KR101104331B1

KR101104331B1 - 저발열 친환경 첨가제 및 이를 이용하여 유기 또는 무기재료의 발열량을 저하시키는 방법

Info

Publication number: KR101104331B1
Application number: KR1020090079907A
Authority: KR
Inventors: 최종철; 변홍식; 예세희
Original assignee: 최종철; 변홍식; 대유산업개발(주)
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2012-01-16
Also published as: KR20110022357A

Abstract

본 발명의 저발열 친환경 첨가제는 (A) 알루미늄 실리케이트; (B) 아크릴 아마이드; (C) 실리콘 수지; 및 (D) 이산화티탄을 포함하여 이루어지고, 상기 (A):(B):(C):(D)는 중량비로 5∼30 : 1∼10 : 0.1∼1 : 5∼30인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 저발열 친환경 첨가제는 도료 또는 포장재에 첨가되어 발열량을 감소시키고, 대기오염 물질을 분해할 수 있다.

저발열 친환경 첨가제, 알루미늄 실리케이트, 아크릴 아마이드, 실리콘 수지, 이산화티탄

Description

저발열 친환경 첨가제 및 이를 이용하여 유기 또는 무기재료의 발열량을 저하시키는 방법{Environmentally Friendly Low Pyrogenic Additive and Method for lowering Hear Release of Organic/Inorganic material using the Same}

본 발명은 저발열 친환경 첨가제에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 알루미늄 실리케이트, 아크릴 아마이드, 실리콘 수지 및 이산화티탄 특정 비율로 배합하여 유기 또는 무기재료에 첨가시 이들 재료의 발열량을 저하시킬 수 있는 저발열 친환경 첨가제 및 이를 이용하는 방법에 관한 것이다.

지구온난화로 인하여 여름이 더욱 길어지고 더워지고 있으며, 도심에서 발생되는 공기의 오염원인 SOx, NOx, CO, VOC 가 큰 환경문제로 대두되고 있다. 이로 인해 도심의 상당부분을 차지하고 있는 각종 도로용 포장재나 건물/실내에 사용되는 도료 등에 있어서, 발열량을 감소시키고 대기오염물질을 분해할 수 있는 기능을 부여할 필요성이 제기되고 있다.

종래에는 포장재나 도료에 있어서, 소재 자체를 친환경적인 것으로 채택하여 사용하거나 광촉매를 사용하여 친환경적 요소를 부여하는 것을 고려하였을 뿐, 포장재 혹은 도료 자체가 발열량을 저하시키는 기능을 갖거나 대기 환경오염 물질을 분해하는 기능에 대한 고려는 없었다.

상기에 대한 문제점을 해소하기 위하여 다양한 첨가제를 개발한 바 있으나, 발열량을 저하시키고 SOx, NOx, CO, VOC 와 같은 오염물질의 분해를 동시에 만족시키는 첨가제는 아직까지 개발된 바 없다.

이에, 본 발명자는 알루미늄 실리케이트, 아크릴 아마이드, 실리콘 수지 및 이산화티탄 특정 비율로 배합함으로서, 발열량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 대기 환경오염 물질을 제거 및 분해할 수 있으며, 유기 및 무기 재료에 동시에 적용할 수 있고, 재료자체의 고유한 물리적 성질을 저하시키지 않는 새로운 첨가제를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 발열량을 감소시킬 수 있는 것과 동시에 SOx, NOx, CO, VOC 와 같은 대기 환경오염 물질을 제거 및 분해할 수 있는 새로운 첨가제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열차폐성능이 탁월하고, 구조물의 내구성을 증가시킬 수 있는 첨가제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단열 효과를 부여할 수 있고, 결로를 방지할 수 있는 첨가제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 내마모성과 항균력을 향상시킬 수 있는 첨가제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 도료 및 포장재 적용시 미끄러짐 현상을 방지할 수 있는 첨가제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유기 또는 무기재료에도 혼화가 용이한 첨가제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유기 또는 무기재료 자체의 고유한 물리적 성질을 저하시키지 않는 첨가제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 첨가제를 사용하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 첨가제를 적용한 포장재 및 도료를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 하나의 관점은 새로운 저발열 친환경 첨가제를 제공한다. 상기 첨가제는 (A) 알루미늄 실리케이트; (B) 아크릴아마이드; (C) 실리콘 수지; 및 (D) 이산화티탄을 포함하여 이루어지고, 상기 (A):(B):(C):(D)는 중량비로 5∼30 : 1∼ 10 : 0.1∼1 : 5∼30인 것을 특징으로 한다.

구체예에서는 상기 알루미늄 실리케이트(A)는 평균입경이 10∼100 ㎛일 수 있다.

구체예에서는 상기 이산화티탄(D)은 아나타제상일 수 있다. 상기 이산화티탄(D)은 평균입경이 0.1~80 ㎛일 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 상기 첨가제를 사용하여 유기 또는 무기재료의 발열량을 저하시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 유기 또는 무기 재료에 혼입하는 단계를 포함한다.

구체예에서, 상기 방법은 유기 또는 무기 재료 100 중량부에 대하여 첨가제 10 내지 30 중량부를 혼입할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점은 상기 첨가제를 포함하는 포장재에 관한 것이다. 구체예에서 상기 포장재는 포장재용 수지 100 중량부에 대하여, 상기 첨가제를 10~30 중량부 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점은 상기 첨가제를 포함하는 도료에 관한 것이다. 구체예에서 상기 도료는 전체 도료 100 중량%중 상기 첨가제를 10~30 중량% 포함할 수 있다.

본 발명은 발열량을 감소시킬 수 있는 것과 동시에 SOx, NOx, CO, VOC 와 같은 대기 환경오염 물질을 제거 및 분해할 수 있으며, 열차폐성능이 탁월하고, 구조 물의 내구성을 증가시킬 수 있고, 단열 효과를 부여할 수 있으며, 결로를 방지할 수 있고, 내마모성과 항균력을 향상시킬 수 있고, 도료 및 포장재 적용시 미끄러짐 현상을 방지할 수 있으며, 유기 또는 무기재료에도 혼화가 용이할 뿐만 아니라, 혼화시 유기 또는 무기재료 자체의 고유한 물리적 성질을 저하시키지 않는 새로운 첨가제를 제공하는 효과를 가진다.

아울러 본 발명은 상기 첨가제를 사용하는 방법과 상기 첨가제를 적용한 포장재 및 도료를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 하나의 관점은 새로운 저발열 친환경 첨가제를 제공한다. 상기 첨가제는 (A) 알루미늄 실리케이트; (B) 아크릴아마이드; (C) 실리콘 수지; 및 (D) 이산화티탄을 포함하여 이루어진다. 구체예에서, 상기 (A):(B):(C):(D)는 중량비로 5∼30 : 1∼10 : 0.1∼1 : 5∼30인 것을 특징으로 한다.

상기 알루미늄 실리케이트(A)의 중량비가 상기 범위를 벗어날 경우 재료 자체의 물성을 변형시킬 수 있으며, 상기 범위 미만으로 사용할 경우, 본 발명에서 목적으로 하는 저발열성을 얻을 수 없다.

상기 아크릴아마이드(B)의 중량비가 상기 범위를 벗어날 경우 재료 자체의 물성을 변형시킬 수 있으며, 상기 범위 미만으로 사용할 경우, 균열이 발생할 수 있다.

상기 실리콘 수지(C)의 중량비가 상기 범위를 벗어날 경우 재료의 물성을 변 형시킬 수 있으며, 상기 범위 미만으로 사용할 경우, 내구성이나 내후성이 저하될 수 있다.

상기 이산화티탄(D)의 중량비가 상기 범위를 벗어날 경우 재료 자체의 물성을 변형시킬 수 있으며, 상기 범위 미만으로 사용할 경우, 본 발명에서 목적으로 하는 저발열성이나 대기오염 분해성을 얻을 수 없다.

바람직하게는 상기 (A):(B):(C):(D)는 중량비로 10∼25 : 1.5∼5 : 0.3∼0.8 : 10∼25 일 수 있다. 다른 바람직한 구체예에서는 상기 (A):(B):(C):(D)는 중량비로 15∼20 : 2∼7 : 0.5∼0.9 : 15∼20 일 수 있다. 이하, 본 발명의 각 성분에 대해 상세하게 설명한다.

(A) 알루미늄 실리케이트

본 발명에 사용되는 알루미늄 실리케이트(A)는 3Al₂O₃·2SiO₂(FW 426.05)의 화학식을 가지며, 발열량을 감소시키는 역할을 한다.

종래에 사용되어온 통상의 단열소재는 단면적이 커서 열전도가 크고, 대부분 다공구조를 갖는다. 이에 따라 대류에 의한 열손실이 크며, 복사열이 투과되기 쉽고 단열소재와 기체분자간의 충돌에 의한 열의 이동이 발생되기 쉽다. 반면 알루미늄 실리케이트 미세분말은 고체 입자간의 접촉부분이 적어 열전도가 매우 낮고, 각각의 입자가 매우 조밀하기 때문에, 기체의 유동이 힘들어 열손실이 적을 뿐만 아니라 복사열을 산란시켜 투과가 힘들다. 따라서, 열차폐와 열반사가 탁월하며 낮은 열전도율을 지니기 때문에 친환경적일 뿐만 아니라, 내구성 향상에 도움을 줄 수 있는 것이다.

본 발명의 알루미늄 실리케이트(A)는 세라믹 미세원형의 중공체 분말 형태를 가지며, 가볍고, 압축강도가 뛰어나며, 고온에도 잘 견디는 특성을 갖는다.

구체예에서는 상기 알루미늄 실리케이트(A)는 평균입경이 10∼100 ㎛일 수 있다. 바람직하게는 평균입경이 10∼70 ㎛, 더욱 바람직하게는 10∼50 ㎛이다. 상기 범위로 사용할 경우, 열차폐성능이 더욱 우수할 뿐만 아니라, 도료나 포장재에 적용시 재료 자체의 고유한 물성을 변형시키지 않는다.

또한 알루미늄 실리케이트(A)는 시공후 완전 건조 되었을때 미세한 알루미늄 실리케이트 입자가 포장재내에 아주 균일하고 조밀하게 층을 형상하기 때문에 압축강도가 뛰어나고 약 1500℃의 융점을 가지므로 도료나 포장재에 요구되는 물리적 성질에 아주 적합 하다.

(B) 아크릴아마이드

본 발명에서 사용되는 아크릴아마이드(B)는 각 성분을 균일하게 접착시킬 수 있는 바인더 역할을 한다. 아크릴아마이드는 아크릴로나이트릴을 가수분해하여 얻을 수 있는 화학식 CH₂=CHCONH₂인 무색 결정으로 본 첨가제에는 50-90%의 농도를 갖는 용액을 활용한다. 본 발명에서 제조되는 첨가제에 아크릴아마이드가 균일하게 존재함으로써 첨가제의 내구성과 기계적강도의 향상을 기대할 수 있다.

(C) 실리콘 수지

본 발명에서 사용되는 실리콘 수지는 내구성이나 내후성 등의 물리적 성질을 향상시키는 역할을 한다.

상기 실리콘 수지의 제조방법은 당해 기술분야에 널리 공지되어 있으며, 이들 수지 중의 다수가 시판 중이다. 하나의 구체예에서, 상기 실리콘 수지는 클로로실란 전구체의 혼합물을 톨루엔 등과 같은 유기 용매에서 가수분해하여 제조될 수 있다.

구체예에서는 상기 실리콘 수지로는 가교되거가 비가교형 실리콘 수지가 사용될 수 있으며, 부분 가교형도 사용될 수 있다.

상기 실리콘 수지는 [SiCH3CH3O] 의 반복단위를 가질 수 있다.

또한 구체예에서 상기 실리콘 수지는 500∼100,000 범위의 중량평균분자량을 가질 수 있다.

상기 실리콘 수지는 융점이 50∼200 ℃ 범위를 갖는 것이 바람직하다.

(D) 이산화티탄

상기 이산화티탄(D)은 루틸(rutile)이나 아나타제(anatase) 모두 사용할 수 있으나, 바람직하게는 아나타제상이다. 상기 이산화티탄(D)은 평균입경이 0.1~80 ㎛일 수 있다. 바람직하게는 평균입경이 0.1∼70 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.1∼50 ㎛이다.

상기 이산화티탄은 본 발명에서 광촉매로서 기능을 갖는다. 특히 이산화티탄은 광산화분해성이 있어, 빛이 이산화티탄에 흡수될 경우 2개의 전자와 정공 캐리어가 생성되고, 정공의 산화에 의해 대기 중에 존재하는 물은 산화분해력이 높은 하이드록시 라디칼을 생성하며 전자는 산소와 반응하여 superoxide라디칼을 생성시킨 후 하이드록시 라디칼을 생성하게 된다. 상기 생성된 하이드록시 라디칼은 CO와 NOx, SOx, VOC들의 유기화합물이나 바이러스 등을 산화분해 하게 되는 것이다. 이처럼 이산화티탄은 실내나 실외에서 SOx, NOx, CO, VOC 등의 인체 유해 물질의 농도를 감소시켜줄 뿐만 아니라, 알루미늄실리케이트와 함께 내마모성과 항균력을 향상 시켜주는 역할을 한다.

뿐만 아니라, 이산화티탄 역시 마이크로 사이즈를 갖기 때문에 알루미늄 실리케이트의 경우에서처럼 입자가 조밀하여 기체의 흐름이 어려워져 발열량을 감소시키는 효과를 갖는다.

또한, 이산화티탄이 첨가된 도료 및 도로용 포장재는 물과 접촉할 경우 초친수성을 띠게 되는데, 이로 인해 표면의 물이 이산화티탄과 잘 어울려 물과의 접촉각이 5도 이하로 넓게 퍼져버리게 된다. 이에 따라 도로에서 자동차, 자전거, 인라인 등의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있으므로 안전사고를 예방하는 기능을 발현할 수 있다.

다른 구체예에서는 상기 방법은 유기 또는 무기 재료 100 중량부에 대하여 첨가제 15 내지 50 중량부, 바람직하게는 20 내지 35 중량부로 사용할 수 있다.

상기 유기재료로는 열경화성 수지, 열가소성 수지가 모두 사용될 수 있다.

상기 무기재료로는 시멘트, 유리, 각종 단열재 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이들에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 또 다른 관점은 상기 첨가제를 포함하는 포장재에 관한 것이다. 구체예에서 상기 포장재는 포장재용 수지 100 중량부에 대하여, 상기 첨가제를 10~30 중량부 사용할 수 있다. 바람직하게는 포장재용 수지 100 중량부에 대하여, 상기 첨가제를 15~25 중량부 사용할 수 있다.

상기 포장재용 수지는 특별한 제한이 없으며, 아크릴계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리비닐클로라이드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 방향족 비닐계 수지 등과 같은 열가소성 수지나 우레탄 수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민 수지 등과 같은 열경화성 수지도 사용될 수 있으며, 이들의 조합도 가능하다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실 시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

실시예 1∼3: 발열량 측정 실험

실시예 1

알루미늄 실리케이트(3Al₂O₃·2SiO₂(FW 426.05)) 12 g, 아크릴아마이드 1.3 g, 실리콘(SiCH₃CH₃O(MW 500∼100,000)) 0.7g 및 이산화티탄(TiO2, anatase) 12 g 을 혼합하여 첨가제를 만든후 기존 시판되는 액상의 아크릴 포장재료(앙투카, SKATEMASTER) 100 g에 혼합하였다. 위와 같이 만들어진 혼합물은 Air gun을 이용하여 100×200×2mm의 유리판에 2차례 고르게 분사한 후 48시간 동안 건조시켜 샘플을 제작하였다. 제조된 포장재 샘플의 발열량을 측정하기 위하여, 광원의 온도가 140℃의 적외선 램프를 샘플과 20cm의 간격을 두고 설치한 후 5분간격으로 1시간동안 샘플의 온도 변화를 적외선 열측정기(Infrared thermo meter)로 측정하였다.

실시예 2

실시예 1의 첨가제를 우레탄 포장재료(강남화성, PLYADEK) 100 g에 적용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 시간에 따른 발열량을 도 2에 나타내었다.

비교실시예 1

알루미늄 실리케이트가 포함되지 않은 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 시간에 따른 발열량을 도 1에 나타내었다.

비교실시예 2

알루미늄 실리케이트가 포함되지 않은 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 수행하였다. 시간에 따른 발열량을 도 2에 나타내었다.

실시예 3a

실시예 1에서 제조된 첨가제를 아크릴 포장재료(앙투카, SKATEMASTER)와 혼합한 후, 유리판이 아니라 바닥에 도포한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 시간에 따른 발열량을 도 3에 나타내었다.

실시예 3b

실시예 2에서 제조된 첨가제를 우레탄 포장재료(강남화성, PLYADEK)와 혼합한 후, 유리판이 아니라 바닥에 도포한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 수행하였다. 시간에 따른 발열량을 도 3에 나타내었다.

비교실시예 3

아크릴 포장재료(앙투카, SKATEMASTER)만을 바닥에 도포하였으며, 시간에 따 른 발열량을 도 3에 나타내었다.

실시예 4∼5: 대기오염물질 분해성능 실험

실시예 4

아크릴 도료(앙투카, SKATEMASTER) 에 본발명의 첨가제들를 배합비와 같이 첨가하였다. 만들어진 도료를 10m²의 크기로 바닥에 도포한 다음 완전히 건조시킨 후, 해당지역의 CO 농도를 5 시간동안 10 분단위로 측정하였다. 시간에 따른 농도변화는 도 4에 나타내었다.

실시예 5

실시예 4에서 제작된 것과 같은 도료를 사용하여 NO₂ 농도를 5시간동안 10분단위로 측정한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 수행하였다. 시간에 따른 농도변화는 도 5에 나타내었다.

비교실시예 4

본 발명의 첨가제가 포함되어 있지 않은 아크릴 포장재를 사용한 것을 제외하고는 실시에 4와 동일하게 수행하였다. 시간에 따른 농도변화는 도 4에 나타내었다.

비교실시예 5

본 발명의 첨가제가 포함되어 있지 않은 아크릴 포장재를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 수행하였다. 시간에 따른 농도변화는 도 5에 나타내었다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

제1도는 아크릴 포장재에 있어서, 실시예 1과 비교실시예 1의 시간에 따른 발열량을 비교한 그래프이다.

제2도는 우레탄 포장재에 있어서, 실시예 2과 비교실시예 2의 시간에 따른 발열량을 비교한 그래프이다.

제3도는 본발명에 따른 첨가제가 도포된 바닥면, 아무것도 도포되지 않은 바닥면 및 기존 시판되고 있는 아크릴 포장재료(앙투카, SKATEMASTER)의 시간에 따른 발열량을 비교한 그래프이다.

제4도는 아크릴 포장재에 있어서, 실시예 4와 비교실시예 4의 시간에 따른 CO농도변화를 비교한 그래프이다.

제5도는 아크릴 포장재에 있어서, 실시예 5와 비교실시예 5의 시간에 따른 NO₂농도변화를 비교한 그래프이다.

Claims

(A) 알루미늄 실리케이트;

(B) 아크릴아마이드;

(C) 실리콘 수지; 및

(D) 이산화티탄;

을 포함하여 이루어지고, 상기 (A):(B):(C):(D)는 중량비로 5∼30 : 1∼10 : 0.1∼1 : 5∼30인 것을 특징으로 하는 저발열 친환경 첨가제.
제1항에 있어서, 상기 알루미늄 실리케이트(A)는 평균입경이 10∼100 ㎛인 것을 특징으로 하는 저발열 친환경 첨가제.
제1항에 있어서, 상기 이산화티탄(D)은 아나타제상인 것을 특징으로 하는 저발열 친환경 첨가제.
제1항에 있어서, 상기 이산화티탄(D)은 평균입경이 0.1∼80 ㎛인 것을 특징으로 하는 저발열 친환경 첨가제.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 첨가제를 유기 또는 무기 재료에 혼입하는 단계를 포함하는 유기 또는 무기재료의 발열량을 저하시키는 방법.
제5항에 있어서, 상기 방법은 유기 또는 무기 재료 100 중량부에 대하여 첨가제 10 내지 30 중량부를 혼입하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 첨가제를 포함하는 포장재.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 첨가제를 포함하는 도료.