KR20200063791A - 쪽 및 화산토를 포함하는 친환경 도료의 제조방법 - Google Patents

쪽 및 화산토를 포함하는 친환경 도료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 쪽 니람 및 물을 혼합하여 제 1 혼합물을 얻는 단계; (b) 상기 얻어진 제 1 혼합물 30 내지 50 중량부에 환원제 2.5 내지 5 중량부를 이용하여 수용성인 제 2 혼합물을 얻는 단계; (c) 상기 얻어진 상기 제 2 혼합물에 분산제 0.1 내지 1 중량부, 백색안료 20 내지 25 중량부, 체질안료 2.5 내지 5 중량부, 화산토 10 내지 30 중량부, 소포제 0.1 내지 0.5 중량부 및 동결안정제 0.1 내지 1 중량부를 순차적으로 첨가하여 혼합하여 제 3 혼합물을 얻는 단계; 및 (d) 상기 얻어진 제 3 혼합물에 수용성 아크릴 수지 10 내지 20 중량부 및 증점제 0.5 내지 2 중량부를 순차적으로 첨가하여 제 4 혼합물을 얻는 단계를 포함하는 친환경 도료의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 친환경 도료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 도료 조성물은 건축자재 및 인테리어 분야에서 친환경 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

쪽 및 화산토를 포함하는 친환경 도료의 제조방법{Process for preparing eco-friendly paint composition comprising Polygoum tinctoria and trass}
본 발명은 쪽(Polygoum tinctoria) 및 화산토를 포함하는 친환경 도료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 도료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수용화된 쪽 니람을 화산토와 배합하여 제조된 친환경 도료의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 페인트 및 미장 도료(이하 통칭하여 도료라 함)는 유동성의 물질로 물체의 표면에 넓게 도포되어 얇은 층을 형성하고 시간의 경과에 따라 건조 및 경화하면서 연속적인 피막의 상태를 이룬 다음, 물체 표면에 부착되어 물체 표면을 보호하고 겉모양이나 형상의 변화 등 미장의 기능을 갖도록 한 것이다. 그러나, 일반적으로 사용되는 도료는 별다른 기능없이 인체와의 친화성이 적은 소재로 만들어지고 합성안료를 추가하여 색상을 맞추는 형태로 제조된다.
최근, 새로 지은 콘크리트 건축물에서 시멘트 등의 건축내장재나 가구 및 벽지 등으로부터 포름알데히드, 휘발성 유기화합물(VOCs), 가스 및 먼지 등의 환경오염물질이 방출되어 건물에 거주하는 거주자의 건강을 위협하고 있다. 이에 따라, 친환경 자재에 대한 관심이 더욱 높아지고 있는 실정이다. 황토, 숯 및 맥반석 등과 같은 재료를 이용한 도료들이 개발되어 실내 마감재로서 활용이 되고 있으나, 실내의 공기 정화력, 유해 화합물의 탈취력 등의 건강 증진에 도움을 주는 요소의 기능성이 미약하여 실질적인 도움이 되지 않고 있으므로, 새로운 소재를 이용한 친환경 도료의 개발이 요구된다.
한국 공개특허 제10-2005-0016584호 (2005.02.21) 한국 공개특허 제10-2005-0079595호 (2005.08.10) 한국 공개특허 제10-2009-0095356호 (2009.09.09)
본 발명의 발명자들은 푸른 색의 천연 염료로 사용되며, 도색 후 습기로 인한 곰팡이 발생을 방지하기 위해 화학성분의 항곰팡이제 대신 항균성을 가진 쪽을 이용한 친환경 도료에 대하여 연구하던 중, 물에 불용성인 쪽 니람을 수용화시킨 후에 화산토와 배합함으로써 연한 하늘색의 천연 색감을 나타내는 친환경 도료를 제조할 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 쪽 및 화산토를 포함하는 친환경 도료의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따라, (a) 쪽 니람 및 물을 혼합하여 제 1 혼합물을 얻는 단계; (b) 상기 얻어진 제 1 혼합물 30 내지 50 중량부에 환원제 2.5 내지 5 중량 부를 이용하여 수용성인 제 2 혼합물을 얻는 단계; (c) 상기 얻어진 상기 제 2 혼합물에 분산제 0.1 내지 1 중량부, 백색안료 20 내지 25 중량부, 체질안료 2.5 내지 5 중량부, 화산토 10 내지 30 중량부, 소포제 0.1 내지 0.5 중량부 및 동결안정제 0.1 내지 1 중량부를 순차적으로 첨가하여 혼합하여 제 3 혼합물을 얻는 단계; 및 (d) 상기 얻어진 제 3 혼합물에 수용성 아크릴 수지 10 내지 20 중량부 및 증점제 0.5 내지 2 중량부를 순차적으로 첨가하여 제 4 혼합물을 얻는 단계를 포함하는 친환경 도료의 제조방법이 제공된다.
일 구현예에서, 단계(b)에서 환원제가 탄산칼슘일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 제조방법에 의해 제조된 친환경 도료가 제공된다.
본 발명에 의해 제조된 쪽 및 화산토를 포함하는 친환경 도료는 암모니아 및 포름알데히드 등의 유해가스에 대한 탈취 기능이 우수하고, 연한 하늘색의 천연 색감을 나타내어 심미감을 향상시키는 효과가 있다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 쪽 및 화산토를 포함하는 친환경 도료의 제조방법은 건축자재 및 인테리어 분야에서 친환경 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 침람법에 의한 쪽 니람의 추출방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 물에 불용성인 쪽 니람을 나타낸 사진이다.
도 3은 쪽 수용액을 나타낸 사진이다.
도 4는 완성된 쪽 도료를 나타낸 사진이다.
도 5는 도료의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 시간에 따른 암모니아 탈취성적을 나타낸 그래프이다.
도 7은 시간에 따른 포름알데히드 탈취성적을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 쪽 및 화산토를 포함하는 친환경 도료의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 친환경 도료의 제조방법에 대한 모식도는 도 5와 같다. 구체적으로, 본 발명은 (a) 쪽 니람 및 물을 혼합하여 제 1 혼합물을 얻는 단계; (b) 상기 얻어진 제 1 혼합물 30 내지 50 중량부에 환원제 2.5 내지 5 중량 부를 이용하여 수용성인 제 2 혼합물을 얻는 단계; (c) 상기 얻어진 상기 제 2 혼합물에 분산제 0.1 내지 1 중량부, 백색안료 20 내지 25 중량부, 체질안료 2.5 내지 5 중량부, 화산토 10 내지 30 중량부, 소포제 0.1 내지 0.5 중량부 및 동결안정제 0.1 내지 1 중량부를 순차적으로 첨가하여 혼합하여 제 3 혼합물을 얻는 단계; 및 (d) 상기 얻어진 제 3 혼합물에 수용성 아크릴 수지 10 내지 20 중량부 및 증점제 0.5 내지 2 중량부를 순차적으로 첨가하여 제 4 혼합물을 얻는 단계를 포함하는 친환경 도료의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법은 쪽 니람 및 물을 혼합 제 1 혼합물을 얻는 단계[즉, 단계(a)]를 포함한다. 단계(a)는 불용성인 쪽 니람에 물을 첨가하고 혼합하여 쪽 니람·물 혼합물을 얻는 단계이다. 단계(a)에 사용한 쪽 니람은 쪽으로부터 얻을 수 있다. 쪽(Polygonum tinctorium)은 마디풀과(Polygonaceae)에 속하는 높이 60 - 90 cm 되는 한해살이 풀이고, 항균 작용 및 피부 가려움증에 효과가 있어 예로부터 염색 뿐만 아니라 잎, 씨앗, 뿌리까지 약으로도 사용되어 왔다. 주요 성분으로는 인디칸(indican), 인독실(indoxyl), 트리판트린(tryptanthrin), 캠퍼올(Kaempferol), 갈릭산(gallic acid), 카페익산(caffeic acid),3,5,4'-트리히드록시-6,7-메틸렌디옥시-플라본(3,5,4'-trihydroxy-6,7-methylenedioxy-flavone), 3,5,7,4'-테트라히드록시-6-메톡시-플라본(3,5,7,4'-tetrahydroxy-6-methoxy-flavone), 인디루빈(indirubin), 인디고(indigo) 또는 이사틴(isatin) 등이 있다. 상기 쪽 니람은 쪽잎을 침람법에 의하여 추출하여 최종산물로 얻어질 수 있다. 먼저, 쪽잎을 물에 담그어 수용성 성분인 인디칸을 얻고, 얻어진 인디칸으로부터 자연 가수분해된 인독실을 얻을 수 있다. 얻어진 인독실이 산소와 접촉하여 산화되면서 푸른색을 띠는 인디고를 얻을 수 있고, 얻어진 인디고를 일정시간 침전시켜 상등액을 제거하고 남은 죽과 같은 형태의 앙금인 쪽 니람을 얻을 수 있다. 상기와 같이 얻어진 쪽 니람은 상업적으로도 구매할 수 있다. 또한, 상기 쪽 니람에 첨가되는 물의 부피는 쪽 니람 부피의 1배 ~ 30배 , 바람직하게는 5 ~ 20배, 가장 바람직하게는 10배일 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상기 얻어진 제 1 혼합물 30 내지 50 중량부에 환원제 2.5 내지 5 중량부를 이용하여 수용성인 제 2 혼합물을 얻는 단계[즉, 단계(b)]를 포함한다. 단계 (b)는 물에 불용성인 쪽 니람을 환원제로 환원시킴으로써 수용화시키는 단계이다. 상기 단계(b)에서 "환원제"라 함은 산화된 쪽 니람을 환원시키는 물질을 의미하는 것으로서 예를 들어, 탄산칼슘을 사용할 수 있다. 제 1 혼합물(불용성인 쪽 니람의 물혼합물)에 탄산칼슘 2.5 ~ 5 중량부를 첨가하여 상온에서 10 ~ 20분 동안 교반을 수행함으로써 고온 처리 및 알칼리제(pH 10 이상) 사용 등의 종래의 환원 방법에 비하여 비교적 간단하게 쪽 니람을 환원시킬 수 있다. 또한, 상기 환원제로 사용한 탄산칼슘은 체질안료로서 단계 (c)에서도 사용될 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상기 얻어진 상기 제 2 혼합물에 분산제 0.1 내지 1 중량부, 백색안료 20 내지 25 중량부, 체질안료 2.5 내지 5 중량부, 화산토 10 내지 30 중량부, 소포제 0.1 내지 0.5 중량부 및 동결안정제 0.1 내지 1 중량부를 순차적으로 첨가하여 혼합하여 제 3 혼합물을 얻는 단계[즉, 단계(c)]를 포함한다. 단계(c)는 쪽 수용액에 도료 조성에 필요한 화산토, 안료 등의 주요 성분들을 첨가하여 혼합하는 과정이다. 먼저, 쪽 수용액의 분산을 향상시키고 유동성을 증가시키는 목적으로 분산제를 첨가하여 1500 rpm 이상에서 일정시간 동안 분산시킨 다음, 순차적으로 백색안료, 체질안료, 화산토, 소포제 및 동결안정제를 첨가하고 상온에서 1500 rpm ~ 2500 rpm으로 교반하여 혼합할 수 있다.
분산제는 예를 들어, 폴리카르복실산염, 폴리스틸렌술폰산염 등의 고분자 계면활성제, 불소계 계면활성제 및 셀룰로오스 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 분산제의 함량은 0.1 ~ 1 중량부, 바람직하게는 0.3 ~ 0.7 중량부, 가장 바람직하게는 0.5 중량부로 함유될 수 있다.
백색안료는 백색도를 증가시키는 안료로서 산화티탄, 이산화티탄 및 산화아연으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 백색안료의 함량은 20 ~ 25 중량부로 함유될 수 있다.
체질안료는 도장 은폐력을 위해 사용하며, 탄산칼슘, 백색점토, 실리카, 규산알미늄 및 탈크 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 체질안료의 함량은 2.5 ~ 5 중량부로 함유될 수 있다.
화산토는 화산 작용으로 분출되어 응고된 고형물을 100 ~ 1000 메쉬, 바람직하게는 200 ~ 800 메쉬, 가장 바람직하게는 300 ~ 500 메쉬로 분쇄한 분말로서, 다공질 구형인 분말 알갱이의 구멍 내부에 정부 양극성에 대전한 반응기가 존재하여 중금속을 포함한 다양한 물질의 흡착 능력이 우수한 것으로 알려져 있다. 화산토의 함량은 10 ~ 30 중량부, 바람직하게는 10 ~ 20 중량부로 함유될 수 있다.
소포제는 소수성 소포제를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 비이온계 계면활성제(특히, 폴리에스터계) 또는 아세틸렌다이올계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 소포제의 함량은 0.1 내지 0.5 중량부로 함유될 수 있다.
동결안정제는 수성 도료에서 사용하는 첨가제로서 수성 도료는 물을 대량 함유하므로 저온에서 오랫동안 방치시 동결 방지를 목적으로 사용하며, 도료의 냉동안정성을 위한 첨가제로서 에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜 등의 글리콜류 중에서 하나 이상이 선택될 수 있다. 상기 동결안정제의 함량은 0.1 내지 1 중량부로 함유될 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상기 얻어진 제 3 혼합물에 수용성 아크릴 수지 10 내지 20 중량부 및 증점제 0.5 내지 2 중량부를 순차적으로 첨가하여 제 4 혼합물을 얻는 단계[즉, 단계(d)]를 포함한다. 단계(d)는 제 3 혼합물에 아크릴 수성 수지(결합제)를 첨가하여 도장 후 건조시 도막을 형성시키게 하고, 도료의 증점을 맞추어 제품을 완성하는 단계이다. 상기 수용성 아크릴 수지의 함량은 10 ~ 20 중량부, 바람직하게는 13 ~ 16 중량부로 함유될 수 있다. 수용성 아크릴 수지를 첨가한 다음 상온에서 800 rpm 이하의 속도로 일정시간 교반한 다음, 2 종류의 증점제(아크릴계 알칼리 증점제 및 폴리 에테르계 회합형 증점제)를 0.5 ~ 2 중량부, 바람직하게는 0.7 ~ 1.2 중량부를 교반과 동시에 천천히 첨가하여 증점을 맞추어 제품을 완성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 친환경 도료를 제공한다. 쪽 및 화산토를 포함하는 친환경 도료는 암모니아 및 포름알데히드의 탈취성능에서 암모니아의 경우 30분 이후로 98 % 이상의 탈취력을 나타내었고, 포름알데히드의 경우 60분 이상 경과시 85 %의 탈취력을 나타냄으로써 유해 유기화합물이나 휘발성 유기화합물 제거에 있어서 효과가 우수한 것으로 확인되었다.
이하, 본 발명을 실시예 및 시험예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
<실시예>
1. 쪽 니람의 준비
도 1에 나타난 바와 같이, 쪽 니람은 녹색의 쪽잎으로부터 수용성 물질인 인디칸(indican, C14H17O6N·3H20)을 물 추출하여 쪽 색소를 만드는 침람법에 의해 만들어진 최종 산물이다. 쪽잎을 상온의 물에 담그어 잎에 함유된 인디칸을 물에 용출시키고, 인디칸으로부터 자연 가수분해된 인독실(indoxyl, C8H7ON)을 얻었다. 얻어진 인독실로부터 산화된 푸른색의 불용성 인디고(indigo, C16H10O2N2)를 얻었다. 상기 얻어진 인디고를 6 ~ 12시간 동안 침전시켜 맑아진 상등액을 제거하고 용기 하부에 남아 있는 진흙 모양의 쪽 니람을 얻었다(도 2 참조).
2. 쪽 니람의 수용화
불용성 쪽 니람 100 g에 물 1 kg을 혼합하여 혼합물을 만들고, 이 중 35 ~ 40 중량 %에 탄산칼슘 2.5 ~ 5 중량 %를 환원제로 첨가하여 10분 ~ 20분 동안 교반하여 쪽 수용액을 얻었다(도 3 참조).
3. 화산토의 준비
화산토는 화산 작용으로 마그마가 분출되어 응고된 고형물을 300 ~ 500 메쉬로 분쇄한 건조 분말을 사용하였다.
4. 도료의 제조
반응기에 쪽 수용액을 넣고, 폴리카르복실산형 계면활성제 0.5 중량 %를 첨가하여 1500 ~ 2500 rpm, 10 ~ 20 분 동안 분산시켜 유동성을 증가시켰다. 이어서, 백색안료인 산화티탄 20 ~ 25 중량 %, 체질안료인 탄살칼슘 2.5 ~ 5 중량 %, 화산토 10 ~ 20 중량 %, 소포제인 비이온계 계면활성제 0.3 중량 % 및 동결안정제인 프로필렌글리콜 0.5 중량 %를 순차적으로 첨가하고 1500 ~ 2500 rpm에서 20분간 교반하여 균질한 혼합물을 얻었다. 쪽 및 화산토가 혼합된 균질한 혼합물에 결합제인 수용성 아크릴 수지 13 ~ 16 중량 %를 넣고 800 rpm 이하에서 20분 이상 교반한 후, 아크릴계 알칼리 증점제 0.3 ~ 0.5 중량 % 및 폴리 에테르계 회합형 증점제 0.4 ~ 0.7 중량 %를 서서히 첨가하여 증점을 맞추어 제품을 완성하였고(도 5 참조), 완성된 친환경 도료의 물성표를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 물성
색상 유백색
비중 1.4 ± 0.5
점도 105 ±3 KU
pH 8.0 ~ 9.0
고형분 52 ± 0.5 %
증기압 물과 동일
<시험예>
1. 탈취실험
본 발명에 따른 쪽 및 화산토를 이용한 친환경 도료를 사용하여 제작한 시험용 액상시료를 100 mm × 200 mm(가로, 세로) 크기의 시트에 도포 및 건조한 후 밀봉한 후 검지관식 가스 측정기(KSI 2218:2009 규격)로 암모니아(NH3) 및 포름알데히드(HCHO)에 대한 탈취시험을 각각 수행하였고, 그 시험 결과를 도 6 및 도 7에 각각 나타내었다. 암모니아(NH3) 및 포름알데히드(HCHO)의 제거율을 하기 수식 1에 의해 계산하였으며, 시료가 없는 상태에서의 측정값을 blank 농도로 설정하였다.
시험가스의 제거율(%) = [{(blank 농도)-(시료 농도)}/blank 농도] × 100 (수식 1)
도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 암모니아 및 포름알데히드의 탈취성능은 암모니아의 경우 30분 경과시 98 %를 나타내었고, 포름알데히드의 경우 60분 경과시 85 %를 나타냄으로써 유해 유기화합물이나 휘발성 유기화합물 제거에 있어서 효과가 우수한 것으로 확인되었다.

Claims (3)

  1. (a) 쪽 니람 및 물을 혼합하여 제 1 혼합물을 얻는 단계;
    (b) 상기 얻어진 제 1 혼합물 30 내지 50 중량부에 환원제 2.5 내지 5 중량부를 이용하여 수용성인 제 2 혼합물을 얻는 단계;
    (c) 상기 얻어진 상기 제 2 혼합물에 분산제 0.1 내지 1 중량부, 백색안료 20 내지 25 중량부, 체질안료 2.5 내지 5 중량부, 화산토 10 내지 30 중량부, 소포제 0.1 내지 0.5 중량부 및 동결안정제 0.1 내지 1 중량부를 순차적으로 첨가하여 혼합하여 제 3 혼합물을 얻는 단계; 및
    (d) 상기 얻어진 제 3 혼합물에 수용성 아크릴 수지 10 내지 20 중량부 및 증점제 0.5 내지 2 중량부를 순차적으로 첨가하여 제 4 혼합물을 얻는 단계
    를 포함하는 친환경 도료의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계(b)에서 환원제가 탄산칼슘인 것을 특징으로 하는 친환경 도료의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 의해 제조된 친환경 도료 조성물.
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