KR102340245B1 - 건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 세라믹 코팅제 조성물의 바인더를 안정화시킴으로써 1액형의 제조가 가능할 뿐만 아니라 장기간 보관이 가능하도록 하며, 또한, 습윤상태의 코팅면에 대한 수분을 흡수하도록 함으로써 습윤면에 대한 부착력을 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 차열 및 단열성, 불연성 등을 향상시킬 수 있도록 하는, 건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물에 관한 것이다.

Description

건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물{1 LIQUID TYPE CERAMIC COATING COMPOSITION FOR CONSTRUCTION}
본 발명은 세라믹 코팅제 조성물의 바인더를 안정화시킴으로써 1액형의 제조가 가능할 뿐만 아니라 장기간 보관이 가능하면서도 습윤면에 대한 부착성, 차열 및 단열성, 불연성 등이 우수한 건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 건축물은 주로 콘크리트나 시멘트를 주재로 한 구조물로서 물과 수화반응을 하는 수경성 재료이다. 또한 콘크리트 특성상 초기 양생과정에서 많은 미세균열이 발생되며, 양생후 이 미세한 균열사이로 물이 침투하여 동결, 융해의 반복으로 인해 내구성이 현저히 떨어져 구조물의 수명이 단축된다.
또한, 이러한 콘크리트 구조물은 시간이 경과함에 따라 콘크리트 수화물인 수산화 칼륨과 공기 중의 이산화탄소가 반응하여 탄산칼슘을 생성하기 때문에 콘크리트의 pH가 8 ~ 10으로 변화한다. 이를 콘크리트의 중성화 또는 열화라고 한다. 열화가 진행되면 철근이 부식되고 콘크리트의 내부 균열을 발생시키며 콘크리트 자체의 물리적 성능이 떨어진다. 이를 방치하는 경우 구조물 전체에 위험을 초래하게 된다.
한편, 상기와 같은 콘크리트 구조물 열화의 원인으로는 염해, 알카리 골재반응, 중성화 등이 있다. 여기서, 염해(chloride attack)는 염분에 의해 콘크리트 속의 강재가 부식되고 그것에 의해 콘크리트에 균열, 탈락이 생기는 현상이다.
따라서, 이를 해결하기 위하여 세라믹 코팅제를 코팅하여 이를 방지하고 있으며, 관련 선행기술로써 특허문헌 1에서는 실란 조성물(A), 및 경화제 수용액(C)을 포함하는 다목적용 코팅 조성물 키트(kit)로서, 상기 실란 조성물(A)은 100 중량부의 실란 화합물에 03 ~ 30 중량부의 초산, 및 소량의 첨가제를 포함하고, 상기 경화제 수용액(C)은 경화제와 물의 비율이 중량비로 1:1 ~ 2 범위인 것을 특징으로 하는 다목적용 코팅 조성물 키트를 제안하였다.
하지만, 특허문헌 1과 같은 종래의 세라믹 코팅제는 실란 조성물로만 이루어지는 바인더가 안정적이지 못해 경화제를 별도로 포함하는 2액형으로 제조되며, 이로 인해 실란 조성물과 경화제 수용액을 혼합하기 위한 롤(roll) 작업 등을 거침에 따라 제조공정이 번거로울 뿐만 아니라 특히, 그 보관기간이 짧게는 5일, 길어도 1개월이 지나면 코팅제의 기능이 제대로 구현되지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 특허문헌 1과 같은 종래의 세라믹 코팅제는 코팅면이 습윤상태일 경우 이에 대한 부착력이 약해 코팅기능을 제대로 발현시키지 못할 뿐만 아니라 단순히 실란 조성물로만 이루어져 차열 및 단열성, 불연성 등의 성능이 미비한 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0028264호 "다목적용 코팅 조성물 및 그 사용 방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 세라믹 코팅제 조성물의 바인더를 안정화시킴으로써 1액형의 제조가 가능할 뿐만 아니라 장기간 보관이 가능하도록 하며, 또한, 습윤상태의 코팅면에 대한 수분을 흡수하도록 함으로써 습윤면에 대한 부착력을 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 차열 및 단열성, 불연성 등을 향상시킬 수 있도록 함을 과제로 한다.
본 발명은 건축용 세라믹 코팅제 조성물에 있어서, 바인더에 블록 이소시아네이트를 첨가함으로써, 바인더를 이루는 실란과 블록 이소시아네이트의 반응 시, 블록 이소시아네이트가 해리되어 블록 이소시아네이트의 NCO기와 실란의 OH기가 상호 반응하여 체인 연결되도록 하고 이로 인해 바인더를 안정화시키는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 여기에 경도 향상 등을 목적으로 하는 실리콘카바이드, 보론카바이드 또는 알루미나, 습윤면 부착력 향상 등을 목적으로 하는 생석회, 산화칼슘 또는 고로슬래그, 차열 및 단열성, 불연성 향상 등을 목적으로 하는 규조토 또는 질석을 첨가하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
본 발명은 세라믹 코팅제 조성물의 바인더가 안정화되어 1액형의 제조가 가능할 뿐만 아니라 2년 이상 장기간 보관이 가능하며 또한 습윤면에 대한 부착력과 차열 및 단열성, 불연성 등이 우수할 뿐만 아니라, 이를 바탕으로 내화학성, 내염, 내자외선 콘크리트 벽체 및 강구조물용 도료, 불연 고내구성 바닥재, 주방용, 적벽돌 벽체 백화방지 발수제 및 기존 수용성 코팅면 발수제, 습윤면 저수조, 결로방지 및 단열도료 등으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 실란(silane), 블록 이소시아네이트(blocked isocyanate) 및 콜로이달 실리카(colloidal silica)로 이루어지는 바인더(binder)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 바인더에 블록 이소시아네이트를 첨가함으로써, 바인더를 이루는 실란과 블록 이소시아네이트의 반응 시, 블록 이소시아네이트가 약 150℃에서 해리되어 블록 이소시아네이트의 NCO기와 실란의 OH기가 상호 반응하여 체인(chain) 연결되도록 하고 이로 인해 바인더를 안정화시키는 것이다.
아울러, 상기와 같이 바인더를 안정화시킴으로써 1액형의 제조가 가능할 뿐만 아니라 장기간 보관이 가능하도록 하는 것이다.
보다 구체적으로 본 발명은 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane) 또는 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane)과, 콜로이달 실리카를 3 : 7 ~ 4 : 6 중량비로 혼합하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 블록이소시아네이트 3.5 ~ 6.5 중량부를 혼합하여 이루어지는 바인더를 포함한다.
상기 에틸트리에톡시 실란 또는 메틸트리메톡시 실란과, 콜로이달 실리카는 상호 결합되어 바인더 역할을 하는 것으로, 그 혼합비가 상기 범위를 벗어날 경우 코팅제가 제대로 제조되지 않거나 또는 코팅제의 작업성이 저하될 우려가 있다.
상기 블록 이소시아네이트는 실란과 반응하여 바인더를 안정화시키기 위해 첨가되는 것으로, 카프로락탐(caprolactam), 3,5-디메틸피라졸(3,5-dimethyl pyrazole), 1,2,4-트리아졸( 1,2,4-triazole), 이미다졸(imidazole), 2-부타아닌디에틸말로네이트(2-butanine diethyl malonate), 에틸아세트아세테이트(ethylacetoacetate), 메틸에틸케톡심(methylethyl ketoxime) 등의 블록화제로 블록화된 헥사메틸렌디이소시아네이트(Hexamethylene diisocyantate) 등 NCO 함량(blocked NCO content)이 5.6 ~ 5.7 중량%인 것을 사용할 수 있다, 여기서 상기 NCO 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 안정화 효율이 저하될 우려가 있다.
아울러, 상기 블록 이소시아네이트의 함량이 3.5 중량부 미만일 경우 안정화 효율이 저하될 우려가 있으며, 6.5 중량부를 초과할 경우 오히려 코팅제의 물성이 저하될 우려가 있다.
그리고, 본 발명은 상기 바인더 100 중량부에 대하여, 실리콘카바이드(silicon carbide), 보론카바이드(boron carbide) 또는 알루미나(alumina) 5 ~ 15 중량부, 생석회, 산화칼슘 또는 고로슬래그 10 ~ 20 중량부 및 규조토 또는 질석 15 ~ 20 중량부를 더 혼합하여 이루어진다.
즉, 본 발명은 상기와 같은 첨가제의 혼합에 의해 습윤상태의 코팅면에 대한 수분을 흡수하도록 함으로써 습윤면에 대한 부착력을 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 차열 및 단열 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
보다 구체적으로 상기 실리콘카바이드, 보론카바이드 또는 알루미나는 경도 강화 및 생석회 안정화 등을 목적으로 하는 충진제로써 상기 물질은 단독 또는 병용하여 사용할 수 있으며, 그 함량이 5 중량부 미만일 경우 코팅제의 물성이 저하될 우려가 있으며, 15 중량부를 초과할 경우 그 부착성이 저하될 우려가 있다.
상기 생석회, 산화칼슘 또는 고로슬래그는 습윤면에 대한 부착성을 향상시키기위해 첨가되는 것으로 생석회, 산화칼슘 또는 고로슬래그가 습윤상태의 코팅면에 대한 수분을 흡수하도록 함으로써 습윤면에 대한 부착력을 향상시킨다.
한편, 상기 물질은 단독 또는 병용하여 사용할 수 있으며, 그 함량이 10 중량부 미만일 경우 습윤면 부착성이 저하될 우려가 있으며, 20 중량부를 초과할 경우 그 작업성이 저하될 우려가 있다.
상기 규조토 또는 질석은 코팅제의 단열 및 차열성과 불연성 등을 향상시키기 위한 것으로, 상기 물질은 단독 또는 병용하여 사용할 수 있으며, 그 함량이 15 중량부 미만일 경우 단열 및 차열성과 불연성 등의 향상 효율이 미비해질 우려가 있고, 20 중량부를 초과할 경우 그 작업성이 저하될 우려가 있다.
이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 세라믹 코팅제의 제조
(실시예 1)
메틸트리메톡시 실란과, 콜로이달 실리카를 3 : 7 중량비로 혼합하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 블록이소시아네이트(3,5-디메틸피라졸로 블록화된 헥사메틸렌디이소시아네이트, NCO 함량 5.6 중량%) 3.5 중량부를 혼합하여 150℃에서 60분간 420rpm으로 교반 반응하여 바인더를 제조한 후, 상기 바인더 100 중량부에 대하여, 실리콘카바이드 5 중량부, 생석회 10 중량부 및 규조토 15 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
(실시예 2)
에틸트리에톡시 실란과, 콜로이달 실리카를 4 : 6 중량비로 혼합하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 블록이소시아네이트(이미다졸로 블록화된 헥사메틸렌디이소시아네이트, NCO 함량 5.7 중량%) 6 중량부를 혼합하여 150℃에서 60분간 420rpm으로 교반 반응하여 바인더를 제조한 후, 상기 바인더 100 중량부에 대하여, 보론카바이드 10 중량부, 산화칼슘 15 중량부 및 질석 20 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
(실시예 3)
메틸트리메톡시 실란과, 콜로이달 실리카를 3 : 7 중량비로 혼합하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 블록이소시아네이트(1,2,4-트리아졸로 블록화된 헥사메틸렌디이소시아네이트, NCO 함량 5.6 중량%) 6.5 중량부를 혼합하여 150℃에서 60분간 420rpm으로 교반 반응하여 바인더를 제조한 후, 상기 바인더 100 중량부에 대하여, 알루미나 15 중량부, 고로슬래그 20 중량부 및 규조토 20 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 블록 이소시아네이트를 사용하지 않았다.
(비교예 2)
실시예 2와 동일하게 제조하되, 블록 이소시아네이트 및 산화칼슘을 첨가하지 않았다.
(비교예 3)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 블록 이소시아네이트 및 규조토를 첨가하지 않았다.
2. 세라믹 코팅제의 평가
(1) 장기 보관성
실시예 및 비교예에 따른 코팅제 시료 200g을 유리 용기(Ø75mm X H100mm 원통형)에 충진하여 밀봉후 50℃ 온장고에 보관한다. 이후 7일 간격으로 샘플링하여 도포한뒤 도포면의 광택도(at 60°)가 70 - 75 GU를 유지하는지 관찰하여 측정하였다. 그리고 상기 범위를 유지할 경우 'PASS', 유지하지 못할 경우 'FAIL'로 표시하였으며 그 결과는 아래 [표 1]과 같다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
7일 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
14일 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
21일 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
28일 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
35일 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
*50℃에서 7일 보관은 일반 제품의 상온에서의 30개월 보관과 동일하게 간주
(2) 습윤면 부착성 및 건조 후 물성 시험
콘크리트 케익 100mm X 100mm X 30mm로 제작하여 양생 후 수중에서 24h 함침 후 수분함유 상태에서, 상기 실시예 및 비교예에 따른 코팅제를 도포 및 건조한 후 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표 2]와 같다.
구분
 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
도막두께
 45㎛ 45㎛ 45㎛ 45㎛ 45㎛ 45㎛
내오염성
 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
기계적
물성		 cross-cut 25/25 25/25 25/25 5/25 7/25 2/25
표면경도 8H 8H 8H 5H 5H 5H
내충격성 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
화학적 내알칼리성 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
물성 내산성 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
촉진 내후성 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
내염수분무 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
내한열성 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
내열성 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
*도막두께(판정기준 : 35 - 36㎛)
*내오염성-오염물을 묻힌 후 24h 후 세척
(판정기준 : 잔상 없을 것)
*cross-cut-2mm 간격으로 가로-세로 6줄씩 그은 후 3M 테이프를 붙여 순간적으로 떼어냄
(판정기준 : 코팅면 박리 없을 것(25/25))
*표면경도-경도 측정용 연필을 1kg의 하중으로 5회 그어줌
(판정기준 : 6H 이상)
*내충격성-500g X Ø12.7mm 구체 300mm 자유낙하
(판정기준 : 도막 이상 없을 것)
*내알칼리성-상온, 5% Na2CO3 X 24h
(판정기준 : 박리 및 변색 없을 것)
*내산성-상온, 5% H2SO4 X 24h
(판정기준 : 박리 및 변색 없을 것)
*촉진 내후성-WOM 시험기, 1,000h
(판정기준 : 색차 : △E〈2.0 / 광택유지 : 90% 이상)
*내염수분무-35℃에서 과포화 Nacl 수용액을 1,000h 동안 분무
(판정기준 : 부풀음 및 박리 없을 것)
*내한열성-60℃60min-20℃30min 유지
(판정기준 : 부풀음 및 박리 없을 것)
*내열성-250℃에서 6h유지
(판정기준 : 부풀음 및 박리 없을 것)
(3) 차열 및 단열성 시험
300mm X 300mm X 300mm X 1mm(W X H X D X T) 알루미늄 소재 상자에 실시예 및 비교예에 따른 코팅제를 도포 후 온장고(40℃, 50℃, 55℃)에 넣어 60분 후 온도를 비교하여 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표 3]과 같다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
40℃ 온장고 35℃ 36℃ 35℃ 41℃ 42℃ 41℃
50℃ 온장고 42℃ 42℃ 43℃ 52℃ 52℃ 53℃
55℃ 온장고 45℃ 44℃ 45℃ 57℃ 58℃ 57℃
(4) 불연성 시험
지름 44mm, 높이 50mm인 콘크리트 시편에 실시예 및 비교예에 따른 코팅제를 80㎛ 두께로 전면 도포하여 그 전면을 20분간 가열함으로써 측정하였고, 가스유해성 시험에서는 무게 19g, ICR 혈통의 마우스를 실험체로 하여 행동정지시간을 측정하였으며(KSF ISO 1182(건축 재료의 불연성 시험 방법) 및 KSF 2271(건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법)), 그 결과는 아래 [표 4]와 같다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
불연성 PASS PASS PASS PASS PASS FAIL
가스 유해성 PASS PASS PASS FAIL FAIL FAIL
*불연성-최고온도와 최종 평행온도의 차이
(판정기준 : 20(K)이하)
*가스유해성-쥐의 평균 행동 정지시간
(판정기준 : 9분 이상)
상기 [표 1] 내지 [표 4]에서와 같이 본 발명에 따른 실시예는 비교예에 비하여 습윤면에 대한 부착력과 차열,단열성 및 불연성이 우수할 뿐만 아니라 장기간 보관 기간 후에도 그 성능이 그대로 유지되어 보관성 또한 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물을 상기한 설명 및 도면에 따라 설명하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 실란, 블록 이소시아네이트 및 콜로이달 실리카로 이루어지는 바인더를 포함하는 건축용 세라믹 코팅제 조성물에 있어서,
    에틸트리에톡시 실란 또는 메틸트리메톡시 실란과, 콜로이달 실리카를 3 : 7 ~ 4 : 6 중량비로 혼합하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 블록이소시아네이트 3.5 ~ 6.5 중량부를 혼합하여 바인더를 제조하고, 상기 바인더 100 중량부에 대하여, 실리콘카바이드, 보론카바이드 또는 알루미나 5 ~ 15 중량부, 생석회, 산화칼슘 또는 고로슬래그 10 ~ 20 중량부 및 규조토 또는 질석 15 ~ 20 중량부를 혼합하여 이루어지되, 상기 블록 이소시아네이트는 NCO 함량이 5.6 ~ 5.7 중량%인 것을 특징으로 하는, 건축용 1액형 세라믹 코팅제 조성물.
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