KR102632587B1 - 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법 - Google Patents
단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 무기산화물 상에 TR-CVD를 이용하여 증착된 페로센층을 열처리하여 광촉매를 준비하는 광촉매 준비단계; 물, 바인더 및 탈크를 혼합하고 5℃ 내지 25℃에서 교반하는 제1 교반단계; 제1 교반단계가 완료된 혼합물에 상기 광촉매 준비단계를 통해 준비된 광촉매와 분산제 및 소다를 첨가하고 1800 rpm 내지 2100 rpm에서 교반하는 제2 교반단계; 및 제2 교반단계가 완료된 혼합물에 소포제, 증점제, 실링제 및 기타 첨가제를 첨가하고 교반하는 제3 교반단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 페인트 도료 조성물에 있어서, 단열 성능뿐 아니라 광촉매를 이용하여 실내외 공기질 정화 특성까지 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법과 그로부터 제조된 페인트에 관한 것이다.
최근 단열 도료에 있어서도 기능성을 갖춘 여러 가지 제품이 생산되고 있는데, 열을 차단하는 기능을 반복적으로 강조하다 보니 피복부위가 부풀거나 갈라져 내구성이 떨어지는 단점이 발생하는 제품들이 다수 출시되고 있다.
또한, 일부 단열 도료들은 열을 장시간 받으면 도막이 분말화 되어 갈라지는 백화현상이 나타나는 등, 여러 가지 단점을 내포하고 있어 이러한 단점을 보완하고 단열 성능을 꾸준히 유지하는 내구성을 갖추기 위해서 다방면으로 연구가 진행되고 있다.
기능성 도료의 산업상 적용에 있어서는 비용 절감 문제가 항상 문제가 되는데, 대부분의 사용자는 단열 기능적인 부분을 보완하기 위한 노력보다는 저렴한 제품의 적용을 선호하는 경향이 있다. 따라서, 기능성 도료에 있어서는 성능을 개선하기 위한 연구뿐 아니라 경제성을 도모한 제품 개발도 동시에 요구되어 지고 있다.
한편, 기존에 실내 공기 정화 등의 목적으로 이용되던 광촉매는 도료에 포함하여 이용하고자 하는 시도들이 일부 있어왔으나, 보통의 광촉매는 자외선에서만 감응하여 반응하기 때문에 문제되어 왔다. 따라서 이러한 광촉매는 주간에 실외 공간에 적용되어야 기능하거나 실내에 적용을 희망할 경우 별도의 자외선(UV) 광원의 구비가 필수적이어서 그 사용이 매우 제한적이었다.
본 발명은, 상술한 문제를 해결하기 위한 연구 끝에 도출된 것으로 기능성과 경제성을 개선하기 위해서 융합형 친환경 단열 도료를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 환경에 무해한 친환경 소재를 사용함과 동시에, 단열 특성과 함께 환경 정화 특성을 나타낼 수 있는 소재 및 메커니즘을 적용하여, 건물 내부에서 생활하면서 나타나는 유해 환경에 대한 불편함 해소와 에너지 효율성, 화재 안전성 등 실내 공간에서 나타날 수 있는 문제들을 종합적으로 해결할 수 있는 도료용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 제안하는 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법은, 무기산화물 상에 TR-CVD를 이용하여 증착된 페로센층을 열처리하여 광촉매를 준비하는 광촉매 준비단계; 물, 바인더 및 탈크를 혼합하고 5℃ 내지 25℃에서 교반하는 제1 교반단계; 제1 교반단계가 완료된 혼합물에 상기 광촉매 준비단계를 통해 준비된 광촉매와 분산제 및 소다를 첨가하고 1800rpm 내지 2100rpm에서 교반하는 제2 교반단계; 및 제2 교반단계가 완료된 혼합물에 소포제, 증점제, 실링제 및 기타 첨가제를 첨가하고 교반하는 제3 교반단계;를 포함하는 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 광촉매 준비단계에서 상기 무기산화물은, 티타늄 화합물, 철 화합물, 규소 화합물, 염기성 물질, 과산화수소 및 수성 분산매로부터, 철 및 규소 성분 함유 퍼옥소티타늄산 용액을 제조하는 공정; 및 상기 철 성분 및 규소 성분 함유 퍼옥소티타늄산 용액을, 압력 제어 하, 80℃ 내지 250℃에서 가열하여, 철 및 규소 함유 산화티타늄 미립자 분산액을 얻는 공정;을 거쳐 제조되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광촉매 준비단계는, 300℃ 내지 750℃의 온도에서 저온소성 처리된 패각 분말, 천일염, 규조토 분말 및 맥반석 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 분말을 물과 섞은 후 상기 준비된 광촉매와 혼합하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제3 교반단계는 50℃ 내지 75℃ 온도에서 1500 rpm 내지 3000 rpm 회전속도로 교반되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르는 페인트 도료 조성물의 제조방법에 따라 제조된 페인트 도료 조성물에 있어서, 상기 페인트 도료 조성물은, 물 20 내지 30 중량%; 소다 15 내지 25 중량%; 바인더 20 내지 35 중량%; 탈크 5 내지 10 중량%; 광촉매 1 내지 5 중량%; 및 소포제 및 분산제를 포함하는 기타 첨가제;를 포함하는 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 광촉매는, 비드, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기산화물; 및 상기 무기산화물 상에 형성되는 페로센 유래 철 산화물층; 을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광촉매는, 아라고나이트(Aragonite) 결정 구조의 탄산칼슘을 포함하고, 광촉매 100 중량% 중 800 내지 1000메쉬(mesh)의 입자크기를 가지는 패각 분말을 30 중량% 이상 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기타 첨가제는 베타인 분말 또는 탈크 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에서 제안하고자 하는 도료용 조성물의 제조방법에 따르면, 기능성 도료로써 다양한 기능을 내포하고 있는 하이브리드형 재료들을 잘 분산시킨 도료용 조성물을 제조할 수 있으며, 이를 이용하면 기존 단열도료의 성능 개선뿐 아니라 현 시대의 이슈인 실내 공기질 개선 효과를 확실하게 부여할 수 있다.
나아가, 본 발명에서 제안하는 도료용 조성물의 제조방법에 따르면 도료용 조성물을 제조하는데 있어서 경제성 측면이 고려되어 합리적인 가격에 도료용 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 환경에 무해한 친환경 소재를 사용하고, 공기질 개선 및 단열 특성을 나타낼 수 있는 소재 및 메커니즘을 적용하여 실내에 존재하는 유해 물질 제거 및 단열 이슈를 해결함으로써 에너지 효율성에 대한 문제를 해결할 수 있다.
도 1은, 본 발명에서 제안하는 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법의 각 단계 공정을 도식화하여 나타낸 그림이다.
도 2는, 본 발명의 실시예와 비교예에 따라서 제조된 도료용 조성물을 이용하여 단열 시험을 수행한 heat plate 장비의 사진이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서 제조한 도료를 이용하여 제조한 페인트 도료 조성물의 효과를 입증하기 위해 의뢰 후 보고받은 각 공인기관의 시험성적서이다.
도 2는, 본 발명의 실시예와 비교예에 따라서 제조된 도료용 조성물을 이용하여 단열 시험을 수행한 heat plate 장비의 사진이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서 제조한 도료를 이용하여 제조한 페인트 도료 조성물의 효과를 입증하기 위해 의뢰 후 보고받은 각 공인기관의 시험성적서이다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 발명의 범위를 설명된 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 출원을 통해 권리로서 청구하고자 하는 범위는 이들에 대한 모든 변경, 균등 물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명에서 제안하는 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법의 각 단계 공정을 도식화하여 나타낸 그림이다.
아래에서는 상기 도 1을 참고하여, 본 발명에서 제안하는 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법의 각 단계를 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서 제안하는 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법은, 무기산화물 상에 TR-CVD를 이용하여 증착된 페로센층을 열처리하여 광촉매를 준비하는 광촉매 준비단계(S10); 물, 바인더 및 탈크를 혼합하고 5℃ 내지 25℃에서 교반하는 제1 교반단계(S20); 제1 교반단계가 완료된 혼합물에 상기 광촉매 준비단계를 통해 준비된 광촉매와 분산제 및 소다를 첨가하고 1800 rpm 내지 2100 rpm에서 교반하는 제2 교반단계(S30); 및 제2 교반단계가 완료된 혼합물에 소포제, 증점제, 실링제 및 기타 첨가제를 첨가하고 교반하는 제3 교반단계(S40);를 포함하는 것이다.
도 1을 통해 상술한 각각 단계의 순서는 하나의 예시에 불과하며, 반드시 그에 구속될 필요는 없다. 일 예로서, 상기 광촉매 준비단계는 반드시 제1 교반단계 이전에 수행되어야 할 필요는 없으며 제1 교반단계 이후에 상기 광촉매 준비단계가 포함될 수 있다.
상기 광촉매 준비단계는, 다공성 무기산화물 상에 산화철을 코팅한 광촉매를 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 광촉매는 단순한 산화철이 아닌 유기금속화합물 유래 산화철, 나아가 페로센을 열처리하여 얻게 되는 산화철 피복층을 포함하는 것일 수 있다.
상기 산화철은 하기의 화학식을 가지는 것일 수 있다.
[화학식 1]
FexOYHZ (X, Y 및 Z는, 각각 0 내지 3에서 선택되고, X, Y 및 Z는 0이 아니다.)
또한, 상기 무기산화물은 빛 에너지를 흡수하여 촉매활성을 나타내는 무기 반도체 화합물일 수 있고, 다공성 구조로 형성된 비드, 분말, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 산화철은 페로센 도핑 공정에 의해 형성된 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 무기산화물 상에 형성된 페로센층을 열처리하여 페로센을 열분해하고, 이러한 열분해 공정에 의해 페로센에서 전환된 철 산화물을 포함할 수 있다.
일 예로서, 상기 페로센 유래 철 산화물은, 페로센, 페로센 유도체 중 적어도 하나에 의해 유래된 철 산화물이며, 상기 페로센 유도체는, 페로센 알데히드, 페로센 케톤, 페로센 카르복시산, 페로센 알콜, 페놀 또는 에테르 화합물, 질소-함유 페로센 화합물, 황-함유 페로센 화합물, 인-함유 페로센 화합물, 규소-함유 페로센 화합물, 1,1'-디코퍼 페로센(1,1'-di-copper ferrocene), 페로센 보로닉산(ferrocene boric acid), 페로세닐 큐프러스 아세틸라이트(ferrocenyl cuprous acetylide) 및 비스페로세닐 티타노센(bisferrocenyl titanocene)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 페로센 유래 철 산화물층에서 철의 함량은 상기 무기산화물 대비 0.001 내지 10 중량%; 0.01 내지 10 중량%; 0.001 내지 5 중량%; 0.01 내지 3 중량%; 0.01 내지 1.5 중량%; 또는 0.01 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.
상기 범위 내에 포함되면, 가시광 영역에서 광촉매 활성을 증가시켜 광분해 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 철의 함량이 증가하면 가시광 영역의 흡수가 증가할 수 있으나, 이러한 철 함량 증가에 의한 광촉매 활성의 저하가 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내의 철의 함량을 포함하는 것이 바람직하고 더 바람직하게는 상기 철의 함량은, 0.01 내지 1 중량%일 수 있다.
상기 광촉매는, 페로센 유래 철 산화물은 다양한 유해물질의 분해에 적용되고, 즉, 환경 오염물질, 악취 물질, 유기화합물, 산성가스 등의 처리에 이용될 수 있다. 예를 들어, 기체, 액체 및 고체 물질 중 적어도 하나를 흡착 및/또는 광분해하는데 이용되고, 할로겐램프, 제논램프, 태양광, 발광다이오드 등 다양한 광선을 포함하는 빛 에너지에 의해서 광활성을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기체로는 산성, 염기성 가스, 아세트알데히드, 케톤류 등의 VOC(휘발성 유기 화합, Volatile Organic Compounds), 방향족 탄화수소와 지방족 탄화수소(Paraffin계와 Olefin계)의 탄화수소류, 오존 가스, 유기 및 무기계 유리 가스 등일 수 있고, 보다 구체적으로, 이산화탄소, 일산화탄소, NOx, SOx, HCl, HF, NH3, 메틸아민, 포름알데히드, 황화수소, 아민, 메틸메르갑탄, 수소, 산소, 질소, 메탄, 파라핀, 올레핀 등일 수 있다. 상기 액체로는 포름알데하이드(Formaldehyde), 아세트알데하이드(Acetaldehyde), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), MEK(Methyl Ethyl Ketone), 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), 살균제, 가솔린, 디젤, 오일, 알코올, 페놀, 염료 등이며, 상기 고체로는 전이금속, Pt, Pd 등의 귀금속, Hg, Cr 등의 이온 및/또는 입자, 100 nm 이하의 나노입자 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 페로센 유래 철 산화물층에서 철의 함량이 상기 무기산화물 대비 0.001 내지 10 중량%; 0.01 내지 10 중량%; 0.001 내지 5 중량%; 0.01 내지 3 중량%; 0.01 내지 1.5 중량%; 또는 0.01 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면, 가시광 영역에서 광촉매 활성을 증가시켜 광분해 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 철의 함량이 증가하면 가시광 영역의 흡수가 증가할 수 있으나, 이러한 철 함량 증가에 의한 광촉매 활성의 저하가 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내의 철의 함량을 포함하는 것이 바람직하고 더 바람직하게는 상기 철의 함량은, 0.01 내지 1 중량%일 수 있다.
상기 제1 교반단계는, 물, 바인더 및 탈크를 혼합하고 교반하는 단계이다.
상기 바인더는, 유기 바인더, 무기 바인더 또는 이들을 조합하여 사용할 수 있다.
예를 들면, 아크릴, 에폭시 수지, 폴리실록산, 플루오르화 중합체, 실리콘 기재 중합체 등과 같은 유기 접착제와 실리케이트, 콜로이드성 실리카, 폴리오르가노실록산등과 같은 규소 화합물, 인산 아연, 인산 알루미늄 등과 같은 인산염, 시멘트, 석회, 석고, 에나멜 프리트(enamel frits), 유리 라이닝용 유약(glass lining glazes), 플라스터(plasters)와 같은 무기 접착제가 사용될 수 있다.
상기 플라스터는 예를 들면, 석고 플라스터, 회반죽, 백운석 등이 있다. 사용되는 플루오르화 중합체는 예를들면 플루오르화 폴리비닐, 플루오르화 폴리비닐리덴, 트리플루오르화 클로로화 폴리에틸렌, 테트라플루오르화 폴리에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테트라플루오르화 에틸렌-폴리에틸렌 공중합체, 트리플루오르화클로로화 에틸렌-에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체와 같은 결정성 플루오르화 수지, 퍼플루오로시클로 중합체, 비닐에테르-플루오로올레핀 공중합체, 비닐에스테르 - 플루오로올레핀 공중합체, 다양한 플루오르화 엘라스토머 등과 같은 결정성 플루오르화 수지가 있다. 사용되는 실리콘 기재 중합체는 선형 실리콘 수지, 아크릴 변성 실리콘 수지, 다양한 실리콘 엘라스토머 등이 있다.
본 발명에서 적절한 바인더의 중량%는 조성물 전체의 중량을 기준으로 할 때, 20 이상 35 중량% 포함되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 22 이상 30 중량% 로 포함되는 것일 수 있다.
상기 탈크는, 첨가 입자의 미립화, 분쇄에 도움이 되는 동시에 적합한 흡유량, 은폐력, 착색력, 색상, 전기 절연성 등을 조절하는 역할을 한다. 또한 증량제, 진충제로서의 역할을 할 수 있다.
본 발명에서 적절한 탈크의 중량%는 조성물 전체의 중량을 기준으로 할 때, 5 이상 10 중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 6 내지 8 중량% 포함될 수 있다.
상기 제1 교반단계의 수행 온도는 물과 바인더 및 탈크가 적절하게 혼합될 수 있는 온도일 수 있다. 상기 제1 교반단계는 5℃ 내지 25℃에서 수행되는 것이 적절할 수 있다.
상기 제2 교반단계는, 제1 교반단계가 완료된 혼합물에 광촉매, 분산제, 소다를 첨가하고 교반하는 단계이이다.
상기 분산제는 혼합물 중의 고형분들을 고르게 분산시켜 뭉치지 않고 적절한 투입 효과를 구현할 수 있도록 하는 것으로서 고분자의 블록 공중합체 용액인 제품을 사용할 수 있으며, 카르복실산 에테르, 방향족 아미노 술폰산, 폴리알킬아릴술폰산, 나프탈렌 술폰산 등을 사용할 수 있다.
이 때, 상기 분산제는 최적의 중량부로 혼합하는 것이 바람직한데, 분산제 함량이 너무 적으면 투입되는 광촉매나 기타 첨가제 성분들이 뭉쳐버림으로 인해 기능성 도료로서 의도한 기능들이 구현되지 않는 문제가 생길 수 있고, 조성물 기준으로 너무 과다하게 첨가될 경우 다른 성분들이 그 기능을 발휘할 수 없을 정도로 분산되는 문제가 생길 수 있다. 본 발명에서 적절한 분산제의 중량%는 조성물 전체의 중량을 기준으로 할 때, 1 내지 2 중량% 일 수 있으며 바람직하게는 1.2 중량% 내지 1.5 중량% 일 수 있다.
상기 제2 교반단계는 1800 rpm 내지 2100 rpm에서 교반을 수행하는 것이 적절할 수 있다. 상기 교반 속도가 너무 느리거나 지나치게 빠를 경우 광촉매, 분산제 및 소다와 바인더, 탈크가 수용액 상에서 효과적으로 분산되지 않거나, 혼합 수용액에 기포가 포함될 수 있다.
이 때 상기 광촉매, 분산제 및 소다는 사전에 혼합하는 단계를 통해 고르게 섞은 상태에서 교반하는 것이 적절할 수 있다. 상기 분산제를 제2 교반단계에서 첨가하는 이유는, 전체 혼합물 중 광촉매 성분과 소다 성분이 가장 뭉치기 쉬운 물질 들이기 때문이며, 이 물질들과 분산재가 물리적으로 혼합된 상태에서 수용액에 첨가되어 교반을 하는 것이 보다 효율적이고 적절한 분산을 기대할 수 있다.
상기 소다는 일종의 필러에 해당하는 것으로서, 화학적으로 매우 안정된 소다 라임 보로실리케이트 유리로 만들어진 고강도, 저비중의 필러일 수 있으며, 단열 기능을 수행하는 물질일 수 있다.
상기 소다는 도료의 도장 시 그 수축률을 줄이고 치수 안정성을 높이는데 기여할 수 있다. 나아가 상기 소다는 단열력, 전기저항성, 자외선 방사에 대한 저항성을 높이는 작용을 하는 것일 수 있다. 본 발명에서 적절한 소다의 중량%는 조성물 전체의 중량을 기준으로 할 때, 15 내지 25 중량% 정도일 수 있으며, 보다 바람직하게는 15 내지 20 중량% 일 수 있다. 15 중량% 미만인 경우 단열력이 저하되고 수축률이 증가하여 단열 도막 성능이 저하되는 문제가 생길 수 있고, 25 중량%를 초과하는 경우 도장의 발림 성능이 저하되는 문제가 생길 수 있다.
제3 교반단계는 소포제, 증점제, 실링제 및 기타 첨가제를 첨가하고 교반하는 것일 수 있다.
상기 소포제는 상기의 조성물로 형성된 페인트를 대상물에 도포 시 도막에 잔존될 수 있는 기포를 제거하는 역할을 한다. 기포가 존재할 경우 도막의 균일성이 떨어지고 외부 환경 변화에 따라 쉽게 균열이 생길 수 있다.
이때, 소포제는 1 이상 2 이하 중량%로 혼합되는 것이 바람직한데, 그 이유는 소포제의 중량%가 1 미만이면 소포제에 의한 기포 제거 효과가 과도하게 저하될 수 있고, 그 중량%가 2를 초과하게 되면 소포제의 투입량에 대비하여 그 효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있는 바 상기의 범위 내로 소포제를 혼합하게 된다.
상기 증점제는, 페인트 조성물의 점도를 조절하여 페인트 조성물 제품을 장기 보관할 수 있도록 하는 특성을 부여한다.
상기 실링제는, 도색 과정 중 크랙이 생기는 것을 미연에 방지하기 위하여 첨가되는 성분이며, 일 예로서 아미노 계열의 아미노 실링제를 사용할 수 있다.
상기 기타 첨가제는, 일 예로서 흑연을 포함하는 것일 수 있다. 상기 조성물에 흑연이 포함되는 경우, 단열효과를 기대할 수 있을 뿐 아니라 화재시 차폐 효과를 기대할 수도 있다. 흑연의 경우 200 ℃ 이상의 열이 닿으면 흑연이 팽창하며 도막의 부피를 팽창시킴으로써, 화염이 건축물 또는 구조물에 전달되지 않게 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광촉매 준비단계에서 상기 무기산화물은, 티타늄 화합물, 철 화합물, 규소 화합물, 염기성 물질, 과산화수소 및 수성 분산매로부터, 철 및 규소 성분 함유 퍼옥소티타늄산 용액을 제조하는 공정; 및 상기 철 성분 및 규소 성분 함유 퍼옥소티타늄산 용액을, 압력 제어 하, 80℃ 내지 250℃에서 가열하여, 철 및 규소 함유 산화티타늄 미립자 분산액을 얻는 공정;을 거쳐 제조되는 것일 수 있다.
상기 티타늄 화합물로서는, 예를 들어 티타늄의 염산염, 질산염, 황산염 등의 무기산염, 포름산, 시트르산, 옥살산, 락트산, 글리콜산 등의 유기산염, 이들의 수용액에 알칼리를 첨가해서 가수분해함으로써 석출시킨 수산화티타늄 등을 들 수 있고, 이들 중 1종류 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
염기성 물질은 티타늄 화합물을 수산화티타늄으로 함과 동시에, 전구체 성분을 수성 분산매 중에서 안정화시키기 위한 것으로, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 암모니아, 알칸올아민, 알킬아민 등의 아민 화합물을 들 수 있고, 티타늄 화합물 수용액의 pH를 7 이상, 특히 pH7 내지 10이 되는 양으로 첨가, 사용된다. 또한, 염기성 물질은 상기 수성 분산매와 함께 적당한 농도의 수용액으로서 사용할 수도 있다.
과산화수소는 상기 티타늄 화합물 또는 수산화티타늄을 용해시키기 위한 것이고, 통상 과산화수소수의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 이 과산화수소를 첨가해서 티타늄 화합물 또는 수산화티타늄을 용해시키는 반응에 있어서의 반응 온도는 5℃ 내지 60℃로 하는 것이 바람직하고, 반응 시간은 30분 내지 24시간으로 하는 것이 바람직하다.
80℃ 내지 250℃, 바람직하게는 100℃ 내지 250℃, 보다 바람직하게는 120℃ 내지 250℃의 온도에서 수열 반응에 제공한다. 반응 온도는 반응 효율과 반응의 제어성 관점에서 80℃ 내지 250℃가 적절하고, 그 결과 구리 함유 산화티타늄 미립자로서 석출된다. 이 경우, 압력은 0.12㎫ 내지 4.5㎫ 정도, 바람직하게는 0.15㎫ 내지 4.5㎫ 정도, 보다 바람직하게는 0.20㎫ 내지 4.5㎫ 정도의 고압인 것이 바람직하고, 반응 시간은 1분 내지 24시간인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 상기 광촉매 준비단계는, 300℃ 내지 750℃의 온도에서 저온소성 처리된 패각 분말, 천일염, 규조토 분말 및 맥반석 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 분말을 물과 섞은 후 상기 준비된 광촉매와 혼합하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 광촉매 준비단계는 무기산화물 상에 형성된 페로센 입자 산화철을 포함하는 광촉매 입자 외에, 저온소성된 패각 분말, 천일염, 규조토 및 맥반석을 혼합한 혼합 분말이 상기 광촉매 입자와 추가적으로 혼합된 것일 수 있다.
상기 패각은, 국내에서 연간 30만톤 이상 발생되나 비료 외에는 제대로 활용되고 있지 않아 환경오염의 원인으로 작용하고 있는데, 패각의 소성물을 혼합물에 포함시킬 경우 탈취 및 항균력이 향상되는 효과가 있다.
패각을 소성할 때 지나친 고온으로 소성하여 분말화 할 경우, 패각의 탄산칼슘(CaCO3) 성분이 열에 의해 이산화탄소가 배출되면서 산화칼슘(CaO)으로 일부 바뀌면서 도료에 포함될 경우 도료의 균질성과 품질을 저하시키는 문제가 생길 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 300℃ 내지 750℃의 온도에서 저온소성하는 패각 소성물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 450℃ 내지 700℃ 온도에서 저온소성을 수행할 수 있다.
또한 만일 상기 패각을 300℃ 미만의 온도로 소성할 시 아라고나이트의 결정구조의 함유율이 낮아져 흡착력이 낮아지고 도료를 시멘트 등의 모재 표면에 도포할 경우 잘 붙지 않을 뿐만 아니라 균열이 생길 수 있다. 또한, 상기 패각을 750℃를 초과하는 온도로 소성할 경우, 열에 의해 아라고나이트 결정상을 가지는 탄산칼슘(CaCO3)의 일부가 산화칼슘(CaO)으로 바뀌게 되어 도료에 적용시 흡착력이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
상기 저온소성 처리한 패각 분말은 아라고나이트(Aragonite) 결정상을 가지는 탄산칼슘(CaCO3)을 주 결정상으로 포함하는 것일 수 있다. 상기 아라고나이트 결정상의 함량이 충분하지 못할 경우, 도료의 흡착력이 떨어지고 도막 부착성이 떨어지는 문제가 생길 수 있다. 일 예로서, 상기 아라고나이트 결정상은 전체 결정상 중 70% 이상인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제3 교반단계는 50℃ 내지 75℃ 온도에서 1500 rpm 내지 3000 rpm 회전속도로 교반되는 것일 수 있다.
상기 제3 교반단계는 적절한 온도와 회전속도로 수행되는 것이 중요할 수 있다. 제3 교반단계에서는 많은 수의 재료들이 충분히 섞일 수 있도록 상온보다 높은 온도에서 제2 교반단계보다 빠른 교반 속도로 교반을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 제3 교반단계는 1500 rpm 내지 3000 rpm 회전속도로 교반되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 2000 rpm 내지 3000 rpm 회전속도로 교반되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르는 페인트 도료 조성물의 제조방법에 따라 제조된 페인트 도료 조성물에 있어서, 상기 페인트 도료 조성물은, 물 20 내지 30 중량%; 소다 15 내지 25 중량%; 바인더 20 내지 35 중량%; 탈크 5 내지 10 중량%; 광촉매 1 내지 5 중량%; 소포제 및 분산제를 포함하는 기타 첨가제; 및 나머지 용매;를 포함하는 것이다.
일 예에 따르면, 상기 소포제는 전체 페인트 도료 조성물의 중량을 기준으로 1 내지 2 중량%, 상기 분산제는 1 내지 2 중량% 포함되는 것일 수 있다.
상기 소포제와 분산제의 필요성과 적절한 함량은 앞서 설명한 것과 같다.
상술한 페인트 도료 조성물의 경우, 높은 수준의 단열 효과를 기대할 수 있으며 고온의 열이 흐르는 배관에 도포될 경우, 열유속을 최소화하여 단열효과가 증대되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 조성물로 페인트 도막을 형성할 경우, 페인트 도료 조성물에 포함된 다공성 구조들로 인하여 흡음효과를 기대할 수 있고, 단열 성능이 있음은 물론이고, 4대 중금속이 검출되지 않아 친환경적인 효과를 기대할 수도 있다.
나아가, 우수한 내곰팡이성과 결로를 예방하여 도료 내구성이 향상되는 이점이 있으며, 넓은 온도 범위에 사용가능한 측면이 있으며, 궁극적으로 주변 환경을 정화하여 쾌적한 공기 질을 유지할 수 있도록 하는 정화 효과까지 기대할 수 있다.
일 예에 따르면, 가시광 활성 광촉매 효과는 패각에 의한 정화 효과까지 더해져서 실내에서 충분한 정화 기능을 수행하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광촉매는, 비드, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기산화물; 및 상기 무기산화물 상에 형성되는 페로센 유래 철 산화물층; 을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광촉매는, 아라고나이트(Aragonite) 결정 구조의 탄산칼슘을 포함하고 광촉매 100 중량% 중 800 내지 1000메쉬(mesh)의 입자크기를 가지는 패각 분말을 30 중량% 이상 포함하는 것일 수 있다.
앞서 언급한 것과 같이 상기 광촉매는 저온소성된 패각류를 포함하는 것일 수 있고, 상기 패각류는 아라고나이트 결정 구조의 탄산칼슘을 충분히 포함하는 것이 필요하다. 이 때, 상기 아라고나이트 결정 구조는 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상인 것일 수 있다.
만일 패각 분말이 800 메쉬 미만의 입자 크기를 가지거나 1000 메쉬를 초과하는 입자 크기를 가질 경우, 입자간 결집력이 떨어지거나, 도료의 접착력, 인장강도 및 경도가 떨어지는 문제가 생길 수 있다. 상기 맥반석 분말의 입자 크기는 200 내지 500 메쉬인 것일 수 있다.
상기 패각 분말이 30 중량% 미만 포함될 경우, 패각 입자들이 전체 도료 조성물 내에서 의도한 정화 성능을 충분히 발휘하지 못할 수 있다. 상기 패각 분말은 바람직하게는 전체 광촉매의 중량 대비 35 중량% 이상 포함되는 것이 좋다.
일 실시예에 따르면, 상기 기타 첨가제는 베타인 분말 또는 탈크 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 기타 첨가제로서 투입가능한 베타인 분말은, 아미노산과 그 구조가 비슷하여 친환경 원료로 주로 화장품, 건강식품에 이용되는 물질이다. 상기 베타인을 도료에 이용할 경우, 무기물 분말의 분산성을 높여줄 뿐만 아니라 점도를 높이는 효과가 있어 작업성을 높일 수 있다.
상기 탈크는, 충전제 역할을 수행하며 동시에 도막에 강도를 부여하고 광택을 조절하는 것일 수 있다. 상기 탈크는 백색도가 90% 이상인 것을 사용할 수 있다.
상술한 내용 중, 조성물에 포함되나 구체적으로 성분을 언급하지 않은 물질들은 공지의 단열 도료에 일반적으로 포함되는 성분들이면 모두 적용될 수 있다. 특별히 본 발명에서 해당 성분을 언급하지 않았다 하더라도, 공지 또는 알려진 도료에 포함되는 조성물이라면 본 발명의 도료용 조성물의 특정 성분(예를 들어, 소포제, 증점제 성분의 일부 등)으로 포함될 수 있다.
<실시예>
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떠한 경우에도 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 광촉매 준비 단계
TR-CVD(온도 조절식 화학 증착법) 반응기를 이용하고, 온도 조절식 화학 증착법을 활용하여 TiO2에 나노 크기의 산화철 입자가 증착된 광촉매(Fe-TiO2)를 제조하였다.
보다 구체적으로, 가열 밴드로 둘러 쌓인 스테인리스강으로 만든 반응기의 내부 바닥에 철의 전구체인 Ferrocene 0.02 g을 Quartz로 만든 용기에 담아 위치시키고 반응기 내부 중앙에 3g의 TiO2 (TiO2, P-25, Evonik, 입자 크기: 25 nm)를 스테인리스강 철망으로 만든 용기에 담은 뒤 위치시킨 후 반응기를 폴리이미드 테이프를 이용하여 밀봉하였다. 반응기의 온도를 60 ℃에서 2 시간 동안 TR-CVD 기화 공정으로 페로센의 증착공정을 진행하고, 다음으로, 온도를 200 ℃로 올려 12 시간 동안 유지하여 철산화물로 전환하였다.
TiO2를 꺼내 건조 공기 가스 분위기에서 750 ℃에서 2 시간 동안 추가적인 열처리를 하여 최종적으로 철 산화물-TiO2 하이브리드 가시광 활성 광촉매를 제조하였다.
상기 광촉매 분말에 500 ℃의 저온에서 10시간 소성 처리된 패각 분말과 천일염, 규조토 및 맥반석 분말을 혼합하고 빻으면서 부서진 분말들이 물리적으로 고르게 혼합되도록 휘저었다.
(2) 제1 교반 내지 제3 교반단계
물 500 mL를 비이커에 넣고 바인더 및 탈크를 혼합한 후 20℃ 온도에서 교반하였다. 이 후 준비된 광촉매와 분산제 및 소다를 첨가하고 1800 rpm 에서 5시간을 교반하였다. 이 때, 분산제는 방향족 아미노 술폰산을 사용하였다. 그 다음 소포제와 증점제, 실링제를 투입하고 60 ℃에서 2500 rpm으로 4시간을 교반하였다.
이를 통해 제조된 페인트 조성물은 물 28 중량%, 소다 20 중량%, 바인더 24 중량%, 탈크 5 중량%, 광촉매 4 중량%, 소포제 1.1 중량%, 분산제 1.2 중량% 그 외 나머지 기타 첨가제 및 용매로 구성되었다.
(3) 도료를 이용한 도막의 형성 및 단열, 공기정화 TEST
상기 제조된 도료용 조성물과, 상기 도료에서 광촉매 및 기타 첨가제를 포함하지 않은 것을 제외하면 동일하게 제조한 도료용 조성물 비교예를 이용하여 함께 도막을 형성하고 밀폐된 분리 공간에서 각각 건조하였다. 이후 각각의 밀폐된 공간에 아세트알데히드를 주입하고 제거 효과를 확인하였다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 도막의 경우, 가시광 영역 하에서 우수한 공기 정화 특성을 보인데 반해, 비교예에 따라 제조된 도막은 전혀 공기정화 특성을 나타내지 않은 것을 확인하였다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 도막의 경우, 상기 밀폐 공간에서 주위온도 20℃ 내외, 습도 35% 내외 조건을 형성하고 직사광선에 60분 간 노출한 결과, 표면 온도가 20℃ 이하로 형성되었으며 이를 통해 단열 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
반면, 본 발명의 비교예에 따라 제조된 도막의 경우, 동일한 환경 조건에서 표면 온도가 40℃를 초과하여 단열 성능도 부족한 것을 확인할 수 있었다.
도 2는, 본 발명의 실시예와 비교예에 따라서 제조된 도료용 조성물을 이용하여 단열 시험을 수행한 heat plate 장비의 사진이다.
상술한 내용과 동일한 조건으로 제조한 실시예와 비교예 조성물을 이용하여 도 2와 같은 heat plate를 도입하여 plate 상에 영역을 나누어 각각 도포하고, heat plate의 온도를 180 ℃ 로 설정한 후 30분간 유지한 후 동일 부피와 형상의 얼음을 실시예와 비교예 도료 조성물 상에 얹은 채 녹는 시간을 측정하였다.
그 결과, 본 발명의 실시예 도료로 조성한 도막 위의 얼음은 5분 이상의 상태 지속 시간을 보인데 반해, 비교예 도료로 조성한 도막 위의 얼음은 1분 이내에 다 녹아버린 것을 확인하였다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서 제조한 도료를 이용하여 제조한 페인트 도료 조성물의 효과를 입증하기 위해 의뢰 후 보고받은 각 공인기관의 시험성적서이다.
이를 통해서도, 본 발명의 조성물을 통해서 견고하고 균질하며 크랙이 없는 도막 형성이 가능하며, 의도한 수준의 외관 유지, 중금속 및 유해물질 검출 없음이 확인되었다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (8)
- 무기산화물 상에 TR-CVD를 이용하여 증착된 페로센층을 열처리하여 광촉매를 준비하는 광촉매 준비단계;
물, 바인더 및 탈크를 혼합하고 5℃내지 25℃에서 교반하는 제1 교반단계;
제1 교반단계가 완료된 혼합물에 상기 광촉매 준비단계를 통해 준비된 광촉매와 분산제 및 소다를 첨가하고 1800 rpm 내지 2100 rpm에서 교반하는 제2 교반단계; 및
제2 교반단계가 완료된 혼합물에 소포제, 증점제, 실링제 및 기타 첨가제를 첨가하고 교반하는 제3 교반단계;를 포함하고,
상기 광촉매 준비단계에서 상기 무기산화물은,
티타늄 화합물, 철 화합물, 규소 화합물, 염기성 물질, 과산화수소 및 수성 분산매로부터, 철 및 규소 성분 함유 퍼옥소티타늄산 용액을 제조하는 공정; 및
상기 철 성분 및 규소 성분 함유 퍼옥소티타늄산 용액을, 압력 제어 하, 80℃내지 250℃에서 가열하여, 철 및 규소 함유 산화티타늄 미립자분산액을 얻는 공정;을 거쳐 제조되고,
상기 광촉매 준비단계는,
300℃내지 750℃의 온도에서 저온소성 처리된 패각 분말, 천일염, 규조토 분말 및 맥반석 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; 및
상기 혼합 분말을 물과 섞은 후 상기 준비된 상기 철 및 규소 함유 산화티타늄 미립자분산액에 혼합하는 단계를 더 포함하는 것이고,
상기 제조방법으로 제조된 페인트 도료 조성물은,
물 20 내지 28 중량%;
소다 15 내지 25 중량%;
바인더 20 내지 24 중량%;
탈크 5 내지 10 중량%;
패각 분말을 포함하는 광촉매 1 내지 4 중량%; 및
소포제 및 분산제를 포함하는 기타 첨가제; 및
나머지 용매;를 포함하고,
상기 광촉매는,
아라고나이트(Aragonite) 결정 구조의 탄산칼슘을 포함하고 광촉매 전체 100 중량% 중 800메쉬 내지 1000메쉬(mesh)의 입자크기를 가지는 패각 분말을 35 중량% 이상 포함하는 것인,
단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제3 교반단계는 50℃ 내지 75℃ 온도에서 1500 rpm 내지 3000 rpm 회전속도로 교반되는 것인,
단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물의 제조방법.
- 제1항의 제조방법으로 제조된 페인트 도료 조성물에 있어서 상기 페인트 도료 조성물은,
물 20 내지 28 중량%;
소다 15 내지 25 중량%;
바인더 20 내지 24 중량%;
탈크 5 내지 10 중량%;
패각 분말을 포함하는 광촉매 1 내지 4 중량%; 및
소포제 및 분산제를 포함하는 기타 첨가제; 및
나머지 용매;를 포함하고,
상기 광촉매는,
아라고나이트(Aragonite) 결정 구조의 탄산칼슘을 포함하고 광촉매 전체 100 중량% 중 800메쉬 내지 1000메쉬(mesh)의 입자크기를 가지는 패각 분말을 35 중량% 이상 포함하는 것인,
비드, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기산화물; 및 상기 무기산화물 상에 형성되는 페로센 유래 철 산화물층;을 포함하는 것인,
단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 기타 첨가제는 베타인 분말 및 탈크 중 하나 이상을 포함하는 것인,
단열 및 정화 특성이 우수한 페인트 도료 조성물.
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| KR20210079653A (ko) * | 2019-12-20 | 2021-06-30 | 주식회사 비앤디네트웍스 | 단열 및 방염 페인트 조성물 및 그 제조방법 |
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