KR20160097509A - 내화도료 조성물, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 내화도료의 도장 방법 - Google Patents

내화도료 조성물, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 내화도료의 도장 방법 Download PDF

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Abstract

내화도료 조성물, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 내화도료의 도장 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 구현 예에서는, 70 내지 95 중량%의 바인더; 1 내지 10 중량%의 에어로겔; 1 내지 5 중량%의 발포제; 및 잔부의 물;을 포함하는, 내화도료 조성물, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 내화도료의 도장 방법을 제공할 수 있다.

Description

내화도료 조성물, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 내화도료의 도장 방법 {FIRE-PROOF PAINT COMPOSITION, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD OF FIRE-PROOF PAINTING USING THE SAME}
내화도료 조성물, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 내화도료의 도장 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 내화도료는 바인더를 포함하며, 화재 시 고온의 열에 의해 상기 바인더가 발포 및 팽창된다.
그런데, 상기 바인더만을 포함하는 내화도료는 내열성 및 발포율에 한계가 있어, 이를 극복하기 위한 연구가 지속되고 있다.
본 발명자들은, 상기 지적된 문제점을 해소하기 위하여, 바인더와 함께 에어로겔 및 발포제가 포함된 수성 내화도료 조성물을 제시하는 바이다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현 예에서는, 바인더, 에어로겔, 발포제, 및 물이 각각 특정 함량으로 포함된 내화도료 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 상기 내화도료 조성물을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 상기 내화도료 조성물을 이용하여 도장하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서는, 70 내지 95 중량%의 바인더; 1 내지 10 중량%의 에어로겔; 1 내지 5 중량%의 발포제; 및 잔부의 물;을 포함하는, 내화도료 조성물을 제공한다.
구체적으로, 상기 내화도료 조성물 내 발포제의 함량은, 1 내지 3 중량%일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에서 제공되는 내화도료 조성물의 각 구성에 관해 설명한다.
우선, 상기 발포제에 관한 설명은 다음과 같다.
상기 발포제는, 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 질석(vermiculite), 진주암(perlite), 석회석, 및 중탄산나트륨(NaHCO3)을 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 발포제는, 상기 탄산칼슘 및 상기 탄산마그네슘의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 발포제 내 탄산마그네슘에 대한 탄산칼슘의 중량비는, 0.5:1 내지 4:1일 수 있다.
이와 독립적으로, 상기 발포제의 평균 입경은, 30 내지 200 ㎛일 수 있다.
상기 에어로겔에 관한 설명은 다음과 같다.
상기 에어로겔은, 소수성 또는 친수성인 것일 수 있다.
구체적으로, 실리카 에어로겔, 소수성 흄드 실리카 또는 친수성 흄드 실리카 인 것일 수 있다.
이와 독립적으로, 상기 에어로겔은 액상 또는 분말상인 것일 수 있다.
상기 바인더에 관한 설명은 다음과 같다.
규산나트륨, 규산칼륨, 및 변성 규산염을 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 규산염을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 규산염은, 액상 또는 분말상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 구현예에서 제공되는 내화도료 조성물은, 0.1 내지 5 중량%의 첨가제;를 더 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 첨가제는, 계면활성제, 표면 평활제, 및 기타 첨가제를 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상인 것일 수 있다.
상기 각 첨가제에 관한 설명은 다음과 같다.
우선, 상기 계면활성제는, pH 2 내지 12에서 활성인 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 계면활성제는, 폴리알킬렌옥사이드 실란(polyalkyleneoxide silane), 소듐 알킬 디페닐옥사이드 디설포네이트(sodium alkyl diphenyloxide disulfonate), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 설페이트(polyoxyethylene alkylether sulfate), 폴리옥시에틸렌 트리디실 에테르 설페이트(polyoxyethylene tridecyl ether sulfate) 및 소듐 알킬 디페닐옥사이드 디설포네이트(sodium alkyl diphenyloxide disulfonate)를 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
상기 표면 평활제는, 산화아민(amine oxide), 알킬 탄수화물 에스테르(alkyl carbohydrate esters), 알콕시레이티드 폴리실록산(alkoxylated polysiloxanes), 디메틸 폴리실록산(di-methyl polysiloxane), 및 폴리아크릴산알킬(poly alkyl acrylate)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 기타 첨가제는, 수산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 탄산나트륨, 및 몬모릴로나이트(montmorillonite)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 내수성 첨가제인 것일 수 있다.
이때, 상기 내화도료 조성물 내 내수성 첨가제의 함량은, 1 중량% 미만인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 70 내지 95 중량%의 바인더, 1 내지 10 중량%의 에어로겔, 1 내지 5 중량%의 발포제, 및 잔부의 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 교반하는 단계;를 포함하는, 내화도료 조성물의 제조 방법을 제공한다.
구체적으로, 70 내지 95 중량%의 바인더, 1 내지 10 중량%의 에어로겔, 1 내지 5 중량%의 발포제, 및 잔부의 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;에서, 상기 혼합물이 0.1 내지 5 중량%의 첨가제를 더 포함하도록 제조하는 것일 수 있다.
한편, 상기 혼합물을 교반하는 단계;는, 600 내지 800 rpm 의 속도로 수행되는 것일 수 있다.
이와 독립적으로, 상기 혼합물을 교반하는 단계;는, 30 내지 60 분 동안 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 피도물 및 내화도료 조성물을 각각 준비하는 단계; 및 상기 피도물의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 도막을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 내화도료 조성물은 전술한 것 중 어느 하나에 따른 것인, 내화도료의 도장 방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 피도물의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 도막을 형성하는 단계; 이후에, 상기 형성된 도막을 건조시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 건조는 10 내지 35 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있다.
이와 독립적으로, 상기 건조는 48 시간 이상 수행되는 것일 수 있다.
한편, 상기 형성된 도막의 두께는, 1 내지 4 ㎜일 수 있다.
다른 한편, 상기 피도물의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 도막을 형성하는 단계; 이후에, 상기 형성된 도막의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 2차로 도막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서는, 바인더와 함께 에어로겔 및 발포제가 포함됨으로써, 화기에 의해 발포 시 발포율이 우수하고, 발포 밀도가 높으며, 그에 따라 발포 강도가 뛰어나게 발현되어, 향상된 단열성 및 내열성을 부여할 수 있는 내화도료 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서는, 상기 특성을 지낸 내화도료 조성물의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서는, 상기 내화도료 조성물을 이용하여 도장함으로써 피도물에 우수한 단열성이 부여되는, 내화도료의 도장 방법을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 일 실시예가 고온에 노출되기 전에, 표면(도 1) 및 측면(도 2)을 촬영한 사진이다.
도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 비교예가 고온에 노출되기 전에, 표면(도 3) 및 측면(도 4)을 촬영한 사진이다.
도 5 및 도 6은, 본 발명의 일 실시예가 고온에 노출된 후에, 표면(도 5) 및 측면(도 6)을 촬영한 사진이다.
도 7 및 도 8는, 본 발명의 일 비교예가 고온에 노출된 후에, 표면(도 7) 및 측면(도 8)을 촬영한 사진이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 대하여, 내화 및 단열 성능 평가하기 위한 실험 환경을 촬영한 사진이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 대하여, 내화 및 단열 성능 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11 내지 12는, 내화 및 단열 성능 평가 후, 본 발명의 일 실시예(도 11) 및 일 비교예(도 12 및 13)의 각 시편의 측면을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명의 구현 예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현 예에서는, 본 발명의 일 구현 예에서는, 70 내지 95 중량%의 바인더; 1 내지 10 중량%의 에어로겔; 1 내지 5 중량%의 발포제; 및 잔부의 물;을 포함하는, 내화도료 조성물을 제공한다.
이는, 고온의 환경에서 발포 팽창되는 상기 바인더와 함께, 열 전도율이 매우 낮은 소재인 상기 에어로겔, 그리고 상기 바인더 및 상게 에어로겔의 발포 성능을 더욱 향상시키는 상기 발포제를 포함함으로써, 우수한 단열성 및 내화성을 부여할 수 있는 수성 내화도료 조성물에 해당된다.
구체적으로, 상기 에어로겔의 내부 기공에, 상기 바인더, 상기 발포제, 및 상기 물이 포함될 수 있다.
상기 바인더가 고온의 환경(예를 들면, 화기)에서 발포 팽창될 경우, 상기 바인더를 내부 기공에 포함하고 있는 에어로겔 또한 발포 팽창되며, 상기 발포제에 의하여 상기 바인더 및 상기 에어로겔의 발포율이 더욱 향상될 수 있다.
그 결과, 일반적으로 알려진 내화도료 조성물에 비하여, 열 전도율이 낮은 소재를 포함하면서도, 발포 시 발포 강도가 우수하게 발현되므로, 단열성 및 내화성이 개선될 수 있다.
아울러, 상기 바인더 및 상기 발포제 또한 각각 무기물일 경우, 발포 시 유해 가스 및 연기를 발생시키지 않아, 일반적으로 알려진 용제형 내화도료와 달리 환경 규제 문제에서 자유로울 수 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 상기 내화도료 조성물의 전체 100 중량%에 대하여 상기 바인더는 70 내지 95 중량%, 상기 에어로겔은 1 내지 10 중량%, 상기 발포제는 1 내지 5 중량%, 그리고 상기 물은 잔부로 포함되며, 이와 같이 각 물질의 함량을 한정하는 이유는 다음과 같다.
바인더: 70 내지 95 중량%
상기 내화도료 조성물 내 바인더의 함량이 95 중량%를 초과할 경우, 상기 에어로겔 및 상기 발포제의 함량이 상대적으로 감소하여, 전술한 발포율 향상 효과가 미미하게 나타나므로, 95 중량% 이하로 한정할 필요가 있다.
다만, 70 중량% 미만인 경우에는, 그 낮은 함량으로 인하여 상기 바인더의 발포율이 낮아져 발포 성능이 감소하고, 이러한 조성물을 이용하여 형성된 도막은 낮은 강도를 나타내는 문제가 있기 때문에, 70 중량% 이상으로 한정하는 바이다.
에어로겔 : 1 내지 10 중량%
상기 내화도료 조성물 내 에어로겔의 함량이 10 중량%를 초과할 경우, 그 높은 함량으로 인하여 상기 조성물 내 균일하게 분산되기 어려우며, 생산성 저하를 야기한다. 아울러, 급격하게 상기 조성물의 점도가 증가할 수 있어, 셀프 레벨링(self levelling)의 한계로 인하여, 이러한 조성물을 이용할 경우 균일한 두께로 도막을 형성하는데 한계가 있다. 이러한 점들을 고려하여, 상기 내화도료 조성물 내 에어로겔의 함량을 10 중량% 이하로 한정할 필요가 있다.
다만, 1 중량% 미만으로 지나치게 적은 함량일 경우에는, 상기 에어로겔에 의하여 단열성을 부여하는 효과가 미미하므로, 1 중량% 이상으로 한정하는 바이다.
발포제: 1 내지 5 중량%
상기 내화도료 조성물 내 발포제의 함량이 5 중량%를 초과할 경우, 그 높은 함량으로 인하여 상기 조성물 내 균일하게 분산되기 어려우며, 생산성 저하를 야기한다. 이러한 조성물을 이용하여 형성된 도막의 외관이 불량한 문제가 있다. 이러한 점들을 고려하여, 상기 내화도료 조성물 내 발포제의 함량을 5 중량% 이하로 한정할 필요가 있다.
다만, 1 중량% 미만으로 지나치게 적은 함량일 경우에는, 전술한 발포율 향상의 효과가 미미하게 나타나므로, 1 중량% 이상으로 한정하는 바이다.
구체적으로, 상기 내화도료 조성물 내 발포제의 함량은, 1 내지 3 중량%일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에서 제공되는 내화도료 조성물의 각 구성에 관해 설명한다.
우선, 상기 발포제에 관한 설명은 다음과 같다.
상기 발포제는, 다른 물질에 대하여 기포를 형성하여 주는 물질이라면 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 질석(vermiculite), 진주암(perlite), 석회석, 및 중탄산나트륨(NaHCO3)을 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 발포제는, 상기 탄산칼슘 및 상기 탄산마그네슘의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 발포제 내 탄산마그네슘에 대한 탄산칼슘의 중량비는, 0.5:1 내지 4:1일 수 있다. 다만, 4:1의 중량비를 초과하여 상기 탄산칼슘이 과량 포함될 경우에는 상기 발포제 내 상기 각 물질이 분산된 상태가 균일하지 못하고 뭉치는 문제가 있고, 상기 0.:1의 중량비 미만으로 상기 탄산칼슘이 소량 포함될 경우에는 발포 효과가 미미한 문제가 있으므로, 상기와 같이 범위를 한정하는 바이다.
이와 독립적으로, 상기 발포제의 평균 입경은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 이를 포함하는 내화도료 조성물을 피도물에 도장할 경우에 형성되는 도막의 두께를 고려할 수 있다.
구체적으로, 위와 같이 도막 두께를 고려할 경우, 상기 발포제의 평균 입경을 500㎛ 이하로 한정 되어야 하며, 발포 성능을 고려하여 30㎛ 이상일 필요가 있다. 즉, 상기 발포제의 평균 입경은 30 내지 500㎛일 수 있다.
상기 에어로겔에 관한 설명은 다음과 같다.
상기 에어로겔은, 소수성 또는 친수성일 수 있다. 즉, 상기 에어로겔의 소수성 또는 친수성 여부는, 이를 포함하는 내화도료 조성물의 단열성 또는 발포성에 영향을 미치지 않는다.
구체적으로, 상기 에어로겔이 소수성인 경우의 예시로는 실리카 에어로겔,, 소수성 흄드 실리카 등을 들 수 잇고, 친수성인 경우의 예시로는 친수성 흄드 실리카인 것일 수 있다.
이때, 상기 에어로겔은 액상 또는 분말상인 것일 수 있으며, 상기 분말상인 경우에는 그 평균 입경을 특별히 제한하지 않는다.
상기 바인더에 관한 설명은 다음과 같다.
상기 바인더는, 전술한 바와 같이 고온의 환경(예를 들면, 화기)에서 발포 팽창될 수 있는 것이라면 특별히 한정되지는 않는다.
예를 들면, 규산나트륨, 규산칼륨, 및 변성 규산염을 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 규산염을 포함하는 것일 수 있다.
상기 규산염은, 액상 또는 분말상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 구현예에서 제공되는 내화도료 조성물은, 0.1 내지 5 중량%의 첨가제;를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 첨가제는, 상기 내화도료 조성물에 대하여 다양한 기능성을 부여하거나, 물성을 향상시키기 위한 것이다.
구체적으로, 상기 첨가제는, 계면활성제(분산제), 표면 평활제, 및 기타 첨가제를 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상인 것일 수 있다.
상기 각 첨가제에 관한 설명은 다음과 같다.
우선, 상기 바인더가 친수성을 나타내는 규산염이고, 상기 에어로겔이 소수성일 경우, 분산성을 향상시키기 위하여 상기 계면활성제를 더 포함시킬 필요가 있다. 즉, 상기 계면활성제 분산제의 역할을 하는 것일 수 있다.
이때, 상기 계면활성제는, pH 2 내지 12에서 활성인 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 계면활성제는 폴리알킬렌옥사이드 실란(polyalkyleneoxide silane), 소듐 알킬 디페닐옥사이드 디설포네이트(sodium alkyl diphenyloxide disulfonate), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 설페이트(polyoxyethylene alkylether sulfate), 폴리옥시에틸렌 트리디실 에테르 설페이트(polyoxyethylene tridecyl ether sulfate) 및 소듐 알킬 디페닐옥사이드 디설포네이트(sodium alkyl diphenyloxide disulfonate)를 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 내화도료 조성물을 사용하여 형성되는 도막의 유동성을 개량하기 위하여, 상기 표면 평활제(leveling agent)를 더 포함시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 표면 평활제는, 산화아민(amine oxide), 알킬 탄수화물 에스테르(alkyl carbohydrate esters), 알콕시레이티드 폴리실록산(alkoxylated polysiloxanes), 디메틸 폴리실록산(di-methyl polysiloxane), 및 폴리아크릴산알킬(poly alkyl acrylate)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
아울러, 상기 내화도료 조성물의 내수성을 향상시키기 위하여, 내수성 첨가제를 더 포함시킬 수 있다. 즉, 상기 기타 첨가제는, 수산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 탄산나트륨, 및 몬모릴로나이트(montmorillonite)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 내수성 첨가제인 것일 수 있다.
이때, 상기 내화도료 조성물 내 내수성 첨가제의 함량은, 1 중량% 미만인 것일 수 있다. 상기 첨가제의 함량이 1 중량% 이상인 경우, 상기 조성물 내 첨가제가 균일하게 분산되기 어려우며, 생산성 저하를 야기한다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 70 내지 95 중량%의 바인더, 1 내지 10 중량%의 에어로겔, 1 내지 5 중량%의 발포제, 및 잔부의 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 교반하는 단계;를 포함하는, 내화도료 조성물의 제조 방법을 제공한다.
구체적으로, 70 내지 95 중량%의 바인더, 1 내지 10 중량%의 에어로겔, 1 내지 5 중량%의 발포제, 및 잔부의 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;에서, 상기 혼합물이 0.1 내지 5 중량%의 첨가제를 더 포함하도록 제조하는 것일 수 있다.
이는, 전술한 특성을 지닌 내화도료 조성물을 제조하는 방법이며, 상기 각 물질의 한정 범위에 따른 의의는 이미 자세히 설명하였으므로 생략한다.
한편, 상기 혼합물을 교반하는 단계;는, 600 내지 800 rpm 의 속도로 수행되는 것일 수 있다.
만약 상기 교반 속도가 600 rpm 미만일 경우, 상기 혼합물 내 각 성분이 균일하게 분산되는 시간이 증가하며, 800 rpm 초과일 경우에는 발생하는 열로 인해 상기 혼합물이 굳어지는 현상이 발생할 수 있다.
이와 독립적으로, 상기 혼합물을 교반하는 단계;는, 30 내지 60 분 동안 수행되는 것일 수 있다.
만약 상기 교반 시간이 30분 미만일 경우 상기 혼합물 내 각 성분의 균일한 분산이 이루어지지 않으며, 60분을 초과하여 교반 시 발생되는 열로 인해 상기 혼합물이 굳어지는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 피도물 및 내화도료 조성물을 각각 준비하는 단계; 및 상기 피도물의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 도막을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 내화도료 조성물은 전술한 것 중 어느 하나에 따른 것인, 내화도료의 도장 방법을 제공한다.
이는, 전술한 특성을 지닌 내화도료 조성물을 사용하는 도장 방법에 해당되며, 상기 형성된 도막에 의하여 우수한 단열성 및 내화성을 부여할 수 있다. 상기 내화도료 조성물에 대해서는 전술한 바와 같아, 이를 제외하고 상기 도장 방법을 설명한다.
구체적으로, 상기 건조는 10 내지 35 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있다.
만약 상기 건조가 10℃ 미만의 온도에서 수행될 경우에는 도막이 갈라지는 현상이 발생하며, 35 ℃를 초과하는 온도에서는 건조 시간이 지나치게 단축되어 오히려 안정한 도막을 형성하는 데 방해가 될 수 있다.
이와 독립적으로, 상기 건조는 48 시간 이상 수행되는 것일 수 있다. 만약 상기 건조가 48 시간 미만 수행될 경우, 그 짧은 시간에 의하여 건조가 불완전하게 이루어질 수 있으며, 그에 따라 형성된 도막은 발포 성능이 열위 할 수 있다.
한편, 상기 형성된 도막의 두께는, 1 내지 4 ㎜일 수 있다.
만약 상기 형성된 도막 두께가 1 ㎜ 미만으로 얇은 경우에는 발포 성능이 제한적이며, 4 ㎜ 이하의 두께에서 충분한 내화 성능이 발현되기 때문에 4 ㎜를 초과하는 두께는 경제적이지 못하다.
다른 한편, 상기 피도물의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 도막을 형성하는 단계; 이후에, 상기 형성된 도막의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 2차로 도막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
이는, 필요에 따라 상기 도막의 형성 단계를 수회 반복할 수 있음을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
용매인 물에 대해, 무기 바인더인 규산염 수지(Na₂SiO₃, 구입처: 목양화학), 계면활성제(불소계, 구입처: Momentive), 및 표면 평활제([(CH3)2SiO]3, 구입처: BYK)를 첨가하고, 실리카 에어로겔 분말(SiO, 구입처: JIOS AEROGEL)을 더 첨가하여 분산시킨 후, 기타 첨가제(Ca(OH)₂, 구입처: 대정화금) 및 발포제(CaCO₃및 MgCO₃의 혼합물, 구입처: 대정화금)를 더 첨가하여, 혼합물을 제조하였다.
구체적으로, 상기 혼합물 전체 100 중량%에 대해, 상기 규산염 수지는 93 중량%, 상기 계면활성제는 0.5 중량%, 상기 표면 평활제는 0.5 중량%, 상기 에어로겔 분말은 3 중량%, 상기 기타 첨가제는 1 중량%, 상기 발포제는 2 중량%, 및 상기 물은 잔부로 포함되도록 제조한 것이다.
상기 제조된 혼합물을 30 분간 800 rpm의 속도로 교반한 결과, 내화도료 조성물을 수득할 수 있었다.
상기 수득된 내화도료 조성물을 피도물(0.5 ㎜ 두께의 철판, 300㎜ⅹ300㎜)의 표면에 도포한 다음 건조시켜, 3 ㎜의 도막을 형성하였다.
실시예 2 내지 4
상기 각 원료 물질(즉, 바인더, 에어로겔, 발포제, 계면활성제, 표면 평활제, 기타 첨가제)의 함량을 하기 표 1에 기록된 바와 같이 달리한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 과정에 의하여 내화도료 조성물들을 제조하였다.
또한, 각각의 실시예에 따른 내화도료 조성물들을 사용하여, 실시예 1과 동일한 과정에 의하여 도막들을 각각 형성하였다.
비교예 1
상기 발포제를 첨가하지 않은 점을 제외하고, 실시예 1과 모두 동일한 과정에 의하여 내화도료 조성물을 수득한 다음, 이를 피도물에 도포하여 3 ㎜의 도막을 형성하였다.
비교예 2 및 3
상기 각 원료 물질(즉, 바인더, 에어로겔, 계면활성제, 표면 평활제, 기타 첨가제)의 함량을 하기 표 1에 기록된 바와 같이 달리한 점을 제외하고, 비교예 1과 동일한 과정에 의하여 내화도료 조성물들을 제조하였다.
또한, 각각의 비교예에 따른 내화도료 조성물들을 사용하여, 비교예 1과 동일한 과정에 의하여 도막들을 각각 형성하였다.
구분 바인더 에어로겔 발포제 계면활성제 표면 평활제 기타 첨가제
실시예 1 93 3 2 1 0.5 0.5
실시예 2 94 3 1 1 0.5 0.5
실시예 3 92 3 3 1 0.5 0.5
실시예 4 91 3 4 1 0.5 0.5
비교예 1 95 3 - 1 0.5 0.5
비교예 2 90 8 - 1 0.5 0.5
비교예 3 95 3 0.5 0.5 0.5 0.5
주: 상기 표에서, 조성물의 전체 중량 100 중량%를 기준으로, 각 물질의 함량을 중량%로 표시한 것이며, 물은 잔부로 포함된 것임.
시험예 1: 발포율 평가
실시예 1 및 비교예 1에서 각 도막이 형성된 시편에 대하여, 박스로(box-furnace)를 이용하여 1000 ℃의 고온에 180 분간 노출시켜, 각 시편의 발포율을 평가하였다.
이를 평가하기 위하여, 고온에 노출되기 전 및 후의 각각의 시편에 대하여, 표면 및 측면의 사진을 촬영하였으며, 이를 도 1 내지 8에 나타내었다.
도 1 내지 4는, 고온에 노출되기 전에 촬영된 사진이며, 실시예 1 시편의 표면 사진 및 측면 사진은 각각 도 1 및 도 2에 나타내고, 비교예 1 시편의 표면 사진 및 측면 사진은 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다
도 5 내지 8은, 고온에 노출된 후에 촬영된 사진이며, 실시예 1 시편의 표면 사진 및 측면 사진은 각각 도 5 및 도 6에 나타내고, 비교예 1 시편의 표면 사진 및 측면 사진은 각각 도 7 및 도 8에 나타내었다
도 1 내지 8을 대비할 때, 실시예 1의 발포율이 비교예 1에 비하여 우수한 것으로 확인된다. 이로써, 바인더, 에어로겔, 및 첨가제들을 포함하는 비교예 1의 내화도료 조성물보다, 발포제를 더 포함하고 있는 실시예 1의 발포율이 더욱 우수한 것으로 평가할 수 있다.
이로써, 실시예 1의 경우 열 전도율이 낮은 소재인 에어로겔을 바인더와 함께 포함하면서, 더 포함되는 발포제에 의하여 상기 에어로겔 및 상기 바인더의 발포율이 더욱 향상되므로, 화기에 노출 시 내화 및 단열 성능 또한 우수할 것이라고 추론된다.
시험예 2: 내화 및 단열 성능 평가
상기 추론 결과를 직접 확인하기 위해, 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 3에서 각 도막이 형성된 시편에 대하여, 가스 토치(gas torch)를 사용하여 화기에 180 분간 노출시키면서, 하기 표 1에 기록된 각 시간 대에, 각 시편의 뒷면(즉, 화기에 노출되지 않은 표면)의 표면 온도를 측정하였다.
도 9는, 내화 및 단열 성능 평가를 위한 실험 환경을 촬영한 사진이다. 이러한 환경에서 평가한 뒤, 그 결과를 표 2에 기록하고, 도 10의 그래프로 나타내었다(파랑색 선: 비교예 1, 빨강색 선: 실시예1).
시간
(분)		 0 5 10 20 40 60 90 120 150 180
비교예 1 온도
(℃)		 27 97.5 103.8 143.5 166.8 173.3 169.9 174.8 175.4 181.7
비교예 2 26 98.1 105.3 137.4 158.9 162.4 167.7 169 172.8 172.3
비교예 3 25 97 102.2 139.8 160.5 170.7 171.9 171.8 171 172.7
실시예 1 25 86.2 89.9 95.8 111 111 119.3 127.5 130.5 135.1
실시예 2 26 91.1 97.2 120 139.5 153.6 157.1 158 157.3 157.5
실시예 3 25 73.6 78.3 85.4 106 115.7 120.5 126 130.8 134.6
실시예 4 26 74.6 80.1 83.7 105.8 114.3 118.6 124 132.2 134.4
㈜ 각 시간 별로, 화기에 노출되지 않은 표면의 온도를 측정한 값임.
표 2 및 도 10에 따르면, 비교예 1의 경우, 화기에 노출되지 않은 표면의 온도가 시간에 따라 급격하게 증가하며, 평가 종료 후에는 181.7 ℃에 도달한 것으로 확인되었다.
그에 반면, 실시예 1의 경우, 비교예 1에 비하여 화기에 노출되지 않은 표면의 온도 증가율이 낮고, 평가 종료 후에는 비교예 1보다 약 45 ℃ 가량 낮은 135.1 ℃로 측정되었다.
나아가, 표 2를 참고할 때, 발포제를 포함하지 않는 비교예 1 및 2, 그리고 발포제를 포함하더라도 그 함량이 0.5 중량%인 비교예 3과 달리, 발포제를 1 내지 5 중량% 범위로 포함하는 실시예 1 내지 4의 경우, 발포 성능의 향상으로 인하여 화기에 노출되지 않은 표면의 온도 증가율이 낮고, 평가 종료 후에는 측정된 온도 역시 낮은 것을 알 수 있다.
또한, 이러한 평가 후 각 시편의 측면의 사진을 촬영하여, 도 11(실시예 1), 도 12 및 13(비교예 1)에 각각 나타내었다. 도 11 내지 13을 대비할 때, 시험예 1에서 평가된 바와 같이, 실시예 1의 발포율이 비교예 1에 비하여 더욱 우수한 것을 다시 한 번 확인할 수 있다.
이를 통해, 실시예 1의 경우 열 전도율이 낮은 소재인 에어로겔을 바인더와 함께 포함하면서, 더 포함되는 발포제에 의하여 상기 에어로겔 및 상기 바인더의 발포율이 더욱 향상되므로, 화기에 노출 시 내화 및 단열 성능 또한 우수한 것이 입증된다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (28)

  1. 70 내지 95 중량%의 바인더;
    1 내지 10 중량%의 에어로겔;
    1 내지 5 중량%의 발포제; 및
    잔부의 물;을 포함하는,
    내화도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내화도료 조성물 내 발포제의 함량은,
    1 내지 3 중량%인,
    내화도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발포제는,
    탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 질석(vermiculite), 진주암(perlite), 석회석, 및 중탄산나트륨(NaHCO3)을 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 것인,
    내화도료 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발포제는,
    상기 탄산칼슘 및 상기 탄산마그네슘의 혼합물을 포함하는 것인,
    내화도료 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발포제 내 탄산마그네슘에 대한 탄산칼슘의 중량비는,
    0.5:1 내지 4:1인 것인,
    내화도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발포제의 평균 입경은,
    30 내지 200 ㎛인,
    내화도료 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에어로겔은,
    소수성 또는 친수성인 것인,
    내화도료 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에어로겔은,
    실리카 에어로겔, 소수성 흄드 실리카, 또는 친수성 흄드 실리카인 것인,
    내화도료 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에어로겔은,
    액상 또는 분말상인 것인,
    내화도료 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는,
    규산나트륨, 규산칼륨, 및 변성 규산염을 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 규산염을 포함하는 것인,
    내화도료 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 규산염은,
    액상 또는 분말상인 것인,
    내화도료 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    0.1 내지 5 중량%의 첨가제;를 더 포함하는 것인,
    내화도료 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 첨가제는,
    계면활성제, 표면 평활제, 및 기타 첨가제를 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상인 것인,
    내화도료 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 계면활성제는,
    pH 2 내지 12에서 활성인 것인,
    내화도료 조성물.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 계면활성제는,
    폴리알킬렌옥사이드 실란(polyalkyleneoxide silane), 소듐 알킬 디페닐옥사이드 디설포네이트(sodium alkyl diphenyloxide disulfonate), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 설페이트(polyoxyethylene alkylether sulfate), 폴리옥시에틸렌 트리디실 에테르 설페이트(polyoxyethylene tridecyl ether sulfate) 및 소듐 알킬 디페닐옥사이드 디설포네이트(sodium alkyl diphenyloxide disulfonate)를 포함하는 군에서 선택된 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 것인,
    내화도료 조성물.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 표면 평활제는,
    산화아민(amine oxide), 알킬 탄수화물 에스테르(alkyl carbohydrate esters), 알콕시레이티드 폴리실록산(alkoxylated polysiloxanes), 디메틸 폴리실록산(di-methyl polysiloxane), 및 폴리아크릴산알킬(poly alkyl acrylate)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것인,
    내화도료 조성물.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 기타 첨가제는,
    수산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 탄산나트륨, 및 몬모릴로나이트(montmorillonite)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 내수성 첨가제인 것인,
    내화도료 조성물.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 내화도료 조성물 내 내수성 첨가제의 함량은,
    1 중량% 미만인 것인,
    내화도료 조성물.
  19. 70 내지 95 중량%의 바인더, 1 내지 10 중량%의 에어로겔, 1 내지 5 중량%의 발포제, 및 잔부의 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합물을 교반하는 단계;를 포함하는,
    내화도료 조성물의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    70 내지 95 중량%의 바인더, 1 내지 10 중량%의 에어로겔, 1 내지 5 중량%의 발포제, 및 잔부의 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;에서,
    상기 혼합물이 0.1 내지 5 중량%의 첨가제를 더 포함하도록 제조하는 것인,
    내화도료 조성물의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 혼합물을 교반하는 단계;는,
    600 내지 800 rpm 의 속도로 수행되는 것인,
    내화도료 조성물의 제조 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 혼합물을 교반하는 단계;는,
    30 내지 60 분 동안 수행되는 것인,
    내화도료 조성물의 제조 방법.
  23. 피도물 및 내화도료 조성물을 각각 준비하는 단계; 및
    상기 피도물의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 도막을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 내화도료 조성물은 제1항 내지 제18항에 따른 것인,
    내화도료의 도장 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 피도물의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 도막을 형성하는 단계; 이후에,
    상기 형성된 도막을 건조시키는 단계;를 더 포함하는 것인,
    내화도료의 도장 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 형성된 도막을 건조시키는 단계;는,
    10 내지 35 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것인,
    내화도료의 도장 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 형성된 도막을 건조시키는 단계;는,
    48 시간 이상 수행되는 것인,
    내화도료의 도장 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 형성된 도막의 두께는,
    1 내지 4 ㎜인,
    내화도료의 도장 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 피도물의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 도막을 형성하는 단계; 이후에,
    상기 형성된 도막의 표면에 상기 내화도료 조성물을 도포하여, 2차로 도막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것인,
    내화도료의 도장 방법.
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