KR101267850B1 - 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노세라믹바인더 10~50중량%, 무기광물 10~50중량%, 물 10~30중량%, 알코올 10~30중량%, 시온안료 0.5~5중량%, 첨가제 1~10중량%로 구성되어 200~400℃에서 가열경화되는 것을 특징으로 하는 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료에 관한 것이다.
본 발명은 고온경화방식을 통해 도막이 쉽게 벗겨지거나 탈색 및 변색이 일어나지 않는 내구성, 내마모성, 오염방지 기능이 우수한 수용성 무기도료를 제공한다는 장점과 건조시간, 부착성, 작업성이 뛰어나며 휘발성 유기화합물 및 환경호르몬을 방출하지 않는 인체에 무해한 친환경 수용성 무기도료를 제공한다는 다른 장점이 있다. 아울러, 본 발명은 시온안료를 첨가하여 특정온도에서 무색으로 변하기 때문에 온도식별이 가능하며, 이를 응용하여 안전을 확보할 수 있는 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료를 제공함에 또 다른 장점이 있다.

Description

시온안료가 첨가된 수용성 무기도료{ZION PIGMENT ADDITION WATER-SOLUBLE MINERAL PAINT }

본 발명은 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노세라믹바인더 10~50중량%, 무기광물 10~50중량%, 물 10~30중량%, 알코올 10~30중량%, 시온안료 0.5~5중량%, 첨가제 1~10중량%로 구성되어 200~400℃에서 가열경화되는 것을 특징으로 하는 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료에 관한 것이다.

오늘날 오염물질로부터 유발되는 각종 질병을 막고 삶의 질 향상에 대한 관심이 그 어느 때보다 크다. 기존 화학페인트와 합성수지계 페인트는 유독성이며, 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 개발에 집중하여 현재에는 각종 도료, 코팅제, 접착제, 바인더, 프라이머 등 이와 관련된 소재가 수용성 또는 하이솔리드 도료 등이 대다수이며, 냄새가 없으며 환경물질이 없어 깨끗한 환경을 유지할 수 있게 한다.

한편, 시온안료란 온도에 따라 색이 변하는 염료로, 무기안료와 유기안료로 구분된다. 온도를 올리면 색이 변했다가 내려가면 다시 원래 색으로 돌아오는 가역적인 것과 그렇지 않은 비가역적인 두 종류가 있다. 가역적인 시온안료를 조합하면 온도를 올릴 때 다양한 색으로 변해가는 과정을 눈으로 볼 수 있다 .

상기 시온안료는 -15~65℃까지 온도별로 색깔이 변하는 등급이 있으며, 또한 물감을 혼합해서 다양한 색을 낼 수 있는 것처럼 2종류의 시온안료를 조합하거나 시온안료와 일반 안료를 조합하여 다른 컬러를 얻을 수도 있으며, 개발하기에 따라 여러 가지 제품요구에 응용이 가능하여 이를 이용한 간이온도계가 있으며 뜨거운 물을 부으면 색깔이 바뀌는 컵 등 다양한 용품들이 등장하고 있다.

이와 관련하여 조리용기에 전달되는 열의 온도에 따라 인쇄층에 시온안료 색상이 변함으로써 사용하기에 적정한 온도를 알려주는 조리용기의 가공방법 및 그 조리용기는 한국공개특허 제10-2010-0117502호에서 제안한 바 있으나, 특히 시온안료를 첨가한 소부경화형 수용성 무기 도료에 관하여서는 구체적으로 개시된 바가 없었다.

아울러, 한국공개특허 제10-2006-0026630호에는 합성수지 등에 시온안료를 소정비율로 배합하여 성형하거나 고화된 형상의 표면에 시온안료를 코팅처리함으로써, 소정 온도를 기점으로 일정한 색상으로 변화되어 식품용기의 온도를 식별할 수 있는 시온안료를 이용한 식품용기 및 그 제조방법에 관하여 제안한 바 있었으나, 이러한 방식은 저온으로 경화하는 방식으로 도장작업이 이루어졌기 때문에 반복적으로 금속재질의 조리도구나 세척도구를 사용할 경우 도막이 쉽게 벗겨지고 열에 노출될 경우 탈색 및 변색이 된다는 문제점이 여전히 남아있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

본 발명은 200~400℃의 범위에서 고온 경화시켜 도막이 쉽게 벗겨지거나 탈색 및 변색이 일어나지 않게 하는 내구성, 내마모성, 오염방지 기능이 우수한 수용성 무기도료를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 건조시간, 부착성, 작업성이 뛰어나며, 휘발성 유기화합물및 환경호르몬을 방출하지 않는 인체에 무해한 친환경 수용성 무기도료를 제공함에 다른 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 시온안료를 첨가하여 색 변화에 따라 온도를 식별하는데 있어 용이할 뿐만 아니라 응용하여 위험성을 경고하여 안전을 확보할 수 있는 시온안료를 첨가한 수용성 무기도료를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료는, 무기바인더 10~50중량%; 무기광물 10~50중량%; 물 10~30중량%; 알코올 10~30중량%; 시온안료 0.5~5중량%;및 첨가제 1~10중량%로 구성되어 200~400℃에서 가열경화되는 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 이상 선택될 수 있다.

이때, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올로 이루어진 군에서 1종 이상 선택될 수 있다.

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

또한, 상기 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료는 주방용품용으로 사용되는 것이다.

본 발명은 고온경화방식을 통해 도막이 쉽게 벗겨지거나 탈색 및 변색이 일어나지 않는 내구성, 내마모성, 오염방지 기능이 우수한 수용성 무기도료를 제공한다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 건조시간, 부착성, 작업성이 뛰어나며 휘발성 유기화합물 및 환경호르몬을 방출하지 않는 인체에 무해한 친환경 수용성 무기도료를 제공한다는 다른 장점이 있다.

아울러, 본 발명은 시온안료를 첨가하여 특정온도에서 무색으로 변하기 때문에 온도식별이 가능하며, 이를 응용하여 안전을 확보할 수 있는 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료를 제공함에 또 다른 장점이 있다.

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

본 발명에 따른 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료는 나노세라믹바인더 10~50중량%, 무기광물 10~50중량%, 물 10~30중량%, 알코올 10~30중량%, 시온안료 0.5~5중량%, 첨가제 1~10중량%를 포함하여 구성되어 200~400℃에서 가열경화 되는 것을 특징으로 한다.

상기 나노세라믹바인더는 무기질바인더로서 물이 첨가되면 화학반응이 일어나면서 접착제의 성질을 띠는 것이며, 휘발성 유기화합물을 방출하지 않는 친환경 수용성 세라믹바인더를 사용한다.

또한, 상기 나노세라믹바인더는 액상상태의 무기바인더로서 규산알루미나, 규산나트륨, 규산칼슘 중 어느 하나 이상의 나노입자가 물에 분산되어 있는 것이나 진흙, 시멘트, 점토, 석고(황산칼슘)과 같은 고상 상태의 무기바인더 중 어느 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다.

이때, 상기 나노세라믹바인더는 수용성 무기도료 총중량을 기준으로 10~50중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 10중량% 미만이면 물이 첨가되어도 접착제로서의 역할을 하지 못하며, 50중량%를 초과하면 점성이 높은 상태가 되어 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 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

이때, 상기 무기광물의 조성비는 수용성 무기도료 총중량을 기준으로 10~50중량%의 범위 내로 함유되는 것이 바람직하다. 10중량% 미만이면 도료 조성물 내 무기질 함량이 부족하여 내구성, 내마모성이 기준에 못 미치게 되며, 50중량%를 초과하면 표면에 석출 될 수 있어 도막의 외관이 깔끔하지가 않게 된다.

상기 알코올은 수용성 무기도료 총중량을 기준으로 10~30중량%가 바람직한데, 10중량% 미만이면 도료 배합에 있어 다른 물질을 녹이는 제 역할을 하지 못하며, 30중량%를 초과하면 무기도료 상태가 묽어지고 도장 작업 시 액이 흘러내려 작업하는데 어려움이 있게 된다.

이때, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

상기 시온안료는 43℃에서 적색이며 45℃이상에서 투명하게 변하게 되며, 물감을 혼합해서 다양한 색으로 사용가능하다. 이를 응용하여 온도를 식별하는데 있어 용이할 뿐만 아니라 위험성을 경고하여 사용자의 안전을 확보할 수 있다.

이때, 상기 시온안료는 전체 성분의 중량에 대해 0.5~5중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

0.5중량% 미만이면 온도에 따른 색의 변화를 인식하기가 용이하지 않으며, 5중량%를 초과하면 다른 성분들의 감소로 인한 분화구현상과 핀홀현상이 발생할 수도 있다.

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

또한, 상기 첨가제의 조성비는 수용성 무기도료 총중량을 기준으로 1~10중량%가 바람직하다. 첨가제가 1중량% 미만이면 상기 표면조절 첨가제나 증점제 등의 역할이 제대로 이루어지지 않아 도막의 표면 상태가 좋지못하며, 10중량%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.

상기 가열(소부)경화는 200~400℃에서 이루어지는 것이 바람직하다. 200℃미만에서 경화작업을 하게 되면 내구성 및 내마모성이 우수하지 않아 쉽게 벗겨지고 열에 노출되었을 경우 변색이나 탈색이 일어나 색상을 유지할 수 없으며, 400℃를 초과하면 도장작업이 완성된 제품의 변형을 일으킬수도 있다.

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
본 발명을 위한 실시예 1은 나노세라믹바인더 30중량%, 무기광물 30중량%, 알코올과 물의 혼합액 30중량%, 시온안료 2중량%, 첨가제 8중량%의 조성비로 구성하였다.

비교실시예 1~2
본 발명을 위한 비교실시예 1~2는 상기 실시예 1과 나노세라믹바인더, 무기광물, 알코올과 물의 조성은 동일하게 하고 시온안료와 첨가제의 함량에 변화를 주어 각각 2000rpm으로 60분 동안 교반하여 혼합되도록하고, 각 비교실시예의 함량은 아래의 표 1에 나타나있는 바와 같다.

성분	실시예1	비교실시예1	비교실시예2
나노세라믹바인더	30	30	30
무기광물	30	30	30
알코올과 물	30	30	30
시온안료	2	7	0.1
첨가제	8	3	9.9
합계	100	100	100

나노세라믹바인더는 규산나트륨, 규산알루미나, 규산칼슘을 혼합하여 사용하였으며, 무기광물은 산화규소, 산화세륨, 탄산칼슘, 활석, 마이카, 카올린을 사용하였으며 알로올은 메탄올, 이소프로필알콜을 선택하여 물과 함께 혼합하여 사용하였다. 시온안료는 43℃에서 적색을 나타내며 45℃에서부터 색깔이 사라져 투명하게 되는 시온안료를 사용하였으며, 첨가제로는 증점제(데구사),유화제(롬앤하스), 분산제(TEGO^® 분산제), 표면조절 첨가제(BYK)를 사용하였다.

비교예

비교예에서는 본 발명에 의한 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료의 효과를 확인하기 위하여 다음과 같이 실험하였다. 상기 실시예 1 및 비교실시예 1~2에 의해 제조된 도료를 각각 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3으로 하였고, 시중에 출시되어 판매되고 있는 가열경화형 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) 연필경도 : 미쯔비씨 연필경도계로 도막의 경도 측정.

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

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

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

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

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

11) 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	비교예
점도(cps/25℃)	75.0	79.1	73.2	80.0
비중	1.25	1.23	1.21	1.20
용기내 용액상태	양호	양호	양호	양호
건조시간	80초	81초	79초	80초
연필경도	9H	9H	9H	9H
열안정성	양호	양호	양호	양호
도장 후 표면상태	양호	양호	양호	양호
내마모성	20.0g	21.5g	20.3g	20.0g
촉진 내후성	양호	양호	양호	양호
부착성	100/100	95/100	100/100	100/100
작업성	양호	불량	양호	양호
색변화 (43℃)	적색	진한 적색	옅은 적색	-
색변화 (45℃)	투명	투명	투명	-

상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 2중량%의 시온안료를 첨가한 실시예 1은 43℃이하에서는 선명한 적색이었다가 45℃이상에서는 무색으로 변하였다. 시중에서 판매되고 있는 수용성 무기도료와 비교해볼 때 시온안료를 첨가하지 않은 비교예는 아무런 변화를 보이지 않았다. 이와 같은 색의 변화를 통해 사용자에게 위험성을 경고하여 안전을 확보할 수 있는 유용한 효과를 줄 수 있다.

실시예 2는 시온안료의 양을 7중량% 첨가한 결과 진한 적색이 투명하게 변함으로써 온도변화가 있음을 확실히 인지할 수 있었지만 첨가제의 감소로 인한 부착성이 다른 실시예에 비해 상대적으로 저하되어 분화구현상과 핀홀현상이 발생하였다.

실시예 3은 0.1중량%의 시온안료를 미량 첨가하였다. 이에 적정온도인 43℃ 이하에서조차 옅은 적색을 나타내어 적정온도인지 확신이 들지 않았으며, 45℃이상에서 투명하게 색깔변화가 있어도 인식하기가 어려웠다.

이때, 상기 실시예1~3에 따른 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료는 내구성, 내마모성, 오염방지 기능이 우수하다고 나타나며, 열안정성 또한 뛰어나 이로써 탈색 및 변색이 일어나지 않을 것으로 확인되었다.

또한, 건조시간과 부착성, 작업성이 비교예의 무기도료와 비교해볼 때 품질이 떨어지지 않고 우수하다고 할 수 있으며, 휘발성 유기화합물을 방출하지 않아 인체에 유해하지 않은 친환경 수용성 무기도료임을 확신할 수 있었다.

Claims (5)

1. 규산알루미나, 규산나트륨, 규산칼슘, 진흙, 시멘트, 점토, 석고(황산칼슘) 중 어느 하나 이상이 선택되는 나노세라믹바인더 10~50중량%;
   무기광물 10~50중량%;
   물 10~30중량%;
   알코올 10~30중량%;
   시온안료 0.5~5중량%; 및
   첨가제 1~10중량%로 구성되어 200~400℃에서 가열경화되는 것을 특징으로 하는 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료.
   
2. 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 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 첨가제는 증점제, 소포제, 유화제, 분산제, 표면조절 첨가제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료.
   
5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료는 주방용품용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 시온안료가 첨가된 수용성 무기도료.