KR100865085B1 - 수경성 무기질 도료조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축 내·외장의 시멘트 및 콘크리트 구조물을 보호하기 위하여 도장할 수 있는 수경성 무기질 도료 조성물에 관한 것으로서, 주 바인더로서 백색 포틀랜드 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트, 혼합 시멘트 및 알루미나 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 시멘트 70∼80 중량%, 결합제로서 수용성 분말수지 5∼15 중량%, 천연 셀룰로오즈 섬유 0.4∼1.2중량%, 감수제 0.2∼1.0 중량%, 경화촉진제 0.1∼2.0 중량%, 경화지연제 0.1∼0.4 중량%, 소포제 0.2∼0.6 중량%, 무기안료 0.5∼10 중량%, 증점제 0.2∼0.7 중량% 및 충진제 3.0∼8.0 중량%로 이루어진 수경성 무기질 도료 조성물과 물을 혼합하여 무기질계 분말 페인트를 도포한 경우 내구성, 내수성, 내후성 등이 매우 우수한 도막특성을 나타내며, 또한 용제로 물을 사용함으로써 기존의 합성수지 도료의 단점인 환경오염성의 문제를 해결할 수 있었으며, 도료의 제조공정이 단순한 분쇄 및 혼합공정으로 이루어져 매우 간단하며, 사용원료도 저가의 원료이므로 경제성이 매우 우수할 뿐만 아니라 도장작업 전 별도의 표면처리 작업 없이 시멘트·콘크리트 피도물 위에 직접 도장할 수 있으므로 작업공정이 단순화 될 수 있다는 장점이 있으며, 무엇보다도 경화시간 조절이 가능해짐에 따라 좀 더 효율적인 작업을 할 수 있게 된다.

도료*바인더*결합제*경화*내후성

Description

수경성 무기질 도료조성물 {Hydraulic inorganic coating composition}

본 발명은 수경성 무기질 도료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축 내·외장의 시멘트 및 콘크리트 구조물을 보호하기 위하여 도장할 수 있는 도료로서 바인더로 각종 시멘트를 사용하고, 결합제로서 수용성 분말수지, 천연 셀룰로오즈섬유, 감수제, 경화촉진제, 경화지연제, 소포제, 무기안료, 증점제 및 충진제를 첨가하여 물과 혼합하여 시멘트의 수화반응에 의해 도막이 경화되는 수경성 무기질 도료 조성물에 관한 것이다.

종래 건축 내·외장용 도료에 사용되던 수성도료의 바인더로 합성수지를 사용하였는데, 이러한 합성수지는 제조공정이 복잡하고 제조과정에서 환경오염을 유발시키는 문제가 있으며, 통기성, 내구성, 내후성 및 내열성이 취약한 단점을 가지고 있었다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 바인더로서 보통 포틀랜드 시멘트를 적용하여 도료의 내후성, 접착성, 내마모성, 내약품성, 내수성, 난연성 등을 향상시키기 위한 연구가 진행되어 왔다.

그러나 종래의 폴리머 시멘트계 도료의 경우 도막 두께가 증가됨에 따라 경화시 응고 수축하여 균열이 생기는 문제점과 경화 시간을 조절할 수 없어 현장 작업시 많은 제한을 받아 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 일본 특개평 10－120938호, 일본 특개평 8－208302호 및 일본 특개평 11－171627호에서는 무기질 분말의 조성을 변화시킨다든가, 충진제의 입도를 변화시키는 등의 방법을 제시하였지만, 이들 발명은 모두 시멘트와 골재 등으로 구성되어 있으며, 이들은 근본적으로 수분에 대한 안정성에는 효과적이지 못하여 도막의 열화에 따른 균열, 박리 및 구조물의 내부로부터 침입하는 수분에 대해 도막층과 상이하여 균열, 박리, 백화현상 등의 문제점을 해결하지는 못하였다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 도막의 문제점을 해결하기 위하여 연구노력하던 중, 주 바인더로서 백색 보통 포틀랜드 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트, 혼합 시멘트, 알루미나 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 시멘트를 사용하고, 결합제로서 수용성 분말 수지, 천연 셀룰로오즈섬유, 감수제, 경화촉진제, 경화지연제, 소포제, 무기안료, 증점제 및 충진제를 첨가하여 물과 혼합하여 도료를 제조한 결과, 시멘트·콘크리트 피도물의 도장작업 뿐만 아니라 콘크리트 2차 제품에 적용하였을 때 피도물을 보호하여 내구성을 향상시키고, 자외선에 의한 도막의 열화가 없고 통기성이 부여됨으로써 피도물과 강한 접착성을 유지할 수 있으며, 경화시간을 조절할 수 있어 현장에서 보다 용이한 작업을 할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 내구성, 통기성, 내후성 및 내열성이 우수하고, 도포시 균열, 박리, 백화 현상 등의 문제점이 없는 수경성 무기질 도료 조성물을 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명의 수경성 무기질 도료조성물은 주바인더로서 백색 포틀랜드 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트, 혼합 시멘트 및 알루미나 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 시멘트 70∼80 중량%, 결합제로서 수용성 분말수지 5∼15 중량%, 천연 셀룰로오즈 섬유 0.4∼1.2중량%, 감수제 0.2∼1.0 중량%, 경화촉진제 0.1∼2.0 중량%, 경화지연제 0.1∼0.4 중량%, 소포제 0.2∼0.6 중량%, 무기안료 0.5∼10 중량%, 증점제 0.2∼0.7 중량% 및 충진제 3.0∼8.0 중량%로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 건축 내·외장의 시멘트 및 콘크리트 피도물의 도장에 적합한 도료를 제조하기 위하여 주 바인더로서 각종 시멘트를 사용하고, 여기에 결합제로서 수용성 분말수지를 사용하고 여기에 천연 셀룰로오즈 섬유, 감수제, 경화촉진제, 경화지연제, 소포제, 무기안료, 증점제 및 충진제를 혼합하여 사용한다.

본 발명의 주 바인더로 사용된 시멘트로는 백색 포틀랜드 시멘트, 보통 포틀 랜드 시멘트, 혼합 시멘트 및 알루미나 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 것을 사용한다.

이러한 시멘트의 함량은 70∼80 중량%로 사용되는데, 만일 시멘트 함량이 70중량% 미만일 경우 결합재의 양이 부족하여 건조 도막의 강도가 떨어지는 문제점이 있으며, 80 중량%를 초과하는 경우 도료화하였을 때 겔화 시간이 짧아 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 주 바인더로 사용하는 시멘트의 크랙을 방지하기 위하여 결합제로 수용성 분말 수지를 사용한다. 이러한 수지는 시멘트와 함께 혼합한 후, 물을 사용했을 경우 물에 쉽게 녹을 수 있는 수지여야 하며, 도막을 형성할 때 시멘트 입자들 사이에서 가교 역할을 하여 도막이 건조될 때 접착력, 유연성, 가소성, 내마모성 및 작업성 등을 현저하게 향상시키는 역할을 한다.

이러한 수지의 구체적인 예로는, 에틸렌－비닐아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 에틸렌 디－스티렌 아크릴계 수지(Ethylene Di-Styrene Acrylic Resin), 폴리비닐알코올(PVA) 등이 있으며, 이러한 수지들은 시멘트와 물이 혼합되었을 때 시멘트 입자 사이에 막을 형성하여 시멘트의 건조 수축시 발생하는 크랙을 방지하는 역할을 한다.

이러한 수용성 분말 수지의 사용량은 5∼15 중량%로 사용하는 바, 만일 그 함량이 5중량% 미만이면 사용량이 미비하여 시멘트 입자들 간의 가교역할을 충분히 하지 못해 시멘트의 건조 수축시 크랙이 발생할 수 있으며, 15중량%를 초과하면 부착강도가 저하되어 도막으로서의 가치를 상실하게 된다.

또한, 본 발명에서는 이러한 수용성 분말 수지와 더불어 천연 셀룰로즈 섬유질을 사용하여 시멘트 입자들 간에 섬유막을 형성하여 가교역할을 함으로써 크랙이 발생하는 것을 방지하였으며, 이러한 천연 셀룰로즈 섬유의 사용량은 0.4∼1.2 중량%를 사용하였다. 만일 함량이 0.4중량% 미만이며 사용량이 미비하여 섬유막을 형성할 수 없으며, 1.2 중량% 이상 사용하면 증점효과로 인해 작업성이 떨어지는 문제를 야기할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 도막의 초기 및 종결 강도 증가와 강도의 저하없이 작업성을 증가시키고, 분산성을 증가시키기 위하여 감수제를 사용한다. 감수제의 종류에는 특별히 한정되지 않는다. 당업계에서 통상적으로 사용되고 있는 것으로 예를 들면, 멜라민 설포네이트계 감수제이다.

이러한 감수제의 사용량은 0.2∼1.0 중량%이며, 만일 사용량이 0.2 중량% 미만일 경우 감수 효과가 떨어지며, 1.0 중량%를 초과시에는 도막의 경화 시간을 지연시키므로 작업성이 떨어지는 문제를 야기할 수 있다.

일반적으로 시멘트의 수화반응은 초결을 거쳐 응결될 때까지 약 8∼10시간 정도 소요되며, 경화 반응은 이후 매우 장기간의 시간이 소요된다. 그러므로 도료로서의 시공성을 만족하기 위해서는 일반도료의 건조시간 범위를 만족하도록 경화시간을 조절할 필요가 있다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 경화촉진제를 사용하는데 이러한 경화촉진제로는 수용액에서 알칼리성 pH를 나타내는 물질이 효과적이다. 본 발명에서는 무기금속 규산염을 사용하며, 그 구체적인 예를 들면 규산 나트 륨, 규산 칼륨, 규산 리튬 및 콜로이달 실리카 등이 우수한 성능을 발현하나 물질의 형태가 액상으로 극히 제한적이다.

본 발명에서는 상기와 같은 물질을 분말화하여 분말페인트 제조시 사용하며, 특히 금속 규산염의 몰비가 2.00∼3.22 범위의 것을 사용한다. 이는 경화촉진을 위하여 사용하는 규산염의 몰비가 2.00 미만일 경우에는 사용량에 관계없이 도료의 겔화 시간이 짧아지고, 3.22를 초과할 경우에는 사용시 물에 용해가 쉽게 되지 않는 문제가 발생한다.

이러한 경화촉진제의 사용량은 0.1∼2.0 중량%가 바람직하다. 만일 그 사용량이 0.1 중량% 미만일 경우 경화 촉진 효과가 떨어지며, 2.0 중량%를 초과시는 경화속도가 너무 빠르게 되어 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

한편, 이와는 반대되는 효과로 원하는 건조시간을 만족하기 위해서는 경화를 지연시키는 작업이 필요한 바, 이를 위하여 경화지연제를 사용한다. 이때 사용되는 경화지연제는 수용액에서 산성 pH를 나타내는 물질이 효과적이며, 구체적인 예로는 주석산, 아세트산 및 개미산 등을 사용할 수 있으며, 이러한 경화지연제의 사용량은 0.1∼0.4 중량%가 바람직하다.

상기 경화지연제의 함량이 0.4 중량%를 초과할 경우에는 경화의 지연으로 인해 원하는 경화도를 얻을 수 없는 문제점이 있다.

또한, 본 발명에서는 도료 제조시 발생되는 기포를 제거하기 위하여 소포제를 첨가하는 바, 만일 조성물 중에 기포가 발생하면 건조 후 도막에 작은 핀홀이 생성되어 외관이 좋지 않을 뿐만 아니라 물성저하를 야기할 수 있다. 이러한 소포 제의 함량은 0.2∼0.6 중량%가 바람직하다.

상기 소포제의 함량이 0.6 중량%를 초과할 경우에는 적정량의 소포제를 사용한 경우 이상의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 부착불량을 야기할 수 있는 문제점이 있다.

아울러, 도료의 색상을 나타내기 위하여 안료를 사용할 수 있는데, 시멘트의 알칼리성을 고려하여 무기질 안료를 사용한다. 안료의 사용량은 0.5∼10 중량%인 것이 바람직하다. 만일 사용량이 0.5중량% 미만이면 안료 첨가의 효과가 없으며, 10중량%를 초과하면 입자크기가 적기 때문에 상대적으로 물을 많이 흡수하게 되어 도막의 강도가 저하되거나 경화 시간의 지연으로 인하여 우수한 도막의 형성이 어렵다.

이외에도 물과 혼합된 액상도료의 점도를 증가시킴으로써 작업성을 향상시키고, 또한 도료성분이 시멘트·콘크리트 피도물과의 초기 접착성을 증가시키는 역할을 수행하기 위하여 증점제를 0.2∼0.7중량% 사용한다. 이러한 증점제로서는 알킬셀룰로오즈 및 폴리비닐알콜 아세테이트 등이 사용될 수 있다.

그러나, 상기 증점제의 함량이 0.7 중량%를 초과할 경우에는 점도가 너무 높아 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

또한 상기 성분 이외에 충진제로서 메타 카올린, 실리카흄 등을 3.0∼8.0 중량%로 사용할 수 있으며, 통상적인 도료조성에 첨가하는 계면활성제나 백화방지제 등의 기타첨가제를 본 발명의 의도를 손상시키지 않는 범위내에서 첨가할 수 있다.

한편, 이렇게 조합된 원료를 V-mixer 혹은 기타 혼합기를 이용하여 각각의 원료를 균질하게 혼합한 후, 분말페인트 100중량부에 대하여 40∼90 중량부의 물을 첨가하여 혼합기를 이용하여 5분∼10분 정도 혼합한 후 도장하고자 하는 피도체에 붓, 롤러, 퍼티, 에어 스프레이, 또는 에어리스 스프레이기를 이용하여 도장하여 도막을 얻을 수 있다.

이때 사용하는 물의 함량은 분말 페인트의 도막강도에 미치는 영향이 매우 큰 바, 본 발명에서는 분말페인트 100 중량부에 대하여 40∼90 중량부로 사용한다. 만일, 물의 함량이 40 중량부 미만일 경우에는 무기질 분말 페인트의 겔화 시간이 부족하여 도장 작업성이 나빠지며, 또한 90 중량부를 초과할 경우에는 건조도막의 건조강도가 약해지는 문제가 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1∼3

다음 표 1의 조성의 원료를 V-mixer를 이용하여 균일하게 혼합한 후, 물을 첨가하여 혼합기를 이용하여 5분∼10분 정도 혼합하였다. 이렇게 제조된 도료를 도장하고자 하는 피도체에 에어리스 스프레이기를 이용하여 도장하여 도막을 얻었다. 얻어진 도막의 지촉건조 시간과, 내구성, 내수성, 내후성 및 백화현상 등을 다음과 같이 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

(1) 지촉 건조 시간

일반적으로 지촉건조라 함은 손가락 끝을 도막에 가볍게 대었을 때, 점착성은 있으나 도료가 손 끝에 묻어나지 않으면 지촉건조가 된 것으로 한다. 따라서 5분 단위로 도막의 지촉건조를 확인하여 도막의 지촉건조시간을 측정하였다.

(2) 내구성

도막을 바름면이 위를 향하도록 세척 시험기 시험대에 고정시킨 후 도막을 항상 비눗물에 젖게하고 브러시를 바름면에 올려놓고 약 4.40N의 압력을 가하면서 도막의 표면 위를 500회 왕복시킨 후 도막에 벗겨짐, 마모에 의한 밑판의 노출 여부를 확인하였다.

(3) 내수성

도막을 25℃ 항온조에 48시간 침적시킨 후 도막에 갈라짐, 부풂, 벗겨짐, 녹아남이 없는지를 육안으로 확인하였다.

(4) 내후성

도막에 313nm의 UV 램프를 8시간 조사하고 60℃의 항온탱크속에 4시간 놓는 과정을 20회 반복 실시하여 도막에 잔갈림, 벗겨짐이 없는지를 육안으로 확인하였다.

(5) 백화 현상

도장 후 24시간 경과하여 도막에 하얀색의 꽃무늬가 나타나는지를 육안으로 확인하였다.

상기 표 2의 결과에서 보는 바와 같이, 경화촉진제로 규산나트륨, 규산 칼륨 및 규산 리튬을 각각 경화촉진제로 사용하고 경화지연제로 주석산을 각각 경화지연제로 사용한 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3과 경화촉진제를 사용하지 않은 비교 예 1의 경화시간을 비교하면 3배, 1.3배, 2.4배로 빠른 것을 알 수 있다.

또한, 경화지연제를 사용한 비교예 3의 경화속도는 경화지연제를 사용하지 않은 비교예 1의 경화속도보다 2배 느린 것을 알 수 있으며, 경화촉진제로서 규산나트륨만을 사용한 비교예 2의 경우 경화촉진제를 사용하지 않은 비교예 1과 비교하면 약 4배의 경화속도가 빨라지는 것을 알 수 있다.

특히, 경화촉진제와 경화지연제를 함께 사용한 실시예 4와 경화촉진제와 경화지연제를 사용하지 않은 비교예 1과 비교해 보면, 경화시간이 2배 빠른 것을 알 수 있다.

즉, 경화촉진제와 경화지연제를 함께 사용함으로써 무기질 분말 페인트의 경화시간 조절 및 물성을 개선시킬 수 있다. 경화촉진제 단독으로 사용하는 경우에는 초기건조 속도가 너무 빨라 스프레이 도장시 잔크랙을 유발할 수 있으며, 경화지연제 단독으로 사용하는 경우에는 경화시간이 지연되어 작업성에 문제를 유발할 수 있을 뿐만 아니라 초기 물성에도 영향을 미치게 된다. 실시예 1∼4와 비교예 1∼3을 살펴볼 때 바람직한 지촉건조시간은 80∼180분 이다.

따라서 스프레이 도장시에는 경화촉진제와 경화지연제를 같이 사용하여 적절한 초기건조 속도를 조절하여야 잔크랙발생을 방지할 수 있으며 도막의 물성 또한 향상시킬 수 있다. 이러한 경화 시간 조절은 종래의 무기질 분말 페인트에서는 찾아볼 수 없는 특징이며 이러한 경화 시간 조절로 작업장에서 원하는 경화시간을 조절하여 도장할 수 있다.

또한, 내수성, 내열성, 내후성이 우수하고, 도포시 백화현상이 발생하지 않 는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 시멘트를 주바인더로 하고 여기에 결합제로서 수용성 분말수지와 감수제, 천연 셀룰로오즈 섬유, 경화촉진제, 경화지연제, 소포제, 무기안료, 증점제 및 충진제 등을 첨가하고 이를 물에 혼합하여 무기질계 분말 페인트를 도포한 경우 내구성, 내수성, 내후성 등이 매우 우수한 도막특성을 나타내며, 또한 용제로 물을 사용함으로써 기존의 합성수지 도료의 단점인 환경오염성의 문제를 해결할 수 있었으며, 도료의 제조공정이 단순한 분쇄 및 혼합공정으로 이루어져 매우 간단하며, 사용원료도 저가의 원료이므로 경제성이 매우 우수할 뿐만 아니라 도장작업 전 별도의 표면처리 작업 없이 시멘트·콘크리트 피도물 위에 직접 도장할 수 있으므로 작업공정이 단순화 될 수 있다는 장점이 있으며, 무엇보다도 경화시간 조절이 가능해짐에 따라 좀 더 효율적인 작업을 할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 주 바인더로서 백색 포틀랜드 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트, 혼합 시멘트 및 알루미나 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 시멘트 70∼80 중량%, 결합제로서 수용성 분말수지 5∼15 중량%, 천연 셀룰로오즈 섬유 0.4∼1.2중량%, 감수제 0.2∼1.0 중량%, 경화촉진제 0.1∼2.0 중량%, 경화지연제 0.1∼0.4 중량%, 소포제 0.2∼0.6 중량%, 무기안료 0.5∼10 중량%, 증점제 0.2∼0.7 중량% 및 충진제 3.0∼8.0 중량%로 이루어진 수경성 무기질 도료 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 결합제로서 수용성 분말수지는 에틸렌－비닐아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 에틸렌 디－스티렌 아크릴계 수지(Ethylene Di-Stylene Acrylic Resin) 및 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것임을 특징으로 하는 수경성 무기질 도료 조성물.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 경화촉진제는 규산 나트륨, 규산 칼륨 및 규산 리튬 등의 무기금속 규산염 분말에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 것으로 그 몰비는 2.00∼3.22 인 것임을 특징으로 하는 수경성 무기질 도료 조성물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 경화지연제는 주석산, 아세트산 및 개미산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것임을 특징으로 하는 수경성 무기질 도료 조성물.
6. 제 1항에 있어서, 상기 증점제는 알킬 셀룰로즈와 폴리비닐알콜 아세테이트로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 수경성 무기질 도료 조성물.
7. 제 1항에 있어서, 상기 충진제는 메타 카올린와 실리카흄으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 수경성 무기질 도료 조성물.