KR101951590B1

KR101951590B1 - 안전 로프

Info

Publication number: KR101951590B1
Application number: KR1020180004528A
Authority: KR
Inventors: 최창용
Original assignee: 주식회사 갑인엔지니어링
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2019-02-25

Abstract

본 발명은 안전 로프는 발화를 지연시키고 방염 효과 및 내열성이 우수하고 화염과 접촉시 발화가 늦고 유독 가스 발생을 낮출 수 있도록 다양한 조성물로 이루어진 코팅층이 다층으로 적층된 안전 로프를 개시한다.

Description

안전 로프{SAFTEY ROPE}

본 발명은 방염성 및 내열성이 우수한 안전 로프에 관한 것이다.

안전 로프는 통상 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 나일론을 세 가닥 꼬아 만든 것으로, 높은 인장 강도와 함께 마찰 및 미끄럼을 방지하는 기능을 한다. 또한, 야간 또는 시야가 확보되지 않을 경우를 위해 형광 염료로 염색한 것을 사용하기도 안다(대한민국 특허공개 제10-2014-0132054호).

이러한 안전 로프는 다양한 분야, 일례로 가정집, 건축 현장, 캠핑장 등에 사용하거나 출입 금지 구역, 안전난간, 울타리, 펜스 주차 안내선 등 다양한 분야에 사용하고 있다. 상기 안전 로프는 그 사용이 다양하나 화재시 불에 취약하다는 단점이 있으며, 유독 가스가 심하게 발생한다.

이에 화재나 재난 상황 시에 불가피하게 고온이나 화학물질이 노출된 지역에 접근하여 구조 활동시 사용할 수 있는 열에 강한 로프로 내열 로프가 있고, 이는 구조자나 요구조자의 안전한 구조 활동을 할 수 있는 장비로 사용하고 있다.

내열 로프는 통상 폴리아라미드 속심과 폴리아라미드 외피로 이루어진 것으로, 섭씨 500℃ 이상의 열에 대한 저항성이 있고 각종 화학물질에 대해 우수한 저항성이 있어서 각종 화재현장 및 구조현장에서 뛰어난 기능을 발휘한다(대한민국 특허공개 제10-2012-0041378호, 대한민국 실용공개 제20-2016-0003995호). 또한, 마찰, 잘림 저항성이 우수하므로 군,경의 각종 작전에도 유용하게 사용하고 있다.

폴리아라미드는 총알도 뚫지 못하는 강도, 500℃의 불 속에서도 타거나 녹지 않는 내열성 그리고 아무리 힘을 가해도 늘어나지 않는 뛰어난 인장강도를 가진 섬유이다. 또한, 동일 무게의 강철보다 약 8배 이상 높은 강도를 가지고 높은 온도와 압력에도 구조 변화가 없으며 내열성이 우수한 재질이다. 그러나 가격이 높다는 문제가 있다.

대한민국 특허공개 제10-2014-0132054호 (2014.11.17), 야간 또는 악천후 시 식별이 가능한 해상용 합성수지 예인 및 안전로프 대한민국 특허공개 제10-2012-0041378호 (2012.05.02), 아라미드 로프 대한민국 실용공개 제20-2016-0003995호 (2016.11.22), 내구성 및 인장강도가 우수한 구조용 로프

이에 본 발명은 낮은 가격으로 제작이 가능하되, 폴리아라미드 섬유사로 제작된 로프와 동등한 수준의 물성, 특히 방염성 및 내열성을 확보할 수 있는 안전 로프를 제작하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, 다층 구조로 코팅한 신규한 구조의 안전 로프를 제작하였다.

따라서, 본 발명은 방염성 및 내열성이 우수한 안전 로프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은

합성 섬유 원사로 이루어진 다수의 스트랜드가 꼬여진 로프사;

상기 로프사 상에 형성되며, 조성의 총합이 100 중량%를 만족하도록, 폴리에스테르계 수지 30 내지 60 중량%, 폴리우레탄계 수지 15 내지 50 중량%, 인계 난연제 1 내지 10 중량%, 브롬계 난연제 0.5 내지 5 중량%, 안티몬계 난연조제 0.1 내지 5 중량%, 수산화마그네슘 0.1 내지 5 중량%, 및 중공형 지르코니아 0.5 내지 10 중량%를 포함하는 제1 코팅층; 및

상기 제1 코팅층 상에 형성되며, 조성의 총합이 100 중량%를 만족하도록, 실리콘계 변성 수지 60 내지 90 중량%, 실란 커플링제 1 내지 10 중량%, 무기계 난연제 1 내지 10 중량%, 흑연 5 내지 20 중량%, 내열 안정제 0.1 내지 5 중량%, 및 자외선 차단제 0.01 내지 1.0 중량%를 포함하는 제2 코팅층;를 포함하는,

안전 로프를 제공한다.

이때 안전 로프는 제2 코팅층 상에 형성된 무기 산화물층을 더욱 포함한다.

본 발명에 따른 안전 로프는 발화를 지연시키고 방염 효과 및 내열성이 우수하고 화염과 접촉시 발화가 늦고 유독 가스 발생이 적어, 안전하게 인명을 구조하는 인명 로프 또는 가정, 산업 등 다양한 분야에 사용 가능하다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 안전 로프는 합성 섬유 원사로 이루어진 다수의 스트랜드가 꼬여진 로프사와, 그 상부를 방염성 및 내열성을 높이기 위한 다층의 코팅층이 형성된다.

로프사

로프는 개별적인 그리고 통상적으로 가는 필라멘트(filament)들의 복수개로 이루어진다. 그러한 복수개의 필라멘트는 하나의 "섬유"(fibre)를 형성할 수 있다. 상기 필라멘트들은 필라멘트들 또는 섬유를 함께 처리하거나 꼬음으로써 길이방향으로 연합된 다발(bunlde)로 조직될 수 있고, 이에 의하여 실(yarn) 또는 스트랜드(strand)를 생성하고, 이들이 다른 실 또는 스트랜드와 함께 결합하여 로프를 형성할 수 있다.

상기 로프사를 구성하는 필라멘트는 가격이 저렴하고 인장 강도가 우수한 합성 섬유사가 가능하며, 일례로 폴리에스터, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌과 구라론을 포함하는 폴리텍스, 파이렌, 나일론과 피피 멀티 필라멘트 섬유를 포함하는 멀티론 중 어느 하나의 합성 섬유사를 포함한다.

구체적으로, 본 발명의 로프사는 구성에 따라 달라질 수 있지만 일반적으로 3~8개의 스트랜드가 나선형의 꼬임으로 꼬여진 것이다. 꼬임방향은 일반적으로 보통 꼬임 (ORDINARY LAY)과 랑그 꼬임(LANG'S LAY)의 2종류가 가능하다. 보통 꼬임은 스트랜드(STRAND)의 꼬임 방향과 로프(ROPE)의꼬임 방향이 서로 반대인 것으로서 킹크(KINK)가 생기는 것이 적고 로프(ROPE)의 변형이나 하중을 걸었을 때 자전에 대한 저항성이 크고 취급이 용이하다. 또한, 랑그 꼬임은 스트랜드(STRAND)의 꼬임 방향과 로프(ROPE)의 꼬임 방향이 동일하여 소선과 외부 접촉면과의 길이가 길고 부분적 마모에 의한 손상이 적으며 또한 피로에 대한 저항성 및 유연성이 우수하다. 필요한 경우, 다른 설계의 로프들, 예를 들어 더 적은 수의 외부 스트랜드를 가진 로프들, 더 많은 수 또는 더 적은 수의 코아 스트랜드를 가진 로프들 및 비원형 단면의 로프들이 선택적으로 채용될 수 있음을 유의하여야 한다.

이때 로프사는 필요한 경우 심재를 사용하여, 이 심재를 기준으로 스트랜드를 형성할 수 있다. 상기 심재로는 섬유심 또는 철심이 사용할 수 있으며, 유연성을 위해선 섬유심을, 강도를 위해선 철심을 사용한다.

로프사를 구성하는 복수 개의 스트랜드 중 어느 하나는 형광안료, 야광안료 및 축광안료 등의 식별안료로 염색된 필라멘트로 이루어질 수 있다. 상기 식별안료는 빛을 내부에 흡수하여 저장하고, 방출 및 발광하는 성질을 가지는 것으로, 태양을 비롯한 수은등, 형광등, 백열등 등과 같은 자연광 및 인조광의 에너지를 흡수한 상태에서 어두운 곳에서 빛을 방출할 수 있다. 이로 인해 야간, 악천후 또는 화재 등 시야가 확보되지 않는 경우도 식별을 용이하게 할 수 있다.

특히, 식별안료로 형광안료를 사용할 경우 알키드계, 스티릴계 또는 아미노 스틸벤(Amino Stilben)계 안료가 사용되고, 축광안료를 사용하는 경우, 예를 들어, 황록색을 발색하며 안전성이 비교적 우수하고 비용이 저가인, 미량의 동을 첨가한 유화 아연계(ZnS : Cu) 안료를 사용할 수 있다. 또한, 잔광 휘도, 잔광 시간이 개선된 유로퓸(europium) 이온을 활성화시킨 스트론튬알루마트(SrAl₂0₄ : Eu, Dy) 안료를 사용할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 로프사는 어떤 크기, 폭 또는 직경을 가질 수 있으나, 통상적으로 횡단면의 2mm부터 500mm의 가장 광범위한 치수를 가질 수 있다. 더욱이, 로프는 횡단면적이 어떠한 형상을 가질 수 있다. 원형 또는 실질적으로 원형이 많은 로프의 전형적인 횡단면이나, 본 명세서에서 채용된 로프들은 이러한 것에 제한되지 않으며, 타원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 다른 횡단면 형상과 같은 비-원형 황단면을 선택적으로 가질 수 있다. "로프"의 실시예의 경우에(이는 슬링, 벨트 및 심지어는 전형적인 비-스트랜드 형상의 로프로 특정될 수 있는데), 로프는 횡단면이 길고 얇게 되도록 편평한 형상을 가질 수 있다. 이러한 방식으로 이들은 본 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이 전형적인 벨트와 같은 구성의 테이프의 형상을 가질 수 있다.

상기 로프사만으로는 충분한 수준의 방염 효과 및 내열성을 확보하기 어렵기 때문에 특히, 본 발명은 로프사에 다층으로 구성된 코팅층을 형성한다. 이때 화염과 우선적으로 접촉하는 코팅층은 방염 효과를 집중적으로 부여하고, 로프사와 접하는 코팅층은 발화를 지연시킬 수 있도록 내열성을 부여하도록 각 코팅층의 조성을 달리한다. 이하 각 코팅층에 대해 상세히 설명한다.

제1 코팅층

제1 코팅층은 화염과 접촉하더라도 접염시간을 길게하여 로프사의 표면에 불꽃이 쉽게 발화하지 않고, 지속적인 화염 접염시에도 연기 밀도를 낮출 수 있는 역할을 한다. 상기 역할을 위해, 제1 코팅층은 크게 수지, 난연제 및 각종 첨가제를 포함한다.

수지는 각종 첨가제를 균일하게 분산시키는 매트릭스 역할과 함께 로프사에 밀착될 수 있는 것으로 바인더 수지를 사용한다. 이러한 바인더 수지는 2종류의 수지를 조합하여 사용한다.

사용 가능한 바인더 수지는 폴리에스테르계 수지와 폴리우레탄계 수지를 혼합하여 사용한다.

폴리에스테르계 수지는 로프사, 일례로 폴리에스테르계 섬유와 동일한 재질로 이와 우수한 접착력을 보여 화염 또는 장기간 보관 시 코팅층과 로프사과의 분리를 방지한다. 상기 폴리에스테르계 수지는 방향족 카르복시산 화합물 및 지방족 카르복시산 등의 다염기산과 에틸렌글리콜, 1,2-프로판온디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올 등의 폴리올의 반응에 의해 제조된 것을 사용한다. 상기 폴리에스테르계 수지는 중량평균분자량이 1000 내지 500,000, 바람직하기로 5000 내지 300,000인 것을 사용하는 것이 상기 효과 확보에 유리하다.

폴리우레탄계 수지는 난연제나 첨가제 분말 등의 균일한 분산을 이루고, 폴리에스테르계 수지와의 높은 혼합성으로 인해 제1 코팅층 전면에 걸쳐 동일한 물성을 확보할 수 있도록 한다. 폴리우레탄계 수지는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 3，3'-디메틸-이소비페닐렌 디이소시아네이트(TODI), 톨루엔 2,4-디이소시아네이트, 톨루엔-2，6-디이소시아네이트, 디페닐메탄-2，4'-디이소시아네이트(MDI), 2，2'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 디페닐메탄-4ㅡ4'- 디이소시아네이트(MDI) 및 나프틸렌-1,5-이소시아네이트(NDI) 등의 디이소시아네이트와 폴리에테르계 폴리올， 폴리에스테르계 폴리올， 폴리락톤계 폴리을， 폴리을레핀계 폴리올，및 피마자유계 폴리올 등의 폴리올의 중합에 의해 제조된다. 상기 폴리우레탄계 수지는 중량평균분자량이 3000 내지 800,000, 바람직하기로 5000 내지 500,000인을 사용하는 것이 상기 효과 확보에 유리하다.

또한, 폴리에스테르계 수지와 폴리우레탄계 수지는 전체 100 중량%가 되도록 제1 코팅층 내에 폴리에스테르계 수지는 30 내지 60 중량%, 바람직하기로 35 내지 55 중량%로 사용하고, 폴리우레탄계 수지는 15 내지 50 중량%, 바람직하기로 20 내지 45 중량%로 사용한다. 만약, 폴리에스테르계 수지나 폴리우레탄계 수지의 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

폴리에스테르계 수지나 폴리우레탄계 수지는 난연성이 부족하여 이를 보완하기 위해 난연제를 사용한다. 알려진 바의 난연제는 그 종류가 매우 많으며, 본 발명에서는 제1 코팅층과 제2 코팅층의 난연제를 서로 달리하되 특정 조성으로 한정함으로써 난연제의 사용에 따른 효과를 극대화할 수 있다.

제1 코팅층은 인계 난연제와 브롬계 난연제를 함께 사용한다.

인계 난연제로는 적인, 포스페이트(phosphate), 포스포네이트(phosphonate), 포스피네이트(phosphinate), 포스핀옥사이드(phosphine oxide), 포스파젠(phosphazene) 및 이들의 금속염 등을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 적용될 수 있다. 상기 포스페이트는 비스페놀-A형 유도 올리고머형 인산 에스테르계 난연제, 레조시놀 유도 올리고머형 인산 에스테르계 난연제 등의 형태를 가질 수 있다. 이러한 인산 에스테르계 난연제의 비한정적인 예로는 비스페놀 A 디포스페이트, 디페닐포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리자이레닐포스페이트, 트리(2,6-디메틸페닐)포스페이트, 트리(2,4,6-트리메틸페닐)포스페이트, 트리(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트, 트리(2,6-디메틸페닐)포스페이트, 레조시놀 비스(디페닐)포스페이트, 레조시놀 비스(2,6-디메틸페닐)포스페이트, 레조시놀 비스(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트, 하이드로퀴놀 비스(2,6-디메틸페닐)포스페이트, 하이드로퀴놀 비스(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트, 9,10-다이하디드로-9-옥사-포스파페난트렌-10-옥사이드 또는 10-벤질-9,10-다이하디드로-9-옥사-포스파페난트렌-10-옥사이드 등을 예시할 수 있다. 상기 인산 에스테르계 난연제는 단독 또는 2종 이상의 혼합물의 형태로 적용될 수 있다.

브롬계 난연제로는 우수한 내열성과 내후성을 갖는 효과가 있으며, 헥사브로모싸이클로도데칸, 테트라브로모싸이클로옥탄, 모노클로로펜타브로모싸이클로헥산, 데카브로모디페닐옥사이드, 옥타브로모디페닐옥사이드, 데카브로모디페닐에탄, 에틸렌비스(테트라브로모프탈이미드), 테트라브로모비스페놀A, 브로미네이티드 에폭시 올리고머, 비스(트리브로모페녹시)에탄, 트리스(트리브로모페닐) 시아누레이트, 테트라브로모비스페놀 A 비스(알릴에테르) 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 이중 테트라브로모싸이클로옥탄과 하기 화학식 1을 갖는 트리스(트리브로모 페닐)시아누레이트인 것이 가장 바람직하다.

[화학식 1]

바람직하기로는 9,10-다이하디드로-9-옥사-포스파페난트렌-10-옥사이드 또는 10-벤질-9,10-다이하디드로-9-옥사-포스파페난트렌-10-옥사이드 등의 난연제, 레조시놀 유도 올리고머형 인산 에스테르계 난연제와 테트라브로모싸이클로옥탄, 트리스(트리브로모 페닐)시아누레이트의 조합을 사용한다.

또한, 인계 난연제와 브롬계 난연제는 전체 100 중량%가 되도록 제1 코팅층 내에 인계 난연제는 1 내지 10 중량%, 바람직하기로 2 내지 8 중량%로 사용하고, 브롬계 난연제는 0.1 내지 5 중량%, 바람직하기로 1 내지 3 중량%로 사용한다. 만약, 인계 난연제와 브롬계 난연제의 함량이 상기 범위 미만이면 로프사의 표면에 불꽃이 쉽게 발화하지 않고, 지속적인 화염 접염시에도 연기 밀도를 낮추고자 하는 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다. 바람직하기로 인계 난연제를 좀더 과량으로 사용할 경우 우수한 물성을 확보할 수 있다.

본 발명에서는 안티몬계 난연조제를 사용하여 상기 인계 및 브롬계 난연제와 함께 사용하면 시너지 효과에 의하여, 난연성을 크게 향상시킨다. 구체적으로, 안티몬계 난연조제를 사용하여 초기 접염시간이 길어도 직물의 표면에서 불꽃이 쉽게 발화하지 않는다. 따라서 초기 접염순간이 2 내지 3 배 정도 길어졌다.

이러한 안티몬계 난연조제는 일례로 삼산화 안티몬, 오산화 안티몬, 금속 안티몬 및 삼염화 안티몬으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명에서 안티몬계 난연조제의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제1 코팅층 내에 0.1 내지 5 중량%, 바람직하기로 0.5 내지 3 중량%로 사용한다. 만약, 안티몬계 난연조제의 함량이 상기 범위 미만이면 초기 접염시간 지연 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

또한, 본 발명의 제1 코팅층은 수산화마그네슘을 포함한다.

수산화마그네슘은 열방출 온도가 300~320℃이기 때문에 물과 탄산가스를 320~350℃에서 방출하여 초기 화염 접염시간을 길게 하여 직물의 표면에서 쉽게 불꽃이 발화하지 않게 하며, 지속적인 화염 접염시에도 수지와 바인더가 타면서 발생하는 연기 밀도가 최소화 된다. 예를 들면, 직물이 320~350℃의 화염에 노출되었을 때 발생하는 연기 밀도가 400cc/㎠에서 200cc/㎠ 이하로 감소된다. 상기 수산화마그네슘은 배합량당 난연효과가 다른 무기계 난연제인 수산화알루미늄보다 우수하며, 가격이 싸고 유독 가스 및 연기발생을 억지하는 등의 장점이 있다.

본 발명에서 수산화마그네슘의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제1 코팅층 내에 0.1 내지 5 중량%, 바람직하기로 0.5 내지 3 중량%로 사용한다. 만약, 수산화마그네슘의 함량이 상기 범위 미만이면 초기 화염 접염시간 지연 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

또한, 본 발명의 제1 코팅층은 내열성을 더욱 높이기 위해 중공형 지르코니아를 포함한다.

중공형 지르코니아는 0.02∼2.0mm 입도 범위를 사용함이 바람직하다. 이와 같은 입도 범위는 카본 함유 내화물 표면에 코팅층을 형성하는 방법에 따라서 첨가 원료의 입도범위가 달라지며, 스프레이 도포시에는 0.02∼1.0mm가 양호하다. 이러한 중공지르코니아는 중공알루미나에 비해 융점이 높고 열전도율이 수분의 1 정도로 내열성 및 단열성이 우수하고, 용강 및 슬라그 성분과 반응하지 않기 때문에 내침식성 또한 기존에 사용하는 통상적인 원료에 비해 대단히 우수하다. 특히, 상기와 같은 중공형 지르코니아는 원료 자체의 특성이 뛰어나므로 기존의 중공원료를 일부 또는 전부 대치하여 단열성 및 내식성 증가로 사용수명의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에서 중공형 지르코니아의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제1 코팅층 내에 0.5 내지 10 중량%, 바람직하기로 1 내지 5 중량%로 사용한다. 만약, 중공형 지르코니아의 함량이 상기 범위 미만이면 내열성 증가 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

물은 전술한 바의 조성의 혼합을 위해 사용하고, 제1 코팅층 형성용 조성물을 코팅시 농도를 조절한다. 물의 함량은 조성의 균일한 혼합과 코팅하기에 적절한 농도를 유지할 수준으로 사용한다. 일례로, 제1 코팅층 형성용 조성물 함량 100 중량부에 대해 50 내지 500 중량부 범위 내에서 사용한다.

코팅 방법은 통상적인 습식 코팅 방법으로 수행하며, 스프레이 코팅, 딥-코팅, 닥터 블레이드 코팅, 그라비아 코팅, 마이크로 그라비아 코팅, 바코팅 방식을 사용한다. 이러한 코팅은 롤-투-롤 공정으로 수행가능하다.

제1 코팅층은 로프사의 적어도 일면, 즉 단면 또는 양면에 0.1 내지 0.3mm 두께로 형성된다. 만약 그 두께가 상기 범위 미만이면 전술한 바의 효과를 얻을 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 소방원단의 두께가 상대적으로 증가하므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.

제2 코팅층

또한, 본 발명의 안전 로프는 제1 코팅층 상에 제2 코팅층을 형성한다.

제2 코팅층은 방염 효과 및 내열성이 강조된 제2 코팅층 형성용 조성물을 이용한 코팅 방식으로 형성하며, 상기 제2 코팅층은 실리콘계 변성 수지, 실란 커플링제, 무기계 난연제, 흑연, 내열 안정제 및 자외선 차단제를 포함한다.

실리콘계 변성 수지는 제2 코팅층을 구성하는 각 조성을 균일하게 분산시키는 매트릭스 역할과 함께 제1 코팅층 상에 밀착될 수 있는 것으로 바인더 역할을 한다. 상기 실리콘계 변성 수지는 실리콘 변성 폴리우레탄 수지, 실리콘 변성 폴리에스테르 수지가 사용될 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종을 혼합하여 사용한다.

실리콘 변성 폴리우레탄 수지, 실리콘 변성 폴리에스테르 수지는 전술한 바의 폴리우레탄 수지 및 폴리에스테르 수지의 중합 중 또는 중합 이후 실리콘 수지와 결합시켜 제조한다. 이때 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane) 등이 가능하며,

이러한 실리콘계 변성 수지는 제1 코팅층의 바인더 수지인 폴리에스테르계 수지와 폴리우레탄계 수지에 대한 부착력이 우수하다. 또한, 실리콘 수지 자체의 소수성으로 인해 방수 기능까지 더불어 확보할 수 있다.

본 발명에서 실리콘계 변성 수지의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제2 코팅층 내에 60 내지 90 중량%, 바람직하기로 70 내지 85 중량%로 사용한다. 만약, 실리콘계 변성 수지의 함량이 상기 범위 미만이면 첨가제의 균일한 분산 및 전술한 바의 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

상기 실리콘 수지와 혼합이 용이하고 제1 코팅층에 대한 밀착성 및 부착성을 높이기 이해, 실란 커플링제를 사용한다.

실란 커플링제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 비닐클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필디에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, p-스티릴트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸부틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 실란 커플링제의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제2 코팅층 내에 1 내지 10 중량%, 바람직하기로 2 내지 7 중량%로 사용한다. 만약, 실란 커플링제의 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 밀착성 및 부착성 증가 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

실리콘계 변성 폴리에스테르계 수지나 실리콘 변성 폴리우레탄계 수지는 난연성이 부족하여 이를 보완하기 위해 난연제를 사용한다. 알려진 바의 난연제는 그 종류가 매우 많으며, 본 발명에서는 제2 코팅층의 난연제로, 유기계 난연제보다 방염성이 우수한 무기계 난연제를 사용하여 화염을 우선적으로 차단하도록 한다.

무기계 난연제로는 산화주석, 수산화지르코늄, 수산화알루미늄, 및 메타붕산바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하기로 수산화지르코늄을 사용한다.

본 발명에서 무기계 난연제의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제2 코팅층 내에 1 내지 10 중량%, 바람직하기로 2 내지 8 중량%로 사용한다. 만약, 무기계 난연제의 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 화염 차단 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

본 발명에서 제2 코팅층은 흑연을 사용한다. 상기 흑연은 판상구조를 갖고 잇어 가열시 층과 층사이의 가스 또는 액체의 부피가 팽창하면서 흑연도 팽창시켜 약 20~100배까지 팽창이 이루어질 수 있다.

따라서, 흑연을 사용하면 화재시 열에 의해 흑연이 팽창되어 단열층을 형성함으로써 외부의 열과 피도포물 사이의 간격을 증가시키면서 단열기능을 제공해 화재에 의한 고열이 피도포물에 전달되는 것을 최소화하여 열에 의한 피도포물이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 화재가 발생되면 고온에 의해 도포면과 피도포면 사이의 온도가 상승하고 산촉매작용으로 가스가 발생되며, 발생된 가스는 일정시간까지 수지층에 의해 가스를 내부에 충전시키고, 일정수지의 용융점에 도달하게 되면 도포면의 수포가 터지면서 동시에 발포성인 흑연이 팽창되어 열차단막층을 형성한다. 상기 흑연팽창은 200~300℃ 사이에 동시다발로 발생되며 내부에 발포성분인 흑연이 소진될 때까지 발포가 계속됨으로서 시간이 흐를수록 화염과 열을 차단하는 단열층의 두께가 증가된다.

이러한 흑연(석묵)으로는 판상모양을 갖는 인상흑연 또는 고결정질 흑연등이 사용될 수 있으며, 팽창효율을 증대시키기 위해서는 흑연을 가공한 팽창흑연(expanded graphite)을 사용할 수 있다.

상기 흑연은 50 내지 100 mesh 사이즈인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 50 mesh 이하를 통과한 흑연은 굵기가 커서 도포시 도포면으로부터 과도하게 돌출됨은 물론 수지와의 혼합시 균일한 혼합이 잘 이루어지지 않는 단점이 있으며, 100 mesh 이상을 통과한 흑연은 굵기가 미세하여 발포 정도가 낮아 제2 코팅층의 두께가 얇게 형성되어 단열 효능이 낮아지므로 상기 mesh 범위를 통과한 흑연을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 흑연의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제2 코팅층 내에 5 내지 20 중량%, 바람직하기로 7 내지 15 중량%로 사용한다. 만약, 흑연의 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 열 차단 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

바인더 수지로 사용하는 실리콘계 변성 수지는 시간이 지날수록 열화되기 때문에 이를 방지하기 위해, 본 발명의 제2 코팅층은 내열 안정성을 위해 내열 안정제를 사용한다.

내열 안정제로는 트리칼슘포스페이트 또는 하기 화학식 2의 하이드로탈사이트 입자를 사용한다.

[화학식 1]

[(Ca)_a(Mg)_b(Zn)_c]_1-xAl_x(OH)₂(An^-)_x/n · mH₂O

(화학식 2에서, 0.00004 ≤≤ a ≤≤ 0.0073, 0.7809 ≤≤ b ≤≤0.9999, 0 ≤≤ c ≤≤ 0.219, a + b + c 1, 0.20 ≤≤ x ≤ 0.36, An^-는 n의 원자가를 가지는 하나 이상의 음이온, 0 ≤≤ m < 1이다.)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하이드로탈사이트 입자를 구성하는 Ca 성분의 함량은 하이드로탈사이트 총량을 기준으로 20 내지 3000 ppm, 바람직하게는 200 내지 3000 ppm, 더욱 바람직하게는 500 내지 2000 ppm의 범위일 수 있다.

이러한 내열 안정제는 구형의 입자로서, 레이저 회절 산란법으로 측정된 평균 입경이 0.3 내지 3.0 ㎛, 바람직하게는 0.5 내지 2.0 ㎛를 가져, 높은 분산 안정성으로 조성물 내 존재하고, 코팅 후 제2 코팅층 내 균일하게 도포될 수 있다.

본 발명에서 내열 안정제의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제2 코팅층 내에 0.1 내지 5 중량%, 바람직하기로 0.5 내지 3 중량%로 사용한다. 만약, 내열 안정제의 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 내열 안정 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

제2 코팅층에 사용하는 또 다른 조성으로 자외선 차단제를 사용하여 자외선에 노출되어 발생될 수 있는 안전 로프의 수명 감소를 방지할 수 있고, 시각적 효과도 향상시킬 수 있다.

사용 가능한 자외선 차단제로는 내열성이 우수한 무기계 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로 티타늄 옥사이드, 징크 옥사이드 단독 또는 이들의 혼합물을 사용한다. 이들은 흰색을 나타내는 것으로, 과도하게 사용할 경우 안전 로프의 색상이 달라지거나, 염색후 염색 색상이 달라질 수 있으므로 그 함량을 한정한다.

본 발명에서 자외선 차단제의 함량은 전체 100 중량%가 되도록 제2 코팅층 내에 0.01 내지 1.0 중량%, 바람직하기로 0.03 내지 0.5 중량%로 사용한다. 만약, 자외선 차단제의 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 자외선 차단 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 적어 이 또한 전술한 바의 효과를 확보할 수 없다.

물은 전술한 바의 조성의 혼합을 위해 사용하고, 제2코팅 조성물을 코팅시 농도를 조절한다. 물의 함량은 조성의 균일한 혼합과 코팅하기에 적절한 농도를 유지할 수준으로 사용한다. 일례로, 제2 코팅층 고형분 조성물 함량 100 중량부에 대해 50 내지 500 중량부 범위 내에서 사용한다.

제2코팅 조성물은 제1 코팅층의 적어도 일면, 즉 단면 또는 양면에 1.0 내지 0.lmm 두께로 코팅한다. 만약 그 두께가 상기 범위 미만이면 전술한 바의 효과를 얻을 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 낮은 유연성으로 인해 표면이 갈라지거나 하는 등 막 특성이 저하되므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.

이때 코팅 방법은 통상적인 습식 코팅 방법으로 수행하며, 스프레이 코팅, 딥-코팅, 닥터 블레이드 코팅, 그라비아 코팅, 마이크로 그라비아 코팅, 바코팅 방식을 사용한다. 이러한 코팅은 롤-투-롤 공정으로 수행가능하다.

무기 산화물층

추가로, 본 발명의 안전 로프는 제2 코팅층 상에 무기 산화물층을 형성하여 안전 로프의 인열강도와 인장강도를 보강할 수 있다.

무기 산화물로는 나트륨， 실리콘， 알루미늄， 철 , 칼슘 및 마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 즉， 상기 무기입자는 나트륨 산화물， 실리콘 산화물， 알루미늄 산화물， 철 산화물， 칼슘 산화물，마그네슘 산화물 또는 이들의 2종 이상의 흔합물을 포함할 수 있다.

이러한 무기 산화물층은 증착 등의 공정을 통해 형성하며, 일례로 진공 증착법, 전자선 증착법, 스퍼터링(Sputtering), 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD) 중 하나의 방법으로 사용할 수 있다.

무기산화물층의 두께는 최대 100㎛ 이하의 두께로 코팅한다. 만약 그 두께가 상기 범위를 초과하면 낮은 유연성으로 인해 표면이 갈라지거나 하는 등 막 특성이 저하되므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.

전술한 바의 층 구성을 갖는 본 발명에 따른 안전 로프는 일정 크기의 직경, 일례로 5mm 6mm, 8mm, 10mm, 12mm, 14mm, 16mm, 18mm 등을 갖도록 제작 후 재단하여 소비자에게 제공된다.

본 발명에 따른 안전 로프는 인명을 구조하기 위한 인명 로프, 가정집, 건축 현장, 캠핑장 등에 사용하거나 출입 금지 구역, 안전난간, 울타리, 펜스 주차 안내선 등 다양한 분야에 사용하며, 종래 PP 또는 PE 재질의 안전 로프 대비 화재시 방염 효과 및 내열성이 우수하여, 폴리아라미드사로 이루어진 내열 로프와 동등 수준의 효과를 갖는다. 또한, 불과 접촉하더라도 쉽게 발화하지 않고 유독 가스 발생이 거의 없으며, 내수성이 우수하여 다양한 분야에 사용 가능하다는 이점이 있다.

[실시예]

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

실시예 1

(1) 제1 코팅층 형성용 조성물 제조

혼합기에 폴리에스테르계 수지 50 중량%, 폴리우레탄계 수지 40 중량%, 인계 난연제(9,10-다이하디드로-9-옥사-포스파페난트렌-10-옥사이드) 3 중량%, 브롬계 난연제(트리스(트리브로모 페닐)시아누레이트) 1 중량%, 안티몬계 난연조제(삼산화 안티몬) 0.5 중량%, 수산화마그네슘 0.5 중량%, 섬유 침투제(이소프로필 알코올) 1 중량%, 및 중공형 지르코니아(평균입도 1.5mm) 4 중량%를 넣고, 이들 조성 100 중량부 대비 200 중량부의 물을 첨가 후 균일하게 혼합하여 제1 코팅층 형성용 조성물을 제조하였다.

(2) 제2 코팅층 형성용 조성물 제조

혼합기에 실리콘계 우레탄 변성 수지 80 중량%, 실란 커플링제(3-글리시독시프로필트리메톡시실란) 5 중량%, 무기계 난연제(수산화지르코늄) 5 중량%, 팽창 흑연(평균 입도 60 mesh) 5 중량%, 내열 안정제(트리칼슘포스페이트) 4.5 중량% 및 자외선 차단제 0.5 중량%를 넣고, 이들 조성 100 중량부 대비 200 중량부의 물을 첨가 후 균일하게 혼합하여 제2 코팅층 형성용 조성물을 제조하였다.

(3) 안전 로프 제조

시판되는 폴리에틸렌 안전 로프(직경 0.5mm)를 구입하고, 여기에 제1 코팅층 형성용 조성물 내 담근 후 꺼내 60℃로 건조하여 제1 코팅층을 형성하였고, 이어 제2 코팅층 형성용 조성물 내 담근 후 꺼내 60℃로 건조하여 제2 코팅층을 형성하여 안전 로프(제1 코팅층/제2 코팅층= 0.1mm/1.5mm)를 제작하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 제2 코팅층의 일면에 증착을 통해 알루미늄 산화층을 증착하여 소방 담요(제1 코팅층/제2 코팅층/알루미늄 산화물= 0.1mm/1.5mm/30㎛)를 제작하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 제1 코팅층(두께 0.1mm)만 형성하여 안전 로프를 제작하였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 제2 코팅층(두께 1.5mm)만 형성하여 안전 로프를 제작하였다.

비교예 3

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 제1 코팅층과 제2 코팅층의 순서를 달리하여 안전 로프를 제작하였다.

실험예 1

상기 실시예 및 비교예에서 제작한 안전 로프의 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때 대조예 1은 시판되는 PE 안전 로프이고, 대조예 2는 폴리아라미드 내열 로프(텐돈 방염로프 아라미드 11mm, 프랑스 COUSIN 사 제품)를 의미한다.

방염 성능은 소방법상 정해진 규격에 의거하여 수행하였다.

- 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태가 그칠 때까지 시간은 20초 이내(잔염시간)

- 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소하는 상태가 그칠때까지 30초 이내(탄화면적은 50 c㎡ 이내 ,탄화길이는 20 cm 이내

- 불꽃에 의해 완전히 녹을때까지 접촉회수는 3회 이상 (접염회수)

- 발연량(시료를 태울때 발생하는 연기의 양)최대연기 밀도는 400 이하

	연소가스 발생량(cc/㎠, KS F ISO 5660-1)	내열성 (℃,KS F 2257)	방염 성능검사
실시예 1	124	440	합격
실시예 2	119	445	합격
대조예 1	232	154	불합격
대조예 2	82	450	합격
비교예 1	225	235	불합격
비교예 2	231	271	불합격
비교예 3	210	329	불합격

상기 표 1을 보면, 본 발명에 따른 다층 구조의 코팅층이 형성된 안전 로프는 물성이 우수하고, 화염에 잘 견딜뿐만 아니라 연소 가스의 발생량이 적음을 알 수 있다.

Claims

합성 섬유 원사로 이루어진 다수의 스트랜드가 꼬여진 로프사;
상기 로프사 상에 형성되며, 조성의 총합이 100 중량%를 만족하도록, 폴리에스테르계 수지 30 내지 60 중량%, 폴리우레탄계 수지 15 내지 50 중량%, 인계 난연제 1 내지 10 중량%, 브롬계 난연제 0.5 내지 5 중량%, 안티몬계 난연조제 0.1 내지 5 중량%, 수산화마그네슘 0.1 내지 5 중량%, 및 중공형 지르코니아 0.5 내지 10 중량%를 포함하는 제1 코팅층; 및
상기 제1 코팅층 상에 형성되며, 조성의 총합이 100 중량%를 만족하도록, 실리콘계 변성 수지 60 내지 90 중량%, 실란 커플링제 1 내지 10 중량%, 무기계 난연제 1 내지 10 중량%, 흑연 5 내지 20 중량%, 내열 안정제 0.1 내지 5 중량%, 및 자외선 차단제 0.01 내지 1.0 중량%를 포함하는 제2 코팅층;를 포함하는,
안전 로프.
제1항에 있어서,
상기 합성 섬유 원사는 폴리에스터, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌과 구라론을 포함하는 폴리텍스, 파이렌, 나일론과 피피 멀티 필라멘트 섬유를 포함하는 멀티론 중 어느 하나인, 안전 로프.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 스트랜드 중 어느 하나는 형광 염료가 염색된, 안전 로프.
제1항에 있어서,
상기 제2 코팅층 상에 무기 산화물층을 더욱 형성하는, 안전 로프.
제1항에 있어서,
상기 제1 코팅층은 두께가 0.1 내지 0.3mm 이고,
제2 코팅층은 두께가 0.1 내지 2.0mm 인, 안전 로프.