KR20180028248A - 다층 열차단 하이드로젤의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층 열차단을 위한 하이드로젤을 대상물에 시공하는 방법에 있어서: (A) 알긴산나트륨, 고흡수성수지, 물을 혼합하여 방열재를 생성하는 단계; (B) 상기 방열재를 대상물의 표면에 설정된 두께로 도포하는 단계; 및 (C) 상기 도포된 방열재에 중탄산칼슘을 부가하여 불용성 외피층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 고흡수성수지를 기반으로 하여 수분 함량을 증대시키고, 형상을 안정화시켜 흘러내림을 방지함과 동시에 알긴산의 접착력을 그대로 유지하며, 부식성이 없는 중탄산칼슘용액으로 표면만 고형화를 유도하여 손상과 오염을 방지하는 효과가 있다.

Description

다층 열차단 하이드로젤의 시공방법{Installation method of multi-layer hydrogel for thermal protection}

본 발명은 열차단 하이드로젤의 시공에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 등에서 특정 대상물의 화재를 방지하고 열차단을 도모하기 위한 다층 열차단 하이드로젤의 시공방법에 관한 것이다.

화재 방지 및 열차단 목적으로 고흡수성수지를 주성분으로 하는 겔(Gel) 상의 방열재(Fire retardant gel)를 분사ㆍ도포하는 방법이 알려져 있다. 다만 고흡수성수지만 단독으로 사용하는 경우 표면 접착력이 낮아 선박의 특정 대상물에서 형태를 유지할 수 없다.

별개 기술로 알긴산에 염화칼슘을 첨가하면 고형화하는 반응이 알려져 있다. 그러나 알긴산을 단독으로 사용하는 것은 함수율이 낮고, 염화칼슘은 부식성이 있어 주변 오염과 부식을 발생시킨다. 또한 표면에 점성이 있어, 접촉 시 도포층이 손상되거나, 접촉되는 물체를 오염시킨다.

이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2015-0075092호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2004-0086921호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 폴리하이드록시벤젠 R 및 포름알데하이드 F로부터 적어도 부분적으로 유래된 수지에 기반되고 설정된 범위의 열 전도성을 가지고, 젤화된 조성물은 적어도 하나의 수용성 양이온 중합전해질 P(polyelectrolyte P)를 포함한다. 이에 따라, 열분해(pyrolysis)를 거쳐 생성된 탄소 단일체(carbon monolith)로 건축의 열 단열을 도모하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 젤라틴수용액에 탄산수소나트륨 및 염화나트륨을 혼합하여 수성 방염제를 제조함으로써, 건축물의 내, 외장재의 방염제로서 처리하여 사용할 시, 내, 외장재의 고유한 물성을 저하시키지 않음은 물론, 화재시 불연성 가스 발화를 지연시켜 인명 피해를 축소하는 효과를 기대한다.

다만, 상기한 선행문헌에 의하면 건축물의 방염 처리를 위한 도포에 적합하고 선박의 대상물 표면에서 방열층을 유지하는 용도로 적용하기 미흡하다.

1. 한국 공개특허공보 제2015-0075092호 "유기 일체식 젤, 이의 사용 및 이를 제조하기 위한 과정을 위한 열 단열 조성물" (공개일자 : 2015.07.02.) 2. 한국 공개특허공보 제2004-0086921호 "젤라틴을 이용한 방염제 및 그 제조방법" (공개일자 : 2004.10.13.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 화재 방지 및 열차단 기능을 위한 함수율이 높고, 강한 접착력과 표면의 고형화로 주변을 오염시키지 않으며, 시공 시 염소 성분이 없어서 부식을 발생시키지 않는 다층 열차단 하이드로젤의 시공방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다층 열차단을 위한 하이드로젤을 대상물에 시공하는 방법에 있어서: (A) 알긴산나트륨, 고흡수성수지, 물을 혼합하여 방열재를 생성하는 단계; (B) 상기 방열재를 대상물의 표면에 설정된 두께로 도포하는 단계; 및 (C) 상기 도포된 방열재에 중탄산칼슘을 부가하여 불용성 외피층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (A)는 알긴산나트륨 0.3~1wt%, 고흡수성수지 0.3~1wt%, 물 98~99.4wt% 함량으로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 단계 (B)는 대상물에 대응한 도포 두께를 일정하게 유지하도록 증점제를 더 부가하여 점도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 단계 (B)는 대상물에 친수성을 지닌 직물 또는 부직포를 더 부가한 상태로 도포하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (C)는 불용성을 지닌 알긴산칼슘의 외피층이 1~3㎜ 범위의 두께로 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 고흡수성수지를 기반으로 하여 수분 함량을 증대시키고, 형상을 안정화시켜 흘러내림을 방지함과 동시에 알긴산의 접착력을 그대로 유지하며, 부식성이 없는 중탄산칼슘용액으로 표면만 고형화를 유도하여 손상과 오염을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열차단 구조를 단면 상태로 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 다층 열차단을 위한 하이드로젤을 대상물에 시공하는 방법에 관하여 제안한다. 대상물은 선박의 평면형/곡면형 판재, 관재, 구형재 등을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 하이드로젤은 화재 방지 및 열차단 목적의 방열재(Fire retardant gel) 층을 구성하는 주성분을 의미한다.

본 발명에 따른 단계 (A)는 알긴산나트륨, 고흡수성수지, 물을 혼합하여 방열재를 생성하는 과정으로 진행된다. 알긴산나트륨은 알긴산에 비하여 함수율을 높이는 형태로서 정확한 계량을 위해 액상으로 사용한다. 이외에 겔(gel) 강도의 유지를 위해 알긴산나트륨에 굴루론산을 적량으로 포함할 수 있다. 고흡수성수지(SAP)로 가교된 폴리아크릴레이트염(Sodium polyacrylate, cross-linked)이 선호되지만 이에 한정되는 것은 아니다. 알긴산과 고흡수성수지의 혼합물로 함수량 증대, 형상 안정화, 접착력 향상을 동시에 달성할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (A)는 알긴산나트륨 0.3~1wt%, 고흡수성수지 0.3~1wt%, 물 98~99.4wt% 함량으로 혼합하는 것을 특징으로 한다. 물의 함량이 적정 범위에 미달하면 방열재의 물성이 약화되고 적정 범위를 초과하면 기계적 물성이 약화된다. 알긴산나트륨 0.5wt%, 고흡수성수지 0.5wt%, 물 9wt% 함량에서 가장 유효성이 높은 것으로 나타난다. 다만, 고흡수성수지(SAP)의 주재에 따라서 함수율의 하한치는 98wt%에서 80wt%까지 낮아질 수도 있다.

본 발명에 따른 단계 (B)는 상기 방열재를 대상물의 표면에 설정된 두께로 도포하는 과정을 거친다. 단계 (B)에서 생성된 방열재는 점도가 높은 겔 상으로서 노즐경이 충분히 큰 에어건으로 도포한다. 방열재의 도포 두께는 대상물의 화재 등급을 고려하여 차별적으로 결정한다. 이에, 고흡수성수지가 함수량을 증대시키고, 알긴산은 점성을 유지시켜 두꺼운 차단층 형성한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 단계 (B)는 대상물에 대응한 도포 두께를 일정하게 유지하도록 증점제를 더 부가하여 점도를 조절하는 것을 특징으로 한다. 예컨대 대상물이 평면형/곡면형 판재를 혼재한 탱크인 경우라면 도포 두께를 일정하게 유지하기 위해 저면과 수직면에 증점제를 부가하여 점도는 높일 수 있다.

증점제로서, 에틸렌과 3 내지 8개의 탄소원자를 함유하는 α-올레핀과의 공중합체, 에틸렌과 2 내지 6개의 탄소원자를 함유하는 포화 카르복실산의 비닐 에스테르와의 공중합체, 에틸렌/불포화 산 에스테르 공중합체 중에서 선택할 수 있다. 이외에 낮은 점도의 고분자와 PVA와 같은 수소 결합 가능한 고분자의 조합은 강화된 수소 결합에 의하여 고점도의 거동을 유발한다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 단계 (B)는 대상물에 친수성을 지닌 직물 또는 부직포를 더 부가한 상태로 도포하는 것을 특징으로 한다. 직물 또는 부직포를 부가하면 대상물에 대한 방열재의 도포 두께를 일정하게 유지하는 측면에서 유리하다. 직물과 부직포는 기본적으로 친수성을 지니고 이외에 단열성이 높은 합성 또는 천연 소재를 사용한다.

본 발명에 따른 단계 (C)는 상기 도포된 방열재에 중탄산칼슘을 부가하여 불용성 외피층을 형성하는 과정으로 진행된다. 중탄산칼슘[Ca(HCO₃)₂]을 방열재의 표면에 액상으로 도포하면 알긴산[(C₆H₈O₆)n]을 고형화시켜 외피층을 형성함과 동시에 부식 발생을 방지할 수 있다. 중탄산칼슘은 주변부식성이 없으며, 인체에 무해하기 때문에 친환경적이다. 중탄산칼슘은 물과 혼합하여 용액으로 사용하며, 중탄산칼슘의 함량(1~16wt%)은 별다른 제한이 없다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (C)는 불용성을 지닌 알긴산칼슘의 외피층이 1~3㎜ 범위의 두께로 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다. 알긴산나트륨의 카르복실기(COOH)에서 해리된 수소이온과 중탄산칼슘의 Ca²⁺ 간의 가교 결합으로 불용성 겔인 외피층이 절연재에 형성된다.

반응개요 : 알긴산나트륨 + 중탄산칼슘 → 알긴산칼슘(불용성)

반응층 상부만 고형화되므로 표면 손상이 없고, 대상물 표면에 대한 접착력은 그대로 유지된다. 외피층의 두께가 적정 범위에 미달하면 약한 충격에도 파손되기 쉽고, 적정 범위를 초과하면 방열재의 물성 약화가 우려된다.

도 1을 참조하면, 대상물의 표면에 알긴산나트륨의 점성, 고흡수성수지의 높은 함수율, 알긴산칼슘의 고형화 작용을 이용하여 높은 열차단 효과를 가진 열차단막이 형성된 상태를 예시한다. 고흡수성수지(SAP)는 함수율 증가와 더불어 열차단막의 두께 증가를 도모한다. 도시에는 생략하나 직물 또는 부직포를 부가하는 경우 대상물에 접촉되는 부분의 영역에 배치된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (5)

1. 다층 열차단을 위한 하이드로젤을 대상물에 시공하는 방법에 있어서:
   (A) 알긴산나트륨, 고흡수성수지, 물을 혼합하여 방열재를 생성하는 단계;
   (B) 상기 방열재를 대상물의 표면에 설정된 두께로 도포하는 단계; 및
   (C) 상기 도포된 방열재에 중탄산칼슘을 부가하여 불용성 외피층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 열차단 하이드로젤의 시공방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계 (A)는 알긴산나트륨 0.3~1wt%, 고흡수성수지 0.3~1wt%, 물 98~99.4wt% 함량으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 다층 열차단 하이드로젤의 시공방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계 (B)는 대상물에 대응한 도포 두께를 일정하게 유지하도록 증점제를 더 부가하여 점도를 조절하는 것을 특징으로 하는 다층 열차단 하이드로젤의 시공방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계 (B)는 대상물에 친수성을 지닌 직물 또는 부직포를 더 부가한 상태로 도포하는 것을 특징으로 하는 다층 열차단 하이드로젤의 시공방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계 (C)는 불용성을 지닌 알긴산칼슘의 외피층이 1~3㎜ 범위의 두께로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 다층 열차단 하이드로젤의 시공방법.

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