KR100465624B1 - 수용성 무기질 분말 도장재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화력발전소의 미분탄 연소 후 발생되는 무기질 석탄회(fly ash, bottom ash)를 수거하여 미연탄소분을 선별 제거한 뒤 500메시의 고 분말로 분쇄하고 이를 무기질 급결제 및 석분 등과 혼합함으로써, 자외선에 의한 열화가 없으며, 염분에 대한 저항성이 강하고, 접착력과 내구성, 내열성, 내산성 및 내알칼리성 등이 우수하며, 수용성이므로 물만 있으면 누구나 쉽게 사용 가능하고 석분(石粉)과 석탄회에서 동시에 발생되는 원적외선과 음이온으로 인하여 실내공기가 쾌적해지고 휘발성유기화합물(VOC)이 발생되지 않는 무기질이므로 친환경적이며, 저렴한 석탄회를 이용하므로 제품가격을 낮출 수 있는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 석탄회 18 ~ 22중량%, 수용성 무기질 폴리머 15 ~ 17중량%, 탈크 12 ~ 15중량%, 백시멘트 18 ~ 20중량%, 무기질 급결제 3 ~ 5중량%, 이산화규소(SiO2) 16 ~ 25중량%, 산화티타늄(TiO2) 2 ~ 3중량%, 분산제 1 ~ 2중량%, 증점제 0.2 ~ 0.3중량%, 소포제 1 ~ 1.5중량%, 지연제 0.1 ~ 0.3중량% 및 숯 분말 0.1 ~ 0.2중량%의 조성비를 갖는 특징이 있다.

Description

수용성 무기질 분말 도장재 조성물{A composition of coating materials}
본 발명은 화력발전소의 미분탄 연소 후 발생되는 무기질 석탄회와 석분(일라이트, 포졸란, 세라믹분말, 세레사이트, 옥, 황토 및 백운석 등)를 이용하여 수용성 무기질 도장재를 생산함으로써, 기후와 자외선에 의한 열화가 없으며, 오염물질과 염분에 대한 저항성이 강하고, 접착력, 내구성, 내열성, 내산성 및 내알칼리성이 우수하며 석탄회와 석분에서 동시에 발생되는 원적외선과 자외선의 상승작용으로 실내공기가 쾌적해지는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 미장 시 바르는 시멘트 몰탈은 구조물의 마감처리재로서 거친 구조물의 표면을 평활하게 하는 일종의 장식효과와 벽지를 바르거나 장식용 도장재를 바를 수 있도록 바탕을 제공함에 있다. 또 해초로부터 얻어지는 알긴산용액으로 반죽되는 회반죽 바름재가 있어 한옥, 사찰 등의 벽 바름재 등 특수용도로서 사용하고 있으나 내수성이 약하고 강도가 약한 결점을 갖고 있다. 그밖에 황토의 점성을 이용한 황토 바름재가 최근 원적외선을 방사하는 기능이 있다하여 한증막, 사우나, 찜질방 등의 벽체 바름재로 이용하고 있으나 이는 특수목적의 원적외선 방사기능이외에 내수성 및 강도가 약할 뿐만 아니라 내구성도 거의 없는 특수용도의 바름재라 할 수 있다.
최근에는 시멘트 바름재가 갖지 못하는 기능과 특수용도로 사용되는 종래 바름재의 취약점을 해결할 수 있는 바름재 조성물이 개발되고 있다.
특허 제418192호는 일반적 특성인 강도, 내구성을 확보하면서도 원적외선 방사기능, 항균성, 탈취기능 등 특수기능을 갖는 견운모 분말을 주재로 하는 환경 친화적인 바름재 조성물이다. 이는 원적외선 방사기능, 탈취 및 항균성을 갖는 천연광물인 견운모를 주성분으로 하여 시멘트, 무기질 재료 및 유기질 재료로서 수용성 폴리머, 접착 및 유동화제 등을 배합하여 구성된다. 견운모는 정수작용이 우수하며 자체함수 기능으로 보습효과가 크고 활성도가 높은 고유의 특성 이외에도 상온에서 5 ~ 20마이크로폰 파장의 원적외선을 90%이상 방사하는 특징이 있고 강력한 음이온을 발산하는 흡착력이 우수한 광물이다.
그러나 견운모는 채굴 장소가 한정되므로 쉽게 구할 수 없으며 가격이 비싸 도장재를 저렴하게 제작할 수 없는 단점이 있었다. 그리고 접착제 및 유동화제에서 발생되는 휘발성분으로 인하여 인간의 면역체계를 약화시키는 휘발성유기화합물(VOC)이 발생되고 실내공기를 오염시키는 등의 단점이 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 화력발전소의 미분탄 연소 후 발생되는 무기질 석탄회(fly ash, bottom ash)를 수거하여 미연탄소분을 선별 제거한 뒤 500메시의 고 분말로 분쇄하고 이를 무기질 급결제 및 석분 등과 혼합함으로써, 자외선에 의한 열화가 없으며, 염분에 대한 저항성이 강하고, 접착력과 내구성, 내열성, 내산성 및 내알칼리성 등이 우수하고, 수용성이므로 물만 있으면 누구나 쉽게 사용이 가능하며 석분과 석탄회에서 동시에 발생되는 원적외선과 음이온으로 인하여 실내공기가 쾌적해지고 휘발성유기화합물(VOC)이 발생되지 않는 무기질이므로 친환경적이며, 저렴한 석탄회를 이용하므로 제품가격을 낮출 수 있는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 석탄회 18 ~ 22중량%, 수용성 무기질 폴리머 15 ~ 17중량%, 탈크 12 ~ 15중량%, 백시멘트 18 ~ 20중량%, 무기질 급결제 3 ~ 5중량%, 이산화규소(SiO2) 16 ~ 25중량%, 산화티타늄(TiO2) 2 ~ 3중량%, 분산제 1 ~ 2중량%, 증점제 0.2 ~ 0.3중량%, 소포제 1 ~ 1.5중량%, 지연제 0.1 ~ 0.3중량% 및 숯 분말 0.1 ~ 0.2중량%의 조성비를 갖는 특징이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
화력발전소에서 대부분 연소된 석탄회는 배연가스와 함께 보일러로부터 배출된다. 이때 집진기에 포집되는 플라이 애쉬(fly ash)는 70 ~ 80% 이상은 10㎛이하의 입경으로 이루어져 있으며, 보일러의 하부에 낙하되는 괴상(塊狀) 또는 큰 입경의 석탄회(10 ~ 15%)를 버텀 애쉬(bottom ash)라고 부른다.
본 발명은 석탄회(플라이 애쉬 또는 버텀 애쉬)를 미연탄소분이 제거되도록 선별 세척 후 분쇄기에서 500메시의 고 분말로 분쇄 선별하여 분말화 한 것이다. 석탄회는 완전 무기물로써 표 1은 버텀 애쉬의 화학 성분을 분석한 시험 성적표 이다.
[표 1] KG 분석센타(주) 2004. 4. 16
미량성분 주성분
분석항목 분석결과 분석항목 분석결과
pH[1:10] 9.61 SiO2(%) 61.0
Pb(mg/kg) 35.2 Fe2O3(%) 6.06
Cd(mg/kg) 2.5 Al2O3(%) 17.3
Cu(mg/kg) 45.2 TiO2(%) 0.65
Cr(mg/kg) 65.1 CaO(%) 10.11
As(mg/kg) 흔적 MgO(%) 1.64
Hg(mg/kg) 흔적 K2O(%) 0.44
Zn(mg/kg) 50.5 Na2O(%) 0.54
Ni(mg/kg) 60.2 강열감량(%) 2.1
수용성Cl(%) 0.35 SO3(%) 0.01
수분(%) 0.34 * 흔적 : 검출한계 이하 표시임
상기 표 1에서 알 수 있듯이 석탄회인 버텀 애쉬 분말은 무기질이므로 휘발성유기화합물(VOC)을 발생시키지 않으며 수은, 비소 등의 유해 중금속이 없으므로 친환경적이다. 그리고 원적외선과 음이온이 방사되므로 항균, 향취 및 살충기능을 가지며 알칼리성이므로 시멘트의 독성을 중화시키고 냄새를 없애 실내 공기를 오염시키지 않는다. 본 발명 도장재는 석탄회의 함량을 높여 시멘트 량을 줄일 수 있으며 자원을 재활용하므로 친환경적인 특징이 있다.
본 발명은 석탄회와 함께 음이온 및 원적외선을 방사하여 상승작용을 일으키는 석분이 혼합된다. 석분은 천연 무기질 광물로써 일라이트, 포졸란, 세라믹분말(Insuladd), 세레사이트, 옥, 황토, 운기석 및 백운석 등이 사용된다. 석탄회와 석분을 혼합한 무기질 도장재의 경우 일반 세라믹 분말만 사용한 무기질 도장재에 비하여 원적외선과 음이온의 발생량이 휠씬 높게 나타나며 특히 열전도율, 열차폐 성능, 열반사, 결로 등 단열성능에서 우수한 성능을 나타냈다.
석분은 휘발성유기화합물을 발생시키지 않는 친환경적인 소재로써 하기 표 2에서 석탄회와 석분의 성분을 비교 분석하였다.
[표 2] 석탄회와 석분의 성분분석
시멘트 일라이트 세라믹분말 석탄회(버텀 애쉬) 포졸란 운기석
SiO2(%) 50.9 69.1 64.5 61.0 59.7 78.6
Fe2O3(%) 8.6 1.14 0.31 6.06 3.37 0.73
Al2O3(%) 20.2 11.2 32.3 17.3 17.8 10.5
TiO2(%) 0.72 0.25 1.46 0.65 0.70 0.03
CaO(%) 14.8 2.21 0.17 10.11 1.93 2.40
MgO(%) 1.1 0.91 0.15 1.64 2.34 0.31
K2O(%) 0.67 1.97 0.26 0.44 5.93 2.4
Na2O(%) 0.29 1.82 0.18 0.54 1.51 2.01
SO3(%) 0.1 검출않됨 0.01
Cl 0.21
감열감량(%) 1.8 11.3 2.1 2.5
P2O3(%) 0.08
MnO(%) 0.06
Ge(ppm) 4.9
상기 표 2에서와 같이 석탄회 버텀 애쉬와 석분은 그 주성분이 동일하므로 원적외선 및 음이온이 함께 방사되며 무기질이므로 휘발성분이 발생되지 않는 친환경 소재이다. 따라서 원적외선과 음이온의 상승작용으로 실내공기가 더욱 쾌적해지고 신진대사를 촉진시키며 실내의 항균, 향취 및 살충성을 높이는 효과가 있다.
그 밖에 본 발명은 고온에 견디고 팽창률이 적으며 급격한 열 변화에 강하고 고강도 및 내구성을 갖는 이산화규소, 물이나 유기질 용액에 의한 팽윤성이 없으며 도료의 침강 방지 및 내화성을 갖게 하는 탈크, 수용성 무기질 폴리머(EVA수지, 아크릴 수지 및 에틸렌계 수지), 백시멘트 및 석탄회의 유동성을 좋게 하며 반응물질의 조직을 치밀화 시켜 내구성을 향상시키는 무기질 급결제 등을 사용하는 특징이 있다.수용성 무기질 폴리머는 재유화형 분말수지이며 도장재의 휨강도를 증진시켜 크랙을 방지시키고 발수기능을 갖게 해준다.
탈크는 활석이라고도 하며 주성분은 3MgO, 4SiO2, H2O 이다. 백색 또는 담홍색의 지방감이 풍부하고 모오스 경도 1의 연한 광물로써, 물이나 유기질 용액에 의한 팽윤성이 없고 이온교환도 거의 없으며 내산성을 가진다. 그리고 분말화 할 경우 점도가 증가되며 백색도, 입도분포, 입자모양, 흡수율 및 분산도 등이 있으므로 주로 도료의 침강 방지제, 광택제거제, 내화도료 및 수성 등에 사용된다. 탈크는 페인트의 필름 강화, 주요 안료의 소비량 감소, 페인트 광택 조절, 내구력 향상, 산화 억제 및 내부식성, 에멀젼 페인트의 지속성 강화 및 번짐 방지, 도로 페인트의 마모도 저항력, 페인트의 오염방지 및 착색저항력을 향상시키는 특징이 있다.
이산화규소(SiO2)는 규산무수물이라고도 하며 천연으로 존재하는 각종 규산염 속의 성분으로서 이산화 규산을 말한다. 천연 석영, 수정, 옥수, 마노, 부싯돌, 규사, 인규석, 홍연석 등에 결정 또는 비 결정으로 산출되며 쉽게 구할 수 있는 물질이다. 내열성이 좋고 팽창률이 적으므로 급격한 열 변화에 강한 특징이 있다.
본 발명은 그 밖에 내열성 산화 티타늄(TiO2), 분산제, 증점제, 소포제, 지연제 및 숯 분말이 사용된다.
분산제는 Polycarboxylic Acid type 고분자 계면활성제로서 안료의 분산에 뛰어나고 무기안료의 분산과 안료 슬러리의 점도를 낮추는데 사용된다.
소포제는 거품을 깨고 억제하는 기능을 하는 것으로 기름상의 물질 또는 수용성 계면활성제가 이용된다.
무기질 급결제는 석탄회, 석분 및 백시멘트의 친화력을 높여 잘 결합되도록 해주고 유동성을 좋게 하며 반응물질의 조직을 치밀화 시켜는 특징이 있으며 그 화학성분은 하기 표 3와 같다.
[표 3] KG 분석센타(주) 2004. 5. 7
미량성분 주성분
분석항목 분석결과 분석항목 분석결과
pH[1:10] 10.85 SiO2(%) 2.22
Pb(mg/kg) 39.5 Fe2O3(%) 0.42
Cd(mg/kg) 1.8 Al2O3(%) 20.08
Cu(mg/kg) 10.5 TiO2(%) 1.04
Cr(mg/kg) 105.4 CaO(%) 45.36
As(mg/kg) 흔적 MgO(%) 0.36
Hg(mg/kg) 흔적 K2O(%) 0.77
Zn(mg/kg) 28.5 Na2O(%) 2.73
Ni(mg/kg) 22.7 강열감량(%) 0.20
수용성Cl(%) 흔적 SO3(%) 27.06
수분(%) 0.12 * 흔적 : 검출한계 이하 표시임
상기 표 3에 나타난 바와 같이 급결제는 비소, 수은 등의 유해 중금속이 검출되지 않으므로 친환경적이며, 물과 혼합하여 사용하므로 별도의 혼화제가 불필요한 특징이 있다. 그리고 백시멘트, 석분, 석탄회 및 물과 잘 혼합되며 물시멘트비의 조절이 자유롭고 일정 단위 포장 운반 및 현장 교반이 가능하므로 취급이 용이한 특징이 있다.
[실시예 1]
미연탄소분이 제거된 500메시의 고 분말 석탄회 18 ~ 22중량%, 수용성 무기질 폴리머 15 ~ 17중량%, 탈크 12 ~ 15중량%, 백시멘트 18 ~ 20중량%, 무기질 급결제 3 ~ 5중량%, 이산화규소(SiO2) 16 ~ 25중량%, 산화티타늄(TiO2) 2 ~ 3중량%, 분산제 1 ~ 2중량%, 증점제 0.2 ~ 0.3중량%, 소포제 1 ~ 1.5중량%, 지연제 0.1 ~ 0.3중량% 및 숯 분말 0.1 ~ 0.2중량%의 조성비를 갖는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물.
실시예 1의 조성물은 포대 단위로 포장 운반이 가능하며 현장에서 물에 희석 사용하므로 누구나 쉽게 사용할 수 있는 특징이 있다. 그리고 수용성 무기질로써 석탄회 시멘트의 독성과 냄새가 제거되고, 우수한 접착력으로 도색된 부분이 쉽게 떨어지지 않는다. 기후 및 자외선에 강하고, 고 분말 재료를 사용하므로 작업이 용이하며, 시공 후 얼룩이 발생되지 않으며 염분, 산에 강하고 건축 결로 방지, 항균 및 시멘트 냄새 제거에 효과적이다.
본 발명은 백시멘트의 량을 줄이고 석탄회를 사용하므로 자원 재활용성이 좋으며, 석탄회를 저렴한 가격으로 구입할 수 있으므로 도장재 조성물의 가격을 낮출 수 있는 특징이 있다.
[실시예 2]
상기 실시예 1의 조성물과 동일하며 단지 석탄회의 량을 줄이고 석분을 첨가한 것으로서, 석탄회는 8 ~ 12중량%, 석분은 9 ~ 12중량%의 조성비를 갖는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물.
상기 실시예 2에서 석분은 일라이트, 포졸란, 세라믹분말, 세레사이트, 옥, 황토, 백운석 및 운기석 중 적어도 하나 이상 배합된 것이다. 석분과 석탄회에서 동시에 다량 방출되는 원적외선에 의해 실내공기가 쾌적해 지고, 항균성과 탈취성 및 음이온이 방출되는 특징이 있다. 그리고 원하는 색으로 도장재를 만들 수 있다.
[실시예 3]
상기 실시예 1의 조성물 총중량에 대하여 형광도료를 5 ~ 20중량% 첨가한 수용성 무기질 분말 도장재 조성물.
실시예 3의 도장재 조성물을 사용하면 형광도료에 포함된 형광재로 인하여 야간이나 우천시 도로의 차선 식별력이 우수하게 되며, 지하실 화재시 대피 통로식별력이 향상되는 특징이 있다. 그리고 지하 주차장, 다중이용시설인 지하철의 대피로, 전주 등의 주요 구조물 인식표로 활용할 수 있다.
본 발명에 의한 실시예 1 내지 실시예 3의 물리 화학적 성능 및 특수기능은 하기 표 4와 같다.
[표 4-1] 한국건자재시험연구원(물리적 성능)
시험항목 품 질 기 준 시험결과 시험방법
굽힘성 균열과 박리가 없을 것 이상 없음 KS D 8502
충격성 직접충격에 의한 박리면적이 3㎠ 이하이고 간접충격에 박리가 없을 것 이상 없음 KS D 8502
저온,고온반복 균열과 박리가 없을 것 이상 없음 KS D 8502
부착강도 150(N/㎠)이상 257(N/㎠) KS F 4919
내수성 시험한 도막은 주름이 없고, 다시 유화 되거나 변화가 없어야 됨 이상 없음 KS M 5000
흡수량 물속 24시간 침적 경과 후 침적전과 후의 편차가 0.4g 이하여야 한다. 0.19g KS F 4919
난연성 난연 1급의 표면시험에 합결할 것 1급 KS F 2271
[표 4-2] 한국건자재시험연구원(화학적 성능)
시험항목 품 질 기 준 시험결과 시험방법
내염수성 5% Nacl 용액에 72시간 침전시 녹과 부풀음이 없을 것 이상 없음 KS M 5000
내알칼리성 수산화나트륨용액(5W/V%)에 168시간 침지시 이상 없어야 한다. 이상 없음 KS M 5307
내산성 상동 이상 없음 KS M 5307
냄새,맛 무취, 무미이여야 함 이상 없음 KS D 8502
[표 4-3] 한국건자재시험연구원(원적외선 성능평가)
시험항목 품 질 기 준 시험결과 시험방법
원적외선 방사율 0.90이상(5~20㎛) 0.917(5~20㎛) KICM FIR 1005
방사에너지 3.62×102(W/㎡·㎛,40℃) 3.62×102(W/㎡·㎛,40℃) KICM FIR 1005
탈취율 120분 후 60%이상 96% KICM FIR 1004
항곰팡이성 시료에서 균의 성장이 없을 것 이상 없음 KICM FIR 1001
상기 표 4에서와 같이 본 발명에 의한 도장재 조성물은 물리 화학적 성능 및 원적외선 방사 성능이 우수하고 기능성 도장재 규격 및 품질 기준에 적합한 것으로 나타났다.
그리고 물성이 우수하고 특수기능인 원적외선 방사기능, 탈취율, 항균성이 뛰어나 아파트의 벽체 및 바닥도장, 자하주차장, 호텔, 병원, 음식점의 내부도장, 목욕탕, 찜질방, 사우나실 등의 벽체도장, 저수지, 물탱크, 저온창고 및 냉동식품 창고 등의 내부 도장에서부터 선상 또는 선저 도장재로서 폭넓게 사용할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 저렴하게 구할 수 있는 석탄회를 이용하여 기능성 도장재를 만들기 때문에 가격을 낮출 수 있으며, 자외선에 의한 열화가 없고, 염분에 대한 저하성이 강하며, 우수한 접착력과 내구성, 내열성, 내산성 및 내알칼리성 등이 우수하고, 수용성이므로 물만 있으며 누구나 쉽게 사용이 가능한 특징이 있다.
본 발명은 석탄회와 석분에서 원적외선과 음인온이 동시에 다량 방사되므로 이들의 상승작용으로 실내 공기가 쾌적해 지는 특징이 있으며, 형광물질을 함께 섞어 사용할 경우 다중이용시설인 지하철의 도장 및 식별표시, 비상구 표시 등 불빛이 없는 야간에 비상표식으로서 폭넓게 사용할 수 있으며, 항균성과 원적외선이 우수하고 음이온이 방출되므로 신규아파트의 도장재로 사용할 경우 유해 환경호르몬 물질로부터 입주자들을 보호할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 석탄회 18 ~ 22중량%, 수용성 무기질 폴리머 15 ~ 17중량%, 탈크 12 ~ 15중량%, 백시멘트 18 ~ 20중량%, 무기질 급결제 3 ~ 5중량%, 이산화규소(SiO2) 16 ~ 25중량%, 산화티타늄(TiO2) 2 ~ 3중량%, 분산제 1 ~ 2중량%, 증점제 0.2 ~ 0.3중량%, 소포제 1 ~ 1.5중량%, 지연제 0.1 ~ 0.3중량% 및 숯 분말 0.1 ~ 0.2중량%의 조성비를 갖는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    석탄회는 미연탄소분이 제거된 500메시의 고 분말 플라이 애쉬 또는 버텀 애쉬 중 하나임을 특징으로 하는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    무기질 분말 도장재 조성물 총 중량에 대하여 5 ~ 20중량%의 형광도료가 포함됨을 특징으로 하는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물.
  4. 석탄회 8 ~ 12중량%, 석분 9 ~ 12중량%, 수용성 무기질 폴리머 15 ~ 17중량%, 탈크 12 ~ 15중량%, 백시멘트 18 ~ 20중량%, 무기질 급결제 3 ~ 5중량%, 이산화규소(SiO2) 16 ~ 25중량%, 산화티타늄(TiO2) 2 ~ 3중량%, 분산제 1 ~ 2중량%, 증점제 0.2 ~ 0.3중량%, 소포제 1 ~ 1.5중량%, 지연제 0.1 ~ 0.3중량% 및 숯 분말 0.1 ~ 0.2중량%의 조성비를 갖는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    석분은 일라이트, 포졸란, 세라믹분말, 세레사이트, 옥, 황토, 백운석 및 운기석 중 적어도 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 하는 수용성 무기질 분말 도장재 조성물.
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