KR102068982B1 - 고기능성 차열도료 조성물 및 이를 이용한 차열방수 시공방법 - Google Patents

고기능성 차열도료 조성물 및 이를 이용한 차열방수 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수성 아크릴계 에멀전 수지, 차열성 아크릴계 에멀전 수지, 중공필러 및 물을 포함하는 고기능성 차열도료 조성물에 있어서, 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지는 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합시켜 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 제조하는 코어 제조단계; 상기 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 함유하는 수성 분산액에, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액을 혼합하여, 상기 수성 분산액의 pH를 8 내지 11로 함으로써, 코어를 팽윤시키고, 상기 코어에 차열입자를 담지시키는 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계; 방향족 비닐 단량체, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 및 실란 커플링제를 혼합 및 유화중합시킨 프리에멀전 수분산 용액을, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액과 혼합하여, 상기 코어팽윤 및 차열입자 담지된 코어를 포함하는 수성 분산액에 적하 및 유화중합시켜 쉘층을 형성하는 쉘 제조단계; 및 중합을 정지시키는 중합 정지단계를 포함하는 제조방법으로 제조되어, 차열 및 단열 특성이 모두 우수하고, 비교적 두꺼운 두께로 형성되더라도 반사효율이 저감되지 않아, 우수한 차열 및 단열 특성을 유지할 수 있고, 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등이 우수한 고기능성 차열도료 조성물 및 이를 이용한 차열방수 시공방법에 관한 것이다.

Description

고기능성 차열도료 조성물 및 이를 이용한 차열방수 시공방법{Thermally shielding paint composition having high performance and construction method for heat shielding and waterproofing using the same}
본 발명은 차열 및 단열 특성이 모두 우수하고, 비교적 두꺼운 두께로 도막이 형성되더라도 반사효율이 저감되지 않아, 우수한 차열 및 단열 특성을 유지할 수 있고, 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등이 우수한 고기능성 차열도료 조성물 및 이를 이용한 차열방수 시공방법에 관한 것이다.
우리나라는 현재 에너지 수요의 대부분을 수입에 의존하고 있으며, 특히 석탄과 석유, 천연가스와 같은 화석원료의 사용은 지구온난화, 온실효과 등의 지구 환경오염의 주요 원인이 되고 있다. 이에 정부는 에너지 소비절감 및 에너지 효율 증대를 위해 건물의 실내온도규제 등의 다양한 제도와 정책을 시행하고 있다. 또한, 건축물의 열 상승의 원인 중 하나인 태양광에 의한 열 상승을 최소화하기 위해 건축용 외,내장재의 단열과 차열 특성을 극대화하려는 여러 시도를 하고 있다.
과거에는 건물 단열성이 에너지 절약의 관건이었지만, 현재는 단열뿐만 아니라 차열까지 필요하게 되었다. 여기서, 차열이란 단열과는 구분되는 새로운 개념으로 단열이 열차단이라는 수동적인 역할을 했다고 하면 차열은 열반사의 개념이 적용된 에너지 절감형 개념이다. 즉, 쉽게 설명하면 단열이란 열의 이동을 차단하는 것이고, 차열이란 열을 반사하는 것이다.
이러한 차열도료 조성물은 적외선 반사성능이 있는 필러와 단열성이 있는 필러를 조합하여 사용하고 있다. 보다 구체적으로 차열도료 조성물은 적외선 반사성능이 있는 필러로서 일사반사율이 높은 백색 또는 백색에 가까운 색의 안료가 혼합된 형태이거나, 전도열차단율을 높이기 위해서 세라믹 벌룬(ceramic balloon) 등의 중공 안료가 혼합된 형태이다.
대한민국 등록특허 제10-741147호에서는 수용성 에폭시 수지를 주원료로 하는 도료에 중공형의 실리카 비드를 혼합한 도료 조성물을 개시하고 있고, 대한민국 공개특허 제10-2011-72514호에서는 아크릴 에멀전 수지 20~30 중량%, 차열안료 10~20 중량%, 중공안료 10~20 중량% 및 첨가제 30~45 중량%를 포함하여, 휘발성 유기화합물(VOC)을 최소화하고 냄새가 적으며 건조가 빠르고 은폐력, 내수성, 내오염성, 내마모성, 내구성, 내수성, 내알칼리성, 내후성이 우수한 수용성 도료 조성물을 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1005045호에서는 차열소재가 바인더의 아래로 가라앉아 반사효율이 떨어지는 문제점을 해결하고자 상도층과 중도층을 분리하여 접착력을 강화하기 위한 하도층과 단열 성능을 높인 중도층 및 차열성능, 내오염성을 높인 상도층으로 이루어진 내오염성 차열도료를 개시하였다.
그러나 반사율이 높은 단열소재도 도포시에 수지 피막으로 덮이거나 가라앉아 반사효율이 떨어지는 등의 문제점이 있었고, 도막의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등에 영향을 미쳐 제품화에 어려움을 겪는 등 근본적인 문제점을 해결하고 있지 못한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-741147호 대한민국 공개특허 제10-2011-72514호 대한민국 등록특허 제10-1005045호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 일 구현예는 차열 및 단열 특성이 모두 우수하고, 비교적 두꺼운 두께로 형성되더라도 반사효율이 저감되지 않아, 우수한 차열 및 단열 특성을 유지할 수 있고, 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등이 우수한 고기능성 차열도료 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 고기능성 차열도료 조성물을 이용한 차열방수 시공방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는 수성 아크릴계 에멀전 수지 100 중량부, 차열성 아크릴계 에멀전 수지 10 내지 150 중량부, 중공필러 1 내지 50 중량부, 백색안료 10 내지 60 중량부 및 물 10 내지 70 중량부를 포함하는 고기능성 차열도료 조성물에 있어서, 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지는 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합시켜 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 제조하는 코어 제조단계; 상기 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 함유하는 수성 분산액에, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액을 혼합하여, 상기 수성 분산액의 pH를 8 내지 11로 함으로써, 코어를 팽윤시키고, 상기 코어에 차열입자를 담지시키는 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계; 방향족 비닐 단량체, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 및 실란 커플링제를 혼합 및 유화중합시킨 프리에멀전 수분산 용액을, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액과 혼합하여, 상기 코어팽윤 및 차열입자 담지된 코어를 포함하는 수성 분산액에 적하 및 유화중합시켜 쉘층을 형성하는 쉘 제조단계; 및 중합을 정지시키는 중합 정지단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것인 고기능성 차열도료 조성물을 제공한다.
상기 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계 및 쉘 제조단계의 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액은 산화아연(ZnO) 3 내지 30 중량%, 알칼리성 pH 조절제 30 내지 90 중량% 및 pH 완충제의 혼합물 7 내지 50 중량%을 포함하는 것이고, 상기 산화아연(ZnO)은 평균입경이 50 내지 200 nm인 것일 수 있다.
상기 쉘 제조단계의 프리에멀전 수분산 용액 및 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액은 각각 100 내지 200 중량부 : 1 중량부의 범위로 혼합하는 것이고; 상기 프리에멀전 수분산 용액은 방향족 비닐 단량체 50 내지 80 중량%, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 0.1 내지 3 중량%, 실란 커플링제 0.5 내지 5 중량% 및 물 15 내지 45 중량%를 포함하는 것이고; 상기 실란 커플링제는 메타크릴계 반응성 관능기를 가진 실란 커플링제인 것일 수 있다.
상기 수성 아크릴계 에멀전 수지는 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexylacrylate, 2-EHA), 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트(2-hydroxy ethyl methacrylate, 2-HEMA) 및 1,6-헥산디올 다이아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate, HDDA)을 포함하는 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합시켜 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 건축 구조물 지붕이나 옥상에 태양열을 차단하여 건축물 내부 온도상승을 억제하는 에너지 절감형 차열방수시스템이 필요한 대상물 표면에 이물질을 제거하고, 크랙 및 보수보강이 필요한 부분을 보수하는 바탕정리 단계와; 이후 대상물의 표면에 소지보강과 바탕면과의 부착성능 증진을 위한 프라이머를 롤러나 스프레이를 이용하여 도포하는 프라이머 도포 단계와; 이후 프라이머층 위에 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 고기능성 차열도료 조성물을 도포하는 고기능성 차열도료 조성물 시공단계;를 포함하는 고기능성 차열도료 조성물을 이용한 차열방수 시공방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고기능성 차열도료 조성물은 팽윤된 코어의 내부 및 표면에 산화아연(ZnO)를 포함하는 차열입자를 담지하고, 상기 코어를 보호하는 쉘층으로 이루어진 차열성 아크릴계 에멀전 수지를 포함하여, 높은 태양열 반사 효과를 갖고, 도막의 열전도도가 낮아져 우수한 차열 및 단열 특성을 나타내는 효과가 있다.
특히, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 경우, 상기 고기능성 차열도료 조성물에 차열입자가 가라앉지 않고 고르게 분산되는 효과가 있다. 즉, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 50 내지 300 ㎛의 비교적 두꺼운 두께의 도막이 형성되더라도, 반사효율이 저감되지 않아, 상기 우수한 차열 및 단열 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 경우, 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등이 우수한 효과가 있다.
이로써, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 이용한 차열방수 시공방법은 옥상, 지붕 등 각종 구조물의 바닥 또는 외벽, 저장탱크 등과 같은 각종 구조물의 외면에 매우 유용하게 적용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 차열성 평가 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예는 수성 아크릴계 에멀전 수지 100 중량부, 차열성 아크릴계 에멀전 수지 10 내지 150 중량부, 중공필러 1 내지 50 중량부, 백색안료 10 내지 60 중량부 및 물 10 내지 70 중량부를 포함하는 고기능성 차열도료 조성물에 있어서, 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지는 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합시켜 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 제조하는 코어 제조단계; 상기 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 함유하는 수성 분산액에, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액을 혼합하여, 상기 수성 분산액의 pH를 8 내지 11로 함으로써, 코어를 팽윤시키고, 상기 코어에 차열입자를 담지시키는 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계; 방향족 비닐 단량체, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 및 실란 커플링제를 혼합 및 유화중합시킨 프리에멀전 수분산 용액을, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액과 혼합하여, 상기 코어팽윤 및 차열입자 담지된 코어를 포함하는 수성 분산액에 적하 및 유화중합시켜 쉘층을 형성하는 쉘 제조단계; 및 중합을 정지시키는 중합 정지단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것인 고기능성 차열도료 조성물을 제공한다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 고기능성 차열도료 조성물은 팽윤된 코어의 내부 및 표면에 산화아연(ZnO)를 포함하는 차열입자를 담지하고, 상기 코어를 보호하는 쉘층으로 이루어진 차열성 아크릴계 에멀전 수지를 포함하여, 높은 태양열 반사 효과를 갖고, 도막의 열전도도가 낮아져 우수한 차열 및 단열 특성을 나타내는 효과가 있다. 특히, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 경우, 상기 고기능성 차열도료 조성물에 차열입자가 가라앉지 않고 고르게 분산되는 효과가 있다. 즉, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 비교적 두꺼운 두께의 도막이 형성되더라도, 반사효율이 저감되지 않아, 상기 우수한 차열 및 단열 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 경우, 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등이 우수한 효과가 있다.
(코어 제조단계)
보다 구체적으로 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지의 제조방법 중 코어 제조단계는 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합시켜 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 제조함으로써 수행될 수 있다.
상기 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 제조하기 위한 아크릴계 단량체는 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 에틸 아크릴레이트(ethyl acrylate, EA), 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate, BA), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexylacrylate, 2-EHA), 2-하이드록시 헥실아크릴레이트(2-hydroxy hexylacrylate, 2-HEMA), 아크릴로나이트릴(acrilonitrile, AN), 디메틸아미노에틸메타아크릴레이트(dimethylaminoethylmethacrylate, DAM), 아세토아세틱 에틸 메타아크릴레이트 (acetoacetoxy ethyl methacrylate, AAEM), 디비닐벤젠(Divinyl benzene), 에틸렌 클리콜 다이메타아크릴레이트 (ethylene glycol dimethacrylate, EGDMA), 부탄디올 다이메타 아크릴레이트 (buthanediol dimethacrylate, BDMA), 싸이클로 헥실 메타아크릴레이트 (cyclo hexyl metharylate, CHMA) 및 3-클로로-2-하이드록시프로필 메타아크릴레이트(3-chloro-2-hydroxy-propyl methacrylate, Topolene M) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 상기 아크릴계 단량체 중 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate, MMA)를 주 단량체로 반드시 포함하며, 상기 주 단량체 이외에 다른 아크릴계 단량체와 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 가교가능한 작용기를 갖는 단량체는 상기 아크릴계 단량체와 가교가능한 단량체로서 불포화 카본산인 아크릴산, 메타아크릴산, 이타콘산, 말레인산을 포함하여, 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 아크릴로니트릴(acrylonitrile, AN), 아세토아세틱 에틸 메타아크릴레이트(acetoacetoxy ethyl methacrylate, AAEM), 디비닐벤젠(divinyl benzene), 에틸렌 클리콜 다이메타 아크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate, EGDMA), 부탄디올 다이메타 아크릴레이트(buthanediol dimethacrylate, BDMA), 싸이클로 헥실 메타아크릴레이트(cyclo hexyl metharylate, CHMA), 3-클로로-2-하이드록시프로필 메타아크릴레이트(3-chloro-2-hydroxy-propyl methacrylate, Topolene M) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 보다 바람직한 가교가능한 작용기를 갖는 단량체로는 메타아크릴산을 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 단량체는 전체 단량체에 70 내지 80 중량%로 포함될 수 있고, 상기 가교가능한 작용기를 갖는 단량체는 전체 단량체에 20 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 가교가능한 작용기를 갖는 단량체의 함량이 너무 적으면 후술하는 코어 팽윤 공정에 있어서, 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자의 알칼리에 의한 팽윤이 잘 되지 않고, 공극의 형성이 곤란해질 수 있고, 상기 가교가능한 작용기를 갖는 단량체의 함량이 너무 많으면 분산액의 안정성이 저하되어, 응집물이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
상기 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합은 수성 매체 중에서 실시된다. 그 때문에 공중합에 의해 얻어지는 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자는 수성 분산액 상태로 얻어질 수 있다. 수성 매체로는 물이 사용되는 것이 바람직하며, 제조시의 중합체 입자의 분산 안정성을 해치지 않는 범위에서, 메탄올, 에탄올 등의 수용성 유기 용매를 병용하여 사용할 수 있다.
상기 수성 매체의 사용량은 얻어지는 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자의 생산성 및 응집 발생 현상을 고려하여, 상기 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체의 혼합물 100 중량부에 대하여, 150 내지 500 중량부 범위로 사용될 수 있다.
상기 유화중합의 보다 바람직한 예는 물, 계면활성제 및 중합개시제의 혼합물을 75 내지 90 ℃ 범위로 승온한 후, 여기에, 물, 계면활성제 및 상기 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체의 혼합물을 투입함으로써 수행될 수 있다. 이때, 상기 투입은 전체 투입량의 5 내지 15 중량%를 먼저 투입하여, 시드반응을 진행한 후, 순차적으로 진행함으로써 얻어지는 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자의 입자경을 용히하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
이때 상기 계면활성제는 당분야에 일반적으로 공지된 계면 활성제를 사용할 수 있으나, 구체적으로는 다가알콜에테르 설페이트계, 라우릴설페이트나트륨, 라우릴황산암모늄, 도데실벤젠설폰산나트륨, 모노에스터설포석시네이트계 등의 음이온성 계면 활성제를 사용할 수 있고, 변성다가알콜에톡시레이트계, 다가알콜에톡시레이트 등의 비이온성 계면 활성제를 사용할 수 있다. 이러한 상기 계면 활성제는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 중합 안정성이 양호한 음이온성 계면 활성제로서 특히, 다가알콜에테르 설페이트계를 바람직하게 사용할 수 있다.
이러한 상기 계면활성제의 사용량은 얻어지는 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자의 공극률 및 응집 발생 현상을 고려하여, 상기 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체의 혼합물 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부 범위로 사용될 수 있다.
또한, 상기 중합개시제는 아황산수소나트륨(Sodium Bisulfite, SBS), 과황산암모늄(ammonium persulphate, APS), 과황산칼륨(potassium persulfate, KPS), 과황산나트륨(sodium persulfate, SPS), 술포키실산염, t-부틸히드로퍼옥사이드 등이 사용될 수 있으며, 특히 과황산나트륨을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 상기 중합개시제의 사용량은 얻어지는 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자의 분자량에 따른 반응안정성 및 응집 발생 현상을 고려하여, 상기 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체의 혼합물 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 1 중량부 범위로 사용될 수 있다.
(코어팽윤 및 차열입자 담지 단계)
또한, 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지의 제조방법 중 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계는 상기 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 함유하는 수성 분산액에, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액을 혼합하여, 상기 수성 분산액의 pH를 8 내지 11로 함으로써, 코어를 팽윤시키고, 상기 코어에 차열입자를 담지시킴으로써 수행될 수 있다. 즉, 상기 수성 분산액의 pH를 8 내지 11로 함으로써 상기 가교가능한 작용기를 갖는 단량체의 일부를 중화시켜, 공극을 형성할 수 있는 것이다. 이 과정에서 아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체의 가교결합 사이에, 공극 형성 및 산화아연(ZnO)를 포함하는 차열입자의 담지가 동시에 이루어져, 차열 및 단열 특성을 매우 항상시키게 된다. 뿐만 아니라, 상기 산화아연(ZnO)은 중합된 중합체의 강도를 향상시킬 수 있고, Tg 온도를 향상시킴으로써 반사 효율을 획기적으로 개선시켜 차열 및 단열 특성을 더욱 항상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액은 산화아연(ZnO) 3 내지 30 중량%, 알칼리성 pH 조절제 30 내지 90 중량% 및 pH 완충제의 혼합물 7 내지 50 중량%을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이때 상기 알칼리성 pH 조절제는 아민, 암모니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 수용액을 사용할 수 있다.
또한, 상기 암모늄기를 갖는 pH 완충제는 황산암모늄, 탄산암모늄, 중탄산암모늄, 암모늄 아세테이트, 암모늄 벤조에이트, 암모늄 보레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 산화아연(ZnO)은 수화물 형성이 용이하여, 상기 코어에 매우 용이하게 담지될 수 있는 효과가 있다. 이러한 산화아연(ZnO)은 평균입경이 50 내지 200 nm인 것일 수 있다.
특히, 상기 산화아연(ZnO)은 나노로드 구조체의 형태로 포함되어, 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로 상기 산화아연(ZnO) 나노로드 구조체는 아연 아세트산(Zinc acetate) 및 아세톤(Aceton)을 혼합하여 형성한 산화아연(ZnO) 씨드 용액을 이용하여 산화아연(ZnO) 씨드를 형성하는 단계; 및 상기 산화아연(ZnO) 씨드를, 질산아연6수화물(Zinc nitrate hexahydrate), 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylene tetramine) 및 증류수(Distilled Water)의 산화아연(ZnO) 성장 용액과 반응시켜 ZnO 나노로드를 성장시키는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조된 것을 사용하는 것이 좋다. 이로써, 산화아연(ZnO) 나노로드 구조체는 본 발명의 차열성 아크릴계 에멀전 수지의 내부 뿐만 아니라 외부까지 고르게 담지되어, 반사 효율을 획기적으로 개선시켜 차열 및 단열 특성을 더욱 항상시킬 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 추가적인 차열입자와 안정적으로 흡착하는 것이 가능하여 반사 효율을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
상기 산화아연은 당분야에서 일반적으로 사용되는 차열입자와 추가적으로 혼합하여 사용할 수 있다. 이 때 상기 차열입자는 입자크기가 50 내지 600 nm인 것을 사용할 수 있고, 보다 구체적으로 산화티탄, 산화주석, 산화구리, 산화납, 산화지르코늄, 알루미늄 아연 산화물, 산화인듐, 안티몬 주석 산화물(Antimony Tin Oxide), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide), 몰리브덴옥사이드(MoO3), 산화탄탈(Ta2O5), 오산화바나듐(V2O5), 산화니오브(Nb2O5), 보론 니트로나이트(BN), 알루미늄 옥사이드(Al2O3) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 산화티탄 및 알루미늄 아연 산화물을 1: 1 중량비율로 혼합한 것을 사용할 수 있다. 이러한 차열입자는 상기 산화아연(ZnO) 100 중량부에 대하여, 5 내지 30 중량부로 포함되어 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계의 보다 바람직한 예는 상기 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 함유하는 수성 분산액 100 중량부에, 물 1000 내지 1500을 더 투입하여 75 내지 90 ℃ 범위로 승온한 후, 여기에 물 10 내지 30 중량부 및 중합개시제 0.5 내지 5 중량부의 혼합물을 투입한다. 이후, 상기 혼합물에 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액을 혼합함으로써 수행될 수 있다. 이때, 상기 중합개시제는 상기 코어 제조단계에서 설명한 바와 동일하다.
(쉘 제조단계)
또한, 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지의 제조방법 중 쉘 제조단계는 방향족 비닐 단량체, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 및 실란 커플링제를 혼합 및 유화중합시킨 프리에멀전 수분산 용액을, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액과 혼합하여, 상기 코어팽윤 및 차열입자 담지된 코어를 포함하는 수성 분산액에 적하 및 유화중합시켜 쉘층을 형성함으로써, 수행될 수 있다. 즉, 상기 쉘층은 코어팽윤 및 차열입자 담지된 코어의 표면을 보호하는 역할을 할 수 있다.
상기 프리에멀전 수분산 용액은 알칼리에 의하여 상대적으로 팽윤되지 않는 단량체를 사용함으로써 상기한 목적을 달성할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 프리에멀전 수분산 용액은 방향족 비닐 단량체 50 내지 80 중량%, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 0.1 내지 3 중량%, 실란 커플링제 0.5 내지 5 중량% 및 물 15 내지 45 중량%를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
이때, 상기 방향족 비닐 단량체로는 스티렌 단량체, 비닐톨루엔 단량체 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체는 상기 방향족 비닐 단량체와 가교가능한 단량체로서 상기 코어 제조단계에서 설명한 바와 동일한 종류의 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 사용할 수 있다. 보다 바람직한 가교가능한 작용기를 갖는 단량체로는 메타아크릴산을 사용할 수 있다.
또한, 상기 실란 커플링제는 비닐계, 에폭시계, 아미노계, 머캅토계 및 메타크릴계로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 반응성 관능기를 가진 최소 1종 이상의 실란 커플링제를 사용하여, 상기 코어를 이루는 중합체 뿐만 아니라, 상기 산화아연(ZnO)를 포함하는 차열입자와 매우 우수하게 결합되어, 우수한 강도 및 방수성을 향상시킬 수 있다.
상기 실란 커플링제의 보다 바람직한 예를들면, 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 비닐트리에폭시 실란, 3-아미노프로필트리메톡시 실란, 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-메르캅토 프로필트리메톡시 실란, N-(1,3-디메틸부틸리덴)-3-(트리에폭시 실란)-1-프로판아민, N,N-비스[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리에톡시실란, N-[2-(비닐벤질아미노)에틸]-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리클로로실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 2-메타크릴옥시에틸디메틸(3-트리메톡시실릴프로필) 암모늄클로라이드, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 실란 커플링제는 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. 보다 바람직하기로는 상기 실란 커플링제는 메타크릴계 반응성 관능기를 가진 실란 커플링제인 것을 사용할 수 있다. 보다 더 바람직하기로는 3-메타크릴옥시프로필트리클로로실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 2-메타크릴옥시에틸디메틸(3-트리메톡시실릴프로필) 암모늄클로라이드, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 쉘 제조단계의 프리에멀전 수분산 용액은 계면활성제 0.1 내지 5 중량% 및 중합개시제 0.01 내지 1 중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제 및 중합개시제의 종류는 상기 코어 제조단계에서 설명한 바와 동일하다.
상기 쉘 제조단계의 프리에멀전 수분산 용액 및 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액은 각각 100 내지 200 중량부 : 1 중량부의 범위로 혼합될 수 있다.
상기 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액은 상기 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계에서 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액에 대하여 설명한 바와 동일하다.
(중합 정지단계)
또한, 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지의 제조방법 중 중합 정지단계를 통하여, 중합은 정지되고, 본 발명의 일 구현예에 따른 차열성 아크릴계 에멀전 수지가 제조될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 중합의 정지는 60 내지 70 ℃의 온도에서 산화형 중합개시제 및 환원형 중합개시제의 혼합물을 투입하여, 잔류 단량체를 모두 반응시킴으로써 수행될 수 있다. 이 때, 상기 산화형 중합개시제 및 환원형 중합개시제는 1: 1 중량비율로 혼합된 것을 사용하여, 쉘층의 도막강도를 보다 개선할 수있는 효과가 있다.
이때, 상기 산화형 중합개시제 및 환원형 중합개시제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있는 바, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만, 상기 산화형 중합개시제의 바람직한 예로는 t-부틸히드로퍼옥사이드(t-BHPO)를 사용하는 것이 좋고, 상기 환원형 중합개시제의 바람직한 예로는 아황산수소나트륨을 사용하는 것이 좋다.
이러한 제조방법으로 제조되는 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지는 고형분 25 내지 45 중량%, 점도 200 내지 500 CPS, pH 8.0 내지 10 범위인 것이 바람직하다.
(고기능성 차열도료 조성물)
본 발명의 일 구현예에 따른 고기능성 차열도료 조성물은 수성 아크릴계 에멀전 수지 100 중량부에 대하여, 상기한 차열성 아크릴계 에멀전 수지 10 내지 150 중량부, 중공필러 1 내지 50 중량부, 백색안료 10 내지 60 중량부 및 물 10 내지 70 중량부를 포함하는 것을 사용하여, 도막의 열전도도가 낮아져 우수한 차열 및 단열 특성을 나타내고, 특히, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 비교적 두꺼운 두께의 도막이 형성되더라도, 반사효율이 저감되지 않아, 상기 우수한 차열 및 단열 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 경우, 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등이 우수한 효과가 있다.
보다 구체적으로 상기 수성 아크릴계 에멀전 수지는 상기한 차열성 아크릴계 에멀전 수지와 혼화성이 우수하고, 탄성을 부여할 수 있어, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다. 이러한 상기 수성 아크릴계 에멀전 수지는 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexylacrylate, 2-EHA), 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트(2-hydroxy ethyl methacrylate, 2-HEMA) 및 1,6-헥산디올 다이아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate, HDDA)을 포함하는 혼합 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합시켜 제조되는 것일 수 있다. 보다 바람직하기로는 상기 혼합 단량체는 메틸메타아크릴레이트 50 내지 55 중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트 40 내지 45 중량%, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 1 내지 5 중량% 및 1,6-헥산디올 다이아크릴레이트 0.1 내지 1 중량%을 포함하여, 고기능성 차열도료 조성물에 포함되어 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 혼합 단량체에는 상기 혼합 단량체 100 중량부에 대하여, 에틸렌 글리콜 다이메타아크릴레이트(Ethylene glycol dimethacrylate), 알릴 메타아크릴레이트(allyl methacrylate), 1,6-헥산디올 다이메타아크릴레이트(1,6-Hexanediol dimethacrylate), 다이알릴 프탈레이트(diallyl phthalate), N,N-다이메타아크릴아마이드(N,N-dimethylacrylamide), 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate), 다이아세톤 아크릴아마이드(diacetone acrylamide), 아세토아세톡시에틸메타아크릴레이트(acetoacetoxy ethyl methacrylate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상 20 내지 50 중량부를 더 혼합하여 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 가교가능한 작용기를 갖는 단량체는 상기 혼합 단량체 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부로 혼합되어 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
이러한 상기 가교가능한 작용기를 갖는 단량체는 상기 코어 제조단계에서 설명한 바와 동일한 종류의 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 사용할 수 있다. 보다 바람직한 가교가능한 작용기를 갖는 단량체로는 메타아크릴산 및 이타콘산을 혼합한 것을 사용할 수 있다.
상기 수성 아크릴계 에멀전 수지를 제조하기 위한 유화중합의 보다 바람직한 예는 물 30 내지 100 중량부, 계면활성제 1 내지 10 중량부, pH 완충제 0.1 내지 1 중량부 및 중합개시제 0.1 내지 1 중량부의 혼합물을 75 내지 90 ℃ 범위로 승온한 후, 여기에, 물 10 내지 50 중량부, 계면활성제 0.5 내지 5 중량부, 분자량 조절제 0.1 내지 1 중량부 및 상기 혼합 단량체 100 중량부 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 1 내지 10 중량부의 혼합물을 투입함으로써 수행될 수 있다. 이때, 상기 투입은 전체 투입량의 5 내지 15 중량%를 먼저 투입하여, 시드반응을 진행한 후, 순차적으로 진행되는 것이 좋다.
상기 계면활성제, pH 완충제 및 중합개시제의 종류는 상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지에서 설명한 바와 동일하다. 다만, 보다 바람직한 상기 계면활성제는 음이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제를 5: 1의 중량비율로 혼합한 것을 사용하여, 보다 우수한 도막특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
상기 분자량 조절제는 머캅탄, 폴리머캅탄, 폴리할로겐 화합물류 등을 사용할 수 있다. 보다 바람직한 예로는 1,8-다이머캅토-3,6-다이옥사옥탄(1,8-dimercapto-3,6-dioxaoctane), n-도데실 머캅탄(normal dodecyl mercaptan), n-옥틸 머캅탄(normal octyl mercaptan), t-도데실 머캅탄(tertiary dodecyl mercaptan) 등의 머캅탄 류, 이소프로필 알코올 등의 알코올 류, 사염화 탄소 등의 폴리할로겐 화합물을 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 상기 머캅탄 류를 사용할 수 있다.
또한, 상기 수성 아크릴계 에멀전 수지에는 자외선 안정제로서 자외선 흡수제(UV absorber)와 아민 광안정제(Hindered Amine Light Stabilizer, HALS)을 더 포함할 수 있다. 상기 자외선 안정제 중의 하나인 자외선 흡수제는 외부에서 들어오는 자외선(UV)을 흡수하여 적외선으로 전환하여 열을 외부로 방출하여 조성물이 자외선에 의하여 분해되는 현상을 억제하는 역할을 하며, 주로 약 250 내지 400 nm파장의 자외선을 흡수하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 자외선 흡수제는 조성물이 자외선에 의해 분해되는 것을 억제하기 때문에 조성물의 내광성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 자외선 흡수제는 당업계에 공지된 어떠한 것도 이용될 수 있으나, 벤조페논(hydroxybenzophenone)계, 하이드록시 벤조페논(hydroxybenzophenone)계, 벤조트리아졸(benzotriazoles)계, 옥살산 아닐리드(oxalic acid anilide)계, 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)계가 사용될 수 있다 보다 바람직하기로는 벤조페논(hydroxybenzophenone)계를 사용하는 것이 좋다. 상기 자외선 흡수제(UV absorber)는 상기 혼합 단량체 100 중량부에 대하여, 0.5 내지 5 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
상기 자외선 안정제 중의 하나인 아민 광안정제(HALS)는 자외선에 의한 광분해로 이미 생성된 조성물 내의 자유라디칼(free radical)이 연쇄반응을 일으키지 못하도록 상기 자유 라디칼을 소멸시키므로 연쇄적인 광산화반응을 정지시키는 역할을 한다. 따라서 자유 라디칼에 의한 조성물의 분해를 억제 및 조성물의 표면을 보호하는 역할을 하기 때문에 조성물의 내광성은 향상될 수 있다.
상기 아민 광안정제는 당업계에 공지된 어떠한 것도 이용될 수 있으나, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트 및 메틸 1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜 세바케이트의 혼합물인 것이 바람직하다. 상기 아민 광안정제(Hindered Amine Light Stabilizer, HALS)는 상기 혼합 단량체 100 중량부에 대하여, 0.5 내지 5 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
이렇게 준비될 수 있는 상기 수성 아크릴계 에멀전 수지는 고형분 50 내지 55 중량%, 점도 1000 내지 5000 CPS, pH 8.0 내지 10 범위인 것이 바람직하다.
상기 고기능성 차열도료 조성물에 포함되는 차열성 아크릴계 에멀전 수지는 상기한 차열성 아크릴계 에멀전 수지를 사용할 수 있는 바, 차열 및 단열 특성, 도막의 방수성, 크랙성, 강도를 고려하여, 상기 수성 아크릴계 에멀전 수지 100 중량부에 대하여, 10 내지 150 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하기로는 10 내지 70 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
상기 고기능성 차열도료 조성물에 포함되는 중공필러는 내부 기공을 포함하는 무기소재로서, 평균 입경이 10 내지 50 ㎛이고, 색상은 백색, 겉보기 밀도는 0.1 내지 0.4 g/㎤, 녹는점은 1000 내지 1500 ℃인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 중공필러는 불활성,내산성, 내알칼리성, 난연성 등이 우수한데 너무 많은 양을 사용하면 도막성능이 떨어져 방수성이 저하될 수 있는 바, 상기 수성 아크릴계 에멀전 수지 100 중량부에 대하여, 1 내지 50 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고기능성 차열도료 조성물에 포함되는 백색안료는 이산화티타늄(TiO2)이 주성분으로 하는 것으로, 상기 수성 아크릴계 에멀전 수지 100 중량부에 대하여, 10 내지 60 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고기능성 차열도료 조성물은 탄산칼슘(calcium carbonate), 황산바륨(barium sulfate), 운모(mica) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 충전제를 상기 중공필러 및 백색안료와 더 혼하하여 사용함으로써, 반사 효율을 더욱 개선하고, 차열 및 단열 특성, 도막의 방수성, 크랙성, 강도를 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다. 이러한 탄산칼슘(calcium carbonate), 황산바륨(barium sulfate), 운모(mica) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 충전제는 상기 수성 아크릴계 에멀전 수지 100 중량부에 대하여, 1 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고기능성 차열도료 조성물은 분산제, 습윤제, 동결 방지제, 안료, 소포제, 도막조제, 방부제, 증점제, 및 pH 조절제 등의 첨가제를 더 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 첨가제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 고기능성 차열도료 조성물은 고형분 50 내지 55 중량%, 점도 2000 내지 8000 CPS 범위인 것이 바람직하다. 이로써, 1회 도포시, 50 내지 150 ㎛ 두께를 갖는 것일 수 있고, 목적에 따라서 2 내지 5회 도포하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고기능성 차열도료 조성물은 차열성 아크릴계 에멀전 수지를 포함하여, 높은 태양열 반사 효과를 갖고, 도막의 열전도도가 낮아져 우수한 차열 및 단열 특성을 나타내는 효과가 있다. 특히, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 경우, 상기 고기능성 차열도료 조성물에 차열입자가 가라앉지 않고 고르게 분산되는 효과가 있다. 즉, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 50 내지 300 ㎛의 비교적 두꺼운 두께의 도막이 형성되더라도, 반사효율이 저감되지 않아, 상기 우수한 차열 및 단열 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 경우, 도막 자체의 방수성, 내후성, 크랙성, 작업성 등이 우수한 효과가 있다.
이로써, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 이용한 차열방수 시공방법은 옥상, 지붕 등 각종 구조물의 바닥 또는 외벽, 저장탱크 등과 같은 각종 구조물의 외면에 매우 유용하게 적용될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 건축 구조물 지붕이나 옥상에 태양열을 차단하여 건축물 내부 온도상승을 억제하는 에너지 절감형 차열방수시스템이 필요한 대상물 표면에 이물질을 제거하고, 크랙 및 보수보강이 필요한 부분을 보수하는 바탕정리 단계와; 이후 대상물의 표면에 소지보강과 바탕면과의 부착성능 증진을 위한 프라이머를 롤러나 스프레이를 이용하여 도포하는 프라이머 도포 단계와; 이후 프라이머층 위에 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 고기능성 차열도료 조성물을 도포하는 고기능성 차열도료 조성물 시공단계;를 포함하는 고기능성 차열도료 조성물을 이용한 차열방수 시공방법을 제공한다.
상기 프라이머는 우레탄 프라이머, 아스팔트 프라이머, 에폭시 프라이머, 수용성 에폭시 프라이머, 수성 아크릴 프라이머 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 고기능성 차열도료 조성물을 이용한 차열방수 시공방법은 상기 고기능성 차열도료 조성물 시공단계 이후, 방수성능을 부여하는 방수층을 시공하는 방수층 시공 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 방수층은 우레탄 고무계 도막방수재, 아크릴 고무계 도막방수재, 시멘트계 도막방수재, 고무화 아스팔트계 도막방수재, 아스팔트 루핑, 아스팔트 펠트, 개량 아스팔트 시트, 합성고무 시트, 개질고무 시트, 염화비닐 시트, TPO(Thermoplastic Poly-olefin) 시트 및 이들의 혼합층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 방수층은 약 0.5 내지 3 mm 두께로 시공될 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<제조예 1: 차열성 아크릴계 에멀전 수지>
냉각관, 질소도입관, 온도계, 교반기를 구비한 반응용기에 이온교환수 66g에 FES-32(다가알콜에테르설페이트 음이온 계면활성제(EO 4몰, BASF社 제조)) 0.48g을 투입 후 질소가스를 도입하여 10분 교반한다. 반응용기의 내부온도를 85℃까지 승온하고 SPS(과황산나트륨, 반응개시제) 0.23g을 이온교환수 0.5g에 용해하여 일시에 투입한다. 여기에 MMA(메틸메타아크릴레이트 단량체) 23.9g, MAA(메타크릴산) 8.85g을 이온교환수 18g, FES-32 0.44g을 사용하여 유화한 것 중의 10중량%를 반응기에 투입하여 시드(seed)반응을 하고, 이후 나머지 양을 2시간 동안 반응기에 적하시켜 유화중합을 진행하였다.
상기 단계의 중합물에 이온교환수 1190g에 투입하고, 질소가스를 도입하여 30분 교반한다. 반응용기의 내부온도를 84 ℃까지 승온하고 SPS 1.35g을 이온교환수 21.56g에 용해하여 일시에 투입한다. 암모니아수 6.25g, ZnO 1.45g, ABC(중탄산암모늄) 2.12g으로 이루어진 용액 중 50 중량%를 30분 동안 반응기에 투입하여 반응기내의 에멀전을 팽윤시키고 20분 유지한다.
상기 알칼리성 아연용액의 나머지 양을, 이온교환수 254g, FES-32 14.2g, SM(스티렌 단량체) 536.83g, KBM-503(메타크릴계 실란커플링제(SHINETSU社 제조)) 9.6g, MAA 1.4g, SPS 2.56g의 프리에멀전과 함께 혼합한 후, 이 혼합물을 상기 반응기에 100분간 적하하였다. 적하 종료 후 1시간 후반응을 하고, 65℃에서 t-BHPO, SBS(아황산수소나트륨(Sodium Bisulfite))를 사용하여 중합을 정지시켰다.
이렇게 얻어진 차열성 아크릴계 에멀전 수지는 pH 9.4, 고형분 30.5%, 점도 284cps이다.
<제조예 2: 수성 아크릴계 에멀전 수지>
냉각관, 질소도입관, 온도계, 교반기를 구비한 반응용기에 이온교환수 426g에 SR-1025(반응성 음이온계 계면활성제(ADEKA社 제조)) 24.46g, FN-10(폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌알킬에테르, 비이온성 계면활성제(EO 10몰, 한농화성社 제조)) 4.59g, ABC 1.73g을 투입 후 질소가스를 도입하여 30분 교반한다. 반응용기의 내부온도를 80℃까지 승온하고 SPS(과황산나트륨, 반응개시제) 1.7g을 이온교환수 7.9g에 녹여 투입하고 5분간 교반한다. 다음 여기에 MMA 395.5g, 2-EHA(2-에틸헥실아크릴레이트) 322.51g, MAA 12.99g, 2-HEMA(2-하이드록시에틸메타아크릴레이트) 29.1g, ITAC(이타콘산) 4.71g, HDDA(1,6-헥산디올 다이아크릴레이트) 6.3g, NDM(n-도데실메르캅탄) 2.3g을 이온교환수 240.1g, SR-1025 15.3g으로 유화한 프리에멀전 중 4중량%를 15분간 시드 반응 후 나머지 양을 3시간 동안 적하시켜 유화중합을 진행하였다. 적하가 종료되면 1시간 동일한 온도로 숙성을 시켰다. 숙성 후 45℃까지 냉각하고 암모니아수를 이용하여 pH를 8.5로 조정한 다음 maxgard 1800(벤조페논계 UV흡수제 (LYCUS社 제조)) 7.9g을 이온교환수로 희석하여 5% 용액을 만들어 투입하여 20분간 교반한다. 다음 tinuvin 5333-DW(UV absorber/HALS 배합제품 (BASF社 제조))를 11.85g 투입하여 30분 이상 교반한다.
이렇게 얻어진 수성 아크릴계 에멀전 수지는 고형분 52.3%, 점도 1780cps, pH 8.6이다.
<실시예 1: 고기능성 차열도료 조성물>
1리터 sus 비이커에 이온교환수 45g, NATRASOL-250HHR(하이드록시에칠셀루로오즈 증점제 (ASHLAND社 제조)) 0.8g, OROTAN(분산제 (DOW chemical社 제조)) 731A 2g, AFE-1010 1g을 투입하여 용해한 다음 Ti-pure R-706(이산화티타늄 안료 (DUPONT社 제조)) 95g, Omyacarb 10-HB(탄산칼슘 (OMYA社 제조)) 60g을 1시간 동안 고속분산하고 상기 제조된 수성 아크릴계 에멀전 수지 314.5 g 및 상기 제조된 차열성 아크릴계 에멀전 수지 55.5 g의 혼합물을, TEXANOL(도막형성조제 (EASTMAN社 제조)) 6g 투입하여 서서히 분산하였다. 다음 유리중공필러(3M社 제조) 40g을 투입하고 Acrysol RM-825(우레탄증점제 (DOW chemical社 제조))로 증점을 하여 고기능성 차열도료 조성물을 제조하였다.
이렇게 제조된 고기능성 차열도료 조성물은 고형분 53.1% 점도 2580cps이다.
<비교예 1>
상기 실시예에서 상기 제조된 수성 아크릴계 에멀전 수지 314.5 g 및 상기 제조된 차열성 아크릴계 에멀전 수지 55.5 g의 혼합물을 대신하여, WALSOL社의 도료용 아크릴계 에멀전 수지(SOLCOAT WP-505) 362 g을 사용하였다.
이를 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
시판되고 있는 KCC社 숲으로 에이스 외부용 백색도료를 준비하였다.
<시험예>
코팅 도막물성
상기 실시예 및 비교예에서 준비된 도료 조성물에 대하여, 코팅 도막물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 실험에서 물성 측정 방법은 다음과 같다.
[물성 측정 방법]
- 인장강도 : ISO 527-1 테스트규격에 따라 측정
- 경도 : ASTM D 2240 테스트규격에 따라 측정(Shore D)
- 투습성 : ISO 12572 테스트규격에 따라 측정
- 수분흡수도 : DIN EN 12087 테스트규격에 따라 측정
Figure 112019120333297-pat00001
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따른 고기능성 차열도료 조성물은 비교예 1 및 2에 비교하여, 투습성, 수분흡수성, 인장강도, 경도의 도막 물성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
코팅 도막의 차열성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 준비된 도료 조성물에 대하여, 코팅 도막의 차열성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다. 상기 실험을 위하여, 50×50 ㎠ 면적의 시편에 상기 실시예 및 비교예에서 준비된 도료 조성물을 건조도막 기준 100 ㎛씩 2회 도포하여, 시험용 시편을 준비하였다. 일정거리에서 적외선램프 100W(OSRAM SICCA L/R 100W)를 조사하면서 시편 중앙의 표면온도를 Graphtec社의 GL820 데이터로거 온습도 기록계를 사용하여 측정하였다.
Figure 112019120333297-pat00002
상기 표 2 및 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따른 고기능성 차열도료 조성물은 비교예 1 및 2에 비교하여, 온도 상승률이 적은 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 고기능성 차열도료 조성물은 팽윤된 코어의 내부 및 표면에 산화아연(ZnO)를 포함하는 차열입자를 담지하고, 상기 코어를 보호하는 쉘층으로 이루어진 차열성 아크릴계 에멀전 수지를 포함하여, 차열성능이 우수한 효과를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 수성 아크릴계 에멀전 수지 100 중량부, 차열성 아크릴계 에멀전 수지 10 내지 150 중량부, 중공필러 1 내지 50 중량부, 백색안료 10 내지 60 중량부 및 물 10 내지 70 중량부를 포함하는 고기능성 차열도료 조성물에 있어서,
    상기 차열성 아크릴계 에멀전 수지는
    아크릴계 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합시켜 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 제조하는 코어 제조단계;
    상기 알칼리 팽윤성 코어중합체 입자를 함유하는 수성 분산액에, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액을 혼합하여, 상기 수성 분산액의 pH를 8 내지 11로 함으로써, 코어를 팽윤시키고, 상기 코어에 차열입자를 담지시키는 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계;
    방향족 비닐 단량체, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 및 실란 커플링제를 혼합 및 유화중합시킨 프리에멀전 수분산 용액을, 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액과 혼합하여, 상기 코어팽윤 및 차열입자 담지된 코어를 포함하는 수성 분산액에 적하 및 유화중합시켜 쉘층을 형성하는 쉘 제조단계; 및
    중합을 정지시키는 중합 정지단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고기능성 차열도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어팽윤 및 차열입자 담지 단계, 및 쉘 제조단계의 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액은 산화아연(ZnO) 3 내지 30 중량%, 알칼리성 pH 조절제 30 내지 90 중량% 및 pH 완충제의 혼합물 7 내지 50 중량%을 포함하는 것이고;
    상기 산화아연(ZnO)은 평균입경이 50 내지 200 nm인 것을 특징으로 하는 고기능성 차열도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 쉘 제조단계의
    프리에멀전 수분산 용액 및 산화아연(ZnO)를 포함하는 알칼리성 차열입자 분산액은 각각 100 내지 200 중량부 : 1 중량부의 범위로 혼합하는 것이고;
    상기 프리에멀전 수분산 용액은 방향족 비닐 단량체 50 내지 80 중량%, 가교가능한 작용기를 갖는 단량체 0.1 내지 3 중량%, 실란 커플링제 0.5 내지 5 중량% 및 물 15 내지 45 중량%를 포함하는 것이고;
    상기 실란 커플링제는 메타크릴계 반응성 관능기를 가진 실란 커플링제인 것을 특징으로 하는 고기능성 차열도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수성 아크릴계 에멀전 수지는
    메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate, MMA), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexylacrylate, 2-EHA), 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트(2-hydroxy ethyl methacrylate, 2-HEMA) 및 1,6-헥산디올 다이아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate, HDDA)을 포함하는 단량체 및 가교가능한 작용기를 갖는 단량체를 유화중합시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 고기능성 차열도료 조성물.
  5. 건축 구조물 지붕이나 옥상에 태양열을 차단하여 건축물 내부 온도상승을 억제하는 에너지 절감형 차열방수시스템이 필요한 대상물 표면에 이물질을 제거하고, 크랙 및 보수보강이 필요한 부분을 보수하는 바탕정리 단계와;
    이후 대상물의 표면에 소지보강과 바탕면과의 부착성능 증진을 위한 프라이머를 롤러나 스프레이를 이용하여 도포하는 프라이머 도포 단계와;
    이후 프라이머층 위에 상기 제1항 내지 제4항 중에서 선택되는 어느 한 항에 따른 고기능성 차열도료 조성물을 도포하는 고기능성 차열도료 조성물 시공단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고기능성 차열도료 조성물을 이용한 차열방수 시공방법.

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