KR100610306B1

KR100610306B1 - 수용성 무기질 코팅재 조성물

Info

Publication number: KR100610306B1
Application number: KR1020050095557A
Authority: KR
Inventors: 이창헌; 신희영
Original assignee: 주식회사 비앤비코리아
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2006-08-09

Abstract

본 발명은 시판되고 있는 규산칼륨보다 이산화규소 함량이 높은 규산칼륨을 주 바인더로 하는 친환경 수용성 무기질 코팅재 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화규소(SiO₂):산화칼륨(K₂O)의 몰비가 4.5~6:1의 규산칼륨을 주 바인더로 하고 알루민산 소다 등의 무기 분산제를 사용함으로써 콘크리트 등의 건자재를 보호하는 코팅재로서 우수한 성능을 발휘하며, 내항균성, 내곰팡이성이 있고, 휘발성 유기화합물(VOC)이 발생하지 않으며 원적외선 발생으로 인하여 인체에 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 친환경적 코팅재 조성물에 관한 것이다.

수용성 코팅재, 규산칼륨

Description

수용성 무기질 코팅재 조성물{An environmentally friendly water-soluble ceramic coating composition}

본 발명은 시판되고 있는 규산칼륨보다 이산화규소 함량이 높은 규산칼륨을 주 바인더로 하는 친환경 수용성 무기질 코팅재 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화규소(SiO₂) 대 산화칼륨(K₂O)의 몰비가 4.5~6:1의 규산칼륨을 주 바인더로 하고 알루민산 소다 등의 무기 분산제를 사용함으로써 콘크리트 등의 건자재를 보호하는 코팅재로서 우수한 성능을 발휘하며, 내항균성, 내곰팡이성이 있고, 휘발성 유기화합물(VOC)이 발생하지 않으며 원적외선 발생으로 인하여 인체에 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 친환경적 코팅재 조성물에 관한 것이다.

건설 구조물에 많이 사용되고 있는 벽돌, 기와, 슬레이트, 콘크리트 등은 장기간 수분과 부식성 물질에 노출되면 체적 팽창에 의해 균열이 생기고 점차적으로 파괴되어 구조물로서 효용가치가 없어진다. 특히, 철근 콘크리트 구조물의 경우, 수분이나 부식성 물질에 장기간 노출되면 콘크리트가 중성화되어 철근에 녹이 발생하고 체적 팽창에 의해 콘크리트에 균열이 생긴다. 더욱이, 수분과 부식성 물질이 보다 쉽게 깊숙이 침투할 수 있게 되어 녹 발생을 촉진시킨다. 이러한 현상으로 콘크리트 구조물은 점차적으로 파괴되고 큰 재해를 일으킬 소지가 커진다.

따라서, 이러한 무기질계 건자재의 경우 수분과 부식성 물질로부터 표면을 보호할 필요가 있다.

또한, 최근에는 ‘새집 증후군’이라 하여 유해 환경호르몬의 발생이 문제시되고 있어, 이에 대한 해결책도 더불어 요구되고 있다.

이에, 상기한 건자재 보호기능과 친환경성을 모두 충족하는 코팅재의 개발이 시급하다.

코팅재로서 대표적으로 실리콘 보호제가 널리 사용되어 왔으나, 건자재의 표면에 단순히 피막만 형성할 뿐이며, 아황산 가스나 염분 등의 부식성 물질에 노출되는 경우, 이들 재료는 열화가 심해져 본래의 목적인 콘크리트 등 무기질 건재료를 보호하지 못한다. 또한, 황토방 중심으로 널리 사용되고 있는 황토 코팅재는 원적외선을 방사함으로써 친환경성은 어느 정도 충족하고 있으나, 내수성 및 강도가 약하고 내구성도 거의 없어 코팅재로서의 1차적인 보호기능을 충족시키지 못하고 있다.

국내특허 제 465624호는 친환경적인 조성물이나, 원천적으로 석유화학산업에서 나오는 수용성 유기계 수지(EVA수지, 아크릴수지, 에틸렌계수지)를 사용함으로써 본질적으로 내구성에 한계가 있으며, 완전한 친환경적 재료라고는 볼 수 없다.

일본공개특허 평10-291852호에는 이산화규소와 알루미나 및 산화칼슘을 함유하는 세라믹 조성물이 기재되어 있으며, 상온 경화성을 향상시키기 위하여 규산칼 륨 등의 규산염을 배합하는 것을 예시하고 있다. 그러나, 다량의 금속산화물과 규사를 사용하고 있어 외관이 중요한 마감용 코팅재로서의 기능보다는 내화단열재로서의 기능성 재료라고 볼 수 있다.

또한 코팅재의 바인더로써 규산칼륨이 주로 사용되어 지고 있는데, 시판되고 있는 이러한 코팅재용 규산칼륨의 경우 이산화규소(SiO₂):산화칼륨(K₂O)의 몰비가 가장 높은 것이 3.39:1의 것으로, 이를 그대로 사용할 경우 상온 경화시 내수성이 불량하여 코팅재로서의 기능을 발휘할 수 없다. 따라서, 소부 소성이나 붕산과 같은 경화 촉진제를 첨가하는 것이 불가피하며, 실질적으로 건재료 코팅재로서의 실용성과 친환경성이 저하된다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래 코팅재의 문제점을 감안하여 건자재 보호기능과 친환경성을 모두 충족하는 코팅재를 개발하기 위하여 연구하여 왔다. 그 결과, 통상적으로 사용해 온 규산칼륨보다 이산화규소 함량이 높은 규산칼륨을 주 바인더로 사용함으로써, 나아가 알루민산 소다 등의 무기질 첨가제를 사용함으로써, 콘크리트 등의 건자재를 보호하는 코팅재로서의 기능과 인체에 쾌적한 환경을 제공하는 친환경성을 모두 충족함을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 건자재를 보호하는 코팅재로서의 기능과 인체에 쾌적한 환경을 제공하는 친환경성을 모두 충족하는 수용성 무기질 코팅재 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내구성, 내열성, 결로방지, 내산성 및 내알칼리성이 우수하고, 자외선 열화가 없으며, 염분 저항성이 우수하고, 내항균성 및 내곰팡이성이 있으며, 휘발성 유기화합물(VOC)이 발생하지 않고, 원적외선 발생으로 친환경적인 조건을 조성하며, 석유화학 자원을 절약할 수 있는 친환경 수용성 무기질 코팅재 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 친환경 수용성 무기질 코팅재 조성물은, 규산칼륨 40~75중량%, 산화티타늄 등의 무기 안료 10~26중량%, 운모 등의 체질 안료 5~22중량%, 알루민산 소다 0.01~0.5중량%, 점증제 0.1~1.5중량%, 물 0.1~11중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 코팅재 조성물을 구성하고 있는 각 성분에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 코팅재 조성물은 주 바인더로서 이산화규소 함량이 높은 규산칼륨을 포함하는 것을 특징으로 한다. 규산금속염 중에서 규산리튬은 내수성은 강하나 부착성이 나쁘고, 규산소다의 경우 부착성과 가공성은 좋으나 내수성이 나쁘다. 이에 본 발명에서는 중간 성질을 가지고 있는 규산칼륨을 사용한다.

즉, 본 발명에서는 이산화규소(SiO₂):산화칼륨(K₂O)의 몰비가 4.5~6:1의 규산칼륨을 사용한다. 산화칼륨에 대한 이산화규소의 몰비가 4.5 미만일 경우는 앞서 언급한 바와 같이, 상온 경화시 내수성이 불량하여 소부 소성이나 붕산과 같은 경 화 촉진재를 첨가하여야 하는 문제점이 있고, 반대로 산화칼륨에 대한 이산화규소의 몰비가 6을 초과할 경우는 코팅재의 경화가 심해져 코팅재의 도포성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명에서 규산칼륨은 코팅재 조성물 총중량에 대하여 40~75중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 규산칼륨의 사용량이 40중량% 미만인 경우에는 부착성이 나쁘고, 상온에서 경화된 후에 표면이 분말화되어 코팅재로서의 기능을 상실하게 된다. 반면, 75중량%를 초과하는 경우에는 균열이 심하고 박리가 일어나 표면이 불량해진다.

본 발명에 따른 코팅재 조성물은 무기 안료로서, 백색안료인 산화티타늄, 청색안료인 산화철 청색, 적색안료인 산화철, 노란색안료인 산화철 노란색, 흑색안료인 산화철 흑색, 오렌지색안료인 몰리브데이트 오렌지 중에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 산화티타늄의 경우에는 아나타제형 보다는 루타일형 산화티타늄이 자외선에 강하여 내구성이 강해진다. 이러한 안료는 코팅재 조성물 총중량에 대하여 10~26중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.

안료의 사용량이 10중량% 미만인 경우에는 은폐력이 저하되며, 26중량%를 초과하는 경우에는 흐름성, 표면 안정성 등의 코팅재 물성이 불량해진다.

무기안료를 1종 이상 선택하여 혼합·사용할 때 그 혼합비는 한정하지 않는다. 이유인 즉, 색감을 내는 안료의 성질상 안료의 선택 및 그 혼합비를 달리하였다 하여 본원발명의 효과가 달라지는 것은 아니기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 코팅재 조성물은 체질안료로서 백운모, 금운모, 흑운 모, 견운모, 탈크 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며, 특히 자외선 차단성이 가장 우수한 백운모를 사용하는 것이 바람직하다. 체질 안료는 코팅재 조성물 총중량에 대하여 5~22중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 체질 안료의 사용량이 5중량% 미만인 경우에는 자외선 차단성, 흐름성, 점도안정성, 크랙저항성 등이 저하되고, 22중량%를 초과하는 경우에는 밀도와 경도가 너무 낮아져 도막 밀착성 및 마모성이 저하된다.

체질안료를 1종 이상 선택하여 혼합·사용할 때 그 혼합비는 한정하지 않는다. 이유인 즉, 이들의 선택 및 그 혼합비를 달리하였다고 하여 이들이 체질안료로써의 기능에서 벗어나는 것은 아니기 때문이다.

또, 본 발명에 따른 코팅재 조성물은, 무기 분산제로서 알루민산 소다를 포함한다. 알루민산 소다는 수산화알루미늄(Al(OH)₃)과 수산화나트륨(NaOH)으로 가수분해되어 안료 등의 분말 성분과 바인더인 규산칼륨이 보다 균질하게 분산되도록 한다. 또한, 경화 후에는 무정형 알루미노 규산염 겔 형태로 되어 미세한 다공성을 부여하여 통기성능에 영향을 미치기도 한다. 이러한 알루민산 소다는 코팅재 조성물 총중량에 대하여 0.01~0.5중량%의 양으로 포함된다. 알루민산 소다의 사용량이 0.01중량% 미만인 경우에는 분산성이 저하되어 안료 분말의 응집이 심하게 발생한다. 반면에 0.5중량%를 초과하는 경우에는 용기 안에서 규산칼륨과의 과다반응으로 겔화되어 반고체 상태가 되기 때문에 코팅재로서의 기능을 잃게 된다.

본 발명에 따른 코팅제 조성물은, 점증제로서 메틸셀룰로오즈, 히드록시에틸 셀룰로오즈, 에틸히드록시에틸셀룰로오즈, 히드록시프로필셀룰로오즈, 히드록시프로필메틸셀룰로오즈, 소디움카르복시메틸셀룰로오즈 중에서 선택된 1종을 사용한다.

이러한 점증제는 코팅재 조성물 총중량에 대하여 0.1~1.5중량%의 양으로 포함된다. 점증제의 사용량이 0.1중량% 미만인 경우에는 점도 증가가 이루어지지 않아 침강 안정성이 저하되며, 1.5중량%를 초과하는 경우에는 자외선에 의해 쉽게 열화되고, 내수성, 내구성 등이 저하되며, 점도가 너무 증가되어 코팅재로서의 기능을 상실하게 된다.

본 발명에 따른 코팅제 조성물에서의 물은 코팅재 조성물 총중량에 대하여 0.1~11중량%로 혼합되어 코팅제의 점도를 적절하게 하여 물성을 좋게한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

규산칼륨(SiO₂:K₂O몰비=5:1) 57.5중량%, 산화티타늄 19중량%, 백운모 14중량%, 알루민산소다 0.3중량%, 소디움카르복시메틸셀룰로오즈 0.2중량% 및 물 9중량%의 조성비로 수용성 무기질 코팅재 조성물을 조성하였다.

<실시예 2>

실시예 1에서, 산화티타늄 대신에 산화철 흑색을 사용하는 것을 제외하고는 동일한 조성비로 수용성 무기질 코팅재 조성물을 조성하였다.

<비교예 1>

실시예 1에서, 규산칼륨으로 SiO₂:K₂O의 몰비가 3.39:1인 것을 사용하는 것을 제외하고는 동일한 조성비로 수용성 무기질 코팅재 조성물을 조성하였다.

<시험예 1>

실시예 1~2 및 비교예 1의 조성물에 대하여 물리화학적 성능과 기능을 아래 표1a의 한국 건자재 시험연구원 및 한국 화학 시험연구원에서 제시하는 시험방법과 기준에 따라 평가하였다. 그 결과를 표 1b에 나타내었다.

물리화학적 성능과 기능

시험 항목	품질 기준	시험방법	시험기관
원적외선 방사율	0.90이상(5~20㎛)	KICMFIR1005	한국건자재시험연구원
방사에너지	3.5×10²W/㎡ 이상	KICMFIR1005
항균성	세균감소율 99%이상	KICMFIR1002
항곰팡이성	발육이 인지되지않을것	ASTM G21
포름알데히드	검출되지 않을 것	ISO 16000-3
도막형성후의 겉모양	주름, 잔갈림, 핀홀, 변형 및 벗겨짐이 생기지 않을 것	KS F 4936
중성화깊이	1.0㎜ 이하	KS F 4936
염화물이온침투저항성	1000coulombs 이하	KS F 4936
투습도	50.0g/㎡ㆍday 이하	KS F 4936
내투수성	투수되지 않을 것	KS F 4936
부착강도	1.0N/㎟ 이상	KS F 4936
균열대응성	잔갈림, 파단되지 않을 것	KS F 4936
난연성	난연 1급의 표면시험에 합격할 것	KS F 2271
통기성	40.0g/m²·day이상	KS F 2607
휘발성방향족탄화수소	검출 되지 않을 것	ISO 11890-2	한국화학 시험연구원
총휘발성유기화합물	검출 되지 않을 것	ISO 11890-2
중금속	Pb,Cd,Hg,Cr6+가 없을 것	ISO 3856-5
광택	무광(85도 광택 10이하)	KSM 6010
은폐율	0.9이상	KSM 6010
용기내에서의 상태	이상없을것	KSM 6010
냄새	이상없을것	KSM 6010
내곰팡이성	6이상	KSM 6010
결로보완성	결로발생 없을 것 (30분이상)	KS F 2295	주택공사

시험 결과

시험 항목	실시예 1	실시예 2	비교예 1
원적외선 방사율	0.913	-	-
방사에너지	3.68×10²	-	-
항균성	99.8	-	-
항곰팡이성	0 (발육인지 안 됨)	-	-
포름알데히드	검출 안 됨	검출 안 됨	-
도막형성후의 겉모양	이상 없음	이상 없음	잔갈림 및 벗겨짐
중성화깊이	0.5	-	-
염화물이온침투저항성	310	-	-
투습도	26.4	-	-
내투수성	이상 없음	-	-
부착강도	평균 2.16	-	-
균열대응성	이상 없음	-	-
난연성	난연 1급	-	-
통기성	50.9	-	-
휘발성방향족탄화수소	검출 안 됨	검출 안 됨	-
총휘발성유기화합물	검출 안 됨	검출 안 됨	-
중금속	검출 안 됨	검출 안 됨	-
광택	3	-	3
은폐율	0.97	-	0.96
용기내에서의 상태	이상 없음	이상 없음	이상 없음
냄새	이상 없음	이상 없음	-
내곰팡이성	8	-	-
결로보완성	결로발생 없음(42분)	결로발생 없음	-

상기 표 1b에서와 같이, 본 발명의 수용성 무기질 코팅재 조성물은 건자재 코팅재 품질 기준에 적합하고, 휘발성 유기화합물, 중금속이 없고, 원적외선 방출 및 항균, 항곰팡이성, 결로방지 및 통기성이 우수하여, 친환경적으로 건축구조물, 아파트, 학교 등의 무기질 건설 재료의 코팅재로서 넓게 사용할 수 있다.

본 발명의 코팅재 조성물은 종래의 실리콘계 처리재, 규산염계 처리재와 비교하여 무기질계 건자재에 방식성을 부여하고, 내구성, 내열성, 결로방지, 내산성, 내알칼리성, 내항균성, 내곰팡이성이 우수하고, 자외선 열화가 없으며, 염분저항성이 우수하고, 휘발성 유기화합물이 없고, 원적외선이 발생되는 친환경의 수용성 무기질 규산칼륨 코팅재라는 특징이 있다.

본 발명은 무기질계 건자재의 내구성을 개선함과 동시에 노후 콘크리트 등의 보수 보강에도 우수한 성능을 발휘할 뿐 아니라, 아파트나 주택, 학교 등에 코팅재로 사용할 경우, 휘발성 유기화합물, 포름알데히드, 중금속 등의 유해물질로부터 사람을 보호할 수 있는 등의 효과를 발휘할 수 있다.

Claims

수용성 무기질 코팅재 조성물에 있어서, 이산화규소(SiO₂):산화칼륨(K₂O)의 몰비가 4.5~6:1인 규산칼륨 40~75중량%, 무기 안료 10~26중량%, 체질 안료 5~22중량%, 알루민산 소다 0.01~0.5중량%, 점증제 0.1~1.5중량% 및 물 0.1~11중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 무기질 코팅재 조성물
삭제
제 1항에 있어서, 무기 안료는 산화티타늄, 산화철 청색, 산화철, 산화철 노란색, 산화철 흑색 및 몰리브데이트 오렌지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수용성 무기질 코팅재 조성물
제 1항에 있어서, 체질 안료는 백운모, 금운모, 흑운모, 견운모 및 탈크로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수용성 무기질 코팅재 조성물
제 1항에 있어서, 점증제는 메틸셀룰로오즈, 히드록시에틸셀룰로오즈, 에틸 히드록시에틸셀룰로오즈, 히드록시프로필셀룰로오즈, 히드록시프로필메틸셀룰로오즈, 소디움카르복시메틸셀룰로오즈 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 수용성 무기질 코팅재 조성물
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