KR102194980B1 - 친환경 수용성 코팅용 도료와 그의 제조방법 및 그를 이용한 표면 코팅방법 - Google Patents

친환경 수용성 코팅용 도료와 그의 제조방법 및 그를 이용한 표면 코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 수용성 코팅용 도료와 그의 제조방법 및 그를 이용한 표면 코팅방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer); 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt); 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물; 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지; 암모니아수; 및 탈이온수를 포함하는 친환경 수용성 코팅용 도료와 그의 제조방법 및 그를 이용한 표면 코팅방법에 관한 것이다.

Description

친환경 수용성 코팅용 도료와 그의 제조방법 및 그를 이용한 표면 코팅방법{ECO-FRIENDLY WATER-SOLUBLE PAINT FOR COATING, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME AND COATING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 친환경 수용성 코팅용 도료와 그의 제조방법 및 그를 이용한 표면 코팅방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내용 가구류나 인테리어에 사용되어 마감용 목재에서 발생되는 TVOC(Total Volatile Organic Compounds, 총휘발성 유기화합물) 등의 유해물질 발생을 현저하게 감소시킬 수 있는 친환경 수용성 코팅용 도료와 그의 제조방법 및 그를 이용한 표면 코팅방법에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)은 자동차 배기가스와 함께 또 다른 오염물질인 오존을 지속적으로 발생시켜 공기 중 오존 농도를 상승시키는 원인이 된다. 오존은 휘발성 유기화합물이 햇빛과 반응하여 생성되므로 휘발성 유기화합물의 저감 없이는 오존 생성을 억제하기 어려운 상황이다. 이와 같은 휘발성 유기화합물로는 아세트알데히드, 아세틸렌, 벤젠, 부탄, 1,3-부타디엔, 메탄올, 에틸렌, 포름알데히드 등이 있으며, 이는 우리 일상에서 많이 쓰이는 유기용제에 다량 포함되어 있다.
특히, 페인트, 유성도료 등에서 이와 같은 휘발성 유기화합물이 많이 발생하고, 이 중 벤젠, 할로겐화 탄화수소 등 일부는 발암성을 가지고 있으며, 휘발유 등 유류에 다량 함유된 벤젠 및 1,3-부타디엔의 경우에는 백혈병을 유발하기도 한다.
이에 수도권 대기환경청, 환경부는 2009년 7월 1일부터 수도권 대기환경 개선과 친환경 도료의 개발 및 활성화를 조기에 정착시키기 위해 현행 기준을 대폭 강화하였고, 국민 건강을 위한 국토교통부의 실내공기질 관리법에 따른 휘발성 유기화합물, 톨루엔, 포름알데히드의 규제를 강화하고 있다. 따라서 이 기준을 만족하는 환경 친화형 도료가 필요한 상황이다.
한편, 가구 제조나 건물 인테리어 공사에 사용되는 패널(panel)로서 원목을 사용하게 되면, 일반적으로 원가가 상승하게 되고 가공함에 어려움이 발생하게 된다. 따라서 비용 절감이나 자원 재활용 측면에서 파티클 보드(particle board, PB), 파티클 보드 치장판, 중밀도 섬유판재(medium density fibreboard, MDF), 중밀도 섬유판재 치장판, 합판 등의 가공 합성판재에 도장이나 각종 시트류를 본드로 접착하여 사용하게 된다. 그런데, 파티클 보드, 중밀도 섬유판재 및 합판 등을 제조하는 과정에서도 접착제로 본드가 사용되고 있고, 표면처리용 시트를 접착할 때에도 본드를 사용하고 있으므로, 본드에 포함된 휘발성 유기화합물이 방출되어 새집증후군 등과 같은 문제가 발생되고 있다.
따라서, 각 제조업체들은 친환경 접착제 개발 및 친환경 제조방법을 통해 가구 및 건물 인테리어 내장재로 사용되는 PB, PB 치장판, MDF, MDF 치장판, 합판 등의 합성목재를 생산하고 있으나, 친환경 접착제를 사용함에 따라 합성목재의 제조 시, 원가가 상승하는 문제와 생산성이 저하되는 문제점이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실내용 가구류나 인테리어에 사용되는 합성목재에서 발생할 수 있는 TVOC, 포름알데히드, 톨루엔 등의 유해물질 발생을 획기적으로 감소시킬 수 있고, 합성목재의 마감재가 지녀야 하는 기계적, 환경적 물성을 모두 충족할 수 있는 친환경 수용성 코팅용 도료를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 친환경 수용성 코팅용 도료를 이용하여 가구나 실내 인테리어에 쓰이는 합성목재의 표면을 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료는, 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer); 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt); 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물; 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지; 암모니아수; 및 탈이온수를 포함한다.
여기서, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료는, 상기 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer) 25 내지 35 중량부; 상기 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt) 1 내지 10 중량부; 상기 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물 1 내지 10 중량부; 상기 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지 5 내지 20 중량부; 상기 암모니아수 1 내지 5 중량부; 및 상기 탈이온수 60 내지 75 중량부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료는 투명한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법은, (S1) 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer)에 암모니아수를 첨가하여 교반하는 단계; 및 (S2) 상기 (S1) 단계의 결과물에, 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물, 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt), 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지 및 탈이온수를 차례대로 첨가하면서 교반하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 (S1) 단계는, 상기 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer)는 25 내지 35 중량부에, 상기 암모니아수 1 내지 5 중량부를 첨가하는 것이고, 상기 (S2) 단계는, 상기 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물은 1 내지 10 중량부이고, 상기 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt)은 1 내지 10 중량부이며, 상기 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지는 5 내지 20 중량부이고, 상기 탈이온수는 60 내지 75 중량부를 첨가하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 (S1) 단계의 상기 교반의 속도 또는 상기 (S2) 단계의 상기 교반의 속도는, 각각 서로 독립적으로 120 내지 150 rpm인 것일 수 있다.
또한, 상기 (S1) 단계 및 상기 (S2) 단계는 전체적으로 40 내지 60 분간 진행되는 것일 수 있다.
그리고, 상기 (S1) 단계 및 상기 (S2) 단계는 50 내지 70 ℃의 온도, 더욱 바람직하게는 60 ℃의 온도를 유지하면서 진행되는 것일 수 있다.
또한, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법은, 상기 (S2) 단계 이후에 수행되며, (S3) 상기 (S2) 단계의 결과물을 상온에서 냉각 믹싱한 후, 개별 용기에 밀폐 포장하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료를 이용한 표면 코팅방법은, 전술한 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료와 경화제를 5:1의 중량비로 혼합한 혼합도료를, 롤 코팅 방식, 스프레이 코팅 방식 또는 커튼 코팅 방식으로 합성목재에 코팅하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 목재는, 전술한 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료가 표면에 코팅된 것을 특징으로 한다.
상기 목재는 주방가구, 실내에 배치되는 가구 및 인테리어 내장재로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료를, 가구의 표면이나 인테리어에 사용되는 합성목재의 표면에 코팅하게 되면, 각 합성목재 고유의 패턴이나 색상을 보호하여 미려한 마감효과가 있다.
그리고, 친환경 수용성 코팅용 도료가 코팅되면, 합성목재에서 발생될 수 있는 TVOC 등의 유해물질을 지속적이고 획기적으로 감소시킴으로써, 가구 표면의 내오염성이 증가되고, 실내 환경 오염물질이 크게 감소될 수 있다. 따라서, 보다 쾌적한 실내 환경의 개선 효과를 볼 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법은, 대량 생산에 적합하고, 저렴하게 생산 및 공급할 수 있어 산업 발전에 기여할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료를 합성목재에 롤 코팅 방식으로 코팅하는 표면 코팅방법을 보여주는 도면이다.
도 2는 내장재에서 방출되는 유해물질을 분석하기 위한 소형챔버법에 사용되는 장치를 개략적으로 보여준다.
도 3은 도 2의 장치 중, 소형챔버내에서 내장재 시료를 고정할 수 있는 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 내장재 시료를 고정할 수 있는 고정판을 보여주는 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 설명할 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 명확하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다.
아울러, 본원 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본원 명세서에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 영역이나 파트들의 사이즈나 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료는, 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer); 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt); 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물; 수용성의 폴리우레탄 에멀전(Polyurethane emulsion) 수지; 암모니아수; 및 탈이온수를 포함한다.
가구 제조나 건물 인테리어 공사에 사용되는 파티클 보드(particle board, PB), 중밀도 섬유판재(medium density fibreboard, MDF), 합판 등의 가공 합성판재를 제조하는 과정에서 본드가 사용되며, 이러한 본드에는 휘발성 유기화합물이 포함되어 있어, 새집증후군 등과 같은 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료는, 실내공간에 배치되는 가구류나 인테리어에 사용되는 마감용 합성목재에 상도 코팅됨으로써, 휘발성 유기화합물의 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 도료는 손쉽게 코팅 피막을 형성하여 환경 유해물질을 차단하고 중화시킬 수 있고, 각각의 물성이 다른 스티렌(Styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer), 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt) 및 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지를 주재로 함으로써, 가구 및 인테리어 마감재의 완성도를 높일 수 있으며, 방수기능과 방염기능이 증진되어 가구 및 인테리어 마감재에 폭넓게 사용될 수 있다.
이때, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료는, 상기 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer) 25 내지 35 중량부; 상기 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt) 1 내지 10 중량부; 상기 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물 1 내지 10 중량부; 상기 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지 5 내지 20 중량부; 상기 암모니아수 1 내지 5 중량부; 및 상기 탈이온수 60 내지 75 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기와 같은 함량범위를 만족하게 되면, 가구 및 인테리어 마감재에 도포되어 균일하고 투명한 피막을 형성하게 되고, 가구 및 인테리어 마감재가 지녀야 하는 기계적 물성을 만족시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법은, (S1) 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer)에 암모니아수를 첨가하여 교반하는 단계; 및 (S2) 상기 (S1) 단계의 결과물에, 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물, 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt), 수용성의 폴리우레탄 에멀전(Polyurethane emulsion) 수지 및 탈이온수를 차례대로 첨가하면서 교반하는 단계를 포함한다.
이러한 방법으로 제조된 친환경 수용성 코팅용 도료는, 실내공간에 배치되는 가구류나 인테리어에 사용되는 마감용 합성목재에 상도 코팅됨으로써, 휘발성 유기화합물의 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있고, 본 발명에 따른 도료는 손쉽게 코팅 피막을 형성하여 환경 유해물질을 차단하고 중화시킬 수 있으며, 각각의 물성이 다른 스티렌(Styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer), 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt) 및 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지를 주재로 함으로써, 가구 및 인테리어 마감재의 완성도를 높일 수 있고, 방수기능과 방염기능이 증진되어 가구 및 인테리어 마감재에 폭넓게 사용될 수 있다.
여기서, 상기 (S1) 단계는, 상기 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer)는 25 내지 35 중량부에, 상기 암모니아수 1 내지 5 중량부를 첨가하는 것일 수 있고, 상기 (S2) 단계는, 상기 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물은 1 내지 10 중량부이고, 상기 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt)은 1 내지 10 중량부이며, 상기 수용성의 폴리우레탄 에멀전(Polyurethane emulsion) 수지는 5 내지 20 중량부이고, 상기 탈이온수는 60 내지 75 중량부를 첨가하는 것일 수 있다.
상기와 같은 함량범위를 만족하게 되면, 가구 및 인테리어 마감재에 도포되어 균일하고 투명한 피막을 형성하게 되고, 가구 및 인테리어 마감재가 지녀야 하는 기계적 물성을 만족시킬 수 있다.
그리고, 상기 (S1) 단계의 교반의 속도 또는 상기 (S2) 단계의 교반의 속도는, 각각 서로 독립적으로 120 내지 150 rpm인 것일 수 있다. 이러한 교반의 속도를 만족하게 되면, 기포가 발생하지 않고 상기 물질들이 균일하게 혼합될 수 있다.
그리고, 상기 (S1) 단계 및 상기 (S2) 단계는 전체적으로 40 내지 60 분간 진행되는 것일 수 있다. 상기 원료들이 순서대로 분할 또는 연속으로 투입되면서 40 내지 60 분간 혼합되면 충분히 균일하게 혼합된 도료를 제조할 수 있다.
또한, 상기 (S1) 단계 및 상기 (S2) 단계는 50 내지 70 ℃의 온도, 더욱 바람직하게는 60 ℃ 정도의 온도를 유지하면서 진행하는 것일 수 있다.
상기 온도범위를 만족하게 되면, 상기 물질들이 혼합되면서 기포가 발생하지 않고, 균일하게 혼합될 수 있다.
그리고, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법은, 상기 (S2) 단계 이후에 수행되는 것으로, 상기 (S2) 단계의 결과물을 상온에서 냉각 믹싱한 후, 개별 용기에 밀폐 포장하는 단계(S3 단계)를 더 포함할 수 있으며, 본 단계에 의해 완성된 형태의 포장된 도료 제품을 수득할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료를 이용한 표면 코팅방법은, 전술한 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료와 경화제를 5:1의 중량비로 혼합한 혼합도료를, 롤 코팅 방식, 스프레이 코팅 방식 또는 커튼 코팅 방식으로 합성목재에 코팅하는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료를 합성목재에 롤 코팅 방식으로 코팅하는 표면 코팅방법을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 친환경 수용성 코팅용 도료와 경화제를 5:1의 중량비로 혼합한 혼합도료를 준비한 다음 롤 코팅기에 주입한다. 컨베이어를 따라 투입되는 합성목재가 코팅 롤라를 통과하는 과정에서 일정하게 코팅되도록 구성한다. 가구 제작 및 실내 마감용으로 생산된 합성목재는 표면에 유분, 먼지 등을 제거한 후, 컨베이어로 1장씩 이송되게 한다. 2단의 3롤 코팅기를 사용하는 경우, 상단 롤라 2개에 혼합도료를 일정한 양으로 자동 투입하고, 하단에 위치하는 롤라가 시계 반대방향으로 회전하고, 하단부에 위치한 컨베이어 진행방향에 따라 투입되는 합성목재는 하단 롤라에 접하여 정해진 압력과 속도에 따라 이송된다. 합성목재가 코팅 롤라들 사이를 통과하는 과정에서 표면에 균일하게 합성도료가 도포/코팅되고, 그 후 건조라인을 통과시켜, 건조 냉각시킨 후 합성목재를 적재하게 된다.
도 1은 2단의 3롤 코팅기를 보여주고 있으나, 이는 예시적인 것이며, 이러한코팅기의 형상에 한정되는 것은 아니다.
한편, 판재가 아닌 3차원 형상을 갖거나, 완제품으로 조립된 가구에 도료를 코팅하는 경우에는, 먼지 및 유, 수분을 제거한 후, 도장실에서 스프레이 방식으로 도포하고, 건조부스에서 건조 및 냉각시킨 후 적재하게 된다.
이러한 표면 코팅방법에 따르면, 가구나 내장 마감재의 색상이나 무늬가 변화하지 않고, 시간이 지나도 접착력이나 밀폐력에 변화가 없으며, 목재물품의 원형유지와 투명성 및 광택성을 유지할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 목재는, 전술한 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료가 표면에 코팅된 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 목재는 주방가구, 실내에 배치되는 가구 또는 인테리어 내장재용 목재일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명의 효과를 증명하기 위한 구체적인 시편 제작 및 그를 이용한 휘발성 유기화합물 측정 방법 등에 대하여 상세하게 설명한다.
1. 친환경 수용성 코팅용 도료의 제작
스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체 30 중량부에, 암모니아수 3 중량부를 첨가하여 150 rpm으로 교반하면서, 알칼리 실리케이트(Alkali silicate) 화합물 5 중량부, 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt) 5 중량부, 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지 15 중량부, 탈이온수 70 중량부를 차례대로 첨가하면서, 교반 최적온도 60 ℃를 유지하면서 교반기를 150 rpm으로 회전시켜 50분간 교반하여, 상온에서 냉각 믹싱함으로써 친환경 수용성 코팅용 도료를 제작하였다.
2. 시편
상기 제조된 친환경 수용성 코팅용 도료를 경화제의 5:1의 중량비로 혼합한 혼합도료를 롤 코팅 방식으로 각 시편의 표면에 코팅하였다. 시편은 건축 내장재에서 방출되는 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물의 방출량을 측정하기 위해 한국산업표준에 명시된 KS M 1998:2017 건축 내장재 등의 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물 방출량 측정에, 제7항에 명시된 소형챔버 시료규격인 가로 160 mm, 세로 160 mm로 4매를 절단하여 준비한다. 절단된 시료는 즉시 알루미늄 포일로 감싸 1차 오염을 방지하고, 지퍼팩에 담아 화학적 오염이나 물리적 노출에 보호한다. 표면에 제품 유형, 제조일, 고유번호 등 세부사항을 시료 라벨에 기재하여 시험기관으로 운송한 후 즉시 시료에 대한 방출시험을 시작한다.
3. 시험 조건 및 시험 장비
개요: 「소방용품의 품질관리 등에 관한 규칙」에 의하여 방염 처리하거나, 난연성 소재로 제조한 것을 방염제품이라고 한다. 방염제품을 만들기 위해선 한국 소방검정공사에 제품검사 신청을 하고 방염제품 인증을 받아야 한다.
대상: 「합판: 나무 등을 가공하여 제조된 판(중밀도 섬유판재(MDF), 고밀도 섬유판재(HDF), 파티클 보드(PB) 포함)으로 방염처리 및 장식을 위하여 표면에 0.4 ㎜ 이하인 시트를 부착한 것 포함」
방염성능검사 신청: 「소방시설 설치·유지 및 안전관리에 관한 법률」 제13조 제1항에 따라 방염성능 검사 진행하였다. 선처리물품에 대한 방염성능검사 신청을 한국소방산업기술원 또는 한국방염시험연구원에 신청하여, 그 표본이 시행령 제20조 제2항에 따른 방염성능기준에 맞는지를 검사하였다.
선처리물품의 방염성능검사의 방법 및 조건은 다음과 같다.
① 최근 1년 동안 3개월마다 1회 이상의 선처리물품에 대한 방염성능검사를 신청하였을 것
② 선처리물품에 대한 최근 1년 동안의 방염성능검사 결과 연속하여 10회 이상 이상이 없었을 것
③ 생산하는 방염대상물품의 품질을 관리할 수 있는 자체품질관리규정 및 조직을 갖추고 있을 것
④ 선처리물품에 대한 제조 과정이 자체품질관리규정에 따라 체계적으로 관리·운영되고 있을 것
하기 표 1은 방염성능시험 및 소형챔버법의 시험기관 등의 정보를 나타낸다.
시험 항목 시험기관 시료 크기 시험기간
방염성능시험 한국소방산업기술원 가로 290 mm
세로 190 mm
시험 1회당 3개		 일반 2주, 지급 3일 소요
한국방염시험연구원
소형챔버법 한국가구시험원 가로 160 mm
세로 160 mm
시험 1회당 4개		 1달 ~ 1달 반 소요
소형챔버법은 실내공기질 관리법에 따른 가구류의 시험 방법 및 기준에 따름
시험조건은 건축 내장재 중에서 목질 마루 바닥재류, PVC 바닥재류, 접착제류, 벽지 및 도료 등은 ISO 554의 기준에 따라 온도 25 ℃, 상대 습도 50 % 조건하에서 방출 시험을 실시해야 한다. 허용 오차는 ±1℃ 및 ±5 %이다.
시험장비는 소형챔버로 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물에 접한 부분은 표면이 잘 연마된 스테인리스 스틸 재질로 챔버내부의 공기가 확실하게 혼합될 수 있도록 설계되어 있으며, 전체에서 부품의 분리가 가능하고 세정, 가열 처리가 용이한 부피 20 L의 소형챔버를 사용한다. 소형챔버는 다음과 같은 특성을 갖추고 있어야 한다.
① 공기 공급장치 및 혼합장치: 소형챔버에 ±5 %의 정확도로 고정 값에서 환기 회수를 일정하게 조절할 수 있는 장치를 갖춰야 하고, 소형챔버는 챔버 내부의 공기를 적절히 혼합할 수 있도록 설계되어야 한다. 따라서, 소형챔버 내에는 시험편의 고정틀과 송풍기 등은 저방출성 및 저흡착성의 것으로 배경 농도에 대한 영향이 적은 것을 사용한다.
② 기밀성: 소형챔버는 외기와의 조절되지 않은 공기 교환을 막기 위해 기밀 상태를 유지하여야 한다. 소형챔버는 실험실 대기의 영향을 막기 위해 대기압보다 약간 높은 압력에서 가동해야 한다. 만일 다음 요건 중 최소 한 가지라도 만족된다면, 소형챔버는 충분히 공기가 밀폐된 것으로 간주된다.
ⅰ) 초과 압력 1000 Pa에서 분당 공기 누출량이 챔버 부피의 0.1 % 이하
ⅱ) 공기 누출량이 급기량의 1 % 이하
③ 공기 시료 포집장치: 소형챔버 안에 별도의 시료 포집 포트가 있더라도, 포집된 공기가 방출 공기와 동일하다면 시료 포집용으로는 방출 공기(소형챔버 출구에서)를 사용해야 한다. 시료 포집장치 분기관은 출구 공기 흐름에 직접 들어가야 한다. 덕트를 이용하는 경우에는, 가급적 짧게 하고, 소형챔버와 동일한 온도로 유지해야 한다. 포집한 공기 유량의 합은 소형챔버로 향하는 입구 공기 유량의 80 %보다 작아야 한다.
④ 기류 속도: 시험편의 표면 근방의 기류 속도는 0.1 m/s∼0.3 m/s 범위이어야 한다.
한편, 시료의 연기밀도 측정기준 및 방법은 다음과 같다.
① 시험장치 및 절차는 ASTM E 662(고체물질에서 발생하는 연기의 비광학밀도를 위한 표준시험방법)에 따른다. 다만 용융하는 물품은 KS M ISO 5659-2(플라스틱-연기발생 제2부: 단일 연소챔버시험에 의한 연기밀도)에 따른다.
② 가열은 2.5 W/cm2의 방열기와 파이롯트버어너(프로판가스 50 cm3/분, 공기 500 cm3/분으로 공급)를 사용한다. 다만 KS M ISO 5659-2의 방법으로 시험하는 경우에는 2.5 W/ cm2의 방열기와, 불꽃길이가 30 ㎜인 버어너를 사용한다.
③ 최대연기밀도는 하기의 계산식으로 산출하며, 최대연기밀도는 보정값을 3회 이상 측정하여 중위수 값으로 한다.
Figure 112020085787416-pat00001
한편, 방염제품의 독성심사는 아래의 표 2에 정한 항목에 대하여 신청자가 성능시험 신청시 제출한 다음 자료에 의해 실시한다. 이 경우 소방검정기술심의위원회 방염독성심사위원회의 자문을 구할 수 있다.
① 공인기관의 독성시험성적서
② 방염제 성분분석표
다음에 해당하는 경우 이 시험을 생략할 수 있다.
① 난연성 소재로 가공한 방염제품의 경우
② 형식 승인된 방염제를 사용한 방염제품의 경우
③ 기 인정된 제품과 동일한 소재로 가공한 방염제품의 경우
Figure 112020085787416-pat00002
도 2는 내장재에서 방출되는 유해물질을 분석하기 위한 소형챔버법에 사용되는 장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2의 장치 중, 소형챔버 내에서 내장재 시료를 고정할 수 있는 장치를 개략적으로 보여주는 도면이며, 도 4 및 도 5는 도 3의 내장재 시료를 고정할 수 있는 고정판을 보여주는 사진이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 방출 시험 챔버 내에 부착된 휘발성 유기화합물 및 포름알데히드류를 휘발시키 위해서, 소형챔버를 넣을 수 있고, 260 ℃ 이상까지 가열이 가능한 오븐을 사용한다. 소형챔버 내의 시편고정은 고정틀로 고정한다. 고정틀 및 시험편을 고정하기 위해서 판은 스테인리스 스틸로 하고 시험편과 스테인리스 스틸판 사이에 테프론을 넣은 후에 나사로 고정한다.
4. 각 시편의 소형챔버법을 통한 시험결과
하기 각 시편들에 대하여, TVOC, 톨루엔, 포름알데히드의 방출량을 각각 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료가 도포된 모든 시편들에 대한 시험결과, 모두 합격 결과를 받을 수 있었다(시험기관은 한국가구시험원).
참고로, 표 3에서의 PB는 파티클 보드, LPL은 low pressuer laminate, P.P는 폴리프로필렌, MDF는 중밀도 섬유판재, PET는 폴리에틸렌테레프탈레이트, HDF는 고밀도 섬유판재, FF는 finishing foil, 도장은 일반 목재용 페인트를 나타낸다.
시험
항목		 시험
품목		 기준 PB
+LPL		 PB
+P.P		 MDF
+PET		 HDF
+FF		 MDF
+도장
친환경도료 TVOC 0.10mg/㎥h 이하 0.041mg/㎥h 이하 0.029mg/㎥h 이하 0.033mg/㎥h 이하 0.016mg/㎥h 이하 0.028mg/㎥h 이하
톨루엔 0.079mg/㎥h 이하 0.026mg/㎥h 이하 0.001mg/㎥h 이하 0.018mg/㎥h 이하 N.D. 0.007mg/㎥h 이하
포름알데히드 0.015mg/㎥h 이하 0.005mg/㎥h 이하 0.002mg/㎥h 이하 0.001mg/㎥h 이하 0.006mg/㎥h 이하 0.004mg/㎥h 이하
결 과 합격 합격 합격 합격 합격
하기 표 4는 기존 성적 대비, 본 발명에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료가 도포된 경우의 성적을 비교하여 나타낸 것으로, TVOC, 톨루엔, 포름알데히드 등은 기존 성적 대비 평균적으로 77% 이상이 감소한 것을 확인할 수 있다. 각각의 소재에 친환경 수용성 코팅용 도료를 스프레이 방식으로 도포한 후, 유해물질 감소율은 약 77.588%를 나타낸다.
시험
항목		 시험
품목		 기준 PB
+LPL		 PB
+P.P		 MDF
+PET		 HDF
+FF		 MDF
+도장
친환경
도료		 TVOC 0.10
mg/㎥h 이하		 0.041mg/㎥h 이하 0.029mg/㎥h 이하 0.033mg/㎥h 이하 0.016mg/㎥h 이하 0.028mg/㎥h 이하
-59% -71% -67% -84% -72%
톨루엔 0.079
mg/㎥h 이하		 0.026mg/㎥h 이하 0.001mg/㎥h 이하 0.018mg/㎥h 이하 0.0005mg/㎥h 이하 0.007mg/㎥h 이하
-68.1% -98.7% -77.2% -99.4% -91.1%
포름알데히드 0.015
mg/㎥h 이하		 0.005mg/㎥h 이하 0.002mg/㎥h 이하 0.001mg/㎥h 이하 0.006mg/㎥h 이하 0.004mg/㎥h 이하
-66.7% -86.7% -93.3% -60% -73.3%
평균 감소율 64.6% 85.46% 79.16% 81.13% 78.8%
한편, 본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 5 등을 참조하여 설명한 실시예에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료와 그의 제조방법 및 그를 이용한 표면 코팅방법은 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 하기 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims (12)

  1. 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer);
    알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt);
    알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물;
    수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지;
    암모니아수; 및
    탈이온수를 포함하는 친환경 수용성 코팅용 도료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 친환경 수용성 코팅용 도료는,
    상기 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer) 25 내지 35 중량부;
    상기 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt) 1 내지 10 중량부;
    상기 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물 1 내지 10 중량부;
    상기 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지 5 내지 20 중량부;
    상기 암모니아수 1 내지 5 중량부; 및
    상기 탈이온수 60 내지 75 중량부를 포함하는 것인 친환경 수용성 코팅용 도료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 친환경 수용성 코팅용 도료는 투명한 것인 친환경 수용성 코팅용 도료.
  4. (S1) 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer)에 암모니아수를 첨가하여 교반하는 단계; 및
    (S2) 상기 (S1) 단계의 결과물에, 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물, 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt), 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지 및 탈이온수를 차례대로 첨가하면서 교반하는 단계를 포함하는 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (S1) 단계는, 상기 스티렌(styrene) 변성 아크릴산 에스테르 공중합체(acrylic ester copolymer)는 25 내지 35 중량부에, 상기 암모니아수 1 내지 5 중량부를 첨가하는 것이고,
    상기 (S2) 단계는, 상기 알칼리 실리케이트(alkali silicate) 화합물은 1 내지 10 중량부이고, 상기 알킬에톡시화 에스테르 디소듐염(alkyl ethoxylated ester disodium salt)은 1 내지 10 중량부이며, 상기 수용성의 폴리우레탄 에멀전(polyurethane emulsion) 수지는 5 내지 20 중량부이고, 상기 탈이온수는 60 내지 75 중량부를 첨가하는 것인 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 (S1) 단계의 상기 교반의 속도 또는 상기 (S2) 단계의 상기 교반의 속도는, 각각 서로 독립적으로 120 내지 150 rpm인 것인 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 (S1) 단계 및 상기 (S2) 단계는 전체적으로 40 내지 60 분간 진행되는 것인 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 (S1) 단계 및 상기 (S2) 단계는 50 내지 70 ℃의 온도를 유지하면서 진행되는 것인 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 (S2) 단계 이후에 수행되며,
    (S3) 상기 (S2) 단계의 결과물을 상온에서 냉각 믹싱한 후, 개별 용기에 밀폐 포장하는 단계를 더 포함하는 것인 친환경 수용성 코팅용 도료의 제조방법.
  10. 제1항에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료와 경화제를 5:1의 중량비로 혼합한 혼합도료를, 롤 코팅 방식, 스프레이 코팅 방식 또는 커튼 코팅 방식으로 합성목재 또는 합성목재 치장판에 코팅하는 것인 친환경 수용성 코팅용 도료를 이용한 표면 코팅방법.
  11. 제1항에 따른 친환경 수용성 코팅용 도료가 표면에 코팅된 목재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 목재는 주방가구, 실내에 배치되는 가구 및 인테리어 내장재로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 목재.
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