KR20040016276A

KR20040016276A - 환경친화형 세라믹 수성 도료 조성물

Info

Publication number: KR20040016276A
Application number: KR1020020048547A
Authority: KR
Inventors: 신영훈; 김태현; 김한태
Original assignee: (주)디오
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2004-02-21

Abstract

본 발명은 환경친화형 세라믹 수성 도료(塗料) 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 브레인 비표면적 기준 3,000∼10,000㎠/g으로 입도조정된 백색 포틀랜드 시멘트, 보통 및 2종∼5종 포틀랜드 시멘트, 및 혼합 시멘트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 시멘트 10∼60중량%, 잠재수경성 포졸란 재료 2∼20중량%, 증량제 30∼80중량%, 시멘트용 분말수지 1∼10중량%, 분산제 0.1∼5중량%, 수용성 폴리머 0.1∼5중량%, 백색안료 3∼20중량%, 유색안료 0∼10중량%, 및 소포제 0.1∼5중량%를 포함하는 환경친화형 세라믹 수성 도료 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 환경친화형 세라믹 수성 도료 조성물은 적절한 반응성을 발휘하도록 입도조정된 규산칼슘계의 수경성 시멘트를 바인더로 사용하고, 이에 적절한 분말상의 첨가제를 선택하여 사용함으로써 도료 생산공정 뿐만 아니라, 도장작업 및 도장면에서 인체에 해로운 유해물질의 배출이 억제되고, 세라믹 재료 고유의 특성발현을 통한 고내구성이 발현될 수 있는 이점이 있다.

Description

환경친화형 세라믹 수성 도료 조성물 {Composition for environmental friendly ceramic paint}

본 발명은 환경친화형 세라믹 수성 도료(塗料) 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 적절한 반응성을 발휘하도록 입도조정된 규산칼슘계의 수경성 시멘트를 바인더로 사용하고, 이에 적절한 분말상의 첨가제를 선택하여 사용함으로써 인체에 해로운 유해물질의 배출이 억제되고, 고내구성이 발현될 수 있는 환경친화형 세라믹 수성 도료 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 국내에서 상품화되어 있는 대부분의 도료에는 도막 형성을 위한 결합재로서 합성수지가 사용되고 있으나, 이러한 합성수지는 석유 화학 제품으로서 생산 공정이 복잡하고, 특히 합성수지를 제조하는 과정에서 환경오염을 야기시키는미반응 모노머 및 휘발성 유기화합물(VOCs), 기타 유해물질이 필수적으로 발생될 뿐만 아니라, 이를 결합재로 사용한 도료 역시 이들 유해물질을 다량 함유하는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 환경에 악영향을 미치는 문제점을 해결하기 위하여 결합재로서 수용성 실리케이트, 인산염계 및 실리콘계 등의 무기질 재료를 사용하는 무기질 도료 및 유기-무기 복합재 도료의 개발 또는 상품화가 활발히 이루어지고 있다. 무기질 도료는 유기질 도료에 비해 불연성 및 열안정성이 매우 우수하고 자외선에서의 열화가 적을 뿐만 아니라, 내산, 내알칼리성이 우수하고 도막의 경도가 높기 때문에 도료로서 매우 우수한 특성을 갖는 장점이 있지만, 시공성이 까다롭고 일반 합성수지 도료에 비해서 매우 고가라는 단점 때문에 범용적으로 사용되기에는 한계점이 있다.

상술한 문제점들을 해결하기 위하여 바인더로서 수경성 재료인 포틀랜드 시멘트를 적용하기 위한 연구가 수행되어 왔다.

예를 들어, 미국 특허 제2,934,445호에서는 백색 포틀랜드 시멘트와 보수성 염류, 안료 및 발수제를 사용하여 도료로서 적용하고자 하는 시도가 있었으며, 영국 특허 제1,382,173호에서는 콘크리트 표면에 보통 포틀랜드 시멘트와 규사, 염화칼슘 및 도료로서의 기능을 발휘할 수 있도록 여러 가지 첨가제들을 혼합하여 1회 도장으로 마감할 수 있는 도료 조성물을 기술하고 있다. 그러나, 상기 특허들에 따른 도료 조성물로 형성되는 도막의 두께는 3∼5㎜ 정도로서, 일반적인 합성수지 도료의 도막두께가 100∼300㎛ 내외인 점을 고려할 때 일반적인 도료로서 적용하기는 곤란하며 시공성 및 경제성 등에서 매우 열악한 단점이 있다.

따라서, 일반적인 합성수지 도료와 마찬가지로 도막두께 150∼300㎛의 박막으로 도장공법에 의해 시공이 가능하며, 시공성 및 경제성이 우수한 세라믹 수성 도료의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 연구를 거듭한 결과, 적절한 반응성을 발휘하도록 입도조정된 수경성 시멘트를 바인더로 선택하고, 이에 적절한 분말상의 첨가제를 선택하여 도료로서의 시공성 및 기능성을 발휘하도록 하였다. 즉, 기존의 도료에서 사용하고 있는 유기질 합성수지나 무기질 바인더 대신 상온에서 수화반응을 통해 응결 경화되는 규산칼슘계의 수경성 시멘트를 바인더로 사용하면서도 수성도료와 유사한 도막특성 및 시공성을 가지며, 추가적으로 기존도료의 단점인 환경오염성, 통기성, 내구성, 내후성 및 내열성 등의 취약한 물성을 해결할 수 있고, 또한 경제성 면에서도 효과가 있는 도료를 개발하고자 하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 도료 생산공정 뿐만 아니라, 도장작업 및 도장면에서 인체에 해로운 유해물질 배출을 억제하고, 세라믹 재료 고유의 특성발현을 통한 고내구성을 발현하는 환경친화적인 세라믹 수성 도료 조성물을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조성물은 브레인 비표면적 기준 3,000∼10,000㎠/g으로 입도조정된 백색 포틀랜드 시멘트, 보통 및 2종∼5종 포틀랜드시멘트, 및 혼합 시멘트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 시멘트 10∼60중량%, 잠재수경성 포졸란 재료 2∼20중량%, 증량제 30∼80중량%, 시멘트용 분말수지 1∼10중량%, 분산제 0.1∼5중량%, 수용성 폴리머 0.1∼5중량%, 백색안료 3∼20중량%, 유색안료 0∼10중량%, 및 소포제 0.1∼5중량%를 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 도막의 미세 구조를 나타낸 전자현미경사진이다.

도 2는 본 발명의 비교예 2에 따른 도막의 미세 구조를 나타낸 전자현미경사진이다.

이하 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 도료를 구성하는 바인더로서 규산칼슘계의 수경성 시멘트를 사용하고, 도료로서의 기능을 발휘할 수 있도록 하는 첨가제 및 색상을 발현하는 안료성분을 첨가, 혼합하여 도료 분말을 제조한 후 물과 균질하게 혼합하여 도장함으로써 시멘트의 수화반응에 의해 도막이 형성되는 환경친화형 세라믹 수성 도료 조성물이 제공된다.

본 발명에 따른 환경친화형 세라믹 수성 도료 조성물은 건축물 또는 시멘트·콘크리트 구조물의 내·외장 도장을 위한 도료로서, 좀 더 구체적으로는 시멘트·콘크리트, 석고보드, 중밀도 파이버보드(MDF) 판넬, 합판, 밤나이트판 또는 기타 재질로 이루어진 벽체 및 천정 부위의 도장에 사용될 수 있다.

본 발명에서는 환경친화적이면서 시멘트·콘크리트 피도물의 도장에 적합한 도료를 제조하기 위하여 기존의 합성수지 도료와는 달리 주 결합재로서 규산칼슘계 수경성 시멘트인 백색 포틀랜드 시멘트, 보통 및 2종∼5종 포틀랜드 시멘트, 및 혼합 시멘트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 시멘트를 사용하며, 바람직하게는 도료로서의 색상 발현을 용이하게 하기 위해 백색 포틀랜드 시멘트를 사용한다.

규산칼슘계 수경성 시멘트인 포틀랜드 시멘트는 종류에 따라 차이는 있지만 규산3칼슘(이하 C₃S로 표기), 규산2칼슘(이하 C₂S로 표기), 알루민산3칼슘(이하 C₃A로 표기) 및 테트라칼슘 알루미노 페라이트(이하 C₄AF로 표기) 등의 4대 광물로 구성되어 있으나, 통상적으로 C₃S와 C₂S가 전체 화합물의 70% 이상을 차지하고 있고 대부분의 특성은 이들 규산칼슘 화합물에 의해 좌우된다. 이들 구성광물은 물과 반응하여 규산칼슘 수화물과 수산화칼슘을 생성하게 되는데 이러한 반응을 수화반응이라고 하며, 이러한 수화반응을 통하여 초기수화, 응결 및 경화과정을 거쳐 안정한 상태의 수화물이 생성된다. 포틀랜드 시멘트를 구성하는 4대 광물의 비율을 다르게 하여 용도에 맞게 설계된 시멘트가 보통 및 2종∼5종 포틀랜드 시멘트이다. 또한, 백색 포틀랜드 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 C₃A 함량이 높고, 시멘트의 백색도를 증가시키기 위해 산화철이 적은 원료를 사용함으로써 C₄AF 함량이 낮은 것이 특징이다. 한편, 혼합시멘트는 슬래그, 실리카 흄, 플라이 애쉬 등 자체적으로는 수경성을 갖지 않지만 물의 존재하에서 알칼리 자극에 의해 수경성을 갖는 잠재수경성 물질 또는 포졸란 물질을 혼합재로 포함하고 있는 포틀랜드 시멘트를 의미한다.

본 발명에 따른 시멘트계 무기질 도료의 도막 형성기구를 설명하면 다음과 같다.

백색 포틀랜드 시멘트의 주요 구성광물인 C₃S 및 C₂S가 전술한 바와 같이 수화반응을 하면 규산칼슘 수화물과 수산화칼슘이 생성되며, 이중 규산칼슘 수화물이 도막의 바인더 역할을 하는 주체가 된다. 또한, 수산화칼슘은 도막의 표면으로 이동하면서 대기중이나 물에 용존되어 있는 탄산가스와 반응하여 도막 표면에 불용성의 탄산칼슘을 생성시켜 표면을 안정화시킨다. 이때 생성되는 탄산칼슘은 통상 콘크리트 표면에서 중성화되어 나타나는 탄산칼슘에 비해 결정입자가 매우 작고 치밀하며, 초기에 불용화된 도막 표면층을 형성한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 시멘트의 함량은 10∼60중량%인 것이 바람직하며, 도료의 적용 용도에 따라 비교적 적은 양으로도 요구 물성을 발휘할 수 있도록 브레인(Blain) 비표면적 기준 3,000∼10,000㎠/g으로 입도조정된 것을 사용하는 것이 좋다. 이때 입도조정을 통해서 비표면적을 크게 하여 반응성을 증대시킨 경우에는 사용양이 감소되고 매끄러운 도막 표면을 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 도장 작업성이 저하되고 물과 혼합한 후의 가사시간이 저하되는 단점이 있다. 또한, 비표면적이 작은 시멘트를 사용하는 경우에는 반대의 효과를 얻게 되므로 적용되는 용도에 맞게 입도조정 조건 및 함량을 적절히 결정하여 사용하는 것이 바람직하다. 아울러, 주결합재인 시멘트를 사용 함량 및 조건에 맞게 입도조정하여 사용함으로써 별도의 응결·경화시간 조절제를 사용하지 않고도 작업성 및 도막특성을 발휘할 수 있는 장점을 갖게 된다. 뿐만 아니라, 입도조정한 시멘트를 비교적 적은 양으로 사용함으로써 외벽 도장의 경우 시멘트를 다량 사용할 때 나타나는 백화 등의문제점을 해결할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 세라믹 수성 도료 조성물은 합성수지를 주 결합재로 사용하는 일반 도료와는 다르게 세라믹 재질의 입도조정된 백색 포틀랜드 시멘트를 주 결합재로 사용함으로써 기존 도료와는 많은 차이점을 갖는다.

또한, 본 발명에서는 세라믹 재질의 주 바인더가 갖는 재료적 한계를 극복하고 수경성 시멘트 재료의 장점을 유지시키면서 도료로서의 특성을 발현할 수 있도록 잠재수경성 포졸란 재료, 증량제, 분산제, 시멘트용 분말수지, 수용성 폴리머, 백색안료, 유색안료 및 소포제 등의 여러 가지 첨가제를 사용하여 조성물을 제조할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 잠재수경성 포졸란 재료로는 슬래그, 실리카흄, 플라이 애쉬 및 메타 카오린이 있으며, 이들의 입도는 브레인 비표면적 기준 4,000∼15,000㎠/g으로 입도조정된 것이 바람직하다. 상기 잠재 수경성 포졸란 재료는 시멘트의 수화반응시 생성되는 알칼리 이온에 의해 자극을 받아 연쇄적으로 반응을 일으키며 시멘트 입자와 입자사이를 충진시키며 반응함으로써 치밀한 수화물 세라믹 조직을 얻을 수 있는 역할을 함과 동시에, 도료 분말을 물과 혼합하여 사용하는 과정에서의 작업성을 증진시키는 역할을 한다. 이때, 상기 잠재수경성 포졸란 물질들은 브레인 비표면적 4,000㎠/g 미만에서는 포졸란 활성 반응이 지연됨으로써 효과를 기대하기가 어려우며, 15,000㎠/g을 초과하면 슬러리 작업성을 현저히 저하시키는 문제점이 있다. 한편, 상기 잠재수경성 포졸란 재료의 첨가량은 2∼20중량%인 것이 바람직하며, 상기 첨가량이 2중량% 미만이면 첨가량이 적어 효과가 미미하며 20중량%를 초과하면 이에 소량 혼합되어 있는 금속 성분 등의 불순물의 영향으로 도료의 색상발현에 악영향을 미치는 단점이 있다.

본 발명에서 사용되는 증량제로는 도막의 치밀성과 은폐력 및 백색도를 증진시키기 위한 탄산칼슘, 실리카, 소석회 및 활석 분말 등이 있으며, 이를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 그 첨가량은 30∼80중량%인 것이 좋다. 이때, 상기 증량제는 평균입도가 3∼20㎛로 입도조정된 것이 바람직하며, 상기 평균입도가 3㎛ 미만이면 도료 분말과 물과의 혼합이 어려워지고 도막의 초기 경화 불량으로 쵸킹 현상 등의 문제점이 발생하며, 20㎛를 초과하면 도막의 충진 효과가 저하되고 도장면이 거칠어지며 스프레이 방식의 도장 공정에서 노즐이 막히는 문제점이 발생한다.

한편, 본 발명에서는 주 결합재로서 입도조정된 규산칼슘계의 수경성 시멘트를 사용하는 경우에 발생되는 문제점을 보완하여 도료의 접착성, 작업성, 도막의 유연성 및 가소성을 개선하기 위한 보조 결합재 역할을 할 수 있는 시멘트용 분말수지가 사용된다. 상기 시멘트용 분말수지는 도료 분말을 물과 혼합할 때 물에 용해되어 시멘트 수화물 및 기타 무기질 입자 사이의 공극을 메우며 막을 형성함으로써 주 결합재를 보완하는 역할을 하며, 고분자 물질 고유의 가소성으로 인해 세라믹 성분으로는 나타낼 수 없는 가소성을 부여하여 휨강도를 증진시키는 역할을 수행한다. 본 발명에서 사용되는 시멘트용 분말수지로는 아크릴계, 비닐 아세테이트계, 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체, 비닐 아세테이트/아크릴레이트 공중합체, 비닐 아세테이트/비닐 에스테르 공중합체, 비닐 아세테이트/비닐베르사테이트(vinyl versatate) 공중합체, 비닐 아세테이트/비닐 에스테르/에틸렌 3원 혼성중합체(terpolymer), 비닐 아세테이트/비닐 라우레이트/비닐 베르사테이트 3원 혼성중합체, 비닐 아세테이트/비닐 베르사테이트/아크릴릭 에스테르 3원 혼성중합체, 에틸렌/비닐 라우레이트/비닐 클로라이드 3원 혼성중합체, 및 스티렌/아크릴레이트 공중합체 등이 있으며, 이를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 시멘트용 분말수지의 첨가량은 1∼10중량%인 것이 좋고, 상기 첨가량이 1중량% 미만이면 첨가량이 너무 적어 특성을 기대하기 어려우며, 10중량%를 초과하면 수경성 세라믹 재료 고유의 특성을 저하시키는 단점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 세라믹 수성 도료 조성물은 세라믹 성분의 미분말이 주요 구성 성분들로 이루어지기 때문에, 이들 세라믹 분말들이 도료로서의 작업성 및 기능성을 발휘하도록 하기 위한 첨가제가 사용될 수 있다. 특히, 슬러리 상태에서의 특성을 발휘하도록 하기 위한 첨가제로서 분산제 및 수용성 폴리머가 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 분산제는 나프탈렌 술폰산염 포르말린 축합물, 멜라민 술폰산염 포르말린 축합물, 폴리카르복산 화합물, 폴리카르복산 에테르, 방향족 아미노 술폰산 폴리머, 및 리그닌 술폰산의 금속염으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 그 첨가량은 0.1∼5중량%인 것이 좋다. 상기 분산제는 도료분말을 물과 혼합할 때 용이하게 균질혼합 되도록 하고, 혼합한 재료가 분리되지 않고 균일하게 분산된 상태를 장시간 유지시키는 역할을 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 수용성 폴리머는 메틸 셀룰로우스, 셀룰로우스에테르, 폴리 비닐 알콜 아세테이트, 및 폴리 사카라이드로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 그 첨가량은 0.1∼5중량%인 것이 좋다. 상기 수용성 폴리머는 물과 혼합된 다양한 성분이 혼합된 도료가 침전되지 않고 균질한 상태가 유지되도록 하며, 도료에 점성을 부여하여 도장작업 및 도장면에서의 점착력을 발휘하도록 한다. 또한, 상기 수용성 폴리머는 물을 함유하는 보수성을 갖기 때문에 도료의 표면 건조 후에도 도막에 수분을 공급함으로써 수화반응이 지속적으로 발현할 수 있도록 도와 주는 역할을 수행한다. 본 발명에서는 상기 분산제 및 수용성 폴리머를 적정 비율, 바람직하게는 각각 0.1∼5중량%로 첨가함으로써 도료로서의 작업성을 유지시키고 원활한 도막을 형성시킬 수 있다.

아울러, 본 발명에서는 도료의 은폐력을 증진시키기고 백색도를 증가시켜 색상발현이 용이하도록 백색 안료 3∼20중량% 및 유색 안료 0∼10중량%를 각각 첨가하여 도료로서의 다양한 색상을 발현시킬 수 있다. 이때, 상기 백색안료는 루틸 결정상의 이산화티산 및 동등 이상의 능력을 발휘할 수 있는 재료를 사용하는 것이 좋다.

또한, 현장에서 물과 도료분말과의 혼합시 발생하는 기포를 원활하게 제거하기 위해 미네랄 오일계, 실리콘계 및 기타 계열의 소포제를 0.1∼5중량% 첨가할 수 있으며, 상기 소포제를 지나치게 다량 사용할 경우 도료 도막특성 및 색상에 영향을 미치므로 함량을 제한하여 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 성분들을 포함하는 본 발명의 세라믹 수성 도료 조성물은 50∼100중량%의 물과 혼합하여 롤러, 붓, 에어스프레이, 에어리스스프레이 등의 통상적인 도장 공법을 통해서 건조 도막 기준 도막 두께 150∼300㎛로 시공될 수 있다.

그러나, 실제 도장 현장에서는 다양한 방법에 따라 다양한 두께로 시공이 가능한 제품들에 대한 요구가 증대되고 있어 본 발명에서는 특별히 한정되지 않고 다양한 방법으로 시공이 가능한 세라믹 수성 도료를 개발하고자 하였다. 따라서, 상술한 기본 조성물에 통상적으로 평균 입자 크기가 80∼120㎛로 입도조정된, 경우에 따라서는 최대 입자크기가 500㎛ 이하로 입도 조정된 규석, 규사, 석회석 및 돌로마이트 등의 무기질 골재를 외할로 15∼50중량% 더욱 혼합하여 제조함으로써 뿜칠, 미장 등의 시공방법을 통해서 도막두께 0.5∼5mm로도 시공될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존의 합성수지 도료에서 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 경화체 표면에 도장한 경우 이질적인 재료를 코팅함으로써 시간 경과에 따른 접착성능 저하, 피도물 내부 수분의 계면 이동에 따른 수용성 염류 및 알카리 성분 등과의 반응에 의한 도막 부풀음 현상 및 도막분리 현상 등의 열화 현상이 발생하는 것과 달리, 본 발명의 조성물로 제조된 도료를 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 표면에 도장하는 경우에는 형성된 도막이 피도물과 동일 재질이므로 피도물과의 접착성이 매우 우수하며 열팽창 계수가 유사하고, 도막에 통기성이 부여되어 도막 분리 현상이 발생하지 않고 자외선에 의한 열화가 발생하지 않아 고내구성이 발현되는 장점이 있다.

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

실시예 1

브레인 비표면적 6,000㎠/g으로 입도조정된 백색 포틀랜드 시멘트 13중량%, 브레인 비표면적 6,000㎠/g으로 입조조정된 잠재수경성 슬래그 미분말 15중량%, 증량제로서 평균입도 20㎛로 입도조정된 탄산칼슘 분말 53중량%, 시멘트용 분말수지(상품명: Vinapas RI 551Z) 4중량%, 분산제로서 멜라민 술폰산염 포르말린 축합물 2중량%, 수용성 폴리머로서 메틸 셀룰로우스 2중량%, 백색안료 8중량%, 유색안료 2중량%, 및 분말형 소포제 1중량%를 건식으로 혼합하여 제조한 세라믹 수성 도료 분말무게 100중량부에 대하여 물(수도물)을 60∼80중량부로 첨가하여 핸드믹서를 이용해 5분간 균질하게 혼합하여 도료 슬러리를 제조한 후 친환경적 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 롤러를 이용하여 건조도막 두께가 200±50㎛가 되도록 시멘트 성분의 밤나이트판 및 시멘트 모르타르 경화체에 2회 도장하여 시편을 제조하여 도막을 형성시킨 후 도막 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 한편, 도막의 통기성을 평가하기 위해 전자현미경 사진을 통해 미세구조를 관찰하여 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다.

실시예 2

브레인 비표면적 4,000㎠/g으로 입도조정된 백색 포틀랜드 시멘트 50중량%, 브레인 비표면적 12,000㎠/g으로 입조조정된 잠재수경성 슬래그 미분말 3중량%, 증량제로서 평균입도 5㎛로 입도조정된 활석 분말 38중량%, 시멘트용 분말수지(상품명: Vinapas RI 545Z) 3중량%, 분산제로서 폴리카르복산 화합물 1중량%, 수용성 폴리머로서 셀룰로우스 에테르 1중량%, 백색안료 2중량%, 유색안료 1중량%, 및 분말형 소포제 1중량%를 건식으로 혼합하여 세라믹 수성 도료 분말을 제조한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하고 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 3

실시예 2와 동일한 도료 분말 조성에 평균 입자 크기 100㎛로 입도조정된 규사를 무기질 골재로 사용하여 외할로 20∼40중량% 더욱 혼합하여 도료 분말을 제조한 후, 분말 100중량부에 대하여 물(수도물)을 40중량부로 첨가하여 핸드믹서를 이용해 5분간 균질하게 혼합하여 도료 슬러리를 제조한 후, 시멘트 성분의 밤나이트판 및 시멘트 모르타르 경화체에 미장 방식으로 건조도막 1㎜가 되도록 도장하여 도막을 형성시킨 후 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

한국 공개특허 제2000-0017726호에 개시된 실시예 1의 수경성 무기질 도료 조성물의 조성과 동일하게, 백색 보통 포틀랜드 시멘트 75중량%, 슬래그 미분말 8중량%, 시멘트용 분말수지(상품명: Vinapas RI 551Z) 2중량%, 펄라이트 5중량%, 염화칼슘 1중량%, 리그닌술폰산염 2중량%, 이산화티탄 5중량%, 메틸 설룰로우스 1중량% 및 소포제 0.5중량%를 균질하게 건식 혼합하여 도료 분말을 제조한 후, 본 발명의 실시예 1과 동일한 방법으로 특성평가 시편을 제조하여 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

국내에서 일반적으로 사용되고 있는 건축용 백색의 합성수지 에멀젼 페인트(수성 도료)를 시멘트 성분의 밤나이트판 및 시멘트 모르타르 경화체에 롤러를 이용해 2회 도장하여 시편을 제조한 후, 상온에서 충분히 방치시켜 도막을 형성시키고 도막 특성을 평가한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 도막의 통기성을 평가하기 위해 전자현미경 사진을 통해 미세구조를 관찰한 후, 그 결과를 하기 도 2에 나타내었다.

친환경성 및 도막 특성 비교

구분	항목	시험결과	측정방법
구분	항목	실시예 1	측정방법	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
친환경성	VOCs	검출안됨	검출안됨	검출안됨	-	60g/ℓ	ASTM D 3960
도막특성	도막두께	200㎛	200㎛	1,000㎛	200㎛	200㎛	건조도막두께
	부착강도(표준)	16kg_f/㎠	18kg_f/㎠	19kg_f/㎠	15kg_f/㎠	8kg_f/㎠	JIS A 6909
	부착강도(침수)	10kg_f/㎠	12kg_f/㎠	12kg_f/㎠	10kg_f/㎠	3kg_f/㎠	JIS A 6909
	내알칼리성	양호	양호	양호	-	불량	JIS A 6909
	촉진내후성	양호	양호	양호	-	350시간초킹현상발생	JIS A 6909(2,000시간)
	백화발생	양호	양호	양호	불량	-	옥외폭로
	방염특성	0sec	0sec	0sec	-	20sec	직화접촉 후잔염시간 측정
	항곰팡이성	자라지못함	자라지못함	자라지못함	-	곰팡이발생	ASTM G 21

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 도료 조성물을 이용하여 제조된 도막은 친환경적이며, 우수한 도막 특성을 가짐을 알 수 있었다. 즉, 본 발명에서는 주 결합재로서 수경성 규산칼슘을 주성분으로 하는 시멘트를 사용함으로써, 기존 합성수지 에멀젼 도료의 단점인 환경오염성, 접착력, 내후성, 내알칼리성 등의 장기 내구성에 대한 문제점을 근원적으로 해결할 수 있었다. 또한, 규산칼슘계 시멘트의 수화반응시 발생하는 강알칼리 조건에 의해 곰팡이 세균 등의 서식을억제하는 특성을 부여하여 기존 합성수지 에멀젼 도료 도막에서 발생하는 곰팡이 문제를 해결하였다. 또한, 본 발명의 도료 조성물을 이용하여 제조된 도료는 무기질 재료 고유의 방염성을 보유하여 합성수지 도료와 달리 불에 타지 않는 특성을 가짐을 알 수 있었다.

아울러, 본 발명에서는 입도조정된 원료들을 사용함으로써 비교적 적은 양의 결합재만으로도 요구특성이 발휘되었으며, 기존 시멘트계 무기질 도료에서 과도한 결합재를 사용함에 따른 백화발생 등의 문제를 해결하여 외부용 적용을 가능하도록 하였다. 특히, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 기존의 일반 합성수지 에멀젼 도료(수성 도료)를 이용하여 제조된 도막은 통기성 구조가 없는 폐기공 구조를 갖는 반면, 본 발명에 따른 세라믹 수성 도료를 이용하여 제조된 도막은 시멘트·콘크리트와 동일한 성분으로 미세한 다공성 구조에 의한 통기성이 부여되어 도막과 구조물과의 일체화를 이룸으로써 기존의 합성수지 도료에서 발생하는 도박 박리 및 분리 현상을 근원적으로 개선할 수 있었다.

또한, 본 발명의 세라믹 수성 도료는 시멘트·콘크리트 재질 이외에도 석고보드, MDF 판넬, 합판, 밤나이트판 또는 기타 재질로 이루어진 벽체 및 천정 부위에 시공이 가능하며, 우수한 도막특성을 나타낸다.

뿐만 아니라, 본 발명의 세라믹 수성 도료는 국내에서 쉽게 구할 수 있는 저가의 원료를 이용하여 분쇄 및 혼합공정 등의 비교적 단순화된 제조공정을 통해서 생산될 수 있어 경제성 측면에서도 매우 우수한 장점이 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적절한 반응성을 발휘하도록 입도조정된 규산칼슘계의 수경성 시멘트를 바인더로 사용하고, 이에 적절한 분말상의 첨가제를 선택하여 사용함으로써 기존의 수성도료와 유사한 도막특성 및 시공성을 가질 뿐만 아니라, 기존 도료의 단점인 환경오염성, 통기성, 내구성, 내후성 및 내열성 등의 취약한 물성을 해결할 수 있고, 또한 경제성 면에서도 유리한 세라믹 수성 도료를 제공할 수 있다.

Claims

브레인 비표면적 기준 3,000∼10,000㎠/g으로 입도조정된 백색 포틀랜드 시멘트, 보통 및 2종∼5종 포틀랜드 시멘트, 및 혼합 시멘트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 시멘트 10∼60중량%, 잠재수경성 포졸란 재료 2∼20중량%, 증량제 30∼80중량%, 시멘트용 분말수지 1∼10중량%, 분산제 0.1∼5중량%, 수용성 폴리머 0.1∼5중량%, 백색안료 3∼20중량%, 유색안료 0∼10중량%, 및 소포제 0.1∼5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 수성 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물은 평균 입자 크기 80∼120㎛ 및 최대 입자크기 500㎛ 이하로 입도조정된 규석, 규사, 석회석 및 돌로마이트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 무기질 골재를 외할로 15∼50중량% 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 수성 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 잠재수경성 포졸란 재료는 브레인 비표면적 기준 4,000∼15,000㎠/g으로 입도조정된 슬래그, 실리카흄, 플라이 애쉬 및 메타 카오린으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택됨을 특징으로 하는 세라믹 수성 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 증량제는 평균입도가 3∼20㎛로 입도조정된 탄산칼슘,실리카, 소석회 및 활석 분말로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택됨을 특징으로 하는 세라믹 수성 도료 조성물.
제1항에 있어서 상기 시멘트용 분말수지는 아크릴계, 비닐 아세테이트계, 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체, 비닐 아세테이트/아크릴레이트 공중합체, 비닐 아세테이트/비닐 에스테르 공중합체, 비닐 아세테이트/비닐 베르사테이트(vinyl versatate) 공중합체, 비닐 아세테이트/비닐 에스테르/에틸렌 3원 혼성중합체(terpolymer), 비닐 아세테이트/비닐 라우레이트/비닐 베르사테이트 3원 혼성중합체, 비닐 아세테이트/비닐 베르사테이트/아크릴릭 에스테르 3원 혼성중합체, 에틸렌/비닐 라우레이트/비닐 클로라이드 3원 혼성중합체, 및 스티렌/아크릴레이트 공중합체로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택됨을 특징으로 하는 세라믹 수성 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 분산제는 나프탈렌 술폰산염 포르말린 축합물, 멜라민 술폰산염 포르말린 축합물, 폴리카르복산 화합물, 폴리카르복산 에테르, 방향족 아미노 술폰산 폴리머, 및 리그닌 술폰산의 금속염으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택됨을 특징으로 하는 세라믹 수성 도료 조성물
제1항에 있어서, 상기 수용성 폴리머는 메틸 셀룰로우스, 셀룰로우스 에테르, 폴리 비닐 알콜 아세테이트, 및 폴리 사카라이드로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택됨을 특징으로 하는 세라믹 수성 도료 조성물.