KR20020055794A

KR20020055794A - 뿜칠용 내화 단열 피복조성물

Info

Publication number: KR20020055794A
Application number: KR1020000085016A
Authority: KR
Inventors: 양성진; 이준상; 정병우
Original assignee: 정종순; 주식회사 금강고려화학
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2002-07-10

Abstract

본 발명은 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘계 또는 파라핀계의 에멀젼으로 방수코팅된 퍼라이트의 경량골재; 석고; 미네랄 울의 무기섬유; 펄프; 에틸 하이드레이트드 에틸 셀룰로우즈, 폴리 비닐 아세테이트의 유기증점제; 분말상 애터펄자이트(attapulgite)의 무기증점제 등이 일정 함량비로 함유된 조성물로 철골 구조물 표면에 뿜칠(spray) 시공에 의해 피복 층을 형성하게 되면 화재 발생 시 고열에 의한 철골구조의 강도 및 내력 저하를 방지하고, 흡음성능과 절연성을 부여하게 되는 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물에 관한 것이다.

Description

뿜칠용 내화 단열 피복조성물{Sprayable Fireproofing Composition}

인구가 밀집되어지고 좁은 지역에 많은 사람들이 살아가기 위한 방편으로 건축물의 고층화 및 대형화가 이루어지고 있으며, 그 수단으로서 대부분 고층 및 대형건물의 경우 건축물의 안전한 하중 및 견고성을 유지하기 위하여 철골구조가 적용되고 있다.

그러나 대형화된 고층건물은 화재가 발생하였을 때, 유독 가스로부터 인명피해가 발생할 위험이 크고, 고열에 의해서는 철골구조의 강도와 내력이 감소하여 건물의 자체하중을 견디지 못하고 붕괴될 위험이 있다. 따라서 이를 개선하기 위하여 철골 구조물의 외부에 내화성 피복 층을 형성시키는 방법이 적용되고 있다.

기존의 내화 단열 피복재로는 주로 석면 및 암면을 주재료로 사용하였으나, 석면은 발암을 야기하는 물질로 알려져 전세계적으로 사용이 거의 중단된 상태이고, 무기질 섬유상의 암면은 시공 시 많은 분진이 발생하여 작업자의 시공환경이 나쁘고 주변환경을 오염시키는 문제를 야기한다.

암면계 내화피복재는 비중이 작고 내화성능이 우수한 장점을 갖고 있지만, 내화성능 및 강도를 충족시킬 수 있는 적정밀도의 시공에 대한 숙련도를 요하며, 슬러리(혼탁액)의 적절한 항상성을 가지도록 하는 데에 어려운 점을 가지고 있고, 시공 후 시간 경과에 따라 피복재의 탈락 및 무기섬유인 암면의 비산현상 등의 문제점을 가지고 있다. 이러한 암면계 내화피복재의 문제점 중 특히, 시공 시 발생하는 분진을 최소화 시키며, 시공 상 제어가 용이한 슬러리(혼탁액)를 얻기 위해 질석, 퍼라이트 등의 다양한 경량골재를 포함하는 조성물들이 개발된 바 있다.

일반적으로 적용되고 있는 경량골재들은 비중이 0.05 ∼ 0.3 g/cc로 상당히 가볍기 때문에 건축물에 대한 하중 부담을 경감시킨다. 또한 무수히 작은 기공들이 형성되어 있고 열전도율(0.03 ∼ 0.04 ㎉/mh℃)이 낮아 이미 널리 알려진 바와 같이 불연성 무기질 재료로서 널리 쓰일 정도로 흡음성, 단열성 및 강도 면에서 매우 뛰어나 피복재의 내화, 단열 및 흡음 성능이 우수하다. 그러나, 비교적 가격이 비싼 인공적인 유리계의 특수한 중공구체들을 제외하고는 비교적 쉽게 확보할 수있는 원료들, 팽창된 천연의 광물질들은 그 표면이 무수히 많은 기공들로 형성되어 있어서 물과 혼합된 슬러리 형태를 이용한 분무 시공 시 점성의 변화를 가져오게 된다. 팽창물의 개방 기공들을 강한 흡수체로 작용하여 물과 혼합된 슬러리계에서 물이 부족하게 보이는 현상을 만들기 때문에, 수화성 결합제의 결합 반응을 방해할 수 있다. 즉, 슬러리(혼탁액)의 항상성을 개선하는 문제에 있어서, 암면계에서와 마찬가지로 슬러리 항상성에 영향을 주는 현상, 즉 암면 그래뉼(Granule)이 가지는 다공성 기제의 흡습 등이 질석이나 퍼라이트와 같은 경량골재에서도 기술적으로 완전히 해소되지 못하여 적절한 밀도 형성 및 시공 품질 제어에 어려운 점이 있다. 따라서 일정한 점성을 가지고 있어야 하는 슬러리의 특성이 제어되기 힘들어지므로 개방기공을 최소화할 필요가 있다.

`퍼라이트'는 화산활동으로 분출한 용암이 수중에서 갑자기 응고하여 결정광물이 될 틈이 없이 유리상의 암석이 된 유리질의 화성암 계통의 원석을 분쇄, 건조 및 가열(1000 ℃ 이상)하여 마치 옥수수 튀기듯이 약 30배 정도의 크기로 팽창된 물질을 얻게 되는데, 이를 퍼라이트라고 한다. 퍼라이트는 통상적으로 비중이 작고 섬세한 다공성 기포체로서 독특한 보온 단열성능을 가지며, 불에 타지 않고 유독 기체를 발생하지 않으며 타 약품과 화학적 반응을 하지 않는다. 퍼라이트는 폐쇄 기공층을 일부 가지고 있고, 흡습 후 수축되지 않으므로 질석보다 밀도 저하 요인은 적으나, 개방된 기공을 다량 포함하고 있어 혼합 시 슬러리 상의 수분이 감소한 것처럼 보이는 현상을 유발하게 되며, 슬러리의 항상상을 깨뜨리는 중요한 요인으로 작용하게 된다. 따라서, 슬러리의 점성 및 유체 특성에 영향을 받는 시공밀도와 분무특성 및 작업성의 일정한 제어가 어렵게 되므로 피복층의 균일성을 확보하기에 곤란한 점을 발생시킬 수 있다.

경량골재로서 퍼라이트와 함께 일반적으로 사용되어온 질석의 경우 불연성이며, 1,300 ℃ 정도에서 용해되는 무기질으로 부패 혹은 해충에 강하고, 화학적으로 불활성이므로 부식 및 냄새가 없다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 가열 팽창 시에 층상 팽창을 하기 때문에 팽창방향에 수직으로 응력을 가하면 수축이 용이할 뿐만 아니라 쉽게 복원되지 않기 때문에 골재로 사용할 경우 적절한 선택이 필요하다고 할 수 있다. 특히, 질석의 경우에는 흡습할 경우, 약 30 ∼ 70% 정도 부피가 수축되며, 슬러리상에서 시간이 경과하거나 건조 후 다시 복원되지 않기 때문에 질석이 포함된 조성물의 밀도가 증가하게 되며, 이에 따른 기제의 감소 및 크기의 변화가 발생하여 다양한 균열의 원인이 될 수 있다. 또한 밀도가 증가하여 시공상의 원료 비용 상승의 원인이 된다. 질석은 퍼라이트 보다 개방기공의 양이 더 많으며, 더욱 바람직하지 않은 것은 물을 흡수한 후 수축된 형태가 건조 복원되지 않기 때문에 단열 및 흡음 효과에도 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.

또한, 질석 또는 퍼라이트 등의 경량골재는 암면계와는 달리 섬유상 조직이 취약하여 화재 시 피복층의 수축이 발생할 경우, 피복 조직의 균열을 보호하지 못하는 근본적인 문제점을 내포하고 있다.

이러한 문제점을 개선시키기 위하여 흡습성이 적으며, 적절한 연성을 가지고 있는 폴리스티렌 폼을 분쇄하여 사용하므로써, 시공성 및 시공 후 피복 품질의 균일성을 개선한 바도 있다. 그러나, 골재 특성상 가연성을 가지므로 화재 시 피복층의 구조를 취약하게 할 수 있는 위험성을 안고 있다. 화재 시 폴리스티렌 폼 골재가 열수축 및 분해하며 피복층에서 소실됨으로써 일정한 공동을 형성하는 것이 낮은 열전도에 기여한다고 할 수 있지만, 화염에 의한 지속적인 열량에 의해 전체 부피의 수축이 진행되는 환경에서는 피복층의 균열 및 탈락을 발생시킬 수 있는 원인을 제공할 수 있는 문제점을 가지고 있다.

이에, 본 발명에서는 경량골재로서 퍼라이트를 사용하되 실리콘계 또는 파라핀계의 에멀젼으로 방수코팅처리하여 사용하므로써 흡습에 따른 밀도감소로 야기되는 균열발생의 문제를 해소함은 물론 함께 사용된 석고와 미네랄 울이 퍼라이트 방수막에 흡착되어 일종의 무기물 피막을 형성하여 타 무기성분과의 혼화성을 증진시킨다는 것을 주요개념으로 도입함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 경량성과 단열성을 충분히 가지면서 내화성능이 우수하고, 시공 시 분진발생을 최소화시키면서도 화재 시에도 피복층의 결합구조를 안정적으로 유지할 수 있는 특성을 가지며, 또한 슬러리(혼탁액) 형성 시 항상성 유지 및 시공이 용이한 점성을 형성시킬 수 있는 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 방수코팅된 퍼라이트 15 ∼ 40 중량%; 석고 50 ∼ 70 중량%; 미네랄 울 2 ∼ 6 중량%; 펄프 2 ∼ 5 중량%; 에틸 하이드레이트드 에틸 셀룰로우즈, 폴리 비닐 아세테이트 또는 이들의 혼합물 0.5 ∼ 1.0 중량%; 10 ∼ 100 ㎛로 분쇄된 분말상의 애터펄자이트(attapulgite) 0.5 ∼ 3.0 중량%가 함유된 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 내화 단열 피복재의 분무(spray) 피복 시공 작업시 혼합물의 불안전성 및 이에 따른 내화성능 저하의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이러한 목적 달성을 위하여 각 조성성분의 선택 및 함량비를 최적화시킨 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물의 각 성분을 구체화하여 설명하면 다음과 같다.

1.퍼라이트

본 발명은 경량골재로서 실리콘계 또는 파라핀계로 방수코팅된 퍼라이트를 사용한다.

퍼라이트가 비교적 폐쇄기공을 다량 함유하고 있지만, 팽창과정에서 생긴 개방기공을 다량 함유하고 있어 혼합 시 슬러리 상의 수분이 감소한 것처럼 보이는 현상을 유발하게 되며, 슬러리의 항상상을 깨뜨리는 중요한 요인으로 작용하고 이로써 슬러리의 점성 및 유체 특성에 영향을 받는 시공밀도와 분무특성 및 작업성의 일정한 제어가 어렵게 되므로 피복층의 균일성을 확보하기에 곤란한 점을 발생시킬 수 있다. 이에 본 발명에서는 흡습에 의한 물 부족현상을 해결하여 슬러리의항상성을 확보하고, 시공 시 그 피복층의 품질을 균일하게 유지하기 위해 퍼라이트의 표면에 방수 처리를 한 것이다. 즉, 실리콘계 또는 파라핀계의 방수처리용 에멀젼을 퍼라이트 표면에 분무 코팅하여 방수 처리한 것이다. 퍼라이트 방수코팅 물질로서 채택된 실리콘계 또는 파라핀계는 퍼라이트의 독립기포상으로 수분이 침투하는 것을 억제시켜 슬러리 향상성을 유지하는데 우수한 기능을 발휘한다.

퍼라이트의 방수처리에 사용되는 실리콘계 또는 파라핀계 에멀젼은 물로 희석하여 10 ∼ 30 % 농도의 희석액으로 제조하여 분무하는 바, 퍼라이트 무게에 대하여 0.01 ∼ 1 %(고형분기준) 분무한다. 분무량이 상기 범위 미만으로 적으면 코팅효과를 얻을 수 없게 되고, 상기 범위를 초과하여 과다하게 분무하면 경량골재로서의 가치를 잃게 된다. 상기와 같이 방수 처리된 퍼라이트는 약간의 수분을 함수하고 있으므로 약간의 건조 과정이 필요하며, 이 건조 과정중에 석고 및 미네랄 울을 소량(배합에 사용되는 양의 5 ∼ 10 %)을 먼저 투입하는 것이 바람직한 바, 퍼라이트가 유기물로 방수 코팅됨에 따라 타 무기성분과의 혼화성에 문제가 발생할 수 있으므로 석고 및 미네랄 울을 투입하여 퍼라이트 방수막에 흡착시켜 일종의 무기물 피막을 형성하면 최종 슬러리 혼합 시 타성분과의 결합을 더욱 안정되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

상기한 실리콘계 또는 파라핀계로 방수코팅된 퍼라이트는 전체 피복조성물 중에 15 ∼ 40 중량% 범위로 함유시키는 것이 바람직한 바, 그 함량이 15 중량% 미만이면 밀도가 상승하며 기공층이 감소하게 되어 단열성능을 저하시키는 문제가 있으며, 40 중량%를 초과하면 부착강도를 저하시키는 문제가 있다.

2.석고

석고는 그 자체 중량의 20 ∼ 30 %의 결정수를 내포하고 있어서 120 ∼ 130 ℃ 정도에서는 매우 천천히 결정수를 방출하고, 190 ℃ 이하에서 열을 계속 가하면 반수석고로 되고 300 ℃ 정도에서는 무수석고가 된다. 따라서, 가열면의 반대쪽면 온도를 가열면의 온도보다 훨씬 낮은 온도로 비교적 장시간 유지시킬 수 있다. 이러한 성질을 이용하여 방화재료 및 내화 구조용 부재로 사용되기도 한다.

석고는 전체 피복조성물 중에 50 ∼ 70 중량% 범위로 함유시키는 것이 바람직한 바, 그 함량이 50 중량% 미만이면 내화성능 및 조성물 자체의 강도를 저하시키며, 70 중량%를 초과하면 내화성능은 증진되나 제조원가가 증가되는 문제가 있다.

3.미네랄 울

본 발명에서는 석고가 다량 함유된 조성물에서 화재 시 강한 흡열을 발생시키는 탈수작용이 일어나고, 또 석고에 내포된 결정수 이탈에 의해 부피수축을 유발하여 피복층 구조의 안정을 취약하게도 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 석고 사용에 따른 구조의 취약성을 보완하기 위하여 적절한 무기섬유를 첨가하도록 하는 바, 무기섬유로는 미네랄 울을 선택하여 함유시키도록 한다. `미네랄 울'은 현무암, 안산암 등의 자연석과 철(Fe), 동(Cu) 등의 제련에서 부생되는 슬라그등의 주원료를 용융시켜 원심력에 의하여 섬유화시킨 것으로, 약 2 ∼ 6 ㎛ 정도의 직경과 5 ㎜ 이하의 길이로 분쇄하여 사용한다. 이러한 미네랄 울은 1000 ℃ 내외의 온도까지 가열하여도 섬유가 형성하고 있는 조직을 수축시키지 않는 형상 안정성을 가지고 있으므로 화재시 구조 안정성을 확보할 수 있다.

미네랄 울은 전체 피복조성물 중에 2 ∼ 6 중량% 범위로 함유시키는 것이 바람직한 바, 그 함량이 2 중량% 미만이면 그 첨가 효과를 얻을 수 없고, 6 중량%를 초과하면 오히려 슬러리의 퍼짐성을 증가시켜 일차 피복 두께를 저하시키는 문제가 있다.

4.펄프

펄프는 저온부에서 조성물의 결합력을 증가시켜 시공시 초기탈락이나 균열을 방지하기 위한 목적으로 함유시킨다. 펄프는 전체 피복조성물 중에 2 ∼ 5 중량% 범위로 함유시키는 것이 바람직한 바, 그 함량이 2 중량% 미만이면 첨가 효과를 얻을 수 없고, 5 중량%를 초과하면 슬러리의 퍼짐성을 증가시켜 일차 피복 두께를 저하시키는 문제가 있다.

5.증점제

증점제는 슬러리 상태에서 분무 가능한 상태의 점성을 유지하도록 사용되며, 시공 후 건조과정에서 초기 결합력을 부여하여 수화성 결합제가 수화결합이 진행되기 전에 피복층을 안정되게 하여 준다.

이러한 목적 달성을 위해, 본 발명에서는 특정성분의 유기증점제와 무기증점제를 함께 함유시킨다. 유기증점제로는 에틸 하이드레이티드 에틸 셀룰로우즈, 폴리비닐 아세테이트 또는 이들의 혼합물을 선택 사용하며, 전체 피복조성물 중에 0.5 ∼ 1.3 중량% 함유시키는 것이 바람직한 바, 그 함량이 0.5 중량% 미만이면 첨가효과를 얻을 수 없고, 1.3 중량%를 초과하더라도 그 이상의 효과를 얻을 수 없으며 제조원가를 상승시키는 문제가 있다. 무기증점제로는 10 ∼ 100 ㎛로 분쇄된 분말상의 애터펄자이트(attapulgite)를 선택 사용하며, 전체 피복조성물 중에 0.5 ∼ 3.0 중량% 함유시키는 것이 바람직한 바, 그 함량이 0.5 중량% 미만이면 적절한 점성 안정을 부여할 수 없으며, 3.0 중량%를 초과하면 오히려 점성의 경시변화를 현저하게 한다.

6.기타 첨가제

상기와 같은 원료들을 적절히 시공할 수 있도록 슬러리의 연행성 및 분사가능한 특성을 가지게 하기 위하여 이 분야에서 널리 사용되는 기포제, 보수제 등을 사용할 수 있다.

기포제로는 소디움 설페이트계를 전체 피복조성물 중에 0.5 ∼ 1.0 중량%로 첨가함으로써, 조성물 슬러리의 적절한 이송 및 단열성 기공형성에 기여할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 다음의 실시에에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

제조예 : 방수코팅된 퍼라이트의 제조

방수막이 형성된 퍼라이트를 얻기 위해 다음 표 1에 나타낸 조성으로 방수액(고형분 40 %)과 물을 혼합하여 10 % 희석액을 준비하였다. 그리고, 퍼라이트를 약 1 분가량 혼련하는 과정중에 상기에서 준비한 희석액을 분무한 다음, 30 초간 100 ℃ 이하의 열풍을 혼련기 안으로 혼입하여 건조시켰다.

구 분	제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4
퍼라이트	1 Kg	1 Kg	1 Kg	1 Kg
희석액	방수액	5 g	10 g	10 g	-
희석액	물	20 g	20 g	40 g	20 g
방수코팅된 퍼라이트의 비중(g/cc)	0.09	0.1	0.09	0.09
방수액 : 실리콘계,풍영화공사제품, 제품명 H-800

실시예

상기 제조예에서 제조한 각각의 방수코팅된 퍼라이트 3 ㎏에 석고 5.80 ㎏ 및 미네랄 울(금강고려화학사 제품) 0.50 ㎏을 첨가하고 150℃ 열풍으로 약 30 초간 건조 및 혼합하였다. 그리고나서, 펄프(셀파산업사 제품) 0.30 ㎏, 소디움 설페이트계 기포제(한농화성사 제품) 0.08 ㎏, 폴리비닐알콜(PVA) 0.05 ㎏, 에틸 하이드레이티드 에틸 셀룰로우즈 (ehec) 0.03 ㎏, 애터펄자이트(attapulgite; 오성무역사 제품) 0.24 ㎏을 첨가하였다. 이상에서 제조한 조성물과 물을 1 : 1 중량비로 섞어서 3 분간 혼합하여 슬러리를 만들었다. 통상의 분무시공으로 시간 차이를 두며 약 30 ㎜의 두께로 시공하였다. 다음 표 2는 상기 제조예에서 제조한 각각의 퍼라이트 첨가에 따른 물성 비교를 나타낸 것이다.

퍼라이트	제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4
건조밀도(kg/m³)	10분 후	350	350	38	350
	30분 후	370	360	360	385
	60분 후	360	360	370	460
균열발생정도	없음	없음	없음	다소발생

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 방수 피막이 형성된 퍼라이트를 사용한 피복조성물을 사용하여 시공한 경우 시간적인 차이에 따른 밀도의 변화가 거의 없었으며, 건조 후에 수축 팽창이 없으므로 균열발생이 발생하지 않기 때문에, 더욱 견고한 피복층을 형성할 수 있다.

상기와 같이 방수 피막이 형성된 퍼라이트를 사용할 경우, 흡습 현상이 현저히 줄어들면서 최초에 물과 혼합된 슬러리 상태와 시간이 지난 후의 슬러리 상태의 차이가 줄어들어, 시공품질을 대표하는 시공밀도의 편차가 현저히 줄어들 수 있으며, 무기물의 섬유상이 피복 층의 구조를 견고하게 하여 더욱 화재 시 구조의 안정성을 더욱 증가시킬 수 있다.

Claims

방수코팅된 퍼라이트 15 ∼ 40 중량%; 석고 50 ∼ 70 중량%; 미네랄 울 2 ∼ 6 중량%; 펄프 2 ∼ 5 중량%; 10 ∼ 100 ㎛로 분쇄된 분말상의 애터펄자이트(attapulgite) 0.5 ∼ 3.0 중량% ; 유기증점제 0.5 ∼ 1.3 중량%가 필수성분으로 함유된 것임을 특징으로 하는 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 방수코팅된 퍼라이트는 실리콘계 또는 파라핀계의 에멀젼이 퍼라이트 무게에 대해 0.01 ∼ 1 %(고형분기준) 분무 코팅된 것임을 특징으로 하는 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 석고와 미네랄 울은 조성물 중에 함유되는 전체 양 중의 5 ∼ 10%를 방수코팅된 퍼라이트를 건조하는 과정중에 먼저 투입하여 혼합한 것임을 특징으로 하는 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 유기증점제는 폴리비닐아세테이트, 에틸하이드레이트 또는 이들을 혼합 사용하는 것을 특징으로 하는 뿜칠(spray)용 내화 단열 피복조성물.