KR20120130523A

KR20120130523A - 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20120130523A
Application number: KR1020110048512A
Authority: KR
Inventors: 이은주; 윤진산; 김말남; 김규린; 이상신; 박은수
Original assignee: 주식회사 에스아이켐; 박은수; 이상신
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-12-03
Also published as: KR101267521B1

Abstract

본 발명은 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료의 제조방법에 관한 것으로, 에폭시, 실리콘고무, 폴리우레탄이나 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 고분자수지 0.01~10중량%를 톨루엔, 자이렌, 메틸렌클로라이드나 에틸렌클로라이드 등의 극성용매 90~99.99중량%에 용해시켜서 고분자수지용액을 형성한다.
상기 고분자수지용액에 시온안료를 분산시켜 분산액을 형성한 다음, 상기 분산액을 입자안정제 0.3~2중량%를 함유하는 수용액에 고속 교반시키면서 적가하여 고분자/시온안료 나노복합체 형태의 구상입자가 형성된 현탁액(suspension)을 형성한다.
상기 현탁액에 경화제를 투입하고 현탁액의 온도를 50~90로 유지되도록 가열하면서 시온안료를 함유한 구상입자를 경화시켜 시온안료캡슐을 형성한 다음, 얻어진 시온안료캡슐을 여과, 세척 및 건조하는 시온안료캡슐형성단계와;
상기 시온안료캡슐형성단계에서 얻어진 입상의 분말을 액상규산염수용액에 초음파를 이용하여 분산시키고 시온안료캡슐 분산액을 알코올, 톨루엔, 메틸렌클로라이드나 에틸렌클로라이드 등의 극성용매에 고속 교반시키면서 적가한 후, 여과, 건조하여 시온안료캡슐이 액상규산염으로 코팅된 형태의 구상입자를 형성하는 시온안료캡슐 충진제형성단계와;
액상규산염과 이온교환수를 투입하고 균일한 액상이 될 때까지 교반한 후, 알킬알콕시실란을 첨가하여 완전히 가수분해될 때까지 500RPM 정도로 10분 이상 교반한 다음 교반 속도를 2000RPM으로 올려 콜로이달 입자 크기가 40~180nm인 금속산화물 콜로이달수용액과, 경화제 및 포졸란을 순차적으로 투입하고 교반하여 액상규산염 무기질바인더를 형성하는 액상규산염 무기질바인더형성단계와;
상기 액상규산염 무기질바인더형성단계에서 얻어진 액상규산염 무기질바인더 에 시온안료캡슐 충진제를 투입하여 2000RPM에서 30분 이상 교반하여 입도계로 40㎛ 이하를 확인한 후 300RPM으로 속도 조정 후 액상습윤제를 투입하여 10분 이상 교반하는 도료화단계와;
상기 도료화단계에서 얻어진 혼합물에 이온교환수를 첨가하여 점도를 조절하여 포장하는 제품화단계;로 실시하여,
시온안료캡슐 충진제 22.5~48중량%와 액상규산염 25.5~38.5중량%, 이온교환수 9.5~17.5중량%, 알킬알콕시실란 0.5~3.0중량%, 금속산화물 콜로이달수용액 1.5~8.0중량%, 경화제 0.5~2.5중량%, 포졸란 2.5~5.5중량% 및 액상습윤제 0.1~2.0중량%의 조성비를 갖는 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료를 얻는다.
여기서, 상기 무기질 수성 시온도료는 30이상의 온도에서는 태양광선을 효과적으로 반사하여 건축물의 온도 상승을 억제하고 실내로 열이 전달되는 것을 차단하며 20이하의 온도에서는 태양광의 흡수율을 높이는 색상을 가져야 한다.

Description

냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료 및 그 제조방법 {Manufacturing method of inorganic thermochromic water-born coating agent with heating and cooling energy efficient, and its manufacturing method}

본 발명은 온도에 따라 변색하는 기능으로 태양광 반사 및 흡수를 계절별로 자기제어 하여 냉난방 비용을 절감할 수 있는 에너지 절감형 무기질 수성 시온도료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

에너지 위기는 오래전부터 세계 경제에서 빼놓을 수 없는 화두로 부상했으며 최근 국제에너지기구(IEA)가 5년 안에 세계가 석유 공급이 절대 부족한 사태를 맞이할 것이라고 연례 보고서에서 밝혔다.

또한 천연가스는 불과 3년 뒤에 부족할 것이라고 예측하고 있다.

세계 10위의 에너지 소비국인 우리나라는 에너지 소비량의 97%를 수입에 의존하고 있어 에너지 위기가 닥칠 경우 그 피해는 더욱 심각할 것으로 예측된다.

지금도 수입액 전체에서 에너지가 차지하는 비중이 점차 늘어나면서 국가경쟁력을 떨어뜨리고 장기적인 경제성장을 저해하고 있다.

에너지 사용량을 줄이면 이산화탄소 배출량이 줄어 지구 온난화를 방지하는 데도 효과가 있다.

따라서 에너지 효율 향상과 에너지 절감을 위해 지속적인 노력을 기울여야 한다.

18세기 산업혁명 이후, 전 세계의 산업 구조는 자원 활용이 적은 농업 중심의 형태에서 석유와 석탄 등의 화석 연료를 근간으로 한 형태로 바뀌어 발전하고 있다.

이런 산업 구조 속에서 최근에는 중국, 인도의 급성장 등으로 전 세계는 에너지 자원 고갈과 더불어 화석 연료의 과다 사용에 따른 지구 온난화 및 환경오염 문제에 봉착하고 있다.

이를 해결하기 위하여 각 나라마다 친환경 고효율 건축 자재를 개발, 점차적으로 사용량을 늘리고 있는 추세이다.

특히, 지구 온난화로 인한 기온 상승과 나아가 도시의 급속한 성장으로 인한 열섬현상에 따른 여름철 냉방비 절감 노력은 최근의 고유가 시대 속에서 반드시 해결해야 할 문제점으로 중요한 사회적 이슈가 되고 있다.

건물의 단열상태 및 기타 여러 조건에 의해 편차가 있으나, 난방온도를 21℃에서 20℃로 1℃ 낮출 때는 약 5%, 냉방온도를 27℃에서 28℃로 1℃ 높일 때는 약 11%의 에너지 절감효과가 있다.

하절기 건물의 실내 냉방온도를 2℃ 높일 경우, 상업 및 공공부문에서 100% 참여시 4,840억원의 비용 절감이 가능하며 동절기에는 난방 온도를 2.4℃ 낮추면 공공 상업부문에서 연간 115만t의 석유를 절약하고 온실가스 배출량을 344만t 줄일 수 있다.

따라서 종래는 반사율이 높은 특수 차열안료를 사용하여 태양광선 중 적외선을 반사하여 지붕의 온도 상승을 억제하고 실내로 열이 전달되는 것을 차단하는 방법, 도막 내에 중공구체 (Hollow Spheres)를 적용하여 소지로의 열전도를 방해함으로써 근본적으로 열 축적을 차단, 완화시키는 방법, 무기실리콘바인더에 특수 나노 물질을 첨가하여 일반유리에 투과되는 태양광에너지를 선택적으로 차단하는 기술 등이 제시되어 있다.

그러나 상기와 같은 차열도료는 하절기인 여름에만 일부 국한적으로 냉방에너지 절감 효과가 발생되며 동절기인 겨울에는 오히려 태양광이 반사되어 난방비가 늘어나는 역효과를 가져오는 문제점이 발생한다.

도막 내에 중공구체 첨가된 유성 도료를 코팅하는 방법은 표면만의 도장으로 인해 도장면이 벗겨지면 효과가 사라지고 도장공정의 추가로 인한 제조비용이 상승하는 문제점이 있으며, 건조도중 도료에 포함되어있는 휘발성유기화합물(VOC)은 물론 사용하는 고분자 에멀젼의 미중합 단량체(monomer)가 배출되어 환경오염은 물론 아토피와 같은 인체에 해로운 영향을 발생시킨다.

또한, 종래의 태양광에너지를 선택적으로 차단하는 방법은 과량의 태양광 흡수물질을 첨가하여 경제성 및 가공성을 고려하지 않았고, 수많은 대역의 흡수파 중에서 어느 주파수 대역을 흡수하는 물질을 사용하였는지 고려되지 않아 유리창 등 그 사용영역이 제한되어 있었다.

규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬과 같은 수성 액상규산염은 수용액상으로 휘발성 유기화합물을 발생하지 않아 인체에 무독성이며 상대적으로 기존의 석유화학계 유기고분자로 제조되어지는 도료, 접착제 및 특수 코팅제의 원료에 비하여 저가이며 불연성으로 접착제나 코팅제로 응용할 경우 매우 유용한 물질로서, 환경친화적이며 경제적인 이점을 가지고 있으나, 상온에서 경화 건조되는 일반 도료로 적용 시에는 액상규산염의 결합이나 이로 인하여 생성된 도막이 수분에 의하여 팽윤되거나 침투되어 내수성을 요구하는 곳에서의 적용이 치명적으로 불가능한 점이 도료로서의 개발에 거대한 장애를 가져오게 하여, 현재까지도 국내에서 규산염을 기본으로 하는 무기질 도료 개발이 원활하게 이루어 지지 않은 큰 원인으로 지목되어 왔고, 단순히 일부 도료에 특성 개질용으로 소폭 적용되는 한계를 벗어나지 못하는 실정에 있다.

본 발명은 종래에서 상기한 문제점을 해소하기 위해 여름에는 태양광선을 효과적으로 반사하여 건축물의 온도 상승을 억제하고 실내로 열이 전달되는 것을 차단하며 겨울에는 이와 반대로 태양광의 흡수율을 높이는 특성이 나타나야 된다.

또한 형성된 시온도료는 수성 규산염 무기질 바인더를 적용한 도료가 치명적으로 내수성이 취약한 결함을 해결하는 동시에 호흡하였을 때 현기증, 마취작용 등이 수반될 수 있으며, 암과 빈혈을 유발하고 중추신경을 마비시키는 등 인체에 유해한 물질인 VOC가 발생하지 않아야한다.

시온안료는 온도에 따라 색상이 변하는 안료로서 일반적으로 고온용의 경우, 일정한 색을 띠고 있다가 설정온도가 되면 색이 없어지고 저온용의 경우, 무색투명하다가 일정온도에 도달하면 색이 나타나는 특성을 가진다.

최종적으로 도포되는 건축물의 미관과 쾌적한 주거 환경 확보는 물론 냉난방으로 인한 불필요한 에너지 소비를 절감시켜줄 수 있어야 한다.

에폭시, 실리콘고무, 폴리우레탄이나 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 고분자수지 0.01~10중량%를 톨루엔, 자이렌, 메틸렌클로라이드나 에틸렌클로라이드 등의 극성용매 90~99.99중량%에 용해시킨 고분자수지용액을 형성한다.

상기 고분자수지용액에 시온안료를 분산시켜 분산액을 형성한 다음, 상기 분산액을 입자안정제 0.3~2중량%를 함유하는 수용액에 고속 교반시키면서 적가하여 고분자/시온안료 나노복합체 형태의 구상입자가 형성된 현탁액(suspension)을 형성한다.

상기 현탁액에 경화제를 투입하고 현탁액의 온도를 50~90℃로 유지되도록 가열하면서 시온안료를 함유한 구상입자를 경화시켜 시온안료캡슐을 형성한 다음, 얻어진 시온안료캡슐을 여과, 세척 및 건조하는 시온안료캡슐형성단계와;

상기 시온안료캡슐형성단계에서 얻어진 입상의 분말을 액상규산염수용액에 초음파를 이용하여 분산시키고, 시온안료캡슐 분산액을 알코올, 톨루엔, 메틸렌클로라이드나 에틸렌클로라이드 등의 극성용매에 고속 교반시키면서 적가한 후, 여과, 건조하여 시온안료캡슐이 액상규산염으로 코팅된 형태의 구상입자를 형성하는 시온안료캡슐 충진제형성단계와;

액상규산염과 이온교환수를 투입하고 균일한 액상이 될 때가지 교반한 후, 알킬알콕시실란을 첨가하여 완전히 가수분해될 때까지 500RPM 정도로 10분 이상 교반한 다음, 교반 속도를 2000RPM으로 올려 콜로이달 입자 크기가 40~180nm인 금속산화물 콜로이달수용액과, 경화제 및 포졸란을 순차적으로 투입하고 교반하여 액상규산염 무기질바인더를 형성하는 액상규산염 무기질바인더형성단계와;

상기 액상규산염 무기질바인더형성단계에서 얻어진 액상규산염 무기질바인더에 시온안료캡슐 충진제를 투입하여 2000RPM에서 30분 이상 교반하여 입도계로 40㎛ 이하를 확인한 후 300RPM으로 속도를 조정하고 액상습윤제를 투입하여 10분 이상 교반하는 도료화단계와;

상기 도료화단계에서 얻어진 혼합물에 이온교환수를 첨가하여 점도를 조절하여 포장하는 제품화단계;로 실시하여,

시온안료캡슐 충진제 22.5~48중량%와 액상규산염 25.5~38.5중량%, 이온교환수 9.5~17.5중량%, 알킬알콕시실란 0.5~3.0중량%, 금속산화물 콜로이달수용액 1.5~8.0중량%, 경화제 0.5~2.5중량%, 포졸란 2.5~5.5중량% 및 액상습윤제 0.1~2.0중량%의 조성비를 갖는 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료를 얻는다.

여기서, 상기 무기질 수성 시온도료는 30℃이상의 온도에서는 태양광선을 효과적으로 반사하여 건축물의 온도 상승을 억제하고 실내로 열이 전달되는 것을 차단하며 20℃이하의 온도에서는 태양광의 흡수율을 높이는 색상을 가져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료의 제조방법에서 제공되는 시온도료는 여름에는 태양광선을 효과적으로 반사하여 건축물의 온도 상승을 억제하고 실내로 열이 전달되는 것을 차단하며 겨울에는 이와 반대로 태양광을 흡수하여 에너지를 절감하는 효과를 거둘 수 있다.

특히 기존에 개발된 단열도료 제품은 두꺼운 도막으로 단열효과를 내는 단순한 구조이지만, 무기질 시온도료는 일반 도료와 같이 얇은 도막두께(60㎛) 만으로 온도에 따라 태양열의 차/흡열 성능을 발휘하여 건조가 빠르고 부착력이 우수한 특징을 갖는다.

무기질의 수성 실리케이트가 주성분으로 내후성이 우수하고 건조 시 환경유해 물질인 VOC를 방출하지 않는 친환경적인 특성을 갖는다.

따라서 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료로 냉난방 시공이 잘 안된 주택이나 공장 및 사무실, 슬레이트나 함석으로 된 축사, 현장사무실 등의 컨테이너 하우스, 유류저장 탱크 등에 사용하면 하절기의 경우 실내온도를 약 5~10℃까지 낮게 유지할 수 있으며 동절기에는 약 5℃ 높게 유지할 수 있어 에너지 절감 효과를 갖게 된다.

또한 수성 액상규산염 바인더를 사용하기 때문에 인체에 유해한 휘발성 유기화합물이 발생하지 않아 새롭게 인체에 생태 보건학적으로 유익한 주거환경을 제공함은 물론 도료의 경화 후 형성된 피복층은 우수한 내구성을 확보할 수 있고, 무기질계로 조성되어 도료가 경화된 후의 표면이 친수성을 띠게 되고 따라서 정전기 등에 의한 미세먼지 등의 오염 방지효과가 뛰어나고 쉽게 붓질이나 스프레이 방식에 의한 시공이 가능하다는 장점을 가진다.

도1은 본 발명의 실시단계 예시도.
도2는 본 발명의 시온안료 고분자나노 복합체의 광학현미경 사진.

본 발명의 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료를 제조함에 있어서는, 에폭시, 실리콘고무, 폴리우레탄이나 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 고분자수지 0.01~10중량%를 톨루엔, 자이렌, 메틸렌클로라이드나 에틸렌클로라이드 등의 극성용매 90~99.99%에 용해시킨 고분자수지용액을 형성한다.

상기 고분자수지용액에 30℃이상의 온도에서 변색되는 시온안료를 넣고 2000~3000RPM 속도로 교반시킨 균일상의 분산액을 얻고, 상기 분산액을 입자안정제 0.3~2중량%를 함유하는 수용액에, 고속 교반시키면서 적가하여 고분자/시온안료 나노복합체 형태의 구상입자가 형성된 현탁액(suspension)을 형성한다.

상기 현탁액에 경화제를 투입하고 현탁액의 온도를 50~90℃로 유지되도록 가열하면서 시온안료를 함유한 구상입자를 경화시켜 시온안료캡슐을 형성한 다음 얻어진 시온안료캡슐을 여과, 세척 및 건조하는 시온안료캡슐형성단계와;

상기 시온안료캡슐형성단계에서 얻어진 입상의 분말을 액상규산염수용액에 초음파를 이용하여 분산시키고 시온안료캡슐 분산액을 알코올, 톨루엔, 메틸렌클로라이드나 에틸렌클로라이드 등의 극성용매에 고속 교반시키면서 적가한 후 여과, 건조하여 시온안료캡슐이 액상규산염으로 코팅된 형태의 구상입자를 형성하는 시온안료캡슐 충진제형성단계와;

액상규산염과 이온교환수를 투입하고 균일한 액상이 될 때가지 교반한 후, 알킬알콕시실란을 첨가하여 완전히 가수분해될 때까지 500RPM 정도로 10분 이상 교반한 다음 교반 속도를 2000RPM으로 올려 콜로이달 입자 크기가 40~180nm인 금속산화물 콜로이달수용액과, 경화제 및 포졸란을 순차적으로 투입하고 교반하여 액상규산염 무기질바인더를 형성하는 액상규산염 무기질바인더형성단계와;

상기 액상규산염 무기질바인더형성단계에서 얻어진 액상규산염 무기질바인더 에 시온안료캡슐 충진제를 투입하고, 2000RPM에서 30분 이상 교반하여 입도계로 40㎛ 이하를 확인한 후, 300RPM으로 속도를 조정하고 액상습윤제를 투입하여 10분 이상 교반하는 도료화단계와;

여기서, 상기 고분자수지용액은 에폭시, 실리콘고무, 폴리우레탄이나 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 고분자수지를 극성용매에 0.01~10중량% 농도로 용해시켜는 것이 바람직하다.

이때 고분자수지의 용액 농도가 0.01중량% 미만일 경우 시온안료캡슐이 생성되지 않으며 10중량% 이상일 경우 시온안료캡슐 벽이 불투명해져서 충진제로 사용할 수 없다.

상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 고분자수지는 비닐아세테이트 함량이 25~50중량%인 중합체가 바람직하다.

이때 비닐아세테이트 함량이 25중량% 미만인 경우 상온에서 용액상태를 유지하지 못하며, 50중량% 이상일 경우 시온안료캡슐이 불투명해져서 충진제로 사용할 수 없다.

상기 시온안료의 입자크기는 10~500nm가 적합하며, 할로겐화 금속의 복염인 MX₂(CH₂)₆N₄yH₂O [M은 코발트 또는 니켈, X는 불소, 염소, 브롬, 요오드, 삼산화질소 (NO₃), 사산화황 (SO₄) 또는 황화시안 (CNS), y=9 또는 10] 구조의 화합물도 사용하는 것이 가능하다.

20℃이하의 온도에서는 태양광을 흡수하기 쉬운 색상을 유지하다가 20~30℃에서 변색되고 30℃이상에서는 색상을 완전히 잃어 투명상태로 되는 안료가 적합하다.

상기 시온안료는 폴리스틸렌, 폴리아크릭이나 폴리에틸렌과 같은 열가소성 플라스틱에 배합되어 압출된 후 분쇄되어 입자 크기가 0.01~20㎛인 마이크로캡슐 형태도 사용가능하다.

상기 고분자수지용액에 나노크기의 시온안료를 분산시킨 분산액은 고분자수지용액 50~85중량%에 시온안료 15~50중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

이때 시온안료 함량이 15중량% 미만인 경우 경제성이 떨어지며, 50중량% 이상일 경우 응집현상이 발생되어 구상의 시온안료캡슐을 얻을 수 없다.

상기 입자안정제는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피리디논, 젤라틴이나 전분과 같은 수용성고분자가 사용되며 0.3~2중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

이때 사용되는 입자안정제의 함량이 0.3중량% 이하일 경우 생성되는 입자가 엉겨 붙는 현상이 발생되며, 2중량% 이상일 경우 얻어지는 시온안료캡슐의 순도가 떨어진다.

상기 고분자수지경화제는 0.1~2 중량%의 아민, 금속촉매, 디이소시아네이트 혹은 퍼옥사이드가 사용하는 것이 바람직하다.

이때 사용되는 고분자수지경화제가 0.1중량% 이하일 경우 경화가 진행되지 않으며, 2중량% 이상일 경우 얻어지는 시온안료캡슐의 순도가 떨어진다.

상기 현탁액 제조시 교반속도는 생산하려는 입자의 크기에 따라 달라지며 1,000~3,000RPM으로 조절한다.

상기 액상규산염은 액상 규산나트륨의 경우 SiO₂/Na₂O의 몰 비가 2.8~3.4인 것, 액상규산칼륨 SiO₂/K₂O의 몰 비가 3.2~3.6인 것을 사용하는 것이 바람직하며 23~28.5중량%가 사용된다.

여기에 경화반응성을 향상시키고 표면강도를 증가시킴으로 우수한 방수효과를 주는 역할을 하는 액상규산리튬을 2.5~10중량%을 첨가한다.

상기 알킬알콕시실란은 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 트리에톡시비닐실란, 디페닐디메톡시실란이나 트리에톡시실란을 사용하는 것이 바람직하며, 가수분해 되어 금속산화물 콜로이달수용액과 반응을 유도하고 최종 바인더의 무기질 도막의 표면강도를 증가시킴으로써 우수한 방수효과는 주는 역할과 무기질 바인더를 도료로 제작 시 안료와의 혼합이 용이하도록 도와주며 0.5~3중량%를 첨가한다.

이때 사용되는 알킬알콕실란이 0.5중량% 미만인 경우 금속산화물 콜로이달 간의 반응성이 떨어지고 3중량% 이상인 경우 바인더가 경화 후 표면 강도가 낮아진다.

상기 금속산화물 콜로이달수용액은 알루미나(Al₂O₃ _,), 산화티탄(TiO₂), 산화지르코늄(ZrO₂)나 실리카(SiO₂) 콜로이달 분산액으로 콜로이달 입자 크기가 40~180nm가 적합하며, 무기질 바인더의 점도를 조절하고 장기 안정성을 부여하는 역할을 하며 1.5~8중량%가 사용된다.

이때 사용되는 금속산화물 콜로이달수용액이 1.5중량% 미만의 경우 장기안정성이 떨어지며 8중량% 이상일 경우 고점도가 되어 교반작업이 어려워진다.

상기 경화제는 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO)이나 산화아연(ZnO)이 0.5~2.5중량%가 사용되고, 이는 규산염과는 쉽게 친화하여 도막의 경도 등을 향상시키는 것은 물론, 특히 대기 중의 이산화탄소를 쉽게 포집하여 도막이 빨리 건조되게 하는 보조 역할을 하여 완전한 수분제거에 도움을 주며, 철강재 등의 금속표면에 적용 시 아연상 피막이 형성되어 수분에 의한 피도물의 부식방지 즉 방청효과 및 전반적인 내수성을 증진시키게 된다.

이때 사용되는 경화제가 0.5중량% 미만인 경우 건조가 진행되지 않으며 2.5중량% 이상일 경우 장기안정성이 떨어진다.

상기 포졸란은 천연인 응회암, 규조토, 화산재와 인공 포졸란인 메타카올린, 플라이애쉬, 실라카흄 등이 사용가능하며 2.5~5.5중량%가 첨가되어 포졸란 반응을 일으켜 피막의 내구성 및 내해수성, 내화학성을 개선시키고 음이온 방출, 항진균성 및 항세균성을 부여한다.

이때 사용되는 포졸란이 2.5중량% 미만인 경우 경화 후 도료 피막의 내구성이 떨어지고 5.5중량% 이상일 경우 교반작업이 어려워진다.

상기 액상습윤제는 액상소포제와 분산제로 구성되어 0.1~2중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

이때 사용되는 액상습윤제가 0.1중량% 미만인 경우에는 분산성이 떨어지고 기포가 발생되며, 2중량% 이상인 경우에는 생성되는 도막이 치밀도가 떨어진다.

상기 이온교환수는 점도 조절용으로 9.5~17.5중량%가 사용된다.

본 발명에 따른 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료의 제조방법을 보다 상세하게 살펴보고, 그에 따른 실시예를 서술하면 다음과 같다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

단 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

<표 1>에 기재된 성분을 각각의 배합비로 혼합기를 이용하여 하기와 같은 공정의 제조방법으로 혼합하여 도료를 제조하였다.

에폭시수지를 톨루엔에 1중량%로 용해시키고 100nm 입자크기의 시온안료를 30중량% 분산시킨 서스펜젼을 0.3중량% 폴리비닐알코올이 용해되어있는 수용액에 2000RPM으로 교반시키면서 적가한 후 30분간 교반한다.

형성된 현탁액을 계속 교반하면서 트리메틸아민 0.2중량% 첨가하여 반응온도를 80℃로 상승시켜 60분간 경화반응을 진행시킨 후 형성된 구상입자를 여과하여 순차적으로 물, 메틸알코올로 세척한 다음 60℃ 오븐에서 건조한다.

건조가 완료된 시온안료캡슐 분말을 0.1중량% 규산리튬 수용액에 초음파를 이용하여 60분간 분산시키고 메탄올에 2000RPM으로 교반시키면서 적가하여 30분이상 교반한 다음 여과하여 60℃ 오븐에서 건조하여 시온안료캡슐 충진제를 제조한다.

통상의 밀링기 배합탱크에 액상규산칼륨과 액상규산리튬를 투입하고 균일한 액상이 될 때까지 교반한 후, 메틸트리에톡시실란을 첨가하여 완전히 가수분해될 때까지 500RPM 정도로 10분 이상 교반한 다음, 교반 속도를 2000RPM으로 올려 알루미나졸 투입 교반하고, 분진 제어설비 작동 하에 산화아연, 메타카올린, 시온안료캡슐 충진제를 순차적으로 투입하여 1000RPM에서 30분 이상 교반하여, 입도계로 50㎛ 이하를 확인한 후 300RPM으로 속도 조정 후 액상습윤제를 투입하여 10분 이상 교반하여 제조를 완료한다.

이와 같이 제조된 도료의 성능은 각종 기능성 시험 방법에 따라 평가된다.

가로 150mm, 세로 75mm, 두께 0.8mm의 EGI강판 표면에 도료를 각각 도막 두께 75±5㎛가 되도록 붓으로 도포하거나 에어레스 스프레이로 피복하고 상온에서 건조 및 경화시킨 후, 세척성, 연필경도, 내오염성, 내염기성, 내염수성, 건조성 등을 측정하였고 도료를 실시에의 물리적 성질을 표2에 요약하였다.

(1) 내세척성 시험 KS M 5000 3351의 에멀젼합성수지 내부용 기준에 의하여 왕복 마모 회수 측정시험.

(2) 연필경도측정 통상의 연필경도 시험기(Misubishi사 제품)를 이용하여 연필경도를 측정.

(3) 내오염성측정 석유계 탄화물이 연소할 때 발생되는 그을음을 도막 표면에 도포후 1일 방치한 다음 상온에서 흐르는 물로 시편 상의 오염 물질을 제거 후 도 막표면 자정 능력 상태의 확인시험.

(4) 건조성 지촉건조시간, 고화건조시간 및 완전건조시간을 각각 측정하되, 지촉건조 시간은 표면을 손으로 만져서 묻어나지 않을 때의 시간을 측정하고, 고화건조시간은 표면을 손으로 문질러도 묻어나지 않을 때의 시간을 측정하며, 완전건조시간은 표면을 물에 적신 솜으로 200회 이상 문질러 도료가 묻어나지 않을 때의 시간을 각각 측정.

<표 1> 및 <표 2>에서와 같이 본 발명에 따른 실시예의 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료는 표면강도, 내세척성, 내오염성이 우수하고 경화과정에서의 도막이 균열을 방지할 뿐 아니라 음이온 방출, 난연성 및 휘발성유기화합물 배출 극소화가 가능한 것을 확인 할 수 있다. 또한 30℃이상의 온도에서 변색되는 것을 확인할 수 있다.

<표 1> 도료 조성 및 제법의 실시예

<표 2> 실험예에 따른 각 실험의 측정결과

<표 3> 실험예에 따른 온도별 색상변화

도2는 본 발명의 시온안료캡슐 충진제의 광학현미경 사진을 나타내며 입자크기가 20~50㎛ 정도의 캡슐형태를 유지하며 <표 3>에서 보는 것과 20℃ 미만의 온도에서는 태양광을 잘 흡수하는 빨강, 노랑, 파랑, 보라색을 나타내다가 30℃이상의 온도에서는 색상을 잃어버려 태양광을 쉬 반사시키는 투명톤(백색)으로 변색되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 중소기업청에서 시행한 중소기업 기술혁신개발사업의 기술개발 과제인 "규산염(Silicate)계 무기질 수성 바인더" 개발의 연구결과로 출원되었다.

본 발명에 의한 내수성외 제반 특성을 보강한 무기질 시온도료가 사용될 경우 연간 156만t의 화석연료를 아낄 수 있으며, 온실가스 배출량은 어린 소나무 20억 그루가 흡수하는 분량에 해당하는 546만t 만큼을 줄이는 효과가 있을 것으로 예측되 가정용은 물론 산업구조물이나 건축물, 토목, 해양, 조선 등에 널리 실시할 수 있는 등 산업상 이용가치가 대단하다 할 것이다.

Claims

고분자/시온안료 나노복합체로 구성된 현탁액에 경화제를 투입하고 온도를 50~90℃로 유지되도록 가열하여 얻어진 시온안료캡슐을 여과, 세척 및 건조단계를 거쳐 액상에서 분리하는 시온안료캡슐형성단계와;
상기 시온안료캡슐형성단계에서 얻어진 시온안료캡슐 분말을 액상규산염 수용액에 초음파를 이용하여 분산시킨 다음, 알코올, 톨루엔, 메틸렌클로라이드나 에틸렌클로라이드 등의 극성용매에 고속 교반시키면서 적가한 후, 여과, 건조하여 시온안료캡슐이 규산염으로 코팅된 형태의 구상입자를 형성하는 충진제형성단계와;
액상규산염과 이온교환수를 투입하고 균일한 액상이 될 때까지 교반한 후, 알킬알콕시실란을 첨가하여 완전히 가수분해될 때까지 500RPM 정도로 10분 이상 교반한 다음, 교반 속도를 2000RPM으로 올려 콜로이달 입자 크기가 40~180nm인 금속산화물 콜로이달수용액과 경화제 및 포졸란을 순차적으로 투입하고 교반하여 액상규산염 무기질바인더를 형성하는 액상규산염 무기질바인더형성단계와;
상기 액상규산염 무기질바인더형성단계에서 얻어진 액상규산염 무기질바인더 에 시온안료캡슐 충진제를 투입하여 2000RPM에서 30분 이상 교반하여 입도계로 40㎛ 이하를 확인한 후 300RPM으로 속도 조정 후 액상습윤제를 투입하여 10분 이상 교반하는 도료화단계와;
상기 혼합물에 이온교환수를 첨가하여 점도를 조절하여 포장하는 제품화단계로 실시하는 것을 특징으로 하는 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 고분자/시온안료 나노복합체로 구성된 현탁액은, 에폭시, 실리콘고무, 폴리우레탄이나 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 고분자수지 0.01~10중량%를 톨루엔, 자이렌, 메틸렌클로라이드나 에틸렌클로라이드 등의 극성용매에 용해시켜 얻어진 고분자수지용액에, 30℃이상의 온도에서 변색되는 시온안료를 넣고 2000~3000RPM 속도로 교반시킨 균일상의 분산액을 얻고, 상기 분산액을 입자안정제 0.3~2중량%를 함유하는 수용액에, 고속 교반시키면서 적가하여 얻어짐을 특징으로 하는 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료의 제조방법.
시온안료캡슐 충진제 22.5~48중량%와 액상규산염 25.5~38.5중량%, 이온교환수 9.5~17.5중량%, 알킬알콕시실란 0.5~3.0중량%, 금속산화물 콜로이달수용액 1.5~8.0중량%, 경화제 0.5~2.5중량%, 포졸란 2.5~5.5중량% 및 액상습윤제 0.1~2.0중량%로 조성함을 특징으로 하는 냉난방 에너지 절감효과를 갖는 무기질 수성 시온도료.