KR101289641B1 - 친환경 수용성 목재 크랙 방지제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수용성 기반의 친환경 수용성 목재크랙 방지제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아크릴 에멀젼 수지(Acrlic emulsion resin), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dipropylene glycol monomethyl ether)(cas 번호 34590-94-8), 계면활성제 및 물을 포함하는 수용성 기반의 친환경 수용성목재 크랙 방지제(crack seal)에 관한 것이다. 본 발명의 크랙 방지제는 방수성. 내구성. 내후성. 반영구적 이며, 도막이 부풀어 오르거나 벗겨짐. 갈라짐이 방지되고, 수분 침투로 인한 목재의 비틀림 및 크랙방지 효과가 있다. 또한, 목재 표면 내부로 침투하여 보호막을 형성하여 높은 UV 안정성과 산성비에 강하며 세척이 가능하고, 목재 표면의 유. 무광 코팅으로 나무결의 자연미를 유지시키고, 곰팡이. 이끼 발생의 방지 및 통기성이 양호하다(Breathing). 이외에 한 UV 차단효과, 목재의 풍화 방지 효과, 특화된 기술의 목재의 조습작용과 기능을 유지하며 보호, 도장시 향기가 나며 건조 및 도장 시간이 짧아 비용 절감, 친환경적으로 환경부 휘발성유기화합물(V.O.C) 함량등급기준 1등급이며 유독성 물질 및 중금속 없어서 목재 제품의 코팅에 널리 사용될 수 있다.

Description

친환경 수용성 목재 크랙 방지제{Eco-Friendly Water Soluble Wood Crack Sealer}

본 발명은 수용성 기반의 친환경 수용성 목재 크랙 방지제에 관한 것이다.

아크릴수지는 투명성, 내구성, 내열성, 내산화성, 접착성 등의 물성이 우수한 고분자로 가장 범용으로 사용되는 고분자 수지중의 하나이다. 도료, 잉크, 접착제, 각종 필름용 코팅제, 감압성 접착제 등 제조 산업의 각 분야에서 널리 사용되고 있다.

벽지 또는 목재용으로 사용되는 코팅제는 지금까지 유성 아크릴 코팅제가 일반적으로 사용되고, 수성 코팅제는 거의 사용되지 않았다. 현재 국내에서 사용 중인 벽지 또는 목재용에 사용되는 코팅제는 유성 코팅제로서 석유계 용제를 다량 함유하고 있으며, 이로 인하여 도장 작업시 휘발되어 대기오염을 야기하고 화재 위험성이 높고 악취를 유발하여 작업자의 건강 및 안전에 많은 문제점을 유발한다. 따라서 이러한 벽지 또는 목재용에 적용되는 유성코팅제의 여러 문제점들을 해결하고자, 목재용 수성 코팅제 개발에 대한 요구가 증가하고 있다.

수성아크릴 코팅제 수지로서, 유화중합으로 얻어지는 수성 스티렌/아크릴레이트 혹은 아크릴레이트 중합체 에멀젼은 가격이 매우 저렴하고 비교적 내구성이 양호한 피막을 형성함으로서 자연건조형 건축 내. 외부용 도료의 주수지로서 많이 사용되고 있다.

미합중국 특허 제 5,852,095에는 아크릴레이트, 아크릴레이트와 라디칼 중합을 할 수 있는 반응성 유화제 및 실리콘 변성제를 사용하여 실리콘 변성 아크릴 유화중합체를 합성할 수 있음을 보였으나 실리콘의 함량이 너무 많아 유연성, 내열성, 재용해성이 떨어져 목재용에 사용하기에는 충분하지 못했다.

유럽특허 제 0,484,123 A1에는 수상에서 알콕시기나 실란올기를 지닌 실리콘 수지와 축합반응을 위한 촉매를 사용하여 도료용 주수지로 사용할 수 있음을 보였으나 도막이 너무 소수적이어서 사용하기에 불편하고 가격이 너무 고가인 단점이 있었다.

최근에 고온가열 순간 건조형의 경우 우수한 부착성, 내화학성, 인쇄적성, 재용해성, 내열성, 광택유지성, 유연성을 발휘하는 양이온 수성 코팅제 발현을 위해 실리콘 에멀젼 수지 및 아크릴 실리콘 코팅제의 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히 유럽에서 실리콘 에멀젼을 많이 사용하고 있지만 가격이 매우 고가이고 고온에서 가교도가 너무 빨라 내열성, 유연성, 작업성이 불량하다. 이의 보완을 위해서 자연건조형 일반 아크릴 에멀젼을 단순 혼합하는 방법을 사용하고 있으나 무기 수지인 실리콘 에멀젼과의 상용성 문제가 있고 또한 충분한 내열성, 유연성, 내화학성 발현에는 충분하지 못하였다

이에, 본 발명자들은 목재 코팅용 크랙 방지제를 개발하고자 노력하던 중, 아크릴 에멀젼 수지에 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르와 계면활성제를 첨가한 조성물을 제조한 결과, 방수성. 내구성. 내후성, 코팅후 목재의 비틀림 및 크랙방지 효과, UV 안정성과 산성 물질에 대한 보호 효과, 코팅의 질, 곰팡이. 이끼 등의 발생의 방지 및 통기성 정도, UV 차단효과, 목재의 풍화 방지, 목재의 조습작용과 기능 유지, V.O.C 함량등급 측정, 유독성 물질 및 중금속 유무 등에 있어서 탁월한 효과가 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 수용성 기반의 친환경 목재 무광 코팅의 수용성 크랙 방지제를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 아크릴 에멀젼 수지(Acrlic emulsion resin), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dipropylene glycol monomethyl ether)(cas 번호 34590-94-8), 계면활성제 및 물을 포함하는 수용성 기반의 친환경 수용성 크랙 방지제(crack seal)를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 수용성 기반의 친환경 수용성 크랙 방지제에 있어서, 상기 아크릴 에멀젼 수지는 30~40 중량%, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르는 1~5 중량%, 계면활성제는 1~5 중량%이고, 나머지 성분은 물로 이루어지는 것이 바람직하며, 이때, 상기 크랙 방지제는 아크릴 에멀젼 수지 100 중량부를 기준으로 입자크기가 50 내지 150 메쉬(mesh)인 규사 60 내지 200 중량부 및 탈크(talc) 10 내지 60 중량부를 추가로 함유하는 것이 바람직하고, 또한 상기 크랙 방지제는 분산습윤제, 동결방지제, 소포제, 레벨링제, 방부제, 증점제, pH 조절제, 도막조제로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 수용성 기반의 친환경 수용성 크랙 방지제에 있어서, 상기 계면활성제는 소듐도데실벤젠설포네이트, 소듐라우릴설페이트 및 옥틸페놀에톡시레이트로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 포함하는 것이 바람직하고, 본 발명의 상기 크랙 방지제는 목재에 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 목재 크랙 방지제의 제조에 사용되는 상기 아크릴 에멀젼 수지는 특별하게 제한하여 사용할 것은 아니며, 그 사용량은 30 내지 40 중량%인데, 만일 30 중량% 미만이면, 부착력이 떨어져 시공시 작업성이 저감될 수 있고, 반대로 40 중량비를 초과하면, 입자의 크기 및 수지의 점도면에서 바람직하다 않다.

또한, 본 발명의 크랙 방지제의 제조에 사용되는 상기 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(CH₃O(CH₂)₃O(CH₂)₃OCOCH₃)는 cas 번호 34590-94-8로서 아크릴 에멀젼 수지의 목재에 대한 접착력을 높여준다. 또한, 크랙 방지제의 안전성, 도포성, 막 형성성, 코팅 조성물의 점도, 형성된 막의 막 두께 등의 측면에서 효과적이다. 상기 아크릴 수지지와 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르가 잘 용해되고 적절한 혼합이 이루어지게 하며, 최종 조성물인 크랙 방지제가 용이하게 목재에 도포되도록 하기 위하여 계면활성제가 사용된다. 상기 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르가 1 중량% 미만이면 크랙 방지제의 목재 접착력이 떨어지고, 5 중량% 초과이면 소수성 성질이 강해져 수용성 성질이 약해진다. 상기 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dipropylene glycol monomethyl ether)는 경구(LD50)는 쥐에 의한 테스트에서 5.4 ㎖/㎏, 피부접촉(LD50)은 토끼 실험 테스트에서 20 ㎖/㎏ 였다.

본 발명의 목재 크랙 방지제의 제조에 사용되는 상기 계면활성제는 특별하게 한정하여 사용할 것은 아니며, 작업환경에 따라 양이온, 음이온 또는 비이온 계면활성제를 선택하거나 혼용하여 사용할 수 있고, 그 사용량은 1 내지 5 중량%인데, 만일 이 범위를 벗어나면, 응집현상이나 불필요한 자원이 낭비될 수 있다. 구체적으로, 입자크기, 수지의 점도, 내화학성 면에서 바람직하지 않다. 일반적으로 계면활성제를 바인더에 혼합하여 코팅 등을 행하는데, 음이온, 양이온, 비이온, 양성이온, 불소계 등의 계면활성제가 주로 사용되고 있다. 계면활성제의 예로는 소듐도데실벤젠설포네이트, 소듐라우릴설페이트, 옥틸페놀에톡시레이트 등을 들 수 있다.

본 발명의 크랙 방지제는 합성수지 아크릴우레탄 에멀젼 도료로서 목재를 포함한 다양한 제품의 코팅제로서 크랙을 방지하는데 사용도 가능함을 밝혀둔다.

먼저, 본 발명의 아크릴 에멀젼 수지는 공지된 다양한 방법으로 제조가능하다. 일례로, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, 노르말부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 스테아릴메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 베타-히드록시부틸메타크릴레이트, 디(에틸렌글리콜)모노메타크릴레이트 등으로 이루어진 군중에서 선택된 아크릴산 에스테르계 모노머 30 내지 70 중량부, 스티렌, α-메틸스티렌, 트랜스-β-메틸스티렌, β-메틸스티렌, 4-메틸스티렌 등으로 이루어진 군중에서 선택된 방향족 비닐계 모노머 10 내지 50 중량부, 푸마르산 에스테르 또는 메타크릴아미드 변성체 등의 부착증진용 아크릴계 모노머 1 내지 10 중량부 및 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산, 말레산, 이타콘산 등에서 선택된 유기산계 모노머 0.5 내지 4 중량부를 포함하는 모노머 혼합물 10 내지 60 중량부, 및 암모늄퍼설페이트, 소디움퍼설페이트, 포다슘퍼설페이트 등에서 선택된 라디칼 중합개시 촉매 0.1 내지 1 중량부를 혼합하여 부가 중합 혼합물을 제조하고, 이것의 pH를 8 내지 10으로 조절함으로써 아크릴 에멀젼 수지를 제조할 수 있다.

또한, 상기 수득된 아크릴 에멀젼 수지는 유리전이온도가 40 내지 90℃가 되는 것이 바람직하다. 유리전이온도가 40℃ 미만이면 텍프리(Tack free)성이 떨어지고 90℃ 초과이면 도막이 단단하여 유연성이 떨어진다. 또한 균일한 도막을 내기 위해 도막조제를 사용할 경우 그 사용량이 증가하여 작업성이 불량해진다.

상기 목재 크랙 방지제는 분산제를 더 포함할 수 있다. 상기 분산제는 도막의 내수성, 내마모성, 부착성, 내약품성과 도료의 저장성 및 충진제 등과의 분산 안정성을 확보한다. 상기 분산제의 예로는 모노인산에스테르 분산제, 폴리인산에스테르 분산제, 변성 실리콘계 분산제 등을 들 수 있다. 분산 안정성면에서 변성 실리콘계 분산제가 가장 바람직하다.

또한, 상기 목재 크랙 방지제는 알코올 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 알코올 용매는 도료의 건조 특성을 빠르게 할 수 있다. 상기 알코올 용매의 예로는 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 등을 들 수 있다.

본 발명의 목재 크랙 방지제는 무광의 코팅제로 사용될 수 있는데, 물과 수용성 아크릴로 만들어져 수용성이며 도장시에 거의 냄새가 없다. 또한, 본 발명의 크랙 방지제는 VOC를 포함하고 있지 않으며, 발수, 방수 공간의 안정성을 제공하며, 뛰어난 통기성을 갖고 있다. 본 발명의 크랙 방지제는 나무(목재) 특유의 향기와 무늬 등을 보존시키며 목재의 크랙을 방지하면서 자연미의 무광택을 지닌 양질을 갖는 코팅을 만들기 때문에 실내/외 목재에 좋다.

또한, 본 발명의 목재 크랙 방지제는 재도장할 긴 시간이 필요하지 않아 하루 정도에 도장을 끝마칠 수 있는 경제적이다. 구체적으로, 실내/외 목재,한옥 & 통나무 집과 조경 시설들, 수분이 보존될 필요가 있는 데크, 나무 울타리, 나무 다리 등에 사용되는데 목재에 자연미를 주는 투명코팅이 이루어진다.

특히, 본 발명의 목재 크랙 방지제는 모든 종류의 나무에 사용될 수 있으며, 뒤틀리고 깨지는 것을 막아 주고, 수분침투로부터 외부를 보존하며, 나무의 수명을 연장시키고, 곰팡이와 이끼로부터 예방적이며, UV로부터의 예방적 효과가 있다.

본 발명의 목재 크랙 방지제는 내. 외부 목재와 목조 구조물 및 조경시설물. 어린이 놀이터, 문화재. 사찰. 한옥주택. 통나무 주택. 목조 주택, 습기 보호가 요구되는 데크. 벤치. 목재교각. 해안가 구조물, 각종 목재의 방수기능과 반영구적 코팅 형성. 나무의 자연미를 보존하기 위한 투명코팅 요구시에 사용될 수 있다. 구체적으로, 가구. 문짝. 계단. 난간. 공예품. DIY. 한지 창호지. 장판. 모든 종류의 목공제품에도 사용될 수 있다.

본 발명의 크랙 방지제의 물리화학적 특성은 우유빛 점성이 있는 액상으로 순한 자극성 냄새가 난다. pH 8~10이고, 물에 잘 용해되며, 끓는점은 약 100℃, 녹는점은 약 0℃, 비중은 1.00~1.06, 점도는 70~90 KU이다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 크랙 방지제는 방수성. 내구성. 내후성. 반영구적 이며, 도막이 부풀어 오르거나 벗겨짐. 갈라짐이 방지되고, 수분 침투로 인한 목재의 비틀림 및 크랙방지 효과가 있다. 또한, 목재 표면 내부로 침투하여 보호막을 형성하여 높은 UV 안정성과 산성비에 강하며 세척이 가능하고, 목재 표면의 유. 무광 코팅으로 나무결의 자연미를 유지시키고, 곰팡이. 이끼 발생의 방지 및 통기성이 양호하다(Breathing). 이외에 한 UV 차단효과, 목재의 풍화 방지 효과, 특화된 기술의 목재의 조습작용과 기능을 유지하며 보호, 도장시 향기가 나며 건조 및 도장 시간이 짧아 비용 절감, 친환경적으로 환경부 휘발성유기화합물(V.O.C) 함량등급기준 1등급이며 유독성 물질 및 중금속 없어서 목재 제품의 코팅에 널리 사용될 수 있다.

도 1은 산림과학원에서 테스트한 본 발명의 크랙 방지제의 내한성 결과이고,
도 2는 산림과학원에서 테스트한 본 발명의 크랙 방지제의 도막할렬 발생에 대한 테스트 결과이고,
도 3은 목재의 상단에는 본 발명의 크랙 방지제가 코팅되지 아니하고, 하단에는 목재를 코팅한 상태의 목재 상태를 나타낸 사진이고,
도 4는 목재가 외부에 장기간 노출된 후의 코팅 여부에 따른 목재의 상태를 나타낸 비교 사진이다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예 1> 아크릴 에멀젼 수지의 제조

2ℓ 4구 유리제 플라스크에 온도계, 콘덴서, 교반기, 승온장치를 부착하였다. 여기에 탈이온수 620 g과 소듐라우릴설페이트 30 g, 옥틸페놀에톡시레이트 28 g을 넣고 80℃가 되도록 승온시켰다. 별도의 용기에 탈이온수 251 g, 소듐라우릴설페이트 30 g, 옥틸페놀에톡시레이트 28 g, 메틸메타아크릴레이트 492 g, 에틸아크릴레이트 102 g, 메타크릴산 61 g, 아조비스이소부틸니트릴 2 g을 넣고 교반하여 유화시켜 유화액을 수득하였다. 유화액 20 g을 플라스크에 넣고 시드(seed)를 합성한 후 남은 유화액 987 g을 3시간 동안 균일하게 플라스크에 적하하면서 에멀젼 중합을 실시하였다. 이렇게 합성된 아크릴 수지의 불휘발분은 45.2%, 점도 200 cps, 유리전이온도 82℃, pH 9였다.

<실시예 2> 크랙 방지제의 제조

상기 실시예 1에서 제조한 아크릴 에멀젼 수지 35 중량%에 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dipropylene glycol monomethyl ether)(미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼) 3중량%, 소듐도데실벤젠설포네이트 3 중량% 및 물 59 중량%를 혼합하여 크랙 방지제를 제조하였다.

<실시예 2> 물성 시험

상기 실시예 2에서 제조한 목재용 양이온 수성 코팅조성물을 사용하여 물성을 시험하였다. 구체적으로, 방수성. 내구성. 내후성, 코팅후 목재의 비틀림 및 크랙방지 효과, UV 안정성과 산성 물질에 대한 보효 효과, 코팅의 질, 곰팡이. 이끼 등의 발생의 방지 및 통기성 정도, UV 차단효과, 목재의 풍화 방지, 목재의 조습작용과 기능 유지, V.O.C 함량등급 측정, 유독성 물질 및 중금속 유무 등에 대하여 테스트 하였다. 그 실례로, 산림과학원을 통한 내한성과 도막할렬 발생에 대한 테스트 결과를 제시한다(도 1 및 도 2). 또한, 본 발명의 크랙 방지제를 코팅한 목재와 코팅하지 않은 목재 부분을 함께 외부에 일정 기간 방치하여 목재의 변성 여부를 테스트하였다(도 3 및 도 4).

그 결과, 본 발명의 크랙 방지제는 상기 테스트를 모두 통과하였으며, 크랙 방지에 효과적이어서, 목재의 특성을 유지시키는데 탁월하다.

한편, 본 발명의 구체적 범위는 상기 기술한 실시예 보다는 특허청구범위에 의하여 한정지어지며, 특허청구 범위의 의미와 범위 및 그 등가적 개념으로 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태를 본 발명의 범위로 포함하여 해석하여야 한다.

Claims (6)

1. 아크릴 에멀젼 수지(Acrlic emulsion resin) 30~40 중량%, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dipropylene glycol monomethyl ether)(cas 번호 34590-94-8) 1~5 중량%, 소듐도데실벤젠설포네이트, 소듐라우릴설페이트 및 옥틸페놀에톡시레이트로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 포함하는 계면활성제 1~5 중량% 및 나머지 성분은 물을 포함하는 수용성 기반의 친환경 수용성 목재 크랙 방지제.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 크랙 방지제는 아크릴 에멀젼 수지 100 중량부를 기준으로 입자크기가 50 내지 150 메쉬(mesh)인 규사 60 내지 200 중량부 및 탈크(talc) 10 내지 60 중량부를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 친환경 수용성 목재 크랙 방지제.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 크랙 방지제는 분산습윤제, 동결방지제, 소포제, 레벨링제, 방부제, 증점제, pH 조절제, 도막조제로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 수용성 목재 크랙 방지제.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 크랙 방지제는 목재에 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 수용성 목재 크랙 방지제.

Images