KR101294350B1

KR101294350B1 - 친환경 기능성 페인트 조성물

Info

Publication number: KR101294350B1
Application number: KR1020130044376A
Authority: KR
Inventors: 한언동
Original assignee: 한언동
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-08-07

Abstract

본 고안은 항균성, 소취성, 난연성이 우수하고, 원적외선이 방사되며, 무기질원료를 사용함으로써 친환경적인 새로운 기능성 페인트 조성물에 대한 것이다.
본 고안에 따르면, 물 100중량부에 대해 EVA계 공중합 폴리머 10~30중량부, 고령토 13 ~16중량부, 은-제올라이트 3~5중량부, 옥 25~30중량부, 흑운모 10~14중량부, 고온석영 15~18중량부, 이산화티탄 20~25중량부 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물이 제공된다.

Description

친환경 기능성 페인트 조성물{Eco-friendly functional paint composition}

본 발명은 친환경 기능성 페인트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항균성, 소취성, 난연성이 우수하고, 원적외선이 방사되며, 무기질원료를 사용함으로써 친환경적인 새로운 기능성 페인트 조성물에 관한 것이다.

생활수준이 향상됨에 따라 친환경 및 건강에 대한 인식이 점차 높아지고 있다. 특히, 주거환경에 대한 소비자들의 친환경적인 인식과 요구가 높아지면서, 이에 부응하기 위해 친환경을 표방하는 건축자재들이 많이 제공되고 있다.

다양한 건축자재 중에서도 페인트는 구조물의 마감재료로 사용되는 것이기 때문에, 친환경적인 특성이 상당히 중요한 제품이다. 이러한 인식으로 인해, 단순히 피도장물의 외관을 미려하게 장식하고 부식을 방지하는 기본적인 기능에서 벗어나, 항균, 소취, 원적외선방사 등의 기능을 가지는 친환경 페인트들이 제공되고 있다. 그러나 종래의 페인트들은 실질적으로 친환경적인 기능이 아주 미약한 수준에 불과하다.

한편, 화재시 인명 및 재산상의 피해를 줄이기 위해서는 건축자재의 난연성이 상당히 중요하다. 따라서 건축물의 난연성에 대한 규제가 점차 강화되고 있는 추세이다.

대한민국 공개특허 제10-2006-0084341호(2006. 07. 24)

본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 제안된 것으로서, 항균, 소취기능이 우수할 뿐만 아니라 난연성도 우수하고, 원적외선에 의한 건강증진기능도 기대되며, 특히, 이러한 기능성을 부여하기 위해 무기질원료들이 사용된 새로운 친환경 기능성 페인트 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 물 100중량부에 대해 EVA계 공중합 폴리머 10~30중량부, 고령토 13 ~16중량부, 은-제올라이트 3~5중량부, 옥 25~30중량부, 흑운모 10~14중량부, 고온석영 15~18중량부, 나노 실리카에 담지된 이산화티탄 20~25중량부 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 붕산으로 표면처리된 금속수산화물이 더 추가되되, 상기 금속수산화물은 물 100중량부에 대해 10~15중량부 포함된 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물이 제공된다.

삭제

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 에틸히드록시에틸 셀룰로오스 또는 천연 셀룰로오스가 더 추가되되, 상기 에틸히드록시에틸 셀룰로오스는 분자량이 10,000 ~ 500,000g/mole이며, 상기 물 100 중량부에 대해 1~1.5중량부 포함되고, 상기 천연 셀룰로오스는 물 100중량부에 대해 0.2~0.3중량부 포함된 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물이 제공된다.

삭제

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 물 100중량부에 대해 팽창질석이 5~15중량부 더 추가된 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물이 제공된다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 항균성, 소취성, 및 원적외선방사율, 난연성이 우수하다. 특히, 이러한 기능성을 부여하기 위해 고령토, 옥, 은-제올라이트, 흑운모, 이산화티탄, 고온석영 등의 무기질원료를 사용하기 때문에 환경친화적이다.

따라서 본 발명에 의한 페인트 조성물을 사용하는 경우에는 항균성, 소취성, 우수한 원적외선방사율로 인해 쾌적하고 건강에 유익한 환경이 조성될 뿐만 아니라 우수한 난연성으로 인해 화재에 대한 안전성도 우수하다.

또한, 붕산으로 표면처리된 금속수산화물이 사용되기 때문에, 금속수산화물을 상대적으로 적은 양 혼합하여도 우수한 난연성이 부여된다. 또한, 나노 실리카에 담지된 이산화티탄이 사용되어, 이산화티탄에 의한 광촉매효과와 더불어 실리카에 의해 난연성이 향상되는 일석이조의 효과를 얻을 수 있다.

또, 셀룰로오스에 의해 도막의 잔갈라짐이 방지되므로, 고품질의 도막이 제공된다. 또, 팽창질석이 혼합되어, 난연성이 향상되고, 단열성도 부여된다. ,

이하에서 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

본 발명은 물, EVA계 공중합 폴리머, 고령토, 은-제올라이트, 옥, 흑운모, 고온석영, 이산화티탄이 혼합되어 이루어진 수성 페인트 조성물이다.

EVA 공중합 폴리머는 투명성과, 접착력, 내구성이 우수한 폴리머로서, 본 발명에서 사용이 바람직하다. EVA계 공중합 폴리머는 물 100중량부에 대해 10~30중량부 사용된다. EVA계 공중합 폴리머가 10중량부 미만 사용되면 피도장물에 대한 접착력이 저하되고, 30중량부를 초과하는 경우에는 페인트의 점도가 과도하게 상승되어 페인트의 도장성이 저하되므로 작업성이 나빠진다.

고령토는 Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O와 Al₂O₃·SiO₂·4H₂O를 주성분으로 하는 것으로서, 원적외선방사율이 높으며, 흡착력과 탈취력도 우수하다. 또한, 백색도가 우수하기 때문에 본 발명에서 사용이 바람직하다. 고령토는 평균입도가 300~350메쉬의 것이 사용되며, 바람직하게는 고온에서 소성하여 중금속 및 불순물이 제거된 것이 사용된다.

은-제올라이트는 나노 은이 제올라이트의 기공에 흡착된 것이다. 나노 은이 제올라이트의 기공에 흡착됨에 따라 은의 표면적이 증대되어 은에 의한 항균효과가 증대된다. 또한, 담체로 사용된 제올라이트에 의해 원적외선도 방사된다.

이러한 은-제올라이트는 은나노와 물이 혼합된 은나노수에 제올라이트분말을 함침시켜 제조된다. 바람직하게는 은-제올라이트는 300~450nm 정도의 평균입도를 갖는다.

그리고 옥은 음이온을 다량 방출하며, 습도 조절, 항균 및 탈취효과도 가진다. 또한, 흑운모는 우수한 원적외선방사체이다. 이러한 옥과 흑운모는 각각 평균입도가 300~350메쉬 및 3000~3200메쉬 정도의 것이 사용된다. 고온석영(Crystobalite)은 난연성을 부여하기 위해 사용되며, 고온석영 역시 평균입도가 300~350메쉬인 것이 사용된다.

이산화티탄(TiO₂)은 대표적인 광촉매물질이다. 이산화티탄은 자외선에 의해 여기되면, 여기전자와 여기전자에 의해 형성되는 정공에 의해 강한 산화환원력을 가진다. 따라서 이산화티탄에 의해 각종 유기물질이 분해, 살균되므로, 공기정화 및 살균, 탈취효과를 얻을 수 있다.

바람직하게는 이러한 이산화티탄은 나노 실리카에 담지된 것이 사용된다. 나노 실리카는 나노 크기를 갖는 실리카이다. 실리카는 원적외선방사 물질들의 주성분을 이루는 것으로서, 높은 원적외선방사율을 갖는다. 또한, 다공성 물질로서 높은 기공율을 가지며 흡착효과가 우수하다.

이산화티탄이 담지된 나노 실리카는 다음과 같이 제조된다. 분쇄된 규산광물을 NaOH에 첨가하고 25~80℃정도로 가온, 교반하여 실리카성분을 용해시킨다. 실리카성분이 용해된 용액의 액상분만 수집하여 계면활성제를 첨가하고, 산 또는 염기조건에서 수화 및 중화반응시킨다.

이러한 반응에 의해 생성된 침전물을 수거하여 물과 에탄올로 번갈아 가면서 세척하고 건조시킨 다음, 500~700℃로 하소(瑕燒)하여 계면활성제를 완전히 제거시키면, 나노 실리카가 완성된다.

이와 같이 하여 제조된 나노 실리카를 이산화티탄 분산액에 혼합하고, 수 시간동안 교반하면, 이산화티탄이 나노 실리카에 담지된다. 바람직하게는 산화성 관능기가 도입된 나노 실리카를 이산화티탄 분산액에 혼합한다. 산화성 관능기가 도입된 나노 실리카는 담지력이 더 우수하다.

나노 실리카에 산화성 관능기를 도입하기 위해서는 전술한 바와 같이 제조된 나노 실리카를 염산, 황산, 인산 및 질산 등의 무기산 수용액에 첨가하고, 5~11℃ 정도로 가온하여 수 시간동안 교반한다. 이와 같이 하면, 산화성 관능기가 나노 실리카에 도입된다. 교반 후 용액을 제거하고 정류수로 세정하여 사용한다.

이러한 나노 실리카에 담지된 이산화티탄을 사용하면, 이산화티탄에 의한 광촉매효과와 더불어 담체로 사용된 나노 실리카에 의해 조성물의 난연성도 향상된다. 또한, 실리카와 이산화티탄을 별도로 첨가하지 않아도 되므로 조성물의 제조가 용이한 장점도 가진다.

전술한 바와 같은 고령토, 은-제올라이트, 옥, 흑운모, 고온석영, 나노 실리카에 담지된 이산화티탄은 도장성, 접착성을 비롯하여, 항균성, 소취성, 원적외선방사율 등의 제반물성을 고려하여 혼합량이 조절된다. 바람직하게는 물 100중량부에 대해, 고령토 13~16중량부, 은- 제올라이트 3~5중량부, 옥 25~30중량부, 흑운모 10~14중량부, 고온석영 15~18중량부, 이산화티탄이 담지된 나노 실리카 20~25중량부 혼합된다.

한편, 본 발명에서는 상기 성분들 외에도 금속수산화물과, 팽창질석과, 보조난연제와, 셀룰로오스 등이 더 추가된다.

금속수산화물은 난연성을 향상시키기 위한 것이다. 바람직하게는 표면이 붕산으로 처리된 것이 사용된다. 금속수산화물로는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄이 사용되며, 붕산은 오르토분산, 메타붕산, 사붕산 등이 사용된다. 이와 같이 붕산으로 처리된 금속수산화물은 연소시 고체막을 형성하여 난연성을 향상시키는 차르(char)의 형성을 용이하게 한다.

일반적으로 금속수산화물은 할로겐계 난연제에 비해 친환경적인 특성을 가지나, 소정 수준의 난연성을 얻기 위해서는 과량으로 사용되어야 하는 단점이 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 붕산으로 표면처리된 금속수산화물을 사용하면, 상대적으로 적은 양의 금속수산화물로 높은 수준의 난연성을 기대할 수 있다. 이러한 붕산으로 표면 처리된 금속수산화물은 물 100중량부에 대해 10~15중량부 포함된다.

팽창질석은 난연성과 더불어 단열성을 부여하기 위한 것이다. 팽창질석은 평균입경이 300~350메쉬인 것이 사용되며, 물 100중량부에 대해 5~15 중량부 포함된다. 팽창질석이 5중량부 미만 사용되는 경우에는 팽창질석에 의한 효과를 기대하기 곤란하며, 15중량부 초과하는 경우에는 페인트 조성물의 점착성이 저하된다.

보조난연제는 상기 고온석영이나 금속수산화물과 같은 무기난연제를 도와 연기발생을 억제하고, 차르형성을 촉진한다. 보조난연제로는 삼산화붕소와 산화아연으로 이루어진 붕산아연계 화합물이 사용된다.

이러한 보조난연제는 물 100중량부에 대해 1.5~5 중량부 첨가된다. 보조난연제가 5중량부 초과하여 첨가되어도 난연특성이 크게 향상되지 않으므로 경제적인 측면에서 5중량부 이하로 사용된다.

셀룰로오스로는 에틸히드록시에틸 셀룰로오스(ethylhydroxyethyl cellulose) 또는 천연셀룰로오스가 사용된다. 에틸히드록시에틸 셀룰로오스는 수용성 바인더 고분자로서, 점증기능과 함께 도장에 의해 형성되는 도막의 잔갈라짐을 방지하기 위해 사용된다.

바람직하게는 에틸히드록시에틸 셀룰로오스는 분자량이 10,000~500,000g/mole의 것이 사용된다. 분자량이 상기 수준보다 높으면 용제에 대한 용해도가 저하되어 분산성과 젖음성이 낮아지며, 분자량이 상기 수준보다 낮으면 갈라짐 방지효과가 미미하기 때문에 에틸히드록시에틸 셀룰로오스의 사용량을 증가시켜야 한다.

그러나 사용량이 증가되면, 도막의 경화시간이 길어지는 단점이 있다. 이러한 에틸히드록시에틸 셀룰로오스는 물 100중량부에 대해 1~1.5중량부 포함된다.

그리고 천연셀룰로오스 역시 도막의 잔갈라짐을 방지하며, 소포제로서의 기능도 한다. 천연셀룰로오스는 물 100 중량부에 대해 0.2~0.3중량부 포함된다.

이와 같이 제조된 페인트 조성물은 백색을 띄며, 조색을 위해서는 수성조색제와 혼합하여 도장된다.

실시예 1

물 100 중량부에 대해 EVA계 공중합 폴리머 12중량부, 고령토 14중량부, 은-제올라이트 5중량부, 옥 25중량부, 흑운모 10 중량부, 고온석영 16중량부, 이산화티탄이 담지된 나노 실리카 20중량부, 붕산으로 표면처리된 수산화마그네슘 10 중량부, 팽창질석 5중량부, 에틸히드록시에틸 셀룰로오스 1중량부, 붕산아연 2중량부로 페인트 조성물을 제조하였다.

완성된 조성물을 1m×1m의 벽체에 도장하여 다수개의 시편을 만들고, 원적외선방사율과, 난연성, 소취성 및 항균성을 테스트하였다.

원적외선방사율

상기 시편으로 원적외선방사율을 측정하였다. KFIA-FI-1005 방법으로, 37℃의 온도에서 파장 5~15㎛범위의 방사율은 측정하였다.

FR-IR Spectrometer를 이용하여 방사율을 측정한 결과, BLACK BODY 대비 0.85의 방사율이 측정되었다.

난연성

상기 시편으로 난연성을 테스트하였다. 난연성의 평가항목으로 한계산소지수(LOI)와 고난연(VW-1) 등급의 합격여부를 기준으로 채택하였다. LOI는 ASTM D 2863에 의해 측정하였으며, VW-1은 UL 규격의 수직연소 시험장치에 의해 평가하였다. 평가결과는 표 1과 같다.

난연성	LOI	48
난연성	VW-1	합격

항균력

상기 시편을 이용하여 항균력을 테스트하였다. 항균력테스트는 포도상구균을 이용하여 Shake Flask법(KSM 0146-2003)으로 측정하였다. 그 결과는 <표 2>와 같다.

항목	블랭크	시편
초기균수	1.3×10⁵	1.3×10⁵
24시간 후	3.2×10⁶	＜10
감소율	-	99.9%

소취성

상기 시편을 이용하여 소취성을 테스트하였다. 소취성 테스트는 소취실험용장치 안에 50ppm의 암모니아가스를 주입한 후 30분, 60분, 90분, 120분 단위로 소취율(%)를 측정하였다. 이때 소취율은

소취율(%)= [대조편 가스농도 -시편 가스농도 /대조편 가스농도 ] ×100이다. 소취율은 <표 3>과 같다.

경과시간	대조편	시편
0	0%	0%
30분	0%	70%
60분	12%	75%
90분	18%	85%
120분	28%	88%

이상의 테스트결과를 통해 본 발명에 의한 페인트 조성물은 우수한 원적외선방사율과, 난연성과, 항균성 및 소취성을 가짐을 알 수 있다.

Claims

물 100중량부에 대해 EVA계 공중합 폴리머 10~30중량부, 고령토 13 ~16중량부, 은-제올라이트 3~5중량부, 옥 25~30중량부, 흑운모 10~14중량부, 고온석영 15~18중량부, 나노 실리카에 담지된 이산화티탄 20~25중량부 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물.
제1항에 있어서,
붕산으로 표면처리된 금속수산화물이 더 추가되되, 상기 금속수산화물은 물 100중량부에 대해 10~15중량부 포함된 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
에틸히드록시에틸 셀룰로오스 또는 천연 셀룰로오스가 더 추가되되,
상기 에틸히드록시에틸 셀룰로오스는 분자량이 10,000 ~ 500,000g/mole이며, 상기 물 100 중량부에 대해 1~1.5중량부 포함되고,
상기 천연 셀룰로오스는 물 100중량부에 대해 0.2~0.3중량부 포함된 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물.
삭제
제4항에 있어서,
상기 물 100중량부에 대해 팽창질석이 5~15중량부 더 추가된 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 페인트 조성물.