KR101236584B1

KR101236584B1 - 고강도 에어로젤 도료 조성물

Info

Publication number: KR101236584B1
Application number: KR1020100048966A
Authority: KR
Inventors: 이재환
Original assignee: 이재환
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2013-02-22
Also published as: KR20100075789A

Abstract

본 발명은 통상적으로 고비표면적, 저밀도 나노기공 집합체인 마이크로 입자 다공질 에어로젤(겔)(aerogel)을 포틀랜트 시멘트 대비 분말도가 두 배 이상 높은 미세 분말인 마이크로 시멘트 및 기타 무기질재료, 고분자 응집재료, 유기 합성폴리머, 탄화규소 등으로 복합화한 고강도 에어로젤 도료 조성물에 관한 것이다. 에어로젤을 복합화하기 위한 가온, 가압, 연화점 열원, 시간 소요과정 등의 복잡한 공정이 필요하지 않고 간편하게 에어로젤의 소수성 표면과 물 및 친수성 재료와의 반발력을 최소로 줄이고 친화력을 높여 교반 시 자연적으로 에어로젤의 표면을 습윤화, 점착, 밀착, 치밀화하고 도포 시 단시간에 압축되어 1회의 도장으로 표면경도 및 부착강도가 향상된 1밀리미터 내외의 도료 도막이 형성된다. 나노기공구조가 손상되지 않으며 내구성을 극대화한 것으로 고강도 도막이 형성된다. 넓은 온도범위의 단열, 방음, 전기절연의 용도로 적용되며 친환경적이며 에너지 절감에 기여한다.
[색인어]
에어로젤(겔) 실리카, 단열, 방음, 전기절연, 탄소에어로젤, 도료

Description

고강도 에어로젤 도료 조성물{HIGH STRENGTH AEROGEL PAINT COMPOSITIONS}

저밀도 나노기공구조 등으로 단열, 방음, 절연의 용도로 적용할 수 있는 기초 소재인 에어로젤을 복합화하고 이를 활용하여 실용화하기 위한 것으로 그 자체적으로 단독 적용의 한계를 극복하고 취성인 강도를 보완하며 압축하여 도료화한 것이다. 피도면 재질과의 부착강도 및 표면경도를 최대한 높여 넓은 적용 온도범위 및 내구성이 향상된 고강도 에어로젤 도료 조성물에 관한 것이다. 일반 판상형 보오드 타입의 무기질 패널과 합성수지 패널 및 유연형 시트상, 부착식 형태의 시공과 달리 일반 유기도장재와 동일한 방식의 도장이 가능하므로 쉽고 간편하게 에어로젤을 실용화할 수 있다. 경제적이며 효율적이고 능률적이다.

지금까지 단열 방음용으로 적용되고 있는 재료는 펄라이트, 석고, 팽창흑연, 열반사기능의 진공세라믹 등의 무기질재료 및 무기섬유와 합성수지, 발포 합성수지 등의로 구성된 재료로 플랜트 및 장비산업, 가전제품 등 다양한 형태로 적용이 되고 있다. 지구온난화방지 및 에너지 절감을 위한 성능을 더 높인 친환경적인 제품을 요구하고 있는 실정이고 이에 많은 공공연구소 및 기업에서 많은 연구를 하고 있다. 에어로젤 소재는 이미 개발 되었으나 성능 및 가격 경쟁력을 높이기 위한 연구와 새로운 공정개발이 진행되고 있다.

에어로젤 소재 자체적으로는 강도가 약해 단독 사용의 한계가 있고 이를 기타 재료와 복합화를 하여야 만이 그 취성을 극복할 수 있다. 그러나 그 특성을 유지하기 위한 초경량성 및 소수성 등으로 인하여 기타 친수성, 수용성 재료 및 수계 유기용제와의 복합화가 쉽지 않으며 결합력이 낮고 혼화성이 좋지 않아 전체 복합체의 체적증가, 뭉침현상 및 불균질하게 혼화가 되어 에어로젤 분말이 비산하는 등 에어로젤의 안정성에 문제가 발생될 수 있다. 유기용제인 시너류, 알코올 계통의 희석은 소수성 및 나노기공이 와해될 수 있어 에어로젤의 특성을 기대하기 어렵다. 일부 양쪽의 기판사이로 충진하는 등의 분말 자체를 부어 넣는 방법을 취하기도 하나 에어로젤 간의 느슨한 공극 생성으로 크게 효율적이지 못하다.

이에 본 출원인이 에어로젤의 복합화로 실용화를 이루기 위해 수년 간의 관련 연구개발의 과정 또한 배경기술로 적용될 수 있다. 에어로젤의 기공을 유지하고 소수성 표면을 물리적으로 점착 경화하기 위한 그 과정의 결과물로써 부족한 부분을 보완하고 특히 결합력 및 부착력을 향상시켜 압축강도를 제고하여 본 발명에 이르게 되었다. 본 출원인의 종래의 기술에 비해서 탄화규소, 퓨란수지 등의 적용으로 내열성 및 점착력을 높여 반영구적 도장 수명을 유지하며 도막의 하층부에 탄화규소 등이 위치하여 1차적 내열성 방어벽을 형성한다. 섭씨 -200℃∼700℃의 극저온 및 고온 적용이 가능하고 결합력이 증대되어 표면경도, 인장강도, 압축강도, 신축력을 극대화한 고강도 에어로젤 도료 조성물이다.

한국특허공보 중 현재 에어로젤을 본 출원과 유사하게 시멘트 등으로 복합화 하여 도료화한 경우는 극히 미미하고 일부 시멘트 포함 복합 발포형태의 '발포 세라믹의 제조방법' 및 탄산 칼슘, 소포제 등을 활용한 '소음 차단이 가능한 페인트'가 있는 것이 현실이다. 그 외 에어로젤을 복합화 하여 시트형태, 패널형태, 블랭킷형의 섬유질형태, 반도체소자 등의 전기절연층 형성 및 기존의 에어로젤을 쉽게 기타 재료와의 상용성을 좋게 하기 위한 소수성 에어로젤의 표면을 다시 친수성으로 표면 개질하는 수지 조성방법 등이 공개되고 있다.

미국특허공개 및 등록을 보면 모두 다 특정할 수는 없으나 에어로젤. 시멘트. 석고. 실리카. 산화마그네슘 등의 조성 도료 및 조성 코팅을 보면 현재 특허공개 1건, PCT 6건, 등록특허 16건(공보 및 등록 번호 US-05631052 외)으로 콘테이너(용기) 코팅, 시트 제조방법 등을 제시하고 있다.

전체적으로 본 출원과의 차이점을 보면 그 기술을 존중하며 개인적인 생각을 정리한다. 다소 다른 분석이 나올 수 있으며 주관적으로 표기한다.

100％ 무기질 성분 적용으로는 에어로젤을 복합화할 수가 없다. 초경량, 초소수성 에어로젤의 표면을 기타 무기 재료만으로는 점착하여 결합할 수 없다.

발포체 형성은 출발점 1 기준의 부피 공간 내에서 3∼4배, 7∼8배 이상 팽창하여 전체 체적증가를 가져오며 그 팽창된 공간 내에서 에어로젤이 산포하고 기로형성으로 그 특성을 기대하기 어렵다.

소포제의 적용은 생성된 기포를 제거하여 혼합력 및 밀착성을 부여하고 치밀화하기 위한 방법이나 교반 시 및 도막 형성 시 기포 발산에 의한 기포 통로의 생성으로 에어로젤이 기포 발산과 동시에 밖으로 튕겨 나가는 현상이 발생될 수 있고 20％ 이상의 에어로젤 손실을 가져올 수 있다. 물론 점착력 및 흡착 능력에 따라 다를 수 있으나 본 출원인의 여러 시험결과로 볼 때 이와 같이 짐작할 수 있다.

판재 내의 분말 충진은 앞서 언급했다시피 압축되지 않아 느슨한 미세공극의 다수 발생으로 능률적이지 못하다.

또한 일반 유성 도료와의 첨가 적용은 유기용제인 시너류, 알코올 계열 등이 소수성 및 기공을 와해시킬 수 있으므로 적용이 쉽지 않다.

일반 수용성 실리콘, 아크릴 등의 합성수지 에멀젼 타입에는 쉽게 혼화되지 않으며 설령 혼합한다 하더라도 에어로젤이 압축되고 일체화된 차단벽 형성을 하기가 쉽지 않고 점도상승 및 고온 적용에의 무리가 있다.

공개된 특허의 일부 문제점과 달리 일반적인 에어로젤의 복합화 난제의 일반적인 표기가 될 수 있으나 국내외로 에어로젤을 복합화 하여 코팅, 페인트, 도료, 피복 재료로 대변하고 상용화되어 대중화된 제품이 없는 것 또한 현실이다. 일부는 실리카 에어로젤을 친수성 또는 소수성 퓸드 실리카로 지칭하기도 하나 침강성, 수분 흡착성 일반 실리카는 친수성 표면을 가지는 것이 에어로젤과 전혀 다르며 에어로젤은 높은 기공률로 실리카 자체의 밀도를 급격히 낮추는 반면 하소 실리카 등은 내부 기공이 낮게 형성되어 에어로젤과는 전혀 다른 구조라 할 수 있겠다.

결론적으로 해결하려는 과제는 기초 신소재인 에어로젤을 일반적으로 쉽고 간편하게 적용하여 그 특성을 유지하고 에너지 절감과 더불어 내구성이 향상된 친환경적인 고강도 도료를 제공함에 있다. 에어로젤을 일단 물리적으로 점착하고 반발력에 의해 튕겨나가는 현상이 발생되지 않아야 하며 전체 재료를 압축 치밀화해야만 그 특성을 유지한다. 주로 수경화체의 형성으로 친환경성도 부여해야 하며 균질한 혼합 및 현장 시공성의 원활함과 피도면 재질과의 부착력 및 도막의 표면경도, 전체 도료의 강도, 냉온 반복 안정성, 내구성의 향상 등이 보장되어 반영구적 수명을 유지해야만 한다. 이에 물성이 크게 증대된 에어로젤이 함유된 고강도 에어로젤 도료 조성물을 제공함에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해서 고강도 에어로젤 도료 조성물의 조성 재료와 조성비를 제공한다.

조성물과 조성비는 중량비(wt％)로 적용되며 다음과 같다.

실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤 및 알루미나, 티타니아, 산화구리로 구성된 금속산화물 에어로젤 중 1종 이상 선택하는 단독 및 혼합 에어로젤 1∼35중량％.

마이크로 시멘트의 주결합 경화재료 3∼25중량％.

칼슘 설포 알루미네이트의 팽창성 압축재료 2∼8중량％.

퓸드 실리카, 실리카 퓸 중 1종 이상 선택하는 보강재료 1∼18중량％.

반수석고, 이수석고, 석고 플라스터 중 1종 이상 선택하는 증점재료 3∼20중량％.

산화마그네슘, 탄산마그네슘 중 1종 이상 선택하는 점도조절재료 0.5∼18중량％.

탄화규소, 탄화붕소, 탄화이트륨, 질화규소, 질화붕소, 산화지르코늄, 산화크롬, 산화하프늄, 산화이트륨, 산화코발트 중 1종 이상 선택하는 내열 보강재료 0.1∼15중량％.

탄소섬유, 유리섬유, 탄화규소섬유, 흑연섬유, 붕소섬유, 실리카섬유, 알루미나섬유, 폴리프로필렌섬유 중 1종 이상 선택하는 보강섬유 0.1∼25중량％.

폴리아크릴아마이드의 고분자 응집재료 0.1∼4중량％.

나노 실리카 에멀젼, 콜로이달 실리카, 알루미나 졸 중 1종 이상 선택하는 무기 점결재료 0.1∼12중량％.

액상 퓨란수지, 폴리이미드 분말, 폴리이미드 액상, 불소수지 에멀젼 중 1종 이상 선택하는 유기 점결재료 0.1∼8중량％.

물, 수용성 페놀, 수용성 우레아, 수용성 실리콘, 수용성 아크릴, 수용성 에폭시, 수용성 멜라민, 수용성 알키드, 멜라민 변성 아크릴수지, 실리콘 알키드수지, 수분산 아크릴계 폴리우레탄, 수분산 실리콘계 폴리우레탄, 퓨란 변성 우레아수지, 스티렌 부타디엔 고무에멀젼, 푸르푸랄수지, 푸르푸릴알코올 초기축합물, 폴리스티렌 아크릴, 폴리벤즈이미다졸, 플루오르화케톤 중 1종 이상 선택하는 경화희석재료 45∼88중량％로 구성됨을 특징으로 하는 고강도 에어로젤 도료 조성물.

본 발명에 의한 효과는 우선 에어로젤을 복합화하고 더불어 치밀화 하여 에어로젤 소재의 단독 적용의 한계를 극복했으며 강도를 최대한 높여 도료화한 것이 특징으로 국내외 제품화하고 대중적으로 실용화한 에어로젤 도료가 없는 상태로 이를 균질되게 조합하여 에어로젤을 활용하고 도료로 적용 및 개발하여 해결할 수 있게 한 것이 특징이다. 부착식 패널의 작업성을 개선하고 압축하여 도료화한 것으로 능률적이라 할 수 하겠다. 또한 표면경도 및 인장강도, 압축강도, 부착력, 지지력을 배가한 것이 특징이다. 플랜트, 장비산업, 전자, 전기, 정밀기기, 일반주거지, 연료전지, 태양광설비, 가전제품 등의 단열, 방음, 전기절연 등의 용도와 다양한 형태로 적용할 수 있는 고강도 에어로젤 도료 조성물이다. 1회 도장으로 1밀리미터 내외의 얇은 도장이 가능하고 에어로젤의 나노기공이 그대로 유지되어 열, 음파, 전기절연성을 부여하므로 기존의 단열 도료 및 부착식의 두꺼운 패널을 대체할 수 있을 것으로 본다. 에너지, 환경친화적인 에어로젤 도료로 기초할 수 있다.

마이크로 시멘트의 주결합 경화재료 3∼25중량％.

칼슘 설포 알루미네이트의 팽창성 압축재료 2∼8중량％.

폴리아크릴아마이드의 고분자 응집재료 0.1∼4중량％.

이상의 조성물과 조성 비율로 이루어짐을 특징으로 하고 이하 조성물의 기능 및 역할, 작용으로 표기한다. 실시예 및 비교예는 따로 기재하지 않으며 조성비의 수치 초과 및 이하를 전자는 과량, 후자는 소량으로 표기하며 주로 단열을 위주로 설명한다. 본 발명의 기본적 기능은 단열의 극대화를 요구하므로 에어로젤의 저밀도 나노기공이 그대로 유지되면 자연적으로 방음 및 전기절연의 효과를 기대할 수 있다. 또한 피도면으로의 도포 후 도막 두께를 1밀리미터 기준으로 할 때의 구조를 보면 전체적으로 모든 재료가 혼재된 상태로 존재하나 통상적 시험 결과치는 도막의 하층은 무기질 층 0.3mm 내외, 중간층은 에어로젤 층 0.6∼0.7mm 내외, 상층은 유기질 층 0.1mm 내로 이루어진다. 기존의 에어로젤 분말을 도료화 하여 국내외 제조 판매되는 제품이 현재까지는 없기 때문에 비교 평가하기가 쉽지가 않다.

에어로젤(겔)(aerogel)은 초경량, 초소수성, 저밀도 나노기공, 고비표면적, 낮은 열전도도(통상적 0.01∼0.02W/m.k) 등의 특성으로 단열, 방음, 전기절연의 기능으로 적용할 수 있는 기초 소재로써 본 발명에 도입하여 기타 재료와의 복합화로 그 특성을 살린다. 에어로젤의 복합화는 그 자체의 우수 특성인 초경량, 소수성 등으로 인하여 오히려 기타 재료와의 결합력 부재로 지금까지 복합화 하여 실용화된 예가 더물고 이를 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 통상적 에어로젤의 분포 기공 사이즈 1∼20나노미터 및 1∼60나노미터 이하로 적용 가능하고 그 집합체인 입자 분포 구경은 0.05마이크로미터∼20마이크로미터 및 0.05마이크로미터∼1밀리미터 이하가 주로 적용되며 작업 환경 및 재질 등의 변수 내지는 성능의 변화를 위해서는 입자 평균 분포 1마이크로미터∼5밀리미터의 과립형 입자가 적용될 수 있다. 탄소 에어로젤, 실리카 에어로젤 및 알루미나, 티타니아, 산화구리로 구성된 금속산화물 에어로젤이 적용되고 단독 및 혼합, 병행 적용될 수 있다.

소수성 표면의 에어로젤이 기본 적용되나 소수성 표면을 다시 표면 개질 및 친수성으로 변환한 친수성 에어로젤이 적용될 수 있다.

과량이면 에어로젤의 자체 부피로 인한 체적증가 및 소수성 성질이 많이 함유되는 결과를 초래하여 혼합이 되지 않으며 도료화할 수 없다. 그러나 주요 기능 성분인 에어로젤이 최대한 많이 함유해야만 그 역할을 수행할 수 있으므로 혼합성, 부착력 및 강도, 지지력 등을 고려하여 적정량 적용한다. 특수용도로 양쪽 기판 내의 적용 같은 경우는 도막이 보호되므로 최대로 적용하여 단열성을 극대화할 수 있다.

미세입자로 낮아질수록 혼합력이 낮고 그 이상일 경우에는 점착, 결합력은 좋으나 뭉침현상이 발생되고 도막의 표면상태가 미려하지 못하고 붓칠, 작업성이 좋지 않다,

에어로젤 그 자체로는 미세입자, 과립입자, 모노리스타입 순으로 복합화 시 열전도도 수치가 낮아 보이나 복합화를 했을 때는 미세입자의 혼합, 복합화가 어려운 만큼 과립입자의 복합화보다 단열, 방음, 방수성이 좋다.

소량이면 에어로젤의 기능을 상실하므로 일반적인 내열성 도료로 적용할 수밖에 없다.

마이크로 시멘트는 전체 도료의 주결합 경화작용을 한다.

일반 포틀랜트 시멘트 대비 분말도가 약 두 배 이상 높은 미세 분말(블레인 분말도: 6000㎠/g 이상)로 내구성 및 침투성이 우수하며 인체에 무해한 무기계 주입용으로 수작업시 손 등의 피부 벗겨짐 현상이 없다. 미세분말일수록 물 및 에어로젤, 기타 재료와의 접촉 표면적이 증대하여 전체 도료의 수화반응이 촉진되고 강도가 향상된다. 이에 본 발명에서 마이크로 시멘트가 그 역할을 하며 도료의 결합력을 높인다.

에어로젤이 초경량성으로 초기 교반 시 비중차에 의해 기타 재료와 심한 재료분리 현상이 발생되어 마이크로 시멘트가 에어로젤과 기타 재료의 층 간에 위치하여 혼합성을 좋게 하고 점착력을 일부 높여 에어로젤과 기타 재료를 하부로 끌어 당기고 점착 결합력을 높이고 수경화 혼화성을 높인다. 또한 도포 후 수경화 진행되어 도막의 표면경도 및 강도를 부여한다.

분말도가 9000㎠/g 이상으로 너무 높으면 오히려 재료 간 분리현상으로 결합력이 낮아 진다.

과량 시 혼화성 및 점도의 일부 상승, 도막의 평활성이 향상되고 도막의 표면이 미려할 수 있으나 주기능인 결합력이 낮아지고 부착강도 또한 낮아진다.

소량 시는 결합력, 지지력, 부착력이 낮아져 에어로젤과 기타 재료를 복합화하기가 어렵다. 이 또한 결합, 경화능력을 상실한다.

칼슘 설포 알루미네이트는 전체 도료의 팽창과 동시에 압축하는 기능으로 적용된다. 수화 반응 시 콜로이드상 침상구조의 에트링자이트 생성으로 팽창하며 응집성을 부여한다. 일반 셀룰로오스 계통의 전체적인 수평, 수직 팽창과는 달리 팽창과 동시에 신축성 및 수평적 압축성을 가지며 교반 시 에어로젤과 기타 재료가 혼합 및 혼화합되는 과정에서 콜로이드상 점성을 부여하여 전체 재료를 압축하여 혼화성을 좋게 한다.

에어로젤의 소수성 표면에 습윤성을 높이고 마이크로 시멘트 및 기타 재료와의 응력을 부여하여 점성력을 증대시킨다. 또한 도포 후 건조 경화 시 또한 콜로이드의 생성으로 주결합 재료인 마이크로 시멘트의 건조 수축 시에 따른 균열을 방지한다. 과량 시는 침상형 콜로이드의 과잉생성으로 일부 엷은피막이 발생된다. 이로 인해 교반 시 기포 발산이 억제될 수 있으며 점도상승 및 체적증가로 균질혼화 및 교반불량이 따르고 모든 재료들이 이격, 분리될 수 있다.

소량 시는 그 반대 현상으로 점성이 줄고 혼합력이 낮아 에어로젤과 기타 재료와의 밀착 및 균질한 혼화성이 낮아진다.

퓸드 실리카, 실리카 퓸은 보강재료로 적용된다.

실리카 퓸은 친수성으로 압축강도가 높으며 퓸드 실리카는 소수성 및 친수성 모두 적용될 수 있다. 3마이크로미터 이하의 입경이 적용되며 이 또한 미세할수록 응력이 증대한다. 시멘트를 일부 치환하여 적용될 수 있으며 점성을 갖고 있어 혼화력을 좋게 하고 강도를 높인다.

특히 주의할 점은 과량 시는 점도상승을 불러오고 체적증가로 인해 에어로젤과 주변 재료와의 거리가 멀어져 재료분리 현상이 발생되고 교반 시 및 도막의 건조 경화 시 압축되지 않아 에어로젤이 도막 내 산포되고 결합력이 낮아져 도막이 부실해질 수 있다. 또한 점도상승으로 유동을 좋게 하기 위한 수량의 증가가 발생된다. 그 결과로 도막이 부실해진다.

소량 시는 점착력이 낮아지고 에어로젤과 기타 재료와의 혼합력이 좋지 않아 결합력의 부실로 강도 및 부착력이 낮아진다.

소수성 에어로젤이 일반 친수성 재료와 매우 예민하게 반응하므로 그 표면을 물리적으로 점착하여 복합체를 형성하는 것이 쉽지가 않음을 알 수 있다.

간단한 표현으로 일반 친수성 재료와는 극이 같은 자석과 같이 에어로젤이 튕겨져 나간다.

유기용제인 시너류, 알코올 계열 등과의 화학적으로 결합을 하게 되면 소수성 및 내부 기공이 와해될 수 있다.

유분과의 접촉은 그 기공으로 유분을 흡수하므로 기름흡착 용도로 별도 적용된다.

단열, 방음, 전기절연용으로는 물리적 점착을 통한 그 기공이 유지되어야 한다.

반수석고, 이수석고, 석고 플라스터는 증점재료로 적용된다.

석고는 혼수 및 혼합 교반 시 부피팽창을 하는 성질을 갖고 있으며 이를 잘 활용하여 본 발명에 적용된다. 에어로젤의 소수성 표면과 마이크로 시멘트 등의 기타 재료와의 혼화성을 높이기 위한 무기 증점재료로 적용된다. 그 자체가 체적증가를 불러와 넓은 범위로 기타 재료를 점착한다. 팽창이 그대로 유지되면 전체 도료의 체적증가가 뒤따르나 기타 재료를 점착한 상태에서 폴리아크릴아마이드 및 칼슘 설포 알루미네이트 등과의 반응으로 그 부피가 축소된다. 또한 도포 시 전체 도료 성분이 에어로젤을 포함하여 가벼운 재료이므로 중질감이 없으며 부착력의 부실을 가져올 수 있으므로 이해 반하여 비중이 2.5 내외인 석고가 중질감을 부여하여 부착력을 증대시킨다. 그 자체 단열성능을 일부 가져 부수적인 단열성 부여 및 강도를 일부 향상시킨다.

과량 시는 그 자체 피막의 형성으로 에어로젤을 튕겨 나가게 할 수 있고 점도상승으로 오히려 도료의 물성이 나타나지 않으므로 적량을 적용하고 소량 시는 점도상승의 부족으로 결합력이 낮아질 수 있고 중질감의 결여로 피도면과의 점착, 부착력이 낮아질 수 있다.

석고 플라스터의 경우 경화 혼수량이 적으며 체적 증가가 낮고 강도가 높으나 강한 피막형성으로 에어로젤의 혼합을 오히려 방해할 수 있다. 보조 개념으로 소량 적용이 바람직하다. 시멘트 등의 기타 재료 대비 비중이 높다.

산화마그네슘, 탄산마그네슘은 점도조절 기능을 한다. 그 자체 수화 시 점성을 갖고 있으며 전체 도료 간 공극충진 및 보강재료로도 적용된다. 적정 점도유지는 전체 도료를 압축할 수 있게 하며 균형된 유동성을 부여한다. 기타 재료와 혼재된 상태에서 폴리아크릴아마이드의 점도를 낮추며 적정량 적용하여 적정 점도를 유지시킨다. 교반 시 도료를 압축하고 건조 경화 시는 결합력을 증대하는 역할을 한다. 이 또한 정량 사용이 요구되며 전체 도막에 영향을 미친다. 과량 시는 폴리아크릴아마이드와의 불균형으로 반응량이 많아 압축된 점도가 낮아지며 오히려 체적증가를 가져올 수 있고 유동성이 감소되며 압축화된 점성력이 낮아져 전체 부피팽창이 이루어져 층 간 느슨한 공극이 발생될 수 있다. 결과적으로 애매한 표현인데 압축하는 점성력이 줄어들어 오히려 전체 도료의 체적 증가가 형성된다. 소량 시는 점도가 그대로 유지되고 점도가 상승된 채로 밀착되지 않아 혼화성이 좋지 않고 압축되지 않는다.

탄화규소, 탄화붕소, 탄화이트륨, 질화규소, 질화붕소, 산화지르코늄, 산화크롬, 산화하프늄, 산화이트륨, 산화코발트 등은 내열성 보강 재료로 적용된다. 고강도 도막을 형성한다. 교반 시 기타 재료에 큰 영향을 미치지 않으나 정량 적용한다. 내구성 및 낮은 열팽창, 고온장력 및 열충격에 강한 성질을 갖고 있는 재료이다. 적용분말들은 원료분말의 순도 및 소결제의 양과 형태에 따른 공정 변수가 있으므로 철분함량을 최대로 줄여 열전도도를 낮게 형성된 재료를 적용하며 도막의 전체에 존재하여 결합강도를 높이나 주로 도막의 하층부에 존재량이 많아 1차적 내열 층을 형성하여 피도면과의 결합력을 높이고 전체 도료 도막의 표면경도 및 강도를 한층 높인다. 본 도료는 간접열을 기준으로 하며 내화성이 아닌 내열성 단열 도료이다. 본 출원에서 내열성 및 강도를 한층 높이기 위하여 적용하며 에어로젤이 자체적으로 강도가 약하고 마이크로 시멘트 등의 기타 재료는 주로 경화 결합력을 높이며 탄화규소 등은 전체 도막의 강도를 증진한다. 과량 시는 이 또한 에어로젤외 기타의 일반적 기로형성 재료가 될 수 있고 소량 시는 강도를 기대하기 어렵다.

탄소섬유, 유리섬유, 탄화규소섬유, 흑연섬유, 붕소섬유, 실리카섬유, 알루미나섬유, 폴리프로필렌섬유 등은 보강용 섬유로써 도료 도막의 강도를 높이며 균열방지 기능도 겸한다. 도막의 일부 굽힘성을 부여하며 도막 하층의 무기질 층과 상층 유기질 층과의 연결성 결합력을 높이며 강도강화에 기인한다. 길이 방향 2밀리미터 이하 및 축 방향 0.5밀리미터 이하를 적용할 수 있다.

과량 시는 섬유질의 체적증가로 혼화성이 좋지 않고 강도가 낮아지며 소량 시는 보강재료의 부족으로 결합력이 낮아 강도가 낮아질 수 있다.

폴리아크릴아마이드는 분자량 400만 이상의 수용성, 흡수성, 유기 고분자 응집제로써 전체 도료의 응집재료로 적용된다. 일반 셀룰로오스 계통의 흡수성폴리머 재료와 달리 고흡수기능을 보유하고 있다. 분말이 적용된다. 액상은 물속의 이온과 반응하여 반응성이 낮아져 효율성이 낮다.

물의 혼입 교반 시 겔화가 빠르게 진행되며 점도가 상승하여 에어로젤의 소수성 표면과 기타 재료의 친수성 표면을 수분을 머금고서 점착시킨다. 이는 에어로젤의 표면을 습윤화하고 점착력을 높여 마이크로 시멘트 등이 물리적으로 점착되게 하는 것으로 향후 고형체가 형성되도록 한다. 그 점성으로 인해 교반 시 혼합력 및 결합력을 증대하나 석고와 마찬가지로 점성이 계속 유지되면 점도상승 및 그로 인한 교반 불량과 재료 간 거리가 이격되어 압축하지 못하고 치밀화되지 않는다. 칼슘, 마그네슘 등 다가의 금속 양이온이 있는 수용액 상태에서 머금은 수분을 일부 배출하며 에어로젤과 기타 재료가 혼재되고 점착된 상태에서 점도가 낮아져 압축이 진행된다. 초기 점도를 높이는 에어로젤과 시간 경과 후 점도를 낮추는 무기계의 비율이 매우 중요하며 그 균형이 깨어지면 도료화할 수 없다. 기본 점성을 유지하면서 적정 점도를 유지해야만 양균형이 형성되어 적정 에멀젼화가 진행되고 압축된다.

과량 시는 점성의 상승으로 겔화 상태가 그대로 유지되어 뭉침현상이 발생하고 에어로젤과 기타 재료가 전혀 어울리지 않으며 도막 형성이 되지 않는다. 소량 시 또한 응집성이 결여되어 에어로젤과 기타 주변 재료를 응집할 수 없다. 결론은 도료화할 수 없다.

나노 실리카 에멀젼, 콜로이달 실리카, 알루미나 졸은 무기성 점결재료로 적용된다. 액상에 분산되어 있는 콜로이드상이며 점착성을 높여 고형, 결정체를 형성한다. 이는 강도를 높이는 것과 동일한 역할이며 액상으로 이루어져 점결력을 증대한다. 고형분 함량이 50％이하가 적당하며 그 이상일 경우 점도조절을 위한 수량의 증가가 올 수 있다. 에어로젤 및 마이크로 시멘트 등 기타 재료가 혼화된 상태에서 결합력을 증대하며 내열성 재료로써 도막의 전체 강도를 높이며 일부 점성을 부여하여 혼화성을 좋게 한다. 과량 시는 마이크로 시멘트와의 반응성이 좋아 점도가 상승하고 뭉침현상이 발생될 수 있어 소량 적용이 바람직하나 소량 시 또한 건조 경화 시 결합력의 부재로 강도 약화를 초래할 수 있다. 균열이 발생될 수 있고 부착력이 낮아질 수 있다.

액상 퓨란수지, 폴리이미드 분말, 폴리이미드 액상, 불소수지 에멀젼은 유기 점결재료로 적용된다. 전체 도료의 강도 및 내열성은 무기질 재료의 적용으로 향상되나 일부 신축성이 결여될 수 있어 이를 보완하는 것으로 적용된다. 또한 내열성이 높은 재료로써 고온에서의 접착 및 점결기능을 배가하기 위하여 적용되며 모든 재료와의 층 간 접착력 및 결속력을 높인다. 상온 및 저온 적용 시는 조성비 내의 대량 적용이 가능하고 고온 적용 시는 소량 적용이 적절하다. 섭씨 300도 이하의 내열성을 보유되는 유기성 합성 점결재료이나 무기재료 및 탄화규소, 무기 점결재료의 결속력을 위주로 하고 무기 점결재료의 부족한 부분을 보완하는 기능으로 적용된다. 과량 시는 내열성에 문제가 발생되며 소량 시는 신축성 결여 및 점착력, 부착력, 지지력 등이 약화될 수 있다.

물, 수용성 페놀, 수용성 우레아, 수용성 실리콘, 수용성 아크릴, 수용성 에폭시, 수용성 멜라민, 수용성 알키드, 멜라민 변성 아크릴수지, 실리콘 알키드수지, 수분산 아크릴계 폴리우레탄, 수분산 실리콘계 폴리우레탄, 퓨란 변성 우레아수지, 스티렌 부타디엔 고무에멀젼, 푸르푸랄수지, 푸르푸릴알코올 초기축합물, 폴리스티렌 아크릴, 폴리벤즈이미다졸, 플루오르화케톤 등은 경화희석재료로 적용된다. 기본적으로 물이 적용되고 수경화 진행되며 그 외 기타 재료와 복합적으로 적용한다. 점착성, 부착력, 결합력, 유동성 증대 및 기타 재료와 희석하여 경화체 형성 역할을 한다. 조성 비율의 차이가 넓은 것은 에어로젤의 혼합량과 밀접한 관계가 있으며 에어로젤이 자체적으로 기본 부피를 가지고 있으며 기타 재료와의 점착으로 압축하기 위해서는 수경성 및 수용성(한글백과사전: 물에 녹는 성질) 재료에 제공할 충분한 수량이 필요하며 필수 조건이다. 도막 건조 시 수화 반응하여 수경화체가 형성되고 잔수분은 상온에서 자연 건조, 증발한다. 물 외 재료들은 고형 성분이 도막 내 일부 존재하며 경화체 형성에 일부 관여하나 소량 적용을 위주로 한다. 과량 시는 교반 시 및 경화체 도막 형성 시 재료 간 이격되어 압축 치밀화되지 않아 균열발생 및 흘러내림 현상 등으로 고강도의 도료가 형성되지 않는다. 소량 시는 결합력이 낮아진다.

상술한 바와 같이 조성물과 조성비로 구성되며 도료의 형상은 1분말, 1액상으로 이루어진다. 시공 시 분말에 액상을 첨가하고 교반기 500∼3000rpm 이하 및 2분 이상 10분 이하 교반을 하여 도료가 완성되고 일반 유기 도장재와 동일한 방식의 붓, 로울러, 에어 스프레이, 에어리스 스프레이로 도장한다.

Claims

다음의 조성물과 조성비(중량％)로 구성되는 고강도 에어로젤 조성물.
실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤 및 알루미나, 티타니아, 산화구리로 구성된 금속산화물 에어로젤 중 1종 이상 선택하는 단독 및 혼합 에어로젤 1∼35중량％.
마이크로 시멘트의 주결합 경화재료 3∼25중량％.
칼슘 설포 알루미네이트의 팽창성 압축재료 2∼8중량％.
퓸드 실리카, 실리카 퓸 중 1종 이상 선택하는 보강재료 1∼18중량％.
반수석고, 이수석고, 석고 플라스터 중 1종 이상 선택하는 증점재료 3∼20중량％.
산화마그네슘, 탄산마그네슘 중 1종 이상 선택하는 점도조절재료 0.5∼18중량％.
탄화규소, 탄화붕소, 탄화이트륨, 질화규소, 질화붕소, 산화지르코늄, 산화크롬, 산화하프늄, 산화이트륨, 산화코발트 중 1종 이상 선택하는 내열 보강재료 0.1∼15중량％.
탄소섬유, 유리섬유, 탄화규소섬유, 흑연섬유, 붕소섬유, 실리카섬유, 알루미나섬유, 폴리프로필렌섬유 중 1종 이상 선택하는 보강섬유 0.1∼25중량％.
폴리아크릴아마이드의 고분자 응집재료 0.1∼4중량％.
나노 실리카 에멀젼, 콜로이달 실리카, 알루미나 졸 중 1종 이상 선택하는 무기 점결재료 0.1∼12중량％.
액상 퓨란수지, 폴리이미드 분말, 폴리이미드 액상, 불소수지 에멀젼 중 1종 이상 선택하는 유기 점결재료 0.1∼8중량％.
물, 수용성 페놀, 수용성 우레아, 수용성 실리콘, 수용성 아크릴, 수용성 에폭시, 수용성 멜라민, 수용성 알키드, 멜라민 변성 아크릴수지, 실리콘 알키드수지, 수분산 아크릴계 폴리우레탄, 수분산 실리콘계 폴리우레탄, 퓨란변성우레아수지, 스티렌 부타디엔 고무에멀젼, 푸르푸랄수지, 푸르푸릴알콜 초기축합물, 폴리스티렌 아크릴, 폴리벤즈이미다졸, 플루오르화케톤 중 1종 이상 선택하는 경화 희석재료 45∼88중량％로 구성됨을 특징으로 하는 고강도 에어로젤 도료 조성물.