KR100616097B1 - 판상 알루미나를 함유하는 유백색 무기도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판상 알루미나를 함유하는 유백색 무기도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기안료 성분으로 판상 알루미나를 함유시킴으로써 판상 알루미나 본래의 기능인 방열성, 방식성을 발현하도록 하고, 특히 함유되는 판상 알루미나 입자의 크기를 최소화하여 판상 알루미나를 체질안료화함으로써 내마모성을 강화하는 동시에 진주빛 유백색성을 향상시킨 무기도료 조성물에 관한 것이다.

무기도료, 판상 알루미나

Description

판상 알루미나를 함유하는 유백색 무기도료 조성물{Pearlescent paint composition containing platy alumina}

본 발명은 판상 알루미나를 함유하는 유백색 무기도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기안료 성분으로 판상 알루미나를 함유시킴으로써 판상 알루미나 본래의 기능인 방열성, 방식성을 발현하도록 하고, 특히 함유되는 판상 알루미나 입자의 크기를 최소화하여 판상 알루미나를 체질안료화함으로써 내마모성을 강화하는 동시에 진주빛 유백색성을 향상시킨 무기도료 조성물에 관한 것이다.

현재, 자동차, 가정용 전기제품, 건축물 등 각종 제품에 상용화 되어있는 유기 또는 무기 금속재료는 표면보호와 외관 향상을 목적으로, 표면에 페인트를 도포하는 도장 방법에 널리 채택되고 있으며, 여기에 색 또는 기능을 부여하기 위하여 안료를 첨가하는 것이 일반적이다. 이러한 안료로서 사용되는 물질은 크게 무기 안료와 유기 안료로 나눌 수 있다. 유기 안료는 방향족 탄화수소 또는 불포화 사슬형 탄화수소를 주성분으로 하며, 용매에 대한 친화성이 좋고 분산이 잘 이루어지는 장점이 있는 반면, 강도가 약하고, 열 또는 광에 의해 쉽게 변색되며, 표면의 부식을 막는 데는 적합하지 못하다. 이에 비하여, 무기안료는 내구성, 내마모성, 내변색성 등 가혹한 환경에 대해 유리함을 갖고 있어, 특히 자동차, 건축물 등에서 많이 사용된다.

상기와 같은 가혹한 환경에 견딜 수 있는 특성을 가진 유백색 무기 도료를 조성함에 있어서, 종래에는 주로 구상 구조의 무기 입자를 사용하여 왔다. 그러나, 일반적으로 조개껍질, 진주 등의 자연의 유백색은 판상 구조로 인한 미소한 지역적인 불균일 반사가 조합되어 나타나므로, 종래의 구상 입자로는 자연에서 발견되는 진주빛 유백색을 재현하기가 어렵다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 미소한 지역적인 불균일 반사를 일으켜 자연의 진주빛 유백색을 얻기 위한 방법중의 하나는 판상의 무기 입자를 사용하는 것이다.

상기의 판상 무기 안료의 사용예로서, 철강 재료에 사용되는 무기 도료에 판상 알루미나를 첨가하여 방열성과 방식성 기능을 부여하는 것이 공지되어 있다[대한민국특허출원 제97-69247호 등].

일반적인 판상 알루미나 입자는 평균길이×폭×두께가 20∼30 ㎛×5∼10 ㎛×0.5 ㎛인 길쭉한 판상 형태로 이루어져 있으며, 이를 도료에 혼합할 경우, 어느 정도의 유백색을 가지기는 하나 색감이 거칠다는 문제점이 있다. 또한, 상기 출원에서 안료의 형태 조절은 철강재료에 대한 제품의 부식 방지만을 주목적으로 한 것으로 색감에 대한 고려가 이루어지지 않아, 제품의 외관을 중요시하는 가정용 제품과 자동차 등의 도장에는 적합하지 않다. 덧붙여, 이러한 판상 알루미나는 입자가 너무 조대하여 내마모성이 떨어지며, 박리성이 증대되는 문제점이 있다.

따라서, 내마모성이 떨어지는 문제점을 보완하기 위한 대안으로, 종래에는 체질 안료를 투입하여 왔다.

체질 안료는 도색의 강도 보강 및 팽윤효과, 그리고 도장시 도료의 흐름을 방지하는 작용을 위해 첨가되며, 그 첨가량은 통상 도료의 중량을 기준으로 5∼10 중량% 정도이다. 체질 안료로는 산화 알루미늄, 탄산 칼슘 및 실리카 등이 사용될 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 첨가할 수 있다. 일반적인 체질 안료는 1∼3 ㎛의 구형 입자로 구성되며, 이는 유백색을 구현하는데 필요한 판상 안료의 방향특성을 방해하기 때문에 부드러운 진주색을 저하시키게 되는 또 다른 문제점이 있다.

즉, 내마모성, 방열성, 방식성 등이 필수적으로 요구되는 자동차 자체외장 등의 가혹한 환경에서 사용할 수 있는 도료를 만들고자 할 경우, 종래와 같은 입자가 조대한 판상 알루미나를 사용하면 내마모성이 떨어지는 문제점이 있으며, 이를 극복하기 위하여 체질 안료를 투입할 경우, 내마모성을 보완하는 것이 가능하나 제품 본래의 특성인 유백색성을 저하시키는 또 다른 문제점이 있었다.

이에, 본 발명의 발명자들은 방식성과 방열성에 유리한 판상 알루미나를 함유하는 유백색 무기도료 조성물에 있어서, 종래의 입자가 조대한 판상 알루미나를 사용할 때의 내마모성이 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 판 상 알루미나 입자의 크기를 최소화함으로써, 내마모성을 증가시키는 동시에 진주빛 유백색감을 향상시켜 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 종래의 방법으로는 구현하기 어려웠던 진주빛 유백색 색감을 구현함과 더불어 가혹한 환경에서 사용할 수 있도록 내마모성, 방열성, 방식성을 증가시킨 유백색 무기도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 무기안료, 바인더 및 용매로 이루어진 유백색 무기 도료 조성물에 있어서, 상기 무기 안료가 평균입경이 0.1 ∼ 10 ㎛이고, 두께가 0.05 ∼ 0.2 ㎛인 판상 알루미나인 유백색 무기도료 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

안료, 바인더 및 용매로 이루어진 무기 도료 조성물에 있어서, 상기 무기 도료 조성물에 첨가되는 안료로는 색상을 부여하는 색상안료와 안료의 기능 향상을 위한 체질안료가 있으며, 종래에는 유백색의 무기 도료 조성물에 각각 색상 안료로서 판상의 알루미나를, 그리고 체질 안료로서 다른 입자를 사용하여 왔고, 이 두 안료간의 성질 차이에 의해 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이에, 본 발명은 상반되는 두 안료인 색상 안료와 체질 안료간의 성질 차이에 의해 비롯된 성능 저하를 막기위해, 본래의 색상 안료인 판상 알루미나를 체질 안료화하는 데 그 특징이 있다. 즉, 유백색을 나타내는 판상 알루미나의 크기를 최소화 함으로써 체질 안료로서의 성능을 부여하는 것이다.

특히, 판상 알루미나를 체질 안료로 사용할 경우, 알루미나 자체의 강한 강도로 인해 타 체질 안료에 비해 높은 내마모성을 가지게 되며, 또한 입자의 형태가 판상으로 이루어져 습기, 산소 등의 부식성 물질이 도막을 통과하기 위한 경로가 더욱 길어지므로 내투과성이 증대되어 방식성이 증대된다.

더욱이, 본 발명은 판상 알루미나 입자의 크기를 최소화 함으로써, 내마모성은 별도의 작은 입자의 체질 안료를 사용할 때 정도로 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 체질안료가 첨가되지 않을 경우, 종래 사용되었던 큰 입경의 판상 알루미나를 함유한 도료는 거친 색감을 나타내는 반면, 작은 입경의 판상 알루미나 입자를 사용함으로써 부드러운 유백색감을 얻을 수 있다.

상기의 목적으로 판상 알루미나를 투입할 경우, 입자의 크기는 평균 입경이 0.1∼10 ㎛, 보다 바람직하기로는 1∼3 ㎛이고, 두께가 0.05∼2 ㎛, 보다 바람직하기로는 0.1 ㎛ 정도인 것을 사용한다. 이 때, 판상 알루미나 입자의 크기를 상기와 같이 한정하는 이유는, 입경 10 ㎛를 초과하는 큰 입자가 많은량 함유되어 있을 경우 도장 표면에 불규칙한 면이 생겨 부드러운 유백색을 얻지 못하며, 반면 0.1 ㎛ 미만의 작은 입자가 과량으로 함유되었을 경우 판상 입자 본연의 방향성 반사 특성이 저하되므로 이 범위를 벗어나는 판상 입자의 량을 20 중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 이러한 판상 알루미나 안료는 통상의 유기 또는 무기 색상 안료와 함께 사용될 수 있는데, 그 구체적인 예로서 유기안료로는 톨루이딘, 프탈로시아닌 등을, 그리고, 무기안료로는 티타늄다이옥사이드, 산화철 등을 사용할 수 있다.

일반적으로 유기 안료는 그 입자가 매우 작아 판상 알루미나의 반사 특성을 크게 방해하지는 않는다. 그러나, 무기 색상 안료는 판상 알루미나의 반사 특성을 저하시킬 수 있으므로, 그 첨가량을 최소화하거나, 동등한 판상 안료를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 별도의 체질안료를 사용하지 않을 경우, 무기 안료 중 판상 알루미나의 비율은 50 부피% 이상, 보다 바람직하게는 80 부피% 이상으로 사용하는 것이 바람직하다.

무기도료 조성물에 첨가되는 안료로는 상기의 판상 알루미나를 사용하고, 여기에 통상적으로 사용되는 바인더, 즉, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, PMMA(polymethylmethacrylate)를 비롯한 아크릴계 수지 바인더 및 용매, 즉, 알콜계, 아미드계, 염화수소계, 에스테르계, 에테르계, 탄화수소계, 케톤계, 니트릴계 등의 용매를 사용하여 통상적인 방법으로 무기도료 조성물을 제조함으로써 본 발명을 완성한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

다음 표 1과 같은 조성으로 실시예 및 비교예를 구성하고, 각각의 조성에 대하여 유백색감의 척도로 평균 색상영역 크기를 측정하였으며, 내마모성을 알아보기 위한 박리성 시험을 하였다.

각각의 조성은 무기 안료 부피의 합을 100이라 할 때 PMMA (polymethylmethacrylate)계 바인더 150 부피부, 톨루엔 용매 430 부피부와 함께 호바트 믹서에서 2시간 동안 혼합한 후 동일한 조건으로 도포하여 건조한 것이다. 이때, 각각의 도막은 약 30 ㎛ 정도이다.

평균 색상 영역의 크기는 빛을 조사한 상태에서 현미경으로 관찰 하였을 때 나타나는 반사영역의 크기를 Scherrer 법으로 평균을 구한 것으로 그 값이 1∼10 ㎛ 정도 일 때 진주빛이 발생한다. 이때 그 값이 작을 경우 부드러운 색감을 가지고 그 값이 크면 거친 색감을 갖는다.

박리성 시험은 도막이 입혀진 시료를 고정시키고, 라이온 30 지우개를 1 kg 하중으로 매분 25회씩 왕복할 때 막의 손상여부를 관찰하는 것으로 500회 이상이 되어야 바람직하다.

실시예와 비교예, 각각 안료의 조성비 및 평균 색상영역 크기의 측정값과 박리성 시험의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1의 실시예는 판상 알루미나를 체질 안료화하기 위하여 알루미나 입자의 평균 입경을 3 ㎛로 작게 조절하고, 기타 다른 체질 안료를 포함시키지 않았다.

상기 비교예 1은 종래에 사용하던 입자가 조대한 판상 알루미나이며, 기타 다른 체질안료를 포함시키지 않았다. 상기에서 상세히 설명하였듯이, 비교예 1의 경우 다른 체질 안료를 포함하고 있지 않아, 색감은 평균 색상영역 크기가 10 ㎛ 으로 유백색감은 좋으나 쉽게 박리되어 내마모성이 떨어지는 것을 관찰할 수 있다.

또한, 이러한 내마모성을 증가시키기 위하여 판상 알루미나에 다른 체질 안료인 실리카를 첨가한 비교예 2 및 3의 경우, 판상 알루미나의 입경에 관계없이 박리성 시험에서 500회 이상으로 내마모성은 증가한 반면, 평균 색상영역 크기가 각각 0.1 ㎛, 0.2 ㎛로 진주빛 유백색상을 잃어버리는 것을 관찰할 수 있다.

즉, 상기 실시예에서 보듯이 판상 알루미나 입자의 평균입경을 3 ㎛으로 하 면 진주빛 유백색을 발현하면서, 내마모성 또한 박리성 시험 500회 이상으로 다른 체질안료를 첨가한 것과 같은 효과를 얻을 수 있어, 색감이 우수하고, 내마모성이 강한 막을 형성하였다.

덧붙여, 상기 실시예와 같이 체질안료가 첨가되지 않을 경우, 작은 입경의 판상 알루미나 입자를 함유한 도료는 평균색상 영역의 크기가 3 ㎛으로 부드러운 색감을 나타내는 반면, 큰 입경의 판상 알루미나를 함유한 도료는 평균색상 영역의 크기가 10 ㎛으로 거친 색감을 나타내었다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 유백색 무기도료 조성물은 종래와는 달리판상 알루미나 입자의 크기를 최소화하여 사용함으로써, 판상 알루미나 고유의 특성인 방열성, 방식성이 강한 동시에 내마모성이 뛰어난 효과를 얻을 수 있으며, 진주빛 유백색감이 향상된 도료를 제조할 수 있다. 이러한 진주빛 유백색 도료는 자동차, 건물 등에 사용하며 외관 향상과 더불어 내마모성, 방식성, 방열성이 우수한 표면을 형성함으로써 제품의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 무기안료, 바인더 및 용매로 이루어진 유백색 무기 도료 조성물에 있어서,

   상기 무기 안료가 평균입경 0.1 ∼ 3 ㎛ 이고, 두께가 0.05 ∼ 0.1 ㎛ 인 판상 알루미나인 것임을 특징으로 하는 유백색 무기도료 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 무기안료가 상기의 판상 알루미나 및 통상적인 유기 또는 무기안료의 혼합물인 경우, 전체의 무기안료 중에 판상 알루미나가 50 ∼ 100 부피% 함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유백색 무기도료 조성물.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 판상 알루미나는 전체의 무기안료 중에 80 ∼ 100 부피% 함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유백색 무기도료 조성물.