KR102486174B1 - 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물 및 그 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수작업 및 저온. 저압의 장비로도 시공이 가능한 충분한 가사시간을 가지며 동시에 고신장율, 인장강도 및 내구성을 가지며, 도장 표면에 미려함을 부여할 수 있는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물 및 그 시공방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 이소시아네이트, 촉매, 자외선 방지제, 착색제 및 제1 용제를 포함하는 주제부; (b) 화학식 1로 표시되는 폴리에테르폴리올(polyetherpolyol), 반응안정제 및 제2 용제를 포함하는 경화제부를 포함하며, 상기 폴리에테르폴리올은 화학식 1로 표시되는 폴리올을 화학식 2로 나타내는 비스페놀계 에폭시 수지에 의하여 변성되며, 상기 주제부와 경화제부는 중량비를 기준으로 3: 1 내지 1: 3으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 건축물방수용 조성물 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수작업 및 저온. 저압의 장비로도 시공이 가능한 충분한 가사시간을 가지며 동시에 고신장율, 인장강도 및 내구성을 가지며, 도장 표면에 미려함을 부여할 수 있는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물과 같은 건축물 외부 방수 및 방청의 용도로 주로 열경화성 도료로 구성된 제품을 사용하고 있는데 대부분 주제, 경화제로 구성된 이액형으로 구성된 폴리우레아계, 에폭시계, 우레탄계가 주종을 이룬다.
기존의 방수제로서 사용되는 에폭시와 폴리우레탄은 표면 외관은 미려하나, 반응성이 느려 동계에 시공 후 많은 경화시간을 필요로 하는 등 여러 가지 어려움이 있으며 일부 물성이 저조한 단점을 갖고 있다. 이중 에폭시의 경우 경도와 인장강도가 높지만 신장률이 저조한 단점을 갖고 있고, 폴리우레탄의 경우 신장률은 높지만 경도와 인장강도가 낮다는 단점을 갖고 있다. 특히 에폭시와 폴리우레탄은 시공 향상을 목적으로 전용 희석제가 포함하여 친 환경적이지 못하고 휘발성 유기화합물이 배출되어 대기환경 오염에 심각한 문제를 초래하고 있다.
또한 하이브리드 폴리우레아를 포함한 폴리우레아는 초속 경화, 고 신장율, 고 내구성 등의 여러 장점이 있으나, 전용 도장장비 및 숙련된 도장공이 있어야만 하는 단점이 있고, 반응성이 빨라서 스프레이 도장 시 분진의 과도한 발생과 표면에 불규칙적인 엠보싱 발생하여 표면 외관이 미려하지 못하는 단점을 갖고 있다.
아울러, 일부 폴리우레탄과 하이브리드 폴리우레아는 반응성 금속촉매를 사용하고 있어서 인체에 유해한 물질인 중금속이 포함되어 있다.
이러한 에폭시계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계의 제품들을 요약하면 다음과 같다.
예폭시계 수지는 고 인장강도와 경도, 및 내 화학성 우수하나, 신장률이 저조하며, 경화속도가 매우 느린 단점을 가진다. 그리고 폴리우레탄계 수지는 고 신장률을 가지며, 저렴한 제조가격을 가지는 장점이 있으나, 인장강도가 저조하며, 경화속도가 느리고, 내구성이 약한 등의 단점을 가진다. 그리고 폴리우레아계는 고 신장률을 가지며, 인장강도가 우수하며, 초속경화가 가능하고, 고 내구성을 가지나, 표면이 미려하지 않을 뿐 만 아니라, 제조가격이 높으며, 전용 도장기를 사용하여야 하는 단점을 가진다.
최근에는 에폭시계나 폴리우레탄계보다 초속경화, 고 신장률과 인장강도의 장점을 가진 폴리우레아계의 사용이 점차 증가하는 추세이다. 그러나 폴리우레아계는 고온, 고압의 고가 전용 도장장비 및 숙련된 도장공이 있어야만 시공할 수 있는 단점을 갖고 있어, 도장장비가 없거나 협소한 장소에서는 사용이 불가하여 폴리우레아의 물성을 지니면서 경화시간이 느린 즉 수작업 혹은 저온, 저압의 도장 장비로 시공할 수 있는 신개념의 복합 폴리머계 도료조성물의 필요성이 대두되었다.
또한, 복합 폴리머계 도료조성물에 사용되는 경화제는 이소포론디이소시아네이트(IPDI) 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 톨루엔디이소시아네이트(TDI) 핵산메틸렌디이소시아네이트(HDI) 등을 들 수 있으며, 이들을 이용하여 수작업용(BRUSH TYPE) 혼합형 및 저온저압 충돌 혼합형인 폴리우레아가 개발되었다. 그러나, 이소포론디이소시아네이트(IPDI)와 핵산메틸렌디이소시아네이트(HDI)는 원재료의 가격이 비싸며 우레아 수지의 특성상 경화속도가 매우 빠르므로, 바닥면과의 밀착성이 떨어지거나 곡면부위에 적용이 쉽지 않다는 단점을 가지고 있다. 또한 따른 경화속도로 인하여 표면에 엠보싱 현상이 발생하여 표면 불량이 발생하는 경우도 많이 발생하고 있다.
따라서 이러한 우레탄수지의 속경성을 보강함과 동시에 방수성을 강화하여 우레탄수지를 시용한 방수공법 적용시 불량률을 최소화함과 동시에 작업자의 편의성을 높일 수 있는 새로운 폴리우레탄 수지계 도료 조성물이 필요한 실정이다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 수작업 및 저온. 저압의 장비로도 시공이 가능한 충분한 가사시간을 가지며 동시에 고신장율, 인장강도 및 내구성을 가지며, 도장 표면에 미려함을 부여할 수 있는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물 및 그 시공방법을 제공하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 이소시아네이트, 촉매, 자외선 방지제, 착색제 및 제1 용제를 포함하는 주제부; (b) 화학식 1로 표시되는 폴리에테르폴리올(polyetherpolyol), 반응안정제 및 제2 용제를 포함하는 경화제부를 포함하며, 상기 폴리에테르폴리올은 화학식 1로 표시되는 폴리올을 화학식 2로 나타내는 비스페놀계 에폭시 수지에 의하여 변성되며, 상기 주제부와 경화제부는 중량비를 기준으로 3: 1 내지 1: 3으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
(R, R1은 각각 H 또는 메틸기이고, a 는 0 ∼ 10의 정수)
일 실시예에 있어서, 상기 폴리에테르폴리올은 평균분자량이 400~1500인 제1 폴리올과 평균분자량이 3000~4500인 제2 폴리올이 혼합된 폴리에테르폴리올일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1폴리올 및 상기 제2 폴리올의 중량비는 1:0.8~1:1.5일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 주제부는 상기 제1 용제 100중량부 대비, 이소시아네이트 30 내지 90중량부, 촉매 0.05~3중량부, 상기 자외선 방지제 0.1 내지 3중량부 및 상기 착색제 0.5 내지 3중량부를 포함하며, 상기 경화제부는 상기 제2용제 100중량부 대비 상기 화학식1로 표시되는 폴리에테르폴리올 10 내지 50중량부 및 상기 반응안정제 0.01 내지 5중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 아민계 촉매, 삼량화 촉매 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트 또는 지방족 이소시아네이트에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르 폴리올은 실리카 에어로겔 유사체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리카 에어로겔 유사체는 상기 폴리올 100중량부 대비 0.5~30중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물은, (c) 실리콘 오일, 유화제, 표면 미세구조 형성 입자 및 물을 포함하는 표면발수처리제부를 추가로 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 표면미세구조 형성 입자는 콜로이달 금속 입자일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 콜로이달 금속 입자는 금속 입자의 표면에 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌이민(PEI), 아민 화합물 또는 유기산이 결합되어 콜로이드를 형성되며, 평균입자크기가 0.01~1㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 오일은 당해 실리콘 오일 전체 100 중량부 대비, 탄소수 6 ~ 20의 알킬기를 갖는 제1알킬알콕시실란 15~50 중량부; 아크릴로일옥시알킬기 또는 메타크릴로일옥시알킬기를 갖는 탄소수 1 ~ 6의 제2알킬알콕시실란 10~40 중량부; 제3실록산계 화합물 10~30 중량부; 유기용제 5~15 중량부; 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 표면발수처리제부는 상기 물 100중량부 대비, 상기 실리콘오일 30~80중량부, 상기 유화제 10~20중량부 및 상기 표면 미세구조 형성 입자 1~5중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 마이크로 캡슐화되어 상기 주제부에 포함되며, 상기 마이크로 캡슐은 온도감응성 오일을 포함하는 것으로 온도가 상승함에 따라 파괴되어 내부의 촉매를 방출할 수 있다.
본 발명은 또한 (i) 건축물의 표면의 이물질이나 파편을 제거하기 위한 고압 세척단계; (ii) 상기 세척된 건축물의 바닥면과 측벽면에 프라이머 처리하는 단계; (iii) 상기 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 주제부와 경화제부를 혼합하여 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 제조하는 단계; (iv) 상기 프라이머 처리된 바닥면과 측벽면에 상기 제조된 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 도포하는 단계; (v) 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물의 상부에 표면 발수처리제를 도포하는 단계; 및 (vi) 상기 도포된 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물의 시공방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (iv)의 도포단계는 35 내지 60℃의 온도에서 20 내지 50(psi)의 압력으로 뿜칠할 수 있다.
본 발명에 의한 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물은 기존의 우레탄수지계 방수성 조성물에 비하여 빠른 경화시간을 가지고 있으므로, 도포이후 관리가 용이할 뿐만 아니라 시공시간을 단축할 수 있도록 하여 전체적인 비용 및 시공기간의 절감을 가져올 수 있다.
또한 본 발명의 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물은 저분자량 폴리에테르 폴리올과 고분자량 폴리에테르 폴리올을 동시에 혼합하여 사용하는 것으로 높은 표면강도를 가지고 있으면서도 적절한 탄성을 가질 수 있다.
또한 본 발명의 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물은 표면 발수 처리제를 포함하는 것으로 표면에 발수성을 높일 수 있으며, 이에 따라 방수성을 더욱 높임과 동시에 물고임으로 인한 우레탄 수지 방수제층의 손상을 최소화할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 구현예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 기술의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
본 발명은 (a) 이소시아네이트, 촉매, 자외선 방지제, 착색제 및 제1 용제를 포함하는 주제부; (b) 화학식 1로 표시되는 폴리에테르폴리올(polyetherpolyol), 반응안정제 및 제2 용제를 포함하는 경화제부를 포함하며, 상기 폴리에테르폴리올은 화학식 1로 표시되는 폴리올을 화학식 2로 나타내는 비스페놀계 에폭시 수지에 의하여 변성되며, 상기 주제부와 경화제부는 중량비를 기준으로 3: 1 내지 1: 3으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
[화학식 2]
(R, R1은 각각 H 또는 메틸기이고, a 는 0 ∼ 10의 정수)
상기 이소시아네이트는 후술할 폴리올과 결합되어 폴리우레탄을 형성하는 주제로서 방향족 이소시아네이트 또는 지방족 이소시아네이트에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
방향족 이소시아네이트는 디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-Diphenylmethnae diisocyanate, MDI), 폴리머릭 디페닐메탄 디이소시아네이트 (polymeric 4,4'-Diphenylmethnae diisocyanate, PMDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI), 1-4 페닐렌 디이소시아네이트(1,4-phenylene diisocyanate, PPDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(1,5-Naphthalene diisocyanate, NDI)을 포함하는 화합물로서 방향족 고리를 가지는 이소시아네이트이다.
지방족 이소시아네이트는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 (1,6-Hexamethylene diisocyanate, HDI), 이소포론 디이소시아네이트 (Isoporon diisocyanate, IPDI), 디사이클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트 (Dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, H12MDI)가 사용될 수 있다.
상기 이소시아네이트는 상기 제1 용제 100중량부 대비, 30 내지 90중량부가 사용될 수 있다. 상기 이소시아네이트가 30중량부 미만으로 사용되는 경우 여분의 이소시아네이트 용출되어 우레탄 피막의 물성이 떨어질 수 있으며, 90중량부를 초과하여 사용되는 경우 폴리올이 여분으로 사용되므로 경화가 일어나지 않을 수 있다.
상기 촉매는 상기 이소시아네이트와 후술할 폴리올 사이의 반응을 촉진하여 폴리우레탄을 형성하는 촉매로 폴리우레탄 제조시 일반적으로 사용되는 촉매라면 제한없이 사용가능하다. 하지만 반응성의 증대 및 물성향상을 위하여 바람직하게는 아민계 촉매와 삼량화 촉매를 혼합하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 N,N-디메틸사이클로헥실아민(N,N-dimethylcyclohexylamine), N,N,N',N'-펜타메틸디에틸렌트리아민(N,N,N',N'-pentamethyldiethylenetriamine), 트리에틸렌디아민(triethylenediamine), 디-N-부틸틴디라우릴레이트, 아세트산 칼륨, 아세트산 리튬, 아세트산 마그네슘, 유기주석 화합물, 유기티타늄 화합물 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
또한 상기 촉매는 반응시점을 조절하기 위하여 마이크로 캡슐화되어 상기 주제부에 포함될 수 있다. 상기 촉매의 경우 높은 반응성을 가지고 있으므로 주제에 포함되어 있는 이소시아네이트와 장기간 혼합되어 있는 경우 이소시아네이트의 변성을 가져올 수 있다. 아울러 상기 주제부와 후술할 경화제부를 혼합하여 사용하는 경우 상기 촉매가 그대로 포함되어 있으면 경화시간까지 작업을 완료해야 한다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 발명의 경우 이러한 단점을 방지하기 위하여 상기 촉매를 마이크로캡슐화하여 상기 주제부에 포함할 수 있으며, 이러한 마이크로 캡슐은 후술할 혼합공정에서 가열하여 사용하는 것으로 상기 촉매를 배출할 수 있다. 즉 본 발명의 복합도료의 경우 경화시점을 임의적으로 조절할 수 있을 뿐만 아니라 주제부와 경화제부의 혼합 이후에도 충분한 작업시간을 확보할 수 있다는 장점을 가진다.
상기 마이크로 캡슐은 내부에 촉매 및 제1용제를 포함하며, 쉘로 온도 감응성 오일을 사용할 수 있는 것이라면 기존에 사용되는 방법으로 제조될 수 있으며, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 제1용매에 상기 촉매를 혼합하여 촉매가 분산된 촉매용액을 제조한다. 이때 상기 촉매의 경우 상기 제1용매에 용해되지 않으므로 상기 제1용매의 내에서 분산되어 있는 형태로 혼합될 수 있으며, 이러한 분산은 물리적인 교반을 통하여 수행할 수 있다.
상기와 같이 촉매가 분산된 제1 용매는 물에 공급된 다음 유화될 수 있다. 이 과정에서 상기 촉매가 분산된 제1 용매는 미세한 구형을 이루며 상기 물속에 분산되는 것이 가능하다(수중 유적형 에멀젼). 또한 상기 제1용매가 물에 용해되는 물질을 사용하는 경우, 상기 촉매를 비극성 용매와 혼합한 다음, 이를 물과 혼합하여 유화시킬수도 있다.
상기와 같이 에멀젼을 구성한 다음, 온도 감응성 오일을 공급할 수 있다. 상기 온도감응성오일은 온도변화에 따라 액상과 고체성으로 변화하는 오일을 말하는 것으로 본 발명의 경우 상기 에멀젼이 형성된 액체를 일정온도 이상으로 가열한 다음, 상기 온도 감응성오일을 공급하여 혼합하면 상기 온도감응성 오일이 상기 에멀젼의 표면에 부착될 수 있다. 이후 상기 에멀젼이 혼합된 액체를 냉각하면 상기 온도감응성오일이 고화되며 마이크로 캡슐을 형성하는 것이 가능하다.
상기 온도 감응성 오일은 코코넛 오일, 트리글리세리드류, 지방산, 또는 그 혼합물을 이용하는 것이 바람직하며, 이 오일들을 조합하는 것으로 후술할 바와 같이 본 발명의 복합도료의 우레탄반응을 위하여 가열하는 경우 상기 오일이 녹을 수 있도록 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 코코넛 오일은 필리핀, 인도네시아, 말레이시아 등 널리 열대지방의 해안에 자생하는 야자나무 열매의 핵에서 채취되는 지방으로 일명 코프라 오일(copra oil)이라고도 하며 녹는점은 23 내지 28℃ 이고, C10, C12, C14의 포화지방산으로 이루어져 있다. 또한, 상기 코코넛 오일은 다나산(dynasan), 위텝졸(witepsol) 또는 콤프리톨(compritol)과 같은 준중합 지질(semisynthetic lipid)과 비교하여 더 높은 생분해성과 낮은 토양 내 독성을 가지고 있다.
또 다르게는 상기 온도 감응성 오일은 상온에서는 고상이지만 고온에서는 녹아서 액상이 되는 트리글리세리드류, 지방산, 또는 그 혼합물이 적용될 수 있다. 여기서 트리글리세리드류로는 트리카프린, 트리라우린, 트리미리스틴을 단독 또는 혼합한 것이 적용될 수 있다. 또한, 지방산류는 카프린산, 라우린산, 미리스틴산을 단독 또는 혼합한 것이 적용될 수 있다. 아울러 상기 오일류의 경우 그 녹는 온도가 실온 미만일 수 있으므로 다른 종류의 오일과 혼합하여 그 녹는점을 조절하는 것이 바람직하다. 특히 밍크오일의 경우 녹는점이 80~95℃이며, 왁스의 경우 100℃에 달하는 경우도 있으므로 이를 적절히 혼합하여 사용하는 것으로 복합도료의 가열온도에서 녹을 수 있도록 조절된 온도감응성 오일의 제조가 가능하다.
상기와 같이 마이크로 캡슐의 제조가 완료된 이후 상기 마이크로 캡슐의 안정성을 증대시키기 위하여 피막제를 이용하여 상기 마이크로 캡슐의 표면을 코팅하는 것도 가능하다.
상기 피막물질은 다양한 성분이 사용될 수 있다. 상기 피막물질은 산성에소 용해될 수 있는 메타크릴산계 물질, 셀락(Shellac)류, CAP(Cellulose acetate phthalate)류, PVAP(Polyvinyl acetate phtahalate)류, HPMCAS(Hydroxypropyl methylcellulose acetate succinate)류 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 피막물질의 경우 산성에서 용해될 수 있으므로 내부의 제1용매가 산성을 나타내거나 산성물질을 포함하여 사용될 수 있는 경우 사용될 수 있다.
또한 상기 제1용매가 염기성을 나타내거나 염기성물질이 포함되어 사용될 수 있는 경우에는 상기 피막물질은 실크 피브로인을 사용할 수 있다. 상기 피브로인은 일종의 단백질이므로 염기성을 가지는 용액과 접촉하는 경우 용이하게 분해될 수 있으며, 이에 따라 상기 온도감응성오일이 열에 의해 용해되는 경우 제1용매 또는 제1용매에 포함되어있는 염기성물질이 용출되어 용이하게 분해될 수 있다.
본 발명의 경우 상기 제조된 마이크로 캡슐을 에탄올에 혼합한 다음, 상기 피막물질을 첨가하면 상기 피막물질은 에탄올에 용해되지 않으므로 상기 마이크로 캡슐의 표면에 흡착되어 피막을 형성하게 된다.
상기 촉매는 상기 제1용매 100중량부 대비 0.05~3중량부가 포함될 수 있다. 상기 촉매가 0.05중량부 미만으로 포함되는 경우 본 발명의 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료의 경화속도가 느려질 수 있으며, 3중량부를 초과하는 경우 과도한 촉매량으로 인하여 원하는 물성이 형성되지 않을 수 있다.
상기 제1용제는 상기 주제부에 사용되는 일반적인 용제를 사용할 수 있다. 일 예로서 물, 에탄올, 메탄올, 벤젠 및 톨루엔 등의 휘발성용제가 사용될 수 있으며, 이러한 휘발성 용제의 경우 후술할 경화제와의 혼합을 통한 반응이 완료된 이후 휘발되며 제거될 수 있다. 기존의 우레탄 수지의 경우 용제의 사용을 최소화 하거나 무용제 타입으로 제작되고 있지만, 본 발명의 경우 용제를 사용하는 것으로 경화시간을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 후술할 분자량에 따른 폴리올의 이동을 수행할 수 있다. 또한 후술할 제2 용제의 경우에도 상기 제1 용제와 동일한 것을 사용하거나 상기 제1용재와 혼합 가능한 용제를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 주제부에 공지의 첨가제인 자외선 방지제, 착색제, 부착증진제, 계면활성제, 흡습제, 점도조절제, 표면평활제, 산화방지제, 동결방지제, 침강방지제, 소포제에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 착색제에는 체질안료, 착색안료, 염료 등을 사용할 수 있고, 체질안료에는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 실리카, 실리카-알루미나, 유리분말, 유리구슬, 운모, 흑연, 수산화알루미늄, 탈크, 고령토, 산성점토, 활성백토, 벤토나이트, 규조토, 몬모릴로나이트, 백운석 등의 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 한정한 것은 아니다. 착색안료에는 예를 들어 산화티탄, 아연화, 카민 6B(C.I.12490), 프탈로시아닌 그린(C.I. 74260), 프탈로시아닌 블루(C.I. 74160), 미쓰비시 카본 블랙 MA100, 페릴렌 블랙(BASF K0084. K0086), 시아닌 블랙, 리놀옐로우(C.I.21090), 리놀 옐로우GRO(C.I. 21090), 벤지딘 옐로우4T-564D, 미쓰비시 카본 블랙 MA-40, 빅토리아 퓨어 블루(C.I.42595), C.I. PIGMENT RED97, 122, 149, 168, 177, 180, 192, 215, C.I. PIGMENT GREEN 7, 36, C.I. PIGMENT 15:1, 15:4, 15:6, 22, 60, 64, C.I. PIGMENT 83, 139 C.I. PIGMENT VIOLET 23 등의 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 한정한 것은 아니다.
본 발명의 동결방지제의 구체적인 종류로서는 저분자의 글리콜을 사용할 수 있는데, 사용 가능한 것으로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세린 등이 있다. 하지만 극도로 추운 -20℃ 이하에서는 5중량부 이상을 사용하여도 별로 효과가 없으므로 제품을 보온 창고에 보관해야 하며, 또한 동결방지제는 0.5 ~ 5중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 상기의 범위 내로 첨가되어야 과도한 비용 발생 없이 접착력과 강도유지 등의 효과가 우수하게 나타나기 때문이다.
본 발명의 부착증진제는 인산계 부착증진제 또는 실란커플링제를 사용한다. 상기 인산계 부착증진제는 수평균 분자량이 500~1000이며, 옥사이드 및 하이드록시 옥사이드 기(Group)을 가지고 있어서, 도료와 소재 표면과의 부착력을 증가시킬 수 있다. 또한 상기 실란커플링제는 공지의 실란 커플링제를 사용할 수 있으며, 상기 부착증진제는 0.5 ~ 5중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 상기의 범위 내로 첨가되어야 과도한 비용발생 없이 접착력과 내수성을 유지할 수 있다.
본 발명의 침강방지제는 수지에 분산된 입자들의 재응집을 방지하여 조성물의 저장안정성을 유지하는 역할을 하는 것으로 침강방지제는 공지의 침강방지제를 제한없이 사용할 수 있으며, 상기 침강방지제는 0.1 ~ 1중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 상기의 범위 내로 첨가되어야 과도한 비용 발생 없이 재응집에 대한방지 효과가 우수하게 나타나기 때문이다.
또한, 본 발명의 산화방지제는 2,2-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 또는 2,6-di-t-부틸페놀 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 계면활성제로는 예를 들어 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양성 계면활성제, 반응성 계면활성제 등을 사용할 수 있다. 계면활성제로는, 통상 탄소수 4 이상의 알킬기, 알케닐기, 알킬아릴기 또는 알케닐아릴기를 소수기로서 갖는 것을 사용한다. 비이온성 계면활성제로는, 예를 들어 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 모노라우린산 폴리옥시에틸렌솔비탄 등을 들 수 있다. 음이온성 계면활성제로는, 예를 들어 도데실벤젠술폰산 나트륨, 술포숙신산나트륨, 라우릴황산 나트륨, 폴리옥시에틸렌라우릴 황산 에테르나트륨 등을 들 수 있다. 양이온성 계면활성제로는, 예를 들어 염화 스테아릴트리메틸암모늄, 브롬화 아세틸트리메틸암모늄 등을 들 수 있다. 양성 계면활성제로는, 예를 들어 라우릴디메틸아미노아세트산 베타인 등을 들 수 있다. 또한, 상기 계면활성제에 라디칼 중합성 관능기를 갖는 이른바 반응성 계면활성제 등을 사용할 수 있고, 반응성 계면활성제를 사용했을 경우에는 이 수지 분산체를 사용하여 형성된 피막의 내수성을 향상시킬 수 있다. 대표적인 시판 반응성 계면활성제로는, 엘레미놀 JS-2 (산요 화성 공업 제조), 라테물 S-180 (카오사 제조), BYK-SPECIAL(BYK)을 들 수 있다.
상기 자외선 방지제는 2-(3-t-부틸-5-메틸-2-히드록시페닐)-5-클로로-벤조트리아졸, 알콕시 벤조페논 또는 Tinuvin 1130 (Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정한 것은 아니다.
또한, 점도조절제, 표면평활제, 흡습제, 소포제는 공지의 점도조절제, 표면평활제, 흡습제, 소포제를 사용할 수 있다. 또한 상기 흡습제의 예로 UOPL(UOP사) 등을 사용할 수 있으며, 소포제의 예로 BYK-066N(BYK사) 등을 사용할 수 있다.
상기 경화제부는 상기 주제부와 혼합되어 폴리우레탄수지를 형성하는 것으로 본 발명의 복합도료가 피막을 형성할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 경화제부의 폴리에테르폴리올(PolyEtherPolyol)은 분자구조에 에테르기가 반복적으로 결합되어 있는 구조를 가지는 화합물을 의미한다. 일반적으로 폴리우레탄 수지에서 상기 폴리올은 수지의 분자량을 결정하는 가장 큰 요소로 작용하고 있으며, 일정한 분자량을 가지는 폴리올을 사용하는 것으로 상기 우레탄 수지의 물성을 조절할 수 있다. 알려진 바와 같이 분자량이 작은 폴리올을 사용하는 경우 경도가 높아지게 되며, 분자량이 큰 폴리올을 사용하는 경우에는 이와는 반태로 탄성이 높아질 수 있다. 기존의 우레탄 수지의 경우 한 종류의 폴리올을 사용하기 때문에 도막 전체의 물성이 균일하게 형성되는 것이 일반적이다.
하지만 본 발명의 경우 평균분자량이 400~1500인 제1 폴리올과 평균분자량이 3000~4500인 제2 폴리올을 혼합하여 사용하는 것으로 상기 도막의 상부와 하부가 상이한 물성을 가지도록 제작될 수 있다.
이를 상세히 살펴보면 본 발명의 경우 상기 제1 폴리올과 제2 폴리올을 혼합하여 사용할 수 있으며, 주제부와 경화제부가 혼합되는 경우 상기 제1폴리올이 중합된 낮은 분자량의 폴리우레탄 수지와 상기 제2 폴리올이 중합된 높은 분자량의 폴리우레탄 수지가 형성될 수 있다. 본 발명의 경우 용제를 사용하고 있으며, 전술한바와 같이 경화속도를 조절하여 사용하고 있으므로 상기와 같이 형성된 폴리우레탄 수지의 경우 천천히 침강하며 경화될 수 있다. 이때 중력의 작용으로 인하여 분자량이 높은 폴리우레탄 수지가 하부에 상대적으로 높은 농도로 존재할 수 있다. 이와 같은 결과로 인하여 하부에는 고분자량을 가지는 폴리우레탄 수지가 형성될 수 있으며, 상부에는 낮은 분자량을 가지는 폴리우레탄 수지가 형성될 수 있다. 이때 본 발명의 도막 상부의 경우 낮은 분자량을 가지는 폴리우레탄 수지를 많이 포함하고 있으므로, 높은 경도를 가질 수 있으며, 도막 하부의 경우 이와는 반대로 고분자량을 가지는 폴리우레탄 수지를 포함하고 있으므로, 높은 탄성을 가질 수 있다. 결과적으로 상기와 같이 제1 폴리올과 제2 폴리올을 혼합하여 사용하는 경우 표면 경도가 높으면서도 하부의 탄성층이 형성되어 높은 내구성을 가지는 폴리우레탄 수지계 도막을 형성할 수 있다.
상기 제1폴리올 및 상기 제2 폴리올의 중량비는 1:0.8~1:1.5일 수 있다. 상기 중량비를 벗어나는 경우 표면 경도가 낮아지거나 하부 탄성이 떨어지게 되어 생성되는 폴리우레탄 수지계 도막의 내구성이 떨어질 수 있다.
상기 폴리에테르 폴리올은 분자구조에 에테르기가 반복적으로 결합되어 있는 구조로 말단에 수산기를 포함하고 있다. 이러한 폴레에테르 폴리올의 구체적인 상품의 예로는 관능기 3개짜리 폴리에테르 폴리올의 종류로는 PPG-2100, PPG-4000, PPG-280, PPG-2070, PPG-4701, PPG-6000(제조사 금호석유화학) 있으며, 관능기 4개짜리 폴리에테르 폴리올의 종류로는 PPG-750, PPG-640, PPG366, PPG-391, PPG-500,PPG-401(제조사 금호석유화학), ED-750, ED-500, TD-405, PN-400, TD-400(제조사 국도 화학), L-3700, RP-707, RP-708, RP-709, AR-403, L-3424, VP-9234(제조사 바스프), NP-300, NP-400, KR6350,KR-6450,KR-403,HD-402(제조사 한국 폴리올), 관능기 5개짜리 폴리에테르 폴리올의 종류로는 PPG-360, PPG-455(제조사 금호석유화학), SC-381, SC-450(제조사 국도화학), RP-381, RP-450(제조사 바스프), KR-380P, HR-450P(제조사 한국폴리올), 관능기 6개짜리 폴리에테르폴리올의 종류로는 PPG-482, PPG-460D(제조사 금호석유화학), ST-481, ST-480(제조사 국도화학), L-3422(제조사 바스프), SP-750(제조사 한국 폴리올) 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 제1 폴리올과 상기 제2폴리올의 분자량을 만족하는 제품을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리에테르 폴리올의 바람직한 예로는 화학식 1로 표시되는 폴리에테르 폴리올 및/또는 KPX사의 GP-4000을 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 폴리에테르 폴리올은 상기 제2용제 100중량부 대비 5 내지 50중량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하며, 사용범위 미만에서는 기계적 물성이 저하될 수 있고, 사용범위를 초과할 경우 경도 등의 도막물성이 저하되는 문제가 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 n 은 1 내지 300의 정수이다.
또한 본 발명의 폴리에테르 폴리올은 화학식 2로 나타내는 비스페놀계 에폭시 수지에 의하여 변성된 것일 수 있다.
[화학식 2]
(R, R1은 각각 H 또는 메틸기이고, a 는 0 ∼ 10의 정수)
상기 화학식 2의 에폭시 수지 중의 OH 기는, 주로 2급 OH 기이다. 한편, 상기 주제부의 반응성 폴리올 또는 경화제부의 폴리올의 OH 기는, 주로 1급 OH 기이다. 그 때문에, 상기 에폭시 수지와 폴리올을 반응시켰을 때, 폴리올의 1 급 OH 기와 프레폴리머 경화제(이소시아네이트)의 NCO 기가 우선적으로 반응하게 된다.
구체적으로 반응이 시작되면 주제부의 반응성 폴리올 또는 경화제부의 폴리에테르 폴리올의 1 급 OH 기와 이소시아네이트 중의 NCO 기가 먼저 반응하여, NCO 기 말단의 우레탄 프레폴리머가 생성된다. 그 후, 상기 화학식 4의 에폭시 수지 중의 2 급 OH 기가, 우레탄 프레폴리머의 말단 NCO 기의 일부와 반응하여 우레탄 결합을 형성하고, 우레탄 프레폴리머의 양말단 혹은 편말단에 에폭시 수지가 부가된 우레탄 프레폴리머가 형성될 수 있다.
즉, 상기 우레탄 프레폴리머는, NCO 기 말단의 우레탄 프레폴리머와 양말단 혹은 편말단에 에폭시수지가 부가된 우레탄 프레폴리머의 혼합물일 수 있지만, NCO 기의 몰비가 크고, 또 에폭시 수지도 과잉으로 사용되기 때문에 주로 양말단에 에폭시 수지가 부가된 우레탄 프레폴리머가 생성될 수 있다. 즉 본 발명의 우레탄 형성반응에 있어서 상기 에폭시 수지를 혼합하여 사용하는 것으로 양말단이 에폭시 수지로 변성된 폴리우레탄수지계 도막의 형성이 가능하다.
상기와 같이 비스페놀계 에폭시 수지가 혼합됨에 따라 폴리우레탄의 말단부가 상기 비스페놀계 에폭시 수지와 결합되어 봉지될 수 있으며, 이에 따라 사슬연장제와의 반응성이 저하될 수 있다. 따라서 사슬연장제와의 반응에 의한 경화속도가 지연될 수 있을 뿐만 아니라 저분자량 폴리우레탄 수지 생성되어 도막의 강도를 향상시킬 수 있다. 하지만 상기 비스페놀계 에폭시 수지가 과량 주입되는 경우 상기 폴리우레탄의 생성이 방해 받을 수 있으므로 상기 비스페놀계 에폭시 수지는 상기 폴리에테르 폴리올 100중량부 대비 1~10중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
또한 상기 비스페놀계 에폭시 수지는 상기 폴리우레탄 수지와의 반응성 이외에도 자체적인 고분자를 형성할 수 있다. 즉 상기 비스페놀계 에폭시 수지가 상기 우레탄 수지와 상분리되어 중합되는 경우에도 상기 비스페놀계 에폭시 수지는 고인성을 가지고 있으므로 상기 폴리우레탄 도막이 충격을 받는 경우에도 이러한 충격을 흡수하는 것이 가능하다. 다만 이러한 상분리가 많아지는 경우 계면에서 박리가 일어날 수 있으므로, 상기 비율 내의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
분 발명에서 상기 폴리에스테르 폴리올은 실리카 에어로겔 유사체를 포함할 수 있다. 상기 실리카 에어로겔 유사체는 높은 비표면적으로 가지고 있어 상기 우레탄 형성 반응시 반응속도를 높이는 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 폴리우레탄 수지계 복합도료에 포함되는 필러로서 작용할 수 있다.
이를 상세히 살펴보면 일반적인 우레탄 수지의 경우 그 경과속도가 느려 도포이후 장시간 경화를 수행해야 한다는 단점을 가지고 있다. 이를 보완하기 위하여 촉매를 사용하기도 하지만 그럼에도 불구하고 경화시간이 10시간 이상 필요한 경우가 대부분으로 알려져 있다. 하지만 본 발명의 경우 상기 실리카 에어로겔 유사체를 포함하는 것으로 반응을 위한 표면적으로 높일 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 우레턴 수지 형성반응은 기존의 방수도료에 비하여 빠른 속도로 진행될 수 있다.
또한 상기 실리카 에어로겔 유사체의 경우 실리카를 베이스로 하고 있으므로 필러로서 작용할 수 있으며, 이러한 필러의 추가는 본 발명의 방수도료 피막의 내구성을 높일 수 있다.
상기 실리카 에어로겔 유사체는 소듐실리케이트에서 나트륨이온을 제거하는 방법으로 제조될 수 있다.
이를 상세히 살펴보면 소듐 실리케이트는 흔히 규산나트륨, 규산소다 또는 물유리로 불리는 물질로서, Na2O·nSiO2(n＝2∼4)를 기본 조성으로 하여 적정량의 물과 혼합되어 있는 액상의 물질이다. 이러한 소듐 실리케이트의 경우 나트륨이온으로 인하여 강한 염기성을 가지고 있으며, 이를 중화하는 경우 겔형을 형성할 수 있으므로 이를 응용하여 다공성의 흡습제인 실리카겔이나 실리카 에어로겔의 제작에 사용할 수 있다. 하지만 본 발명에서는 물과 혼합한 다음, 이온교환 수지를 이용하여 나트륨 이온을 제거하는 것으로 실나놀을 형성하며, 실나놀은 탈수 축합반응을 통하여 실리카 졸로 전환될 수 있다. 이러한 실리카 졸을 실리카 에어로겔 유사체로 활용하여 폴리올에 혼합하여 사용한다.
상기 물은 상기 소듐 실리케이트의 중량대비 1:2~1:4의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 1:2비율 미만으로 물을 혼합하여 사용하는 경우 소듐 실리케이트의 점성이 높아 이온교환 수지와의 혼합 시 나트륨이온의 제거가 용이하지 않으며, 1:4를 초과하는 비율로 혼합하는 경우 물의 비율이 높아짐에 따라 수득되는 실리카 에어로겔 유사체의 비율이 줄어들어 분리에 많은 비용 및 시간을 필요로 할 수 있다.
상기 이온교환 수지는 상기 소듐 실리케이트의 나트륨을 제거하기 위하여 사용되는 것으로 술폰산, 카르복시산 또는 아민으로 개질된 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트 또는 스티렌-디비닐벤젠 코폴리머와 같은 이온교환 수지가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 술폰산으로 개질된 DOWEX, Duolite, Amberite, Amberlyst, Amberjet 또는 카르복시산으로 개질된 DOWEX, Amberite 또는 양이온 및 음이온 모두를 이온 교환할 수 있는 DOWEX, 강한 산성 양이온 교환수지(시그마 알드리치 IR120) 등이 사용될 수 있다. Na이온제거에 사용된 이온교환수지는, 이온교환수지 부피와 같은 부피의 1M HCl를 이용하여 약 3회 정도 처리함으로써 재활성화시킬 수 있다.
상기 실리카 에어로겔 유사체 제조방법을 더욱 상세히 살펴보면 소듐 실리케이트 용액 30중량부에 증류수 60~120중량부를 혼합하여 희석한 다음, 이온교환 수지 30~90중량부를 혼합하여 교반하면 실리카 졸이 분리된다. 이때 상기 용액은 pH가 3~4가 될 때 반응을 중지시켜 실리카 졸이 용이하게 분리될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 용액의 pH가 3미만인 경우 실리카 졸이 생성되지 않으며, 4를 초과하는 경우 실리카 겔이 형성되므로 pH가 3~4의 범위에 있을 때 이온교환 수지를 제거하는 것이 바람직하다.
아울러 이렇게 제조된 실리카 에어로겔 유사체를 폴리올에 단순히 혼합하는 경우 실리카 에어로겔 유사체의 응집이 발생하거나 폴리올과의 혼합성이 떨어져 결과적으로는 실리카 에어로겔 유사체에 의한 효과가 떨어질 수 있다. 하지만 본 발명에서는 실리카 에어로겔 유사체인 실리카 졸 표면을 폴리올로 개질하여 사용하는 것으로, 응집을 최소화 함과 동시에 생성되는 폴리우레탄 수지의 내부에 실리카 에어로겔 유사체가 균일하게 분산되어 높은 내구성 향상을 나타낼 수 있다.
이를 위하여 상기 제조된 실리카 에어로겔 유사체를 불활성기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지를 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서 용어 “분위기”는 반응기 또는 반응공간의 내부를 일정기체로 치환한 것을 의미하며 예를 들어 불활성기체 분위기는 반응기 내부의 공기 전체를 불활성 기체로 치환한 것을 의미한다.
상기 실리카 에어로겔 유사체와 폴리올을 혼합할 때, 산소와 접촉하는 경우 실리카 에어로겔 유사체가 산화에 의하여 pH가 높아짐에 따라 실리카 겔이 석출될 수 있으며, 폴리올 역시 산화에 의하여 열화될 수 있다. 또한 본 발명 실리카 에어로겔 유사체와 폴리올의 혼합 단계는 혼합의 효율성을 높이기 위하여 150~180℃의 온도에서 수행되므로, 높은 온도에 의하여 이러한 산화반응이 더욱 가속될 수 있다. 따라서 상기 실리카 에어로겔 유사체와 폴리올의 혼합 단계는 불활성기체 분위기 하에서 수행하여 산화를 방지하는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 불활성 기체는 상기 실리카 에어로겔 유사체 및 폴리올과 반응하지 않는 기체라면 제한없이 사용할 수 있지만, 산업적으로 많이 사용되는 질소(N2), 헬륨(He), 네온(Ne) 또는 아르곤(Ar)을 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 질소를 사용할 수 있다.
위와 같이 고온에서 혼합되는 것으로 상기 실리카 에어로겔 유사체의 표면은 상기 폴리올로 개질될 수 있으며, 이를 통하여 균일하게 상기 실리카 에어로겔 유사체가 상기 경화제에 혼합 및 분산될 수 있다. 또한 상기 실리카 에어로겔 유사체의 경우 다공성을 가지고 있으므로 비표면적이 늘어나게 되며, 이는 후술할 우레탄 중합과정에서 반응속도를 상승시킬 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 우레탄 수지 방수제는 기존의 우레탄 수지에 비하여 빠른 지촉건조시간을 가지는 것이 가능하다.
상기 폴리에테르 폴리올은 상기 제2 용제 100중량부 대비 10 내지 50중량부가 포함될 수 있다. 상기 폴리에테르 폴리올이 10중량부 미만으로 포함되는 경우 용제의 양이 많아져 경화시간이 많이 필요하게 되며, 50중량부를 초과하는 경우 과량의 폴리올로 인하여 오히려 경화시간이 늘어날 수 있다.
또한, 본 발명의 반응안정제의 구체적인 예로는 벤조산 또는 옥살산과 같은 유기산, 염화벤젠 또는 벤질클로라이드(Bz-Cl)인 방향족 염화물, 염산이나 황산 및 인산 중에서 선택된 무기산을 사용할 수 있으며, 바람직한 예로는 인산(phosphoric acid)를 사용할 수 있다. 본 발명에서 반응안정제는 상기 제2용제 100중량부 대비 0.01 내지 5중량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하며, 사용범위 미만에서는 기계적 물성이 저하될 수 있고, 사용범위를 초과할 경우 경도 등의 도막물성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 또한 상기 주제부 및 상기 경화제부 이외에 표면발수처리제부를 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로 폴리우레탄 수지를 통한 마감 도막이 형성된 이후에는 추가적인 표면처리를 하지 않고 있다. 하지만 상기 마감 도막의 상부에 물이 고이거나 오염물질이 부착되는 경우 상기 마감 도막의 내구성이 떨어질 수 있다. 따라서 본 발명의 경우 상기 에폭시 변성 폴리우레탄 수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물을 이용하여 복합 마감 도막을 형성한 다음, 상기 표면발수처리제부를 도포하는 것으로 표면에 발수성을 추가할 수 있다.
일반적으로 발수성의 경우 표면을 소수성 화학물질로 코팅하는 방법(화학적 발수)과 표면에 미세구조를 형성하여 발수성을 높이는 방법(물리적 발수)이 사용될 수 있다. 본 발명의 경우 실리콘계 발수제와 미세입자를 혼합하여 사용하는 것으로 상기 화학적 발수 및 상기 물리적 발수성을 동시에 사용할 수 있으며, 이에 따라 높은 발수성을 가지면서도 장기간 발수성의 지속이 가능하다.
이를 위하여 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물은, (c) 실리콘 오일, 유화제, 표면 미세구조 형성 입자 및 물을 포함하는 표면발수처리제부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 실리콘 오일은 당해 실리콘 오일 전체 100 중량부 대비, 탄소수 6 ~ 20의 알킬기를 갖는 제1알킬알콕시실란 15~50 중량부; 아크릴로일옥시알킬기 또는 메타크릴로일옥시알킬기를 갖는 탄소수 1 ~ 6의 제2알킬알콕시실란 10~40 중량부; 제3실록산계 화합물 10~30 중량부; 유기용제 5~15 중량부; 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.
상기 제1알킬알콕시실란은 당 분야에 알려진 통상적인 알킬알콕시실란을 사용할 수 있다. 일례로 6 ~ 20개의 탄소원자를 갖는 적어도 하나의 알킬기와 메톡시, 에톡시 및 프로톡시로부터 선택된 적어도 하나 이상의 알콕시기가 실리콘 원자에 직접 결합된 화합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 모노알킬 트리알콕시 실란을 사용할 수 있다.
이때 상기 탄소원자의 수가 6개 미만인 경우 상기 제1알킬알콕시실란의 휘발성이 높아져 적절한 부착이 되기 전 경화될 수 있으며, 탄소원자의 수가 20개를 초과하는 경우 높은 분자량으로 인하여 하부의 우레탄 마감 도막층과의 접착성이 떨어질 수 있다.
사용 가능한 제1알킬알콕시실란의 비제한적인 예를 들면 헥실트리메톡시실란, 헥실트리에톡시실란, 헵틸트리메톡시 실란, 헵틸트리에톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 노닐트리메톡시실란, 노닐트리에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 데실트리에톡시실란, 운데실트리메톡시실란, 운데실트리에톡시실란, 도데실트리메톡시실란, 도데실트리에톡실란 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
또한 상기 제1알킬알콕시실란 이외에도 말단에 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기와 탄소수 1 ~ 6의 알킬기를 갖는 제2알킬알콕시실란을 추가로 포함할 수 있다. 상기 제2알킬알콕시실란은 하부의 우레탄수지 방수제층과 높은 상용성을 가지고 있어 상기 실리콘 발수제에 혼합되는 경우 실리콘 발수제의 부착성을 강화시킬 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 제2알킬알콕시실란의 비제한적인 예를 들면, 아크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, 메타크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, 아크릴로일옥시프로필트리에톡시실란, 메타크릴로일옥시프로필트리에톡시실란 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
또한 본 발명의 실리콘계 에멀젼 발수제에서, 상기 실리콘 오일을 구성하는 제3실록산계 화합물은 당 분야에서 알려진 통상적인 실록산계 화합물을 제한 없이 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 제3실록산계 화합물은 선형(linear) 구조의 실록산인 것이 바람직하며, 특히 선형 폴리디메칠실록산 (Linear Polydimethylsiloxane)인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서, 사용 가능한 제3실록산계 화합물의 비제한적인 예를 들면, 헥사메틸디실록산, 옥타메틸트리실록산, 데카메틸테트라실록산, 디메틸테트라메톡시디실록산, 트리메틸트리메톡시디실록산, 및 테트라메틸테트라메톡시트리실록산, 헥사메틸테트라메톡시테트라실록산 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼용할 수 있다.
본 발명의 표면발수처리제부에서, 상기 실리콘 오일의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 상기 표면발수처리제부내의 물 100 중량부 대비 30 내지 80 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 50 중량부 범위일 수 있다. 상기 실리콘 오일의 함량이 전술한 범위보다 작을 경우, 충분한 발수효과를 발휘하기 어려우며, 발수유효성분의 침투성이 감소하게 된다. 또한 상기 실리콘 오일의 함량이 전술한 범위를 초과할 경우, 에멀젼 내의 유화 입자 크기를 최적화할 수 없어 에멀젼의 안정성이 감소하게 된다.
본 발명에서 실리콘 오일의 조성은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 실리콘 오일 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 제1알킬알콕시실란 15 ~ 50 중량부, 제2알킬알콕시실란 10 ~ 40 중량부, 제3실록산계 화합물 10 ~ 30 중량부, 유기용제 5 ~ 15 중량부 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 실리콘 오일 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 제1알킬알콕시실란 15 ~ 40 중량부, 제2알킬알콕시실란 10 ~ 35 중량부, 제3실록산계 화합물 5 ~ 30 중량부, 유기용제 5 ~ 15 중량부 및 잔량의 물을 포함하는 조성일 수 있다. 이때 물의 함량은 5 내지 60 중령부 범위인 것이 바람직하다.
상기 실리콘 오일에 포함되는 유기용제는 당 업계에 알려진 통상적인 유기용제를 사용할 수 있다. 일례를 들면, N-메틸 피롤리딘온, 디메틸포름아미드; 메탄올, 에탄올, 이소-프로판올(IPA), N-부탄올, 이소-부탄올, 2-부탄올, 1-펜탄올 등의 알코올류 등이 있다. 바람직하게는 메탄올과 이소프로필알콜(IPA)을 혼합하여 사용할 수 있다.
한편 본 발명의 표면발수처리제부에서, 유화제는 당 분야에 알려진 통상적인 유화제 성분을 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 유화제는 음이온성 유화제, 비이온성 유화제, 양이온성 유화제 또는 양쪽이온성 유화제로부터 선택하여 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 유화 안전성을 높일 수 있는 폴리비닐알콜((Poly Vinyl Alcohol, PVA)계 유화제를 사용하는 것이다.
본 발명의 표면발수처리제부에서, 상기 유화제의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 표면발수처리제부 내의 물 100 중량부 대비 10 내지 20 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 15 중량부 범위일 수 있다. 이때 상기 유화제의 함량이 전술한 범위보다 작을 경우 안정한 에멀젼을 얻기가 어려우며, 전술한 범위를 초과할 경우 상대적으로 발수 유효성분이 적게 되고 유화제(계면활성제)의 친수성기에 의해서 충분한 물 흡수 방지성능을 얻기 어려워지므로, 발수 성능이 저하되게 된다.
상기 표면 미세구조 형성 입자는 상기 표면발수처리제부에 포함되는 것으로 상기 실리콘계 발수제의 표면에 미세돌기를 형성하는 역할을 수행할 수 있다. 일반적으로 상기 실리콘계 발수제의 경우 발수제 자체가 소수성을 가지는 것으로 발수성을 가질 수 있지만. 이러한 화학적 발수방법의 경우 자외선 등의 외부 자극으로 인하여 발수성이 급격이 감소된다는 특징을 가지고 있다. 따라서 본 발명의 경우 상기 실리콘계 발수제의 표면에 미세돌기를 형성하는 것으로 표면적을 증가시킬 수 있으며 이러한 증가된 표면적은 물의 표면장력으로 인하여 발수성을 가지게 하는 물리적인 발수성을 가질 수 있도록 할 수 있다.
이를 상세히 살펴보면, 표면에 일정한 크기의 미세돌기가 형성되는 경우 표면적이 크게 증가될 수 있다. 이러한 미세돌기가 형성된 표면에 물방울이 접촉하게되면 물의 표면장력으로 인하여 물방울이 구형을 이루게 되며, 표면이 소수성을 가질 수 있다. 자연계에서도 연잎 등에서 이러한 현상을 관찰할 수 있다.
본 발명의 실리콘오일을 이용한 표면 발수처리 도막의 경우 일반적으로 1~3㎛의 두께를 가지고 있으므로, 상기 표면 미세구조 형성 입자가 일정한 크기 이상을 가지는 경우 상기 도막의 외부로 일부가 노출되어 표면 미세구조를 형성할 수 있다. 아울러 상기 표면 미세구조 형성 입자가 상기 도막의 두께보다 작은 경우에도 상기 표면 미세구조 형성 입자는 상기 도막에 균일하게 분포될 수 있으므로, 표면에 존재하는 표면 미세구조 형성 입자의 일부가 외부로 노출되어 표면미세구조를 형성할 수 있다. 이를 위하여 상기 표면 미세구조 형성 입자는 평균입자크기가 0.01~1㎛인 것일 수 있다. 상기 표면 미세구조 형성 입자의 크기가 0.01㎛미만인 경우 표면 미세구조의 크기가 줄어들게 되어 표면적의 증가가 크지 않아 소수성이 떨어질 수 있으며, 1㎛를 초과하는 경우 외부로 노출되는 표면 미세구조 형성 입자가 물리적으로 손상되거나 이탈될 수 있다.
또한 상기 표면 미세구조 형성 입자는 균일한 크기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 표면 미세구조 형성 입자의 경우 표면에 소수성을 형성하기 위하여 표면장력을 이용하고 있다. 하지만 이러한 표면장력을 극대화하기 위해서는 크기가 균일한 표면 미세구조를 가지는 것이 바람직하다. 크기가 상이한 미세구조가 형성되는 경우 각 지점에 따른 표면장력에 의한 발수각이 틀려짐에 따라 특히 크기가 작은 미세돌기 부분에서 표면 젖음이 발생할 수 있으며, 이에 따라 발수성이 감소될 수 있다. 따라서 표면 미세구조 형성 입자는 입자 반지름 표준편차가 0.001~0.1㎛일 수 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 각 입자들의 크기가 균일하지 않으면 균일한 표면 미세구조를 형성하기 어렵다. 소수성이 높아지기 위해서는 최대한 균일한 표면 구조를 형성해야 하므로 상기 표면 미세구조 형성 입자는 일정이하의 반지름 표준 편차를 가지는 것이 바람직하다. 상기 반지름 표준편차가 0.001㎛미만인 경우 상기 표면 미세구조 형성 입자의 가격이 높아져 가격 경쟁력이 떨어질 수 있으며, 0.1㎛를 초과하는 경우 소수성이 떨어질 수 있다.
또한 상기 표면 미세구조 형성 입자의 경우 상기 실리콘계 발수재 내에서 용이하게 분산되며, 실리콘과의 접착성을 높이기 위하여 콜로이달 금속입자를 사용할 수 있다. 상기 콜로이달 금속 입자는 금속 입자의 주변을 이온, 인지질, 계면활성제와 같은 분자로 둘러싸 콜로이드를 형성한 것으로 기존의 금속 입자의 형성방법과는 달리 용매 내에서 화학적인 합성을 통하여 제조될 수 있다.
일반적으로 용액이 용질이 용매에 녹아있는 형태를 의미하는 것이라면 콜로이드는 용질에 비하여 비교적 큰 입자가 용매에 균일하게 분산되어 있는 것을 의미한다. 용액의 경우 거름종이와 투석막을 모두 통과할 수 있지만, 콜로이드의 경우 거름종이만을 통과하고 투석막을 통과할 수 없다. 이외에도 용액과 구별하는 방법은 콜로이드에 분산되어 있는 입자에 의하여 입사되는 빛이 난반사되는 틴들현상을 이용하는 것으로 용액의 경우 이러한 틴들현상이 일어나지 않으므로 용액과 콜로이드를 용이하게 구분할 수 있다.
콜로이달 금속 입자는 금속 입자의 표면에 콜리이드성 물질이 부착되어 콜로이드를 형성하고 있는 것을 의미하는 것으로, 상기 콜로이달 금속 입자의 제조방법을 구체적으로 살펴보면 금속의 염화물, 황산화물 또는 질산화물을 포함하는 금속화합물 수용액에 환원제를 공급하면 금속이 석출될 수 있다. 이때 사용되는 환원제가 금속화합물과 결합하여 이온, 인지질, 유기산 또는 계면활성제와 같은 물질을 형성하는 경우 상기 석출되는 금속의 표면에 결합되어 콜로이달 금속 입자를 형성하게 된다. 이때 석출되는 금속 입자는 일반적으로는 먼저 석출된 금속 입자를 핵으로 하여 입자의 크기가 늘어나게 되며, 일정크기 이상으로 성장하는 경우 상기 콜로이드성물질인 이온, 인지질 유기산 또는 계면활성제가 표면에 부착되어 콜로이달 금속 입자를 형성함과 동시에 금속입자 사이의 결합을 방해하게 된다. 따라서 입자의 성장이 진행되지 않아 일정한 크기를 가지는 콜로이달 금속 입자를 형성할 수 있다. 이때 상기 금속입자의 크기는 일반적으로 용액의 pH나 온도에 의하여 결정되며, 본 발명의 경우 상기 콜로이달 금속 입자의 형성시 50~70℃를 유지하는 것으로 평균입자크기가 0.01~1㎛이며, 입자 반지름 표준편차가 0.001~0.1㎛인 콜로이달 금속입자를 형성할 수 있다.
이때 금속 입자의 표면에는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌이민(PEI), 아민 화합물 또는 유기산이 결합되어 콜로이드를 형성하는 것이 바람직하다.
이중 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 일반적으로 H-(O-CH2-CH2)n-OH로 표현되는 화합물로서, 인체에 독성이 낮고 유연성을 가지는 수용성 폴리머이기 때문에 다양한 용도로서 사용되고 있다. 특히 상기 폴리에틸렌글리콜은 양친매성 물질이기 때문에 일종의 계면활성제로서 사용될 수 있다. 이러한 폴리에틸렌글리콜의 특성을 이용하여 금속 합성 시 금속 표면에 부착되는 것으로 콜로이달 금속 입자의 형성이 가능하다. 이때 상기 콜로이달 금속 입자의 폴리올 합성 조건(에틸렌글리콜과 같은 알코올 용매 하에서 고분자인 PVP(poly(vinyl pyrrolidone))을 계면활성제로 이용, 높은 온도에서 금속염을 환원시켜 제조하는 방법)에서 반응용매로 폴리에틸렌글리콜, 표면 조절고분자로서 폴리디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(PDMAEMA)를 이용하면 PDMAEMA가 가수분해되면서 용매인 폴리에틸렌글리콜과 에테르 결합을 형성하여, 고분자를 매개로 폴리에틸렌글리콜이 표면에 고정되어 있는 콜로이달 금속 입자를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 콜로이달 금속 입자는 매우 균일한 크기를 가지며 극한조건(고온, 자외선 등)에서 안정성이 매우 뛰어나다. 특히 상기 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 콜로이달 금속 입자는 다른 콜로이달 금속 입자에 비하여 응집현상의 발생이 매우 적어 균일한 크기를 가지는 콜로이달 금속 입자를 장기간 사용할 수 있도록 할 수 있다.
또한 폴리에틸렌이민(PEI)은 아민그룹과 2개의 지방족 탄화수소로 구성된 반복단위를 가지는 중합체로서 하기의 화학식 6으로 표현될 수 있다.
[화학식 3]
이때 상기 NH를 포함하는 아민그룹은 선형의 1차 아민그룹일 수도 있지만 분지형의 2차아민일 수도 있으며, 덴드리머 구조를 가지는 아민일 수도 있다. 이러한 폴리에틸렌이민은 콜로이달 금속 입자 제조시 환원제로 사용될 수 있으며, 이에 따라 생성되는 금속 입자의 표면에 부착되어 콜로이드를 형성할 수 있다.
상기 아민 화합물은 말단에 아민기(NH2)를 가지는 화합물을 의미하는 것으로 상기 금속 입자와 결합하여 콜로이드를 형성할 수 있는 아민화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있지만, 단순히 금속 입자의 표면에 아민(-NH2)이 직접 부착되는 것일 수 있다.
상기 유기산은 유기물을 포함하는 산으로 아세트산, 시트르산, 젖산, 포름산, 옥살산 또는 아스코르브산이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 시트르산을 사용할 수 있다. 상기 유기산은 대부분 인체에 무해하며, 상기 생성되는 금속 입자와 결합하여 콜로이달 금속 입자를 형성할 수 있으므로 간편하게 콜로이달 금속 입자를 제조할 수 있다는 장점을 가진다.
상기 표면 미세구조 형성 입자는 상기 표면발수처리제부 내의 물 100중량부 대비 1~5중량부가 포함될 수 있다. 상기 표면 미세구조 형성 입자가 1중량부 미만으로 포함되는 경우 표면의 발수성이 떨어질 수 있으며, 5중량부를 초과하는 경우 상기 표면발수처리제부의 부착성이 떨어져 경화 이후 박리가 일어날 수 있다.
본 발명은 또한 (i) 건축물의 표면의 이물질이나 파편을 제거하기 위한 고압 세척단계; (ii) 상기 세척된 건축물의 바닥면과 측벽면에 프라이머 처리하는 단계; (iii) 상기 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 주제부와 경화제부를 혼합하여 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 제조하는 단계; (iv) 상기 프라이머 처리된 바닥면과 측벽면에 상기 제조된 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 도포하는 단계; (v) 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물의 상부에 표면 발수처리제를 도포하는 단계; 및 (vi) 상기 도포된 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물의 시공방법을 제공한다.
상기 (i)단계는 표면에 이물질이나 파편을 제거하기 위하여 세척하는 단계로 고압수를 이용한 물리적 세척을 수행할 수 있다. 기존에 많이 사용되는 계면활성제를 사용한 화학적 세척은 잔류되는 계면활성제로 인하여 후술할 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합마감 도료의 접착성이 떨어질 수 있으므로, 본 발명의 경우 고압수를 이용한 물리적 세척을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기와 같은 세척을 수행하기 이전 바닥의 표면에 표면처리를 수행할 수 있다. 상기 표면처리의 경우 크게 두 단계로 구성되는 것이 바람직하다.
먼저 상기 바닥의 표면을 연마하여 표면조도를 높이는 단계를 수행할 수 있다. 실내외 바닥의 경우 일반적으로 외기에 노출되어 있으며, 사용자의 사용 및 이물질과의 접촉 등으로 인하여 부식이 진행되어 있는 것이 일반적이다. 이러한 바닥의 표면에 단순히 후술할 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물을 적용하는 경우 표면이 박리되어 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도막이 탈락될 수 있다. 따라서 이러한 표면의 부식 부분을 제거하기 위하여 상기 바닥의 표면을 연마하는 것이 바람직하다. 이때 상기 연마는 상기 바닥의 표면을 연마할 수 있는 방법이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 다이아몬드 날을 가지는 회전식 연마기를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 또한 이러한 바닥 표면의 연마는 상기 바닥 표면의 조도를 일정하게 만들어주어 상기 바닥 표면에 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료가 균일하게 부착될 수 있도록 할 수 있다.
또한 상기 연마 이외에도 모서리 부분의 부착성을 높이기 위하여 상기 바닥면과 벽면이 만나는 부분 즉 모서리부분에는 일정간격으로 천공이 수행될 수도 있다. 이때 상기 천공은 상기 바닥의 수직면에 대하여 30~60°의 각도를 가지도록 형성될 수 있으며, 모서리 부분에서 벽면 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 형성된 천공홀은 이후 단계에서 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료가 주입될 수 있으며, 이는 모서리 부분의 부착성이 향상되는 결과를 가져올 수 있다. 특히 본 발명의 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료의 경우 모서리 부분에 부착성이 떨어질 수 있으므로, 상기와 같이 천공홀을 형성하는 경우 모서리 부분의 부착성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 천공홀은 1~5mm의 직경 및 1~10mm 깊이를 가지도록 형성되며, 각 천공홀 사이의 간격은 10~500mm일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료의 부착성이 떨어지거나 또는 바닥의 구조가 약화될 수 있다.
상기와 같이 표면처리 및 고압세척이 완료된 이후 (ii) 상기 세척된 바닥의 바닥면과 측벽면에 프라이머 처리하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 프라이머는 오레탄 방수제의 시공에 사용되는 공지의 프라이머를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 수용성 아크릴계 또는 수용성 라텍스계 프라이머를 물과 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 (iv)단계는 상기 프라이머 처리된 바닥면과 측벽면에 상기 제조된 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물을 도포하는 단계이다. 상기 프라이머가 도포된 이후 본 발명의 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물을 도포할 수 있다. 이때 본 발명의 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물은 주제부와 경화제부로 나뉘어 있으며, 이를 혼합함과 동시에 뿜칠하여 상기 바닥의 표면에 도포하는 것이 바람직하다. 이때 상기 뿜칠을 위하여 기존의 우레탄계 마감 도료의 도포에 사용되는 분사기를 사용할 수 있지만 본 발명의 경우 혼합이후 경화까지의 시간이 짧게 되어 있으므로 충돌혼합형 분사기를 사용할 수도 있다. 이때 본 발명의 중합반응을 촉진하기 위하여 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물은 35 내지 60℃의 온도에서 20 내지 60(psi)의 압력으로 분사될 수 있다. 아울러 분사시 상기 복합마감도료를 가열하게 되면 중합이 시작됨과 동시에 발열반응으로 인하여 온도가 상승할 수 있고 이러한 온도상승으로 인하여 상기 촉매가 포함된 마이크로 캡슐이 파괴되어 경화가 촉진된다는 것은 위에서 살펴본 바와 같다. 또한 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물은 표면처리시 형성된 천공홀내로도 주입될 수 있으며 이에 따라 모서리부의 결합성은 더욱 강화될 수 있다.
상기와 같이 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물의 도포가 완료된 이후 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도료 조성물의 상부에 표면 발수처리제를 도포할 수 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 상기 표면 발수처리제의 경우 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 바닥재용 복합 마감 도막의 표면에 발수성을 부여할 수 있으며, 이에 따라 물의 고임을 최소화 할 수 있으며, 또한 물과 같이 이동하는 오염물의 부착을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물 다양한 분야에서 방수용으로 사용될 수 있지만, 옥상, 바닥 또는 정수장등에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
실시예 1
아민계촉매로서 N,N-디메틸사이클로헥실아민(N,N-dimethylcyclohexylamine)을 비극성 용매인 다이에틸에터와 1:5의 무게비로 혼합하여 촉매 분산액을 제조하였다. 상기 촉매 분산액을 5배 부피의 물에 투입하고 교반기로 교반하여 유화시켰다. 코코넛 오일과 밍크 오일을 1:4의 무게비로 혼합하여 온도감응형 오일을 제조한 다음, 상기 유화된 물과 1:5의 무게비로 투입하여 에멀젼의 표면을 온도감응형 오일로 코팅하였다. 이후 5℃로 냉각하고 액상성분을 제거하여 마이크로캡슐화된 촉매를 수득하였다.
에탄올 100중량부 대비 방향족 이소시아네이트(PMDI, BASF사의 M20R) 70중량부, 마이크로 캡슐화된 촉매 10중량부, 부착증가제 A-187 (Silane Coupling Agent) 2 중량부 및 자외선 방지제인 Tinuvin 1130 (Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl) 1중량부를 투입하고, 흡습제 UOPL을 5중량부 투입한 후, 교반기는 1000rpm속도로 10분간 혼합하였다. 또한 안료로서 TiO2를 볼밀 (Ball Mill)에 투입하여 3회 분쇄하여 준비하였으며, 상기 분쇄된 안료를 교반기에 투입하고 20분간 1000rpm의 속도로 혼합하여 주제부를 제조하였다.
30g의 소듐 실리케이트 용액(sodium silicate solution)에 80g의 D.I water(증류수)를 첨가한 후 교반하여 소듐 실리케이트 희석액을 제조하였다. 제조한 희석액을 60g의 이온교환수지(시그마 알드리치, IR120)와 혼합하여 교반하였으며, 희석액의 pH가 3~4가 되었을 때 교반을 멈추고 생성된 실리카 졸(실리카 에어로겔 유사체)을 분리하였다.
비스페놀 F 형 에폭시 수지(닛테츠 케미컬 ＆ 머티리얼, YDF-170)와 상기 화학식 1의 폴리에테르폴리올(PolyEtherPolyol, 수산기가 42mgKOH/g, 분자량1000Mw의 제1 폴리올 및 분자량 4000Mw의 제2폴리올의 중량기준 1:1 혼합)를 1:3의 중량비로 실온에서 15분간 혼합하여 교반하여 준비하였다.
에탄올 100중량부 대비 상기 에폭시수지와 혼합된 폴리에테르폴리올 30중량부를 투입하고 혼합속도 200rpm속도로 10분간 혼합하였다. 이후 80℃의 온도로 승온하여 3시간동안 혼합속도 200rpm 속도로 1차 반응을 수행하였다. 1차 반응이 종료되면 혼합을 유지하며 이후 온도를 50℃의 온도로 하강한 후, 이후 반응안정제 인산(Phosphoric acid)을 0.2중량부를 투입하여 30분간 혼합하였다. 그리고 다시 25℃의 온도로 하강하여 2차 반응 안정화를 종료하고 필터링하여 전용 용기에 포장하고 질소가스(nitrogen gas)를 충진하고 전용 용기를 밀폐시켜서, 경화제부를 제조하였다.
2 L 이중자켓 반응조에 SG007 92.5중량부, SM008 216.2중량부, SV002 96.6중량부, HMDSO 203.7중량부, MeOH 26중량부, IPA 13중량부, 및 정제수 351.7중량부의 비율로 투입하였으며, 반응기 내부 온도가 10 ℃가 되도록 냉각하였다. 내부 온도가 10 ℃가 되면 HCl 1중량부를 투입하고, 8시간 정도 교반하였다. 8시간 경과한 후, 반응기 내부온도가 60 ℃가 되도록 온도를 승온하고, 내부온도가 60 ℃가 되면 환류교반하였다. 환류교반이 완료된 후, 회전증발기(rotary evaporator)를 이용하여 감압정제를 진행하여 실리콘 오일을 제조하였다.
물 100중량부 대비 실리콘 오일 40중량부, 유화제 (PVA 10) 15중량부 및 표면 미세구조형성입자 3중량부의 비율로 혼합하여 호모믹서(homomixer)을 사용하여 혼합하였으며, 평균입도 크기가 2.5 ~ 3.0 ㎛일 때 유화를 멈추어 흰색의 실리콘 에멀젼(emulsion, Ecodry-E)을 얻었다. 이때 상기 표면 미세구조형성입자는 평균입자크기가 0.1㎛이며, 입자반지름 표준편차가 0.02㎛인 콜로이달 금속입자를 사용하였다. 상기 흰색 실리콘 에멀젼을 물과 1:1의 무게비로 혼합하여 표면발수처리제부를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 분자량 1000Mw의 폴리올 만을 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 분자량 4000Mw의 폴리올 만을 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 마이크로 캡슐화된 아민계 촉매 대신 아민계 촉매를 직접 주제부에 투입한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 실리카에어로겔 유사체를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 6
상기 콜로이달 금속입자를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 7
상기 실시예 1에서 콜로이달 금속입자 대신 동일한 크기의 금속입자를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 8
상기 실시예 1에서 표면발수처리제부를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
비교예 1
기존에 사용되는 폴리우레아 마감제((주)세원방수, CS우레아 HT-2000)를 사용하였다.
비교예 2
기존에 사용되는 폴리우레탄 마감제(조광페인트, 데스몬 C)를 사용하였다.
비교예 3
기존에 사용되는 에폭시 마감제(조광페인트, KSM 6030-6종)를 사용하였다.
실험예 1
상기 실시예 1~8 및 비교예 1~3의 도료조성물을 이용하여 시료를 제작하였으며, 각각의 물성을 측정하였다. 경도시험은 GS-702N TYPE D경도계를 사용하여 측정하였고 인장강도와 신장률 시험은 KS F 4922의 아령3호 시험편을 제작하여 UTM(Computerized Universal Testing Mac)시험기를 이용하여 측정하였고, 가사시간과 건조시간은 KS M 5000 시험규격으로 측정하였다.
| 경도(Shore D) | 인장강도(MPa) | 지촉건조(min) | 건조시간(hr) | 신장률(%) | |
| 실시예 1 | 86 | 28 | 45 | 4 | 88 |
| 실시예 2 | 102 | 18 | 38 | 4 | 69 |
| 실시예 3 | 72 | 21 | 40 | 5 | 92 |
| 실시예 4 | 75 | 22 | 18 | 2 | 61 |
| 실시예 5 | 65 | 23 | 82 | 7 | 89 |
| 실시예 6 | 88 | 28 | 48 | 4 | 87 |
| 실시예 7 | 85 | 27 | 43 | 4 | 88 |
| 실시예 8 | 84 | 28 | 44 | 4 | 89 |
| 비교예 1 | 73 | 19 | 11 | 2 | 60 |
| 비교예 2 | 60 | 22 | 80 | 7 | 101 |
| 비교예 3 | 70 | 18 | 120 | 8 | 88 |
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1의 경우 높은 물성을 가지고 있으며, 지촉건조시간도 충분하게 확보되어 작업성이 높은 것으로 나타났다. 저분자량 폴리올을 사용한 실시예 2의 경우 경도가 과도하게 높아지고 있는 것으로 나타났으며, 이와는 반대로 고분자량 폴리올을 사용한 실시예 3의 경우 경도는 낮아졌지만 인장강도가 떨어지는 것으로 나타났다. 이를 통하여 본 발명의 저분자량 폴리올 및 고분자량 폴리올의 혼합사용으로 인항 효과를 확인할 수 있었으며, 특히 표면의 경도가 향상되는 것으로 보아 표면에 저분자량 폴리올이 분포되는 것을 예측할 수 있었다. 또한 마이크로 캡슐화된 촉매를 사용하지 않은 실시예 4의 경우 지촉건조시간이 대폭감소하며 이에 따라 작업성이 떨어지는 것으로 나타났다. 실리카 에어로겔 유사체를 사용하지 않은 실시예 5의 경우 이와는 반대로 지촉건조시간이 기존의 우레탄계 방수제와 동일하게 늘어나는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2
상기 실시예 1~8 및 비교예 1~3의 도료조성물을 이용하여 시료를 제작하였으며, 발수성 측정을 위한 실험을 실시하였다. 순수 한 방울(2 ㎕)을 시료의 표면 위에 위치시켰으며, 접촉각 측정기(교와 인터페이셜 사이언스(Kyowa Interfacial Science), 일본)로 접촉각을 측정하였다. 또한 장기간 경화된 이후의 발수성 유지를 확인하기 위하여 각 시료를 외기에 20일간 노출시킨 이후 접촉각을 재차 측정하였다.
| 접촉각 | 20일 이후 접촉각 | |
| 실시예 1 | 121 | 118 |
| 실시예 2 | 119 | 115 |
| 실시예 3 | 120 | 117 |
| 실시예 4 | 122 | 115 |
| 실시예 5 | 119 | 114 |
| 실시예 6 | 108 | 65 |
| 실시예 7 | 115 | 67 |
| 실시예 8 | 75 | 44 |
| 비교예 1 | 70 | 45 |
| 비교예 2 | 64 | 44 |
| 비교예 3 | 58 | 49 |
표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1~5의 경우 높은 접촉각 가질 수 있으며, 20일이 경과된 이후에도 발수성이 유지되는 것을 확인하였다. 하지만 콜로이달 금속 입자 대신 일반급속입자를 사용한 실시예 6의 경우 금속입자의 탈락이 가속화되어 발수성이 급격이 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 콜로이달 금속입자를 사용하지 않은 실시예 5의 경우 접촉각의 감소가 심하여 단순히 실리콘계 발수제만으로는 발수성을 지속시키기 어려운 것으로 나타났다.
실험예 3
한국산업규격 KS F 4937 주차장 바닥용 표면마감제 시험방법에 따라 내충격성, 부착강도, 수밀성, 윤하중 저항성, 오염물질 방출성을 시험하였으며, 그 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.
| 내충격성 | 부착강도 (N/㎟) |
윤하중 저항성 | 수밀성능 | 오염물질 방출 | |||
| 표면상태 | 마모깊이 (mm) |
TVOC (mg/㎡h) |
포름알데히드 (mg/㎡h) |
||||
| 시험기준 | 이상없음 | 1.2이상 | 이상없음 | 3이하 | 투수되지 않음 | 2.5이하 | 0.12이하 |
| 실시예 1 | 이상없음 | 2.2 | 이상없음 | 0.8 | 투수되지 않음 | 0.8 | 0.02 |
| 실시예 2 | 이상없음 | 1.9 | 이상없음 | 1.1 | 투수되지 않음 | 1.3 | 0.04 |
| 실시예 3 | 이상없음 | 1.8 | 이상없음 | 1.5 | 투수되지 않음 | 1.1 | 0.05 |
| 실시예 4 | 이상없음 | 2.0 | 이상없음 | 0.9 | 투수되지 않음 | 1.9 | 0.10 |
| 실시예 5 | 이상없음 | 209 | 이상없음 | 2.4 | 투수되지 않음 | 2.3 | 0.11 |
| 실시예 6 | 이상없음 | 2.1 | 이상없음 | 1.4 | 투수되지 않음 | 1.5 | 0.08 |
| 실시예 7 | 이상없음 | 2.0 | 이상없음 | 1.6 | 투수되지 않음 | 1.4 | 0.09 |
| 실시예 8 | 이상없음 | 2.1 | 이상없음 | 1.8 | 투수되지 않음 | 1.9 | 0.05 |
| 비교예 1 | 이상없음 | 1.8 | 이상없음 | 2.7 | 투수되지 않음 | 2.1 | 0.11 |
| 비교예 2 | 이상없음 | 1.7 | 이상없음 | 2.5 | 투수되지 않음 | 2.4 | 0.12 |
| 비교예 3 | 이상없음 | 1.8 | 이상없음 | 2.7 | 투수되지 않음 | 2.1 | 0.11 |
표 3에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 및 시판되는 비교예 모두 주차장 바닥으로 사용하는 것에는 이상이 없는 것으로 나타났다. 하지만 본 발명의 실시예가 전반적으로 비교예에 비하여 높은 성능을 가지는 것으로 나타나고 있어 비교예에 비하여 그 성능이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (16)
- (a) 이소시아네이트, 촉매, 자외선 방지제, 착색제 및 제1 용제를 포함하는 주제부;
(b) 화학식 1로 표시되는 폴리에테르폴리올(polyetherpolyol), 반응안정제 및 제2 용제를 포함하는 경화제부;
를 포함하며,
상기 폴리에테르폴리올은 화학식 1로 표시되는 폴리올을 화학식 2로 나타내는 비스페놀계 에폭시 수지에 의하여 변성되며,
상기 주제부와 경화제부는 중량비를 기준으로 3: 1 내지 1: 3으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
[화학식 1]
[화학식 2]
(R, R1은 각각 H 또는 메틸기이고, a 는 0 ∼ 10의 정수)
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에테르폴리올은 평균분자량이 400~1500인 제1 폴리올과 평균분자량이 3000~4500인 제2 폴리올이 혼합된 폴리에테르폴리올인 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 제1폴리올 및 상기 제2 폴리올의 중량비는 1:0.8~1:1.5인 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 주제부는 상기 제1 용제 100중량부 대비, 이소시아네이트 30 내지 90중량부, 촉매 0.05~3중량부, 상기 자외선 방지제 0.1 내지 3중량부 및 상기 착색제 0.5 내지 3중량부를 포함하며,
상기 경화제부는 상기 제2용제 100중량부 대비 상기 화학식1로 표시되는 폴리에테르폴리올 10 내지 50중량부 및 상기 반응안정제 0.01 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 촉매는 아민계 촉매, 삼량화 촉매 또는 이들의 혼합물을 포함하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트 또는 지방족 이소시아네이트에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 폴리올은 실리카 에어로겔 유사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제7항에 있어서,
상기 실리카 에어로겔 유사체는 상기 폴리올 100중량부 대비 0.5~30중량부를 포함하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물은,
(c) 실리콘 오일, 유화제, 표면 미세구조 형성 입자 및 물을 포함하는 표면발수처리제부;
를 추가로 포함하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제9항에 있어서,
상기 표면미세구조 형성 입자는 콜로이달 금속 입자인 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제10항에 있어서,
상기 콜로이달 금속 입자는 금속 입자의 표면에 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌이민(PEI), 아민 화합물 또는 유기산이 결합되어 콜로이드를 형성되며, 평균입자크기가 0.01~1㎛인 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제9항에 있어서,
상기 실리콘 오일은 당해 실리콘 오일 전체 100 중량부 대비,
탄소수 6 ~ 20의 알킬기를 갖는 제1알킬알콕시실란 15~50 중량부;
아크릴로일옥시알킬기 또는 메타크릴로일옥시알킬기를 갖는 탄소수 1 ~ 6의 제2알킬알콕시실란 10~40 중량부;
제3실록산계 화합물 10~30 중량부;
유기용제 5~15 중량부; 및
잔량의 물;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제9항에 있어서,
상기 표면발수처리제부는 상기 물 100중량부 대비, 상기 실리콘오일 30~80중량부, 상기 유화제 10~20중량부 및 상기 표면 미세구조 형성 입자 1~5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 촉매는 마이크로 캡슐화되어 상기 주제부에 포함되며,
상기 마이크로 캡슐은 온도감응성 오일을 포함하는 것으로 온도가 상승함에 따라 파괴되어 내부의 촉매를 방출하는 것을 특징으로 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물.
- (i) 건축물의 표면의 이물질이나 파편을 제거하기 위한 고압 세척단계;
(ii) 상기 세척된 건축물의 바닥면과 측벽면에 프라이머 처리하는 단계;
(iii) 상기 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 주제부와 경화제부를 혼합하여 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 제조하는 단계;
(iv) 상기 프라이머 처리된 바닥면과 측벽면에 상기 제조된 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 도포하는 단계;
(v) 상기 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물의 상부에 표면 발수처리제를 도포하는 단계; 및
(vi) 상기 도포된 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물을 건조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물의 시공방법.
- 제15항에 있어서,
상기 (iv)의 도포단계는 35 내지 60℃의 온도에서 20 내지 50(psi)의 압력으로 뿜칠하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 폴리우레탄수지계 복합도료 조성물의 시공방법.
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