KR101141046B1 - 친환경 수용성 코팅용 도료 및 이를 사용한 표면 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법은, 코팅 대상에 친환경 수용성 코팅용 도료를 도포하는 도포단계, 상기 도포단계에서 도포된 친환경 수용성 코팅용 도료를 건조하는 제1건조단계, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료를 재도포하고, 표면을 평탄화하는 레벨링단계 및 상기 레벨링단계에서 재도포된 친환경 수용성 코팅용 도료를 건조하는 제2건조단계를 포함한다.

Description

친환경 수용성 코팅용 도료 및 이를 사용한 표면 코팅방법{Eco-friendly Water-based Paint for Coating and Coating Method Using the Same}

본 발명은 판재, 시설 등 대상 물체에 코팅막을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 친환경 수용성 코팅용 도료를 사용하여 친환경적이고 공정이 단순화되어 효율적인 표면 코팅방법을 형성하는 방법에 관한 것이다.

휘발성 유기화합물(VOC)는 자동차 배기가스와 함께 또 다른 오염물질인 오존을 지속적으로 발생시켜 공기 중 오존 농도를 상승시키는 원인이 된다.

오존은 휘발성 유기화합물이 햇빛과 반응하여 생성되므로 휘발성 유기화합물의 저감 없이는 오존 생성을 억제하기 어려운 상황이다. 이와 같은 휘발성 유기화합물로는 아세트알데히드, 아세틸렌, 벤젠, 부탄, 1,3-부타디엔, 메탄올, 에틸렌, 포름알데히드 등이 있으며, 이는 우리 일상에서 많이 쓰이는 유기용제에 다량 포함되어 있다.

특히, 페인트, 유성도료 등에 이와 같은 휘발성 유기화합물이 많이 발생하고, 이 중 벤젠, 할로겐화 탄화수소 등 일부는 발암성을 가지고 있으며, 휘발유 등 유류에 다량 함유된 벤젠 및 1,3-부타디엔의 경우에는 백혈병을 유발하기도 한다.

이에 수도권 대기환경청, 환경부는 2009년 7월 1일부터 수도권 대기환경 개선 및 국민의 건강을 위하여 친환경 도료의 개발 및 활성화를 조기에 정착시키기 위해 현행 기준을 대폭 강화하였으며, 따라서 이 기준을 만족하는 환경 친화형 도료가 필요한 상황이다.

하지만 종래에 사용되던 도료는, 인체에 유해한 성분을 다량 함유하고 있어, 상기 기준을 만족하지 못하는 경우가 많았다.

특히, 코팅용 도료로 많이 쓰이던 UV코팅도료의 경우, 상기 문제와 더불어 색상 선택에 제한이 많으며, 코팅 과정이 길고 비효율적인 문제가 있었다. 그리고, 작업 시 별도의 설비가 필요하여 작업이 불편하고, 추가비용이 발생한다는 문제가 있었다.

이하에서는, 도면을 참조하여 종래의 UV코팅도료의 도포 과정에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 대상 표면에 종래의 UV코팅도료를 사용하여 코팅층을 도포하는 일련의 과정을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 코팅 대상의 표면을 연마하는 단계(T1)가 수행되며, 이후 유성도료 착색 단계(T2)가 수행된다. 일반적으로, 수용성 도료는 코팅 대상의 표면에 도포하기가 어렵거나, 코팅 대상이 MDF 등과 같은 목재일 경우에는 전부 흡수되는 등의 문제가 있다. 따라서 본 단계에서 유성도료가 쓰이게 되며, 이 유성도료에는 상기 나열한 휘발성 유기화합물이 포함되어 있다는 문제가 있다.

다음으로, UV고온건조 단계(T3)가 수행되며, 이때 자외선을 조사할 수 있는 램프가 장착된 별도의 장치가 요구된다. 이는 추가비용이 발생되는 원인이 되며, 장비가 무겁고 휴대성이 떨어져 일반 사용자가 사용하기에는 부담이 따른다.

다음으로, 눈메꿈도장 단계(T4)가 수행되며, 본 단계 역시 마찬가지로, 유성도료가 사용된다. 이어서, UV고온건조 단계(T5)가 반복되고, 도막 밀착성 코팅 단계(T6) 및 UV고온건조 단계(T7)가 차례로 수행된다.

상기 단계가 완료된 후, 본격적인 착색을 위해 UV도장 단계(T8, T10, T12, T14) 및 UV고온건조 단계(T9, T11, T13, T15)가 교대로 반복되어 연속적으로 수행된다. 이는 원하는 정도까지 착색하기 위하여 수 회 반복될 수 있으며, 일반적으로 4회 정도 수행된다.

상기 과정 이후, 표면 연마 및 마무리 단계(T16)을 수행한 뒤 전체 작업이 끝나게 된다.

이와 같이 종래의 UV코팅도료의 도포 과정은, 최초의 UV도장 단계(T8)부터 최후의 UV고온건조(T15)단계에 이르기까지 작업시간이 과도하게 길어지는 문제가 있는 것이다.

한편, 상기 모든 과정에 있어서, 유성도료를 도포하는 각 단계에서는, 러버롤러가 사용된다. 상기 러버롤러는, 스폰지롤러에 비해 단단하며, 변형이 적기 때문에, 도료를 압착하여 평탄화시키거나 점성이 높은 유성도료를 도포하는 데 적합하다.

하지만, 러버롤러의 경우에는, 롤러 표면을 가공하기 힘들어, 도료 도포 시 다양한 효과를 얻기 힘들다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전체 작업 과정이 간소화되어 효율적인 친환경 수용성 코팅용 도료 및 이를 사용한 표면 코팅방법을 제공함에 있다.

그리고, 대기환경청 및 환경부의 기준을 만족할 수 있도록 친환경성을 가지는 친환경 수용성 코팅용 도료 및 이를 사용한 표면 코팅방법을 제공함에 있다.

또한, 별도의 설비 없이도 누구나 간편히 작업 가능한 친환경 수용성 코팅용 도료 및 이를 사용한 표면 코팅방법을 제공함에 있다.

그리고, 코팅 시 다양한 효과를 낼 수 있는 친환경 수용성 코팅용 도료 및 이를 사용한 표면 코팅방법을 제공함에 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과정을 해결하기 위한 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법은, 코팅 대상의 표면에 친환경 수용성 코팅용 도료를 도포하는 도포단계, 상기 도포단계에서 도포된 친환경 수용성 코팅용 도료를 건조하는 제1건조단계, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료를 재도포하고, 표면을 평탄화하는 레벨링단계 및 상기 레벨링단계에서 재도포된 친환경 수용성 코팅용 도료를 건조하는 제2건조단계를 포함한다.

그리고, 상기 제1건조단계 및 상기 레벨링단계 사이에는, 상기 도포단계 및 상기 제1건조단계가 교대로 반복되어 더 포함될 수 있다.

또한, 상기 도포단계는, 스폰지롤러를 사용하여 상기 친환경 수용성 코팅용 도료를 도포하는 것으로 하며, 상기 레벨링단계는, 러버롤러를 사용하여 상기 친환경 수용성 코팅용 도료를 도포하는 것으로 할 수 있다.

그리고, 상기 제1건조단계 및 상기 제2건조단계는, 100℃ 내지 120℃의 온도에서 10초 내지 15초 동안 건조하는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기한 과정을 해결하기 위한 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료는, 폴리우레탄 폴리머 30% 내지 55%, 나노세라믹 폴리머 15% 내지 25% 및 물 15% 내지 35%를 포함하여 조성된다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료 및 이를 사용한 표면 코팅방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 대기환경청 및 환경부의 기준을 만족하는 도료를 사용하므로, 인체에 유해한 영향을 끼치지 않는다는 장점이 있다.

둘째, 별도의 설비가 필요하지 않으며, 작업이 쉬워 비용을 크게 절감할 수 있고 비전문인에게도 접근성이 뛰어나다는 장점이 있다.

셋째, 도료 도포 후 건조의 반복 과정이 줄어들어, 전체 작업시간이 절감되며, 따라서 작업비용 역시 효율적으로 절감할 수 있다.

넷째, 도료를 착색하는 과정에 있어서 스폰지롤러를 사용 가능하므로, 코팅 시 다양한 효과를 구현할 수 있다는 장점이 있다.

다섯째, 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료는 상온, 저온에서도 건조가 가능하므로, 작업환경에 구애되지 않는다는 장점이 있다.

여섯째, 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료는 냄새가 거의 발생되지 않으므로, 본 도료를 도포할 경우 냄새에 의한 불쾌함이 없으며, 밀폐된 장소에서도 도포가 가능하다는 장점이 있다.

일곱째, 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료는 다양한 색상을 가질 수 있으므로 활용도가 다양하다는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 대상 표면에 종래의 UV코팅도료를 사용하여 코팅층을 도포하는 일련의 과정을 나타낸 흐름도; 및
도 2는 대상 표면에 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료를 사용하여 코팅층을 도포하는 일련의 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 원활한 이해를 위해, 먼저 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료의 조성 및 성질을 자세히 설명한 뒤, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법의 일련의 과정을 차례대로 설명하도록 한다.

본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료는, 폴리우레탄 폴리머 30% 내지 55%, 나노세라믹 폴리머 15% 내지 25% 및 물 15% 내지 35%를 포함하여 조성되며, 예를 들어 폴리우레탄 폴리머 40% 내지 55%, 나노세라믹 폴리머 15% 내지 25% 및 물 20% 내지 35%를 포함하여 조성될 수 있다.

상기 폴리우레탄은, 우레탄 결합(Urethane bond: -NH?CO?O-)을 가진 중합체를 총칭한다. 그리고, 기계적 강도가 우수하여 인장 강도가 크고, 탄성 및 강인성이 뛰어나며, 특히 충격에 대해 파괴되지 않도록 충분한 저항성을 갖는다.

또한, 내마모성, 내노화성, 내유성 및 내용제성 등이 뛰어나고, 산소와 오존에 대한 저항성이 우수하며, 저온 특성이 뛰어나다. 그리고 폴리아미드보다 흡수성이 적어서 흡습시의 기계적, 전기적 특성의 변화가 적다는 특징을 가진다.

한편, 세라믹은 무기질을 주 원료로 사용하는 산화물, 탄화물 등의 재료를 고온 소성하여 만든 물질이며, 일반적으로 금속재료 및 유기재료에 비하여 내식성, 내열성, 내마모성 등이 뛰어나다.

그리고, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료를 제조하기 위해서 세라믹 무기재료 및 유기실란을 졸겔(Sol-Gell)공정으로 합성하여 유기, 무기 복합체인 폴리머를 얻는 과정을 거친다. 여기서, 상기 졸겔공정은 무기소재를 가수분해하고 유기실란을 첨가하여 저온(10℃이하)에서 축합반응을 통해 세라믹을 제조하는 공정을 말한다.

기존에는, 복합재료 제조는 무기재료를 단순히 첨가하는 방법을 사용하며, 합성된 세라믹 폴리머의 입자가 수㎛~㎚ 수준이었으나, 상기 졸겔공정에 의해 합성된 세라믹 폴리머는 최대 30㎚ 이하로 다양한 성능을 가진다.

이와 같이 합성된 나노세라믹 폴리머는 유리와 동등한 수준의 굴절률을 가지므로 투명성이 높고, 500℃~1200℃의 내열성 및 불연성을 갖는다. 또한 상온~400℃의 광범위에 걸친 건조물성 및 초저온 안정성(-60℃)를 가지며, 영구적인 발수성, 내화학성 및 다양한 소재와의 부착성을 갖는다.

즉, 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료는 상기한 특성을 모두 포함하므로, 1회의 도장만으로도 우수한 표면 강도를 유지하며, 부착성 및 밀착성이 우수하다. 또한, 저온건조 및 자연건조가 가능하며 내약품성 및 내수성이 우수하고, 탈색 및 변색이 없다는 특징을 가지며, 코팅 대상의 성질에 구애되지 않고 도포가 가능하다.

도 2는 대상 표면에 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료를 사용하여 코팅층을 도포하는 일련의 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료 및 이를 사용하여 코팅층을 도포하는 일련의 과정을 단계 별로 설명하도록 한다.

먼저, 코팅 대상의 표면을 연마하는 연마단계(S1)가 수행된다.

이는 코팅 대상의 표면을 다듬어 이후 도포될 도료의 입자가 표면에 고르게 부착되도록 하는 역할을 하여, 도료를 코팅한 뒤 미려한 발색 효과를 얻을 수 있다. 본 단계에는 일반적으로 사포 등으로 표면을 문지르는 방법이 사용된다.

다음은, 친환경 수용성 코팅용 도료를 도포하는 도포단계(S2)가 수행된다.

본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료는 다양한 대상의 표면에 도포될 수 있으며, 착색 효과 및 표면 코팅 효과를 동시에 발현 가능하다. 특히 상기 대상은, 목재, MDF(Medium Density Fibreboard), LPM(Low Pressure Melamine Laminate), PB(Particle Board), 시트지 등의 판재, 조경시설, 체육시설, 공원시설 등의 시설물 및 건축시설 등의 구조물 등 다양하다.

한편, 상기 대상이 MDF 등과 같이 수분에 취약한 재질인 경우에, 수성도료를 사용하여 도포하게 되면 도료가 대부분 흡수되어 착색 효과가 충분히 나타나지 않고, 대상의 내구성을 떨어뜨리는 문제를 가져올 수 있게 된다.

따라서, 상기와 같은 경우 종래에는 유성도료를 사용하였으나, 상기 유성도료는 휘발성 유기화합물을 포함하므로 인체에 유해하며 환경오염의 가능성이 있다는 문제가 있었다.

하지만 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료의 경우에는 건조가 매우 빠르며, 침투성이 강화되어 밀착성이 우수하므로, 이와 같은 경우에도 제한 없이 사용이 가능하다.

그리고, 종래와 같이 유성도료만을 사용할 경우에는 도료를 도포 시에 러버롤러가 사용되었으나, 친환경 수용성 코팅용 도료의 경우에는, 본 단계에서 스폰지롤러가 사용될 수 있다.

상기 러버롤러는 고무 재질이기 때문에 스폰지롤러에 비하여 단단하며, 변형이 적기 때문에, 도료를 압착하여 평탄화시키거나 점성이 높은 유성도료를 도포하는 데 적합하다. 하지만, 러버롤러의 경우에는, 특정 효과를 얻기 위해 롤러 표면을 가공하기 힘들어, 도료 도포 시 다양한 효과를 얻기 힘들다는 문제가 있다.

이에 비하여 상기 스폰지롤러는, 스폰지를 가공하기 용이하기 때문에, 롤러의 표면을 다양하게 처리할 수 있다. 즉, 표면 모양을 다양하게 가공하여 도료를 도포할 시에 무늬를 넣거나 음영의 차이 등과 같은 효과를 만들어 낼 수 있는 것이다.

또한, 상기 스폰지롤러의 경우에는 액체에 대한 흡수력이 매우 뛰어나기 때문에, 특히 수성도료를 도포하기에 적합하며, 따라서 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료의 경우에도 적용이 가능하다.

한편, 본 단계에서 롤러 외에도 붓, 에어브러시, 스프레이 등 다양한 도장용 기구가 사용될 수 있음은 물론이다.

다음은, 친환경 수용성 코팅용 도료를 건조하는 제1건조단계(S3)가 수행된다.

본 단계에서, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료는 건조시간 단축을 위해 일반적으로 열풍건조 과정을 거치게 되며, 지촉건조 상태까지 건조시키게 된다. 지촉건조란 손가락으로 가볍게 접촉했을 때 점착성은 있으나 도료가 손가락에 묻지 않는 상태를 말한다.

그리고, 상기 열풍건조는 100℃ 내지 120℃의 온도에서 10초 내지 15초 동안 건조하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료는 초저온 안정성을 가지며, 넓은 온도 범위에 걸친 건조성을 가지기 때문에, 본 단계에서 자연건조 또는 저온건조를 거칠 수도 있다.

이와 같이, 도포단계(S2) 및 제1건조단계(S3)를 거쳐 코팅 대상의 표면에 1차적으로 도막이 형성된다. 그리고, 필요에 따라 상기 도포단계(S2) 및 제1건조단계(S3)를 교대로 반복하여 수행하는 것이 가능하다. 즉, 더 두꺼운 코팅 필요할 경우나 추가 도색 효과가 필요할 경우 상기 두 가지 단계를 반복하여 중첩된 효과를 얻을 수 있다.

예를 들어, 상기 두 단계를 더 반복함으로써 다른 색을 덧씌워 혼합 효과를 낼 수도 있고, 스폰지롤러의 표면 모양을 다르게 하여 추가적인 무늬를 형성하는 방법이 사용될 수도 있는 것이다.

다음으로, 친환경 수용성 코팅용 도료를 재도포하고, 표면을 평탄화하는 레벨링단계(S4)가 수행된다.

본 단계에서, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료가 재도포되며, 이때 전체적으로 압력을 일정하게 분산하여 도포함으로써 표면을 평탄하게 처리할 수 있다.

그리고, 이를 위하여 본 과정에서는 러버롤러를 사용할 수 있으며, 러버롤러의 경우 표면이 스폰지롤러에 비하여 단단하므로 도료에 압력을 가하여 도포하기 용이하다. 즉, 러버롤러를 사용하여 제1건조단계(S3)를 마친 코팅 대상에 압력을 가하며 상기 친환경 수용성 코팅용 도료를 도포하게 되는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법은 도포단계(S2)에서 스폰지롤러가 사용될 수 있으며, 레벨링단계(S4)에서 러버롤러가 사용될 수 있다.

따라서, 스폰지롤러의 장점 및 러버롤러의 장점을 상기 두 과정에 의해 모두 적용할 수 있는 것이다.

다음으로, 재도포된 친환경 수용성 코팅용 도료를 건조하는 제2건조단계(S5)가 수행된다.

본 단계에서는 상기 제1건조단계(S3)와 동일한 도료 건조 과정을 거치게 되며, 마찬가지로 건조시간 단축을 위해 열풍건조가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 제1건조단계(S3)에서 설명한 바와 같이, 자연건조 또는 저온건조가 가능함은 물론이다.

다음으로, 상기 과정을 모두 거친 코팅 대상의 표면을 연마하고 마무리 작업을 하는 마무리단계(S6)가 수행된다.

본 단계에서는, 상기 제2건조단계(S5)를 마친 코팅 대상의 표면을 연마하여 파티클을 제거하고, 작업을 완료하는 과정을 거친다.

이와 같이, 본 발명의 친환경 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법은, 종래에 UV코팅도료를 도포할 경우 필수적으로 다수 회 반복되던 도포 과정을 단축함으로써 작업시간 및 비용의 절감이 가능하다.

또한, 구성 성분에 유해성이 없으므로 친환경적이고, 제한 없이 다양한 코팅 대상에 작업이 가능하며, 스폰지롤러 및 러버롤러를 모두 사용함으로써 각 롤러의 장점을 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

S1: 연마단계 S2: 도포단계
S3: 제1건조단계 S4: 레벨링단계
S5: 제2건조단계 S6: 마무리단계

Claims (5)

1. 코팅 대상의 표면에 수용성 코팅용 도료를 도포하는 도포단계;
   상기 도포단계에서 도포된 수용성 코팅용 도료를 건조하는 제1건조단계;
   상기 수용성 코팅용 도료를 재도포하고, 표면을 평탄화하는 레벨링단계; 및
   상기 레벨링단계에서 재도포된 수용성 코팅용 도료를 건조하는 제2건조단계;
   를 포함하고,
   상기 수용성 코팅용 도료는 폴리우레탄 폴리머 40% 내지 55%, 나노세라믹 폴리머 15% 내지 25% 및 물 20% 내지 35%를 포함하여 조성된 것을 특징으로 하는 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1건조단계 및 상기 레벨링단계 사이에는,
   상기 도포단계 및 상기 제1건조단계가 교대로 반복되어 더 포함되는 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 도포단계는,
   스폰지롤러를 사용하여 상기 수용성 코팅용 도료를 도포하는 것으로 하며,
   상기 레벨링단계는,
   러버롤러를 사용하여 상기 수용성 코팅용 도료를 도포하는 것으로 하는 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1건조단계 및 상기 제2건조단계는,
   100℃ 내지 120℃의 온도에서 10초 내지 15초 동안 건조하는 것으로 하는 수용성 코팅용 도료를 사용한 표면 코팅방법.
5. 표면 코팅용 도료에 있어서,
   폴리우레탄 폴리머 40% 내지 55%, 나노세라믹 폴리머 15% 내지 25% 및 물 20% 내지 35%를 포함하여 조성된 수용성 코팅용 도료.

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