KR102090542B1

KR102090542B1 - 열교환 차열도료

Info

Publication number: KR102090542B1
Application number: KR1020190087849A
Authority: KR
Inventors: 이은주
Original assignee: 주식회사 세진로드; 이은주
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2020-03-18

Abstract

본 발명은 건축물의 옥상, 내·외벽 및 보도 등의 열차단과 복사열을 감소시키는 열교환 차열도료이다. 이러한 열교환 차열도료는 스틸렌 아크릴산 공중합물 20 ~ 28 중량부, 실리콘수지 8 ~ 13 중량부, 물 25 ~ 40 중량부, 코발트 4∼6 중량부, 내부는 속이 빈 구형상의 고분자재료로 형성되고, 외면은 구형상의 고분자재료를 감싸는 구형상의 무기재료로 형성된 열교환차열재료 8 ∼ 12 중량부, 메틸 메타크릴레이트 1 ~ 5 중량부 및 암모니아수 1 ~ 5 중량부를 포함한다.

Description

열교환 차열도료{Heat Exchange Paint}

본 발명은 건축물의 옥상, 내·외벽 및 보도 등의 열차단과 복사열을 감소시키는 조성물 및 이러한 조성물을 이용해 도장하는 방법과 관련된 기술이다.

건축물의 옥상, 내·외벽 및 보도 등에는 시각적 측면을 고려한 마감재로 페인트 등이 도포된다. 현재에는 페인트 등과 같은 도료가 단순히 심미적인 효과 상승을 일으키는 재료뿐만 아니라, 특별한 기능을 발휘하는 마감재로 여겨지고 있다. 이에, 다양한 색상을 가지면서도 방수 및 단열 기능을 갖는 도료가 개발되고 있다. 이와 같은 도료 개발은 현장에서 많이 요구되고 있으며 필요성 또한 커지고 있다.

다기능 도료의 요구에 맞춰 다양한 도료제가 개발되고 있다. 그 중에 하나로 단열 기능을 갖는 열교환차열도료가 개발되어 시판되고 있다. 현재 시판되고 있는 대다수의 열교환차열도료는 구조물의 벽면이나 바닥 면에 도장을 한 직후에 태양광을 반사하는 방식의 도료이다. 이러한 방식은 일정 수준의 단열 효과를 나타내고 있다. 그러나 이러한 열교환차열도료는 시간이 경과에 따른 도료 층의 부식이 큰 문제가 있으며 이에 따라, 제 기능을 발휘하지 못하는 문제를 나타내고 있다. 또한, 열교환차열도료는 백색 또는 백색에 가까운 색에 한해서 단열 효과를 얻을 수 있어, 전술한 색 이외의 색으로 제조가 어려운 문제를 가고 있다.

더욱이, 현재의 열교환차열도료는 적정 수준 이상의 단열 기능을 발휘하기 위해서는 일정 수준 이상의 두께로 도포되어야 하는 문제 및 도포 과정에서 발생되는 공극에 의해 열을 축적하여, 밤에 축적된 열을 발산시키는 문제를 가지고 있다.

대한민국 등록특허 제 10-1296880 호(공고일: 2013.08.14.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 단열 원리 즉, 열에너지를 반사시키는 단열 원리를 이용하지 않고 구조물에 도포되어 열에너지를 전기에너지로 변환시켜 열에너지를 소비하는 도료를 제공하고자 한다. 그리고 친환경적인 성분으로 구성되어 작업 시 환경을 오염시키지 않고, 오랜 시간 일정 수준의 단열 성능을 유지할 수 있도록 하는 도료를 제공하는 것이다. 아울러, 내부에 형성된 공극을 통해 열을 축적하지 않는 도료를 제공하는 것이다. 이와 같이 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 접지와 연결되어 있는 열교환 차열도료에 있어서,
스틸렌 아크릴산 공중합물 20 ~ 28 중량부;
실리콘수지 8 ~ 13 중량부;
물 25 ~ 40 중량부;
코발트 4∼6 중량부;
내부는 속이 빈 구형상의 고분자재료로 형성되고, 외면은 상기 구형상의 고분자재료를 감싸는 구형상의 무기재료로 형성된 열교환차열재료 8 ∼ 12 중량부;
메틸 메타크릴레이트 1 ~ 5 중량부;
암모니아수 1 ~ 5 중량부;
착색안료 7 ~ 10 중량부;
칼슘화합물 7 ~ 12 중량부;
펄 100중량부에 대하여 TiO₂를 35 ~ 45중량부로 포함하는 펄(pearl) 또는 1 ~ 40㎛ 크기의 박막 편상의 운모 성분의 마이카(mica) 5 ~ 10 중랑부; 및
규사 7 ~ 12 중량부를 포함한다.

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본 발명은 도막 내에서 열에너지를 소비하여 도막 내부에 열을 축적하지 않도록 한다. 이에, 밤에 열을 발산하지 않도록 한다. 또한, 본 발명은 친수성이 높은 도막을 나타내며 내후성이 뛰어나 비, 눈 등에 의해 오염이 쉽게 되지 않으며 단열효과를 장시간 유지할 수 있다.

아울러, 본 발명은 일액형 타입으로 제조되어 간단한 작업으로 도포될 수 있고, 도장 후 빨리 건조될 수 있다. 아울러, 본 발명은 백색 및 백색에 한정되지 않고 다양한 색으로 제조될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 차열도료가 전기에너지를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 차열도료의 구성성분을 나타낸 도면이다.
도 3은 시간에 따른 온도 변화에 본 발명이 도포된 외벽의 온도와 본 발명이 도포되지 않은 외벽의 온도를 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.

본 명세서는 설명이 간결하고 명확해질 수 있도록 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 차열도료 그리고 구성성분에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 차열도료가 전기에너지를 생성하는 과정을 나타낸 도면이고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 차열도료의 구성성분을 나타낸 도면이다.

본 발명의 열교환 차열도료(1)는 에너지교환재(210)의 움직임 특성에 기반하여, 태양광(D)의 열에너지 특히 380nm 이상의 파장영역에 해당하는 빛에 의한 열에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 이러한 특징에 기반하여 열교환 차열도료(1)는 태양열을 축적해 밤에 열을 발산하지 않도록 하며, 열대야 현상의 발생에 기여하지 않도록 할 수 있다.

이러한 특징을 갖는 열교환 차열도료(1)는 스틸렌 아크릴산 공중합물 20 ~ 28 중량부, 실리콘수지 8 ~ 13 중량부, 물 25 ~ 40 중량부, 촉매 4 ~ 6 중량부, 열교환차열재료 8 ∼ 12 중량부, 메틸 메타크릴레이트 1 ~ 5 중량부 및 암모니아수 1 ~ 5 중량부를 주요 구성성분으로 포함한다.

더욱이, 열교환 차열도료(1)는 펄(pearl) 또는 마이카(mica) 5 ~ 10 중량부를 구성성분으로 더 포함하여 전술한 특징 즉, 열에너지를 전기에너지로 변환시켜 열 차단 성능을 보다 효과적으로 발휘할 수 있다.

여기서, 펄(pearl)은 판상결정체로서 K₂O, Al₂O₃, SiO₂, H₂O, TiO₂를 조성 성분으로 포함하여 4 ~ 25 ㎛ 크기의 세라믹 소재로 형성 될 수 있다. 이때, 펄은 K₂O, Al₂O₃, SiO₂, H₂O를 55~65 중량부 그리고 TiO₂를 35~45중량부의 배합 비율로 제조될 수 있다. 아울러 마이카(mica)는 1 ~ 40㎛ 크기의 박막 편상의 운모 성분의 세라믹 소재로 형성될 수 있다. 아울러 열교환 차열도료(1)는 칼슘화합물 7 ~ 12 중량부, 착색안료 7 ~10 중량부를 더 포함하여 칼슐화합물을 통해 도막이 노화가 일어나 가루가 되는 현상 즉, 백아화현상이 발생되지 않도록 할 수 있다. 그리고 착색안료를 통해 다양한 색으로 제조될 수 있도록 한다.

이러한 열교환 차열도료(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 바닥면(A)에 프라이머(B)가 도포된 면에 분사되어 사용될 수 있다.

이하, 열교환차열재료(20)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

열교환차열재료(20)는 ㎛단위의 아주 미세한 구형상의 알갱이로 이루어져 있다. 열교환차열재료(20)는 내부가 속이 빈 구형상의 고분자재료 즉, 열가소성 수지의 플라스틱을 포함한다. 여기서, 고분자재료는 외부가 구(球)형 상의 무기재료에 의해 감싸질 수 있다. 그리고 에너지교환재(210)가 될 수 있다. 반면, 무기재료는 칼슘화합물(220)이 될 수 있다. 이러한 고분자재료는 촉매에 의해 열교환차열 운동이 일어날 수 있다. 그리고 무기재료는 열교환차열 운동을 보조하면서 도막의 마모나 열화를 방지할 수 있다.

열교환차열재료(20)는 열교환 차열도료에 8 ~ 12 중량부 포함할 수 있다. 열교환차열재료가 8 중량부 미만 그리고 12 중량부를 초과하게 되면 열교환차열 운동의 효과가 떨어질 수 있다.

이하, 열교환차열재료(20)의 작동되는 과정에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

열교환차열재료(20)에 태양빛 내의 적외선이 조사되면 고분자재료는 팽창한다. 반면, 무기재료는 고분자재료와 달리 거의 팽창하지 않고 그 자체의 형상을 유지한다. 이에 점차 팽창되는 고분자재료에는 무기재료로부터 압력이 가해지며 팽창응력이 생기게 된다. 변형된 고분자재료는 무기재료에 대한 저항력과 공기의 저항력에 의해 순간적으로 원래의 형상으로 되돌아 간다. 이때, 고분자재료는 운동에너지를 발생시킨다. 원래의 형상으로 돌아온 고분자재료는 열에너지에 의해 다시 팽창하고, 다시 회귀하며 운동에너지를 연속적으로 발생시킨다. 이때, 실리콘수지의 전자는 고분자재료의 운동에너지로부터, 원자핵의 인력에서 벗어날 수 있게 된다. 원자핵에서 벗어난 전자는 자유전자(free electron)가 된다. 자유전자는 도료 내에서 자유롭게 이동하며 열교환차열재료(20)에서 전기에너지를 생성한다. 이를 통해, 열교환차열재료(20)는 열에너지로부터 전기에너지를 생성한다. 이때, 촉매는 고분자재료가 보다 활발하게 움직이도록 하고, 보다 많은 움직임은 보다 많은 자유전자가 움직이도록 한다. 이에 보다 많은 전기에너지를 생성할 수 있도록 한다. 여기서, 촉매는 코발트 및 코발트를 주성분으로 하는 금속화합물이 될 수 있다. 이러한 촉매는 4 ~ 6 중량부가 될 수 있다. 이때, 촉매가 6 중량부를 초과하여 첨가되면 작용효과가 감소될 수 있다.

열교환 차열도료(1)는 다양한 성분의 배합으로 다양하게 제조될 수 있다. 일례로, 아래의 실시 예 1 ~ 3으로 제조될 수 있다.

실시 예1

열교환 차열도료(1)는 스틸렌 아크릴산 공중합물 28 중량부, 실리콘수지 13 중량부, 물 40 중량부, 메틸 메타크릴레이트 1 중량부, 암모니아수 1 중량부, 코발트 5 중량부 및 열교환차열재료 12 중량부로 제조될 수 있다.

실시 예2

열교환 차열도료(1)는 스틸렌 아크릴산 공중합물 25 중량부, 실리콘수지 10 중량부, 칼슘화합물 10 중량부, 물 30 중량부, 착색안료 8 중량부, 메틸 메타크릴레이트 1 중량부, 암모니아수 1 중량부, 코발트 5 중량부 및 열교환차열재료 10 중량부로 제조될 수 있다.

실시 예3

열교환 차열도료(1)는 스틸렌 아크릴산 공중합물 20 중량부, 실리콘수지 10 중량부, 칼슘화합물 10 중량부, 물 30 중량부, 착색안료 8 중량부, 메틸 메타크릴레이트 1 중량부, 암모니아수 1 중량부, 코발트 5 중량부, 열교환차열재료 10 중량부 및 펄(pearl) 5 중량부로 제조될 수 있다.

실시 예1로 제조된 열교환 차열도료를 바닥면에 도포하여 오전 9시부터 오후 13시까지 노출 시키며 태양광에 노출시킨 후, 전압을 측정하였을 때 90mV 정도의 전압이 측정되었다. 그리고 실시 예2로 제조된 열교환 차열도료를 바닥면에 도포하여 오전 9시부터 오후 13시까지 노출 시키며 태양광에 노출시킨 후, 전압을 측정하였을 때 94mV 정도의 전압이 측정되었다. 그리고 실시 예2로 제조된 열교환 차열도료를 바닥면에 도포하여 오전 9시부터 오후 13시까지 노출 시키며 태양광에 노출시킨 후, 전압을 측정하였을 때 101mV 정도의 전압이 측정되었다. 이때, 전압은 디지털 멀티미터 프로브로 측정되었다.

이와 같은 열교환 차열도료(1)는 접지(C)와 연결될 수 있다. 접지(C)는 전술된 과정으로 생성된 전류를 배출시킬 수 있다. 이러한 열교환 차열도료(1)는 도막면에서 열에너지를 전기에너지로 전환한 후, 접지(C)로 빠져 나가도록 하며 도포면 반대편으로 열이 전달되지 않도록 한다. 이에 따라 도막면 반대편에는 온도 상승이 일어나지 않도록 할 수 있다. 또한, 여기서 사용되는 접지(C)를 통해, 전류를 배출시키며 생성된 전기에너지에 의해 감전사고가 발생되지 않도록 한다.

열교환 차열도료(1)는 이러한 특징 이외에도 도막면이 아크릴실리콘 수지로 형성되어, 내구성이 높을 뿐 아니라 내후성 또한 높아 외부 환경에 의해 오염되지 않을 수 있다. 이에 따라 장시간 동안 일정한 성능을 발휘할 수 있다. 아울러, 열교환 차열도료(1)는 일몰과 동시에 도막에서 열을 방출시켜, 도막면이 곧바로 바깥 기온과 같은 온도가 되도록 하며 열대야 현상이 일어나지 않도록 할 수 있다. 또한, 열교환 차열도료(1)는 수성이라는 특징에 기반해 친환경적이고 도장 후 빠르게 건조되는 장점 및 일액형으로 타입으로 도포작업을 간편하게 하는 장점을 나타낼 수 있다. 또한, 열교환 차열도료(1)는 도막의 상층부에 열교환차열재료(20)가 집중적으로 위치하여 도막면의 안쪽과 바깥쪽의 상호 간 온도 차를 적게 하며 결로현상이 생기지 않도록 할 수 있다.

열교환 차열도료(1)는 전술한 성분 외에도 규사 7 ~ 12 중량부를 포함하며 마찰력이 높은 도막면을 형성할 수 있다. 이러한 특징은 도포막 형성 시, 작업자의 미끄러짐을 방지할 수 있고, 특정 물건을 올려놓았을 때 특정물건의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여, 시간에 따라 본 발명이 도포된 외벽과 본 발명이 도포되지 않은 도포면 간 차이에 대해 설명한다.

도 3은 시간에 따른 온도 변화에 본 발명이 도포된 외벽의 온도와 본 발명이 도포되지 않은 외벽의 온도를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 값은 아스팔트포장 주차장에 프라이머 만 도포된 영역과 프라이머에 본 발명의 실시 예 1내지 실시예 3이 도포된 영역의 온도를 두 시간 간격으로 측정한 실험값이다.

실험은 2019년 07월 08일 오전 8:00에 온도를 측정하는 것을 시작으로 하여, 두 시간 간격으로 도막면의 온도를 측정하는 것으로 진행되었다. 실험 결과값은 도 3에 도시된 바와 같다. 실험결과 본 발명의 실험 예1은 본 발명이 도포되지 않은 면에 비해 표면온도가 평균적으로 4℃ ~ 6℃ 낮게 측정되었다. 아울러, 본 발명의 실험 예2는 본 발명의 실험 예 1에 비해 표면온도가 평균적으로 2℃ ~ 3℃ 낮게 측정되었다. 또한, 본 발명의 실시 예 3은 본 발명의 실시 예2에 비해 표면온도가 평균적으로 1℃ ~ 2℃ 낮게 측정되었다. 이를 통해, 실시 예 3에 포함되는 펄(pearl)은 표면온도를 낮추는데 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.

아울러, 본 명세서에 도시되어 있지 않지만 전술한 바와 같은 구성성분에서 제조되고 전술한 바와 같은 점도, 비중 및 pH 등을 나타내는 열교환 차열도료(1)는 2019년 07월 04일 아스팔트 포장 주차장에 도포되어, 시간에 따른 온도가 측정되었었다. 먼저, 오후 01:00에 페인트를 도포한 영역과 일반 열교환차열도료를 도포한 영역의 온도를 측정하였을 때, 일반 열교환차열도료가 도포된 영역에서 반사열의 온도 및 복사열의 온도가 높게 측정되었고 일반 열교환차열도료를 도포한 영역에서 표면온도가 낮게 측정되었다. 이는 일반 열교환차열도료가 빛을 반사하여 반사온도를 높이며 표면온도의 상승은 억제하기 때문인 것으로 파악되었다. 아울러, 일반 열교환차열도료가 도포된 영역과 본 발명이 도포된 영역의 온도를 측정하였을 때, 본 발명이 도포된 영역에서 일반 열교환차열도료가 도포된 영역에 비해 반사열, 복사열, 표면온도의 온도가 낮게 측정되었다.

열교환 차열도료(1)는 이러한 특징과 연관되어 건축물의 옥외 면에 도포될 경우, 밤에 축적된 열을 발산시키지 않으며 열대야 현상이 일어나지 않도록 할 수 있다. 또한, 열교환 차열도료(1)는 접지(C)와 연결되어 열에너지에 의해 발생된 전기에너지 또는 천재지변에 의해 인가되는 전기 등이 원활하게 빠져 나가도록 할 수 있다. 이를 통해 전기사고가 발생되지 않도록 할 수 있다.

이와 같은 특징을 나타내는 열교환 차열도료(1)의 구성성분들 중 스틸렌 아크릴산 공중화물, 실리콘수지, 열교환차열재료는 착색안료보다 비중이 작고, 착색안료는 비중이 커 착색안료가 쉽게 침강될 수 있도록 한다. 이에, 열교환 차열도료(1)는 내·외벽면에 도포되기 전, 1000rpm ~ 1500rpm으로 구동되는 전동교반기를 통해 3 ~ 5분간 교반 된 후 사용되어야 한다. 이때, 열교환차열재료와 가소제가 제대로 혼합되지 않고, 구조물에 분리된 상태로 도포되면 내구성 및 내후성의 기능을 제대로 발휘할 수 없을 뿐 아니라, 열에너지를 통한 전기에너지 변환 기능 또한 제대로 나타낼 수 없다.

아울러, 열교환 차열도료(1)는 0.3kg/m2 도포하되, 2회 도포하는 것을 원칙으로 한다. 이는 도장면에 1회만을 도장하거나 한번에 두껍게 도장할 경우 크랙이 발생하거나 기포가 생길 수 있기 때문이다. 또한, 필요에 따라 햇빛을 많이 메틸 메타크릴레이트 비율을 증가시키고, 스틸렌 아크릴산 공중합물의 비율을 낮춰 크랙 발생 확율을 낮출 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

1: 열교환 차열도료 10: 공기층
20: 열교환차열재료
210: 에너지교환재 220: 칼슘화합물
A: 바닥면 B: 프라이머
C: 접지 D: 태양열

Claims

접지와 연결되어 있는 열교환 차열도료에 있어서,
스틸렌 아크릴산 공중합물 20 ~ 28 중량부;
실리콘수지 8 ~ 13 중량부;
물 25 ~ 40 중량부;
코발트 4∼6 중량부;
내부는 속이 빈 구형상의 고분자재료로 형성되고, 외면은 상기 구형상의 고분자재료를 감싸는 구형상의 무기재료로 형성된 열교환차열재료 8 ∼ 12 중량부;
메틸 메타크릴레이트 1 ~ 5 중량부;
암모니아수 1 ~ 5 중량부;
착색안료 7 ~ 10 중량부;
칼슘화합물 7 ~ 12 중량부;
펄 100중량부에 대하여 TiO₂를 35 ~ 45중량부로 포함하는 펄(pearl) 또는 1 ~ 40㎛ 크기의 박막 편상의 운모 성분의 마이카(mica) 5 ~ 10 중랑부; 및
규사 7 ~ 12 중량부를 포함하는, 열교환 차열도료.
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