KR900003433B1 - 화염차단물질 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

화염차단물질

제 1 도는 생성물 A,C 및 P의 열안정도를 조절하는 장치.

제 2 도는 질소대기하에 있는 샘플들의 TG곡선.

제 3 도는 산소대기하에 있는 샘플들의 TG곡선.

제 4 도는 질소대기하에 있는 샘플들의 DTA곡선.

제 5 도는 산소대기하에 있는 샘플들의 DTA곡선.

본 발명은 화염차단물질에 관한 것으로, 더욱 특별히, 승온에서 선택성, 열안정성을 갖는 고온, 고열차단물질에 관한 것이다. 지금까지 다양한 물질들이 화염차단물질로 제시되어 왔다. 예를들어 내화성케이블 트랜지스트분야에 있어서, 네오프렌, 실리콘 포움(foam), 무기성형물질 및 무기 울 매트(wool mat)를 주성분으로한 상기 물질물을 사용해왔던 것이다. 이러한 공지물질들은 단열성 및 내화성을 나타냈으나 반면에, 연소시에 조우된 (1) 정상사용조건하의 양호한 열전도성,(2) 승온에서의 발포 및 충진성,(3) 매우 높은 온도에서의 단열성 및 기계적 보호성을 나타내지 못했다. 그러나, 본 발명은 상기 언급된 성질물은 물론, 부가적인 작용성 및 화염차단성을 갖으며 비교적 경제적인 방법과 성분을 사용하여 제조될 수 있는 화염차단물질에 관계되는 것이다. 불이나 승온하에서 본 발명의 화염차단물질은 보호를 요하는 보호물질에 의하여 활성(활발한)열 차단을 제공하는 기본적인 2성질을 나타낸다 : (1) 소정의 승온하에서 포움 및 흡열반응이 일어난다. 이러한 흡열반응의 부산물중의 하나는 물로서 증발시 열접촉표면에서의 발열을 방해하고 포움제로서 작용한다.

(2) 본 발명의 물질은 직접적인 승온하에서 형태 즉, 세라믹 구조를 갖는 층처럼 발포성 중합포움으로 전환된다. 이러한 발포층은 열보호성물질의 비노출부분을 보호해주며 2300℉ 이상의 온도에서 양호한 단열성을 갖는다.

본 발명의 물질중 열차단성질은 200℃이상의 온도에서만 존재한다. 200℃ 이상에서, 상기 물질의 중합매트릭스 성분은 발포되어 다공성 단열물질을 형성한다. 동시에, 수증기가 발산되어 온도증가를 방해하고 본 발명의 물질에 비연소성 대기를 형성시킨다. 상기 발포과정중, 본 발명의 물질이 선상기재(즉, 부피기준으로 100% 이상)상에 대략 30-40% 발포되었다. 200℃ 이하에서, 본 발명의 물질은 비교적 양호한 열전도체이므로 과량의 열을 발산한다. 열 접촉시 상기 물질은 약 95℃에서 연해진다. 이는 물질의 융해점도가 매우 높고, 비하중 견본들이 가열, 발포 및 소결시에 물질형태를 유지하기 때문이다. 또한, 본 발명의 상기 물질은 연화및 연소단계시 적하(drip)되지 않았다. 일반적으로, 본 발명의 화염차단물질은 고밀도 중합체를 주성분으로한 조성물로서, 주요성분은 에틸렌 공중합체, 수산화알루미늄(즉, Al(OH)₃) 및 탄산칼슘이다. 이러한 화염차단물질은 축출 또는 성형 또는 환경온도에서 코팅된 것으로, 양호한 물리적 및 화학적 성질을 갖는 고체이다.

본 발명의 화염차단물질을 환경온도∼1200℃까지 가열할 경우, 상기 물질에 일련의 복잡한 화학적 및 물리적 전환이 일어난다. 본 발명의 상기 물질을 적합한 고온으로 부터 냉각시킬 경우, 냉각물질은 다공성의 기계적 고체 및 주로 무기물질임을 특징으로 한다. 본 가열-냉각조작시 상기 물질의 열전도율은 원래 상태물질의 열전도율의 1/10로 감소하였다. 또한, 본 발명의 물질의 열차단효과는 매우 복잡하였다. 상기 물질에 일어나는 변화의 결과는 본 발명의 화염차단물질 슬랩(Slab)이 약 1200℃의 입력 고열원의 한면상에서 가열될경우, 상기 방법을 관찰하므로서 양호하게 기술된다.

상기 조건하에서, 화염차단물질은 상기 열원과 직접접촉된 표면에서 연화되기 시작한다. 상기 표면의 온도가 약 200℃로 증가함에 따라, 표면연화가 점차 증가하고, 비교적 높은 열전도율로 인하여 온도전선이 중합매트릭스로 신속히 이동한다. 에틸렌 공중합체는 실질적으로 융해하지는 못하나, 오히려 연화상태로 부터 열분해된다. 그러나, 약 200℃에서 중합체가 화학적으로 안정함은 물론 연할경우, 수산화알루미늄이 분해되기 시작하고 약 300℃에 도달할때까지 분해도가 증가하여 이 온도에서 분해가 완결되는바, 그 잔사는 상당량의 Al₂O₃를 함유한다(참조 : 알루미늠 3수화물 1kg이 물 365g을 산출한다. 예를들어, 바람직한 본 발명의 조성물 1kg이 물 252g을 산출한다). 이러한 전환과정중, 수중기가 급속히 발산하여 중합체 매트릭스의 포움을 형성한다. 산화알루미늄 잔사와 함께 탄산칼슘 및/또는 탄산마그네슘은 상기 결과에 따른 중합체 매트릭스 포움으로 분산된다. 이 온도에서 화염차단물질은 저 열전도도를 특징으로 하는 기포구조를 나타냈으나, 여전히 중합체 매트릭스이었다.

상기 탄산염을 더욱 가열하여 이들의 산화물로 전환시킨바,. 칼슘마그네슘 및 알루미늄 산화물의 결합으로 구성되는 무기성 기포구조를 나타내었다.

본 발명의 놀랄만한 특징은 이러한 기포구조가 충분한 기계적 보존성을 지니고 있어 자체지지되고 기계적충격에 충분한 내구성을 나타내었던 것이며, 특히 중합체 및 차단물질중의 탄소까지도 승온에서 일산화탄소와 이산화탄소로 열분해되었던 것이다. 따라서, 고온과 접하고있는 화염차단물질의 표면에서, 연소시에 조우된 바와같이 수산화알루미늄의 분해시에 흡열현상이 일어난다. 분해에 의한 흡열은 하기 반응 즉, 2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O에 따라 300KJ/mol Al₂O₃이며, 이에따라 수산화알루미늄이 분해되지 않는한 온도상승을 제한한다. 더우기, 열전도율을 감소시키므로서 증기가 발생하고 중합체 매트릭스가 포움을 형성한다. 상기 양효과가 결합하여 하부의 연한 중합체 물질에 대한 열유속을 감소시킨다. 따라서, 상기와 같이 본 발명의 화염차단물질을 적합한 승온에서 가열하면 발포층이 형성되어 열원에 접급하나 물질의 일부는 열원으로 부터 더욱 멀리 떨어져 상기 흡열반응만을 하여 발포단계를 수행치는 못한다.

본 발명의 화염차단물질은 할로겐, 황, 인산 및 연소시 산성 생성물을 발산하는 다른 성분들이 부재되어 있다. 더우기, 본 발명의 물질로부터 밀도성 있는 스모크가 발생하여 연소시 거의 관측할 수가 없다. 오히려 적은량의 엷은 회색 스모크가 관측되었다. 스모크 수준을 아라파호 장치(중력법)로 측정한바, 연소물질중 0.5중량% 미만의 스모크를 나타내었다. 이는 연소시에 발생하는 스모크가 밀도성이 없음을 확증하는 것이다.

본 발명의 화염차단물질은 소정의 한계(파괴시 적어도 20% 신장율)까지 단단하거나 유연한 상테에 있다. 또한 종래의 물질에 의해 적층되거나 강화되기도 한다.

본 발명의 화염차단물질은 예를들어, 화재시 보호를 요하는 벽, 바닥, 천정, 방 및 캐빈제조에 사용된다. 또한, 전기캐비넷이나 하우징, 휫팅, 파이프, 호스, 케이블, 판넬, 케이블 트랜지트, 도오 및 해치와 같은 기계적 전기장치용 보호막이나 덮개로 유용되기도 한다. 더우기, 탱크 및 파이프, 하우징이나 소형폭발물질의 보호 덮개로도 사용되며 화학장치, 정유탑, 기계장치, 선박 및 항공기에서도 찾아볼 수 있다. 한편, 화염차단물질은 바람직한 형태나 크기의 입자상으로 제공되며 저장탱크 또는 탑, 특히 커다란 구성원으로 이루어진 저장유니트의 내표면과 외표면 사이의 단열물질로 유용된다. 이러한 입자상으로 인하여 본 발명의 화염차단물질은 상기 표면간의 공간에 용이하게 충진되어 바람직한 단열수단을 형성한다. 상기 표면간의 공간에 입자들이 충진되므로서 함께 발포 및 용융되어 상기 표면에 부적합한 압력을 가하지 않고서도 단단하고 발포성있는 중간층을 형성한다.

본 발명의 화염차단물질은 에틸렌 공중합체 60-100중량부 : 고무같은 탄성제 0-40중량부 : 폴리이소부틸렌 같은 중합체 연화제 0-10중량부; 파라핀 왁스 같은 활제 0-15중량부 : 산화칼슘 0-15중량부 : 수산화알루미늄 50-450중량부 : 탄산칼슘 또는 탄산칼슘-마그네슘 150-600중량부로 구성되며 필요에 따라 예를들어, 약 1중량부의 카본불랙같은 색제도 포함한다. 에틸렌 공중합체는 에틸렌-비닐 아세테이트 : 에틸렌-아크릴산; 에틸렌-메타크릴산 : 에틸렌-에틸아크릴레이트 : 에틸렌-비닐 아세테이트-메타크릴산 : 에틸렌-이소부틸 아크릴레이트 : 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 및 에틸렌-비닐 아세테이트-카본 모녹사이드로 구성되는 기로부터 선별된다. 에틸렌-에틸 아크릴레이트가 바람직하다.

본 발명의 실시예를 통해볼 때 화염차단물질은 단단해진다. 즉, 상기물질의 단단한 부분은 케이블용 내화시이일물질 및 강철구조용 단열물질로서 성공적으로 시험평가되었다.

본 실시예에서, 상기 물질은 바람직하게 에틸렌 공중합체 100중량부, 바람직하게 에틸렌-에틸 아크릴테이트, 수산화알루미늄 220중량부, 탄산칼슘 및 탄산칼슘-마그네슘을 구성하는 기로부터 선별된것의 220중량부, 파라핀왁스 활제10중량부, EPDM 고무같은 탄성제11중량부, 산화칼슘 11중량부 및 카볼블렉 1중량부로 구성된다. 이하부터, 이러한 물질의 바람직한 형태를 생성물 P로서 참조한다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 상기 물질은 다소 유연해진다. 본 실시예에서 상기 물질은 에틸렌-공중합체 80중량부, 바람직하게 에틸렌-에틸 아크렬레이트, 수산화알루미늄 150중량부, 탄산칼슘 및 탄산칼슘-마그네슘을 구성하는 기로부터 선별된것의 150중량부 파라핀왁스 활제 10중량부, EPDM 고무같은 탄성제 30중량부, 산화칼슘 11중량부, 카본블랙같은 색제 1중량부 및 폴리이소부틸렌같은 중합체 연화제 10중량부로 구성된다. 이하부터, 이러한 물질의 바람직한 형태를 생성물 C로 참조함다.

본 발명의 화염차단물질이 내화성케이블 트랜지트의 제조에 사용될 경우, 이들중에 존재하는 수산화알루미늄으로 인하여 연소열 또는 방사열등의 강한열의 영향하에 발포되므로서 상기 물질은 트랜지트를 따라 발생하는 스모크, 가온기체 및 불꽃의 침투를 저지시킨다. 유기성분의 상기 연소온도에서 즉, 연소상태에서, 전술된 바와같이 본 발명의 화염차단물질은 양호한 단열성과 고열안정성을 갖는 강한 발포층을 형성한다. 즉,적어도 1100℃의 열에 견딘다.

상기 발포층은 본 발명의 화염차단물질로 피복된 입자나 물목적물에 효율적인 단열성과 기계적 절연성을 부여해준다. 연소전에 본 발명의 상기 물질은 탄성적이며, 진동과 기계적 하중에 매우 저항적이다.

또한, 본 발명물질은 물로부터 보호될 목적물을 피복하거나 페인팅하기 위한 조성물로 규정되기도 한다. 따라서, 미세물질의 현탁액으로서 알키드, 폴리우레탄, 비닐 아세테이트 또는 아크릴레이트를 피복하거나 페인팅한 장치에 존재한다. 한편, 본 발명은 상기의 화염차단물질을 제조하는 방법에도 관계되는바, 상기 방법은 이들 성분을 혼합하고, 환경온도에서 건조하고 이에 따른 혼합물을 약 150-200℃의 용융온도에서 축출시켜 연속형태로 축출물을 형성하고 상기 축출물을 세분시키는 것이다. 축출기 및 성형장치와 같은 종래장치를 이용하여 본 발명 물질을 처리했다. 실과 같은 연속형태의 축출물을 보다 작은 길이나 부피로 잘라서 임시 저장한다. 이러한 세분된 축출물을 약 150℃에서 축출시켜 불로부터 보호될 제품이나 목적물의 피복물을 제조하거나, 이들을 절연로체로 사용한다. 더우기, 본 발명의 상기 물질은 용이하게 축출되어 노출된 케이블용 또는 벽속의 케이블용 피복제로 사용된다. 케이블의 방화물질로 사용된 본 발명의 화염차단물질을 시험한 결과급 연소시험에서 상기 물질은 180분동안 불에 견디었다(이 상태에서 시험을 중지했다) 상기 연 시험에서, 6인치중 1인치만이 연소침투되었거나 분해되었다. 비교용으로 공지된 PVC 물질을 동일한 급 연소시험 상태에 적용시킨바, 약 60분동안 견디었을뿐 이 상태에서 PVC 물질은 완전히 분해되고 유해한 염소가스를 발산했다. 또한, 본 발명의 상기 물질은 이들의 성분과 함께 분말형태로 혼합하여 감소된 혼합물을 산출한다.

상기 결과에 따른 건조혼합물을 이중스크루 축출기를 사용, 대략 130℃에서 축출시킨다. 그후, 축출물을 부분냉각시키고 다공판에 공급하여 판출구에서 입자형태로 절단한다. 상기 입자를 실온에 임시저장한다. 그후,상기 입자들은 절연수단으로 사용되거나 대략 150℃까지 점차 가열되어 축출기를 통해 도관으로 이동한다. 축출도관에는 금속합사 또는 코팅, 선별적으로 플라스틱물질로 이루어진 외부보호막같은 강화수단이 갖추어져있다. 특히, 이러한 방법으로 강화된 화염차단물질의 도관은 전기케이블용 난연성 쉘로유용하다. 연소상태에서, 상기 강화도관은 양호한 단열성과 고열안정성을 갖는 강한 발포층을 형성한다. 상기 발포층은 장착된 케이블에 단열성과 기계적 절연성을 부여한다. 한편, 이층은 강화 고팅으로 지지된다. 전기케이블 보호용 도관형태로 제조된본발명의 화염차단물질의 실시예에 따라, 분말형태의 하기 성분들을 약 30℃에서 혼합하였다. 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체 80중량부, EPPM 고무같은 합성고무 30중량부, 폴리이소부틸렌 10중량부, 파라핀왁스 10중량부, 산화칼슘 11중량부, 카본블랙 1중량부, 수산화알루미늄 150중량부 및 탄산칼슘 150중량부 그후, 상기 결과의 건조혼합물을 130℃에서 이중 스크루 축출기를 통해 공급하고, 부분 냉각조건에서 축출물을 다공판에 공급하여 판출구에서 이입자형태로 절단하였다.

상기 결과의 입자물을 필요에 따라 나중사용을 위해 실온에 저장하거나 대략 150℃로 점차 가열하면서 축출기로 직접 보내어 도관형태로 축출시킨다. 축출도관에는 폴리비닐클로라이드와 같은 외부보호제로 피복된 강화도관이 갖추어져 있다. 에티렌-에틸 아크릴레이트 공중합체 및 합성고무와 같은 중합성 매트릭스 물질은 상기 도관의 탄성제성분을 구성하며, 이들 2성분중의 상대량은 중합혼합물에 흡수될 충전제 물질량에 관계하는 바람직한 탄성율에 따라 조정된다. 충진제 물질을 혼합하는 과정에서, 중합혼합물에 폴리이소부틸렌을 보조제로 가하고, 파라핀왁스를 활제로서 가하면 제조시 유연성이 충분한 혼합물이 산출된다. 건조제로서 산화칼슘을 적량가하여 혼합물중의 수분을 흡수하고 중합물질과 다양한 첨가제를 혼합할 경우 기공효과의 위험을 감소시킨다. 또한, 산화칼슘은 보다 더 균일한 물질을 제공해준다. 색제로서 카본블랙을 사용한다. 또한. 산화를 방지해준다. 본 발명의 물질이 연소상태에 있을 경우, 수산화알루미늄과 탄산칼슘은 연소하지 않는 다공성물질을 산출하고 첨가제들간의 상호작용으로 연소시에 발생하는 포움에 정확한 밀도를 부여한다. 이러한 포옴은 양호한 단열성과 고열안정성을 갖는 강한 발포성 유기 및 무기층으로 전환된다.

본 발명의 도관형태의 보호제품은 정상 사용조건하에서 양호한 기계적 보호성을 나타내며, 연소시에 할로겐기체나 감지할만한 스모크를 일으키지 않는다. 유기물질을 제외하고는 본 발명의 보호성 도관은 쉽게 연소되지 않으며 고온에서 양호한 단열성을 갖는 열적으로 안정하고 세라믹같은 포움의 유기 및 무기발포층을 형성한다. 그리고 금속합사 또는 다른 종래물질같은 강화수단을 목적으로 교체되기도 한다. 연소조건하에서, 화학반응이 일어나면 수분이 발생하여 전술된 바와같이 발열을 방해한다. 또한, 본 발명의 물질은 낮은 연소열, 대략 10MJ/kg을 갖는다.

본 발명의 보호도관은 표준장치를 사용하여 제조되며 매우 유용한 원료를 사용하므로 비교적 경제적이다.

본 발명의 대표적 물질들은 하기의 특성들을 갖는 것들이다.

인장감도(MPa) 10.3 6.9

파괴 신장율(%) 7 23

밀도, 본래물질 (kg,/m³) 1840 1640

밀도, 타르피복물질 (kg/m³) 490 330

백열손실/1000℃/시간, (중량) 50 56

스모크밀도 발생 아라파호우(wt%) 0.5 0.5

산소지수(% O₂₎〉37 〉30

연소 에너지 (MJ/kg) 9 12

에너지 소비율 200-300℃, (MJ/kg) 0.43 0.38

열전도율

본래물질 -20℃,(W/m°K) 0.69 -

타르물질 20℃, (W/m°K) 0.07 -

타르물질-20-1000℃(W/m°K) 0.06 0.06

열저항도

본래시이트-9.2mm,(2K/W) 0.0133 -

타르피복시이트 -9.2mm, (2K/W) 0.244 -

200-300°에서의 부피팽창 (부피%) 100 200

전기 부피 저항 (오옴-cm) 2.7-1.0" 2.7-10"

할로겐함량 (중량%) 0 0

방수성 우수 우수

방유성 양호 양호

충진제 중량(중량%) 79 70

또한, 본 발명물질을 내화실험한바, 다음과 같다. 길이 6피트, 폭 5피트 그리고 높이 4피트인 벽돌 캐비넷 또는 로를 축조한다. 캐비넷바닥에는 드래프트 슬로트가 설치되고 열원은 캐비넷 바닥과 중앙에 설치된 거대한 프로판 연소기이다. 또한 캐비넷 중앙에는 강철 케이블이 수평장착된다. 실험샘플을 6피트 길이의 캐비넷을 통해 작동하는 래더상에 방치한다. 벽돌과 캐비넷대의 습기를 제어하기 위해 캐비넷 또는 로를 예열시켜 습기에 의한 인공냉각을 방지한다. 그후, 캐비넷을 본 발명 단열물질로 보호된 샘풀 케이블을 방치하고 110볼트 동력선과 열전대를 연결하기에 충분한 시간동안 냉각시킨다. 시험과정중 열전대를 사용하여 연소되는 4개의 선택위치에서 불꽃/내화 온도를 측정, 연속온도 기록을 제공한다. 캐비넷의 평균온도는 캐비넷에 주사되는 프로판 연료를 조절하여 약 2000。F로 유지한다. 캐비넷내의 온도는 연료점화시간 및 실질적인 실험시작시간으로 부터 약 2-4분 이내에 200。F에 이른다.

상기 시험에 따라, 온도(기록에 의한), 110볼트 동력원에 의한 각 개별 전도체의 회로 보존성, 점화 및 연료주입으로부터의 경과시간을 지시한다. 단회로가 1이상일 경우 실험이 종료하고 타이머가 자동적으로 정지한다. 완전한 회로 보존에 의해 경과된 시간은 중요한 결과이다. 상기 실험은 90℉의 환경온도, 15mph미만의 다양한 풍속에 의한 50-60% 상대습도에서 수행한다. 실험샘플은 본 발명 물질로 구성된 관으로 느슨하게 봉입된 3개의 전도체(0.5cm²)12 AWG Flex-Flame BU 케이블이다. 최초 실험은 18½지속시간 반면에, 두번째 실험은 20⅓분 지속시켰다. 실험결과는 대단한 일치성이 있었고 회로보존시간원으로 예비시간 15분이 경과하였다. 또한, 본 발명 물질로 보호된 3×16mm²과 같이보다 큰 크기의 케이블을 동일 방법으로 실험한바, 16분이상의 회로보존시간에 의해 나타난 바와같이 양호한 결과를 얻었다. 유사한 두번째 내화실험을 위해, 길이 5m, 폭 4m 및 높이 1m인 캐비넷 또는 로를 축조했다.

캐비넷벽의 공기입구와 같은 연료피트가 캐비넷 하부에 설치된다. 본 발명 물질로 보호된 케이블 샘플을 스틸비임으로 둘러싸서 캐비넷 상부에 놓고 스틸비임의 중간부분을 지지하여 굽어지지않게한다. 실험초기에 사용된 연료는 디젤연료와 가솔린의 혼합물이다. 그후에는 순수한 디젤연료만을 사용하였다. 캐비넷내의 온도는 점화 1분후 1800。F로 상승하였고 점화 5분후에는 2000˚F가 되었다. 실험용 케이블 샘플은 본 발명 물질로된 광으로 보호된 2×2.5mm²Bu케이블이다. Bu케이블은 미카(운모)테이프로 감겨있고 EPDM으로 절연되고 할로겐-프리 바막 베이스 탄성체(halogen-free vamac base elastomer)로 피복된 주석이 입혀진 7개의 동선으로 구성된다. 실험된 샘플에 대한 회로보존시간은 14.23,14.41,16.58 및 16.58분으로서 이시간들은 무기절연 케이블등을 사용하여 걸린시간 즉,6½-8½분 오다 오래걸린시간이다. 또한, 본 발명 물질을 IEEE645-1978실험(IEEE표준 케이블 내화정지 조건실험)한바, 성공적이었다. 이 실험에서 발포, 소결 및 형성된 본 발명 물질은 내화성이 완전하였고 스모크가 빽빽히 침투되었고 180분 이상 연소 작용하였다.

본 발명 물질의 내화성은 신빙성이 있으므로, 본 물질은 강철 구조용 단열물질로서 흔히 사용된다. 강철관은 무기섬유매트, 세라믹 섬유매트, 집섬, 마그네슘-옥시클로라이드 시멘트, 미카-포틀란드시멘트, 발포성크래딩 및 발포성 페인트를 함유하는 공지된 내화절연물질로 절연시킨다. 유사한 강철관 및 H-비이임도 본발명 물질로 절연시킨다.

이와같이 절연된 강철관 및 H-비이임을 ISO에 접촉시켜 탄화수소 내화시간-온도를 1100℃와 180분까지 한다. 그 결과, 두께 2.5 및 9mm의 본 발명 물질은 분열되지 않았고, 기계적 강도가 유지되고 실험 2시간후에도 열화되지 않은 우수한 단열성 소결타르를 형성했다. 그러나, 다른 실험물질들은 분열되고 용융되었다.

상기 물질로 절연된 강철비이임을 H-60실험에 적용시킨다. 언급된 바와같이, 절연물질로 사용될 경우, 본발명물질은 불로 부터 전기케이블을 보호하는테 대단히 중요하다. 하기와 같은 연구를 한바, 다른 온도조건에 있는 본 발명 물질의 변화를 특성화시켰다. 3 샘플 즉, 상기에서 언급한(1) 생성물 P ; (2) 생성물 C ; (3)생성물 A를 연구한바, 동일부류에 속하는 또다른 공중합체를 성분으로한 본 발명의 물질이다. 생성물 P 및 C와 마찬가지로 생성물 A는 조밀하게 충진된 중합체를 성분으로한 조성물로서 그 주성분은 에틸렌 공중합체, 탄산같슘(CaCO₃), 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 이다. 본 연구의 첫번째에서, 메틀러 자동기록 열분석기를 사용, 열중량실형, TG 및 다른 열분석, DTA를 수행했다. DTA 측정에서는 1300℃에서 하소된 Al₂O₃를 참조물질로 이용했다. 유입기체 즉, 질소 또는 산소의 유속을 5ℓ/시간으로 조절했다.

상기 기체는 로에 도입하기전에 실리카겔 칼럼에서 건조시켰다. 3mm두께의 시이트형 샘플을 직경 3mm의 디스크로 잘라서 평량했다. 약 60mg의 2디스크를 PtRh 10%-Pt열전대의 한면상에 있는 백금도가니에 넣는다. 열전대의 다른 도가니는 Al₂O₃참조물질로 채운다. 가열속도는 25℃/분으로 자동조절된다. 동시에 TGIDTA 및 온도곡선이 12인치/분의 도해(chart)속도로 기록된다. 열분석시 발산한 기체들을 불연속 채취하여 질량분광계로 분석한다. 테이프론 정지콕과 원통형 격벽(Supelco Inc.Bellefonate, PA)이 부착된 샘플추출용 유리구(250ml)를 사용해서 방출기체를 포집한다. 이러한 유리구들은 정지콕을 개방하면 하기 표 1에 지지된 온도변화시, 메틀러 DTA장치의 기체출구에 연결되고 방출기체가 상기 유리구를 통해 5ℓ/시간의 유속으로 질소 또는 산소류에 희석된다. 지시된 온도 범위중 상한온도에 도달하면 정지콕이 닫혀지고 유리구는 DTA장치로 부터 단절된다. 미니너트 밸브(콘트롤 에이쥐, 쑤리히)가 부착된 5ml 샘플추출용 정밀 시린쥐의 격벽을 통하여 유리구로 부터 기체 샘플 5ml를 회수하고 예비진공가열된 질량 분광계의 저장원에 도입한다. MV 38밸브(에이.이.아이.사이언티픽 일티디이, 하르로우, 에쌕스)를 개방하면 연속기체류가 저장원으로부터 질량분광계원으로 도입되면서 즉시, 스펙트라가 기록된다. 전자-충격이온화에 의한 이중-집속 에이.이.아이.엠에스 30질량 분광계를 사용한다. 분광계원 온도는 150℃이며, 압력은 3.10^-6-1.10^-5토르로 변화한다. 전자에너지는 70eV이고 가속전압은 4kV이다. 30초/데케이드의 주사속도를 사용해서 브리안스 서더른 시리즈10-4306 자외선 오실로그래프상에 스펙트럼을 기록한다. 각각의 질량 스펙트럼으로 부터 다른 집전극 감도가 얻어지며, 상응하는 스펙트럼이 감소된다.

[표 1]

질량분광계에 의한 방출기체분석

* 분석왁스 물질이 로의 출구관상에서 응축될때 : 본 물질의 질량스펙트럼은 폴리에틸렌처럼 나타났다.

* 기체포집구에 백색스모크가 나타났다.

제 1 도에 계통적으로 표시된 시스템을 사용하여 생성물 P,C 및 A의 열안정도 시험을 했다. 보다 양호한 비교를 위해 3개의 샘플(생성물 P,C 및 A)을 동시에 열처리했다. 각 샘플은 스테인레스 스틸판(6×6×1mm)으로 지지된다. 처리후, 각 샘플을 실온으로 냉각한다. 열안정도 시험은 다음과 같이 한다.

(1) 질소에서의 빠른 가열속도-3개의 샘플을 로의 가열부에 직접 도입했다 ;

(2) 대기에서의 빠른 가열속도-동일조건 ;

(3) 질소에서의 느린 가열속도-3개의 샘플을 실온에서 로의 중앙부에 도입해서 가열시킨다.

각 실험에 대한 빠른 가열속도는 ℃/초로 기록하고 느린 가열속도는 ℃/60초로 기록한다. 샘플 지지대 아래에 있는 크로멜/알루멜 열전대를 이용하여 온도증가를 측정한다. 방사상으로 가열시키는 것이 중요하다. 이것은 샘플표면의 온도가 샘플자체의 온도보다 높게될 수 있음을 의미한다. 각 샘플에 대한 중량증가를 측정한다.

상기 실험결과는 아래와 같다. 유동질소대기하의 샘플온도기록이 제 2 도에 나타나 있다. 3단계로 분해가 일어난다. 첫단계는 약 245℃(생성물 A에 대한 290℃)에서 시작하여 강한 흡열효과로 완성된다. 이 단계에서 A1(OH)3 분해가 일어나고 수분이 손실된다. 두번째 단계는 415℃에서 시작하여 적은 흡열효과로 완성된다. 이단계는 560℃에서 끝난다. 한편, 폴리에틸렌의 휘발로 인하여 중량손실이 일어난다. 증기는 질소류에 의해 전달되고 기체 출구관에서 응축된다. 응축물질은 IR 및 질량분광계에 의해 저분자량 폴리에틸렌으로 확인되었다. 마지막 단계는 730℃에서 시작하고 945-955℃에서 끝난다. 마찬가지로 흡열효과로 완성된다. 이 단계에서는 CO₂의 제거에 의한 CaCO₃의 분해로 중량손실이 일어난다. 유동산소대기하에 산출된 샘플온도기록이 제 3 도에 나타난다. 이들 조건하에, 2단계에서만이 중량손실이 일어났다. 첫단계는 약 230℃에서 시작하고 380℃(생성물 A에 대한 440℃)에서 끝난다. 산소대기하의 본 중량손실은 질소대기하의 단계 1 및 그의 합단계에 상응하며 동일시간에 가분해하고 폴리에틸렌이 연소한다. 두번째 단계는 730℃에서 시작하고 흡열효과로 완성된다. 이것은 질소대기하에 산출된 단계 3과 유사하다. CaCO₃의 분해가 일어난다. TG측정의 요약을 표 2에 표시했다.

[표 2]

샘플의 열저하성질

유동질소대기하에 산출된 DTA 온도기록은 제 4 도에 나타난다. 가장 중요한 열효과는 다음에 설명한다. 가소성물질의 2차전이로 인하여 약 100℃에서 완화한 흡열효과가 관측된다. 이것은 대략 352℃에서의 보다 더 뚜렷한 흡열피크(Peak)에 의한 것이다. Al(OH)₃가 분해되고 수분이 손실된다. 415-455℃에서 생성물 P 및 C샘플만이 흠열피크를 나타내는데, 이는 폴리에틸렌의 융점전이에 의한 것이다. 모든 샘플들은 폴리에틸렌의 증발로 인하여 450-500℃에서 약간의 발열을 나타낸다. 730-940℃의 횹열효과는 CaCO₃분해에 의한 CO₂형성이다. 유동산소대기(제 5 도)에서 산출된 DTA 온도기록은 250-400℃에서 단계를 제외한 질소에서와 같은 형상을 나타난다. 이 온도에서 2현상이 동시에 일어난다 : 즉, 흡열에 의해 Al(OH)₃가 탈수되고 가열의 선형성을 혼란시키는 강한 발열효과로 인하여 가소성 물질이 연소한다. 상기 DTA중에 전개된 열효과는 하기 표 3에 나타난다.

[표 3]

샘플 DTA의 성질

* 이러한 발열효과는 Al(OH)₃분해의 발열작용중에 일어난다.

표 1은 방출기체를 정량분석하여 얻은 결과이다. 700℃에서 CaCO₃는 생성물 P에 대한 균일한 결정상으로서, 생성물 C 및 A에 대한 주요성분이기도 하다. 매우 작은 피크강도를 갖는 생성물 C 및 A에서 부가 회절선이 거의 관측되지 않았다.

이러한 비확정한 회전선은 다음과 같다.

생성물 - 2.40Å 2.40Å 1.70Å

생성물 2.89Å - 2.04Å -

이 온도에서 γ-알루미나(AlOOH) 및 Al₂O₃에 의한 Al₂O₃, 3H₂O의 열분해가 일어난다.

회절표상에 선이 관측되지 않은 것으로 보아 알루미늄을 주성분으로한 상은 무정형일 것이다. 1200℃에서, 대기중의 빠른 가열속도에 따라 관측된 상은 다음과 같다.

생성물 P CaCO₃주요상

CaO, Al₂O

3CaO, Al₂O

생성물 C CaCO₃주요상

CaO, Al₂O

3CaO, Al₂O

생성물 A CaCO₃주요상

3CaO, Al₂O₃

12CaO, 7Al₂O₃

이것은 높은 가열속도로 인하여 CaCO₃의 열분해가 완결되지 못했음을 의미한다. 이에따라 물질에 낮은 열전달이 일어난다. 1100℃에서, 느린 가열속도와 12시간 어니일링으로 의해 다음과 같은 상이 관측된다.

생성물 P 12CaO, 7Al₂O₃주요상

CaO, Al₂O₃

생성물 C 12CaO, 7Al₂O₃주요상

CaO, Al₂O₃

생성물 A CaO, Al₂O₃주요상

12CaO, 7Al₂O₃

AlOOH 흔적

CaCO₃흔적

형태학적으로볼 때 상기 3샘플들은 명백히 다르다. 생성물 P 및 C는 적층구조이고 생성물 A는 등방구조이다. 생성물의 비적층구조는 생성물이 동일혼합물의 직접 캐스팅에 의해 이루어질 것이라는 사실에 관계한다. 생성물 P 및 C의 적층구조는 유기상의 측면발산이 400℃이하에서 관측된 것이다. 생성물 P 및 C는 보호 발포성이 우수하다. 승온에서 (800℃ 이상), 3생성물은 무기상의 본 성질에 의해 구별된다.

Al₂O₃는 Al₂O₃, 3H₂O의 분해로 산출되며, CaCO₃의 열분해로 산출된 CaO와 반응한다. 광물화속도(CaO-Al₂O₃화합물의 형성)는 생성물 A에 대해서 보다는 생성물 P 및 C에 대해서 더 높다. 상기 차이는 원료성질, 그리고 이들의 내화도 및 입자크기에 의해 발생한다.

Claims (20)

1. 에틸렌 공중합체 매트릭스 60-100중량부, 수산화알루미늄 50-450중량부 및 탄산칼슘과 탄산칼슘-마그네슘의 구성기로 부터 선택된 부재 150-600중량부로 이루어진 화염 차단물질.
2. 제 1 항의 물질에 부가하여, 탄성체 11-30중량부, 중합체 연화제 0-10중량부, 윤활제8-15중량부, 산화칼슘 8-15중량부 및 발색제1중량부를 또한 포함하는 화염 차단물질.
3. 제 2 항에 있어서 상기 윤활제가 파라핀 왁스로 이루어진 화염 차단물질.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성체가 에틸렌프로펜 고무로 이루어진 화염 차단물질.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 발색제가 카본블랙으로 이루어진 화염 차단물질.
6. 제 2 항의 물질에 부가하여, 상기 공중합체 100중량부당 약1.5중량부의 폴리트리메틸디히드로퀴놀린으로 이루어진 산화방지제를 또한 포함하는 화염 차단물질.
7. 제 1 항에 있어서, 코팅이나 페인팅 조성물 형태의 화염 차단물질.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 에틸렌 공중합체가 에틸렌-비닐 아세테이트, 에틸렌-아크릴산, 에틸렌 메타크릴산, 에틸렌-에틸 아크릴레이트, 에틸렌-비닐아세테이트-메타크릴산, 에틸렌-이소부틸 아크릴레이트에틸렌메틸 메타크릴레이트 및 에틸렌-비닐아세테이트-카본 모노옥사이드로 이루어진군으로 부터 선택된 화염 차단물질.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 에틸렌 공중합체가 에틸렌-에틸 아크릴 레이트인 화염 차단물질.
10. 에틸렌-아크릴레이트 100중량부, 수산화알루미늄 220 중량부, 탄산칼슘 220중량부, 윤활제10중량부, 탄성체 11중량부, 산화칼슘 11중량부 및 발색제1중량부로 구성되는 강성의 화염 차단물질.
11. 에틸렌-에틸 아크릴레이트 80중량부, 수산화알루미늄 150 중량부, 탄산칼슘 150중량부, 윤활제 10중량부, 탄성체 30중량부, 산화칼슘 1l중량부, 중합체 연화제 10중량부 및 발색제 1중량부로 이루어지는 가요성 화염 차단물칠.
12. 주변온도에서 건조시킨 성분을 혼합하고 이들 혼합물을 약 150℃의 용융온도에서 압출시켜 연속형태의 압출물을 만들고 이러한 연속 압출물을 재분하여 제 1 항의 화염차단물질을 제조하는 방법.
13. 제 12 항의 방법에 의해 제조된 재분 압출물.
14. 제 13 항의 재분 압출물을 약 150℃에서 소정형태로 압출시켜, 화재에 보호하기 위한 물품에 대한 화염차단 코팅을 제조하는 방법.
15. 에틸렌-에틸아크릴레이트 중합체 80-100중량부, 수산화알루미늄 150-220중량부, 탄산칼슘과 탄산칼슘-마그네슘으로부터 선택된 부재 150-220중량부, 탄성 체 11-30중량부, 중합체 연화체 0-10중량부, 윤활제 10중량부, 산화칼슘 11중량부 및 발색제 1중량부로 이루어지는 전기 케이블 보호용 도관형태의 화염 차단물질.
16. 그 성분들을 분말형태로 혼합하여 약 30℃에서 푸석푸석한 혼합물을 만들고 상기 혼합물을 약 130℃에서 압출시켜 산출된 압출물을 냉각하고 주변온도에서 보관하기 위해 과립으로 재분시켜 제 2 항의 화염 차단 물질을 제조하는 방법.
17. 제 16 항의 방법으로 제조된 과립을 120℃에서 압출시켜 튜브형태로 화염 차단물질을 제조하는 방법.
18. 제 17 항의 방법에 의해 제조된 튜브형태의 압출된 화염 차단물질.
19. 제 18 항의 물질에 부가하여 외부스틸 브레이딩 및 외부 보호용 코팅을 또한 포함하는 튜브형태의 화염차단물질.
20. 제 19 항에 있어서, 외부 보호용 코팅이 가소성 물질인 압출된 화염 차단물질.

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