KR102388385B1 - 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 친환경 도장방법 - Google Patents

친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 친환경 도장방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 아크릴계 고분자 입자와 상기 입자 표면 중 적어도 일부에 해리된 카제인이 결합된 복합체 조성물; 증점제; 안료; 및 유기용제를 포함하는, 친환경 도료 조성물과 이를 이용한 친환경 도장방법을 제공한다.

Description

친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 친환경 도장방법{ECO-FRIENDLY PAINT COMPOSITION AND ECO-FRIENDLY COATING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 친환경 도장방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건조 특성과 내수성, 내구성이 개선된 친환경 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 도료(paint)는 유동성의 물질로 도장물의 표면에 도포하여 박막 층을 형성하고, 시간의 경과에 따라 건조 및 경화시키며 생성된 피막이 도장물에 부착하여 표면을 보호하고, 외양 내지 형상을 변화시켜 심미성을 부여하는 용도로 사용된다.
이러한 도료는 크게 수성 도료와 유성 도료로 구별되며, 수성도료는 유기계 용제 대신 물을 사용한 것으로 경제적이고 취급이 간편하며, 안정성이 우수하여 건물의 벽 도장 내지 석재용 바탕도료로 사용된다. 대표적으로 에멀젼 도료, 수용성 베이킹수지 도료 등이 수성 도료에 해당한다. 유성 도료는 주료 천연 유지 등으로 제조되는 전색제를 이용하는 도료로서, 유성 페인트, 유성 에나멜 등이 대표적이다.
수성 도료는 금속재와의 부착성이 부족하여 도막층 형성이 어렵고, 형성된 도막층도 소재의 특성 상 도막이 쉽게 손상되는 문제점이 있다.
본 발명의 개발자들은 이러한 견지에서 친환경성이 우수하며 적용이 편리한 수성 도료 내지 수용성 도료를 사용하면서도 부착성이 우수하고, 도막의 표면 보호 특성이 우수한 친환경 도료 조성물을 개발하였다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 부착성이 우수하면서도 도막의 표면 보호 특성이 우수한 친환경 도료 조성물을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 아크릴계 고분자 입자와 상기 입자 표면 중 적어도 일부에 해리된 카제인이 결합된 복합체 조성물; 증점제; 안료; 및 유기용제를 포함하는, 친환경 도료 조성물을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복합체 조성물은 카제인농도가 1~5중량%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복합체 조성물은 pH가 4~5일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복합체 조성물은 25℃ 점도가 300~1000cps일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 증점제는 미분 실리카, 아마이드 왁스, 유기 클레이, 셀룰로오스 유도체, 폴리아크릴산 중합체 및 우레탄 분산제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 안료는 산화아연, 이산화티탄, 적철, 흑철, 산화크롬, 코발트블루, 옐로티탄, 실리카, 화이트 알루미나, 옐로크롬, 징크크로메이트, 레드 몰리브덴, 감청, 카드뮴 옐로, 카드뮴 레드, 황산바륨, 탄산칼슘, 카본블랙, 알루미늄 분말, 브론즈 분말, 아연 분말, 마이카, 나프톨레드 및 벤즈이미다졸론으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복합체 조성물 및 상기 증점제의 함량은 상기 친환경 도료 조성물 100중량부를 기준으로 1~10중량부일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 (a) 전술한 친환경 도료 조성물을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 친환경 도료 조성물을 피도장물 표면에 소정의 형상으로 도포하는 단계를 포함하는, 친환경 도장방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계 이전에 상기 피도장물은 하기 (i) 내지 (iii) 단계 중 선택된 적어도 하나의 전처리가 수행될 수 있다:
(i) 피도장물 표면을 물리적으로 처리하여 표면조도를 조절하는 단계;
(ii) 피도장물 표면을 화학적으로 처리하여 불순물을 제거하는 단계;
(iii) 피도장물 표면에 접착성층을 형성시키는 단계.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계 이후, (c) 도막층 표면에 투명 도막층을 추가로 형성시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 부착성이 우수하면서도 도막의 표면 보호 특성이 우수한 친환경 도료 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구 범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 친환경 도료 조성물에 대하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다. 단, 하기 기재사항들은 본 발명의 예시를 통해 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하는 것일 뿐으로 본 발명이 하기 기재사항들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
친환경 도료 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 도료 조성물은 아크릴계 고분자 입자와 상기 입자 표면 중 적어도 일부에 해리된 카제인이 결합된 복합체 조성물; 증점제; 안료; 및 유기용제를 포함할 수 있다.
상기 아크릴계 고분자 입자는 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴레이트 등의 아크릴계 고분자가 입자상으로 존재하는 것일 수 있다. 상기 입자는 해리된 카제인에 의하여 상호 연결됨으로써 복합체 간의 가교 및/또는 결합성이 개선될 수 있다. 그 결과 철재와 같이 상대적으로 수성 도료의 부착성이 미흡한 소재에도 강한 접착성을 나타낼 수 있다.
상기 아크릴계 고분자 입자는 pH가 조절되어 해리된 카제인의 존재 하에서 아크릴계 단량체를 중합시켜 형성될 수 있다. 상기 아크릴계 단량체는 과산화황산암모늄, 과산화황산칼륨과 같은 공지의 개시제를 이용하여 중합을 개시할 수 있다. 또한 상기 아크릴계 단량체를 검화시킨 후 중합을 개시하면 카제인과의 혼합성이 개선되어 복합체의 형성이 보다 용이할 수 있다.
상기 복합체 조성물은 카제인농도가 1~5중량%일 수 있다. 카제인농도가 상기 범위를 벗어나면 충분한 접착성을 부여할 수 없거나, 복합체 조성물이 겔화되어 도료로 적용하기 어려울 수 있다.
상기 복합체 조성물은 pH가 4~5일 수 있다. 상기 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어나면 복합체 조성물이 형성되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 카제인은 pH 3.5~5.5의 범위에서 용해도가 낮은 특성을 나타내는데 이러한 조건 하에서 아크릴계 단량체를 중합시켜야 아크릴계 중합체 입자 간에 해리된 카제인이 결합된 복합체를 제조할 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 조건에서 중합을 수행하면 카제인이 용액화되어 아크릴계 고분자 입자와 카제인의 상호작용이 발생하지 않을 수 있다.
상기 복합체 조성물은 25℃ 점도가 300~1000cps일 수 있다. 점도가 상기 범위를 벗어나면 도료가 건조되기 전에 쉽게 흐르거나, 도료의 도포가 어려울 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 미분 실리카, 아마이드 왁스, 유기 클레이, 셀룰로오스 유도체, 폴리아크릴산 중합체, 우레탄 분산제 등의 증점제를 포함하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 증점제는 카르복시메틸셀룰로오스일 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 목적하는 명도, 채도에 따라 산화아연, 이산화티탄, 적철, 흑철, 산화크롬, 코발트블루, 옐로티탄, 실리카, 화이트 알루미나, 옐로크롬, 징크크로메이트, 레드 몰리브덴, 감청, 카드뮴 옐로, 카드뮴 레드, 황산바륨, 탄산칼슘, 카본블랙, 알루미늄 분말, 브론즈 분말, 아연 분말, 마이카, 나프톨레드 및 벤즈이미다졸론으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 안료를 포함할 수 있다.
상기 복합체 조성물은 산화아연과 같은 무기 안료와 벤즈이미다졸론과 같은 유기 안료 모두와 혼합성이 우수할 수 있다.
상기 복합체 조성물 및 상기 증점제의 함량은 상기 친환경 도료 조성물 100중량부를 기준으로 1~10중량부일 수 있다. 상기 복합체 조성물 및 상기 증점제의 중량비는 각각 2:3일 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 물, 알코올, 케톤 등의 유기용제를 포함할 수 있고, 친환경성 및 작업성의 측면에서 물을 포함할 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 계면활성제, 알킬인산에스테르, 폴리아미노아미드, 폴리에틸렌글리콜 유도체 등의 습윤제를 더 포함할 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 실란 커플링제, 지르코늄 커플링제 등의 커플링제를 더 포함하여 제조될 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 유기벤토나이트, 전술한 증점제 등을 침강방지제로 더 포함할 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 옥심 화합물, 페놀계 산화방지제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 목적하는 가사시간에 따라 경화제 내지 경화촉매를 더 포함할 수 있고, 예를 들어, 아민계 화합물, 인산에스테르, 술폰산 화합물, 금속염, 아조비스부틸니트릴, 벤조퍼옥사이드 등의 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물은 레벨링제로 폴리부틸아크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 실리콘 화합물, 불소계 계면활성제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 친환경 도료 조성물이 외벽 등 가시광선에 노출되는 환경에 사용되면 힌더드 아민계 화합물을 더 포함하여 광안정성을 개선하고, 페놀계, 티오에테르계, 인계 화합물 등의 산화방지제를 더 포함할 수 있다.
친환경 도장방법
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 친환경 도장방법은 (a) 전술한 친환경 도료 조성물을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 친환경 도료 조성물을 피도장물 표면에 소정의 형상으로 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 도료 조성물을 준비하는 방법에 대해서는 전술한 바와 같다.
상기 (b) 단계에서는 붓칠 외에도 판화 기법을 이용할 수 있으며, 예를 들어, 스텐실 기법으로 피도장물 표면에 소정의 형상으로 도포하는 것일 수 있다. 예를 들어, 재활용 가구 표면에 스텐실 기법으로 하이브리드 나노 도막을 형성함으로써 다양한 미적 표현을 구현한 예술품을 제조할 수 있다.
또는 공정효율성의 측면에서 상기 (b) 단계에서 스프레이법을 이용할 수 있다.
상기 (b) 단계 이전에 상기 피도장물은 하기 (i) 내지 (iii) 단계 중 선택된 적어도 하나의 전처리가 수행될 수 있다:
(i) 피도장물 표면을 물리적으로 처리하여 표면조도를 조절하는 단계;
(ii) 피도장물 표면을 화학적으로 처리하여 불순물을 제거하는 단계;
(iii) 피도장물 표면에 접착성층을 형성시키는 단계.
상기 (i) 단계는, 예를 들어, 공지의 블라스팅법으로 수행될 수 있다. 상기 피도장물 표면의 오염물을 물리적인 방법으로 제거함과 동시에 피도장물의 표면거칠기를 증가시켜 친환경 도료 조성물의 부착성을 개선할 수 있다.
상기 (ii) 단계는, 예를 들어, 공지의 탈지공정으로 수행될 수 있다. 상기 (i) 단계와 달리 화학적인 방법으로 오염물을 제거함으로써 친환경 도료 조성물의 부착성을 개선할 수 있다.
상기 (iii) 단계는, 예를 들어, 공지의 피막공정으로 수행될 수 있다. 피막제를 도포함으로써 친환경 도료 조성물과의 부착성을 직접적으로 향상시킬 수 있다.
상기 (b) 단계 이후, (c) 도막층 표면에 투명 도막층을 추가로 형성시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 투명 도막층은 공지의 클리어코팅법과 동일하게 수행될 수 있다.
제조예
반응기에 농도 1~5중량%의 카제인 수용액을 투입하였다. 반응기의 pH가 8이 될 때까지 암모니아수를 투입하여 카제인을 해리시켰다. 암모늄염으로 검화된 아크릴산 단량체와 과산화황산암모늄을 첨가하며 반응시켰다. 반응 종료 후 폴리아크릴산 입자 표면에 해리된 카제인이 결합된 PAA-카제인 복합체 조성물을 수득하였다.
- 제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5
카제인농도 1중량% 2중량% 3중량% 4중량% 5중량%
고형분함량 15.3중량% 15.4중량% 15.5중량% 15.8중량% 16.2중량%
pH 4.4 4.5 4.5 4.4 4.4
점도(cps@25℃) 340 380 420 720 980
비교제조예 1
농도 15중량%의 폴리아크릴산 용액을 준비하였다.
비교제조예 2
카제인 농도를 7중량%인 것을 사용한 것을 제외하면 제조예와 동일한 방법으로 PAA-카제인 복합체 조성물을 수득하였다.
비교제조예 3
농도 3중량%의 카제인 수용액 10중량부에 농도 15중량%의 폴리아크릴산 용액 90중량부를 혼합하였으나 층분리현상이 발생하여 페인트층이 흘러내려 사용할 수 없었다.
비교제조예 4
농도 5중량%의 카제인 수용액 10중량부에 농도 15중량%의 폴리아크릴산 용액 90중량부를 혼합하였으나, 덩어리 형상의 침전물이 발생하여 사용할 수 없었다.
- 비교제조예 1 비교제조예 2 비교제조예 3 비교제조예 4
카제인농도 0중량% 7중량% 3중량% 5중량%
고형분함량 15.0중량% 16.9중량% 15.7중량% -
pH 4.8 2.5 5.6 -
점도 170 5200 - -
고형분함량은 복합체에서 수분을 증발시킨 후의 중량을 수득한 복합체의 중량으로 나누어 계산하였다.
실시예 및 비교예
제조예 1~5의 PAA-카제인 복합체 조성물 또는 비교제조예 1~2의 생성물 2중량%, 카르복시메틸셀룰로오스 3중량% 및 안료 95중량%로 구성된 도료 30중량부에 물 70중량부를 혼합하여 수성 도료 조성물을 제조하였다.
실험예
금속 기재를 블라스팅 처리하여 일차적으로 표면처리하였다. 이후 농도 20중량%의 염산 용액에 벤조트리아졸 1중량%를 혼합한 탈지 용액에 금속 기재를 침지시켜 탈지 처리하였다. 탈지된 기재를 공업용수로 세척하고, 아연인산염계 피막제에 침지시켜 화성피막층을 형성하였다. 화성피막층이 건조된 후 공업용수로 세척하였다.
상기 화성피막층 표면에 상기 실시예 및 비교예의 수성 도료 조성물을 분사하여 도막을 형성하였다. 이를 원하는 도막의 두께에 따라 반복하여 도막층을 형성하였다.
도막층이 건조된 후 투명한 클리어코팅제를 도포한 후 건조하여 시편을 완성하였다.
상기 실험예에서 금속 기재 표면에 형성된 도막의 특성을 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2
온도 ○ ◎ ◎ ◎ ◎ × -
습도 ◎ ◎ ◎ ◎ ○ × -
표면 ○ ◎ ◎ ○ ○ ○ -
건조 ○ ○ ◎ ◎ ◎ × -
(◎: 우수, ○: 양호, ×: 미흡)
비교예 2의 경우, 카제인으로 인하여 비교제조예 2의 생성물의 점도가 과도하게 높아 도료로 사용할 수 없었다.
-온도 특성: 온도 80℃의 오븐에서 6시간 동안 방치하여 도막 표면 이상 여부를 확인하였다.
-습도 특성: 온도 50℃, 상대습도 100%의 조건에서 6시간 동안 방치하여 도막 표면 이상 여부를 확인하였다.
-표면 특성: 도막 표면에 박리 현상이 발생하거나, 오렌지필 현상이 발생하는지 확인하였다.
-건조 특성: 도막 형성 후 기재를 벽면에 세워둔 채로 48시간 동안 방치하고, 도막의 흐름여부를 확인하였다.

Claims (10)

  1. 아크릴계 고분자 입자와 상기 입자 표면 중 적어도 일부에 해리된 카제인이 결합된 복합체 조성물;
    증점제;
    안료; 및
    물을 포함하는, 친환경 도료 조성물에 있어서,
    상기 복합체 조성물은 카제인 농도가 1~5중량%, pH가 4~5 및 25℃ 점도가 300~1000cps이고,
    상기 증점제는 미분 실리카, 아마이드 왁스, 유기 클레이, 셀룰로오스 유도체, 폴리아크릴산 중합체 및 우레탄 분산제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이며,
    상기 복합체 조성물 및 상기 증점제의 함량은 상기 친환경 도료 조성물 100중량부를 기준으로 각각 1~10중량부로서, 2:3의 중량비로 포함되는,
    친환경 도료 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안료는 산화아연, 이산화티탄, 적철, 흑철, 산화크롬, 코발트블루, 옐로티탄, 실리카, 화이트 알루미나, 옐로크롬, 징크크로메이트, 레드 몰리브덴, 감청, 카드뮴 옐로, 카드뮴 레드, 황산바륨, 탄산칼슘, 카본블랙, 알루미늄 분말, 브론즈 분말, 아연 분말, 마이카, 나프톨레드 및 벤즈이미다졸론으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인, 친환경 도료 조성물.
  7. 삭제
  8. (a) 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 따른 친환경 도료 조성물을 준비하는 단계; 및
    (b) 상기 친환경 도료 조성물을 피도장물 표면에 소정의 형상으로 도포하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계는 1회 이상 수행되는, 친환경 도장방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이전에 상기 피도장물은 하기 (i) 내지 (iii) 단계 중 선택된 적어도 하나의 전처리가 수행된, 친환경 도장방법:
    (i) 피도장물 표면을 물리적으로 처리하여 표면조도를 조절하는 단계;
    (ii) 피도장물 표면을 화학적으로 처리하여 불순물을 제거하는 단계;
    (iii) 피도장물 표면에 접착성층을 형성시키는 단계.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후,
    (c) 도막층 표면에 투명 도막층을 추가로 형성시키는 단계;를 더 포함하는, 친환경 도장방법.

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