KR101980366B1 - 목재용 방염 조성물 및 이를 이용한 목재의 방염 처리 방법 - Google Patents

목재용 방염 조성물 및 이를 이용한 목재의 방염 처리 방법 Download PDF

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Abstract

목재의 다공성 구조에 대한 침투성이 우수한 목재용 방염 조성물 및 이를 이용한 목재의 방염 방법이 개시된다. 상기 목재용 방염 조성물은, (니트릴로트리스(메틸렌))트리스포스포닉산 암모늄염 및 디메틸 메틸포스포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유기 인산염; 하기 화학식 2로 표시되는 글리콜에테르 화합물을 포함하는 침투제; 하기 화학식 3으로 표시되는 히드록시 실리콘 화합물 전구체; 및 용매로서 물을 포함한다.
[화학식 2]
Figure 112017072520266-pat00007

상기 화학식 2에서, n은 1 내지 3의 정수이다.
[화학식 3]
H2N-R1-Si(OR2)3
상기 화학식 3에서, R1은 탄소수 1 내지 5의 알킬기로서, 하나 이상의 아민기를 포함할 수 있고, R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.

Description

목재용 방염 조성물 및 이를 이용한 목재의 방염 처리 방법{Flame retardant composition for wood and method for flame retarding treatment of wood}
본 발명은 목재용 방염 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 목재의 다공성 구조에 대한 침투성이 우수한 목재용 방염 조성물 및 이를 이용한 목재의 방염 방법에 관한 것이다.
일상생활에서 사용되는 일부 가연성 물체에 대하여는 방염(防炎, flame retardancy) 처리를 수행할 필요가 있다. 예를 들면, 커튼, 칸막이, 출입문 등의 건축 내외장재, 차량, 기차, 선박, 항공기 등 각종 교통 수단의 내외장재, 각종 전기, 전자 제품의 가연성 부품, 완구류, 의류, 가구, 목재로 이루어진 문화재 등에 대하여, 화재의 확산 방지를 위하여 또는 법적 규정에 의하여, 방염 처리를 수행하여야 한다. 우리나라의 경우, 고층 건물, 극장, 호텔, 병원 등 특수 장소에 사용되는 합판, 섬유판, 카페트, 커텐 등이 소방법에 방염처리 대상으로 규정되어 있고, 목조문화재의 경우는 아직 소방법에 규정되어 있지 않지만, 문화재 관리국에서 별도로 방염처리를 강력히 권장하고 있다. 방염처리 대상물을 재료별로 보면, 크게, 목재류, 섬유류 및 플라스틱류의 세가지로 구분되는데, 방염 처리 대상의 종류 및 재료에 따라 방염 처리 방법이 크게 달라진다.
현존하는 우리나라 목조 문화재에서도 알 수 있는 바와 같이, 적절한 보존방법만 강구된다면 목재의 수명은 1,000년 이상인 것으로 알려져 있으나, 이러한 우수한 목조 문화재에 대한 보존기술은 현재까지 매우 취약하다. 목조 문화재는 재질이 나무이므로, 화재에 매우 취약하고, 곰팡이, 곤충 등에 대한 저항력이 약한 문제가 있다. 목조 문화재는 효과적인 방염, 방미, 방부, 방충처리 등을 하지 않을 경우, 화재 및 생물 열화에 대한 위험성이 매우 높다.
통상적인 목재 방염제로는 인산염, 황산염, 붕산 등의 수용성 무기염이 주로 사용되었다. 수용성 무기염은 방염 효과가 비교적 우수하지만, 목조 문화재에 적용하면, 건조 후 목재 표면에 결정성 분말이나 백분이 잔류하거나, 단청 색상 중 뇌록색 등에 포함되어 있는 호분의 탄산칼슘과 반응하여 황산인산칼슘 등의 불용성 염으로 변하여 백화 현상을 일으키므로, 단청의 외관을 손상시키고, 방염성도 저하되는 단점이 있다. 이러한 목조 건축물의 방염 조성물은 한국공개특허 제 2010- 0074444 호 및 제 2007-0103884 호와 한국등록특허 제 776377호 등이 개시되되 있다. 한편, 섬유용 방염제로 사용되는 유기 인산염은 백분 잔류, 백화 현상 등의 문제를 유발하지 않으나, 목재로의 침투성이 약하여, 목재용 방염제로 사용되지 못하거나, 목재 표면의 방염에만 사용되고 있는 실정이다.
특허문헌 1: 한국공개특허 10-2010-0074444호 특허문헌 2: 한국특허등록 10-0776377호 특허문헌 3: 한국공개특허 10-2007-0103884호
본 발명의 목적은, 목재의 다공성 구조에 대한 침투성이 우수한 목재용 방염 조성물 및 이를 이용한 목재의 방염 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 방염 처리되는 목재에 대하여, 백화, 박락, 얼룩 등의 오염을 유발하지 않으므로, 목조 문화재의 방염 처리에 특히 유용한 목재용 방염 조성물 및 이를 이용한 목재의 방염 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, (니트릴로트리스(메틸렌))트리스포스포닉산 암모늄염 및 디메틸 메틸포스포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유기 인산염; 하기 화학식 2로 표시되는 글리콜에테르 화합물을 포함하는 침투제; 하기 화학식 3으로 표시되는 히드록시 실리콘 화합물 전구체; 및 용매로서 물을 포함하는 목재용 방염 조성물을 제공한다.
[화학식 2]
Figure 112017072520266-pat00001
상기 화학식 2에서, n은 1 내지 3의 정수이다.
[화학식 3]
H2N-R1-Si(OR2)3
상기 화학식 3에서, R1은 탄소수 1 내지 5의 알킬기로서, 하나 이상의 아민기를 포함할 수 있고, R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.
또한, 본 발명은, 상기 목재용 방염 조성물을 목재의 표면에 도포 또는 분산시키거나, 목재를 상기 방염 조성물에 침지시킴으로써, 목재의 다공성 구조 내부로 방염 조성물을 침투시키는 단계; 및 침투된 방염 조성물을 건조시키는 단계를 포함하는 목재의 방염 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 목재용 방염 조성물은 목재의 다공성 구조에 대한 침투성이 우수하며, 방염 처리되는 목재에 대하여, 백화, 박락, 얼룩 등의 오염을 유발하지 않으므로, 목조 문화재의 방염 처리에 특히 유용하다.
도 1은 본 발명에 따른 목재용 방염 조성물이 목재 표면에 발포된 방열/방염 피막을 형성하여, 화염의 확산을 억제하는 과정을 설명하기 위한 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 목재용 방염 조성물은 방염제로서 유기 인산염, 침투제 및 히드록시 실리콘 화합물 전구체를 포함한다.
본 발명의 목재용 방염 조성물에 있어서, 방염제로 사용되는 유기 인산염(organic phosphonate)은 인(P), 바람직하게는 인(P)과 질소(N)를 포함하는 유기 화합물로서, 하기 화학식 1로 표시되는 (니트릴로트리스(메틸렌))트리스포스포닉산 암모늄염([nitrilo tris(methylene)] trisphosphonic acid, ammonium salt), 디메틸 메틸포스포네이트(Dimethyl methyl phosphonate, CH3P(O)(OCH3)2) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017072520266-pat00002
상기 화학식 1로 표시되는 유기 인산염은 화염에 의해 발포되어, 방염 성능을 나타내는 방염제의 역할을 하는 것으로서, 통상적으로 합성 섬유, 모직물, 셀룰로오즈계 섬유, 혼방직물 등의 다양한 섬유 또는 직물용 방염제로 사용되고 있으나, 목재에 대한 침투성이 부족하여, 목재에 대한 방염제로는 실질적으로 사용되지 못하고 있다.
본 발명의 목재용 방염 조성물은 방염제를 목재에 침투시키기 위한 침투제로서, 하기 화학식 2로 표시되는 글리콜에테르 화합물을 포함한다.
[화학식 2]
Figure 112017072520266-pat00003
상기 화학식 2에서, n은 1 내지 3의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 2의 정수이다. 상기 화학식 2의 n이 1인 경우, 화학식 2로 표시되는 화합물은 부틸셀로솔브(에틸렌글리콜모노부틸에테르)이고, n이 2인 경우, 화학식 2로 표시되는 화합물은 디에틸렌글리콜모노부틸에테르이며, n이 3인 경우, 화학식 2로 표시되는 화합물은 트리에틸렌글리콜모노부틸에테르이다. 본 발명의 목재용 방염제 조성물에 있어서, 상기 침투제로는 화학식 2의 n이 1인 부틸셀로솔브와 n이 2인 에틸렌글리콜모노부틸에테르의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이들을 혼합하여 사용하는 경우, 부틸셀로솔브 : 디에틸렌글리콜모노부틸에테르의 혼합비는 50 내지 70 : 30 내지 50 (중량비), 바람직하게는 55 내지 65 : 35 내지 45(중량비)이다. 여기서, 부틸셀로솔브와 에틸렌글리콜모노부틸에테르의 혼합 비율이 상기 범위를 벗어나는 경우, 목재에 대한 방염제의 침투 효과가 저하될 수 있다.
본 발명의 목재용 방염 조성물은 하기 화학식 3으로 표시되는 히드록시 실리콘(hydroxy silicon) 화합물 전구체를 포함한다.
[화학식 3]
H2N-R1-Si(OR2)3
상기 화학식 3에서, R1은 탄소수 1 내지 5의 알킬기로서, 필요에 따라, 하나 이상의 아민기를 포함할 수 있고, R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.
상기 히드록시 실리콘 화합물 전구체는 방염 조성물의 물과 가수분해 반응하여, 히드록시 실리콘 화합물을 형성하고, 히드록시 실리콘 화합물의 형태로 목재에 침투된다. 히드록시 실리콘 화합물은 표면 장력이 낮으므로, 목재에 대한 침투성이 우수하고, 방염제로 사용되는 유기 인산염의 침투를 촉진할 뿐만 아니라, 화염 발생시, 목재와 가교되어, 목재 표면에 방열/방염 발포 피막을 형성한다. 상기 히드록시 실리콘 화합물 전구체의 예로는, 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyl triethoxysilane), N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민(N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine), 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 목재용 방염 조성물은 방염제, 침투제, 및 히드록시 실리콘 화합물 전구체를 용해시키며, 방염 조성물이 목재로 침투되는 것을 촉진하기 위한 용매로서 물을 포함한다. 본 발명의 목재용 방염 조성물에 있어서, 상기 유기 인산염 방염제의 함량은 10 내지 40 중량%, 바람직하게는 15 내지 35 중량%이고, 상기 침투제의 함량은 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 8 중량%이고, 상기 히드록시 실리콘 화합물 전구체의 함량은 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 8 중량%이며, 나머지 성분은 물로서, 상기 물의 함량은 40 내지 88 중량%, 바람직하게는 49 내지 79 중량%이다. 여기서, 상기 방염제의 함량이 너무 작으면, 방염 조성물의 방염 특성이 저하될 우려가 있고, 상기 방염제의 함량이 너무 많으면, 목재에 대한 방염 조성물의 침투성이 저하될 우려가 있다. 상기 침투제의 함량이 너무 작으면 목재에 대한 방염 조성물의 침투성이 저하될 우려가 있고, 상기 침투제의 함량이 너무 많으면, 조성물이 충분히 혼합되지 못하고, 층분리 현상으로 인해 백화 현상이 발생할 우려가 있다. 또한, 상기 히드록시 실리콘 화합물 전구체의 함량이 너무 작으면, 방열/방염 발포 피막의 형성이 불충분하게될 우려가 있고, 상기 히드록시 실리콘 화합물 전구체의 함량이 너무 많으면, 목재 표면에 실리콘 화합물의 결정화(백화 현상)하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 방염 조성물에 있어서, 표면 장력이 더 낮은 히드록시 실리콘 화합물과 유기 인산염 방염제를 혼합하여 사용하고, 글리콜에테르 화합물 침투제를 사용함으로써, 방염 조성물의 표면 처리성 및 분산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 히드록시 실리콘 화합물 및 유기 인산염 방염제와 목재와의 가교성이 향상되고, 가열시 목재 표면에 보다 견고한 탄화 피막을 형성시킬 수 있다.
본 발명의 방염 조성물을 이용하여 목재를 방염 처리하는 방법은, 본 발명의 방염 조성물을 목재의 표면에 도포 또는 분산시키거나, 목재를 본 발명의 방염 조성물에 침지시킴으로써, 목재의 다공성 구조 내부로 본 발명의 방염 조성물을 침투시키고, 침투된 방염 조성물을 건조시킴에 의하여 수행될 수 있다. 목재의 다공성 구조 내부로 침투된 방염 조성물은, 다공성 구조의 공극에 코팅이 되어, 방염성 화합물층을 형성하고, 화염에 노출되면, 발포 피막을 형성하여, 방염 성능을 나타낸다.
이를 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 방염 조성물이 침투된 목재가 화염에 의해 가열되면, 방염 조성물의 유기 인산염 방염제가 열분해되어 1차적으로 인산을 형성하고, 이러한 인산은 축합 반응하여, 피로포스페이트(pyrophosphate)와 물을 형성한다. 이와 같이 형성된 인산 및 피로포스페이트는 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 목재층을 탄화시켜 방열/방염 피막을 형성한다.
[반응식 1]
Figure 112017072520266-pat00004
이를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 유기 인산염 방염제가 가열되어 생성되는 인산 및 피로포스페이트는, 목재의 주요 주성분인 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin) 등에 함유된 말단 알코올기의 탈수화 반응을 촉진시켜, 물을 생성하고, 목재에 탄소-탄소 이중 결합을 생성시키며, 이 이중결합은 고온에서 가교되어 탄화층(char)을 형성시켜, 방열 및 방염층을 형성한다. 이와 같이 형성된 방열 및 방염층은, 발화에 관계된 라디칼 생성, 가소성 물질의 휘발 및 산소 확산을 억제하여, 목재 표면을 화염으로부터 분리 및 보호할 수 있다. 또한, 탄화 피막 형성 과정에서 생성된 물은 발화를 돕는 산화 가스를 희석시키는 역할도 한다.
또한, 본 발명에 따른 방염 조성물의 히드록시 실리콘 화합물은, 하기 반응식 2과 같은 형태로 목재와 가교되어, 도 1에 나타낸 바와 같이, 목재 표면에 발포된 방열/방염 피막을 형성하여, 화염의 확산을 억제한다.
[반응식 2]
Figure 112017072520266-pat00005
상기 반응식 2에서, "Hydroxy 실리콘"은 본 발명의 조성물에 사용되는 히드록시 실리콘 화합물이 축합되어 형성된 화합물로서, X는 히드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 5의 알콕시 등이고, Y는 아민기(-NH2)이며, m은 1 내지 4의 정수이고, n은 0 내지 3, 바람직하게는 1 내지 3의 정수이다.
본 발명의 방염 조성물이 적용될 수 있는 목재는, 벤치, 난간, 창문틀, 데크(deck), 문, 펜스, 놀이기구 등의 목재 건축 내외장재; 사찰, 목조 문화재 등의 목조 건축물; 목각 인형, 목재 블록 등의 목재 장식물 등을 예시할 수 있다. 특히, 본 발명의 방염 조성물은 목조 문화재에 장식된 단청색(뇌록, 양록, 장단, 군청, 삼청, 석황, 석간주, 주홍, 지당, 하엽, 다자, 육색, 먹)에 대하여, 백화, 박락, 얼룩 등의 오염을 유발하지 않으므로, 목조 문화재의 방염 처리에 특히 유용하다. 본 발명에서 "목조 문화재"라 함은 문화재 보호법에 의해 관리되는 국보, 보물, 유형 문화재 등으로 지정된 문화재는 물론, 보존가치가 있는 여타의 모든 목조 건축물, 목조 구조물을 의미한다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예 및 비교예에 있어서, 각 물성의 시험 방법은 다음과 같다.
(1) VOCs (Volatile Organic Compounds, 휘발성 유기물) 함량: 방염제 10 mL를 헤드스페이스 바이알(Headspace sampler, Perkin-elmer, USA)에 넣고, 90 ℃에서 30분간 가열하여 발생된 헤드스페이스 내의 공기를 GC/MS(Tarac GC/DSQⅡMS, ThermoFinnigan, USA)로 분석하였다.
(2) 포름알데히드 방산량: 방염제를 시험편(70 mm x 150 mm, 8장) 양면에 도포하여 증류수 300 mL를 넣은 데시케이터에 설치한다. 온도 23 ℃에서 24시간 동안 유지하여 증류수에 포함된 포름알데히드를 발색시켜 UV흡광광도계 (UV-1650PC, SHIMADZU)로 측정하였다.
(3) 중금속 함량 (Pb, Cd, Hg, Cr 6+ ): 방염제에 아세톤을 첨가하고 원심분리하여 고형분을 분리한다. 고형분에 염산을 첨가하여 30℃, 15분간 교반한 용액을, 액상 시료는 질산을 첨가하여 모두 건조한 후 증류수를 각각 50 mL로 채운다. 각 용액을 ICP, AAS, UV흡광광도계를 사용하여 분석하였다.
(4) 수소이온농도 (pH): 방염제를 pH meter로 측정하였다.
(5) 비중: 비중병에 방염제를 채우고 전ㆍ후 무게차를 이용하여 측정하였다.
(7) 내후성 평가
(a) 시험조건: 방염제가 도포된 시험편을 7일 이상 건조한 후 촉진내후성 시험기(UV2000, ATLAS, USA) 및 색차계(McBath, UK)에 설치하여 아래의 조건으로 시험하였다.
- 시험사이클 : UV 50 ℃, 4 h → 응축 40 ℃, 4 h
- 사이클반복 : 25 회, 총 200 시간
- 방사조도 : 0.63 W/m2, 램프종류 : UV-A 340 nm
(b) 측정항목
- 겉보기: 촉진내후성 시험 전후를 비교하여, 백화, 박락, 얼룩, 광택현상을 시험자의 육안으로 판단하여 이상 유무를 확인한다.
- 비교색차: 방염제를 도포한 시험편과 방염제를 도포하지 않은 공시험편을 색차계를 이용하여 시험전ㆍ후 색도를 측정하여 색차값을 구한다. 방염제를 도포한 시험편의 색차값과 방염제를 도포하지 않은 공시험편의 색차값의 차이는 각 시험편은 3.0 미만, 단청색상별 평균은 1.5 미만이어야 한다.
(8) 방염성 평가
(a) 시험조건: 방염시험기 (FL-45MC, SUGA test instrument)를 이용하여, 불꽃길이 65 mm, 가열시간 2 분에서 평가하였다.
(b) 측정항목 및 기준
- 잔염 시간: 버어너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태가 그칠 때까지의 시간, 10 초 이내
- 잔신 시간: 버어너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소하는 상태가 그칠 때까지의 시간, 30 초 이내
- 탄화 면적: 시험 후 시험편(목재)이 탄화된 부분의 면적, 50 cm2
(측정 장치: PLANIX EX(TAMAYA technics Inc., JAPAN))
- 탄화 길이: 시험 후 시험편(목재)이 탄화된 부분의 길이, 20 cm
(9) 잔류성 평가
(a) 시험조건
① 내후성 시험: 방염제가 도포된 시험편을 촉진내후성 시험기(UV 2000, ATLAS, USA)에 설치하여 아래의 조건으로 촉진내후성 시험을 실시하였다.
② 방염성 시험: 촉진내후성 시험을 진행한 시험편에 대하여, 방염시험기 (FL-45MC, SUGA test instrument)를 사용하여 방염성 시험을 실시하였다.
- 시험 사이클: UV 50 ℃, 4 h → 응축 40 ℃, 4 h
- 사이클 반복: 25 회, 총 200 시간
- 방사조도: 0.63 W/m2, 램프종류: UV-A 340 nm
- 불꽃길이: 65 mm, 가열시간: 2 분
(b) 측정항목 및 기준
- 잔염 시간: 버어너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태가 그칠 때까지의 시간, 10 초 이내
- 잔신 시간: 버어너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소하는 상태가 그칠 때까지의 시간, 30 초 이내
- 탄화 면적: 시험 후 시험편(목재)이 탄화된 부분의 면적, 55 cm2
(측정장치 : PLANIX EX(TAMAYA technics Inc., JAPAN))
- 탄화 길이: 시험 후 시험편(목재)이 탄화된 부분의 길이, 25 cm
(10) 흡습 및 건조성 평가: 방염제가 도포된 시험편과 도포하지 않은 공시험편을 각각 항온항습기(WK-340, WEISS, German) 및 색차계(McBath, UK)에 설치하여 아래의 조건으로 시험하였다.
(a) 항온ㆍ항습 시험조건
시험사이클: (50 ± 2) ℃, (95 ± 3) % R.H., 4 h → (20 ± 2) ℃, 1 h → (60 ± 2) ℃, 8 h → (20 ± 2) ℃, 1 h (사이클반복: 10 회, 총 140 시간)
(b) 측정항목
- 겉보기: 촉진내후성 시험 전후를 비교하여 백화, 박락, 얼룩현상을 시험자의 육안으로 판단하여 이상 유무를 확인한다.
- 비교색차 : 방염제를 도포한 시험편과 방염제를 도포하지 않은 공시험편을 색차계를 이용하여 시험전ㆍ후 색도를 측정하여 색차값을 구한다. 방염제를 도포한 시험편의 색차값과 방염제를 도포하지 않은 공시험편의 색차값의 차이는 각 시험편은 3.0 미만, 단청색상별 평균은 1.5 미만이어야 한다.
[실시예 1] 목재용 방염 조성물 제조 및 방염 효과의 평가
교반기가 장착된 플라스크에 물 65 중량부 및 화학식 1로 표시되는 (니트릴로트리스(메틸렌))트리스포스포닉산 암모늄염(AMGUARD DR) 25 중량부를 투입하고, 교반하면서 2시간 동안 혼합하였다. 제조된 혼합액에, 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyl triethoxysilane) 5 중량부를 투입하고, 1시간 45분 동안 교반하고, 침투제로서, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르와 부틸셀로솔브의 4 : 6(중량비) 혼합물 5 중량부를 투입하고, 2시간 30분 동안 교반하여 목재용 방염 조성물을 제조하였다.
제조된 방염 조성물에 대하여, 유해물질 함유여부 및 기본 물성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었고, 내후성을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었으며, 방염성을 평가하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
시험항목 단위 결과 기준 시험방법
VOCs g/L 검출안됨 50 KS M ISO 11890-2
포름알데히드 방산량 mg/L 검출안됨 1.0 KS M 1998-4
납 (Pb) mg/kg 검출안됨 합계
0.1 %
이하		 KS M ISO 3856-1
카드뮴 (Cd) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-4
수은 (Hg) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-7
6가크롬 (Cr6+) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-5
수소이온농도 (pH, 21 ℃) - 7.1 6 ~ 8 KS M 0011
구성성분 - 이상없음 이상 없음 FTIR, XRD
밀도(비중, 23 ℃) g/mL 1.14 1.08~1.16 KS M ISO 2811-1
시료
(단청안료)		 시료(방염제 도포)
색차(ΔE*ab)		 공시험(방염제미도포) 색차(ΔE*ab) 비교 색차
개별 색차 평균 색차
뇌록 1 2.13 1.23 0.90 0.83
2 2.06 1.86 0.21
3 3.31 1.93 1.38
양록 1 0.68 1.01 0.33 0.64
2 0.95 1.40 0.45
3 1.06 2.19 1.13
장단 1 0.60 0.87 0.27 1.03
2 1.47 0.99 0.47
3 0.70 3.03 2.33
군청 1 0.78 2.04 1.26 1.05
2 0.67 1.89 1.22
3 1.09 1.74 0.65
삼청 1 1.47 1.73 0.26 1.30
2 3.29 1.50 1.80
3 3.61 1.76 1.85
석황 1 3.46 5.81 2.35 1.03
2 2.79 2.94 0.14
3 2.18 2.76 0.58
석간주 1 3.27 3.59 0.32 0.41
2 2.56 3.25 0.69
3 2.31 2.08 0.22
주홍 1 7.45 6.00 1.45 3.24
2 10.15 6.64 3.51
3 9.29 4.54 4.75
지당 1 1.36 0.83 0.53 0.93
2 0.90 1.37 0.47
3 1.78 3.57 1.79
하엽 1 1.52 0.67 0.82 1.05
2 1.49 1.11 0.38
3 2.39 4.32 1.94
다자 1 0.60 0.25 0.35 0.28
2 0.54 0.24 0.30
3 0.46 0.28 0.18
육색 1 1.58 1.56 0.02 0.47
2 2.32 1.38 0.94
3 1.51 1.07 0.44
먹 1 0.81 1.02 0.21 0.23
2 0.92 0.94 0.01
3 1.45 0.97 0.48
시료 잔염시간 (초) 잔신시간 (초) 탄화면적 (㎠) 탄화길이 (㎝)
뇌록 2 0 33.4 8.0
양록 1 0 35.8 7.7
장단 3 0 36.8 8.7
군청 1 0 32.7 10.0
삼청 1 0 28.3 8.7
석황 0 0 35.2 8.3
석간주 1 0 33.8 7.7
주홍 3 0 33.3 9.3
지당 0 0 32.8 9.0
하엽 5 0 39.5 7.3
다자 0 0 25.9 8.7
육색 0 0 32.6 8.3
먹 2 0 35.6 7.7
미도포 0 0 27.5 8.3
[실시예 2] 목재용 방염 조성물 제조 및 방염 효과의 평가
침투제로서 디에틸렌글리콜모노부틸에테르와 부틸셀로솔브의 4 : 6(중량비) 혼합물 5 중량부 대신, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 5 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 목재용 방염 조성물을 제조하였다.
제조된 방염 조성물에 대하여, 유해물질 함유여부 및 기본 물성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었고, 내후성을 평가하여 그 결과를 표 5에 나타내었으며, 방염성을 평가하여, 그 결과를 표 6에 나타내었다.
시험항목 단위 결과 기준 시험방법
VOCs g/L 검출안됨 50 KS M ISO 11890-2
포름알데히드 방산량 mg/L 검출안됨 1.0 KS M 1998-4
납 (Pb) mg/kg 검출안됨 합계
0.1 %
이하		 KS M ISO 3856-1
카드뮴 (Cd) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-4
수은 (Hg) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-7
6가크롬 (Cr6+) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-5
수소이온농도(pH, 21 ℃) - 7.1 6 ~ 8 KS M 0011
구성성분 - 이상없음 이상없음 FTIR, XRD
밀도 (비중, 23 )℃ g/mL 1.14 1.08~1.16 KS M ISO 2811-1
시료
(단청안료)		 시료(방염제 도포)
색차(ΔE*ab)		 공시험(방염제미도포) 색차(ΔE*ab) 비교 색차
개별 색차 평균 색차
뇌록 1 1.57 0.67 0.9 1.00
2 1.38 1.11 0.27
3 2.48 4.32 1.84
양록 1 3.77 5.81 2.04 0.86
2 2.82 2.94 0.12
3 2.35 2.76 0.41
장단 1 1.80 1.73 0.07 1.38
2 3.44 1.50 1.94
3 3.90 1.76 2.14
군청 1 3.64 3.59 0.05 0.35
2 2.55 3.25 0.7
3 2.37 2.08 0.29
삼청 1 1.24 0.83 0.41 0.83
2 0.99 1.37 0.38
3 1.87 3.57 1.7
석황 1 7.10 6.00 1.10 1.30
2 7.87 6.64 1.23
3 6.12 4.54 1.58
석간주 1 0.71 0.87 0.16 0.26
2 1.35 0.99 0.36
3 2.78 3.03 0.25
주홍 1 0.87 2.04 1.17 0.78
2 0.98 1.89 0.91
3 1.48 1.74 0.26
지당 1 0.97 1.02 0.05 0.23
2 0.99 0.94 0.05
3 1.55 0.97 0.58
하엽 1 1.68 1.56 0.12 0.71
2 2.88 1.38 1.50
3 1.58 1.07 0.51
다자 1 0.99 1.01 0.02 0.20
2 1.23 1.40 0.17
3 1.78 2.19 0.41
육색 1 2.86 1.23 1.63 1.02
2 2.22 1.86 0.36
3 2.99 1.93 1.06
먹 1 0.77 0.25 0.52 0.60
2 0.98 0.24 0.74
3 0.82 0.28 0.54
시료 잔염시간 (초) 잔신시간 (초) 탄화면적 (㎠) 탄화길이 (㎝)
뇌록 1 0 35 9
양록 0 0 37 8
장단 0 0 38 9
군청 0 0 40 8
삼청 1 0 36 8
석황 6 0 34 10
석간주 0 0 39 9
주홍 0 0 37 9
지당 0 0 39 10
하엽 0 0 36 9
다자 0 0 35 9
육색 1 0 36 8
먹 0 0 38 11
미도포 0 0 35 8
[실시예 3] 목재용 방염 조성물 제조 및 방염 효과의 평가
침투제로서 디에틸렌글리콜모노부틸에테르와 부틸셀로솔브의 4 : 6(중량비) 혼합물 5 중량부 대신, 부틸셀로솔브 5 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 목재용 방염 조성물을 제조하였다.
제조된 방염 조성물에 대하여, 유해물질 함유여부 및 기본 물성을 평가하여 그 결과를 표 7에 나타내었고, 내후성을 평가하여 그 결과를 표 8에 나타내었으며, 방염성을 평가하여, 그 결과를 표 9에 나타내었다.
시험항목 단위 결과 기준 시험방법
VOCs g/L 검출안됨 50 KS M ISO 11890-2
포름알데히드 방산량 mg/L 검출안됨 1.0 KS M 1998-4
납 (Pb) mg/kg 검출안됨 합계
0.1 %
이하		 KS M ISO 3856-1
카드뮴 (Cd) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-4
수은 (Hg) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-7
6가크롬 (Cr6+) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-5
수소이온농도(pH, 21 ℃) - 7.1 6 ~ 8 KS M 0011
구성성분 - 이상없음 이상없음 FTIR, XRD
밀도 (비중, 23 )℃ g/mL 1.14 1.08~1.16 KS M ISO 2811-1
시료
(단청안료)		 시료(방염제 도포)
색차(ΔE*ab)		 공시험(방염제미도포)
색차(ΔE*ab)		 비교 색차
개별 색차 평균 색차
뇌록 1 1.50 0.67 0.83 0.87
2 1.68 1.11 0.57
3 3.10 4.32 1.22
양록 1 3.55 5.81 2.26 1.09
2 2.64 2.94 0.30
3 2.05 2.76 0.71
장단 1 1.07 1.73 0.66 1.42
2 3.33 1.50 1.83
3 3.54 1.76 1.78
군청 1 3.03 3.59 0.56 0.56
2 2.84 3.25 0.41
3 2.78 2.08 0.70
삼청 1 1.94 0.83 1.11 1.07
2 0.99 1.37 0.38
3 1.85 3.57 1.72
석황 1 7.64 6.00 1.64 1.53
2 7.89 6.64 1.25
3 5.99 4.54 1.45
석간주 1 0.61 0.87 0.26 0.66
2 1.77 0.99 0.78
3 2.10 3.03 0.93
주홍 1 0.79 2.04 1.25 1.06
2 0.67 1.89 1.22
3 1.03 1.74 0.71
지당 1 0.87 1.02 0.15 0.31
2 0.54 0.94 0.40
3 1.34 0.97 0.37
하엽 1 1.08 1.56 0.48 0.67
2 2.11 1.38 0.73
3 1.88 1.07 0.81
다자 1 0.45 1.01 0.56 0.71
2 0.36 1.40 1.04
3 1.66 2.19 0.53
육색 1 2.03 1.23 0.80 0.65
2 2.07 1.86 0.21
3 2.86 1.93 0.93
먹 1 0.99 0.25 0.74 0.59
2 0.88 0.24 0.64
3 0.67 0.28 0.39
시료 잔염시간 (초) 잔신시간 (초) 탄화면적 (㎠) 탄화길이 (㎝)
뇌록 0 0 39 8
양록 0 0 38 9
장단 0 0 39 9
군청 0 0 39 9
삼청 0 0 38 8
석황 6 0 40 8
석간주 0 0 37 9
주홍 0 0 37 10
지당 0 0 40 9
하엽 0 0 38 10
다자 1 0 38 9
육색 0 0 40 9
먹 0 0 37 9
미도포 0 0 34 8
[실시예 4] 목재용 방염 조성물 제조 및 방염 효과의 평가
3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyl triethoxysilane) 5 중량부 대신, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민 5 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 목재용 방염 조성물을 제조하였다.
제조된 방염 조성물에 대하여, 유해물질 함유여부 및 기본 물성을 평가하여 그 결과를 표 10에 나타내었고, 내후성을 평가하여 그 결과를 표 11에 나타내었으며, 방염성을 평가하여, 그 결과를 표 12에 나타내었다.
시험항목 단위 결과 기준 시험방법
VOCs g/L 검출안됨 50 KS M ISO 11890-2
포름알데히드 방산량 mg/L 검출안됨 1.0 KS M 1998-4
납 (Pb) mg/kg 검출안됨 합계
0.1 %
이하		 KS M ISO 3856-1
카드뮴 (Cd) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-4
수은 (Hg) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-7
6가크롬 (Cr6+) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-5
수소이온농도(pH, 21 ℃) - 7.1 6 ~ 8 KS M 0011
구성성분 - 이상없음 이상없음 FTIR, XRD
밀도 (비중, 23 )℃ g/mL 1.14 1.08~1.16 KS M ISO 2811-1
시료
(단청안료)		 시료(방염제 도포)
색차(ΔE*ab)		 공시험(방염제미도포)
색차(ΔE*ab)		 비교 색차
개별 색차 평균 색차
뇌록 1 3.44 0.67 2.77 2.87
2 3.83 1.11 2.72
3 7.44 4.32 3.12
양록 1 7.89 5.81 2.08 2.36
2 5.64 2.94 2.70
3 5.06 2.76 2.30
장단 1 4.37 1.73 2.64 3.13
2 4.64 1.50 3.14
3 5.38 1.76 3.62
군청 1 6.09 3.59 2.50 2.98
2 5.81 3.25 2.56
3 5.96 2.08 3.88
삼청 1 3.97 0.83 3.14 2.67
2 4.76 1.37 3.39
3 5.04 3.57 1.47
석황 1 9.31 6.00 3.31 3.02
2 9.36 6.64 2.72
3 7.56 4.54 3.02
석간주 1 3.34 0.87 2.47 2.82
2 4.66 0.99 3.67
3 5.36 3.03 2.33
주홍 1 5.96 2.04 3.92 3.46
2 5.87 1.89 3.98
3 4.23 1.74 2.49
지당 1 3.75 1.02 2.73 2.93
2 4.65 0.94 3.71
3 3.33 0.97 2.36
하엽 1 4.28 1.56 2.72 3.37
2 5.46 1.38 4.08
3 4.39 1.07 3.32
다자 1 4.84 1.01 3.83 3.33
2 4.64 1.40 3.24
3 5.12 2.19 2.93
육색 1 4.33 1.23 3.10 2.57
2 4.05 1.86 2.19
3 4.34 1.93 2.41
먹 1 3.77 0.25 3.52 3.37
2 3.64 0.24 3.40
3 3.47 0.28 3.19
시료 잔염시간 (초) 잔신시간 (초) 탄화면적 (㎠) 탄화길이 (㎝)
뇌록 0 0 39 8
양록 0 0 38 9
장단 0 0 39 9
군청 0 0 39 9
삼청 0 0 38 8
석황 6 0 40 8
석간주 0 0 37 9
주홍 0 0 37 10
지당 0 0 40 9
하엽 0 0 38 10
다자 1 0 38 9
육색 0 0 40 9
먹 0 0 37 9
미도포 0 0 34 8
[비교예] 목재용 방염 조성물 제조 및 방염 효과의 평가
침투제로서 디에틸렌글리콜모노부틸에테르와 부틸셀로솔브의 4 : 6(중량비) 혼합물 5 중량부 대신, 에탄올아민 5 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 목재용 방염 조성물을 제조하였다.
제조된 방염 조성물에 대하여, 유해물질 함유여부 및 기본 물성을 평가하여 그 결과를 표 13에 나타내었고, 내후성을 평가하여 그 결과를 표 14에 나타내었으며, 방염성을 평가하여, 그 결과를 표 15에 나타내었다.
시험항목 단위 결과 기준 시험방법
VOCs g/L 검출안됨 50 KS M ISO 11890-2
포름알데히드 방산량 mg/L 검출안됨 1.0 KS M 1998-4
납 (Pb) mg/kg 검출안됨 합계
0.1 %
이하		 KS M ISO 3856-1
카드뮴 (Cd) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-4
수은 (Hg) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-7
6가크롬 (Cr6+) mg/kg 검출안됨 KS M ISO 3856-5
수소이온농도(pH, 21 ℃) - 7.1 6 ~ 8 KS M 0011
구성성분 - 이상없음 이상없음 FTIR, XRD
밀도 (비중, 23 )℃ g/mL 1.14 1.08~1.16 KS M ISO 2811-1
시료
(단청안료)		 시료(방염제 도포)
색차(ΔE*ab)		 공시험(방염제미도포)
색차(ΔE*ab)		 비교 색차
개별 색차 평균 색차
뇌록 1 2.32 0.67 1.65 3.00
2 4.90 1.11 3.79
3 7.89 4.32 3.57
양록 1 8.97 5.81 3.16 3.38
2 4.24 2.94 3.40
3 6.34 2.76 3.58
장단 1 4.48 1.73 2.75 3.32
2 5.64 1.50 4.14
3 4.82 1.76 3.06
군청 1 5.45 3.59 1.86 2.30
2 5.61 3.25 2.36
3 4.76 2.08 2.68
삼청 1 3.90 0.83 3.07 2.20
2 3.64 1.37 2.27
3 4.84 3.57 1.27
석황 1 8.91 6.00 2.91 2.58
2 8.99 6.64 2.35
3 7.03 4.54 2.49
석간주 1 2.29 0.87 1.42 1.97
2 3.44 0.99 2.45
3 5.06 3.03 2.03
주홍 1 0.16 2.04 2.24 1.78
2 0.32 1.89 1.57
3 0.23 1.74 1.51
지당 1 3.56 1.02 2.54 2.62
2 3.28 0.94 2.34
3 3.96 0.97 2.99
하엽 1 4.18 1.56 2.62 2.86
2 3.96 1.38 2.58
3 4.46 1.07 3.39
다자 1 3.76 1.01 2.75 2.24
2 3.68 1.40 2.28
3 4.96 2.19 1.69
육색 1 3.88 1.23 2.65 2.08
2 4.04 1.86 2.18
3 3.34 1.93 1.41
먹 1 3.76 0.25 3.51 3.50
2 3.75 0.24 3.51
3 3.76 0.28 3.48
시료 잔염시간 (초) 잔신시간 (초) 탄화면적 (㎠) 탄화길이 (㎝)
뇌록 0 0 39 8
양록 0 0 38 9
장단 0 0 40 10
군청 0 0 39 9
삼청 0 0 39 9
석황 6 0 40 8
석간주 0 0 37 9
주홍 0 0 37 10
지당 0 0 40 9
하엽 0 0 38 10
다자 1 0 39 9
육색 0 0 40 9
먹 0 0 37 9
미도포 0 0 34 8
방염 조성물의 물성 평가: 실시예 1 내지 4 및 비교예의 방염 조성물에 대하여, 잔류성을 평가하고, 흡습 및 건조성을 평가하였으며, 그 결과를 상술한 유해성, 내후성 및 방염성 평가 결과와 함께 하기 표 16에 종합하여 나타내었다.
유해성 내후성 방염성 잔류성 건조 및 흡습성
실시예 1 ○ ○ ○ ○ ○
실시예 2 ○ ○ ○ ○ ○
실시예 3 ○ ○ ○ ○ ○
실시예 4 ○ △ ○ △ △
비교예 ○ X ○ X X
상기 표 16에서, 방염성 항목의 ○는 모든 시편이 탄화 합격한 경우를 나타내고, X는 단청 13가지 색상 중 하나라도 탄화 불합격한 경우를 나타내며, 내후성, 잔류성, 건조 및 흡습성 항목에서, ○는 광택, 백화 없이 색차 양호한 경우를 나타내며, △는 광택 있는 경우를 나타내고, X는 백화 있는 경우를 나타낸다.
상기 표 16에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 방염제 조성물은 침투제의 종류에 따라 방염 특성이 달라진다. 즉, 침투제로서 부틸셀로솔브, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 등을 사용하는 경우에는(실시예 1 내지 4), 방염제 조성물의 침투 성능이 우수하여, 방염 특성이 우수하지만, 에탄올아민을 사용하는 경우에는(비교예 1), 흡습 성질로 인해 목재의 건조가 느리며 백화현상이 발생하는 단점이 있다.
이상, 구체적인 실시예를 참조하여, 본 발명에 따른 방염 조성물을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 구체적인 실시예에 한정되지 않고, 하기 청구범위에 기재된 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (5)

  1. (니트릴로트리스(메틸렌))트리스포스포닉산 암모늄염 및 디메틸 메틸포스포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유기 인산염 10 내지 40 중량%;
    부틸셀로솔브 : 디에틸렌글리콜모노부틸에테르를 50 내지 70 : 30 내지 50 (중량비)의 혼합비로 포함하는 침투제 1 내지 10 중량%;
    하기 화학식 3으로 표시되는 히드록시 실리콘 화합물 전구체 1 내지 10 중량%; 및
    용매로서 물 40 내지 88 중량%를 포함하는 목재용 방염 조성물.
    [화학식 3]
    H2N-R1-Si(OR2)3
    상기 화학식 3에서, R1은 탄소수 1 내지 5의 알킬렌으로, 하나 이상의 아민기를 포함할 수 있고, R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 히드록시 실리콘 화합물 전구체는 3-아미노프로필 트리에톡시실란 및 N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 목재용 방염 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 따른 목재용 방염 조성물을 목재의 표면에 도포 또는 분산시키거나, 목재를 상기 방염 조성물에 침지시킴으로써, 목재의 다공성 구조 내부로 방염 조성물을 침투시키는 단계; 및
    침투된 방염 조성물을 건조시키는 단계를 포함하는 목재의 방염 처리 방법.
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