KR101331930B1 - 기능성 도료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기능성 도료 관한 것으로, 태양광을 반사하고 열전달을 차단하는 방식으로 차열 기능을 수행하고 아울러 수분을 흡수 저장하여 습도 조절 기능 및 흡열 기능 등 다양한 기능을 수행하며, 이러한 기능을 통해 콘크리트의 균열 방지, 부식 방지를 도모하고, 구조물 및 건축물의 에너지 효율을 극대화하여 냉난방비를 절감할 수 있고, 건축자재의 습도를 조절하고 열충격과 자외선으로부터 건축물 및 구조물을 효과적으로 보호할 수 있는 기능성 도료를 제공한다.

Description

기능성 도료{Functional Paint}

본 발명은 기능성 도료 관한 것이다. 보다 상세하게는 태양광을 반사하고 열전달을 차단하는 방식으로 차열 기능을 수행하고 아울러 수분을 흡수 저장하여 습도 조절 기능 및 흡열 기능 등 다양한 기능을 수행하며, 이러한 기능을 통해 콘크리트의 균열 방지, 부식 방지를 도모하고, 구조물 및 건축물의 에너지 효율을 극대화하여 냉난방비를 절감할 수 있고, 건축자재의 습도를 조절하고 열충격과 자외선으로부터 건축물 및 구조물을 효과적으로 보호할 수 있는 기능성 도료에 관한 것이다.

일반적으로 도료란, 물체 표면 보호, 물체의 외관이나 형상의 변화, 그 밖에 파장의 발산, 반사 및 흡수, 전자파 차단 등의 목적을 위하여 사용하는 재료의 일종으로, 물체의 표면에 도포하여 건조된 피막층을 형성시킴으로써 물체에 소기의 성능을 부여하는 유동상태의 화학제품을 말한다.

또한, 일반적으로 도장이란, 물체의 표면에 도료를 사용해서 도막 또는 도막층을 만드는 작업을 총칭한다. 도료 그 자체는 화학 제품으로 불리우고 있으나, 도료의 가치는 물체의 표면에 도장 작업되어 특정 성능을 갖는 도막이 형성되어야만 발휘되는 것이다.

이러한 도료는 각종 소형 제품에서부터 대형 건축물에까지 매우 다양하게 사용되고 있는데, 최근에는 단순한 색상 표현의 기능을 뛰어넘어 다양한 기능을 갖는 특화된 형태의 기능성 도료들이 개발되고 있다.

특히, 최근에는 에너지 문제의 심각성이 부감됨에 따라 건축물의 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 냉방이나 난방 기능을 갖는 차열 도료와 같은 기능성 도료들이 개발되고 있다.

좀 더 자세히 살펴보면, 여름철 건물의 냉각은 에너지-집약적인 냉각 시스템(에어컨)에 의해 대부분 이루어지고 있는데, 그 효율성의 향상 및 건물의 수명 연장을 위해 건물의 외부 표면은 태양광에 대한 높은 반사성을 가진 도료를 도색하여 짧은 파장의 태양 복사로부터 건물 외부를 보호하는 방안이 널리 사용되고 있다.

이러한 기능성 도료들의 특징은 태양광의 스펙트럼 중 근적외선의 반사율을 높임으로써 건물이 흡수하는 열에너지를 감소시키는 기능에 초점을 맞추고 있으며, 그 반사 성질에 의해 건물을 시원하게 하는데 일정 정도 역할을 하고 있는 것으로 알려지고 있다.

그러나 이러한 기능성 도료들의 반사 성능은 일반적으로 자외선 노출이 원인이 되어 메짐성(취성)의 감소에 의해 반사 성능이 빠르게 저하되는 특성을 나타내고 있으며, 이러한 이유로 장시간 반사 성능을 유지하기 어려우며, 특히 규모가 큰 건물에 대한 외부의 냉각은 대단히 어려웠다.

또한, 이와 같은 도료의 단순한 반사 성능은 즉시 시공된 일반 백색 도료와 비교하였을 때, 성능상 큰 차이가 나타나지 않았다. 이것은 Ulbricht 방식에 의한 반사 수치를 확인함으로서 알수 있으며, 즉시 시공된 일반 백색 도료와 크게 차이나지 않는 결과를 보여준다. 참고로, 도료의 조색은 도료의 반사 성능을 상당 수준 감소시키는 특성을 나타내기 때문에 도료가 백색인 경우에는 기능성 도료와 비교하여 반사 성능의 차이가 매우 작아지는 경향을 나타낸다.

따라서, 현재까지 이러한 반사 성능을 갖는 기능성 도료를 이용한 방식으로는 건물의 실내 공간에 대한 냉방 효과 또는 난방 효과를 크게 기대할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 최근에는 미세 알갱이를 함유한 형태의 도료가 개발되어 태양광에 대한 반사 성능 및 차열 성능을 강화하고자 하는 시도가 이루어지고 있으나, 미세 알갱이의 배열 구조가 균일하고 치밀하지 못해 그 성능이 우수하지 못하며, 시간이 지남에 따라 그 성능이 급격히 저하되는 등의 문제가 있었다.

선행 기술로는 국내등록특허 제10-909785호가 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 태양광을 반사하고 열전달을 차단하는 방식으로 차열 기능을 수행하고 아울러 수분을 흡수 저장하여 습도 조절 기능 및 흡열 기능 등 다양한 기능을 수행하며, 이러한 기능을 통해 콘크리트의 균열 방지, 부식 방지를 도모하고, 구조물 및 건축물의 에너지 효율을 극대화하여 냉난방비를 절감할 수 있고, 건축자재의 습도를 조절하고 열충격과 자외선으로부터 건축물 및 구조물을 효과적으로 보호할 수 있는 기능성 도료를 제공하는 것이다.

본 발명은, 폴리아크릴레이트 수지 25~45 중량%와, 상기 폴리아크릴레이트 수지 내에 혼합 분산되는 중공 구체 형태의 세라믹 마이크로스피어 10~30 중량%와, 나머지는 다양한 기능적 특성을 나타내는 활성 요소를 포함하도록 구성되고, 상기 세라믹 마이크로스피어는 직경이 서로 다른 다수개의 종류가 동시에 혼합되도록 적용되어 직경이 큰 세라믹 마이크로스피어 사이 공극에 직경이 작은 세라믹 마이크로스피어가 배치되는 방식으로 치밀한 배열 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 기능성 도료를 제공한다.

이때, 상기 세라믹 마이크로스피어는 건조된 도막 상태에서 도막의 전체 부피 대비 50% 이상의 부피를 차지하도록 적용될 수 있다.

또한, 상기 활성 요소는 전체 중량 대비 폴리인산칼륨 0.1~0.4 중량%와, 수성 중합체 11.0~18.0 중량%와, 방부제 0.05~2.0 중량%와, 이산화티타늄 및 산화아연의 합 3.0~12.0 중량%와, 탄산칼슘 3~10 중량%와, 이산화규소 2~5 중량%와, 변형제(deforming agent) 0.3~0.8 중량%와, 아이소프로필알콜 0.1~0.4 중량%와, 히드로포밀화 화합물 0.3~0.7중량%와, 글리콜계 중합제 0.4~0.8 중량%와, 하이드록시셀룰로스계 증점제 0.3~1.0 중량%와, 가소제 8~12 중량%를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 수성 중합체는 폴리카본산계 염류가 25~40질량% 농도로 증류수에 용해된 형태로 형성될 수 있다.

또한, 별도의 도료 배합통에 상기 폴리아크릴레이트 수지와 상기 활성 요소를 투입하여 혼합한 상태에서, 상기 세라믹 마이크로스피어를 첨가한 후, 상기 도료 배합통을 500RPM 이하의 속도로 30분 이상 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합될 수 있다.

본 발명에 의하면, 수분을 흡수 저장할 수 있는 폴리아크릴레이트 수지와, 중공 구체 형태의 세라믹 마이크로스피어와, 다양한 활성요소를 혼합한 형태로 구성됨으로써, 태양광을 반사하고 열전달을 차단하는 방식으로 차열 기능을 수행하고 아울러 수분을 흡수 저장하여 습도 조절 기능 및 흡열 기능 등 다양한 기능을 수행할 수 있고, 이를 통해 콘크리트의 균열 방지, 부식 방지를 도모하고, 구조물 및 건축물의 에너지 효율을 극대화하여 냉난방비를 절감할 수 있고, 건축자재의 습도를 조절하고 열충격과 자외선으로부터 건축물 및 구조물을 효과적으로 보호할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료의 건조 도막 상태에 대한 구조를 개념적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료에 함유된 세라믹 마이크로스피어의 형태를 개념적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료를 시공한 상태에서 건물의 실내 및 실외 온도 변화에 대한 측정 결과를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료를 시공한 상태에서의 실내 온도를 시공전과 비교한 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료를 시공한 상태에서 건물 벽면의 온도차 측정 결과를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료와 일반 도료 시공시 실내 온도 변화를 비교하여 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료를 시공한 상태에서 실내 습도 변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료의 건조 도막 상태에 대한 구조를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료에 함유된 세라믹 마이크로스피어의 형태를 개념적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료는 차열 기능, 흡열 기능 및 습도 조절 기능 등의 다양한 기능을 가지며, 이를 통해 건물의 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 건물 내부의 습도를 조절할 수 있도록 구성되며, 폴리아크릴레이트 수지(22) 25~45 중량%와, 세라믹 마이크로스피어(21) 10~30 중량%와, 나머지는 다양한 활성 요소들을 포함하여 구성된다.

폴리아크릴레이트 수지(22)는 본 기능성 도료의 바인딩 에이전트 기능을 하는 기본 수지로서 적용된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 폴리아크릴레이트 수지(22)를 기본 매개체로 하여 내부에 세라믹 마이크로스피어(21)와 다양한 활성 요소들이 함유된 형태로 구성된다.

이러한 폴리아크릴레이트 수지(22)는 탄성과 부착력이 뛰어나고, 습기의 흡수 및 저장 기능이 뛰어난 특성을 가지며, 이러한 습기의 흡수 및 저장 기능을 통해 건물 내부의 습도를 조절할 수 있다. 즉, 폴리아크릴레이트 수지(22)는 다량의 수분을 저장할 수 있으며, 세라믹 마이크로스피어(21)와의 조합을 통해 수분의 저장량이 더욱 향상된다. 수분을 충분히 저장한 도막은 더운 날씨 속에서 열 에너지를 계속적으로 축적하게 되며, 이렇게 축적된 열에너지는 날씨가 추워지면 에너지 소비를 감소시키는 요소로 작용한다.

또한, 폴리아크릴레이트 수지(22)는 분산력이 우수하여 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 세라믹 마이크로스피어(21)가 폴리아크릴레이트 수지(22) 내에 전체적으로 고르게 분산 배치된다. 즉, 종래 기술에 따른 일반적인 미세 알갱이를 함유한 도료는 바인딩 에이전트인 기본 수지(52)의 특성이 좋지 않아 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 건물(10) 표면에 도색된 도막(50) 상태에서 미세 알갱이(51)가 기본 수지(52)의 상층에 주로 위치하게 되며 균등하게 분포하지 못하는 것이 일반적이고, 이에 따라 미세 알갱이(51)를 통한 태양광 반사, 흡열 등의 기능이 충분히 발휘되지 못한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 도료는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 건물(10) 표면에 도색된 도막(20) 상태에서 세라믹 마이크로스피어(21)가 폴리아크릴레이트 수지(22) 내에 전체적으로 고르게 분산 배치되므로, 세라믹 마이크로스피어(21)를 통한 태양광 반사, 열발산, 차열, 습도 조절, 흡열 기능과 같은 다양한 기능을 더욱 효과적으로 발휘할 수 있다.

이러한 폴리아크릴레이트 수지(22)는 도료의 전체 중량 대비 25~45 중량%를 차지하도록 포함된다. 45 중량%를 초과하여 다량 포함될 경우 탄성 및 부착성의 향상은 상대적으로 미미하나 점도가 높아지기 때문에 도료로서 작업성을 저하시킬 수 있다. 반면, 25 중량% 미만으로 적게 포함될 경우 탄성과 부착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 습기의 흡수와 저장 기능이 저하되어 습기 저장량이 감소되고, 이에 따라 도막의 잠열 저장량을 저하시킬 뿐만 아니라 흡열 효과를 저하시키게 된다.

세라믹 마이크로스피어(21)는 내부에 빈 공간이 형성된 중공 구(球)체 형태로 세라믹 재질로 형성되며, 그 외부 직경이 수십 마이크로 단위의 매우 미세한 알갱이 형태로 폴리아크릴레이트 수지(22) 내에 혼합 분산된다.

이러한 세라믹 마이크로스피어(21)는 태양광 반사, 열발산, 차열, 습도 조절, 흡열 기능 등의 향상에 기여한다. 도막에 부딪히는 태양광의 근적외선, 가시광선, 자외선을 회절시켜 파장의 길이에 따라 평균 86% 이상을 반사시키며, 흡수되는 열의 90%이상을 외부로 발산하여 도막의 온도 상승을 억제한다. 또한 도막이 흡수하는 미세한 수분들이 세라믹 마이크로스피어(21)의 표면에 머물게 함으로써, 더욱 많은 양의 수분을 흡수할 수 있다. 즉, 세라믹 마이크로스피어(21)는 미세 알갱이 형태로 각 세라믹 마이크로스피어(21)의 표면적의 합은 도막 표면의 수배에 달하게 되므로, 더욱 많은 양의 수분을 흡수할 수 있고, 흡수 저장된 수분의 증발을 통해 도막의 온도 상승을 억제하는데 기여한다. 또한 세라믹 마이크로스피어(21) 내부의 진공 부분은 열전달을 방지하는 차열 기능을 수행한다.

세라믹 마이크로스피어(21)는 도료의 전체 중량 대비 10~30 중량%를 차지하도록 포함된다. 세라믹 마이크로스피어(21)의 함유량이 10 중량% 미만인 경우에는 본 도료의 태양광 반사, 열발산, 차열, 습도 조절, 흡열 기능 등이 저하될 수 있고, 30 중량% 초과인 경우에는 상대적으로 폴리아크릴레이트 수지(22)의 중량 비율 저하로 도료의 부착력이 저하될 수 있으며, 효율적인 세라믹 마이크로스피어 배열의 도막을 형성할 수 없어 태양광 반사 또는 열발산과 같은 기능을 정상적으로 수행하지 못할 수 있다. 또한, 도막을 통해 흡수 저장되는 수분량이 저하되어 습도 조절 기능과 흡열 기능의 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 세라믹 마이크로스피어(21)는 10~30 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.

이때, 세라믹 마이크로스피어(21)는 본 발명의 일 실시예에 따라 외부 직경이 서로 다른 다수개의 종류가 동시에 혼합되도록 적용되고, 직경이 큰 세라믹 마이크로스피어(21) 사이 공극에 직경이 작은 세라믹 마이크로스피어(21)가 배치되는 방식으로 치밀한 배열 구조를 갖도록 형성된다. 예를 들면, 세라믹 마이크로스피어(21)는 외부 직경이 20 ~ 120 μm 를 갖는 7가지 크기 종류가 혼합되고, 세라믹 마이크로스피어(21)를 이루는 중공 구체의 두께는 1.9 ~ 2 μm 를 갖도록 형성된다. 도 2에는 이러한 세라믹 마이크로스피어(21)의 실제 배열 구조를 현미경으로 확대한 사진이 도시된다.

이와 같은 구조에 따라 도막 내부에 세라믹 마이크로스피어(21)가 더욱 치밀하게 배치될 수 있으며, 그 표면 면적의 합은 실제 도장 면적에 비해 3배에서 4배 이상 넓게 형성된다. 수분은 이와 같은 넓은 표면적을 갖는 세라믹 마이크로스피어(21) 표면에 누적되고, 동시에 넓은 면적에 걸쳐 지속적인 수분 증발 작용이 일어남으로써, 더욱 활발한 열분산을 통해 도막 온도의 상승을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

이러한 세라믹 마이크로스피어(21)는 그 크기별 비율이나 함유량이 특정 기능의 향상을 위해 조절될 수 있으나, 건조된 도막 상태에서 도막의 전체 부피 대비 50% 이상의 부피를 차지하도록 적용되는 것이 바람직하며, 이를 통해 전술한 다양한 기능들이 효과적으로 발휘될 수 있다.

활성 요소는 세라믹 마이크로스피어(21) 및 폴리아크릴레이트 수지(22)를 포함한 본 도료에 다양한 기능적 특성을 부여하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 전체 중량 대비 폴리인산칼륨 0.1~0.4 중량%와, 수성 중합체 11.0~18.0 중량%와, 방부제 0.05~2.0 중량%와, 이산화티타늄 및 산화아연의 합 3.0~12.0 중량%와, 탄산칼슘 3~10 중량%와, 이산화규소 2~5 중량%와, 변형제(deforming agent) 0.3~0.8 중량%와, 아이소프로필알콜 0.1~0.4 중량%와, 히드로포밀화 화합물 0.3~0.7중량%와, 글리콜계 중합제 0.4~0.8 중량%와, 하이드록시셀룰로스계 증점제 0.3~1.0 중량%와, 가소제 8~12 중량%를 포함하여 구성될 수 있다.

폴리인산칼륨은 본 도료의 배합시 다양한 구성물들을 고루 분산시키고 안정성을 부여하며, 금속 이온의 봉쇄 작용을 한다. 폴리인산칼륨은 제품의 사용용도에 따라 도료 조성물의 중량대비 0.1~0.4중량%가 포함되며, 이보다 많은 양이 사용될 경우 구성물의 분산은 향상되나 균열 발생이나 박리 발생의 우려가 있으며, 적은 양이 사용될 경우 분산이 제대로 이루어지지 않아 정상적인 도막 형성이나 작업성에 문제가 발생할 수 있다.

수성 중합체는 증류수와 일정 비율의 폴리카본산계 염류로 구성될 수 있다. 예를 들면, 폴리카본산계 염류가 25~40질량% 농도로 증류수에 용해된 형태로 형성될 수 있다. 폴리카본산계 염류(예를 들면, 폴리카본산칼륨)는 흡열 기능에 주요 역할을 담당하는 요소로 작용할 수 있으며, 이러한 폴리카본산계 염류는 더 높은 산화 상태로 변형하기 위해 열을 이용하는 능력을 가지고 있어 결과적으로 열을 감소시키는 기능을 한다. 수성 중합체는 도료의 전체 중량 대비 약 11~18중량%를 차지하며, 전술한 폴리인산칼륨과 함께 별도의 도료 배합통에 투입된 후 1800~2200RPM의 속도로 10분 이상 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합될 수 있다.

방부제는 도료의 보관 기간을 연장시키고 부패를 방지하기 위해 사용되는 것으로 특정 농도(0.4질량%이하)의 이소디아졸 용액을 방부제로 사용한다. 이 용액은 도료의 전체 중량대비 0.05~0.2중량%를 차지한다. 이보다 적게 사용될 경우 유통기한이 단축되며, 이 이상을 초과하면 부착력이 저하되고 도막의 기능성 저하의 원인이 될 수 있다.

이산화티타늄 및 산화아연은 반사성 안료로서 도료의 태양광 반사 기능과 자외선에 대한 도막의 저항성을 향상시키며, 인체에 무해하여 친환경성을 보장하고, 더불어 내화학성을 향상시키는 기능을 한다. 또한 도료에 은폐성을 부여한다. 이산화티타늄 및 산화아연의 합은 도료의 전체 중량대비 약 3~12중량%를 차지하며 필요에 따라 그 비율은 조정될 수 있다. 예를 들어 조색을 목적으로 할 경우 발색을 위해 적은 비율이 사용될 수 있으며, 앞서 언급된 범위보다 더 많은 양이 사용될 경우 태양광 반사 기능과 자외선에 대한 저항성은 향상되는 반면 도막의 탄성을 저해시키는 원인이 된다.

탄산 칼슘은 도료의 방수성을 향상시키고, 도장의 은폐력을 증가시킨다. 탄산칼슘은 도료의 전체 중량대비 약 3~10중량%를 차지한다. 이 범위를 초과된 양이 사용될 경우 도막 탄성에 문제가 생길 수 있다.

이산화규소는 철 금속류에 본 도료를 시공할 경우 철 금속 표면의 산화를 억제하는 기능을 하며 방수성을 향상시킨다. 이산화규소는 도료의 전체 중량대비 2~5중량%를 차지한다.

이러한 이산화규소는 전술한 수성 중합체와 폴리인산칼륨이 배합된 상태에서 이소디아졸용액 방부제, 이산화티타늄과 산화아연, 탄산 칼슘을 각각 해당 비율로 첨가하고, 다시 이산화규소를 첨가한 후, 도료 배합통을 1800~2000RPM의 속도로 1시간 이상 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합될 수 있다.

한편 폴리아크릴레이트 수지는 이와 같은 과정을 통해 수성 중합체, 폴리인산칼륨, 이소디아 방부제, 이산화티타늄과 산화아연, 탄산 칼슘 및 이산화규소가 혼합 배합된 상태에서 폴리아크릴레이트 수지를 첨가하여 도료 배합통을 1300~1600RPM의 속도로 20분 정도 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합될 수 있다.

변형제(deforming agent)는 비실리콘 계열이 사용되며 도료 전체 중량대비 0.3~0.8중량%를 차지하고, 폴리아크릴레이트 수지가 첨가되어 배합된 상태에서 변형제를 추가하여 1300~1600RPM의 속도로 20분 정도 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합될 수 있다.

아이소프로필 알콜은 폴리아크릴레이트 수지를 용해하고 용액의 안정성을 유지하는 희석을 위한 용제로서 사용되며, 아이소프로필 알콜은 도료의 전체 중량대비 약 0.1~0.4중량%를 구성한다. 적정량보다 적게 들어갈 경우 폴리아크릴레이트 수지에 대한 용해도가 저하되어 도료의 작업성을 저하시키며, 다량 들어가게 될 경우 제품의 기능성 저하의 원인이 될 수 있다.

히드로포르밀화 화합물은 도막내 염류의 유출 및 반응을 억제하는 역할을 하도록 첨가제로서 사용되며, 탈지된 파라핀 30~50질량% 농도로 적용될 수 있으며, 도료의 전체 중량대비 약 0.3~0.7중량%를 차지한다.

중합제는 친환경적인 프로필렌 글리콜 또는 다른 적절한 글리콜계 물질들이 중합제로 사용되며, 그 비율은 도료의 전체 중량대비 약 0.4~0.8중량%를 구성한다.

증점제는 도료의 용도에 맞는 원활한 작업성 제공을 위하여 도료의 점도를 조절하기 위한 것으로, 하이드록시셀룰로스계 물질로 적용되며, 안료나 세라믹 마이크로스피어가 침강하는 현상을 방지하는 역학을 한다. 도료의 전체 중량대비 약 0.3~1.0중량%를 차지한다. 적정량 이상을 사용할 경우 점도가 높아져 작업성 저해의 원인이 될 수 있다. 이러한 증점제는 도료의 배합시 1000~1200RPM의 속도로 20분 정도 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합될 수 있다.

가소제는 도료의 탄성과 신축성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로 프탈레이트 물질을 가소제로 사용한다. 그 함량은 도료의 전체 중량대비 약 8~12중량%를 차지하며, 도료의 배합시 1000~1200RPM의 속도로 20분 정도 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합될 수 있다.

본 발명의 기능성 도료는 도료 배합통에 폴리아크릴레이트 수지와 이상에서 설명한 활성 요소들은 혼합한 상태에서, 세라믹 마이크로스피어를 첨가한 후, 도료 배합통을 500RPM 이하의 속도로 저속에서 30분 이상 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합될 수 있다. 이러한 배합 방식을 통해 세라믹 마이크로스피어의 배열 상태가 더욱 균일하고 치밀하게 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 구성에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료는 다양한 활성 요소들을 통해 자외선 차단 효과와 같은 더욱 다양한 기능을 발휘할 수 있으며, 특히, 폴리아크릴레이트 수지(22) 내에서 세라믹 마이크로스피어(21)의 배열 상태를 조절함과 동시에 그 기능을 강화하여 더욱 효과적인 기능을 발휘할 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료는 폴리아크릴레이트 수지(22) 내에 균일하고 치밀하게 배치된 세라믹 마이크로스피어(21)를 통해 태양광을 반사하는 특성을 나타나며, 이를 통해 본 기능성 도료가 도색된 구조물 및 건축물은 온도가 높게 올라가지 않으며 구조물 및 건축물에 대한 장기적인 보호 기능을 수행할 수 있다. 또한, 세라믹 마이크로스피어(21)에 의한 태양광에 대한 산란 효과를 통해 열 발산을 제어함으로써 열손실을 줄이고 에너지 관리 효율을 높일 수 있다. 아울러, 내부에 진공이 형성된 세라믹 마이크로스피어(21)의 치밀한 배열 구조를 통해 열의 전도를 차단하는 차열 기능을 수행한다. 여기서 차열 기능은 열전이의 원인이 되는 가시광선, 근적외선, 적외선을 반사시켜 열에너지의 유입을 억제하며, 더불어 기존의 열에너지의 직접적인 전달을 억제하는 단열(insulate)의 개념에서 한발 더 나아가 도막에 포함된 수많은 마이크로스피어 내부의 진공 부분이 열의 전도를 차단하고 격리(isolate)시키는 개념으로 이해될 수 있다.

또한, 본 기능성 도료의 폴리아크릴레이트 수지(22)는 다량의 수분을 저장할 수 있는 특성을 가지며, 세라믹 마이크로스피어(21)와의 조합을 통해 이러한 수분 저장량을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 기능성 도료는 이와 같이 수분을 함유 저장할 수 있어 여름철에는 수분의 증발을 통해 구조물 및 건축물에 대한 냉각 효과를 발휘할 수 있고, 겨울철에는 저장된 수분을 통해 열을 저장함으로써 난방 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 이와 같은 수분의 저장 및 증발 과정을 통해 건물 내부에 대한 습도 조절 기능을 수행할 수 있고, 건축 자재 내부를 탈습시킬 수 있어 결과적으로 건축 자재 내부의 습도를 적절한 수준으로 낮출 수 있다.

한편, 본 기능성 도료는 바인딩 에이전트로 작용하는 폴리아크릴레이트 수지(22)가 탄성 및 부착력이 우수하기 때문에, 콘트리트와 같은 구조물의 균열 보수에 사용될 수 있으며, 신축성이 우수하여 균열 부위에 충전된 경우 균열의 충격 완화 효과가 우수하다는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료를 시공한 상태에서 건물의 실내 및 실외 온도 변화에 대한 측정 결과를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료를 시공한 상태에서의 실내 온도를 시공전과 비교한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료를 시공한 상태에서 건물 벽면의 온도차 측정 결과를 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료와 일반 도료 시공시 실내 온도 변화를 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료를 시공한 상태에서 실내 습도 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 도료는 전술한 바와 같은 기능 들을 통해 건물에 대한 상당한 냉각 효과를 가져올 수 있으며, 또한 우수한 흡열 효과로 인해 구조물에 대해 가해지는 열충격을 효율적으로 감소시켜 구조물에 대한 보호 기능을 향상시킬 수 있다.

도 3에는 건물에 기능성 도료를 시공한 상태와 일반 도료를 시공한 상태에서 실내 온도 변화를 실외 온도 변화와 함께 나타나는데, 각각의 도료를 시공한 상태에서 2일간 실내 온도 변화와 실외 온도 변화를 측정한 결과이다.

일반 도료를 시공한 상태에서는 실외 온도 변화에 따라 실내 온도가 크게 변화하는데 반해, 본 발명의 기능성 도료를 시공한 상태에서는 실외 변화의 변화에도 불구하고 상대적으로 실내 온도 변화가 매우 작게 나타나며, 훨씬 안정적인 온도 변화를 나타냄을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 기능성 도료를 시공한 상태에서는 반사 성능이 우수하여 낮시간 동안에 태양광을 반사하게 되므로, 낮시간 동안에 실내 온도의 상승을 억제하게 된다. 또한, 본 발명의 기능성 도료는 수분 흡수 저장 성능이 우수하므로, 낮시간 동안 도막에 저장된 수분이 증발하며 잠열 발생에 의해 건물의 온도를 냉각시키는 효과를 발휘하게 된다. 한편, 밤시간 동안에는 도막에 저장된 수분이 상대적으로 주변보다 높은 열을 보유한 상태로 유지되기 때문에, 실내 온도의 급격한 하락을 방지하게 되고, 이에 따라 건물의 실내 온도는 밤과 낮 시간 동안의 급격한 실외 온도 변화에도 불구하고, 상대적으로 안정적인 온도 변화 상태를 유지하게 된다.

따라서, 본 발명의 기능성 도료는 상대적으로 더운 낮 시간 동안에는 건물의 냉방 효율을 향상시킬 수 있고, 상대적으로 추운 밤 시간 동안에는 건물의 난방 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 건물에 대한 냉방 및 난방 효과는 본 발명의 기능성 도료를 건물의 외벽이나 지붕 등에 코팅함으로써 발휘될 수 있는데, 이외에도 건물의 실내 코팅을 통해서도 달성될 수 있다.

한편, 도막의 표면 온도가 떨어지는 겨울철 야간과 같은 경우에는 도막을 통해 수분이 흡수되는 현상이 발생되는데, 건물의 실내에서 난방 기기에 의해 상승된 실내 온도는 도막에 흡수 저장된 수분을 외부로 유도하게 되고, 이는 결과적으로 내부 벽면을 따뜻하게 데워주는 역할을 수행하게 되고, 복사열의 대량 생산을 가능하게 한다. 따라서, 겨울철 난방 기기의 사용 시간을 줄일 수 있다. 또한, 겨울철에는 도막에 저장된 수분이 상대적으로 주변보다 높은 열을 보유하고 있어 난방 효율을 더욱 상승시킬 수 있다.

도 4에는 본 발명의 기능성 도료를 시공하긴 전 상태와, 시공한 상태에서 실내 온도 변화가 나타나는데, 상대적으로 추운 날씨인 경우 본 발명의 기능성 도료를 시공한 상태에서 실내 온도가 더욱 상승함을 알 수 있고, 난로와 같은 실내 공기 난방 및 바닥 난방을 실시한 경우, 실내 온도가 급격히 상승함을 알 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 기능성 도료를 시공한 경우, 건물 벽면의 부분별 온도차가 급격히 감소함을 알 수 있고, 이는 본 발명의 기능성 도료가 난방 기기에 의한 열에너지를 도막을 통해 벽면 전체에 효율적으로 전달하기 때문에 가능하며, 내부 습기를 외부로 유도하여 내부 벽면의 온도를 짧은 시간에 상승시키게 되고, 복사열의 대량 생산을 가능하게 한다.

한편, 표 1은 일반 도료를 건물의 실내에 시공한 후, 2주 동안 실내 온도 및 습도 변화 상태를 측정한 결과이고, 표 2는 본 발명의 기능성 도료를 건물의 실내에 시공한 후, 동일한 기간 동안 실내 온도 및 습도 변화 상태를 측정한 결과이다.

- 일반 도료 시공후 온도 및 습도 변화

날짜	온도(℃,오전8시)	온도(℃,오전11시)	습도(%,오전8시)	습도(%,오전11시)
2011.9.7	16.5	18.0	52.0	63.0
2011.9.8	17.0	18.5	55.0	66.0
2011.9.9	16.5	19.0	55.0	61.0
2011.9.10	17.0	18.0	55.0	62.0
2011.9.11	16.5	17.5	58.0	64.0
평균	16.7	18.2	55.0	63.2
2011.9.14	17.0	17.0	53.0	63.0
2011.9.15	16.5	16.0	57.0	65.0
2011.9.16	16.0	17.0	57.0	66.0
2011.9.17	17.0	18.0	55.0	64.0
2011.9.18	17.0	19.0	59.0	66.0
평균	16.7	17.4	56.2	64.8

- 본 발명의 기능성 도료 시공후 온도 및 습도 변화

날짜	온도(℃,오전8시)	온도(℃,오전11시)	습도(%,오전8시)	습도(%,오전11시)
2011.9.7	16.5	18.0	43.0	53.0
2011.9.8	17.0	19.0	44.0	55.0
2011.9.9	17.0	19.0	46.0	56.0
2011.9.10	17.0	18.0	50.0	57.0
2011.9.11	17.0	18.0	52.0	58.0
평균	16.9	18.4	47.0	55.8
2011.9.14	22.0	22.0	49.0	56.0
2011.9.15	22.0	23.0	52.0	53.0
2011.9.16	20.0	23.0	53.0	54.0
2011.9.17	20.0	22.0	52.0	56.0
2011.9.18	20.0	20.0	52.0	57.0
평균	20.8	22.0	51.6	55.2

이상의 표 1과 표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 기능성 도료를 시공한 상태에서 2주차로 접어들면서 실내 온도가 상승하며 난방 효과가 발휘됨을 알 수 있으며, 실내 습도의 경우에는 본 발명의 기능성 도료를 시공한 직후부터 습도 조절 기능이 수행됨을 알 수 있다.

도 6에는 이러한 실내 온도 측정 결과를 그래프화하여 나타낸 도면이 도시되고, 도 7에는 본 발명의 기능성 도료를 시공하기 전후의 실내 평균 습도 측정 결과를 그래프화하여 나타낸 도면이 도시된다. 도 6 및 도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 기능성 도료는 겨울철 건물의 실내 온도를 상승시켜 건물의 난방 효율을 증가시키고, 습도 조절 기능을 통해 실내 습도를 적절한 수준으로 유지할 수 있도록 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 건물 20: 도막
21: 세라믹 마이크로스피어
22: 폴리아크릴레이트 수지

Claims (5)

1. 폴리아크릴레이트 수지 25~45 중량%와,
   상기 폴리아크릴레이트 수지 내에 혼합 분산되는 중공 구체 형태의 세라믹 마이크로스피어 10~30 중량%와,
   나머지는 다양한 기능적 특성을 나타내는 활성 요소를 포함하도록 구성되고,
   상기 세라믹 마이크로스피어는 직경이 서로 다른 다수개의 종류가 동시에 혼합되도록 적용되어 직경이 큰 세라믹 마이크로스피어 사이 공극에 직경이 작은 세라믹 마이크로스피어가 배치되는 방식으로 치밀한 배열 구조를 이루며,
   상기 활성 요소는,
   전체 중량 대비 폴리인산칼륨 0.1~0.4 중량%와, 수성 중합체 11.0~18.0 중량%와, 방부제 0.05~2.0 중량%와, 이산화티타늄 및 산화아연의 합 3.0~12.0 중량%와, 탄산칼슘 3~10 중량%와, 이산화규소 2~5 중량%와, 변형제(deforming agent) 0.3~0.8 중량%와, 아이소프로필알콜 0.1~0.4 중량%와, 히드로포밀화 화합물 0.3~0.7중량%와, 글리콜계 중합제 0.4~0.8 중량%와, 하이드록시셀룰로스계 증점제 0.3~1.0 중량%와, 가소제 8~12 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 도료.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 세라믹 마이크로스피어는 건조된 도막 상태에서 도막의 전체 부피 대비 50% 이상의 부피를 차지하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 기능성 도료.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수성 중합체는 폴리카본산계 염류가 25~40질량% 농도로 증류수에 용해된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 기능성 도료.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   별도의 도료 배합통에 상기 폴리아크릴레이트 수지와 상기 활성 요소를 투입하여 혼합한 상태에서, 상기 세라믹 마이크로스피어를 첨가한 후, 상기 도료 배합통을 500RPM 이하의 속도로 30분 이상 회전하여 믹싱하는 방식으로 배합되는 것을 특징으로 하는 기능성 도료.
   

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