KR20160056081A - 금속표면 보호용 팽창성 방염 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속표면 보호용 팽창성 방염 도료 조성물에 관한 것으로서, 불 및 열로부터의 영향을 최소화하여 표면을 보호할 수 있고, 건축 등의 자재에 사용하면 방염 특성을 갖는 건축 자재로 활용할 수 있으며, 방염성 및 내열성과 함께 방수성 및 방식성을 갖는 효과가 있다.

Description

금속표면 보호용 팽창성 방염 도료 조성물{Anti-flammable Coating Composition of expansion for Protecting Metal Surface}

본 발명은 금속표면 보호용 팽창성 방염 도료 조성물에 관한 것이다.

금속재 등은 화재 시에 급격히 녹아서 물성을 상실하게 되어 건물 붕괴의 원인을 제공하기 때문에 화재 시 금속재 등을 보호하기 위한 방염 및 내열 코팅 기술의 개발이 필요하다. 미국특허 제3658662호에는 알루미늄 판의 표면을 규산염 화합물을 사용하여 내화성을 부여하는 기술이 공지되어 있지만, 여전히 충분한 방염 특성을 제공하지 못하는 단점이 있다.

따라서 보다 높은 열에서도 견딜 수 있는 방염 금속 등과 같이 재료 표면의 내화성을 높이기 위한 방염 및 내열 코팅 기술의 개발이 여전히 필요하다.

미국특허 제3658662호

본 발명의 목적은 기존의 기술보다 개선된 금속표면 보호용 팽창성 방염 도료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 방염성과 함께 방수성 및 방식성을 갖는 금속 등의 표면 층을 보호하는 금속표면 보호용 팽창성 방염 도료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 예컨대 금속 표면에 코팅 층을 형성함으로써, 방염 특성을 갖는 도료 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태로서, 상기 도료 조성물은 규산나트륨 및 팽창성 유리를 함유하는 수용성 도료 조성물일 수 있다. 상기 팽창성 유리는 저융점 고팽창성 유리인 것이 보다 바람직하며, 예컨대 붕규산계 저용점 유리를 예시할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 수용성 도료 조성물에 아민계 실란 및 에폭시계 실란을 포함시킴으로써 금속 등의 재료 표면에 단단히 고착할 수 있는 수용성 도료 조성물을 제공할 수 있다. 실란계 화합물을 포함한 도료 조성물로 코팅 후 열처리하여 경화하면 더욱 단단히 금속 표면에 고착되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 수용성 도료 조성물에 방연제 및 발수제 중에서 선택된 하나 또는 두 성분을 더 포함시킴으로써, 방수 기능과 연기 발생 억제 기능을 부여할 수 있는 도료 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 양태들에서 아크릴계 첨가제, 예컨대 수성에멀젼계를 더 추가시킴으로써, 치밀하게 박막을 형성하는 효과가 부여된 도료 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명의 상기 도료 조성물에서 각 성분의 조성비는 당업자라면 목적에 맞게 크게 제한되지 않는 것으로, 필요에 의해 적절히 조절될 수 있다.

본 발명의 하나의 예를 들면, 상기 규산나트륨 100 중량부에 대하여 팽창성 저융점 유리 0.5 내지 100 중량부 및 물 10 내지 300 중량부를 포함하는 도료 조성물일 수 있다.

본 발명의 또 다른 예로, 상기 규산나트륨 100 중량부에 대하여 팽창성 저융점 유리 0.5 내지 100 중량부, 물 10 내지 300 중량부, 아민계 실란 0.1 내지 10 중량부, 및 에폭시계 실란 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 도료 조성물일 수 있다.

본 발명의 또 다른 예로, 상기 예의 경우를 연결시킬 경우 각 예컨대 10 내지 50 중량부의 고형분을 가지는 아크릴계 에멀젼 0.5 내지 10 중량부를 더 포함하는 도료 조성물일 수 있다.

본 발명의 또 다른 예로, 상기 예들에서 방연제로서 다공성 무기산화물 등의 세라믹을 0.1 내지 10 중량부 더 포함하는 도료 조성물일 수 있다.

또한 본 발명의 또 다른 예를 든다면, 상기 다양한 예들에서 발수제, 점도조절제 및 고형화방지제 등의 첨가제 0.1 내지 10 중량부를 더 포함하는 도료 조성물일 수 있다.

본 발명의 도료 조성물을 이용한 코팅 층 형성 방법은 크게 제한되지 않지만, 예를 들면,

S1) 규산나트륨, 팽창성 유리, 아민계실란 및 에폭시계 실란을 포함하는 금속 표면 보호용 내염성 방염 도료 조성물을 금속재료의 표면에 코팅하는 단계; 및

S2) 상기 코팅 면을 건조 및 경화하는 단계;

를 포함하는 금속표면 보호용 도료 조성물을 이용한 금속표면 방염 코팅 층 형성 방법일 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 S1) 및 S2) 단계를 2회 또는 그 이상 반복하는 단계를 거쳐 코팅 층의 두께를 조절하여 형성할 수 있는 금속표면 보호용 도료 조성물을 이용한 금속표면 방염 코팅 층 형성 방법일 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 S1) 단계에서 상기 금속표면을 물과 세제로 세정하고, 이어서 상기 표면을 도료 조성물로 코팅하는 것을 포함하는 금속표면 보호용 도료 조성물을 이용한 금속표면 방염 코팅 층 형성 방법일 수 있다.

본 발명의 도료 조성물을 이용한 코팅 층 형성 방법은 금속 등의 표면에 상기 도료 조성물을 함침 또는 코팅한 후 건조하여 제조할 수 있으며, 건조 및 경화는 -10 내지 40℃ 가열한 후 건조 또는 경화하여 코팅하는 것을 포함하는 금속표면 보호용 도료 조성물을 이용한 금속표면 방염 코팅 층 형성 방법일 수 있다.

또한 코팅 과정 또는 함침 과정에서 코팅 층은 균열 등의 결함이 발생할 수 있으므로, 1회 이상의 코팅, 건조 또는 경화 단계를 가질 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 도료 조성물은 상기와 같은 균열을 방지하기 위하여 규산나튜륨 100 중량부에 대하여 고분자 물질 1 내지 30 중량부를 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 고분자 물질은 딱히 제한되지 않으며, 상세하게는 코팅 후 건조하였을 때 더 이상 물에 용해되지 않는 성분이라면 제한되지 않는다.

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 물을 유기용제로 대체하여 코팅 용액을 제조하는 방법을 포함할 수 있다. 상기 유기용제는 통상적으로 비수용성의 상기 고분자 물질을 용해할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 아민계 실란 화합물은 분자량이 20 내지 2000의 수용성 성분 또는 유용성 성분을 모두 사용될 수 있으며, 예를 들면, 3-아미노프로필트리알콕시실란(3-aminopropyl trialkoxysilane) 등의 다양한 것이 있으므로 이에 한정되지 않으며, 당업자에게는 통상적으로 잘 알려져 있으므로 더 이상의 기재는 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 에폭시 실란 화합물은 하나 이상의 에폭시기를 가지는 실란 화합물이라면 제한되지 않지만, 상기 에폭시기는 상기 아미노기와 결합하여 가교되는 성질을 가지기도 하므로, 코팅 층을 더욱 단단히 잡아주는 역할을 한다. 본 발명의 에폭시계 실란 화합물은 분자량이 50 내지 5000의 것이라면 제한하지 않지만, 예를 들면, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메틸실란(2 - (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl trimethylsilane), 3-글리시딜프로필메틸디메톡시실란(3-glycidyl methyl dimethoxy silane) 등의 다양한 것이 있으므로 더 이상의 기재를 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 팽창성 저융점 유리는 크게 제한되지 않지만, 예를 들면, 5%의 붕소 화합물이 있으며, 구체적으로는 입경이 0.1 내지 10 의 크기의 붕규산 유리 등이 있으며, 이러한 물질은 가열에 의해 팽창하는 특징이 있어 우수한 방염 특성을 유지하는 역할을 한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 아크릴에멀젼은 수성이나 유성 모두 사용 가능하며, 이는 코팅 용액이 수용성인지 유용성인지의 여부에 따라서 결정하여 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 방연제로는 다공성 금속산화물로서, 예컨대 아연보레이트, 아연스타네이트, 수화알루미늄 및 기타 MgO, Al₂O₃ 및 제올라이트 등의 각종 다공성 세라믹을 예시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 발수제는 지방산 알코올로서 C12 내지 C30의 지방산 알코올이나, 폴리실록산 등의 것을 사용할 수 있으며, 이 분야에 공지된 것이라면 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 고화방지제는 이 기술분야에 채택되는 것이라면 제한되지 않는다. 예컨대 지방산금속염, 폴리덱스트로즈(Polydextrose) 및 덱스트린(Dextrin) 등의 화합물이 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 도료 조성물을 금속 등의 표면에 코팅하여 코팅 층을 형성하면 불 및 열로부터의 영향을 최소화하여 표면을 보호할 수 있으며, 건축 등의 자재에 사용하면 방염 특성을 갖는 건축 자재로 활용할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 도료 조성물은 방염 및 내열 특성과 함께 방수성 및 방식성을 갖는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 금속표면 보호용 팽창성 방염 도료 조성물을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

이하, 실시예 및 실험적으로 입증하기 위한 결과에 대하여 자세히 설명한다.

(실시예 1)

규산나트륨(고형분 35%)의 수용액 100 중량부, 입경 3 ㎛의 붕규산계 저용점 유리 5 중량부, 3-글리시딜프로필메틸디메톡시실란 5 중량부, 3-아미노프로필트리알콕시실란 5 중량부를 혼합하고 1시간 동안 교반하여 도료 조성물을 제조하였다.

그리고 상기 도료 조성물을 두께 1 mm 주철 표면에 코팅한 후, 코팅 층을 200℃에서 20 분 동안 건조하였다. 그 다음 5 시간 동안 상온에서 경화하였다. 적정 두께에 도달할 때까지 코팅 및 경화를 한 번 더 반복하여 주철에 코팅 층을 형성하였다. 상기 주철의 표면 상태는 매우 균일하고 매끄러웠다.

(실시예 2)

실시예 1에서 중량평균분자량 23000의 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 3 중량부를 투입한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.

(비교예 1)

상기 규산나트륨 및 상기 팽창성 유리를 혼합하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

<실험 및 분석 결과>

1. 실험방법

실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1에 따라 제조된 주철 표면을 950℃에서 2 시간 동안 토치램프를 이용하여 열에 노출시켰다. 노출이 끝나고 바로 30 초 후에 상기 주철 뒷면의 온도를 측정하였다.(평가방법 : KOFEIS1001)

2. 분석 결과

실시예 1에 따른 도료 조성물로 코팅된 주철 표면의 코팅 층은 0.09 mm이였으며, 노출이 끝나고 바로 30 초 후의 상기 주철 뒷면의 온도는 약 60℃로 측정되었다.

실시예 2에 따른 도료 조성물로 코팅된 주철 표면의 코팅 층은 0.10 mm이였으며, 노출이 끝나고 바로 30 초 후의 상기 주철 뒷면의 온도는 약 55℃로 측정되었다.

비교예 1에 따른 도료 조성물로 코팅된 주철 표면의 코팅 층은 0.08 mm이였으며, 노출이 끝나고 바로 30 초 후의 상기 주철 뒷면의 온도는 약 900℃ 이상으로 측정이 어려울 정도였다.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

또한 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

1. 규산나트륨, 팽창성 유리, 아민계 실란, 및 에폭시계 실란을 포함하는 방염 도료 조성물.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 방염 도료 조성물은 방연제 및 발수제 중에서 선택된 하나 또는 두 성분을 더 포함하는 방염 도료 조성물.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 방염 도료 조성물은 수성에멀젼계를 더 포함하는 방염 도료 조성물.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 방염 도료 조성물은 수성에멀젼계를 더 포함하는 방염 도료 조성물.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
   상기 방염 도료 조성물은 점도조절제, 고화방지제, 및 발수제에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 성분을 더 포함하는 방염 도료 조성물.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 방염 도료 조성물은 상기 규산나트륨 100 중량부에 대하여, 팽창성 유리 0.5 내지 100 중량부, 용매 10 내지 300 중량부, 아민계 실란 0.1 내지 10 중량부, 에폭시계 실란 0.1 내지 10 중량부, 고형분 10 내지 50 중량부를 포함하는 아크릴계 에멀젼 0.5 내지 10 중량부, 방연제 0.1 내지 10 중량부, 발수제 0.1 내지 10 중량부, 점도조절제 0.1 내지 10 중량부, 및 고형화방지제 0.1 내지 10 중량부에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 성분을 포함하는 방염 도료 조성물.
7. S1) 규산나트륨, 팽창성 유리, 아민계실란 및 에폭시계 실란을 포함하는 금속 표면 보호용 내염성 방염 도료 조성물을 금속재료의 표면에 코팅하는 단계; 및
   S2) 상기 코팅 면을 건조 및 경화하는 단계;
   를 포함하는 금속표면 방염 코팅 층 형성 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 S1) 및 S2) 단계를 2회 또는 그 이상 반복하는 단계를 포함하는 금속표면 방염 코팅 층 형성 방법.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 금속표면을 물과 세제로 세정하고, 이어서 상기 표면을 방염 도료 조성물로 코팅하는 것을 포함하는 금속표면 방염 코팅 층 형성 방법.
10. 제 7항에 있어서,
    상기 건조 및 경화는 -10 내지 40℃의 온도에서 수행되는 것을 포함하는 금속표면 방염 코팅 층 형성 방법.