KR20010056001A - 내화기능성 피복도료 조성물 - Google Patents

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유효신
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Abstract

본 발명은 산업용 각종 철구조물의 표면에 도포되는 내화기능성 피복도료 조성물에 관한 것으로, 그 목적은 유기질의 수성원료로 이루어져서 시공시 분진이 발생치 않고 유기용매에 의한 유해환경을 조성치 않고 환경 오염을 방지해주며 도포막의 두께가 작고 가소성을 구비하고 있어서 약 2회의 시공으로 소정의 도막두께를 확보할 수 있으며 작업이 간편하고 균열과 박리결함이 발생치 않으며 우수한 내화성은 물론 내수성, 내흡습성 및 내식성을 구비한 내화성 피복도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 전색제 역할을 하는, 도막형성 주체수지인 에멀죤 형태의 특수 수성 아크릴계수지 15∼30 중량%, 발포제 역할을 겸하는, 도막형성 보조수지인 열경화성 수지 10∼25 중량%, 가열시 촉매작용을 하면서 기체를 발생하는 산촉매제 15∼30 중량%, 가열시 탄화층을 형성하는 탄화제 5∼10 중량%, 가열시 기체를 발생하는 발포제 3∼8 중량% 착색안료 5∼15 중량%, 내열성 화인 세라믹 2∼7 중량%, 세라믹 섬유 3∼15 중량% 기타첨가제 3∼8 중량%를 함유하며 점도 조절을 위하여 물을 15∼20 중량% 첨가한다.

Description

내화기능성 피복도료 조성물{Fire-retardant paint compositions for buildings}
(발명의 목적)
본 발명은 각종 철골구조물의 표면에 도포되는 내화성 조성물에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 철골구조물로 이루어진 각종 건축물 및 시설물에서 시공시 분진이 발생치 않으면서 도막두께가 작아서 2∼3회의 작업으로 소정의 도막두께를 확보하며 평상시에는 외관이 미려하면서 구조물에 대한 내식성을 발휘하고 그 수명을 연장시켜주며 균열 및 박리현상이 발생치 않으며 화재 발생시에는 분진이나 유해가스의 발생을 최대한 억제하면서 초기 도막두께의 수십배 이상으로 팽창된 다공성의 세라믹층을 형성하여 화재로 인한 고열과 화염을 차단함으로써 철골구조물의 변형과 붕괴를 방지, 인명 및 재산피해를 적극적으로 감소시키는 내화 피복수성도료 조성물에 관한 것이다.
(발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술)
철골구조물은 철근 콘크리트 구조물에 비하여 많은 장점을 갖고 있으며 고층건물이나 산업용 저층 대형건물, 주차용 빌딩 등의 각종 구조물에서 그 적용범위가 점점 확대되고 있는 경향을 나타내고 있다. 그러나 이러한 철골구조물은 대형 화재에 대해서 취약점을 갖고 있어서 건축기준법에 의하여 일정한 내화성능을 구비할 것을 요구하고 있다.
본 발명은 상기 철골구조물에 도포하여 미려한 외관, 내구성, 내후성, 내수성 및 내식성, 내흡습성을 구비하는 동시에 화재 발생시 수십배 이상으로 팽창하면서 다공성의 단열세라믹층을 형성하여 화재로 인한 온도상승을 방지함으로써 철골구조물의 변형과 붕괴를 방지해주는 도료의 조성물에 관한 것이다.
내화성 피복도료와 관련된 종래의 공지된 기술을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 한국 공개특허공보 제 97-6419호의 "수성 내화도료 조성물"에는 규산소다 68∼78 중량%, 2인산소다 8∼12 중량% 및 탄산소다, 무기질 안료, 탈크, 규조토, 글리세린 및 니놀페놀등으로 구성된 조성물이 개시되어 있으며 무기 점결제인 규산소다가 주성분이므로 시공시 및 발화전후에 냄새가 없고 연기 및 가스의 발생이 거의 없지만 내수성과 내흡성이 완벽하지 못하며 균열과 박리의 위험성이 상존하고 있고 또한 700℃이상으로 가열시 주로 규산소다에 의해서 형성된 팽창층의 내열성 부족현상으로 인하여 내화단열 효과가 낮아지는 문제점을 안고 있다.
또한 한국 공개특허공보 제 98-9399호의 "내화성 도료 조성물"에서는 규산나트륨 55∼95%와 이산화규소 5∼45%로 구성된 조성물에 산화마그네슘 1,5∼5.0%, 수산화나트륨 4∼10% 및 티탄 분말 0.5∼2.0%를 첨가하여 하부층을 구성하고 아울러 산화마그네슘 1.5∼5.0%, 산하칼슘 25∼35% 및 산화알루미늄 1∼4%를 첨가, 상부층을 이루는 것을 특징으로 하는 도료 조성물이 개시되어 있는 바 시공시는 물론 화재발생시 유해가스가 전혀 발생되지 않고 강도가 커서 외부충격에 의하여 변형 또는 변질되지 않지만 높은 강도로 인하여 도막의 유연성이 부족, 균열 결함이 발생하기 쉽고 표면층의 규산소다 및 산화칼슘이 공기중의 수분을 흡수하는 흡습성이 존재하며 또한 규산소다가 대기중의 탄산가스와 반응하여 탄산소다를 생성, 백화현상을 일으키는 문제점을 안고 있다.
미국특허 제 4,529,467호에는 점결제로서 에폭시 수지를 주제로 해서 경화제를 첨가하고 촉매로서 인산염화합물을, 난연제로서 붕산과 붕산아연을, 내화분말로서 점토, 규회석, 비정질 씨리카, 활석 및 초미분 씨리카를 그리고 기타 첨가제로서 멜라민 등을 사용하는 조성물이 개시되어 있으며 접착 강도가 크고 가열시 도막이 팽창하여 다공성의 세라믹 단열층이 형성되어서 내화기능을 발휘하는 것으로서 도막두께가 약 7.6㎜ 수준이 되어야만 1시간 내화성능을 발휘하는 문제점을 갖고 있다.
미국특허 제 5,108,832호에는 팽창코팅 조성물로서 에폭시 수지 및 경화제를 점결제로 쓰고, 촉매로서 인산암모늄, 탄화물 형성제로서 팬타에리스리틀, 팽창가스원으로서 멜라민수지, 그리고 기타 첨가제로서 붕산아연, 규회석 및 탄산칼슘등을 사용한 내화조성물이 개시되어 있으며 강판과의 접착강도가 양호하고 냉온 싸이클 시험에서 도막에 균열결함이 발생치 않으며 팽창성이 양호하면서 강도가 큰 탄화물의 단열층이 생성되는 장점이 있으나 1시간 내화에 필요한 도막두께가 약 7.5㎜이상이 되어야만 하며 도막두께가 커서 처짐현상이 발생하기 쉽고 소요되는 재료비가 큰 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 종래의 유성 내화도료와는 달리 유기용매를 사용치 않고 물을 사용함으로써 시공시 분진이 발생치 않으며 유기용매에 의한 유해환경을 않고 환경오염을 방지해준다. 또한 점결제 및 팽창제로서 규산나트륨을 사용치 않음으로서 시공 후 백화현상이 발생치 않아서 외관이 미려하고 또한 도막이 유연성을 구비, 균열이나 박리 등의 결함이 발생치 않으며 공기중의 수분을 흡수하지 않아서 내흡습성이나 내수성이 양호하며 300℃이하의 낮은 온도로 가열시, 탄소에 의한 다공성의 세라믹 포비층을 형성하며 내화성능을 발휘하며 그 이상의 고온으로 가열시에는 새로운 세라믹 포비층을 형성함으로써 계속 내화성능을 유지해준다. 이 새로운 세라믹 포비층은 내열성이 우수하여 1200℃이상의 고온에서도 소실되지 않고 내화성능을 발휘한다.
따라서 본 발명은 가소성이 구비된 유기질의 수성원료로 이루어져서 상술한 선행기술상의 제결점을 극복하고 우수한 내화성능을 구비함으로써 건축용 및 산업용 각종 철구조물에 내화성 피복도료 조성물을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 약 1㎜ 내외의 두께로서 건축법상의 1시간 내화를 충족시키면서 1∼2회의 도포작업으로서 소정의 두께를 확보할 수 있어서 시공이 상대적으로 간편하며 도막두께가 작아서 처짐현상이 발생치 않고 소요되는 재료비가 절감되는 이점을 구비하고 있는 철골구조물용 내화성 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 붓이나 로울러에 의한 도료시공이 가능한 동시에 Spray에 의한 분사시공이 가능하며 변질이나 변색이 없으며 외관이 미려하고 내흡습성 및 내수성은 물론 내후성과 철구조물에 대한 내식성을 구비하고 있는 철골구조물용 내화성 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 도막을 형성하는 수성 에밀죤 형태의 주체수지, 열경화성 보조수지, 산촉매제, 탄화제, 발효제, 착색 안료, 내열성 화인 세라믹 그리고 세라믹 섬유 등으로 구성되어 있다.
수성 에밀죤 형태의 주체수지는 주된 점결제 역할을 수행하면서 피복도막에 가소성을 부여하고 소지와의 부착력을 제고시켜주는 역할을 하며 화재시 발생하는 기체에 대하여 적절한 보호막을 형성시켜 준다.
이러한 수성에멜죤 형태의 아크릴계 수지로서는 아크릴계 단독 수지, 초산비닐 - 아크릴레이트 공중합체, 초산비닐 - 에틸렌 - 아크릴레이트 삼중합체를 단독 또는 2종이상 혼합한 것이 있으며 PH는 7∼9이다.
열경화성 보조수지는 주체수지를 보조해주는 점결제 역할을 하면서 동시에 가열시 경화막을 형성함으로서 발생하는 기체에 대하여 방패막을 형성, 팽창기능성을 갖게 해준다. 이러한 보조수지로는 헥사메톡시메틸 멜라민, 메틸레이티드 멜라민, 부틸레이티드 멜라민, 요소-멜라민 및 요소수지 등이 있으며 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용한다. 첨가 형태는 액상 또는 미분말 형태가 다 가능하며 다음에 언급하는 발포제 역할을 겸하기도 하면 25 중량% 이상이나 10 중량% 이하로 첨가시 다공성 충진막이 형성되지 않는다.
산촉매제는 암모늄(폴리) 포스페이트, 암모늄H(또는 2H), 포스페이트, 멜라민 포스페이트, 아미드 포스페이트 등이 있으며 화재시 가열에 의해서 기체를 발생하는 동시에 무기산을 생성, 다음에 언급하는 탄화제 및 발포제와 더불어 다공성의 세라믹 단열 내화층을 형성하는 역할을 수행한다.
탄화제는 화재시 형성되는 다공성의 단열내화층의 주성분을 이루는 것으로 가열시 산촉매제에 의해서 탄소분이 생성됨으로서 이 탄소분으로 이루어진 다공성 층이 화재로부터 화염과 열을 차단, 철구조물을 보호해주는 역할을 하게 된다. 이러한 탄화제로는 각종 전분, 셀룰로오즈, 펜타에리스리틀 및 덱스트린 등이 있으며 열 경화성 보조수지가 이 역할을 겸하기도 한다.
발포제는 화재시 산 촉매제 및 탄화제와 더불어 다량의 기포를 생성시켜서 초기 도막 두께의 약 30배 이상으로 다공성의 단열내화층을 형성시켜주는 임무를 담당하게 되며 시안아미드, 염소화파라핀, 요소 및 멜라민 수지 등을 1종이상 혼합하여 사용한다.
착색안료는 내열성을 갖추고 있는 세라믹 안료를 지칭하는 것으로서 산화크롬, 알루미나, 산화철, 산화지르코늄, 산화티타늄 및 산화코발트 등의 금속 산화물이 있다.
내열성 화인 세라믹은 화재시 형성되는 다공성 단열내화층의 보강재료 역할과 인체에 무해한 기체를 발행하는 두가지 역할을 동시에 수행하게 되며 각종 금속수산화물 즉 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄 및 수산화 칼슘 등이 있으며 수용성 금속 산화물도 가능하다.
세라믹 섬유로서는 형성된 도포막의 흘러내림을 방지해주고 평상시 및 화재 발생시 막의 형태를 유지해주고 소지와의 부착강도를 제고시켜주게 되며 알루미나 섬유, 알루미나 - 실리카 섬유, 해포석 섬유 및 유리섬유 등이 있고 직경이 약 100μm이하이고 길이가 약 300μm이하인 것이 좋다.
기타 첨가제로서는 증점제, 항균제, 소포제, 분산제 및 계면활성제 등을 필요에 따라서 소량 첨가하기도 한다.
본 발명은 액상 첨가형태인 주체 수지와 보조수지를 먼저 혼합하고 다음에 적당한 점도를 유지하기 위하여 물을 10∼20 중량% 첨가하여 다시 혼합하고 나머지 원료들을 순차적으로 첨가, 혼합하여 조성물을 제조한다. 기타 첨가제는 증점제, 소포제 및 분산제는 필수 첨가 성분이지만 나머지 성분들은 필요에 따라서 첨가한다.
도막형성 주체수지 15∼30 중량%, 열 경화성 보조 수지 10∼25 중량%, 산촉매제 15∼30 중량%, 탄화제 5∼10 중량%, 발포제 3∼8 중량%, 착색안료 5∼15 중량%, 내열성 화인 세라믹 2∼7 중량%, 세라믹 섬유 3∼15 중량% 그리고 기타 첨가제 3∼8 중량%를 포함하는 것과, 도막형성 주체수지로서 아크릴계 단독수지, 초산비닐 - 아크릴레이트 공중합체 및 초산비닐 - 에틸렌 - 아크릴레이트 삼중합체를 단독 또는 2종이상 혼합하여 사용하는 것과, 보조수지로서는 일반 멜라민, 염소화 파라핀, 헥사메톡시메틸 멜라민, 메틸레이티드 멜라민, 요소-멜라민 및 요소수지 등이 있으며 액상 또는 분말상으로 첨가하며 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것과, 산촉매제로서 암모늄(폴리)포스페이트, 암모늄 H(또는 2H) 포스페이트 그리고 아미드 포스페이트를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것과, 탄화제로서 펜타에리스리틀, 각종 전분, 셀룰로오스 및 덱스트린을 사용하는 것과, 발포제는 시안아미드, 염소화 파라핀, 각종 요소 및 멜라민 수지 등을 액상 또는 분말상으로 첨가하며 보조수지의 역할을 겸할 수 있는 발포제를 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것과, 착색안료로서 알루미나, 산화철, 산화지르코늄, 산화티타늄, 산화코발트 및 산화크롬을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것과, 내열성 화인 세라믹으로서 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 그리고 수산화 칼슘을 사용하는 것과, 세라믹 섬유로서 알루미나 섬유, 알루미나 - 실리카 섬유, 해포석 및 유리섬유를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것과, 제조된 피복도료 조성물을 철골 구조물에 건조피막 두께 0.6∼1.2㎜가 되도록 도장하여 형성된 것을 포함하여 완성된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같으며, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 조성을 제시하기 위한 것으로서 본 발명의 범주를 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
초산비닐 - 아크릴네이트 공중합체 420g에 요소 수지 280g을 균질하게 혼합시킨 후 암모니움 폴리포스페이트 490g, 펜타에리스리틀 123g 그리고 시안아미드 88g을 첨가 혼합하였다. 다음에 산화알루미늄 140g 해포석 및 유리섬유 100g을 첨가, 혼합하여 1차 조성물을 제조한 다음, 적당량의 물과 증점제, 수성계 소포제 및 분산제를 소량 첨가, 혼합하여 내화기능성 도료를 제조하였다. 도료의 비중의 약 1.4g/㎤ 그리고 점도는 20℃에서 약 200cps이었다.
소형 H형강(300×300×10×4.5mmt)으로 이루어진 3개의 시편 (시편1, 2, 3) 표면에 붓으로 2∼3회 나누어서 도포하였고 건조 도막 두께는 각각 1.02, 1.13 및 0.94㎜ 이었으며 1회 도포후 1일간 상온 경화시킨후 재도포를 시도하였다. 도포전에 시편표면의 오물을 제거했으며 광명단 방청도료를 1회 붓칠하고 온도 측정을 위해서 H형강 표면에 온도센서(측면에서 좌, 우 및 중앙의 3곳)를 부착하여 이 센서에 의해 시간경과(5분 간격)에 따른 온도변화를 측정했으며 노내온도는 내화재료의 시간 - 온도 표준곡선에 따라서 가열, 60분 경과시 925℃±3℃가 되도록 가열하였고, 그 산술평균 결과는 다음 표와 같다.
실시예 2
수성 에멀죤 형태의 아크릴계 단독수지 350g, 멜라민 수지 252g, 염소화 파라핀 수지 140g, 암모니움 폴리포스페이트 420g, 펜타에리스리틀 120g, 및 산화지르코늄 분말 140g 그리고 내열성을 제고시키기 위해서 수산화알루미늄 70g과 부착성 증대를 위해서 알루미나/실리카 섬유 100g을 첨가, 혼합한 후 실시예 1과 같은기타 첨가제와 물을 혼합한 후, 동일방법으로 시편(시편 4, 5, 6)을 제작하였고 건조 도막두께는 각각 0.98, 1.16 및 0.87㎜)이었으며 온도변화를 측정한 결과를 다음표에 나타내었다.
실시예 3
초산비닐 - 에틸렌 - 아크릴레이트의 삼중합체 490g, 메틸레이티드 멜라민 300g, 암모늄포스페이트 400g, 펜타에리스리틀 100g, 식품용 전분 40g, 시안아미드 126g, 산화티타늄 98g, 수산화알루미늄 분말 42g과 해포석 70g을 첨가, 균질혼합한 다음 적당량의 물과 기타 첨가제를 혼합하여 내화도료를 제조하였다. 실시예 1과 같은 동일방법으로 시편(시편 7, 8, 9)을 제작 했으며 건조 도막두께는 각각 0.92, 1.03 및 1.08㎜가 되도록 도포하였고 온도측정 결과를 다음 표에 나타내었다.
가열후 도막에 균열이나 40∼50㎜두께로 팽창하였으며 팽창된 도막에 균열이나 박리결함은 발생하지 않았고 소지표면에 부착된 상태를 유지하였다.
표. 내화시험 결과표 (단위 : ℃)
시편번호경과시간(분) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
5 45 56 49 38 52 62 37 57 52
10 117 108 109 96 107 118 86 106 107
15 168 136 127 119 156 139 109 137 126
20 215 194 185 190 208 185 167 186 178
25 271 250 247 257 263 234 226 236 229
30 356 308 298 312 290 286 278 287 278
35 397 368 367 351 336 337 320 336 347
40 419 403 394 396 385 371 376 381 379
45 431 426 421 435 415 408 418 437 418
50 458 467 449 472 447 436 437 471 445
55 475 491 481 501 474 469 462 502 473
60 497 529 517 534 516 504 488 536 509
이와 같이 본 발명은 표에 나타난 바와 같이 내화기능성이 양호하여 건조 피박두께 약 1㎜로서 1시간 내화성능을 발휘하며 수성이므로 유성보다 제조시는 물론 시공시 작업환경이 덜 무해하고 환경공해를 유발하지 않는다. 그리고 도포막이 소지에 대하여 내식성을 발휘하며 내수성이 양호한 유기수지와 세라믹 섬유를 함유하므로 평상시에는 물론 화재발생시 도막에 균열이나 박리결함이 발생치 않으며 또한 일부 조성물이 두가지 역할을 겸하게 되므로 조성이 간단하면서도 가격 경쟁력을 구비하게 되는 장점을 갖추고 있다.

Claims (10)

  1. 도막형성 주체수지 15∼30 중량%, 열 경화성 보조 수지 10∼25 중량%, 산촉매제 15∼30 중량%, 탄화제 5∼10 중량%, 발포제 3∼8 중량%, 착색안료 5∼15 중량%, 내열성화인 세라믹 2∼7 중량%, 세라믹 섬유 3∼15 중량% 그리고 기타 첨가제 3∼8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    도막형성 주체수지로서 아크릴계 단독수지, 초산비닐 - 아크릴레이트 공중합체 및 초산비닐 - 에틸렌 - 아크릴레이트 삼중합체를 단독 또는 2종이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    보조수지로서는 일반 멜라민, 염소화 파라핀, 헥사메톡시메틸 멜라민, 메틸레이티드 멜라민, 요소-멜라민 및 요소수지 등이 있으며 액상 또는 분말상으로 첨가하며 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    산촉매제로서 암모늄(폴리)포스페이트, 암모늄 H(또는 2H) 포스페이트 그리고 아미드 포스페이트를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    탄화제로서 펜타에리스리틀, 각종 전분, 셀룰로오스 및 덱스트린을 사용하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    발포제는 시안아미드, 염소화 파라핀, 각종 요소 및 멜라민 수지등을 액상 또는 분말상으로 첨가하며 제3항의 역할을 겸할 수 있는 발포제를 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    착색안료로서 알루미나, 산화철, 산화지르코늄, 산화티타늄, 산화코발트 및산화크롬을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    내열성 화인 세라믹으로서 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 그리고 수산화 칼슘을 사용하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    세라믹 섬유로서 알루미나 섬유, 알루미나 - 실리카 섬유, 해포석 및 유리섬유를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    제조된 피복도료 조성물을 철골 구조물에 건조피막 두께 0.6∼1.2㎜가 되도록 도장하여 형성된 것을 특징으로 하는 내화기능성 피복도료 조성물.
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