KR101254487B1

KR101254487B1 - 자연경화형 수용성 무기 도료

Info

Publication number: KR101254487B1
Application number: KR1020120087781A
Authority: KR
Inventors: 하만부; 김재영; 정일경
Original assignee: 삼성세라믹(주); 대구가톨릭대학교산학협력단
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-04-23

Abstract

본 발명은 자연경화형 수용성 무기도료에 관한 것으로서, 구체적으로는 무기바인더 20~45중량%, 무기광물 20~45중량%, 물 5~15중량%, 알코올과 용제의 혼합액 5~35중량%, 첨가제 5~20중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 자연경화형 수용성 무기도료에 관한 것이다.
본 발명은 알코올이 첨가됨으로써 자연경화가 가능하여 누구나 용이하게 도장 작업을 할 수 있으며 도장 시간이 단축된다는 장점과 건조시간, 내수성, 부착성, 은폐력, 내구성, 작업성, 오염방지 기능이 뛰어나며 벤젠, 클로로포름, 톨루엔, 크실렌, 포름알데히드 등 휘발성 유기화합물을 최소화하여 냄새가 거의 없으며, 인체 또는 환경에 유해하지 않은 친환경적인 수용성 무기도료를 제공한다는 다른 장점이 있다. 아울러, 본 발명은 도막 표면에 가해지는 태양열을 효과적으로 반사하여 온도 상승을 억제하고, 태양열로부터 도막을 보호하고 탈색 및 변색을 방지하기 때문에 건축용 외장보드용 도료로써 적합하다는 또 다른 장점이 있다.

Description

자연경화형 수용성 무기 도료{NATURE HARDENING TYPE WATER-SOLUBLE MINERAL PAINT }

본 발명은 자연경화형 수용성 무기도료에 관한 것으로서, 구체적으로는 무기바인더 20~45중량%, 무기광물 20~45중량%, 물 5~15중량%, 알코올과 용제의 혼합액 5~35중량%, 첨가제 5~20중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 자연경화형 수용성 무기도료에 관한 것이다.

오늘날 오염물질로부터 유발되는 각종 질병을 막고 삶의 질 향상에 대한 관심이 그 어느 때보다 크다. 기존 화학페인트와 합성수지계 페인트는 환경오염 물질인 휘발성 유기화합물, 환경호르몬, 포름알데히드 등이 다량 방출되고 있어 인체에 유해할 뿐만 아니라 가연성이라 화재 시 유독 가스를 발생하여 건강과 생명을 위협하며 공해를 일으키는 문제점을 지니고 있다.

도료(페인트)는 건축물, 자동차, 선박, 생활용품 등에 광범위하게 사용되고 있으며 우리 생활과 밀접한 관계가 있어 도료업계는 유해 물질의 방출을 최소화하고 함유 기준에 적합한 도료 내지 친환경 도료 개발에 집중하여 현재에는 각종 도료, 코팅제, 접착제, 바인더, 프라이머 등 이와 관련된 소재가 수용성 또는 하이솔리드 도료 등이 대다수이다.

도료는 분류의 관점에 따라 도장 방법, 건조 조건, 도막의 성상 및 성능, 피도장물, 도장 장소, 도장 공정, 용도, 도료의 상태 및 유통경로 등으로 구분할 수 있다. KS에서는 주로 도료를 구성하고 있는 주성분(도막 주요소)에 의해 도료를 분류하고 이에 대한 규격들을 제시하고 있다. 이에 따라 일반적으로 도료를 분류할 때는 이 방법을 주로 많이 사용하고 있다.

도료의 분류방법 중 도료의 경화 및 건조에 따른 분류의 대표적인 종류로는 자연건조형 도료, 소부(가열)경화형 도료, 촉매경화형 도료, 자외선경화형 도료, 전자선경화형 도료 등이 있다.

수용성 무기도료에 있어 종래에는 통상적으로 고온 가열하여 건조하는 방식을 이용한 소부경화형 도료 및 그 제조방법이 채택되었다. 그 예로서, 한국공개특허 제10-2000-0047280호에는 비오염성 고온소부형 불소도료 조성물이 개시되어 있고, 한국공개특허 제10-2010-0125413호에는 실온 내지 250℃ 범위의 온도에서 열, 마이크로파 방사선 또는 UV방사선에 의해 코팅물질을 경화시키는 방법이 개시되어 있다.

상기 소부경화에 따른 도장작업은 열을 주어 경화시킴으로써 습기 및 방수처리에 강하며 수명이 길다는 장점이 있는 반면에 별도의 가열을 통한 경화과정이 이루어져야하며, 기술을 요하는 작업이기 때문에 숙련된 도장 기술자만이 작업에 임할 수 있었으며, 그에 따른 인건비 및 추가 비용이 발생한다는 문제점이 있었다.

이에 소부경화형 도료의 장점은 지니면서 누구나 용이하게 경화 작업을 할 수 있으며 도장시간을 줄일 수 있는 도료제품 개발에 대한 요구가 계속되고 있으며 이에 부응하는 새로운 경화방법을 이용한 수용성 무기 도료가 필요한 현실이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

본 발명은 알코올을 첨가하여 누구나 용이하게 경화 작업을 할 수 있으며 도장 시간을 단축할 수 있는 자연경화형 수용성 무기도료를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 건조시간, 내수성, 부착성, 은폐력, 내구성, 작업성, 오염방지 기능이 뛰어나며 휘발성 유기화합물, 환경호르몬을 최소화하여 냄새가 적으며 인체에 무해한 친환경적인 수용성 무기도료를 제공함에 다른 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 태양열을 효과적으로 반사하여 온도 상승을 억제하고, 태양열로부터 도막을 보호하고 탈색 및 변색을 방지하여 건축용 외장보드용 도료로서 적합한 수용성 무기도료를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 자연경화형 수용성 무기도료는, 무기바인더 20~45중량%; 무기광물 20~45중량%; 물 5~15중량%,알코올과 용제의 혼합액 5~35중량%; 및 첨가제 5~20중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 무기광물은 토르말린, 산화규소, 알루미나, 황토, 견운모, 자수정, 생광석, 죽탄, 의왕석, 귀양석, 흑요석, 맥반석, 광명석, 지르코니아, 산화세륨, 탄산칼슘, 활석, 규사, 마이카, 카올린으로 이루어진 군에서 1종 이상이 선택 될 수 있다.

이때, 상기 알코올과 용제의 혼합액은 알코올 100중량부에 대하여 용제 16~67중량부의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 자연경화형 수용성 무기도료이다.

또한, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 부탄올 중 1종 이상 선택될 수 있으며, 상기 용제는 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르(Propyleneglycol Monomethylether, PM), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세트산(Propyleneglycol Monomethylether Acetate, PMA), 부틸셀로솔브, 에틸셀로솔브로 이루어진 군에서 1종 이상이 선택될 수 있다.

이때, 상기 첨가제는 증점제, 소포제, 유화제, 분산제, 표면조절 첨가제로 이루어진 군에서 1종 이상이 선택될 수 있다.

또한, 상기 자연경화형 수용성 무기도료는 건축용 외장 보드용으로 사용될 수 있다.

본 발명은 알코올이 첨가됨으로써 자연경화가 가능하여 누구나 용이하게 경화 작업을 할 수 있으며 도장작업시간이 단축된다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 건조시간, 내수성, 부착성, 은폐력, 내구성, 작업성, 오염방지 기능이 뛰어나며 벤젠, 클로로포름, 톨루엔, 크실렌, 포름알데히드 등 휘발성 유기화합물을 최소화하여 냄새가 거의 없으며, 인체 또는 환경에 유해하지 않은 친환경적인 수용성 무기도료를 제공한다는 다른 장점이 있다.

아울러, 본 발명은 도막 표면에 가해지는 태양열을 효과적으로 반사하여 온도 상승을 억제하고, 태양열로부터 도막을 보호하고 탈색 및 변색을 방지하기 때문에 건축용 외장보드용 도료로써 적합하다는 또 다른 장점이 있다.

이하, 본 발명의 일실시예를 통하여 본 발명의 내용을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 자연경화형 수용성 무기도료는 무기바인더 20~45중량%, 무기광물 20~45중량%, 물 5~15중량%, 알코올과 용제의 혼합액 5~35중량%, 첨가제 5~20중량%를 포함하여 구성된다.

상기 무기바인더는 벤젠, 클로로포름, 톨루엔, 크실렌, 포름알데히드 등 휘발성 유기화합물을 최소화하여 인체 또는 환경에 유해하지 않은 친환경적인 수용성 무기바인더를 사용한다.

이때, 상기 무기바인더는 규산나트륨, 규산알루미나, 규산칼슘, 시멘트, 석고, 진흙, 점토 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 무기바인더는 수용성 무기도료 총중량을 기준으로 20~45중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 20중량% 미만이면 결합제로서의 역할을 하지 못하며, 45중량%를 초과하면 도료상태가 고형화되어 도장 작업 시 어려움을 겪게 된다

상기 무기광물은 토르말린, 산화규소, 알루미나, 황토, 견운모, 자수정, 생광석, 죽탄, 의왕석, 귀양석, 흑요석, 맥반석, 광명석, 지르코니아, 산화세륨, 탄산칼슘, 활석, 규사, 마이카, 카올린으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.

이때, 상기 무기광물의 조성비는 수용성 무기도료 총중량을 기준으로 20~45중량%의 범위 내로 함유되는 것이 바람직하다. 20중량% 미만이면 무기질 함량이 부족하여 내구성과 내열성이 적합 기준에 미치지 못하며, 45중량%를 초과하면 분화구 현상이 나타나게 되고 도막의 외관이 불량해진다.

상기 알코올 및 용제의 혼합액은 수용성 무기도료 총중량을 기준으로 5~35중량%가 바람직한데, 5중량% 미만이면 자연경화시간이 길어져서 도장시간이 연장되며, 35중량%를 초과하면 알코올이 과량 첨가되어 도료 상태가 묽어지고 도장 작업 시 액이 흘러내려 작업하는데 어려움이 있게 되며, 부착성 또한 떨어지게 된다.

또한, 상기 알코올과 용제의 혼합액은 알코올 100중량부에 대해 용제 16~67중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 알코올 100중량부에 대해 용제의 혼합중량비가 16중량부 미만이면 용제의 역할이 제대로 이루어지지 않고, 67중량비를 초과하면 알코올의 함량이 부족하여 자연경화되는데 오래 걸리게 되고 도장작업시간 또한 늘어나게 된다.

이때, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올 중에서 하나 이상 선택할 수 있으며, 상기 용제는 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, PM, PMA, 부틸셀로솔브, 에틸셀로솔브로 이루어진 군에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 알코올은 물에 용해되는 성질을 가지면서 분자 간 강한 결합인 수소결합을 하는 물보다 분자 간 결합이 약하기 때문에 물보다 더 빨리 증발한다. 수용성 무기도료에 알코올을 첨가함으로써 휘발성이 큰 알코올이 물과 함께 빠른 속도로 증발이 이루어지기 때문에 자연경화가 가능하게 되는 것이다.

상기 첨가제는 증점제, 소포제, 유화제, 분산제, 표면조절 첨가제로 이루어진 군에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.

이때, 상기 첨가제의 조성비는 수용성 무기도료 총중량을 기준으로 5~20중량%가 바람직하다. 첨가제가 5중량% 미만이면 상기 소포제나 유화제 등의 역할이 제대로 이루어지지 않아 도막의 표면 상태가 좋지못하며, 20중량%를 초과하면 다른 조성물의 함량이 상대적으로 떨어져 경화시간이 길어지고 내구성, 내열성이 적합 기준에 미치지 못하게 된다.

아울러, 상기 증점제는 점도조절, 증점 및 칙소성 부여 및 입자의 침강방지 및 재분산성 개선 및 흐름성 개선과 입자의 저장 안정성 개선에 사용되어 도료의 물성 및 저장성 등에 효과가 있다.

상기 소포제는 도료의 제조시나 작업시 도료 내에 있는 기포를 제거함으로써 도막 건조시 도막의 외관을 양호하게 하는 작용을 하며, 소포제를 사용하지 않으면 도막에 기포가 발생하고 반대로 과량을 사용하면 분화구 현상이 나타나는 등 도막의 외관이 불량해진다.

상기 유화제는 하나의 계에 유상과 수상이 있을 경우 그것을 서로 혼합하지 않으면 2상간의 계면이 생기는데, 계면활성제를 첨가하면 활성제의 극성기는 물에 녹고 비극성기는 유상에 용해하게 배합하여 수상과 유상간의 가교작용을 하므로, 이를 위해 유화제가 사용되며, 유화제를 사용하지 않을 경우 도료의 층 분리 및 도막 형성시 문제가 생길 수 있다.

상기 분산제는 도료 내에서 안료 및 체질안료의 분산을 향상시켜줌으로써 도막의 시각적 효과 및 은폐력이 좌우되며 도료의 제조시나 저장 및 도장시에도 중요한 역할을 하는데, 분산제는 수성 도료용 습윤 분산제로 유기 무기 안료용 분산제를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 표면조절 첨가제는 작업 시 도막의 면을 평활하게 해주어 도막 건조시 도막의 외관을 양호하게 하며, 도막이 형성되는 동안 불충분한 습윤, 불량한 습윤성, 크래터링 형성, 안료의 색분리 등과 같은 문제를 개선시키는 역할을 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 통하여 본 발명의 내용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 실시예 4

본 발명을 위한 무기바인더, 무기광물, 물 및 알코올 및 용제, 첨가제의 함량을 아래의 표 1에 나타나있는 바와 같이 다르게 첨가하여 실시하였고, 아래의 실시예 1~4에 대하여 2000rpm으로 60분 동안 교반하여 혼합되도록 하였다.

성분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
무기바인더	35	20	35	45
무기광물	30	45	20	25
물 및 알코올혼합액	25	25	40	20
첨가제	15	15	5	10
합계	100	100	100	100

무기바인더로 규산나트륨, 규산알루미나, 규산칼슘을 사용하였으며, 무기광물은 산화규소, 산화세륨, 탄산칼슘, 활석, 마이카, 카올린을 사용하였으며, 첨가제로는 증점제(데구사), 유화제(롬앤하스), 분산제(TEGO^? 분산제), 표면조절 첨가제(BYK)를 사용하였다.

알코올 및 용제로는 에탄올, 이소프로필알콜 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르(Propyleneglycol Monomethylether, PM), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세트산(Propyleneglycol Monomethylether Acetate, PMA), 부틸셀로솔브, 에틸셀로솔브를 선택하여 물과 함께 혼합하여 사용하였고, 실시예 1~4에서 물의 함량은 5중량%로 동일하며 알코올과 용제의 혼합액을 20중량%, 20중량%, 35중량%, 15중량%로 하였다.

실시예 5

실시예 5에서는 본 발명에 의한 자연경화형 수용성 무기도료의 효과를 확인하기 위하여 다음과 같이 실험하였다. 상기 실시예 1~4에 의해 제조된 도료를 각각 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4로 하였고, 시중에 출시되어 판매되고 있는 소부경화형 수용성 무기도료를 구매하여 이를 비교예로 하여 함께 실험하였다.

1) 점도 : 25℃에서 브룩필드 점도계로 측정.

2) 비중 : 도료온도 25℃에서 규정화된 비중 컵에 도료를 부어 그 무게를 측정.

3) 용기 내 용액상태 : 내용물에 딱딱한 덩어리, 이물질이 없어야 하며, 저었을때 쉽게 균일한 상태가 되어야 함.

4)건조시간(tack free) : 실온(25℃ 전후 1℃)의 실험실 공간에서 도장 후 경화건조를 측정. ( 엄지손가락으로 살짝 데었다가 떼었을 때 지문이나 눌림 자국이 없을 때의 시간)

5) 완전건조 : 실온(25℃ 전후 1℃)의 실험실 공간에서 도장 후 경화건조를 측정.( 엄지손가락으로 힘을 주어 비틀었을 때 손의 지문이 남지 않을 때의 시간)

6) 연필경도 : 미쯔비씨 연필경도계로 도막의 경도 측정.

7) 열안정성 : 300℃에서 12시간 유지 후 도막의 표면상태 확인.

8) 도장 후 표면상태 : 도장 후 도장표면에 기포나 얼룩현상 없이 깨끗한 표면상태 확인.

9) 내마모성 : CS18휠을 사용하여 100회 회전에 대하여 마모감량이 100g 미만일 것.

10) 촉진 내후성 : 500시간 촉진 내후성 시험 후 갈라짐, 부풀음 등이 없고 변퇴색이 없을 것.

11) 부착성 : 2mm 100칸을 칼로 그어서 3M 스카치테이프를 이용하여 붙였다가 순간적인 힘으로 빠르게 때었을 때 3칸 이상의 탈락이 없을 것.

12) 작업성 : 스프레이 도장을 하여 흘러내리거나 분화구 및 색 얼룩이 없을 것.

각각의 실시예와 비교예를 상기의 실험항목에 따라 측정하였고, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

실험항목	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예
점도(cps/25℃)	70	105	45	82	80
비중	1.3	1.5	1.1	1.2	1.2
용기내 용액상태	양호	양호	양호	양호	양호
건조시간	60초	50초	30초	75초	80초
완전건조	36시간	32시간	24시간	52시간	50시간
연필경도	9H	9H	9H	9H	9H
열안정성	양호	양호	양호	양호	양호
도장 후 표면상태	양호	양호	양호	양호	양호
내마모성	11g	4.5g	23g	15g	20g
촉진 내후성	양호	양호	양호	양호	양호
부착성	100/100	85/100	95/100	99/100	100/100
작업성	양호	분화구발생	흘러내림	양호	양호

상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1은 내마모성, 도장 작업성과 부착성이 우수하며, 시중에서 판매되는 소부경화형 무기도료와 비교해볼 때 건조시간이 짧아서 도장작업시간이 단축됨을 확인하였다.

실시예 2는 무기광물의 첨가량이 많아 내열성과 내마모성은 향상되었지만 분화구현상이 발생하였고 이에 도막의 외관이 불량해지고, 부착성 또한 현저히 낮아졌다.

실시예 3은 물, 알코올, 용제성분이 과량 첨가되어 스프레이 도장 작업 시 도장액이 흘러내려 작업성이 좋지 않고 부착성 또한 낮아졌다. 그리고 내마모성이 23g으로써 다른 실시예보다 많이 떨어지는 수치를 나타내었다.

실시예 4는 무기바인더의 함량을 높임으로써 상대적으로 무기광물과 알코올의 함량이 낮아져 작업성과 부착성이 약간 떨어졌을 뿐만 아니라 완전건조 시간이 현저히 길어져 전체 도장작업시간이 연장되었다.

이때, 상기 실시예에 따른 자연경화형 수용성 무기도료는 휘발성 유기화합물을 최소화하여 냄새가 거의 느껴지지 않았으며, 내열성 및 내구성, 열안정성이 우수하고 도막 표면에 가해지는 열을 반사하여 도막을 보호, 탈색 및 변색을 방지하기 때문에 건축용 외장보드용 도료로써 사용하는데 어려운 문제점이 없다는 점을 확인할 수 있었다.

Claims

무기바인더 20~45중량%;
무기광물 20~45중량%;
물 5~15중량%;
알코올 100중량부에 대해 용제가 16~67중량부의 비율로 혼합되어 있는 알코올과 용제의 혼합액 5~35중량%; 및
첨가제 5~20중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 자연경화형 수용성 무기도료.
제 1항에 있어서,
상기 무기광물은 토르말린, 산화규소, 알루미나, 황토, 견운모, 자수정, 생광석, 죽탄, 의왕석, 귀양석, 흑요석, 맥반석, 광명석, 지르코니아, 산화세륨, 탄산칼슘, 활석, 규사, 마이카, 카올린으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자연경화형 수용성 무기도료.
삭제
제1항에 있어서,
상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올 중 선택된 1종이며, 상기 용제는 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르(PM), 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세트산(PMA), 부틸셀로솔브, 에틸셀로솔브로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자연경화형 수용성 무기도료.
제 1항에 있어서,
상기 첨가제는 증점제, 소포제, 유화제, 분산제, 표면조절 첨가제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자연경화형 수용성 무기도료.
제 1항, 제 2항, 제 4항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자연경화형 수용성 무기도료는 건축용 외장 보드용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 자연경화형 수용성 무기도료.