KR100225589B1 - 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

인체와 환경에 안전할 뿐만 아니라 품질이 우수한 도료 조성물이 개시되어 있다. 상기 조성물은 조성물 총량을 기준으로 물 5 내지 70 중량%, 유리 전이온도가 10℃ 이상인 합성수지 에멀젼 5 내지 50 중량%, 유리 전이온도가 0℃ 이하인 합성수지 에멀젼 1 내지 37.5 중량% 및 안료 10 내지 70 중량%를 포함한다. 또한 이의 고형분 함량은 20 내지 80 중량% 범위이다. 상기 조성물에 의해 제조된 도막은 종래 도막 조제와 냉동 안정제를 포함하는 페인트 조성물에 의해 제조된 도막과 거의 유사하게 우수한 물성을 갖는다. 그러면서도 본 발명의 조성물에는 유기 휘발 물질이 거의 함유되어 있지 않아 대기 오염을 유발하지 않고 불쾌한 냄새가 없다. 더욱이, 석유계 화합물인 유기 휘발 물질이 거의 함유되어 있지 않으므로 자원이 절약된다.

Description

도료 조성물

본 발명은 합성 수지 에멀젼을 포함하는 도료 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 건축용 도장재로 널리 사용되며, 도막 물성과 저장 안정성이 우수한 합성수지 에멀젼을 포함하는 도료 조성물에 관한 것이다.

최근 대도시나 공단 주변뿐만 아니라 광범위한 지역에 걸쳐 대기 중에 존재하는 광학 스모그와 오존은 사람이나 동물에게 호흡 장애를 일으키는 원인이 되고 있다. 이러한 광학 스모그와 오존 발생의 주요한 원인이 되는 물질이 VOC(유기 휘발 물질: volatile organic compounds)인데, 이에 대한 각국의 사용량 규제가 심화되고 있다. 대기 중으로의 VOC 배출의 주요 원인 중 하나는 VOC를 함유한 페인트이다.

합성수지 에멀젼을 바인더로 사용하는 페인트에 있어서, 저온에서 도막 형성을 양호하게 하기 위해서 에멀젼의 합체를 돕는 도막 조제를 사용한다. 이들의 도막 조제는 고비점이면서도 강한 용해력을 갖고 있는 전형적인 VOC로서 에멀젼에 용융되어 점착성을 갖게 하여 낮은 온도에서 도막이 형성될 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기한 도막 조제로는 구체적으로 글리콜 에테르(glycol ethers), 예를 들어 디에틸렌 글리콜 모노부틸에테르(diethyleneglycol mono butylether), 에스테르-알콜(ester-alcohols), 예를 들어 2,2,4-트리메틸 1-1,3-펜탄 디올 모노이소부티레이트(2,2,4-trimethyl 1-1,3-pentanediol mono isobutyrate), 탄화수소류 용제계, 예를 들어 미네랄 스피리트(mineral spirit) 등이 사용된다. 도막 조제는 유리 전이온도가 높아 저온에서 도막 형성이 되지 않는 합성수지 에멀젼을 낮은 온도에서도 도막이 형성될 수 있도록 돕는 역할을 한다. 즉, 최저 도막 형성 온도를 낮추는 역할을 수행한다. 도막의 형성이 완성된 후에 도막 조제는 대기 중으로 휘발된다. 도막 조제가 휘발됨으로써 본래 합성수지 에멀젼이 갖고 있는 기계적 강도 등의 물리적 특성이 회복되어 원하는 양호한 도막 물성을 갖게 된다. 그런데, 이들 도막 조제가 휘발되면서 대기 중 오염원이 됨과 동시에 역겨운 특취를 발산하는 것이다.

한편, 합성수지 에멀젼 페인트에서 상기와 같은 이유로 사용되는 도막 조제는 페인트 중에 함유된 합성수지 에멀젼의 점착성을 높이게 되므로 페인트의 저장성에 악영향을 미친다. 수성계 페인트의 경우, 영하의 날씨로 인한 물의 결빙과 해빙이 반복되는 가혹한 저장 상황하에, 물의 결빙에 따르는 에멀젼끼리의 밀집 현상이 나타나게 된다. 이 때 도막 조제로 인하여 에멀젼의 접착성이 커진 경우는 에멀젼과 에멀젼 및 에멀젼과 안료와의 뭉침 현상이 발생하여 점도 상승이 일어나고 심한 경우에는 겔화가 일어나서 페인트의 사용이 불가능하게 된다. 이러한 결빙에 따르는 저장성 불량을 방지하기 위하여 도막 조제를 사용하는 경우에는 냉동 안정성의 향상을 위하여 적절한 냉동 안정제를 첨가하게 된다.

합성수지 에멀젼 페인트의 결빙에 따르는 저장 안정성의 향상을 위하여 사용되는 냉동 안정제 역시 VOC이다. 구체적으로 글리콜류가 사용되는데 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등이 사용된다. 이들 역시 도막에 남아 있으면 특히 내수성 저하를 일으켜 도막 물성에 악영향을 미치므로 도장후 휘발되는 VOC를 사용하는 것이다.

상세하게는, 합성수지 에멀젼 페인트의 바인더로 사용되는 합성수지 에멀젼으로는 아크릴-스틸렌계, 아크릭 중합계, 비닐계, 비닐-아크릴계 등의 수많은 종류의 합성수지가 에멀젼의 형태로 사용되고 있는데 국내에서는 주로 아크릴-스틸렌계를 사용하고 있다. 이들의 유리 전이온도는 10℃ 이상의 것을 단독 혹은 혼용해서 사용하고 바람직하게는 15 내지 30℃ 범위의 것을 주로 사용하고 있다. 이들이 저온에서도 도막이 형성되도록 VOC인 도막 조제를 페인트 조성중에 대개 1 내지 5 중량%를 사용하며 저장성 향상을 위하여 VOC인 냉동 안정제를 대개 1 내지 5 중량% 사용하는 것이 일반적이다.

도막 조제와 냉동 안정제를 제외한 페인트 조성물의 구성 성분에 있어서, VOC 함량은 극히 미비하므로 기타 성분에 대해서는 무시할 수 있다. 경우에 따라서 VOC가 함유된 성분이 첨가될 수 있으나 동일 용도로 사용되는 수많은 원료들이 있으므로 조금만 세심한 주의를 기울이면 VOC를 함유하지 않은 성분만을 선택하는 데는 아무런 문제가 없다.

결국, 합성수지 에멀젼 페인트에 있어서, 도막 조제와 냉동 안정제가 주요한 VOC인 것이다. 이들은 모두 대기오염을 유발할 뿐만 아니라 대부분 휘발 속도가 느린 물질들이므로 건조 중에 매우 서서히 휘발된다. 이에 따라 특히, 사람이 거주하는 밀폐된 건축물 내부 공간에 도장했을 경우에는 장기간 동안 호흡기를 통하여 인체에 흡입되어 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 도막 조제로 사용되는 VOC는 역겨운 특취가 나는 물질들이므로 페인트의 제조 공정, 도장 작업, 도막이 건조되는 과정 중에 노출되는 사람들에게 냄새로 인한 거부감을 일으키게 하며 장기간 노출되었을 경우에는 건강에 악영향을 미칠 수도 있다.

상기와 같은 이유로 인하여 대기오염을 유발시키지 않을 뿐만 아니라 냄새가 없고 인체에 안전한 페인트 즉, VOC가 함유되지 않은 페인트에 대한 요구가 높아지고 있다. 따라서 페인트 분야에서는 VOC를 다량 함유한 유성페인트보다는 환경친화적인 수성계인 합성수지 에멀젼을 바인더로 하는 합성수지 에멀젼 페인트의 사용이 증가하고 있는 추세이다.

상기한 문제를 해결하기 위하여 도막 조제와 냉동 안정제를 사용하지 않고 유리 전이온도가 낮아 저온에서도 쉽게 도막이 형성되는 합성수지 에멀젼을 바인더로 하는 합성수지 에멀젼 페인트를 고려할 수 있다. 그렇지만 이 경우에는 일반적으로 동절기에는 실제 도장하는 온도 조건인 0 내지 10℃ 범위의 저온에서 도막 조제의 도움이 없이도 도막을 형성시킬 수 있으나, 특히 온도가 높은 여름철에는 상온에서 도막에 점착성이 남아 있어 각종 오염 물질에 쉽게 오염될 수 있다. 또한 내블럭킹성이 약화되고 도막의 강도 역시 떨어져서 쉽게 도막이 손상되는 단점이 있으므로 바람직하지 않아 실제로 사용하고 있지는 않는 실정이다.

본 발명에서는 상기한 제반 문제점을 감안하여 구성 성분에 의한 도막 물성의 저하와 환경의 변화에 따른 저장 안정성의 저하 문제를 해결하고, 오염원인 VOC로 인한 각종 문제점을 해결하고자 하는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 기존의 합성수지 에멀젼 페인트에 함유된 VOC를 배제한 합성수지 에멀젼 페인트 조성물이면서 종래의 합성수지 에멀젼 페인트 조성물과 동등 또는 그 이상의 물성을 갖고 있는 합성수지 에멀젼 페인트 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 페인트 조성물 총량을 기준으로 물 5 내지 70 중량%, 유리 전이온도가 10℃ 이상인 합성수지 에멀젼 5 내지 50 중량%, 유리 전이온도가 0℃ 이하인 합성수지 에멀젼 1 내지 37.5 중량% 및 안료 10 내지 70 중량%를 포함하며, 고형분 함량이 20 내지 80 중량%인 합성수지 에멀젼 페인트 조성물을 제공한다.

특히, 상기 페인트 조성물에서는 유기 휘발 물질 (VOC; volatile organic

compounds)의 함량이 0.5 중량% 이하, 바람직하게는 0.1 중량% 이하로서 거의 포함되어 있지 않다.

또한, 상기 조성물에는 보조제로서 분산 습윤제, 소포제, 방부제, 증점제 및 pH 조절제 중 적어도 하나가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 페인트 조성물에서는 유리 전이온도가 높은 합성수지 에멀젼을 주 바인더로 사용하되 도막 조제나 냉동 안정제를 사용하지 않고 있다. 그러면서도 도막 물성이나 저장 안정성이 유지되며 저온에서 도막 형성이 가능한데, 이는 유리 전이온도가 낮은 합성수지 에멀젼을 첨가함으로써 달성할 수 있는 것이다. 결국, VOC가 거의 함유되지 않으면서도 우수한 물성을 갖는 합성수지 에멀젼 페인트 조성물의 제조가 가능하게 된 것이다. 기타 원료의 사용은 기존의 합성수지 에멀젼 페인트와 대동소이하나 VOC를 함유하지 않은 조성물을 주로 선택적으로 사용하였다. 그러면서도 본 발명의 페인트 조성물을 사용하여 얻어지는 도막의 물리 화학적인 특성 역시 종래의 합성수지 에멀젼 페인트 조성물을 사용하여 제조되는 도막과 거의 유사하다.

본 발명에서는 주 바인더로서 종래의 합성수지 에멀젼과 같은 범위의 유리 전이온도를 갖고 있는 합성수지 에멀젼을 사용한다. 즉, 아크릴-스틸렌계, 아크릭 중합계, 비닐계, 비닐-아크릴계 등과 같은 종류로서, 유리 전이온도가 10℃ 이상인 것을 단독 또는 혼용해서 사용하고 바람직하게는 15 내지 30℃ 범위의 것을 사용한다. 상기 합성수지 에멀젼은 페인트 조성물 총량을 기준으로 5 내지 50 중량% 사용하도록 한다. 이는 유리 전이온도가 10℃ 이상의 상기 합성수지 에멀젼의 사용량이 5 중량% 미만이면 바인더 부분이 너무 적어 도막의 적절한 내구성이 어려우므로 바람직하지 않고, 50 중량%를 초과하면 바인더 부분이 너무 많아 도막의 은폐 저하 및 점착성 증가가 일어나 페인트의 적정한 물성의 확보가 어려워 본 발명의 효과를 얻기 어렵기 때문이다.

상기 유리 전이온도가 10℃ 이상의 합성수지 에멀젼은 고형분의 함량이 35 내지 65 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 합성수지 에멀젼의 고형분 함량이 35 중량% 미만인 경우는 이로 인하여 페인트의 적정 고형분 확보가 어려우므로 바람직하지 않고, 합성수지 에멀젼의 고형분 함량이 65 중량%를 초과하는 경우는 고형분 함량이 너무 높아 합성수지 에멀젼의 제조가 어려워 바람직하지 않기 때문이다. 상기 합성수지 에멀젼은 페인트 조성물의 배합 비중에 고형분비로 3 내지 30 중량% 사용한다. 왜냐하면 바인더인 합성수지 에멀젼이 페인트 조성물 배합비 중의 고형분비로 3중량% 미만일 경우는 도막의 적절한 내구성 확보가 어려우므로 바람직하지 않고, 고형분비가 30 중량%를 초과하는 경우는 바인더 부분이 너무 많아 도막의 은폐 저하 및 점착성 증가가 일어나 페인트의 적정 물성 확보가 어려워 바람직하지 않기 때문이다.

본 발명에서는 VOC인 도막 조제와 냉동 안정제의 사용 없이도 저온에서 도막이 형성되며 저장 안정성이 유지되게 하기 위하여 유리 전이온도가 낮은 합성수지 에멀젼을 첨가한다. 즉, 0℃ 이하의 유리 전이온도를 갖고 있는 합성수지 에멀젼을 사용하고 바람직하게는 영하 30℃ 내지 영하 70℃의 유리 전이온도를 갖고 있는 합성수지 에멀젼을 사용한다. 이의 첨가량은 페인트 조성물 총량을 기준으로 할 때 1 내지 37.5 중량% 이 되도록 한다. 이는 이의 첨가량이 1 중량% 미만이면 도료의 최저 도막 형성 온도가 높아져 겨울철과 같은 5±5℃의 범위내에서 도막의 형성이 어려우므로 바람직하지 않고, 37.5 중량%를 초과하면 온도가 높은 여름철에는 상온에서 도막에 점착성이 남아 있어 각종 오염 물질에 쉽게 오염되므로 바람직하지 않기 때문이다.

상기 0℃ 이하의 유리 전이온도를 갖는 합성수지 에멀젼은 고형분 함량이 35 내지 65 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 합성수지 에멀젼의 고형분 함량이 35 중량% 미만인 경우에는 이로 인하여 페인트의 적정 고형분 확보가 어려우므로 바람직하지 않고, 합성수지 에멀젼의 고형분 함량이 65 중량%를 초과하는 경우는 고형분 함량이 너무 높아 합성수지 에멀젼의 제조가 어려워 바람직하지 않기 때문이다.

또한, 상기 0℃ 이하의 유리 전이온도를 갖는 합성수지 에멀젼은 페인트 조성물의 배합 비중에 고형분비로 0.5 내지 15 중량% 사용하며 바람직하게는 0.5 내지 5 중량% 사용한다. 0℃ 이하의 유리 전이온도를 갖고 있는 합성수지 에멀젼은 필요에 따라 적정량을 사용하되, 가능하면 최소량 사용하는 것이 전체적인 도막 물성 측면에서 유리하다.

본 발명에서 사용되는 안료로서는 종래의 합성수지 에멀젼 페인트에 사용되는 것과 크게 차이가 없다. 일반적으로 사용되는 석회석, 활석, 카오린클레이, 황산 바륨, 운모 등의 다양한 체질 안료 뿐 아니라 종래의 합성수지 에멀젼 페인트에 사용되는 이산화티탄 등과 같은 각종 착색 안료들을 제한 없이 사용한다. 상기의 안료는 페인트 조성물 총량에 대하여 10 내지 70 중량% 사용한다. 이는 안료의 양이 10 중량% 미만이면 안료로서의 효과를 얻기가 어렵고 70 중량%를 초과하면 안료량이 수지량에 비해서 상대적으로 너무 많아 바인딩 효과가 저하되어 도막의 내구성이 떨어져서 바람직하지 않기 때문이다.

본 발명의 페인트 조성물에는 필요에 따라서 페인트 조성물 총량에 대하여 분산 습윤제 0.2 내지 2 중량%, 소포제 0.1 내지 1 중량%, 방부제 0.1 내지 1 중량%, 증점제 0.1 내지 2 중량%, pH 조절제 0.1 내지 1 중량% 등과 같은 보조제를 사용할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 페인트 조성물의 각 성분 및 이들의 함량을 요약하여 하기 표1에 나타낸다.

[표 1]

* 주1); 유리 전이온도가 10℃ 이상인 합성수지 에멀젼을 의미한다.

* 주2); 유리 전이온도가 0℃ 이하인 합성수지 에멀젼을 의미한다.

이하, 실시예를 들어서 본 발명을 구체적으로 기술하지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1 및 2]

건축용으로 사용되는 대표적인 합성수지 에멀젼 페인트로서는 한국 공업규격에서 규정하고 있는 KS M 5320 [합성수지 에멀젼 페인트(내부용)]과 KS M 5310 [합성수지 에멀젼 페인트(외부용)]이 있다. 본 발명의 취지에 부응하게 VOC 함량이 거의 0이 되도록 KS M 5320 2급(실시예 1) 및 KS M 5310 2급(실시예 2) 배합 규정에 따라서 페인트 조성물을 제조하였다.

분산 및 습윤제로는 소디움헥사메타포스페이트를 사용하고, 안료로서는 이산화 티탄, 탄산칼슘, 활석, 카오린클레이를 혼합 사용하고, 소포제로서는 산노프코사의 NOPCO-8034(상품명)를 사용하였다. 방부제로는 안식향산나트륨을 사용하고, pH 조절제로는 수산화칼슘을 사용하고, 증점제로는 하이드록시에틸 셀룰로오스를 사용하였다. 합성수지 에멀젼 주1)은 유리 전이온도가 15℃ 이고 고형분 함량이 47 중량%인 아크릭 스틸렌 에멀젼을 사용하고, 합성수지 에멀젼 주2)는 유리 전이온도가 영하 60℃이고 고형분 함량이 55중량%인 아크릴 에멀젼을 사용하여 본 발명에 따른 합성수지 에멀젼 페인트 조성물을 제조하였다. 상기 각 성분의 함량을 하기 표 2에 나타낸다.

[표 2]

* 주1); 유리전이온도가 10℃ 이상인 합성수지 에멀젼을 의미한다.

* 주2); 유리전이온도가 0℃ 이하인 합성수지 에멀젼을 의미한다.

[비교예 1 및 2]

KS M 5320 2급(비교예 1) 및 KS M 5310 2급(비교예 2) 배합 규정에 따라서 페인트 조성물을 제조하였다. 분산 및 습윤제로는 소디움헥사메타포스페이트를 사용하고, 냉동 안정제로는 에틸렌 글리콜을 사용하고 안료로는 이산화 티탄, 탄산칼슘, 활석, 카오린클레이를 혼합 사용하였다. 방부제로는 안식향산나트륨을 사용하고, pH 조절제로는 공업용 암모니아수를 사용하였다. 또한 증점제로는 하이드록시에틸셀룰로오스를 사용하고, 도막 조제로는 2,2,4-트리메틸 1-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 사용하였다. 합성수지 에멀젼 주1)은 유리 전이온도가 15℃이고 고형분 함량이 47 중량%인 아크릴 스티렌 에멀젼을 사용하였다. 각 성분에 따르는 구체적인 함량을 하기 표 3에 나타낸다.

[표 3]

* 주1); 유리전이온도가 10℃ 이상인 합성수지 에멀젼을 의미한다.

VOC 함량 대비

상기 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2에 따라 제조된 페인트 조성물 내의 VOC 함량은 하기 표 4에 나타난 바와 같다. 실시예에 따른 조성물에서도 VOC가 미량 함유된 것은 여러 가지 성분의 사용에 따라 불가피한 것으로, 이는 비교예에 따른 조성물에 함유된 VOC의 양에 비하면 무시할 수 있을 정도로 적은 양이라고 할 수 있다.

[표 4]

(물성 시험 및 시험 결과)

실시예 1과 비교예 1에서 수득한 합성수지 에멀젼 페인트 조성물은 한국 공업규격인 KS M 5320 2급(합성수지 에멀젼 페인트(내부용))의 품질 규정 항목에 따라 페인트의 물성을 시험 평가하였다. 이에 대한 시험 결과는 하기 표 5에 나타낸다.

[표 5] KS M 5320 2급 품질 항목 시험 결과

실시예 2와 비교예 2에서 수득한 합성수지 에멀젼 페인트 조성물은 한국공업규격인 KS M 5310 2급(합성수지 에멀젼 페인트(외부용))의 품질 규정 항목에 따라 페인트 물성을 시험 평가하였다. 이에 대한 시험 결과는 하기 표 6에 나타낸다.

[표 6]KS M 5310 2급 품질 항목 시험 결과

상기 표 4 및 5를 통하여 알 수 있는 바와 같이 제반 물성은 본 발명의 페인트 조성물과 종래 도막조제 및 냉동 안정제를 사용하여 얻어진 페인트 조성물에 있어서, 거의 유사한 수준임을 알 수 있다.

본 발명에 따른 페인트 조성물에 의해서도 저온에서 도막이 형성되는지를 알기 위해 일반적으로 5℃ 이하에서는 합성수지 에멀젼 페인트의 도장을 삼가므로 5℃를 기준으로 하여 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2의 최저 도막 형성 온도를 측정하였다. 이에 대한 시험 결과는 하기 표 7에 나타낸다.

[표 7]최저 도막 형성 온도 시험 결과

상기의 시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 합성수지 에멀젼 페인트는 KS M 5320 규격의 배합 규정에 맞게 조성물은 제조했을 때는 KS M 5320 품질 규정 항목에 모두 합격하였으며, KS M 5310 규격의 배합 규정에 맞게 조성물을 제조했을 때는 KS M 5310 품질 규정 항목에 모두 합격하였다. 그러면서도 VOC가 거의 함유되지 않아 불쾌한 냄새를 발산하지 않을 뿐만 아니라 대기오염을 유발하지도 않는다. 또 하나 간과할 수 없는 사실은 석유계 화합물인 VOC를 함유하지 않으므로 자원을 절약하는 효과까지 있다.

따라서 본 발명에 따른 합성수지 에멀젼 페인트 조성물은 도료 물성면에서 종래의 합성수지 에멀젼 페인트와 동등 이상이며 환경친화적인 장점이 있으므로, 건축용 합성수지 에멀젼 페인트 조성물로서 용이하게 사용될 수 있다.

Claims (5)

1. 페인트 조성물 총량을 기준으로 하여 물 5 내지 70 중량%, 유리 전이온도가 15 내지 30℃인 합성수지 에멀젼 5 내지 50 중량%, 유리 전이온도가 영하 70℃내지 영하 30℃인 합성수지 에멀젼 1 내지 37.5 중량% 및 안료 10 내지 70 중량%를 포함하며, 고형분 함량이 20 내지 80 중량%이고, 상기 합성수지 에멀젼이 아크릴-스틸렌계, 아크릭 중합계, 비닐계 및 비닐-아크릴계로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 합성수지 에멀젼인 도료 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 조성물에서 유기 휘발 물질(VOC; volatile organic compounds)의 함량이 상기 페인트 조성물 총량을 기준으로 0.5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 유리 전이온도가 15 내지 30℃인 합성수지 에멀젼은 고형분 함량이 35 내지 65 중량%인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 유리 전이온도가 15 내지 30℃인 합성수지 에멀젼은 고형분 함량이 35 내지 65 중량%인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 보조제로서 분산 습윤제, 소포제, 방부제, 증점제 및 pH 조절제 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 조성물.