WO2023195618A1 - 단열 및 초기 화재 소화용 내부 수성도료 조성물 - Google Patents

단열 및 초기 화재 소화용 내부 수성도료 조성물 Download PDF

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WO2023195618A1
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hollow ceramic
insulation
ceramic particles
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최장식
백성빈
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(주)이유씨엔씨
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Definitions

  • the present invention relates to a water-based paint composition that has excellent thermal insulation properties and is capable of suppressing a fire at an early stage, including three types of hollow ceramic particles with different average particle diameters, a rust-prevention acrylic emulsion, and a micro fire extinguishing capsule for early fire extinguishing. .
  • Sunlight is a type of electromagnetic wave that is absorbed by the surface of the object to be coated and causes vibration of molecules to generate heat energy. As a result, the temperature of the surface of the object increases, which in turn causes the temperature inside the object to rise. Therefore, it is necessary to block the movement of heat energy caused by infrared rays, which are absorbed without being reflected or reflected by the object in advance, into the object.
  • the adhesion of the paint for insulation to the object may be insufficient, so it may separate from the object, drastically reducing reliability and durability.
  • the undercoat or middle layer may be coated (painted) separately.
  • the overall thickness of the coating layer may become thicker.
  • the types of base and middle layers are different for each object to be coated and the background treatment of the object to be coated is difficult, the overall construction cost and time increases, reducing economic feasibility, and specialized workers and specialized equipment may be required.
  • Republic of Korea Patent No. 10-1561567 describes a heat-insulating paint composition containing ultrafine silica particles, rutile titanium dioxide, calcium carbonate, a resin binder, and water, but the thermal insulation performance may be low and the adhesion may be poor. There may be a problem.
  • the object of the present invention is to provide a paint composition to be applied to the interior of a building, which reduces the energy of the cooling load by blocking solar radiant heat indoors in the summer and blocks indoor heating convection heat from leaking to the outside in the winter.
  • the purpose is to reduce heating energy by blocking cold outside temperatures from entering the room.
  • an embodiment of the present invention includes three types of hollow ceramic particles having different average particle diameters; Anti-rust acrylic emulsion; and an initial fire extinguishing microcapsule that is self-temperature-sensitive at a temperature of 120 to 220°C, wherein the hollow ceramic particles include a first hollow ceramic particle with an average particle diameter of 10 to 20 ⁇ m, and a first hollow ceramic particle with an average particle diameter of 20 to 30 ⁇ m.
  • an internal water-based paint composition for heat insulation and early fire extinguishing including hollow ceramic particles and a third hollow ceramic particle with an average particle diameter of 30 to 60 ⁇ m.
  • the content of the rust-preventing acrylic emulsion is 30 to 40% by weight based on the total weight of the water-based paint composition, and the three types of hollow
  • the total content of the type ceramic particles may be 25 to 35% by weight, and the content of the extinguishing microcapsules may be 5 to 15% by weight.
  • the three types of hollow ceramic particles having different average particle diameters are soda lime borosilicate (sodalime). borosilicate), sodium borosilicate, and porous micro diatomaceous earth.
  • the content of the third hollow ceramic particles is 2 to 6% by weight, based on the total weight of the internal water-based paint composition, and 2
  • the content of the hollow ceramic particles may be 6 to 10% by weight, and the content of the first hollow ceramic particles may be 12 to 20% by weight.
  • the microcapsules for initial fire extinguishing included in the internal water-based paint composition for insulation and initial fire extinguishing may have a core-shell structure.
  • the core portion of the microcapsule for initial fire extinguishing contained in the internal water-based paint composition for insulation and initial fire extinguishing is perfluoro 2-methyl-3-pentanone (perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 3-pentanone) and 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane).
  • the perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro may be 1:3 to 3:1.
  • the shell portion of the microcapsule for initial fire extinguishing contained in the internal water-based paint composition for insulation and initial fire extinguishing contains melamine-urea-formaldehyde resin. can do.
  • the average particle diameter of the microcapsules for extinguishing an initial fire contained in the internal water-based paint composition for insulation and extinguishing an initial fire may be 60 to 80 ⁇ m.
  • the composition of the present invention includes three types of hollow ceramic particles with different average particle diameters, a rust-prevention acrylic emulsion, and a micro fire extinguishing capsule for early fire extinguishing, and exhibits excellent thermal insulation performance and extinguishes the fire in the early stages of fire occurrence, reducing the spread of the fire and It has the effect of minimizing fire damage by preventing re-combustion.
  • Figure 1 is a cross-sectional view showing an initial fire extinguishing internal insulating paint film formed while the water-based paint composition of the present invention is cured and dried.
  • Figure 2 is a diagram showing a cross-section of an initial fire extinguishing microcapsule included in the water-based paint composition of the present invention.
  • Figure 3 is a photograph showing the state over time when the cured product obtained by drying and curing the water-based paint composition of the present invention is ignited and extinguished by finely pulverized particles.
  • Figure 4 is a diagram showing the DSC curve of the N-H microcapsule and the microcapsule change (SEM image) according to temperature change.
  • the water-based paint composition of the present invention includes three types of hollow ceramic particles with different average particle diameters, a rust-prevention acrylic emulsion, and a micro fire extinguishing capsule for initial fire extinguishing.
  • the initial fire extinguishing micro fire extinguishing capsule is composed of a core containing fire extinguishing gas and an ultra-thin shell composed of organic compounds, its specific gravity is lower than that of the hollow ceramic particles, so when the composition of the present invention is applied to the object to be coated, the The micro fire extinguishing capsule for initial fire extinguishing can be located at the top of the coating film.
  • the rust-inhibiting acrylic emulsion of the present invention can function as a binder in a step-insulation composition, and can be formed by polymerizing the rust preventive agent and the acrylic resin and then dispersing it in water.
  • the rust preventive agent is not particularly limited, but includes amine compounds, benzotriazole-based compounds, nitrites, ammonium benzoate, ammonium phthalate, ammonium stearate, ammonium palmitate, ammonium oleate, ammonium carbonate, dicyclohexylamine benzoate, urea, It may be one or more of urotropine, thiourea, phenyl carbamate, and cyclohexylammonium-N-cyclohexylcarbamate (CHC).
  • amine compounds benzotriazole-based compounds, nitrites, ammonium benzoate, ammonium phthalate, ammonium stearate, ammonium palmitate, ammonium oleate, ammonium carbonate, dicyclohexylamine benzoate, urea
  • It may be one or more of urotropine, thiourea, phenyl carbamate, and cyclo
  • the content of non-volatile material (NVM) in the rust-preventing acrylic emulsion can be adjusted through the amount of organic solvent, and is preferably 40 to 50% by weight based on the light-shielding fluorinated acrylic copolymer emulsion. If the content of (Non-Volatile Material, NVM) is less than 40% by weight, the weather resistance, durability, corrosion resistance, and heat resistance of the formed heat barrier layer may be reduced, and if it exceeds 50% by weight, the workability and mass production of the water-based paint composition may be reduced. Performance may decrease.
  • the glass transition temperature (T g ) of the rust-prevention acrylic emulsion may be 20 to 50°C. If the temperature is less than 20°C, there may be a problem of the paint film breaking, and if it exceeds 40°C, there may be a problem of delayed drying of the paint film. You can.
  • the minimum film formation temperature (MFFT) of the rust-prevention acrylic emulsion may be 10 to 40 °C. If the temperature is less than 10 °C, there may be a problem in which the rust-prevention film is not sufficiently formed in the step heat barrier layer. If it is exceeded, storage stability may deteriorate due to agglomeration of the rust preventive agent.
  • the pH of the rust-preventive acrylic emulsion can be adjusted in the range of 8 to 10. If the pH is less than 8, agglomeration or phase separation of the rust preventive agent contained in the rust-preventive acrylic emulsion may occur, leading to a decrease in storage stability. If it is exceeded, gelling problems may occur.
  • the rust-prevention acrylic emulsion may be one or more of BASF's Joncryl PRO 1522, Joncryl Pro 1525, and Acronal Pro 761.
  • the above rust-prevention acrylic emulsion can perform the function of improving weather resistance, durability, corrosion resistance, and heat resistance when the insulation composition of the present invention is cured to form an insulation layer.
  • an acrylic binder such as the rust-preventing acrylic emulsion
  • the organic bonding force of a different series is used during the curing process when forming an insulating layer (coat film, coating layer). It can be about 20% stronger than the binder, and because of this, the adhesion of the insulation layer can be significantly improved without any low or medium coating, and excellent adhesion can be achieved even on materials such as metals and non-ferrous metals.
  • micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro zinc phosphate are used simultaneously with a rust-preventing acrylic emulsion, they achieve an excellent level of adhesion through the strong organic bond energy between each component during the curing process when forming an insulating layer (coat film). It can achieve durability and adhesion, and can also greatly improve durability, weather resistance, rust prevention, and self-cleaning properties.
  • the insulation layer formed by curing the insulation composition can exhibit a very excellent level of adhesion and adhesion regardless of the material of the object to be coated. As a result, a separate undercoat or middle layer is unnecessary, and a single insulation layer alone provides sufficient insulation performance. can be implemented, and a sufficient insulation effect can be achieved even with a very thin thickness.
  • the thickness of the insulating layer of the present invention can be configured to be 300 ⁇ m or less, and it has been confirmed that even such an ultra-thin coating film (insulating layer) can exhibit a better insulating effect than conventional insulating layers.
  • the weight of the insulation composition to be painted per unit area can be greatly reduced, thereby shortening the painting time and reducing costs.
  • micro-fired silica, micro-fired alumina, and micro zinc phosphate combine with the acrylic binder, resulting in a synergy effect in which the organic bonding force becomes about 20% stronger than that of other types (series) of binders. ) occurs, so the above-mentioned adhesion, adhesion, durability, weather resistance, and rust prevention can be significantly improved.
  • Micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro zinc phosphate can be manufactured by irradiating microwaves to generate heat using a typical calcination furnace using microwaves.
  • Micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro zinc phosphate have a low coefficient of thermal expansion and low thermal shock, so they can suppress deterioration and expansion and contraction of the insulation layer, while also exhibiting excellent rust prevention performance.
  • a preferable firing temperature may be about 700 to 1500°C, and more preferably about 800 to 1200°C.
  • micro-calcined silica may be about 2 to 6% by weight
  • micro-calcined alumina may be about 2 to 6% by weight
  • micro zinc phosphate may be included about 3 to 7% by weight.
  • the hollow ceramic particles of the present invention mainly serve to improve thermal insulation properties. Since hollow ceramic particles contain a hollow interior, the rate of heat transfer from the outside can be minimized, thereby greatly improving the insulation of the heat insulating layer.
  • the hollow ceramic particles may have a microsphere shape and may be composed of soda lime borosilicate.
  • soda lime borosilicate When using the soda lime borosilicate, it can provide excellent compressive strength, making it suitable for use as a building paint material.
  • thermal conductivity can be gradually lowered to minimize heat transfer from the outside to the inside of the coating film, or from the inside to the outside of the coating film, thereby maximizing insulation performance.
  • the hollow ceramic particles of the present invention include third hollow ceramic particles having an average particle diameter of 30 to 60 ⁇ m, second hollow ceramic particles having an average particle diameter of 20 to 30 ⁇ m, and average particle diameters of 10 to 20 ⁇ m. It may be configured to include first hollow ceramic particles made of.
  • the first hollow ceramic particle has a fire extinguishing microcapsule layer formed on the top of the surface and immediately below, acting as the first heat conduction block (insulation).
  • the particle size is the smallest and the surface area is the largest, so the insulation effect is the greatest.
  • the average particle diameter of the first hollow ceramic particles is preferably 10 to 20 ⁇ m.
  • the second hollow ceramic particles may be formed immediately below the first hollow ceramic particle forming layer on the coating film, and serve to block heat that could not be blocked by the first hollow ceramic particle layer in two stages, and have an average particle diameter of , the surface area may be second only to the first hollow ceramic particle among the three types of hollow ceramic particles, and the insulating effect may also be second only to the first hollow ceramic particle layer.
  • the average particle diameter of the second hollow ceramic particles is preferably 20 to 30 ⁇ m.
  • the third hollow ceramic particle is formed between the coating film formed by the second hollow ceramic particle and the surface of the object to be coated, and plays the role of finally blocking the heat that was not blocked by the second hollow ceramic particle layer, and the particle size is the largest and has the smallest surface area, resulting in the least insulation effect.
  • the average particle diameter of the third hollow ceramic particles is preferably 30 to 60 ⁇ m.
  • the content of the first hollow ceramic particles is preferably adjusted to 2 to 6% by weight
  • the content of the second hollow ceramic particles is adjusted to 6 to 10% by weight
  • the content of the third hollow ceramic particles is adjusted to 12 to 20% by weight.
  • the average particle size range of each hollow ceramic particle is adjusted differently, and the content of particles with a small average particle size is included in a relatively small range and the content of particles with a large average particle size is included in a relatively large range to create a heat bridge phenomenon. ) can be prevented as much as possible to maximize insulation performance.
  • thermal conductivity can be gradually lowered to minimize heat transfer from the outside to the inside of the coating film or from the inside to the outside of the coating film, thereby maximizing insulation performance. there is.
  • the effect of maximizing the insulation performance by gradually lowering the thermal conductivity as described above can be achieved by varying the surface area of each type of ceramic particle, wherein the first hollow ceramic particle, the second hollow ceramic particle, and the first hollow ceramic particle 3
  • the layers formed by hollow ceramic particles are referred to as the first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer
  • heat conduction can be blocked in the order of the first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer, and at this time, the amount of insulation
  • Figure 1 is a cross-sectional view showing an initial fire extinguishing internal insulating paint film formed while the water-based paint composition of the present invention is cured and dried.
  • Figure 1a shows an N-H micro fire extinguishing capsule (10) for initial fire extinguishing, a first hollow ceramic particle (20), a second hollow ceramic particle (30), a third hollow ceramic particle (40), and an inorganic filler (50). This shows the state before the composition containing the composition is applied to the object 60 and cured and dried.
  • Figure 1b shows the initial extinguishing microcapsule layer (10a), the heat insulation layer (20a), and the base layer (30a) formed sequentially by the above particles, respectively.
  • an initial extinguishing microcapsule layer (10a) is placed at the top of the coating film, followed by an insulating layer (20a) with thermal insulation performance, and an undercoat layer (30a) containing the inorganic filler. can be arranged.
  • the initial extinguishing microcapsule layer (10a) can be located at the top of the coating film.
  • the microcapsules quickly self-sensitize to temperature and vaporize in the event of a fire.
  • the composition is sprayed directly onto the flame, effectively responding to the initial fire.
  • the hollow ceramic particles can be relatively placed at the lower part of the heat insulating layer due to the difference in specific gravity. More specifically, when the heat insulating layer includes a first side in contact with the object to be coated, and a second side (a side exposed to the outside) that is the opposite side of the first side, in a cross section cut in the thickness direction of the heat insulating layer, the first side
  • the number of hollow ceramic particles may increase as it moves toward the second surface.
  • a microcapsule layer (10a) for initial extinguishing may be formed at the top of the paint film, which means that more than 70% of the microcapsules contained in the water-based paint composition of the present invention are located at the top of the paint film. This may mean that the microcapsule layer 10a for initial fire extinguishing has been formed. As described above, a large amount of microcapsules are located at the top of the coating film, thereby effectively suppressing the initial fire when a fire occurs.
  • the water-based paint composition of the present invention can form an insulating layer (20a) with thermal insulation performance at the lower part of the microcapsule layer (10a) while curing, which is more than 70% of the hollow ceramic particles included in the water-based paint composition of the present invention.
  • this may mean that a heat insulating layer 20a with heat insulating performance has been formed, and as described above, a large amount of hollow ceramic particles are located just below the microcapsule layer 10a. By doing so, it is possible to achieve a thermal conductivity of 0.03 W/m ⁇ K or less while exhibiting the function of suppressing an initial fire.
  • the insulation composition of the present invention may further include a fluoro stain resistant additive.
  • the fluorine-based stain inhibitor can impart water and oil repellency to the insulation layer, thereby improving the durability of the insulation layer.
  • the fluorine-based stain prevention agent may include one or more components among polyurethane containing a fluorine group, polyacrylic emulsion containing a fluorine group, and polyacrylic modified urethane emulsion containing a fluorine group.
  • the fluorine-based stain inhibitor may be included in an amount of about 1 to 3% by weight. When included in the above weight range, the water and oil repellency of the coating film is appropriately improved.
  • composition of the present invention may include a zirco-aluminate coupling agent.
  • the zirco-aluminate coupling agent can improve adhesion and adhesion to metals or alloys. Therefore, when the insulation composition is coated on the surface of the metal/alloy object, the adhesion and adhesion between the insulation layer and the surface of the object can be greatly improved, and separate layers such as undercoat, middle, and primer layers are not necessary, so it can be used as a single layer. It can be implemented as a very thin film thickness.
  • the zirco-aluminate coupling agent may be included in an amount of about 0.3 to 0.7% by weight.
  • the insulating composition further includes one or more of propylene glycol, a thickener, a corrosion inhibitor, a pH adjuster, a film forming agent, a preservative, or an antifoaming agent.
  • Propylene glycol can function as a cryostabilizer. Based on the total weight of the insulation composition, propylene glycol may be included in an amount of about 0.1 to 0.5% by weight.
  • a thickener can improve the storage stability of particles, such as controlling the viscosity of the composition, providing thickening and thixotropic properties, preventing particles from settling, improving redispersibility, and improving flowability.
  • the thickener may be, for example, but is not limited to hydroxyethyl cellulose. Based on the total weight of the insulation composition, the thickener may be included in an amount of about 0.1 to 0.5% by weight.
  • the corrosion inhibitor can minimize corrosion even in high-temperature and humid environments, and may be included in an amount of about 0.8 to 1.2% by weight based on the total weight of the insulation composition.
  • the pH adjuster may be used to adjust the acidity of the composition within a certain range, and may be, for example, aminomethylpropanol (amp), but is not limited thereto. Based on the total weight of the insulation composition, the pH adjuster may be included in an amount of about 0.3 to 0.7% by weight.
  • the film forming agent may be, for example, but is not limited to texanol. Based on the total weight of the insulation composition, the film former may be included in an amount of about 1 to 3% by weight.
  • the preservative may be, for example, but is not limited to n-alkyl dimethyl benzyl ammonium. Based on the total weight of the insulation composition, the preservative may be included in an amount of about 0.1 to 0.5% by weight.
  • the insulating composition contains water (H 2 O), and water can be used to adjust viscosity. Based on the total weight of the insulation composition according to the embodiment, water may be about 14 to 18% by weight, and within this range, when the composition is applied to a metal or alloy surface, optimal adhesion and adhesion can be achieved, The curing speed can be improved.
  • the insulation composition of the present invention may additionally include a fluorine-based surfactant.
  • the fluorine-based surfactant may contain a perfluoroalkyl group and may be included in an amount of 0.1 to 0.5% by weight based on the total weight of the composition. By including it within the above weight% range, excellent smoothness of the coating film can be imparted.
  • Figure 2 is a diagram showing a cross-section of an initial fire extinguishing microcapsule included in the water-based paint composition of the present invention.
  • the water-based paint composition of the present invention may include fire extinguishing microcapsules for initial fire extinguishment, and the fire extinguishing microcapsules may be configured in a form including a core-shell structure, as shown in FIG. 2.
  • the microcapsule of the present invention consisting of a core-shell structure
  • it is used to initially extinguish a fire by discharging the fire extinguishing composition, which is a material within the microcapsule, to the outside.
  • the fire extinguishing composition may vaporize and expand due to heat, but does not react (rupture or leak) due to the durability and airtightness of the shell portion, and then bursts and vaporizes by self-sensitizing to a temperature of 120 to 220 ° C in the event of a fire.
  • the fire extinguishing composition is sprayed directly on the flame and can extinguish the fire by breaking the chain reaction among the four conditions of combustion: fuel (combustibles), oxygen (air), heat (ignition source), and chain reaction. And re-burning can be suppressed by cooling from 800°C to 30°C within 15 seconds.
  • the microcapsule according to this embodiment includes a micro-sized shell portion with a closed space formed therein, and a fire extinguishing composition on the core portion located inside the shell portion.
  • the shell portion is preferably made of a non-porous high molecular weight polymer in order to function in response to temperature.
  • a non-porous high molecular weight polymer for example, polyurethane resin, polyurea resin, polyamide resin, polyester resin, polycarbonate resin, aminoaldehyde resin, melamine resin, polystyrene resin, styrene-acrylate copolymer resin, styrene-methacrylate copolymer resin.
  • gelatin polyvinyl alcohol, phenol formaldehyde resin, and resorcinol formaldehyde resin.
  • the shell portion may be configured to include melamine-urea-formaldehyde resin, which has a sensitive temperature response, and has a temperature range of 120 ⁇ 120.
  • Excellent fire extinguishing effect in the early stages of a fire can be achieved by sensitively self-sensing at a temperature in the 220°C range, destroying the shell and spraying extinguishing substances.
  • the shell portion forms the outer shape of the microcapsule.
  • the shell portion is formed in a spherical shape
  • the shell part may be formed in a tube shape, and the fire extinguishing composition may be built into the closed space inside the tube-shaped shell part.
  • the core portion present inside the shell portion may contain a fire extinguishing composition.
  • the fire extinguishing composition of the present invention includes perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane ( 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane).
  • the perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane (1,1,2, 2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane) has excellent storage stability inside the shell and can exhibit effective spraying efficiency when released outside the shell.
  • the perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane (1,1, 2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane) is preferably mixed in a ratio of 1:3 to 3:1.
  • the fire extinguishing ability and extinguishing substances in the core of the shell Problems may arise in the storage stability of perfluoro 2-methyl-3-pentanone if the ratio of perfluoro 2-methyl-3-pentanone to 1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane exceeds 3:1. A problem may arise in which the re-burning prevention effect of the fire extinguishing agent in the shell core is reduced.
  • the particle size of the extinguishing microcapsules of the present invention is preferably adjusted to 60-80 ⁇ m.
  • the particle diameter of the microcapsule is less than 60 ⁇ m, the particle diameter of the capsule becomes small, which may lead to difficulties in the process of applying it to a specific area on the surface of the object. Conversely, if it exceeds 80 ⁇ m, the surface area per unit weight becomes small and temperature changes occur. Problems may arise in which rapid response is not possible.
  • the content of the rust-preventive acrylic emulsion is 30 to 40% by weight, and the total content of the three types of hollow ceramic particles is 25 to 40% by weight. 35% by weight, and the content of the extinguishing microcapsules is preferably 5 to 15% by weight.
  • the physical properties such as weather resistance, durability, heat resistance, and contamination resistance, as well as the insulation effect of the insulation layer, can be optimally adjusted.
  • a problem may occur in which the initial fire extinguishing effect is insufficient.
  • painting workability deteriorates due to an increase in viscosity, the durability of the dry coating film deteriorates, and it may be inappropriate in terms of manufacturing costs.
  • the content of the extinguishing microcapsules is preferably adjusted to 1:2 to 1:4.
  • the content of the fire extinguishing microcapsules is less than 2 compared to the total content of the three types of hollow ceramic particles, a problem may occur in which the insulation performance deteriorates in normal times when a fire does not occur, and the content of the fire extinguishing microcapsules is 3. If the total content of hollow ceramic particles exceeds 4, a problem may occur in which fire extinguishing performance deteriorates in the event of a fire.
  • the fire extinguishing performance of the fire extinguishing microcapsule can be optimized and excellent thermal insulation performance can be exhibited.
  • Figure 3 is an actual photograph showing the state over time when the cured product obtained by drying and curing the water-based paint composition of the present invention is ignited and extinguished by finely pulverized particles, where 3a is before ignition (0 seconds) and 3b is represents the state after 4 seconds, 3c after 8 seconds, and 3d after 15 seconds.
  • the particles are burned and ignited for up to 8 seconds after ignition, but after 8 seconds, they are gradually extinguished and tend to be completely extinguished after 15 seconds. This is because the shell of the microcapsule contained in the composition undergoes thermal runaway at 120-220°C when a fire occurs. When it reaches this temperature, it melts and bursts within 8 seconds and the fire extinguishing agent in the core is sprayed, and the fire extinguishing agent is cooled from 800°C to 30°C within 15 seconds to suppress re-combustion, so the tendency is the same as above. can be seen as visible.
  • FIG. 4 is a diagram showing the differential scanning calorimetry (DSC) curve of N-H microcapsules and the microcapsule change (SEM image) according to temperature change.
  • the microcapsules exist in a spherical shape, but at around 150°C, it responds to temperature and confirms that the shell part exists in a ruptured form, indicating that the extinguishing agent in the core can be sprayed in the 120 ⁇ 220°C response temperature range.
  • the following composition was stirred to prepare an insulating composition with fire extinguishing function.
  • the N-H-micro digestive capsule of Example 1 is composed of a single shell-core structure, and the core portion is composed of perfluoro 2-methyl-3-pentanone and 1,1 ,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane) is contained in a 1:1 content, and the shell part is melamine-urea- It is composed to contain formaldehyde resin (Melamine-urea-formaldehyde resin).
  • An insulating composition was prepared by stirring a composition having the composition and ratio according to existing Korean Patent No. 10-2283891.
  • the specific composition and composition ratio are listed in Table 1 below.
  • An insulating composition was prepared by stirring a composition having the composition and ratio according to existing Korean Patent No. 10-2283877.
  • the specific composition and composition ratio are listed in Table 1 below.
  • An insulating composition was prepared by stirring a composition having the composition and ratio according to existing Korean Patent No. 10-2311501.
  • the specific composition and composition ratio are listed in Table 1 below.
  • Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were applied and dried on one surface of the object to be coated under the conditions shown in [Table 2] below to form a dry coating film.
  • KS F 3101 ordinary plywood with a thickness of 1.2 mm, a width of 200 mm, and a height of 250 mm was used.
  • One surface on which the dry coating film of Example 1 was formed was sealed by covering the open upper surface so that the burner flame was in contact with the surface, and then the following temperatures and times were measured while the burner flame was sealed.
  • the initial extinguishing self-sensing temperature is measured using a digital thermometer when the microcapsule reacts when the burner flame contacts the surface.
  • Initial extinguishing time The time from when the microcapsule reacts after ignition to when the flame disappears and the first smoke appears.
  • Example 1 Measurement items of Example 1 unit 1 time Episode 2 3rd time 4 times 5 times Initial fire extinguishing self-sensing temperature °C 170 165 180 165 170 Initial fire extinguishing time sec 8 8 9 8 8 Reburn suppression time sec 15 15 16 15 15 15
  • the dry coating film formed using the external water-based paint composition for step insulation and early fire extinguishing of the present invention was confirmed to have excellent insulation performance, showing a thermal conductivity of less than 0.03 W/m ⁇ K in normal times.
  • the shell of the microcapsule quickly reaches 120-220°C due to thermal runaway, detects this temperature, melts and bursts within 8 seconds, spraying the extinguishing agent in the core, and the extinguishing agent cools from 800°C to 30°C within 15 seconds and re-ignites. It was confirmed that cattle were suppressed.
  • the water-based paint composition of the present invention can form a dry coating film that exhibits a thermal conductivity of 0.03 W/m ⁇ K or less and at the same time has excellent initial fire suppression performance.
  • Inorganic filler (calcined microalumina + calcined microsilica + microzinc phosphate)

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Abstract

본 발명은 평균입경이 다른 3종의 중공형 세라믹입자, 방청성 아크릴에멀젼, 및 초기 화재진화용 마이크로 소화캡슐을 포함하여, 단열성이 우수하면서도 화재 발생을 조기에 진압할 수 있는 수성도료 조성물을 제공한다.

Description

단열 및 초기 화재 소화용 내부 수성도료 조성물
본 발명은 평균입경이 다른 3종의 중공형 세라믹입자, 방청성 아크릴에멀젼, 및 초기 화재진화용 마이크로 소화캡슐을 포함하여, 단열성이 우수하면서도 화재 발생을 초기에 진압할 수 있는 수성도료 조성물에 관한 것이다.
현재까지 화석연료의 사용으로 인한 환경오염 방지대책과 자원의 유한성으로 인한 에너지 절감대책이라는 목적을 동시에 해결하기 위한 방안을 수립하기 위한 다양한 프로젝트가 수립되고 있으며, 특히 열에너지의 적절한 제어에 의한 생활에너지의 감소와 쾌적하고 안락한 환경을 제공하기 위해 건물이나 차량 등에 대한 이러한 열에너지의 제어수단이 부여된 도막제나 열차단 필름이 많이 사용되고 있다.
태양광은 전자파의 일종으로 피도물의 표면에 흡수되어 분자의 진동을 유발해 열에너지를 발생시키며, 이에 따라 피도물의 표면의 온도가 상승하게 되고, 이는 곧 피도물 내부의 온도를 상승시키는 원인이 된다. 따라서, 피도물이 태양광선을 미리 반사하거나 반사되지 않고 흡수된 적외선에 의한 열에너지가 피도물 내부로 이동하는 것을 차단할 필요가 있다.
이러한 단열 효과를 통한 에너지 절감형 도료 제품이 시장에 출시되고는 있지만, 충분한 단열 효과가 발생하지 않고 있다.
또한, 단열을 위한 도료의 피도물에 대한 부착성이 충분하지 않아 피도물에서 분리되어 신뢰성과 내구성이 급격히 저하될 수 있고, 부착성 확보를 위해 하도층이나 중도층이 별도로 코팅(도장)될 수 있으며, 이로 인해 전체적인 코팅층의 두께가 두꺼워질 수 있다. 또한, 피도물 별로 하도층 및 중도층의 종류가 다르고, 피도물의 바탕처리가 까다롭기 때문에, 전체적인 시공 비용 및 시간이 증가하여 경제성이 떨어지고, 전문 작업자와 전문 설비가 필요할 수 있다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-1561567호에는 초미립자 실리카 입자, 루타일 이산화티탄, 탄산칼슘, 수지 바인더 및 물을 포함하는 차열 도료 조성물에 대하여 기재되어 있지만, 단열 성능이 낮을 수 있고, 부착성에 문제가 있을 수 있다.
따라서, 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 단열 조성물의 개발이 요구되었으며, 추가적으로, 일반적인 건축물에 화재 발생시, 초기에 진압하지 못할 경우에 걷잡을 수 없는 속도로 불이 번지게 되는 바, 초기에 화재 발생을 진압하여 화재 확산과 재연소 방지를 통해 화재의 피해를 극소화 시킬 수 있는 도료 조성물이 요구되었다.
본 발명의 목적은 건축물의 내부에 도장되는 도료 조성물을 제공하여, 하절기에는 실내로의 태양 복사열 차단을 통해 냉방 부하의 에너지를 절감시키며, 동절기에는 실내 난방 대류열이 외부로 유출되는 것을 차단하고, 외부의 찬 기온이 실내로 유입되는 것을 차단하여 난방부하의 에너지를 절감시키고자 함에 있다.
아울러, 화재 발생을 초기에 소화하여, 화재 확산 및 재연소 방지를 통해 화재의 피해를 극소화 시킬 수 있는 친환경 수성 도료 조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시형태는 평균입경이 서로 다른 3종의 중공형 세라믹 입자; 방청성 아크릴 에멀젼; 및 120~220℃온도에서 자가 온도 감응하는 초기화재 소화 마이크로캡슐을 포함하되, 상기 중공형 세라믹 입자는 평균입경이 10~20㎛인 제1 중공형 세라믹 입자, 평균입경이 20~30㎛인 제2 중공형 세라믹 입자 및 평균입경이 30~60㎛인 제3 중공형 세라믹 입자를 포함하는 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시 형태로서, 상기 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물에서 상기 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 방청성 아크릴 에멀젼의 함량은 30~40 중량%이고, 상기 3종의 중공형 세라믹 입자의 총 함량은 25~35중량%이며, 상기 소화용 마이크로 캡슐의 함량은 5~15 중량% 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 형태로서, 상기 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물에서 상기 3종의 중공형 세라믹 입자는 상기 평균 입경이 서로 다른 3종의 중공형 세라믹 입자는 소다라임 보로 실리케이트(sodalime borosilicate), 소디움 보로실리케이트(sodium borosilicate) 및 다공성 마이크로 규조토 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물에서 상기 내부 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로, 제3 중공형 세라믹 입자의 함량은 2~6 중량% 이고, 제2 중공형 세라믹 입자의 함량은 6~10 중량% 이며, 제1 중공형 세라믹 입자의 함량은 12~20 중량% 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물에 포함된 초기화재 소화용 마이크로 캡슐은 코어-쉘 구조 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물에 포함된 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 코어부는 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)의 함량 비율은 1:3~3:1 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물에 포함된 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 쉘부는 멜라민-요소-포름알데히드 수지 (Melamine-urea-formaldehyde resin)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태로서, 상기 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물에 포함된 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 평균입경은 60~80㎛ 일 수 있다.
본 발명 조성물은 평균입경이 다른 3종의 중공형 세라믹입자, 방청성 아크릴에멀젼, 및 초기 화재진화용 마이크로 소화캡슐을 포함하여, 우수한 단열 성능을 발휘하며, 화재 발생 초기에 화재를 진압하여 화재확산과 재연소를 방지하여 화재의 피해를 극소화 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 수성도료 조성물이 경화 건조되면서 형성된 초기 화재 소화용 내부용 단열 도료 도막 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 수성도료 조성물에 포함되는 초기 화재 소화용 마이크로 캡슐의 일 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 수성도료 조성물을 건조 및 경화시킨 경화물을 이를 잘게 분쇄한 알갱이에 불꽃을 점화하고 소화시킬 때 시간별 상태를 나타낸 사진이다.
도 4는 N-H 마이크로캡슐의 DSC곡선과 온도 변화에 따른 마이크로 캡슐 변화(SEM Image)를 나타내는 도면이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 수성도료 조성물은 평균입경이 다른 3종의 중공형 세라믹입자, 방청성 아크릴에멀젼, 및 초기 화재진화용 마이크로 소화캡슐을 포함한다.
상기 초기 화재진화용 마이크로 소화캡슐은 소화 가스를 포함하는 코어, 유기 화합물로 구성된 초박막 형태의 쉘로 구성되므로, 상기 중공형 세라믹 입자에 비하여 비중이 낮으므로, 본 발명의 조성물을 피도물에 도포할 경우 상기 초기 화재진화용 마이크로 소화캡슐은 코팅막의 최상부에 위치할 수 있다.
본 발명의 방청성 아크릴 에멀젼은 단차열 조성물의 바인더(binder)로서 기능할 수 있으며, 방청제와 아크릴 수지가 중합된 후 물에 분산되어 형성될 수 있다.
여기에서 방청제는 특별히 한정되지 않지만, 아민 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 아질산염류, 벤조산 암모늄, 프탈산 암모늄, 스테아르산 암모늄, 팔미트산 암모늄, 올레산 암모늄, 탄산암모늄, 디시클로헥실아민 벤조산염, 요소, 우로트로핀, 티오 요소, 카르바민산페닐, 시클로헥실암모늄-N-시클로헥실카르바메이트(CHC) 중에서 하나 이상 일 수 있다.
상기 방청성 아크릴 에멀젼에서 비휘발분 (Non-Volatile Material, NVM)의 함량은 유기 용매의 양을 통해 조절될 수 있으며, 상기 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼 기준으로 40~50 중량%인 것이 바람직한데, 비휘발분(Non-Volatile Material, NVM)의 함량이 40 중량% 미만이면 형성된 단차열층의 내후성, 내구성, 내부식성, 내열성이 저하될 수 있으며, 50 중량%를 초과하는 경우, 수성도료 조성물의 작업성 및 양산성이 저하될 수 있다.
상기 방청성 아크릴 에멀젼의 유리전이온도(Tg)는 20~50℃ 일 수 있는데, 20℃ 미만일 경우에는 도막이 깨지는 문제가 있을 수 있고, 40℃를 초과할 경우에는 도막의 건조가 늦어지는 문제가 있을 수 있다.
상기 방청성 아크릴 에멀젼의 최소 조막 온도(Minimum Film Formation Teamperature, MFFT)는 10~40 ℃일 수 있는 데, 10℃ 미만일 경우에는 단차열층 내에 방청성 조막이 충분히 형성되지 못하는 문제가 있을 수 있으며, 40℃를 초과할 경우에는 방청제의 응집 현상으로 저장안정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 방청성 아크릴 에멀젼의 pH는 8~10의 범위에서 조절될 수 있는데, pH가 8 미만일 경우에는 방청성 아크릴 에멀젼에 포함된 방청제의 응집 또는 상분리가 일어나 저장안정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 10을 초과할 경우에는 겔화(gelling)되는 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로 상기 방청성 아크릴 에멀젼으로는 BASF사의 존크릴프로 1522 (Joncryl PRO 1522), 존크릴프로 1525 (Joncryl Pro 1525), 아크로날프로 761 (Acronal Pro 761) 등의 물질 중에서 하나 이상을 사용할 수 있다.
위와 같은 방청성 아크릴 에멀젼은 본 발명의 단열 조성물이 경화되어 단열층이 형성될 때, 내후성, 내구성, 내부식성, 내열성을 향상시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 상기 방청성 아크릴 에멀젼과 같은 아크릴계 바인더는, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연(Zinc phosphate)과 함께 사용되면, 단열층(도막, 코팅층) 형성 시 경화과정에서 유기결합력이 다른 계열의 바인더보다 약 20% 이상 강해질 수 있고, 이로 인해 하도나 중도 없이 단열층의 부착성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 금속이나 비철금속과 같은 재질에 대해서도 우수한 부착성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연은, 방청성 아크릴 에멀젼과 동시에 사용되었을 때, 단열층(도막) 형성 시 경화 과정에서, 각 성분 간의 강력한 유기결합에너지를 통해 매우 우수한 수준의 부착성 및 밀착성을 구현할 수 있고, 내구성, 내후성, 방청성, 자가정화성, 또한 크게 향상시킬 수 있다.
위와 같이, 단열 조성물이 경화되어 형성된 단열층은 피도물의 소재에 무관하게 매우 우수한 수준의 밀착성과 부착성을 나타낼 수 있고, 이로 인해 별도의 하도층이나 중도층이 불필요하고, 단일의 단열층 만으로도 충분한 단열 성능을 구현할 수 있으며, 매우 얇은 두께로도 충분한 단열 효과를 나타낼 수 있다.
이러한 우수한 단열 효과로 인하여, 본 발명의 단열층의 두께는 300 ㎛ 이하로 구성될 수 있으며, 이러한 초박(ultra-thin) 도막(단열층)으로도 종래의 단열층들보다 우수한 단열 효과를 나타낼 수 있다는 것을 확인할 수 있다
또한, 본 발명 조성물을 사용할 경우, 단위 면적당 도장되어야 할 단열 조성물의 중량이 크게 감소할 수 있고, 이로 인해 도장 시간을 단축시키고 비용을 절감시킬 수 있다.
아울러, 도막 형성 시 경화 과정에서, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나 및 마이크로 인산 아연이 아크릴계 바인더와 결합하여 유기결합력이 다른 종류(계열)의 바인더들에 비해 약 20% 이상 강해지는 시너지 효과(synergy effect)가 발생하는 바, 전술한 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성이 현저하게 향상될 수 있다.
마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연은, 통상적인 마이크로파를 이용한 소성로를 이용하여 마이크로파를 조사하여 발열시킴으로써 제조될 수 있다. 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연은 낮은 열팽창률과 낮은 열충격성을 가짐으로써 단열층의 열화 및 수축 팽창을 억제할 수 있고, 동시에 우수한 방청 성능도 나타낼 수 있다. 바람직한 소성 온도는 약 700~1500 ℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 약 800~1200 ℃일 수 있다.
단열 조성물 전체 중량을 기준으로, 마이크로 소성 실리카는 약 2~6 중량%일 수 있고, 마이크로 소성 알루미나는 약 2~6 중량%일 수 있으며, 마이크로 인산 아연은 약 3~7 중량% 포함될 수 있다. 상기와 같은 함량범위내로 조절할 경우, 단열층의 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성이 더욱 향상된 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명의 중공형 세라믹 입자는 주로 단열성을 향상시키는 역할을 수행한다. 중공형 세라믹 입자는 내부에 중공을 포함하므로, 외부에서 유입되는 열 전달 속도를 최소화시킬 수 있고, 이로 인해 단열층의 단열성을 크게 향상시킬 수 있다.
중공형 세라믹 입자는, 마이크로 스피어 형태를 가질 수 있으며, 소다라임 보론실리케이트(Soda lime borosilicate)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 소다라임 보론실리케이트(Soda lime borosilicate)를 사용할 경우, 우수한 압축 강도를 제공할 수 있는 바, 건축물 도료 소재로 사용하기에 적합하다.
한편, 본 발명에서는 서로 다른 3종의 중공형 세라믹 입자를 혼합하여 사용함으로써 열전도도를 단계적으로 낮추어 도막의 외부에서 내부로, 또는 도막의 내부에서 외부로의 열전달을 최소화하여 단열성능을 극대화 할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 중공형 세라믹 입자는 평균입경이 30~60㎛로 이루어진 제3 중공형 세라믹 입자, 평균입경이 20~30㎛로 이루어진 제2 중공형 세라믹 입자, 평균입경이 10~20㎛로 이루어진 제1 중공형 세라믹 입자를 포함하도록 구성될 수 있다.
먼저, 제1 중공형 세라믹 입자는 도막상 소화마이크로캡슐 층이 표면 맨위에 형성되고 바로 하부에 형성되어 첫번째 열전도 차단(단열)역할을 하며 입자크기는 가장 작고 표면적이 가장 커서 단열효과가 가장 크다. 제1 중공형 세라믹 입자의 평균입경은 10~20㎛가 바람직하다.
두번째로 제2 중공형 세라믹 입자는 도막상 제1 중공형 세라믹 입자 형성층의 바로 하부에 형성될 수 있으며, 제1 중공형 세라믹 입자층에서 차단하지 못한 열을 2단계로 차단하는 역할을 하며, 평균입경, 표면적은 3종의 중공형 세라믹 입자 중 제1 중공형 세라믹 입자에 이어 두번째 일 수 있으며, 단열효과도 제1 중공형 세라믹 입자층에 이어 두번째 일 수 있다. 제2 중공형 세라믹 입자의 평균입경은 20~30㎛이 바람직하다.
마지막으로 제3 중공형 세라믹 입자는 제2 중공형 세라믹입자가 형성한 도막과 피도물의 표면 사이에 형성되어, 제2 중공형 세라믹 입자층에서 차단하지 못한 열을 마지막으로 차단할 수 있는 역할을 하며 입자크기는 가장 크고 표면적이 가장 작아 단열 효과도 가장 작다. 제3 중공형 세라믹 입자의 평균입경은 30~60㎛가 바람직하다.
한편, 상기 제1 중공 세라믹 입자의 함량은 2~6중량%, 제2 중공 세라믹 입자의 함량은 6~10중량%, 제3 중공 세라믹 입자의 함량은 12~20중량%로 조절되는 것이 바람직한데, 상기와 같이 각각의 중공 세라믹 입자의 평균입경 범위를 다르게 조절하고, 평균입경이 작은 입자는 상대적으로 적은 범위로, 평균입경이 큰 입자의 함량은 상대적으로 많은 범위로 포함시켜 열교 현상(heat bridge)을 최대한 방지하여 단열 성능을 극대화 할 수 있다.
위와 같이 평균입경이 서로 다른 3종의 중공세라믹 입자를 혼합하여 사용함으로써, 열전도도를 단계적으로 낮추어 도막의 외부에서 내부로, 또는 도막의 내부에서 외부로의 열전달을 최소화하여 단열성능을 극대화 할 수 있다.
상기와 같이 열전도도를 단계적으로 낮추어 단열성능을 극대화 할 수 있는 효과는 종류가 다른 각 세라믹 입자의 표면적의 차이를 둠으로써 달성할 수 있는데, 상기 제1 중공 세라믹 입자, 제2 중공 세라믹 입자 및 제3 중공 세라믹 입자가 각각 형성한 층을 제1 단열층, 제2 단열층, 제3 단열층이라 할 때, 열전도는 제1 단열층, 제2 단열층, 제3 단열층의 순서로 차단될 수 있으며, 이 때 단열량의 크기를 비교하면 제1 단열층 단열량>제2 단열층 단열량>제3 단열층 단열량 일 수 있다.
도 1은 본 발명의 수성도료 조성물이 경화 건조되면서 형성된 초기 화재 소화용 내부용 단열 도료 도막 단면도를 나타내는 도면이다.
도 1a는 초기소화용 N-H 마이크로 소화캡슐(10), 제1 중공형 세라믹입자(20), 제2 중공형 세라믹입자(30), 제3 중공형 세라믹입자(40) 및 무기필러(50)를 포함하는 조성물을 피도물(60)에 도포하여 경화 건조되기 전의 상태를 나타낸 것이다.
도 1b는 상기의 입자들이 각각 순차적으로 형성한 초기 소화용 마이크로캡슐층(10a), 단열층(20a), 하도층(30a)을 나타낸 것이다.
본 발명의 수성도료 조성물은 경화하면서 초기 소화용 마이크로캡슐층(10a)이 도막의 최상부에, 그 아래에 순차적으로 단열 성능이 있는 단열층(20a), 상기 무기필러를 포함하는 하도층(30a)이 배열될 수 있다.
본 발명의 수성도료 조성물은 경화 건조되면서, 초기소화용 마이크로캡슐층(10a)이 도막의 최상부에 위치할 수 있는데, 상기와 같이 최상부에 위치함으로써 화재 발생시 마이크로캡슐이 신속하게 온도를 자가감응하여 기화된 조성물이 화염에 직접 분사되어 빠르게 초기 화재에 대응할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 수성도료 조성물은 경화 건조되면서, 비중 차이에 의해 중공형 세라믹 입자는 상대적으로 단열층의 하부에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 단열층이 피도물에 접촉되는 제1 면, 그리고 제1 면의 반대 면인 제2 면(외부에 노출되는 면)을 포함하는 경우, 단열층을 두께 방향으로 절단한 단면에서, 제1 면에서 제2 면 방향으로 갈수록 중공형 세라믹 입자의 개수가 많아 질 수 있다. 위와 같이 중공형 세라믹 입자의 대부분이 하부(상대적으로 제2 면에 가까운 부분)에 배치되므로, 실내의 열이 피도물의 단열 도막층을 통해 외부로 유출되는 것을 매우 효과적으로 억제할 수 있고, 단열층의 단열 성능이 극대화될 수 있다.
본 발명의 수성도료 조성물은 경화하면서 초기소화용 마이크로캡슐층(10a)이 도막의 최상부에 형성될 수 있는데, 이는 본 발명의 수성도료 조성물에 포함되는 마이크로 캡슐의 70% 이상이 도막의 최상부에 위치하여 초기소화용 마이크로캡슐층(10a)이 형성되었음을 의미할 수 있으며, 상기와 같이 마이크로 캡슐의 많은 양이 도막의 최상부에 위치함으로써, 화재 발생시 초기 화재를 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 수성도료 조성물은 경화하면서 마이크로캡슐층(10a)의 하부에 단열 성능이 있는 단열층(20a)을 형성할 수 있는데, 이는 본 발명의 수성도료 조성물에 포함되는 중공형 세라믹 입자의 70% 이상이 마이크로캡슐층(10a)의 하부에 위치하여 단열 성능이 있는 단열층(20a)이 형성되었음을 의미할 수 있으며, 상기와 같이 중공형 세라믹 입자의 많은 양이 마이크로캡슐층(10a)의 바로 하부에 위치함으로써, 초기 화재를 진압할 수 있는 기능을 나타내면서도 0.03 W/m·K 이하의 열전도율을 달성할 수 있다.
본 발명의 단열 조성물은 불소계 얼룩 방지제(Fluoro stain resistant additive)를 추가로 포함할 수 있다.
불소계 얼룩 방지제는 단열층에 발수성 및 발유성을 부여할 수 있어서, 단열층의 내구성을 향상시킬 수 있다. 불소계 얼룩 방지제는 불소기를 함유한 폴리우레탄, 불소기를 함유한 폴리아크릴 에멀젼 및 불소기를 함유한 폴리아크릴 변성우레탄 에멀젼 중 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 단열 조성물 전체 중량을 기준으로, 불소계 얼룩 방지제는 약 1~3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 중량범위로 포함될 경우, 도막의 발수성 및 발유성이 적절히 향상된다.
추가적으로 본 발명 조성물은 지르코-알루미네이트 커플링제를 포함할 수 있다.
지르코-알루미네이트 커플링제는 금속 또는 합금과의 밀착성 및 부착성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 단열 조성물이 금속/합금 피도물 표면에 코팅되는 경우, 단열층과 피도물 표면과의 부착성 및 밀착성이 크게 향상될 수 있고, 하도층, 중도층, 프라이머층 등의 별도 층이 불필요하여 단일의 층으로 구현될 수 있으며, 매우 얇은 도막 두께를 구현할 수 있다.
단열 조성물 전체 중량을 기준으로, 지르코-알루미네이트 커플링제는 약 0.3~0.7 중량%로 포함될 수 있다.
단열 조성물은, 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 증점제, 부식 억제제(corrosion inhibitor), pH 조절제, 필름 형성제(film forming agent), 방부제, 또는 소포제 중 하나 이상을 더 포함한다.
프로필렌 글리콜은 냉동 안정제로 기능할 수 있다. 단열 조성물 전체 중량을 기준으로, 프로필렌 글리콜은 약 0.1~0.5 중량%로 포함될 수 있다.
증점제는 조성물의 점도 조절, 증점 및 칙소성 부여, 입자의 침강 방지, 재분산성 개선, 흐름성 개선 등과 같은 입자의 저장 안정성을 향상시킬 수 있다.
증점제는, 예를 들어, 하이드록시에틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단열 조성물 전체 중량을 기준으로, 증점제는 약 0.1~0.5 중량%로 포함될 수 있다.
부식 억제제는 고온 다습한 환경에서도 부식을 최소화시킬 수 있고, 단열 조성물 전체 중량을 기준으로, 약 0.8~1.2 중량%로 포함될 수 있다.
pH 조절제는 조성물의 산도를 일정 범위 내로 조절하는 데 사용될 수 있고, 예를 들어, 아미노메틸프로판올(amp) 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단열 조성물 전체 중량을 기준으로, pH 조절제는 약 0.3~0.7 중량%로 포함될 수 있다.
필름 형성제(film forming agent)는, 예를 들어, 텍산올(texanol)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단열 조성물 전체 중량을 기준으로, 필름 형성제는 약 1~3 중량%로 포함될 수 있다.
방부제는, 예를 들어, 알킬 디메틸 벤질 암모늄(n-alkyl dimethyl benzyl ammonium)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단열 조성물 전체 중량을 기준으로, 방부제는 약 0.1~0.5 중량%로 포함될 수 있다.
단열 조성물은 물(H2O)을 포함하고, 물은 점도를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 실시예에 따른 단열 조성물 전체 중량을 기준으로 물은 약 14~18 중량% 일 수 있고, 이러한 범위 내에서, 조성물이 금속이나 합금 표면에 도포되었을 때, 최적의 부착성 및 밀착성을 구현할 수 있고, 경화 속도를 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 단열 조성물은 불소계 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다
상기 불소계 계면활성제는 퍼플루오로 알킬기를 포함할 수 있으며, 전체 조성물 중량을 기준으로 0.1~0.5중량% 포함될 수 있는데, 상기 중량%의 범위로 포함시킴으로써, 우수한 도막의 평활성을 부여할 수 있다.
도 2는 본 발명의 수성도료 조성물에 포함되는 초기 화재 소화용 마이크로 캡슐의 일 단면을 나타내는 도면이다.
본 발명의 수성도료 조성물에는 화재 초기 소화를 위한 소화용 마이크로 캡슐이 포함될 수 있는데, 상기 소화용 마이크로 캡슐은 도 2에 도시된 바와 같이, 코어-쉘 구조를 포함한 형태로 구성될 수 있다.
코어-쉘 구조로 이루어진 본 발명 마이크로 캡슐의 경우, 마이크로 캡슐 내의 물질인 소화 조성물을 외부로 배출시켜 화재를 초기에 소화하는 용도로 사용된다.
구체적으로, 화재 발생 시 소화 조성물이 열에 의해 기화되어 팽창될 수 있으나, 상기 쉘 부의 내구성 및 기밀성에 의해 반응(파열, 누출)하지 않고 있다가, 화재 시 120~220℃ 온도를 자가감응하여 터지며 기화된 소화 조성물이 화염에 직접 분사 작용하여, 연소의 4조건인 연료(가연물), 산소(공기), 열(발화원), 연쇄반응 중, 열(발화원)과 연쇄반응을 끊어주어 화재를 소화할 수 있으며 15초이내에 800℃에서 30℃로 냉각시켜 재연소를 억제할 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 마이크로 캡슐은 내부에 폐공간이 형성된 마이크로 크기의 쉘 부와, 쉘 부의 내측에 위치하는 코어부 상의 소화 조성물을 포함한다.
쉘부는 화재 발생 시 열폭주로 120~220℃에 도달하면 이 온도를 감지(자가 온도 감응)해서 8초내에 녹아터져서 코어내의 소화물질이 분사되어 초기에 화재를 소화 할 수 있는 열가소성 수지로 형성 할 수 있다.
그리고 15초 이내에 800℃에서 30℃로 냉각시켜 재연소를 억제할 수 있다.
구체적으로, 상기 쉘 부는 온도 반응에 의한 역할을 수행하기 위하여, 비다공성 고분자 중합체로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어서, 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 아미노알데히드 수지, 멜라민 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌-아크릴레이트 공중 합체 수지, 스티렌-메타 크릴레이트 공중합체 수지, 젤라틴, 폴리비닐알코올, 페놀포름알데이드 수지 및 레소시놀 포름알데히드 수지에서 선택된 하나 이상을 포함하여 제공될 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 쉘 부는 멜라민-요소-포름알데히드 수지 (Melamine-urea-formaldehyde resin)를 포함하도록 구성될 수 있는데, 상기 멜라민-요소-포름알데히드 수지는 온도 감응이 민감한 특성을 가지는 바, 120~220℃ 범위 온도에서 민감하게 자가 감응하여 쉘부가 파괴되어 소화물질이 분사되게 함으로써 우수한 화재 초기의 소화 효과를 얻을 수 있다.
상기 쉘 부는 마이크로 캡슐의 외형을 형성한다.
한편 본 실시예에서는 쉘 부가 구형으로 형성되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 쉘 부는 튜브 형태로 형성될 수 있으며, 튜브 형태의 쉘 부 내부의 폐공간에 소화 조성물이 내장될 수 있다.
쉘 부의 내측에 존재하는 코어부에는 소화 조성물이 포함될 수 있다.
상기 본 발명의 소화조성물은 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)는 쉘의 내부에서의 저장안정성이 뛰어나며, 쉘 외부로 방출 시 효과적인 분사효율을 나타낼 수 있다.
한편, 상기 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)는 1:3~3:1의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논 대 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 비율이 1:3 미만일 경우에는 소화능력 및 쉘의 코어 내 소화물질의 저장 안정성에 문제가 발생할 수 있으며, 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논 대 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 비율이 3:1 초과일 경우 쉘 코어 내 소화물질의 재연소 방지 효과가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 소화용 마이크로 캡슐의 입경은 60~80㎛로 조절되는 것이 바람직하다.
상기 마이크로 캡슐의 입경이 60㎛ 미만일 경우, 캡슐의 입경이 작아져 피도물 표면의 특정 부위에 도포시키는 공정상에 어려움이 있을 수 있으며, 반대로 80㎛를 초과할 경우 단위 중량당 표면적이 작아져 온도 변화에 따른 빠른 반응성을 나타내지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
앞서 살퍼본 바와 같은 조성물을 포함하는, 상기 본 발명의 수성도료 조성물의 전체 중량을 기준으로, 상기 방청성 아크릴 에멀젼의 함량은 30~40 중량% 상기 3종의 중공형 세라믹 입자의 총 함량은 25~35 중량%, 상기 소화용 마이크로 캡슐의 함량은 5~15 중량%으로 함유되는 것이 바람직하다.
이러한 함량범위내로 조절될 경우, 단열층의 단열효과를 비롯하여, 내후성, 내구성, 내열성, 내오염성 등의 물성이 최적으로 조절될 수 있는데, 5 중량% 미만일 경우 초기 소화 효과가 미비해지는 문제가 발생할 수 있고, 15 중량%를 초과하여 포함될 경우 점도의 상승 등으로 도장 작업성이 나빠지고 건조 도막의 내구성이 저하되며, 제조 원가의 측면에서 부적절 할 수 있다.
특히, 상기 소화용 마이크로 캡슐의 함량 : 3종의 중공형 세라믹 입자의 총 함량은 1:2~1:4로 조절되는 것이 바람직하다.
상기 소화용 마이크로 캡슐의 함량이 3종의 중공형 세라믹 입자의 총 함량 대비 2 미만일 경우에는 화재가 발생하지 않은 평시에 단열성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 상기 소화용 마이크로 캡슐의 함량이 3종의 중공형 세라믹 입자의 총 함량 대비 4를 초과할 경우에는 화재 발생시 소화성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기와 같은 범위내로 조절될 경우, 상기 소화용 마이크로캡슐의 소화 성능을 최적화 할 수 있으면서도, 우수한 단열성능을 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 수성도료 조성물을 건조 및 경화시킨 경화물을 이를 잘게 분쇄한 알갱이에 불꽃을 점화하고 소화시킬 때 시간별 상태를 나타낸 실제 사진으로, 여기에서 3a는 점화 전(0초), 3b는 4초 후, 3c는 8초 후, 3d는 15초 후의 상태를 나타낸다.
점화 후 8초까지는 상기 알갱이가 연소되어 발화되다가 8초 이후 차츰 소화되어 15초 후 완전 소화된 경향을 보이는데, 이는 조성물에 포함되어 있던 마이크로 캡슐의 쉘부가 화재 발생 시 열폭주로 120~220℃에 도달하여 이 온도를 감지(자가 온도 감응)해서 8초 내에 녹아 터져 코어내의 소화물질이 분사되고, 소화물질이 15초 이내에 800℃에서 30℃로 냉각시켜 재연소를 억제할 수 있으므로 상기와 같은 경향을 보이는 것으로 볼 수 있다.
도 4는 N-H 마이크로캡슐의 시차주사 열량분석(DSC, Differential Scanning Calorimetry) 곡선 및 온도 변화에 따른 마이크로 캡슐 변화(SEM Image)를 나타내는 도면이다.
72℃ 부근에서는 마이크로 캡슐이 구형으로 존재하고 있으나, 150℃ 부근에서는 온도 감응을 하여 쉘부가 파열된 형태로 존재하는 것을 확인함으로써, 120~220℃ 감응온도 범위에서는 코어내의 소화물질이 분사될 수 있는 것을 알 수 있었다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해서 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
하기 조성물을 교반하여 소화기능을 가지는 단열 조성물을 제조하였다.
구체적인 조성 및 조성비는 하기 표 1에 기재하였다.
한편, 실시예 1의 N-H-마이크로 소화캡슐은, 단일 쉘-코어 구조로 구성되며, 상기 코어부는 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)을 1:1 함량으로 포함하고, 쉘부는 멜라민-요소-포름알데히드 수지 (Melamine-urea-formaldehyde resin)를 포함하도록 구성되었다.
[비교예 1]
기존 대한민국 등록특허 제10-2283891호에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단열 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성 및 조성비는 하기 표 1에 기재하였다.
[비교예 2]
기존 대한민국 등록특허 제10-2283877호에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단열 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성 및 조성비는 하기 표 1에 기재하였다.
[비교예 3]
기존 대한민국 등록특허 제10-2311501호에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단열 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성 및 조성비는 하기 표 1에 기재하였다.
NO 구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
1 물(H2O) 13 15 14 14
2 냉동 안정제(Propylene Glycol) 0.2 0.3 0.3 0.3
3 불소계 계면활성제(FC 4430) 0.3 0.3 0.5 0.3
4 무용제 습윤제 (byk-190) - 0.3 - 0.3
5 증점제( NATRASOL 250HR) 0.3 0.3 0.3 0.3
6 부식 억제제(SYTHRO COR B) 0.4 0.5 1 0.5
7 필름 형성제(TEXANOL) 1.3 2 2 2
8 징크 피리티온(Zinc Pyrithion) 0.2 0.3 0.1 0.3
9 이산화티탄(TiO2) 8 10 7 7
10 이산화티탄 아나타제 나노파우더 - 0.5 - 0.5
11 마이크로 알루미늄 티타네이트(MICRO ALUMINIUM TITANATE) - - 2 -
12 마이크로 소성 알루미나 4 - 4 5
13 마이크로 소성 실리카 4 - 4 4
14 마이크로 인산 아연 4 - 5 4
15 티탄산칼륨(위스커) - - - -
16 오르토산 규산나트륨 - - - -
17 실리콘 아크릴 공중합 에멀젼 - 34 30 30
18 방청성 아크릴 에멀젼(BASF JONCRYL PRO 1522) 33 - - -
19 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼(ARKEMA KYNOR AQUATEC FMA12) - 5 5 5
20 퓸드 실리카(Fumed Silica) - 3 2 3
21 알루미늄 실리케이트(INSULADD) - 5 7 4
22 소다라임 보론 실리케이트 세라믹 할로우 마이크로스피어(K-20)30~60㎛ 4 - - -
23 소다라임 보론 실리케이트 세라믹 할로우 마이크로스피어 (H32HS)20~30㎛ 8 - - -
24 소다라임 보론 실리케이트 세라믹 할로우 마이크로스피어 (im 30K)10~20㎛ 14 7 9 5
25 알칼리 알루미노 실리케이트 마이크로스피어(무공체, 평균입경 1~5 ㎛) - 13 3 11
26 방부제(BIOCIDE 3300N) 0.1 0.5 0.3 0.5
27 PH 조절제(AMP 95) 0.3 0.5 0.5 0.5
28 ZIRCO-ALUMINATE 커플링제 0.3 - 0.5 -
29 소포제(BYK 024) 0.3 0.5 0.5 0.5
30 불소계 얼룩 방지제(3M SRC 220) 1.3 2 2 2
31 N-H-마이크로 소화캡슐 10 - - -
[시험예 1]
<건조도막 형성 조건>
실시예 1, 비교예 1~3의 조성물을 피도물의 일면에 아래 [표 2]의 조건으로 도포 및 건조하여 건조 도막을 형성하였다. 여기에서 피도물은 두께 1.2mm, 가로 200mm, 세로 250mm 규격의 KS F 3101 보통 합판을 사용하였다.
조건 단위 실시예1 비교예1 비교예2 비교예3
건조도막두께 (DFT) ㎛ 252 230 457 269
도장횟수 (붓) 회 2 2 4 2
하도건조도막두께 ㎛ - 82 - -
건조시간
(외기온도 33℃)		 횟수간 지촉건조 min 15 20 16 16
고화건조 min 25 30 40 25
상도 횟수간 도장간격 시간 min 30~40 40 60 40
* 비교예1에서 하도건조도막은 속건 방청 프라이머를 통해 형성
<건조도막 형성 후 일사반사율 등 성능 측정>
상기와 같이 실시예 1, 비교예 1~3의 조성물을 통해 형성한 건조 도막을 [표 3]과 같이 각각의 시험규격을 통해 항목을 측정하였다.
실험항목 단위 시험규격 실시예1 비교예1 비교예2 비교예3
열전도율 w/mk KSM 3809 : 2006 0.03 0.03 0.027 0.03
부착성 B KSM ISO 2409 또는 ASTM 3359 5B 5B 4B 5B
내오염성 급 KSF 4737의 7.7 및 KSK 0910 5급 5급 4급 5급
방청성 (내열수분무) hr KSD 9502 300 300 300 300
습기투과성 (sd) m KSF 4715 : 2007 1.5 1.5 0.8 1.0
투수성 cm/hr KSF 2274 우수 우수 우수 우수
촉진
내후성		 시간 hr KSM ISO 4892-1
4892-2		 1200 1200 1200 1200
도막외관 1200hrs후 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음
내세척성 회 KSM 5000의 3351 1000 1000 - 1100
<건조도막 형성 후 소화성능 측정>
가로 160mm, 세로 210mm, 높이 210mm의 플라스틱 재질로 되어 있고, 상면이 개방되어 있는 사각통 형태의 내부에 버너를 고정하고 점화하였다.
상기 실시예 1의 건조 도막이 형성된 일면을 개방되어 있는 상면을 덮어 버너의 불꽃이 상기 일면과 접촉하도록 하여 밀폐한 후, 버너의 불꽃이 밀폐된 상태에서 하기의 각 온도 및 시간을 측정했다.
여기에서 초기소화 자가감응온도는 디지털 온도계를 사용하여 버너의 불꽃이 상기 일면과 접촉하여 마이크로캡슐이 반응할 때의 온도를 측정한 것이다.
상기의 시험을 5회 진행하였고, 측정결과는 하기의 [표 4]와 같았다.
- 초기소화 자가감응온도: 버너의 불꽃이 밀폐된 상태에서 마이크로 캡슐이 감응한 온도
- 초기소화시간: 점화 후 마이크로 캡슐이 감응한 시점에서 불꽃(화염)이 사라지고 최초로 연기가 발생한 시점까지의 시간
- 재연소 억제시간: 불꽃이 꺼진 후 연기가 발생하지 않는 시간
실시예 1의 측정항목 단위 1회 2회 3회 4회 5회
초기소화자가감응온도 ℃ 170 165 180 165 170
초기소화시간 sec 8 8 9 8 8
재연소 억제시간 sec 15 15 16 15 15
상기 비교예 1 내지 3의 경우에는 화재를 소화시킬 수 있는 마이크로 캡슐을 포함하고 있지 않아, 상기 실시예 1의 소화 성능 시험의 측정항목에 해당하는 수치를 측정할 수 없었다.
본 발명의 단차열 및 초기 화재 진화용 외부 수성도료 조성물을 통해 형성된 건조도막은 평상 시 0.03 W/m·K 이하의 열전도율을 나타내는 뛰어난 단열 성능을 확인할 수 있었고, 이러한 단열 성능 뿐만 아니라 화재 발생 시에는 신속하게 마이크로 캡슐의 쉘부가 열폭주로 120~220℃에 도달하여 이 온도를 감지하여 8초 내에 녹아 터져 코어내의 소화물질이 분사되고, 소화물질이 15초 이내에 800℃에서 30℃로 냉각되어 재연소를 억제하는 것을 확인할 수 있었다.
반면 종래기술인 비교예 1 내지 3의 경우에도 0.03 W/m·K 이하의 열전도율을 나타내기는 했지만, 본 발명과 같이 마이크로 캡슐을 무공형 실리콘 폴리머 입자 및 중공형 세라믹 입자의 총 함량 대비 일정한 비율로 혼합하여 초기 화재 발생 시 신속하게 이를 진압할 수 있는 효과를 나타낼 수는 없다.
즉, 본 발명의 수성도료 조성물을 통해 0.03 W/m·K 이하의 열전도율을 보임과 동시에 우수한 초기화재 진압성능을 가지는 건조도막을 형성할 수 있다.
[참조 번호]
10 : 초기소화용 N-H 마이크로 소화캡슐
10a : 초기소화용마이크로캡슐층
20 : 제1 중공형 세라믹입자
20a : 단열층
30 : 제2 중공형 세라믹입자
30a : 하도층
40 : 제3 중공형 세라믹입자
50 : 무기필러(소성마이크로알루미나+소성마이크로실리카+마이크로인산아연)
60 : 피도물
70 : 초기소화용 마이크로 캡슐 코어부
80 : 초기소화용 마이크로 캡슐 쉘부

Claims (6)

  1. 평균입경이 서로 다른 3종의 중공형 세라믹 입자;
    방청성 아크릴 에멀젼; 및
    120~220℃에서 자가 온도 감응하는 코어-쉘 구조의 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함하되,
    상기 중공형 세라믹 입자는 평균입경이 10~20㎛인 제1 중공형 세라믹 입자, 평균입경이 20~30㎛인 제2 중공형 세라믹 입자 및 평균입경이 30~60㎛인 제3 중공형 세라믹 입자를 포함하고,
    상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 코어부는 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4- heptafluoro cyclopentane)을 포함하고,
    상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 쉘부는 멜라민-요소-포름알데히드 수지 (Melamine-ureaformaldehyde resin)를 포함하고,
    상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐 : 상기 3종의 중공형 세라믹 입자의 중량비는 1:2~1:4로 조절되는 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 방청성 아크릴 에멀젼의 함량은 30~40 중량%이고, 상기 3종의 중공형 세라믹 입자의 총 함량은 25~35중량%이며, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 함량은 5~15 중량%인 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평균 입경이 서로 다른 3종의 중공형 세라믹 입자는 소다라임 보로 실리케이트(sodalime borosilicate), 소디움 보로실리케이트(sodium borosilicate) 및 다공성 마이크로 규조토인 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로, 제3 중공형 세라믹 입자의 함량은 2~6 중량% 이고, 제2 중공형 세라믹 입자의 함량은 6~10 중량% 이며, 제1 중공형 세라믹 입자의 함량은 12~20 중량%인 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 퍼플루오로 2-메틸-3-펜타논(perfluoro 2-methyl-3-pentanone) 및 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로 사이클로펜테인 (1,1,2,2,3,3,4-heptafluoro cyclopentane)의 중량 비율이 1:3~3:1인 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 평균입경은 60~80㎛인 단열 및 초기 화재 진화용 내부 수성도료 조성물.
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