KR20110065728A

KR20110065728A - 난연 채광판 조성물 및 이를 사용하여 제조한 난연 채광판

Info

Publication number: KR20110065728A
Application number: KR1020090122359A
Authority: KR
Inventors: 강병도; 이희자
Original assignee: 주식회사 한국화이어텍; (주)서진라이트
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-16
Also published as: KR101085381B1

Abstract

본 발명은 불포화 폴리에스테르수지를 포함하는 비할로겐형(Non Halogen type)의 투명한 난연 채광판 조성물 및 이를 사용하여 제조한 난연 채광판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불포화 폴리에스테르수지, 경화제, 경화촉진제, 보강재 및 난연재를 포함하고, 상기 난연재로서 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물 또는 그 혼합물을 포함함으로써 난연성, 투명성(투광성) 및 기계적 물성이 우수한 난연 채광판 조성물 및 이를 사용하여 제조한 난연 채광판에 관한 것이다.

불포화 폴리에스테르수지, 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물, 유리섬유, 난연 채광판, 투명성

Description

난연 채광판 조성물 및 이를 사용하여 제조한 난연 채광판{Composition for flame retardant transparent light shaft board and the flame retardant light shaft board processed using the same}

불포화 폴리에스테르수지는 경화 시 내후성 및 투광성이 매우 우수하고 가공성이 좋다. 따라서, 일반적으로 상기 불포화 폴리에스테르수지에 경화제와 경화촉진제를 혼합하고 강도부여를 위하여 보강재를 함침하여 채광판을 생산하는 것이 일반적이다.

이러한 채광판은 햇빛 투과율이 매우 높고, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡 탄성 률 및 신율 등이 매우 우수하여 건축물의 내외장재에 비닐 및 유리 대체품으로 널리 사용되고 있다. 이와 같이, 채광판은 여러 가지 장점들을 갖추고 있지만 화재 시 쉽게 발화하여 화재의 위험성을 더욱 가중할 수 있기 때문에 그 사용 용도가 많은 부분 제한적이다.

현재까지 채광판에 난연성을 부여하기 위한 많은 노력이 진행되어 왔다. 일례로, 한국공개특허공보 제2006-0060796호에는 폴리에스테르수지에 복합난연재로 입자크기가 0.5∼2.0 ㎛ 인 수산화알루미늄 및 유리섬유를 배합함으로써 화재 발생 시에도 철도, 자동차 등의 내장재로 안전하게 사용할 수 있는 불포화 폴리에스테르수지 조성물이 개시되어 있다. 이러한 기술은 난연재로 사용하는 수산화알루미늄으로 인하여 여러 가지 기계적 강도에 영향을 주기 때문에 불포화 폴리에스테르수지에 사용하는 난연재의 함량이 극히 제한적이고 무엇보다 난연성을 부여할수록 불포화 폴리에스테르수지 경화물의 투명도가 떨어진다.

또한 한국공개특허공보 제2008-0062105호에는 분산 안전성이 우수하고 난연성이 우수한 폴리에스테르계 폴리머 폴리올의 제조 기술이 개시되어 있다. 여기에서 난연재로 사용한 브로모스티렌 유도체는 난연성이 매우 우수한 특징이 있으나, 환경에 악영향을 미칠 수 있는 할로겐 화합물이고, 난연재 함량이 증가할수록 투명도 또한 저하되며 화재 시 할로겐 가스가 방출될 수 있어 그 사용을 규제하고 있다.

무엇보다 불포화 폴리에스테르수지를 이용한 채광판의 가장 큰 장점인 투광성을 유지하면서 난연성을 부여할 수 있는 기술이 아직까지 개발되지 않았다.

이에, 본 발명자들은 불포화 폴리에스테르수지가 가지고 있는 투명성 등의 여러 가지 기계적 특성을 유지하면서 난연성을 부여하기 위하여 노력한 결과, 불포화 폴리에스테르수지와 상용성이 좋은 난연재를 사용하고, 보강재로서 유리섬유(Glass fiber)를 이용하여 함침한 불포화폴리에스테르 성형품이 난연성이 우수고 투명성(투광성) 및 기타 기계적 물성을 더욱 보강되었음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 불포화 폴리에스테르수지가 가지고 있는 투명성과 기계적 특성들을 그대로 유지하면서 우수한 난연성을 갖는 투명한 난연 채광판 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 불포화 폴리에스테르수지, 경화제, 경화촉진제, 보강재 및 난연재를 포함하는 난연 채광판 조성물로서, 상기 난연재로서 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물 또는 그 혼합물을 포함하는 난연 채광판 조성물 및 이를 사용하여 제조한 난연 채광판을 제공한다.

본 발명에 의한 투명한 난연 채광판은 불포화 폴리에스테르수지의 투명성을그대로 유지하면서 난연성 및 기계적 물성이 우수하였다.

본 발명은 소방방제청 고시 제 2005-69호 방염성능의 기준에 의한 합성수지판 시험에 의한 난연재료 이상의 난연성을 발휘하는 투명 난연 채광판을 제조하기 위한 불포화 폴리에스테르수지 조성물에 관한 것이다. 이러한 난연성 및 기계적 물성을 발휘하기 위해서는 화재 시 할로겐 화합물이 발생하지 않아야 되며 무엇보다 사용하는 난연재가 불포화 폴리에스테르수지와 혼합 시 수지가 현탁한 상태(cloudy)가 되어 투명도가 떨어지거나 수지와의 상용성이 저하되어 난연재와 수지가 균질하게 혼합되지 않아 부위별로 난연성에 차이가 발생하여서는 안된다.

본 발명에 따른 투명한 난연 채광판 조성물은 불포화 폴리에스테르수지를 기본 수지로 하고 작업성을 위해 경화제, 경화촉진제와 수지의 기계적 물성을 향상시키기 위하여 보강재와 난연성을 부여하기 위한 난연재로 이루어진다. 본 발명에 의한 난연 채광판 조성물은 불포화 폴리에스테르수지 100 중량부에 대하여 경화제 1∼3 중량부, 경화촉진제 1∼3 중량부, 보강재 20∼40 중량부 및 난연재 5∼50 중량부를 포함한다.

상기 불포화 폴리에스테르수지(UPR)는 불포화 다가산을 반드시 함유하고 여기에 포화 다가산과 다가 알코올을 병용하여 탈수 축합반응에 의해 만들어지는 고분자인 불포화 알키드계 바인더(Alkyd Binder)를 반응성 2중 결합된 반응성 아크릴 모너머 혹은 비닐모너머에 희석시킨 액상 수지를 총칭한다.

상기 경화제는 불포화 폴리에스테르수지 내에 희석된 아크릴 모노머의 2중 결합을 끊어줌으로써 불포화 폴리에스테르수지를 고체화시키는 것으로서, 보다 구 체적으로 메틸에틸케톤 퍼옥사이드(MEK-PO: Methylethylketone peroxide), 사이클로헥사논 퍼옥사이드(CHPO: cyclohexanone peroxide), 벤조일 퍼옥사이드(BPO: Benzoyl Peroxide) 및 t-부틸퍼옥시 벤조에이트(TBPB: t-butylperoxybenzoate) 등을 들 수 있으며, 이를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 경화 시간을 단축하기 위하여 코발트납사네이트, 구리납사네이트 및 바나륨납사네이트 등의 금속염; 및 포타슘헥심, 디메틸아닐린 및 아세톤아세테이트 등의 유기촉매;에서 선택된 1종 이상의 경화촉진제를 경화제와 함께 사용하여 작업성을 높여 줄 수 있다.

또 채광판의 강도 보강을 위한 보강재로서 유리섬유를 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 이러한 보강재를 불포화 폴리에스테르수지, 경화제 및 경화촉진제가 혼합된 용액에 일정량 함침시킴으로써 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics) 채광판을 제조할 수 있다.

또한 본 발명에서는 상기 FRP 채광판에 난연성을 부여하기 위하여 난연재로서 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물(Cyclic phosphonate ester; 일명 "방향족 인산에스테르 화합물"이라 함), 즉 하기 화학식 2 및 3으로 표현되는 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다:

상기 화학식 2 및 3에서, R1, R2 및 R3은 상호 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C8 알킬기, C1 내지 C4 알킬에 의해 임의로 치환된 C5 내지 C6 사이클로알킬, C6 내지 C20 아릴 또는 C7 내지 C12 아르알킬(aralkyl)이다.

상기 화학식 2 및 3에 해당하는 화합물의 구체적인 예로는, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리자이레닐포스페이트, 트리(2-6-디메틸페닐)포스페이트, 트리(2,4,6-트리메틸페닐)포스페이트, 트리(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트, 트리(2,6-디메틸페닐)포스페이트, 레소시놀비스(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트, 허아드로퀴놀비스(2,5,6-디메틸페닐)포스페이트, 하이드로퀴놀비스(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트 등이 있다. 보다 바람직하게는 포스폰산, 메틸-비스{(5-에틸-2-메틸-1,3,2-다이옥사포스포리난-55일)메틸}에스테르, P,P'-다이옥사이드[PHOSPHONIC ACID, METHYL-BIS{(5-ETHYL-2-METHYL-1,3,2-DIOXAPHOSPHORINAN-55YL)METHYL}ESTER, P,P'-DIOXIDE]; 포스폰산, 메틸(5-에틸-2-메틸-1,3,2-다이옥사 포스포리난-5일)메틸메틸에스테르, P-옥사이드[PHOSPHONIC ACID, METHYL (5-ETHYL-2-METHYL-1,3,2-DIOXAPHOSPHORINAN-5-YL)METHYL METHYL ESTER,P-OXIDE]; 포스폰산, 메틸(5-에틸-2-메틸-2-옥사이드-1,3,2-다이옥사포스포)[PHOSPHONIC ACID, METHYL(5-ETHYL-2-METHYL-2-OXIDE-1,3,2-DIOXAPHOSPHO)]; 및 포스폰산, 메틸-비스{(5-에틸-2-메틸-1,3,2-다이옥사포스포리난[PHOSPHONIC ACID, METHYL-BIS{(5-ETHYL-2-METHYL-1,3,2-DIOXAPHOSPHORINAN)]을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명은 불포화 폴리에스테르수지와 사용되는 상용성이 좋은 난연재를 사용함으로써 불포화 폴리에스테르수지, 경화제, 경화촉진제 및 난연재가 균질하게 혼합될 뿐만 아니라 보강재로 사용하는 유리섬유도 쉽게 함침시킬 수 있고, 건조 후 성형물의 투명도 및 기계적 강도가 난연성을 부여하지 않았을 때보다 우수한 물성을 가지고 있는 것이 특징이다.

상기 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물의 경우 수지와 경화제, 경화촉진제와 만나 짧은 시간에 균일하게 혼합될 수 있어야 한다. 따라서, 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물의 점도 조절이 매우 중요하다. 본 발명에서는 채광판의 균일한 난연성을 확보하고 작업공정을 위하여 상기 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물을 용제 및/또는 반응성 모노머를 혼합하여 제조한 사이클릭 포스포네이트 에스테르 용액을 만들어 사용함으로써 불포화 폴리에스테르수지와의 혼합을 용이하게 하였다. 이때, 사용할 수 있는 용제로는 MEK(methyl ethyl ketone), 아세톤 및 MIBK(mehtylisobutylketone) 등과 같은 케톤류; 자일렌(XYLENE) 및 톨루엔(TOLUNE) 등과 같은 방향족 용제; IPA(isopropanol), 에탄올, 메탄올, 이소부탄 올 및 노르말부탄올 등과 같은 알코올류; 및 글리콜, 부틸셀루솔브, 에틸셀루솔브, 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, DOW-PM, NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone) 및 텍사놀 등을 사용할 수 있으며, MMA(methyl methacrylate), SM(styrene monomer), MAA(methacrylic acid), AA(acrylamide), HEMA(hydroxyethyl methacrylate), HPA(hydroxypropyl acrylate) 및 HPMA(hydroxypropyl methacrylate) 등과 같은 반응성 모노머를 상기 용제와 함께 첨가하여 희석하여 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 이때, 용제와 반응성 모노머를 혼합하여 사용할 경우 이들의 혼합비는 1:10 내지 1:1의 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용제 및 반응성 모노머를 1종 이상 혼합한 희석제의 함량이 사이클릭 포스포네이트 에스테르 100 중량부에 대하여 3∼40 중량부가 적당하다. 상기 희석제의 함량이 3 중량부 미만인 경우 사이클릭 포스포네이트 에스테르의 점도가 너무 높아 작업공정상 난연재와 수지와의 균일한 혼합을 얻을 수 없으며, 희석제의 함량이 40 중량부를 초과하는 경우 채광판의 건조 속도가 너무 느리거나 고형분 저하로 일정한 두께 및 형태의 성형판을 만들기 어려웠다. 가장 바람직하게는 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물에 100 중량부에 대하여 상기 희석제 5∼20 중량부를 사용한다.

이러한 난연재는 불포화 폴리에스테르수지 100 중량부에 대하여 5∼50 중량부로 사용할 수 있는데, 이때 난연재의 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 채광판의 난연성이 부족하며 50 중량부를 초과하는 경우에는 채광판의 건조 속도 및 건조 강도가 부족하였다. 바람직하게는 상기 난연재를 10∼20 중량부로 사용하는 것이 가장 적절하다.

또한 본 발명은 상기 불포화 폴리에스테르수지 조성물로 제조한 난연 채광판에 관한 것이다. 본 발명에 의한 난연 채광판의 제조방법은 당업계에 잘 알려진 통상적인 방법을 통해 제조할 수 있으며, 본 발명에서는 기존 불포화 폴리에스테르수지, 경화제 및 경화촉진제가 흘러나오는 라인에 난연재가 흘러나오는 라인을 추가로 설치하여 상기 수지, 경화제, 경화촉진제 및 난연재를 한 곳에 모아 충분히 혼합시킨 후 여기에 보강재를 함침하여 원하는 형태의 성형 및 경화 공정을 거쳐 투명성이 우수한 난연성 채광판을 만드는 것이 특징이다.

본 발명에서 제조한 투명한 난연 채광판은 소방방재청고시 제 2005-69호 방염성능의 기준에 의한 합성수지판 기준 난연성 시험 시 매우 우수한 성능이 확보되었으며 투명성 및 건조강도 또한 난연성을 부여하기 전보다 높은 수치를 얻을 수 있었다.

이하, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 시험예 및 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1∼5 및 비교예 1∼3]

하기 표 1에 기재된 조성 및 함량에 따라 실시예 1∼5 및 비교예 1∼3의 투명한 난연 채광판을 제조하였다(단위: 중량부).

먼저 불포화 폴리에스테르수지에 경화제, 경화촉진제를 일정한 속도로 흘러보내고 또 다른 라인을 통해 난연재를 혼합시키면서 보강재인 유리섬유를 함침함으로써 투명한 난연 채광판을 제조하였다.

조성		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2	비교예 3
바인더	불포화폴리에스트 수지	100	100	100	100	100	100	100	100
경화제	메틸에틸케톤 퍼옥사이드	1	-	-	2	3	1	1	1
	CHPO	-	1	-	-	-	-	-	-
	DPO	-	-	1	-	-	-	-	-
경화 촉진제	구리납사네이트	-	-	-	-	-	-	-	-
	코발트납사네이트	1	1		2	3	1	1	1
	디메틸아민	-	-	1	-	-	-	-	-
난연재	사이클릭 포스포네이트	5	10	15	20	25	3	0	0
	수산화 알루미늄	-	-	-	-	-	0	20	-
	수산화마그네슘	-	-	-	-	-	-	-	20
희석제	MEK	1	-	-	5	5	1	5	5
	IPA	-	1	-	-	-	-	-	-
	스테아린모너머	-	-	2	-	-	-	-	-
보강재(유리섬유)		30	30	30	30	30	30	30	30

[시험예 1]

상기 실시예 1∼5 및 비교예 1∼3에서 제조한 채광판 성형물에 대하여 난연성 및 기타 물성을 평가하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<난연성 평가방법>

불포화폴리에스테르 성형물에 대한 난연성 시험은 소방방재청고시 제 2005-69호 방염성능의 기준에 의한 합성수지판 기준으로 시험하였다. 시험결과에서 알 수 있듯이 본 발명품의 난연성은 매우 우수하고 또한 채광판 투명도(투광율)에도 전혀 영향을 끼치지 않았음을 알 수 있다. 비교예 2,3은 시험도중 시험시편이 모두 탄화되어 시험을 중단하였다.

시험항목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2	비교예 3	합격 기준
잔염시간(sec)	3	2	1	0	0	8	-	-	5↓
잔진시간(sec)	14	10	3	0	0	19	-	-	20↓
탄화길이(cm)	12	8	5	2	1	24	-	-	20↓
탄화면적(㎠)	36	26	15	8	5	48	-	-	40↓
연기밀도(Ds)	340	315	240	120	98	-	-	-	400↓
투광율% (가시광선)	89	89	89	89	89	89	50	48

상기 표 2의 결과에서, 본 발명에 의한 실시예 1∼5에 따른 채광판은 불포화 폴리에스테르수지 성형물의 투명성(투광율)을 저해하지 않으면서 매우 우수한 난연성능을 발휘할 수 있음을 확인하였다.

Claims

불포화 폴리에스테르수지, 경화제, 경화촉진제, 보강재 및 난연재를 포함하는 난연 채광판 조성물로서,

상기 난연재로서 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물 또는 그 혼합물을 포함하는 난연 채광판 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 경화제는 메틸에틸케톤 퍼옥사이드(Methyl ethyl Ketone peroxide), 사이클로헥사논 퍼옥사이드(cyclohexanone peroxide), 벤조일 퍼옥사이드(Benzoyl Peroxide) 및 t-부틸퍼옥시 벤조에이트(t-butylperoxybenzoate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 난연 채광판 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 경화촉진제는 코발트납사네이트, 구리납사네이트, 바나륨납사네이트, 포타슘헥심, 디메틸아닐린 및 아세톤아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 난연 채광판 조성물.
제 1항에 있어서, 보강재는 유리섬유임을 특징으로 하는 난연 채광판 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물은 하기 화학식 2 및 3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 난연 채광판 조성물:

[화학식 2]

[화학식 3]

상기 화학식 2 및 3에서, R1, R2 및 R3은 상호 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C8 알킬기, C1 내지 C4 알킬에 의해 임의로 치환된 C5 내지 C6 사이클로알킬, C6 내지 C20 아릴 또는 C7 내지 C12 아르알킬(aralkyl)임.
제 1항에 있어서, 사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물의 혼합물은

사이클릭 포스포네이트 에스테르 화합물; 및

용제 및 반응성 모노머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 희석제;를

혼합하여 제조한 것임을 특징으로 하는 난연 채광판 조성물.
제 6항에 있어서, 상기 용제는 MEK(methyl ethyl ketone), 아세톤 및 MIBK(mehtylisobutylketone)를 포함하는 케톤류; 자일렌(XYLENE) 및 톨루엔(TOLUNE)을 포함하는 방향족 용제; IPA(isopropanol), 에탄올, 메탄올, 이소부탄올 및 노르말부탄올을 포함하는 알코올류; 및 글리콜, 부틸셀루솔브, 에틸셀루솔브, 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, DOW-PM, NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone) 및 텍사놀로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 난연 채광판 조성물.
제 6항에 있어서, 상기 반응성 모노머는 MMA(methyl methacrylate), SM(styrene monomer), MAA(methacrylic acid), AA(acrylamide), HEMA(hydroxyethyl methacrylate), HPA(hydroxypropyl acrylate) 및 HPMA(hydroxypropyl methacrylate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 난연 채광판 조성물.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 의한 난연 채광판 조성물을 사용하여 제조된 난연 채광판.