KR20150028188A

KR20150028188A - 도료 조성물

Info

Publication number: KR20150028188A
Application number: KR20140088199A
Authority: KR
Inventors: 이재환
Original assignee: 이재환
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2015-03-13

Abstract

본 발명은 나노 기공구조를 갖는 저밀도 소재를 활용하고 이를 기타 바인더와 복합화시켜 도료화 하기 위한 것으로 실리카 에어로젤(겔) 등이 기능성 나노 소재로 적용된다.
[색인어]
에어로젤 그래핀 탄소나노튜브 도료 규산염

Description

도료 조성물{PAINT COMPOSITION}

본 발명은 실리카 에어로젤 등 저밀도 나노 소재를 활용하고 이를 응용복합화하기 위한 것으로 나노 소재가 함유된 액상 도료 조성물에 관한 것이다.

종래의 기술로 보면, 단열, 방음, 방열, 전도체 형성 등의 기능을 보유한 실리카 에어로젤, 탄소나노튜브 등은 그 자체로는 우수 특성을 갖고 있어 주요 기능성 물질로 적용될 수 있으나 단독적용은 한계가 있으며 이를 극복하기 위해 액상화 및 기타 고형화 등으로 만들어 실적용 제품화하기 위해 여러 곳에서 다양한 형태의 응용복합화가 진행되어 왔다.

그러나, 나노 소재가 갖는 그 고유 특성인 초소수성, 저밀도, 나노 기공구조 등으로 인하여 오히려 기타 재료와의 응용복합화가 쉽지 않아 대중적으로 제품화할 수 있는 기술이 부족한 것이 현실이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 실리카 에어로젤 등의 나노 소재를 액상 규산염 등의 기타 재료와 복합화를 진행하여 도료의 물성을 보유한 수분산 액상이 형성되도록 함으로써, 종래에 비해 더욱 우수한 단열, 방음, 방열, 전도체 형성 기능을 제공할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 나노 소재가 함유된 도료 조성물을 제공하고자 하는 데에 본 발명의 목적이 있다.

이하에서는 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단을 제시하고자 한다. 조성비는 중량％이다.

실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤, 티타니아 에어로젤, 알루미나 에어로젤, 실리카-탄소 에어로젤, 실리카-티타니아 에어로젤, 바나디아 에어로젤, 지르코니아 에어로젤, 아세테이트 셀룰로오스 에어로젤, 탄소나노튜브 에어로젤, 그래핀, 산화그래핀, 풀러렌, 탄소나노튜브, 탄소나노와이어 중 1종 또는 2종 이상 선택 3∼50Wt％.

액상 규산칼륨, 액상 메타 규산칼륨 중 1종 또는 2종 이상 선택 5∼40Wt％.

액상 규산나트륨, 액상 규산리튬 중 1종 또는 2종 이상 선택 3∼30Wt％.

알루미나, 콜로이달 실리카, 알루미나졸, 티타니아졸, 지르코니아졸, 분말 규산칼륨, 분말 규산나트륨, 산화나트륨, 산화칼슘, 산화칼륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 이산화티타늄, 티타늄, 이산화규소, 실리카, 산화리튬, 나노실리카, 알코올 중 1종 또는 2종 이상 선택 5∼30Wt％.

수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼15Wt％.

황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 황산제일철, 황산제이철, 염화제일철, 염화제이철, 철, 구리, 아연, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 크롬, 망간, 리튬, 카드뮴, 란탄, 텅스텐, 바나듐, 주석, 수은 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼5Wt％.

탄산칼슘 1∼10Wt％.

탈크 0.1∼8Wt％.

폴리아크릴아마이드 0.1∼10Wt％.

폴리카르본산, 폴리카르본산염 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼7Wt％.

상기와 같이 일정 중량비율로 복합 형성된 것을 액상화하여 기존의 유성 도료와 동일한 물성을 갖도록 하며 나노 소재가 제 역할을 제대로 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 이하와 같은 기술적, 경제적 효과를 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 도료 조성물에 실리카 에어로젤 등 나노 소재가 견고하게 기타 재료와 고착화되고 결합력 및 기계적 강도, 저장성, 내열성 등이 증대하고 각 재료와 나노 소재 상호 작용에 의한 시너지 효과로 인하여 더욱 향상된 단열, 방음, 방열, 전도체 형성을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.

또한, 규산염 및 기타 충진제 등의 액상에 균질하게 일체 결합되게 하므로 최종물질은 액체 상태로 유지되며 저장성이 그대로 유지된다. 결합이 간편하면서도 그 결합이 균일하고 견고하여 우수한 단열 등의 성능은 물론이고 다양한 기능성을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.

이하에서는 상기와 같은 효과를 기대할 수 있는 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.

실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤, 티타니아 에어로젤, 알루미나 에어로젤, 실리카-티타니아 에어로젤, 바나디아 에어로젤, 지르코니아 에어로젤, 아세테이트 셀룰로오스 에어로젤, 탄소나노튜브 에어로젤, 그래핀, 산화그래핀, 풀러렌, 탄소나노튜브, 탄소나노와이어 중 1종 또는 2종 이상 선택 3∼50Wt％.

탄산칼슘 1∼10Wt％.

탈크 0.1∼8Wt％.

폴리아크릴아마이드 0.1∼10Wt％.

폴리카르본산, 폴리카르본산염 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼7Wt％로 구성됨을 특징으로 하는 도료 조성물.

실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤, 티타니아 에어로젤, 알루미나 에어로젤, 실리카-탄소 에어로젤, 실리카-티타니아 에어로젤, 바나디아 에어로젤, 지르코니아 에어로젤, 아세테이트 셀룰로오스 에어로젤, 탄소나노튜브 에어로젤, 그래핀, 산화그래핀, 풀러렌, 탄소나노튜브, 탄소나노와이어 중 1종 또는 2종 이상 선택 3∼50Wt％는 나노 기공구조 및 저밀도, 초소수성 등의 물성이 있으며 실리카, 티타니아 등 자체의 고유 성질을 보유하고 있는 것은 물론 변환된 우수특성을 보유하고 있다.

단열, 방음, 방열, 전도체 형성 등의 특성을 활용하여 본 발명에서 주요 기능성 재료로 적용이 된다.

3％미만 시는 그 특성을 기대하기 어렵고 50％초과 시는 기타 결합재가 나노 소재를 제대로 결착하지 못하여 지지력 및 강도가 부실하여 도료의 도막에 균열이 발생할 수 있다.

액상 규산칼륨, 액상 메타 규산칼륨 중 1종 또는 2종 이상 선택 5∼40Wt％는 기타의 다른 성분들과의 높은 용해도와 접착성을 보유하여 도료 도막의 지지력 및 강도, 부식방지, 내열성, 내화성을 높이는 역할을 한다.

액상 규산칼륨은 K₂O와 SiO₂의 몰비가 1:3∼4의 조성을 가지며 pH가 11∼13정도로 구성된다. 액상 규산칼륨은 통상의 몰비 및 pH, 고형분 함량 등이 적용될 수 있으나 수치상 한정되지는 않는다.

액상 메타 규산칼륨은 K₂O와 SiO₂의 함량비율이 1;1로 도료의 농도를 높이는 역할을 한다.

고형분 함량은 25∼50Wt％를 적용할 수 있다.

상기는 통상의 몰비 및 pH, 고형분 함량 등이 적용될 수 있으나 수치상 한정되지는 않는다.

5％미만 시는 도료의 강도가 약하고 내수성 및 안정성이 부족하고 도포 재질에 따라 일부 부식이 발생될 수 있다. 40％초과 시는 나노 소재에 비해 함량비율이 증대하므로 도료의 기본 특성인 단열 등의 성능이 저하된다.

액상 규산나트륨, 액상 규산리튬 중 1종 또는 2종 이상 선택 3∼30Wt％는 액상 규산 칼륨의 강도를 추가적으로 높이는 보조적 역할을 하며 이 또한, 도료의 지지력, 부착력 및 내열성을 높이는 역할을 한다.

액상 규산나트륨은 K₂O와 SiO₂의 몰비가 1:3∼4 정도이고 pH는 11∼13, 고형분 함량은 20∼50Wt％가 적용될 수 있다.

액상 규산리튬은 Li₂O와 SiO₂의 몰비가 1:4∼5.5 정도이고 pH는 11∼13, 고형분 함량은 2∼20Wt％가 적용될 수 있다. 이 또한, 통상의 재료가 적용될 수 있고 수치상 한정 되지는 않는다.

3％미만 시 및 30％초과 시는 나노 소재 및 재료가 분리되어 균질하게 혼합이 되지 않으며 이로 인해 결과적으로 제대로 고착, 결착이 이루어지지 않고 안정화되지 못하여 도료로서의 물성을 기대하기 어렵다.

알루미나, 콜로이달 실리카, 알루미나졸, 티타니아졸, 지르코니아졸, 분말 규산칼륨, 분말 규산나트륨, 산화나트륨, 산화칼슘, 산화칼륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 이산화티타늄, 티타늄, 이산화규소, 실리카, 산화리튬, 나노실리카, 알코올 중 1종 또는 2종 이상 선택 5∼30Wt％는 도료의 내열성, 기계적강도, 내약품성, 내마모성, 내식성, 인장력증대, 점착성을 부여하여 충진 재료의 역할을 한다.

5％미만 시는 상기 역할을 기대하기 어렵고 30％초과 시는 나노 소재에 비해서 혼재 함량이 증대하므로 단열 등의 성능이 당연히 저하된다.

수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼15Wt％는 수산기(OH)와 결합한 무기화합물로 대체로 염기성을 가진다.

도료가 규산염 등과의 교반 및 저장, 도포 시 수용액상 양이온 등에 의해 조직 내부의 중합 및 겔화가 일어날 수 있어 이를 조정하며 저장 안정성을 최대한 유지한다.

본 발명에서 중요 역할을 하는 재료로 적용된다. 또한, 도료의 액상화 시 및 도포 시 계면활성, 유연성, 탄성을 조정하는 역할을 한다.

0.1％미만 시 및 15％초과 시는 겔화가 빠르게 진행될 수 있고 저장 안정성이 결여되고 상기의 주요 역할을 전혀 기대할 수 없다.

황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 황산제일철, 황산제이철, 염화제일철, 염화제이철, 철, 구리, 아연, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 크롬, 망간, 리튬, 카드뮴, 란탄, 텅스텐, 바나듐, 주석, 수은 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼5Wt％은 도료의 액상화 교반 시 및 도막의 건조, 경화 시 증점, 응집력을 부여하여 균질한 혼합, 화합 및 부착력을 증대하는 역할을 한다.

또한, 철 등의 전이금속들은 최 외곽 전자들의 에너지 간격들이 가까워 전자를 쉽게 주거나 받으면 넓은 범위의 산화수를 형성하게 되고 각 재료 간 산화환원 반응의 촉매역할을 하는 기능으로 본 발명에 적용된다.

0.1％미만 시는 점착성 및 고착, 결속력이 부족해지고 5％초과 시는 나노 소재 자체의 저밀도 부피로 인해 도료 전체 액상의 점성이 증대하여 균질한 혼화가 되지 않고 도료 내부의 층 분리가 심화될 수 있다.

탄산칼슘 1∼10Wt％는 본 액상 도료의 충진제 역할을 하며 낮은 표면 에너지로 친수성이 높아 도료의 저장 안정성을 장시간 유지하게 하는 역할을 한다.

또한, 도료 도막의 은폐력 및 표면 활성도, 인장 강도를 증대하는 역할을 한다.

1％미만 시는 상기의 역할 및 결속력이 부실하여 도막의 균열이 초래될 수 있고 10％초과 시에도 전자의 현상이 자연적으로 발생되어 10％초과로 과량 적용할 이유가 없다.

탈크 0.1∼8Wt％는 도료의 유동성 증대 및 내열성을 증대하는 역할을 한다.

또한, 탈크는 미세한 판상구조로 이루어져 흡수성이 우수하여 고착성 증대 및 침강방지, 저장 안정성을 높이는 기능으로 적용이 된다.

0.1％미만 시는 저장 안정성이 부족하여 뭉침현상이 발생될 수 있으며 8％초과 시는 불필요한 점성이 생성되고 일부 흐름성이 증대하여 도막의 균열이 발생될 수 있다.

폴리아크릴아마이드 0.1∼10Wt％는 양이온성, 비이온성, 음이온성이 모두 적용될 수 있으며 금속 양이온 및 음이온, 부유물 등을 응집화하고 점도를 증점하여 점착력을 높이는 역할을 한다.

또한, 수용액 상태에서 기타 결합 재료와의 이온교환을 통해서 나노 소재와의 결속력을 증대하여 균질한 혼화합을 한다. 저밀도 나노 소재를 도료 액상의 수용액 하부로 끌어내려 응집화, 압축화하는 중요한 역할 및 기능을 하는 재료로도 적용된다.

0.1％미만 시는 응집력이 결여되어 나노 소재를 제대로 점착할 수 없으며 10％초과 시는 점도가 증대하여 오히려 재료 간 서로 분리되며 기타 재료와 나노 소재를 압축화할 수 없고 균질한 혼화가 되지 않아 도막의 균열이 발생될 수 있어 주의가 필요하다 할 수 있다.

폴리카르본산, 폴리카르본산염 중 1종 또는 2종 이상 신택 0.1∼7Wt％는 음이온성 계면활성제로 유동성을 변화시키지 않고 단위 수량을 줄이는 역할 및 필요 유동성을 조절하는 역할을 한다.

0.1％미만 시는 유동성이 줄고 혼수량이 증대하여 재료 간 결합력이 낮아져 균열이 발생될 수 있고 7％초과 시는 흐름성이 증대하여 이 또한, 결착력이 낮아져 균열이 발생될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 대한 구체적인 실시 예에 대해서 설명하고자 한다.

[실시 예]

도료의 조성물.

조성물 조성비율(Wt％)

실리카 에어로젤 30％

액상 규산칼륨 34％

액상 규산나트륨 8％

콜로이달 실리카 12％

수산화칼륨 2％

황산알루미늄 1％

탄산칼슘 7％

탈크 2％

폴리아크릴아마이드 3％

폴리카르본산염 1％

합계 100％

1. 상기의 재료 1중량부에 대해서 물 0.4를 첨가하고 교반기(1,500rpm)를 통해 균질화(20분) 하였다. 이후, 액상을 6개월 간 상온 보관 후 아래와 같이 진행하였다.

2. 혼화합된 액상(도료)을 200mm(가로), 100mm(세로), 1mm(두께)의 철판 일면, 절반에 붓으로 칠을 하였다.

3. 3일 간 통풍이 잘되는 서늘한 거늘진 곳에서 자연 건조를 하였다. 건조와 달리 완전 경화는 7일 이상 계속 진행될 것으로 예상할 수 있다.

4. 도막이 건조된 철판을 가열기(열판)에 올려 놓고 접촉식 온도계로 열차단 정도를 측정하였다. (대기온도: 섭씨 22도)

5. 도포하지 않은 일면은 섭씨400로 측정되었다. 도포한 일면은 섭씨 280도로 측정되었다.

본 발명의 도료 조성물이 일반 분말형 무기물 바인더를 사용하는 경우보다 저장성이 우수하고 열차단 성능이 크게 향상됨을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 실리카 에어로젤을 적용한 실시 예에 한하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서는 얼마든지 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

Claims

실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤, 티타니아 에어로젤, 알루미나 에어로젤, 실리카-탄소 에어로젤, 실리카-티타니아 에어로젤, 바나디아 에어로젤, 지르코니아 에어로젤, 아세테이트 셀룰로오스 에어로젤, 탄소나노튜브 에어로젤, 그래핀, 산화그래핀, 풀러렌, 탄소나노튜브, 탄소나노와이어 중 1종 또는 2종 이상 선택 3∼50Wt％.
액상 규산칼륨, 액상 메타 규산칼륨 중 1종 또는 2종 이상 선택 5∼40Wt％.
액상 규산나트륨, 액상 규산리튬 중 1종 또는 2종 이상 선택 3∼30Wt％.
알루미나, 콜로이달 실리카, 알루미나졸, 티타니아졸, 지르코니아졸, 분말 규산칼륨, 분말 규산나트륨, 산화나트륨, 산화칼슘, 산화칼륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 이산화티타늄, 티타늄, 이산화규소, 실리카, 산화리튬, 나노실리카, 알코올 중 1종 또는 2종 이상 선택 5∼30Wt％.
수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼15Wt％.
황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 황산제일철, 황산제이철, 염화제일철, 염화제이철, 철, 구리, 아연, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 크롬, 망간, 리튬, 카드뮴, 란탄, 텅스텐, 바나듐, 주석, 수은 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼5Wt％.
탄산칼슘 1∼10Wt％.
탈크 0.1∼8Wt％.
폴리아크릴아마이드 0.1∼10Wt％.
폴리카르본산, 폴리카르본산염 중 1종 또는 2종 이상 선택 0.1∼7Wt％로 구성됨을 특징으로 하는 도료 조성물.