KR20000053324A - 할로겐이 없는 내화성 조성물, 그로부터 만들어진 내화성 얀, 및상기 얀을 포함한 내화성 방직 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판상에 적용되는 할로겐이 없는 내화성 조성물에 관한 것으로, 기판에 내화성 조성물을 결합시키기 위한 폴리머 결합제, 및 산성 소스 작용제 및 탄소 소스 작용제를 포함하는 팽창성 시스템을 형성하는 내화성 물질을 포함하며, 확장 가스의 추가 발생기를 제외하며 산성 소스 작용제와 탄소 소스 작용제 사이의 중량비는 1.85이다. 발명은 또한 내화성 조성물의 응용으로 구성된 내화성, 및 내화성 얀을 포함하는 방직 구조물에 관한 것이다.

Description

할로겐이 없는 내화성 조성물, 그로부터 만들어진 내화성 얀, 및 상기 얀을 포함한 내화성 방직 구조물 {flame retarding composition without halogen, flame retarding yarn made therefrom, and flame retarding textile structure containing such yarn}
예를 들어 미국 특허 US-A-3, 934,066호에 예를 들어 포화(impregnation)에 의해, 비연소성으로 만들기 위해서 다공성 지지체에 팽창제를 부착하거나 또는 가연성의 기판에 상기 내화성 지지체를 합체 또는 부착하는 것이 공지되어 있다. 팽창제는 수용성 또는 물에 분산되는 성분, 특히 열적으로 분해가능한 강산, 특히 인산, 및 다가(polyhydric) 탄소 혼합물, 특히 펜타에리드티트(pentaerythritol)를 포함한다.
이러한 시스템의 작용 및 조성물의 보다 상세한 설명은 ″Plastiques Modernes, Dossiers Additifs [Modern Plastics, Additives Section]″란 제목으로 프랑스 저널 1994년 8월호에 실린 기사 및 ″Flame Retardants, '94″에 공개된 기사에 있다. 그러나, 상기 문헌에서 강조된 것처럼, 이들 작용제의 실제적 적용은, 광범위한 선택 가능성에서 볼 때 지금까지는 매우 한정적이다.
일반적으로, 상기 팽창제는 또한 플라스틱과 조합되는 것으로 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 US-A-4,256,786호는 플라스틱-기초 포움, 또는 방직층과의 조합, 특히 목화 직물과 폴리우레탄 포움의 포화를 위한 내화성 조성물을 공개했다.
활성탄을 함유하는 수성 페이스트(paste), 암모늄 다인산염(polyphosphate), 펜타에리드티트(pentaerythritol) 및 결합제(binder)를 마련함으로써 조성물이 얻어지며, 이는 아크릴 수지일 수 있다. 상기 수지는 내화성 조성물의 소수부(minor part)로서 사용되며, 다른 성분을 혼합하여(예를 들어 활성탄, 말레산 무수물 및 스티렌의 에스테르화된 코폴리머, CMC), 내화성 조성물의 비연소성을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 문헌에 공개된 조성물은 수분을 쉽게 흡수한다는 문제점이 있기 때문에, 기상에 노출될 수 있는 내화성 생산품에는 사용할 수 없다.
또한, 미국 특허 US-A-5,185,103호는 유기성 폴리머, 암모늄 다인산염(APP) 및 (알킬 카보네이트) 폴리올(polyol)을 포함하는, 내화성 전기 케이블용 팽창성 조성물을 공개했다. 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, EVA 및 폴리에스테르에탄의 유기성 폴리머는 물에서 불용해성이고 일반적으로 열가소성이다. 조성물은 액체 상태에 있는 유기성 폴리머에 대해 충분한 온도(일반적으로 125-300℃, 바람직하게 150-200℃[sic])에서 다양한 성분을 간단히 혼합함으로써 얻어진다. 그러나 이들 조성물은 비연소성의 면에서 결함이 있다는 것으로 밝혀졌다.
상세한 설명 및 청구항에서, 상기 문헌에서 설명된 정의에 따라, 이하 설명된 용어 및 표현은 다음의 의미가 있다:
- ″열적으로 분해가능한(thermodegradable) 강산 화합물″은, 고온, 즉 대략 100℃ 및 250℃ 사이 온도에서, 강산을 나타내는 화합물이다;
- ″다가(polyhydric) 탄소 화합물″은 일반적으로 탄수화물의 다양한 군(class)에서 선택된 화합물로, 상대적으로 높은 탄소량 및 많은 수산기 사이트(site)가 있다.
- ″분출(blowing) 또는 확장제(expansion agent)″는 강산 화합물 및 다가 탄소 화합물로부터 분리된 작용제로, 열 분해 동안 CO2및 NH3과 같은 비연소성 가스를 방출하고 팽창된 탄소 구조를 형성함으로써 팽창 효과에 기여한다; 이들 화합물은 일반적으로 아민 및 아미드이다.
출원인이 해결해야 하는 기술적인 문제점은 결합제(binding fraction) 및 팽창제를 포함하는 내화성 조성물을 얻는 것으로, 예를 들어 열적-결합 반응성 및/또는 수분 흡수 저항성의, 해당하는 결합제의 기본 특성을 손상시키지 않고 팽창제의 특성을 유지 또는 개선시키면서, 특정 얀 또는 방직 구조물과 같은, 특히 예를 들어 블라인드 형태인 특정 직물의 기판에 적용할 수 있고, 이들 생산품에 개선된 내화성을 제공하는 것이다.
따라서 상기 조성물의 연구 결과 상기 제시된 문제점을 해결책은 다가 탄소 화합물에 열적으로 분해가능한 강산 화합물의 일정 중량비의 조합으로, 극소의 비연소성을 자체 갖춘 결합제로 시작하는 것이 요구되는 것을 발견했고, 사용되는 팽창제의 양과 조성물에 따라 탄력성을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명은 내화성을 보다 향상시키도록, 기판 예를 들어 얀 또는 방직 구조물에 적용될 팽창제(intumescent agent)를 포함하는 내화성 조성물에 관한 것이다. 특히 본 발명은 얀 및 방직 구조물의 내화성 및, 상기 얀과 방직 구조물에 대해 요구되는 비연소성에 대해 설명한다.
따라서, 본 발명의 제 1 목적은 상기 조성물을 결합시키는 결합제, 및 열적으로 분해가능한 강산 화합물과 다가 탄소 화합물로 이루어진 팽창제를 포함하는 기판에 적용할 수 있는 할로겐이 없는 내화성 플라스틱 조성물에 관한 것이다. 보다 상세히 조성물은 25%의 한정된 산소 지수(limited oxygen index;LOI)를 갖는 결합제 및 상기 강산 화합물 및 상기 다가 탄소 화합물로 이루어진 팽창제로, 조성물의 고체 함량은 상기 다가 탄소 화합물에 대해 상기 강산 화합물의 중량비가 1.5 및 2, 바람직하게는 1.85인 것을 특징으로 한다.
사실상, 출원인은 결합제의 한정된 산소 지수와 관련한 상기 비가, 예를 들어 내화성 얀 및 방직 구조물과 같은 일례로 블라인드를 제작하는 특성이 요구되는 최종 생산품을 얻는데 중요하다는 것을 발견했다. 특히, 상기 비가 1.5 이하가 되면, 상기 조성물을 갖춘 내화성 생산품은 수분을 너무 많이 흡수하여 가공하기가 어렵다는 것을 발견했다. 또한 상기 비가 2를 초과하게 되면, 조성물, 예를 들어 얀에 코팅하기가 어렵게 되고 팽창이 불충분하게 된다.
따라서 본 발명은 어떠한 내화제, 특히 멜라민(melamine)과 같은 중독성 내화성 물질에라도 적용할 수 있다.
본 발명의 또다른 목적은 할로겐이 없는 물질로 구성된 코어 및 플라스틱으로 구성된 덮개를 포함하는 내화성 혼합 얀에 관한 것으로, 상기 플라스틱의 조성물은 상기 정의에 따른 내화성 조성물과 동일하다. 내화성 혼합물 얀은 상기 내화성 조성물을 갖춘 코어를 코팅함으로써 얻어지는 것이 바람직할 수 있다. 코어는 다양한 종류의 것일 수 있다. 예를 들어 무기성 또는 유기성 물질, 천연 또는 합성물로, 유리, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 것, 및 할로겐이 없는 또는 할로겐 혼합물을 함유한 것일 수 있다.
상기 목적의 바람직한 실시예에서, 내화성 얀은 NF G 07128 기준에 따라 측정된, 대략 40% 및 대략 50% 사이의, 바람직하게는 45%의 한정된 산소 지수를 갖고, 대략 30% 및 대략 60% 사이, 바람직하게는 50%의 팽창률을 갖는다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 정의된 내화성 얀의 어셈블리 또는 인텡글먼트(entanglement)로 이루어진 방직 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 할로겐이 없는 섬유 지지체 및 1층 이상 또는 섬유 지지체 막 코팅을 포함하는 내화성 혼합 방직 구조물에 관한 것으로, 상기 층 또는 상기 막은 상기 정의된 내화성 조성물과 동일하다. 상기 형태의 방직 구조물은 예를 들어, 특정 직물, 부직포(nonwoven) 구조물 및 짠 구조물, 예를 들어 블라인드, 커튼 등의 제조를 위한 이들의 피복재일 수 있다.
본 발명에 따른 내화성 조성물은 고형 혼합물의 형태이든 또는 용해된 또는 액체의 형태이든지 간에 적절한 형태일 수 있다. 그러나, 내화성 조성물은 수성 분산액(aqueous dispersion) 형태인 것이 바람직하다.
발명의 바람직한 실시예에 따라, 결합제는 적어도 25%의 한정된 산소 지수(LOI)를 갖는 폴리머를 구성한다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, 결합제는 25% 이하의 한정된 산소 지수 및 예를 들어 인을 함유하는 유기성 물질의 내화성을 갖는 폴리머를 포함한다. 이러한 혼합물은 컴파니 THOR로, 상업적으로 유용하다. 상기 내화성 물질은 알루미나 수산화물 또는 유기인(organophosphors) 혼합물일 수 있다. 그러나, 주목할 것은 상기 내화성 물질은 항상 팽창제를 보강하는 혼합물, 특히 열적으로 분해가능한 강산 혼합물과 별개로 분리된다는 것이다.
결합제의 폴리머는 특히, 내화성 조성물에 대한 바인더(binder)의 기능을 이행하는한 1개 폴리머에 제한되지 않는다. 폴리머 바인더는 폴리우레탄 또는 아크릴 폴리머가 바람직하며, 결합제의 경우에는 내화성 물질을 포함한다.
열적으로 분해가능한 강산 화합물은 인산 및 붕산, 또는 휘발성 카티온을 갖는 이들 산의 염을 구성하는 그룹에서 선택하는 것이 바람직하며, 암모늄 다인산염이 바람직하다. 사실상, 산성-공급 작용제는 일정 온도 이상에서 또는 화염의 존재한 상태에서, 효과적인 방식으로 탄소-공급 작용제를 탈수시키고 탄소-공급 작용제의 분해 온도 이하에서 산을 방출하도록 선택된다. 휘발성 카티온을 갖춘 이들 산 염은 화염이 방지되도록 기판의 점화 온도에 가까운 온도 범위로 산을 방출하는 것을 허용하기 때문에 종종 사용된다.
다가 탄소 화합물은 녹말(starch) 또는 다가 알코올이 바람직하며, 보다 바람직하게는 펜타에리드티트(pentaerythritol)가 바람직하다. 사실상 이들 작용제는 상대적으로 다량의 탄소 및 많은 수산기 사이트(site)를 함유하여, 다량의 팽창된 잔류물의 형성을 유도한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 팽창제는 강산 화합물 및/또는 다가 탄소 화합물 외에, 실제적으로 분출 및 확장제를 함유하지 않는다. 사실상, 다가 탄소 화합물과 열적으로 분해가능한 강산 화합물의 단독 반응이 숯 잔류물을 확장시키기에 충분한 가스를 방출하기 때문에 확장된 탄소 구조의 형성이 필요치 않다.
바람직하게, 내화성 조성물의 고체 함량은, 중량당:
- 30% 내지 50%의 폴리우레탄;
- 20% 내지 40%의 암모늄 다인산염;
- 10 내지 30%의 펜타에리드티트로 구성될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 조성물의 고체 함량은 중량당 42.85%의 폴리우레탄, 37.15%의 암모늄 다인산염 및 20%의 펜타에리드티트로 구성하는 것이 바람직하다.
발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, 내화성 조성물의 고체 함량은, 중량당:
- 35% 내지 45%의 아크릴 폴리머;
- 15% 내지 35%의 암모늄 다인산염;
- 10 내지 15%의 펜타에리드티트;
- 10 내지 30%의 내화성 물질로 구성될 수 있다.
상기 경우에, 보다 바람직하게 조성물의 고체 함량은, 건조 중량당:
- 42.11%의 아크릴 폴리머;
- 25.30%의 암모늄 다인산염;
- 13.64%의 펜타에리드티트;
- 18.95%의 내화성 물질로 구성된다.
이하 실시예는 발명에 따라 내화성 조성물의 장점은 프랑스 기준 NF G 07 128에 따라 측정된 LOI 값을 나타냄으로써, 보다 확실시 되며, 팽창 계수 및 습기 흡입을 출원인은 공식화로 얻었다.
한정된 산소 지수(LOI) 값은 NF G 07 128 기준에서 한정된 방법을 사용하여 얻었고, 습기 흡입(uptake)은 습도 100%, 20℃에서 4시간 후 습식 매체인 얀에서 얻었고 팽창 계수는 팽창 시스템을 트리거시킨후 얻어진 팽창 퍼센테이지에 해당한다.
표 1은 컴퍼니 ROHM에 의해 PLEXTOL??DV440 및 PLEXTOL??NV604로 시판되는 가교결합가능한 순수한 알킬 수지의 수성 분산액 혼합물에 기초한 결합제로 본 발명에 따른 내화성 조성물의 2가지 예이다. 주어진 혼합물의 퍼센테이지는 고체 함량의 중량당 퍼센테이지이다.
표 1
실시예 1 실시예 2
아크릴(바인더) 40.15 53.1
첨가제 1.8 1.98
암모늄 다인산염 24.06 16.4
펜타에리드티트 16.06 8.85
내화성 물질 17.93 19.67
LOI, 아크릴 22.3% 22.3%
LOI,아크릴+내화성 물질 26.3 26.3
실험실에서 형성된 막상에서 LOI 34% 44.00%
피복된 얀에서의 확장 계수 65.90% 43.50%
습기 흡입 1h=2.76% 1h=2.23%
상기 다가 탄소 화합물로 상기 강산 화합물의 중량 비율을 4로 한 실험에서, 확장 계수는 단지 10%로 발견되었고, 이는 블라인드와 같은 특정 구조물을 제조하는데 크게 불충분하다.

Claims (17)

  1. 조성물을 결합시키는 결합제, 및 열적으로 분해 가능한 강산 혼합물 및 다가 탄소 혼합물로 이루어진 팽창제를 포함하는, 기판에 적용할 수 있는 할로겐이 없는 내화성 플라스틱 조성물로서, 결합제는 25% 이상의 한정된 산소 지수를 갖고 특히 팽창제는 상기 강산 혼합물과 상기 다가 탄소 혼합물로 구성되며, 조성물의 고체 함량이 상기 다가 탄소 혼합물과 상기 강산 혼합물의 중량비가 1.5 및 2, 바람직하게 1.85인 것을 특징으로 하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 결합제가 25% 이상의 한정된 산소 지수(LOI)를 갖는 폴리머로 구성되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 결합제가 25% 이하의 한정된 산소 지수 및 강산 혼합물, 예를 들어 무기성 인산염 혼합물과 별개인 내화성 물질을 갖는 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 수성 분산액 형태인 것을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 결합제의 폴리머가 폴리우레탄 또는 아크릴 폴리머로, 내화성 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 팽창제가 강산 혼합물 또는 다가 탄소 혼합물 이외에 어떠한 분출 또는 확장제도 함유하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 열적으로 분해가능한 강산 혼합물이 인산 및 붕산으로 구성된 그룹 또는, 휘발성 카티온을 갖는 염, 및 바람직하게는 암모늄 다인산염에서 선택되는 것을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 다가 탄소 혼합물이 녹말 또는 다가 알콜, 보다 바람직하게는 펜타에리드티트인 것을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 고체 함량이 중량당,
    30% 내지 50%의 폴리우레탄;
    20% 내지 40%의 암모늄 다인산염;
    10% 내지 30%의 펜타에리드티트로 구성되는 것을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  10. 제 9 항에 있어서, 고체 함량이 중량당 42.85%의 폴리우레탄, 37.15%의 암모늄 다인산염 및 20%의 펜타에리드티트로 구성되는 것을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 고체 함량이 중량당,
    35% 내지 45%의 아크릴 폴리머;
    15% 내지 35%의 암모늄 다인산염;
    10% 내지 15%의 펜타에리드티트;
    10% 내지 30%의 내화성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서, 고체 함량이 중량당,
    42.11%의 아크릴 폴리머;
    25.30%의 암모늄 다인산염;
    13.64%의 펜타에리드티트;
    18.95%의 내화성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  13. 할로겐이 없는 물질로 구성된 코어 및 플라스틱으로 구성된 덮개(sheath)를 포함하며, 상기 플라스틱이 제 1 항 내지 제 12 항에 따른 내화성 조성물과 동일한 것을 특징으로 하는 내화성 합성 얀.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 따른 내화성 조성물로 피복함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 내화성 합성 얀.
  15. 제 13 항 및 제 14 항에 있어서, NF G 07128 기준에 따라 측정된 한정된 산소 지수가 40% 와 50% 사이, 바람직하게 45%이고, 팽창 계수가 30% 및 60% 사이, 바람직하게 50%인 것을 특징으로 하는 내화성 얀.
  16. 제 13, 제 14 항 및 제 15 항중 어느 한 항에 있어서 어셈블리 또는 얀의 인탱글먼트(entanglement)로 구성되는 것을 특징으로 하는 방직 구조물.
  17. 할로겐이 없는 섬유 지지체 및 섬유 지지체를 피복하는 1개 이상의 층 또는 막을 포함하며, 상기 층 또는 상기 막은 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 따른 내화성 조성물과 동일한 것을 특징으로 하는 내화성 합성 방직 구조물.
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