KR20080070485A

KR20080070485A - 난연 코팅제 조성물의 제조방법

Info

Publication number: KR20080070485A
Application number: KR1020070070398A
Authority: KR
Inventors: 박종원
Original assignee: 정맥산업개발(주)
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2008-07-30
Also published as: KR20080070502A; KR20080070501A; KR100881111B1; KR100853818B1

Abstract

건축물의 내외장재, 종이, 발포수지, 직물 등과 같은 가연성 물질에 코팅 또는 도포하여 화염에 인화되지 않도록 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법이 개시되어 있다. 상기 난연 코팅제 조성물의 제조방법은, 규산용액에 실리카 파우더를 0.5~8wt%를 첨가하고 교반수단을 통하여 합성시키는 것을 특징으로 한다.

난연, 코팅제, 규산용액, 규산소다, 실리카 파우더, 무기분체

Description

난연 코팅제 조성물의 제조방법{METHOD FOR COATING AGENT COMPOSITE HAVING RETARDENT FLAME}

도 1은 규산용액과 실리카 파우더 합성과정을 촬영한 실험사진이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 난연 코팅제를 발포 스티로폼에 도포한 후 난연성 실험을 한 사진이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 난연 코팅제를 발포 스티로폼에 도포한 후 난연성 실험을 한 사진이다.

도 4는 규산소다를 코팅한 발포 스티로폼에 대하여 난연성 실험을 한 사진이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연 코팅제에 대한 접착성 및 도포성을 실험한 사진이다.

도 6은 일반적인 규산소다의 접착성 및 도포성을 실험한 사진이다.

본 발명은 난연 코팅제 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 건축물의 내외장재, 종이, 발포수지, 직물 등과 같은 가연성 물질에 코팅 또는 도포하여 화염에 인화되지 않도록 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

규산소다와 같은 규산용액을 이용하여 난연제로 사용하는 방법이 많이 공지되어 있다.

예를 들어, 대한민국 특허출원 제10-2003-0002762호는 "물유리를 이용한 난연처리방법"을 개시하고 있다. 상기 특허는 피처리재에 난연제 성분인 물유리를 분무, 침지 또는 도포와 같은 방법으로 부여하는 물유리 처리단계; 상기 물유리 처리된 재료에 규산염물질과 반응하여 친유성기를 도입하는 알코올류, 케톤류 또는 에테르류 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 개질처리제와 규산염물질의 중합을 일으키는 산의 혼합처리제를 처리하여 물유리를 화학적으로 고화시킴과 동시에 친유성을 부여하는 물유리의 개질고화단계; 및 상기 혼합처리제 처리된 재료를 건조시켜 수분을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 미합중국 특허 6,303,234 B1는 규산소다에 산화규소(SILICON OXIDE)로 구성됨을 특징으로 하는 난연제 제조방법이다.

그러나, 상기와 같은 규산소다와 같은 규산용액을 이용하여 난연제로 사용하는 특허들은 난연성을 크게 발현하지 못하여 대한민국 특허출원 10-2006-0039221 등에서 규산소다의 내수성 향상에 대한 연구가 되고 있듯이, 규산소다는 내수성 및 접착성이 낮아 가연성 물질에 코팅 또는 도포하기가 어려워 실제 사용에 있어서 문제점들을 가지고 있다.

그 이유는 규산소다 또는 규산칼륨과 같은 규산용액에는 난연성을 발현시키는 규소, 즉 이산화규소의 최대함량이 38wt% 이하이고 나머지가 물로 구성되어 있기 때문이다.

규산소다의 제조는 규사와 같은 이산화규소(SiO₂)성분을 다량 포함하는 물질을 소다회, 가성소다와 함께 가열로에서 용융 후 물을 가하여 제조되고 있는데, 통상 액상으로 공급되는 규산소다용액은 특성상 이산화규소 함량이 최대 38%이하 이고 일부 산화나트륨외 나머지는 물로 구성되어 있다. 따라서, 이산화규소는 우수한 난연성을 발현하는 물질이지만 일반적인 규산소다용액의 조성은 이산화규소 고형함량이 낮고 물의 함량이 많아 난연성, 접착성 및 내수성이 낮을 수밖에 없었고, 흡수성이 없는 피착물에 코팅할 경우 균일한 도포가 되질 않으며, 도포 후 경화된 조성물은 물에 의해 쉽게 용해되는 취약한 문제점이 있었다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 규산용액에 실리카 파우더를 가하여 일정시간 교반을 하면 합성이 되어 폴리머와 같은 물질이 되어 출발물질인 규산용액 보다 접착성과 난연성이 향상되는 것을 발견하였다.

이러한 원리는 이산화규소성분이 90%이상인 실리카 파우다가 규산소다용액 내에서 용해되어 합성이 됨으로써 규산소다 내부에 이산화규소함량이 증가되어 난연성과 접착성이 향상될 수 있는 것이다.

본 발명의 목적은 가연성인 발포수지, 목재류 등에 코팅하거나 도포를 하여 화염에 인화되지 않는 우수한 난연성을 가질 수 있도록 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 실리콘 오일 또는 무기분체를 더 혼합하여 난연성을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 난연 코팅제 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 폴리머를 더 첨가시켜 접착성과 내수성이 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 염 안료를 첨가시켜 난연성을 갖는 페인트로 사용할 수 있는 난연 코팅제 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 난연 코팅제 조성물의 제조방법은, 규산용액에 실리카 파우더를 0.5~8wt%를 첨가하고 교반수단을 통하여 합성시키는 것을 특징으로 한다.

난연성 및 접착성을 향상시키기 위하여, 상기 난연 코팅제 조성물에 실리콘오일 0.1~3wt%를 더 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

난연성 및 접착성을 향상시키기 위하여, 상기 난연 코팅제 조성물에 무기분체가 1~15wt%를 더 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

내수성 및 접착성을 향상시키기 위하여, 상기 난연 코팅제 조성물에 SBR, PVA, EVA, 전분류, 아라비아검, 젤라틴, 변성아크릴, 펜타에리스리톨, 멜라민으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 폴리머를 첨가하는 것을 특징으로 하는 한다.

상기 규산용액은 규산소다 또는 규산칼륨인 것을 특징으로 한다.

상기 실리카 파우더는 규산소다를 고형화하여 건조 후 100메쉬 이하의 크기로 미분쇄하여 규산용액에 대해 가용성 상태로 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 무기분체는 코팅이 용이한 200메쉬 이하 크기 입자로 멜팅 포인트가 750℃ 이상인 것으로서, 산화아연, 산화티타늄, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 인산암모늄, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 백토, 탄산칼슘, 규조토, 벤토나이트 및 소각재로부터 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

난연성 페인트를 제조하기 위하여, 염 안료를 더 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

난연 코팅제는 규산용액 즉, 규산소다, 규산칼륨에 실리카 파우더를 상기 규산용액 대비 0.5~8wt% 첨가하여 교반기내에서 30분 이상 교반을 하면 규산용액과 실리카 파우다가 합성되어 본 발명의 난연 코팅제를 획득한다.

이렇게 획득한 조성물은 이산화규소가 90%이상인 실리카 파우더가 규산용액내에서 용해 합성되어 전체적인 이산화규소 함량과 점력이 증가되어 우수한 난연성과 도포성을 발현되게 한다.

또, 본 발명의 난연 코팅제에 실리콘 오일과 200메쉬 이하 크기의 무기분체를 첨가하여 난연성이 더욱 우수한 난연 코팅제를 획득한다.

또, 본 발명의 난연 코팅제에 접착성을 더욱 향상시키기 위해 SBR, 아라비아검을 첨가하여 접착성이 더욱 우수한 난연 코팅제를 획득한다.

본 발명의 난연 코팅제에 염안료를 첨가하여 난연성 폐인트로 사용할 수 있는 난연성이 더욱 우수한 난연 코팅제를 획득한다.

여기서 액상 규산소다를 고화 시키고 건조 후 분쇄로 제조된 실리카파우더는 물, 폴리머 또는 에멀젼과 같은 용액에 불용성인 특성으로 플라스틱성형물, 페인트 등에 충진제로 사용되고 있지만, 본 발명에서는 규산소다용액 또는 이와 같은 물성인 규산칼륨에 실리카파우더를 넣고 충분한 교반을 하면 서서히 용해 합성되고 이때 합성된 규산용액은 이산화규소 성분이 증가되어 우수한 난연성과 도포성이 발현하는 것을 발견 하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 난연 코팅제 조성물의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

규사모래 등에 다량으로 존재하는 규석 즉, 이산화규소(SiO₂)는 유리, 반도체, 시멘트, 인조석과 같이 인류 산업에 각각의 다양한 소재로 이용되고 있지만 이를 더욱 용이하게 사용하기 위해 소다회, 가성카리, 탄화수소염화물을 가하여 액상의 규산용액(이를테면 규산소다, 규산칼륨, 규산알미늄 등)으로 제조되고 있으며, 이러한 규산용액은 그들에 함유된 이산화규소(SiO₂) 성분에 의해 난연성을 발현하는 것이 공지되고 있지만 난연성, 접착성 및 내수성이 낮아 성능을 더욱 향상시키는 방법이 요구되어 왔다.

본 발명에서는, 이러한 성질을 개선시키기 위해 규산용액에 가용성의 실리카 파우더를 첨가하고 교반수단을 통해 규산용액 내에서 분산시켜 혼합을 한 결과, 초기 유백색의 현탁 용액에서 일정시간을 경과시키면 서서히 투명용액으로 합성되어 접착성과 난연성이 향상된 용액을 획득하였다.

본 발명에 의하면 규산용액과 실리카 파우더를 혼합시킬 때 혼합물이 혼합초기 유백색의 현탁액일 때는 규산용액 중 실리카 파우더가 입자 상태로 존재하다가 교반수단을 통하여 규산용액에 분산되어 일정시간이 경과하면 용융 합성이 되어 투명용액으로 된다. 이로써 조성물은 규소 함량이 증가되어 우수한 난연성, 접착성 및 도포성이 발현되는 것을 실시 예를 통하여 알 수 있었다.

또한, 본 발명에서는 난연성을 더욱 향상시키기 위하여 실리콘오일을 일정량 첨가할 수 있고, 또는 무기분체를 첨가할 수도 있다. 아울러, 난연성 및 접착성을 크게 향상시키기 위하여 폴리머를 추가로 첨가할 수도 있으며, 페인트로 사용하기 위하여 염안료를 추가로 첨가할 수도 있다.

본 발명에 따른 제 1실시예는 규산소다 또는 규산칼륨과 같은 규산용액에 실리카 파우더를 상기 규산용액 대비 0.5~8wt% 첨가한 후, 20℃이상 온도로 교반기내에서 30분 이상 교반하여 난연 코팅제를 제조한다.

이때, 실리카 파우다가 규산용액 대비 0.5wt% 이하 이면 이산화규소 함량이 충분하지 못하여 조성물의 난연성과 도포성이 저하되어 본 발명의 효과를 획득하기 어려우며 실리카 파우다가 규산용액 대비 8wt%를 초과하면 규산용액 내부에서 용해 한계를 넘어 불용분이 발생되며, 점도가 높아져 코팅이나 도포작업이 곤란하다.

본 발명에 따른 제 2실시예는 본 발명의 제 1실시예에 의해 제조된 난연 코팅제에 실리콘오일을 상기 난연 코팅제 대비 0.1~3wt%를 첨가하여, 난연성 및 접착성이 우수한 다른 실시예의 난연 코팅제를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 제 3실시예는 본 발명의 제 1실시예에 의해 제조된 난연 코팅제에 무기분체를 상기 난연 코팅제 대비 1~15wt%를 첨가하여, 난연성 및 접착성이 우수한 또 다른 실시예의 난연 코팅제를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 제 4실시예는 본 발명의 제 2실시예에 의해 제조된 난연 코팅제에 무기분체를 상기 난연 코팅제 대비 1~15wt%를 첨가하여, 난연성 및 접착성이 우수한 또 다른 실시예의 난연 코팅제를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 난연 코팅제는 상기의 다양한 실시예에 추가로 폴리머를 혼합하여 제조될 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 난연 코팅제에 폴리머를 난연 코팅제 대비 1~15wt%를 첨가하여, 내수성 및 접착성이 우수한 또 다른 실시예의 난연 코팅제를 제조할 수 있다. 이때 난연 코팅제 대비 폴리머가 1wt% 이하 첨가하면 향상된 내수성을 획득하기 어려우며 15wt% 이상 첨가하면 난연 코팅제의 난연성이 저하될 수 가 있다.

또한, 본 발명에 따른 난연 코팅제는 상기의 다양한 실시예에 추가로 염안료 등을 혼합하여 제조될 수 있다.

이하, 본 발명의 주요 구성요소들에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

(규산용액)

규산용액은 이산화규소(SiO₂)에 소다회, 가성카리 또는 탄화수소염화물을 가하고 가열로에서 용융시켜 액상의 제조된 규산소다, 규산칼륨 또는 규산알루미늄이다.

(실리카 파우더)

실리카 파우더는 규산소다와 같은 규산소다용액을 산성용액 등을 가하여 포함된 물을 분리하고 고화하여 건조 후 100메쉬 이하 크기로 분쇄한 것으로 비중이 1.0이하로써 바람직하게는 0.18이며 이산화규소 함량이 90%이상인 것이다.

(실리콘 오일)

금속실리콘에 염화메탄, 염화수소를 가하여 고온가열 공정으로 획득되는 실리콘용액으로써 규산용액과 호환성을 갖는 것을 사용한다.

(무기분체)

본 발명에 사용되는 무기분체는 코팅이 용이한 200메쉬 이하 크기 입자로 멜팅 포인트가 750℃ 이상인 것으로써, 산화아연, 산화티타늄, 중탄산나트륨, 수산화알루미늄, 중탄산칼륨, 인산암모늄, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 백토, 탄산칼슘, 규조토, 벤토나이트, 소각재와 같은 무기분체들이 사용된다.

(내수성향상제-폴리머)

강알칼리인 규산용액과 호환성을 갖는 SBR(styrene-butadiene rubber), PVA(polyvinyl acetate), EVA(Ethyene vinyl acetate), 전분류, 아라비아검, 젤라틴, 변성아크릴, 펜타에리스리톨, 멜라민과 같은 폴리머가 사용된다.

이하 각각의 다음과 같은 실시를 통하여 성능을 알아보았다.

<실시예 1>

규산용액인 규산소다 500g(도 1a)에 실리카 파우더 15g을 첨가하여(도 1b) 고속 교반기를 통하여 교반한 후, (도 1c)와 같이 현탁액을 만들고, 실내 온도 23℃환경에서 3시간 합성시켜 획득한 본 발명의 조성물(도 1d)을 획득하였다. 이때, 도 1의 사진에서 보는 바와 같이, 규산소다에 실리카 파우더가 가해져 규산소다 내부에 입자가 분산되어 존재하다 서서히 용해 합성된 것을 알 수 있다.

여기서 규산소다와 본 발명의 난연 코팅제에 함유된 이산화규소함량을 알아보기 위해 KS M 1415 액상규산나트륨(규산소다) 시험방법에 따라 시험을 한 결과 이산화규소가 68로 나타났다.

통상 규산소다의 규소함량은 23∼38인 것을 비교하면, 본 발명의 난연 코팅제는 이산화규소 함량이 크게 향상된 것을 알 수 있었다.

<실시예 2>

상기 실시예1의 난연 코팅제에 무기분체 50g을 추가로 혼합하여 난연 코팅제 조성물을 제조하였다.

<실험 예 1>

본 발명에 따른 난연 코팅제 조성물의 난연성을 알아보기 위해 스티로폼 비드 18g에 본 발명의 실시예1에 따른 난연 코팅제 조성물 36g을 코팅 후 스팀으로 발포한 샘플에 대하여 10초 동안 가스 토취로 화염을 가했는 사진이 도 2에 도시되어 있다.

<실험 예 2>

본 발명에 따른 난연 코팅제 조성물의 난연성을 알아보기 위해 스티로폼 비드 18g에 본 발명의 실시예2에 따른 난연 코팅제 조성물 36g을 코팅한 후 스팀으로 발포한 샘플에 대하여 10초 동안 가스 토취로 화염을 가하는 사진이 도 3에 도시되어 있다.

<비교 실험 예 1>

스티로폼 비드 18g에 규산소다 용액 36g을 코팅한 후 스팀으로 발포한 샘플에 대하여 10초 동안 가스 토취로 화염을 가하는 사진이 도 4에 도시되어 있다.

상기 실험 예 1 및 2와 비교 실험 예에서 보는 바와 같이, 규산소다용액만을 도포한 스티로폼 샘플은 화염에 즉시 인화하여 화염과 매연이 발생되었지만(도 4 참조), 본 발명의 난연 코팅제가 코팅된 스티로폼 샘플은 화염에 인화가 되지 않고 매연이 없는 우수한 난연성을 알 수 있었다(도 2 및 도 3 참조).

또한, 실시예2의 무기분체가 첨가된 샘플은 화염에 의해 용융되는 속도가 현격히 지연이 되어 실시예 1보다 난연성이 향상된 것을 알 수 있었다.

<실험 예 3>

본 발명의 난연 코팅제의 접착성과 도포성의 성능을 확인하기 위해 실시예1에 따른 난연 코팅제 조성물 95g에 변성아크릴 5g 및 안료로 산화아연 0.5g을 첨가한 조성물을 탁자 표면에 도포한 사진이 도 5에 도시되어 있다.

<비교 실험 예 2>

일반 규산소다에 안료로 산화아연 0.5g을 첨가한 조성물을 탁자표면에 도포한 사진이 도 6에 도시되어 있다.

도 6의 사진에서 보는 바와 같이, 규산소다로 도포한 것은 용액의 뭉침 현상이 발생되었지만, 도 5의 사진에서 보는 바와 같이 본 발명의 난연 코팅제는 도포작업에서 자체의 접착력으로 균일한 도포가 되어, 접착력, 도포성이 우수함을 알 수 있었다.

또한, 규산소다는 도포 후 즉시 용액의 엉킴(뭉침)현상이 발생되었고 36시간 경과되어 경화 후 에도 물에 의해 서서히 용해되었으나, 본 발명의 난연제 조성물은 평활한 도포가 되고 36시간 경과되어 경화 후에는 방수현상이 나타내어 본 발명의 난연제 조성물이 규산소다보다 접착력, 내수성이 우수함을 알 수 있었다.

상기 실시 예 및 비교 예를 통하여 알 수 있듯이 규산용액과 실리카 파우더를 합성한 본 발명 난연 코팅제는 출발물질인 규산용액보다 난연성이 우수하였고, 코팅작업을 용이하게 하고 내수성이 우수함을 알 수 있었다.

본 발명의 가연성 발포수지나 건축용목재류에 코팅되거나 도포되어 건축물이 가연성 건축자재로부터 화재유발 요인을 해소할 수 있고, 고열환경의 접착부분의 접착제로 사용할 수 있으며, 또 본 조성물은 주 성분이 무기물로 구성되어 유해 냄새, 발암 물질이 발생되지 않는 난연 코팅제를 제공한다.

Claims

규산용액에 실리카 파우더를 0.5~8wt%를 첨가하고 교반수단을 통하여 합성시키는 것을 특징으로 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서,

난연성 및 접착성을 향상시키기 위하여, 상기 난연 코팅제 조성물에 실리콘오일 0.1~3wt%를 더 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

난연성 및 접착성을 향상시키기 위하여, 상기 난연 코팅제 조성물에 무기분체가 1~15wt%를 더 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법.
제 3항에 있어서,

내수성 및 접착성을 향상시키기 위하여, 상기 난연 코팅제 조성물에 SBR, PVAC, 전분류, 아라비아검, 젤라틴, 변성아크릴, 펜타에리스리톨, 멜라민으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 폴리머를 첨가하는 것을 특징으로 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 규산용액은 규산소다, 규산칼륨인 또는 규산알루미늄인 것을 특징으로 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법.
제 3항에 있어서,

상기 무기분체는 코팅이 용이한 200메쉬 이하 크기 입자로 멜팅 포인트가 750℃ 이상인 것으로서, 산화아연, 산화티타늄, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 인산암모늄, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 백토, 탄산칼슘, 규조토, 벤토나이트 및 소각재로부터 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 난연 코팅제 조성물의 제조방법.