KR20160007365A - 탄성 벽과 지붕 코팅용 적외선 반사 투명 코팅 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (i) 측정된 유리전이온도(측정된 tg)가 -100 내지 0인 하나 이상의 탄성 코폴리머와 하나 이상의 메조포러스(mesoporous) 필러, 바람직하게 유기그룹 또는 잔기가 실질적으로 없는 메노포로스 필러를 포함하는 우수한 적외선(ir) 반사율을 갖는 탄성 지붕 코팅제로서 사용하기 위한 조성물을 제공하며, 여기서 메조포러스 필러는 메조포러스 실리카, 메조포러스 알루미노실리케이트, 및 메조포러스 알루미나로부터 선택되고, 조성물은 0.1 내지 15%의 안료부피농도(%pvc)를 갖는다. 이러한 조성물은 존재하고 있는 이미 페인트되거나 유색코팅된 지붕 또는 벽 기재를 그의 마감 또는 외관을 보호하기 위해 교체할 수 있는 수성 또는 용매 함유 투명코팅을 제공한다.

Description

탄성 벽과 지붕 코팅용 적외선 반사 투명 코팅 조성물{INFRARED REFLECTIVE CLEAR OATING COMPOSITIONS FOR ELASTOMERIC WALL AND ROOF COATINGS}

본 발명은 탄성 폴리머 바인더와 메조포러스(mesoporous) 필러를 포함하는 우수한 적외선 반사특성을 갖는 지붕과 벽 코팅을 위한 코팅 조성물, 조성물을 사용하는 방법, 및 그에 따라 제조된 코팅에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 수성 아크릴계 에멀젼 폴리머 또는 폴리실록산 탄성 지붕 코팅, 0.1 내지 15%, 바람직하게 1 내지 10%의 안료부피농도(%PVC)를 갖는 조성물 및 이러한 코팅 조성물로 제조된 코팅 벽과 지붕 기재에 관한 것이다.

탄성 루프 코팅은 최근 다양한 종류의 지붕, 예를 들어 유기물질의 지붕, 예컨대 조립 지붕, 변성 역청 지붕 및 멤브레인, 분무된 폴리우레탄 발포체 지붕, 열가소성 폴리올레핀 멤브레인, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 지붕, 및 알루미늄과 금속 지붕 및 타일 지붕의 수명을 연장하는 저렴한 방법으로 인기를 끌고 있다. 흰색 탄성 지붕 코팅은 특히 코팅 전의 지붕이 대개 검정 색이거나 어두운 색인 도시 지역에서 지붕의 열 방출을 반영하기 때문에 에너지 비용을 줄이는데 유용하였다. 한편, 미국 이외의 시장에서는 깊은 색조와 시간이 지남에 따라 퇴색 또는 탈색하는 경향이 있는 선명한 색상에 대한 수요를 충족하고 있다.

흰색 또는 밝은색 안료의 외부 코팅은 벽, 지붕, 노면, 구조물 등에 적용되어 주로 일반적인 흰색 불투명 안료, 예컨대 이산화티탄과 산화아연 및 유색 불투명 안료, 예컨대 산화철을 사용하여 태양열 반사를 증가시켜서 열 흡수를 최소화한다. 이러한 백색 안료는 가시광선과 적외선(IR)을 반사하며, 이들 각각은 각각 약 45%와 50%의 총 태양열 반사율을 차지한다. 그러나, 불투명한 색은 아스팔트 슁글(shingle)의 복잡한 그래뉼 디자인 및 배치와 연관된 색 변화를 제공하지 않기 때문에 흰색 또는 유색 불투명 코팅은 일반적으로 급경사 슁글 지붕에는 사용하지 않는다. 또한, IR 고반사성 코팅은 흰색 또는 밝은색 파스텔 색상에 제한된다. 깊은 톤의 색상은 특별한 IR 반사 안료가 사용되는 경우에만 상대적으로 높은 IR 반사율을 갖는다. 이러한 IR 반사 안료는 색상 선택에서 제한적이며 코팅에서 각 색상의 간섭 반사율로 인해 IR 반사율의 감소 없이 색조를 맞추기 위해 블렌드할 수 없다. 따라서, 매우 제한된 범위의 마감제만이 IR 반사 지붕과 벽체 코팅에 이용가능할 뿐이다.

최근, Wen 등의 미국 특허출원 공개 2013/0089706A1에서는 폴리머와 침전된 실리카 및/또는 알루미나를 더하여 접합된 이산화티탄(TiO₂) 프라이머리 입자의 분산된 IR 반사 클러스터를 포함하는 적외선 반사 코팅을 기술하였다. IR 반사 클러스터는 흰색 안료이다(하기한 내용 참조). 이 코팅은 금속 코일과 루핑(roofing) 과립에 적용된 흰색 페인트 베이스로부터의 컬러코트(colorcoat) 조성물이지만; 각각의 코팅색은 별도로 배합되어야 하고; 깊은 색조의 조성물은 실현할 수 없다.

IR 파장 범위 내 조사선을 반사하는 색상 또는 색조를 갖는 마감이 가능한 코팅에 대한 필요성이 분명히 남아있다.

본 발명자들은 기재상에서 임의 색상의 코팅으로 우수한 적외선 반사율을 제공하는 효과적인 적외선(IR) 반사 지붕 및 벽 코팅 조성물을 제공하는 문제를 해결하기 위해 예의 연구하였다.

1. 본 발명에 따라, 적외선을 반사하는 지붕 및 벽 코팅용 조성물은 (i) 측정된 Tg가 -100 내지 0℃, 바람직하게 -80 내지 -5℃인 하나 이상의 탄성 폴리머, 및 (b) 0.1 내지 25 wt.%, 바람직하게 0.25 내지 15 wt.%, 더욱 바람직하게 1 내지 10 wt.%의 메조포러스 실리카, 메조포러스 알루미노실리케이트 및 메조포러스 알루미나로부터 선택된 하나 이상의 메조포러스 필러를 포함하고, 메조포러스 필러는 바람직하게 유기 그룹 또는 잔기를 실질적으로 갖지 않으며, 조성물은 0.1 내지 15%, 바람직하게 0.5 내지 10%의 안료부피농도(%PVC)를 갖는다.

2. 1의 조성물에 있어서, 하나 이상의 폴리머는 수성 아크릴계 에멀젼 코폴리머, 폴리실록산, 이들의 혼합물 및 이들의 조합물에서 선택되고, 바람직하게 측정된 유리전이온도(측정된 Tg)가 0℃ 내지 70℃인 하드 스테이지와 측정된 Tg가 -60 내지 0℃, 바람직하게 -10℃ 내지 -40℃인 소프트 스테이지를 갖는 2 스테이지 수성 아크릴계 에멀젼 코폴리머이다.

3. 1 또는 2의 조성물에 있어서, 하나 이상의 메조포러스 필러는 메조포러스 실리카이다.

4. 3의 조성물에 있어서, 메조포러스 실리카의 평균기공크기는 1 내지 100 nm, 바람직하게 2.5 nm 내지 50 nm, 더욱 바람직하게 3 내지 40 nm, 보다 더 바람직하게 10 내지 18 nm이다.

6. 1, 2, 3, 4, 또는 5의 조성물에 있어서, 상기 조성물은 클리어코트(clearcoat) 조성물이다.

7. 1, 2, 3, 4, 또는 5의 조성물에 있어서, 조성물은 IR 반사 안료, 바람직하게 복합무기안료, 예컨대 Cr-Fe 안료를 추가로 포함한다.

8. 본 발명의 다른 측면에서, 상기 1 내지 7 중 어느 하나의 조성물을 사용하는 방법은 도색 기재, 코팅 기재, 지붕 슁글(roofing shingle) 또는 루핑 기재에 조성물을 적용하고 건조시키는 것을 포함한다.

9. 본 발명의 또다른 측면에서, 코팅 루핑 또는 벽 기재는 상기 8의 방법으로 코팅된 루핑 또는 벽 기재를 포함한다.

달리 표시되지 않는 한, 모든 온도와 압력 단위는 실온 및 표준압력(1 기압)이다.

괄호를 포함하는 모든 문구는 포함된 삽입어구와 그의 부재 둘 다 또는 그 중 어느 하나를 나타낸다. 예를 들어, "(메트)아크릴레이트"란 문구는 선택적으로 아크릴레이트와 메타크릴레이트를 포함한다.

본 원에서 사용된 "ASTM"이란 용어는 ASTM International (West Conshohocken, PA)의 간행물을 지칭한다.

본 원에서 사용된 "(메트)아크릴레이트"란 용어는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 이들의 혼합물을 의미하고, 본 원에서 사용된 "(메트)아크릴계"란 용어는 아크릴계, 메타크릴계 및 이들의 혼합물을 의미한다.

본 원에서 사용된 "안료부피농도" 또는 %PVC란 용어는 다음 식으로 계산된 양을 지칭한다:

PVC(%)= (안료(들) 부피 + 증량제(들) 부피 + 필러(들) 부피) x 100 전체 코팅의 건조부피

본 원에서 사용된, "폴리머란 용어는, 경우에 따라 하나 이상의 상이한 모노머, 예컨대 코폴리머, 터폴리머(terpolymer), 테트라폴리머, 펜타폴리머 등으로부터 제조된 폴리머를 지칭하고, 랜덤, 블록, 그래프트, 순차적 또는 그래디언트 폴리머일 수 있다.

본 원에서 사용된, "메조포러스(mesoporous) 필러"란 용어는 실리콘, 알루미늄, 알루미노실리케이트, 또는 이들의 조합의 산화물로 구성된 기공성 산화물 물질을 지칭하고, 여기서 필러는 N₂ 흡착 및, N₂ 흡착/탈착 등온선에 기초한 BET 계산을 사용하여 계산된 2 내지 100 nm, 바람직하게 2.5 nm 내지 50 nm의 평균기공크기를 갖는다. 이 방법은 문헌, ["Recommendations for the Characterization of Porous Solids", J. Rouquerol et al.; Pure & Appl . Chem ., Vol. 66, No.8; PP 1739-1758; 1994]에 기술되어 있다.

본 원에서 사용된, "고체" 또는 "전체 고체"란 용어는 수성 조성물에 있어서 물과 휘발성분 또는, 주위 또는 옥외 적용 온도 및 압력의 조건("사용 조건") 하에서 증발할 수 있는 휘발성 유기용매(VOC)를 제외한 본 발명의 수성 조성물의 전체를 의미한다.

본 원에서 사용된, "폴리머 고체"란 용어는 중합된 모노머, 사슬전이제 및 에멀젼 (코)폴리머 중의 비휘발성 계면활성제를 지칭한다.

본 원에서 사용된, "측정된 유리전이온도" 또는 "측정된 Tg"라는 용어는 -90℃ 내지 150℃에서 20℃/min의 속도로 DSCQ2000(TA Instrument(New Castle, Delaware, USA) 제조)에서 시차주사열량측정법(DSC) 스캐닝으로 측정된 물질의 유리전이온도를 지칭한다. Tg는 열류량 vs. 온도 곡선의 변곡점 또는 그 유도체의 플롯 상 최대값이다.

본 원에서 사용된, "유기 그룹 또는 잔기가 실질적으로 없는"이란 용어는 제공된 물질이 당분야에서 알려진 NMR 또는 FTIR(여기서, Si-O-C 결합은 1032 cm-1에 있다)로 측정했을 때 1000 ppm 이하, 또는 바람직하게 500 ppm 이하의 유기 그룹 또는 잔기를 갖는 것을 의미한다.

본 원에서 사용된, 안료, 증량제 또는 필러에 대한 "중량평균입자크기"란 용어는 달리 특정되지 않는 한, BI-90 입자크기 분석기(Brookhaven Instruments Corp. Holtsville, NY, USA)를 사용한 광 산란과 입자크기 분포의 중량 평균을 취하여 측정된 입자크기를 지칭한다.

본 원에서 사용된, "중량평균분자량" 또는 "MW"란 용어는 KOH로 가수분해된 코폴리머의 폴리아크릴산(PAA) 표준물에 대한 수성 겔 투과크로마토그래피(GPC)로 측정된 폴리머의 중량평균분자량을 지칭한다.

본 원에서 사용된, "wt.%"는 중량 백분율을 나타낸다.

본 발명의 조성물은 적외선(infrared radiation)을 반사하는 능력을 갖는 클리어 코팅 필름을 제공하여 시각적으로 투명한 코팅된 표면의 온도를 저하하여, 클리어 코팅 아래에 있는 슁글 또는 다른 루핑, 벽 또는 노면 기재의 색상, 음영 및 표면윤곽을 나타낼 수 있다. 본 발명의 코팅 조성물은 상대적으로 높은 IR 반사율을 갖는 필름을 형성하고, 유색 루프 또는 기재에 일반적으로 적용가능하다. 또한, 본 발명은 달리 IR 반사 유색 안료를 포함하는 개별 유색 컬러 코팅층 각각의 재형성 없이 높은 수준의 IR 반사율이 가능하다.

본 발명의 조성물은 ASTM C1549 (2002)로 측정된 25% 이상, 바람직하게 40% 이상, 더욱 바람직하게 50 % 이상의 IR 반사율 수준을 갖는 코팅이 가능하다.

본 발명의 메조포러스 필러는 실리카, 알루미나 또는 알루미노실리케이트이다. 이러한 메조포러스 필러는 당분야에서 공지된 졸-겔 중합으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 메조포러스 필러는 수중유 에멀젼에서 산성(~pH <3, 바람직하게 ≤2, 더욱 바람직하게 ≤1) 수용액에 구조유도제(structure directing agent), 예컨대 친양쪽성 비이온성 블록 코폴리머를 용해하고, 폴리머 팽윤제, 예컨대 트리알킬 벤젠을 첨가하여 혼합물을 가열하고 전단하에 산화물 전구체를 첨가한 후, 가열하고 20 내지 80℃, 예를 들어 35 내지 60℃의 온도에서 12 내지 72시간 동안 숙성하여 겔을 형성하고, 임의로 기공형성제(pore shaping agent)를 사용하거나 사용하지 않고 더 높은 온도(예를 들어, 35 내지 140℃, 바람직하게 60 내지 110℃)로 전체 숙성 시간(12 내지 72시간) 이외의 11 내지 36시간 동안 가열하여 겔을 얻은 다음, 여과하고 물과 에탄올로 침전을 세척하고 임의로 생성물을 가소하여 제조된다. 이러한 방법은 Stucky의 미국 특허 제6,592,764 B1호 및 미국 특허출원 공개 제2009/0047329호에 상세히 기술되어 있다.

적합한 산화물 전구체는, 예를 들어 금속 알콕사이드, 예를 들어 실리콘 알콕사이드, 예컨대 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 테트라메틸오르토실리케이트(TMOS) 및 알루미늄 알콕사이드, 예컨대 알루미늄 이소프로폭사이드; 실리케이트 또는 알루미네이트, 예컨대 소듐 실리케이트, 암모늄 실리케이트 및 소듐 알루미네이트; 및 실리콘 또는 금속 할로겐화물, 예를 들어 염화규소(SiCl₄)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 산화물 전구체는 무기물이며, 실리케이트 및/또는 알루미네이트, 예컨대 소듐 알루미네이트를 포함한다. 메조포러스 필러가 산화물의 조합을 포함하는 경우, 산화물 전구체들의 비율은 최종 생성물에서 산화물의 바람직한 비율을 제공하기 위해 변경할 수 있다.

산화물 전구체의 적합한 양은 물과 용매를 포함하는 전체 반응매질의 총 중량에 대하여 약 1 내지 25 wt.%의 범위일 수 있다. 전체(하나 이상) 산화물 전구체 대 전체(하나 이상의) 구조유도제의 중량비는 4:5 내지 20:1, 바람직하게 1:1 내지 5:1의 범위이다.

본 발명의 졸-겔 메조포러스 필러 제조에서 사용하는데 적합한 구조유도제는 다양한 폴리머, 블록 코폴리머, 자기조립 폴리머, 나노입자, 생물학적 활성제 등으로부터 최종 생성물의 목적하는 기하학적 구조에 따라 선택할 수 있다. 일 구체예에서, 구조유도제는 친양쪽성 폴리옥시알킬렌과 자기조립 블록 코폴리머, 예컨대 Pluronics^TM P123^TM 9a 트리블록 PEO-PPO-PEO 폴리머(5800 Da) 또는 FI27^TM(BASF, Leverkusen, DE)이다.

적합한 양의 구조유도제는 물과 용매를 포함하는 전체 반응 매질의 총 중량에 대하여 약 0.5 내지 10 wt.%의 범위이다.

폴리머 팽윤제는 구조유도제를 쉽게 용해하여 수중 에멀젼을 형성하는 것이 적합하고, 예를 들어 트리메틸 벤젠이다.

촉매로서 작용하는 적합한 산은 무기산, 예컨대 HCl 또는 인산, 또는 카복실산, 예를 들어 포름산 또는 아세트산, 또는 말산일 수 있다.

임의로, 기공형성제를 사용할 수 있다. 적합한 기공형성제는 플루오라이드염, 예를 들어 소듐, 포타슘, 암모늄 또는 테트라알킬암모늄 플로오라이드이다. 기공형성제의 적합한 양은 물과 용매를 포함하는 전체 반응 매질의 총 중량에 대하여 약 0.1 내지 2 wt.% 범위이다.

본 발명의 메조포러스 필러를 제조하는 방법으로 유기 그룹 또는 잔기, 예컨대 메틸 또는 알킬 그룹 또는 탄화수소가 실질적으로 없는 메조포러스 실리카 및/또는 알루미나가 얻어진다. 유기 그룹 또는 잔기가 실질적으로 없는 본 발명의 메조포러스 필러는 당업자들에게 잘 알려진 방법으로 NMR 또는 FTIR 같은 방법을 사용하여 관찰할 수 있다.

본 발명의 산화물 전구체 자체가 유기성, 예를 들어 테트라에틸 오르토실리케이트일 경우, 유기 그룹 또는 잔기가 실질적으로 없는 메조포러스 또는 그의 조합은 메조포러스 필러가 ≤2의 pH에서 형성될 때 얻어진다.

본 발명의 코팅 조성물은 사용시 유연하도록 낮은 %PVC를 갖는다. 메조포러스 필러는 조성물의 전체 고체에 대하여 0.5 내지 25 wt.%, 바람직하게 1 내지 10 wt.%의 양으로 본 발명의 조성물 내에 존재할 수 있다. 부드럽고 더욱 유연한 유리전이온도가 낮은 폴리머를 포함하는 조성물 중에서 필러를 더 많이 적재할 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 조성물은 탄성 폴리머와 메조포러스 필러가 공기 중에서 0.3 미만, 바람직하게 0.2 미만, 더욱 바람직하게 0.15 미만까지 다른 유사한 굴절률을 갖는 클리어코트 조성물이다.

클리어코트로서 사용하기 위한 코팅 또는 코팅 조성물에서 특별히 높은 투명도는 약간의 탁도가 허용되는 본 발명에서는 필요하지 않다. 에멀젼 코폴리머 조성물의 경우에 탁도는 함수 폴리머에서 통상적이지만; 본 발명의 메조포러스 필러만으로 배합된 에멀젼 코폴리머는 통상적으로 투명 건조한다.

메조포러스 실리카 및/또는 알루미나가 IR 반사 유색 안료와 조합된 클리어코트 이외의 조성물에서, 본 발명은 IR 반사율이 높은(>25%, 바람직하게 >40%) 진한 색, 또는 진한 색조 코팅을 위한 조성물을 제공할 수 있다.

적합한 IR 반사 안료는, 예를 들어 2 이상 금속의 옥시를 함유하는 복합무기안료, 예컨대 Cr-Fe 안료를 포함한다. 적합한 IR 반사 유색 안료의 예는, 예를 들어 Cool Color^TM 또는 Eclipse^TM IR 반사 안료(Ferro(Cleveland, OH, US) 제품) 또는 Ferro Green 24-10204 (Ferro 제품) 또는 0.7 내지 2.5 마이크론의 적외선 파장 범위에서 빛을 반사하는 1.7 이상의 공기 중 굴절률을 갖는 안료 또는 착색제를 포함한다.

본 발명의 탄성 폴리머로서 적합한 아크릴계 에멀젼 코폴리머는 당분야에 공지되어 있다. 이러한 에멀젼 코폴리머는 하나 이상의 연질 비닐 또는 아크릴계 모노머, 예컨대 부틸 아크릴레이트, 에틸헥실 아크릴레이트 또는 라우릴 메타크릴레이트와, 에멀젼 코폴리머를 제조하기 위해 사용된 모든 모노머의 중량에 대하여 0.1 내지 5 wt.%의 적어도 하나의 첨가 중합가능한 카복실산 모노머, 예컨대 메타크릴산 및, 필요하다면 경질 비닐 또는 아크릴계 모노머, 예컨대 스티렌, 아크릴로니트릴 및 메틸 메타크릴레이트의 에멀젼 공중합 생성물을 포함한다. 당분야에 알려진 바와 같이, 모노머 혼합물은 목적하는 계산된 Tg를 갖도록 선택된다.

바람직하게, 이들을 포함하는 코팅의 내후성을 개선하기 위해 본 발명의 에멀젼 코폴리머는 스티렌 또는 비닐 방향족 모노머를 함유하지 않는 모노머 혼합물의 공중합 생성물을 포함한다.

연질 모노머 조성물에서 사용하기 위한 적합한 비닐 또는 아크릴계 모노머 (a)는, 예를 들어 부틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸헥실 아크릴레이트 (EHA), 옥틸 메타크릴레이트, 이소옥틸 메타크릴레이트, 데실 메타크릴레이트 (n-DMA), 이소데실 메타크릴레이트 (IDMA), 라우릴 메타크릴레이트 (LMA), 펜타데실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트 (SMA), 옥틸 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트 (LA), (C₁₂ 내지 C₁₈) 알킬 메타크릴레이트, 사이클로헥실 아크릴레이트 및 사이클로헥실 메타크릴레이트를 포함할 수 있다.

수성 시스템의 안정성을 향상하기 위해, 본 발명의 탄성 에멀젼 폴리머는 산 작용그룹을 포함한다. 적합한 에틸렌계 불포화 산 작용성 모노머는 연질 모노머 조성물의 공급물에 포함되며, 첨가 중합가능 카복실산, 그의 염, 그의 무수물, 및 인 함유 또는 황 함유 산 작용성 모노머를 포함할 수 있다. 적합한 산 모노머의 예는, 예를 들어 말레산 또는 무수물, 포스포알킬 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미도프로판 설포네이트, 바람직하게 메타크릴산(MAA), 아크릴산(AA) 및 이타콘산을 포함할 수 있다.

바람직하게, 내후성 또는 옥외 내구성 문제를 방지하기 위해 비닐 방향족 모노머의 양은 각각의 에멀젼 코폴리머를 제조하기 위해 사용된 모노머의 전체 중량에 대하여 19.5 wt.% 이하, 바람직하게 10 wt.% 이하, 더욱 바람직하게 5 wt.% 이하의 범위이어야 한다.

바람직하게, 본 발명의 수성 탄성 폴리머 조성물로부터 만들어진 기계적 특성을 증가하기 위해, 에멀젼 코폴리머는 (메트)아크릴로니트릴의 공중합 생성물을 에멀젼 코폴리머 각각을 제조하기 위해 사용된 모노머의 총 중량에 대해 11 wt.% 이하, 바람직하게 8 wt.% 이하의 양으로 포함한다.

접착 촉진제 모노머, 예컨대 가수분해가능한 실란 작용성 (메트)아크릴레이트, 예컨대 (메트)아크릴로일옥시프로필 트리알콕시 실란, 및 우레이도 (메트)아크릴레이트를 연질 비닐 또는 아크릴계 모노머 조성물에 포함시킬 수 있다. 이러한 접착 촉진제 모노머의 적합한 양은 에멀젼 코폴리머를 제조하는데 사용된 모노머의 총 중량에 대해 0 내지 5 wt.%, 바람직하게 0.1 내지 4 wt.%의 범위일 수 있다.

탄성 아크릴계 에멀젼 코폴리머는 당분야에 공지된 에멀젼 중합방법, 예를 들어 개시제와 하나 이상의 계면활성제 존재 하의 수성 중합방법에 의해 중합될 수 있다.

본 발명에 유용한 탄성 아크릴계 에멀젼 코폴리머는 당분야에서 알려진 바와 같이 본 발명에서 사용하는데 적합한, 전부는 아니지만 대부분 연질 아크릴계 모노머 (a)인 소수성 모노머로부터 에멀젼 코폴리머를 제조하는 방법에 의해 용이하게 형성된다. 예를 들어, Lau의 미국 특허 제5,521,266호에서는 하나 이상의소수성 모노머로부터 제조된 에멀젼 코폴리머를 형성하는데 적합한 중합방법을 기술하였다. 예를 들어, 소수성 모노머는 소수성 공동을 갖는 거대분자 유기 화합물과 혼합하여 착화 혼합물을 형성하고, 착화 혼합물을 다른 모노머와 함께 반응용기에 충전하여 착화할 수 있다. 경우에 따라, 소수성 공동을 갖는 거대분자 유기 화합물은 모노머 혼합물을 충전하는 동안, 충전하기 전 또는 후에 반응용기에 첨가할 수 있다. 소수성 공동을 갖는 적합한 거대분자 유기 화합물은, 예를 들어 사이클로덱스트린과 사이클로덱스트린 유도체; 소수성 공동을 갖는 사이클릭 올리고사카라이드, 예컨대 사이클로이눌로헥소스(cycloinulohexose), 사이클로이눌로헵토스, 및 사이클로이눌록토스; 칼릭사렌; 및 카비탄드를 포함할 수 있다. 연질 아크릴계 모노머 대 소수성 공동을 갖는 거대분자 유기 화합물의 비율은 1:5 내지 5000:1, 바람직하게 1:1 내지 1000:1 범위일 수 있다.

블리스터 저항성과 접착성을 향상하기 위해 본 발명에 유용한 적합한 탄성 에멀젼 코폴리머는 10,000 내지 750,000, 바람직하게 50,000 내지 500,000의 중량평균분자량을 갖는다. 이러한 에멀젼 코폴리머는, 예컨대 예를 들어 중합에서 다양한 사슬전이제를 포함하는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 이것은, 예를 들어 알킬 머캡탄, 할로겐 화합물, 및 다른 공지 시약을 포함한다. 사슬전이제, 예컨대 예를 들어 n-도데실머캡탄은 에멀젼 코폴리머를 제조하기 위해 사용된 전체 모노머의 중량에 대하여 0.1 wt.% 내지 2.0 wt.%, 바람직하게, 0.2 내지 1.0 wt.%, 더욱 바람직하게 0.25 내지 0.8 wt.% 범위의 양으로 사용할 수 있다. 바람직하게, 사슬전이제는 소수성이며, 예컨대 n-도데실 머캡탄(n-DDM 또는 DDM) 또는 C₄ 내지 C₁₈ 머캡탄이다.

탄성 폴리머로서 사용하기 위한 적합한 에멀젼 코폴리머는 당분야에서 일반적인 것처럼 하나 이상의 스테이지로 단계적 수성 에멀젼 첨가 중합에 의해 제조할 수 있다. 단일 스테이지와 멀티스테이지 에멀젼 코폴리머는 IR 반사 코팅과 필름의 제조에 있어서 동등하게 적합하다. 바람직하게, 클리어코트 조성물 또는 20% 이하의 %PVC를 갖는 다른 조성물로부터 제조된 코팅에서 점착(tack)을 저하하기 위해서, 본 발명의 탄성 폴리머는 0℃ 내지 70℃의 측정된 유리전이온도 (측정된 Tg)를 갖는 경질 스테이지와 -60 내지 0℃, 바람직하게 -10℃ 내지 -40℃의 측정된 Tg를 갖는 연질 스테이지를 갖는 2 스테이지 수성 아크릴계 에멀젼 코폴리머를 포함한다.

멀티스테이지 또는 2 스테이지 수성 아크릴계 에멀젼 코폴리머의 경우, 개별 폴리머 스테이지 각각에 대해 측정된 Tg의 측정 평균이 본 발명의 범위 내이면 전체 측정된 Tg는 본 발명의 탄성 폴리머의 범위 내(-100 내지 0℃)이고; 따라서, 예를 들어 -80℃의 측정된 Tg를 갖는 일 스테이지 50wt.%와 20℃의 측정된 Tg를 갖는 일 스테이지 50wt.%를 포함하는 2 스테이지 폴리머는 -30℃의 전체 측정된 Tg를 갖는 것으로 보고될 것이다.

본 발명에서 탄성 폴리머로 유용한 적합한 실록산 폴리머는 당분야에 공지되어 있으며, 폴리실록산, 예컨대 폴리디메틸실록산 및, 아크릴계 에멀젼 코폴리머 내에 중합되어 하이브리드 폴리머를 형성할 수 있는 가수분해가능한 실란 작용성 아크릴계 모노머와 그의 공중합 생성물을 포함한다. 실록산 폴리머는 일반적으로 유기용매, 예컨대 글리콜 알킬 에테르 중에서 용매 매개 코팅으로 제제화된다. 하이브리드 폴리머는 일반적으로 계면활성제, 예컨대 비이온성 계면활성제를 사용하여 에멀젼 코폴리머로 제제화될 수 있다.

본 발명에 유용한 실록산 폴리머의 적합한 예는 Geniosil^TM WP-1 또는 WP-2 (Wacker Chemie AG, Muenchen, DE)이다.

메조포러스 필러와 IR 반사 안료에 탄성 폴리머의 효과적 출력을 보다 잘 실현하기 위해, 본 발명의 조성물은 바람직하게 하나 이상의 분산제, 예를 들어 친수성 분산제, 예컨대 폴리MAA 또는 다가산염, 예를 들어 알칼리 금속염, 예를 들어 폴리MAA, 그의 Na염을 포함한다. 안료, 및/또는 필러를 안정화할 수 있고 사용시 기판 표면을 웨트아웃(wet out)할 수 있는 모든 분산제를 사용할 수 있다. 적합한 분산제로는 소수성과 친수성 분산제를 모두 포함하며, 바람직하게 친수성 분산제이다.

친수성 분산제는 코폴리머를 제조하기 위해 사용된 모노머의 총 중량에 대해 30 wt.% 미만, 바람직하게 20 wt.% 이하의 알킬 (메트)아크릴레이트, 디엔 또는 올레핀 같은 친수성 모노머 이외의 모노머의 중합 생성물을 함유한다. 더욱 바람직하게, 친수성 계면활성제는 5,000 이상, 바람직하게 8,500 이상의 중량평균분자량을 갖는다. 소수성 분산제는 사용시 분산제 블록의 중량평균분자량에서 수용성 호모폴리머(실온에서 단순 혼합시 ≥ 50 g/L 용해)를 형성하지 않는 폴리머 블록을 공중합된 모노머의 총 중량에 대해 20 wt.% 초과 포함하는 에멀젼 코폴리머 분산제 또는 블록 코폴리머 분산제를 포함한다. 따라서, 블록 코폴리머 중 모노머의 블록이 분산제에서 1,000의 중량평균분자량을 갖는다면, 이후 분산제가 소수성인지를 결정하기 위해 분산제에서 블록을 만드는데 사용된 동일한 모노머의 중량평균분자량 1,000을 갖는 호모폴리머를 평가하여 수용성인지를 평가할 수 있다.

적합한 친수성 분산제는, 예를 들어 코폴리머 분산제, 예컨대 Tamol^TM 851 (Na 폴리(MAA)) 또는 1124(폴리(AA코-하이드록시프로필 아크릴레이트)) 분산제(Dow Chemical, Midland, Mich.), 또는 Rhodoline™ 286N 분산제 (Rhodia, Cranberry, N.J.), Disponil^TM Fes-77, 지방 알코올 폴리글리콜 에테르 설페이트(Cognis, Cincinnati, Ohio) 다가염기산염, 예컨대 포타슘 트리폴리포스페이트(KTPP), 폴리카복실산염, 코폴리머산염, 알칼리 가용성 수지염, 포스포 에틸 메타크릴레이트 (PEM) 폴리머 및 코폴리머 분산제, 모노 또는 올리고-인 또는 황 함유 산염(유기 또는 무기, 예를 들어 KTPP 또는 설포네이트일 수 있다)을 포함할 수 있다. 과도한 수 민감성과, 가능한 접착력 손실을 피하기 위해 분산제는 조성물 중 전체 폴리머 고체에 대해 2 wt.% 이하의 양으로 사용되어야 한다.

본 발명의 조성물은 하나 이상의 증점제, 예컨대 하이드록시에틸셀룰로스(HEC) 또는 그의 개질물, UV 흡수제, 계면활성제, 응집제, 습윤제, 증점제, 레올로지 개질제, 건조 지연제, 가소제, 살생물제, 방미제(mildewicides), 소포제, 착색제 및 왁스를 추가로 포함한다.

내후성을 확실하게 증강하기 위해서, 본 발명의 조성물은 바람직하게 하나 이상의 UV 흡수제 또는 광 안정화제, 예컨대 벤조페논(BZP), 또는 부틸레이티드 하이드록시톨루엔(BHT) 또는 입체장애 아민을 조성물의 전체 고체에 대하여 총 0 내지 1 wt.%, 바람직하게 0.05 wt.% 이상 또는 최대 0.5 wt.%의 양으로 포함할 수 있다.

바람직하게, 향상된 접착력은 바람직하게 2 또는 3의 가수분해가능한 그룹을 갖는 하나 이상의 가수분해가능한 실란 또는 알콕시 실란을 포함하는 조성물로부터 제조된 코팅에서 관찰된다. 에폭시실란, 아미노실란, 비닐 알콕시실란의 적합한 양은 동일하다. 에폭시실란과 아미노실란의 조합을 사용할 수 있다.

적합한 아미노실란은 아미노-알킬 작용그룹을 포함할 수 있고, 가수분해할 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 알콕시 그룹 또는 아릴(알킬)옥시 작용그룹을 갖는다. 바람직하게, 아미노 실란은 2 이상의 아미노 작용그룹과 2 또는, 더욱 바람직하게 3의 가수분해가능 그룹, 즉 트리-알콕시를 갖는다.

적합한 아미노실란의 예는 Momentive^TM Silquest™A-1120 (Momentive Performance Materials, Albany, NY) 또는 Dow-Corning Z-6020 (Dow Corning, Midland, MI)이고, 각각은 아미노에틸아미노프로필 트리메톡시실란이다. 다른 적합한 실란은, 예를 들어 Dow Corning Z-6040(글리시독시프로필 트리메톡시실란), 및 Silquest Wetlink^TM 78, (Momentive Performance Materials, Albany, NY), 글리시독시프로필메틸 디에톡시실란을 포함한다.

실란은 에멀젼 코폴리머 고체의 총량에 대하여 0.2 wt.% 이상, 또는 최대 2.0 wt.%, 바람직하게 0.5 wt.% 이상, 바람직하게 1.5 wt.% 이하, 더욱 바람직하게 0.7 wt.% 이상의 양으로 사용될 수 있다.

본 발명의 수성 조성물은 탄성 바인더를 일반적인 성분들과 고속 분산장비, 예컨대 메꿈제(caulks) 및 밀봉제용 Sigma 분쇄기 또는 Cowles 분산기(disperser)로 혼합하여 제조할 수 있다.

본 발명의 수성 조성물을 실란으로 제제화하기 위해, 실란을 교반, 예컨대 오버헤드 교반하면서, 바람직하게 안료 또는 필러를 첨가하기 전에 첨가할 수 있다.

본 발명의 수성 코팅 조성물의 고체 농도는 조성물의 총 중량에 대하여 40 wt.% 이상 내지 최대 80 wt.%, 바람직하게 50 내지 70 wt.% 범위일 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 본 발명의 코팅 조성물을 기재에 적용하여, 예를 들어 주위온도 및 습도 또는 고온 및 주위 습도에서 건조하는 것을 포함하는 본 발명의 조성물을 사용하는 방법을 제공한다. 건조는, 예를 들어 대기 건조를 포함할 수 있다.

본 발명의 조성물은 내후성 기재, 예컨대 지붕 또는 벽에 사용할 수 있으며, 적합한 기재는 아스팔트 코팅, 루핑 펠트(roofing felt), 합성 폴리머 멤브레인; 개질된 역청 멤브레인; 발포 폴리우레탄, 예컨대 스프레이 폴리우레탄 발포체; 금속, 예컨대 알루미늄; 사전에 도색, 프라임, 언더코팅, 마모 또는 풍화된 기재, 예컨대 금속 지붕, 풍화된 열가소성 폴리올레핀(TPO), 풍화된 폴리(염화비닐)(PVC), 풍화된 실리콘 고무 및 풍화된 EPDM 고무이다. 시멘트성 기재와 이전에 도색된 시멘트성 기재는 루핑 기재로서 바람직하지 않을 수 있다.

본 조성물은 특히 UV 흡수제 또는 광 안정화제와 배합되는 경우 탑코트 또는 탑코트 유지 코팅으로서 바람직하게 사용되거나, 예를 들어 탑코트 또는 매스틱(mastic)을 사용하는 2 코팅 시스템에서 베이스코트 또는 유지 베이스코트로서 사용될 수 있다.

실시예: 다음 실시예는 본 발명의 이점을 설명하기 위한 것이다. 달리 표시되지 않는 한, 모든 온도 조건은 실온(22-24℃)이고 모든 압력 단위는 1기압이다.

시험방법: 다음과 같은 시험방법을 실시예에서 사용하였다.

투명도: 제공된 코팅의 투명도를 코팅 필름의 육안검사에 의해 주관적인 1-10의 스케일로 측정하였다. 허용가능한 투명도 등급은 8 이상, 바람직하게 9 내지 10(창유리 투명)이다. 헤이즈 (Haze): 코팅을 육안으로 헤이즈에 대해 주관적인 1-10의 스케일로 10을 최고 점수로 하여 검사하였다. 8 이상이 허용가능하다.

IR 반사율: ASTM C1549 (2002)에 따라 측정되었으며, 이것은 제조업체의 지시에 따라 보정된 태양 반사측정기(모델 번호 SSR-ER, Devices and Services Co., Dallas, TX)로 측정된 파장 범위 0.7 내지 2.5 마이크론에서 제공된 코팅 또는 필름으로부터 반사된 입사광이다. 적외선은 가시광선과 일사 반사(solar reflectance)의 양 파장 범위의 분획(fraction)이다. 측정된 범위는 0 내지 0.1이고, 1.0의 전체 반사율과 0.25 이상의 허용가능한 판독값을 갖는다. 제공된 물질이 베이스 필름, 예컨대 폴리에스테르 필름에 코팅된 경우, 베이스 필름의 IR 반사율은 코팅 적용 이전에 별도로 측정하고 측정된 반사율을 코팅된 베이스 필름에 대해 측정된 값으로부터 감하였다.

태양 반사율: ASTM C1549 (2002)에 따라 측정되었으며, 이것은 일부 적외선과 일부 자외선을 포함하는 파장 범위 0.30 내지 2.5 마이크론에서 제공된 기재 또는 필름이 반사한 입사 태양에너지의 비율이다. 이것은 제조업체의 지시에 따라 보정된 태양 반사측정기(모델 번호 SSR-ER, Devices and Services Co., Dallas, TX)에 의해 측정된다. 측정된 범위는 0 내지 0.1이고, 1.0의 전체 반사율과 0.25 이상의 허용가능한 판독값을 갖는다. 제공된 물질이 베이스 필름, 예컨대 폴리에스테르 필름에 코팅된 경우, 베이스 필름의 태양 반사율은 코팅 적용 이전에 별도로 측정하고 측정된 반사율을 코팅된 베이스 필름에 대해 측정된 값으로부터 감하였다.

이하의 실시예에서, 다음과 같은 화학적 약칭들이 사용되었다: BA: 부틸 아크릴레이트; BZP: 벤조페논; MMA: 메틸 메타크릴레이트; AA: 아크릴산; MAA: 메타크릴산; EHA: 에틸 헥실 아크릴레이트; IA: 이타콘산; UMA: 에틸렌 우레이도 에틸 메타크릴레이트; n-DDM: n-도데실 머캡탄.

하기한 표 1과 2의 IR 반사율 실시예 및 표 3의 태양 반사율 실시예에서, 표시된 코팅 물질의 코팅 필름은 클리어 Mylar^TM 폴리에스테르(DuPont, Wilmington, DE) 필름에 Gardner Block Multiple Clearance 스퀘어 어플리캐이터(Paul N. Gardner Company Inc., Pompano Beach, FL)를 사용하여 캐스팅하고 건조하여 625 내지 700 마이크론(25-28 mil)의 표시된 필름 두께를 갖는 코팅을 얻었다.

하기한 실시에 1 내지 4에서 사용된 탄성 폴리머는 55 wt.%의 고체 함량, 85 wt.%의 소프트 스테이지 및 15 wt.%의 하드 스테이지, 코폴리머를 제조하기 위해 사용된 모노머의 총 중량에 대해 2.36 wt.%의 전체 공중합 산 모노머 함량, 및 -35℃의 전체 측정 Tg를 갖는 2 스테이지 수성 아크릴계 에멀젼 코폴리머 (아크릴계 에멀젼 코폴리머 1)이다.

하기한 실시예에서 사용된 메조포러스 실리카는 13-14 nm의 평균기공크기를 갖고 실질적으로 유기 그룹을 갖지 않는다.

아크릴계 필름에 대한 IR 반사율(필름 두께 625 내지 700 마이크론(25-28 mil))

실시예	IR 반사율
1* 아크릴계 에멀젼 코폴리머 1	4% (0.04)
2* 아크릴계 에멀젼 코폴리머 1(30 wt.%) + 이온교환수지(가교된 비닐 코폴리머 비드)(70 wt.%)	40% (0.4)
3 아크릴계 에멀젼 코폴리머 1(30 wt.%) + 메조포러스 실리카(70 wt.%)	70% (0.7)

* - 비교예

상기한 표 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 메조포러스 실리카는 상당히 증강된 IR 반사율을 갖는 코팅 조성물을 제공한다.

표 1과 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 메조포러스 필러는 낮은 사용량과 높은 사용량 모두에서 우수한 IR 반사율을 제공하였다. 또한, 본 발명의 메조포러스 필러는 코팅에서 허용가능한 투명도를 얻을 수 있어서 사용자가 클리어코팅된 기재의 컬러 또는 모양을 유지할 수 있다. 비교해 보면, 메조포러스인 실시예 3A 실리카는 유기 물질을 함유하고 본 발명과 비교하여 거의 20% 더 낮은 IR 반사율과 불량한 코팅 투명도를 제공한다.

표 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 메조포러스 실리카 필러는 낮은 사용량과 매우 얇은 필름에서 30%(0.3) 초과의 태양 반사율을 제공하였다. 낮은 사용량과 두꺼운 필름에서도 본 발명의 메조포러스 필러는 50% 초과의 우수한 태양 반사율을 제공하였다.

Claims (10)

1. (i) 측정된 유리전이온도(측정된 Tg)가 -100 내지 0℃인 하나 이상의 탄성 폴리머, 및 (b) 0.1 내지 25 wt.%의, 메조포러스(mesoporous) 실리카, 메조포러스 알루미노실리케이트 및 메조포러스 알루미나로부터 선택된 하나 이상의 메조포러스 필러를 포함하고, 0.1 내지 15%의 안료부피농도(%PVC)를 갖는 적외선을 반사하는 벽 또는 지붕 코팅에 유용한 조성물.
2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 폴리머가 수성 아크릴계 에멀젼 코폴리머, 폴리실록산, 이들의 혼합물 및 조합물에서 선택된 조성물.
3. 제1항에 있어서, 탄성 폴리머의 측정된 Tg가 -80 내지 -5℃인 조성물.
4. 제1항에 있어서, 하나 이상의 메조포러스 필러가 메조포러스 실리카인 조성물.
5. 제4항에 있어서, 메조포러스 실리카의 평균기공크기가 1 내지 100 nm인 조성물.
6. 제5항에 있어서, 메조포러스 실리카의 평균기공크기가 2.5 nm 내지 50 nm인 조성물.
7. 제1항에 있어서, 메조포러스 필러가 유기 그룹 또는 잔기를 실질적으로 갖지 않는 조성물.
8. 제1항에 있어서, 클리어코트(clearcoat) 조성물인 조성물.
9. 제1항에 있어서, 추가로 IR 반사 안료를 포함하는 조성물.
10. 조성물을 도색된 기재, 코팅된 기재, 루핑 슁글(roofing shingle) 또는 루핑 기재에 도포하여 건조하는 것을 포함하는 제1항에 따른 조성물의 사용방법.