KR102454339B1 - 초기화재 소화기능을 포함하는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물 - Google Patents

초기화재 소화기능을 포함하는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초기화재 소화기능을 포함하는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 탄화촉진제, 탄화형성제, 발포제 및 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함하여 1차적으로 화재초기에 화재를 소화하고 재연소를 억제하며 피해를 최소화 할 수 있고 만약에 잔염에 의해 화재가 재발하면 대피시간을 확보하여 인명피해를 최소화 할 수 있는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 관한 것이다.

Description

초기화재 소화기능을 포함하는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물 {FOAMING FLAME-RETARDANT WATER PAINT COMPOSITION FOR WOOD INCLUDING INITIAL FIRE EXTINGUISHING FUNCTION}
본 발명은 초기화재 소화기능을 포함하는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 탄화촉진제, 탄화형성제, 발포제 및 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함하여 1차적으로 화재초기에 순간적으로 화재를 소화하고 냉각에 의해 재연소를 억제하며 만약 잔염에 의해 화재가 재발되면 2차적으로 화재 확산을 지연시켜 대피시간을 확보하게 하여 인명피해를 막고 재산상의 손실을 최소화 할 수 있는 초기화재 소화기능을 포함하는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 관한 것이다.
건물에 화재가 발생하면 화재 발생 후 현장으로부터의 피난시간은 3분으로 알려져 있고, 특히 목재로 만들어진 건축 구축물이라면 철골이나 시멘트와 같은 자재 대비 불이 번지는 속도가 걷잡을 수 없게 된다.
목재용 방염도료는 상기와 같이 화재에 매우 취약한 목재에 적용함으로써 화염의 확산을 어느정도 막아 주어 피난시간을 확보할 수 있어 대형 인명 피해를 막을 수 있는 기능성 도료로 알려져 있다.
소방 산업기술의 발달로 화재의 가능성이 있는 건축자재 또는 소방 대상물을 전기적, 기계적 또는 화학적으로 예방을 하고 있다. 그러나 화재의 발생은 더욱 빈번히 일어나고 있으며 더욱 크게 발생되고 있다. 제도적으로도 화재시 심한 피해를 주거나 화재 진압에 어려움을 줄 수 있는 물체는 방염을 하거나, 방염의 기능을 인정받은 물건만 사용할 수 있도록 정부는 법적으로 정하고 있다.
이러한 정책적 노력에도 불구하고 많은 건물들은 아직 고온의 열과 화염에 약하며, 특히 냉동 창고, 휘발성 물질을 다루는 곳, 또는 전력구와 같은 화재 발생시 진압이 거의 불가능한 곳은 일반적인 방염도료나 방염페인트로는 화재의 정도를 줄이지 못한다.
또한 방염이 잘되는 물질이 있어도 근본 열을 차단하지 못함으로 전도된 열은 피도포면 물체의 변형을 일으키고 내부화재를 발생하게 하며, 화재가 진압이 되더라도 초기에 확실하게 진압되지 못하거나, 잔염으로 인한 2차 피해가 발생하는 문제가 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 화재가 발생하면 1차적으로 화재초기에 화재를 소화하고 냉각에 의해 재연소를 억제하며 만약 잔염에 의해 화재가 재발하면 2차적으로 화재확산을 지연시켜 대피시간을 확보하게 하여 대형 인명피해와 재산상의 손실을 막을 수 있는 화재 초기 소화기능을 포함하는 방염 도료 조성물의 개발이 요구되고 있다.
본 발명에서는 목재로 만들어진 건구축물의 내부에 화재 발생 시 1차적으로 화재 초기에 일정 온도에 도달하면 조성물 중 소화물질이 자가 감응하여 순간적으로 화재를 소화하고 냉각에 의해 재연소를 억제할 수 있고, 만약 2차적으로 잔염이 발행하여 화재가 확산되더라도 목재용 방염 기능을 통해 피난시간을 확보하여 인명 및 재산상의 피해를 줄일 수 있는 화재초기 소화기능을 포함하는 목재용 발포성 수성도료 조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일 실시예로써, 탄화형성제, 탄화촉진제, 발포제, 바인더 수지 에멀젼 및 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함하되, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐은 전체 조성물 기준으로 8~12 중량% 포함되고, 상기 바인더 수지 에멀젼은 유리전이온도(Tg)가 -10~10℃인 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 탄화형성제의 함량은 6~10 중량%, 상기 탄화촉진제의 함량은 14~20 중량%, 상기 발포제의 함량은 10~16 중량% 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 탄화형성제는 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 페놀포름알데히드, 폴리우레탄폴리올 중 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 탄화촉진제는 폴리인산암모늄, 인산멜라민, 피로인산멜라민 중 하나 이상 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐은 코어-쉘 구조로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 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 다른 일 실시예로써, 상기 코어부상의 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 비율이 1:3 내지 3:1 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 마이크로 캡슐의 쉘부는 멜라민-요소-포름알데히드 수지 (Melamine-urea-formaldehyde resin)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 입경은 60~80㎛ 일 수 있다.
본 발명의 조성물은 탄화촉진제, 탄화형성제, 발포제 및 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함하고, 탄화형성제 대 상기 탄화촉진제의 중량% 비율을 조절하여, 화재 발생 초기에 화재를 소화하여 냉각에 의해 화재확산과 재연소를 방지하며 만약에 잔염에 의해 화재가 재발하면 2차적으로 화재확산을 대피시간을 확보하게 하여 대형인명 및 재산상의 손실을 극소화 시킬 수 있는 효과가 있다. 화재의 피해를 극소화 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 수성도료 조성물이 경화 건조되면서 형성된 초기 화재진화용 마이크로 캡슐 목재용 발포성 방염 도료 도막 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 목재용 발포성 방염 도료 조성물에 포함된 마이크로 캡슐을 나타낸 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 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물은 탄화형성제, 탄화촉진제, 발포제, 바인더 수지 에멀젼 및 초기화재 소화용 마이크로 캡슐을 포함할 수 있다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 탄화형성제는 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 페놀포름알데히드 및 폴리우레탄폴리올 중 하나 이상 일 수 있으며, 수용해성이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 탄화형성제는 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 6~10 중량% 포함될 수 있는데, 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 6 중량% 미만일 경우, 탄화물 또는 열차단막을 충분하게 형성되지 못해 방염 효율이 저하될 수 있고, 10 중량%를 초과할 경우, 형성된 도막의 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 탄화촉진제는 폴리인산암모늄, 인산멜라민, 피로인산멜라민 중 하나 이상 일 수 있으며, 수용해성이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 탄화촉진제는 열에 노출 시 분해되어 난연성 가스 및 산을 생성하고 바인더 수지와 탄화형성제의 탄화 작용을 촉진시키는 작용을 할 수 있다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 탄화촉진제는 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 14~20 중량% 포함될 수 있는데, 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 14 중량% 미만일 경우, 바인더 수지와 탄화형성제의 탄화 작용을 충분히 촉진시키지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 20 중량%를 초과할 경우, 수성도료 조성물 상에 적절히 분산되지 못하여 조성물의 제조과정 중 엉기는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 발포제는 화재 발생후 열을 받게 되면 가스가 생성되어 도막의 부피팽창을 일으켜 열차단 효과를 증대시킬 수 있다. 이러한 발포제로는 우레아, 멜라민 및 폴리아미드로 이루어진 물질 중 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 발포제는 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 10~16 중량% 포함될 수 있는데, 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 10 중량% 미만일 경우, 도막의 부피팽창이 충분하지 못해 열차단 효과가 미비할 수 있고, 16 중량%를 초과할 경우, 도막의 물리적 성질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바인더 수지 에멀젼은 유리전이온도(Tg)가 -10~10℃, 바람직하게는 -5~5℃ 일 수 있는데, 유리전이온도(Tg)가 -10℃ 미만일 경우 도막의 경도가 너무 높아 균열이 발생하는 문제가 발생할 수 있고, 10℃를 초과할 경우 충분히 건조되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바인더는 아크릴계, 스티렌계, 비닐아세테이트, 에틸렌계 모노머 중 한가지 이상을 공중합 시킨 것을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 내수성을 우수하게 하기 위해 비닐아세테이트와 아크릴계 또는 에틸렌계 모노머와 공중합시킨 비닐아세테이트에멀젼 수지를 사용할 수 있다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 바인더 수지 에멀젼은 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 20~30 중량% 포함될 수 있는데, 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로 20 중량% 미만일 경우 도막의 피도물 표면 접착력이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 30 중량%를 초과할 경우 방염 및 초기소화 기능을 가지는 구성성분이 충분한 효과를 발휘하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 (a) 탄화촉진제, (b) 탄화형성제, (c) 발포제 및 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 중량 기준 혼합비는 바람직하게는 (a)+(b)+(c) : (d) = 3.5:1~6:1 일 수 있으며, (d)의 값 대비 (a)+(b)+(c)의 값이 3.5배 미만일 경우, 난연성 가스의 생성 및 열차단막의 형성이 충분하지 못하여 화재 확산을 방지하는 기능이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, (d)의 값 대비 (a)+(b)+(c)의 값이 6배를 초과할 경우 마이크로 캡슐의 중량이 상대적으로 적어져 초기화재의 진압 및 재연소 억제의 효과가 저해되는 문제가 발생할 수 있다.
상기와 같이 (a) 탄화촉진제, (b) 탄화형성제, (c) 발포제 및 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 중량 범위를 조절하여 초기화재의 진압, 재연소 억제 및 화재 확산 방지의 효과를 동시에 달성할 수 있다.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 포함되는 (a) 탄화촉진제, (b) 탄화형성제 및 (e) 바인더 수지 에멀젼의 중량 기준 혼합비는 바람직하게는 (a)+(b) : (e) = 0.7:1~1:1 일 수 있으며, (e)의 값 대비 (a)+(b)의 값이 0.7배 미만일 경우, 바인더 성분과 탄화형성제의 촉진 작용의 저하에 따라 난연성 가스의 생성 및 열차단막의 형성이 충분하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, (e)의 값 대비 (a)+(b)의 값이 더 커질 경우 형성된 도막의 부착력 저하, 균열 발생 등의 물리적 성질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도 1은 본 발명의 수성도료 조성물이 경화 건조되면서 형성된 초기 화재진화용 마이크로 캡슐 목재용 발포성 방염 도료 도막 단면도를 나타내는 도면이다.
도 1a는 초기소화용 N-H 마이크로 소화캡슐(10) 및 발포성 도막 조성물(20)을 피도물(30)에 도포하여 경화 건조되기 전의 상태를 나타낸 것이다.
도 1b는 상기의 입자들이 각각 순차적으로 형성한 초기소화용 마이크로캡슐층(10a), 발포성 방염도료 도막층(20a)을 나타낸 것이다.
본 발명의 수성도료 조성물은 경화하면서 초기소화용 마이크로캡슐층(10a)이 도막의 최상부에, 그 아래에 발포성 방염도료 도막층(20a)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 탄화형성제, 탄화촉진제, 발포제 및 바인더 수지 에멀젼을 포함하는 발포성 방염도료 조성물은 상대적으로 마이크로캡슐층의 하부에 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 발포성 방염도료 도막층이 피도물에 접촉되는 제1 면, 그리고 제1 면의 반대 면인 제2 면(마이크로캡슐층 하부 면)을 포함하는 경우, 상기 마이크로캡슐층의 감응하여 코어의 소화 물질을 효율적으로 방출함으로써 초기 화재를 효율적으로 소화하고, 발포성 방염도료 도막층이 재연소를 억제시키며 이후에 발생하는 잔염에 대해서도 탄화물 또는 열차단막을 신속하게 형성하여 이를 효과적으로 억제할 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 발포성 방염도료 도막층(20a)을 형성할 수 있는데, 이는 본 발명의 수성도료 조성물에 포함되는 탄화촉진제, 탄화혈성제, 발포제 중량의 70% 이상이 마이크로캡슐층(10a)의 하부에 위치하여 방염 성능이 있는 발포성 방염도료 도막층(20a)이 형성되었음을 의미할 수 있으며, 상기와 같이 탄화촉진제, 탄화형성제 및 발포제를 포함하는 방염 성분의 많은 양이 마이크로캡슐층(10a)의 바로 하부에 위치함으로써, 초기 화재를 진압할 수 있으면서도 잔염에 의한 화재의 재발을 방지할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 소화용 마이크로 캡슐의 함량과 방염을 위한 탄화형성제, 탄화촉진제, 발포제 입자의 함량이 적절히 조절되고, 경화 건조 후 도막이 상기와 같은 층을 형성함으로써, 화재 발생 초기에 화재를 소화하여 화재확산과 재연소를 방지하고, 잔염에 의한 화재의 재발을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 목재용 발포성 방염 도료 조성물에 포함된 마이크로 캡슐의 일 단면을 나타낸 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 자가 감응하여 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 15초 이내에 800℃에서 30℃로 냉각시켜 재연소를 억제할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 캡슐은 마이크로 크기의 쉘 부와, 쉘 부의 내측에 위치하는 코어부 상의 소화 조성물을 포함한다.
쉘 부는 화재 발생시에 녹거나 깨질 수 있도록 녹는점이 120 내지 220℃에서 자가 감응하여 녹아 터져 코어내의 소화물질을 기화시켜 분사 할 수 있는 열가소성 수지로 형성 할 수 있다. 그리고 15초 이내에 800℃에서 30℃ 냉각시켜 재연소를 억제할 수 있다.
구체적으로, 상기 쉘 부는 온도 반응에 의한 자가 감응 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 발명의 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.
한편, 필요에 따라 본 발명의 마이크로 캡슐은 위와 같은 단일 코어-쉘 구조가 아닌 이중 쉘이 코어를 감싸는 구조로 이루어질 수도 있다.
구체적으로, 본 발명의 소화용 마이크로캡슐은 코어부, 상기 코어를 감싸고 있으며 젤라틴으로 이루어진 1차 쉘 부 및 상기 1차 쉘 부를 감싸고 있으며 멜라민으로 이루어진 2차 쉘 부로 구성될 수 있다.
위와 같이 2중 쉘 구조로 마이크로 캡슐을 제조할 경우, 소화용 도료 제조시 도료와의 상용성과 내용제성이 우수하고, 입도분포 폭이 좁아 입경이 균일한 캡슐을 제공할 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 수성도료 조성물의 전체 중량을 기준으로, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐은 8~12 중량%으로 포함될 수 있다.
이러한 함량범위내로 조절될 경우, 형성된 도막의 내구성, 내열성, 내오염성 등의 물성이 최적으로 조절될 수 있는데, 8 중량% 미만일 경우 초기 소화 효과가 미비해지는 문제가 발생할 수 있고, 12 중량%를 초과하여 포함될 경우 점도의 상승 등으로 도장 작업성이 나빠지고 건조 도막의 내구성이 저하되며, 제조 원가의 측면에서 부적절 할 수 있다.
특히, 상기 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 함량과 탄화물 또는 열차단막을 형성하는 탄화형성제 및 탄화촉진제의 함량이 적절히 조절됨으로써, 초기 화재를 효율적으로 소화하고 재연소를 억제시키며 이후에 발생하는 잔염에 대해서도 탄화물 또는 열차단막을 신속하게 형성할 수 있는 조성물을 제조할 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.
본 발명의 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물의 구성물질 및 기능 또는 특성은 하기의 [표 1], 실시예 및 비교예 1~3의 조성비는 하기의 [표 2]에 각각 기재되어 있다.
NO 구성물질 기능 또는 특성
1 물(H2O) 점도조절
2 propylene glycol 냉동안정제로 동절기 저장 안정성
3 BYK-190 친수성 분산제
4 Potassium tripoly phosphate 난연성 우수한 친수성 분산제
5 BIOCIDE 3300N(fungicide) 방부제로 저장성 강화의 기능
6 NATRASOL 250HR(hydroxy ethyl cellulose) 증점제
7 TiO2(이산화티탄) 백색안료
8 coalescing agent texanol ST-100 도막형성보조제로 유리전이온도(Tg)를 낮추어 MFFT(minimum film forming temperature)를 낮추는 역할
9 melamine pyrophosphate 탄화촉진제로 열원에 노출시 분해되어 난연성 가스와 산을 생성하고 바인더와 탄화형성제의 탄화 작용을 촉진
10 dipentaerithritol 탄화형성제로 열원에 노출 시 산촉매인 탄화촉진제와 반응하여 탄화물을 형성하고 열차단막 형성을 작용
11 melamine 발포제로 가스를 생성하여 도막의 부피팽창을 일으켜 열차단 효과를 증대시키는 작용을 함
12 vinyl acetate emulsion 바인더 역할을 하며, NV 45~50%, 유리전이온도(Tg) -5~5℃
13 Silicone defoamer 소포제로 거품을 제거휘발성 유기화합물(VOC) 미포함
14 pH조절제 보관시 가수분해방지를 위해 PH 4~6유지
15 초기화재소화용 N-H-microcapsule 초기화재 발생시 열폭주로 120℃℃에 도달하면 온도를 감지하여 쉘(shell)이 깨져 초기화재 확산을 억제하기 위해 8초내에 소화물질이 확산되고 15초내에 800℃에서 30℃로 냉각시키고 재연소를 억제
NO 구성물질 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
1 물(H2O) 13.0 19.3 18.8 15.2
2 propylene glycol 0.3 0.3 0.3 0.3
3 BYK-190 0.3 0.3 0.3 0.3
4 Potassium tripoly phosphate 0.5 0.5 0.5 0.5
5 BIOCIDE 3300N(fungicide) 0.2 0.2 0.2 0.2
6 NATRASOL 250HR(hydroxy ethyl cellulose) 1.0 1 1 1
7 TiO2(이산화티탄) 8.7 10.7 10.7 10.7
8 coalescing agent texanol ST-100 1.0 1 1 1
9 melamine pyrophosphate 16.8 12 17.8 17.8
10 dipentaerithritol 8.3 4 4 8.3
11 melamine 13.3 13.3 8 13.3
12 vinyl acetate emulsion 26.0 26.7 26.7 26.7
13 Silicone defoamer 0.3 0.4 0.4 0.4
14 pH조절제 0.3 0.3 0.3 0.3
15 초기화재소화용 N-H-microcapsule 10.0 10 10 4
[실시예 1]
1. 고속 탱크믹서에 상기 [표 2]의 구성물질 1 ~ 5 및 8을 배합비에 맞게 계량하여 투입하고, 임펠라 지름이 33cm인 15HP 무단변속 교반기를 통해 300rpm의 속도로 5분간 교반하였다.
2. 상기 1의 교반 과정을 5분간 진행하고, [표 2]의 구성물질 6을 서서히 투입하면서 연속적으로 상기 무단변속 교반기를 통해 450rpm의 속도로 10분간 교반하면서 완전히 용해되었음을 확인하였고, [표 2]의 구성물질 7의 명시된 조성비를 3회로 나누어 서서히 투입하고 상기 무단변속 교반기를 통해 900rpm의 속도로 30분간 교반하였고, 파티클(particle)의 유무를 유리판상 60㎛ 어플리케이터를 이용하여 입도가 NS5 이상인 것을 확인하였다.
3. [표 2]의 구성물질 9를 서서히 투입 후 상기 무단변속 교반기를 통해 900rpm의 속도로 20분간 교반하였고, 유리판상 60㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태를 확인하였다.
4. [표 2]의 구성물질 12의 조성비의 1/2을 서서히 투입하고 상기 무단변속 교반기를 통해 500rpm의 속도로 20분간 교반하면서 [표 2]의 구성물질 10 및 12도 함께 서서히 투입한 후, 유리판상 60㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태를 확인하였다.
5. [표 2]의 구성물질 12의 조성비의 나머지 1/2을 서서히 투입하면서 상기 무단변속 교반기를 통해 500rpm의 속도로 10분간 교반하였다.
6. 상기 무단변속 교반기를 통해 500rpm의 속도로 계속 유지하면서 [표 2]의 구성물질 13의 조성비의 1/2과 구성물질 14를 10분간 교반하였고, 유리판상 60㎛ 어플리케이터를 이용하여 도막의 소포 상태를 확인하였다.
7. 상기 무단변속 교반기를 통해 500rpm의 속도로 계속 유지하면서 [표 2]의 구성물질 15를 서서히 투입하면서 15분간 교반하였고, 유리판상 90㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태를 확인하였다.
8. 상기 무단변속 교반기를 통해 500rpm의 속도로 계속 유지하면서 [표 2]의 구성물질 13의 조성비의 나머지 1/2을 투입하여 10분간 교반한 후, 상기 무단변속 교반기를 정지하고, 유리판상 90㎛ 어플리케이터를 이용하여 파티클(particle)이 없는 도막의 균일한 상태를 확인하였다.
9. 상기 도막의 점도 및 비중을 확인하여 제품 규격 내에 있는지 확인하였다.
[비교예 1]
상기 [표 2]의 구성물질 9 및 10의 조성비를 달리하여 상기 실시예의 1~9 단계를 수행하였다.
[비교예 2]
상기 [표 2]의 구성물질 10 및 구성물질 11의 조성비를 달리하여 상기 실시예의 1~10 단계를 수행하였다.
[비교예 3]
상기 [표 2]의 구성물질 15의 조성비를 달리하여 상기 실시예의 1~10 단계를 수행하였다.
[시험예 1]
<건조도막 형성 조건>
실시예 1, 비교예 1~3의 조성물을 피도물의 일면에 아래의 [표 3]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) ㎛ 100 100 100 100
도장횟수 회 2 2 2 2
건조시간 횟수간 지촉건조 min 20 20 20 25
경화건조 min 60 60 60 75
방염처리 면적 ㎡/l 7.5 6.5 5.7 5
<건조도막 형성 후 방염성능 및 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 하기 [표4]와 같이 방염성능, 감응 온도, 시간 및 탄화 면적을 측정했다.
상기 비교예 1~3에 대해서도 상기와 같은 방법으로 측정했다.
- 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
성 능 항 목 단위 실시예1 비교예1 비교예2 비교예3
방염성능 잔염시간/기준10초이내
(불꽃이 지속되는 시간)		 sec 3 15 23 10
잔진시간/기준30초이내
(연소가 그칠 때까지 시간)		 sec 8 19 26 12
탄화면적/기준50㎠이내(불꽃에 의하면 연소되어진 면적 ㎠ 16.5 53 60 24
탄화길이/기준20cm
(불꽃에 의하여 연소되어진 길이)		 cm 5.2 22 31 15
초기소화 자가 감응온도
(쉘 터짐 온도)		 ℃ 150 235 260 측정불가
초기소화시간 sec 4~5 11 13 화염이 작아지다 다시커짐
재연소억제시간(800℃에서 30℃로 냉각) sec 11 26 32 불가
상기 비교예 1은 탄화촉진제의 함량을 14 중량% 미만으로, 탄화형성제의 함량은 6 중량% 미만으로 하였고, 탄화촉진제 및 탄화형성제의 중량 대비 바인더 수지 에멀젼의 비율을 0.7 미만으로 한 경우이다.
상기 비교예 1의 경우에는 실시예 1에 비하여 방염성능이 현저히 저하됨을 확인할 수 있었고, 초기 소화와 관련된 측정 역시 성능이 저하됨을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 2는 초기화재 소화용 마이크로캡슐의 중량 대비 탄화촉진제, 탄화형성제 및 발포제의 중량의 비율을 3.5 미만으로 하였고, 탄화형성제의 함량은 6 중량% 미만으로 한 경우이다.
상기 비교예 2의 경우에도 실시예 1에 비하여 방염성능이 현저히 저하됨을 확인할 수 있었고, 초기 소화와 관련된 측정 역시 성능이 저하됨을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 3은 초기화재 소화용 마이크로캡슐의 중량 대비 탄화촉진제, 탄화형성제 및 발포제의 중량의 비율을 6 이상으로 하였고, 초기화재 소화용 마이크로캡슐의 ?t량은 5 중량% 미만으로 한 경우이다.
상기 비교예 3의 경우에도 실시예 1에 비하여 방염성능이 현저히 저하됨을 확인할 수 있었고, 초기 소화와 관련된 측정에서 감응온도는 측정이 불가능했고, 화염이 작아지다가 다시 커져 소화시간을 측정할 수 없었으며, 재연소 억제시간도 측정이 불가능 했다.
즉, 본 발명의 실시예 1의 수성도료 조성물을 통해 방염 성능을 측정항목 기준을 만족함과 동시에, 비교예 1~3에 비하여 우수한 초기화재 진압성능을 가지는 건조도막을 형성할 수 있음을 확인하였으며, 이는 화재 발생 초기에 화재를 소화하여 냉각에 의한 화재의 확산 및 잔염에 의한 2차 화재의 재발을 방지할 수 있는 효과를 나타낸 것이다.
10 : 초기소화용 N-H 마이크로소화캡슐
20 : 발포성 방염 조성물
30 : 피도물
40 : 초기 소화용 마이크로캡슐 포함 목재용 발포성 방염수성도료 도막
10a : 초기소화용 마이크로 캡슐층
20a : 발포성 방염도료 도막층
70: 초기 소화용 마이크로캡슐 코어부
80: 초기 소화용 마이크로캡슐 쉘부

Claims (8)

  1. 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물에 있어서,
    (a) 탄화촉진제, (b) 탄화형성제, (c) 발포제, (d) 코어-쉘 구조로 이루어진 초기화재 소화용 마이크로 캡슐 및 (e) 바인더 수지 에멀젼을 포함하되,
    상기 물질들의 중량 기준 혼합비는 (a)+(b)+(c) : (d) = 3.5:1~6:1이고,
    상기 (a) 탄화촉진제는 폴리인산암모늄, 인산멜라민 및 피로인산멜라민 중 하나 이상이고,
    상기 (b) 탄화형성제는 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 페놀포름알데히드 및 폴리우레탄폴리올 중 하나 이상이고,
    상기 (d) 코어-쉘 구조로 이루어진 초기화재 소화용 마이크로 캡슐은 120~220℃온도에서 자가온도감응하여 초기화재를 방지하며,
    상기 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 포함하고,
    상기 마이크로 캡슐의 쉘부는 멜라민-요소-포름알데히드 수지 (Melamine-urea-formaldehyde resin)를 포함하고,
    상기 (e) 바인더 수지 에멀젼은 아크릴계, 스티렌계, 비닐아세테이트 및 에틸렌계 모노머 중 하나 이상을 공중합 시킨 것인 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수성도료 조성물 전체 중량을 기준으로,
    상기 (a) 탄화촉진제의 함량은 14~20 중량%,
    상기 (b) 탄화형성제의 함량은 6~10 중량%,
    상기 (c) 발포제의 함량은 10~16 중량%,
    상기 (d) 초기화재 소화용 마이크로 캡슐의 함량은 8~12 중량% 포함되는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 물질들의 중량 기준 혼합비는 (a)+(b) : (e) = 0.7:1~1:1인 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코어부상의 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 내지 3:1 인 것을 특징으로 하는 목재용 발포성 방염 수성도료 조성물.
  8. 삭제
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