KR102545822B1 - 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 조형물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리우레아가 함유된 방염 코팅을 이용한 조형물의 제조방법에 관한 것으로 조형물의 상부면에 도료와 폴리우레아가 함유된 방염 코팅제를 도포하여 조형물의 표면 강성 증대 및 내구성이 향상시켜 조형물이 오래 유지될 수 있도록 하며, 방염층을 형성하여 단열효과를 통해 화재발생 시 피해를 줄일 수 있다는 장점을 가진다.

Description

폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 조형물{A method of manufacturing a sculpture using a flame-retardant coating containing polyurea and a sculpture manufactured by the method}
본 발명은 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 조형물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 스티로폼과 같은 소재를 이용하여 조형물을 제작하고, 그 표면에 도료와 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 도포하여 조형물의 표면 강성을 높이고 내구성을 향상시킴으로써 조형물이 오래 유지될 수 있게 함과 동시에, 상기 방염 코팅 조성물에 의한 단열 효과를 통해 화재발생 시 피해를 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는, 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물의 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 조형물에 관한 것이다.
화재 위험이 있는 곳에 방염 처리를 하여 화재로부터 인명 및 재산상의 피해를 줄이는 것은 매우 중요하다. 미국, 유럽의 경우 건축물 및 각종 수송체 뿐만 아니라 전자제품, 공산품 등 어린이들의 완구류, 의류 등에 이르는 광범위한 분야에서 방염 처리가 법으로 규정되어 있다.
우리나라의 경우 건축물 및 목조문화재에 대한 방염처리는 비교적 충실히 수행되고 있는 반면, 대표적인 공공미술로 손꼽히는 도시 조형물에 대한 방염처리는 미약한 상태이다. 뿐만 아니라 종래의 방염 코팅을 위하여 사용되는 방염 코팅제의 경우 유해물질을 발생시키거나, 재료 자체의 물성에 영향을 미치는 문제점이 있어 대안으로 고려되기 어렵다. 화재로 인한 사건 사고들이 있고 현재도 위험에 노출되어 있음에도 불구하고, 도시 조형물의 방염을 위한 현실적인 대안은 찾아보기 어려운 실정이다.
폴리우레아는 다이이소시아네이트(diisocyanatoe)와 다이아민(diamine)의 두 가지 성분으로부터 합성되는 고분자 물질이다. 폴리우레아 코팅과 관련된 종래 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-28332호(2009. 3. 18. 공개) 등이 있다.
폴리우레아 코팅제는 반응속도와 경화시간이 매우 빠르고, 휘발성 유기화합물을 적게 포함하여 비교적 유해성이 낮으며, 건축물의 마감에 사용하는 경우 뛰어난 방수성, 단열 및 부식방지, 강도 증가 등의 효과가 있어 다양한 분야에서 사용될 수 있다는 장점이 있다. 일례로 조형물의 형태를 제조한 후 겉면에 강도를 높이기 위해 폴리우레아 코팅 처리를 하기도 한다.
하지만 폴리우레아는 화재에 취약하다는 단점이 있어, 종래에는 방염 코팅제로의 사용은 제한되어 왔다. 이에 난연 성능이 향상된 폴리우레아 코팅제의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 언급한 문제점을 개선하기 위하여 개발된 것으로, 난연성과 내화성을 겸비하고, 물품의 용도나 구조, 형태, 성질 들에 영향을 미치지 않고 화기에 취약한 물품 내지 장소에 적용 가능한, 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 조형물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 방염 코팅 조성물을 적용함으로 난연기능을 겸비하여 안정성과 편리성 그리고 사용효율성이 향상된 조형물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물은 조형물의 외부면에 위치한 방염 코팅층을 포함하고, 상기 방염 코팅층은 인 또는 실리콘을 포함하는 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 방염 코팅 조성물은 이소시아네이트 및 인산 폴리올을 포함하는 프리폴리머; 및 아민기를 포함하는 폴리실록산을 포함하는 경화제를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 방염 코팅 조성물에 포함된 프리폴리머는, 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 이소시아네이트의 함량은 약 20 중량% 내지 약 80 중량%일 수 있고, 상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 인산 폴리올의 함량은 약 20 중량% 내지 약 80 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 방염 코팅 조성물은 ASTM E1354에 의해서, 복사 열원 50 kW/m2으로, 상기 방염 코팅 조성물에, 열 및 연기 방출이 시험될 때, 최고 열 방출율이 250 kW/m2이하이고, 평균 열 방출율이 150 kW/m2이하이고, 연기 계수가 85×103 kW/kg이하이고, 최고 질량 손실율이 11 g·m2/s이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방염 코팅층은 흑연, 인산나트륨, 폴리인산암모늄, 삼산화수소산염, 인산칼슘, 탈크, 제올라이트 및 멜라민계 화합물로 구성되는 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 난연제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리우레아가 함유된 방염 코팅을 이용한 조형물은 방염 코팅 조성물로 형성된 방염 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 방염 코팅층에 화재로 인한 열이 가해질 때 인 또는 실리콘에 의해서 차르가 형성될 수 있고, 폴리우레아에 포함된 질소는 열에 의해 기포를 발생시켜 단열재 역할을 할 수 있다.
따라서, 상기 방염 코팅층에 의해 화재 시 발화 시간 및 확산 속도를 지연시킴으로 대피시간을 확보하여 인명 피해를 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 방염 코팅층 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 방염 코팅층이 코팅된 스티로폼에 약 14초 동안 토치 불꽃이 가해진 상황을 도시한 사진이다.
도 3은 방염 코팅층이 코팅된 스티로폼에 약 14초 동안 토치 불꽃이 가해진 후 상태를 도시한 사진이다.
도 4는 방염 코팅층이 코팅된 스티로폼에 약 4분 10초 동안 토치 불꽃이 가해진 후 스티로폼 상태를 도시한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물로 제조된 조형물이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물로 제조된 조형물이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관(200)의 외부에 종이(300)로 6각형의 주상절리 모형을 형성한 것을 나타낸다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 일반적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니된다. 발명자가 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어나 단어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 따라, 본 발명의 기술적 사상과 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명이 실현되는 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 전부 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 및 응용 가능한 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물은, 본 발명의 발명자가 2021. 10. 28. 선출원한 특허출원 10-2021-145104호에 상세히 설명되어 있는데, 이를 소개하면 아래와 같다.
본 발명에 따른 방염 코팅 조성물은 난연 성능을 가지는 폴리우레아를 포함하며, 상기 폴리우레아는 인 및/또는 실리콘을 포함한다.
상기 폴리우레아는 제1성분 및 제2성분을 포함할 수 있다. 상기 폴리우레아는 상기 제1성분 및 제2성분이 반응하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 폴리우레아는 2액형 코팅 조성물에 의해서 형성될 수 있다.
상기 제1 성분은 프리폴리머를 포함하고, 상기 제2 성분은 경화제를 포함할 수 있다. 상기 폴리우레아는 프리폴리머 및 경화제를 포함할 수 있다. 상기 폴리 우레아는 상기 프리폴리머 및 상기 경화제의 반응에 의해서 제조될 수 있다.
상기 프리폴리머는 이소시아네이트 및 폴리올을 포함한다. 상기 프리폴리머는 상기 이소시아네이트 및 상기 폴리올의 반응에 의해서 형성될 수 있다. 상기 프리폴리머는 상기 이소시아네이트 및 상기 폴리올이 미리 반응하여 생성된 이소시아네이트를 의미한다.
상기 이소시아네이트는 적어도 하나 이상의 반응기를 포함할 수 있다. 상기 이소시아네이트는 둘 이상의 반응기를 포함할 수 있다.
상기 이소시아네이트의 예로서는 디페닐메탄 2,2'-, 2,4'- 및/또는 4,4'-디이소시아네이트(MDI), 나프틸렌 1,5-디이소시아네이트(NDI), 톨릴렌 2,4- 및/또는 2,6-디이소시아네이트(TDI), 3,3'-디메틸디페닐 디이소시아네이트, 디페닐에탄 1,2-디이소시아네이트, 및/또는 p-페닐렌 디이소시아네이트(PPDI), 트리-, 테트라-, 펜타-, 헥사-, 헵타- 및/또는 옥타-메틸렌 디이소시아네이트, 2-메틸펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 2-에틸부틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 부틸렌 1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸시클로헥산(이소포론 디이소시아네이트, IPDI), 1,4- 및/또는 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산(HXDI), 시클로헥산 1,4-디이소시아네이트, 1-메틸시클로헥산 2,4- 및/또는 2,6-디이소시아네이트, 및 디시클로헥실메탄 4,4'-, 2,4'- 및/또는 2,2'-디이소시아네이트가 있다.
상기 이소시아네이트는 디페닐메탄 4,4'-디이소시아네이트일 수 있다.
상기 폴리올은 인을 포함할 수 있다. 상기 폴리올은 인계 폴리올일 수 있다. 상기 폴리올은 인 함유 폴리올일 수 있다.
상기 인 함유 폴리올은 비제한적으로, 포스페이트 및 포스페이트 폴리올, 포스파이트 및 폴리포스파이트 폴리올, 포스포네이트, 폴리포스포네이트 폴리올, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 인-함유 폴리올은 선타드46S(SUNTARD 46S, 선화인글로벌), 엑솔리트(EXOLIT) OP 550 (LV)(클라리안트 코포레이션(Clariant Corporation)으로부터 입수가능), 레바가드(LEVAGARD) 4090N(란세스 코포레이션(Lanxess Corporation)으로부터 입수가능), 및 이들의 블렌드일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 인 함유 폴리올은 2개 이상의 하이드록실 기를 포함할 수 있다.
상기 인 함유 폴리올은 하기의 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112022113352902-pat00001
여기서, 상기 R7은 탄소수 1 내지 10인 치환 또는 비치환되는 알킬기, 탄소수 1 내지 10인 치환 또는 비치환되는 알콕시기, 탄소수 1 내지 20인 치환 또는 비치환되는 아릴기 및 탄소수 1 내지 20인 치환 또는 비치환되는 헤테로 아릴기로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 R8, 상기 R9 및 상기 R10은 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10이고 히드록실기로 일부 또는 전부 치환되는 알킬기, 탄소수 1 내지 10이고 히드록실기로 일부 또는 전부 치환되는 알콕시기, 탄소수 1 내지 20이고 히드록실기로 일부 또는 전부 치환되는 아릴기 및 탄소수 1 내지 20이고 히드록실기로 일부 또는 전부 치환되는 헤테로 아릴기로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
여기서, 상기 n은 1 내지 10일 수 있다. 상기 n은 1 내지 5일 수 있다. 상기 n은 1 내지 3일 수 있다.
상기 인 함유 폴리올은 하기의 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112022113352902-pat00002
상기 R11, 상기 R12 및 상기 R13은 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10이고 히드록실기로 치환되는 알킬기, 탄소수 1 내지 10이고 히드록실기로 일부 또는 전부 치환되는 알콕시기, 탄소수 1 내지 20이고 히드록실기로 일부 또는 전부 치환되는 아릴기 및 탄소수 1 내지 20이고 히드록실기로 일부 또는 전부 치환되는 헤테로 아릴기로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
여기서, 상기 n은 1 내지 10일 수 있다. 상기 n은 1 내지 5일 수 있다. 상기 n은 1 내지 3일 수 있다.
또한, 상기 인 함유 폴리올은, 출발 인-함유 폴리올과 에폭시 작용성 화합물의 반응 생성물일 수 있다. 당업자는, 폴리올과 에폭시 작용성 화합물의 반응 생성물이 또한 폴리올일 수 있음을 인지할 것이다.
상기 인 함유 폴리올은, 당분야에 공지된 인-함유 폴리올, 예컨대 전술된 단락에서 기술된 것들을 포함할 수 있다.
상기 인 함유 폴리올은 실온에서 액체 또는 고체일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올은 용매에 분산되어, 상기 이소시아네이트와 반응할 수 있다.
상기 인 함유 폴리올의 중량 평균 분자량은 약 100 내지 약 1000일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 중량 평균 분자량은 약 150 내지 약 700일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 중량 평균은 약 150 내지 약 500일 수 있다.
상기 인 함유 폴리올의 중량 평균 분자량이 상기의 범위를 가지는 경우, 상기 인 함유 폴리올은 상기 용매 또는 상기 이소시아네이트에 용이하게 분산될 수 있다.
또한, 상기 인 함유 폴리올은 약 5 중량% 내지 약 20 중량%의 함량으로 인을 포함할 수 있다. 상기 인 함유 폴리올은 약 7 중량% 내지 약 18 중량%의 함량으로 인을 포함할 수 있다. 상기 인 함유 폴리올은 약 8 중량% 내지 약 16 중량%의 함량으로 인을 포함할 수 있다. 상기 인 함유 폴리올은 약 10 중량% 내지 약 14 중량%의 함량으로 인을 포함할 수 있다.
상기 인 함유 폴리올의 밀도는 약 1.0 g/㎤ 내지 약 1.5 g/㎤일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 밀도는 약 1.0 g/㎤ 내지 약 1.4 g/㎤일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 밀도는 약 1.0 g/㎤ 내지 약 1.3 g/㎤일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 밀도는 약 1.0 g/㎤ 내지 약 1.25 g/㎤일 수 있다.
상기 인 함유 폴리올의 점도는 약 10 mpa·s 내지 약 3500 mpa·s일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 점도는 약 30 mpa·s 내지 약 1500 mpa·s일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 점도는 약 40 mpa·s 내지 약 1000 mpa·s일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 점도는 약 50 mpa·s 내지 약 500 mpa·s일 수 있다.
또한, 상기 인 함유 폴리올의 산가는 약 0.5 ㎎KOH/g 내지 약 3 ㎎KOH/g일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 산가는 약 0.5 ㎎KOH/g 내지 약 2.5 ㎎KOH/g일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 산가는 약 0.5 ㎎KOH/g 내지 약 2 ㎎KOH/g일 수 있다.
또한, 상기 인 함유 폴리올의 수산기 함량은 약 50 ㎎KOH/g 내지 약 700 ㎎KOH/g일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 수산기 함량은 약 100 ㎎KOH/g 내지 약 500 ㎎KOH/g일 수 있다. 상기 인 함유 폴리올의 수산기 함량은 약 150 ㎎KOH/g 내지 약 500 ㎎KOH/g일 수 있다.
상기 인 함유 폴리올이 상기의 범위로 인 함량, 밀도, 점도, 산가 및 수산기 함량을 가지는 경우, 상기 이소시아네이트와 용이하게 반응할 수 있다.
상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 이소시아네이트의 함량은 약 20 중량% 내지 약 80 중량%일 수 있다. 상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 이소시아네이트의 함량은 약 30 중량% 내지 약 70 중량%일 수 있다. 상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 이소시아네이트의 함량은 약 40 중량% 내지 약 60 중량%일 수 있다.
상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 폴리올의 함량은 약 20 중량% 내지 약 80 중량%일 수 있다. 상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 폴리올의 함량은 약 30 중량% 내지 약 70 중량%일 수 있다. 상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 폴리올의 함량은 약 40 중량% 내지 약 60 중량%일 수 있다.
상기 이소시아네이트 및 상기 폴리올의 중량비는 약 1:4 내지 약 4:1일 수 있다. 상기 이소시아네이트 및 상기 폴리올의 중량비는 약 1:3 내지 약 3:1일 수 있다. 상기 이소시아네이트 및 상기 폴리올의 중량비는 약 1:2 내지 약 2:1일 수 있다.
상기 프리폴리머는 하기의 과정에 의해서 제조될 수 있다.
먼저, 상기 이소시아네이트 및 상기 폴리올이 혼합된다. 상기 이소시아네이트 및 상기 폴리올은 약 30 ℃내지 약 40 ℃의 온도에서 혼합될 수 있다.
이후, 상기 이소시아네이트 및 상기 폴리올은 교반되면서, 약 70 ℃내지 약 90 ℃의 온도에서 약 1 시간 내지 약 4 시간 동안 서로 반응한다.
이후, 상기 반응물은 냉각되고, 상기 프리폴리머가 제조될 수 있다.
상기 프리폴리머의 점도는 약 10 cps 내지 약 2000 cps일 수 있다. 상기 프리폴리머의 점도는 약 50 cps 내지 약 1500 cps일 수 있다. 상기 프리폴리머의 점도는 약 80 cps 내지 약 1200 cps일 수 있다. 상기 프리폴리머의 점도는 약 100 cps 내지 약 1000 cps일 수 있다.
상기 경화제는 아민계 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화제는 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 경화제는 아민기를 포함하는 실록산을 포함할 수 있다. 상기 경화제는 적어도 2개 이상의 아민기를 포함할 수 있다.
상기 경화제는 아민기를 포함하는 폴리실록산을 포함할 수 있다. 상기 경화제는 아미노프로필 말단 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.
상기 아미노프로필 말단 폴리디메틸실록산은 아미노알킬작용성 실리콘일 수 있다. 상기 아미노알킬작용성 실리콘은 화학 반응성, 수소 결합 형성 능력을 가질 수 있으며, 알킬레이트화 반응에 의해서, 폴리이미드 및 폴리우레탄을 비롯한 다양한 중합체를 형성할 수 있다.
상기 아미노프로필 말단 폴리디메틸실록산은 하기의 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112022113352902-pat00003
여기서, 상기 n은 1 내지 10일 수 있다.
또한, 상기 아민기를 포함하는 실록산은 1,3 -비스(3-아미노프로필)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산(1,3-Bis(3-aminopropyl)-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 경화제는 실리콘을 포함하지 않는 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 실리콘을 포함하지 않는 아민계 화합물은 폴리에테르 아민, 트리에틸아민, 이소프론 디아민, 1,3,3-트리메틸-1-아미노메틸-5-아미노사이클로헥산, 톨루엔-2,4-디아민, 톨루엔-2,6-디아민, 디에틸톨루엔디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민. 4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2'-디아미노디페닐메탄 및 올리고머 디아미노디페닐메탄으로 구성되는 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 경화제는 상기 실리콘을 포함하는 경화제 및 상기 실리콘을 포함하지 않는 경화제를 동시에 포함할 수 있다.
상기 실리콘을 포함하는 경화제 및 상기 실리콘을 포함하지 않는 경화제의 중량 비율은 약 5:1 내지 약 1:3일 수 있다. 상기 실리콘을 포함하는 경화제 및 상기 실리콘을 포함하지 않는 경화제의 중량 비율은 약 4:1 내지 약 1:2일 수 있다. 상기 실리콘을 포함하는 경화제 및 상기 실리콘을 포함하지 않는 경화제의 중량 비율은 약 4:1 내지 약 1:1일 수 있다.
상기 경화제의 점도는 약 10 cps 내지 약 2000 cps일 수 있다. 상기 경화제의 점도는 약 50 cps 내지 약 1500 cps일 수 있다. 상기 경화제의 점도는 약 80 cps 내지 약 1200 cps일 수 있다. 상기 경화제의 점도는 약 100 cps 내지 약 1000 cps일 수 있다.
상기 프리폴리머 및 상기 경화제의 중량 비율은 약 1:5 내지 약 5:1일 수 있다. 상기 프리폴리머 및 상기 경화제의 중량 비율은 약 1:4 내지 약 4:1일 수 있다. 상기 프리폴리머 및 상기 경화제의 중량 비율은 약 1:3 내지 약 3:1일 수 있다. 상기 프리폴리머 및 상기 경화제의 중량 비율은 약 1:2 내지 약 2:1일 수 있다.
상기 방염 코팅 조성물은 상기 폴리우레아 및 난연제를 포함할 수 있다.
상기 난연제는 인산나트륨, 흑연, 제올라이트, 멜라민 시아누레이트, 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate:APP), 트리이소시아누레이트, 폴리보(Polybor, 옥탄산 나트륨 사수화물), 황산암모늄(ammonium sulfate), 우레아 (urea), 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate), 멜라민 포스페이트(melamine phosphate), 인산칼슘(calcium phosphate) 또는 탈크(talc)으로 구성되는 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 난연제는 전체 방염 코팅 조성물을 기준으로, 약 3 중량% 내지 약 50 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 난연제는 상기 전체 방염 코팅 조성물을 기준으로, 약 5 중량% 내지 약 40 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 난연제는 전체 방염 코팅 조성물을 기준으로, 약 7 중량% 내지 약 25 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 난연제는 인산나트륨, 암모늄 폴리포스페이트 및 트리이소시아누레이트의 혼합물, 흑연, 우레아, 제올라이트 및 멜라민 시아누레이트를 포함할 수 있다. 이때, 상기 난연제는 상기 인산 나트륨 약 100 중량부를 기준으로, 약 80 중량부 내지 약 120 중량부의 암모늄 폴리포스페이트 및 트리이소시아누레이트 혼합물, 약 60 중량부 내지 약 100 중량부의 가공 흑연, 약 60 중량부 내지 약 100 중량부의 우레아, 약 10 중량부 내지 약 30 중량부의 제올라이트 및 약 30 중량부 내지 약 50 중량부의 멜라민 시아누레이트를 포함할 수 있다.
상기 방염 코팅 조성물은 상기의 범위로 난연제를 포함하기 때문에, 조형물 외부에 적용될 때, 향상된 난연성 및 열 차단 효과를 가질 수 있다.
상기 방염 코팅 조성물은 2액형으로 보관되었다가, 조형물에 시공될 때, 다음과 같은 공정에 의해서 혼합되어, 미경화 혼합물이 형성될 수 있다.
상기 프리폴리머 및 상기 경화제는 혼합되어, 미경화 혼합물이 형성된다. 이때, 상기 프리폴리머 및 상기 경화제는 상기의 비율로 혼합될 수 있다.
또한, 상기 프리폴리머, 상기 경화제 및 상기 난연제가 혼합되어, 미경화 혼합물이 형성될 수 있다. 이때, 상기 프리폴리머, 상기 경화제 및 상기 난연제는 상기의 비율로 혼합될 수 있다. 상기 프리폴리머, 상기 경화제 및 상기 난연제는 약 2000 rpm 내지 약 3000 rpm의 교반 속도로 고속 전단 믹서(a high speed shear mixer)에 의해서 혼합될 수 있다. 이에 따라서, 상기 프리폴리머, 상기 경화제 및 상기 난연제가 혼합되어 형성되는 미경화 혼합물은 조형물 외부에 처리될 수 있다.
일실시예에 따른 방염 코팅 조형물의 제조방법은 상기와 같은 방염 코팅 조성물을 준비하는 단계; 및 조형물 형태 제작 후 상기 방염 코팅 조성물을 코팅하는 단계를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 방염 시공 전에 상기 프리폴리머 및 상기 경화제는 서로 따로 보관된다. 즉, 상기 방염 코팅 조성물은 2액형으로 사용될 수 있다. 이때, 상기 난연제는 상기 경화제에 미리 분산되어 있거나, 상기 프리폴리머에 미리 분산되어 있거나, 상기 경화제 및 상기 프리폴리머에 각각 분산되어 있을 수 있다.
이후, 상기 프리폴리머, 상기 경화제 및 상기 난연제가 상기와 같이 서로 혼합되어, 상기 미경화 혼합물이 제조된다.
이후, 상기 미경화 혼합물은 상기 조형물 외부에 코팅된다.
상기 코팅 공정은 슬릿 코팅, 바 코팅 또는 스프레이 코팅으로 진행될 수 있다. 상기 코팅 공정은 점도를 2000 cps 미만으로 제한하는 고압 침범 기법(high pressure impingement technique)에 의한 분사 공정으로 진행될 수 있다.
이후, 상기 코팅된 혼합물은 경화되고, 상기 조형물의 외부에 방염층이 형성될 수 있다. 상기 경화 공정은 대기 및 상온 조건에서 진행될 수 있다. 상기 경화 공정은 약 8시간 내지 약 20시간 동안 진행될 수 있다.
실시예에 따른 코팅 조성물은 상기 프리폴리머 및 상기 경화제를 포함한다. 실시예에 따른 코팅 조성물은 2액형 코팅 조성물일 수 있다. 상기 프리폴리머 및 상기 경화제는 서로 따로 보관된 상태에서, 상기 코팅 공정 직전에 혼합되어, 사용될 수 있다. 또한, 상기 프리폴리머 및 상기 경화제가 혼합될 때, 상기 난연제가 함께 혼합될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 난연제는 상기 프리폴리머 또는 상기 경화제에 미리 혼합될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅 공정 직전에 상기 난연제가 혼합된 프리폴리머와 상기 경화제가 서로 혼합되어, 상기 조형물에 적용될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 난연제는 상기 프리폴리머 및 상기 경화제와는 별도로 상기 조형물의 외부에 분사되어, 상기 방염 코팅층이 형성될 수 있다. 즉, 상기 프리폴리머 및 상기 경화제가 혼합되어 미경화 혼합물이 형성되고, 상기 조형물의 외부에 상기 미경화 혼합물이 코팅된 후, 상기 난연제가 상기 방염 코팅층에 분사되어, 상기 방염 코팅층에 삽입될 수 있다. 상기 난연제가 삽입된 방염 코팅층은 경화되어, 상기 방염 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 방염 코팅층은 향상된 난연 성능을 가진다. 또한, 상기 방염 코팅층은 향상된 방염 보호 기능을 가질 수 있다. 상기 방염 코팅층은 상기 조형물을 화재로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
상기 방염 코팅층은 빠른 점화 시간을 가질 수 있다. 또한, 상기 방염 코팅 조성물의 최고 열 방출율은 낮을 수 있다. 또한, 상기 방염 코팅 조성물의 평균 열 방출율은 낮을 수 있다. 또한, 상기 방염 코팅 조성물의 연기 계수는 낮을 수 있다. 상기 방염 코팅 조성물의 최고 질량 손실율은 낮을 수 있다.
상기 방염 코팅 조성물은 ASTM E1354에 따른 원뿔 열량 측정 결과를 하기와 같은 범위로 가질 수 있다. 즉, 상기 방염 코팅 조성물이 경화되어 형성된 샘플이 ASTM E1354에 따른 원뿔 열량 측정이 측정될 때, 상기 방염 코팅 조성물은 하기와 같은 범위의 수치를 가질 수 있다.
상기 방염 코팅층은 ASTM E1354에 의해서, 복사 열원 50kW으로, 열 및 연기 방출이 시험될 때, 점화 시간은 약 20초 이하일 수 있다. 상기 점화 시간은 약 18초 이하일 수 있다. 상기 점화 시간은 약 17초 이하일 수 있다.
상기 방염 코팅 조성물의 점화시간이 짧기 때문에, 상기 방염층은 화재 발생 시, 빠르게 차르를 형성할 수 있다. 상기 조형물을 효과적으로 보호할 수 있다.
상기 방염 코팅층은 ASTM E1354에 의해서, 복사 열원 50 kW으로, 열 및 연기 방출이 시험될 때, 최고 열 방출율이 250 kW/㎡이하일 수 있다. 상기 최고 열 방출율이 220 kW/㎡이하일 수 있다. 상기 최고 열 방출율이 200 kW/㎡이하일 수 있다. 상기 최고 열 방출율이 180 kW/㎡이하일 수 있다. 상기 최고 열 방출율의 최하값은 50 kW/㎡일 수 있다.
또한, 상기 방염 코팅층은 ASTM E1354에 의해서, 복사 열원 50 kW으로, 열 및 연기 방출이 시험될 때, 평균 열 방출율이 150 kW/㎡이하일 수 있다. 상기 평균 열 방출율이 130 kW/㎡이하일 수 있다. 상기 평균 열 방출율이 110 kW/㎡이하일 수 있다. 상기 평균 열 방출율이 100 kW/㎡이하일 수 있다. 상기 평균 열 방출율의 최하 값은 30 kW/㎡일 수 있다.
상기 방염 코팅층은 ASTM E1354에 의해서, 복사 열원 50 kW으로, 열 및 연기 방출이 시험될 때, 연기 계수가 100×103 kW/㎏ 이하일 수 있다. 상기 연기 계수가 85×103 kW/㎏ 이하일 수 있다. 상기 연기 계수가 75×103 kW/㎏ 이하일 수 있다. 상기 연기 계수가 65×103 kW/㎏ 이하일 수 있다. 상기 연기 계수가 55×103 kW/㎏ 이하일 수 있다. 상기 연기 계수의 최하 값은 약 25×103 kW/㎏ 일 수 있다.
상기 방염 코팅층은 ASTM E1354에 의해서, 복사 열원 50 kW으로, 열 및 연기 방출이 시험될 때, 최고 질량 손실율이 13 g·㎡/s 이하일 수 있다. 상기 최고 질량 손실율이 12 g·㎡/s 이하일 수 있다. 상기 최고 질량 손실율이 11 g·㎡/s 이하일 수 있다. 상기 최고 질량 손실율이 10 g·㎡/s 이하일 수 있다. 상기 최고 질량 손실율의 최하 값은 6 g·㎡/s일 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 방염 코팅층(100) 단면을 도시한 단면도이다. 도면에 나타난 바와 같이 방염 코팅층(100)은 조형물(10)의 가장 외부에 위치할 수 있다.
도 2 내지 3에 도시된 바와 같이, 방염 코팅된 스티로폼에 토치의 불꽃이 방사되어도 상기 방염 코팅층은 발화되지 않았다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 불꽃에 의해서도, 상기 스티로폼의 손상이 적었다.
상기 방염 코팅층은 인계 폴리올(phosphorous polyol) 및 상기 아민 개질된 폴리디메틸 실록산(plsolydimethylsiloxane)을 포함하기 때문에, 불꽃 특성을 개선하는 데 시너지 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 상기 방염 코팅층은 인계 폴리올(phosphorous polyol)과 아민 말단 폴리디메틸록산(amine terminated polydimethylsiloxane)을 결합하여 연기 생성을 낮추고 발화 시간을 늘릴 수 있다.
또한, 실시예에 따른 방염 코팅 조성물은 난연 폴리우레아를 포함하고, 스프레이로 적용할 수 있다. 또한, 상기 프리폴리머 및 상기 경화제는 매우 빠른 반응속도를 가지기 때문에, 빠르게 경화될 수 있다. 또한, 상기 프리폴리머는 휘발성 유기화합물이 적기 때문에 다양한 분야에서 사용할 수 있는 가능성을 가질 수 있다. 또한, 실시예에 따른 방염 코팅 조성물은 화재에도 강하기 때문에, 건물의 내 외부 등 다양하게 사용될 수 있다.
또한, 상기 폴리우레아가 인 및/또는 실리콘을 포함하는 경우 더욱 개선된 난연 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 인(phosphorous) 및 상기 실리콘은 상호 작용으로 안정적으로 탄소를 형성하여, 차르층을 형성할 수 있다.
상기 방염 코팅 조성물은 유기 고분자의 골격을 이루는 주쇄에 상기 인 및/또는 상기 실리콘을 적용하는 것에 의해. 더욱 향상된 내화성 특성, 발화 시간, 최대 열 방출 속도(HRR) 및 방출된 총 매연을 개선할 수 있다.
또한, 인(phosphorus) 및 실록산(siloxane)이 폴리머의 중추에 포함되어 있을 때, 난연에 대한 시너지 효과가 극대화될 수 있다. 즉, 연소 과정 동안 인과 실록산이 상호 작용하여, 안정적으로 탄소를 생성하고, 방출되는 총 연기를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 실록산(Siloxane)은, 규소(Si)와 산소(O)가 교차하여 결합되어진 작용기이며, 실리콘(Silicone)의 주골격을 형성한다. 또한, 유기폴리머의 경우 주쇄가 탄소결합(C-C)으로 결합 에너지가 356 kJ/mol인 반면, 실리콘 폴리머의 주쇄인 실록산 결합(Si-O)은 444 kJ/mol이다. 이에 따라서, 상기 실록산 결합의 결합력은 상대적으로 더 크고, 매우 안정적이다. 또한, 실록산 결합은 결합 각이 크고 나선구조로 되어 있어서, 향상된 난연 성능을 가질 수 있다.
또한, 상기 흑연이 난연제로 포함되는 경우, 상기 난연 폴리우레아에 포함된 탄소를 최소화하더라도, 상기 흑연은 상기 차르층을 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 난연 폴리우레아에 포함된 인 및/또는 실리콘의 함량이 향상될 때, 상기 흑연은 연소시 탄소 공급 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 흑연은 상기 차르층의 뼈대를 구성할 수 있다. 이에 따라서, 상기 흑연은 상기 인 및 상기 실리콘의 함량을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 흑연은 상기 절연층을 형성하며, 인산나트륨, 암모늄 폴리포스페이트, 트리시아누레이트, 제올라이트(zeolite) 및 멜라민 시아누레이트와 함께 적용되어, 상기 다른 난연제 및 상기 폴리우레아 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 방염 코팅 조성물, 예를 들어, 인계 폴리올 및 다이이소시아네이트를 포함하는 프리폴리머와 아민 말단 폴리디메틸록산의 반응물은 난연 성능을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물로 제조된 조형물의 일례로서, 구체적으로 조경용으로 식재된 나무에 안개 형태의 물을 분사하는 인공분수 시스템에 관한 것이다.
도 5에서 도면부호 1은 콘크리트 기반층으로서 조형물을 하부에서 지지하는 지지층으로 기능한다. 도면부호 2는 스티로폼 등으로 제작될 수 있는 조형물의 본체 부분에 해당한다. 이러한 조형물의 본체 부분(2)의 표면이나 필요한 부분에 본 발명에 따른 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 도포하거나 코팅하여 방염 코팅층(3)을 형성한다. 도면부호 4는 경관을 위해 식재되는 나무를 의미한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조형물의 일례로서 인공분수 시스템을 예시한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 스티로폼 구조물로 제작되는 조각상 등 각종의 실내외 조형물에 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 것으로, 도 5에서 나타낸 조형물을 활용하여 다각형의 단면 형태를 가지는 자연 구조물인 주상절리를 인공적으로 시공한 것을 나타낸 것으로 도 6a는 저면도를 나타내고, 도 6b는 정면에서 바라본 것이다. 또한 도 7은 본 발명에 따른 주름관(200)의 외부에 종이(300)로 6각형의 주상절리 모형을 형성한 것을 나타낸다.
도면부호 (200)으로 도시한 주름관(200)이 내부에 위치하고, 상기 주름관(200)의 외부에 마분지 또는 판지 등의 종이(300)로 4각~6각으로 종이를 접어 덧대어 붙여서 주상절리의 외형 모형을 만들어 부착한다.
이후 앞서 설명한 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물(400)을 종이의 외부에 도포하여 일정 수준의 강도와 경도를 가지는 구조물을 생성한다.
다음 단계로 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물(400)의 외부에 종이와 수지와 액체를 섞어서 만든 코팅제를 도포하여 코팅층(500)을 형성하여, 거친 질감을 가지는 자연물의 느낌을 부여한다.
마지막으로 상기 코팅층(500)에 기호에 맞는 자연색으로 마감을 하여 주상절리 모형을 제작할 수 있다.
상기 주름관의 내부 하측에는 인공 주상절리의 중심을 잡기 위하여 필요시 콘크리트(600)를 타설할 수 있다. 또한 콘트리트(600)의 상부에는 토양이나 흡수체(700)를 배치할 수 있다.
한편 도면부호 (800)은 조형물에 물을 뿌리기 위한 인공분수를 나타내며, (900)은 조명광을 나타낸다.
상기 주름관(200)은 일반적인 배관용으로 사용되는 플렉시블 덕트 주름관으로서, 고무재질이나 스텐 재질로 이루어진다.
10 : 조형물
100 : 방염 코팅층
200 : 주름관
300 : 종이
400 : 코팅 조성물
500 : 코팅층

Claims (6)

  1. 방염 코팅 조성물을 준비하는 단계;
    스티로폼 재질의 조형물을 제작하는 단계;
    상기 조형물 외부에 상기 방염 코팅 조성물을 코팅하여 방염 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 방염 코팅 조성물은,
    인 또는 실리콘을 포함하는 폴리머 수지를 포함하고,
    상기 폴리머 수지는 폴리우레아를 포함하며,
    상기 폴리우레아는,
    이소시아네이트 및 인산 폴리올을 포함하는 프리폴리머; 및
    아민기를 포함하는 폴리실록산을 포함하는 경화제;를 포함하고,
    상기 방염 코팅층에는,
    흑연, 인산나트륨, 폴리인산암모늄, 삼산화수소산염, 인산칼슘, 탈크, 제올라이트 및 멜라민계 화합물로 구성되는 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 난연제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방염 코팅 조성물에 포함된 상기 프리폴리머는, 상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 이소시아네이트의 함량이 20 중량% 내지 80 중량%이고, 상기 프리폴리머 전체를 기준으로 상기 인산 폴리올의 함량이 20 중량% 내지 80 중량%인 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방염 코팅층은 ASTM E1354에 의해서, 복사 열원 50 kW로, 열 및 연기 방출이 시험될 때, 최고 열 방출율이 250 kW/㎡이하이고, 평균 열 방출율이 150 kW/㎡이하이고, 연기 계수가 85×103 kW/㎏ 이하이고, 최고 질량 손실율이 11 g·㎡/s 이하인 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프리폴리머의 점도는 10 cps 내지 2000 cps인 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법에 의해 제조된 조형물.
  6. 플렉시블한 재질의 주름관(200)과, 상기 주름관(200)의 외부에는 종이(300)로 형성되는 주상절리 모형이 부착되고,
    상기 종이(300)의 외측에는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물(400)이 도포되어 형성되고,
    상기 방염 코팅 조성물(400)의 외부에는 종이와 수지와 액체를 섞어서 만든 코팅제를 도포하여 이루어지는 코팅층(500)이 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 인공 조형물.
KR1020220139504A 2022-10-26 2022-10-26 폴리우레아가 함유된 방염 코팅 조성물을 이용한 조형물 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 조형물 KR102545822B1 (ko)

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KR20200066785A (ko) * 2018-12-03 2020-06-11 주식회사 티씨에스 폴리우레아수지가 도포된 샌드위치판넬
KR20210020302A (ko) * 2019-08-14 2021-02-24 경기대학교 산학협력단 친환경성 난연제 및 이의 제조방법
JP2021094809A (ja) * 2019-12-19 2021-06-24 日東電工株式会社 難燃断熱シートおよび難燃断熱材

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