KR20230012898A - 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제에 관한 것으로, 상세하게는 수계 폴리머 수지, 알카리성 수용액, 체질 안료, 안료, 물, 습윤 분산제, 소포제, 접착증진제를 포함하는 하도; 친환경 하이브리드수지, 태양열 차폐기능이 있는 차열안료, 기능성 충진제, UV 안정제, 접착증진제, 및 소포제를 포함하는 상도;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 및 철재 구조물 보호용 친환경 차열 도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 친환경 하이브리드수지와 차열안료 및 기능성 충진제를 포함하는 콘크리트 및 철재 구조물 보호용 차열 도료 조성물을 제공함으로써, 종래의 일반 폴리우레아 수지를 사용한 도료보다 친환경적이며, 차열 기능과 구조물의 열화방지 기능이 부여되는 효과가 있다. 이러한 도료로 형성한 도막은 우수한 태양열 반사 효과가 있고 열전도도가 낮아 우수한 단열 효과가 있다. 이에 따라 콘크리트 및 철재 구조물로 이루어진 건축물 내부온도를 조절하여 에너지를 절약하고 구조물의 장기적인 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 친환경 하이브리드수지와 차열안료 및 기능성 충진제를 포함하는 콘크리트 및 철재 구조물 보호용 차열 도료 조성물을 제공함으로써, 종래의 일반 폴리우레아 수지를 사용한 도료보다 친환경적이며, 차열 기능과 구조물의 열화방지 기능이 부여되는 효과가 있다. 이러한 도료로 형성한 도막은 우수한 태양열 반사 효과가 있고 열전도도가 낮아 우수한 단열 효과가 있다. 이에 따라 콘크리트 및 철재 구조물로 이루어진 건축물 내부온도를 조절하여 에너지를 절약하고 구조물의 장기적인 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제에 관한 것으로, 상세하게는 친환경 하이브리드수지 및 차열도료를 이용한 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제, 이의 제조방법, 및 이러한 친환경 코팅제를 이용한 콘크리트 또는 철재 구조물 표면을 코팅하는 시공방법에 관한 것이다.
통상적으로 콘크리트는 시멘트에 모래, 자갈, 물 및 기타 혼화 재료를 첨가하고 시멘트와 물이 반응하여 굳어지는 수화반응을 통하여 만들어지는 것으로서 댐이나 도로포장, 교량 등의 각종 토목공사용이나 또는 건축용 구조재료의 중심이 되는 재료이다. 상기와 같은 콘크리트는 설계자나 시공자의 노력에도 불구하고 시공 후에 균열이 발생하게 되고 이러한 미세균열을 통해 외부의 이산화탄소, 물, 염화물 등이 콘크리트 내부로 침투되면 콘크리트 내의 철근이 부식되어 콘크리트가 붕괴되는 심각한 문제가 발생할 수 있다.
즉. 콘크리트 구조물은 시간이 경과함에 따라 이산화탄소와 수분이 반응하여 콘크리트 내 철근에 부식을 초래하는 중성화(carbonation), 해풍, 해수, 제설용 염화칼슘의 염기가 콘크리트 내에 침투하여 콘크리트 내 철근에 부식을 초래하는 염기 침투(chloride intrusion)나 또는 고알카리성 시멘트와 특정골재가 수분이 있는 상태에서 반응,팽창하여 콘크리트의 균열을 초래하는 알카리-실리카 반응(alkali-silica reaction) 등으로 인하여 열화(deterioration)되어, 수명이 단축된다.
특히 최근 교통량이 급격히 증가함으로써 자동차에서 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소의 발생으로 콘크리트의 중성화 속도가 급속히 빨라지고 있는 실정이며, 콘크리트가 중성화되면 철근을 보호하고 있던 부동태 피막이 파괴되어 철근이 부식하게 된다. 콘크리트 속의 철근이 부식하게 되면 철근 체적의 팽창으로 인하여 콘크리트의 균열 및 박리가 일어나게 되며, 심할 경우에는 구조물의 붕괴에 까지 이르게 된다. 따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 콘크리트를 보호하기 위한 코팅제들이 다양하게 개발되고 있으며, 이와 같이 개발된 기술들의 특허출원 내용들을 살펴보면, 대한민국 특허등록 제0723775호에 상온형 폴리우레아를 사용한 콘크리트 구조체의 방수시공방법, 대한민국 특허등록 제0875589호에 콘크리트 구조물의 단면 보수용 에폭시 변성 폴리우레아 보수재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 단면 보수방법 등과 같이 다양한 특허들이 공지되어 있지만 상기와 같은 특허들의 경우에는 이액형 유용성 폴리우레아 조성물을 폴리우레아전용 고압 스프레이 장비와 같은 특수 장비를 사용하여 도장시킴에 따라 시공방법이 복잡할 뿐만 아니라 유기용제들에 의해 환경을 오염시키는 문제점들이 있었다.
한편 실리카졸과 같은 무기수지를 이용한 코팅제는 내열성, 고경도 등 우수한 특성을 가지고 있지만 그 코팅제 특성이 너무 깨지기 쉬워(brittle) 기계적 물성이 취약한 문제점이 있었다. 또한 유기수지를 이용한 코팅제의 경우 코팅의 유연성 및 부착성이 우수한데 그중에서 에폭시수지는 내화학성, 전기절연성, 성형성 등이 있으나 무기수지와 비교시 에폭시 도막 자체가 균열저항성에 취약하여 크랙이 발생할 우려가 크다.
따라서 이러한 무기수지 또는 유기수지를 외부환경과 노출되는 상도용 코팅제로 사용하는 경우 각각 단점에 의해 물리적 특성이 저하되거나 화학적 특성이 저하되는 문제가 있는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 중성화, 염해방지 기능 이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 친환경 하이브리드수지를 포함하는 콘크리트 및 철재 구조물 보호용 친환경 코팅제의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
수계 폴리머수지 100중량부에 대해 알칼리성 수용액 25 내지 75중량부, 체질안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부 및 첨가제 6 내지 15중량부를 포함하는 하도;
친환경 하이브리드수지 100중량부에 대해 수성 폴리머수지 45 내지 55중량부, 차열안료 20 내지 30중량부, 기능성 충진제 10 내지 45중량부, 물 20 내지 40중량부, 첨가제 3 내지 6중량부를 포함하는 상도;를 포함하고,
상기 수계 폴리머 수지는 수성 폴리우레아수지, 수성 아크릴수지, 수성 에폭시 수지, 수성 EVA 수지 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 친환경 하이브리드수지는, 폴리에테르 아민 100중량부에 대해 무기계 수지 100 내지 180중량부, 이소시아네이트 프리폴리머(isocyanate prepolymer) 20 내지 70중량부, DMBA (Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 5 내지 10중량부, 체인 연장제 5 내지 10중량부, TEA(Triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 350 내지 500중량부를 포함하고,
상기 하도의 체질안료는 탈크, 경탄, 중탄, 규소계 필러, 인산아연, 아연말, 황산 바륨 및 수산화 알루미늄 중 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 차열안료는 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2) 및 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2)을 각각 1 내지 2 : 1의 중량비로 배합하는 것을 특징으로 하는 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제를 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 친환경 하이브리드수지를 합성하는 제 1단계;
상기 합성된 하이브리드 수지에 수성 폴리머 수지를 혼합하여 혼합물을 형성하는 제 2단계;
상기 형성된 혼합물에 금속 화합물로 전처리한 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2), 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2) 및 색상 구현을 위한 특수 피그먼트를 배합하여 차열안료를 제조하는 제 3단계;
상기 배합된 차열안료에 기능성 충진제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 제 4단계; 및
상기 제 4단계의 혼합물에 UV안정제, 접착증진제 및 소포제를 첨가하고 교반하는 제 5단계를 포함하는 친환경 코팅제의 제조방법으로서,
상기 차열안료는 금속화합물로 전처리된 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2) 및 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2)을 각각 1 내지 2 : 1의 중량비로 배합하고 색상 구현을 위한 특수 피그먼트를 사용하는 것을 특징으로 하는 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제의 제조방법을 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
콘크리트 또는 철재 구조물 표면의 이물질을 제거한 후 본 발명에 따른 친환경 코팅제를 롤러, 붓 및 스프레이 중에서 선택되는 하나 이상을 이용하여 콘크리트 또는 철재 구조물 표면을 코팅하는 시공방법을 제공한다.
본 발명은 친환경 하이브리드수지와 차열기능을 가지는 안료 및 기능성 충진제를 포함하는 콘크리트 및 철재 구조물 보호용 친환경 차열 도료 조성물을 제공함으로써, 종래의 일반 폴리우레아 수지를 사용한 도료보다 친환경적이며, 차열기능과 구조물의 열화방지 기능이 부여되는 효과가 있다. 이러한 도료로 형성한 도막은 우수한 태양열 반사 효과가 있고 열전도도가 낮아 우수한 단열 효과가 있다.
이에 따라 콘크리트 및 철재 구조물로 이루어진 건축물 내부온도를 조절하여 에너지를 절약하고 구조물의 장기적인 내구성을 증대시킬 수 있는 코팅제로 활용가능하다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 친환경 하이브리드수지, 차열안료 및 기능성 충진제를 포함하는 콘크리트 및 철재구조물 보호용 친환경 코팅제를 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면 수계 폴리머수지 100중량부에 대해 알칼리성 수용액 25 내지 75중량부, 체질안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부 및 첨가제 6 내지 15중량부를 포함하는 하도; 친환경 하이브리드수지 100중량부에 대해 수성 폴리머수지 45 내지 55중량부, 차열안료 20 내지 30중량부, 기능성 충진제 10 내지 45중량부, 물 20 내지 40중량부, 첨가제 3 내지 6중량부를 포함하는 상도;를 포함하는 친환경 코팅제를 제공한다.
수계 폴리머 수지는 수성 폴리우레아수지, 수성 아크릴수지, 수성 에폭시 수지, 수성 EVA 수지 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
친환경 하이브리드수지는, 폴리에테르 아민 100중량부에 대해 무기계 수지 100 내지 180중량부, 이소시아네이트 프리폴리머(isocyanate prepolymer) 20 내지 70중량부, DMBA (Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 5 내지 10중량부, 체인 연장제 5 내지 10중량부, TEA(Triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 350 내지 500중량부를 포함할 수 있다.
차열안료는 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2) 및 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2)을 각각 1 내지 2 : 1의 중량비로 배합하는 것이 바람직하다. 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2) 및 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2)이 각각 1 : 1 미만이거나 2 : 1을 초과하는 경우에는 뛰어난 차열기능을 얻지 못하여 바람직하지 못하다.
상도의 일 조성으로 수성 폴리머 수지는 상도의 내충격성 및 내균열성능이 발현되도록 하는 것인데 수성 폴리우레아수지, 수성 폴리우레탄수지, 수성 아크릴 수지 중 1종 또는 그 이상의 원료를 혼합하여 사용할 수 있다.
수성 폴리머 수지가 상기 배합범위 미만으로 첨가되는 경우 상기에서 열거한 기능들이 저하될 우려가 있고, 상기 배합범위를 초과할 경우에는 상대적으로 다른 조성들의 혼합량이 적어짐에 따라 견고하고 기밀성을 지닌 상도를 얻을 수 없는 문제가 있다.
수성 폴리우레아 수지는 폴레에테르 아민(polyether amine) 100중량부에 대하여 ATEP(amine terminated epoxy prepolymer) 15 내지 75중량부, 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate) 15 내지 60중량부, DMBA(dimethylol butaionic acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 1 내지 5중량부, 체인 연장제 1 내지 3중량부, TEA(triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 100 내지 600중량부를 포함할 수 있다.
폴리우레아 수지는 내수성, 내화학성, 내염수성과 같은 화학적 특성과 내마모성 및 내충격성과 같은 기계적 물성이 우수한 특성을 갖는 수지이며, 수성 폴리우레아 수지는 수성으로 인체에 무해한 환경친화적 특성을 갖는다.
폴리우레아는 분자구조 내에 우레아 결합을 갖고 있는 고분자 화합물로, 사슬 확장자와 낮은 분자량을 갖는 디아민류와 합성되어 우레아 단위체가 만들어진다. 따라서 폴리우레아는 선택된 물질이나 분자량, 반응되는 비율 등의 다양한 요소에 의하여 그 성질이 폭넓게 변화되어 나타난다. 특히 폴리우레아의 경우에는 지방산의 아미드 에스테르 결합이 혼합된 결합을 가지므로 고온에서의 성질은 이들 폴리에스테르계와 폴리아미드계의 중간적 성질을 가지고 있다.
폴리에테르아민(Polyehter Amine)은 기본적인 수지 물성에 영향을 미치는 원료로써, 중량평균분자량이 1,000~5,000인 것이 바람직하다. 폴리에테르아민의 중량평균분자량이 1,000미만 일 경우에는 충격강도, 인열강도, 내환경응력균열성, 신율등 물리적 특성이 저하될 수 있고, 폴리에테르아민의 중량평균분자량이 5,000을 초과할 경우에는 상기와 같은 물리적 특성은 향상되나, 인장력 및 합성수율이 저하될 수 있다.
ATEP(Amine Terminated Epoxy Prepolymer)는 코팅 도막의 강도 및 강인성을 향상시켜 주는 기능을 하는 원료로써, ATEP가 15중량부 미만으로 포함될 경우에는 인장강도와 피착제와의 접착력이 저하될 수 있으며, ATEP가 75중량부를 초과하여 포함될 경우에는 수지의 강도와 인장력이 지나치게 높아져 쉽게 부서 지기 쉬우므로 크랙에 대한 저항성이 저하될 수 있다.
지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate)는 1,6-헥산 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 메틸렌 비스(p-시클로 헥실 이소시아네이트)(H12MDI) 등으로 부터 선택된 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 지방족 이소시아네이트(Aliphatic Isocyanate)는 15중량부 미만으로 포함될 경우에는 수지의 점도가 높아지고 기계적인 물성이 저하될 수 있으며, 60 중량부를 초과하여 포함될 경우에는 수지의 점도가 낮아지므로, 전체적인 물성의 조화를 이루기 위해서는 15 내지 60중량부 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.
DMBA(Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(Dimethylol Propionic Acid)은 이온성 작용기(Ionic Center) 부여제로서, DMBA 또는 DMPA가 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 수지의 이온화성이 저하될 수 있으며, DMBA 또는 DMPA가 상기에서 한정한 범위를 초과하게 될 경우에는 내수성이 저하될수 있다.
TEA(Triethylamine)는 수지의 수성화에 필요한 중화(Neutralization)를 위하여 수지에 포함될 수 있으며, DMBA 또는 DMPA의 양에 비례 하여 적절하게 사용할 수 있다. TEA가 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 수성화에 따른 분산성능이 저하될 수 있으며, TEA가 상기에서 한정한 범위를 초과하게 될 경우에는 수성화 후 미반응분에 의한 냄새 등이 발생할 수 있다.
체인연장제(Chain Extender)는 디아민 모노머류의 체인연장제로서, 체인연장제가 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 체인연장의 가교 효과가 저하될 우려가 있고, 체인연장제가 상기에서 한정한 범위를 초과하게 될 경우에는 수지의 경도 및 인장강도가 지나치게 높아질 수 있다. 체인연장제(Chain Extender)는 구체적으로는 IPDA(Isophorone Diamine), 및 EDA (Ethylene Diamine) 중에서 선택되는 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
물은 수지의 수성화 과정에서 용매로 작용할 수 있으며, 증류수를 사용하는 것이 바람직하다. 물의 혼합량이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 폴리우레아 수지의 수성화가 어려우며, 물의 혼합량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 수성화에는 큰 영향이 없지만 최총 제품의 고형분이 낮아져 경화도막의 물성에 영향을 미칠 수 있다.
하도의 알칼리성 수용액은 pH 11~12의 알칼리성 수용액으로 침투 도막의 알칼리성 부여 및 표면강화를 부여하고, 내수성과 내열성이 우수하고, 콘크리트 부식을 방지하는 작용을 한다. 상기 알칼리성 수용액은 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 상기에서 열거한 바와 같은 기능들이 저하할 우려가 있고, 알칼리성 수용액의 혼합량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 상대적으로 다른 구성성분들의 혼합량이 적어짐에 따라 콘크리트 표면에 견고하고 수밀한 코팅 도막이 형성되지 않을 우려가 있다. 그러므로 알칼리성 수용액은 리튬 실리케이트를 물로 용해시켜 pH를 11~12로 조절시키는 것이 바람직하다.
안료는 코팅제의 색상을 부여하기 위한 것이다.
하도의 체질안료는 탈크, 경탄, 중탄, 규소계 필러, 인산아연, 아연말, 황산 바륨 및 수산화 알루미늄 중 선택된 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하며, 상도의 기능성 충진제는 알루미노 실리케이트, 탄산칼슘, 황산바륨, 벤톤, 수산화 알루미늄 및 운모 중 선택된 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
체질안료는 도료의 강도보강 및 치수안정성 등의 기능을 부여하는 작용을 하며, 체질안료의 혼합량이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 상기와 같은 기능들이 저하할 우려가 있고, 체질안료의 혼합량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 점도 상승으로 인해 작업성 및 크랙저항성의 성능이 저하할 우려가 있다.
상도의 기능성 충진제는 10 내지 45 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 내지 30중량부를 포함한다. 혼합량이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 강도, 치수 안정성, 차열성능, 내마모성, 칙소성과 같은 기능들이 저하될 수 있으며, 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 접착력 및 작업성이 저하될 수 있다.
알루미노 실리케이트는 본 발명의 친환경 코팅제 조성물에서 차열, 단열 효과를 부여하는 것으로, 세라믹계 분말인 것을 사용한다.
탄산 칼슘은 탄산이온과 칼슘이온이 만나 생성되는 흰색 분말로서 탄산 석회라는 명칭도 있으며, 여러 비용적인 측면과 효율성이 높아 건축도료에 주로 사용될 수 있다. 황산 바륨은 입상, 괴상, 섬유상이며 천연으로는 중정석이라 하며 중정석을 가공하여 미분자 형태로 제조되며, 안료의 발색성, 표면 광택 개선이나 메탈릭 도료에서 사용되는 안료의 배향성 개선의 효과가 있어 건축용 도료에 사용할 수 있다. 벤톤은 벤토나이트의 줄임말로써 일반적으로 화산재로 정제된 흡착성 점토의 일종이며, 흡수성이 높아 건축용 자재로 사용할 수 있다.
수산화 알루미늄은 알루미늄의 양쪽성 산화물로, 알칼리와 반응하여 알루민산 염을 만들고, 산과 반응하여 염을 만드는데 그 중 건조미분을 건축용도로 사용할 수 있으며, 열적으로 200℃까지 안정적이고 더 높은 온도에서 결정수가 탈수하게되면 많은 양의 열을 흡수할 수 있어 건축용 차열도료의 충전제로 사용하기 바람직하다.
운모는 규소나 알루미늄을 중심에 갖는 산소의 사면체가 연결되어 이루고 있는 층이 2장 존재하며, 철이나 마그네슘을 중심에 갖는 필면체층이 끼어있는 것을 기본으로 하는 층상 규산염광물로, 절연성이 뛰어나고 단열효과를 내며 비중이 가벼워 건축도료에 사용할 수 있다.
접착증진제는 점도향상에 의해 바인더와 구성물에 대한 화학적인 작용을 통하여 소재에 대한 부착력을 보강하는 역할을 하며, 접착증진제의 첨가량이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 하도 조성물과 소지면과의 접착력이 저하될 우려가 있고, 접착증진제의 첨가량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 코팅제 조성물과 소지면과의 접착력이 더 이상 현저히 향상되지 않고 하도 조성물의 다른 물성을 저하시킬 우려가 있다. 상기 접착증진제로는 바람직하게는 디스테아디모늄헥토라이트를 사용할 수 있다.
차열도료는 온도 상승의 주원인이 되는 태양광 근적외선 영역의 빛에 대한 높은 반사율로 표면온도의 상승을 막아주는 한편, 도막 내에 중공구체(hollow spheres)를 적용하여 물체로의 열전도를 방해함으로써 근본적으로 열축적을 차단 및 완화시켜 준다. 차열도료를 건축물의 외부, 금속, 아스팔트, 유리 등에 도장함으로써, 햇빛으로 인해 발생되는 열의 전도율을 낮추어 내부 온도 상승을 방지하고 냉방 비용을 절감시켜 주는 친환경 Energy Saving Coating System이다.
차열 안료는 향상된 태양광선중 높은 에너지를 가진 적외선을 효과적으로 반사하고 내후성이 우수한 특징을 가진다. 실리카셀로 이루어진 차열안료는 자유라디칼 방출을 저지하고, 내구성을 향상시켜 UV 감쇠기능을 향상시킬 수 있으며, 알루미나 코팅을 할 경우에는 우수한 분산력을 가지게 된다. 이와 더불어 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2)를 사용할 경우에는 내후성, 은폐력, 태양광 반사율 및 UV흡수율을 향상시키고, 물성저하를 방지할 수 있다.
차열 안료로는 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2) 및 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2), 적외선 영역에서 높은 반사율을 가지는 특수 피그먼트 중 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 차열안료는 20 내지 30중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 차열안료가 20중량부 미만인 경우에는 은폐율 및 차열효과가 감소할 수 있으며, 30중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 다른 조성물 함량이 낮아져 본 특허의 조성물을 얻기가 어려워 바람직하지 못하다.
하도의 첨가제는 습윤 분산제 2 내지 5중량부, 소포제 2 내지 5중량부, 접착증진제 2 내지 5중량부를 포함하고, 상기 상도의 첨가제는 UV안정제 1 내지 2중량부, 접착증진제 1 내지 2중량부, 소포제 1 내지 2중량부를 포함할 수 있다.
소포제는 도료의 젖음성을 향상시켜 부착력 증진 및 상·하도 조성물의 기포를 제거함으로써 외관의 미려함 및 도막의 조밀성을 개선하여 내구성을 증진시키는 작용을 하며, 소포제의 첨가량이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 상*?*하도 조성물의 기포 제거효과가 저하될 우려가 있고, 소포제의 첨가량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 소포 효과는 더 이상 현저하게 향상되지 않고 도료의 다른 물성을 저하시킬 우려가 있다.
UV안정제는 광 차단 및 분산 기능이 존재하여 광 안전성을 효과적으로 개선시키는 작용을 한다. 상기 UV안정제로는 벤조트리아졸 및 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)중에서 선택된 하나 이상이다.
폴리우레아 수지를 포함하는 도료 표면은 자외선을 있는 그대로 받을 때 우레아의 사슬이 끊어질 수 있으며, 이로 인해 활성 라디칼이 생성되어 도료가 산화될 수 있다. 본 발명의 UV 안정제 HALS는 산화를 방지하기 위한 첨가제로서, 도료 표면이 자외선을 받아 우레아 사슬이 끊겨 활성 라디칼이 생성되게 되면 UV 안정제가 활성 라디칼을 직접적으로 제거하는, 일종의 산화방지제 역할을 할 수 있다. 이러한 특성으로 인해 본 발명의 UV 안정제는 촉진 내후성이 우수한 모든 범용 도료에 산화방지 첨가제로서 사용할 수 있다. 벤조트리아졸의 경우, 2-(2'-Hydroxy-5'-methylphenyl)benzotriazole을 사용할 수 있으며, UV 에너지를 흡수하여 열에너지 형태로 전환 방출하는 자외선 흡수제로서 HALS와 병용 시 UV 안정제로서의 효과가 더욱 증가할 수 있다.
본 발명에서 UV안정제는 1중량부 미만일 경우 조기 열화 현상의 방지 효과가 저하될 수 있으며, 2중량부 초과할 경우 조기 열화 방지 효과는 더이상 향상되지 않고 오히려 코팅제 조성물의 다른 물성을 저하시킬 수 있다.
이소시아네이트 프리폴리머(isocyanate prepolymer)는 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate)로 1,6-헥산 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 메틸렌비스(p-시클로헥실 이소시아네이트)(H12MDI) 중에서 선택된 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일측면에 따르면, 친환경 하이브리드수지를 합성하는 제 1단계; 상기 합성된 하이브리드수지에 수성 폴리머 수지를 혼합하여 혼합물을 형성하는 제 2단계; 상기 형성된 혼합물에 금속 화합물로 전처리한 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2), 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2) 및 색상 구현을 위한 특수 피그먼트를 배합하여 차열안료를 제조하는 제 3단계; 상기 차열안료에 기능성 충진제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 제 4단계; 및 상기 제 4단계의 혼합물에 UV안정제, 접착증진제 및 소포제를 첨가하고 교반하는 제 5단계를 포함하는 친환경 코팅제의 제조방법으로서, 상기 차열안료는 금속화합물로 전처리된 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2) 및 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2)을 각각 1 내지 2 : 1의 중량비로 배합하고 색상 구현을 위한 특수 피그먼트를 사용하는 것을 특징으로 하는 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제 제조방법을 제공한다.
제 1단계의 친환경 하이브리드수지는, 폴리에테르 아민 100중량부에 대해 무기계 수지 100 내지 180중량부, 이소시아네이트 프리폴리머(isocyanate prepolymer) 20 내지 70중량부, DMBA (Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 5 내지 10중량부, 체인 연장제 5 내지 10중량부, TEA(Triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 350 내지 500중량부를 포함할 수 있다.
친환경 하이브리드수지는 내후성, 내오염성(Anti-Graffiti), 내마모성이 탁월하고 강인성과 인장강도, 신장율 등과 같은 물리적 특성이 우수하며, 내열, 내유, 내수, 화학적 안정성과 낮은 표면에너지 부여 등의 특성을 부여하는 주제로서 기능을 하는 것이며 다양한 소자와의 접착력 또한 우수한 것이 특징이다.
폴리에테르 아민(Polyether amine)은 수지물성에 영향을 미치는 원료로서, 기본 물성 및 반응성을 결정하게 되며, 폴리에테르 아민의 중량평균분자량이 2,000~3,000인 것이 바람직하다. 폴리에테르 아민의 중량평균분자량이 2,000미만일 경우에는 충격강도, 인열강도, 내환경응력균열성, 신율 등 물리적 특성이 저하될 우려가 있으며, 폴리에테르 아민의 중량평균분자량이 3000초과일 경우 충격강도, 인열강도, 내환경응력균열성, 신율 등 물리적 특성은 향상되나, 인장력 및 합성수율이 저하될 우려가 있다.
무기계 수지는 말단에 Hydorxylic group을 갖고 불소와 실리콘 결합을 가지는 반응성 수지로, 내열성 및 내후성 향상, 화학적 안정성, 내오염성(Anti-Graffiti), 낮은 표면에너지로 인한 우수한 내스크래치성 및 매끄러운 표면을 형성시킨다. 중량평균분자량이 1,000 ~ 4,000인 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate Prepolymer)는 지방족 이소시아네이트로 1,6-헥산 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 메틸렌 비스(p-시클로헥실 이소시아네이트) (H12MDI) 등으로부터 1종 또는 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이소시아네이트 프리폴리머는 20중량부 미만이면 수지의 점도가 높아지고 기계적인 물성이 저하되는 문제점이 있으며, 70중량부를 초과할 경우에는 접착력과 인장강도가 증가되지만 수지점도가 낮아지는 문제가 있다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 콘크리트 또는 철재 구조물 표면의 이물질을 제거한 후 상기 친환경 코팅제를 롤러, 붓 및 스프레이 중에서 선택되는 하나 이상을 이용하여 콘크리트 또는 철재 구조물 표면을 코팅하여 시공하는 방법을 제공한다.
이때, 상술한 소포제, 분산제, 증점제 및 동결방지제는 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 일반적으로 사용되고 있는 성분을 사용할 수 있으므로, 본 발명의 목적에 부합되는 것이라면 공지된 그 어느 것을 사용해도 무방하다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
<실시예>
<제조예 1- 친환경 하이브리드수지 합성>
본 발명의 친환경 코팅제를 얻기 위하여 친환경 하이브리드수지를 합성하였다. 중량평균분자량이 2,000 인 폴리에테르아민과 무기계 수지인 기능성 퍼플루오로폴리에테르 수지(functional Perfluoropolyehter resin)와 하이드록실 말단 기능성 실리콘(hydroxyl terminated functional silicone)을 반응용기에 투입하여 상온에서 교반하면서 이소시아네이트 프리폴리머를 서서히 드롭핑하고, 1~2시간 적가하고 30분간 교반을 진행한다. 상기 수지를 80℃까지 승온시킨 후 DMBA를 첨가하고 촉매하에서 3시간 동안 충분히 교반시켜 이온화시켰다. 합성과정에서 점도를 조절하기 위해 MEK(Methyl Ethyl Ketone)를 첨가하는데 상기 수지를 40℃ 이하로 유지하면서 MEK(Methyl Ethyl Ketone)에 용해시킨 후 사슬연장제인 IPDA(Isophorone Diamine)를 천천히 적가하여 체인연장을 진행하였다. 3시간 교반 후 IR 로 이소시아네이트기의 소멸을 확인하고 TEA(Triethylamine)를 용해한 MEK(Methyl Ethyl Ketone)를 적가하고 30분간 교반하여 중화시켰다. 반응용기 내 반응물을 빠른 속도로 교반하면서 물을 적가하여 수성화시킨 다음 감압증류로 MEK(Methyl Ethyl Ketone)를 제거하여 친환경 하이브리드수지를 얻었다.
<실시예 1>
제조예 1에 따른 친환경 하이브리드수지 100g에 수성 폴리우레아수지 50g, 루타일형 이산화티타늄과 아나타제형 이산화티타늄을 1:1로 혼합하고 특수 피그먼트를 넣은 차열안료 26g, 기능성충진제 25g, 물 30g, UV 안정제 1.5g, 접착증진제 1g 및 소포제 1g을 넣은 상도를 제조하였다.
<실시예 2>
제조예 1에 따른 친환경 하이브리드수지 100g에 수성 폴리우레아수지 48g, 루타일형 이산화티타늄과 아나타제형 이산화티타늄을 1:1로 혼합하고 특수 피그먼트를 넣은 차열안료 28g, 기능성충진제 23g, 물 30g, UV 안정제 1.5g, 접착증진제 1g 및 소포제 1g을 넣은 상도를 제조하였다.
<비교예 1>
제조예 1에 따른 친환경 하이브리드수지 100g에 수성 폴리우레아수지 51g, 루타일형 이산화티타늄과 아나타제형 이산화티타늄을 1:2로 혼합하고 특수 피그먼트를 넣은 차열안료 23g 및 기능성충진제 24g, 물 30g, UV 안정제 1.5g, 접착증진제 1g 및 소포제 1g을 넣은 상도를 제조하였다.
<비교예 2>
제조예 1에 따른 친환경 하이브리드수지 100g에 수성 폴리우레아수지 58g, 루타일형 이산화티타늄과 아나타제형 이산화티타늄을 1:1로 혼합하고 특수 피그먼트를 넣은 차열안료 26g, 기능성충진제 22g, 물 30g, UV 안정제 1.5g, 접착증진제 1g 및 소포제 1g을 넣은 상도를 제조하였다.
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 사용한 재료의 함량을 다음 표 1에 나타내었다:
구분 | 실시예 | 비교예 | ||||
1 | 2 | 1 | 2 | |||
친환경 하이브리드수지 | 100 | 100 | 100 | 100 | ||
수성 폴리머 수지 | 50 | 48 | 51 | 58 | ||
차열 안료 | 루타일형 이산화티타늄 | 12 | 13 | 7 | 12 | |
아나타아제형 이산화티타늄 | 12 | 13 | 14 | 12 | ||
특수 피그먼트 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||
기능성 충진제 | 25 | 23 | 24 | 22 | ||
물 | 30 | 30 | 30 | 30 | ||
첨가제 | uv 안정제 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | |
소포제 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | ||
접착증진제 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
결과 및 평가
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 따른 친환경 코팅제를 이용하여 결과를 평가하였고, 이를 표 2에 나타내었다:
시험 항목 | 실시예 | 비교예 | 품질기준 | 시험방법 | |||
1 | 2 | 1 | 2 | ||||
중성화 깊이 (mm) | ⊙ | ⊙ | ⊙ | X | 1.0 이하 | KS F 4936 | |
염화물이온 침투 저항성 (Coulombs) | ⊙ | ⊙ | ⊙ | X | 1000 이하 | KS F 4936 | |
근적외선 반사율 (%) | ⊙ | ⊙ | X | ⊙ | 고명도 영역 (L* 값 80 이상) | 80 이상 | SPS-KPIC 5020-7316 |
⊙ : 품질기준 이상 만족시, X : 품질기준 이하 |
실시예 1 및 실시예 2를 통해 루타일형 이산화티타늄 및 아나타제형 이산화티타늄을 1:1의 중량비로 혼합하였을 때 중성화깊이, 염화물이온 침투 저항성 및 근적외선 반사율에서 품질기준 이상임을 확인할 수 있었다.
비교예 1은 루타일형 이산화티타늄과 아나타아제형 이산화티타늄 함량의 비율을 1:2의 중량비로 혼합하였고, 근적외선 반사율(L* 값)이 고명도 영역에서 80 이하로 나타나 품질기준 이하임을 확인할 수 있었다.
비교예 2는 루타일형 이산화티타늄과 아나타아제형 이산화티타늄 함량의 비율을 1:1의 중량비로 혼합하여 실험하였으나, 수성 폴리머 수지가 배합범위를 벗어나 중성화 깊이 및 염화물이온 침투저항성이 품질기준 이하임을 확인할 수 있었다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (6)
- 수계 폴리머수지 100중량부에 대해 알칼리성 수용액 25 내지 75중량부, 체질안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부 및 첨가제 6 내지 15중량부를 포함하는 하도;
친환경 하이브리드수지 100중량부에 대해 수성 폴리머수지 45 내지 55중량부, 차열안료 20 내지 30중량부, 기능성 충진제 10 내지 45중량부, 물 20 내지 40중량부, 첨가제 3 내지 6중량부를 포함하는 상도;를 포함하고,
상기 수계 폴리머 수지는 수성 폴리우레아수지, 수성 아크릴수지, 수성 에폭시 수지, 수성 EVA 수지 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 친환경 하이브리드수지는, 폴리에테르 아민 100중량부에 대해 무기계 수지 100 내지 180중량부, 이소시아네이트 프리폴리머(isocyanate prepolymer) 20 내지 70중량부, DMBA (Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 5 내지 10중량부, 체인 연장제 5 내지 10중량부, TEA(Triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 350 내지 500중량부를 포함하고,
상기 하도의 체질안료는 탈크, 경탄, 중탄, 규소계 필러, 인산아연, 아연말, 황산 바륨 및 수산화 알루미늄 중 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 차열안료는 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2) 및 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2)을 각각 1 내지 2 : 1의 중량비로 배합하는 것을 특징으로 하는 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제.
- 제 1 항에 있어서,
상기 수성 폴리우레아 수지는 폴레에테르 아민(polyether amine) 100중량부에 대하여 ATEP(amine terminated epoxy prepolymer) 15 내지 75중량부, 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate) 15 내지 60중량부, DMBA(dimethylol butaionic acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 1 내지 5중량부, 체인 연장제 1 내지 3중량부, TEA(triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 100 내지 600중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제.
- 제 1 항에 있어서,
상기 하도의 첨가제는 습윤 분산제 2 내지 5중량부, 소포제 2 내지 5중량부, 접착증진제 2 내지 5중량부를 포함하고,
상기 상도의 첨가제는 UV안정제 1 내지 2중량부, 접착증진제 1 내지 2중량부, 소포제 1 내지 2중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제.
- 친환경 하이브리드수지를 합성하는 제 1단계;
상기 제 1단계에 수성 폴리머 수지를 혼합하여 혼합물을 형성하는 제 2단계;
상기 제 2단계의 혼합물에 금속 화합물로 전처리한 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2), 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2) 및 색상 구현을 위한 특수 피그먼트를 배합하여 차열안료를 제조하는 제 3단계;
상기 제 3단계의 차열안료에 기능성 충진제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 제 4단계; 및
상기 제 4단계의 혼합물에 UV안정제, 접착증진제 및 소포제를 첨가하고 교반하는 제 5단계를 포함하는 친환경 코팅제의 제조방법으로서,
상기 차열안료는 금속화합물로 전처리된 루타일형 이산화티타늄(rutile TiO2) 및 아나타아제형 이산화티타늄(anatase TiO2)을 각각 1 내지 2 : 1의 중량비로 배합하고 색상 구현을 위한 특수 피그먼트를 사용하는 것을 특징으로 하는 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 제 1단계의 친환경 하이브리드수지는, 폴리에테르 아민 100중량부에 대해 무기계 수지 100 내지 180중량부, 이소시아네이트 프리폴리머(isocyanate prepolymer) 20 내지 70중량부, DMBA (Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 5 내지 10중량부, 체인 연장제 5 내지 10중량부, TEA(Triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 350 내지 500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화 및 염해방지 기능이 우수하고 차열기능이 뛰어난 친환경 코팅제의 제조방법.
- 콘크리트 또는 철재 구조물 표면의 이물질을 제거한 후 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 친환경 코팅제를 롤러, 붓 및 스프레이 중에서 선택되는 하나 이상을 이용하여 콘크리트 또는 철재 구조물 표면을 코팅하는 시공방법.
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KR102652729B1 (ko) * | 2023-11-21 | 2024-04-01 | (주)새론테크 | 탄산화 및 염해방지 기능이 우수한 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 시공방법 |
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2021
- 2021-07-16 KR KR1020210093724A patent/KR102493087B1/ko active IP Right Grant
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