KR100583807B1

KR100583807B1 - 수성도료 조성물

Info

Publication number: KR100583807B1
Application number: KR1019980064069A
Authority: KR
Inventors: 채윤수; 엄명용; 김상훈
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2006-11-30
Also published as: KR20000047276A

Abstract

본 발명은 수성도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리전이온도가 비교적 높으면서 입자크기 범위가 서로 다른 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼 혼합물을 바인더로 함유하고 또한 티타네이트계 킬레이트 화합물 및 폴리디메틸실록산이 적정 함량비로 함유되어 있어 각종 구도막 및 소지와의 부착성, 내스크래치성이 양호하고, 실리카계 소광제를 사용하여 각종 수성 및 유성 구도막과 다공성 소지에 1회 도장시, 은폐 및 도막외관이 우수한 수성도료 조성물에 관한 것이다.

Description

수성도료 조성물

최근 휘발물질에 대한 환경규제가 심화되고 있는 상황에서, 합성수지 에멀젼 수지를 바인더로 하는 도료 조성물의 사용량이 한층 증가하고 있다. 이에 따라서, 상기 도료 조성물에 관한 각종의 고도의 기능적 요구가 강화되고 있다. 예를 들면, 합성수지 에멀젼을 바인더로 사용하는 건축용 도료 분야에서 각종 수성 및 유성 구도막에 보수도장을 하지만 유성 구도막에는 부착성이 불량한 결과를 초래했고, 또한 도장을 할때는 통상 2회 도장으로 마감을 하여 날로 상승하는 인건비는 공사시의 과중한 비용 부담으로 이어지는 상황이다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고자 하는 고도의 기능적 도료개발이 요구되고 있다.

일반적으로 합성수지 에멀젼을 바인더로 사용하는 도료에 있어서, 저온에서 도막형성을 양호하게 하기 위하여는 유리전이온도가 낮은 합성수지 에멀젼을 선택 사용하거나, 또는 가소제 또는 에멀젼 합체를 돕는 도막조제를 함유시키고 있다. 그러나 이러한 방법들의 경우는 도막의 점착성을 향상시켜 부착성을 향상시킬 것으로 예상되나 용제형 페인트와는 달리 열가소성 고분자 물질로 이루어져 있어 각종 구도막과의 부착성 및 내스크래치성이 불량한 결과를 나타낸다. 또한 일반 합성수지 에멀젼 및 안료를 사용한 수성도료는 다공성 소지에 1회 도장을 하였을 때는 소지에 대한 은폐 및 도막외관이 불량한 단점이 있다.

이에, 합성수지 에멀젼을 바인더로 사용하는 도료가 가지는 부착성 및 내스크래치성의 문제점을 보완코져 일반 에멀젼에 반응성기를 도입하는 방법과 실란가교제를 첨가하는 방법[미국특허 제5,312,863호, 제4,248,754호, 제4,357,430호]이 공지되어 있다. 그러나, 이는 일반적으로 많이 쓰이는 스타이렌-아크릴계 합성수지와 같이 사용할 경우에 저장 안정성이 불량하게 나타난다. 또한, 유리전이가 각각 다른 에멀젼을 혼합하여 내스크래치성을 높이는 방법[미국특허 제5,731,377호]이 공지되어 있지만, 이러한 방법들은 유성 구도막 종류에 따라 부착성이 불안정하다. 또한, 국내에서 많이 사용하고 있는 다공성 소지인 슬레이트 및 몰타아르 소지에 1회 도장 하였을 때, 소지에 침투현상이 일어나 만족할 만한 은폐 및 도막외관을 얻기는 매우 힘들다.

본 발명은 입자크가 분포가 서로 다른 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼 혼합물을 바인더로 사용하고 여기에 티타네이트계 킬레이트 화합물 및 폴리메틸실록산 에멀젼을 적정량 함유시켜 실란가교제를 도입하지 않고도 일반 합성수지 에멀젼 도료보다 부착성이 우수하고, 단단하고 치밀한 도막을 형성토록 하여 내스크래치성이 양호하며, 각종 구도막 및 다공성 소지에 도장하였을 때 은폐 및 도막외관이 우수하게 하여, 종래의 수성페인트보다 양호한 무광택의 외관을 갖도록 하는 수성도료 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 합성수지 에멀젼의 바인더, 킬레이트 화합물, 폴리디메틸실록산 에멀젼 및 안료가 함유되어 있는 수성도료 조성물에 있어서, 상기 바인더로는 스타이렌 단량체와 아크릴산 유도체를 중합시켜 제조된 것으로, 50 ∼ 130 ㎚ 및 150 ∼ 600 ㎚의 서로 다른 입자크기를 가지는 에멀젼이 1 : 4 부피비로 혼합되어 있으며, 유리전이온도가 20 ∼ 60 ℃이고, 고형분 함량이 30 ∼ 60 중량%인 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼이 전체 도료 조성물중에 25 ∼ 75 중량% 함유된 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 유리전이가 높고 다공성 소지에 만족할 만한 도막외관 및 은폐를 얻기 위해 입자분포가 각각 다른 유리전이온도 20 ∼ 60℃의 스타이렌-아크릴계 에멀젼의 혼합물을 바인더로 사용하는 것에 그 특징이 있다.

본 발명에서의 '스타이렌-아크릴계'라 함은 스타이렌 단량체와 아크릴산 유도체의 중합으로 생성된 수지계를 말한다. 일반적으로 수성페인트에 사용하는 합성수지 에멀젼으로는 스타이렌-아크릴계, 비닐계, 비닐-아크릴계, 아크릴계 등이 사용되고 있으며, 국내에서는 스타이렌-아크릴계를 주로 사용하고 있는 바, 스타이렌-아크릴계 에멀젼은 열가소성 고분자물질에서는 내후성, 내수성 등이 뛰어난 특성을 보유하고 있다.

일반적으로 바인더로서 유리전이온도가 높고 입자크기가 큰 에멀젼만을 사용하게 되면 1회 도장시에 다공성 소지에 은폐 및 도막외관이 불량하여 바람직하지 않다. 그러나, 본 발명에서는 바인더로서 비교적 유리전이온도가 높고 제반 물성이 우수한 스타이렌-아크릴계 에멀젼을 사용하며, 또한 입자크기 분포를 달리하여 혼합 사용한다. 본 발명에 사용되는 합성수지 에멀젼은 입자크기 분포가 각각 50 ∼ 130 ㎚, 150 ∼ 600 ㎚으로 서로 다른 에말젼이 1 : 4 부피비로 혼합되어 있다. 만일 상기 입자크기 및 부피비를 벗어날때에는 다공성 소지에 도장하였을 경우, 은폐 및 도막외관이 불량하게 된다. 이러한 합성수지 에멀젼은 고형분의 함량이 30 ∼ 60 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 합성수지 에멀젼은 도료조성물 중의 고형분 함량이 12 ∼ 38 중량%인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 특성을 가지는 합성수지 에멀젼을 바인더 성분으로서 본 발명의 수성 도료조성물 중에 포함시킴에 있어서는, 전체 도료조성물 중에 25 ∼ 75 중량%의 함량으로 사용할 수 있으며, 만일 상기 바인더의 함량이 25 중량% 미만일 경우에는 소지와의 부착성 및 은폐율이 저하되고, 반면에 75 중량%를 초과할 경우에는 저장 안정성 및 도막외관이 불량하게 되어 바람직하지 않다.

또한, 본 발명에서는 안료로 체질안료 5 ∼ 20 중량%, 백색안료 10 ∼ 30 중량% 및 실리카계 소광제 1 ∼ 6 중량%를 각각 단독으로 또는 서로 혼합하여 함유시킨다. 실리카계 소광제는 폴리에틸렌으로 표면처리가 되어있고, 입자크기가 미세하며, 높은 흡유량으로 인해 우수한 도막외관과 도료의 요변성을 줄 수 있는 유동특성 변형제로 사용되어, 다공성 소지에서 침투현상을 방지하고, 높은 은폐를 부여해 준다.

또한, 본 발명에서는 유기질계인 에멀젼과 무기질계인 안료(각종 체질안료 및 착색안료) 및 각종 구도막과 가교하여 부착성 및 내스크래치성을 양호하게 할 목적으로 티타네이트계 킬레이트 화합물, 폴리디메티실록산에멀젼 또는 이들을 함께 함유시킨다. 티타네이트계 킬레이트 화합물은 높은 유리전이온도의 에멀젼과 안료, 각종 소지 및 구도막과 가교하여 부착성을 증진시킬 목적으로 배합하며, 이는 도료 조성물중에 0.01 ∼ 3 중량% 함유토록 한다. 본 발명이 바인더로서 높은 유리전이의 에멀젼을 사용하지만, 폴리디메틸실록산에멀젼 등의 실리콘 에멀젼을 함유시킴에 따라 상온에서 도막형성 불량을 유도하지 않을 뿐만 아니라 저온에서 도막형성을 양호하게 한다. 또한 잔존 반응성기로 인해 에멀젼과 가교에 의한 결합력을 증대시켜 내스크래치성을 향상시킨다. 폴리디메틸실록산에멀젼 등의 실리콘 에멀젼은 도료 조성물중에 0.5 ∼ 10 중량% 함유시킨다. 만일 그 함유량이 0.5 중량% 미만일 경우, 내스크래치성이 불량하고, 반면에 10 중량%를 초과할 경우에는 저장 안정성이 불량해져서 바람직하지 않다.

또한, 부착성의 보조효과를 부여하기 위해 마그네슘 실리케이트를 함유시킬 수도 있는 바, 마그네슘 실리케이트는 엷은 조각의 형태로써, 얇은 막이나 섬유질 형태로 이루어져 있어 부착성의 상승 효과를 부여할수 있다. 도료에서 일반적으로 사용되는 마그네슘 실리케이트는 얇은 막의 형태이며, 상업적 등급들은 소량의 칼슘이나 마그네슘 카보네이트를 포함하고 있다.

종래의 수성페인트에서는 칼슘 카보네이트, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 바륨 설페이트, 실리콘다이옥사이드-실리케이트 등을 비롯한 다양한 종류의 체질안료를 여러가지 도막물성을 위하여 사용하여 왔다. 이들은 여러가지 형태의 모양, 다양한 거칠기의 표면조도, 대개 0.1 ∼ 50 ㎛ 범위의 직경을 가지고 있다. 이중 마그네슘 실리케이트는 엷은 조각의 형태로서, 얇은 막이나 섬유질 형태로 이루어져 있어 각종 유성 및 수성 구도막과의 부착성을 증진시키는데 사용된다. 또한, 일반적으로 사용에 제한되어 왔던 실리카계 소광제는 폴리에틸렌으로 표면처리가 되어있고, 입자크기가 미세하며, 높은 흡유량으로 인해 우수한 도막외관과 도료의 요변성을 줄 수 있는 유동특성 변형제로 사용되어, 다공성 소지에서 침투현상을 방지하고, 높은 은폐를 부여해 준다.

또한, 본 발명의 도료 조성물에는 필요에 따라서 분산습윤제 0.05 ∼ 2 중량%, 동결방지제 1 ∼ 5 중량%, 소포제 0.1 ∼ 1 중량%, 레벨링제 0.1 ∼ 0.5 중량%, 방부제 0.1 ∼ 0.5 중량%, 증점제 0.1 ∼ 2 중량%, pH 조절제 0.1 ∼ 1 중량%, 도막조제 1 ∼ 8 중량% 등과 같은 보조제를 함유시킬 수도 있다.

본 발명 도료 조성물의 대표적인 조성 예를 다음 표 1에 나타낸다.

[표 1]

이상에서 설명한 바와 같은 조성으로 이루어진 본 발명의 수성도료 조성물을 사용하여 도막을 형성하는 경우에는, 각종 구도막 및 소지와의 부착성이 양호하고, 내스크래치성 및 도막외관이 우수하며 은폐가 뛰어나다.

이와 같은 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

합성수지 에멀젼으로서는 고형분의 함량이 50 중량%인 스타이렌-아크릴계 에멀젼(고려화학 제품, CHW5213™) 25 중량%, 고형분의 함량이 46 중량%인 스타이렌-아크릴계 에멀젼(고려화학 제품, CHA00024™) 7 중량%, 분산 및 습윤제로서는 산노프코사의 Nopco 44-C™, 동결방지제는 에틸렌글리콜, 백색안료는 이산화티탄, 소포제는 비와이케이사의 BYK-024™, 레벨링제는 비와이케이사의 BYK-345™, 도막조제는 이스트만사의 Texanol™, 방부제는 도어사의 Acticide AS™, 증점제는 롬앤드하쓰사의 SCT270™, 체질안료는 일반적인 마그네슘실리케이트 및 알루미늄실리케이트, 소광제는 란코사의 Lanco-Matt MC™, pH 조절제로서는 공업용 암모니아수, 실리콘 에멀젼은 위트코사의 MAGNASOFT SL-501™, 킬레이트 화합물은 영산정밀의 YOUNGCHEL-1™을 사용하여 수성도료 조성물을 제조하였다.

구체적인 성분에 따른 조성을 다음 표 2에 나타낸다.

[표 2]

비교예 1 및 비교예 2

KSM 5310-1급(비교예 1) 및 2급(비교예 2) 배합 규정에 따라서 수성도료 조성물을 제조하였다. 합성수지 에멀젼으로서는 고형분이 45 중량%인 스타이렌-아크릴계 에멀젼인 KCC의 H5250을 사용하고, 분산 및 습윤제로서는 산노프코사의 Nopco44-C™, 동결방지제로서는 에틸렌 글리콜, 소포제로서는 산노프코사의 Nopco-8034™, 도막조제는 이스트만 코닥사의 Texanol™, 증점제로서는 하이드록시에틸셀룰로오스, 방부제로서는 도어사의 Acticide AS™, pH 조절제로서는 공업용 암모니아수, 백색안료는 이산화티탄, 체질안료로서는 칼슘 카보네이트와 실리카를 사용하였다. 성분에 따른 구체적인 조성을 다음 표 3에 나타내었다.

[표 3]

시험예

상기 실시예 및 비교예 1 및 2에서 얻은 수성도료 조성물을 사용하여 도막을 형성하고, 형성된 도막의 물성을 다음과 같이 평가하였다. 그 결과는 다음 표 5에 나타내었다.

(1) 부착성 :

유성도료 구도막(25℃에서 30일 건조)위에 부어 도장후 25℃에서 7일 건조, 2 ㎜ 크로스컷(Cross cut) 테이프 부착 시험을 실시하였다.

(2) 은폐 및 도막외관(촉감 및 슬립성)

크기가 30×90㎝인 슬레이트 소지 및 유성알키드가 도장된 소지에 1회 로울러 도장을 한 다음 25℃에서 7일 건조후 은폐(육안관찰) 및 도막외관(시촉감)을 관찰하였다.

(3) 내스크래치성

유리판에 젖은 도막두께가 100 ㎛로 도장후 25℃에서 7일 건조, 연필경도(2H) 시험을 실시하였다.

[표 4]

상기 표 4의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 각종 구도막과의 부착성이 양호하고, 내스크래치성 우수하며, 다공성 및 구도막 소지에 높은 은폐 및 우수한 도막외관을 부여해 준다.

상기 시험결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본발명에 따른 수성도료 조성물은 각종 구도막 및 소지와의 부착성이 양호하며, 내스크래치성이 우수하고, 다공성 소지 및 각종 구도막위에 도장시 높은 은폐와 우수한 도막외관을 부여하여 종래의 건축용 도료 조성물에 고품질의 기능성이 있는 도료 조성물로서 유성도료와의 품질도 비교될 수 있고, 종래의 수성도료에 비하여 도료 소요량이 매우 적은 건축용 도료조성물로 사용될 수 있다.

Claims

합성수지 에멀젼의 바인더, 티타네이트계 킬레이트 화합물, 폴리디메틸실록산 에멀젼 및 안료가 함유되어 있는 수성도료 조성물에 있어서,

상기 바인더로는 스타이렌 단량체와 아크릴산 유도체를 중합하여 제조된 것으로, 50 ∼ 130 ㎚ 및 150 ∼ 600 ㎚의 서로 다른 입자크기를 가지는 에멀젼이 1 : 4 부피비로 혼합되어 있으며, 유리전이온도가 20 ∼ 60 ℃이고, 고형분 함량이 30 ∼ 60 중량%인 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼이 전체 도료 조성물중에 25 ∼ 75 중량%가 함유된 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼은 도료조성물중의 고형분의 함량을 기준으로 12 ∼ 38 중량% 함유된 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 안료로서는 체질안료 5 ∼ 20 중량%, 백색안료 10 ∼ 30 중량%, 실리카계 소광제 1 ∼ 6 중량%가 각각 단독으로 또는 혼합하여 함유되는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 조성물에는 티타네이트계 킬레이트 화합물이 0.01 ∼ 3 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 조성물에는 실리콘 에멀젼이 0.5 ∼ 10 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.