KR100994105B1 - 수용성 페인트 마커용 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기용제 대신 증류수를 함유하여 인체에 무해하고 환경 친화적이며 성능 면에서도 기존의 유성 페인트 마커에 뒤지지 않는 수용성 페인트 마커용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기와 같은 수용성 페인트 마커용 조성물은 안료 분산액, 수용성 수지, 조막형성조제, 계면활성제, 소포제, 증류수를 포함하여 이루어지며,
이때 상기 안료 분산액은 증류수 16 내지 31 중량%, 분산제 4 내지 8 중량%, 안료 60 내지 70 중량%, 증점제 2 내지 6 중량%, 침강방지제 1 내지 5 중량%로 이루어지고,
상기 수용성 페인트 마커용 조성물은 안료 분산액 43 내지 52 중량%, 수용성 수지 20 내지 30 중량%, 조막형성조제 2 내지 6 중량%, 계면활성제 1 내지 5 중량%, 소포제 1 내지 3 중량%, 증류수 18 내지 28 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

수용성 페인트 마커용 조성물 및 그 제조방법{A composition of water-soluble paint marker and the manufacturing method thereof}
본 발명은 수용성 페인트 마커용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
좀 더 상세하게 본 발명은 안료 분산액, 수용성 수지, 조막형성조제, 계면활성제, 소포제, 증류수를 포함하는 수용성 페인트 마커용 조성물에 관한 것으로, 이는 유기용제 대신 증류수를 전체 중량에 대하여 대략 40 내지 50 중량% 정도 사용하므로 인체에 무해하고 환경 친화적이며 철재, 목재, 플라스틱, 콘크리트, 유리 등 거의 모든 소재에 필기가 가능하므로 생활용뿐만 아니라 산업용으로도 사용할 수 있다. 본 발명에 따를 경우 표시 후에도 쉽게 지워지지 않으며 철재, 목재, 플라스틱, 콘크리트, 유리 등 다양한 소재에 마킹을 할 수 있다는 점에서 기존의 유성 페인트 마커에 뒤지지 않으면서, 냄새가 나지 않고 밀폐된 공간에서도 자유롭게 사용할 수 있는 효과를 동시에 얻을 수 있다.
종래부터 산업현장에서 각종 부품에 필요한 표시를 하기 위해 다양한 색상의 페인트 마커용 조성물을 사용하여 페인트 마커펜을 개발해 왔다. 그러나 페인트 마커펜에 사용하는 일반적인 페인트 마커용 조성물은 용제로서 휘발성 유기 화합물(VOC)인 톨루엔, 크실렌, 메틸에틸케톤, 이소프로필알코올, 에탄올 등을 사용하여 제조하므로, 필기하는 동안에 휘발성 냄새를 발산하여 특히, 밀폐된 공간에서 장기간 사용할 경우 호흡기를 통하여 인체에 흡입되어 두통, 현기증 등 건강에 악영향을 끼치는 문제점이 있었다.
이와 관련하여 대한민국 특허공보 제10-2008-0090719호(2008. 10. 9. 공개)는 전체 중량 기준으로 백색안료 20 내지 35 중량%, 유색안료 8 내지 10 중량%, 알콜계 용제 43 내지 48 중량%, 호제 4 내지 6 중량%, 증점 안정제 2 내지 4 중량%, 분산제 4 내지 6 중량%, 건조지연제 4 내지 6 중량을 혼합하는 페인트 마커용 조성물 및 그 제조방법을 개시하고 있다.
그러나 상기 페인트 마커용 조성물은, 일반적으로 페인트 마커용 조성물에 사용하는 톨루엔, 크실렌, 메틸에틸케톤 등의 용제보다는 냄새가 순하고 유해성이 덜 하기는 하나 이소프로필 알코올, 에탄올과 같이 알콜계 용제를 여전히 43 내지 48 중량% 사용하고 있어 전체 중량으로 볼 때 휘발성 유기화합물 함량이 매우 높으며, 따라서 밀폐된 공간에서 사용할 경우 인체 및 환경에 유해한 단점이 있다.
또한 상기 페인트 마커용 조성물로 제작된 마커펜으로 폴리염화비닐(PVC) 재질에 도장했을 때 유기용제에 의한 가소제의 이행으로 끈적임이 발생하기도 한다.
본 발명은 상기한 배경하에서 안출된 것으로, 본 발명의 1차 목적은 조성물 중에 증류수를 대략 40 내지 50 중량% 정도 함유하게 하여 휘발성 유기화합물의 사용을 최소화하고 인체 및 환경 친화적인 수용성 페인트 마커용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 2차 목적은, 수용성 페인트 마커용 조성물의 분산성, 저장 안정성을 향상시키고, 철재, 목재, 플라스틱, 콘크리트, 유리 등 다양한 재질에서의 부착성이 우수하고 은폐가 잘 되며 일반적인 페인트 마커와 동등 이상의 성능을 갖는 수용성 페인트 마커용 조성물을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
안료 분산액, 수용성 수지, 조막형성조제, 계면활성제, 소포제, 증류수를 포함하여 이루어지는 수용성 페인트 마커용 조성물에 있어서,
상기 안료 분산액은 증류수 16 내지 31 중량%, 분산제 4 내지 8 중량%, 안료 60 내지 70 중량%, 증점제 2 내지 6 중량%, 침강방지제 1 내지 5 중량%로 이루어지고,
상기 수용성 페인트 마커용 조성물은 안료 분산액 43 내지 52 중량%, 수용성 수지(본 발명에 따른 수용성 수지는 증류수를 포함한 상태로서 고체 함량이 30~45중량%인 것을 말함, 이하 청구범위를 포함하여 명세서에서 같은 의미로 사용함) 20 내지 30 중량%, 조막형성조제 2 내지 6 중량%, 계면활성제 1 내지 5 중량%, 소포제 1 내지 3 중량%, 증류수 18 내지 28 중량%를 포함하여 이루어지는 수용성 페인트 마커용 조성물인 것을 특징으로 한다.
이때 상기 안료 분산액 제조에 사용되는 분산제는 아크릴레이트 공중합체의 나트륨염, 아크릴레이트 공중합체의 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬올 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬 암모늄염, 고분자량 블록 공중합체, 변성 알킬올 암모늄염, 변성 알킬 암모늄염, 변성 폴리아크릴레이트, 지방산 변성 폴리에틸렌, 지방산 변성 폴리에스테르로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 안료 분산액 제조에 사용되는 안료는 이산화티타늄, 카본블랙, 산화철과 같은 무기안료와, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 알루미늄실리케이트와 같은 체질안료, 알루미늄, 마이카 플레이크와 같은 메탈릭안료, 프탈로시아닌 그린, 프탈로시아닌 블루, 퀴나크리돈 바이올렛과 같은 유기안료로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 위 각 경우에 있어서,
상기 안료 분산액 제조에 사용되는 침강방지제는 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시메틸셀룰로오스, 카르복실메틸셀룰로오스, 유기 벤토나이트, 실리카 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 한다.
이때 상기 수용성 페인트 마커용 조성물 제조에 사용되는 수용성 수지는 수용성 아크릴 에멀젼 수지, 수용성 아크릴 우레탄 수지, 수용성 우레탄 수지, 수용성 알키드 에멀젼 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 한다.
또한 이때, 상기 수용성 페인트 마커용 조성물 제조에 사용되는 수용성 수지는 특히 수용성 아크릴 에멀젼 수지인 것을 특징으로 한다.
다음으로 본 발명의 수용성 페인트 마커용 조성물의 제조방법은,
ⅰ) 증류수 16 내지 31 중량%와 분산제 4 내지 8 중량%와 안료 60 내지 70 중량%와 증점제 2 내지 6 중량%와 침강방지제 1 내지 5 중량%를 포함하는 안료 분산액을 제조하는 단계; 및
ⅱ) 단계 ⅰ)을 통해 생성된 안료 분산액 43 내지 52 중량%와 수용성 수지 20 내지 30 중량%와 조막형성조제 2 내지 6 중량%와 계면활성제 1 내지 5 중량%, 소포제 1 내지 3 중량%와 증류수 18 내지 28 중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 안료 분산액 제조에 사용되는 분산제는 아크릴레이트 공중합체의 나트륨염, 아크릴레이트 공중합체의 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬올 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬 암모늄염, 고분자량 블록 공중합체, 변성 알킬올 암모늄염, 변성 알킬 암모늄염, 변성 폴리아크릴레이트, 지방산 변성 폴리에틸렌, 지방산 변성 폴리에스테르로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합이고,
상기 안료 분산액 제조에 사용되는 침강방지제는 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시메틸셀룰로오스, 카르복실메틸셀룰로오스, 유기 벤토나이트, 실리카 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합이며,
상기 수용성 페인트 마커용 조성물 제조에 사용되는 수용성 수지는 수용성 아크릴 에멀젼 수지, 수용성 아크릴 우레탄 수지, 수용성 우레탄 수지, 수용성 알키드 에멀젼 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 제조된 조성물은 결과적으로 증류수를 (증류수로 곧바로 투입되는 성분과, 증류수 이외의 나머지 성분에 함유된 증류수를 합쳐서) 대략 40 내지 50 중량% 정도 함유하게 된다.
본 발명에 의하면, 톨루엔, 크실렌, 메틸에틸케톤 등의 휘발성 유기 화합물 대신 증류수를 용제로 사용하므로 환경친화적인 페인트 마커용 조성물을 획득하는 게 가능해진다.
성능 면에서도 건조 후 잘 지워지지 않고, 부착력, 은폐력이 우수하며 장기간 보관이 가능하고 마커펜에서의 유출이 원활하며, 나아가 목재, 철재, 플라스틱, 콘크리트, 유리 등의 다양한 소재에 필기가 가능하여 생활용뿐만 아니라 산업용으로도 사용할 수 있는 장점을 가질 수 있다. 또한 폴리염화비닐(PVC) 재질에 마킹했을 때 소재에서 가소제가 이행되지 않아 끈적임이 없다.
이하, 본 발명의 수용성 페인트 마커용 조성물(이하 '수용성 조성물'이라 함)을 실시예와 함께 상세히 설명한다.
우선 실시예에 들어가기에 앞서, 본 발명은 수용성 조성물에 관한 것으로서 그 내부의 함유 성분을 대별하면, 마커 조성물의 점도 및 건조성을 조절하는 증류수와 색상을 나타내고 소재를 은폐시키는 안료와, 상기 안료가 뭉치지 않고 잘 분산되도록 도와주는 분산제와, 필기감을 도와주고 각종 소재의 부착을 증진시키는 수용성수지, 안료의 유동성을 조절하고 침강을 막아 주는 침강방지제, 건조성을 조절하고 도막형성이 잘 되도록 도와주는 조막형성조제를 포함한다.
이러한 각각의 성분들은 안료처럼 단일의 기능을 수행하는 것도 있지만, 서로 화학적인 작용을 통하여 공동으로 기능을 수행할 수도 있는데, 이는 화학 물질의 특성상 당연한 것이다. 따라서, 본 발명은 특정 기능 성분에만 의존한다기보다는 여러 조성의 조합과 그 조합비율에 특이성이 있다고 할 수 있다.
본 발명의 수용성 조성물은 수용성수지를 포함한다.
상기 수용성 수지는 안료의 침전을 방지하며, 각종 소재에 필기할 때 부착성과 도막의 기초적인 물성을 부여하는 것으로서, 이러한 목적으로 사용되는 수용성 수지는 어떠한 것이라도 무방하지만 바람직하게는 수용성 아크릴 에멀젼 수지, 수용성 아크릴 우레탄 수지, 수용성 우레탄 수지, 수용성 알키드 에멀젼 수지 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 수용성 아크릴 에멀젼 수지, 수용성 우레탄 수지를 사용하는 것이 좋으며 더욱 바람직하게는 수용성 아크릴 에멀젼 수지를 사용하는 것이 좋다. 이때 상기 수용성 아크릴에멀젼 수지는 수용성조성물의 전체 중량에 대하여 20 내지 30 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수용성 아크릴 에멀젼 수지의 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 안료가 페인트 조성물 내에서 균일하게 분포되지 않고, 일 방향으로 집중되어 필기 시에 안료가 다량 유출되거나 유출되지 않으며, 점도가 묽어져 안료의 침전으로 안료와 수용성 아크릴 에멀젼 수지의 분리가 촉진될 수 있고 각종 소재의 부착성이 저하될 수 있다. 또한, 수용성 아크릴 에멀젼 수지 함량이 30 중량% 초과인 경우에는 점도가 증가되어 안료의 분리는 어느 정도로 방지되지만 수용성 조성물 내에서 안료의 유동성이 저하되어 펜촉을 통한 유출이 균일하지 아니하므로 필기가 불충분하게 되는 동시에 도막이 치밀하게 형성되지 아니한다.
또한 본 발명의 수용성 조성물은 조막형성조제를 포함한다.
상기 조막형성조제는 수용성수지의 도막형성을 도와주고 건조속도를 조절하며 토출 안정성 확보를 위해 어떠한 조막형성조제를 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노프로필에테르 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 여기서, 상기 조막형성조제는 수용성 조성물의 전체 중량에 대하여 2 내지 6 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 조막형성조제의 함량이 2 중량% 미만인 경우에는 도막형성이 안되어 부착성이 저하되고, 6 중량% 초과인 경우에는 저장 중의 점도 상승이 일어나 저장 안정성이 저하된다.
다음으로 본 발명의 수용성 조성물은 증류수를 포함한다.
상기 증류수는 수용성 페인트 마커용 조성물의 용매로서, 상기 수용성 조성물의 점도 및 건조성을 조절하며, 수용성 조성물의 전체 성능을 조절한다. 알코올 등 휘발성 유기화합물을 용매로 사용하지 않고, 인체에 무해한 증류수를 용매로 사용함으로서, 인체에 무해하고 환경친화적인 성질의 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조할 수 있다.
이때, 상기 증류수는 수용성 조성물에 대하여 18 내지 28 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.
증류수가 18 중량% 미만으로 사용되면 수용성 조성물의 점도가 적정 점도 이상으로 상승하여 펜촉을 통한 필기가 어려워지고, 28 중량% 초과로 사용되면 수용성 조성물의 점도가 낮아져 필기 시 과량 유출되거나 색상안료 및 수용성수지의 분리 속도가 적정수준의 증류수가 포함된 수용성 조성물 보다 빨라져 장기 보관하기가 어려워진다. 또한, 증류수가 과량 사용될 경우에는 필기 후의 건조속도가 적정수준의 증류수가 포함된 페인트 조성물보다 느려진다.
본 발명의 수용성 조성물 중 안료 분산액은 분산제를 포함한다.
상기 분산제는 안료의 분산을 촉진하여 안료의 침전 및 수용성수지와의 분리 현상을 억제하고, 색의 발색과 저장성을 지속시켜주는 것으로서, 이러한 목적으로 사용되는 분산제라면 어떠한 분산제라도 상기 분산제라 할 것이지만, 바람직하게는 아크릴레이트 공중합체의 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬올 암모늄염, 고분자량 블록 공중합체, 변성 알킬올 암모늄염, 변성 알킬 암모늄염, 변성 폴리아크릴레이트, 지방산 변성 폴리에틸렌, 지방산 변성 폴리에스테르 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 고분자량 블록 공중합체, 폴리카르복실산 알킬올 암모늄염을 사용하는 것이 좋다. 이때 상기 분산제는 안료 분산액에 대하여 4~8 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.
상기 안료 분산액에 분산제의 함량이 4 중량% 미만인 경우에는 안료의 분산 효력이 저하됨에 따라 안료가 분리되어 뭉쳐져 수용성 조성물의 저장성과 수명이 단축되고, 마커펜으로 부터 안료가 균일하게 유출되지 않을 수가 있으며, 상기 분산제의 함량이 8 중량% 초과인 경우에는 수용성수지와 반응하여 수용성 조성물이 겔화되어 변질될 위험성이 있다.
본 발명의 수용성 조성물 중 안료 분산액은 안료를 포함한다.
상기 안료는 수용성 조성물에 색상을 부여하기 위해 첨가되는 것으로서, 환경에 유해하지 않은 안료라면 어떠한 것을 사용해도 무방하지만, 바람직하게는 이산화티타늄, 카본블랙, 산화철과 같은 무기안료, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 알루미늄실리케이트와 같은 체질안료, 알루미늄, 마이카 플레이크와 같은 메탈릭안료, 프탈로시아닌 그린, 프탈로시아닌 블루, 퀴나크리돈 바이올렛과 같은 유기안료 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 이러한 안료들의 일반적인 분산 입경은 5 내지 10㎛ 이고 이때 안료의 사용량은 안료 분산액에 대하여 60 내지 70 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 안료 분산액에 안료의 함량이 60 중량% 미만인 경우에는 수용성 조성물의 색상이 선명하지 못하고 은폐가 떨어지며 안료의 함량이 70 중량% 초과인 경우에는 안료 분산액이 겔화되어 변질될 위험성이 있으며 수용성 조성물의 색상은 선명하나 광택이 떨어지고 점도가 증가하여 펜촉을 통해 균일하게 유출되지 않는다.
본 발명의 수용성 조성물 중 안료분산액은 침강방지제를 포함한다.
상기 침강방지제는 수용성 조성물의 점도를 증가시키고 칙소성을 부여하기 위한 것으로서, 어떠한 침강방지제를 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시메틸셀룰로오스, 카르복실메틸셀룰로오스, 유기 벤토나이트, 실리카 화합물을 사용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 하이드록시메틸셀룰로오스, 유기 벤토나이트, 실리카 화합물을 사용하는 것이 좋다. 여기서, 상기 침강방지제는 안료 분산액에 대하여 1 내지 5 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.
상기 안료 분산액에 침강방지제의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 침전물이 형성되어 수용성 조성물이 비균일하게 되어 필기시 은폐가 균일하지 않고 층 분리가 발생하며, 침강방지제의 함량이 5 중량% 초과인 경우에는 수용성 조성물의 점도를 증가시키고 칙소성이 높아 유동성을 해치므로 펜촉을 통한 유출이 어려워진다.
본 발명의 수용성 조성물은 상기 수용성 조성물 이외의 성분으로서, 수용성 조성물에 첨가될 수 있는 통상적인 각종 첨가제를 사용할 수 있다.
이러한 첨가제로는 계면활성제, 소포제, 증점제, 방부제 등을 들 수 있다.
계면활성제로는 지방산염류, 고급 알코올황산에스테르염류, 액체 지방유 황산에스테르염류, 알킬알릴술폰산염류 등의 음이온 계면활성제, 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르류, 폴리옥시에틸렌소르비탄알킬에스테르류, 아세틸렌알코올, 아세틸렌글리콜, 등의 비이온성 계면활성제, 알킬아민염, 제4급 암모늄염 등의 양이온성 계면활성제, 알킬베타인, 알킬아민옥시드 등의 양쪽성 계면활성제를 들 수 있다.
소포제로는 폴리실록산계 또는 폴리디메틸실록산계 또는 미네랄 오일계, 비실리콘계 폴리머 등을 들 수 있다.
증점제로는 알카리 용해성 에멀젼, 우레탄 블록 공중합체, 아크릴산 폴리머 등을 들 수 있다.
전술한 구성을 포함하는 수용성 조성물의 제조방법은 다음과 같다.
첫 번째 단계는 증류수 16 내지 31 중량%와 분산제 4 내지 8 중량%와 안료 60 내지 70 중량%와 증점제 2 내지 6 중량%와 침강방지제 1 내지 5 중량%를 혼합하는 단계로 증류수, 분산제, 안료, 증점제, 침강방지제를 순차적으로 투입하고 교반기로 20분 정도 교반하고 분산기를 이용 1시간 내지 2시간 동안 분산하여 안료 분산액을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다. 또한 상기 안료 분산액의 분산 입자는 10마이크론 이하가 가장 적절하며 사용되는 분산기로는 통상적인 것이라면, 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 삼본롤밀, 샌드밀, 다이노밀 등을 사용한다.
두 번째 단계는 상기 안료 분산액 43 내지 52 중량%와 수용성 수지 20 내지 30 중량%와 조막형성조제 2 내지 6 중량%와 계면활성제 1 내지 5 중량%와 소포제 1 내지 3 중량%와 증류수 18 내지 28 중량%를 혼합하는 단계로 안료분산액, 수용성수지, 조막형성조제, 계면활성제, 소포제, 증류수를 순차적으로 혼합하고 교반기로 20분 내지 1시간 동안 교반하여 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예와 함께 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 안료 분산액의 제조
본 발명에 따른 안료 분산액의 효능을 검증하기 위하여 표 1과 같은 내용으로 시험을 하였다.
(1) 실시예 A
증류수 10g에 분산제 8g을 첨가하고 교반하면서 안료 75g을 천천히 넣고 연속하여 증점제 1g과 침강방지제 6g을 첨가하고 20분간 교반한 후 샌드밀을 이용 1시간 분산하여 안료분산액을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
(2) 실시예 B
증류수 34g에 분산제 3g을 첨가하고 교반하면서 안료 55g을 천천히 넣고 연속하여 증점제 7g과 침강방지제 1g을 첨가하고 20분간 교반한 후 샌드밀을 이용 1시간 분산하여 안료분산액을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
(3) 실시예 C
증류수 21g에 분산제 6g을 첨가하고 교반하면서 안료 65g을 천천히 넣고 연속하여 증점제 4g과 침강방지제 4g을 첨가하고 20분간 교반한 후 샌드밀을 이용 1시간 분산하여 안료분산액을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
상시 실시예와 같이 제조한 안료 분산액을 표 1의 평가항목에 따라 품질을 평가한 결과, 실시예 C의 안료 분산액이 실시예 A 및 실시예 B보다 평가항목 결과가 양호함을 알 수 있다(표 1).
실시예 A는 안료 함량이 높아 열안정성이 보통 이하이고 실시예 B는 안료 함량이 낮아 은폐력이 보통이므로 실시예 C로 안료 분산액을 제조하였다.
Figure 112010033207594-pat00001

2. 수용성 수지의 성능 비교
본 발명자의 시험 결과, 청구항에 기재된 바와 같이 수용성 수지를 단독으로 또는 혼합하여 사용함으로써 소기의 목적을 달성할 수 있지만 그들 중에도 우열이 있음을 알 수 있었는바, 이에 관련된 실험을 기재한다.
시험의 내용과 결과는 후술하는 표 2에 정리하였다.
(1) 실시예 1
안료 분산액 40g에 수용성 수지(1) 25g, 수용성 수지(2) 10g을 첨가하고 연속으로 조막형성조제 7g과 계면활성제 2g과 소포제 2g과 증류수 14g을 첨가하고 20분간 교반하여 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
(2) 실시예 2
안료 분산액 40g에 수용성 수지(1) 25g, 수용성 수지(3) 10g을 첨가하고 연속으로 조막형성조제 7g과 계면활성제 2g과 소포제 2g과 증류수 14g을 첨가하고 20분간 교반하여 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
(3) 실시예 3
안료 분산액 40g에 수용성 수지(1) 35g을 첨가하고 연속으로 조막형성조제 7g과 계면활성제 2g과 소포제 2g과 증류수 14g을 첨가하고 20분간 교반하여 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
[실험예 1]
상기 실시예 1 내지 3을 통하여 제조한 각각의 수용성 페인트 마커용 조성물의 점도, 건조시간, 열안정성, 부착성을 평가하기 위하여 다음과 같은 방법으로 기능 평가를 실시하였으며, 그 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.
1. 점도: 25℃에서 BH형 점도계를 사용하여 ROTOR No1으로 20rpm에서 측정한다.
2. 건조시간: 25℃, 상대습도 50%에서 OHP 필름에 필기하고 도막에 손가락으로 지촉건조 시간을 관찰한다.
3. 열안정성: 유리병에 담아 밀봉 후 50℃ 오븐에서 4주간 저장하고 상온에서 식힌 후 조성물의 침전정도와 혼합성 정도를 평가한다.
4. 부착성: 25℃, 상대습도 50%에서 OHP 필름에 필기하고 1일 방치 후 테이프 테스트로 1mm 간격으로 크로스 컷(Cross Cut)하여 평가한다.
항목에 따라 기능을 평가한 결과, 실시예 1, 2, 3 모두 유사한 결과를 얻었으나, 실시예 3 수용성 조성물이 실시예 1 및 실시예 2보다 비교적 양호한 효과를 가졌다. 실시예 1은 건조가 느려서 초기 흐름이 일부 발생하고 열안정성 점도가 균일하지 않으므로 보통이다. 실시예 2는 점도가 낮아 조성물의 층 분리가 일부 진행되어 열안정성이 보통이다.
여기서 수용성 수지(1)인 수용성 아크릴 에멀젼 수지는 수용성 페인트 마커용 조성물의 건조성, 부착성, 안정성 등의 주요기능을 좌우할 수 있는 중요한 사항으로 코아-쉘 반응으로 이루어진 마이크로 아크릴 에멀젼이어야 하며, 코아부는 저 Tg 위주의 모노머로 형성되어 부착성 향상과 조막성을 향상시키고, 외부 쉘 부분은 고 Tg 위주의 모노머로 형성되어 불점착성과 건조성을 향상 시킬 수 있다.
따라서 이어지는 실시예에서는 상기 결과에 의한 수용성 아크릴 에멀젼 수지를단독으로 사용하여 제조하였다.
Figure 112010033207594-pat00002

3. 수용성 아크릴 에멀젼 수지를 이용한 수용성 페인트 마커용 조성물의 제조와 성능 평가
상기에서 살핀, 수용성 아크릴 에멀젼 수지를 이용한 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조하고 성능을 평가하고자 하였다. 이를 위해 표 3과 같은 내용으로 시험을 하였다.
(1) 실시예 3
안료 분산액 40g에 수용성 수지 35g을 첨가하고 연속으로 조막형성조제 7g과 계면활성제 2g과 소포제 2g과 증류수 14g을 첨가하고 20분간 교반하여 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
(2) 실시예 4
안료 분산액 35에 수용성 수지 25g을 첨가하고 연속으로 조막형성조제 4g과 계면활성제 2g과 소포제 2g과 증류수 32g을 첨가하고 20분간 교반하여 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
(5) 실시예 5
안료 분산액 60에 수용성 수지 15g을 첨가하고 연속으로 조막형성조제 1g과 계면활성제 3g과 소포제 2g과 증류수 19g을 첨가하고 20분간 교반하여 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
(6) 실시예 6
안료 분산액 48에 수용성 수지 24g을 첨가하고 연속으로 조막형성조제 2g과 계면활성제 1g과 소포제 2g과 증류수 23g을 첨가하고 20분간 교반하여 수용성 페인트 마커용 조성물을 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,000 rpm으로 수행될 수 있다.
Figure 112010033207594-pat00003

[실험예 2]
상기 실시예 3 내지 6를 통하여 제조된 본 발명의 각각의 수용성 페인트 마커용 조성물은 폴리에스테르 섬유 또는 아크릴 섬유 재질 중 어느 하나로 제작되는 마커용 펜촉(NIB)을 통해서 필기됨이 바람직하다.
본 발명에서는 폴리에스테르 섬유로 제작된 마커용 펜촉을 갖는 마커펜에 수용성 페인트 마커용 조성물을 주입하여, 유출성, 건조성, 은폐력, 부착성 및 저장 안정성을 다음과 같은 방법으로 기능 평가를 실시하였으며, 그 결과를 다음의 표 4에 나타내었다.
1. 점도: 25℃에서 BH형 점도계를 사용하여 ROTOR No1으로 20rpm에서 측정한다.
2. 유출성: 빠른 속도로 필기할 때 수용성 조성물이 원활하게 유출되고 필기에 지장이 없는지를 관찰한다.
3. 건조성: 25℃, 상대습도 50%에서 OHP 필름에 필기하고 1시간 건조시킨 후 도막에 손가락으로 적당한 힘을 가하여 끈적임이 없는지 관찰한다.
4. 은폐력: 25℃, 상대습도 50%에서 OHP 필름에 필기하고 1시간 건조시킨 후 육안으로 관찰한다.
5. 부착성: 25℃, 상대습도 50%에서 OHP 필름에 필기하고 1일 방치 후 테이프 테스트로 1mm 간격으로 크로스 컷(Cross Cut)하여 평가한다.
6. 저장 안정성: 수용성 조성물을 마커펜에 주입한 후 50℃ 오븐에서 10주간 저장하고 상온에서 식힌 후 조성물의 침전정도와 원활하게 유출되는지를 평가한다.
Figure 112010033207594-pat00004

수용성 페인트 마커용 조성물의 기능 평가를 실시한 결과, 상기 표 4에 나타난 바와 같이 유출성, 건조성, 은폐력 등에서 실시예 6이 가장 우수하다.
실시예 3의 경우에는 유출성, 부착성 및 저장 안정성은 양호하나 수용성 수지 함량이 높고, 안료 분산액 함량이 실시예 6 보다 낮아 은폐력이 보통이다.
실시예 4의 경우에는 유출성은 양호하나 점도가 낮고 증류수 함량이 높아 건조가 느리고 은폐력이 보통이하이고 저장 안정성이 보통 이하이다.
또한 실시예 5의 경우에는 건조성, 은폐력은 양호하나 안료 분산액 함량이 높아 펜촉에서의 유출이 느리고 부착성과 저장 안정성이 보통 이하인 것으로 평가되었다.
따라서 상기 평가의 결과에 의하면 실시예 6의 경우에는 모든 물성이 양호한 반면에 실시예 3 내지 5의 경우에는 마커용 조성물의 성분이 적절하게 배합되지 않아 실시예 6 보다 품질이 떨어지는 것으로 평가되었다.
[비교예 1]
상기 표 4에서 설명된 수용성 페인트 마커용 조성물 실시예 6과 일반적인 유성페인트 마커 백색(문화 페인트마카, 유성 불투명)을 비교예 1로 하여 실험예 2와 같은 방법으로 기능을 비교 평가하였다(표 5 참조).
Figure 112010033207594-pat00005
상기 결과에 의하면 실시예 6은 비교예 1과 유출성, 건조성, 은폐력 등 모든 물성에서 동등한 것으로 평가된다. 또한 비교예 1의 일반적인 유성 페인트 마커용 조성물은 인체와 환경에 유해한 톨루엔, 크실렌과 같은 휘발성 유기 화합물을 용매로 사용하는 반면에, 수용성 페인트 마커용 조성물은 환경친화적인 증류수를 용매로 사용하면서 각종 소재에 자유롭게 마킹할 수 있는 페인트 마커 본래의 기능을 가지는 친환경 수용성 페인트 마커용 조성물이므로, 그 이점이 충분한 것으로 보인다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상기 실시예를 통해 그 물성의 우수성이 입증되었지만 본 발명은 상기 실시예로만 한정되는 것이 아니며 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (8)

  1. 안료 분산액, 수용성 수지, 조막형성조제, 계면활성제, 소포제, 증류수를 포함하여 이루어지는 수용성 페인트 마커용 조성물에 있어서,
    상기 안료 분산액은 증류수 16 내지 31 중량%, 분산제 4 내지 8 중량%, 안료 60 내지 70 중량%, 증점제 2 내지 6 중량%, 침강방지제 1 내지 5 중량%로 이루어지고,
    상기 수용성 페인트 마커용 조성물은 안료 분산액 43 내지 52 중량%, 수용성 수지 20 내지 30 중량%, 조막형성조제 2 내지 6 중량%, 계면활성제 1 내지 5 중량%, 소포제 1 내지 3 중량%, 증류수 18 내지 28 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수용성 페인트 마커용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안료 분산액 제조에 사용되는 분산제는 아크릴레이트 공중합체의 나트륨염, 아크릴레이트 공중합체의 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬올 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬 암모늄염, 고분자량 블록 공중합체, 변성 알킬올 암모늄염, 변성 알킬 암모늄염, 변성 폴리아크릴레이트, 지방산 변성 폴리에틸렌, 지방산 변성 폴리에스테르로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 하는 수용성 페인트 마커용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안료 분산액 제조에 사용되는 안료는,
    이산화티타늄, 카본블랙, 산화철로 이루어지는 무기안료;
    탄산마그네슘, 탄산칼슘, 알루미늄실리케이트로 이루어지는 체질안료;
    알루미늄, 마이카 플레이크로 이루어지는 메탈릭안료;
    프탈로시아닌 그린, 프탈로시아닌 블루, 퀴나크리돈 바이올렛으로 이루어지는 유기안료;의 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 하는 수용성 페인트 마커용 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안료 분산액 제조에 사용되는 침강방지제는 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시메틸셀룰로오스, 카르복실메틸셀룰로오스, 유기 벤토나이트, 실리카 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 하는 수용성 페인트 마커용 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수용성 페인트 마커용 조성물 제조에 사용되는 수용성 수지는 수용성 아크릴 에멀젼 수지, 수용성 아크릴 우레탄 수지, 수용성 우레탄 수지, 수용성 알키드 에멀젼 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 하는 수용성 페인트 마커용 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수용성 페인트 마커용 조성물 제조에 사용되는 수용성 수지는 수용성 아크릴 에멀젼 수지인 것을 특징으로 하는 수용성 페인트 마커용 조성물.
  7. ⅰ) 증류수 16 내지 31 중량%와 분산제 4 내지 8 중량%와 안료 60 내지 70 중량%와 증점제 2 내지 6 중량%와 침강방지제 1 내지 5 중량%를 포함하는 안료 분산액을 제조하는 단계; 및
    ⅱ) 단계 ⅰ)을 통해 생성된 안료 분산액 43 내지 52 중량%와 수용성 수지 20 내지 30 중량%와 조막형성조제 2 내지 6 중량%와 계면활성제 1 내지 5 중량%, 소포제 1 내지 3 중량%와 증류수 18 내지 28 중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 수용성 페인트 마커용 조성물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안료 분산액 제조에 사용되는 분산제는 아크릴레이트 공중합체의 나트륨염, 아크릴레이트 공중합체의 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬올 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬 암모늄염, 고분자량 블록 공중합체, 변성 알킬올 암모늄염, 변성 알킬 암모늄염, 변성 폴리아크릴레이트, 지방산 변성 폴리에틸렌, 지방산 변성 폴리에스테르로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합이고,
    상기 안료 분산액 제조에 사용되는 침강방지제는 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시메틸셀룰로오스, 카르복실메틸셀룰로오스, 유기 벤토나이트, 실리카 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합이며,
    상기 수용성 페인트 마커용 조성물 제조에 사용되는 수용성 수지는 수용성 아크릴 에멀젼 수지, 수용성 아크릴 우레탄 수지, 수용성 우레탄 수지, 수용성 알키드 에멀젼 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합인 것을 특징으로 하는 수용성 페인트 마커용 조성물의 제조방법.
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