KR20180033897A - Insulating paint composition and method for changing color of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 단열 도료 조성물 및 이의 변색방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 단열성이 우수하며, 열처리를 통해 다양한 색으로 변색할 수 있는 단열 도료 조성물 및 이의 변색방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adiabatic coating composition and a discoloring method thereof. More specifically, the present invention relates to an adiabatic coating composition which is excellent in heat insulation and can be discolored into various colors through heat treatment, and a discoloring method thereof.
일반적으로, 건축 구조물은 외부의 기후 조건에 영향을 받지 않고, 실내의 온도를 일정하게 유지하기 위하여, 여러 종류의 단열재를 사용하고 있다. 이러한 단열재 중 단열 도료 조성물은 건물의 콘크리트 벽면, 지붕 등에 도장함으로써, 태양 에너지 등을 차단하여 단열 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.In general, building structures are not affected by external climatic conditions and use various types of insulation to keep the room temperature constant. Among these heat insulating materials, the heat insulating coating composition can be applied to a concrete wall of a building, a roof, or the like so that solar energy can be blocked to obtain a heat insulating effect.
기존의 단열 도료 조성물로는 바인더에 뮬라이트(mullite) 결정을 갖는 중공 단열 입자 등을 포함하는 도료 조성물이 사용되고 있으나, 무기계 물질이 갖고 있는 특성으로 인하여, 열전도도를 일정 수준 이상 낮추기 어렵다는 문제가 있다.As a conventional heat insulating coating composition, a coating composition including hollow heat insulating particles having a mullite crystal in a binder is used, but there is a problem that it is difficult to lower the thermal conductivity by a certain level or more due to the characteristics of the inorganic material.
따라서, 상기 문제점을 해결하여, 단열성을 더욱 향상시킬 수 있는 단열 도료 조성물이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a heat insulating coating composition which can solve the above problems and further improve the heat insulating property.
본 발명의 배경기술은 미국 등록특허 US 4,623,390호 등에 개시되어 있다.The background art of the present invention is disclosed in U.S. Patent No. 4,623,390.
본 발명의 목적은 단열성, 내후성, 내마모성, 내산성, 곰팡이 저항성 등이 우수한 단열 도료 조성물을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide an adiabatic coating composition excellent in heat insulation, weather resistance, abrasion resistance, acid resistance, mold resistance and the like.
본 발명의 다른 목적은 열처리를 통해 다양한 색으로 변색할 수 있는 단열 도료 조성물 및 이의 변색방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide an adiabatic coating composition capable of discoloring in various colors through heat treatment and a discoloring method thereof.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
본 발명의 하나의 관점은 단열 도료 조성물에 관한 것이다. 상기 단열 도료 조성물은 단열 입자; 및 바인더를 포함하며, 상기 단열 입자는 비정질율이 50% 이상이고, 산소(O), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 철(Fe) 및 티타늄(Ti) 성분을 포함하며, 산소를 제외한 나머지 성분 100 중량% 중 철의 함량은 0.1 내지 20 중량%인 것을 특징으로 한다.One aspect of the present invention relates to an adiabatic coating composition. The heat insulating coating composition comprises heat insulating particles; And a binder, wherein the heat insulating particle has an amorphous ratio of 50% or more and contains oxygen (O), aluminum (Al), silicon (Si), iron (Fe), and titanium (Ti) And the content of iron in 100 wt% of the remaining components is 0.1 to 20 wt%.
구체예에서, 상기 단열 입자는 전체 단열 도료 조성물 100 중량% 중 5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.In an embodiment, the heat insulating particles may be included in an amount of 5 to 20% by weight based on 100% by weight of the total heat insulating coating composition.
구체예에서, 상기 단열 입자는 산소를 제외한 나머지 성분 100 중량% 중, 알루미늄의 함량이 10 내지 30 중량%이고, 실리콘의 함량이 30 중량% 이상이고, 티타늄의 함량이 0.1 내지 10 중량%일 수 있다.In an embodiment, the heat insulating particles may contain aluminum in an amount of 10 to 30% by weight, silicon in an amount of 30% by weight or more, and titanium in an amount of 0.1 to 10% by weight, based on 100% have.
구체예에서, 상기 단열 입자는 중공 입자이며, 평균 입자 크기가 10 내지 200 ㎛일 수 있다.In an embodiment, the adiabatic particles are hollow particles and may have an average particle size of 10 to 200 [mu] m.
본 발명의 다른 관점은 상기 단열 도료 조성물의 변색방법에 관한 것이다. 상기 변색방법은 상기 단열 도료 조성물을 단열 입자 간 넥크가 형성되는 소결 초기 단계까지 또는 상기 소결 초기 단계 진입 전까지 열처리하는 단계를 포함한다.Another aspect of the present invention relates to a method for discoloring the heat insulating coating composition. The discoloring method includes a step of heat treating the adiabatic coating composition until the initial stage of sintering in which the heat insulating particle interlayers are formed or before the initial stage of sintering.
구체예에서, 상기 열처리는 500 내지 1,500℃에서, 10 내지 60분 동안 수행될 수 있다.In embodiments, the heat treatment may be performed at 500 to 1,500 占 폚 for 10 to 60 minutes.
본 발명은 단열성, 내후성, 내마모성, 내산성, 곰팡이 저항성 등이 우수하며, 열처리를 통해 다양한 색으로 변색할 수 있는 단열 도료 조성물 및 이의 변색방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.The present invention has the effect of providing an adiabatic coating composition which is excellent in heat resistance, weather resistance, abrasion resistance, acid resistance, mold resistance and the like and can be discolored into various colors through heat treatment and a method of discoloring thereof.
도 1은 결정질(crystal) 단열 입자의 결정 구조 및 비정질(amorphous) 단열 입자의 결정 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 단열 입자의 변색 온도 및 소결 진행 과정을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 (A1) S001 및 (A2) S002 단열 입자의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 단열 입자의 색 변환 전후 사진이다.Figure 1 shows the crystal structure of crystalline insulating particles and the crystal structure of amorphous insulating particles.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the discoloration temperature and the sintering progress of the heat insulating particles according to one embodiment of the present invention.
3 is a scanning electron micrograph of (A1) S001 and (A2) S002 heat insulating particles used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
4 is a photograph before and after color conversion of the heat insulating particles according to Example 4 of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면, 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 단열 도료 조성물은 (A) 단열 입자; 및 (B) 바인더를 포함한다.The heat insulating coating composition according to the present invention comprises (A) adiabatic particles; And (B) a binder.
(A) 단열 입자(A) adiabatic particles
본 발명의 단열 입자는 기존의 중공형 무기 단열 입자에 비해 단열 성능을 향상시킬 수 있고, 열처리를 통해 다양한 색으로 변색할 수 있는 것으로서, 비정질율이 50% 이상이고, 산소(O), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 철(Fe) 및 티타늄(Ti) 성분을 포함하며, 산소를 제외한 나머지 성분 100 중량% 중 철의 함량은 0.1 내지 20 중량%인 것을 특징으로 한다.The heat insulating particles of the present invention are capable of improving heat insulating performance and discoloring into various colors through heat treatment as compared with conventional hollow inorganic heat insulating particles and have an amorphous ratio of 50% or more and oxygen (O), aluminum Aluminum, silicon (Si), iron (Fe) and titanium (Ti), and the content of iron in 100 wt% of the remaining components excluding oxygen is 0.1 to 20 wt%.
구체예에서, 상기 단열 입자는 비정질율이 50% 이상, 예를 들면 60 내지 95%, 구체적으로 70 내지 90%일 수 있다. 상기 비정질율이 50% 미만일 경우, 단열 입자의 열전도율이 저하되어, 목적하는 단열성 등을 얻지 못할 수 있다.In an embodiment, the adiabatic particle may have an amorphous ratio of 50% or more, for example 60 to 95%, specifically 70 to 90%. If the amorphous ratio is less than 50%, the thermal conductivity of the heat insulating particles may be lowered, and the desired heat insulating properties may not be obtained.
여기서, 상기 단열 입자의 결정 구조 분석 및 비정질율 측정은 리트벨트 리파인먼트(Rietveld refinement)로 수행할 수 있다. 리트벨트 리파인먼트는 X-선 회절분석법(X-ray diffraction method, XRD)으로서, 도료 조성물에서 열 차단 역할을 하는 단열 입자의 결정 구조를 확인할 수 있는 방법이다. 단열 입자의 결정 선호 방향(preferred orientation)과 기기 효과(instrumental effect)를 고려하여, 측정 대상이 되는 단열 입자에 대하여 예상되는 X-선 회절도형을 계산한 후, 이 계산된 회절도형이 실제 XRD를 이용하여 얻은 회절도형에 잘 일치하도록 계산에 사용된 여러 지수(Parameter)들을 변화시켜 가면서 최소 제곱법(method of least squares)에 의해 두 회절도형 간의 잔차를 최소화하여 결정구조에 대한 데이터를 얻는 방법이다. 측정된 데이터에 대한 GOF(Goodness Of Fit)는 1에 가까울수록 측정 결과에 대한 설명력은 높아지게 된다.Here, the analysis of the crystal structure of the heat insulating particles and the measurement of the amorphous ratio can be performed by Rietveld refinement. Rietveld refinement is an X-ray diffraction method (XRD), which can confirm the crystal structure of adiabatic particles that serve as heat shielding in coating compositions. After calculating the expected X-ray diffraction pattern for the adiabatic particle to be measured, taking into account the preferred orientation and instrumental effect of the adiabatic particle, The data of the crystal structure is obtained by minimizing the residual between the two diffraction diagrams by changing the various parameters used in the calculation so as to match the diffraction diagram obtained by using the method of least squares . The GOF (Goodness Of Fit) for the measured data becomes closer to 1, so that the explanatory power of the measurement result becomes higher.
도 1은 결정질(crystal) 단열 입자의 결정 구조 및 비정질(amorphous) 단열 입자의 결정 구조를 나타낸 것이다. 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 결정질 단열 입자는 3차원 공간에서 각 원자가 장범위 병진 주기성(long range translational periodicity)을 가지고 결정 격자에 위치하고 있다. 반면, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 비정질(amorphous) 단열 입자는 원자 간에 병진 주기성이 결여된 무질서한 원자 배열 구조(disordered structure)를 갖는다. 비정질 재료(단열 입자)는 용융 상태의 단열 입자를 105 내지 106 K/sec 이상의 냉각 속도로 급랭하여 고체화시켜 제조할 수 있다. 상기 급랭 시, 응고된 원자는 규칙적으로 배열되지 못하고, 비정질의 구조(무질서 구조)를 갖게 된다.Figure 1 shows the crystal structure of crystalline insulating particles and the crystal structure of amorphous insulating particles. As shown in Fig. 1 (a), the crystalline insulating particles are located in the crystal lattice with long-range translational periodicity in three-dimensional space. On the other hand, as shown in Fig. 1 (b), amorphous insulating particles have a disordered structure that lacks translational periodicity between atoms. The amorphous material (heat insulating particles) can be produced by solidifying the adiabatic particles in a molten state by quenching at a cooling rate of 10 5 to 10 6 K / sec or more. During the quenching, the solidified atoms are not regularly arranged and have an amorphous structure (disordered structure).
이러한 비정질 단열 입자를 포함하는 도료 조성물은 결정질 단열 입자를 포함하는 도료 조성물에 비해서 낮은 열전도도(thermal conductivity)를 가질 수 있다.A coating composition comprising such amorphous insulating particles may have a lower thermal conductivity than a coating composition comprising crystalline insulating particles.
본 발명에서는 단열 입자의 비정질율이 50% 이상이 되도록 하여, 도료 조성물의 단열성을 향상시킨 것이다.In the present invention, the heat insulating property of the coating composition is improved by making the amorphous ratio of the heat insulating particles 50% or more.
구체예에서, 상기 단열 입자는 산소(O), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 철(Fe) 및 티타늄(Ti) 성분을 포함하는 것으로서, 예를 들면, 산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 철(Fe2O3), 산화 티타늄(TiO2) 등이 혼합된 것일 수 있다. 여기서, 단열 입자의 성분 분석은 XRF(X-Ray Flourescence Spectrometry), XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), AES(Auger Electron Spectroscopy), EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), EPMA (Electron Probe X-ray Microanalyses) 등의 건식 분석 및/또는 AAS (atomic absorption spectroscopy), ICP (Inductively Coupled Plasma) 등의 습식 분석 방법을 사용하여 수행할 수 있다.In embodiments, as for the insulating particles include oxygen (O), aluminum (Al), silicon (Si), iron (Fe) and titanium (Ti) ingredient, for example, silicon oxide (SiO 2), the oxidation Aluminum (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), or the like. The analysis of the components of the adiabatic particles can be performed by X-ray fluorescence spectrometry (XRF), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy (AES), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) Microanalyses, and / or wet analysis methods such as atomic absorption spectroscopy (AAS) and inductively coupled plasma (ICP).
구체예에서, 상기 단열 입자는 산소를 제외한 나머지 성분 100 중량% 중, 철의 함량이 0.1 내지 20 중량%, 예를 들면 1 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 단열 입자는 철의 함량이 산소를 제외한 나머지 성분 100 중량% 중, 0.1 중량% 미만일 경우, 열처리를 통한 변색 기능을 구현하지 못할 우려가 있고, 20 중량%를 초과할 경우, 도료 조성물의 단열성 등이 저하될 우려가 있다.In an embodiment, the heat insulating particles may contain iron in an amount of 0.1 to 20% by weight, for example, 1 to 10% by weight, based on 100% by weight of the remaining components excluding oxygen. If the content of iron is less than 0.1% by weight of 100% by weight of the remainder of the components other than oxygen, there is a fear that the discoloration function through heat treatment may not be realized. If the content of iron exceeds 20% by weight, May be deteriorated.
구체예에서, 상기 단열 입자는 산소를 제외한 나머지 성분 100 중량% 중, 알루미늄의 함량이 10 내지 30 중량%, 예를 들면 15 내지 25 중량%일 수 있고, 실리콘의 함량이 30 중량% 이상, 예를 들면 50 내지 80 중량%일 수 있으며, 티타늄의 함량이 0.1 내지 10 중량%, 예를 들면 0.5 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 범위에서 도료 조성물의 단열성, 내후성, 내마모성, 내산성, 곰팡이 저항성 등이 우수할 수 있다.In an embodiment, the heat insulating particles may contain aluminum in an amount of 10 to 30% by weight, for example, 15 to 25% by weight, in an amount of 30% by weight or more, For example, 50 to 80% by weight, and the content of titanium may be 0.1 to 10% by weight, for example, 0.5 to 5% by weight. Within the above range, the coating composition may be excellent in heat insulation, weather resistance, abrasion resistance, acid resistance, mold resistance and the like.
구체예에서, 상기 단열 입자는 속이 비어있는 중공 입자 형태일 수 있으며, 평균 입자 크기가 10 내지 200 ㎛, 예를 들면 20 내지 150 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서 단열 도료 조성물의 단열성 등이 우수할 수 있다. 여기서, 단열 입자의 크기 및 형상은 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 측정하였다.In embodiments, the insulating particles may be in the form of hollow particles hollow and may have an average particle size of from 10 to 200 microns, for example from 20 to 150 microns. The heat insulating property of the heat insulating coating composition in the above range can be excellent. Here, the size and shape of the adiabatic particles were measured using a scanning electron microscope (SEM).
구체예에서, 상기 단열 입자는 전체 단열 도료 조성물 100 중량% 중 5 내지 20 중량%, 예를 들면 7 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 도료 조성물의 단열성, 내후성, 내마모성, 내산성, 곰팡이 저항성 등이 우수할 수 있다.In an embodiment, the heat insulating particles may comprise 5 to 20 wt%, for example 7 to 15 wt%, of 100 wt% of the total heat insulating coating composition. Within the above range, the coating composition may be excellent in heat insulation, weather resistance, abrasion resistance, acid resistance, mold resistance and the like.
(B) 바인더(B) Binder
본 발명의 일 구체예에 따른 바인더로는 통상적인 도료 조성물에 사용되는 바인더를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 알키드 수지, 아미노 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 비닐계 수지, 아크릴계 수지 등이 사용될 수 있다. As a binder according to one embodiment of the present invention, a binder used in a conventional coating composition may be used without limitation. For example, an alkyd resin, an amino resin, an epoxy resin, a phenol resin, a urethane resin, a silicone resin, a vinyl resin, and an acrylic resin may be used.
구체예에서, 상기 바인더는 전체 단열 도료 조성물 100 중량% 중 10 내지 80 중량%, 예를 들면 20 내지 70 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 도료 조성물의 단열성 등의 저하 없이, 도막 형성이 가능하다.In an embodiment, the binder may comprise from 10 to 80% by weight, for example from 20 to 70% by weight, of 100% by weight of the total heat insulating coating composition. Within the above range, a coating film can be formed without deteriorating the heat insulation property of the coating composition.
본 발명의 일 구체예에 따른 단열 도료 조성물은 통상적인 도료 조성물에 사용되어온 용매 및 첨가제를 포함할 수 있으며, 이들은 본 발명이 목적으로 하는 소기의 기능을 발휘하는 것이 아니므로, 종류와 함량에 특별히 제한을 두어 사용하지는 않는다. 예를 들면, 안료, 습윤제, 분산제, 침전 방지제, 색분리 방지제, 피막 형성 방지제, 소포제, 기포 방지제, 건조제, 경화 촉진제, 흐름 방지제, 가소제, 도막 평활제, 전기 저항 조절제, 발청 방지제, 자외선 차단제 등의 첨가제를 사용할 수 있다.The heat insulating coating composition according to one embodiment of the present invention may contain a solvent and an additive which have been used in conventional coating compositions, and since they do not exhibit the intended function of the present invention, Do not use restrictions. Examples of the coloring agent include pigments, wetting agents, dispersants, anti-settling agents, color separation preventing agents, anti-film forming agents, antifoaming agents, antifoaming agents, drying agents, curing accelerators, flow inhibitors, plasticizers, Can be used.
또한, 상기 용매는 바인더의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들면, 물, 오일류, 지방족 탄화수소류, 방향족 탄화수소류, 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 글리콜류 등의 용매를 1종 또는 그 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The solvent may be selected according to the type of the binder. For example, the solvent may be one or more of water, oils, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alcohols, esters, ketones, Or more.
본 발명의 단열 도료 조성물은 열처리(thermal treatment)를 통해 변색시킬 수 있는 것으로서, 구체적으로, 상기 단열 도료 조성물을 단열 입자 간 넥크가 형성되는 소결 초기 단계까지 또는 상기 소결 초기 단계 진입 전까지 열처리하여 변색이 가능하다.The heat insulating coating composition of the present invention is capable of discoloring through thermal treatment. Specifically, the heat insulating coating composition is heat treated until the initial stage of sintering in which the heat insulating particle interlock is formed or before the initial stage of sintering, It is possible.
상기 변색은 열처리를 통해 도료 내에 포함된 철(Fe)을 산화시켜 고유의 색을 갖는 산화물 형태로 상변환(phase transformation)하는 원리이다. 그 반응식들은 하기 반응식 1, 2 및 3과 같다.The discoloration is a principle in which iron (Fe) contained in a paint is oxidized through heat treatment to perform phase transformation into an oxide having an inherent color. The reaction equations are shown in the following Reaction Schemes 1, 2 and 3.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
Fe + O2 + 2H2O -> 2Fe(OH)2 Fe + O 2 + 2H 2 O -> 2Fe (OH) 2
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O -> 4Fe(OH)3 4Fe (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O -> 4Fe (OH) 3
[반응식 3][Reaction Scheme 3]
2Fe(OH)2 -> Fe2O3·3H2O2Fe (OH) 2 -> Fe 2 O 3 .3H 2 O
변색 열처리는 원자 이동에 의한 확산(diffusion)을 이용한 것으로, 픽의 제2 법칙(Fick's second low, 하기 식 1)에 따라서, 물질의 농도, 시간 및 온도에 의존한다.The discoloration heat treatment is based on diffusion by atomic transfer and depends on the concentration, time and temperature of the material, according to Fick's second low (Equation 1 below).
[식 1][Equation 1]
상기 식 1에서, D는 확산계수(단위: m2/s)이고, Do는 온도에 의존하지 않는 선지수(단위: m2/s)이고, Qd는 확산의 활성화 에너지(단위: J/mol)이고, R은 기체상수(8.13 J/molK)이며, T는 절대온도(단위: K)이다.D is the diffusion coefficient (unit: m 2 / s), D o is a linear exponent (unit: m 2 / s) independent of temperature, Q d is activation energy of diffusion / mol), R is the gas constant (8.13 J / molK), and T is the absolute temperature (K).
단열 입자에 포함된 철(Fe)의 농도가 고정되어 있으면, 철(Fe) 농도는 상수로 간주할 수 있으므로, 온도와 시간의 제어를 통해서 최적의 상변환 조건을 설정할 수 있다. 예를 들면, 온도를 높여서 단시간 내에 상변환 반응을 유도할 수 있고, 반대로, 온도는 낮게 유지하면서 장시간 동안 변색을 할 수도 있다.If the concentration of iron (Fe) contained in the adiabatic particles is fixed, the iron (Fe) concentration can be regarded as a constant, so that the optimum phase transformation condition can be set through control of temperature and time. For example, the phase change reaction can be induced in a short time by raising the temperature, and conversely, the color may be changed for a long time while keeping the temperature low.
도 2는 단열 입자의 변색 온도 및 소결 진행 과정을 나타낸 개념도이다. 도 2에서, Ht는 가열 속도, Tt는 유지 온도, Dt는 유지 시간, Ct는 냉각 속도를 나타내며, S0, S1, S2 및 S3은 소결의 진행 과정(잠복기, 초기, 중기 및 말기)을 나타낸다. 변색 열처리 시, 고려해야 할 요소는 단열 입자 간의 소결(sintering) 현상이다. 단열 입자는 분말 형태로 표면적이 크기 때문에 높은 표면 에너지(surface energy)를 가지게 된다. 이러한 단열 입자를 높은 온도에서 가열하면서 분말(입자) 간의 거리를 가까이 유지시키면, 그 표면적을 줄여서 낮은 에너지 상태가 되고자 한다. 이것은 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러서 그 위치 에너지를 낮추려는 것과 같은 원리이다. 따라서, 분말 형태의 단열 입자를 고온에서 열처리하면 단열 입자들은 서로 붙어서 소결되고, 하나의 덩어리가 되어 조립화(coarsening) 또는 치밀화(densification)되기 때문에 도료의 단열 입자(단열재) 역할을 할 수 없게 된다.2 is a conceptual diagram showing the discoloration temperature and the sintering progress of the heat insulating particles. In FIG. 2, H t represents the heating rate, T t represents the holding temperature, D t represents the holding time, and C t represents the cooling rate. S 0 , S 1 , S 2 and S 3 represent the progress of sintering , Middle and late). In the discoloration heat treatment, the factor to consider is the sintering phenomenon between the adiabatic particles. Since the adiabatic particles are in the form of powder and have a large surface area, they have high surface energy. When these adiabatic particles are heated at a high temperature while keeping the distance between the powders (particles) close to each other, the surface area is reduced to achieve a low energy state. This is the same principle as when water flows from a high place to a low place to lower its potential energy. Therefore, when the heat insulating particles in powder form are heat-treated at a high temperature, the heat insulating particles are adhered to each other, sintered, become one lump and become coarsening or densification, so that they can not serve as heat insulating particles .
단열 입자의 소결 문제에 대해서 더 자세히 설명하면, 소결의 진행 과정은 잠복기(S0), 초기(S1), 중기(S2), 말기(S3)로 나누어 구분할 수 있다(도 2 참조). 잠복기(S0) 단계는 입자 사이에 소결 반응이 없이, 초기(S1) 단계에 진입하기 전까지를 의미한다.The sintering process can be divided into a latent period (S 0 ), an initial stage (S 1 ), a middle stage (S 2 ), and a final stage (S 3 ) . The latent period (S 0 ) means no sintering reaction between particles and before entering the initial (S 1 ) stage.
초기(S1) 단계는 입자와 입자 사이에 넥크(neck)가 형성되는 단계로서, 소결 수축이 약 3 내지 5%까지 진행되는 단계를 말한다. 이 단계는 소결의 구동력이 크고 원자의 이동거리가 짧기 때문에, 소결이 빨리 일어나게 된다. 여기서, 넥크란 입자 간에 서로 연결이 시작되어 붙는 것을 의미한다.The initial (S 1 ) step is a step in which a neck is formed between the particles and the particles, and the sintering shrinkage proceeds to about 3 to 5%. In this step, sintering occurs quickly because the driving force of the sintering is large and the moving distance of the atoms is short. Here, the neck means that the particles start to bond with each other.
중기(S2) 단계는 입자와 입자가 붙어서 소결과 수축이 약 5 내지 90% 진행된 단계를 말한다. 물질의 이동거리가 길어졌기 때문에 그 소결 속도는 초기(S1) 단계 보다는 느려지게 된다.The middle stage (S 2 ) refers to a stage where particles and particles adhere and sinter and shrink about 5 to 90%. As the travel distance of material increases, the sintering speed becomes slower than the initial (S 1 ) step.
말기(S3) 단계는 입자 간의 기공율이 약 10%일 때부터 이론 밀도에 이를 때까지의 단계이다. 이 단계에서도 상당한 결정립 성장이 일어나며, 기공들은 결정립 내부, 입계 또는 입계가 만나는 곳에 부분적으로 닫힌 상태로 존재하게 된다.The last stage (S 3 ) is the stage from when the porosity between particles is about 10% to the theoretical density. At this stage, a considerable grain growth occurs, and the pores are partially closed inside the grain, grain boundary or grain boundary.
따라서, 단열 입자의 변색(열처리) 유지 시간(Dt)은 소결 초기(S1) 단계 또는 잠복기(S0) 단계까지로 해야 단열 입자 간에 뭉침 현상을 최소화할 수 있다.Therefore, the discoloration (heat treatment) holding time (D t ) of the adiabatic particles must be in the initial stage of sintering (S 1 ) or the incubation period (S 0 ) to minimize aggregation between the adiabatic particles.
구체예에서, 상기 열처리는 500 내지 1,500℃, 예를 들면 800 내지 1,200℃에서, 10 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 상기 범위에서 단열 입자의 소결 현상에 따른 문제 없이, 단열 도료 조성물을 변색시킬 수 있다.In an embodiment, the heat treatment may be performed at 500 to 1,500 ° C, for example 800 to 1,200 ° C, for 10 to 60 minutes. The heat insulating coating composition can be discolored without any problem caused by sintering of the heat insulating particles in the above range.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but these examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the present invention.
실시예Example
이하, 실시예 및 비교예에서 사용된 각 성분의 사양은 다음과 같다.Hereinafter, specifications of each component used in Examples and Comparative Examples are as follows.
(A) 단열 입자(A) adiabatic particles
단열 입자로서, (A1) 단열 입자 및 (A2) 단열 입자를 사용하였으며, 하기 장치를 통해, 각 단열 입자의 결정 구조, 성분 및 형상을 측정하여, 하기 표 1에 각 단열 입자의 결정 구조 분석 결과를 나타내고, 하기 표 2에 각 단열 입자의 산소를 제외한 성분 함량(단위: 중량%)을 나타내었으며, 도 3에 각 입자의 주사전자현미경 사진((A1) 단열 입자: (a) S001, (A2) 단열 입자: (b) S002)을 나타내었다.As the adiabatic particles, (A1) adiabatic particles and (A2) adiabatic particles were used, and the crystal structure, component and shape of each adiabatic particle were measured through the following apparatus, (A) S001, (A2), (A), and (B), respectively. The results are shown in Table 2 below. ) Insulating particles: (b) S002).
* 결정 구조 평가: : X-선 회절분석 및 리트벨트 리파인먼트* Crystal structure evaluation: X-ray diffraction analysis and Rietveld refinement
* 형상 및 성분 분석: 주사전자현미경(SEM) 및 에너지분광분석기(EDS)* Shape and composition analysis: Scanning electron microscope (SEM) and energy spectrometer (EDS)
상기 표 1 및 2와 도 3의 결과로부터, 각 단열 입자는 20 내지 150 ㎛ 범위의 입자 크기를 가지며, 산소를 제외한 주 성분은 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)이며, 철(Fe), 티타늄(Ti), 칼륨(K) 등의 원소를 일부 포함하고 있음을 알 수 있다. (A1) 및 (A2) 단열 입자간 알루미늄의 함량은 약 13%, 철 함량은 약 5% 정도 차이가 있으나, 주성분은 규소가 대부분이기 때문에, 원소의 성분 차이에 따른 단열 입자간 단열성 차이는 크지 않을 것으로 판단된다.From the results of Tables 1 and 2 and FIG. 3, it can be seen that each adiabatic particle has a particle size in the range of 20 to 150 mu m and the main components except oxygen are silicon (Si) and aluminum (Al) (Ti), potassium (K), and the like. (A1) and (A2), there is a difference of about 13% between the aluminum content and the iron content by about 5%. However, since the main ingredient is silicon, the difference in the heat insulating property between the insulating particles is large .
또한, 각 단열 입자의 결정성을 평가하기 위해서, x선 회절분석과 리그벨트 리파인먼트를 수행하였고, 두 결과 모두 GOF 값이 1에 가깝기 때문에 분석이 잘된 것으로 판단할 수 있다. 분석 결과, 상기 표 1과 같이, (A1) 단열 입자(S001)는 비정질 87%, 뮬라이트 9% 및 쿼츠 4%로 측정되었고, (A2) 단열 입자(S002)는 비정질 47%, 뮬라이트 52% 및 쿼츠 1%로 측정되었다. 즉, (A1) 단열 입자(S001)의 비정질율은 87%이고, (A2) 단열 입자(S002)의 비정질율은 47%이다.In order to evaluate the crystallinity of each adiabatic particle, x-ray diffraction analysis and league belt refinement were performed, and the GOF value was close to 1 in both of the results. As a result of the analysis, (A1) the heat insulating particles (S001) were measured as 87% amorphous, 9% mullite and 4% quartz, (A2) the insulating particles (S002) were amorphous 47%, mullite 52% Quartz was measured at 1%. That is, the amorphous ratio of the heat insulating particles (S001) of (A1) is 87%, and the amorphous ratio of the heat insulating particles (S002) of (A2) is 47%.
실시예 1 및 2 및 비교예 1 및 2Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2
하기 표 3의 조성 및 함량에 따라, (A) 단열 입자 및 (B) 도료를 혼합하여, 단열 도료 조성물을 제조한 후, 10 cm × 20 cm × 0.01 cm 크기의 알루미늄 시편에 각 단열 도료 조성물을 도포하여, 100 ㎛ 두께의 도막을 형성한 후, 하기 물성 측정 방법에 따라, 단열성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The heat insulating coating composition was prepared by mixing (A) the heat insulating particles and the paint (B) according to the composition and contents shown in Table 3 below. Each of the heat insulating coating compositions was applied to an aluminum specimen of 10 cm x 20 cm x 0.01 cm in size And a coating film having a thickness of 100 탆 was formed. Then, the heat insulating property was evaluated according to the following physical property measuring method, and the results are shown in Table 3 below.
비교예 3Comparative Example 3
상기 알루미늄 시편에 도료 조성물을 도포하지 않고, 하기 물성 측정 방법에 따라, 단열성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The aluminum specimens were evaluated for adiabatic property according to the following physical property measurement method without applying the coating composition, and the results are shown in Table 3 below.
물성 측정 방법 How to measure property
* 단열성 평가: 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 시편의 앞면에 적외선 램프를 사용하여 100℃의 열을 120분 동안 조사하면서, 다수의 K-type 열전대를 사용하여, 각 시편의 앞면 및 뒷면의 온도 분포를 동시에 측정하였으며, 이 측정 값들은 데이터 로거를 통해서 1Hz로 저장하였다. 이들의 평균 온도, 측정 위치 간 표준 편차 및 단열 온도(ΔT, 시편의 앞면 및 뒷면의 평균 온도 차이)를 하기 표 3에 나타내었다.Evaluation of heat insulation: Using a K-type thermocouple, the specimen of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was irradiated with heat at 100 DEG C for 120 minutes using an infrared lamp, Were measured at the same time, and the measured values were stored at 1 Hz through a data logger. Table 3 shows the average temperature, the standard deviation between the measurement positions, and the adiabatic temperature (? T, the average temperature difference between the front and back surfaces of the specimen).
상기 결과로부터, 본 발명의 단열 도료 조성물은 비정질율이 50% 이상인 단열 입자 (A1)을 포함하여, 단열성이 향상되었음을 알 수 있다.From the above results, it can be understood that the heat insulating coating composition of the present invention includes the heat insulating particles (A1) having an amorphous ratio of 50% or more, thereby improving the heat insulating property.
구체적으로, 비정질율이 87%인 단열 입자(A1)를 사용한 단열 도료 조성물의 결과는 비정질율이 50% 미만(47%)인 단열 입자 (A2)를 포함하는 비교예 1의 단열 도료 조성물 및 단열 입자를 포함하지 않는 비교예 2의 도료에 비해, 각각 약 10% 및 약 20% 향상된 효과이다.Specifically, the result of the heat insulating coating composition using the heat insulating particles (A1) having an amorphous ratio of 87% was that the heat insulating coating composition of Comparative Example 1 containing the heat insulating particles (A2) having an amorphous ratio of less than 50% Respectively, by about 10% and about 20%, respectively, as compared with the paint of Comparative Example 2 containing no particles.
실시예 3Example 3
상기 실시예 1의 단열 도료 조성물을 사용하여, 내구성(촉진 내후성 및 염수 분무), 내마모성, 내산성 및 곰팡이 저항성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 상기 평가를 위한 공인시험 조건은 하기와 같다.The durability (accelerated weatherability and salt spray), abrasion resistance, acid resistance and mold resistance were evaluated using the heat insulating coating composition of Example 1, and the results are shown in Table 4 below. The official test conditions for the above evaluation are as follows.
* KS 및 ASTM 공인시험: 한국건설생활시험연구원(KCL)* KS and ASTM Certified Examinations: The Korea Institute of Construction & Living Examination (KCL)
* KS 및 ASTM 공인시험 종류, 조건 및 검사방법* KS and ASTM Certified Test Types, Conditions and Inspection Methods
- 촉진 내후성: 72h 외관 검사- Facilitated weathering: 72h Appearance inspection
- 염수 분무 시험: 72h 외관 검사- Salt spray test: 72h Appearance inspection
- 내산성: 5% 황산, 168h- Acid resistance: 5% sulfuric acid, 168h
- 내마모성: CS-17m 500g, 500회- Abrasion resistance: CS-17m 500 g, 500 times
- 항곰팡이: 혼합균주- Antifungal: Mixed strain
Aspergillus niger ATCC 9642Aspergillus niger ATCC 9642
Penicillium pinophilum ATCC 11797Penicillium pinophilum ATCC 11797
Chaetomium globosum ATCC 6205Chaetomium globosum ATCC 6205
Gliocladium virens ATCC 9645Gliocladium virens ATCC 9645
Aureobasidium pullulans ATCC 15233Aureobasidium pullulans ATCC 15233
M20340:2011KS
M20340: 2011
D9502:2009KS
D9502: 2009
F2813:2001KS
F2813: 2001
M2812-1:2012KS
M2812-1: 2012
G21 : 2013ASTM
G21: 2013
상기 결과로부터, 본 발명의 단열 도료 조성물(실시예 3)은 내구성, 내마모성, 내산성, 곰팡이 저항성 등이 모두 우수함을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that the heat insulating coating composition (Example 3) of the present invention is excellent in durability, abrasion resistance, acid resistance, mold resistance and the like.
실시예 4Example 4
상기 (A1) 단열 입자를 1,000℃에서 25분간 항온 유지(열처리)하여, 단열 입자를 변색시켰다. 이에 대한 결과를 도 4에 나타내었다(S001: 열처리 전 단열 입자, S003: 열처리 후 단열 입자). 변색 전 단열 입자(S001)의 색상은 회색이고, 변색을 완료한 단열 입자(S0003)의 색상은 밝은 갈색이다.The heat insulating particles (A1) were kept at a constant temperature (heat treatment) at 1,000 占 폚 for 25 minutes to discolor the heat insulating particles. The results are shown in Fig. 4 (S001: heat insulating particle before heat treatment, S003: heat insulating particle after heat treatment). The color of the heat insulating particle S001 before discoloration is gray, and the color of the heat insulating particle S0003 after discoloration is light brown.
상기 결과로부터, 열처리 전/후의 단열 입자 함량을 조정하여, 다양한 중간색을 구현할 수 있음을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that various intermediate colors can be realized by adjusting the adiabatic particle content before / after the heat treatment.
또한, 상기 열처리 온도를 1,000℃로 한 상태에서 유지 시간이 30분을 초과하게 되면, 입자들이 소결 중기(S2) 단계에 진입하게 되고, 조립화 또는 치밀화되어 하나의 덩어리가 형성하기 때문에, 도장 단열 입자 역할을 못할 수 있음을 확인하였다. 따라서, 열처리 온도와 시간 제어를 통해서, 소결 중기(S2) 단계에 진입하기 전에 변색 열처리를 완료해야 함을 알 수 있다.If the holding time is more than 30 minutes in the state where the heat treatment temperature is set to 1,000 占 폚, the particles enter the sintering middle stage (S 2 ) stage and are granulated or densified to form one mass, It was confirmed that it could not serve as an insulating particle. Therefore, it can be seen that the discoloration heat treatment must be completed before entering the middle stage of sintering (S 2 ) through the heat treatment temperature and time control.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (6)
바인더를 포함하며,
상기 단열 입자는 비정질율이 50% 이상이고, 산소(O), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 철(Fe) 및 티타늄(Ti) 성분을 포함하며, 산소를 제외한 나머지 성분 100 중량% 중 철의 함량은 0.1 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 단열 도료 조성물.
Insulating particles; And
A binder,
Wherein the adiabatic particle has an amorphous ratio of 50% or more and contains oxygen (O), aluminum (Al), silicon (Si), iron (Fe) and titanium (Ti) Wherein the content of iron is 0.1 to 20% by weight.
The heat insulating coating composition according to claim 1, wherein the heat insulating particles are contained in an amount of 5 to 20% by weight based on 100% by weight of the total heat insulating coating composition.
The heat insulating particle according to claim 1, wherein the heat insulating particles have a content of aluminum of 10 to 30% by weight, a content of silicon of 30% by weight or more, a content of titanium of 0.1 to 10% by weight, By weight.
The heat insulating coating composition according to claim 1, wherein the heat insulating particles are hollow particles and have an average particle size of 10 to 200 탆.
A heat insulating coating composition according to any one of claims 1 to 4, which comprises heat treating the insulating coating composition until the initial stage of sintering in which the heat insulating particle interlocking is formed or before the initial stage of sintering, Way.
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