KR100708435B1

KR100708435B1 - 포름알데히드를 함유하지 않는 암면 천정판용 코팅 조성물및 이로 코팅된 암면 천정판

Info

Publication number: KR100708435B1
Application number: KR1020040118243A
Authority: KR
Inventors: 배택윤; 김학준; 권오원; 윤세웅; 오용환; 이현기; 이진우; 김현수
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2007-04-18
Also published as: KR20060078984A

Abstract

본 발명은 포름알데히드를 함유하지 않고 습기에 의한 처짐 현상이 없는 암면 천정판 및 처짐 현상 개선을 위해 이용되는 코팅(Back Sizing) 조성물 및 이 조성물을 암면 천정판에 코팅하는 코팅 방법에 관한 것이다. 본 발명의 코팅 조성물은 가수분해가능한 실란 화합물과 산성 화합물을 포함한다.

암면 천정판은 다공질로 이루어져 있으므로 다습한 환경에서 공기중의 습기를 흡수하기 쉽기 때문에 처짐성이 발생되어 미관 및 기능성에 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 암면 천정판의 내처짐물성 만족을 위한 한가지 방법으로 암면 천정판 뒷면에 열경화성 수지를 이용한 혼합물을 코팅하는 방법이 대두되었는데 이와 같은 열경화성 수지의 코팅제로서 멜라민-포름알데히드 수지가 통상적으로 사용되어 왔다. 그러나 이러한 멜라민-포름알데히드 수지는 수용화를 위해 많은 양의 포름알데히드가 첨가되는데 과량의 포름알데히드는 천장재 뒷면에 스프레이시 공기 중에 포름알데히드를 유출시켜 작업 환경을 악화시키고 건조 경화시 상당한 양의 포름알데히드가 발생되어 증기형태로 대기중에 배출시키는 단점이 있다. 또한 경화시 발생되는 포름알데히드가 천장재 내부에 남아 있어 천장재 시공 후 시간의 경과에 따라 서서히 방출되어 실내 공기 중에 유출되어 사람이 흡입하면 새집 증후군(Sick-House Syndrome)을 일으키는 주요 원인이 되기도 하여 바람직하지 않다. 이와 같은 단점을 개선하기 위해서는 매우 높은 비용이 요구되며 근원적으로 포름알데히드의 방출을 막을 수는 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 지닌 포름알데히드의 유출을 없애고 암면 천정판의 처짐성을 개선시킬 수 있는 방법으로 포름알데히드의 유출과 무관한 실란 화합물을 이용하였다. 본 발명에 따른 실란 화합물은 물에 가수분해하여 사용하며 코팅 작업시 양호하게 도포가 되어 더욱 생산성도 양호하고 무독성을 가지게 되며, 특히 휘발성 유기 용제를 전혀 포함하지 않아 코팅시에 용제 증발에 의한 환경 오염을 일으키지 않는다.

Description

포름알데히드를 함유하지 않는 암면 천정판용 코팅 조성물 및 이로 코팅된 암면 천정판{Formaldehyde-free coating composition for roofing panel made by mineral wool and the roofing panel coated thereby}

본 발명은 포름알데히드를 함유하지 않는 암면 천정판용 코팅 조성물 및 이로 코팅된 암면 천정판에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 본 발명은 가수분해가능한 다음 화학식 1의 실란 화합물과 산성 화합물을 함유한 암면 천정판용 코팅 조성물 및 이로 코팅된 암면 천정판에 관한 것이다.

R_nSiX_4-n

상기 식에서,

n은 1 내지 3의 정수를 나타내고,

X는 수소, 할로겐, 각각 할로겐 및 C_1-4-알콕시 중에서 선택된 하나 이상의 치환체에 의해 치환될 수 있는, C_1-4-알콕시, C_6-10-아릴옥시, 메타크릴옥시, C _1-4-아 실옥시 또는 C_1-4-알킬카르보닐, 아미노, 아미드를 나타내며,

R은 각각 할로겐, C_1-4-알콕시, 히드록시, 아미노 및 에폭시드 중에서 선택된 하나 이상의 치환체에 의해 치환될 수 있는, C_1-4-알킬, C_2-4-알케닐, C_2-4-알키닐, C_3-6-시클로알킬, C_3-6-시클로알케닐, C_3-6-시클로알키닐, C_6-10-아릴, 메타크릴 또는 C_6-10-아릴 C_1-4-알킬을 나타낸다.

본 발명의 코팅 조성물을 가수분해시켜 암면 천정판 뒷면에 도포하여 사용할 때 용제의 증발이 없어 무독성이며, 처짐 현상이 없는 암면 천정판을 제조할 수 있다.

암면 천정판은 미네랄울(Mineral Wool)을 주원료로 판상으로 성형하여 다양한 무늬 및 요철을 가공한 후 표면을 도장시킨 것으로서, 본래 미국에서 발명되었다. 암면 천정판의 원조는 나무판(Wood-Board) 천정판으로서 목재를 표면 가공한 제품이다. 그 후 공공건물에 대한 내화가 요구됨에 따라 이것을 대신하게 된 것이 암면 천정판이다. 이는 종래의 석고 시멘트 판에 비해 밀도가 1/3에 불과하면서도, 강도가 높고, 대형 판으로 제조가 가능하며, 다양한 시공 시스템을 개발하여 개성있는 공간창출이 가능하며, 소음을 흡수, 차단하는 성능이 우수한 장점이 있다. 이러한 암면 천정판은 최초 개발 이후 원판 배합의 개량, 무늬의 개선, 패턴(Pattern)의 다양화, 가공 정밀성의 향상, 내 처짐 물성의 향상 등 여러 측면에서 다양한 노력으로 개선되어 왔다.

종래에는 광물질 섬유인 암면을 주성분으로 하고 여기에 적정량의 벤토나이트 등의 충진제나 전분, 페놀수지, 펄프 등의 유기물 결합제 및 에멀젼 왁스, 황산 반토, 폴리아크릴아마이드 등의 결합조제로서 이루어진 고형분을 10∼100배 정도의 물에 분산시켜 슬러리를 만들고, 이를 습식 초조 방법으로 판상의 암면 천정판을 제조하는 방법이 사용되어져 왔다. 그러나 시공 후 장기간 사용시 습도에 의한 전분의 변형, 제품자체의 하중 등의 요인으로 처짐(Sagging)이 발생하며, 외관상 보기가 안좋게 보일 수 있으며, 경우에 따라서는 천정판을 건축물에 시공 당시 환경 조건이 열악(고온다습)할 때 처짐 현상으로 최종 사용자의 불만이 발생할 수 있다. 이에 따라 흡습에 따른 처짐 현상에 저항하기 위해 많은 적절한 공법 개발, 원판 배합의 변경 등 무수한 노력들이 이루어져 왔다.

예를 들어, 첫째, 밀도를 낮추어 천정판 제품 자체의 하중을 줄이는 방법으로 배합에 퍼라이트와 같은 경량 충진제와 종이와 같은 섬유질 원재료를 사용하면 가능하지만 난연성이 떨어지는 단점이 있다.밀도를 아주 높여 제품의 하중보다는 제품 자체의 결속을 단단하게 하여 처짐(sag) 저항 효과를 기대할 수 있으나, 최종 제품이 무거워지고, 제조원가가 상승하는 단점이 있다. 셋째, 퍼라이트 배합에 따른 습강도가 약한 것을 보강하기 위해 펄프는 고해 처리하여 사용하는데, 이는 섬유발을 부드럽고 치밀하게 하므로 암면 천정판내의 조직을 치밀하게 얽히게 하여 처짐 물성을 향상시키는 방법이 있었다. 넷째, 천정판 표면에 화합물을 코팅하여 처짐성을 보완하는 방법이 대두되었다.

암면 천정판에 처짐 물성을 보완하기 위한 코팅제와 관련하여 선행 기술로서 는 통상적으로 멜라민-포름알데히드 수지가 대표적으로 사용되어 왔는데 미국특허 제5,714,200호에서 다음과 같이 기술하고 있다.처짐에 저항하기 위해서는, 표면에 1회 코팅과 뒷면의 1회 코팅 등 적어도 두 개의 다른 코팅면이 천정판에 요구되는데 양 코팅면의 탄성계수는 보드의 딱딱함을 가지기 위해 적어도 400,000psi이상이어야 하고 게다가 뒷면 코팅은 표면 코팅보다 높은 습기 팽창 계수를 가져야 한다고 언급되어 있다. 400,000psi의 탄성계수를 가지는 표면에 적합한 앞면 코팅은 낮은 필러/바인더비(7/1 이하)에서 40℃ 이상의 Tg를 가지는 아크릴, 우레탄, 에폭시 등이 적합하며, 또한 적당한 뒷면 코팅 물질은 높은 친수성 계수의 물질인데 적당하게 탄소기나 수소기의 기능을 가진다. 예를 들면 멜라민 포름알데히드 코팅이 대표적인데 제시된 코팅은 높은 탄성계수와 습기팽창계수를 갖는데, 필러와 바인더의 비가 7/1이하의 멜라민 포름알데히드이며 이 최대 필러/바인더 비가 최소의 탄성계수를 얻기 위해 필요하다고 언급하고 있다. 또한 미국특허 제5,753,871호, 제3,655,431호에서는 암면, 전분을 포함하는 암면 천정판에서 특히 고온, 고습도 조건에서 멜라민-포름알데히드 수지로 인해 처짐에 상당한 저항성을 가진다고 명시되어 있다.

그러나 이러한 멜라민-포름알데히드 수지는 천정재의 제조 동안 상당한 양의 미반응 포름알데히드 및 이의 저분자량 생성물을 증기 형태로 배출시키는 단점을 갖는다. 이들은 천정판 생산라인에서 대기로의 방출로 인한 환경오염을 방지하기 위하여 매우 높은 설비 비용이 들고 또한 최종 천정재 제조품에 잔존되어 있는 포름알데히드가 방출되어 인체에 유해하게 작용할 수 있다. 현대인의 경우 인공적 환 경인 건축물의 실내에서 생활하는 시간이 전체의 80% 이상이어서 포름알데히드가 제거 또는 희석되지 못하고 실내에 점차적으로 누적될 경우 재실자의 건강에 직접적으로 큰 영향을 미칠 수 있음에도 불구하고 근래까지는 실내 공기 환경의 중요성이 낮게 평가되어 왔던 게 사실이었다.

포름알데히드에서 발생하는 냄새는 일반적으로 1ppm에서 느끼게 되지만, 0.05ppm의 농도에서부터 감지하는 사람도 있다. 1980년 12월에 미국 국립노동안전위생연구소(NIOSH)와 산업안전국(OSHA)은 포름알데히드는 노동위생상의 발암물질로서 취급되어야 한다고 권고했다. 보통 포름알데히드의 농도가 1ppm 이하인 경우에는 눈, 코, 목의 자극 등의 증상을 나타내고 5ppm이하에서는 천식 환자에게 심한 천식 발작을 일으킨다. 또한 20ppm 이하에서는 기침, 폐의 압박, 머리의 무거움, 심장 박동이 빨라지는 등의 증상을 호소하게 되며, 100ppm 이하의 고농도에서는 폐체액의 집적, 폐염증의 증상을 호소하고 심한 경우에는 사망에 이르게 될 수 있다.

실란은 친수성(hydrophilic)이면서 동시에 소수성(hydrophobic/water-repellent)인 이중적인 물성을 갖는다. 실란 분자는 극성 요소(polar component)뿐만 아니라, 비극성(non-polar) 요소도 갖는다. 건축물을 보호하기 위해 사용되는 실란에서 방수활동의 매개체(vehicle)는 비극성인 유기 알킬기(non-polar organics alkyl group)이다. 방수제의 효과, 내구성, 안정성은 이 유기 알킬기의 크기와 특성에 따른다. 분자가 이러한 종류의 한가지 기를 함유하는 것이 일반적이다. 중심의 실리콘 원자의 4가지 작용기 가운데 유기 알킬기를 제외한 나머지는 알코올기로 치환되어 있다. 이들 알코올기는 친수성이어서, 가수분해(hydrolysis)로 알려진 반 응으로 물과 반응하여, 알코올기를 분리시킨다. 이런 식으로 만들어진 실라놀은 공식적으로 알킬 실리카로 간주된다. 이런 종류의 화합물은 유기 알킬기와 무기 실리케이트의 물성을 동시에 나타낸다. 이 알킬 실리카는 반응성이 대단히 높다. 이웃하는 분자들과 낮은 정도의 중합을 하면서 화합물을 형성하지만 암면 무기질 표면과 반응할 수 있다. 이렇게 화학적으로 결합된 알킬기 표면은 소수성(방수성)이어서 기질을 방수가 되도록 만든다. 다공성 광물성 건축재의 모세 흡입관이 단순히 제거되지 않고 실제로 전환되며 모세관 현상의 힘이 심지어 물이 압력을 받을 때 침투를 억제해 준다. 그 효과는 마치 방수 우비의 기능과 유사하다고 볼 수 있다.

실란의 방수성 발현의 선행기술을 언급하자면, 트리알콕시실란의 에멀젼은 예전부터 방수제로서 사용된다고 알려져 있는데, 예를 들어 완충 수성 실란 에멀젼은 미국 특허 제 4,877,654호 및 제 5,393,330호에 개시되어 있다. 또한, 미국 특허 제 5,226,954호에서는 알킬 알콕시실란은 발수성을 위하여 비이온성 및 음이온성 유화제로 유화됨을 명시하고 있다. 또한, 미국 특허 제 5,393,990호에서는 방수제로서 사용되는 비치환 또는 할로겐화 알킬 트리알콕시실란에 대해 언급하고 있고, 미국 특허 제 4,778,624호에는 치환 및 비치환 알킬실란으로부터 폴리(실세스퀴옥산)의 안정한 수성 에멀젼의 제조 방법을 서술하고 있다. 그러나, 이 특허에서 가교 결합시키는 이들 안정한 실란 에멀젼의 사용을 시도하지 않았고 수성 실릴화 유기 중합체의 최종 용도 특성을 개선하지는 못하였다.

일본 특허 공개 공보 제 64-168호에서는 코팅 공정 전에 알콕시실란의 부분 가수분해물 또는 부분 축합물에 경화제로서 물과 촉매를 첨가함으로써 알콕시기가 실라놀로 전환되는 코팅제에 대해 언급하고 있다. 그러나 이 코팅제는 인성이 불량하여 10um이상의 필름 두께에서는 균열이 손쉽게 발생한다. 상기 코팅제는 저장성이 우수하지만 필름 물성의 발현을 위해서는 약 100℃ 이상의 고온에서 또는 장시간 동안 열처리하는 것이 필요하다. 이러한 단점들을 해소할 목적으로 일본 특허 공개 공보 제 63-268772호에서는 실리콘 알콕시드를 주성분으로 함유하는 예비중합체, 경화촉매 및 물을 포함하여, 실온 근처에서 경화되는 코팅제가 제안되었으나 인성이 개선되지 않아서, 코팅 후 예비코팅 금속의 가공, 코팅 처리 후 폴리카보네이트 판의 가공 등을 수행하는 것이 불가능하고 또한 코팅성과 경화성이 불량하여, 코팅제의 경화성이 습도에 의해 영향을 받는 결점이 있다.

본 발명은 실란 가수분해물이 우수한 무기질 부착력을 가지고 있음에 착안하여, 기존의 실란 화합물의 단점, 즉 코팅성, 경화성 등 코팅 물성의 열화가 없으며, 취급이 용이하고, 또한 저장 안정성을 개선하고자 실란 가수분해물에 적합한 산성 화합물을 찾아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명의 코팅 조성물을 암면 천정판에 적용함으로써 유해한 포름알데히드를 발생시키지 않으면서 천정판 분야에서 단점으로 대두된 천정판의 처짐성을 해결할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 가수분해 가능한 상기 화학식 1의 실란 화합물과 산성 화합물을 함유하는 암면 천정판용 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 이 코팅 조성물을 가수분해시켜 암면 천정판의 뒷면에 코팅하는 코팅 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 암면 천정판용 코팅 조성물이 코팅된 암면 천정판을 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 암면 천정판용 코팅 조성물은 다음 화학식 1의 실란 화합물을 함유하고 있으며, 이 화합물은 쉽게 가수분해될 수 있는 물질들이다:

[화학식 1]

R_nSiX_4-n

상기 식에서,

n은 1 내지 3의 정수를 나타내고,

X는 수소, 할로겐, 각각 할로겐 및 C_1-4-알콕시 중에서 선택된 하나 이상의 치환체에 의해 치환될 수 있는, C_1-4-알콕시, C_6-10-아릴옥시, 메타크릴옥시, C _1-4-아실옥시 또는 C_1-4-알킬카르보닐, 아미노, 아미드를 나타내며,

상기 화학식 1의 화합물에서 바람직한 치환기 정의는

X가 F, Cl, Br, I, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 페녹시, 메타크릴옥시, 아세톡시, 프로피오닐옥시 또는 아세틸을 나타내거나,

모노 C_1-4-알킬아미노, 디 C_1-4-알킬아미노, C_6-10-아릴아미노, 아랄킬아미노, 벤즈아미도를 나타내며,

R이 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 비닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 부테닐, 아세틸렌일, 프로파르길, 페닐, 나프틸 등을 나타내는 것들이다. 특히, 바람직하게는, 각각 할로겐, C_1-4-알콕시, 히드록시, 아미노 및 에폭시드 중에서 선택된 하나 이상의 치환체에 의해 치환될 수 있는, 메틸, 에틸 또는 페닐이다.

상기 치환기 중 X는 가수분해성이 있어서, 수용액 중 또는 공기 중의 수분, 암면 무기질 표면의 흡착물 등에 의해 가수분해되어 실라놀(SiOH)로 되고 무기질 표면과 반응하는 부위가 될 수 있다.

이러한 실란 화합물은 전체 코팅제에 대해 0.5∼40중량% 사용되며, 바람직하기로는 1∼10 중량%이다. 그 함량이 0.5중량% 미만인 경우 용액의 농도가 너무 묽어 코팅 효과가 저하되는 단점이 있고, 40중량%를 초과하면 가수분해하는데 시간이 오래 걸리며 제조원가가 상승하는 단점이 있다.

일반적으로 암면 천정판은 습식 펠트 공법으로 제조할 수 있다. 습식 펠트 공법은 암면, 퍼라이트, 바인더, 펄프, 충진재 등을 물에 묽게 희석하여 펠트로 성 형하는 천정판 제조에 널리 사용되는 방법이다. 암면 천정판 코팅 공정에 대해 좀 더 상세히 언급하자면, 암면, 유기 전분, 아타펄자이트, 폴리아크릴아마이드, 유기 섬유질 고지, 왁스 에멀젼, 액상 응결제, 불량제품 재활용 분말 브로크(Broke)를 50∼60%의 함수 상태로 배합, 성형한 후, 상기 성형물에 코팅제를 분무한 후, 약 100℃에서 90분 동안 건조한다.

본 발명에서는 코팅제에 실란 가수분해물을 사용하는데 상기 건조 공정 후 대부분의 물이 증발되어 실라놀기가 축합되어 실록산 결합을 형성하여 견고한 코팅막이 이루어져 방수성을 발현하여 고온다습시 발생되는 암면 천정판의 처짐현상을 개선할 수 있는 효과를 가져온다.

또한 실란 화합물은 암면 천정판 무기질 표면의 흡착물 또는 수분 등에 의해 가수분해 되어 실라놀기(SiOH)로 되고 이러한 실라놀기는 천정판 표면의 OH기와 반응하여 실록산 결합을 형성하여 천정판의 처짐성 방지능력에 기여할 수 있다.

본 발명에서는 이러한 실란 가수분해물이 축합되어 생성되는 우수한 화학 결합력인 실록산 결합이 있음에도 불구하고 단점으로 작용하는 저장 안정성을 개선할 목적으로 pH 3 ~ 5 범위를 갖기 위해 아세트산, 염산, 황산, 인산, p-톨루엔술폰산, 프탈산 등의 산 단량체 또는 분자량 1,000~10,000범위의 산 올리고머, 10,000~1,000,000 범위의 산성 고분자(예를 들면 폴리아크릴산)를 포함하는 산성 화합물을 첨가하여 코팅제로 사용함을 특징으로 한다. pH값이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 가수분해성 작용기 당 물의 사용량이 많아지면서 장시간 안정성이 상당히 저하될 수 있다. 코팅시 코팅액 도포 후 열처리에 의한 건조를 거치므로 실란 화합물/산성 고분자 혼합물은 상온에서는 안정하고 열건조 후에는 실라놀의 하이드록실기와 고분자의 카르복실기가 반응하여 경화에 도움을 주는 역할도 수행한다. 이는 실란 가수분해물 단독으로 사용시 코팅 필름의 인성이 떨어지는 단점을 보완하여 주어 상대적으로 더욱 우수한 천정판의 처짐성 방지능력에 절대적으로 기여할 수 있다.

산성 화합물은 코팅제의 pH를 3~5사이에 맞출 수 있도록 첨가할 수 있는데 그 사용량은 화합물마다 다르지만 일반적으로 실란 화합물 100중량부에 대해 1~50중량부를 사용하면 pH 조절이 가능하다.

전체 코팅제에 대해 산성 화합물은 0.1~20중량% 사용되며, 바람직하기로는 0.3~3 중량%이다. 그 함량이 0.1중량% 미만인 경우 pH가 3~5 안에 도달하지 못해 가수분해물의 안정성이 저하될 수 있으며, 20중량%를 초과하면, pH가 낮아 흘러 설비 부식의 우려가 있다.

물은 실란 화합물의 가수분해 반응을 위해 사용되며 그 함량은 전체 코팅제에 대해 50~99중량%, 바람직하기로는 90~99 중량% 사용된다.

그 함량이 50중량% 미만이면 가수분해하는데 시간이 오래 걸리는 단점이 있고, 99중량%를 초과하면 용액의 농도가 너무 묽어 코팅 효과가 저하되는 단점이 있다.

바람직한 일예로서, 본 발명의 암면 천정판용 코팅 조성물은 가수분해 반응을 위한 물, 실란 화합물, 산성 화합물을 포함하여 이들의 함량은 전체 코팅제에 대해 실란 화합물 0.5~40중량%, 산성 화합물 0.1~20중량%, 물 50~99중량%를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 코팅제 제조시에는 상기 물질 이외에도 증점제, 소포제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 착색제, 증백제, 염료, 방부제, 충진제, 안정제, 동결방제제, 습윤침투제, 금속염, 금속알콕시드(예를 들어 알루미늄 알콕시드, 티타늄 알콕시드 또는 지르코늄 알콕시드)같은 경화촉매, 알루미늄 페이스트, 유리원료 혼합물, 금속 분말 등의 각종 첨가제를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 코팅 조성물에 안료를 첨가함으로써 도료로 형성시킬 수도 있는데, 사용되는 안료의 예로는 카본블랙, 퀴나크리돈, 나프롤레드, 시아닌블루, 시아닌그린, 산화티타늄, 황산바륨, 산화 제2철 또는 복합 금속 산화물, 실리카, 탈크, 탄산칼슘 등을 단독 또는 혼용해서 사용할 수 있다.

이전에 설명된 바와 같이, 암면 천정판에 코팅시 본 발명의 코팅 조성물을 가수분해시켜 그 수용액을 천정판의 앞면, 뒷면 또는 양면에 코팅한다.

본 발명에 따르면, 상기 코팅제를 암면 천정판의 앞면, 뒷면 또는 양면에 1m²당 0.001~10kg 범위내에서 도포시키는 것이 바람직하다. 도포량이 0.001kg/1m²미만이면 처짐 저항 능력이 미비할 가능성이 있고, 10kg/1m²을 초과하면 제조원가 상승의 문제점 및 천정판이 휘어져 생산성이 불량해질 가능성이 있다.

코팅 용액의 스프레이(Spray) 방법은 에어 스프레이(Air Spray), 에어레스 스프레이(Airless Spray)법을 사용할 수 있으며, 건조로 통과 전에 스프레이하는 방법, 건조로 통과전 스프레이 후 한 번 더 스프레이하는 방법, 건조로 통과 후 스 프레이하는 방법 등 여러 방법 등을 사용할 수 있다. 또한 건조로에 의한 통상적인 열경화 외에도 IR빔 또는 레이저빔에 의한 경화 같은 다른 경화방법들도 사용할 수 있다

도장 코팅제의 두께는 특별한 제한은 없지만 균일이나 박리 등이 되지 않기 위해서는 0.1um ~1mm범위가 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 예시적인 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 아래는 실란 가수분해물을 포함하는 코팅제의 예를 나타낸 것이다.

실시예 1

상온에서 2L 비이커에 물 900g을 넣고 beta-(3,4-에톡시시클로헥실)에틸트리-(이소부톡시)실란(이하 실란 A) 100g을 교반하면서 적하한다. 5분간 교반 후 아세트산을 1.5g 첨가하여 20분간 교반한다. 얻어진 가수분해물의 pH는 4.0이었다.

실시예 2

상온에서 2L 비이커에 물 900g을 넣고 실란 A 100g을 교반하면서 적하한다. 5분간 교반 후 폴리아크릴산 수용액을 5.2g 첨가하여 20분간 교반한다. 얻어진 pH는 3.9였다.

폴리아크릴산 수용액은 다음과 같이 제조한다. 온도계가 장치된 5L 4구 플라 스크에 이온수 2500.01g를 투입하고 온도를 80℃로 승온한다. 80℃로 유지되면 질소를 5분간 사입하여 반응부를 질소 분위기로 한 후 질소를 제거한다. 소듐퍼설페이트 15.0g을 이온수 102.9g에 녹인 후 반응기에 사입하고 30분간 숙성한다. 아크릴산 501.2g, 메틸메타크릴레이트 124.3g과 180분간 적하한 후 1시간 유지한다. 반응기를 40℃로 냉각하고 200메쉬필터로 여과하여 불순물을 제거하고 포장 후 1일간 방치한다. 최종적으로 제조된 수용성 아크릴 수지의 중량 평균분자량은 340,000이었다.

실시예 3

2L 컵에 증류수 450g, Optigel LX(Bentonite계) 2g, 실리카 80g, 소포제(EFKA 252) 1g을 넣고 고속분산기로 30분간 강력히 분산시키면서 밀 베이스(Mill Base)를 제조한다. 그 후 실시예 1에 명시된 코팅제300g을 첨가하고 30분간 교반시킨다.

비교예 1

코팅제로서 사이텍사(Cyteck) 멜라민-포름알데히드 수지 Aerotru 23을 사용하였다.

비교예 2

상온에서 2L 비이커에 물 900g을 넣고 실란 A 100g을 교반하면서 적하 후 20 분간 교반한다. 제조물의 pH는 7.6이었다.

비교예 3; 우레탄 수분산물 제조

온도계가 장치된 2000ml 3구 플라스크에 폴리에스테르 폴리올(분자량 2000) 20g, DMPA(디메틸프로피오닉에시드) 12.4g, NMP(n-메틸피롤리돈) 12.4g, H12MDI(4,4’-dicyclohexylmethane diisocyanate) 29g, DBTDL(디부틸틴디라우레이트) 0.6g을 투입하고 온도를 90℃로 승온한다. 4시간 후 NCO%를 측정하여 NCO%를 측정하여 4.5% 이내이면 TEA(트리에틸아민)를 투입하여 중화시킨다. 약 30분 후에 물(DIW)을 10분간에 걸쳐 투입하고 30분 후에 쇄연장제로서 ED(에틸렌디아민)를 투입한다. 물을 투입하면 저점도 상태에서 고점도 상태를 거쳐 다시 저점도 상태를 유지한다. 이후 1시간 정도 유지한 후 400 mesh로 필터한다. 이렇게 제조된 수분산 수지는 고형분이 35% 정도이며, 10 - 200 cps를 가지는 안정한 수분산물이 얻어진다.

비교예 4; 아크릴 에멀젼 중합체 제조

온도계가 장치된 5L 4구 플라스크에 DIW 1998.8g, CO-436(알킬페녹시폴리 (에틸렌옥시 5몰)에탄올의 설페이트화된 암모늄염) 1.9g, MMA(메틸메타크릴레이트) 30.8g을 투입하고 온도를 80℃로 승온한다. 80℃로 유지되면 질소를 5분간 사입하여 반응부를 질소 분위기로 한 후 질소를 제거한다. SPS(소듐퍼설페이트) 0.72g을 DIW 10.3g에 녹인 후 반응기에 사입하고 30분간 숙성한다. SPS 0.5g을 DIW 25.2g 에 녹인 개시제 용액을 10분간 적하한 후 MMA 506g, St(스타이렌) 410g, CO-436 3.2g을 DIW 772.8g에 녹인 유화제 용액을 동시에 2시간 30분동안 적하 후 1시간 숙성한다. 반응기를 40℃로 냉각하고 200메쉬필터로 여과하여 응집물을 제거하고 포장 후 1일간 방치한다. 최종적으로 제조된 에멀젼의 고형분은 24.4%이고 입자크기는 107nm였다.

실험예

암면 72중량부, 전분 3.6중량부, 아타풀가이트(Attapulgite) 9.1중량부, 폴리아크릴아마이드 0.1중량부, 유기 섬유질 고지 2.8중량부, 왁스에멀젼 0.4중량부, 액상 응결제 0.7중량부, 불량제품 재활용 분말 브로크(broke) 13.2중량부를 50% 함수 상태로 배합, 성형한 후, 상기 성형물 한쪽면에 코팅제를 1평당 0.2kg을 분무한 후 100^oC에서 90분동안 건조한다. 대부분의 물이 증발하여 수지는 본질적으로 경화되지 않은 상태에서 섬유상에 부착하는 점탄성 특성을 띠는 높은 고형분의 물질로서 남는다. 그 후 가공, 절단하여 두께 15mm의 암면 천정판을 제조하고 처짐물성 A, B(Sag 가, 나), 난연성, 포름알데히드 방출 속도를 측정하였다. 코팅제로서 실시예 1~3, 비교예 1~4에 명시된 코팅제를 제조 후 72시간 이내에서 사용하였고 아래 물성 측정방법에 따라 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 기재하였다.

< 물성 측정 방법 >

1. Sag 측정 A.

1) 제조된 암면 천정판(60cm x 60cm)을 사각 격자에 올려놓고 다이얼게이지로 초기 지침(a)을 읽는다.

2) 50℃/RH95%/24hr의 항온항습 조건에서 시편을 방치한 후 꺼내어 다이얼 게이지로 다시 지침(b)을 읽는다.

3) Sag값은 아래의 식에 따라 계산한다.

Sag = a － b

2. Sag 측정 B

2) 50℃/RH95%에서 17시간, 23℃/RH50%에서 7시간 시편 방치를 4회 반복한 후 꺼내어 다이얼 게이지로 다시 지침(b)을 읽는다.

3) Sag값은 아래의 식에 따라 계산한다.

Sag = a － b

3. 난연성

1) 기재시험: KSF 2271에 의거하여 750℃로 조정된 로내에 천정판 시편(50 x 40 x 40)을 연소시키고 연소시 온도 상승이 800℃ 넘지 않아야 한다.

2) 표면시험: 천정판 시편(220 x 220)을 가열로에 거치시키고 온도를 가열하 여 시편 이면의 온도가 표준온도 곡선을 초과하지 않아야 하며, 연기 발생 정도(CA)가 30이하이어야 한다.

4. 포름알데히드 방출속도

1) 소형 쳄버법에 따라 시편을 소형 쳄버에 방치한 후 7일째의 쳄버 공기를 포집한다.

2) 포집한 공기를 분석(HPLC; 액체크로마토그래피)한다.

3) 구체적인 시험방법은 환경부 고시 실내 공기질 공정 시험 방법 중 건축자재의 오염물질 방출량 시험방법으로 시험을 하되 결과 판정은 7일째에 한다.

5. 저장안정성

각각의 시험물을 밀폐 용기에 3개월간 보존하고 겔화의 유무 및 상분리 유무를 육안으로 판정한다.

겔화, 상분리가 일어난 것은 불량으로 평가한다.

겔화, 상분리가 일어나지 않은 것에 대해서는 Brookfield 점도계에 의한 점도 측정을 행하고, 변화율이 20% 이내의 것을 우수, 20%를 넘는 것을 보통으로 평가한다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
Sag A(mm)	1.7	1.6	2.0	1.8	1.8	3.2	2.7
Sag B(mm)	2.2	2.1	2.3	2.0	2.0	3.9	3.3
난연(^oC)	38	36	44	39	39	43	48
HCHO방출속도 (㎎/㎡h)	0	0	0	0.195	0	0	0
저장안정성 상온/3개월	양호	양호	양호	보통	불량	양호	양호

상기 결과로부터 포름알데히드 방출이 없는 실란 화합물을 이용해 코팅제로 사용하면서도 안정된 내처짐 물성 및 난연물성을 보유하는 암면 천정판을 제조할 수 있음을 확인하였다.

본 발명의 코팅 조성물은 가수분해가능한 실란 화합물(화학식 1)과 산성 화합물을 함유함으로써, 포름알데히드로 인한 유해 환경을 제거할 수 있고, 실란 가수분해물의 안정성을 유지하고, 실록산 결합으로 인한 견고한 코팅막을 천정판에 형성하여 내처짐 물성을 크게 증가시킬 뿐만 아니라, 난연성도 갖출 수 있어서, 본 기술 분야에서 산업적 이용가능성이 크다.

또한 본 발명에 따른 실란 커플링제는 물에 가수분해시켜 사용하며 코팅 작업시 양호하게 도포가 되어 더욱 생산성도 양호하고 무독성을 가지게 되며, 특히 휘발성 유기 용제를 전혀 포함하지 않아 코팅시에 용제 증발에 의한 환경 오염을 일으키지 않는다.

Claims

가수분해가능한 다음 화학식 1의 실란 화합물 0.5~40중량%; 분자량 1,000~10,000 범위의 산 올리고머 및 10,000~1,000,000 범위의 산성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 산성 화합물 0.1~20중량%; 및 물 50~99중량%를 포함하는 암면 천정판용 코팅 조성물:

[화학식 1]

R_nSiX_4-n

상기 식에서,

n은 1 내지 3의 정수를 나타내고,

X는 수소, 할로겐, 각각 할로겐 및 C_1-4-알콕시 중에서 선택된 하나 이상의 치환체에 의해 치환될 수 있는, C_1-4-알콕시, C_6-10-아릴옥시, 메타크릴옥시, C_1-4-아실옥시 또는 C_1-4-알킬카르보닐, 아미노, 아미드를 나타내며,

R은 각각 할로겐, C_1-4-알콕시, 히드록시, 아미노 및 에폭시드 중에서 선택된 하나 이상의 치환체에 의해 치환될 수 있는, C_1-4-알킬, C_2-4-알케닐, C_2-4-알키닐, C_3-6-시클로알킬, C_3-6-시클로알케닐, C_3-6-시클로알키닐, C_6-10-아릴, 메타크릴 또는 C_6-10-아릴 C_1-4-알킬을 나타낸다.
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제 1 항에 있어서 코팅 조성물의 pH가 3~5 임을 특징으로 하는 암면 천정판용 코팅 조성물
제 1항 또는 제4항에 따른 코팅 조성물을 암면 천정판 1m²당 0.001~10kg 범위 내에서 암면 천정판에 도포시키는 것을 특징으로 하는 암면 천정판용 코팅 조성물의 코팅방법.
제 1항 또는 제4항에 따른 암면 천정판용 코팅 조성물이 코팅된 것을 특징으로 하는 암면 천정판.