KR20200073695A - 내크랙성 단열도료 - Google Patents

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Abstract

중공 비드, 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자, 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자 및 첨가제를 포함하는 단열도료이며, 상기 중공 비드가 i)소다 라임 보로실리케이트 글래스(Soda-lime-borosilicate glass) 중공 비드, 또는 ii) 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드와, 유기 중공 비드의 혼합물을 포함하며, 상기 ii) 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드와, 유기 중공 비드의 혼합물에서 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 함량은 유기 중공 비드 1중량부를 기준으로 하여 1 중량부를 초과하고 5 중량부 이하인 단열도료와 단열도료를 소재의 표면에 도포 및 건조하여 얻은 단열재가 제공된다. 본 발명의 단열도료는 저장안정성 및 단열 특성이 우수하다. 또한 이러한 단열도료를 이용하면 구조물의 수축 및 팽창으로 인하여 발생되는 단열코팅막의 크랙 발생이 효과적으로 억제될 뿐만 아니라 결로 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

내크랙성 단열도료 {crack resistance insulating paint}
본 발명은 내크랙성 단열도료에 대한 것이다.
구조물에서는 외부의 기후조건에 영향을 받지 않고 실내의 온도를 일정하게 유지하기 위해서 구조물의 표면에 단열도료를 이용하여 단열코팅막을 형성하는 것이 일반적이다.
단열도료는 유기 중공 비드와 같은 단열재, 바인더, 분산제 등의 첨가제와, 용매, 안료를 포함하며, 단열도료는 구조물의 표면에 도포하여 도막을 형성하여 구조물을 보호하면서 단열 기능을 갖는다. 그런데 지금까지 알려진 단열도료를 이용하는 경우, 단열 특성이 우수함과 동시에 구조물의 온도 변화로 수축 및 팽창에 따라 단열 코팅막에 크랙이 발생되어 이에 대한 개선이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단열 특성이 우수한 단열코팅막을 형성할 수 있고 저장안정성이 개선될 뿐만 아니라 코팅 및 건조후 크랙 발생이 거의 없는 내크랙성 단열도료를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 중공 비드, 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자, 유리전이온도가 -20℃ 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자 및 첨가제를 포함하는 단열도료이며,
상기 중공 비드가 i)소다 라임 보로실리케이트 글래스(Soda-lime-borosilicate glass) 중공 비드, 또는
ii) 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드와, 유기 중공 비드의 혼합물을 포함하며,
상기 ii) 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드와, 유기 중공 비드의 혼합물에서 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 함량은 유기 중공 비드 1중량부를 기준으로 하여 1 중량부를 초과하고 5 중량부 이하인 단열도료를 제공한다.
본 발명의 단열도료는 저장안정성이 개선되고 이러한 단열도료로부터 얻어진 단열재는 종래의 단열도료를 사용하여 얻은 단열재에 비하여 단열 특성이 우수하다. 또한 이러한 단열도료를 이용하면 구조물의 수축 및 팽창으로 인하여 발생되는 단열코팅막의 크랙 발생이 효과적으로 억제될 뿐만 아니라 결로 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 각각 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 단열도료를 이용하여 얻어진 단열재 표면을 나타낸 사진이다.
도 5는 시료의 단열 특성을 측정하기 위한 테스트 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 단열도료를 이용하여 형성한 단열코팅막을 갖는 구조물의 단열 특성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 내크랙성 단열도료에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 내크랙성 단열도료는 중공 비드, 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자, 유리전이온도가 -20℃ 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자 및 첨가제를 포함하며, 상기 중공 비드는 i)소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드, 또는 ii) 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드와, 유기 중공 비드의 혼합물을 함유한다. 상기 ii) 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드와, 유기 중공 비드의 혼합물에서 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 함량은 유기 중공 비드 1중량부를 기준으로 하여 1 중량부를 초과하고 5 중량부 이하이다.
상기 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 함량은 유기 중공 비드 1중량부를 기준으로 하여 2 중량부 내지 4.9 중량부이고, 바람직하게는 유기중공비드 1중량부를 기준으로 하여 1:3.9 중량부이다.
유기 중공 비드를 함유하는 단열도료는 단열 특성은 우수하지만 구조물상에 한 번에 도포하여 약 2mm 이상, 예를 들어 3mm 이상 또는 2 내지 3mm의 두께를 갖는 단열코팅막을 형성하면 단열코팅막의 표면에 크랙이 발생된다. 이와 같이 단열코팅막에 크랙이 발생되면 크랙을 통하여 열손실이 발생되고 구조물과의 표면접착력도 저하된다. 또한 상술한 두께를 갖는 단열코팅막을 형성하기 위해서는 단열도료를 여러 번 도포하는 과정을 거쳐야 하므로 작업시 공정비용이 상승된다. 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 단열 특성이 우수하면서 크랙 발생이 효과적으로 억제된 단열도료에 대한 발명을 완성하였다. 상기 단열도료는 구조물상에 한 번에 도포하여 약 2mm 이상의 두께를 갖는 단열코팅막을 형성하는 경우에도 표면 크랙이 거의 발생되지 않는다. 또한 상기 단열도료는 상술한 성분들의 함유로 점도가 상승되지 않고 단열도료의 로딩량을 높일 수 있어 한번의 도포공정으로 약 2mm 이상, 예를 들어 2 내지 3mm의 두께를 갖는 단열코팅막을 형성할 수 있다. 따라서 단열코팅막 제조과정이 간단하고 공정비용이 절감되는 효과가 있다.
소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 함량이 1 중량부 이하이면, 단열도료로부터 형성된 단열코팅막에 크랙이 발생되고 단열도료내에서 상분리가 일어날 수 있고, 5 중량부를 초과하면 단열코팅막의 단열 특성이 저하되어 바람직하지 못하다.
소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 밀도는 0.125 g/cc 내지 0.20 g/cc이고, 상기 소다 라임 보로실리케이
트 글래스(Soda-lime-borosilicate glass) 중공 비드의 크기는 15 내지 65㎛, 쉘의 두께는 0.5 내지 1.5㎛, 바람직
하게는 0.55 내지 0.89㎛이다. 크기는 평균 직경(D50)을 나타낸다. 그리고 상기 소다라임 보로실리케이트 글래스 중
공 비드의 열전도도는 0.047 내지 0.070 W/(mK)(at 21℃)이다.
상기 소다 라임 보로실리케이트 글래스(Soda-lime-borosilicate glass) 중공 비드의 평균입경(D50)은 예를 들어 55㎛ 내지 65㎛이고, D90이 95㎛ 내지 115㎛, D10이 25㎛ 내지 30㎛인 것이 바람직하다. 그리고 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 강도는 250 내지 300psi이다. 소다라임 보로실리케이트 글래스 중공비드는 상술한 밀도를 갖고 있어 단열도료내에서 침전되지 않고 도막의 내구성을 우수하게 유지할 수 있다.
본 명세서에서 D10, D50(평균입자크기) 및 D90은 입자의 입경을 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총 부피의 10%, 50% 및 90%에 해당하는 입경을 의미한다.
소다라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드는 그 형상이 특별하게 제한되지는 않는다. 예를 들어 속이 비어 있는 균일한 구형 형상을 가질 수 있고, 예를 들어 마이크로스피어(microsphere)일 수 있다. 소다 라임 보로실리케이트글래스 중공 비드는 그 물질 자체의 특성과 중심이 비어 있는 상태가 상승작용을 일으켜 이를 단열도료안에 함유하면 단열효과가 우수하다. 속이 비어 있는 형태라서 열전도율을 매우 낮추어주고, 구형을 갖고 있어 반사에 의하여 복사를 최소화시켜 열전달을 효과적으로 차단할 수 있어 단열재에 우수한 단열효과를 부여할 수 있다. 그리고 상기 소다라임 보로실리케이트는 실리카 70-80중량%, 산화칼슘 5-15중량%, 산화나트륨 3-8중량%, 붕소 2-7중량%로 이루어진다. 예를 들어 상기 소다라임 보로실리케이트는 실리카 75중량%, 산화칼슘 10중량%, 산화나트륨 5.5중량%, 붕소 4.5중량%로 이루어진다.단열도료에서 소다라임 보로실리케이트 중공비드를 사용하는 경우 글래스섬유, 미네랄 필러와 같은 부정형 필러를 이용하는 경우와 비교하여 비중이 작으면서 강도가 우수하고 볼-베어링 효과로 인하여 단열도료의 흐름성을 양호하게 유지할 수 있다. 따라서 단열도료에서 바인더의 사용량을 다른 필러를 이용한 경우와 비교하여 줄여줄 수 있다. 또한 단열도료에서 다른 부정형 필러를 이용한 경우와 달리 부피 충진률을 더 높일 수 있고 수축률이 향상되고 방향에 따른 물성 차이가 없다. 또한 소다라임 보로실리케이트 중공비드를 단열도료에 부가하는 경우 구 형상으로 인하여 동일한 부피를 첨가하는 경우 다른 필러를 이용한 경우와 비교하여 단열도료의 점도가 상승되는 것을 최소화시켜줄 수 있다. 그리고 이를 이용하면 뒤틀림과 수축률을 줄여주어 치수안정성을 개선하고 단열도료의 제조비용이 저렴한 편이다.
소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드로서 예를 들어 3M 컴퍼니(세인트 폴, 미네소타주)에서 시판되는 상품명 소다 라임 보로실리케이트 글래스 마이크로스피어를 사용할 수 있다. 그리고 상기 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 함량은 유기 중공 비드 1 중량부를 기준으로 하여 1 중량부를 초과하고 5 중량부 이하, 예를 들어 2 내지 5 중량부, 예를 들어 2 내지 4.9 중량부, 예를 들어 2.2 내지 4.5 중량부, 예를 들어 2.3 내지 4.1 중량부이다.
단열도료에 함유된 유기 중공 비드의 크기는 6 내지 50㎛, 예를 들어 10 내지 50㎛, 예를 들어 40 내지 50㎛이고 고분자 쉘의 두께는 1 내지 3㎛이고, 밀도는 38 내지 46 kg/m3이다. 여기에서 용어 "크기"는 유기 중공 비드가 구형인 경우 평균직경을 나타내고 비구형인 경우 장축길이를 나타낸다.
상기 유기 중공 비드는 고분자쉘과, 상기 쉘 내부에 팽창 매개체로서 이소부탄 또는 이소펜탄을 포함하는 팽창가능한 중공형 미세구이다. 상기 고분자 쉘은 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴계 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 또는 그 블랜드로 구성된다. 유기 중공 비드로는 시판되는 상품명 expancel을 사용할 수 있다. 유기 중공 비드는 폴리메틸메타크릴레이트 또는 폴리비닐클로라이드로 구성된 쉘과 쉘 내부에 팽창 매개체로서 이소부탄 또는 이소펜탄을 포함하는 중공형 구형 물질이다.
단열도료안에 함유된 중공 비드의 함량은 단열도료의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 20 중량부이다. 여기에서 단열도료의 총중량 100 중량부는 중공 비드, 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자, 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자 및 첨가제의 총중량 100 중량부를 의미한다. 여기에서 제1아크릴계 고분자와 제2아크릴계 고분자는 각각 에멀젼 상태를 의미한다. 예를 들어 제1아크릴계 수에멀젼은 고형분의 함량이 약 48 중량%이고 제2아크릴계 수에멀젼의 함량은 약 60 중량%이다.
단열도료는 바인더 역할을 하는 액상의 고분자 수지를 함유할 수 있다. 본 발명의 내크랙성 단열도료는 액상의 고분자 수지로서 2종의 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자, 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자를 이용한다. 상기 액상의 고분자 수지로서 상술한 제1아크릴계 고분자 및 제2아크릴계 고분자 이외에 예를 들어 실란수지, 실록산수지, 프탈산수지, 염화비닐수지, 에폭시수지, 우레탄수지, 아미노알키드수지 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 제1아크릴계 고분자는 pH가 8 내지 10인 아크릴계 공중합체 에멀젼으로부터 얻어진 것이고, 아크릴계 공중합체는 아크릴-스티렌 공중합체, 그 가교 공중합체 또는 그 조합물이다. 상기 에멀젼은 물을 함유한 에멀젼이다.
상기 아크릴계 공중합체 에멀젼의 pH는 8.5 내지 9.5이고 점도는 1000 내지 2000cps이고, 고형분의 함량은 47 내지 49 중량%이다.
상기 제1아크릴계 고분자는 유동성이 우수하고 안료와 분산한 후 스프레이, 롤러 등과 같은 도포 작업성이 매우 우수하며, 상술한 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드과 같은 무기물과 혼합하는 경우에도 분산성이 매우 우수하다. 그리고 이를 함유한 단열도료를 석면, 콘크리트, 펄라이트 구조물에 도포하여 단열코팅막을 형성하는 경우 구조물에 대한 단열코팅막의 부착력이 우수하고, 내수성 및 내후성이 양호하다.
상기 제2아크릴계 고분자는 pH가 6 내지 7인 아크릴계 고분자 에멀젼으로부터 얻어진 것이고, 상기 아크릴계 고분자는 폴리아크릴이다. 아크릴계 고분자 에멀젼의 pH는 바람직하게는 5.5 내지 6.5이고, 점도는 13000 내지 7000 cps이다 그리고 유리전이온도가 낮은 제2아크릴계 고분자를 단열도료에 부가하면 탄성이 우수하고 안료 등과 같은 다른 성분과의 혼화성이 우수하고 흐름성 및 작업성이 우수하다. 그리고 이를 함유한 단열도료는 저장안정성이 개선된 이를 이용하여 형성된 단열코팅막은 기계적 안정성이 향상된다.
상기 아크릴-스티렌 공중합체는 아크릴계 모노머, 스티렌계 모노머를 공중합하여 얻은 생성물이고, 상기 아크릴-스티렌 가교 공중합체는 아크릴계 모노머, 스티렌계 모노머 및 가교제를 공중합하여 얻어진 것이다.
상기 아크릴계 모노머로는 공중합체에서 유연성 등을 부여하는 역할을 하며, 그 예로는 아크릴산, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 상기 스티렌계 모노머는 공중합체의 강도에 영향을 미치는 물질로서, 예로서 스티렌, 알파메틸스티렌, 알킬스티렌, 할로겐화스티렌, 할로겐치환 알킬스티렌, 알콕시스티렌, 비닐바이페닐, 비닐페닐나프탈렌, 비닐페닐피렌, 비닐페닐안트라센, 트리알킬실릴비닐바이페닐, 알킬실릴스티렌, 카르복시메틸스티렌, 알킬에스테르스티렌, 비닐벤젠술폰산에스테르, 비닐벤질디알콕시포스파이드, 디비닐벤젠, 트리비닐벤젠 등을 사용할 수 있다. 그리고 가교제는 개질제로서, 예를 들어 아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, 하이드록시알킬 아크릴레이트(예: 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트), 글리시딜 메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산 무수물 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 아크릴-스티렌 공중합체 및 가교 공중합체에서 아크릴계 모노머와 스티렌계 모노머의 혼합몰비는 1:9 내지 9:1, 예를 들어 2:8 내지 8:2, 예를 들어 3:7 내지 7:3, 예를 들어 5:5이다. 그리고 상기 아크릴계 모노머와 스티렌계 모노머의 총함량과 가교제의 함량의 몰비는 90:10 내지 99:1이고, 예를 들어 95:5 내지 98:2, 예를 들어 97:3이다. 상기 아크릴-스티렌 가교 공중합체로는 예를 들어 상품명 HIPOLEX CM-8000MW(대흥특수화학)(고형분: 47 내지 49중량%)으로 시판되는 것을 사용할 수 있다.
상기 제2아크릴계 고분자는 예를 들어 아크릴수지이며, 상업적으로 시판되는 것으로는 아크릴수지 에멀젼(HIPOLEX DH-7000) (대흥특수화학)이 있다.
상기 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자와 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자의 고형분 총함량은 단열도료 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 35 내지 45 중량부이고,
상기 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자와 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자의 고형분 혼합비는 1:9 내지 9:1, 예를 들어 1:1 또는 1:1.2이다. 여기에서 “단열도료 총중량 100 중량부”는 중공 비드, 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자, 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자 및 첨가제의 총중량 100 중량부를 말하며, 제1아크릴계 고분자와 제2아크릴계 고분자는 각각 에멀젼(aqueous emulsion) 상태의 함량을 의미한다. 그리고 제1아크릴계 고분자와 제2아크릴계 고분자의 고형분은 각각 제1아크릴계 고분자 에멀젼과 제2아크릴계 에멀젼에서 물을 제외한 고형분을 나타낸다.
상기 단열도료에서 제1아크릴계 고분자 및 제2아크릴계 고분자에 함유된 물의 함량을 고려해볼 때 단열도료 100 중량부를 기준으로 하여 예를 들어 30 내지 40 중량부 범위, 예를 들어 36.3 중량부이다.
상기 가교 공중합체는 아크릴계 모노머, 스티렌계 모노머 및 가교제를 포함하는 혼합물을 가교 공중합 반응을 실시하여 얻을 수 있다. 상기 혼합물에서 아크릴계 모노머와 스티렌계 모노머의 함량은 혼합물 100 중량부를 기준으로 하여 90 내지 98 중량부, 예를 들어 92 내지 97 중량부, 예를 들어 97 중량부이고, 가교제의 함량은 2 내지 10 중량부, 예를 들어 3 내지 8 중량부, 예를 들어 3 중량부이다.
단열도료안에 함유된 첨가제는 단열도료 제조시 이용되는 것이라면 모두 다 사용 가능하다. 첨가제는 예를 들어, 분산제, 소포제, 난연제, 안료, 증점제, 유화제, 안료 중에서 선택된 하나 이상이며, 나열된 각 성분들은 당해기술분야에서 통상적으로 사용된 것을 이용할 수 있고 그 함량도 통상적인 수준이다. 첨가제의 총함량은 단열도료 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부이다. 첨가제의 함량이 상기 범위미만이면 단열코팅막의 상태가 양호하지 못하여 상기 범위를 초과하면 단열도료에서 다른 성분의 함량이 상대적으로 감소되어 내구성, 단열특성 등이 원하는 수준을 갖지 못한다.
분산제는 단열도료내의 안료를 분산하여 도막의 시각적 효과 및 은폐력이 좌우되며 도료의 제조시나 저장 및 도장시에도 중요한 역할을 하는데, 분산제는 수성 도료용 습윤 분산제로 유기 무기 안료용 분산제를 사용하는 것이 바람직하다. 분산제는 고분자량의 중합체 또는 블록 공중합체 타입 분산제, 고분자량 공중합체의 알킬암모늄염 타입 분산제 등과 같이 도료 조성물에 통상 사용되는 분산제를 단독으로 또는 조합하여 제한없이 사용할 수 있으며, 소듐 시트레이트, 칼슘 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 디스테아릴 디메틸 암모늄 클로라이드 또는 이들의 조합물이 있다. 분산제는 그 시판품의 예로는 YK-Chemie사의 DISPERBYK-180 및 DISPERBYK-199, DISPERBYK 163, BYK9076, DIPSERBYK 108, EFKA 4047 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
증점제는 점도조절, 증점 부여, 입자의 침강방지, 재분산성, 흐름성 및 입자의 저장 안정성 개선에 사용되어 도료의 물성 및 저장성이 개선될 수 있다.
첨가제로서 사용되는 소포제는 도료의 제조시나 작업시 도료 내에 있는 기포를 제거함으로써 도막 건조시 도막의 외관을 양호하게 하는 작용을 하며, 소포제를 사용하지 않으면 도막에 기포가 발생하고 반대로 과량을 사용하면 분화구 현상이 나타나는 등 도막의 외관이 불량해진다. 소포제는 도포를 도포한 후 기포에 의하여 생기는 핀홀을 방지하고 표면을 평활하게 유지하기 위하여 첨가하는 것으로서 알코올 또는 유기인산염을 사용한다. 예를 들어 디메틸 폴리실록산, 실리콘, 실리카, 소르비탄 모노스테아레이트, 실리콘 수지, 데카논산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 미네랄 오일, 옥시스테라린 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 시판되는 소포제로는 예를 들어 Sanocof Co., Ltd사에서 판매되는 상품명 SN-1300, BYK-Chemie사에서 시판되는BYK-011, BYK-015 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
난연제는 예를 들어 트리페닐 포스페이트(TPP), 이소프로필레이티드 트리페닐 포스페이트, 트리크레실 포스페이트, 부틸레이티드 트리페닐 포스페이트, 크레실 디페닐 포스페이트, 이소프로필 페닐 디페닐 포스페이트, 레조르시놀 비스(디페닐 포스페이트)(RDP), 비스페놀 A 비스(디페닐포스페이트)(BDP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그리고 유화제는 하나의 계에 유상과 수상이 있을 경우 그것을 서로 혼합하지 않으면 2상간의 계면이 생기는데, 계면활성제를 첨가하면 활성제의 극성기는 물에 녹고 비극성기는 유상에 용해하게 배합하여 수상과 유상간의 가교작용을 하므로, 이를 위해 유화제가 사용되며, 유화제를 사용하지 않을 경우 도료의 층 분리 및 도막 형성시 문제가 생길 수 있다.유화제는 예를 들어 소듐 라우릴 설페이트 등을 사용할 수 있다.
안료는 이산화티탄과 같은 착색 안료(coloring pigment)가 사용될 수 있으며, 또한 알루미늄 실리케이트, 탄산칼슘, 활석 또는 이들의 조합물과 같은 체질안료(body pigment)를 포함할 수도 있다. 산화철, 산화크롬, 코발트블루, 알루미늄 화이트,산화철황, 황화아연, 카드뮴 옐로우, 카드뮴 레드, 크롬 옐로우, 몰리브데이트 오렌지, 징크 크로메이트, 스트론티움 크로메이트, 화이트 카본, 활석, 울트라마린 블루, 베어라이트분,페로이안화물, 인산염, 카본 블랙, 이산화티탄, 탄산칼슘, 탈크, 황산바륨 중에서 선택된 하나 이상이 사용된다. 안료의 크기는 예를 들어0.2 내지 500㎛이다. 크기는 안료가 구형인 경우, 직경을 나타내고 비구형인 경우에는 장축길이를 나타낸다. 상기 증점제로서 하이드록시에틸셀룰로오스 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 단열도료는 열전도율이 0.065 W/(mK)(at 21℃) 이하로서, 바람직하게는 0.035 W/(mK)(at 21℃) 이하, 더 바람직하게는 0.03W/(mK)(at 21℃) 로 단열 특성이 매우 우수하다.
본 발명의 단열도료를 소재의 표면에 도포 및 건조하여 얻어지는 단열재를 얻는다. 도포방법은 예를 들어 몰타르건이나 에어리스(airless) 설비, 스프레이 등을 이용할 수 있다. 이러한 도포과정을 1회 수행하여 목적하는 두께 예를 들어 2mm 이상, 예를 들어 2 내지 3mm의 두께를 갖는 단열코팅막을 갖는 단열재를 형성할 수 있다.
건조는 상온(25℃) 내지 45℃, 예를 들어 20 내지 40℃ 범위에서 실시된다. 코팅은 스프레이법, 닥터코터기, 바 코팅 등과 같이 단열도료를 이용하여 단열재 형성시 통상적으로 이용되는 도포방법이라면 모두 다 사용 가능하다.
본 발명의 단열도료를 이용하여 얻어진 단열재는 그 표면에 크랙이 발생되지 않아 단열코팅막과 그 구조물의 결합력이 매우 우수하고 한번의 단열도료 코팅작업만으로 3mm 이상의 두께를 갖는 단열코팅막을 형성할 수 있다.
또한 상기 단열도료를 이용하여 구조물의 표면에 코팅막을 형성하면 구조물의 결로가 효과적으로 방지될 수 있다. 결로조건을 살펴보면, 장마철에는 외부가 고온다습한 상태로 유지되고 상대적으로 지하실벽은 온도가 0℃ 이하로 떨어지는 데 반하여 건축물 내부의 온도는 대략 20℃ 이상으로 유지되기 때문에 습기가 많은 지역의 지상층 건물 내부에서 결로 현상이 발생된다. 그러나 본 발명의 단열도료를 이용하면 습기를 외부로 방출할 수 있는 특성을 갖고 있어 단열과 흡습을 통하여 결로가 효과적으로 방지될 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 단열도료를 소재의 표면에 도포 및 건조하여 얻은 단열재가 제공된다.
본 발명의 단열도료는 다양한 재질의 구조물 예를 들어 철, 비철, 나무, 콘크리트, FRP(Fibre-reinforced plastic) 등의 구조물에 적용하여 단열코팅막을 형성할 수 있고, 특히 선박용 단열재, 배관 등에 효과적으로 적용할 수 있다. 상기 단열코팅막의 두께는 1mm 이상, 바람직하게는 3mm 이상이다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
실시예 1-5: 단열도료의 제조
하기 표 1에 나타난 조성으로 제1아크릴계 고분자인 아크릴 스티렌 가교 공중합체 에멀젼(HIPOLEX CM-8000MW)(고형분: 48중량%), 제2아크릴계 고분자인 아크릴수지 에멀젼(HIPOLEX DH-7000)(고형분: 60 중량%), 유기 중공 비드(Expancel 461 WE 40 d36), 무기 중공 비드(3M 글래스 버블 K20), 분산제인 SAN NOPCO LOMITED사에서 판매되는 상품명 Dispexcel-LB 1520, 소포제인 SAN NOPCO LOMITED사에서 판매되는 상품명 SN-DEFOAMED 345, 난연제인 멜라민 폴리포스페이트(MPP) 및 안료인 이산화티탄을 혼합하여 내크랙성 단열도료를 제조하였다. 상기 아크릴 스티렌 공중합체에서 아크릴계 모노머와 스티렌계 모노머의 모노머 혼합물과, 가교제의 몰비는 97:3이고, 아크릴계 모노머와 스티렌의 몰비는 1:1이다.
비교예 1-3: 단열도료의 제조
하기 표 1의 조성으로 단열도료를 제조하였다.
구분 실시예 1 실시예2 실시예3 실시예: 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
아크릴 스티렌 공중합체1 39.5(18.96) 39.5 39.5 38.3 40.7 39.5 78.9 39.5 -
아크릴수지2 39.5
(23.7)		 39.5 39.5 38.3 40.7 39.5 - 39.5 78.9
유기중공비드 0 3.2 4.8 3.1 3.3 7.9 - 15.8 -
무기중공비드 15.8 12.6 11.0 15.2 9.9 7.9 15.8 - 15.8
유기중공비드와 무기중공비드의 혼합 중량비 - 1:3.9 1:2.3 1:4.9 1:3 1:1 - - -
중공비드의 총함량3 15.8 15.8 15.8 18.3 13.2 15.8 15.8 15.8 15.8
분산제
 4.7 4.7 4.7 4.6 4.9 4.7 4.7 4.7 4.7
소포제
 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
난연제
 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
안료
 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
표 1에서 아크릴 스티렌 공중합체 1 에서 39.5는 아크릴 스티렌 가교 공중합체 에멀젼의 함량이고 18.96는 고형분 함량을 나타낸 것이고, 아크릴 수지 2에서 39.5는 아크릴수지 에멀젼의 함량이고 23.7은 고형분 함량을 나타낸 것이다. 그리고 중공비드의 총함량3은 중공 비드, 아크릴 스티렌 공중합체, 아크릴수지 및 첨가제의 총중량 100 중량부를 기준으로 한 함량을 나타낸 것이다. 그리고 Expancel 461 WE 40 d36은 고분자 쉘이 아크릴로나이트릴-메틸메타크릴산-염화비닐리덴의 공중합체로 이루어진 중공형 미세구, 상기 공중합체를 구성하는 아크릴로나이트릴-메틸메타크릴산-염화비닐리덴의 혼합몰비는 1:1:1이고, 무기 중공형 비드의 D10, D90 및 D50은 각각 30㎛, 90㎛ 및 60㎛이고 유기 중공형 비드의 평균입경(D50)은 약 40㎛이다.
실시예 6: 단열도료의 제조
무기 중공형 비드로서 3M 글래스 버블 K1(D10, D90 및 D50은 각각 30㎛, 115㎛ 및 65㎛)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 단열도료를 제조하였다.
실시예 7-8: 단열도료의 제조
제1아크릴계 고분자인 아크릴 스티렌 공중합체와 제2아크릴계 고분자인 아크릴수지의 고형분 혼합비가 1:2 및 2:1로 각각 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 단열도료를 제조하였다.
비교예 2: 단열도료의 제조
아크릴 스티렌 공중합체만 사용하고 아크릴 수지를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 단열도료를 제조하였다.
상기 비교예 2에 따라 제조된 단열도료를 철판 상부에 1회 도포한 다음 이를 상온(25℃)에서 건조하여 약 3mm의 두께를 갖는 단열코팅막을 형성하여 단열재를 제조하였다.
그 결과, 상기 단열코팅막은 지나치게 하드해져서 깨지기가 쉬워서 실제적으로 적용하기가 어려웠다.
비교예 4: 단열도료의 제조
아크릴 수지만 사용하고 아크릴 스티렌 공중합체를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 단열도료를 제조하였다.
철판 상부에 1회 도포한 다음 이를 상온(25℃)에서 건조하여 약 3mm의 두께를 갖는 단열코팅막을 형성하여 단열재를 제조하고자 시도하였다. 그러나 상기 비교예 4에 따라 제조된 단열도료는 점도가 높아져서 철판 소재에 도포하는 것이 매우 어려웠다.
평가예 1: 내크랙성 테스트
상기 실시예 1 내지 8의 단열도료 및 비교예 1 내지 3의 단열도료를 철판 상부에 1회 도포한 다음, 이를 상온(25℃)에서 건조하여 약 3mm의 두께를 갖는 단열코팅막을 형성하여 단열재를 제조하였다. 상기 단열코팅막의 표면에서 크랙 발생 여부를 조사하기 위한 사진을 도 1 내지 도 4에 나타내었다.
이를 참조하면, 실시예 1의 단열도료를 이용하여 얻은 단열코팅막은 도 1에 나타난 바와 같이 크랙이 전혀 관찰되지 않았다. 실시예 2 내지 8의 단열도료를 이용하여 제조한 단열코팅막은 실시예 1의 단열도료를 이용하여 형성된 단열코팅막과 마찬가지로 단열코팅막내에서 크랙이 거의 관찰되지 않았다. 이와 같이 실시예 1 내지 8의 단열도료를 이용하면 단열코팅막에서 표면크랙이 거의 발생되지 않는다는 것을 알 수 있었다.
반면에 비교예 1의 단열코팅막은 크랙이 일부 형성되었다. 이로부터 단열코팅막에서 크랙 형성 여부는 무기 중공비드와 유기 중공비드의 혼합비가 매우 중요하다는 것을 알 수 있었다. 그리고 무기 중공비드만이 사용된 실시예 1과, 무기중공비드의 함량이 유기 중공비드에 비하여 많은 실시예 2 및 8의 경우는 단열코팅막에서 크랙 발생이 관찰되지 않았다.
비교예 2의 단열코팅막은 무기중공비드와 아크릴 스티렌 공중합체만 함유한 단열도료를 이용하여 형성된 것이다. 비교예 2의 단열코팅막은 도 3에 나타난 바와 같이 크랙이 매우 많이 발생되었는데 이는 아크릴 스티렌 공중합체와 아크릴 수지의 2종을 1:1로 혼합한 경우가 크랙이 생기는 않는다는 것을 알 수 있었다.
비교예 3의 경우는 유기 중공비드만을 사용한 경우이고 이 경우는 도 4로부터 알 수 있듯이 단열코팅막에 크랙 발생이 크게 나타났다. 이로부터 단열코팅막안에 함유된 비드로서 유기중공비드만을 함유한 경우는 기계적 특성이 저하된다는 것을 알 수 있었다.
평가예 2: 단열 특성
도 2의 단열 특성 테스트 장치는 실시예 1 내지 3의 단열도료와 비교예 1 내지 3의 단열도료 각각를 철판상에 도포한 다음 이를 상온(25℃)에서 건조하여 얻은 단열재 (21) 각각을 열원 (20) 상에 부착하였다. 도 2에 나타난 테스트 장치를 이용하여 시간에 따른 단열코팅막의 온도 변화를 측정하였다.
상기 단열코팅막의 온도 변화 측정 결과를 하기 표 2 및 도 6에 나타내었다.
시간(초) 30 60 90 120 150 180
실시예 1 38.0 44.9 46.9 47.6 47.4 46.9
실시예 2 37.8 44.5 46.0 46.5 46.1 45.7
실시예 3 37.5 43.9 45.2 45.2 44.8 44.4
비교예 1 41.8 49.2 50.2 50.3 49.9 49.3
비교예 2 48.5 52.3 52.4 51.9 51.6 51.6
비교예 3 38.2 45.4 47.9 48.9 48.6 48.0
도 6 및 표 2를 참조하여, 실시예 1 내지 3의 단열도료를 이용하여 형성된 단열코팅막은 비교예 1 내지 3의 단열도료를 이용한 경우와 비교하여 시간이 경과됨에 따라 단열코팅막의 온도 변화가 감소된다는 것을 알 수 있었다. 이로부터 실시예 1 내지 3의 단열도료는 비교예 1 내지 3의 단열도료와 비교하여 단열 특성이 개선된다는 것을 알 수 있었다.
또한 실시예 4 및 8의 단열도료를 상술한 측정방법과 동일하게 그 단열 특성을 평가하였다.
평가 결과, 실시예 4, 5 또는 8의 단열도료는 시간이 지남에 따라 단열코팅막의 온도 변화가 감소하여 상기 실시예 2의 단열도료를 이용한 경우와 동등한 수준의 단열 특성을 나타냈다. 특히 실시예 6의 단열도료는 실시예 1의 단열도료에 비하여 단열 특성이 더 우수한 결과를 나타냈다.
상술한 결과로부터, 실시예 1 내지 8에 따라 얻은 단열 도료를 사용하여 제조된 단열재는 비교예 1 내지 3의 단열도료를 사용하여 제조된 단열재에 비하여 단열 효과가 우수하여 동일한 시간 내에 내부로 전달되는 열이 훨씬 적어서 내표면의 온도가 더 낮다는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 열전도율 면에서도 본 발명의 단열재가 훨씬 낮은 수치를 나타내어 더 유리하다는 것을 확인할 수 있다. 결국, 실시예 1 내지 8에 따른 단열도료 및 이로부터 제조된 단열재는 일반 건축물 및 각종 시설물의 단열용으로 사용될 때 우수한 단열 효과를 제공할 수 있는 것임을 확인할 수 있었다.
평가예 3: 저장안정성( 상분리 관찰)
실시예 1 내지 8의 단열도료와 비교예 1 내지 4의 단열도료를 하기 조건 1 및 2에서 보관한 후 상태를 평가하였고 그 평가결과를 후술하는 3개의 상태로 나타내었고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
<조건 1>
25℃의 환경에서 단열도료를 24 시간 동안 보관하였다.
<상태 평가>
◎: 분체 도료의 응집 또는 뭉침이 거의 없음
○: 분체 도료의 응집 또는 뭉침이 약간 있음
Х: 분체 도료의 응집 또는 뭉침이 많음
시간(초) 조건 1
상분리 유무 응집 또는 뭉침 유무
실시예 1 상분리 없음 ◎
실시예 2 상분리 없음 ◎
실시예 3 상분리 없음 ◎
실시예 4 상분리 없음 ◎
실시예 5 상분리 없음 ◎
실시예 6 상분리 없음 ◎
실시예 7 상분리 없음 ◎
실시예 8 상분리 없음 ◎
비교예 1 상분리 관찰됨 ○
비교예 2 상분리 관찰됨 Х
비교예 3 상분리 관찰됨 ○
비교예 4 상분리 없음 Х
표 3을 참조하여, 실시예 1 내지 8의 단열도료는 1 일이 경과되더라도 상분리 현상이 관찰되지 않았다. 특히 실시예 1 내지 5의 단열도료는 응집 또는 뭉침 현상이 거의 발견되지 않았다. 이에 비하여 비교예 1 내지 3의 단열도료는 상분리 현상이 발생하였고, 특히, 비교예 2의 단열도료는 상분리 현상이 크게 발생하였다. 비교예 1 내지 4의 단열도료는 뭉침 또는 응집이 있어 단열도료를 사용하기 위해서는 교반을 더 실시해야 했다. 특히, 비교예 2와 4는 뭉침 또는 응집이 많이 발생하였다. 상술한 바와 같이, 실시예 1 내지8의 단열도료는 비교예 1 내지 4의 단열도료와 비교하여 저장안정성이 향상됨을 알 수 있었다.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
20: 테스트 장치 21: 열원
22: 단열도료 23: 접촉식 온도계

Claims (9)

  1. 중공 비드, 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자, 유리전이온도가 -20℃ 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자 및 첨가제를 포함하는 단열도료이며,
    상기 중공 비드가 i)소다 라임 보로실리케이트 글래스(Soda-lime-borosilicate glass) 중공 비드, 또는
    ii) 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드와, 유기 중공 비드의 혼합물을 포함하며,
    상기 ii) 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드와, 유기 중공 비드의 혼합물에서 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 함량은 유기 중공 비드 1중량부를 기준으로 하여 1 중량부를 초과하고 5 중량부 이하인 단열도료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 함량은 유기 중공 비드 1중량부를 기준으로 하여 2 중량부 내지 4.9 중량부이고, 상기 소다라임 보로실리케이트는 실리카 70-80중량%, 산화칼슘 5-15중량%, 산화나트륨 3-8중량%, 붕소 2-7중량%로 이루어진 단열도료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1아크릴계 고분자는 pH가 8 내지 10인 아크릴계 공중합체 에멀젼으로부터 얻어진 것이고, 상기 아크릴계 공중합체는 아크릴-스티렌 공중합체, 그 가교 공중합체 또는 그 조합물이며.
    상기 제2아크릴계 고분자는 pH가 6 내지 7인 아크릴계 에멀젼으로부터 얻어진 것이고,
    상기 아크릴계 고분자는 폴리아크릴 수지인 내크랙성 단열도료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소다 라임 보로실리케이트 글래스 중공 비드의 크기는 15 내지 65㎛이고, 쉘의 두께는 0.5 내지 1.5㎛이고, 밀도는 0.125 g/cc 내지 0.20 g/cc인 내크랙성 단열도료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단열도료에 함유된 유기 중공 비드의 크기는 6 내지 50㎛이고 쉘의 두께는 1 내지 3㎛이고, 밀도는 38 내지 46 kg/m3인 내크랙성 단열도료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기 중공 비드는 고분자쉘과, 상기 쉘 내부에 팽창 매개체를 함유하는 팽창가능한 중공형 미세구이고, 상기 고분자 쉘은 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴계 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 또는 그 블랜드를 함유하며,
    상기 팽창 매개체는 이소부탄 또는 이소펜탄을 포함하는 내크랙성 단열도료.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중공 비드의 함량은 중공 비드, 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자, 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자 및 첨가제의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 20 중량부인 내크랙성 단열도료.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자와 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자의 총 고형분 함량은,
    단열도료 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 35 내지 45 중량부이고,
    상기 유리전이온도가 1 내지 10℃인 제1아크릴계 고분자와 유리전이온도가 -20 내지 -40℃인 제2아크릴계 고분자의 고형분 혼합비는 1:9 내지 9:1인 내크랙성 단열도료.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 분산제, 소포제, 난연제, 안료 및 증점제 중에서 선택된 하나 이상인 내크랙성 단열도료.
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