KR20150101745A - 바닥용 축열도료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닥용 축열도료에 관한 것으로, 중량%로, 10-30㎛의 입경을 갖는 게르마늄분말, 이트리아분말, 동분말이 1:1:0.1의 중량비로 혼합된 혼합물: 10-15%, 파라핀왁스:30-40%, 목분:15-25%, 백탄분말:0.5-1.5%, 폴리옥시에틸렌:2-4%, 폴리우레아:10-15%, 트리메틸-2.4-팬탄디올-1.3-이소부틸레이트:0.5-1%, 프로필렌글리콜:2-4%, 및 나머지 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 바닥용 축열도료를 제공한다.
본 발명에 따르면, 바닥재 형태가 아니라 바닥면을 구성하는 콘크리트 상면에 도포되는 도료 형태로 구성되어 시공이 간편하고 편리하면서 얇은 두께를 가지고도 열 보존능력이 뛰어나 효과적인 난방 기능을 수행할 수 있고, 이를 통해 에너지 낭비를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

바닥용 축열도료{HEAT STORAGE PAINT FOR FLOOR}

본 발명은 바닥용 축열도료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 게르마늄을 포함한 광물질 분말에 축열성 성분 및 접착제를 포함시켜 콘크리트 온수 바닥에 도포함으로써 난방 오프시에도 장시간 동안 난방기능을 수행할 수 있도록 한 바닥용 축열도료에 관한 것이다.

일반적으로, 도료는 각종 건축믈의 도장을 비롯하여 널리 사용되고 있는 것으로 최근 들어 경제성장이 빠르게 진행되어 삶이 윤택해짐에 따라 각종 식생활에 밀접한 관련이 있는 생활용품이나, 건축재, 섬유재등이 외관 및 기능적으로 고급화되어 가는 추세에 있으며, 이러한 고급화 추세에 맞추어 단순한 도료의 기능이외에 새로운 물성, 새로운 기능을 발휘하는 여러가지 기능성을 부가한 도료가 개발되고 있다.

특히, 건축물에 적용되는 종래의 수성도료는 아크릴 에멀젼 수지에 탈크(talc), 탄산칼슘 등의 무기질 필러(filler)와 일반 유색안료(pigment)를 혼합한 것으로 사용목적이 단순히 건축물의 미장효과에 그치고 있으며, 기능성을 부여한 인테리어용 수성도료의 경우는 가격이 비싸 주로 인테리어 소품에만 적용되고 있는 실정이다.

여기에서, 기능성 수성도료로는 예를 들어, 황토 또는 세라믹계통의 무기질 원료를 사용하여 원적외선을 방출시켜 인체의 에너지를 활성화시키는 세라믹도료, 인체에 유해한 박테리아, 해충등의 서식을 억제하는 항균도료 또는 실내에 일정기간 동안 향기를 방사하는 도료 등을 들 수 있다.

아울러, 세라믹 도료의 경우, 천연광물에서 인체에 유익한 원적외선 방사나 음이온이 발생되고 있다는 것이 밝혀진 후부터 맥반석, 흑운모류등의 천연광물을 수지물에 혼합하여 각종 수성도료에 응용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

한편, 국내 난방방식은 대부분 온돌난방으로써 방바닥을 가열해서 나오는 열의 훈기(薰氣)로 실내온도를 조절하는 방식인데 건축물의 단열상태, 환기여건, 사용자의 온도조절의식 등에 따라 상당한 낭비요소의 원인이 된다.

이러한 이유 때문에, 에너지 절약은 물론 인간의 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위하여 많은 기술들이 개발되어 왔으며, 그 중에서도 축열재를 이용한 에너지 절약 기술은 냉난방용으로 다양하게 이용되어 왔고, 상당한 부분에 있어서 에너지 절약에 기여한 바 크다.

대부분의 국내 난방시설은 기름, 가스를 사용하여 보일러에서 가열된 온수순환에 의해 이루어지고 있으며 주택의 형태가 변화되면서 전통적으로 사용되었던 온돌 방식은 콘크리트로 대체되어진 결과 발생된 열을 이용할 수 있는 축열 기능이 없는 실정이다.

따라서, 온돌 바닥 온도는 실내공간의 기온과 차이가 심하게 되어 쾌적감이 떨어지고 실내의 난방열을 계속 공급해야 하는 어려움이 있고, 에너지 낭비가 심한 실정이다.

그런데, 지금까지 축열과 관련된 기술 개발은 주로 바닥재에 한정되어 왔고, 그 중에서도 주로 시멘트 대신 실내공간의 습도조절기능과 온돌효과를 극대화하기 위한 쪽으로 국한되어 왔는 바, 이를 테면 건조된 왕겨, 폐지, 황토 및 합성수지 등을 사용하거나 상변화물질(Phase Change Material)을 이용한 개발이 주류를 이루고 있었다.

하지만, 이들은 열교환 응답성이 낮아서 축열재로 적용하기에는 많은 제약을 지니고 있으며, 내구성 측면에서도 취약하고, 두께가 두꺼워져 시공상, 비용상 많은 한계를 가지고 있었다.

1. 공개특허 제2004-0045548호(2004.06.02) 2. 공개특허 제2004-0084571호(2004.10.06) 3. 공개특허 제2006-0114851호(2006.11.08) 4. 등록특허 제0844942호(2008.07.02) 5. 등록특허 제0990450호(2010.10.21) 6. 등록특허 제1204553호(2012.11.17)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 바닥재 형태가 아니라 바닥면을 구성하는 콘크리트 상면에 도포되는 도료 형태로 구성되어 시공이 간편하고 편리하면서 얇은 두께를 가지고도 열 보존능력이 뛰어나 효과적인 난방 기능을 수행할 수 있도록 한 바닥용 축열도료를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 중량%로, 10-30㎛의 입경을 갖는 게르마늄분말, 이트리아분말, 동분말이 1:1:0.1의 중량비로 혼합된 혼합물: 10-15%, 파라핀왁스:30-40%, 목분:15-25%, 백탄분말:0.5-1.5%, 폴리옥시에틸렌:2-4%, 폴리우레아:10-15%, 트리메틸-2.4-팬탄디올-1.3-이소부틸레이트:0.5-1%, 프로필렌글리콜:2-4%, 및 나머지 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 바닥용 축열도료를 제공한다.

이때, 상기 바닥용 축열도료 100중량부에 대하여 칼슘카보네이트를 10-15중량부 더 첨가하여 콘크리트와의 계면에서 중성화 방지 기능을 향상시킬 수도 있다.

본 발명에 따르면, 바닥재 형태가 아니라 바닥면을 구성하는 콘크리트 상면에 도포되는 도료 형태로 구성되어 시공이 간편하고 편리하면서 얇은 두께를 가지고도 열 보존능력이 뛰어나 효과적인 난방 기능을 수행할 수 있고, 이를 통해 에너지 낭비를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 바닥용 축열도료는 친환경성을 가지면서 전자파 차폐는 물론 정전방지 및 열함유량을 높여 축열기능을 증대시키도록 구성된다.

더욱이, 본 발명은 기존과 달리 친환경성을 가지면서 두께를 얇게 하면서도 축열성을 높이도록 상변화물질인 파라핀왁스에 상보적으로 송진의 겔화와 응고를 응용하는 형태로 구현된다.

이러한 바닥용 축열도료는 바닥면을 구성하는 콘크리트 표면에 일정 두께로 도포되는 것으로, 차열기능도 수행하기 때문에 열이 달아나지 않고 바닥 표면상에 잔류하는 시간이 길어 기존 대비 우수한 축열도료로 활용될 수 있다.

여기에서, 차열의 개념은 외부열이 내부로 침투하는 것을 방지하는 개념이 아니라, 반대로 내부열이 외부로 빼앗기지 않는 것을 의미하며, 이는 축열에 의해 파생되는 부수효과로 보면 된다.

본 발명에 따른 바닥용 축열도료는 중량%로, 10-30㎛의 입경을 갖는 게르마늄분말, 이트리아분말, 동분말이 1:1:0.1의 중량비로 혼합된 혼합물: 10-15%, 파라핀왁스:30-40%, 목분:15-25%, 백탄분말:0.5-1.5%, 폴리옥시에틸렌:2-4%, 폴리우레아:10-15%, 트리메틸-2.4-팬탄디올-1.3-이소부틸레이트:0.5-1%, 프로필렌글리콜:2-4% 및 나머지 물로 이루어진다.

이 경우, 콘크리트와의 계면에서 중성화 방지를 위해 상기 바닥용 축열도료 100중량부에 대하여 칼슘카보네이트를 10-15중량부 더 첨가할 수 있다.

상기 칼슘카보네이트는 콘크리트 표면에서의 알카리화를 막는 대표적인 중화제이다.

여기에서, 본 발명에 따른 바닥용 축열도료의 성분 조성에 대한 수치한정 사유를 설명한다.

상기 게르마늄은 인체에 산소를 보충하여 강력한 항산화작용을 하며, 면역세포 활성화를 통해 바이러스와 박테리아와 같은 병원균은 물론 발암물질을 제거하는데 효능이 있는 것으로 알려진 광물질이다.

그러나, 이러한 직접적인 효과는 게르마늄을 섭취하여 체내에 흡수할 경우이므로 본 발명에서는 이러한 특성보다는 열에 의한 방사로 다이옥신 등의 환경호르몬 차단 및 분해 제거, 즉 콘크리트 표면으로부터 방출되는 유해물질을 포집하고 차단하는 기능을 위해서 첨가된다.

물론, 게르마늄의 방사를 통해 체외 접촉에 의한 세포조직 활성화, 피부속으로 파고들어 온도를 올려 주는 온열효과를 통한 면역력 증대 등은 당연히 얻을 수 있는 효과이다.

또한, 상기 이트리아는 고온에서의 열간 안정성이 뛰어나고, 열전도성이 매우 낮으며, 열충격에 대한 저항성이 매우 높아 내화보강을 위해 첨가된다.

이러한 이트리아는 열차단 기능이 우수하기 때문에 차열성을 증대시킴으로써 보온성(축열기능 상보)을 강화하게 된다.

아울러, 상기 동은 인체에 유익한 물질임은 공지된 사항이므로 설명을 생략한다.

본 발명에서는 이들 3가지 물질들이 1:1:0.1의 중량비로 혼합 사용되는데, 특히 동은 고가일 뿐만 아니라, 과량 첨가되면 신경계통에 영향을 주기 때문에 게르나늄이나 이트리아에 비해 상대적으로 현저히 적은양만 첨가되어야 한다.

이와 같은 혼합물은 10-15중량%의 범위 내에서 첨가되어야 하는데, 10중량% 미만으로 첨가되면 광물질 특유의 효능을 얻기 어렵고, 15중량%를 초과하면 분산성 및 도포성이 떨어지므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

그리고, 상기 파라핀왁스는 대표적인 상변화물질이다.

여기에서, 상변화물질(PCM)이란 '잠열저장물질' 또는 '잠열축열물질'로 호칭될 수 있으며, 일정한 온도 범위에서 고상에서 액상으로 또는 액상에서 고상으로 변하며 열에너지를 흡수 또는 방출하는 물질을 의미한다.

이러한 상변화물질은 액체 또는 고체 중 어느 하나의 상태로 존재하며, 외부로 열을 방출하거나 외부로부터 열을 흡수할 경우에 소정의 온도에서 그 상(phase)이 가역적으로 서로 변하게 된다. 이 과정에서 방출되거나 흡수된 열량이 물질의 온도 상승에 기여하지 못하고 상변환에 기여함으로써, 작용한 열량에 비하여 물질의 온도 변화가 상대적으로 작게 된다.

따라서, 주위의 온도가 떨어지더라도 상전이 물질의 상전이 과정에서 보유하고 있던 열이 모두 방출되어야 온도 변화가 실질적으로 이루어짐으로 단열 효과를 나타낼 수 있는 것이다.

본 발명에서 첨가되는 파라핀왁스는 20~50℃ 의 상변화 온도변화대역을 가지므로 바닥 난방 후 중지시 잠열을 축열하여 온도를 빼앗기지 않도록 함으로써 장시간 동안 바닥의 난방효과를 지속시켜 에너지 절감에 기여하게 된다.

더구나, 상기 파라핀 왁스는 공기중 산소 유입을 차단하는 효과도 있어 도료의 경화 촉진을 유도하고, 태키성도 감소시키는 기능을 한다.

때문에, 본 발명에서는 과량첨가되면 좋겠지만, 30중량% 미만으로 첨가되면 본 발명 도료 총 중량 대비 첨가량이 작아 축열 기능이 떨어지고, 40중량%를 초과하게 되면 첨가하면 점착성이 너무 커져 경화가 지연될 뿐만 아니라 경화 후에도 이물 묻음 현상이 유발되므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

그리고, 상기 목분(Wood flour)은 상기 파라핀왁스의 첨가량이 제한됨으로 인해 축열성을 상보하기 위해 첨가되는 성분으로, 목분에 함유된 송진의 열적 변화를 응용하여 축열성을 보완키 위한 것이다.

특히, 상기 목분은 송진 함유성이 우수한 소나무가 바람직하며, 200메쉬의 입자상이 균일하게 분쇄된 미세분말을 사용하여야 한다.

또한, 목분은 배합 조성물과의 마찰을 줄여 컬 현상, 굴곡 현상 등의 문제를 해소하고, 도표 표면의 열적 안정성, 즉 내열성과 강도를 향상시키고, 천연재료이므로 친환경성이 증대되는데, 목분의 표면이 상기 파라핀왁스에 의해 코팅되기 때문에 후술될 접착제인 수지, 즉 폴리우레아와의 결합성, 혼합성이 증대된다.

본 발명에서는 축열성 상보를 위해 상기 목분을 15-25중량% 범위에서 한정하여야 하는데, 25중량%를 초과하면서 도료의 점성이 낮아져, 즉 도포성이 급격히 떨어지고 15중량% 미만으로 첨가되면 상보성이 저해되므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

뿐만 아니라, 상기 백탄은 ?의 탄화가 완성단계에서 숯의 표면에 재가 붙어 생기는 회백색의 탄을 말하는 것으로, 전기저항이 매우 낮아 전자기차폐 기능을 수행하며, 무엇보다도 숯의 탄화과정에서 얻어지는 것이므로 134개/cc의 음이온을 발생시키는 것으로 알려져 있는 바, 본 발명에서는 난방 가열시 열반응을 통해 인체 유용성분이 음이온 방사 및 전자기 차폐를 위해 첨가된다.

하지만, 과량 첨가될 경우 점성이 떨어지고, 미량 첨가될 경우에는 친환경 방사 특성이 떨어지므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

아울러, 상기 폴리옥시에틸렌은 양이온 촉매를 이용해 산화에틸렌을 중합한 폴리에테르의 일종으로서, 본 발명에서는 물에 용해된 상태로 직물과 종이 등에 사용하여 피막을 형성하게 함으로써 정전기 발생을 억제하는 용도로 사용되는데, 과량 사용되면 과피막이 형성되어 다른 특성 발현을 억제하고 미량 사용되면 정전기 방지 효과가 없으므로 상기 범위로 첨가되어야 한다.

또한, 상기 폴리우레아 수지는 요소 수지라고도 하며, 요소와 알데히드가 반응하여 생기는 무색 투명의 착색성이 좋은 열경화성 수지이다.

본 발명에서는 열변형성과 흘러내림성이 적어 도포시 작업성이 좋고, 접착강도를 향상시켜 도막의 부착안정성을 높이기 위해 첨가되는 것으로, 10중량% 미만으로 첨가되면 도막의 접착성이 떨어져 안정적인 부착능력을 장기간 지속하기 어렵고, 15중량%를 초과하면 도료의 점착성을 증대시켜 도포성을 저해하므로 상기 범위로 한정되어야 한다.

나아가, 상기 트리메틸-2.4-팬탄디올-1.3-이소부틸레이트는 가수분해 및 산화에 대한 안정성이 높고, 점도가 높은데 비하여 끈적거림이 적어 응집성 및 신축성, 유동성을 모두 증진시키는데 유용한 물질이다.

이와 같은 트리메틸-2.4-팬탄디올-1.3-이소부틸레이트은 미량으로 첨가됨에도 불구하고 0.5중량% 미만으로 첨가하면 점성이 떨어져 응집성이 저하되고, 1중량%를 초과하여 첨가하면 점성이 높아져 유동성을 저해하므로 상기 범위로 한정됨이 바람직하다.

마지막으로, 상기 프로필렌글리콜은 흡습성이 있으나 휘발성은 없어 열과 빛에 안정하므로 수지를 녹여 물에 혼합하는 용매로 이용되며, 도료의 유연제 역할 및 곰팡이 번식 방지를 위해 첨가된다.

본 발명에서는 2-4중량%로 첨가되어야 하는데, 2중량% 미만으로 첨가되면 효과가 없고, 4중량%를 초과하면 가연성이 높아 안정성이 떨어지므로 상기 범위로 첨가되어야 한다.

이상에서 설명된 도료는 물에 혼합되어 바닥용 축열도료를 구성하며, 완성된 축열도료는 콘크리트 바닥면에 도포되어 축열 기능을 하도록 사용된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

본 발명에 따른 축열도료의 축열성 시험을 위해, 중량%로, 10-30㎛의 입경을 갖는 게르마늄분말, 이트리아분말, 동분말이 1:1:0.1의 중량비로 혼합된 혼합물: 12%, 파라핀왁스:35%, 목분:20%, 백탄분말:0.5%, 폴리옥시에틸렌:2%, 폴리우레아:15%, 트리메틸-2.4-팬탄디올-1.3-이소부틸레이트:0.5%, 프로필렌글리콜:3%를 혼합하고, 나머지 조성비의 범위에서 물을 첨가하여 수용성 도료를 만들었다.

이렇게 제조된 도료에 대한 축열성을 평가하기 위해 히터가 내장된 콘크리트 샘플 표면에 0.5mm의 두께로 도포한 후 72시간 상온 건조한 후 히터를 발열시켜 28℃로 10분간 유지한 다음 히터를 오프시켰으며, 시료는 10℃로 유지되는 항습실에서 진행하였다.

이때, 종래 일반도료는 당연히 축열성이 없는 것이므로 굳이 비교 시험은 하지 않았고, 본 발명에 따른 축열도료의 축열성 여부만 확인하였다.

축열성 테스트는 표면에 적외선 온도계를 조사하여 열손실 여부를 확인하는 방식으로 진행하였으며, 시험결과 히터 오프 후 1시간 경과시 도료의 표면 온도는 23℃까지 떨어졌고, 2시간 경과시에는 19.3℃, 3시간 경과시에는 17.7℃, 4시간 경과시에는 16.4℃까지 떨어졌다.

이와 같이, 상당한 시간이 경과하더라도 온도가 급격히 떨어짐이 방지됨을 확인할 수 있었고, 이를 통해 축열성이 있음을 확인하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1의 시료에 곰팡이 균주 Aspergillus niger ATCC9642, Penicillium pinophilum ATCC 11797, Chaetomium globosum ATCC 6205를 상온(23±5℃, RH 65±10%)에서 배양하여 4주 후 균의 성장을 측정하는 시험(시험규격 : ASTM G-21)을 하였으며, 그 결과 곰팡이 균의 성장이 나타나지 않았다.

이에 따라, 항곰팡이성도 있음을 확인하였다.

이를 통해, 본 발명에 따른 바닥용 도료가 인체에 유익한 친환경성 도료이면서 축열기능이 있어 에너지 절감에 기여할 것으로 기대되었다.

Claims (2)

1. 중량%로, 10-30㎛의 입경을 갖는 게르마늄분말, 이트리아분말, 동분말이 1:1:0.1의 중량비로 혼합된 혼합물: 10-15%,
   파라핀왁스:30-40%,
   목분:15-25%,
   백탄분말:0.5-1.5%,
   폴리옥시에틸렌:2-4%,
   폴리우레아:10-15%,
   트리메틸-2.4-팬탄디올-1.3-이소부틸레이트:0.5-1%,
   프로필렌글리콜:2-4%, 및
   나머지 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 바닥용 축열도료.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 바닥용 축열도료 100중량부에 대하여 칼슘카보네이트를 10-15중량부 더 첨가하여 콘크리트와의 계면에서 중성화 방지 기능을 향상시킨 것을 특징으로 하는 바닥용 축열도료.