KR20060043938A - 수성도료 조성물 - Google Patents

Abstract

수성도료 조성물은 자수정 분말 3 내지 8 중량%, 체질안료 5 내지 25 중량%, 착색안료 10 내지 25 중량%, 바인더 수지 10 내지 30 중량 %, 변성 셀룰로오즈계 증점제 0.1 내지 1 중량%, 습윤 분산제, 방부제, 소포제, pH 조절제, 항균제, 표면조절제 및 부착방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제 0.3 내지 5 중량 % 및 여분의 물을 포함한다. 상기 수성도료 조성물은 자수정의 고유 특성을 유지하면서 백색도료의 기능을 우수하게 수행할 수 있고 기타 저장안정성 등의 도료조성물의 물성을 향상시킬 수 있다.

Description

수성도료 조성물{WATER PAINT COMPOSITION}

본 발명은 자수정을 함유하는 수성도료 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자수정의 고유 특성을 갖고 있으면서 백색도료의 기능을 안정적으로 수행할 수 있는 수성도료 조성물에 관한 것이다.

현대 사회는 가속화되는 산업화로 인하여 각종 화학물질이 범람하면서 새집증후군(sick house syndrome)이라는 신종 증후군까지 발생하게 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 새집증후군의 가장 큰 발생 요인인 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물을 건자재에 최소화시킬 필요가 있다.

이에 많은 도료회사에서 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물을 거의 함유하지 않는 수성도료를 개발하였고 이제는 단순히 환경오염 물질을 줄이는 것을 넘어서 부가적인 기능성 도료들을 판매하고 있다.

따라서 여러 기능성 재료들을 도료에 포함시킬 수 있는데, 이들 재료들은 주로 광물에서 추출되는 것으로서 자체적으로 색상을 가지고 있어 상기된 기능을 발휘할 정도의 함량을 첨가하면서 백색도료를 제조하기에는 어려움이 있었다.

그 중에서 지구상에 현존하는 광물 중에 가장 많은 원적외선을 방사한다는 자수정은 자체적으로 규칙적인 파동을 가지고 있어 뇌파 및 인체혈류량을 안정화 시키고 항균과 탈취에 효과가 있어 그 응용 가능성이 매우 높으나 자수정 광물 자체가 적자색을 띄고있어 상기된 기능을 발휘하면서 도료를 백색화 시키기에는 문제가 있었다. 또한 일반적으로 보석분야가 아닌 산업분야에 사용되던 자수정은 수입산 분말을 사용하는데 석회암 암반이나 모래에서 생산되어 불순물을 함유하고 중금속과 방사능이 검출되기도 한다.

또한 상기 자수정은 큰 입자 사이즈를 가지고 있고 경도가 높아 인테리어 도료 제조 시 거친 도막외관을 가지는 문제점과 지나치게 큰 입자로 인하여 저장 중에 다른 안료와 회합하여 침전하는 문제를 가지고 있었다. 이런 문제점을 해결하기 위해서는 도료에 칙소성을 높이 부여하여 침전을 방지하는 방법이 있지만 도료의 친환경적인 특성상 휘발성 유기화합물을 최소화하기 위해서는 도료 증점제로 사용되는 우레탄 증점제 및 아크릭산 타입의 증점제는 보다는 분말 상태인 셀롤로우즈 증점제를 사용해야 하는데 이는 일반적으로 도료의 레벨링을 저하시키는 특성이 있어 자수정의 거친 입자와 함께 건조도막 상태를 불량하게 만드는 요인이 된다. 또한 셀롤로우즈 증점제를 단독으로 사용하면 로라도장시 스패터링이 많이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안한 것으로서 자수정의 기능적 특성을 유지하면서 배색도료로서 안정적으로 기능을 수행할 수 있는 수성도료 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 수성 도료 조성물은 2 내지 20 ㎛의 평균 입자경을 갖고 방사능을 방출하지 않는 자수정 분말을 포함한다.

본 발명의 일 특징에 따른 수성 도료 조성물은 자수정 분말 3 내지 8 중량%, 체질안료 5 내지 25 중량%, 착색안료 10 내지 25 중량%, 바인더 수지 10 내지 30 중량 %, 변성 셀룰로오즈계 증점제 0.1 내지 1 중량%, 기타 첨가제 및 여분의 물을 포함한다. 상기 기타 첨가제로서는 습윤 분산제, 방부제, 소포제, pH 조절제, 항균제, 표면조절제 및 부착방지제 등이 있고 상기 첨가제들은 전체 도료 조성물 내에 0.3 내지 5 중량%가 포함되어진다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

상기 자수정 분말은 전체 도료 조성물 내에 3 내지 8 중량%를 포함된다. 자수정 분말이 3 중량% 미만이면 자수정 고유의 기능적 특성들이 발현될 수 없고 반면에 8 중량%를 초과하면 자수정의 고유 색상으로 인하여 전체 도료 조성물의 색상의 백색도가 현저히 저하되는 문제가 있다.

또한 자수정 분말의 평균 입자경은 0.2 ㎛ 에서 20 ㎛ 바람직하다. 도료 조형물의 건조도막 상태를 위하여는 평균 입자경이 작을수록 좋지만 0.2㎛ 미만의 분말을 투입하면 흡유량이 높아져 도료 조성물의 저장안정성이 불량하게 되고 상기 평균 입자경이 반면에 20 ㎛를 초과하면 건조 도막의 표면이 거칠어져 인테리어용 도료로 부적합하고 저장 중에 침전이 발생하는 문제가 있다.

일반적으로 산업용으로 사용되는 자수정은 수입산 분말을 많이 사용하는데 이는 석회암이나 모래에서 생산되어 중금속 같은 불순물을 함유하고 방사능도 소량 검출될 가능성이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 특징에 따른 수성도료 조성물은 황토 진흙암반에서 주로 맥반석으로 이루어진 원석으로 채광되어 중금속 및 방사능을 함유하지 않은 국산 자수정 분말을 포함한다.

착색 안료로는 백색을 기준으로 이산화티탄을 사용하고 체질안료로는 탄산칼슘, 탈크, 알루미늄실리케이트, 규조토, 마이카 등을 사용한다. 상기 수성도료 조성물은 알루미늄실리케이트를 체질안료의 주성분으로 포함하고 규조토를 보조 체질 안료로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 배합에 따른 수성도료 조성물은 백색도, 은폐력의 향상과 측면광택 감소의 효과가 매우 우수하다.

백색 도료를 기준으로 상기 착색 안료의 함량은 전체 도료 조성물의 중량을 기준으로 10중량% 내지 25중량% 포함되는 것이 바람직하다. 만약 함량이 10중량% 미만이면 자수정 분말의 고유색상인 회색을 상쇄시킬 수가 없고 반면에 25중량%를 초과하면 백색도와 은폐력이 저하된다. 체질안료는 5중량% 내지 25중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 착색안료와 상기 체질안료의 총합계 조성은 도료 중량을 기준으로 30중량% 내지 50중량% 범위가 되는 것이 바람직하다. 만약 함량이 30중량% 미만이면, 도막의 백색도와 은폐 효과가 떨어지므로 바람직하지 않고 50중량%를 초과하면 도막이 견고하지 못할 뿐만 아니라 부착성, 작업성, 내수성 및 저장안정성이 크게 저하되므로 바람직하지 않다. 따라서 백색도료를 기준으로 착색안료와 체질안료의 총함량은 상기한 범위가 되도록 하며 더욱 바람직하게는 35중량% 내지 45중량%이다.

저장안정성의 문제점 중의 하나인 안료의 침전을 방지하기 위해서 상기 수성도료 조성물은 칙소성을 부여하는 증점제를 포함한다. 도료의 친환경적인 특성을 유지하기 위하여 상기 수성도료 조성물은 휘발성 유기화합물을 최소화시키기 위해 수성도료 조성물에 사용되는 일반적인 증점제 중에 우레탄 타입 증점제와 아크릭산 타입은 배제하고 분말 타입인 셀롤로우즈 타입의 증점제를 포함한다. 특히 셀롤로우즈계 증점제 중에 일반 하이드록시 에틸 셀롤로우즈(Hydroxy ethyl cellulose)는 칙소성은 우수 하지만 단독으로 사용할 경우 레벨링이 불량하고 작업성에서 스패터링이 발생하여 인테리어 도료로서 문제점을 있으므로 본 발명의 일 특징에 따른 수성도료 조성물은 변성에틸 하이드록시에틸셀롤로우즈(Modified ethyl hydroxy ethyl cellulose)를 포함한다. 따라서 상기 수성도료 조성물은 레벨링과 작업성이 우수하고 저장안정성이 양호하다.

상기 바인더 수지로서, 고형분 함량이 48중량%~52중량%이고 에멀젼 평균입자경이 50㎚~250㎚ 범위인 부틸아크릴/스티렌 공중합체(Butyl acrylate/Stylene copolymer)가 사용된다. 상기 부틸아크릴/스티렌 공중합체는 일반적으로 휘발성 유기화합물인 조막제를 사용하지 않기 위해 최저도막형성온도(MFFT, Minimum Film Forming Temperature)가 약 -5 내지 10℃인 것을 사용한다. 더욱 바람직하게는 고형분 함량이 50중량%이고 에멀젼 평균입자경이 150㎚이며 최저도막형성온도가 약 3℃인 부틸아크릴/스티렌 공중합체를 사용한다.

이밖에 본 발명의 도료 조성물은 첨가제로서는 습윤 분산제, 방부제, 소포제, pH 조절제, 항균제, 표면 조절제, 부착 증진제 등을 포함한다. 상기 습윤 분산 제로는 고형분 함량이 40중량%인 폴리카르복시산 타입을 사용한다. 상기 습윤 분산제는 전체 도료 조성물 대비 0.5중량% 내지 1중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 또한 상기 습윤 분산제를 제외한 첨가제들은 전체 도료 조성물 대비 0.05중량% 내지 0.5중량% 가 포함되어지는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 그러나 하기 실시예들에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도료 혼합용 플라스크에 31 중량%의 물, 0.7 중량%의 습윤 분산제 0.25 중량%의 소포제, 0.08 중량%의 방부제, 0.1 중량%의 항균제를 투입하고 교반 중에 14 중량%의 이산화티탄안료, 3 중량%의 규조토, 10 중량%의 1 ㎛의 평균 입자경을 가진 탄산칼슘, 5 중량%의 1.4㎛의 소성 클레이, 25 ㎛ 입자경의 8 중량% 자수정 분말을 투입하고 입도가 4이상 나올 때 까지 고속 분산 시켰다. 0.3 중량%의 하이드록시에틸셀롤루즈 타입의 증점제 및 휘발성 유기화합물인 조막제를 사용하지 않기 위해 고형분 함량이 50 중량%이고 에멀젼 평균입자경이 150 ㎚이며 최저도막형성온도 (MFFT, Minimum Film Forming Temperature)가 3 ℃인 부틸아크릴/스티렌 공중합체를 사용하였다.

실시예 2

물 29중량%, 백색안료인 이산화티탄 16중량%, 10㎛ 입자경의 8 중량% 자수정 분말을 사용한 것 외에는 실시예 1의 수성도료 조성물과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예3

이산화티탄안료 18 중량%, 규조토 3 중량%, 1.4㎛의 소성 클레이 10 중량%, 10㎛ 평균 입자경을 갖는 자수정 분말 5 중량% 및 아크릴 에멀젼 바인더 수지 20 중량% 투입한 것 외에는 실시예 1의 수성도료 조성물과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예4

하이드록시에칠셀롤루즈( Cellosize ER-4400, 유니온카바이드) 대신 변성 하이드록시에칠셀롤루즈(Bermocoll EHM300, AKZO NOBEL)를 투입한 것 외에는 실시예 3의 수성도료 조성물과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 5

증점제의 사용량을 0.25 중량%로 하고 pH 조절제 0.2 중량%를 투입한 것 외에는 실시예 4의 수성도료 조성물과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 자수정 분말을 배제하여 수성도료 조 성물을 제조하였다.

비교예 2

비교예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 백색안료를 18 중량%, 1㎛의 입자경을 가진 탄산칼슘 7중량%, 3 중량%의 규조토, 5 중량%의 1.4㎛의 소성 클레이, 10㎛의 입자경을 가진 황토 5중량%를 사용하여 수성도료 조성물을 제조하였다.

실험예 1

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 수성도료 조성물에 대하여 각종 물성 측정을 하였다. 측정된 물성은 건조도막 외관, 45°0°확산반사율, 은폐율, 내수성, 도장 작업성, 이색성, 분산성(N.S), 60 ℃ 저장안정성, 인체 혈류량 및 뇌파 안정성도 이었다. 60 ℃ 저장안정성을 제외한 물성의 평가는 물량-보통-양호-우수의 4단계로 평가되었고, 저장안정성의 경우에는 침전-보통-양호-우수의 4단계로 평가되었다.

본 실험에서 사용된 분산 습윤제는 한국산노프코의 SN-DISPERSANT-44S(상품명), 소포제는 비와이케이사의 BYK-024(상품명), 방부제는 제네카사의 Proxel XL-2(상품명), 항균제는 THOR사의 ACTICIDE EPW(상품명) 증점제는 악조노벨사의 Bermocal EHM300(상품명) , pH 조절제는 미국 앤거스사의 Amp-95(상품명), 이산화티탄은 듀폰의 R-706(상품명), 규조토는 셀라이트사의 Celite 499(상품명), 소성클레이는 Texas industrial의 SNOWTEX 45(상품명), 자수정 분말은 자수정코리아사의 AM-TEC POWDER(상품명), 아크릴 에멀젼 바인더는 부틸아크릴/스티렌 공중합체인 바스프사의 Acronal S-559(상품명)을 사용하였다.

도료 물성 시험

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 도료 조성물들은 슬레이트 판 소지에 2회 도장의 방법으로 실험 및 시험편 준비를 실시하였다. 시험방법 중 내수성, 분산성, 60 ℃ 저장안정성, 은폐율 및 45°0°확산반사율(백색도)은 KSM 5000의 시험방법에 따라 평가하였다.

1. 건조도막의 외관

로라도장으로 2회 도장한 건조도막 시편의 도막의 크레타링 여부 및 레벨링상태 육안으로 확인하였다.

2. 이색성

실시예 및 비교예의 도료 조성물에 일반 수성 조색제를 3% 투입하여 도장하여 1회 도장과 2회 도장간의 색상 차이 비교를 통하여 이색성을 확인하였다.

3. 도장작업성

슬레이트 판에 로라도장을 통하여 도장시의 로라의 상태 혹은 젖은 도막의 상태 및 스패터링을 육안으로 판단하였다.

측정결과는 아래 표 1에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2
건조도막 외관	보통	보통	양호	양호	우수	보통	보통
45°0° 확산반사율(%)	75	77	82	83	84	74	73
은폐율(%)	0.88	0.89	0.95	0.97	0.97	0.89	0.86
내수성	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호
도장작업성	보통	보통	보통	양호	우수	보통	보통
이색성	양호	양호	양호	양호	양호	이색성	이색성
분산성(N.S)	보통	보통	보통	양호	양호	보통	보통
60℃저장안정성	침전	침전	침전	침전	우수	침전	침전
인체혈류량 및 뇌파안정성	양호	우수	우수	우수	우수	불량	불량

표 1을 참조하면, 실시예의 도료 조성물은 비교예에 비하여 여러물성이 양호하게 측정되었다. 다만 더욱 상세한 비교를 위하여 실시형태에 약간의 변형을 가하여 다양하게 실시하였으며 가장 바람직한 실시예는 실시예 5이다.

실시예 1에서는 입자경이 큰(25㎛) 자수정 분말을 사용됨으로 건조도막이 거칠고 백색도가 저하되었다. 또한 고온(60℃)저장 중에 침전이 발생하고 분산성이 저하되었다.

실시예 2에서는 자수정 분말의 입자경을 10㎛로 대체하고 은폐력 상승을 위해 이산화티탄을 16 중량%로 증량 하였으나 은폐력과 백색도가 현저하게 개선되지 못하였다.

실시예 3에서 이산화티탄을 18 중량%로 증량하고 자수정분말을 5 중량%로 감량하여 건조도막의 외관, 백색도 및 은폐율은 개선 할 수 있었으나 고온(60℃)저장 중에 침전이 발생하였고 도장작업시 스패터링이 발생하였다.

실시예 4에서 증점제로 사용된 하이드록시에칠셀루로즈( Cellosize ER-4400, 유니온카바이드) 대신 변성 하이드록시에칠셀루로즈(Bermocoll EHM300, AKZO NOBEL)를 사용하여 도장작업시 스패터링과 레벨링이 향상되었으나 고온(60℃)저장 중에 침전이 발생하였다.

실시예 5에서 도료의 안정성에 기여하는 아민류의 pH 조절제 AMP-95를 첨가하여 고온(60℃)저장안정성을 개선할 수 있었다.

비교예 1 및 비교예 2는 자수정 분말이 갖는 고유의 특성이 발현되지 않았다.

본 발명에 따른 수성도료 조성물은 자수정 분말을 함유하고 있어 자수정 분말의 기능적인 특성들을 도료 조성물 내에서 안정적으로 발현할 수 있다. 또한 자수정 고유의 색상을 상쇄하여 백색 도료의 기능을 안정적으로 실현할 수 있다.

또한 건조도막의 외관, 저장안정성, 작업성, 내수성, 백색도, 은폐력 등의 도료 물성들이 매우 우수하다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 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 (13)

1. 2 내지 20 ㎛의 평균 입자경을 갖고 방사능을 방출하지 않는 자수정 분말을 포함하는 수성도료 조성물.
2. 자수정 분말 3 내지 8 중량%, 체질안료 5 내지 25 중량%, 착색안료 10 내지 25 중량%, 바인더 수지 10 내지 30 중량 %, 증점제 0.1 내지 1 중량%, 습윤 분산제, 방부제, 소포제, pH 조절제, 항균제, 표면조절제 및 부착방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제 0.3 내지 5 중량 % 및 여분의 물을 포함하는 수성도료 조성물.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 자수정 분말은 0.2 내지 20 ㎛의 평균 입자경을 갖는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 체질안료는 탄산칼슘, 탈크, 알루미늄실리케이트, 규조토 및 마이카로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 체질안료를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 체질안료는 상기 알루미늄실리케이트를 주성분으로 포함하고 상기 규조토를 보조 성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수성도료 조 성물.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 착색안료는 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 바인더 수지는 최저도막형성온도가 약 -5 내지 10 ℃인 부틸아크릴/스티렌 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 바인더 수지는 고형분 함량이 48 내지 52 중량 %이고 에멀젼 평균 입자경이 50 내지 250 ㎚인 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
9. 제 2 항에 있어서, 상기 증점제는 변성 에틸하이드록시에틸셀룰로오즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
10. 제 2 항에 있어서, 상기 수분 분산제는 고형분 함량이 38 내지 42 중량%인 폴리카르복시산계 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
11. 제 2 항에 있어서, 상기 수분 분산제는 전체 도료 조성물 내에 0.5 내지 1 중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
12. 제 2 항에 있어서, 상기 수분 분산제를 제외한 첨가제들은 전체 도료 조성물 내에 각각 0.05 내지 0.5 중량 %의 범위로 첨가되는 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.
13. 제 2 항에 있어서, 상기 체질안료 및 착색안료의 합계 중량이 전체 도료 조성물 대비 35 내지 45 중량%인 것을 특징으로 하는 수성도료 조성물.