KR960014751B1 - 태양열 차폐도료 조성물 및 피복구조물 - Google Patents

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Description

태양열 차폐도료 조성물 및 피복구조물

제1도는 실시예에 이용한 시험편의 배면온도 측정수단을 나타내는 모식도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 도막 2 : 강판

3 : 발포스티롤판 4 : 백열등

5 : 전원 6 : 온도센서

7 : 온도기록계

본 발명은 태양열 차폐도료 조성물 및 피복구조물에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 해양구조물, 선박의 갑판이나 탱크, 원통 또는 구형상 탱크등의 옥상구조물, 주택, 빌딩, 창고 또는 체육관등의 건축물, 자동차, 탱크로리, 냉동냉장 콘테이너등의 옥외 구조물 및 냉장고등의 가전제품의 외면을 피복하여 태양직사에 의한 내부의 온도 상승을 방지하므로써 냉방, 냉동의 효과를 향상시켜 에너지를 절약하거나, 석유등의 휘발성분의 증발을 방지하는데 적합한 도료조성물 및 이를 도장하여서 된 구조물에 관한 것이다.

종래부터 태양의 일사에 의한 건축물등의 내부온도 상승을 방지하여 공조비를 절감하거나 탱귀, 천연가스 운반선, 육상의 탱크등의 외면을 피복하므로써 내부 휘발성 성분의 증발감량을 억제하는등, 탱크나 가전 제품의 냉동효과 개선을 위한 시도가 강력하게 요망되고 있었다. 예를 든다면 탱귀내의 증발에 의한 원유 감소는 막대하여 중동지역에서 일본으로 선박을 이용한 원유운송의 경우, 적재총량의 0.2-0.5%에 달하는 원유가 감소하는 것으로 알려지고 있다.

이와 같은 문제에 대처하기 위한 태양열 차폐도료로서 종래 이용되고 있는 산화티탄등의 백색 안료나 착색안료는, 백색의 안료인 경우 어느 정동의 태양열 차폐효과가 있으나, 백색 이외로 착색된 안료의 경우는 현저하게 태양열 차폐효과가 저하되기 때문에 임의의 색으로 착색하여도 태양열 차폐효과가 큰 도료조성물이 개발이 요구되고 있는 것이다.

한편, 종래부터 건축물의 지붕이나 탱크 외면용의 태양열 차폐도료로서 사용되고 있는 것으로는 고기비늘상(인편상)의 알루미늄 분말을 함유하는 알루미늄 페인트가 알려져 있으나, 색이 한정되어 있고 내구성이 불충분할 뿐만 아니라 내마모성이 나쁘며 사람이 다니는 장소에는 적합하지 않은 결점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 것으로는 일본 특개소 56-109257호에 기재된 삼산화안티몬, 디크롬산안티몬, 알칼리금속 디크롬산염등을 함유한 열반사 에나멜이 있으나, 중금속을 함유하고 있다는 점에서 환경위생상 바람직한 것이 아니었다

또한, 입경이 20-350μ인 유리입자를 함유하는 에멀션도료, 입경 300μ 이하의 백색 안료 함유 합성 실리카 입자를 함유하는 도료나 입경 5-300μ인 유리 파쇄 입자를 함유하는 도료로 피복시킨 금속판의 제조법이 일본 특공소 55-33828호, 일본 특개소 55-120669호 및 일본 특개소 55-74862호 공보에 기재된 바 있으나, 이것들은 초기에는 태양열 차폐효과가 우수하였으나 표면에 요철모양이 형성되어 시간이 경과함에 따라 내오염성이 나빠져서 태양열 차폐효과가 현저하게 저하되는 결점이 있었고, 임의의 색으로 착색하여 장기간 태양열 차폐효과를 유지하는 것은 곤란하였다.

이러한 현상을 감안하여 본 발명자등은 이와 같은 성능을 만족하는 물질로서는 (1) 산화지르코늄, 산화이트륨 또는 산화인듐의 1종 이상, (2) 산화지르코늄, 산화인듐, 산화티탄 혹은 산화규소중 어느 것인가 1종 이상과 산화마그네슘, 산화이트륨, 산화바륨, 산화칼슘 혹은 산화아연중 어느 것인가 1종 이상을 혼합한 화합물이 우수하다는 것을 일본특허 출원소 62-279061호 이미 제안한 바 있다.

이 기술에 의해 태양방사 반사율이 90% 이상인 탱양열 차페효과를 갖는 조성물을 얻는 것이 가능하였으며, 흑색 또는 만셀기호(Munsell No.) N-2 내지 N-6 등으로 표시되는 낮은 명도의 착색이 요구되는 경우에는 이산화망간, 카본블랙등의 착색제를 병용, 사용하여도 태양열 차폐효과가 저하되지 않음을 알았다.

본 발명의 목적은 태양의 직사를 받는 육상, 해상의 각종 구조물, 선박, 거축물, 가전제품등의 외면을 피복하여 내부 온도의 상승을 억제하므로써 공조비의 개선 혹은 내용물의 증발에 따른 감량의 감소등 에너지 절약에 현저한 효과를 기대할 수 있음은 물론, 장기간 사용할 수 있는 내구성 및 환경위생상의 문제도 없고 착색이 가능하며 미관 또한 겸비한 도료 조성물 및 이것에 의한 피복구조물을 제공하는 것이다.

본 발명자등은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 도료중에 자외선 영역 및 근적외선 영역에서 높은 태양열 복사방사율을 갖는 입경 50μ 이하의 태양열 차폐안료를 고형분중 20-60중량% 함유한 도료조성물이 장기간에 걸친 내구성도 우수하고 착색가능한 것임을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은 비히클 안료를 주성분으로 하는 태양열 차폐도료에 있어서, 내후성이 우수한 비히클과 태양열 차폐안료로서 입경 50μ 이하의 Si 또는 Si와, Al, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, Cr, Ca중 어느 것인가 1종 이상과의 합금 1종 또는 2종 이상을 도료 고형분중 2-60% 함유하는 것을 특징으로 하는 태양열 차폐도료 조성물 및 이 도료를 구조물 기체중 적어도 최외층의 도막층으로 하고 그 하부층에 단열성이 우수한 충진물과 부착성, 방식성이 우수한 비히클을 주성분으로 함유한 도막층을 형성한 것을 특징으로 하는 태양열 차폐 피복구조물에 관한 것이다.

다음에서 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 도료 조성물에 사용하는 내후성이 우수한 비히클은 내황변성, 내보색성, 광택유지성 및 내백화성등이 우수하고 열차폐 효과를 장기간 유지할 수 있는 비히클을 가르키는 것으로, 실온에서 건조할 수 있는 비히클로는 아크릴수지, 실리콘변성 폴리에스테르수지, 알키드수지, 실리콘변성 알키드수지, 또는 불소함유 수지중 1종 이상을 주성분으로 하며 필요에 따라 헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 그 부가물, 이소보론 디이소시아네이트 또는 그 부가물, 크실렌 이소시아네이트 수화물 또는 그 부가물, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트 수화물 또는 그 부가물 및 테트라메틸크시리렌 디이소시아네이트 또는 그 부가물 1종 이상을 혼합한 것이거나, 카르복실기 및/또는 아민기를 갖는 아크릴수지를 주성분으로 하며 필요에 따라 글리시딜기를 갖는 화합물을 혼합한 것이 바람직하다. 또한 강제건조에 적합한 비히클로서는 폴리에스테르수지, 실리콘변성 폴리에스테르수지, 불소함유 수지 또는 아크릴수지, 1종 이상을 주성분으로 하며 필요에 따라 블록이소시아네이트 또는 멜라민수지 1종 이상을 혼합한 것이 바람직하다.

다음에 본 발명의 조성물에 이용된 태양열 차폐안료로서는 도료에 배합된 상태로 JIS A5759 건축용 열선차폐 및 유리비산방지필름에서 규정하고 있는 분광반사율(Rλi)에 의해 태양반사율중 380nm 이하 및 780nm 이상의 가시광 영역 이외에서의 반사율이 통상의 안료보다 높은 것으로, 특히 흑색 또는 명도가 낮은 색체의 경우에 있어서 보다 높은 것이 바람직하다.

또한, 태양열 차폐안료는 안전하며 내수성이나 내후성이 우수하고 장기간 열차폐효과를 유지하는 성분으로 된 것이 바람직하다. 이와 같은 안료로서는 검토결과, 금속 Si, 또는 Si와 Al, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, Cr, Ca중 어느 것인가 1종 이상을 함유하는 합금 1종 또는 2종 이상을 사용하면 특히 짙은 색인 흑색계통 또는 회색계통에 대하여 우수한 열차폐효과를 발휘하는 것으로 판명되었다.

이러한 물질과 동일한 성능을 발휘하는 물질로서는 Al, Ag 등과 같은 금속이나 산화주석, 이산화망간 등의 산화물등이 있으나 Al이나 이산화망간등은 도료에 배합하여 옥외에 노출시킨 경우, 태양열 차폐효과의 저하가 현저하였고 또한 Ag와 산화주석등을 도료에 배합한 경우에는 명도가 높거나 N-2 내지 N-6 사이의 중저명도를 갖는 도료를 얻기에 곤란한 문제점이 있었다.

금속 Si 또는 Si와 Al, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, Cr, Ca중 어느 것인가 1종 이상을 포함한 합금은 상술한 효과가 발휘되는 이유가 불명확하나, 이들을 도료에 혼합한 경우 N-2 내지 N-6 사이의 중저명도를 갖는 도료를 용이하게 얻는 것이 가능하였고 옥외에 노출시켜도 태양열 차폐효과가 장기간 유지되었다. 이들 합금의 혼합이 항상 안정한 효과를 발휘하는 것은 아마도 효과에 미치는 악영향이 적으며 견고함은 물론, 얇고 치밀한 투명산화피막이 도료화시에 미세하게 분산하여도 동일한 상태로 형성되므로 옥외에 노출시켜도 효과를 저하시킴이 적은 것으로 생각된다.

이러한 효과는 전기이외의 금속, 금속산화물, 합금분말 및 카본블랙에서는 전혀 찾아 볼 수 없는 결과로, 이들을 사용한 경우에는 매우 만족스럽지 못할 결과가 얻어진다.

한편, 태양열 차폐안료의 입경은 내오염성을 고려하여 50μ 이하일 것이 요구되나 특히 20μ 이하의 입경을 갖는 것이 바람직하다. 50μ을 초과하는 입경을 갖는 안료를 사용할 경우에는 도막에 미세한 요철부가 형성되며, 특히 요부에 분진, 매연등이 부착하여 도막표면을 오염시켜 태양열 차폐효과의 유지를 곤란하게 한다.

또한, 본 발명에서는 상술한 입경을 갖는 안료를 도료 고형분중에 2-60중량%로 함유시키는 것이 중요한 요지가 된다. 이 안료가 2중량% 이하인 경우에는 태양열 차폐효과가 결여되며 60중량%를 초과한 경우에는 도막중의 안료량이 많아지게 되어 내백화성이 나쁘게 되므로 그 결과 내후성이 결여되게 된다. 여기에서 말하는 고형분은 도료조성물내에서 가열되어도 휘발 또는 증발되지 않은 물질을 의미하며, 일반적으로는 도막을 형성하는 성분을 가리키는 것이나 구체적으로는 안료, 비히클중의 수지분, 기타의 첨가제를 가리키는 것이다.

본 발명에 있어서는 전기한 금속·합금분말에 가하는 백색 안료로서 이산화티탄을 병용하여 명도의 조정을 행하는 것이 가능하였다. 즉, 이산화티탄은 가시광 영역 및 근적외선 영역에서 비교적 높은 반사율을 가지며 내초우킹성, 분산성, 은폐성이 우수하므로 전기한 금속·합금분말과 함께 도료에 배합한 경우, 장기간 옥외에 노출시켜도 안정한 태양열 차페효과를 얻을 수 있기 때문에 특히 바람직하였다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 도료조성물은 유기용제에 용해분산시켜 도장에 적합한 점도로 조정하여 사용하는 것이 가능하다. 유기용제로서는 탄화수소계, 알코올계, 에테르알코올계 및 에테르계 , 에스테르 및 에스테알코올계, 테톤계중에서 임의로 도장성, 건조성이 적합한 물질을 선택사용할 수 있다.

필요에 따라서는 표면평활제, 자외선흡수제, 점도조정제, 경화촉매, 안료분산제, 안료침강방지제, 색분리방지제등을 사용할 수 있다. 한편, 본 발명에 있어서는 상술한 바와 같은 도료조성물로 구조물 기체의 적어도 최외층에 도막층을 형성하고 그 하부층에 단열성이 우수한 충진물과 부착성, 방식성이 우수한 비히클을 주성분으로 한 도막층을 형성하는 것을 2번째로 중요한 요지로 하는 것이다.

우선, 최오층의 도막층으로 사용되는 도료조성물은 상술한 바와 같은 것으로, 이 도막층은 1μ 이상, 바람직하게는 10μ 이상으로 피복하는 것이 우수한 성능을 얻을 수 있다. 1μ 미만에서는 하부층 도막의 영향이 크게 나타나 충분한 효과를 발휘할 수 없었다. 도막층의 두게는 두꺼울수록 효과가 양호하였으나, 너무 두꺼워도 효과가 어느 한도에서 머무르기 때문에 1.0-100μ 정도가 바람직하였다.

다음에 하부층에 함유된 단열성이 우수한 충진물로서는 인편상 물질 및/또는 구상중공체가 바람직하다. 인편상 물질로서는 지름이 50μ 이하인 유리플레이크, 운모등을 사용할 수 있으며 인편상 금속으로서는 예를 들어 시판되고 있는 스테인레스, 알루미늄박등이 있으나 열전도율에서 유리플레이크나 운모가 우수하였다.

한편, 인편상 물질의 크기는 50μ 이하, 특히 20μ 이하인 것이 바람직하였다. 크기가 50μ 이상인 인편상 물질을 사용할 경우에는 도막에 요철부가 형성되어 상부층 도막에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 인편상 물질의 평활성이 균일치 않게 되므로 단열성효과 및 내식성효과가 감소되는 단점이 있었다. 특히 이 물질은 크기가 20μ 이하에서는 비히클로의 역할을 적정한 수준으로 유지하여 인편상 물질이 도막면에 평탄하게 도포되도록 하므로써 조밀한 층이 형성되어 수투과의 행로가 연장되는 소위 래비린드효과(labyrinth effect)가 발생되므로 이것에 의해 내식성이 향상됨과 함깨 단열성의 효과도 향상된다. 또한 구상중공체로서는 지름이 50μ 이하, 바람직하게는 1μ-10μ의 유리구슬, 흰모래구슬이나 또는 폴리스티렌등의 수지를 이용한 구슬을 사용할 수 있다. 지름이 50μ을 초과하면 상술한 바와 같이 도막에 요철부가 형성되므로 상부층 도막에 악영향을 미친다. 지름이 1μ 미만이 되면 중공효과 즉 단열성의 효과가 부족하게 되어 바람직하지 않다.

한편, 하부층에 사용하는 비히클로서 부착성, 내식성이 우수한 것으로는 에폭시수지, 에폭시변성수지, 페놀변성 부티랄수지, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 실리콘변성 폴리에스테르수지, 알키드수지, 불소수지, 우레탄수지중 1종 이상을 주성분으로 한 것으로, 필요에 따라서는 여기에 경화제 및 경화촉진제, 표면평활제, 점도조정제, 안료분산제, 안료침강방지제, 색분리방지제등을 사용할 수도 있다. 또, 경화제로서는 이소시아 네이트기를 갖는 화합물, 아민기를 갖는 화합물, 멜라민수지 등이 있다.

상기 충진물은 도막중에 2-60% 함유시키는 것이 바람직하다. 2% 미만에서는 단열의 효과가 나타나지 않고 60% 이상에서는 도막의 부착성이 저하되어 상부층 피막에 악영향을 미친다. 하부층 피막중에는 상기 비히클이 20-60중량% 포함되는 것이 바람직하다. 20% 미만에서는 도막의 부착성이 부족하게 되며 60% 이상에서는 단열성 및 내식성이 저하되는 결점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 구조물은 그 기체의 최외층을 태양열반사 특성이 우수한 도막층으로 하고, 그 하부층에는 단열성이 우수한 도막층을 갖도록 한 것으로, 이 경우 하부층의 도막층을 직접 구조물 기체 표면에 형성하여도 좋고 또는 하부층과 기체표면과의 사이에 하부층의 기체표면에 대한 접착성을 향상시키기 위해 통상 사용하는 프라이머층을 형성시켜도 좋다.

다음의 실시예에서 본 발명을 좀더 구체적으로 설명한다.

[실시예]

(배합성분)

1) 태양열 차폐안료

태양열 차폐안료 A; 평균입경이 0.5μ인 금속 Si를 사용하였다.

태양열 차폐안료 B; 산화규소와 산화티탄을 전기로 중에서 탄소를 사용하여 용융환원시켜 Si-Ti의 합금을 제조하였다. 이 합금중 Si와 Ti의 중량비는 0.8/02이었다. 이 합금을 평균입경이 5μ가 되도록 파쇄하여 태양열 차폐안료 B로 하였다.

태양열 차폐안료 C; 산화규소와 산화니켈을 태양열 차폐안료 B를 얻는 방법과 동일하게 용융환원시켜 Si-Ni의 합금을 제조하였다. 이 합금중 Si와 Ni의 중량비는 0.75/0.25이었다. 이 합금을 평균 입경이 5μ가 되도록 파쇄하여 태양열 차폐안료 C로 하였다.

2) 백색 안료

타이펙 CR-90(일본 이시하라상요 가부시키가이샤 제품), 평균 입경 0.4μ.

3) 인편상 물질

운모분말 MP-325(가부시키가이샤 오카베마이카 고오교오쇼 제품), 평균 입경 15μ.

4) 구상중공체

실리카 구술 QCEL 300(아사히가라스 가부시키가이샤 제품), 평균 입경 5μ.

(도료의 제조)

1) 표 1에 기재한 비율로 아크리데크 A-801(다이닛뽄잉크 가가쿠 고오교오 가부시키가이샤 제품인 아크릴폴리올)을 비히클로 사용, 태양열 차폐안로, 백색 안료를 첨가하고 크실렌, 메틸이소부틸케톤을 1 : 1로 혼합한 용제로 20분간 분산처리를 한 후 점도가 20-30포아즈가 되도록 조정하였다. 도장시에 타게네이트 D-170N(다케다야 쿠힝고오교오 가부시키가이샤 제품인 헥사메틸렌디이소시아네이트 부가물)을 NCO/OH 몰비가 1 : 1이 되도록 첨가하여 도료 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7을 얻었다.

2) 표 1에 기재한 비율로 아크리데크 A-801(다이닛뽄잉크 가가쿠고오교오 가부시키가이샤 제품인 아크릴폴리올)로 비히클로 사용, 백색 안료 및 인편상 물질, 구상중공체를 첨가하고 색상이 N-7로 되도록 카본 MA-100(미쓰비시가세이 가부시키가이샤 제품인 카본블랙)을 가한 다음, 크실렌, 메틸이소부틸케톤을 1 : 1로 혼합한 용제로 20분간 분산처리한 후 점도가 20-30포아즈가 되도록 조정하였다. 도장시 타게네이트 D-170N(다케다야쿠힝고오교오 가부시키가이샤 제품인 헥사메틸렌디이소시아네이트 부가물)을 NCO/OH 몰비가 1 : 1이 되도록 첨가하여 하부층 도료 8, 9를 얻었다.

3) 표 1 기재한 비율로 태양열 차폐안료 대신에 소정의 색상을 갖는 카본 MA-100(미쓰비시가세이 가부시키가이샤 제품인 카본블랙)을 가한 것을 제외하고는 1)과 동일한 방법을 행하여 도료 10, 11, 12를 얻었다.

(시험편의 제조)

도료 8, 9를 두깨 1mm의 연강판에 건조막에 두깨가 150μ가 되도록 분무하여 도장하고 20℃에서 1일간 건조한 후두 도료 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12를 건조막의 두께가 50μ가 되도록 분무하여 도장하고 2주간 건조하므로써 시험편을 제조하였다.

(탱크의 제조)

내용량이 10리터인 철강제 탱크에 막의 두께가 20μ가 되도록 에폭시수지계 프라이머를 도장한 후, 막의 두께가 150μ가 되도록 도표 8, 9를 분무 도장하여 20℃에서 1일간 건조후 다시 막의 두께가 50μ가 되도록 도표 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12를 분무 도장하므로써 탱크를 제조하였다.

(시험방법)

상기 시험편을 제1도에 도시한 바와 같이 백열등을 조사하여 시험편의 배면온도를 측정하였다. 한편, 제1도에 도시한 배면온도 측정의 수단에 대하여 설명을 하면, 도막 1을 강판2(150×70×1mm)를 두께 t=30mm인 발포스티롤판 3에 도막 1의 면을 상방으로 하여 끼운 다음, 도막면으로부터 h=370mm의 위치에 백열등(500W 포토리플렉터램프) 4를 설치하고 전원 5를 접속한 후, 강판 2의 배면측에는 온도센서 6을 구비한 온도기로계 7을 접속하여 설치하고, 실온을 20±1℃로 유지한 후 전원 5의 전압을 70±1V로 조정하여 백열등 4를 점등시킨 후 온도센서 6이 위치한 부위의 온도를 기록계 7로 관찰하여 기록하였다.

한편, 전술한 바와 같이 제조한 탱크에 유입구를 설치하여 1, 1, 2-트리클로로에탄을 충만시킨 다음, 태양 광이 직사하는 옥외에서 7일간 유지시켜 내용물의 감량을 측정하고 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다.

이상의 실시예 결과에서도 분명한 바와 같이 동일한 색상에 대하여 비교하면 시험편의 배면온도 및 탱크 내용물의 감량 모두에 대한 현저한 효과를 볼수 있어 본 발명에 의하면 태양의 직사를 받는 선박, 각종 구조물의 외면을 피복함에 의해 장기간 태양열을 차폐하여 내부의 온도상승을 억제하므로써 공조비의 개선이나 혹은 내용물의 증발에 의한 소모를 억제하여 에너지의 절약에 현저한 효과를 기대할 수 있는 태양열 차폐도료 조성물 내지는 이것을 이용한 피복구조물을 제공하는 것이 가능하기 때문에 산업의 발전에 기여함이 매우 큰 것이다.

Claims (3)

1. 비히클 및 안료를 주성분으로 하는 태양열 차폐도료에 있어서, 내후성이 우수한 비히클과 태양열 차폐안료로서 입경이 50μ 이하인 Si 또는 Si와, Al, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, Cr, Ca중 어느 것인가 1종 이상을 함유는 합금 1종 또는 2종 이상을 도료 고형물중 2-60%중량 함유함을 특징으로 하는 태양열 차폐도료 조성물.
2. 구조물 기체중 적어도 최외층에 내후성이 우수한 비히클과 입경이 50μ 이하인 Si 또는 Si와, Al, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, Cr, Ca중 어느 것인가 1종 이상을 함유는 1종 또는 2종 이상이 도료 고형물중에 2-60%중량 함유된 태양열차단안료를 주성분으로 한 태양열반사 특성이 우수한 도막층을 형성하고, 그 하부층에 단열성이 우수한 충진물과 부착성, 방식성이 우수한 비히클을 주성분으로 한 도막층을 형성함을 특징으로 하는 태양열 차폐 피복구조물.
3. 제2항에 있어서, 하부층에는 단열성이 우수한 충진제로 인편상 물질 및/또는 구상중공체를 사용함을 특징으로 하는 태양열 차폐 피복구조물.

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