KR102181421B1 - 친환경 발포성 내화 코팅제, 이를 이용한 난연부재 및 그 제조방법 - Google Patents

친환경 발포성 내화 코팅제, 이를 이용한 난연부재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내화성 향상 및 내화 시공이 용이한 친환경 발포성 내화 코팅제, 이를 이용한 난연부재 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제는 수성 아크릴수지, 팽창흑연 및 비-할로겐계 난연제가 혼합된 조성물을 포함할 수 있다.

Description

친환경 발포성 내화 코팅제, 이를 이용한 난연부재 및 그 제조방법{ECO-FRIENDLY INTUMESCENT FIRE PROTECTION COATING AGENT AND FLAME RETARDANT MEMBER USING THE SAME AND MANUFACTURE METHOD THEREOF}
본 발명은 발포성 내화 코팅제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 작업성 및 내화성이 향상된 친환경 발포성 내화 코팅제, 이를 이용한 난연부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
건축물 시공시 건축물 외벽 단열 및 마감 방법으로 드라이비트(drivit) 공법이 이용된다. 드라이비트 공법은 건물의 벽 외부에 직접 접착제를 바르고 단열재를 접착한 뒤 그 위에 마감재를 도포해 보호막을 생성하는 개념으로 기존의 단열 시공에 비해 건축비가 크게 절감되고, 시공 및 에너지 절약이 용이하다는 이점이 있다.
그러나, 드라이비트 공법은 많은 화재 사고 사례에서 드러난 바와 같이, 화재에 매우 취약한 단점이 있다. 이는, 단열재를 불연재로 사용하면 개선될 수 있으나, 불연재는 단가가 높아 단열재로 사용할 경우 드라이비트 공법의 가장 큰 장점인 시공비 절약이 안 되므로 보통은 스티로폼 같은 저렴한 단열재를 사용하는 것이 일반적이다.
또한, 도시형 생활주택이라 부르는 중소형 오피스텔/원룸 건물이 도심지에 빽빽하게 건설되었는데, 대부분 기존의 단독주택을 허물고 5내지10층 규모의 건물을 짓는 건축주의 입장에선 최대한 빨리, 저렴하게 건물을 지어서 수익성을 추구해야 하므로 드라이비트 공법이 매우 광범위하게 사용되는 원인이 되기도 한다.
결국, 불에 취약한 가연성 단열재를 사용한 경우, 쉽게 말해서 건물 외부를 불에 잘 타는 땔감으로 둘러놓은 것과 다를 바 없어서 화재 발생 시 외벽을 타고 불이 급속도로 번지는 위험성이 높다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 내화성 향상 및 내화 시공이 용이한 친환경 발포성 내화 코팅제, 이를 이용한 난연부재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제는 수성 아크릴수지, 팽창흑연 및 비-할로겐계 난연제가 혼합된 조성물을 포함할 수 있다.
상기 조성물에서 상기 수성 아크릴수지는 30 내지 40 중량%, 상기 팽창흑연은 15 내지 25 중량%, 상기 비-할로겐계 난연제는 10 내지 15 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다.
상기 비-할로겐계 난연제는 Ammonium Polyphosphate(APP), Ammonium Phosphates(MAP, DAP), Melamine Cyanurate(MC), Melamine Polyphosphate(MPP), Melamine Phosphate(MP) 및 인산암모늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 조성물은 탈크(talc), 크레이(clay), 카오린(kaolin), 규조토, 황토 및 황산바륨으로 이루어진 제1그룹으로부터 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 제1그룹으로부터 선택된 어느 하나는 상기 조성물에서 7 내지 11 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다.
상기 조성물은 옥수수 전분, 감자 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 타피오카 전분, 덱스트린, 산 변성 전분, 산화 전분, 전분 유도체, 가용성 전분, 가교전분 및 그라프트 전분으로 이루어진 제2그룹으로부터 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 제2그룹으로부터 선택된 어느 하나는 상기 조성물에서 2 내지 5 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다.
상기 조성물은 분산제, 소포제, 증점제, 습윤제, 방부제, 유화제, 파포제 및 레벨링제로 이루어진 제3그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 상기 제3그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상은 상기 조성물에서 2 내지 4 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 난연부재는 유리섬유; 및 수성 아크릴수지, 팽창흑연 및 비-할로겐계 난연제를 친환경 발포성 내화 코팅제를 상기 유리섬유 상단 및 하단 면 중 적어도 어느 하나의 표면에 도포하여 형성된 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 유리섬유는 150g 내지 700g 범위의 평량을 가질 수 있고, 상기 코팅층은 450g 내지 800g 범위의 평량을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제 제조방법은 용기에 수성 아크릴수지를 투입하여 교반하는 단계; 상기 용기에 비-할로겐계 난연제를 투입하여 교반하는 단계; 및 상기 용기에 팽창흑연을 투입하여 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 용기에 상기 수성 아크릴수지는 30 내지 40 중량%, 상기 팽창흑연은 15 내지 25 중량%, 상기 비-할로겐계 난연제는 10 내지 15 중량% 범위의 함량을 갖도록 투입할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제, 이를 이용한 난연부재 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명은 드라이비트 공법으로 건축된 구조물에 대해 저렴한 비용으로 난연 성능을 보강하여 화재발생 저감 및 화재 확산 지연을 통해 인명 및 재산 피해를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 친환경 발포성 내화 코팅제가 비-할로겐계 난연제를 포함하므로서 발화시 유해 가스의 발생을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 친환경 발포성 내화 코팅제가 팽창흑연을 포함하므로서 발화시 차열 및 차염이 가능하고, 도막에 크랙이 발생하는 것을 방지하여 장기 내화성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 친환경 발포성 내화 코팅제를 구성하는 조성물들은 물리화학적 안정성이 높아 작업자의 건강을 보호할 수 있고, 핸들링이 용이하여 우수한 작업성을 제공할 수 있으며, 높은 가격경쟁력을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제를 이용하여 난연부재를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제를 이용한 난연부재의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 내화 코팅제의 내화성 실험 예를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
후술하는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제, 이를 이용한 난연부재 및 그 제조방법은 드라이비트 공법으로 건축된 구조물 및 앞으로 건축될 구조물에 대해 저렴한 비용으로 난연 성능을 보강하여 화재발생 저감 및 화재 확산 지연을 통해 인명 및 재산 피해를 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제는 아크릴수지, 팽창흑연 및 난연제를 포함하는 조성물일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제는 탈크, 전분 및 첨가제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제는 친환경 발포성 내화 코팅제 100 중량%를 기준으로 아크릴수지 30 내지 40 중량%, 팽창흑연 15 내지 25 중량%, 난연제 10 내지 15 중량%, 탈크 7 내지 11 중량%, 전분 2 내지 5 중량% 및 첨가제 2 내지 4 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 아크릴수지로는 내화 코팅제 조성물 배합시 작업자들의 건강 유해성을 최소화하기 위해 수성 아크릴수지를 사용할 수 있다. 친환경 발포성 내화 코팅제에서 수성 아크릴수지는 30 내지 40 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다. 수성 아크릴수지의 함량이 30 중량% 미만인 경우에는 수지의 함량이 부족하여 도막의 부착성이 저하될 수 있고, 도막에 크랙이 발생할 수 있다. 반면, 수성 아크릴수지의 함량이 40 중량%를 초과하는 경우에는 수지의 함량이 과도하여 난연성이 떨어질 수 있고, 고온 건조시 끓는 현상과 겉마름 현상과 같은 도막 결함이 발생할 수 있다.
수성 아크릴수지는 원료 혼합시 우수한 안정성과 내화 코팅제 조성물의 코팅 작업시 효율을 향상시키기 위해 다음과 같은 조성비를 가질 수 있다. 구체적으로, 수성 아크릴수지는 수성 아크릴수지 100 중량%를 기준으로 물 45 내지 50 중량%, 유화제 2 내지 3 중량%, 부틸 아크릴레이트 모노머(Butyl acrylate monomer) 28 내지 33 중량%, 아크릴로니트릴 모노머(Acrylonitrile monomer) 3 내지 5 중량%, 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethyl acrylate monomer) 2 내지 3 중량%, N-메틸올 아크릴아미드 모노머(N-methylol acrylamide monomer) 1.3 내지 2.3 중량%, 아크릴산 모노머(Acryl acid monomer) 0.5 내지 1.5 중량%, 이타콘산(Itaconic acid) 0.1 내지 0.5 중량%, 암모늄퍼설페이트(Ammonium persulphate) 0.1 내지 0.2 중량%, 황산 수소 나트륨(Sodium hydrogen sulfate) 0.1 내지 0.2 중량%, 소듐 폼알데하이드 설폭실레이트(Sodium formaldehyde sulfoxylate) 0.05 내지 0.1 중량%, T-부틸하이드로퍼옥사이드(Tert-Butyl hydroperoxide) 0.05 내지 0.1 중량%, 암모니아수(Ammonium hydroxide water) 0.5 내지 1 중량% 및 기타 첨가제 0.1 중량%를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 수성 아크릴수지는 다음과 같이 제1단계 및 제2단계를 통해 제조된 것일 수 있다.
구체적으로, 제1단계는 수성 아크릴수지 100 중량%를 기준으로 배합조에 물 10 내지 15 중량%와 유화제 1.5 내지 2.5 중량%를 투입한 후 교반하여 용해시킨 다음, 부틸 아크릴레이트 모노머(Butyl acrylate monomer) 28 내지 33 중량%, 아크릴로니트릴 모노머(Acrylonitrile monomer) 3 내지 5 중량%, 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethyl acrylate monomer) 2 내지 3 중량%, N-메틸올 아크릴아미드 모노머(N-methylol acrylamide monomer) 1.3 내지 2.3 중량%, 아크릴산 모노머(Acryl acid monomer) 0.5 내지 1.5 중량%, 이타콘산(Itaconic acid) 0.1 내지 0.5 중량%를 투입한 후, 이들을 유화시켜 프리에멀젼 중합체를 제조하는 단계일 수 있다.
이어서, 제2단계는 수성 아크릴수지 100 중량%를 기준으로 반응조에 물 35 내지 40 중량%, 유화제 0.5 내지 1 중량%를 넣고 반응조의 온도를 64℃ 내지 66℃ 범위로 유지하면서, 제1단계에서 제조된 배합조의 프리에멀젼 2 내지 3 중량%, 산화개시제인 암모늄 퍼설페이트(Ammonium persulphate) 0.1 내지 0.2 중량%와 환원개시제인 황산 수소 나트륨(Sodium hydrogen sulfate) 0.1 내지 0.2 중량%를 투입하여 초기(initial) 반응을 15분 내지 30분간 진행한다. 연속해서 반응조의 온도를 62℃ 내지 66℃로 유지하면서 제1단계에서 제조된 배합조의 프리에멀젼 중합체를 3 내지 4시간에 걸쳐 적하시킨 후, 미반응 모노머(monomer) 제거를 위한 포스트(Post) 반응으로 소듐 폼알데하이드 설폭실레이트(Sodium formaldehyde sulfoxylate) 0.05 내지 0.1 중량%, T-부틸하이드로퍼옥사이드(Tert-Butyl hydroperoxide) 0.05 내지 0.1 중량% 투입 후 60분 내지 80분간 숙성 시킨다. 이후, 반응조를 40℃ 이하로 냉각 후 중화제인 암모니아수(Ammonium hydroxide water) 0.5 내지 1 중량% 및 기타 첨가제 0.1중량%를 투입 후 혼합하여 수성 아크릴수지 제조를 완료하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 팽창흑연(Expandable graphite)은 흑연의 층상 구조 특성에 기인하여 흑연 층간 조직 사이에 황 또는 질소 화합물을 결합 후, 열을 가하면 흑연 입자가 수백배 팽창함에 따라 층 분리 현상이 발생하는 구조적 특징을 가질 수 있다. 이러한 특성으로 인해, 팽창흑연은 발화시 발포된 탄화층을 형성하여 차열 및 차염의 역할을 수행할 수 있다. 팽창흑연은 발포 배율에 따라 100배 내지 400백로 나뉠 수 있다. 아울러, 팽창흑연은 발포 개시 온도에 따라 여러 종류로 구분할 수 있다.
친환경 발포성 내화 코팅제에서 팽창흑연은 발포 배율에 따라 250배 단독 사용, 200배 내지 350배 사이의 혼합 사용 또는 그 이상의 발포 배율을 갖는 팽창흑연이 혼합 사용될 수 있다. 일례로, 팽창흑연은 발포 개시 온도에 따라 발포 배율이 350배 이상인 경우 160℃ 내지 180℃에서 발포가 개시되는 팽창흑연일 수 있다. 또 다른 일례로, 팽창흑연은 발포 배율이 350배 미만인 경우 200℃ 내지 250℃에 발포가 개시되는 팽창흑연일 수 있다.
친환경 발포성 내화 코팅제에서 팽창흑연은 15 내지 25 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다. 팽창흑연의 함량이 15 중량% 미만일 경우에는 발화시 발포된(char) 팽창흑연의 두께가 얇아 화염이 전이될 수 있다. 반면, 팽창흑연의 함량이 25 중량%를 초과하는 경우에는 점도 상승으로 친환경 발포성 내화 코팅제의 제조가 어렵고, 난연부재 제조시 기저물질(예컨대, 유리섬유)에 대한 접착력이 낮에 원활한 작업이 어렵고, 가격상승으로 인해 경제성도 떨어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서 난연제(flame retardant)는 인화합물의 연소시 생성되는 폴리메타인산이 보호층을 형성하거나, 폴리매탄산의 탈수 작용으로 인해 생성되는 탄소 피막이 보호층을 형성하여 산소를 차단하고 연소를 막는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 난연제는 아크릴수지의 열적, 기계적 물성을 저하시키기 때문에 충분한 난연성 확보 및 물성 저하를 최소화할 수 있는 물질을 고려하여 선정되어야 한다.
구체적으로, 친환경 발포성 내화 코팅제에서 난연제로는 비-할로겐계의 난연제를 사용할 수 있다. 비-할로겐계 난연제는 할로겐계 난연제보다 상대적으로 가스 유해성을 감소시킬 수 있고, 도포된 도막에 자소성을 부여할 수 있으며, 초기 발포되는 탄화층이 소실되지 않도록 붙잡아주는 역할을 수행할 수 있다. 비-할로겐계 난연제로는 Ammonium Polyphosphate(APP), Ammonium Phosphates(MAP, DAP), Melamine Cyanurate(MC), Melamine Polyphosphate(MPP), Melamine Phosphate(MP) 및 인산암모늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
친환경 발포성 내화 코팅제에서 난연제는 10 내지 15 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다. 난연제의 함량이 10 중량% 미만일 경우에는 도막의 난연성이 부족하여 내화성능이 저하될 수 있다. 반면, 난연제의 함량이 15 중량%를 초과하는 경우에는 아크릴수지의 기본 성능인 접착력을 저하시켜 코팅대상물 표면에 대한 부착성이 저하될 수 있고, 팽창흑연의 발포를 방해하여 발포층이 얇아져 차열 성능이 저하될 수 있으며, 원하는 수준의 가스유해성 절감효과 및 내화성능을 확보할 수 없을 수 있다.
본 발명의 실시예에서 탈크(talc)는 활석광석을 미분쇄 또는 초미분쇄하여 제조된 입자 형상이 판상인 백색 분말로서, 무기 광산물 중 가장 경도가 낮고, 내열성 및 화학적 안정성이 우수하며, 단가가 저렴하여 가격경쟁력이 우수한 물질이다. 탈크는 화학적으로 함수규산마그네슘염에 속하며, 화학적으로는 3MgO.4SiO2.H2O 또는 Mg3(OH)2Si4O10로 표기된다. 주로 체질안료(Extender)로서 은폐력 및 착색력은 없으나, 도막에 살오름성, 기계적 성질을 증대시키는 것을 목적으로 사용되며, 소광제(Matting Agent), 불투명도 향상, 방청효과 및 Anti-Cracking성 부여 등의 목적으로 사용될 수 있다.
친환경 발포성 내화 코팅제에서 탈크는 7 내지 11 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다. 탈크의 함량이 7 중량% 미만일 경우에는 일정 두께의 도막형성 및 균일한 도막을 구현하기 어려울 수 있다. 반면, 탈크의 함량이 11 중량%를 초과하는 경우에는 급격한 점도 상승으로 분산성이 떨어져 내화 코팅제 제조가 어렵고, 도막의 경도 상승으로 폴딩크렉(Folding crack)이 발생하여 제품 하자 발생의 주원인으로 작용할 수 있다.
한편, 친환성 발포성 내화 코팅제는 탈크와 구조 및 성질이 유사한 대체 물질이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 탈크 대체 물질로서 크레이(Clay), 카오린(Kaoline, Al2O3·2SiO2·2H2O), 규조토(SiO2·nH2O), 황토(Fe2O3·Al2O3·2SiO2·2H2O) 등을 사용할 수 있으며, 불활성물질로 산, 알카리에 안정한 황산바륨(Baryte, BaSO4) 등도 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 전분은 발화시 딱딱하게 굳는 성질의 탄화막을 형성하여 팽창흑연 발포시 가교역할을 수행함과 동시에 탄화층을 견고하게 붙잡아주고, 내화 코팅제 조성물의 점도 안정성을 높여주는 역할을 수행할 수 있다. 전분으로는 원료 전분 또는 가공 전분이 사용될 수 있다. 구체적으로, 원료 전분으로는 옥수수 전분, 감자 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 타피오카(tapioca) 전분 등이 사용될 수 있다. 또한, 가공 전분으로는 덱스트린, 산 변성 전분, 산화 전분, 전분 유도체, 가용성 전분(soluble starch), 가교전분(cross linkde starch), 그라프트 전분 등이 사용될 수 있다. 특히, 산화 전분은 상대적으로 낮은 가격을 형성하고 있으며, 조성물 제조 후 점성의 경시변화가 적어 물성변화가 크지 않으며, 원료 투입 가용량의 폭이 넓어, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제의 제조가 용이할 수 있다.
친환경 발포성 내화 코팅제에서에서 전분은 2 내지 5 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다. 전분의 함량이 2 중량% 미만일 경우에는 견고한 탄화층 형성이 어려워 차염 및 차열 성능이 저하되어 요구되는 내화성능을 확보하기 어려울 수 있다. 반면, 전분의 함량이 5 중량%를 초과하는 경우에는 투입 할 내화 코팅제 조성물의 점성이 높아져 작업성이 나빠지며, 팽창흑연의 발포를 방해하여 탄화층이 얇게 형성되어 요구되는 내화성능을 확보하기 어려울 수 있다.
본 발명의 실시예에서 첨가제는 친환경 발포성 내화 코팅제의 성능 향상 및 제조를 용이하게 하기 위해 첨가될 수 있으며, 분산제, 소포제, 습윤제, 방부제, 유화제, 파포제, 증점제, 레벨링제 등을 포함할 수 있다.
친환경 발포성 내화 코팅제에서 첨가제는 2 내지 4 중량% 범위의 함량을 가질 수 있다. 첨가제의 함량이 2 중량% 미만일 경우에는 내화 코팅제의 분산이 원할하지 않아 도막에 기포가 발생될 수 있다. 반면, 첨가제의 함량이 4 중량%를 초과하는 경우에는 도막의 부착성능이 저하될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제는 아크릴수지, 팽창흑연 및 난연제를 포함하고, 이들의 최적 조성비율을 제공함으로서 저렴한 비용으로 난연 성능을 보강하여 화재발생 저감 및 화재 확산 지연을 통해 인명 및 재산 피해를 방지할 수 있다.
이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제의 제조방법에 대한 일례를 설명하기로 한다. 참고로, 후술하는 제조방법에서 각 물질의 함량 즉, 중량%는 최종 생산물인 친환경 발포성 내화 코팅제 100 중량%를 기준으로 한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제 제조방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 단계 S110에서 아크릴수지 및 분산제가 투입된다. 구체적 예로, 용기에 30 내지 40 중량%의 수성 아크릴수지를 투입하여 400 내지 600 RPM의 속도로 교반하면서, 분산제를 투입할 수 있다.
단계 S120에서, 전분이 투입된다. 구체적 예로, 단계 S110을 수행한 후, 2 내지 5 중량%의 산화 전분을 투입하고, 완전히 분산되도록 5 내지 15분간 교반할 수 있다.
단계 S130에서, 소포제 등의 첨가제가 투입된다. 구체적 예로, 단계 S120을 수행한 후, 1 중량%의 소포제, 0.1 중량%의 방부제, 0.5 중량%의 레벨링제를 순차적으로 투입할 수 있다.
단계 S140에서, 난연제가 투입된다. 구체적 예로, 단계 S130을 수행한 후, 10 내지 15 중량%의 난연제를 여러 차례로 나누어 투입하고, 완전히 분산되도록 10 내지 20분간 교반할 수 있다.
단계 S150에서, 팽창흑연이 투입된다. 구체적 예로, 단계 S140을 수행한 후, 교반 속도를 800 내지 1000 RPM으로 높이고, 15 내지 25 중량%의 팽창흑연을 투입할 수 있다.
단계 S160에서, 탈크가 투입된다. 구체적 예로, 단계 S150을 수행한 후, 0.4 중량%의 파포제 및 7 내지 11 중량%의 탈크를 투입할 수 있다.
단계 S170에서, 증점제가 투입된다. 구체적 예로, 단계 S160을 수행한 후, 교반 속도를 900 내지 1200 RPM으로 조절하고, 증점제를 투입하여 15 내지 35분간 교반할 수 있다.
상술한 제조과정을 통해 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제를 제조할 수 있다.
한편, 상술한 제조방법은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제를 제조하는 일례를 설명하기 위한 것에 불과하므로, 상술한 제조순서, 투입되는 물질들의 비율이 상술한 내용에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제를 이용한 난연부재를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 단계 S210에서 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제가 기저물질의 표면에 도포한 후, 건조시켜 코팅층이 형성된다. 구체적 예로, 수성 아크릴수지, 난연제, 팽창흑연 등을 포함하는 친환경 발포성 내화 코팅제를 유리섬유의 상단 및 하단 면 중 적어도 어느 하나의 일면에 도포 및 건조하여 코팅층을 형성할 수 있다.
기저물질인 유리섬유로는 평량이 200g인 TEXTILE YARN 또는 평량이 600g인 ROVING이 사용될 수 있다. 여기서 평량은 미터평량일 수 있다. 기저물질이 표면에 친환경 발포성 내화 코팅제를 도포하는 방법으로는 나이프 코팅 방식이 이용될 수 있다. 건조는 100℃ 내지 190℃ 범위의 온도에서 진행될 수 있다.
단계 S220에서, 코팅층 두께가 확인된다. 코팅층은 450g 내지 800g 범위의 평량을 갖는 두께로 형성될 수 있다. 구체적으로, 코팅층의 두께가 미리 설정된 기준값 이하이면, 단계 210을 다시 수행하여 친환경 내화 코팅제 도포를 반복(예컨대, 2 내지 4회)한다. 또한, 코팅층의 두께가 미리 설정된 기준값 이상이 되면 추가적인 친환경 내화 코팅제 도포를 수행하지 않는다.
상기 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 방염포를 제조하는 일 예를 설명하기 위한 것에 불과하므로, 반드시 상기 순서, 기타 조건에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제를 이용한 난연부재의 구조도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기저물질인 유리섬유 상단 및 하단 면에 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제가 도포되어 코팅층이 형성된 난연부재가 도시되어 있다. 여기서, 친환경 발포성 내화 코팅제는 수성 아크릴수지, 난연제, 팽창흑연 등을 포함할 수 있다. 또한, 유리섬유는 150g 내지 700g 범위의 평량을 가질 수 있고, 친환경 발포성 내화 코팅제로 형성된 코팅층은 450g 내지 800g 범위의 평량을 가질 수 있다. 기저물질로는 유리섬유 대신에 탄소섬유, 케블라로 대표되는 아라미드섬유 또는 보론섬유, 실리콘 카바이드로 대표되는 세라믹섬유를 사용할 수도 있다.
유리섬유의 평량이 150g 미만일 경우에는 고온에서 형태가 소실될 수 있고, 평량이 700g을 초과하는 경우에는 연질성이 저하되어 현장에서 작업성이 떨어질 수 있다. 그리고, 코팅층의 평량이 450g 미만일 경우에는 고온에서 단시간에 코팅층이 연소되어 요구되는 내화성능을 구현하기 어렵고, 평량이 800g을 초과하는 경우에는 가격경쟁력이 저하될 수 있다. 아울러, 코팅층의 평량이 800g 이상인 경우에는 평량이 증가함에 비례하여 내화성능이 향상되지는 않는다.
기저물질로 사용되는 유리섬유는 불활성 및 내약품성과 섬유의 특성인 유연성(flexibility), 가벼움, 강도특성(strength)을 지니고 있으며, 고온에서 우수한 인장성능 및 저흡수성을 가진다. 직물의 원료로는 규사(silica), 석회석(limestone), 붕사 등이 주를 이루며, 그 배합에 따라서 물성을 조절할 수 있다. 이러한 원료조성에 따라 A-glass(고알칼리용), C-glass(화학용), E-glass(전기부품용) 및 S-glass(고강도용)로 구분할 수 있다. 일반적으로, 3%이하의 연신율을 가지고 있어 치수 안정성이 좋으며, 인장강도 및 인장탄성율이 매우 좋다. 371℃ 일 때 약 50%의 인장강도를 지니며, 482℃ 일 때 약 25%의 인장강도를 가진다. 연화점은 846℃이고, 용해점은 1121℃이다. 특히, 무기물로 구성되어 불연의 특성이 있다. 유리섬유는 기본적으로 TEXTILE YARN 및 ROVING으로 구분된다. 제직을 하기 위해 원사에 꼬임을 가한 것을 TEXTILE YARN이라 하고, 꼬임을 가하지 않고 수천의 FILAMENT로 구성되어 있는 것을 ROVING이라 하며, BINDER의 종류에 따라 여러 가지 품종으로 구분할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 발포성 내화 코팅제의 내화성 실험 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 4개의 기둥을 갖는 구조물 위에 육면체 구조물을 올려, 1층이 주차장으로 이용되는 빌라와 유사한 구조를 구현하였다. 또한, 좌측 도면(A, B 및 C)은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 내화 코팅제를 시공하지 않은 경우, 우측 도면(D, E, 및 F)는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 내화 코팅제를 시공한 경우의 실험 예이다. 실험은 친환경 내화 코팅제 시공 여부를 제외하고 동일한 조건(A, D)에서 진행되었다. 도 4의 B 및 E를 참조하면, 4개의 기둥을 갖는 구조물 내부에서 열을 가함으로써, 저층에서 발생한 화재가 상층으로 옮겨가는 형태의 재난 환경을 구현하였다. 도 4의 C 및 F를 참조하면, 열을 가하기 시작한 후 10분이 경과한 시점에서 친환경 내화 코팅제를 시공하지 않은 경우(C) 육면체 구조물은 전소되었으나, 친환경 내화 코팅제를 시공한 경우(F)는 육면체 구조면로 화재가 이어지지 않았다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 수성 아크릴수지, 팽창흑연, 비-할로겐계 난연제, 탈크, 산화 전분 및 첨가제가 혼합된 조성물을 포함하고,
    상기 조성물에서 상기 수성 아크릴수지는 30 내지 40 중량%, 상기 팽창흑연은 15 내지 25 중량%, 상기 비-할로겐계 난연제는 10 내지 15 중량%, 상기 탈크는 7 내지 11 중량% 범위, 상기 산화 전분은 2 내지 5 중량% 및 상기 첨가제는 2 내지 4 중량% 범위의 함량을 갖는 친환경 발포성 내화 코팅제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수성 아크릴수지는 물 45 내지 50 중량%, 유화제 2 내지 3 중량%, 부틸 아크릴레이트 모노머(Butyl acrylate monomer) 28 내지 33 중량%, 아크릴로니트릴 모노머(Acrylonitrile monomer) 3 내지 5 중량%, 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethyl acrylate monomer) 2 내지 3 중량%, N-메틸올 아크릴아미드 모노머(N-methylol acrylamide monomer) 1.3 내지 2.3 중량%, 아크릴산 모노머(Acryl acid monomer) 0.5 내지 1.5 중량%, 이타콘산(Itaconic acid) 0.1 내지 0.5 중량%, 암모늄퍼설페이트(Ammonium persulphate) 0.1 내지 0.2 중량%, 황산 수소 나트륨(Sodium hydrogen sulfate) 0.1 내지 0.2 중량%, 소듐 폼알데하이드 설폭실레이트(Sodium formaldehyde sulfoxylate) 0.05 내지 0.1 중량%, T-부틸하이드로퍼옥사이드(Tert-Butyl hydroperoxide) 0.05 내지 0.1 중량%, 암모니아수(Ammonium hydroxide water) 0.5 내지 1 중량% 및 기타 첨가제 0.1 중량%를 포함하는 친환경 발포성 내화 코팅제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비-할로겐계 난연제는 Ammonium Polyphosphate(APP), Ammonium Phosphates(MAP, DAP), Melamine Cyanurate(MC), Melamine Polyphosphate(MPP), Melamine Phosphate(MP) 및 인산암모늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 혼합물을 포함하는 친환경 발포성 내화 코팅제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 팽창흑연은 160℃ 내지 180℃ 범위의 온도에서 발포가 개시되고, 발포 배율이 350배 내지 400배 범위를 갖는 친환경 발포성 내화 코팅제.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 팽창흑연은 200℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 발포가 개시되고, 발포 배율이 100배 내지 350배 범위를 갖는 친환경 발포성 내화 코팅제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 분산제, 소포제, 증점제, 습윤제, 방부제, 유화제, 파포제 및 레벨링제를 포함하는 친환경 발포성 내화 코팅제.
  7. 유리섬유; 및
    수성 아크릴수지, 팽창흑연, 비-할로겐계 난연제, 탈크, 산화 전분 및 첨가제가 혼합된 친환경 발포성 내화 코팅제를 상기 유리섬유 상단 및 하단 면 중 적어도 어느 하나의 표면에 도포하여 형성된 코팅층을 포함하고,
    상기 친환경 발포성 내화 코팅제에서 상기 수성 아크릴수지는 30 내지 40 중량%, 상기 팽창흑연은 15 내지 25 중량%, 상기 비-할로겐계 난연제는 10 내지 15 중량%, 상기 탈크는 7 내지 11 중량% 범위, 상기 산화 전분은 2 내지 5 중량% 및 상기 첨가제는 2 내지 4 중량% 범위의 함량을 갖는 난연부재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유리섬유는 150g 내지 700g 범위의 평량을 갖고, 상기 코팅층은 450g 내지 800g 범위의 평량을 갖는 난연부재.
  9. 용기에 수성 아크릴수지 및 분산제를 순차적으로 투입하여 교반하는 제1단계;
    상기 용기에 산화 전분을 투입하여 교반2하는 제2단계;
    상기 용기에 소포제, 방부제 및 레벨링제를 순차적으로 투입하면서 교반하는 제3단계;
    상기 용기에 비-할로겐계 난연제를 복수회 분할 투입하면서 교반하는 제4단계;
    상기 용기에 팽창흑연을 투입하여 교반하는 제5단계;
    상기 용기에 탈크 및 파포제를 투입하여 교반하는 제6단계; 및
    상기 용기에 증점제를 투입하는 제7단계를 포함하고,
    상기 용기에 상기 수성 아크릴수지는 30 내지 40 중량%, 상기 팽창흑연은 15 내지 25 중량%, 상기 비-할로겐계 난연제는 10 내지 15 중량%, 상기 탈크는 7 내지 11 중량% 범위, 상기 산화 전분은 2 내지 5 중량%, 상기 분산제, 상기 소포제, 상기 방부제, 상기 레벨링제, 상기 파포제 및 상기 증점제를 포함하는 첨가제는 2 내지 4 중량% 범위의 함량을 갖도록 투입하는 친환경 발포성 내화 코팅제 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1단계 내지 제4단계는 제1교반속도로 교반되고,
    상기 제5단계 및 제6단계는 상기 제1교반속도보다 빠른 제2교반속도로 교반되며,
    상기 제7단계는 상기 제2교반속도보다 빠른 제3교반속도로 교반되는 친환경 발포성 내화 코팅제 제조방법.
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