KR101380236B1 - 터널용 세라믹 도료의 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터널용 세라믹 도료의 조성물에 관한 것으로, 콘크리트의 기재 표면에 도막 형성용 도료의 조성물로서, 분자당 적어도 2개 이상의 하이드록실기를 가지는 α,ω-디하이드록시 폴리다이메틸 실록산(dihydroxy polydimethyl siloxaxne) 1~95중량부와, 실리콘 MQ수지 5~60중량부와, 분자당 적어도 하나 이상의 하이드록실기와 친수성기를 가지는 실란이나 폴리올가노실록산 중에서 수용성인 것 중 하나 이상인 것의 0.1~30중량부와, 하나 이상의 유화제 0.005~9.5중량부로 구성되는 실리콘 에멀젼 전색제와, 은폐안료로서 산화티탄(titanium oxide/TiO2)과, 충전안료로서 탄산칼슘과 침강방지제로서 하이드로마그네슘알루미늄실리케이트 (hydro magnesium aluminium silicate)와 소포제로 실리콘 소포제 및 증점제로 하이드록시에틸 셀룰로오스 (hydroxyethyl cellulose)로 구성되는 기능성 세라믹 재료와, 형광안료, 형광염료, 금박, 펄, 반짝이, 도로표지용 유리알 등에서 선택되는 고 휘도용 착색제로 구성된다.
따라서, 터널 내부와 벽면에서 휘도가 충분히 발현됨으로써 동일 조명 하에서 터널 내부가 보다 더 밝으면서도 터널 내부를 주행하는 운전자에게 방해가 되는 플리커(flicker)가 발생하지 않는 장점이 있고, 단위 면적당 시공비가 낮아 시공비용이 크게 절감되고, 세라믹 도료의 방오성으로 인해 터널 내부가 쉽게 오염되지 않으므로 유지 관리가 용이하여 유지관리 비용이 절감되는 경제적인 효과가 있으며, 결로가 방지되고 방수성이 뛰어나 항균 성능이 우수하며, 원적외선과 음이온을 발생시킴으로 인해 터널 내부의 매연 및 오염 등을 정화시켜 쾌적한 터널 내부 환경을 조성하는 장점이 있고, 천연의 수성 세라믹 도료로서 휘발성 유기화합물들이 없을 뿐만 아니라 터널 내부의 사고 등에 의한 화재 발생 시에도 연소하거나 유독가스가 발생하지 않아 안전성을 확보할 수 있는 매우 유용한 발명이다.
따라서, 터널 내부와 벽면에서 휘도가 충분히 발현됨으로써 동일 조명 하에서 터널 내부가 보다 더 밝으면서도 터널 내부를 주행하는 운전자에게 방해가 되는 플리커(flicker)가 발생하지 않는 장점이 있고, 단위 면적당 시공비가 낮아 시공비용이 크게 절감되고, 세라믹 도료의 방오성으로 인해 터널 내부가 쉽게 오염되지 않으므로 유지 관리가 용이하여 유지관리 비용이 절감되는 경제적인 효과가 있으며, 결로가 방지되고 방수성이 뛰어나 항균 성능이 우수하며, 원적외선과 음이온을 발생시킴으로 인해 터널 내부의 매연 및 오염 등을 정화시켜 쾌적한 터널 내부 환경을 조성하는 장점이 있고, 천연의 수성 세라믹 도료로서 휘발성 유기화합물들이 없을 뿐만 아니라 터널 내부의 사고 등에 의한 화재 발생 시에도 연소하거나 유독가스가 발생하지 않아 안전성을 확보할 수 있는 매우 유용한 발명이다.
Description
본 발명은 터널용 세라믹 도료의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널 내부와 벽면에서 휘도가 충분히 발현되면서 터널 조명 기준에 부합되는 터널용 세라믹 도료의 조성물로 터널의 천장을 포함한 터널 내부 전체를 도장함으로써 터널의 벽면까지만 붙이는 타일에 비하여 동일한 조명 아래에서 터널 내부가 훨씬 더 밝으면서도 터널 내부를 주행하고 있는 운전자에게 방해가 되는 플리커(flicker)가 발생하지 않도록 하는 동시에, 단위 면적당 시공비는 타일을 시공하는 것에 비해 절반 이하로서 터널의 전체적인 내부 처리 비용이 크게 절감되며, 세라믹 도료의 방오성으로 인해 오염이 쉽게 되지 않으므로 인해 청소와 유지 관리가 훨씬 용이하며, 결로 방지와 방수성으로 인해 항균 성능이 우수하고, 원적외선과 음이온을 발생시킴으로 인해 터널 내부의 매연 및 오염 등을 정화시켜서 쾌적한 터널 내부 환경을 조성하며, 천연의 수성 세라믹 도료로서 휘발성 유기화합물들이 없을 뿐만 아니라 터널 내부의 사고 등에 의한 화재 발생 시에도 연소하거나 유독가스가 발생하지 않아 안전성을 확보한 터널용 세라믹 도료의 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 터널 및 터널 전후의 접속도로는 터널에 설치되는 조명시설의 기준(KS C3703)에 따라서 자동차의 운전자가 노면 위의 장애물 등을 발견하고, 사고의 위험을 피할 수 있도록 충분히 시각적으로 장애물 등을 파악할 수 있는 밝기여야 한다.
이렇게 터널 내부의 노면과 벽면에 충분한 휘도가 나오게 하기 위하여, 거의 모든 터널에 타일이 사용되고 있다.
상기 타일은 타일 표면이 조명을 받을 때 더 밝을 것으로 여겨져서 대부분 적용되고 있지만, 실제로는 천장에 붙이지 못하기 때문에 벽면까지만 시공을 할 수 있으므로 천장 부분이 그냥 콘크리트 면으로 노출되어 있어 터널 내부의 밝기가 떨어질 뿐만 아니라 터널 내부의 매연과 먼지 등에 의해 타일 표면이 쉽게 오염되기 때문에 금방 타일 벽면이 어두워지게 된다.
따라서, 터널 내부의 타일 표면을 깨끗이 유지하고 밝게 하기 위해서는 두 세달에 한번 꼴로 자주 청소해야 하는데, 차량이 많이 다니는 터널 내부의 통행을 막고 자주 청소하는 것도 쉽지 않을 뿐만 아니라 청소를 해도 타일 표면의 오염이 잘 제거되지 않는 단점이 있다.
특히, 최근에 터널은 내구성이 있는 고강도의 구조물로 만들기 위해 콘크리트로 건축 되고 있다.
그러나 우리나라와 같이 계절별로 기온의 차이가 심한 경우 콘크리트가 얼었다 녹는 현상이 반복되면서 콘크리트 강도가 저하되며 균열이 생길 수 있기 때문에, 타일을 대체할 우수한 콘크리트 마감재는 내부의 습기는 밖으로 배출시키면서 외부의 물이 내부로 침투하는 것을 막아 줄 수 있어야 한다.
이러한 특성을 가진 마감재로서 실리콘 수지를 들 수 있는데, 실리콘 수지는 소수성이 커서 소량으로도 효율적으로 물을 차단할 수 있으면서도, 원재료 무기질인 규석의 가스 투과율이 높아 습기의 배출이 원활하다.
또한 실리콘은 안정적인 화학적 성질과 낮은 계면 저항으로 내 산화성, 내광성 및 내오염성이 우수하며 내후성과 장기 안정성이 있는 장점이 있다.
한편, 건축용 도장재로 상용화되어 있는 기존의 유성페인트나 무기질 세라믹 페인트는 한국등록특허 제10-0373754호나 동보 제10-0817448호에서 보는 것처럼 도막 형성을 위한 결합재로서 합성 수지가 사용되고 있는데, 이러한 합성수지는 미반응모노머 및 휘발성 유기화합물 (VOCs), 기타 유해 물질을 다량 함유하는 문제점이 있으며, 화재 시에 합성수지가 연소하며 유해가스를 발생시키는 단점이 있다.
따라서, 종래의 타일을 대체할 수 있는 새로운 종류의 터널용 재료가 필요하며, 상기한 바와 같은 재료의 장점 및 단점을 해소할 수 있는 새로운 종류의 조성물이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 첫번째 목적은 터널용 타일을 대체할 수 있는 고휘도의 터널용 세라믹 도료 조성물을 제공하는 데 있으며, 두번째 목적은 동일한 조명에서도 터널 내부가 전체적으로 더 밝으면서, 도장 면의 내오염성으로 인해 유지 관리가 용이하고, 결로방지 및 불연성, 항균성 및 내식성과 내광성 등이 우수한 터널용 세라믹 도료 조성물을 제공하는 데 있으며, 세번째 목적은 터널 내에서 화재 발생 시 유독가스가 발생하지 않고 원적외선과 음이온이 발생함으로 인해 터널 내부에 쾌적한 환경을 조성할 수 있으며, 타일의 시공에 비하여 터널 내부 전체로 더 넓은 면적을 칠하여 더 밝으면서도 시공단가가 더 절감되는 경제성이 있을 뿐만 아니라 활용의 폭이 넓어 터널뿐 아니라 도로, 건물 외벽 등에도 다양하게 사용될 수 있는 터널용 세라믹 도료 조성물을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적에 따른 본 발명의 터널용 세라믹 도료의 조성물은 기존의 일반 페인트나 세라믹 도료에서 쓰이는 석유 화학 제품의 합성수지 대신 환경 친화성 결합재로 실리콘 수지 분산액을 유화시킨 수성 실리콘 에멀젼을 사용하여 내오염성을 부가하고, 무기 바인더인 세라믹과 기능성 분말 그리고 도료용 첨가제를 투입함으로써 탁월한 내열성과 내광성, 내용제성과 내식성을 발현하면서, 고 휘도용 착색제로 백색 안료나 형광 염·안료 등을 사용하여 도장한 면이 터널 내부에 밝은 휘도를 유지하게 함으로써 터널의 타일을 대체할 수 있는 터널용 세라믹 도료 조성물로 구성되는 것에 의해 달성된다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 터널 내부와 벽면에서 휘도가 충분히 발현됨으로써 동일 조명 하에서 터널 내부가 보다 더 밝으면서도 터널 내부를 주행하는 운전자에게 방해가 되는 플리커(flicker)가 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 단위 면적당 시공비가 낮아 시공비용이 크게 절감되고, 세라믹 도료의 방오성으로 인해 터널 내부가 쉽게 오염되지 않으므로 유지 관리가 용이하여 유지관리 비용이 절감되는 경제적인 효과가 있다.
더불어, 결로가 방지되고 방수성이 뛰어나 항균 성능이 우수하며, 원적외선과 음이온을 발생시킴으로 인해 터널 내부의 매연 및 오염 등을 정화시켜 쾌적한 터널 내부 환경을 조성하는 장점이 있다.
나아가, 천연의 수성 세라믹 도료로서 휘발성 유기화합물들이 없을 뿐만 아니라 터널 내부의 사고 등에 의한 화재 발생 시에도 연소하거나 유독가스가 발생하지 않아 안전성을 확보할 수 있는 매우 유용한 발명이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 터널용 세라믹 도료 조성물은 콘크리트의 기재 표면에 도막 형성용 도료의 조성물로서, 실리콘 수지 에멀젼 전색제에, 기능성 세라믹 재료를 배합하고, 여기에 고 휘도용 착색제를 첨가한 조성물로 구성된다.
따라서, 본 발명에서는 실리콘 에멀젼을 전색제로 사용하면서, 기존의 페인트에서 결합제로 사용하는 합성수지를 배제하고 순수한 기능성 세라믹 성분을 첨가한 다음, 여기에 고 휘도용 착색제를 배합함으로써 내열성뿐만 아니라 소수성 및 내오염성과 내후성이 뛰어난 터널용 세라믹 도료를 발명하게 되었다.
본 발명의 터널용 세라믹 도료를 구성하는 각각의 주요 성분인 실리콘 에멀젼 전색제와 기능성 세라믹 재료, 그리고 고 휘도용 착색제를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(1) 실리콘 에멀젼 전색제
일반적으로 알려진 실리콘 에멀젼을 얻는 방법으로, 첫번째는 콜로이드상의 실리카나 실리케이트를 가교제로 하는 것인데 이는 저장 안정성이 떨어지는 한계가 있으며, 이러한 에멀젼 용액을 적용하여 얻어지는 탄성 필름 막을 건조하여 경화시킬 때 유기금속 촉매가 필요한데, 이렇게 얻어진 탄성 필름 막을 여러 용도로 적용할 때 이런 금속 촉매들은 바람직하지 않다.
실리콘 에멀젼을 얻기 위한 두번째 방법은 알콕시 실란을 가교제로 쓰는 것인데, 이는 필연적으로 알코올이 휘발 성분의 부산물로 생겨서 적용이 제한을 받게 된다.
더구나 알콕시 실란은 주로 수용액 상에 투입하는데 종종 에멀젼의 젤(Gel)화를 일으킨다.
세번째 방법으로, 실리콘 레진이나 실리코네이트는 주로 D(R2SiO2/2) 단위와 T(RSiO3/2) 단위, 또는 M(R3SiO1/2) 단위로 구성되며, 아주 드물게 M과 Q(SiO4/2) 단위가 쓰이는데, 종종 Q 단위를 함유한 실리콘 수지가 저 분자량의 올리고머 일 때 이 수지는 물에 용해시킬 수 있기 때문에 액상 용액으로 에멀젼에 투입하거나 또는 에멀젼의 수용액 상에 직접 넣을 수 있다.
본 발명에서는 상기 세번째 방법의 실리콘 MQ 수지를 사용함으로써 유기금속 촉매가 없이도 에멀젼이 더 안정하고 실리콘 수지의 가교가 빠르고 완전하게 되어서 물성이 뛰어난 균일한 도막을 얻으면서도, 휘발성 유기 물질(VOCs)이 없는 실리콘 에멀젼을 개발하게 되었다.
이를 통해 본 발명의 중요한 목적인 다양한 재질 (유리, 콘크리트, 금속이나 나무 등)에 강한 부착력을 가지면서도, 우수한 탄성, 경도, 강도, 복원력을 갖는 도막을 형성하는 실리콘 에멀젼이 가능해졌다.
따라서, 전색제로 사용하기 편하면서도 안정성과 경도와 강도는 더 좋아지고, 휘발성 유기 화합물(VOCs)이 없으면서도 친수성기를 가지고 있어서 강한 부착력을 발휘하는 본 발명의 실시 예에 의한 실리콘 에멀젼은 다음과 같이 구성된다.
(A) - α,ω-디하이드록시폴리다이메틸실록산으로서 분자당 적어도 2개 이상의 OH (hydroxyl) 기를 가진 것
(B) - 실리콘 MQ 수지
(C) - 분자당 적어도 하나 이상의 하이드록실기와 친수성기를 가진 실란이나 폴리올가노실록산 중에서 수용성인 것 하나 이상
(D) - 하나 이상의 유화제에서 선택
또한, 상기 각 성분을 포함하는 실리콘 에멀젼의 조성은 분자당 적어도 2개 이상의 하이드록실기(hydroxyl, OH)를 가지는 α,ω-폴리올가노실록산(A) 1~95중량부와, 실리콘 MQ 수지(B) 5~60중량부와, 분자당 적어도 하나 이상의 하이드록실기와 친수성기를 가지는 실란이나 폴리올가노실록산 중에서 수용성인 것 중 하나 이상(C) 0.1~30중량부와, 하나 이상의 유화제(D) 0.005~9.5중량부로 구성된다.
보다 자세히 각 성분을 설명하면, 상기 α,ω-폴리올가노실록산(A)는 더 자세하게 α,ω-디하이드록시 폴리다이메틸실록산으로서, 화학식은,
이고, 상기 화학식에서 n은 10이상이며, R1과 R2는 같거나 다를 수 있으면서, 하이드록실기, 알킬기(C1~C6) 또는 알케닐기(C1~C6)나 아민기이고, 바람직하게는 메틸기이다.
즉, 통상적으로 메틸, 에틸, 프로필, 페닐, 비닐 그리고 3,3,3-트리플로로프로필기가 사용되며, 이중 적어도 80%가 메칠기이다.
상기 α,ω-폴리올가노실록산(A)의 점도는 50,000mPa.s.이상일 때 강도 등의 물성이 좋기 때문에, 바람직하게 25oC에서 50,000~150,000 mPa.s.이다.
두번째 성분인 상기 실리콘 MQ 수지(B)는 MxQy 구조의 실라놀기를 가지고 있는 수지이며, 여기서 M은 R3SiO1/2 단위를 나타내고 Q는 SiO4/2 단위를 나타내는데, 그 중에서 R은 하이드록실기나 C1~C6알킬기나 치환된 알킬기이며 바람직하게는 메틸기이다.
또한 x:y의 비율은 0.5~2이며, 수지 분자당 적어도 평균 3개 이상의 하이드록시기가 M 단위의 실리콘 원자에 결합되어 있어야 한다. 상기 실리콘 MQ 수지의 분자량은 2,000~50,000이어야 하는데, 이 범위에서는 수지가 액체나 고체 상태로 존재하는데 물에 불용성이 된다.
세번째 성분인 상기 (C) 중에서 하이드록실기와 친수성기를 가지고 있는 실란은(R1 3SiO1/2)a(R2 2SiO2/2)b(R3SiO3/2)c 구조로 된 조성물이며, 여기서 R1, R2, R3는 같거나 다른 탄화수소기나 치환기를 가진 탄화수소기로서 탄소가 1~18 개이고, 바람직하게는 1~6 개인 것이다.
또한, 적어도 하나 이상의 치환기를 가지는 탄화수소기가 실리콘 원자에 결합되어 있어야 하는데, 치환그룹으로는 아미노, 에폭시화 아미노, 암모늄, 글리시딜, 멀캅토, 카르복실, 그리고 설페이트 그룹 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
한편, 상기 a의 값은 0~100, b는 0~1,000 그리고 c는 0~100인데, 이 실란조성물은 상온에서 액체 상태이다.
상기 치환기 그룹의 예를 들면, 아미노그룹은=SiCH2CH2NH2, 에폭시화 아미노그룹은=SiC4H8NRC2H4NR2이다.
상기 세번째 성분 (C)로 적용할 수 있는 선형 하이드록실레이티드(hydroxylated)-폴리올가노실록산의 다른 예로서, 양쪽 끝에 수산화기(OH)를 가지고 각각의 규소(Si) 원자에 친수성기가 있는 폴리메틸실록산(Polymethylsiloxane)이 있다.
이러한 선형의 하이드록실레이티드(hydroxylated)-폴리올가노실록산은 알킬(메틸, 에틸, 이소프로필, 부틸, 헥실 등)기나, 하이드록실기, 알케닐기 또는 친수성기를 가진다.
그리고 세번째 성분 (C)는 하이드록실기 외에 한 개 이상의 친수성기를 가지고 있는데, 이 친수성기들은 아민, 아미노에틸아미노프로필, 아미노에틸아미노아이소부틸, 에폭시, 아크릴로, 메타아크릴로, 우레이도, 멀캅토, 티올 그리고 클로로알킬기 등이다.
상기 네 번째 성분인 유화제(D)는 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양쪽성계, 그리고 이들을 혼합한 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 비이온성 계면활성제 중에서 친수성 친유성 평형(HLB, Hydrophile-Lipophile Balance)이 낮은 것과 높은 것을 혼합하여 최종 HLB 값이 11~16이 되도록 하는 것이다.
사용하기에 좋은 비이온계 유화제로는 폴리옥시에틸리네이티드알킬페놀(polyoxyethylenated alkylphenols)이나 폴리옥시에틸리네이티드 패티 알콜(polyoxyethylenated fatty alcohols)가 있다.
상기 조성으로 구성된 본 발명의 실리콘 에멀젼은 oil-in-water (O/W) 형태이다. 이러한 수성 실리콘 에멀젼의 오일 상은 α,ω-폴리올가노실록산 (A)가 1~95 중량부, 바람직하게는 40~90 중량부, 실라노그룹을 함유한 실리콘 MQ수지 (B)가 5~60 중량부, 바람직하게는 10~40 중량부, 실란 또는 폴리올가노실록산 (C)가 0.1~30 중량부, 바람직하게는 0.5~20 중량부 섞여 있는 혼합물이다.
특히, 탄성과 강도가 있는 도료 도막을 얻기 위해서는 상기 실리콘 MQ수지 (B)가 상기 α,ω-폴리올가노실록산 (A)의 100중량부에 대해 적어도 40중량부 이상이어야 한다.
즉, 본 발명에서는 각 성분의 혼합비를 조정하여 매우 다양한 결과의 물성을 얻는 장점이 있는데, 실제적으로 유용한 폴리올가노실록산 (A)와 실리콘MQ수지 (B)의 혼합비는 90:10~40:60이다.
본 발명의 실시예에 의한 수성 실리콘 에멀젼을 만들기 위한 각 성분들의 조성은 상기 폴리올가노실록산 (A)의 100중량부에 대해 40~60 중량부의 실리콘 MQ수지 (B), 0~20 중량부의 치환기를 가진 폴리실록산 (C), 0.5~10 중량부의 유화제 (D)로 구성되나, 반드시 이 조성으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실리콘 에멀젼을 합성하는 실시예로서, 50리터 파일로트(Pilot) 반응기에 2.3kg의 실리콘 MQ수지가 녹아 있는 톨루엔 용액과, 점도가 80,000 mPa.s., 분자량이 100,000 인 α,ω-디하이드록시폴리올가노실록산 5kg을 혼합한다.
상기 실리콘 MQ수지는 분자량이 12,300이고 평균적인 분자 구조는[HO(CH3)2SiO1/2]0 .1[(CH3)3SiO1 /2]0.7[SiO4 /2]이다.
이 혼합물을 80oC에서 진공 증류하여 톨루엔을 제거한 다음 이 혼합물 용액에 2.26kg의 수용성 아민폴리실록산 수지 [Si원자가 4~10개로 구성된 T(OH)형 올리고머, 아민기 2.9%], 유화제로 폴리옥시에틸리네이티드이소트리데실알콜(polyoxyethylenated isotridecylalcohol) 1.5kg 그리고 정제수 1kg을 넣고 반응기에 냉각수를 순환시키면서 500rpm으로 2시간 동안 교반한다.
여기에 정제수 3kg을 400rpm으로 교반하면서 투입하면 우유처럼 유화된 실리콘 에멀젼이 얻어진다.
이어서 정제수 5kg을 추가로 투입하여 묽게 한 다음, 여기에 1kg의 10% 가성소다 용액을 투입하고 24시간 동안 천천히 교반한다.
24시간 후 1.5kg의 아세트산 10% 용액을 천천히 투입하여 중화하고 30분간 더 교반한다.
이어서 진공으로 공기를 제거하여 기포를 없애면 실리콘 에멀젼 전색제의 준비가 완료된다. 이렇게 얻어진 에멀젼의 평균 입자 크기는 155나노미터(nanometer)가 되었다.
(2) 기능성 세라믹 재료와 도료 배합
본 발명의 터널용 세라믹 도료를 구성하는 기능성 세라믹 재료들을 상세히 설명하면 다음과 같다.
은폐안료로서 산화티탄(titanium oxide/TiO2)은 백색 안료로서 굴절률이 높고 입도가 미세하여 은폐력이 높으며, 루틸형으로서 각종 무기산, 유기산, 가스 등에 침식되지 않고 은이 코팅된 제올라이트처럼 항균, 살균, 탈취 기능을 한다.
또한, 이 분말을 견운모 같은 원적외선 분말 및 황토 같은 음이온 분말과 혼합하여 사용하면 상승작용을 일으켜 원적외선 및 음이온 방출 기능을 최대로 하는 촉매 역할을 한다.
그리고 입자 크기가 1~100nm인 나노 산화티탄은 빛 에너지를 흡수하여 산화, 환원 반응을 촉진하는 광 촉매 기능이 있어서 고체 표면의 유기물 분해, 공기의 정화, 탈취 기능을 한다.
이는 도료 조성물 총 중량을 기준으로 하여 5~25중량부의 양으로 사용되며, 5중량부 미만이면 은폐율이 저하되고, 25중량부 이상이면 흐름성, 표면 안정성 등과 내오염성이 나빠진다.
충전 안료로는 콜로이달 실리카나 실리카 분말 또는 탄산염 중에서 선택할 수 있는데 가장 바람직하게는 탄산칼슘이 좋다.
이때 사용하는 탄산칼슘은 흡유량이 낮고, 비표면적이 낮은 것을 사용하여 도막 건조 시 수축률을 낮게 안정시키고 내구성, 내수성을 보완하는 기능을 한다.
산화알루미늄, 산화아연, 운모, 탈크, 산화철, 황산염바륨 등도 충진제로 쓰일 수 있는데 이들 충진제의 입자 크기는 1~300, 비표면적 (BET)이 50㎡/g 이하인 것이다.
본 발명에서 사용되는 충전 안료는 도료 조성물 총 중량에 대해 5~40중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.
그 사용량이 5중량부 미만이면 흐름성과 점도의 안정성이 저하되고, 40중량부를 초과하는 경우에는 밀도나 경도가 너무 낮아져서 도막 밀착성 및 마모성이 저하된다.
그 외에 사용되는 기타 첨가제로는 습윤 분산제로서 폴리아크릴산 나트륨 (sodium polyacrylates)이나 인산염 나트륨 (sodium hexametaphosphate)을 사용하는데, 이들은 친수기와 소수기를 동시에 가지고 있는 계면 활성 구조로 안료 표면의 계면 장력을 감소시키고, 습윤을 가속화하며, 확산력을 증가시키는 역할을 함으로써 물과 실리콘 에멀젼 전색제 내에서 안료 등을 균일하게 분산시킨다.
또한, 도료 첨가제로서 실리콘계나 미네랄오일계 소포제(antifoams), 하이드로 마그네슘 알루미늄 실리케이트(hydro magnesium aluminium silicate) 같은 침강방지제, 하이드록시에틸셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose)나 잔탄검 (xanthan gum) 같은 증점 안정제, pH 조절제로 2-아미노-2-메틸-1-프로페놀, 레벨링제로 폴리아크릴레이트나 변성실록산, 방부제로 이소치아졸론계, 동결방지제로 프로필렌글리콜이나 에틸렌글리콜, 항균제로 유기질소계나 유기질소 유황계 등을 사용할 수 있다. 이러한 첨가제들은 통상적인 도료를 제조하는데 사용되는 것으로 도료 총 중량에 대해 이 첨가제들의 합이 1~10중량부의 양으로 첨가하면서 각각을 조합하여 최적의 성능이 나오도록 배합한다.
여기에 원적외선 분말과 음이온 분말, 항균 분말 등의 세라믹 분말을 추가로 처방하면 친환경 건축용 세라믹 내장 도료로도 사용할 수 있다.
상기 기능성 세라믹을 사용하여 본 발명의 터널용 세라믹 도료를 만들기 위한 각 성분들의 조성과 실시의 예는 아래와 같으며, 본 발명의 내용은 이것에 한정되는 것은 아니다.
각 성분들의 조성은 실리콘 에멀젼 전색제 100중량부에 대해 은폐안료 산화티탄 5~15중량부, 충전안료 탄산칼슘 5~40중량부 및 침강 방지제로하이드로마그네슘알루미늄실리케이트 0.01~1중량부, 소포제로 실리콘 소포제 0.001~0.5중량부 그리고 증점제로 하이드록시에틸 셀룰로오스 0.01~2중량부로 구성된다.
본 발명의 도료 배합 공정의 예는 아래와 같으며, 이 예로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
앞에서 준비한 실리콘 에멀젼 전색제 10kg에 물 2kg을 투입하고 연속적으로 교반하면서, 은폐 안료로서 산화티탄 1.5kg, 충전 안료로 탄산 칼슘 1.5kg, 소포제 10g, 침강 방지제로 하이드로마그네슘알루미늄실리케이트 20g, 증점제로 하이드록시에틸셀룰로오스 15g을 연속적으로 교반하면서 순차적으로 혼합하여 본 발명의 백색 세라믹 기본 도료를 제조한다.
(3) 고 휘도용 형광 색소 착색
일반적 착색제인 염·안료에 비해 형광색소는 빛을 흡수하여 발광하기 때문에 예외적으로 밝은 색깔의 빛을 낸다.
형광색소 속에는 빛을 반사할 뿐 아니라 자외선을 받아들여 가시광선으로 바꿔주는 성분이 들어 있어서 최대 4배까지 밝게 보이는 효과가 있다.
본 발명에서는 상기 세라믹 도료를 터널용으로 적용하기 위하여 터널 내부에서 밝은 효과를 내도록 형광색소를 0~10중량부 적용할 수 있다.
예를 들어 상기 백색 세라믹 도료에 밝은 오렌지 색이나 밝은 녹색 형광안료를 1~5중량부 배합하여 오렌지색 형광이나 녹색 형광의 터널용 세라믹 도료가 완성된다.
따라서 형광 색소는 약간의 빛이 있어도 일반 페인트나 타일 등의 재질에 비하여 강한 빛을 내기 때문에 안전성을 위한 최고의 재료이며, 본 발명에서 터널용 세라믹 도료로 터널 등에 적용했을 때 밝은 시야를 확보해 주는 효과가 있다.
본 발명에 적용할 수 있는 형광색소로는 다음과 같은 것이 있다.
이러한 형광안료(형광 옐로우, 형광 레몬옐로우, 형광 오렌지옐로우, 형광 오렌지, 형광 레드, 형광 핑크, 형광 로즈, 형광 마젠타, 형광 블루, 형광 그린, 형광 바이올렛, 형광 오렌지 레드, 형광 백색, 형광 레몬황색 등), 형광 염료(오로라 핑크, 새턴옐로우, 형광 오렌지) 금, 은, 동분, 금박(금분, 은분, 동분, 황금분, 적금분, 레몬금분, 금박 등), 펄(황금 펄 유광, 황금 펄 무광, 적금 펄, 로얄골드 펄, 황동 펄, 적동 펄, 은 펄, 보라 펄, 녹 펄, 크리스탈 펄 등), 반짝이(레인보우 반짝이 가루, 금반짝이, 은반짝이, 홀로그램 골드, 홀로그램 실버, 녹 반짝이, 적 반짝이, 바이올렛 반짝이, 비치 반짝이, 그린 반짝이, 에머랄드 반짝이, 중 블루 반짝이, 레인보우 투명 반짝이, 형광 유광 네온 반짝이 노랑, 형광 유광 네온 반짝이 그린, 형광 유광 네온 반짝이 오렌지, 형광 유광 네온 반짝이 핑크, 알루미늄 반짝이 골드, 알루미늄 반짝이 실버, 알루미늄 반짝이 블루, 알루미늄 반짝이 그린, 알루미늄 반짝이레드 등), 고휘도 도료표지용 유리알 등이다.
■ 시험 평가와 결과
상기 실시예에서 제조된 도료를 기준품(수성 합성수지 에멀젼 페인트)의 표준 물성 중 주요 항목에 비교하여 표 1에 정리하였다.
| 구분 | 항목 | 시험 결과 | 측정 방법 | ||
| 기준 | 실시 예 | ||||
| 도막 특성 |
고착 건조(분) | 60 이내 | 30~40 | KS M 5000 | |
| 도막 두께 | - | 200㎛ | 건조 도막 두께 | ||
| 부착 강도(표준) | 10.2 이상 | 19kg f/㎤ | JIS K-6909 | ||
| 부착 강도(침수) | 7.1 이상 | 12 kg f/㎤ | JIS K-6909 | ||
| 45o,0o 확산반사율 | 82 이상 | 82~87 | KS M 5320 | ||
| 광택 | 10 이하 | 2~3 | JIS K-5400, 60도 경면 광택도 |
||
| 내수성 | 이상 없음 | 이상 없음 | 20℃ 수돗물에 담궈 1개월간 | ||
| 내세척성 | 도막, 색상차이 없음 | 이상 없음 | 500회 이상 세척 | ||
| 내알카리성 | 색상, 광택 (85o) 변화없음 |
이상 없음 | 20℃포화 Na2CO3에 담궈 1개월간 | ||
| 촉진 내후성(%) |
초기 | 90 | JIS Z-9117 3000시간 (S.W.O.M) |
||
| 시험 후 | 83 | ||||
| 광택잔존 | 92 | ||||
| 내후성 | 시험 중 | 옥외 폭로 | |||
| 방염 특성 | 0초 | 0초 | 직화접촉 후 잔염 시간 측정 |
||
| 항 곰팡이성 | 자라지 못함 | 이상 없음 | ASTM G 21 | ||
| 작업성 | 거품, 안료 분리 없음 | 이상 없음 | 붓, 로라, 스프레이 작업성 | ||
| 냄새 | 자극성 냄새나 악취가 없음 | 이상 없음 | 도장 중, 건조 후 | ||
| 친환경성 | VOCs | 검출 안됨 | 검출 안됨 | ASTM D 3960 | |
또한, 실시예의 도료를 모르타르 경화체에 2회 도장하여 시편 제조 후 시험결과를 표 2에 정리하였다.
| 평가 항목 | 평가 방법 | 결과 |
| 발수성 | 벽돌에서 모세관의 수분 흡수성 테스트 | W24 값 < 0.1kg/㎡h0.5 |
| 수증기 투과성 | Wet-cup 방법 (50/93)으로 실시 | Sd값 < 0.1m |
| 부착 인장 강도 | 2.5N/㎟ | |
| 내후성 | QUV-B, 1000시간 단기 풍화 | 초크 현상과 변색 없음 |
| 내 마모성 | QUV-B, 250시간 분무 | 1만 회 이상의 마모 주기 달성 |
따라서, 본 발명의 실시 예에 의한 터널용 세라믹 도료 조성물은 기존의 일반 페인트에서 쓰이는 석유 화학 제품의 합성수지 대신 환경 친화성 결합재로 실리콘 수지 에멀젼을 사용하여 뛰어난 내오염성을 부가하고, 무기바인더인 세라믹과 기능성 분말 그리고 도료용 첨가제를 투입함으로써 탁월한 내열성과 내광성, 내용제성과 내식성을 발현하면서, 고 휘도용 착색제로 백색 안료나 형광 염료 및 안료 등을 사용하여 도장한 면이 터널 내부에 밝은 휘도를 유지하게 함으로써 터널의 타일을 대체할 수 있는 터널용 세라믹 도료를 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.
특히, 본 발명에서 전색제로 사용되는 실리콘 에멀젼의 효과는 실리콘 수지의 뛰어난 내 오염성과 내구성으로 자주 청소하기 어려운 터널 내부를 밝고 청결하게 유지해 주는 것이다.
또한 실리콘 에멀젼의 주요 바인더인 실리콘 수지는 기공이 있는 3차원의 망상조직을 형성함으로써 외부에서 물의 침투를 막는 내수성을 가짐과 동시에 내부의 수증기는 통과시키는 투습성을 나타내서 콘크리트를 항상 최적의 상태로 유지해 주는 효과가 있다.
본 발명의 터널용 세라믹 도료는 천연 무기질 재료를 사용하여 친 환경적이며 800도 이상에서도 타지 않는 불연성이어서 화재 등의 비상 시에 생명을 보호하는 효과가 있다.
또한 일액형 도장재로 2회 도장만으로 간편하게 시공할 수 있어 작업성이 매우 좋고, 특히 노출 콘크리트 면에 붓, 로라, 스프레이 등으로 쉽게 도장이 잘 되며, 순전한 천연 성분으로 인해 스프레이 도장을 하면서도 자극적인 냄새나 불편한 것이 전혀 없다.
더욱이 세라믹 특유의 무광으로 자연스러운 질감을 내며 다양한 색상으로 변화를 줄 수 있어서, 현재 터널들에서 그대로 노출되어 있는 천장 부분까지 밝은 형광색으로 칠을 하면서 벽면과 다른 색을 적용하면 구분이 되어서 운전자들이 편안함을 느낄 수 있고, 터널 내부가 밝아서 훨씬 더 안전해진다.
더욱이, 기존의 타일 위에도 도장이 가능하여 새로 만드는 터널뿐만 아니라 이미 타일로 만들어져 있는 터널도 타일을 제거하는 작업 없이 손쉽게 덧칠할 수 있는 장점이 있다.
결국 본 발명의 터널용 세라믹 도료는 실리콘 수지와 세라믹의 탁월한 방오성으로 인해 터널 내부가 쉽게 오염되지 않으므로 유지가 용이하고 관리 비용이 절감되는 경제적인 효과가 있으며, 결로가 방지되고 방수성이 뛰어나 항균 성능이 우수할 뿐 아니라, 원적외선과 음이온을 발생시킴으로 인해 터널 내부의 매연 및 오염 등을 정화시켜 쾌적한 터널 내부 환경을 조성하는 장점이 있고, 천연의 수성 세라믹 도료로서 휘발성 유기화합물들이 없을 뿐만 아니라, 고 휘도용의 형광 색소를 함유하여 터널 내부를 전체적으로 칠했을 때 같은 조명 하에서도 훨씬 밝은 효과가 있어서 운전자들의 안전성을 확보할 수 있는 매우 유용한 발명이다.
Claims (6)
- 콘크리트의 기재 표면에 도막 형성용 도료의 조성물로서, 분자당 적어도 2개 이상의 하이드록실기(hydroxyl, OH)를 가지는 α,ω-디하이드록시 폴리다이메틸 실록산(dihydroxy-polydimethyl-siloxaxne) 1~95중량부와, 실리콘 MQ수지 5~60중량부와, 분자당 적어도 하나 이상의 하이드록실기와 친수성기를 가지는 실란이나 폴리올가노실록산 중에서 수용성인 것 중 하나 이상인 것의 0.1~30중량부와, 하나 이상의 유화제 0.005~9.5중량부로 구성되는 실리콘 에멀젼 전색제;와,
은폐안료로서 산화티탄(titanium oxide/TiO2)과, 충전안료로서 탄산칼슘과 침강방지제로서 하이드로마그네슘알루미늄실리케이트(hydro magnesium aluminium silicate)와 소포제로 실리콘 소포제 및 증점제로 하이드록시에틸 셀룰로오스 (hydroxyethyl cellulose)로 구성되는 기능성 세라믹 재료;와,
형광안료, 형광염료, 금박, 펄, 반짝이, 도로표지용 유리알 등에서 선택되는 고 휘도용 착색제;로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널용 세라믹 도료의 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 α,ω-디하이드록시 폴리다이메틸 실록산(dihydroxy polydimethyl siloxaxne)의 화학식은,
(상기 화학식에서 n은 10이상이며, R1과 R2는 같거나 다를 수 있으며, 하이드록실기, 알킬기(C1~C6) 또는 알케닐기(C1~C6)나 아민기이다.)으로 표현되는 터널용 세라믹 도료의 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 실리콘 MQ수지는 MxQy 구조의 실라놀기를 가지고 있는 수지이며, 여기서 M은 R3SiO1/2 단위를 나타내고 Q는 SiO4/2 단위를 나타내는데, 그 중에서 R은 하이드록실기나 C1~C6알킬기나 치환된 알킬기이며 x:y의 비율은 0.5~2이고, 수지 분자당 적어도 평균 3개 이상의 하이드록시기가 M 단위의 실리콘 원자에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 터널용 세라믹 도료의 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 실란은(R1 3SiO1/2)a(R2 2SiO2/2)b(R3SiO3/2)c 구조로 된 조성물로서, R1, R2, R3는 같거나 다른 탄화수소기나 치환기를 가진 탄화수소기로서 탄소가 1~18 개, 적어도 하나 이상의 치환기를 가진 탄화수소기가 실리콘 원자에 결합 되어 있어야 하며, 치환그룹으로는 아미노, 에폭시화 아미노, 암모늄, 글리시딜, 멀캅토, 카르복실, 그리고 설페이트 그룹 또는 이들의 조합이 될 수 있으며, a의 값은 0~100, b는 0~1,000 그리고 c는 0~100인 것을 특징으로 하는 터널용 세라믹 도료의 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 유화제는 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양쪽성계, 그리고 이들을 혼합한 것으로서, 비이온성 계면활성제 중에서 HLB(Hydrophile-Lipophile Balance)가 낮은 것과 높은 것을 혼합하여 최종 HLB 값이 11~16이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 터널용 세라믹 도료의 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 실리콘 에멀젼 전색제 100중량부에 대해 상기 기능성 세라믹 재료의 산화티탄 5~15중량부, 탄산칼슘 5~40중량부, 하이드로마그네슘알루미늄실리케이트 0.01~1중량부, 실리콘 소포제 0.001~0.5중량부 및 하이드록시에틸 셀룰로오스 0.01~2중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널용 세라믹 도료의 조성물.
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