KR102033965B1 - 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물 - Google Patents

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Abstract

건축, 토목 구조물의 옥상 또는 지하 바닥 등의 방수에 사용되는 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물이 개시된다. 상기 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물은, 에폭시 수지; 상기 에폭시 수지와 반응하여 에폭시 수지를 경화시키는 경화제; 무기계 난연제, 인계 난연제, 및 억연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 난연제; 및 상기 에폭시 수지, 경화제, 및 난연제의 분산성을 향상시키고, 응집을 방지하는 유화제를 포함한다.

Description

난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물{Flame retardant epoxy flooring and waterproof composition}
본 발명은 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 건축, 토목 구조물의 옥상 또는 지하 바닥 등의 방수에 사용되는 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 건축, 토목 구조물의 옥상 또는 지하 바닥에는 에폭시 바닥재가 시공 설치되어 있다. 이러한 에폭시 바닥재는 회색 계통의 단순한 콘크리트 바닥면에 색깔을 부여하고, 차량이나 보행자의 이동에 따라 바닥이 훼손되는 것을 방지하며 나아가 바닥으로부터 분진 등이 발생하는 것을 막기 위한 목적으로 널리 채용되고 있다. 그러나, 에폭시 바닥재는 유기 화합물이므로 화재에 취약한 특성을 갖는다. 특히 지하 주차장에서의 화재는 공간이 개방형이라 화염이나 유독 가스 발생시 단시간에 전 구역에 걸쳐 퍼지게 되는 특성이 있다. 또한 지하 공간에는 수도나 전기, 통신 설비 등이 밀집되어 있어 이것이 소실되거나 손상되었을 경우 막대한 피해가 예상된다. 이와 같이 통상적인 에폭시 바닥 방수재는 난연 성능이 없고, 화재 시 연소 및 가스발생으로 2차 피해가 발생한다.
이와 같은 에폭시 바닥 방수재에 난연제를 혼합하여 난연성을 부여하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 할로겐계 난연재는 화재시 유독 가스를 발생시킬 우려가 있고, 다이옥신 등 발암 물질을 생성하므로, 그 사용이 규제되고 있다. 또한, 에폭시 바닥 방수재에 단순히 난연제를 혼합하면, 평활성 등 바닥 방수재로서의 특성이 저하되는 문제가 있다.
특허문헌 1: 특허공개 10-2016-0047129호 특허문헌 2: 특허공개 10-2013-0044669호
본 발명의 목적은, 난연 성능이 우수할 뿐만 아니라, 평활성이 우수한 도막을 형성할 수 있는 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 화재 발생 시, 화염의 확산을 방지하고, 착화시 연기 발생을 최소화하여, 2차 피해를 방지할 수 있는 비할로겐 난연제를 이용한 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 에폭시 수지; 상기 에폭시 수지와 반응하여 에폭시 수지를 경화시키는 경화제; 무기계 난연제, 인계 난연제, 및 억연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 난연제; 및 상기 에폭시 수지, 경화제, 및 난연제의 분산성을 향상시키고, 응집을 방지하는 유화제를 포함하는 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물은 평활성이 우수한 도막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 화재 발생 시, 화염의 확산을 방지하고, 착화시 연기 발생을 최소화하여, 2차 피해를 방지하는 등 난연 성능이 우수하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 난연제, 및 유화제를 포함한다.
본 발명에 사용되는 에폭시 수지는 바닥 방수재 조성물에 의하여 형성되는 방수 도막의 내구성 및 접착성을 부여하는 성분으로서, 중량평균 분자량이 200 내지 800인 비스페놀형 에폭시 수지, 페놀노볼락 에폭시 수지 등을 사용할 수 있으며, 예를 들면, YD114, YD128 (이상, 국도화학 제품), KER215, KER802 (이상, 금호P&G화학 제품) 등의 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 본 발명의 방수재 조성물에 있어서, 상기 에폭시 수지의 사용량은 20 내지 50 중량%, 바람직하게는 25 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 35 중량%이다. 여기서, 상기 에폭시 수지의 함량이 너무 작으면, 형성되는 바닥 방수층의 두께가 너무 얇거나, 바닥 방수층이 형성되지 못할 우려가 있으며, 상기 에폭시 수지의 함량이 너무 많으면, 형성되는 바닥 방수층의 두께가 균일하지 못하거나, 바닥 방수층이 형성되지 못할 우려가 있다.
본 발명의 바닥 방수재 조성물에 사용되는 경화제는 에폭시 수지와 반응하여 에폭시 수지를 경화시키는 역할을 한다. 상기 경화제로는 폴리아미드 아민, 변성 방향족 아민, 변성 지방족 아민, 변성 지환족 아민, 지방족 아민. 방향족 아민 등의 아민 화합물을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌 펜타아민, 3,3-아미노 비스프로필아민, m-크실렌다이아민 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 방수재 조성물에 있어서, 상기 경화제의 사용량은 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 7 내지 18 중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 중량%이다. 상기 경화제의 사용량이 너무 작으면, 도막의 부착성이 저하될 우려가 있고, 너무 많으면, 도막 결함이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 바닥 방수재 조성물에 있어서, 상기 난연제로는 무기계 난연제, 인계 난연제, 및 억연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 비할로겐 난연제를 단독 또는 혼합하여 사용하며, 필요에 따라, 억연 촉진제를 더욱 포함한다. 상기 무기계 난연제는 열에 의해 분해되며, 흡열 반응을 하여, 주변 온도를 냉각시키고 가연 성분을 희석하는 역할을 하는 것으로서, 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 인계 난연제는 에폭시 수지에 탄화막을 형성하여, 에폭시 수지를 보호하는 기능을 하며, 열, 가연성 가스, 산소 등의 이동을 방지하여, 연소의 확산을 지연시키는 역할을 한다. 상기 인계 난연제로는 트리페닐 포스페이트(Tripheyl Phosphate: TPP), 트리에틸포스페이트(Triethyl Phosphate: TEP), 트리스(2,3-다이클로로프로필)포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 인산에스테르, 트리크레실포스페이트, 트리클로로에틸포스페이트 등을 포스페이트 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 억연재는 연소 시 다른 약품들과 반응하여 연소 가스 발생을 억제하는 연기 억제제의 역할을 하는 것으로서, 붕산아연(zinc borate)을 사용할 수 있다. 상기 억연 촉진제는 억연재를 활성화시키는 역할을 하는 것으로서, 산화제2 구리(cupric oxide, CuO), 산화 몰리브덴(molybdic oxide, MoO3) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 방수재 조성물에 있어서, 상기 난연제의 사용량은 40 내지 70 중량%, 바람직하게는 45 내지 65 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 60 중량%이다. 상기 난연제의 사용량이 너무 작으면, 방수재로 형성된 도막의 난연성이 부족하게 될 우려가 있고, 상기 난연제의 사용량이 너무 많으면, 방수재 조성물로 형성된 도막 특성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 난연제로는 열에 의해 분해되며, 흡열 반응을 수행하는 무기계 난연제 또는 에폭시 수지에 탄화막을 형성하는 인계 난연제와 연소 가스 발생을 억제하는 억연제를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 무기계 난연제 또는 인계 난연제와 억연제를 혼합하여 사용하면, 산소의 연소를 보다 효과적으로 차단하여, 무기계 난연제 또는 인계 난연제를 단독으로 사용하거나, 억연제를 단독으로 사용하는 경우와 비교하여, 난연성 및 연기 발생량을 상승적으로 감소시킬 수 있다. 상기 무기계 난연제 또는 인계 난연제와 억연제를 혼합하여 사용할 경우, 무기계 난연제 또는 인계 난연제 : 억연제의 혼합 비율(중량비)은 1 : 0.1 내지 0.7, 바람직하게는 1 : 0.2 내지 0.5, 더욱 바람직하게는 1 : 0.3 내지 0.4이다. 여기서, 억연제의 혼합 비율이 너무 낮으면, 억연성이 과도하게 감소하는 반면, 난연성이 미미하게 증가할 뿐이며, 상기 무기계 또는 인계 난연제의 혼합 비율이 너무 낮으면, 난연성이 과도하게 감소하는 반면, 억연성이 미미하게 증가한다. 또한, 상기 억연 촉진제가 사용될 경우, 억연 촉진제의 사용량은 억연제 100 중량부에 대하여, 5 내지 50 중량부, 바람직하게는 10 내지 40 중량부, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 중량부이다. 상기 억연 촉진제는 억연제인 붕산아연의 가스 발생 억제 효과를 20 내지 25% 향상시킨다. 상기 억연 촉진제의 사용량이 너무 작으면, 억연 촉진 효과가 미미하고, 너무 많으면, 억연 효과가 추가적으로 증가하지 않으며, 다른 난연제의 함량이 감소하여 오히려 난연성이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 바닥 방수재 조성물은, 에폭시 수지, 경화제, 및 난연제의 분산성을 향상시키고, 응집을 방지하는 유화제를 더욱 포함한다. 본 발명의 바닥 방수재 조성물에 사용되는 에폭시 수지, 경화제, 및 난연제의 상용성이 부족하므로, 이들을 단순 혼합할 경우, 이들이 응집되기 쉽고, 이러한 조성물을 이용하여 도막을 형성할 경우, 도막 표면이 불균일하게 될 우려가 있다. 따라서, 이들 성분의 분산성을 향상시키고, 응집을 방지하는 유화제를 사용하여야 한다. 상기 유화제로는 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, N-부틸글리시딜 에테르를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 방수재 조성물에 있어서, 상기 유화제의 사용량은 2 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 9 중량%, 더욱 바람직하게는 4 내지 8 중량%이다. 여기서, 상기 유화제의 사용량이 너무 작으면, 에폭시 수지, 경화제, 및 난연제가 응집될 우려가 있고, 상기 유화제의 사용량이 너무 많으면, 특별한 이익이 없이, 바닥 방수재 조성물에 의하여 형성된 바닥 도막의 물리적 특성이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물을 제조하기 위해서는, 통상의 교반기를 이용하여, 에폭시수지, 난연제, 경화제, 유화제 등의 원료를 배합 비율에 따라 혼합 및 분산시킨다. 본 발명의 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물은 에폭시 수지와 경화제를 각각 포함하는 2액형 조성물로 공급되며, 예를 들면, 에폭시 수지와 난연제, 및 유화제를 포함하는 제1 용액과 경화제, 난연제 및 유화제를 포함하는 제2 용액으로 구성될 수 있고, 이들은 사용 전에 교반되어 혼합되고, 필요하면, 튜브밀 등을 이용하여 미분산될 수 있다. 혼합된 조성물의 분산 상태는 육안으로 확인하고, 점도는 점도계로 측정한다. 이와 같이 균일하게 혼합된 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물을 금속해라, 도장 롤러, 붓 등으로 건축, 토목 및 지하 구조물의 바닥에 도포하고 경화시키면, 바닥 방수 도막을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 방수 도막의 두께는 통상 100 내지 4,000 ㎛이다. 이때, 필요에 따라, 바닥 방수재 조성물의 점도 및 혼합 비율을 달리하여, 하도(프라이머) 및 상도 도장을 수행할 수 있다.
본 발명의 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물로 형성된 바닥 방수 도막은 우수한 난연 성능(UL V0)을 나타내고, 연기 발생을 최소화시키며, 화재시 직화(불에 직접 닿는 것)에 의한 부분 만 연소되며, 자기 소화성에 의하여 불꽃 번짐 현상이 발생되지 않으므로, 산업 및 공공시설, 선박의 화재 및 방재 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물로 형성된 바닥 방수 도막은 내수성, 내염수성, 내화학성, 내마모성 및 내열성이 우수하므로, 선박의 갑판 및 내부, 아파트 주차장 및 주유소, 각종 공장 바닥 및 물류 창고, 공공 장소(학교, 병원, 도서관 등) 등의 각종 시설에 적용될 수 있다.
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) 난연 성능 시험: UL 94 V 테스트법(플라스틱 제품의 수직 방향으로 불꽃을 가했을 때, 제품의 연소 양상 및 주위로의 화염 전파 정도를 평가하는 수직 연소 시험(Vertical Burning Test))을 실시하였다. 구체적으로, 20 mm 길이의 불꽃을 10 초간 시편(길이 x 폭 x 두께: 125 x 13 x 신청 두께(mm))에 접염 후, 시편의 연소 시간 t1을 측정하고, 연소 양상을 기록한다. 1 차 접염 후 연소가 종료되면, 다시 10 초간 접염 후 시편의 연소시간 t2 및 불똥이 맺힌 시간(glowing time) t3를 측정하고, 연소 양상을 기록한다. t1 t2 t3 의 연소시간 및 연소 양상(적하에 의한 탈지면발화 여부, 클램프까지의 연소 여부 등)을 판단하여, 다음 표 1에 따라 등급을 산출한다.
원료 V-0 V-1 V-2
개별 연소 시간
(Individual after flame time, t1 or t2)		 ≤ 10초 ≤ 30초 ≤ 50초
전처리 조건 별 전체 연소 시간
(Total after flame time for any condition set,
t1+t2 for the 5 specimens)		 ≤ 50초 ≤ 250초 ≤ 250초
2 차 접염 후의 연소 및 불똥이 맺힌 시간
(Afterflame plus afterglow time for each
Individual specimen after the second flame
application, t2+t3)		 ≤ 30초 ≤ 60초 ≤ 60초
클램프(125mm 표시)까지 연소
(Burning up to the holding clamp)		 없음 없음 없음
적하에 의한 탈지면의 발화 (Cotton Ignition) 없음 없음 있음
(2) 가스 유해성(연소 가스 발생량) 시험: KS F 2271(2016)에 따라, 회전 바구니 속에 흰쥐(ICR계 암놈, 5주, 19 g)를 8마리 넣은 다음, 가열로 속에 시험체를 넣고 6분간 (프로판 3분, 복사열 3분) 가열 후, 시험체가 타면서 나온 연소가스가 교반상자를 거쳐 회전바구니 상자까지 가서 흰쥐의 행동이 정지하는 시간(마우스 행동 정지 시간)을 측정한다.
(3) 도막 평활성 평가: 형성된 바닥 도막의 평활성을 육안으로 평가하여, 우수한 경우 "○", 보통인 경우 "△", 불량한 경우 "X"로 나타내었다.
[실시예 1~4 및 비교예 1] 에폭시 바닥 방수재 조성물 제조 및 바닥 도막 형성
하기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 에폭시 수지, 경화제, 난연제, 및 유화제를 혼합하여 에폭시 바닥 방수재 조성물을 제조하였다. 표 1 및 2에서 각 성분 함량의 단위는 중량%이다. 제조된 에폭시 바닥 방수제 조성물을 콘크리트 바닥에 도포하고 경화시켜, 2000 ㎛ 두께의 바닥 도막 시편을 제조하였다. 제조된 바닥 도막 시편의 난연 성능, 가스 유해성 및 평활성을 평가하여 하기 표 1 및 2에 함께 나타내었다.
구분 원료 실시예 1 실시예 2 실시예 3
에폭시 수지 YD114 30 30 30
경화제 디에틸렌 트리아민 10 10 10
무기계 난연제 수산화알루미늄 30 0 20
인계 난연제 트리페닐 포스페이트 25 0 15
억연제 붕산아연 0 55 20
유화제 에틸렌글리콜 모노부틸에테르 5 5 5
난연 성능 UL 94 V V-0 V-2 V-0
가스 유해성 KS F 2271 9분 30초 12분 40초 12분 17초
평활성 육안 평가 ○ ○ ○
구분 원료 실시예 4 비교예 1
에폭시 수지 YD114 30 30
경화제 디에틸렌 트리아민 10 10
무기계 난연제 수산화알루미늄 20 20
인계 난연제 트리페닐 포스페이트 15 15
억연제 붕산아연 16 20
억연 촉진제 산화제2 구리 4 0
유화제 에틸렌글리콜 모노부틸에테르 5 0
난연 성능 UL 94 V V-0 V-0
가스 유해성 KS F2271 14분 30초 12분 20초
평활성 육안 평가 ○ X
상기 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 에폭시 바닥 방수재 조성물이 유화제를 포함하지 않는 경우(비교예 1)에는 도막의 평활성이 불충분하며, 무기계 난연제, 인계 난연제, 억연제 및 억연 촉진제가 적절히 혼합된 경우(실시예 3, 4), 난연 성능 및 가스 유해성 특성이 모두 향상됨을 알 수 있다.
이상, 구체적인 실시예를 참조하여, 본 발명에 따른 방수층 보호판을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 구체적인 실시예에 한정되지 않고, 하기 청구범위에 기재된 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (6)

  1. 에폭시 수지;
    상기 에폭시 수지와 반응하여 에폭시 수지를 경화시키는 경화제;
    무기계 난연제 또는 인계 난연제, 억연제 및 억연 촉진제로 이루어진 난연제; 및
    상기 에폭시 수지, 경화제 및 난연제의 분산성을 향상시키고, 응집을 방지하는 유화제를 포함하며,
    상기 억연제는 붕산아연이고, 상기 억연 촉진제는 산화제2 구리(CuO)이며, 상기 유화제는 에틸렌글리콜 모노부틸에테르이며,
    상기 무기계 난연제 또는 인계 난연제 : 억연제의 혼합 비율은 1 : 0.2 내지 0.5 이고, 상기 억연 촉진제의 사용량은 억연제 100 중량부에 대하여, 5 내지 50 중량부인 것인 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산마그네슘(MgCO3)로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 인계 난연제는 트리페닐 포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리스(2,3-다이클로로프로필)포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 인산에스테르, 트리크레실포스페이트 및 트리클로로에틸포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 난연성 에폭시 바닥 방수재 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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