KR102101788B1 - 열교환도료 - Google Patents
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Abstract
열교환용 도료혼합물은 아크릴 수지 20 ~ 30중량%, 세라믹 조성물로 코팅된 우레탄 수지 5 ~ 15중량%, 안료 1 ~ 5중량%, 열에너지 교환제 10 ~ 20%, 단열비즈 첨가제 2 ~ 8%, 물 5 ~ 50중량%, 특성개선 첨가제 1 ~ 5중량%을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 열교환도료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열에너지를 흡수 및 분산할 수 있는 열교환도료에 관한 것이다.
일반적으로 도료는 열을 차단하는 방식의 차열도료와 저렴한 우레탄도료를 주로 사용한다. 차열도료는 건물이나 도로 등에 도장되어 태양열이 비춰지는 경우 도포 초기에는 여름에는 차열방식으로 태양열을 반사 및 차단하여 실내온도를 유지시켜 주는 역할을 한다. 우레탄도료는 열차단 기능이 없으나 저렴한 장점을 갖는다.
그러나 차열도료는 특히 여름에 열 반사방식으로 반사되는 차열에 의해 주변 온도가 증가하며, 겨울에는 태양열을 흡수하지 못하는 문제가 있다. 또한, 도장 후 얼마되지 않아 백화현상이 발생되면서 내구성이 급속히 떨어지므로 새로이 도장을 해야하는 단점으로 인하여 오히려 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 주변의 온도가 높거나 낮은 경우에 태양열을 흡수 및 분산시켜 주변온도를 상승시키지 않는 열교환도료를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 열교환용 도료혼합물은, 아크릴수지 20 ~ 30중량%, 세라믹 조성물로 코팅된 우레탄수지 5 ~ 15중량%, 안료 1 ~ 5중량%, 열에너지교환제 10 ~ 20중량%, 단열비즈첨가제 2 ~ 8중량%, 물 5 ~ 50중량%, 특성개선첨가제 1 ~ 5중량%을 포함하여 이루어진다. 이러한 열에너지교환제로 인하여 온도가 높아 더운 경우에는 태양열에너지를 분산시켜 차열효과를 갖고 온도가 낮아 추운 경우 태양열에너지를 통과시켜 단열효과를 가질 수 있다.
여기서, 상기 세라믹 조성물은, 1㎛ 이하의 입도를 가지는 세라믹분말과 에폭시수지로 이루어지며, 상기 세라믹분말은 상기 우레탄수지에 대하여 30 ~ 40중량%이며, 상기 에폭시수지는 상기 세라믹분말에 대하여 10 ~ 20중량%으로 구성되면 도장층의 표면을 요철로 형성하여 접촉면적을 줄임으로써 부착물의 부착을 막아 주고, 또한, 세라믹분말이 우레탄수지의 표면에 코팅되어 작은 입도이면서 소량만 사용하여도 정전기 분산효과가 뛰어나 미세 먼지가 도장층의 표면에 붙는 것을 막아 먼지에 의한 오염을 효과적으로 막아주고, 또한, 수분이 미끄러져 떨어지도록 하는 특성을 발현하여 수분의 침투로 인한 도장층 및 피도장물((방음벽 등의 토목 구조물, 교통안전 표지판 등의 도로시설 구조물, 전기 전자 부품 등)의 손상을 방지할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 열에너지 교환제는, 중공의 구형상의 열가소성 수지의 플라스틱으로 이루어진 고분자재료와 상기 고분자재료를 둘러싸는 구형상의 무기재료로 이루어지며, 미세한 구형상의 비즈로 이루어지고 다수 개가 균일하게 분포되어 있게 되며, 상기 고분자재료가 촉매에 의한 열교환운동을 하고 상기 무기재료가 열교환운동을 보조하면서 도막의 마모나 열화를 방지할 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 열에너지 교환제는, 25℃ 이상 시 흡수되는 열에너지를 열에너지 이외의 다른 에너지로 변환시키며, 25℃ 이하 시 태양열에너지를 통과시킬 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 열에너지 교환제는, 자외선을 차단하도록 열교환분자에 의한 도막을 형성하면 도료의 내구성이 향상될 수 있어 바람직하다.
본 발명에 따르면 열에너지교환제로 인하여 온도가 높아 더운 경우에는 태양열에너지를 분산시켜 차열효과를 갖고 온도가 낮아 추운 경우 태양열에너지를 통과시켜 단열효과를 가지므로 주변의 온도조절효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환용 도료혼합물의 개략도.
도 2는 열교환용 도료혼합물의 작동원리 설명도.
도 3은 백화현상 방지 설명도.
도 2는 열교환용 도료혼합물의 작동원리 설명도.
도 3은 백화현상 방지 설명도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열교환용 도료혼합물를 상세히 설명한다.
열교환용 도료혼합물은 아크릴수지 20 ~ 30중량%, 세라믹 조성물로 코팅된 우레탄수지 5 ~ 15중량%, 안료 1 ~ 5중량%, 열에너지교환제 10 ~ 20중량%, 단열비즈첨가제 2 ~ 8중량%, 물 5 ~ 50중량%, 특성개선첨가제 1 ~ 5중량%을 포함하여 이루어진다.
아크릴수지는 아크릴에멀젼수지(Acrylic emulsion resin)로 마련될 수 있다. 아크릴에멀젼수지(Acrylic emulsion resin)는 아크릴산이나 메타아크릴산 및 스티렌의 공중합체로서 공중합체에 계면활성제가 혼합되어 형성된 것이다. 아크릴에멀젼수지(Acrylic emulsion resin)는 유리 이상의 투명성이 있고 유리 무게의 절반밖에 안되므로 가볍고 가공성이 뛰어난 반면, 경도가 낮아 흠집이 생기기 쉽고 먼지가 붙기 쉬운 결점이 있다. 아크릴에멀젼수지(Acrylic emulsion resin)는 항공기·자동차의 방풍유리, 또는 티탄백을 혼입한 흰색 조명기구커버, 건축재료 등 여러 방면에 걸쳐 쓰이고 있다. 의료용 재료로서 콘택트렌즈와 의치의 대부분은 이 아크릴에멀젼수지(Acrylic emulsion resin)로 만들어지고 있다.
그 밖에 아크릴에멀젼수지(Acrylic emulsion resin)는 아크릴산과 아크릴산의 메틸에스테르나 에틸에스테르의 중합물·혼성중합물이 있다. 아크릴산메틸(C4H6O2)의 중합물은 접착제·도료 및 직물의 수지가공용으로서 내마모 강도를 증가시키거나 광택을 없애는데 쓰인다. 아크릴산중합체의 나트륨염은 수용성 고분자전해질로서 매우 높은 점도를 가지는데, 산을 가하면 곧바로 굳어지지만 잘 흔들어 주면 용해된다. 아크릴산중합체의 나트륨염은 화장품용으로 헤어로션·포마드 등의 기본재료가 되며, 이것의 칼슘염은 토양 개량제로 쓰인다.
우레탄수지는 수용성 폴리우레탄수지(Water soluble Polyurethane resin)로 마련될 수 있다. 수용성 폴리우레탄수지(Water soluble Polyurethane resin)는 분자내에 우레탄결합 -OCONH-(NCO기)를 갖는 고분자화합물의 총칭으로, 고무상태의 탄성체로서 우레탄고무·합성섬유·접착제·도료·우레탄폼 및 자동차 범퍼 등 최근에 그 이용범위가 확대되고 있다. 일반적으로는 디올(1,4-부탄디올 등)과 디이소시아네이트(디페닐메탄디이소시아네이트 등)의 첨가중합에 의해 제조된다. 고무용도로는 디올로서 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜과 같은 폴리에테르디올이나 말단 디올의 지방족 폴리에스테르가 이용된다. 우레탄폼의 용도로는 트리이소시아네이트를 첨가하여 열경화성으로 하는 경우가 많으나, 본 발명에서 수용성 폴리우레탄수지는 열가소성 수지의 폴리우레탄을 사용하며, 열가소성 수지를 수용화 시킨 것이다.
세라믹분말을 통해 도장층이 요철의 표면을 이루도록 하며 각종 유효성분을 발산하여 도장층 및 피도장물을 보호(유해가스 중화, 습도조절 등)하는 장점이 있고 나노 입도(예를 들어 200nm 내지 800nm)로 이루어진다. 즉, 입자상의 세라믹분말은 도장층의 표면을 미세한 요철로 형성하여 미세 먼지에 의한 오염을 막고 기타 부착물의 부착력도 떨어뜨려 피도장물의 표면이 오염되는 것을 막아주고 또한 오염물이 부착되어도 쉽고 빠르게 제거된다. 세라믹분말은 우레탄수지에 대하여 30중량%보다 적게 혼합되면 도장층의 표면을 요철로 형성하지 못하고 기타 효능이 미약하며 40중량%를 초과하면 다른 재료와의 조화가 이루어지지 못하여 도장층의 기능이 약하고, 도자기 등 다양한 재료의 사용이 가능하다. 세라믹분말을 작은 입도로 사용하여도 전술한 기능을 하도록 입체형의 우레탄수지에 코팅되어 사용되는 특징, 즉, 세라믹 조성물이 코팅된 우레탄수지가 사용되는 특징이 있다.
세라믹분말은 취급(도료의 제조, 도포)시 깨지거나 손실될 수 있고, 우레탄수지는 탄성 재질을 통해 세라믹분말에 비해 취급시 손실을 일으키지 않으며, 이들 특성을 이용하여 세라믹 조성물을 우레탄수지에 코팅하여 사용한다. 세라믹 조성물의 에폭시는 세라믹분말을 우레탄수지의 표면에 코팅하기 위한 접착용으로서 통상의 에폭시가 사용 가능하며, 우레탄수지를 세라믹분말과 에폭시 혼합물에 침지한 후 경화(자연 경화, 강제 경화 등)하여 세라믹 코팅층을 형성하는 방법, 우레탄수지의 표면에 에폭시를 도포한 후 세라믹분말을 살포하는 방법 등이 가능하다. 세라믹분말과 에폭시의 혼합비율은 세라믹분말 100중량부에 대하여 에폭시 10 ~ 20중량%가 바람직하다. 즉, 세라믹 조성물을 우레탄수지의 표면에 코팅함으로써 세라믹분말의 입자가 작아도 손실없이 사용이 가능하고 표면적을 넓혀 적은 양을 사용하여도 대전방지 등의 효과가 탁월하고 아울러, 세라믹분말이 우레탄수지를 통해 보호되어 오랜 기간 유지가 가능하다.
열에너지교환제는 중공의 구형상의 열가소성 수지의 플라스틱으로 이루어진 고분자재료와 고분자재료를 둘러싸는 구형상의 무기재료로 이루어지며, 미세한 구형상의 비즈로 이루어지고 다수 개가 균일하게 분포되어 있게 되며, 고분자재료가 촉매에 의한 열교환운동을 하고 무기재료가 열교환운동을 보조하면서 도막의 마모나 열화를 방지한다.
열에너지교환제는, 25℃ 초과 시 태양열에너지를 열에너지 이외의 다른 에너지로 변환시키며, 25℃ 이하 시 태양열에너지를 통과시킨다.
열에너지교환제는, 열교환 분자에 의한 도막을 형성하여 자외선을 차단한다.
특성개선첨가제는, 열에너지교환제가 산화티타늄을 둘러싸면 코팅하도록 한다.
아크릴수지는 통상 플라스틱 분야에서 아크릴 수지로 불리는 메타크릴산 메틸을 주성분으로 하는 모노머류를 중합시켜 얻어지는 메타크릴산 수지를 아크릴수지라고 지칭하기도 한다. 도료 분야에 있어서 바인더로의 아크릴수지는 Acryl산, Methacryl산 유도체를 주성분으로 하는 모노머를 공중합시켜 얻어지는 수지를 말한다. 따라서 Acrylic Resin 에는 메타크릴산에스테르 또는 아크릴산에스테르의 중합체가 있다. 수지 재료로서는 메타크릴산메틸어스테르가 가장 실용성이 높다.
열경화성 수지는 아니나 유사한 3차원 구조를 가진 플라스틱이다. 질기고 화학약품에 잘 견디는 특성을 가지고 있다. 전기절연체, 구조재, 기포단열재, 기포쿠션, 탄성섬유 등에 사용되며, 신축성이 좋아서 고무의 대체물질로도 사용된다.
폴리 우레탄은 두 개 이상의 액체 류를 혼합하여 제조된다. 폴리올 스트림과 같이, 촉매, 계면 활성제, 발포제, 안료 및 충진제 포함되어 있다. 두 성분은 폴리 우레탄계 또는 단순히 시스템이라고도 한다. 이소시아네이트는 일반적으로 "B측"또는 단순히 "이소"로 북미에서 언급되어 있다. 폴리올 및 다른 첨가제와 혼합은 일반적으로 "A 측"로 또는 "폴리"라고 한다. 이 혼합물은 또한 "수지"또는 "수지 혼합"이라고 될지도 모른다. 유럽에서는 "A 측"와 "B 측"의 의미가 반대로되어 있다. 수지 혼합 첨가제, 사슬 연장 제, 가교제, 계면 활성제, 난연제, 발포제, 안료 및 충진제를 포함할 수 있다. 폴리 우레탄은 이소시아네이트, 폴리올 또는 첨가제를 바꿈으로써 밀도와 경도의 다양한 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환용 도료혼합물(1)의 개략도이다.
벽면(3) 상에 프라이머(2)가 도포되어 있으며, 프라이머(2) 상에 열교환용 도료혼합물(1)이 도포되어 있다. 열교환용 도료혼합물(1)의 도막상부는 공기기포의 혼입으로 인해 동계에는 단열작용을 한다. 태양으로부터 의 태양광이 비춰지면 도막에 의해 반사되기도 하며, 투과되기도 한다. 열교환용 도료혼합물(1)은 열에너지 교환제(10)가 포함되어 있으며, 열에너지 교환제(10)는 중공체로서 표면이 칼슘화합물로 감싸져 있는 작은 축열물질로 도료의 주성분을 자와선으로부터 보호하고 박아화 현상을 방지한다.
열교환용 도료혼합물(1)의 열에너지 교환제(10)는 태양광으로부터의 열에너지를 전기에너지로 변환할 수 있다. 이는 열에너지 교환제(10)가 가시광선 ~ 적외선의 파장영역에 반응하여 전기가 발생하는 것이다. 이에 의해 열교환용 도료혼합물(1)에 비춰진 복사열이 감소하게 된다. 열교환용 도료혼합물(1)의 도막표면은 높은 친수성으로 오염되지 않는다.
도 2는 열교환용 도료혼합물(1)의 작동원리 설명도이다.
(가) 단계에서 열에너지 교환제(10)가 태양광 내의 적외선(4)을 받아 가열되면 내부의 속이 빈 고분자재료(30)는 팽창하지만, 바깥면의 무기재료인 산화티타늄(20)은 거의 팽창하지 않기 때문에 고분자재료(30)에는 팽창응력이 발생하게 된다.
(나) 단계에서 적외선(4)에 의해 가열이 계속되면 내부의 고분자재료(30)는 팽창응력 때문에 약간 변형되어 열응력을 개방하게 된다.
(다) 단계에서 약간 변형된 내부의 고분자재료(30)는 반력이 발생하고 더욱 더 압축된 내부의 팽창하려는 공기의 반력도 더해져 순간적으로 원래의 형상으로 되돌아 가며, 여기서 열에너지가 운동에너지로 전환하게 된다.
(라) 단계에서 원형상으로 돌아온 고분자재료(30)는 다시 가열되어 팽창을 시작하게 되는 것이다.
도 3은 백화현상 방지 설명도이다.
백색안료의 산화티타늄(20)을 열에너지 교환제(10)가 감싸서 도막의 백화(초킹(chalking))현상이 감소한다. 이에 건물 외관이 깨끗하게 유지될 수 있다. 또한, 열에너지 교환제(10)에 의해 실내온도가 상승되지 않으므로 실내의 냉각을 위한 에너지 소모가 줄어든다.
이에 반해, 반사형차열도료의 경우 백색안료의 산화티타늄의 광촉매작용으로 단시간에 백화현상이 발생된다. 특히, 반사율이 높은 도료일수록 빨리 발생하여 온도효과저감을 초래하는 문제가 있다.
동일조건(할로겐램프를 30분간 비춤)에서 열교환용 도료혼합물(1)인 열교환도료, 가이나 차열도료, 쿨써머 및 페인트가 도장되지 않은 곳의 온도 차이를 살펴보면, 열교환도료가 차열도료보다 6.4℃ 낮으며, 쿨써머보다도 0.8℃ 낮고, 페인트가 도장되지 않은 곳보다는 13.6℃나 낮다.
상기의 열교환용 도료혼합물(1)로 인하여, 열에너지 교환제(10)로 인하여 온도가 높아 더운 경우에는 태양열에너지를 분산시켜 차열효과를 갖고 온도가 낮아 추운 경우 태양열에너지를 통과시켜 단열효과를 가질 수 있다. 도장층의 표면을 요철로 형성하여 접촉면적을 줄임으로써 부착물의 부착을 막아 주고, 또한, 세라믹분말이 우레탄수지의 표면에 코팅되어 작은 입도이면서 소량만 사용하여도 정전기 분산효과가 뛰어나 미세 먼지가 도장층의 표면에 붙는 것을 막아 먼지에 의한 오염을 효과적으로 막아주고, 또한, 수분이 미끄러져 떨어지도록 하는 특성을 발현하여 수분의 침투로 인한 도장층 및 피도장물((방음벽 등의 토목 구조물, 교통안전 표지판 등의 도로시설 구조물, 전기 전자 부품 등)의 손상을 방지할 수 있다. 열에너지 교환제(10)는 중공의 구형상의 열가소성 수지의 플라스틱으로 이루어진 고분자재료(30)와 고분자재료(30)를 둘러싸는 구형상의 무기재료로 이루어지며, 미세한 구형상의 비즈로 이루어지고 다수 개가 균일하게 분포되어 있게 되며, 고분자재료(30)가 촉매에 의한 열교환운동을 하고 무기재료가 열교환운동을 보조하면서 도막의 마모나 열화를 방지할 수 있다. 열에너지 교환제(10)는 25℃ 이상 시 흡수되는 열에너지를 열에너지 이외의 다른 에너지로 변환시키며, 25℃ 이하 시 태양열에너지를 통과시킬 수 있다. 열에너지 교환제(10)는 자외선을 차단하도록 열교환분자에 의한 도막을 형성하면 도료의 내구성이 향상될 수 있다.
1 : 열교환용 도료혼합물 2 : 프라이머
3 : 벽면 4 : 태양광(적외선, 자외선)
5 : 공기기포 10 : 열에너지 교환제
20 : 산화티타늄 30 : 고분자재료
3 : 벽면 4 : 태양광(적외선, 자외선)
5 : 공기기포 10 : 열에너지 교환제
20 : 산화티타늄 30 : 고분자재료
Claims (5)
- 열교환용 도료혼합물에 있어서,
아크릴수지 20 ~ 30중량%, 세라믹 조성물로 코팅된 우레탄수지 5 ~ 15중량%, 열에너지교환제 10 ~ 20중량%, 단열비즈첨가제 2 ~ 8중량%, 물 5 ~ 50중량%을 포함하여 이루어지며,
상기 세라믹 조성물은,
1㎛ 이하의 입도를 가지는 세라믹분말과 에폭시수지로 이루어지며,
상기 세라믹분말은 상기 우레탄수지에 대하여 30 ~ 40중량%이며, 상기 에폭시수지는 상기 세라믹분말에 대하여 10 ~ 20중량%인 것을 특징으로 하는 열교환용 도료혼합물.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 열에너지교환제는,
중공의 구형상의 열가소성 수지의 플라스틱으로 이루어진 고분자재료와 상기 고분자재료를 둘러싸는 산화티타늄을 포함하는 구형상의 무기재료로 이루어지며, 미세한 구형상의 비즈로 이루어지고 다수 개가 균일하게 분포되어 있게 되고, 상기 고분자재료가 촉매에 의한 열교환운동을 하고 상기 무기재료가 열교환운동을 보조하면서 도막의 마모나 열화를 방지하는 것을 특징으로 하는 열교환용 도료혼합물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 열에너지교환제는,
25℃ 이상 시 흡수되는 열에너지를 열에너지 이외의 다른 에너지로 변환시키는 것을 특징으로 하는 열교환용 도료혼합물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 열에너지교환제는,
자외선을 차단하도록 열교환분자에 의한 도막을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환용 도료혼합물.
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