KR100574828B1 - 의장성 수성도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의장성 수성도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축용 의장성 내부 인테리어 수성도료의 조성물을 구성함에 있어서, 우레탄 디스퍼션 수지에 동공 형태의 발포성 유기 필라를 사용함으로써 피도물에 적용시 상온 건조에서 스웨이트 질감을 나타내고 부드러운 감성 질감과 다채무늬 질감을 나타낼 수 있도록 개선된 의장성 수성도료 조성물에 관한 것이다.

Description

의장성 수성도료 조성물{A composition of water paint having decorative proporty}

본 발명은 의장성 수성도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축용 의장성 내부 인테리어 수성도료의 조성물을 구성함에 있어서, 우레탄 디스퍼션 수지에 동공 형태의 발포성 유기 필라를 사용함으로써, 피도물에 적용시 상온 건조에서 스웨이트 질감을 나타내고 부드러운 감성 질감과 다채무늬 질감을 나타낼 수 있도록 개선된 의장성 수성도료 조성물에 관한 것이다.

최근들어 산업이 고도로 발전하고 경제성장이 빠르게 진행됨에 따라 건축물의 고급화 추세가 고조되고 있는 가운데 건축용 도료의 고급화 현상이 두드러지고 있으며, 그 중 특히 건축물 내부에 적용하는 기능성 수성 인테리어용 도료가 각광을 받고 있으나 도료의 가격이 비싼 관계로 주로 인테리어 소품에만 적용되고 있는 실정이다.

종래의 의장성 기능을 부여하는 인테리어용 도료의 조성물로는 고가의 스웨이드 안료에 탄성이 우수한 우레탄 디스퍼션 수지를 적용한 형태와 일반 착색안료에 우레탄 디스퍼션 수지를 사용하는 형태 및 피혁 단백질인 콜라겐을 사용하는 형태가 주로 사용되고 있으나, 우수한 감성 질감을 위하여 스웨이드 안료를 사용하는 감성도료가 우세한 추세이다.

이러한 의장성 감성도료에 대한 예로, 일본특허공개 평 3-139582 호에서는 부드러운 질감과 다채무늬 질감을 위하여 우레탄 디스퍼션 수지에 이산화티탄을 코팅하여 제조한 비드를 적용한 의장성 수성도료의 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제 5,621,023 호에서는 스웨이드 도료에 적용되는 색채입자를 적용한 도료 의 제조기술을 발표하고 있다.

이러한 도료의 주성분은 부드러운 촉감을 나타내는 우레탄 디스퍼션 수지와 비드 형태의 스웨이드 안료로서, 여기서 사용되는 비드 형태의 스웨이드 안료는 안료를 구성하는 비드가 이소시아네이트 그룹과 알코올 그룹을 중합시켜 폴리우레탄을 합성한 형태와, 이소시아네이트 그룹과 중화제로 사용되는 아민 그룹이 중합된 형태인 폴리우레아를 함께 공중합한 형태의 수지를 이용한 것으로서, 이 수지에 이산화티탄 파우더를 분산시킨 후 스프레이 드라이어 공정을 적용하여 제조할 수 있는 구상 형태의 유기 수지가 코팅되어 있는 형태의 안료가 사용되고 있다.

그런데, 이러한 스웨이드 안료는 탄성감이 우수하고 내용제성 및 내마모성이 우수하며 고급 감성질감을 나타낼 수 있으나, 내후성이 불량하고, 가격이 매우 고가이며, 우레탄 디스퍼션을 코팅하기 때문에 입도조정이 난해하고 분산성이 불량한 단점을 가지고 있다. 또한 도료에 적용시 입자 크기가 상대적으로 다른 안료들에 비하여 크므로 붓도장 또는 롤러도장시 비드의 입경과 입도 분포를 고려해야 하는 문제점을 안고 있다.

한편, 상기 수지를 아크릴계 에멀젼 수지로 사용하게 되면 내후성이 양호하고 가격이 적절한 점에서는 유리하지만, 도막의 경도가 높고 유연성을 갖추지 못하여 의장성 기능을 부여하는 인테리어용 도료에는 부적합한 것으로 확인되었다.

또한, 제조 비용이 상대적으로 싼 비닐 중합체의 경우, 아크릴 에멀젼에 비하여 소프트한 질감 및 양호한 물성을 갖는 것으로 실험결과 확인되었으나, 의장성 감성도료에 필요한 물성에는 못미치는 것으로 판단된다.

위와 같은, 종래의 의장성 도료 조성에서 안료로 인해 나타나는 제문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 상대적으로 고가이며 다루기 쉽지 않은 비드 형태의 스웨이드 안료를 사용하지 않고서도 이와 대등한 소프트 질감 및 감성 그리고 다채무늬질감을 나타낼 수 있는 특성을 가진 성분으로 동공 형태의 발포성 유기 필라를 새로이 도입하게 되면 경제적으로도 만족할만한 효과를 얻을 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 종래에 개선의 여지가 많았던 의장성 수성 인테리어용 도료로써, 기존의 고가인 의장성 감성도료들을 새로운 성분인 동공 형태의 폴리비닐리덴 유기 필라로 대체하여 사용함으로써 경제적으로도 내용제성, 내약품성, 내수성 등의 물성이 우수한 도막을 형성할 수 있을 뿐아니라 작업성도 개선된 내부 인테리어용 의장성 수성도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 수용성 우레탄 디스퍼션 수지를 주성분으로 하고 증류수, 습윤/분산제, 용제, 안료, 소포제 및 증점제를 함유하는 의장성 수성도료 조성물에 있어서, 상기 안료성분으로 무기안료외에 동공형태의 구상 발포성 유기필라가 함유되어 있는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 종래에 스웨이드 안료를 적용하는 감성 도료의 경우 제조 및 판매 가격이 높고, 대체적으로 2액형 형태로서 작업성이 불편한 점을 개선하기 위해 고가인 스웨이드 안료를 보다 저렴한 동공형태의 구상 발포성 유기필라로 대체하면서 분산성도 증진시킬 수 있는 1액형의 상온 경화형 수용성 감성 도료를 제조한 것이다

이와 같이, 본 발명에 따른 도료형태는 현재의 감성 도료에 비하여 상대적으로 제조 비용을 많이 낮출 수 있으며, 작업자의 작업성을 간소화 할 수 있고, 수용성이므로 용제형 도료에 비하여 인체에도 덜 해로운 도료의 제조가 가능하다는 장점을 갖고 있다.

본 발명에서 주성분으로 사용되는 우레탄 디스퍼션 수지는 그 화학적 구조가 30 ∼ 70％의 고형분을 갖는 폴리이소시아네이트에 지방족 폴리에스테르 폴리올이 결합된 폴리우레탄 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 10 ∼ 25％ 메틸 피롤리딘이 포함되어 있는 것으로서, 부드러운 탄성과 상대적으로 높은 인장력을 나타내며 우수한 물성을 나타낸다. 이러한 우레탄 디스퍼션 수지는 전체 도료조성에 대하여 30 ∼ 60 중량％로 사용하여 부착력 증진과 도료의 전반적인 물성을 좌우하는데, 그 사용량이 상기 범위보다 적으면 도막 형성능력이 떨어지고 부착성, 내후성 등의 각종 물성이 불량해지며, 상기 범위를 초과하면 도막의 부드러운 감성 및 슬립성이 불량하고 도막이 태키(Tacky)한 문제를 갖는다.

또한, 본 발명에서는 습윤/분산제로서 통상의 성분을 사용할 수 있으며, 예컨대 테트라메틸 데신디올(tetramethyl decyne diol)이 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 습윤/분산제는 전체도료 조성에 대하여 0.2 ∼ 0.5 중량％로 사용하여 함께 첨가되는 무기안료 및 동공 형태의 구상 유기 필라에 대한 분산성 향상과 도료의 저장 안정성 향상을 촉진하는데, 0.2 중량％ 미만에서는 안료의 분산성이 감소하여 도막에 응집체가 형성되어 좋지 못하고, 0.5 중량％보다 과량에서는 도막의 내수성 및 소포력에 문제점을 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 용제는 동공 형태를 갖는 구상 유기 필라의 용해 파라미터 범위 내에 속하는 용제를 사용하며, 일반적인 용제 형태와 유사한 통상의 것을 사용될 수 있는 바, 예컨대 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 등이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명에서 안료성분으로 사용되는 무기안료는 역시 통상의 것이 사용될 수 있으며, 예컨대 이산화티탄이 바람직하게 사용될 수 있으며, 도막의 은폐 및 광택도 등에 영향을 준다. 이러한 무기안료는 전체도료 조성에 대하여 10 ∼ 40 중량％로 사용될 수 있는 바, 10 중량％ 미만에서는 은폐력 및 광택력에 문제를 나타내며, 40 중량％를 초과하면 초킹 및 오염성의 문제가 있다.

또한, 본 발명에서 특징적으로 사용되는 유기 필라는 동공 형태이며 구상인 발포성 유기 필라로서, 예컨대 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐 n-부티레이트(PVNB)등이 사용될 수 있으며, 바람직하기로는 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC)를 사용할 수 있다. 이러한 유기 필라는 그 물성에 따라 부드러운 도막감을 얻을 수 있도록 전체도료 조성에 대하여 10 ∼ 40 중량％로 사용될 수 있는데, 그 사용량이 10 중량％ 미만에서는 부드러운 감성 질감을 나타낼 수 없었으며 다채무늬 질감도 불량하고, 40 중량％ 초과에서는 초킹의 문제와 내수성이 불량한 문제가 있다.

위와 같이 사용되는 유기필라는 탄성력이 강한 도료에 적용되며 CO₂ 및 대기중의 다른 산성 기체에 대한 우수한 방어 능력을 갖고 있다. 따라서, 동공의 구상 발포체이므로 (large void volume) 은폐를 강화시켜주고, 수지의 양을 상대적으로 적게 적용이 가능하다. 또한 구상 내부에 충전되어 있는 가스의 누출이 이루어지지 않고, 구상 형태가 계속적으로 유지되므로 우수한 물성을 영구적으로 유지할 수 있다. 이러한 형태의 유기 필라는 도료의 감성(filling capacity)을 높여주는 것으로 알려져 있으며 비중이 낮아 도료의 경량화에도 큰 영향을 미칠 수 있다.

그 외에도 본 발명에서 사용되는 증점제로는 우레탄형 또는 셀룰로오스형이 사용될 수 있고, 방부제로는 아크릴아세탈, 헤테로시클릭 설퍼니트로겐 등이 사용될 수 있고, 글리콜성분의 동결 방지제, 지방산 금속염과 같은 소포제 등이 사용될 수 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 실시예가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

아래 예시한 실시예와 비교예에서 사용된 성분은 구체적으로 예시된 경우를 제외하고는 각각 다음과 같은 성분을 사용하여 실시한 것이다.

습윤/분산제 : 테트라메틸데신디올(Surfynol 104E, Air products사 제품)

pH 조절제 : 아미노메틸프로판(AMP-95, Angus사 제품)

증점제 : Acrysol SCT-270, Rohm ＆ haas사 제품

방부제 : Metatin GT, Acima 사 제품

동결방지제 : 에틸렌 글리콜

소포제 : Nopco NXZ, San Nopco사 제품

무기 안료 : 이산화티타늄

유기 감성 안료 : CFB-200W, 300B, 400Y, 500R, DIC사제품; Decosoft 15T, UETIKON사 제품); suede pigments type, large void organic microspheres type

왁스 : Aquamat 208, BYK Chemie사 제품(high oxidized polyethylene type)

흄드 실리카 : SiO₂ 형

유기 소광제 : 우레아메탄알

플라스틱 안료 : 아크릴 에멀젼(H9181, 고려화학)

충격보강제 : 아크릴 에멀젼 파우더(고려화학)

무기필라 : 마이크로쉘(금봉세라믹사)

스티렌 변성 아크릴 에멀젼 수지 : H2550, 고려화학

비닐 에멀젼 수지 : H5116, 고려화학

실시예 1 ∼ 2

(1) 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라 적용한 도료의 조성

증류수 35g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 2g

용제(에틸렌 글리콜) 1g

무기 안료 20g

동공 형태의 발포성 유기 필라(PVDF) 10g

우레탄 디스퍼션 수지 35g

우레탄 디스퍼션 수지(지방족 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트와의 공중합체)를 적용하여 실험을 실시한 결과, 풍부한 탄성과 부드러운 시촉감 등을 얻을 수 있었으며 내수성, 내용제성, 내마모성 등에서도 우수한 물성을 확인할 수 있었다. 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라를 10g 정도 적용시, 부드러운 도막감 및 탄성감을 부여하였으며 안정된 도료 물성을 유지하였다.

(2) 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라 적용한 도료의 조성

증류수 30g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 2g

용제(에틸렌 글리콜) 3g

동공 형태의 구상 발포성 유기 필라(PVDC) 15g

이산화티탄 20g

우레탄 디스퍼션 수지 35g

동공 형태의 구상 발포성 유기 필라 유기 필라는 내부에 가스를 포함하고 있으며 어느 정도의 물리적 힘으로는 구상 형태의 모양을 변형시킬 수 없는 것으로 알려져 있다. 이러한 구상의 발포성 유기물은 합성 피혁을 제조하는데 사용되며, 기능성 그룹을 증강시키게 되면 이보다 더욱 부드러운 소재의 원료로 적용시킬 수 있다. 50 ㎛ 정도의 구상 입자는 도막의 표면에 위치하게 되면서 상대적으로 부드러운 감성 질감을 갖는 도막을 형성시키게 된다. 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라를 15g 정도 적용시, 상대적으로 도막의 치밀도 및 부드러운 감성 질감에 대한 결과를 얻었으며 도막의 내스크랫치성이 증가하는 경향을 나타내었다.

도막의 물리적 특성은 스웨이드 안료와 거의 대등한 것으로 확인되었다.

비교예 1

의장성 수성도료의 물성 및 도막감에 큰 영향을 미치는 수지에 대한 실험을 실시하였는바, 첫 번째로 스티렌 변성 아크릴 수지에 대한 실험을 실시하였다.

다음과 같이 스티렌 변성 아크릴 에멀젼 수지를 적용한 도료의 조성을 하였다.

증류수 30g

습윤/분산제 0.5g

pH 조절제 0.2g

우레탄 증점제 0.5g

소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 2g

용제(자일렌) 1g

이산화티탄 20g

스웨이트안료(CFB200W) 10g

스티렌 변성 아크릴 에멀젼 수지 40g

스티렌 변성 아크릴 에멀젼 수지를 적용시, 분산성 및 도료 제조에 큰 문제점은 없었다.

2,000 rpm/60min 정도의 물리적 힘으로 분산이 가능하였으나 도막의 경도가 상대적으로 강하여 부드러운 도막감을 제공하지는 못하였다.

비교예 2

다음과 같이 비닐 에멀젼 수지를 적용한 도료를 제조하였다.

증류수 30g

습윤/분산제 0.5g

pH 조절제 0.2g

셀룰로오스 증점제 0.1g

방부제 0.2g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

동결 방지제 2g

용제(자일렌) 1g

이산화티탄 20g

스웨이트안료(CFB200W) 10g

비닐 에멀젼 수지 35g

비닐 에멀젼 수지(비닐 아세테이트와 부틸 아크릴레이트 공중합체)를 적용한 도료에서는 상대적으로 스티렌 아크릴 에멀젼 수지를 적용한 도료에 비하여 부드러운 도막감 및 시촉감 등을 나타내었으나, 우레탄 디스퍼션 수지에 비하여 도막의 탄성 및 내수성, 내충격성 등은 불량한 것으로 확인되었다.

비교예 3

다음의 조성으로 2액형 일반 다채무늬 감성 도료를 제조하였다.

스웨이드 안료(Decosoft 15T) 30g

첨가제 10g

용제(톨루엔) 20g

수지(주제) 40g

경화제 20g

상기 2액형 일반 다채무늬 감성 도료는 부드러운 촉감 및 안정된 물성 등을 유지하는 것으로 확인되었다. 경화제가 첨가된 2액형 형태이므로 건조 속도가 빨랐으며 경화제를 넣은 후의 포텐셜 라이프도 어느 정도의 물성을 갖는 것으로 확인되었다. 2액형 일반 다채무늬 감성 도료의 시각감은 입자 크기가 큰 비드 형태의 스웨이드 칼라 안료를 적용하여 상대적으로 눈에 피로를 느끼지 않게 하면서 부드러운 감성 느낌을 나타내는 것으로 판단된다. 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라가 적용된 도료와 거의 대등한 시촉감 및 물성을 나타내는 것으로 확인되었다. 2액형 일반 다채무늬 감성 도료의 주제는 폴리에스테르 폴리올로 구성되어 있고, 경화제의 경우 톨루엔 이소시아네이트로 이루어져 있다.

비교예 4 ∼ 7

부드러운 도막감과 시촉감을 나타내는 주요한 물성 성분인 안료 및 안료를 대체할 수 있을 것으로 판단되는 원료들에 대한 실험을 진행하였다. 스웨이드 안료는 비드 형태로 이루어진 안료로서, 입자 크기 및 제조 업체에 따라 등급이 나누어져 있다. 스웨이드 안료와 왁스, 흄드 실리카, 유기 소광제 그리고 동공 형태의 발포성 유기 필라를 적용한 각각의 도료에 대한 주요 조성은 다음과 같다.

우레탄 디스퍼션 수지를 기준 수지로 적용하여 실험을 실시하였다. 이러한 기준은 상기 비교예 1의 비교 물성 표를 근거로 진행하였다.

(1) 스웨이드 안료를 적용한 도료의 조성

증류수 30g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방부제 2g

용제(자일렌) 1g

스웨이트안료(CFB200W) 25g

우레탄 디스퍼션 수지 40g

우레탄 수지가 코팅되어 있는 비드 형태의 스웨이드 안료를 적용하여 의장성 도료의 제조 실험을 진행하였다. 스웨이드 안료는 일반 의장성 도료에 주로 사용되고 있으나 상대적으로 고가인 단점을 갖고 있으며 입도 조절이 어려운 것으로 확인되었다. 도료의 제조 원가가 높아짐에 따라 판매가격 역시 높아짐으로서 시장성을 확보하기가 어려울 것으로 판단된다. 전반적인 도막물성 및 부드러운 시촉감 등은 우수한 것으로 확인되었다.

(2) 산화 폴리에틸렌 왁스를 적용한 도료의 조성

증류수 50g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 2g

용제(자일렌) 1g

고농도 산화 폴리에틸렌 왁스 5g

우레탄 디스퍼션 수지 40g

산화 폴리에틸렌 왁스는 고분자 형태의 액체 왁스로서, 도막이 경화되면서 왁스 입자들이 도막의 표면으로 부유하게 되어 도막의 표면을 감싸면서 슬립성 및 부드러운 도막감을 주는 것으로 알려져 있다. 이러한 특성의 왁스를 적용하여 스웨이드 안료를 대체할 수 있는지에 대한 대한 실험을 진행하였다. 안료가 포함된 도료에 왁스를 첨가하여도 큰 잇점은 없는 것으로 평가되었기 때문에 실험에서의 도료 형태는 투명 도료의 형태로서 실험하였으며 이러한 형태가 도료의 비용을 많이 낮출 수 있는 잇점을 갖는다. 실험 결과, 왁스 단독 적용시, 투명 도료의 슬립성은 크게 증진시킬 수 있었으나 도막이 끈적이고 부드러운 도막감은 느낄 수 없었다.

(3) 흄드 실리카 적용한 도료의 조성

증류수 50g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 2g

용제 (자일렌) 1g

흄드 실리카 5g

우레탄 디스퍼션 수지 40g

흄드 실리카는 무기 필라에 주로 사용되는 체질안료로서 99.6％가 실리카로 이루어져 있다. 이러한 흄드 실리카를 적용하게 되면 고가의 안료를 어느 정도 대체할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명에서도 이러한 특성을 이용하기 위하여 의장성 수성도료에 적용하여 보았으나 부드럽기 보다는 보다 뻣뻣한 느낌이 있고 슬립성도 불량한 것으로 확인되었다.

(4) 유기 소광제 적용한 도료의 조성

증류수 50g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 2g

용제(자일렌) 1g

우레아 메탄알 형태의 유기 소광제 5g

우레탄 디스퍼션 수지 40g

우레아 메탄알 주사슬에 메틸올 그룹들이 축합반응에 의하여 곁사슬을 이루고 있는 형태의 유기 소광제를 적용하여 도료의 부드러움 및 슬립성 등을 평가하였다. 주로 종이산업에 사용되는 이러한 소광제는 어느 정도의 도막 질감 및 부드러움성 등을 나타내었으나 도막의 끈적거림과 경도가 불량한 결과를 나타내었다.

부드러움성의 부여는 우레아 영역이 상대적으로 탄성력을 증진시키기 때문인 것으로 판단된다.

비교예 8 ∼ 10

부드러운 도막감과 시촉감을 나타내는 주요한 물성 성분인 안료 및 안료를 대체할 수 있을 것으로 판단되는 성분들에 대한 실험을 진행하였다. 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라와 유사한 형태를 갖는 코아쉘 구조의 아크릴 에멀젼 고분자와 흔히 이산화티탄을 유일하게 대체할 수 있다고 알려진 코아쉘 구조의 플라스틱 안료 그리고 무기물이면서 동공 형태의 구조를 갖는 무기 필라를 적용하여 실험을 실시하였다.

(1) 코아쉘 구조를 갖는 아크릴 에멀젼 파우더 적용한 도료의 조성

증류수 30g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 4g

아크릴 에멀젼 파우더 30g

우레탄 디스퍼션 수지 35g

코아쉘 구조의 아크릴 에멀젼 파우더의 평균 입자크기는 56.44 ㎛이며, 완전 구형이고 내부쪽에는 동공이 존재하고 있다. 이러한 파우더는 0.2 ∼ 0.5 ㎛ 정도의 액상 고분자를 스프레이 드라이어를 통하여 파우더 형태로 제조한 것이며 코아 부분에는 부틸 아크릴레이트, 쉘 부분에는 메틸메타아크릴레이트로 구성되어져 있다. 이러한 성분은 상대적으로 우수한 열안정성을 갖고 있으나 융착제에 의한 응집성이 심한 것으로 확인되었으며, 특히 자이렌 및 메틸 피롤리딘, 케톤, 아세톤 류의 용제에는 상용성이 없는 것으로 판단된다. 도막의 은폐가 불량하였으며 도막질감 역시 부드러운 스웨이드 질감 보다는 거친 고무질의 도막감을 확인할 수 있었다.

(2) 코아쉘 구조를 갖는 플라스틱 안료 적용한 도료의 조성

증류수 40g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 2g

플라스틱 안료 5g

우레탄 디스퍼션 수지 50g

플라스틱 안료는 흔히 이산화티탄을 대체할 수 있는 은폐력 및 여러 물성을 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 플라스틱 안료를 적용하여 도막감 및 시촉감 등의 실험을 진행하였다. 플라스틱 안료는 구성 성분이 아크릴 에멀젼이므로 상대적으로 부드러운 도막감은 얻을 수 없었다. 도료에 적용한 플라스틱 안료의 코아 부분은 메틸메타아크릴레이트, 쉘 부분은 스티렌 단량체로 구성되어져 있으며 0.5 ㎛ 정도의 입자크기와 액상 성분으로 이루어져 있다.

이러한 플라스틱 안료는 소수성 특성을 갖는 용제에는 (자이렌) 그 구조가 변형되어 특성이 저하되는 것으로 확인되었다. 어느 정도의 은폐력은 유지되었으나 스웨이드 질감 도료용 안료로는 부적합한 것으로 판단된다.

(3) 미소 동공 형태의 구상 무기 필라 적용한 도료의 조성

증류수 40g

습윤/분산제 0.5g

우레탄 증점제 0.5g

금속 염-지방산 소포제 0.2g

방부제 0.2g

동결 방지제 2g

용제(자일렌) 2g

동공 구조의 무기 필라 5g

우레탄 디스퍼션 수지 50g

미소 동공을 갖고 있으며 그 내부에 질소가스가 충전되어져 있는 무기 필라를 (실리카) 적용하여 의장성 수성도료에 사용할 수 있는지에 대한 실험을 진행하였다. 이러한 무기 필라는 저밀도 복합소재의 제조에 주로 사용되는 초경량 골재충진재로서, 이를 적용하는 소재의 경량화(유효 비중 0.28 g/㎤) 및 단열화(내부의 질소가스에 의한 열전도율 감소 효과) 등의 목적으로 사용되고 있다. 이러한 무기 필라를 적용하여 실험을 실시한 결과, 도막의 질감 및 다채무늬 질감 등이 상당히 불량한 것으로 확인되었으며 의장성 수성도료의 조성으로 적용이 불가능할 것으로 판단된다.

실험예 1

상기 실시예 1 및 비교예 1 ∼ 3의 경우에 대하여 물성을 비교한 결과는 다음 표 1과 같다.

[표 1]

위의 표 1은 의장성 수성도료에 있어 주요한 물성들을 나타낸 것으로 아크릴, 비닐, 우레탄 수지의 주요 물성들에 대한 결과를 나타낸 것이다. 의장성 수성도료에 사용할 수 있는 부드러운 질감 및 슬립성 등의 물성은 아크릴 에멀젼이나 비닐 에멀젼에 비하여 상대적으로 우레탄 디스퍼션 수지가 우수한 것으로 확인되었다.

이러한 물성들에 의하여 우레탄 디스퍼션 수지(지방족 형태)를 선택하였다.

스티렌 아크릴 에멀젼의 경우, 도막의 완전 경화가 일어나지 않고 끈적거리는 현상을 나타내어 수평슬립성 측정이 불가능하였다.

고려화학 생산 제품인 유성실크멜은 스웨이드 안료를 적용하는 2액형 용제계 도료로서, 부드러운 감성 도료로 알려져 있으므로 유성실크멜을 비교예에 적용하여 함께 실험을 실시하였다. 유성실크멜의 도막감은 부드러운 다채무늬 질감을 나타내는 것으로 확인되었으나 용제계이면서 2액형이므로 사용하기가 불편하였고 용제 냄새가 심한 것으로 확인되었다. 유성실크멜의 마찰계수 및 수평슬립성은 의장성 수성도료의 조성물과 거의 대등한 결과를 주었으며, 이러한 결과는 의장성 수성도료의 조성물을 고가의 유성실크멜과 대등한 부드러운 감성 도료로 적용할 수 있는 것을 의미하는 것으로 판단된다. 유성실크멜은 판매 상품이므로 점도 및 분산 입도 등의 측정은 불가능하였다.

단독 스웨이드 안료에 무기 안료를 적용하게 되면 도료 제조시 도막감에 문제가 있었으나 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라를 함께 적용시 이러한 현상을 막을 수 있었으며 우수한 물성을 확인할 수 있었다. 스웨이드 안료 적용 도료 및 유성실크멜과 대등하면서도 우수한 감성 결과를 얻을 수 있었다.

마찰계수 및 수평슬립성 측정 방법은 상대적인 도막의 마찰계수 및 슬립성을 측정한 것으로 현재 ASTM 방법에 등재되어 있지는 않는 것으로 판단된다. 수평슬립성 측정기기는 BYK Gardner사의 측정 기기를 사용하였으며 마찰계수 측정 기기는 lab-made이다.

실험예 2

상기 실시예 2 및 비교예 4 ∼ 7에서 제조된 도료에 대하여 각각 물성을 비교한 결과 다음 표 2와 같다.

[표 2]

위의 표 2는 의장성 수성도료에 있어 주요한 물성들을 나타낸 것으로 스웨이드 안료, 왁스, 흄드 실리카, 유기 소광제, 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라의 주요 물성들에 대한 결과를 나타낸 것이다.

의장성 수성도료에 적합한 수지로 우레탄 디스퍼션을 선택하였으므로 우레탄 디스퍼션 수지를 사용하여 위의 표에 나타낸 여러 성분들에 대한 실험을 진행하였다. 왁스, 흄드 실리카, 유기 소광제는 투명도료에 적용되었기 때문에(무기 안료 적용하지 않음) 은폐율이 상대적으로 낮게 측정되었으며 마찰계수 역시 안료화 되어 있지 않은 도막이므로 이러한 결과가 나타난 것으로 판단된다(안료화된 도료에 왁스, 흄드 실리카, 유기 소광제를 소량 첨가하여 실험을 실시하였으나 부드러운 도막감을 나타내지는 못하였다. 이러한 이유는 상대적으로 과량의 무기 안료이 첨가되게 되면 이러한 기능성 원재료의 특성을 어느 정도 방해하게 되기 때문이다).

스웨이드 안료의 물성이 상대적으로 다른 성분들에 비하여 우수한 물성을 나타내었으며 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라 역시 어느 정도의 대등한 물성을 갖춘 것으로 판단된다. 마찰계수는 거의 대등한 수준이며 수평슬립성은 오히려 우수한 것으로 확인되었다. 상온저장성 및 열저장성에도 큰 문제를 일으키지는 않았다.

실험예 3

상기 비교예 8 ∼ 10의 도료에 대해 그 물성을 측정하고 그 결과는 다음 표 3에 나타내었다.

[표 3]

위의 표 3은 의장성 수성도료에 있어 주요한 물성들을 나타낸 것으로 아크릴 에멀젼 파우더, 플라스틱 안료, 무기 동공 필라의 주요 물성들에 대한 결과를 나타낸 것이다.

의장성 수성도료에 적합한 수지로 우레탄 디스퍼션을 선택하였으므로 우레탄 디스퍼션 수지를 사용하여 위의 표에 나타낸 여러 성분들에 대한 실험을 진행하였다.

아크릴 에멀젼 파우더와 무기 동공 필라는 투명도료에 적용되었기 때문에 (무기 안료 첨가하지 않음) 은폐율이 상대적으로 낮게 측정되었으며 마찰계수 역시 안료화 되어 있지 않은 도막이므로 마찰계수가 상대적으로 높게 측정되었다(안료화된 도료에 아크릴 에멀젼 파우더 및 무기 동공 필라를 소량 첨가하여 실험을 실시하였으나 부드러운 도막감을 나타내지는 못하였는 바, 이러한 이유는 상대적으로 과량의 무기 안료가 첨가되게 되면 이러한 기능성 원재료의 특성을 어느 정도 방해하게 되기 때문이다). 플라스틱 안료에는 이산화티탄을 첨가하여 사용하였으며 상대적으로 다른 것들에 비하여 양호한 물성을 나타내었으나 스웨이드 질감의 물성은 나타낼 수 없는 것으로 판단된다. 마찰계수는 플라스틱 안료에서 양호한 결과를 나타내었고 수평슬립성도 상대적으로 양호한 결과를 나타내었다.

열저장성에서는 여러 문제점들이 노출되었으며 주로 도료 흐름성의 변화와 층분리 현상이 확인되었다.

한편, 부드러운 도막감과 시촉감 등의 계량화 평가 방법으로 마찰계수 및 수평슬립성 그리고 에릭션 테스트에 대한 실험을 진행하였다.

마찰계수 측정 방법은 정지마찰계수를 측정한 것으로 플레이트 위에 도막을 이루고 있는 유리시편을 올려 놓고 플레이트의 경사각도를 서서히 변화시키면서 유리시편 위에 놓여져 있는 일정한 무게의 추가 미끄러져 내려가는 각도의 tanθ를 측정하는 방법이다. 이러한 방법은 도막 표면의 저항력을 측정하는 것과 유사하며 도막 표면의 마찰력이 커짐에 따라 도막의 부드러움이 감소하는 것으로 볼 수 있다. 스웨이드 안료 적용 도료 및 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라 적용 도료의 마찰계수가 상대적으로 다른 것들에 비하여 낮게 측정되었으며 이러한 성분들이 도막의 부드러움에 영향을 나타내는 것으로 판단된다.

수평슬립성 테스트 방법은 마찰계수 측정 방법과는 조금 다른 측정법으로서, 수평 플레이트 위에 도막이 형성되어 있는 유리시편을 올려 놓고 일정한 무게의 추를 서서히 잡아 당겨 추의 밑부분과 도막의 접촉면에 대한 저항력을 디지털 회로를 통하여 측정하는 방법이다. 주로 도막의 표면 레벨링 및 도막의 슬립성, 도막의 탄성 등을 평가하는 측정 방법으로 알려져 있다. 이 실험 결과, 스웨이드 안료 적용 도료와 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라에서 상대적으로 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 고농도로 산화된 폴리에틸렌 왁스를 투명도료에 적용시, 수평슬립성의 우수한 결과를 얻을 수 있었으나 인간의 촉감 및 마찰계수 측정에서는 상대적으로 불량한 결과를 주는 것으로 확인되었다.

에릭션 테스트 방법은 틴플레이트 위에 도막을 형성시켜 놓고 일정한 힘으로 틴플레이트를 밀어내면서 틴플레이트 위에 형성되어져 있는 도막의 깨지는 정도를 측정하는 방법이다. 이러한 방법은 수지의 영향을 크게 받는 것으로 확인되었으며 안료 성분의 조성에도 어느 정도 영향을 받는 것으로 판단된다.

우레탄 디스퍼션 수지와 스웨이드 안료에서 상대적으로 가장 우수한 탄성력을 나타내었으며 동공 형태의 구상 발포성 유기 필라는 스웨이드 안료보다는 조금 떨어지는 물성을 갖는 것으로 확인되었다. 그러나 도막감 및 여러 계량화된 측정 방법 결과, 큰 차이를 나타내지는 않는 것으로 판단된다.

위와 같이, 본 발명에서는 새로운 형태의 의장성 기능을 갖는 수성 내부용 인테리어 도료를 위하여 고가의 스웨이드 안료를 적용하지 않는 시스템으로서, 주로 부드러운 합성 피혁의 원료로 사용되는 동공형태의 폴리비닐리덴 클로라이드를 적용하여 낮은 제조 비용으로 쉽게 부드러운 도막감 및 슬립성 그리고 우수한 물성을 갖는 기능성 의장도료를 발명하였다.

본 발명의 도료는 스웨이드 안료 적용도료에 비하여 제조 원가는 낮으면서도 물성 및 풍부한 탄성력 등의 물성들은 상대적으로 대등한 것으로 확인할 수 있었다. 또한, 왁스 및 흄드 실리카를 적용한 도료 및 투명도료에서는 부드러운 의장성 도료를 제조할 수 없었으며 상대적으로 불량한 결과를 나타내었다.

동공 형태의 아크릴 에멀젼 고분자 입자 및 플라스틱 안료 등에서도 불량한 은폐와 매우 경도가 높고 탄성력이 없는 도막을 확인할 수 있었으며, 동공 형태의 무기 필라의 경우도 이와 유사한 결과를 나타내었다.

이러한 결과들로 볼 때, 동공 형태의 발포성 유기 필라를 사용하게 되면 낮은 비용으로 스웨이드 안료를 적용한 시스템과 거의 대등한 의장성 기능을 나타내기 때문에 향후 의장 도료시장을 이끌고 나갈 수 있을 것으로 판단된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 우레탄 디스퍼션 수지와 동공 형태의 발포성 유기 필라를 적용하여 부드러운 감성 및 다채무늬 시촉감을 나타낼 수 있는 건축용 의장성 내부 인테리어 수성도료의 조성물에 관한 것으로서, 다음과 같은 효과를 나타낸다.

첫째, 고가의 스웨이드 안료를 적용하지 않으면서도 부드러운 감성 도막감 및 다채무늬 시촉감을 나타낼 수 있는 동공 형태의 발포성 유기 필라를 적용하여 스웨이드 시촉감을 얻을 수 있으며 기존의 물성들을 유지할 수 있다.

둘째, 1액형 수계 도료로서, 스웨이드 안료를 적용하지 않으므로 비용을 크게 절감할 수 있고, 작업성도 불편하지 않으며, VOC 규제에도 저촉되지 않는 장점을 갖는다.

셋째, 부드러운 시촉감 및 감성 질감에 대한 평가 방법으로 계량화된 평가 방법을 도입하여 실험에 적용하였다. 마찰계수 측정과 수평슬립성의 디지털 결과 등은 기존의 감성 도료에 적용하였던 촉감 평가 방법 이외에 새로운 방법을 도입한 것으로 평가된다.

Claims (4)

1. 수용성 우레탄 디스퍼션 수지를 주성분으로 하고, 증류수, 용제, 지방산 금속염의 소포제, 및 우레탄형 또는 셀룰로오스형 증점제로 이루어진 통상의 첨가제를 함유하는 의장성 수성도료 조성물에 있어서,

   수용성 우레탄 디스퍼션 수지 30 ∼ 60 중량％,

   습윤/분산제 0.2 ∼ 0.5 중량％,

   무기안료 10 ∼ 40 중량％,

   폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐 n-부티레이트(PVNB), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC) 중에서 선택된 유기소재로 이루어진 동공형태의 구상 발포성 유기 필라 10 ∼ 40 중량％ 가

   함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 의장성 수성도료 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수용성 우레탄 디스퍼션 수지는 그 화학적 구조가 30 ∼ 70％의 고형분을 갖는 폴리이소시아네이트에 지방족 폴리에스테르 폴리올이 결합된 폴리우레탄 수지로서, 10 ∼ 25％ 메틸 피롤리딘이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 의장성 수성도료 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 무기안료가 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 의장성 수성도료 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 습윤/분산제가 테트라메틸 데신디올(tetramethyl decyne diol)인 것을 특징으로 하는 의장성 수성도료 조성물.