KR20170115679A - 내후성이 우수한 차열 수성도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차열 성능이 우수한 수성도료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 실리콘 아크릴 에멀젼 수지(고형분기준) 10~15중량부와 아크릴 에멀젼 수지(고형분기준) 1~5중량부, 소성 카올린 15~30중량부, 차열소재 5~10중량부, 백색안료 TIO2 10~20중량부를 포함하는 차열 수성도료 조성물이 제공된다. 본 발명에 따른 차열 수성도료 조성물은 차열성능이 우수할 뿐 아니라 내후성이 우수하여 경제적이다.

Description

내후성이 우수한 차열 수성도료 조성물 및 그 제조방법{Thermo shield paint composition with excellent weatherability and a method for preparing thereof}
본 발명은 차열 성능이 우수한 수성도료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 실리콘 아크릴 에멀젼과 아크릴 에멀젼을 혼합한 수지, 표면처리된 차열소재 및 판상형 세라믹소재를 함유하여 우수한 내후성 및 차열특성을 나타내는 수성 외부 도료 조성물을 제조하는 기술에 관한 것이다.
최근 선진국 등에서 저탄소 사회 구축이 본격화되고 있는 가운데, 차열페인트가 도시의 열섬(heat island)현상, 즉, 인구의 증가, 각종 인공 시설물의 증가, 콘크리트 피복의 증가, 인공열의 방출, 온실효과 등의 영향으로 도시 중심부의 기온이 주변지역보다 현저하게 높이 나타나는 현상을 완화하고 대형건축물의 에너지소비를 절감하는 대책으로 각광받고 있다.
차열페인트는 1990년대 후반부터 개발되고 있으며, 지구온난화 대책이 주요 과제로 부상하면서 수요가 증가하고 있고, 일본에서는 최근 출하량이 급속도로 증가되고 있다. 국내에서는 일본기업에서 중공안료를 수입해 단순히 페인트에 혼합하는 형태로 열차단 기능이 있는 페인트가 개발되고 있으며, 최근 열선을 반사시키기 위해 백색안료가 혼합된 차열페인트와 열차단율을 높이기 위해 세라믹 등으로 된 중공안료가 혼합된 차열페인트가 개발되고 있다.
페인트의 선진국인 일본과 유럽에서 일사 반사율과 전도율 차단율을 높여 종합적으로 차열효과를 높이는 기술들이 제안되고 있다.
우리나라는 계절에 따른 온도변화의 폭이 매우 크므로, 외부의 열을 효과적으로 차단하는 차열페인트의 개발은 도시의 열섬현상 완화, 냉방 에너지 절감에 크게 기여할 수 있으므로 국가 경쟁력 확보차원에서도 중요하다. 건축물이나 외부 구조물의 외부에 도장하는 도료의 경우, 열차단 효과 외에 기상 및 온도변화에 대한 내구성이 특히 요구된다.
본 발명자들은 내후성이 우수한 차열 수성도료 조성물을 개발하기 위하여 노력하였으며, 바인더 수지로서 실리콘 아크릴 에멀젼과 아크릴 에멀젼 수지를 혼합사용하고, 내후성이 우수한 세라믹 소재를 사용하는 경우에 차열효과 및 내후성이 우수하다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
대한민국 특허등록 제10-0842178호(2008.06.24.) 대한민국 특허공개 제10-2003-0059851호(2003.07.12)
본 발명은 내후성이 우수한 차열 수성도료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내후성이 우수한 차열 수성도료 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 실리콘 아크릴 에멀젼 수지(고형분기준) 10~15중량부와 아크릴 에멀젼 수지(고형분기준) 1~5중량부, 소성 카올린 15~30중량부, 차열소재 5~10중량부, 백색안료 TIO2 10~20중량부를 포함하는 차열 수성도료 조성물이 제공된다.
상기 실리콘 아크릴 소재는 하기의 식으로 표시되는 것으로서 코어-셀 구조를 가지는 것이 사용되는 것이 바람직하다.
Y - R - Si - X
(식 중 Y:유기관능기, R:Bridging Group, X:가수분해성기 임.)
상기 실리콘 아크릴 에멀젼 수지와 아크릴 에멀젼 수지는 8~9:1~2의 중량비율로 함유되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 차열소재로는 마이카, 펄, 중공 실리카 및 탈크로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 것이 사용되며, 바람직하게는 상기 마이카, 펄, 중공 실리카는 고굴절 소재인 ZrO2, ZnO 또는 TiO2 로 표면처리된 것이 사용된다. 또한 상기 탈크는 판상형 탈크인 것이 더욱 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, (A)희석제인 물에 분산제, 소포제를 첨가하여 교반하면서 소성 카올린, 차열 소재, 백색안료를 가하여 고속으로 교반하여 분산액을 제조하는 단계; 및
(B)상기 분산액에 실리콘 아크릴 에멀젼 수지, 아크릴 에멀젼 수지, 소포제, 침강방지제를 첨가하여 교반하는 단계를 포함하는 차열 수성도료 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 차열 수성도료 조성물은 특히 적외선 영역의 복사에너지를 효과적으로 산란시켜 우수한 차열성능을 나타내어 건축물의 에너지 효율을 향상시키고, 도심 열섬현상을 개선할 수 있으며, 우수한 내후성을 나타내어 오랜 기간 사용이 가능하므로 경제적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차열 수성도료 조성물의 차열 성능 평가장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차열 수성도료 조성물의 차열 성능 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차열 수성도료 조성물의 일사 반사율을 나타내는 시험성적서이다.
이하 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명은 차열 수성도료 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 내후성이 요구되는 건축물이나 외부 구조물의 외부에 도포하는 차열 수성도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 실리콘 아크릴 에멀젼 수지(고형분기준) 10~15중량부와 아크릴 에멀젼 수지(고형분기준) 1~5중량부, 소성 카올린 15~30중량부, 차열소재 5~10중량부, 백색안료 TIO2 10~20중량부를 포함하는 차열 수성도료 조성물이 제공된다.
본 발명에서는 내후성 및 차열성이 우수한 도료 조성물을 얻기 위하여 실리콘 아크릴 에멀젼과 아크릴 에멀젼을 혼합사용하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 실리콘 아크릴 에멀젼으로는 규소 함유 아크릴계 단량체 및 규소 함유 아크릴계 단량체와 공중합 가능한 다른 단량체를 라디칼 공중합에 의해 제조한 것이 사용될 수 있다.
상기 규소 함유 아크릴계 단량체로는 γ-(메타)아크릴옥시프로필트리메톡시 실란, γ-(메타)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, γ-(메타)아크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, γ-(메타)아크릴옥시프로필메틸디에톡시실란 등의 가수분해성 규소 함유 비닐계 단량체가 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
규소 함유 아크릴계 단량체와 공중합 가능한 다른 단량체로는 메틸(메타)아크릴레이트, , n-부틸(메타)아크릴레이트, 및 사이클로헥실(메타)아크릴레이트 등의 아크릴기 함유 (메타)아크릴계 단량체; 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트 등의 수산기 함유 (메타)아크릴계 단량체; (메타)아크릴산 등의 에틸렌성 불포화 카르본산등을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 실리콘 아크릴 소재는 하기의 식으로 표시되는 것으로서 코어-셀 구조를 가지는 것이 사용되는 것이 바람직하다.
Y - R - Si - X
(식 중 Y:유기관능기, R:Bridging Group, X:가수분해성기 임.)
상기 실리콘 아크릴 에멀젼 수지는 상업적으로 입수하거나 유화중합법과 같은 공지된 방법에 의해 용이하게 제조할 수 있다.
상기의 실리콘 아크릴 에멀젼은 기본적으로 친환경성을 부여하기 위하여 조막제등 휘발성 유기화합물의 사용을 배제시킨 상태에서 도막형성이 가능하게 합성되며, 도료조성물의 안정성을 확보하기 위해 친환경 조막제로 Diisobutyl Adipate 또는 2,2,4-trimethyl-1,3-pentaediol diisobutylate가 1%이내로 사용되어질 수 있다. 상기 실리콘 아크릴 에멀젼은 45-50% 고형분을 갖는 것이 바람직하며, 아크릴 에멀젼은 40-45% 고형분이 바람직 하다.
상기 아크릴 에멀젼 수지로는 상업적으로 입수하거나 유화중합법과 같은 공지된 방법에 의해 제조된 것이 사용될 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼 수지는, 메틸 메타아크릴레이트, 메타아크릴릭 산, 부틸 메타아크릴레이트, 하이드록시프로필 메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 부칠렌글리콜 트리 메타아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 트리 메타아크릴레이트, 펜타아크릴디올 트리메타아크릴레이트, 알킬 메타아크릴레이트, 사이클로알킬 메타아크릴레이트, 에틸 메타아크릴레이트, 이소부틸 메타아크릴레이트, t-부틸 메타아크릴레이트, 트리에틸프로판트리 메타아크레이트, 트리메틸올프로판트리 메타아크레이트, 2-히드록시에틸메타크릴에이트, 2-히드록시프로필메타아크릴레이트, 4-히드록시부틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 4-히드록시부틸 메타크릴레이트와 같은 아크릴 모노머의 공중합체 군 중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
도료 조성물 전체를 100중량부로 하였을 때, 상기 실리콘 아크릴 에멀젼은 10~15중량부, 아크릴 에멀젼은 1~5중량부의 비율로 사용된다.
상기 실리콘 아크릴 에멀젼과 아크릴 에멀젼은 8~9:2~1의 중량비율로 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 혼합비율에서 차열성능과 내후성이 모두 우수한 도료 조성물이 제조되었다. 실리콘 아크릴 에멀젼의 함량이 많은 경우에는 내후성 이 개선되며, 아크릴 에멀젼의 함량이 많은 경우에는 내후성이 약화되는 문제가 있다.
차열 성능을 향상시키기 위해서 소성 카올린 15~30중량부, 차열소재 5~10중량부, 백색안료 TIO2 10~20중량부를 포함한다.
차열소재로는 마이카(Zr-Mica), 펄(Pearl), 중공 실리카(Hollow silica) 및 탈크로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 것이 사용될 수 있다. 반사율을 높이기 위하여, 바람직하게는 상기 마이카, 펄, 중공 실리카는 고굴절 소재인 ZrO2, ZnO 또는 TiO2 로 표면처리된 것이 사용된다. 또한 상기 소성 카올린과 탈크는 판상형인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 백색안료는 표면이 빛을 효율적으로 산란시키고, 내후성을 유지하기 위해 루틸형의 염소법으로 합성된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 기본적인 은폐력과 일사반사 성능을 확보를 위해 10~20중량부를 포함한다.
본 발명 차열 수성도료 조성물은 상기 성분 외에 안료의 분산력의 향상 및 안료응집 방지목적으로 0.1~1 중량부의 분산제, 점도향상을 위한 증점제와 같은 기타 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면 차열 수성도료 조성물은 다음과 같은 방법에 의하여 제조된다.
먼저, 희석제인 물에 분산제, 소포제를 첨가하여 교반하면서 소성 카올린, 차열 소재, 백색안료를 가하여 2000rpm 이상의 고속으로 분산하여 분산액을 제조한다. 분산정도를 측정한 후, 상기 분산액에 실리콘 아크릴 에멀젼 수지, 아크릴 에멀젼 수지, 소포제, 침강방지제를 첨가하여 차열 수성도료 조성물을 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 본 발명 차열 수성도료 조성물은 차열 성능이 우수할 뿐 아니라, 내후성이 우수하였다.
지표면에 도달하는 태양에너지는 세 영역으로 구분되어 지는데 첫째, 자외선영역(295~400nm)으로 약 5%이고, 둘째, 가시광선영역(400~700nm) 약 50%, 적외선영역(700 ~2500nm) 약 45%로 구성되어진다. 이중 적외선 영역은 복사에너지에 의한 열생성이 이루어지는 것으로 본 발명은 특히 적외선 영역의 복사에너지를 산란시켜 차열성능을 향상시킨다(도 3).
[실시예]
이하, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예 1: 차열 수성도료 조성물 제조
하기 표 1의 조성과 함량(중량%)으로 통상의 방법에 따라 차열 수성도료 조성물을 제조하였다.
성분 함량(중량%) 비고
탈이온수 23 2000rpm이상으로 분산
분산제 0.1
백색안료 TIO2 10
ZrO2로 표면처리된 마이카 5
소성 카올린 23.8
판상형 탈크 5
pH조절제 0.1 교반
실리콘 아크릴 에멀젼 25
아크릴 에멀젼 6
소포제 0.5
증점제 1.5
※실리콘 아크릴 에멀젼:γ-메타아크릴옥시프로필트리메톡시 실란과 메틸메타아크릴레이트의 공중합체(고형분 50 중량%)
※아크릴 에멀젼:메틸 메타아크릴레이트(고형분 50 중량%)
비교예: 차열 수성도료 조성물
국내 및 해외에서 시판 중인 차열 수성도료 조성물을 구매하여 비교예로 하였다. 비교예 1(국내차열 1, 제품명:에너지세이버)은 아크릴에멀젼과 불소수지로 제조된 제품으로 실리콘 아크릴 수지가 포함되어 있지 않다. 비교예 2(국내차열 2, 제품명:Insuladd)는 아크릴 에멀젼을 사용하였다. 비교예 3(해외차열 1, Adgreencoat)은 실리콘 아크릴 에멀젼을 사용한 제품이며, 비교예 4(해외차열 2, Roof mate)는 아크릴 에멀젼을 사용하였다. 또한 주요 차열소재로는 비교예 1(국내차열 1)은 중공 폴리머를 사용하였고, 비교예 2(국내차열 2)는 중공 세라믹소재, 비교예 3(해외차열 1)은 무정형 실리카를, 비교예 4(해외차열 2)은 중공 실리카를 사용하였다.
시험예 1:차열성능 시험(에멀젼)
본 발명에 사용되는 실리콘 아크릴 에멀젼수지와 아크릴 에멀젼 수지의 차열성능을 시험하였다.
실리콘 아크릴 에멀젼 1(2-Methyl-2-propenoic acid methyl ester polymer), 실리콘 아크릴 에멀젼 2, 아크릴 에멀젼 1(acrylic-styrene copolymers), 아크릴 에멀젼 2(Ammonium salt of modified acrylic copolymers), 아크릴 에멀젼 3(Ammonium salt of modified acrylic copolymers)로 시험을 하였다.
상기 습도막 기준 250㎛ 두께로 도장한 시편을 준비하고, 도 1에 도시된 바와 같은 차열성능 평가장치에 각각 고정하여, 온도센서를 부착하고, Infra red lamp를 사용하여 90분간 조사하며, 온도변화를 관찰하였다.
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실리콘 아크릴 에멀젼 아크릴 에멀젼
1 2 1 2 3
표면온도 62.6 63.8 62.5 64.8 60.6
온도차(℃) 2.2 -1 -2.3 - -4.2
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이 아크릴 에멀젼 3이 차열성능이 가장 우수하였다. 상기 시험결과로부터 실리콘 아크릴 에멀젼과 아크릴 에멀젼을 다양한 혼합비로 혼합하여 실험하였으며, 8~9:1~2의 비율로 혼합하였을 경우 60℃ 정도의 표면온도를 나타내어, 내후성을 저하시키지 않으며 적절히 조화됨을 확인할 수 있었다.
시험예 2:수성 도료조성물의 차열성능 시험
상기 실시예 1과 비교예 1~4의 수성 도료 조성물의 차열성능을 상기 시험예 1과 같은 방법으로 평가하였다. 대조예로서 일반 수성도료 조성물을 사용하였다.
그 결과를 하기 표 3 및 도 2에 나타내었다.
대조예 실시예 1
(개발품)		 비교예 1
(국내차열1 )		 비교예 2
(국내차열2)		 비교예 3
(해외차열1)		 비교예 4
(해외차열2)
표면온도 81 62.8 68.7 70.7 73.3 74.5
온도차(℃) 기준 18.2 12.3 10.3 7.7 6.5
상기 표 3 및 도 2의 열화상 이미지 및 그래프에서 확인되는 바와 같이 본 발명 실시예 1의 수성도료 조성물(개발품)은 우수한 차열성능을 나타내었다.
시험예 3:수성 도료조성물의 일사 반사율 시험
상기 실시예 1의 수성도료조성물(개발품)을 한국 건설 생활환경 시험연구원에 일사 반사율 시험을 의뢰하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 수성도료 조성물은 일사반사율이 높게 나타나므로 차열성능이 우수하다는 것을 알 수 있다.
시험예 4:수성 도료조성물의 내후성 시험
상기 실시예 1과 비교예 1~4의 수성 도료 조성물의 내후성을 평가하였다.
상기 수성 도료 조성물을 시편에 도포하여 시료를 제작하였다. Q-UV TESTER에 장착하여 1500시간 경과한 상태에서 평가하였으며, 색차값, 광택, 부풀음 정도를 비교하였다. 그 결과는 하기 표 4와 같다.
항목 실시예 1
(개발품)		 비교예 1
(국내차열1)		 비교예 2
(국내차열2)		 비교예 3
(해외차열1)		 비교예 4
(해외차열2)
ΔE 0.74 1.31 1.63 1.39 1.54
ΔL -0.4 0.59 -0.53 -1.11 -1.44
Δa 0.09 0.07 0 0.24 0.11
Δb 0.61 1.16 1.55 0.8 0.54
광택변화(%) -4 -5 -12 -61 -33
외관(도막) ◎ ○ △ △ ×
(◎ :우수, ○:양호, △:보통, ×:불량, 국내차열 1은 부풀음에 의한 도막변형이 있었음)
상기 표 4에서 확인되는 바와 같이, 본 발명 차열 수성도료 조성물은 우수한 내후성을 나타냄을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 실리콘 아크릴 에멀젼 수지(고형분기준) 10~15중량부와 아크릴 에멀젼 수지(고형분기준) 1~5중량부, 소성 카올린 15~30중량부, 차열소재 5~10중량부, 백색안료 TIO2 10~20중량부를 포함하는 차열 수성도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 아크릴 소재는 하기의 식으로 표시되는 것으로서 코어-셀 구조를 가지는 것임을 특징으로 하는 차열 수성도료 조성물.
    Y - R - Si - X
    (식 중 Y:유기관능기, R:Bridging Group, X:가수분해성기 임)
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 아크릴 에멀젼 수지와 아크릴 에멀젼 수지는 8~9:1~2의 중량비율로 함유되는 것임을 특징으로 하는 차열 수성도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차열소재로는 마이카, 펄, 소성 카올린, 실리카 및 탈크로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 것이 사용되는 것임을 특징으로 하는 차열 수성도료 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 마이카, 펄, 실리카는 고굴절 소재인 ZrO2, ZnO 또는 TiO2, silica 로 표면처리된 것이며, 판상형인 것임을 특징으로 하는 차열 수성도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소성 카올린, 탈크는 판상형인 것임을 특징으로 하는 차열 수성도료 조성물.
  7. (A)희석제인 물에 분산제, 소포제를 첨가하여 교반하면서 소성 카올린, 차열 소재, 백색안료를 가하여 고속으로 교반하여 분산액을 제조하는 단계; 및
    (B)상기 분산액에 실리콘 아크릴 에멀젼 수지, 아크릴 에멀젼 수지를 첨가하여 교반하는 단계를 포함하는 차열 수성도료 조성물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 차열소재는 마이카, 펄, 실리카 및 탈크로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 것임을 특징으로 하는 차열 수성도료 조성물의 제조방법.





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