KR100952607B1

KR100952607B1 - 천연광물을 이용한 기능성 도료의 제조방법 및 도료 조성물

Info

Publication number: KR100952607B1
Application number: KR1020080029524A
Authority: KR
Inventors: 장한우
Original assignee: 주식회사 오름에스티
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2010-04-15
Also published as: KR20090104211A

Abstract

무기질 바인더에 장호석, 스코리아, 포조란, 일라이트 중에서 선택되는 하나 이상의 원적외선 방사물질, 이산화 티타니움, 이산화티탄, 아연화 중에서 선택되는 하나의 물질과 토르마린 등 항균성 및 탈취성세라믹 그리고 음이온 발생물질, 실란계카프링제, 분산제 및 소포제를 첨가하여 90℃~95℃를 유지하여 4~5시간 반응시킨 반응물에 파라메칠아민으로 pH6.5~7로 조절한 천연광물을 이용한 기능성 도료의 제조방법과 그 도료에 관한 것임.

Description

천연광물을 이용한 기능성 도료의 제조방법 및 도료 조성물{THE METHOD OF PREPARING FUNCTIONAL PAINT USING NATURAL MINERALS}

본 발명은 천연광물을 이용한 기능성 도료의 제조방법 및 그 도료에 관한 것으로 구체적으로는 무기질계 바인더용액에 실란계 결합제와 원적외선 방사물질, 항균성 및 흡착탈취성 그리고 음이온 발생물질로된 천연광물의 분말, 분산제, 소포제를 첨가하여 고온에서 반응시킨 반응물을 pH조절제로 pH6.5~7로 조절한 천연광물을 이용한 기능성 도료의 제조방법 및 그 도료에 관한 것이다.

오래전부터 각종 합성수지를 원료로하는 건축물의 내장재로서 합성수지 도료를 비롯하여 합성수지벽지, 합성수지 발포벽지, 바닥재, 내장벽재, 천정재, 접착제에 이르기까지 다양한 형태로 이용되어 왔다.

이상과 같은 합성수지제품들은 합성수지에 각종첨가제가 첨가되어 제조된 합성수지제품들로서 도료 또한 합성수지에 각종첨가제가 첨가되고 휘발성 용제까지 포함된다.

최근 들어 합성수지나 합성수지 첨가제중의 일부 물질들이 인체에 유해한 물질임이 밝혀짐에 따라 선진국에서는 오래전부터 인체에 유해한 합성수지나 첨가물들의 사용을 규제하고 있고 근년에 이르러 국내에서도 인체에 유해한 합성수지나 첨가제 또는 이를 사용하여 만들어진 건축용내장재를 비롯하여 식품포장제, 용기등을 규제하고 있는 실정이다.

구체적인 예를 들면 종래포장재, 용기, 합성수지용기 등으로 가장많이 사용되어온 PVC는 필요한 물성을 얻기 위하여 디옥틸프타데이트(DOP), 디부틸프타데이트 디 프로필 프타레이트 등의 가소제와 안정제, 충진제, 점도조절제 등이 첨가되고 합성수지재의 도료 역시 첨가제가 첨가되며 여기에 용제까지 첨가된다.

상기 합성수지에 사용되는 가소제들은 현재 일본후생성이나 미국환경청에서 환경호르몬 추정물질로 지정되어 있고 전기한 안정제중에서 바륨계안정제도 8가지 규제중금속(Pb, Cd, As, Se, Cr, Sb, Hg, Ba)중에 포함되어 있는 안정제다.

또한 건축자재로 사용되어온 PVC를 비롯한 열가소성수지들은 내열성이 좋지않고 인화성이 커서 화재의 위험성이 있고 특히 PVC는 화재시 고온에서 즉시 분해되어 염소개스를 발생하게 되므로 질식사의 위험 또한 크며 그 예가 빈번하였다.

그 밖에 열경화성수지로 한때 다량으로 사용되어온 메라민수지나 요소수지로 제조되어온 주방용기, 컵, 공기 등은 포름알데히드를 침출시키나 발생시키므로서 현재에는 거의 사용하지 않는다.

특히 합성수지계도료 및 바름재 그리고 합성수지계접착제 역시 합성수지의 종류에 따라 용해되는 용제를 선택사용하게 되므로서 VOC(Volatile Organic Compounds)을 발생하게 되어 현기증과 두통을 일으킬 수 있고 호흡기에 영향을 주며 아토피성 피부질환을 유발시킬 수 있으며 그리고 합성수지계 도료이전부터 등장했던 건성유, 반건성유를 이용 보일유로 제조되는 페인트도 현재까지 많이 사용하고 있지만 지방산 특유의 냄새를 발생시키고 있고 더욱이 근간에는 시멘트 독성공해까지 더하여 실내공간 분위기를 크게 오염시키고 있어 친환경적인 소재를 선호하고 있는 실정이다.

이상과 같이 공해요인을 발생시키는 합성수지계의 도료를 포함한 건축내장재의 문제점을 해결하는 대책의 일환으로 공해성이 없는 합성수지를 선택하거나 천연물질을 이용한 건축용 내장재들의 연구개발이 활발히 진행되고 있고 본 발명에서 시도하는 도료분야에서도 친환경적인 경향으로 선회하고 있으며 현재 여러가지 구체적인 발명들이 소개되고 있다.

국내특허공보(등록번호 제10-0804402호)에는 천연무기질도료 및 그 제조방법이 소개되고 있으며 기술의 내용은 포타시움 실리케이트 15~50wt%, 콜로이달실리카 20~50wt%, 보조수지 2~20wt%, 안료 20~40wt%, 분말제오라이트 1~15wt%, 발수제 0.3~2wt%, 기타첨가제(습윤제, 분산제, 소포제, 증점제, 왁스) 0.3~3wt%, 으로 구성된 천연무기질 도료라 할 수 있다.

이와 같은 천연무기질 성분을 주성분으로하는 도료는 유기질성분과 무기질성분간의 결합력(접착력)이 약한 문제점이 있을 뿐만 아니라 시멘트, 목재, 금속면을 바탕으로하는 소재와의 결합력 또한 약한편이라 할 수 있고 건성유 또는 반건성유로 제조되는 페인트 또는 합성수지도료와는 달리 도막성이 좋지않고 유연성이 부족 하여 충격강도가 약하여 도막균열이 쉽게 발생하며 도막층과 바탕소재간에 접착력이 약해 박리현상이 쉽게 일어나는 것이 일반적인 결점이라 할 수 있다.

다른 종래기술로서 국내등록특허공보(등록번호 제10-0802255호)에는 제올라이트를 활용한 친환경도료 및 그 제조방법이 게재되어있으며 기술의 구성인즉 제올라이트, 탄산칼슘, 이산화티탄, 음이온석, 무기향균제로 구성된 광물성 필라 55~63wt%을 분산액, 증점제, pH조절재, 소포제 등의 유기물질을 수성폴리머 디스프젼용액에 첨가시킨 유기성의 수용성바인다 37~45wt%로 결합시켜서된 친환경도료의 주성분이 기능성을 갖는 무기질성분과 수성폴리머 디스프젼으로 구성되어 친환경적이라 할 수 있으나 결합제가 수성인 폴리머인경우 방수성과 발수성이 약한편이며 도막을 형성하는 입자간에 결합력이 약하고 많은량의 합성수지폴리머를 사용하므로서 내열성이 약한 결점이 있다.

또 다른 종래기술로서 국내공개특허공보(공개번호 제10-2007-0041704호)에 천매암을 포함하는 도료가 소개되고 있으며 이는 건성유 및 반건성유등의 천연유지를 전색제로하는 유성도료, 건성유를 가열하면서 공기를 불어넣어 건조를 빠르게 한 보일유등의 통상의 유성도료에 천매암의 초미세분말을 15~20wt%을 첨가시킨 페인트로서 천매암이 갖는 흡착력 양이온 치완작용에 의하여 유해물질을 흡착 중화하여 제거하므로서 환경오염을 방지하는 목적이라 하나 천매암의 분말을 첨가하므로서 도막성 및 방수성이 떨어지고 특히 유성페인트는 식물유, 동물유의 산폐에 의한 좋지 않은 냄새가 발생되므로 친환경적이라 할 수 없고 특히 실내 분위기를 개선함에는 적합치 않다.

그 밖에 국내공개특허공보(공개번호 10-2008-0018219호)에는 백토를 이용한 도료의 조성물 및 그 제조방법이 소개되고 있으며 그 기술구성은 은 이온수 20~40중량%, 포타슘실리케이트 또는 리튬살리케이트 10~30중량%, 수용성아크릴 에멜젼 5~10중량%을 교반하여 접착제를 제조하고 여기에 분산제 1~2중량%를 첨가하여 2차교반과정을 거친 접착제 및 첨가제 혼합물에 백토 40~60%, 전기석 3~6%이 산화티탄 3~6중량%등의 기능성을 갖는 무기물 충진제를 첨가 다시교반하여서되는 백토를 이용한 도료의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로 우선 기능성 무기물질인 필러에 비해 전색제(바인더)인 물유리나 수용성 아크릴에멜젼이 너무 소량이고 더욱이 많은 량으로 사용되는 백토는 황토 또는 점토와 같이 도막을 형성하는 입자들간의 접착력을 크게 저해하므로 좋은 도막성과 접착성을 기대할 수 없다.

전술한 종래 친환경도료들은 기능성 충진제들에 의한 기능성에 치중한 나머지 도료의 본래 목적인 소지면의 차단성, 도장성, 도막의 치밀성 소지면과의 접착성, 방수, 방습 등의 본래의 기능들을 소홀히 하고 있다.

본 발명은 종래 공해요인을 발생시키는 도료를 개량한 친환경적 도료에서 다량의 기능성 무기물 또는 천연 광물성분말을 충진제로 사용하므로서 발생되는 문제점으로 도막성의 부족 소지면과의 접착성 불량 및 도막의 치밀성 부족, 그리고 균열발생등의 문제점을 개량보완한 친환경도료로 도료의 도막을 구성하는 무기물과 유기물을 강력하게 결합할 수 있고 또한 소지면과 우수한 접착력을 갖게 하므로서 기밀성과 수밀성(방수성)이 뛰어나며 인체에 유익한 천연광물의 무기물을 적정하게 첨가하므로서 도료의 본래의 특성과 기능에 손상을 줌이 없이 다양한 친환경적인 기능을 발휘할 수 있는 천연광물을 이용한 기능성도료의 제조방법과 그 도료를 해결함에 있다.

포타시움실리케이트 및 소디움실리케이트용액에 장호석(feldspar), 스코리아(scoria), 포조란, 일라이트 중에서 선택되는 하나이상의 원적외선 방사물질, 이산화티타니움, 아연화 중에서 선택되는 하나와 토르마린(tourmaline)등의 항균성 및 탈취성 세라믹 그리고 음이온 발생물질, 실란계카프링제(silan coupling agent), 분산제 및 소포제를 첨가하여 90℃~95℃를 유지하여 4~5시간 반응시킨 반응물에 파라메칠아민으로 pH6.5~7로 조절하므로서 도막조직간의 접착력, 소지면과의 접착성, 도막조직의 치밀성이 향상되어 기밀성과 방수성(수밀성)이 우수하며 악취가 없는 천연광물을 이용한 기능성도료의 제조방법과 그 도료를 해결할 수 있었다.

본 발명에 의한 도료는 실린계 카프링제를 사용하므로서 무기물의 광물성분말을 비롯한 무기물분말과 유기물을 강력하게 접착결합시키므로서 도료도막의 조직 이 치밀하여 수밀성과 기밀성이 우수하며 소지면과의 접착성이 뛰어나 소지면의 손상과 변질을 장기간에 걸쳐 방지할 수 있으며 또한 구성성분의 대부분이 무기물이며 인체에 해가 없는 유기물을 선택하므로서 친환경적이라 할 수 있고 복합세라믹분말이 원적외선 방사물질, 항균성 및 탈취성의 물질, 음이온발생물질들로 구성되어있어 쾌적한 분위기의 실내공간을 확보유지시킬 수 있는 천연광물을 이용한 기능성도료의 제조방법과 그 도료라 할 수 있다.

본 발명은 무기질의 바인더(전색제)에 다량의 천연광물 또는 무기물이 함유되는 기능성 친환경도료에서 발생되는 문제점을 개량보완한 천연광물을 이용한 기능성도료의 제조방법과 그 도료에 관한 것으로 먼저 그 제조방법을 공전별로 구체적으로 설명하면,

천연광물질의 원적외선 방사물질 100중량부, 항균 및 탈취기능을 갖는 물질 15~25중량부의 초미세분말들을 혼합하여 원적외선 건조기를 통해 수분함량 3%이내로 건조시켜 복합세라믹분말을 얻는 1단계 공정

소디움 실리케이트와 포타시움 실리케이트를 3:1의 중량비율로 혼합한 분말 100중량부에 대하여 물 50~200중량부를 첨가하여 고압하에서 가열하여 용액형의 바인더를 제조하는 2단계 공정

2단계 공정에서 제조된 바인더 100중량부에 1단계 공정에서 얻어진 복합세라믹분말 30~60중량부, 실란계결합제 3~8중량부, 분산제 2~4중량부, 소포제(실리콘오 일)0.1~1.5중량부를 첨가하여 온도 90~95℃로 유지하여 4~5시간 반응시켜 도료반응물을 얻는 3단계 공정

상기 도료반응물에 파라메칠아민(para methyl amime)을 첨가하여 pH6.5~7로 조정하는 4단계 공정을 포함하는 천연광물을 이용한 기능성 도료의 제조방법 및 그 도료 이상의 제조방법에서 원적외선 방사물질로는 장호석(feldspar), 스코리아(scoria), 납석계의 포조란(pozzolan), 일라이트(Ilite)중에서 선택되는 하나이상의 초미세 광물질 분말로서 적어도 500~800메쉬번위의 입도를 사용하며 항균성 및 탈취성을 갖는 물질로는 이산화 티타늄, 아연화 중에서 선택되는 하나의 물질과 토르마린이라 할 수 있고 첨가량 15~25중량부 중에는 이산화티타눔, 아연화 중에서 하나 이상의 물질이 50wt%, 토르마리린 50% 포함되어 있으며 또한 사용입도는 원적외선 방사물질과 동일하다.

또한 3단계 공정에서 사용되는 실란계 카프링제(silan coupling agent)는 에폭시기, 아미노기, 2중 결합의 관능기를 가진 실란으로서 유기질재료와 무기질재료를 강력하게 결합하는 기능을 갖게 되며 접착력과 도막의 조직을 치밀하게 하는 기능을 갖게 된다.

도료반응물에 첨가되는 pH조절제는 종래 주로 사용되어온 암모니아와 달리 파라메칠아민을 사용하므로서 도료에서 암모니아의 악취가 나지 않는 것이 특징이며 계면활성기능이 있어 침강분리현상이 없고 안정성을 유지할 수 있다. 그리고 분산제로는 저분자 불포화 카르복시산, 불포화 폴리아연, 아마이드 중에서 선택되는 하나의 분산제라 할 수 있다.

특히 이상에서 바인더(전색제)와 복합세라믹 분말의 사용비율은 바인더의 양이 많으며 광물성의 복합세라믹분말을 많이 사용하는 경우는 도막성이 좋지 않고 도막의 조직이 치밀하지 못하며 도막조직간의 접착성은 물론 소지와의 접착성도 떨어지며 기밀성과 수밀성이 좋지않고 보다적은량의 천연광물질의 기능성분말을 사용할 경우는 기능성을 기대하기 힘들다.

그 밖에 전술한 본 발명도료에 안료, 동결방지제, 점도조절제 중에서 선택적으로 하나이상의 첨가제를 전기한 도료반응물에 대하여 0.5~2wt%범위 내에서 더 첨가할 수 있으며 이 또한 본 발명청구범위에 포함된다.

안료로는 유색의 천연광물분말이나 인체에 해가없는 금속산화물의 안료를 사용할 수 있고 입도 또한 복합세라믹분말과 같다.

동결방지제로서는 다가알콜, 점도조절제는 도장시에 도장성을 좋게하기 위하여 사용되며 점도 조절제는 칼복시릭에스터(carboxylic ester)를 기본으로하는 C-16이상의 물질을 사용하므로서 증발성 유기화합물(IVOCS)이 발생되지 않아 인체에 무해하다.

이상과 같이 본 발명의 천연광물을 이용한 기능성도료는 소량으로 사용되는 유기질 성분 또한 인체에 해가 없는 물질로 선택하였으며 대부분의 구성비를 차지하는 바인더를 비롯하여 복합세라믹분말이 인체에 해가 없는 무기성분이며 또한 무기성분들은 원적외선 방사물질이고 향균성 및 탈취성물질이며 투어마린은 음이율 발생물질로도 기능성이 우수하므로서 사무실이나 주택의 실내분위기를 친환경 분위기로 전환시킬 수 있다.

상기 본 발명의 기술구성을 명확하게 하고 그 효과를 알아보기 위해 아래와 같이 실시예로 나타내었다.

실시예 1

장호석 및 일라이트 초미세분말을 동일량으로 혼합한 원적외선 방사물질 500g, 이산화티탄 50g, 토르마린 50g을 혼합조성하여 600g의 균질성 복합세라믹분말을 얻고 이를 원적외선 건조기를 통해 수분함량 3%이하로 건조시킨 복합세라믹분말 560g, 에폭시기를 갖는 실란결합제 40g, 분산제 25g 및 실리콘오일 10g을 무기질계 바인더(고형분기준) 1000g에 첨가하여 온도 90~95℃범위에서 5시간 반응시켜 본 발명에 따른 기능성도료를 제조하였다.

실시예 2

전술한 바와 같은 실시예 1을 통해 제조된 기능성 페인트의 기능성 시험을 다음과 같이 실시하였다.

1) 탈취율 시험

먼저, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 기능성 페인트를 건물내부의 벽면에 시공하여 여러냄새들을 제거하는 능력을 평가하기 위해 가스 검지관법을 이용하여 암모니아수 탈취능력시험을 실시하였다.

시험방법을 KICM-FIR-1055의 방법을 통해 시험하였다.

다음 표 1은 경과 시간에 따른 암모니아수의 탈취율 변화를 나타내었다.

<표 1>

시험항목	탈취율 시험(NH₃)
시험항목	경과시간(분)	Blank농도(PPm)	시료농도(PPm)	탈취율(%)
시험결과	0	200	200	-
	30	176	10	94.3
	60	169	7	95.9
	90	152	6	96.1
	120	145	5	96.6

표 1에 나타난 바와 같이 경과시간에 따라 탈취율은 증가하는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 경과는 가스의 압력구배, 농도차이, 삼투효과 등에 의하여 좌우되고 있는것으로 알려져 있으나 여기서는 도료원료중 고효율 원적외선 방사체의 구조에 형성되어 있는 기공과 밀접한 관계가 있는것으로 판단된다.

2) 항곰팡이 실험

본 발명에 따른 기능성도료의 항곰팡이 시험은 ASTMG-21방법으로 실시하였다.

본 시험에 사용된 곰팡이 균주는 Aspergillus niger ATCC 9642, Peniclium Pinophilum ATCC 11797, Chaetomium globosum ATCC 6205 등의 포자를 채취하여 혼합균주로 사용하였으며 사용된 시편의 크기는 20×30×3m/m로 하였다.

4주후 항곰팡이 시험결과 기능성 도료 자체에서의 곰팡이 서식부위는 관찰되지 않았고 시편의 주변에 곰팡이가 서식하는 것으로 보다 시편 주변까지 항곰팡이 능력이 발휘하지 않는 것으로 판단된다.

3) 원적외선 복사율 및 복사강도

시험방법은 KICM-FIR-1005를 실시하였으며 표 2에 시험결과 먼저 보면 시편을 밀착시키고 시편을 가열하여 표면으로부터 나오는 원적외선 복사율을 파장 5~20㎛의 범위에서 측정하였다.

측정시료의 표면온도는 40℃로 유지하여 측정하였으며 이상 흑체(복사율=1)를 대비하여 표면온도는 동일하게 고정시켰다. 한편 8~10㎛부근에 약간의 골이 형성되는 복사특성을 보임.

<표 2>

시험항목		시험결과	시험방법
원적외선방출량	방사율(5~20㎛)	0.925	KICM-FIR-
(40℃)	방사에너지	3.74×10²(w/m²)	1005

본 시험결과는 FI-1R Spectrometer을 이용한 Black Body대비 측정결과임.

4) 항균실험

시험방법은 KICM-FIR-1002로 하였으며 사용균주는 Eseherichia coei ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442 혼합균주로 사용하였으며 그 측정결과를 표 3에 나타내었다.

<표 3>

시험항목	시료구분	초기 농도 (CFU/40P)	24시간후 농도 (CFU/40P)	세균감도율(%)
대장균에 의한 항균시험	BLANK	386	1132	-
대장균에 의한 항균시험	시료	386	38	90.2
녹농균에 의한 항균시험	BLANK	350	1069	-
녹농균에 의한 항균시험	시료	350	21	94.0

이상에서와 같이 본 발명에 따른 기술은 실내 벽면 천정용 기능성 도료를 제조함으로서 인체에 유익한 원적외선을 복사함과 동시 시멘트로부터 나오는 독성을 중화시킬 수 있다.

본 발명에 따른 기능성 도료는 주거공간의 실내에 도장할 경우 원적외선공명 흡수작용과 음이온 효과에 의한 실내 공기질이 개선될 뿐만 아니라 인체내 세포와 물분자를 활성화시켜 신진대사를 촉진시켜줌으로서 생활하는 사람들의 건강을 증진 시키는 효과를 가져온다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않으며 본 발명의 기술사항이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

Claims

장호석, 스코리아, 납석계 포조란 중에서 선택되는 하나이상의 천연광물질의 원적외선 방사물질 100중량부, 이산화티탄, 아연화, 토르마린 중에서 선택되는 하나이상의 항균 및 탈취기능을 갖는 물질 15~25중량부의 초미세분말을 혼합하여 원적외선 건조기로 건조하여 수분함량 3wt%이하로 건조시켜 건조된 복합세라믹분말을 얻는 1단계 공정과,

소디움 실리케이트와 포타시움 실리케이트를 3:1의 중량비율로 혼합한 분말 100중량부에 대하여 물 50~200중량부를 첨가하여 고압하에서 가열하여 용액형의 바인더를 제조하는 2단계 공정과,

상기 용액형의 바인더 고형물기준 100중량부에 1단계 공정에서 얻어진 복합세라믹분말 30~60중량부, 실란계 결합제 3~8중량부, 분산제 2~4중량부, 소포제 0.1~1.5중량부를 첨가하여 온도 90~95℃범위로 유지하여 4~5시간 반응시켜 도료 반응물을 얻는 3단계 공정과,

상기 도료 반응물에 파라메칠아민(para methyl amime)을 첨가하여 pH6.5~7로 조절하는 4단계 공정을 포함한 천연광물을 이용한 기능성도료의 제조방법.
삭제
청구항 1항에 있어서 실란계결합제가 실란계카프링제로서 에폭시기, 아미노 기 또는 2중결합의 관능기를 갖는 실란계결합제임을 특징으로하는 천연광물을 이용한 기능성도료의 제조방법.