KR101829468B1

KR101829468B1 - 고성능 내화도료 도장 방법

Info

Publication number: KR101829468B1
Application number: KR1020110142111A
Authority: KR
Inventors: 엄경일; 정석희; 한상현
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2018-02-19
Also published as: KR20130074190A

Abstract

본 발명은 하도-내화도료-상도의 순서로 도장하는 내화도료 도장 방법으로서, 기재에 하도 도료 조성물을 20∼100 ㎛의 두께로 도장하는 단계; 내화도료 조성물을 4∼20 ㎜의 두께로 도장하는 단계로서, 내화도료 전체 도막 두께의 20%∼80% 범위로 1차 도장한 후 보강재인 메쉬를 삽입하고 나머지 두께만큼 2차 도장하는 것을 특징으로 하는 단계; 및 상도 도료 조성물을 20∼150 ㎛의 두께로 도장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화도료 도장 방법에 관한 것이다. 본 발명의 내화도료 도장 방법에 따르면, 3시간 이상의 내화성능을 확보할 수 있다.

Description

고성능 내화도료 도장 방법{METHOD FOR COATING HIGH PERFORMANCE FIRE RESISTIVE PAINT}

본 발명은 고층이나 초고층 건축물, 특수구조물과 같이 고성능의 차열성을 필요로 하는 구조물에 적용되는 내화도료 도장 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내화도료 도막의 층간에 특수한 보강재를 삽입하여 고온에서 발포된 도막의 균열 발생을 억제하여 3시간 이상의 내화성능을 보유할 수 있게 하는 내화도료 도장 방법에 관한 것이다.

최근에는 건축물들이 고층화 및 대형화가 되어감에 따라 철골구조물의 비중이 증대되고 있으며, 특히 건축물의 하중을 받는 보 및 기둥은 매우 중요한 부분으로서 내구성이 뛰어난 강재의 사용이 필수적이다. 정상적인 조건에서는 내구성에 대하여 큰 문제가 없으나 화재발생시 철골구조물에 일반적으로 사용되는 저탄소강이 임계온도(540℃)를 초과하면 철골의 내력이 통상 60% 정도로 감소하고 철골구조물을 이루는 강재 고유의 인장강도나 압축강도 등에 심각한 영향을 초래하게 되며 종국에는 철골구조물의 변형, 붕괴 및 파괴가 일어나는 문제점이 있다. 이러한 화염노출에서의 문제점을 보완하기 위하여 철골구조물에 내화피복을 실시하고 있으며, 건축법에는 보 및 기둥과 같은 주요 구조부에 2시간 이상의 내화성능을 만족시켜야 하는 건축물의 설계 및 시공이 요구되고 있는 추세이다.

현재까지 건축법을 만족시킬 수 있는 2 시간의 내화성능을 갖는 피복재로서 석고계 및 질석계 뿜칠재가 주종을 이루고 있으며, 또한 최근에는 수성 무기질계 도료가 현장에 사용되고 있다. 그러나 석고계 및 질석계 뿜칠재의 경우 작업 시에 분진이 발생하고, 작업된 외관이 불량하며, 철골구조물과의 부착력이 불량하여 시공 후에 박리현상 등이 발생하고, 건축물의 공기정화, 유지관리 및 보수 등 문제점이 발생하여 사용자들이 뿜칠재의 사용을 기피하고 있다.

내화뿜칠의 대안으로 나오는 기술이 내화도료 피복 기술이다. 내화도료 피복은 1,000℃ 이상의 고온에서 장시간 내화성능을 발현하는데 크랙발생 같은 기술적 한계가 있어서, 국내에서도 2시간용 내화성능까지는 확보를 하였지만 아직 3시간용 내화성능을 갖는 내화도료를 출시하지 못하고 있다.

예를 들어, 내화성능을 갖는 피복제로서 무기질계 도료의 경우 규산염계 수지를 사용하여 2 시간의 내화성능을 가진 조성물이 대한민국 등록특허 제10-0590502호에 '발포성 내화도료 조성물'에 개시된 바 있는데, 이에 따른 내화도료 조성물은 무기질계인 규산염계 화합물과 몰비조절제를 사용한 2 시간의 내화성능을 가진 조성물에 관한 것이다. 또한 미국등록특허 제5,401,793호에는 여러 종류의 무기화합물, 합성수지 및 포스퍼러스 그리고/또는 설퍼화합물을 사용한 발포성 내화도료 조성물이 개시된 바 있다. 하지만, 상기 대한민국 등록특허 제10-0590502호와 미국등록특허 제5,401,793호의 무기질계 내화도료 조성물은 내수성이 불량하고 피도체와의 부착력이 부실하여 시공 후에 도막박리 및 가스발생에 의한 건조 도막의 부풀음 현상 등의 문제점이 있다.

또한, 내화성능이 1 시간으로 한정된 조성물이 대한민국 공개특허 제2002-0083750호에 '발포성 내화도료 조성물 및 이를 사용한 피도물에의 내화성 부여방법'에 개시된바 있으며, 이에 따른 내화도료 조성물은 유성 알킬변성 아크릴계 수지와 아크릴계 마이크로겔 수지를 사용한 조성물로서 철골구조물 등의 표면에 도포하여 내화성능을 발휘하는 저수축 유성계 발포성 내화도료 조성물이다. 상기 내화도료 조성물은 내화시험방법에 따라 1시간용 내화피복재로 적용가능하지만, 건축물이 고층화 되어가는 현 시점에서는 내화성능이 짧은 문제점이 있다.

내화도료는 도막이 열을 받았을 때, 도막이 스스로 팽창을 하면서 차열성능을 나타내는 특징이 있는데, 도막이 팽창을 할 때 불균일하게 팽창을 하게 되면 크랙이 발생되기 쉽고, 이러한 크랙은 열의 침투로 이어져서 차열 성능을 잃어 버리게 된다. 특히, 3시간용 내화도료 및 유류화재 내화도료는 1,000℃ 이상에서 최소 2시간 이상 도막이 견뎌야 도막 내부의 온도상승을 억제할 수 있다. 따라서, 3시간 이상의 내화 성능을 확보하기 위해서는 도막이 팽창을 할 때 쉽게 발생될 수 있는 크랙발생을 억제할 수 있는 기술이 필요하다.

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 목적은 내화도료를 포함하는 도막이 팽창할 때 쉽게 발생되는 크랙 발생을 최대한 억제함으로써 1,000℃이상의 고온에서 장시간 차열성능, 즉, 3시간 이상의 내화성능을 확보할 수 있는 고성능 내화도료 도장 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 내화도료 도막 층간에 고온에서 녹지 않고 끊어지지 않는 특수한 재질의 보강재인 메쉬를 삽입함으로써 도막 내의 부착력을 증가시키는 동시에 도막 팽창시 일정하게 팽창될 수 있게 하여 도막의 크랙 발생을 최소화할 수 있는 내화도료 도장 방법을 제공한다.

구체적으로 본 발명은 하도-내화도료-상도의 순서로 도장하는 내화도료 도장 방법으로서, 기재에 하도 도료 조성물을 20∼100 ㎛의 두께로 도장하는 단계; 내화도료 조성물을 4∼20 ㎜의 두께로 도장하는 단계로서, 내화도료 전체 도막 두께의 20%∼80% 범위로 1차 도장한 후 보강재인 메쉬를 삽입하고 나머지 두께만큼 2차 도장하는 것을 특징으로 하는 단계; 및 상도 도료 조성물을 20∼150 ㎛의 두께로 도장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화도료 도장 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 내화도료 도막 층간에 고온에서 녹지 않고 끊어지지 않는 특수한 재질의 보강재인 메쉬를 삽입함으로써 도막 내의 부착력을 증가시키는 동시에 도막 팽창시 일정하게 팽창될 수 있게 하여 도막의 크랙 발생을 최소화할 수 있다. 이로써 3시간 이상의 내화성능 확보가 가능하다.

따라서 본 발명의 내화도료 도장방법은 1,000℃이상의 고온에서 장시간 견딜 수 있는 고층 건축물에 적용되는 3시간용 내화도료 같은 장시간 고성능의 내화성능을 요구하는 내화도료에 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 하도-내화도료-상도의 순서로 도장하는 내화도료 도장 방법은 기재에 하도 도료 조성물을 20∼100 ㎛의 두께로 도장하는 단계; 내화도료 조성물을 4∼20 ㎜의 두께로 도장하는 단계로서, 내화도료 전체 도막 두께의 20%∼80% 범위로 1차 도장한 후 보강재인 메쉬를 삽입하고 나머지 두께만큼 2차 도장하는 것을 특징으로 하는 단계; 및 상도 도료 조성물을 20∼150 ㎛의 두께로 도장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 가장 중요한 기술적 핵심은 하도-내화도료-상도의 순서로 도장하는 내화도료 도장 방법에 있어서, 내화도료 층간의 특정 위치에 메쉬를 삽입하여 도막 내의 부착력을 증가시키는 동시에 도막 팽창시 일정하게 팽창될 수 있게 하여 도막의 크랙 발생을 최소화하고자 하는 것이다. 또한, 3시간 이상의 내화성능이 확보될 수 있도록 각 도막의 두께를 특정하였다. 따라서, 본 발명에 따른 내화도료 도장 방법에서 구체적인 도장 조건 및 방식, 하도 및 상도 도료 조성물에 관한 구체적인 성분 등은 특별하게 한정되지 않는다.

본 발명의 내화도료 도장 방법에 따르면, 먼저 기재에 하도 도료 조성물을 20∼100 ㎛의 두께로 도장한다. 하도 도료 조성물의 성분은 에폭시, 무기징크, 에폭시징크 중 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있다. 하도 도막은 20∼100 ㎛의 두께로 도장되며, 바람직하게는 30∼70 ㎛의 두께로 도장될 수 있다. 도막 두께가 20 ㎛보다 얇으면, 방청성 등에서 문제가 발생되고, 100 ㎛보다 두꺼우면 층간부착성이 떨어질 수 있다.

이후, 내화도료 조성물을 4∼20 ㎜의 두께로 도장한다. 이때, 내화도료 전체 도막 두께의 20%∼80% 범위로 1차 도장한 후 보강재인 메쉬를 삽입하고 나머지 두께만큼 2차 도장한다. 더욱 상세하게는, 내화도료 전체 도막 두께의 20∼80% 정도로 내화도료 조성물을 1차 도장한 후 도막이 젖어있는 상태에서 메쉬를 피도체의 크기에 적당하게 재단한 다음 도막에 올린 후 롤러 등을 이용해서 도막에 잘 부착될 수 있도록 압력을 가한다. 1일 정도 경과한 후 건조된 도막에 나머지 두께만큼 2차 도장한다.

본 발명에 따르면, 3시간 이상의 내화성능을 갖기 위한 내화도료 전체 도막 두께는 최소 4 ㎜ 내지 최대 20 ㎜까지가 적당하며, 바람직하게는 6 ㎜∼15 ㎜의 두께로 도포된다. 내화도료의 도막 두께가 4 ㎜보다 얇게 되면 3시간 내화성능을 확보할 수 없게 되고, 20 ㎜를 초과하게 되면 도막두께가 너무 두껍게 되어 도막을 올리는데 도장 횟수가 많이 증가하게 된다.

본 발명에 따라 메쉬를 삽입하는 위치는 내화도료 전체 도막 두께의 20%~80%범위 내에서 삽입될 수 있고, 바람직하게는 30%~70%범위 내에서 삽입되는 것이 바람직하다. 내화도료 전체 도막 두께의 20%보다 얇은 도막 두께에 메쉬가 삽입되면, 내화도막이 발포할 때 크랙방지 기능을 할 수 없게 되고, 80%보다 높은 도막 두께에 삽입되면 내화도막의 발포를 억제하여 차열성능을 떨어뜨릴 수 있게 된다.

본 발명에 따른 보강재인 메쉬의 성분은 고온에서 견뎌야 하고, 유연성(flexibility)을 가져야 한다. 바람직하게는, 유리(Glass), 현무암(Basalt), 무기물(Mineral), 세라믹(Ceramic) 중 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 에폭시나 실란 등으로 함침을 하여 메쉬의 강도 및 부착성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 메쉬의 격자 크기는 가로×세로 기준으로 5 ㎜×5 ㎜∼20 ㎜×20 ㎜까지가 적당하며, 바람직하게는 7 ㎜×7 ㎜∼15 ㎜×15 ㎜까지 사용 가능하다. 격자는 레노(leno) 조직으로 되어 있어야 격자의 흐트러짐을 방지할 수 있다. 격자크기가 5 ㎜×5 ㎜보다 작게 되면, 메쉬 구멍이 너무 작아서 내화도막이 발포를 하는데 방해를 줄 수 있고, 20 ㎜×20 ㎜보다 크게 되면 메쉬의 구멍이 너무 크게 되어 도막이 팽창할 때 도막의 크랙 발생을 방지할 수 없게 될 수 있다.

본 발명의 내화도료는 팽창성 내화도료를 사용하고, 수지 성분은 에폭시수지, 아크릴수지, 알키드수지, 우레탄수지 중 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다. 도막 팽창은 약 150℃부터 서서히 팽창을 하게 되고, 온도가 올라갈수록 팽창이 더 크게 된다. 도막은 내화도료의 발포제 성분에 의해서 팽창하게 되고, 멜라민, 붕산, 암모늄폴리포스페이트, 멜라민포스페이트 등을 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.

다음으로, 상도 도료 조성물을 20∼150 ㎛의 두께로 도장하여 하도-내화도료(메쉬 포함)-상도로 구성되는 내화 도막을 제조한다.

상도 도료 조성물의 수지성분은 우레탄, 알키드, 에폭시, 아크릴, 불소, 염화고무 중 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에 따르면, 상도 도막의 두께는 20∼150 ㎛의 범위이며, 바람직하게는 30∼150 ㎛이다. 도막 두께가 20 ㎛보다 얇으면 색상 은폐 등에 문제가 발생 되고, 150 ㎛보다 두껍게 되면 층간 부착성이 떨어질 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정할 수 있음은 통상의 기술자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예 1, 2 및 비교예 : 내화 도료 조성물의 성분 제조

상기 도료를 이용하여 아래의 표와 같이 각 도료별 도막 두께대로 도장을 하였다. 실시예에서는 보강재(메쉬)를 사용하였고, 비교예에서는 메쉬를 사용하지 않았다.

구 분	제품명	실시예 1	실시예 2	비교예
하도	EP1700¹	0.05	0.05	0.05
내화도료	FIREMASK²	6	4	6
보강재(메쉬)	BASALT MESH³ (10mm×10mm)	부착	부착	미부착
내화도료	FIREMASK²	6	8	6
상도	UT6581⁴	0.05	0.05	0.05
합계		12.10	12.10	12.10

(단위:두께 ㎜)

1) EP1700: 제조사 ㈜케이씨씨

2) FIREMASK: 제조사 ㈜케이씨씨

3) BASALT: 제조사 ㈜케이씨씨

4) UT6581: 제조사 ㈜케이씨씨

실험예 : 도장 후 물성 측정

보 시험체(400 ㎜×200×4700 ㎜, I타입)에 상기 도장 방법에 따라 도장한 다음, 수평가열로에서 KSF2257의 표준화재 곡선대로 내화시험을 진행하였다. 온도 측정은 KSF2257의 시험방법대로 측정을 하였다. 평가방법은 시험체 내부의 평균온도가 3시간 동안 538℃를 초과하지 않게 되면 3시간용 내화성능을 확보할 수 있게 된다. 내화성능시험 결과, 아래의 표 2의 결과를 얻었다.

구분		실시예 1	실시예 2	비교예
시험체 내부 평균온도 (℃)	0분	25	25	25
	30분	81	82	84
	60분	120	118	120
	90분	147	150	157
	120분	190	200	519
	150분	250	280	560
	180분	480	500	610
내화성능 시간		3시간	3시간	2시간

상기 표 2로부터, 실시예 1, 2의 내화성능은 3시간 시험 종료 후의 평균온도가 538℃ 미만이므로, KSF 2257의 3시간용 내화성능을 만족하지만, 비교예의 경우에는 150분에 538℃를 초과했으므로, 2시간용 내화성능밖에 확보할 수 없게 된다. 비교예에서는 보강재를 사용하지 않아서, 챠르가 팽창하면서 크랙이 발생하여 이 부위로 열이 침투되어 온도가 급격하게 상승되었기 때문이다. 따라서, 실시예의 내화도료 도장방법에 따라 도장된 내화도료 내 메쉬를 포함하는 도막은 KSF2257의 3시간용 내화성능 규격을 만족시킬 수 있어서 상용화 가능성을 확인하였다.

Claims

하도-내화도료-상도의 순서로 도장하는 내화도료 도장 방법으로서,
기재에 하도 도료 조성물을 20∼100 ㎛의 두께로 도장하는 단계;
내화도료 조성물을 4∼20 ㎜의 두께로 도장하는 단계로서, 내화도료 전체 도막 두께의 20%∼80% 범위로 1차 도장한 후 보강재인 메쉬를 삽입하고 나머지 두께만큼 2차 도장하는 것을 특징으로 하는 단계; 및
상도 도료 조성물을 20∼150 ㎛의 두께로 도장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화도료 도장 방법.
제1항에 있어서,
상기 메쉬는 격자크기가 가로×세로 기준으로 5 ㎜×5 ㎜∼20 ㎜×20 ㎜이고, 격자가 레노(leno) 조직으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 내화도료 도장 방법.
제2항에 있어서,
상기 메쉬는 격자크기가 가로×세로 기준으로 7 ㎜×7 ㎜∼15 ㎜×15 ㎜이고, 격자가 레노(leno) 조직으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 내화도료 도장 방법.
제1항에 있어서,
상기 메쉬의 성분으로 유리(glass), 현무암(basalt), 무기물(mineral) 및 세라믹(ceramic)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 내화도료 도장 방법.
제1항에 있어서,
상기 내화도료 조성물은 팽창성 내화도료 조성물로서, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 알키드 수지, 우레탄 수지 중 하나 이상의 수지 성분을 포함하고, 멜라민, 붕산, 암모늄폴리포스페이트, 멜라민포스페이트 중 하나 이상을 발포제로 포함하는 것을 특징으로 하는 내화도료 도장 방법.
제1항에 있어서,
도장된 전체 도막의 내화성능을 내화성능 시험방법(KSF 2257)에 따라 측정 시 3시간 이상인 것을 특징으로 하는 내화도료 도장 방법.