KR20040062466A - 유기계 자체통기형, 1kㆍ수성ㆍ아크릴 - 우레탄 하이브리드 타입, 탄성도막 방수재의 조성과 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기계 수지를 사용하면서 별도의 기공성 필름이나 시트를 첨부함이 없이, 그 자체로 통기성 을 갖는 기능성 방수재의 조성과 이의 제조방법을 제공한다. 더욱 자세하기로는 피도물 인 콘크리트 건축물 구조체에 방수코팅재 를 도포 시 물성면에서 탄성 부족 등 여러 가지로 제한적 성능을 갖는 실리콘이나 실리케이트류 대신, 고탄성ㆍ고신장력의 에스비알 고무(SBR,스타이렌 뷰타디엔 러버) 나 우레탄계 유기질 폴리머를 주 바인더수지로, 여기에 한계 수팽윤성을 가져 도막의 통기성과 방수성을 자동 조절해주는 스타이렌계 아크릴산 알킬에스터 수지를 스톱퍼 바인더로 하며, 특히 칼슘 스테아레이트나 유기 스테아르산으로 표면코팅을 한 마블 필러를 기공재로의 사용과 아울러 ECPVC(Excess Critical Pigment Volume Concentration, 超臨界顔料體積濃度) 방식을 도입, 별도의 기공체의 도입이 없이 방수도막 자체에 미세한 통기공을 내 줌으로서 유기계가 갖는 고탄성은 그대로 살리면서, 무기계와 같은 뛰어난 투습 통기성을 갖는, 방수재료의 조성ㆍ배합 및 그 제조방법의 제공에 특징이 있다.

Description

유기계 자체통기형, 1Kㆍ수성ㆍ아크릴 - 우레탄 하이브리드 타입, 탄성도막 방수재의 조성과 이의 제조방법 {Composition and Manufacturing method of Self- Permeable Organic, 1KㆍWater base Acrylic-Urethane Hybrid, Elastic membrane type Waterproofing material}

본 발명은 하이브리드형 탄성도막 방수재에 관한 것으로서, 보다 상세하기론 이것은 깨짐성이 큰 무기계 방수재와는 달리 깨짐은 없으나 반면 자체 통기성이라곤 전혀 없는 유기계 방수재에, 살아서 숨쉬는 것과 같은 통기성을 불어넣어 주는, 자동조절타입의 자체형 방수재를 만드는 방법에 대한 것이다.

[A-1] 방수의 근본 원리는 수증기의 비산 현상인 투습은 최대로 잘되면서(通氣性) 물이 새는 투수는 절대적으로 막아야 하는(防水性), 극히 이율 배반적인 것이다. 이 두 성능은 서로가 아주 상반되는 성상으로 두 가지 조건을 동시에 만족 시키기란 매우 어려운 일이다. 그래서 일찍이 노아(Noah)가 유사이래 처음으로 키프로스 (Kyprus, Cypress) 나무로 만든 방주(方舟)에 역청물(Tar pitch)로 안팎을 방수칠 (Coating) 하여, 주야창창 내리퍼붓는 폭우 속에서도 물샘 없이 40일간을 버틴 인류최초의 방수후 (인류사상 가장 오래된 역사서인 舊約聖書:創世記 6장14절 참조),오늘에 이르기까지 세계의 유수한 방수 업체들은 이 양극의 합일점을 찾아 내려고 혈안이 되어 있으나 아직도 시원한 해답은 얻어내지 못하고 있는 것이 현실정이다.

[A-2] 이러한 투습과 투수방지(防水)의 동시작용 메커니즘에는 여러 가지 설(說)들이 분분하나, 뭐니 해도 그 중 가장 으뜸은 "사이즈(미세크기)의 이론"이다. 이는 근래의 나노테크(Nano-Tech) 기술에 해당 하는 것으로 즉 사이즈가 나노미터(nm) 급인 수증기는 방수막 밖으로 술술 새 나가면서, 대신 크기가 좀 큰 편인 빗물방울은 턱하니 가로막혀 안으로 새어 들어오지 못하게 하는 언필칭 "체의 원리"인 것이다. 그러나 이것도 기공(구멍)크기의 조절엔 구조상 한계가 있어, 그렇게 뛰어나다는 실리케이트계 무기질 방수재도 며칠씩 비가 내리는 장마철이나, 장대비가 몇 시간은 족히 내리 퍼부어 슬래브 지붕 위에 빗물이 찰랑거릴 정도로 차게 되면, 물은 갑자기 큰 수압을 받고 높은 계면장력 때문에 동그랗든 물방울의 크기와 모양마저 작고 길쭉하게 일그러지면서 무수히 나있는 구체의 구멍 속으로 위로부턴 정압( + 압력)을, 안으로부터는 부압( - 압력)을 쌍으로 받아 솔솔 새 들어가기 시작하는 소위 누수가 일기 시작한다. 이러한 문제점까지 완벽하게 해결 하려면 수압이 걸릴 땐 구멍의 크기가 저절로 좁아져 투수가 어렵고, 비가 그쳤을 때는 구멍의 크기가 원 상태로 되돌아가 수증기의 비산을 쉽게 하는 소위 자동 조절기능 (스톱퍼, Stop per)이 곁들어져야만 비로서 차수(遮水)가 아닌 그야말로 실제적인 방수(防水)가 가능케 된다.

[A-3] 방수도막에서 투습과 투수는 구멍의 크기(기공도)와 습윤도(Wettability), 내수압력, 모세관크기, 표면장력의 대소,그리고 확산속도등에 의해 좌우된다. 콘크리트 건축물 구조체로부터 습기가 잘 날라 갈려면, 기공도는 커야 하고 습윤도와 내수압력은 낮으며 모세관 직경과 표면장력은 크고, 반면 확산속도는 느려야 한다. 방수의 경우는 기공의 흡착 엔탈피나 습기 확산계수치의 가감은 차제 하고 라도, 우선 위의 값들은 반대치가 되어야 한다. 그런데 여기서 가장 중요한 인자는 바로 기공도(Porosity, Permeable pore, 氣孔度)란 것이다. 방수코팅재가 페인트코팅재(도료)와 가장 틀리는 점은, 둘 다 방수성은 최대로 요구하지만, 방수코팅재는 숨구멍이 나있어 투습성(통기 기공성)을 필히 가져야 하는 반면, 페인트는 아주 꽉 막혀 극미량의 투습 조차도 허용해서는 안 된다는 점이다(水分 Barrier性). 이것이 방수재와 페인트의 가장 큰 차이점이다. 이는 바꾸어 말하면 바로 피도물체의 수분 거동 자체가 틀리다는 것이다. 그러나 이러한 차이는 염두에 두지않고 애초부터 공으로 먹을 요량, 페인트의 바인더를 그대로 카피(copy) 하여 출발한 오늘날의 유기계 방수재들은 아크릴, 에폭시, SBR라텍스, PE, PP, PVC 그리고 우레탄 등 어떤 타입을 막론하고 하나같이 숨구멍이라곤 전혀 없는 100% 비통기성(Astomatous)의 도료형 유기계 방수재들로 되어, 도포 후 시간이 지남에 따라 구체로부터 발생하는 수증기를 제대로 날려보내지 못함에, 도막의 들뜸(Bulge & Blister) 및 파단(Tear ing) 불량의 원인이 되고 있는데도, 근본적으로 이러한 점은 개선할 마음이 없고 단지 잿밥에만 눈들이 멀어, 서로 자기네 것을 쫓아 올만한 것이 없다는 자아도취경에 빠져 있는 게 작금의 유기계 방수업체의 실정이다.

[A-4] 방수도막이 안으로부터 발생하는 물기를 밖으로 빼내는 등, 살아서 숨을 쉬려면(Breathable) 먼저 도막에 일정크기의 숨구멍이 나있어 이 구멍으로 물 분자크기의 기체인 수증기는 사알살 새 나가고, 대신 크기가 좀 큰 물방울은 작은 구멍에 걸려 안으로 새어 들어오지 못하게 하는 "거름망의 원리(사이즈의 이론)" 가 적용 되어야 하는데, 이러한 것에는 땀은 새 나가고 빗물은 안 새게 하는 방수 원단의 원조 "고어텍스(Gore-Tex)"란 것이 있다. 이는 원단이 수증기보단 700배나 크고, 물방울보단 20,000배 작은 크기의 뻥튀기형 PTFE제 기공체(氣孔體) 수지재이다.(동종으론 테플론 Teflon-6 이 있음) PE재질로는 테플론과 같은 듀폰사의 타이벡(Tyvek, duPont)이란 하우스랩(House Wrap)재가 있는가 하면, 생리용품(Hygienic Goods)으로 통칭되는 일회용 기저귀(Diaper Pad)나 여성생리대 (Feminine Napkin) 같은 고 흡수성제도 있으나, 이를 코팅재에 사용한 예는 일찍이 아무도 없었다. 왜냐하면 이는 하기의[A-8]과 같은 이유로 이를 해결할 방법이 없었기 때문이다.

[A-5] 도포막에 구멍을 내는 방법으론 송곳 같은 것으로 일일이 펀칭을 하거나 아니면 공장에서 기계적으로 천공(穿孔)한 시트나 부직포를 덧대는 물리적 방법이 있다. 그러나 이들은 덧대는 공정이 복잡하고(파라펫과 특히 굴곡진 부위 등) 또 나노미터(nm)급의 미세공을 일률적으로 뚫기엔 아무리 가공술이 발달하였다 해도 어려운 일이며, 채산성 또한 별로 여서 다른 방법을 강구하지 않으면 안 된다. 하긴 바로 이러한 점의 해결이 어려워, 대다수의 방수 업체들이 여기서 한걸음도 더 이상 진전을 하지 못하고, 제자릴 맴돌고 있기도 하지만 말이다. 한편 결론적으로 말하면, 본 발명에선 앞서 얘기한 사이즈의 이론을 기초로 한 스톱퍼 수지의 발굴 사용과 마블 기공제를 사용한 ECPVC방식을 이용하여 대량 생산이 가능한, 그것도 아주 새로운 기술의 화학적인 방법으로 이러한 점을 해결하고 있는 것이다.

[A-6] 물은 기체 상태인 수증기의 크기가 물 분자와 같은 0.027μm(=2.72X10의-23승mm=27나노미터nm)이고, 물방울의 크기는 클러스터(Cluster)크기가 가장 작아 몸에 아주 좋다는 육각수(Nano Clustered Water)가 수증기의 1,000배인 27μm (=2.72 X10의-20승mm=27,000나노미터nm)대이며, 일반 빗물인 경우는 500μm(=0.5mm=500, 000nm) 에서 큰 것은 무려 1,000μm(=1.0mm=1,000,000nm)까지 산포가 대단히 커서, 그렇지않아도 어려운 나노미터급의 방수를 한층 더 어렵게 하는 요인이 되기도 한다[19]. 어쨌든 투습과 방수의 양면성을 동시에 가져야 하는 유기계 방수막은 여타 요인은 제외하고 단지 기공도 만으로 보았을 때 도막에 난 구멍의 크기가, 수증기보단 훨 크고 물방울보단 작은 140 ~ 190μm사이여야 하며, 제일 좋기로는 160 ~ 180μm의 것이 가장 적절하다. 물질의 크기에 대한 비교는 SI단위를 위주로 알아보면 참고문헌에서도 볼 수 있듯 대단히 유용하고 편리하다.

[A-7] 방수재는 주성분인 바인더수지의 구성에 따라 크게 무기계와 유기계로 나뉜다. 이중 무기계는 다시 분말형과 액상형 침투방수제로 나뉘는데, 전자엔 반응성 활성 실리카류와 반응성 금속 산화물류가 있고, 후자엔 실리케이트류(Na-Silicate, Siliconate, Colloidal silicate, Alkali silicate solution)와 실리콘류(Silicone liquid/Fluid, Silicone rubber, Silane, Siloxane, Organo siloxane) 가 있다. 이렇듯 전ㆍ후자 모두 합하면 종류가 꽤나 되지만 그 어느것을 막론하고 성분 구조상, 콘크리트 구체용 방수재가 필수로 하는 습기투과성(透濕性,通氣性)은 원천적으로 모두 갖고 있어, 도포(施工)후 콘크리트 구체로부터 계속하여 쏟아져 나오는 습기 때문에 방수막이 부풀어 오르는 들뜸 현상따위는 볼 수가 없다. 소위 통기성이더없이 양호하다는 것이다. 그러나 이들 무기계 방수재들은 하나같이 주기율표상 유리와 같은 족속의 재질들이어서 깨지기가 쉬운지라, 여름ㆍ겨울, 밤과 낮의 기온차에 따라 신축ㆍ팽창하는 콘크리트 구체의 거동에 전혀 추종을 하지 못해, 시공 후 한해(四季節)가 지나면, 처음엔 실날 같은 잔금(Hair Crack)이 생기다 곧 이어 큰골이 지는 왕크랙으로 이어지고, 종래엔 도막자체가 쩌억 하고 벌어지는 구체와 함께 시나브로 갈라져 파단(破斷) 되어 버리는 소위 파단 불량의 원인이 되는 치명적인 결함을 가지고 있다.

[A-8] 이러한 문제점을 해결할 방법을 다방면으로 찾든 선진 업체들은 오랜 연구 끝에, 하나 둘 무기계에서 유기고분자계 도막 방수재로의 이행을 감행케 된다. 그러나 세상만사는 상대성 계의 지배 하에 있는지라, 탄성율은 찰고무 같이 쭉쭉 잘 늘어나는 유기계 폴리머수지도 숙명적으론 구조상 기공이 전혀 없는(Non-Porous) 재질이어서, 그 자체 만으론 통기성을 전혀 가질 수가 없다. 이러한 유기계 도막(Film)에 인위적으로 통기성(Permeability) 을 주기위해 플라스틱 업계에선, 흔히"안료중량농도(PWC)"를 높여 먼저 씨구멍(Seed Hole)을 만들고 이를 유발점으로, 필름 연신 시 이 구멍도 같이 늘려 기공을 확보하는 방식을 이용하고 있다. 그렇다면 방수코팅재도 이 방법을 이용하면 되겠다고 생각할 수 있으나 이 방법은 사용상엔 제한이 뒤따라, PE(LDPE)나 PP, PVC같은 고체상 수지계 플라스틱엔 적용이 잘되나, 같은 플라스틱재 이지만 분체도료를 제외한 건축용 도료나 방수재와 같은 액체형 코팅재는 바인더수지의 전색제(展色劑 Vehicle, 비이클)로 꿀렁꿀렁한 액상물을 사용하고 있기 때문에,"계(系)"전체를 고체상의 중량치(무게값:PWC,gr) 방식에서 액체상의 용량치(부피값:V,cm³)로 변환 사용치 않으면 안됨에, 이렇게 되면 다시"임계안료체적농도(CPVC,臨界顔料體積濃度)"란 것에 걸려 씨구멍을 제대로 확보키 위한 적용은 어렵다는 점이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결키 위해 유기질 바인더론 환경 친화성을 위하여 수성이며, 또 사용상 편의성을 위해 이액형(2K)대신 일액형(1K)인, 아크릴-우레탄계 하이브리드 수지와 스톱퍼 기능의 디스퍼젼 수지를 병합 사용하고, PVC가 CPVC보다 훨씬 큰( PVC >> CPVC ) ECPVC계에 안정적으로 적응 할 수 있도록 해주는 에폭시 실레인계 커플링(Coupling)제와 무엇보다 사이징(Sizing) 처리한 안료 및 필러들, 그 중에서도 스테아르산으로 표면 코팅처리한 마블(초크나 라임스톤형이 아님) 필러의 선택사용과 라텍스계 밀베이스(L-M/B)의 변형 제조법이란 신규방법을 창안, 쨍그랑 하고 창유리처럼 깨지지도 않으면서 숨구멍이 숭숭 뚫려있는 그야말로 자체로 통기성이 우수한 유기계 우레탄-아크릴 고분자수지형 탄성도막 방수재의 조성과 이를 만드는 제조법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 유기계 통기형, 수성ㆍ1K 우레탄-아크릴 고분자수지형 하이브리드 타입 탄성도막 방수재(이하 방수코팅재라 칭한다.)의 전체 제조과정을 대별하여 배합설계와 생산부문으로 나누어 검토하였다. 즉 방수코팅재의 원활한 제조를 위해 상기에서도 언급하였듯, 작업특성이 아주 판이한 2부문의 과정을 각기 특성화시켜 심도깊이 연구키 위해, 조성물의 배합설계부문(Design of Formulation)[B]와 생산제조부문(Procedure of Production)[C]로 구분하여 검토하였다는 뜻이며, 그 결과는 다음과 같다.

[B] 조성물의 배합설계부문(配合設計部門) - 코팅재의 조성 및 배합비

미국립페인트코팅협회(NPCA)에 의하면, 코팅재의 구성은 크게 나누어 안료(Pig ment), 수지(Resin, Binder), 용제(Solvent) 그리고 첨가제(Additive)의 4대요소로 대별하고 있으며, NIST(미국립기술표준원) 등과 업계에서도 이것이 정석으로 받아들여져 있다. 따라서 본 발명에서도 성분ㆍ조성을 이에 따라 구분, 이하 그 각각에 대하여 요소별로 기술키로 한다.

[B-1] 주요소 - 수지류 선정의 건

[B-1-1] 유기계 바인더용 수지에는, 그 옛날 바빌로니아인들이 바벨탑을 쌓을 때 방수재로 사용한 역청물(Bitumen)- 보강재론 요즈음의 글라스울 격인 메소포타미아 평원을 사이에 둔 티그리스, 유프라테스강가의 갈대와 함께 점토를 사용 했다함- 이나, 말레이시아 반도에서 주로 나는 천연 고무나무의 라텍스 고무계를 필두로, 카스피해(닥터 지바고에서의 코카서스지방)의 명물 해바라기유나,피마자기름,동유,대두유 및 아프리카 지역에선 지금도 벽재용 바인더로 왕성히 쓰이고 있는 쇠똥구리의 주식인 소똥 따위가 있으며, 또 근세에 들어 합성생산이 되기 시작한 아크릴,에폭시, 폴리염화바이닐, 각종 에멀션 라텍스, 우레탄수지 등 실로 그 종류는 천차만별인데, 이중 현세 들어 가장 널리 쓰이면서 가격과 시공 작업성을 제외하곤 타의 추종을 불허하는 것엔, 최근래의 신예품인 2Kㆍ비황변성 아크릴우레탄 이란 것 까지 나와 있다. 폴리우레탄에서 폴리올(주제부)을 내후성이 월등히 뛰어난 자동차도료용 수지처럼 아크릴수지로 바꾸어 쓴 것이다. 지금은 환경친화성을 위하여 기존의 용제형 대신 수용성으로 또 주제와 경화제를 하나로 합쳐 끓인 1액형(1K)의 것도 출시되어 있다. 그러나 수용성에 그것도 1액형으로 만들다 보니 용제타입의 2액형(2K)보다 내후성과 물성이 떨어져, 이를 보강코자 최근엔 아예 아크릴수지로 공중합 시킨 일심동체형(Hot Blend Type) 의 튀기형수지(Hybrid)까지 출시되어 있는데, 이들은 주로 가구 등의 목공용이나 자동차등의 금속,핸드폰등의 플라스틱 전용이며, 아주 드물게 콘크리트용으로 신축성이 뛰어나게 설계된 제품이 있기도 하다. 본 발명에선 이 콘크리트ㆍ모르타르용 고형분 41%짜리 우레탄-아크릴 하이브리드 디스퍼젼 수지인 와이-41(Y-41)을 특별히 발굴하여 주수지로 사용하였다.

[B-1-2] 한편 유기계 고분자수지형 통기성 방수재를 완성시키기 위하여 연구를 거듭하던 중, 투수의 근본은 섬유직포에서 보아 알 수 있듯 몇 가지 형태의 확산(Dif fusion)으로부터 시작 된다는 사실(메커니즘)을, 므로진스키의 문헌(Mrozinski S. J., "Coated porous materials" 외에도 여러 곳을 통해 알아 낼 수가 있었다(擴散의 重要性). 한편 모리츠 연구원(Mauritz Group)의 샌드라(Dr.Sandra Y.) 박사는,자신의 논문("멤브레인에서 氣ㆍ液體의 擴散")에서 말단 수지가지 (Polymer Chain)의 확산거동(Movement)에 대해 설명하고 있는데, 이는 중요하게도 어떤 특정의 고분자수지는 이러한 거동이 곧 스톱퍼(Stopper) 기능으로 작용하고 있음을 증명하고 있는 것 이다. 하여 그 어떤 수지라는 것을 백방으로 찾던 중, 마침내 "클리어의

물침지 시험(Water Immersion Test of Clear)" 이란 방법을 통하여 고형분 57%짜리 자기 가교형, 스타이렌계 뷰틸화 아크릴산 폴리머 디스퍼젼 수지 "제이(J-57)"를찾아 낼 수가 있었다(표-01 및 시험과정-01 참조).

말단가지(Branch)에 실 날 같은 체인(Chain)발이 나있는 일반 용제형 수지와는 달리, 보통의 미립자형 에멀션이나 디스퍼젼수지는, 겉모양이 맨드롬 한 민짜형이다. 그래서 물과 같은 액체상태 하에서 설령 확산으로 인한 팽윤(뿔어터짐)이 일어나 아주 작은 구멍을 메운다 하드라도, 얼기설기 얼키는 격자모양의 발이 없어, 이를 그대로 통기성 방수재로 쓰면 물방울은 여지없이 그 수지 입자들 틈 사이로 미끄러지듯 타고 들어가(실제론 표면확산 - Surface Diffusion 이 일어나는 것이지만) 마냥 샐 수밖에 없다. 허나 일반 에멀션 수지처럼 순전히 유화제(Emulsifier) 만을 써서 알갱이를 만드는 계면활성제 합성이 아닌, 초고속 기계 분산력에 의해 알갱이를 만드는 디스퍼젼수지 중에서도 특히 자기가교형(Self Cross-linking, 自己架橋型)의 수지(J-57)는, 입자내면에 상호 결합용 체인(발)을 여러 개 가지고 있어 이것이 수팽윤 되면 격자모양(망상 네트워크)으로 부피가 늘어나 구멍 틈 사이를 엇갈리듯 가로 지르면서 좁히므로 서, 큰 물방울이 새어 들어오지 못하게 정지(Stop)시키는 역할을 한다는 것까지 알아 낼 수가 있었다. 그런데 문제는 여기서 가수분해(Hydrolysis)나 무한팽윤에 의해 완전히 풀어져 버리는 해리품(Dissociation)은 많이 알려져 있으나, 이는 모두 용해품이라 사용이 불가하고, 일정한 크기로 부풀면 그 이상은 부풀음이 저절로 그쳐버리는 유한(限界) 팽윤성품 이어야 한다는 것 이다. 이를 위해 가교 밀도차에 의해 유한 팽윤성을 갖는 수팽윤성 우레탄고무 지수제나, 아크릴아마이드형 차수제 타입의 방수제도 찾아 보았으나, 팽윤조절 정밀도가 크게 떨어져 자동조절 기능이 없음에 본 발명용 용도로는 사용이 곤란하였고,가장 적합한 것은 역시 상기의 J-57 수지였다.

표 - 01. 스톱퍼(Stopper)수지 발굴용, 물침지성 대비 시험결과

순	공시료명 Resin(Solid%)	수침지48시간후길이변화율	연화정도	색조변화	수침지 전직경(mm)	수침지후직경(mm)	비 고Remark	성형량(g)
00	SAP,HS-740S	Dissociation	X~X	X~X	Powder	∞	松原産業,高吸收性樹脂	Wt.
01	HYREX-WPM-35	4.25 %	△	◎	70.6	73.6	普光化學,우레탄수지	17.14
02	Hybrid-Y-41	6.10 %	△	◎	70.5	74.8	Aero Products	14.63
03	SA-381-55	6.83 %	△~○	○	70.3	75.1	水山高分子,하이브리드	10.91
04	Primal-EC1791	10.68 %	△~○	○	70.2	77.7	Rohm & Haas	10.91
05	Acronal-296D	15.00 %	○	○	70.0	80.5	BASF	12.15
06	Disper-J-57	37.57 %	◎	△	70.0	96.3	Badische JPN	10.47

(여기서, ◎ : ○ : △ : X : XX 는 각기 수, 우, 미, 양, 가를 뜻한다.)

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전자저울 상에서 직경 51mm 원형 유리 샬레(Schale)에 각각의 공시료 원액을 테두리에 묻지않도록 중앙부 부터 가만히 따라 부으면서 배합대로 칭량한다. 이때 서로의 도막두께를 맞추기 위해 성형용 각 공시료량은 불휘발분을 기준으로 각기 환산하여 주었다. 다음 실험실의 상온ㆍ습도(15~22℃ x 55~65%RH) 하에서 168시간 정치, 자연 건조 시켰다.(이때 약 120시간째부턴 가장자리에서 끝이 줄어드는 게 보이기 시작, 즉 5일째가 지나면서 SA-381,EC-1791,A-296D와 D-J-57수지는 약간의 힘을 주면 샬레로부터 시험편이 쉽게 박리 될 수 있음이 관찰됨). 이들을 다시 49~51℃의 진공오븐에서 24시간 가온 건조 시킨 후 꺼내어 실온에서 3시간동안 방냉 하였다. 이어 캘리퍼스로 직경을 잰 후(이때 두께는 1.5mm정도 였음), 증류수가 2/3가량 담긴 18 리터 들이 플라스틱 캔에 침적 시키고, 48시간 지난 뒤 꺼내어 "크리넥스"(유한킴벌리,Kleenex Facial Tissues Collection)로 가볍게 닦은 다음, 즉시 늘어난 길이를 노기스로 측정하였다. 이 실험에서 결론은 지난번 간이 실험에서의 결과처럼, J-57수지는 고 흡수성 수지와 같이 완전해리가 아닌 마치 가수분해가 큰 저가교 밀도품처럼 일정율 동안 팽창 타간 자체적으로 멈춰 서는 스톱 특성을 재현하였기, 다른 비교품(공시료) 을 제치고 이를 스톱퍼 기능의 바인더 부수지(Sub-Binder)로 채택, 사용키로 하였다. 이렇게 하므로 서 본 방수코팅재에서 사용할 주ㆍ부 바인더수지의 선택은 수 차례의 실험결과에 의거, 상기와 같이 Y-41과 J-57로 모두 정할 수 있었다.

[B-1-3]한편 J-57수지의 또 다른 숨은 기능의 하나로는 내극저한성(耐極低寒性) 도막성능을 제공한다는 것이다. 건축물 구조체의 콘크리트는 특히 새로 지은 초기년도의 구체는, 여름날을 지나 동절기 혹한의 기후상태 하에선(-25℃ 기준) 엄청 크게 부피수축을 하여 서로간 팽팽하게 땅길 대로 땡기다 급기야 극한점을 지나게 되면 어떤 방향으로 간에 곧잘 금이 가고(Hair Cracking), 심해지면 볼펜따위가 통째로 들락날락할 정도로 쫄아 들며 아주 심한 부위는 아예 왕창 갈라져 버리기도 한다. 특히 흑룡강 유역의 극한대 지방에선 콘크리트 타설 공사 시 펌핑 및 레벨링 작업성 때문에(슬럼프의 높이를 낮추느라) 곧잘 과량의 물을 쓰게 되는데, 이러면 이 수축율은 더욱 커져 거의 손바닥이 드나들 정도로 쩌억쩍하고 벌어져 버린다고 한다. 이럴 때 마다 틈새 메꿈용 조인트실러 등으로 메꿈질을 해보지만 이것이 시도 때도 없이 어느 방향이고 간에 갈라지는 넓은 면적에서의 크랙킹을 일일이 커버하기란 매우 당치않은 노릇이란 것이다. 여기에 쓰이고 있는 것들로는 아크릴, 에폭시, SBR라텍스, PE, PP, PVC 그리고 우레탄 등 내노라 하는 유기수지계 방수재들이 무수히 많으나 이들은 한결같이 순간대응력(一時延伸率)은 뛰어나나, 장기지속율 및 타 구성체와 혼합 사용시 그 성능은 형편없이 떨어져 결국은 소용가치가 없음에, 업계에선 어느 회사고 간에 이의개선을 "소위 극저한용 방수재"를 부단히 찾고있는 중이기도 하다. 여기서 본 스톱퍼 수지의 또 하나의 큰 기능은 에멀션 또는 디스퍼젼형이면서 자기가교형 발을 가지고 있는 타입이라 저온 지속연신율(低溫 持續延伸率)이 커, 우리나라의 한겨울철(-25℃)과 여름철(39℃) 의 큰 온도차(무려 64℃나 됨)에 따른 콘크리트 구체의 신축거동에 대한 추종성을 극명하게 갖추고 있는 수지이기도 하다. 이는 일반에서 얘기하는, 곧 사용 수지의 유리전이온도 (Tg, 琉璃轉移溫度)만 낮다고 다 되는 것이 아니라는 것을 극명하게 보여주고 있다.

[B-2] 주요소 - 안료ㆍ필러류 선정의 건

다음은 안료ㆍ필러의 선택 과정이다. 비통기성 유기 박막 필름을 통기화 시키는 방법에는 수지에 과량의 안료를 가하여 안료:수지비(P/B)를 높이면 안료와 안료 사이에 씨구멍인 미세공극(Void)이 생기게 되는데, 이 공극들은 필름을 뽑을 때 적정조건으로 캘린더링(Calendering) 하면, 연신방향으로 쭈욱 늘어나면서 작은 구멍도 같이 따라 늘어나 큰 구멍이 무수한 막으로 뽑히게 하는 원리인 것이다. 이 방법은 주로 폴리올레핀계 수지(PE,PP수지)에 습윤제,활제,성핵제(Nucleating Agent)같은 첨가제를 기공제와 함께 넣고 캘린더링 시키는 것으로, 기공제엔 여러 가지 안료 중 특정한 필러(예로 바라이트, 칼사이트, 탤크 따위) 들이 있다. 이 방법에 의해만들어지는 기공성 제품들엔 알기쉽게론 나사(NASA)의 항공우주복을 위시로, 하우스랩이나 기저귀 생리대, 원전이나 사스(SARS)용 보호복과 농사용 비닐하우스랩 등이 있다.

[B-2-1] 이처럼 고체상의 수지를 사용하여 혼련 사출(Compounding extrusion, 混練)하는 PWC방식은 캘린더로 맞바로 필름을 뽑아 낼 수가 있어 고체상의 경우에선 매우 유용하나, 액체형 코팅재인 페인트나 방수제는 이 압출 성형법 으론 캘린더링 자체가 불가능하다. 그래서 본 발명에서는 PVC는 CPVC를 넘어서야 기공을 확보 할 수 있다는( PVC>>CPVC ) 패튼(Patton,C.Temple) 의 주장에 따라, 안료를 과량으로 사용 하는 것은 같으나, 위에서와 같은 중량(고체상의 무게)방식이 아닌 용량(액체상의 부피)방식의 PVC를 먼저 구하고, 이로부터 CPVC를 구한다음 다시 라텍스계에 맞는 엘시피브이시(LCPVC)를 구하고, 마지막으로 ECPVC방식을 적용해 이 문제를 해결코자 하는 것이다.(ECPVC의 要諦는 CPVC를 지나 變曲點 직전까지 P/B를 한껏 높이는 것으로, 過剩으로 안료를 가하기 위해 제반 조건을 변형시켜야 하기때문에, 자칫 깨지기 쉬운 계의 상태를 CPVC상태 하처럼 원만토록 만드는, 즉 왜력점-歪力點을 낮추는 것임) 한편 본 발명에 사용된 공식들은 다음과 같다.

- PVC = Vp / (Vp + Vb) ; Vp: 안료의 부피, Vb: 바인더의 부피 . . . .공식 - (1)

- CPVC = 1 / 1 + (OA x ρp / 93.5) ; OA: 안료의 흡유량치,ρp: 안료의 비중-(2)

- LCPVC = 1 / 1 + (OA x ρp / 93.5 x e) ; e = 라텍스바인더의 효용치계수 - (3)

- ECPVC = PVC >>> CPVC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4)

한편, 이처럼 ECPVC방식을 만족 시키려면 한 예닐곱 가지 주요인자의 선택 사용이중요한데 이를 요약하면 다음과 같다.

[B-2-2] 첫째는 사용할 안료 및 필러의 입자형상(Particle Shape)의 선택이다. 입자의 형상을 대분 하면 구상(Sphere),정육면체 (Cube),직육면체(Cuboid, Block),판상(Platelet, Flake, Platy) 그리고 섬유( Fibre)상으로 구분 하는데, 이를 조금 더 세분하면 판상형(Platelet) 만 해도 잎새형(Leafy),박편형(Lamelliform),플레이크형(Flaky),판재형(Sheetlike) 등으로 나뉘어 이들을 온전히 제대로 구분 하려면 대단히 복잡해진다. 한편 EPVC방식에 가장 적합한 것으론 구상(球狀)이 제격인데, 이는 공급 및 사용상에 어려운 점이 많아 힘들고, 그 다음이 자체 패킹 공극율(Packing Factor)이 가장 적다는 정육면체 큐브형의 것이다. 이를 위해 여러 가지를 찾아본바 칼사이트중 특정한 형태 즉 마블급이 이에 해당됨을 알 수 있었고, 이것에도 여러 가지 그레이드가 있어 이 역시 면밀히 검토한바, 사이징 처리를 하여 액상용코팅재의 기공재로 딱 맞는 것이 있음에 이를 선택, 사용 하였다.(탤크는 대표적인 판상형이라 이러한 육면체의 것과 섞어 쓰면 서로 오버랩 되어, 둘 중 어느것도 기공제 역할을 제대로 하지 못하므로 사용에 세심한 주의가 요구된다) [B-2-3] 입자형상과 함께 항상 짝으로 움직이는 것에 면상 대칭비(Aspect Ratio) 란 것이 있다는 것은 동업계 당업자라면 당연 기 주지의 사실이다. 전방향 연신도 때문에 규회석(Wollastonite,규산칼슘,CaSiO)을 제외하곤 이 값이 1.0에 가까운 것을 쓸수록 가장 좋다. 어떤 특정한 마블형 칼사이트는 이 비율이 거의 1.0 에 가깝다. 여기선 우정 이러한 것을 골라 썼다(원석은 미켈란젤로의 조각으로도 유명한 이태리산의 대리석암 임).

[B-2-4] 같은 안료나 필러 라면 흡유량치(OA, Oil Absorption Value)는 낮은 것이 좋다. 흡유량치가 낮으면 낮을수록 안료나 필러의 충진율이 높아지고, 그러므로 서 공극에 의한 기공율이 커지기 때문이다. 그러나 바라이트( Baryte,重晶石,황산바륨,BaSO₄)의 경우는 흡유량치가 9~11일 정도로 아주 낮은데도 자체의 비중이 워낙 무거워, 종반 이후에 필요한 PVC값으로 치환하면 오히려 칼사이트보다 훨 낮아지며(PVC치는 높을수록 좋다), 반면 탤크(Talc)의 경우는 흡유량이 바라이트보다 4배나 높은 41정도이고 대칭비도 3.9에 가까우며 무엇보다 형상이 판상(Flake)이라, 다른 안료들을 심하게 간섭하기 때문에, ECPVC방식에 사용하는 것은 부적절하다. 이외에도 여러 가지 필러가 있어 면면히 검토해 봤으나 형상이나 대칭비, 흡유량 그리고 PVC가 ECPVC방식에 두루 알맞은 것은 역시 마블급 칼사이트인 대리암 뿐이었다.

[B-2-5] 우리가 흔히 사용하는 필러중 칼사이트(Calcite,方解石,탄산칼슘,CaCO₃)에는 그 구조적인 성능에 따라 백아암(Chalk, Whiting),석회암(Limestone) 그리고 대리암(Marble)의 3종류가 있다. 이중,백악은 유공충(有孔蟲)이나 코코리쓰 (Cocolith) 또는 쥬라기(Jurassic)전인 백악기의 나노플랑크톤의 사체(死體)가 해저에 단순히 퇴적하면서 켜켜이 그러면서 헐렁하게 쌓인 것으로, 그래서 조금만 힘을 주어도 똑하고 분질러져 버리는 분필(Chalk, 白墨) 바로 그것과 같은 칼사이트로, 결정구조가 덜 성장해 기공제로는 사용이 불가능하다.

석회암은 백악보단 결정구조가 훨씬 발달 하였으나 대리암에는 못 미치는 것으로, 우리나라 탄산칼슘 광물의 대부분이 이에 속한다. 한편,대리암(Marble, 代理岩)은 백악(Chalk, 白堊)이나 석회암(Limestone, 石灰岩)이 깊디깊은 땅속에서, 심연(深淵)으로부터 나오는 고열과 고압을 받고 구조가 물리적뿐 아니라 화학적으로도 완전히 단단하게 변성된 것으로, 결정구조가 셋중 가장 치밀하게 숙성 되었으므로 본 방수코팅재의 기공재로 제일 유용하다고 할 수 있다.

[B-2-6] 입자의 형상이 정해지면 다음은 모르폴로지(Morphology,입자의 형태)를 잘 선택 하여야 한다. 천연의 노천광이나 동굴광에서 채광하여 단순히 곱게 분쇄만 한 그라운드형 칼사이트(GCC,Ground Calcium Carbonate,天然産方解石)는 침강형 칼사이트(PCC)에 비하면 표면이 매우 거칠다. 게다가 광석을 곱게 빻는 분쇄기의 종류(크러셔,그라인딩밀 따위)에 따라 분쇄물 입자 개개의 형태는, 삐죽 삐죽한 별 모양부터 둥그런 빵떡 모양까지 매우 다양하다. 이들의 차이를 수치적으로 표현 하는 데는 질소가스 사용의 비이티법(BET表面積法)외, 일반적으론 비표면적(Specific Surface Area; m²/g)을 많이 사용하고 있다. 똑 같은 크기로 빻았어도 이 수치가 낮으면 빵떡처럼 곱다랗게 갈은 것이고, 수치가 높으면 깨진 유리조각처럼 몹시 삐죽 삐죽하게 갈은 것을 의미한다. 곧 심하게 스매싱(Smashing;두들겨 깸)을 하여 빻았다는 뜻이다. EPVC를 만족 시키는 데에는 이수치가 낮은 것 일수록 좋다는 것은 두말할 나위가 없는 당근이다.

[B-2-7] 입자경이 작은 제품들은 빻고 나서 창고에 상품으로 보관 시, 멀쩡히 잘 있다가도 툭하면 자기네끼리 곧잘 들러 붙어버리는 소위 재응집(Agglomeration,2次 凝集) 현상이 심하며(고운 밀가루일수록 서로 응어리가 잘지는 현상), 이는 코팅재로 만들어 두어도 마찬가지이다. 방수재에선 분산작업의 핵심인 이점을 해결하려면 적심제(濕潤劑)나 분산제(分散後安定劑)를 잘 골라 쓰는 방법이 있긴 하나, 이는외부 첨가형이라 어느 정도 한계점이 있어 완전치가 못하고, 근본적으론 원천 메이커에서 광석을 곱게 빻을 때부터 한몸처럼 내재형태가 되도록 각종약제로 사이징 처리한, 소위 표면에 코팅 처리 시킨 안료나 필러를 골라 사용할 일이다 (表面코팅 處理品). 본 발명에선 이의 발굴 사용이 필수이며, 요체(核心)이다.

[B-2-8] 다음은 사용할 안료와 필러의 입자크기의 선택 문제이다. 특히 주기공제로 작용할 필러의 입자경은 매우 중요하여 되도록이면 사용되는 수지의 입자경에 최대한 가까운 것을 택하여야 한다. 그러나 여기서 무엇보다 중요한 것은 크기라 하여 기공재인 필러의 평균입자경(MD50,Mean Particle Diameter)이 어느 정도인가가 하는 것만이 문제가 아니라, 톱커트(Top cut)입자경도 얼마짜리인가 하는 것 이다. 같은 오미아카브#1티(Omyacarb#1T)급이라도 평균입자경은 둘다 1.4미크론이지만, 오미아도이칠란트제품은 톱커트가 8미크론이하 인데 비해, 오미아코리아제품은 무려 2배에 가까운 15미크론이나 된다. 이는 기공제에선 완전히 다른 물질로 간주된다. 따라서 오버사이즈를 잘 커트(Cut)한 적정품의 선택사용이 요구된다.

[B-2-9] 이상의 제반 팩터를 다각도로 조합하여 신중히 검토한바, 가장 적합한 기공제론 오미아사의 오미아필름-오엠 이었으며, 동등품으론 캐롤리쓰 #1티-에이브 이(Carolith #1T-AV)가 있어 본 실험에서는 이를 사용 하였다.(D50% = 1.7μm , D98% = 7μm , Ry = 95 %)

[B-2-10] 이렇듯 제반 인자들이 제대로 다 선정 되었으면 다음은 궁합제(配偶劑)라고도 불리는 커플링제의 선택이 남아있다. 무수한 커플링제중 본 발명의 계(수성바인더와 사이징한 안료ㆍ 필러간)의 조성 및 ECPVC방식을 만족 시키는 것으론 타이타네이트나 실레인계가 적합하며, 티타본드 티-50이나 아미노에틸 아미노프로필 트리메톡시 실레인(Aminoethyl aminopropyl trimethoxy silane), 또는 3-글리시드 옥시프로필 트리메톡시 실레인(3-Glycid oxypropyl trimethoxy silane)같은 올가노 활성 실레인이면 어느것이라도 좋다.

[B-2-11] 한편, 본 코팅재는 착색을 위해 백색안료로 타이타늄 다이옥사이드( TiO₂)와 아연화(Zinc Oxide,ZnO)를 사용하는데, TiO₂는 금홍석이나 예추석형으로서 수성 전용으로 나와 있는 것 대신, ECPVC 때문에 알루미나로 표면을 사이징 처리한 염소법 타입의 R-700급 금홍석(OA=13.5)을 사용하며, 아연화는 우리나라의 KS-1호도 있지만, 사용본연의 목적상 햇빛으로부터 도막을 보호키 위해 자외선 차단능이 일기 시작하는 입자경 10옹스트롬대(자외선차단제형)로서, 표면은 역시 프로피온산 (Propionic acid)으로 사이징 처리한 펠레트상(Pellet,파우더상이 아님) 캐독스 (KADOX)를 특별히 발굴, 선택적으로 사용 하였다.

[B-2-12] 그리고 본 코팅재는 CPVC를 넘어선 ECPVC상태라 도막의 인장력이 떨어지는 상태이므로 이를 보강 개선키 위해, 부작용이 있는 수지형 대신, 장침상(Long-Needlelike)의 안료형 보강제인 규회석(Wollaston경이 최초로 발견 했다는 Wollastonite임)을, 그것도 면상대칭비(A/R)가 적어도 장/경(L/D) = 22:1 이상이어서 글라스울처럼 완전 장섬유상 이면서 역시 유기표면처리제로 사이징 처리한, 나이코사의 월라스토코트#400이란 것을 찾아 사용하므로 서, 단순 증량제(Extender)가 아닌 순 기능성 필러의 역할을 하도록 하였다.

[실시 예]

이하 실시, 비교 및 실험 예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 기술하지만, 본 발명은 반드시 이에 의하여 제한되는 것은 아니다.

한편,이상의 조사 및 데이터들을 근간으로 이들의 조성ㆍ성분에 대한 특성을 엄밀히 검토, 상호 대비하여 배합 설계에 착수 하였으며, 결론부터 도출하자면 그 결과는 다음의 "실시 예","비교 예","실험 예"에서 표하는 것과 과 같다. 특히 제조공정은 하기의 "제조방법"을 따랐으며, 공시품(供試品) 대비 비교품은 다른 팩터는 그대로 두고 단지 수량만 환산하여 주었다.

[실시예 1]

시험배합 - # 01 : 먼저 준비된 분산기의 내부를 배합표 상, (01)항의 이온교환수 (D.I.W) 3부로 함뿍 적신다. 다음 배합표 공정항의 M/B원료들을 순서대로 하나씩 계량하여(전자저울사용) 집어넣는다. 이때 착색제이자 은폐용인 금홍석은 듀폰사의 Ti-Pure로서 여러 그레이드중 R-700을 4.6부 택해 가하고, 자외선 차단제인 아연화는 미국 ZCA사의 캐독스를 3.0부 가하며, 주종 원료인 중탄(重炭)은 캐롤리쓰-1T #AV를 31.0부 가하고, 신장력 보강제인 규회석은 미국 NYCO사의 월라스토코트 #400메시급을 2.4부 가한다. 이렇게 밀베이스용 원료(M/B)들의 투입이 끝나고 나면, 임펠러를 거치 시키고 350RPM정도의 저속으로 45분간 전분산 시킨다. 이후 자연상태에서 60분간 정치 시킨다(자연숙성 1시간). 다음은 그라인딩 공정으로, 카울레스 디졸버의 최적분산상태로 세팅된 조건 하에서 분산입도가 헤그만 입도계로 5.5가 나오도록 교반ㆍ분산시킨다.(Morehouse의 W-12-2.0 Lab일 경우 5,500RPM에서 95 ~ 115분 정도 갈면 이 수치 내로 들 수 있다.) 상기의 밀베이스 분산작업이 끝나면바로 파포(破泡)용 소포제인 NXZ을 넓게 펼쳐 가하고, 또다시 거품이 안 일도록 저속 교반 시키면서, 생성된 기포를 되도록 단시간 내에 꺼 춘다. 다음 렛다운(L/D)부의 원료들을 순서대로 가하고 충분히 섞였다고 판정 될 때 까지 믹싱한다.(W-12의 경우 350RPM x 29분간 교반) 다음 2 ~ 24시간 실내에서 자연정치, 2차 숙성 시킨뒤 200목체(220Mesh Sieve)로 거른 후 포장한다.

[실시예 2]

시험배합 - # 02 : 먼저 준비된 분산기의 내부를 배합표 (01) 항의 이온교환수 (D.I.W) 3부로 흠뻑 적신다. 다음 배합표상 공정항의 M/B원료들을 순서대로 하나 하나씩 계량하여(전자저울사용) 집어넣는다. 이때 착색제이자 은폐용인 금홍석은 듀폰사의 Ti-Pure, 여러 그레이드중 R-700을 3.747부 택해 가하고, 자외선 차단제인 아연화는 미국 ZCA사의 캐독스를 2.445부 가하며, 주종 원료인 중탄은 캐롤리쓰-1T #AV를 25.253부 가하고, 신장력 보강제인 규회석은 미국 NYCO사의 월라스토코트 #400메시급을 1.955부 가한다. 이하는[실시예 1]과 같다.

[실시예 3]

시험배합 - # 03 : 먼저 준비된 분산기의 내부를 배합표 상 (01) 항의 이온교환수 (D.I.W) 3부로 담뿍 적신다. 다음 배합표 공정항의 M/B원료들을 순서대로 하나 하나씩 계량하여(전자저울사용) 집어넣는다. 이때 착색제이자 은폐용인 금홍석은 듀폰사의 Ti-Pure,여러 그레이드중 R-700을 5.452부 택해 가하고, 자외선 차단제인 아연화는 미국 ZCA사의 캐독스를 3.556부 가하며, 주종 원료인 중탄은 캐롤리쓰-1T #AV를 36.774부 가하고, 신장력 보강제인 규회석은 미국 NYCO사의 월라스토코트#400메시급을 2.848부 가한다. 이하는[실시예 1]과 같다.

[실시예 4]

시험배합 - # 04 : 먼저 준비된 분산기의 내부를 배합표 (01) 항의 이온교환수 (D.I.W) 3부로 흠뻑 적신다. 다음 배합표상 공정항의 M/B원료들을 순서대로 하나 하나씩 계량하여(전자저울사용) 집어넣는다. 이때 착색제이자 은폐용인 금홍석은 듀폰사의 Ti-Pure,여러 그레이드중 R-700을 8.527부 택해 가하고, 자외선 차단제인 아연화는 미국 ZCA사의 캐독스를 5.561부 가하며, 주종 원료인 중탄은 캐롤리쓰-1T #AV를 57.462부 가하고, 신장력 보강제인 규회석은 미국 NYCO사의 월라스토코트 #400메시급을 4.449부 가한다. 이하는[실시예 1]과 같다.

[실시예 5]

시험배합 - # 05 : 먼저 준비된 분산기의 내부를 배합표 (01) 항의 이온교환수 (D.I.W) 3부로 흠뻑 적신다. 다음 배합표 공정항의 M/B원료들을 순서대로 하나 하나씩 계량하여(전자저울사용) 집어넣는다. 이때 착색제이자 은폐용인 금홍석은 듀폰사의 Ti-Pure,여러 그레이드중 R-700을 11.22부 택해 가하고, 자외선 차단제인 아연화는 미국 ZCA사의 캐독스를 7.317부 가하며, 주종 원료인 중탄은 캐롤리쓰-1T #AV를 75.609부 가하고, 신장력 보강제인 규회석은 미국 NYCO사의 월라스토코트 #400메시급을 5.854부 가한다. 이하는[실시예 1]과 같다.

다음에 이의 배합 및 성능 시험 결과를 표로 정리하여 하기와 같이 적는다.

(배합 예) 표-02. 배합 - #01 ~ #05 (단위 : 중량부)

순	공정	조성ㆍ성분(원료)	배합-011.87:1	배합-021.52:1	배합-032.22:1	배합-043.46:1	배합-054.55:1	비 고 원료상품명
01	M/B	이온교환수	3.000	3.000	3.000	3.000	3.000	D.I.Water
02	M/B	하이브리드수지,분산용	20.000	20.000	20.000	20.000	20.000	Hybrid Y-41
03	M/B	계면장력저하용 조막제	0.800	0.800	0.800	0.800	0.800	Hansol V-2
04	M/B	습윤제	0.430	0.430	0.430	0.430	0.430	Surfinol 485W
05	M/B	분산안정제	0.400	0.400	0.400	0.400	0.400	O-831-30
06	M/B	커플링제	0.450	0.450	0.450	0.450	0.450	Z-6040-95
07	M/B	억포용 소포제	0.150	0.150	0.150	0.150	0.150	NXZ
08	M/B	체질안료 전용 분산제	0.120	0.120	0.120	0.120	0.120	KTPP
09	M/B	침강 방지제	0.070	0.070	0.070	0.070	0.070	BenAqua-4000
10	M/B	타이타늄다이옥사이드	4.600	3.747	5.452	8.527	11.220	R-700
11	M/B	코팅처리 아연화	3.000	2.445	3.556	5.561	7.317	Kadox-911CP
12	M/B	사이징처리 마블	31.000	25.253	36.774	57.462	75.609	CAROLITH-1T
13	M/B	표면처리 규회석	2.400	1.955	2.848	4.449	5.854	WOLLASTOCOAT
14	L/D	이온교환수	5.480	5.480	5.480	5.480	5.480	D.I.Water
15	L/D	파포용 소포제	0.150	0.150	0.150	0.150	0.150	NXZ
16	L/D	하이브리드수지,후조정용	4.400	4.400	4.400	4.400	4.400	Y-41
17	L/D	스톱퍼,디스퍼젼수지	17.600	17.600	17.600	17.600	17.600	J-57
18	L/D	우레탄 증점제	1.090	1.090	1.090	1.090	1.090	RM-2020NPR-
19	L/D	우레탄 흐름방지제	0.110	0.110	0.110	0.110	0.110	RM-8W-21.5
20	L/D	셀룰로오스 증점제	0.130	0.130	0.130	0.130	0.130	QP-520000H
22	L/D	방부제	0.270	0.270	0.270	0.270	0.270	XL-2
23	L/D	자외선 흡수제 - 1	0.400	0.400	0.400	0.400	0.400	Tinuvin-292
24	L/D	자외선 흡수제 - 2	0.800	0.800	0.800	0.800	0.800	Tinuvin-384
25	L/D	조막제	0.950	0.950	0.950	0.950	0.950	Texanol
26	L/D	조막용 고비점 용제	1.050	1.050	1.050	1.050	1.050	DPnB
27	L/D	동결방지제	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	P.G
28	L/D	PH조정제	0.150	0.150	0.150	0.150	0.150	AMP-95
00		합 계	100.000	92.400	107.630	134.999	159.000

M/B = Mill Base, L/D = Let Down을 지칭함. 표 - 03.배합 - #01 ~ #05의 P/B (안료:수지비)별, 각종성능 시험 결과

순	시험항목	배합-01,1.87:141.0/21.9	배합-02,1.52:133.4/21.9	배합-03,2.22:148.6/21.9	배합-04,3.46:175.9/21.9	배합-05,4.55:199.6/21.9
01	PH	9.1	9.0	9.1	9.1	9.2
02	점도 (mPa s)	2,950	2,560	3,350	-	-
03	불휘발분	61.5 %	58.3 %	64.2 %	71.5 %	75.4 %
04	저장안정성	○	◎	△	X	XX
05	도막외관	◎	○	△	X	XX
06	부착성	◎	○	△ ~ ○	△	X
07	굴곡인장성	◎	○	△ ~ ○	X	X ~ XX
08	신장율	274(%)	290(%)	220(%)	150(%)	95(%)
09	인장강도	60	73	50	32	-
10	촉진내후성	○	○	○	△	△
11	내투수성	◎	○	△	X	XX

(여기서, ◎ : ○ : △ : X : XX = 각기 수, 우, 미, 양, 가를 뜻함) << 시험과정 - 03 >>

(03-0).시험은 대비시험에 의한 선택성을 높이기 위해, 도료업계에서 흔히 사용 하

고있는 간이 시험법을 이용키로 하였다.

(03-1). 코팅재로 피그먼테이션화 시키는 과정에서 배합-03 까진 괜찮았으나,

배합-04 부턴 점주상의 터벅터벅한 슬러리가 되었으며 배합-05 는 거의 퍼티(Putty

)에 가까운 페이스트상이 되었고, 점도는 ISO-2555 와 KSM-3825로 측정 하였다.

(03-2). 코팅재의 찐땡이인 불휘발분의 측정은 ISO-3251에 따라 측정하였다.

(03-3). 저장 안정성 시험은, 촉진시험을 택하였으며, 시험방법은 KSM-5310의 5.11

에 따랐다. 단 온도와 시간은 60℃에서 168시간, 336시간, 504시간 그리고 720시간

으로 하였다.이상을 종합해 본바, 진즉 도막 외관상으로도 판정이 날수 있었지만,

ECPVC상태 일 때 계의 안정성이 우려되어 도료업계에서 흔히 사용하고 있는 "촉진내후성"을 중점 시험해 보았더니, 예상했던 대로 안료:수지비(P/B)가 1.52/1.00은

양호하였고 , 2.22/1.00까지는 그런대로 괜찮았으나, 3.46/1.00부터는 안료뭉침

(Aggregation, 재응집), 침전(Settling)이 심하였고 또 계 전체가 떡이 되는 소위

리버링(Livering), 커들링(Curdling) 및 케이킹(Caking)도 심하였다.

(03-4) 도막의 외관시험은, 깨끗한 200 x 300 x 12.5mm의 석고보드판(KSF-3504)에

시료를 D.F.T(건조도막두께)가 2.0 mm되게 붓으로 도포하고 실온에서 7일 동안 자

연건조 시킨 다음 다시 59 ~ 61℃의 오븐에서 24시간 가온 건조 시킨 것 을 시험편

으로 하였고, 판정은 잔금(Hair Crack)이나 크랙킹이 난 정도를 비교평가 하였다.

(03-5). 부착성 시험은, 깨끗한 200 x 300 x 12.5mm의 석고보드판(KSF-3504)에 시

료를 D.F.T(건조도막두께)가 2.0 mm되게 붓으로 도포하고 실온에서 7일 동안 자연

건조 시킨 것을 시험편으로 하였고, 도막박리 부착성 시험은 2mm 간격의 크로스 컷

방법을 사용 하였으며, 박리용 테이프는 3M의 투명용 스캇치테이프(Scotch Tape)를

사용하였고, 판정기준은 100/100 : 수, 95/100이상 : 우, 90/100이상 : 미, 85/100

이상 : 양, 84/100이하 : 가 로 하였다.

(03-6). 굴곡성 시험은, 400메시 샌드페이퍼로 사포질한 150 x 75 x 0.3mm 주석판

에 시료를 D.F.T가 3.0mm 되게 도포하고 실온에서 7일 동안 자연건조 시킨 것을 시

험편으로 하였고, 시험은 맨드릴 바의 직경이 1mm와 63.5mm 짜리인 굴곡 시험기에

서 1초안에 180도 절곡 시킨 것으로 하였으며, 판정은 도막이 꺽이면 서 늘어날 때

갈라지는 정도를 확대경으로 관찰하면서 비교평가 하였다.

(03-7) 신장율 및 인장강도 시험은 KSF-3211에 따라 측정하였다.

(03-8) 촉진내후성 시험은 KSM-5503(구규격)에 따라 측정하였다.

(03-9). 내 투수성 시험은 KSF-2451의 4.6에 의거 하였다.

이 실험에서의 소결론은, 제반 조건이 모두 만족되는 배합-02와 배합-03의 중간점

을 택하여 , 코팅재 구성의 제3요소(용제)와 제4요소(첨가제)까지 전부 가한 후,

본실험(Main Test,배합-01)을 실시 하므로 서 ECPVC하 배합을 정식으로 얻을 수 있

을 것으로 결론 내릴 수가 있었다.

[*] 이하는 테크니컬 라이팅(Technical Writing)의 기본에 따라 반복문장의 중복을

피하고, 또 본 특허의 쪽수를 줄이기 위해, 초차엔 전항(전항)을 기술하고, 그 이

후부턴 차이점만 요약 발췌하여 적기로 한다.

[실시예 6]

시험배합 # 06 ~ # 17중 濕潤劑의 件(순:06~08항) : 준비된 분산기의 내부를 배합표 상 (01)항의 이온교환수(D.I.W) 3부로 듬뿍 적신 다음, 배합표 공정항의 M/B원료들을 순서대로 하나씩 계량하여 집어넣는다. 밀베이스용 원료(M/B)들의 투입이 끝나고 나면 임펠러를 거치 시키고 350RPM정도의 저속으로 45분간 전분산 시킨다. 이후 자연상태에서 60분간 정치 시킨다(자연숙성). 다음은 그라인딩 공정으로, 카울레스 디졸버의 최적분산상태로 세팅된 조건 하에서 분산입도가 헤그만 입도계로 5.5가 나오도록 교반ㆍ분산시킨다.(Morehouse의 W-12-2.0 Lab일 경우 5,500RPM에서 110분 정도 갈면 이 수치 내로 들 수 있다.) 다음 렛다운(L/D)부의 원료들을 순서대로 가하고 충분히 섞였다고 판정 될 때 까지 믹싱 한다.(350RPM x 29분간 교반) 다음 2 ~ 24시간 실내에서 자연정치, 2차 숙성 시킨 뒤 200목체(220 Mesh Sieve)로거른 후 포장한다.

[실시예 7]

시험배합 # 06 ~ # 17중 分散安定劑의 件(순:09~11항) : 여타사항은 상기와 동일,

다만 사용 약제는 배합의 순항에 따른다.

[실시예 8]

시험배합 # 06 ~ # 17중 커플링劑의 件(순:12~14항) : 여타사항은 상기와 동일,

다만 사용 약제는 배합의 순항에 따른다.

[실시예 9]

시험배합 # 06 ~ # 17중 消泡劑의 件(순:15~17항) : 여타사항은 상기와 동일, 다만

사용 약제는 배합의 순항에 따른다.

[실시예 10]

시험배합 # 06 ~ # 17중 分散安定劑의 件(순:09~11항) : 여타사항은 상기와 동일, 다만 사용 약제는 배합의 순항에 따른다.

(배합 예) 표-04. 배합 - #06 ~ #17 과 성능결과 (단위 : 중량부)

순	공정	조 성 성 분(원료)	배합 -	배합 -	배합 -	비 고
01	M/B	D.I.Water	3.00	3.00	3.00	국산
06	M/B	Surfinol - 485W	0.43	-	-	Air Products,
07	M/B	Triton, X - 100	-	0.43	-	Dow Chem,UCC
08	M/B	SanNopco,Disperse SN-44S	-	-	0.43	산노프코, 국산
00		성 능 상 태	(◎) 습윤상태우수	(○) 습윤상태양호	(○) 습윤상태양호	**배합-06 선택
09	M/B	Orotan-851-30	0.40	-	-	Rhom & Haas
10	M/B	Disperbyk-180	-	0.40	-	BYK Chemie
11	M/B	Tamol-850-30	-	-	0.40	Rhom & Haas
00		성 능 상 태	(○)저장성	(△)저장성	(○)저장성	**배합-09 선택
12	M/B	Z-6040-95	0.45	-	-	Dow Corning
13	M/B	Z-6020	-	0.45	-	Dow Corning
14	M/B	Tita Bond T-50	-	-	0.45	Ajinomoto, JPN
00		성 능 상 태	(◎)配偶가장優秀	(○)配偶性優秀함	(○)配偶性優秀함	**배합-12 선택
15	M/B	San Nopco,Defoamer - NXZ	0.30	-	-	산노프코-한국
16	M/B	Agitan - 230	-	0.30	-	Munzing Chemie
17	M/B	BYK - 034	-	-	0.30	BYK Chemie
00		성 능 상 태	(◎)抑泡,脫泡 優秀	(○)抑泡性 優秀	(○)抑泡性이優秀함	**배합-15 선택

(여기서, ◎ : ○ : △ : X : XX 는 각기 수, 우, 미, 양, 가를 뜻한다.)

[B-2-13] 이상을 근간으로 최종 설계에 돌입 할 수 있었으며, 당업자 제위의 참고를 위해 실험에 사용한 이들의 각종 제원도 함께 싣기로 한다.

표 - 05.사용 안료류의 제원 과 배합비

순	시 료 명	배합비	밀도( g/cm³)	OA값	V( cm³)	제조원
01	TiO₂,Ti-PureㆍR-700	11.5 %	4.01	13.5	2.875	DuPont
02	ZnO ,KADOX-911CP	7.5 %	5.63	19.7	1.339	ZCA, USA
03	CaCO₃,CAROLITH #1T-AV	75.0 %	2.68	14.0	28.300	P / Staufer
04	CaSiO₃,WOLLASTOCOAT#400	6.0 %	2.95	26.1	2.069	NYCO, USA

한편 실험을 통하여 안료류 상호간의 비교예를 검토 하므로 서, 실시예의 기본배합

을 구하는데 일조할수 있었음에 그 과정들을 하기에 다음과 같이 적기로 한다.

[비교예]

"실시예"에 이어 "비교예'와 "실험예" 는 다음과 같으며, 제조공정은 하기의"제조방법"을 따랐고, 공시품 대비 비교품은 그 수량만 치환하여 주었다.

[비교예 1]

시험배합 - # 18 ~ # 41중 TiO2의 件(순:18 ~ 20항) : 먼저 준비된 분산기의 내부를

이온교환수(D.I.W)로 충분히 적신다. 다음 배합탱크에 Y-41 수지를 20부 가하고 임

펠러로 저속회전 시키면서 KTPP 0.12부를 (01)항의 D.I.W로 미리 녹인 것과 4종의

안료류(공시품과 비교품 공히)를 밑의 배합비대로 서서히 가한다. 다음 5,500RPM에

서 110분간 그라인딩 한 뒤, 회전력을 최대한 줄이고 주수지의 나머지량 4.4부와

부수지인 J-57수지를 17.6부 또 파포제인 NXZ을 0.15부 가하고, 다시 저속으로 29

분간 교반 시킨 것을 시료로 하였다.

[비교예 2]

시험배합 - # 18 ~ # 41중 亞鉛華의 件(순:21 ~ 23항)

[비교예 3]

시험배합 - # 18 ~ # 41중 重質炭酸칼슘의 件(순:24 ~ 26항)

[비교예 4]

시험배합 - # 18 ~ # 41중 硅灰石의 件(순:27 ~ 29항)

[비교예 5]

시험배합 # - 18 ~ # 41중 우레탄 增粘劑의 件(순:30 ~ 32항) : 준비된 분산기의

내부를 배합표 상 (01)항의 이온교환수(D.I.W) 3부로 듬뿍 적신 다음, 배합표상 공

정항의 M/B원료들을 순서대로 하나씩 계량하여 집어넣는다. 밀베이스용 원료(M/B)

들의 투입이 끝나고 나면 임펠러를 거치 시키고 350RPM정도의 저속으로 45분간 전

분산 시킨다. 이후 자연상태에서 60분간 정치 시킨다(自然熟成). 다음은 그라인딩

공정으로, 카울레스 디졸버의 최적분산상태로 세팅된 조건 하에서 분산입도가 헤그

만 입도계로 5.5가 나오도록 교반ㆍ분산시킨다.(Morehouse의 W-12-2.0 Lab일 경우

5,500RPM에서 110분 정도 갈면 이 수치 내로 들 수 있다.) 다음 렛다운(L/D)부의

원료들을 순서대로 가하고 충분히 섞였다고 판정 될 때 까지 믹싱 한다.(350RPM x

29분간 교반) 다음 2 ~ 24시간 실내에서 자연정치, 2차 숙성 시킨 뒤 200目체(220

Mesh Sieve)로 거른 후 포장한다. 이하[비교예] 예시에서 본문은 기 기술한 이유로

생략키로 한다.**뉴톤(Newtonian) 과 擬塑性(Pseudoplastic) 粘性

[비교예 6]

시험배합 - # 18 ~ # 41중 셀룰로스 增粘劑의 件(순:33 ~ 35항)

[비교예 7]

시험배합 - # 18 ~ # 41중 防腐劑의 件(순:36 ~ 38항)

[비교예 8]

시험배합 - # 18 ~ # 41중 造膜用 溶劑의 件(순:39 ~ 41항)

(배합 예)표-09. 배합 - # 18 ~ # 41 과 성능결과 (단위 : 중량부)

순	조 성 성 분	배합 -	배합 -	배합 -	비고
01	D.I.W(DeIonizedWate)	3.00	3.00	3.00
02	Hybrid, Y-41	20.00	20.00	20.00
03	KTPP	0.12	0.12	0.12
18	Ti-Pure,R-700(OA=13.5)	4.60	-	-	OrganicTrement:Yes
19	Ti-Pure,R-902 (OA=16.1)	-	4.60	-	OrganicTrement: No
20	Ti-Pure,R-931 (OA=35.9)	-	-	4.60	OrganicTrement : No
00	성능 상태	(◎)양호함	(△)터벅함	(XX)묵같음	배합 19,-20 : 사용불가.
21	KADOX-911CP(ZCA,USA)	3.00	-	-	입경:0.12,비표면적:9.0m²
22	KADOX-911(ZCA, USA)	-	3.00	-	입경:0.12,비표면적:9.0m²
23	아연화,KS-1호(한일아연)	-	-	3.00	입경:0.55,비표면적:3.0m²
00	성능 상태	(◎)분산	(○)분산	(XX)분산
24	CAROLITH#1TAV(Staufer)	31.00	-	-	평균입경:1.7, 톱커트:7
25	OMYAFILM,728B-OM (OMYA)	-	31.00	-	평균입경:1.7, 톱커트:7
26	OMYACARB-1T(OMYA KOREA)	-	-	31.00	평균입경:1.6, 톱커트:15
00	성능 상태	(◎)분산	(◎)분산	(△)분산	가격은 각각(○),(△),(◎)임
27	WOLLASTOCOAT,M#400,NYCO	2.40	-	-	Organic Trement, Yes
28	WOLLASTON,NYAD,M#400,NC	-	2.40	-	Organic Trement, No
29	KEMOLIT,A60,Kemot,India	-	-	2.40	Organic Trement, No
00	성능 상태	(◎)분산	XX)분산	(XX)분산
04	Hybrid, Y-41	4.40		4.40
05	Dispersion, J-57	17.60	17.60	17.60
06	Defoamer, NXZ	0.15	0.15	0.15
30	Acrysol, RM-2020NPR-20	1.09	-	-	Rhom & Haas, USA
31	TAFIGEL, PUR - 40	-	0.59	-	Munzing Chemie
32	EFKA - 4010 - 50	-	-	0.50	BYK Chemie,Germany
00	성능 상태	(◎)뉴톤擬塑粘性優秀	(○)擬塑性 粘性이優秀	(○)뉴톤性 粘性이優秀	** 배합 30 선택
33	Cellosize QP-52000H	0.13	-	-	Rhom & Haas, USA
34	Natrosol 250HR	-	0.13	-	Munzing Chemie
35	Tylose - H	-	-	0.13	Celanese,Germany
00	성능 상태	(◎)뉴톤擬塑粘性優秀	(○)뉴톤擬塑粘性良好	(○)뉴톤擬塑粘性良好	** 배합 33 선택
36	Proxel - XL-2	0.27	-	-	Zeneca, UK
37	Proxel - GXL	-	0.27	-	Zeneca, UK
38	Acticide - ASP	-	-	0.27	Thor, UK
00	성능 상태	(○)가격쌈	◎가격비쌈	○가격중간	** 배합 36 선택
39	DOWANOL DPnB	1.05	-	-	Dow Chemical, USA
40	ARCOSOLV TPnB	-	1.05	-	Arco Chem, USA
41	ARCOSOLV DPM	-	-	1.05	Arco Chem, USA
00	성능 상태	(◎)팽윤성	(○)팽윤성	(○)겉마름	** 배합 39 선택

[B-3] 부요소 - 첨가제류 선정의 건

코팅재에서 첨가제(Additive)란 요리에서 조미료와 똑 같은 것이다. 그런데 조미료란, 특히 합성 조미료인 글루타민산 소다의 아지노모도(또는 미원,미풍 따위) 같은 것은 목구멍을 넘어가기 전 혓바닥 상태까지가 좋은 것이지, 일단 목구멍을 넘어가면 그 다음부턴 몸에 백해무익한 것이다. 첨가제도 이와 같아 코팅재 상태일 때 까지 가 좋은 것이지, 일단 도막화가 되고 나면 아니 씀만 못한 것이 바로 첨가제란 것이다. 하여, 조미료는 가급적 쓰지 말면서 밥맛을 내야하고, 꼭 써야 한다면 천연조미료를 그것도 최소한의 양을 써서 밥맛을 내야 하듯, 첨가제도 이와 꼭 마찬가지이다. 한마디 더 첨언 한다면 화학합성 제품은 이것 저것 섞어 쓰면 상호 교호작용에 의해 부작용(Side effect)이 생기게 마련인데, 이를 찾아내기란 무척이나 어려운 일이므로, 필히 사전에 상용성을 잘 체크 해 둬야만 된 다는 일 아주, 아주 명심 해야 할 사항이다 (꼭 써야 한다면 최소량을, 그것도 투입순서를 반드시 준수하여). 그러는 한편, 요즈음은 완제품에 대한 상호간 보완작용 및 상승효과(Synergy effect)를 노려, 오히려 다음과 같이 무수히 많은 첨가제들을 "누가 어 떤것을 어떻게 적당한 곳에 적정량씩 써주는가" 가 성공의 열쇠를 거머쥐는, 바야흐로 첨가제들의 전쟁이 본격적으로 일기 시작 하고 있기도 하다.

(1)分散劑(Dispersant),(2)乳化劑(Emulsifier),(3)界面活性劑(Surfactant),(4)濕潤劑(Wetting Agent),(5)增粘劑(Thickener),(6)搖變劑(Thixotropic Agent),(7)沈降防止劑(Anti Settling Agent),(8)흐름防止劑(Anti Sagging Agent),(9)色分離防止劑 (Anti Floating Agent),(10)酸化防止劑(Anti Oxidant),(11)乾燥劑(Dryer),(12)硬化劑(Curing Agent),(13)酸觸媒(Acid Catalyst),(14)皮膜防止劑(Anti Skinning Agent ),(15)架橋劑(Cross-linking Agent),(16)색번짐防止劑(Anti Flooding Agent),(17)流動調節劑(Rheology Agent),(18)消泡劑(Defoamer),(19)防腐劑(Anti Bacterial Age nt),(20)抗菌劑(Fungicide),(21)防청劑(Anti Rusting Agent),(22)防汚劑(Anti Foul ing Agent),(23)가스체킹방지제(Anti Gas-checking Agent), (24)靜電向上劑 (Elec trostatic Promoter),(25)造膜劑(Coalescing Agent),(26)PH調節劑(PH Adjuster), (27)不凍化劑(Anti Freezer),(28)助溶劑(Co-solvent),(29)紫外線防止劑(UV Absorb er)(30)物性補强劑(Reinforcing Agent),(31)킬레이트劑(Chelating Agent)(32)酸化劑(Oxidant)(33)光觸媒(Photo Catalyst),(34)커플링劑(Coupling Agent),(35)硬化促進劑(Curing Promotor) 等等

[B-4]분산제(Dispersant)

[B-4-1]먼저 분산제(分散劑)에 대한 연구와 선정시험의 건이다. 이는 본 발명품과 같이 ECPVC상태(PWC에 비해 근 200%나 과잉인 상태)의 코팅재 제조에선 제일 먼저 거쳐야 할 관문일 정도로 필수적 검토 코스로서, 코팅재 생산ㆍ제조 시 조성 (Ingredient)ㆍ배합비(Formula)와 함께 양대 축을 이루는 제조공정, 즉 만드는 방법(Procedure, Process)은 매우 중요한 인자이며, 그 중에서도 안료ㆍ필러의 최대 충진 및 안정분산은 더없이 중요한 부문 중 한 분야이다(단,클리어류는 제외). 이는 달리 말하면 본 발명의 핵심인 만큼 고도의 새로운 기술을 요하면서 또 한편 그만큼 어려운 작업공정이란 뜻이기도 하다. 특히 바인더량에 비하여 안료ㆍ필러량이 크게 과량인 ECPVC상태(P/B = 100%를 훨 넘어선 205%수준임)에서 안료ㆍ필러량을최대로 충진 하면서도 쉽게 가는 방법(Easily Grinding)과, 갈고 난후 안료류의 재응집이나 침강을 방지하는 안정화상태(Entropic Stable State)를 유지키 위해, 이에 맞는 적정첨가제의 발굴 및 사용방법에 따른 적용은 그야말로 요체 중 要諦이다. 일반적으로 이러한 것에는 분산제(Dispersant)라고 흔히 통용하여 쓰고 있는 것이 있는데, 이는 엄밀히 말하자면 적어도 본 계에서처럼 고ㆍ기체계와 고ㆍ액체계의 상호간 계면장력을 맞추어 주고 정전반발(Electrostatic Repulsion)효과를 부여하는 습윤분산제(Wetting Additive)와 표면자유에너지를 최대로 낮추게 하는 주분산제(Milling Dispersant) 및 입체장애(Steric Hindrance) 기능을 나타내게 하는 분산안정제(Dispersing Additive)로 구분 사용하여야 함에도 우리는 이를 그저 한가지로 혼용하여 두루뭉실하게 사용 하고있는 실정이 현실이기도 하다.

[B-4-2]코팅재 생산에서 분산공정은 그 중요도 만큼이나 다양하여 크게 구분하면, (1) 전분산단계(Pre-mixing), (2) 그라인딩(M/B의 Milling, Grinding. 밀베이스의 硏磨分散), (3) 후조정(Let down), (4) 숙성(Aging), 그리고 (5) 여과(Filter ing)등의 단계로 나뉘는데, 요즈음은 옛날과는 달리 이들 각 단계 마다도 세분류 되어 이중 연육단계(밀링)만 해도 접촉과정(Adhesion, 적심), 침적과정(Immersion , 머금음), 퍼짐과정(Spreading, 확산)과 흩뜨림과정(Dispersion, 분산) 등으로 다시 나뉘며, 앞서가는 몇 나라에선 이들 개개 과정도 각기 체계적 이론을 구축, 고도의 신기술로 변환하여 실제로 현업에 도입, 연일 튼실한 개가를 올리고 있다고(日就月將) 한다. 이들 중 미국만해도 분산제(Dispersant)를 더더욱 세분하여 계면활성제 (Surfactant), 습윤제(Wetting Agent), 주분산제(Milling, Dis persing Agent) 및분산저장안정제(Dispersing Stabilizer)- 요변제, 증점제, 흐름방지제, 침강방지제 까지도 포함 또는 비포함- 로 구분하여 사용하고 있으며, 그 외 분산기의 기종이나 제조방식까지 합하면 실로 그 종류는 엄청나다고 만 할 수밖에 없다.

[B-4-3] 한편,앞서서도 잠시 언급한바 있듯 안료류의 분산(Dispersion, 分散)은, 물리적인 방법으론 기체-고체간 계면인 2차응집체(Agglomerate,안료덩어리)를 액체-고체간 계면의 1차응집체(Flocculate,곱게 갈린 안료체)로 탈응집화 (Defloc culation, 分散) 시키기 위해 기계로 가는 방법이다. 이때 2차응집체의 공극내 기체(Void Air)나 수분과 오염물질을, 1차응집체로 만들어 주기위해 가하는 물기성 바인더수지(Watery Binder)의 물기와 간에 원활한 치환이 일어나도록 하여야 탈응집(分散)이 잘 되는 것인데, 이들은 각각의 표면장력의 차이 때문에 상호치환 자체가 어려움에, 먼저 이들의 차이를 맞추기 위해 적절한 계면 활성 물질(SAM, Surface Active Material), 즉 계면활성제(Surfactant)를 잘 찾아 적당량 써 주어야 하는 일이다. 하여, SAM으론 고극성 물질이어서 표면장력치가 무려 72.0 dyne /cm이나 나가는 물의 계면장력을 일시에 절반 수준으로 떨어뜨리기 위해, 천연 조미료 격인 고비점 지방족 탄화수소류(Hi-Boiling Alip.H C, 방향족이 아닌 脂肪族이어서 低毒性임.)의 "한솔 브이-2"를 사용, 그도 일반 수성제품 제조 시와는 달리 렛다운 단계가 아닌 밀베이스 단계에서 투입하여 같이 갈아 주므로 서, 치환능 물질 및 후술하는 조막제(Coalescing Agent)로서의 공유역할(Co-Additive effect)도 하도록 하였다.

[B-4-4] 이하 분산제에 대하여 좀더 자세히 기술하자면, 자연계에 존재하는 모든물질은 비록 강하고 약할지언정 모두가 전기적으로 하전 되어있어, 그 어느것도 + 전하나 - 전하를 띄고 있음은 동업계의 당업자라면 누구라도 잘 알고있는 사실이다. 이 +, - 전하가 평형 상태면 비극성이고 어긋나면 극성인 물질로, 이의 대표적인 것엔 우리가 상시로 흔하게 접하고 있는 물(H-OH)이 있다. 그런데 본 코팅재는 환경 친화형 수성계 이어서 몸에 해로운 비극성 용매인 유기용제 대신, 대표적 극성 용제인 물을 용매로 사용하고 있어, 일단 안료분산의 초기 단계서부터 극성인 물과 비극성인 안료류간 불협화는 애초부터 개재되어 있기도 하다. 그러나 독(毒)은 毒으로 푼다는 동종요법(Homeopathy, 同種療法)도 있듯이, 본 코팅재에선 극과 극인 이 2극성물 간에 매개체(매파)로 계면용 활성첨가제(Surface Active Agent)란 것을 황금의 적정비율로 넣어주어, 서로 남남이든 안료와 수지의 각개 물질을 한쌍의 부부처럼 엮어주는 역할을 하게끔 꾀하고 있다. 헌데 이러한 매파(계면활성제, Surfactant)에는 계의 전하에 따라 음이온계(Anionic Surfactant), 양이온계 (Cat ionic), 양성이온계(Amphoteric) 및 비이온계(Nonionic)가 있어, 2극성물을 대상으로 이들 중 어느것이 가장 잘 맞는가, 선택하여 사용하는 일이 매우 중요하다.(즉 궁합이 잘 맞는 것 끼리 골라 써야만 한다는 것이다.)

[B-4-5] 이때 친수와 친유의 평형치를 나타내는 친ㆍ소수도값(HLB Value, Hydro philic Lipophilic Balance)도 같이 잘 맞추어 사용해야 함은 두말할 나위가 없다.

[B-4-6] 한편, 본 코팅재에 사용하는 무기계안료ㆍ필러의 그라인딩단계(Defloccula tion, Milling & Grinding)에서, 착색용과 특수기능용(紫外線遮斷劑)으로 사용하는 TiO₂와 ZnO는 대표적인 금속산화물이며, 기공제용 필러인 CaCO₃는 또한 대표적인불용성염 이기도 하다. 하여 비록 동질성분의 안료ㆍ필러는 아니지만 둘다 전형적 무기계인 금속산화물과 불용성염의 이들간도 서로의 궁합을 맞추어 주기위해 궁합제(特別타입의 多電解質體)를 사용 하여야 하는데, 여기서 또 한가지 핵심요소는 이것이 과량으로 사용하고 있는 씨구멍용 필러인 마블과 착색안료인 TiO₂및 ZnO와 간에 天生緣分적인 무기질 복합계 전용 분산제란 것이 실험에 의해서 밝혀졌다. 즉 이는 안료ㆍ필러의 입자표면에 직접 흡착을 하여 자신의 전하를 안료표면으로 이동시키면 동일전하를 갖는 안료간엔 상호 정전기적 반발력(Electrostatic Repulsion)을 부여하여 응집체의 응집력을 감소 시키므로 서, 분산거동이 쉽게 일어나는 원리의 소위 "이온성 친화력 강화"방식의 첨가제로, 특히 마블이나 바라이트등의 필러 분산 작업성(갈림성)엔 이것이 아주 효과적이란 것이다. 그러나 이는 근원적으로 최초의 적심(Adhesion)이나 머금음(Immersion) 단계에선 그 능력이 약해 이를 보완키 위해, 유기계 폴리카복실산 염을 공유물(共有物)로 같이 써 주어야만이 錦上添花란 것도 함께 알아낼 수가 있었다. 한편 이러한 것들엔 중합체의 염으로서 수많은 종류의 다전해질체(Polyelectrolytes)가 있는데, 본 ECPVC계에선 우리 몸의 심장박동 유발 전해질체로도 쓰이고 있을 정도로 정전반발력이 센(특별히 燐原子를 2~3개 가지는) 불용성 인산염계의 SPP와 PPP를 검토할 수가 있었다. SPP(Sodium Polyphosphate)는 PPP (Potassium Polyphosphate)에 비해 성능은 뛰어 나나, 스노잉(Snowing, Blooming : 오래된 라텍스의 도막표면에 나타나는 서리 같은 결정성분의 소듐염)이 생기기 쉬워 지금은 사용이 많이 줄고있고, 또한 동족의 PPP에는 육고기의 보습제나 식품류의 유화, 현탁제로 널리 쓰이는 KTPP(Potassium Tri Polyphosphate)와 액체형 클리너나 금속처리제의 주원료로 사용되는 TKPP(Tetra Potass ium Polyphosphate)의 2종류가 있는데, TKPP가 KTPP보다 초기 점도도 낮고 장기 저장안정성이 뛰어나 이가 선호되고 있는 추세임도 알아낼 수 있었다. 하여 본 코팅재에선 이를 0.12중량%, 투입방식은 밀베이스(M/B) 중에서도 앞 단계에서 그라인딩 하면서 사용하였다.

[B-4-7] 아울러 공유물인 유기 폴리카복실산 염의 첨가제론 원천기술은 헨켈사가, 생산은 산노프코사가 맡아 하고있는 유효성분 43%짜리 SN-DISPERSANT 44S를 0.35 중량% 사용하거나, 아니면 하기에서 다시 언급할 오로탄 #851-30을 사용 하였다.

[B-4-8] 다음은 습윤제(Wetting Agent)에 관한 사항이다. 습윤제도 안료와 수지용액 사이의 표면장력을 감소시켜 분산에 일조하는 것은 계면활성제와 같은 이치 이나, 가장 차이가 나는 것은 계면활성제는 정전반발력(靜電反撥力)을 주작용기구로 하고 있는 반면 습윤제는 입체장애효과(立體障碍效果)를 근간으로 한다는 것이다. 이러한 습윤제도 우선은 안료표면에 흡착부터 할 수 있어야 하는데, 이는 안료와 친화력(초기적심)을 갖는 관능기(Pigment affinity group, Adhesive group)를 한 개 혹은 그 이상으로 갖고있어 안료표면에 강하고 지속적으로 흡착 하여야 하며, 또한 상용성이 좋은 사슬부분(Hydrocarbon entity)을 가지고있어 안료표면에 흡착한 후 안료주위의 수지용액에 가능한 사슬(발)을 길게 늘어뜨려야 한다. 이때 겸용하는 오로탄#851의 반대이온은 이 사슬주위를 둘러싸 전기적 2중층(Electrical double layer)을 형성하는데 이 2중층이 두터울수록, 즉 분산제의 고분자부분과 수지고분자가 상호 작용하여 안료주위의 껍질(Envelope)을 두껍게 할수록, 안료의 분산은 빨라지고 더욱 안정화 되는 것이다. 이렇게 사슬부분을 수지용액에 늘어뜨리고 안료표면에 흡착하는 것을 균질안정화(Entropic stabilization) 또는 입체장애효과(Steric hindrance)라고 한다. 이러한 습윤제는 어떤것이나 안료와의 흡착부위 (極性)와 수지와의 상용성사슬(非極性) 부분을 동시에 가지고 있다. 여기서 한가지 알아둘 사항은 일반적인 수성계 에멀션수지는 이 상용성사슬을 받아들일 자체의 수지발(사슬)이 없어 이 타입의 분산제를 사용하는 것은 아무런 의미가 없고 오히려 역효과(Side Effect)를 낳기만 하여,주로 정전반발효과제 쪽을 이용하는 편이나, 본 발명에서의 사용 바인더수지는 자체 내 수지발을 가지고있는 자기가교타입 디스퍼젼형 이므로 이의 사용은 아주 적절하다는 것이다. 이 단계에서 거동이 뛰어난 것에는 고성능 습윤형으로서 동업계 당업자라면 누구나 익히 알고있는, 다우케미칼사제(합병전은 유니온 카바이드사임,UCC)의 페놀계 오피이(OPE, Octyl Phe nol ethoxylates)인, 트리톤 엑스-100(Triton X-100)이란게 있다. 그러나 이 첨가제는 최근 들어 수중환경 생태계를 파괴하는 물질로 알려져 사용 기피 품으로 대두되고 있다. 허나 본 발명에서는 이보다 훨씬 뒤에 개발된 신제품으로, 적심과 머금음의 후속 단계인 퍼짐성(Spread)을 대표하는 동적표면장력(DST, Dynamic Surface Tension) 계수가 트리톤 엑스-100 보다 무려 25% 나 세고 무엇보다 비OPE계열인, 업그레이드 품의 써피놀(Surfinol)을 0.33 중량% 밀베이스 상태에서 사용하였다. 그레이드는 유성형인 #485대신 수성형으로 HLB가 17 수준인 다이올(Ethoxylated 2,4,7,9-Tetramethyl 5 Decyn-4,7-Diol) 주성분의 #485W 이다.

[B-4-9] 다음은 주분산제에 관한 사항이다. 본격적으로 안료류를 기계로 갈기 시작하면 분산물엔 기계적 에너지(衝擊과 剪斷力)가 가해지면서 응집체 입자의 크기는 점점 작아진다. 이렇듯 입자가 매매 갈려 작아지기 시작하면 안료의 표면적(Sur face Area)은 오히려 크게 되어 안료와 수지 용액간 계면이 급격히 커지면서 표면자유에너지가 증대 매우 불안정하게 되고, 이는 곧 분산안료의 재뭉침(Aggregat ion)으로 이어지므로, 이를 방지키 위해 안료ㆍ필러의 표면에너지를 낮추어 주는 방법을 쓰는 것은 본 코팅재의 분산과정을 통틀어 백미 중 백미이다. 여기엔 알루미늄이나 칼슘 등의 무기계 스테아르산이나 프로피온산을 첨가하는 방법이 있으나 본 단계에서 투입하게 되면 물리적 작용만 일어나 첨가효과가 반감하므로, 이를 해결 코 져 본 발명에선 아예 안료ㆍ필러를 생산 시 화학적 조작으로 표면 코팅처리를 마친(低表面自由에너지를 確保 하기 위하여) 소위 사이징(Sizing)품을 써주므로 서, 이를 해결하고 있음은 앞에서 기 기술한 바 있다. 분산공정에서 표면 자유에너지란 매우 중차대한 요소로서 칼사이트를 예로 들어보면, 광석을 단순히 빻기만 한 비코팅품은 표면에너지가 무려 200 mj/m²인데, 화학적 표면 코팅처리를한 사이징품은 겨우 40 mj/m²로서 5 배나 큰 차이를 가지고 있다. 이 값이 2 ~ 3배만 높아도 완성된 코팅재를 저장ㆍ보관 시, 한껏 잘 갈린 안료류임에도 2 ~ 3배나 빠르게 재뭉침(Aggregation)을 일으키며, 이렇게 다시 뭉친 재응집체는 급속히 침강하면서 결집력이 엄청나게 세져, 막상 현장에서 코팅재를 사용 하려고 할 때는 정작 핸드믹서등의 기계로 세게 풀어주어도 잘 안 풀릴 정도로 딴딴하게 뭉친다.

[B-4-10] 다음은 분산제의 마지막 단계인 분산 저장안정제(Dispersing Stabil izer)에 관한 사항이다. 적심, 머금음, 퍼짐과 흩뜨림 단계를 거쳐 곱게 분산된 안료류들은 흩뜨림 단계가 끝남과 즉시 크든 작든 간에 점착형 응집(Cohesion)이 일어나기 시작한다. 이의 원인으론 많은 이유들이 있어 이미 실증도 된바 있으며, 그 중 으뜸은 뭐니 해도 첨가제의 부적절한 사용으로 인한 부작용 때문이다. 그 다음이 앞서 이야기한바 있는 습윤제의 사슬부분(Hydrocarbon entity)에 관한 것으로, 바인더용 수지용액과 상용성이 그다지 좋지않을 때에 이 사슬발들은 자기네끼리 서로 엉켜버리기 시작하는데, 이것이 심하게 진전하면 입체장애효과로 얻어지는 분산의 안정화는 완전 물거품이 되어, 슬슬 묵(Gel)이 되기 시작한다. 또 분산기종의 잘못 선택으로 기계적 에너지가 전단응력보다 훨씬 큰 스매싱형 기기로 갈아제끼기 시작하면 안료입자 하나마다 껍질에만 살짝 사이징 처리한 코팅안료류의 속까지 갈아제껴져, 안료와 수지간 표면에너지값이 다시 커지면서 응집(Flocculation)을 거쳐, 다시는 재분산이 잘 안 되는 재응집(Aggregation) 단계로 이행 하는 등, 그 요인은 이 외에도 실로 다양 하달 수 밖에 없다. 이러한 것을 사전에 막기 위해 본 발명은 렛다운(後工程) 단계에서 투입하는 요변제, 증점제, 침강방지제, 흐름방지제와는 달리 그라인딩(前工程)할 때 같이 넣어 갈아주는 전분산형 저장안정제를 사용한다. 그런데 여기서 한가지 첨언할 사항은 앞서 기술한 사유(자외선 차단능)로 아연화를 필히 사용하고 있는데, 통상의 분산제는 아연화의 양성반응성(兩性反應性)과 궁합이 잘 안 맞아 거의가 겔(Gel)화 현상을 촉발시킴에, 이를 개선 코 져 여러 습윤분산제를 찾아 시험한바, 특별히 설계된 고형분 30%짜리 음이온형 폴리카복실산 소듐염이 있었으며, 그것도 요즈음 신축건물의 "새집증후군" 유발 인자라서 한창 말썽이 되고있는 포름알데하이드형의 Tamol#850대신, 비포름알데하이드형인오로탄(Orotan)#851을 0.35%, 0.40%, 0.43%중에서 최종적으로 0.40중량%를 택하여 밀베이스 단계에서 사용하였다. 한편 분산안정제를 작용 기능별로 구분하면 크게는 분산물(顔料類)을 응집상태(Flocculated state)에서 안정화 시키는 분산제와, 탈응집상태 (Deflocculated state)에서 안정화 시키는 2가지로 분류가 된다. "응집" (Flocculation)은 어휘상으론 매우 부정적인 의미를 내포하지만, 어떤 경우에는 일정(一定)정도 조정된 응집이 완전한 탈응집보다 더 바람직하다. 여기선 일반적인 응집과 앞에서 언급한 응집을 구분해서 정리하는 것이 중요하다. 한톨의 안료가 다른 안료와 직접 접촉한 상태의 응집은 "조정되지 않은 응집"(None controlled floc culation)이다. 반면, "조정된 응집"(Controlled flocculation)이란 각개의 안료가 직접 접촉하는 일이 없이, 안료 입자간의 사이에는 늘 상 첨가제가 둘러싸듯 존재하는 상태이다. 조정되지 않은 응집은 분산된 안료류 서로간의 재결집력이 엄청나게 세어 영 바람직하지 않으며(여러種類의 副作用이 생김), 조정된 응집은 안정저장성을 얻기 위해 이론과는 달리 오히려 때론 약간의 응집(아주 弱할 정도)이 필요한 것이기도 하다. 조정된 응집은 대개가 3차원적인 분산 구조를 형성하므로 틱소트로피성 (Thixotropy,搖變性)을 얻을 수 있는데 이는 후술하는 증점제와 오버랩 되는 부분이어서 여기서는 간략키로 한다. 여하튼 이 구조들은 코팅재 저장 중에는 점도를 비교적 높게 유지하여 주나, 조그만 휘저음으로 전단력(Shear stress)을 가하면 응집구조(안료 응집체-Pigment flocculates)는 쉽게 파괴되어 점도가 물처럼 낮아지게 된다. 그러나 전단력을 제거하면, 다시 연두부와 같은 응집체로 재결성 되는데 이와 같은 유동 특성 때문에 양호한 도포작업성과 흐름성, 침강성을 어느정도 막아주고 있다. 또 저장중의 높은 점도는 비중에 따른 안료입자의 침강속도를 현저히 감소 시킨다. 침강에 관련하여선 후술 하겠지만 흔히 소량이라도 단단하게 굳은 침전물이 형성되기 시작하면 이것이 씨가 되어 금새 커져서 재사용 하기란 대단히 어렵다. 그러나 조정된 응집형 분산제를 사용한 도료에서는, 분산제가 항상 안료와 안료사이에 존재하므로 애당초 단단한 침전물은 생기지 않고, 만일 침전물이 생긴다 하더라도 부피가 큼지막하고 아주 헐렁하게 가라앉기 때문에 재분산이 쉬워, 현장에서 사용 시 굳이 핸드믹서등을 사용 안 하더라도 용이하게 풀어 쓸 수 있다는 장점이 있다. 또한 코팅재 제조 및 도포 시 발생하는 전단력에 의해 낮은 점도를 유지하는데 이는 코팅재의 분산 및 도포 작업성을 용이하게 한다. 그래서 도포전과는 달리 도포직후 붓을 떼면 점도는 순간적으로 급상승하는데, 이는 바로 수직면에 후도막(厚膜) 도장을 할 경우에 커다란 안정성(흐름방지)을 준다. 이 유동 특성은 침전 방지에도 좋은 효과를 준다는 것은 기 상술한바 있다. 이것이 바로 조정된 응집형 습윤분산제(Controlled flocculating wetting and dispersing additives) 인 것이다.

[B-4-11] 한편 폴리아민류가 대부분의 무기안료에 대하여 다전해질체에 버금갈 정도로 뛰어난 분산특성을 갖고 있다는 것은 기존 성서(成書)를 통하여 이미 밝혀진바 있다. 그런가 하면 아미노알코올계는 구조요소인 수산기가 물에 대한 흡수력이 다이아민(Diamine)등의 아민류보다 월등히 뛰어나, 분산안정성을 결정지우는 점성과 요변성면에서 발군의 성능을 나타내기도 한다. 즉 아민다이올(Amine Diol)형의 알코올기는 물분자의 수산기꼬리(Hydroxyl tail)에 붙어 안료류를 분산시 수지에분쇄전단응력이 최대로 나오게 점도를 증가시키는 거동을 일으키는데, 이는 쇄장(Chain Length)이 길수록 효과가 크다. 본 코팅재에는 상기에서 언급한 에톡시화 다이올의 #485W와 함께 아미노메틸프로파놀(2-Amino-2-Methyl-1-Propa nol)이 주성분인 다우케미칼사의 AMP-95(合倂前은 앵거스Angus사제)를 계전체의 PH조정제 기능과 공유역할로 0.15중량% 사용하였다.

** 상기에서 기술한 것 처럼 첨가제 개개의 작용원리나 메커니즘 또는 사용목적에 대해서 너무 자세히 논함은 학술적 논문 성격이 짙고 또 특허쪽수의 관계상, 이하 논하는 첨가제들에 대해선 이점들을 간략키로 하니, 정히 학문 연구상 좀더 상세한 것을 원하는 필요자들은 기존성서나 학술지(本 發明書의 參考文獻類 따위) 또는 강의자료(崔行植 外, 親水性 코팅제와 疏水ㆍ防水性 코팅재, RHO컨설팅, 서울, 1994)등을 참조하면 당업 업무에 참고가 되리라 믿는다.

[B-5] 증점제(Thickener)와 요변제(Thixotropic Agent), 흐름방지제(Anti-Sag ging), 침강방지제(Anti-Settling Agent);다음은 증점제류(Thickening Agent)에 관한 것이다. 증점제와 같은 용도로 쓰이는 것들엔 좀더 세분하면 틱소트로피제, 흐름방지제, 침강방지제, 레올로지제등으로 구분되나, 이들은 작용기구가 모두 유사함에 여기선 이들을 증점제로 간략히 통칭하여 기술키로 한다. 증점제(增粘劑)는 단어의 뜻 그대로 코팅재의 점도(可能한 틱소성 粘度)를 증가시켜, 첫번째론 안료분산물의 침강과 뭉침재응집(Aggregation)을 방지하고, 두번째론 코팅재가 갖고있는 靜的에너지(Static Energy)와 動的에너지 (Dynamic Energy)를 순간적으로 번갈아가며 변환시켜, 도포 작업 시 벽면이나 천정부위의 칠흐름 및 스패터링 (Spattering)을 방지하는 역할을 하며, 아울러 붓칠이나 롤러 도포시는 붓작업성이나 칠끌림성을 좋게 하기위해 사용한다. 이러한 증점제의 종류에는 아주 초기 세대품인 쇠심줄로 부터의 젤라틴(Gelatin)이나 바닷풀인 우뭇가사리(寒天) 따위가 있으며, 그 후세대품엔 다음처럼 각양각색의 특성을 갖는 제품들이 꾸준히 개발되어, 각 코팅재마다에 궁합이 맞는 제품을 적절히 골라 써야 하는 일이 중요하게 남아있다.

(1).중합유 류:고중합 아마인유(High-boiled Linseed Oil)로 비교적 초기 세대품.

(2).수첨 피마자유 류 : 대표적인 것으로 리시놀레인산이 주성분인 “수소첨가

피마자기름(Hydrated Castor Oil)”이 있으며, 고분자 아마이드(Amide) 화합물과 병용하면 시너지 효과가 크게 나타나 성능은 몇 배 월등해진다.

(3).금속비누 류 : 알루미늄, 납, 칼슘, 아연, 희토류 등의 석검들이 있는데, 알루미늄 스테아르산의 경우 코팅재 속에서 킬레이트 화합물을 만들어 증점 현상을 띄우는 미셀(Micelle)을 형성한다.

(4).다이머산 류 : 불포화지방산 2분자가 중합한 것이 다이머산(Dimer acid) 이며, 이것에 폴리알킬아민을 반응시킨 것이 폴리아마이드(Polyamide)로서, 주로 탈수 피마자유와 병용해 쓴다.

(5).폴리에틸렌 류 : 코팅재속에 콜로이드상으로 분산되어 있으며, 주로 침전방지제로서 효능이 크다.

(6).광물질 벤토나이트 류 : 제1세대품인 무기계 벤토나이트(Bentonite)로 부터 3세대품인 유기질 벤토나이트 까지 나와 있으며, 이외에도 아타풀자이트 (Attapul gite), 세피올라이트(Sepiolite) 등이 있다.

(7).흄드실리카 류 : 실리카에는 당업자들도 아주 쉽게 혼동을 하는, 완전 이종(異種)의 흄드실리카(Fumed Silica)와 실리카흄(Silica Fume, 콘크리트 혼화제로 주로 쓰임) 2가지가 있는데, 여기선 BET표면적이 엄청 큰 피로제닉(Pyrogenic)계 에어로질(Aerosil, Degussa사제)이나 캐보실(Cab-O-sil, CABOT사제)등의 합성 흄드실리카 (Fumed Silica)를 써야 하며, 후첨가가 가능하다는 것이 큰 특징이다.

(8).레시틴 류 : 대표적인 것으론 대두유레시틴(Soya oil Lecithin)이 유명하다.

(9).셀룰로오스 류 : 제2세대품의 선두주자로 하이드록실 메틸, 에틸 또는 프로필 셀룰로오스 이써(Hydroxyl Methyl, Ethyl, Propyl Cellulose Ether)가 주성분인 각종 섬유소 유도체가 있다.

(10).ASE 류 : 제3세대 초기품들로 HASE(hydrophobically modified alkali swel lable emulsions)계가 유명하다.

(11).HEUR 류 : 근래들어 개발된 제3세대 후기품으로 주성분이 에톡시화된 우레탄계이며, 여러모로 성능이 뛰어나고 부작용이 적어, 물 사용 때문에 특히 까탈스러운 수성타입의 디스퍼젼계엔 아주 적격이다. 이외에도 아스베스토스류 등이 있다.

본 발명에선 증점,요변,흐름 및 침강방지제를 수 차례의 선정 시험 끝에 콤비화를 위해 최종적으로 다음과 같이 4종류를 선택 사용하였는데, HEUR계론 롬앤드하스사 (Rohm & Haas,USA)의 HEUR 조합성 증점제인, Acrysol RM-2020NPR과 RM-8W를 100:10의 비율인 1.09와 0.11중량%를 혼합, 밀베이스에 사용하였으며, 셀룰로오스계론 다우케미칼사(Dow Chem. USA)의 셀로사이즈(Cellosize QP-52000H)를, 유기질 벤토나이트로는 리악스사(Rheox, USA)의 Ben Aqua-4000을 각각 0.13 및 0.07 중량%, 렛다운 및 밀베이스 단계에서 사용하였다.

[B-6] 방부제(Preservative)

수성계 코팅재에서 박테리아의 아주 좋은 먹이감 이기도한 셀룰로오스(纖維素)계 증점제를 사용 시는 필연적으로 사용해 주어야 하는 것이 방부제(Anti Bacterial Agent)인데, 여기선 그 원천기술을 영국의 아이시아이 사(ICI,UK)가 가지고 있는- 페니실린계 항균제 원료이기도 한 - BIT계 Proxel XL-2를 0.27중량% 사용하였다.

[B-7] 자외선 방지제(Anti UV-Agent)

유기계코팅재의 약점중 하나인 햇빛으로부터의 노화를 막기위해 주로 UV차단성능 (Reflection)을 발휘하는 안료형 아연화(ZnO)를 써주는 것이 미국에선 필수인데, 여기선 반쪽짜리인 이와 아울러 주로 수지계에 작용하는 자외선 흡수제(UV Absorber)인 시바가이기 사(Ciba-Geigy, Switzlerand)의 티누빈(Tinuvin) #292와 #384를 각각 0.40과 0.80중량% 사용하므로서 온쪽역할을 하도록 하였다.(Irganox #1010등 산화방지제 계열은 성능이 약해 쓸 수가 없다)

[B-8] 조막제(Coalescing Agent)

용제형 코팅제와 유사한 건조기구(Curing Mechanism)를 가지는 수용성(Water-Soluble,-Reducible)계 코팅제와는 달리, 수성(Waterborne)계는 일단 용매인 물이 먼저 자연증발 타가 마지막엔 수지의 입자(에멀션 또는 콜로이달 디스퍼젼입자)로부터 모세관수(Capillary Water)까지 함께 휘발하면서 입자간이 서로 팽윤ㆍ접합 (Swelling Adhesion)하여 도막화(Format, 컴퓨터 디스켓의 포맷처럼) 되는데, 이때 포맷개시제(Formation Agent)로 계에 알맞은 조막제(造膜劑)를 골라 써주는 것이요체로서 또한 중요하다. 즉 그것은 수지계에 따라 씀씀이가 제각기 틀리다는 것이다. 본 발명에선 입자의 표피만을 살짝 녹이는 역할의 Hansol V-2(표면장력 저하제로 공유)와 심층부용으로 단숨에 속까지 뚫고 들어가는 글라이콜 이써의 Dowanol-DPnB(Dipropylene Glycol n-Butyl Ether, Dow Chem. USA.), 또 중간층을 서서히 불려서 팽윤 시키는 이스트만코닥 사의 에스터 알코올인 텍사놀(Texanol, 2,2,4-Tri methyl-1,3-pentanediol Monoisobutyrate, Eastman, USA)을 콤비형(Combination)으로 각각 0.80, 1.05, 0.95 중량%의 비율로 사용하였다.

[B-9] 동결방지제(Anti Freezing Agent)

자동차의 부동액으로 널리 쓰이는 에틸렌 글라이콜(E.G)은 남성 정자(精子) 파괴물질로, 환경 비친화성 물질이어서 저가임에도 사용을 피하고, 대신 인체에 무해한 P.G(프로필렌 글라이콜)를 1.0중량% 사용하였다.

[B-10] PH 조정제(PH Adjuster)

본 코팅제는 계의 특성상 9.0정도의 PH를 유지해 주어야 제일 안정하다. 그러나 이때 산성인 계를 알칼리성으로 변환 시키고 져 PH조정제로 값이 싼 암모니아수 (NH4OH)를 흔히 쓰곤 하는데 이는 사용 시, 암모니아 특유의 톡 쏘는 오줌지리는 냄새와, 완제품으로 완성되고 나서도 코팅재 물성의 변화율이 아주 심하다. 따라서 본 발명에서는 상기에서도 언급한바 있는 고안정형 아미노알코올인 AMP-95를 0.15중량% 좌우하여, 규격 내에 들도록 조절해 가면서 사용하였다.

[B-11] 소포제(Defoamer)

페니실린(Penicillin)이 눈 다래끼가 날려고 할 때 먹으면 아예 곪질 않게 하든지,이왕지사 곪았으면 빨리 터지게 하는 약으로 쓰이듯, 소포제도 이와 똑같아 계면장력을 잘 맞추어 애당초 거품이 안 일게 하든지(抑泡劑), 아니면 기왕 일었으면 금방 터지도록 하는 파포 역할을 동시에 하는 것이 가장 좋다. 이렇게 되기 위해선 낮은 표면장력을 지닌 액체로, 일반적으로 다음의 세가지 특성을 갖고 있어야 한다. 즉 액상 내에서 비용해성일 것과 침투계수(Entering coefficient)가 양성일 것, 또 확산계수(Spreading coefficient)도 양성일 것 등이다. 침투계수(Entering coefficient)가 양성일 때 소포제는 기포막 속으로 침투해 들어간다. 그리고 추가적으로 확산계수(Spreading coefficient)가 양성이면, 소포제는 계면에서 활성적으로 넓게 퍼진다. 이러한 확산 효과에 의해 기포를 안정화 시키고 있는 계면활성제를 밀어내면, 자체탄성과 안정화 물질에 의해 안정화된 기포막은 감소된 결합력과 표면장력이 낮은 기포층으로 변화하게 된다. 여기서는 이에 합당한 것으로 산노프코사의 NXZ이란 소포제를 억포 및 파포용으로 각 0.14와 0.16중량%씩 밀베이스와 렛다운 단계에 나누어 써주었다.

[C] 조성물의 생산제조부문(生産製造部門)

상기와 같이 작성된 설계배합은 재래식 제조방식에 의거, 수십 차례나 중간실험 과정을 통하여 결코 쉽지않게 구한 것이다. 그러나 이는 발명의 종반부로 오면서 본 EPVC계 하에선, 하기와 같은 이유로 재래 제조방법의 생산기술을 가지곤 적용이 어렵고, 별도의 새로운 제조공법이 있어야 함을 인지 하였으며, 업무의 신속을 위해 이를 외부로부터 도입 코 져, 피엠(Patent Map)방법 등을 이용해 세계도처로 발굴조사를 해 보았으나, 이에 해당하는 기술이 존재치 않아, 별도리 없이 시간이 걸리더라도 이를 자체 고안 사용 하여야 한다는 결론에 도달, 갖은 궁리와 窮理의 장고(長考) 끝에 다음과 같이 발명, 사용 키에 이르렀다.

[C-1] 정밀화학의 대표업종 중 하나인 코팅제 산업(페인트,인쇄잉크,컬러복사잉크,도막방수재 따위)은 도포제의 특성상 제조배합(Formulation)과 아울러 이를 생산하는 제조방법(Procedure of Production)이 매우 중요하며, 특히 수지에 안료를 가해 곱게 가는 그라인딩 분산공정(練肉)은 그 중요도 면에서 코팅재 제조의 백미 중 白眉랄 수 밖에 없다. 환언하면 설령 똑 같은 배합 일지라도 제조공정의 변환 및 차이에 따라 최종품질은 엄청 차이가 난다는 것이다. 특히나 본 ECPVC계 같은 과체적(過體積) 상태에선 더욱 그러하다. 그럼에도 오늘날 코팅재를 설계하는 대부분의 기술자(고안자포함)들은 배합의 조성비(Recipe of Ingredient)를 구하는 데만 신경 썼지, 정작 코팅재 제조의 정수(精髓)라고 할 안료ㆍ필러류의 제조부문, 즉 그라인딩 생산부문은 등한시 하고 있는 게 현실이기도 하다. 이렇게 되면 배합이 아무리 훌륭하여도 막상 제조된 코팅재 완성품의 품질 산포는 매우 들쑥 날쑥 하기 일쑤이고, 무엇보다 안정성이 결여되기 십상이다. 하여 본 발명의 또 다른 요체 중 하나는 바로 이의 생산제조 기술에 있으며, 더욱 상세하기로는 종래의 일반공법이 아닌 특수공법으로의 변환제조(分散工程)에 있다.

[C-2] 코팅재의 주원료는 안료(Pigment), 수지(Resin, Binder), 용제(Solvent) 그리고 첨가제(Additive)로 구성되어 있음은 앞서 이야기한바 있다. 여기서 안료를 뺀 나머지로만 구성되는 클리어류와는 달리 착색용 코팅재는 도포막에 굳은 강인성을 부여하고 은폐와 착색성을 주기위해 안료와 필러를 사용하며, 대개의 방수재도이와 마찬가지이다. 한편 그라인딩(Grinding分散, 練肉)을 하기전의 안료류는, 입자와 입자사이에 습한 공기나 이물질(異物質)을 잔뜩 머금고 서로 꼭 붙어있는 응집체상태(Agglomeration)여서 이들을 먼저 분산용수지로 치환, 전부 빼낸 다음 즉시 개개의 안료 입자상태로 갈갈이 찢어주어야만 한다. 코팅재 산업에선 이를 해결키 위해 여러단계의 생산 제조공정중 그라인딩공정을 특히 중요시 하고있으며, 이에 대해선 어느 회사고 간에 항상 새로운 기법의 창안에 부단히 노력하고있는 아주 에센셜한 분야이다. 여기서 본 요체의 자세한 설명을 위해 안료류의 분산 및 이후공정을 세분화 해보면, (1) 밀베이스 작성단계(M/B, Mill Base, 前分散物), (2) 전분산공정(Pre-mixing, 濕潤工程), (3) 그라인딩공정(Grinding Dispersion, 硏磨粉碎工程, Milling, 밀링, 練肉工程), (4) 렛다운공정 (L/D, Let Down, 後調整工程), (5) 숙성공정(Aging, 熟成工程), (6) 여과 및 포장공정(Filtering & Packaging), (7) 저장(Storaging,保管) 등으로 나눌 수 있다. 이하 각 공정간을 단계별로 상세히 설명하면 아래와 같다.

[C-3] 먼저 밀베이스 작성 과정은 분산공정의 첫단계로 각종 착색안료와 필러의 선정이 정해지면 다음은 배방(Recipe)의 결정이다. 이의 비율에 대해선 앞서 얘기한 바와 같지만, 여기서 본 발명의 요체(要諦)인 중요사항 하나는 바로 밀베이스용 분산수지의 사용에 관한 것이다. 용제형 또는 같은 수계라도 수성(Waterborne, 水性)이 아닌 수용성(Water Soluble, 水溶性)수지계와는 달리 수성 에멀션수지형 코팅재에선, 그라인딩 분산 시 분산기계로부터 가해지는 엄청난 왜력(歪力) 때문에 비단 안료류뿐 아니라 에멀션형수지의 입자도 같이 갈려(깨어져버려) 바인더로서의 역할을 제대로 할 수가 없는 고로, 대개는 분산수지를 빼고 대신 분산제나 용매인 물을 사용하여 그라인딩 분산시키는 것이 통례이다. 그러나 이 방식들은 분산정도를 측정하는 연화도(練化度, Fineness of Grind, ISO-1524:2000)를 재봐도 알 수 있듯 분산성이 매우 낮고, 또 설령 특수방법(强力 스매싱方式)으로 곱게 갈았어도 분산 후엔 안정성이 불량하여 이를 막으려고 과량의 분산안정제를 쓰기도 하고, 분산기도 가급적 스미어링(Smearing)에 가까운 형의 것을 쓰므로 서 이를 막고 있으나, 이에는 어느 정도 한계가 있기 마련이다. 본 발명에선 이를 해결키 위해 같은 수성계의 입자형이면서 쉬 깨지기 쉬운 순 유화제(乳化劑)형 에멀션이 아닌, 난파쇄성(難破碎性)의 디스퍼젼형 수지를 선정 사용하고 있으며, 더욱이 주체가 우레탄과 아크릴수지로 합성된 하이브리드형 수지 여서 분산 중 깨짐을 적극 방지 할 수 있음에, 이를 밀베이스용 분산수지로 특별히 선택 사용하였다.

[C-4] 이어서 다음은 전분산 공정으로 이 단계 역시 양호한 분산물을 얻기 위해선 결코 간과할 수 없는 공정이다. 분산제라고 무조건 표면에너지가 낮은 첨가제면 다 좋은 것이 아니고, 사용하는 안료류와 바인더 수지간의 계면장력을 먼저 안 다음, 이들의 눈높이를 최대한 맞추어주는 것이 좋은 첨가제 선택의 필수 조건이다. 여기서는 이를 위해 앞서 기술한 대로 표면 코팅 처리한 안료류들만 우정 채택 사용하였으며, 안료입자 속에 들어차있는 습한 공기와 이물질을 밖으로 빼내는 능력이 아주 뛰어난 음이온계 표면장력 저하제(Surfactant)를 골라 사용하였다. 또한 습윤조작(전분산)시 교반 기계론 별도의 믹서를 사용하는 것이 아니라 주분산기인 "카울레스 디졸버(Cowles Dissolver)" 자체를 그대로 사용 하므로 서 기계장비의 축소및 공정단축도 함께 꾀하였는데, 중요한 점은 이때 임펠러(Impeller)의 회전수를 390알피엠(RPM) 이하에 교반 시간은 45분 정도로 하여 습윤제가 쉽고도 충분하게 침투 할 수 있도록 하는 저속 운전조건을 갖추는 것이다.(제조시간이 충분하면 전분산물을 하룻밤 재운 뒤 믹싱 하면 효과가 더 크다. 즉 밀베이스를 달아놓고 퇴근했다가 아침에 출근후 저속으로 믹싱 시키는 것 등이다)

[C-5] 다음은 주공정 단계인, 그라인딩분산 (Grinding, Milling Dispersion) 공정이다. 이는 코팅재에서 핵심 공정인 만큼 꽤나 여러 가지로 즉 분쇄, 연마, 밀링, 또 분체도료에선 니딩(Kneading), 콤파운딩(Compounding), 엑스트루젼(Extrusion), Grinding, Milling, Dispersion, Crushing 등으로 불리며, 특히 일본에선 연육공정(練肉工程)으로도 부르나 그 뜻은 매양 한가지로, 이처럼 다양하게 불리는 것은 이의 가는(분산) 공정이 코팅재 생산에선 그만큼 다양하고 또 중요한 것이란 뜻이기도 하다. 액체형 코팅재에선 이들을 작용기구(作用機構)상 크게 나누어 스미어링(Smearing, 잡아찢음)과 스매싱(Smashing , 내려침) 또 이 두가지 작용을 함께하는 튀기(Hybrid)방식의 3가지로 구분하는데 상기의 호칭은 적어도 한가지씩은 이 어느것에 속하기도 한다. 스미어링 방식은 안료입자와 입자들을 전색제(展色劑, Vehicle,分散樹脂)로 흠뻑 적시어 충분히 감싼 뒤, 전단응력(Shear Strength)을 주어 서로 반대방향으로 잡아당겨, 1차 응집상태의 안료들을 각개의 상태로 잡아 찢는 원리이다. 이에 비해 스매싱방식은 1차응집 안료들을 망치로 내려치듯 두들겨 쪼개버리는 것으로, 강력한 기계적인 힘으로 내려 찧다 보니 분산효율성은 전자에 비해 대단히 높으나, 분산된 입자의 모양은 뾰족뾰족한 별 모양이 많다. 하이브리드 방식은 이 둘의 기능을 동시에 다 갖는 것으로 분산질은 그 중간정도이며, 대부분의 분산기가 이에 속한다고 할 수 있다.

[C-6] 한편 본 발명에선 도막의 착색을 위해 순백색의 金紅石인 루틸형의 타이타늄다이옥사이드(TiO2)를 사용하는데 이는 연화도(練肉後 粒子의 크기)가 헤그만 입도계로 NS=6이상(25미크론에 해당. Hegman Gauge ISO-1524-2000, North Standard)되게 갈아주어야 최상의 착색력을 나타내는데, 이렇게 갈려면 수성계로서 스미어링방식으론 힘들고 천상 스매싱방식 밖엔 없다. 그러나 여기서 한가지 알아두어야 할 사항은, 스매싱 전용방식으로 본 발명에 사용되는 안료ㆍ필러 들을 그라인딩하면 사이징 처리한 유기 코팅제들이 전부 깨져나가 벗겨 지므로 서 당초의 예상한 효능을 모두 잃게 되고, 입자들 또한 2차 충격 시 별 모양처럼 깨어져 모르폴로지 변환에 의한 비표면적이 엄청 커지므로 서, EPVC상태를 도저히 맞출 수가 없게 된다. 물론 연화도는 NS=7(12.5미크론)까지도 갈아 제낄 수가 있으나 이는 주로 자동차용 도료나 보잉ㆍ더글러스의 비행기용 도료 같은 고급도료에 해당하는 것으로 수성계에서 이는 과잉설계에 해당한다. 한편 사이징 처리제가 벗겨져 나가므로 서 비단 비표면적 문제뿐 아니라 코팅재 완성 후 저장 보관 시 안료 재응집(Flocculation)이 심하고, 무엇보다 투수 시 표면젖음확산(Surface Wetting Diffusion)의 주요인이 되어 누수가 크게 일기 시작하는 주요인이 되기도 한다. 본 발명의 방수코팅재는 상기사항을 근저(根底)로 비표면적의 최소화를 달성하는 것이 요체이므로 이를 위해 여러 가지 분산기와 임펠러를 골라 시험한바, 그 중에서 스미어링:스매싱 비율이 75:25 정도 되는 " 튀기형 톱니날개타입 고속회전 디졸버(Saw-Tooth Impellertype, Cowles Dissolver 카울레스 디졸버)"가 위의 문제점을 해결하고 그라인딩 분산성도 매우 뛰어남에 이를 선택하였으며, 분산정도(練化度)는 과잉치를 피하고 은폐력과 착색력이 나오는, ECPVC계가 요구하는 최소치인, 헤그만 입도계로 NS=5.5 (31.25미크론)를 표준으로 삼았다.

[C-7] 다음은 또 하나의 키포인트(要諦)인 카울레스 디졸버의 설비제원 및 운전조건을 잡기위해 시험한 결과치로, 현장에서 대량 생산 시는 이 조건들을 기초로 스케일 업(Scale up) 시키면 될 것이다.

[C-7-1] 임펠러(Impeller)의 형태 : 齒車 24개의 톱니형 블레이드(Saw-Tooth Blade, 상ㆍ하 24Teeth, JPO사제). 치차가 18개 이하이면 와류 생성력이 약해 분산작업이 어렵고(단순 Agitator역할만 한다), 28개 이상이 되면 이번엔 와류가 심하게 일어, 스미어링이 아닌 스매싱이 될수 있으므로 치차 선택에 주의하여야 한다.

[C-7-2] 블레이드(날개)의 크기 : 지금까지의 중간실험결과 양호한 와류(Vortex)를 생성시키기 위해선, 직경이 최소73mm ~ 최대99mm의 것이 가장 적합하였으며, 더욱 좋기로는 76mm ~ 81mm의 것이었다. 본 실험에선 최종적으로 1D(분산기 각 부위의 표준 최소단위) = 76.2mm(3인치)짜리를 사용하였다. 73mm 보다 작으면 와류 생성력이 약해 분산작업이 어렵고, 99mm 보다 크면 모터에 심하게 부하를 주어 기계의 생명이 상대적으로 매우 짧아질 수가 있다.

[C-7-3] 탱크(컨테이너)의 크기 : 카울레스 디졸버의 그라인딩 방식은 톱니형 치차의 임펠러를 고속으로 회전 시, 이에 의해 생기는 상ㆍ하 와류(Vortex, 渦流)가 탱크 밑바닥에선 서로 반대 방향으로 왜력을 주며 휘몰아쳐, 이미 충분히 습윤된 안료 응집체에 스미어링을 주어 각각의 알갱이로 잡아 찢어버리며, 블레이드 윗부분에선 탱크의 내벽을 타고 때리듯 형성되는 와류에 의해 이것이 물리적 충격을 받아 느슨하게 풀림과 동시에, 이는 금새 도넛(Doughnut)모양의 소용돌이(와류)속 한가운데로 빨려 들어가, 다시 탱크 밑바닥으로 이송되는 과정에서 여기서 강한 스매싱을 받곤 낱개로 갈아져 버리는 원리를 가지고 있다. 따라서 구멍 뚫린 도넛모양의 최적와류를 발생시키기 위해 날개의 직경과 함께 탱크밑바닥의 지름은 매우 중요한 인자(Factor, 因子)이다. 여기서 가장 적합한 것은 211mm ~297mm (2.7D ~ 3.9D)짜리이며, 더욱 좋기로는 213mm ~ 252mm의 것이다. 본 실험에선 여러 차례의 시행오차 끝에 213.4mm(2.8D)의 것을 만들어 사용하였다. 211mm보다 작으면 모터에 과부하와 스매싱형으로 되기쉽고, 297mm보다 크면 분산물의 그라인딩 효율이 떨어져 그저 하염없이 탱크내면을 마냥 겉돌기만 한다.(단순 믹싱효과뿐)

[C-7-4] 분산물 투입량의 높이 : 임펠러가 거치된 탱크내로 투입하는 밀베이스 (M/B)의 높이는 임펠러의 거치 높이와 함께 도넛와류를 형성시키는 중요 인자 중 하나이다. 분산물 투입량의 높이로 가장 적합한 것은 147mm ~158mm 가 적당하였으며, 더욱 좋기로는 였다. 본 실험에선 153mm 의 높이로 맞추어 실험하였다.(최소 ~ 최대값의 특징은 위와 같다)

[C-7-5] 임펠러(Impeller)의 거치높이 : 탱크 바닥으로부터 임펠러(블레이드날개)의 높이는38mm ~ 84mm(0.5D ~ 1.1D)가 적당하며,가장 적절 키로는45mm ~ 61mm 사이이다. 본 실험에선 수 차례의 실험 끝에 46mm(0.6D)를 택하여 운전조작을 하였다. 여기서 임펠러의 위치가 38mm이하로 거치 되면, 블레이드 하부에 생기는 상호 반대방향향(向) 수평와류의 발생이 불량하여, 스미어링 전단력(Smearing Shear Force)이 제대로 가해지지 않음에 그라인딩 분산이 제대로 이루어지지 않고, 84mm보다 높이 세팅 되면, 이번엔 스매싱 전단력의 원동력이 되는 블레이드 상부에 도넛형 응력이 안 생겨, 안료의 쪼개짐 작용이 약하게끔 된다. 따라서 소용돌이대류 시간만 길어지고 분산능력은 반 이하로 뚝 떨어진다.

[C-7-6] 임펠러의 회전속도 : 이상의 운전 조건들이 이상적으로 설정 되었으면, 다음의 팩터는 임펠러의 회전속도에 관한 것이다. 이는 후에 현장에서 대량 생산 시 경제성을 좌우하는 절대적 팩터로, 기계값(모터의 容量과 可變ㆍ非可變式 의 差)과 품질의 수준 및 생산 제조경비를 결정지우는 최종의 절대적 요소이다. 본 실험에서는 무단변속(可變式)타입으로 모어하우스사의 W-12-2.0 Lab형(Morehouse-COWLES Dissolver,USA) 10,000RPM짜리를 사용하였으며, 실험 시 운전조건은 보통 5,500 ~ 5,600RPM으로 조작하였다. 이렇게 하므로 서 본 발명의 양대축의 하나인 조성물 생산제조 부문을 완결 지을 수가 있었다.

[C-8] 카울레스 고속회전 디졸버 분산기(Cowles High Speed Dissolver Disperser)는 충격용 미디어(Media)로 구슬(Bead)을 사용하는 샌드밀(Sand Mill), 페블밀 (Pebble Mill),쇼트밀(Shot Mill)또는 비드밀(Beads Mill)이나 아니면 쟈밀(Jaw Mill), 볼밀(Ball Mill)과 이의 변형 타입인 아트라이터(Attritor), 진동밀 (Vibra tion Mill)등의 스매싱형과는 달리 거의 스미어링에 가까운 분산 기종이다. 이것은 특히 스매싱형의 대표격인 초고속충격회전판밀(High-Speed Impingement Mill)인 캐디밀(Kady Mill)과는 같은 회전운동체형 분산기이면서 작용기구는 완전히 틀려, 충격(衝擊)용 미디어(Media,주로 Beads류)의 사용 대신 단지 임펠러의 회전력에 의해 생기는 난류층(Turbulent Regime, 亂流層)의 와류(Vortex, 渦流)만을 이용하는 것으로, 이것은 와류의 이상적인 발생이 매우 중요하며 따라서 운전조건도 좀 까다로운 편이다. 그러나 위에서처럼 제반 운전 조건만 잘 설정해주면 본 발명의 수계(水系)수지처럼 밀베이스용 에멀션이나 디스퍼젼수지의 알갱이 입자는 깨짐이 없이 그대로 보호하면서 와류에 의해 생기는 전단력 만으로, 응집 되어있는 안료류(Floc culates)를 분산체상태(Deflocculation)로 찢어발겨 버리는, 최호적(最好適)의 분산기이기도 하다. 이러한 스미어링형 분산기의 대표적인 것에는 잡아찢기 그라인딩의 명품으로 그 유명한 3본 롤밀(三本 Three Roll Mill)과 스톤밀(Stone Mill)및 콜로이드밀(Colloid Mill) 등이 있다.

본 발명에 따르면 액상형 코팅재로서 "초임계안료체적농도(ECPVC)" 방식을 고안 도입하고, 주종 바인더수지로는 성상이 터프한 우레탄 재질과 내후성이 월등히 뛰어난 아크릴 성분을 한몸에 지니고 있는 아크릴-우레탄 하이브리드 수지를 사용하며, 통기성과 방수성을 자동 조절해 주는 스톱퍼기능의 주 작용제론 스타이렌계 아크릴산 알킬 에스터 수지를 사용하며, 코팅제 자체내 기공성 부여제론 대칭비가 1:1.2의 마블형 칼사이트를 사용하고, 무엇보다 ECPVC를 위하여 제조공정중 밀베이스의 변형제조법을 또한 고안, 기공제의 실용적 안정,분산화를 꾀하므로서 최종적으로 "유기계 도막에서 자체 통기성을 갖는 탄성도막 방수재"를 얻을수 있게 된다.

Claims (4)

1. 상온에서 별개인 수성형 아크릴수지와 폴리우레탄수지의 2성분을 각개가 아니면서 단순혼합물(Cold Blender)도 아닌, 반응솟내에서 뜨거운 열을 가해 한몸처럼 중합반응 시켜 만든 반응혼합물(Hot Blender,일심동체형)을 아크릴-우레탄 하이브리드 수지라 하는데, 이의 혼합비율은 중량비로 10 ~ 90%이고 수성형이며 일액형으로서, 본 하이브리드 수지를 성분으로하는 탄성도막 방수재.
2. 제1항에 있어서 도포막의 숨구멍 크기가 각기 물방울과 수증기가 닿을때 그 크기를 달리 자동으로 조절하는 유한 팽윤성의 스톱퍼수지(自己架橋型 디스퍼젼樹脂)를 유효성분으로 하는 탄성도막 방수재.
3. 제1항에 있어서 도포된 코팅막에 통기성 기공을 내주기위해 재질의 경도가 분필(초크)보다 강한 라임스톤이나 마블형의 칼사이트를 11 ~ 79중량%로 사용하는 탄성도막 방수제.
4. 코팅재를 제조시 청구1항의 하이브리드수지나 청구2항의 스톱퍼수지의 일부를 취해 안료류와 함께 갈므로서 단시간에 분산도(練化度)를 높이는 방수재 밀베이스의 변형조작 제조방법.(일반적으로 수성계에선 밀베이스의 구성시 안료류와 수성수지를 함께 갈면 수지입자가 전부 깨져버리므로 같이 갈지 못한다)