KR102258690B1 - 내열 및 불연 특성을 갖는 불연소재, 그 제조 방법, 이를 포함하는 건축 내장재, 보온재, 흡음재 및 단열재 - Google Patents

내열 및 불연 특성을 갖는 불연소재, 그 제조 방법, 이를 포함하는 건축 내장재, 보온재, 흡음재 및 단열재 Download PDF

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Abstract

섬유 기재 내부 및 표면상의 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은, 무기 바인더, 애쉬 및 점토 분말을 포함하는 불연소재.

Description

내열 및 불연 특성을 갖는 불연소재, 그 제조 방법, 이를 포함하는 건축 내장재, 보온재, 흡음재 및 단열재 {Incombustible material having heat-resistant and non-flammable properties, method of fabricating of the same, building interior material, lagging material, sound absorbing material and insulation material including the same}
본 발명은 내연 및 불연 특성을 갖는 불연소재 및 그 제조 방법에 관련된 것으로 상세하게는, 섬유 기재의 내부 및 표면 상의 코팅층을 포함한 불연소재 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
불연소재는, 섬유 기재 내 또는 표면에 기능성 물질들을 삽입 또는 코팅하여, 섬유 기재의 물리 화학적 특성을 향상시키는 소재이다. 불연소재에 대해 강도 대비 낮은 밀도, 부식성, 피로에 대한 저항성, 난연성 등을 향상 시키는 기술들이 개발되고 있다.
예를 들어, 섬유 강화 플라스틱(fiber reinforced plastics)은, 플라스틱 계열의 수지가 제공된 섬유 기재를 복수 적층하고 열 압착한 복합재료이다. 섬유 강화 플라스틱은 내화성, 내열성, 난연성 및 흡음성 등을 갖는다. 이에 따라서, 섬유 강화 플라스틱은 석유화학, 정유, 발전소, 조선선박 등에 건축 내장재, 보온재, 및 단열재로 활용될 수 있다.
활용분야가 증가함에 따라, 다양한 기능들을 갖는 섬유 강화 플라스틱이 연구되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 10-1947743에는 에폭시 수기 말단에 불포화폴리에스테르기를 갖는 비스페놀형 비닐에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 염소화염화비닐수지 10~30 중량부, 무수말레인산 크라프트 폴리염화비닐 공중합물 커플링제 5~10 중량부, 아라미드섬유 1~5 중량부, 팽창흑연 12~20 중량부, 징크보레이트 또는 수산화알루미늄 또는 수산화 마그네슘으로부터 선택되는 억연제 10~30 중량부, 복합 난연제 10~20 중량부, 경화제 1~1.5 중량부 및 촉진제 0.5~1 중량부로 조성되는 불연성 매트릭스 수지를 유리섬유에 함침시킨 내식 외부층과 내식 보강층의 두께비가 1:8~10인 내부 내식층과 표면 불연층을 형성하여 다층 구조의 불연성 섬유 강화 플라스틱(FRP)를 제조하되, 상기 내부 내식층은 스페이스 매트(suface mat)에 상기 불연성 매트릭스 수지를 함침시킨 내식 외부층과 촙드 스트랜드 매트(chopped strand mat)에 상기 불연성 매트릭스 수지를 함침시킨 내식 보강층을 형성하는 제1 단계와, 상기 표면불연층은 글래스 로빙(glass roving)과 촙드 스트랜드 매트(chopped strand mat)를 적층하고 상기 불연성 매트릭스 수지를 함침시켜 형성하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조공장의 배기가스 덕트 및 배관용 다층 구조의 불연성 섬유 강화 플라스틱(FRP)의 제조방법이 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 내열성이 향상된 불연소재 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 불연성이 향상된 불연소재 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 절감된 불연소재 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 시간이 단축된 불연소재 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 대량 생산이 용이한 불연소재 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 불연소재 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 불연소재 제조 방법은, 무기 바인더, 애쉬(ash), 및 점토 분말을 준비하는 단계, 상기 무기 바인더에 용매를 제공하고 교반하여 베이스 용액을 제조하는 단계, 상기 베이스 용액에 상기 애쉬 및 상기 점토 분말을 제공하고 교반하여 코팅제를 제조하는 단계, 및 상기 코팅제를 섬유 기재에 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 애쉬를 준비하는 단계는, 상기 애쉬를 제1 필터로 필터링하여 이물질을 제거하는 1차 정제 단계, 및 상기 제1 필터보다 필터링 레벨이 높은 제2 필터를 사용하여 상기 애쉬를 추가로 필터링하여 미연소 탄소를 분리시키는 2차 정제 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 점토 분말을 준비하는 단계는, 점토 광물을 준비하는 단계, 상기 점토 광물을 1차 건조하는 단계, 상기 점토 광물을 미분쇄하는 단계, 상기 점토 광물을 1차 필터링하는 단계, 상기 점토 광물을 2차 건조하는 단계, 및 상기 점토 광물을 2차 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 불연소재를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 불연소재는, 섬유 기재, 상기 섬유 기재 내부 및 표면상의 코팅층을 포함하되, 상기 코팅층은 무기 바인더, 애쉬 및 점토 분말을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 섬유 기재는, 현무암 섬유, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 실리카 섬유, 면 섬유 또는 나일론 등 화학섬유 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무기 바인더는, 실리카, 알칼리 금속 산화물 및 물을 포함하되, 상기 알칼리 금속 산화물은 나트륨(Na), 칼륨(K), 또는 리튬(Li) 산화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무기 바인더는, 이산화 실리콘(SiO2), 산화 나트륨(Na2O), 및 실리콘과 산화 나트륨의 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 점토 분말은 점토(clay), 고령토(kaolin), 카올라이트(kaolinite), 벤토나이트(bentonite), 제올라이트(zeolite), 몬모릴로나이트(montmolinonite), 나크라이트(nacrite), 딕카이트(dickite), 할로이사이트(holloysite), 또는 깁사이트(gibbsite) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 건축 내장재, 보온재, 흡음재 및 단열재를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 건축 내장재, 상기 보온재, 상기 흡음재, 및 상기 단열재는, 상술된 실시 예에 따른 상기 불연소재를 포함하고, 내열성 및 불연성을 갖는다.
본 발명의 실시 예에 따른 불연소재의 제조 방법은, 무기 바인더, 애쉬, 및 점토 분말을 준비하는 단계, 상기 무기 바인더에 용매를 제공하고 교반하여 베이스 용액을 제조하는 단계, 상기 베이스 용액에 상기 애쉬 및 상기 점토 분말을 제공하고 교반하여 코팅제를 제조하는 단계, 및 상기 코팅제를 섬유 기재에 도포하고 건조하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 불연소재의 제조 방법이 간단하여, 제조 시간 및 제조 비용이 용이하게 절감될 수 있어, 상기 섬유 강화 섬유는 용이하게 대량 생산할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 불연소재의 구조는, 상기 섬유 기재 내부 및 표면 상에, 상기 코팅층을 포함한 구조일 수 있다. 상기 코팅층은 상기 무기 바인더, 상기 애쉬, 및 상기 점토 분말을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅층은, 상기 코팅제가 상기 섬유 기재에 도포된 후, 자연 건조 시, 상기 코팅제 내에 포함된 상기 용매가 휘발되어 형성될 수 있다. 상기 코팅층 내에 상기 애쉬는 내열성, 불연성 및 난연성을 동시에 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 애쉬는 알루미노 실리케이트(alumino silicate)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 코팅층 내에 상기 점토 분말은 내열성 및 난연성을 동시에 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 점토 분말은, 고령토(kaolin) 분말일 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 불연소재는, 상기 코팅층 내의 상기 애쉬(예를 들어, 알루미노 실리케이트) 및 상기 점토 분말(예를 들어, 고령토 분말)에 의해, 내열성 및 불연성을 동시에 가질 수 있다. 이에 따라서, 상기 불연소재는 건축 내장재, 보온재, 흡음재 및 단열재에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 불연소재 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 베이스 용액을 제조하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 애쉬를 준비하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 점토 분말을 준비하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 코팅제를 제조하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 섬유 기재 및 코팅층을 포함하는 불연소재를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 코팅제 및 불연소재의 제조공정을 설명하기 위한 사진이다.
도 8은 실험 예 2에 따른 불연소재 및 세라믹 직물을 비교 설명하기 위한 사진이다.
도 9는 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 불연소재의 화염방사 시험 조건을 나타낸 사진이다.
도 10은 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 불연소재의 화염방사 시험 전/후 상태를 비교 설명하기 위한 사진이다.
도 11은 실험 예 2에 따른 불연소재 및 유리 직물의 열처리 조건 별 상태를 비교하기 위한 사진이다.
도 12는 실험 예 2에 따른 불연소재 및 유리 직물의 토치 불꽃 시험을 비교한 사진이다.
도 13은 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 불연소재의 시편을 콘 칼로리미터 측정 후 시편을 촬영한 사진이다.
도 14는 실험 예 2에 따른 불연소재를 콘 칼로리미터 측정 후 촬영한 사진이다.
도 15는 실험 예 2에 따른 코팅제를 FRP(fiber reinforced plastics) 상에 코팅한 불연소재 시편의 한계산소지수(limiting oxygen index, LOI)를 측정 후 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 불연소재 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 베이스 용액을 제조하는 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 애쉬를 준비하는 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 점토 분말을 준비하는 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 코팅제를 제조하는 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 섬유 기재 및 코팅층을 포함하는 불연소재를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 무기 바인더(110), 애쉬(200), 및 점토 분말(300)이 준비된다(S110).
상기 무기 바인더(110)는, 실리카, 알칼리 금속 산화물 및 물을 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 산화물은 나트륨(Na), 칼륨(K), 또는 리튬(Li) 산화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 무기 바인더(110)는 이산화 실리콘(SiO2) 및 산화 나트륨(Na2O)을 포함한 소듐 실리케이트(sodium silicate)일 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 상기 무기 바인더(110)는, 아래의 [표 1]와 같은 소듐 실리케이트를 포함할 수 있다.
소듐 실리케이트 종류별 특성
제품명 No.1-1(1-1호) No.2-1(2-1호) No.2(주물 2호) No.3(KS 3호) No.4(4호)
화학식 Na2O 2 SiO2 H2O Na2O 2.6 SiO2 H2O Na2O 2.6 SiO2 H2O Na2O 3.2 SiO2 H2O Na2O 4.0 SiO2 H2O
pH 12 - 13 12 - 13 12 - 13 12 - 13 12 - 13
비중(20±1℃) 1.570 - 1.590 1.550 - 1.570 1.490 1.380 이상 1.260 - 1.270
Na2O wt% 15 - 16 13 - 14 12 - 13 9 - 10 5 - 6
SiO2 wt% 31 - 33 33 - 35 31 - 33 28 - 30 21.5 - 23.5
Molar ratio 2.0 - 2.2 2.4 - 2.6 2.5 - 2.7 3.1 - 3.3 3.9 - 4.1
점도
(20±1℃)		 cps 1,000 - 2,000 1,000 - 2,000 Min 500 Min 100 Max 100
25L 기준 원 20,000 20,000 15,000 13,000 20,000
상기 애쉬(200)을 준비하는 단계는, 상기 애쉬(200)를 제1 필터(210)로 필터링하여 이물질을 제거하는 1차 정제 단계, 및 상기 제1 필터(210)보다 필터링 레벨이 높은 제2 필터(220)를 사용하여 상기 애쉬(200)를 추가로 필터링하여 미연소 탄소를 분리시키는 2차 정제 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1차 정제 단계에 사용된 상기 제1 필터(210)는, 200 mesh일 수 이 있다. 예를 들어, 2차 정제 단계에 사용된 상기 제2 필터(220)는, 325 mesh일 수 있다. 따라서, 상기 제2 필터(220)는 상기 제1 필터(210)보다, 필터링 레벨이 높을 수 있다.
상기 점토 분말(300)을 준비하는 단계는, 점토 광물(310)을 준비하는 단계, 상기 점토 광물(310)을 1차 건조하는 단계, 상기 점토 광물(310)을 미분쇄하는 단계, 상기 점토 광물(310)을 1차 필터링하는 단계, 상기 점토 광물(310)을 2차 건조하는 단계, 및 상기 점토 광물(310)을 2차 필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 점토 광물(310)의 1차 건조 조건은, 110℃에서 3시간일 수 있다. 예를 들어, 상기 점토 광물(310)은 포트 밀(pot mill)에 제공되어 24시간 동안 미분쇄될 수 있다. 예를 들어, 상기 점토 광물(310)의 2차 건조 조건은, 1차 건조 조건과 동일할 수 있다.
예를 들어, 상기 점토 분말(300)은, 점토(clay), 고령토(kaolin), 카올라이트(kaolinite), 벤토나이트(bentonite), 제올라이트(zeolite), 몬모릴로나이트(montmolinonite), 나크라이트(nacrite), 딕카이트(dickite), 할로이사이트(holloysite), 또는 깁사이트(gibbsite) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 무기 바인더(110)에 용매(120)을 제공하고 교반하여, 베이스 용액(100)이 제조된다(S120).
상기 무기 바인더(110)에 제공된 상기 용매(120)는 물일 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 무기 바인더(110)는 물을 포함할 수 있다. 이에 따라서, 상기 무기 바인더(110)에 희석용액으로 물을 제공하여, 후술되는 바와 같이, 상기 베이스 용액(100)에 상기 애쉬(200) 및 상기 점토 분말(300)을 제공 시, 코팅제(410)의 점도 상승이 방지될 수 있다. 이에 따라서, 후술되는 바와 같이, 상기 코팅제(410)가 스프레이 방법으로 섬유 기재(500)에 용이하게 도포될 수 있다.
예를 들어, 상기 용매(120)의 온도는, 25 내지 35℃ 일 수 있다.
예를 들어, 상기 무기 바인더(110) 및 상기 유기 용매(120)의 교반 시간은, 10 내지 20분 일 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 베이스 용액(100)에 상기 애쉬(200) 및 상기 점토 분말(300)을 제공하고 교반하여 코팅제(410)가 제조된다(S130).
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 용액(100)이 교반되는 상태에서, 상기 애쉬(200)가 소량으로 천천히 제공될 수 있다. 이와 달리, 상기 애쉬(200)가 상기 베이스 용액(100)에 대량 제공된 경우, 상기 베이스 용액(100) 내에 상기 무기 바인더(110) 및 상기 애쉬(200)가 화학 반응하여 응고될 수 있다. 따라서, 상기 애쉬(200)는 상기 베이스 용액(100)에 소량으로 천천히 제공되어, 상기 무기 바인더(110) 및 상기 애쉬(200)의 화학 반응이 최소화 되고, 이로 인해, 용이하게 응고되는 것이 방지될 수 있다. 이후, 상기 점토 분말(300)을 더 제공하고 교반하여 상기 코팅제(410)가 제조될 수 있다. 이 경우, 후술되는 바와 같이, 상기 코팅제(410)는 스프레이 방법으로 3~4회 분사하여 섬유 기재(500)에 용이하게 도포될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 용액(100)의 교반속도는 400rpm 내지 500rpm일 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스 용액(100)의 교반속도가 500rpm을 초과한 경우, 상기 베이스 용액(100) 및 상기 애쉬(200)의 혼합물에 기포가 발생될 수 있다. 이 경우, 후술되는 바와 같이, 상기 코팅제(410)가 스프레이 방식으로 상기 섬유 기재(500)에 용이하게 도포되기 어려울 수 있다.
상술된 바와 같이, 스프레이 방식으로 용이하게 도포가 어려운 경우, 스프레이에 포함된 스프레이 건의 노즐 크기 및 압력을 조절하여, 스프레이 도포가 가능할 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 코팅제(410)을 상기 섬유 기재(500)에 도포하여, 불연소재(600)가 제조된다(S140).
상기 코팅제(410)를 상기 섬유 기재(500)에 도포하는 방법은, 스프레이, 함침, 딥핑, 컨베이어 또는 붓을 이용한 방법 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 코팅제(410)는 상기 섬유 기재(500) 상에 단면 또는 양면 코팅될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 코팅제(410)는 스프레이 방법으로 3~4회 분사하여 상기 섬유 기재(500)에 도포하고 자연 건조하여, 상기 섬유 기재(500) 내부 및 표면 상에 코팅층(400)이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 코팅제(410) 내에 상기 무기 바인더(110), 상기 용매(120), 상기 애쉬(200), 및 상기 점토 분말(300)의 중량 비율에 의해, 상기 코팅층(400)의 막질이 달라질 수 있다.
구체적으로, 상기 무기 바인더(100)의 비율이 20wt%, 상기 용매(120)의 비율이 30wt% 초과 ~ 50wt% 미만, 상기 애쉬(200)의 비율이 30wt% 초과 ~ 50wt% 미만, 상기 점토 분말(300)의 비율이 3wt%으로 구성된 상기 코팅제(410)는, 상기 섬유 기재(500)에 스프레이 도포되고 건조되어, 상기 코팅층(400)이 균일한 두께로 용이하게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 코팅층(400)은 콘포말(conformal)하고 우수한 막질을 가질 수 있다.
상기 용매(120)의 비율이 30wt% 이하 또는 상기 애쉬(200)의 비율이 50wt% 이상인 경우, 상기 코팅제(410)의 점도가 상승하여, 상기 코팅제(410)를 스프레이 방법으로 상기 섬유 기재(500)에 도포하는 것이 불가할 수 있다.
이와 달리, 상기 용매(120)의 비율이 50wt% 이상 또는 상기 애쉬(200)의 비율이 30wt% 이하인 경우, 상기 코팅제(410)의 점도가 하강하여, 상기 코팅제(410)를 스프레이 방법으로, 상기 섬유 기재(500)에 도포하는 것이 가능할 수 있다. 하지만, 상기 코팅제(410)의 점도가 낮아, 도포된 상기 코팅제(410)가 상기 섬유 기재(500) 상에서 흘러 내려, 상기 코팅층(400)의 막질이 저하될 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 코팅제(410)를 상기 섬유 기재(500)에 도포하기 전, 상기 섬유 기재(500)에 전처리용 소스가 먼저 도포될 수 있다. 상기 전처리용 소스에 의해, 상기 코팅제(410)가 상기 섬유 기재(500)에 용이하게 흡착될 수 있고, 이로 인해, 상기 코팅층(400)이 균일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 전처리용 소스는 알코올 또는 물일 수 있다. 또한, 상기 섬유 기재(500)에 상기 전처리용 소스를 제공하는 단계는, 초음파 진동자를 이용하여 상기 전처리용 소스를 액적 상태로 분무하는 단계, 및 분무된 액적 상태의 상기 전처리용 소스를 상기 섬유 기재(500)에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 전처리용 소스가 상기 섬유 기재(500)에 전체적으로 균일하게 제공될 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 애쉬(200) 및 상기 점토 분말(300)을 이용하여, 내열성 입자가 제조되고, 상기 코팅제(410)는 상기 내열성 입자를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내열성 입자를 제조하는 단계는, 포트 밀(pot mill)에 상기 점토 분말(300)을 제공한 후 1차 용매를 분사하면서 상기 포트 밀(pot mill)을 회전시켜 1차 입자를 제조하는 단계, 상기 1차 입자에 상기 애쉬(200) 및 2차 용매를 분사하여 상기 내열성 입자를 제조하는 단계, 및 상기 내열성 입자를 열처리 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 용매는 물일 수 있고 상기 2차 용매는 상기 무기 바인더(110)일 수 있다. 이에 따라, 상기 내열성 입자는 상기 점토 분말(300) 코어 및 상기 애쉬(200) 쉘을 가질 수 있고, 상기 내열성 입자는 상기 코팅제(410) 내에 용이하게 균일하게 분산될 수 있다. 이로 인해, 상기 코팅층(400) 내에 상기 내열성 입자가 균일하게 분산되어, 상기 불연소재(600)의 내열성 및 불연성을 향상될 수 있다.
또한, 일 변형 예에 따르면, 상술된 실시 예에 따라 상기 애쉬(200) 및 상기 점토 분말(300)을 갖는 제1 코팅제(상기 코팅제(410)) 및 상기 베이스 용액(100) 및 상기 내열성 입자만을 갖는 제2 코팅제 준비되고, 상기 섬유 기재(500)에 상기 제2 코팅제 및 상기 제1 코팅제가 순차적으로 도포될 수 있다. 이에 따라, 상기 내열성 입자가 상기 불연소재(600)의 표면 상에 노출되지 않을 수 있고, 이로 인해 표면이 매끄럽고 미관이 우수한 상기 불연소재(600)가 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 코팅제가 먼저 도포되어, 상기 섬유 기재(500) 내에 상기 내열성 입자가 상대적으로 다량 제공되고 상기 섬유 기재(500)의 표면 상에 상기 내열성 입자가 상대적으로 적게 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 불연소재(600)의 제조 방법은, 상술된 바와 같이, 상기 무기 바인더(110), 상기 애쉬(200), 및 상기 점토 분말(300)을 준비하는 단계, 상기 무기 바인더(110)에 상기 용매(120)를 제공하고 교반하여 상기 베이스 용액(100)을 제조하는 단계, 상기 베이스 용액(100)에 상기 애쉬(200) 및 상기 점토 분말(300)을 제공하고 교반하여 상기 코팅제(410)를 제조하는 단계, 및 상기 코팅제(410)를 상기 섬유 기재(500)에 도포하고 건조하여 상기 코팅층(400)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 불연소재(600)의 제조 방법이 간단하여, 제조 시간 및 제조 비용이 용이하게 절감될 수 있어, 상기 섬유 강화 섬유(600)는 용이하게 대량 생산할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 불연소재(600)의 구조는, 상기 섬유 기재(500) 내부 및 표면 상에 코팅층(400)을 포함한 구조일 수 있다. 상기 코팅층(400)은 상기 무기 바인더(100), 상기 애쉬(200), 및 상기 점토 분말(300)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅층(400)은, 상기 코팅제(410)가 상기 섬유 기재(500)에 도포된 후, 자연 건조 시, 상기 코팅제(410) 내에 포함된 상기 용매(120)가 휘발되어 형성될 수 있다. 상기 코팅층(400) 내에 상기 애쉬(200)는 내열성, 불연성 및 난연성을 동시에 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 애쉬(200)는 알루미노 실리케이트(alumino silicate)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 코팅층(400) 내에 상기 점토 분말(300)은 내열성 및 난연성을 동시에 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 점토 분말(300)은, 고령토(kaolin) 분말일 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 불연소재(600)는, 상기 코팅층(400) 내의 상기 애쉬(200, 예를 들어, 알루미노 실리케이트) 및 상기 점토 분말(300, 예를 들어, 고령토 분말)에 의해, 내열성 및 불연성을 동시에 가질 수 있다. 이에 따라서, 상기 불연소재(600)는 건축 내장재, 보온재, 흡음재 및 단열재에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 불연소재의 구체적인 실험 예 및 특성평가가 설명된다.
실험 예 1 에 따른 불연소재의 제조 방법
무기 바인더로 소듐 실리케이트(sodium silicate)를 준비하고, 알루미노 실리케이트(alumino silicate)를 포함하는 애쉬를 준비하고, 점토 분말로 고령토(kaolin) 분말을 준비하였다.
상기 소듐 실리케이트는 NaO2의 중량비율이 9wt% 내지 10wt%이고, Molar ratio가 3.1 내지 3.3인 것을 준비하였고, 상기 애쉬는 1차 필터(200mesh)로 필터링한 후, 2차 필터(325mesh)로 필터링하여 준비하였고, 상기 고령토 분말은, 고령토 광물을 1차 건조(110℃, 3시간)한 후, 포트 밀(pot mill)에 제공하여 24시간 미분쇄한 후, 상기 2차 필터(325mesh)로 1차 필터링한 후, 2차 건조(110℃, 3시간)한 후, 상기 2차 필터(325mesh)로 2차 필터링하여 준비하였다.
그리고, 상기 소듐 실리케이트(20wt%)에 용매로 물(30wt%, 25℃ 내지 35℃)을 제공하고 10분 내지 20분 교반하여, 베이스 용액을 제조하였다.
그리고, 상기 베이스 용액을 400 rpm 내지 500 rpm으로 교반하면서, 상기 애쉬(50wt%)를 소량으로 천천히 제공하고, 이후, 상기 고령토 분말(3wt%)을 제공하고 교반하여 코팅제를 제조하였다.
그리고, 상기 코팅제를 섬유 기재인 세라믹 직물에 스프레이 도포하고 자연 건조하여, 상기 섬유 기재에 내부 및 표면에 코팅층을 형성하여, 불연소재를 제조하였다.
실험 예 2 에 따른 불연소재의 제조 방법
애쉬(40wt%), 및 물(40wt%)을 사용한 것 이외, 실험 예 1 과 동일한 공정을 수행하여 불연소재를 제조하였다.
실험 예 3 에 따른 불연소재의 제조 방법
애쉬(30wt%), 및 물(50wt%)을 사용한 것 이외, 실험 예 1 과 동일한 공정을 수행하여 불연소재를 제조하였다.
실험 예 4 에 따른 불연소재의 제조 방법
소듐 실리케이트(30wt%), 물(30wt%), 및 애쉬(40wt%)를 사용한 것 이외, 실험 예 1 과 동일한 공정을 수행하여 불연소재를 제조하였다.
실험 예 5 에 따른 불연소재의 제조 방법
소듐 실리케이트(30wt%), 물(40wt%), 및 애쉬(30wt%)를 사용한 것 이외, 실험 예 1 과 동일한 공정을 수행하여 불연소재를 제조하였다.
실험 예 6 에 따른 불연소재의 제조 방법
소듐 실리케이트(40wt%), 물(30wt%), 및 애쉬(30wt%)를 사용한 것 이외, 실험 예 1 과 동일한 공정을 수행하여 불연소재를 제조하였다.
구 분 무기 바인더 용 매 애쉬
(wt%)		 점토 분말
소듐 실리케이트
(wt%) 		물
(wt%)		 고령토 분말
(wt%)
실험 예 1 20 30 50 3
실험 예 2 20 40 40 3
실험 예 3 20 50 30 3
실험 예 4 30 30 40 3
실험 예 5 30 40 30 3
실험 예 6 40 30 30 3
※ 고령토 분말의 비율은 소듐 실리케이트, 물, 및 애쉬의 전체 합산 중량에 대한 비율로 3wt%으로 고정
도 7은 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 코팅제 및 불연소재의 제조공정을 설명하기 위한 사진이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 소듐 실리케이트에 물을 제공하고 교반하여, 베이스 용액을 제조한 후, 상기 베이스 용액을 400rpm 내지 500rpm으로 교반하면서 애쉬를 소량씩 천천히 제공하여 상기 코팅제를 제조하였다.
도 7의 (b)를 참조하면, 상기 코팅제를 세라믹 직물에, 2 bar 내지 4 bar의 압력으로, 3회 내지 4회 스프레이 도포하고 자연 건조하여, 상기 불연소재를 제조하였다.
도 7에서 알 수 있듯이, 실험 예 1 내지 실험 예 6의 상기 코팅제는, 상술된 바와 같이, 상기 베이스 용액을 400rpm 내지 500rpm으로 교반하면서, 상기 애쉬를 소량씩 천천히 제공하여 상기 코팅제를 제조하였다.
이와 달리, 상기 베이스 용액을 400rpm 내지 500rpm으로 교반하면서 상기 애쉬를 대량 제공한 경우, 상기 베이스 용액 내의 상기 소듐 실리케이트 및 상기 애쉬가 화학 반응하여 응고될 수 있다. 따라서, 상술된 바와 같이, 상기 베이스 용액을 400rpm 내지 500rpm으로 교반하면서, 상기 애쉬를 소량씩 천천히 제공하는 것이, 상기 코팅제를 용이하게 제조하는 방법인 것을 알 수 있다.
이후, 상기 코팅제는 세라믹 직물에 스프레이 도포되어, 상기 세라믹 직물 내부 및 표면상에 코팅층을 형성하여, 상기 불연소재가 제조된 것을 알 수 있다.
도 8은 실험 예 2에 따른 불연소재 및 세라믹 직물을 비교 설명하기 위한 사진이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 상기 세라믹 직물은, 복수의 수평방향(180°)을 갖는 세라믹 섬유 및 복수의 사선방향(45°)을 갖는 세라믹 섬유가 교차되어 형성된 구조인 것을 알 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 실험 예 2에 따른 상기 불연소재는, 상기 세라믹 직물에, 상기 코팅제가 균일하게 도포되고 건조되어, 컨포멀(comformal)하고 우수한 막질의 코팅층을 갖는 것을 알 수 있다.
구 분 무기 바인더 용 매 애쉬 점토 분말 코팅층의 막질 상태
소듐 실리케이트
(wt%)		 물
(wt%)		 알루미노 실리케이트
(wt%)		 고령토 분말
(wt%)
실험 예 1 20 30 50 3 wt% 스프레이 도포불가
실험 예 2 20 40 40 3 wt% 우 수
실험 예 3 20 50 30 3 wt% 불 량
실험 예 4 30 30 40 3 wt% 스프레이 도포불가
실험 예 5 30 40 30 3 wt% 스프레이 도포불가
실험 예 6 40 30 30 3 wt% 스프레이 도포불가
도 8 및 [표 3]에서 알 수 있듯이, 실험 예 2에 따른 상기 코팅층 막질이 가장 우수한 것을 알 수 있다. 상기 코팅층의 막질이 가장 우수한 요인은, 실험 예 2에 따른 상기 코팅제가, 실험 예 1, 및 실험 예 3 내지 실험 예 5 보다, 스프레이 도포 방법에 있어 가장 적합한 점도를 갖는 것으로 해석될 수 있다. 따라서, 상기 코팅제가 상기 세라믹 직물에 균일하게 스프레이 도포되고 건조되어, 컨포멀(comformal)하고 우수한 막질을 갖는 상기 코팅층이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
이와 달리, 실험 예 1, 실험 예 4, 및 실험 예 5는 상기 코팅제의 점도가 실험 예 2 보다 높아, 스프레이 도포가 불가한 것을 확인할 수 있다.
그리고, 실험 예 3에 따른 상기 코팅제의 점도는, 물의 비율(50wt%)이 다른 실험 예들보다 높아, 점도가 가장 낮을 수 있다. 따라서, 상기 코팅제를 상기 세라믹 직물에 도포 시, 상기 코팅제가, 상기 세라믹 직물 상에서 흘러 내려 불량한 막질을 갖는 상기 코팅층이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 불연소재의 화염방사 시험 조건을 나타낸 사진이고, 도 10은 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 불연소재의 화염방사 시험 전/후 상태를 비교 설명하기 위한 사진이다.
도 9를 참조하면, 화염전파 시험은 649℃, 1,022℃, 또는 1,270℃ 중에서 적어도 한 가지 온도 조건에서 진행될 수 있는 것을 알 수 있다.
도 10의 (a)를 참조하면, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재는, 유리 직물 상에, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 코팅제를 도포하고 건조하여 각각 제조되었다. 도 10의 (a)는 화염 전파 시험 전, 실험 예 1 내지 실험 예 6 에 따른 불연소재의 사진이다.
도 10의 (b)를 참조하면, 도 10의 (b)는 화염 전파 시험 후, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재의 사진이다.
구 분 토치 화염 전파 시험결과 (1,270℃)
전파거리: 1cm 전파거리: 2cm 전파거리: 3cm 전파거리: 4cm
실험 예 1 전파 없음 전파 없음 전파 없음 전파 없음
실험 예 2 전파 없음 전파 없음 전파 없음 전파 없음
실험 예 3 전파 없음 전파 없음 전파 없음 전파 없음
실험 예 4 전파 없음 전파 없음 전파 없음 전파 없음
실험 예 5 전파 없음 전파 없음 전파 없음 전파 없음
실험 예 6 전파 없음 전파 없음 전파 없음 전파 없음
도 9, 도 10, 및 [표 4]를 참조하면, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재는, 1,270℃에서 토치 화염 전파 시험이 진행되었다.
도 9, 도 10, 및 [표 4]에서 알 수 있듯이, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재의 코팅층은, 토치 화염 전파 시험 전/후, 형태가 실질적으로 변화되지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 화염 전파 시험 시, 실험 예 1 내지 실험 예 6 의 토치 화염 전파거리는, 모두 1cm 미만인 것을 알 수 있다. 따라서, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재는, 난연성, 내열성, 불연성, 및 내화성이 우수한 소재인 것을 알 수 있다.
도 11은 실험 예 2에 따른 불연소재 및 유리 직물의 열처리 조건 별 상태를 비교하기 위한 사진이다.
도 11을 참조하면, 실험 예 2에 따른 상기 불연소재는, 상기 유리 직물 상에, 코팅제를 스프레이 도포하고 건조하여 제조되었다. 그리고, 상기 불연소재 및 상기 유리 직물은, 전기로에서 열처리 조건 별로, 600℃에서 2시간, 700℃에서 2시간, 및 800℃에서 2시간 열처리 되었다.
도 11에서 알 수 있듯이, 상기 불연소재 및 상기 유리직물은, 600℃ 및 700℃에서 열처리 후, 형태가 실질적으로 변화가 없는 것을 확인할 수 있다.
하지만, 상기 유리 직물은, 800℃에서 열처리 후, 형태가 수축된 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 상기 불연소재는, 800℃에서 열처리 후, 형태가 실질적으로 수축되지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 불연소재는, 800℃까지 안정적인 것을 알 수 있다. 이에 따라서, 따라서, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재는, 800℃까지 난연성, 내열성, 불연성, 및 내화성이 우수한 소재인 것을 알 수 있다.
도 12는 실험 예 2에 따른 불연소재 및 유리 직물의 토치 불꽃 시험을 비교한 사진이다.
도 12를 참조하면, 토치 불꽃 시험은 1,100℃까지 진행되었다.
도 12에서 알 수 있듯이, 상기 유리 직물은 870℃에서 5초만에 용융되어 형태가 변화된 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 상기 불연소재는 1,100℃에서 37초 동안 실질적으로 용융되지 않아 형태가 변화되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 불연소재는 내열성 및 불연성이 우수하여, 건축재료의 불연재로 사용될 수 있다.
도 13은 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 불연소재의 시편을 콘 칼로리미터 측정 후 시편을 촬영한 사진이다.
도 13을 참조하면, 콘 칼로리미터 장비는, 재료의 내화 및 난연성을 평가하는 장비로 특정 열 흐름(heat flux) 조건에 노출 시, 최대 열 방출율(PHRR, peak heat release rate), 총 열 방출량(THR, total heat release), 연기 발생율(SPR, smoke production), 및 총 연기 방출율(TSP, total smoke release rate)을 측정할 수 있다.
그리고, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재는, ISO 5660-1에 따라 100mm(width) x 100mm(height) 및 50mm(thickness) 이하로 현무암 직물 상에 양면 코팅되어 제조되었다.
그리고, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재는, 콘 칼로리미터 장비에서 750℃ 온도 조건에서 5분 간 측정되었다.
구 분 PHRR(kW/m2) THR(MJ/m2) SPR(m2/s) TSP(m2)
실험 예 1 9.59 1.7 0 0
실험 예 2 8.09 1.7 0.0002 0.8
실험 예 3 7.47 1.6 0 0
실험 예 4 7.02 1.3 0 0
실험 예 5 8.29 1.8 0 0.1
실험 예 6 7.66 1.7 0 0.1
구 분 난연 성능 기준
준불연 재료
(2급)		 KS F ISO 5660-1
(콘 칼로리 미터법)		 - 가열 개시 후 10분간 총 방출 열량이 8mJ/m2이하이며,
10분간 최대 열 방출율이 10초 이상 연속으로 200KW/m
을 초과하지 않음.

- 10분간 가열 후 시험 채를 관통하는 균열, 구멍 및 용융
(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함)
등이 없어야 함.
KS F 2271
(가스 유해성 시험)		 -실험용 쥐의 평균행동 정지시간 9분 이상일 것.
난연재료
(3급)		 KS F ISO 5660-1
(콘 칼로리 미터법)		 - 가열 개시 후 5분간 총 방출 열량이 8mJ/m2이하이며,
5분간 최대 열 방출율이 10초 이상 연속으로 200KW/m2
을 초과하지 않음.

- 5분간 가열 후 시험 채를 관통하는 균열, 구멍 및 용융
(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함)
등이 없어야 함.
KS F 2271
(가스 유해성 시험)		 - 실험용 쥐의 평균행동 정지시간 9분 이상일 것.
불연재료 (1급) KS F ISO 5660-1
(콘 칼로리 미터법)		 - 가열 개시 후 20분간 가열로 내의 최고온도가 최종평형
온도를 20K 이상 초과 상승하지 않을 것 (단, 20분 동안
평형에 도달하지 않으면 최종 1분간 평균온도를 최종평형
온도라 한다.)

- 질량 감소율이 30% 이하일 것
KS F 2271
(가스 유해성 시험)		 - 실험용 쥐의 평균행동 정지시간 9분 이상일 것.
※ 2.3.2 건설교통부령 제 476호 건축물 내장재 난연 성능기준
도 13, [표 5], 및 [표 6] 에서 알 수 있듯이, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재는, 콘 칼로리미터 측정 후, 형상이 실질적으로 변화가 없는 것을 알 수 있다. 또한, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재는 최대 열 방출율(PHRR, peak heat release rate), 총 열 방출량(THR, total heat release), 연기 발생율(SPR, smoke production), 및 총 연기 방출율(PHRR(kW/m2)의 수치가 거의 비슷한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실험 예 1 내지 실험 예 6에 따른 상기 불연소재의 내화성 및 난연성이 동등 수준인 것을 알 수 있다. 또한, [표 5]에 따라서, 실험 예 1 내지 실험 예 6의 상기 불연소재는, 750℃ 온도 조건에서 5분간 가열 후, 총 열 방출량이 8mJ/m2이하이고, 5분간 최대 열 방출율이 10초 이상 연속으로 200KW/m2을 초과하지 않아, 난연재료 3등급인 것을 확인할 수 있다.
도 14는 실험 예 2에 따른 불연소재를 콘 칼로리미터 측정 후 촬영한 사진이다.
도 14의 (a)는, 실험 예 2에 따른 코팅제를 유리 직물에 단면 및 양면 코팅하여 도 13에서 ISO 5660-1 규격에 따라 상기 불연소재를 제작하고, 750℃ 온도에서 10분간 콘 칼로리미터를 측정하였다.
도 14의 (b)는, 실험 예 2에 따른 상기 코팅제를 현무암 직물에 단면 및 양면 코팅하여 도 13에서 ISO 5660-1 규격에 따라, 상기 불연소재를 제조하고, 750℃ 온도에서 10분간 콘 칼로리미터를 측정하였다.
구 분 PHRR(kW/m2) THR(MJ/m2) SPR(m2/s) TSP(m2)
유리직물
(단면)		 4.003 1.406 0 0
유리직물(양면) 1.814 0.2354 0 0
현무암직물(단면) 1.953 0.417 0 0
현무암직물(양면) 4.475 1.5736 0 0
도 14, [표 6], 및 [표 7]에서 알 수 있듯이, 상기 유리 직물에 단면 및 양면 코팅된 상기 불연소재 및 상기 현무암 직물에 단면 및 양면 코팅된 상기 불연소재의 경우, 최대 열 방출율(PHRR, peak heat release rate), 및 총 열 방출량(THR, total heat release)의 수치가 상이한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 상기 유리 직물에 단면 코팅된 상기 불연소재의 경우 PHRR: 4.003 kW/m2, THR: 1.814 MJ/m2 이고, 상기 유리 직물에 양면 코팅된 상기 불연소재의 경우 PHRR: 1.1814 kW/m2, THR: 0.2354 MJ/m2 이고, 상기 현무암 직물에 단면 코팅된 상기 불연소재의 경우 PHRR: 1.953 kW/m2, THR: 0.417 MJ/m2 이고, 상기 현무암 직물에 양면 코팅된 상기 불연소재의 경우, PHRR: 4.475 kW/m2, THR: 1.5736 MJ/m2 인 것을 알 수 있다. 이에 따라서, 상기 유리 직물에 양면 코팅된 상기 불연소재는, PHRR 및 THR 값이 가장 낮아, 가장 우수한 난연성을 갖는 것을 알 수 있다.
그리고, 상기 유리 직물에 단면 코팅된 상기 불연소재 및 상기 유리 직물에 양면 코팅된 상기 불연소재의 최대 열 방출율 및 총 열 방출량 비교 시, 상기 유리 직물에 양면 코팅된 경우가, 단면 코팅된 경우보다, 최대 열 방출율 및 총 열 방출량이 낮은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 유리 직물에 양면 코팅된 상기 불연소재는, 단면 코팅된 상기 불연소재보다, 난연성이 더 향상된 것을 알 수 있다.
이와 달리, 상기 현무암 직물에 단면 코팅된 상기 불연소재 및 상기 현무암 직물에 양면 코팅된 상기 불연소재의 최대 열 방출율 및 총 열 방출량 비교 시, 상기 현무암 직물에 단면 코팅된 경우가, 양면 코팅된 경우보다, 최대 열 방출율 및 총 열 방출량이 낮은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 현무암 직물에 단면 코팅된 상기 불연소재가, 양면 코팅한 상기 불연소재보다, 난연성이 더 향상된 것을 확인할 수 있다.
그리고, [표 6]에 따라서, 상기 유리 직물에 단면 및 양면 코팅된 상기 불연소재 및 상기 현무암 직물에 단면 및 양면 코팅된 상기 불연소재는, 750℃ 온도 조건에서 10분간 가열 후, 총 열 방출량이 8mJ/m2이하이고, 10분간 최대 열 방출율이 10초 이상 연속으로 200KW/m2을 초과하지 않아, 모두 준불연 재료 2등급인 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 유리 직물에 단면 및 양면 코팅된 상기 불연소재 및 상기 현무암 직물에 단면 및 양면 코팅된 상기 불연소재는, 단열 보온재로 사용될 수 있다. 특히, 상기 유리 직물에 단면 코팅된 상기 불연소재의 경우 난연성이 가장 우수하고, 상기 현무암 직물 보다 원가가 낮아 용이하게 상용화될 수 있다.
도 15는 실험 예 2에 따른 코팅제를 FRP(fiber reinforced plastics) 상에 코팅한 불연소재 시편의 한계산소지수(limiting oxygen index, LOI)를 측정 후 촬영한 사진이다.
도 15를 참조하면, 한계산소지수(limiting oxygen index, LOI) 측정은, 고분자를 포함한 시편이 발화 후, 불이 꺼지지 않고 3분동안 연소되는데 필요한 공기중에 산소 농도를 측정하는 실험이다.
도 15의 (a)를 참조하면, 상기 FRP의 한계산소지수 측정 전/후 형상을 비교하였다.
도 15의 (b)를 참조하면, 실험 예 2에 따른 코팅제를 상기 FRP에 스프레이 방법으로 도포하고 건조하여, 상기 불연소재를 제조하였고, 상기 불연소재의 한계산소지수 측정 전/후 상태를 비교하였다.
한국 건설교통부 기준 유럽통합(EU) 영국(BS) 미국 (ASTM) 독일 비 고
고시 제 476호 고시 제 438 등급
 LOI
기준		 등급
 LOI
기준		 등급
 LOI
기준		 등급
 LOI
기준		 -
등급 LOI
기준		 등급 LOI
기준
난연
1급		 불연 별도적용 A1 불연 별도기준 별도기준 B1 35%
이상		 -
난연
2급		 준불연 A2 준불연
난연
3급		 42~
47%		 B 40%
이상		 Class
0		 40%
이상
- 위험도
4		 35%
이상		 C 32%
이상		 Class
1		 32%
이상		 Class
A		 32%
이상		 - - 국제 건축 내장재
화재 난연1등급
위험도
3		 32%
이상
위험도
2		 28%
이상		 D 28%
이상		 Class
2		 28%
이상		 Class
B		 28%
이상		 난연2등급
위험도1 24%
이상		 E 24%
이상		 Class
3		 24%
이상		 Class
C		 24%
이상		 자기소화성
도 15 및 [표 8]에서 알 수 있듯이, 상기 FRP를 한계산소지수 측정 결과, 산소농도 27.4%까지 화염반응이 발생되지 않았으나, 산소 농도가 27.5% 이상에서 화염반응이 발생되는 것을 확인할 수 있다.
이와 달리, 실험 예 2에 따른 상기 코팅제를 상기 FRP에 스프레이 도포하고 건조하여 상기 불연소재를 제조한 경우, 산소 농도가 25%, 30% 내지 40%, 50%, 및 60%까지 화염반응이 발생되지 않은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실험 예 2 에 따른 상기 불연소재는, 우수한 난연성을 갖는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 베이스 용액
110: 무기 바인더
120: 용매
200: 애쉬
210: 제1 필터
220: 제2 필터
300: 점토 분말
310: 점토 광물
400: 코팅층
410: 코팅제
500: 섬유 기재
600: 불연소재

Claims (9)

  1. 소듐 실리케이트, 애쉬(ash), 및 고령토를 준비하는 단계;
    상기 소듐 실리케이트에, 용매를 제공하고 교반하여, 베이스 용액을 제조하는 단계;
    상기 베이스 용액에, 상기 애쉬 및 상기 고령토를 제공하고 교반하여, 코팅제를 제조하는 단계; 및
    상기 코팅제를 섬유 기재에 도포하여, 불연소재를 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 코팅제 내의 상기 애쉬의 함량은 30 wt% 초과 50 wt% 미만인 불연소재의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 애쉬를 준비하는 단계는,
    상기 애쉬를 제1 필터로 필터링하여 이물질을 제거하는 1차 정제 단계; 및
    상기 제1 필터보다 필터링 레벨이 높은 제2 필터를 사용하여, 상기 애쉬를 추가로 필터링하여 미연소 탄소를 분리시키는 2차 정제 단계를 포함하는 불연소재의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고령토를 준비하는 단계는,
    고령토 광물을 준비하는 단계;
    상기 고령토 광물을 1차 건조하는 단계;
    상기 고령토 광물을 미분쇄하는 단계;
    상기 고령토 광물을 1차 필터링하는 단계;
    상기 고령토 광물을 2차 건조하는 단계; 및
    상기 고령토 광물을 2차 필터링하는 단계를 포함하는 불연소재의 제조 방법.
  4. 섬유 기재;
    상기 섬유 기재 내부 및 표면상의 코팅층을 포함하되,
    상기 코팅층은, 소듐 실리케이트, 애쉬 및 고령토를 포함하고,
    상기 코팅층 내의 상기 애쉬의 함량은 30 wt% 초과 50 wt% 미만인 불연소재.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 섬유 기재는 현무암 섬유, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 실리카 섬유, 면 섬유 또는 나일론 섬유 중에서 적어도 하나를 포함하는 불연소재.
  6. 제 4항에 따른 상기 불연소재를 포함하고, 내열성 및 불연성을 갖는 건축 내장재.
  7. 제 4항에 따른 상기 불연소재를 포함하고, 내열성 및 불연성을 갖는 보온재.
  8. 제4 항에 따른 상기 불연소재를 포함하고, 내열성 및 불연성을 갖는 흡음재.
  9. 제 4항에 따른 상기 불연소재를 포함하고, 내열성 및 불연성을 갖는 단열재.
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