KR102421999B1 - 시공성 및 품질 균일성을 개선한 펠릿타입 열 융착형 노면표지용 도료 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

시공성 및 품질 균일성을 개선한 펠릿타입 열 융착형 노면표지용 도료 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 탄화수소 수지, 탄산칼슘, 글래스 비드, 돌로마이트, 이산화티탄, 탄소수 12 이상의 알킬기를 포함하는 포화 지방산, 로진에스테르 및 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

시공성 및 품질 균일성을 개선한 펠릿타입 열 융착형 노면표지용 도료 조성물 및 그 제조방법{Pellet type thermosetting road marking paint with enhanced quality uniformity and constructability}
본 발명은 기재에 대한 부착력 및 내구성이 우수하고, 시공성 및 품질 균일성이 뛰어난 펠릿형 열융착 노면표지용 도료 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.
원활한 교통흐름 확보 및 여러 가지 정보를 안내하기 위하여 다양한 종류의 노면 표지가 노면 상에 도색된다. 통상적으로 이런 노면 표지는 차선, 중앙선, 횡단보도, 제한 속도 등의 정보를 표시하며, 이러한 정보를 바탕으로 운전자 및 보행자가 원활히 통행할 수 있다.
이때 사용되는 도료는 원재료 성분 및 시공 방식에 따라 크게 유성 노면표지 도료, 수성 노면표지 도료, 열융착식 노면표지 도료 등으로 구분할 수 있다. 이 중 열융착식 노면표지 도료는 열가소성 수지에 안료와 충전제 및 유리비드 등을 혼합하여 분말 형태로 제조하며, 시공시 열융해하여 사용하는 도료로 덩어리나 분말 형태로 공급되는 무용매 차선 표시재료이다. 구체적으로 분말 형태의 조성물을 특정 가공기기를 통해 열을 가해 융해 후 도포하는 방법으로 시공하며, 노면 표지의 도포 두께에 제한이 적고 시공 후 냉각 후 통행이 바로 가능하다는 장점이 있다.
국내에서 판매되고 있는 열 융착형 노면표지용 도료 조성물은 열가소성의 원료에 유리알, 무기충전제, 골재, 색상안료 등의 혼합물로 구성되어 있고, 이와 같이 구성된 열 융착형 노면표지용 도료는 가열 용융하여 노면에 도포하고 냉각하여 노면에 밀착된 강인한 도막을 형성할 수 있다
이러한 열 융착식 도료의 원료들은 각각 고유의 형태를 유지한 상태로 혼합된 후 포장하여 제조되는데 원료의 외형, 밀도에 의해 혼합 균일성이 저하되고 함량이 적은 경우 혼합 균일성이 취약한 단점을 가지고 있고, 제품 제조시 설비의 상태와 원료의 상태 및 함유량에 따라 원료들이 균일하게 혼합이 되지 않는 경우 최종 제품의 작업성 및 색상 차이와 같은 품질의 편차가 발생하는 문제점을 안고 있다.
또한 열 융착식 도료 중 분진 형태의 도료는 제품 보관 시 공기 중의 수분 흡수에 의한 제품 품질 편차가 발생할 수 있고, 제품 사용 시 분진 흡입에 의한 사용자의 건강 문제를 야기할 수 있는 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1812242호 대한민국 등록특허공보 제10-0832922호
본 발명의 목적은 기존의 열융착시 분진형(dust) 도료가 갖는 단점을 해결하기 위해 시공, 보관 및 운반 편이성이 우수한 펠릿(pellet)타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부착력 및 내구성이 우수한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 부착력, 내구성 및 품질의 균일성이 우수한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 노면표지용 도료 조성물은 펠릿 형태의 열융착 도료 조성물로서 탄화수소 수지, 폴리에틸렌, 로진 에스테르, 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트를 포함하며, 상기 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트는 알킬 실란으로 표면개질된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물에서 상기 알킬 실란은 하기 화학식 1을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 1]
R1Si(OR2)3
화학식 1에서, R1은 탄소수 5 내지 10의 알킬기이며, R2는 메틸 또는 에틸기이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물에서 상기 로진 에스테르는 당알코올로부터 유래된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물에서 상기 당알코올은 펜타에리트리톨 및 만니톨에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물에서 상기 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 35 내지 70 중량부의 탄화수소 수지, 3 내지 10 중량부의 폴리에틸렌, 50 내지 120 중량부의 돌로마이트, 10 내지 35 중량부의 로진 에스테르 및 40 내지 100 중량부의 글래스 비드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물에서 상기 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 탄소수 12 이상의 알킬기를 포함하는 포화 지방산을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물에서 상기 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 이산화티탄을 더 포함할 수 있고, 이산화티탄은 티타늄계 표면개질제로 표면개질된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 탄화수소 수지, 폴리에틸렌, 로진 에스테르, 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트를 포함하며, 상기 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트는 알킬 실란으로 표면개질된 것을 특징으로 하여 부착력 및 내구성이 우수한 특징이 있다. 또한, 본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 반복생산에도 품질의 균일성이 우수한 장점이 있다. 나아가 분말형에 비해 흡습성이 낮아 장시간 보관 시에도 제품이 변질되지 않고, 도료 사용 시 사용자의 도료 흡입에 따른 인체 유해성 문제도 해결할 수 있으며, 용해 속도를 단축시켜 경제성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물을 제조하기 위한 공정의 예를 나타내는 공정도이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 노면표지용 도료 조성물에 관한 것으로 펠릿(pellet) 형태의 열융착식 도료(thermosetting paint)를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 탄화수소 수지, 폴리에틸렌, 로진 에스테르, 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트를 포함하며, 상기 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트는 알킬 실란으로 표면개질된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 상술한 조성을 포함함으로써 노면표지의 부착성 및 내구성이 우수한 특징이 있으며, 펠릿형으로 제조되어 보관 및 시공의 편이성이 현저히 좋은 장점이 있다.
본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 폴리에틸렌을 포함하며, 이러한 폴리에틸렌을 포함함으로써 노면표지의 유연성이 향상되어 기재의 팽창 및 수축에도 들뜸을 예방할 수 있는 장점이 있다. 좋게는 상기 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.91 내지 0.94g/㎤를 만족하는 폴리에틸렌일 수 있으며, 멜트 인덱스가 0.3 내지 0.45g/10min( ASTM D1238, 2.16 kg/190℃)인 것을 이용할 수 있다.
상기 폴리에틸렌은 상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 3 내지 10 중량부, 좋게는 5 내지 8 중량부 포함될 수 있으며, 폴리에틸렌을 소량 포함하는 경우 유연성이 낮아질 우려가 있으며, 폴리에틸렌을 다량 포함하는 경우 기계강도 및 경도가 저하될 우려가 있다.
본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 기존의 융착식 도료 장비를 이용하여 시공이 가능하며, 시공 후 20분 이상이 경과하면 차량 통행을 재개할 수 있는 특징이 있다. 또한 시공 시 1㎡ 당 350 내지 450g의 글라스 비드를 살포하여 재귀반사에 의한 운전자의 시인성을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 로진 에스테르를 포함하며, 이러한 로진 에스테르를 포함하여 노면표지가 기재와의 부착력이 현저히 우수한 장점이 있다. 이때 로진 에스테르는 로진을 알코올로 에스테르화 하는 단계를 포함하여 제조된 것을 의미한다. 좋게는 상기 로진 에스테르는 당알코올을 이용하여 에스테르화 된 로진 에스테르일 수 있으며, 구체적으로 당알코올은 펜타에리트리톨 및 만니톨로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 이용한 것일 수 있다. 이러한 당알코올을 이용하여 에스테르화된 로진 에스테르를 이용함으로써 탄화수소 수지 및 폴리에틸렌과의 우수한 상용성을 나타내며 아스팔트와의 부착력이 우수한 장점이 있다.
구체적으로 상기 로진 에스테르는 연화점이 90 내지 110℃인 것을 이용할 수 있으며, 연화점이 낮을 경우 여름철 고온에서 일부 연화되어 내구성이 저하될 우려가 있으며, 연화점이 높을 경우 시공에 불필요하게 고온을 필요로 하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 로진 에스테르는 상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 10 내지 35 중량부, 좋게는 15 내지 30 중량부 포함될 수 있으며, 로진에스테르를 소량 포함하는 경우 부착력 강화 효과가 미미한 한계가 있으며, 로진에스테르를 다량 포함하는 경우 내후성이 저하될 우려가 있다.
탄산칼슘 및 돌로마이트는 혼합에 의한 향상 효과로 각각 단독으로 혼합한 경우 대비 노면 표지의 경도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로 탄산칼슘 및 돌로마이트는 각각 평균입경이 3 내지 100㎛, 좋게는 5 내지 20㎛인 것을 이용할 수 있으며, 평균입경이 낮은 경우 분산에 많은 시간이 소요될 수 있으며, 평균입경이 큰 경우 노면 표지에서 지속적인 충격에 의해 쉽게 탈리될 가능성이 있다.
상기 돌로마이트는 상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 50 내지 120 중량부, 좋게는 70 내지 100 중량부 포함될 수 있다. 돌로마이트를 소량 포함하는 경우 탄산칼슘 및 돌로마이트의 혼합에 의한 경도 향상 효과를 나타내기 어려우며, 돌로마이트를 다량 포함하는 경우 내구성이 낮아질 우려가 있다.
글래스 비드는 통상의 유리 재질의 글래스 비드를 이용할 수 있으며, 더욱 구체적으로 글래스 비드는 SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, MgO, CaO, B2O3 및 P2O5 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속 화합물 및 기타 통상적으로 이용 가능한 미량원소를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 글래스 비드는 입도가 300 내지 1000㎛, 구체적으로는 300 내지 850㎛인 것을 이용할 수 있으며, 글래스 비드의 입도가 작은 경우 글래스 비드는 균일한 분산이 어려운 문제가 발생할 수 있으며, 글래스 비드의 입도가 큰 경우 탄산칼슘, 돌로마이트 및 이산화티탄의 균일한 분산을 방해할 우려가 있다.
상기 글래스 비드는 상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 40 내지 100 중량부, 좋게는 55 내지 80 중량부 포함될 수 있으며, 글래스 비드의 함량이 적은 경우 장기간 재귀반사성능이 낮아질 수 있고, 글래스 비드의 함량이 많은 경우 바인더의 부족에 의한 글래스 비드의 이탈이 발생할 수 있다.
상기 탄산칼슘, 돌로마이트 및 글래스 비드는 실란계 표면개질제에 의해 표면개질된 것일 수 있으며, 이러한 표면개질에 의하여 탄화수소 수지 및 폴리에틸렌과의 상용성을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
더욱 구체적으로, 상기 실란계 표면개질제는 하기 [화학식 1]을 만족할 수 있다.
[화학식 1]
R1Si(OR2)3
화학식 1에서, R1은 탄소수 5 내지 15, 좋게는 8 내지 12의 알킬기이며, R2는 메틸 또는 에틸기이다.
상술한 [화학식 1]을 만족하는 실란계 표면개질제는 표면개질의 효율이 우수하여 노면 표지의 물성을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 탄산칼슘, 돌로마이트 및 글래스 비드의 표면개질 방법은 통상적으로 알려진 방법을 이용할 수 있으며, 더욱 구체적으로 메탄올, 에탄올, 아세톤 및 N,N-디메틸포름아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함하는 유기용매에 상기 화학식 1의 화합물을 용해시켜 표면개질 용액을 제조한다. 상기 표면개질 용액에 탄산칼슘, 돌로마이트 및 글래스 비드를 각각 또는 혼합하여 침지한 뒤 고형분을 분리하고 건조함으로써 표면개질된 탄산칼슘, 돌로마이트 및 글래스 비드를 제조할 수 있다.
본 발명의 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 탄화수소 수지를 포함한다. 탄화수소 수지는 구체적으로 C5 탄화수소 수지를 이용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 C5 탄화수소 수지 중 연화점이 95 내지 110℃인 것을 이용할 수 있다. 연화점이 낮은 경우 노면 표지의 시공 후 여름철 직사광선에서 연화될 우려가 있으며, 연화점이 높은 경우 시공에 고온을 필요로 하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물에서 상기 탄화수소 수지는 상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 35 내지 70 중량부, 좋게는 40 내지 60 중량부 포함될 수 있으며, 탄화수소 수지의 함량이 낮은 경우 탄산칼슘, 글래스 비드, 돌로마이트 및 이산화티탄이 노면 표지에서 쉽게 이탈될 우려가 있으며, 탄화수소 수지의 함량이 높은 경우 내구성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 의한 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 탄소수 12 이상의 알킬기를 포함하는 포화 지방산을 더 포함할 수 있다. 이러한 탄소수 12 이상의 알킬기를 포함하는 포화 지방산을 포함함으로써 펠릿의 시공 시 윤활제, 연화제 및 이형제 역할을 수행할 수 있으며, 이에 따라 시공성 및 평활성이 현저히 높아지는 특징이 장점이 있다.
구체적으로, 상기 탄소수 12 이상의 알킬기를 포함하는 포화 지방산는 팔미트산 또는 스테아린산일 수 있으며, 팔미트산 또는 스테아린산을 이용함으로써 다른 조성과의 상용성을 확보할 수 있다.
탄소수 12 이상의 알킬기를 포함하는 포화 지방산은 상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 0.3 내지 5 중량부, 좋게는 0.5 내지 3 중량부 포함될 수 있으며, 탄소수 12 이상의 알킬기를 포함하는 포화 지방산을 소량 포함하는 경우 윤활성 및 연화성 저하가 발생하여 균일한 시공이 어려울 수 있고, 탄소수 12 이상의 알킬기를 포함하는 포화 지방산을 다량 포함하는 경우 내구도 및 내마모도의 현저한 저하를 유발할 수 있다.
본 발명의 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 이산화티탄을 더 포함할 수 있다. 이산화티탄은 은폐력 및 내후성이 우수하여 노면표지의 색상을 더욱 부각시킬 수 있는 장점이 있다. 좋게는 상기 이산화티탄은 평균입경이 20 내지 100㎛, 좋게는 30 내지 80㎛일 수 있으며, 이산화티탄의 평균입경이 낮은 경우 응집이 발생할 수 있고, 평균입경이 높은 경우 은폐력 향상효과가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
좋게는 상기 이산화티탄은 티타늄계 표면개질제로 표면개질 된 것일 수 있다. 이산화티탄을 티타늄계 표면개질제로 표면개질하는 경우, 티타늄계의 유사한 성질에 의하여 다른 기재 대비 표면개질 효과가 현저히 우수한 장점이 있으며, 실란계 등의 기타 표면개질제 대비 우수한 효과를 나타낼 수 있고, 소량의 표면개질제 투입으로도 우수한 분산성 향상 효과를 나타낼 수 있다.
구체적으로 상기 티타늄계 표면개질제는 Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato, tris neodecanoato-O; Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato, iris(dodecyl)benzenesulfonato-O; Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato, tris(dioctyl)phosphato-O; 및 Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato, tris(dioctyl)pyrophosphato-O; 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 이러한 표면개질제를 이용함으로써 표면개질제를 투입량 대비 현저히 높은 분산성 향상 효과를 나타낼 수 있는 장점이 있다. 또한 티타늄계 표면개질제를 이용한 표면개질 방법은 상술한 탄산칼슘, 돌로마이트 및 글래스 비드를 표면개질하는 방법을 이용할 수 있다.
상기 이산화티탄은 상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 10 내지 40 중량부, 좋게는 12 내지 35 중량부 포함될 수 있으며, 이산화티탄을 소량 포함하는 경우 은폐력 저하로 노면 표지의 색상을 나타내기 어려운 문제점이 있으며, 이산화티탄을 다량 포함하는 경우 표면경도가 낮아질 수 있다.
본 발명에서 펠릿의 크기는 1 내지 50㎜, 50 내지 100㎜, 100 내지 300㎜, 바람직하게는 5 내지 20㎜일 수 있고 펠릿의 형태는 구형, 직육면체, 칩 및 판상형으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 형태일 수 있다. 펠릿의 크기와 형태는 도막을 형성하기 위한 시공 대상, 시공 방법, 시공 장치 등에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 다만 펠릿의 크기가 지나치게 작으면 분진형 도료가 가지는 단점이 일부 발생할 수 있고, 펠릿의 크기가 지나치게 크면 용융시간이 증가하거나 균일한 시공이 어려울 수 있다.
본 발명의 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물은 다음과 같은 제조방법에 따라 제조할 수 있다.
펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물의 원료를 반응기에 투입하는 단계, 반응기를 승온하면서 원료들을 혼합하고 용융시키는 단계 및 반응기에서 생성된 용융물을 성형 및 냉각하여 펠릿화하는 단계를 포함하는 제조방법에 따라 노면표지용 펠릿형 열융착 도료 조성물을 제조할 수 있다.
펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물의 원료를 반응기에 투입하는 단계에서 원료는 탄화수소 수지, 폴리에틸렌, 로진 에스테르, 표면개질된 탄산칼슘, 표면개질된 글래스 비드 및 표면개질된 돌로마이트를 포함할 수 있다. 또한 원료에는 표면개질된 이산화티탄, 포화지방산 및 탄화수소 수지 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수도 있다.
원료 투입 시 원료를 한 번에 모두 투입하거나 로진 에스테르를 먼저 제조하고 나머지 원료를 투입할 수도 있다. 로진 에스테르를 먼저 제조하는 경우, 반응기에 로진과 당알코올을 우선 투입하여 폴리에스테르 반응을 통해 로진 에스테르를 먼저 제조하고, 이 후 로진 에스테르외 나머지 원료들을 투입할 수 있다. 로진 에스테르를 먼저 제조하는 경우 반응기의 온도를 180 내지 270℃, 185 내지 265℃, 190 내지 260℃, 195 내지 255℃, 바람직하게는 200 내지 250℃로 셋팅하여 폴리에스테르 반응을 진행시킬 수 있다. 폴리에스테르 반응은 시간은 0.1 내지 5시간, 바람직하게는 0.5 내지 4시간, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3시간이나 이에 제한되는 것은 아니며, 부생성물을 제거하며 수행할 수 있다.
원료를 혼합하고 용융시키는 단계에서 반응기의 승온 온도는 100 내지 170℃, 105 내지 165℃, 110 내지 160℃, 115 내지 155℃, 바람직하게는 120 내지 150℃이고, 용융물이 생성됨에 따라 반응기의 온도를 140 내지 190℃, 145 내지 185℃, 바람직하게는 150 내지 180℃로 유지하여 용융물 생성 및 공급을 원활히 할 수 있다. 원료의 혼합 및 용융시간은 0.1 내지 10시간, 0.5 내지 8시간, 바람직하게는 0.5 내지 5시간이나 이에 제한되는 것은 아니며, 휘발분을 제거하면서 용융을 수행할 수 있다. 반응기에서 로진 에스테르를 먼저 제조한 경우, 로진 에스테르외 나머지 원료를 첨가하기 전에 반응기 온도를 하강한 후 반응기의 온도를 승온시키고, 용융물이 생성됨에 따라 반응기의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
용융물을 펠릿화하는 단계는 다양한 방법을 이용할 수 있다. 파스틸레이터(pastillator), 스트랜드 펠릿화, 원심분리형 펠릿화 또는 수중 펠릿화를 통해 펠릿화를 진행할 수 있으며, 이 중 파스틸레이터를 이용한 펠릿화가 바람직할 수 있다.
본 발명의 노면표지용 펠릿형 열융착 도료 조성물 제조방법의 구체적인 일 예를 [도 1]을 참고하여 보다 자세히 설명한다.
원료로 알킬 실란으로 표면개질된 탄산칼슘, 알킬 실란으로 표면개질된 돌로마이트, 알킬 실란으로 표면개질된 글래스 비드, 티타늄계 표면개질제로 표면개질된 이산화티탄, 포화지방산으로 스테아린산, 탄화수소 수지, 로진 에스테르 및 폴리에틸렌을 준비한다.
준비한 원료를 원료 공급부(1a, 1b)를 통해 반응기(3)에 공급하며 열교환부(6)로 반응기의 온도를 120 내지 150℃로 승온시킨다. 연료 믹서(2)로 원료를 교반하면서 용융시키고 반응기의 온도를 150 내지 180℃로 유지한다. 반응기(3)에서 생성되는 휘발분은 콘덴서(4)를 거쳐 진공 감압기(5)를 통해 회수될 수 있다.
원료들이 충분히 혼합 및 용융된 후 용융물 펌프(7)를 통해 용융물이 발출되고 필터(8)를 거쳐 용융물이 펠릿 생성부로 공급된다. 용융물 펌프(7)는 1 내지 5bar, 바람직하게는 1 내지 3bar의 압력 하에서 10 내지 50rpm, 바람직하게는 20 내지 40rpm의 속도로 작동하는 것이 좋다.
펠릿 생성부로 공급된 용융물은 로토폼 파스틸레이터(9)를 통해 펠릿 사이즈의 작은 덩어리로 분리 성형되고 스틸벨트(12)에 정렬되어 놓여진다. 칠러(10)에서 5 내지 20℃의 냉각수가 지속적으로 공급되고, 냉각수가 노즐부(11)를 통해 스틸벨트(12)에 분무되어 스틸벨트(12) 상에 놓인 분리 성형된 용융물이 냉각되고 펠릿화가 진행된다. 이 때, 파스틸레이터(9) 및 스틸벨트(12)의 회전 속도는 5 내지 30rpm, 10 내지 25rpm, 바람직하게는 10 내지 20rpm일 수 있다. 원활한 펠릿화를 위해 파스틸레이터(9) 및 스틸벨트(12)의 속도는 동일하게 유지하는게 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
스틸벨트(12)를 거쳐 냉각된 성형 용융물은 파우더 스프레이(13)에 의해 건조 과정 및 이형제 도포 과정을 거쳐, 본 발명에서 목적하는 형상 및 특성을 가지는 펠릿이 완성된다. 완성된 펠릿은 펠릿 봉투(14)에 담겨져 포장된다. 이형제는 특별히 제한되지 않으며 실리콘 수지, 폴리비닐알코올, 파라핀 또는 왁스류를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
1. 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트의 표면개질
에탄올 : 아세톤을 1:9의 중량비로 혼합한 혼합용매에, 화학식 1에서 R1이 노닐기 이며, R2가 메틸기인 알킬 실란을 혼합하여 표면개질 용액을 제조하였다. 이때 알킬 실란은 혼합용매 100g 당 10g을 첨가하였다. 제조된 표면개질 용액 100g이 담긴 용기 3개를 준비하고 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트를 각각 침지하여 2시간 동안 교반한 뒤, 고형분을 분리하고 40℃ 건조기에서 12시간 동안 건조하여 표면개질된 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트를 제조하였다. 이때 탄산칼슘은 평균입경이 10㎛인 것을 이용하였으며, 글래스 비드는 입도가 300~850㎛인 것을 이용하였다.
2. 이산화티탄의 표면개질
아세톤 용매 100g 당 티타늄계 표면개질제로 Titanium IV 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato, iris(dodecyl)benzenesulfonato-O;를 5g 혼합하여 티타늄 표면개질 용액을 제조하였다. 제조된 티타늄 표면개질 용액 100g 당 평균입경이 50㎛인 이산화티탄 입자를 첨가하고 1 시간 동안 교반한 뒤, 40℃ 건조기에서 12시간 동안 건조하여 표면개질된 이산화티탄을 제조하였다.
3. 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물의 제조
표면개질된 탄산칼슘, 표면개질된 돌로마이트, 표면개질된 글래스 비드, 표면개질된 이산화티탄, 포화지방산으로 스테아린산, 탄화수소 수지, 로진 에스테르 및 폴리에틸렌을 [표 1]의 중량비로 반응기에 넣어 150℃로 승온하며 투입 후, 180℃에서 1시간 동안 가열 및 교반하였다. 이 후 반응기에서 생성된 용융물을 로토폼 파스틸레이터(rotoform pastillator), 스틸벨트(steel belt) 및 칠러(chiller)가 구비된 펠릿 형성기로 분출하였다. 로토폼 파스틸레이터 및 스틸벨트는 20rpm으로 구동하였다. 5~20℃의 냉각수를 칠러를 통해 지속적으로 공급하고 노즐을 통해 스틸벨트에 분사하여 용융물을 펠릿 모양으로 성형하고 냉각하였다. 스틸벨트를 통과한 펠릿화된 용융물에 파우더 스프레이로 이형제를 도포하였고, 최종적으로 평균입경 약 10㎜의 노면표지용 펠릿형 열융착 도료 조성물이 제조되었다. 이때 탄화수소 수지는 C5 탄화수소 수지로, 연화점이 100℃인 것을 이용하였으며, 로진 에스테르는 로진을 펜타에리트리톨로 에스테르화 하였으며, 연화점이 약 105℃인 것을 이용하였고, 폴리에틸렌은 밀도가 0.929g/㎤이며, 멜트 인덱스가 0.35g/10min(ASTM D1238, 2.16 kg/190℃)인 것을 이용하였다.
[제조예 2 내지 11]
제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 하기 [표 1]의 중량비로 각 조성을 혼합하여 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물을 제조하였다.
다만 제조예 4의 경우 표면개질되지 않은 탄산칼슘 및 돌로마이트를 이용하였으며, 제조예 5의 경우 표면개질되지 않은 글래스 비드를 이용하였고, 제조예 6은 표면개질되지 않은 이산화티탄을 이용하였다.
제조예 탄산칼슘 돌로마이트 글래스 비드 탄화수소 수지 이산화티탄 로진에스테르 폴리에틸렌 포화지방산
1 100 81.3 66.7 43.3 16.7 17.7 6.7 1
2 100 79.5 63.0 42.9 18.3 15.8 7.1 1
3 100 83.7 68.9 46.1 17.4 19.1 6.7 1.2
4 100 81.3 66.7 43.3 16.7 17.7 6.7 1
5 100 81.3 66.7 43.3 16.7 17.7 6.7 1
6 100 81.3 66.7 43.3 16.7 17.7 6.7 1
7 100 81.3 105.0 43.3 16.7 17.7 6.7 1
8 100 81.3 66.7 43.3 10.0 17.7 6.7 1
9 100 81.3 66.7 43.3 16.7 8.5 6.7 1
10 100 81.3 66.7 43.3 16.7 37.0 6.7 1
11 100 81.3 66.7 36.2 16.7 17.7 6.7 1
내마모도, 부착강도
각 제조예에서 제조된 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물을 열융착 장비를 이용하여 시편상에 시공하고 이에 대하여 내마모도 및 부착강도를 측정하였다. 부착강도는 KS F 2561 시험법에 의하였으며, 내마모도는 ASTM D 4060:10에 의거하여 내마모도를 측정하였으며, 1000회전, 1000g을 기준으로 내마모도를 측정하고 [표 2]로 나타내었다.
촉진 내후성
아래 노출조건으로 각 제조예로 제조된 도막을 이용하였으며, 열융착 직후 글라스 비드를 1㎡ 당 약 400g씩 살포하여 글라스 비드 또한 고착시켰다. 300시간이 지난 후 갈라짐, 부풂, 떨어짐, 색변화 등을 관찰하고 표면 내후성 평가는 KS M ISO 7724-3 CIELAB에 따라 시험전과 카본아크 노후 시험후의 도막 표면 색차 차이 (ΔE*ab)를 측정하고 그 결과를 [표 2]로 나타내었다.
Figure 112021128039549-pat00001
제조예 내마모도(㎎/㎟) 부착강도(N/mm2) 촉진내후성(ΔE*ab)
1 68 2.2 1.5
2 70 2.1 1.4
3 68 2.2 1.7
4 104 1.4 3.4
5 88 1.5 2.2
6 85 1.5 2.9
7 110 1.8 2.5
8 92 2.0 1.8
9 86 1.2 2.0
10 71 2.4 3.2
11 98 1.7 2.3
[표 2]를 참고하면, 제조예 1 내지 3의 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물이 내마모도, 부착강도 및 촉진 내후성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 제조예 1 내지 3의 노면표지용 펠릿형 열융착 도료 조성물은 시공 후 내마모도가 72㎎/㎟이하이며, 부착강도가 2.1N/mm2 이상이고, 촉진 내후성이 1.9ΔE*ab 이하인 특징이 있다.
물성의 균일도 확인
제조예 1과 동일한 조성을 이용하되, 기존방식과 펠릿형 제조방식을 각각 제조하여 시공성과 관련된 평가를 수행하고 그 결과를 [표 3]으로 나타내었다. 이때 기존방식이라 함은 제조예 1의 조성으로 제조하되, 펠릿이 아닌 평균입경이 약 500㎛인 분말을 제조한 것을 의미한다.
구분 점도(cps) 휘도율(β) 연화점
(℃)
30,000cps
도달시간
15,000cps
도달시간
기준 44,000~46,000 0.82 98~102 35분 40분
기존방식 41,000~51,000 0.812 95~105 35분 40분
펠릿방식 44,000~46,000 0.82 98~102 28분 31분
[표 3]을 참고하면, 분말형의 기존 방식에 비해 펠릿형으로 성형하여 열용융시 물성의 균일도 뿐만 아니라, 용융속도도 개선되어 시공에 따른 시간을 절약할 수 있는 효과를 확인할 수 있다.
그리고 분말형에 비해 공기 중 수분을 흡수 정도가 낮아져(흡습성에 의한 문제 개선) 제품 품질의 변화를 억제할 수 있다. 또한 도료 사용 시 사용자의 도료 흡입 문제가 발생하지 않아 도료 흡입에 따른 인체 유해성도 개선할 수 있다.
1a: 액체 원료 공급부
1b: 고체 원료 공급부
2: 원료 믹서
3: 반응기
4: 콘덴서
5: 진공 감압기
6: 열교환부
7: 용융물 펌프
8: 필터
9: 로토폼 파스틸레이터(rotoform pastillator)
10: 칠러(chiller)
11: 노즐부
12: 스틸 벨트(steel belt)
13: 파우더 스프레이(powder spray)
14: 펠렛 봉투

Claims (10)

  1. 탄화수소 수지, 폴리에틸렌, 로진 에스테르, 스테아린산, 이산화티탄, 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트를 포함하고,
    상기 탄산칼슘 100 중량부 대비 40 내지 60 중량부의 탄화수소 수지, 10 내지 35 중량부의 로진에스테르, 12 내지 35 중량부의 이산화티탄 및 40 내지 100 중량부의 글래스 비드를 포함하고,
    상기 이산화티탄은 티타늄계 표면개질제로 표면개질되며,
    상기 탄산칼슘, 글래스 비드 및 돌로마이트는 알킬 실란으로 표면개질되는 것을 특징으로 하는 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 펠릿타입은 구형, 직육면체, 칩 및 판상형에서 선택되는 하나 이상의 형태인 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 알킬 실란은 하기 화학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물.
    [화학식 1]
    R1Si(OR2)3
    ([화학식 1]에서, R1은 탄소수 5 내지 10의 알킬기이며, R2는 메틸 또는 에틸기이다.)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 로진 에스테르는 당알코올로부터 유래된 것을 특징으로 하는 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 당알코올은 펜타에리트리톨 및 만니톨에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항의 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물의 제조방법으로서,
    알킬 실란으로 표면개질된 탄산칼슘 100 중량부 대비 40 내지 60 중량부의 탄화수소 수지, 3 내지 10 중량부의 폴리에틸렌, 50 내지 120 중량부의 알킬 실란으로 표면개질된 돌로마이트, 0.5 내지 5 중량부의 스테아린산, 10 내지 35 중량부의 로진에스테르, 12 내지 35 중량부의 티타늄계 표면개질제로 표면개질된 이산화티탄 및 40 내지 100 중량부의 알킬 실란으로 표면개질된 글래스 비드를 포함하는 원료를 반응기에 투입하는 단계;
    반응기를 120 내지 150℃로 승온하면서 원료들을 혼합하고 반응기를 150 내지 180℃로 유지하면서 원료를 용융시키는 단계; 및,
    반응기에서 생성된 용융물을 성형 및 냉각하여 펠릿화하는 단계;
    를 포함하는 펠릿타입 열융착형 노면표지용 도료 조성물의 제조방법.
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