KR100959925B1 - 자기정화 기능이 있는 고반사 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 굴절지수(Refractive Index)가 1.8 이상이고, 입자 직경이 100 ㎛ 이하인 유리비드의 표면에 입자 크기가 1-30 nm인 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를, 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 또는 폴리우레탄 유성수지와, 증점제를 포함하는 기재에 혼합하여 제조되는 고반사 도료 조성물 및 그의 제조방법을 제공한다.
상기 고반사 도료 조성물은, 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드가 도료 조성물 피막 외부로 노출되므로 뛰어난 재귀반사기능을 발휘하며, 상기 유리비드에 결합된 아나타아제형 이산화티타늄의 광촉매 작용에 의하여 유리비드의 표면 오염이 자체적으로 제거되므로 별도의 세척 없이도 우수한 재귀반사기능을 반영구적으로 유지한다.
재귀반사, 유리비드, 도로, 자기정화, 광촉매

Description

자기정화 기능이 있는 고반사 도료 조성물{High reflection coating composition having self-cleaning function}
본 발명은 자동차 전조등, 가로등, 신호등과 같은 외부 광원에 대한 재귀반사 기능을 갖는 유리비드 도료 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
야간에는 빛이 없거나 약한 상황에서 자동차의 전조등이나 가로등 빛만으로 도로 시설물을 식별하기 어려운 경우가 있으며, 특히 도로 시설물이 빛을 흡수하는 재질이거나 짙은 색인 경우 사고 발생의 원인이 된다. 야간에 도로 분리선이나 구조물을 식별하기 어려운 이유는 자동차의 전조등에서 나오는 빛이 30도 내지 40도 정도의 낮은 각도로 전방에 조사되어 광원의 방향으로 거의 되돌아오지 않고 다른 방향으로 산란되기 때문이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 구형 유리비드를 이용하는 방법이 개발되었다. 구형 유리비드는 굴절률이 높기 때문에 낮은 각도에서 조사되는 빛을 다시 광원 방향으로 재귀시키는 성질을 갖는다. 유리비드의 재귀반사 성능은 구형도가 높을수록 좋아진다. 또한, 표면에 알루미늄을 진공 증착하여 반사율을 높일 수도 있다. 유리비드를 이용한 재귀반사 기능은 야간에 유용하기 때문에 도로의 분 리선이나 구조물에 많이 적용되고 있다.
이러한 유리비드를 이용하는 방법으로는 (1) 필름 또는 다양한 모양과 재질의 평판 위에 접착성분을 칠한 후, 유리비드를 접착시키고, 투명 필름으로 덮어 마감 처리하여 이용하는 방법, (2) 도료 성분과 혼합하여 도로 구조물에 직접 도장 처리하는 방법이 알려져 있다. 상기 (1)의 방법은 공장에서 생산하여 필요한 장소에 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있으나, 넓은 면적에 적용하기 어려우며, 도로표지병과 같이 별도의 결합 시공이 필요하고 훼손 우려가 높다. 상기 (2) 방법은 재귀반사가 필요한 대상 표면에 간단히 도장할 수 있지만, 유리비드 표면에 도료가 덮여져 있어 효과가 저하되는 단점이 있다.
또한, 상기 (1) 및 (2)의 방법 모두 자동차 매연, 먼지 등으로 인해 시간이 지남에 따라 유리비드가 심하게 오염되므로 기능을 상실하는 경우가 많다. 따라서, 이런 문제를 해결하기 위해서는 정기적으로 도로에 부착되어 있는 재귀반사 구조물을 청소하여야 하는 번거로움이 따른다.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 고반사 도료 조성물에 포함된 유리비드가 도료 조성물 피막 외부로 노출되어 뛰어난 재귀반사기능을 발휘하며, 상기 유리비드에 자체 오염방지 기능이 부여되어 별도의 세척 없이도 우수한 재귀반사기능을 반영구적으로 유지하는 고반사 도료 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
굴절지수(Refractive Index)가 1.8 이상이고, 입자 직경이 100 ㎛ 이하인 유리비드의 표면에 입자 크기가 1-30 nm인 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를
아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 또는 폴리우레탄 유성수지와, 증점제를 포함하는 기재에 혼합하여 제조되는 고반사 도료 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
굴절지수(Refractive Index)가 1.8 이상이고 입자 직경이 100 ㎛ 이하인 유리비드와 티타늄알콕사이드(Titanium Alkoxide, Ti(OCnH2n +1)4)를 혼합하고 교반하여 유리비드 표면과 티타늄알콕사이드를 결합시키는 단계;
상기에서 제조된, 티타늄알콕사이드가 표면에 결합된 유리비드에 산성 수용액을 가하여 가수분해 및 해교(Peptization)시켜서 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 제조하는 단계; 및
상기에서 제조된 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 또는 폴리우레탄 유성수지와, 증점제를 포함하는 기재에 혼합하는 단계를 포함하는 고반사 도료 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 고반사 도료 조성물은, 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드가 도료 조성물 피막 외부로 노출되므로 뛰어난 재귀반사기능을 발휘하며, 상기 유리비드에 결합된 아나타아제형 이산화티타늄의 광촉매 작용에 의하여 유리비드의 표면 오염이 자체적으로 제거되므로 별도의 세척 없이도 우수한 재귀반사기능을 반영구적으로 유지한다. 따라서, 도로 구조물 등에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 굴절지수(Refractive Index)가 1.8 이상이고, 입자 직경이 100 ㎛ 이하인 유리비드의 표면에 입자 크기가 1-30 nm인 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를
아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 또는 폴리우레탄 유성수지와, 증점제를 포함하는 기재에 혼합하여 제조되는 고반사 도료 조성물에 관한 것이다.
상기 유리비드의 비중은 4 이상인 것이 유리비드의 균일한 분산에 바람직하고, 상기 기재의 점도는 300-1,300 cP인 것이 바람직하다. 상기 기재의 점도가 300 cP 미만이면 유리비드의 침강이 발생하고, 1,300 cP를 초과하는 경우에는 도료의 도포성이 저하된다.
상기에서 티타늄알콕사이드로는 티타늄프로폭사이드(Titanium propoxide), 티타늄이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 티타늄부톡사이드(Titanium buthoxide) 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
상기 기재에 포함되는 증점제로는 CMC(Carboxy Methyl Cellulose), 카보머 (카보폴), 펙틴(Pectin), PVA(Polyvinylalcohol), PVP(Polyvinylpyrrolidone), 우레아 유도체 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
상기에서 수용성 아크릴 및 우레탄 수지의 점도를 높이기 위해 사용될 수 있는 증점제로는 CMC(Carboxy Methyl Cellulose), 카보머 (카보폴), 펙틴(Pectin), PVA(Polyvinylalcohol), PVP(Polyvinylpyrrolidone)를 들 수 있으며, 특히, CMC가 바람직하다.
상기에서 폴리우레탄 유성수지의 점도를 높일 수 있는 증점제로는 우레아 유도체가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 기재는, 수용성 도료 조성물을 제조하는 경우, 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 5-80중량%, 증점제 0.1-10중량% 및 물 15-80중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기재는, 유성 도료 조성물을 제조하는 경우, 폴리우레탄 유성수지 5-80중량%, 유기용제 15-70중량% 및 우레아 유도체 1-20중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 유리비드의 비중은 4 이상으로 무겁기 때문에 기재와 혼합하였을 경우 빠른 시간 내에 침강이 진행되어 도장 시공이 매우 곤란하며, 장시간 보관 시 도료 하부에 침적되어 다시 도료와 혼합하기 매우 어려운 상태가 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 또는 폴리우레탄 유성수지와, 증점제를 포함하는 기재를 사용한다.
본 발명의 고반사 도료 조성물에서 상기 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드와 상기 기재는 중량비로 1:9~9:1로 혼합되는 것이 유리비드의 침강방지 및 고효율 재귀반사를 위하여 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.5~1:3의 중량비로 혼합되는 것이 좋다.
본 발명에서 유리비드에 결합되는 아나타아제형 이산화티타늄 광촉매 입자는 30 nm 이하이므로 가시광선 투과율이 99% 이상 유지되어 유리비드의 반사율에 거의 영향을 미치지 않는다. 상기 이산화티타늄 광촉매가 활성화되기 위한 빛의 파장은 약 340 nm 범위로 UVA(Ultraviolet A)에 해당한다. UVA는 UVB, UVC에 비해 파장이 길어 얇은 피막의 도료성분을 투과하여 이산화티타늄 광촉매 표면에 도달되며, 유리비드를 덮어서 반사율을 저하시키는 원인으로 작용하는 도료성분을 분해시켜서 유리비드가 도료 피막의 외부에 노출되게 한다. 따라서, 본 발명의 고반사 도료 조성물은 매우 우수한 반사율을 나타낸다.
또한, 상기 노출된 이산화티타늄 입자가 결합된 유리비드 표면에 부착되는 오염물질은 광촉매의 작용에 의해 태양광에 의해 분해되므로 항상 깨끗한 상태가 유지되어 높은 반사율을 나타낸다.
도로는 자동차 매연, 먼지 등으로 인해 시간이 지남에 따라 구조물이 심하게 오염되므로, 야간에 재귀반사 기능을 얻기 위한 도로표지병 등 역시 표면이 오염물질로 덮여 제 기능을 상실하는 경우가 많다. 따라서, 이런 문제를 해결하기 위해서는 정기적으로 도로 구조물에 부착되어 있는 재귀반사판을 청소하여야 하는 번거로움이 있는데, 본 발명의 고반사 도료 조성물을 사용하면 이러한 문제를 손쉽게 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은
굴절지수(Refractive Index)가 1.8 이상이고 입자 직경이 100 ㎛ 이하인 유리비드와 티타늄알콕사이드(Titanium Alkoxide, Ti(OCnH2n +1)4)를 혼합하고 교반하여 유리비드 표면과 티타늄알콕사이드를 결합시키는 단계;
상기에서 제조된, 티타늄알콕사이드가 표면에 결합된 유리비드에 산성 수용액을 가하여 가수분해 및 해교(Peptization)시켜서 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 제조하는 단계; 및
상기에서 제조된 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 또는 폴리우레탄 유성수지와, 증점제를 포함하는 기재에 혼합하는 단계를 포함하는 고반사 도료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 고반사 도료 조성물의 제조방법에는 상기 고반사 도료 조성물과 관련하여 기재된 발명의 내용이 모두 적용될 수 있다.
상기 유리비드 표면과 티타늄알콕사이드를 결합시키는 단계에서 사용되는 유리비드의 비중은 4 이상이고, 상기 기재의 점도는 300-1,300 cP인 것이 바람직하다.
상기 유리비드 표면과 티타늄알콕사이드를 결합시키는 단계에서는 유리비드 60-80중량%와 티타늄알콕사이드(Titanium Alkoxide, Ti(OCnH2n +1)4) 20-40중량%를 혼합하는 것이 아나타아제형 이산화티타늄의 균일한 분산을 위하여 바람직하다.
상기에서 티타늄알콕사이드로는 티타늄프로폭사이드(Titanium propoxide), 티타늄이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 티타늄부톡사이드(Titanium buthoxide) 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
또한, 상기 혼합시에는 2시간 이상 충분히 교반하는 과정을 거쳐 유리비드 표면과 티타늄알콕사이드를 결합시킨다.
상기 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 제조하는 단계에서 상기 산성 수용액은 물과 산을 혼합하여 가하거나, 따로따로 가하여 형성할 수 있다. 이때, 티타늄알콕사이드가 표면에 결합된 유리비드를 포함하는 전체 용액 총 중량에 대하여 물 30-50중량%와 산 1-3중량%를 첨가하여 가수분해 및 해교(Peptization)반응을 수행할 수 있다.
상기에서 물은 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하고, 산으로는 질산 (HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH) 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
상기 가수분해 및 해교(Peptization)반응은 60-80℃의 온도에서 6-8시간 동안 교반하면서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 가수분해 및 해교 (Peptization)반응에 의해 입자 크기가 1-30 nm인 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 제조한 후에는 세척, 여과하고 건조하여 수분과 이물질을 제거하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 기재에 혼합하는 단계에서, 수용성 도료 조성물을 제조하는 경우, 상기 기재는 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 5-80중량%, 증점제 0.1-10중량% 및 물 15-80중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 유성 도료 조성물을 제조하는 경우, 상기 기재는 폴리우레탄 유성수지 5-80중량%, 유기용제 15-70중량% 및 를 우레아 유도체 1-20중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기재의 제조에 있어서, 수지 성분과 용제를 혼합하여 잘 교반하고, 증점제 성분을 첨가하여 증점제 성분이 완전히 용해될 때까지 교반하여 300-1,300 cP의 점도를 갖는 기재를 제조한다. 상기에서 증점제 성분을 용이하게 용해시키기 위해 온도를 60-90℃로 유지하는 것이 바람직하다. 이렇게 점도를 높인 도료에 비중이 4 이상인 유리비드를 첨가하여 잘 섞이도록 교반하면 유리비드의 침강을 방지할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 설명하기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다.
실시예 1: 재귀반사용 수성도료의 제조
굴절지수 (Refractive Index)가 1.92이고, 비중이 4.2이며, 입자 평균 직경이 45 ㎛인 유리비드 500 g과 티타늄이소프로폭사이드 80 g을 혼합하여 3시간동안 충분히 교반한 후, 여기에 증류수 400 g과 질산 20 g을 혼합하여 60-80℃ 로 6-8시간 동안 교반하고 세척, 여과, 건조하여 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 제조하였다.
수용성 아크릴 수지 200 g과 수용성 우레탄 수지 200 g과 물 585 g과 CMC 15 g을 혼합하여 70℃에서 2시간 동안 교반하여 1,000 cP의 점도를 갖는 수성도료를 제조하였다.
이렇게 제조한 이산화티타늄이 결합된 유리비드 500 g과 수용성도료 1,000 g을 30분간 교반하여 고효율 재귀반사용 수용성도료를 제조하였다.
실시예 2: 재귀반사용 유성도료의 제조
실시예 1에서 제조한 방법과 동일하게 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 제조하였다.
폴리우레탄 수지 400 g과 신너 550 g을 혼합하여 잘 교반하고 여기에 우레아유도체 50 g을 첨가하여 충분히 교반하여 900 cP 정도의 점도를 갖는 유성도료를 제조하였다.
이렇게 제조한 이산화티타늄이 결합된 유리비드 500 g과 유성도료 1,000 g을 30분간 교반하여 고효율 재귀반사용 수용성도료를 제조하였다.
시험예1: 이산화티타늄이 결합된 유리비드의 X-선 회절분석
실시예 1에서 제조한 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드의 X-선 회절 분석을 실시하였다. 그 결과 유리비드 표면에 결합된 이산화티타늄은 광촉매 활성이 우수한 아나타아제(Anatase) 결정구조임을 확인하였다(도2 참조).
시험예2: 이산화티타늄이 결합된 유리비드의 오염물질 분해 활성 평가
실시예 1에서 제조한 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드의 오염물질 분해 활성을 조사하기 위해 파란색 염료인 메틸렌블루를 사용하여 분해실험을 실시하였다. 2개의 용기에 20 ppm 메틸렌블루 용액 20 ml씩을 부은 후, 상기 용기에 실시예1에서 제조된 이산화티타늄이 결합된 유리비드 20 g과 순수한 유리비드 20 g을 각각 넣고, 태양광에 노출시켰다.
실험결과 6시간이 경과한 후에 순수한 유리비드의 메틸렌블루는 파란색이 그대로 유지되었으나(도3의 (a)), 이산화티타늄이 결합된 유리비드는 메틸렌블루가 모두 분해되어 무색을 나타냈다(도3의 (b)).
시험예3: 재귀반사용 유성도료의 기능 시험
상기 실시예 2에서 제조된 고반사 유성도료를 통행량이 많은 도로 시설물(도로경계석)에 적용하고, 야간에 전조등을 조사하여 반사성능을 평가하였다.
상기 시험 결과를 평가하기 위하여 촬영한 사진(도4)에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 고반사 유성도료 조성물은 매우 우수한 반사성능을 나타냈다.
도 1은 본 발명에 따른 고반사 도료 조성물의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명 시험예1에 따른 유리비드에 코팅된 이산화티타늄의 X-선회절분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 시험예2에 따른 이산화티타늄 광촉매가 코팅된 유리비드의 메틸렌블루 분해사진이다[(a): 이산화티타늄 광촉매가 코팅되지 않은 일반적인 유리비드(메틸렌블루가 분해되지 않음-파란색), (b): 실시예1에서 제조된 이산화티타늄 광촉매가 코팅된 유리비드(메틸렌블루가 모두 분해됨-무색)]
도 4는 본 발명에 따른 고반사 유성도료 조성물을 도로 경계석에 도장한 현장 사진이다.

Claims (9)

  1. 굴절지수(Refractive Index)가 1.8 이상이고, 입자 직경이 100 ㎛ 이하인 유리비드의 표면에 입자 크기가 1-30 nm인 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 또는 폴리우레탄 유성수지와, 증점제를 포함하는 기재에 혼합하여 제조되되,
    상기 유리비드의 비중이 4 이상이고, 상기 기재의 점도가 300-1,300 cP인 것을 특징으로 하는 고반사 도료 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 증점제는 CMC(Carboxy Methyl Cellulose), 카보머 (카보폴), 펙틴(Pectin), PVA(Polyvinylalcohol), PVP(Polyvinylpyrrolidone) 및 우레아 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 고반사 도료 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 기재는 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지 5-80중량%, 증점제 0.1-10중량% 및 물 15-80중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 고반사 도료 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 기재는 폴리우레탄 유성수지 5-80중량%, 유기용제 15-70중량% 및 우레아 유도체 1-20중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 고반사 도료 조성물.
  6. 굴절지수(Refractive Index)가 1.8 이상이고 입자 직경이 100 ㎛ 이하인 유리비드와 티타늄알콕사이드(Titanium Alkoxide, Ti(OCnH2n+1)4)를 혼합하고 교반하여 유리비드 표면과 티타늄알콕사이드를 결합시키는 단계;
    상기에서 제조된, 티타늄알콕사이드가 표면에 결합된 유리비드에 산성 수용액을 가하여 가수분해 및 해교(Peptization)시켜서 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 제조하는 단계; 및
    상기에서 제조된 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 또는 폴리우레탄 유성수지와, 증점제를 포함하는 기재에 혼합하는 단계를 포함하되,
    상기 유리비드 표면과 티타늄알콕사이드를 결합시키는 단계에서 사용된 유리비드의 비중이 4 이상이고, 상기 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 기재에 혼합하는 단계에서 상기 기재의 점도가 300-1,300 cP인 것을 특징으로 하는 고반사 도료 조성물의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 기재에 혼합하는 단계에서 상기 기재는 아크릴 수지 및 우레탄 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 5-80중량%, 증점제 0.1-10중량% 및 물 15-80중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 고반사 도료 조성물의 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 아나타아제형 이산화티타늄이 균일하게 결합된 유리비드를 기재에 혼합하는 단계에서 상기 기재는 폴리우레탄 유성수지 5-80중량%, 유기용제 15-70중량% 및 우레아 유도체 1-20중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 고반사 도료 조성물의 제조방법.
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