KR100758204B1

KR100758204B1 - 유성 도료 조성물

Info

Publication number: KR100758204B1
Application number: KR1020060008033A
Authority: KR
Inventors: 신경훈; 권오원; 홍승민; 백인권; 임호성
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-09-12
Also published as: KR20070078112A

Abstract

본 발명은 건축물 실내에 사용하는 유성 도료 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 도장 후 일정시간이 경과 하였을 때 도막이 건조 중에 방출하는 인체 및 대기환경에 유해한 휘발성 유기 화합물량을 최소화 시킬 수 있도록 도막의 표면건조를 지연시킬 수 있는 유성 도료 조성물을 제공한다. 본 발명의 도료 조성물은 초기 도장시에는 표면건조가 지연되어 많은 양의 휘발성 유기 화합물을 방출하지만 일정시간 경과 후에는 도막 내의 휘발성 유기 화합물 양을 최소화시켜 인체유해물질 함량이 적고 환경 친화적인 도료 조성물을 제조하는데 목적이 있다.

실내, 유성도료, 휘발성 유기화합물, 환경친화

Description

유성 도료 조성물{Solvent borne paint composition for interior decorative coating}

본 발명은 건축물 실내에 사용하는 유성 도료 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 도장 후 일정시간이 경과하였을 때 도막이 건조 중에 방출하는 인체 및 대기환경에 유해한 휘발성 유기 화합물량을 최소화시킬 수 있도록 도막의 표면 건조를 지연시킬 수 있는 유성 도료 조성물에 관한 것이다.

휘발성 유기 화합물 (Volatile Organic Compounds)은 벤젠이나 1,3-부타디엔과 같이 물질자체에 독성 및 발암성이 있어서 사람과 생태계에 영향을 주며 포름알데히드와 같이 악취와 두통이나 아토피성 피부염 등을 유발하는 새집증후군의 원인이 된다. 이에 세계적으로 실내공기질 관리에 대한 법규가 신설되어 있고 국내에서도 다중이용시설 등의 실내공기질 관리에 대한 법규가 적용되어 일정시간 건조 후 도막의 총 휘발성 유기 화합물(Total Volatile Organic Compounds) 방출량을 측정하여 기준치 초과시 벌칙(벌금) 및 사용금지 등 규제를 대폭 강화하고 있는 실정이다.

이에 따라 전세계적으로 인체에 유해한 휘발성 유기 화합물을 대체하여 저공 해성의 환경 대응형 도료가 필요한 시대적 배경을 가지고, 환경 대응형 도료의 개발이 이루어져서 도료의 수성화, 분체화, 고 고형분화(High Solid화), 구성성분의 저공해화 등을 통해서 개발이 진행되어 왔다. 하지만 건축용 도료에 있어서 수성도료의 경우 용제형과 비교시 평활성, 흐름성, 소포성 등의 작업성과 내수성, 내알칼리성 등에 있어서 물성이 떨어지는 현상을 보이며, 분체화는 건축도료에 적용이 어렵고, 고고형분화시 도료조성물 중 휘발성 유기 화합물의 양은 감소하나 분자량 감소로 인한 전체적인 도료 물성이 저하 되는 결과를 보이고 구성성분의 저공해화 방법으로 대한민국 공개특허 특2002-0066884에는 유성 도료를 저취화 하기 위하여 저독성 탈 방향족 용제, 이소파라핀계 용제 또는 나프텐계 용제 등의 저취형 용제를 사용하는 것을 특징으로 하고 있으나 상기 용제들은 도막의 표면 건조 지연 효과가 약하며 휘발이 느려 건조 후에도 도막 내에 잔존하는 총 휘발성 유기 화합물 양이 많아 지속적으로 이들이 실내로 방출되는 문제점을 가지고 있다. 또한 일본 특허 2005-29583 은 지방족 및 고비등점 방향족 탄화수소 용제를 80중량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하고 있으나 건조 후 도막 내 잔존하는 용제가 많아지는 문제점을 갖고 있고 일본 특허 2005-154660 은 고비등점 석유계 용제로 비등점 범위 260 ~ 400도를 특징으로 하고 있으나 저비점 용제 없이 사용시 도막 건조 불량 및 도막 내 용제가 잔류하는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명자들은 상기한 제반 문제점을 해소하기 위해 연구를 거듭한 결 과, 유성 수지 조성물을 결합제로 사용하며 안료, 용제 및 첨가제 등으로 구성된 유성 도료 조성물 제조에 있어서 저비점 용제 및 표면 건조 지연제를 일정 비율 적용시 도장 후 일정 시간 건조 후 측정된 총 휘발성 유기 화합물 방출량이 현저히 감소됨을 밝혀내고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 유성 도료 조성물에 표면건조지연제로 상압에서의 끓는점이 250 ~ 400 ℃인 반휘발성 유기화합물을 사용하여 초기 도장 시 표면건조가 지연되게 함으로써 많은 양의 유기 화합물을 방출시키도록 하고, 용제로는 상압에서 끓는점이 60 ~ 160 ℃인 저비점 용제를 사용하여 초기 건조시 빠르게 증발하도록 하여 도막의 건조 후 인체에 유해한 휘발성 유기물질의 양이 현저하게 감소하도록 하는 유성 도료 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유성수지를 결합제로 사용하며, 안료, 용제 및 표면건조지연제를 사용한 유성도료 조성물에 관한 것으로, 필요에 따라 분산제, 건조제, 소포제, 레벨링제, 가소제, 가교제 등을 첨가제로 더 추가하여 사용할 수 있다. 상기 표면건조지연제로는 상압에서의 끓는점이 250 ~ 400℃인 반 휘발성 유기 화합물을 사용하고, 끓는점이 60 ~ 160 ℃인 휘발성 유기 화합물을 저비점용제로 사용하여, 도막 건조시에 다량의 휘발성 유기 화합물이 방출되므로 도막 건조 후 휘발성 유기 화합물의 방출량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 유성 수지, 안료, 용제 및 표면건조지연제를 사용한 유성 도료 조성물에 관한 것으로서, 필요에 따라 분산제, 건조제, 소포제, 레벨링제, 가소제, 가교제 등의 첨가제를 더 추가하여 사용할 수 있다. 상기 표면건조지연제로는 상압에서의 끓는점이 250 ~ 400℃인 반 휘발성 유기 화합물을 전체 조성물에 대하여 1 ~ 10 중량%로 사용한다.

이와 같은 본 발명의 유성 도료 조성물을 보다 구체적으로 설명하면,

유성수지 30 ~ 70 중량%, 안료 20 ~ 50 중량%, 표면 건조 지연제 1 ~ 10 중량%, 저비점용제 1 ~ 45 중량%를 사용하며, 필요에 따라 첨가제로서 분산제 1 ~ 3 중량%, 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 레벨링제 1 ~ 10 중량%를 더 추가하여 사용할 수 있다.

즉, 본 발명은 유성 수지 30 ~ 70 중량%, 안료 20 ~ 50 중량%, 표면 건조 지연제 1 ~ 10 중량%, 저비점용제 1 ~ 45 중량%, 분산제 1 ~ 3 중량%, 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 레벨링제 1 ~ 10 중량%를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명자는 상기 표면건조지연제로 상압에서의 끓는점이 250 ~ 400℃인 반 휘발성 유기 화합물을 사용하고, 용제로는 상기 저비점 용제인 상압에서의 끓는점이 60 ~ 160 ℃인 휘발성 유기 화합물을 혼합하여 사용하는 경우 도막 형성시 표면건조지연제에 의해 저비점의 용제가 다량으로 휘발되어 도막이 건조된 후에는 인체에 유해한 휘발성 유기 물질의 방출량이 현저히 감소되는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다

이하, 본 발명의 각 조성물에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

본 발명의 유성 도료 조성물에 사용된 유성수지는 유기 용제에 녹아 있거나 분산되어 있는 수지로 알키드 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드, 아미노 수지 및 이들을 변성시킨 수지가 1종 이상 사용될 수 있으며, 고형분은 40 내지 70 중량%로 좀 더 바람직하게는 45 내지 65 중량 %인 것을 사용할 수 있다. 본 발명의 유성 도료 조성물 100 중량%에서 상기 유성수지의 함량은 30 내지 70 중량%를 사용할 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 40 내지 60 중량%를 사용하는 것이 좋다. 그 사용량이 30 중량% 미만일 경우 도료 적용시 도료 고형분이 작아 많은 양의 도료를 도장해야 하는 문제점을 갖으며 70 중량%를 초과할 경우 도료의 레벨링성이 떨어지는 문제점을 갖는다.

본 발명의 유성 도료 조성물에 사용되는 안료로는 은폐효과를 주는 백색안료 및 체질안료를 사용하는데 백색안료로는 TiO₂ 를 사용할 수 있고 체질안료로는 탄산칼슘, 탈크, 알루미늄 실리카 등을 사용할 수 있으나 이에만 한정되지 않는다. 체질안료는 바람직하게는 탄산칼슘을 사용하는 것이 좋으며, 안료의 사용량은 전체 도료 조성물 100중량%에 대해 20 ~ 50중량%를 사용한다. 좀 더 바람직하게는 30 ~ 40 중량%이다. 안료의 사용량이 20중량% 미만이면 도막의 은폐력이 저조해지고, 50중량%를 초과하면 습윤성 및 부착성이 저조해지는 단점이 있다.

본 발명의 유성 도료 조성물에 사용되는 용제로는 상압에서 끓는 점이 60 ~ 160℃인 톨루엔, 자이렌과 같은 방향족 및 지방족 탄화수소계로 메틸에틸케톤, 메 틸프로필케톤, 메틸부틸케톤, 에틸프로필케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸아밀케톤 등의 케톤계, 그리고 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, 노말프로필아세테이트, 이소프로필아세테이트, 이소프로필아세테이트, 부틸아세테이트, 메틸셀로솔브아세테이트, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 카비톨아세테이트 등의 에스테르계 용제, 노르말 프로판올, 이소프로판올, 노르말부탄올, 이소부탄올, 터셔리부탄올 등의 알콜계 용제, 에테르 화합물 및 글리콜류에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 그 함량은 1 ~ 45 중량%를 첨가하여 초기 건조 시 빠르게 증발하도록 하는 것을 특징으로 한다. 그의 함량이 1 중량% 미만이면 도료 도장 후 도막 평활성이 떨어지고 45 중량%를 초과하면 표면건조가 빨라져 도막 건조 시 소포성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.

또한, 본 발명에서 도막 건조 후 총 휘발성 유기 화합물을 최소화 시킬 수 있는 표면 건조 지연제로 상압에서의 끓는점이 250 ~ 400 ℃인 반 휘발성 유기 화합물을 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 표면건조지연제로 바람직하게는 글리콜류와 기타 고비점 화합물 및 지방족, 방향족, 이소파라핀계 및 나프텐계로 구성되는 혼합 용제류에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 글리콜류로는 헥실 디 글리콜, 메틸 트리 글리콜, 에틸 트리 글리콜, 부틸 트리 글리콜, 부틸 테트라 글리콜, 부틸 트리 프로필렌 글리콜 등이 있고, 기타 고비점 화합물로는　테트라 메틸렌 술폰, N-시클로헥실피롤리돈, N-(2-히드록시에틸)피롤리돈, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노(2-메틸프로판올레이트), 트리-프로필렌글리콜-n-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노올리에이트 등이 있으며 지방족, 방향족, 이소파라핀계 및 나프텐계로 구성되는 혼합용매로는 EXXON사의 EXXOL D110, 호성케멕스사의 CX-2700 등이 있으며, 보다 바람직하게는 트리-프로필렌글리콜-n-부틸 에테르인 다우케미컬사의 DOWANOL TPnB를 사용할 수 있다. 표면건조지연제는 전체 도료 조성물 100 중량%에 대하여 1 ~ 10 중량%를 첨가하는 것을 특징으로 한다.

그의 함량이 1 중량% 미만이면 표면 건조를 지연시키지 못하여 도막 건조 후 총 휘발성유기화합물 방출량을 감소 시킬 수 없고 10 중량%를 초과하면 도막 건조 시 표면의 끈적임(tacky)이 남고 도막이 연해져 도막물성을 저해시킬 수 있는 단점을 가지고 있다.

본 발명에서 첨가제로는 분산제, 건조제, 소포제, 레벨링제 중에서 선택된 1종 이상의 것이 사용될 수 있으며, 이밖에도 필요에 따라 가소제, 가교제 등을 사용한다. 이때 상기 첨가제는 유성 도료에 통상적으로 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.

본 발명의 유성 도료 조성물에 사용되는 분산제로는 폴리카르복실계, 폴리아민계를 사용할 수 있으며 바람직하게는 폴리카르복실계 분산제를 사용하며 예를 들면 BYK사의 BYKUMEN, Disperbyk를 사용할 수 있으나, 이에만 한정되지는 않는다. 사용시의 함량은 전체 도료 조성물 100중량%에 대해 1 내지 3 중량%로 사용된다. 그 사용량이 1 중량% 미만이면 안료의 재응집을 초래하고 3 중량%를 초과하면 도막의 투명성과 은폐력을 저하시키는 단점이 있다.

본 발명의 유성 도료 조성물은 소포제로 아크릴계, 실리콘계 소포제를 사용할 수 있으며, 아크릴계 소포제로는 GUSMOTO사의 아크릴계 OX-77, 실리콘계 소포제 로는 BYK사의 BYK066N 등을 함유하나, 이에만 한정되지 않는다. 사용시의 함량은 전체 도료 조성물 100중량%에 대해 0.1∼1중량%로 사용된다. 좀 더 바람직하게는 0.3~0.6 중량%를 사용한다. 사용량이 0.1중량% 미만이면 소포성이 저조해지고, 1중량%를 초과하면 도막 물성이 저하되는 단점이 있다.

본 발명의 도료 조성물에 사용되는 레벨링제로는 폴리실록산계 첨가제로 BYK사의 BYK347 등을 사용할 수 있으며 그 사용량은 전체 도료 조성물 100중량%에 대해 1 ~ 10중량%로 사용되나 좀 더 바람직하게는 2 ~ 5 중량%를 사용한다. 사용량이 1중량% 미만이면 평활성에 영향을 주지 못하며, 10중량%를 초과하며 도료와의 표면장력 차이로 크래터링이 발생할 수 있다.

이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

수지로는 고형분이 50 중량%, 나머지 50 중량%는 톨루엔을 사용한 유성 아크릴수지로서 케이씨씨사 CRA55567, 분산제로서는 폴리카르복실릭계 (비와이케이사의 BYKUMEN), 백색안료로는 TiO₂계 (아이에스케이의 CR-95), 소포제로서는 아크릴계 (구스모토사의 OX-77), 레벨링제로서는 폴리알킬실록산계 (에프카사의 EFKA-3030), 표면건조지연제로서는 트리-프로필렌글리콜-n-부틸 에테르 (다우케미컬사의 DOWANOL TPnB), 저비점 용제로서는 톨루엔을 사용하였으며, 구체적인 성분에 따른 조성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다. 상기 조성물을 교반기가 설치된 반응기에 넣고 교반하여 유성 도료 조성물을 제조한 후, 도막 물성 및 휘발성유기화합물 방출량을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

표 1.

[실시예 2]

표면건조지연제를 7 중량%, 저비점 용제를 5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 도료 조성물을 제조한 후, 도막 물성 및 휘발성 유기 화합물 방출량을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

[실시예 3]

결합제로 고형분이 50 중량%이고, 자일렌 50 중량%인 케이씨씨사의 CRL14539알키드 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일하게 실시하여 도료 조성물을 제조한 후, 도막 물성 및 휘발성 유기 화합물 방출량을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

[실시예 4]

결합제로 고형분이 50 중량%이고, 자일렌 50 중량%인 케이씨씨사의 UP166T우레탄 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일하게 실시하여 도료 조성물을 제조한 후, 도막 물성 및 휘발성 유기 화합물 방출량을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

[비교예 1~4]

하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성으로 상기 실시예 1과 동일한 성분을 사용하여 제조한 후, 도막 물성 및 휘발성 유기 화합물 방출량을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

표 2. (함량: 중량%)

1)INVISTA DBE는 Samuel Banner & Company Ltd. 사의 DiBasicESTER로서 비점이 196~225℃인 고비점 용제이고,

2)Kocosol#100은 SK chemical사의 석유계 탄화수소혼합물(Light Aromatic Solvent Naphtha)로 비점이 160~180℃인 고비점 용제이다.

[실험예]

상기 실시예 1~4 및 비교예 1~4에서 얻은 유성 건축물 내부 도료 조성물을 사용하여 건조된 도막의 물성은 다음과 같이 평가하였다.

<전체휘발성유기화합물 방출량>

방출량 시험 방법은 상온에서 1일 건조 후 챔버에서 3일 방치 후 KS M ISO- 6 (실내 공기 - 제6부 : 흡착제 TENAX TA상에서의 활성 시료 채취, 열탈착 및 MSD/FID를 이용한 가스 크로마토그래피에 의한 실내 및 챔버 공기 중의 휘발성유기화합물 측정) 방법으로 평가하였다.

<도막의 건조성 시험>

건조성 시험은 도료 조성물 도장 후 지촉 및 경화 건조시 걸리는 시간을 평가하였다.

표 3.

상기 표에서 보이는 바와 같이, 표면건조지연제와 저비점 용제를 사용한 실시예1내지 실시예 4의 경우, 지촉건조와 경화건조의 시간이 지연되는 것을 알 수 있었으며, 이에 따라 건조 시 휘발성 물질이 방출되므로 도막 건조 후에는 유해 휘발성 화합물의 방출량이 상당히 적은 것을 알 수 있었다. 그러나 저비점용제만을 사용한 비교예 1의 경우 건조시간이 너무 빨라 휘발성 유기 화합물의 방출량이 많은 것을 알 수 있었으며, 표면건조지연제만을 사용한 비교예 2의 경우 유해 휘발성 유기 화합물의 방출량은 적었지만 건조가 되지 않으므로 사용이 부적합하며, 고비점용제를 2가지 종류로 혼합하여 사용한 비교예 3과 비교예 4의 경우는 지촉건조가 매우 빨랐으며, 이에 따라 초기 건조시간 내에 휘발성 유기물질이 방출되지 못 하여 휘발성 유기 화합물을 방출량이 많은 것을 알 수 있었다.

상기 시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유성 건축물 내부 도료 조성물을 이용하여 형성된 도막은 표면건조지연제로 인하여 종래의 도료 조성물을 사용한 경우 보다 휘발성 유기 화합물의 방출량이 현저히 줄어들었음을 알 수 있으나 10 중량%를 초과할 시 방출량은 거의 없으나 도막 건조성이 불량함을 알 수 있다. 앞으로 유성 건축물 내부 도료에 있어서 표면건조지연제를 적절히 사용한다면 인체에 유해한 휘발성 유기 화합물의 방출을 최대한 줄 일 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

유성수지를 결합제로 사용하며, 안료, 용제 및 첨가제로 구성된 유성 도료 조성물에 있어서,

상압에서의 끓는점이 250 ~ 400℃인 반 휘발성 유기 화합물을 표면건조지연제로 조성물 전체 중량에 대하여 1~10중량%를 사용하고, 끓는점이 60 ~ 160 ℃인 휘발성 유기 화합물을 저비점용제로 조성물 전체 중량에 대하여 1~45중량% 사용함으로써 휘발성 유기 화합물의 방출량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 유성 도료 조성물.
제1항에 있어서,

상기 유성 도료 조성물은 유성 수지 30 ~ 70 중량%, 안료 20 ~ 50 중량%, 표면 건조 지연제 1 ~ 10 중량%, 저비점용제 1 ~ 45 중량%를 사용하는 것을 특징으로 하는 유성 도료 조성물.
제1항에 있어서,

상기 표면 건조 지연제는 글리콜류, 고비점 화합물, 지방족, 방향족, 이소파라핀계 및 나프텐계로 구성되는 혼합 용제류에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 유성 도료 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 저비점 용제는 방향족 및 지방족 탄화수소계 용제, 케톤계 용제, 에스테르계 용제, 알코올계 용제, 에테르 화합물 및 글리콜류에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 유성 도료 조성물.
제 2항에 있어서,

상기 유성 수지는 유기 용제에 녹아 있거나 분산되어 있는 수지로 고형분 40 ~ 70 중량%인 알키드 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드, 아미노 수지 및 이들을 변성시킨 수지에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 유성 도료 조성물.