KR102275156B1 - 친환경 방오 코팅 조성물 및 이를 이용한 도장 공법 - Google Patents

친환경 방오 코팅 조성물 및 이를 이용한 도장 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 친환경 방오 코팅 조성물은,
이산화규소(Silicon dioxide)와 산화주석(Tin Oxide)를 포함하는 코팅제 1 내지 10 중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에폭시 수지(Epoxy resin), 알콕시 실란계 수지(Alkoxysilane resin) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 바인더 1 내지 10 중량부, 메탄올(methanol), 메틸에틸케톤(methylethylketone), 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), β-히드록시에틸에테르(β-hydroxydiethyl ether), 벤젠(benzene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 용매 70 내지 90 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

친환경 방오 코팅 조성물 및 이를 이용한 도장 공법{A Composition of Environment-Friendly Anti-Dust Coating Agent and Coating Method of Thereof}
본 발명은 친환경 방오 코팅 조성물 및 이를 이용한 도장 공법에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 교량의 교대, 도로 구조물, 건축 구조물 외벽 도장, 해상 구조물 등의 표면에 도장 처리되어 오염을 방지하며 반영구적으로 대상면의 표면을 보호할 수 있는 친환경적인 방오 코팅제 조성물 및 이를 이용한 표면 도장 공법에 관한 것이다.
통상적으로, 콘크리트, 철강재, 목재 등은 대기 중의 다양한 환경 변화, 즉 온도나 습도의 변화 등에 의해 빠르게 열화되어 본래의 설계 내구 수명을 유지하지 못하는 단점이 있다. 철강재의 열화를 방지하기 위한 코팅 재료로서 페인트 등을 사용하고 있으나, 페인트 등의 일반적인 도장재료는 다양한 외부 환경 조건에서 코팅막의 분리, 탈락 등으로 본래의 물성을 유지하지 못하는 단점이 있다.
시멘트 재료는 경제적이고 고강도의 재료라는 점에서는 매우 좋은 재료이나, 다공성이라는 취약점으로 인하여 여러 가지 단점이 노출되어 왔다. 이러한 시멘트계 재료의 약점을 보완하기 위하여 시멘트계 재료에 유기물의 기능을 동시에 갖는 폴리머 시멘트 모르터가 콘크리트 구조물의 표면 마감용 재료로 활용되고 있다.
더불어, 이러한 시멘트 모르터, 자동차 전면 유리, 건축용 유리, 건축용 내 외장재 등의 표면에는 방오성 코팅조성물이 도포되어 표면을 코팅 처리하게 되는데. 이는 내스크래치성 및 내마모성이 취약한 소재의 표면을 보호하는 동시에 외관을 유지하는 효과가 있다.
이에 대한 공개 특허로써, 한국공개특허 제2002-31684에는 유화 분산시킨 스테아린산 칼슘과 아크릴 에멀젼 수 공중합체로 구성된 A제와, 백시멘트, 규사, 폴리옥시 에틸렌 라우릴 에테르 등으로 구성된 B제를 1:0.25 중량비로 혼합하는 단계로 이루어지는 방수제가 개시되어 있다.
이와 같은 폴리머 시멘트 모르터는 유기 재료와 무기재료의 복합 기능을 갖는 재료로서 현재 다양한 공법이나 마감재로 여타 다른 마감재의 기능을 대체하고 있으며, 무기질 재료인 시멘트계 재료의 단점을 보완할 수 있는 유용한 재료이기는 하나, 무기질 재료와 유기질 재료의 조합에 따른 다양한 문제점으로써 표면 부착성능 저하, 통기성 저하 등이 나타나고 있다.
따라서 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종래의 시멘트나 콘크리트, 그 외의 구조물의 표면에 코팅될 수 있는 방오성 코팅제로써, 친환경적이며 반영구적으로 구조물의 표면을 보호 처리할 수 있는, 방오 코팅 조성물 및 이를 이용한 표면 도장 공법을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.
본 발명은 토목 건축물의 보수, 건축 구조물의 외벽 도장, 해상 구조물에 모두 적용 가능한 것으로써 방오성이 뛰어나며 친환경적인 방오 코팅 조성물 및 이를 이용한 시공 방법을 제시하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 코팅층의 물성을 강화할 수 있는 추가적인 성분 구성을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 조성물의 점도를 강화시켜 부착성을 강화하는 추가적인 조성을 더하는 것이다.
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상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 친환경 방오 코팅 조성물은, 이산화규소(Silicon dioxide)와 산화주석(Tin Oxide)를 포함하는 코팅제 1 내지 10 중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에폭시 수지(Epoxy resin), 알콕시 실란계 수지(Alkoxysilane resin) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 바인더 1 내지 10 중량부, 메탄올(methanol), 메틸에틸케톤(methylethylketone), 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), β-히드록시에틸에테르(β-hydroxydiethyl ether), 벤젠(benzene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 용매 70 내지 90 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 방오 코팅 조성물은, 폴리실록산 및 폴리피롤을 포함하는 코팅막 강화제 5 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 코팅막 강화제는, 폴리실록산 20 내지 40 중량부와, 폴리피롤 15 내지 30 중량부 및, 에틸아세테이트 30 내지 70 중량부를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 단계; 상기 제 1 용액 65 내지 80 중량부와, 폴리에틸렌디옥시티오펜 10 내지 30 중량부 및, 디메틸포름아마이드 5 내지 10 중량부를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 단계; 상기 제 2 용액 70 내지 85 중량부와, 펙틴(Pectin) 5 내지 15 중량부 및, N-하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide) 1 내지 10 중량부를 혼합하여 제 3 용액을 제조하는 단계; 상기 제 3 용액 80 내지 90 중량부와, 잔탄검 5 내지 15 중량부 및, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide)를 포함하는 혼합 첨가제 1 내지 10 중량부를 혼합하여 코팅막 강화제를 완성하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합 첨가제는, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-Ethyl-3-(3-dimethyl aminopropyl)carbodiimide) 15 내지 20 중량부와, 트라이에틸포스페이트 10 내지 15 중량부 및, 톨루엔 65 내지 80 중량부를 혼합하여 제 1 첨가액을 제조하는 단계; 상기 제 1 첨가액 70 내지 80 중량부와, 디페닐포스페이트 10 내지 15 중량부 및, 실리카 8 내지 10 중량부, 유리섬유분말 5 내지 10 중량부를 혼합하여 제 2 첨가액을 제조하는 단계; 상기 제 2 첨가액 80 내지 90 중량부와, 메틸에틸케톤 10 내지 15 중량부와, 디부틸디라우레이트 3 내지 10 중량부 및, 폴리감마글루탐산(γ-PGA) 1 내지 5 중량부를 혼합하여 혼합 첨가제를 완성하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 친환경 방오 코팅 조성물 및 이를 이용한 도장 공법은,
1) 바인더, 코팅제, 용매의 구성으로 이루어진 친환경 방오 코팅 조성물을 통해 건축 구조물의 외벽 도장, 해상 구조물에 모두 적용 가능하며 방오성이 뛰어나고 친환경적인 코팅층을 형성할 수 있으며,
2) 폴리실록산 및 폴리피롤을 포함하는 코팅막 강화제 첨가를 통해 코팅층의 물성을 강화하였으며,
3) 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드를 포함하는 혼합 첨가제를 통해 조성물의 점도를 강화시켜 부착성을 강화하는 효과를 가진다.
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도 1은 본 발명의 방오 코팅 조성물을 대상으로 포함한 평가 결과를 나타낸 표.
도 2는 본 발명의 코팅막 강화제 제조 단계를 도시한 순서도.
도 3은 본 발명의 혼합 첨가제 제조 단계를 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 도장 공법을 통한 적층 구조를 도시한 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 친환경 방오 코팅 조성물은, 코팅제 1 내지 10 중량부, 바인더 1 내지 10 중량부, 용매 70 내지 90 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
코팅제로써는 이산화규소(Silicon dioxide), 산화주석(Tin Oxide), 산화은(Silver Oxide),이산화티타늄(Titanium Dioxide), 백금(Platinum), 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide), 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane), 비닐트리메톡시오쏘실리케이트(Vinyltrimethoxyortho silicate) 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE:Poly (tetra fluoroethylene)) 중 적어도 어느 하나가 선택되어 이용될 수 있으며, 혹은 이들의 혼합물일 수 있다.
이산화규소(Silicon dioxide)는 규산 무수물이라고도 하고 실리카라고 부르기도 하며, 석영이나 다양한 생물체에서 쉽게 발견할 수 있다. 본 발명의 이산화규소는 바람직하게는 건식 실리카(fumed silica)일 수 있다. 빛을 산란하는 특성과 자연적인 흡수성을 지니며, 높은 화학적 안정성을 지니고 전기 절연성을 지닌다.
산화주석(Tin Oxide)은 산화주석(Ⅱ), 산화주석(Ⅳ)이 존재하며 본 발명의 산화주석은 바람직하게는 산화주석(Ⅳ)일 수 있다. 반도체 재료로써 널리 사용되며, 박막을 쉽게 형성할 수 있으며 내부식성이 높고 전기전도성이 낮아 절연 코팅의 효과가 높다.
산화은(Silver Oxide)은 바람직하게는 산화은(Ⅰ)을 의미하며, 가장 바람직하게는 산화은(Ⅰ)의 마이크로입자를 의미한다. 이러한 산화은은 고방열, 고내열성을 가지기 때문에 고온환경에 대한 내구성이 뛰어나며 고온환경에서는 은나노입자가 생성되어 고방열, 고내열성이 나타난다.
이산화티타늄(Titanium Dioxide)은 은폐력이 우수한 특성이 있어 일반적으로 수성 도료로 사용된다. 이산화티타늄 첨가에 따라 화재 전이 속도를 늦추는 내화성 향상을 기대할 수 있다
테트라에톡시실란은 테트라에톡시오르토실란(TEOS)이라는 실리콘화합물으로써, 치밀한 실란계 피막을 형성하여 물을 밀어내는 성질을 가질 발수표면을 만들 때 사용하는 기초적 화학물질 중 하나이다. 이를 통해 방수성 및 방오성을 높일 수 있다.
백금(Platinum)은 흰 은색 광택을 가지고 있는 금속으로써, 모든 원소 중에서 가장 반응성이 적음과 동시에 전성 및 연성이 뛰어나 박막 피막 형성이 가능한 특징을 가진다. 더불어 높은 내열성을 동시에 겸비하는 특성이 있다.
인듐주석산화물(Indium Tin Oxide)은 종래에 투명전극재료로 이용되던 것으로써, 투명하면서도 전기전도성이 높은 효과를 가지므로 투명성과 전자파 차폐효과가 뛰어난 특징이 있다.
폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE:Poly (tetrafluoroethylene))은 우수한 내열성, 내약품성, 그리고 플루오르의 낮은 표면에너지에 기반하여 소수성의 표면을 형성할 수 있는 물질로써, 방수성 및 방오성의 치밀한 피막을 형성할 수 있는 특징이 있다.
비닐트리메톡시오쏘실리케이트 역시 실란계 화합물로써, 실란계 피막을 형성하여 방오성이 높은 치밀한 피막을 형성하는 특징이 있다. 더불어 이때 비닐트리메톡시오쏘실리케이트의 경우 피막 치밀도가 큰 효과가 있어, 반영구적 피막을 만드는데 효과적일 수 있다.
이러한 코팅제는 가장 바람직하게는 코팅제의 전체 중량(코팅제 100 중량%) 대비로, 산화주석(Tin Oxide) 0.5 내지 1 중량% 및 이산화규소(Silicon dioxide) 50 내지 60 중량%, 인듐주석산화물 5 내지 15 중량%, 이산화티타늄 5 내지 15 중량%, 산화은 5 내지 15 중량%, 백금 5 내지 15 중량%의 혼합물일 수 있다.
여기서 바인더로써는 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에폭시 수지(Epoxy resin), 알콕시 실란계 수지(Alkoxysilane resin) 중 적어도 어느 하나가 선택되어 이용될 수 있으며, 혹은 이들의 혼합물일 수 있다.
폴리비닐알코올은 열가소성 고분자화합물로 폴리아세트산비닐을 가수분해하여 얻어지는 무색가루로써, 접착제, 코팅제로 사용되며, 인체에 대한 독성이 없어 화장품에도 널리 사용되는 물질이다.
에폭시 수지는 둘 이상의 에폭사이드 작용기를 말단으로 가지는 고분자이다. 아민이나 카복실산 무수물을 한 분자 내에 다량 포함하는 경화제와 혼합하면 빠르게 가교 반응이 발생하여, 단단한 열경화성 물질로 변화한다. 특히 금속 재료와 접착성이 우수하다. 내열성, 전기절연성, 금속 접착성 등 경화 후 물성이 우수한 특징이 있다.
알콕시 실란계 수지는 치밀한 피막을 형성할 수 있는 접착성이 있는 수지로서, 바람직하게는 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane), 테트라-n-부톡시실란(tetra-n-butoxysilane), 시클로헥실트리메톡시실란(cyclohexyltrimethoxysilane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxysilan), 알릴트리메톡시실란(allyltri methoxysilane) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 바인더는 방오 코팅 조성물의 베이스가 되어 시공면의 표면에 코팅 및 접착을 가능케 하는 물질이며, 상술한 바인더 외에도 종래의 다른 열가소성 또는 열경화성 수지 베이스가 바인더로써 선택될 수도 있다.
용매는 제조되는 방오 코팅 조성물의 농도를 제어하고 발림성을 증가시켜 균일한 피막의 형성을 위해 첨가되는 것으로서, 용매로써는 메탄올(methanol), 정제수, 메틸에틸케톤(methylethylketone), 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), β-히드록시에틸에테르(β-hydroxydiethyl ether), 벤젠(benzene) 중 적어도 어느 하나가 선택될 수 있으며, 바람직하게는 메탄올(methanol), 정제수, 메틸에틸케톤(methylethylketone), 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate) 중 어느 하나 또는 혼합물일 수 있다.
이와 같이 제조되는 친환경 방오 코팅 조성물은 우수한 접착성, 내열성, 코팅성, 유연성을 가짐과 동시에 표면에서 치밀한 발수 및 방오 코팅막을 형성하여 코팅막이 형성된 구조물의 오염을 방지하고, 피막의 보존성이 높을 뿐 아니라 인체 및 환경에 악영향을 끼치지 않으며, 나아가 용매에 분산성이 높아 안정한 액상을 이룰 수 있다.
이하, 본 발명의 방오 코팅 조성물의 구성에 따른 물성을 설명하기 위해 실시예 및 비교예의 평가 결과를 비교하여 설명하도록 한다. 실시예는 본 발명의 바인더, 코팅제, 용매를 포함하는 바람직한 실시예인 실시예 1 내지 3으로 구성되어 있고, 비교예는 공지의 방오성 코팅 조성물이다.
<실시예 1>
먼저, 산화주석 0.1g, 이산화티타늄 0.8g, 산화은 0.7g 백금 0.9g, 인듐주석산화물 0.5g, 이산화규소 2g을 혼합하여 코팅제 5g을 제조하였다.
다음으로, 폴리비닐알코올 4g 및 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane) 1g을 혼합하여 바인더 5g을 준비하였다.
메탄올 50g 및 정제수 40g을 혼합하여 용매 90g을 준비하였다.
준비된 코팅제 5g, 바인더 5g, 용매 90g을 혼합 처리하여 본 발명의 방오 코팅 조성물 100g을 제조하였다.
이와 같은 실시예 1의 코팅 조성물을 가로 세로 1미터, 두께 1센티미터의 구조물 표면에 분사 후 건조 처리하여 구조물 표면에 방오 코팅층이 형성되도록 한 뒤, 후술할 방식을 통해 연필경도와 물방울 접촉각, 촉진내후성을 검사하였다.
<실시예 2>
산화주석 0.1g, 이산화티타늄 0.5g, 산화은 0.5g, 백금 0.5g, 인듐주석산화물 0.4g, 이산화규소 3g을 혼합하여 코팅제 5g을 제조하였다.
다음으로, 폴리비닐알코올 4g 및 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane) 1g을 혼합하여 바인더 5g을 준비하였다.
메탄올 50g 및 정제수 40g을 혼합하여 용매 90g을 준비하였다.
준비된 코팅제 5g, 바인더 5g, 용매 90g을 혼합 처리하여 본 발명의 방오 코팅 조성물 100g을 제조하였다.
따라서 실시예 1 및 실시예 2의 차이는, 코팅제에 있어 실시예 1 대비 실시예 2가 이산화규소의 비중을 높이고, 이산화티타늄, 산화은, 백금, 인듐주석산화물 의 중량비를 낮춘 것이라 할 수 있다.
이와 같은 실시예 2의 코팅 조성물을 가로 세로 1미터, 두께 1센티미터의 구조물 표면에 분사 후 건조 처리하여 구조물 표면에 방오 코팅층이 형성되도록 한 뒤, 후술할 방식을 통해 연필경도와 물방울 접촉각, 촉진내후성을 검사하였다.
<실시예 3>
산화주석 0.1g, 이산화규소 4.9g을 혼합하여 코팅제 5g을 제조하였다.
다음으로, 폴리비닐알코올 4g 및 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane) 1g을 혼합하여 바인더 5g을 준비하였다.
메탄올 50g 및 정제수 40g을 혼합하여 용매 90g을 준비하였다.
준비된 코팅제 5g, 바인더 5g, 용매 90g을 혼합 처리하여 본 발명의 방오 코팅 조성물 100g을 제조하였다.
따라서 실시예 1 및 실시예 3의 차이는, 코팅제에 있어 실시예 1 대비 실시예 3은 이산화규소 및 산화주석만을 포함한 것이라 할 수 있다.
이와 같은 실시예 3의 코팅 조성물을 가로 세로 1미터, 두께 1센티미터의 구조물 표면에 분사 후 건조 처리하여 구조물 표면에 방오 코팅층이 형성되도록 한 뒤, 후술할 방식을 통해 연필경도와 물방울 접촉각, 촉진내후성을 검사하였다.
<비교예>
공지의 하드 코팅층 조성물로써, 고형분 기준 100 중량부에 대해서, 우레탄아크릴레이트 올리고머(HX-920UV, Kyoeisha Chemical Co., Ltd) 64 중량부, 디펜타에리스리톨헥사 아크릴레이트 모노머 15 중량부, 입자직경이 500nm인 실리카 입자 0.3중량부, 메틸에틸케톤(MEK)에 분산된 입자직경이 15nm인 나노 실리카 미립자 15 중량부, 도전성 무기물 AZO 3 중량부, 도전성 유기물 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜, PEDOT) 5중량부, 광중합 개시제 (Irgacure-184, Ciba사) 6.7 중량부를 혼합하고, 희석용제 메틸에틸케톤(MEK)으로 희석하여 굴절률 1.53의 고형분 45% 대전방지 하드코팅 조성물을 제조하였다. 이는 가장 바람직하게는 한국 공개특허 10-2015-0136179호에 따른 하드 코팅층 조성물이라 할 수 있다.
이와 같은 비교예의 코팅 조성물을 가로 세로 1미터, 두께 1센티미터의 구조물 표면에 분사 후 건조 처리하여 구조물 표면에 방오 코팅층이 형성되도록 한 뒤, 후술할 방식을 통해 연필경도와 물방울 접촉각, 촉진내후성을 검사하였다.
더불어, 여기서 평가되는 연필경도와 물방울 접촉각, 촉진내후성은 다음을 기준으로 측정된다.
연필경도: SHINTO Scientific사의 HEIDON-14EW 기기를 사용하여 연필경도를 측정하였다. 연필경도 측정시, 연필은 MITSUBISHI사의 연필을 사용하고, speed: 60mm/min, scale: 10.0mm, force: 19.6N, 하중 1kg, 연필과 방오 코팅층 간의 각도: 45°로 측정하였다. 동일 경도의 연필로 5회 반복하여 연필경도를 측정하여 코팅층에 흠집이 보이지 않는 연필경도 중 연필경도가 가장 큰 값을 연필경도로 하였다.
물방울 접촉각 : 전자동접촉각계 DM700(쿄와계면과학주식회사 제품)을 사용하여, 방오 코팅층 상에 2㎕의 순수를 적하하여 접촉각을 측정하였다.
촉진내후성(Accelerated Weathering Testing) 평가 : ASTM D-4587 규정에 따라 제조된 방오 코팅층의 색차(△E)를 측정하였다. △E는 2,000시간 동안 방오코팅 후의 방오코팅층 변색 정도를 정량화하여 측정하였다.
도 1은 본 발명의 방오 코팅 조성물을 대상으로 포함한 평가 결과를 나타낸 표이다.
도 1을 보면 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 제조된 방오 코팅 조성물로 제조된 방오 코팅층은 비교예 대비 방오성과 경도가 우수할 뿐만 아니라 물방울 접촉각이 5°이하로서 초친수성을 나타내며 내후성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
실시예 1과 2를 비교하면, 실시예 2가 실시예 1과 대비하여 이산화규소의 첨가량이 높아짐에 따라 연필경도가 높아진 것을 확인할 수 있지만, 물방울 접촉각이 크고 촉진내후성이 떨어져 친수성이 상대적으로 실시예 1보다 낮으며 방오코팅층에 대한 변색이 보다 잘 일어남을 확인할 수 있다.
실시예 1과 3을 비교하면, 코팅제로써 이산화규소 및 산화주석 외의 기타 재료를 포함하지 않은 실시예 3의 경우 실시예 1과 대비하여 연필경도는 유사하나, 물방울접촉각 및 촉진내후성에서 실시예 1에 비해 떨어지는 결과가 나온 것을 확인할 수 있다.
실시예 2과 3을 비교하면, 코팅제로써 이산화규소 및 산화주석 외의 기타 재료를 포함하지 않은 실시예 3의 경우 실시예 2과 대비하여 연필경도가 떨어지는 결과가 나온 것을 확인할 수 있다.
더불어 이와 같은 방오 코팅 조성물은 폴리실록산(polysiloxane) 및 폴리피롤(polypyrole)을 포함하는 코팅막 강화제 5 내지 15 중량부를 더 포함하여 코팅막의 기능을 보다 강화할 수 있다.
여기서 첨가되는 폴리실록산(polysiloxane) 및 폴리피롤(polypyrole)은 도전성을 갖는 유기물질로써, 단단한 피막을 형성할 수 있어 코팅막 강화제의 유효 성분으로 첨가 시 내구성을 높이고, 방오성을 향상시킴과 동시에 안티블로킹(anti-blocking)효과를 기대할 수 있게 된다. 더불어 맑고 투명한 코팅막을 형성하도록 하여, 코팅된 시공면의 외관을 향상시킬 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 코팅막 강화제를 제조하는 방법을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 코팅막 강화제 제조 단계를 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 코팅막 강화제는, 제 1 용액을 제조하는 단계(S11), 제 2 용액을 제조하는 단계(S12), 제 3 용액을 제조하는 단계(S14), 코팅막 강화제를 완성하는 단계(S14)를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.
(S11) 제 1 용액을 제조하는 단계
먼저, 폴리실록산(polysiloxane) 20 내지 40 중량부와, 폴리피롤(polypyrole) 15 내지 30 중량부 및, 에틸아세테이트(ethyl acetate) 30 내지 70 중량부를 혼합하여 제 1 용액을 제조한다.
상술한 바와 같이 폴리실록산 및 폴리피롤은 도전성을 갖는 유기 고분자로써, 단단한 피막을 형성할 수 있어 코팅막 강화제의 유효 성분으로 첨가 시 내구성을 높이고, 방오성을 향상시킴과 동시에 안티블로킹(anti-blocking)효과를 기대할 수 있다고 하였다.
이러한 폴리실록산 및 폴리피롤은 에틸아세테이트를 용매로 하여 용해되는데, 무색 액체로, 에탄올, 에테르, 벤젠 등 거의 모든 유기용매와 임의의 비율로 섞일 수 있으며 유기 물질을 녹이는 힘이 강력하므로 폴리실록산 및 폴리피롤과 혼합 시 균질한 혼합 용액을 얻을 수 있다.
(S12) 제 2 용액을 제조하는 단계
다음으로, 제 1 용액 65 내지 80 중량부와, 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 10 내지 30 중량부 및, N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide) 5 내지 10 중량부를 혼합하여 제 2 용액을 제조한다.
여기서 첨가되는 폴리에틸렌디옥시티오펜 역시 도전성 고분자의 일종이며, 코팅막 강화제에 폴리에틸렉디옥시티오펜이 첨가됨에 따라 제조되는 방오 코팅 조성물을 통해 구현된 코팅막에 대한 대전방지 효과가 향상되어 방오 성능을 높일 수 있다.
N,N-다이메틸포름아마이드는 제 2 용액에 포함되는 폴리에틸렌디옥시티오펜의 첨가에 따라 제조되는 제 1 용액의 혼합성을 높이기 위해 첨가된다. 고분자화합물에 대한 용해도가 높은 특징이 있어, 제 2 용액에 N,N-다이메틸포름아마이드가 첨가됨에 따라 제 2 용액에 포함된 성분들의 혼합성을 증가시킬 수 있다.
(S13) 제 3 용액을 제조하는 단계
제 2 용액의 제조가 완료되면, 제 2 용액 70 내지 85 중량부와, 펙틴(Pectin) 5 내지 15 중량부 및, N-하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide) 1 내지 10 중량부를 혼합하여 제 3 용액을 제조한다.
여기서, 펙틴은 탄수화물의 중합체로 응고제, 증점제, 안정제, 고화방지제, 유화제 등으로 사용되는 물질로서 첨가에 따라 코팅막 강화제의 점도를 향상시켜 코팅막 강화제의 접착력을 향상시킬 수 있다.
N-하이드록시석신이미드는 펙틴의 활성화를 위해 첨가되는 물질이며, 펙틴 첨가에 따른 점도 증가 및 이에 따른 코팅막 강화제의 접착력 향상을 위해 N-하이드록시석신이미드가 첨가된다.
(S14) 코팅막 강화제를 완성하는 단계
마지막으로, 제 3 용액 80 내지 90 중량부와, 잔탄검(xanthangum) 5 내지 15 중량부 및, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-Ethyl-3-(3- dimethylaminopropyl)carbodiimide)를 포함하는 혼합 첨가제 1 내지 10 중량부를 혼합하여 코팅막 강화제를 완성한다.
잔탄검은 다당류의 한 종류로서 점도를 증진시켜줄 수 있는 증진제로서 코팅막 강화제의 부착력과 밀착력을 향상시키는 데 도움이 될 수 있는 물질이다. 더불어 본 발명의 코팅막 강화제는 펙틴 및 N-하이드록시석신이미드를 포함하므로, N-하이드록시석신이미드를 매개로 하여 펙틴 및 잔탄검이 가교됨으로써 접착성 증대 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
혼합 첨가제로써 포함되는 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드는 펙틴과 잔탄검 사이의 가교 중합을 촉진시키는 촉진제로써 첨가되며, 혼합 첨가제인 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드의 첨가에 따라 펙틴 및 잔탄검을 통한 접착성 증대 효과가 보다 강화될 수 있다.
이와 같은 코팅막 강화제는 도전성 고분자를 포함하여 코팅막의 대전방지 효과를 높이고 치밀한 피막을 형성토록 함과 동시에, 코팅막 강화제 첨가에 따라 접착성이 증대되어 코팅층(3)의 내구성 향상을 기대할 수 있다.
더불어 혼합 첨가제는 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 외에도 추가적인 다른 성분들을 더 포함할 수 있는데, 이러한 혼합 첨가제의 제조 단계에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 혼합 첨가제 제조 단계를 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 혼합 첨가제는, 제 1 첨가액을 제조하는 단계(S21), 제 2 첨가액을 제조하는 단계(S22), 혼합 첨가제를 완성하는 단계(S23)를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.
(S21) 제 1 첨가액을 제조하는 단계
1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-Ethyl-3-(3-dimethyl aminopropyl)carbodiimide) 15 내지 20 중량부와, 트라이에틸포스페이트(triethyl phosphate) 10 내지 15 중량부 및, 톨루엔(toluene) 65 내지 80 중량부를 혼합하여 제 1 첨가액이 제조된다.
1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드는 상술했다시피 잔탄검 및 펙틴의 가교 반응을 위한 촉진제로써 첨가되며, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 첨가에 따라 이러한 혼합 첨가제가 포함된 코팅막 강화제의 접착성이 증대된다.
트라이에틸포스페이트(triethyl phosphate)는 접착성을 강화하고 방오 성능을 강화하며, 나아가 제조된 방오 코팅 조성물에 포함된 수지의 경화를 안정시킬 수 있는 안정제로써 첨가된다.
톨루엔은 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 및 트라이에틸포스페이트 용해를 위한 용매로써 첨가되며, 유기물질을 잘 녹이는 특성이 있어 균질한 혼합물을 제조할 수 있다.
(S22) 제 2 첨가액을 제조하는 단계
다음으로, 제조된 제 1 첨가액 70 내지 80 중량부와, 디페닐포스페이트(diphenyl phosphate) 10 내지 15 중량부 및, 실리카 8 내지 10 중량부, 유리섬유분말 5 내지 10 중량부를 혼합하여 제 2 첨가액을 제조한다.
디페닐포스페이트(diphenyl phosphate) 역시 접착성 및 방오성을 강화하기 위해 첨가되며, 트라이에틸포스페이트에 디페닐포스페이트가 더해질 시 방오 코팅 조성물의 접착성, 방오성 강화 효과가 극대화될 수 있다.
실리카는 방오 코팅 조성물을 통한 방오 코팅막의 내구성 향상 및 표면의 슬립성 향상을 위해 첨가되며, 여기서 실리카는 통상의 분말 타입 실리카일 수도 있으나 가장 바람직하게는 콜로이드 형태의 실리카(콜로이달 실리카)가 유기 용매 상에 분산된 형태일 수 있다.
유리섬유분말은 방오 코팅 조성물을 통한 방오 코팅막에 있어, 시간이 지남에 따라 방오 코팅막에 형성될 수 있는 크랙에 의한 접착성 저해를 방지하기 위해 첨가된다. 즉 유리섬유분말 첨가에 따라 크랙 발생이 방지되어 방오 코팅막의 물성이 향상되어 내구성 증대 효과를 기대할 수 있다.
(S23) 혼합 첨가제를 완성하는 단계
마지막으로, 제 2 첨가액 80 내지 90 중량부와, 메틸에틸케톤(methylethylketone) 10 내지 15 중량부와, 디부틸주석디라우레이트(Dibutyltin Dilaurate) 3 내지 10 중량부 및, 폴리감마글루탐산(γ-PGA:Poly-γ-glutamic acid) 1 내지 5 중량부를 혼합하여 혼합 첨가제를 완성한다.
여기서 첨가되는 디부틸주석디라우레이트는 점착성 증진 효과를 위해 첨가되는 것이며, 디부틸주석디라우레이트 첨가에 의해 제조된 방오 코팅 조성물의 점도가 증가되어 형성되는 코팅막의 접착성 향상을 기대할 수 있다.
메틸에틸케톤은 본 발명의 혼합 첨가제 및 코팅막 강화제에 포함된 점도 증진 성분 등을 통해 점도가 과하게 증가될 수 있는 경우에 대비해, 점도를 일부 낮추기 위해 첨가된다. 따라서 코팅막 강화제의 점도가 과도하게 증진되지 않도록 이를 적절히 조절하는 역할을 수행한다.
폴리감마글루탐산(γ-PGA)은 점성이 매우 높은 천연 음전하성 바이오폴리머로서 식품, 화장품, 의약분야에서 다양하게 사용되고 있다. 또한, 폴리감마글루탐산의 점성은 pH에 따라 변화하는 특성을 갖는데, 중성 영역에서 이러한 점성이 더욱 강해진다. 따라서 폴리감마글루탐산 첨가에 의해 점착성 향상을 기대할 수 있다.
이와 같은 혼합 첨가제는 코팅막 강화제에 포함된 물질의 가교 중합에 있어서의 촉매 역할을 할 뿐 아니라, 방오성 향상 및 접착성 증진 효과가 매우 뛰어나며, 나아가 코팅막의 크랙 생성을 방지할 수 있는 기능이 있다.
도 4는 본 발명의 도장 공법을 통한 적층 구조를 도시한 단면도이다.
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도 4를 참조하여 본 발명의 친환경 방오 코팅 조성물을 이용한 도장 공법에 대해 설명하면, 본 발명의 방오 코팅 조성물을 이용한 도장 공법은, 시공대상면(1)의 이물질을 제거하는 단계, 도료층(2)을 형성하는 단계, 도료층(2)을 경화시키는 단계, 코팅층(3)을 형성하는 단계, 코팅층(3)을 경화시키는 단계로 이루어질 수 있다.
먼저 건축 구조물이나 유리 표면과 같은 시공대상물의 이물질이나 분진 등을 제거하고 물세척 등을 수행하여 시공대상면(1)의 이물질을 제거하고 시공대상면(1)을 청결한 상태로 유지한다. 청결한 상태의 시공대상면(1)에 코팅이 이루어져야 코팅의 내구성이 향상되는 만큼, 세척은 1 내지 5회 반복될 수 있다.
여기서 시공대상면(1)에 도료를 도포하는 경우에는 도료 도포 및 경화, 그 후 방오 코팅 조성물의 도포 및 경화가 이루어지며, 도료 도포가 별도로 이루어지지 않는 경우 방오 코팅 조성물만이 도포될 수 있다.
도료를 도포하는 경우, 이물질이 제거된 시공대상면(1)의 표면에 페인트와 같은 도료를 도포하여 도료층(2)을 형성하게 된다. 이때 도료층(2) 형성에 있어서는 페인트를 롤러(roller)나 브러쉬 등으로 시공대상면(1)에 상면에 도료를 도포함으로써 도료층(2) 형성이 이루어진다. 더불어 이때 도료에 본 발명의 방오 코팅 조성물이 혼합될 수도 있다.
도료층(2)이 형성되면, 도료층(2)을 5 내지 48시간 동안 실온 범위에서 경화시켜 도료가 건조되어 안정한 도료층(2)이 형성되도록 된다. 만약 도료 도포가 생략되는 경우, 도료의 도포 및 경화 과정이 생략된다.
다음으로, 도료층(2)의 상면, 또는 시공대상면(1)의 상면에 본 발명의 방오 코팅 조성물을 도포하여 코팅층(3)을 형성한다. 이때 방오 코팅 조성물은 상술한 롤러나 브러쉬를 통해 도포될 수도 있으며, 혹은 스프레이 형식으로 시공대상면(1)의 상면 또는 도료층(2)의 상면에 분사하여 코팅층(3)을 형성하는 것 역시 가능하다.
마지막으로, 형성된 코팅층(3)을 1 내지 48시간 동안 경화시키면 방오 코팅 조성물을 이용한 도장이 완료된다. 이렇게 생성된 방오 코팅층(3)은 내구성 및 내오염성이 뛰어나고 친환경적이며, 나아가 반영구적인 코팅층(3) 형성이 가능하다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 방오 코팅 조성물 및 이를 이용한 도장 공법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
1 : 시공대상면 2 : 도료층
3 : 코팅층

Claims (9)

  1. 친환경 방오 코팅 조성물으로서,
    이산화규소(Silicon dioxide)과 산화주석(Tin Oxide)를 포함하는 코팅제 1 내지 10 중량부,
    폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에폭시 수지(Epoxy resin), 알콕시 실란계 수지(Alkoxysilane resin) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 바인더 1 내지 10 중량부,
    메탄올(methanol), 정제수, 메틸에틸케톤(methylethylketone), 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), β-히드록시에틸에테르(β-hydroxydiethyl ether), 벤젠(benzene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 용매 70 내지 90 중량부,
    폴리실록산(polysiloxane) 및 폴리피롤(polypyrole)을 포함하는 코팅막 강화제 5 내지 15 중량부를 포함하되,
    상기 코팅막 강화제는,
    폴리실록산(polysiloxane) 20 내지 40 중량부와, 폴리피롤(polypyrole) 15 내지 30 중량부 및, 에틸아세테이트 30 내지 70 중량부를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 단계;
    상기 제 1 용액 65 내지 80 중량부와, 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 10 내지 30 중량부 및, N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide) 5 내지 10 중량부를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 단계;
    상기 제 2 용액 70 내지 85 중량부와, 펙틴(Pectin) 5 내지 15 중량부 및, N-하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide) 1 내지 10 중량부를 혼합하여 제 3 용액을 제조하는 단계;
    상기 제 3 용액 80 내지 90 중량부와, 잔탄검(xanthangum) 5 내지 15 중량부 및, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-Ethyl-3-(3-dimethylamino propyl)carbodiimide)를 포함하는 혼합 첨가제 1 내지 10 중량부를 혼합하여 코팅막 강화제를 완성하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 방오 코팅 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합 첨가제는,
    1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-Ethyl-3-(3-dimethyl aminopropyl)carbodiimide) 15 내지 20 중량부와, 트라이에틸포스페이트(triethyl phosphate) 10 내지 15 중량부 및, 톨루엔(toluene) 65 내지 80 중량부를 혼합하여 제 1 첨가액을 제조하는 단계;
    상기 제 1 첨가액 70 내지 80 중량부와, 디페닐포스페이트(diphenyl phosphate) 10 내지 15 중량부 및, 실리카 8 내지 10 중량부, 유리섬유분말 5 내지 10 중량부를 혼합하여 제 2 첨가액을 제조하는 단계;
    상기 제 2 첨가액 80 내지 90 중량부와, 메틸에틸케톤(methylethylketone) 10 내지 15 중량부와, 디부틸주석디라우레이트(Dibutyltin Dilaurate) 3 내지 10 중량부 및, 폴리감마글루탐산(γ-PGA:Poly-γ-glutamic acid) 1 내지 5 중량부를 혼합하여 혼합 첨가제를 완성하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 방오 코팅 조성물.
  3. 친환경 방오 코팅 조성물을 이용한 도장 공법으로서,
    시공대상면의 이물질을 제거하는 단계;
    제 1항의 방오 코팅 조성물을 상기 시공대상면에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 코팅층을 1 내지 48시간 동안 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방오 코팅 조성물을 이용한 도장공법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 단계 전에는,
    이물질이 제거된 상기 시공대상면의 표면에 도료를 도포하여 도료층을 형성하는 단계; 및,
    상기 도료층을 5 내지 48시간 동안 경화시키는 단계;가 포함되고,
    상기 코팅층을 형성하는 단계는,
    상기 방오 코팅 조성물을 상기 도료층의 상면에 도포하여 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 방오 코팅 조성물을 이용한 도장공법.
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