KR101578636B1 - 수성 세라믹 방수도료 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수분이 침투되지 않고 모재와의 부착력과 내구성이 우수하며 외부에 노출되더라도 변색이 방지되는 수성 세라믹 방수도료 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수성 세라믹 방수도료 조성물은, 폴리실록산 20~40 중량%, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나가 5~15 중량%, 유기금속촉매 0.2~0.5 중량%, 증류수 20~40 중량%, 안료 15~25 중량%, 아크릴 에멀젼 10~20 중량%, 요변성제 0.3~1 중량%로 이루어진다.

Description

수성 세라믹 방수도료 조성물의 제조방법 {The method of manufacturing watersoluble ceramic paint composition having waterproof quality}

본 발명은 수성 세라믹 방수도료 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수분이 침투되지 않고 모재와의 부착력과 내구성이 우수하며 외부에 노출되더라도 변색되지 않는 수성 세라믹 방수도료 조성물에 관한 것이다.

모르타르, 콘크리트, 석재 건축물의 외벽 및 내벽에는 도료가 사용되는데, 최근에는 미관 개선이라는 기본적인 역할 이외에 특수한 기능을 가진 도료가 요구되고 있는데, 외부이 습기를 차단하여 철근의 부식이나 건축물의 노화를 방지하는 방수도료가 최근 주목을 받고 있다.

유성계 방수도료는 벤젠, 톨루엔 등의 방향족용제를 다량 사용함에 따라, 작업자의 인체에 유해한 VOC 및 납, 중금속, 벤젠, 톨루엔, 포름알데히드등의 유독성분이 함유되어 있어, 대기환경규제에 저촉될 뿐 아니라 페인트벽면의 팽윤이나 변색을 초래하는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 대한민국 등록특허공보 제10-0894446호의 "수용성 방수도료의 제조방법"이 제안되었다. 상기 수성도료는 유기계 수지나 유기용제를 사용하지 않아 인체에 무해하나, 모재에 형성되는 도막이 치밀하지 않아 수분의 침투에 의한 도막의 들뜸현상이 발생하여 내구성도 취약하고, 자외선 등에 노출시 도막이 변색되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0894446호 (발명의 명칭: 수용성 방수도료의 제조방법. 2009.04.15.)

따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 수분이나 습기가 침투되지 않으며, 모재와의 부착력이 우수하고 외부 에 노출되더라도 도막이 변색되지 않는 수성 세라믹 방수도료 조성물과 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수성 세라믹 방수도료 조성물은, 폴리실록산 20~40 중량%, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나가 5~15 중량%, 유기금속촉매 0.2~0.5 중량%, 증류수 20~40 중량%, 안료 15~25 중량%, 아크릴 에멀젼 10~20 중량%, 요변성제 0.3~1 중량%로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 유기금속촉매는 디부틸틴디아세테이트, 오르가노타타네이트, 소듐아세테이트 중 어느 하나인 것인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 안료는 평균입자크기가 10~30㎛인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 안료는 티타늄디옥사이드인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 도료 조성물의 점도는 80~120KU인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 (a)폴리실록산과, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나와, 유기금속촉매를 순차적으로 혼합하여 가수분해 반응을 시키는 단계와, (b)가수분해된 용액에 증류수를 혼합하여 수성화하는 단계와, (c)수성화된 용액에 안료를 분산하는 단계와, (d)안료가 분산된 용액에 아크릴 에멀젼을 혼합하는 단계 및, (e)아크릴 에멀젼이 혼합된 용액에 요변성제를 투입하여 점도를 조절하는 단계를 포함하는 수성 세라믹 방수도료 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 (a)단계는, 폴리실록산과, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나를 혼합하여 20~30℃에서 10~20분간 혼합한 후, 유기금속촉매를 투입하여 120~160℃으로 승온하여 1~3시간 반응시키는 단계인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 (b)단계 이후, 암모니아를 혼합하여 수성화된 용액의 pH를 11~13으로 조정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수성 세라믹 방수도료 조성물은 폴리실록산과, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나와의 중축합 반응에 의해 형성되는 도막이 수분이나 습기가 침투되지 않고, 모재와의 부착력이 우수하며, 첨가된 아크릴 에멀젼에 의해 자외선에 의한 도막의 변색이나 노화를 방지하면서 중축합 반응에 의한 딱딱한 도막을 보다 부드럽게 함으로써 크랙현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수성 세라믹 방수도료 조성물의 제조공정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2와 3은 본 발명에 따른 수성 세라믹 방수도료 조성물의 시험성적서이다.

이하, 본 발명에 따른 수성 세라믹 방수도료 조성물에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 폴리실록산, 부틸렌 글리콜 또는 사이클로헥산디올, 아크릴 에멀젼, 유기금속촉매, 요변성제, 안료, 증류수를 특정 배합 비율로 도료에 적용함으로써, 모재와의 부착력이 우수하고 유연하여 크랙이 발생하지 않으며, 도막 표면이 치밀하게 형성됨에 따라 외부로부터 습기 및 습윤의 침투를 방지하여 도막이 박리되지 않고, 자외선에 의해 변색되지 않는 수성 세라믹 방수도료 조성물이다.

폴리실록산은 도막을 형성하는 20 중량% 미만을 사용하면 충분하게 도막이 형성되지 않고 40 중량%를 초과하여 사용할 경우, 오히려 도막에 크랙(crack)이 발생하여 외관이 저하되고 다른 필수 구성 성분을 충분하게 사용하지 못하므로, 상술한 사용 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리실록산은 메톡시(Methoxy), 에톡시(Ethoxy) 또는 실란올(Silanol) 관능기 중에 어느 하나를 포함할 수 있으며, 도막 내구성을 고려하여 중량 평균 분자량이 400~1,500인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 폴리실록산과의 반응을 위해 1,3-부틸렌 글리콜(1,3-Butylene Glycol), 1,4-부틸렌 글리콜(1,4-Butylene Glycol), 1,2-사이클로헥산디올(1,2-cyclohexandiol)중 어느 하나가 사용된다. 상기 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올은 폴리실록산과 가수분해 및 중축합반응되어 도막을 형성하는데, 형성되는 도막은 모재에 부착력이 우수하고 습기 및 습윤이 침투되지 않는 장점이 있다. 상기 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올은 상술한 안정된 도막특성과 필수 구성 성분의 구성비를 고려하여 5~15 중량%가 사용되는 것이 바람직하다.

중축합반응을 원활하게 하기 위해 유기금속촉매가 사용되는 것이 바람직한데, 유기금속촉매로는 디부틸틴디아세테이트(dibuthyl tin diacetate), 오르가노타타네이트(organotitanate), 소듐아세테이트(sidium acetate) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 유기금속촉매는 다른 필수 구성성분의 구성비를 고려하여 0.2~0.5 중량%이 첨가되는 것이 바람직하다. 첨가된 유기금속촉매는 촉매재로 작용할 뿐만 아니라, 도막의 건조속도를 높힘에 따라 현장 적응성이 향상된다.

아크릴 에멀젼은 도료의 내산성 및 내염기성을 향상하고, 자외선에 의한 변색이나 구조노화를 방지하면서 광택을 부가하기 위해 사용된다. 또한, 상기 아크릴 에멀젼은 상기 폴리실록산과 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올의 중축합반응에 의한 딱딱한 도막을 보다 부드럽게 보완해주는 장점이 있다. 상기 아크릴 에멀젼은 바람직하게는 아크릴 모노머와 유화제 및 중합개시제를 반응시켜 폴리머 형태로 제조한 것을 사용하는 것이 좋다. 바람직한 아크릴 에멀젼의 사용량은 전체 도료 조성물 중량 기준으로 10 내지 20 중량%이다.

요변성제(thixotropic agent)는 도료에 요변성(搖變性)의 특성을 부여하여 도장 시 흐름성을 방지하고 점도를 일정하게 유지하도록 사용된다. 요변성제는 전체 도료 조성물 기준으로 0.3~1 중량%가 첨가되어 도료 조성물의 점도가 80~120KU 인 것이 바람직하다. 요변성제가 0.3 중량% 미만을 사용하여 점도가 80KU에 미치지 않으면 접착성이 좋지 못하고 경화에 상당한 시간이 소요되는 문제가 있고, 1 중량%를 초과하여 사용하여 점도가 120KU를 넘어서게 되면 도표된 표면이 일정치 않고 작업성이 저하됨에 따라, 상술한 사용 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 요변성제로서는 실리카 흄을 사용하는 것이 바람직한데, 요변성의 효과뿐만 아니라 도막의 초기와 장기 강도 향상, 알카리 반응 억제 및 수밀성 향상효과를 나타내기 때문이다.

안료는 물이나 유기용제에 녹지 않으면서 도막의 색상 발현을 위해 첨가되는 것으로, 티타늄다이옥사이드(titanium dioxide)가 사용될 수 있고, 이외에 산화철 계열의 무기 안료가 사용될 수도 있다. 안료는 균일한 색상을 위해 도료 조성물에 고르게 분산되도록 평균입자크기가 10~30㎛인 것이 바람직하다. 안료는 전체 도료 조성물 기준으로 15~25 중량%가 사용되는 것이 바람직한데, 함량이 15 중량% 미만이면 색상 발현 효과가 미미하고, 25 중량%를 초과하면 도료의 젖음성이 상승되는 문제가 있다.

증류수는 알칼리 또는 산성 이온 성분을 포함하지 않은 물로서, 전체 도료 조성물을 기준으로 20~40 중량%가 첨가되는데, 40 중량%를 초과하면 반응물이 희석되어 중축합반응 속도가 느려지는 문제가 있다.

이상과 같은 수성 세라믹 방수도료 조성물의 제조방법을 이하 상세히 설명한다. 도 1은 이의 제조공정을 도시한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 수성 세라믹 방수도료 조성물의 제조방법은, 폴리실록산과, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나와, 유기금속촉매를 순차적으로 혼합하여 중축합 반응시키는 단계(S110), 상기 중축합 반응된 용액에 증류수를 혼합하여 수성화하는 단계(S120), 상기 수성화된 용액에 안료를 분산하는 단계(S130), 상기 안료가 분산된 용액에 아크릴 에멀젼을 혼합하는 단계(S140), 상기 아크릴 에멀젼이 혼합된 용액에 요변성제를 투입하여 점도를 조절하는 단계(S150)를 포함한다.

중축합 반응단계(S110)는 20~40 중량%의 폴리실록산과, 5~15 중량%인 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나와 혼합하여 20~30℃에서 10~20분간 혼합한 후, 0.2~0.5 중량%의 유기금속촉매를 투입하여 120~160℃으로 승온하여 1~3시간 동안 중축합 반응시킨다. 여기서, 반응온도가 120℃ 미만이면 중합액의 가수분해 반응이 충분히 일어나지 못하고, 160℃ 초과하면 중합액이 겔화되는 문제가 있어 상기 반응온도 범위가 바람직하다.

수성화 단계(S120)는 상기 중축합 반응된 용액에 20~40 중량%의 증류수를 투입하는 단계로, 수성화된 용액에 암모니아를 혼합하여 pH를 11~13으로 비교적 높게 조정하는 것이 바람직한데, pH가 11 미만이 되면 모재인 콘크리트가 중성화되는 문제가 있다.

안료분산 단계(S130)는 상기 수성화된 용액에 안료를 15~25 중량%를 혼합하고, 볼밀과 같은 장치를 이용하여 평균입자크기가 10~30㎛로 안료를 고르게 분산시킨다.

아크릴 에멀젼 혼합단계(S140)는 상기 안료가 분산된 용액에 10~20 중량%의 아크릴 에멀젼을 혼합하는 단계로, 교반기를 이용하여 혼합액에 균일하게 혼합시킨다.

점도조절 단계(S150)는 상기 아크릴 에멀젼이 혼합된 용액에 요변성제를 0.3~1 중량%로 투입하여 도료 조성물의 점도가 80~120KU으로 조절한다.

이와 같은 본 발명에서는 폴리실록산과, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나와의 중축합 반응에 의해 형성되는 도막이 모재에 부착력이 우수하고 수분이나 습기가 침투되지 않으며, 첨가된 아크릴 에멀젼에 의해 자외선에 의한 도막의 변색이나 노화를 방지하면서, 딱딱한 도막을 보다 부드럽게 함으로써 크랙현상을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 수성 세라믹 방수도료 조성물을 아래 실시예를 참조하여 설명한다.

<실시예>

환류 냉각기, 교반기가 장치된 반응기 내에 폴리실록산 30g, 1,3-부틸렌 글리콜 10g을 25℃에서 500rpm으로 20분간 혼합 교반한 후, 디부틸 틴 디아세테이트 0.5g을 적하하여 150℃로 승온하여 2시간동안 중축합반응을 실시하였다. 그리고, 중축합 반응된 용액에 증류수 30g을 혼합하여 수성화시킨 후, 암모니아로 용액의 pH를 11-13으로 조정하였다. 그런 다음, pH가 조절된 용액에 티타늄디옥사이드 19 g을 투입하고 볼밀에서 입자크기 20~30㎛로 분산 시킨 후, 분산액에 아크릴 에멀젼 10g을 혼합하여 500rpm으로 교반하였다. 상기 혼합액에 실리카 흄을 0.5g을 투입하여 점도를 90-100KU로 조정하여 수성 세라믹 방수도료 조성물을 제조하였다.

<비교예 1 내지 3>

상기 실시예에서 폴리실록산, 1,3-부틸렌 글리콜, 디부틸 틴 디아세테이트, 증류수, 티타늄디옥사이드, 아크릴 에멀젼, 실리카 흄을 아래 표 1에서와 같은 함량 비율로 혼합하여 수성 세라믹 방수도료 조성물을 제조하였다.

	비교예 1	비교예 2	비교예 3
폴리실록산 (g)	35	32.5	20
1,3-부틸렌 글리콜 (g)	15	12.5	5
디부틸 틴 아세테이트 (g)	0.5	0.5	0.5
증류수 (g)	30	30	30
티타늄디옥사이드 (g)	19	19	19
아크릴 에멀젼 (g)	-	5	25
실리카 흄 (g)	0.5	0.5	0.5

<실험예 1. 도막의 내흡수성 테스트>

상기 실시예 1과 비교예 1 내지 3의 도료 조성물을 100㎜의 지름과 30㎜의 두께를 가진 금속시편의 표면에 50㎛의 두께로 각각 도포한 후, KS F 4930 : 2012의 내흡수성 성능 테스트 방법에 따라 측정하였다.

즉, 도료가 도포된 금속시편의 질량을 먼저 측정하고, 금속시편을 20℃의 물에 2~10㎜ 정도의 깊이로 담근 후, 10분, 30분, 1시간, 6시간, 24시간 후에 각각 꺼낸 다음 표면에 수분을 제거하고 질량을 측정하였다.

이에 따라 실시예 1이 도포된 시편의 물흡수 계수비가 0.22로 측정되어, KS F 4930 : 2012의 기준치인 0.5 이하를 충족하였다(출원인의 세라믹 방수도료에 대한 한국화학융합시험연구소의 시험성적서인 도 2의‘내흡수성능’참조). 하지만, 비교예 1 내지 3은 도막이 제대로 형성되지 않거나, 도막이 형성되더라도 치밀하지 않아 도막에 수분이 침투하여 물흡수 계수비가 1~3으로 측정되었다.

<실험예 2. 도막의 내투수성 테스트>

실험예 1과 같이, 실시예 1과 비교예 1 내지 3으로 도포된 금속시편을 KS F 4930 : 2012의 내투수성 성능 테스트 방법에 따라 측정하였다. 즉, 도료가 도포된 금속시편의 질량을 먼저 측정하고, 금속시편을 물에 담근 후, 시편에 0.1N/㎟의 수압을 1시간 동안 가하였다. 그럼 다음, 각각의 금속시편을 꺼내어 표면에 수분을 제거한 후 질량을 측정하였다.

실시예 1이 도포된 시편의 투수비는 0.07로 측정되어, KS F 4930 : 2012의 기준치인 0.10 이하를 충족하였으나(출원인의 세라믹 방수도료에 대한 한국화학융합시험연구소의 시험성적서인 도 2‘내투수성능’참조), 비교예 1 내지 3은 도막에 수분이 침투하여 투수비가 0.2~0.4로 측정되었다.

<실험예 3. 도막의 부착성 테스트>

앞선 실험예 1,2에서와 같이 실시예 1과 비교예 1 내지 3으로 도포된 금속시편의 표면을 나이프로 크로스 컷팅한 후, 테이프를 이용하여 부착력을 테스트하였다. 실시예 1은 금속시편에 견고하게 점착되어 테이프로 묻혀 나오지 않았으나, 비교예 1 내지 3은 부착력이 약해 테이프에 의해 모재 표면으로부터 도료의 일부 또는 상당부분이 탈피됨을 확인할 수 있었다.

도 3은 실시예 1의 다른 물성을 측정한 한국화학융합시험연구소의 시험성적서로서, 주도가 106 KU로 이상적임을 알 수 있고, 고화건조시간, 은폐율, 내세척성, 내알칼리성 등의 타 물성도 모두 양호함을 확인할 수 있었다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (8)

1. (a)20~40 중량%의 폴리실록산과, 5~15 중량%인 1,3-부틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,2-사이클로헥산디올 중 어느 하나와 20~30℃에서 10~20분간 혼합한 후, 0.2~0.5 중량%의 유기금속촉매를 투입하여 120~160℃으로 승온하여 1~3시간 동안 중축합 반응시키는 단계;
   (b)상기 중축합 반응된 용액에 20~40 중량%의 증류수를 혼합하여 수성화한 후, 암모니아를 혼합하여 수성화된 용액의 pH를 11~13으로 조정하는 단계;
   (c)상기 수성화된 용액에 평균입자크기가 10~30㎛이며 15~25 중량%의 안료를 분산하는 단계;
   (d)상기 안료가 분산된 용액에 10~20 중량%의 아크릴 에멀젼을 혼합하는 단계;
   (e)상기 아크릴 에멀젼이 혼합된 용액에 0.3~1 중량%의 요변성제를 투입하여 점도를 80~120KU으로 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 세라믹 방수도료 조성물의 제조방법.
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