KR100874883B1 - 난연성 바닥 마감재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포틀랜드 시멘트 40~50중량부와, 골재로서 실리카 샌드 23~28중량부, 무정형 실리카 분말 15~20중량부, 아크릴 수지 5~8중량부, 규산칼슘(CaSiO₃)계 광물섬유 1~5중량부, 양생촉진제 0.1~0.3중량부, 증점제 0.2~0.4중량부, 감수제 0.2~0.4중량부, 소포제 0.2~0.4중량부, 색상안료 3~7중량부를 포함하는 난연성 바닥 마감재 조성물에 관한 것으로,

이러한 바닥 마감재 조성물은 그 구성원료로서 최대한 난연성을 고려하여 선택 및 배합하고, 특히 규산칼슘(CaSiO₃)계 광물섬유를 추가로 첨가함에 따라 종래 바닥 마감재로서의 물성을 그대로 유지하면서도 전체적인 난연성을 효율적으로 향상시켜 화재시 유해가스나 냄새가 배출되지 않고 건물과 인명의 피해를 최소화한다.

난연성, 바닥 마감재, 실리카 샌드, 규산칼슘, 광물섬유

Description

난연성 바닥 마감재 조성물{A noninflammability finish-meterial composition for floor}

본 발명은 난연성 바닥 마감재 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 화재에 대한 내화성이 좋고 유해가스나 냄새가 배출되지 않아 화재시 건물과 인명의 피해를 최소화할 수 있는 난연성 바닥 마감재 조성물에 관한 것이다.

건축구조물의 바닥은 그 사용목적이나 용도에 따라 다양한 성능이 요구되기 때문에 이를 만족시키기 위해 바닥의 구조재 및 바닥바탕에 적절한 재질의 마감재를 선택하여 적절한 공법으로 시공해야 한다.

이러한 바닥 마감재는 재질별로 보면, 목질재 석재, 합성수지재, 고무재, 요업의 마감재를 선택하여 적절한 공법으로 시공되고 있으며, 이를 공법별로 살펴보면 크게 붙임재와 바름재와 같이 두가지로 대별될 수 있다.

먼저, 붙임재 공법은 균일한 치수로 공장에서 대량으로 생산할 수 있는 제품으로, 못을 박거나 접착제에 의해 붙여주는 것이기에 일반적으로 시공이 간편하고 공사기간이 짧으나, 공법이 적절하지 않으면 박리나 이음매에 공극이 생기기 쉬운 결점이 있다. 이에 반해 바름재 공법은 이음매가 없고 평활하게 마감되는 장점이 있으나, 일반적으로 시공이 어렵고 공사기간이 길며 재료에 따라서는 균열이 발생되는 결점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 바닥 마감재는 각각 일장일단이 있으므로, 건축구조물 바닥의 사용목적이나 용도에 따른 내구성, 기능성, 장식성 등의 성능과 시공성을 고려하여 적절한 바닥마감재와 시공방법을 선택하여 왔다.

현재 바름재의 대표적인 제품으로는 모르타르 또는 인조석과 같은 요업제품이 가장 많이 사용되고 있으며, 이는 천연 석재류에 비해 가격이 저렴하면서도 천연 석재류의 외관효과를 발휘하며, 뛰어난 내구성과 함께 편리한 시공성을 가지기 때문이다.

상기 모르타르(Mortar)는 대개 건축 현장에서 골재와 시멘트를 임의의 비율로 혼합하고 여기에 물을 혼합하여 어느 정도의 점도를 부여한 시멘트 조성물로서, 여러 가지 마감기구를 통하여 바닥에 시공한 후 일정한 양생기간을 거쳐 경화 및 건조시키면서 강도를 발휘해 마감재로서의 효용성을 갖도록 한다.

한편, 초기의 시멘트 모르타르는 시멘트 수화물의 고유 특성인 경화시 건조 수축으로 인해 크랙, 박리현상 등이 발생되거나, 잦은 차량 및 사람의 통행으로 인해 내구성이 약하다는 문제점을 안고 있었으며, 이에 최근에는 에폭시 수지 계열의 유기화합물을 결합제로 사용한 유기 바닥 마감재가 일반적으로 사용되고 있다.

이러한 유기 바닥 마감재는 유기화합물을 단독으로 사용되지 않고 경화제를 함께 첨가하여 열경화성 물질로 변화시킨 상태로서 사용되는 것이 보통이며, 그 외 에도 안정제나 소포제, 감수제와 같은 다수의 유기첨가제가 함께 사용되고 있다.

그러나, 이러한 유기 바닥 마감재는 화재시 결합제를 비롯한 각종 첨가제로 사용된 유기물들이 불에 의해 연소되어 각종 독성의 가스를 발생시키게 되며, 이로 인하여 화재에 의한 피해가 심각해지기 때문에 건물과 인명을 보호하기 위한 내화성이 요구되고 있는 실정이다.

또한, 종래의 바닥 마감재 조성물은 대부분이 2액형의 용액상태로 보관 및 운반되며, 이에 작업현장에서 각 원료들을 일일이 배합비율에 맞춰 혼합해야 하기 때문에 작업성이 떨어질 뿐만 아니라 시공시간도 길어져 전체적인 작업효율이 낮다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구성된 것으로, 화재에 대한 내화성이 좋고 유해가스나 냄새가 배출되지 않아 화재시 건물과 인명의 피해를 최소화할 수 있는 난연성 바닥 마감재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

포틀랜드 시멘트 40~50중량부와, 골재로서 실리카 샌드 23~28중량부, 무정형 실리카 분말 15~20중량부, 아크릴 수지 5~8중량부, 규산칼슘(CaSiO₃)계 광물섬유 1~5중량부, 양생촉진제 0.1~0.3중량부, 증점제 0.2~0.4중량부, 감수제 0.2~0.4중량부, 소포제 0.2~0.4중량부, 색상안료 3~7중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 바닥 마감재 조성물을 제공함으로써 달성된다.

아울러, 본 발명은 전술한 바닥 마감재 조성물을 준비하는 단계와; 상기 바닥 마감재 조성물 100중량부를 분무장치에 투입하고 물 5~20중량부를 추가로 투입한 다음 교반하는 단계와; 상기 물과 교반된 바닥 마감재 조성물을 분무장치를 통해 시공하고자 하는 건축물 바닥면에 분무시키는 단계와; 상기 분무된 바닥 마감재 조성물이 완전히 경화될 때 까지 건조시키는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 난연성을 갖는 바닥 마감재의 시공방법을 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 난연성 바닥 마감재 조성물은 그 구성원료로서 최대한 난연성을 고려하여 선택 및 배합하고, 특히 규산칼슘(CaSiO₃)계 광물섬유를 추가로 첨가함에 따라 종래 바닥 마감재로서의 물성을 그대로 유지하면서도 전체적인 난연성을 효율적으로 향상시켜 화재시 유해가스나 냄새가 배출되지 않고 건물과 인명의 피해를 최소화할 수 있는 효과를 가져온다.

아울러, 본 발명의 바닥 마감재 조성물은 그 원료들이 모두 상온에서 고상으로 존재하기 때문에 물이 투입되기 전까지는 서로 반응되지 않아, 상기 원료들이 하나의 포장지에 모두 혼합된 상태로 생산이 가능하기 때문에 운반 및 보관이 용이할 뿐만 아니라 시공현장에서 일일이 상기 원료들을 배합하지 않고 바로 시공이 가능하므로 작업효율 향상 및 시공시간의 단축과 같은 효과도 가져온다.

이하에서는 본 발명에 대하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 난연성 바닥 마감재 조성물은 포틀랜드 시멘트와 실리카 샌드, 무정형 실리카 분말, 아크릴 수지 분말, 규산칼슘(CCaSiO₃)계 광물섬유, 양생촉진제, 증점제, 감수제, 소포제를 적정배합범위로 혼합하여 더욱 향상된 난연성을 갖는 것 을 특징으로 한다.

상기와 같은 바닥 마감재 조성물의 구성요소 중에서, 먼저 포틀랜트 시멘트로는 각 원료를 교착시키는 기능을 수행하게 되는데, 주로 바름공사에 사용되는 백(白)시멘트가 가장 바람직하게 사용되며, 이는 백(白)시멘트를 사용함으로써 추가적인 색상안료의 색상이 뚜렷하게 발현할 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 포틀랜트 시멘트는 시공이 이루어지는 바탕층과의 부착성 및 내마모성을 고려하여 그 사용함량을 전체 조성물에 대해 40~50중량부가 사용된다.

골재로는 주로 일반 바닷가에서 사용되는 모래가 사용되고 있으나, 본 발명에서는 내화성을 향상시키기 위한 목적에 부합하기 위하여 실리카 샌드(silica sand)가 바람직하게 사용되며, 이러한 실리카 샌드는 시공단계에서 바닥 마감재의 밀도를 기밀하게 해준다. 그 사용함량은 시공바탕면인 콘크리트와 부착안정성을 높여 균열이 발생하지 않는 범위 내에서 첨가되며, 이에 전체 조성물에 대해 23~28중량부가 사용된다. 이 때 사용되는 실리카 샌드는 60메쉬(mesh)의 것이 바람직하게 사용된다.

상기 포틀랜트 시멘트와 골재의 사용함량은 토목 및 건축 분야의 구조물에 대한 표준 함량 규정에 의거하여 제시된다.

무정형 실리카 분말은 포틀랜트 시멘트의 석회분과 반응을 일으켜 바닥 마감재 자체의 경화를 촉진함과 동시에 바닥바탕에 부착할 때는 시멘트 바탕의 유리석회 성분과 반응을 일으켜 바닥바탕의 미세한 공극 내부에 미립자인 규산석회의 침상결정을 형성함으로써 부착력을 강화시키는 기능을 수행한다. 상기한 실리카 분말 은 전체 조성물에 대해 15~20중량부가 첨가되며, 이러한 첨가량은 포틀랜트 시멘트의 사용함량에 비례하는 것으로서 토목 및 건축자재의 표준 함량 규정에 따른 것이다.

결합제로 사용되는 수용성 아크릴 수지는 분말(Powder) 형태의 것이 작업성 및 보관성이 좋아 바람직하게 사용되며, 이러한 아크릴 수지는 바닥 마감재 조성물에 흡수성 및 내마모성 및 신축성을 부여하는 동시에, 바닥 마감재 자체로 하여금 음이온성을 띄게 함으로써 양이온성인 아크릴 수지 결합재와 이온교환에 따른 안정적인 부착강도를 나타내도록 한다. 상기 아크릴 수지는 전체 조성물에 대해 5~8중량부가 첨가되며, 이는 상기 범위보다 적게 첨가되면 전술한 효과가 미약하게 나타나며, 상기 범위보다 많이 첨가되면 오히려 바닥 마감재의 부착강도를 떨어뜨리기 때문이다.

규산칼슘(CaSiO₃)계 광물섬유는 본 발명의 바닥 마감재 조성물의 난연성을 증대시키는 중요한 역할을 수행하게 되는데, 이러한 광물섬유는 미네랄 울(Mineral fiber)이라고도 불리우며 천연적으로 얻어지는 석면이나 과학적으로 만들어진 인공암면, 글라스 울 등이 있으며, 주로 보온이나 방음재로 사용되어 온 제품이다.

그러나, 본 발명에서는 상기한 광물섬유 중에서도 규산칼슘(CaSiO₃)으로 이루어진 것을 바닥 마감재 조성물에 일정량 첨가하였을 경우 그 재질상 난연성이 향상됨을 실험적으로 확인할 수 있었으며, 특히 포틀랜트 시멘트의 주요성분과 같기 때문에 조성물의 접착강도를 저해시키지 않을 뿐만 아니라 오히려 경화 후 표면에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이러한, 규산칼슘(CaSiO₃)계 광물섬유는 전체 조성물에 대해 1~5중량부가 첨가되는 것이 바람직하며, 이는 상기 범위보다 적게 첨가될 경우 시공된 바닥 마감재에 만족할만한 난연성을 나타낼 수 없으며, 반대로 상기 범위보다 많이 첨가되어도 더 이상의 증진된 효과는 나타나지 않기 때문에 상기 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.

그 외의 첨가제로서, 양생촉진제가 탄산칼륨(K₂CO₃)이나 탄산리튬(Li₂CO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃) 중에 선택되어 전체 조성물에 대해 0.1~0.3중량부가 첨가되며, 상기 양생촉진제는 속경이 이루어지도록 함과 동시에 백화방지의 기능을 수행하게 된다.

증점제로는 무기질인 실리카 샌드와 유기질인 수지성분들과의 친화성을 높이기 위해 사용되는 것으로, 주로 메틸 셀룰로오즈(Methyl cellulose)가 전체 조성물에 대해 0.2~0.4중량부 첨가되며, 이러한 증점제는 다른 원료와의 양호한 혼합성을 주고 완성된 바닥면으로 하여금 균질의 평활성이 확보되게 함은 물론 표면 균일현상을 막아주고 내구성을 향상시켜 준다.

감수제는 바닥 마감재 조성물 내의 원료들이 골고루 분산되도록 하기 위하여 첨가되는 것으로 주로 폴리카르복실레이트(Polycarboxylate)가 사용되며, 소포제는 바닥 마감재 조성물을 시공상 분무하는 과정에서 기포가 발생되는 것을 방지하기 위하여 첨가되는 것으로 주로 테트라메틸데신디올(Tetramethyldecyndiol)이 사용된 다. 상기와 같은 감수제와 소포제는 각각 전체 조성물에 대해 0.2~0.4중량부가 첨가되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 원료들을 포함하는 바닥 마감재 조성물에 있어서, 공지의 여러 가지 색상안료를 추가로 첨가할 수 있으며, 그 중에서도 일광으로 인한 변색, 표면마찰과 물걸레질 등으로 인한 탈색 또는 변색, 얼룩의 생성 등을 효과적으로 방지할 수 있는 산화철안료가 가장 바람직하게 사용되며, 그 첨가범위는 전체 조성물에 대해 3~7중량부가 바람직하다.

이상과 같이 본 발명의 바닥 마감재 조성물은 그 구성원료로서 난연성을 고려하여 선택하하였으며, 특히 규산칼슘(CaSiO₃)계 광물섬유를 추가로 첨가함에 따라 종래 바닥 마감재로서의 물성을 그대로 유지하면서도 전체적인 난연성을 효율적으로 향상시켜 화재시 유해가스나 냄새가 배출되지 않고 건물과 인명의 피해를 최소화할 수 있다.

아울러, 상기와 같은 바닥 마감재 조성물은 그 원료들이 모두 상온에서 고상으로 존재하기 때문에 물이 투입되기 전까지는 서로 반응되지 않아, 상기 원료들이 하나의 포장지에 모두 혼합된 상태로 생산이 가능하기 때문에 운반 및 보관이 용이할 뿐만 아니라 시공현장에서 일일이 상기 원료들을 배합하지 않고 바로 시공이 가능하므로 작업효율 향상 및 시공시간의 단축과 같은 효과도 가져올 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기한 바닥 마감재 조성물을 건축 구조물의 바닥면에 시공하는 방법에 대해서도 소개한다.

이를 위하여, 포틀랜드 시멘트 40~50중량부와, 골재로서 실리카 샌드 23~28중량부, 무정형 실리카 분말 15~20중량부, 아크릴 수지 5~8중량부, 규산칼슘(CaSiO3)계 광물섬유 1~5중량부, 양생촉진제 0.1~0.3중량부, 증점제 0.2~0.4중량부, 감수제 0.2~0.4중량부, 소포제 0.2~0.4중량부, 산화철 안료 3~7중량부를 혼합하여 바닥 마감재 조성물을 준비하는 단계와; 상기 바닥 마감재 조성물 100중량부를 분무장치에 투입하고 물 5~20중량부를 추가로 투입한 다음 교반하는 단계와; 상기 물과 교반된 바닥 마감재 조성물을 분무장치를 통해 시공하고자 하는 건축물 바닥면에 분무시키는 단계와; 상기 분무된 바닥 마감재 조성물이 완전히 경화될 때 까지 건조시키는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 난연성을 갖는 바닥 마감재 조성물의 시공방법을 제공한다.

아울러, 상기 시공방법에 있어서, 바닥 마감재 조성물이 완전히 경화된 후 투명 아크릴 도막제를 도포하고 다시 건조시키는 단계;가 추가될 수 있으며, 이와 같은 단계에서 사용되는 투명 아크릴 도막제는 투명한 아크릴 수지를 주성분으로 하는 공지된 용액으로서, 바닥마감재의 표면광택을 높여주며, 내마모성을 향상시켜 준다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

시멘트 조성물용 분무장치에 포틀랜드 시멘트 4300g과, 실리카 샌드 2600g, 실리카 분말 1850g, 아크릴 수지 650g, 양생촉진제(탄산칼륨) 10g, 증점제(메틸 셀룰로오즈) 20g, 감수제(폴리카르복실레이트) 20g, 소포제(테트라메틸데신디올) 20g, 산화철 안료 500g이 혼합된 바닥 마감재 조성물을 투입한 다음, 추가로 물 1000g을 첨가하고 서로 교반하여 골고루 혼합시킨 후, 상기 조성물을 분무장치를 이용하여 일반 콘크리트 건축물 바닥면에 50㎜의 두께를 갖도록 분무하고 3일간 양생하여 바닥시공하였다.

<실시예 2>

실시예 1과 동일한 방법으로 바닥시공을 하되, 상기 바닥 마감재 조성물에 규산칼슘(CaSiO3)계 광물섬유 100g이 추가로 첨가된 것을 사용하여 바닥시공하였다.

<실시예 3>

실시예 1과 동일한 방법으로 바닥시공을 하되, 상기 바닥 마감재 조성물에 규산칼슘(CaSiO3)계 광물섬유 300g이 추가로 첨가된 것을 사용하여 바닥시공하였다.

<실시예 4>

실시예 1과 동일한 방법으로 바닥시공을 하되, 상기 바닥 마감재 조성물에 규산칼슘(CaSiO3)계 광물섬유 500g이 추가로 첨가된 것을 사용하여 바닥시공하였다.

<실시예 5>

실시예 1과 동일한 방법으로 바닥시공을 하되, 상기 바닥 마감재 조성물에 규산칼슘(CaSiO3)계 광물섬유 700g이 추가로 첨가된 것을 사용하여 바닥시공하였다.

<실험예 1>

상기 실시예 1 내지 5의 방법에 의해 시공된 바닥 마감재에 대하여 한국건자재시험연구원으로부터 건설교통부 고시 제2006-476호(KS F ISO 1182:2004)에서 규정하는 방법에 따라 불연성 시험하였으며, 이와 함께 건설교통부 고시 제2006-476호(KS F 2271:2006)에서 규정하는 방법에 따라 가스 유해성 시험하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

-불연성 시험-

각 실시예의 바닥 마감재로 부터 지름 45㎜, 두께 48㎜의 원판형의 시편을 채취하고, 상기 시편에 20분 동안 800℃의 열을 가한 다음, 최초 바닥 마감재의 질량과 가열한 후 바닥 마감재의 질량을 비교하여 그 감소율(%)을 측정하였고, 가열 과정에서 바닥 마감재의 최고온도와 최종 평형온도의 차이를 측정하여 온도편차(K)로 나타내었다.

-가스유해성 시험-

각 실시예의 바닥 마감재로부터 220㎜×220㎜×6.1㎜의 판상의 시편을 채취하고, 상기 시편들을 15분 동안 가열하여 이로부터 배출되는 가스들이 유입될 수 있는 공간 내에 ICR계 암컷 흰쥐 10마리의 평균행동정지시간을 측정하여 가스유해성을 판단하였다.

	광물섬유양(g)	불연성시험		가스유해성시험 (분:초)
		질량감소율(%)	온도편차(K)
실시예1	0	21.0	8.6	6:61
실시예2	100	12.3	12.4	14:33
실시예3	300	12.6	11.8	14:06
실시예4	500	11.8	15.3	16:24
실시예5	700	12.2	14:2	15:38

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 2 내지 5의 바닥 마감재는 한국건자재 시험연구원으로부터 상기 시험결과에 따라 불연재료의 기준에 적합한 것으로 판명되었으며, 이에 반하여 실시예 1의 바닥 마감재의 경우에는 상대적으로 질량감소율이나 온도편차에서 많은 차이를 보이면 불연성 재료로 적합하지 못함을 알 수 있다.

아울러, 가스유해성 시험에서도 실시예 2 내지 5의 경우에는 시험에 사용된 흰쥐들이 모두 15분 내외의 생존율을 보이는 반면에, 실시예 1의 경우에는 상대적으로 매우 짧은 시간 내에 흰쥐들이 모두 죽은 것으로 밝혀졌으며, 이는 바닥마감재로부터 다량의 유해가스가 생성되었기 때문임을 알 수 있다.

다만, 실시예 5의 경우 불연성과 가스 유해성시험에서 모두 적합하기는 하나 실시예 2 내지 4와 비교하여 그 효과가 증진되지 못하고 있음을 알 수 있으며, 이에 규산칼슘(CaSiO₃)계의 첨가량이 적절한 범위에서 첨가되는 것이 바람직함을 알 수 있다.

Claims (5)

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2. 포틀랜드 시멘트 40~50중량부와, 골재로서 실리카 샌드 23~28중량부, 무정형 실리카 분말 15~20중량부, 아크릴 수지 5~8중량부, 규산칼슘(CaSiO₃)계 광물섬유 1~5중량부, 양생촉진제 0.1~0.3중량부, 증점제 0.2~0.4중량부, 감수제 0.2~0.4중량부, 소포제 0.2~0.4중량부, 색상안료 3~7중량부를 포함하는 난연성 바닥 마감재 조성물에 있어서,

   상기 양생촉진제가 탄산칼륨(K₂CO₃)이나 탄산리튬(Li₂CO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃) 중에 선택된 것을 특징으로 하는 난연성 바닥 마감재 조성물.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 색상안료는 산화철안료인 것을 특징으로 하는 난연성 바닥 마감재 조성물.
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