KR102016876B1 - 불연성 에폭시 프라이머 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불연성 에폭시 프라이머 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에폭시 수지, 활성탄, 염화 파라핀, 인산, 알킬 글리시딜 에테르, 산화티타늄, 레벨링제 및 분산제를 포함하는 불연성 에폭시 프라이머에 대한 것이다.

Description

불연성 에폭시 프라이머 및 그 제조방법{FLAME-RETARDANT EPOXY PRIMER AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 불연성 에폭시 프라이머 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에폭시 수지, 활성탄, 염화 파라핀, 인산, 알킬 글리시딜 에테르, 산화티타늄, 레벨링제 및 분산제를 포함하는 불연성 에폭시 프라이머에 대한 것이다.
철근콘크리트 등의 구조물은 준공 후 시간이 지남에 따라 각종 원인에 의한 열화가 진행되므로 구조물의 내구성을 회복시키기 위하여 적절한 시기에 보수 또는 보강 등의 조치가 이루어져야 한다. 보수와 보강은 구조물의 사용연한을 증가시키고 구조체로서의 안전성 확보를 위하여 필수적인 것으로 정확한 구조 내력의 평가가 선행되고 그에 따른 적절한 보수 및 보강공법의 선택이 이루어져야 한다.
구조물에 대한 보수 및 보강공법으로 과거에는 강판접착보강공법이 주류를 이루어 왔으나, 취급이 불편하며 부식 및 내화성능이 취약하다는 문제점으로 인하여, 최근에는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등을 접착제로 부착하는 섬유부착식 공법과 FRP 판넬 등을 접착제로 부착하는 판넬부착식 공법이 많이 사용되고 있었다.
그러나 이러한 보강재들을 접착제로 바로 구조물 표면에 적용하는 경우, 구조물 표편의 결함이나 굴곡 등으로 인하여 보강재가 구조물로부터 쉽게 분리되거나 이탈될 수 있다. 이에, 보강재들을 구조물 표면에 적용하기 전에 구조물 표면에 프라이머를 먼저 도포할 필요가 있다.
이러한 프라이머의 재질로는 에폭시 수지가 주로 사용되고 있으나, 일반적인 에폭시 수지는 내열성이나 난연성이 약해 화재 발생 시 프라이머가 오히려 화재 전파의 매개체가 될 수 있다. 특히, 브롬이나 페놀과 같은 재질을 사용하는 경우, 화재 시 콘크리트 계면에 존재하는 프라이머 성분이 유독가스를 배출하게 되어 막대한 인명손상으로 이어질 수 있다.
이에, 일부 내열성 또는 난연성 프라이머들이 개발되어 왔으나, 주로 에폭시 수지에 난연성을 부여하기 위하여 할로겐계 무기물, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄 등의 무기질 필러 등을 혼화하여 사용하는 방식을 취하고 있다. 이러한 물질들은 화재 발생 시 난연성은 부여할 수는 있지만, 인체에 치명적인 또 다른 유독가스를 생성하는 문제점을 가지고 있다.
또한, 이러한 방식은 무기계 필러들의 함유량이 높아야만 그 효과를 발현할 수 있으며, 무기 필러의 양이 높아질수록 에폭시 프라이머의 접착강도가 저하되는 한계가 있다.
대한민국 등록특허공보 제 10-1944463호
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 구조물과 보강재 간의 부착강도를 증진시키면서도 내열성 및 불연성을 가져 화재 발생시 화재 전파를 막고 유독가스의 방출을 최소화할 수 있는 에폭시 수지 프라이머를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에폭시 수지, 활성탄, 염화 파라핀, 인산, 알킬 글리시딜 에테르, 산화티타늄, 레벨링제 및 분산제를 포함하는 불연성 에폭시 프라이머를 제공한다.
상기 불연성 에폭시 프라이머의 구성성분 함량은 에폭시 수지 62~67 중량%, 활성탄 9~14 중량%, 염화 파라핀 9~14 중량%, 인산 5~10 중량%, 알킬 글리시딜 에테르 3~5 중량%, 산화티타늄 2~5 중량%, 레벨링제 1~3 중량% 및 분산제 1~5 중량%인 것이 바람직하다.
이때, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(Bisphenol A diglycidyl ether)인 것이 바람직하며, 상기 인산은 인 함유 유기 난연제와 함께 사용되며, 인산과 인 함유 난연제의 혼합비율은 1~2:1(w/w)인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 에폭시 수지, 활성탄, 염화 파라핀, 인산 및 알킬 글리시딜 에테르를 혼합한 후, 상기 혼합액을 8~12℃ 에서 1~2시간 동안 고속 교반하는 제1 고속교반 단계, 상기 혼합액에 산화티타늄을 첨가한 후, 15~20℃ 에서 1~2시간 동안 고속 교반하는 제2 고속교반 단계, 및 상기 산화티타늄이 첨가된 혼합액에 레벨링제와 분산제를 첨가한 후, 13~17℃ 에서 1~2시간 동안 저속 교반하는 저속교반 단계를 포함하는 불연성 에폭시 프라이머의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 에폭시 프라이머는 일반적인 에폭시 프라이머의 낮은 내열성과 난연성으로 인한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 불연성 에폭시 프라이머를 사용하여 구조물의 보강이 이루어지는 경우, 화재 발생시 구조물을 따라 화재가 전파되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 불연성 에폭시 프라이머는 종래의 난연성 프라이머들과 달리 화재 시 접착성분으로부터 유독가스가 배출되지 않으며 접착강도가 저하되지 않는다.
구체적으로, 일반적으로 사용되던 에폭시 수지는 화재 전파의 매개체가 되어 건물의 화재를 크게 키움으로써 인명 피해를 유발할 뿐만 아니라 건물에 사용된 유해 성분이 방출되어 대기오염을 일으킬 수 있으나, 본 발명을 사용할 경우, 건물의 연소를 제어할 수 있어 인명피해 및 대기오염 등을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 발명의 불연성 에폭시 프라이머는 에폭시 수지 62~67 중량%, 활성탄 9~14 중량%, 염화 파라핀 9~14 중량%, 인산 5~10 중량%, 알킬 글리시딜 에테르 3~5 중량%, 산화티타늄 2~5 중량%, 레벨링제 1~3 중량% 및 분산제 1~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하 각 구성을 자세히 살펴본다.
상기 에폭시 수지는 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 화합물로, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 노볼락(novolac)형 에폭시 수지 등이 사용될 수 있으나, 다른 구성성분들과의 혼화성 및 접착강도 등을 고려할때 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(Bisphenol A diglycidyl ether)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 에폭시 수지의 함량은 62~67 중량%인 것인 바람직하며, 이보다 적은 경우 접착강도가 저하될 수 있고, 이를 초과하는 경우 다른 기능성 성분들의 함량이 줄어들어 충분한 불연효과를 가지기 어렵다.
상기 염화 파라핀과 인산은 수지에 가소성 및 불연성을 부과하는 역할을 하는 것으로서, 함께 사용하면 그 효과를 더욱 극대화시킬 수 있다. 특히, 인산은 고온에서 섬유나 패널 중의 탄수화물을 수분과 탄소로 분해 촉진시킬 수 있다.
상기 염화 파라핀과 인산의 함량은 각각 9~14 중량% 및 5~10 중량%인 것이 바람직하며, 이보다 적은 경우 가소성 및 불연성 효과가 저하될 수 있고, 이를 초과하는 경우 접착성이 떨어질 수 있다.
한편, 상기 인산은 단독으로 사용될 수도 있으나, 다른 성분들과의 혼화성 및 작업성을 높이고 가소성 및 불연 효과를 높이기 위하여, 인 함유 유기 난연제와 혼합하여 사용될 수도 있다. 이때 인산과 인 함유 난연제의 혼합비율은 1~2:1(w/w) 정도가 바람직하다. 상기 인 함유 유기 난연제는 시중의 다양한 인 함유 난연제가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 트리스(2,6-디메틸페닐)포스핀, 테트라키스-(2,6-크실릴)레조르시놀 비스포스페이트, 테트라페닐 레조르시놀 디포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 포스파젠 난연제, 10-(2,5-디히드록시페닐)-10-히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 10-(2,5-디히드록시나프틸)-10-히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드 또는 9,10-디히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드 난연제 중에서 선택되는 임의의 1종 또는 적어도 2종의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 활성탄은 수지의 강성을 높이고 균열을 방지하는 역할을 하며, 그 함량은 9~14중량%인 것이 바람직하다. 이보다 적은 경우 활성탄의 기능적 효과가 저하될 수 있고, 이를 초과하는 경우 수지의 전체적인 접착력이 떨어질 수 있다.
이때 다른 성분들과의 혼화성을 높이고 불연성을 높이기 위하여, 상기 활성탄은 아연-활성탄 복합체가 사용될 수 있다. 상기 아연-활성탄 복합체는 수계 매질에 유기금속계 커플링제 및 활성탄을 분산시키고, 상기 분산액에 염화아연 또는 요오드화아연을 첨가한 후 건조하여 아연/커플링제/활성탄 복합체를 수득한 후, 상기 건조된 복합체를 소성하여 얻을 수 있다.
이때, 상기 활성탄은 표면 산화 개질한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 1) 수증기, 이산화탄소, 산소 및 오존과 같은 산화제 기체를 높은 온도에서 활성탄과 접촉시키는 건식 산화 방법과, 2) 활성탄과 산화제(예. 과산화수소, 질산, 황산 등) 시약 용액이 반응하는 습식 산화가 있다. 이 외에 전기화학적 산화, 오존처리, 어닐링, 마이크로파 냉각 플라즈마 열처리 등이 있다.
상기 유기금속계 커플링제는
Figure 112019022773702-pat00001
의 화학식을 가지는 커플링제가 사용될 수 있으며, 상기 식에서, RO는 가수분해기 또는 기질 반응성기로, 상기 R은 탄소수 2 내지 10개이고, 상기 Z는 알루미늄, 실리콘, 티타늄, 아연 및 지르코늄으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, 상기 R'는 지방족, 나프텐계 또는 방향족의 열가소성 작용기로서, 탄소수 10 내지 40을 가지고, Y는 비닐, 알릴, 아크릴 또는 메타크릴의 열반응성 또는 열경화성 관능기이며, n은 1 내지 3의 정수이다. 상기 유기금속계 커플링제의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 활성탄 중량을 기준으로, 0.1~5중량%의 양으로 사용될 수 있다.
유기금속계 커플링제의 첨가 온도, 첨가 방법, 첨가 속도및 교반 속도 등의 사용조건 및 반응조건은 특별히 한정되지 않으며, 당업자의 통상적인 지식과 수준에서 결정될 수 있다.
상기 알칼 글리시딜 에테르(alkyl glycidyl ether)는 프라이머의 접착성과 가소성을 높이는 역할을 하는 것으로서, 그 함량은 3~5 중량%인 것인 바람직하며, 이보다 적은 경우 접착강도 및 작업성이 저하될 수 있고, 이를 초과하는 경우 다른 기능성 성분들의 함량이 줄어들어 충분한 불연효과를 가지기 어렵다.
상기 산화티타늄은 융점에의해 불연효과를 극대화시키는 작용을 하며, 그 함량은 2~5중량%인 것이 바람직하다. 이보다 적은 경우 불연 효과가 저하될 수 있고, 이를 초과하는 경우 수지의 전체적인 접착력이 떨어질 수 있다.
상기 레벨링제는 프라이머의 유동성을 개량하는 평활성 첨가제로서, 건조과정에서 프라이머의 표면에 결함이 생기고 보강재와의 접착력이 떨어지는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 레벨링제의 함량은 1~3중량%인 것이 바람직하며, 이보다 적은 경우 유동성 개량 효과가 저하될 수 있고, 이를 초과하는 경우 수지의 다른 기능성 성분들의 함량이 낮아져 전체적인 물성 저하가 나타날 수 있다.
상기 레벨링제는 실리콘계, 불소계 등 다양한 레벨링제가 사용될 수 있으나, 수지 내 다른 성분들과의 혼화성 및 평활 효과 등을 고려할 때 폴리에터 변성 실리콘이 사용되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 (I)의 폴리에터 변성 실리콘이 사용되는 것이 바람직하다.
Figure 112019022773702-pat00002
(I)
상기 식 중, R3, R4 및 R5는, 각각 독립적으로, 탄소수 1~5의 알킬기, 탄소수 1~5의 알콕시기 또는 탄소수 2~5의 알콕시알킬기, 아세톡시기, 카복실기이고, R2는 알킬렌, 바람직하게는 에틸렌이며, R1은 수소 원자 또는 탄소수 1~5의 알킬기이고, n1 및 n2는, 각각 독립적으로 0~10의 수이며, m는, 2~30의 수이다;
상기 분산제는 일반적으로 시판되는 다양한 분산제가 사용될 수 있으며, 그 함량은 1~5중량%인 것이 바람직하다. 이보다 적은 경우 분산 효과가 저하될 수 있고, 이를 초과하는 경우 수지의 다른 기능성 성분들의 함량이 낮아져 전체적인 물성 저하가 나타날 수 있다.
한편, 본 발명의 프라이머는 기능성 함유 물질들에 의하여 저하될 수 있는 수지의 전체적인 접착력을 높이기 위하여, 하기 화학식 (II)의 실리카 화합물을 1~5 중량% 추가로 포함할 수 있다. 상기 실리카 화합물은 프라이머의 접착력 및 내구성을 보강하는 역할을 하는 것으로서, 상기 함량보다 적은 경우 접착력 상승 효과가 저하될 수 있고, 이를 초과하는 경우 수지의 다른 기능성 성분들의 함량이 낮아져 전체적인 물성 저하가 나타날 수 있다.
Figure 112019022773702-pat00003
(II)
상기 화학식 (II)에서 X는 알콕시실란 화합물의 졸-겔 반응에 의해서 생성된 나노 크기의 실리카 화합물을 나타내고, Z는 머캅토기, 아미노기, 알콜기이며, Ra,b는 C2~C18의 지방족 알킬기, C4~C15의 지환족 알킬기, C6~C15의 방향족 알킬기를 나타내고, 예로는 부틸렌, 헥사메틸렌, 옥타메틸렌, 이소포론, 시클로헥실렌, 페닐렌, 나프탈렌, 디페닐메틸 등이 있다. Rc는 C1~C5의 직쇄 또는 분쇄 알킬기를 나타내며, 예로는 메틸, 프로필, 이소프로필 등이 있으며, 상기 화학식에서 n은 1~10의 정수이다.
상기 물질은 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 머캅토기, 아미노기, 알콜기, 에폭시기 등의 비공유 전자쌍을 갖고 있는 화합물을 포함하는 알콕시실란과 디이소시아네이트를 상온~80℃의 반응온도에서 반응시켜 말단 이소시아네이트기를 포함하는 실란 화합물을 제조한다. 그 다음 연속해서 히드록시기를 포함하는 에폭시 화합물을 투입하고 50~100℃로 승온하여 1~5시간 동안 이소시아네이트가 모두 반응할 때까지 교반해서 에폭시기를 포함하는 알콕시실란 화합물을 제조한다.
이후, 에폭시기 말단의 알콕시 실란 복합체에 알콕시기를 3개 이상 포함하는 실란 화합물을 병용하고 물을 투입한 다음 촉매로 0.1M HCl 수용액을 첨가하여 pH를 5로 조절한 다음 상온에서 하루 동안 교반하여 가수분해, 응축과정을 거쳐서 상기 화학식 (II)의 실리카 화합물을 제조할 수 있다. 이때, 알콕시기를 3개 이상 포함하는 실란 화합물 대신에 나노 실리카 졸, 예를 들어 MEK-ST(메틸에틸케톤에 분산되어있는 나노 실리카, Nissan Chemical Industries, Ltd)등을 사용할 수 있으며, 에폭시 복합체 제조시에는 모리큐라시브(molecular sieve)로 물과 용매를 제거한 다음 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 불연성 에폭시 프라이머는 i) 에폭시 수지, 활성탄, 염화 파라핀, 인산 및 알킬 글리시딜 에테르를 혼합한 후, 상기 혼합액을 8~12℃ 에서 1~2시간 동안 고속 교반하는 제1 고속교반 단계, ii) 상기 혼합액에 산화티타늄을 첨가한 후, 15~20℃ 에서 1~2시간 동안 고속 교반하는 제2 고속교반 단계, 및 iii) 상기 산화티타늄이 첨가된 혼합액에 레벨링제와 분산제를 첨가한 후, 13~17℃ 에서 1~2시간 동안 저속 교반하는 저속교반 단계를 통하여 제조될 수 있다.
상기 각 구성성분들에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 같으며, 실리카 화합물이 첨가되는 경우, 상기 i) 단계에서 함께 첨가될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예 및 실험예들을 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
<비교예 1>
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 100g, 활성탄 20g, 염화 파라핀 20g 및 메틸 글리시딜 에테르 5g을 혼합한 후, 10℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000 으로 고속 교반하였다. 이후 상기 혼합액에 산화티타늄 5g을 첨가한 후, 18℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000으로 고속 교반하고, 여기에 다시 폴리에터 변성 실리콘 레벨링제 2g과 분산제 2g을 첨가한 후, 15℃ 에서 1시간 동안 RPM 1000으로 저속 교반하여 에폭시 프라이머를 제조하였다.
<비교예 2>
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 100g, 활성탄 20g, 염화 파라핀 20g 및 메틸 글리시딜 에테르 5g을 혼합한 후, 10℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000 으로 고속 교반하였다. 이후 상기 혼합액에 폴리에터 변성 실리콘 레벨링제 2g과 분산제 2g을 첨가한 후, 15℃ 에서 1시간 동안 RPM 1000으로 저속 교반하여 에폭시 프라이머를 제조하였다.
<실시예 1>
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 100g, 활성탄 20g, 염화 파라핀 20g, 인산 10g 및 메틸 글리시딜 에테르 5g을 혼합한 후, 10℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000 으로 고속 교반하였다. 이후 상기 혼합액에 산화티타늄 5g을 첨가한 후, 18℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000으로 고속 교반하고, 여기에 다시 폴리에터 변성 실리콘 레벨링제 2g과 분산제 2g을 첨가한 후, 15℃ 에서 1시간 동안 RPM 1000으로 저속 교반하여 에폭시 프라이머를 제조하였다.
<실시예 2>
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 100g, 활성탄 20g, 염화 파라핀 20g, 인산 5g, 트리스(2,6-디메틸페닐)포스핀 5g 및 메틸 글리시딜 에테르 5g을 혼합한 후, 10℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000 으로 고속 교반하였다. 이후 상기 혼합액에 산화티타늄 5g을 첨가한 후, 18℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000으로 고속 교반하고, 여기에 다시 폴리에터 변성 실리콘 레벨링제 2g과 분산제 2g을 첨가한 후, 15℃ 에서 1시간 동안 RPM 1000으로 저속 교반하여 에폭시 프라이머를 제조하였다.
<실시예 3>
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 100g, 아연-활성탄 복합체 20g, 염화 파라핀 20g, 인산 10g 및 메틸 글리시딜 에테르 5g을 혼합한 후, 10℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000 으로 고속 교반하였다. 이후 상기 혼합액에 산화티타늄 5g을 첨가한 후, 18℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000으로 고속 교반하고, 여기에 다시 폴리에터 변성 실리콘 레벨링제 2g과 분산제 2g을 첨가한 후, 15℃ 에서 1시간 동안 RPM 1000으로 저속 교반하여 에폭시 프라이머를 제조하였다.
<실시예 4>
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 100g, 활성탄 20g, 염화 파라핀 20g, 인산 10g, 메틸 글리시딜 에테르 5g 및 실리카 화합물 3g을 혼합한 후, 10℃에서 1시간 동안 RPM 2000으로 고속 교반하였다. 이후 상기 혼합액에 산화티타늄 5g을 첨가한 후, 18℃ 에서 1시간 동안 RPM 2000으로 고속 교반하고, 여기에 다시 폴리에터 변성 실리콘 레벨링제 2g과 분산제 2g을 첨가한 후, 15℃ 에서 1시간 동안 RPM 1000으로 저속 교반하여 에폭시 프라이머를 제조하였다.
상기 실리카 화합물은 반응기에 3-아미노프로필트리메톡시실란 22g, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI) 25g 그리고 부틸글리시딜에테르 50g을 상온에서 2시간 동안 반응시켜 이소시아네이트 말단의 실란화합물을 제조한 후, 연속해서 히드록시기를 포함하는 에폭시 화합물인 글리시돌(glycidol)을 9g 투입하고 80℃에서 1시간 동안 반응시켜 에폭시기를 포함하는 실란 알콕사이드 화합물을 제조하였다. 그 후에 MEK-ST(메틸에틸케톤에 분산되어있는 나노 실리카) 100g과 물 15g을 투입한 다음 촉매로 0.1M HCl 수용액을 첨가하여 pH를 5로 조절한 다음 상온에서 하루 동안 교반하여 가수분해, 응축과정을 거쳐서 실리카 화합물을 제조하였다.
<실험예>
1 접착시험
KSM3705에 의거하여 인장 전단 접착강도 시험을 하였다. 시험기는 파괴 하중이 시험기 부피의 15~85% 이내가 되는 것을 이용하고, 하중 속도는 매분 500kgf{491kN}이하로 하였다. 시험편이 파단될 때까지의 최대 하중(kgf) N을 측정하고, 전단면적(㎠)으로 나누어 접착강도 (kgf/㎠) N/㎠를 구하였다.
2 경도
유리판 위에 두께가 3mm가 되도록 도막을 형성시키고, Shere-D 경도계를 사용하여 측정하였다.
3 난연시험
KSM3015에 의거 ∪L-94 연소시험을 하였다. 시험은 통풍이 없는 곳에서 행였으며, Burner의 불꽃은 황색Chip이 없는 청색불로서 높이를 3/4inch로 조절하였다. 조절된 불꽃을 시험편(길이 5inch, 폭 0.5inch, 두께 0.5inch)에 10초간 접염하고, 이염 후 시험편의 연소를 관찰하여 불꽃이 꺼지면 다시 10초간 접염을 행하였다. 유독성 가스(연기)의 유무는 난연시험중에서 나오는 유독가스를 육안으로 확인하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
시험항목 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
접착시험 320kgf/cm2 320kgf/cm2 260kgf/cm2 280kgf/cm2 290kgf/cm2 310kgf/cm2
경도(Share-D) 63 65 60 63 65 65
난연(V=0) x x V=0 V=0 V=0 V=0
유독성 연기 O O x x x x
(주: V=0 1. 접염 후 flaming은 10초 이내, 2. 5매 1조로 10회 접염한 후 flaming은 합계 50초 이내, 3. 클램프까지 flaming 또는 growing하지 않는다. 4. 12 인치아래의 선에 발화하도록 불똥을 적하하지 않는다. 5. 2회째의 이염때의 growing은 30초 이내)
상기 표에 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 불연성 에폭시 프라이머는 접착성, 경도 및 불연성이 우수하고 유독성 가스가 나오지 않아 구조물 보강 등에 다양하게 활용할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (5)

  1. 에폭시 수지 62~67 중량%, 활성탄 9~14 중량%, 염화 파라핀 9~14 중량%, 인산 5~10 중량%, 알킬 글리시딜 에테르 3~5 중량%, 산화티타늄 2~5 중량%, 레벨링제 1~3 중량% 및 분산제 1~5 중량%를 포함하며,
    상기 에폭시 수지는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(Bisphenol A diglycidyl ether)이고, 상기 인산이 인 함유 유기 난연제와 함께 사용되며, 인산과 인 함유 난연제의 혼합비율은 1~2:1(w/w)이고,
    상기 활성탄은 아연-활성탄 복합체로서, 상기 아연-활성탄 복합체는 수계 매질에 유기금속계 커플링제 및 활성탄을 분산시키고, 상기 커플링제와 활성탄의 분산액에 염화아연 또는 요오드화아연을 첨가한 후 건조하여 아연/커플링제/활성탄 복합체를 수득한 후, 상기 건조된 복합체를 소성하여 제조한 것이며,
    상기 유기금속계 커플링제는
    Figure 112019058216815-pat00004
    의 화학식을 가지는 커플링제로서, 상기 화학식에서 RO는 탄소수 2~10의 가수분해기이고, 상기 Z는 알루미늄, 실리콘, 티타늄, 아연 및 지르코늄으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, 상기 R'는 탄소수 10~40의 지방족, 나프텐계 또는 방향족의 열가소성 작용기이고, Y는 비닐, 알릴, 아크릴 또는 메타크릴의 열반응성 또는 열경화성 관능기이며, n은 1 내지 3의 정수이고, 상기 유기금속계 커플링제는 활성탄 중량을 기준으로, 0.1~5중량% 사용되는 것을 특징으로 하는, 불연성 에폭시 프라이머.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 에폭시 수지 62~67 중량%, 활성탄 9~14 중량%, 염화 파라핀 9~14 중량%, 인산 5~10 중량% 및 알킬 글리시딜 에테르 3~5 중량%를 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 상기 혼합액을 8~12℃ 에서 1~2시간 동안 고속 교반하는 제1 고속교반 단계; 상기 혼합액에 산화티타늄 2~5 중량%을 첨가한 후, 15~20℃ 에서 1~2시간 동안 고속 교반하는 제2 고속교반 단계; 및 상기 산화티타늄이 첨가된 혼합액에 레벨링제 1~3 중량%와 분산제 1~5 중량%를 첨가한 후, 13~17℃ 에서 1~2시간 동안 저속 교반하는 저속교반 단계;를 포함하고,
    상기 활성탄은 아연-활성탄 복합체로서, 상기 아연-활성탄 복합체는 수계 매질에 유기금속계 커플링제 및 활성탄을 분산시키는 단계; 상기 커플링제와 활성탄의 분산액에 염화아연 또는 요오드화아연을 첨가한 후 건조하여 아연/커플링제/활성탄 복합체를 수득하는 단계; 및 상기 건조된 복합체를 소성하는 단계;를 통하여 제조되고,
    상기 유기금속계 커플링제는
    Figure 112019058216815-pat00005
    의 화학식을 가지는 커플링제로서, 상기 화학식에서 RO는 탄소수 2~10의 가수분해기이고, 상기 Z는 알루미늄, 실리콘, 티타늄, 아연 및 지르코늄으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, 상기 R'는 탄소수 10~40의 지방족, 나프텐계 또는 방향족의 열가소성 작용기이고, Y는 비닐, 알릴, 아크릴 또는 메타크릴의 열반응성 또는 열경화성 관능기이며, n은 1 내지 3의 정수이고, 상기 유기금속계 커플링제는 활성탄 중량을 기준으로, 0.1~5중량% 사용되는 것을 특징으로 하는, 불연성 에폭시 프라이머의 제조방법.
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