KR101547311B1 - 불연성 코팅층 형성용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 불연성 코팅층의 형성방법 - Google Patents

불연성 코팅층 형성용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 불연성 코팅층의 형성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101547311B1
KR101547311B1 KR1020150078048A KR20150078048A KR101547311B1 KR 101547311 B1 KR101547311 B1 KR 101547311B1 KR 1020150078048 A KR1020150078048 A KR 1020150078048A KR 20150078048 A KR20150078048 A KR 20150078048A KR 101547311 B1 KR101547311 B1 KR 101547311B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
composition
coating layer
forming
acid
group
Prior art date
Application number
KR1020150078048A
Other languages
English (en)
Inventor
이승철
Original Assignee
스마트로스터 (주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스마트로스터 (주) filed Critical 스마트로스터 (주)
Priority to KR1020150078048A priority Critical patent/KR101547311B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101547311B1 publication Critical patent/KR101547311B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/18—Fireproof paints including high temperature resistant paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/02—Polysilicates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

본 발명의 일 예는 유무기 하이브리드 입자, 무기 필러 분말, 가수분해 촉매 및 액상 매질을 포함하는 불연성 코팅층 형성용 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 불연성 코팅층 형성용 조성물은 기존 세라믹 코팅제에 비해 제조비용이 저렴하고, 종이로 이루어진 기재 표면에 쉽게 도포될 수 있고, 인체에 무해하고 접착력이 우수하면서 500℃까지의 온도에 대해 탁월한 내열성을 가지는 코팅층을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 불연성 코팅층 형성용 조성물은 건축 내외장재 뿐만 아니라 식품 및 음식 조리 분야에까지 광범위하게 적용될 수 있다.

Description

불연성 코팅층 형성용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 불연성 코팅층의 형성방법{Composition for forming nonflammable coating layer, manufacturing method of the same and method for forming nonflammable coating layer}
본 발명은 불연성이 우수한 코팅층을 형성하는데에 사용되는 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 졸 기반 중합반응을 이용하여 불연성 코팅층 형성용 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 졸-겔 공정을 이용하여 불연성이 우수한 코팅층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종이 및 목재는 가구 및 건축 내장재에 많이 사용되고 있다. 종이와 목재는 가연성 재료로 화재발생시 불이 순식간에 번짐과 동시에 인명과 재산에 치명적인 손상을 줄 수 있는 재료이다. 이에, 상기와 같은 문제점들을 감안하여 난연 또는 불연 기능을 가지는 다양한 소재 및 형태의 종이들이 개발되어 왔다.
한편, 최근 캠핑 인구가 증가하면서 야외에서 일회용으로 사용할 수 있는 숯불 전용 석쇠의 필요성이 대두되고 있다. 일회용 석쇠의 경우 경제성 내지 폐기의 용이성 등을 고려할 때 종이 재질로 제조되는 것이 바람직한데, 종이는 숯불과 같은 고온에 취약하다는 문제가 있다. 특히, 숯불로 고기를 구울 때 석쇠는 약 250~500℃의 온도에 노출되는데, 이러한 온도에서는 종이가 탄화되거나 연소되어 석쇠로서의 기능을 발휘하기가 힘들게 된다. 따라서, 종이 재질의 석쇠를 숯불에 사용하기 위해서는 석쇠 표면에 불연성 코팅층을 형성할 필요가 있다. 또한, 석쇠 표면에 형성된 불연성 코팅층은 고기와 직접 접촉하여야 하기 때문에 인체에 무해한 성분으로 이루어져야 하고, 나아가 고기가 구워지는 과정에서 고기의 달라붙음이 최소화되어야 한다.
그러나, 종래의 난연성 코팅제나 불연성 코팅제는 주로 건축 자재나 자동차 내장재에 적용되어 왔기 때문에 인체에 유해한 성분이 포함되어 있다는 문제가 있고, 식품 용도에 적용하기에는 한계가 있다. 이와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제10-0865176호에는 인산티탄마그네슘 수용액 5~13 중량%, 벤토나이트 0.1~1.0 중량%, 콩기름 0.01~0.5 중량%, 베이킹파우더 0.01~0.5 중량%, 유화제 0.1~1.0 중량%, 올레인산 0.01~0.5 중량%, 디메틸아민을 포함한 염기 1~5 중량%, 및 인산마그네슘암모늄 수용액 85~93 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연제 조성물이 개시되어 있으나, 벽지나 건축자재의 난연 처리에 적용되고 제조방법도 복잡하다는 문제가 있다.
본 발명은 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 인체에 무해하고 쉽게 도포할 수 있으며, 소정의 기재상에 불연성이 우수한 코팅층을 형성할 수 있는 조성물을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명의 일 목적은 졸 기반 중합반응을 이용하여 전술한 불연성 코팅층 형성용 조성물을 제조하는 방법을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명의 일 목적은 종이 석쇠 등과 같은 기재상에 졸-겔 공정을 이용하여 불연성이 우수한 코팅층을 형성하는 방법을 제공하는데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예는 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물로 이루어진 전구체의 가수분해 반응 및 중합 반응에 의해 형성된 중합체 입자; 황토, 점토, 카올리나이트(kaolinite), 디카이트(Dickite), 나크라이트(Nacrite), 핼로이사이트(Halloysite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite), 논트로나이트(Nontronite) 및 클로라이트(Chlorite)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기 필러 분말; 산성 물질 또는 염기성 물질에서 선택되는 가수분해 촉매; 및 물, 알코올 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 액상 매질을 포함하고, 상기 금속염 화합물을 구성하는 금속은 Zr, Ti, Co, Fe, V, Ce, Mo, Mn, Mg, Al, In, Ni, Ca, W, Nb, Cr 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물을 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예는 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란, 금속염 화합물 및 알코올로 이루어진 전구체 용액을 준비하는 단계; 상기 전구체 용액에 가수분해 촉매 및 물을 첨가하고 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물의 가수분해 반응 및 중합 반응을 유도하여, 상기 반응에 의해 형성된 중합체 입자가 콜로이드 상태로 존재하는 졸을 준비하는 단계; 및 상기 졸에 무기 필러 분말을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함하고, 상기 금속염 화합물을 구성하는 금속은 Zr, Ti, Co, Fe, V, Ce, Mo, Mn, Mg, Al, In, Ni, Ca, W, Nb, Cr 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 상기 가수분해 촉매는 산성 물질 또는 염기성 물질에서 선택되고, 상기 무기 필러 분말은 황토, 점토, 카올리나이트(kaolinite), 디카이트(Dickite), 나크라이트(Nacrite), 핼로이사이트(Halloysite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite), 논트로나이트(Nontronite) 및 클로라이트(Chlorite)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예는 전술한 불연성 코팅층 형성용 조성물을 기재에 도포하고 건조시켜 다공성 도막을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 도막을 열처리하여 도막을 치밀화시키는 단계를 포함하는 불연성 코팅층의 형성방법을 제공한다.
본 발명에 따른 불연성 코팅층 형성용 조성물은 기존 세라믹 코팅제에 비해 제조비용이 저렴하고, 종이로 이루어진 기재 표면에 쉽게 도포될 수 있고, 인체에 무해하고 접착력이 우수하면서 500℃까지의 온도에 대해 탁월한 내열성을 가지는 코팅층을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 불연성 코팅층 형성용 조성물은 건축 내외장재 뿐만 아니라 식품 및 음식 조리 분야에까지 광범위하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제조한 불연성 코팅층의 TGA(Thermogravimetric analysis)/DTA(Differential thermal analysis) 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 예는 유무기 하이브리드 입자, 무기 필러 분말, 가수분해 촉매 및 액상 매질을 포함하는 불연성 코팅층 형성용 조성물을 제공한다. 이하, 본 발명의 불연성 코팅층 형성용 조성물을 구성성분별로 나누어 설명한다.
유무기 하이브리드 입자
본 발명에서 유무기 하이브리드 입자는 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물로 이루어진 전구체의 가수분해 반응 및 축중합 반응에 의해 형성된 중합체 입자이다. 상기 유무기 하이브리드 입자는 통상적인 졸-겔 공정 중에서 졸에 존재하는 콜로이드 상태의 입자에 해당한다. 상기 유무기 하이브리드 입자는 본 발명의 불연성 코팅층 형성용 조성물을 기재에 코팅하고 건조 및 열처리시 네크워크 구조의 겔로 전환되어 기재상에 도막을 쉽게 형성시킬 수 있다.
상기 중합체 입자의 형성에 사용되는 전구체인 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물은 졸 기반 중합시 물과 반응하여, 즉 가수분해 반응에 의해 하드록실기를 가지게 되고, 하이드록실기와 하이드록실기와의 반응 또는 하이드록실기와 알콕시기와의 반응에 의해 동일한 전구체들 내지 서로 다른 전구체들이 축중합된다.
상기 테트라알콕시실란에 존재하는 알콕시기는 가수분해 반응 내지 축중합 반응의 용이성, 불연성 코팅층 형성용 조성물의 도포 용이성, 도막 형성의 용이성 등을 고려할 때 탄소 수가 1~12인 것이 바람직하고 1~6인 것이 더 바람직하다. 예를 들어, 상기 테트라알콕시실란은 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate), 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS), 테트라프로필 오소실리케이트(tetrapropyl orthosilicate), 테트라키스(2-하이드록시에틸)오소실리케이트[tetrakis(2-hydroxyethyl)orthosilicate], 테트라부틸 오소실리케이트(tetrabutyl orthosilicate) 및 테트라펜틸 오소실리케이트(tetrapentyl orthosilicate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 알킬트리알콕시실란에 존재하는 알킬기 또는 알콕시기는 가수분해 반응 내지 축중합 반응의 용이성, 불연성 코팅층 형성용 조성물의 도포 용이성, 도막 형성의 용이성 등을 고려할 때 탄소 수가 1~12인 것이 바람직하고 1~6인 것이 더 바람직하다. 예를 들어, 상기 알킬트리알콕시실란은 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane, MTMS), 메틸트리에톡시실란MTES(Methyltriethoxysilane), 메틸트리프로폭시실란, 메틸트리부톡시실린, 메틸트리펜톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 에틸트리프록폭시실란, 에틸트리부톡시실란, 에틸트리펜톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 프로필트리프로폭시실란, 프로필트리펜톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 부틸트리에톡시실란, 부틸트리프로폭시실란, 부틸트리펜톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리프로폭시실란, 이소부틸트리부톡시실란, 이소부틸트리펜톡시실란, 헥실트리메톡시실란 및 도데실트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 금속염 화합물을 구성하는 금속은 Zr, Ti, Co, Fe, V, Ce, Mo, Mn, Mg, Al, In, Ni, Ca, W, Nb, Cr 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 테트라알콕시실란 내지 알킬트리알콕시실란과 같은 다른 전구체들과의 반응성 및 불연성 코팅층 형성용 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 물성 등을 고려할 때 Zr, Ti, Al, In 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에서 금속염 화합물은 불연성 코팅층 형성용 조성물을 기재에 도포하고 건조 및 열처리하여 코팅층을 형성할 때 테트라알콕시실란과 알킬트리알콕시실란 간의 가교 반응을 촉진시켜, 코팅층이 더욱 치밀한 구조를 가질 수 있게 한다. 상기 금속 원소를 포함하는 질산염, 초산염, 인산염, 황산염, 암모늄염, 할로겐화물 등을 들 수 있다. 예를 들어, 상기 금속염 화합물은 알루미늄 나이트레이트 안하이드라이드(aluminum nitrate anhydride), 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(aluminum nitrate nonahydrate), 알루미늄 나이트레이트 에네아하이드레이트 (aluminum nitrate eneahydrate), 지르코늄 아세틸아세토네이트(zirconium acetylacetonate), 지르코늄 트리플루오로아세틸 아세토네이트(zirconium trifluoroacetyl acetonate), 지르코늄 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)(zirconium tetrakis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)), 지르코늄 디이소프로폭사이드 비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트(zirconium diisopropoxide bis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)), 티타늄 비스(에틸 아세토아세테이토) 디이소프포폭사이드(titanium bis(ethyl acetoacetato) diisopropoxide), 티타늄 클로라이드(titanium chloride), 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이트)(titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)), 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)(titanium diisopropoxide bis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)), 티타늄 2-에틸-1,3-헥산디올레이트 (titanium 2-ethyl-1,3-hexanediolate), 티타늄 나이트레이트(titanium nitrate), 티타늄 옥사이드 아세틸아세토네이트(titanium oxide acetylacetonate), 인듐 아세테이트(Indium acetate) 및 징크 아세테이트(Zinc acetate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 조성물 내에서 상기 중합체 입자는 바람직하게는 연속상인 액상 매질 내에서 불연속상인 콜로이드 상태로 존재한다. 또한, 상기 중합체 입자 내에서 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물의 몰 비는 축중합 반응 효율, 불연성 코팅층 형성용 조성물의 도포 용이성 및 불연성 코팅층 형성용 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 물성(예를 들어, 불연성, 도막의 강도, 도막의 접착력, 고기를 구울 때 고기의 달라붙음 방지 특성) 등을 고려할 때 1:(0.2~0.8):(0.1~0.6)인 것이 바람직하고, 1:(0.3~0.6):(0.2~0.4)인 것이 더 바람직하다.
무기 필러 분말
본 발명에서 무기 필러 분말은 상기 불연성 코팅층 형성용 조성물로 형성된 코팅층의 내열성 또는 경도, 강도와 같은 기계적 특성을 강화시키고, 내수성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 무기 필러 분말은 전술한 기능성을 발휘하여야 하는 요구 조건 및 액상 매질 내에서 균일하게 분산되어 유무기 하이브리드 입자와 함께 균일한 물성의 코팅층을 형성하여야 하는 요구 조건을 고려할 때 황토, 점토, 카올리나이트(kaolinite), 디카이트(Dickite), 나크라이트(Nacrite), 핼로이사이트(Halloysite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite), 논트로나이트(Nontronite) 및 클로라이트(Chlorite)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 제한된다. 상기 황토, 점토 또는 점토 광물은 이를 구성하는 성분의 종류 및 그 크기(예를 들어 1㎛ 이하) 때문에 물, 알코올 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 연속상인 액상 매질 내에서 유무기 하이브리드 입자와의 혼용성이 우수하고 불연속상인 콜로이드 상태로 존재할 수 있다.
또한, 본 발명에서 무기 필러 분말 중 적어도 일부는 중합체 입자의 표면과 결합하여 중합체 입자를 둘러싸는 쉘의 형태로 존재할 수 있다.
또한, 상기 무기 필러 분말의 함량은 조성물의 도포 용이성, 도막 형성 용이성, 도막의 접착력 등을 고려할 때 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5~5 중량%인 것이 바람직하고, 0.5~2.5 중량%인 것이 더 바람직하다.
가수분해 촉매
본 발명에서 가수분해 촉매는 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물로 이루어진 전구체의 가수분해 반응 및 그에 따라 발생하는 축중합 반응을 촉진하기 위해 사용되는 것으로서, 산성 물질 또는 염기성 물질에서 선택될 수 있고, 가수분해 속도 내지 인체 무해성 등을 고려할 때 산성 물질인 것이 바람직하고, 유기산인 것이 더 바람직하다. 상기 가수분해 촉매로 사용될 수 있는 염기성 물질로는 암모니아, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등이 있다. 또한, 상기 가수분해 촉매로 사용될 수 있는 산성 물질로는 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부타노산, 펜타노산, 헥사노산, 모노클로로아세트산, 다이클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 트리플루오로아세트산, 옥살산, 말론산, 설폰산, 프탈산, 푸마르산, 시트르산, 말레산, 메틸말론산,아디프산 및 p-톨루엔설폰산 등이 있고, 이 중에서 1종 이상 선택될 수 있다.
액상 매질
본 발명에서 액상 매질은 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물로 이루어진 전구체의 용매로 사용되거나 이들과 가수분해 반응을 일으키거나, 이들의 축중합 반응에 의해 생성되는 부산물로서, 물, 알코올 또는 이들의 혼합물에서 선택된다.
상기 물은 증류수인 것이 바람직하고, 2차 증류수인 것이 더 바람직하다. 또한, 조성물 내에서 물의 함량은 5~49 중량%인 것이 바람직하다. 물의 함량이 5 중량% 미만인 경우 가수분해율이 떨어지고, 그로 인해 축중합 반응이 원활하게 이뤄지지 않아 중합체 입자의 생성이 어렵게 된다. 또한, 물의 함량이 49 중량%를 초과하는 경우 가수분해율이 너무 높아지고, 그로 인해 축중합 반응이 과다하게 진행되어 조성물 내에서 겔화 현상이 발생하고, 조성물의 저장 안정성 내지 도포성 등이 저하되며, 도막의 건조시 에너지 소모가 증가하게 된다.
상기 알코올은 탄소 수가 1 내지 5인 저급 알코올인 것이 바람직하고, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 예는 전구체 용액을 준비하는 단계; 졸을 준비하는 단계; 및 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함하는 불연성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법을 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 불연성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법을 단계별로 나누어 설명한다.
전구체 용액을 준비하는 단계
본 발명에서 전구체 용액을 준비하는 단계는 반응기에 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란, 금속염 화합물 및 알코올을 첨가하고 교반하여 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란, 금속염 화합물과 같은 전구체를 알코올에 용해시키는 것으로 구성된다. 상기 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란, 금속염 화합물 및 알코올의 종류 및 함량 관계는 조성물에서 전술한 내용과 동일하므로 설명을 생략한다.
졸을 준비하는 단계
본 발명에서 졸을 준비하는 단계는 전구체 용액에 가수분해 촉매 및 물을 첨가하고 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물의 가수분해 반응 및 축중합 반응을 유도하여 중합체 입자를 생성시키는 것으로 구성된다. 이때, 생성된 중합체 입자는 콜로이드 상태로 존재한다. 또한, 상기 졸을 준비하는 단계에서 가수분해 촉매 및 물은 전구체 용액에 각각 첨가될 수도 있고 혼합물 형태로 첨가될 수도 있다. 또한, 상기 가수분해 촉매 및 물은 반응 속도 및 중합체 입자 크기의 균일함을 제어하기 위해 적가 방식으로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 가수분해 촉매의 종류 및 물의 함량 등은 조성물에서 전술한 내용과 동일하므로 설명을 생략한다.
최종 조성물을 수득하는 단계
본 발명에서 최종 조성물을 수득하는 단계는 졸에 무기 필러 분말을 첨가하고 혼합하는 것으로 구성된다. 상기 무기 필러 분말의 종류 및 함량 관계는 조성물에서 전술한 내용과 동일하므로 설명을 생략한다.
본 발명의 일 예는 전술한 다공성 도막을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 도막을 치밀화시키는 단계를 포함하는 불연성 코팅층의 형성방법을 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 불연성 코팅층의 형성방법을 단계별로 나누어 설명한다.
다공성 도막을 형성하는 단계
본 발명에서 다공성 도막을 형성하는 단계는 전술한 불연성 코팅층 형성용 조성물을 기재에 도포하고 건조시키는 것으로 구성된다.
이때, 상기 기재의 재료는 종이, 금속, 플라스틱, 목질 등 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 불연성 코팅층이 일회용 물품 등에 적용되는 점을 고려할 때 종이 또는 목질인 것이 바람직하다. 또한, 기재는 소정의 형상을 가진 구조물일 수 있고, 예를 들어 석쇠, 특히 숯불 로스터의 종이 석쇠 또는 목질 석쇠일 수 있다.
또한, 상기 불연성 코팅층 형성용 조성물을 기재에 도포하는 방법은 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅 등에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 불연성 코팅층 형성용 조성물을 기재에 도포하고 건조하면 액상 매질이 제거되면서 중합체 입자와 무기 필러 분말이 겔화되어 균일하고 촘촘하게 분포된 제로겔(Xeroge) 형태의 다공성 도막이 형성된다.
또한, 상기 건조 온도는 도막에 분포하는 세공의 균일도 및 크기 등을 고려할 때, 80~120℃인 것이 바람직하고, 90~110℃인 것이 더 바람직하다.
다공성 도막을 치밀화하는 단계
본 발명에서 다공성 도막을 치밀화하는 단계는 다공성 도막을 열처리하는 것으로 구성된다. 상기 열처리에 의해 휘발 성분이 완전히 제거되고, 중합체 입자를 구성하는 성분인 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물 간의 축중합이 더 진행되고, 금속염 화합물에 의해 테트라알콕시실란과 알킬트리알콕시실란 간의 가교 반응이 촉진되어 네트워크 구조가 형성되며, 그로 인해 도막의 기계적 강도 및 구조적 안정성이 향상된다. 이때, 상기 열처리 방법으로 소결(sintering), 하소(calcining) 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 열처리 온도는 휘발 성분의 완전한 제거 및 도막의 치밀화를 담보하는 관점에서 180~250℃인 것이 바람직하고, 180~220℃인 것이 더 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것 일뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 불연성 코팅층 형성용 조성물의 제조
반응기에 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS) 0.8 ㏖, 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane, MTMS) 0.3 ㏖, 알루미늄 나이트레이트 안하이드라이드(aluminum nitrate anhydride) 0.2 ㏖ 및 에탄올 적당량을 넣고 상온에서 약 1시간 동안 교반하여 전구체 용액을 준비하였다. 이후, 상기 전구체 용액이 담긴 반응기에 산 촉매로 시트르산(citric acid)과 증류수 적당량을 상온에서 약 2시간에 걸쳐 적가하고 교반하여 pH 4의 조건에서 가수분해 반응을 축중합 반응을 유도하고, 중합체 입자가 콜로이드 상태로 존재하는 졸을 준비하였다. 이후, 상기 졸이 담긴 반응기에 황토 미세 분말을 첨가하고 약 1시간 동안 교반하여 불연성 코팅층 형성용 조성물을 수득하였다.
2. 불연성 코팅층의 형성
앞에서 제조한 불연성 코팅층 형성용 조성물을 종이 기재 표면에 딥코팅(deep coating) 방법으로 도포하고 100℃에서 약 24시간 동안 건조하여 다공성 도막을 형성하였다. 이후, 다공성 도막을 200℃에서 약 30분 동안 하소(calcining)하여 종이 기재 표면에 불연성 코팅층을 형성하였다.
3. 불연성 코팅층의 물성 평가
앞에서 제소한 불연성 코팅층의 물성을 평가하기 위해 불연성 코팅층이 형성된 기재를 시편으로 하여 TGA(Thermogravimetric analysis)/DTA(Differential thermal analysis)를 35℃~700℃, air, 10℃/min의 조건에서 수행하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제조한 불연성 코팅층의 TGA(Thermogravimetric analysis)/DTA(Differential thermal analysis) 결과를 나타낸 것이다. 도 1에서 보이는 바와 같이 불연성 코팅층은 530℃까지는 흡착수와 휘발 성분의 제거에 의해 약 4.5%의 질량 손실이 발생하였다. 이후, 530~700℃ 사이에서는 열 분해가 본격적으로 일어나 추가로 6.4%의 질량 손실이 발생하였다. 본 발명의 불연성 코팅층은 전체 온도 범위에서 약 10.9%의 질량 감소만이 일어났고, 500℃ 까지의 온도에 대해서는 내열성이 우수한 것으로 나타났다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물로 이루어진 전구체의 가수분해 반응 및 중합 반응에 의해 형성된 중합체 입자;
    황토, 점토, 카올리나이트(kaolinite), 디카이트(Dickite), 나크라이트(Nacrite), 핼로이사이트(Halloysite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite), 논트로나이트(Nontronite) 및 클로라이트(Chlorite)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기 필러 분말;
    산성 물질 또는 염기성 물질에서 선택되는 가수분해 촉매; 및
    물, 알코올 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 액상 매질을 포함하고,
    상기 금속염 화합물을 구성하는 금속은 Zr, Ti, Co, Fe, V, Ce, Mo, Mn, Mg, Al, In, Ni, Ca, W, Nb, Cr 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 테트라알콕시실란은 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate), 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS), 테트라프로필 오소실리케이트(tetrapropyl orthosilicate), 테트라키스(2-하이드록시에틸)오소실리케이트[tetrakis(2-hydroxyethyl)orthosilicate], 테트라부틸 오소실리케이트(tetrabutyl orthosilicate) 및 테트라펜틸 오소실리케이트(tetrapentyl orthosilicate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 알킬트리알콕시실란은 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane, MTMS), 메틸트리에톡시실란MTES(Methyltriethoxysilane), 메틸트리프로폭시실란, 메틸트리부톡시실린, 메틸트리펜톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 에틸트리프록폭시실란, 에틸트리부톡시실란, 에틸트리펜톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 프로필트리프로폭시실란, 프로필트리펜톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 부틸트리에톡시실란, 부틸트리프로폭시실란, 부틸트리펜톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리프로폭시실란, 이소부틸트리부톡시실란, 이소부틸트리펜톡시실란, 헥실트리메톡시실란 및 도데실트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 알코올은 탄소 수가 1 내지 5인 저급 알코올인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 가수분해 촉매로 사용되는 산성 물질은 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부타노산, 펜타노산, 헥사노산, 모노클로로아세트산, 다이클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 트리플루오로아세트산, 옥살산, 말론산, 설폰산, 프탈산, 푸마르산, 시트르산, 말레산, 메틸말론산,아디프산 및 p-톨루엔설폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 중합체 입자 또는 무기 필러 분말은 연속상인 액상 매질 내에서 불연속상인 콜로이드 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 무기 필러 분말 중 적어도 일부는 중합체 입자를 둘러싸는 쉘의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 무기 필러 분말의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5~5 중량%인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물의 몰 비는 1:(0.2~0.8):(0.1~0.6)인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물.
  10. 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란, 금속염 화합물 및 알코올로 이루어진 전구체 용액을 준비하는 단계;
    상기 전구체 용액에 가수분해 촉매 및 물을 첨가하고 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란 및 금속염 화합물의 가수분해 반응 및 중합 반응을 유도하여, 상기 반응에 의해 형성된 중합체 입자가 콜로이드 상태로 존재하는 졸을 준비하는 단계; 및
    상기 졸에 무기 필러 분말을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함하고,
    상기 금속염 화합물을 구성하는 금속은 Zr, Ti, Co, Fe, V, Ce, Mo, Mn, Mg, Al, In, Ni, Ca, W, Nb, Cr 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고,
    상기 가수분해 촉매는 산성 물질 또는 염기성 물질에서 선택되고,
    상기 무기 필러 분말은 황토, 점토, 카올리나이트(kaolinite), 디카이트(Dickite), 나크라이트(Nacrite), 핼로이사이트(Halloysite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite), 논트로나이트(Nontronite) 및 클로라이트(Chlorite)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법.
  11. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 불연성 코팅층 형성용 조성물을 기재에 도포하고 건조시켜 다공성 도막을 형성하는 단계; 및
    상기 다공성 도막을 열처리하여 도막을 치밀화시키는 단계를 포함하는 불연성 코팅층의 형성방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 기재의 재료는 종이 또는 목질인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층의 형성방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 기재는 석쇠인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층의 형성방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 건조 온도는 80~120℃인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층의 형성방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 열처리 온도는 180~250℃인 것을 특징으로 하는 불연성 코팅층의 형성방법.
KR1020150078048A 2015-06-02 2015-06-02 불연성 코팅층 형성용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 불연성 코팅층의 형성방법 KR101547311B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150078048A KR101547311B1 (ko) 2015-06-02 2015-06-02 불연성 코팅층 형성용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 불연성 코팅층의 형성방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150078048A KR101547311B1 (ko) 2015-06-02 2015-06-02 불연성 코팅층 형성용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 불연성 코팅층의 형성방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101547311B1 true KR101547311B1 (ko) 2015-08-28

Family

ID=54061948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150078048A KR101547311B1 (ko) 2015-06-02 2015-06-02 불연성 코팅층 형성용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 불연성 코팅층의 형성방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101547311B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101900038B1 (ko) 2018-04-10 2018-09-18 (주)도담클래스 준불연성 및 단열성을 가지는 eps 패널 및 그 제조방법
KR102702501B1 (ko) * 2024-05-29 2024-09-04 대한강관 주식회사 방음 및 난연성이 우수한 코팅 조성물 및 이를 이용하여 제조된 아연도금강판

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101900038B1 (ko) 2018-04-10 2018-09-18 (주)도담클래스 준불연성 및 단열성을 가지는 eps 패널 및 그 제조방법
KR102702501B1 (ko) * 2024-05-29 2024-09-04 대한강관 주식회사 방음 및 난연성이 우수한 코팅 조성물 및 이를 이용하여 제조된 아연도금강판

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0846494B1 (en) Photocatalyst body and method of production thereof
JP2776259B2 (ja) 抗菌性無機塗料
JP2007512217A (ja) 断熱材
DE19915378A1 (de) Haushaltsgeräte mit katalytischer Zusammensetzung
KR101547311B1 (ko) 불연성 코팅층 형성용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 불연성 코팅층의 형성방법
WO2018042803A1 (ja) コーティング組成物および被覆物品
JP3444012B2 (ja) 無機塗料塗膜の形成方法
JP3291563B2 (ja) 光触媒塗料とその製造方法および用途
KR101467836B1 (ko) 다공성 복합화합물을 함유하는 페인트 조성물
EP2379657B1 (de) Alkalibeständige, abriebfeste und spülmaschinenfeste beschichtung auf einem substrat
KR101048340B1 (ko) 투명피막 형성용 조성물
KR20180098813A (ko) 단열과 흡습을 통한 결로방지용 세라믹 도료 및 그의 제조방법
CN108384185A (zh) 一种包含纳米钙钛矿氧化物MTiO3的阻燃人造石的制备方法
KR101440555B1 (ko) 우수한 내식성을 부여하는 마그네슘재의 표면처리방법 및 이에 따라 제조되는 표면처리된 마그네슘재
JP2020033510A (ja) 光触媒塗料、光触媒塗料の製造方法、及び光触媒体の製造方法
EP1694762B2 (en) Flame retardant polymer compositions and methods for making the same
JP6653627B2 (ja) 光触媒塗布液、光触媒構造体及びその製造方法
JP2010260830A (ja) 植物由来物質への耐水性を有する抗カビ処理方法及びそれに用いる液剤
KR102572409B1 (ko) 복합 기능성 안료 및 이의 제조 방법
JP6850348B2 (ja) 光触媒塗布液、光触媒構造体及びその製造方法
KR102632587B1 (ko) 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법
JP4557197B2 (ja) 光触媒組成物及びその製造方法
JP3992899B2 (ja) 表面改質木材
JP2005154513A (ja) 水性光触媒コーティング液
JP4034885B2 (ja) 光触媒性塗料組成物

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee