KR20240048217A - 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광촉매의 유기물 분해력으로 인해 야기되는 광촉매 도료 본연의 물성 저하를 막고, NOx나 SOx 등 미세먼지 전구물질의 저감 효과가 우수하며, 단기간에 백아화(Chalking) 현상이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 광촉매의 분산성, 저장성, 내수성, 건조성 및 내후성이 뛰어나도록 개선된 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물은 광촉매수분산제 20-50중량%, 광촉매바인더 20-50중량%, 첨가제 1-2중량% 및 나머지 안료로 조성된 것을 특징으로 한다.

Description

강판용 칼라형 광촉매도료 조성물{Color type photocatalytic paint composition for steel sheet}
본 발명은 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광촉매의 유기물 분해력으로 인해 야기되는 광촉매 도료 본연의 물성 저하를 막고, NOx나 SOx 등 미세먼지 전구물질의 저감 효과가 우수하며, 단기간에 백아화(Chalking) 현상이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 광촉매의 분산성, 저장성, 내수성, 건조성 및 내후성이 뛰어나도록 개선된 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물에 관한 것이다.
방음벽은 도로 주위에 설치되어 도로와 주거단지들을 물리적으로 분리하고, 도로를 통행하는 차량들로부터 발생하는 각종 소음을 차단하는 역할을 하는 것이다.
방음벽은 통상적으로 콘크리트 또는 철근 구조물로 이루어진 것이 많다.
그 외에도 시야가 확보되어 미관을 좋게 할 수 있는 폴리카보네이트나 강화유리와 같은 투명한 소재로도 이루어질 수 있다.
방음벽은 흡음재와 같은 재료들을 내부에 수납하는 구조로 형성되기도 하였으며, 그 운반이나 시공의 편의를 위하여 다양한 구조와 재질에 대한 연구가 이루어지고 있다.
나아가, 최근에는 방음벽 고유의 방음 기능에 더하여 도로 등으로부터 발생하는 미세먼지나 배기가스와 같은 환경 오염물질을 차단하거나 제거하는 기능을 부여하는 연구도 이루어지고 있다.
이와 마찬가지로, 방음터널에 사용되는 강판도 동일하다.
한편, 광촉매는 유해물질을 산화 분해하는 성질이 있다는 점이 밝혀지면서, 환경오염을 제거하고, 항균 내지 탈취 성능을 이용하거나, 초친수성 기능을 응용하여 셀프크리닝 효과가 있는 유리와 타일, 청소기, 공기청정기, 냉장고, 도로포장, 커튼, 벽지, 인공관엽식물, 콘크리트 제품, 세라믹 제품 및 유리 등 다양한 제품에 적용되고 있다.
이러한 광촉매에 대하여 일정한 영역의 빛 에너지가 가해지면, 다량의 전자(e-)가 가전자대(Valence Band)에서 전도대(Conduction Band)로 여기되어지고, 가전자대(Valence Band)에는 다량의 정공(h+)이 형성되어지게 된다. 이때 상기 정공(h+)이 물과 반응해서 수산라디칼(OH-)을 생성하고, 반대가 되는 환원반응에서는 공기 중 산소를 환원시켜서 슈퍼옥사이드 음이온(O2-)의 활성산소를 생성한다. 이러한 수산라디칼은 높은 산화, 환원전위를 가지고 있기 때문에 NOx, SOx, 휘발성유기화합물(VOCs) 및 각종 악취정화에 탁월한 효과를 지닌 것으로 밝혀지고 있다.
이와 같은 이유로 방음벽용 강판에 광촉매를 응용하려는 기술들이 다수 개시되었으며, 하기한 [선행기술문헌]도 이들중 하나이다.
그런데, 광촉매의 유기물 분해력이 증가할 수록 광촉매 도료 본연의 물성은 떨어지게 되고, 단기간내 백아화(Chalking) 현상을 유발시키는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 방음벽 혹은 방음터널용 강판의 경우 비철금속인 아연도금강판이 주로 사용되는데, 광촉매를 직접 도장할 경우 내후성이 떨어져 칼라 구현이 어렵고, 부착력이 낮아 쉽게 박리되는 단점이 있다.
국내 등록특허 제10-1487758호(2015.01.23.) 1 액형 광촉매 코팅 조성물 및 그 제조방법 국내 등록특허 제10-2302532호(2021.09.09.) 광촉매 복합체를 포함하는 방음벽 및 그의 제조방법
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 광촉매의 유기물 분해력으로 인해 야기되는 광촉매 도료 본연의 물성 저하를 막고, NOx나 SOx 등 미세먼지 전구물질의 저감 효과가 우수하며, 단기간에 백아화(Chalking) 현상이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 광촉매의 분산성, 저장성, 내수성, 건조성 및 내후성이 뛰어나도록 개선된 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 광촉매수분산제 20-50중량%, 광촉매바인더 20-50중량%, 첨가제 1-2중량% 및 나머지 안료로 조성된 것을 특징으로 하는 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물을 제공한다.
이때, 상기 광촉매수분산제는 이산화티탄 35-45중량%, 수계 습윤분산제 2-4중량%, 소포제 0.2-0.5중량% 및 나머지 물로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 수계 습윤분산제는 폴리아크릴신나트륨, 알킬나프탈렌 슬폰산 나트륨-포르말린 축합체, 리그린 슬폰산 나트륨, 폴리에틸렌 글리콜 페닐 에테르 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 소포제는 실리카흄이 함유된 폴리에스터실록산 코폴리머를 사용하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 광촉매바인더는 DIW(Deionized Water) 100중량부에 대해, APS(ammonium persulfate) 0.1-0.3중량부, 프리에멀젼(Pre-emulsion) 140-160중량부, 암모니아수 1.0-3.0중량부, 방부제 0.05-0.15중량부가 혼합되어 조성된 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 프리에멀젼은 MMA(Methylmethacrylate) 22-26wt%, SM(Styrene Monomer) 18.8-22.8wt%, BAM(Butyl Acrylate Monomer) 16.4-18.4wt%, 2-EHA(2-ethylhexyl acrylate) 13.2-17.2wt%, AA(Acrylic acid) 0.6-2.6wt%, MPTS(3- Methacryloxypropyl trimethoxysilane) 18-22wt%, 제1반응성 유화제 1.5-3.5wt%, 제2반응성 유화제 0.5-1.5wt% 및 나머지 물로 조성된 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 광촉매의 유기물 분해력으로 인해 야기되는 광촉매 도료 본연의 물성 저하를 막을 수 있다.
둘째, NOx나 SOx 등 미세먼지 전구물질의 저감 효과가 우수하다.
셋째, 단기간에 백아화(Chalking) 현상이 일어나지 않도록 차단하는 특성이 있다.
넷째, 광촉매의 분산성, 저장성, 내수성, 건조성 및 내후성이 뛰어나다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물은 광촉매의 수분산성과, 광촉매의 바인더성을 개량하여 내후성을 높여 내변색성, 백아화현상을 억제하며, 광촉매의 유기물 분해력이 증가하더라도 광촉매 도료 본연의 물성 저하를 막고, NOx나 SOx 등 미세먼지 전구물질의 저감 효과가 우수하도록 한 것이 특징이다.
특히, 광촉매의 수분산성을 증대시켜 아연도금강판상의 부착성을 향상시키고, 방오기능을 강화시킬 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 조성물은 광촉매수분산제 20-50중량%, 광촉매바인더 20-50중량%, 첨가제 1-2중량% 및 나머지 안료로 조성된다.
이때, 첨가제는 공지된 레벨링제 또는 소포제로서 모두 첨가시에는 각각 동일량씩 첨가될 수 있고, 레벨링제로는 폴리아크릴산알킬(Poly alkyl acrylate)을 사용함이 바람직하고, 소포제로는 디메틸 실리콘오일 혹은 실리카흄이 함유된 폴리에스터실록산 코폴리머를 사용할 수 있다.
그리고, 안료는 공지된 유기안료 또는 무기안료가 사용될 수 있고, 색상에 따라 매우 다양하므로 일일이 열거할 수 없기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.
즉, 본 발명에 따른 조성물의 가장 큰 특징은 광촉매수분산제와 광촉매바인더에 있기 때문에 이후에서는 이들에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 광촉매수분산제에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물을 구성하는 광촉매수분산제는 이산화티탄 35-45중량%, 수계 습윤분산제 2-4중량%, 소포제 0.2-0.5중량% 및 나머지 물로 이루어진다.
이때, 이산화티탄은 광촉매이다.
그리고, 수계 습윤분산제는 분자 내에 적당한 친수성 부분(극성기)와 친유성 부분(알킬기)를 가진 계면활성제로 극성의 정도에 따라 고체표면에 흡착하여 안료-비히클의 계면장력을 낮추어 습윤을 개량하거나 안료표면에 전하를 부여하여 제어하거나 혹은 안료 표면에 안정한 흡착층을 형성하거나 안료 분산과정에서 습윤-분쇄의 과정에 작용하여 안료입자의 응집을 방지하는 물질이다.
본 발명에서는 폴리아크릴신나트륨, 알킬나프탈렌 슬폰산 나트륨-포르말린 축합체, 리그린 슬폰산 나트륨, 폴리에틸렌 글리콜 페닐 에테르 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며; 시판중인 상용품으로는 BYK-192, Dispers 755W를 구매하여 사용할 수 있다.
아울러, 소포제는 기포 발생을 억제하는 성분으로서, 실리카흄이 함유된 폴리에스터실록산 코폴리머를 사용하며, 시판중인 상용품으로는 FOAMEX 825를 구매하여 사용할 수 있다.
이와 같은 광촉매수분산제에 대한 분산안정성을 확인하기 위해 이산화티탄 40중량%, 수계 습윤분산제 1.6중량%, 소포제 0.2중량% 및 나머지 물로 조성된 것을 시료1(PMB-12)로 하였다.
또한, 비교를 위해 이산화티탄 40중량%와 물 60중량%로 조성된 것을 비교시료1(T-1)로 하였다.
그리고, 이들을 원심분석법(LUMISIZER)을 이용하여 분석 평가하였고, 그 결과를 아래 그래프로 나타내었다.
이때, 그래프에서 가로축은 Postion in mm 이고, 세로축은 Transmission in % 이다.
위 그래프에 따르면, 본 발명에 따른 시료1은 일정시간 경과 후 균일 분산성이 유지되면서 분산안정성을 확보하였지만, 비교시료1은 상당한 시간이 경과했음에도 균일분산성이 확보되지 못하고 분산불량을 나타내었다.
또한, 입도분석기(Particle Size Analyzer)를 이용하여 분석한 결과도 아래 그래프에서와 같이, 시료1은 분산안정성이 확보되었지만, 비교시료1은 분산불량으로 확인되었다.
이때, 하기한 그래프의 가로축은 Diameter(nm)이고, 세로축은 Normalized Intensity Distribution이다.
이에 더하여, 본 발명에서는 상기 광촉매수분산제 100중량부에 대해, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 25중량부, 옥틸페놀에톡시레이트 10중량부, MgO와 MgCl2 및 초산이 1:1:0.5의 중량비로 혼합된 혼합물 10중량부, 4-디아조디페닐아민 바이황산염 5중량부, 에틸렌 비스 스테아마이드 5중량부를 더 첨가하여 광촉매수분산제를 제조할 수 있다.
이 경우, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(CH3O(CH2)3O(CH2)3OCOCH3)는 cas 번호 34590-94-8로서 아크릴수지와의 교합성이 우수하여 도포면에서의 크랙방지성을 강화시킨다.
또한, 옥틸페놀에톡시레이트는 응집을 저해하여 침전이 생기지 않도록 한다.
뿐만 아니라, MgO와 MgCl2 및 초산 혼합물은 MgO와 MgCl2에 초산을 가해 결정질의 Mg(OH)2를 만들고, 이것이 공극을 메워줌으로써 도료의 공극 치밀화를 달성하게 되어 도포면의 내열성 강화는 물론 방수성과 내후성을 증대시킨다.
아울러, 4-디아조디페닐아민 바이황산염(4-Diazodiphenylamine sulfate)은 CAS 넘버 4477-28-5에 해당하는 물질로서, 변색을 방지하면서 내화학성과 내약품성을 강화시킨다.
특히, 에틸렌 비스 스테아마이드(Ethylene Bis Stearamide)는 황변을 억제하면서 표면 평활도를 증대시켜 광택도 향상시키며, 이를 통해 백아화를 억제한다.
이어, 광촉매바인더에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물을 구성하는 광촉매바인더는 내후성과 내수성, 강판과의 부착성 및 내수성 향상을 위해 아크릴-실리콘 바인더를 구성한 것이 특징이다.
즉, 상기 광촉매바인더는 DIW(Deionized Water) 100중량부에 대해, APS(ammonium persulfate) 0.1-0.3중량부, 프리에멀젼(Pre-emulsion) 140-160중량부, 암모니아수 1.0-3.0중량부, 방부제 0.05-0.15중량부가 혼합되어 조성된다.
이때, 광촉매바인더의 베이스수지로 아크릴-실리콘수지를 사용하는 이유는 아크릴 수성 에멀젼을 단독으로 사용할 경우 내구성과 내후성이 저하되는 것을 확인하였기에 실리콘으로 개질된(Modify) 모노머를 도입하여 실리콘 아크릴 바인더를 합성함으로써 아크릴 모노머와의 반응성이 좋고, 실리콘 특유의 내후성을 기대할 수 있기 때문이다.
또한, APS는 아크릴-실리콘수지 바인더를 만들기 위한 반응개시제이다.
그리고, 암모니아수는 중화제이고, 방부제는 메칠파라벤이 사용되지만 필요한 경우 시판중인 상용품으로 일본 산노프코사의 B-95를 구매하여 사용할 수도 있다.
아울러, 상기 프리에멀젼은 MMA(Methylmethacrylate) 22-26wt%, SM(Styrene Monomer) 18.8-22.8wt%, BAM(Butyl Acrylate Monomer) 16.4-18.4wt%, 2-EHA(2-ethylhexyl acrylate) 13.2-17.2wt%, AA(Acrylic acid) 0.6-2.6wt%, MPTS(3- Methacryloxypropyl trimethoxysilane) 18-22wt%, 제1반응성 유화제 1.5-3.5wt%, 제2반응성 유화제 0.5-1.5wt% 및 나머지 물로 조성된다.
이때, MMA, SM, BAM, 2-EHA, AA는 모두 아크릴 모노머로서, MMA는 기계적강도를 증대시키기 위한 모노머이고, 나머지 모노머들은 내후성, 광택성, 젖음성, 내오염성, 내약품성을 보완하기 위한 모노머이다.
그리고, MPTS는 실리콘 특유의 내후성을 획득하기 위해 실리콘-아크릴 수지를 합성하는 실란커플링제이다.
또한, 제1반응성 유화제로는 술포숙신산염형 반응성 아니온계 계면 활성제를 예시할 수 있으며, 시판중인 상용품으로 ADEKA사의 아데카리아소프 SR-10을 구매하여 사용할 수도 있다. 뿐만 아니라, 제2반응성 유화제는 알릴옥시메틸알콕시에틸하이드록시폴리옥시에틸렌를 더 포함할 수 있으며, 이또한 시판중인 상용품으로 아데카리아소프 ER-30을 구매하여 사용할 수도 있다.
여기에서, 상기 광촉매바인더의 제조는 반응기내에 초순수(DIW)와 개시제인 APS를 넣고, 준비된 프리에멀젼 중 5중량%만 반응기에 투입한 후 80℃에서 20분 동안 반응시킨다.
그러면, 아크릴모노머들의 중합반응이 개시된다.
이어, 프레에멀젼 나머지인 95중량%를 80℃로 유지되고 있는 반응기에 3시간 동안 일정비율로 나누어 투입한다. 이것은 충분한 교반과 미반응없이 완전한 반응이 일어나도록 유도하기 위함이다.
이후, 투입을 종료한 후 3시간 동안 에이징한 후 70℃ 온도로 떨어뜨린 후 30분간 유지 후 냉각한다.
여기에서, 중화제로 사용되는 암모니아수는 28% 농도짜리를 사용함이 바람직하며, 방부제까지 투입이 완료되면 본 발명에 따른 광촉매바인더를 완성할 수 있게 된다.
이렇게 만들어진 광촉매바인더는 물에 침적하여 24시간 동안 지켜본 결과, 도막의 박리가 생기지 않아 내수성이 입증되었으며, ISO 2409:2020에 따라 부착성을 테스트한 결과 100/100 양호로 판정되었고, ISO 15184:2012에 따라 연필경도를 테스트한 결과 H-2H로 확인되었으며, 광촉매수분산제와의 상용성을 테스트한 결과 혼합시 상분리나 응집이 발생하지 않아 양호한 것으로 판명되었다.
이와 같이 제조된 본 발명에 따른 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물을 시료에 도장한 후 광촉매에 의한 유기물의 분해능이 증가할 때 물성이 저하되는지를 확인하였다.
이때, 광촉매의 유기물 분해능은 광촉매의 함량이 높을수록 증가하였다. 즉, 이산화티탄이 35중량% 함유된 것 보다 45중량% 함유된 것이 더 높은 분해능을 유지하였다. 그러나, 이산화티탄의 함유량이 증가한다고 해서 도료의 레벨링성이 떨어지거나 내후성, 부착성, 내구성, 저장성 등 기계적물성이 저하되지는 않았다.
다만, 45중량%를 초과했을 때는 응집에 따른 침전이 유발되었으므로 본 발명의 범주로 한정하였다.
또한, 안료가 광효율에 영향을 미치는지는 확인하기 위해 황색안료를 첨가한 황색광촉매도료와, 색상안료를 첨가하지 않은 광촉매도료의 광효율을 비교하였는 바, 아래 그래프에서와 같이 큰 차이가 발생하지 않았다.
이것은 안료가 광효율에 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 광촉매수분산제 20-50중량%, 광촉매바인더 20-50중량%, 첨가제 1-2중량% 및 나머지 안료로 조성된 것을 특징으로 하는 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광촉매수분산제는 이산화티탄 35-45중량%, 수계 습윤분산제 2-4중량%, 소포제 0.2-0.5중량% 및 나머지 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수계 습윤분산제는 폴리아크릴신나트륨, 알킬나프탈렌 슬폰산 나트륨-포르말린 축합체, 리그린 슬폰산 나트륨, 폴리에틸렌 글리콜 페닐 에테르 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 소포제는 실리카흄이 함유된 폴리에스터실록산 코폴리머를 사용하는 것을 특징으로 하는 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광촉매바인더는 DIW(Deionized Water) 100중량부에 대해, APS(ammonium persulfate) 0.1-0.3중량부, 프리에멀젼(Pre-emulsion) 140-160중량부, 암모니아수 1.0-3.0중량부, 방부제 0.05-0.15중량부가 혼합되어 조성된 것을 특징으로 하는 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프리에멀젼은 MMA(Methylmethacrylate) 22-26wt%, SM(Styrene Monomer) 18.8-22.8wt%, BAM(Butyl Acrylate Monomer) 16.4-18.4wt%, 2-EHA(2-ethylhexyl acrylate) 13.2-17.2wt%, AA(Acrylic acid) 0.6-2.6wt%, MPTS(3- Methacryloxypropyl trimethoxysilane) 18-22wt%, 제1반응성 유화제 1.5-3.5wt%, 제2반응성 유화제 0.5-1.5wt% 및 나머지 물로 조성된 것을 특징으로 하는 강판용 칼라형 광촉매도료 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101487758B1 (ko) 2014-11-04 2015-01-30 김혁중 1 액형 광촉매 코팅 조성물 및 그 제조방법
KR102302532B1 (ko) 2021-02-05 2021-09-16 솔로몬산업 주식회사 광촉매 복합체를 포함하는 방음벽 및 그의 제조방법

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