KR20030087450A

KR20030087450A - 수성 단열 도료 조성물 및 이를 이용한 단열재

Info

Publication number: KR20030087450A
Application number: KR1020020025816A
Authority: KR
Inventors: 엄명용; 김상훈
Original assignee: 주식회사 금강고려화학
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-14

Abstract

본 발명은 수성 단열 도료 조성물 및 이를 이용한 단열재에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 속이 비어 있고 0.2∼500마이크론의 입자크기를 갖는 구형의 세라믹 안료 5∼25중량%; -40∼10℃의 유리전이온도 및 30∼60중량%의 고형분을 갖는 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼 15∼50중량%; 착색 및 체질 안료 1∼20중량%; 물 1∼60중량%; 및 보조제 0.05∼20중량%를 포함하는 수성 단열 도료 조성물 및 이를 이용한 단열재에 관한 것이다. 본 발명은 우수한 단열효과를 가질 뿐만 아니라, 비용 및 공간 효율 측면에서 매우 경제적이고 작업시 후막화가 우수하며, 크랙저항성 및 부착성이 양호한 수성 단열 도료 조성물 및 단열재를 제공할 수 있다.

Description

수성 단열 도료 조성물 및 이를 이용한 단열재{Composition for aqueous insulating coatings and insulating material using the same}

본 발명은 수성 단열 도료 조성물 및 이를 이용한 단열재에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼과 구상의 특정 에멀젼 및 초경량 무기질 미립중공체인 충진제를 사용하여 우수한 단열효과를 가질 뿐만 아니라, 비용 및 공간 효율 측면에서 매우 경제적이고 작업시 후막화가 우수하며, 크랙저항성 및 부착성이 양호한 수성 단열 도료 조성물 및 단열재에 관한 것이다.

최근 건축물들은 인위적인 냉, 난방시설 유지에 따르는 에너지 절감과 최적의 주거 환경을 구현하기 위하여, 근본적으로 건축자재에 있어서 단열측면에 많은 비중을 두어 단열공사를 실시하고 있다. 이러한 단열공사에는 흔히 단열재라 불리는 스티로폼 및 우레탄폼 등이 많이 사용되고 있다. 이들은 최종 마감재가 아니라 벽체 등에 있어서 중간재로 사용되며, 자체적으로 미세한 기공을 가지고 있어서 일반 건축소재에 비하여 열전도율이 훨씬 낮기 때문에 열의 전도를 지연시킬 수 있는 효과가 우수하다. 그러나, 이러한 소재들은 부피가 커서 여러모로 불편할 뿐 아니라, 벽공간의 사용에 비효율적이고 고비용이 요구되어 비경제적인 단점이 있다.

한편, 최근 휘발물질에 대한 환경규제가 심화되고 있는 상황에서, 합성수지 에멀젼 수지를 바인더로 하는 도료 조성물의 사용량이 한층 증가되고 있어 이에 따른 고도의 기능적 특성들이 요구되고 있다.

예를 들어, 상기 합성수지 에멀젼을 바인더로 사용하는 수성단열 도료 분야에 있어서, 도막의 크랙방지를 위하여 탄성수지가 적용되었으나, 내스크래치성 및 부착성이 불량하고, 도장시 통상 2∼3회 정도의 도장으로 마감함으로써 날로 상승하는 인건비로 인하여 공사시 과중한 비용부담으로 이어져, 이를 해결하기 위한 고도의 기능적 도료개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

한편, 일반적인 합성수지 에멀젼을 바인더로 사용하는 도료에 있어서, 저온에서 도막형성을 양호하게 하기 위해서는 유리전이 온도가 낮은 합성수지 에멀젼을 사용하는 방법, 가소제를 사용하는 방법 또는 에멀젼 합체를 돕는 도막조제를 사용하는 방법 등이 있다. 그러나, 상기 방법들의 경우 도막의 점착성을 향상시켜 부착성을 향상시킬 수는 있으나, 용제형 페인트와는 달리 열가소성 고분자 물질로 이루어져 있어, 각종 소지와의 부착성 및 크랙저항성이 불량한 단점이 있다. 또한, 일반 합성수지 에멀젼 및 안료를 사용한 수성 도료를 다공성 소지에 적용할 경우에는 레올로지(rheology) 특성이 불량하여 작업시 도막의 후막화가 불량한 문제점이 있다.

전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 예를 들어 미국 특허 제5,312,863호, 미국 특허 제4,248,754호, 및 미국 특허 제4,357,430호는 일반적으로 사용되는 에멀젼에 반응성기를 도입하거나 또는 실란 가교제를 첨가하여 부착성 및 크랙저항성을 향상시키는 방법을 개시하고 있다. 또한, 미국 특허 제5,731,377호는 유리전이가 각각 다른 에멀젼을 혼합하여 크랙저항성을 높이는 방법을 개시하고 있지만, 상기 특허들에 따른 방법은 부착성이 불안정한 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 연구를 거듭한 결과, 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼과 구상의 특정 에멀젼 및 초경량 무기질 미립중공체를 사용하여 일반적인 도료의 기능 및 우수한 단열효과를 가지며, 비용과 공간 효율 측면에서 매우 경제적일 뿐만 아니라, 작업시 후막화가 우수하고 크랙저항성 및 부착성이 양호한 수성 단열 도료 조성물 및 단열재를 얻을 수 있었으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 실란 가교제를 도입하지 않고도 부착성 및 크랙저항성 우수하며, 일반 소지에 도장시 레올로지 특성 및 후막화가 양호하여 종래의 수성단열 도료에 비해 낮은 열전도도 및 다기능을 갖는 수성 단열 도료 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 단열 도료 조성물을 이용하여 우수한 단열 특성을 갖는 단열재를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도료 조성물은 속이 비어 있고 0.2∼500마이크론의 입자크기를 갖는 구형의 세라믹 안료 5∼25중량%; -40∼10℃의 유리전이온도 및 30∼60중량%의 고형분을 갖는 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼15∼50중량%; 착색 및 체질 안료 1∼20중량%; 물 1∼60중량%; 및 보조제 0.05∼20중량%를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단열재는 상기 단열 도료 조성물을 소재의 표면에 코팅한 후 건조시켜 제조된다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼과 구상의 특정 에멀젼 및 초경량 무기질 미립중공체인 충진제를 사용하여 단단하고 치밀한 도막을 형성함으로써 종래의 수성단열 도료에 비해 열전도도가 낮아 단열성이 우수할 뿐만 아니라, 비용 및 공간 효율 측면에서 매우 경제적이고 작업시 후막화가 우수하며, 크랙저항성 및 부착성이 양호한 수성 단열 도료 조성물 및 단열재를 제공할 수 있다.

본 발명의 수성 단열 도료 조성물은 속이 비어 있고 0.2∼500마이크론의 입자크기를 갖는 구형의 세라믹 안료 5∼25중량%; -40∼10℃의 유리전이온도 및 30∼60중량%의 고형분을 갖는 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼 15∼50중량%; 착색 및 체질 안료 1∼20중량%; 물 1∼60중량%; 및 보조제 0.05∼20중량%를 포함한다.

본 발명에 사용되는 세라믹 안료는 속이 비어 있는 균일한 구상 형태의 구조로서, 약 0.2 내지 500마이크론의 입자크기를 갖는 것이 바람직하며, 상기 입자크기가 0.2마이크론 미만이면 단열효과가 불량하고, 500마이크론을 초과하면 도료 안정성이 불량하여 사용불가능하다. 상기 세라믹 안료는 세라믹 물질 자체의 특성과 속이 비어 있는 상태가 상승작용을 일으켜 우수한 특성을 나타낸다. 즉, 속이 비어 있어 열전도율을 획기적으로 낮출 수 있을 뿐 아니라, 표면이 매끄러운 구상 형태이기 때문에 반사에 의해 복사를 최소화시킴으로써 열전달을 효과적으로 차단하여, 이로부터 제조된 단열재에 우수한 단열효과를 부여할 수 있다. 이 때, 상기 세라믹 안료의 사용량은 5∼25중량%가 바람직하며, 상기 안료의 사용량이 5중량% 미만이면 단열효과가 불량하고, 25중량%를 초과하면 도료 안정성이 불량하다.

한편, 일반적으로 도료 조성물에 사용되는 비히클로는 유리전이가 일반화된 에멀젼만을 선택하여 사용할 수 있으나, 이러한 경우에는 에어리스 스프레이 도장시 레올로지 특성 중 후막화가 불량하고 건조후 크랙이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 작업시 양호한 레올로지 특성 및 후막화를 가지며, 크랙저항 및 부착성이 향상된 도료 조성물을 얻기 위하여 유리전이온도 및 입자분포가 서로 다른 여러 개의 스타이렌-아크릴계 에멀젼을 혼합 사용하며, 또한 단열효과 및 후막화를 극대화시키기 위해 기공이 있는 구형의 합성수지 에멀젼을 일부 사용한다. 한편, 상기 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼 및 구형의 합성수지 에멀젼의 피막형성 최소온도는 5∼50℃인 것이 바람직하며, 상기 피막형성 최소온도가 5℃ 미만이면 크랙이 발생할 수 있고, 50℃를 초과하면 건조도막이 불균일하여 원하는 단열효과를 얻을 수 없다.

본 발명에 사용되는 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼은 일반 다공성 소지에 적용하여 우수한 레올로지 특성 및 후막화를 얻기 위해 유리전이온도가 -40 내지 10℃인 것이 바람직하다. 여기서 스타이렌-아크릴계라 함은 스타이렌 및 아크릴산 유도체의 중합으로 생성된 수지계를 말한다. 일반적으로 수성페인트에 사용되는 합성수지 에멀젼으로는 스타이렌-아크릴계, 비닐계, 비닐-아크릴계, 및 아크릴계 등이 포함되지만, 본 발명에서는 열가소성 고분자 물질에서 내후성 및 내수성이 뛰어난 스타이렌-아크릴계가 바람직하다.

상기 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼은 유리전이온도가 -40∼0℃이고 입자크기가 50∼130나노미터인 스타이렌과 유리전이온도가 0∼10℃이고 입자크기가 150∼600나노미터인 아크릴산 유도체를 1:9∼9:1의 혼합비로 공중합반응을 통해 유화시켜 얻는다. 이로부터 얻은 합성수지 에멀젼은 30∼60중량%의 고형분을 함유하는 것이 바람직하며, 상기 고형분 함유량이 상기 범위를 벗어나는 경우 에멀젼의 안정성을 얻을 수 없다. 이 때, 상기 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼의 사용량은 15∼50중량%가 바람직하며, 상기 에멀젼의 사용량이 15중량% 미만이면 도막의 부착성, 내화학성이 불량하고, 50중량%를 초과하면 원하는 열전도도 값을 얻을 수 없다. 이렇게 입자크기가 서로 다른 수지를 혼합함으로써 도막의 부착성, 크랙저항성, 도장시 후막화가 용이한 장점을 얻을 수 있다.

한편, 상기 기공이 있는 구형의 스타이렌-아크릴계　합성수지 에멀젼은 그 내부가 액상에서는 물로 채워져 있으나, 건조시에는 물이 증발한 후 기공이 형성되고 물 대신 열전도도가 낮은 공기로 채워져 우수한 단열효과를 발현할 수 있다. 상기 에멀젼의 평균입경은 0.2∼0.5마이크론으로 미세입자인 것이 바람직하며, 상기 평균입경이 상기 범위를 벗어나는 경우 원하는 단열효과를 얻을 수 없으며, 작업성 또한 불량하다. 이 때, 상기 구형의 합성수지 에멀젼의 사용량은 2∼20중량%인 것이 바람직하며, 상기 에멀젼 사용량이 2중량% 미만이면 부착성이 불량하고, 20중량%를 초과하면 작업성이 불량하다.

본 발명에 사용되는 착색 및 체질 안료로는 티타늄디옥사이드가 바람직하다. 이 때, 상기 착색 및 체질 안료의 사용량은 1∼20중량%가 바람직하다. 한편, 본 발명의 세라믹 안료, 착색 안료 및 체질 안료는 모두 단열효과 측면에서 백색의 안료인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 도료 조성물은 물 1∼60중량% 및 기타 보조제 0.05∼20중량%를 더욱 포함한다. 상기 보조제는 필요에 따라서 분산습윤제 0.05 내지 2중량%, 동결방지제 1 내지 5중량%, 소포제 0.1 내지 1중량%, 레벨링제 0.1 내지 0.5중량%, 방부제 0.1 내지 0.5중량%, 증점제 0.1 내지 2중량%, pH 조절제 0.1 내지 1중량%, 및 도막조제 1 내지 8중량%로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다.

전술한 바와 같은 성분으로 구성된 본 발명의 수성 단열 도료 조성물은 30∼70중량%의 고형분을 함유하는 것이 바람직하며, 상기 고형분 함량이 30중량% 미만이면 작업성이 불량하고, 70중량%를 초과하면 도료안정성이 불량하다.

또한, 본 발명에 따른 단열 도료 조성물을 소재의 표면에 코팅한 후 건조시킴으로써 도막을 형성하여 열전도도가 낮고, 작업시 후막화가 우수하며 크랙저항 및 부착성이 양호한 단열재를 얻을 수 있다.

이하 비교예 및 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

합성수지 에멀젼으로서 37중량%의 고형분을 함유하는 구형의 스타이렌-아크릴계 에멀젼인 KCC의 CHW91819, 40중량%의 고형분을 함유하며 유리전이온도가 -20℃이고 입자크기가 110나노미터인 스타이렌-아크릴계 에멀젼인 KCC의 합성수지1 및 50중량%의 고형분을 함유하며 유리전이온도가 10℃이고 입자크기가 450나노미터인 KCC의 CHW00024, 분산 및 습윤제로서 산노프코사의 Nopco 44-C, 동결방지제로서 에틸렌글리콜, 백색안료로서 티타늄디옥사이드, 속이 빈 세라믹 안료로서 입경이 65마이크론인 구상형태의 보로실리케이트(쓰리엠사의 K1), 소포제로서 비와이케이사의 BYK-024, 레벨링제로서 비와이케이사의 BYK-345, 도막조제로서 이스트만사의 Texanol, 방부제로서 도어사의 Acticide AS, 증점제로서 뤼악쓰사의 Natrosol 330+, 및 pH 조절제로서 공업용 암모니아수를 각각 하기 표 1에 나타낸 배합량에 따라 첨가하여 수성 도료 조성물을 제조하였다.

원료명	배합량 (중량%)
물	8.1
분산 및 습윤제	0.2
동결방지제	3
티타늄디옥사이드	15
소포제	0.3
도막조제	5.9
방부제	0.2
증점제	0.2
세라믹 안료	20
레벨링제	0.5
pH 조절제	0.1
KCC CHW91819	10
KCC 합성수지 1	26.5
KCC CHW00024	10
합 계	100.0

비교예 1

스타이렌-아크릴계 에멀젼으로서 45중량%의 고형분을 함유하며 입자크기가 100나노미터인 KCC의 CHW52506 및 48%의 고형분을 함유하며 입자크기가 130나노미터인 영남화성의 K500N, 분산 및 습윤제로서 산노프코사의 Nopco44-C, 동결방지제로서 에틸렌글리콜, 도막조제로서 이스트만 코닥사의 Texanol, 백색안료로서 티타늄디옥사이드, 소포제로서 비와이케이사의 BYK-024, 세라믹 안료로서 삼손사의 SB413, 방부제로서 도어사의 Acticide AS, 증점제로서 롬앤드하쓰사의 SCT270, 및 pH 조절제로서 공업용 암모니아수를 각각 하기 표 2에 나타낸 배합량에 따라 첨가하여 수성 도료 조성물을 제조하였다.

원료명	배합량 (중량%)
물	8.1
분산 및 습윤제	0.2
동결방지제	3
티타늄디옥사이드	18
소포제	0.3
도막조제	5.9
방부제	0.2
증점제	0.2
세라믹 안료	20
레벨링제	0.5
pH 조절제	0.1
KCC CHW52506	33.5
K500N	10
합 계	100.0

비교예 2∼3

하기 표 3에 나타낸 바와 같이 각각의 성분을 배합하여 수성 도료 조성물을 제조하였다. 이 때, 사용된 성분 중, 상기 비교예 1과 동일한 성분은 전술한 바와 같은 회사의 제품을 사용하였다.

단위: 중량%

원료명	비교예 2	비교예 3
물	8.1	8.1
분산 및 습윤제	0.2	0.2
동결방지제	3	3
이산화티탄	16.5	16.9
세라믹 안료	20	20
소포제	0.3	0.3
도막조제	5.9	5.9
방부제	0.2	0.2
증점제	2.2	1.8
pH 조절제	0.1	0.1
KCC CHW52506	43.5	-
K500N	-	43.5
합 계	100.0	100.0

※ 물성시험 ※

실시예 1 및 비교예 1∼3에서 얻은 단열 도료 조성물을 사용하여, 열전도율, 크랙저항성, 부착성, 및 작업시 후막화 특성을 다음과 같이 각각 평가하였다.

1. 열전도율 시험

KS L 9016에서 정하는 4가지 방법 중에서 오차가 비교적 적은 평판비교법을 이용하여 측정하였다.

크기가 300㎜×300㎜×2㎜인 밤라이트 시편에 건조도막 두께로 500마이크론으로 도장하여 25℃ 조건하에서 2주일 동안 건조시키고, 50℃에서 3일 동안 건조시킨 후, ANTER사의 Unitherm Thermo Instruments를 이용하여 측정단위인 W/MK를 기준으로 측정한 후, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

항목	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
열전도도(W/MK)	0.058	0.067	0.994	0.987

2. 작업성 시험 및 기타 물성시험

레올로지 특성은 기기(Rheomat RS130) 및 에어리스 스프레이를 사용하여 측정한 후, 그 결과를 하기 표 5 및 표 6에 각각 나타내었다.

1) 기기측정

평가기준 η^*(Complex vicosity): 수치가 낮을수록 퍼짐성 및 레벨링성이 양호함.

ICI 점도: 수치가 높을수록 후막화가 양호함.

항목	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
η^*	40	48	60	55
ICI 점도	2.0	0.8	0.5	0.3

2) 에어리스 작업성

크기가 2m×2m인 슬레이트 소지에 에어리스 스프레이 도장을 1회 실시하였다

평가기준 O : 우수

△ : 보통

X : 불량

항목	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
건조도막두께(㎛)	250	170	180	210
평가	O	△	X	△

3) 도막물성

밤라이트 소지에 젖은 도막두께가 500마이크로, 유리판 소지에 젖은 도막두께가 500마이크로로 도장한 다음, 25℃에서 7일 동안 건조시킨 후 육안관찰 및Tape 테스트를 실시한 후, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.

평가기준 O : 크랙이 없으며 도막손상이 없슴.

△ : 미세한 크랙이 발견되며 도막이 미세하게 벗겨짐.

X : 크랙발생 및 도막이 많이 벗겨짐.

항목	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
평가	O	O	X	△

상기 표 4∼7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수성 단열 도료 조성물을 사용하여 제조된 단열재는 종래의 도료 조성물을 사용하여 제조된 단열재에 비하여 우수한 물성 및 단열 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 수성 단열 도료 조성물 및 이를 사용하여 제조된 단열재는 레올로지 특성상 도장시 후막화가 용이하고 부착성 및 크랙저항성이 양호하여 일반 건축물 및 각종 시설물의 단열용으로 사용되는 경우 우수한 단열효과를 제공할 수 있다. 또한, 도장시 통상 2회의 마감으로 원하는 단열효과를 얻을 수 있어 날로 상승하는 인건비 및 공사시의 과중한 비용부담을 덜 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

속이 비어 있고 0.2∼500마이크론의 입자크기를 갖는 구형의 세라믹 안료 5∼25중량%; -40∼10℃의 유리전이온도 및 30∼60중량%의 고형분을 갖는 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼 15∼50중량%; 착색 및 체질 안료 1∼20중량%; 물 1∼60중량%; 및 보조제 0.05∼20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 단열 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 도료 조성물은 30∼70중량%의 고형분을 함유하는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼은 유리전이온도가 -40∼0℃이고 입자크기가 50∼130나노미터인 스타이렌과 유리전이온도가 0∼10℃이고 입자크기가 150∼600나노미터인 아크릴산 유도체를 1:9∼9:1의 혼합비로 공중합시켜 제조된 에멀젼인 것을 특징으로 하는 수성 단열 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 구형의 합성수지 에멀젼의 입자는 액상에서는 물로 채워져 있고, 건조시에는 입자 내부에 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 수성 단열 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 스타이렌-아크릴계 합성수지 에멀젼 및 구형의 합성수지 에멀젼의 피막형성 최소온도는 5∼50℃인 것을 특징으로 하는 수성 단열 도료 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 단열 도료 조성물을 소재의 표면에 코팅한 후 건조시켜 제조된 것을 특징으로 하는 단열재.