KR20130039028A

KR20130039028A - 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물

Info

Publication number: KR20130039028A
Application number: KR1020110103450A
Authority: KR
Inventors: 윤종국; 정인순; 문동진; 서문준; 박상린
Original assignee: 엠파워(주)
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-04-19

Abstract

본 발명은 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도료 조성물에 있어서, 수계용 바인더 수지에 다공성 실리카 에어로겔을 포함하여 이루어진 것으로 도료에 적용 시 접착강도, 단열성 및 내화성이 우수하며, 시공이 간편하고, 높은 분산도를 가져 시공 후의 도료의 수명이 기존의 도료보다 우수한 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물{Paint composition using porous aerogel}

본 발명은 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도료에 적용 시 접착강도, 단열성 및 내화성이 우수하며, 시공이 간편하고, 높은 분산도를 가져 시공 후의 도료의 수명이 기존의 도료보다 우수한 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물에 관한 것이다.

에어로젤(aerogel)은 그들의 구조, 즉, 낮은 밀도, 개방 셀 구조, 큰 표면적 및 서브 나노미터 스케일의 기공 사이즈에 기초한 한 종류의 물질을 말한다. 일반적으로 임계 초과 및 임계 이하의 유체 추출 기술은 상기 물질의 부서지기 쉬운 셀로부터 유체를 추출하는데 사용된다. 많은 다른 에어로졸 합성물이 알려져 있고, 무기물 또는 유기물이다. 일반적으로 무기물 에어로젤은 금속 알콕시드를 기초로 하고, 실리카, 카바이드 및 알루미나와 같은 물질들을 포함한다. 유기물 에어로젤은 우레탄 에어로젤, 레조르시놀 포름알데히드 에어로젤 및 폴리이미드 에어로젤을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 낮은 밀도의 에어로젤 재료(0.01g/cc 내지 0.3g/cc)는 100 ℉ 및 대기압에서 10mW/mK 내지 15mW/mK 및 그 이하의 열전도율을 갖는 가장 단단한 발포체 보다 더 좋은, 최상의 견고한 열 절연체로서 널리 알려져 있다. 에어로젤은 주로 전도(낮은 밀도, 고체 나노구조를 통해 전달하는 열을 위한 굽은 통로), 대류(매우 작은 기공 크기가 대류를 최소화) 및 방사(IR 흡수 또는 확산된 도펀트가 에어로젤 메트릭스를 통해 손쉽게 분산)를 최소화하여 열 절연체로서 작용한다. 방식에 따라, 그들은 550 ℃ 및 그 이상의 극저온에서 잘 작용할 수 있다. 또한, 에어로젤 재료는 매우 유용하게 하는 많은 다른 흥미로운 음향, 광학, 기계 및 화학 특성을 표시한다. 낮은 밀도의 절연 재료는 중요 절연체가 매우 큰 압축력을 겪는 적용에서 많은 열 절연 문제를 해결하기 위해 발전해 왔다.

한편 기존의 페인트로는 주로 SiO₂와 Al₂O₃를 주성분으로 하는 세라믹 분말을 페인트에 혼합한 페인트가 주로 사용되어 왔다. 이러한 종래의 페인트는 세라믹 분말을 페인트에 고르게 분산시키기 어려울 뿐만 아니라, 세라믹 분말이 배합된 페인트를 장기간 방치하는 경우에, 세라믹 분말이 침전되는 문제가 있다. 또한, 이러한 세라믹 물질들은 충분한 단열효과를 제공하지 못하므로 페인트의 단열특성이 미미한 실정이다. 한편, 대한민국 공개특허 제 2007-117413호에는 무기바인더를 제조하여 무기바인더에 고형분(버미큘라이트 분말), 보조고형분(산화티타늄), 분산제 및 유동성조절제 등을 첨가하여 페인트에 단열성을 부여하는 방법이 제시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 제조방법이 까다롭고, 많은 시간 및 비용이 요구되지만, 단열성은 미미하므로 실효성이 떨어지는 문제점이 발생하였다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 도료에 적용 시 접착강도, 단열성 및 내화성이 우수하며, 시공이 간편하고, 높은 분산도를 가져 시공 후의 도료의 수명이 기존의 도료보다 우수한 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 도료 조성물에 있어서, 수계용 바인더 수지에 다공성 실리카 에어로겔을 포함하여 이루어진 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물을 제공한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 도료에 적용 시 접착강도, 단열성 및 내화성이 우수하며, 시공이 간편하고, 높은 분산도를 가져 시공 후의 도료의 수명이 기존의 도료보다 우수한 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물을 제공하는 효과가 있다.

도료 조성물에 있어서, 수계용 바인더 수지에 다공성 실리카 에어로겔을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물에 관한 것이다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 보다 구체적으로, 다공성 실리카 에어로겔 2 ~ 30 중량%, 수계용 바인더 수지 15 ~ 45 중량%, 알코올계 용제 15 ~ 50 중량%, 경화제 1 ~ 5 중량%, 분산제 1 ~ 2 중량%, 및 소포제 0.5 ~ 3 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물에 관한 것이다.

a) 다공성 실리카 에어로겔

본 발명의 다공성 실리카 에어로겔은 입자에 미세기공이 형성된 것으로, 탭밀도(Tap Density)가 0.1 g/㎠ 이하이며, 비표면적은 700 ~ 1000 ㎡/g인 초소수성 특성을 갖는다. 기공(pore)과 실리카의 열전도율이 매우 낮아서 열전도도가 0.03 W/mK 이하인 것이 바람직하다. 입자크기가 1 ~ 10 ㎛이고 포어사이즈(pore size)는 20 nm 이하이다. 상기 탭밀도, 비표면적, 입자크기 및 포어사이즈 범위 내에서는 용매분산성과 기공이 차지하는 부피로 인하여 단열성이 우수한 점이 좋다. 또한 상기 다공성 실리카 에어로겔은 소수성화된 것인데, 소수성화 처리는 당 분야의 통상적인 방법에 의한 것이다. 상기 다공성 실리카 에어로겔의 함량은 2 ~ 30 중량% 인데, 이 범위 내에서는 열전도성이 우수한 반면 에어로겔의 단점인 성형중 비산성을 최대한 줄여주어 점도안정성을 확보하여 용매 친화력이 우수한 장점을 갖는다.

b) 수계용 바인더 수지

본 발명의 수계용 바인더 수지는 그 성분을 특별히 한정하지 않으나 보다 구체적으로 폴리우레탄 분산 수지, 수계형 폴리에스터 수지, 실리콘계 우레탄 분산 수지, 수용성 아크릴 수지 및 수용성 에폭시 수지 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용하며, 이 중 폴리우레탄 분산 수지를 사용하면 신율, 부착성, 상용성이 우수한 면에서 더욱 효과적이고 또한 가격이 저렴하여 생산성이 우수하다. 상기 폴리우레탄 수지의 특성을 한정하지 않으나 상기 수계용 바인더 수지의 함량은 15 ~ 45 중량% 인데, 그 함량이 15중량% 미만이면 매트릭스(matrix) 기재에 대한 부착력이 떨어지고 45 중량% 이상이면 과잉의 바인더가 도막의 평탄도와 분산성이 저하된다.

c) 알코올계 용제

본 발명의 알코올계 용제는 에틸 알코올, 메틸알코올, 이소프로필 알코올 및 에틸아세테이트, EEP(Ethyl-3-Ethoxy Propionate), 에틸렌 글리콜, 에틸셀로솔브 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용하고, 상기 알코올계 용제의 함량은 15 ~ 50 중량% 인데, 이 범위 내에서는 부착성 및 분산특성이 우수한 점이 좋다.

d) 경화제

본 발명의 경화제는 수용성 우레아 수지, 수용성 멜라민 수지 및 수용성 알키드 수지 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용하며, 상기 경화제의 함량은 1 ~ 5 중량% 인데, 이 범위 내에서는 첨가된 바인더가 에어로겔 입자를 가교(cross-linking) 성능을 부여하여 전체적인 가교능을 증진시켜 주는 점이 좋다.

e) 분산제

본 발명의 분산제는 폴리알킬렌 글리콜, 에스터화합물, 폴리옥시알킬렌, 다가알콜에스테르, 알킬렌옥사이드, 알코올알킬렌옥사이드, 설폰산 옥사이드, 설폰산염, 카르복실산 에스테르 및 알킬아민 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용하고, 상기 분산제의 함량은 1 ~ 2 중량% 인데, 이 범위 내에서는 첨가된 실리카 화합물의 분사성 및 유사소성(pseudoplastic) 레올로지를 조절하여 분산특성을 증가시키는 점이 좋다.

f) 소포제

본 발명의 소포제는 BYK-Chemie社의 BYK-019, BYK-038, BYK-035 및 BYK-012 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용하고, 상기 소포제의 함량은 0.5 ~ 3 중량% 인데, 이 범위 내에서는 프레믹싱(pre-mixing) 공정 중 및 공정 후의 기포발생을 줄여 도막의 접착력 향상에 도움을 준다

또한 본 발명의 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물은 필요에 다라 침강방지제 등을 더 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명의 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물의 제조 방법은 당 분야에서 사용하는 통상적인 방법에 의한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예 1

다공성 실리카 에어로겔 1 중량%, 수계용 바인더 수지로 폴리우레탄 분산 수지(Noveon社의 Sancure-815) 15중량%, 알코올계 용제로 에틸 알코올 20 중량%, 경화제로 수용성 우레아 수지 2 중량%, 분산제로 폴리알킬렌 글리콜 1 중량%, 및 소포제(BYK-019) 1 중량%를 프레믹서(Pre-mixer)에 혼입 후 1 시간 동안 200 rpm 속도로 교반하여 조성물을 완성하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 2 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 5 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

실시예 4

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 10 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 15 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

실시예 6

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 20 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

실시예 7

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 25 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

실시예 8

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 30 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

실시예 9

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 40 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 대신 발연 실리카(Cabot社 CAB-O-SIL EH-5 제품, 비표면적 350~410㎡/g ) 20 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 대신 TiO₂ 20 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

비교예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다공성 실리카 에어로겔을 대신 Al₂O₃ 20 중량% 함유하여 조성물을 제조 하였다.

시험예

상기에서 제조한 조성물을 아래에 제시된 방법에 의해 시험하였으며, 그 측정 결과를 아래 표 1 에 나타내었다.

(1) 접착강도(Cross cutting tape test,ASTM D3359)

스프레이 코팅후 경화시킨 후 기판과 도료의 접착강도를 측정하는 것으로 ASTM D-3359 법에 의해 도막두께측정기(elcometer)를 이용하여　크로스 커팅 테이프 테스트(cross cutting tape test)를 진행하였다. 전체 100개의 시편 중 떨어져 나가는 패턴의 수에 따라 다음과 같은 기준을 적용함.

◎ : 100/100 이상(5B)

○ : 95/100 ~ 99/100(4B)

△ :　80/100 ~ 94/100

×　: 79/100 이하

(2) 열전도도(KS L9016)

◎ : 0.025 W/mK 이하　

○ : 0.026　~ 0.030 W/mK

△ :　 0.031　~ 0.035 W/mK

× :　 0.026 W/mK 이상

(3) 점도안정성(pot life)

초기 점도측정 후 7일후 점도를 측정한 후 그 변화율로 점도안정성을 평가함.

◎ : 3% 이하　

○ : 4 ~ 7%

△ : 7 ~ 10%

× : 10% 초과

(4) 도막(uniformity)

열경화후 도막의 평탄도를 100배율 현미경으로 판단하여 단위면적당 돌기 및 패턴의 불량의 수를 총합계하여 평탄도를 판단함.

◎ : 1 개 이하　

○ : 2 ~ 5개

△ : 6 ~ 10개

×　: 10 개 초과

(5) 연필경도

JIS K-5400 연필경도 시험법에 의해 표면경도를 측정하였으며 연필의 종류별 (B, HB, F, H, 2H, 3H, 4H)로 45°로 1 kg 하중을 가하여 도막의 긁힘정도를 평가하였다. 이때 긁힘의 정도가 (부드러움) B --> HB --> F --> H --> 2H --> 3H --> 4H --> F (단단함) 의 순서로 표시된다.

◎ : 4H 이상　　

○ : 2H, 3H

△ : F, H

× : B, HH

구분	접착력	열전도도	점도안정성	도막	연필경도
실시예 1	◎	△	○	◎	◎
실시예 2	◎	○	○	◎	◎
실시예 3	◎	◎	◎	◎	◎
실시예 4	◎	◎	◎	◎	◎
실시예 5	◎	◎	◎	◎	◎
실시예 6	◎	◎	◎	◎	◎
실시예 7	◎	◎	◎	◎	◎
실시예 8	○	◎	○	○	○
실시예 9	○	◎	△	△	○
비교예 1	◎	○	○	△	△
비교예 2	◎	△	○	◎	◎
비교예 3	◎	△	○	◎	◎

상기 표 1에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물은 접착력, 열전도도, 점도안정성, 도막 및 연필경도 시험에서 우수한 것으로 확인할 수 있었으며, 이는 도료용으로 적용 가능한 것임을 확인할 수 있었다.

Claims

도료 조성물에 있어서,
수계용 바인더 수지에 다공성 실리카 에어로겔을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물.
다공성 실리카 에어로겔 2 ~ 30 중량%;
수계용 바인더 수지 15 ~ 45 중량%;
알코올계 용제 15 ~ 50 중량%;
경화제 1 ~ 5 중량%;
분산제 1 ~ 2 중량%;
소포제 0.5 ~ 3 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 다공성 실리카 에어로겔은 입자에 미세기공이 형성된 것으로, 입자크기가 1 ~ 10 ㎛이며, 소수성화된 것임을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물.
제 2 항에 있어서,
상기 수계용 바인더 수지는 폴리우레탄 분산 수지, 수계형 폴리에스터 수지, 실리콘계 우레탄 분산 수지, 수용성 아크릴 수지 및 수용성 에폭시 수지 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물.
제 2 항에 있어서,
상기 알코올계 용제는 에틸 알코올, 메틸알코올, 이소프로필 알코올, 에틸아세테이트, EEP(Ethyl-3-Ethoxy Propionate), 에틸렌 글리콜 및 에틸셀로솔브 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 경화제는 수용성 우레아 수지, 수용성 멜라민 수지 및 수용성 알키드 수지 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 분산제는 폴리알킬렌 글리콜, 에스터화합물, 폴리옥시알킬렌, 다가알콜에스테르, 알킬렌옥사이드, 알코올알킬렌옥사이드, 설폰산 옥사이드, 설폰산염, 카르복실산 에스테르 및 알킬아민 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 소포제는 BYK-Chemie社 BYK-019, BYK-038, BYK-035 및 BYK-012 제품 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 실리카 에어로겔을 이용한 도료 조성물.