KR20100033396A - 에어로젤 코팅 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소수성 에어로젤(Aerogel)을 수경성이고 친수성인 재료로 복합화하고 친화력 및 점착력을 높여 압축 밀착하여 도료화 한 것으로써 친수성, 수경성 재료와의 반발력을 최소로 줄여 수경화 진행되게 한 것으로 에어로젤의 소수성과 저밀도 나노 기공 구조를 그대로 유지한다. 기존의 부착식 블랭킷형 시트와 판상형 패널의 작업성을 개선하여 도료화 한 것으로 최종적으로 혼화합된 조성물은 일반유기 도료와 동일한 방식의 에어리스 스프레이 코팅 및 침지 코팅 등이 가능하다.

에어로젤 소수성 수경화 폴리아크릴아마이드 산화아연

Description

에어로젤 코팅 조성물{AEROGEL COATING COMPOSITION}

본 발명은 에어로젤의 우수 특성인 소수성, 저밀도 나노 기공 구조와 초경량성의로 인하여 오히려 기타 유,무기 재료와의 복합화가 쉽지 않아 실용화하는데 많은 문제점을 갖고 있어 이를 극복하고 소수성 에어로젤과 기타 재료와의 물리적 표면 점착으로 에어로젤의 소수성 표면이 유지되게 하고 이를 활용하여 응용 제품화 한 것으로 일반 유기 솔벤트 및 에어로젤의 소수성 표면 와해 재료의 사용을 배제하고 순수 수경성 재료의 사용으로 수경화 되게 한 것이 특징이다.

지금까지 단열성 방음성 등의 우수 특성을 갖는 기초 소재인 에어로젤이 적용된 사례는 매우 더물고 제품화하여 상용화한 경우는 미미하며 에어로젤을 응용화한 국내 업체의 제품 제조 및 판매가 없는 상태이며 에어로젤의 소수성 및 초 경량성으로 인하여 단독 사용을 하기에는 많은 문제점이 있고 형성된 판재 내에 분말을 부어 넣어 충진하는 방식 등으로 매우 한정적이고 제한적으로 사용되고 있다. 이러한 현상은 에어로젤의 소수성 표면이 저 유전성을 요구하고 있고 유기 솔벤트 등의 적용은 에어로젤의 소수성 표면이 와해되어 그 우수 기능을 기대하기가 어렵기 때문이다. 또한 일반 수경성 재료와의 복합하는 에어로젤 소수성 표면과의 반발력으 로 인하여 튕겨 나가는 현상으로 압축되고 일체화된 경화체 형성을 하기가 어려워 이를 해결하고 응용화하기 위하여 국내외 연구소 등에서 많은 연구가 진행 중에 있다. 외국산 블랭킷형 시트가 유일하게 국내외 판매되고 있다.

본 발명은 친수성 재료와의 복합화로 치밀성 및 강도를 부가하여 소수성 에어로젤의 소수성 표면이 유지되게 하여 그 고유 우수 특성을 활용하고 보다 쉽고 간편하게 에어로젤을 실용화되게 하기 위한 것이다. 친수성 재료와의 복합화로 에어로젤의 소수성 표면이 유지되며 단열 및 방음 용도로써 적용되게 한 에어로젤이 함유된 에어로젤 코팅 조성물을 제공함에 있다. 현재 국내외 연구 기관에서도 많은 연구를 하고 있으나 에어로젤의 복합체 형성이 어려운 상태로 인식하고 있으며 이를 해결하고 간편하게 적용될 수 있도록 하기 위해 본 발명에 이르게 되었다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명과 같이 에어로젤의 소수성이 유지된 상태로 수경성 복합물에 에어로젤을 함유하고 그 특성인 단열 방음 용도로의 적용이 보다 쉽고 간편하게 에어로젤이 활용되게 한 것으로 이에 에어로젤 코팅 조성물을 제공함에 있다.

에어로젤 코팅 조성물은 중량비(wt％)로

수분산 아크릴계 폴리우레탄, 수분산 실리콘계 폴리우레탄, 물, 실리카 졸, 나노 규사 에멀젼, 수용성 아크릴 에멀젼, 수용성 실리콘 에멀젼, 수용성 에폭시 에멀젼 중 1종 이상 선택하는 수용성 에멀젼 20∼80중량％.

실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤, 알루미나 에어로젤, 티타니아 에어로젤 중 1종 이상 선택하는 단독 및 혼합 에어로젤 3∼25중량％.

산화아연, 황산아연, 수산화아연 중 1종 이상 선택하는 점도 조절제 2∼10중량％.

폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴산나트륨 중 1종 이상 선택하는 고분자 응집제 0.1∼10중량％.

폴리아민, 폴리아마이드, 폴리염화알루미늄, 황산제일철, 황산제이철, 염화제일철, 염화제이철 중 1종 이상 선택하는 응집 보조제 0.1∼5중량％.

칼슘 설포 알루미네이트, 폴리 나프타렌 설포네이트, 마이크로 시멘트, 폴리 비닐 아세테이트, 퓸드 실리카, 실리카 퓸, 소석회, 탄산칼슘, 황산 알루미늄, 폴리 카르본산 염 중 1종 이상 선택하는 압축 충진제 0.1∼40중량％.

메틸 에틸 셀룰로스, 셀룰로스 에테르, 폴리 글리세린 에스테르, 붕소 왁스 중 1종 이상 선택하는 점탄성제 0.1∼5중량％ 로 조성되는 에어로젤 코팅 조성물을 제시할 수 있다.

본 발명에 의한 조성물은 소수성 에어로젤이 친수성 재료와의 복합화로 인해 에어로젤의 소수성 표면이 와해되지 않아 그 고유 우수 특성이 그대로 유지되어 단열, 방음, 절연 용도의 코팅제로 적용되며 부착력, 지지력 등을 갖고 있어 일반 유성 도료와 동일한 방법으로 코팅이 가능하다. 특히 전자, 전기, 반도체, 태양전지, 연료전지 등의 부속 소재 및 정밀기기 등은 침지 코팅이 가능하다. 우수한 열 차단성 등으로 에너지 절감에 기여하며 수성 재료의 사용으로 환경 친화적이다. 에어로젤의 취성인 강도를 보완하고 단독 사용의 한계를 극복하고 쉽게 실생활에 적용되게 한 것 또한 특징으로 부착식 패널 방식의 작업성과 성능 대비 여러 면에서 경쟁력이 있다 하겠다.

본 발명의 구체적인 내용은 각 재료의 역할 및 기능으로 표기하며 실시 예는 따로 표기하지 않으며 조성물 및 조성 재료의 과량 및 소량 적용 시로 기재한다.

수용성 에멀젼은 전체 재료의 주 바인드로 적용된다. 수분산 폴리 우레탄 2종은 고형분 50％로 이하를 사용하고 수용성 아크릴, 실리콘, 에폭시 에멀젼은 고형분 80％ 이하를 사용한다. 이는 에어로젤의 자체 부피와 에멀젼의 자체 부피로 인해 전체 도료의 체적 증가가 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로 수화 시 및 수화 후의 수경화 시 부피 팽창은 도료 도막 내의 에어로젤의 산포로 그 기능을 기대하기 어렵다. 실 예로 합성수지 성분이 많이 잔존하면 점도 상승으로 인해 유동성이 좋지 않고 난연성에 문제가 발생될 수 있어 적정량 사용하는 것이 바람직하다.

소량 시는 전체 도료의 경화체 형성이 어렵고 과량 시는 체적 증가로 인해 전체 도료의 뭉침 현상이 발생되어 압축 밀착되지 않아 에어로젤과 기타 재료가 일체화된 단열 층, 절연 층 형성을 할 수 없다. 본 발명의 제일 중요한 과제로써 에어로젤을 최대한 함유하면서 압축되어야만 에어로젤의 우수 특성이 발휘된다. 발포체 형성 등과 같은 경우 그 기능을 기대하기 어렵다. 물, 실리카 졸, 나노 규사 에 멀젼은 수화 필요 수분 공급 및 무기 바인드의 역할을 한다.

에어로젤은 초소수성 및 초경량성의 저밀도 나노 기공 구조를 가져 우수한 단열, 방음, 절연 용도로의 사용이 용이한 기초 소재로 본 발명에서 적극 도입하여 그 기능을 발휘하게 한다. 주 기능 재료로 적용된다. 초임계 및 상압 건조 방식 등으로 제조되며 나노 기공 구조를 갖는 비드상, 과립상, 분말상으로 정형된다. 본 발명에서는 기본적으로 20 마이크로 미터 이하의 미세 분말 및 5미리 미터 이하의 과립상이 적용된다. 소량시는 그 고유 기능을 기대하기 어렵고 과량 시는 자체 부피로 인해 전체 코팅제의 체적 증가를 가져와 경화체 형성이 어렵고 도막의 강도 및 부착력, 지지력이 부실해 균열 및 박리현상이 발생하고 들뜸 현상으로 내구성이 낮아 코팅제로서의 역할을 할 수 없다.

점도 조절제는 폴리아크릴아마이드의 점성력을 줄이는 역할로 적용되며 전체 코팅제의 점도를 조정한다. 폴리아크릴아마이드는 물과의 표면 접촉 시 서서히 겔 화로 진행되며 기타 재료와 에어로젤의 소수성 표면과의 점착으로 혼합되기 시작 한다. 그 자체로는 부피가 축소되지 않으며 다가의 금속 양이온과 접촉하면 수분을 배출하는 성질이 있어 이에 산화아연 등의 무기 충진제와의 반응으로 점도가 낮아지고 기타 재료들을 압축시킨다. 소량 시는 전체 코팅제의 점성이 줄지 않으며 과량 시 또한 점성이 너무 줄고 유동성이 증대하여 전체 재료를 점착 혼화할 수 없다.

고분자 응집제는 위의 설명과 동일하게 칼슘, 아연 등 다 가의 금속 양이온이 있는 수용액 상태에서 수분을 일부 배출하는 성질을 갖고 있어 수분 접촉과 동 시에 점도가 상승하고 겔화가 진행되며 에어로젤의 소수성 표면과 주변 친수성 재료의 표면을 우선 물리적으로 점착하게 하는 중요한 가교제의 역할을 한다. 전체 재료가 밀착된 상태에서 수경화 시 에어로젤 표면에 점착된 기타 재료가 서로 반응하여 경화체가 형성되고 코팅 도막이 형성된다. 과량 시는 점성이 증대하여 전체 재료의 뭉침 현상으로 유동성이 줄고 체적 증가로 인해 에어로젤과 주변 재료가 산포되어 균열 발생 및 유동성이 줄어 코팅할 수 없으며 소량 시는 점성이 낮아 각 재료를 응집할 수 없다.

응집 보조제는 분자량이 400만 이상인 폴리아크릴아마이드의 부족한 부분. 즉 추가 투입 재료로 적용되고 잔존하는 에어로젤의 소수성 표면 주변의 친수성 재료를 에어로젤 주변으로 응집시키는 역할을 한다. 소량 시는 그 기능을 기대하기 어렵고 과량시 또한 점도 상승으로 도막의 균열을 초래한다.

압축 충진제는 코팅제의 난연성 부여 및 에어로젤과 수용성 폴리우레탄, 산화아연, 폴리아크릴아마이드 등의 층간에 충진 점착되며 코팅제의 강도 및 지지력을 강화하여 에어로젤과 기타 주변재료가 밀착된 상태에서 에어로젤을 제외한 상호 간 화학 반응으로 수경화체가 형성되도록 하며 도막이 압축되어 에어로젤을 함유한 상태의 전체 재료의 일체화가 된다. 과량 및 소량 시는 수용성 에멀젼 및 폴리아크릴아마이드 등 과의 부조화로 점도상승, 균열발생, 강도저하 현상이 발생될 수 있다.

점탄성제는 전체 코팅재료의 혼합 교반 시 혼화성을 좋게하고 일부 점탄성을 부여하여 전체 코팅 도막의 균열을 방지한다. 소량시 전체 재료와의 점탄성이 낮아 균열이 발생될 수 있고 과량 시는 층 간에 혼재된 양이 많으므로 체적증가 현상이 발생되어 교반 불량 및 균열 발생이 초래될 수 있다.

상술한 바와 같은 과제의 해결수단 및 구체적인 내용의 조성물과 조성비로 구성되며 전체 재료가 혼재된 상태에서 여기에 믹서 교반기 3000rpm 이하, 5분 이상의 교반을 통하여 이루어지는 에어로젤이 함유된 에어로젤 코팅 조성물로 일반 도장재와 동일한 방식으로 코팅한다.

Claims (1)

1. 에어로젤 코팅 조성물은 중량비(wt％)로

   수분산 아크릴계 폴리우레탄, 수분산 실리콘계 폴리우레탄, 물, 실리카 졸, 나노 규사 에멀젼, 수용성 아크릴 에멀젼, 수용성 실리콘 에멀젼, 수용성 에폭시 에멀젼 중 1종 이상 선택하는 수용성 에멀젼 20∼80중량％.

   실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤, 알루미나 에어로젤, 티타니아 에어로젤 중 1종 이상 선택하는 단독 및 혼합 에어로젤 3∼25중량％.

   산화아연, 황산아연, 수산화아연 중 1종 이상 선택하는 점도 조절제 2∼10중량％.

   폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴산나트륨 중 1종 이상 선택하는 고분자 응집제 0.1∼10중량％.

   폴리아민, 폴리아마이드, 폴리염화알루미늄, 황산제일철, 황산제이철, 염화제일철, 염화제일철 중 1종 이상 선택하는 응집 보조제 0.1∼5중량％.

   칼슘 설포 알루미네이트, 폴리 나프타렌 설포네이트, 마이크로 시멘트, 폴리 비닐 아세테이트, 퓸드 실리카, 실리카 퓸, 소석회, 탄산칼슘, 황산 알루미늄, 폴리 카르본산 염 중 1종 이상 선택하는 압축 충진제 0.1∼40중량％.

   메틸 에틸 셀룰로스, 셀룰로스 에테르, 폴리 글리세린 에스테르, 붕소 왁스 중 1종 이상 선택하는 점탄성제 0.1∼5중량％ 로 조성되는 에어로젤 코팅 조성물.