KR20230072242A - 단차열 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 단차열 조성물은, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 및 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트를 포함하는 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트, 1~2 ㎛의 평균 입경을 갖는 무공형 실리콘폴리머 입자, 50~100 ㎛의 평균 입경을 갖는 제1 중공형 세라믹 입자, 1~20 ㎛의 평균 입경을 갖는 제2 중공형 세라믹 입자, 그리고 광 개시제를 포함한다.

Description

단차열 조성물{HEAT SHIELD AND INSULATION COATING COMPOSITION}
단차열 조성물이 제공된다.
환경오염 방지 및 에너지 절감을 위해, 피도물에 대해 차열 기능을 부여하는 코팅이나 필름이 활용되고 있다.
피도물의 온도의 상승은 열의 이동에 따라 발생되는 현상으로, 열이 이동하는 매커니즘은 다음의 3가지로 구분된다. 즉, 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 직접 물체를 통하여 열이 이동하는 전도(conduction), 유동성 매체인 기체 또는 액체의 흐름이나 이동을 통하여 열이 전달되는 대류(convection), 별도의 매개체를 통하지 않고 열원에서 직접 방사된 열 파장이 물체의 표면에 닿아 분자의 진동을 유발하여 열에너지가 발생되는 복사(radiation)가 있다.
태양광은 전자파의 일종으로 피도물의 표면에 흡수되어 분자의 진동을 유발해 열에너지를 발생시키며, 이에 따라 피도물의 표면의 온도가 상승하게 되고, 이는 곧 피도물 내부의 온도를 상승시키는 원인이 된다. 따라서, 피도물이 태양광선을 미리 반사하거나 반사되지 않고 흡수된 적외선에 의한 열에너지가 피도물 내부로 이동하는 것을 차단(차열 및 단열)할 필요가 있다.
이러한 차열 또는 단열 효과를 통한 에너지 절감형 도료 제품이 시장에 출시되고는 있지만, 충분한 차열 및 단열 효과가 발생하지 않고 있다.
또한, 차열 또는 단열을 위한 도료의 피도물에 대한 부착성이 충분하지 않아 피도물에서 분리되어 신뢰성과 내구성이 급격히 저하될 수 있고, 부착성 확보를 위해 하도층이나 프라이머층이 별도로 코팅(도장)될 수 있으며, 이로 인해 전체적인 코팅층의 두께가 두꺼워질 수 있다. 또한, 피도물 별로 하도층 및 중도층의 종류가 다르고, 피도물의 바탕처리가 까다롭기 때문에, 전체적인 시공 비용 및 시간이 증가하여 경제성이 떨어지고, 전문 작업자와 전문 설비가 필요할 수 있다.
또한, 도료 도포 후 경화되는데 최대 수 일이 소요되기 때문에, 경화 이전에 비가 오는 등 환경에 따라 성능이 열화되거나 결함이 발생할 수 있고, 재도장이 이루어져야 할 수도 있다.
또한, 코팅층(도막)의 오염 및 열화에 의해 일사 반사율이 크게 저하되어 주기적인 세척 관리가 필요할 수 있고, 세척을 하여도 코팅층 초기의 차열 및 단열 성능이 구현되지 않아 재도장을 수행하는 주기가 단축될 수 있다.
또한, 세척이나 표면처리 시에, 녹 등의 오염 물질을 제거하기 위해 샌딩(sanding) 또는 샌드 블라스팅(sand blasting) 등의 공정이 필요하여, 관리 비용이 증가할 수 있고, 도막의 두께가 지나치게 얇아질 수 있으며, 이로 인해 차열 및 단열 성능이 저하되고 재도장 주기가 단축될 수 있다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-1561567호에는 초미립자 실리카 입자, 루타일 이산화티탄, 탄산칼슘, 수지 바인더 및 물을 포함하는 차열 도료 조성물에 대하여 기재되어 있지만, 차열 및 단열 성능이 낮을 수 있고, 부착성에 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층은, 도포 후 경화 시간을 단축시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층은, 피도물에 대한 부착성 및 밀착성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층은, 내오염성, 방청성 및 세척성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층은, 차열성 및 단열성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층은, 작업성 및 경제성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층은, 내후성을 향상시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 단차열 조성물은, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 및 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트를 포함하는 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트, 1~2 ㎛의 평균 입경을 갖는 무공형 실리콘폴리머 입자, 50~100 ㎛의 평균 입경을 갖는 제1 중공형 세라믹 입자, 1~20 ㎛의 평균 입경을 갖는 제2 중공형 세라믹 입자, 그리고 광 개시제를 포함한다.
제2 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D2)에 대한 상기 제1 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D1)의 비(D1/D2)는 2.5~100일 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자와 제2 중공형 세라믹 입자의 중량비는 2:1 ~ 4:1일 수 있다.
2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트와 상기 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트의 중량비는 1:1 ~ 1:3일 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자는 소수성 실리콘폴리머를 포함하고, 제1 중공형 입자는 알루미늄 실리케이트를 포함하며, 제2 중공형 세라믹 입자는 소듐 보로실리케이트(Sodium borosilicate)를 포함할 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는 30~50 중량%일 수 있고, 무공형 실리콘폴리머 입자는 15~19 중량%일 수 있으며, 제1 중공형 세라믹 입자는 2~7 중량%일 수 있고, 제2 중공형 세라믹 입자는 2~8 중량%일 수 있으며, 광 개시제는 3~7 중량%일 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자의 열전도도는 0.15 W/m·K 보다 작을 수 있고, 연화점이 1000 ℃ 보다 높을 수 있다.
광 개시제는 제1 광 개시제 및 제2 광 개시제를 포함하고, 제1 광 개시제는 200~315 nm 파장 대역에서 활성화될 수 있고, 제2 광 개시제는 315~400 nm 파장 대역에서 활성화될 수 있다.
제1 광 개시제와 제2 광 개시제의 중량비는 1:1 ~ 3:1일 수 있다.
마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연을 더 포함할 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 마이크로 소성 실리카는 1~5 중량%일 수 있고, 마이크로 소성 알루미나는 2~6 중량%일 수 있으며, 마이크로 인산 아연은 2~6 중량%일 수 있다.
이산화티탄 안료, 퓸드 실리카, 또는 오르토산 규산나트륨 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
단차열 조성물이 이산화티탄 안료, 퓸드 실리카, 그리고 오르토산규산나트륨(ortho acid sodium silicate)을 포함하고, 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 이산화티탄 안료는 7~12 중량%일 수 있고, 퓸드 실리카는 0.8~3 중량%일 수 있으며, 오르토산규산나트륨은 1~5 중량%일 수 있다.
소포제, 불소계 계면활성제, 증점제, 방부제, 습윤제, 필름 형성제, 지르코-알루미네이트 커플링제, pH 조절제, 불소계 얼룩 방지제, 또는 부식억제제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 단차열층은, 상기의 단차열 조성물이 경화되어 형성된다.
단차열층의 두께가 150~250 ㎛일 수 있다.
단차열층은 피도물에 접촉되는 제1 면과 제1 면의 반대 면인 제2 면을 포함하고, 단차열층을 두께 방향으로 절단한 단면에서, 제1 면에서 제2 면 방향으로 갈수록 무공형 실리콘폴리머 입자의 개수가 많아질 수 있고, 제1 중공형 세라믹 입자 및 제2 중공형 세라믹 입자의 개수가 적어질 수 있다.
단차열층은 단일층일 수 있고, 단차열층이 접촉되는 피도물은 목재, 시멘트, 콘크리트, 금속, 또는 합금일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층은, 도포 후 경화 시간을 단축시킬 수 있고, 피도물에 대한 부착성 및 밀착성을 향상시킬 수 있으며, 내오염성, 방청성 및 세척성을 향상시킬 수 있고, 차열성 및 단열성을 향상시킬 수 있고, 작업성 및 경제성을 향상시킬 수 있으며, 내후성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 피도물 상에 형성된 단차열층의 일 단면을 나타내는 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, "조성물"은 2가지 이상의 성분이 균일하게 혼합되어 있는 상태의 물질을 의미하며, 완제품뿐만 아니라 완제품 제조를 위한 중간 소재를 포함하는 개념이다.
실시예에 따른 단차열 조성물은, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 및 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트를 포함하는 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트(urethane acrylate), 무공형 실리콘폴리머 입자, 제1 중공형 세라믹 입자, 제2 중공형 세라믹 입자, 그리고 광 개시제를 포함한다.
단차열 조성물에서, 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는 바인더(binder)로서 기능할 수 있다.
단차열 조성물이 경화되어 단차열층이 형성되는 경우, 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는, 자외선(UV) 조사 시 경화 시간을 크게 단축시킬 수 있고, 피도물과의 부착성 및 밀착성을 향상시킬 수 있고, 내후성을 크게 향상시킬 수 있으며, 황변을 억제시킬 수 있고, 유연성, 내약품성, 내구성, 경도 특성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 단차열 조성물의 중량 전체를 기준으로, 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는 약 30~50 중량%일 수 있다. 이러한 범위 내에서, 단차열층의 속경화성, 부착성, 밀착성, 내후성, 유연성, 내약품성, 내구성, 경도 특성 등이 더욱 향상될 수 있다.
지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는 관능기(작용기)를 2개 포함하는 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트, 그리고 관능기를 6개 포함하는 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트를 포함할 수 있다.
여기서, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는 속경화성을 향상시킬 수 있고, 겉도막 경화성을 향상시키며, 황변을 억제시킬 수 있고, 내구성, 내후성 등의 특성을 향상시킬 수 있다. 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는 속경화성을 향상시킬 수 있고, 속도막 경화성을 향상시키며, 황변을 억제시킬 수 있고, 내구성, 내후성 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트와 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트의 중량비는 약 1:1 ~ 3:1 일 수 있고, 이러한 범위 내에서, 조성물이 피도물에 도포되어 경화될 때 깊이(두께)에 대해 균일한 경화 속도를 구현할 수 있고, 이로 인해 속경화성이 더욱 향상될 수 있다.
한편, 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연(Zinc phosphate)과 함께 사용되면, 단차열층의 피도물에 대한 부착성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
광 개시제는, 조성물에 자외선이 조사되면, 광 중합 반응을 개시하는 물질일 수 있다.
자외선(UV) 조사에 의해 광 개시제가 모노머 간 광 중합 반응을 개시함으로써 조성물이 경화되어 단차열층을 형성하게 된다. 예를 들어, 자외선 조사에 의해 광 개시제가 라디칼(radical)을 생성하여, 라디칼이 광 중합 반응을 유도할 수 있다.
종래의 수성 또는 유성의 단차열 조성물의 경우, 조성물이 경화되는데 최대 수 일이 소요되지만, 실시예에 따른 단차열 조성물은 조사되는 태양광의 자외선을 활용하여 광 중합 반응을 유도함으로써 조성물의 경화 시간을 크게 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 별도의 자외선 조사 장치를 통해 자외선을 실시예에 따른 단차열 조성물에 조사하였을 때, 경화 시간이 수 초 이내일 수 있다. 또한, 자연광 환경에서도 약 10 분 이내에 경화될 수 있다. 이와 같이, 실시예에 따른 단차열 조성물은 경화 시간을 매우 현저하게 단축시킬 수 있다. 이로 인해, 작업 시간이 단축되어 작업성이 크게 향상될 수 있고, 기후나 환경에 영향을 받지 않을 수 있으며, 오염 물질이 거의 혼입되지 않기 때문에, 형성되는 단차열층의 신뢰성과 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 단차열 조성물은 수성 도료(수성 조성물)임에도 불구하고, 경화 시간을 수 초 이내(UV 조사 장치에 의해) 또는 10 분 이내(자연광 환경)로 크게 단축시킬 수 있는 특징을 갖는다.
단차열 조성물의 중량 전체를 기준으로, 광 개시제는 약 3~7 중량%일 수 있다. 이러한 범위 내에서, 경화 시간이 더욱 단축될 수 있다.
광 개시제는 제1 광 개시제 및 제2 광 개시제를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 광 개시제는 200~315 nm 파장 대역에서 활성화될 수 있고, 제2 광 개시제는 315~400 nm 파장 대역에서 활성화될 수 있다. 제2 광 개시제가 활성화되는 파장 대역이 제1 광 개시제가 활성화되는 파장 대역보다 클 수 있다. 이렇게 상이한 파장 대역에서 활성화되는 두 종류의 광 개시제가 조성물에 포함됨으로써, 보다 넓은 파장 대역에서 광 중합 반응이 발생할 수 있고, 광 중합 반응을 보다 효율적으로 유도할 수 있다.
제1 광 개시제는 2 이상의 물질을 포함할 수 있고, 제2 광 개시제는 2 이상의 물질을 포함할 수 있다.
종래의 단차열 조성물의 경우, 피도물에 도포되었을 때, 코팅층(도막)의 깊이에 따라 경화 속도가 달라질 수 있다. 예를 들어, 코팅층의 하부 영역의 경화 속도가 상부 영역의 경화 속도에 비해 느릴 수 있다.
이에 비교하여, 실시예에 따른 단차열 조성물의 경우, 활성화 파장 대역이 상이한 2 종류의 광 개시제를 사용함으로써, 심부 경화도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 자외선이 조사되는 경우, 자외선에서 상대적으로 파장이 짧은 광이 코팅층의 심부에 많이 도달할 수 있고, 비중 차이 등에 기인하여 활성화 파장 대역이 짧은 제1 광 개시제가 코팅층의 하부에 상대적으로 많이 배치되는 경우, 심부 경화도가 향상될 수 있다.
제1 광 개시제와 제2 광 개시제의 중량비는 약 1:1 ~ 3:1 일 수 있고, 이러한 범위 내에서, 단차열 조성물의 경화 시간이 더욱 단축될 수 있고, 경도 특성이 우수할 수 있으며, 심부 경화도가 향상되어 모든 깊이에서 균일한 속도로 경화가 이루어질 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자는 주로 차광성 및 차열성을 향상시킨다. 무공형은 입자 내부에 중공이 존재하지 않는 형태이고, 무공형 실리콘폴리머 입자는 근적외선을 반사시켜 외부로부터 열이 유입되는 것을 차단하여 단차열층의 차열 기능을 구현할 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자는, 예를 들어, 소수성 실리콘폴리머(hydrophobic siliconpolymer)를 포함할 수 있고, 마이크로 스피어(micro sphere) 형태를 가질 수 있다. 무공형 실리콘폴리머 입자는 우수한 차열성과 차광성을 나타낸다.
무공형 실리콘폴리머 입자의 평균 입경은 약 1~2 ㎛ 일 수 있다. 무공형 실리콘폴리머 입자의 평균 입경이 약 1 ㎛ 미만일 경우, 근적외선 반사 효율이 낮아져 충분한 차열성을 확보할 수 없고, 약 2㎛를 초과할 경우에는 비표면적이 작아질 수 있고, 분산성이 저하되어 근적외선 반사 효율이 낮아질 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자는 외부로부터 도달한 열(근적외선)을 반사시키고, 반사되지 못한 열의 이동성을 저하시킬 수 있다. 무공형 실리콘폴리머 입자의 열전도도는 약 0.15 W/m·K 이하일 수 있고, 이러한 범위 내에서, 단차열층에 도달한 열의 이동을 적절하게 제한하여 단열성을 향상시킬 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자의 연화점(softening point)은 약 1000 ℃ 이상일 수 있고, 약 1200 ℃ 이하일 수 있다. 무공형 실리콘폴리머 입자의 연화점이 약 1000 ℃ 미만일 경우, 단차열층이 고온 다습한 환경에 노출되는 경우 무공형 실리콘폴리머 입자의 강도가 약해져 손상되거나 파괴될 수 있고, 이로 인해 차열성이 저하될 수 있다. 무공형 실리콘폴리머 입자의 연화점이 약 1200 ℃ 보다 커지는 경우, 입자의 경도가 약해질 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자의 진구도는 약 0.8 이상일 수 있고, 이로 인해 무공형 실리콘폴리머 입자가 근적외선을 거의 흡수하지 않고 반사시킬 수 있고, 단차열층 내부에서 열이 전달되는 것을 감소시킬 수 있다.
단차열 조성물이 경화 건조되면서, 비중 차이에 의해, 무공형 실리콘폴리머 입자는 상대적으로 단차열층의 상부에 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 단차열층이 피도물에 접촉되는 제1 면, 그리고 제1 면의 반대 면인 제2 면(외부에 노출되는 면)을 포함하는 경우, 단차열층을 두께 방향으로 절단한 단면에서, 제1 면에서 제2 면 방향으로 갈수록 무공형 실리콘폴리머 입자의 개수가 많아질 수 있다. 따라서, 무공형 실리콘폴리머 입자의 대부분이 단차열층의 상부(제2 면에 가까운 소정의 부분)에 배치되기 때문에, 외부에서부터 도달하는 근적외선을 매우 효과적으로 반사시킬 수 있고, 차열 성능이 극대화될 수 있다.
제1 중공형 세라믹 입자 및 제2 중공형 세라믹 입자는 주로 단열성을 향상시킨다. 중공형 세라믹 입자는 내부에 중공을 포함하므로, 외부에서 유입된 근적외선(열)이 산란 및 반사되면서 열 전달 속도를 최소화시킬 수 있고, 이로 인해 단차열층의 단열성을 크게 향상시킬 수 있다.
제1 중공형 세라믹 입자는, 예를 들어, 알루미늄 실리케이트(Al2SiO5)를 포함할 수 있고, 마이크로 스피어 형태를 가질 수 있다. 알루미늄 실리케이트는 인슐래드(Insulad)로 명칭될 수도 있다.
제2 중공형 세라믹 입자는, 예를 들어, 소듐 보로실리케이트(Sodium borosilicate)를 포함할 수 있고, 마이크로 스피어 형태를 가질 수 있으며, 우수한 압축 강도를 나타낸다.
제1 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D1)은 약 50~100 ㎛ 일 수 있고, 제2 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D2)은 약 1~20 ㎛ 일 수 있다. 제1 중공형 세라믹 입자의 평균 입경이 약 50 ㎛ 미만이고, 제2 중공형 세라믹 입자의 평균 입경이 약 1 ㎛ 미만인 경우, 근적외선의 산란 및 반사가 충분히 발생하지 않아 단열 성능이 저하될 우려가 있다. 반면, 제1 중공형 세라믹 입자의 평균 입경이 약 100 ㎛ 초과이고, 제2 중공형 세라믹 입자의 평균 입경이 약 20 ㎛ 초과인 경우, 비표면적이 저하되어 단열 효율이 낮아질 수 있다.
제2 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D2)에 대한 제1 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D1)의 비(D1/D2)는 약 2.5~100 일 수 있다. 이러한 범위 내에서, 중공형 세라믹 입자들의 비표면적이 크게 향상될 수 있고, 단열 성능이 극대화 될 수 있다. 단차열 조성물에 포함된 중공형 세라믹 입자들의 평균 입경이 대부분 동일하거나 유사한 경우에는, 조성물 내에서 비표면적이 낮아질 수 있고, 단위 부피당 사용될 수 있는 중공형 세라믹 입자들의 개수도 적어질 수 있으며, 이로 인해 단열 성능이 충분히 구현되지 않을 수 있다. 실시예에 따른 단차열 조성물은 크기가 다른 두 종류의 중공형 세라믹 입자를 포함함으로써, 평균 입경이 더 큰 제1 중공형 세라믹 입자들 사이에 제2 중공형 세라믹 입자들이 배치될 수 있어, 단열 성능을 높일 수 있다.
중공형 세라믹 입자들의 진구도는 약 0.8 이상일 수 있고, 이로 인해 단차열층 내부로 전달된 열이 효과적으로 산란 및 반사되어 단열 성능이 향상될 수 있다.
이에 더하여, 제1 중공형 세라믹 입자와 제2 중공형 세라믹 입자는 외부로부터 입사되는 근적외선을 직접 반사 및 산란시킬 수 있으므로, 무공형 실리콘폴리머 입자와 함께 사용됨으로써 차열 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자의 평균 입경은 약 1~2 ㎛ 일 수 있고, 제1 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D1)은 약 50~100 ㎛ 일 수 있으며, 제2 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D2)은 약 1~20 ㎛ 일 수 있고, 제2 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D2)에 대한 제1 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D1)의 비(D1/D2)는 약 2.5~100 일 수 있다. 이러한 수치 범위들 내에서, 무공형 실리콘폴리머 입자, 제1 중공형 세라믹 입자 및 제2 중공형 세라믹 입자가 최적의 형태로 분산되고, 이로 인해 차열 성능과 단열 성능이 균형을 이루면서 최적화 될 수 있으며, 단차열층이 약 95% 이상의 일사 반사율과 0.03 W/m·K 이하의 열전도율을 달성할 수 있다.
단차열 조성물이 경화 건조되면서, 비중 차이에 의해, 중공형 세라믹 입자는 상대적으로 단차열층의 하부에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 단차열층이 피도물에 접촉되는 제1 면, 그리고 제1 면의 반대 면인 제2 면(외부에 노출되는 면)을 포함하는 경우, 단차열층을 두께 방향으로 절단한 단면에서, 제1 면에서 제2 면 방향으로 갈수록 중공형 세라믹 입자의 개수가 적어질 수 있다. 무공형 실리콘폴리머 입자의 대부분이 단차열층의 상부(제2 면에 가까운 부분)에 배치되고, 중공형 세라믹 입자의 대부분이 무공형 실리콘폴리머 입자의 하부(상대적으로 제1 면에 가까운 부분)에 배치되므로, 외부에서 도달하는 근적외선 중 무공형 실리콘폴리머 입자에서 반사 및 산란되지 않은 근적외선으로 인한 열이 피도물로 전달되는 것을 매우 효과적으로 억제할 수 있고, 단차열층의 단열 성능이 극대화될 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자와 중공형 세라믹 입자(제1 중공형 세라믹 입자 및 제2 중공형 세라믹 입자)의 중량비는 약 1:1 ~ 3:1 일 수 있다. 이러한 범위 내에서, 단차열층의 차열 성능과 단열 성능이 균형을 이루면서 최적화 될 수 있고, 단차열층이 약 95% 이상의 일사 반사율과 0.03 W/m·K 이하의 열전도율을 달성할 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 단차열 조성물은, 무공형 실리콘폴리머 입자와 중공형 세라믹 입자를 함께 포함하고 있다.
일반적으로, 중공형 세라믹 입자를 단독으로 사용하는 것이 차열성과 단열성을 구현하는 최적의 형태로 알려져 있었다. 그러나, 전술한 바와 같이, 단차열층의 차열성과 단열성을 동시에 현저하게 향상시키기 위해서는, 무공형의 실리콘폴리머 입자와 중공형의 세라믹 입자를 함께 포함하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 단차열 조성물이 무공형의 실리콘폴리머 입자와 중공형의 세라믹 입자를 함께 포함하는 경우, 단차열 조성물이 중공형의 세라믹 입자만을 포함하는 경우보다 단차열층의 차열성 및 단열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, 단차열 조성물이 무공형의 실리콘폴리머 입자와 중공형의 세라믹 입자를 함께 포함하는 경우의 단열 성능과 차열 성능이, 단차열 조성물이 무공형의 실리콘폴리머 입자만을 포함하는 경우의 단열 성능과 차열 성능에 비해 현저하게 우수할 수 있다.
한편, 단차열 조성물이 건물 외부에 적용되는 경우에는, 단열 성능에 비해 차열 성능이 상대적으로 강조되어야 할 필요가 있다. 이러한 경우, 무공형 실리콘폴리머 입자와 제2 중공형 세라믹 입자의 중량비는 약 2:1 ~ 4:1 일 수 있다. 이러한 범위 내에서, 차열 성능이 보다 우수해 질 수 있고, 건축물의 외부면에 적용되는 경우, 우수한 차열 성능을 구현하여 건물의 에너지 사용량을 절감시키는 데 더욱 기여할 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 지방족 우레탄아크릴레이트는 약 30~50 중량%, 무공형 실리콘폴리머 입자는 약 15~19 중량%, 제1 중공형 세라믹 입자는 약 2~7 중량%, 제2 중공형 세라믹 입자는 약 2~8 중량%, 광 개시제는 약 3~7 중량% 일 수 있다.
실시예에 따른 단차열 조성물은, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연을 더 포함한다.
마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연은, 아크릴계 바인더(지방족 수용성 우레탄아크릴레이트)와 동시에 사용되었을 때, 각 성분 간의 강력한 결합에너지를 통해 매우 우수한 수준의 부착성 및 밀착성을 구현할 수 있고, 내구성, 내후성, 방청성 또한 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 단차열 조성물이 경화되어 형성된 단차열층은 피도물의 소재에 무관하게 매우 우수한 수준의 밀착성과 부착성을 나타낼 수 있고, 이로 인해 별도의 하도층, 중도층 또는 프라이머층이 불필요하고, 단일의 단차열층 만으로도 충분한 단차열 성능을 구현할 수 있으며, 매우 얇은 두께로도 충분한 단차열 효과를 나타낼 수 있다. 단차열층의 두께는, 예를 들어, 약 150~250 ㎛일 수 있고, 이러한 초박(ultra-thin) 도막으로도 종래의 단차열층들보다 우수한 단차열 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 단위 면적당 도장되어야 할 단차열 조성물의 중량이 크게 감소할 수 있고, 이로 인해 도장 시간을 단축시키고 비용을 절감시킬 수 있다.
마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 인산 아연, 그리고 아크릴계 바인더가 모두 함께 적용되는 경우에 시너지 효과(synergy effect)가 발생하여 전술한 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성이 현저하게 향상될 수 있다. 반면, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 인산 아연, 또는 아크릴계 바인더 중 하나의 성분이라도 제외되는 경우에는 전술한 효과들이 구현되지 않거나 충분하지 않을 수 있다.
마이크로 소성 실리카와 마이크로 소성 알루미나는, 통상적인 마이크로파를 이용한 소성로를 이용하여 마이크로파를 조사하여 발열시킴으로써 제조될 수 있다. 마이크로 소성 실리카와 마이크로 소성 알루미나는 낮은 열팽창률과 낮은 열충격성을 가짐으로써 단차열층의 열화 및 수축 팽창을 억제할 수 있고, 동시에 우수한 방청 성능도 나타낼 수 있다. 바람직한 소성 온도는 약 700~1500 ℃일 수 있고, 바람직하게는 약 800~1200 ℃일 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 마이크로 소성 실리카는 약 1~5 중량%일 수 있고, 마이크로 소성 알루미나는 약 2~6 중량%일 수 있으며, 마이크로 인산 아연은 약 2~6 중량%일 수 있다. 이러한 조성비 내에서, 우수한 단차열 성능이 발휘되면서도, 단차열층의 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성이 더욱 향상될 수 있다.
단차열 조성물은 이산화티탄 안료, 퓸드 실리카, 또는 오르토산 규산나트륨 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
이산화티탄(TiO2) 안료는 백색의 안료로서, 단차열 조성물의 차열성을 강화시킬 수 있다. 이산화티탄 안료는 단차열 조성물의 백색의 색상을 부여할 수 있다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 이산화티탄 안료는 약 7~12 중량%로 포함될 수 있고, 이러한 범위 내에서, 차열 성능이 향상되면서도, 동시에 단차열 조성물의 여러 기능들이 균형 있게 최적화 될 수 있다.
퓸드 실리카는 입자의 침강을 방지시킬 수 있고, 저장 안정성을 향상시킬 수 있다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 퓸드 실리카는 약 0.8~3 중량%로 포함될 수 있다.
오르토산 규산나트륨은 내오염성 및 자가정화성을 향상시킬 수 있다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 오르토산 규산나트륨은 약 1~5 중량%로 포함될 수 있다.
단차열 조성물은, 소포제, 불소계 계면활성제(Fluoro surfactant), 증점제, 방부제, 습윤제, 필름 형성제(film forming agent), 지르코-알루미네이트 커플링제(Zirco-aluminate coupling agent), pH 조절제, 불소계 얼룩 방지제(Fluoro stain resistant additive), 또는 부식억제제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
소포제는, 예를 들어, 실리콘 계열의 소포제(silicone defoamer) 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 소포제는 약 0.1~0.5 중량%로 포함될 수 있다.
불소계 계면활성제는 단차열층의 표면 장력을 저하시킴으로써, 내오염성 및 세정성을 향상시킬 수 있고, 우수한 도막 평활성을 부여할 수 있다. 이로 인해, 시간의 경과에 따라 단차열층 표면의 주름부 사이에 오염 물질이 발생하는 현상을 방지할 수 있어 단차열층이 오염되는 현상이 최소화될 수 있고, 단차열층 표면이 오염된 이후에도 용이하게 세척될 수 있다. 또한, 단차열층의 신뢰성이 향상될 수 있고, 단차열층의 수명이 연장될 수 있다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 불소계 계면활성제는 약 0.1~0.5 중량%로 포함될 수 있다.
방부제는, 예를 들어, 알킬 디메틸 벤질 암모늄(n-alkyl dimethyl benzyl ammonium), Biocide 3300 N 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 방부제는 약 0.3~0.7 중량%로 포함될 수 있다.
습윤제는, 예를 들어, Disper byk-190 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 습윤제는 약 0.1~0.3 중량%로 포함될 수 있다.
필름 형성제(film forming agent)는, 예를 들어, 텍산올(texanol)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 필름 형성제는 약 1~3 중량%로 포함될 수 있다.
지르코-알루미네이트 커플링제는 금속 또는 합금과의 밀착성 및 부착성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 단차열 조성물이 금속/합금 피도물 표면에 코팅되는 경우, 단차열층과 피도물 표면과의 부착성 및 밀착성이 크게 향상될 수 있고, 하도층, 중도층, 프라이머층 등의 별도 층이 불필요하여 단일의 층으로 구현될 수 있으며, 매우 얇은 도막 두께를 구현할 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 지르코-알루미네이트 커플링제는 약 0.3~0.7 중량%로 포함될 수 있다.
pH 조절제는 조성물의 산도를 일정 범위 내로 조절하는 데 사용될 수 있고, 예를 들어, 아미노메틸프로판올(amp, 2-amino-2-methylpropanol) 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, pH 조절제는 약 0.1~0.5 중량%로 포함될 수 있다.
불소계 얼룩 방지제는 단차열층에 발수성 및 발유성을 부여할 수 있고, 이로 인하여 내오염성이 향상되고, 얼룩 제거가 용이해지며, 단차열층의 내구성이 증진될 수 있다. 불소계 얼룩 방지제는 불소기를 함유한 폴리우레탄, 불소기를 함유한 폴리아크릴에멀젼 및 불소기를 함유한 폴리아크릴 변성우레탄 에멀젼 중 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 불소계 얼룩 방지제는 약 1~3 중량%로 포함될 수 있다.
부식억제제는 고온 다습한 환경에서도 부식을 최소화시킬 수 있고, 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 약 0.8~1.2 중량%로 포함될 수 있다.
증점제는 조성물의 점도 조절, 증점 및 칙소성 부여, 입자의 침강 방지, 재분산성 개선, 흐름성 개선 등과 같은 입자의 저장 안정성을 향상시킬 수 있다. 증점제는, 예를 들어, 하이드록시에틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 증점제는 약 0.1~0.5 중량%로 포함될 수 있다.
단차열 조성물은 물(H2O)을 포함하고, 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로 물은 약 8~12 중량% 일 수 있고, 이러한 범위 내에서, 조성물이 피도물 표면에에 도포되었을 때, 최적의 부착성 및 밀착성을 구현할 수 있고, 경화 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 피도물 표면 상에 형성된 단차열층의 일 단면을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 단차열 조성물이 피도물(30) 표면에 도포(코팅)되어 경화되면 단차열층(도막)(40)이 형성된다. 도 1의 위쪽 도면은 단차열 조성물이 피도물 표면에 도포된 후 경화되기 이전을 나타내고, 도 1의 아래의 도면은 단차열 조성물이 경화되어 형성된 단차열층을 나타낸다.
실시예에 따른 단차열층(도막)(40)은, 피도물(30)에 대한 부착성 및 밀착성이 매우 우수하다. 이로 인해 별도의 하도층, 중도층 또는 프라이머층이 불필요하고, 단일의 단차열층(40) 만으로도 충분한 단차열 성능을 구현할 수 있으며, 매우 얇은 두께를 구현할 수 있다. 이러한 단차열층의 두께는 약 150~250 ㎛ 일 수 있다.
단차열 조성물이 경화되면서, 비중에 따라, 무공형 실리콘폴리머 입자(10)와 중공형 세라믹 입자(제1 중공형 세라믹 입자와 제2 중공형 세라믹 입자를 모두 포함함)(20)의 두께 방향(피도물의 피도면에 수직인 방향)으로의 위치와 밀도가 다를 수 있다.
단차열층(40)이 피도물(30)에 접촉되는 제1 면과 제1 면의 반대 면인 제2 면을 포함하고, 무공형 실리콘폴리머 입자(10)의 비중이 중공형 세라믹 입자(20)의 비중에 비해 작음으로 인해, 단차열층을 두께 방향(도면에서 제1 면과 제2 면에 수직인 방향)으로 절단한 단면에서, 제1 면에서 제2 면으로 갈수록 무공형 실리콘폴리머 입자(10)의 개수가 많아질 수 있다. 또한, 단차열층(40)의 제1 면에서 제2 면으로 갈수록 중공형 세라믹 입자(20)(제1 중공형 세라믹 입자 및 제2 중공형 세라믹 입자 포함)의 개수가 적어질 수 있다. 이로 인해, 단차열층(40)의 상부에는 차열 성능이 강조되는 차열부(10a)가 소정의 두께로 형성될 수 있고, 단차열층(40)의 하부(피도물(30)과 인접한 부분)에는 단열 성능이 강조되는 단열부(20a)가 형성될 수 있다. 외부에 접하는 제2 면에 근접한 영역(차열부(10a))에서 근적외선에 대한 반사/산란이 활발하게 발생하여 우수한 차열 성능이 구현될 수 있고, 반사/산란되지 않은 근적외선이 단차열층 내부에 도입되면, 단열부(20a)에서 중공형 세라믹 입자(20)에 의해 단열되어 우수한 단열 성능이 구현될 수 있다.
실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층(40)은, 목재, 시멘트, 콘크리트, 금속, 또는 합금 등 피도물의 종류에 무관하게 매우 우수한 부착성 및 밀착성을 나타낼 수 있고, 내오염성, 방청성, 자가정화성, 세척성, 난연성 등이 매우 우수할 수 있다 예를 들어, 단차열 조성물은 각종 건축물의 외부면에 도포될 수 있다.
또한, 단차열 조성물이 피도면에 도포된 후, 자연적으로 경화되는 시간은 수 분 이내일 수 있고, 이는 일반적인 수성 또는 유성 단차열 도료의 자연적 고화 경화 시간(수 일)에 비해 현저하게 짧은 경화 시간에 해당한다. 태양광 에너지는 약 100~380 nm 파장대역의 자외선 영역 3%, 약 380~780 nm 파장대역의 가시광선 영역 약 47%, 약 780~2100 nm 파장대역의 근적외선 영역 50%의 파장별 분포를 갖는다. 이 중 태양광의 자외선 에너지 약 3 %를 이용하여 건조 도막 두께 약 150~250 ㎛에 대해, 약 25 ℃를 기준으로, 약 10 분 이내에 자연적 고화 건조를 구현할 수 있다. 또한 약 20분 이내에 형성된 도막 상에 재도장이 가능할 수 있다. 이러한 속경화성으로 인해서, 오염 물질이 유입되지 않아 단차열층(40)의 차열성 및 단열성이 저하되는 현상이 방지될 수 있고, 비가 오는 등 환경적 영향으로 성능 열화가 발생하거나 재도장 하는 상황을 막을 수 있으며, 별도의 전문 작업자가 필요하지 않을 뿐만 아니라, 단일층을 신속하게 경화시킬 수 있어 작업성 및 경제성이 매우 우수할 수 있다.
또한, 세척이나 표면처리 시에, 녹 등의 오염 물질을 제거하기 위해 샌딩(sanding) 또는 샌드 블라스팅(sand blasting) 등의 작업이 불필요하여, 관리 비용이 절감될 수 있고, 세척이나 표면처리를 위해 두께가 지나치게 얇아지는 것을 방지하여 재도장 주기를 연장시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 단차열층(40)은 우수한 내오염성, 방청성, 세척성을 나타내므로, 시간의 경과에 따라 단차열층(40)의 성능 열화가 그대로 유지될 수 있어 신뢰성이 우수하며, 수명이 연장될 수 있다.
또한, 단차열 조성물 및 단차열층 매우 얇은 두께로 구현이 가능하고, 하도층, 중도층, 프라이머층 등이 불필요하며, 단일층으로도 우수한 단차열 성능을 구현할 수 있다. 이로 인해, 도장 난이도가 낮아 전문 시공자가 불필요하고, 특수 장비가 불필요하므로, 작업성이 매우 우수할 수 있다.
실시예에 따른 단차열 조성물 및 단차열층은 단차열재로서 무공체와 중공체를 동시에 포함하고, 각 성분들의 크기, 함량, 비중 등이 모두 상이할 수 있으며, 최적화되어 있어 차열 성능 및 단열 성능이 매우 우수할 수 있다. 예를 들어, 단차열층의 일사반사율은 약 95% 이상일 수 있고, 열전도율은 약 0.03 W/m·K 이하일 수 있다.
실시예에 따른 단차열 조성물이 건물 외부 패널에 적용되는 경우, 하절기에는 차열성 및 단열성으로 인해 외부에서 유입되는 열을 효과적으로 차단할 수 있고, 동절기에는 단열성으로 인해 내부의 열이 외부로 전달되는 것을 감소시킬 수 있어 냉난방 에너지가 절감될 수 있다.
실시예 1
하기 표 1의 실시예 1에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
비교예 1
하기 표 1의 비교예 1에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
비교예 2
하기 표 1의 비교예 2에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
비교예 3
하기 표 1의 비교예 3에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
NO 구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비고(물질)
1 물(H2O) 10 10 10 10
2 습윤제 0.2 0.5 - 0.3 Disper byk-190
3 불소계 계면활성제 0.3 - 0.5 0.2 Fc-4430
4 필름 형성제 2 2 2 2 Texanol
5 증점제 0.3 0.3 0.3 0.3 Natrasol 250HR
6 방부제 0.5 0.5 0.5 0.5 Biocide 3300N
7 부식 억제제 1.0 1.5 2 - Synthrd cor B
8 이산화티탄(TiO2) 8.0 8.0 8.0 8.0 R-902
9 마이크로 소성 알루미나 4.0 3.0 5.0 3.0
10 마이크로 소성 실리카 3.0 4.0 2.0 4.0
11 마이크로 인산 아연 4.0 3.0 3.0 4.0
12 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 25.0 40.0 - 15.0 GU-3100
13 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 15.0 - 40.0 25.0 GU-3105Z
14 단파장 광 개시제(제1 광 개시제) 3.0 2.5 3.5 2 IGACURE 184
15 장파장 광 개시제 1(제2 광 개시제) 1.3 1.0 1.5 2 TPO
16 장파장 광 개시제 2(제2 광 개시제) 0.7 1.5 0.7 1 IGACURE 819
17 오르토산규산나트륨 2.0 2.0 2.0 2.0
18 소수성 실리콘폴리머 마이크로스피어 17.0 15.0 13.0 19.0
19 소듐 보로실리케이 중공 마이크로스피어 5.0 7.0 9.0 3.0
20 퓸드 실리카 1.0 1.0 1.0 1.0 K-300
21 알루미늄 실리케이트 (50~100㎛) 3.0 4.0 3.0 5.0 Insuladd
22 소포제 0.3 0.3 0.3 0.3 Byk 024
23 지르코-알루미네이트 커플링제 0.5 0.5 0.3 0.6
24 pH 조절제(2-amino-2-methyl-propanol) 0.3 0.3 0.3 0.3 Amp95
25 불소계 얼룩 방지제 2.0 2.0 2.0 2.0 SRC-220
실험예 1
실시예 1, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3에 따른 조성물에 대하여, 하기 표 2의 특성들을 측정하였다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
건조도막두께 (㎛) 208 212 210 205
미도장대비 표면온도차 (℃)(외기온도 33℃) 35 33 30 36
일사 반사율 (%)(태양광근적외선780~2100nm)JIS-5602-2008 96.0 94.2 92.6 95.5
열전도율 (w/mk)ICSM 3809 : 2006 0.03 0.03 0.03 0.05
촉진내후성 1200hrs(ICSM ISO 4892-182) ◎ △ △ ○
내오염성(KSF 4737의 7.7) ◎ △ △ ○
방청성(KSM ISO 11997-2) ◎ ○ ○ △
부착성 (B법)(ICSM ISO 2409) ◎ △ △ ○
지촉건조시간 (분)(외기온도 33℃) 5 14 15 8
고화건조(외기온도 33℃) 9 20 20 12
최소 재도장 가능시간(외기온도 33℃) 10 20 20 12
표 2에서, ◎ 는 매우 양호, ○는 양호, △는 보통 수준을 의미한다.
표 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 조성물의 약 33 ℃에서의 지촉건조시간은 약 5분이고, 약 33 ℃에서의 고화건조시간은 약 9분으로, 비교예 1 및 비교예 2와 비교했을 때, 현저하게 짧은 것을 확인할 수 있다.
이는, 비교예 1에는 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트가 포함되어 있지 않고, 비교예 2에는 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트가 포함되어 있지 않은 것에 기인한다.
반면, 실시예 1에 따른 조성물은 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 및 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트를 함께 포함함으로써, 건조시간을 현저하게 단축시킬 수 있다. 또한, 약 33 ℃의 온도에서도 10분 미만의 건조시간을 나타내는 것을 확인할 수 있고, 이는 별도의 건조 장비 없이도 매우 빠른 경화 속도를 가질 수 있다는 것을 의미한다. 이로 인해 최소 재도장 가능시간도 약 10분으로 매우 짧은 것을 알 수 있다.
비교예 3의 경우, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 및 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트를 함께 포함하고 있으나, 실시예 1과 비교했을 때, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 및 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트의 함량비가 상이하여, 실시예 1에 비해 건조시간이 길어진 것으로 보인다.
이에 더하여, 촉진내후성, 내오염성, 방청성, 부착성 측면을 검토하면, 실시예 1에 따른 조성물의 촉진내후성, 내오염성, 방청성 및 부착성이, 비교예들의 촉진내후성, 내오염성, 방청성 및 부착성에 비해 현저하게 우수한 것으로 나타났다.
비교예 4
하기 표 3의 비교예 4에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
비교예 5
하기 표 3의 비교예 5에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
실시예 1과 비교예 4와 비교예 5의 조성비는, 소수성 실리콘폴리머 마이크로스피어, 소듐보로실리케이트 중공 마이크로스피어 및 알루미늄 실리케이트 (인슐래드)에서 차이가 있다.
NO 조성물 실시예1 비교예4 비교예5
1 물 10.0 10.0 10.0
2 습윤제 (DISPER byk-190) 0.2 0.2 0.2
3 불소계 계면활성제 (FC4430) 0.3 0.3 0.3
4 필름 형성제 (TEXANOL) 2.0 2.0 2.0
5 증점제 (NATRASOL 250HR) 0.3 0.3 0.3
6 방부제 (BIOCIDE 3300N) 0.5 0.5 0.5
7 부식 억제제 (COROSION INHIBITOR) 1.0 1.0 1.0
8 이산화티탄 (TIO2) 8.0 8.0 8.0
9 마이크로 소성 알루미나 4.0 4.0 4.0
10 마이크로 소성 실리카 3.0 3.0 3.0
11 마이크로 인산아연 4.0 4.0 4.0
12 6관능 지방족 수용성 아크릴레이트 (GU-3100) 25.0 25.0 25.0
13 2관능 지방족 수용성 아크릴레이트 (GU-3105Z) 15.0 15.0 15.0
14 단파장 광 개시제 (IGACURE-184) 3.0 3.0 3.0
15 장파장 광 개시제1 (TPO) 1.3 1.3 1.3
16 장파장 광 개시제2 (IGACURE 819) 0.7 0.7 0.7
17 오르토산 규산나트륨 2.0 2.0 2.0
18 소수성 실리콘폴리머 마이크로스피어 17.0 14.0 20.0
19 소듐보로실리케이트 중공 마이크로스피어 5.0 1.0 9.0
20 퓸드 실리카 (K-300) 1.0 1.0 1.0
21 알루미늄 실리케이트 (인슐래드) 3.0 1.0 7.0
22 소포제 (byk 024) 0.3 0.3 0.3
23 지르코 알루미네이트 커플링제 0.5 0.5 0.5
24 PH 조절제 (AMP95) 0.3 0.3 0.3
25 불소계 얼룩방지제 (SRC-220) 2.0 2.0 2.0
실험예 2
실시예 1, 비교예 4 및 비교예 5에 따른 조성물에 대하여, 하기 표 4의 특성들을 측정하였다.
성 능 항 목 단 위 시험규격 실시예1 비교예4 비교예5
일사반사율(태양광 근적외선 780~2100nm) % JIS-5602-2008 96 91 94
열전도율 w/m.k KSM 3809-2006 0.03 0.08 0.05
부착성 B KSM ISO 2409 5B 4B 3B
건조도막두께 ㎛ 208 212 209
표 4를 참조하면, 소수성 실리콘폴리머 마이크로스피어, 소듐보로실리케이트 중공 마이크로스피어 및 알루미늄 실리케이트 (인슐래드)의 중량비의 차이에 따라, 일사반사율 및 부착성에서 차이가 발생하는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 실시예 1에 따른 조성물의 일사반사율이 비교예 4 및 5의 일사반사율에 비해 높은 것을 확인할 수 있다.
비교예 6
하기 표 5의 비교예 6에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
비교예 7
하기 표 5의 비교예 7에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
실시예 1과 비교예 6과 비교예 7의 조성비는, 6관능 지방족 수용성 아크릴레이트 및 2관능 지방족 수용성 아크릴레이트에서 차이가 있다.
NO 조성물 실시예1 비교예6 비교예7
1 물 10.0 10.0 10.0
2 습윤제 (DISPER byk-190) 0.2 0.2 0.2
3 불소계 계면활성제 (FC4430) 0.3 0.3 0.3
4 필름형성제 (TEXANOL) 2.0 2.0 2.0
5 증점제 (NATRASOL 250HR) 0.3 0.3 0.3
6 방부제 (BIOCIDE 3300N) 0.5 0.5 0.5
7 부식억제제 (COROSION INHIBITOR) 1.0 1.0 1.0
8 이산화티탄 (TIO2) 8.0 8.0 8.0
9 마이크로 소성 알루미나 4.0 4.0 4.0
10 마이크로 소성 실리카 3.0 3.0 3.0
11 마이크로 인산아연 4.0 4.0 4.0
12 6관능 지방족 수용성 아크릴레이트 (GU-3100) 25.0 18.0 17.0
13 2관능 지방족 수용성 아크릴레이트 (GU-3105Z) 15.0 11.0 29.0
14 단파장 광 개시제 (IGACURE-184) 3.0 3.0 3.0
15 장파장 광 개시제1 (TPO) 1.3 1.3 1.3
16 장파장 광 개시제2 (IGACURE 819) 0.7 0.7 0.7
17 오르토산 규산나트륨 2.0 2.0 2.0
18 소수성 실리콘폴리머 마이크로스피어 17.0 17.0 17.0
19 소듐보로실리케이트 중공 마이크로스피어 5.0 5.0 5.0
20 퓸드실리카 (K-300) 1.0 1.0 1.0
21 알루미늄 실리케이트 (인슐래드) 3.0 3.0 3.0
22 소포제 (byk 024) 0.3 0.3 0.3
23 지르코 알루미네이트 커플링제 0.5 0.5 0.5
24 PH 조절제 (AMP95) 0.3 0.3 0.3
25 불소계 얼룩방지제 (SRC-220) 2.0 2.0 2.0
합 계 109.4 98.4 115.4
실험예 3
실시예 1, 비교예 6 및 비교예 7에 따른 조성물에 대하여, 하기 표 6의 특성들을 측정하였다.
성 능 항 목 단 위 실시예1 비교예6 비교예7
지촉건조시간 (외기온도 33℃) 분 5 불능 20
고화건조시간 (외기온도 33℃) 분 9 불능 40(도막경도 약함)
최소 재도장 가능시간(외기온도 33℃) 분 10 불능 120
부착성 (KSM ISO 2409) B 5B - 4B
건조도막두께 ㎛ 208 213 207
표 6을 참조하면, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트와 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트의 합이 전체 조성물 기준으로 30 중량%보다 작은 비교예 6의 경우, 약 33 ℃의 외기온도에서 경화가 이루어지지 않았다. 또한, 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트가 약 17 중량% 포함되고, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트가 약 29 중량% 포함되어, 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트의 중량비가 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트의 중량비보다 더 많이 포함되어 있는 비교예 7의 경우에도, 약 33 ℃의 외기온도에서의 지촉건조시간이 20분이고, 고화건조시간이 40분으로, 상대적으로 매우 긴 시간이 소요되었다.
반편, 실시예 1에 따른 조성물의 경우에는 약 33 ℃의 외기온도에서의 지촉건조시간이 5분, 고화건조시간이 9분으로 매우 빠른 속도로 경화가 이루어졌다.
비교예 8
하기 표 7의 비교예 8에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
비교예 9
하기 표 7의 비교예 9에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
실시예 1과 비교예 8과 비교예 9의 조성비는, 단파장 광개시제와 장파장 광개시제에서 차이가 있다.
NO 조성물 실시예1 비교예8 비교예9
1 물 10.0 10.0 10.0
2 습윤제 (DISPER byk-190) 0.2 0.2 0.2
3 불소계 계면활성제 (FC-4430) 0.3 0.3 0.3
4 필름형성제 (TEXANOL) 2.0 2.0 2.0
5 증점제 (NATRASOL 250HR) 0.3 0.3 0.3
6 방부제 (BIOCIDE 3300N) 0.5 0.5 0.5
7 부식억제제 (COROSION INHIBITOR) 1.0 1.0 1.0
8 이산화티탄 (TIO2) 8.0 8.0 8.0
9 마이크로 소성 알루미나 4.0 4.0 4.0
10 마이크로 소성 실리카 3.0 3.0 3.0
11 마이크로 인산아연 4.0 4.0 4.0
12 6관능 지방족 수용성 아크릴레이트 (GU-3100) 25.0 25.0 25.0
13 2관능 지방족 수용성 아크릴레이트 (GU-3105Z) 15.0 15.0 15.0
14 단파장 광 개시제 (IGACURE-184) 3.0 1.5 1.0
15 장파장 광 개시제1 (TPO) 1.3 0.6 4.0
16 장파장 광 개시제2 (IGACURE 819) 0.7 0.4 3.0
17 오르토산 규산나트륨 2.0 2.0 2.0
18 소수성 실리콘폴리머 마이크로스피어 17.0 17.0 17.0
19 소듐보로실리케이트 중공 마이크로스피어 5.0 5.0 5.0
20 퓸드 실리카 (K-300) 1.0 1.0 1.0
21 알루미늄 실리케이트 (인슐래드) 3.0 3.0 3.0
22 소포제 (byk 024) 0.3 0.3 0.3
23 지르코 알루미네이트 커플링제 0.5 0.5 0.5
24 PH 조절제 (AMP95) 0.3 0.3 0.3
25 불소계 얼룩방지제 (SRC-220) 2.0 2.0 2.0
실험예 4
실시예 1, 비교예 8 및 비교예 9에 따른 조성물에 대하여, 하기 표 8의 특성들을 측정하였다.
성 능 항 목 단 위 실시예1 비교예8 비교예9
지촉건조시간 (외기온도 33℃) 분 5 20 23
고화건조시간 (외기온도 33℃) 분 9 35 25
최소 재도장 가능시간(외기온도 33℃) 분 10 45 30
부착성 (KSM ISO 2409) B 5B 3B 4B
건조도막두께 ㎛ 208 205 203
표 8을 참조하면, 단파장 광 개시제와 장파장 광 개시제의 합의 중량비가 2.5 중량%인 비교예 8의 경우, 약 33 ℃의 외기온도에서의 지촉건조시간이 20분, 고화건조시간이 35분으로 상대적으로 매우 길게 측정되었다. 단파장 광 개시제와 장파장 광 개시제의 합의 중량비가 8 중량%이고, 장파장 광 개시제가 단파장 광 개시제보다 큰 중량으로 포함되어 있는 비교예 9의 경우, 약 33 ℃의 외기온도에서의 지촉건조시간이 23분, 고화건조시간이 25분으로 상대적으로 매우 길게 측정되었다.
반면, 실시예 1에 따른 조성물의 경우에는 약 33 ℃의 외기온도에서의 지촉건조시간이 5분, 고화건조시간이 9분으로 매우 빠른 속도로 경화가 이루어졌다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 무공형 실리콘폴리머 입자 20: 중공형 세라믹 입자
10a: 차열부 20a: 단열부
30: 피도물 40: 단차열층(도막)

Claims (18)

  1. 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트 및 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트를 포함하는 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트,
    1~2 ㎛의 평균 입경을 갖는 무공형 실리콘폴리머 입자,
    50~100 ㎛의 평균 입경을 갖는 제1 중공형 세라믹 입자,
    1~20 ㎛의 평균 입경을 갖는 제2 중공형 세라믹 입자, 그리고
    광 개시제
    를 포함하는
    단차열 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D2)에 대한 상기 제1 중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D1)의 비(D1/D2)는 2.5~100인 단차열 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무공형 실리콘폴리머 입자와 상기 제2 중공형 세라믹 입자의 중량비는 2:1 ~ 4:1인 단차열 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트와 상기 6관능 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트의 중량비는 1:1 ~ 1:3인 단차열 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무공형 실리콘폴리머 입자는 소수성 실리콘폴리머를 포함하고, 상기 제1 중공형 입자는 알루미늄 실리케이트(Al2SiO5)를 포함하며, 상기 제2 중공형 세라믹 입자는 소듐 보로실리케이트(Sodium borosilicate)를 포함하는 단차열 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로,
    상기 지방족 수용성 우레탄아크릴레이트는 30~50 중량%이고, 상기 무공형 실리콘폴리머 입자는 15~19 중량%이고, 상기 제1 중공형 세라믹 입자는 2~7 중량%이며, 상기 제2 중공형 세라믹 입자는 2~8 중량%이고, 상기 광 개시제는 3~7 중량%인 단차열 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무공형 실리콘폴리머 입자의 열전도도는 0.15 W/m·K 보다 작고, 연화점이 1000 ℃ 보다 높은 단차열 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 개시제는 제1 광 개시제 및 제2 광 개시제를 포함하고, 상기 제1 광 개시제는 200~315 nm 파장 대역에서 활성화되고, 상기 제2 광 개시제는 315~400 nm 파장 대역에서 활성화되는 단차열 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 광 개시제와 상기 제2 광 개시제의 중량비는 1:1 ~ 3:1인 단차열 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연(Zinc phosphate)을 더 포함하는 단차열 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 마이크로 소성 실리카는 1~5 중량%이고, 상기 마이크로 소성 알루미나는 2~6 중량%이며, 상기 마이크로 인산 아연은 2~6 중량%인 단차열 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    이산화티탄 안료, 퓸드 실리카(fumed silica), 또는 오르토산 규산나트륨(ortho acid sodium silicate) 중 하나 이상을 더 포함하는 단차열 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단차열 조성물이 상기 이산화티탄 안료, 상기 퓸드 실리카, 그리고 상기 오르토산규산나트륨을 모두 포함하고,
    상기 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 이산화티탄 안료는 7~12 중량%이고, 상기 퓸드 실리카는 0.8~3 중량%이며, 상기 오르토산 규산나트륨은 1~5 중량%인 단차열 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    소포제, 불소계 계면활성제(Fluoro surfactant), 증점제, 방부제, 습윤제, 필름 형성제(film forming agent), 지르코-알루미네이트 커플링제(Zirco-aluminate coupling agent), pH 조절제, 불소계 얼룩 방지제(Fluoro stain resistant additive) 또는 부식억제제 중 하나 이상을 더 포함하는 단차열 조성물.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 단차열 조성물이 경화되어 형성된 단차열층.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단차열층의 두께가 150~250 ㎛인 단차열층.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 단차열층은 피도물에 접촉되는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면을 포함하고,
    상기 단차열층을 두께 방향으로 절단한 단면에서, 상기 제1 면에서 상기 제2 면 방향으로 갈수록 상기 무공형 실리콘폴리머 입자의 개수가 많아지고, 상기 제1 중공형 세라믹 입자 및 상기 제2 중공형 세라믹 입자의 개수가 적어지는 단차열층.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 단차열층은 단일층이고,
    상기 단차열층이 접촉되는 피도물은 목재, 시멘트, 콘크리트, 금속, 또는 합금인 단차열층.
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