KR20210130555A - 팽창 기능을 갖는 불연수지 및 그 불연수지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팽창 기능을 갖는 불연수지 및 그 불연수지의 제조방법에 관한 것으로 화재에 의해 소각되는 나무, 합성수지, 고무, 종이, 섬유원단 또는 열을 전달하는 금속, 비금속 및 건축구조물 등의 표면에 분무 또는 도포되어 코팅층을 형성하고 코팅층으로 표면을 보호하다가 코팅층이 고온의 직접열 또는 간접열에 의해 팽창되어 피착물을 보호하도록 한 팽창 기능을 갖는 불연수지 및 그 불연수지의 제조방법에 관한 것인바, 본 발명은 팽창 기능을 갖는 불연수지에 있어서, 카올린나이트, 물, 라텍스, 흑연, 아크릴로 이루어진 혼합물을 도포 또는 분무하여 코팅층을 형성시키면 상기 코팅층은 고온의 열에 의해 발포되는 것에 그 특징이 있다.

Description

팽창 기능을 갖는 불연수지 및 그 불연수지의 제조방법{Incombustible resin having expansion function and manufacturing method of the same}

본 발명은 팽창 기능을 갖는 불연수지 및 그 불연수지의 제조방법에 관한 것으로 화재에 의해 소각되는 나무, 합성수지, 고무, 종이, 섬유원단 또는 열을 전달하는 금속, 비금속 및 건축구조물(이하 피착물이라 칭함) 등의 표면에 분무 또는 도포되어 코팅층을 형성하고 코팅층으로 표면을 보호하다가 코팅층이 고온의 직접열 또는 간접열에 의해 팽창되어 피착물을 보호하도록 한 팽창 기능을 갖는 불연수지 및 그 불연수지의 제조방법에 관한 것이다.

통상의 스티로폼의 원료 폴리스티렌(PS)에 발포제(부탄, 펜탄 가스함유)와 난연제(F, Cl, Br)등이 함유되어 있는 EPS(Expand poly Styrene) 또는 각종의 수지 등에 난연제로서 삼산화안티몬(Sb2 O3 )을 첨가하여 난연성의 기능을 부여하고 있어나 기존의 첨가물은 강력한 중금속으로서 2차적인 환경문제로 화재발생시 할로겐 화합물발생, 할로겐화 다이옥신 및 퓨란발생등 가공기기를 부식시키며, 금형부식, 수지분해, 착색 등의 원인이 되며, 유독가스를 다량 방출하는 등의 문제점이 있었다.

일반적으로 스티로폼 및 수지의 난연화 방법에 있어서 분자구조 변경을 통한 내열성 수지의 제조, 난연 성분을 수지 구조내에 화학적으로 결합한 반응형 난연제, 난연제를 수지 내에 물리적으로 첨가한 난연제, 기타 난연제 코팅, 또는 페인팅하거나 제품의 디자인 변경을 통한 내열성 향상 등의 방법이 있다.

상기 수지의 난연화에 사용되는 난연제의 구분에는 크게 구성성분에 의한 분류와 사용법에 의한 분류로 나눌 수 있는데, 구성성분에 의한 분류로서 유기계로서 인계, 인, 할로겐화합물, 할로겐계, 염소화합물, 금속수산화물 등이 있다.

한편 철근콘크리트 등의 구조물은 준공 후 시간이 지남에 따라 각종 원인에 의한 열화가 진행되므로 구조물의 내구성을 회복시키기 위하여 적절한 시기에 보수 또는 보강 등의 조치가 이루어져야 한다. 보수와 보강은 구조물의 사용연한을 증가시키고 구조체로서의 안전성 확보를 위하여 필수적인 것으로 정확한 구조 내력의 평가가 선행되고 그에 따른 적절한 보수 및 보강공법의 선택이 이루어져야 한다.

구조물에 대한 보수 및 보강공법으로 과거에는 강판접착보강공법이 주류를 이루어 왔으나, 취급이 불편하며 부식 및 내화성능이 취약하다는 문제점으로 인하여, 최근에는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등을 접착제로 부착하는 섬유부착식 공법과 FRP 판넬 등을 접착제로 부착하는 판넬부착식 공법이 많이 사용되고 있었다.

현재 접착제의 재질로는 에폭시수지가 주로 사용되고 있으나, 일반적인 에폭시수지는 내열성이나 난연성이 약해 화재 발생 시 화재 전파의 매개체가 될 수 있다. 특히, 브롬이나 페놀과 같은 재질의 접착제와 보강섬유를 사용하여 공사를 시공한 경우, 구조물 화재 시 콘크리트 계면에 존재하는 접착성분이 유독가스를 배출하게 되어 막대한 인명손상으로 이어질 수 있다.

이에, 일부 내열성 또는 난연성 에폭시 수지들이 개발되어 왔으나, 주로 에폭시 수지에 난연성을 부여하기 위하여 할로겐계 무기물, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄 등의 무기질 필러 등을 혼화하여 사용하는 방식을 취하고 있다. 이러한 물질들은 화재 발생 시 난연성은 부여할 수는 있지만, 인체에 치명적인 또 다른 유독가스를 생성하는 문제점을 가지고 있다.

예를 들어, 현재 시중에서 시판되고 있는 난연성 에폭시수지 경화제(YPB-40ASB45, YPB-43C, YPB-43D, YPB-43M)의 경우 브롬이 함유된 페놀변성계 아민을 사용하여 화재 발생시 화재의 전파는 억제하지만 브롬가스와 페놀가스 등 유독가스를 배출하여 인체에 치명적이므로 구조물에 사용하기에는 무리가 있다.

또한, 무기계 필러를 혼합하는 방식은 무기계 필러들의 함유량이 높아야만 그 효과를 발현할 수 있으며, 무기필러의 양이 높아질수록 에폭시수지의 접착강도가 저하되는 문제점을 나타낸다.

대한민국 등록특허공보 제 10-1944463호 대한민국 등록특허공보 제 10-2013546호

본 발명은 상기한 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 화재 발생시 화재 전파를 막고 유독가스의 방출을 최소화할 수 있으며 피착물을 화재로부터 보호하며 수지가 도포 및 분무되어 형성된 코팅층이 직접열과 간접열 등의 고온에 의해 팽창되면서 불연 기능과 더불어 충격흡수 인위적으로 코팅층을 팽창시켜 단열의 효과도 얻을 수 있도록 한 팽창 기능을 갖는 불연수지 및 그 불연수지의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적으로는 원단 또는 매트의 일면에 도포 내지 분무하여 코팅층을 형성시켜 화재를 진압할 수 있는 수화포로 사용할 수 있는 팽창 기능을 갖는 불연수지 및 그 불연수지의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 불연수지에 있어서, 카올린나이트, 물, 라텍스, 흑연, 아크릴로 이루어진 혼합물을 도포 또는 분무하여 코팅층을 형성시키면 상기 코팅층은 고온의 열에 의해 발포되는 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지에 의하여 달성된다.

상기 카올린나이트 20~30중량부, 물 10~15중량부, 라텍스 20~30중량부, 흑연 20~30중량부, 아크릴 10~15중량부가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지에 의하여 달성된다.

상기 수지 조성물에 안료가 더 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지에 의하여 달성된다.

상기 물이 신나인 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지에 의하여 달성된다.

상기 아크릴이 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지에 의하여 달성된다.

상기 코팅층에는 물유리가 더 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지에 의하여 달성된다.

상기 코팅층에는 디이소시아나이트(MDI)가 더 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지에 의하여 달성된다.

상기한 본 발명의 목적을 구현하기 위한 팽창 기능을 갖는 불연수지의 제조방법으로는 불연수지의 제조방법에 있어서, 물과 바인더로 사용되는 아크릴을 혼합하여 혼합액A를 제조하는 1단계혼합공정과; 상기 1단계혼합공정에서 만들어진 혼합액A와 터치감을 부드러움을 갖도록 라텍스를 혼합하여 혼합액B를 제조하는 2단계혼합공정과; 팽창의 효과를 얻도록 하며 불연성의 효과를 향상시키는 흑연과 카올린나이트를 혼합하여 혼합액C를 제조하는 3단계혼합공정과; 상기 2단계혼합공정에서 만들어진 혼합액B 3단계혼합공정에서 만들어진 혼합액을 혼합하는 4단계혼합공정 순으로 제조하는 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지의 제조방법에 의하여 달성된다.

상기 혼합액A는 물 30~70%와 아크릴 30~70%를 혼합되고, 상기 혼합액B는 혼합액A 40~60%와 라텍스 40~60%를 혼합하고, 상기 혼합액C는 흑연 40~60%와 카올린나이트 40~60%를 혼합하며, 상기 혼합액D는 혼합액B 40~60%와 혼합액C 40~60%를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지의 제조방법에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명은 화재 발생시 화재 전파를 막고 유독가스의 방출을 최소화할 수 있으며 피착물을 화재로부터 보호하며 수지가 도포 및 분무되어 형성된 코팅층이 직접열과 간접열 등의 고온에 의해 팽창되면서 불연 기능과 더불어 충격흡수 인위적으로 코팅층을 팽창시켜 단열의 효과도 얻을 수 있으며, 원단 또는 매트의 일면에 도포 내지 분무하여 코팅층을 형성시켜 화재를 진압할 수 있는 수화포로 사용할 수 있는 등의 이점이 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 수지 조성물의 제조방법을 보여주는 공정도.
도 2는 본 발명의 수지 조성물의 다른 제조방법을 보여주는 공정도.
도 3은 본 발명인 수지 조성물을 부직포의 일면에 분무하였을 때의 모습을 보여주는 사진.
도 4는 도 3의 제품을 직접 가열하는 모습을 보여주는 사진.
도 5는 본 발명의 수지 조성물에 그린색의 안료를 혼합하여 매트의 표면에 분무한 모습을 보여주는 사진.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 3은 본 발명인 수지 조성물을 부직포의 일면에 분무하였을 때의 모습을 보여주는 사진으로써 이에 따른 본 발명인 수지 조성물은 카올린나이트, 물, 라텍스, 흑연, 아크릴로 이루어진 혼합물을 도포 또는 분무하여 코팅층을 형성시켜 건조시켜 이루어진 구조이다.

상기한 본 발명의 수지조성물의 제조방법으로는 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 바인더 특성으로 아크릴을 사용하며, 이때 상기 아크릴은 물이 혼합되어 수분산아크릴을 사용하는 것이 바람직하고 상기 수분산 아크릴이 없을 때에는 아크릴에 물을 혼합하여 사용한다.

상기 물 30~70%와 아크릴 30~70%를 혼합하여 혼합액A를 제조하는 1단계혼합공정(S100)을 수행한다. 상기 1단계혼합공정(S100)에서 만들어진 혼합액A와 라텍스를 혼합하여 혼합액B를 제조하는 2단계혼합공정(S200)을 수행한다.

상기 혼합액B는 혼합액A 40~60%와 라텍스 40~60%를 혼합하여 제조하며, 상기 라텍스는 코팅층을 형성시 촉감이 부드러움을 갖도록 하기 위하여 사용되며 우레탄수지도 사용 가능하다.

한편 상기 물을 대신하여 신나를 사용할 수 있으며 신나를 사용할 때에는 라텍스 대용으로 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 상기한 물은 수성의 특성을 갖도록 하며 신나는 유성의 특성을 갖도록 한다.

상기 2단계혼합공정(S200)의 혼합방법은 15~25℃ 범위의 온도로 가열하며 서서히 교반한다. 상기 가열온도가 15℃ 이하일 경우 혼합시 젤 현상이 발생되는 문제가 있으며, 가열 온도가 25℃ 이상일 경우 수분 증발이 빨리 이루어져 경화가 빨리 진행되는 문제가 있기 때문이며, 유성의 특성을 갖도록 신나와 에폭시 수지를 사용할 경우에는 상온에서 교반한다.

첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 2단계혼합공정(S200)의 수행을 위한 혼합액A와 라텍스의 혼합시 물유리를 더 혼합하여 혼합액B-1를 제조할 수 있다. 상기 혼합액B에 물유리를 더 혼합시키는 이유는 라텍스에 이해 코팅층의 강도가 부드럽게 형성되지만 표면의 강도를 높이기 위해서 사용하면 표면이 하드한 성질을 갖게 되는 이점이 있기 때문이며, 이때 물유리는 홉합액B의 100중량부에 대하여 7~10 중량부를 혼합한다. 상기 물유리가 7중량부 이하일 경우 표면이 딱딱한 성질이 표현되지 않는 문제가 있으며, 물유리가 10중량부 이상일 경우 표면이 너무 딱딱하게 되어 갈라지는 문제가 있기 때문이다.

상기 첨부도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 혼합액B, 혼합액B-1의 준비가 완료되면 팽창의 효과를 얻도록 하며 불연의 효과를 향상시키는 흑연과 카올린나이트를 혼합하여 혼합액C를 제조하는 3단계혼합공정(S300)을 수행한다.

상기 흑연은 팽창흑연을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 혼합액C의 조정은 흑연 40~60%와 카올린나이트 40~60%를 혼합한 혼합물이다. 이때 상기 흑연이 40% 이하일 경우 팽창력이 저하되며 불연의 특성이 저하되는 문제가 있으며, 흑연이 60% 이상일 경우 팽창력은 좋으나 생산 단가가 올라가는 문제와 팽창시간이 과다하게 많이 소요되는 문제가 있다.

또한 카올린나이트는 불연 효과를 얻으면서 제조단가를 낮추기 위하여 사용되며 카올린나이트가 40% 이하일 경우 팽창의 효과는 좋으나 카올린나이트가 60% 이상일 경우 제조단가는 저렴해지지만 팽창율이 저하되는 문제가 있기 때문이다.

상기에서와 같이 혼합액B, 혼합액B-1과 혼합액C의 준비가 완료되면 혼합액B와 혼합액C 또는 혼합액B-1과 혼합액C를 혼합하여 교반하는 4단계혼합공정(S400)을 수행하며 4단계혼합공정(S400)의 수행 방법은 상기 2단계혼합공정(S200)에서 만들어진 혼합액B 40~60%와 3단계혼합공정(S300)에서 만들어진 혼합액C 40~60%를 혼합한다.

상기와 같이 수지조성물의 제조가 완료되면 상기 본 발명의 수지 조성물은 카올린나이트 20~30중량부, 물 10~15중량부, 라텍스 20~30중량부, 흑연 20~30중량부, 아크릴 10~15중량부가 혼합되어 이루어진 것으로 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 부직포의 일면에 본 발명인 수지조성물을 도포 또는 분무하여 코팅층을 형성시켜 건조시켜 이루어진 구조이다.

본 발명에서는 부직포에 도포한 것으로 설명하고 있으나 화재에 의해 소각되는 나무, 합성수지, 고무, 종이, 섬유원단 또는 열을 전달하는 금속, 비금속 및 건축구조물 등의 피착물 표면에 분무 또는 도포되어 코팅층을 형성하고 코팅층으로 표면을 보호하다가 코팅층이 고온의 직접열 또는 간접열에 의해 팽창되어 피착물을 보호하도록 한 팽창 된다.

한편 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 상기 2단계혼합공정(S200)에서 만들어진 혼합액B 3단계혼합공정(S300)에서 만들어진 혼합액C와 디이소시아나이트(MDI)를 혼합하는 4단계혼합공정(S400)을 수행할 수도 있다. 상기 디이소시아나이트(MDI)는 강도 향상과 경화 시간 단축위 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 수지 조성물의 다른 실시예로서 부직포 또는 매트의 일면에 도포 및 분무되어 형성된 코팅층은 부직포 또는 매트가 상부에 위치하고 코팅층이 구비된 쪽이 하부로 위치되게 산책로, 등산로에 포설하거나 방초망으로 사용하다가 화재발생시 소화포로 사용하여 발화된 부위를 덮어 산소 유입을 차단시켜 화재를 진압하도록 할 수 있다. 물론 일반 건축물의 화재 또는 차량 화재 등에도 사용할 수 있다.

첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 평평한 일반 시트와 같은 형태로 유지되어 있으나 화재발생한 부위를 덮게 되면 이때 발생되는 열에 의해 첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 코팅층이 고온의 열에 의해 팽창 발포되며 상기 고온의 열에 의해 발포 팽창되며 발화된 곳을 더욱 가압하게 된다.

예컨대 부직포 또는 매트는 일정한 무게를 갖고 있어 화재발생 부위에 덮게 되면 무게에 의하여 가압이 발생됨으로 산소를 차단하게 되면서 매트와 발화장소 사이의 산소를 소진하게 하고 외부에서 유입되는 산소를 차단하게 되며 발포는 더욱더 외부에서 유입되는 산소를 차단과 동시에 발화된 장소와 접촉하여 화재를 진압하게 된다.

첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 수지 조성물에 그린색의 안료를 혼합하여 매트의 표면에 분무한 모습을 보여주는 사진으로 상기 조성물에 안료가 더 혼합하여 코팅층의 형성에 대한 유무 판단을 용이하게 할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 화재 발생시 화재 전파를 막고 유독가스의 방출을 최소화할 수 있으며 피착물을 화재로부터 보호하며 수지가 도포 및 분무되어 형성된 코팅층이 직접열과 간접열 등의 고온에 의해 팽창되면서 불연 기능과 더불어 충격흡수 인위적으로 코팅층을 팽창시켜 단열의 효과도 얻을 수 있으며, 원단 또는 매트의 일면에 도포 내지 분무하여 코팅층을 형성시켜 화재를 진압할 수 있는 수화포로 사용할 수 있는 등의 이점이 있는 유용한 발명이다.

S100 : 1단계혼합공정 S200 : 2단계혼합공정
S300 : 3단계혼합공정 S400 : 4단계혼합공정

Claims (10)

1. 팽창 기능을 갖는 불연수지에 있어서,
   카올린나이트, 물, 라텍스, 흑연, 아크릴로 이루어진 혼합물을 도포 또는 분무하여 코팅층을 형성시키면 상기 코팅층은 고온의 열에 의해 발포되는 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 카올린나이트 20~30중량부, 물 10~15중량부, 라텍스 20~30중량부, 흑연 20~30중량부, 아크릴 10~15중량부가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지 조성물에 안료가 더 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 물이 신나인 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 아크릴이 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 코팅층에는 물유리가 더 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 코팅층에는 디이소시아나이트(MDI)가 더 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지.
   
8. 불연수지의 제조방법에 있어서,
   물과 바인더로 사용되는 아크릴을 혼합하여 혼합액A를 제조하는 1단계혼합공정과; 상기 1단계혼합공정에서 만들어진 혼합액A와 터치감을 부드러움을 갖도록 라텍스를 혼합하여 혼합액B를 제조하는 2단계혼합공정과; 팽창의 효과를 얻도록 하며 불연성의 효과를 향상시키는 흑연과 카올린나이트를 혼합하여 혼합액C를 제조하는 3단계혼합공정과; 상기 2단계혼합공정에서 만들어진 혼합액B 3단계혼합공정에서 만들어진 혼합액을 혼합하는 4단계혼합공정 순으로 제조하는 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지의 제조방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 혼합액A는 물 30~70%와 아크릴 30~70%를 혼합되고, 상기 혼합액B는 혼합액A 40~60%와 라텍스 40~60%를 혼합하고, 상기 혼합액C는 흑연 40~60%와 카올린나이트 40~60%를 혼합하며, 상기 혼합액D는 혼합액B 40~60%와 혼합액C 40~60%를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지의 제조방법.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼합액B에 물유리가 더 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창 기능을 갖는 불연수지의 제조방법.

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