KR101970633B1 - 적외선 반사율이 높은 고내구성 차열페인트 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 차열 페인트는 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지;를 포함하여 차열성능이 우수한 장점이 있다.
Description
본 발명은 실리카 입자, 루타일 이산화티탄 및 수지바인더를 포함하여 차열 성능이 우수한 차열 페인트에 관한 것이다.
실내 환경을 개선하고, 쾌적한 실내환경을 유지하기 위하여 건물 내부를 냉방기 또는 난방기를 이용하여 일정한 실내온도를 유지하도록 하고 있다. 그러나 이러한 냉방기 또는 난방기는 전력 또는 연료를 다수 소비하게 되며, 결과적으로 냉방기 또는 난방기의 유지비용이 높으며, 냉방기 또는 난방기의 운전에 따른 이산화탄소 등의 배출로 지구 온난화가 가속되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 냉방 또는 난방 효율을 현저히 향상시키기 위한 연구가 다수 수행되고 있다. 일예로, 공기의 흐름을 촉진하여 실내온도를 낮추는 연구나, 창문을 이중 이상으로 형성하여 보온효과를 향상시키고, 차열 패널이나 차열 페인트 등을 도포하여 냉난방에 소요되는 비용을 절감하기 위한 연구가 시도되고 있다.
특히 냉방효율 향상을 위하여 공기의 유통을 향상시키는 경우 기계적인 측면에서 설계변경 등을 필요로 하여 냉방 효율 향상의 효과 대비 비용이 다수 소요되는 문제점이 있었다. 이에, 기계구조 변경 등과 같은 다수의 비용이 필요하지 않으면서도, 냉방효율을 향상시킬 수 있는 차열 페인트에 관한 연구가 다수 진행되고 있다.
이러한 차열 페인트로 아크릴수지 또는 우레탄 수지가 많이 이용되는데, 아크릴 수지는 별도의 애벌칠을 필요로 하여 시공 효율이 좋지 못하며, 우레탄 수지는 도막의 물집 또는 들뜸 현상 등이 발생하고, 차열효과가 높지 않은 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 여러 가지 화합물에 금속 산화물 입자를 포함하는 무기물 입자가 포함된 차열 페인트가 개발되었으며, 이러한 금속 산화물 입자는 시공성이 우수한 장점이 있다. 일예로 대한민국 공개특허공보 10-2008-0000631호에서는 구형상 금속산화물 입자를 포함하는 차열 페인트에 대해 개시하고 있으나, 이러한 경우 접착력 및 내수성이 우수하지 못한 문제점이 있다.
또한, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허공보 10-1434501호 에서는 중공 비드를 포함하는 차열 도료 조성물에 대해 개시하고 있으나, 중공 입자는 쉽게 열을 배출하지 못하고 열을 축적하여 시간이 지남에 따라 축적된 열에 의해 내부손상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 차열 성능이 우수한 페인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발수성이 우수한 차열 페인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 오염 및 흡습 방지성능이 우수한 차열 페인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내구성이 우수한 차열 페인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적외선 파장대의 산란 및 반사 기능이 우수한 차열페인트를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 차열 페인트는 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트에서 상기 실리카 입자는 내부 공극이 0.1 부피% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트에서 상기 실리카 입자 및 루타일 이산화티탄은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
상기 관계식 1에서, 
는 루타일 이산화티탄의 평균입경이며, 
는 실리카 입자의 평균입경이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 상기 실리카 입자 : 루타일 이산화티탄을 1:2 내지 5의 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트에서 상기 실리카 입자는 입경이 0.3 ㎛ 이하인 실리카 입자 및 입경이 0.7 내지 2 ㎛인 실리카 입자를 각각 10 중량% 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 무기 충진재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 상기 차열페인트는 다가알코올을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열페인트는 상기 실리카 입자 및 상기 루타일 이산화티탄 혼합물을 20 내지 45 중량% 포함할 수 있다.
본 발명은 차열페인트 시공방법을 제공하며, 본 발명에 의한 차열페인트 시공방법은 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트를 기재상에 도포하여 도막을 형성하는 도막 형성단계;
상기 도막의 건조 전 패턴 플레이트를 압착하여 상기 도막의 표면에 패턴을 형성하는 패턴형성 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열페인트 시공방법은 상기 도막 형성단계를 2회 이상 반복하여 다층 도막을 형성할 수 있다.
본 발명은 도한 차열 도막을 제공하며, 본 발명에 의한 차열 도막은 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막은 표면에 패턴화된 요철을 포함하며, 상기 요철의 높이는 0.005 내지 0.1 ㎜일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막에서 상기 패턴화된 요철은 경사각이 20 내지 45°인 삼각형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막의 두께는 20 내지 350 ㎛일 수 있다.
본 발명에 의한 차열 페인트는 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지;를 포함하여 차열성능 및 발수성이 우수하며, 적외선 파장대의 반사 및 산란이 우수하며, 오염방지 및 흡습 방지성능이 우수함과 동시에 내구성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 차열 도막의 파장대별 반사율을 도시한 것이다.
이하 본 발명에 따른 차열 페인트에 대해 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지;를 포함하는 차열 페인트에 관한 것이다.
본 발명에 의한 차열 페인트는 상술한 조건을 만족하는 실리카 입자, 루타일 이산화티탄 및 에멀젼 수지를 포함하여 차열 성능이 우수하면서도 발수특성을 가지는 장점이 있다. 나아가 이러한 발수특성에 의해 제조되는 도막이 오염에 강하며, 흡수 방지로 인해 높은 내구성을 나타내는 장점이 있다. 이때 구형도라 함은 주사 전자현미경으로 측정된 입자의 투영면적과 주위길이에 의해 계산된 진구의 면적의 비를 의미한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 평균 입경이 0.55 내지 0.75 ㎛이며, 비표면적이 5.2 내지 8 ㎡/g이고, 구형도가 0.9 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 실리카 입자가 상술한 물성을 만족하는 경우, 실리카 입자의 입자 크기, 구형도 및 비표면적에 의하여 제조되는 차열 페인트의 점도를 낮출 수 있으며, 이러한 점도 저하에 의해 시공성이 향상되는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 실리카 입자는 내부 공극이 0.1 부피% 이하일 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 차열 페인트는 종래 중공형 입자가 열을 저장하여 차열 또는 단열을 도모하는 차열 페인트와 달리, 상술한 입자범위의 실리카 입자 및 루타일 이산화티탄을 포함하여 표면에서 태양광을 반사함으로써 우수한 차열성능을 나타내면서도, 종래 중공형 입자의 문제점인 축열에 의한 내부손상을 예방할 수 있으며, 이러한 내부손상의 예방으로 내구성이 우수한 차열 도막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 종래 중공 입자를 포함하는 차열 또는 단열 도료의 경우, 통상적으로 2 ㎛ 이상의 큰 입자를 이용하여 도막 내에 공기층을 형성함으로써 열의 이동을 막는 방법으로 차열 또는 단열효과를 도모하였다. 그러나, 이러한 중공입자를 이용하는 경우 공극이 일정 크기 이상 확보되어야 목적하는 단열 효과를 나타낼 수 있으며, 이러한 입자 크기의 특성상 도막의 두께가 1 ㎜ 이상으로 두껍게 도포되어야 하는 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 이와 같이 중공입자를 포함하는 도료가 1㎜ 이상의 두께로 두껍게 도포되는 경우, 중공입자에 의한 흡습성이 높아 발수성이 현저히 낮아지는 문제점이 있으며, 이러한 문제점으로 1 ㎜ 이상의 두께로 두껍게 도포된 단열도료의 도막 상에 방수처리를 하거나, 두껍게 도포되는 방수코트의 구성물로 중공입자를 배합하여 도포해야하는 등의 공정상의 문제점이 있다.
그러나, 본 발명의 경우, 열의 이동을 막는 단열이 아닌, 빛을 반사시켜 빛에너지 내에 포함된 열에너지가 흡수되지 않는 방법으로 차열 효과를 달성할 수 있다. 이러한 효과 달성을 위하여 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지;를 포함하여 상술한 바와 같이 중공입자를 포함하는 도료가 가지는 문제점을 극복하였다. 나아가, 이러한 미세입자의 영향으로 도막 내에 포함된 입자들의 충진성(패킹)이 높아 발수성이 우수하며, 중공입자를 포함하지 않아 흡습성이 나타나지 않는다. 이러한 장점에 의해 상술한 바와 같은 방수도막을 추가로 필요로 하지 않으며, 아울러 수십 내지 수백 ㎛의 상대적으로 얇은 두께로 차열 도막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래 이용되던 2 ㎛ 이상의 중공입자들의 경우, 에멀젼 수지를 사용하더라도 도막 표면이 높은 흡습성을 가지며, 동시에 높은 표면에너지를 가지는 문제점이 있다. 도막이 높은 표면에너지를 가지는 경우, 표면에너지의 감소를 위하여 소수성 물질들이 쉽게 흡착될 수 있으며, 결과적으로 도막이 오염되어 빛의 반사율이 급격하게 감소하게 된다. 이에 따라 빛의 반사에 의한 차열효과도 비례해서 낮아지는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 경우 에멀젼 수지를 사용하더라도 도막의 표면에너지가 매우 낮아 소수성 물질의 흡착이 일어나지 않으며, 장기간 빛 반사율이 유지되어 차열성능을 오래 유지할 수 있다. 또한, 상술한 중공 입자의 흡수성 때문에, 특히 겨울철에 중공 입자가 습기를 머금고 있다가 응고에 의해 부피가 팽창하면서 중공구조가 파괴되는 문제점이 발생할 수 있다.
아울러, 시공적인 관점에서 매끄러운 표면을 얻는 것이 유리하나, 종래 중공 입자와 같이 크기가 상대적으로 큰 입자를 포함하는 경우, 점도가 10000 cP 이상으로 매우 높아 작업성이 떨어지고, 도료의 도포 후 매우 거친 표면이 얻어지므로, 매끄러운 표면을 얻기 위하여 그라인딩 등의 추가 작업을 필요로 하는 문제점이 있다. 그러나 본 발명에 의한 차열 페인트는 유사한 고형분의 도료 조성물임에도 불구하고, 점도가 300 내지 1500 cP로 종래 이용중인 수계 페인트와 크게 차이가 없으며, 낮은 점도로 작업성이 용이하고, 별도의 그라인딩 없이 도포만으로도 용제형 도료에 버금가는 매끄러운 도면을 얻을 수 있는 장점이 있다.
이에 더하여, 종래 중공입자의 경우 중공구조 내에 열을 함축하고 있다가 강우 등으로 인해 갑자기 주변 온도가 낮아지는 경우, 높은 온도구배에 의해 응력이 발생하며, 이에 따라 중공입자에 크랙이 발생하거나 파괴되는 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 중공구조의 파괴는 단열성능을 현저히 낮출 뿐만 아니라 도막 자체의 내구성에도 영향을 주는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 경우, 상대적으로 비열이 낮고 중공구조를 포함하지 않아 열을 함축하지 않으므로, 상술한 온도구배에 의한 중공구조 파괴 등의 문제점이 발생하지 않는다. 이에 따라, 본 발명에 의한 차열 페인트로 형성된 도막의 경우 장기간 차열성능 및 내구성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
이에 더하여, 종래 중공형 입자를 이용할 경우, 차열을 위해 도막을 두껍게 해야 하는 문제점이 있으며, 이러한 문제점에 의해 건조에 지나치게 많은 시간이 소요되어 텍사놀 등과 같은 건조 촉진용 첨가제를 첨가하게 되며, 이러한 첨가제를 첨가하는 경우 휘발성 유기화합물 등과 같이 인체에 유해한 화합물이 도막으로부터 방출되는 문제점이 있다. 그러나 본 발명에 의한 차열 페인트는 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상의 크기가 작고 구형도가 높은 실리카 입자를 포함함으로써 비교적 얇은 두께로 도포하여도 높은 차열 성능을 나타낼 수 있으며, 나아가 얇은 두께로 도포가 가능함에 따라 건조시간 단축을 위한 첨가제를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 첨가제의 미포함에 의해 환경오염 또는 인체에 위한 물질이 도막으로부터 방출되는 문제를 예방하는 장점이 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카 입자는 0.7 내지 2 ㎛인 실리카 입자를 10 중량% 이상 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 실리카 입자가 평균입경 0.5 내지 0.8 ㎛를 만족하면서도, 입경이 0.7 내지 2 ㎛인 실리카 입자를 10 중량% 이상 포함하는 경우, 넓은 범위의 적외선을 반사와 산란을 통해 차단하여 차열 성능을 현저히 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카 입자는 입경이 0.7 내지 2 ㎛인 실리카 입자를 10 내지 30 중량% 포함할 수 있다. 상술한 범위에서 태양광에 의해 도막에 인가되는 적외선 범위의 파장을 효율적으로 차단할 수 있는 장점이 있다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열페인트에서 실리카 입자의 입경 범위가 상술한 범위를 만족하는 경우, 파장이 780 내지 2500 ㎚인 적외선 범위의 반사율이 65% 이상, 구체적으로는 75% 이상, 더욱 구체적으로는 80% 이상인 장점이 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 가시광선 범위 뿐만 아니라, 시공면의 가열에 큰 영향을 미치는 적외선 범위를 65% 이상 차단함으로써, 높은 차단효율을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카 입자는 입경이 0.3 ㎛ 이하인 실리카 입자를 10 중량% 이상 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카 입자는 입경이 0.05 내지 0.3 ㎛인 실리카 입자를 10 내지 30 중량% 포함할 수 있다. 상술한 범위에서 가시광선을 반사와 산란을 통하여 차단하여 차열 성능을 일정부분 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트에서 상기 루타일 이산화티탄은 입자 직경이 0.2 내지 0.55 ㎛일 수 있다. 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자와 상술한 평균 입경의 루타일 이산화티탄이 혼합되는 경우, 추후 형성되는 도막에서 도막 내 입자간 결착력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점에 의해 형성되는 도막의 사용에 의한 깨짐, 갈라짐 또는 벗겨짐 등의 문제점을 예방할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 실리카 입자 : 루타일 이산화티탄을 1:2 내지 5의 중량비로 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트가 실리카 입자 및 루타일 이산화티탄을 상술한 범위로 포함하는 경우, 실리카 입자가 지나치게 소량 포함되어 차열성능이 저하되는 것을 예방하면서도, 흡습 방지성능이 우수하여, 습기에 대한 내구성이 우수한 차열 페인트를 제조할 수 있는 장점이 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 실리카 입자 및 루타일 이산화티탄 혼합물을 20 내지 45 중량% 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트가 실리카 입자 및 루타일 이산화티탄 혼합물을 상술한 범위로 포함하는 경우, 기재와의 부착력이 우수한 도막을 제조할 수 있으며, 나아가 차열 페인트의 도포가 용이하며 균일한 두께의 도막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실리카 입자 및 루타일 이산화티탄은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
상기 관계식 1에서, 
는 루타일 이산화티탄의 평균입경이며, 
는 실리카 입자의 평균입경이다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트에서 
는 0.5 내지 1.1, 더욱 구체적으로는 0.6 내지 1.05일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트가 상술한 입경 비율을 만족하는 루타일 이산화티탄 및 실리카 입자를 포함하는 경우, 높은 차열성능을 확보하고, 루타일 이산화티탄에 의하여 적외선 차단 성능이 더욱 향상될 뿐만 아니라 도막에서 실리카 입자 및 루타일 이산화티탄 입자의 결착이 용이하여 더욱 견고한 도막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의한 차열 페인트는 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자, 루타일 이산화티탄과 함께 에멀젼 수지를 포함한다. 이때 에멀젼 수지는 통상적으로 페인트 또는 도료에 포함되는 에멀젼 수지인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 아크릴계 에멀젼, 아크릴 실리콘계 에멀젼, 우레탄계 에멀젼, 불소계 에멀젼, 실리콘 무기질계 수지, 실리카졸계 수지 및 유기무기하이브리드 수지에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 에멀젼 수지는 아크릴계 에멀젼일 수 있으며, 이때 아크릴계 에멀젼은 구체적으로 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 펜틸메타크릴레이트, 헥실메타크릴레이트, 헵틸아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 옥틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소데실아크릴레이트, 데실메타크릴레이트, 도데실메타크릴레이트, 이소보닐메타크릴레이트, 스테라일(메타)아크릴레이트 및 라우릴(메타)아크릴레이트에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 아크릴산 에스테르 단량체; 세트산 비닐, 부탄산 비닐, 프로피온산 비닐, 라우릴산 비닐, 비닐 피롤리돈, 스타이렌, 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 에스테르 또는 불포화화합물 단량체; 및 아크릴산, 이타콘산, 무수말레인산, 푸마르산, 크로톤산 메타크릴산, 에틸메타크릴산, 히드록시메틸(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 히드록시헥실(메타)아크릴레이트, 히드록시옥틸(메타)아크릴레이트, 히드록시라우릴(메타)아크릴레이트 및 히드록시프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 불포화 카본산 또는 수산기 함유 불포화 단량체를 혼합하여 중합된 것일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 에멀젼 수지를 30 내지 60 중량%, 구체적으로는 35 내지 55 중량% 포함할 수 있다. 이때, 상기 에멀젼 수지는 고형분 함량이 30 내지 50 중량% 인 것일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상술한 범위에서 차열 페인트의 발림성 저하 등과 같은 문제를 예방하면서도, 에멀젼 수지에 의해 차열 가능한 두께 이상의 차열 도막을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 무기 충진재를 더 포함한다. 이때 무기 충진재는 통상적인 페인트, 더욱 구체적으로는 수계 페인트에 포함되는 무기 충진재인 경우 제한이 없다. 구체적이고 비한정적인 일예로 무기 충진재는 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 알루미나, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 삼산화이알루미늄, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산화아연, 산화지르코늄, 운모, 활석 및 고령토에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 좋게는 본 발명의 일 실시예에 의한 무기 충진재는 탄산칼슘일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 무기 충진재를 3 내지 35 중량% 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트가 무기 충진재를 상술한 범위로 포함하는 경우, 체질안료로서 피도장면을 감추고 안료의 혼합 시 선명한 색상으로 심미감을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 상기 차열 페인트는 다가 알코올을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 다가 알코올을 포함함으로써 동결을 방지할 수 있는 장점이 있으며, 나아가 차열 페인트의 건조 시 급격한 수분 증발에 따른 도막의 내부 균열과 같은 문제를 예방할 수 있다. 이때 다가알코올은 지방족 2가 알코올, 지방족 3가 알코올, 지환식 2가 알코올 및 방향족 2가 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 구체적으로, 지방족 2가 알코올은 에틸렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-도데칸디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜 등의 직쇄 알코올; 1,2-, 1,3- 또는 2,3-부탄디올, 2-메틸-1,4-부탄디올, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸글리콜, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2-메틸-1,6-헥산디올, 3-메틸-1,6-헥산디올, 2-메틸-1,7-헵탄디올, 3-메틸-1,7-헵탄디올, 4-메틸-1,7-헵탄디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 3-메틸-1,8-옥탄디올 및 4-메틸옥탄디올 등에서 선택되는 2가 알코올일 수 있으며, 지방족 3가 알코올은 글리세린 및 트리메틸올프로판 등에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 지환식 2가 알코올은 [1,4-시클로헥산디올, 1,3-시클로헥산디메탄올, 1,4-시클로헥산디올, 1,3-시클로펜탄디올, 1,4-시클로헵탄디올, 2,5-비스(히드록시메틸)-1,4-디옥산, 2,7-노보난디올, 테트라히드로푸란디메탄올, 1,4-비스(히드록시에톡시)시클로헥산, 1,4-비스(히드록시메틸)시클로헥산 및 2,2-비스(4-히드록시시클로헥실)프로판에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 방향족 2가 알코올은 m- 또는 p-크실릴렌글리콜, 비스(히드록시에틸)벤젠 및 비스(히드록시에톡시)벤젠 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
좋게는, 상기 다가 알코올은 환경 오염물질의 방출을 방지하기 위한 관점에서 지방족 다가 알코올일 수 있다. 구체적이고 비한정적인 일예로, 상기 다가알코올은 에틸렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-도데칸디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜 등의 직쇄 알코올; 1,2-, 1,3- 또는 2,3-부탄디올, 2-메틸-1,4-부탄디올, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸글리콜, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2-메틸-1,6-헥산디올, 3-메틸-1,6-헥산디올, 2-메틸-1,7-헵탄디올, 3-메틸-1,7-헵탄디올, 4-메틸-1,7-헵탄디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 3-메틸-1,8-옥탄디올 및 4-메틸옥탄디올에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 다가 알코올을 1 내지 5 중량% 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트가 다가 알코올을 상술한 범위로 포함하는 경우, 동결방지 효과를 도모함과 동시에 지나치게 많은 다가 알코올로 인한 접착력 저하 등의 물성 저하를 예방할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이때 첨가제는 분산제, 소포제, 방부제 및 증점제 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 나아가 각 첨가제는 목적 및 통상적으로 포함되는 함량에 따라 혼합될 수 있다. 구체적이고 비한정적인 일예로 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 첨가제를 0.5 내지 5 중량% 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예예 의한 상기 차열 페인트의 용매는 상술한 실리카 입자, 루타일 이산화티탄 및 에멀젼 수지를 균일하게 분산시킬 수 있는 통상의 용매인 경우 제한이 없으나, 좋게는 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트는 용매로 물을 포함하는 수계 페인트일 수 있다.
본 발명은 또한 차열 도막 시공방법을 제공한다. 본 발명에 의한 차열페인트 시공방법은
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트를 기재상에 도포하여 도막을 형성하는 도막 형성단계;
상기 도막의 건조 전 패턴 플레이트를 압착하여 상기 도막의 표면에 패턴을 형성하는 패턴형성 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막 시공방법으로 형성된 차열 도막은 차열성능 및 내구성이 우수한 장점이 있다.
상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막 시공방법은 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지;를 포함하는 차열 페인트를 도포하고, 차열 페인트의 도포로 형성된 도막에 패턴을 형성함으로써, 태양으로부터 입사되는 적외선을 반사 및 차단하는 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트에 의한 차열 효과를 극대화 할 수 있는 장점이 있다. 즉, 종래 중공입자를 이용한 차열 또는 단열 페인트를 도포하여 본 발명과 같이 패턴 형성 단계를 수행한다 하더라도, 본 발명과 같이 적외선을 반사하는 구성을 포함하지 않은 이상 차열 효과를 현저히 향상시키기는 어렵다고 볼 수 있다.
구체적으로, 패턴형성 단계에서 형성되는 패턴의 높이는 0.005 내지 0.1 ㎜, 바람직하게는 0.01 내지 0.08 ㎜일 수 있다. 상술한 범위에서, 넓은 표면적에 의한 차열 성능 향상을 도모함과 동시에, 지나치게 큰 도막의 두께 차이에 의한 기재와의 결합력 저하 등을 예방할 수 있다.
이때, 상기 패턴 형성단계에서 건조 전이라 함은, 도막이 3 내지 40 중량%, 좋게는 10 내지 30 %의 잔존 용매를 포함하는 상태를 의미한다. 이때, 상기 용매는 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트가 수계인 경우 물일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막 시공방법은 도막의 완전한 건조 전 상술한 범위의 잔존 용매를 포함하는 도막 상에, 패턴 플레이트를 압착함으로써 큰 에너지를 필요로 하지 않으면서도, 형성되는 도막에 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막 시공방법에서 상기 도막 형성단계는 기재 상에 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트 도막을 1 내지 50 ㎛ 두께로 형성하는 단계일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열페인트 시공방법은 도막 형성단계를 2회 이상, 최대 10회 까지 반복하여 다층 도막을 형성할 수 있다. 이때, 형성되는 다층도막의 두께는 30 내지 350 ㎛, 바람직하게는 50 내지 150 ㎛일 수 있다. 상술한 범위에서 차열 효과를 극대화 하면서도, 지나치게 두꺼운 층에 의한 건조 지연 등의 문제를 예방할 수 있다.
본 발명은 또한 차열 도막을 제공한다. 본 발명에 의한 차열 도막은 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 페인트로 형성된 것일 수 있다. 본 발명에 의한 차열 도막은 차열 성능이 우수하면서도, 발수성을 가져 내구성이 우수한 장점이 있다.
상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막은 평균 입경이 0.5 내지 0.8 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지;를 포함하는 차열 페인트를 포함하여 적외선을 차단함으로써 비교적 얇은 두께의 도막으로도 효율적으로 열을 차폐할 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 차열 도막은 패턴화된 요철을 포함하며, 이러한 요철에 의해 도막의 표면적이 증가하여 차열 성능을 현저히 향상시킬 수 있다. 나아가, 상기 요철의 높이는 0.005 내지 0.1 ㎜, 바람직하게는 0.01 내지 0.08 ㎜일 수 있으며, 상술한 범위에서 지나치게 높은 요철에 의한 기재와의 부착성 저하 등의 문제를 예방하고, 외관에 큰 영향을 주지 않으면서도 차열 성능을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 패턴화된 요철은 단면의 형상이 경사각이 20 내지 45°인 삼각형 형상일 수 있으며, 더욱 좋게는 경사각이 20 내지 45°인 직각삼각형 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 패턴화된 요철의 단면이 경사각이 20 내지 45°인 직각삼각형인 경우, 넓은 표면적으로 높은 차열성능을 나타내면서도, 입사되는 태양광을 반사함으로써 차열성능을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래에서 설명하는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 실시예에 한정되지 않는다. 이때, 후술하는 실리카 입자는 아래 방법을 이용하여 물성을 측정하였다.
평균 입경 측정방법
레이저 회절식 입도 측정기(Bluewave, Microtrac 社)를 이용하여 입자 크기에
따른 산란각을 이용하여 입도를 측정하고 평균 입경을 도출하였다.
비표면적
BET1점법을 이용하여 비표면적을 측정하였다.
구형도
주사전자현미경을 이용하여 입자의 투영면적(A)과 주위 길이(PM)을 측정한다. 주위길이(PM)에 대응하는 진구의 면적을 B로 하였다. 이후, 각 입자의 진구도는 A/B=A*4π/(PM)2으로 산출하고, 100개 이상의 입자에 대하여 각각 진구도를 측정하고, 그 평균치를 구형도로 하였다.
[실시예 1]
구형 실리카 입자의 제조
평균 입경이 4.5 ㎛인 규석 분말을 캐리어 가스로 이송하면서, 캐리어 가스의 흐름을 기준으로 7.6 m의 가열로에서 초기온도가 1460 ℃로 설정된 반응기 내에 상기 규석 분말을 분사하여 입자상의 실리카를 제조하였다. 제조된 실리카 입자는 평균 입경이 0.65 ㎛, 비표면적이 6.3 ㎡/g이고, 구형도가 0.95인 실리카 입자를 제조하였다.
차열도료 조성물의 제조
제조된 실리카 입자 6 g, 물 19 g, 분산제 0.3 g 및 소포제 0.5 g을 혼합하고 700 rpm의 속도로 10분간 회전하여 실리카 입자 분산액을 제조하였다.
제조된 분산액에 루타일 이산화티탄(R-902) 21 g, 탄산칼슘(SC-10000) 18 g을 추가하고 1500 rpm의 속도로 20분간 교반하여 합하였다. 이후, 아크릴에멀전 33 g, 디프로필렌글리콜 3 g, 방부제 0.2 g, 증점제 1 g을 추가하고 다시 1000 rpm에서 30분간 회전하여 차열 페인트를 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 루타일 이산화티탄(R-902) 대신 평균 입경이 30 내지 50 ㎚인 광촉매 루타일 이산화티탄을 이용하여 차열 페인트를 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 루타일 이산화티탄(R-902) 대신 평균 입경이 1 ㎛인 루타일 이산화티탄을 이용하여 차열 페인트를 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 1에서 제조된 차열 페인트를 20×20 ㎝ 철판에 50 ㎛ 두께로 도포하고 24시간 동안 건조하여 차열 도막을 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 1에서 제조된 차열 페인트를 50 ㎛ 두께로 도포하고, 3시간 후 높이가 0.01 ㎜의 요철 패턴이 형성된 패턴 플레이트를 도막 상에 압착하여 패턴이 형성된 차열 도막을 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 2에서 제조된 차열 페인트를 20×20 ㎝ 철판에 50 ㎛ 두께로 도포하고 24시간 동안 건조하여 차열 도막을 제조하였다.
[실시예 7]
실시예 3에서 제조된 차열 페인트를 20×20 ㎝ 철판에 50 ㎛ 두께로 도포하고 24시간 동안 건조하여 차열 도막을 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 실리카 입자 대신 동량의 루타일 이산화티탄을 혼합하여 차열 페인트를 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 루타일 이산화티탄 대신 동량의 실리카 입자를 혼합하여 차열 페인트를 제조하였다.
[비교예 3]
비교예 1에서 제조된 차열 페인트를 20×20 ㎝ 철판에 50 ㎛ 두께로 도포하고 24시간 동안 건조하여 차열 도막을 제조하였다.
[비교예 4]
비교예 2에서 제조된 차열 페인트를 20×20 ㎝ 철판에 50 ㎛ 두께로 도포하고 24시간 동안 경화하여 차열 도막을 제조하였다.
차열 도막의 차열 성능 확인
할로겐 100 W 램프로 동일한 거리에서 아무런 처리도 되지 않은 철판(비교예 5), 실시예 3, 비교예 3 및 비교예 4의 차열 도막을 각각 가열하였다. 한시간 후, 도막의 표면온도를 레이저 온도계를 이용하여 측정하고 이를 표 1로 나타내었다.
차열 도막의 접착강도 확인
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 표의 6단계로 기준을 정하여 평가하고 표 1로 나타내었다.
| 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | |
| 표면온도(℃) | 62 ℃ | 58 ℃ | 71 ℃ | 68 ℃ | 79 ℃ | 64 ℃ | 87 ℃ |
| 접착강도 | 5B | 5B | 3B | 5B | 4B | 2B | - |
차열 도막의 내수성 확인
실시예 1, 비교예1 및 비교예 2의 차열 도료를 KS규격의 KS M 6010:2009의 시험 방법에 따라 다음과 같이 시험하였다.
플렉시블판 (150 mm X 50 mm X 3 mm) 3매의 평활한 면에 합성 수지 에멀전형 실러를 칠하고 3시간 동안 건조하여 시험판으로 삼았다. 다음으로 마련된 틀 안에 넣고 시료를 강재 주걱으로 눌러 붙이면서 평평한 도막이 되도록 칠하였다. 이 때 도포막의 두께는 얇게 칠하는 것은 약 0.5 mm, 두껍게 칠하는 것은 1.5 mm로 하였다. 지촉 건조가 끝난 후 틀에서 빼내고 7일간 (20±1) ℃로 건조시켜 주변을 파라핀으로 발라 싸서 시험편으로 완성하였다. 시험 조작은 KS M ISO 2812－1, KS M ISO 2812－2 과정에 따랐으며, 이 때 시험편 3매는 모두 (20±5) ℃의 물에 24시간 동안 침지하였다. 침지 후, 첫 번째 관찰에서는 시험편을 꺼낸 즉시 시험편의 중앙을 손가락 끝으로 만져서 도막이 손가락 끝에 묻는지의 여부를 조사하고, 두 번째 관찰에서는 시험편을 2시간 방치한 후에 부풀음, 갈라짐 및 벗겨짐의 유무를 조사하였다.
실험 결과, 실시예 1에 의해 차열 페인트를 도포하여 실험한 경우, 시험편 3매 중 2매 이상에서 도막이 손가락 끝에 묻어나오지 않았으나, 비교예 1 및 비교예 2에 의한 시편은 도막이 부풀어오르거나 손가락 끝에 묻어나오는 현상을 관찰할 수 있었다.
차열 도막의 장기간 내구성 확인
실시예 4 및 실시예 6의 차열 도막을 태양광이 비추는 야외에 2주일간 방치하고, 도막 표면을 관찰하였다. 관찰 결과, 실시예 6의 차열 도막은 기재에서 쉽게 박리가 일어났으며, 이는 루타일 이산화티탄의 입자 크기에 따른 광촉매활동의 결과로 수지가 열화됨에 따른 현상으로 판단된다.
차열 도막의 반사율 확인
실시예 1에서 제조된 차열 페인트 시험기관에 의뢰하여 가시광선 및 적외선 범위에서의 반사율을 측정하고 도 1로 나타내었다.
*도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 차열 페인트는 가시광선 범위 뿐 아니라 적외선 범위의 반사율도 우수한 것을 확인할 수 있다.
Claims (14)
- 평균 입경이 0.55 내지 0.75 ㎛이며, 비표면적이 5 내지 9 ㎡/g이고, 구형도가 0.8 이상인 실리카 입자; 루타일 이산화티탄; 및 에멀젼 수지;를 포함하며,
상기 실리카 입자 및 상기 루타일 이산화티탄은 하기 관계식 1을 만족하고,
점도가 300 내지 1500 cP인 차열 페인트.
[관계식 1]
0.6 ≤≤ 1.0
(상기 관계식 1에서,는 루타일 이산화티탄의 평균입경이며,
는 실리카 입자의 평균입경이다)
- 제 1항에 있어서,
상기 실리카 입자는 내부 공극이 0.1 부피% 이하인 차열 페인트. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 차열페인트는 상기 실리카 입자 : 루타일 이산화티탄을 1:2 내지 5의 중량비로 포함하는 차열 페인트. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 차열 페인트는 무기 충진재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차열 페인트. - 제 1항에 있어서,
상기 차열페인트는 다가알코올을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차열페인트. - 제 1항에 있어서,
상기 차열페인트는 상기 실리카 입자 및 상기 루타일 이산화티탄 혼합물을 20 내지 45 중량% 포함하는 차열 페인트. - 제 1항, 제 2항, 제 4항 및 제 6항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 한 항의 차열 페인트를 기재 상에 도포하여 도막을 형성하는 도막 형성단계;
상기 도막의 건조 전 패턴 플레이트를 압착하여 상기 도막의 표면에 패턴을 형성하는 패턴형성 단계;를 포함하는 차열 도막 시공방법. - 제 9항에 있어서,
상기 도막 형성단계를 2회 이상 반복하여 다층 도막을 형성하는 차열 도막 시공방법. - 제 1항, 제 2항, 제 4항 및 제 6항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 한 항의 차열페인트로 형성된 차열 도막.
- 제 11항에 있어서,
상기 차열 도막은 표면에 패턴화된 요철을 포함하며, 상기 요철의 높이는 0.005 내지 0.1 ㎜인 차열 도막. - 제 12항에 있어서,
상기 패턴화된 요철은 경사각이 20 내지 45°인 삼각형상의 요철인 차열 도막. - 제 11항에 있어서,
상기 차열 도막은 두께가 30 내지 350 ㎛인 것을 특징으로 하는 차열 도막.
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