KR20180053111A - 수성 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아크릴 에멀젼 수지, 체질안료, 용제, 및 유리섬유 및 실란 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 수성 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

수성 도료 조성물{WATER SOLUABLE PAINT COMPOSITION}
본 발명은 건축물 등의 보수를 위해 사용되는 수성 도료 조성물에 관한 것이다.
과거에는 건축물의 보수를 위해 우레탄계 도료를 사용하였는데, 상기 우레탄계 도료는 유기 용제를 포함하여 친환경적이지 못함에 따라 근래에는 수성 아크릴계 도료의 개발 및 사용이 증가하고 있다.
그런데 보수를 위해 사용되고 있는 종래의 수성 아크릴계 도료는 고형분의 용적비가 낮음에 따라 홈 메꿈성이 떨어져 평탄한 외관을 구현하기 위해 추가적인 도장 작업이 요구되는 번거로움이 있었다. 또한 수성 아크릴계 도료로 형성된 도막은 가교밀도가 낮음에 따라 온도가 변화되거나 수분과 접촉할 경우, 도막의 수축 및 팽창의 변화폭이 커 적용할 수 있는 상도 도료가 제한적이 었으며, 상도 도료가 도장되더라도 상도 도막에 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.
이를 해결하고자 신율이 부여된 수성 상도 도료를 사용하거나 신율이 없는 중도 도료를 사용하였으나, 신율이 부여된 수성 상도 도료는 고가임에 따라 보수에 소비되는 비용이 상승하고, 중도 도료를 사용할 경우에는 일반적인 상도 도료로 도장하는 과정을 더 거쳐야 함에 따라 보수 작업이 복잡해지는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제2003-0043072호
본 발명은 가교밀도가 높고, 수축 및 팽창의 변화폭이 작은 도막을 형성할 수 있는 수성 도료 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은, 아크릴 에멀젼 수지, 체질안료, 용제, 및 유리섬유 및 실란 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 수성 도료 조성물을 제공한다.
상기 체질안료는 평균 입경(D50)이 3 내지 7 ㎛인 제1 체질안료와 평균 입경(D50)이 0.5 내지 3 ㎛인 제2 체질안료를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 체질안료와 상기 제2 체질안료의 혼합 비율이 3 내지 5:1의 중량비일 수 있다.
상기 체질안료는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 규산 알루미늄, 실리카 및 황산바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 실란 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서,
R1, R3 및 R5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C1 내지 C5의 알킬렌기 및 C1 내지 C5의 옥시알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되고,
R2, R4 및 R6은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 및 C1 내지 C5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고,
n은 0 내지 3의 정수이다.
이러한 본 발명의 수성 도료 조성물은 백색안료를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 수성 도료 조성물은 계면활성제, 동결방지제, 점도증진제, 보존제 및 조용제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 보수 작업의 편리함을 높이고, 외관 유지력을 향상시켜 보다 많은 소비자들에게 손쉬운 건축물 보호기능을 제공하고, 이와 더불어 환경 문제까지 해결할 수 있는 수성 도료 조성물을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 고형분의 용적비가 높아 홈 매꿈성이 우수하며, 가교밀도 상승으로 인해 높은 신율 대비 수축 및 팽창의 변화폭이 상대적으로 작은 도막을 형성할 수 있는 수성 도료 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 수성 도료 조성물은 아크릴 에멀젼 수지, 체질안료, 용제, 및 유리섬유 및 실란 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다.
본 발명의 수성 도료 조성물에 포함되는 아크릴 에멀젼 수지는 도막의 내구성, 부착성, 유연성 등을 높이는 역할을 한다. 이러한 아크릴 에멀젼 수지는 아크릴 수지(또는 아크릴 수지 입자)가 용매에 용해 또는 분산된 형태의 수지이다. 상기 아크릴 수지는 메틸아크릴레이트 모노머(methylAcrylate monomer), 메틸메타크릴레이트 모노머(methylmethacrylate monomer), 부틸아크릴레이트 모노머(butylacrylate monomer), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 모노머(2-hydroxyethylmethacrylate monomer), 비닐아세테이트 모노머(vinylacetate monomer) 및 스티렌 모노머(styrene monomer)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 모노머를 개시제, 중화제 및 수용성 용제 존재 하에 반응시켜 얻어진 것일 수 있다.
이러한 아크릴 에멀젼 수지는 고형분이 차지하는 비율이 55 내지 65 %일 수 있고, 유리전이온도가 -55 내지 0 ℃일 수 있다. 또한 아크릴 에멀젼 수지의 pH는 3 내지 8일 수 있고, 고형분의 입자 크기가 100 내지 350 ㎚일 수 있다.
상기 아크릴 에멀젼 수지의 함량은 수성 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 30 내지 40 중량부일 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼 수지의 함량이 30 중량부 미만일 경우에는 도막의 부착성, 유연성 등이 저하될 수 있으며, 40 중량부를 초과할 경우에는 도막의 신율이 높아져 상도 도막에 크랙이 발생할 수 있다.
본 발명의 수성 도료 조성물에 포함되는 체질안료는 수성 도료 조성물의 고형분 용적비를 높이고, 도막의 기계적 강도를 높이는 역할을 한다. 이러한 체질안료는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 규산 알루미늄, 실리카 및 황산바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 체질안료는 평균 입경(D50)이 3 내지 7 ㎛인 제1 체질안료와 평균 입경(D50)이 0.5 내지 3 ㎛인 제2 체질안료가 혼합된 것일 수 있다. 이와 같이 평균 입경이 상이한 제1 체질안료와 제2 체질안료가 혼합된 체질안료는 수성 도료 조성물 내에서 분산성이 우수하며, 도막의 수축 및 팽창의 변화폭을 낮추어 상도 도막의 크랙 발생을 최소화할 수 있다.
여기서 제1 체질안료와 제2 체질안료의 혼합 비율은 3 내지 5:1의 중량비일 수 있고, 구체적으로는 4.5:1의 중량비일 수 있다. 상기 제1 체질안료와 상기 제2 체질안료의 혼합 비율이 상기 범위를 벗어날 경우, 도막의 수축 및 팽창의 변화폭을 낮추기 어려울 수 있다.
이러한 체질안료의 함량은 수성 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 50 내지 60 중량부일 수 있다. 상기 체질안료의 함량이 50 중량부 미만일 경우에는 홈 매꿈성이 저하될 수 있으며, 60 중량부를 초과할 경우에는 수성 도료 조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있다.
본 발명의 수성 도료 조성물에 포함되는 용제는 점도를 조절하는 역할을 한다. 이러한 용제는 물(water), 부틸셀로솔브(butyl cellosolve), 에틸셀로솔브(ethyl cellosolve), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 프로필 아세테이트(propyl acetate) 및 부틸 아세테이트(butyl acetate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 용제의 함량은 수성 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 2 내지 8 중량부일 수 있다. 상기 용제의 함량이 2 중량부 미만일 경우에는 수성 도료 조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있으며, 8 중량부를 초과할 경우에는 고형분의 용적비가 높은 수성 도료 조성물를 얻기 어려울 수 있다.
본 발명의 수성 도료 조성물에 포함되는 유리섬유, 또는/및 실란 화합물은 도막의 가교밀도를 높이는 역할을 한다. 즉, 본 발명의 수성 도료 조성물은 유리섬유, 또는 실란 화합물, 또는 이들 모두를 포함하는 것으로, 상기 유리섬유 또는/및 실란 화합물을 포함함에 따라 도막의 가교밀도가 상승되어 온도 변화에 따른 도막의 수축 및 팽창의 변화폭을 낮출 수 있다.
상기 유리섬유는 E-glass, D-glass, S-glass, NE-glass, T-glass 및 Q-glass로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한 상기 실란 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
[화학식 2]
Figure pat00005
[화학식 3]
Figure pat00006
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서,
R1, R3 및 R5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C1 내지 C5의 알킬렌기 및 C1 내지 C5의 옥시알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되고,
R2, R4 및 R6은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 및 C1 내지 C5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고,
n은 0 내지 3의 정수이다.
이러한 유리섬유, 또는 실란 화합물, 또는 이들 모두가 사용될 경우의 함량은 수성 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 0.05 내지 2 중량부일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리섬유가 사용될 경우의 함량은 수성 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 2 중량부일 수 있고, 더 구체적으로는 0.1 내지 1 중량부일 수 있다. 또한 상기 실란 화합물이 사용될 경우의 함량은 수성 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 0.6 중량부일 수 있고, 더 구체적으로는 0.06 내지 0.4 중량부일 수 있다. 유리섬유, 또는 실란 화합물이 상기 범위를 벗어날 경우, 도막의 가교밀도가 낮아지거나 수성 도료 조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있다.
이러한 본 발명의 수성 도료 조성물은 도막의 은폐력을 높이기 위해 백색안료를 더 포함할 수 있다. 상기 백색안료의 함량은 수성 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 1 중량부일 수 있다. 상기 백색안료의 함량이 0.01 중량부 미만일 경우에는 도막의 은폐력이 저하될 수 있고, 1 중량부를 초과할 경우에는 수성 도료 조성물의 점도가 높아질 수 있다.
또한 본 발명의 수성 도료 조성물은 도막의 물성을 높이기 위해 계면활성제, 동결방지제, 점도증진제, 보존제 및 조용제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 함량은 수성 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 4 중량부일 수 있다. 상기 첨가제의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 도막의 물성이 저하되거나 수성 도료 조성물의 경제성이 저하될 수 있다.
상술한 본 발명의 수성 도료 조성물은 물리적 또는 화학적으로 도막의 가교밀도를 높일 수 있는 유리섬유, 또는 실란 화합물, 또는 이들 모두를 포함하기 때문에 온도의 변화에 따른 수축 및 팽창의 변화폭이 작은 도막을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 수성 도료 조성물은 아크릴 에멀젼 수지와 체질안료가 고함량으로 포함되되, 최적 비율로 함유되어 있다.
따라서 본 발명의 수성 도료 조성물을 건축물등의 보수에 사용되는 퍼티로 사용할 경우, 우수한 홈 매꿈성을 나타낼 수 있으며, 상도 도막의 크랙 발생도 최소화할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
Planetary mixer를 이용한 pre-mixing 및 분산 마감의 과정을 거쳐 수성 도료 조성물을 제조하였다. 이때, 각 성분의 조성은 하기 표 1과 같이 하였다.
[ 실시예 2 내지 6]
하기 표 1의 조성을 적용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 수성 도료 조성물을 제조하였다.
성분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예 5 실시예 6
용제 water 5 5 5 5 5 5
계면
활성제		 Polycarboxylic acid Salt type Surfactant 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
Octyl phenol ethoxylate 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
동결방지제 Ethylene glycol 1 1 1 1 1 1
점도증진제 Hydroxypropyl methylcellulose 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
보존제 5-Chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
조용제 Hydrocarbon oil 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
KEROSENE 1 1 1 1 1 1
아크릴 에멀젼 수지 고형분: 57~59 %
입자 크기: 180~290 ㎚
pH: 3.4~4.4
Tg: -40 ℃		 30 40 34 34 34 34
체질안료 탄산칼슘
(size D50 3 ~ 7㎛)		 45.6 40.2 49.54 40.5 46 44.6
탄산칼슘
(size D50 0.5~3㎛)		 14 10 7 16 10 10
유리섬유 TECHNOCEL 150 1 - - 0.1 - 2
실란 화합물 γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilane - 0.4 0.06 - 0.6 -
백색안료 산화티탄(TiO2) 1 1 1 1 1 1
합계(중량%) 100 100 100 100 100 100
[ 비교예 1 내지 5]
하기 표 2의 조성을 적용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 수성 도료 조성물을 제조하였다.
성분 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예 5
용제 water 5 5 5 5 5
계면
활성제		 Polycarboxylic acid Salt type Surfactant 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
Octyl phenol ethoxylate 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
동결방지제 Ethylene glycol 1 1 1 1 1
점도증진제 Hydroxypropyl methylcellulose 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
보존제 5-Chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
조용제 Hydrocarbon oil 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
TECHSOL-5 1 1 1 1 1
아크릴 에멀젼 수지 고형분: 57~59 %
입자 크기: 180~290 ㎚
pH:3.4~4.4
Tg: -40 ℃		 25 45 35 35 34
체질안료 탄산칼슘
(size D50 9 ~ 13㎛)		 - - 55.6 - -
탄산칼슘
(size D50 3 ~ 7㎛)		 50 35.6 - 30 46.1
탄산칼슘
(size D50 0.5~3㎛)		 15.6 10 - 25.6 10
발수제 폴리실록산 - - - - 0.5
백색안료 산화티탄(TiO2) 1 1 1 1 1
합계(중량%) 100 100 100 100 100
[ 실험예 ]
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 5의 수성 도료 조성물에 대한 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3 및 4에 나타내었다.
1. 고형분 용적비(%): 고형분 부피/수성 도료 조성물 전체 부피
2. 점도(cPs): 25 ℃에서 #7 spindle 및 2.5 rpm의 조건으로 측정하였다.
3. 상온 안정성(△cPs): 25 ℃의 항온조에서 3 개월 동안 보관한 후, #7 spindle 및 2.5 rpm의 조건으로 측정하고, 초기 측정된 점도와의 차로 산출하였다.
4. 신율(%): 수성 도료 조성물로 1 mm 두께의 도막을 형성한 후, KS F 3211의 규정에 의거하여 측정하였다.
5. 상도 크랙성: 수성 도료 조성물을 1 mm 두께로 도장하고 25 ℃에서 24 시간 동안 건조시켜 도막을 형성하였다. 다음, 형성된 도막 상에 KSM6010-1종-2급 제품의 상도 도료를 1 시간 간격으로 2회 도장한 후, 상도 도막의 크랙 발생여부를 관찰하였다(크랙 발생이 매우 심한 경우: '불량1' / 크랙 발생이 심한 경우: '불량2' / 크랙이 발생한 경우: '불량3' / 크랙이 발생하지 않은 경우: '양호'로 각각 평가).
6. 크랙 저항성: 상기 '상도 크랙성' 평가와 동일한 방법으로 도막을 형성한 후, -10 ℃에서 8 시간 동안 방치, 60 ℃에서 8 시간 동안 방치를 7회 반복하여 상도 도막의 크랙 발생 여부를 관찰하였다(크랙 발생이 매우 심한 경우: '불량1' / 크랙 발생이 심한 경우: '불량2' / 크랙이 발생한 경우: '불량3' / 크랙이 발생하지 않은 경우: '양호'로 각각 평가).
7. 후도막 퍼티크랙성: 수성 도료 조성물을 25 ℃에서 3 mm로 도장한 후 자연 건조시켜 도막의 크랙 발생 여부를 관찰하였다(크랙이 발생한 경우: '불량' / 크랙이 발생하지 않은 경우: '양호'로 각각 평가).
평가 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예 5 실시예 6
고형분 용적비(%) 65.8 63.9 65.7 65.7 65.5 65.9
점도(cPs) 52.4 40.6 43.4 42.1 49.4 55.5
상온 안정성(△cPs) 6.6 4.6 3.1 5.1 25 15
신율(%) 20~30% 30~40% 20~30% 20~30% 30~40% 20~30%
상도 크랙성 양호 양호 양호 양호 양호 양호
크랙 저항성 양호 양호 양호 양호 양호 양호
후도막 퍼티크랙성 양호 양호 양호 양호 양호 양호
평가 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예 5
고형분 용적비(%) 68.9 62.2 65.5 65.4 65.5
점도(cPs) 63.8 33.6 39.4 58.6 42.8
상온 안정성(△cPs) 34.7 1.5 2.6 22.2 3.4
신율(%) 5% 이하 90~110% 20~30% 30~40% 30~40%
상도 크랙성 양호 불량1 불량2 불량3 양호
크랙 저항성 양호 불량1 불량2 불량3 불량3
후도막 퍼티크랙성 불량 양호 양호 양호 양호
상기 표 3 및 표 4를 참조하면, 본 발명의 수성 도료 조성물에 해당하는 실시예 1 내지 6의 경우, 상온 안정성이 우수하고 상도 도막 및 후도막에 대한 크랙 평가 결과도 우수한 것을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1과 같이 단순히 아크릴 에멀젼 수지의 함량을 줄여 신율을 감소시킬 경우, 수축 및 팽창에 의한 상도 도막의 크랙 저항성은 확보할 수 있으나, 낮은 신율로 인해 소지의 크랙 보완성능이 떨어지고 안료의 흡유량 상승으로 인해 상온 안정성과 후도막 퍼티크랙성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
또한 비교예 2와 같이 체질안료의 함량을 줄이고 아크릴 에멀젼 수지의 함량을 늘릴 경우, 신율 향상으로 인해 소지의 크랙 보완성능은 향상될 수 있으나, 상도 도막의 크랙 저항성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
또 비교예 3과 같이 평균 입경이 큰 단일 체질안료를 사용할 경우, 상도 도막의 크랙 저항성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
또한 비교예 5와 같이 발수제를 사용할 경우, 상도 크랙성은 향상될 수 있으나, 크랙 저항성은 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 이러한 점은 도막의 수축 및 팽창을 제어하기 위해 유리섬유 또는 실란 화합물의 적용이 필요하다는 것을 뒷받침하는 것이다.

Claims (8)

  1. 아크릴 에멀젼 수지;
    체질안료;
    용제; 및
    유리섬유 및 실란 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 수성 도료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 체질안료는 평균 입경(D50)이 3 내지 7 ㎛인 제1 체질안료와 평균 입경(D50)이 0.5 내지 3 ㎛인 제2 체질안료를 포함하는 것인 수성 도료 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 체질안료와 상기 제2 체질안료의 혼합 비율이 3 내지 5:1의 중량비인 것인 수성 도료 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 체질안료는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 규산 알루미늄, 실리카 및 황산바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 수성 도료 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 실란 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 수성 도료 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00007

    [화학식 2]
    Figure pat00008

    [화학식 3]
    Figure pat00009

    상기 화학식 1 내지 화학식 3에서,
    R1, R3 및 R5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C1 내지 C5의 알킬렌기 및 C1 내지 C5의 옥시알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R2, R4 및 R6은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 및 C1 내지 C5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고,
    n은 0 내지 3의 정수이다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    백색안료를 더 포함하는 것인 수성 도료 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    계면활성제, 동결방지제, 점도증진제, 보존제 및 조용제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 수성 도료 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 아크릴 에멀젼 수지 30 내지 40 중량부;
    상기 체질안료 50 내지 60 중량부;
    상기 용제 2 내지 8 중량부;
    상기 유리섬유 및 상기 실란 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 0.05 내지 2 중량부;
    상기 백색안료 0.01 내지 1 중량부; 및
    상기 첨가제 1 내지 4 중량부를 포함하는 것인 수성 도료 조성물.
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