KR101530676B1

KR101530676B1 - 아미노반응기형 친환경 하이브리드 수성도료 조성물과 이를 이용한 바닥재 시공방법

Info

Publication number: KR101530676B1
Application number: KR1020140170444A
Authority: KR
Inventors: 현기일
Original assignee: 배성물산(주)
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-06-23

Abstract

본 발명은 아미노반응기형 친환경 하이브리드 수성도료 조성물과 이를 이용한 바닥재 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물용매와 친수성 재료를 사용함으로써 휘발성 물질과 유기용제의 사용을 최소화한 친환경 하이브리드 수성도료 조성물과 이러한 수성도료 조성물을 주차장 공장 등의 바닥재로 바람직하게 사용한 바닥재 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 아미노반응기형 친환경 하이브리드 수성도료 조성물은, 에폭시당량(EEW)이 190~220인 에폭시수지 35~76중량부, NH₂관능기를 가지는 가교제 1.4~8.0중량부, 무기필러 9.5~30중량부, 물 10~15중량부를 포함하여 조성된 주제; 에폭시경화제 7~20중량부, 아민반응기를 가지는 실란커플링제 2~5중량부, 물2~6중량부를 포함하여 조성된 경화제;로 구성되되, 상기 주제 100중량부에 경화제 10~50중량부가 혼합되는 것을 특징으로 한다. 여기서 주제는 난연제 1~5중량부, 소포제 0.05~1중량부, 반응희석제 1.5~6중량부 중 하나 이상을 더 포함하여 조성될 수 있고, 경화제는 아민반응기를 가지는 경화촉매제 0.1~2중량부, 습윤분산제 0.75~4.3중량부, 유동화제 0.05~0.7중량부 중 하나 이상을 더 포함하여 조성될 수 있다.
본 발명에 따른 바닥재 시공방법은, 바닥에 에폭시 프라이머를 도포하여 하도 처리한 후 상기한 친환경 하이브리드 수성도료 조성물을 도포하여 경화시키는 것을 특징으로 한다.

Description

아미노반응기형 친환경 하이브리드 수성도료 조성물과 이를 이용한 바닥재 시공방법{Water-based Paint Composition and Floor Construction Method Using the Same}

본 발명은 아미노반응기형 친환경 하이브리드 수성도료 조성물과 이를 이용한 바닥재 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물용매와 친수성 재료를 사용함으로써 휘발성 물질과 유기용제의 사용을 최소화한 친환경 하이브리드 수성도료 조성물과 이러한 수성도료 조성물을 주차장 공장 등의 바닥재로 바람직하게 사용한 바닥재 시공방법에 관한 것이다.

건축용 도료는 우레탄수지 및 용제형 에폭시수지 등의 유성도료가 일반적이다. 유성도료는 석유계(휘발성) 용제를 함유하고 있기 때문에 작업시 안전문제와 악취문제가 있다. 이러한 문제에 대한 대안으로 수성도료의 개발이 요구되는 실정이다. 기존 수성도료는 유성도료 수준의 물성을 확보하기 위해 여러 종류의 첨가제를 사용하는데, 이로 인해 물성 확보는 가능하나 부수적인 문제점을 수반한다. 유성도료와 기존 수성도료의 특성을 비교하면 아래 [표 1]과 같이 정리할 수 있다.

유성도료와 수성도료의 특성

구분	유성도료		수성도료
구분	우레탄수지	에폭시수지	에폭시수지
용제	톨루엔, MEK(methyl ethyl ketone), DMF(dimethylformamide), EA(ethyl alcohol), 알코올 등	신나, 자일렌, 톨루엔, 알코올 등	물, 에테르
특성	부착성, 내약품성, 내마모성 우수 점도가 낮아 시공성 우수	내열성, 접착성, 내약품성 우수	내열성, 접착성, 내약품성 우수
문제점	시공 후 잔존용제의 지속적인 휘발로 인해 공기 오염 수분과의 접촉/혼용성이 낮아 도포면내부 수분침투 시 도포면 박리현상 발생 하절기 기재면 온도가 높은 경우 작업성을 위해 용제를 추가 사용이 필요하며 이로 인한 도료 물성저하 영향 도포 후 양생소요 시간이 길어 통행에 불편		건조속도가 빨라 도포두께 제어가 어려움 저장보관성이 낮음 첨가제로 인한 시인성 저하 일부 경화제가 물(용제)와 혼용성이 낮아 일부 에테르에 용해 후 사용하므로 휘발성용제 부분 함유
문제점	보관 중 습기로 인한 물성저하 발생 가능	저온에서의 경화특성이 낮아 작업성 불량	경화시간이 길다 경화제 분산을 위해 일부 에테르용제를 사용하므로 휘발성물질 부분 배출

한편 주차장, 공장 등의 바닥재로는 일반적으로 하드너 바닥재, 아크릴 바닥재, 에폭시 바닥재를 사용해왔는데, 이들 바닥재의 장점과 단점을 정리하면 아래 [표 2]와 같다.

바닥재의 특성

구분	하드너 바닥재	아크릴 바닥재	에폭시 바닥재
장점	-시공성 용이 -에폭시 바닥재 및 아크릴 바닥재 보다 가격 저렴	-작업이 용이 -건조시간이 빠름 -가격이 저렴하여 범용	-내마모성과 접착력 우수 -내구성, 내산성, 내알칼리성 등이 우수 -시공면에 먼지, 기름 약품등의 청소가 용이 -재도장과 부분보수가 용이
단점	-크랙발생 시 부분보수가 어려움 -충격이나 마모에 의한 분진발생 -전처리 비용이 높아 한번 하드너로 마감된 바닥은 타 바닥재로 재도장이 불가	-내악품성이 에폭시에 비해 약함 -기계적 물성과 접착특성이 에폭시에 비해 낮음	-2액형 제품의 경우 가사시간에 제한이 있음

또한 위와 같은 바닥재는 유기용제를 사용함에 따라 다음과 같은 여러 문제점을 가진다. 첫째, 유기용제를 사용하여 작업공간 및 주변환경 유해성에 문제가 있다. 둘째, 주제와 경화제 혼합반응을 통해 도포특성이 우수하나 경화 후 기재면과의 이질특성으로 인해 수축팽창에 의한 크랙, 박리 문제점 발생한다. 셋째, 유기용제가 도포면 표면이나 내부에 잔존하게 되어 화재시 이로 인한 화재증가 영향 가능성이 있다. 넷째, 우레탄계나 아크릴계 바닥재는 내마모성이 낮아 도장면의 유지보수 기간이 짧다. 다섯째, 기재면 부분이 미건조(수분잔존)되거나 도포 후 도포면에 수분침투시에 도포면이 부풀거나 박리되는 문제가 발생한다.

본 발명은 종래 바닥재용 도료의 단점을 개선하고자 개발된 것으로, 더욱 상세하게는 물용매와 친수성 재료를 사용함으로써 휘발성 물질과 유기용제의 사용을 최소화한 친환경 하이브리드 수성도료 조성물을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 난연성, 미끄럼방지특성을 발휘하여 주차장, 공장 등의 바닥재로 유리하게 적용할 수 있는 하이브리드 수성도료 조성물을 제공하고자 한다.

나아가 본 발명은 친환경 하이브리드 수성도료 조성물을 바람작하게 이용한 바닥재 시공방법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 에폭시당량(EEW)이 190~220인 에폭시수지 35~76중량부, NH₂관능기를 가지는 가교제 1.4~8.0중량부, 무기필러 9.5~30중량부, 물 10~15중량부를 포함하여 조성된 주제; 에폭시경화제 7~20중량부, 아민반응기를 가지는 실란커플링제 2~5중량부, 물2~6중량부를 포함하여 조성된 경화제;로 구성되되, 상기 주제 100중량부에 경화제 10~50중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 아미노반응기형 친환경 하이브리드 수성도료 조성물을 제공한다. 여기서 주제는 난연제 1~5중량부, 소포제 0.05~1중량부, 반응희석제 1.5~6중량부 중 하나 이상을 더 포함하여 조성될 수 있고, 경화제는 아민반응기를 가지는 경화촉매제 0.1~2중량부, 습윤분산제 0.75~4.3중량부, 유동화제 0.05~0.7중량부 중 하나 이상을 더 포함하여 조성될 수 있다.

또한 본 발명은 바닥에 에폭시 프라이머를 도포하여 하도 처리한 후 상기한 친환경 하이브리드 수성도료 조성물을 도포하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 바닥재 시공방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 하이브리드 도료는 물(용매)사용으로 휘발성물질 발생이 없어 친환경성을 가지며, 또한 수분과의 혼용성이 좋아 도포공정에서 잔존수분에 의한 도포면 불량현상 발생율이 낮고 도포면 내부에 수분이 침투유입되는 경우에도 도포면의 부착특성(내구성)이 우수하다

둘째, 본 발명에 따른 하이브리드 도료는 주제와 경화제간 반응성 향상을 위해 친수성 특성을 가진 실란커플링제와 반응결합력 향상을 위한 가교제를 적용함으로써 반응경화된 도료의 도포면 경도와 기계적·화학적 안전성 향상이 가능하고, 또한 폴리머간 반응특성 향상을 통해 폴리머의 내구성(내마모성) 향상이 가능하다.

셋째, 본 발명에 따른 하이브리드 도료는 유기용제를 사용하지 않으므로 도포면 내부에 유기용제가 잔존하지 않아 화재에 더 안정하며, 나아가 난연제, 미끄럼방지제 등을 더 포함한다면 강화된 난연성능과 더불어 미끄럼방지성능 및 마모저항성을 확보할 수 있어 주차장이나 공장 등의 바닥재로 바람직하게 적용할 수 있다.

본 발명은 물용매와 친수성 재료를 사용함으로써 휘발성 물질과 유기용제의 사용을 최소화한 친환경 하이브리드 수성도료 조성물에 관한 것으로, 유기용제를 배제하고 물용매를 사용하는 한편 물용매 수성조건에서 에폭시 수지의 안정적인 경화결합구조를 형성할 수 있도록 NH₂관능기를 가지는 가교제와 친수성 반응기를 가지는 실란커플링제를 사용한다는데 특징이 있다.

구체적으로 본 발명에 따른 친환경 하이브리드 수성도료 조성물은, 에폭시당량(EEW)이 190~220인 에폭시수지 35~76중량부, NH₂관능기를 가지는 가교제 1.4~8.0중량부, 무기필러 9.5~30중량부, 물 10~15중량부를 포함하여 조성된 주제; 에폭시경화제 7~20중량부, 아민반응기를 가지는 실란커플링제 2~5중량부, 아민반응기를 가지는 경화촉매제 0.1~2중량부, 물2~6중량부를 포함하여 조성된 경화제;로 구성되며, 주제 100중량부에 경화제 10~50중량부가 혼합되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 조성물에서 조성범위는 특성 발현과 함께 경제성을 고려한 결과이다.

본 발명은 NH₂관능기를 가지는 가교제를 사용하는데, 이로써 물용매에 따른 약알칼리 이상의 수성조건에서 에폭시수지의 분산 혼합이 가능하도록 제어할 수 있다. 더불어 친수특성의 아민반응기를 가진 실란커플링제를 사용함으로써 도료의 혼합분산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 물용매 상태에서 안정적인 에폭시 경화결합구조를 형성시킬 수 있다. 특히 실란커플링제로는 3-aminopropyltriethoxysilane 실란커플링제를 사용하는 것이 바람직하다. 나아가 본 발명은 NH₂관능기를 가지는 가교제와 친수성 반응기를 가진 실란커플링제를 사용함에 따라 물용매 조건에서 에폭시폴리머의 반응안정성을 확보할 수 있으며, 이로써 에폭시폴리머 간의 결합력 증대를 통해 경도, 기계적 강도와 화학적 안전성을 향상시킬 수 있고 수분이 존재하는 기재면(도포면)에의 부착성능도 안정적으로 확보할 수 있다.

한편 본 발명에서 주제의 무기필러는 충전효과를 통한 비용 절감, 혼합분산성, 내마모성, 미끄럼방지 등의 물성 개선을 위해 사용하는데, 친수성 실리카미분 4~12중량부, 육방정계결정구조를 가지는 무기분말 1.9~4.3중량부, 나노알루미나분말 0.1~0.7중량부, 에폭시필러 3.5~13중량부로 조성하는 것이 바람직하다. 여기서 육방정계결정구조를 가지는 무기분말은 미끄럼방지와 내마모성 효과를 부여함으로써 본 발명에 따른 수성도료를 바닥재 용도로 바람직하게 제공하기 위함인데, 인산칼슘, 탄산칼슘, 산화세륨 중에서 하나 이상 선택하면 적당하다. 에폭시필러는 에폭시 도료용에 통상적으로 사용하는 것으로 가령 탈크, 이산화티탄, 산화아연, 산화마그네슘, 마이카, 월라스토나이트, 카올린, 클레이, 카본블랙 등이 있다.

나아가 본 발명에서 주제는 난연제 1~5중량부, 소포제 0.05~1중량부, 반응희석제 1.5~6중량부 중 하나 이상을 더 포함하여 조성될 수 있고, 경화제는 습윤분산제 0.75~4.3중량부, 유동화제 0.05~0.7중량부 중 하나 이상을 더 포함하여 조성될 수 있다.

주제의 난연제는 난연성을 확보하기 위함이다. 난연제는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 중에서 하나 이상 선택하는 것이 바람직하며, 특히 반공유결합(반이온결합 또는 프리라디칼) 특성을 가지는 4가 -OH의 난연제를 적용한다면 화재 및 열에 노출시에 수분이 발생하고 흡열반응을 통해 자기소화특성이 발현되어 우수한 난연성능을 나타낸다. 주제의 소포제는 도료의 도포과정에서 기포 제거를 통해 물성 향상과 도포마감면 향상을 도모하기 위함이며, 소포제로는 실리콘계 소포제를 사용하면 알칼리 분산효과를 기대할 수 있다. 주제의 반응희석제는 에폭시폴리머 결합의 가교구조 형성을 도와 물리성능 향상시키는 역할을 하는데, 반응희석제로는 에폭시기를 한 개 이상 가진 다관능기 희석제로서 tripropylene glycol diglycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether 중에서 하나 이상 선택하는 것이 바람직하다.

경화제의 경화촉매제는 물용매에서의 경화지연을 개선하기 위한 용도이며, 아민반응기를 가지고 있는 촉매제 중에서 하나 이상을 적절히 선택한다. 아래 시험예에서는 triethylene tetramin을 사용했다. 경화제의 습윤분산제는 무기필러의 침강방지 및 분산성 확보하기 위함이며, 불포화 폴리아민 아마이드염 등과 같이 양쪽성 이온계 특성을 가지는 것이 바람직하다. 경화제의 유동화제는 수성도료의 도포작업성을 확보하기 위함이며, 나프탈렌계가 바람직하다.

위와 같은 구성의 수성도료 조성물은 아래 실시예를 통해 친환경성과 함께 부착강도, 내마모성, 내화학성 등에서 우수한 효과를 나타내는 것으로 확인되어 유리하게 적용할 수 있다. 특히 미끄럼방지 무기필러, 난연제 등을 포함하여 구성한다면 주차장, 공장 등의 바닥재로 적용할 수 있으며, 이 경우 바닥에 에폭시 프라이머를 도포하여 하도 처리한 후 수성도료 조성물을 도포하여 경화시키는 방법으로 바닥재를 시공한다. 여기서 에폭시 프라이머는 수성도료의 부착성능을 강화하기 위함이며, 수성도료는 1mm 이하 두께로 박막형으로 시공하는 것은 물론 1mm~3.5mm 정도의 두께로 후막형으로 시공하는 것도 가능하다.

이하에서는 시험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[시험예] 수성도료의 특성

1. 수성도료의 조성

아래 [표 3]과 같은 조성으로 본 발명에 따른 수성도료의 실시예를 조성하고, 실시예와의 비교를 위해 아래 [표 4]와 같은 조성으로 수성도료의 비교예를 조성하였다. 비교예는 본 발명의 주요 특징인 가교제와 친수성 실란커플링제를 적용하지 않는 조건으로 실시하였다.

실시예의 조성(중량부)

구분		실시예1	실시예2	실시예3	비고
주제	에폭시수지	50	57	66	EEW 200, n=6~8
	가교제	5.9	3.7	1.9	metapenyldaimine(NH2 관능기 2~4가)
	실리카미분	7.4	6.6	4.4	fumed silica(순도 90~98%,)
	육방정계결정무기분말	3.8	2.8	2.4	산화세륨(비표면적 50~300m2./g)
	나노알루미나분말	0.2	0.5	0.6	비표면적 22m2/g, 경도9Mohs, 직경 1~20nm, 굴절률 1.72
	난연제	3.8	2.7	3.2	판상형마그네슘4수화물 (Mg(OH)4)
	소포제	0.3	0.1	0.1	폴리실록산에멀젼계(밀도 1g/cc, 고형분 19~21%)
	반응희석제	4.6	4.6	2.4	diethylene glycol diglycidyl(WPE(Wieght Per Epoxide equivalent) =149)
	물	14	14	12	일반수
	무기필러	10	8	7	탈크(SiO2 46%, Al2O3 5.1%, 평균입경 15micron, 밀도 0.65~0.68g/cm3)
	소계	100	100	100	-
경화제	에폭시경화제	14	16	18	2,4,6-디메틸아미노메칠페놀(아민값=370mgKOH/g, 비표면적 1.03, 점도 20~30cP)
	실란커플링제	4.5	3.5	2.2	3-aminopropyltriethoxysilane(비중0.93, minimum covering area 353m2/g)
	경화촉매제	1.7	0.9	0.6	triethylene tetramin(melting point 12℃, boiling point 266~267℃)
	습윤분산제	1.5	1.5	1.05	불포화 폴리아민 아마이드염(아민가 19mgKOH/g, 산가 24mgKOH/g, 밀도 0.94, 고형분 50%이상)
	유동화제	0.3	0.1	0.15	NC410P(비중 0.20±0.02, 고형분 40±2%, pH 8~9)
	물	3	3	3	일반수
	소계	25	25	25	-

비교예의 조성(중량부)

구분		비교예	비고
주제	에폭시수지	55	EEW 200, n=6~8
	실리카미분	7.4	fumed silica(순도 90~98%,)
	육방정계결정무기분말	3.5	산화세륨(비표면적 50~300m2./g)
	나노알루미나분말	0.5	비표면적 22m2/g, 경도9Mohs, 직경 1~20nm, 굴절률 1.72
	난연제	3.8	판상형마그네슘4수화물 (Mg(OH)4)
	소포제	0.3	폴리실록산에멀젼계(밀도 1g/cc, 고형분 19~21%)
	반응희석제	5.5	diethylene glycol diglycidyl(WPE(Wieght Per Epoxide equivalent) =149)
	물	14	일반수
	무기필러	10	탈크(SiO2 46%, Al2O3 5.1%, 평균입경 15micron, 밀도 0.65~0.68g/cm3)
	소계	100	-
경화제	에폭시경화제	14	2,4,6-디메틸아미노메칠페놀(아민값=370mgKOH/g, 비표면적 1.03, 점도 20~30cP)
	실란커플링제	4.5	methacryloxypropyltriethoxysilane(비중1.04, minimum covering area 314m2/g)
	경화촉매제	1.7	triethylene tetramin(melting point 12℃, boiling point 266~267℃)
	습윤분산제	1.5	불포화 폴리아민 아마이드염(아민가 19mgKOH/g, 산가 24mgKOH/g, 밀도 0.94, 고형분 50%이상)
	유동화제	0.3	NC410P(비중 0.20±0.02, 고형분 40±2%, pH 8~9)
	물	3	일반수
	소계	25	-

2. 수성도료의 특성

위 [표 3]과 [표 4]에 따른 조성의 수성도료에 대하여 부착강도, 내마모성, 미끄럼저항성, 내화학성 등을 조사하였으며, 그 결과는 아래 [표 5]와 같이 나타냈다.

수성도료의 특성

특성	실시예1	실시예2	실시예3	비교예	비고
기사시간(25℃)	8~9시간	8~9시간	8~9시간	8~9시간	-
부착강도(N/mm2) (재령 7일기준)	4.9	5.1	5.4	3.1	KS F 2476
내마모성(mg loss)	96	102	99	187	ASTM D 4060
미끄럼저항성(BPN)	141	150	144	105	KS F 2375, ASTM E 303 (British Pendulum Tester)
포름알데히드방산량(mg/L)	불검출	불검출	불검출	불검출	KS F 3200
난연성능	난연1급 (FV-0)	난연1급 (FV-0)	난연1급 (FV-0)	난연1급 (FV-0)	KS C IEC 61249
내화학성 (침지경화 후 압축강도(N/mm2))	41.2	38.7	39.0	19.5	KS L 5015 (CaCl2 10%용액 28일 침지)
내충격성	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	KS F 4041

위 [표 5]에서 보는 바와 같이 비교예에 비해 실시예 1~3은 부착강도, 내마모성, 미끄럼저항성, 내화학성이 우수한 것으로 확인되며, 이는 실시예가 가교제와 실란커플링제의 선택에 기한 것으로 볼 수 있다. 또한 실시예는 친환경성(포름알데히드방산량), 난연성, 내충격성 등에서 우수한 특성을 가지는 것으로 나타났는바, 이로부터 본 발명에 따른 수성도료는 주차장, 공장 등의 바닥용 도료로 사용함에 있어 기존 용제형 에폭시, 아크릴계, 우레탄계 도료보다 더 우수한 특성을 가지는 것으로 볼 수 있다.

Claims

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에폭시당량(EEW)이 190~220인 에폭시수지 35~76중량부; NH₂관능기를 가지는 가교제 1.4~8.0중량부; 친수성 실리카미분 4~12중량부; 육방정계결정구조를 가지는 무기분말 1.9~4.3중량부; 나노알루미나분말 0.1~0.7중량부; 에폭시필러 3.5~13중량부; 물 10~15중량부;를 포함하여 조성된 주제 100중량부에,
에폭시경화제 7~20중량부; 아민반응기를 가지는 실란커플링제 2~5중량부; 물2~6중량부;를 포함하여 조성된 경화제 10~50중량부가 혼합되어 구성되되,
상기 주제는, 수산화마그네슘과 수산화알루미늄 중에서 하나 이상 선택된 난연제 1~5중량부; 실리콘계 소포제 0.05~1중량부; 에폭시기를 한 개 이상 가진 다관능기 희석제로서 tripropylene glycol diglycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether 중에서 하나 이상 선택된 반응희석제 1.5~6중량부; 중 하나 이상을 더 포함하여 조성되고,
상기 경화제는, 아민반응기를 가지는 경화촉매제 0.1~2중량부; 습윤분산제 0.75~4.3중량부; 유동화제 0.05~0.7중량부; 중 하나 이상을 더 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 아미노반응기형 친환경 하이브리드 수성도료 조성물.
바닥에 에폭시 프라이머를 도포하여 하도 처리한 후 제3항에 따른 친환경 하이브리드 수성도료 조성물을 도포하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 바닥재 시공방법.