KR100358833B1

KR100358833B1 - 에멀젼 보온 도료 조성물

Info

Publication number: KR100358833B1
Application number: KR1019990048252A
Authority: KR
Inventors: 이범환
Original assignee: 바이켐 주식회사
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2002-10-30
Also published as: KR20010045109A

Abstract

본 발명은 합성수지가 비닐아세테이트 공중합수지, 아크릴 공중합수지 또는 우레탄 변성 수지인 합성수지 에멀젼 도료 조성물에 있어서, 합성수지 에멀젼 70∼95 중량부와 1200℃이상의 온도에서 소성한후 300메쉬로 분쇄한 방사율 0.90이상인 황토. 맥반석 또는 옥돌 5∼30중량부로 조성되는 에멀젼 보온 도료 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 에멀젼 보온도료 조성물은 보습성과 우수한 통기성을 갖고 있는 에멀젼 수지를 바탕수지로 하고 여기에 0.90 이상의 열방사율을 갖는 분말상 무기물을 첨가하여 도료를 구성시켜 주므로서 도료가 보습성, 통기성 및 보온성의 기능을 갖도록 하여 건축물 내부도장용으로 사용할 때 에너지 절약과 자동 습도조절에 따른 쾌적한 주거 환경을 유지시켜 주는데 기여할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

에멀젼 보온 도료 조성물{Conposition of heat conservative emulsion paints}

본 발명은 건물의 벽이나 천정등 건물내부용으로 적합한 높은 열방사율(Emissivity)을 갖는 에멀젼 보온 도료 조성물에 관한 것이다.

합성수지 에멀젼 도료(Synthetic resin emulsion paints)는 희석제가 물인 합성수지 에멀젼과 안료를 주원료로 하고 필요에 따라 여기에 계면활성제, 습윤제, 점도조절제, 안정제, 소포제, 방청제 등을 첨가하여서 된 도료로서 희석제가 물이므로 화재나 독성 및 용제에 의한 나쁜 냄새가 없고, 도막은 내알카리성과 수증기 투과율이 높은 특성을 갖고 있어 건축 내벽 도장용으로 많이 이용되는 도료이다.

초산비닐계, 스틸렌부타디엔계, 아크릴공중합계, 비닐아세테이트공중합계 에멀젼 도료들이 이미 잘 알려져 있으나 이들은 피도장체를 보호하고 미려한 외관을 나타내 주도록 하는 도료로서의 기본적인 성능은 잘 나타내주고 있으나 그 밖의 기능성, 예를 들면 보온성, 보습성(保濕性), 통기성 등을 갖추어 환경친화적이면서 보온기능을 갖는 도료에 대하여는 아직 알려진 바가 없다.

본 발명자들은 건물의 보온성을 유지시켜 에너지를 절감시킬 수 있고 보습성과 통기성을 보유하여 실내 습도 조절 기능을 갖추도록 함으로서 쾌적한 주거 환경을 유지시켜 줄 수 있는 도료 개발에 주력하던 중 보습성과 열방사율이 높은 물질을 첨가하여 도료를 제조하면 보습성과 높은 보온성을 유지시켜 줄 수 있음을 확인할 수 있었고 또한 여기에 사용되는 바탕도료로 보습성과 통기성을 갖는 에멀젼 도료를 사용하면 통기성과 보습성은 물론 우수한 보온성도 유지시켜 줄 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 높은 열방사율을 갖고 있어 보온성이 뛰어나며 통기, 보습성을 갖는 건축물 내부용으로 적합한 에멀젼 도료 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 도료 조성물은 우수한 통기성을 갖는 에멀젼 도료를 바탕도료(base paint)로 하고 여기에 보습성과 열방사율이 높은 무기질 첨가제를 첨가하여 구성된다.

본 발명 도료 조성물의 바탕 도료로서는 비닐아세테이트공중합계, 아크릴공중합계, 우레탄변성계 에멀젼 도료가 적합하다.

여기에 사용되는 비닐아세테이트계, 아크릴공중합계, 우레탄변성계 에멀젼은 일반 도료용과는 다른 특성을 가지고 있다.

비닐계, 아크릴공중합계, 우레탄변성계 에멀젼은 그 수지분중에 비닐아세테이트, 말레인산, 푸말산을 함유하고, 여기에 산부분은 탄산나트륨, 중조, 아황산나트륨 등의 무기알카리로 중화시켜서 된 염으로 남아 있게 하므로써 건조도막에 공기와 습기가 통할 수 있게 한다. 이때 종래의 방법에서와 같이 암모니아나 유기아민류로 중화시키지 않기 때문에 공해 및 나쁜 냄새의 문제도 없게 된다.

비닐아세테이트공중합계는 비닐아세테이트 단량체 65~85wt%에 아크릴단량체, 비닐벌서테이트(Vinylversatate), 말레인산, 푸말산 중에서 선택된 것 15~35wt%를 공중합하여 제조된 것이다.

아크릴공중합계는 아크릴단량체 60~80wt%에 비닐아세테이트나 말레인산, 푸말산 중에서 선택된 것 20~40wt%을 첨가하여야 제조된 것이다. 아크릴단량체는 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 및 스틸렌 단량체가 사용될 수 있으며, 친수성기 도입을 위해 아크릴산이나 메타크릴산을 약 2~5wt%정도 사용하는 것이 적합하다.

수분산 우레탄변성계는 수분산 우레탄수지를 제조한 후 아크릴 단량체와 비닐아세테이트 단량체를 혼합 반응시킨다. 수분산 우레탄 제조방법으로는 4-4'디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H₁₂MDI) 또는 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 폴리올류, 디메틸올프로피온산(DMPA)와 첨가제를 40:35:10:15의 중량비로 물에 분산시켜 수분산체를 만들고 그 수분산체에 아크릴단량체와 비닐아세테이트 단량체를 혼합 반응시킨다.

이때 혼성비는 약 60~70 : 30~40으로 한다.

위의 중합체의 카르복실기를 탄산나트륨이나 그 밖의 무기염으로 중화시키면카르복실염이 생기며, 이 카르복실염은 친수성 및 보습성이 있고 또한 중합체의 하이드록실기 역시 통기성 및 친수성이 있어서 마찬가지의 효과가 있으며 이 성질이 도료 적용시 우수한 통기, 보습성을 나타내게 된다.

본 발명의 도료 조성물은 통기-보습성이 있는 수분산성 수지에멀젼에 방사율이 0.90이상인 무기물을 300mesh 정도의 분말로 하여 도료중 5~30중량%의 범위에서 첨가되도록 하여서 된 것이다. 이때 30중량%를 초과하여 사용하면 분산성과 같은 도료물성이 저하되고 5중량% 미만으로 사용할 때는 첨가효과가 미미한 문제가 있다.

열방사율이 0.90이상인 무기물로서는 황토, 맥반석, 옥(玉)돌 등이 있다.

다음 실시예는 본 발명에 따른 도료 제조방법을 좀더 구체적으로 설명하는 것이지만, 본 발명이 이 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예

물 35~45중량부, 300mesh 정도로 분쇄된 방사율이 0.9이상인 무기물 25중량부를 혼합하고, 연화도를 Hegman No.3 이상으로 분산시킨 후 다음의 수지에멀젼 제조예에서 제조된 수지에멀젼 28~38중량부와 통상적인 첨가제(소포제, 분산제 등) 2.0중량부를 충분히 혼합하여 본 발명의 에멀젼 보온 도료를 제조하였다. 이와같이 제조된 에멀젼 도료는 무기물 25중량%와 바탕 도료 75중량%로 구성되게 된다.

수지에멀젼 제조예 1

이온교환수 50wt%에 비닐아세테이트 단량체 35wt%, 부틸아크릴레이트 단량체 10%와 노닐페놀(계면활성제) 3wt%를 가하고 70~80℃에서 5~6시간 반응하여 수율99% 정도의 수지에멀젼을 제조하였다. 중합된 에멀젼은 산성이므로 탄산나트륨 2wt%를 첨가 중화시켜 본 발명에 사용되는 비닐아세테이트공중합 에멀젼을 제조하였다.

수지에멀젼 제조예 2

이온교환수 50wt%에 비닐아세테이트 단량체 35wt%와 비닐벌서테이트 단량체 10wt%, 노닐페놀(계면활성제) 3wt%를 가하고 70~80℃에서 5~6시간 반응시켜 수율 99% 정도로 수지에멀젼을 제조한 후 탄산나트륨 2wt%로 중화시켜 비닐아세테이트공중합 에멀젼을 제조하였다.

수지에멀젼 제조예 3

이온교환수 50wt%에 비닐아세테이트 단량체 30wt%, 메틸메타크릴레이트 단량체 5wt%, 아크릴산 5wt%, 노닐페놀 3wt%, 푸말산 2wt%를 가하고 70~80℃에서 5~6시간 반응시켜 수율 99% 정도의 수지에멀젼을 제조하였다. 에멀젼 폴리머를 중합시킨 후 아황산나트륨 5wt%로 중화시켜 아크릴공중합 에멀젼을 얻었다.

수지에멀젼 제조예 4

이온교환수 50wt%에 메틸메타크레이트 단량체 30wt%, 비닐아세테이트 단량체 10wt%, 무수말레인산 3wt%, 노닐페놀 3wt%를 가하고 70~80℃에서 5~6시간 반응하여 수율 99% 정도의 에멀젼 폴리머를 제조하였다.

에멀젼 폴리머를 중합시킨 후 아황산나트륨 4%로 중화시켜 아크릴공중합 에멀젼을 제조하였다.

수지에멀젼 제조예 5

이온교환수 50wt%에 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H₁₂MDI) 12wt%, 디메틸올프로피온산 10wt%, 폴리에테르폴리올(분자량 2000) 10wt%, 네오펜틸글리콜 8wt%, 계면활성제(노닐페놀 등) 4wt%를 가하고 80~90℃ 정도에서 6~7시간 반응하여 수율 99% 정도의 수분산체를 만든 후 중조 6%로 중화시키고 이 수분산체 100g에 대하여 메틸메타크릴레이트 단량체 22g와 비닐아세테이트 단량체 45g 정도를 70~80℃ 정도에서 3~4시간 정도 혼성 반응시켜 수분산우레탄변성수지를 제조하였다.

본 발명에서 사용하는 열방사율이 높은 물질로서는 방사율 0.90이상의 것이 적합하다.

방사율(Emissivity)이란 복사율과 동의어로서 이상흑체(Ideal black body)의 방사율을 1로 정하고 어떤 물체가 나타내는 이상흑체와 대비되는 상대적인 방사율을 그 물체의 방사율이라고 한다.

모든 파장의 복사(輻射)를 완전히 흡수하는 물체를 흑체(Black body)라고 하며 이를 100% 흡수하는 물체를 완전흑체 또는 이상흑체라 하는데 고순도의 숯이나 카본블랙은 완전흑체에 가깝다.

흑체는 둘레의 벽이 복사를 투과시키지 않으므로 그 벽에 일정한 온도를 보존하고 있게 되는 성질을 갖는다.

상대적인 복사율의 측정은 복사율이 알려져 있는 표준 시료와 측정하고저 하는 물질을 밀폐공간에 넣고 동일 온도의 열을 가한 후 일정한 거리(30cm이상)에서 그 물질들의 온도를 측정하여 비교한 값으로 정한다.

방사에너지는 파장으로 공기중을 이동한다. 그리고 이 방사에너지가 다른 물질과 부딪힐 때만 실제로 열을 내게 된다. 이때 나타내는 열을 복사열이라 한다.

겨울에 일반 수성 내부 페인트들과 단열재는 방사에너지파를 통과시키므로 방사열을 밖으로 잃게 하지만 본 발명의 도료 조성물은 방사에너지의 40% 이상을 빌딩안으로 흡수해서 겨울에 빌딩내부를 더욱 따뜻하게 해줄 수 있다.

또한 여름에 일반 수성페인트는 열이 밖에서 빌딩으로 들어올 때, 벽이 낮동안 내내 열을 건물안으로 통과시켜 저녁까지 빌딩을 계속 덥게 하고 외부공기가 식을 때까지 열을 갖고 있는 것이 지속되지만 본 발명의 도료 조성물은 열에너지가 빌딩안으로 들어오는 것을 차단하여 방어벽과 같은 역할을 하므로 빌딩을 더욱 시원하게 하여 에어콘을 더 적게 사용함으로서 에너지 절약을 할 수 있다.

이것에 관한 기본적인 법칙으로 스테판-볼츠만의 법칙(Stefan-Boltzman's low)이 있는데 이것은 이상적인 방사체인 흑체의 열흐름(q)에 관한 것이다.

q = σ·T⁴= E_b

여기서는 E_b는 흑체의 방사능력을 나타내는 것이고, σ는 상수, T는 온도를 나타내는데 흑체의 방사능력은 온도의 4승에 비례한다.

여기에 실제의 방사능력 E와 흑체의 방사능력 E_b의 비를 방사율이라 나타낸다.

ε= E/E_b⇒ E = ε·E_b

위의 식을 스테판-볼츠만의 공식에 대입하면 실제의 방사체의 방사능력을 구할 수 있다.

E = ε·σ·T⁴

스테판-볼츠만의 상수 σ= 5.67 ×10^-8W/(m²·K⁴)

복사에너지의 이동에 영향을 미치는 3가지 표면의 성질이 있다.

이 세가지는 흡수율(), 투과율(τ), 반사율()인데 이 세가지 성질의 합은 반드시 1이다.

kirchhoff' s identify rule에서 흡수율()과 방사율()는 같은 파장에서 같은 값을 갖는다.

이에 표면의 방사율이 높아지면 흡수율도 높다.

실예로 방사율이 0.91인 본 발명의 도료(이하 라디안 페인트라 한다)와 방사율이 0.80인 일반 수성 페인트의 방사능력 E를 25℃일 때 계산하면

① 라디안 페인트는 ε=0.91일 때

E = 0.91×5.67×10^-8W/(m²·K⁴)×{(25+273)K}⁴

= 406.90 W/m²

② 일반 수성페인트는 ε=0.80일 때

E = 0.80×5.67×10^-8W/(m²·K⁴)×{(25+273)K}⁴

= 357.72 W/m²

위의 계산결과를 보면 단위면적(m²)당 라디안 페인트의 방사에너지 흡수량은 406.09 W 이고 일반 수성페인트 흡수량은 357.72 W로 약 13.52%의 방사에너지 흡수량의 차이가 있다.

그 외에도 이 페인트는 환경친화적이며 통기통습성과 보습성이 있어서 고온다습한 조건에도 적합한 습도 조절기능을 갖는다.

본 발명의 목적을 달성시켜 줄 수 있고 경제적으로 쉽게 구할 수 있는 방사율 0.90 이상의 무기물질로서는 1200℃ 이상의 온도에서 소성한 황토, 맥반석, 옥돌을 300mesh 정도로 분쇄한 분말이 적합하다.

황토는 자연친화적 물품으로서 점결성이 있으며 흡수성이 좋고 에멀젼 도료에 첨가 혼합시킴에 있어 분산성이 우수한 장점이 있을 뿐만 아니라 방사율이 0.93으로 매우 높아 본 발명의 첨가제로서 적합하다.

맥반석(麥飯石)은 황백색의 규산염 광물의 일종으로 거위알 또는 뭉친 보리밥 모양을 하고 있어 맥반석이라고 하는데 이 또한 분산성과 방사율에 있어서 본 발명에 적합한 성질을 갖고 있다.

옥(玉) 돌은 비취휘석(翡翠輝石)이라고도 하는데 나트륨, 알미늄의 규산염 광물(NaAl Si₂O₆)로서 규석(SiO₂)을 60% 정도 함유하고 있으며 산지와 종류에 따라 에메랄드녹색, 청록색, 녹백색을 띠며 유리광택을 나타낸다.

황토와 옥돌을 사용한 본 발명 도료의 방사율을 한국 건자재 시험연구원에서 측정한 결과는 아래와 같았다.

무기질 물질(첨가량)	방사율(5~20㎛)	방사에너지(W/m²·㎛·40℃)
옥돌(25wt%)황토(25wt%)	0.910.93	3.66×10²3.74×10²

본 발명의 도료는 하도가 도장된 위에나 전에 페인트가 칠해진 소지위에는 바로 칠할 수 있다. 그러나 소지가 다공성이고, 흡수성이 있는 경우에는 이 도료를 칠하기 전에 일반 에멀젼 페인트를 미리 도장해 주는 것이 좋다. 다른 페인트를 사용해 주어도 좋으나 같은 수성 도료를 사용하는 것이 더욱 좋다.

일반 벽면소지에는 로라, 붓, 스프레이를 사용할 수 있으며 벽면위에 본 발명의 도료를 칠할 때 제일 마지막에 칠해야만 더욱 효과적이다.

본 발명의 에멀젼 보온도료 조성물은 보습성과 우수한 통기성을 갖고 있는 합성수지 에멀젼 도료를 바탕도료로 하고 여기에 0.90 이상의 열방사율을 갖는 분말상 무기물을 첨가하여 도료를 구성시켜 주므로서 도료가 보습성, 통기성 및 보온성의 기능을 갖도록 하여 건축물 내부도장용으로 사용할 때 에너지 절약과 자동 습도조절에 따른 쾌적한 주거 환경을 유지시켜 주는데 기여할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

합성수지가 비닐아세테이트 공중합수지, 아크릴 공중합수지 또는 우레탄 변성 수지인 합성수지 에멀젼 도료 조성물에 있어서, 합성수지 에멀젼 70∼95 중량부와 1200℃이상의 온도에서 소성한후 300메쉬로 분쇄한 방사율 0.90이상인 황토. 맥반석 또는 옥돌 5∼30중량부로 조성되는 에멀젼 보온 도료 조성물.
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