KR20160138963A - 내화성 시멘트질 코팅 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은,
(a)
(i) 칼슘 알루미네이트 시멘트 83 중량% 내지 100 중량%,
(ii) 칼슘 설페이트 0 중량% 내지 14 중량%,
(iii) 포틀랜드 시멘트 0 중량% 내지 9 중량%
를 포함하는 무기 결합제 25 중량% 내지 65 중량%,
(b) 하나 이상의 유기 중합체 0.5 중량% 내지 15 중량%,
(c) 하나 이상의 무기 충전제 30 중량% 내지 75 중량%
를 포함하며, 부피 밀도(bulk density)가 0.8 g/cm3 이하인 조성물로서,
(i), (ii), (iii)의 중량%는 (i)+(ii)+(iii)의 총합을 기준으로 하며,
이러한 충전제의 부피 밀도는 0.5 g/cm3보다 작으며,
이러한 중량%는 상기 조성물 내의 모든 비휘발성 구성성분들의 총 중량을 기준으로 계산된다.

Description

내화성 시멘트질 코팅 조성물{FIREPROOFING CEMENTITIOUS COATING COMPOSITION}
본 발명은 신규 시멘트질 조성물에 관한 것이다. 물과 혼합되었을 때, 조성물은 코팅 조성물을 형성하며, 이러한 코팅 조성물은 방화, 상세하게는 수동 방화를 제공하기 위해 기판의 코팅에 사용될 수 있다. 본 발명은 또한, 이러한 코팅 조성물로 코팅된 기판, 및 기판을 코팅 조성물로 코팅함으로써 기판을 화재로부터 보호하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 조성물은 특정 유형의 시멘트, 부피 밀도(bulk density)가 0.5 g/cm3보다 작은 경량 무기 충전제 및 유기 중합체의 조합을 포함한다. 본 조성물은 0.8 g/cm3 이하의 낮은 부피 밀도를 가진다. 일반적으로, 코팅 조성물의 부피 밀도를 낮추는 것은 코팅의 강도 및 화학적 안정성을 감소시킬 것으로 알려져 있다. 낮은 강도를 가진 코팅은 특히, 화재 시, 균열(cracking), 스폴링(spalling) 및 박리에 취약하다. 약한 코팅은 통상적으로 지지용 메쉬의 사용을 통해 강화되며, 이러한 메쉬는 통상 핀(pin)(통상 용접된 금속 핀)을 사용하여 기판에 물리적으로 고정된 금속이다. 그러나, 핀드-메쉬(pinned-mesh)의 사용은 시간 및 자원이 소요되는 것이며, 이들 시스템의 비용을 상당히 증가시킨다. 또한, 핀 및 메쉬의 사용은 직접적인 수로(route for water)를 기판에 제공하며, 이는 기판의 분해 및/또는 부식 경향성을 증가시킨다. 본 발명은 놀랍게도, 핀을 사용할 필요 없이 보호되어야 할 기판, 예컨대 금속 또는 코팅된 금속에 접착될 수 있을 정도로 충분한 강도를 코팅에 제공하는 코팅 조성물을 제공하며, 이는 또한 우수한 방화성을 제공한다.
방화란, 본 발명자들은, 코팅된-기판에 대한 절연재로서의 작동하여, 코팅된-기판이 화기로 인해 실패하는 데 걸리는 시간을 증가시키는 코팅의 작동을 의미한다. 강철과 같은 많은 물질들이 화재 시 이들의 강도를 빠르게 상실하고, 실패한다. 화재의 결과, "고층" 사무실 건물, 오일 및 가스 설비 또는 다른 기반시설들의 구조적 붕괴는 사건의 확대, 기물 파손 및 심지어 인명 손실의 측면에서 재앙적일 수 있다. 양호한 방화성을 가진 코팅은, 코팅된 구조가 화기로 인해 실패하는 데 걸리는 시간을 증가시킨다.
유기 중합체 또는 충전제 물질을 포함하는 시멘트질 물질이 알려져 있다.
DE 10 2004 060 748은 내화성 시멘트, 내화 점토(refractory clay) 및 유기 중합체의 분산 분말을 포함하는 모르타르 혼합물에 관한 것이다. 모르타르 혼합물은 경량 충전제를 포함하지 않으며, 본 발명에서 요구하는 바와 같이 0.8 g/cm3 이하의 부피 밀도를 가지지 않는다. 모르타르 혼합물은 퍼너스(furnace)의 벽돌을 접착하는 데 사용된다. 그러나, 모르타르 혼합물은 수동 방화를 제공하는 데 적합하지 않다.
DE 10 2008 014 526은 다른 것들 중에서, 시멘트, 폴리유기실록산, 에폭시-관능성 구성성분 및 충전제 물질, 예컨대 모래를 포함하는 2-구성성분 반응 수지 시스템에 관한 것이다. 오염 가능성이 낮으며, 세정이 용이하고, 가시적으로 보다 높은 색상 안정성을 가진, 증가된 내화학성 및 내후성을 가진 물질을 제공하는 것에 관한 것이다. 이는 수동 방화용 조성물을 제공하는 것에 관한 것이 아니다. 조성물이 개방-다공성 구조를 가진다면, 불순물은 표면 내로 침투하여, 심미적 및 위생적 손상을 유발할 수 있는 것으로 설명된다. 이와는 대조적으로, 본 발명의 조성물은 경량 무기 충전제를 포함하며, 0.8 g/cm3 이하의 부피 밀도를 가진다.
이전의 개시문헌들처럼 WO 93/10054는 수동 방화를 제공하기 위한 조성물에 관한 것이 아니다. 그보다는, 이는 보기 흉한 석회 침전의 위험성이 감소된, 파사드(facade) 상에서 초벌칠(rendering) 및/또는 색상 마감재로서 사용하기 위한 플라스터 생성물을 개시하고 있다. 플라스터 생성물은 알루미늄성(aluminous) 시멘트, 충전제, 및 메틸 셀룰로스를 비롯한 다양한 첨가제들을 포함한다. 이러한 개시내용은 수동 방화를 제공하기 위한 코팅 조성물에 관한 것이 아니다. 경량 무기 충전제를 포함하며 부피 밀도가 0.8 g/cm3 이하이며, 핀 및/또는 메쉬 없이 기판(금속 또는 코팅된 금속)에 직접 적용될 수 있는 코팅 조성물에 대한 개시내용도 존재하지 않는다.
FR 2 900 653은 칼슘 알루미늄 시멘트, 2개 유형의 무기 충전제(펄라이트(perlite) 및 세라믹 미소구체) 및 특정한 무기 섬유(들)(규회석, 석영 섬유, 현무암 섬유 및 순수한 실리카 섬유)를 포함하는 물질에 관해 기술하고 있다. FR 2 900 653의 모든 실시예는 부피 밀도가 0.8 g/cm3보다 크다. 특히, FR 2 900 653의 조성물은 오로지 무기 물질만 함유한다. FR 2 900 653의 물질들은 몰드 내에서 경화되어, 패널을 형성한다. 패널은 곡선 벽 상에서 구부러지고 설치될 수 있게 하는 양호한 가요성 또는 탄성, 양호한 내마모성 및 경도를 가지는 것으로 보고되어 있다. 그러나, 이러한 개시내용은 핀의 사용 없이 기판에 직접 접착될 수 있는 방화 제공용 코팅 조성물에 관한 것이 아니다. 사실상, 본 발명의 발명자들은, FR 2 900 653의 물질들이 방화 제공용 코팅 조성물로서 사용되기에 부적합하였음을 발견하였다. 이에 대한 이유는, 이것이 코팅 조성물로서 적용될 때, 기저(underling) 기판에 접착되는 데 실패하기 때문이다(본원의 비교예 참조).
CN102476939는 방화 제공용의 알루미네이트 시멘트 및 무기 충전제 물질을 포함하는 조성물을 개시하고 있다. 이러한 문헌에 따르면, CN102476939의 코팅은 양호한 응집성, 내수성 및 가요성을 가진다. CN102476939의 조성물은 완전히 무기성이며, 유기 중합체성 물질을 포함하지 않는다.
이전에 언급된 바와 같이, 본 발명의 조성물의 낮은 부피 밀도에도 불구하고, 본 발명의 조성물로부터 형성되는 코팅은 우수한 방화성, 강도 및 접착성의 조합을 가진다는 것은 놀라운 것이다. 본 발명에 따른 코팅의 강도 및 접착성은, 코팅 조성물이 메쉬 및/또는 핀 없이도 예를 들어 금속/코팅된 금속(예, 에폭시 프라이머로 코팅된 금속)에 적용될 수 있을 정도로 양호하다. 나아가, 일반적으로, 유기 중합체와 같은 유기 물질은 화재 및 고열에 노출되었을 때 분해되며, 따라서, 고열 또는 화재에 노출되었을 때 이들의 특성은 제한되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 유기 중합체를 포함하는 본 발명의 조성물이 우수한 방화성, 강도 및 접착성의 조합을 코팅에 제공할 것으로 예상될 수 없었다.
외장용의 상업적으로 입수가능한 시멘트-기재의 내화성 물질은 전형적으로 포틀랜드-시멘트를 기재로 한다. 내장용의 경우, 이들은 일반적으로 석고를 기재로 한다. 외장용의 포틀랜드-시멘트-기재의 내화성 제품으로는 Monokote®(Grace Construction Products), Fendolite®(Promat International) 및 Pyrocrete®(Carboline)이 있다. 본 발명의 코팅 조성물은 놀랍게도, 현재 알려진 포틀랜드-시멘트-기재의 코팅보다 양호한 접착성 및 강도를 가진다.
내화 성능(fire performance)(종종 "방화"라고도 함)은 표준 방법 UL 1709 - 탄화수소 화재 곡선에 따라 시간-온도 곡선에의 노출에 의해 시험될 수 있다. 코팅된 기판이 538℃(1000F)까지 가열되는 데 소요되는 시간은 해당 코팅의 고장 수명(time-to-failure)인 것으로 간주된다. 양호한 방화성을 가진 것으로 간주되는 코팅은 표준 방법 UL 1709에 따라 시간-온도 곡선에의 노출에 의해 확인 시, 고장 수명이 2시간 이상이다.
본 발명의 조성물의 우수한 특성들은 본원에 나타낸 구성성분들의 본 발명에 따른 조합에 의해 달성되었다.
본 발명의 제1 측면은,
(a) 무기 결합제 25 중량% 내지 65 중량%,
(b) 하나 이상의 유기 중합체 0.5 중량% 내지 15 중량%,
(c) 하나 이상의 무기 충전제 30 중량% 내지 75 중량%
를 포함하며, 부피 밀도(bulk density)가 0.8 g/cm3 이하인 조성물로서,
상기 무기 충전제의 부피 밀도는 0.5 g/cm3보다 작고,
상기 (a) 무기 결합제는
(i) 칼슘 알루미네이트 시멘트 83 중량% 내지 100 중량%,
(ii) 칼슘 설페이트 0 중량% 내지 14 중량%,
(iii) 포틀랜드 시멘트 0 중량% 내지 9 중량%
를 포함하고, (i), (ii), (iii)의 중량%는 (i)+(ii)+(iii)의 총합을 기준으로 한다.
본원에서 다르게 언급되지 않는 한, 상기 중량%는 상기 조성물 내의 모든 비휘발성 구성성분들의 총 중량을 기준으로 한다.
휘발성 구성성분은 101.3 kPa의 표준 대기압에서 측정 시, 초기 비점이 250℃ 이하인 구성성분이다. 따라서, 비-휘발성 구성성분은 101.3 kPa의 표준 대기압에서 측정 시, 초기 비점이 250℃보다 높은 구성성분이다.
본 발명의 또 다른 측면은 본원에 기술된 조성물 및 물을 포함하는 코팅 조성물이다.
본 발명의 또 다른 측면은 코팅 조성물로 코팅된, 코팅된 기판이며, 바람직하게는 기판은 금속, 바람직하게는 강철이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 바람직하게는 메쉬 및/또는 핀의 사용 없이, 기판을 코팅 조성물로 코팅하여, 기판 상에 보호용 코팅을 형성함으로써, 기판을 화재로부터 보호하는 방법이다.
무기 결합제
본 발명의 조성물은 무기 결합제를 25 중량% 내지 65 중량%로 포함한다. 바람직하게는 본 조성물은 무기 결합제를 40 중량% 내지 60 중량%로 포함한다.
무기 결합제는
(i) 칼슘 알루미네이트 시멘트 83 중량% 내지 100 중량%,
(ii) 칼슘 설페이트 0 중량% 내지 14 중량%,
(iii) 포틀랜드 시멘트 0 중량% 내지 9 중량%
를 포함하며,
(i), (ii), (iii)의 중량%는 (i)+(ii)+(iii)의 총합을 기준으로 한다.
바람직하게는 무기 결합제 내 (i)의 중량 백분율(중량%)은 90 중량% 내지 100 중량%의 범위이며, 무기 결합제 내 (ii)의 중량%는 0 중량% 내지 9 중량%의 범위이고, 무기 결합제 내 (iii)의 중량%는 0 중량% 내지 4 중량%의 범위이다. (i):(ii):(iii)의 중량%는 (i):(ii):(iii)의 총합을 기준으로 한다.
일례에서, 무기 결합제는 칼슘 알루미네이트 시멘트를 100 중량%로 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 무기 결합제는 칼슘 알루미네이트 시멘트 90 중량% 내지 100 중량% 및 칼슘 설페이트 0 중량% 내지 9 중량%를 포함하며, 포틀랜드 시멘트는 실질적으로 포함하지 않는다(예, 0 중량%).
칼슘 알루미네이트 시멘트의 조성물은 DIN EN 14647에 따른 것이다. 칼슘 알루미네이트 시멘트는 일정하며 특정한 화학적 화합물이 아니며, Al2O2(예, 40 중량% 내지 80 중량%) 및 CaO(예, 20 중량% 내지 60 중량%)의 함량이 다양한 시멘트인 것으로 알려져 있다. 상업적으로 입수가능한 칼슘 알루미네이트 시멘트의 일례는 Kerneos사에 의해 공급되는 시멘트 퐁듀(fondu)이다.
포틀랜드 시멘트의 조성물은 DIN EN 197-1(CBM I 내지 CEM V)에 따른 것이다. 상업적으로 입수가능한 포틀랜드 시멘트의 일례는 Blue Circle사에 의해 공급되는 마스터크레트 오리지널(mastercrete original)(CEMII/A-LL 32.5R)이다.
상업적으로 입수가능한 칼슘 설페이트(CaS)의 일례는 L'afarge사로부터 공급되는 Prestia 2500이다.
무기 결합제는 또한, 다른 성분들, 예를 들어 고로재(blast furnace slag)도 포함할 수 있다. 일반적으로, 고로재는 CaO 30 중량% 내지 45 중량%, SiO2 30 중량% 내지 45 중량%, Al2O3 5 중량% 내지 15 중량%, MgO 4 중량% 내지 17 중량%, S 0.5 중량% 내지 1 중량% 및 추가적인 원소 미량을 함유한다. 상업적으로 입수가능한 고로재는 Baumit의 Slag-star(R) 또는 SSAB Merox의 Merit 5000이다.
하나 이상의 유기 중합체
본 조성물은 하나 이상의 유기 중합체를 0.5 중량% 내지 15.0 중량%로 포함한다.
의심의 여지를 없애기 위해, 유기 중합체란, 탄소 원자를 포함하는 중합체를 의미한다.
예를 들어, 하나 이상의 유기 중합체는 에틸렌적으로 불포화된 단량체 및/또는 실록산으로부터 제조되는 중합체일 수 있다.
하나 이상의 유기 중합체가 에틸렌적으로 불포화된 단량체로부터 제조되는 경우, 유기 중합체는 바람직하게는 조성물에 2.0 중량% 내지 13.0 중량%, 바람직하게는 2.0 중량% 내지 11.0 중량%, 보다 바람직하게는 2.0 중량% 내지 9.0 중량%로 존재한다.
적합하게는, 에틸렌적으로 불포화된 단량체로부터 제조되는 유기 중합체의 질량 평균 분자량은 104 내지 108이다.
유기 중합체는 물에서 분산가능한 분말("수-재분산성 중합체 분말")의 형태 또는 중합체 분산액의 형태로 제공될 수 있다. 중합체 분산액의 경우, 중량%로 표현되는 양은 중합체 분산액의 고체 함량을 지칭한다.
유기 중합체의 제조에 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 에틸렌적으로 불포화된 단량체의 예로는, (메트)아크릴레이트, 비닐 아세테이트, 비닐 방향족(예, 스티렌), 비닐 할라이드(예, 비닐 클로라이드), 비닐 알코올, 비닐 에스테르(예, 비닐 프로피오네이트, 비닐 라우레이트 및 베르사트산(versatic acid), 예컨대 VeoVa9, VeoVa1O, VeoVa11), 아크릴로니트릴, 하나의 알켄 결합을 가진 단순 알켄(예, 에텐 및 프로펜) 및 2개 이상의 알켄 결합을 가진 폴리엔(예, 다이엔, 예컨대 1,3-부타다이엔) 등이 있다. 적합한 단량체는 전형적으로 1개 내지 15개의 탄소 원자를 포함한다.
적합한 동종중합체 및 공중합체의 예로는, 비닐 아세테이트 동종중합체, 비닐 아세테이트와 에틸렌의 공중합체, 비닐 아세테이트와 에틸렌 및 하나 이상의 다른 비닐 에스테르의 공중합체, 비닐 아세테이트와 에틸렌 및 (메트) 아크릴 에스테르의 공중합체, 비닐 아세테이트와 (메트)아크릴레이트 및 다른 비닐 에스테르의 공중합체, 비닐 아세테이트와 에틸렌 및 비닐 클로라이드의 공중합체, 비닐 아세테이트와 아크릴레이트의 공중합체, 스티렌-아크릴 에스테르 공중합체, 스티렌-1,3-부타다이엔 공중합체, 비닐 클로라이드-에틸렌-공중합체 등이 있다.
비닐 아세테이트 동종중합체; 비닐 아세테이트와 에틸렌의 공중합체; 비닐 아세테이트, 에틸렌 및 스티렌의 공중합체; 비닐 아세테이트, 에틸렌, 및 카르복실산 라디칼 내에 1개 내지 15개의 탄소 원자를 가진 비닐 에스테르의 군, 예를 들어 비닐 프로피오네이트, 비닐 라우레이트, 9개 내지 13개의 탄소 원자를 가진 알파-분지형 카르복실산(베르사트산), 예컨대 VeoVa9, VeoVa1O, VeoVa11의 비닐 에스테르로부터 선택되는 하나 이상의 다른 공단량체의 공중합체; 비닐 아세테이트, 에틸렌, 및 1개 내지 15개의 탄소 원자를 가진 비분지형 또는 분지형 알코올의 (메트) 아크릴 에스테르, 특히 N-부틸 아크릴레이트 또는 2-에틸헥실 아크릴레이트의 공중합체; 비닐 아세테이트, 비닐 라우레이트 또는 9개 내지 13개의 탄소 원자를 가진 알파-분지형 카르복실산의 비닐 에스테르, 및 1개 내지 15개의 탄소 원자를 가진 비분지형 또는 분지형 알코올의 (메트) 아크릴 에스테르, 특히 n-부틸 아크릴레이트 또는 2 -에틸 헥실아크릴레이트, 및 에틸렌의 공중합체; 및 비닐 아세테이트, 에틸렌 및 비닐 클로라이드의 공중합체가 바람직하다.
또한, (메트)아크릴레이트 공중합체, 예를 들어 n-부틸 아크릴레이트 또는 2-에틸헥실 아크릴레이트의 공중합체, 또는 메틸 메타크릴레이트와 n-부틸 아크릴레이트 및/또는 2-에틸헥실 아크릴레이트의 공중합체; 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체를 사용한 스티렌-아크릴 에스테르 공중합체; 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체, 및 적절하다면, 에틸렌, 스티렌-1,3-부타다이엔 공중합체를 사용한 비닐 아세테이트-아크릴 에스테르 공중합체; 비닐 클로라이드-에틸렌 공중합체가 바람직하다.
수성 중합체 분산액, 및 이를 건조함으로써 수득가능한 상기 중합체의 수-재분산성 분말이 알려져 있으며, 상업적으로 입수가능하다. 중합체는 종래의 방식으로 제조되며, 바람직하게는 에멀젼 중합 공정에 의해 제조된다. 수성 중합체 분산액 및 재분산성 중합체 분말의 제조 방법은 WO 2004/092094에 기술되어 있다.
수-재분산성 중합체 분말의 예들은 예를 들어, 스티렌 아크릴레이트 공중합체인 FX7000®(Elotex), 비닐 아세테이트 & 비닐 베르사테이트 공중합체인 HD 1500®(Elotex) 및 비닐 아세테이트 & 에틸렌 공중합체인 FX2322®(Elotex)이다.
중합체 분산액은 통상 보호성 콜로이드를 사용하여 안정화된다. 적합한 보호성 콜로이드는 부분적으로 가수분해되거나 또는 완전히 가수분해된 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈; 폴리비닐아세탈; 수용성 형태의 다당류, 예컨대 전분(아밀로스 및 아밀로펙틴), 셀룰로스 및 이들의 카르복시메틸, 메틸, 하이드록시에틸 및 하이드록시프로필 유도체, 단백질, 예컨대 카제인 또는 카제이네이트, 콩 단백질 및 젤라틴; 리그닌 설포네이트; 합성 중합체, 예컨대 폴리(메트) 아크릴산, (메트) 아크릴레이트와 카르복시-관능성 공단량체 단위의 공중합체, 폴리 (메트) 아크릴아미드, 폴리비닐설폰산, 및 이들의 수용성 공중합체; 멜라민-포름알데하이드 설포네이트, 나프탈린-포름알데하이드 설포네이트, 및 스티렌-라알레산(raaleic acid) 및 비닐 에테르-말레산 공중합체이다. 부분적으로 가수분해되거나 또는 완전히 가수분해된 폴리비닐 알코올이 바람직하다. 유화제를 포함하지 않는 중합체 조성물이 가장 바람직하다.
폴리유기실록산은 선형, 분지형, 환형, 사다리형 및/또는 케이지형 구조와 함께 -Si-O- 백본, 및 하나 이상의 유기 측기를 가진 중합체 또는 올리고머로서 정의된다. 규소 원자의 적어도 일부는 1개, 2개 또는 3개의 산소 원자에 부착된다. 규소 원자 모두는 아니지만 일부가 4개의 산소 원자에 부착되는 것이 가능하다. 따라서, 폴리유기실록산은 규소, 탄소 및 산소 원자를 포함한다.
폴리유기실록산에 존재할 수 있는 기들의 예는 알킬, 아릴, 하이드록실, 알콕시, 아세톡시, 에녹시, 옥심 및 아민 기이다.
하나 이상의 중합체들이 폴리유기실록산인 경우, 이들은 바람직하게는 조성물에 0.5 중량% 내지 10.0 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 8.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 4.0 중량%로 존재한다.
하나 이상의 무기 충전제
무기 충전제(들)가 2가지 이유: (i) 조성물로부터 제조되는 코팅의 밀도를 감소시키기 위해, 및 (ii) 코팅의 방화 성능을 개선하기 위해, 조성물에 첨가된다. 충전제는, 코팅 조성물이 0.8 g/cm3 이하의 밀도를 가지는 양으로 코팅 조성물 내로 혼합된다.
코팅의 요망되는 밀도를 달성하기 위해, 조성물은 전형적으로 하나 이상의 무기 충전제를 30 중량% 내지 75 중량%로 포함한다. 전형적으로, 조성물은 하나 이상의 무기 충전제를 45 중량% 내지 60 중량%로 포함한다.
무기 충전제의 부피 밀도는 500 g/L보다 작다. 부피 밀도는 DIN/ISO 697에 따라 확인될 수 있다. 이러한 충전제는 종종 "경량 충전제"로 지칭된다.
무기 충전제의 예로는, 석영 모래, 석영 분말, 백운석(dolomite), 알루미늄 실리케이트, 흄드 실리카, 활석, 운모, 섬유, 속돌(pumice), 발포 유리(foamed glass), 발포 콘크리트(aerated concrete), 펄라이트(perlite) 또는 질석(vermiculite) 등이 있다. 적합하게는, 충전제들의 혼합물이 사용된다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 충전제는 운모 및/또는 질석이다. 가장 바람직하게는, 조성물은 부피 밀도가 500 g/L보다 작은 운모 및 질석을 포함한다.
놀랍게도, 조성물 내에 충전제(들)가 높음 함량으로 존재하기 때문에, 이로부터 제조되는 코팅은 기판에 적용될 때, 지지용 메쉬 및/또는 핀이 필요하지 않을 정도로 적절한 접착성 및 압축 강도를 가진다.
다른 선택적인 구성성분
본 조성물은 시멘트질 생성물에 사용되는 추가적인 보편적인 성분들, 예를 들어 포졸란성(pozzolanic) 화합물(포졸란), 증점제 및 지연제를 함유할 수 있다.
포졸란은 그 자체가 결합제로서 작용할 수는 없지만 물 및 석회와 함께 시멘트-유사 특성을 가진 수-불용성 화합물을 형성하는, 실리카-함유 천연 또는 합성 물질 또는 실리카-함유 및 알루미나-함유 천연 또는 합성 물질이다. 천연 포졸란은 화산 기원의 유리-풍부한 회분(ash) 및 암석이며, 예를 들어 속돌(pumice), 트래스(trass)(미분된 응회암), 산토린 어스(santorin earth), 규조토(kie-selguhr), 각암(hornstone)(실리카 암석), 규질암(chert) 및 몰러 어스(moler earth)이다. 합성 포졸란으로는, 파이어드 분쇄 점토(fired, ground clay)(분쇄 벽돌), 비산회(fly ash), 예컨대 석탄을 때는 화력 발전소로부터의 회분, 실리카 먼지, 유혈암 회분(oil shale ash)(유혈암 = 역청질, 석회-함유 혈암(shale)) 및 소성 카올린(메타카올린) 등이 있다. 합성 포졸란의 예로는, 분쇄 벽돌, 비산회, 실리카 먼지, 유혈암 회분 및 메타카올린 등이 있다.
증점제의 예로는, 다당류, 예컨대 셀룰로스 에테르 및 변형된 셀룰로스 에테르, 전분 에테르, 구아 검 또는 크산탄 검, 필로실리케이트(예, 알루미늄필로실리케이트인 벤토나이트), 폴리카르복실산, 예컨대 폴리아크릴산 및 이의 부분적인 에스테르, 선택적으로 아세탈화 및/또는 소수성적으로 변형된 폴리비닐 알코올, 카제인 및 관련 증점제 등이 있다. 하나의 증점제가 사용될 수 있거나, 또는 증점제들의 혼합물이 사용될 수 있다. 특히 적합한 증점제는 셀룰로스 에테르, 선택적으로 아세탈화 및/또는 소수성적으로 변형된, 변형된 셀룰로스 에테르, 폴리비닐 알코올 및 이들의 혼합물이다.
지연제의 예로는, 하이드록시카르복실산 또는 다이카르복실산 또는 이들의 염, 뿐만 아니라 당류, 예를 들어, 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 글루콘산, 시트르산, 수크로스, 글루코스, 프룩토스, 소르비톨 및 펜타에리트리톨 등이 있다. 지연제의 추가적인 예로는, 폴리포스페이트, 메타인산 및 붕사(borax)가 있다. 특히 적합한 지연제는 시트르산이다.
본 조성물은 조노틀라석(xonotlite)을 필요로 하지 않는다. 적합하게는, (비경화된) 조성물은 조노틀라석을 10 중량%보다 적게 포함한다.
본 조성물은 바람직하게는, 부피 밀도가 0.5 g/cm3보다 큰 무기 충전제를 포함하지 않는다.
따라서, 바람직하게는 본 조성물은 규회석 및/또는 내화 점토(refractory clay) 모래와 같은 충전제를 포함하지 않으며 - 그 이유는 이들의 부피 밀도가 0.5 g/cm3보다 크기 때문이다.
조성물이 다른 화합물, 예컨대 0.5 g/cm3보다 큰 무기 충전제를 함유하는 경우, 이들은 (총) 조성물의 부피 밀도가 0.8 g/cm3 이하가 되는 양으로 첨가되어야 한다.
코팅 조성물
코팅 조성물을 제조하기 위해, 본원에 기술된 조성물은 물 (및 선택적으로 하나 이상의 다른 용매)과 혼합된다.
코팅 조성물의 제조에 필요한 물 (및 다른 용매(들))의 양은, 조성물이 분무 또는 타월링(toweling)과 같은 표준 기술에 의해 기판에 적용될 수 있는 페이스트-유사 점도를 가지기에 충분한 양이다. 전형적으로, 물(용매) : 조성물의 중량비는 30-60:70-40, 예를 들어 45-55:55-45(물: 조성물)이다.
기판에 적용될 준비가 된 시멘트를 제조하기 위해, 조성물의 구성성분들(예, (a), (b) 및 (c), 및 다른 선택적인 구성성분들)은 먼저 함께 혼합되며, 그런 다음, 물 (및 선택적으로 다른 용매)과 혼합되어, 페이스트-유사 모르타르를 형성한다.
물(및 선택적인 용매)과 혼합되기 전의 조성물은 바람직하게는 실온(25℃)에서 건조하다. 조성물 내 모든 구성성분들이 건조하다면, 초기 혼합은 종래의 건조 분말 혼합기에서 수행될 수 있다. 건조 조성물을 사용할 때의 이점은, 코팅 조성물의 적용이 수행될 부위로 수송 및 직접 제조하기가 용이하다는 점이다.
일단, 시멘트질 코팅 조성물이 제조되면, 이는 분무 또는 타월링과 같은 종래의 기술에 의해 적용될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 금속 및 콘크리트, 바람직하게는 강철과 같은 기판에 수동 방화를 제공하는 데 특히 적합하다.
유리하게는, 본 발명의 코팅 조성물은 주위 온도, 심지어 주위-하 온도, 예를 들어 -10℃ 내지 30℃(50% RH)의 온도에서 경화될 수 있다. 한편, 공지된 포틀랜드-시멘트-기재의 코팅 조성물은 10℃보다 낮은 온도에서 경화되지 않을 것이다.
실시예
본 발명은 하기 실시예를 참조로 구현될 것이다. 이들은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 임의의 방식으로 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
시멘트 조성물의 제조 - 실시예 1 내지 9
조성물 1 내지 9를 제조하기 위해, 표 1에 열거된 구성성분들을 플랫 블레이디드 교반기(flat bladed stirrer)를 사용하여 저속으로 함께 5분 동안 혼합하여, 균질한 건조-믹스 혼합물을 제조하였다. 그런 다음, 건조 믹스 혼합물을 95 g(물): 100 g(건조 믹스)의 중량비로 물과 점차적으로 혼합하여, 페이스트-유사 모르타르 코팅 조성물을 제조하였다. 코팅 조성물의 제조 직후, 코팅을 하기 시험에서 기술된 바와 같이 강철 패널 또는 몰드에 적용하였다.
조성물 번호 #
구성성분 (중량%) 1 2 3 4 5* 6* 7* 8* 9*
운모 (200-350 g/L의 부피 밀도) 11 11 11 11 11 11 11 11 11
질석 (93-135 g/L의 부피 밀도) 25 25 25 25 25 25 25 25 25
Bermocoll M30 (AkzoNobel) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
스티렌 아크릴레이트 공중합체 분말 (FX7000®(Elotex)) 4 4 4 4 4 4 4 4 4
무기 시멘트
칼슘 알루미네이트 시멘트1 59.8 56.8 53.8 50.8 47.8 47.8 50.8 0.0 41.8
칼슘 설페이트2 0.0 3.0 3.0 6.0 9.0 6.0 9.0 0.0 9.0
포틀랜드 시멘트3 0.0 0.0 3.0 3.0 3.0 6.0 0.0 59.8 9.0
중량%는 조성물 내 모든 비-휘발성 구성성분들의 총 중량을 기준으로 한다.
1 Kerneos사의 시멘트 퐁듀
2 L'afarge사의 Prestia 2500
3 Blue Circle사의 마스터크레트 오리지널( CEMII /A- LL 32 .5R)
실시예 1 내지 4는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 실시예 5 내지 9는 본 발명의 범위 내에 포함되지 않으며, 비교 정보로만 제공된다.
접착 시험 - 가속화된 접착 시험
실시예 1 내지 9의 코팅 조성물 및 3개의 상업적인 포틀랜드 시멘트-기재의 코팅 조성물을 트라우얼(trowel)에 의해 그릿-블라스티드 강철 패널(grit-blasted steel panel)에 적용하였다. 코팅을 지지하기 위해 메쉬 및 핀 중 어느 것도 사용하지 않았다. 코팅을 25℃에서 28일 동안 경화시켰다. 코팅은 25 mm의 건조 필름 두께를 가졌다. 그런 다음, 코팅된 강철 패널을 25℃에서 물에 침지하고, 1주, 2주, 3주, 4주, 5주 및 6주 후, 기판에의 접착성에 대해 시각적으로 검사하였다.
수 주가 지난 후, 코팅이 강철 패널로부터 완전히 박리된 것을 확인하였다. 코팅이 강철 패널로부터 완전히 박리되는 데 소요된 시간을 표 2에 기록한다.
실시예 # 조성물
코팅이 강철 패널로부터 박리될 때까지의 시간
1 6주
2 6주
3 5주
4 6주
5* 2주
6* 1주
7* 1주
8* 2주
9* 2주
상업적인 포틀랜드 시멘트-기재의 제품 1* 3주
상업적인 포틀랜드 시멘트-기재의 제품 2* 0주 - 물에 침지되기 전에 코팅이 박리되었음
상업적인 포틀랜드 시멘트-기재의 제품 3* 0주 - 물에 침지되기 전에 코팅이 박리되었음
표 2 * 비교예
표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 조성물 1 내지 4는 비교예 5 내지 9와 비교하여 강철 패널에 대해 더 양호한 접착성을 가졌으며, 상업적으로 입수가능한 포틀랜드 시멘트-기재의 제품과 비교하여 실질적으로 더 양호한 접착성을 가졌다.
퍼너스 시험 - 탄화수소 화재 곡선
코팅 조성물 1, 2, 7, 8 및 상업적인 포틀랜드 시멘트-기재의 제품을 에폭시 아민 프라이머로 프라이밍된 그릿-블라스티드 강철 패널에 트라우얼에 의해 적용하고, 28일 동안 경화시켰다. 코팅의 건조 필름 두께는 35 mm였다. 코팅의 내화 성능을 표준 방법 UL 1709에 따른 시간-온도 곡선 - 탄화수소 화재 곡선에 노출시킴으로써 시험하였다. 코팅된 기판이 538℃(1000F)까지 가열되는 데 소요된 시간을 해당 코팅의 고장 수명으로 간주하였다.
고장 수명 시험 결과를 표 3에 제공한다.
실시예 고장 수명 (분)
1 129
2 128
7* 124
8* 116
상업적인 포틀랜드 시멘트-기재의 제품 120
표 3 *비교예
표 3은, 코팅 1 및 코팅 2가 비교예 7과 8 및 상업적인 포틀랜드 시멘트-기재의 제품과 비교하여 양호한 내화 성능을 가짐을 보여준다.
28일간의 프로히전 스프레이( Prohesion Spray) 후, 압축 강도 시험
코팅 조성물 1 내지 9를 각각 160 mm x 40 mm x 40 mm "트리플 강 프리즘 몰드(triple gang prism mold)"(Impact Test Equipment Ltd로부터 입수가능함) 내에 부어, 각각의 코팅 조성물을 제조하였으며, 3개의 프리즘은 시험을 위해 40 mm x 40 mm x 160 mm의 치수를 가졌다. 프리즘을 25℃/50% RH에서 밤새 경화시켰으며, 다음날 아침 몰드로부터 제거하였다. 프리즘을 25℃/50% RH에서 28일 동안 완전히 경화시켰다.
그런 다음, 프리즘에 ASTM G85에 따라 28일간의 프로히전 염-스프레이 시험을 수행하였으며, 이 시험에서, 프리즘에 28일 동안 1-시간의 염-스프레이 사이클 및 1-시간의 건조 사이클을 반복 수행하였다. "건조 사이클"에서, 프리즘을 35℃에서 건조하였다. "염-스프레이 사이클"에서, 프리즘에 23℃에서 0.35% 암모늄 설페이트, 0.05% 소듐 클로라이드 용액을 분무하였다.
28일간의 프로히전 염-스프레이 후, 프리즘을 압축 강도에 대해 시험하였으며, 이를 위해, 각각의 블록을 2개의 플레이트들 사이에 두었으며, 부러질 때까지 적용된 힘으로 가하였다. 블록이 부러질 때의 힘은 블록의 압축 강도를 의미한다. 각각의 코팅 조성물에 있어서, 시험된 3개의 프리즘은 각각의 코팅 조성물에 대해 3개의 압축 강도 값을 제공하였다. 각각의 코팅 조성물에 대한 압축 강도 값의 평균을 하기 표 4에 제공한다.
실시예 압축 강도의 평균 ( MPa )
1 4.02
2 5.11
3 4.27
4 4.21
5* 3.67
6* 3.47
7* 3.85
8* 3.80
9* 3.46
표 4 *비교예
표 4는 본 발명의 코팅 조성물 1 내지 4가 비교예 5 내지 9와 비교하여 우수한 압축 강도를 가짐을 보여준다.
비교예 - FR 2 900 653의 실시예 A
FR 2 900 653의 실시예 A의 제형을, 46.00% 칼슘 알루미네이트 시멘트, 25.60% 규회석, 17.60% 세라믹 미소구체 및 10.8% 펄라이트를 고속 분산기에 의해 혼합함으로써 제조하였다. 물(분말의 약 50 중량% 내지 60 중량%)을, 혼합물이 적용에 필요한 두께로 될 때까지 이러한 제형에 첨가하였다. 물질을, 이미 에폭시-아민 프라이머로 예비-코팅되었던 150 mm*300 mm*5 mm 강철 패널 상에 25 mm의 건조 필름 두께로 캐스팅(casting)하였다. 물질을 실온(약 20℃)에서 경화시켰다. 프레임(frame)을 사용하여, 물질이 건조될 때까지 물질을 제자리에 고정시켰다. 24시간 후, 시멘트가 기판으로부터 완전히 박리되었음을 관찰하였다. 경화된 물질이 기판으로부터 박리되기 때문에, 화재 시험, 압축 강도 시험 또는 접착 시험 중 어느 것도 수행될 수 없었다.

Claims (15)

  1. (a) 무기 결합제 25 중량% 내지 65 중량%,
    (b) 하나 이상의 유기 중합체 0.5 중량% 내지 15 중량%,
    (c) 하나 이상의 무기 충전제 30 중량% 내지 75 중량%
    를 포함하며, 부피 밀도(bulk density)가 0.8 g/cm3 이하인 조성물로서,
    상기 무기 충전제의 부피 밀도는 0.5 g/cm3보다 작고,
    상기 중량%는 상기 조성물 내의 모든 비휘발성 구성성분들의 총 중량을 기준으로 계산되며,
    상기 (a) 무기 결합제는
    (i) 칼슘 알루미네이트 시멘트 83 중량% 내지 100 중량%,
    (ii) 칼슘 설페이트 0 중량% 내지 14 중량%,
    (iii) 포틀랜드 시멘트 0 중량% 내지 9 중량%
    를 포함하고, (i), (ii), (iii)의 중량%는 (i)+(ii)+(iii)의 총합을 기준으로 하는, 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 유기 중합체가 에틸렌적으로(ethylenically) 불포화된 단량체 및/또는 폴리유기실록산으로부터 제조되는 중합체인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    하나 이상의 상기 유기 중합체가, (메트)아크릴레이트 단량체(들), 비닐 아세테이트 단량체(들), 비닐 방향족 단량체(들), 비닐 할라이드 단량체(들), 비닐 알코올 단량체(들), 비닐 에스테르 단량체(들), 아크릴로니트릴 단량체(들), 하나의 알켄 결합을 함유하는 알켄 단량체(들), 및 2개 이상의 알켄 결합을 함유하는 폴리엔 단량체(들) 중 하나 이상으로부터 선택되는 에틸렌적으로 불포화된 단량체로부터 제조되는 중합체인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 중합체의 에틸렌적으로 불포화된 단량체로부터 제조되는 하나 이상의 중합체를 2 중량% 내지 13 중량%, 바람직하게는 2 중량% 내지 11 중량%, 보다 바람직하게는 2 중량% 내지 9 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나 이상의 상기 중합체가 하나 이상의 폴리유기실록산이며,
    상기 조성물이 하나 이상의 폴리유기실록산을 0.5 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 8 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 4 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 충전제가 석영 모래, 석영 분말, 칼슘 카르보네이트, 백운석(dolomite), 알루미늄 실리케이트, 흄드 실리카(fumed silica), 활석, 운모, 속돌(pumice), 발포 유리(foamed glass), 발포 콘크리트(aerated concrete), 펄라이트(perlite) 또는 질석(vermiculite), 바람직하게는 운모 및 질석으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 무기 충전제를 30 중량% 내지 50 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 결합제 내 상기 칼슘 알루미네이트 시멘트의 중량 백분율(중량%)이 90 중량% 내지 100 중량%의 범위이며,
    상기 무기 결합제 내 상기 칼슘 설페이트의 중량%가 0 중량% 내지 9 중량%이고,
    상기 무기 결합제 내 상기 포틀랜드 시멘트의 중량%가 0 중량% 내지 4 중량%인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 조성물 및 물을 포함하는 코팅 조성물.
  10. 제9항에 따른 코팅 조성물로 코팅된, 코팅된 기판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판이 금속인 것을 특징으로 하는, 코팅된 기판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판이 강철인 것을 특징으로 하는, 코팅된 기판.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판이 지지용 메쉬(supportive mesh) 및/또는 핀(pin)을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 코팅된 기판.
  14. 기판을 제9항에 따른 코팅 조성물로 코팅하고, 상기 코팅 조성물이 코팅을 형성하도록 함으로써, 기판을 화재로부터 보호하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 방법이 지지용 메쉬 및/또는 핀을 사용하지 않는 것을 특징으로 하는, 기판을 화재로부터 보호하는 방법.
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