KR102123584B1

KR102123584B1 - 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물 및 이의 코팅 방법

Info

Publication number: KR102123584B1
Application number: KR1020190164449A
Authority: KR
Inventors: 이상섭; 전아람
Original assignee: 주식회사 지에프아이
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-06-16

Abstract

본 발명은 소화액 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 소화약제가 함유된 마이크로캡슐을 육안으로 관리가 어려운 매우 협소한 공간, 각종 소형 부품 등에 코팅 방식으로 부착 가능하도록 하여 능동적으로 초기에 화재를 진압할 수 있는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물 및 이의 코팅 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 소화약제가 함유되고 1~1000 ㎛의 크기를 갖는 소화용 마이크로캡슐과; 실리콘 러버(Silicon Rubber), 니트로셀룰로오즈(Nitro Cellulose), 폴리비스패놀 A-코 에피크로로하이드린 (Poly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스타이렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리우레탄(PU), 폴리카보렛(PU), ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene), 아크릴(MA) 에폭시 레진, 아크릴에멀젼, 아마인/보일유, 알키드/보일유, 알키드수지, 폴리아미드, 염화비닐수지, 멜라민수지, 이소시아네이트수지, 쿠로만 수지, 스티렌-부타디엔, 페놀 포름알데히드(Phenol-formaldehyde), 요소 포름알데히드(Urea-formaldehyde), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated polyester) 및 멜라민 포름알데히드(Melamine-formaldehyde) 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 바인더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물 및 이의 코팅 방법{FIRE EXTINGUISHING LIQUID COMPOSITION OF COATING TYPE USING MICROCAPSULES FOR FIRE EXTINGUISHING AND COATING METHOD THEREOF}

본 발명은 소화액 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 소화약제가 함유된 마이크로캡슐을 육안으로 관리가 어려운 매우 협소한 공간, 각종 소형 부품 등에 코팅 방식으로 부착 가능하도록 하여 능동적으로 초기에 화재를 진압할 수 있는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물 및 이의 코팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 화재 발생 시 소화 약제를 방출하여 소화를 행하기 위한 기존 시스템은 공통적으로 소화 약제 저장용기, 화재를 감지하기 위한 감지부, 저장용기로부터 약제를 방출하기 위한 소화 약제 방출부 등으로 구성된다.

가스계 소화설비의 대표적인 동작 순서를 살펴보면, 통상적으로 감지기의 화재 감지 → 수신반에 신호 → 경보, 지연 장치 작동 → 기동용 솔레노이드 밸브 작동 → 기동용 가스용기 개방 → 선택 밸브 개방 → 소화 약제 저장용기 개방 → 압력 스위치 동작 → 수신반에 신호 →개구부 폐쇄용 전동 댐퍼 작동 및 방출 표시등 점등, 경보음 작동 →헤드를 통해 가스 방출 →소화 순서로 다소 복잡한 과정을 통해 진행된다.

배관이나 전기배선이 필요한 화재 감지 시스템의 경우 오작동으로 인한 경보가 빈번하여 많은 문제점를 야기시키게 되는데, 이러한 오작동을 일으키는 원인으로는 전기적/기계적인 오류에 의한 것뿐만 아니라 환경적인 영향(예: 분진류, 산화, 저항 증가 등) 또한 포함된다.

소화 약제를 보관하는 가스 축압식 설비의 경우 천공, 배선 등의 시공에 어려움이 존재하며, 복잡한 배선은 또 다른 화재 위험을 유발할 수 있고 금속재질의 가스통과 같은 자재는 트레킹의 위험을 가중시킬 수 있다.

전기동작 방식의 화재 센서(예: 열, 불꽃, 적외선, 자외선 등 감지)는 가동시간이 증가하면 전기 에너지에 따른 감지부 변형이 이루어져 다양한 초기 화재현상에 효과적으로 대응하기 어려운 문제점도 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 종래 자동식 소화 장치로는 '고체 에어로졸'이 있으나, 고체 에어로졸 방식은 화재 발생 시 대량의 에어로졸을 분사하여 화재를 진압하게 됨에 따라 에어로졸 내부의 칼륨 화합물이 주변부까지 영향을 미쳐 그 결과 연기와 함께 잔존물의 화학반응으로 2차 피해가 우려되는 되는 문제점이 있다.

상술된 바와 같은 이유로 방호하고자 하는 공간, 특히 고도화된 장비를 사용하는 공간에서는 분자 상태로 반응하면서 소화 기능이 있는 가스계 소화약제를 사용해야 하고, 하우징 형태의 공간에서도 복잡한 기계설비 및 오작동 없이 탈부착이 쉬운 가스계 화재 시스템이 필요하지만 기존의 가스계 소화 설비는 아직까지는 여러 설비로 인해 공간상에 많은 제약이 따르기 때문에 중·소형 공간에 간편하게 설치할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 극소 공간이나 소형 부품에 별도의 설비 없이도 초기 화재 진압을 용이하게 도모하기 위해 소화용 마이크로 캡슐과 같은 또 다른 화재 진압 대체 수단의 적용 방안 마련이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1733423호 일본 공개특허공보 제2016-176013호

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 육안으로 관리가 어렵고 미세한 공간에 적용되어 화재 방호를 능동적으로 수행하여 초기 화재 진압을 통하여 대형화재 및 화재 재난을 미연에 방지하기 위한 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물 및 이의 코팅 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 코어인 소화약제 및 외피를 형성하는 쉘로 이루어지고, 평균 직경 1~1000 ㎛의 크기를 갖는 소화용 마이크로캡슐과; 실리콘 러버(Silicon Rubber), 니트로셀룰로오즈(Nitro Cellulose), 폴리비스패놀 A-코 에피크로로하이드린 (Poly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스타이렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리우레탄(PU), 폴리카보렛(PU), ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene), 아크릴(MA) 에폭시 레진, 아크릴에멀젼, 아마인/보일유, 알키드/보일유, 알키드수지, 폴리아미드, 염화비닐수지, 멜라민수지, 이소시아네이트수지, 쿠로만 수지, 스티렌-부타디엔, 페놀 포름알데히드(Phenol-formaldehyde), 요소 포름알데히드(Urea-formaldehyde), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated polyester) 및 멜라민 포름알데히드(Melamine-formaldehyde) 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 바인더;를 포함하되, 상기 쉘은 50~2000nm 두께로 코어를 둘러싸도록 형성되고, 고분자 수지, 침전제 및 응고제를 함유하고, 상기 소화약제가 쉘을 이탈하는 탈캡슐화(Decapsulation)는 마이크로캡슐의 중량이 95%에서 15%로 떨어지는 온도 차이를 40℃ 이내로 하고, 온도 130℃~170℃에서 하기의 탈캡슐화율로 정의되는 탈캡슐화율이 150%/분을 초과하며,
[탈캡슐화율]

상기 소화용 마이크로캡슐 100 중량부에 대하여 바인더 90~110 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 소화약제는 1,1,1,2,2-Pentafluoroethane (CF₃CF₂H, HFC-125), 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane(CF₃CHFCF₃), Chlorotetrafluoroethane(CHClFCF₃), 불소화합물계 케톤 화합물, dodecafluoro-2-methylpentan-3-one(FK-5-1-12, CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂)), 1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane(C₂HClF₄), 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoroethane(CHClFCF₃, HCFC-124), 데카플루오로시클로헥사논(퍼플루오로 시클로헥사논), CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂(-1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-트리플루오로메틸-부탄-3온), (CF₃)₂CFC(O)CF(CF₃)₂(-1,1,1,2,4,5,5,5,6,6,6,-옥타플루오로-2,4,-비스(트리플루오로메틸)펜탄-3-온), CF₃CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃, CF₃C(O)CF(CF₃)₂, 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8,-헥사도데카플루오로옥탄-2-온(CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂C(O)CF₃), 1,1,1,3,4,4,4,-헵타플루오로-3-트리플루오로메틸부탄-2-온(CF₃C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,4,4,5,5,-옥타플루오로-2-트리플루오로메틸펜탄-3-온(HCF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,6,-운데카플루오로-2-트리플루오로메틸헥산-3-온(CF₃CF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂), 1-클로로-,1,1,3,4,4,4-헥사플루오로-3-트리플루오로메틸-부탄-2-온((CF₃)₂CFC(O)CF₂CL), 1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-도데카플루오로헥산-3-온(CF₃CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃), 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로펜탄-2-4-디온(CF₃C(O)CH₂C(O)CF₃), 1,1,1,2,5,6,6,6-옥타플루오로-2,5-비스(트리플루오로메틸)헥산-3,4-디온((CF₃)₂CFC(O)C(O)C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,7,-테트라데카플루오로헵탄-4-온(CF₃CF₂CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃), 1,1,1,3,3,4,4,4-옥타플루오로부탈-2-온(CF₃C(O)CF₂CF₃), 1,1,2,2,4,5,5,5-옥타플루오로-1-트리플루오로메톡시-4-트리플루오로메틸펜탄-3-온(CF₃OCF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂) 및 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,7,-트리데카플루오로-2-트리플루오로메틸헵탄-3-온(CF₃CF₂CF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소화약제는 퍼플루오로부탄(FC-3-1-10), 하이드로클로로플루오로카본 혼화제(HCFC-123, HCFC-22, HCFC-124), 클로로테트라플루오르에탄(HCFC-124), 펜타플루오로에탄(HFC-125), 헵타플루오로프로판(HFC-227ea), 트리플루오로메탄(HFC-23), 헥사플루오로프로판(HFC-236fa), 트리플루오로이오다이드(FIC-13I1), 불연성/불활성기체 혼합가스 및 도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-원(FK-5-1-12)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

삭제

한편으로, 본 발명은, 상기 소화액 조성물을 실크 스크린 인쇄 기법으로 대상물에 코팅하거나, 상기 소화액 조성물에 압력을 가하여 스프레이 형태로 대상물을 코팅하거나, 상기 바인더를 대상물에 도포한 다음 소화용 마이크로캡슐을 일정크기의 메쉬망으로 통과시켜 바인더상에 부착시키는 것을 특징으로 한다.

또는, 대상물에 상기 소화액 조성물이 수용될 일정 공간이 존재하는 경우 그 공간에 소화액 조성물을 투입 후 경화시키거나, 대상물에 소화액 조성물을 수용할 공간이 없는 경우 그 대상물 표면에 직접 소화액 조성물을 도포하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물 및 이의 코팅 방법은 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.

1. 할로겐화합물 및 불활성 기체 소화 설비의 화재안전기준(NFSC 107A)에 부합하는 소화약제를 내재한 미세 캡슐과 바인더의 혼합 물질을 화재 위험성이 잠재하거나 에너지가 집중되는 부품 혹은 제품에 직접 코팅 가능함으로써, 육안으로 관리가 어렵고 미세한 공간에서도 초기에 화재를 진압하거나 화재로 전이될 수 있는 수준의 열을 낮추는 것과 같이 화재 방호를 능동적으로 수행할 수 있음에 따라 화재 재난을 미연에 방지할 수 있음

2. 잔존물의 피해 없이 화재를 진압해야 하는 곳, 예로써 2차 전지용 셀, 모듈, 팩, 모터, 콘센트, 실외기, 전장부품, 전기제품의 PCB, 기계, 전선용 CAP, 전기 판넬 내부 등에 간편한 코팅 방식으로 용이하게 적용할 수 있음

3. 소화 설비에 의해 전기적/기계적으로 작동하는 소화방식이 아니기 때문에 오작동에 대한 염려가 없고 시공 및 관리에 있어서도 비용을 절감시킬 수 있음

도 1은 (a) 상온에서 정상상태의 소화용 마이크로캡슐과 (b) 특정 온도 이상에서 파괴된 소화용 마이크로 캡슐을 촬영한 SEM 이미지
도 2는 본 발명에 사용되는 소화용 마이크로캡슐의 열중량분석(Thermo-gravimetric Analyzer) 결과 그래프
도 3은 본 발명의 소화액 조성물 코팅 방법에 따라 사출 성형물에 조성물을 투입 후 경화시킨 이미지

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물 및 이의 코팅 방법을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물은 기본적으로 소화용 마이크로캡슐 및 바인더를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로, 본 발명은 코어인 소화약제 및 외피를 형성하는 쉘로 이루어지고 평균 직경 1~1000 ㎛의 크기를 갖는 소화용 마이크로캡슐과, 실리콘 러버(Silicon Rubber), 니트로셀룰로오즈(Nitro Cellulose), 폴리비스패놀 A-코 에피크로로하이드린 (Poly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스타이렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리우레탄(PU), 폴리카보렛(PU), ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene), 아크릴(MA) 에폭시 레진, 아크릴에멀젼, 아마인/보일유, 알키드/보일유, 알키드수지, 폴리아미드, 염화비닐수지, 멜라민수지, 이소시아네이트수지, 쿠로만 수지, 스티렌-부타디엔, 페놀 포름알데히드(Phenol-formaldehyde), 요소 포름알데히드(Urea-formaldehyde), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated polyester), 멜라민 포름알데히드(Melamine-formaldehyde) 등으로 이루어진 바인더를 포함하여 이루어진다.

도 1은 (a) 상온에서 정상상태의 소화용 마이크로캡슐과 (b) 특정 온도 이상에서 파괴된 소화용 마이크로 캡슐을 촬영한 SEM 이미지이다.

상기 소화용 마이크로캡슐은 코어 및 쉘 구조로 이루어지는데, 여기서 코어인 소화약제는 마이크로캡슐의 80 내지 97 중량%를 차지하게 되고, 외피를 형성하는 쉘은 고분자 수지로 형성된다.

상술된 바와 같은 소화약제는 몬트리올 의정서에 따라 생산 및 사용의 제한을 받지 않는 소화 성능이 우수한 성분으로, 상온에서 액상이며, 특정 온도에서 기상으로 변화됨에 따라 초기 화재 발생 시 즉각적으로 소화 및 반응이 이루어지도록 한다.

이러한 소화약제로는 1,1,1,2,2-Pentafluoroethane (CF₃CF₂H, HFC-125), 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane(CF₃CHFCF₃), Chlorotetrafluoroethane(CHClFCF₃), 불소화합물계 케톤 화합물, dodecafluoro-2-methylpentan-3-one(FK-5-1-12, CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂)), 1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane(C₂HClF₄), 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoroethane(CHClFCF₃, HCFC-124), 데카플루오로시클로헥사논(퍼플루오로 시클로헥사논), CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂(-1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-트리플루오로메틸-부탄-3온), (CF₃)₂CFC(O)CF(CF₃)₂(-1,1,1,2,4,5,5,5,6,6,6,-옥타플루오로-2,4,-비스(트리플루오로메틸)펜탄-3-온), CF₃CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃, CF₃C(O)CF(CF₃)₂, 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8,-헥사도데카플루오로옥탄-2-온(CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂C(O)CF₃), 1,1,1,3,4,4,4,-헵타플루오로-3-트리플루오로메틸부탄-2-온(CF₃C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,4,4,5,5,-옥타플루오로-2-트리플루오로메틸펜탄-3-온(HCF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,6,-운데카플루오로-2-트리플루오로메틸헥산-3-온(CF₃CF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂), 1-클로로-,1,1,3,4,4,4-헥사플루오로-3-트리플루오로메틸-부탄-2-온((CF₃)₂CFC(O)CF₂CL), 1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-도데카플루오로헥산-3-온(CF₃CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃), 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로펜탄-2-4-디온(CF₃C(O)CH₂C(O)CF₃), 1,1,1,2,5,6,6,6-옥타플루오로-2,5-비스(트리플루오로메틸)헥산-3,4-디온((CF₃)₂CFC(O)C(O)C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,7,-테트라데카플루오로헵탄-4-온(CF₃CF₂CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃), 1,1,1,3,3,4,4,4-옥타플루오로부탈-2-온(CF₃C(O)CF₂CF₃), 1,1,2,2,4,5,5,5-옥타플루오로-1-트리플루오로메톡시-4-트리플루오로메틸펜탄-3-온(CF₃OCF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,7,-트리데카플루오로-2-트리플루오로메틸헵탄-3-온(CF₃CF₂CF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂) 등이 사용될 수 있다.

또한, 상기 소화약제는 퍼플루오로부탄(FC-3-1-10), 하이드로클로로플루오로카본 혼화제(HCFC-123, HCFC-22, HCFC-124), 클로로테트라플루오르에탄(HCFC-124), 펜타플루오로에탄(HFC-125), 헵타플루오로프로판(HFC-227ea), 트리플루오로메탄(HFC-23), 헥사플루오로프로판(HFC-236fa), 트리플루오로이오다이드(FIC-13I1), 불연성/불활성기체 혼합가스(예: N₂, Ar, CO₂) 및 도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-원(FK-5-1-12) 등이 사용될 수 있다.

상술된 바와 같은 소화약제는 간접적으로 주변의 열 에너지를 감소시켜 화재가 발생되지 않도록 억제하거나 직접적으로 불을 끄도록 기능하게 된다.

상기 소화용 마이크로캡슐의 쉘은 소화 약제의 외부를 감싸 캡슐화된 내부공간에 소화 약제가 보관되도록 기능하고, 상온에서 외부 환경에 의해 소화 약제가 대기중으로 누출되는 것을 방지하도록 내후성과 기밀성을 보장하게 된다.

이러한 쉘은 화재로 인지되는 100~300 ℃에서 연화됨과 동시에 소화 약제의 상 변화와 함께 팽창되어 파열됨으로써 그 소화 약제를 외부로 분사시키게 되며, 기술된 화재 온도 범위에서 반응하기 위해 바람직하게는 50~2000 nm 두께를 갖는다.

또한, 쉘을 형성하는 고분자 수지로는 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 아미노알데히드 수지, 멜라민 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌-아크릴레이트 공중 합체 수지, 스티렌-메타크릴레이트 공중합체 수지, 젤라틴 또는 그 유도체, 폴리비닐알코올, 페놀포름알데이드수지, 레소시놀 포름알데히드 수지 등이 사용될 수 있는 한편, 고분자 수지에 아세트산 칼륨, 시트르산 나트륨, 염화나트륨, 염화 암모늄, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 황산구리, 티오시 안산 나트륨 등과 같은 침전제나 황산 알루미늄, 수산화 아연, 수산화철, 염화철 등과 같은 응고제를 포함시켜 제조 시 마이크로캡슐 선별율이나 경화속도를 조절할 수 있다.

도 2는 본 발명에서 사용되는 소화용 마이크로 캡슐의 열중량분석(Thermo-gravimetric Analyzer) 결과 그래프이다.

도 1(b)에서와 같이 소화약제가 쉘을 파괴하고 나오거나 쉘이 붕괴되어 소화약제를 방출하는 것을 탈캡슐화(또는 캡슐화 해제, Decapsulation)라고 할 때, 이러한 탈캡슐화는 소화용 마이크로캡슐의 중량이 95%에서 15%까지 떨어지는(소화 약제가 외부로 방출되는) 온도 범위를 40℃ 이내로 하는 것이 바람직하다.

도 2를 참고하여 설명하면, 소화용 마이크로캡슐의 중량이 95%가 되는 온도가 130℃이고 15%가 되는 온도가 170℃인데 소화 약제의 탈캡슐화가 발생하는 온도가 40℃ 이상 차이나게 되면 내부의 소화 약제 방출이 단계적으로 발생하여 화재를 진압하기 위한 적정 소화약제 농도를 충족시키지 못하게 되기 때문에 좁은 온도 범위 내에서 일시에 소화 약제를 방출해야 화재를 신속히 진압할 수 있음에 따라 소화용 마이크로캡슐의 탈캡슐화 온도 범위가 40℃ 이내에서 소화용 마이크로 캡슐의 중량이 95%에서 15%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 온도 130℃~170℃에서 아래 수식과 같이 탈캡슐화가 안된 소화용 마이크로캡슐을 분모로 하고 탈캡슐화된 소화용 마이크로 캡슐을 분자로 한 탈캡슐화율은 150 % / 분을 초과하도록 하여 상술된 바와 같이 일시에 소화 약제를 방출함으로써 빠르게 화재를 진압하는 것이 바람직하다.

[탈캡슐화율]

위에서 언급된 바와 같은 구성을 통해 다량의 소화용 마이크로캡슐이 쉘의 내구성 및 기밀성에 의해 반응(파열, 누출)하지 않고 있다가 특정온도(예: 100℃ 이상)에서 동시 다발적으로 반응하여 폭발하면서 기체화된 소화 약제를 분출함으로 소화 약제가 화재 발화점에 직접 작용하여 연소의 4대 조건인 연료(가연물), 산소(공기), 열(발화원) 및 연쇄반응 중 열(발화원)과의 연쇄반응을 차단하여 고에너지의 화재를 진압하게 된다.

상기 바인더는 소화용 마이크로캡슐과 혼합된 이후 자체적으로 캡슐 외벽, 즉 쉘을 파괴하지 않아야 하고, 방호하고자 하는 공간, 대상물에 적용 시 완벽히 건조되지 않아도 무관하나 반드시 캡슐이 바인더로부터 분리되지 않도록 기능해야 한다.

또한, 상기 바인더에 PAINT, 접착제 성분, PASTE 물질, 에틸렌계, 메타크릴계, 에폭시계, 지방산 에스테르계 등을 혼합하는 것도 가능하며, 구체적으로는 아교, 전분, 아세틸 셀룰로스(Acetyl cellulose), 폴리비닐아세테이트(Poly vinyl acetate, PVC), 폴리비닐알코올(Poly vinyl alcohol, PVC), 실리콘 고무계, 아크릴계 점착제, 고무계, 시아노아크릴레이트, 에폭시계, 아크릴레이트, 아크릴레이트 모노머, 폴리 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메카크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리 에틸 메카트릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 페녹시 수지, α-시아노아크릴레이트, 2액형계 아크릴계(SGA), 2에틸헥실아크릴레이트(2eha), 부틸아크릴레이트, 이소 옥틸 아크릴레이트, 우레탄 예비중합체, (메트)아크릴레이트 단량체, 퍼옥시 에스테르, 퍼옥시 에스테르의 중합 개시제와 함께 산화환원계를 형성할 수 있는 화합물로 된 가속화제를 함유하는 접착제 조성물, 알데히드-아민 첨가물 활성화제, 아민과 알데히드의 축합생성물, 구리염 및 산 포스페이트 화합물 등을 바인더와 혼합하여 특정 대상물과의 접착성을 향상시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 소화액 조성물은 소화용 마이크로캡슐 100 중량부에 대하여 바인더 90~110 중량부로 이루어져 코팅 가능한 특성을 갖게 되며, 이러한 배합비율은 바인더를 너무 적게 사용하면 소화용 마이크로캡슐 및 바인더간 접착력이 떨어질 수 있고 과도하게 사용하면 바인더로 인해 캡슐이 특정 온도에서 파괴되는 현상이 어려워지는 점을 확인하여 한정한 것이다.

도 3은 본 발명의 소화액 조성물 코팅 방법에 따라 사출 성형물에 조성물을 투입 후 경화시킨 이미지이다.

아래에서는 소화액 조성물의 다양한 코팅 방식에 대해 살펴보기로 한다.

<실크 스크린 인쇄 방식>

- 소화액 조성물을 실크 스크린 인쇄 기법으로 대상물에 코팅함

- 일례로 코팅할 소재 표면 부분 위에 홀이 있는 천을 위치시키고 실크 스크린 방식에 따라 홀에 대응하는 부분만을 조성물로 코팅한 다음 건조시킴

- 대상물의 일정 부분에만 정밀하게 조성물을 코팅할 수 있는 장점을 가짐

<스프레이 방식>

- 소화액 조성물에 압력을 가하여 스프레이 형태로 대상물을 코팅

- 예로써 소화액 조성물이 수용된 용기를 밀폐시킨 상태에서 일정 압력을 가하여 코팅할 소재 표면에 분사함

- 좁은 틈 사이, 넓은 크기를 갖는 대상물에 조성물을 코팅할 수 있는 장점을 가짐

<필터링 방식>

- 바인더를 대상물에 도포한 다음 소화용 마이크로캡슐을 일정크기의 메쉬망으로 통과시켜 바인더상에 부착시킴

- 예를 들어 바인더를 먼저 대상물에 도포하고 바인더 위로 마이크론 단위의 메쉬망을 배치한 다음 캡슐을 메쉬망에 뿌려 일정크기 이하의 캡슐만 바인더에 부착되도록 함

- 캡슐이 바인더에 일부만이 매립되거나 얕게 매립됨에 따라 바인더에 의해 폭발력이 저감되는 현상을 방지하는 장점을 가짐

<직접 투입 방식>

- 대상물에 소화액 조성물이 수용될 일정 공간이 존재하는 경우 그 공간에 소화액 조성물을 투입 후 경화시킴

- 일례로 일정 공간을 갖는 사출 성형물에 직접 조성물을 투입한 다음 건조시킴

- 대상물 공간상에 조성물을 간단히 붓는 방식으로 도포할 수 있는 장점을 가짐

<직접 도포 방식>

- 대상물에 소화액 조성물을 수용할 공간이 없는 경우 그 대상물 표면에 직접 소화액 조성물을 도포한 다음 건조시킴

- 예를 들어 소재 표면 위에 붓과 같은 도구/기구를 사용하여 직접 조성물을 그 표면에 도포 후 건조시킴

- 상술된 코팅 방식들을 모두 적용하기 어려울 경우 채택할 수 있는 방식임

한편으로, 아래에서는 위에서 언급된 소화액 조성물의 다양한 코팅 방식에 대한 실시예 및 실험예를 살펴보기로 한다.

<실시예 1>

- 코팅할 플라스틱 표면 부분 위에 홀이 있는 천을 위치시키고 소화용 마이크로캡슐 135g + 바인더 137g으로 믹스된 소화액 조성물을 실크 스크린 방식에 따라 4회에 걸쳐 코팅한 다음 건조시킴

<실시예 2>

- 소화용 마이크로캡슐 30g + 바인더 30g으로 믹스된 소화액 조성물을 용기에 담아 밀폐시킨 후 4~6 bar의 압력을 가하여 플라스틱 표면에 분사한 다음 건조시킴

<실시예 3>

- 코팅할 플라스틱 표면에 바인더 10g을 도포하고 300 마이크론 크기의 구멍을 갖는 메쉬망을 통과시킨 캡슐 10g만이 바인더상에 부착되도록 한 다음 건조시킴

<실시예 4>

- 일정공간을 갖는 사출 성형물에 소화용 마이크로캡슐 135g + 바인더 137g으로 믹스된 소화액 조성물을 직접 투입한 후 경화시킴

<실시예 5>

- 플라스틱 표면 부분 위에 소화용 마이크로캡슐 135g + 바인더 137g으로 믹스된 소화액 조성물을 붓으로 직접 바른 다음 건조시킴

<실험예>

- 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 소화 테스트용 샘플들의 소화시간을 확인하기 위해 소화 상태가 육안으로 확인 가능하도록 32.4 ℓ(200mm x 360mm x 450mm)인 폴리카보네이트 문이 있는 특수 금속 상자를 사용하였으며, 상기 특수 금속 상자는 자연 소화를 방지하기 위하여 측벽에 2개 이상의 홀을 형성하였다.

- 위 소화 테스트용 샘플들을 금속 상자의 윗면에 설치 후 연료(n-헵탄)를 이용한 화재원으로부터 30 cm 떨어진 상자에 투입하였고, 그 후 연료(n-헵탄)를 발화시킨 다음 상자 문을 단단히 닫음과 동시에 실험 시작 시간을 측정하였으며, 완전 소화 시간은 실험을 진행하는 동안 결정되었다.

- 참고로 소화 테스트용 샘플들은 크기 66mm x 100mm, 두께 0.1mm 내지 5mm 인 것을 사용하였다.

<실험결과>

- 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 소화 테스트용 샘플들은 모두 큰 차이 없이 3s ~ 15s 내에 소화시켰으며, 실시예 3에 따른 샘플이 가장 신속한 캡슐 반응을 나타내었으며, 실시예 4에 따른 샘플이 제일 늦게 반응하였으나, 샘플들 모두 큰 시간 차이 없이 소화시켰다.

상술된 바와 같이 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물 및 이의 코팅 방법에 따르면, 플라스틱, 섬유, 고무(탄성체), 종이, 스티로폼, 철, SUS, 유리, 나무, 양면 Tape 등의 다양한 소재 특성에 맞춤형식으로 코팅할 수 있으며, 모터의 코일 주변, 절연 CAP, PCB 기판, 종이, 건축용 내장재, 콘센트, 분전함 내 Replay, 차단기, 인버터, 컨버터, Power On-Off 장치, 전기자재, Power 모듈, ESS 시스템 내 배터리 모듈 박스의 Top cover, 핸드폰 내 열이 발생되어 화재 발생가능성이 있는 부분, 기타 열이 발생되는 부분 등에도 모두 적용할 수 있는 큰 장점을 갖는다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

코어인 소화약제 및 외피를 형성하는 쉘로 이루어지고, 평균 직경 1~1000 ㎛의 크기를 갖는 소화용 마이크로캡슐과;
실리콘 러버(Silicon Rubber), 니트로셀룰로오즈(Nitro Cellulose), 폴리비스패놀 A-코 에피크로로하이드린 (Poly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스타이렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리우레탄(PU), 폴리카보렛(PU), ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene), 아크릴(MA) 에폭시 레진, 아크릴에멀젼, 아마인/보일유, 알키드/보일유, 알키드수지, 폴리아미드, 염화비닐수지, 멜라민수지, 이소시아네이트수지, 쿠로만 수지, 스티렌-부타디엔, 페놀 포름알데히드(Phenol-formaldehyde), 요소 포름알데히드(Urea-formaldehyde), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated polyester) 및 멜라민 포름알데히드(Melamine-formaldehyde) 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 바인더;를 포함하되,
상기 쉘은 50~2000nm 두께로 코어를 둘러싸도록 형성되고, 고분자 수지, 침전제 및 응고제를 함유하고,
상기 소화약제가 쉘을 이탈하는 탈캡슐화(Decapsulation)는 마이크로캡슐의 중량이 95%에서 15%로 떨어지는 온도 차이를 40℃ 이내로 하고,
온도 130℃~170℃에서 하기의 탈캡슐화율로 정의되는 탈캡슐화율이 150%/분을 초과하며,
[탈캡슐화율]

상기 소화용 마이크로캡슐 100 중량부에 대하여 바인더 90~110 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 소화약제는 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane(CF₃CHFCF₃), Chlorotetrafluoroethane(CHClFCF₃), 불소화합물계 케톤 화합물, 1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane(C₂HClF₄), 데카플루오로시클로헥사논(퍼플루오로 시클로헥사논), CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂(-1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-트리플루오로메틸-부탄-3온), (CF₃)₂CFC(O)CF(CF₃)₂(-1,1,1,2,4,5,5,5,6,6,6,-옥타플루오로-2,4,-비스(트리플루오로메틸)펜탄-3-온), CF₃CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃, CF₃C(O)CF(CF₃)₂, 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8,-헥사도데카플루오로옥탄-2-온(CF₃CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂C(O)CF₃), 1,1,1,3,4,4,4,-헵타플루오로-3-트리플루오로메틸부탄-2-온(CF₃C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,4,4,5,5,-옥타플루오로-2-트리플루오로메틸펜탄-3-온(HCF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,6,-운데카플루오로-2-트리플루오로메틸헥산-3-온(CF₃CF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂), 1-클로로-,1,1,3,4,4,4-헥사플루오로-3-트리플루오로메틸-부탄-2-온((CF₃)₂CFC(O)CF₂CL), 1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-도데카플루오로헥산-3-온(CF₃CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃), 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로펜탄-2-4-디온(CF₃C(O)CH₂C(O)CF₃), 1,1,1,2,5,6,6,6-옥타플루오로-2,5-비스(트리플루오로메틸)헥산-3,4-디온((CF₃)₂CFC(O)C(O)C(O)CF(CF₃)₂), 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,7,-테트라데카플루오로헵탄-4-온(CF₃CF₂CF₂C(O)CF₂CF₂CF₃), 1,1,1,3,3,4,4,4-옥타플루오로부탈-2-온(CF₃C(O)CF₂CF₃), 1,1,2,2,4,5,5,5-옥타플루오로-1-트리플루오로메톡시-4-트리플루오로메틸펜탄-3-온(CF₃OCF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂) 및 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,7,-트리데카플루오로-2-트리플루오로메틸헵탄-3-온(CF₃CF₂CF₂CF₂C(O)CF(CF₃)₂)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 소화약제는 퍼플루오로부탄(FC-3-1-10), 하이드로클로로플루오로카본 혼화제(HCFC-123, HCFC-22, HCFC-124), 클로로테트라플루오르에탄(HCFC-124), 펜타플루오로에탄(HFC-125), 헵타플루오로프로판(HFC-227ea), 트리플루오로메탄(HFC-23), 헥사플루오로프로판(HFC-236fa), 트리플루오로이오다이드(FIC-13I1), 불연성/불활성기체 혼합가스 및 도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-원(FK-5-1-12)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물.
삭제
삭제
삭제
청구항 1에 따른 조성물의 코팅 방법에 있어서,
상기 소화액 조성물을 실크 스크린 인쇄 기법으로 대상물에 코팅하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물의 코팅 방법.
청구항 1에 따른 조성물의 코팅 방법에 있어서,
상기 소화액 조성물에 압력을 가하여 스프레이 형태로 대상물을 코팅하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물의 코팅 방법.
청구항 1에 따른 조성물의 코팅 방법에 있어서,
상기 바인더를 대상물에 도포한 다음 소화용 마이크로캡슐을 일정크기의 메쉬망으로 통과시켜 바인더상에 부착시키는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물의 코팅 방법.
청구항 1에 따른 조성물의 코팅 방법에 있어서,
대상물에 상기 소화액 조성물이 수용될 일정 공간이 존재하는 경우 그 공간에 소화액 조성물을 투입 후 경화시키거나, 대상물에 소화액 조성물을 수용할 공간이 없는 경우 그 대상물 표면에 직접 소화액 조성물을 도포하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 사용한 코팅 타입 소화액 조성물의 코팅 방법.