KR20000002219A - 규산염을 이용한 수성도료 및 도료조성물을 이용한 저반사유리 - Google Patents

규산염을 이용한 수성도료 및 도료조성물을 이용한 저반사유리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 규산염(:M은 금속을 표시)을 이용한 수성도료 및 도료조성물을 이용한 저반사유리에 관한 것으로서, 유리를 비롯한 금속, 비철금속, 시멘트를 비롯한 석재.세라믹제품 등에 사용이 용이한 상온경화형이면서 유성도료이상의접착강도와 광택성을 구현하고 유성도료가 제조 및 도포시 문제가 되고 있는 환경오염문제등을 상당부분 해결한 수성도료이다.
유리 및 거울에 사용할 때 규산염과 MS 금속염을 사용하면 저반사유리·거울 및 저반사 칼라유리·거울제품을 제조할 수 있다.
또한 본 발명의 수성도료는 유성도료보다 월등한 접착강도와 광택성을 구현할 수 있으며 수성이면서도 한번 도포한 후에는 물에 의한 영향을 받지 않아서 기존의 수성도료가 가지고 있는 외부나 내부의 일부영역에서만 작업이 가능한 문제점을 해소하여서 유성페인트가 쓰이던 부분을 대체할 수 있어 여러분야에서 사용이 가능하게 하였고 도포후 오는 환경오염문제도 상당부분 해결하였다.
본 발명의 수성도료는 규산염(: M은 금속을 표시)2O중량부이상에 안료 10-70중량부, MS(마이크로실리카)0.1-20중량부, 용해금속이온1-50, 수성에멀젼 수지50중량부이내중 1개 이상을 필요에 따라 적당량의 물과 혼합하여 제조하며 경화속도 및 강도, 내수성향상등을 위하여 기타첨가물을 사용하여 제조한다.
상기방법으로 제조한 도료를 도포하여 수일의 시간을 두고 경화시키면 상당한 내수성 및 접착강도를 얻을 수 있고, 특히 즉시 내수성을 부여하기 위하여 아민류로 코팅을 하여 월등한 도포효과를 얻을 수 있다.

Description

규산염을 이용한 수성도료 및 도료조성물을 이용한 저반사유리
본 발명은 유리, 알루미늄, 금속, 스테인레스 스틸, 시멘트제품등을 비롯한 세라믹제품에 도포하여 사용하기 용이한 규산염(: M은 금속을 표시)을 이용한 수성도료 및 도료조성물을 이용한 저반사유리에 관한 것이다.
종래에 사용하고 있는 유성도료는 수성에 비하여 접착강도및 광택성은 좋으나 제조및 사용면에서 여러가지 문제점을 지니고 있다. 유기용제를 사용하기 때문에 발생하기 쉬운 화재의 위험성과 본래의 색조를 구현하기 위하여 여러번 도포하여야하는 단점도 있으며 그중 가장 중요한 문제점으로는 건조시 사람에게 해로운 물질들을 배출하고 건조기간도 수일이 소요되므로서 발생되는 환경공해문제로서 이에 대한 문제점이 점차 부각되고 있다.
본 발명은 전기한 유성도료의 문제점을 보완한 것으로 일반적인 수성도료가 가지고 있는 접착성및 광택성문제를 충분히 보완하였고 부분적으로는 유성보다 월등한 제품이며 제조 및 사용면에서도 수성도료이기 때문에 유성도료를 사용하므로서 야기되는 문제점들을 상당부분 해결하였다.
기존의 수성도료는 접착강도와 수분에 대한 안전성 등에 문제가 있어 시멘트를 비롯한 일부분야에서만 사용이 가능하였고, 유성도료는 접착강도와 광택성 등의 면에서 우수한 장점이 있으나 본 발명에 의한 도료는 수성이면서도 유성의 광택성및 접착강도를 가지고 있다. 본 발명은 상온에서 경화가 가능하고 경화한 후에는 유성보다 월등한 접착강도를 가지며, 수성이면서도 수분에 대한 안정성을 확보였으며, 가장 도포하기가 난해한 소재인 유리를 비롯한 철, 스테인레스스틸, 구리, 알루미늄, 시멘트를 포함한 세라믹제품에서도 높은 접착강도와 광택성을 유지하면서 무기안료를 쓸 경우 소재 대부분이 무기물질인 관계로 수명에 있어서도 기존의 유성에 비하여 월등히 길며, 수성도료가 접착강도가 낮아 짧은 시간에 박리현상이 오는 단점도 보완할 수 있는 우수한 도료이다.
기존의 잉크에 적용할시에도 많은 장점이 있다. 수성잉크는 유성에 비하여 사용이 편하고 종이에 대한 접착력도 우수하나 물에 닿았을 경우에는 번지는 등의 문제점이 있었으나 본 발명에 의한 제품은 한번 경화된 후에는 수분에 대한 안정성이 확보돼 유성잉크와 비교해 손색이 없는 제품이다.
본 발명의 접착기조제인 규산염은 물유리로 불리우며, 그 종류로는 규산소다와 포타시움실리케이트, 리튬실리케이트, 칼시움실리케이트, 알루미늄실리케이트등이 있는데, 그 중에서 규산소다와 포타시움실리케이트는 우리 주변에서 상당히 다양하게 사용되고 있고 특히 규산소다는 가격이 싸다는 장점과 그 사용의 다양성으로 사용영역이 점차 확대되는 추세에 있다.
본 발명은 규산염이 무기물질이며 Si를 가지고 있어 무기소재와의 접착력 이 높은 점과 대기중에서 경화되었을 때 이산화탄소와 결합하여 그 표면을 유리화시킨다는 점에서 이를 이용하여 무기질의 접착제를 개발하고 나아가 여기에 안료를첨가하여 도료로 사용하고자 한 것이다.
그러나 상기한 규산염들은 건조한 대기중에서는 경화되었을 때 높은 경도와 접착안정성을 확보하고 있으나 고습한 분위기에서는 수분을 흡수하여 경도 및 접착안정성이 약화 되는 경향을 가지고 있어 본래 의도한 바의 효과를 내는 것은 실내의 건조한 부분에서만 가능하게 되었다. 이러한 문제점들에 대한 해결책으로 여기에 여러가지 수분안정성에 대한 연구를 수행하여서 유성보다 월등한 수성의 도료를 개발하게 되었으며 이에 대한 해결책으로 다음의 연구를 진행하였다.
수계수지는 물을 주용제로 사용하는 수지이므로 물의 근원적 특성에 의하여 물성이 좌우되는데 주용제로 사용하는 단점을 보완하기 위하여 사용하는 물은 UF FILTER , RO MEMBRANE, 이온 교환수지를 통과시켜 이온을 완전 제거 시킨 후 UV LAMP를 이용한 살균을 실시하여 수성 제품의 제작시 물에 의한 부반응을 최소화시키고, 제품저장시 세균에 의한 부패작용을 억제하며, 제품의 안전성을 극대화시켰다.
제품에 사용되는 수질의 규격은 총이온 전도도가 O.1 μS/cm이하이며, Na, Cl, F, SO4이온의 농도가 각 각 2Oppb이하로 규정된 물을 사용하였다. 물의 특성중의 도전성은 국내 상수도의 물의 전도도가 150 ∼ 400 μS/cm에 비하면 약 1500배이상 도전성을 약화시켜, 중용제의 전하에의한 첨가약품의 응집, 침전, 풀림 등의 현상에 따른 분산성의 저하를 막았다.
수중의 경도 및 금속성분에 의하여 약품의 용해력이 약화되는데, 수중의 중금속 및 경도 성분을 완전히 제거함으로써 제조시 약품의 용해력을 증대시켰다.
물은 철을 부식시키는데 이를 억제하기 위하여 질산염계, 크롬산염계, 인산염계 등의 부식방지제를 첨가하나, 본 제품은 방식제를 첨가하지 않고, 규산염을사용함으로 자기특성으로 인해 철의 부식이 억제되는 pH10 ∼ pH12 범위를 유지한다.
pH가 12이상인 경우에는 금속 성분에 가성취화(caustic embrilttlement)현상을 유발하나 본 제품의 용액 pH 는 pH 11.7이상을 넘지 않는다.
일반적인 도료는 pH 조절제 및 아민계열 수용성 수지 제조시 암모니아를 사용함으로 구리성분이 함유된 소재에는 암모니아에 의한 부식을 유발함으로 암모니아의 사용을 억제하여야 한다. 그러나 본 발명의 제품은 암모니아를 사용하지 않기 때문에 이러한 구리 및 구리를 포함한 모든 소재에 사용이 가능하다.
본 발명의 수성도료의 제조방법은 다음과 같다.
규산염에 수성 도료의 기계적 물성의 내스크래치성, 강도, 경도, 내충격성을 강화하기 위하여 알칼리 및 알칼리토금속 하이드록시 화합물중 특히 Al, Zn, Cr, Cu, Zr의 산화물을 첨가하였다. 이중 Al은 Si와 좋은 결합력을 가지므로 소디움알루미네이트, 황산알루미늄, 수산화알루미늄등을 주된 첨가제로 사용하였다. 특히 황산알루미늄은 낮은 가격에 좋은 효과를 낼수 있어 아주 효과적이다.
상기화합물의 제조시 도료에서 광택성을 줄이는 효과와 유리에 도포해 저반사유리를 제조하기 위한 용도로는 MS(마이크로 실리카)를 사용한다.
또한 이 화합물에 강도및 경화속도조절, pH조절을 위하여 칼시움 수산화칼슘, 염화칼슘등 Ca화합물을 용해하여 첨가시킨다.
작업성의 효율을 향상시키기 위하여 특히 리올로지(Rheology)거동을 작업에 맞게 조절하기위하여 BaSO4 , CaCO3, TiO2를 복합적으로 첨가하고, 특히 규산염의 몰비에 따른 특성을 이용하여 조절하였다.
물을 첨가하여 농도를 조절하고 특히 용액의 점도를 조절할 경우 희석에 따른 물성의 변화와 극성이 다른 물이 첨가되면 물성이 변화되는데 이러한 현상을 억제하기 위하여 계면활성제 중 양이온성 계면활성제를 사용한다.
에멀션의 안전성은 방치 안정성, 기계안정성, 동결안정성등 3가지형태가 있는데 방치안정성은 저장성 안정성이머 에멀션의 pH, 점도, 부패 등의 영향도 있다. 도료는 pH의 일정한 범위에서 안전성을 유지하는데 본 제품의 특성은 완충용액의 성질이 있으므로 pH 조절제로 다른 약품을 사용하지 않고 안전성을 보다 좋게 하기 위하여 중탄산염류를 사용하였다.
계면활성제나 소포제도 미생물에 의해 침범된다. 미생물의 번식은 도료제조후 일정한 시간이 경과 후 시작되므로 도료 제조 직후에 방식, 방세균제를 첨가하였다. 일반적으로 페닐 수은염이나 페놀계 화합물을 사용하나 인체에 유해하므로 환경을 고려하여 이를 배제하고, 은이 흡착된 미분 활성탄(입도분포:1 ∼ 1Oμm)과, 같은 입도를 가진 콜로이드성 구리를 미량 첨가하여 미생물의 번식을 억제하여 방부, 방균제로 사용하였다.
도료는 기후의 변화에 대해서 안정해야한다. 특히 저온시에 동결하여 겔화되면 원상태로 되돌아가지 않는 경우가 있다. 이를 억제하기위하여 에틸렌글리콜, 디에틸글리콜. 폴리알킬렌폴리아민. 다치환페놀요소, 티오요소 등이 있는데 이중 1,2개를 복합적으로 사용하여 도료의 동결을 예방하였다.
계면활성제나 다른 불순물이 함께 작용해서 도료에 거품이 발생되는 경우가있다. 수성도료의 거품의 발생원은 안료에 의해 들어온 공기이다. 안료나 수지를 분산하고 있는 동안에 거품이 생긴다. 또 브러시 도장중에도 거품이 생긴다. 극성이 극히 작은 미량의 첨가로 충분한 효과가 있는 소포제로 파인오일, 실리콘등을 사용하는데 이중 1개 이상의 복합적으로 사용해서 거품의 발생을 방지하는 소포제로 사용한다.
용제로 사용하는 물이나 안료 중의 불순물이 용출해서 각종의 금속이온 등이 도료중에 존재하여 도료의 안전성을 저해시킨다. 특히 칼슘, 마그네슘, 철, 알루미늄 등의 황산염은 유화제나 안정제와 반응하고 자체반응을 통해서 불용성물질로 침강해버린다. 이러한 반응을 하지않고 불활성으로 만들기 위해 첨가제를 사용하는데 이 목적을 위하여 트리폴리인산칼리, 피로인산칼리, 유기화합물인 에틸렌디아민테트라아세트산 Na염을 사용한다. 이 중에 특히 EDTA·2Na 를 미량 사용한다.
염.안료의 선택에서는 기존의 유기와 무기재료를 쓸 수 있다. 이들 중 빛투과성 도료를 만들기 위해서 안료, 염료를 취급 할때 기존의 안료를 사용하면 불투명한 도료가 되므로 각종 금속의 이온의 수용성상의 색깔을 이용한다. 수용액 중에 순수한 이온의 선별은 DEPA 나 TBA를 이용한 용매추출을 이용하거나 , 이온교환수지의 이온 친화력 차이를 이용한다. 일정한 이온의 농도는 미세여과기와 역삼투압막을 이용하여 압력과 유량을 조절하여 농도를 조절함으로써 색상의 차이를 유도한다.
또한 규산염에 MS(마이크로 실리카)를 사용하여 도료의 소광제로도 사용하고 투명유리나 거울의 표면에 도포하면 반사율을 현저하게 떨어뜨리는 저반사유리 및 거울을 제조할 수 있고, 금속이온을 추가하여 도포시 다양한 종류의 저반사칼라 유리 및 거울을 제조할 수 있다.
상기의 제품에 메타크릴수지, 알키드수지, 에폭시수지, 우레탄수지, 아크릴수지 등을 수분산성에멀젼타입으로 만들어 제조시 첨가하면 경화후에 수분에 대한 안정성을 증가시킨다.
또한 경화후 알콜아민류를 도료표면에 도포하면 금속성분과의 킬레이트 결합에 의한 안정된 도포상태를 만들 수 있어 수분에 대한 안정성과 도료자체의 강도를 증가시킬 수 있다. 이러한 아민의 종류는 아미노에칠에탄올아민, 디에틸아미노프로필아민, 3-메톡시프로필아민, 메틸아미노프로필아민, 메틸아미노비스프로필아민, SEC부틸아민, T부틸아민, 아릴아민, 3-에톡시프로필아민, 에틸아민류, 이미노비스프로필아민, 이소프로필아민, 프로필아민, 디부틸아민 등이 쓰일수 있다. 이중 모노에틸렌아민은 특히 좋은 효과를 나타낸다.
본 발명의 수성도료의 제조는 다음의 실시예를 가진다.
하기의 물질들을 차례로 첨가하면서 교반한다.
실시예 1(기본예)
규산소다(2종및 3종) 100
황산알루미늄(물 100중량부에 40 용해) 3
칼슘하이드록사이드(물 100중량부에 10 용해) 10
분산제 미량
안료 40
바륨설페이트 (고형분) 20
상기 제법으로 제조된 도료는 피착물에 도포하여 상온에서 수십분이내에 경화되고 3-4일 경과후에는 피복이 견고한 막을 이루어 광택성과 도포안전성을 가지며 내수성도 지닌다.
또한 상기의 실시예를 보완하면 다음과 같은 실시예를 얻는다.
실시예 2
규산소다(2종및 3종) 100
황산알루미늄(물 100중량부에 20 용해) 3
수산화칼슘(물 100중량부에 10 용해) 10
에멀젼수지및 경화제 1-10
계면활성제 1-2
중탄산염 0.5-1
콜로이드성 구리 0.1-2
분산제 미량
안료 30
황산바륨 (고형분) 20
E.G 1-2
소포제 5방울
EDTA.2Na 0.1
상기 실시예1 및 실시예2에서 즉시경화효과를 위해서는 아민류를 도포해 건조시킬시 더욱 좋은 효과를 얻는다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 수성도료는 유성도료가 가지고 있는 제조및 사용상의 문제점들을 상당히 보강하므로서 접착강도 및 광택성, 환경오염문제등을 해결하였으며 상온경화가 가능하여서 유리, 금속, 비철금속 및 세라믹제품등 적용할 수 있는 분야를 확대하였다.
유리 및 거울에 본 도료의 기본화합물에 소광제와 금속이온을 첨가시겨 도표시 저반사 및 저반사 칼라유리를 쉽게 생산할 수 있는 장점도 가지고있다.
또한 본 발명은 기존의 잉크에 적용할시에도 많은 장점이 있다. 수성잉크는 유성에 비하여 사용이 편하고 종이에 대한 접착력도 우수하나 물에 닿았을 경우에는 번지는 등의 문제점이 있었으나 본 발명에 의한 제품은 한번 경화된 후에는 수분에 대한 안정성이 확보돼 유성잉크와 비교해 손색이 없는 제품이다.

Claims (13)

  1. 규산염(:M은 금속을 표시)20중량부이상에 안료10-70중량부, MS(마이크로실리카)0.1-20중량부, 용해금속이온1-50, 수성에멀젼 수지50중량부이내중 1개이상을 혼합하여 적당량의 물과 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  2. 제 1항에 있어서, 도포건조후 아민류를 도포건조시킴을 특징으로 하는 수성도료
  3. 제 1항에 있어서, 내스크래치성, 강도, 경도, 내충격성을 강화하기 위하여알칼리 및 알칼리토금속 하이드록시 화합물을 용해첨가하여 제조함을 특징으로 하는 수성도료.
  4. 제 1항에 있어서, 강도및 경화속도조절, pH조절을 위하여 Ca화합물을 용해첨가하여 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  5. 제 1항에 있어서, BaSO4, CaCO3, TiO2 중 1개 이상의 화합물을 첨가하여 흐름조절제의 용도로 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  6. 제 1항에 있어서, 증점의 효과로 양이온성 계면활성제를 첨가하여 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  7. 제 1항에 있어서, 저장안정성 위하여 중탄산염류를 첨가하여 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  8. 제 1항에 있어서, 은이 흡착된 미분 활성탄(입도분포: 1 ∼ 1Oμm)과, 같은 입도를 가진 콜로이드성 구리를 미량 첨가하여 방부, 방균제로 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  9. 제 1항에 있어서, 에틸렌글리콜, 디에틸글리콜. 폴리알킬렌폴리아민. 다치환페놀요소, 티오요소 중 1개 이상을 첨가하여 동결방지제로 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  10. 제 1항에 있어서, 소포제를 첨가하여 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  11. 제 1항에 있어서, 트리폴리인산칼리, 피로인산칼리, 유기화합물인 에틸렌디아민테트라아세트산 Na염, EDTA·2Na 중 1개 이상을 첨가하여 불순물방지제로 제조함을 특징으로 하는 수성도료
  12. 제 1항에 있어서, 규산염과 마이크로실리카를 사용하여 제조된 도료를 유리 및 거울, CRT모니터에 도포하여 제조함을 특징으로 하는 저반사유리
  13. 제 1항에 있어서, 규산염과 마이크로실리카와 금속이온을 사용하여 제조된도료를 유리 및 거울, CRT모니터에 도포하여 제조함을 특징으로 하는 저반사칼라유리
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