KR20000045052A - 내화도료 피막조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포 팽창, 고온 하에서 우수한 내열성을 갖는 무기질계 내화도료 피막조성물에 관한 것으로서, 규산염 5∼89 중량%, 실리카 5∼50 중량%, 기능성 필러 5∼70 중량%, 증점제 0.5∼10 중량%, 보강제 0.3∼10 중량% 및 첨가제 0.2∼5 중량%로 이루어지며, 바인더로 사용되는 규산염이 화재시 열을 받을 경우 규산염 내부에 있는 결정수가 발포팽창되어 팽창된 셀이 파괴되는데, 이때 필러로 사용되는 팽창성 흑연이 파괴되는 셀 내부에서 새롭게 팽창하여 고온까지 단열층을 형성해줌으로써 고온하에서도 내화 단열 효과가 우수하다.

Description

내화도료 피막조성물

본 발명은 내화도료 피막조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 규산염이나 변성 규산염에 여러 가지 형태의 실리카를 이용하여 규산염의 몰비를 증가시킨 것을 바인더로 하고 여기에 기능성 필러, 증점제, 첨가제 및 용제를 이용하여 발포팽창, 고온 하에서 우수한 내열성을 갖는 단열층을 형성하는 무기질계 피막 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 내화도료용 피막조성물로는 유기 수지와 암모늄 폴리포스페이트를 이용한 형태의 조성물이 주종을 이루고 있다. 이러한 유기 물질을 이용한 형태의 내화도료 조성물들은 발포시 유독가스인 암모니아 가스가 다량 유출되고 단열 효과에 한계가 있어 사용부위 및 용도가 한정되어 있다.

대한민국 특허 공고 제91-6378호에는 규산염이나 변성 규산염을 주제로 사용하고, 경화제로 인산 화합물을 이용한 무기질계 피막 조성물에 대한 기술이 공지되어 있다.

이러한 도료는 내열성이 우수하고 강한 무기질계 피막을 형성할 수는 있지만, 사용되는 인산 화합물의 영향으로 인해 규산염이 발포 팽창되는 것을 저지하여 발포성 내화도료의 용도로는 적당하지 못하다.

또한, 대한민국 특허 공개 제89-10138호에는 액상의 메탈 실리케이트를 주바인더로 하는 발포성 내화 무기질 방화제에 대한 기술이 공개되어 있는 바, 이러한 조성물의 경우 발포 단열성은 매우 우수하나, 사용되는 메탈실리케이트의 내열성에 한계가 있어 약 600℃ 이상의 고온 하에서는 발포 도막층이 연화되어 아래로 흘러내리는 문제점이 야기되었다.

그리고, 일본특허 공개평5-86310호에는 발포제로서 폴리인산암모늄, 탄소 생성재료로서 멜라민, 및 바인더로서 변성 에폭시 등을 이용한 발포성 내화도료에 대한 피막조성물이 개시되어 있다.

이러한 형태의 도료는 도료조성물이 열을 받아 400℃ 부근에서 화학반응하여 탄소층을 형성하여 두꺼운 단열층을 형성하도록 함으로써 열로부터 소지를 보호하는 형태의 도료로서, 이러한 도료는 발포성능이 우수하지만 도막이 발포되면서 다량의 암모니아 가스를 방출할 뿐만 아니라 발포층 자체가 아주 약한 탄화층으로 형성되어 있어 화재시 열풍에 의하여 발포층이 쉽게 부서지는 결점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 발포층의 도막강도 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라 무기질계로서 암모니아 가스와 같은 유해 가스 발생이 없는 내화도료 피막조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내화도료 피막조성물은 규산염 또는 변성규산염 5∼89 중량%, 실리카 5∼50 중량%, 기능성 필러 5∼70 중량%, 증점제 0.5∼10 중량%, 보강제 0.3∼10 중량% 및 첨가제 0.2∼5 중량%로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 규산염 또는 변성 규산염계 화합물에 여러 형태의 실리카를 이용한 것을 주바인더로 하고, 고온 하에서 흡열반응을 일으키는 기능성 필러와 안료, 증점제(thickner), 용제 및 기타 첨가제를 첨가하여 이루어진 내화도료 피막조성물에 관한 것이다.

무기질계 내화도료 피막조성물의 발포/팽창 단열 메카니즘은 다음과 같다; 바인더로 사용되는 규산염의 도막은 30∼60%의 결정수를 가지고 있는데, 이러한 결정수들은 180℃ 이상의 온도를 받으면 피막 내부에서 발포팽창을 하면서 여러 형태의 셀(cell)을 형성하여 단열효과를 나타내게 되는데, 이러한 셀들은 600℃ 이상의 온도에서는 용융되어 점성을 가지게 되어 본 발명에서 요구되는 목적으로는 사용할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 셀들을 고온(약 1000℃) 하에서도 유지시켜 내화 단열효과가 우수한 무기질계 내화도료 피막조성물을 제공한다.

본 발명에서 사용되는 규산염은 M₂O·nSiO₂·xH₂O로 표시되는 화합물로서, 여기서 M은 주기율표 제1A족에 속하는 금속을 나타내고, n은 2∼6의 정수이고, x는 20∼40의 정수이다.

금속의 구체적인 예로는 리튬, 나트륨 및 칼륨 등이 있다.

규산염은 조성물의 특성과 물성을 고려하여 선택하는 바, 내수성, 내열성, 발포율, 소지와의 부착력 등을 고려하여 선택한다. 본 발명에서는 규산염이나 변성 규산염으로 상기한 규산염 중 선택하여 1종 또는 2종 이상을 혼합 사용한다.

규산염 바인더의 함량은 전체 피막조성물 중 5∼89 중량%인 것이 바람직하다.

이러한 형태의 규산염은 그 자체로는 발포능력이 우수하지만 발포층이 고온 하에서도 밀도를 유지하면서 1000℃ 이상의 내열성을 유지하기는 불가능하다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 규산염에 여러 가지 형태의 실리카를 이용하여 규산염의 몰비를 증가시킴으로써 규산염의 내열성을 증가시킬 뿐만 아니라 고온 하에서 규산염 발포층의 밀도 저하없이 우수한 내열성을 유지할 수 있도록 한다.

첨가되는 실리카의 형태로는 일반적으로 흄드(fumed) 실리카, 콜로이달(colloidal) 실리카 및 마이크로나이즈드(micronized) 실리카를 사용할 수 있는데, 이와같은 형태의 실리카를 규산염에 넣고 용해시키면 규산염의 강한 알칼리성에 의해 스스로 용해되어 규산염의 몰비를 증가시킬 수 있다. 이러한 방법을 이용하여 규산염의 몰비를 증가시키면 규산염의 내열성은 증가하나 저장안정성은 불안정해짐을 알 수 있다. 이러한 실리카의 함량은 전체 피막조성 중 5∼50 중량%이며, 이때 규산염의 몰비는 2.9∼7이 된다. 만일, 실리카의 함량이 5 중량% 미만이면 발포도막의 내열성이 저하되며, 50 중량% 초과면 건조 도막에 크랙이 발생하게 되고 규산염의 저장성이 짧아지므로 바람직하게는 10∼30 중량% 되도록 함유한다.

본 발명 피막조성물은 발포층의 건조강도를 높이고 화재시에 보다 효과적인 기능을 발휘하기 위하여 기능성 필러를 함유하는 바, 기능성 필러들은 발포 도막 내부에 잔존해 있다가 온도 상승에 따른 흡열반응을 하여 피도물의 온도상승을 저지하는 역할을 한다. 기능성 필러의 구체적인 화합물로는 팽창성 흑연을 필수성분으로 하고, 여기에 마그네슘·칼슘 카보네이트, 칼슘 카보네이트 및 수산화 알루미늄 중에서 선택하여 혼합할 수 있다. 바인더로 사용되는 규산염이 화재시 열을 받을 경우 규산염이 내부에 있는 결정수가 발포팽창되어 팽창된 셀이 파괴되는데, 이때 팽창성 흑연이 파괴되는 셀 내부에서 새롭게 팽창하여 고온까지 단열층을 형성해준다.

이들 기능성 필러의 함량은 전체 피막조성물 중 5∼70 중량%이며, 만일 그 함량이 5 중량% 미만이면 기능성 필러의 첨가효과가 미미하며, 70 중량% 초과면 알칼리 금속 규산염의 발포층의 밀도가 저하되고, 오히려 내화 단열 효과가 떨어지게 된다. 이러한 점을 감안하여 보다 바람직한 기능성 필러의 함량은 20∼35 중량%이다.

또한, 본 발명에서는 도료의 스프레이 작업성 및 시공성을 용이하게 하기 위하여 증점제로 셀룰로오즈 화합물(메틸셀룰로오즈, 에틸셀룰로오즈) 및 알루미늄실리케이트, 알루미늄·마그네슘·칼슘 실리케이트 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용하는 바, 이러한 증점제는 조성물 제조시 조성물의 칙소성, 즉 TI값을 높여주는 역할을 한다. 이같은 첨가제의 함량은 피막조성물 전체에 대하여 0.5∼10 중량%이다. 만일 첨가제의 함량이 0.5 중량% 미만이면 사용효과가 떨어지며, 10 중량% 초과면 지나친 점도 상승으로 인하여 오히려 역효과를 가져올 우려가 있다. 바람직하게는 1∼3 중량%이다.

한편, 도막 형성 후 도막이 건조 수축에 의하여 크랙이 발생될 수 있는데, 이러한 건조 수축을 방지하기 위하여 피막조성물 제조시 세라믹 섬유, 유리섬유 또는 Ti계 휘스커 등의 보강제를 첨가한다.

이러한 보강제들은 입자 모양이 섬유질로 되어 있어 전술한 피막 조성물들의 건조 도막 내부에 잔존하여 외기에 의한 건조 수축시 도막 내부에서 보강재 역할을 한다.

이러한 보강제의 함량은 전체 조성물 중 0.3∼10 중량%이다. 만일, 보강제의 함량이 0.3 중량% 미만이면 건조도막에 크랙이 발생할 수 있으며, 10 중량% 초과면 도막의 퍼짐성이 나쁘고 조성물 제조시 어려움이 있다. 바람직하게는 0.7∼3 중량%이다.

또한, 본 발명에서는 소듐 헥사술포네이트, 암모늄 아크릴레이트 코폴리머, 폴리카르복시산 알킬놀 암모늄염, 폴리실록산 에멀젼 등 계면활성제 및 기타 첨가제들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용하는 데, 이러한 첨가제들은 조성물의 표면장력을 떨어뜨려 조성물 제조 및 시공시 작업성을 용이하게 해준다. 이러한 첨가제들의 함량은 0.2∼5 중량%인 것이 바람직하며, 만일 그 함량이 0.2 중량% 미만이면 사용목적에 부합되는 효과를 얻을 수 없고, 5 중량% 초과면 도료에 분화구와 같은 결점이 생길 수 있다.

상기와 같은 조성에 용제로 물을 이용하여 적당하게 점도를 조절하면 본 발명에 따른 피막조성물을 완성할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼5 및 비교예 1∼3

알칼리 금속 규산염 수지에 용매로 물을 투입하고 기타 첨가제를 투입한 후 용해하면서 기능성 필러, 보강제들을 순서대로 투입한 후 20∼30 분간 200rpm 이상의 속도로 프리-믹싱 또는 볼밀 등을 이용 재분산하여 본 발명의 피막조성물을 제조하였다.

그 조성 및 함량은 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.

조성	화합물	실시예	비교예
		1	2	3	4	5	1	2	3
바인더	소듐 실리케이트	30	30	30	40	35	50	70	65
	포타슘 실리케이트	10	-	5	-	-	30	-	-
	리튬 실리케이트	-	10	5	-	3.5	20	-	-
실리카	콜로이달 실리카	15	-	-	10	15	-	-	-
	흄드 실리카	-	15	-	10	15	-	21	8
	마이크로나이즈드 실리카	-	-	15	-	-	-	-	-
기능성필러	마그네슘·칼슘카보네이트	10	-	10	5	4	-	-	-
	칼슘 카보네이트	-	10	-	5	4	-	-	-
	마그네사이트	-	-	10	-	-	-	-	-
	팽창성 흑연	3	4	2	5	10	-	-	-
보강제	세라믹 섬유	1.0	-	-	0.5	1.0	7	-	-
	유리 섬유	-	1.0	-	0.5	-	-	-	-
	Ti계 휘스커	-	-	1.0	-	-	-	1	-
증점제	실리카·알루미나·마그네슘계 수산화물	5	5	6	4	3.0	-	-	-
	메틸 셀룰로오즈	1	-	-	0.5	1.5	5	-	-
	에틸 셀룰로오즈	-	1	-	0.5	-	-	-	-
기타첨가제	소듐 헥사술포네이트	0.2	0.2	0.2	0.1	0.5	-	-	-
	암모늄 아크릴레이트 코폴리머	0.2	-	-	-	0.5	-	-	-
	폴리카르복시산 알키놀 암모늄염	-	0.2	-	0.2	-	-	-	-
	폴리실록산 에멀젼	-	-	0.2	-	0.2	-	-	-
용제	물	24.6	23.6	15.6	18.7	6.8	-	-	-
합계	100	100	100	100.0	100.0

상기 실시예 1∼5 및 비교예 1∼3에 따라 제조한 피막조성물을 H(보: 400×200×8×13, 기둥: 300×300×10×15)형 강에 진공 도장기를 이용하여 5.5mm 두께로 도포한 후 가스로를 이용하여 KSF 2257 승온 스케쥴에 따라 온도를 승온한 후 H형 강의 온도를 측정하였다.

그 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

	가열 시간에 따른 시편온도(℃)
	10분	20분	30분	40분	50분	60분
실시예	1	94(605)	100(704)	110(748)	153(798)	226(836)	318(900)
	2	93(576)	99(693)	102(743)	125(790)	191(830)	272(901)
	3	96(609)	101(696)	115(701)	158(792)	227(871)	339(930)
	4	95(562)	101(672)	101(763)	116(883)	175(842)	256(910)
	5	99(572)	101(686)	139(753)	194(879)	274(861)	386(926)
비교예	1	95(607)	101(685)	123(747)	199(795)	도막탈락	도막탈락
	2	97(610)	103(683)	140(733)	201(801)	도막탈락	도막탈락
	3	99(580)	105(701)	139(743)	195(800)	도막탈락	도막탈락
(주) ()는 노내 분위기 온도를 나타냄

상기 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 팽창성 흑연을 필러로 첨가한 피막조성물을 도포한 경우 비교예의 경우와 같은 고온에서의 도막탈락이 발생되지 않는 것으로 보아 내열성이 우수함을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 규산염 또는 변성 규산염계 화합물에 여러 형태의 실리카를 이용함으로써 규산염의 몰비를 향상시키고, 기능성 필러로서 팽창성 흑연을 첨가하여 이루어진 무기질계 내화도료 피막조성물은 내열성이 우수하고 도막강도가 우수하여 건축용 철골, 보 및 기둥 등의 도장에 적합하다.

Claims (5)

1. 규산염 또는 변성 규산염 5∼89 중량%, 실리카 5∼50 중량%, 기능성 필러 5∼70 중량%, 증점제 0.5∼10 중량%, 보강제 0.3∼10 중량% 및 첨가제 0.2∼5 중량%로 이루어진 내화도료 피막조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 실리카는 콜로이달 실리카, 흄드 실리카 및 마이크로나이즈드 실리카 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 내화도료 피막조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 기능성 필러는 팽창성 흑연 단독 또는 칼슘카보네이트, 마그네슘·칼슘 카보네이트, 마그네사이트 및 수산화알루미늄 중에서 선택된 것과의 혼합물인 것임을 특징으로 하는 내화도료 피막조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 증점제는 마그네슘·칼슘·알루미늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 메틸 셀룰로오즈 및 에틸 셀룰로오즈 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 내화도료 피막조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 보강제는 세라믹 섬유, 유리섬유 및 Ti계 휘스커 중에서 선택된 단독 또는 혼합물인 것임을 특징으로 하는 내화도료 피막조성물.