KR101726602B1

KR101726602B1 - 황토와 실리카 나노 분말을 포함하는 차열 페인트 조성물

Info

Publication number: KR101726602B1
Application number: KR1020160119506A
Authority: KR
Inventors: 김계천
Original assignee: (주)수산기업; 김계천
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2017-04-27

Abstract

본 발명은 실리카 나노 분말을 포함하는 차열 페인트 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 상기 실리카 나노 분말에 황토 성분이 포함되어 차열 성능이 획기적으로 개선된 차열 페인트 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 차열 페인트 조성물은 열에 민감한 시설물 보호 및 에너지 절감을 목적으로 하는 기능성 페인트로서 태양열 반사율이 90%를 상회하는 우수한 차열 효과를 나타내며, 1회 시공으로도 일반 페인트 수명보다 3배 이상 내구성이 우수하고, 초 박막 시공이 가능하여 도장면에 매끄럽고 수려할 뿐만 아니라 상도로서 적용할 경우에 방수 기능도 아울러 가지는 우수한 효과가 있다.

Description

황토와 실리카 나노 분말을 포함하는 차열 페인트 조성물{ISOLATION HEAT PAINT COMPOSITION COMPRISING LOESS AND SILICA NANO POWDER}

본 발명은 실리카 나노 분말을 포함하는 차열 페인트 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 상기 실리카 나노 분말에 황토 성분이 포함되어 차열 성능이 획기적으로 개선된 차열 페인트 조성물에 관한 것이다.

최근 도시화로 인한 인구 및 각종 인공 시설물의 증가, 온실 효과 등의 영향으로 도시 중심부의 기온이 주변 지역보다 현저하게 높이 나타나는 열섬현상(Heat Island)이 큰 사회 문제로 대두되고 있다. 선진국 등에서 이를 해결하기 위해 저탄소 사회 구축이 본격화되고 있는 가운데, 차열 페인트가 도시의 열섬 현상을 완화하고 대형 건축물의 에너지 절약 대책으로 각광받고 있다.

그러나, 종래의 차열 페인트는 주로 색에 의한 반사에 의존한 것으로 색상이 제한되어 있고, 태양광의 반사 효과만을 이용하여 차열 성능이 충분히 발휘되지 못하는 문제가 있다.

또한, 종래의 다른 방법으로는, 실리카, 티타니아, 지르코니아 입자, 중공구 등의 세라믹 입자를 필러의 형태로 페인트에 혼합하여 차열 효과를 부여하는 것으로, 색상에 제한은 없지만 차열 효과를 얻기 위해서 상기 세라믹 입자들을 과량으로 페인트와 혼합하여 사용하기 때문에, 건조 도막의 물리적 특성이나 부착력이 감소되는 등의 문제점이 있었다.

KR

10-1618528

B

KR

10-1559557

B

KR

10-2012-0105897

A

KR

10-0990255

B

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 미감이 우수하고, 시공이 간편하며, 내구성 및 차열 특성이 개선된 차열 페인트 조성물을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실리카 나노 분말 5~10중량%, 이산화티탄 10~20중량%, 탄산칼슘 15~20중량%, 수지 바인더 40~50중량%, 다가 알코올 5~10중량%, 첨가제 1~5중량% 및 잔여의 물을 포함하는 차열 페인트 조성물을 제공한다.

상기 실리카 나노 분말은 SiO₂ 함량이 65~75중량%인 것이 바람직하다.

상기 실리카 나노 분말은 황토 성분이 15~20중량% 포함된 것이 바람직하다.

상기 실리카 나노 분말은 (1) SiO₂ 함량이 65~75중량%이고, 황토 성분이 15~20중량%로 포함된 실리카 원석을 준비하는 단계; (2) 상기 실리카 원석을 600~700℃에서 5~7시간 동안 1차 소성하는 단계; (3) 상기 1차 소성된 결과물을 -10~-20℃로 1차 동결하는 단계; (4) 상기 1차 동결된 결과물을 미분쇄하는 단계; (5) 상기 미분쇄된 결과물을 700~800℃에서 3~5시간 동안 2차 소성하는 단계; (6) 상기 2차 소성된 결과물을 -10~-20℃로 2차 동결하는 단계; (7) 상기 2차 동결된 결과물 100중량부에 대하여 중탄산나트륨 10~15중량부를 첨가하여 상온에서 1차 방냉하는 단계; (8) 상기 1차 방냉된 결과물을 800~900℃에서 1~2시간 동안 3차 소성하는 단계; (9) 상기 3차 소성된 결과물을 상온에서 2차 방냉하는 단계; 및 (10) 상기 2차 방냉된 결과물을 나노 분말화시키는 단계에 의하여 제조되는 것이 바람직하다.

상기 수지 바인더는 아크릴 수지 70~80중량% 및 에폭시 수지 20~30중량%의 혼합 수지인 것이 바람직하다.

본 발명의 차열 페인트 조성물은 열에 민감한 시설물 보호 및 에너지 절감을 목적으로 하는 기능성 페인트로서 태양열 반사율이 90%를 상회하는 우수한 차열 효과를 나타내며, 1회 시공으로도 일반 페인트 수명보다 3배 이상 내구성이 우수하고, 초 박막 시공이 가능하여 도장면에 매끄럽고 수려할 뿐만 아니라 상도로서 적용할 경우에 방수 기능도 아울러 가지는 우수한 효과가 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 발명자들은 종래의 차열 페이트 성분으로 실리카 미립자를 적용하는 경우에 발생하는 도료 제조시의 실리카 미립자의 액상으로의 분산성 문제를 해결하고, 기존 차열 페인트에 보다도 우수한 차열 특성을 갖게 하기 위하여 실리카 성분과 함께 황토 성분을 이용하고자 연구한 결과, 황토가 함유된 실리카 원석에 다단계의 소성 및 동결 반응을 수행함으로써 액상으로의 분산성이 현저히 향상됨을 확인하고, 실리카 성분과 황토 성분의 조합으로 차열 특성이 보다 개선됨을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 실리카 나노 분말 5~10중량%, 이산화티탄 10~20중량%, 탄산칼슘 15~20중량%, 수지 바인더 40~50중량%, 다가 알코올 5~10중량%, 첨가제 1~5중량% 및 잔여의 물을 포함하는 차열 페인트 조성물을 제공한다.

본 발명의 차열 페인트 조성물의 구성 성분으로서 실리카 나노 분말은 SiO₂ 함량이 65~75중량%인 것이 바람직하다. 또한, 상기 실리카 나노 분말에는 황토 성분이 15~20중량% 포함된 것이 바람직하다. 본 발명의 상기 실리카 나노 분말은 실리카 성분을 주성분으로 하고, 여기에 황토 성분이 일정 부분 포함되어 있는 것을 사용한다. 바람직한 구체예로서, 상기 실리카 나노 분말은 정제된 실리카와 황토를 상기 함량비로 혼합하여 사용할 수 있으며, 또는 황토가 함유된 실리카 원석으로부터 상기 함량 범위 내의 것을 사용할 수도 있다. 바람직한 구체예로서, 상기 실리카 나노 분말은 (1) SiO₂ 함량이 65~75중량%이고, 황토 성분이 15~20중량%로 포함된 실리카 원석을 준비하는 단계; (2) 상기 실리카 원석을 600~700℃에서 5~7시간 동안 1차 소성하는 단계; (3) 상기 1차 소성된 결과물을 -10~-20℃로 1차 동결하는 단계; (4) 상기 1차 동결된 결과물을 미분쇄하는 단계; (5) 상기 미분쇄된 결과물을 700~800℃에서 3~5시간 동안 2차 소성하는 단계; (6) 상기 2차 소성된 결과물을 -10~-20℃로 2차 동결하는 단계; (7) 상기 2차 동결된 결과물 100중량부에 대하여 중탄산나트륨 10~15중량부를 첨가하여 상온에서 1차 방냉하는 단계; (8) 상기 1차 방냉된 결과물을 800~900℃에서 1~2시간 동안 3차 소성하는 단계; (9) 상기 3차 소성된 결과물을 상온에서 2차 방냉하는 단계; 및 (10) 상기 2차 방냉된 결과물을 나노 분말화시키는 단계에 의하여 제조되는 것이 바람직하다. 상기 실리카 나노 분말의 입자 크기는 500~900nm, 바람직하게는 500~700nm, 보다 바람직하게는 500~600nm인 것이 바람직하다. 상기 실리카 나노 분말은 조성물 중 5~10중량%로 첨가되는데, 상기 함량이 5중량% 미만인 경우 차열 효과가 미미하며, 10중량%를 초과하는 경우에는 분산성에 문제가 생긴다.

본 발명의 차열 페인트 조성물의 구성 성분으로서 이산화티탄은 미분체(微粉體)로서 사용가능하며, 콜로이드 상태로서의 사용은 물론, 액체상태로서의 사용 역시 가능한 것으로, 이산화티탄의 혼입을 통해 항균, 항곰팡이, 경화성을 갖게 되므로 차열 도료로서 장기간 안정성을 갖게 된다. 상기 이산화티탄은 조성물 중 10~20중량%로 첨가될 수 있는데, 상기 함량이 10중량% 미만인 경우에는 페인트의 내구성에 문제가 생기며, 20중량%를 초과하는 경우에는 도료의 분산성 및 적용시 퍼짐성이 문제점이 생긴다.

그 밖에 본 발명의 차열 페인트 조성물은 구성 성분으로서 탄산칼슘 10~20중량%, 수지 바인더 40~50중량%, 다가 알코올 5~10중량%, 첨가제 1~5중량% 및 잔여의 물을 포함한다.

상기 성분들 중 수지 바인더는 아크릴 수지 70~80중량% 및 에폭시 수지 20~30중량%의 혼합 수지인 것이 바람직하다. 상기 함량비에 따른 혼합 수지는 본 발명의 상기 실리카 나노 분말의 도료에서의 분산성을 개선시키고, 도료의 내구성 및 방수성 개선에 도움을 준다.

상기 각 구성 성분들은 기재된 함량 범위로 믹싱되고 최종적으로 물로 점도를 조절하여 본 발명의 차열 페인트로서 제조 가능하다.

이하에서는, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 구체예를 기재한 것이며, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되어 해석되는 것은 아님은 명백하다.

[실시예]

실시예 1

황토 성분 20% 및 SiO₂ 함량 70%인 실리카 원석을 미분쇄한 후 입자 크기 800nm 정도의 실리카 나노 분말을 제조하였다. 상기 실리카 나노 분말 10중량%에 이산화티탄 10중량%, 탄산칼슘 15중량%, 아크릴 수지와 에폭시 수지를 7:3의 비율로 혼합한 혼합 수지 바인더 50중량%, 다가 알코올 5중량%, 분산제 2중량%, 소포제 1중량%, 증점제 2중량% 및 방부제 1중량%를 혼합하고, 물로 점도를 조절하여 본 발명의 차열 페인트 조성물을 제조하였다.

실시예 2

황토 성분 20% 및 SiO₂ 함량 70%인 실리카 원석을 준비하고, 상기 실리카 원석을 600℃에서 5시간 동안 1차 소성하고, 상기 1차 소성된 결과물을 -10℃로 1차 동결하고, 상기 1차 동결된 결과물을 미분쇄하였다. 상기 미분쇄물을 700℃에서 3시간 동안 2차 소성하고, 상기 2차 소성된 결과물을 -10℃로 2차 동결한 후, 상기 2차 동결된 결과물 100중량부에 대하여 중탄산나트륨 10중량부를 첨가하여 상온에서 1차 방냉하였다. 상기 1차 방냉된 결과물을 900℃에서 1시간 동안 3차 소성하고, 상기 3차 소성된 결과물을 상온에서 2차 방냉한 후, 800nm 입자 크기의 실리카 나노 분말을 제조하였다. 상기 실리카 나노 분말 10중량%에 이산화티탄 10중량%, 탄산칼슘 15중량%, 아크릴 수지와 에폭시 수지를 7:3의 비율로 혼합한 혼합 수지 바인더 50중량%, 다가 알코올 5중량%, 분산제 2중량%, 소포제 1중량%, 증점제 2중량% 및 방부제 1중량%를 혼합하고, 물로 점도를 조절하여 본 발명의 차열 페인트 조성물을 제조하였다.

비교예

SiO₂ 함량 90% 이상인 실리카를 미분쇄히였다. 상기 실리카 미분쇄물 10중량%에 이산화티탄 10중량%, 탄산칼슘 15중량%, 아크릴 수지와 에폭시 수지를 7:3의 비율로 혼합한 혼합 수지 바인더 50중량%, 다가 알코올 5중량%, 분산제 2중량%, 소포제 1중량%, 증점제 2중량% 및 방부제 1중량%를 혼합하고, 물로 점도를 조절하여 차열 페인트 조성물을 제조하였다.

실험예 1 : 내구성 실험

ASTM D3359에 규정된 TEST METHOD B의 테스트 방법에 따라, 차열 수계 도료 도막을 건조시켜 2cm 간격으로 배치한 후, 6개씩 서로 교차되게 칼로 긁어 25개의 흠을 만들어 3M 투명 테이프로 그 부위에 접착을 시킨 후, 그 떨어진 정도에 따라 다음 표 1의 6단계로 기준을 정하여 평가하였다.

기준	설명
5B	도막 박리가 전혀 없음
4B	도막 박리가 5% 미만임
3B	도막 박리가 5~15%임
2B	도막 박리가 15~35%임
1B	도막 박리가 35~65%임
0B	도막 박리가 65% 초과됨

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예로부터 제조된 차열 페인트 조성물을 평가하였으며, 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.

샘플	평가 결과
실시예 1	5B
실시예 2	5B
비교예	3B

실험예 2 : 차열 특성 실험

차열 페인트 조성물의 차열 효과를 측정하기 위하여, 실제 건물 옥상 바닥에 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 차열 페인트를 0.2mm 두께로 2회 도장한 후 평균 기온 30~32℃인 여름철에 건물 옥상 바닥의 온도를 측정하였다. 측정 결과를 아래 표 3에 나타내었다.

샘플	도장 전	도장 후
실시예 1	38.4℃	25.5℃
실시예 2	39.1℃	22.3℃
비교예	38.6℃	29.9℃

Claims

실리카 나노 분말 5~10중량%, 이산화티탄 10~20중량%, 탄산칼슘 15~20중량%, 수지 바인더 40~50중량%, 다가 알코올 5~10중량%, 첨가제 1~5중량% 및 잔여의 물을 포함하고,
상기 실리카 나노 분말은 SiO₂ 함량이 65~75중량%이고,
상기 실리카 나노 분말은 황토 성분이 15~20중량% 포함되고,
상기 실리카 나노 분말은 다음의 단계에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 차열 페인트 조성물:
(1) SiO₂ 함량이 65~75중량%이고, 황토 성분이 15~20중량%로 포함된 실리카 원석을 준비하는 단계;
(2) 상기 실리카 원석을 600~700℃에서 5~7시간 동안 1차 소성하는 단계;
(3) 상기 1차 소성된 결과물을 -10~-20℃로 1차 동결하는 단계;
(4) 상기 1차 동결된 결과물을 미분쇄하는 단계;
(5) 상기 미분쇄된 결과물을 700~800℃에서 3~5시간 동안 2차 소성하는 단계;
(6) 상기 2차 소성된 결과물을 -10~-20℃로 2차 동결하는 단계;
(7) 상기 2차 동결된 결과물 100중량부에 대하여 중탄산나트륨 10~15중량부를 첨가하여 상온에서 1차 방냉하는 단계;
(8) 상기 1차 방냉된 결과물을 800~900℃에서 1~2시간 동안 3차 소성하는 단계;
(9) 상기 3차 소성된 결과물을 상온에서 2차 방냉하는 단계; 및
(10) 상기 2차 방냉된 결과물을 나노 분말화시키는 단계.
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 수지 바인더는 아크릴 수지 70~80중량% 및 에폭시 수지 20~30중량%의 혼합 수지인 것을 특징으로 하는 차열 페인트 조성물.