KR20240023869A - 도료 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스프레이 도장 시 비산 먼지의 발생을 저감할 수 있는 저 비산 수성 도료 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 스프레이 도장 시 비산 먼지의 발생을 저감할 수 있는 저 비산 수성 도료 조성물에 관한 것이다.
최근 건축물의 외벽은 다양한 색상과 디자인 요소들이 조합되어 가는 추세로 점점 복잡한 도장 형태가 요구된다. 이러한 도장 형태를 제공하기에 적합한 동시에, 도장 효율이 우수하여 인건비를 절감할 수 있는 도장 방법으로 스프레이 도장이 많이 사용되고 있다. 또한, 환경 및 보건과 관련된 규제가 엄격해지면서, 휘발성 유기 화합물의 발생을 최소화 하기 위하여 다양한 수성 도료가 개발되고 있다. 일례로, 일본특허공개 2005-225927호는 수성 도료이면서도 도장 도구의 흔적이 남지 않고, 뛰어난 평활성을 가지는 도막을 얻을 수 있는 수성 도료 조성물 및 그것을 이용한 도막 형성 방법을 개시하고 있다.
그러나, 종래의 수성 도료 조성물은 스프레이 도장 공법에 적용 가능한 뿜칠성과 레벨링성을 제공하나, 스프레이 도장 시 도료가 비산되는 문제가 있다. 따라서, 작업 환경이 열악할 뿐 아니라, 외벽 도장 공사 시 다량의 비산물이 대기로 배출되어 환경 문제를 일으킨다. 이에, 점차 엄격해지는 환경 규제를 충족하기 위하여, 스프레이 도장 시 비산 먼지의 발생을 저감할 수 있는 저 비산 수성 도료에 대한 요구가 증가하고 있다.
본 발명은 스프레이 도장 시 비산 먼지의 발생을 저감할 수 있어 친환경적인 동시에, 우수한 도장 품질을 제공하는 수성 도료 조성물을 제공한다.
본 발명은 규소 화합물을 포함하는 단량체 혼합물로부터 공중합된 아크릴 에멀젼 수지, 무기계 증점제 및 유기계 증점제를 포함하는 수성 도료 조성물을 제공한다.
본 발명은 스프레이 뿜칠성이 우수한 동시에 스프레이 도장 시 비산 먼지의 발생을 저감할 수 있어, 친환경적으로 우수한 도장 품질을 제공하는 수성 도료 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 도료는 우수한 스프레이 작업성과 저 비산 특성을 구현할 뿐 아니라, 우수한 롤러 굴림성을 확보하여 롤러 도장 등 다양한 도장 방법에 적용 가능하다. 또한, 본 발명의 도료는 다양한 점도 영역에서 우수한 저장 안정성을 발휘하는 바, 계절과 상관 없이 다양한 작업 환경에서 우수한 작업성을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 “산가” 및 “수산기”와 같은 작용기가는 해당 기술분야에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 적정(titration)의 방법으로 측정할 수 있다. “유리전이온도”는 해당 기술분야에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 시차주사열량분석법(differential scanning calorimetry, DSC)으로 측정할 수 있다. “중량평균분자량"은 해당 기술분야에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 GPC(gel permeation chromatograph) 방법으로 측정할 수 있다. 또한, “입자크기(D50)”는 해당 기술분야에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 레이저 광 산란법(laser light scattering, LLS)으로 측정할 수 있다.
본 발명의 수성 도료 조성물은 규소 화합물을 포함하는 단량체 혼합물로부터 공중합된 아크릴 에멀젼 수지, 무기계 증점제 및 유기계 증점제를 포함한다. 본 발명의 수성 도료 조성물은 필요에 따라 분산제, 계면 활성제, 안료, 동결 방지제, 방부제, 소포제 등 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
아크릴 에멀젼 수지
본 발명에 따른 도료 조성물은 아크릴 에멀젼 수지를 포함한다. 아크릴 에멀젼 수지는 내후성, 광택 및 색상 보유력이 특히 우수하고, 경도, 내충격성, 내수성, 연마성, 내약품성, 부착성, 살오름성 등, 도막에 일반적으로 요구되는 물성이 전반적으로 우수하다.
본 발명의 아크릴 에멀젼 수지는 에틸렌성 불포화 단량체, 카르복실기를 함유하는 단량체 및 규소 화합물을 포함하는 단량체 혼합물로부터 공중합된 것일 수 있다. 일례로, 상기 아크릴 에멀젼 수지는 상기 단량체 혼합물을 유화 중합법으로 공중합하여 제조할 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화 단량체는 유화 중합 시 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 상기 에틸렌성 불포화 단량체는 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 이소프로필, 아크릴산 n-부틸, 아크릴산 2-에틸헥실 등의 아크릴산 에스테르류; 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 이소프로필, 메타크릴산 n-부틸, 메타크릴산 이소부틸, 메타크릴산 t-부틸, 메타크릴산 시클로헥실, 메타크릴산 2-에틸헥실 등의 메타크릴산 에스테르류 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상일 수 있다.
상기 카르복실기를 함유하는 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 비닐벤젠산, 이소펜틸벤젠산 등의 단일 카르복실기를 함유하는 단량체; 크로톤산, 이타콘산, 말레인산, 프말산 및 그의 산무수물 등의 2개의 카르복실기를 함유하는 단량체 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상일 수 있다.
상기 규소 화합물로는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
(R1)n-Si-(R2)4-n
상기 식에서,
n은 1 내지 3의 정수이고,
R1은 탄소수 1 내지 16의 알킬기, 시클로알킬기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상이고,
R2는 탄소수 1 내지 8의 알콕시기 또는 수산기이다.
상기 규소 화합물은 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-데실트리메톡시실란, n-헥사데실트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 시클로헥실메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란 등일 수 있다. 상기 규소 화합물은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
일례로, 본 발명의 아크릴 에멀젼 수지는 단량체 혼합물 총 중량을 기준으로, 상기 에틸렌성 불포화 단량체 90 내지 98 중량%, 상기 카르복실기를 함유하는 단량체 1 내지 5 중량% 및 상기 규소 화합물 1 내지 10 중량%를 포함하는 단량체 혼합물로부터 공중합된 것일 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화 단량체의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 내수성이 취약해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 합성 안정성이 취약해질 수 있다. 상기 카르복실기를 함유하는 단량체의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 합성 안정성이 취약해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 내수성이 취약해질 수 있다. 상기 규소 화합물의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 내후성이 취약해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 크랙이 발생할 수 있다.
상기 아크릴 에멀젼 수지의 산가는 10 내지 40 mgKOH/g, 예를 들어 15 내지 25 mgKOH/g일 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼 수지의 산가가 전술한 범위 미만인 경우 투입되어야 하는 계면 활성제의 양이 증가될 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 중화가 많이 필요하여 수지 점도가 높아질 수 있다.
상기 아크릴 에멀젼 수지의 고형분은 30 내지 60 %, 예를 들어 40 내지 50 %, 유리전이온도는 -20 내지 40 ℃, 예를 들어 -10 내지 30 ℃, 중량평균분자량은 40,000 내지 210,000 g/mol, 예를 들어 50,000 내지 200,000 g/mol, pH는 7 내지 9, 입자 크기(D50)은 100 내지 300 nm일 수 있다.
상기 아크릴 에멀젼 수지의 고형분이 전술한 범위 미만인 경우 도료 제조 시 안료 분산 과정에서 과분산 되어 점도가 너무 낮아져 작업성이 저하될 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 수지 합성 안정성 및 수지 점도가 과도하게 높아져 저장 안정성이 저하될 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼 수지의 유리전이온도가 전술한 범위 미만인 경우 연질의 성질이 강해져 건조성 및 경도가 저하될 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 충격성 및 부착성이 열세해질 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼 수지의 중량평균분자량이 전술한 범위 미만인 경우 충분한 가교가 일어나지 않아 부착성, 건조성, 내화학성이 열세해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 과결합이 진행되어 작업성, 경화성이 저하될 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼 수지의 pH가 전술한 범위 미만인 경우 도료와의 상용성이 불량해져 분산성이 열세해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 중화도 과다에 따른 증점으로 취급 용이성이 저하되고, 내수성 및 높은 휘발성 등으로 건조성이 열세해질 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼 수지의 입자 크기가 전술한 범위 미만인 경우 분자간 응집력이 강해져 저장 안정성, 내수성 및 도막 강도 등이 열세해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 도료 내 공극이 많아져 부착성이 열세해질 수 있다.
본 발명의 수성 도료 조성물은 도료 조성물 총 중량을 기준으로, 상기 아크릴 에멀젼 수지를 8 내지 55 중량%, 예들 들어 10 내지 40 중량% 포함할 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼 수지의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 부착성, 내크랙성, 내후성 등이 저하될 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 은폐력이 저하될 수 있다.
증점제
본 발명에 따른 도료 조성물은 무기계 증점제 및 유기계 증점제를 포함한다. 상기 2종의 증점제를 혼용함으로써, 비산 먼지 저감과 함께 우수한 롤러 작업성을 확보할 수 있다.
상기 무기계 증점제는 비회합성 무기계 증점제일 수 있다. 일례로, 상기 무기계 증점제로는 실리카, 클레이 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 유기계 증점제는 회합성 유기계 증점제일 수 있다. 일례로, 상기 유기계 증점제로는 소수성으로 변성된 셀룰로오스 에테르(HMHEC: Hydrophobically Modified Hydroxy Ethyl Cellulose), 소수성으로 변성된 알칼리 팽윤성 에멀젼(HASE: Hydrophobically modified Alkali Swellable Emulsion), 소수성으로 변성된 에톡시화 우레탄(HEUR: Hydrophobically modified Ethoxylated Urethane) 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 수성 도료 조성물은 도료 조성물 총 중량을 기준으로, 상기 무기계 증점제 0.1 내지 1 중량%, 예들 들어 0.2 내지 0.5 중량% 및 상기 유기계 증점제 0.1 내지 2 중량%, 예들 들어 0.2 내지 1 중량%를 포함할 수 있다. 상기 무기계 증점제의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 스프레이 뿜칠성 열세로 작업 품질이 저하될 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 높은 점도 상승으로 희석 비율이 높아져 도막의 품질이 저하될 수 있다. 상기 유기계 증점제의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 도막의 살오름성(후도막 도장)이 열세해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 높은 점도 상승으로 인해 희석 비율이 높아져 도막의 품질이 저하될 수 있다.
상기 무기계 증점제와 상기 유기계 증점제의 혼합비는 1 : 0.1 내지 5 중량비, 예들 들어 1 : 0.5 내지 1.5 중량비일 수 있다. 상기 무기계 증점제에 대한 상기 유기계 증점제의 혼합비가 전술한 범위 미만인 경우 도막의 살오름성이 열세해질 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 스프레이 뿜칠성이 저하될 수 있다.
첨가제
본 발명의 수성 도료 조성물은 상기 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 도료 분야에 통상적으로 사용되는 안료 및 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 안료로는 체질 안료; 산화티탄, 산화아연 등의 백색 안료; 카본블랙, 흑연, 철흑(Fe3O4) 등의 흑색 안료; 황연(PbCrO3), 티타늄 옐로(TiO2-NiO-Sb2O3), 스트론튬 옐로(SrCrO4) 등의 황색 안료; 철적(Fe2O3), 아산화동(Cu2O) 등의 적색 안료; 감청(MFe[Fe(CN)6], M=K, NH4, Na), 군청(2(Al2Na2Si3O10)·Na2S4), 코발트 블루(CoO·nAl2O3) 등의 청색 안료; 감청 KFe[Fe(CN)6] 등의 녹색 안료; 은분(Alluminium powder), 금분(Bronze powder) 등의 금속 분말 안료; 및 천연 펄 에센스, 합성 펄 안료 등의 펄 안료 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 수성 도료 조성물은 도료 조성물 총 중량을 기준으로, 상기 안료를 1 내지 55 중량%, 예를 들어 1 내지 50 중량% 포함할 수 있다. 상기 안료의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 방청성, 내충격성, 살오름성, 연마성 등의 물성이 저하될 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 도막의 외관이 저하(투명 광택 소실)되고, 분산성이 불량해질 수 있다.
상기 첨가제의 비제한적인 예로는 분산제, 계면 활성제, 안료, 동결 방지제, 방부제, 소포제 등이 있다. 상기 첨가제는 해당 기술분야에 알려진 함량 범위로 포함될 수 있고, 예를 들어 도료 조성물 총 중량을 기준으로, 각각 0.01 내지 10 중량% 포함될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실험예 1-13]
하기 표 1, 2에 기재된 조성에 따라 각 성분을 혼합하여, 각 실험예의 도료 조성물을 제조하였다.
아크릴 에멀젼 1: 에틸렌성 불포화 단량체 92 중량%, 카르복실기 함유 단량체 3 중량%, 규소 화합물 5 중량%(산가 25, 고형분 40 %, 유리전이온도 20 ℃, P/S 200 nm, Mw 8만, pH 7)
아크릴 에멀젼 2: 에틸렌성 불포화 단량체 90 중량%, 카르복실기 함유 단량체 3 중량%, 규소 화합물 7 중량%(산가 20, 고형분 40 %, 유리전이온도 -10 ℃, P/S 250 nm, Mw 15만, pH 7)
아크릴 에멀젼 3: 에틸렌성 불포화 단량체 90 중량%, 카르복실기 함유 단량체 2 중량%, 규소 화합물 8 중량%(산가 35, 고형분 45 %, 유리전이온도 10 ℃, P/S 200 nm, Mw 12만, pH 7)
아크릴 에멀젼 4: 에틸렌성 불포화 단량체 91 중량%, 카르복실기 함유 단량체 4 중량%, 규소 화합물 5 중량%(산가 55, 고형분 45 %, 유리전이온도 40 ℃, P/S 400 nm, Mw 11만, pH 7)
아크릴 에멀젼 5: 에틸렌성 불포화 단량체 95 중량%, 카르복실기 함유 단량체 5 중량%(산가 25, 고형분 40 %, 유리전이온도 20 ℃, P/S 200 nm, Mw 8만, pH 7)
무기계 증점제 1: Fumed Silica(Airosol 200)
무기계 증점제 2: Bentone(OPTIGEL LX)
유기계 증점제 1: HEC 증점제(Natrasol 330+)
유기계 증점제 2: HASE 증점제(HIRESOL D-308)
유기계 증점제 3: HEUR 증점제(PE1331)
동결 방지제: Propylene glycol
방부재: BW-10(THOR社)
분산제: TEGO Disperse 715W(EVONIK社)
계면 활성제: CARBOWET DC01(AIR PRODUCT社)
소포제: BYK012(BYK社)
[물성 평가]
각 실험예에 따라 제조된 도료 조성물의 물성을 하기의 방법으로 측정한 후, 그 결과를 하기 표 3, 4에 나타내었다.
점도
Brookfield 점도계를 이용하여 측정하였다.
스프레이 뿜칠성
각 실험예의 도료 조성물을 물로 부피비 20 %로 희석하여 스프레이 건을 사용하여 도장한 후, 양호하게 평활한 도막이 형성되는지 평가하였다.
롤러 작업성(굴림성)
각 실험예의 도료 조성물을 물로 부피비 20 %로 희석하여 롤러를 사용하여 도장한 후, 양호하게 평활한 도막이 형성되는지 평가하였다.
비산먼지 저감
각 실험예의 도료 조성물을 물로 부피비 20 %로 희석하여 스프레이 건을 사용하여 도장한 후, 도장 부위 외 분진의 날림 수준을 비교 평가 하였다.
흐름 저항성(Anti-sagging)
각 실험예의 도료 조성물을 물로 부피비 20 %로 희석한 후, Sagging 저항성 applicator를 사용하여 유리 위에 도막 두께별로 도포하였다. 도포 후 바로 수직으로 세웠을 때 흘러내리지 않는 도막 두께를 측정하였다.
저장 안정성
각 실험예의 도료 조성물을 상온에 3개월 방치 후 침전 발생 유무를 관찰하였다.
상기 표 3, 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실험예 1-8의 수성 도료 조성물은 측정 항목 전반적으로 우수한 물성을 나타내었다. 반면, 규소 화합물을 포함하지 않는 단량체 혼합물로부터 공중합된 아크릴 에멀젼 수지를 사용한 실험예 9, 본 발명의 물성 범위를 벗어나는 아크릴 에멀젼 수지를 사용한 실험예 10, 무기계 증점제를 포함하지 않은 실험예 11, 유기계 증점제를 포함하지 않은 실험예 12, 13의 수성 도료 조성물은 실험예 1-8의 수성 도료 조성물에 비해 열세한 물성을 나타내었다.
Claims (8)
- 규소 화합물을 포함하는 단량체 혼합물로부터 공중합된 아크릴 에멀젼 수지, 무기계 증점제 및 유기계 증점제를 포함하는 수성 도료 조성물로서,
상기 아크릴 에멀젼 수지의 산가가 10 내지 40 mgKOH/g이고, 중량평균분자량이 40,000 내지 210,000 g/mol인 수성 도료 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 아크릴 에멀젼 수지는 에틸렌성 불포화 단량체, 카르복실기를 함유하는 단량체 및 규소 화합물을 포함하는 단량체 혼합물로부터 공중합된 것인 수성 도료 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 아크릴 에멀젼 수지의 고형분이 30 내지 60 %이고, 유리전이온도가 -20 내지 40 ℃이고, pH가 7 내지 9이고, 입자 크기(D50)가 100 내지 300 nm인 수성 도료 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 규소 화합물이 하기 화학식 1로 표시되는 것인 수성 도료 조성물:
[화학식 1]
(R1)n-Si-(R2)4-n
상기 식에서,
n은 1 내지 3의 정수이고,
R1은 탄소수 1 내지 16의 알킬기, 시클로알킬기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상이고,
R2는 탄소수 1 내지 8의 알콕시기 또는 수산기임. - 제1항에 있어서, 상기 단량체 혼합물 총 중량을 기준으로, 에틸렌성 불포화 단량체 90 내지 98 중량%, 카르복실기를 함유하는 단량체 1 내지 5 중량% 및 상기 규소 화합물 1 내지 10 중량%를 포함하는 수성 도료 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 무기계 증점제가 실리카 및 클레이로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고,
상기 유기계 증점제가 소수성으로 변성된 셀룰로오스 에테르(HMHEC: Hydrophobically Modified Hydroxy Ethyl Cellulose), 소수성으로 변성된 알칼리 팽윤성 에멀젼(HASE: Hydrophobically modified Alkali Swellable Emulsion) 및 소수성으로 변성된 에톡시화 우레탄(HEUR: Hydrophobically modified Ethoxylated Urethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 수성 도료 조성물. - 제1항에 있어서, 도료 조성물 총 중량을 기준으로, 상기 아크릴 에멀젼 수지 8 내지 55 중량%, 상기 무기계 증점제 0.1 내지 1 중량% 및 상기 유기계 증점제 0.1 내지 2 중량%를 포함하는 수성 도료 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 무기계 증점제와 상기 유기계 증점제의 혼합비가 1 : 0.1 내지 5 중량비인 수성 도료 조성물.
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