KR102500414B1 - 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물과 그 제조방법 - Google Patents

에어로겔 함유 분무용 내화 조성물과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

수용성 바인더를 포함하는 수용액 50 중량부 내지 80 중량부; 에어로겔 분말 5 중량부 내지 20 중량부; 경량 필러 5 중량부 내지 20 중량부; 섬유 2 중량부 내지 8 중량부; 및 증점제 1 중량부 내지 8 중량부;를 포함하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물이 제공된다. 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 내화성이 우수하면서도, 밀도가 낮고, 우수한 부착력을 가지며, 분무용 장비 내 이송이 가능하면서도 분무 후 흘러내림이 발생하지 않는 효과가 있다.

Description

에어로겔 함유 분무용 내화 조성물과 그 제조방법{Fireproof composition for spray containing aerogels and method for manufacturing the same}
에어로겔 함유 분무용 내화 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.
단열재란 열이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 그 흐름을 방지하는 구조체로서, 열손실 및 열획득을 효율적으로 차단하여 에너지를 절약할 수 있게 하고, 표면 온도 강하로 인해 발생하는 표면 결로를 방지한다. 일반적으로 단열재는 공장, 아파트, 주택, 사무실, 저온창고, 콘테이너, 기타 건축물 등에 널리 사용되며, 단열재를 구성하는 성분에 따라 크게 유기계 단열재와 무기계 단열재로 나누어져 있다. 유기계 단열재로는 스티로폼(EPS; expanded polystyrene) 계열과 폴리우레탄 폼(polyurethane form) 계열이 주종을 이루고 있고, 무기계 단열재로는 유리면(glass wool)과 암면(mineral wool), 석면, 펄라이트 등이 주종을 이루고 있다. 이외에 블록 및 보드형태의 단열재와 각종 파이프 용도에 보냉재 및 보온용으로 쓰이는 고분자로 만들어진 단열제품들도 사용되고 있다. 또한 최근에는 단열 충진재, 단열 마감재 등으로 응용되어 사용되기도 하며, 대한민국 공개특허 제10-2011-0004690호는 아크릴 에멀젼 수지, 알루미늄 실리케이트 및 첨가제를 사용한 도포형 단열 마감재 조성물을 기술하고 있다. 국내 단열재 시장에서는 유기 단열재가 71%를 차지하고 있으며, 그 중 폴리스티렌 폼(polystyrene foam)이 55%, 압축보드 6%, 폴리우레탄 폼이 29%를 차지하고 있다. 유기성 단열제품은 열전도가 낮아 단열재로써 오랫동안 범용적으로 사용되고 있다. 무기질 단열재의 경우에는 유리면과 암면, 석면, 펄라이트 등이 전체 단열재 시장의 29% 정도를 차지하고 있다.
이러한 단열재는 시공방법에 따라 분사형태의 단열재와 보드, 블랑켓 등의 단열재로 구분 할 수 있다. 분사형태의 단열재를 예로 들면 합성수지류의 바인더와 자연석 골재 등을 혼합한 분무재, 우레탄, 아크릴, 에폭시 등을 활용한 유기계 분무재, 유리면 및 안면 등을 활용한 무기계 분무재 등이 대부분이다. 그 중에 스프레이란 압축 공기에 의해 재료를 스프레이 노즐을 통하여 재료를 균일하게 도장면에 분무하는 형태이다.
기존에 많이 사용되어온 유기성 단열제품은 화재 발생 시 일반 소재와는 다르게 화염확산 속도와 열 발생율이 더 높을 뿐만 아니라, 다량의 유독가스 분출이 발생하여 치명적인 인명손실 및 재산손실을 초래하는 문제점을 안고 있다.
또한, 석면 파우더, 유리섬유 및 암연 등을 주재료로 사용하여 형성된 무기계 단열재는 불연재이고, 단열성능도 우수한 편이나 인체에 접촉, 흡입될 경우 암을 일으키는 유해물질이기 때문에 점차 그 사용이 금지되고 있는 추세이다. 또한 발포유리를 주제로 사용하여 형성된 무기계 단열재는 단열성은 우수하나 강도가 취약하여 쉽게 깨지기 때문에 그 사용이 극히 제한적이다. 또한 종래 무기계 단열재는 유기계 단열재에 비해 중량이 크며 제조비용이 높기 때문에 산업 분야에서 널리 이용되지 못하고 있다.
나아가, 현장시공에 있어서 아파트, 빌라, 연립주택이나 고층건물, 공장건물 등과 같이 일정한 규격을 갖는 건물은 재료의 규격화 및 조립가능성, 경량화, 난연성 등이 동시에 요구되므로 규격에 맞춘 단열재를 미리 준비하여 시공하여야 하는 번거로움이 있다.
그러나, 스프레이를 이용할 경우 현장의 상황에 따라 그에 대응하여 시공이 가능하며, 특히 대면적 시공에 유리하다. 조인트가 필요하지 않으며 결로 현상을 방지할 수 있어 코너 부분 등과 같은 복잡한 부분이 시공도 용이한 특징을 가지고 있다.
또한, 분무 형태의 내화 조성물에 적용할 소재로서의 에어로겔을 사용하는 경우, 에어로겔은 최대 99% 정도의 기공률과 50 nm 이하의 메조 기공크기를 갖는 초다공성 물질로서, 현재까지 인류가 개발한 소재 중에서 가장 가볍고 가장 뛰어난 초내화/초경량/초다공성/초저유전 등의 특성이 있다. 이러한 이유로 에어로겔은 초내화 소재 외에도 에너지/환경/전기전자 분야에 무한한 응용 가능성을 가진 환상적인 소재로 각광받고 있다. 특히, 에어로겔은 삼차원 망목구조를 가지며 그 내부에 공기분자의 평균자유행로보다 작은 크기의 기공을 갖는 초다공성 구조로 되어 있어 열전도를 최소화하고, 또한 음파의 전달을 지연시키고 태양광을 확산시키고 수분을 흡수하지 않는 소수성 특성을 보유하고 있어 건물 및 산업 부문에 광범위하게 활용될 수 있는 소재이다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0004690호
본 발명의 일 측면에서의 목적은 분무 형태로 시공이 가능한 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서
수용성 바인더를 포함하는 수용액 50 중량부 내지 80 중량부;
에어로겔 분말 5 중량부 내지 20 중량부;
경량 필러 5 중량부 내지 20 중량부;
섬유 2 중량부 내지 8 중량부; 및
증점제 1 중량부 내지 8 중량부;
를 포함하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
수용성 바인더를 포함하는 수용액 50 중량부 내지 80 중량부에,
에어로겔 분말 5 중량부 내지 20 중량부, 경량 필러 5 중량부 내지 20 중량부, 섬유 2 중량부 내지 8 중량부 및 증점제 1 중량부 내지 8 중량부를 혼합하는 단계;
를 포함하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물 제조방법이 제공된다.
나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서
상기 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하여 형성되는 내화재가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에서
상기 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하는 단계를 포함하는 내화재 코팅 방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 내화성이 우수하면서도, 밀도가 낮고, 우수한 부착력을 가지며, 분무용 장비 내 이송이 가능하면서도 분무 후 흘러내림이 발생하지 않는 효과가 있다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명의 일 측면에서
수용성 바인더를 포함하는 수용액 50 중량부 내지 80 중량부;
에어로겔 분말 5 중량부 내지 20 중량부;
경량 필러 5 중량부 내지 20 중량부;
섬유 2 중량부 내지 8 중량부; 및
증점제 1 중량부 내지 8 중량부;
를 포함하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물이 제공된다.
이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물에 대하여 각 구성별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 수용성 바인더를 포함하는 수용액을 포함한다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 상기 수용성 바인더를 포함하는 수용액을 50 중량부 내지 80 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 50 중량부 내지 70 중량부를 포함할 수 있다.
상기 수용성 바인더를 포함하는 수용액은 수용성 무기 바인더 및 수용성 유기 바인더를 포함할 수 있다.
무기 바인더를 단독으로 사용하는 경우, 에어로겔을 혼합하기 위하여는 계면활성제를 투입하여야 하며, 밀도가 상승한다는 문제점이 발생할 수 있으며, 유기 바인더를 단독으로 사용하는 경우, 계면활성제의 투입 없이 에어로겔을 혼합할 수 있으나, 고온에서의 부착 성능이 저하될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 수용성 무기 바인더 및 수용성 유기 바인더를 모두 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수용성 무기 바인더는 가용성 규산염일 수 있으며, 예를 들어, 규산나트륨, 규산칼륨 및 리튬실리케이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수용성 유기 바인더는 예를 들어, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산에스테르, 폴리에틸렌 비닐아세테이트, 스티렌 아크릴산에스테르 수지, 스티렌 부타디엔 수지, 폴리비닐알콜, 수분산 아크릴계 폴리우레탄, 수분산 실리콘계 폴리우레탄, 수용성 아크릴 에멀젼, 수용성 실리콘 에멀젼, 수용성 에폭시 에멀젼 및 셀룰로오스계 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수용성 바인더를 포함하는 수용액은 수용성 무기 바인더를 15 중량부 내지 25 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게는 18 중량부 내지 22 중량부 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용성 바인더를 포함하는 수용액은 수용성 유기 바인더를 1 중량부 내지 5 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1 중량부 내지 3 중량부 포함할 수 있다.
상기 수용성 무기 바인더를 15 중량부 미만 포함하는 경우, 고온에서의 부착성능이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 수용성 무기 바인더를 25 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 재료의 혼합성 저하로 혼합 시 교반이 어려우며, 분무 장비 내 이송에 필요한 재료의 점성이 감소하여 장비 내 이송이 어려울 수 있고, 단위 중량이 증가하여 밀도가 상승한다는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 수용성 유기 바인더를 1 중량부 미만 포함하는 경우, 수용성 유기 바인더와 에어로겔의 혼합 시 에어로겔의 혼합이 어려워 교반시간이 증가하며, 혼합 후 일정시간 경과 시 재분리가 발생한다는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 수용성 유기 바인더를 5 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 수용성 유기 바인더와 에어로겔의 혼합 시 에어로겔과 유기 바인더의 과도한 응집으로 뭉치는 현상이 발생하여, 액상 내에 고르게 분산되지 않고, 분무 장비 내 이송에 필요한 재료의 점성이 감소하여 장비 내 이송이 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 수용성 바인더를 포함하는 수용액에서, 수용성 무기 바인더 및 수용성 유기 바인더 외의 잔부는 물 및 기타 불가피한 불순물일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 에어로겔 분말을 포함한다.
상기 에어로겔 분말은 기공율이 90% 이상일 수 있으며, 평균 입경이 2 ㎛ 내지 80 ㎛일 수 있으며, 열 전도도가 0.02 W/m·k 이하일 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 상기 에어로겔 분말을 5 중량부 내지 20 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 5 중량부 내지 15 중량부, 더 바람직하게는 7 중량부 내지 13 중량부를 포함할 수 있다.
상기 에어로겔 분말이 5 중량부 미만으로 포함되는 경우, 내화재의 밀도가 높고, 내화 성능이 저조할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 에어로겔 분말이 20 중량부를 초과하여 포함되는 경우, 분무 후, 부착력이 감소하며, 분무 장비 내 이송에 필요한 재료의 질기(Consistency)가 감소하여, 장비 내 이송이 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 경량 필러를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 상기 경량 필러를 5 중량부 내지 20 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 7 중량부 내지 18 중량부, 더 바람직하게는 12 중량부 내지 17 중량부를 포함할 수 있다.
상기 경량 필러가 5 중량부 미만으로 첨가되는 경우, 건조 시 수축 방지 및 형태 유지가 어려울 수 있으며, 바탕면에 분무 시 흘러내림 또는 두께 발현이 어려운 문제점이 발생할 수 있고, 경량 필러의 함량이 20 중량부를 초과하는 경우 분무 장비 내 이송에 필요한 재료의 점성이 증가하여, 장비 내 이송이 어려울 수 있으며, 밀도가 높아지는 문제점이 있다.
상기 경량 필러는 흄드실리카, 규조토, 할로이사이트, 탄소 나노튜브, 펄라이트, 실리카, 알루미나, 황산 바륨, 진흙, 탈크, 운모가루, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 산화 마그네슘, 질화 붕소, 붕산 알루미늄, 티탄산바륨, 티탄산 칼슘, 티탄산 마그네슘, 티탄산 비스머스, 산화 티탄, 지르콘산 바륨, 지르콘산 칼슘 및 질석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 섬유를 포함한다.
상기 섬유는 재료의 건조 시 수축 방지 및 형태 유지를 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 섬유를 2 중량부 내지 8 중량부 포함할 수 있다.
상기 섬유는 재료의 결합성을 증대시키며, 건조 시 갈라짐을 방지할 수 있다.
상기 섬유는 무기 섬유 및 유기 섬유를 포함할 수 있다.
상기 무기 섬유는 유리 섬유, 미네랄울, 글라스울 및 세라믹울로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 섬유는 나일론 섬유, 면 섬유, 야자 섬유, 카폭 섬유, 양모 섬유 및 셀룰로오스 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 무기 섬유는 1 중량부 내지 6 중량부 포함될 수 있으며, 바람직하게는 3 중량부 내지 5 중량부 포함될 수 있다.
상기 유기 섬유는 0.5 중량부 내지 4 중량부 포함될 수 있으며, 바람직하게는 1 중량부 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
상기 무기 섬유가 1 중량부 미만으로 포함되는 경우, 건조 시 수축 방지 및 형태 유지가 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 무기 섬유가 6 중량부를 초과하여 포함되는 경우, 무기 섬유 간의 얽힘이 적어 흘러내림이 발생할 수 있으며, 밀도가 상승할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 유기 섬유가 0.5 중량부 미만으로 포함되는 경우, 건조 시 수축 방지 및 형태 유지가 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 무기 섬유가 4 중량부를 초과하여 포함되는 경우, 고온에서 내화 성능이 감소하며, 분무 장비 내 과도한 얽힘으로 인하여 장비 내 이송이 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
무기 섬유와 혼합 섬유를 혼합하여 사용하는 경우, 고온에서의 내화 안정성을 확보할 수 있으며, 건조 시 수축 방지 및 형태 유지가 가능할 수 있다는 점에서 바람직하다.
무기 섬유를 단독으로 사용 시, 고온에서 형태 유지 및 내화 성능 발현은 가능하나, 흘러내림이 발생할 수 있으며, 유기 섬유를 단독으로 사용 시, 수축 방지 효과는 향상되나 이송 및 내화 성능의 저하가 발생할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 증점제를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 증점제를 1 중량부 내지 8 중량부 포함할 수 있다.
상기 증점제를 1 중량부 미만으로 포함하는 경우, 재료 간의 결합력이 약하여 내화 성능이 저조하며, 부착력이 감소하여 조성물의 분무 후 흘러내림이 발생할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 증점제를 8 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 분무 장비 내 이송에 필요한 재료의 질기가 감소하여, 분무 장비 내 이송이 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 증점제는 셀룰로오스계 증점제, 에멀젼형 알칼리 증점제 및 우레탄계 증점제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 내화보조제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 내화보조제를 0.1 중량부 내지 5 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.3 중량부 내지 3 중량부 포함할 수 있다.
상기 내화보조제를 0.1 중량부 미만으로 포함하는 경우, 내화 성능이 저조할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 내화보조제를 5 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 내화보조제의 과도한 팽창으로 고온에서 재료 간의 결합력이 약해져 형태 유지가 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 내화보조제는 팽창 흑연일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 팽창 흑연은 흑연 분말을 산 처리 및 열처리하여 제조한 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 적절한 질기를 갖기에, 분무 장비 내에서의 이송 및 분무가 가능하며, 이를 분무한 후에도 형태가 양호하게 유지되며, 흘러내림이 발생하지 않는다.
본 발명의 다른 측면에서
수용성 바인더를 포함하는 수용액 50 중량부 내지 80 중량부에,
에어로겔 분말 5 중량부 내지 20 중량부, 경량 필러 5 중량부 내지 20 중량부, 섬유 2 중량부 내지 8 중량부 및 증점제 1 중량부 내지 8 중량부를 혼합하는 단계;
를 포함하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물 제조방법은 상기 본 발명의 일 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물에 대하여 설명한 내용이 적용될 수 있으며, 이에 대하여는 중복하여 설명하지 않고 생략한다.
본 발명의 다른 측면에서 제공되는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물 제조방법은 수용성 바인더를 포함하는 수용액 50 중량부 내지 80 중량부에, 에어로겔 분말 5 중량부 내지 20 중량부, 경량 필러 5 중량부 내지 20 중량부, 섬유 2 중량부 내지 8 중량부 및 증점제 1 중량부 내지 8 중량부를 혼합하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서, 혼합 순서는 특정 순서로 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 상기 단계는 수용성 유기 바인더를 포함하는 수용액에 에어로겔 분말을 분산시키는 단계; 및 상기 에어로겔이 분산된 분산액에 경량 필러, 섬유, 증점제 및 수용성 무기 바인더를 혼합하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 수용성 유기 바인더를 포함하는 수용액에 에어로겔 분말을 분산시키는 단계에서, 상기 수용성 유기 바인더를 포함하는 수용액은 수용액 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 10 중량부의 수용성 유기 바인더를 포함할 수 있다.
바람직하게는 100 중량부 대비 3 중량부 내지 8 중량부의 수용성 유기 바인더를 포함할 수 있다.
수용성 유기 바인더가 수용액 100 중량부 대비 1 중량부 미만이 포함되어 있다면 소재들 간의 결합성이 저하될 수 있다는 문제점이 있으며, 분무 작업 시 부착성이 떨어져 내화재의 형태를 유지하기 어렵다는 문제점이 있다. 수용성 유기 바인더가 수용액 100 중량부 대비 10 중량부를 초과하여 포함되어 있다면 점도의 상승으로 인하여 혼합상에 문제가 발생할 수 있는 가능성이 있으며, 분무 작업 시 올바른 분사가 되지 않을 수 있다는 문제점이 있다.
상기 수용성 유기 바인더를 포함하는 수용액은 증류수에 수용성 유기 바인더를 용융 분산시킨 것일 수 있다.
상기 용융 분산은 50℃ 내지 80℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서
에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하여 형성되는 내화재가 제공된다.
상기 내화재의 밀도는 0.3 g/cm3 이하일 수 있으며, 바람직하게는 2.5 g/cm3 이하, 더 바람직하게는 0.2 g/cm3 이하일 수 있다.
4.5 mm 두께의 바탕판을 포함하는 상기 내화제의 두께가 20 mm 인 경우, 내화재의 일 측면을 20℃부터 950℃까지 점차적으로 온도가 상승하는 조건에 60분 동안 노출시켰을 경우, 이러한 조건에 노출되지 않은 다른 일 면의 최대 온도는 250℃ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 200℃ 이하일 수 있고, 더 바람직하게는 170℃ 이하일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 150℃ 이하일 수 있다.
상기 내화재의 부착력은 5000 N/m2 이상일 수 있으며, 바람직하게는 10000 N/m2 이상일 수 있고, 더 바람직하게는 15000 N/m2 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서
상기 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하는 단계를 포함하는 내화재 코팅 방법이 제공된다.
상기 내화재 코팅 방법은 상기 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하는 단계를 수행하기 전에 피착면을 표면처리 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계에서 수분, 녹 등이 제거될 수 있다.
상기 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하는 단계는 시공면과 약 10 cm 내지 1 m의 거리에서 작업자가 분사함으로써 수행될 수 있다.
상기 내화재 코팅 방법은 상기 분사된 시료가 시공면에 일정 두께로 부착되면, 두께 측정 장비로 시공 두께를 측정하고 자연건조 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하는 단계는 0℃ 이상의 온도에서 수행함이 바람직하며, 80% 이하의 상대습도에서 수행함이 바람직하다. 온도가 0℃ 미만인 경우 바인더 수용액이 결빙될 수 있다는 문제점이 있으며, 상대습도가 80%를 초과하는 경우 피착면에 습기가 잔존할 수 있어 분무 시 부착 불량이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
<실시예 1>
증류수에 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA) 5%를 60~70℃에 용융 분산 제조된 PVA 5% 수용액 45 중량%에 나일론 섬유 2 중량%, 유리 섬유 4 중량% 및 셀룰로오스 증점제 3 중량%를 투입하였다. 이를 교반기로 10분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시킨 후, 펄라이트 25 중량%, 팽창 흑연 1 중량%, 물유리 20 중량%를 더 투입하였다. 이 후 이를 30분 동안 20 내지 100 RPM으로 분산 혼합시켜, 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
증류수에 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA) 5%를 60~70℃에 용융 분산 제조된 PVA 5% 수용액 45 중량%에 에어로겔 분말 5 중량%를 투입한 후, 교반기로 30분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 그 후, 나일론 섬유 2 중량%, 유리 섬유 4 중량% 및 셀룰로오스 증점제 3 중량%를 투입하였으며, 이를 교반기로 10분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 여기에, 펄라이트 20 중량%, 팽창 흑연 1 중량%, 물유리 20 중량%를 더 투입하였다. 이 후 이를 30분 동안 20 내지 100 RPM으로 분산 혼합시켜, 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
증류수에 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA) 5%를 60~70℃에 용융 분산 제조된 PVA 5% 수용액 45 중량%에 에어로겔 분말 10 중량%를 투입한 후, 교반기로 30분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 그 후, 나일론 섬유 2 중량%, 유리 섬유 4 중량% 및 셀룰로오스 증점제 3 중량%를 투입하였으며, 이를 교반기로 10분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 여기에, 펄라이트 15 중량%, 팽창 흑연 1 중량%, 물유리 20 중량%를 더 투입하였다. 이 후 이를 30분 동안 20 내지 100 RPM으로 분산 혼합시켜, 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
증류수에 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA) 5%를 60~70℃에 용융 분산 제조된 PVA 5% 수용액 45 중량%에 에어로겔 분말 15 중량%를 투입한 후, 교반기로 30분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 그 후, 나일론 섬유 2 중량%, 유리 섬유 4 중량% 및 셀룰로오스 증점제 3 중량%를 투입하였으며, 이를 교반기로 10분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 여기에, 펄라이트 10 중량%, 팽창 흑연 1 중량%, 물유리 20 중량%를 더 투입하였다. 이 후 이를 30분 동안 20 내지 100 RPM으로 분산 혼합시켜, 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
증류수에 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA) 5%를 60~70℃에 용융 분산 제조된 PVA 5% 수용액 48 중량%에 에어로겔 분말 15 중량%를 투입한 후, 교반기로 30분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 그 후, 나일론 섬유 2 중량%, 유리 섬유 4 중량%를 투입하였으며, 이를 교반기로 10분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 여기에, 펄라이트 10 중량%, 팽창 흑연 1 중량%, 물유리 20 중량%를 더 투입하였다. 이 후 이를 30분 동안 20 내지 100 RPM으로 분산 혼합시켜, 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제조하였다.
<실시예 6>
증류수에 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA) 5%를 60~70℃에 용융 분산 제조된 PVA 5% 수용액 38 중량%에 에어로겔 분말 15 중량%를 투입한 후, 교반기로 30분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 그 후, 나일론 섬유 2 중량%, 유리 섬유 4 중량% 및 셀룰로오스 증점제 10 중량%를 투입하였으며, 이를 교반기로 10분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 여기에, 펄라이트 15 중량%, 팽창 흑연 1 중량%, 물유리 20 중량%를 더 투입하였다. 이 후 이를 30분 동안 20 내지 100 RPM으로 분산 혼합시켜, 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제조하였다.
<실시예 7>
증류수에 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA) 5%를 60~70℃에 용융 분산 제조된 PVA 5% 수용액 41 중량%에 에어로겔 분말 10 중량%를 투입한 후, 교반기로 30분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 그 후, 유리 섬유 10 중량% 및 셀룰로오스 증점제 3 중량%를 투입하였으며, 이를 교반기로 10분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 여기에, 펄라이트 15 중량%, 팽창 흑연 1 중량%, 물유리 20 중량%를 더 투입하였다. 이 후 이를 30분 동안 20 내지 100 RPM으로 분산 혼합시켜, 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제조하였다.
<실시예 8>
증류수에 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA) 5%를 60~70℃에 용융 분산 제조된 PVA 5% 수용액 41 중량%에 에어로겔 분말 10 중량%를 투입한 후, 교반기로 30분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 그 후, 나일론 섬유 10 중량% 및 셀룰로오스 증점제 3 중량%를 투입하였으며, 이를 교반기로 10분 동안 500 내지 800 RPM으로 분산시켰다. 여기에, 펄라이트 15 중량%, 팽창 흑연 1 중량%, 물유리 20 중량%를 더 투입하였다. 이 후 이를 30분 동안 20 내지 100 RPM으로 분산 혼합시켜, 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 실시예 8의 조성물의 각 성분 함량을 아래 표 1에 나타내었다.
실시예
1
(wt%)		 실시예
2
(wt%)		 실시예
3
(wt%)		 실시예
4
(wt%)		 실시예
5
(wt%)		 실시예
6
(wt%)		 실시예
7
(wt%)		 실시예
8
(wt%)
물유리 20 20 20 20 20 20 20 20
PVA 5% 45 45 45 45 48 38 41 41
에어로겔 분말 - 5 10 15 15 10 10 10
펄라이트 25 20 15 10 10 15 15 15
유리 섬유 4 4 4 4 4 4 10 -
나일론 섬유 2 2 2 2 2 2 - 10
셀룰로오스 증점제 3 3 3 3 - 10 3 3
팽창 흑연 1 1 1 1 1 1 1 1
<비교예 1>
미네랄울과 PVA를 무게비로 5:1로 혼합하여 30~40℃의 건조기에 건조시켜 단열 보드를 제조하였다.
<비교예 2>
글라스울과 PVA를 무게비로 5:1로 혼합하여 30~40℃의 건조기에 건조시켜 단열 보드를 제조하였다.
<비교예 3>
알루미나 시멘트, 펄라이트 및 탄산칼슘을 무게비로 3:1:4로 혼합한 후 이를 물과 2:1로 혼합하여 무기 내화재를 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 내지 실시예 8의 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 4.5mm 두께의 바탕판에 동일한 두께로 분무한 후, 이를 30~40℃의 건조기에서 48시간 동안 건조시켰다.
내화 성능 측정을 위하여, KS F 2257(ISO-834)의 가열 곡선에 따라 노 온도 상승이 가능한 내화로에 건조된 시험편을 부착하여 노 온도를 점차적으로 상승(20℃ 내지 950℃)시키며 60분 동안 노출시켰으며, 이에 따른 이면에서의 최고 온도를 측정하였다.
또한, 건조된 내화 조성물 표면에 접착제를 이용하여 원형 지그(Jig)를 부착한 후 다이얼 푸쉬풀게이지로 부착 강도를 측정하는 방법으로, 바탕면과 내화 조성물 간의 부착 강도를 측정하였다.
이러한 측정을 비교예 1 내지 3에 대하여도 동일하게 수행하였으며, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
밀도
(g/cm3)		 이면 최대 온도
(℃)		 부착력 (N/m2)
실시예 1 0.30 244 28500
실시예 2 0.21 193 21300
실시예 3 0.12 135 18500
실시예 4 0.12 133 10500
실시예 5 0.12 162 5200
실시예 6 0.16 142 22000
실시예 7 0.19 145 17700
실시예 8 0.14 179 19100
비교예 1 0.14 275 1500
비교예 2 0.10 450 800
비교예 3 0.93 227 32000
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 비교예 1 내지 비교예 3은 이면 최대 온도가 비교적 높아, 내화 성능이 저조함을 확인할 수 있다.
구체적으로, 비교예 1의 경우, 낮은 밀도를 가지나, 부착력이 약하고, 비교예 2의 경우, 고온에서 녹아 알갱이 형태로 변형이 발생하여, 내화 성능이 매우 저조하고, 부착력 또한 매우 약하며, 비교예 3의 경우, 높은 부착력을 가지나 밀도가 너무 높다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1의 경우, 에어로겔을 포함하지 않는 바, 에어로겔을 포함하는 실시예 2 내지 실시예 8에 비하여, 밀도가 매우 높고, 이면 최대 온도가 높아, 내화 성능이 저조함을 알 수 있다.
특히, 실시예 1 내지 실시예 4를 비교하면, 에어로겔 분말의 함량이 증가함에 따라, 밀도가 감소하고, 내화 성능이 향상됨을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
실시예 1 내지 실시예 8의 내화 조성물에 대하여, 분무 장비에서의 이송 및 분사 성능을 확인하였으며, 수직으로 배치된 바탕판에 분사하여, 24시간 동안 내화재의 형태 유지 및 흘러내림 상태를 육안으로 확인하였고, 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 실시예
4		 실시예
5		 실시예
6		 실시예
7		 실시예
8
장비 이송 양호 양호 양호 불가 양호 불가 양호 불가
흘러내림 없음 없음 없음 - 흘러내림 - 약간
흘러내림		 -
상기 표 3에서 실시예 3 및 실시예 4를 비교하면, 에어로겔이 실시예 4에 더 많이 첨가되었음에도 내화 성능에는 큰 차이가 없는 반면(표 2 참조), 오히려 에어로겔이 과하게 첨가되어, 부착력이 약하고, 분무 장비 내 이송에 필요한 조성물의 질기가 감소하여, 이송에 어려움이 있음을 알 수 있다.
또한, 실시예 5의 경우, 셀룰로오스계 증점제가 첨가되지 않았는데, 이에 따라 재료 간의 결합력이 약하여 내화 성능 발현이 저조하며, 부착력이 감소하여, 재료 분무 후에 흘러내림이 발생함을 확인할 수 있다.
실시예 6의 경우, 셀룰로오스계 증점제를 10 중량%로, 비교적 과량을 첨가하였는데, 그 결과 분무 장비 내 이송에 필요한 재료의 질기가 감소하여, 분무 장비 내 이송이 어려울 수 있다.
실시예 7의 경우에는 유리 섬유가 비교적 과량 첨가되었는데, 이에 따라 유리 섬유 간의 얽힘이 적어 약간의 흘러내림이 발생하고, 밀도가 상승함을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 8의 경우, 나일론 섬유가 비교적 과량 첨가되었는데, 이에 따라, 분무 장비 내에서 섬유의 과도한 얽힘으로 인해 분무 장비 내에서의 이송이 어려울 수 있다.

Claims (10)

  1. 수용성 바인더를 포함하는 수용액 50 중량부 내지 80 중량부;
    에어로겔 분말 5 중량부 내지 10 중량부;
    경량 필러 12 중량부 내지 17 중량부;
    무기 섬유 3 중량부 내지 5 중량부;
    유기 섬유 1 중량부 내지 3 중량부; 및
    증점제 1 중량부 내지 8 중량부;
    를 포함하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물은 내화보조제를 0.1 중량부 내지 5 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 바인더를 포함하는 수용액은 수용성 무기 바인더 및 수용성 유기 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수용성 바인더를 포함하는 수용액은
    수용성 무기 바인더 15 중량부 내지 25 중량부; 및
    수용성 유기 바인더는 1 중량부 내지 5 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에어로겔 분말은 7 중량부 내지 10 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 수용성 바인더를 포함하는 수용액 50 중량부 내지 80 중량부에,
    에어로겔 분말 5 중량부 내지 10 중량부, 경량 필러 12 중량부 내지 17 중량부, 무기 섬유 3 중량부 내지 5 중량부, 유기 섬유 1 중량부 내지 3 중량부, 및 증점제 1 중량부 내지 8 중량부를 혼합하는 단계;
    를 포함하는 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물 제조방법.
  9. 제1항의 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하여 형성되는 내화재.
  10. 제1항의 에어로겔 함유 분무용 내화 조성물을 분무하는 단계를 포함하는 내화재 코팅 방법.
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