KR100759725B1 - 방오처리제 및 건축판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축재 등의 표면에 영속성이 있는 방오성(防汚性)을 주는 것을 과제로 한다. 기재(基材) 표면에 도포하여 초(超)친수성 방오막을 형성하는 방오 처리제로서, 흄드실리카를 수성용매에 분산한 것을 특징으로 하는 방오 처리제를 제공한다. 흄드실리카의 표면에는 친수성에 관여하는 싱글 실란올기가 많이 존재하고, 기재 표면에 대한 정착력이 크고, 기재 표면에 영속성이 있는 방오성을 부여한다.

기재, 초친수성 방오막, 흄드실리카, 수성용매, 건축판, 싱글 실란올기

Description

방오처리제 및 건축판{An antifouling treating agent and an architecture plate treated by the agent}

본 발명은 예를 들면 목질(木質) 시멘트판, 규산칼슘판, 시멘트(콘크리트)판, 금속판, 유리판 등의 표면의 방오(防汚)처리를 위해 사용되는 방오 처리제 및 상기 방오 처리제에 의해서 표면을 처리한 건축판에 관한 것이다.

예를 들면 외벽재 등의 건축판에 있어서는, 일반적으로 표면에 도료에 의해서 도장이 실시되고 있지만, 시공 후 표면에 부착된 오염을 제거하기 위해서, 셀프 클리닝 기능을 갖는 방오막을 형성하는 방오 처리제가 도포된다.

이러한 종류의 방오 처리제로서는 처리 표면에 초친수성을 갖는 방오막을 형성하는 것이 사용되고, 상기 방오 처리제를 기재(基材) 표면에 도포하면, 상기 초친수성 방오막이 형성되고, 기재 표면에 오염이 부착된 경우, 물을 가하면 상기 초친수성 방오막에 물이 흡수되고, 그 결과 오염이 떠올라 물과 함께 흘러 떨어뜨려진다(셀프 클리닝 효과).

상기 기재 표면에 초친수성 방오막을 형성하기 위해서는, 종래 주로 실리카 미립자(콜로이달 실리카)의 수성 분산액이 사용되고 있었다.

예를 들면 특허문헌 1에는 방오성 피막의 형성방법으로서 합성수지 수성 에멀전의 피막에, 평균입자직경이 100nm 이하인 콜로이드 규산의 수성 분산액을 도포하여 피막 표면에 콜로이드규산 피막을 형성하는 것이 기재되어 있다.

또한 특허문헌 2에는 콜로이달실리카와 알루미나/알루미늄마그네슘 복합산화물을 포함하는 액을 도막 표면의 내수성, 내알칼리성을 위해 도포하여 방오층을 형성하는 방법이 기재되어 있다.

상기 실리카 미립자는 표면에 존재하는 실란올기에 의해서 기재의 처리 표면에 초친수성을 부여한다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 제(평)6-71219호

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 2002-338943호

상기 실리카 미립자는 표면에 존재하는 실란올기 상호가 근접한 비시날(vicinal)실란올을 많이 포함하고 있고, 비시날실란올기는 상호 수소결합하여 친수성에 관여하는 유리(遊離)된 상태의 실란올기(싱글실란올기)의 농도가 그다지 높지 않고, 표면 활성이 낮기 때문에, 기재 표면에 대한 정착력이 불충분하게 되고, 빗물 등이 걸리면 유출되기 쉽고, 지속적인 방오 효과를 기대할 수 없는 것, 그리고 싱글실란올기의 농도가 그다지 높지 않기 때문에 친수성이 높은 방오막을 얻기 위해서는, 수성분산액 중의 실리카 미립자의 농도를 높일 필요가 있다. 그러나 실리카 미립자의 농도를 높게 하면 수성 분산액이 높아진다는 문제점이 있다.

또한 실리카 미립자는 나노레벨의 입자직경(100nm 이하)을 가지므로, 기재 표면에 도장을 실시하고, 그 위로부터 방오처리한 경우, 도막의 흡배습(吸排濕), 환경 온도 변화에 의한 신축에 말려들게 되어 도막 내에 매몰되어 버려, 방오 효과가 소실될 우려도 있다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 기재 표면에 도포하여 초친수성 방오막을 형성하는 방오 처리제로서, 흄드실리카를 수성용매에 분산한 것을 특징으로 하는 방오 처리제를 제공하는 것이다. 상기 수성용매는 물과 알콜의 혼합용매인 것이 바람직하고, 상기 수성용매에는 계면활성제가 첨가되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

본 실시예에 있어서는, 또한 표면에 상기 방오 처리제를 도포하여 건조하여 초친수성 방오막을 형성한 건축판이 제공된다. 상기 건축판 표면에는 도료가 도포되고, 도막 반건조 상태에 있어서 상기 방오 처리제가 도포되고, 가열 건조되는 것이 바람직하다. 상기 건축판으로서는 외벽재 등에 적합한 목질 시멘트판이 적합하다.

〔작용〕

흄드실리카는 예를 들면 사염화규소를 산소수소염 중에서 가수분해하여 제조되고, 1차입자의 입자직경이 7 내지 40nm이지만, 수성용매 중에 분산시키면, 입자 상호가 회합(會合)하여 그물코 구조를 형성하고, 수백 nm(약 500nm)의 2차입자로 된다.

상기 회합상태에 있어서도, 흄드실리카 표면에는 유리(遊離)된 상태의 실란올기(싱글실란올기)가 고농도로 존재하고, 활성이 크고, 기재 표면에 높은 초친수성을 준다. 또한 표면 활성이 크고 또한 회합하여 그물코 구조를 형성함으로써 겉보기의 분자량이 커지고, 표면 활성이 큰 것과 외관의 반데르발스력(van der waals forces)이 커지는 것이 합치하여, 기재 표면에 대한 정착성이 커지고, 기재 표면에는 장기간 양호한 초친수성이 유지되어 방오성이 오랫동안 유지될 수 있다.

또한 기재로서 건축판을 사용한 경우, 상기 건축판 표면에 도료를 도포하고, 도막 반건조상태에 있어서 상기 방오 처리제를 도포하면, 기재 표면의 도막이 반경화 상태에 있고, 점착성을 갖는 상태에서 방오 처리제를 도포하므로, 흄드실리카가 상기 도막에 약간 박히는 상태로 되고, 형성되는 방오층의 상기 도막에 대한 부착력이 향상된다. 상기 흄드실리카는 상기한 바와 같이 입자 상호가 회합함으로써 큰 부피로 되어 있고, 도막에 약간 박히더라도 매몰하는 데까지는 이르지 않으며, 또한 이 도막이 흡배습 또는 환경 온도 변화에 의해서 신축하더라도, 상기 혼합한 흄드실리카는 상기 도막에 말려들어 매몰되는 일이 없으므로 방오성이 저하되는 일은 없다.

상기 방오 처리제에 있어서, 알콜과, 물과, 더욱 바람직하게는 계면활성제를 함유하는 용매에 흄드실리카를 분산시킨 것이면, 알콜과 계면활성제의 표면장력 저하작용에 의해서 도막과의 젖음성(wetting)이 향상되고, 또한 도막과의 친화성도 높아지게 되며, 형성되는 방오층의 상기 도막에 대한 부착력은 더욱 향상한다. 또한 계면활성제에 의해서 흄드실리카는 침강하지 않고서 균일하게 분산된다.

〔효과〕

본 발명의 방오 처리제에는 싱글실란올기가 표면에 다수 존재하는 흄드실리카가 사용되기 때문에, 기재에 대한 정착성이 크고, 영속성이 있는 커다란 방오 효과가 발휘된다.

실시예

본 발명을 이하에 상세하게 설명한다.

〔흄드실리카〕

본 발명에 사용하는 흄드실리카는 상기한 바와 같이 사염화규소 등의 휘발성규소화합물의 기상에 있어서, 예를 들면 산소수소염 중에서 연소가수분해하여 제조된다.

상기 흄드실리카의 1차입자의 입자직경은 7 내지 40nm이지만, 수성용매 중에 분산시키면, 입자상호가 회합하여 그물코 구조를 형성하고, 수백 nm(약 500nm)의 2차입자로 된다.

상기 흄드실리카의 비표면적은 약 500,000 내지 2,000,000cm²/g이고, 1nm² 당 2 내지 3개의 싱글실란올기를 갖고, 따라서 흄드실리카는 표면 활성이 풍부하고, 기재 표면에 높은 초친수성을 준다.

〔알콜〕

본 발명에 있어서는, 상기 흄드실리카의 분산용매로서 물에 알콜을 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용하는 알콜로서는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등의 수용성인 것이 바람직하다. 상기 알콜은 본 발명의 방오 처리제의 표면장력 을 저하시키고, 또한 상기 방오 처리제와 하측의 기재 또는 기재 상에 형성된 도막과의 친화성을 높여서 상기 처리제의 젖음성을 향상시킨다.

〔계면활성제〕

본 발명의 방오 처리제에는 계면활성제를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기계면활성제로서는 통상의 아니온성, 노니온성, 카티온성의 계면활성제의 어느 것이나 사용되고, 예를 들면 아니온성 계면활성제로서는 고급 알콜설페이트(Na염 또는 아민염), 알킬알릴설폰산염(Na염 또는 아민염), 알킬나프탈렌설폰산염(Na염 또는 아민염), 알킬나프탈렌설폰산염 축합물, 알킬포스페이트, 디알킬설포석시네이트, 로진 비누, 지방산염(Na염 또는 아민염) 등이 있고, 노니온성 계면활성제로서는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 폴리옥시에틸렌알키롤아민, 폴리옥시에틸렌알킬아마이드, 소르비탄알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄알킬에스테르 등이 있고, 카티온성 계면활성제로서는 옥타데실아민아세테이트, 이미다졸린유도체아세테이트, 폴리알킬렌폴리아민 유도체 또는 그 염, 옥타데실트리메틸암모늄클로라이드, 트리메틸아미노에틸알킬아미드할로게니드, 알킬피리디늄황산염, 알킬트리메틸암모늄할로게니드 등이 예시된다. 또한 계면활성제는 2종 이상 혼합 사용되어도 좋다. 또한 상기한 예시는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 계면활성제는 알콜과 함께 본 발명의 방오 처리제의 표면 장력을 저하시키고, 또한 흄드실리카를 처리제 중에 양호하게 분산시키고, 그리고 아래의 도막과의 친화성도 높인다.

본 발명의 방오 처리제에 있어서, 통상 상기 흄드실리카는 0.1 내지 10질량%, 바람직하게는 0.5 내지 6질량%, 알콜은 2 내지 10질량%, 계면활성제는 0.01 내지 0.25질량% 배합되고, 나머지는 물로 한다.

상기 알콜이 2질량%보다도 적게 함유되어 있는 경우에는 상기 처리제의 젖음성이 나빠지고, 또한 10질량%를 초과하여 함유되어 있는 경우에는, 용매의 휘발성이 커지고, 도장 작업에 악영향이 초래된다. 또한 상기 계면활성제가 0.01질량%보다도 적게 첨가되어 있는 경우에는 계면활성제에 의한 표면 장력의 저하 효과나 흄드실리카의 분산 효과가 현저하지 않게 되고, 또한 0.25질량%를 초과하여 첨가되어 있는 경우에는 형성되는 방오층의 강도, 내수성, 내구성 등에 악영향이 초래된다. 이렇게 하여 상기 처리제의 표면 장력은 25℃에서 20dyne/cm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 방오 처리제가 도포되는 기재는 주로 외벽재 등의 건축판이고, 상기 건축판으로서는 주로 목편, 목질 섬유속, 목질 펄프, 나무 털, 나무 분말 등의 목질 보강재와 시멘트계 수경성(水硬性) 재료를 주체로 하는 혼합물을 성형 경화한 목질 시멘트판이 사용되고, 그 표면에는 엠보스 가공 등에 의해서 요철모양(2)이 붙어 있어도 좋다. 상기 판재의 표면에는 도장이 실시되어 있다. 상기 도료는 아크릴수지도료, 아크릴-실리콘수지도료, 아크릴-우레탄수지도료 등의 유기도료, 인산염계 도료, 산화금속계 도료 등의 무기도료를 사용하여 실시되지만, 통상 밑칠 도장, 중칠 도장, 덧칠 도장의 3층 도장 또는 밑칠 도장, 덧칠 도장의 2층 도장이 적용된다.

상기 도장에 사용하는 도료로서는 아크릴수지 수성 에멀전 도료와 같은 수성 에멀전 도료를 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 수성 에멀전 도료에 의한 도막에는 계면활성제 등의 친수성 성분이 포함되어 있고, 수성의 상기 방오 처리제와의 친화성이 높다.

본 발명에서는 상기 기재 표면에 도료를 도포하여 형성된 도막이 반건조상태, 즉 반경화상태에 있어서, 상기 방오 처리제를 도포한다. 2층 또는 3층 도장의 경우에는 덧칠 도장에 의한 도막이 반건조상태에 있어서, 상기 방오 처리제를 도포한다.

도막이 반건조상태란, 용제계 도료 또는 수성 에멀전 도료에 의한 도막의 경우에는 용제 또는 물이 완전하게 증발하지 않기 전의 상태를 말하고, 무용제 도료의 경우에는, 도료 중의 수지 비히클, 또는 무기질 비히클이 완전하게 경화하지 않은 반경화 상태를 말한다.

통상 상기 반건조상태는 도장하여 도막이 형성된 후 10 내지 60초의 동안에 실현된다. 용제계 도료 또는 수성 에멀전 도료에 있어서는, 이 동안에 고형분 농도가 30 내지 50질량%으로부터 60 내지 80질량%로 높아진다.

상기한 도막의 반건조상태에 있어서는, 방오 처리제 중의 흄드실리카가 도막에 약간 박히는 상태로 되고, 형성되는 방오층의 도막에 대한 부착력이 향상되고 또한 형성되는 방오층과 도막의 사이에 혼합이 일어나지 않는다.

상기 건축판 이외 본 발명에 있어서 대상으로 하는 기재로서는, 예를 들면 규산칼슘판, 시멘트(콘트리트)판, 금속판, 유리판 등이 있다.

기재의 표면에 상기 방오 처리제를 도포하는 바람직한 방법으로서는 무화(霧化) 도장법이 있다. 상기 무화 도장법으로서는 예를 들면 저압 에어리스 스프레이법, 벨형 도장기에 의한 도장법, 정전(靜電)도장법 등이 있다. 또한 도장방법으로서는 브러쉬(brush) 도장, 롤 코터 도장, 나이프 코터 도장 등이 적용되어도 좋다.

상기 무화 도장법에 있어서는, 상기 처리제가 미스트로 되어 건축판의 요철 모양 표면에 부착하기 때문에, 상기 표면에 정착되기 쉽다.

〔실시예 1 내지 실시예 11, 비교예 1 내지 비교예 3〕

표 1에 제시하는 성분을 물에 투입하여 혼합하여 방오 처리제를 조제하였다.

흄드실리카의 분산에는 비드밀을 사용한 후, 초음파로써 또한 40분간의 분산을 하였다. 50×40mm의 나무섬유 혼합규산칼슘판의 표면에 수성 스티렌·아크릴계 도료를 도포하여, 본 발명에 있어서의 방오 효과를 확인하기 위한 기재를 조제하였다.

상기한 바와 같이 조제한 기재에, 표 1에 제시하는 배합의 방오 처리제를 5 g/척²이 되도록 도포하여, 상온에서 건조시켜 시험에 제공하였다.

〔시험 1〕

상기한 바와 같이 하여 얻어진 실시예 1 내지 실시예 11, 비교예 1 내지 비교예 3의 시험체를, 남쪽을 향하여 30°의 경사각을 갖게 한 가대에 고정하고, 실제로 2개월간 옥외에 노출하여, 그 방오 효과를 확인하였다. 오염 정도의 평가에는, 미놀타색차계 CR-300에 의한 명도(L치)의 차(ΔL)를 사용하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

〔시험 2〕

동일한 조건으로 조제한 실시예 1 내지 실시예 11, 비교예 1 내지 비교예 3의 시험체를, 고압수로 1분간 세정하고, 세정의 전후에서 그 물과의 접촉각의 변화를 측정하여 친수화 효과를 확인하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

〔시험 3〕

동일한 조건으로 조제한 실시예 1 내지 실시예 11, 비교예 1 내지 비교예 3의 시험체를, 25℃로 유지한 물 속에 3일간 침지하여, 그 전후에서 물과의 접촉각의 변화를 측정하여 친수화 효과를 확인하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

〔시험 1의 결과〕

표 2를 보면, 무처리의 비교예 1의 ΔL은 6.5로 크고, 콜로이달실리카농도 2질량%의 비교예 2의 방오 처리제로 처리한 시험체의 ΔL(4.1)은 흄드실리카농도 0.5질량%의 실시예 9의 방오 처리제로 처리한 시험체의 ΔL(4.4)과 거의 동일하고, 콜로이달실리카농도 6질량%의 비교예 3의 방오 처리제로 처리한 시험체의 ΔL(1.8)은, 흄드실리카농도 2질량%의 실시예 8의 방오 처리제로 처리한 시험체의 ΔL(1.8)과 동일하고, 또한 흄드실리카농도 2질량%의 실시예 3의 방오 처리제로 처리한 시험체의 ΔL(1.6)은 비교예 2의 시험체의 ΔL(4.1)보다도 훨씬 작고, 또한 흄드실리카농도 6질량%의 실시예 5의 방오 처리제로 처리한 시험체의 ΔL(1.3)은 비교예 3의 시험체의 ΔL(1.8)보다도 작고, 흄드실리카를 사용한 방오 처리제 쪽이 내구성이 있는 방오성을 갖는 것이 확인된다.

〔시험 2, 3의 결과〕

시험 2의 접촉각 θ는 무처리의 비교예 1에서는 세정전으로부터 81°로 크고, 세정 후에서는 72°로 약간 작아진다. 콜로이달실리카를 사용한 비교예 2, 3, 흄드실리카를 사용한 실시예 1 내지 실시예 11 모두 세정전은 θ= 0°이며, 양호한 친수성을 나타내지만, 세정후는 실시예 3의 θ=0°와 비교하여 비교예 2의 θ= 45°이고, 흄드실리카를 사용한 방오 처리제 처리 표면은 콜로이달실리카를 사용한 방오 처리제 처리 표면보다도 세정 후는 친수성이 양호하게 되고, 또한 시험 3에서는 무처리의 비교예 1은 침지전 θ= 88°, 침지후 θ= 70°로 큰 값을 나타내고, 비교예 2, 실시예 3, 실시예 1 내지 실시예 11은 모두 침지전 θ=0°이며, 양호한 친수성을 나타내지만, 침지후는 비교예 2의 θ= 42°, 실시예 3은 θ= 0°, 비교예 3의 θ= 22°, 실시예 5는 θ=0°로, 콜로이달실리카를 사용한 방오 처리제 부분에서 처리한 표면에서는 물침지에 의해 친수성이 대폭으로 저하되는 것이 확인되었다.

본 발명의 방오 처리제로 처리한 표면은 내구성이 있는 방오성을 나타내고, 옥외에 노출되는 외벽재 등의 건축재에 유용하다.

Claims (6)

1. 기재(基材) 표면에 도포되어 초친수성 방오막을 형성하는 방오 처리제로서, 흄드실리카를 수성용매에 분산한 것을 특징으로 하는 방오 처리제.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수성용매는 물과 알콜의 혼합용매인 것을 특징으로 하는 방오 처리제.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 수성용매에는 계면활성제가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 방오 처리제.
4. 표면에 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방오 처리제를 도포하여 건조하여 초친수성 방오막을 형성한 것을 특징으로 하는 건축판.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 건축판 표면에는 도료가 도포되고, 도막 반건조상태에 있어서 상기 방오 처리제가 도포되고, 가열 건조되는 것을 특징으로 하는 건축판.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 건축판은 목질 시멘트판인 것을 특징으로 하는 건축판.