KR101434501B1

KR101434501B1 - 차열 도료 조성물

Info

Publication number: KR101434501B1
Application number: KR1020120101515A
Authority: KR
Inventors: 유중환; 임세미
Original assignee: 한국세라믹기술원; (주)알엔씨
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-08-26
Also published as: KR20140036060A

Abstract

본 발명은 차열 성능이 우수한 도료 조성물에 관한 것으로, 특히 실란커플링제로 표면 처리된 차열 소재를 포함하는 상도층용 혼합물 및 중공 비드를 포함하는 하도층용 혼합물을 포함하는 차열 도료 조성물, 이를 이용한 차열 도료의 도장 방법, 및 이로부터 제조된 차열 도막을 제공한다.
본 발명의 차열 도료 조성물을 건물 등에 도장하면, 여름과 겨울에 건물 등의 냉난방 장비 사용량을 현저히 절감하며, 이에 따라 전체 에너지를 효과적으로 절약할 수 있다.

Description

차열 도료 조성물{THERMO SHIELD PAINT COMPOSITION}

본 발명은 차열 성능이 우수한 도료 조성물 및 이를 이용한 복합 도장 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 적외선 반사, 차단 성능을 갖는 에너지 절감형 차열성 도료에 관한 것이다.

기후 협약의 발효와 더불어 에너지 절약을 통한 온실 가스 감축은 세계적 추세이다. 또한 최근 도시로의 인구 집중, 건축물에 의한 녹지 감소, 도시화에 의한 대기의 악화 등에 의해 도시 내의 기온이 국소적으로 상승하는 열섬(Heat Island) 현상이 큰 사회문제로 되고 있다.

여름철에 건물의 내부온도를 상승시키는 직접적인 요인은 적외선이 콘크리트 건물의 외면 또는 옥상에 흡수되어 열에너지를 발생시켜 건축물, 산업체 등에서 열손실을 30% 이상 발생시키고 있어 도시 열섬 현상 및 냉, 난방비 증가의 원인이 된다. 따라서 적외선을 효과적으로 반사시키고, 건물표면의 온도를 낮춤으로써 건물 내부로 유입되는 열을 감소시켜 실내온도 상승을 억제할 필요가 있다.

이에 따라, 많은 차열도료가 개발되어 실제 건축물에 이용되고 있다. 그러나 기존 차열도료는 주로 색에 의한 반사 극대화를 추구하여 차열 효과를 얻고 있기 때문에 색상이 제한되어 있고, 이러한 기술은 태양광의 반사 효과만을 기대한 것이기에 차열 효과는 불충분하다고 말할 수 있다.

또한, 국내에서는 우수한 단열성을 가지는 것으로 알려진 중공입자를 수입해 단순히 도료에 혼합하는 형태로 열차단 기능이 있는 도료가 사용되고 있다. 그러나 중공입자를 단순히 혼합한 도료는 중공체가 다공질 또는 오픈 포어(open pore) 구조인 경우, 페인트와 혼합 시 표면 기공을 통해 도료가 내부에 침투되어 단열효과를 떨어뜨리는 문제점이 있다.

종래의 다른 방법으로는 반사형 차열재인 편운모를 이용하여 차열도료를 제조하는 방법으로 물체의 표면에 도달된 태양광을 반사시켜 열에너지로의 전환을 억제시키는 효과를 가지고 있다. 그렇지만 이런 종류의 무기 차열재는 편운모의 크기가 클 경우 열전도율 차이로 인하여 단열효과가 저하될 수 있으며, 입자가 큰 편운모를 사용할 경우 침강현상이 발생하여 도포한 도료의 차열효과의 편차가 커지는 문제점이 초래될 수 있다.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 우수한 차열 효과를 나타내는 도료 조성물의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

본 발명은 장기간 동안 우수한 적외선 차단 기능을 지속적으로 유지할 수 있는 에너지 절감형 차열성 도료 조성물 및 이를 이용한 도장 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 하기의 화학식 1로 표시되는 실란커플링제로 표면 처리된 차열 소재를 포함하는 상도층용 혼합물, 및 중공 비드를 포함하는 하도층용 혼합물을 포함하는 차열 도료 조성물을 제공한다.

[화학식 1]

식 중, R¹, R², 및 R³은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 탄소수 1 내지 5를 갖는 알킬기이며, R⁴는 탄소수 1 내지 18을 갖는 직쇄상 또는 분지상의 알킬기이다.

본 발명은 또한, 상기 도료 조성물을 이용하는 차열 도료의 도장 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 도장 방법에 따라 제조되는 차열 도막을 제공한다.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 차열 도료 조성물 및 이를 이용한 차열 도료의 도장 방법, 이로부터 제조된 차열 도막에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다.

본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성 요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.

본 발명은 기존 도료에 비해 노면 및 건축물의 표면 온도를 일정한 범위에서 유지하는 차열 도료로서, 열을 차단하여 효율적으로 건축물의 표면 온도, 자전거 도로용 아스콘, 콘크리트, 아스팔트 노면 등을 일정한 범위에서 유지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

특히, 본 발명자들은 우수한 차열 성능을 갖는 도료 조성물에 대하여 지속적인 연구 노력을 수행한 결과, 실란커플링제로 표면 개질된 특정의 차열 소재를 상도층에 사용하고 하도층에는 중공 비드를 사용하며, 우수한 단열 성능 발현과 함께 차열 소재가 도료와 혼합 도포시 도료 표면 층에 균일하게 존재할 수 있도록 함으로써, 건축물의 옥상 및 외부벽면을 코팅하여 실내온도에 영향을 미치는 적외선을 반사, 차단하는 차열 성능의 향상을 극대화할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명은 장기간 동안 우수한 적외선 차단 기능을 지속적으로 유지할 수 있는 에너지 절감형 차열 도료 조성물을 제공한다. 상기 차열 도료 조성물은 특정의 상도층용 혼합물 및 하도층용 혼합물을 포함한다.

먼저, 상기 차열 도료 조성물에서 상도층용 혼합물은 하기의 화학식 1로 표시되는 실란커플링제로 표면 처리된 차열 소재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

식 중,

R¹, R², 및 R³은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 탄소수 1 내지 5를 갖는 알킬기이며, 바람직하게는 메틸기, 에틸기, 또는 프로필기가 될 수 있고;

R⁴는 탄소수 1 내지 18을 갖는 직쇄상 또는 분지상의 알킬기이며, 바람직하게는 프로필기, 옥틸(octyl)기, 데실(decyl)기, 도데실(dodecyl)기, 옥타데실(octadecyl)기, 페닐(phenyl)기, 또는 비닐(binyl)기가 될 수 있다.

상기 실란 커플링제로는 프로필트리메톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 도데실트리메톡시실란, 옥타데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 및 비닐트리메톡시실란로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.

또한, 상기 실란 커플링제로 표면 처리되는 차열 소재로는 플레이크 타입의 고굴절 소재를 사용할 수 있다. 또한, 상기 차열 소재는 굴절율이 높은 고굴절 소재가 될 수 있으며, 상기 차열 소재는 판상 형태의 플레이크 타입 소재가 될 수 있다.

본 발명의 상기 상도층용 혼합물에서 실란 커플링제로 코팅되는 차열 소재는 마이카(mica), 펄(pearl), 벤토나이트(bentonite), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 및 클레이(clay)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 혼합하여 사용할 수 있다. 마이카(mica), 펄(pearl), 벤토나이트(bentonite) 등을 사용하는 것이 좀더 바람직하다.

상기 차열 소재 중에서 펄(pearl)은 판상결정체로서 K₂O, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂를 조성 성분으로 포함하는 세라믹 소재가 될 수 있으며, 특히 55%~65%의 K₂O·3Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O와 35%~45%의 TiO₂로 이루어진 것이 될 수 있다. 상기 마이카(mica)는 박막 편상의 운모성분의 세라믹 소재가 될 수 있다.

이러한 차열 소재의 평균입경 0.1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 30 ㎛가 될 수 있으며, 상기 평균입경이 0.1 ㎛ 미만인 경우에는 충분한 차열 성능이 얻어지지 않고, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 도료의 균형이 깨지고 접착력, 점도, 내크랙성 등이 저하되는 문제가 발생할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 상도층용 혼합물은 소수성 실란커플링제를 사용하여 차열소재의 표면을 화학적으로 개질시킴으로써, 도료와 혼합하여 사용시 도료 표면에 플로팅(floating)되어 최적화된 차열 소재 성능을 나타내게 된다. 특히, 본 발명의 상도층에서 상기 화학식 1로 표시되는 소수성을 가진 실란커플링제를 이용하여 차열 소재의 표면을 화학적으로 개질함으로써, 도료와 함께 도포시 소수성에 의해 차열 소재가 도료 표면층에 균일하게 도포가 이뤄지게 되고 이렇게 표면 위주로 존재하는 플레이크 타입(flake type)의 차열 소재는 태양빛을 효과적으로 반사하여 차열 효과를 극대화할 수 있게 된다.

상기 실란 커플링제의 함량은 차열 소재 중량을 기준으로 100 중량부에 대하여 0.1 내지 12 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 8 중량부가 가 될 수 있다. 상기 실란 커플링제의 함량은 소재의 표면에 소수성을 부여하는 효과 측면에서 차열 소재 대비 0.1 중량부 이상으로 사용될 수 있으며, 수계 도료와의 상용성 및 분산성 측면에서 차열 소재 대비 12 중량부 이하로 사용될 수 있다.

이때, 상기 차열 소재에 대한 실란 커플링제의 코팅은 함침법, 스프레이법, 또는 기상증착법으로 이뤄질 수 있다. 특히, 차열 소재를 실란 커플링제로 코팅하는 방법에 있어서는, 실란 커플링제를 유기용매와 함께 차열소재와 혼합 및 교반 후 유기용매를 제거하는 방법(함침법)과 차열소재 표면에 실란 커플링제를 스프레이(spray)법을 통하여 직접 분사 후 혼합하는 방법을 적용할 수 있다. 상기 함침법에서 사용되는 유기용매로는 차열소재와 실란 커플링제를 모두 잘 혼합할 수 있는 용매로 디클로로메탄 (dichloromethane), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 에틸아세테이트(ethylacetate), 디에틸에테르(diethyether) 등의 유기 용매 1종 이상을 사용할 수 있으나, 차열 소재와 실란 커플링제의 특성에 의해 용매를 바꿔줄 수 있으므로 상기 용매로 제한하지는 않는다. 상기 차열소재의 코팅하는 방법에서 혼합시간은 10 분에서 6 시간 정도가 적당하며 이는 제조하는 소수성 차열소재의 양이나 실란 커플링제의 함량에 따라 적절히 조절이 가능하다.

본 발명은 상술한 바와 같이 실란커플링제로 표면 개질된 특정의 차열 소재를 사용함으로써, 기존에 고굴절 차열소재가 대부분 적외선 반사 기능을 가지기 위해서 과량의 TiO₂ 및 유사계열 광물이 사용되어 도료의 점착력, 내크랙성의 저하와 같은 문제점을 현저히 개선할 수 있다. 이와 함께, 본 발명의 차열 도료 조성물은 기존의 차열 소재에서 침강 현상 등으로 인하여 도포한 도료의 차열 효과가 저하되는 문제를 개선할 수 있다.

또한, 상기 실란커플링제로 코팅된 차열소재는 코팅된 표면을 열처리 또는 광조사하는 공정을 추가로 수행하여 제조할 수 있다.

상기 열처리 공정은 60 내지 200 ℃, 바람직하게는 70 내지 150 ℃에서 수행할 수 있다. 상기 열처리 온도는 반응시간 및 반응압력에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 열처리 공정은 1 내지 48 시간 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 24 시간, 좀더 바람직하게는 6 내지 12 시간 동안 수행될 수 있다. 이 때, 상기 열처리 시간은 반응 온도 및 압력 조건에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 차열 도료 조성물에서, 상기 차열 소재는 상도층용 혼합물의 총중량 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부, 바람직하게는 1.5 내지 30 중량부, 더욱 바람직하게는 2 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 상기 차열 소재가 전체 조성물에 대하여 1 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 충분한 차열 성능이 발휘될 수 없으며, 40 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 분산이 곤란해지고 도막의 밀도를 증가시켜 도장성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 도료의 점도 상승, 유동성의 악화에 의하여 도장성이 저하되는 문제가 발생할 수도 있다.

또한, 본 발명의 상도층용 도료 혼합물은 상기 차열 소재와 함께 바인더 수지를 포함할 수 있다. 이 때, 본 발명에서 사용될 수 있는 바인더 수지에는 별도의 제한이 없으며, 기존에 공지된 모든 도료 조성물에 적용되어온 바인더 수지라면 모두 적용할 수 있으므로 용도 및 목적에 따라 적절하게 선정하여 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 바인더 수지로서는 알키드계 수지, 아미노계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 니트로셀룰로오즈계 수지, 염화고무계 수지, 비닐계 수지, 아크릴계 수지 등을 포함한 모든 종류의 바인더로서의 수지가 사용될 수 있다. 다만, 차도용으로서는 경화가 빨라서 강도가 높은 MMA 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 공원, 광장 등의 공공의 장소용으로서는 아크릴계 에멀젼 수지, 특히, 수성 아크릴계 에멀젼 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 아크릴계 에멀젼 수지는 시공이 용이해서 비용을 낮게 억제할 수 있기 때문이다. 또한 보도용으로서는 우레탄 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 우레탄 수지는 포장체의 표면에 탄력성을 부여하여 보행자의 발의 부담을 적게 할 수 있다.

이러한 바인더 수지는 본 발명의 상도층 혼합물 총 중량에 대하여 10 내지 50 중량부, 바람직하기로는 12 내지 48 중량부, 더욱 바람직하게는 15 내지 46 중량부로 사용될 수 있다. 상기 바인더의 함량이 10 중량부 미만으로 사용되면 유동성이 부족하여 도료의 제조가 어려워지고 도막의 강도가 약하게 될 수 있으며, 50 중량부를 초과하여 사용되면 도막표면에 바인더의 노출이 늘어나며, 태양열 반사층이 줄어들게 되어 태양열 반사효과, 단열효과, 비오염 효과가 모두 떨어질 수도 있다.

한편, 상술한 바와 같이 본 발명의 차열 도료 조성물에서 상도층용 혼합물은 도료에 사용 가능한 것으로 알려진 일반적인 성분, 예컨대, 경화제, 안료, 물, 등을 추가로 포함할 수 있다.

상기 경화제로는 에폭시 수지 등을 1종 이상 사용할 수 있으며, 특히 수성 경화제를 사용할 수 있다. 상기 경화제는 전체 상도층용 혼합물에 대하여 5 내지 7 중량부, 바람직하게는 5.2 내지 6.8 중량부, 좀더 바람직하게는 5.5 내지 6.5로 사용될 수 있으며, 구체적으로 사용되는 바인더 수지 및 차열 소재 등을 고려하여 적절한 범위로 조절하여 사용될 수 있다. 특히, 상기 경화제는 상술한 바와 같은 바인더 수지, 예컨대, 수성 아크릴 에멀젼 수지 및 수성 에폭시 수지 등의 중량 대비 5 내지 7 중량부를 첨가할 수 있다. 결합제의 경화제로는 수성 경화제로, 5 중량부 미만으로 첨가하는 경우에는 바인더 수지의 경화 효과가 미미하고, 7 중량부를 초과하여 첨가하는 경우에는 불필요한 경화제가 발생하여 도막의 내구성을 약화시키는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 안료는 도료 조성물에 사용 가능한 것으로 알려진 안료 성분이라면 특별한 한정 없이 사용할 수 있다. 상기 안료는 전체 상도층용 혼합물에 대하여 5 중량부 이하 또는 1 내지 5 중량부로 사용될 수 있다. 특히, 구체적으로 사용되는 바인더 수지 및 경화제 등에 따라 별도의 안료 첨가 없이 안료가 포함된 경화제 등으로 대체하여 사용될 수도 있다.

본 발명의 상도층용 혼합물은 추가로, 전체 상도층 혼합물 총 중량에 대하여 5 내지 40 중량부의 물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 6 내지 35 중량부, 좀더 바람직하게는 7 내지 20 중량부로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 차열 도료 조성물은 중공 비드를 사용하는 하도층용 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 중공 비드(hollow bead, hollow sphere)는 속이 빈 구형 입자이며, 중공부가 닫혀 있는 중공체가 사용된다. 상기 중공 비드는 저열전도율로 인해 단열성이 우수하지만, 중공체가 다공질 또는 오픈 포어(open pore) 구조인 경우에 페인트와 혼합 시 표면 기공을 통해 도료가 내부에 침투되어 단열효과를 떨어뜨리는 문제점이 있기에 중공부가 닫혀있는 중공체를 사용함으로써 단열 성능을 극대화할 수 있다.

상기 중공 비드는 평균 입자 크기가 10 내지 50 ㎛, 바람직하게는 10 내지 40 ㎛, 좀더 바람직하게는 10 내지 30 ㎛가 될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 중공 비드는 입자의 평균 크기가 20 ㎛이고, 90% 입자 크기가 30 ㎛ 이하이며, 최대 입자 크기가 40 ㎛ 이하인 중공체가 될 수 있다.

이러한 중공 비드는 실리카(silica), 유리(glass) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 될 수 있다. 상기 중공 비드는 평균 밀도가 0.18 내지 0.22, 특히 0.20 정도가 될 수 있다. 또한, 상기 중공비드는 저굴절율 및 저열전도율 특성으로 우수한 단열 성능을 발휘할 수 있다.

본 발명의 차열 도료 조성물에서 상기 중공 비드는 하도층용 혼합물의 총중량 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부, 바람직하게는 6 내지 25 중량부, 더욱 바람직하게는 7 내지 15 중량부의 함량으로 사용될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 본 발명의 차열 도료 조성물에서 하도층용 혼합물은 도료에 사용 가능한 것으로 알려진 일반적인 성분, 예컨대, 바인더 수지, 경화제, 안료, 물 등을 추가로 포함할 수 있으며, 각 성분의 함량은 상도층 혼합물과 동일한 범위에서 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 차열 도료 조성물은 하도층용 혼합물 총중량에 대하여, 중공 비드 5 내지 30 중량부, 아크릴계 수지 10 내지 50 중량부, 경화제 5 내지 7 중량부, 안료 5 중량부 이하, 및 물 5 내지 40 중량부를 포함하는 것이 될 수 있다.

본 발명의 차열 도료 조성물은 바람직하게는 수계형 도료로 적용할 수 있으며, 이때 차열성 도료 조성물의 고형분은 물을 첨가하여 조절할 수 있다. 이에 따라 물의 함량은 상술한 바와 같은 범위로 사용할 수도 있지만, 이러한 특정 함량으로 고정된다기 보다는 시공환경, 온도, 습도, 계절적인 요인, 도료의 보관기간 등에 따라 적절한 비율로 첨가할 필요가 있다.

또한, 본 발명에 따른 도료의 구성성분 중에서 도료 제조 시 통상적으로 사용되어온 기타 첨가제 성분이 추가로 더 포함될 수 있으며, 이들은 본 발명의 목적으로 하는 소기의 기능을 발휘시키는 것이 아니므로 그 사용량을 특별히 제안하지 않는다. 상기 기타 첨가제의 예로서는 분산제, 소포제, 침강방지제, 가소제 등을 들 수 있다. 이들은 적어도 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

한편, 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명은 상술한 바와 같은 도료 조성물을 사용하는 차열 도료의 도장 방법을 제공한다. 상기 차열 도료의 도장 방법은 중공 비드를 포함하는 혼합물을 하도층으로 도장하는 단계, 및 하기의 화학식 1로 표시되는 실란커플링제로 표면 처리된 차열 소재를 포함하는 혼합물을 상도층으로 도장하는 단계를 포함할 수 있다.

[화학식 1]

식 중,

본 발명은 각각 특정의 차열 소재 및 중공 비드 등을 포함하는 도료 혼합물을 사용하여 하도층과 상도층을 도장하는 단계를 포함함으로써, 건축물의 옥상 및 외부벽면을 코팅하여 실내온도에 영향을 미치는 적외선을 반사, 차단하는 차열 성능 및 단열 성능의 향상을 극대화할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

특히, 본 발명은 차열소재의 침강현상으로 인하여 차열효과가 저하되는 종래의 차열성 도료와는 달리 소수성 실란커플링제로 표면처리된 차열소재를 포함하는 도료 혼합물을 상도층에 플로팅(Floating) 형태로 사용함으로써 적외선의 반사, 차단을 극대화하였고, 또한 중공부가 닫혀있는 저열전도율의 중공체를 포함하는 도료 혼합물을 하도층에 사용함으로써 단열 성능을 극대화할 수 있다.

상기 차열 도료의 도장 방법에서, 상기 상도층은 두께 200 내지 800 ㎛, 바람직하게는 400 내지 800 ㎛, 좀더 바람직하게는 400 내지 600 ㎛으로 도장할 수 있다. 이때, 상도층의 두께는 건조도막 두께 측면에서 200 ㎛ 이상이 될 수 있다.

또한, 상기 하도층은 두께 200 내지 800 ㎛, 바람직하게는 400 내지 800 ㎛, 좀더 바람직하게는 400 내지 600 ㎛으로 도장할 수 있다. 이때, 하도층의 두께는 건조도막 두께 측면에서 200 ㎛ 이상이 될 수 있다.

본 발명에 따른 차열 도료의 도장 방법에서, 중공 비드를 포함하는 혼합물 및 실란커플링제로 표면 처리된 차열 소재를 포함하는 혼합물에 대하여 구체적인 성분, 조성, 및 함량 등은 차열 도료 조성물 관련하여 전술한 바와 같다.

한편, 발명의 또다른 일 구현예에 있어서, 본 발명은 상술한 바와 같은 방법으로 제조되는 차열 도막을 제공한다. 본 발명에 따른 차열 도막은 건축물의 옥상 및 외부벽면을 코팅하여 실내온도에 영향을 미치는 적외선을 반사, 차단하는 차열 성능 및 단열 성능을 현저히 향상시킨 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 차열 도막은 소수성 플레이크 타입의 차열 소재 1종 이상을 포함하는 도료 조성물을 상도층에 플로팅(Floating) 형태로 사용함으로써 적외선의 반사, 차단을 극대화하였고, 또한 하도층에 중공부가 닫혀있는 중공체를 사용함으로써 단열 성능을 극대화하는 우수한 효과가 있다.

본 발명에 따른 차열 도막은 일본공업규격(Japanese Industrial Standard) JIS A 5759에 따른 방법으로 측정된 적외선 반사율은 80% 이상 또는 80% 내지 95%, 바람직하게는 84% 이상, 좀더 바람직하게는 86% 이상이 될 수 있다. 또한, 상기 차열 도막은 차열성능시험으로 측정된 샘플 표면 온도는 65 ℃ 이하 또는 45 내지 65 ℃, 바람직하게는 60 ℃ 이하, 좀더 바람직하게는 55 ℃ 이하가 될 수 있다. 특히, 차열 도료 성능 평가에 있어서 2~3 ℃ 정도의 차이만으로도, 실제로 구현되는 실내 온도 저하 효과 등은 현저히 증폭된다고 할 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.

본 발명의 차열 도료 조성물은 실란커플링제로 표면처리된 차열소재가 도료 내 존재하는 상도층과 단열 성능을 높인 하도층으로 이루어진 복합 도장 시스템을 제공함으로써, 건축물의 옥상 및 외부벽면을 코팅하여 실내온도에 영향을 미치는 적외선을 효율적으로 반사, 차단하여 건물의 내부 온도 상승을 저하시키며, 이에 따라 냉난방 에너지를 효과적으로 절약할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 개질된 펄(Pearl) 및 비교예 1의 개질전 펄(Pearl)에 대한 FT-IR 측정 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 개질된 펄(Pearl) 및 비교예 1의 물과 분리 실험 결과를 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 개질된 펄(Pearl) 및 비교예 1의 개질전 펄(Pearl)의 차열도료 조성물에 대한 차열성능시험 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

평균입경 10 ㎛ 내지 30 ㎛의 펄 소재 10 g을 유기 용매인 디클로로메탄 100 mL 및 데실트리메톡시실란(DTMS: decyltrimethoxysilane) 0.5 g과 혼합하여 25 ℃에서 1 시간 동안 교반한 후, 증류 장치(evaporation)을 통하여 유기 용매를 제거한 뒤 수열 반응기에 넣고 120 ℃에서 12 시간 동안 반응시켰다.

상기 수열 반응을 마친 후 얻어진 펄 소재를 100 ℃에서 2 시간 동안 건조 공정을 통해, 디클로로메탄을 완전히 제거하여 표면이 개질 된 펄을 제조하였다.

전체 상도층용 혼합물 100 중량부에 대하여, 주제인 수성 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 50 중량부, 경화제 5 내지 7 중량부, 안료 3 중량부, 물 15 중량부, 차열소재로 상술한 바와 같이 제조한 DTMS 5 중량부로 개질한 펄(Pearl) 10 중량부를 혼합하여 차열 도료 조성물의 상도층용 혼합물을 제조하였다.

또한, 실리카 중공구(평균 입자 크기 10 내지 30 ㎛)를 사용하여 하도층용 혼합물을 제조하였다. 이때, 전체 하도층용 혼합물 100 중량부에 대하여, 주제인 수성 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 50 중량부, 경화제 5 내지 7 중량부, 안료 3 중량부, 물 15 중량부, 실리카 중공구 10 중량부를 혼합하여 차열 도료 조성물의 하도층용 혼합물을 제조하였다.

이렇게 제조된 상도층용 혼합물 및 하도층용 혼합물을 사용하여 철판의 시편(10mm x 10mm)에 차열 도막을 제조하였다. 먼저, 상기 실리카 중공구를 포함하는 하도층용 도료 혼합물을 사용하여 1차 도포, 건조후 400 ㎛ 내지 600 ㎛ 두께의 하도층을 도장하였다. 또한, 상기 펄 소재를 포함하는 상도층용 도료 혼합물을 사용하여 2차 도포, 건조하여 하도층과 동일한 두께로 400 ㎛ 내지 600 ㎛ 두께의 상도층을 도장하여, 차열 도막 시편을 제조하였다.

한편, 실시예 1에 따라 개질된 펄(Pearl)에 대한 FT-IR 측정 그래프를 도 1에 나타내었으며, 상기 개질된 펄(Pearl)의 물과 분리 실험 결과를 나타내는 사진을 도 2에 나타내었다.

실시예 2

실란커플링제로 표면처리된 차열 소재로서 DTMS 5 중량부로 개질한 마이카(Mica) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하도층을 도장하고 상도층을 도장하여, 차열 도막 시편을 제조하였다.

실시예 3

실란커플링제로 표면처리된 차열 소재로서 DTMS 5 중량부로 개질한 벤토나이트(Bentonite) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하도층을 도장하고 상도층을 도장하여, 차열 도막 시편을 제조하였다.

실시예 4

실란커플링제로 표면처리된 차열 소재로서 DTMS 5 중량부로 개질한 펄(Pearl)을 3 중량부로 줄여 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하도층을 도장하고 상도층을 도장하여, 차열 도막 시편을 제조하였다.

실시예 5

실란커플링제로 표면처리된 차열 소재로서 DTMS 5 중량부로 개질한 펄(Pearl)을 7 중량부로 줄여 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하도층을 도장하고 상도층을 도장하여, 차열 도막 시편을 제조하였다

실시예 6

실란커플링제로 표면처리된 차열 소재로서 DTMS 3 중량부로 개질한 펄(pearl) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하도층을 도장하고 상도층을 도장하여, 차열 도막 시편을 제조하였다.

비교예 1~3

차열 소재로서 별도의 실란커플링제 표면 처리 없이 각각 각각 펄(Pearl), 마이카(Mica), 벤토나이트(Bentonite)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하도층을 도장하고 상도층을 도장하여, 차열 도막 시편을 제조하였다.

한편, 비교예 1의 기존에 따라 별도 개질 처리되지 않은 펄(Pearl)에 대한 FT-IR 측정 그래프를 도 1에 나타내었으며, 상기 비교예 1의 펄(Pearl)에 대한 물과 분리 실험 결과를 나타내는 사진을 도 2에 나타내었다.

시험예

실시예 1~6 및 비교예 1~3에 따라 제조된 차열 도막 시편에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성 평가를 수행하였다.

a) 적외선반사율

본 발명에서 적외선 반사율은 일본공업규격 JIS A 5759에 의해 UV-VIS-NIR 분광광도계(Jasco V-570)를 사용하여 각 적외선 파장별 반사율 값을 아래의 계산식 1을 이용해서 총 적외선 반사율을 수치화한 것으로 수치가 높을수록 적외선 반사 효과가 우수하다는 것을 의미한다.

[계산식 1]

상기 계산식 1에서,

ρ_e는 총 적외선 반사율이며, Eλ는 직접 도달하는 태양방사 상대값의 표준 스텍트럼 분포이며, Eλ×△λ는 중가계수이며, ρ_1,η(λ)는 각 파장별 반사율이다.

b) 차열 성능 시험

차열 성능 시험은 건축물의 벽체를 통한 열 전달에 대한 도장 종류별 차열 성능 정도를 모의 비교하기 위하여, 상부가 개방된 박스를 정사각형으로 자체 제작하여 진행하였다.

시험편은 상술한 바와 같이 10 mm x 10 mm 철판 위에 실험하고자 하는 실험군을 도포하여 충분히 건조시킨 후 실험을 진행하였고, 일정한 거리에서 태양광선 파장과 유사한 효과를 나타내는 적외선 램프를 조사하면서 시료의 표면 중앙에 온도 측정 센서를 설치하여 시간에 따른 온도 변화를 측정하였다. 이때, 램프 조사시간은 보통 4h 정도되면 정지상(steady-state) 상태에 도달하기에 평균 4h로 측정하였다. 본 실험을 진행하기 위해 오스람(OSRAM)사 100 W 적외선 램프(Infrared Lamp)를 사용하였고, 온도 측정 장치는 미들 로거(Middle logger GL820, Graphtec사) 온도 데이터 로거(Data logger, 스캔 스피드를 1 sec 단위로 세팅함)로 측정 온도 변화 추이를 분석하였다.

실시예 1~6 및 비교예 1~3에 따라 제조된 차열 도막 시편에 대한 물성 평가 결과는 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.

구 분	샘플명	적외선반사율(%)	샘플표면온도(℃)
실시예 1	5wt%DTMS-펄(10wt%)/도료(흰색)	92	52
실시예 2	5wt%DTMS-마이카(10wt%)/도료(흰색)	90	54
실시예 3	5wt%DTMS-벤토나이트(10wt%)/도료(흰색)	87	57
실시예 4	5wt%DTMS-펄(3wt%)/도료(흰색)	88	57
실시예 5	5wt%DTMS-펄(7wt%)/도료(흰색)	90	54
실시예 6	3wt%DTMS-펄(10wt%)/도료(흰색)	91	54
비교예 1	펄(10wt%)/도료(흰색)	85	62
비교예 2	마이카(10wt%)/도료(흰색)	84	63
비교예 3	벤토나이트(10wt%)/도료(흰색)	85	63

또한, 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따른 차열 도료 조성물을 적용한 도막에 대한 차열 성능 시험 결과를 나타낸 그래프를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 차열 도료 조성물을 적용한 경우에 비교예 1에 비해 현저히 낮은 표면 온도로 우수한 차열 성능을 갖는 것을 알 수 있다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1~6의 차열 도료를 적용한 경우에는 적외선 반사, 차단 및 차열 성능 등 우수한 특징을 갖는 것을 알 수 있다. 반면에, 기존의 방법에 따른 비교예 1~3의 차열 도료를 적용한 경우에는 적외선 반사, 차단 및 차열성능 등이 현저하게 저하됨을 알 수 있다.

본 발명 조성물의 차열성은 실시예 1~3에서 알 수 있는 바와 같이 DTMS로 개질한 차열소재 펄(Pearl)을 사용함으로써 차열 성능이 높아짐을 알 수 있다. 또한, 실시예 1, 4, 5, 6에서는 DTMS 5 중량부로 개질한 펄(Pearl) 10 중량부를 사용함으로써 더 효율적으로 차열 성능이 높아짐을 알 수 있으며, 비교예 1~3의 경우와 비교할 때 소수성 실란커플링제로 개질한 차열소재를 사용함으로써 차열 성능이 더욱 극대화됨을 알 수 있다.

특히, 적외선 반사율 시험 결과, 실시 예 1의 DTMS 5 중량부로 개질한 펄(Pearl) 10 중량부를 사용한 조성물의 반사율이 92%로 가장 높은 반사율을 보이고 있음을 확인하였다. 이는 샘플 표면온도에서도 확인할 수 있듯이 소수성 실란커플링제로 개질한 차열 소재를 사용할 경우 높은 적외선 반사율과 차열 성능을 동시에 발휘하는 결과를 얻었다.

Claims

하기의 화학식 1로 표시되는 실란커플링제로 표면 처리된 차열 소재를 포함하는 상도층용 혼합물, 및 중공 비드를 포함하는 하도층용 혼합물을 포함하고, 상기 상도층용 혼합물의 차열 소재는 판상 형태의 플레이크 타입인 차열 도료 조성물:
[화학식 1]

식 중,
R¹, R², 및 R³은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 탄소수 1 내지 5를 갖는 알킬기이며,
R⁴는 탄소수 1 내지 18을 갖는 직쇄상 또는 분지상의 알킬기임.
삭제
제1항에 있어서,
상기 상도층용 혼합물의 차열 소재는 마이카, 펄, 벤토나이트, 몬모릴로나이트, 및 클레이로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 차열 도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 실란커플링제로 표면 처리된 차열 소재를 상도층용 혼합물의 총중량 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부의 함량으로 포함하는 차열 도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 중공 비드는 하도층용 혼합물의 총중량 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부의 함량으로 포함하는 차열 도료 조성물.
중공 비드를 포함하는 혼합물을 하도층으로 도장하는 단계, 및
하기의 화학식 1로 표시되는 실란커플링제로 표면 처리된 차열 소재를 포함하는 혼합물을 상도층으로 도장하는 단계를 포함하고, 상기 상도층용 혼합물의 차열 소재는 판상 형태의 플레이크 타입인 차열 도료의 도장 방법:
[화학식 1]

식 중,
R¹, R², 및 R³은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 탄소수 1 내지 5를 갖는 알킬기이며,
R⁴는 탄소수 1 내지 18을 갖는 직쇄상 또는 분지상의 알킬기임.
제6항에 따른 도장 방법으로 제조되는 차열 도막.