KR20040057246A

KR20040057246A - 천연 무기질 도료 조성물

Info

Publication number: KR20040057246A
Application number: KR1020020083876A
Authority: KR
Inventors: 김태균; 이익수
Original assignee: 주식회사 디피아이
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-02
Also published as: KR100506892B1

Abstract

외관이 양호하며 각종 물성과 저장안정성이 우수한 천연 무기질 도료 조성물이 개시되어 있다. 이는 포타시움실리케이트 수지 12중량% 내지 32중량%, 보조 수지 0.5중량% 내지 15중량%, 착색 안료 및 체질 안료 30중량% 내지 60중량%, 습윤분산제, 안정제, 증점제 및 기타 첨가제 0.3중량% 내지 5.0중량% 및 물 20중량% 내지 40중량%를 포함하여 이루어진다. 이러한 도료 조성물은 환경에 유해한 유기 용제 성분을 전혀 함유하지 않으며, 이러한 조성물이 건축물의 내부용 및 외부용 상도 도료로 사용될 때 양호한 건조성, 작업성, 내수성 등을 얻을 수 있다.

Description

천연 무기질 도료 조성물{Natural Inorganic Coating Composition}

본 발명은 천연 무기질 도료 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 포타시움실리케이트 수지를 주성분으로 함유하며 저장안정성이 우수하고 건조성, 작업성, 내수성 및 50℃ 저장안정성이 우수한 천연 무기질 도료 조성물에 관한 것이다.

현재 콘크리트 재료를 주성분으로 하는 건축 구조물은 주로 스티렌아크릴에멀젼계 도료나 비닐변성스티렌아크릴에멀젼계 도료 등을 도장함으로써 미장 효과와 내구성 증대 효과 등을 부여하고 있다. 이런 종류의 도료들은 많은 장점을 갖고 있기는 하나 유기계 에멀젼 상태의 수지를 바인더로 사용하기 때문에 실리케이트 수지를 바인더로 사용하는 경우에 비해 콘크리트 소지내로의 침투 효과가 떨어지고, 결과적으로 소지와의 물리 화학적인 결합력이 떨어진다는 단점이 있다.

즉 에멀젼계 도료는 콘크리트의 표면에 도장되어 약간의 표면 침투 효과만 발휘할 수 있으나 실리케이트계 도료는 콘크리트 기공을 통해 콘크리트 내부까지 쉽게 침투하여 콘크리트 주요 구성 요소인 수산화칼슘과 화학적으로 경화 반응한다. 또한 에멀젼계 도료는 도막을 통한 통기성이 떨어지므로 이로 인해 내곰팡이성과 장기간 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 통기성은 역사적인 건축 구조물에는 필수적으로 필요한 성능인데 수증기나 공기가 도막을 통한 이동시 방해받지 않을 수준의 통기성이 요구된다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법 중 한 가지로 무기질 바인더를 이용하는 방법이 제안될 수 있다. 무기질 바인더는 상기한 유기계 에멀젼 바인더의 단점을 일정 수준 보완할 수 있다. 무기질 바인더중 실리케이트 수지는 실리콘과 산소, 알칼리 금속염으로 구성되어 있으며 이러한 구성요소들은 지구상에서 가장 흔한 물질들로 자연과 환경보호 차원에서 매우 환경친화적이라고 볼 수 있다.

대표적인 실리케이트계 수지로 소디움실리케이트, 포타시움실리케이트, 리튬실리케이트 등이 있는데 이중 소디움실리케이트 수지를 이용한 무기질 도료의 경우, 콘크리트 표면에서 소디움실리케이트의 반응이 비교적 빠르게 일어나는 등 반응성이 균일하지 못하고 미반응 콘크리트 부분을 표면에 남기거나 물과 접촉시 수화된 물질을 형성하여 콘크리트 표면에 백화현상을 발생하는 문제점 뿐만 아니라 경화되는 초기단계에서는 내수성이 현저히 떨어지는 문제점을 갖고 있다.

또한 포타시움실리케이트나 리튬실리케이트 수지를 이용한 기존의 무기질 도료의 경우에는 상기한 소디움실리케이트 수지를 이용한 무기질 도료의 경우보다는 덜하지만 유사한 문제점이 나타나기도 한다. 또한 포타시움실리케이트 수지의 강알칼리 특성과 수지의 형태 구조로 인해 야기될 수 있는 문제점들이 쉽게 나타나기도 한다. 문제점으로는 다른 일반수성계 수지와의 상용성이 떨어지기 때문에 포타시움실리케이트 수지의 단점을 보완해 줄 수 있는 보조 수지를 선택하기 어렵고, 도료화를 위한 안료 분산성 및 장시간의 저장 안정성이 떨어지기 때문에 장시간 저장성시험을 한 후의 도료 상태가 균일하지 못하고 상분리가 된다거나 침전 현상이 심하게 발생하여 사용할 수 없게 되기도 한다. 또한 도막을 형성한 후에도 다시 물과 접촉하면 바인더의 이형 현상이나 도막 강도의 저하 현상 등도 일어날 수도 있다.

포타시움실리케이트 수지를 이용한 기존의 무기질 도료의 경우에는 도료를 제조할 때 방향족 유기 용제를 혼합하여 사용하는 등 수성계이면서도 환경친화적이지 못하다는 결점이 있다. 최근 인류사회에서는 자연과 환경보호 차원에서 유기용제의 사용을 적극적으로 억제하는 방법을 필요로 하고 있다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 건조성, 도장 작업성 및 내수성은 물론이고 50℃ 저장안정성도 우수하면서 유기 용제 성분을 전혀 함유하지 않는 천연 무기질 도료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 도료 조성물을 건축물의 내부용 및 외부용 콘크리트 소지에 도포 및 건조하는 것에 의해 바인더의 이형 현상이나 도막 강조의 저하 현상 등이 나타나지 않는 코팅재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 포타시움실리케이트 수지 12중량% 내지 32중량%, 에멀젼 평균입자경이 50nm∼250 nm 범위인 아크릴/스티렌 공중합체 보조 수지 0.5중량% 내지 15중량%, 착색 안료 및 체질 안료 30중량% 내지 60중량%, 습윤분산제, 안정제, 증점제 및 기타 첨가제 0.3중량% 내지 5.0중량% 및 물 20중량% 내지 40중량%를 포함하는 천연 무기질 도료 조성물을 제공한다.

특히, 상기 포타시움실리케이트 수지는 SiO₂와 K₂O의 몰비(Molecular Ratio)가 2.6~4.0 범위이고, 고형분 함량이 28중량%~32중량% 범위인 것이 바람직하게 사용되고, 상기 보조 수지는 고형분 함량이 48중량%~52중량% 범위이고 최저도막형성온도(MFFT, Minimum Film Forming Temperature)가 -5℃~10℃ 범위인 부틸아크릴/스티렌 공중합체가 바람직하게 사용된다.

상기한 본 발명의 다른 목적은

포타시움실리케이트 수지 12중량% 내지 32중량%, 보조 수지 0.5중량% 내지 15중량%, 착색 안료 및 체질 안료 30중량% 내지 60중량%, 습윤분산제, 안정제, 증점제 및 기타 첨가제 0.3중량% 내지 5.0중량% 및 물 20중량% 내지 40중량%를 포함하는 천연 무기질 도료 조성물을 건축물의 내부용 및 외부용 콘크리트 소지에 도포하는 단계; 및

도포된 조성물을 건조하는 단계를 포함하는 코팅재의 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명에서는 50℃ 저장안정성이 우수한 포타시움실리케이트 도료를 개발하기 위하여 노력한 결과, 기존의 포타시움실리케이트 수지에 비해 저장안정성이 우수한 포타시움실리케이트 수지와 적정량의 보조 수지, 착색 안료, 체질 안료, 습윤 분산제, 안정제, 증점제 및 기타 첨가제를 혼합하여 도료화 하는 방법을 완성하여 제반 물성이 우수하면서도 50℃ 저장안정성이 우수한 신규한 천연 무기질 도료 조성물을 개발하게 되었다.

이하, 본 발명을 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 조성물은 먼저 수지 성분으로서 포타시움실리케이트 수지를 포함한다.

바람직하게는, 포타시움실리케이트 수지는 SiO₂와 K₂O의 몰비(Molecular Ratio)가 2.6~4.0 범위이고 고형분 함량이 20중량%~32중량%인 수지를 사용한다. 가장 바람직하게는 SiO₂와 K₂O의 몰비가 3.2 이고 고형분 함량이 30중량%인 수지를 사용한다. 이러한 수지가 도료 중량을 기준으로 12중량% 보다 적으면 도막 경도가 저하되므로 바람직하지 않고, 32중량%를 초과하면 도막이 쉽게 부서지는 현상이 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 상기 수지의 함량은 12중량% 내지 32중량% 범위가 되도록 하며, 더욱 바람직하게는 18중량% 내지 26중량%로 사용한다.

본 발명의 도료 조성물에 포함되는 두 번째 성분으로서는 보조 수지가 있다. 이러한 보조 수지로서는 고형분 함량이 48중량%~52중량% 범위이고 에멀젼 평균입자경이 50nm~250nm 범위이며 최저도막형성온도(MFFT, Minimum Film Forming Temperature)가 약 -5℃~10℃ 범위인 부틸아크릴/스티렌 공중합체(Butyl acrylate/Stylene copolymer)를 사용한다. 가장 바람직한 보조 수지는 고형분 함량이 50중량%이고 에멀젼 평균입자경이 150nm이고 최저도막형성온도가 약 3℃인 부틸아크릴/스티렌 공중합체를 사용한다.

일반적인 아크릭 공중합체는 포타시움실리케이트와 서로 상용성이 부족하여쉽게 섞이지 않는 반면에 이렇게 제조된 공중합체는 포타시움실리케이트와의 상용성이 매우 양호하기 때문에 이와 용이하게 혼합될 수 있다. 이 경우, 후술하는 습윤 분산제나 안정제를 병용하면 포타시움실리케이트와의 상용성이 더욱 우수해지는 효과를 얻을 수 있다.

상기 보조 수지의 함량은 도료부 중량을 기준으로 0.1중량% 보다 적으면, 도장작업성이 저하될 뿐만 아니라 도막의 백화현상이 생기거나 초기 내수성이 저하되므로 바람직하지 않고, 15중량% 보다 많으면 콘크리트 소지로의 침투성이 떨어지고 통기성이 저하되면서 도막이 부풀어 오르는 현상이 나타날 수도 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 상기 수지의 함량을 0.5중량% 내지 15중량% 범위가 되도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1중량% 내지 7 중량%로 사용한다.

본 발명의 천연 무기질 도료 조성물은 또한 착색 안료 및 체질 안료를 포함한다.

착색 안료로는 주로 백색을 기준으로 이산화티탄을 사용하고 체질 안료로는 도료 산업에서 일반적으로 사용하고 있는 탄산칼슘, 탈크, 알루미늄실리케이트, 마이카, 실리카, 바륨설페이트, 규산마그네슘 등의 원료를 사용할 수 있는데, 이들중 탄산칼슘을 주요 체질 안료로 사용하고 탈크를 보조 체질 안료로 사용하는 것이 내수성과 도장작업성을 고려할 때 가장 바람직하다. 백색 도료를 기준으로 상기 착색 안료의 함량은 도료부 중량을 기준으로 10중량% 내지 20중량% 사용하는 것이 바람직하고, 체질 안료들의 함량은 도료부 중량을 기준으로 20중량% 내지 40중량% 사용하는 것이 바람직하다.

착색 안료와 체질 안료의 총합계 조성은 도료부 중량을 기준으로 30중량% 내지 60중량% 범위가 되도록 하는데, 만약 이의 함량이 30중량% 보다 적으면, 도막의 백색도가 떨어지거나 도막의 은폐 효과가 떨어지므로 바람직하지 않고 60중량% 보다 많으면 도막이 견고하지 못할 뿐만 아니라 부착성, 작업성, 내수성 및 저장안정성이 크게 저하되므로 바람직하지 않다. 따라서 백색 도료를 기준으로 착색 안료와 체질안료의 총함량은 상기한 범위가 되도록 하며 더욱 바람직하게는 32중량% 내지 45중량% 범위로 사용한다.

이밖에 본 발명의 도료 조성물에 포함되는 첨가제로서는 습윤분산제, 안정제, 증점제 등을 사용하고 소포제, 점도안정보조제 등을 기타 첨가제로 사용한다. 습윤분산제로서는 고형분 함량이 약50중량%인 인산염 용액과 쿼터너리암모니움 용액을 각각 도료부 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 0.5중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하고, 안정제로서는 고형분 함량이 약50중량%인 실라놀계 복합안정제를 도료부 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 0.5중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 증점제는 분말상의 히드록시에칠셀루로즈를 물에 용해시킨 용액을 도료부 중량을 기준으로 히드록시에칠셀루로즈 성분 0.05중량% 내지 0.7중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

기타 첨가제로서 소포제, pH조절제 등을 도료부 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 0.5중량% 범위로 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 발명 기술로 제조되는 천연 무기질 도료의 건조성, 작업성, 내수성 및 50℃ 저장안정성을 이하의 실시예로서 더욱 상세히 설명하는바, 본 발명의범위가 이들 실시예에 국한되는 것은 아님이 물론이다.

실시예 1

물 22.7중량%에 증점제로 히드록시에칠셀루로즈(Cellosize ER-4400, 유니온카바이드) 0.5중량%를 투입하여 균일한 투명 용액 상태를 확인한 다음에 습윤분산제로 인산염 용액(Sapetin D20, 웰너실리카트) 0.3중량%와 쿼터너리암모니움 용액(Betolinquart-25, 웰너시리카트) 0.3중량%를 투입하여 균일한 용액 상태로 만들었다. 백색 안료(TiO₂R-902, 듀폰) 12.0중량%, 탄산칼슘(Omyacarb 5, 오미야) 28.0중량%, 탈크(Talc SA-400, 영우켐텍) 7.5중량%를 투입하여 고속분산 하였다. 입도가 6 이상까지 분산한 다음에 보조 수지로 부틸아크릴/스티렌 공중합체(Acronal S-559, 바스프) 6.5중량%, 소포제(Tego-810, 티고) 0.2중량%, 포타시움 실리케이트 수지(Betolin P-35, 웰너실카트) 22중량%를 순서대로 투입하여 균일한 상태가 될 때까지 혼합한 다음에 여과 포장함으로써 초기점도가 90KU, 고형분함량이 58중량%인 천연 무기질 도료를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 물 22.7중량%, 부틸아크릴/스티렌 공중합체(Acronal S-559, 바스프) 6.5중량% 및 포타시움실리케이트 수지(Betolin P-35, 웰너실카트) 22중량%를 사용하는 대신에 물 23.5중량%, 부틸아크릴/스티렌 공중합체(Acronal S-559, 바스프) 7.7중량% 및 포타시움실리케이트 수지(Betolin P-35, 웰너실카트) 20중량%를 사용하여 초기점도가 87KU, 고형분함량이 58중량%인 천연 무기질 도료를 제조하였다.

실시예 3

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 백색안료(TiO₂R-902, 듀폰) 12.0중량%, 탄산칼슘(Omyacarb 5, 오미야) 28.0중량%, 탈크(Talc SA-400, 영우켐텍) 7.5중량%를 사용하는 대신에 백색안료(TiO₂R-902, 듀폰) 18.0중량%, 탄산칼슘(Omyacarb 5, 오미야) 24.0중량%, 탈크(Talc SA-400, 영우켐텍) 5.5중량%를 사용하여 초기점도가 92KU, 고형분함량이 58중량%인 천연 무기질 도료를 제조하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 물 22.7중량%와 포타시움실리케이트 수지(Betolin P-35, 웰너실카트) 22중량%를 사용하는 대신에 물 5.5중량%와 SiO₂와 K₂O의 몰비(Molecular Ratio)가 3.0이고 고형분 함량이 40중량%인 포타시움실리케이트(1K규산카리, H화학) 16.5중량%를 사용하여 초기점도가 84KU, 고형분함량이 58중량%인 천연 무기질 도료를 제조하였다.

비교예 2

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 부틸아크릴/스티렌 공중합체(Acronal S-559, 바스프) 6.5중량%를 사용하는 대신에 고형분 함량이 50중량%, 에멀젼 평균입자경이 500nm, 최저도막형성온도(MFFT, Minimum Film Forming Temperature)가 약 -10℃인 부틸아크릴/스티렌 공중합체(실험실 합성분) 6.5중량%를 사용하여 초기점도가 89KU, 고형분함량이 58중량%인 천연 무기질 도료를 제조하였다

실험예 1

본 발명의 실시예 1-3 및 비교예 1-2에서 제조한 조성물을 실험용 콘크리트시편에 건조 도막 두께가 약 40㎛가 되도록 붓이나 롤러로 2회 도장하여 7일간 건조시킨 것을 시편으로 하였다. 건조된 도막의 성능을 KSM 5000의 시험방법에 따라 건조성, 작업성, 내수성 및 50℃ 저장안정성을 시험 평가하였다. 50℃ 저장안정성은 다음과 같이 평가하였다. 도료 제조후 12시간 후에 초기 KU(Kreb Unit)점도를 측정하고 동일한 도료를 50℃ 항온건조기에 21일간 방치한 후에 KU점도를 측정하여 초기 점도대비 점도상승율로 평가하였다. 시험결과는 아래 표 1에 나타내었다.

천연 무기질 도료의 시험평가결과

구 분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2
외 관건조성작업성	양호양호양호	양호양호양호	양호양호양호	보통양호보통	불량불량불량
내수성	양호	양호	양호	불량	불량
50℃ 저장안정성(점도상승율)	양호(△4.4%)	양호(△4.6%)	양호(△3.8%)	불량(△17.8%)	불량(△30.0%)

이상과 같은 본 발명에 따른 천연 무기질 도료 조성물은 포토시움실리케이트 수지에 적정량의 보조 수지, 착색 안료, 체질 안료, 습윤분산제, 안정제, 증점제 및 기타 첨가제를 혼합하여 제조된 것으로서, 기존의 무기질 도료와 달리 유기 용제 성분을 전혀 함유하지 않으면서도 저장안정성이 우수하다. 또한 상기 표 1에 나타난 바와 같이 외관, 건조성, 작업성, 내수성 등이 양호하고 특히 50℃ 저장안정성 시험에서 초기 점도 대비 5% 미만의 점도상승율을 나타내어 양호한 저장안정성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.

이러한 본 발명의 천연 무기질 도료 조성물은 건축물의 내부용 및 외부용 상도 도료로 사용될 수 있으며, 사용할 때 양호한 건조성, 작업성, 내수성 등을 갖는 코팅재로서 우수한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

포타시움실리케이트 수지 12중량% 내지 32중량%, 에멀젼 평균입자경이 50nm~250nm 범위인 부틸아크릴/스티렌 공중합체 보조 수지 0.5중량% 내지 15중량%, 착색 안료 및 체질 안료 30중량% 내지 60중량%, 습윤분산제, 안정제, 증점제 및 기타 첨가제 0.3중량% 내지 5.0중량% 및 물 20중량% 내지 40중량%를 포함하는 천연 무기질 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 포타시움실리케이트 수지는 SiO₂와 K₂O의 몰비(Molecular Ratio)가 2.6~4.0 범위이고, 고형분 함량이 28중량%~32중량% 범위인 것을 특징으로 하는 천연 무기질 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 보조 수지는 고형분 함량이 48중량%~52중량% 범위이고 최저도막형성온도(MFFT, Minimum Film Forming Temperature)가 -5℃~10℃ 범위인 부틸아크릴/스티렌 공중합체인 것을 특징으로 하는 천연 무기질 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 착색 안료는 이산화티탄이고 체질 안료는 탄산칼슘 및 탈크중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 천연 무기질 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 습윤분산제가 인산염 용액과 쿼터너리암모니움 용액을 포함하며, 상기 안정제는 실라놀계 복합안정제이고, 상기 증점제는 히드록시에칠셀루로즈인 것을 특징으로 하는 천연 무기질 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 기타 첨가제가 소포제, pH 조절제를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연 무기질 도료 조성물.
포타시움실리케이트 수지 12중량% 내지 32중량%, 보조 수지 0.5중량% 내지 15중량%, 착색 안료 및 체질 안료 30중량% 내지 60중량%, 습윤분산제, 안정제, 증점제 및 기타 첨가제 0.3중량% 내지 5.0중량% 및 물 20중량% 내지 40중량%를 포함하는 천연 무기질 도료 조성물을 건축물의 내부용 및 외부용 콘크리트 소지에 도포하는 단계; 및

도포된 조성물을 건조하는 단계를 포함하는 코팅재의 제조방법.