KR101297222B1

KR101297222B1 - 중공 세라믹 비드를 포함하는 결로 방지 도료 조성물

Info

Publication number: KR101297222B1
Application number: KR1020130014031A
Authority: KR
Inventors: 이완조; 송혜성
Original assignee: 송혜성; 이완조
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-08-16

Abstract

본 발명은 결로 방지 도료 조성물에 관한 것으로서, 중공 세라믹 비드, 고분자 결합제, 첨가제 및 물을 포함하며, 도료 조성물 총 부피 대비 상기 중공 세라믹 비드는 40 내지 70%이고, 상기 고분자 결합제는 18 내지 30%인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 도료 조성물은 결로 방지 능력이 우수하다.

Description

중공 세라믹 비드를 포함하는 결로 방지 도료 조성물{ANTI-CONDENSATION PAINT COMPOSITION COMPRISING HOLLOW CERAMIC BEADS}

본 발명은 건설 기술에서 사용되는 도료 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 부유방지 기능이 있는 중공 세라믹 비드를 이용한 결로 방지 도료 조성물에 관한 것이다.

중공 세라믹 비드는 단열을 위한 재료로 매우 다양하게 사용되고 있다. 일반적으로 중공 세라믹 비드는 비드벽을 따라 열 흐름이 발생하기 때문에 비드의 크기가 클수록 단열 효과가 우수하고 벽의 두께가 얇을수록 좋은 단열 효과를 보인다. 중공 세라믹 비드는 보통 SiO₂를 이용하고 있어 벽의 두께가 얇을 경우 가공 시 파손되는 단점이 있고 취급이나 시공 시 파괴되는 단점이 있다. 중공 세라믹 비드의 파손은 열 흐름 차단에 나쁜 영향을 주며 소정의 목적 달성을 이룰 수 없다.

한편, 중공 세라믹 비드는 두께가 두꺼울 경우 높은 열전도가 발생하여 좋은 목적물을 만들기 어렵다. 그러므로 제조 방법이나 재료의 선정 모두 상당히 중요한 기술로 인식되고 있으며 이들을 이용할 경우 보다 고도의 제조 기술이나 분석 능력이 필요하다. 단열 도료의 경우 비드의 양이나 사용된 결합제의 양, 밀도 등이 페인트의 열전도율을 좌우한다. 결로의 경우 환경에 의하여 발생하는데, 일반적으로 약 15℃의 이상의 온도차가 있을 경우 발생한다. 특히 건물 내부의 습도가 높을 경우 외부의 온도와 내부온도 사이의 포화수증기량의 차이로 표면에 현저하게 물방울이 형성되는데 내부 대기 중의 상대습도가 차가운 벽체의 표면과 접하면서 상대습도가 100%로 되면서 그 이상의 대기 중 수분 함량은 응축되어 물방울이 된다. 이 물방울의 양은 온도차가 클수록, 공기의 습도가 높아질수록 많아진다. 결로가 발생할 경우 건축물의 표면에 붙은 병원균의 생장을 촉진시켜 부패발생의 원인이 되며 다량의 곰팡이가 번식하게 되어 위생 및 미관상 매우 나쁜 영향을 준다. 그러므로 현재의 주거 형태로 보아 공동 주택의 경우 적어도 내외부의 온도차를 15℃ 이내로 억제할 수 있는 단열 페인트가 요구되며, 특히 콘크리트 구조물이 대부분인 우리나라와 같은 건축 구조에서는 반드시 필요하다.

일반적으로 단열 도료가 열원으로부터 반사에 의한 단열 기구의 복합적 구성에 의해 구성되는 반면, 결로 방지 도료는 열전도율에만 의존하는 메카니즘으로 해석된다는 점에서 단열 도료와 구별된다. 실제 결로 방지 도료의 경우 중공 세라믹 비드의 종류나 도료 중의 비드의 양, 도료에 사용된 결합제의 종류와 양, 도료중의 충진제의 종류나 양은 매우 중대한 열전달 매체로 작용할 수 있어 이들의 구성에 대해 정밀한 구성을 이루어야 한다. 또한 종래의 중공 세라믹 비드가 포함된 도료는 중공 세라믹 비드의 매우 낮은 비중에 의하여 부유하는 단점이 있기 때문에 대부분 열전달 차단 능력이 떨어지는 벽체의 두께가 두꺼운 비드를 사용하는 것이 일반적이다.

종래의 결로 방지 도료는 단순히 중공 세라믹 비드를 포함하거나 발수 재료 등으로 구성하여 결로를 방지하도록 하였기 때문에 정확한 결로 방지 메커니즘을 확립하지 못해 결로 방지 효과를 거둘 수 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 중공 세라믹 비드를 사용하는 경우 발생하는 중공 세라믹 비드의 부유 문제를 해결하고, 우수한 단열성능 및 내구성을 얻을 수 있는 최적의 부피비를 갖는 결로 방지 도료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고분자 결합제의 양을 중공 세라믹 비드와의 부피비로 결정함으로써 우수한 결로 방지 목적을 달성하는 결로 방지 도료 조성물을 제시함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 중공 세라믹 비드, 고분자 결합제, 첨가제 및 물을 포함하는 결로 방지 도료 조성물로서, 도료 조성물 총 부피 대비 40 내지 70%의 중공 세라믹 비드 및 18 내지 30%의 고분자 결합제를 포함하는 결로방지 도료 조성물에 의해 달성된다.

상기 중공 세라믹 비드는 밀도가 0.125 내지 0.35g/cc, 파괴강도는 250 내지 2000psi 및 입자크기는 50 내지 150 ㎛ 이다. 상기 중공 세라믹 비드는 실리카(SiO₂)인 것을 특징으로 한다.

상기 고분자 결합제는 아크릴, 아크릴 공중합체, 폴리우레탄, 실리콘, 아크릴 실리콘 하이브리드, 아크릴 우레탄 하이브리드, 에나멜 및 라텍스로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, 열전도도가 0.25w/mk 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 첨가제로서 증점제, 레벨링제, 소포제 및 점탄성 부여제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 중공 세라믹 비드와 고분자 결합제를 포함한 결로 방지 도료에서 이들의 부피비와 중공 세라믹 비드의 크기, 밀도 등을 특정하고 외력에 대한 저항강도, 벽의 두께와 고분자의 열전도도를 특정함으로써 결로 방지 능력이 우수한 결로 방지 도료의 조성물을 제공할 수 있다.

도 1a은 중공 세라믹 비드의 부피비가 40%인 결로 방지 도료의 전자주사현미경(SEM) 사진이다.
도 1b는 중공 세라믹 비드의 부피비가 60%인 결로 방지 도료의 SEM 사진이다.
도 2는 사용된 중공 세라믹 비드의 벽 두께 측정 SEM 사진이다.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.

용어 약이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, 포함하다 및 포함하는이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.

이하 본 발명에 따른 결로 방지 도료의 조성물 및 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 결로 방지 도료의 조성물은 중공 세라믹 비드, 고분자 결합제, 첨가제 및 물을 포함하는 결로 방지 도료 조성물로서, 도료 조성물 총 부피 대비 40 내지 70%의 중공 세라믹 비드 및 18 내지 30%의 고분자 결합제를 포함할 수 있다.

상기 중공 세라믹 비드가 도료조성물 총 부피 대비 40% 미만인 경우, 결로 방지를 효과가 낮고 도료의 두께가 증가하여 시공 시간이 늘어나서 경제적이지 않다. 중공 세라믹 비드가 70%를 초과할 경우 도료 도포 작업시 어려움이 있으며 도료 조성물로 제조하는 것이 불가능해진다.

상기 중공 세라믹 비드의 부피비는 도료 조성물 총 부피 대비 40 내지 60%인 것이 보다 바람직하다.

도 1a 및 도 1b는 중공 세라믹 비드의 부피비에 따른 도료의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 도 1a는 중공 세라믹 비드의 부피비가 40%인 경우이고, 도 1b는 중공 세라믹 비드의 부피비가 60%인 경우의 도료의 SEM 사진으로서, 이들 모두 결로 방지 효과를 획득할 수 있을 정도의 중공 세라믹 비드의 연속적 구조를 형성하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 상기 부피비 내에서 도료 도포시의 작업성과 결로 방지 성능을 모두 확보할 수 있다는 점을 확인할 수 있다.

상기 중공 세라믹 비드는 다양한 내부에 중공을 갖는 세라믹 중에서 선택할 수 있으며, 바람직하게는 내부에 중공이 있는 실리카(SiO₂)를 사용할 수 있다.

상기 중공 세라믹 비드는 열 차단 극대화와 부유 방지를 위하여 밀도는 0.3 g/cc 이하일 수 있다. 만일 밀도가 0.3 g/cc보다 클 경우 도료의 전체 밀도가 0.6g/cc이상이 되어 열 차단 성능이 나빠지며 결로 방지 효과가 낮게 된다.

바람직하게는 상기 중공 세라믹 비드의 밀도는 0.125 내지 0.35g/cc일 수 있고, 0.15 내지 0.30g/cc인 것이 보다 바람직하다.

밀도의 경우 파괴강도와 밀접한 관계를 갖는 인자이다. 밀도가 높을 경우 결로 방지 성능이 나쁘며 밀도가 낮을 경우 파손되기 쉽다. 따라서 본 발명은 우수한 결로 방지 성능 및 시공성을 갖도록 최적의 밀도와 최적의 파괴강도를 갖는 중공 세라믹 비드를 선택한 것을 특징으로 한다.

중공 세라믹 비드의 파괴강도는 바람직하게는 250 내지 2000psi일 수 있고, 보다 바람직하게는 300 내지 500psi일 수 있다. 세라믹 비드의 파괴강도가 250psi 미만인 경우, 도료 제조시나 시공시에 파손되기 쉽다. 파괴 강도가 2000psi 초과인 경우, 중공 세라믹 비드 벽의 두께가 너무 두꺼워지기 때문에 이를 통한 열전달이 쉽게 발생하여 결로 방지 성능 확보에 어려움이 있다. 또한 결로 방지를 위해서 도료 도포시 도포 두께를 두껍게 하여야 하는 단점이 있다.

또한, 중공 세라믹 비드의 부유를 방지하기 위하여, 중공 세라믹 비드의 입자 크기가 50 내지 150㎛ 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 55 내지 100㎛일 수 있다. 중공 세라믹 비드의 입자 크기가 50㎛이하인 경우 중공 세라믹 비드의 두께가 두꺼워져 결로 방지 효과가 낮으며, 입자 크기가 150㎛이상인 경우 스톡스(stoke's)식에 의한 부유에 의해 도료로 구성하기 어렵다.

스톡스식은 스톡스 법칙으로도 알려져 있는데, 물질의 침강속도와 유체의 밀도 및 점도와의 관계를 표현한 식으로서 아래 식 1로 나타낼 수 있다.

[식 1]

상기 식에서 v는 침강속도, d는 입자의 지름, g는 중력가속도, e_s는 입자의 밀도, e_w는 액체의 밀도, μ는 액체의 점도이다. 그러므로 가볍고 지름이 클수록 입자의 상승속도가 크고 점도가 작을수록 입자의 상승이 빠르게 일어난다. 본 발명에서 사용하는 중공 세라믹 비드는 밀도가 약 0.15~0.3 g/cc이기 때문에 입자의 크기가 150㎛를 초과하는 경우 매우 빠르게 조성물의 상부로 떠오르게 되어 도료로서의 성능 확보가 불가능하다. 따라서, 본 발명에서 입자의 크기가 50~150㎛이고 밀도가 0.125 내지 0.35g/cc인 중공 세라믹 비드를 사용함으로써, 부유 문제를 해결하는 동시에 우수한 결로 방지 효과를 달성할 수 있다.

상기 고분자 결합제는 단열성이 있는 고분자 분산물일 수 있다. 고분자 분산물은 아크릴, 아크릴 공중합체, 폴리우레탄, 실리콘, 아크릴 실리콘 하이브리드, 아크릴 우레탄 하이브리드, 에나멜 및 라텍스로 이루어진 군에서 선택하여 사용할 수 있다. 라텍스를 사용하는 경우 실질적인 고형분은 도료 조성물 부피 대비 30%이상을 초과하지 않아야 한다. 상기 고분자 분산물이 에멀젼 형태인 경우에도 고형분의 양은 도료 조성물 부피 대비 30%를 초과하지 않아야 한다.

고분자 결합제는 도료 조성물 총 부피대비 18% 내지 30%인 것이 바람직하다. 고분자 결합제가 18% 미만인 경우, 중공 세라믹 비드를 충분히 결합시키기 어렵고 도료로서의 흡수방지 능력이 나빠진다. 또한 30%를 초과하였을 경우 결로 방지 능력이 현저히 감소한다.

바람직하게는 상기 고분자 결합제는 열전도율이 0.25w/mk이하일 수 있고, 상기 중공 세라믹 비드와의 부착력이 적어도 0.1MPa 이상일 수 있다. 만일 고분자의 열전도율이 0.25w/mk이상의 고분자를 선택할 경우 결로 방지를 위해 도료의 두께가 두꺼워져야 한다. 바람직하게는 상기 고분자 결합제는 내후성이 우수한 제품이 좋다. 이러한 제품으로는 아크릴, 아크릴 공중합체, 폴리우레탄, 실리콘, 아크릴 실리콘 하이브리드, 아크릴 우레탄 하이브리드, 에나멜 또는 라텍스를 사용할 수 있다. 다만, 내수성이나 내후성이 나쁘거나 장기 노출시 황변하는 에폭시, 폴리에스테르는 바람직하지 않다.

이외 도료 구성을 위한 결로 방지 도료에 나쁜 영향을 주지 않는 소포제, 분산제, 증점제, 레벨링제, 안료 등의 소정의 첨가제가 포함될 수 있다.

상기 소포제는 도료 제조 시, 기포의 생성을 억제하거나 생성된 기포를 파괴하는 역할을 한다. 소포제는 동식물유계, 지방산계, 비이온계 아세틸다이올계, 불소계, 실리콘계 등이 존재하며, 보다 바람직하게는 동식물유계, 지방산계, 비이온계 및 아세틸렌다이올계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 분산제는 다른 원료들과의 배합 과정에서 원료들 간의 고른 분산과 저장 안정성 및 작업성을 향상시키는 역할을 수행한다. 사용하는 분산제는 통상적으로 당업계에 알려진 것을 사용할 수 있으나, 특히 폴리아크레이트계 분산제, 변형된 포스포늄산염(modified phosphonic acid salt)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 증점제는 점도 조절제로서 완성된 도료 조성물 저장 중에 체질안료가 침강하여서 용기 바닥에 케이크(cake)상이 되는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 증점제는 통상적으로 당업계에 알려진 것을 사용할 수 있으나, 특히 헥실에틸셀룰로오스를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 레벨링제는 도료의 흐름성을 좋게하여 도막을 고르고 매끈하게 발라지도록 함으로써 외관을 향상시키는 역할을 한다. 상기 레벨링제는 BYK의 302 시리즈나 TEGO의 Gilde 시리즈중 점탄성을 저해하지 않는 것을 선택는 것이 바람직하다.

이때, 상술한 소포제, 분산제, 증점제 및 레벨링제는 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 일반적으로 사용되고 있는 성분을 사용할 수 있으므로, 본 발명의 목적에 부합되는 것이라면 공지된 그 어느 것을 사용해도 무방하다.

이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 이들에 의해 권리범위가 제한되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2의 구성성분과 배합비를 표 1에 나타내었다.

실시예 1 내지 3에서 중공 세라믹 비드는 파괴강도 400psi, 밀도 0.15g/cc, 입자크기 약 60㎛인 실리카(SiO₂)를 사용하였으며 고분자 결합제는 고형분 함량 55%이고, 열전도율 0.20w/mk, 신장율 30%인 폴리아크릴레이트 에멀젼을 사용하였다.

습윤제는 미국 Rome & Hass의 1228(활성분 함량 40)로 폴리아크릴 음이온계를 사용하였다. 소포제는 한국 산노프코의 광물유계 NXZ을 사용하였다. 증점제는 Rohm & haas의 Acrysol ASE 60을 사용하였다. 안료는 TiO₂를 사용하였고, 레벨링제는 BYK사의 D-800을 사용하였다.

비교예 1은 현재 국내 시판되는 미국의 S사의 제품 중 중공 세라믹 비드와 아크릴 고분자를 결합제로 사용한 제품을 사용하였다. 비교예 2는 국내 L사의 일반 페인트로 아크릴 내벽용 백색 수성 도료를 사용하였다.

시험예 1

결로 시험을 위하여 가로x세로 10cm, 높이 20cm인 스테인레스 재질의 사각통의 표면에 아래 표 2의 두께로 각각의 도료를 도장한 후 105℃의 오븐에서 48시간 건조시켰다. 사각통의 각 면에서 3점씩을 마이크로미터로 측정하여, 건조후 밀도 및 두께를 측정하여 이들의 평균값을 계산하여 표 2에 나타내었다.

표 2를 보면, 비교예 1과 실시예 1 내지 3은 건조후 두께가 유사한 값으로 측정되었다. 한편, 비교예 2의 경우 일반적으로 일반 페인트 도포시의 두께를 도포하여 결로 방지 효과를 비교하였다. 실시예 1 내지 3은 중공 세라믹 비드 부피비가 40% 이상인 경우로서, 건조 후 밀도가 약 0.31 내지 0.38 g/cc로 측정되어 결로 방지의 효과가 있다고 보고된 밀도인 0.7 g/cc 보다 현저히 낮은 값으로 측정되었다. 이는 본 발명의 도료 조성물이 결로방지 효과가 우수하다는 것을 의미한다. 비교예 1을 보면, 밀도가 0.7 g/cc이고, 비교예 2는 1.1 g/cc로 측정되었다.

상기 스테인레스 사각통 내부에 0.3ℓ의 물과 얼음 1.0 kg을 채운 후, 상대습도 80%, 온도 40℃ 환경의 습기 하에서 각각의 시료 밑에 플라스틱 접시를 둔 후 1.5시간 동안 스테인레스 사각컵에서 접시에 흘러내려 고인 물의 량을 0.1g 단위로 측정하여 결로 방지 효과를 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3을 보면, 초기 0.5시간 동안 온도차가 크게 발생하여 비교예 2의 경우 28.6g의 응축수가 발생하였고 1.0시간 후 34.5g, 1.5 시간 후 37.5g의 응축수가 발생하였다. 비교예 2의 경우에도 역시 초기 0.5 시간 동안 4.6g의 응축수가 발생하였으며 1.5 시간 후 7.9g의 응축수가 발생하였다. 반면, 실시예 1 내지 3의 경우 도료의 두께가 비교예 1보다 얇음에도 불구하고 모두 응축수가 1.5시간 동안 발생하지 않아 결로 방지에 효과적임을 알 수 있다.

시험예 2

상기 스테인레스 사각통에 물 300cc와 얼음 1.0 kg을 채우고, 30분 후의 도장면의 표면 온도를 적외선 온도계에 의하여 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.

표 4를 보면, 본 발명의 실시예들이 대기온도와의 온도차가 결로 방지의 온도 범위인 15℃보다 작은 8.9~4.1℃로 측정된 반면, 비교예들의 경우 각각 16.2℃와 22.7℃로 측정되어 30분 동안에 결로가 발생하는 것으로 관찰되었다. 이는 표3의 실험 결과와 일치하는 것으로 실시예에서 비드의 함량과 비드의 크기 및 조성은 결로 방지에 매우 중대한 요인으로 작용하는 것으로 평가되었다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

중공 세라믹 비드, 고분자 결합제, 첨가제 및 물을 포함하는 결로 방지 도료 조성물로서, 도료 조성물 총 부피 대비 상기 중공 세라믹 비드는 40 내지 70%이고, 상기 고분자 결합제는 18 내지 30%이고, 상기 중공 세라믹 비드는 밀도가 0.125 내지 0.35 g/cc, 파괴강도가 300 내지 500 psi이고, 입자크기가 50 내지 150 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 결로 방지 도료 조성물.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 고분자 결합제는 아크릴, 아크릴 공중합체, 폴리우레탄, 실리콘, 아크릴 실리콘 하이브리드, 아크릴 우레탄 하이브리드, 에나멜 및 라텍스로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, 열전도도가 0.25w/mk 이하인 것을 특징으로 하는 결로 방지 도료 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 첨가제는 소포제, 분산제, 증점제 및 레벨링제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 결로 방지 도료 조성물.