KR101771313B1

KR101771313B1 - 차열 및 단열 도료 조성물

Info

Publication number: KR101771313B1
Application number: KR1020150127433A
Authority: KR
Inventors: 유한상; 오해두
Original assignee: 유한상; 오해두
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-08-24
Also published as: KR20170030198A

Abstract

본 발명은 차열 및 단열도료 조성물에 관한 것으로, 도료수지와 함께 기공들을 갖는 중공 실리카와 함께 무수한 공기층들을 형성하는 3차원 망상구조의 차열 소재를 사용하여 차열 및 단열 특성을 향상시킨 차열 및 단열도료 조성물을 개시하고 있다.

Description

차열 및 단열 도료 조성물{Heat Shield and Insulation Coating Composition}

본 발명은 단독 혹은 공동 주택, 빌딩, 창고의 등 건축물에 사용하는 차열 및 단열 도료 조성물에 관한 것으로, 특히 도료수지와 함께 무수한 기공 및 공기층들을 형성하는 차열 소재들을 같이 사용하여 차열 및 단열특성을 향상시킨 차열 및 단열 도료 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 태양광선은 건물 지붕이나 혹은 외벽의 표면에 닿아 열에너지를 발생시키고, 이 표면으로부터 열이 내부로 전달되면 실내의 온도 또한 더불어 상승하게 된다. 실내온도의 상승은 사람들로 하여금 냉방을 위하여 많은 에너지를 소비하게 한다. 따라서 실내온도 변화를 최소화시키기 위해서는 태양광선을 효율적으로

차단시킬 필요가 있다. 이러한 열차단은 추운 한 겨울에도 적용하여 기존의 화석연료에너지 소비를 줄일 필요가 있다.

이러한 차열 도료로는 하기 특허문헌 표시와 같이,일본공개특허공보 2006-335949에 아크릴 수지를 주원료로 하는 도료에 TiO2, 맥반석등을 혼합하여 차열도료가 기재되어 있으며,

또한, 국내등록특허 제10-0741147호에는 수용성 에폭시 수지를 주원료로 하는 도료에 중공형의 실리카 비드를 혼합하였고,

국내등록특허 제10-0816085호는 아크릴수지, TiO2, 중공실리카, 보로실리케이트 등을 혼합한 차열 도료가 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 차열도료는 대부분 차열 기능을 갖도록 하고자 과량의 TiO2 및 유사계열 광물이 사용되어 도료의 점착력, 내크랙성의 저하와 같은 문제를 발생시키고 있다. 특히 전도열 차단을 위해서 사용되는 중공형 실리카의 경우 시간이 경과할수록 기공 안으로 수지 등이 흡수됨에 따라 중공상태가 제대로 유지되지 못하여 차열 효과를 저하시키는 문제가 있다.

따라서,중공실리카의 중공 상태 변경에 따른 차열 효과에 대한 저하 현상 없이 지속적으로 차열 및 단열효과를 유지하는 도료 조성물의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

KR 국내등록특허 제10-0741147호 KR 국내등록특허 제10-0816085호 JP 일본공개특허 제2006-335949호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 보완하고 다양한 추가 장점을 제공하기 위해 개발된 것으로서,무수한 공기층들을 제공하는 3차원 망상구조의 차열 소재들을 사용하여 차열 및 단열 특성을 향상시킨 차열 및 단열도료 조성물을 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 차열 및 단열도료 조성물에 의하여 달성된다.

본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 차열 및 단열도료 조성물은, 중공 실리카를 포함하는 차열 및 단열도료 조성물에 있어서, 0.002~0.05μm의 망상 직경을 이루게 나노화하여 무수한 공기층을 형성하는 3차원의 망상구조를 이루게 한 펄프를 상기 중공 실리카와 혼합하여 된 것임을 특징으로 한다.

일시예에 있어서, 전체 조성물에 대하여, 수지 40 내지 55 중량%, 나노 펄프35 내지 45중량%, 중공실리카 6 내지 9 중량%, 침강 방지제 1내지 3중량%, 및 무기안료인 TiO2 3중량%를 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 수지는 유기 아크릴수지 51중량%, 무기 폴리실록산 9중량%, 및 물 40중량%를 포함한다.

삭제

본 발명에 의하면, 차열특성이 우수한 무수한 공기층들을 망상구조로 갖는 차열 소재들의 사용으로 기존의 차열도료에 비하여 차열성 및 단열성이 더욱 향상된 효과를 부여하고, 여기에 더하여 표면에 도색시 박리율이 적은 내구성 효과를 부여한다.

도 1은 본 발명에 따른 차열 도료에 사용된 나노 펄프의 구조를 확대 표시한 도면이다.

이하, 본원발명에 따른 차열 및 단열 도료 조성물의 보다 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.

본원발명에 따른 차열 및 단열 도료는 하기 표1과 같은 성분 및 비율로 구성된다.

구성성분	함량(중량%)
수지	40~55
나노 펄프(페이퍼)	35~45
중공실리카	6~9
침강 방지제	1~3
무기안료	3

본원발명에 따른 차열 및 단열 도료는 전체 도료조성물 100중량%에 대하여 40 내지 55중량%를 포함하는데, 상기 수지는 유,무기 하이브리드 바인더로 유기 아크릴수지 51중량%, 무기 폴리실록산 9중량%, 및 물 40중량%으로 이루어진다. 상기 수지를 구성하는 유기 아크릴수지는 도료를 건축자재나 혹은 벽체와 같은 피 도포물에 도색시 쉽게 박리됨이 없이 점착성을 갖는 도막을 형성하기 위함이며, 무기 폴리실록산은 내,외장용 도료로 사용시 수분 침투를 방지하는 발수 작용과 아울러 차열 작용을 하도록 하기 위함이다.

따라서 수지의 함량은 전체 도료 조성물에 대하여 40중량% 미만으로 사용되면 유동성이 부족하여 도료의 제조가 어려워짐은 물론 점착력의 약화로 피 도색물에 대한 도막의 형성이 어렵게 되는 경향이 있고, 가사 도막이 형성된 다고 하여도 강도가 약해져서 쉽게 박리될 우려가 있다. 반면에 수지 함량이 55중량%를 초과하게 되면 아크릴수지의 외부노출 비중의 심화로 인한 저열 전달기능이 약화되어 차열성이 떨어질 우려가 있다.

상기 나노 펄프(페이퍼)는 펄프를 나노 사이즈화한 것으로 도1에서 확인되는 바와 같이 무수한 공기층을 형성하는 3차원의 망상구조를 이룬다. 무수한 공기층을 형성하는 망상 직경은 보통 0.002~0.05μm를 이룬다. 나노화한 펄프의 3차원의 망상구조 내부에 공기를 수용하는 무수한 공기층을 형성하고 있기 때문에 공기층으로 하여금 열 전도율을 낮추는 우수한 차열 작용을 발휘하므로, 단열 및 차열도료로서 매우 적합한 특성을 갖는다. 이때문에 나노 펄프는 가능한 3차원의 망상구조를 많이 형성하는 펄프원료를 사용함이 바람직하다. 또한 나노 펄프의 첨가는 수지와 함께 결합력을 증대시키어 내구성을 갖는 도막을 형성하는 작용도 한다.

따라서 상기 나노 펄프의 함량이 전체 도료 조성물에 대하여 35중량% 미만으로 사용되면 차열기능을 약화시킬 우려가 있고, 반대로 45중량%를 초과하여 사용하게 되면 도료의 제조가 어려워짐은 물론 도료의 점착력을 약화시키고 도료 제비용을 증대 시킬 우려가 있다.

상기 공기층을 형성하는 나노 펄프와 같이 무수한 기공을 갖는 중공실리카의 첨가로 인한 더 많은 공기를 함유하는 공기층의 확보로 인해 그 만큼 열 전도율을 낮추는 작용을 하게 함으로써, 본 발명에 따른 차열 도료는 종래 특허문헌들에 표시된 차열 혹은 단열 도료들에 비하여 더 우수한 차열 특성을 발휘하는 작용을 하게 한다. 따라서 상기 중공실리카의 함량이 전체 도료 조성물에 대하여 6중량% 미만으로 사용되면 차열기능을 떨어지게 할 우려가 있고, 반대로 9중량%를 초과하여 사용하게 되면 도료의 점착력 약화를 갖게 할 우려가 있다.

상기 침강 방지제는 본 발명에 따른 도료에서 같이 함유된 중공실리카의 침강을 방지하기 위하여 사용하는 것으로, 사용량은 전체 도료 조성물에 대하여 1내지 3중량%를 사용하며, 상업적인 제품을 공지된 방법으로 배합하여 사용한 것으로, 구체적이고 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 침강방지제의 사용량이 1중량% 미만이면 침강 방지기능 저하의 우려가 있고, 반대로 사용량이 3중량%를 초과하면 도료가 젤타잎으로 변형되어 도료의 원할한 칠 작업에 방해가 될 우려가 있다.

상기 안료는 무기 안료인 TiO2으로 전체 도료 조성물에 대하여 3중량% 사용된다. 이 안료는 도료의 색상을 구현하는데 효과가 있으며, 도료의 착색과 은폐력의 부여 등에 효과가 있다. 또한 안료는 내구력이 좋은 것이 요구된다. 도료에서 내구력이 나쁘면 도료의 색상이 쉽게 변색된다. 최근에는 대기 오염으로 산성 물질이 빗물에 섞여 도료가 칠해진 도막에 지속적으로 묻게되면 내구력(내산성 등)이 약한 안료는 쉽게 변색이 일어난다. 이러한 점을 고려하여 내구성 및 내후성이 좋은 안료를 사용해야 만이 우수한 도료 물성을 얻을 수 있다. 따라서 안료는 전체 조성물에 대하여 3 중량% 이하로 사용된다.

(함량: 중량%)

구분	수지	나노펄프	중공실리카	침강방지제	안료	첨가제	합계
실시예1	55	35	6	1	3	-	100
실시예2	40	45	9	3	3	-	100
실시예3	52	36	7	2	3	-	100
실시예4	49	38	8.5	1.5	3	-	100
실시예5	47	39.5	8	2.5	3	-	100
실시예6	48.5	40	6.5	2	3	-	100
실시예7	45.5	41	7.5	3	3	-	100
실시예8	50	40	6	1	3	-	100
실시예9	49	37	9	2	3	-	100
비교예1	55	20	3	2	3	17	100
비교예2	45	20	3	3	3	26	100

전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예1과 같이 수지55중량%, 나노 펄프35중량%, 중공실리카 6중량%, 침강 방지제 1중량%, 및 무기안료 3중량%를 혼합기에 넣어 2시간 혼합하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예2와 같이 조성하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예3과 같이 조성하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예4와 같이하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예5와 같이 조성하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예6과 같이 조성하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예7과 같이 조성하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예8과 같이하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 실시예9와 같이 조성하여 차열 및 단열 도료 조성물을 수득하였다.

<비교예1>

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 비교예1과 같이 조성하여 차열 도료 조성물을 수득하였다.

<비교예2>

실시예1과 같은 방법으로 전체 조성물 100중량%에 대하여,상기 표2의 비교예2와 같이 조성하여 차열 도료 조성물을 수득하였다.

<시험예1>

본 발명의 상기 실시예에 따른 차열 및 단열 도료 조성물과 비교예의 차열 도료의 포름알데히드(HCHO) 방출량에 대하여 시험한바, 양자 모두 포름알데히드가 방출되지 않았다. 아울러 양자 모두 4대 중금속인 크롬, 납, 카드뮴, 및 수은 또한 검출되지 않아서 인체에 모두 무해한 것으로 확인되었다.

<시험예2>

판재(두께2mm, 45cm×45cm)로 사각통을 2개 만든후, 상기 실시예로 및 비교예의 도료를 사각 통의 표면에 각각 2mm 두께로 도색하였다. 그리고 판재로 만든 사각통의 내부에 100℃의 물을 2/3 채우고 상온에 방치하여 30분후에 온도를 측정하였다. 그 온도 측정 결과 비교예1의 물의 온도는 50℃이였으나, 실시예1의 물의 온도는 55.5℃이고 이였다. 이 시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 차열 및 단열 도료가 차열 및 단열 효과가 더 우수함을 확인할 수 있었다. 이는 비교예의 단열소재로 중공 실리카 만을 사용한 것에 비하여 본 발명은 무수한 공기층을 형성하는 나노 펄프를 중공실리카와 같이 사용한 결과임이 충분히 예견되는 것이라고 할 것이다.

<시험예3>

<실험조건>

초기실내온도 : 18℃

각각의 상자 내부의 초기온도: 10℃

실험 도구 : 전자식 온도계

<실험방법>

정육면체 플라스틱상자 2개를 만들어서 본 발명의 실시예와 비교예로 형성된 차열도료를 각각 칠한후, 내부에 100Watt 전구를 각각 설치하고, 전구를 가열하기 시작하여 6시간 동안 3시간 간격으로 실시예 비교예의 상지 외부표면의 온도변화를 측정하여 차열효과를 실험하였다. 그 결과는 표3과 같았다.

본 발명의 실시예에 따른 차열 도료를 칠한 상자의 외부 표면 온도가 비교예의 차열 도료를 칠한 상자에 비하여 2 내지 5℃의 범위에서 차열 및 단열 효과가 있음을 확인할 수 있다. 이 또한 비교예는 차열소재로 중공 실리카 만을 사용한 것에 비하여 본 발명은 무수한 공기층을 형성하는 나노 펄프를 중공실리카와 같이 차열 소재로 사용한 결과임이 충분히 예견된다고 할 것이다.

이상이 실험예들로부터 확인되는 바와 같이 본 발명은 종래의 차열 도료에 비하여 차열 및 단열특성이 월등히 우수함을 확인할 수 있다

본 발명은 주택, 빌딩 및 창고와 같은 건축물의 지붕 및 내외벽용 마감도료로서 사용하여 에너지를 절감할 수 있는 우수한 차열성 및 단열성을 갖도록 할 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위를 초과하지 않는 한도 내에서 여러 가지 변경 또는 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도면

Claims

중공 실리카를 포함하는 차열 및 단열도료 조성물에 있어서,
0.002~0.05μm의 망상 직경을 이루게 나노화하여 무수한 공기층을 형성하는 3차원의 망상구조를 이루게 한 펄프를 상기 중공 실리카와 혼합하여 된 것임을 특징으로 하는 차열 및 단열도료 조성물.
청구항1에 있어서,
전체 조성물에 대하여, 수지 40 내지 55중량%, 나노 펄프35 내지 45중량%, 중공실리카 6 내지 9중량%, 침강 방지제 1내지 3중량%, 및 무기안료인 TiO2 3중량%를 포함하는 차열 및 단열 도료 조성물.
삭제
청구항2에 있어서,
상기 수지는 유기 아크릴수지 51중량%, 무기 폴리 실록산 9 중량%, 및 물 40중량%를 포함하는 차열 및 단열 도료 조성물.
삭제