인체 유해성이 없어 친환경적이기 때문에기 때문에 친환경적으로 다양한 산업현장에서 배관형성 등을 위한 용도로 활용이 가능하다.

한편, 본 발명은 종이 원지를 여러겹으로 반복 권취하여 지관을 제조하는 방법에 있어서, 종이 원지의 표면에 무기바인더 100 중량부, 수용성 아크릴 3 내지 9 중량부 및 팽창흑연 3 내지 9 중량부 및 물을 포함하는 난연 코팅제를 도포하는 단계를 포함하는 난연성 지관의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법에서는 복수 개의 종이 원지롤에서 종이 원지를 권출시키고, 권출된 여러겹의 종이 원지를 권취시킨 상태로 서로 부착시키는 통상적인 지관의 제조방법을 이용해 지관을 제조할 수 있으며, 제조한 난연성 지관을 다양한 길이로 절단하여 산업현장에 즉시 사용할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 종이 원지롤(110)에서 권출된 종이 원지(100)를 난연 코팅제를 포함하는 함침조(120)에 도입하여 난연 코팅제에 종이 원지(100)를 함침시켜 난연 코팅제를 도포하고, 이와 같은 종이 원지(100)를 몰드(130)에 권취시킨 상태로 서로 부착하고, 건조하여 난연성 지관(10)을 제조할 수 있다.

또는, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 난연 코팅제를 종이 원지(100)의 일면에 프린팅 장치(140)로 프린팅하여 난연 코팅제를 도포하고, 이와 같은 종이 원지(100)를 몰드(130)에 권취시킨 상태로 서로 부착하여 난연 코팅층이 형성된 난연성 지관(10)을 제조할 수 있으며, 이외에도 스프레이 분무 등의 다양한 방법을 활용하여 종이 원지(100)에 난연 코팅제를 도포할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 제조한 난연성 지관(10)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 몰드(130) 상에 여러겹의 종이 원지(100) 및 복수 층의 난연 코팅층(200)이 권취된 상태로 서로 부착하여 형성된 구조를 가질 수 있으며, 상기 난연 코팅층(200)을 충분히 건조시킨 후, 몰드(130)를 제거하여 난연성 지관(10)을 수득할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법을 통해서, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같은 난연 코팅층(200), 접착제층(300), 접착 난연 코팅층(400) 또는 난연 직물층(500)을 포함하는 다양한 형태의 난연성 지관(10)을 제조할 수 있다.

일례로, 본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법에서는, 종이 원지(100)를 여러겹 권취하여 형성되되, 상기 난연성 지관(10)은 종이 원지(100)에 각각에 접착제를 코팅하고, 이와 같이 접착제가 코팅된 여러겹의 종이 원지(100)를 접착하여 접착제층(300)을 형성시켜 지관을 제조한 후, 지관의 중공 내부의 내주면 및 최외각 외주면에 난연 코팅제를 코팅하여, 도 3(a)에 나타낸 바와 같은 구조로 난연성 코팅층(200)을 포함하는 난연성 지관(10)을 제조할 수 있다.

또 다른 예로, 본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법에서는, 접착제 및 난연 코팅제를 혼합하여 접착 난연 코팅제를 제조하고, 제조한 접착 난연 코팅제를 종이 원지(100)에 코팅하여 접착 난연 코팅층을 형성시킨 후, 이러한 종이 원지(100) 여러겹을 적층하여, 도 3(b)에 나타낸 바와 같은 구조로 접착 난연 코팅층(400)을 포함하는 난연성 지관(10)을 제조할 수 있다.

또 다른 예로, 본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법에서는, 도 3(b)와 같은 난연성 지관(10)의 외주면에 난연성 직물을 부착하여 도 3(c)에 나타낸 바와 같은 구조로 접착 난연 코팅층(400) 및 난연 직물층(500)을 동시에 포함하는 난연성 지관(10)을 제조할 수 있다.

또 다른 예로, 본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법에서는, 도 3(b)와 같은 난연성 지관(10)의 외주면 및 중공이 형성된 내주면에 난연 코팅제를 코팅하여 도 3(d)에 나타낸 바와 같은 구조로 난연 코팅층(100) 및 접착 난연 코팅층(400)을 동시에 포함하는 난연성 지관(10)을 제조할 수 있다.

또 다른 예로, 본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법에서는, 도 3(c)와 같은 구조의 난연성 지관(10)의 외주면에 난연성 직물을 부착하여 난연 직물층(500)을 형성시키고, 난연 직물층(500)의 외주면에 난연 코팅제를 코팅하여 도 4(a)에 나타낸 바와 같은 구조로 난연 직물층(500) 및 난연 코팅층(200)을 동시에 포함하는 난연성 지관(10)을 제조할 수 있다.

또 다른 예로, 본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법에서는, 상기 접착 난연 코팅제를 종이 원지(100)에 코팅하고, 이러한 종이 원지(100) 여러겹을 적층하고, 이때, 난연성 직물을 동시에 2겹 이상 종이 원지(100)와 함께 적층하여 도 4(b)에 나타낸 바와 같은 구조로 접착 난연 코팅층(400) 및 2층 이상의 난연 직물층(500)을 포함하는 난연성 지관(10)을 제조할 수 있다.

또 다른 예로, 본 발명에 따른 난연성 지관의 제조방법에서는, 도 4(b)와 같은 난연성 지관(10)의 난연 직물층(500)의 최외각 외주면에 난연 코팅제를 추가로 코팅하여 난연 직물층(500) 및 최외각 난연 코팅층(200)을 동시에 포함하는 도 4(c)에 나타낸 바와 같은 구조의 난연성 지관(10)을 제조할 수 있으며, 이외에도 다양한 실시예로 난연성 지관을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하도록 한다.

제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

<실시예 1>

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 보통 포틀랜드 시멘트, 분자량(Mw)이 20만인 수용성 아크릴(메틸메타크릴레이트 50 중량부, 부틸아크릴레이트 30 중량부, 2-에틸헥실아크릴레이트 10 중량부, 아크릴산 5 중량부, 글리시딜 메타크릴레이트 5 중량부를 포함) 및 팽창흑연을 각각 100 : 5 : 5의 중량비로 혼합하여 난연 코팅제 조성물을 제조하였다.

제조한 난연 코팅제 조성물을 물과 1:0.5의 중량비로 혼합하여 난연 코팅제를 제조하였으며, 난연 코팅제에 종이를 함침시켜 난연 코팅층을 형성시켰으며, 이를 통해 난연제를 제조하였다.

	혼합비
실시예 1	시멘트 + 수용성아크릴 + 팽창흑연 100 : 5 : 5
비교예 1	시멘트 + 수용성아크릴 + 팽창흑연 100 : 10 : 5
비교예 2	시멘트 + 수용성아크릴 + 팽창흑연 100 : 20 : 5
비교예 3	시멘트 + 수용성아크릴 + 팽창흑연 100 : 40 : 5

<실시예 2>

종이 원지를 반복 권취하여 지관을 제조하는 방법을 통해, 6겹의 종이 원지층이 형성된 지관을 제조하였으며, 지관의 제조는 시판되는 포리졸 접착제를 이용하여 접착시켰다.

제조한 지관의 외주면에 액상 규산나트륨을 함침시켜 0.5 mm 두께의 물유리층을 형성시켰다.

상기와 같이 물유리층을 형성시킨 지관을 실시예 1과 동일한 조성의 난연 코팅제에 함침시켜 상기 물유리층의 상면 및 지관의 내주면에 0.7 mm 두께의 난연 코팅층을 형성시키고, 난연 코팅층의 상면에 각각 0.5 mm 두께의 패브릭천을 부착하여 난연 직물층을 형성시키고, 난연 직물층의 상면에 0.7 mm 두께의 난연 코팅층을 형성시키고, 난연 코팅층의 상면에 각각 0.5 mm 두께의 패브릭천을 부착한 후, 마지막으로 난연 직물층의 상면에 난연 코팅층을 추가적으로 형성시켜, 난연 코팅층+난연 직물층+난연 코팅층+난연 직물층+난연 코팅층+지관+물유리층+난연 코팅층+난연 직물층+난연 코팅층의 구조를 가지며, 대략 10 mm의 두께, 1028.9 kg/m³의 밀도를 갖는 난연성 지관을 제조하였다.

<비교예 1>

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 시멘트, 수용성 아크릴 및 팽창흑연을 각각 100 : 10 : 5의 중량비로 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 난연 코팅제 조성물을 제조하고, 이를 이용해 종이에 난연 코팅층을 형성시켜 난연제를 제조하였다.

<비교예 2>

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 시멘트, 수용성 아크릴 및 팽창흑연을 각각 100 : 20 : 5의 중량비로 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 난연 코팅제 조성물을 제조하고, 이를 이용해 종이에 난연 코팅층을 형성시켜 난연제를 제조하였다.

<비교예 3>

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 시멘트, 수용성 아크릴 및 팽창흑연을 각각 100 : 40 : 5의 중량비로 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 난연 코팅제 조성물을 제조하고, 이를 이용해 종이에 난연 코팅층을 형성시켜 난연제를 제조하였다.

<실험예 1> 난연 코팅제층의 열방출량 평가

제조한 난연 코팅층의 난연 특성을 평가하기 위해서, 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 방법으로 제조한 난연제를 이용해 난연 테스트를 수행하였다. 난연 테스트는 건설기술연구원에서 콘칼로리미터를 이용하여 수행하였으며, 그 결과를 하기의 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1에 따른 방법으로 제조한 난연 코팅제를 코팅한 난연제의 열방출량은 6 MJ/㎡으로 확인되어 한국산업규정이 정하는 바에 의하여 난연재료(난연 3급)에 해당하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 1에 따른 방법으로 제조한 난연 코팅제 조성물은 불꽃에 의한 직접연소가 아닌 훈연에 의한 발열 현상이 나타나는 것으로 확인되었으며, 이와 같은 사실을 통해서, 본 발명에 따른 난연 코팅제를 코팅한 난연성 지관은 우수한 난연특성을 가질 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.

<실험예 2> 난연성 지관의 난연성 평가

제조한 난연성 지관의 난연 특성을 평가하기 위해서, 실시예 2에 따른 방법으로 제조한 난연성 지관 3개를 시험체로 이용하여 난연 테스트를 수행하였다. 난연 테스트는 건설기술연구원에서 콘칼로리미터를 이용하여 수행하였으며, 그 결과를 하기의 도 6 내지 도 8에 나타내었다.

도 6 및 도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 2에 따른 방법으로 제조한 난연성 지관의 열방출량은 모두 8 MJ/m² 이하인 것으로 확인되어 한국산업규정이 정하는 바에 의하여 난연재료(난연 3급)에 해당하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 제조한 난연성 지관의 열방출률이 200 Kw/m²를 초과한 시간(초)은 0초로서 10초 이상의 기준에 적합하였으며, 난연성 지관의 전부 용융, 관통하는 균열 및 구멍 등의 변화가 없는 것을 확인할 수 있었다.

아울러, 실시예 2에 따른 방법으로 제조한 난연성 지관 2개를 시험체로 이용하여 가스유해성을 분석한 결과, 가스 유해성시험항목인 평균행동정지시간은 모두 11분 이상을 초과하는 것으로 확인되어 9분 이상의 규정에 적합하다는 사실을 확인할 수 있었다.

상기와 같은 결과를 통해, 본 발명에 따른 난연성 지관은 난연 특성이 우수할 뿐만 아니라 화재 발생시 독성가스의 배출이 없어 다양한 산업현장에서 활용이 가능하다는 사실을 확인할 수 있었다.

10 : 난연성 지관 100 : 종이 원지
200 : 난연 코팅층 300 : 접착제층
400 : 접착 난연 코팅층 500 : 난연 직물층

Claims

난연성 지관에 있어서,
여러겹의 종이 원지가 반복 권취된 상태로 부착되어 형성되고, 중심부에 중공을 포함하는 관형상의 구조를 가지며, 무기바인더, 수용성 아크릴 및 팽창흑연을 포함하는 난연 코팅층을 포함하고,
상기 난연 코팅층은,
무기바인더 100 중량부, 수용성 아크릴 3 내지 9 중량부 및 팽창흑연 3 내지 9 중량부를 포함하는 난연 코팅제 조성물을 물과 혼합하여 제조한 난연 코팅제를 도포하여 형성되며,
상기 종이 원지를 서로 접착시키는 접착제를 포함하는 접착제층과, 상기 난연 코팅제 조성물에 접착제가 혼합되어 난연 코팅제와 접착제를 동시에 포함하는 접착 난연 코팅층 중 어느 하나; 및
상기 난연성 지관의 난연성을 강화시키는 직물로 형성된 난연 직물층과, 열이 가해지면 부풀어 올라 지관에 난연성을 부여하는 물유리층 중 어느 하나를 더 포함하는 난연성 지관.
제1항에 있어서,
상기 무기바인더는 보통 포틀랜드 시멘트인 것을 특징으로 하는 난연성 지관.
제1항에 있어서,
상기 접착제는 포리졸인 것을 특징으로 하는 난연성 지관.
제1항에 있어서,
상기 물유리층은 액상의 규산나트륨을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 난연성 지관.
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