KR101066076B1 - 도포형 단열 마감재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크릴 에멀젼 수지, 알루미늄 실리케이트 및 충전제의 혼합물에 첨가제로서 통상의 증점제, 동결방지제, 균열 방지제, 소포제, 방부제 및 pH 조절제를 포함하여 이루어지는 도포형 단열 마감재 조성물에 관한 것이나, 본 발명의 도포형 단열마감재 조성물은 단열이 필요한 부위에 도포하는 방식으로 사용함으로써 취급과 작업이 용이하고, 사용 후에는 단열성, 내결로성, 내균열성 및 방음성이 뛰어날 뿐만 아니라 그 자체가 마감재로 사용되어 후공정이 필요 없는 경제적이고 친환경적인 기능성 신소재를 제공한다.

도포형 단열 마감재, 아크릴 에멀젼 수지, 알루미늄 실리케이트

Description

도포형 단열 마감재 조성물{Coating applicable heat insulator composition}

본 발명은 도포형 단열 마감재 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 단열이 필요한 부위에 도포하는 방식으로 사용함으로써 취급과 작업이 용이하고, 사용 후에는 단열성, 내결로성, 내균열성 및 방음이 뛰어날 뿐만 아니라 그 자체가 마감재로 사용되어 후공정이 필요없는 경제적이고 친환경적인 도포형 단열 마감재 조성물에 관한 것이다.

통상 건축현장에 사용되고 있는 단열재는 외부로의 열의 손실을 줄이는 목적으로 사용되는 자재의 일종으로서 단열의 효과 외에 차음, 완충 혹은 보강의 효과를 겸하는 경우도 있다.

상기 단열재는 소재 자체의 열전도율이 작은 것이 바람직하나 대부분의 재료가 열전도율이 그다지 작지 않아 대부분의 경우에 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질이 되도록 만들어 기공 속의 공기의 단열성을 이용하고 있다.

단열재의 소재는 유기질과 무기질로 크게 나눌 수 있고, 유기질로는 코르크, 면, 펠트, 탄화물, 고무류 등을 들 수 있고, 무기질로는 석면, 유리솜, 석열솜, 규조토, 탄산마그네슘 분물 등을 들 수 있는데, 건물의 내·외벽에는 스티로폼 등의 발포수지, 스펀지, 석면, 유리 섬유 등이 애용되고 최근에는 작은 나무 입자를 방수성 수지에 강하게 압착한 판넬 등도 사용되고 있다.

상기 스티로폼(발포 폴리스티렌)은 가장 널리 사용되는 단열재의 일종으로 체적의 95%가 공기이고 나머지 2% 정도가 수지인 자원 절약형 소재로서 부피에 비해 무게가 매우 가벼우면서 내수성, 단열성, 방음성, 완충성 등이 우수하기 때문에 널리 사용되고 있다. 그러나 상기스티로폼은 중량은 가볍지만 부피가 크기 때문에 취급과 이동이 불편하고 내구성이 매우 약해 시공 시에 취급 부주의로 인하여 손쉽게 파손될 뿐만 아니라 인화성 발화성이 매우 강하여 화재에 전혀 무방비한 상태로 놓이게 되는 치명적인 단점이 있다. 또한, 상기 스티로폼을 포함한 기존의 단열재는 온도 및 습도 차이에 의해 단열재의 내부에 결로가 발생하고, 이로 인해 곰팡이 등의 유해균이 번식하여 실내를 비위생적으로 만들 수 있으며 단열효과도 크게 만족스럽지 못하는 경우가 많다.

또한, 대부분의 단열재는 발포 등의 일정한 공정을 거쳐 완성된 것으로 자체의 부피가 있기 때문에 일부 소재의 경우 시공면적이 상당히 넓지만, 시공 대상물의 규격이 정형화되어 있지 않거나 소규모의 작업장에서는 소재의 낭비가 많아 비경제적이면서 작업성이 나쁜 점이 있다. 이와 같이 대부분의 단열재는 부피가 있는 소재이기 때문에 이러한 불편을 감수하고 작업하는 것이 일반적이었다.

그러나 최근에는 이러한 단점을 개선하는 것으로 시공 대상물에 그대로 바르는 도포형 단열재가 인기를 끌고 있고, 프라이머를 도포한 후에 에폭시 마감재를 사용하거나 혹은 기존의 충전재용 소재에 단열성을 보강한 조성물 등을 예로 들 수 있으나, 이들을 사용하는 경우에 다시 후공정으로 마감재를 사용해야하고 또한 단열효과에 있어서도 아직까지는 기존의 유형의 단열재에 비하여 효과가 미미한 실정이다.

따라서, 본 발명에서는 상기 종래의 단점을 개선한 것으로, 기존의 유형의 단열재가 갖는 문제점인 취급성과 작업성을 개선하면서 사용 후에는 단열성, 내결로성, 내균열성 및 방음이 뛰어날 뿐만 아니라 그 자체가 마감재로 사용되어 후공정이 필요 없는 경제적이고 친환경적인 기능성 신소재를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명의 구성에 대해 설명한다.

본 발명은, 아크릴 에멀젼 수지와 물의 혼합물에 증점제ㆍ에틸렌글리콜인 동결방지제ㆍ균열 방지제ㆍ광물성 소포제ㆍ폴리카르복시산 나트륨인 분산제ㆍ이소티아졸린 유도체인 방부제ㆍ 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 용액인 pH 조절제로 된 첨가제를 첨가하여 이루어지는 조성물에 있어서;
상기 조성물에는 알루미늄 실리케이트와 충전제를 더 첨가하여 혼합한 것과;
상기 조성물에 첨가 혼합되는 알루미늄 실리케이트와 충전제아크릴은, 에멀젼 수지 28~58중량%, 물 15~20중량%, 첨가제 2~7중량%일 때에 알루미늄 실리케이트는 20~30중량%, 충전제는 5~15중량%인 것;을 특징으로 하는 도포형 단열 마감재 조성물을 제공하려는 것이다.

즉, 본 발명에서는 주성분으로서 아크릴 에멀젼 수지, 알루미늄 실리케이트 및 충전제를 사용하고 여기에 첨가제로서 증점제, 동결방지제, 균열 방지제, 소포제, 분산제, 방부제 및 pH 조절제를 포함하여 이루어지는 도포형 단열 마감재 조성물이다.

상기 아크릴 에멀젼 수지는 아크릴레이트 공중합체가 40~50중량%, 미반응한 모노머가 0.03중량% 이하인 수성 아크릴 에멀젼 폴리머로서, 그 함량이 28중량% 미만이면 바인더로서 기능이 어렵고, 반대로 58중량%를 넘게 되면 비용만 추가되고 다른 성분이 상대적으로 적게 들어가야 하므로 좋지 않다.

상기 알루미늄 실리케이트(aluminum silicate)는 본 발명에서는 특징적으로 함유되는 성분으로서 산화규소(SiO₂) 73%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 17%, 산화칼륨(K₂O) 5%, 산화나트륨(Na₂0) 3%, 산화칼슘(CaO) 1%로 이루어진 불활성 무독성 무기물이 가장 바람직하다. 여기서, 상기 알루미늄 실리케이트의 함량이 20중량% 미만이면 첨가의 효과가 적어 특히 단열성이 부족하게 되고, 반대로 함량이 30중량%를 넘게 되면 가격만 상승될 뿐 추가 첨가의 효과가 없다.

한편, 본 발명에서는 상기 알루미늄 실리케이트 대신에 이와 동일 군에 속하는 인슐래드(Insuladd)등이 시판중인 각종 알루미늄 실리케이트도 사용 가능하다. 여기서 미국에서 개발한 인슐래드 분말은 모든 종류의 페인트에 간편히 혼합하여 사용할 수 있도록 고안된 독특하고 혁신적인 첨가제로서 알루미늄 실리케이트를 주성분으로 하여 30~100 마이크론(mm)크기의 미세중공체(Microscopic hollow sphere)분말로서 폐쇄 공기층의 세라믹 피막을 형성하여 탁월한 열 반사와 열 저항 효과를 발휘하고 있다. 또한, 8대 유해 중금속은 물론 휘발성 유기화합물(VOC) 및 독성이 전혀 없는 환경 친화적인 소재로서, 용융점이 약 1,800°C인 불연소재이며, 피막의 압축강도가 3,000N/c㎥ 정도로서 매우 단단한 구조로 이루어져 있어 내구성이 뛰어나며, 반영구적인 단열 효과를 발현하는 소재이다. 이는 여름철 태양 복사열 차단 효과(유리섬유 200mm, 우레탄폼 100mm와 대등)는 물론 겨울철 실내 대류에 의한 열손실 차단 효과(유리섬유 50mm, 우레탄폼 25mm와 대등)가 매우 탁월하며, 또한 겨울철 실내외 온도차에 의한 결로방지 효과도 매우 우수하다.
이 밖에 자외선을 약 89% 차단시켜 주고, 자외선에 의한 체감온도 상승을 억제하며, 페인트 노화를 억제한다. 또한, 물성 측면에서는 부식방지 성능(내산성, 내알칼리성 및 내후성)이 탁월하며, 난연성, 향균성, 방음성, 내마모성, 내충격성 등이 우수하며, 페인트와 혼합 사용시 페인트 자체의 물성 및 색상 변화가 발생하지 않으며, 페인트 수명을 연장시켜 반영구적인 수명을 갖게 하는 제품이다.

상기 충전제는 통상의 충전제가 모두 사용 가능하나 특히 탈크 또는 규석이 바람직하고, 함량이 5중량% 미만이면 충전제로서의 첨가의 효과가 없고 반대로 15중량%를 넘게 되면 다른 성분의 사용량이 줄어드는 문제점이 있다.

본 발명에서 사용되는 첨가제로는 통상의 증점제, 동결방지제, 균열방지제, 소포제, 분산제, 방부제 및 pH 조절제를 들 수 있다. 이들은 대부분 일반적으로 사용하고 있거나 시판 중인 것들로서, 증점제(점도 즉 끈끈한 정도를 증가시켜주는 물질)로는 아크릴계 혹은 우레탄계 증점제 모두 사용 가능하며, 에틸아크릴레이트 단량체(Ethyl acrylate monomer)와 메타크릴산(Methacrylic acid)의 공중합체가 특히 바람직하다.

상기 동결방지제로는 제품의 내후성 개선을 위해 첨가되는 성분으로 부동액 등의 각종 동결방지제 모두 사용 가능하나, 본 발명에서는 특히 에틸렌글리콜(Ethylene glycol)이 바람직하다.

상기 균열 방지제로는 시판되거나 사용 중인 노화 혹은 균열 방지제가 대부분 사용 가능하나 텍사놀(Texanol; 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentanediol Monoisobutyrate)이 특히 바람직하다.

상기 소포제로는 알코올류, 지방산 에스테르를 주성분으로 하는 계면활성제, 실리콘계 모두 가능하나, 액상 소포제로서 합성 라텍스, 에멀젼을 베이스로 하는 도료나 접착제, 건축용 퍼티 등에 광범위하게 사용되는 광물성 소포제가 특히 바람직하다.

또한, 상기 분산제(분자 내에 친유성과 친수성의 상반되는 성질을 가지는 일종의 계면활성제이며, 액체 중에 분산하기 어려운 무기, 유기 안료 등의 고체 입자를 균일하게 분산시켜, 고체 입자의 침강이나 응집을 방지해, 안정적인 서스펜션을 형성하는 약제)로는 시판되고 있거나 사용 중인 것들 대부분 사용 가능하나 그 가운데 폴리카르복시산 나트륨이, 방부제로는 이소티아졸린 유도체가, 그리고 상기 pH 조절제로는 프로판올 계열이 특히 바람직하다.

상기 각 조성의 본 발명의 첨가제는 주성분에 첨가되어 각각의 고유의 기능을 수행하는 보조 성분들로서 첨가의 양은 미미한 정도이나, 각 조성 성분을 모두 포함하면서 함량은 전체적으로 2~7중량% 정도가 바람직하다.

상기 본 발명의 각 성분의 투입순서에는 특별한 주의가 필요 없으나, 반응의 원활한 진행을 위해서는 먼저 물과 아크릴 에멀젼 수지를 혼합하고, 증점제를 제외한 첨가제를 넣은 후 나중에 알루미늄 실리케이트 및 충전제를 첨가하는 것이 좋고, 적정한 점도를 위해 증점제를 맨 나중에 넣는 것이 좋다.

한편, 본 발명에서는 상기한 각 성분 이외에 필요에 따라 기능성 소재인 숯이나 황토, 게르마늄, 토르말린, 일라이트, 옥분, 맥반석분 등을 적절히 혼합함으로써 제품에 기능성을 추가할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 사상에 따른 것으로 본 발명의 범주에 속한다 할 것이다.

또한, 본 발명의 주성분인 알루미늄 실리케이트가 순백색을 띠고 있기 때문에 상기 본 발명으로부터 얻어지는 도포형 단열 마감재 조성물은 순백색에 가까운 색을 나타내고 있으나, 필요에 따라 조색제 등을 첨가하여 원하는 색감을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 얻어지는 도포형 단열 마감재 조성물은 단열이 필요한 부위에 도포하는 방식으로 사용함으로써 취급과 작업이 용이하고, 사용 후에는 단열성, 내결로성, 내균열성 및 방음성이 뛰어날 뿐만 아니라 그 자체가 마감재로 사용되어 후공정이 필요 없는 경제적이고 친환경적인 기능성 신소재로서 관련 분야에의 이용 및 응용이 기대된다.

이하, 실시 예 및 시험 예를 통하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같은바, 실시 예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시 예>

교반기를 갖춘 반응기에 아크릴 에멀젼 수지(CAS No. 141-32-2, 80-62-6) 2,880g과 물 1,200g을 넣고 교반한다.

여기에, pH 조절제로서 2-아미노-2-메틸-1-프로판을 용액(상품명 AMP-95, 미국 ANGUS사 제품) 9.6g, 균열 방지제로서 텍사놀(미국 EASTMAN사 제품) 27g, 동결방지제로서 에틸렌글리콜 36g, 방부제로서 이소티아졸린 유도체(상품명 NOPCOCIDE SN-135S, 한국산노프코주식회사 제품) 14.4g, 그리고 소포제로서 광물성 소포제(상품명 NOPCO NXZ, 한국산노프코주식회사 제품) 28.8g을 각 첨가 하였다.

이어서, 본 발명의 주성분의 하나인 알루미늄 실리케이트(상품명 Sil-cell, 미국 Silbrico사 제품) 1,700g과 충전제로서 탈크(상품명 SA 400) 600g을 넣고, 계속 교반하면서 증점제인 에텔아크릴레이트 단량체와 메타크릴산의 공중합체(상품명 NEOSOL AR-200, 대광고분자주식회사 제품) 36g을 가한 다음 계속 교반하였다.

상기 혼합 교반 공정은 상온에서 이루어지는 것으로, 혼합 반응 중에 특별히 온도나 압력의 변화는 없었으며 30분 정도 혼합하여 통상 사용되고 있는 퍼티(putty) 정도의 점도를 유지하지만 퍼티 보다는 월등히 가벼운 본 발명의 도포형 단열 마감재 조성물을 얻었다.

상기 실시 예에서 얻은 단열 도료 조성물 및 비교 예로서 일반 수성단열 도료를 사용하여 열전도율, 내결로성 및 단열성을 다음과 같이 각각 평가하였다.

<시험예 1>

열전도율시험

KSL 9016에서 정하는 4가지 방법 중에서 오차가 비교적 적은 평판비교법을 이용하여 측정하였다.

크기가 300mm×300mm×2mm인 밤라이트 시편에 건조도막 도께로 500 마이크론으로 도장하여 25°C 조건하에서 2주일 동안 건조시키고, 50°C에서 3일 동안 건조시킨 후, ANTER사의 Unitherm Thermo Instruments를 이용하여 측정단위인 W/MK를 기준으로 측정한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

항목	실시예	비교예
열전도도(W/MK)	0.058	0.994

<시험예 2>

내결로성 시험

결로 방지 테스트 방법은 0.5mm 두께의 동판 위에 도료를 300㎛ 두께로 도장한 다음 완전 건조시켰다. 이 동판을 고깔 모양으로 만든 다음 완전히 틈을 제거하고 그 내부에 물과 얼음을 채워 2~4°C 정도의 온도를 유지하였다. 25°C, 90% 습도 조건의 항온항습기에 넣고 최초의 결로 생성시간 및 결로량을 측정하였다.

그결과를 하기 표2에 나타내었다.

결로특성	실시예	비교예
최초결로 생성시간(분)	10	8
결로량(g, 90분 후)	5	9

상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 결로 방지 효과 테스트를 통하여 일반 수성단열도료에 비하여 최초 결로 생성 시간의 큰 차이는 없었으나 일정시간 후의 결로량 측정 결과 결로 발생량이 적은 것으로 확인되었다. 알루미늄 실리케이트에 의해 부여된 우수한 보온 단열성은 수분 응축의 발생 원인이 되는 내부·외부 온도차를 적게 하여 도막 표면의 온도가 이슬점 온도에 도달하는 것을 지연시켜 주는 효과를 부여하게 되므로 결로 방지 효과를 얻을 수 있었다.

<시험예 3>

단열성 시험

본 발명의 단열성능 시험방법은 가로 30cm, 세로 30cm, 높이 30cm의 철판상자(철판두께 0.25mm)를 제작하여 상자 내부표면에 본 발명의 도포형 단열 도료 조

성물과 비교예로서의 수성 단열 도료를 도표한 다음, 내부온도를 시간에 따라 변화시키며 상자내부와 외부표면의 온도를 비교하였다. 이때 상자내부 및 외부표면의 온도측정에는 MODL NO. RAS-T 3 LSU와 MODL NO. 412-K-F 비접촉식 적외선 표면온도계를 사용하였다.

한편, 단열성능 시험시에는 다음과 같은 시험조건을 엄격히 준수하였다

먼저 외부면(철판)의 열과 내부온도와의 차이를 측정하였고 열기기는 불빛이 없도록 차단하고 순수한 열만 가지고 측정하였다. 본 발명의 도포형 단열 도료 조성물과 비교에로서의 수성 단열 도료의 도장시 철판 내부면에 1차 사비도메 작업을 0.1m/m 이상 도포하고 완전 건조된 후 도료를 55마이크론이 되도록 2회 도장하였다. 온도는 반강제적인 조건에서 테스트하였으며, 외부면(철판) 온도는 하기 표3에 기재된 바와 같이 측정되었다.

하기 표 3은 상자내부 및 외부표면 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

시간 및 내부온도에 따른 외부표면 온도의 변화

경과시간(Hr)	0	1	2	3	4	5
상자내부온도(°C)	10.0	16.0	21.0	27.3	33.3	40.4
외부표면온도(°C)	6.5	9.6	13.1	18.3	23.3	29.1
온도차(°C)	3.5	6.4	7.9	9.0	10.0	10.9
주위온도(°C)	20-21

<시험예 4>

내균열성 및 기타

상기 실시 예에서 얻어진 본 발명의 도포형 단열 마감재 조성물을 건물의 내장 콘크리트 벽면에 골고루 도포하되, 통상의 도포용구를 사용하여 두께 3mm 정도의 도포막을 형성하였다. 상기 도포작업 후 하루 동안 건조, 양생시켜 살펴본바, 도포면은 완전히 견고하게 굳어 있고, 색상은 백색 계통으로 은은한 빛을 발하며, 후처리 공정 없이 그 자체 마감재로 사용할 수 있었다. 며칠 후 기존의 스티로폼 단열재와 비교하여 볼 때, 본 발명에 의한 조성물을 사용한 경우는 시공이 매우 간단하면서도 강도가 강하고 균열이 없으며 단열성, 내결로성(내습성), 내균열성 및 방음성이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.

Claims (2)

1. 아크릴 에멀젼 수지와 물의 혼합물에 증점제ㆍ에틸렌글리콜인 동결방지제ㆍ균열 방지제ㆍ광물성 소포제ㆍ폴리카르복시산 나트륨인 분산제ㆍ이소티아졸린 유도체인 방부제ㆍ 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 용액인 pH 조절제로 된 첨가제를 첨가하여 이루어지는 조성물에 있어서;

   상기 조성물에는 알루미늄 실리케이트와 충전제를 더 첨가하여 혼합한 것과;

   상기 조성물에 첨가 혼합되는 알루미늄 실리케이트와 충전제아크릴은, 에멀젼 수지 28~58중량%, 물 15~20중량%, 첨가제 2~7중량%일 때에 알루미늄 실리케이트는 20~30중량%, 충전제는 5~15중량%인 것;을 특징으로 하는 도포형 단열 마감재 조성물.
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