KR100392163B1 - 도료조성물 - Google Patents

Abstract

일정량의 물이 함유되어 사람과 환경에 악영향을 미치는 휘발성 유기화합물의 함량이 획기적으로 감소된 도료 조성물이 개시되어 있다. 이러한 조성물은 알키드 수지를 고형분으로 5∼70 중량%, 물 5∼50 중량% 및 다중사카라이드 유도체 1∼10 중량%를 포함하여 이루어진다. 종래의 자연건조형 알키드 수지 에나멜의 경우 수분 함유가 많아지면 도료의 혼화성이 떨어져 각종 부작용이 발생되는 관계로 수분 함량이 제한되어 있었으나 본 발명에서는 알키드 수지와 물과의 상용성을 도출하기 위하여 조성물 중에 다중사카라이드 유도체를 포함시키고 있다. 본 발명에 따른 도료 조성물은 휘발성 유기화합물의 함량이 감소되고 인체에 유해한 중금속이 들어 있지 않아 안전하게 제조된 것이다.

Description

도료 조성물{Paint Composition}

본 발명은 도료 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명은 다양한 구조물의 최종 마감재로 사용되는 알키드 수지 도료 조성물로서, 일정량의 물이 함유되어 있어서 사람과 환경에 악영향을 미치는 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds)의 함량이 획기적으로 적을 뿐 아니라 인체에 유해한 중금속이 들어 있지 않아서 보다 안전하게 제조된 알키드 수지 도료 조성물에 관한 것이다.

최근, 사회적으로 인간과 환경에 대하여 보다 안전한 제품에 대한 강력한 개발 요구가 대두되고 있다. 특히, 대도시의 광학 스모그의 원인인 휘발성 유기 화합물의 배출의 한 원인은 알키드 수지 도료와 같은 유성계 도료가 제공하고 있다. 실제적으로 건축 구조물의 최종 마감재로 사용되는 유성계 도료 중에서도 대표적인 알키드 수지 도료인 자연건조형 알키드 수지 에나멜 (KS M 5701)의 경우 도료 조성물 중에 휘발성 유기 화합물 함량이 부피비로 약 60% 내외나 함유되어 있다. 뿐만 아니라 납과 같은 유해 중금속이 일정량 사용되고 있는데, 이는 도막 중에 남아 이를 섭취했을 때 사람과 동물에게 극히 유해한 물질이다.

본 발명에서는 상기한 바와 같이 종래의 도료 조성물이 가지고 있는 유해한 휘발성 유기 화합물의 양을 감소시키기 위하여 물을 함유시키고, 인체에 유해한 중금속을 사용하지 않는 알키드 수지 도료 조성물을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 조성물 총량을 기준으로 하여 알키드 수지를 고형분으로 5∼70 중량%, 물 5∼50 중량% 및 다중사카라이드 유도체 1∼10 중량%를 포함하는 도료 조성물을 제공한다.

이러한 조성물은 바람직하게 초기 발청 방지제를 조성물 총량을 기준으로 하여 0.01∼1 중량% 더 포함하는데, 구체적으로는 안식향산암모늄(ammonium benzoate), 안식향산나트륨(sodium benzoate), 질산나트륨(sodium nitrate), 질산칼륨(potassium nitrate) 및 인산나트륨(sodium phosphate) 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 도료 조성물은 휘발성 유기 화합물의 함량이 부피비로 50 부피% 이하가 된다.

본 발명에 따른 알키드 수지 도료 조성물은 제반 물성은 종래의 알키드 도료조성물과 거의 동일하나 종래의 도료와는 달리 일정량의 물을 함유하고 있다. 예를 들면, 종래의 자연건조형 알키드 수지 에나멜 (KS M 5701)의 경우 수분 함량이 0.5∼1.0 중량% 이하로 규정되어 있다. 이와 같이 수분의 함량을 규정한 이유는 용제계인 자연건조형 알키드 수지 에나멜 (KS M 5701)이 근본적으로 물과의 상용성이 없으므로 수분 함유량이 많아지면 도료의 혼화성이 떨어져 색분리 현상이 발생한다든지 도료의 저장중에 점도가 상승하여 못쓰게 되거나 철재 용기가 녹이 슨다든지 철재에 직접 도장시 초기 발청이 일어나는 것과 같은 불량이 발생할 수 있기 때문이다.

또한 본 발명에 따른 도료 조성물에는 수분이 다량 함유됨에도 불구하고 저장중인 철재 용기가 녹이 슨다든지 철재에 직접 도장시 녹이 발생할 수 있는 상황을 근본적으로 차단하기 위해 일정량의 초기발청 방지제 (flash rust inhibitors)가 함유되어 있다. 이 초기발청 방지제의 함유는 대부분 철재 용기에 보관하게 되는 도료조성물이 장기 저장중에 용기에 녹이 스는 것을 막아줄 뿐만 아니라, 철재에 직접 도장시 발생할 수 있는 초기발청(flash rust)을 막아준다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 도료 조성물에는 조성물 중에 포함될 수 있는 유해 중금속을 근본적으로 없앤 것이다. 여기서 유해 중금속이라 함은 완구, 유모차, 보행기, 유아용 삼륜차, 유아용 침대, 유아용 의자, 아동용 이단 침대 및 쌀통에 칠하는 페인트에 적용되는 국립 기술품질원 고시 제99-31호의 기준을 말한다. 구체적으로, 자연건조형 알키드 수지 에나멜의 경우 납(Pb) 90 ㎎/㎏ 이하, 안티몬(Sb) 60 ㎎/㎏ 이하, 비소(As) 25㎎/㎏ 이하, 바륨(Ba) 1000㎎/㎏ 이하, 카드뮴(Cd) 75 ㎎/㎏ 이하, 크롬(Cr) 60㎎/㎏ 이하, 수은(Hg) 60㎎/㎏ 이하, 세레늄(Se) 500㎎/㎏ 이하로 규정되어 있다.

본 발명에서와 같이 물을 함유하는 도료 조성물을 제조하기 위해서는 알키드 수지가 물과 상용성을 가져야 하는데, 이를 도출하기 위해 조성물 중에 다중 사카라이드(polysaccharide) 유도체를 조성물 총량을 기준으로 하여 1∼10 중량%를 사용함과 동시에 물을 5∼50 중량%를 사용하도록 하고 있다. 다중사카라이드 유도체는 물에 다중사카라이드 입자들을 잘게 분산된 형태로 콜로이드 상으로 현탁된 상태이다. 이 다중사카라이드내의 수산화기(-OH)는 알키드 수지내에 있는 카르복실기(-COOH)와 수소 결합을 함으로써 발명하고자 하는 알키드 수지 도료 조성물에 물을 함유할 수 있게 할 뿐 아니라 도막의 내구성을 유지시키는 역할을 수행한다.

이렇게 다중사카라이드 유도체와 함께 일정액의 물이 도료 조성물에 함유되어 도료 제조 과정인 분산 과정을 거치는 동안에 물은 조성물 중의 비히클 부분에 에멀젼 형태로 안정화 되어 존재하게 된다. 도료에 함유된 물은 건조 과정에서 증발하여 대기로 순환되고, 도막에 남게 되는 다중 사카라이드는 알키드 수지 도료의 물성을 저하시키는 것이 아니라 제반 물성은 동등하면서도 오히려 고화 건조는 더 빨라 재도장 시간을 조금이나마 단축시켜 주는 장점이 있다.

본 발명에서는 다중사카라이드 유도체를 1∼10 중량%를 사용하는데 1 중량% 미만을 사용하면 물의 혼화량이 떨어져서 바람직하지 못하며, 10 중량%를 초과하면 경제적인 면에서, 그리고 과량 사용할 때는 알키드 수지와의 적절한 혼합비를 초과하여 오히려 도료와 도막의 물성을 저하시킬 우려가 있기 때문이다. 또한 물의 함유량은 5∼50 중량% 범위가 되도록 하는데 이는 다중사카라이드 유도체의 사용량에 적절히 대응하는 양으로서 5 중량% 보다 적으면 물의 사용량이 너무 적어 휘발성 유기 화합물의 양을 감소시키기 어려우며, 50 중량%를 초과하면 너무 과량이 사용되므로 도료와 도막의 물성이 현저히 저하될 우려가 있기 때문이다.

도료에 있어서 비히클(vehicle)이라 함은 안료 부분을 제외한 나머지 전체 성분을 포함하는 총칭이다. 따라서, 비히클에는 도막의 접착 성분인 수지, 각종 물성을 조정하는 첨가제, 용해력과 도장작업성을 돕는 희석제인 용제 등이 포함된다.

본 발명에 있어서 비히클의 일부인 수지로는 종래에 사용되어지는 알키드 수지를 사용한다. 이 알키드 수지는 그 유도체가 가장 많은 수지이기도 하며 본 발명에 있어서 알키드 수지는 알키드가 함유된 각종 유도체를 포함한 전 알키드 수지군을 말한다. 알키드 수지는 그 사용되는 종류가 다양하나 근본적으로 알키드 수지와 다중사카라이드와는 상기에서 언급한 바와 같이 수소 결합이 형성되고 물의 함유를 안정화시킬 수 있으므로 그 종류는 각각 다를 수 있어서 구체적으로 명시하지 않지만 그 사용이 제한되는 것은 아니다. 다만 알키드 수지의 사용량에 있어서는 다중사카라이드 유도체와 적절히 대응하여 물이 함유된 비히클을 형성하기 위하여 고형분 중량%로 5∼70 중량%가 되도록 한다. 만약 이의 사용량이 5 중량% 미만일 경우는 그 사용량이 너무 적어 다중사카라이드 유도체에 적절히 대응할 수 없고, 70 중량%를 초과하면 물과 다중사카라이드 사용량이 상대적으로 너무 적어져서 본 발명의 효과를 얻기가 어려워지기 때문이다.

본 발명에 있어서 비히클의 일부인 첨가제는 그 종류나 용도가 종래의 도료 조성물에 사용되는 것과 대부분은 동등하나 다만 첨가제 성분 중에 건조후까지 도막에 남아 있어 인간과 환경에 유해한 유해 중금속이 함유되지 않는 것을 특징으로 한다. 대부분의 첨가제는 유해한 중금속이 함유되어 있지 않으나 알키드 수지 도료의 경우는 건조 촉진제를 오르가노 메탈릭(organo metallics)을 사용하는데 그 중에서도 금속으로서 납이 함유된 것을 사용하는 것이 일반적이었다. 예를 들면 메탈릭나프타네이트(metallic naphthenates) 중에 납나프타네이트(lead naphthenate)를 일정량 사용하였으나 본 발명에서는 이를 사용하지 않고 대신에 칼슘이 함유된 칼슘나프타네이트(calcium naphthenate)를 일정량 사용하였다. 건조 촉진제로 사용되어지는 오르가노 메탈릭들의 종류나 함량은 알키드 수지의 종류나 양에 따라 각각 적정량이 선택적으로 사용되어지므로 여기에 그 함량이나 종류에 있어서 제한을 받는 것은 아니나 상기에서도 언급되었듯이 본 발명에서는 유해 중금속이 함유되지 않은 오르가노 메탈릭과 같은 첨가제 만을 사용하도록 한다.

본 발명에 있어서 비히클의 일부인 용제는 알키드 수지의 선택에 따라 달라지므로 그 사용이 제한되지 않는다. 다만 상기에서 언급하였듯이 본 발명의 핵심 사항인 물이 5∼50 중량% 사용된다. 이 물은 인체와 동식물의 주요 구성 성분이기도 하며 대기에 순환하는 가장 인간에게 유익하고 안전하며 이는 휘발 유기 화합물에 속하지 않는다. 따라서 본 발명에 의해 구성되어지는 도료 조성물은 종래의 제품에 비해 물의 함량 만큼이나 휘발 유기 화합물의 함량이 줄어들음을 의미한다고 볼 수 있다.

본 발명에는 상기에서 언급한대로 일정량 물이 함유되어 있어 이를 적절히 제어하지 않고 알키드 수지 도료 조성물과 같은 첨가물만을 사용할 경우 심각한 부작용이 초래될 수 있다. 예를 들면 현재 대부분 도료는 철재 용기에 저장하게 되는데 이 철재 용기에 보관시에 저장중에 철재 용기가 녹이 스는 경우가 발생한다. 특히 용기에 반쯤 담겨 있을 경우에는 더욱 그렇다.

따라서 이를 제어하는 방법으로 본 발명에서는 초기 발청 방지제를 조성물 총량을 기준으로 하여 0.01∼1 중량% 사용한다. 이의 사용량이 0.01 중량% 미만일 경우는 그 사용량이 너무 적어 효과가 없으며, 1 중량%를 초과하면 너무 과도하여 내수성 저하와 같은 도막의 물성에 악영향을 미치므로 사용하지 않는다. 이러한 첨가제로는 안식향산 암모늄(ammonium benzoate), 안식향산나트륨(sodium benzoate), 질산나트륨(sodium nitrate), 질산칼륨(potassium nitrate), 인산나트륨(sodium phosphate) 등이 있다. 초기 발청 방지제의 종류는 각각 다르므로 구체적으로 명시하지 않지만 그 사용이 제한되지 않는다.

본 발명에 사용되어지는 비히클의 양은 사용이 제한되지 않는다. 예를 들면 투명 도료인 경우는 비히클만을 사용하여 사용할 수 있으며 도료의 종류에 따라 그 양은 종래의 제품이 대부분 동등하게 사용되기 때문이다.

본 발명에 있어서 안료의 사용은 종래의 제품과 대부분 동등하게 사용되기 때문에 그 사용이 제한되는 것은 아니다. 다만 상기에서 언급한 인체와 환경에 유해한 중금속이 함유된 안료는 사용하지 않는 것을 특징으로 한다.

상기에서 언급한 본 발명의 도료 조성물에서 기타 첨가제 성분을 제외한 핵심적인 성분을 함량비와 함께 하기 표 1에 나타내었다.

성분명	배합량 (중량%)
물	5∼50
알키드 수지 고형분	5∼70
다중사카라이드 유도체	1∼10
초기 발청 방지제	0.01∼1

본 발명에 따른 도료 조성물은 휘발성 유기화합물의 함량이 현저히 줄어 들고 구성된 도막에는 유해 중금속이 함유되지 않은 것이다. 이하, 하기 실시예를 들어서 본 발명을 구체적으로 기술하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

<실시예>

분산제로 트로이사의 Troysol CD-1, 침강 방지제로 레옥스사의 Benton #34, 백색 안료는 이산화티타늄을, 소포제는 빅케미사의 BYK-066, 용제는 엘지정유사의 SOLVENT 210L, 피막 방지제는 우부흥산의 METHYL ETHYL KETOZIME, 초기 발청 방지제는 sodium benzoate, 건조 촉진제는 신일화학사의 칼슘 나프타네이트 4%, 코발트 나프타네이트 10%, 알키드 수지는 고형분 함량이 60 중량%인 디파이이사의 자연건조형 타입의 알키드 수지, 라로마사의 다중사카라이드 유도체(상품명: JA250-3TM)를 사용하여 조성물을 제조하였다. 구체적인 성분에 따른 조성을 하기 표 2에 나타내었다. 표 2에서 단위는 중량%이다.

성분명	배합량
알키드 수지	45.9
분산제	0.5
침강방지제	1
백색 안료	21
용제	8
초기 발청 방지제	0.1
물	15
코발트 나프타네이트 10%	0.5
칼슘 나프타네이트 4%	2
소포제	0.5
피막 방지제	0.5
다중사카라이드 유도체	5
합계	100

<비교예 1>

분산제로 트로이사의 Troysol CD-1, 침강 방지제로 레옥스사의 Benton #34, 백색 안료는 이산화티타늄을, 소포제는 빅케미사의 BYK-066, 용제는 엘지정유사의 SOLVENT 210L, 피막 방지제는 우부흥산의 METHYL ETHYL KETOZIME, 건조 촉진제는 신일화학사의 코발트 나프타네이트 10%, 납 나프타네이트 24%, 알키드 수지는 고형분 함량이 49 중량%인 디파이이사의 자연건조형 타입의 알키드 수지를 사용하여 조성물을 제조하였다. 구체적인 성분에 따른 조성을 하기 표 3에 나타내었다. 표 3에서 단위는 중량%이며 이는 자연 건조형 알키드 에나멜(KS M 5701)을 나타낸다.

성분명	배합량
알키드 수지	62.8
분산제	0.3
침강 방지제	0.8
백색 안료	21
용제	12.3
납 나프타네이트 24%	1.3
코발트 나프타네이트 10%	0.5
소포제	0.5
피막 방지제	0.5
합계	100

<비교예 2>

분산제로 트로이사의 Troysol CD-1, 침강 방지제로 레옥스사의 Benton #34, 백색 안료는 이산화티타늄을, 소포제는 빅케미사의 BYK-066, 용제는 엘지정유사의 SOLVENT 210L, 피막 방지제는 우부흥산의 METHYL ETHYL KETOZIME, 건조 촉진제는 신일화학사의 칼슘 나프타네이트 4%, 코발트 나프타네이트 10%, 알키드 수지는 고형분 함량이 60 중량%인 디파이이사의 자연건조형 타입의 알키드 수지, 라로마사의다중사카라이드 유도체(상품명: JA250-3TM)를 사용하여 조성물을 제조하였다. 구체적인 성분에 따른 조성을 하기 표 4에 나타내었다. 표 4에서 단위는 중량%이다.

성분명	배합량
알키드 수지	45.9
분산제	0.5
침강 방지제	1
백색 안료	21
용제	8.1
코발트 나프타네이트 10%	0.5
칼슘 나프타네이트 4%	2
물	15
소포제	0.5
피막 방지제	0.5
다중사카라이드 유도체	5
합계	100

<물성 시험>

하기 표 5의 도막 물성 시험 결과는 실시예와 비교예 1 및 2에서 수득한 도료 조성물을 사용하여 자연 건조형 알키드 에나멜(KS M 5701 1종 2급 백색)의 시험 방법과 품질 기준에 따라 실시하였고, 또한 휘발성 유기 화합물의 함량 및 유해 중금속의 함량은 배합량의 함유 성분과 정밀 기기 분석의 결과이며, 특히 표 6의 유해 중금속 함량은 상기에서 언급한 국립 품질 기술원 고시 제99-21호에 따랐다.

시험 항목	품질 기준	실시예	비교예 1	비교예 2
주도(KU)	75∼90	85	85	85
안료분(%)	15 이상	22	22	22

불휘발 전색제분(%)	30 이상	31	31	31
프탈산무수물분(%)	23 이상	25	36	25
총고형분(%)	45 이상	53	53	53
광택	85 이상	90	90	90
은폐율	0.88 이상	0.94	0.94	0.94
건조	지촉(2시간 이내)	30분	10분	30분
	고화(8시간 이내)	6 시간	6시간 30분	6시간
수분	1 이하	17	0.1	17
연화도	6 이상	7	7	7
확산 반사율	80 이상	85	87	85
용기내의 상태	양호할것	양호	양호	양호
붓작업성	양호할것	양호	양호	양호
저장성	양호할것	양호	철재용기 윗부분 발청	양호
희석 안정성	양호할것	양호	양호	양호
스프레이 작업성	양호할것	양호	양호	양호
냄새	양호할것	양호	양호	양호
나이프 시험	양호할것	양호	양호	양호
재도장 시험	양호할것	양호	양호	양호
굴곡성	양호할것	양호	양호	양호
내수성	광택보유율 90% 이상	양호(91%)	양호(98%)	양호(94%)
내휘발유성	광택보유율 90% 이상	양호(94%)	양호(97%)	양호(93%)
촉진 내후성	광택보유율 70% 이상△ L이 4 이하	82%△ L: 0.94	82%△ L: 0.92	81%△ L: 0.97
휘발성 유기화합물(vol %)	없음	45.4	61.5	45.5

시험 항목	품질 기준	실시예	비교예 1	비교예 2
납(Pb)	90 ㎎/㎏ 이하	10 이하	300	10 이하
안티몬(Sb)	60 ㎎/㎏ 이하	10 이하	10 이하	10 이하
비소(As)	25 ㎎/㎏ 이하	5 이하	5 이하	5 이하
바륨(Ba)	1000 ㎎/㎏ 이하	10 이하	10 이하	10 이하
카드뮴(Cd)	75 ㎎/㎏ 이하	5 이하	5 이하	5 이하
크롬(Cr)	60 ㎎/㎏ 이하	10 이하	10 이하	10 이하
수은(Hg)	60 ㎎/㎏ 이하	5 이하	5 이하	5 이하
세레륨(Se)	500 ㎎/㎏ 이하	25 이하	25 이하	25 이하

상기 비교예 1의 시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 알키드 수지 도료 에나멜(KS M 5701)의 경우는 휘발성 유기 화합물이 실시예의 경우보다 16 부피%나 많으며 유해 중금속인 납이 기준치를 상회하여 함유되어 있다.

상기 시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이 알키드 수지 도료 조성물에 초기발청 방지제를 투입하지 않을시 저장성 시험(60℃)에서 철재 용기에 부식이 생기지만 긴다. 본 발명에서와 같이 초기 발청 방지제를 0.01∼1 중량% 사용한 도료 조성물에서는 이러한 부식이 발생하지 않는다.

이상과 같이 본 발명에 따른 도료 조성물은 실시예에서와 같이 수분 함량을 제외하고는 종래의 자연건조형 알키드 수지 에나멜(KS M 5701)과 전 항목의 시험 결과가 시험 기준에 준하면서 종래의 도료보다 휘발성 유기 화합물의 함유량이 적고, 유해 중금속이 납이 없어서 종래의 알키드 수지 도료보다는 대기 오염이나 인간에 미치는 영향이 적은 새로운 개념의 도료 조성물이다.

또한 본 발명의 도료 조성물은 종래의 알키드 수지 도료 조성물과 제반 물성은 동등하나 일정량의 물이 함유되어 사람과 환경에 악영향을 미치는 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds)의 함량이 획기적으로 적을 뿐 아니라 종래에 사용되던 인체에 유해한 중금속이 들어 있지 않아서 보다 안전하게 제조된 알키드 수지 도료 조성물에 관한 것이다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 명확히 인지할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 조성물 총량을 기준으로 하여 알키드 수지를 고형분으로 5∼70 중량%, 물 5∼50 중량% 및 다중사카라이드 유도체 1∼10 중량%를 포함하는 도료 조성물.
2. 제1항에 있어서, 초기 발청 방지제를 조성물 총량을 기준으로 하여 0.01∼1 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
3. 제2항에 있어서, 상기 초기 발청 방지제가 안식향산암모늄(ammonium benzoate), 안식향산나트륨(sodium benzoate), 질산나트륨(sodium nitrate), 질산칼륨(potassium nitrate) 및 인산나트륨(sodium phosphate) 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
4. 제1항에 있어서, 건조 촉진제로서 칼슘 나프타네이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
5. 제1항에 있어서, 휘발성 유기 화합물의 함량이 부피비로 50 부피% 이하인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.