KR102521321B1 - 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수성 에폭시수지 베이스 A제와; 세라믹수지 베이스 B제와; 표면개질 실리카 베이스 C제와; 아크릴에멀젼 베이스 D제와; 충전제 및 첨가제 베이스 E제와; 경화제 베이스 F제;를 포함하되, 상기 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합 조성되어 친환경적이고, 부착력이 우수하며 장기 방청성을 유지할 수 있는 조경 시설물 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수성 에폭시수지 베이스 A제와; 세라믹수지 베이스 B제와; 표면개질 실리카 베이스 C제와; 아크릴에멀젼 베이스 D제와; 충전제 및 첨가제 베이스 E제와; 경화제 베이스 F제;를 포함하되, 상기 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합 조성되어 친환경적이고, 부착력이 우수하며 장기 방청성을 유지할 수 있는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 휴양지나 공원, 도심휴식공간 또는 길거리 등에서 주변환경을 조성하거나 자연경관 등의 경치를 감상하고 뜨거운 햇볕에 의한 자외선으로부터 피해 휴식을 취하는 공간으로 다양한 형태의 퍼걸러(Pergola)가 설치되고 있다.
상기 퍼걸러(Pergola)는 [도 1]에 사례를 나타낸 바와 같이, 평면구조의 형상에 따라 장방형, 육각형, 팔각형 등으로 구분되고, 정자는 대부분 자연과의 동화를 위해 주위가 개방된 형태를 이루며, 지반으로부터 소정의 높이 상에 데크로 이루어진 바닥을 기준으로 주위 둘레를 따라 난간 또는 기둥이 세워짐은 물론 기둥의 윗부분에는 기둥과 연결되는 지붕이 설치되는데, 상기 난간 또는 기둥은 목재 또는 금속재질을 사용하여 상호 조립된 구조로 구성된다.
또한, 공원, 호수, 산 등과 같이 사람들의 원활한 보행을 요하는 산책로나 등산로에는 주변의 자연 경관에 맞춰 자연친화적인 미려한 환경을 조성하거나 보행자의 보행이 어려운 지형에서 보행자의 안전 및 편의를 도모하므로 보행자들에게 최적의 보행환경을 조성할 수 있는 다양한 형태의 데크(Deck)를 시공하여 사용하고 있다.
상기 데크(Deck)는 [도 2]에 사례를 나타낸 바와 같이, 지형에 따라 지면에 전반적인 구조물을 지지하기 위한 고정빔과, 상기 고정빔의 상부에 일정한 간격으로 배치되어 받침역할을 하는 장선과, 상기 장선의 상부에 나란히 안착되고 보행가능한 바닥면을 이루는 바닥데크와, 목재 또는 금속재질을 사용한 난간 및 기둥으로 구성된다.
상기와 같은 퍼걸러(Pergola) 또는 데크(Deck)에 사용되는 목재 표면에는 일정한 도료를 사용하여 표면을 도장 처리하는데, 이러한 도료로는 목재의 결을 살리면서 다양한 색을 표출할 수 있는 우드 오일 스테인(Wood oil stain)이 주로 사용되어 목재의 방부 또는 다양한 색상으로 심미감을 표현하고 있다.
한편, 상기 퍼걸러(Pergola) 또는 데크(Deck)에 사용되는 목재 외에, 사용되는 비철금속이나 철재는 대기와 같은 외부 환경에 그대로 노출되는 경우가 많아서, 발청이나 부식으로부터 그 표면을 보호하기 위한 별도의 처리 과정이 반드시 필요하다.
이에, 상기와 같은 발청이나 부식을 방지하기 위한 다양한 방법이 제시되어 오고 있는데, 그 중에서 가장 대표적인 방법이 도장에 의한 표면처리이다. 상기와 같이 비철금속이나 철재의 표면에 처리되는 도장은 크게, 발청 유발 인자들로부터 강구조물의 표면을 보호하는 초벌 도료인 방청 프라이머(하도재)와 대기중의 부식 촉진 인자들(예, 오염된 대기, 산성비, 해수의 염분, 화학물질 등)로부터 비철금속이나 철재의 표면을 보호하기 위해 상기 방청 프라이머 도막 위에 덧칠되는 방식 도료(상도재)로 나뉘어 진다.
상기 방청 프라이머의 경우, 종래의 방청 프라이머는 유성 알키드 수지계의 광명단 및 산화철 방청 프라이머를 사용하는 것이 일반적이었다. 그런데 상기와 같은 방청 프라이머를 사용할 경우 산소, 수분, 이산화탄소 등의 방청 유발인자에 쉽게 노출되어 방청 특성이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 방식 도료의 경우, 염화고무계 수지 도료, 에폭시 수지 도료, 불소 수지 도료, 우레탄 수지 도료 등이 개발되어 있었으나, 염화고무계 수지 도료는 내용제성이 없어 재도장시 구도막이 용해되어 재도장 작업시에 신중을 기해야 하는 문제점이 있었고, 에폭시 수지 도료의 경우 황변, 백화, 쵸킹 현상이 잘 일어나는 문제점이 있었으며, 불소 수지 도료의 경우 내후성은 우수하나 경화된 도막의 재도장시 부착성이 불량한 문제점이 있었다.
또한, 우레탄 도료의 경우 도막에 황변이 발생할 수 있으며, 경년에 의해 도막의 취성화(딱딱해 짐) 현상이 일어나 도막의 박리 탈락이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 이들 종래의 방청 프라이머와 방청 코팅재는, 유성으로 환경 오염 유발, 작업자의 건강을 해치는 문제점도 지적되었다. 이에 최근에는 친환경의 수성 도료가 꾸준히 개발되고 있으나, 유성 도료가 갖는 성능을 발휘하지 못하는 한계가 있었다.
이러한 종래 문제점을 해결하기 위해, 종래에 사용되고 있는 비철금속 또는 철재용 도료들을 살펴보면, 한국등록특허 10-1007507(등록일자 2011년01월04일)에 아연 또는 산화철과 에폭시수지, 폴리 그리시딜 화합물, 실리카, 지르코늄, 알루미나 및 지환족계 아민화합물을 포함하여 이루어지며, 상기 에폭시수지는 비스페놀 F형 에폭시수지, 노블락 에폭시수지, 다이머 지방산(Dimer Fatty Acid) 변성타입 에폭시수지 및 실리케이트 변성 에폭시수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 비철금속 및 철재 구조물의 방식도료 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1146123(등록일자 2012년05월08일)에 알킬실리케이트 가수분해 축합물, 아연분말 및 나노사이즈 산화아연을 포함하고, 상기 나노사이즈 산화아연의 평균입경은 10~100nm인 것을 특징으로 하는 철강구조물용 세라믹계 고방식성 도료가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1322301(등록일자 2013년10월21일)에 (1) 제1단계 : 바인더로서 저점도 비스페놀 A 타입의 에폭시 수지, O-크레졸 노블락형 에폭시 수지 및 수소와 화합된 비스페놀형 에폭시 수지 중 적어도 어느 하나 10~50중량부; 반응성 희석제로서 모노에폭시 화합물, 폴리에폭시 화합물 및 아인산트리페닐 중 적어도 어느 하나 1~20중량부; 0.5~5중량부의 실란계 커플링; 0.5~5중량부의 침강방지제;를 분산용기에서 600~900rpm으로 10~30분간 혼합 교반하는 단계, (2) 제2단계 : 상기 1단계에서 교반된 교반물에, 색상안료로서 1~10중량부의 산화티타늄; 1~10중량부의 세라믹; 10~30중량부의 체질안료; 1~10중량부의 방청안료;를 투입하여 1000~1200rpm으로 10~30분간 교반하면서 습윤시키는 단계, (3) 제3단계 : 제2단계 시행 후 분산기를 이용하여 입도 60마이크론 이하의 입자로 분산시킨 후, 0.1~5중량부의 피마자유 유도체 흐름방지제를 가하고, 1500~1900rpm으로 교반하면서 55~65℃로 온도를 상승시키는 단계 및 (4) 제4단계 : 5~10중량부의 경화제수지와 1~5중량부의 경화촉진제를 투입하고 교반하여 10~40분간 숙성시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 철구조물 도장용 무용제 에폭시 도료 조성물의 제조방법이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1410386(등록일자 2014년06월16일)에 부착력이 우수하고 고 방청성을 가진 주제와 경화제로 이루어진 2액형 수용성 에폭시 방청 프라이머 도료 조성물의 제조방법에 있어서, (1) 제1단계 : 15~30중량부로 투입되는 증류수와 05~5중량부의 실리콘 소포제, 0.5~5중량부의 비극성 표면 평활제, 0.5~5중량부의 지르코늄계 커플링(zirconate coupling)을 분산용기 투입하여 600~900rpm으로 10~20분간 혼합 교반하는 단계와; (2) 제2단계 : 상기 제1단계에서 교반된 교반물에, 5~15중량부의 칼슘 스트론티움 포스포실리케이트, 5~10중량부의 레드 아이론 옥사이드, 5~10중량부의 세라믹 마이크로스페어스, 그리고 체질안료로서 탈크와 실리카와 황산바륨 중 적어도 2종 이상을 10~30중량부를 투입하여 1000~1200rpm으로 20~30분간 교반하면서 습윤시키는 단계와; (3) 제3단계 : 그 후 분산기를 이용하여 입도 60마이크론 이하의 입자로 분산시킨 후, 바인더로서 비스페놀 타입의 수용성 에폭시 40~60중량부와, 0.5~5중량부의 아크릴계 알카리 흐름방지제(anti-sag agent)를 가하고 1500~1900rpm으로 10~20분간 교반하는 단계와; (4) 제4단계 : 상기 제3단계 후에, 경화제수지로서 수용성 변성 지방족 폴리아민과 수용성 변성 폴리아미드 아민 60~80중량부를 투입하고 300~600rpm으로 10~20분간 교반한 후 30~40중량부의 증류수와 05~5중량부의 경화촉진제를 넣고 600~900rpm으로 10~20분간 숙성시키는 단계;로 이루어지는, 구(舊)도막 수용성 무기질 징크 도료 위에 보수(補修)를 위해 도장하거나 철 구조물에 도장하기 위한 2액형 수용성 에폭시 방청 프라이머 도료 조성물의 제조방법이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1937234(등록일자 2019년01월04일)에 철 및 콘크리트 구조물용 도료에 있어서, 스티렌 모노머(Styrene monomer) 100 중량부에 대하여, 메틸 메타 아크릴레이트 모노머(Methyl meta acrylate monomer) 28 ~ 60 중량부, 부틸 아크릴레이트 모노머(Butyl acrylate monomer) 130 ~ 220 중량부, 아크릴산(Acrylic acid) 2 ~ 8 중량부, 에틸 벤젠(Ethyl benzene) 10 ~ 20 중량부, 자이렌(Xylene) 23 ~ 42 중량부, 2-에틸헥실 아크릴레이트 모노머(2-Ethylhexyl acrylate monomer) 150 ~ 200 중량부, 2,2-아조비스(이소부티로니트릴)[2,2-Azobis(isobutyronitrile)] 3 ~ 15 중량부, 2,3-에폭시프로필 네오데카노에이트(2,3-Epoxypropyl neodecanoate) 20 ~ 50 중량부, 알미늄 페이스트(Alminum paste) 20 ~ 50 중량부, 알미늄 페이스트 안정제(Alminum paste stabilizer) 2 ~ 5 중량부, 증점제(Thickner) 5 ~ 15 중량부, 가소제(Plasticizer) 3 ~ 6 중량부, 및 산화방지제(Antioxidant) 3 ~ 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철 및 콘크리트 구조물용 도료가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-2077892(등록일자 2020년02월10일)에 분자량이 8000 ∼ 12000 인 알칼리 용해성의 (메트)아크릴산에스테르만이 중합되어 이루어지는 아크릴 수지 6 ∼ 15 중량％ 와 (메트)아크릴산에스테르만이 중합되어 이루어지는 아크릴 수지 함유 에멀젼 5 ∼ 12 중량％ 와 알칼리성 수용액 50 중량％ 이상과 안료를 함유하는 철강재용 수성 도료가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-2364256(등록일자 2022년02월14일)에 강구조물 표면 도장용 조성물로서, 상기 조성물은 수성(aqueous)이고 상기 조성물은, 2액형의 방청 프라이머와 방식 코팅재를 포함하며, 상기 방청 프라이머는, 방청 프라이머 총 중량을 기준으로, i) 10~20 중량%의 에폭시 수지 및 40~60 중량%의 아연 분말을 포함하는 주제부와, ii) 1~5 중량%의 총 아민가(total amine value)가 600~650 mgKOH/g인 페놀류 및 1~5 중량%의 폴리아미드 수지를 포함하는 경화제부를 포함하고, 상기 방식 코팅재는, 2액형의 제1 방식 코팅재 또는 1액형의 제2 방식 코팅재 중 하나를 포함하고, 상기 제1 방식 코팅재는, 제1 방식 코팅재 총 중량을 기준으로, i) 30~50 중량%의 아크릴 폴리올 수지, 5~15중량%의 세라믹 폴리올 수지 및 1~8 중량%의 삼산화안티몬을 포함하는 주제부와, ii) 8~15 중량%의 지방족 폴리 이소시아네이트 수지 및 5~12 중량%의 에칠 아세테이트를 포함하고, 상기 제2 방식 코팅재는, 제2 방식 코팅재 총 중량을 기준으로, i) 30~50 중량%의 자기 경화형 수성 폴리우레탄 수지, ii) 20~40 중량%의 수성 아크릴 세라믹 수지, iii) 5~15 중량%의 알코올류, iv) 5~15 중량%의 이산화티탄, v) 0.05~0.5 중량%의 메틸 셀룰로오스; 및 vi) 1~5 중량%의 삼산화안티몬 및 1~5 중량%의 나노 사이즈 구리 중 하나 이상을 포함하는, 강구조물 표면 도장용 조성물dl 공지되어 있다.
그러나, 상기한 도료들은 도막이 투수성이나 통기성이 있어서 습기가 도막에 침투되어 금속을 산화시키키거나 크랙 또는 박리가 발생하는 문제점이 있었으며, 부착력이 만족스럽지 못하여 장기간 고방청, 방식성능을 기대하기 어려웠을 뿐만 아니라, 대부분 유성계 에폭시 등 환경적으로 유기용제 사용 등으로 인한 작업자 피해 및 환경오염이 심하게 발생하고 있는 실정이므로 친환경적이고, 부착력이 우수하며 장기 방청성을 유지할 수 있는 각종 시설물의 내외부 금속 또는 철재 코팅용 도료개발이 필요하다.
본 발명은, 상기 종래 문제점을 해결하고자 한 것으로, 수성 에폭시수지 베이스 A제와; 세라믹수지 베이스 B제와; 표면개질 실리카 베이스 C제와; 아크릴에멀젼 베이스 D제와; 충전제 및 첨가제 베이스 E제와; 경화제 베이스 F제;를 포함하되, 상기 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합 조성되어 친환경적이고, 부착력이 우수하며 장기 방청성을 유지할 수 있는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 수성 에폭시수지 베이스 A제와; 세라믹수지 베이스 B제와; 표면개질 실리카 베이스 C제와; 아크릴에멀젼 베이스 D제와; 충전제 및 첨가제 베이스 E제와; 경화제 베이스 F제;를 포함하되, 상기 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합 조성되어 친환경적이고, 부착력이 우수하며 장기 방청성을 유지할 수 있는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 수성 에폭시수지 베이스 A제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리에테르폴리올과, 프탈릭안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 말레익안하이드라이드, 숙시닉안하이드라이드 및 트리멜리틱안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무수산을 1:1.5 내지 3의 몰비로 혼합하고 130 내지 140 ℃에서 2 내지 4시간 동안 반응시켜 얻은 반응물과 Diglycidylether of bisphenol A 에폭시수지를 2:8 내지 3:7 중량비로 혼합하고 130℃로 승온 반응시켜 에폭시 당량이 630 g/mol에서 반응을 종료하여 얻은 반응물 100중량부에 대하여, 에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO) 유화제 7~15중량부, 프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO) 분산제 0.1~1중량부를 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 세라믹수지 베이스 B제는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 30~50중량부, 이소프로필알코올 10~30중량부, 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4) 30~40중량부를 넣고 균일하게 교반, 분산시키면서 30 ~ 65℃에서 아세트산 3~7중량부를 적하하고 2시간 동안 가수분해시켜 여과하여 얻은 반응물인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 표면개질 실리카 베이스 C제는, 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4)을 에탄올과 증류수 95:5중량비 혼합 공용매에 희석하고, 아세트산을 가한 후, pH를 4.0으로 고정하여 1시간 동안 가수분해한 가수분해용액에 실리카를 0.5~1시간 함침시키고 여과하여 증류수로 3회 세척한 다음 120 ℃에서 3 시간 및 상온에서 1일 완전 건조한 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 아크릴에멀젼 베이스 D제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 농도 0.1 ∼ 10 중량％ 암모니아수가 1:1중량비로 혼합 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 충전제 및 첨가제 베이스 E는 아연분말, 산화아연, 이산화티타늄, 탄산칼슘, 황산바륨, 카본블랙, 탈크, 클레이, 마이카, 유리플레이크, 탄산칼슘, 벤토나이트, 카오린, 규석분 및 착색 안료 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 경화제 베이스 F제는 에폭시 경화제인 4,4’-diaminodiphenylmethane(DDM) 및 아크릴 경화제인 Benzoyl Peroxide(BPO)인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명의 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수성 에폭시수지 베이스 A제와; 세라믹수지 베이스 B제와; 표면개질 실리카 베이스 C제와; 아크릴에멀젼 베이스 D제와; 충전제 및 첨가제 베이스 E제와; 경화제 베이스 F제;를 포함하되, 상기 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합 조성되어 친환경적이고, 부착력이 우수하며 장기 방청성을 유지할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물이 도포될 수 있는 퍼걸러(Pergola) 사진
도 2는 본 발명의 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물이 도포될 수 있는 데크(Deck) 사진
도 2는 본 발명의 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물이 도포될 수 있는 데크(Deck) 사진
본 발명은, 수성 에폭시수지 베이스 A제와; 세라믹수지 베이스 B제와; 표면개질 실리카 베이스 C제와; 아크릴에멀젼 베이스 D제와; 충전제 및 첨가제 베이스 E제와; 경화제 베이스 F제;를 포함하되, 상기 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합 조성되어 친환경적이고, 부착력이 우수하며 장기 방청성을 유지할 수 있는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 수성 에폭시수지 베이스 A제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리에테르폴리올과, 프탈릭안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 말레익안하이드라이드, 숙시닉안하이드라이드 및 트리멜리틱안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무수산을 1:1.5 내지 3의 몰비로 혼합하고 130 내지 140 ℃에서 2 내지 4시간 동안 반응시켜 얻은 반응물과 Diglycidylether of bisphenol A 에폭시수지를 2:8 내지 3:7 중량비로 혼합하고 130℃로 승온 반응시켜 에폭시 당량이 630 g/mol에서 반응을 종료하여 얻은 반응물 100중량부에 대하여, 에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO) 유화제 7~15중량부, 프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO) 분산제 0.1~1중량부를 포함하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 세라믹수지 베이스 B제는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 30~50중량부, 이소프로필알코올 10~30중량부, 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4) 30~40중량부를 넣고 균일하게 교반, 분산시키면서 30 ~ 65℃에서 아세트산 3~7중량부를 적하하고 2시간 동안 가수분해시켜 여과하여 얻은 반응물인 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 표면개질 실리카 베이스 C제는, 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4)을 에탄올과 증류수 95:5중량비 혼합 공용매에 희석하고, 아세트산을 가한 후, pH를 4.0으로 고정하여 1시간 동안 가수분해한 가수분해용액에 실리카를 0.5~1시간 함침시키고 여과하여 증류수로 3회 세척한 다음 120 ℃에서 3 시간 및 상온에서 1일 완전 건조한 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 아크릴에멀젼 베이스 D제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 농도 0.1 ∼ 10 중량％ 암모니아수가 1:1중량비로 혼합 포함하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 충전제 및 첨가제 베이스 E는 아연분말, 산화아연, 이산화티타늄, 탄산칼슘, 황산바륨, 카본블랙, 탈크, 클레이, 마이카, 유리플레이크, 벤토나이트, 카오린, 규석분 및 착색 안료 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 경화제 베이스 F제는 에폭시 경화제인 4,4’-diaminodiphenylmethane(DDM) 및 아크릴 경화제인 Benzoyl Peroxide(BPO)인 것을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및/또는 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및/또는 도면에 한정되지 않는다.
본 발명의 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물은, 수성 에폭시수지 베이스 A제와; 세라믹수지 베이스 B제와; 표면개질 실리카 베이스 C제와; 아크릴에멀젼 베이스 D제와; 충전제 및 첨가제 베이스 E제와; 경화제 베이스 F제;를 포함하되, 상기 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합 조성된다.
여기서, 에폭시 수지는 아민이나 산 등과 쉽게 반응하여 강인한 경화구조를 나타내는 것으로, 특히, 비스페놀 A형 에폭시 수지는 내화학성, 내열성, 고경도, 유연성 등의 특징으로 인해 많은 산업 분야에서 활용되고 있다.
그러나, 최근 지속적인 환경규제로 인해 도료 분야에서 사용되던 유성(油性) 수지들이 수성(水性) 수지로 급격히 전환되고 있으며, 이에 따라 에폭시 수지 또한 물과 같은 용매에 분산되는 수성의 성질을 갖게 하는 방법들이 개발되었는데, 예를 들면 유화제로 에폭시 수지를 분산시키거나 에폭시 수지에 친수성 치환기를 도입하고 물에 분산시키는 방법 등을 들 수 있다.
그런데 상기 방법들을 통해 얻어진 수성 에폭시 수지 분산액은 시장에서 요구되는 물성을 갖는 도막을 얻는데 한계를 나타내고 있다. 특히, 수성 비스페놀 A형 에폭시 수지 분산액은 도막의 내충격성을 현저하게 떨어뜨려 중방식 도장용 도료, 또는 철강 도장용 도료에 사용하는데 어려움이 있다
이에 따라, 본 발명에서는 폴리에테르 폴리올과 무수산의 반응물을 비스페놀 A형 에폭시 수지와 반응시켜 수성 에폭시수지 베이스를 얻는다.
즉, 상기 수성 에폭시수지 베이스 A제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리에테르폴리올과, 프탈릭안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 말레익안하이드라이드, 숙시닉안하이드라이드 및 트리멜리틱안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무수산을 1:1.5 내지 3의 몰비로 혼합하고 130 내지 140 ℃에서 2 내지 4시간 동안 반응시켜 얻은 반응물과 Diglycidylether of bisphenol A 에폭시수지를 2:8 내지 3:7 중량비로 혼합하고 130℃로 승온 반응시켜 에폭시 당량이 630 g/mol에서 반응을 종료하여 얻은 반응물 100중량부에 대하여, 에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO) 유화제 7~15중량부, 프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO) 분산제 0.1~1중량부를 포함하여 조성된다.
상기 수성 에폭시 수지 베이스는 철재표면의 방청성, 부착성과 더불어 내충격성이 우수한 도막을 형성할 수 있다
이때, 상기 Diglycidylether of bisphenol A 에폭시수지는 다음 화학식으로 표시되는 화합물이다.
또한, 상기 에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO) 유화제는 다음 화학식으로 표시되는 화합물이다.
(식 중, x, y 및 z 는 각각 각각의 반복 단위의 평균 개수를 나타냄)
여기서, 상기 에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO) 유화제는 분자량이 8,000 내지 13,000 g/mol 인 것이 바람직하다.
한편, 상기 세라믹수지 베이스 B제는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 30~50중량부, 이소프로필알코올 10~30중량부, 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4) 30~40중량부를 넣고 균일하게 교반, 분산시키면서 30 ~ 65℃에서 아세트산 3~7중량부를 적하하고 2시간 동안 가수분해시켜 여과하여 얻은 반응물인 것을 사용한다.
여기서, 상기 세라믹수지 베이스는 상기 수성 에폭시 수지 베이스와 하기에서 후술하는 표면개질 실리카 베이스와의 유무기 하이브리드 복합 결합에 의하여 도막의 방청성능을 향상, 우수한 접착강도 및 도막경도를 얻을 수 있으므로 철강재의 내구성 확보에 유리하다.
특히, 상기 세라믹수지 베이스와 무기결합을 이루는 표면개질 실리카 베이스 C제는, 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4)을 에탄올과 증류수 95:5중량비 혼합 공용매에 희석하고, 아세트산을 가한 후, pH를 4.0으로 고정하여 1시간 동안 가수분해한 가수분해용액에 실리카를 0.5~1시간 함침시키고 여과하여 증류수로 3회 세척한 다음 120 ℃에서 3 시간 및 상온에서 1일 완전 건조한 것이다.
즉, 실리카 표면을 친수성기로 변환하고 상기 친수성기에 실란작용기를 결합하여 상기 세라믹수지 베이스와 무기결합하도록 표면개질한 것이다.
상기와 같이, 실리카 표면을 실란처리를 함으로써 실리카와 매트릭스 수지 간 계면결합력이 증진되어 물리, 화학적으로 안정한 결합을 이룰수 있고, 실리카 표면에 도입된 비극성 관능기로 인해 실리카의 표면자유에너지의 비극성요소가 증가되어 실리카 입자 간의 상호작용을 감소시켜 매트릭스 내에 분산정도가 향상되어 결과적으로 실리카를 충전한 수성 에폭시 수지의 접착박리강도가 증가될 수 있다.
또한, 상기 아크릴에멀젼 베이스 D제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 농도 0.1 ∼ 10 중량％ 암모니아수가 1:1중량비로 혼합 포함한다.
상기 메틸메타크릴레이트(Methylmethacrylate) 에멀젼은 무색투명한 액체모노머로서 경화되면 경질 타입이면서 유연성이 있고, 저온에서 라디칼 중합하면 고분자 사슬구조가 연속된 규칙성을 나타내는 신디오탁틱(Syndiotactic) 구조의 비율이 증가하는 특성을 나타내므로 내구성, 내열성, 내화학성, 내마모성, UV안전성 등 물성이 뛰어나며, 햇빛 등의 날씨 및 기후에 견디는 성질인 내후성이 우수하여 외부 환경 변화(날씨 및 기후 변화)에 의한 부식 등을 억제함과 동시에 부착강도 및 인성을 개선하고, 안료 등에 의한 착색성이 좋은 특성이 있으며, 높은 열팽창 계수를 갖지만, 안정성이 매우 높은 수지이므로 많은 분야에서 사용되고 있다,
이에 따라, 본 발명에서는 메틸메타크릴레이트(MMA)를 알칼리 수용액에 용해시켜 경화시키면 빗물 등에 의해서 도막이 녹지 않고 상기와 같은 방수성능을 발휘할 수 있는 특성이 있게 된다.
아울러, 상기 충전제 및 첨가제 베이스 E는 아연분말, 산화아연, 이산화티타늄, 탄산칼슘, 황산바륨, 카본블랙, 탈크, 클레이, 마이카, 유리플레이크, 벤토나이트, 카오린, 규석분 및 착색 안료 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
즉, 아연은 철보다 이온화경향이 더 커서 부식환경에서 먼저 부식이 일어남에 따라 철의 부식을 방지할 수 있어 방청효과가 우수하므로, 방식성이 요구되는 철강구조용 도료에 적합하며, 이때, 상기 아연분말의 평균 입경은 1~20㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 이산화티타늄은 입자크기 3~5㎛의 TiO2광촉매 분말(Titanium dioxide)로서, 상기 이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 사용하는 광촉매 산화 기술은 최근 사용이 급속히 증가하고 있는 새로운 고급 산화 기술이다. 이산화티타늄은 고에너지 광자에 의하여 여기 된 후 광유도 된 전자와 정공을 생성한다. 이러한 전자와 정공은 물속의 산소 및 수산기와 반응하여 다양한 활성 산소를 생성한다. 이렇게 생성된 활성 산소들은 강력한 산화 능력을 가지고 있으며 이에 따라 유기성오염물질들을 분해 할 수 있다.
상기 경화제 베이스 F제는 에폭시 경화제인 4,4’-diaminodiphenylmethane(DDM) 및 아크릴 경화제인 Benzoyl Peroxide(BPO)인 것을 사용한다.
[본 발명에 따른 수성 도료 조성물 제조]
본 발명에 사용된 에폭시 수지는 국도화학의 Diglycidylether of bisphenol A (DGEBA, YD-128)로 에폭시 당량이 187 g/eq이며, 점도는 상온(25℃)에서 12,900 cps이다. 상온에서 고체 상태이다.
또한, 에폭시 경화제는 방향족 고리를 가지는 아민 경화제로서 Tokyo Chemical Industry (TCI)사의 4, 4’-diaminodiphenylmethane (DDM)으로 활성수소당량이 49.5 g/eq이고, 용융점이 약 90℃이다.
(1) 수성 에폭시수지 베이스 A제 제조
4구 둥근 플라스크에 중량평균분자량이 800인 폴리프로필렌 글리콜 800 g과 테트라하이드로프탈릭안하이드라이드 304 g을 넣고 질소 가스관, H형 분리관, 교반기, 온도계, 및 히터를 설치한 후, 시간당 20 ℃의 속도로 승온시키고 140 ℃ 에서 3시간 동안 유지시켰다. 이후 냉각하여 백색으로 결정화된 반응물(무수산 중간체수지)을 얻었다.
다음, 4구 둥근 플라스크에 비스페놀 A형 에폭시 수지 1(국도화학, YD-128) 800 g과 상기 반응물 200 g을 넣고 질소 가스관, H형 분리관, 교반기, 온도계, 및 히터를 설치한 후, 시간당 20 ℃의 속도로 130 ℃까지 승온시켰다. 이후 시간당 1회씩 에폭시 당량을 측정하며 에폭시 당량이 630 g/mol에 도달할 경우 반응을 종료하고 냉각하여 에폭시 수지 반응물을 얻었다.
다음, 에폭시 수지 반응물 100g에 유화제(아데카 社, F108) 10 g을 첨가한 후 85 ℃로 승온시키고 30분 동안 교반하였다. 교반 완료 후 분산제(아데카 社, L-64)를 0.8 g 첨가하고 다시 30분 동안 교반한 뒤 교반기를 고속교반기(1,000rpm 이상 대응가능)로 변경하여 900 rpm에서 1g/분의 속도로 탈이온수 22 g을 적가하여 점도를 25,000 cPs로 조절한 후, 해당 점도에서 1 시간 동안 적가를 멈추고 교반을 유지시켰다. 다음 1g/분의 속도로 탈이온수 63 g을 적가한 후 상온으로 냉각하는 과정을 거쳐 수성 에폭시 수지 베이스 A제를 제조하였다. 제조된 수성 에폭시 수지 베이스는 고형분(NV)이 중량기준으로 55 %이고, 점도가 150 cPs이며, 에폭시 당량이 1,250 g/mol이었다.
(2) 세라믹수지 베이스 B제 제조
프로필렌글리콜모노메틸에테르 400g, 이소프로필알코올 200g을 넣고 고속교반으로 2시간 동안 균일하게 분산시킨 다음 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4) 250g을 넣고 균일하게 교반, 분산시켰다. 그리고나서, 반응기의 내용물을 교반하면서 30℃로 승온시킨 뒤, 아세트산 50g을 50분 동안 적하하면서 반응온도를 65℃로 유지하였다. 상기 반응 후 2시간 동안 가수분해를 시킨 다음 여과하여 세라믹수지 베이스 B제를제조하였다.
(3) 표면개질 실리카 베이스 C제 제조
테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4) 200g을 에탄올과 증류수 95:5중량비 혼합 공용매 100g에 희석하고, 아세트산 5g을 가한 후, pH를 4.0으로 고정하여 1시간 동안 가수분해한 가수분해용액에 실리카 100g을 0.5~1시간 함침시키고 여과하여 증류수로 3회 세척한 다음 120 ℃에서 3 시간 및 상온에서 1일 완전 건조하여 표면개질 실리카 베이스 C제를 제조하였다.
(4) 아크릴에멀젼 베이스 D제 제조
메틸메타크릴레이트(MMA) 100g에 농도 10 중량％ 암모니아수가 100gdmf 혼합하여 아크릴에멀젼 베이스 D제를 제조하였다.
(5) 충전제 및 첨가제 베이스 E 제조
아연분말 및 카오린을 혼합하여 준비하였다.
(6) 경화제 베이스 F제 제조
에폭시 경화제인 4,4’-diaminodiphenylmethane(DDM) 및 아크릴 경화제인 Benzoyl Peroxide(BPO)를 각각 준비하였다.
(7) 상기 제조된 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합하고, 에폭시경화제 및 아크릴 경화제를 적량 혼합하여 본 발명의 수성 도료 조성물을 제조하였다.
[도료물성시험]
상기 제조된 본 발명의 수성 도료 조성물을 건조도막두께 75㎛로 도장하여 상대습도 50±4%, 온도23±1℃의 항온항습실에서 7일간 건조시킨 후 하기의 방법에 따라 물성을 측정하였다.
(1) 표면경도
연필경도 ASTM D3363-05의 시험방법에 따라 도장된 도료면에 끝이 뭉툭하게 정리된 연필로 선을 긋고 지웠을 때 표면에 긁힌 자국이 생기지 않는 연필경도의 최대치를 측정한 결과 2H였다
(2) 부착성
ASTM D3359의 시험방법 B에 따라 건조된 도막을 2cm 간격으로 6개씩 서로 교차되게 칼로 긁어 25개의 칸을 만든 다음, 3M 투명테이프를 상기에 형성된 칸에 접착시킨 후, 도막의 박리시험한 결과 도막박리가 없었다.
(3) 방청성
ASTM B117 방법에 의거하여 ASTM D610의 평가방법에 따라 시험편 도막을 염수분무시험기(35±2℃, 염화나트륨 용액)에 1000시간 경과 후 평면부 도막의 녹 발생 정도를 평가한 결과 녹발생이 없었다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및/또는 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및/또는 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (7)
- 수성 에폭시수지 베이스 A제와; 세라믹수지 베이스 B제와; 표면개질 실리카 베이스 C제와; 아크릴에멀젼 베이스 D제와; 충전제 및 첨가제 베이스 E제와; 에폭시 경화제인 4,4’-diaminodiphenylmethane(DDM) 및 아크릴 경화제인 Benzoyl Peroxide(BPO)을 포함하는 경화제 베이스 F제;를 포함하되, 상기 A제, B제, C제, D제, E제를 순서대로 1 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.2의 중량비로 혼합 조성되어 친환경적이고, 부착력이 우수하며 장기 방청성을 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 수성 에폭시수지 베이스 A제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리에테르폴리올과, 프탈릭안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 말레익안하이드라이드, 숙시닉안하이드라이드 및 트리멜리틱안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무수산을 1:1.5 내지 3의 몰비로 혼합하고 130 내지 140 ℃에서 2 내지 4시간 동안 반응시켜 얻은 반응물과 Diglycidylether of bisphenol A 에폭시수지를 2:8 내지 3:7 중량비로 혼합하고 130℃로 승온 반응시켜 에폭시 당량이 630 g/mol에서 반응을 종료하여 얻은 반응물 100중량부에 대하여, 에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO) 유화제 7~15중량부, 프로필렌옥사이드(PO)-에틸렌옥사이드(EO)-프로필렌옥사이드(PO) 분산제 0.1~1중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹수지 베이스 B제는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 30~50중량부, 이소프로필알코올 10~30중량부, 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4) 30~40중량부를 넣고 균일하게 교반, 분산시키면서 30 ~ 65℃에서 아세트산 3~7중량부를 적하하고 2시간 동안 가수분해시켜 여과하여 얻은 반응물인 것을 특징으로 하는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 표면개질 실리카 베이스 C제는, 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OC2H5)4)을 에탄올과 증류수 95:5중량비 혼합 공용매에 희석하고, 아세트산을 가한 후, pH를 4.0으로 고정하여 1시간 동안 가수분해한 가수분해용액에 실리카를 0.5~1시간 함침시키고 여과하여 증류수로 3회 세척한 다음 120 ℃에서 3 시간 및 상온에서 1일 완전 건조한 것을 특징으로 하는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 아크릴에멀젼 베이스 D제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 농도 0.1 ∼ 10 중량％ 암모니아수가 1:1중량비로 혼합 포함하는 것을 특징으로 하는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 충전제 및 첨가제 베이스 E는 아연분말, 산화아연, 이산화티타늄, 탄산칼슘, 황산바륨, 카본블랙, 탈크, 클레이, 마이카, 유리플레이크, 탄산칼슘, 벤토나이트, 카오린, 규석분 및 착색 안료 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 조경 시설물의 금속 또는 철재 각관 코팅용 유무기하이브리드 친환경 수성 도료 조성물
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