KR20020070323A - 내화성 조성물 - Google Patents

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Abstract

물, 규산 나트륨, 소성 충전재 및 잠재성 산 촉매로 이루어진 수성의 내화성 처리 조성물이 개시된다. 상기 조성물은 골판지와 같은 보드지 기질에 적용될 수 있다. 그리고 나서, 상기 조성물은 경화되어 강화된 내화성을 제공하게 된다.

Description

내화성 조성물{FIRE RESISTANT COMPOSITIONS}
목재 및 파티클 보드(particle board)와 같은 셀룰로스 재료는 건축 재료로 널리 사용된다. 얼마간의 내화성을 갖는 바람직한 셀룰로스 재료가 많이 있다. 예를 들면, 적어도 얼마간의 내화성을 갖는 많은 건축 재료는 그러한 건축 재료가 포함된 곳에서의 화재의 진행을 늦추게 되므로, 그곳의 거주자들에게 필수적인 안전을 제공하게 된다. 이러한 건축 재료로는 목재, 많은 형태의 벽 보드; 건축 구조물 안에 들어가는 표면재, 예를 들면, 천장 타일이 포함된다. 이러한 재료들이 적어도 부분적으로 내화성을 가지게 되면, 건물에 화재가 발생하더라도 인화성이 둔화될 것이므로 건물 거주자의 안전이 개선된다.
보드지(cardboard)는 일반적으로 건축 재료로서 제한된 용도를 갖는 셀룰로스 재료이며, 대개 플러쉬 패널 도어(flush panel door)를 강화하는 제한된 용도로 사용되고 있다. 그러나, 보드지는 중량 비에 비해 상대적으로 높은 강도와 같은 바람직한 성질을 제공하며, 특히 낮은 원가와 아울러 강성도(stiffness)면에서 그러하다. 골판지는 또한 낮은 열전도도를 제공하는데, 이것은 골판지 홈(flute)에 잡혀있는 공기 때문이다. 이러한 매력적인 장점에도 불구하고, 보드지의 가연성 및 적절한 내화성의 부족으로 인하여 그 사용이 제한되어 왔다. 내화성이라 함은, 여기에 기술된 용액으로 본 발명의 범위내의 교시대로 처리된 셀룰로스 재료가 화재를 지지하는 성향에서 실질적인 감소를 나타내는 것을 의미한다.
셀룰로스 재료의 내화성을 개선하기 위한 다양한 시도가 있었다. 보드지의 경우에는, 보드지 패널을 규산 나트륨(sodium silicate) 수용액에 적시는 시도도 있었다. 그러나, 그런 코팅은 내수성이 나빠서 만족스럽지 못하다. 더욱이, 화염에 노출되면, 상기 코팅은 녹거나 또는 균열이 생길 수 있어 가연성 보드지가 화염에 노출된다.
Dimanshtaeyn의 미국특허 제5,035,851호(1991. 7. 30자 공고)에서, 규산염(silicate), 점토 및 일부 무기질 재료(예를 들면, 붕산염)를 포함하는 코팅 용액의 사용을 개시하고 있는데, 상기 용액은 금속, 목재 및 발포 고분자 재료를 피복하는데 사용될 수 있고, 상기 재료에 얼마간의 내화성을 주게 된다. 이것은 복잡하고 용액이 비싸며, 만족할 만한 내화성이 항상 얻어지는 것도 아니다.
Luckanuck의 미국특허 제5,085,897호(1992. 2. 4자 공고)에서, 건물 내에서 쓰이는 강철 빔을 코팅하기 위해 사용되는 규산염 및 불활성 광물질 섬유, 무기 분말의 혼합 액체를 개시하고 있다. 상기 용액을 강철 건설 재료에 코팅 처리하면, 화재 시 강철 관 및 다른 건설 재료의 비틀림이 감소된다고 한다. 상기 처리는 반응성 소성 충전재(reactive calcined filler)도 잠재성 산 촉매(latent acid catalyst)도 포함하지 않는다.
Nguyen 등의 특허 제4,888,057호(1989. 12. 19자 공고)에서, 규산염과 탄화 규소(silicon carbide)의 혼합물을 포함하는 내화성 코팅 조성물에 관해 기재하고 있다. 상기 물질로 코팅 처리된 건축 재료는 내화성을 갖는다고 한다. 그러나, 이러한 코팅 처리는 복잡하고 비용이 비싸다.
미국특허 제6,040,057호(2000. 3. 21자 공고)는 셀룰로스 기질을 알칼리 금속 처리된 재료로 처리하는 것을 포함하는데, 상기 처리로 알칼리 금속 규산염은 물에 녹지 않게 된다.
미국특허 제3,940,516호(1976. 2. 24자 공고)는 분말로 된 산화 규산염의 소결(sinter) 또는 합금(alloy) 5 내지 15%, 무수 분말로 된 알루미나 규산염 15 내지 35%, 알루미늄, 크롬, 마그네슘 또는 칼슘의 인산염 50 내지 80%로 구성되는 조성물에 관한 것이다.
상기 조성물은 알칼리 금속 규산염이 없다.
미국특허 제5,171,496호(1992. 12. 15자 공고)는 목재 복합물을 개시한다. 상기 조성물은 분사 노 슬래그(blast furnace slag)를 포함하고 열 경화된다. 상기 조성물은 보통은 내화성이 아니나 셀룰로스 재료를 변형시키면 내화성이 될 수 있다. 따라서, 처리된 셀룰로스가 없는 조성물은 내화성 조성물이 아니다. 공보에 언급된 이러한 조성물은 또한 칼슘이 풍부하고, 이것은 상기 반응 방식에 중요하다.
본 발명은 내화성 코팅 및 내화성을 갖도록 상기 코팅 처리 된 셀룰로스 재료에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 셀룰로스 재료가 내화성을 가지게 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 수성의 내화성 처리 조성물을 제공하는 것으로서, 상기 조성물은:
물(water);
알칼리 금속 규산염(alkali metal silicate) 또는 알칼리 토금속 규산염(alkaline earth metal silicate)으로부터 선택된 금속 규산염(metal silicate);
반응성 소성 충전재( reactive calcined filler);
잠재성 산 촉매(latent acid catalyst)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 알칼리 금속 규산염은 규산 칼륨, 규산 나트륨 및 규산 리튬으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 상기 알칼리 토금속 규산염은 규산 베릴륨, 규산 마그네슘 및 규산 칼슘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 금속 규산염은 규산 나트륨 및 규산 칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
더욱 바람직하게는, 상기 금속 규산염은 규산 나트륨이다.
상기 반응성 소성 충전재는 알루미나 규산염 및 알루미노 규산염으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적은 셀룰로스 기질이 내화성을 갖도록 셀룰로스 기질의 처리 방법을 제공하는 것으로서, 상기 처리 방법은 물; 알칼리 금속 규산염 또는알칼리 토금속 규산염으로부터 선택된 금속 규산염; 반응성 소성 충전재; 잠재성 산 촉매를 포함하는 조성물로 상기 기질을 처리하며, 상기 처리에 의해 건조 및 경화가 이루어진다.
바람직하게는, 상기 처리는 막 두께가 50 - 1000㎛의 범위내인 건조, 경화된 코팅을 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 물; 알칼리 금속 규산염 또는 알칼리 토금속 규산염으로부터 선택되는 금속 규산염; 반응성 소성 충전재; 잠재성 산 촉매를 포함하는 조성물을 경화시킴으로써 형성된 내화성 조성물로 처리된 셀룰로스 재료를 제공하는 것이다.
상기 셀룰로스 재료를 상기 내화성 조성물로 코팅하는 것이 바람직하다.
규산 나트륨(sodium silicate)은 바람직한 금속 규산염이다. 그러나, 여러 가지의 금속 규산염의 혼합물을 포함하여 다른 금속 규산염이 사용될 수 있다.
바람직한 규산 나트륨은 "피큐 인더스트리즈(PQ Industries)"사에 의해 제조된다. 이런 재료는 기본적으로 SiO2/Na2O로 구성되는 수용액이다.
규산 나트륨의 적당한 용액으로는 Vitrosol N 과 Vitrosol H가 있으며, 모두 "피큐 오스트레일리아(PQ Australia)"사로부터 입수할 수 있다. Vitrosol N은 38% w/w 수용액이다.
반응성 소성 충전재(reactive calcined filler)는 소성 알루미나 규산염 및 소성 알루미노 규산염으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 재료들은포졸란(pozzolan)으로 알려진 충전재로 분류된다. 상기 재료는 미세하게 분할된 형태이고, 물의 존재 하에 실온에서 수산화 칼슘과 반응하여 시멘트성의 화합물을 형성하는 재료로 정의된다. 적당한 재료의 실시예로는 소성 플린트 점토(calcined flint clay), 소성 알루미나, 플라이-애쉬(fly-ash) 및 분사 노 슬래그(blast furnace slag)가 있다. 상기 충전재는 알칼리성 물 및/또는 금속 규산염과 반응할 수 있다는 점에서 반응성으로 기재된다. 따라서, 상기 충전재는 활석(talc) 및 점토와 같은 종래의 충전재들과는 구별된다. 이러한 반응성 충전재는 쉽게 입수할 수 있으며 일반적으로 가격도 싸다. 플라이-애쉬(fly-ash)는 현대 발전소에서 가루 석탄을 연소하면 생기는 미세하게 분할된 광택이 나는 재료이다. 플라이-애쉬는 이전에는 보다 저가이며 보다 장기간의 강도를 달성할 수 있는 변형된 콘크리트에 사용되어 왔다. 최상의 결과를 달성하기 위해서는 반응성 충전재의 입자 크기가 중요한데, 최대 입자 크기가 150㎛ 이하일 때 달성된다. 일반적으로 입자의 크기가 작을 수록 보다 나은 결과가 달성되고, 75㎛ 체(sieve)를 통과하는 입자들은 성능을 향상시켰다.
잠재성 산 촉매(latent acid catalyst)로는 변형된 유기산, 특히 에스테르(ester)가 바람직하며, 변형된 유기산은 조성물의 처리 조건하에서 활성이 된다. 잠재성 산 촉매는 아세트산의 에스테르 및 글루탐산, 숙신산, 아디픽산과 같은 이염기산의 에스테르가 바람직하다. 적당한 잠재성 산 촉매의 예로는 글리세롤 트리아세테이트이다. 조성물의 알칼리성 조건하에서, 에스테르기는 가수분해되어 촉매로 작용하는 자유산이 생성된다. 인산염 및 붕산염과 같은 여러 가지의 다른물질들도 본 발명의 수성, 알칼리 혼합물 속에서 또한 가수분해될 것이며, 그 과정 중에 pH는 감소하고 혼합물은 경화를 일으킨다. 그런 잠재성 산 촉매로는 트리소디움 메타 포스페이트(trisodium meta phosphate)가 있다. 잠재성 산 촉매의 사용으로 인해 적당한 포트-수명(pot-life)은 상기 처리 조성물이 표면 위로 적용될 수 있도록 한다. 잠재성 산 촉매의 선택은 적용 방법에 적당한 포트-수명을 주도록 반응 시간이 조절되게 한다. 일반적으로, 이염기산 촉매는 글리세롤 트리아세테이트 보다는 경화는 느리나 포트-수명은 길어진다. 잠재성 촉매들은 촉매 자체가 반응하는 것이 아닌 또는 상대적으로 불활성이지만, 화학적 또는 물리적 변화 수단에 의해 촉매 또는 보다 활성인 촉매로 전환되는 물질이다. 본 발명에 있어서, 잠재성 촉매라 함은 본 발명의 알칼리성 혼합물에 첨가되면, 혼합물의 pH를 감소시키고, 혼합물을 경화시키도록 화학적 또는 물리적으로 변화되는 어떠한 물질도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그런 물질은 무수 형태로 첨가되는 것이 바람직한데, 이럴 경우, 상기 물질이 포물레이션(formulation)에서 과량의 수분을 흡수하게 되고, 따라서 최종 생성물의 건조가 빨라진다. 잠재성 촉매의 또 다른 실시예는 이산화탄소의 사용인데, 바람직하게는 대기압 하에서, 또는 압력 용기를 통해서 공급된다. 이산화탄소는 조성물로 흡수될 때에 탄산을 형성할 수 있고, 이것이 상기 조성물의 경화를 일으킨다. 잠재성 촉매의 또 다른 실시예로는 조성물의 온도를 높여 활성화되는 것이다.
본 발명에 따른 조성물의 성분들의 상대적인 성질은 액체 및 경화된 코팅 모두의 성질에 영향을 미친다. 액침 코팅(dipping coating) 또는 유동 코팅(flowcoating)의 적용이 가능하기 위해서는, 조성물이 상대적으로 낮은 점도를 갖는 것이 중요하다. 점도가 150 - 250cps의 범위내인 것이 특히 적당하다. 그러나, 점도가 250cps 를 상당히 초과하는 경우에도 사용될 수 있다. 예를 들면, 특히 조성물이 전단 희석제 또는 유사플라스틱이라면, 2500cps 이상의 점도도 적당할 수 있다. 전단 희석 유동변형학이 잘 알려져 있고, 전단 속도가 증가하면 점도가 감소하는 특징이 있다. 충전재를 가지고 변형시킨 규산 나트륨 용액의 점도는 흔히 더 이상 조절할 필요 없이 적합하다. 그러나, 유기물 및 무기물의 추가적인 유동변형학적인 변형제가 유동변형학적인 조절을 위해 혼합될 수 있다.
금속 규산염에 대한 반응성 소성 충전재의 중량 비는 보통 4:1 내지 1:4의 범위내이고, 바람직하게는 3:1 내지 1:3 이고, 더욱 바람직하게는 2:1 내지 1:2 이다. 그러나, 반응성 충전재의 비율이 낮을 수록 유용한 조성물이 생성될 수 있다. 이러한 중량 비들은 38% 수용액과 같이 금속 규산염에 대한 반응성 충전재의 중량으로 표현된다. 비휘발성 물질을 기준으로 표현하면, 4:1 내지 1:4의 범위는 10:1 내지 1:1.5 가 되고, 3:1 내지 1:3의 범위는 8:1 내지 1:1.1이 되고, 그리고 2:1 내지 1:2의 범위는 5:1 내지 1:0.8이 된다. 상대적으로 소성 충전재의 비율이 높으면 요변성(thixotropic) 조성물을 생성될 수 있으며, 이러한 조성물은 홈(flute) 안으로 조성물의 침투가 나쁘기 때문에 셀룰로스 기질과 같은 골판지에 사용되기 어려울 수 있다. 소성 충전재의 비율이 높으면 경화 속도는 대개 느려지고, 어떤 상황에서는 유용성이 떨어질 수 있다. 잠재성 산 촉매의 양은 보통 전체 조성물의 1.0 - 10%의 범위내이다.
상기 성분들뿐만 아니라, 다른 성분들이 또한 존재할 수 있다. 이러한 성분으로는 조성물의 유동변형학적 특성뿐 아니라 표면 장력 및 표면 침윤 특성에 영향을 줄 수 있는 계면활성제(surfactant) 또는 침윤제(wetting agent)가 포함된다. 계면활성제는 비이온성이 바람직하며, 특히 알킬 글루코시드(alkyl glucoside)가 바람직하다. 계면활성제와 침윤제는 또한 충전제의 분산을 도울 수 있다.
점토 및 활석과 같은 불활성 충전재는 코팅의 성질을 변형시키는 데 사용될 수 있다. 다른 형태의 충전재들이 또한 특성 향상 또는 원가 절감을 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 공동(hollow), 유리 또는 세라믹 미소구체(ceramic microsphere)가 열적 특성 및 다른 단열 특성을 강화시키는 데 사용될 수 있다. 무수 흡습성 충전재가 또한 첨가될 수 있다. 그러한 물질의 실시예로는 건조용기(desiccator)안에서 사용된 무수 실리카젤이다. 또 다른 실시예로는 무수 소디움 설페이트(sodium sulphate)가 있다. 염료 및 안료가 또한 사용될 수 있다. 이러한 착색제의 사용은 기질이 처리되었는 가에 대한 유용한 안내를 제공할 수 있다.
본 발명의 조성물은 셀룰로스 재료 기질에 적용되며, 그리고 상기 조성물은 주입할 수 있고, 그리고/또는 기질 위에 코팅을 형성할 수 있다. 그리고 나서 상기 조성물은 내화성 조성물을 형성하도록 경화될 수 있다. 상기 조성물은 액체 조성물을 적용하기 위한 어떤 유용한 방법으로 적용될 수 있으며, 스프레이(공기 및 공기 없는), 롤러 및 액침(dip) 코팅을 포함할 수 있다. 가장 적당한 적용 방법은 물건의 형상을 고려하여 선택될 것이다. 골판지로부터 형성된 기질의 경우에는, 종래의코팅 기술이 꽤 적합하다. 그러나, 이러한 기질들은 조립되기 전에 처리될 수 있다. 보강된 보드지 벽은 일반적으로 삽입된 골판지에 접착시킨 평판으로 만들어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재하도록 하겠으며, 하기의 실시예에서는 분율을 중량 분율로 나타낸다.
[실시예 1]
액체 내화성 조성물은 하기와 같은 성분들로 조제된다.
소성 플린트 점토(75㎛)4000g
규산 나트륨(Vitrosol N)(38% NV)4000g
물 80g
알카데트 15(훈쯔만 케미칼스) 1g
이염기 에스테르(듀퐁) 160g
상기 성분들은 물과 알카데트를 규산 나트륨에 기계적으로 교반하여 첨가함으로써 혼합되었다. 그리고 나서, 계속 교반하면서 미세하게 분할된 소성 플린트 점토를 천천히 첨가하였다. 모든 소성 플린트 점토를 혼합한 후에, 이염기 에스테르 잠재성 산 촉매를 첨가하였더니 최종 조성물이 형성되었다. 이러한 조성물은 25℃ 에서 1시간의 사용할 수 있는 포트-수명을 갖는다. 반응성 소성 충전재와 금속 규산염의 비율은 비 휘발물질을 기준으로 2.6:1 이었다.
[실시예 2]
실시예 1의 코팅 조성물을 골판지에 코팅시켜 평가하였다.
3층의 주름(corrugation)을 결합시킨, 크기 250 x 250 x 14mm, 중량 135g의 골판지 두 장을 각각 충분히 충전될 때까지 실시예 1의 조성물에 담가 두었다. 그리고 나서 판지들을 꺼내 수직으로 세워 완전히 말렸다. 이러한 방법은 안쪽의 주름을 포함하여, 모든 보드지의 표면이 상기 액체 혼합물의 얇은 층으로 코팅되게 한다. 상기 조성물을 또한 일정한 정도로 보드지에 주입시켰다. 상기 보드지 중 한 장을 테이블 위의 플라스틱 판 위에 놓은 후, 두 번째 장을 그 위에 얹으면, 크기 250 x 250 x 28mm의 작은 패널이 형성된다. 그리고 나서 그 패널을 하룻밤 동안 경화되도록 두었다. 다음 날 상기 패널은 손을 대 보면 단단한 코팅으로 건조되어 있다. 상기 패널의 중량는 890g이었다. 막 두께는 약 500㎛이었다.
[실시예 3]
이번 실시시예에서는 실시예 2에서 코팅한 보드지에 대한 내화성을 시험하였다.
실시예 2에서 코팅한 보드지를 실온에서 10일간 숙성시킨 다음, 시험을 위해 가스 버너 위에 올려놓은 후, 1시간 동안 화염에 노출시켰다. 화염에 노출되지 않은 샘플 측면의 온도를 5분마다 기록하였다. 그 결과를 표 1에 기재하였다:
[표 1]
시간(분) 노출되지 않은 측면 온도
5 25℃
10 52℃
15 75℃
20 81℃
25 89℃
30 100℃
35 131℃
40 140℃
45 140℃
50 140℃
55 141℃
60 141℃
위 표의 수치는 매우 좋은 결과를 나타낸다. AS 1530.4의 전 범위 화염 시험을 반복했다면, 낮은 온도와 노출되지 않은 측면의 완전한 구조적 무결로 인하여, 1시간의 화염 등급이 얻어졌을 것이다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 혼합물의 단지 매우 얇은(일반적으로 1mm 두께 이하) 층으로 코팅시킨 보드지 패널에 대해서는 매우 좋은 결과이다. 특히, 혼합물에서 물과 나트륨의 농도를 상대적으로 높이면, 놀랍게도, 대부분의 코팅에서 빠른 열 투과 및 화염 시험의 실패를 초래하는 물집(blister) 또는 균열(crack)이 생기지 않았다.
[실시예 4]
이번 실시예는 소성 충전재가 존재하지 않는 조성물과의 비교 실시예이다. 액체 조성물은 하기와 같은 성분들로 조제된다:
규산 나트륨(Vitrosol N)(38% NV)9000g
알카데트 15(훈쯔만 케미칼스) 1g
이염기성 에스테르(듀퐁) 360g
상기의 세 화합물들을 실시예 1에서와 같이 기계적 교반기를 사용하여 완전히 혼합하였다.
[실시예 5]
실시예 4의 코팅 조성물을 골판지에 코팅시켜 평가하였다.
3층의 주름을 결합시킨, 크기 250 x 250 x 14mm, 중량 135g의 골판지 두 장을 각각 충분히 충전될 때까지 실시예 4의 조성물에 담가 두었다. 그리고 나서 판지들을 꺼내 수직으로 세워 완전히 말렸다. 이러한 방법은 안쪽의 주름을 포함하여, 모든 보드지의 표면이 상기 액체 혼합물의 얇은 층으로 코팅되게 한다. 상기 조성물을 또한 일정한 정도로 보드지에 주입시켰다. 상기 보드지 중 한 장을 테이블 위의 플라스틱 판 위에 놓은 후, 두 번째 장을 그 위에 얹으면, 크기 250 x 250 x 28mm의 작은 패널이 형성된다. 그리고 나서 그 패널을 하룻밤 동안 경화되도록 두었다. 다음 날 상기 패널은 손을 대 보면 단단한 코팅으로 건조되어 있다. 상기 패널의 중량는 624g이었다. 무색이어서 막 두께를 결정 할 수 없었다.
[실시예 6]
이번 실시예에서는 실시예 5에서 코팅된 보드지에 대해 내화성 시험을 하였다.
실시예 5에서 코팅된 보드지를 실온에서 10일간 숙성시킨 다음, 시험을 위해 가스 버너 위에 올려놓은 후, 17분 동안 화염에 노출시켰다. 화염에 노출되지 않은샘플 측면의 온도를 기록하였다. 그 결과를 표 2에 기재하였다:
[표 2]
시간(분) 노출되지 않은 측면 온도
3 29℃
5 43℃
8 57℃
10 68℃
13 105℃
15 170℃
위 표의 수치는 좋지 않다. AS 1530.4의 전 범위 화염 시험을 반복하였다면, 15분에 열적 단열이 실패하였기 때문에, 15분 이하의 화염 등급을 얻었을 것이다.
화염 시험 후에 샘플을 검사해 보니, 안쪽의 주름이 패널을 통한 빠른 열의 흐름을 허용하는 수많은 균열이 생긴 채 심하게 부서져 있었다.
[실시예 7]
이번 실시예에서는 본 발명에 따른 내화성 조성물 내로의 세라믹 미세공동의 편입을 보여준다.
액체, 내화성 조성물은 하기와 같은 성분들로 조제된다:
소성 플린트 점토300kg
규산 나트륨(Vitrosol N)(38% NV)300kg
물 60kg
인바이로스피어스(Envirospheres) SLG 30kg
알카데트 150.06kg
이염기 에스테르10.2kg
상기 성분들은 물과 알카데트를 규산 나트륨 용액에 기계적으로 교반하여 첨가함으로써 혼합되었다. 그리고 나서 계속 교반하면서 미세하게 분할된 소성 플린트 점토와 인바이로스피어스를 천천히 첨가하였다. 이러한 성분들을 혼합한 후에, 이염기 에스테르 잠재성 산 촉매를 첨가하였더니 최종 조성물이 형성되었다.
[실시예 8]
실시예 7의 조성물을 골판지에 코팅시켜 평가하였다.
3층의 주름을 결합시킨, 크기 2400 x 1200 x 14mm, 중량 6.1kg의 골판지 20장 각각을 실시예 7의 조성물에 담그었다가, 짧은 시간 동안 말린 후, 액체 혼합물이 주름의 모든 영역에 피복되도록 방향을 역으로 하여 담그었다. 상기 보드들을 말린 후, 수평으로 적층하였는데, 모든 유니트 사이를 3mm 두께의 플라스틱 격자로 분리시켜 공기가 접근할 수 있도록 하여, 건조 시간을 줄였다.
7일 후에 보드들의 중량를 재어보니, 평균 중량이 25.2kg이었다. 홈 안쪽의 코팅은 두께가 약 250㎛이었다.
[실시예 9]
중심(core)에 유리 섬유 단열재를 구비한, 90mm의 강철 간주 프레임의 각 측면 상에 실시예 8에서 코팅한 보드지의 이층을 사용하여 크기 3.23 x 3.68m의 벽유니트를 건설하였다. 이러한 프레임은 600mm의 간격을 주는 간주(stude)를 수용하는데 일반적으로 사용되는 디자인이다.
그 후에, 상기 벽에 대해서 방음벽으로서의 유효성을 시험하였다. STC = 54의 우수한 값이 얻어졌고, 이러한 값은 동일한 중량의 석고 보드(plaster board) 및 섬유 시멘트 보드와 필적하는 결과이다.
[실시예 10]
표면적이 1.1 x 1.1m로 작아진 것을 제외하고는 실시예 9에 따라서 벽 유니트를 건설하였다. 상기 유니트에 대해서 AS1530.4.의 화염 등급을 표시해 주는 화염 시험을 하였다. 상기 시험은 구조적 완전성 및 열적 단열에 관해서 상기 벽의 성능을 평가한다. 벽 유니트의 노출되지 않은 측면 상의 평균 온도가 160℃에 도달하는 데 110분이 걸렸다는 점에서 매우 좋은 결과가 얻어졌다. AS1530.4의 전 범위 시험을 반복하였다면, 1½시간의 화염 등급이 얻어졌을 것이다.
[실시예 11]
이 실시예는 플라이 애쉬(fly ash)를 반응성 소성 충전재로 사용한 것이다.
액체 내화성 조성물은 하기와 같은 성분들로 조제된다:
글래드스톤 플라이 애쉬(포졸라닉 엔터프라이즈 피티와이 리미티드)4000g
규산 나트륨(Vitrosol N)(38% NV)4000g
물 600g
알카데트 15(훈쯔만 케미칼스) 1g
이염기 에스테르(듀퐁) 160g
상기 성분들은 물과 알카데트를 규산 나트륨에 기계적으로 교반하여 첨가함으로써 혼합되었다. 그리고 나서, 계속 교반하면서 미세하게 분할된 플라이 애쉬(Fly Ash)를 천천히 첨가하였다. 모든 플라이 애쉬를 혼합한 후에, 이염기 에스테르 잠재성 산 촉매를 첨가하였더니 최종 조성물이 형성되었다.
[실시예 12]
실시예 11의 코팅 조성물을 골판지에 코팅시켜 평가하였다.
3층의 주름을 결합시킨, 크기 250 x 250 x 14mm, 중량 135g의 골판지 두 장을 각각 충분히 충전될 때까지 실시예 11의 조성물에 담가 두었다. 그리고 나서, 골판지들을 꺼내서 수직으로 세워 완전히 말렸다. 이러한 방법은 안쪽의 주름을 포함하여, 모든 보드지의 표면이 상기 액체 혼합물의 얇은 층으로 코팅되게 한다. 상기 조성물을 또한 일정한 정도로 보드지에 주입시켰다. 상기 보드지 중 한 장을 테이블 위의 플라스틱 판 위에 놓은 후, 두 번째 장을 그 위에 얹으면, 크기 250 x 250 x 28mm의 작은 패널이 형성된다. 그리고 나서 그 패널을 하룻밤 동안 경화되도록 두었다. 다음 날 상기 패널은 손을 대 보면 단단한 코팅으로 건조되어 있다. 상기 패널의 중량은 994g이었다.
[실시예 13]
이번 실시예에서는, 실시예 12에서 코팅한 보드지에 대해 내화성 시험을 하였다.
실시예 12에서 코팅한 보드지를 실온에서 10일간 숙성시킨 다음, 시험을 위해 가스 버너 위에 올려놓은 후, 1시간 동안 화염에 노출시켰다. 화염에 노출되지 않은 샘플 측면의 온도를 5분마다 기록하였다. 그 결과를 표 3에 기재하였다:
[표 3]
시간(분) 노출되지 않은 측면 온도
5 26℃
10 56℃
15 78℃
20 85℃
25 94℃
30 106℃
35 130℃
40 142℃
45 143℃
50 144℃
55 144℃
60 145℃
위 표의 수치는 실시예 2와 매우 유사한 매우 좋은 결과를 나타내며, 그리고 소성 플린트 점토가 가격이 싼 플라이 애쉬로 대체될 수 있음을 보여준다.
[실시예 14]
액체 내화성 조성물은 하기와 같은 성분들로 조제된다:
소성 플린트 점토(75㎛)6000g
규산 나트륨(Vitrosol N)(38% NV)3000g
물1200g
알카데트 15(훈쯔만 케미칼스)1g
이염기 에스테르(듀퐁)120g
상기 성분들은 물과 알카데트를 규산 나트륨 용액에 기계적으로 교반하여 첨가함으로써 혼합되었다. 그리고 나서, 계속 교반하면서 미세하게 분할된 소성 플린트 점토를 천천히 첨가하였다. 모든 소성 플린트 점토를 혼합한 후에, 이염기 에스테르 잠재성 산 촉매를 첨가하였더니 최종 조성물이 형성되었다. 반응성 소성 충전재와 금속 규산염의 비율은 비 휘발물질을 기준으로 5.2:1 이었다.
[실시예 15]
실시예 14의 코팅 조성물을 골판지에 코팅시켜 평가하였다.
3층의 주름을 결합시킨, 크기 250 x 250 x 14mm, 중량 135g의 골판지 두 장을 각각 충분히 충전될 때까지 실시예 14의 조성물에 담가 두었다. 그리고 나서 판지들을 꺼내 수직으로 세워 완전히 말렸다. 이러한 방법은 안쪽의 주름을 포함하여, 모든 보드지의 표면이 상기 액체 혼합물의 얇은 층으로 코팅되게 한다. 상기 조성물을 또한 일정한 정도로 보드지에 주입시켰다. 상기 보드지 중 한 장을 테이블 위의 플라스틱 판 위에 놓은 후, 두 번째 장을 그 위에 얹으면, 크기 250 x 250 x 28mm의 작은 패널이 형성된다. 그리고 나서 그 패널을 하룻밤 동안 경화되도록두었다. 다음 날 상기 패널은 손을 대 보면 단단한 코팅으로 건조되어 있다. 상기 패널의 중량은 1060g이었다.
[실시예 16]
이번 실시시예에서는 실시예 15에서 코팅한 보드지에 대한 내화성을 시험하였다.
실시예 15에서 코팅한 보드지를 실온에서 10일간 숙성시킨 다음, 시험을 위해 가스 버너 위에 올려놓은 후, 1시간 동안 화염에 노출시켰다. 화염에 노출되지 않은 샘플 측면의 온도를 5분마다 기록하였다. 그 결과를 표 4에 기재하였다:
[표 4]
시간(분) 노출되지 않은 측면 온도
5 28℃
10 50℃
15 80℃
20 145℃
25 162℃
30 170℃
35 182℃
40 189℃
45 193℃
50 194℃
55 194℃
60 195℃
상기 결과는 실시예 3 만큼의 좋은 결과는 아니지만, 아직도 매우 좋은데, 특히 패널의 노출되지 않은 측면이 외관상 변하지 않았고, 여섯개 모두의 코팅된 주름 층들이 본질적으로 손상되지 않고 남아 있다는 사실에서 그러하다. 따라서,실시예 15에 따라서 만들어진 패널이 방화벽으로 작용할 수 있으며, 화재의 진행을 상당히 늦출 수 있다는 것은 분명하다.
본 발명의 정신 및 범위 내에서의 변경들은 당해 기술분야에서 숙련된 자들이 용이하게 달성할 수 있는 것이므로, 본 발명은 상기 실시예로서 기재된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 조성물을 사용하는 다른 실시예로는, 셀룰로스 기질, 특히 보드지를 준비하기 위한 공정에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 조성물로 보드지를 후처리하는 것이라기 보다는 상기 조성물의 존재 하에서 보드지가 준비된다.
본 발명의 내화성 조성물은 건축 재료로 널리 사용되는 목재 또는 파티클 보드와 같은 셀룰로스 재료, 특히 골판지와 같은 보드지에 내화성 도료로 이용 가능하다.

Claims (16)

  1. 물; 알칼리 금속 규산염 또는 알칼리 토금속 규산염으로부터 선택된 금속 규산염; 반응성 소성 충전재(reactive calcined filler); 잠재성 산 촉매(latent acid catalyst)를 포함하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 금속 규산염이 규산 칼륨, 규산 나트륨 및 규산 리튬으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 금속 규산염이 규산 베릴륨, 규산 마그네슘 및 규산 칼슘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 금속 규산염이 규산 나트륨 및 규산 칼륨으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 금속 규산염은 규산 나트륨임을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 소성 충전재는 소성 알루미나 규산염 또는 소성 알루미노 규산염임을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 소성 충전재가 소성 플린트 점토(calcined flint clay), 소성 알루미나(calcined alumina), 플라이-애쉬(fly-ash) 및 분사 노 슬래그(blast furnace slag)로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 소성 충전재가 소성 플린트 점토, 소성 알루미나 및 플라이-애쉬로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 소성 충전재는 150㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 잠재성 산 촉매는 카르복시산 에스테르임을 특징으로 하는 수성의 내화성 처리 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 규산염에 대한 반응성 소성 충전재의 상대적 중량 비가 10:1 내지 1:1.5의 범위내인 수성의 내화성 처리 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 금속 규산염에 대한 반응성 소성 충전재의 상대적 중량 비가 8:1 내지 1:1.1의 범위내인 수성의 내화성 처리 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 금속 규산염에 대한 반응성 소성 충전재의 상대적 중량 비가 5:1 내지 1:0.8의 범위내인 수성의 내화성 처리 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 조성물로 처리된 셀룰로스 기질(cellulosic substrate).
  15. 제14항에 있어서, 막 두께가 50 - 1000㎛인 코팅이 상기 기질 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 셀룰로스 기질.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 조성물로 셀룰로스 기질을 처리하여 셀룰로스 기질의 내화성을 강화하는 방법.
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