KR20110101861A

KR20110101861A - 건축물 상도용 유무기 하이브리드 코팅제 제조방법 및 그 재료

Info

Publication number: KR20110101861A
Application number: KR1020100021177A
Authority: KR
Inventors: 황해성
Original assignee: 황해성
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-16

Abstract

본 발명은 건축물 상도용 유,무기 하이브리드 코팅제 제조방법 및 그 재료에 관한 조성물로써 더욱 상세하게는 건축물의 바닥이나, 학교 교실의 바닥, 주차장 등의 바닥이나, 물탱크, 정수장등 표면에 코팅층을 형성하는 환경 친화적이고 중금속 및 유해물질이 방출되지 않으며, 난연성 이며, 원적외선이 방사하고, 또한 음이온이 발생하며, 항균성 및 항곰팡이성이 우수하며, 경도, 및 내마모성이 뛰어나는 건축물 상도용 유무기 하이브리드 코팅제 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 수분산된 콜로이드상 무기물에 지르코-알루미네이트 커플링제 1~99 중량부를 첨가하는 1단계와:, 상기 제1단계의 결과물 1~99 중량부에 대해 금속알콕시 실란 1~90 중량부를 첨가하여 제1단계의 콜로리드상 무기물 실리카졸에 유기기가 형성되도록 표면을 개질 시키는 제2단계와,: 상기 제2단계의 결과물 1~99중량부에 대해 고분자수지 전구체 1~99 중량부를 첨가하여 분산 용해시키는 제3단계와,: 상기 제3단계의 결과물 1~99중량부에 대해 유기용제를 첨가하고 반응성 금속알콕시 실란 1~99중량부를 첨가하여 가수분해 및 중축합 반응을 일으켜 유기-무기 하이브리드 졸 용액을 제조하는 제4단계와,: 상기 제4단계의 결과물 1~99 중량부에 대해 도막의 크랙을 방지하고 점도를 조절하여 도막의 물리화학적 특성을 개선시키는 기응성 충진제 1~99중량부를 첨가하는 제5단계와,: ,상기 제5단계의 결과물1~99 중량부에 대해 원적외선을 방사하고 음이온을 방출, 항균 및 항곰팡이성을 내는 세라믹 파우더 1~99중량부을 첨가하는 제6단계와,: 상기 제6단계의 결과물1~99중량부에 대해 색상을 내기위한 무기안료분 1~99중량부를 첨가하는 제7단계로 이루어진 건축 상도용 유기-무기 하이브리드 코팅제 제조방법 및 그 재료에 관한 조성물 이다.

Description

건축물 상도용 유무기 하이브리드 코팅제 제조방법 및 그 재료{Method for producing hybrid coating agent and it's stuff}

본 발명은 콘크리트, 모르타르 등으로 이루어진 바닥층에 상도 코팅층을 이루는 코팅제에 관한 것으로 특히 환경 친화적인 건축물 상도용 유,무기하이브리드 코팅재료의 제조방법 및 그 재료 조성물에 관한 것이다.

통상적으로 학교교실, 지하주차장, 공장, 물류창고, 공장. 등의 콘크리트, 또는 모르타르의 바닥에는 관리의 용이성을 위하여 바닥에 코팅층이 형성되어 왔다.

종래에는 그러한 코팅층이 주로 에폭시, 우레탄, 등의 유기계 코팅제로 이루어져 왔다.

예컨대 유기고분자는 낮은 표면에너지와 낮은 분자간격으로 인하여 기계적인 강도와 내마모성이 약하며, 고온에서 열화가 진행되어 변색되거나 표면경도가 약해지는 한계를 가지고 있다.

이러한 변색이나 약한 표면경도에 관한 문제점을 해결하기 위해서, 종래의 방법중에 유기고분자수지에 무기물을 첨가하여 유기물과 무기물을 복합화하는 것이다.

일반적으로 무기물은 내열성, 화학적 안정성, 등은 우수하지만 취성이 강하고 저온소성이 되지 않으므로 섬유나 분말형태로 고분자에 첨가하여 복합재료 형태로 널리 사용되고 있다. 또한 화재시 유해물질 및 유독가스가 발생하여 인체에 치명적인 해를 끼칠 수 있다.

예컨대, 습기 경화성 폴리우레탄 조성물에 관한 상세 기술은 아오끼 마사아끼 외 다수에게 발명되어 1990년 10월 11일자로 공고된 대한민국 특허공고번호 90-007513 또는, 1997년 8월 29일자로 등록된 대한민국 특허등록번호 10-0121691-0000에 개시되어 있으며, 건축물의 층간 충격음 저감효과가 우수하도록 하기 위하여 연질 폴리 우레탄 조성물을 이용한 스프레이 시공방법의 예는 권인욱에 의해 발명되어 2005년 1월 21일자로 공개된 대한민국 특허공개번호 10-2005-0008557호에 개시되어 있다. 여기서, 사용되는 연질 폴리우레탄 조성물은 다음과 같다.

즉, 프리폴리머100중량부에 대해, 이소시아네이트계(60∼85)중량부와, 폴리올 (15∼40)중량부를 포함하여 반응시켜, NCO 함량이 15∼25% NCO 이고 점도가 200∼1000CPS/23℃가 되도록 조성된 액상의 연질 폴리우레탄 이소시아네이트의 제1조성물; 및 레진 프리믹스100중량부에 대해, 폴리올 (90∼95)중량부와, 발포제 (2∼5)중량부와, 가교제 (1.0∼3.0)중량부와, 계면활성제(0.5∼1.5)중량부, 및 촉매 (1.0∼3.0)중량부를 포함하여 반응시켜, 점도가 200∼1000CPS/23℃가 되도록 조성된 액상의 레진 프리믹스의 제2조성물을 포함하며, 상기 제1조성물 : 제2조성물의 혼합비가 100 : 50∼200(WT/WT)로 혼합하여 발포 및 경화 반응이 65∼85KG/M3의 성형밀도로 3∼20분에 이루어지도록 된, 연질 폴리우레탄 조성물이 나타나 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래기술들에서 사용되어진 우레탄 이나 에폭시 등의 유기계 코팅제는 유기 용제의 사용으로 인해 인체에 유해하고 작업환경을 열악하게 만드는 요인을 제공하기도 한다. 또한, 유기계 코팅제로 형성된 바닥 코팅층은 소음발생 및 가연성의 문제를 필연적으로 안고 있다.

또한, 주차장 등의 바닥에 미끄럼 저항성능을 향상시키고 마찰 소음을 줄일 수 있는 바닥 도장용 폴리우레아수지 조성물 및 이의 도장방법에 관한 것은 발명자 손영용 외 1인에 의해 발명되고 출원인인 삼화페인트공업 주식회사에 의해 출원된

후, 공개된 대한민국 공개특허공보 10-2005-0045118호에 개시되어 있다.

상기한 바닥 도장용 폴리우레아수지 조성물은 역시 유기계 코팅에 속하며 그의 도장 방법도 베이스 코트를 도장한 후 엠보싱 코트로 재도장하여 마감면에 요철 무늬를 형성하는 방법이므로 시공상의 어려움이 뒤따르고, 시공시간이 상대적으로 오래 걸리는 단점이 있다.

한편, 선박이나 자동차 등에 사용되는 코팅제로서는 무기계 코팅제가 있으나, 여기에 사용되는 무기계 코팅제는 초박막의 도막 두께를 가지며, 고온건조(약 600∼800℃) 작업을 거쳐야 하는 등의 사용 제한이 있게 된다. 또한, 비용이 비싸고 작업 방법이 까다로움으로 인하여 일반적인 콘크리트 바닥을 피 도막 면으로 하여 시공하기에는 적용에 어려운 문제가 있다.

따라서, 건축물 바닥이나 주차장 바닥 등에 적용되는 건축물 상도 코팅분야 에서 환경 친화적이고, 난연성이며, 실내에서 발생되는 소음문제를 획기적으로 개선한, 자연 경화형의 후막 무기질 코팅제의 개발이 본 분야에서 절실히 필요해지는 실정이다. 향후, 대형 주차장이나 상업 건물의 지하 주차장의 경우에 화재의 가능성에 대비하여 우레탄 계열의 바닥 코팅 층이 각광받지 못하게 될 전망이며, 상식적으로도 소음이 적고 넌슬립이면서 불에 잘 타지 않는 재질의 바닥 코팅층은 장소를 불문하고 선호될 것이다.

따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 개선된 건축물의 상도 코팅제를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 건축물의 상도코팅 분야에서 환경 친화적인 건축물의 상도 코팅제 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 건축물의 상도코팅 분야에서 난연성이며, 중금속 및 유해물질이 방출 되지 않는 건축물의 상도 코팅제 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 건축물의 상도 코팅분야에서 세라믹 충진제를 첨가함으로써 원적외선이 방사하고, 음이온이 발생하고, 항균 및 항곰팡이성이 우수한 건축물의 상도 코팅제 조성물을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 건축물의 바닥이나, 학교 교실의 바닥, 주차장 등의 바닥이나, 정수장, 물탱크 등의 표면에 상도 코팅분야에서 환경 친화적이고, 난연성이며, 원적외선이 방사하고, 음이온이 발생하고 항균 및 항곰팡이성이 우수한 자연 경화형 후막 유무기 하이브리드 바닥 코팅이 실현되는 효과가 있다.

표 1 은 나노입자의 콜로이드상 무기물과 유기고분자구지와의 고형분비를 나타낸 표이다.
도 1은 건축물 상도 코팅 유무기 하이브리드 상도 코팅제 제조 공정도를 나타낸 도이다.

상술한 바와 목적달성을 위한 본 발명은

수분산된 콜로이드상 무기물에 지르코-알루미네이트 커플링제 1~90 중량부를 첨가하는 제1단계와:

제1단계의 상세한 내용은 다음과 같다.

상기의 수분산된 콜로이드상 무기물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 등 유기 금속알콕시 실란과 반응이 가능한 무기물이 바람직하다.

상기 제1단계의 콜로이드상 무기물은 입자크기 1~50㎚의 분말산화규소 20~40wt%와, 물 60~80wt%로 구성하고 PH가 2~4인 실리카 졸이 가장 바람직하다.

상기 제1단계의 지르코-알루미네이트는 일반식 ｛HO｝-(M)-(CH2)n-(X)＊은 가수분해가 가능한 기 이거나 하이드록시 기 이며 금속알콕시 실란과 같이 유기-무기 결합제 역할을 한다.

상시 제1단계의 결과물 1~99 중량부에 대해 유기 금속알콕시 실란 1~99 중량부을 첨가하여 나노입자 무기물에 유기기가 형성 되도록 표면 개질 시키는 제2단계와,:

제2단계의 상세한 내용은 다음과 같다.

상기 금속 알콕시 화합물은 화학식 RnSi(OR)n에 있어서 R은 서러 같거나 다르고 수소와 탄소수가 10미만의 알킬기를 나타내고 알킬 기, 페닐 기, 아크릴 기, 메타아크릴 기, 비닐기, 에폭시 기 중에 적어도 하나가 선택되어 혼용되고, OR은 서로 같거나 다르고 가수분해가 가능한기 또는 하이드록시기 로서 메톡시, 에톡시기, 이소프로폭시기로 구성되는 일반식을 가진다.

여기에서 상기 수분산된 콜로이드상의 나노 무기물 실리카졸에 유기실란을 첨가하여 가수분해 시에 화학식 RnSi(OR)n 가진 금속 알콕시 실란은 시차를 두고 천천히 첨가할수 있으며 유기 반응성 금속 알콕시 실란을 혼합하여 사용할 경우에는 상기 고분자와 중합반응이 가능한 반응기를 가진 유기실란이 있어야 한다.

상기 제2단계의 결과물 1~90 중량부에 대하여 경화성 고분자 수지 1~90 중량부를 첨가하여 분산용해 시키는 제3단계와,:

제3단계의 상세한 내용은 다음과 같다.

상기의 경화성수지는 아크릴수지, 에폭시수지, 비닐이중결합을 포함하여 경화반응이 가능한 폴리머 중에 콜로이드상 무기물과 반응이 가능한 수지 중에 적어도 하나 또는 그 이상이 선택되어 사용되는 것이 바람직 하다.

상기 제3단계의 결과물 1~90 중량부에 대하여 유기용제와, 유기 금속 알콕시 실란 1~90 중량부를 첨가하여 가수분해 및 중,축합 반응을 일으켜 유기-무기 하이브리드 졸 결합제를 제조하는 제4단계와,:

제4단계의 상세한 내용은 다음과 같다.

상기의 유기용제는 알코올류, 방향족 유기화합물, 염화탄화수소류, 셀루솔브류, 아세테이트류, 적어도 하나가 선택되어 사용되는 것이 바람직하며 유기금속 알콕시 실란은 제2단계의 상세한 내용과 같다.

상기 제4단계의 결과물 1~90 중량부에 대하여 제1단계~ 제4단계에 이르는 유기-무기 하이브리드졸 용액의 결합제와의 크랙을 방지하고 점도를 조절하는 역할을 하는 기능성 충진제 1~90 중량부를 첨가하는 제5단계와,:

제5단계의 상세한 내용은 다음과 같다.

상기의 기능성 충진제는 코팅제 도막의 크랙을 방지하고, 점도를 조절하며 도막의 경도 및 강도와 내식성 및 내마모성 같은 물리화학적인 특성을 강화하는 흄드실리카, 점토, 카올린, 알루미나, 지르코니아, 티탄산칼륨, 견운모, 자수정, 생광석, 귀양석, 맥반석,중 선택되어 적어도 하나 이상이 선택되어야 한다.

상기 제5단계의 결과물 1~90 중량부에 대하여 원적외선 및 음이온을 발생하고 항균 및 항곰팡이성 역할을 하는 세라믹 파우더 1~90 중량부를 첨가하는 제6단계와,:

제6단계의 상세한 내용은 다음과 같다.

상기의 세라믹 파우더는 원적외선 방사와 함께 음이온을 방출하는 재질 로써 원적외선 방사물질은 상온 40℃에서 원적외선 방사율이 92％ 이상인 석영, 몬조나이트, 편마암류 및 유문암질 응회암의 천연광물질 군으로부터 선택된 하나 이상의 원적외선의 광물질이 선택되어야 한다.

상기 제6단계의 결과물 1~90 중량부에 대하여 색상을 내기위한 무기안료 1~90중량부를 첨가하여 건축물의 상도용 유기-무기 하이브리드 코팅 재료에 관한 제조방법에 관한 조성물 제7단계와,:

제7단계의 상세한 내용은 다음과 같다.

상기의 색상을 내기 위한 무기안료는 중금속을 함유하지 않는 무기질 광물질군 으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하고자 한다.

[실시예]

건축물의 상도용 코팅제의 조성 원료가 다음과 같이 설명된다.

콜로이드상 무기물 - 실리카 졸(CS, colloidal silica )

유기용매 - 에탄올 (ethanol )

금속알콕시실란-M,T,M,S(methyltrimethoxysilane), VTMS(vinyltrimethoxysilane), GLYMO (glycidoxypropyltrimethoxysilane)

고분자 수지 - 아크릴 수지

증점제 - H,P,C

기능성 충진제 - 알루미나, 지르코니아, 카오린크레이, 실리카.

세라믹 파우더 - 희토류 광물질. 바이오세라 ATO

이를 상세히 설명하면, 콜로이드상 무기물 실리카졸에 지르코알루미네이트 커플링제 10~20 중량부와, 에탄올 10~30 중량부와, GLYMO, VTMO, 0.5~5 중량부를 첨가하여 상온에서 반응 시키고 시차를 두면서 MTMS 30~50 중량부를 천천히 첨가하여 5 시간이상 반응 시킨다.

상기 MTMS는 메톡시(methoxy)기가 콜로이드상 무기물 입자의 표면에 반응하면, 메틸(methyl)기가 표면에 노출되어, 상기 콜로이드상 무기물이 유기계수지에 분산 가능한 형태로 바뀌게 되는데 무기물 표면에서의 소수성화 정도를 조절해주는 역할을 한다.

상이 VTMS는 3개의 메톡시(methoxy)기가 상기 소수성화된 콜로이드상 무기물의 계면의 OH기와 축합반응을 하게되어 비닐(vinyl)기가 표면에 노출되므로 상기의 소수성화된 콜로이드상 무기물 입자는 유기 반응기를 가지게 된다.

상기 결과물 1~99 중량부를 경화성 수지인 아크릴수지 10~90중량부에 첨가하게 된다.

이에 의해 상기의 콜로이드상 무기물과 아크릴 경화수지로된 혼합졸이 생성된다.

상기 실시예에서의 구성 성분에 의하며 나노입자 무기물과 아크릴수지의 고형분비가 10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5인 샘플에 반응개시제 0.1중량부를 첨가하여 유무기 하이브리드 재료를 제조한다.

( 표 1 )

나노입자 무기물 : 아크릴 주지 반응개시제

10 : 0 0.5

9 : 1

8 : 2

7 : 3

6 : 4

5 : 5

상기와 같이 제조된 유무기 하이브리드졸 용액에 기능성 충진제 1~99중량부와,; 세라믹 파우더 1~99중량부와,: 색상을 내기위한 무기안료 1~99 중량부를 첨가하는 상도 코팅제 제조방법 이다.

그리고 본 발명에 따른 효과로서 나타나는 유무기 하이브리드 상도 코팅제 제품의 특성은 다음과 같다.

1)고강도 : 무기질 막의 강도가 발현 되므로 고강도 이다.

2)탄성 : 유무기 혼합으로 탄성을 가지고 있으므로 내구성이 우수하다.

3)난연성 : 무기질 막이 형성되어 난연성이 확보된다.

4)환경 친화성 : VOC 방출이 없으며 중금속이 포함되지 않아 환경 친화성 이다.

5)내수성 : 장시간 물에 잠겨 있어도 녹지 않는다.

6)내알카리성 : 염수분무 시험에 이상이 없다.

7)내용제성 : 유기용제를 사용 하지 않아 용제에 대한 저항성이 우수하다.

8)내마모성 : 무기물에 의해 형성된 입자의 크기는 수십 나노미터 정도의 크기로 마찰에 의한 마모영향이 적다.

9)기능성 : 희토류 금속 및 천연 광물질군으로 형성된 음이온 및 원적외선이 발생하며 항균 및 항곰팡이성이 우수하다.

10)콘크리트 및 모르타르와의 친화성 : 콘크리트의 내부에 침투하여 무기물의 미반응 성분과 반응하여 콘크리트의 조직을 치밀하게 하여 콘크리트를 강화시킨다.

Claims

콜로이드상 무기물에 지르코-알루미네이트 커플링제 1~90중량부와;
금속알콕시실란 1~90중량부를 첨가하여 나노입자 무기물 표면에 가수분해 및 중축합 반응을 시키면서 유기용매 에탄올을 첨가하여 반응 매질을 소수성화하는 단계와;
상기의 결과물 1~90중량부에 고분자 수지 1~90중량부를 첨가하여 분산 시키는 단계와;
상기 단계에서의 결과물에 반응개시제 0.1중량부를 첨가하여 경화시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자수지와 소수화된 무기물로 형성된 유무기 하이브리드 졸 용액을 제조방법.
제1항에 있어서,
콜로이드상 무기물은, 나노입자 크기의 분말 산화규소 20~40wt％와,;
물 60~80wt%로 구성되고, PH가 산성인 실리카 졸, 인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 졸 용액 제조방법.
제1항에 있어서,
지르코-알루미네이크 커플링제는 일반식(HO)-(M)-(CH2)n-(X)로 구성되는 것 특징이다.
제1항에 있어서,
금속알콕시 실란은 화학식 RnSi(OR)n에 있어서 R 은 알킬기, 페닐기, 아크릴기, 비닐기, 에폭시기 메타아크릴기 중에서 하나 또는 2 이상이 선택되어 혼용되고, OR 은 메톡시기, 에톡시기, 이소프로폭시기등 으로 구성되는 일반 식을 가지는 것을 특징으로 하능 유무기 하이브리드 졸 용액 제조방법.
제1항에 있어서,
유기용매는 에탄올을 사용하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 졸 용액 제조방법.
제1항에 있어서,
고분자수지는 실리콘수지, 아크릴수지, 에폭시수지페놀수지, 아미드수지, 중에 아크릴수지가 선택되는 것을 특징으로하는 유무기 하이브리드 졸 용액의 제조방법.
제1항의 결과물 1~90중량부에 기능성 충진제 1~90중량부와,;
세라믹 파우더 1~90중량부와,; 색상을 내는 무기안료 1~90중량부를 첨가하여 건축물에 코팅하는 유무기 하이브리드 상도 코팅제 제조방법.
제6항에 있어서,
기능성 충진제는 도막의 크랙을 방지하고, 점도를 조절하며 도막의 경도, 강도, 내마모성, 등과 같은 물리화학적 특성을 강화하는 흄드실리카, 점토, 카오린, 알루미나, 티탄산칼륨, 지르코니아,자수정, 생광석, 자수정, 맥반석, 중 선택되어 사용하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 상도 코팅제 제조방법.
제6항에 있어서,
세라믹 파우더는 원적외선 방사, 음이온 방출, 항균, 항곰팡이성 우수한 광물질로 석영, 몬조나이트, 편마암류, 유문암질 응회암의 광물질 군으로부터 선택되어 이루어진 유무기 하이브리드 상도 코팅제 제조방법.
제6항에 있어서,
무기안료는 타타늄옥사이드. 지르코늄옥사이드,등 중금속을 함유하지 않는 무기안료를 사용하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브이드 상도 코팅제 제조방법.