KR20230036453A - 난연제 조성물 및 그 조성물이 도포된 내장재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난연제 조성물 및 그 조성물이 도포된 내장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SiO3, Na2SiO3 및 Na2SiO3·10H2O로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 수용성 규산혼합물이 함유된 난연제 조성물로 이루어진다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 난연제는 수용성 규산혼합물이 함유되어 우수한 난연성을 나타내며, 목재, 플라스틱 및 벽지 등과 같은 내장재에 적용되면 우수한 난연성을 나타내는 내장재를 제공하는 효과를 나타낸다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 난연제는 수용성 규산혼합물이 함유되어 우수한 난연성을 나타내며, 목재, 플라스틱 및 벽지 등과 같은 내장재에 적용되면 우수한 난연성을 나타내는 내장재를 제공하는 효과를 나타낸다.
Description
본 발명은 난연제 조성물 및 그 조성물이 도포된 내장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수용성 규산혼합물이 함유되어 우수한 난연성을 나타내며, 목재, 플라스틱 및 벽지 등과 같은 내장재에 적용되면 우수한 난연성을 나타내는 내장재를 제공하는 난연제 조성물 및 그 조성물이 도포된 내장재에 관한 것이다.
일반적으로 난연제는 유기 난연제와 무기 난연제로 분류되는데, 유기난연제는 브롬계, 염소계 등과 같은 할로겐계 화합물 및 인산에스테르계 등과 같은 인계 화합물이 주성분인 난연제이고, 무기난연제는 삼산화안티몬, 오산화안티몬 등과 같은 산화안티몬계, 수산화알루미늄 등과 같은 수산화화합물계, 중비금속화합물계, 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgHCO3), 클레이 및 탈크 등과 같은 화합물이 주성분인 난연제로서 무기난연제는 주로 보조난연제로 사용되고 있다.
한편, 국민 생활수준의 향상으로 주거문화가 발달함에 따라 공간의 편리성과 미적인 효과를 높이기 위하여 내장재에 고급 친환경 건축자재의 사용이 증가하고 있는 추세이다.
그러나, 종래에 내장재는 품질 고급화를 도모하기 위해 여러 가지의 화학약품이 배합된 합성수지재료가 사용되고, 미적 효과를 높이기 위하여 문양이나 그림을 인쇄할 합성잉크가 사용되고 있다. 또한, 건축 내장재 설치시 합성접착제를 사용하여 화재발생시 유독가스로 인한 2차 피해를 주고 있는 실정이다.
이러한 문제점 때문에, 최근에는 건축물에 대하여 인체에 유해한 유기화합물 사용에 대한 제한 및 친환경 자재를 사용하도록 법률이 제정되고 있다. 또한, 소득증가로 고급 친환경 건축자재에 대한 요구가 증가하는 건축환경의 변화에 따라서 인체에 무해한 무기 또는 천연재료를 활용한 건축 내장재 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
따라서, 인체에 유해한 난연제 성분이 사용되지 않으면서 우수한 난연효과를 부여하는 난연제와 그 난연제가 적용된 내장재에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 수용성 규산혼합물이 함유되어 우수한 난연성을 나타내며, 목재, 플라스틱 및 벽지 등과 같은 내장재에 적용되면 우수한 난연성을 나타내는 내장재를 제공하는 난연제 조성물 및 그 조성물이 도포된 내장재를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 SiO3, Na2SiO3 및 Na2SiO3·10H2O로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 수용성 규산혼합물이 함유되는 것을 특징으로 하는 난연제 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 수용성 규산혼합물은 규산염 광물을 가열하여 용융하는 가열용융단계, 상기 가열용융단계를 통해 용융된 규산염 광물을 숙성시켜 규산염 결정체를 수득하는 숙성단계 및 상기 숙성단계를 통해 수득된 규산염 결정체에 정제수를 혼합하고 가열하는 혼합가열단계를 통해 제조되는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 가열용융단계는 규산염 광물을 1500 내지 2000℃의 온도로 10 내지 20시간 동안 가열하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 숙성단계는 10 내지 20일 동안 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 혼합가열단계는 상기 숙성단계를 통해 수득된 규산염 결정체 100 중량부에 정제수 5000 내지 15000 중량부를 혼합하고 500 내지 1000℃의 온도로 가열하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연제 조성물에는 상기 수용성 규산혼합물 100 중량부 대비 인산에스테르계 난연제 0.1 내지 3 중량부가 더 함유되는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 난연제 조성물이 도포된 내장재로 이루어지며, 상기 내장재는 목재, 플라스틱 및 벽지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 내장재를 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연성 내장재는 내장재의 표면에 상기 난연제 조성물을 0.5 내지 3mm의 두께로 도포한 후에, 30 내지 45℃의 열풍으로 4 내지 6시간 동안 건조하는 과정으로 제조되는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 내장재에 표면에 상기 난연제 조성물을 도포하는 과정은 2회 반복되는 것으로 한다.
본 발명에 따른 난연제 조성물 및 그 조성물이 도포된 내장재는 수용성 규산혼합물이 함유되어 우수한 난연성을 나타내며, 목재, 플라스틱 및 벽지 등과 같은 내장재에 적용되면 우수한 난연성을 나타내는 내장재를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 수용성 규산혼합물의 제조과정을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 3은 본 발명의 제조예 1을 통해 제조된 수용성 규산혼합물을 FE-SEM으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 난연성 내장재의 난연성능을 측정하여 나타낸 사진이다.
도 2 내지 3은 본 발명의 제조예 1을 통해 제조된 수용성 규산혼합물을 FE-SEM으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 난연성 내장재의 난연성능을 측정하여 나타낸 사진이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 난연제 조성물은 SiO3, Na2SiO3 및 Na2SiO3·10H2O로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 수용성 규산혼합물이 함유되어 이루어지는데, 본 발명을 통해 제조되는 난연제에 난연성을 부여하는 역할을 한다.
상기 수용성 규산혼합물은 규산염 광물을 가열하여 용융하는 가열용융단계(S201), 상기 가열용융단계(S201)를 통해 용융된 규산염 광물을 숙성시켜 규산염 결정체를 수득하는 숙성단계(S203), 및 상기 숙성단계(S203)를 통해 수득된 규산염 결정체에 정제수를 혼합하고 가열하는 혼합가열단계(S205)를 통해 제조된다.
상기 수용성 규산혼합물의 원료물질인 규산염 광물은 규산염으로 이루어진 광물로 규소와 산소가 주성분이며, 여기서 규소(Si, Silicon)는 인체에 필수적인 50여종 중에 가장 중요한 필수 미네랄로 자연 상태에서는 규소만이 독립적으로 존재하지 않고 이산화규소(SiO2) 상태로 존재하며 규소의 순도가 100%이면 수정이 되고, 그렇지 않으면 석영이 되며, 다른 광물이 많이 함유되면 규석(차돌)이 된다. 물에 녹지 않기 때문에 식용으로 사용이 부적합하므로 산업용으로 사용되는 것이 일반적이다. 이러한 규산염 광물은 결합과 배열상태에 따라 네소 규산염 광물, 소로 규산염 광물, 사이클로 규산염 광물, 이노 규산염 광물, 필로 규산염 광물, 텍토 규산염 광물로 구분될 수 있으며, 본 발명에서는 규산염 광물로 감람석, 석류석, 지르콘, 홍주석, 겔레나이트, 홍렴석, 녹주석, 전기석, 단사휘석, 사방각섬석, 사문석, 카올리나이트, 정장석, 및 사장석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 규산염 광물은 하기 후술할 가열용융단계(S201) 또는 숙성단계(S203)에 영향을 미치지 않도록 표면에 존재하는 이물질을 흐르는 물에 수차례 수세하여 준비할 수 있다. 또한, 볼 밀(Ball mill), 아크리션 밀(Attrition mill), 제트 밀(Jet mill), 회전밀(Rotary mill) 및 진동 밀(Vibration mill) 중 선택되는 어느 하나의 장비로 분쇄하여 준비하여도 무방하다.
상기 가열용융단계(S201)는 규산염 광물을 1500 내지 2000℃의 온도로 10 내지 20시간 동안 가열하여 이루어지는데, 더욱 상세하게는 규산염 광물을 용광로에서 1500 내지 2000℃, 바람직하게는 1600 내지 1700℃의 온도로 10 내지 20시간, 바람직하게는 12 내지 15 시간 동안 가열하여 액체상태로 용융시키는 단계다.
이때, 상기 가열온도가 1500℃ 미만이면, 규산염 광물이 유동성 및 점성을 갖는 액체상태로 용융되기 어려울 수 있고, 상기 가열온도가 2000℃를 초과하게 되면 과잉 온도 공급에 따른 상승 효과는 그다지 크지 않으며, 에너지 소비량만 증가되므로 바람직하지 못하다.
또한, 가열시간이 10시간 미만이면, 규산염 광물이 충분히 용융되기 어려울 수 있고, 가열시간이 20시간을 초과하게 되면, 필요 이상의 열처리 시간에 따른 상승 효과는 그다지 크지 않으므로 상기에 기재된 가열시간을 유지하는 것이 바람직하다.
상기 숙성단계(S203)는 10 내지 20일 동안 이루어지는데, 상기 가열용융단계(S201)를 통해 용융된 규산염 광물을 10 내지 20일, 바람직하게는 12 내지 15일 동안 숙성시켜 규산염 결정체를 수득하는 단계다.
이때, 상기 숙성시간이 10일 미만이면, 규산염 결정체의 수득이 어렵고, 상기 숙성시간이 20일을 초과하게 되면 입자크기가 규산염 결정체의 입자크기가 1.0 내지 4.0 나노미터로 비대하게 커질 수 있으므로 바람직하지 못하다. 즉, 상기와 같은 숙성시간을 거치게 되면, 거의 기체상태의 물질로 이온화된 0.2 내지 0.6 나노미터의 입자크기를 나타내는 규산염 결정체가 수득된다.
상기 혼합가열단계(S205)는 상기 숙성단계(S203)를 통해 수득된 규산염 결정체를 정제수와 혼합하고 가열하는 단계로, 상기 숙성단계(S203)를 통해 수득된 규산염 결정체 100 중량부에 정제수 5000 내지 15000 중량부를 혼합하고 500 내지 1000℃의 온도로 가열하여 이루어진다.
상기 가열 온도가 500℃ 미만이면 규산염 결정체가 용출되지 않을 수 있고, 상기 가열온도가 1000℃를 초과하게 되면 규산염 결정체가 증발되어 규산염 결정체의 회수율이 저감될 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해 제조되는 수용성 규산혼합물은 물에 대한 용해가 90% 이상을 나타낸다.
이때, 상기 난연제 조성물에는 상기 수용성 규산혼합물 100 중량부 대비 인산에스테르계 난연제 0.1 내지 3 중량부가 더 함유될 수도 있는데, 인산 에스테르계 난연제로는 트리스(2-클로로프로필)포스페이트{TCPP, Tris(2-chloropropyl)phosphate}를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 인산에스테르계 난연제 0.1 내지 3 중량부가 더 함유되면, 본 발명에 따른 난연제 조성물의 난연효과가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 내장재는 상기 난연제 조성물이 도포되어 이루어지며, 상기 내장재는 목재, 플라스틱 및 벽지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기의 난연성 내장재는 상기 내장재의 표면에 상기 난연제 조성물을 0.5 내지 3mm의 두께로 도포한 후에, 30 내지 45℃의 열풍으로 4 내지 6시간 동안 건조하는 과정으로 제조되는데, 난연제 조성물의 도포 두께가 0.5mm 미만이면 난연성 부여효과가 미미하며, 상기 난연제 조성물의 도포 두께가 3mm를 초과하게 되면 난연성 부여효과는 더이상 향상되지 않으면서 내장재의 물성을 저하시킬 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.
이때, 상기 난연성 내장제의 도포 두께는 상기 난연성 내장재의 종류에 따라 가변적인데, 상기 난연성 내장재가 목재인 경우에는 난연제 조성물의 도포 두께가 1.5 내지 2.5mm인 것이 바람직하며, 상기 난연성 내장재가 벽지인 경우에는 난연제 조성물의 도포 두께가 0.5 내지 1.5mm인 것이 바람직하고, 상기 난연성 내장재가 플라스틱인 경우에는 난연제 조성물의 도포 두께가 2 내지 3mm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 난연제 조성물은 한번에 도포하는 것보다, 동일한 두께라고 하더라도, 2회에 걸쳐 반복 도포하는 경우 더욱 우수한 난연성을 부여할 수 있다. 다만, 3회 이상 도포를 하는 경우라도 난연 효과가 증가하는 것은 아니다.
특히, 1 내지 3회 도포 모두 난연 기준을 만족하지만 3회 도포부터는 재도포 시 기존에 도포된 난연제 조성물이 박리되는 문제점이 발생하기 때문에, 1 내지 2회에 걸쳐 도포하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 난연제 조성물과 그 조성물이 도포된 내장재의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 내장재의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1> 수용성 규산혼합물의 제조
규산염 광물의 표면에 존재하는 이물질을 제거한 후 용광로에서 1650℃의 온도로 13시간 동안 가열하여 용융시킨 후, 용융된 규산염 광물을 13일 동안 숙성시켜 규산염 결정체를 수득하고, 수득된 규산염 결정체 100 중량부를 정제수 10000 중량부와 혼합한 후에 800℃의 온도로 가열하여 액상형태의 수용성 규산혼합물을 제조하였다.
상기 제조예 1을 통해 제조된 수용성 규산혼합물을 FE-SEM으로 촬영하여 아래 도 2 내지 3에 나타내었다. 아래 도 2 내지 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 제조예 1을 통해 제조된 수용성 규산혼합물은 구형의 규소입자가 무질서하게 분포된 비정질 상태인 것을 알 수 있다.
<실시예 1>
상기 제조예 1을 통해 제조된 수용성 규산혼합물로 제조된 난연제 조성물 200mL를 목재의 표면에 2mm의 두께로 도포하고 저온 열풍건조기를 이용하여 40℃의 온도로 5시간 동안 건조하여 난연성 내장재를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 제조예 1을 통해 제조된 수용성 규산혼합물로 제조된 난연제 조성물 100mL를 목재의 표면에 1mm의 두께로 도포하고 저온 열풍건조기를 이용하여 40℃의 온도로 5시간 동안 건조하는 과정을 2회 반복하여 난연성 내장재를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 제조예 1을 통해 제조된 수용성 규산혼합물로 제조된 난연제 조성물 100mL를 목재의 표면에 1mm의 두께로 도포하고 저온 열풍건조기를 이용하여 40℃의 온도로 5시간 동안 건조하는 과정을 3회 반복하여 난연성 내장재를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 난연성 내장재의 난연성능을 측정하여 아래 도 4에 나타내었다.
{단, 난연성 내장재의 난연효과는 상기 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 난연성 내장재의 표면에 토치불꽃을 10초 동안 가한 후에 난연성 내장재의 표면상태를 확인하는 방법을 이용하였다.}
아래 도 4에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 난연성 내장재는 토치불꽃이 가해져도 불이 옮겨붙지 않아 우수한 난연성능을 나타내었으며, 탄화된 면적을 비교했을 때, 실시예 2를 통해 제조된 난연성 내장재의 난연성능이 더욱 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1을 통해 제조된 난연성 내장재의 방염성능을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 밤영성능은 한국소방산업기술원에 의뢰하여 제4조제5호의 45도 합판방염시험법으로 측정하는 방법을 이용하였다.}
| 구분 | 시험결과 | ||
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | |
| 잔염시간(s) | 0.0 | 1.7 | 0.0 |
| 잔신시간(s) | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 탄화길이(cm) | 11.8 | 10.6 | 11.8 |
| 탄화면적(cm2) | 33.6 | 38.6 | 33.3 |
| 접염회수(회) | 해당없음 | ||
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 난연성 내장재는 우수한 난연성을 나타내었으나, 비교예 1의 경우 난연성이 크게 향상되지 않고, 난연제 조성물이 박리되어 오히려 난연성능이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 난연제 조성물 및 그 조성물이 도포된 내장재는 수용성 규산혼합물이 함유되어 우수한 난연성을 나타내며, 목재, 플라스틱 및 벽지 등과 같은 내장재에 적용되면 우수한 난연성을 나타내는 내장재를 제공한다.
S201 ; 가열용융단계
S203 ; 숙성단계
S205 ; 혼합가열단계
S203 ; 숙성단계
S205 ; 혼합가열단계
Claims (9)
- SiO3, Na2SiO3 및 Na2SiO3·10H2O로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 수용성 규산혼합물이 함유되는 것을 특징으로 하는 난연제 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수용성 규산혼합물은 균산염 광물을 가열하여 용융하는 가열용융단계, 상기 가열용융단계를 통해 용융된 규산염 광물을 숙성시켜 규산염 결정체를 수득하는 숙성단계 및 상기 숙성단계를 통해 수득된 규산염 결정체에 정제수를 혼합하고 가열하는 혼합가열단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 난연제 조성물. - 청구항 2에 있어서,
상기 가열용융단계는 규산염 광물을 1500 내지 2000℃의 온도로 10 내지 20시간 동안 가열하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연제 조성물. - 청구항 2에 있어서,
상기 숙성단계는 10 내지 20일 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연제 조성물. - 청구항 2에 있어서,
상기 혼합가열단계는 상기 숙성단계를 통해 수득된 규산염 결정체 100 중량부에 정제수 5000 내지 15000 중량부를 혼합하고 500 내지 1000℃의 온도로 가열하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연제 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 난연제 조성물에는 상기 수용성 규산혼합물 100 중량부 대비 인산에스테르계 난연제 0.1 내지 3 중량부가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 난연제 조성물. - 청구항 1 내지 6중 어느 한 항에 따른 난연제 조성물이 도포된 내장재로 이루어지며,
상기 내장재는 목재, 플라스틱 및 벽지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 내장재. - 청구항 7에 있어서,
상기 난연성 내장재는 상기 내장재의 표면에 상기 난연제 조성물을 0.5 내지 3mm의 두께로 도포한 후에, 30 내지 45℃의 열풍으로 4 내지 6시간 동안 건조하는 과정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 난연성 내장재. - 청구항 8에 있어서,
상기 내장재에 표면에 상기 난연제 조성물을 도포하는 과정은 2회 반복되는 것을 특징으로 하는 난연성 내장재.
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| KR101068928B1 (ko) | 2009-10-12 | 2011-09-29 | 대신마루산업주식회사 | 난연재로 표면처리된 내연성 실내장식재 |
| KR101304394B1 (ko) | 2011-04-26 | 2013-09-10 | 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트 | 난연제 및 이를 포함하는 난연 재료 |
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