KR20210025581A

KR20210025581A - 희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20210025581A
Application number: KR1020210027428A
Authority: KR
Inventors: 강오현; 기상인
Original assignee: (주)힐링123
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2021-03-09
Also published as: KR102297925B1

Abstract

본 발명은 희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 희토류와 규사 성분에 의하여 형성되어 실내외 유해 성분을 흡수하면서 이와 동시에 인체에 유리한 성분이 발생되도록 하는 희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법은 희토류 금속은 700 내지 1200 ℃의 온도에서 소성하는 단계; 소성이 된 희토류 금속을 10 내지 150 ㎛의 평균 직경을 가지는 분말로 만드는 단계; 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티탄, 산화칼륨 및 산화철로 이루어진 첨가물 및 바인더를 준비하는 단계; 및 희토류 분말 금속과 첨가물을 바인더와 함께 용제에 투입하는 단계를 포함하고, 상기 희토류 금속의 함량은 이산화규소 100 wt%에 대하여 0.2 내지 2.0 wt%가 된다.

Description

희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법{A Eco Friendly Type of a Coating Composition with a Rare Earth Component and the Method for Producing the Same}

본 발명은 희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 희토류와 규사 성분에 의하여 형성되어 실내외 유해 성분을 흡수하면서 이와 동시에 인체에 유리한 성분이 발생되도록 하는 희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

소재 또는 물건을 보호하는 수단이 되는 다양한 종류의 코팅제 또는 도료가 이 분야에 공지되어 있다. 코팅제 또는 도료는 다양한 화학 물질을 포함할 수 있고, 일부 유기계 도료는 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds)을 발생시켜 환경 또는 인체에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 이러한 유기계 도료의 문제점을 해결하기 위하여 무기계 도료 또는 수성 도료가 개발되어 일부 사용되지만 유기계 도료에 비하여 물성이 떨어진다는 단점을 가진다. 그러므로 휘발성 유기 화합물의 발생이 억제되면서 인체 또는 환경에 유리한 영향을 미치면서 적용 분야에 따른 물성을 가진 코팅제 또는 도료가 개발될 필요가 있다.

특허공개번호 제10-2010-0041251호는 천연 옥 분말, 맥반석 분말, 제올라이트, 규조토, 이산화탄, 은 나노 입자를 실리케이트 무기 바인더와 혼합하여 무기질 도료 조성물을 제조하는 방법에 대하여 개시한다. 또한 특허등록번호 제10-1558842호는 황토 또는 고령토, 벤토나이트, 규산나트륨, 붕사 및 전분을 포함하는 천연 도료 조성물에 대하여 개시한다. 상기 선행기술 또는 공지된 무기계 또는 수성 천연 도료는 다양한 용도로 사용될 수 있는 물성을 가지지 못하면서 예를 들어 장시간 동안 항균성과 같은 특성을 유지하지 못한다는 문제점을 가진다.

본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

특허문헌 1: 특허공개번호 제10-2010-0041251호(주식회사 피움, 2010년04월22일 공개) 조습과 유해물질 저감 기능이 있는 무기질 도료 조성물의 제조 방법 특허문헌 2: 특허등록번호 제10-1558842호(차호 외, 2015년10월08일 공고) 천연 도료 조성물

본 발명의 목적은 희토류 성분을 비롯한 친환경성 성분을 포함하면서 다양한 용도로 사용될 수 있는 물성을 가진 희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 희토류 성분을 가진 환경 친화성 도료 조성물 및 그의 제조 방법은 희토류 금속은 700 내지 1200 ℃의 온도에서 소성하는 단계; 소성이 된 희토류 금속을 10 내지 150 ㎛의 평균 직경을 가지는 분말로 만드는 단계; 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티탄, 산화칼륨 및 산화철로 이루어진 첨가물 및 바인더를 준비하는 단계; 및 희토류 분말 금속과 첨가물을 바인더와 함께 용제에 투입하는 단계를 포함하고, 상기 희토류 금속의 함량은 이산화규소 100 wt%에 대하여 0.2 내지 2.0 wt%가 된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 용제는 에탄올, 물 및 실리카 졸의 혼합물이 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 이산화규소: 희토류 금속의 중량 비 = 100: 0.2 내지 2.0이 되는 1 환경 소재 50 내지 80 wt%; 산화알루미늄 5 내지 10 wt%; 산화칼륨 2 내지 4 wt%; 산화철 6 내지 12 wt%; 및 이산화티탄 0.2 내지 0.8 wt%로 이루어진 첨가물; 및 전체를 100 wt%로 만드는 바인더를 포함하고, 상기 희토류 금속은 단위 초당 1,000 ion/㎤ 이상의 음이온을 방출하고, 1 환경 소재 및 첨가물은 25 내지 500 ㎛의 코팅 두께에서 5 내지 20 ㎛의 파장 대역에서 0.85 내지 0.95의 방사 비율을 가진다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 1 환경 소재, 첨가물 및 바인더가 투입된 용제의 pH는 7.2 내지 8.0이 된다.

본 발명에 따른 도료 조성물은 희토류 금속 성분에 의하여 반영구적으로 음이온이 방출되도록 하면서 콘크리트와 같은 다양한 내외장재로부터 발생되는 유해 물질이 중화가 되도록 한다. 본 발명에 따른 도료 조성물은 원적외선이 지속적으로 방출되도록 하여 세균의 번식이 방지되면서 제습, 중금속 제거 및 공기 정화가 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 도료 조성물은 진드기의 기피 효율이 99.9 % 이상이 되도록 하면서 높은 열방사율로 인하여 난방 또는 냉방 효율이 향상되도록 하면서 이와 동시에 난연 특성으로 인하여 안정성이 향상되도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 환경 친화성 도료 조성물의 제조 방법의 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1을 참조하면, 환경 친화성 도료 조성물의 제조 방법은 희토류 금속은 700 내지 1200 ℃의 온도에서 소성하는 단계(P11); 소성이 된 희토류 금속을 10 내지 150 ㎛의 평균 직경을 가지는 분말로 만드는 단계(P12); 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티탄, 산화칼륨 및 산화철로 이루어진 첨가물 및 바인더를 준비하는 단계(P13); 및 희토류 분말 금속과 첨가물을 바인더와 함께 용제에 투입하는 단계를 포함하고, 상기 희토류 금속의 함량은 이산화규소 100 wt%에 대하여 0.2 내지 2.0 wt%가 된다.

본 발명에 따른 도료 조성물은 건물 외부의 마감재에 코팅이 되거나, 건물 내부의 마감재에 코팅이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

희토류 금속은 원석으로부터 제련된 형태가 되거나, 원석으로부터 예를 들어 황산 용액, 염산 용액, 가성소다 또는 이와 유사한 용액에 침지될 수 있고, 이에 의하여 희토류에 속하지 않는 성분이 제거된 형태가 될 수 있다. 희토류 금속은 예를 들어 바스트나사이트(bastnasite), 크세노타임(xenotime) 또는 이온 흡착광의 형태가 될 수 있지만 이에 제한되지 않고, 이 분야에 공지된 다양한 형태의 희토류 금속이 될 수 있다. 희토류 금속으로부터 중금속 성분, 이와 유사한 금속 성분 또는 유기 성분이 제거되면 희토류 금속은 소성이 될 수 있다. 소성은 도가니 또는 이와 유사한 장치에서 이루어질 수 있고, 소성 온도는 700 내지 1,200 ℃가 될 수 있고, 바람직하게 900 내지 1,000 ℃가 될 수 있다. 그리고 소성 시간은 불순물이 충분히 제거될 수 있는 시간이 될 수 있고 예를 들어 2 내지 36 시간이 될 수 있지만 희토류 금속의 상태에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 이와 같은 조건으로 소성이 된 희토류 금속은 분말 상태로 만들어질 수 있다(P12).

분쇄는 다양한 분쇄기 또는 밀링 머신에 의하여 이루어질 수 있고, 희토류 금속은 예를 들어 10 내지 150 ㎛의 평균 직경을 가지도록 분쇄될 수 있다. 희토류 금속과 함께 이산화규소(SiO₂)가 분말 상태로 만들어질 수 있고, 이산화규소와 희토류 금속은 미리 결정된 양으로 혼합될 수 있다. 예를 들어 이산화규소와 희토류 금속은 중량 비율로 이산화규소 : 희토류 금속 = 100 : 0.2 내지 2.0이 되는 양으로 혼합될 수 있다. 그리고 이산화규소는 희토류 금속과 동일 또는 유사한 평균 직경을 가지도록 분쇄가 될 수 있다.

분쇄가 된 희토류 금속 또는 이산화규소는 다공성 형태로 만들어질 수 있고, 예를 들어 희토류 금속 또는 이산화규소는 0.01 내지 10.0 ㎛의 평균 직경, 바람직하게 0.1 내지 2.0 ㎛의 평균 직경을 가질 수 있고, 10 내지 50 %의 기공 비율을 가질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 희토류 금속과 이산화규소는 각각 독립적으로 분쇄가 되거나, 서로 혼합이 되어 분쇄가 될 수 있다(P13).

희토류 금속과 이산화규소가 분말 형태로 준비가 되면(P12), 첨가물 및 바인더가 준비될 수 있다. 첨가물은 예를 들어 위에서 설명된 희토류 금속과 이산화규소의 혼합물에 해당하는 1 환경 소재 50 내지 80 wt%에 대하여 산화알루미늄 5 내지 10 wt%; 산화칼륨 2 내지 4 wt%; 산화철 6 내지 12 wt%; 및 이산화티탄 0.2 내지 0.8 wt%를 포함할 수 있다. 추가로 첨가물은 제올라이트, 맥반석 또는 근청석과 같은 2 환경 소재를 포함할 수 있고, 근청석은 마그네슘과 철의 알루미노 규산염 광물에 해당하고, (Mg,Fe)₂Al₃(Si₄Al₂)O₁₈로 표시되는 광물을 말한다. 제올라이트는 항균 기능을 가질 수 있고, 맥반석은 원적외선을 방출하는 기능을 가질 수 있다. 그리고 근청석은 도료의 방사 비율을 향상시키는 기능을 가질 수 있다. 제올라이트, 맥반석 또는 근청석은 희토류 금속과 동일 또는 유사한 평균 직경을 가지거나, 이에 비하여 작은 평균 직경을 가지도록 만들어질 수 있다. 또한 제올라이트, 맥반석 및 근청석은 각각 희토류 금속과 동일 또는 유사한 양으로 첨가될 수 있고, 선택적으로 첨가될 수 있다. 이와 같이 첨가물 또는 2 환경 소재가 준비되면 바인더가 준비될 수 있다(P13).

바인더는 실리카 졸, 산화티탄, 탄산칼슘, 수산화칼륨 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다. 바인더는 용제와 함께 만들어질 수 있고, 예를 들어 용제에 바인더가 첨가되어 바인더 용액이 만들어지고, 이후 위에서 설명된, 1, 2 환경 소재 및 첨가물이 바인더 용액에 투입되어 도료 조성물이 만들어질 수 있다. 바인더 용액의 제조를 위하여 증류수, TEOS(Tetraethly orthosilicate), 에탄올 및 이들의 혼합액이 준비될 수 있다. 구체적으로, 증류수가 단독으로 용제가 되거나, TEOS와 에탄올의 혼합액이 용제로 되거나, 증류수, TEOS 및 에탄올 혼합물이 용제로 사용될 수 있다. 증류수, TEOS 및 에탄올이 혼합되어 용제로 사용되는 경우 증류수: TEOS: 에탄올은 중량 비율로 100: 5 내지 15: 15 내지 45의 비율로 혼합될 수 있다. 바인더의 제조를 위하여 용제 200 g에 실리카 졸 300 내지 500 g, 수산화칼륨 20 내지 50 g이 혼합될 수 있고, 선택적으로 5 내지 10 g의 산화티탄 또는 10 내지 50 g의 탄산칼륨이 선택적으로 투입되어 50 내지 75 ℃의 온도에서 교반이 되면서 투명한 상태로 만들어질 수 있다. 그리고 제조된 바인더 용액에 위에서 설명된 1 환경 소재 및 첨가물이 투입되어 도료가 만들어질 수 있다(P141). 또는 선택적으로 2 환경 소재가 투입되어 환경 친화적인 도료가 만들어질 수 있다.

위에서 설명된 도료 조성물은 타일과 같은 건축 자재의 조성물에 첨가될 수 있다. 예를 들어 위에서 설명된 도료 조성물을 형성하는 1 환경 소재, 첨가물, 바인더 및 선택적으로 추가되는 2 환경 소재는 타일의 성분으로 첨가될 수 있고, 전체 타일 중량의 3 내지 15 wt%의 중량으로 첨가되어 타일의 구성 성분이 될 수 있다(P142). 이와 같이 만들어진 타일은 실내 또는 실외의 벽면 또는 바닥 면에 설치되어 도료가 가지는 특성이 나타나도록 한다.

위에서 설명된 제조 방법에 따라 만들어진 도료 조성물은 이산화규소: 희토류 금속의 중량 비 = 100: 0.2 내지 2.0이 되는 1 환경 소재 50 내지 80 wt%; 산화알루미늄 5 내지 10 wt%; 산화칼륨 2 내지 4 wt%; 산화철 6 내지 12 wt%; 및 이산화티탄 0.2 내지 0.8 wt%로 이루어진 첨가물; 및 전체를 100 wt%로 만드는 바인더를 포함할 수 있다. 도료 조성물에서 희토류 금속은 단위 초당 1,000 ion/㎤ 이상의 음이온을 방출하고, 1 환경 소재 및 첨가물은 25 내지 500 ㎛의 코팅 두께에서 5 내지 20 ㎛의 파장 대역에서 0.85 내지 0.95의 방사 비율을 가질 수 있다. 또한 1 환경 소재, 첨가물 및 바인더가 투입된 용제의 pH는 7.2 내지 8.0이 될 수 있고, 선택적으로 2 환경 소재가 첨가된 도료 조성물도 또한 동일 또는 유사한 범위의 특성을 가질 수 있다.

아래에서 본 발명에 따른 도료 조성물의 실시 예에 대하여 설명된다.

실시 예

실시 예 1

단계 1: 희토류 금속을 900 ℃ 내지 1,000 ℃의 온도로 4 내지 5 시간 동안 소성을 하고, 이산화규소와 함께 평균 직경이 50 내지 100 ㎛가 되도록 밀링 공정으로 분쇄를 하면서 희토류 금속과 이산화규소의 혼합 비율이 중량 비율로 1.5 : 100이 되도록 하여 70 wt%의 1 환경 소재를 준비하였다.

단계 2: 8 wt%의 산화알루미늄; 3 wt%의 산화칼륨; 8 wt%의 산화철; 및 0.5 wt%의 이산화티탄 첨가물을 준비하였다.

단계 3: 증류수 200g에 실리카 졸 400 g 및 수산화칼륨 40 g이 투입되어 60 내지 65 ℃의 온도에서 교반에 의하여 투명한 상태로 바인더 용액으로 만들고, 바인더 용액의 양을 실리카 졸 및 수산화칼륨의 중량의 전체 조성물 중량을 100 wt%가 되도록 조절하여 1 환경 소재와 첨가물을 투입하여 도료 조성물을 제조하였다.

실시 예 2: 단계 2에서 희토류 금속과 동일한 양의 제올라이트 및 맥반석을 준비하여 단계 3에서 바인더 용액에 1 환경 소재와 함께 투입하는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.

실시 예 3: 실시 예 2에서 근청석을 희토류 금속과 동일한 양으로 추가하는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.

실시 예 4: 단계 3에서 바인더 용액으로 TEOS 15 g 및 에탄올 50 g을 추가하는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.

실시 예 5: 바인더 용액에 5 g의 산화티탄 및 20 g의 탄산칼륨을 추가하는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.

비교 예

비교 예 1: 희토류 금속이 사용되지 않는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.

비교 예 2 내지 5: 상업적으로 이용 가능한 세라믹 도료 조성물, 천연 도료 조성물, 수성계 도료 조성물 및 유기계 도료 조성물을 각각 비교 예 2 내지 5로 선택하였다.

결과

실시 예 및 비교 예를 통하여 제조된 각각 도료를 건물 내장재 시편에 건조 두께가 0.1 mm가 되도록 코팅을 하고, 음이온 방출 수준, 원적외선 방출 수준, 항균성 및 밀착성이 측정되었고, 측정 결과가 아래에 제시되었다.

	건조 후 10일	건조 후 30일	건조 후 100일
실시 예1	1,360	1,460	1,410
실시 예2	1,820	2,150	2,150
실시 예3	1,420	1,490	1,480
실시 예4	1,350	1,340	1,340
실시 예5	1,390	1,400	1,390
비교 예1	320	210	150
비교 예2	850	840	750
비교 예3	710	650	470
비교 예4	N/A	N/A	N/A
비교 예5	N/A	N/A	N/A

<표 1: 음이온 방출 수준>시험은 KFIA-FI1042에 따라 행해지고, 시편 20 g에 대하여 전하 입자 측정 장치를 이용하여 실내 온도 27 ℃, 습도 47 %, 대기 중 음이온 수가 100 ION/㎤인 조건에서 시험이 되었고, 표 1에서 단위는 ION/㎤가 되고, N/A는 검출되지 않은 것을 의미한다.

	건조 후 10일	건조 후 30일	건조 후 100일
실시 예1	0.928, 3.58×10²	0.930, 3.62×10²	0.928, 3.62×10²
실시 예2	0.935, 3.65×10²	0.938, 3.67×10²	0.936, 3.61×10²
실시 예3	0.942, 3.68×10²	0.943, 3.68×10²	0.941, 3.67×10²
실시 예4	0.926, 3.57×10²	0.926, 3.57×10²	0.925, 3.56×10²
실시 예5	0.930, 3.60×10²	0.931, 3.61×10²	0.930, 3.60×10²
비교 예1	0.552, 1.38×10²	0.540, 1.30×10²	0.525, 1.21×10²
비교 예2	0.714, 2.57×10²	0.710, 2.51×10²	0.670, 2.31×10²
비교 예3	0.605, 1.82×10²	0.594, 1.81×10²	0.574, 1.58×10²
비교 예4	N/A	N/A	N/A
비교 예5	N/A	N/A	N/A

<표 2: 원적외선 방출 수준>시험결과는 37 ℃에서 FT-IR Spectrometer에 의한 흑체 대비 값(black body)이 되고, 5 내지 20 ㎛ 파장의 원적외선에 대하여 측정이 되었고, 방사 비율 및 방사에너지(W/㎡㎛)를 각각 표시하였다. 건조 과정에서 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌은 발생되지 않는 것으로 측정이 되었고, 실시 예 1 내지 실시 예 5의 경우 진드기 기피가 99.9 %가 되고, 비교 예 1 내지 3의 경우 진드기 기피가 약 80 %가 되지만, 비교 예 4 및 5는 진드기 기피가 되지 않는 것으로 나타났다.

부착 특성 또는 밀착 특성은 ASTM　D3359에서 정하는 cross cut tape test에 따라 이루어졌고, 실시 예 1 내지 실시 예 5의 경우 도막편이 격자 또는 선에서 5% 이하로 떨어지는 4B등급이 되어 비교 예 5의 유기계와 동등한 결과를 나타냈다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

Claims

이산화규소: 희토류 금속의 중량 비 = 100: 0.2 내지 2.0이 되는 환경 소재 50 내지 80 wt%;
산화알루미늄 5 내지 10 wt%; 산화칼륨 2 내지 4 wt%; 산화철 6 내지 12 wt%; 및 이산화티탄 0.2 내지 0.8 wt%로 이루어진 첨가물; 및
전체를 100 wt%로 만드는 바인더를 포함하고,
바인더는 증류수, TEOS(Tetraethly orthosilicate) 및 에탄올이 혼합된 용제에 실리카 졸, 수산화칼륨, 산화티탄 및 탄산칼륨이 투입된 바인더 용액으로 제조되고,
희토류 금속은 단위 초당 1,000 ion/㎤ 이상의 음이온을 방출하고, 1 환경 소재 및 첨가물은 25 내지 500 ㎛의 코팅 두께에서 5 내지 20 ㎛의 파장 대역에서 0.85 내지 0.95의 방사 비율을 가지고, 환경 소재, 첨가물 및 바인더가 투입된 용제의 pH는 7.2 내지 8.0이 되는 것을 특징으로 하는 도료 조성물.