KR20210079653A - 단열 및 방염 페인트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

단열 및 방염 페인트 제조방법이 소개된다.
이를 위해 본 발명은 단열 및 방염 페인트 제조방법에 관한 것으로, a)물, 탈크, 분산제, 소포제 및 착색안료를 혼합한 뒤 1차 교반하는 단계; b)상기 a)단계 이후에, 바인더,흑연,소다를 첨가한 뒤 2차 교반하는 단계; c)상기 b)단계 이후에, 증점제 및 실링제를 첨가하여 3차 교반하는 단계를 포함한다.

Description

단열 및 방염 페인트 조성물 및 그 제조방법{Insulation and flame-proofed paint composition and method for preparing the same}

본 발명은 단열 및 방염 페인트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

단열도료에 있어서도 기능성을 갖춘 여러 가지 제품이 생산되고 있는데, 열을 차단하는 기능성을 강조하다 보니 피복부위가 부풀거나 갈라져 내구성이 떨어지는 단점이 다수 발생하고 있다.

또한, 열을 장시간 받으면서 도막이 분말화되어 갈라지는 백화현상이 나타나는 등 여러 가지 단점을 내포하고 있음. 이러한 단점을 보완하고 단열 성능을 꾸준히 유지하는 내구성을 갖추기 위해서 다방면으로 연구가 진행되고 있다.

기능성 도료를 적용하는 데 있어서도 비용 절감 문제 때문에 두 가지 기능적인 부분(방염성, 단열성)을 보완하기 위한 노력보다는 저렴한 제품의 적용을 선호하는 경향이 있어 성능 개선뿐만 아니라 경제성을 도모한 제품 개발도 동시에 요구되어 지고 있다.

이에 본 발명은 기능성과 경제성을 개선하기 위해서 방염 특성을 보유한 기능 융합형 친환경 단열도료를 제공함에 그 목적이 있다. 또한, 환경에 무해한 친환경 소재를 사용하고, 단열 특성 및 방염 특성을 나타낼 수 있는 소재 및 메커니즘을 적용하여 건물 내부에서 생활하면서 나타나는 유해 환경에 대한 불편함 해소와 에너지 효율성, 화재 안전성 등 실내 공간에서 나타날 수 있는 문제를 해소함에 있다.

KR 10-1151887 (2012.05.24 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 얇은 도포로 방염 및 단열 효과가 극대화되고, 유해물질이 발생되는 것을 방지함은 물론이고, 열손실이 최소화될 수 있는 새로운 개념의 단열 및 방염 페인트 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

단열 및 방염 페인트 제조방법이 소개된다.

이를 위해 본 발명은 단열 및 방염 페인트 제조방법에 관한 것으로, a)물, 탈크, 분산제, 소포제 및 착색안료를 혼합한 뒤 1차 교반하는 단계; b)상기 a)단계 이후에, 바인더,흑연,소다를 첨가한 뒤 2차 교반하는 단계; c)상기 b)단계 이후에, 증점제 및 실링제를 첨가하여 3차 교반하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 성분 및 제조방법으로 이루어진 본 발명에 의한다면 아래와 같은 다양한 효과가 구현된다.

첫째, 본 발명이 고온의 열이 흐르는 배관에 도포된 경우 열유속을 최소화하여 단열효과가 증대되는 이점이 있다.

둘째, 본 발명에 의한 조성물의 경우 다공성 구조로 되어 있어 흡음효과가 있다.

셋째, 방염도료에 준할 수 있는 방염성능이 있음은 물론이고, 4대 중금속이 검출되지 않는 이점이 있다.

넷째, 우수한 내곰팡이성과 결로를 예방하여 도료 내구성이 향상되는 이점이 있다.

다섯째, 넓은 온도 범위에 사용가능하고, 열손실이 최소화되어 에너지가 절감되는 등 다양한 효과가 구현된다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 관한 전체 순서도,
도 2는 본 발명에 의한 제품명을 'CMN-IP1000'으로 명명하고, 본 발명에 의한 제품을 사용하기 위한 사양을 나타내는 도면,
도 3은 페인트 조성물의 효과를 증명하기 위해 본 출원인이 실험 도면,
도 4 내지 도 7은 본 발명의 효과를 입증하기 위한 시험성적서이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 단열 및 방염 페인트 조성물의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명의 조성물은 아래와 같은 함량비로 구성된다.

물 35 이상 45 이하 중량부, 분산제 0.5 이상 1이하 중량부, 소포제 0.5 이상 1이하 중량부, 소다 15이상 22이하 중량부, 바인더 32이상 39이하 중량부에 흑연 3이상 8이하 중량부 및 이산화티타늄 0.5이상 4이하 중량부인 것을 특징으로 하고, 해당 조성물에는, 탈크 0.5이상 4이하 중량부, 아미노 실링제 0.1이상 3이하 중량부 및 증점제 0.01이상 0.1이하 중량부가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

각각의 성분 및 그 기능에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 소포제는 주지하다시피 상기의 조성물로 형성된 페인트를 이용하여 대상물에 도포시 잔존될 수 있는 기포를 제거하는 역할을 한다.

이때, 소포제는 0.5 이상 1이하 중량부로 혼합되는 것이 바람직한데, 그 이유는 소포제의 중량비가 0.5 미만이면 소포제에 의한 기포 제거 효과가 과도하게 저하될 수 있고, 그 중량비가 1을 초과하게 되면 소포제의 투입량에 대비하여 그 효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있는바 상기의 범위 내로 소포제를 혼합하게 된다.

그 다음으로, 분산제의 경우 소포제와 마찬가지로 0.5 이상 1이하 중량부로 혼합하는 것이 바람직한데 그 이유는 다음과 같다.

분산제는 주지하다시피 혼합물 중의 고형분들을 고르게 분산시키는 기능을 하는 것으로서 안료 친화그룹을 가진 고분자의 블록 공중합체 용액인 제품을 사용할 수 있으며, 카르복실산 에테르, 방향족 아미노 술폰산, 폴리알킬아릴술폰산, 나프탈렌 술폰산 등을 사용할 수도 있다.

한편 본 발명에 적용되는 분산제의 중량부가 상기의 범위 내로 한정되는 이유는 다음과 같다.

분산제가 0.5 중량부 미만일 경우에는 분산제의 기능을 수행할 수 없으며, 1중량부를 초과하는 경우에는 다른 성분들이 그 기능을 발휘할 수 없기 때문에 상기의 범위 내에서 사용함이 바람직하다.

그 다음으로 소다가 포함된다.

이는 일종의 필러에 해당하는 것으로 주지하다시피 화학적으로 매우 안정된 소다 라임 보로실리케이트 유리로 만들어진 고강도, 저비중의 필러 단열 첨가재이다.

해당 성분은 도장시 그 수축률이 줄고 치수 안정성을 높일 수 있으며, 더 나아가 단열력, 전기저항성, 자외선 방사에 대한 저항성을 높이는 작용을 하는 것인데, 본 발명에 해당 소다를 사용시 바람직하게는 그 조성비가 15이상 22이하 중량부로 적용된다.

그 이유는 15중량부 미만인 경우 단열력이 저하되고 수축률이 증가하여 단열도막 성능을 저하되고, 중량부가 22를 초과하는 경우에는 도장 발림성능이 저하될 수 있는 바 상기와 같은 범위내로 한정함이 바람직하다.

한편, 본 발명에는 바인더가 첨가되는데 그 함량 범위는 32이상 39이하 중량부로 함이 바람직하다.

상기 바인더로는 유기 바인더, 무기 바인더 또는 이들을 조합하여 사용할 수 있다.

예를 들면, 아크릴, 에폭시 수지, 폴리실록산, 플루오르화 중합체, 실리콘 기재 중합체 등과 같은 유기 접착제와 실리케이트, 콜로이드성 실리카, 폴리오르가노실록산등과 같은 규소 화합물, 인산 아연, 인산 알루미늄 등과 같은 인산염, 시멘트, 석회, 석고, 에나멜 프리트(enamel frits), 유리 라이닝용 유약(glass lining glazes), 플라스터(plasters)와 같은 무기 접착제가 사용될 수 있다.

사용되는 플라스터는 예를 들면, 석고 플라스터, 회반죽, 백운석 등이 있다. 사용되는 플루오르화 중합체는 예를들면 플루오르화 폴리비닐, 플루오르화 폴리비닐리덴, 트리플루오르화 클로로화 폴리에틸렌, 테트라플루오르화 폴리에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테트라플루오르화 에틸렌-폴리에틸렌 공중합체, 트리플루오르화클로로화 에틸렌-에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체와 같은 결정성 플루오르화 수지, 퍼플루오로시클로 중합체, 비닐에테르-플루오로올레핀 공중합체, 비닐에스테르 - 플루오로올레핀 공중합체, 다양한 플루오르화 엘라스토머 등과 같은 결정성 플루오르화 수지가 있다. 사용되는 실리콘 기재 중합체는 선형 실리콘 수지,아크릴 변성 실리콘 수지, 다양한 실리콘 엘라스토머 등이 있다.

한편, 본 발명에는 흑연 3이상 8이하 중량부가 포함된다.

본 발명의 조성물에 흑연이 포함되는 경우, 단열, 특히, 화재로 인한 발연 차단이 이루어지는데 보통 흑연의 경우 200 ℃ 이상의 열이 닿으면 흑연이 팽창함으로써, 화염이 건축물 또는 구조물에 전달되지 않게 보호할 수 있다.

또한, 본 발명에는 이산화티타늄은 일종의 착색안료로 0.5이상 4이하 중량부인 것을 특징으로 한다.

주지하다시피 이산화티타늄은 백색안료로써 높은 굴절률로 안료 중 가장 우수한 은폐력과 내후성 등의 물성을 나타내어 도료 및 플라스틱 등의 중요한 용도에 사용하고 있으며 이를 대체할만한 안료를 찾을 수 없는 현실이다.

이때, 0.5 중량부 미만인 경우 은폐율, 백색도가 저하되어 도료로써의 기능이 상실되며, 4 중량부를 초과하여 사용하면 원가가 많이 상승하고, 본 발명의 목적 효과를 나타낼 수 없다.

한편, 본 발명의 조성물에는 탈크 0.5이상 4이하 중량부, 아미노 실링제 0.1이상 3이하 중량부 및 증점제 0.01이상 0.1이하 중량부가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

탈크는 주지하다시피, 체질안료로서 이용되는 것으로서, 안료 입자의 미립화, 분쇄에 도움이 되는 동시에 적합한 흡유량, 은폐력, 착색력, 색상, 전기 절연성 등을 조절하는 역할을 한다. 또한 증량제, 진충제로서의 역할을 할 수 있으며,페인트 조성물에 혼합될 경우 가격 절감의 효과를 나타낸다.

이러한 탈크는 0.5이상 4이하 중량부가 혼합되는데, 이 때 탈크의 중량부가 0.5 미만일 경우 탈크를 통한 증량, 진충 등의 효과가 과도하게 저하되는 문제가 발생될 수 있으며 탈크를 통한 가격 절감 효과를 충분히 나타낼 수 없으며, 탈크의 중량부가 34를 초과하는 경우 페인트 조성물의 발림성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

실링제의 경우 도색 과정중 크랙이 생기는 것을 미연에 방지하기 위해 본 발명에서는 아미노 계열의 아미노 실링제를 0.1이상 3이하 중량부로 사용하고, 더 나아가 주지하다시피 증점제는 페인트 조성물의 점도를 조절하여 탈크와 같은 체질안료와 페인트 조성물 제품을 장기간 보관할 수 있도록 특성을 부여하는 것으로서, 0.01 미만으로 혼합되는 경우 증점제 투입 효과가 미미할 수 있으며, 0.1 중량부를 초과하는 경우 사용량 대비 효율성이 저하될 수 있어 상기와 같은 범위내에서 증점제를 사용함이 바람직하다.

한편, 이하 상기의 성분 함량으로 이루어진 페인트 조성물의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

a)물, 탈크, 분산제, 소포제 및 착색안료를 혼합한 뒤 1차 교반하는 단계(S100), b)상기 a)단계 이후에, 바인더,흑연,소다를 첨가한 뒤 2차 교반하는 단계(S200), c)상기 b)단계 이후에, 증점제 및 실링제를 첨하하여 3차 교반하는 단계(S300)를 포함한다

상기 a)단계에서는, 물 35 이상 45 이하 중량부, 탈크 0.5이상 4이하 중량부, 소포제 0.5 이상 1이하 중량부, 착색안료인 이산화티타늄 0.5이상 4이하 중량부인 것을 특징으로 한다.

1차 교반을 통해 물에 상기 물질들이 완전히 용해되도록 하며, 1차 교반은 35분 내지 50분 동안 이루어지게 하여 각 물질의 혼합 상태가 균일하게 되도록 한다.

이때 교반시 온도는 7℃ 내지 23℃로 유지하는데 그 이유는 착색안료의 혼합의 원활하게 이루어지도록 함에 있다.

이때, 물은 정확하게는 정제수는 35 이상 45 이하 중량부가 바람직한데, 35 중량부 미만인 경우 착색안료나 탈크 등이 용해되지 않고 남을 수 있어 균일한 혼합액이 제조되지 않을 수 있기 때문이고, 45중량부를 초과하는 경우에는 해당 혼합물이 묽어지기 때문이다.

한편, 기 설명한 바와 같이 착색안료는 페인트 색상을 흰색으로 하는 경우 이산화티타늄을 사용할 수 있으나, 청색, 흑색인 경우에는 다른 착색안료를 사용할 수 있음은 자명하다.

그 다음으로, b)상기 a)단계 이후에, 바인더,흑연,소다를 첨가한 뒤 2차 교반하는 단계가 수행된다.

기 설명한 바와 같이, 바인더 32이상 39이하 중량부, 흑연 3이상 8이하 중량부, 소다 15이상 22이하 중량부인 것을 특징으로 한다.

2차 교반시 교반 회전 속도가 1800 내지 2100rpm으로 10분 내지 30분 동안 2차 교반이 이루어지게 된다. 이 때 교반 회전 속도가 1800 rpm 미만일 경우 페인트 조성물의 분산효과가 저하되는 문제가 발생될 수 있으며, 2100 rpm을 초과할 경우 교반기에서 발생하는 열에 의해 페인트 조성물의 온도가 과도하게 상승하여 상의 분리가 일어날 수 있는 문제점이 있을 수 있다.

그 다음으로, c)상기 b)단계 이후에, 증점제 및 실링제를 첨하하여 3차 교반하는 단계를 포함하는데, 실링제 0.1이상 3이하 중량부 및 증점제 0.01이상 0.1이하 중량부인 것을 특징으로 한다.

증점제의 균일한 혼합을 위해 3차 교반은 10분 내지 20분 동안 이루어지게 되며, 바람직하게는 15분 내지 20분 동안 3차 교반을 하는 것이 증점제와 상기 2차 교반을 완료한 페인트 조성물의 혼합 효과가 뛰어나다.

도 2는 본 발명에 의한 제품명을 'CMN-IP1000'으로 명명하고, 본 발명에 의한 제품을 사용하기 위한 사양을 나타내는 도면이다.

한편, 도 3은 상기의 성분으로 이루어진 페인트 조성물의 효과를 증명하기 위해 본 출원인이 실험한 것이며, 좌측에 있는 layer 1은 본 발명으로 이루어진 조성물을 열을 전달받는 일종의 'heat plate'에 1회 도장한 것이고, layer 2는 비처리 한 상태이다.

그 다음에 각각의 'heat plate'에 170℃로 설정한 후 30분간 유지하였고, 각각의 'heat plate'에는 동일한 부피와 형상의 얼음을 올려놓고 녹는 시간을 측정하였다.

그 결과, 비처리한 우측에 있는 얼음은 1분 사이에 모두 녹았으나, 본 발명에 의한 좌측에 있는 얼음은 4분 이상의 상태 지속 시간을 유지하였음을 확인하였다.

한편, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명에 의한 페인트 조성물에 대한 효과를 입증하기 위한 실험방법으로, 고온의 유량이 흐르는 파이프를 대상으로 실험하였으며, 해당 파이프에서 선정한 지점에 따라 layer 1, layer 2, layer 3를 시험 대상으로 하였다.

layer 1은 본 발명의 페인트를 1회 도장, layer 2는 2회 도장, layer 3은 3회 도장한 것이고, 해당 파이프 내부로 소정의 고온 유체가 흐를때, 열손실 및 에너지 소비량을 계산하였다.(열화상 카메라를 이용하여 해당 표면 온도를 측정함)

그 결과, 전혀 도장되지 않은 부분은 60℃의 고온이 유지되었으나, 본 발명에 의해 도장 횟수가 많은 부분일 수록 외부로 노출되는 온도가 감소됨을 확인하였다.

또한, 역시 도면에 도시되어 있지는 않지만 열유속량 측정값의 경우에도 본 발명의 페인트 조성물이 도장된 횟수가 많을 수록 그 값이 작아짐을 확인하였다.

일반적인 단열재 시공의 경우 시공 시간, 시공 두께, 지속성 및 기재 보호성능에서 단점이 있어 왔으나, 본 발명에 의한다면, 1mm 의 도장으로 종래 사용되었던 무기 섬유 단열 보온재의 도장 두께인 30~50mm의 단열 성능을 대체할 수 있으며, 도장의 두께로 시공이 간편함은 물론이고, 기재 부식 방지 및 지속성 면에서 종래 제품에 비해 뛰어난 효과를 나타낸다.

한편, 도 4는 본 발명에 의한 효과를 확인하기 위해 '한국건설생활환경시험연구원'에 의뢰한 것으로, 비휘발분, 내알칼리성 등 여러 우수한 점도 있으나, 그 중에서도 '내곰팡이성'에 대한 효과를 아래 '표1'을 기초로 설명하면 다음과 같다.

시험 항목	단위	시험결과	시험방법
내곰팡이성(4주 후)	-	9	KS M 6010 : 2014

그 시험 결과 본 발명에 의한 조성물의 경우 4주 후에도 '9등급' 시험결과가 도출하였고, 내 곰팡이성(최대 10등급)이 9등급이라는 것은 본 발명에 의해 도포된 제품의 경우 곰팡이에 대한 저항성이 매우 높다는 것을 의미한다.

그 다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이 '촉진내후성' 시험을 수행하였고, 본 발명에 의한 촉진내후성 시험 결과를 아래 표 2를 기초로 설명하면 다음과 같다.

시험 항목	단위	시험결과	시험방법
촉진 내후성 시험	-	-	KS M ISO 16474-2
외관	-	이상없음
광택유지율	%	95	KS D 8303 : 2009

그 시험결과, 외관은 전혀 이상없음을 확인하였고, 광택유지율의 경우 95%임이 확인되어 촉진내후성에 대한 효과도 입증되었다.

그 다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이 이른바 '친환경성' 시험을 수행하였고, 본 발명에 의한 시험 결과를 아래 표 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.

시험항목	단위	시험결과	시험방법
VACs	%	검출안됨	ASTM D 3257-06
VOCs	g/L	6	KS M ISO 11890-1
Pb	%	검출안됨	KS M ISO 3856-1
Cd	%	검출안됨	KS M ISO 3856-4
Hg	%	검출안됨	KS M ISO 3856-7
Cr6+	%	검출안됨	KS M ISO 3856-5

그 시험결과, 4대 중금속이 미검출됨은 물론이고, 특히 VOCs 의 경우 수성 내부 도료 기준이 35g/L 이하인데, 본 발명의 경우 6g/L로 검출되어 그 성능이 입증되었으며, VACs 역시 검출되지 않았다.

본 발명은 단열성,친환경성, 내구성 및 경제성이 확보되는 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기존 단열재 시공이 어려운 복잡한 구조의 밸브 및 다중 이송 파이프 구조에도 본 발명을 이용하게 되면 그 시공이 간단한 단열 시스템을 구축할 수 있다.

또한, 밸브실의 경우에도 파이프 라인이 복잡하게 얽혀 있고 시공 공간이 협소하여 기존 단열재 시공이 어렵지만, 본 발명에 의한다면 공간 및 복잡한 구조와 관계없이 단열도료를 시공하여 단열 시스템을 구축할 수 있다.

또한, 대형 저장 탱크, 대형 이송관 및 각종 대형 산업설비의 경우 기존 단열재의 적용이 어렵고, 시공상의 문제가 있으나, 본 발명에 의한다면 그 크기에 관계없이 간편한 시공성을 갖춘 단열도료를 적용하여 단열 시스템을 구축할 수 있는 등 다양한 효과가 구현된다.

Claims (5)

1. 단열 및 방염 페인트 제조방법에 관한 것으로,
   a)물, 탈크, 분산제, 소포제 및 착색안료를 혼합한 뒤 1차 교반하는 단계;
   b)상기 a)단계 이후에, 바인더,흑연,소다를 첨가한 뒤 2차 교반하는 단계;
   c)상기 b)단계 이후에, 증점제 및 실링제를 첨가하여 3차 교반하는 단계를 포함하는, 단열 및 방염 페인트 제조방법.
2. 청구항 2에 있어서,
   상기 a)단계에서는,
   물 35 이상 45 이하 중량부, 탈크 0.5이상 4이하 중량부, 소포제 0.5 이상 1이하 중량부, 착색안료인 이산화티타늄 0.5이상 4이하 중량부인 것을 특징으로 하는, 단열 및 방염 페인트 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 b)단계에서는,
   바인더 32이상 39이하 중량부, 흑연 3이상 8이하 중량부, 소다 15이상 22이하 중량부인 것을 특징으로 하는, 단열 및 방염 페인트 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 c)단계에서는,
   실링제 0.1이상 3이하 중량부 및 증점제 0.01이상 0.1이하 중량부인 것을 특징으로 하는, 단열 및 방염 페인트 제조방법.
5. 단열 및 방염 페인트 조성물에 관한 것으로,
   상기 페인트 조성물은 물 35 이상 45 이하 중량부, 분산제 0.5 이상 1이하 중량부, 소포제 0.5 이상 1이하 중량부, 소다 15이상 22이하 중량부, 바인더 32이상 39이하 중량부에 흑연 3이상 8이하 중량부, 착색안료인 이산화티타늄 0.5이상 4이하 중량부, 탈크 0.5이상 4이하 중량부, 실링제 0.1이상 3이하 중량부 및 증점제 0.01이상 0.1이하 중량부가 포함된 것을 특징으로 하는, 단열 및 방염 페인트 조성물.

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