KR100783051B1 - 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법 및 수용성아크릴 실리카 혼성 도료 - Google Patents

아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법 및 수용성아크릴 실리카 혼성 도료 Download PDF

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Abstract

아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법으로, 아크릴산 에스테르계 모노머 50 내지 90 중량부, 방향족 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부 및 니트릴 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부를 혼합하여 모노머 혼합물을 제조한다. 상기 모노머 혼합물 20 내지 60 중량부, 콜로이드 실리카 20 내지 50 중량부, 계면활성제 0.5 내지 3 중량부 및 라디칼 중합개시 촉매 0.1 내지 2 중량부를 중합시킴으로써, 중합 반응물을 제조한다. 상기 중합 반응물의 pH를 6 내지 10으로 조절한다. 상기 방법에 의해, 제조된 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지를 이용하여 형성된 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료는 내오염성 및 방염성이 우수하다.

Description

아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법 및 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료{Method for preparing acrylic-silica hybrid emulsion resin and aqueous acrylic-silica hybrid paint}
본 발명은 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조방법 및 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축 외부용으로 이용할 수 있는 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조방법 및 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료에 관한 것이다.
현재, 건축 외부용 도료로는 아크릴 에멀젼 수지를 이용하여 제조된 수성 도료가 일반적으로 사용되고 있으며, 상기 도료의 물성을 향상시키고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 예를 들면, 친수성 부여제를 도포하는 방법, 무기계 친수화제를 배합하는 방법, 유기계 친수화제를 배합하는 방법 등이 통상적으로 적용되고 있다.
하지만, 친수성 부여제를 도포하는 경우, 친수성의 발현은 비교적 용이하나 균일하게 도장하기가 어려운 문제가 발생된다. 또한, 무기계 친수화제를 배합하는 방법은 내오염성의 물성을 향상시키기 위해서 첨가제의 양을 증가시켜야 할 뿐 아 니라, 도료의 저장성이 불량해진다. 더구나, 유기계 친수화제를 배합하는 방법은 시간이 경과함에 따라 친수성이 떨어진다.
따라서, 내오염성 및 방염성이 우수한 동시에, 건축 외부용 수용성 도료로서 이용될 수 있는 수지가 필요하다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 내오염성 및 방염성이 우수한 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지를 포함하는 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료를 제공하는데 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법은, 아크릴산 에스테르계 모노머 50 내지 90 중량부, 방향족 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부 및 니트릴 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부를 혼합하여 모노머 혼합물을 제조한다. 상기 모노머 혼합물 20 내지 60 중량부, 콜로이드 실리카 20 내지 50 중량부, 계면활성제 0.5 내지 3 중량부 및 라디칼 중합개시 촉매 0.1 내지 2 중량부를 중합시킴으로써, 중합 반응물을 제조한다. 상기 중합 반응물의 pH를 6 내지 10으로 조절한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 아크릴산 에스테르계 모노머는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, 노르말부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 스테아릴메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 히드록시부틸메타크릴레이트. 디에틸렌글리콜디모노메타크릴레이트 등을 포함하고, 상기 방향족 비닐계 모노머는 스티렌, 알파-메틸스티렌, 트랜스-베타-메틸스티렌, 베타-메틸스티렌, 4-메틸스티렌 등을 포함하고, 상기 니트릴 비닐계 모노머는 아크릴로니트릴을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 콜로이드 실리카는 15 내지 50nm의 입자크기를 가질 수 있고, 이온 안정성 콜로이드 실리카, 비이온 안정성 콜로이드 실리카 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 계면활성제는 소듐도데실벤젠설포네이트, 소듐라우릴설페이트 등을 포함하며, 상기 라디칼 중합개시 촉매는 암모늄퍼설페이트, 소듐퍼설페이트, 포타슘퍼설페이트계, 수용성 아조계, 레독스계 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 부가 중합 혼합물의 pH를 6 내지 10으로 조절하는 단계는 암모니아수, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 1-아미노-2-메틸프로판, 2-아미노-2-메틸프로판, 트리에틸아민 등을 포함하는 pH 조절제를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료는, 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지 30 내지 60 중량부, 안료 10 내지 40 중량부 및 분산제 0.2 내지 1 중량부를 포함하되, 상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지는 pH가 6 내지 10이며, 유리전이온도가 -10 내지 20℃일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 분산제는 모노인산에스테르 분산제, 폴 리인산에스테르 분산제, 아크릴레이트 분산제, 실리콘계 분산제 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 형성된 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지는 내오염성 및 방염성이 우수하므로, 상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지를 포함하는 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료는 건축 외부용 도료로서 용이하게 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법 및 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료에 대하여 상세하게 설명하겠지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법
본 발명의 일 실시예에 따른 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지는 계면활성제 및 라디칼 중합개시 촉매의 존재 하에서, 모노머 혼합물과 콜로이드 실리카를 중합시킨 후, 중화시켜 형성할 수 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 우선, 모노머 혼합물을 제조한다. 상기 모노머 혼합물은 아크릴산 에스테르계 모노머 50 내지 90 중량부, 방향족 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부 및 니트릴 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 아크릴산 에스테르계 모노머는 모노머 혼합물의 총 중량부 대비 약 50 중량부 미만이면, 요구되는 경도 등의 기계적 물성이 저하되며, 약 90 중량부를 초 과하면, 반응성이 떨어지므로 수지를 합성하기가 어렵다. 따라서, 상기 모노머 혼합물은 50 내지 90 중량부의 아크릴산 에스테르계 모노머를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴산 에스테르계 모노머는 예로서는, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, 노르말부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 스테아릴메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 히드록시부틸메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디모노메타크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 방향족 비닐계 모노머는 모노머 혼합물의 총 중량부 대비 약 5 중량부 미만이면, 요구되는 경도 등의 기계적 물성이 저하되며, 약 10 중량부를 초과하면, 도료로 적용할 경우, 도막에 크랙이 발생하는 문제점이 생긴다. 따라서, 상기 모노머 혼합물은 5 내지 10 중량부의 방향족 비닐계 모노머를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 방향족 비닐계 모노머의 예로서는, 스티렌, α-메틸스티렌, 트랜스-β-메틸스티렌, β-메틸스티렌, 4-메틸스티렌 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 니트릴 비닐계 모노머는 모노머 혼합물의 총 중량부 대비 약 5 중량부 미만이면, 요구되는 유연성이 저하되며, 약 10 중량부를 초과하면, 도료로 적용할 경우, 내수성이 저하되는 문제점이 생긴다. 따라서, 상기 모노머 혼합물은 5 내지 10 중량부의 니트릴 비닐계 모노머를 포함하는 것이 바람직하다
상기 니트릴 비닐계 모노머는 아크릴로니트릴을 사용하며, 이는 단독으로 사용할 수 있다.
이후, 상기 모노머 혼합물 20 내지 60 중량부, 콜로이드 실리카 20 내지 50 중량부, 계면활성제 0.5 내지 3 중량부 및 라디칼 중합개시 촉매 0.1 내지 2 중량부를 중합시킴으로써, 중합 반응물을 제조한다.
일 예로서, 상기 중합반응은 코아셀 구조를 갖는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 코아셀 구조는 우선, 콜로이드 실리카를 시드 폴리머로 사용하여 코아 부분에 위치시킨 후, 상기 콜로이드 실리카에 모노머 혼합물을 투입함으로써, 코아 주위를 둘러싼다. 그 결과, 코아셀 구조의 형태로 중합 반응이 일어난다.
상기 모노머 혼합물은 중합 반응물의 총 중량부 대비 약 20 중량부 미만이면, 요구되는 경도 등의 기계적 물성이 저하되고, 약 60 중량부를 초과하면, 고형분의 함량이 증가함에 따라 반응성이 떨어지므로, 도료 적용시 내오염성이 저하되는 문제점이 생긴다. 따라서, 상기 중합 반응물은 20 내지 60 중량부의 모노머 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 콜로이드 실리카는 중합 반응물의 총 중량부 대비 약 20 중량부 미만이면, 내오염성이 저하되고, 약 50 중량부를 초과하면, 수지의 가격 측면에서 불리하다. 따라서, 상기 중합 반응물은 20 내지 50 중량부의 콜로이드 실리카를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 콜로이드 실리카는 이온 안정성 콜로이드 실리카, 비이온 안정성 콜로이드 실리카 등을 포함할 수 있으며, 예로서는 Grace사의 LUDOX HS(상품명), LUDOX SM(상품명), LUDOX SK(상품명), LUDOX TM(상품명), LUDOX FM(상품명) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 콜로이드 실리카의 입자크기가 약 15nm 미만이면, 혼성 에멀젼 수지의 점도 증가로 인해, 수지 합성이 어렵고, 입자크기가 약 50nm를 초과하면, 내오염성이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 상기 콜로이드 실리카의 입자크기는 15 내지 50nm를 갖는 것이 바람직하다.
상기 콜로이드 실리카는 초친수성을 나타내는 실라놀기를 입자 표면에 가지고 있으므로, 도료 필름의 접촉각을 저하시킨다. 이로 인해, 물에 의해 오염물질이 쉽게 제거될 수 있다. 또한, 상기 콜로이드 실리카는 약 15 내지 50nm의 작은 입자크기를 가지므로, 도막 내로 오염물질이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 콜로이드 실리카는 도료의 내오염성을 방지하는 역할을 한다.
상기 계면활성제는 중합 반응물의 총 중량부 대비 약 0.5 중량부 미만이면, 점도가 저하되며, 약 3 중량부를 초과하면, 입자 크기가 커지는 문제점이 발생한다. 따라서, 상기 중합 반응물은 0.5 내지 3 중량부의 계면활성제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 계면활성제의 예로서는, 소듐도데실벤젠설포네이트, 소듐라우릴설페이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 라디칼 중합개시 촉매는 중합 반응물의 총 중량부 대비 약 0.1 중량부 미만이면, 반응성이 저하되며, 약 2 중량부를 초과하면, 분자량이 커지는 문제점이 발생한다. 따라서, 상기 중합 반응물은 0.1 내지 2 중량부의 라디칼 중합개시 촉매 를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 라디칼 중합개시 촉매의 예로서는, 암모늄퍼설페이트, 소디움퍼설페이트, 포다슘퍼설페이트계, 수용성 아조계, 레독스계 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
이후, pH 조절제를 이용하여 상기 중합 반응물의 pH를 6 내지 10으로 조절한다. 상기 pH 조절제의 예로서는, 암모니아수, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 1-아미노-2-메틸프로판, 2-아미노-2-메틸프로판, 트리에틸아민 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 방법으로 제조된 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 pH가 약 6 미만이면, 도료 적용시, 도료의 저장성이 저하되고, pH가 약 10을 초과하면, 과량 사용으로 인해, pH 조절제가 갖는 독성이 휘발되므로, 환경 오염을 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 pH는 6 내지 10의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 유리전이온도가 약 -10℃ 미만이면, 내오염성이 저하되고, 유리전이온도가 약 20℃를 초과하면, 도료 적용시, 도막에 크랙이 발생하는 문제점이 생긴다. 따라서, 상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지는 유리전이온도가 -10 내지 20℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
수용성 아크릴 실리카 혼성 도료
본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료는 아크릴 실리 카 혼성 에멀젼 수지, 안료 및 분산제를 포함한다.
구체적으로, 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지 30 내지 60 중량부, 안료 10 내지 40 중량부 및 분산제 0.2 내지 1 중량부를 포함한다. 상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지는 pH가 6 내지 10이며, 유리전이온도가 -10 내지 20℃이다. 여기서, 상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지에 대한 구체적인 내용은 위에서 상세히 설명하였으므로, 중복을 피하기 위해 생략한다.
상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지는 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료의 총 중량부 대비 약 30 중량부 미만이면, 피도물과의 부착성, 건조 도막의 내마모성 및 내수성이 저하되고, 약 60 중량부를 초과하면, 은폐력이 감소되고 경제적인 면에서 문제점이 생긴다. 따라서, 상기 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료는 30 내지 60 중량부의 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 안료는 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료의 총 중량부 대비 약 10 중량부 미만이면, 내마모성이 저하되고, 약 40 중량부를 초과하면, 건조 도막의 부착성 및 안료의 분산성 등의 문제점이 생긴다. 따라서, 상기 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료는 10 내지 40 중량부의 안료를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 안료는 도료에 색상을 부여하기 위하여 제공되며, 상기 안료의 예로서는, 유기 아조계 안료, 체질 안료로서 탈크, 이산화티탄 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 분산제는 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료의 총 중량부 대비 약 0.2 중량부 미만이면, 안료 분산성, 내마모성 및 점도가 불량해지며, 약 1 중량부를 초 과하면, 내수성 및 부착성이 불량해지는 문제점이 생긴다. 따라서, 상기 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료는 0.2 내지 1 중량부의 분산제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분산제의 예로서는, 모노인산에스테르 분산제, 폴리인산에스테르 분산제, 아크릴레이트 공중합 분산제, 변성 실리콘계 분산제 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지를 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 국한되는 것은 아님을 밝혀 둔다. 하기 실시예들에서 함량은 중량부로 나타내다. 또한, 에멀젼 중합 반응은 산성촉매 하에서 우수하게 수행될 수 있으므로, 산성 촉매를 더 첨가할 수 있다. 상기 산성 촉매는 메타아크릴산을 사용할 수 있다.
아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조
<실시예 1>
2ℓ의 5구 유리제 플라스크에 온도계, 콘덴서, 교반기, 승온 장치, 질소투입장치를 부착하였다. 여기에, 실리카(LUDOX TMA, 고형분:34%) 618g을 넣고 60℃가 되도록 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 36g, 소듐라우릴설포네이트 2.68g, 암모늄퍼설페이트 1.0g 혼합하여 60℃가 되도록 승온시킨 후, 상기 플라스크에 투입하고 80℃로 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 46g에 소듐라우릴설포네이트 15g, 메틸메타아크릴레이트 84g, 부틸아크릴레이트 100g, 스티렌 12g, 아크릴로니 트릴 14g, 메타아크릴산 1.1g을 넣고 교반하여 유화시켰다. 준비한 유화액 8.2g을 상기 플라스크에 넣고 시드 폴리머를 합성하고, 암모늄퍼설페이트 0.8g을 탈이온수 70g에 녹여 남은 유화액과 4시간 동안 균일하게 플라스크에 각각 적하하면서 에멀젼 중합을 실시하였다. 합성된 에멀젼에 암모니아수 3.5g을 투입하여 반응물의 pH를 7.5로 조절하였다. 그 결과, 합성된 에멀젼 수지의 불휘발분은 40%, 점도는 120 cps, 유리전이온도는 8℃이었다.
<실시예 2>
2ℓ의 5구 유리제 플라스크에 온도계, 콘덴서, 교반기, 승온 장치, 질소투입장치를 부착하였다. 여기에, 콜로이드 실리카(LUDOX TMA, 고형분:34%) 618g를 넣고 60℃가 되도록 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 36g, 소듐라우릴설포네이트 2.68g, 암모늄퍼설페이트 1.0g를 혼합하여 60℃가 되도록 승온시킨 후, 상기 플라스크에 투입하고 80℃로 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 46g, 소듐라우릴설포네이트 15g, 메틸메타아크릴레이트 92g, 부틸아크릴레이트 92g, 스티렌 12g, 아크릴로니트릴 14g, 메타아크릴산 1.1g 넣고 교반하여 유화시켰다. 준비한 유화액 8.2g를 상기 플라스크에 넣고 시드 폴리머를 합성하고, 암모늄퍼설페이트 0.8g을 탈이온수 70g에 녹여 남은 유화액과 4시간 동안 균일하게 플라스크에 각각 적하하면서 에멀젼 중합을 실시하였다. 합성된 에멀젼에 암모니아수 3.5g를 투입하여 반응물의 pH를 7.5로 조절하였다. 그 결과, 합성된 에멀젼 수지의 불휘발분은 39.4%, 점도는 200 cps, 유리전이온도는 14℃이었다.
<실시예 3>
2ℓ의 5구 유리제 플라스크에 온도계, 콘덴서, 교반기, 승온 장치, 질소투입장치를 부착하였다. 여기에, 콜로이드 실리카(LUDOX TMA, 고형분:34%) 618g을 넣고 60℃가 되도록 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 36g, 소듐라우릴설포네이트 2.68g, 암모늄퍼설페이트 1.0g을 혼합하여 60℃가 되도록 승온시킨 후, 상기 플라스크에 투입하고 80℃로 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 46g, 소듐라우릴설포네이트 15g, 메틸메타아크릴레이트 64g, 부틸아크릴레이트 120g, 스티렌 12g, 아크릴로니트릴 14g, 메타아크릴산 1.1g을 넣고 교반하여 유화시켰다. 준비한 유화액 8.2g을 상기 플라스크에 넣고 시드 폴리머를 합성하고, 암모늄퍼설페이트 0.8g을 탈이온수 70g에 녹여 남은 유화액과 4시간 동안 균일하게 플라스크에 각각 적하하면서 에멀젼 중합을 실시하였다. 합성된 에멀젼에 암모니아수 3.5g을 투입하여 반응물의 pH를 7.5로 조절하였다. 그 결과, 합성된 에멀젼 수지의 불휘발분은 39.4%, 점도는 200 cps, 유리전이온도는 -5℃이었다.
<실시예 4>
2ℓ의 5구 유리제 플라스크에 온도계, 콘덴서, 교반기, 승온 장치, 질소투입장치를 부착하였다. 여기에, 콜로이드 실리카(LUDOX TM, 고형분:50%) 420g을 넣고 60℃가 되도록 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 36g, 소듐라우릴설포네이트 2.68g, 암모늄퍼설페이트 1.0g을 혼합하여 60℃가 되도록 승온시킨 후, 상기 플라 스크에 투입하고 80℃로 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 46g, 소듐라우릴설포네이트 15g, 메틸메타아크릴레이트 64g, 부틸아크릴레이트 120g, 스티렌 12g, 아크릴로니트릴 14g, 메타아크릴산 1.1g을 넣고 교반하여 유화시켰다. 준비한 유화액 8.2g을 상기 플라스크에 넣고 시드 폴리머를 합성하고, 암모늄퍼설페이트 0.8g을 탈이온수 70g에 녹여 남은 유화액과 4시간 동안 균일하게 플라스크에 각각 적하하면서 에멀젼 중합을 실시하였다. 합성된 에멀젼에 암모니아수 3.5g을 투입하여 반응물의 pH를 7.5로 조절하였다. 그 결과, 에멀젼 수지의 불휘발분은 52%, 점도는 320 cps, 유리전이온도는 -5℃이었다.
<비교예>
2ℓ 5구 유리제 플라스크에 온도계, 콘덴서, 교반기, 승온 장치를 부착하였다. 여기에 탈이온수 363g과 소듐카보네이트 0.6g을 넣고 80℃가 되도록 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 454g, 소듐라우릴설포네이트 54.5g, 메틸메타아크릴레이트 477.3g, 부틸아크릴레이트 363.6g, 스티렌 50g, 메타아크릴산 11.4g, t-부틸머캅탄 4.5g을 넣고 교반하여 유화시켰다. 준비한 유화액 45.3g을 상기 플라스크에 넣고 암모늄퍼설페이트 4.2g을 탈이온수 60g에 녹여 반응기에 투입하여 시드 폴리머를 합성한 후 남은 유화액을 4 시간 동안 균일하게 플라스크에 적하하면서 에멀젼 중합을 실시하였다. 합성된 에멀젼에 암모니아수 18.2g을 투입하여 반응물의 pH를 9로 조절하였다. 그 결과, 에멀젼 수지의 불휘발분은 50%, 점도는 560 cps, 유리전이온도는 19℃이었다.
수용성 아크릴 실리카 혼성 도료
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 수득한 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지를 주체 수지로 하여, 하기 표 1에 나타난 배합비에 따라 상기 에멀젼 수지에 안료, 분산제, 탈이온수 및 방부제, 동결 방지제, 소포제, 조막조제, 증점제 등의 첨가제를 넣고, 교반함으로써, 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료를 제조하였다. 하기 표 1에서의 함량은 중량부로 나타낸다.
[표 1]
원료명 실시예 1의 도료 실시예 2의 도료 실시예 3의 도료 실시예 4의 도료 비교예의 도료
실시예 1의 수지 56.0 - - - -
실시예 2의 수지 - 56.0 - - -
실시예 3의 수지 - - 56.0 -
실시예 4의 수지 - - 56.0 -
비교예 수지 - - - - 45.0
안료(이산화티탄) 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0
분산제 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
탈이온수 22.5 22.5 22.5 22.5 32
동결방지제 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
소포제 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
방부제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
조막조제 0 0 0 0 1.5
증점제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
분산제: degussa사의 TEGO Dispers 715W
동결방지제: Dow Chemical사의 Propylene Glycol
소포제: BYK-Chemie GmbH사의 BYK-024, degussa사의 TEGO Foamex 822
방부제: (주) 선경의 B-95
조막조제: Eastman Chemical Company사의 Texanol
증점제: Rohm&Hass사의 RM-7
수성 도료의 도막 평가
상기 실시예 1 내지 4 의 도료 및 비교예에 의해 제조된 각각의 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료를 에어리스 스프레이 도장 방식으로 슬레이트판에 도장한 후, 실온에서 약 7일 동안 건조하였다. 이후, 각각의 도막 시편에 대해 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) KU점도: 도료를 약 25℃로 유지하고 Krebs-Stormer 점도계로 이용하여 측정하였다.
(2) 내오염성: 옥외 도장 후, 약 1 내지 6개월 경과 후에, 초기 도막과의 명도차이(ΔL)를 색차계로 측정하였다.
(3) 내용제성: 메탄올, 아세톤 또는 톨루엔 용제에 시편을 약 48시간 침적한 후, 도막의 이상 유무를 육안으로 확인하였다.
(4) 접촉각: 도료를 도장 후, 물에 약 3일 침적한 후, 물접촉각을 접촉각 측정장치를 이용하여 측정하였다.
(5) 광택: 광택계를 이용하여 확인하였다.
(6) 방염성: 연소시험기를 이용하여 탄화면적을 특정하였다.
[표 2]
삭제
Figure 112007067424633-pat00001

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4에서 수득한 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지를 이용한 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료는 내오염성, 내용제성 및 방염성이 우수함을 알 수 있다. 이에 반해, 콜로이드 실리카를 포함하지 않은 비교예에서 수득한 아크릴 수지를 이용한 도료는 광택은 우수하지만, 내오염성, 내용제성 및 방염성이 불량함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 제조된 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지를 포함하는 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료를 이용하여 도막을 형성할 경우, 내오염성, 내용제성 및 방염성이 우수하다. 이로 인해, 상기 도료는 건축 외부용 도료로서 용이하게 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 아크릴산 에스테르계 모노머 50 내지 90 중량부, 방향족 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부 및 니트릴 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부를 혼합하여 모노머 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 모노머 혼합물 20 내지 60 중량부, 콜로이드 실리카 20 내지 50 중량부, 계면활성제 0.5 내지 3 중량부 및 라디칼 중합개시 촉매 0.1 내지 2 중량부를 중합시킴으로써, 중합 반응물을 제조하는 단계; 및
    상기 중합 반응물의 pH를 6 내지 10으로 조절하는 단계를 포함하는 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아크릴산 에스테르계 모노머는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, 노르말부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 스테아릴메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 히드록시부틸메타크릴레이트 및 디에틸렌글리콜디모노메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이며, 상기 방향족 비닐계 모노머는 스티렌, 알파-메틸스티렌, 트랜스-베타-메틸스티렌, 베타-메틸스티렌 및 4-메틸스티렌으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이며, 상기 니트릴 비닐계 모노머는 아크릴로니트릴인 것을 특징으로 하는 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 콜로이드 실리카는 15 내지 50nm의 입자크기를 갖고, 이온 안정성 콜로이드 실리카, 비이온 안정성 콜로이드 실리카 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는 소듐도데실벤젠설포네이트, 소듐라우릴설페이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 라디칼 중합개시 촉매는 암모늄퍼설페이트, 소듐퍼설페이트, 포타슘퍼설페이트, 수용성 아조계 및 레독스계로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부가 중합 혼합물의 pH를 6 내지 10로 조절하는 단계는 암모니아수, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 1-아미노-2-메틸프로판, 2-아미노-2-메틸프로판 및 트리에틸아민로 이루어진 군에서 적어도 하나의 pH 조절제를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지의 제조 방법.
  7. 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지 30 내지 60 중량부;
    안료 10 내지 40 중량부; 및
    분산제 0.2 내지 1 중량부를 포함하되, 상기 아크릴 실리카 혼성 에멀젼 수지는 아크릴산 에스테르계 모노머 50 내지 90 중량부, 방향족 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부 및 니트릴 비닐계 모노머 5 내지 10 중량부를 혼합하여 모노머 혼합물을 제조하고, 제조된 모노머 혼합물 20 내지 60 중량부, 콜로이드 실리카 20 내지 50 중량부, 계면활성제 0.5 내지 3 중량부 및 라디칼 중합개시 촉매 0.1 내지 2 중량부를 중합시켜 중합 반응물을 제조한 후 제조된 중합 반응물의 pH를 6 내지 10으로 조절함으로써 제조되며, 유리전이온도가 -10 내지 20℃인 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료.
  8. 제7항에 있어서, 상기 분산제는 모노인산에스테르 분산제, 폴리인산에스테르 분산제, 아크릴레이트 분산제 및 실리콘계 분산제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 실리카 혼성 도료.
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