KR20080000631A - 수계 도료 조성물 및 열 차폐 도료 - Google Patents

수계 도료 조성물 및 열 차폐 도료 Download PDF

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다케시 야나기하라
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가부시키가이샤 아도마텍쿠스
니혼 주오 겐큐조 가부시키가이샤
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Abstract

높은 열 차폐성을 갖는 열 차폐 도료를 제공하는 것을 해결해야 할 과제로 한다. 본 발명의 수계 도료 조성물은 구형상 금속 산화물 입자를 포함하는 무기물 입자가 배합되어 있는 것을 특징으로 한다. 수계 도료 조성물에는 여러 가지 화합물 등이 배합되어 있는데, 구형상 금속 산화물 입자를 함유시키는 것으로 상기와 같이 높은 태양광 반사성을 갖는 것이 가능해졌다. 본 발명자들은 종래부터 진구성이 높은 무기물 입자의 개발을 실시하고 있으며, 그 진구성이 높은 무기물 입자를 개발하는 중에 진구성이 높은 무기물 입자를 매우 고농도로 액체 속에 분산시킬 수 있는 것을 발견해내고, 도료 조성물에 응용하는 것을 생각해냈다. 태양광의 반사성이 우수한 무기물 입자를 대량으로 함유시키는 것이 가능해지는 것으로 열 차폐성도 향상되는 것을 확인하여 본 발명을 완성시켰다.
무기물 입자, 구형상 금속 산화물 입자, 진구성, 도료 조성물, 열 차폐성

Description

수계 도료 조성물 및 열 차폐 도료{WATER-BASED COATING COMPOSITION AND HEAT-SHIELDING COATING MATERIAL}
본 발명은 수계 도료 조성물 및 열 차폐 도료에 관한 것이다.
근래 에너지 절약 의식의 고양이나 법 규제의 강화 등에 의해 에너지 효율의 향상이 요망되고 있다. 그래서 각종 건축물, 차량 등의 냉방 효율화, 열 차단화를 목적으로 하여 태양광으로부터의 열 차폐성을 갖는 열 차폐성 도료가 제안되어 있다.(닛폰 페인트 뉴스 릴리스, 평성12년 7월 24일, 닛폰 페이트 주식회사, 인터넷〈URL: http://www. nipponpaint. co. jp/news/2000/wn0724. html〉)
본 발명은 더욱 높은 열 차폐성을 갖는 수계 도료 조성물 및 그 성질을 이용한 열 차폐 도료를 제공하는 것을 해결해야 할 과제로 한다.
그런데 본 발명자들은 종래부터 진구성(眞球性)이 높은 무기물 입자의 개발을 실시하고 있다. 그 진구성이 높은 무기물 입자를 개발하는 중에 진구성이 높은 무기물 입자를 매우 고농도로 액체 속에 분산시킬 수 있는 것을 발견해내고, 도료 조성물에 응용하는 것을 생각해냈다. 태양광의 반사성이 우수한 무기물 입자를 대량으로 함유시키는 것이 가능해지는 것으로 열 차폐성도 향상되는 것을 확인하여 이하의 발명을 완성시켰다.
즉 본 발명의 수계 도료 조성물은 구형상 금속 산화물 입자를 포함하는 무기물 입자가 배합되어 있는 것을 특징으로 한다. 수계 도료 조성물에는 여러 가지 화합물 등이 배합되어 있는데, 구형상 금속 산화물 입자를 함유시키는 것으로 상기와 같이 높은 태양광 반사성을 갖는 것이 가능해졌다.
특히 상기 구형상 금속 산화물 입자는 비표면적이 30㎡/g 이하인 것이 바람직하다. 비표면적을 이 범위로 제어하는 것으로 보다 많은 구형상 금속 산화물 입자를 수계 도료 조성물에 함유시키는 것이 가능해진다. 이와 같은 구형상 금속 산화물 입자를 제조하는 방법으로서는, 함산소 분위기 하에서 금속 분말을 산화시키는 방법이 있으며, 이 방법에 의해 얻어지는 구형상 금속 산화물 입자를 수계 도료 조성물에 함유시키는 것이 바람직하다. 또한 상기 구형상 금속 산화물 입자는 화염 용융법으로 제조된 것인 것도 바람직하다.
그리고 상기 구형상 금속 산화물 입자는 실리카인 것이 바람직하다. 또한 상기 무기물 입자 이외의 불휘발분의 질량을 100질량부로 한 경우에 해당 무기물 입자의 함유량이 60질량부 이상일 수 있다. 무기물 입자를 이 범위에서 함유시키는 것으로 보다 높은 성능을 발휘할 수 있다. 특히 무기물 입자로서는, 구형상 금속 산화물 입자 이외의 것을 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기에서 상기 구형상 금속 산화물 입자의 진구도는 0. 7 이상인 것이 바람직하다.
그리고 상기 과제를 해결하는 본 발명의 열 차폐 도료는 상기 본 발명의 수계 도료 조성물을 갖는 것이다. 상기의 수계 도료 조성물은 구형상 금속 산화물 입자를 함유하기 때문에 높은 태양광 반사성을 갖고, 높은 열 차폐성을 실현할 수 있다.
이하 본 발명의 수계 도료 조성물 및 열 차폐 도료에 대하여 상세히 설명한다. 또한 본 발명의 수계 도료 조성물 및 열 차폐 도료는 하기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 행할 수 있는 변경, 개량 등을 시행한 여러 가지 형태로 실시할 수 있다.
〈수계 도료 조성물 및 열 차폐 도료〉
본 발명의 수계 도료 조성물은 구형상 금속 산화물 입자를 포함하는 무기물 입자가 배합되어 있다. 본 발명의 수계 도료 조성물의 형태는 특별히 한정되지 않고, 수중에 바인더 등이 에멀젼으로서 분산된 에멀젼계나 수용성의 바인더를 채용한 것 등이다. 본 발명의 열 차폐 도료는 본 발명의 수계 도료 조성물을 갖는 것이다.
여기에서 구형상 금속 산화물 입자의 조성은 특별히 한정되지 않지만, 함유하는 금속으로서는, 규소, 알루미늄, 티탄, 지르코늄 등을 들 수 있다. 비용이나 성능 등의 관점에서는 규소를 이용한 실리카가 바람직하다. 구형상 금속 산화물 입자 이외에는 무기물 입자를 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직한데, 필요에 따라서 구형상 금속 산화물 입자 이외의 무기물 입자를 함유시키는 것도 가능하다. 예를 들면 필요한 도장색을 실현하기 위한 안료이다.
구형상 금속 산화물 입자는 구형상인 것 외에는 특별히 한정되지 않지만, 이하에 나타내는 것이 바람직하다. 우선 비표면적이 30㎡/g 이하인 것이 바람직하고, 10㎡/g 이하인 것이 보다 바람직하다. 비표면적이 작을수록 구의 형상에 보다 가깝고, 수계 도료 조성물 속으로의 충전성을 높게 할 수 있다. 비표면적은 질소를 이용한 BET법으로 측정한 값이다.
그리고 구형상 금속 산화물 입자의 진구도가 0. 7 이상인 것이 바람직하고, 0. 8 이상인 것이 보다 바람직하다. 여기에서 본 명세서 중에 있어서의 "진구도"는, SEM으로 사진을 찍고, 그 관찰되는 입자의 면적과 주위 길이로부터 (진구도)＝{4π×(면적)÷(주위 길이)2}로 산출되는 값으로서 산출한다. 1에 가까워질수록 진구에 가깝다. 구체적으로는, 화상 처리 장치를 이용하여 100개의 입자에 대해서 측정한 평균값을 채용한다.
구형상 금속 산화물 입자의 입경은 체적 평균 입경이 바람직하게는 0. 05㎛∼20㎛ 정도, 보다 바람직하게는 0. 2㎛∼10㎛ 정도의 것이 예시된다. 구형상 금속 산화물 입자의 입경을 이 범위로 제어하는 것으로 충분한 태양광의 반사성과 건조 후의 도료 피막의 매끄러움이 양립할 수 있다.
이와 같은 구형상 금속 산화물 입자는 어떻게 제조된 것이어도 상관없지만, 함산소 분위기 하에서 금속 분말을 산화시켜서 얻어지는 방법(VMC법)이나 화염 용융법 등을 바람직한 방법으로서 들 수 있다.
VMC법은 산소를 포함하는 분위기 중에서 버너에 의해 화학염을 형성하고, 이 화학염 속에 목적으로 하는 산화물 입자의 일부를 구성하는 금속 분말을 분진운(粉塵雲)이 형성될 정도의 양으로 투입하고, 폭연을 일으켜서 산화물 입자를 얻는 방법이다.
VMC법의 작용에 대하여 설명하면 이하와 같이 된다. 우선 용기 속에 반응 가스인 산소를 함유하는 가스를 충만시키고, 이 반응 가스 중에서 화학염을 형성한다. 이어서 이 화학염에 금속 분말을 투입하여 고농도(500g/㎥ 이상)의 분진운을 형성한다. 그러면 화학염에 의해 금속 분말 표면에 열 에너지가 주어지고, 금속 분말의 표면 농도가 상승하여 금속 분말 표면으로부터 금속의 증기가 주위로 퍼진다. 이 금속 증기가 산소 가스와 반응하여 발화해서 화염을 발생시킨다. 이 화염에 의해 발생한 열은 금속 분말의 기화를 더욱 촉진시키고, 발생한 금속 증기와 반응 가스가 혼합되어 연쇄적으로 발화 전파한다. 이 때 금속 분말 자체도 파괴되어 비산하고, 화염 전파를 촉진시킨다. 연소 후에 생성 가스가 자연 냉각됨으로써 산화물 입자의 구름이 생긴다. 얻어진 산화물 입자는 버그 필터나 전기 집진기 등에 의해 포집된다.
VMC법은 분진 폭발의 원리를 이용하는 것이다. VMC법에 따르면, 순간에 대량의 산화물 입자가 얻어진다. 얻어지는 산화물 입자는 대략 진구 형상을 이룬다. 목적으로 하는 구형상 금속 산화물 입자의 조성에 따라서 예를 들면 실리카 입자를 얻는 경우에는 실리콘 분말을 투입하고, 알루미나 입자를 얻는 경우에는 알루미늄 분말을 투입한다. 투입하는 실리콘 분말 등의 입자 직경, 투입량, 화염 온도 등을 조정함으로써 얻어지는 산화물 입자의 입자 직경을 조정하는 것이 가능하다. 또한 원료 물질로서는, 금속 미분말에 추가하여 금속 산화물 분말도 첨가할 수 있다.
또한 본 구형상 실리카 미립자는 바람직하다고 생각되는 VMC법 이외에도 건식법으로서의 화염 용융법, PVS(Physical Vapor Synthesis)법 등의 연소법이나 습식법으로서의 침강법이나 겔법 등에 의하여 제조할 수 있다. 화염 용융법은 목적으로 하는 구형상 금속 산화물 입자를 구성하는 금속 산화물을 분쇄 등에 의해 분말화한 후에 화염 속에 투입ㆍ용해시킨 후 냉각ㆍ고화시키는 것으로 구형상 금속 산화물 입자를 제조하는 방법이다.
여기에서 구형상 금속 산화물 입자는 수계 도료 조성물에 포함되는 바인더 등과의 밀착성을 향상시키기 위해 표면 처리를 실시할 수 있다. 예를 들면 실란계, 티타네이트계, 알루미네이트계, 지르코네이트계의 각종 커플링제, 양이온성, 음이온성, 양성, 중성의 각종 계면 활성제를 혼합할 수 있다.
수계 도료 조성물은 무기물 입자 이외에도 일반적으로 함유되는 조성물을 함유할 수 있다. 예를 들면 바인더나 구형상 금속 산화물 입자 등의 무기물 입자를 수중에 분산시키는 분산제, 에멀젼화제 등이다. 예를 들면 수계 아크릴 도료, 수계 알키드―폴리에스테르 도료, 수계 폴리우레탄 도료, 수계 불소 수지 도료, 수계 에폭시 도료, 실리콘 변성 아크릴 도료 등의 수계 도료 조성물 속에 함유되는 조성 물을 적절히 함유할 수 있다. 이들 조성에 대해서는 일반적인 것을 그대로 채용하는 것이 가능하기 때문에 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
본 수계 도료 조성물 속의 불휘발분은 무기물 입자 이외의 질량을 100질량부로 한 경우에 무기물 입자가 60질량부 이상인 것이 바람직하고, 96질량부 이상인 것이 보다 바람직하며, 130질량부 이상인 것이 더욱 바람직하다. 특히 구형상 금속 산화물 입자가 60질량부 이상인 것이 바람직하고, 96질량부 이상인 것이 보다 바람직하다.
실시예
본 발명의 수계 도료 조성물에 대하여 실시예에 기초해서 더욱 상세하게 설명을 실시한다.
(시험용 도료의 조제)
수계 도료 조성물은 주식회사 아사히펜제의 수성 도료 슈퍼 헬로(백색, 블루 또는 그레이)에 물을 첨가하여 불휘발분을 50질량％로 조정한 것 100질량 속에 구형상 금속 산화물 입자로서의 구형상 실리카(주식회사 어드마테크스제, SO―C2, 체적 평균 입경 0. 5㎛, 비표면적 6. 5㎡/g, VMC법으로 제조), 구형상 실리카(도카이 미네랄제, ES―07, 체적 평균 입경 7. 4㎛, 비표면적 4. 6㎡/g, 화염 용융법으로 제조), 또는 파쇄 실리카(체적 평균 입경 10㎛, 비표면적 7. 0㎡/g)를 표 1 및 표 2에 나타내는 비율로 혼합하는 것으로 조제했다. 비교예 6은 시판되는 단열 도료 를 그대로 사용하여 평가를 실시했다.
색 실리카 배합량(질량부) 일광 반사율(％) 외관
SO―C2 ES―07 균열, 벗겨짐 없음
실시예 1 백색 48 0 90. 0 균열, 벗겨짐 없음
실시예 2 블루 48 0 83. 3 균열, 벗겨짐 없음
실시예 3 블루 65 0 85. 2 균열, 벗겨짐 없음
실시예 4 그레이 48 0 59. 3 균열, 벗겨짐 없음
실시예 5 그레이 35 0 65. 3 균열, 벗겨짐 없음
실시예 6 그레이 0 48 82. 3 균열, 벗겨짐 없음
색 실리카 배합량(질량부) 일광 반사율(％) 외관
파쇄 실리카 SO―C2 ES―07
비교예 1 백색 0 0 0 88. 6 균열, 벗겨짐 없음
비교예 2 블루 0 0 0 72. 7 균열, 벗겨짐 없음
비교예 3 그레이 0 0 0 58. 2 균열, 벗겨짐 없음
비교예 4 백색 10 0 0 - 균열, 벗겨짐 없음
비교예 5 백색 48 0 0 - 흐슬부슬 벗겨져서 도포 불능
비교예 6 시판되는 단열 도료 84. 7 균열, 벗겨짐 없음
(평가)
각 실시예 및 비교예의 시험 도료에 대하여 슬레이트 시험편(300㎜×300㎜)에 도료를 150㎛의 두께로 도포하고, JIS R 3105에 따라서 일광 반사율을 측정했다. 또한 동일한 슬레이트 시험편에 200㎛의 두께로 도막을 형성하고, 옥외에 방치하여 표면 온도의 경시 변화를 측정했다. 일광 반사율은 표 1 및 표 2에 아울러서 나타내고, 표면 온도의 경시 변화는 표 3 및 표 4에 나타낸다.
시각 10: 00 11: 00 12: 00 13: 00 14: 00 15: 00
기온(℃) 32 34 34 38 36 36
도장 없음(℃) 42. 8 45. 7 48. 7 48 45. 1 43. 9
실시예 1의 시험 도료(℃) 35. 1 37. 8 37. 5 39. 4 39. 3 37. 8
비교예 1의 시험 도료(℃) 39. 5 41. 7 42. 4 45. 2 41. 6 42
비교예 6의 시험 도료(℃) 37. 6 42. 6 40. 9 44. 6 43. 5 42. 7
제 1일 10: 00(맑음) 12: 00(맑음) 14: 00(맑음) 16: 00(맑음)
시각(날씨)
기온(℃) 9. 0 13. 0 14. 0 11. 5
도장 없음(℃) 19. 9 26. 5 21. 2 9. 9
실시예 1의 시험 도료(℃) 9. 9 13. 5 12. 8 7. 3
비교예4의 시험 도료(℃) 14. 2 17. 5 17. 9 10. 9
제 2일 10: 00(맑음) 12: 00(맑음) 14: 00(맑음) 16: 00(흐림)
시각(날씨)
기온(℃) 8. 0 11. 0 12. 0 10
도장 없음(℃) 16. 5 19. 9 19. 2 11. 5
실시예 1의 시험 도료(℃) 8. 7 11. 5 11. 2 8. 5
비교예4의 시험 도료(℃) 11. 1 14. 9 15. 5 9. 8
제 3일 10: 00(맑음) 12: 00(맑음) 14: 00(맑음) 16: 00(흐림)
시각(날씨)
기온(℃) 10. 5 13. 5 15. 0 12
도장 없음(℃) 20. 2 24. 5 23. 5 14
실시예 1의 시험 도료(℃) 11. 1 14. 3 14. 3 10. 8
비교예4의 시험 도료(℃) 14. 9 18. 2 19. 7 12. 5
제 4일 10: 00(비) 12: 00(흐림) 14: 00(흐림) 16: 00(맑음)
시각(날씨)
기온(℃) 7. 0 8. 0 11. 0 12. 5
도장 없음(℃) 10. 3 9. 7 14. 2 13. 2
실시예 1의 시험 도료(℃) 6. 4 7. 8 11. 2 10
비교예4의 시험 도료(℃) 8. 2 9. 1 12. 8 12. 2
(결과)
구형상 금속 산화물 입자로서의 구형상 실리카는 실시예 1∼6의 결과로부터 명백한 바와 같이, 48질량부∼65질량부까지도 실용성을 유지한 채 배합할 수 있었다. 파쇄 실리카는, 10질량부는 배합할 수 있었지만(비교예 4), 48질량부 배합하면 슬레이트 시험편에 도포했을 때에 흐슬부슬해져서 균열, 벗겨짐이 발생하여 실용상 사용할 수 없었다(비교예 5).
표 3에 나타낸 결과에서, 실제의 옥외에 있어서의 표면 온도의 측정으로부터 구형상 실리카를 배합한 실시예 1의 시험 도료는, 도료를 도포하고 있지 않을 때보다도 표면 온도가 낮은 것은 물론, 구형상 실리카를 함유시키고 있지 않은 비교예 1이나 시판품인 비교예 6의 시험 도료보다도 표면 온도를 낮게 유지할 수 있는 것이 명백해져서 높은 열 차폐성을 갖는 것을 알 수 있었다. 따라서 수계 도료 조성물 속에 실리카 미립자를 배합하는 것으로 열 차폐성을 발휘할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한 표 4에 나타낸 결과에서, 파쇄 실리카를 10질량부 배합한 비교예 4의 시험 도료와 비교해도 실시예 1의 시험 도료를 도포한 슬레이트 시험편의 표면 온도는 낮게 유지되어 있어서 높은 열 차폐성을 갖는 것이 명백해졌다. 따라서 구형상 실리카는 파쇄 실리카(형상은 모가 난 부정형이다)보다도 높은 열 차폐성을 발휘할 수 있는 것을 알 수 있었다.
즉 금속 산화물 입자의 구형상으로 하는 것으로 큰 비율로 수계 도료 조성물 속에 배합하는 것이 가능해지는 것에 대하여, 파쇄 실리카는 구형상 실리카와 동일 정도로 배합하는 경우에도 실용적인 도막을 형성할 수 없었다.
그 결과 구형상 실리카와 파쇄 실리카의 양쪽 모두 열 차폐성을 갖고 있으며, 파쇄 실리카도 구형상 실리카와 동일 정도의 열 차폐성을 발휘할 가능성도 있지만, 다량으로 배합하는 것이 가능한 구형상 실리카는 높은 열 차폐성을 충분히 발휘할 수 있는 것에 대하여, 파쇄 실리카는 충분히 배합할 수 없기 때문에 구형상 실리카와 동일 정도의 열 차폐성을 발휘할 수 없었던 것으로 추측할 수 있다.
본 발명의 수계 도료 조성물은 구형상 금속 산화물 입자를 함유하는 것으로 높은 태양광 반사성을 부여할 수 있다. 따라서 이 수계 도료 조성물을 채용한 열 차폐 도료는 높은 성능을 기대할 수 있다.

Claims (9)

  1. 구형상 금속 산화물 입자를 포함하는 무기물 입자가 배합되어 있는
    수계 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구형상 금속 산화물 입자는 비표면적이 30㎡/g 이하인
    수계 도료 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구형상 금속 산화물 입자는 함산소 분위기 하에서 금속 분말을 산화시켜서 얻어지는 입자인
    수계 도료 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구형상 금속 산화물 입자는 화염 용융법으로 제조된 것인
    수계 도료 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구형상 금속 산화물 입자는 실리카인
    수계 도료 조성물
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기물 입자 이외의 불휘발분의 질량을 100질량부로 한 경우에 해당 무기물 입자의 함유량이 60질량부 이상인
    수계 도료 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 산화물 입자 이외에는 실질적으로 상기 무기물 입자를 함유하지 않는
    수계 도료 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구형상 금속 산화물 입자의 진구도는 0. 7 이상인
    수계 도료 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 수계 도료 조성물인
    열 차폐 도료.
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