KR20100041251A

KR20100041251A - 조습과 유해물질 저감기능이 있는 무기질 도료 조성물의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100041251A
Application number: KR1020080100350A
Authority: KR
Inventors: 이윤규; 김혜정; 이정우
Original assignee: 한국건설기술연구원; 주식회사 피움
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2010-04-22
Also published as: KR100985435B1

Abstract

본 발명에 따른 무기질 도료 조성물의 제조 방법은, 천연옥 분말, 맥반석 분말, 제올라이트, 규조토 및 이산화티타늄을 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 공정; 상기 혼합 분말을 실리케이트계 무기액상결합제에 혼합하여 혼합 조성물을 형성하는 공정; 및 은나노 입자를 첨가하는 공정을 포함하며, 상기 제올라이트는, 제올라이트 4A형과 X형이 혼합된 것을 특징으로 한다. 상기 제조 방법으로 제조된 무기질 도료 조성물은, 휘발성 유기 화합물의 저감, 습도조절, 탈취, 항균, 결로방지 및 단열 등의 용도로 다양한 활용이 가능하다.

무기질 도료, 천연옥, 맥반석, 제올라이트, 규조토, 이산화티탄늄, 은나노

Description

조습과 유해물질 저감기능이 있는 무기질 도료 조성물의 제조 방법{Preparation Method of Inorganic Coating Composition with Humidity control and Harmful Materials Reduction Function}

본 발명은 휘발성 유기 화합물의 저감 및 습도조절 등의 효과가 인정되는 무기질 도료 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.

최근에는 건축물 내부 실내공기에 대한 유해성에 대한 관심이 고조되고, 생활수준 향상에 따른 건강에 대한 관심 때문에 주거 공간에 대한 환경적인 측면이 점차적으로 중요시되고 있다. 특히 실내 공간의 각종 내장재에서 뿜어 나오는 유해한 화학물질에 의한 새집증후군(sick house syndrome)은 사회적 문제로 대두되고 있다.

새집증후군은, 건축 자재나 내장재 또는 가구 등에서 배출되는 유해한 화학물질 등에 의한 것으로, 포름알데히드 등의 유기성 휘발물질(VOC) 또는 곰팡이 등이 주된 원인으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 이러한 화학물질의 농도는, 신축 주택인 경우에 더욱 심각하고, 온도 또는 습도가 높을수록 포름알데히드 등의 배출 농도가 높아진다고 한다.

현재 일반적으로 사용하고 있는 합성수지 도료는 환경오염 및 인체에 치명적인 영향을 줄 수 있는 유해물질이 다량 포함되어 있다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 실내용 도료로는 안료, 수지 및 첨가제로 구성된 수성페인트를 사용하기도 한다. 또한, 최근에는 유해한 화학물질의 함량이 적은 친환경 수성 페인트에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 친환경 제품이라고 하더라도, 제품 자체에 포함된 유기 화합물로 인하여, 유해 화학물질의 발생을 차단하는 데는 한계가 있다.

따라서, 건축 자재 등에서 발생되는 휘발성 유기 화합물 및 암모니아 등의 유해 화학물질의 농도를 저감할 수 있는 친환경 도료 조성물의 제조 방법에 대한 필요성이 절실한 실정이다. 동시에, 실내의 습도를 조절하고 결로현상을 방지하여 곰팡이 발생을 억제할 수 있으며, 단열효과도 높일 수 있는 도료 조성물의 제조 방법에 대한 필요성이 있다.

본 발명의 일실시예의 목적은 휘발성 유기 화합물의 저감 효능을 갖는 무기질 도료의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또 다른 일실시예의 목적은, 습도조절 효능을 갖는 무기질 도료의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또 다른 일실시예의 목적은, 탈취, 항균, 결로방지 및 단열의 효능을 갖는 무기질 도료의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 무기질 도료 조성물의 제조 방법은, 천연옥 분말, 맥반석 분말, 제올라이트, 규조토 및 이산화티타늄을 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 공정; 상기 혼합 분말을 실리케이트계 무기액상결합제에 혼합하여 혼합 조성물을 형성하는 공정; 및 은나노 입자를 첨가하는 공정을 포함하며, 상기 제올라이트는, 제올라이트 4A형과 X형이 혼합된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 무기질 도료 조성물은, 휘발성 유기 화합물의 저감, 습도조절, 탈취, 항균, 결로방지 및 단열 등의 용도로 다양한 활용이 가능하다.

본 발명에 따른 무기질 도료 조성물의 제조 방법은, 천연옥 분말, 맥반석 분 말, 제올라이트, 규조토 및 이산화티타늄을 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 공정; 상기 혼합 분말을 실리케이트계 무기액상결합제에 혼합하여 혼합 조성물을 형성하는 공정; 및 은나노 입자를 첨가하는 공정을 포함하며, 상기 제올라이트는, 제올라이트 4A형과 X형이 혼합된 것일 수 있다.

상기 제조 방법으로 제조된 무기질 도료 조성물은, 일반적인 합성수지 에멀젼 도료와는 달리, 내부의 미세 기공을 통해 습기를 흡수, 방출함으로써 습도 조절이 가능하고, 구조물과의 동일한 열팽창계수를 가지고 있어 온도 변화나 기타 외부조건의 변화에 따른 내구성 및 접착특성이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 실내 마감재 등에서 배출되는 유해 화학물질, 특히 휘발성 유기화합물(VOCs)을 흡착, 분해하여 저감시키는 효능이 인정된다.

일실시예에서, 상기 제올라이트는 4A형과 X형이 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합된 것일 수 있으며, 더 상세하게는 1:1의 중량비로 혼합될 수 있다. 제올라이트내의 세공 크기 차이에 의해, 물분자를 흡착 또는 탈착하게 된다. 따라서, 상기 제올라이트 4A형과 X형의 구성비는, 습도 조절효과와 관련하여 매우 중요한 역할을 하게 된다. 상기 제올라이트 4A형과 X형의 혼합비율이 1:2 내지 2:1 사이인 경우에는 흡습 및 방습의 효과가 최적화된다. 상기 혼합 비율이 1:2 초과시에는 흡습이 강하게 일어나고, 2:1 미만인 경우에는 방습이 우세하게 된다. 결과적으로, 상기 혼합비율을 벗어나게 되면, 흡착 또는 탈착 중에서 어느 한쪽으로 치우치게 되고, 효과적인 습도조절이 이루어지지 않는다.

상기 제올라이트는, 결정 내부에 존재하는 2~10 Å 크기의 공동으로 연결되 어 있는 특이한 세공구조 때문에 산업적으로 유용한 각종 물리화학적 특성을 갖는다. 제올라이트의 구조상의 공동의 크기는 Si 또는 Al에 결합된 4~12개의 산소들이 구조적 공동 입구에서 이루는 산소 고리의 형상과 개입 산소의 숫자에 의해서 결정된다. 제올라이트의 종류에 따라 골격조성(骨格組成, framework composition), 즉 (Si_1-xAl_x)O₄이 달라지고 이에 따라 공동의 형상과 크기 또한 서로 다르게 된다.

정상 조건에서 제올라이트 구조상의 공동 내에는 양이온들 주위에 많은 양의 물이 존재하지만 350∼400℃에서 몇 시간 가열하면 쉽게 탈수된다. 탈수된 제올라이트는, 적합한 크기와 형태의 무기 및 유기분자들을 선택적으로 흡착하기 때문에, 결과적으로 서로 다른 분자들을 각각 분리할 수 있는 뛰어난 분자체능의 특성을 갖게 된다.

제올라이트의 선택적 흡착특성은 공동의 크기와 형태에 따라 다양한 성향을 보인다. 또한 동일한 제올라이트의 공동 내의 양이온들의 성격에 따라 소위 유효구경(effective pore size)의 크기는 달라진다. 예를 들면 합성 제올라이트인 제올라이트 A의 경우에는, K⁺로 치환시킨 것은 3 Å크기의 구경을 갖는데 비해서, Na⁺과 Ca²⁺으로 치환시킨 것은 각각 4 Å 및 5 Å 정도의 크기를 보이는 것으로 알려져 있다. 제올라이트의 선택적 흡착 특성은 이 광물의 구조상의 공동과 흡착되는 분자들의 형태와 크기뿐만 아니라 극성 정도에 따라서도 달라진다.

본 발명의 일실시예에서 상기 제올라이트는, 물분자 및 유해물질을 효과적으 로 흡착할 수 있는 세공구조를 가진 제올라이트 4A형과 X형이 혼합된 형태이다. 또 다른 일실시예에서, 상기 제올라이트의 골격구조는 도 1 및 2와 같다. 도 1은 4A형의 골격구조를 나타낸 것이며, 도 2는 제올라이트 X형의 골격구조를 나타낸 것이다. 도 1 및 2를 참조하면, 작은 유효구경을 가진 제올라이트 4A와 큰 유효구경을 가진 제올라이트 X를 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합함으로써, 선택적 흡착 능력을 향상시킬 수 있게 된다. 예를 들어, 본 발명에서 사용된 제올라이트의 유효구경은, 제올라이트 4A형이 4 Å(0.4 nm), X형이 7.4 Å(0.74 nm)이다. 이러한, 제올라이트 4A형과 X형을 1:1의 중량비로 혼합함으로써, 0.14 m 크기의 물분자를 흡착 및 방출하는 효과를 극대화시킬 수 있다.

일실시예에서, 상기 제올라이트의 비표면적은 200 m²/g 이상이다. 또한, 상기 제올라이트의 물흡착 용량은, 제올라이트 4A형은 23 wt% 정도이고, 제올라이트 X는 28 wt% 정도이다. 따라서, 기존의 도료 조성물과 비교하여, 습도조절 효율이 현저하게 뛰어나다.

또한, 도료 조성물의 경우에는, 사용되는 원료의 입도, 형상, 다른 첨가물과의 상호 영향성 및 혼합비 등은 도료의 물성뿐만 아니라 기능에도 중요한 요인으로 작용하게 된다. 이러한 요인들을 고려할 때, 일반적인 도료 조성물의 시공두께는 40㎛ 이하이며, 이러한 시공두께로는 습도조절 효과를 거의 구현할 수 없다. 이에 반해, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 무기질 도료 조성물의 경우에는, 300~500 ㎛의 두께로 시공이 가능하며, 이로 인해 기존의 도료 조성물과는 습도조 절 효과가 극명히 나타난다.

또 다른 일실시예에서, 상기 제올라이트의 함량은, 조성물 전체 중량을 기준으로, 1 내지 10 중량%이며, 바람직하게는 3 내지 5 중량%이다. 이는 무기질 도료 조성물의 선택적 흡착 능력을 향상시키고, 적절한 시공 두께를 구현하기 위한 것이다.

상기 천연옥은, 경도 6.5정도의 소재로서, 원적외선의 방출로 자연치유 효능이 탁월한 것으로 알려져 있다. 상기 천연옥의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니나, 분말 상태로 혼합될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 혼합되는 천연옥의 함량은, 다른 성분과의 친화성 및 결합성을 고려하여, 조성물 전체 중량을 기준으로, 25 내지 45 중량%, 바람직하게는 35중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 천연옥의 함량이 25 중량% 미만인 경우에는 천연옥이 갖는 고유의 특성이 충분히 발현되지 못하고, 45 중량%를 초과하는 경우에는 다른 성분과의 혼화성 및 결합성이 저하될 수 있다.

상기 맥반석은 천연상태에서 입수가 용이하고, 다층 다공질 구조로 이루어져 있으며, 오염물질, 세균 또는 중금속 등을 흡착하는 효능이 우수하고, 강력한 탈취력을 나타낸다. 본 발명의 일실시예에서, 혼합되는 맥반석의 함량은, 조성물 전체 중량을 기준으로, 10 내지 20 중량%일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 무기질 도료 조성물의 제조 방법은, 조성물 전체 중량을 기준으로, 규조토 2 내지 6 중량% 및 이산화티타늄 2 내지 5 중량%를 혼합할 수 있다.

상기 규조토는 세포조류가 바다나 강에 오랜 세월에 걸쳐 침적하고, 체내의 원형질이 분해한 후 규산(SiO₂)을 주체로 한 유각이 쌓여 지층을 형성한 일종의 화석을 1250℃정도의 고온에서 소성시켜 제조하게 된다. 규조토는 무균, 무독, 무미 및 무취의 성질이 있고, 무수한 다공질로 형성되어 있으며 또한 각각의 입자가 불규칙한 형상으로 이루어져 80~95%의 공극률을 이루는 기공과 입자로 인하여 우수한 습도 조절 효과를 발휘한다.

또한, 상기 이산화티타늄(Titanium dioxide; TiO₂)은 백색의 미세한 분말로 페인트의 안료로 많이 이용되고 있다. 이산화티타늄은, 화학적인 반응성이 거의 없으므로, 인체에 흡수되어도 유해한 영향을 미치지 않으며, 인체물질과 반응하지 않고 바로 배설된다는 특징이 있다.

일실시예에서, 혼합되는 실리케이트계 무기액상결합제의 함량은, 조성물 전체 중량을 기준으로, 30 내지 50 중량%일 수 있다. 상기 실리케이트계 무기액상결합제의 함량은, 천연옥 분말, 맥반석 분말, 제올라이트 규조토 및 이산화티타늄을 포함하는 혼합 분말을 액상 형태의 조성물로 형성하기 위해 적절한 함량이면 제한 없이 적용 가능하다.

상기 실리케이트계 무기액상결합제란, 도료 조성물을 시공 대상이 되는 표면에 도포시 점착성을 부여하고, 기계적 강도 및 균질 접합성 등을 향상시키는 역할을 하며, 실리케이트 계열을 포함하는 무기질의 액상 형태의 물질을 의미한다. 실리케이트계 무기액상결합체를 포함하는 도료 주성물은, 일반적인 합성수지 에멀젼 도료와는 달리 내부의 미세한 기공을 통해 습기를 흡수 방출함으로써 습도조절이 가능하고, 구조물과의 동일한 열팽창계수를 가지고 있어 온도변화나 기타의 외부조건 변화에 따른 내구성 및 접착특성이 우수하다.

또한, 상기 실리케이트 계열은, 특별히 제한되는 것은 아니며, 정질 및 비정질 실리케이트를 모두 포함하는 개념이다. 실리케이트계 무기액상결합제는, 원료의 형태에 따라, 칼슘-실리케이트계, 나트륨-실리케이트계 및 칼륨-실리케이트계 무기액상결합제 등이 있다. 일실시예에서, 상기 실리케이트계 무기액상결합제는, 나트륨-실리케이트 또는 칼륨-실리케이트 형으로 제조되며, 중간 용제로 사용되는 물과의 수화반응에 의해 나트륨 또는 칼륨 실리케이트 수화물을 형성하게 된다. 이러한 수화물은 도막을 형성하는 주요 구성물질이 된다.

상기 은나노 입자는, 제올라이트를 담체로 하여 은이온을 확산시키게 된다. 확산을 통해 세균 등의 각종 미생물의 세포막에 도달된 음이온은, 단백질로 형성된 세포막의 외벽에 흡착됨과 동시에 세포의 구조를 파괴하게 된다. 일실시예에서, 상기 은나노 입자는 살균 효능이 인정되며, 다른 구성 성분들과의 배합성 등을 고려하여 액상 은나노 입자일 수 있다. 일실시예에서, 상기 은나노 입자는 기능성을 향상시키기 위해, 0.2 내지 2 중량%, 바람직하게는 1 중량%일 수 있다. 상기 은나노 입자의 크기는 20 nm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 무기질 도료 조성물의 제조 방법은, 무기질 도료 조성물의 물성을 향상시키기 위한, 부수적인 공정들이 제한 없이 수반될 수 있다. 일실시예에서, 상기 은나노 입자를 첨가하는 공정 이후에, 기포 제거 및 여과 공정을 추가로 거칠 수 있다. 구체적으로는, 진공장치를 이용하여 도료 조성물 내에 포함된 기포를 제거하고, 미세스크린 등을 통해 여과함으로써 균일한 도료 조성물의 제조가 가능하다.

본 발명의 제조방법으로 제조된 무기질 도료 조성물은, 휘발성 유기화합물의 저감, 습도 조절, 탈취, 항균, 결로 방지 및 단열 등의 다양한 용도로 활용될 수 있다.

상기 무기질 도료 조성물은, 다공성 구조를 통해 유해 화학물질을 흡착, 분해하여 저감시키는 효능이 인정된다. 따라서, 휘발성 유기화합물(VOCs) 또는 포름알데히드 등의 유해한 휘발성 물질들의 농도를 저감시키기 위한 용도로의 활용이 가능하다.

또한, 습도는 계절에 적절한 최적 범위 내에서 관리되어야 한다. 습도가 적정 범위를 벗어나 실내가 건조해지면 인체 점막의 건조증상을 가져와 호흡기로 흡입한 미생물 등의 분진을 인체 밖으로 배출하는 역할을 하는 섬모의 활동이 저하되므로 감기 등의 감염에 대한 방어기능이 저하되어 인체에 건강에 영향을 주게 된다. 반대로 습기가 과다하게 많은 경우에는 결로를 일으켜 건물 내부를 오염시키고, 거주자의 열쾌적감에 문제를 일으키기도 한다. 실내에서 습기의 발생은 주로 연소기구의 사용, 거주자의 생활활동 등에 의해서 발생되지만, 신축 건물의 경우에는 콘크리트의 건조 등이 고려될 수 있다.

습도를 조절하는 기능은, 공기 중의 습도를 흡수하거나, 방출할 수 있는 두 가지 기능을 모두 갖고 있어야 한다. 또한, 그 정도가 실내에 사용하기에 적합하 여야 하고, 대상 공간내의 급격한 습도 변화를 조절 또는 억제할 수 있어야 한다. 따라서, 일방적으로 흡습 또는 방습만을 하는 경우에는 습도 조절 기능이 있다고 할 수 없다. 이러한 습도 조절 기능이 필요한 이유는 습도가 실내 환경의 중요 인자로 열과 공기 환경을 일정 수준 이상으로 확보하기 위한 중요 인자이기 때문이다.

상기 방법으로 제조된 무기질 도료 조성물은, 내부의 미세 기공을 통해 습기를 흡수, 방출함으로써 습도 조절이 가능하며, 이를 통해 급격한 습도 변화를 억제하는 용도로 활용될 수 있다. 습도 조절 기능은, 열 환경에서는 거주자의 열쾌적감을 결정하는 중요한 요소이고, 공기 환경에서는 적정한 습도 유지를 통해 결로와 곰팡이 등의 문제를 해결할 수 있으며, 실내 습도가 너무 낮아 재실자의 건강에 악영향을 줄 수 있는 요인을 제거할 수 있다.

또한 상기 무기질 도료 조성물은, 유해 냄새 성분에 대한 탈취의 용도로 사용될 수 있다. 　상기 무기질 도료 조성물은,　비표면적이 매우 큰 합성분체를 적용하여, 적합한 크기와 형태의 무기 및 유기분자들을 선택적으로 흡착하게 되고, 결과적으로 서로 다른 분자들을 각각 분리할 수 있는 뛰어난 분자체능의 특성을 갖게 된다. 선택적 흡착 특성은, 광물의 구조상의 공동과 흡착되는 분자들의 형태와 크기뿐만 아니라 극성 정도에 따라서도 달라진다. 이러한 흡착 및 분자체 특성을 이용하여 실내 유해 냄새를 흡착, 분해시켜 쾌적한 환경을 제공할 수 있게 된다.

상기 제조 방법으로 제조된 무기질 도료 조성물은, 항균 및 항곰팡이 용도로 사용될 수 있다. 다른 금속이나 일반 은의 경우와는 달리, 입자 크기가 20 nm 이 하인 나노화된 은(Ag)은, 100 내지 200 nm 정도의 미생물이 섭취할 수 있다. 은 나노 성분을 섭취한 미생물은 호흡기장애 및 대사장애로 인하여 사멸된다. 따라서, 상기 무기질 도료 조성물은 항균 및 항곰팡이 효능을 나타내게 된다.

상기 제조 방법으로 제조된 무기질 도료 조성물은, 결로 방지 용도로 사용될 수 있다. 상기 “결로”란, 벽체 표면 부근의 공기의 노점 온도가 벽체 표면의 온도보다 낮을 때, 공기 중에 포함되어 있는 수증기가 냉각되어 벽체 표면에 응결되는 현상을 말한다. 결로 현상은 공기 중에 포함된 수증기가 응축되면서 구조체의 표면이 축축해지는 현상으로 유리창이 뿌옇게 흐려지거나 곰팡이의 발생 등을 통해 확인할 수 있다.

이 외에도, 상기 제조 방법으로 제조된 무기질 도료 조성물은, 단열 용도로 사용될 수 있다. 열의 이동은 온도차가 있는 고온부로부터 저온부로 일어나는데 이 열류는 온도가 저하되고 저온부의 온도가 상승되어 동일한 온도가 되었을 때 멈춘다. 열전도는 이러한 전열의 한 형태로서 하나의 물체 내에 온도차가 있을 경우, 그 내부에서 인접하는 물질을 경유하여 물질의 이동을 동반하지 않고 발생하는 열의 이동이다. 열전도율은 물질을 통해 열에너지가 전달되는 정도를 나타내는 것으로, 열전도율이 낮은 건축 자재일수록 단열의 효과가 크다고 할 수 있다. 벽체의 경우는 그 두께가 두꺼울수록 열전도율이 낮아진다. 그러나 단열을 위한 벽체의 두께 증가에는 경제적, 구조적, 공간적으로 한계가 있다. 따라서 열전도율이 낮은 무기질 도료의 시공을 통해 열의 이동을 통한 열손실을 낮출 수 있다. 단열을 통하여 벽체에 흐르는 열손실을 줄일 수 있으며, 실내 표면 온도를 노점이상으 로 유지함으로써 결로를 방지할 수 있다.

이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예 등은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

조성물 전체 중량을 기준으로, 천연옥 분말 35%, 맥반석분말 15%, 제올라이트 4%, 규조토 4%, 이산화티타늄 3%을 혼합한 후, 이 혼합분말에 실리케이트계 무기액상결합제 38%을 서서히 균일하게 1시간 동안 1000 rpm으로 교반하면서 혼합하고, 입자 크기가 10 nm인 액상 은나노 입자 1%를 첨가하여 혼합 조성물을 제조하였다. 상기 제올라이트는 제올라이트 4A형과 X형이 1:1의 중량비로 혼합된 형태이다. 상기 실리케이트계 무기액상결합제의 주요 성분으로는 TEOS, 에틸알코올, 포타슘 실리케이트, 소듐 실리케이트 및 증류수를 포함하며, 구체적인 제품명은 (주) 피움사의 AP-1000이다.

그런 다음, 상기 혼합 조성물을 밀폐된 용기내에서 진공장치를 이용하여 기포를 제거하고, 미세스크린을 이용하여 균일한 무기질 도료를 제조하였다.

[비교예 1] 종래의 친환경 도료

비교예로는, 아크릴 에멀전수지를 주원료로 한 수성도료를 사용하였으며, 구 체적인 제품명은 KCC 사의 “숲으로^®” 내부용 제품이다.

[실험예 1] 유해 화학물질의 발생 농도측정 실험

실시예 1에서 제조된 무기질 도료와 비교에 1에서 제조된 일반 도료에 대하여, 각각 밀폐된 시험실의 벽면을 도색 시공하였다.

각각의 경우에 대하여, 일자 경과별로 총 휘발성 유기화합물(Total Volatile Organic carbon; TVOC)의 농도를 측정하였다. 또한, 포름알데히드의 농도에 대하여도 별도로 비교 측정하였다. 농도측정 실험은, 저용량 펌프를 통해 차콜튜브를 이용하여 기체를 포집하였고, GC/FID(gas chromatography flame ionization detector)를 사용하여 농도를 측정하였다. TVOC의 농도 측정결과는 도 3에 나타내었고, 포름알데히드의 농도 측정결과는 도 4에 나타내었다.

먼저, 도 3을 참조하면, 일반 친환경 도료의 경우에는, 시공 후 3 일이 되는 시점까지 휘발성 유기화합물의 농도가 급격이 증가하였고, 이후 서서히 감소되는 것으로 나타났다. 특히 시공 후 3 일이 되는 시점에서는, TVOC의 농도가 1.1 ㎍/m² 이상까지 상승하였고, 28 일이 경과한 시점에서도 0.6 ㎍/m²이상 유지되는 것을 알 수 있다. 그에 반해, 본 발명에 따른 무기질 도료는, 시공 후 TVOC의 농도가 0.4 ㎍/m²를 넘지 않으며, 그 증가폭 역시 상대적으로 완만한 것으로 확인되었다.

도 4를 참조하면, 일반 친환경 도료의 경우에는 포름알데히드의 농도가 3 일 이 경과한 시점에서 2.75㎍/m²에 이르렀다가 일시적으로 감소한 이후 다시 3 ㎍/m² 가까이 증가되는 것으로 나타났으며, 농도변화의 폭도 심한 것을 알 수 있다. 그에 반해, 본 발명에 따른 무기질 도료는, 포름알데히드의 농도 증가폭이 크지 않을 뿐만 아니라, 7 일이 경과한 시점 이후로는 빠르게 안정화되는 것을 확인할 수 있었다.

[실험예 2] 습도 조절효과의 비교확인 실험

실내 수분의 흡·방습 과정을 통해 실내의 습도 조절효과를 비교 확인하는 실험을 실시하였으며, 자연조건 실험과 강제가습 실험으로 나누어 진행하였다.

실시예 1에서 제조된 도료 조성물(A)과 비교에 1에서 제조된 일반 도료 조성물(B)을 이용하여, 각각 밀폐된 시험실의 벽면을 도색 시공하였다.

　　자연조건 실험은 시험실에 대한 환기 등의 조건 설정 없이 실내 내부의 습도를 1시간 간격으로 측정 및 기록하였으며, 강제가습 실험은 습도 제어가 되는 가습기를 이용하여 실내에 급격한 습도 변화를 주고 이에 대한 습도조절 효과를 평가하였다.

2-1. 자연조건 실험

자연조건 실험은 1 차와 2 차로 나누어 실시하였다. 먼저, 1차 실험은 2007년 4월 20일부터 5월 3일까지 14일 동안 각 시험실 내부의 습도 측정을 통해 이루어졌다. 2 차 실험은 5월 8일부터 6월 4일까지 수행하였다. 2 차 실험도 1차 실 험과 동일하게 1시간 간격으로 습도를 측정하였다. 1 차 실험의 결과는 도 5에 나타내었으며, 2 차 실험의 결과는 도 6에 나타내었다.

도 5를 참조하면, 실시예 1의 도료(A)가 시공된 시험실의 평균 습도는 74.0%, 비교예 1의 도료(B)가 시공된 시험실의 경우는 82.2%로 측정되었다. 즉, 실시예 1의 도료(A)가 시공된 시험실의 습도가 비교예 1의 일반 도료(B)가 시공된 시험실보다 평균적으로 8.2%가 낮게 측정되었다. 습도 변화 추이를 보면, 측정 기간 동안 지속적으로 알파바이오 세라믹 시험실의 습도가 더 낮게 나타나고 있다.

　　외부의 평균 상대습도 32.8%로 이와 비교할 때, 각 시험실이 밀폐되어 있는 조건임을 고려해도 시험실의 내부 습도가 70.0% 이상으로 비정상적으로 높다고 할 수 있다. 실내의 수증기 발생원이 없는 상황에서 고습도의 요인은 콘크리트 구조체가 완전하게 건조되지 않아 여분의 수분이 실내로 방산되고 있을 가능성을 생각할 수 있다.

다음으로, 도 6을 참조하면, 2차 실험에서도 1차 실험과 유사한 정도의 습도조절 효과를 보임으로써 무기질 도료가 습도조절 효과가 있는 것으로 확인되었다.

2-2. 강제가습 실험

강제가습 실험은 8월 21일부터 22일까지 2일간 디지털 가습기를 이용하여 인위적으로 강제가습의 조건을 설정하여 실시하였다. 각 시험실의 급격한 습도 변화를 통하여 시공된 도료 주성물의 습도조절 효과를 평가하였다.

강제가습은 동일한 기종의 분당 4.86 ㎖의 수분을 방출하는 디지털 가습기를 시험실 내부에 설치하고 100분간 가습을 실시하였다. 가습에 사용된 물의 양은 0.51 L이며, 각 시험실에서 동일한 양을 사용되었다. 시험실 내부의 습도는 5분 간격으로 측정하였다. 강제가습이 실시되는 동안 외부(C)의 평균 습도는 53.1%이고, 외부 온도와 시험실 내부의 온도 차이는 약 2℃이며, 두 시험실의 온도 차이는 1℃ 미만이었다. 또한, 고습도 상태에서 시간에 따른 상대습도 변화를 확인하기 위해, 강제가습 종료 후, 5 분 간격으로 1000 분 동안 습도를 측정하였다.

강제가습이 실시되는 동안의 습도 측정결과는 도 7에 나타내었고, 강제가습 종료 후 습도 측정결과는 도 8에 나타내었다.

먼저, 도 7을 참조하면, 100분간의 시험실의 습도 변화를 보면, 실시예 1의 도료(A)가 시공된 시험실의 평균상대습도는 63.4%이고, 비교예 1의 도료(B)가 시공된 시험실의 평균상대습도는 82.0%로 측정되었다. 즉, 본 발명의 실시예 1의 도료(A)가 시공된 시험실의 상대습도가 비교예 1의 도료(B)가 시공된 시험실보다 평균적으로 18.7% 낮은 것으로 나타났다.

　　또한, 강제가습 초기(40분 경과)에는, 비교예 1의 도료(B)가 시공된 시험실의 상대습도는 평균적으로 분당 0.8%씩 증가하였고, 상대습도가 85%가 되는 시점에서 증가율이 조금씩 저하되어 분당 0.2%씩 증가되는 것으로 나타났다. 반면, 실시예 1의 도료(A)가 시공된 시험실의 경우, 분당 0.3%가 증가하여 비교적 일정한 증가율을 보였다.

도 8을 참조하면, 강제가습을 종료한 후, 실시예 1의 도료(A)가 시공된 시험실의 평균상대습도는 67.2%이고, 비교예 1의 도료(B)가 시공된 시험실의 평균상대 습도는 80.72%로 측정되었다. 즉, 본 발명의 실시예 1의 도료(A)가 시공된 시험실의 상대습도가 비교예 1의 도료(B)가 시공된 시험실보다 평균적으로 13.7% 낮은 것으로 나타났다.

도 7과8의 결과를 종합하면, 비교예 1의 도료(B)가 시공된 시험실은 내부의 수분이 증가한 초기부터 습도가 급격하게 증가하였으며, 이후에 서서히 안정화되었다. 그러나, 실시예 1의 도료(A)를 시공한 시험실의 경우에는 습도의 급격한 증가는 관찰되지 않았으며, 완만한 증가를 거쳐 안정화되었다. 또한, 외기(C)와의 습도 차이도 상대적으로 작을 뿐만 아니라, 특히 강제가습 초기에는 외기와의 습도차이가 거의 없는 것으로 측정되었다.

또한 가습 후 충분한 시간의 경과 후에도, 실시예 1의 도료(A)가 시공된 시험실의 습도는 외기의 습도와 비슷한 수준으로 유지되면서, 비교예 1의 도료(B)가 시공된 시험실보다는 낮은 습도를 유지하고 있는 것으로 나타나 습도조절 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

[실험예 3] 암모니아 탈취효과의 확인 실험

밀폐된 두 개의 시험실을 준비하고, 하나의 시험실에는 실시예 1에 의해 제조된 무기질 도료를 도색 시공하였고, 다른 하나의 시험실에는 시공을 하지 않았다.

각각의 경우에 대하여, 암모니아 가스를 분사하여 초기 농도를 500 ppm으로 설정하였다. 그로부터, 2 시간 동안, 30분 간격으로 암모니아 농도를 비교 측정하 였다. 측정결과는 도 9에 나타내었다.

도 9를 참조하면, 무기질 도료를 시공하지 않은 경우(blank)에는 시간이 경과하더라도 암모니아의 농도가 크게 변화되지 않는 것을 알 수 있다. 그에 반해 실시예 1에 의해 제조된 도료를 시공한 경우에는, 30 분이 경과한 시점에서 80% 이상의 암모니아가 흡착 제거되었으며, 2 시간이 경과한 시점에서는 약 95%의 암모니아가 제거된 것을 확인할 수 있다.

[실험예 4] 항균 효능의 확인 실험

공시균인 대장균(Echerichia coli)과 녹농균(Pseudoonas aeruginosa)을 배양하여, 실시예 1 및 비교예 1의 도료 조성물을 혼합한 배양액에 접종시켰다. 일주일이 경과한 시점에서, 접종액과 중화용액을 진탕시켜 배양된 세균을 추출하였다. 상기 중화용액 속에 존재하는 세균의 수를 측정하여 세균감소율을 관찰하였다.

도 10a 및 10b는 대장균에 대한 항균실험 결과를 나타낸 것으로, 대장균을 배양한 상태(도 10a)에서 실시예 1의 도료 조성물을 첨가한 후, 24 시간이 경과한 시점(도 10b)에서 대장균의 사멸여부를 관찰한 것이다. 또한, 도 11a 및 11b는 녹농균에 대한 항균실험 결과를 나타낸 것으로, 녹농균을 배양한 상태(도 11a)에서 실시예 1의 도료 조성물을 첨가한 후, 24 시간이 경과한 시점(도 11b)에서 녹농균의 사멸여부를 관찰한 것이다.

먼저, 도 10a 및 10b를 참조하면, 실시예 1의 도료 조성물을 첨가한 지 24 시간이 경과한 시점에서 대장균이 배지상에서 관찰되지 않음을 확인할 수 있다. 또한, 도 11a 및 11b를 참조하면, 녹농균 역시 실시예 1의 도료 조성물을 첨가한 시점에서 24 시간이 경과한 시점에서 완전히 사멸되었음을 확인할 수 있다.

[실험예 5] 결로방지 효능의 확인 실험

콘크리트 시험체를 1000 x 1000 x 120 mm 크기로 제작하였다. 제작된 콘크리트 시험체에 실시예 1의 무기질 도료를 도포하여 해당 KS규격에 의하여 결로를 측정하였다. 콘크리트 시험체를 기준으로 양쪽면의 온도 및 습도의 조건을 달리하였다. 실시예 1의 무기질 도료를 도포한 면(실내측; 항온항습실)은, 온도 20℃, 습도 50%의 항온, 항습조건을 유지되도록 하였다. 도료를 도포하지 않은 반대쪽 면(실외측; 저온실)은, 인위적으로 5℃, 0℃, -5℃의 온도 구배를 부여하였다. 각 온도 구배시 실내측의 습도는 50%의 정상상태가 1시간 동안 유지되도록 하였다. 1시간이 경과한 시점에서, 표면의 결로상태를 관찰하였다. 관찰결과는 하기 표 1과 같다.

시험항목	시험조건		결로관찰결과
	항온항습실	저온실
결로방지 성능시험	20℃ 50%	5℃	결로 발생 없음
		0℃	결로 발생 없음
		-5℃	결로 발생 없음
		-10℃	서림, 작은 물방울 발생

표 1을 참조하면, 실시예 1의 무기질 도료에 대한 결로 실험결과, -10℃의 조건에서 시험체의 일부에 김이 서림과 함께 우각부에 작은 물방울이 생겼지만 흐르는 현상은 발생하지 않았다. -5℃에서는 결로 발생이 없었다.

동일한 크기의 일반 콘크리트 시험체의 경우에는, 통상적으로 -5℃의 조건에서부터 큰 물방울이 발생하면서 흘러내리는 것과 비교할 때, 본 발명의 무기질 도료는 결로 방지 효과가 있음을 알 수 있다.

[실험예 6] 단열효과 확인 실험

실시예 1에 따른 무기질 도료와 일반 콘크리트에 대하여, KS L 9016:2005에 따라서 열전도율을 비교 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 2와 같다.

시험 항목		결과	시험방법
열전도율 (W/m.K)	일반 콘크리트	0.332	KS L 9016:2005
	무기질 도료	0.265

상기 표 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 무기질 도료의 열전도율이 일반 콘크리트에 비해 현저히 낮다는 것을 알 수 있다. 따라서, 외부로의 열전달을 차단함으로써, 우수한 단열효과가 인정된다는 것을 확인할 수 있다.

도 1은 제올라이트 4A형의 골격구조를 나타낸 모식도이다;

도 2는 제올라이트 X형의 골격구조를 나타내 모식도이다;

도 3은 일반 도료와 본 발명의 일실시예에 따른 무기질 도료의 TVOC 농도를 비교 측정한 그래프이다;

도 4는 일반 도료와 본 발명의 일실시예에 따른 무기질 도료의 포름알데히드 농도를 비교 측정한 그래프이다;

도 5 및 6은 자연조건에서 습도변화 추이를 나타내 그래프이다;

도 7은 강제 가습시 습도변화의 추이를 나타낸 그래프이다;

도 8은 강제 가습 중단 후 습도변화의 추이를 나타낸 그래프이다;

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무기질 도료의 암모니아 탈취 효능을 측정한 그래프이다;

도 10a 및 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 무기질 도료 조성물을 대장균을 배양한 배지에 첨가하기 전(도 10a)과 첨가 후 24 시간 후(도 10b)를 비교 촬영한 사진이다;

도 11a 및 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 무기질 도료 조성물을 녹농균을 배양한 배지에 첨가하기 전(도 11a)과 첨가 후 24 시간 후(도 11b)를 비교 촬영한 사진이다.

Claims

무기질 도료 조성물을 제조하는 방법에 있어서,

천연옥 분말, 맥반석 분말, 제올라이트, 규조토 및 이산화티타늄을 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 공정;

상기 혼합 분말을 실리케이트계 무기액상결합제에 혼합하여 혼합 조성물을 형성하는 공정; 및

은나노 입자를 첨가하는 공정을 포함하며,

상기 제올라이트는, 제올라이트 4A형과 X형이 혼합된 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제올라이트는, 제올라이트 4A형과 X형이 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제올라이트의 함량은, 조성물 전체 중량을 기준으로, 1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 천연옥 분말의 함량은, 조성물 전체 중량을 기준으로, 25 내지 45 중량%인 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 맥반석 분말의 함량은, 조성물 전체 중량을 기준으로, 10 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 혼합 분말을 형성하는 공정에서, 조성물 전체 중량을 기준으로, 규조토 2 내지 6 중량% 및 이산화티타늄 2 내지 5 중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 실리케이트계 무기액상결합제는, 조성물 전체 중량을 기준으로, 30 내지 50 중량% 범위에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 은나노 입자의 함량은, 조성물 전체 중량을 기준으로, 0.2 내지 2 중량%인 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 은나노 입자의 입자 크기는 20 nm 이하인 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 은나노 입자는 액상 은나노의 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 은나노 입자를 첨가하는 공정 이후에, 기포 제거 및 여과 공정을 추가로 거치는 것을 특징으로 하는 무기질 도료 조성물의 제조 방법.