KR102586557B1 - 불연성이 보강된 frp재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불에 타지 않고 오래 견디도록 개선된 불연성이 보강된 FRP재에 관한 것이다.
본 발명은 난연성 수지가 포함된 난연성 FRP 모재 표면에 불연제가 코팅된 불연제 코팅층이 형성되되, 상기 불연제 코팅층의 조성물은, 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민 10~20wt%, 암모늄 폴리인산염 30~50wt%, 다이메틸폴리실옥산 1~10wt%, 크실렌 10~20wt%, 포스폰 산, P-메틸-,(5-에틸-2-메틸-2-옥시도-1,3,2-다이옥사포스포리난-5-일)메틸 메틸 에스테르 10~30wt%를 포함하는 불연성이 보강된 FRP재를 제공한다.

Description

불연성이 보강된 FRP재{FRP MATERIAL WITH REINFORCED NON-COMBUSTIBILITY}
본 발명은 불연성이 보강된 FRP재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 불에 타지 않고 오래 견디도록 개선된 불연성이 보강된 FRP재에 관한 것이다.
일반적으로 유리섬유 강화 플라스틱(FRP; Fiberglass Reinforced Plastic, 이하 FRP라 한다)은, 내수, 내약, 내열성이 우수한 수지(resin)를 사용하며 장력강도가 우수한 성능을 가진 유리섬유를 복합재료로 사용한 것으로, 우수한 내식성, 내열성과 높은 내구성과 경량성을 가지며, 접착성이 우수하여 타 소재와 혼성이 용이한 특징도 있다.
이와 같은 특징을 갖는 FRP는, 파이프(pipe)로 제작하여 부식성이 강한 가스 및 폐수, 하수를 운반하는 이송통로로 사용하기도 하고, 탱크(tank)로 제작하여 화학공장의 반응조 탱크, 반도체 공장의 공정 약품탱크, 식품 공장의 원료 저장용기, 내식용 약품 저장용기로 사용되고 있다.
또한, FRP는, 라이닝재(lining material)로 제작하여 예컨대, 콘크리트 물탱크 등의 벽체 내부 벽면에 라이닝 시공하여, 콘크리트 물탱크의 기밀 및 수밀을 유지할 수 있게 한다.
그리고 FRP는, 구조물의 외부에 에폭시 등을 이용하여 부착시키거나 홈을 형성하여 접착하여 구조물을 보강할 수 있다.
그러나 FRP의 구조물 보강방법은, 에폭시의 슬립, 외부 충격, 고온(에폭시계 FRP수지의 유리전이온도인 대략 102℃) 환경에서 파손 내지 손상되어 FRP에 대한 고정력을 상실하기 쉬운 문제점이 있고, 특히 화재에는 매우 취약한 문제점이 있었다.
상기와 같이 FRP를 활용한 보강공법과 관련된 선행문헌으로, 등록특허 제10-1618252호(2016년 04월 28일, 등록)에는 섬유보강플라스틱(FRP) 보강장치 및 이를 이용한 구조물의 보강 공법이 개시되어 있다.
상기한 등록특허의 섬유보강플라스틱(FRP) 보강장치는, 로빙(roving) 형태의 섬유 다발을 복수 개 나열하고 수지를 함침하여 바아(Bar) 형태를 갖도록 한 FRP 코어와, 상기 FRP 코어에 수직하게 형성되며 로빙(roving) 형태의 섬유 다발을 복수 개 나열하고 수지를 함침하여 만들어진 앵커마운트와, 상기 앵커마운트의 외면을 둘러싸도록 설치되어 보강하고자 하는 구조물에 형성된 홀(H)에 삽입되어 고정되는 앵커를 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는, 등록특허의 섬유보강플라스틱(FRP) 보강장치는, 분사식 섬유 보강 코팅층이 FRP 코어로 덮임으로써 응력 집중으로 인한 분사식 섬유보강 코팅층의 국부적인 파괴를 방지하며 단부 박리를 방지할 수 있고, FRP 코어의 외면에 분사식으로 두 번째 섬유 보강 코팅층을 적층함으로써 첫 번째 섬유 보강 코팅층 및 FRP 코어가 구조물의 표면에 더욱 단단히 정착됨과 더불어 단부 박리를 방지할 수 있게 되어 보강 성능을 더욱 향상시킨다.
하지만, 상기한 등록특허의 섬유보강플라스틱(FRP) 보강장치는, 화재에 취약한 문제점이 있다.
즉, 상기한 등록특허의 경우에는 FRP가 구조적으로는 보강이 되었지만, 화재 발생시 취약한 문제점이 있다.
다시 말해서, 기존의 FRP재는 경량이며 견고하여 내구성이 있었지만, 불연성이 떨어져 불 또는 화재에 취약하였다.
이에 따라 종래의 FRP재는, 불연성이 떨어져 불연재로 사용하기 어려워, 부식과 화재 노출이 많은 석탄화력발전소 장비, 전자회사 장비, 화학플랜트회사 장비 등에는 사용할 수 없어, 사용성이 떨어졌다.
즉, 부식과 화재 노출이 많은 상기 회사들에서는 화재 발생에 대비하여, 불에 강하지만, 무겁고 고가이며 부식에 취약한 금속재를 사용할 수밖에 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 불연성을 보강하여 금속재를 대체하며 다양한 용도로 사용할 수 있도록 한 불연성이 보강된 FRP재를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불연성이 보강된 FRP재는,
난연성 수지가 포함된 난연성 FRP 모재 표면에 불연제가 코팅된 불연제 코팅층이 형성되되,
상기 불연제 코팅층의 조성물은, 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민 10~20wt%, 암모늄 폴리인산염 30~50wt%, 다이메틸폴리실옥산 1~10wt%, 크실렌 10~20wt%, 포스폰산, P-메틸-,(5-에틸-2-메틸-2-옥시도-1,3,2-다이옥사포스포리난-5-일)메틸 메틸 에스테르 10~30wt%를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 불연제 코팅층의 조성물은, 물 35~45wt%, 티타늄옥사이드 2~5wt%, 멜라민 0.1~1.0wt%, 펜타에리트리톨 30~35wt%, 에틸렌/브이에이코폴리머 25~30wt%를 포함하여 된다.
본 발명에 있어서, 상기 난연성 수지는, 테프론, PVC, 나일론 및 PC 수지 중 어느 하나로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 난연성 FRP 모재와 상기 불연제 코팅층에 의해 불연성이 보강된다.
한편, 상기 불연제 코팅층 조성물은 인산화 반응을 통해 폴리프로필렌글리콜이 변성되어 이루어진 인계폴리머 1~5wt%를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 인산화 반응은, 상기 폴리프로필렌글리콜 100중량부에 대해 트리크레실인산(TCP) 30 내지 60중량부 및 크실렌 2 내지 8중량부를 부가하고 80 내지 95℃에서 반응시켜서 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 난연성 수지가 포함된 난연성 FRP 모재의 표면에 불연제 코팅층을 형성함으로써, 불연 성능이 보강된 FRP재를 제조할 수 있게 되었다.
불연제 코팅층 조성물에 새로운 인계폴리머를 첨가함으로써, FRP 수지와 불연제 코팅층 간의 분산력과 결합력이 향상되어서, 불연성능이 더욱 보강되고, 내구성이 향상된다.
따라서 기존의 무겁고, 고가이며, 부식에 약하지만 화재에 대비하기 위해 사용할 수밖에 없었던 금속제나 기존의 FRP재를 대체할 수 있게 되었고, 다양한 용도 또는 목적에 사용할 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재의 단면도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재(100)는, 난연성 수지가 포함된 난연성 FRP 모재(101)와, 이 난연성 FRP 모재(101)의 표면에 불연제가 코팅된 불연제 코팅층(103)이 형성되어 이루어진다.
상기 난연성 FRP 모재(101)에 포함된 난연성 수지는, 테프론(Teflon), PVC(Polyvinyl chloride), 나일론(Nylon) 및 PC(Polycarbonate) 수지 중 어느 하나로 이루어진다.
하지만, 상기 난연성 수지는 위에서 열거한 수지로 한정되지는 않는다.
예컨대, 산소지수(Oxygen Index : OI)가 높을수록 연소가 힘들기 때문에, 상기 난연성 수지는 산소지수가 높은(20 이상) 수지이면 특정한 수지로 한정되지 않는다.
상기 불연제 코팅층(103)의 조성물은, 일 실시예로, 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(1,3,5-Triazine-2,4,6-Triamine) 10~20wt%, 암모늄 폴리인산염(Ammonium Polyphosphate) 30~50wt%, 다이메틸폴리실옥산(Dimethyl Polysiloxane) 1~10wt%, 크실렌(xylene) 10~20wt%, 포스폰산, P-메틸-,(5-에틸-2-메틸-2-옥시도-1,3,2-다이옥사포스포리난-5-일)메틸 메틸 에스테르 10~30wt%, 및 인산화를 통해 폴리프로필렌글리콜이 변성되어 이루어진 인계폴리머 1~5wt%를 포함한다.
일 실시예의 불연제 코팅층(103)의 조성물에서, 상기 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(1,3,5-Triazine-2,4,6-Triamine)은 할로겐 프리(halogen-free) 불연제이며, 조성물에 포함되어 불연 기능을 한다.
그리고 상기 암모늄 폴리인산염(Ammonium Polyphosphate)은 인-질소 불연제이며, 연소과정에서 표면 코팅, 인 화합물의 증발에 의한 열 소멸, 분해물의 희석, 용융 점도의 감소 등으로 인하여 불연제로서 역할을 한다.
따라서 상기 암모늄 폴리인산염(Ammonium Polyphosphate)이 조성물 중 함유량(30~50wt%)이 가장 높다.
또한, 상기 다이메틸폴리실옥산(Dimethyl Polysiloxane)은 불활성 물질이기 때문에 화학적으로 매우 안정된 상태를 지니고 있어서 다른 조성물과 반응해도 변화없이 본래 상태를 그대로 유지함으로써, 불도 안 붙고 특히 독성도 없다.
그리고 상기 크실렌(xylene)은 조성물에 포함되어 코팅이 이루어지도록 접착 기능을 한다.
또한, 상기 포스폰 산, P-메틸-,(5-에틸-2-메틸-2-옥시도-1,3,2-다이옥사포스포리난-5-일)메틸 메틸 에스테르는 조성물에 포함되어 연기밀도를 낮추는 기능을 한다.
한편, 불연제 코팅층(103)의 조성물로서, 폴리옥시에틸렌 소비탄 에스터(polyoxyethylene sorbitan ester)를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리옥시에틸렌 소비탄 에스터는 우수한 유화력 및 분산성을 가지고 있어서, 불연성 코팅층을 이루는 유성 불연제 코팅액의 분산성을 향상시킬 수 있다.
상기 인계폴리머는 인산화 반응을 통해 폴리프로필렌글리콜을 변성하여 이루어진다. 상기 인산화 반응은 상기 폴리프로필렌글리콜 100중량부에 대해 트리크레실인산(TCP) 30 내지 60중량부 및 크실렌 2 내지 8중량부를 부가하고 80 내지 95℃에서 일정시간, 예를 들어 8시간동안 반응시키는 반응일 수 있다. 상기 상기 인산화 반응 후 생성물을 감압하여 농축 및 세척하여 인계 폴리머를 제작할 수 있다.
상기 인계폴리머를 통해서 불연제 성분과 수지와의 분산력과 결합력을 향상시킬 수 있게 된다. 상기 인계폴리머를 함유할 때는 수지 조성물의 점도를 낮춰주어서, 작업성이 향상된다. 이는 인계폴리머의 불연제 성분이 FRP를 이루는 수지와의 분산성을 향상시켜 주기 때문이다.
인계폴리머는, 불연제 코팅층(103)의 조성물에서, 1~5wt%의 중량부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 인계폴리머를 1중량부 이하로 사용하였을 때에는 도료의 점도가 높아 다른 성분들과의 분산이 용이하지 못하다. 상기 인계폴리머가 5중량부를 초과하는 경우에는 다른 불연제의 침전이 빨리 발생되어 불연효과 저하나 부착성 저하를 나타난다.
상기한 바와 같이 일 실시예에 따른 불연제 코팅층(103)에 함유된 조성물은, 모두 불연 및 코팅 기능에 기여하는 물질로, 난연성 수지를 포함하는 난연성 FRP 모재(101)에 코팅됨으로써, 불에 타지 않고 잘 견디는 불연 성능이 향상된 FRP재를 제조할 수 있다.
그리고 상기 불연제 코팅층(103)의 조성물은, 다른 실시예로, 물(Water) 35~45wt%, 티타늄옥사이드(Titanium oxide) 2~5wt%, 멜라민(Melamine) 0.1~1.0wt%, 펜타에리트리톨(Pentaerythritol) 또는 펜타에리트리톨 테트라니트레이트(Pentaerythritol tetranitrate, PETN) 30~35wt%, 에틸렌/브이에이코폴리머(Ethylene/VA(vinyl acetate) Copolymer) 25~30wt%, 인산화를 통해 폴리프로필렌글리콜이 변성되어 이루어진 인계폴리머 1~5wt%를 포함한다.
이와 같은 다른 실시예에 따른 불연제 코팅층(103)의 조성물 중 상기 티타늄옥사이드(Titanium oxide)는 파우더(powder) 형태로 존재하고 매우 높은 끊는 점(약 2,900℃)과 인화점(약 2,500~3,000℃)이 높아 소량(2~5wt%) 조성된다.
또한, 상기 멜라민(Melamine)은 극히 소량(0.1~1.0wt%) 조성되어 접착 기능을 부여한다.
그리고 상기 펜타에리트리톨(Pentaerythritol)은 조성물에서 내화 및 내연 기능을 한다. 이에 따라 상기 펜타에리트리톨(Pentaerythritol)은 물(water) 다음으로 조성물에서 함유량(30~35wt%)이 많다.
또한, 상기 에틸렌/브이에이코폴리머(Ethylene/VA Copolymer)는 조성물에서 점착제, 결합제 및 피막형성제 기능을 한다.
상기 인계폴리머는 인산화 반응을 통해 폴리프로필렌글리콜을 변성하여 이루어진다. 상기 인산화 반응은 상기 폴리프로필렌글리콜 100중량부에 대해 트리크레실인산(TCP) 30 내지 60중량부 및 크실렌 2 내지 8중량부를 부가하고 80 내지 95℃에서 일정시간, 예를 들어 8시간동안 반응시키는 반응일 수 있다. 상기 상기 인산화 반응 후 생성물을 감압하여 농축 및 세척하여 인계 폴리머를 제작할 수 있다.
상기 인계폴리머의 조성비와, 기능은 상기한 일 실시예의 불연제 코팅층(103)의 조성물에 기재된 내용과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 조성물을 물(water)을 혼합(35~45wt%)하여 조성하여, 불연제 코팅층(103)을 형성한다.
이렇게 코팅된 불연제 코팅층(103)을 난연성 FRP 모재(101)에 코팅하여 형성한 후에 자연건조 또는 오븐건조를 통해 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재(100)를 완성한다.
한편, 상기 불연제 코팅층(103)의 코팅 두께는, 불(또는 화재)에 견딜 수 있는 두께이면 특정한 치수로 한정되지 않는다.
그리고 상기 코팅 두께는, 상기 난연성 FRP 모재(101)의 두께나 면적에 따라 달라질 수 있으며, 또한 사용되는 예컨대, 라이닝이나 벽체 보강 목적에 따라 달라질 수 있으며, 경제성도 고려 사항이다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재(100)는, 난연성 수지가 포함된 난연성 FRP 모재(101)의 표면에 불연제 코팅층(103)을 형성하였다.
따라서 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재(100)는, 내식성, 방수성, 경량성 및 견고함이 구비된 난연성 FRP 모재(101)에 불연성의 특성을 부여함으로써, 고열에서도 불이 붙지 않는 불연성이 보강되어, 다양한 용도로 사용할 수 있다.
한편, 기존의 FRP재는 내식성과 경량이며 견고한 특성이 있었으나, 불에 취약하여 용도가 매우 한정적이었다.
하지만, 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재(100)는, 불연성을 부가함으로써, 기존의 무겁고, 고가이며, 부식에 약하지만 화재에 대비하기 위해 사용할 수밖에 없었던 금속제를 대체할 수 있게 되었다.
즉, 본 발명에 따른 불연성이 보강된 FRP재(100)는, 부식과 화재에 노출이 심한 석탄화력발전소 장비, 전자회사 장비, 화학플랜트회사 장비 등에 설치된 기존의 FRP 제품 또는 금속제품을 대체할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100. 불연성이 보강된 FRP재
101. 난연성 FRP 모재
103. 불연제 코팅층

Claims (7)

  1. 난연성 수지가 포함된 난연성 FRP 모재 표면에 불연제가 코팅된 불연제 코팅층이 형성되되,
    상기 불연제 코팅층의 조성물은, 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민 10~20wt%, 암모늄 폴리인산염 30~50wt%, 다이메틸폴리실옥산 1~10wt%, 크실렌 10~20wt%, 포스폰산, P-메틸-,(5-에틸-2-메틸-2-옥시도-1,3,2-다이옥사포스포리난-5-일)메틸 메틸 에스테르 10~30wt%를 포함하고,
    상기 불연제 코팅층 조성물은 인산화 반응을 통해 폴리프로필렌글리콜이 변성되어 이루어진 인계폴리머 1~5wt%를 더 포함하며,
    상기 인산화 반응은, 상기 폴리프로필렌글리콜 100중량부에 대해 트리크레실인산(TCP) 30 내지 60중량부 및 크실렌 2 내지 8중량부를 부가하고 80 내지 95℃에서 반응시키는 반응으로서, 상기 인계폴리머는 상기 인산화 반응 후 생성물을 감압하여 농축하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연성이 보강된 FRP재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불연제 코팅층의 조성물은, 폴리옥시에틸렌 소비탄 에스터(polyoxyethylene sorbitan ester)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성이 보강된 FRP재.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 난연성 수지는, 테프론, PVC, 나일론 및 PC 수지 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 불연성이 보강된 FRP재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 난연성 FRP 모재와 상기 불연제 코팅층에 의해 불연성이 보강된 것을 특징으로 하는 불연성이 보강된 FRP재.
  6. 삭제
  7. 삭제
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