KR102334523B1

KR102334523B1 - 도료 조성물의 제조방법

Info

Publication number: KR102334523B1
Application number: KR1020210058738A
Authority: KR
Inventors: 심경수
Original assignee: 심경수
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2021-12-02

Abstract

본 발명은 건축물 내외의 마감, 도로의 차선이나 표지판 도색 등에 사용되는 도료 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) 140℃ ~ 210℃를 유지하는 제1 혼합기에 제1 바인더와 안료를 투여하여 혼합하는 단계, (B) 상기 제1 혼합기에 박편 운모를 투여 및 혼합하여 착색된 운모를 제조하는 단계, (C) 상기 착색된 운모를 100℃~850℃에서 소성하는 단계 및 (D) 제2 혼합기에 제2 바인더와 소성된 운모를 투입 및 혼합하는 단계를 포함한다.

Description

도료 조성물의 제조방법{The manufacturing Methods of pigment Composition}

본 발명은 건축물 내외의 마감, 도로의 차선이나 표지판 도색 등에 사용되는 도료 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내자외선성, 불연성, 내염수성이 향상된 도료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

현재 상용화되고 있는 도료는 PVC 수지에 색을 부여하는 안료를 첨가하여 경화한 뒤 분쇄하여 칩의 형태로 제조하고, 칩을 바인더와 혼합하여 점성을 가진 액상 형태의 도료로 제조한다. 다만, PVC 수지 기반의 도료는 화재에 취약하고, 연소시 유독가스를 배출하는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 등록특허 제10-0476980호는 운모의 표면에 안료를 착색하여 불연성을 향상시키는 내용을 개시하고 있다. 운모는 불연성이 탁월하여 도료 원료로의 활용성이 높다. 또한 운모는 특유의 질감을 가져 도색된 표면에 입체감을 부여한다.

그러나, 대한민국 등록특허 제10-0476980호는 안료가 착색된 운모를 개시하고 있을 뿐, 도색 대상물에 스프레이건이나 롤러를 통해 도포될 수 있는 완전한 도료 조성물의 제조방법에 대해서는 개시하고 있지 않다.

한편, 도료가 실외에서 특히 차선 또는 도로 표지판에 도색될 경우 자외선 노출에 의해 쉽게 색이 변색되는 문제가 있고, 해안가 인근에서는 염분에 의해 도색이 쉽게 변질 또는 박리되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0476980호 (2005.03.16 공고, 채색된 운모의 제조방법 및 그 방법에 의해서 제조된 운모)

본 발명자들은 이상에서 설명한 문제점들을 해결하기 위하여 다년간 연구한 결과 본 발명의 도료 조성물의 제조방법을 통해 불연성, 내자외선성, 내염수성을 향상시킬 수 있음을 밝혀냈다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 도료 조성물의 제조방법은 (A) 140℃ ~ 210℃를 유지하는 제1 혼합기에 제1 바인더와 안료를 투여하여 혼합하는 단계, (B) 상기 제1 혼합기에 박편 운모를 투여 및 혼합하여 착색된 운모를 제조하는 단계, (C) 상기 착색된 운모를 100℃~850℃에서 소성하는 단계 및 (D) 제2 혼합기에 제2 바인더와 소성된 운모를 투입하고 혼합하는 단계를 포함한다.

상기 (D) 단계는 (D-1) 제2 혼합기에 제2 바인더를 투입하고 사전 혼합하는 단계, 및 (D-2) 제2 혼합기에 소성된 운모를 투입하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 바인더는 박편 운모의 표면에 안료를 코팅하는 바인더이고, 아크릴공중합체 48중량% ~ 52중량%를 함유할 수 있다. 상기 제2 바인더는 아크릴공중합체 70중량% ~ 80중량% 및 이산화티타늄 3중량% ~ 4중량%를 함유할 수 있다.

상기 박편 운모 100중량부에 대하여, 제1 바인더는 10 ~ 25 중량부, 안료는 5~17중량부가 제1 혼합기에 투여될 수 있다. 상기 (D) 단계는 소성된 운모 100중량부에 대하여, 제2 바인더가 140중량부 ~ 170중량부로 제2 혼합기에 투여될 수 있다.

본 발명의 제조방법에 따른 도료 조성물은 불연성, 내자외선성, 내염수성이 우수하여, 도로의 차선 및 표지판의 도색에 사용 내구연한을 높일 수 있으며, 해안 근처나 수산시장의 도색에도 사용 내구연한을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 도료 조성물의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 아연강판에 도료 조성물을 도포한 이미지이다.
도 3 및 4는 도색된 아연강판의 내염수성 테스트 결과 이미지이다.

본 발명에 따른 도료 조성물의 제조방법을 이하 구체적인 예로써 설명한다. 도 1은 본 발명의 도료 조성물의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 도료 조성물의 제조방법은 (A) 제1 혼합기에 제1 바인더와 안료를 투입 및 혼합하는 단계, (B) 제1 혼합기에 박편 운모를 투여 및 혼합하여 착색된 운모를 제조하는 단계, (C) 착색된 운모를 소성하는 단계 및 (D)제2 혼합기에 제2 바인더와 소성된 운모를 투입하여 혼합하는 단계를 포함한다.

상기 (A) 단계에서, 제1 혼합기는 내부가 140℃ ~ 210℃로 가열될 수 있는 혼합기를 사용한다. 혼합기는 제1 바인더와 안료를 투입하기 전에 미리 140℃ ~ 210℃로 가열한 뒤, 제1 바인더와 안료를 투입하는 것이 균일한 혼합을 유도하기에 적합하다. 제1 혼합기 내에서 안료의 색이 균일하게 발현될 때까지 혼합한다.

이어서, 제1 혼합기에 박편 운모를 투여 및 혼합한다(B 단계). 박편 운모는 자연에서 취한 운모를 연마하여 작은 분말 형태로 변형한 것을 가리킨다. 박편 운모를 투입 및 혼합할 때, 제1 혼합기는 (A)단계와 동일하게 140℃ ~ 210℃를 유지하는 것이 바람직하다. 제1 혼합기의 온도가 140℃ 미만이면 박편 운모의 표면에 안료가 균일하게 착색되지 않고 균일한 착색이 이뤄지기 위해서는 장시간이 소요된다. 제1 혼합기의 온도가 210℃를 초과하면 박편 운모의 표면이 소성되면서 박편 운모끼리 응집되어 뭉치는 현상이 발생될 수 있다.

한편, 제1 혼합기는 내부에서 임펠러가 회전하는 혼합기를 사용할 수 있으며, 100rpm ~ 1000rpm으로 혼합하는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 150~250rpm의 혼합기를 사용할 경우 상기 (B) 단계는 박편 운모를 투입한 시점으로부터 25~35분간 혼합이 수행될 수 있으나 혼합기의 용량, 원료의 수량에 따라 변경될 수 있다. (B) 단계가 완료되면 박편 운모의 표면에 안료가 고르게 착색되어 안료의 색이 발현되는 착색된 운모를 획득할 수 있다.

그 후, 착색된 운모를 소성한다(C 단계). 소성 단계는 착색된 운모의 표면과 안료의 표면을 고온 조건에서 서로 고결한다. 소성 온도는 100℃ ~ 850℃에서 20~40분간 진행될 수 있고, 제1 바인더의 종류에 따라 상기 온도 범위 내에서 변경할 수 있다. 상기 (C) 단계를 거쳐 소성된 운모를 획득할 수 있다.

제1 바인더는 운모의 표면에 안료를 코팅할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 아크릴계 바인더, 세라믹계 바인더, PTFE(Polytetrafluoroethylene)계 바인더, 열가소성 바인더, 열경화성 바인더를 사용할 수 있다. 바람직하게는 제1 바인더는 아크릴계 바인더를 사용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 아크릴 공중합체 48중량% ~ 52중량%, 잔량의 물로 구성된 아크릴계 바인더를 사용하는 것이 좋다. 불연성을 높이기 위해 통상 제1 바인더를 내열수지계 바인더 또는 세라믹계 바인더를 사용하는 경우도 있으나, 박편 운모에 안료의 코팅 부착력을 향상시키기 위해서는 상기 함량으로 구성된 아크릴계 바인더를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 바인더는 별도 내열성 세라믹을 함유하지 않는 것이 오히려 좋다. 다만, 후술할 제2 바인더에는 내열성 세라믹을 함유하는 것이 바람직한데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

이상에서 설명한 (A)~(C) 단계에서, 박편 운모, 제1 바인더 및 안료의 배합 비율은 박편 운모 100중량부에 대하여, 제1 바인더는 10~25중량부, 안료는 5~17중량부가 혼합될 수 있다. 제1 바인더가 10 중량부 미만이면 안료가 박편 운모의 표면에 완전한 코팅을 기대할 수 없고, 제1 바인더가 25중량부를 초과하면 불연성 향상을 기대하기 어렵다.

상기 (D) 단계는 제2 혼합기에 소성된 운모와 제2 바인더를 투입 및 혼합하여 점성을 갖는 액상의 도료 조성물을 제조하는 단계이다.

구체적으로, 제2 혼합기에 제2 바인더를 투입하고 5분 이상 사전 혼합하는 단계(D-1)를 진행한다. 여기서 제2 바인더는 불연성, 내자외선성, 내염수성이 우수한 세라믹을 함유할 수 있다. 예컨대, 제2 바인더는 이산화티타늄을 3중량% ~ 4중량%, 아크릴공중합체 70중량% ~ 80 중량% 및 잔량의 첨가제를 함유한 바인더를 사용하는 것이 바람직하다. 제2 바인더에 이산화티타늄의 함량이 4중량%를 초과하면 접착력이 떨어지고, 이산화티타늄의 함량이 3중량% 미만인 경우 불연성, 내자외선성 및 내염수성 확보가 어렵다. 앞서 설명한 바와 같이, 안료를 박편 운모에 코팅하기 위한 제1 바인더는 내열 세라믹이 없는 바인더를 사용하되, 점성을 갖는 액상의 도료 조성물을 제조할 때는 내열 세라믹을 첨가한 제2 바인더를 사용함으로써 운모의 불연성, 내자외선성, 내염수성의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 제2 바인더에 함유되는 첨가제는 윤활제로 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 1~1.5중량%, 유연제로 소듐 폴리아크릴레이트(Sodium Polyacrylate) 1~2중량%, 증점제로 하이드록시에틸셀룰로스(Hydroxyethylcellulose) 0.5~1중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 제2 바인더에 이산화티타늄이 함유됨에 따라 가공의 취급성을 높이기 위해 첨가될 수 있다.

제2 바인더는 제1 바인더와 달리, 내열 세라믹이 함유되기 때문에 내열 세라믹의 균일한 분산을 유도해야 하고, 이를 위해 상기 (D-1)단계에서 제2 바인더를 사전 혼합하는 단계를 진행하는 것이 바람직하다. 제2 혼합기는 제1 혼합기와 물리적으로 분리된 혼합기를 사용하고, 별도 가열 조건을 갖지 않는 혼합기를 사용할 수 있다. 제2 혼합기는 제2 바인더가 투입된 시점으로부터 5분 이상 혼합하는 것이 내열 세라믹의 분산에 바람직하다.

이어서, 제2 혼합기에 소성된 운모를 투입하여 혼합한다(D-2). (D) 단계에서, 소성 운모와 제2 바인더의 배합 비율은 소성된 운모 100중량부에 대하여, 제2 바인더가 140 ~ 170중량부로 배합될 수 있다. 제2 바인더가 170중량부를 초과하면 내열 세라믹이 함유되더라도 불연성 및 내자외선성의 효과를 달성하기 어렵고, 140 중량부 미만으로 배합되면 도색에 필요한 부착력이 떨어질 수 있다.

제2 혼합기에서의 혼합은 15분 이상 혼합하는 것이 바람직한데, 15분 이상 혼합하지 않을 경우 불균일 혼합으로 제2 바인더가 도색한 표면에 노출되어 미관상 균일한 도료의 색상을 발현하지 못하고 불연성 및 내자외선성에 취약하다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

<실시예 1>

내부온도 180℃, 200rpm의 제1 혼합기에 안료 12kg과 제1 바인더[NOVA-160SR, ㈜노바켐텍] 24kg을 투입하여 30분간 혼합하였다. 제1 바인더는 아크릴 공중합체 50중량% 및 잔량의 물을 함유한다.

40mesh 박편 운모 132kg[IMP-100, ㈜아이엔티코리아]을 제1 혼합기에 투입하고, 90분간 혼합함으로써, 박편 운모의 표면에 안료가 코팅된 착색된 운모를 획득하였다.

착색된 운모를 150℃ 가열로에 통과시켜 20분간 소성하고, 자연 냉각 및 분쇄하여 소성된 운모를 획득하였다.

내부온도 23℃, 200rpm의 제2 혼합기에 제2 바인더[UT-2500, ㈜대한고분자] 11kg을 투입하고 5분간 혼합하였다. 제2 혼합기에 앞서 제조한 소성된 운모 7kg을 투입하여 15분간 혼합하여 도료 조성물을 제조하였다. 제2 바인더는 아크릴공중합체 75중량%, 이산화티타늄 4중량%, 잔량의 첨가제를 함유한다.

<실시예 2>

실시예 1과 동일하게 제조하되, 제2 혼합기에 제2 바인더와 소성된 운모를 동시에 투입하였다.

<실시예 3>

실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 바인더를 대체하여 이산화티타늄이 함유된 UT-2500(제2 바인더)를 사용하였다.

<실시예 4>

실시예 1과 동일하게 제조하되, 제2 바인더를 대체하여 이산화티타늄이 함유되지 않은 NOVA-160SR(제1 바인더)를 사용하였다.

<실시예 5>

실시예 1과 동일하게 제조하되, 제2 혼합기에 투여되는 제2 바인더의 함량을 14kg으로 변경하였다.

<비교예>

실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 혼합기의 내부 온도를 23℃로 변경하였고, 제1 바인더, 안료 및 박편 운모를 제1 혼합기에 동시에 투입하였으며, 제2 혼합기에 제2 바인더와 소성된 운모를 동시에 투입하였다.

실시예와 비교예에 혼합된 원료와 배합은 아래 표 1(제1 혼합기) 및 표2(제2 혼합기)와 같다.

구분			실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예
제1 혼합기	안료		12kg	12kg	12kg	12kg	12kg	12kg
	제1 바인더	NOVA-160SR	24kg	24kg	-	24kg	24kg	24kg
	제1 바인더	UT-2500 (이산화티탄 함유)	-	-	24kg	-	-	-
	박편 운모		132kg	132kg	132kg	132kg	132kg	132kg

구분			실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예
제2 혼합기	소성된 운모		7kg	7kg	7kg	7kg	7kg	7kg
	제2 바인더	NOVA-160SR	-	-	-	11kg	-	-
	제2 바인더	UT-2500 (이산화티탄 함유)	11kg	11kg	11kg	-	14kg	11kg

각 도료 조성물의 불연성, 내자외선성 및 내염수성을 테스트하기 위해, 실시예와 비교예의 도료 조성물을 10mm 아연강판에 2mm 두께로 도포한 후 6일간 건조하였다. 도색된 아연강판을 대상으로 아래와 같은 테스트를 진행하였다.

<실험예 1> 불연성

KS F ISO 1182(건축 재료의 불연성 시험방법)에 따라, 실시예와 비교예의 불연시험을 수행하였다. 실시예 1~5는 모두 불연시험을 만족하였으나 비교예는 불연시험을 만족하지 못하였다.

참고로, 실시예 1과 비교예의 도색된 아연강판은 육안으로 관찰할 때(도 2), 비교예의 도색된 아연강판은 도색 표면에 흰색의 경화된 아크릴 수지가 관찰되었다(도 2의 우측 사진). 반면에 실시예 1의 도색된 아연강판은 도색 표면에 아크릴 수지가 관찰되지 않았다(도 2의 좌측 사진). 아연강판에 비교예의 도료 조성물이 도색된 후, 아크릴 수지가 운모와 아연강판 사이에 잘 스며들지 못하고 운모의 표면에 많은 양의 아크릴 수지가 남아 있게 되는데, 이는 불연성 취약의 원인으로 판단된다. 그러나 실시예 1의 경우, 제1 바인더 및 제2 바인더가 소성된 운모와 각각 완연한 균질의 혼합을 이루되, 도색 후 아크릴 수지가 운모와 아연강판 사이에 스며들어 불연성이 우수한 것으로 나타났다. 아울러, 실시예 2 내지 5도 불연성을 만족하여 실시예 1과 같은 결과를 보였다.

<실험예 2> 내자외선성

자외선 노출에 따른 실시예와 비교예의 변색 특성을 확인하고자, 실시예1내지 5와 비교예의 도색된 아연강판을 옥외노출시험을 진행하였다.

도색된 아연강판을 투명한 유리 케이스에 담아 옥외에서 노출하고 변색을 확인하였다. 6개월간 옥외노출로 방치한 후 변색을 육안 관찰한 바, 비교예는 도색 표면에 관찰되었던 흰색의 아크릴계 바인더가 담황색으로 변색되어 본연의 안료색을 변질시켰다. 실시예 1 내지 5의 경우 모두 본연의 안료색을 유지하고 있었으나, 실시예 4의 경우 실시예 1~3 및 5보다 안료색이 옅어진 것을 확인하였다. 제2 바인더에 이산화티타늄을 함유한 실시예 1~3 및 5가 실시예 4보다 내자외선성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

<실험예 3> 내염수성

용기에 염화나트륨 300g이 희석된 물 500ml을 채웠다. 용기에 실시예 1 내지 5의 도료 조성물로 도색된 아연강판을 완전히 침수시킨 후 80일간 방치하였다. 한편, 시중에 판매 중인 흰색 도료 조성물을 아연강판(대조군)에 도색한 후 같은 조건 하의 용기에 완전히 침수시켜 80일간 방치하였다.

도 3 및 4는 도색된 아연강판의 내염수성 테스트 결과 이미지이다. 도 3은 80일 경과 후, 용기에 침수된 상태된 실시예 1(A 표기) 및 4(B 표기)가 도색된 아연강판이고, 흰색의 아연강판은 대조군이다. 도 4는 도 3의 아연강판을 용기 밖으로 꺼내어 촬영한 이미지이다.

실시예 1 및 4가 도색된 아연강판은 80일 경과후에도 도색부위의 들뜸이나 부식이 발생하지 않았으나, 대조군의 경우 일부분에 박리와 더불어 들뜸 현상이 발생하여 아연강판이 외부에서 확인되었다.

이와 같이, 본 발명의 제조방법에 따른 도료 조성물은 불연성, 내자외선성, 내염수성이 우수하여, 도로의 차선, 표지판의 도색에 사용 내구연한을 높일 수 있으며, 해안 근처나 수산시장의 도색에도 사용 내구연한을 향상시킬 수 있다.

Claims

(A) 140℃ ~ 210℃를 유지하는 제1 혼합기에 제1 바인더와 안료를 투여하여 혼합하는 단계;
(B) 상기 제1 혼합기에 박편 운모를 투여 및 혼합하여 착색된 운모를 제조하는 단계;
(C) 상기 착색된 운모를 100℃~850℃에서 소성하는 단계; 및
(D) 제2 혼합기에 제2 바인더와 소성된 운모를 투입 및 혼합하는 단계를 포함하는 도료 조성물의 제조방법이되,
상기 (D) 단계는
(D-1) 제2 혼합기에 제2 바인더를 투입하고 사전 혼합하는 단계; 및
(D-2) 제2 혼합기에 소성된 운모를 투입하는 단계를 포함하며,
상기 제1 바인더는 박편 운모의 표면에 안료를 코팅하는 바인더이고, 아크릴공중합체 48중량% ~ 52중량%를 함유하며, 상기 제2 바인더는 아크릴공중합체 70중량% ~ 80중량% 및 이산화티타늄 3중량% ~ 4중량%를 함유하여 불연성 및 내자외선성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 도료 조성물의 제조방법.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 박편 운모 100중량부에 대하여,
제1 바인더는 10 ~ 25중량부, 안료는 5 ~ 17중량부가 제1 혼합기에 투여되는 것을 특징으로 하는 도료 조성물의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (D) 단계는 소성된 운모 100중량부에 대하여,
제2 바인더가 140 ~ 170중량부로 제2 혼합기에 투여되는 것을 특징으로 하는 도료 조성물의 제조방법.
제1항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 의한 제조방법으로 제조된 도료 조성물.