KR101918278B1 - 에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제 - Google Patents

에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제 Download PDF

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Abstract

에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제가 개시된다.
본 발명의 일례에 의한 세라믹 코팅제는,
(A) 용매 100 중량부를 기준으로, 인산비료 제조공정에서 부생되는 불화규산의 가수분해 반응을 통해 회수되는 재생 실리카 20 내지 80 중량부; MMA계 인조대리석 표면연마 및 가공공정에서 발생되는 폐분진에서 MMA를 회수하고 남은 잔여물로부터 회수되는 재생 알루미나 3 내지 15 중량부; 지르코니아, 티타니아, 이트리아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분 2 내지 10 중량부; 실리콘 오일 중합체 0.1 내지 3 중량부를 포함하여 이루어지는 조성물 (A) 및
(B) MTMS(methyl tri-methoxy silane) 100 중량부를 기준으로 GPTMS(Glycidoxy propyl tri-methoxy silane) 20 내지 60 중량부를 포함하여 이루어지는 조성물 (B)를 포함하며,
상기 조성물 (A) 100 중량부를 기준으로 상기 조성물 (B) 60 내지 140 중량부를 혼합하고, 15 내지 25℃의 온도에서 10 내지 25시간 동안 프리에이징(preaging)하여 이루어진다.

Description

에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제{Ceramic coating materials having eco-friendly and energy saving characteristic}
본 발명은 세라믹 코팅제에 관한 것으로서 보다 상세하게는 중금속 및 환경호르몬 물질(PFOA 등)을 포함하지 않으면서도, 코팅제 도포 후 경화를 위한 숙성에 소모되는 에너지를 절감시킬 수 있고, 재활용 자원을 활용하여 경제성도 만족시킬 수 있는 에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제에 관한 것이다.
세라믹 코팅제는 세라믹 성분을 이용하여 금속, 목재, 유리, 콘크리트 등의 매트릭스 표면에 내열성, 난연성, 내부식성, 내오염성, 내마모성 등의 다양한 특성을 부여하는 기능성 물질을 지칭한다.
현재 코팅하고자 하는 매트릭스의 종류 및 부여하고자 하는 특성에 따라 다양한 조성의 세라믹 코팅제가 사용되고 있다.
그러나 종래의 세라믹 코팅제는 중금속 및 환경호르몬 물질을 포함하고 있거나, 코팅제를 매트릭스 표면에 도포 후 경화를 위한 숙성(aging) 온도가 약 250 내지 300℃로 높고, 250℃보다 저온에서 숙성할 경우 숙성이 되질 않거나, 숙성에 매우 긴 시간이 요구되어 과도한 에너지를 필요로 하는 문제가 있어 왔다.
또한 종래의 세라믹 코팅제는 세라믹 코팅제에 함유되는 세라믹 성분(충진제)이 고가여서 경제성 측면에서 부합하지 못하는 문제가 있어 왔다.
대한민국 공개특허 제10-2009-006695호(공개일자 2009년 01월 15일)
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 중금속 및 환경호르몬 물질을 포함하지 않으면서, 저온에서도 경화를 위한 숙성(aging)을 가능하게 하며, 우수한 품질의 코팅 도막 형성이 가능한 에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 재생 성분을 이용하여 자원의 재활용에 기여하고, 경제성도 만족시킬 수 있는 에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적은 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일례에 의한 에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제는,
(A) 용매 100 중량부를 기준으로, 인산비료 제조공정에서 부생되는 불화규산의 가수분해 반응을 통해 회수되는 재생 실리카 20 내지 80 중량부; MMA(Methylmethacrylate)계 인조대리석 표면연마 및 가공공정에서 발생되는 폐분진에서 MMA를 회수하고 남은 잔여물로부터 회수되는 재생 알루미나 3 내지 15 중량부; 지르코니아, 티타니아, 이트리아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분 2 내지 10 중량부; 실리콘 오일 중합체 0.1 내지 3 중량부를 포함하여 이루어지는 조성물 (A) 및
(B) MTMS(methyl tri-methoxy silane) 100 중량부를 기준으로 GPTMS(Glycidoxy propyl tri-methoxy silane) 20 내지 60 중량부를 포함하여 이루어지는 조성물 (B)를 포함하며,
상기 조성물 (A) 100 중량부를 기준으로 상기 조성물 (B) 60 내지 140 중량부를 혼합하고, 15 내지 25℃의 온도에서 10 내지 25시간 동안 프리에이징(preaging)하여 이루어진다.
상기 실리콘 오일 중합체는 메틸하이드로겐 실리콘 오일일 수 있다.
상기 조성물 (A)에는 상기 용매 100 중량부를 기준으로 착색안료 0.5 내지 5 중량부가 추가로 포함될 수 있다.
상기 조성물 (A)와 상기 조성물 (B)를 혼합한 혼합액의 pH는 6 내지 8의 범위로 조절되는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 의할 경우, 중금속 및 환경호르몬 물질을 포함하지 않으면서도, 우수한 품질을 가지는 균질한 코팅 경화도막의 형성이 가능하며, 60 내지 120℃의 비교적 저온에서도 코팅제의 경화가 가능하여 에너지를 절감할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의할 경우, 재생 성분을 사용함으로써, 자원 회수 및 재활용에 기여하고, 경제성도 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 코팅제의 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 코팅제의 제조에 사용되는 재생 실리카의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 코팅제의 제조에 사용되는 재생 알루미나의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의하여 코팅 도막이 형성된 강판의 샘플 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제를 상세히 설명한다.
본 발명은 에너지 절감 및 친환경 특성을 갖는 세라믹 코팅제를 제공하는데, 본 발명의 일례에 따른 세라믹 코팅제는,
(A) 용매 100 중량부를 기준으로, 실리카(SiO2) 20 내지 80 중량부; 알루미나(Al2O3) 3 내지 15 중량부; 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 이트리아(Yi2O3) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분 2 내지 10 중량부; 실리콘 오일 중합체 0.1 내지 5 중량부를 포함하여 이루어지는 조성물 (A) 및
(B) MTMS(methyl tri-methoxy silane) 100 중량부를 기준으로 GPTMS(Glycidoxy propyl tri-methoxy silane) 20 내지 60 중량부를 포함하여 이루어지는 조성물 (B)를 포함하며,
상기 조성물 (A) 100 중량부를 기준으로 상기 조성물 (B) 60 내지 140 중량부를 혼합하고, 15 내지 25℃의 온도에서 10 내지 25시간 동안 프리에이징(preaging) 하여 이루어진다.
상기와 같이 이루어지는 세라믹 코팅제의 성분 중 먼저 조성물 (A)를 이루는 성분에 대하여 설명한다.
상기 용매는 특별히 제한되지는 않으나, 환경 특성을 고려하여 물, 알코올 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 실리카(SiO2)는 코팅 도막의 내후성, 강도, 내부식성에 관여하는 성분으로 용매 100 중량부를 기준으로 20 내지 80 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 실리카의 양이 하한치 미만일 경우에는 내후성, 강도 및 내부식성이 충분치 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 실리카의 양이 상한치를 초과할 경우에는 분산성이 저하될 우려와 더불어 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.
본 발명에서 상기 실리카는 자원 회수 및 재활용의 측면에서 재생 실리카를 사용한다. 재생 실리카를 사용할 경우, 자원의 재활용이라는 측면과 더불어 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 재생 실리카는 인산비료 제조공정에서 부생되는 불화규산(H2SiF6)의 가수분해(hydrolysis) 반응을 통해 회수되는 재생 실리카가 사용될 수 있다.
즉, 본 발명은 실리카를 고가의 신규 실리카를 사용하는 것이 아니라 상기와 같은 과정에 의하여 회수된 재생 실리카를 사용하여, 자원의 재활용에 기여하고, 경제성을 만족시킬 수 있게 된다.
상기 알루미나(Al2O3)는 코팅 도막의 내마모성 및 내열성에 관여하는 성분으로 용매 100 중량부를 기준으로 3 내지 15 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 알루미나의 양이 하한치 미만일 경우에는 내마모성 및 내열성이 충분치 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 알루미나의 양이 상한치를 초과하는 경우에는 분산성이 저하될 우려와 더불어 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.
본 발명에서 상기 알루미나는 자원 회수 및 재활용의 측면에서 재생 알루미나를 사용한다. 재생 알루미나를 사용할 경우, 자원의 재활용이라는 측면과 더불어 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 재생 알루미나는 MMA(Methylmethacrylate)계 인조대리석의 표면연마 및 가공공정에서 발생되는 폐분진에서 MMA를 회수하고 남은 잔여물로부터 회수되는 재생 알루미나가 사용될 수 있다.
상기 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 이트리아(Yi2O3)는 코팅 도막의 표면경도(내스크래치성)와 내열성에 관여하는 성분으로 이들은 하나의 성분만이 사용될 수도 있고, 둘 또는 세 성분 모두가 사용될 수 있다. 단독으로 사용되거나 둘 또는 세 성분 모두가 사용되는 경우 모두, 용매 100 중량부를 기준으로 2 내지 10 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 사용량이 하한치 미만일 경우에는 표면경도와 내열성이 충분치 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 사용량이 상한치를 초과하는 경우에는 분산성이 저하될 우려와 더불어 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.
상기 실리콘 오일 중합체는 세라믹의 중합반응에 관여하여 코팅 도막의 표면특성의 개선에 관여하는 성분으로서, 다양한 종류의 실리콘 오일 중합체가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 메틸하이드로겐 실리콘 오일이 사용될 수 있다. 상기 실리콘 오일 중합체는 상기 용매 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 3 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 실리콘 오일 중합체의 양이 하한치 미만일 경우에는 표면 특성의 개선효과가 충분치 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 실리콘 오일 중합체의 사용량이 상한치를 초과하는 경우에는 미반응 오일에 의한 코팅 도막의 품질이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
다음으로 조성물 (B)를 이루는 성분에 대하여 설명한다.
조성물 (B)는 MTMS(methyl tri-methoxy silane)와 GPTMS(Glycidoxy propyl tri-methoxy silane)의 혼합물로 이루어진다. 이중 MTMS는 코팅 도막의 강도 및 세라믹의 분산성 개선에 관여하며, GPTMS는 피도물(매트릭스)에 대한 도막의 부착력 및 세라믹의 분산성 개선에 관여한다. 이들은 MTMS 100 중량부를 기준으로 GPTMS 20 내지 60 중량부가 혼합되는데, 혼합비가 상기 범위를 벗어날 경우에는 코팅 도막의 강도, 피도물에 대한 부착력의 저하, 세라믹의 분산성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 의한 세라믹 코팅제는 도 1에 도시된 바와 같이 상기와 같은 조성물 (A)와 조성물 (B)를 제조한 다음, 상기 조성물 (A) 100 중량부를 기준으로 조성물 (B) 60 내지 140 중량부를 혼합하고, 15 내지 25℃의 온도에서 10 내지 25시간 동안 프리에이징(preaging) 하여 이루어진다.
조성물 (A)와 조성물 (B)의 혼합비는 상술한 각 성분이 관여하는 물성을 고려하여 무수한 반복실험 끝에 얻어진 최적의 비율이다. 즉 상기 혼합비는 세라믹 코팅막의 경화속도 제어와 품질 안정성 확보를 고려하여 얻어진 최적 비율이며, 혼합비가 상기 하한치 미만일 경우 경화속도 지연 및 도막강도가 불량할 우려가 있어 바람직히지 않고, 혼합비가 상한치를 초과할 경우에는 빠른 경화에 의하여 도막 표면의 결함이 발생할 우려와 더불어 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.
본 발명의 주요 특징 중의 하나는 조성물 (A)와 조성물 (B)를 혼합하고, 이를 특정 조건에서 프리에이징(preaging)하는 것이다. 즉, 적절한 성분을 선택하고, 이를 특정 조건에서 프리에이징하는 과정에서 조성물 (A)와 조성물 (B)를 이루는 각 성분들의 충분한 접촉을 유도함으로써, 피도물에 코팅제를 도포하고 이를 경화하는 숙성과정을 종래에 비하여 매우 낮은 온도에서 수행할 수 있게 되는 것이다. 프리에이징은 15 내지 25℃의 온도에서 10 내지 25시간 동안 조성물 (A)와 조성물 (B)를 충분히 교반하여 주는 과정이며, 프리에이징의 온도 및 시간이 상기 하한치 미만일 경우에는 점도상승에 의하여 분산성이 저하되고, 조성물 (A)와 조성물 (B)를 이루는 각 성분들의 충분한 접촉이 유도되지 못하여 프리에이징을 하는 본 발명 특유의 효과가 저하될 우려가 있어 바람직하지 않으며, 프리에이징의 온도가 상기 상한치를 초과하는 경우에는 점도저하에 의하여 세라믹 분말이 침강될 우려가 있어 바람직하지 않으며, 프리에이징 시간이 상기 상한치를 초과하는 경우에는 과도한 에이징에 의하여 세라믹 코팅시 점성이 증가하고 분산성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
또한 상기 조성물 (A)와 상기 조성물 (B)를 혼합한 혼합액의 pH는 6 내지 8로 조절하는 것이 바람직하며, 이하 이에 대하여 설명한다.
상기 조성물 (A)와 상기 조성물 (B)를 혼합한 혼합액의 pH는 2 내지 4의 범위에 있게 된다. 여기에 pH 조절제로서 KOH, 암모니아수와 같은 염기성 물질을 투입하여 혼합액의 pH 범위를 6 내지 8로 조절하게 된다. pH 조절제는 투입하는 각 성분의 종류 및 양을 계산하여 조성물 (A) 또는 조성물 (B)에 미리 투입하여도 되고, 조성물 (A)와 조성물 (B)를 혼합한 다음 투입하여도 무방하다. 상기와 같이 혼합액의 pH가 6 내지 8로 변하게 되면, pH가 2 내지 4인 경우에 비하여 경화에 필요한 겔화 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
또한 상기 조성물 (A)에는 상기 용매 100 중량부를 기준으로 착색안료 0.5 내지 5 중량부가 추가로 포함될 수 있으며, 이는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
이하 실시예 및 시험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 살명한다.
실시예 1: 세라믹 코팅제의 제조
증류수 100g과 에탄올 20g을 혼합한 용매에 실리카 45g, 알루미나 8g, 지르코니아 3g, 티타니아 1g, 이트리아 1g, 메틸하이드로겐 실리콘 오일 3g을 혼합하여 조성물 (A)를 제조하였다.
상기 실리카는 인산비료 제조공정에서 부생되는 불화규산(H2SiF6)의 가수분해(hydrolysis) 반응을 통해 회수되는 재생 실리카를 사용하였으며, 이의 사진을 도 2에 도시하였다. 또한 상기 알루미나는 MMA계 인조대리석 표면연마 및 가공공정에서 발생되는 폐분진에서 MMA를 회수하고 남은 잔여물로부터 회수되는 재생 알루미나를 사용하였으며, 이의 사진을 도 3에 나타내었다.
다음으로 MTMS 100g에 GPTMS 50g을 혼합하여 조성물 (B)를 제조하였다.
최종적으로 상기 조성물 (A)와 조성물 (B)를 혼합하고, 20℃에서 20시간 동안 교반하면서 프리에이징을 하였다. 교반과정에서 암모니아수를 투입하여 혼합액의 pH는 7로 조절하였다.
비교예
현재 시판중인 세라믹 코팅제(제조사 : 펌세라믹)를 비교예로 선정하였다.
시험예
상기 실시예 및 시험예에 의한 세라믹 코팅제를 표면이 샌딩된 강판(steel plate)의 표면에 도포 후, 다양한 온도에서 20분간 경화를 한 후, 이의 품질을 비교하였다. 경화 과정에서의 온도조건은 하기의 표 1와 같다.
Figure 112017085222742-pat00001
상기 실시예 1에 의하여 코팅 도막이 형성된 샘플을 도 4에 도시하였다. 또한 상기 실시예 및 비교예에 의한 코팅 도막을 대상으로 품질시험을 실시하였다.
품질시험은 연필경도, 부착성, 내화학성(내부식성), 내충격성, 내오염성, 내열성에 대하여 실시하였다. 연필경도는 KS M ISO 15184 규정, 부착성은 KS D 6711 규정, 내화학성(내부식성)은 KS M ISO 2812-1 규정에 따라 시험하였으며, 내충격성은 300g의 steel ball을 30㎝ 위에서 낙하시켜 도막의 박리여부를 확인하였고, 내오염성은 유성 매직을 도멱 표면에 바르고 24시간 경과후, 용제로 제거한 다음 얼룩이 발생하는지 여부를 확인하였으며, 내열성은 300℃에서 24시간 가열 후, 도막의 균열 및 박리여부를 확인하는 방식에 의하였으며, 시험결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
Figure 112017085222742-pat00002
상기 표 2의 결과에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 코팅제는 낮은 온도에서 경화시켰음에도 불구하고, 코팅 도막의 품질이 우수함을 확인할 수 있었다. 반면 비교예에 의한 종래의 세라믹 코팅제는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 코팅제와 동일한 온도에서 경화하였을 경우, 그 품질이 급격히 저하됨을 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명에 의한 세라믹 코팅제는 중금속 및 환경호르몬 물질을 사용하지 않아 친환경적이면서, 코팅 도막의 경화를 낮은 온도에서 수행할 수 있어 에너지를 절감할 수 있으며, 형성된 코팅 도막이 우수한 품질을 가짐을 확인할 수 있었다. 또한 재생 실리카와 재생 알루미나를 사용하여 자원의 재활용에 기여함과 더불어 원가를 낮출 수 있었다.
본 발명은 상기한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지는 않는다.

Claims (3)

  1. (A) 용매, 인산비료 제조공정에서 부생되는 불화규산의 가수분해 반응을 통해 회수되는 재생 실리카, MMA계 인조대리석 표면연마 및 가공공정에서 발생되는 폐분진에서 MMA를 회수하고 남은 잔여물로부터 회수되는 재생 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 이트리아, 메틸하이드로겐 실리콘 오일이 120 : 45 : 8 : 3 : 1 : 1 : 3의 중량비를 갖도록 이루어지는 조성물(A) 및
    (B) MTMS(methyl tri-methoxy silane), GPTMS(Glycidoxy propyl tri-methoxy silane)가 100 : 50의 중량비를 갖도록 이루어지는 조성물(B)를 포함하고,
    상기 조성물 (A)와 상기 조성물 (B)를 181 : 150의 중량비를 갖도록 혼합하고, 암모니아수를 투입하여 pH를 7로 조절하며, 20℃의 온도에서 20시간 동안 프리에이징(preaging)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅제.
  2. 삭제
  3. 삭제
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