KR101953568B1 - 상온 경화형 세라믹 도료 조성물 - Google Patents

상온 경화형 세라믹 도료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 상온 경화형 세라믹 도료 조성물에 있어서, 상온 경화형 세라믹 도료 조성물에 있어서, 산성 콜로이달 실리카 또는 염기성 콜로이달 실리카가 약산을 통해 산성으로 pH 5 이하로 조절한 후콜로이달 실리카(colloidal silica)로 이루어지고,전체 100중량% 대비 20 내지 60중량%로 이루어지는 주결합제와; 염화물, 인산화물, 황산화물 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 전체 100중량% 대비 5 내지 15중량%로 이루어지는 경화제와; 알콕시 실란(alkoxysilane) 및 금속-알콕시드(metal-aloxide)를 포함하고 전체 100중량% 대비 10 내지 40중량%로 이루어 지는 바인더(binder)와; 상기 주결합제, 상기 경화제 및 상기 바인더를 분산시키는 알코올을 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 석유계(케로신, kerosene) 또는 아민계 용제를 사용하지 않아 저독성이며, 상온에서 간단하게 혼합만으로 제조가 가능한 효과를 얻을 수 있다. 또한 상온에서 경화가 가능하여 별도의 열처리를 하지 않아도 되어 사용이 간편하고, 물이 조성물에 포함되어 있지만 경화 후 내수성을 가지며 부착성, 내오염성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Description

상온 경화형 세라믹 도료 조성물 {Room temperature curable ceramic coating composition}
본 발명은 상온 경화형 세라믹 도료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석유계(케로신, kerosene) 또는 아민계 용제를 사용하지 않아 저독성이며, 상온에서 간단하게 혼합만으로 제조가 가능한 상온 경화형 세라믹 도료 조성물에 관한 것이다.
최근에 이르러 급속한 산업발전으로 가공성이 용이하고 가격이 저렴한 이점 때문에 표면처리용으로 각종 합성수지 및 유기용제를 이용하여 제조되는 도료를 많이 사용하고 있다. 합성수지와 유기용제를 대량 사용하는 일반적인 유기계 도료 또는 페인트는 다양한 물체에 금속의 광택과 질감을 부여하기 위한 것으로, 현재 각종 건축물을 도장, 선박 및 자동차 도장용, 인테리어 장식 도장용 또는 공예품 도장용 등을 포함하여 다양한 분야에 사용되고 있다. 이들 유기계 도료들은 인체 및 환경에 유해한 휘발성 유기화합물을 다량 포함하고 있으며 자외선과 열에 약해 장기간 사용시 쉽게 갈라지고 벗겨지는 문제점이 있다.
즉 노면 및 건축구조물의 바닥을 표면처리하는 종래의 방법들로 에폭시(epoxy), 우레탄(urethane), 메틸메타아크릴레이트(methylmetacrylate) 등의 유기계 도료를 코팅할 때 이를 용해시키는 다량의 유기용제가 첨가된다. 유기용제에 의해 톨루엔, 아민류, 포름알데히드와 같은 휘발성 유기화합물(VOC), 기타 유해가스를 장기간 발생시킴으로써 우리의 생활공간을 오염시키게 되어 친환경적이라 할 수 없고, 정부 및 조달청의 도막형 바닥재 표준규격에서도 이와 같은 대기오염에 대한 대책의 일환으로 제정한 대기오염관리법에서는 휘발성 유기화합물은 규제대상으로 하고 있다.
합성수지와 유기용제를 주로 사용하는 일반적인 유기계 도료 또는 페인트는 현재 각종 건축물의 도장 선박 또는 자동차 도장용을 포함하여 다양한 분야에 사용되고 있다. 이들 유기계 도료들은 종래기술 '대한민국특허청 등록특허 제10-0937609호 도장성이 우수한 콘크리트 바닥재용 폴리우레탄 도료의 제조방법' 및 '대한민국특허청 등록특허 제10-1007507호 비철금속 및 철재 구조물의 방식도료 조성물 및 이를 이용한 방식도장공법'과 같이 인체 및 환경에 유해한 휘발성 유기화합물(VOC)을 다량 포함하고 있으며 자외선과 열에 약해 장기간 사용시 쉽게 갈라지고 벗겨지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래기술 '대한민국특허청 등록특허 제10-0568892호 무기질 세라믹 도료'와 같이 무기질 재료와 유기용제 대신에 물을 사용하는 세라믹계 수성도료와 유무기계 반수성 도료가 개발되어 사용되고 있다. 하지만 종래의 세라믹계 도료는 상온에서 경화가 힘들어 도포 후 추가의 열처리가 필요하여 일반 유기계 도료에 비하여 시공성이 낮은 문제점이 있다.
대한민국특허청 등록특허 제10-0937609호 대한민국특허청 등록특허 제10-1007507호 대한민국특허청 등록특허 제10-0568892호
따라서 본 발명의 목적은, 석유계(케로신, kerosene) 또는 아민계 용제를 사용하지 않아 저독성이며, 상온에서 간단하게 혼합만으로 제조가 가능한 상온 경화형 세라믹 도료 조성물을 제공하는 것이다.
또한 상온에서 경화가 가능하여 별도의 열처리를 하지 않아도 되어 사용이 간편하고, 물이 조성물에 포함되어 있지만 경화 후 내수성을 가지며 부착성, 내오염성이 우수한 상온 경화형 세라믹 도료 조성물을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 상온 경화형 세라믹 도료 조성물에 있어서, 산성 콜로이달 실리카 또는 염기성 콜로이달 실리카가 약산을 통해 산성으로 pH 5 이하로 조절한 후콜로이달 실리카(colloidal silica)로 이루어지고,전체 100중량% 대비 20 내지 60중량%로 이루어지는 주결합제와; 염화물, 인산화물, 황산화물 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 전체 100중량% 대비 5 내지 15중량%로 이루어지는 경화제와; 알콕시 실란(alkoxysilane) 및 금속-알콕시드(metal-aloxide)를 포함하고 전체 100중량% 대비 10 내지 40중량%로 이루어 지는 바인더(binder)와; 상기 주결합제, 상기 경화제 및 상기 바인더를 분산시키는 알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 경화형 세라믹 도료 조성물에 의해서 달성된다.
상기 약산은, 아세트산(acetic acid), 시트릭산(citric acid), 젖산(latic acid), 주석산(tartaric acid) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기산 또는 붕산(boric acid)인 것이 바람직하다.
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또한, 상기 콜로이달 실리카는 10 내지 100nm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 경화제는, 황산알루미늄(aluminum sulfate, Al2(SO4)3), 황산칼슘(calcium sulfate, CaSO4), 황산아연(zinc sulfate, ZnSO4), 염화알루미늄(aluminum chloride, AlCl3), 염화칼슘(calcium chloride, CaCl2), 염화아연(zinc chloride, ZnCl2), 인산알루미늄(aluminum phosphate, AlPO4), 인산칼슘(calcium phosphate, Ca3(PO4)2), 인산아연(zinc phosphate, Zn3(PO4)2) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 바인더는, 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 알콕시 실란과; 알루미늄-알콕시드(Al-alkoxide), 실리콘-알콕시드(Si-alkoxide), 티타늄-알콕시드(Ti-alkoxide), 지르코늄-알콕시드(Zr-alkoxide) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속-알콕시드를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알코올은, 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 이소프로판올(isopropanol), 부탄올(buthanol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
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상술한 본 발명의 구성에 따르면, 석유계(케로신, kerosene) 또는 아민계 용제를 사용하지 않아 저독성이며, 상온에서 간단하게 혼합만으로 제조가 가능한 효과를 얻을 수 있다.
또한 상온에서 경화가 가능하여 별도의 열처리를 하지 않아도 되어 사용이 간편하고, 물이 조성물에 포함되어 있지만 경화 후 내수성을 가지며 부착성, 내오염성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 도료 조성물 및 딥핑에 의한 도막처리 사진이고,
도 2는 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 도료 조성물을 상온에서 유리판에 바른 후 24시간 후 연필경도를 측정한 사진이다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 도료 조성물을 도면을 통해 상세히 설명한다.
본 발명의 상온 경화형 세라믹 도료 조성물은 주결합제인 콜로이달 실리카로 이루어진 주결합제와, 염화물, 인산화물, 황산화물 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 경화제와, 알콕시 실란(alkoxysilane) 및 금속-알콕시드(metal-alkoxide)를 포함하는 바인더와, 주결합제, 경화제 및 바인더를 분산시키는 알코올로 이루어진다.
주결합제로는 콜로이달 실리카(colloidal silica)를 사용하는데, 콜로이달 실리카는 100nm 이하의 직경을 가지며 pH는 1 내지 12인 것을 사용한다. 여기서 콜로이달 실리카의 직경이 100nm를 초과할 경우 반응성이 낮은 단점이 있다. 이러한 콜로이달 실리카는 전체 100중량% 중 실리카 고형분이 35중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 콜로이달 실리카 중 실리카 고형분이 35중량% 미만일 경우 도료 조성물의 뼈대를 이루는 가장 중요한 역할을 하는 주결합제가 역할을 제대로 수행하지 못하게 된다. 또한 콜로이달 실리카는 전체 도료 조성물 100중량% 중 20 내지 60중량% 포함되는 것이 바람직하다. 콜로이달 실리카가 20중량% 미만일 경우 도막이 이루어지는 대상과의 접착력이 약해지게 된다. 또한 60중량%를 초과할 경우에는 그만큼 다른 조성들의 함량이 감소하여 도료 조성물이 최적의 효과를 낼 수 없게 된다.
또한 주결합제인 콜로이달 실리카는 무기 충진재를 고정시키기 위한 결합제 역할을 수행하게 되는데, 염기성 콜로이달 실리카의 경우 알코올과 빠르게 반응하여 반투명 젤(gel)을 형성하여 도료 조성물이 쉽게 고화되는 현상이 발생한다. 따라서 염기성 콜로이달 실리카를 사용할 경우 산도가 비교적 약한 유기산들을 첨가하여 pH 5 이하의 산성용액으로 만들어 사용하면 약 한 달 이상 안정한 도료 조성물을 유지할 수 있다. 여기서 콜로이달 실리카의 산도를 조절하기 위한 약산으로는 아세트산(acetic acid), 시트릭산(citric acid), 젖산(latic acid), 주석산(tartaric acid) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기산이나 붕산 등을 사용할 수 있다. 이러한 약산의 종류는 특별히 한정되지는 않지만 인체 및 환경에 무해한 약산을 적용하는 것이 가장 바람직하다.
주결합제의 경화제로는 상온에서 치밀한 결합을 이루게 하는 작용제를 의미하며, 공기 중 도막에서 수분과 용매의 증발에 따라 콜로이달 실리카 나노분말과 결합할 수 있는 금속염을 사용한다. 이러한 금속염은 염화물, 인산화물, 황산화물 및 이의 혼합으로 이루어진 것이 바람직한데, 더욱 정확하게는 황산알루미늄(aluminum sulfate, Al2(SO4)3), 황산칼슘(calcium sulfate, CaSO4), 황산아연(zinc sulfate, ZnSO4), 염화알루미늄(aluminum chloride, AlCl3), 염화칼슘(calcium chloride, CaCl2), 염화아연(zinc chloride, ZnCl2), 인산알루미늄(aluminum phosphate, AlPO4), 인산칼슘(calcium phosphate, Ca3(PO4)2), 인산아연(zinc phosphate, Zn3(PO4)2) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 경화제로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 경화제는 도료 조성물 전체 100중량% 중 5 내지 15중량% 혼합되는데, 경화제가 5중량% 미만일 경우 경화제와 결합하지 못하여 결합성이 증가되지 않는 일부 콜로이달 실리카가 존재할 수 있으며, 경화제가 15중량%를 초과할 경우 과량 첨가하더라도 더 이상 결합력이 증가하지 않기 때문에 경화제는 5 내지 15중량% 첨가되는 것이 바람직하다.
또한 구조물과의 추가 결합력 증진 및 보조 바인딩 역할을 위한 바인더(binder)로 알콕시 실란(alkoxysilane) 및 금속-알콕시드(metal-alkoxide)를 사용하게 된다. 이는 금속과 유기-알콕시 결합을 이룬 유-무기 화합물을 말하며, 조성 중 수분과 알코올의 존재 하에 가교를 이루어 치밀한 도막형성의 보조제 역할을 하게 된다. 여기서 알콕시 실란은 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한 금속-알콕시드(metal-alkoxide)는 금속과 알콕시드가 결합된 화합물을 의미하며, 여기서 금속은 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 이의 혼합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 즉 금속-알콕시드는 알루미늄-알콕시드(Al-alkoxide), 실리콘-알콕시드(Si-alkoxide), 티타늄-알콕시드(Ti-alkoxide), 지르코늄-알콕시드(Zr-alkoxide) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 이러한 금속-알콕시드는 콜로이달 실리카와 함께 경화되어 수분에 의하여 영향을 받지 않는 내수성, 보호하고자 하는 소재 표면에 용이하게 부착되기 위한 접착성 등이 우수하여 도료 조성물로서의 기능을 충실하게 구현할 수 있다.
메틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란과 같은 알콕시 실란들과 금속-알콕시드는 모두 물과 알코올 존재 하에서 가수분해 고형물을 형성할 수 있어 추가적인 결합력과 부착력을 부여할 수 있는 첨가물에 해당한다. 이전 단계에서 혼합되는 콜로이달 실리카와 함께 상온에서도 경화가 가능하고 부착력도 우수한 도료 조성물의 형성에 중요한 역할을 수행한다. 이러한 바인더는 도료 조성물 전체 100중량% 중 10 내지 40중량% 첨가하는 것이 바람직하다. 바인더가 10중량% 미만일 경우 바인더로써의 역할을 제대로 수행하지 못하며, 40중량% 초과할 경우 3차원적인 가교 특성으로 도막 형성시 과도한 체적의 감소로 인해 도막에 균열을 형성시킬 가능성이 있다.
이와 같은 주결합제, 경화제, 바인더를 혼합하기 위해 이들을 알코올 내에 투입하여 균일하게 분산되도록 혼합한다. 여기서 알코올은 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 이소프로판올(isopropanol), 부탄올(buthanol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이 이외에도 상온에서 액체로 존재하는 알코올은 제한없이 사용 가능하다. 알코올은 10중량%에서 가감하여 사용 가능하나 사용 중에도 점도의 조절을 위해 추가 증량도 가능하기 때문에 사용량에 제한이 있지는 않다.
이러한 알코올을 이용하여 주결합제, 경화제, 바인더를 상온에서 단순히 교반을 통해 혼합시키는 간단한 공정으로 상온에서도 종래의 세라믹 도료 조성물보다 치밀하고 결합력 높은 도료 조성물을 얻을 수 있으며, 이러한 본 발명의 도료 조성물은 치밀하고 결합력 높은 도막을 형성시킬 수 있다.
본 발명의 세라믹계 도료 조성물에 있어서, 콜로이달 실리카에 있는 물과 추가로 첨가되는 알코올은 첨가물들의 분산과 수화반응을 통한 고상피복 형성을 돕는 역할을 한다. 더구나 물과 알코올은 일반적인 유기계 도료 조성물에 포함된 석유계나 아민류 용제들과 달리 도료 조성물에 악영향을 끼치는 잔류물로서 남지 않는다는 장점이 있다. 또한 가수분해 과정을 거쳐 일단 도료 조성물이 고상으로 형성되면 다시 수분에 의해 분해되지 않고 장기간에 거쳐 안정적으로 존재하게 된다. 이러한 본 발명의 세라믹계 도료 조성물은 딥핑(dipping), 스프레잉(spraying), 붓도장 등과 같은 다양한 방식을 통해 원하는 소재표면에 도포 가능하며 도포 방법은 특별히 한정되지 않는다.
이와 같은 본 발명의 도료 조성물에 경우에 따라서 추가적으로 충진제 또는 발색제 등과 같은 각종 유무기물을 추가로 첨가하여 이를 이용하여 형성되는 도막의 기능을 증진시킬 수 있다. 유무기물은 특성에 따라 적절히 선택하여 첨가할 수 있으며 유무기물의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 여기서 도료 조성물에 혼합되는 충진제는 무기 세라믹 소재로 이루어진 다양한 물질이 사용 가능한데, 대표적으로 광촉매능과 내오염성을 가지는 산화티타늄(titanium oxide, TiO2), 내구성을 높이는 산화알루미늄(aluminum oxide, Al2O3), 내부식성을 높이는 산화아연(zinc oxide, ZnO) 등 산화물을 사용 가능하다. 또한 도막의 내화성을 증진시킬 수 있는 탄산칼슘(calcium carbonate, CaCO3), 탄산마그네슘(magnesium carbonate, MgCO3), 수산화칼슘(calcium hydroxide, Ca(OH)2), 수산화마그네슘(magnesium hydroxide, Mg(OH)2) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 세라믹 분말을 첨가할 수 있다. 이때 발색을 위한 추가적인 발색제들의 첨가와 용액의 분산성을 높이기 위한 해교제들의 추가 첨가 또한 가능하다.
충진제의 경우 18 내지 22중량% 첨가될 수 있는데, 18중량% 미만일 경우 충진제의 제 역할을 수행할 수 없으며, 22중량%를 초과할 경우 도료 조성물의 부착력 및 결합력을 낮추는 단점이 있다. 또한 도막의 심미적 기능을 부여하기 위한 발색제는 유무기계 제한 없이 사용 가능하며 그 양은 5중량% 이내로 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에서의 제조된 세라믹계 도료 조성물은 석유계나 아민류가 포함된 도료 조성물에 비해 인체 및 환경에 유해한 휘발성 유기화합물(VOC)의 발생이 적고, 종래의 세라믹계 도료 조성물에 비해 상온에서도 부착강도, 내후성 및 내약품성이 우수한 도막을 형성시킬 수 있다는 장점이 있다.
이러한 세라믹계 도료 조성물을 제조방법으로는, 콜로이달 실리카, 알콕시 실란, 금속-알콕시드, 무기 세라믹 분말, 다성물 유무기계 성분들의 상온 교반을 통해 무기계 세라믹 도료 조성물을 제조하게 된다.
도료 조성물을 제조하기 위한 첫 번째 단계로서 먼저, 알코올에 콜로이달 실리카를 혼합한다. 알코올로는 본 실시예에서는 환경 독성이 비교적 적은 에탄올, 이소프로판올을 대표적으로 사용할 수 있다. 이러한 알코올에 콜로이달 실리카는 나노 사이즈의 실리카 분말이 골고루 분산되어 있는 상태로 존재한다. 염기성을 띄는 콜로이달 실리카는 산성에 비해 장기 안정성이 떨어지기 때문에 염기성 콜로이달 실리카를 사용할 경우 아세트산(acetic acid) 또는 시트릭산(citric acid)으로 이루어진 약산을 첨가하여 pH 5 이하의 산성으로 조절하는 과정을 거치게 된다. 즉 콜로이달 실리카가 존재하는 도료 조성물은 pH 5 이하의 산성을 띄게 된다. 여기서 아세트산 또는 시트릭산은 인체 및 환경에 무해한 산이기 때문에 본 발명에 사용하기 적합하다. 따라서 콜로이달 실리카는 산성의 콜로이달 실리카를 사용하거나 또는 염기성 콜로이달 실리카를 산성으로 pH 조절한 후 사용하는 것이 바람직하다.
이후 바인더로 메틸트리메톡시실란 및 3-글리시독시프로필트리메톡시실란을 일정한 비율로 알코올과 혼합하고 추가적으로 결합력을 증가시키기 위하여 금속-알콕시드를 함께 첨가하여 혼합한다. 이와 같이 주결합제, 바인더 및 알코올로 이루어진 혼합액에 상혼 경화 및 도막 형성시 수분에 대해 안정성을 부여하기 위하여 경화제를 추가로 첨가한다. 여기서 경화제는 황산알루미늄(aluminum sulfate, Al2(SO4)3), 황산칼슘(calcium sulfate, CaSO4), 황산아연(zinc sulfate, ZnSO4), 염화알루미늄(aluminum chloride, AlCl3), 염화칼슘(calcium chloride, CaCl2), 염화아연(zinc chloride, ZnCl2), 인산알루미늄(aluminum phosphate, AlPO4), 인산칼슘(calcium phosphate, Ca3(PO4)2), 인산아연(zinc phosphate, Zn3(PO4)2) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가물을 첨가한다. 또한 도료 조성물에 나노 및 마이크론 사이즈의 산화알루미늄(aluminum oxide, Al2O3), 산화티타늄(titanium oxide, TiO2), 산화아연(zinc oxide, ZnO), 점토광물과 같은 다양한 종류의 산화물들이 충진제로 첨가되어 경화제들과의 적합성, 도료의 방오성 및 불연성을 부여할 수 있다.
이러한 혼합물 도료 조성물을 제조시 별도의 온도조절을 하지 않으며, 모든 공정은 상온에서 수행된다. 이와 같이 알코올에 주결합제, 경화제, 바인더를 첨가하고, 계속적으로 교반하면서 혼합한다. 이때 효과적인 분산 및 혼합이 이루어지게 하기 위해 볼밀(ball mill)을 사용한 혼합이 바람직하며, 12시간 이내에서 혼합한 후 별도의 열처리나 첨가제의 추가 없이 세라믹계 도료 조성물을 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제조방법에 관한 실시예를 좀 더 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
교반기가 부착되어 있는 2L 반응기에 산성 콜로이달 실리카(에스켐텍, colloidal silica, SiO2 content 30%, SiO2 size 20nm, pH 2) 400g과 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane) 300g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane) 100g을 혼합한 다음 알코올인 에탄올(ethanol) 100g을 넣고 알콕시드(alkoxide)로 티타늄부톡사이드(titanium butoxide)와 지르코늄부톡사이드(zirconium butoxide)를 각각 15g씩 첨가한 후 1시간 동안 교반한다. 교반 후 경화제인 황산알루미늄(aluminium sulfate, Al2(SO4)3) 20g, 염화칼슘(calcium chloride, CaCl2) 20g을 첨가하고, 세라믹 충진제인 산화알루미늄(aluminum oxide, Al2O3), 산화티타늄(titanium oxide, TiO2), 산화아연(zinc oxide, ZnO)을 각각 20g 씩 추가한 후 다시 1시간 동안 교반한다. 일반적인 교반만으로는 완전한 혼합이 이루어지지 않을 수 있기 때문에 추가로 볼밀(ball mill)을 이용하여 12시간 동안 교반 및 혼합을 실시하여 상온건조 세라믹 도료 조성물을 제조한다. 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라서 제조된 도료 조성물의 사진을 보여주고 있고 사진 속 작은 사진은 딥핑(dipping)에 의한 도막형성 방법을 보여주고 있다.
<실시예 2>
교반기가 부착되어있는 2L 반응기에 염기성 콜로이달 실리카(에스켐텍, colloidal silica, SiO2 content 30%, SiO2 size 20nm, pH 10) 400g을 넣고 여기에 시트릭산(citric acid, C6H8O7)을 용액의 pH가 3이 될 때까지 첨가한다. 이러한 혼합물에 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane) 300g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane) 100g을 혼합한 다음 알코올인 에탄올(ethanol) 100g을 넣고 알콕시드(alkoxide)로 티타늄부톡사이드(titanium butoxide)와 지르코늄부톡사이드(zirconium butoxide)를 각각 15g씩 첨가한 후 1시간 동안 교반한다. 교반 후 경화제인 황산알루미늄(aluminium sulfate, Al2(SO4)3) 20g, 염화칼슘(calcium chloride, CaCl2) 20g을 첨가하고, 세라믹 충진제인 산화알루미늄(aluminum oxide, Al2O3), 산화티타늄(titanium oxide, TiO2), 산화아연(zinc oxide, ZnO)을 각각 20g 씩 추가한 후 다시 1시간 동안 교반한다.
실시예 1 및 실시예 2를 통해 제조된 상온 경화형 세라믹 도료 조성물을 도포하여 건조시킨 도막은 연필경도 측정을 통해 부착강도를 측정하였다. 부착강도의 측정 방법은 무색 투명하고 표면이 매끄러운 75mm×26mm×2mm의 유리판의 상부에 실시예 1 및 실시예 2의 상온 경화형 세라믹 도료를 도포하여 상온에서 24시간 건조시킨 후, 도막에 대하여 약 45°의 각도로 JIS K-5400에 의해 약 1kgf(9.8N)의 힘으로 도막을 누르면서 1H에서 7H의 연필경도 값을 측정하였다. 도 2에서 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라서 제조된 도료 조성물의 연필경도 측정결과 사진을 나타내었다. 실시예 1에 의해 얻어진 도막의 경우 7H까지의 측정에서 스크래치가 전혀 발생하지 않았으며, 실시예 2에 의해 얻어진 도막의 경우에 두께가 불균일한 일부분에서 도막박리가 발생하였으나 기본적으로 7H까지 측정에서 실시예 1과 마찬가지로 스크래치가 발생하지 않았다. 이상에서와 같이 본 발명의 상온 경화 세라믹 도료 조성물의 시험결과는 종래기술 도료 조성물의 물성 이상 수준이라 할 수 있다.
종래의 도료 조성물은 합성수지와 석유계 또는 아민류 유기용제를 주로 사용하기 때문에 인체 및 환경에 유해한 휘발성 유기화합물(VOC)을 다향 포함하고 있으며, 자외선과 열에 약해 장기간 사용시 쉽게 갈라지고 벗겨지는 문제점이 있었다. 이에 수성 도료 조성물과 유무기계 반수성 도료 조성물이 개발되어 사용되고 있으나, 이러한 도료 조성물은 상온에서 경화가 힘들어 도포 후 추가의 열처리가 필요하여 일반 유기계 도료 조성물에 비해 시공성이 낮은 문제점이 있었다.
이에 비해 본 발명의 상온 경화형 세라믹 도료 조성물은 상온에서 경화가 가능하여 사용이 간편하고, 물과 알코올이 사용된 반수성이지만 경화 후 내수성을 가지며 부착성, 내오염성이 우수하다는 장점이 있다. 또한 석유계(케로신, kerosene) 또는 아민계 용제를 사용하지 않아 저독성이며, 상온에서 간단하게 혼합만으로 제조가 가능하다는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 상온 경화형 세라믹 도료 조성물에 있어서,
    산성 콜로이달 실리카 또는 염기성 콜로이달 실리카가 약산을 통해 산성으로 pH 5 이하로 조절한 후콜로이달 실리카(colloidal silica)로 이루어지고,전체 100중량% 대비 20 내지 60중량%로 이루어지는 주결합제와;
    염화물, 인산화물, 황산화물 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 전체 100중량% 대비 5 내지 15중량%로 이루어지는 경화제와;
    알콕시 실란(alkoxysilane) 및 금속-알콕시드(metal-aloxide)를 포함하고 전체 100중량% 대비 10 내지 40중량%로 이루어 지는 바인더(binder)와;
    상기 주결합제, 상기 경화제 및 상기 바인더를 분산시키는 알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 경화형 세라믹 도료 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 약산은, 아세트산(acetic acid), 시트릭산(citric acid), 젖산(latic acid), 주석산(tartaric acid) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기산 또는 붕산(boric acid)인 것을 특징으로 하는 상온 경화형 세라믹 도료 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는 100nm 이하의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 상온 경화형 세라믹 도료 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 경화제는, 황산알루미늄(aluminum sulfate, Al2(SO4)3), 황산칼슘(calcium sulfate, CaSO4), 황산아연(zinc sulfate, ZnSO4), 염화알루미늄(aluminum chloride, AlCl3), 염화칼슘(calcium chloride, CaCl2), 염화아연(zinc chloride, ZnCl2), 인산알루미늄(aluminum phosphate, AlPO4), 인산칼슘(calcium phosphate, Ca3(PO4)2), 인산아연(zinc phosphate, Zn3(PO4)2) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 상온 경화형 세라믹 도료 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더는,
    메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 알콕시 실란과;
    알루미늄-알콕시드(Al-alkoxide), 실리콘-알콕시드(Si-alkoxide), 티타늄-알콕시드(Ti-alkoxide), 지르코늄-알콕시드(Zr-alkoxide) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속-알콕시드를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 경화형 세라믹 도료 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 알코올은,
    에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 이소프로판올(isopropanol), 부탄올(buthanol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 상온 경화형 세라믹 도료 조성물.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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