WO2023090598A1 - 철로 온도 저감용 단차열 조성물 - Google Patents

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WO2023090598A1
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(주)이유씨엔씨
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Definitions

  • thermal barrier composition for reducing the temperature of an iron furnace.
  • the rise of the temperature of the object to be coated is a phenomenon that occurs according to the movement of heat, and the mechanism for the movement of heat is divided into the following three types. That is, conduction in which heat moves directly from a place with a high temperature to a place with a low temperature through an object, convection in which heat is transferred through the flow or movement of a fluid medium, such as gas or liquid, without going through a separate medium. There is radiation in which thermal energy is generated by a thermal wave directly radiated from a heat source touching the surface of an object and inducing vibration of molecules.
  • Sunlight is a type of electromagnetic wave, which is absorbed by the surface of the object to be coated and induces molecular vibration to generate thermal energy, thereby increasing the temperature of the surface of the object to be coated, which in turn causes the temperature inside the object to be increased. Therefore, it is necessary to block (heat shielding and insulation) the transfer of thermal energy by infrared rays absorbed by the object to reflect or not reflect sunlight in advance to the inside of the object to be coated.
  • the adhesion of the paint for heat shielding or insulation to the object since the adhesion of the paint for heat shielding or insulation to the object is not sufficient, it may be separated from the object and reliability and durability may rapidly deteriorate, and the lower or middle layer may be separately coated (painted) to secure adhesion And, as a result, the overall thickness of the coating layer may be increased.
  • the types of undercoat and middle coat are different for each object, and the background treatment of the object is difficult, the overall construction cost and time increase, resulting in poor economic feasibility, and professional workers and specialized equipment may be required.
  • Korean Patent Registration No. 10-1561567 discloses a thermal barrier coating composition including ultrafine silica particles, rutile titanium dioxide, calcium carbonate, a resin binder, and water, but may have low thermal and thermal insulation performance, Adhesion may be problematic.
  • Korean Registered Patent No. 10-2283877 which includes at least some of the same inventors as the inventors of the present application, has a water-based self-cleaning ability that improves the indoor temperature reduction performance in summer by more than two times compared to existing heat- and heat-insulating paints.
  • D HC1 is the average particle diameter of HC 1
  • D HC2 is the average particle diameter of HC 2
  • Korean Patent Registration No. 10-2283891 which includes at least some of the same inventors as the inventors of the present application, discloses an aqueous thermal insulation coating composition for coating a high-temperature area, and the composition is an aqueous coating composition for a high-temperature area in the range of 300 to 600 ° C.
  • a binder containing the above and at least one filler selected from micro-calcined silica, micro-calcined alumina, micro-calcined zinc phosphate, and micro-calcined aluminum titanate, forming a dry coating film without undercoat and intermediate coat, and the dry film thickness after coating is It is characterized in that 100 ⁇ 1,000 ⁇ m.
  • Korean Patent Registration No. 10-2311501 which includes at least some of the same inventors as the inventors of the present application, discloses a heat- and heat-insulating paint composition, and the composition includes (a) non-porous ceramic particles having an average particle diameter of 1 to 25 ⁇ m.
  • the hollow ceramic particles (HC 1 ) and the hollow ceramic particles (HC 2 ) satisfy the following relational expression 1, and the hollow ceramic particles (HC 1 ) have an average particle diameter is 20 ⁇ m or less, the inorganic filler includes at least one of calcined alumina, calcined silica, and calcined zinc phosphate, and the thermal conductivity of the finally dried coating film may be 0.03 W/m K or less.
  • the inventors of the present application show that the drying speed is faster, the coating interval time is shortened, the solar reflectance is higher, and the rust prevention
  • the present invention was completed by continuously conducting research and development activities to significantly improve performance and self-cleaning.
  • the thermal barrier composition for reducing railway temperature and the thermal barrier layer for reducing railway temperature according to an embodiment of the present invention are intended to improve adhesion and adhesion to an object to be coated.
  • the thermal insulation composition for reducing the temperature of a railway and the thermal insulation layer for reducing the temperature of a railway according to an embodiment of the present invention are intended to improve rust prevention, self-cleaning and stain resistance.
  • the thermal insulation composition for reducing the temperature of a railway and the thermal insulation layer for reducing the temperature of a railway according to an embodiment of the present invention are intended to shorten the drying time of the composition.
  • the thermal insulation composition for reducing railway temperature and the thermal insulation layer for reducing railway temperature according to an embodiment of the present invention are intended to improve thermal insulation properties and thermal insulation properties.
  • the thermal insulation composition for reducing the temperature of a railway and the thermal insulation layer for reducing the temperature of a railway according to an embodiment of the present invention are intended to improve reliability and durability.
  • the thermal insulation composition for reducing the temperature of a railway and the thermal insulation layer for reducing the temperature of a railway according to an embodiment of the present invention are intended to improve heat resistance.
  • the thermal insulation composition for reducing the temperature of a railway and the thermal insulation layer for reducing the temperature of a railway according to an embodiment of the present invention are intended to improve workability and economic feasibility.
  • a thermal barrier composition for reducing temperature in a railway furnace includes a rust-preventive pure acrylic emulsion, a light-shielding fluorine acrylic copolymer emulsion, non-porous silicone polymer particles having an average particle diameter of 1 to 2 ⁇ m, and a particle size of 1 to 20 ⁇ m. It includes hollow ceramic particles having an average particle diameter.
  • the non-porous silicon polymer particles may include a hydrophobic silicon polymer, and the hollow ceramic particles may include sodium borosilicate.
  • the rust-preventive pure acrylic emulsion may be 25 to 35% by weight
  • the light-shielding fluorine acrylic copolymer emulsion may be 3 to 7% by weight
  • the non-porous silicone polymer particles may be 11 to 15% by weight
  • the hollow ceramic particles may be 4.5 to 9.5% by weight.
  • the thermal conductivity of the non-porous silicon polymer particles may be less than 0.15 W/m ⁇ K, and the softening point may be higher than 1000 °C.
  • the light-shielding fluorine-acrylic copolymer emulsion may be produced by polymerizing the fluorine-based polymer and the acrylic resin and then dispersing in water, and the fluorine-based polymer and the acrylic resin may be polymerized at a weight percent ratio of 3:7 to 7:3, and the fluorine-based polymer
  • the polymer may include one or more of vinylidene fluoride, vinyl fluoride, trifluoroethylene, cyclotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene, or hexafluoropropylene.
  • It may further include micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro-zinc phosphate.
  • the amount of micro-calcined silica may be 2 to 6% by weight
  • the amount of micro-calcined alumina may be 2 to 6% by weight
  • the amount of micro-zinc phosphate may be 3 to 7% by weight.
  • It may further include at least one of a fluorine-based surfactant, sodium ortho acid silicate, or a fluorine-based stain inhibitor.
  • the fluorophore composition includes all of the fluorine-based surfactant, sodium ortho acid silicate, and fluorine-based stain inhibitor, and the fluorine-based surfactant may be 0.3 to 0.7% by weight, and the sodium ortho acid silicate may be 0.8 to 0.8 wt %, based on the total weight of the heat insulation composition. It may be 1.2% by weight, and the fluorine-based stain inhibitor may be 1 to 3% by weight.
  • At least one of a titanium dioxide pigment, zinc pyrithione, potassium titanate (whisker), a zirco-aluminate coupling agent, or a UV stabilizer may be further included.
  • the titanium dioxide pigment, zinc pyrithione, potassium titanate (whisker), a zirco-aluminate coupling agent, and a UV stabilizer are all included in the thermal barrier composition, and the titanium dioxide pigment is 8 to 12 weight based on the total weight of the thermal barrier composition %, zinc pyrithione may be 0.1 to 0.3% by weight, potassium titanate (whisker) may be 1 to 3% by weight, zirco-aluminate coupling agent may be 0.3 to 0.7% by weight, The UV stabilizer may be 0.3 to 0.7% by weight.
  • It may further include one or more of propylene glycol, a thickener, a corrosion inhibitor, a pH adjusting agent, a film forming agent, a preservative, or an antifoaming agent.
  • the thermal insulation layer for reducing the temperature of a railway furnace according to an embodiment of the present invention is formed by curing the thermal insulation composition described above.
  • the thickness of the step insulation layer may be 300 ⁇ m or less.
  • the stepped thermal insulation layer includes a first surface in contact with the object and a second surface opposite to the first surface, and in a section obtained by cutting the thermal insulating layer in the thickness direction, the non-porous silicon polymer particles go from the first surface to the second surface.
  • the number of may increase, and the number of hollow ceramic particles may decrease.
  • the step insulation layer may be a single layer, and the object to which the step insulation layer is in contact may be a metal or an alloy.
  • the thermal barrier composition for reducing railway temperature and the thermal barrier layer for reducing railway temperature can improve adhesion and adhesion to a coated object, improve rust resistance, self-cleaning property, and stain resistance, , It is possible to shorten the drying time of the composition, improve heat shielding and insulating properties, improve reliability and durability, improve heat resistance, and improve workability and economy.
  • FIG. 1 is a view showing a cross-section of a step insulation layer formed on a railroad.
  • Figure 2 is a diagram and a table showing the results of evaluating the temperature reduction performance of the composition according to Comparative Example 3 and the composition according to Example 1.
  • composition refers to a material in which two or more components are uniformly mixed, and is a concept including intermediate materials for manufacturing finished products as well as finished products.
  • the thermal barrier composition according to the embodiment includes a rust-preventive pure acrylic emulsion, a light-shielding fluorine acrylic copolymer emulsion, non-porous silicone polymer particles, and hollow ceramic particles.
  • the rust-preventive pure acrylic emulsion and the light-shielding fluorine-acrylic copolymer emulsion may function as a binder.
  • the rust-preventive pure acrylic emulsion may include, for example, any one or more of BASF's Joncryl PRO 1522, Joncryl Pro 1525, and Acronal Pro 761. .
  • the rust-preventive pure acrylic emulsion can improve weather resistance, durability, corrosion resistance, and heat resistance of the thermal barrier layer.
  • the light-blocking fluoroacrylic copolymer emulsion can improve light-shielding properties, weather resistance, stain resistance, heat resistance, and flame retardancy of the thermal barrier layer when the thermal barrier composition is cured to form the thermal barrier layer.
  • the light-shielding fluorine-acrylic copolymer emulsion is formed by polymerizing a fluorine-based polymer and an acrylic resin and then dispersing them in water.
  • the weight ratio of the fluorine-based polymer to the acrylic resin may be from about 3:7 to about 7:3, preferably about 5:5. If the weight ratio of the fluorine-based polymer is less than 3, stain resistance and heat resistance may be deteriorated, and if the weight ratio of the acrylic resin is less than 3, the adhesion and adhesion of the insulating layer to the substrate may be deteriorated when the composition is cured to form the insulating layer. there is.
  • the fluorine-based polymer may include one or more of vinylidene fluoride, vinyl fluoride, trifluoroethylene, cyclotrifluoroethylene (CTFE), tetrafluoroethylene (TFE), or hexafluoropropylene (HFP) .
  • the minimum film formation temperature (MFFT) of the light-shielding fluoroacrylic copolymer emulsion may be about 12° C. or less, so that the thermal barrier composition is easily cured even at a relatively low temperature to form a thermal barrier layer.
  • the rust-preventive pure acrylic emulsion may be about 25 to 35% by weight, and the light-shielding fluoroacrylic copolymer emulsion may be about 3 to 7% by weight.
  • near-infrared ray reflectivity, weather resistance, durability, heat resistance, fouling resistance, and flame retardancy of the thermal barrier layer may be further improved.
  • acrylic binders such as rust-preventive pure acrylic emulsion and light-shielding fluorine-acrylic copolymer emulsion
  • micro-calcined silica micro-calcined alumina, and micro-zinc phosphate
  • the organic binding force can be about 20% stronger than that of other binders, and as a result, the adhesion of the thermal barrier layer can be remarkably improved without an undercoat or a middle coat, and excellent adhesion to materials such as metals and non-ferrous metals can be realized. .
  • the non-porous silicon polymer particles mainly improve light-shielding and heat-shielding properties.
  • the non-porous type is a type in which there is no hollow inside the particle, and the non-porous silicone polymer particle reflects near-infrared rays to block the inflow of heat from the outside, thereby realizing the heat shielding function of the thermal barrier layer.
  • the non-porous silicone polymer particles may include, for example, a hydrophobic silicone polymer and may have a micro sphere shape.
  • Non-porous silicone polymer particles exhibit excellent heat and light shielding properties.
  • the average particle diameter of the non-porous silicon polymer particles may be about 1 to 2 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the non-porous silicone polymer particles is less than about 1 ⁇ m, the near-infrared reflection efficiency is lowered and sufficient heat shielding properties cannot be secured. The near-infrared reflection efficiency may be lowered.
  • Non-porous silicon polymer particles can reflect heat (near infrared rays) arriving from the outside and reduce the mobility of heat that is not reflected.
  • the thermal conductivity of the non-porous silicon polymer particles may be about 0.15 W/m ⁇ K or less, and within this range, the heat insulation property may be improved by appropriately limiting the movement of heat reaching the thermal insulation layer.
  • the non-porous silicone polymer particles may have a softening point of about 1000 °C or more and about 1200 °C or less. If the softening point of the non-porous silicone polymer particles is less than about 1000 ° C, the strength of the non-porous silicone polymer particles may be weakened and damaged or destroyed when the heat insulating layer is exposed to a high temperature and high humidity environment, which may reduce the heat insulating properties. . When the softening point of the non-porous silicone polymer particles is greater than about 1200° C., the hardness of the particles may be weakened.
  • the sphericity of the non-porous silicone polymer particles may be about 0.8 or more, and thus, the non-porous silicone polymer particles may hardly absorb and reflect heat, and may reduce heat transfer inside the heat insulating layer.
  • non-porous silicone polymer particles may be relatively disposed on the thermal insulation layer. More specifically, when the thermal insulation layer includes a first surface in contact with the coated object and a second surface (surface exposed to the outside) that is opposite to the first surface, in a cross section of the thermal insulation layer cut in the thickness direction, The number of non-porous silicone polymer particles may increase in the direction from the first surface to the second surface. Therefore, since most of the non-porous silicon polymer particles are disposed on the upper portion of the thermal barrier layer (a predetermined portion close to the second surface), near-infrared rays reaching from the outside can be reflected very effectively, and thermal insulation performance can be maximized.
  • the hollow ceramic particles mainly improve thermal insulation properties. Since the hollow ceramic particles contain hollows therein, the heat transfer rate can be minimized while the near-infrared rays (heat) introduced from the outside are scattered and reflected, thereby greatly improving the thermal insulating properties of the heat insulating layer.
  • the hollow ceramic particles may include, for example, sodium borosilicate, may have a microsphere shape, and exhibit excellent compressive strength.
  • An average particle diameter (D2) of the hollow ceramic particles may be about 1 ⁇ m to about 20 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the hollow ceramic particles is less than about 1 ⁇ m, the hollow ceramic particles are applied to the second surface of the coated object (the first surface where the thermal barrier layer contacts the coated object, and the second surface opposite to the first surface (exposed to the outside) surface) is floated to the side (located intensively in a region close to the second surface), and scattering and reflection of near-infrared rays by the non-porous body are not sufficiently generated, so there is a risk of deterioration in heat shielding performance.
  • the average particle diameter of the hollow ceramic particles is greater than about 20 ⁇ m, the specific surface area of the hollow ceramic particles becomes small, and thus the performance of blocking the movement of radiant heat is deteriorated, and thus the thermal insulation performance may be deteriorated.
  • the sphericity of the non-porous silicon polymer particles may be about 0.8 or more, and as a result, the near-infrared rays that are converted into radiant heat can be almost scattered and reflected before penetrating into the thermal barrier layer (coating film), thereby greatly improving the thermal insulation performance.
  • the average particle diameter of the non-porous silicon polymer particles may be about 1 to 2 ⁇ m, and the average particle diameter of the hollow ceramic particles may be about 1 to 20 ⁇ m.
  • the step insulation layer can achieve a solar reflectance of about 95% or more and a thermal conductivity of 0.03 W/m ⁇ K or less.
  • the hollow ceramic particles may be relatively disposed under the thermal insulation layer due to a difference in specific gravity. More specifically, when the thermal insulation layer includes a first surface in contact with the object and a second surface (surface exposed to the outside) opposite to the first surface, in a cross section obtained by cutting the thermal insulation layer in the thickness direction, the first surface The number of hollow ceramic particles may decrease from the surface toward the second surface. Most of the non-porous silicon polymer particles are disposed on the upper part of the heat insulating layer (the part close to the second surface), and most of the hollow ceramic particles are disposed on the lower part of the non-porous silicon polymer particle (the part relatively close to the first surface).
  • the weight ratio of the non-porous silicon polymer particles to the hollow ceramic particles may be about 0.6:1 to about 1:0.6. Within this range, the thermal insulation performance and thermal insulation performance of the thermal insulation layer can be balanced and optimized, and the thermal insulation layer can achieve solar reflectance of about 95% or more and thermal conductivity of 0.03 W/m K or less.
  • the heat insulating composition according to the embodiment includes both non-porous silicon polymer particles and hollow ceramic particles.
  • the use of hollow ceramic particles alone is the optimal form for realizing heat shielding and insulating properties.
  • the thermal insulation composition contains both non-porous silicon polymer particles and hollow ceramic particles, the thermal insulation performance and thermal insulation performance (solar reflectance, near-infrared reflection retention, etc.) It may be remarkably superior to the thermal insulation performance and thermal insulation performance in the case of including only.
  • the drying time touch drying time and solidification drying time
  • the coating interval time can be significantly reduced by about 10 minutes or more.
  • the rust-preventive pure acrylic emulsion is about 25 to 35% by weight
  • the light-shielding fluorine acrylic copolymer emulsion is about 3 to 7% by weight
  • the non-porous silicone polymer particle is about 11 to 15% by weight
  • hollow The ceramic particles may be about 4.5 to 9.5% by weight.
  • the thermal barrier composition according to the embodiment further includes micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro-zinc phosphate.
  • Micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro-zinc phosphate when used simultaneously with acrylic binders (including rust-preventive pure acrylic emulsion and light-shielding fluorine-acrylic copolymer emulsion), during the curing process when forming the heat insulating layer (coating film), each component A very good level of adhesion and adhesion can be realized through the strong organic binding energy between the two, and durability, weather resistance, rust prevention, self-cleaning, and washability can also be greatly improved.
  • acrylic binders including rust-preventive pure acrylic emulsion and light-shielding fluorine-acrylic copolymer emulsion
  • the thermal barrier layer formed by curing the thermal barrier composition can exhibit a very excellent level of adhesion and adhesion regardless of the material to be coated, and as a result, a separate undercoating layer or intermediate layer is unnecessary, and only a single thermal barrier layer is sufficient. It is possible to implement thermal insulation performance, and a sufficient thermal insulation effect can be exhibited even with a very thin thickness.
  • the thickness of the step insulation layer may be, for example, 300 ⁇ m or less, and even such an ultra-thin coating film (step insulation layer) may exhibit a better step insulation effect than conventional step insulation layers.
  • the weight of the insulating layer composition to be coated per unit area can be greatly reduced, thereby shortening the coating time and reducing cost.
  • micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro-zinc phosphate combine with an acrylic binder, resulting in a synergy effect in which the organic bonding strength is about 20% stronger than that of other types (series) of binders.
  • the aforementioned adhesion, adhesion, durability, weather resistance, rust prevention, self-cleaning, and washability can be remarkably improved.
  • the above-described effects may not be realized or may not be sufficient.
  • Micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro-zinc phosphate can be produced by generating heat by irradiating microwaves using a conventional microwave-using sintering furnace.
  • Micro-calcined silica, micro-calcined alumina, and micro-zinc phosphate have a low coefficient of thermal expansion and low thermal shock, so that deterioration and contraction/expansion of the thermal barrier layer can be suppressed, and at the same time, excellent anti-rust performance can be exhibited.
  • a preferred firing temperature may be about 700 to 1500 °C, preferably about 800 to 1200 °C.
  • the micro-calcined silica may be about 2 to 6 wt%
  • the micro-calcined alumina may be about 2 to 6 wt%
  • the micro-zinc phosphate may be about 3 to 7 wt%.
  • the heat barrier composition further includes at least one of a fluorine-based surfactant, ortho acid sodium silicate, or a fluorine-based stain resistant additive.
  • Fluorine-based surfactants can improve stain resistance and detergency by lowering the surface tension of the thermal barrier layer, and can impart excellent coating film smoothness. As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which contaminants are generated between wrinkles on the surface of the thermal insulation layer over time, thereby minimizing the contamination of the thermal insulation layer, and even after the surface of the thermal insulation layer is contaminated, it can be easily cleaned. can In addition, the reliability of the thermal insulation layer may be improved, and the life of the thermal insulation layer may be extended. Based on the total weight of the thermal barrier composition, the fluorine-based surfactant may be included in about 0.3 to 0.7% by weight.
  • Sodium silicate ortho acid can improve stain resistance. Based on the total weight of the thermal insulation composition, the sodium silicate ortho acid may be about 0.8 to 1.2% by weight.
  • the fluorine-based stain inhibitor may impart water repellency and oil repellency to the thermal barrier layer, thereby improving stain resistance, facilitating stain removal, and improving durability of the thermal barrier layer.
  • the fluorine-based stain inhibitor may include at least one component of a fluorine-containing polyurethane, a fluorine-containing polyacrylic emulsion, and a fluorine-containing polyacrylic modified urethane emulsion. Based on the total weight of the thermal barrier composition, the fluorine-based stain inhibitor may be included in about 1 to 3% by weight.
  • titanium dioxide pigment In the thermal barrier composition, titanium dioxide pigment, zinc pyrithion, dipotassium titanate (whisker), zirco-aluminate coupling agent, or UV stabilizer One or more may be included.
  • the titanium dioxide (TiO 2 ) pigment is a white pigment and can enhance the thermal insulation properties of the thermal barrier composition.
  • the titanium dioxide pigment can impart a white color to the monothermal composition. Based on the total weight of the thermal insulation composition, the titanium dioxide pigment may be included in about 8 to 12% by weight, and within this range, while improving thermal insulation performance, various functions of the thermal insulation composition can be balanced and optimized.
  • Zinc pyrithione is a component that prevents mold and has an antibacterial action, and may be included in an amount of about 0.1 to 0.3% by weight based on the total weight of the thermal barrier composition.
  • Potassium titanate (whisker) exhibits strong heat resistance and has an effect of preventing cracks. Therefore, when the thermal insulation composition is coated on the surface of a metal/alloy substrate, deterioration of the thermal insulation layer may not occur even if the temperature of the metal material increases, the reliability of the thermal insulation layer may be improved, and the problem of peeling of the thermal insulation layer can prevent For example, when the object to be coated is a railroad track, when a train passes by, it is possible to prevent a phenomenon in which the coating layer (coating film) is peeled off while heat is instantaneously generated.
  • Potassium titanate (whisker) may be included in an amount of about 1 to 3% by weight based on the total weight of the thermal barrier composition.
  • the drying time (touch drying time and solidification drying time) of the composition can be remarkably shortened, thereby significantly reducing the coating interval.
  • the time can be significantly reduced to about 10 minutes or more.
  • rust prevention and washability can be greatly improved.
  • non-porous silicone polymer particles are about 11 to 15% by weight, hollow ceramic particles are about 4.5 to 9.5% by weight, and potassium titanate (whisker) is about 1 to 3% by weight.
  • rust prevention and detergency can be more remarkably improved, and heat shielding performance can be further improved.
  • the zirco-aluminate coupling agent can improve adhesion and adhesion to metals or alloys. Therefore, when the thermal barrier composition is coated on the surface of the metal/alloy substrate, the adhesion and adhesion between the thermal barrier layer and the surface of the substrate can be greatly improved, and separate layers such as an undercoat layer, an intermediate layer, and a primer layer are unnecessary, so that a single layer is not required. It can be implemented as a layer of, and a very thin film thickness can be implemented.
  • the zirco-aluminate coupling agent may be included in an amount of about 0.3 to 0.7% by weight.
  • the UV stabilizer can protect the thermal barrier layer from UV rays and prevent deterioration.
  • the UV stabilizer may be, for example, HALS (Hindered Amine Light Stabilizer), and HALS exhibits excellent weather resistance and anti-deterioration performance.
  • the UV stabilizer may be included in an amount of about 0.3 to 0.7% by weight.
  • the heat barrier composition further includes at least one of propylene glycol, a thickener, a corrosion inhibitor, a pH adjuster, a film forming agent, an antiseptic, or an antifoaming agent.
  • Propylene glycol can function as a cryostabilizer. Propylene glycol may be included in an amount of about 0.1 to 0.5% by weight based on the total weight of the thermal insulation composition.
  • the thickener can improve the storage stability of the particles, such as adjusting the viscosity of the composition, imparting thickening and thixotropic properties, preventing sedimentation of the particles, improving redispersibility, improving flowability, and the like.
  • the thickener may be, for example, hydroxyethyl cellulose, but is not limited thereto.
  • the thickener may be included in an amount of about 0.1 to 0.5% by weight based on the total weight of the thermal insulation composition.
  • the corrosion inhibitor can minimize corrosion even in a high-temperature and high-humidity environment, and may be included in an amount of about 0.8 to 1.2% by weight based on the total weight of the thermal insulation composition.
  • the pH adjusting agent may be used to adjust the acidity of the composition within a certain range, and may be, for example, aminomethyl propanol (amp), but is not limited thereto. Based on the total weight of the thermal barrier composition, the pH adjusting agent may be included in about 0.3 to 0.7% by weight.
  • the film forming agent may be, for example, texanol, but is not limited thereto. Based on the total weight of the thermal barrier composition, the film forming agent may be included in about 1 to 3% by weight.
  • the preservative may be, for example, n-alkyl dimethyl benzyl ammonium, but is not limited thereto. Based on the total weight of the thermal barrier composition, the preservative may be included in about 0.1 to 0.5% by weight.
  • the monothermal composition includes water (H 2 O), and water may be used to adjust the viscosity.
  • Water may be about 14 to 18% by weight based on the total weight of the thermal barrier composition according to the embodiment, and within this range, when the composition is applied to a metal or alloy surface, optimal adhesion and adhesion can be realized, , can improve the curing speed.
  • FIG. 1 is a view showing a cross-section of a step insulation layer formed on a railroad.
  • FIG. 1 when the thermal insulation composition according to the embodiment is applied (coated) on the surface of a railway 30, which is an object to be coated, and then cured, a thermal insulation layer (coating film) 40 is formed.
  • the upper drawing of FIG. 1 shows the step after the thermal barrier composition is applied to the surface of the object to be coated and before it is cured, and the lower drawing of FIG. 1 shows the thermal barrier layer formed by curing the thermal barrier composition.
  • the heat barrier layer (coating film) 40 has excellent adhesion and adhesion to the railroad 30, which is the object to be coated. As a result, a separate undercoating layer or intermediate coating layer is unnecessary, and sufficient thermal insulation performance can be implemented with only a single thermal insulation layer 40, and a very thin thickness can be implemented.
  • the thickness of the thermal insulation layer 40 may be about 300 ⁇ m or less.
  • the positions and densities of the non-porous silicone polymer particles 10 and the hollow ceramic particles 20 in the thickness direction may be different depending on specific gravity.
  • the step insulation layer 40 includes a first surface in contact with the surface 30 of the object to be coated and a second surface opposite to the first surface, and the specific gravity of the non-porous silicon polymer particles 10 is that of the hollow ceramic particles 20. Due to its small specific gravity, non-porous silicone polymer particles 10 from the first surface to the second surface in a section cut through the thermal barrier layer in the thickness direction (direction perpendicular to the first and second surfaces in the drawing) may increase the number of In addition, the number of hollow ceramic particles 20 may decrease from the first surface to the second surface of the thermal insulation layer 40 .
  • the heat shielding portion 10a which emphasizes the thermal insulation performance, can be formed with a predetermined thickness on the upper part of the thermal insulation layer 40, and the thermal insulation performance of the lower portion of the thermal insulation layer 40 (the part adjacent to the railroad 30) This emphasized heat insulating portion 20a may be formed.
  • Reflection/scattering of near-infrared rays actively occurs in the area adjacent to the second surface (heat-shielding unit 10a) that is in contact with the outside, so that excellent heat-shielding performance can be realized, and when near-infrared rays that are not reflected/scattered are introduced into the stepped thermal layer , Insulation by the hollow ceramic particles 20 in the heat insulation portion (20a), excellent heat insulation performance can be implemented.
  • the insulating thermal composition and the thermal insulating layer 40 according to the embodiment can exhibit excellent adhesion and adhesion regardless of the type of substrate such as mortar, concrete, wood, metal/alloy, etc., and have stain resistance, rust prevention, and self-cleaning properties. , detergency, etc. can be very excellent.
  • the object to be coated may be a metal or an alloy, and is applied and hardened to a thin thickness on the surface of the metal or alloy to protect the metal or alloy from heat and to prevent bending or twisting.
  • the object to be coated may be the railway 30, and when the temperature rises in summer, the temperature of the railway rises and causes a phenomenon in which it is stretched or twisted.
  • the thermal barrier composition according to the embodiment When the thermal barrier composition according to the embodiment is applied, these phenomena can be prevented there is.
  • the heat insulating layer 40 according to the embodiment exhibits excellent stain resistance, anti-rust property, self-cleaning property, and washability, the performance degradation of the heat insulating layer 40 can be maintained as it is over time, so the reliability is excellent. , life can be extended.
  • thermal barrier composition and the thermal barrier layer 40 exhibit excellent heat resistance, excellent reliability and durability can be ensured even when applied and dried on a metal or alloy having high thermal conductivity.
  • the thermal insulation composition and the thermal insulation layer 40 can be implemented with a very thin thickness, an undercoating layer or an intermediate coating layer is unnecessary, and excellent thermal insulation performance can be implemented even with a single layer. Due to this, since the difficulty of painting is low, a professional contractor is not required, and special equipment is not required, so workability can be very excellent.
  • the insulating composition and the insulating layer 40 according to the embodiment include a hollow body and a hollow body as insulating materials at the same time, and the size, content, specific gravity, etc. of each component may all be different, and are optimized to achieve thermal insulation performance and insulation. Performance can be very good.
  • the solar radiation reflectance of the step insulation layer may be about 95% or more, and the thermal conductivity may be about 0.03 W/m ⁇ K or less.
  • a heat insulating composition was prepared by stirring a composition having a composition and a composition ratio according to Korean Patent Registration No. 10-2283877. Specific compositions and composition ratios are shown in Table 1 below.
  • An insulating composition was prepared by stirring a composition having a composition and a composition ratio according to Korean Patent Registration No. 10-2283891. Specific compositions and composition ratios are shown in Table 1 below.
  • a heat insulating composition was prepared by stirring a composition having a composition and a composition ratio according to Korean Patent Registration No. 10-2283877. Specific compositions and composition ratios are shown in Table 1 below.
  • An insulating composition was prepared by stirring a composition having a composition and a composition ratio according to Korean Patent Registration No. 10-2311501. Specific compositions and composition ratios are shown in Table 1 below.
  • the drying time of the composition according to Example 1 is shorter than that of the compositions according to Comparative Examples 1 to 3 in both the touch drying time and the solidification drying time.
  • the coating interval time can be shortened by 10 minutes or more.
  • Example 1 Temperature reduction was evaluated for Example 1 and Comparative Example 3, and the results are shown in FIG. 2 .
  • CH1 to CH4 correspond to Comparative Example 3
  • CH5 and CH8 correspond to Example 1.
  • the temperatures at CH1 and CH5 can be viewed as external temperatures, and the composition according to Comparative Example 3 was applied between CH1 and CH2 for curing, and the composition was applied between CH5 and CH6 for curing.
  • Example 2 it was found that each of the temperatures in the CH6, CH7, and CH8 regions of Example 1 was lower than the temperature in the corresponding CH2, CH3, and CH4 regions in Comparative Example 3, and according to Example 1 It can be seen that the thermal insulation performance of the thermal insulation layer cured with the composition is superior.
  • a heat barrier composition was prepared by stirring a composition having the composition and composition ratio of Comparative Example 4 in Table 3 below.
  • a heat barrier composition was prepared by stirring a composition having the composition and composition ratio of Comparative Example 5 in Table 3 below.
  • Example 1 The composition ratios of Example 1, Comparative Example 4, and Comparative Example 5 differed in potassium titanate (whiskers), hydrophobic silicon polymer microspheres, and sodium borosilicate hollow microspheres.
  • Example 1 is higher than the solar reflectance of Comparative Examples 4 and 5, and the near-infrared ray reflection retention rate of Example 1 is higher than the near-infrared ray reflection retention rate of Comparative Examples 4 and 5.
  • Example 1 is significantly superior to the washability of Comparative Examples 4 and 5.
  • non-porous silicon polymer particles 20 hollow ceramic particles

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물은, 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼, 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼, 1~2 ㎛의 평균 입경을 갖는 무공형 실리콘폴리머 입자, 그리고 1~20 ㎛의 평균 입경을 갖는 중공형 세라믹 입자를 포함한다.

Description

철로 온도 저감용 단차열 조성물
철로 온도 저감용 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 중도층이 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, 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.
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.
한편, 본 출원의 발명자들 중 적어도 일부와 동일한 발명자들이 포함되어 있는 대한민국 등록특허 제10-2283877호에는 하절기 실내온도 저감 성능을 기존의 차열 및 단열 도료에 비하여 2배 이상 향상시키면서도 자가 세정력이 있는 수성 차열 및 단열 도료 조성물이 개시되어 있고, 도료 조성물은 (a) 평균입경 1~25 ㎛인 무공형 세라믹 입자; (b) 중공형 세라믹 입자(HC1); 및 (c) 중공형 세라믹 입자(HC2)를 포함하되, 입자들의 중량 기준 혼합비는 (a) : (b)+(c) = 1.0 : 0.8 내지 0.8 : 1.0이고, 중공형 세라믹 입자(HC1) 및 중공형 세라믹 입자(HC2)는 하기 관계식 1을 만족하고, 중공형 세라믹 입자(HC1)은 평균입경이 20 ㎛ 이하이고, 조성물을 도포하여 열전도율이 0.03W/m·K 이하인 건조도막을 형성할 수 있다.
[관계식1]
Figure PCTKR2022013092-appb-img-000001
(상기 관계식 1에서 DHC1은 HC1의 평균입경이고, DHC2는 HC2의 평균입경이다)
본 출원의 발명자들 중 적어도 일부와 동일한 발명자들이 포함되어 있는 대한민국 등록특허 제10-2283891호에는 고온부위 코팅용 수성 단열 코팅제 조성물이 개시되어 있고, 조성물은 300~600℃ 범위의 고온부위 코팅용 수성 단열 코팅제 조성물로써, 알칼리 알루미노 실리케이트 무공체, 평균 입경이 1~100 ㎛인 소다 라임 보로 실리케이트 중공체, 평균 입경이 10~300 ㎛인 알루미노 실리케이트 중공체, 실리콘 아크릴 공중합 에멀젼, 불소계 에멀젼 중 하나 이상을 포함하는 바인더 및 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 마이크로 소성 인산아연 및 마이크로 소성 알루미늄 티타네이트 중에서 선택되는 하나 이상의 충전제를 포함하며, 하도 및 중도없이 건조도막을 형성하고, 코팅 후 건조도막두께가 100~1,000 ㎛인 것을 특징으로 한다.
본 출원의 발명자들 중 적어도 일부와 동일한 발명자들이 포함되어 있는 대한민국 등록특허 제10-2311501호에는 차열 및 단열 도료 조성물이 개시되어 있고, 조성물은 (a) 평균입경 1~25㎛인 무공형 세라믹 입자; (b) 중공형 세라믹 입자(HC1); 및 (c) 중공형 세라믹 입자(HC2)를 포함하되, (d) 무기 충전제를 포함하여 시공 시 하도 및 중도의 도포단계를 거치지 않으며, 입자들의 중량 기준 혼합비는 (a) : (b)+(c) = 1.0 : 0.8 내지 0.8 : 1.0이고, 중공형 세라믹 입자(HC1) 및 중공형 세라믹 입자(HC2)는 하기 관계식 1을 만족하며, 상기 중공형 세라믹 입자(HC1)은 평균입경이 20 ㎛ 이하이고, 무기 충전제는 소성 알루미나, 소성 실리카 및 소성 인산아연 중 어느 하나 이상을 포함하며, 최종 건조된 도막의 열전도율은 0.03W/m·K 이하일 수 있다.
본 출원의 발명자들은 전술한 대한민국 등록특허 제10-2283877호, 제10-2283891호, 제10-2311501호의 발명에 비해, 건조 속도가 더욱 빨라져 도장 간격 시간이 단축되고, 일사반사율이 더욱 높아지며, 방청 성능 및 자가세척성을 크게 향상시킬 수 있도록 연구 개발 활동을 지속적으로 수행하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물 및 철로 온도 저감용 단차열층은, 피도물에 대한 부착성 및 밀착성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물 및 철로 온도 저감용 단차열층은, 방청성, 자가정화성 및 내오염성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물 및 철로 온도 저감용 단차열층은 조성물의 건조 시간을 단축시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물 및 철로 온도 저감용 단차열층은, 차열성 및 단열성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물 및 철로 온도 저감용 단차열층은, 신뢰성 및 내구성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물 및 철로 온도 저감용 단차열층은, 내열성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물 및 철로 온도 저감용 단차열층은, 작업성 및 경제성을 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 철로 온도 저감용 단차열 조성물은, 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼, 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼, 1~2 ㎛의 평균 입경을 갖는 무공형 실리콘폴리머 입자, 그리고 1~20 ㎛의 평균 입경을 갖는 중공형 세라믹 입자를 포함한다.
무공형 실리콘폴리머 입자는 소수성 실리콘폴리머를 포함하고, 중공형 세라믹 입자는 소듐 보로실리케이트를 포함할 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼은 25~35 중량%일 수 있고, 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은 3~7 중량%일 수 있으며, 무공형 실리콘폴리머 입자는 11~15 중량%일 수 있고, 중공형 세라믹 입자는 4.5~9.5 중량%일 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자의 열전도도는 0.15 W/m·K 보다 작을 수 있고, 연화점이 1000 ℃ 보다 높을 수 있다.
차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은, 불소계 폴리머와 아크릴 수지가 중합된 후 물에 분산되어 생성될 수 있고, 불소계 폴리머 대 아크릴 수지가 3:7 ~ 7:3의 중량% 비율로 중합될 수 있으며, 불소계 폴리머는 비닐리덴 플루오라이드, 비닐 플루오라이드, 트리플루오로에틸렌, 시클로트리플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌, 또는 헥사플루오로프로필렌 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연을 더 포함할 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 마이크로 소성 실리카는 2~6 중량%일 수 있고, 마이크로 소성 알루미나는 2~6 중량%일 수 있으며, 마이크로 인산 아연은 3~7 중량%일 수 있다.
불소계 계면활성제, 오르토산 규산나트륨, 또는 불소계 얼룩 방지제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
단차열 조성물이 불소계 계면활성제, 오르토산 규산나트륨 및 불소계 얼룩 방지제를 모두 포함하고, 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 불소계 계면활성제는 0.3~0.7 중량%일 수 있고, 오르토산 규산나트륨은 0.8~1.2 중량%일 수 있으며, 불소계 얼룩 방지제는 1~3 중량%일 수 있다.
이산화티탄 안료, 징크 피리티온, 티탄산칼륨(위스커), 지르코-알루미네이트 커플링제, 또는 자외선 안정제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
단차열 조성물이 이산화티탄 안료, 징크 피리티온, 티탄산칼륨(위스커), 지르코-알루미네이트 커플링제 및 자외선 안정제를 모두 포함하고, 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 이산화티탄 안료는 8~12 중량%일 수 있고, 징크 피리티온은 0.1~0.3 중량%일 수 있으며, 티탄산칼륨(위스커)은 1~3 중량%일 수 있고, 지르코-알루미네이트 커플링제는 0.3~0.7 중량%일 수 있으며, 자외선 안정제는 0.3~0.7 중량%일 수 있다.
프로필렌 글리콜, 증점제, 부식 억제제, pH 조절제, 필름 형성제, 방부제, 또는 소포제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열층은, 상기의 단차열 조성물이 경화되어 형성된다.
단차열층의 두께가 300 ㎛ 이하일 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, 중공형 세라믹 입자의 개수가 적어질 수 있다.
단차열층은 단일층일 수 있고, 단차열층이 접촉되는 피도물이 금속 또는 합금일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 온도 저감용 단차열 조성물 및 철로 온도 저감용 단차열층은, 피도물에 대한 부착성 및 밀착성을 향상시킬 수 있고, 방청성, 자가정화성 및 내오염성을 향상시킬 수 있으며, 조성물의 건조 시간을 단축시킬 수 있고, 차열성 및 단열성을 향상시킬 수 있으며, 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 내열성을 향상시킬 수 있고, 작업성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 철로 상에 형성된 단차열층의 일 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 비교예 3에 따른 조성물과 실시예 1에 따른 조성물의 온도 저감 성능을 평가한 결과를 도시한 도면과 표이다.
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 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼, 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼, 무공형 실리콘폴리머 입자, 그리고 중공형 세라믹 입자를 포함한다.
단차열 조성물에서, 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼과 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은 바인더(binder)로서 기능할 수 있다.
방청성 퓨어 아크릴 에멀젼은, 예를 들어, BASF사의 존크릴프로 1522 (Joncryl PRO 1522), 존크릴프로 1525 (Joncryl Pro 1525), 아크로날프로 761 (Acronal Pro 761) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
단차열 조성물이 경화되어 단차열층이 형성되는 경우, 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼은 단차열층의 내후성, 내구성, 내부식성, 내열성을 향상시킬 수 있다.
차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은, 단차열 조성물이 경화되어 단차열층이 형성되었을 때, 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은 단차열층의 차광성, 내후성, 내오염성, 내열성, 난연성을 향상시킬 수 있다.
차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은 불소계 폴리머와 아크릴 수지가 중합된 후 물에 분산되어 형성된다. 불소계 폴리머 대 아크릴 수지의 중량비가 약 3:7 내지 약 7:3의 비율로 중합될 수 있고, 바람직하게는 약 5:5의 중량비로 중합될 수 있다. 불소계 폴리머의 중량비가 3 미만인 경우 내오염성과 내열성이 저하될 수 있고, 아크릴 수지의 중량비가 3 미만인 경우 조성물이 경화되어 단차열층이 형성되었을 때 피도물에 대한 단차열층의 부착성 및 밀착성이 저하될 수 있다.
불소계 폴리머는 비닐리덴 플루오라이드, 비닐 플루오라이드, 트리플루오로에틸렌, 시클로트리플루오로에틸렌(CTFE), 테트라플루오로에틸렌(TFE), 또는 헥사플루오로프로필렌(HFP) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼의 최소 조막 온도(Minimum Film Formation Teamperature, MFFT)는 약 12 ℃ 이하일 수 있고, 이로 인해 단차열 조성물이 비교적 낮은 온도에서도 용이하게 경화되어 단차열층을 형성할 수 있다.
실시예에 따른 단차열 조성물의 중량 전체를 기준으로, 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼은 약 25~35 중량%일 수 있고, 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은 약 3~7 중량%일 수 있다. 이러한 범위 내에서, 단차열층의 근적외선 반사성, 내후성, 내구성, 내열성, 내오염성, 난연성이 더욱 향상될 수 있다.
방청성 퓨어 아크릴 에멀젼 및 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼과 같은 아크릴계 바인더는, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연(Zinc phosphate)과 함께 사용되면, 단차열층(도막, 코팅층) 형성 시 경화과정에서 유기결합력이 다른 계열의 바인더보다 약 20% 이상 강해질 수 있고, 이로 인해 하도나 중도 없이 단차열층의 부착성을 현저하게 향상시킬 수 있고, 금속이나 비철금속과 같은 재질에 대해서도 우수한 부착성을 구현할 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(hydrophobic) 실리콘폴리머를 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 열을 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.
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.
중공형 세라믹 입자는, 예를 들어, 소듐 보로실리케이트(Sodium borosilicate)를 포함할 수 있고, 마이크로 스피어 형태를 가질 수 있으며, 우수한 압축 강도를 나타낸다.
중공형 세라믹 입자의 평균 입경(D2)은 약 1~20 ㎛ 일 수 있다. 중공형 세라믹 입자의 평균 입경이 약 1 ㎛ 미만인 경우, 중공형 세라믹 입자들이 피도물의 제2 면(단차열층이 피도물에 접촉되는 제1 면, 그리고 제1 면의 반대 면인 제2 면(외부에 노출되는 면)을 포함하는 경우) 쪽으로 뜨게 되어(제2 면에 근접한 영역에 집중적으로 위치하게 되어) 무공체에 의한 근적외선의 산란 및 반사가 충분히 발생하지 않아 차열 성능이 저하될 우려가 있다. 반면, 중공형 세라믹 입자의 평균 입경이 약 20 ㎛ 초과인 경우, 중공형 세라믹 입자의 비표면적이 작아지게 되어 복사열의 이동 차단 성능이 저하되고, 이로 인해 단열 성능이 저하될 수 있다.
이때, 무공형 실리콘폴리머 입자들의 진구도가 약 0.8 이상일 수 있고, 이로 인해 복사열로 바뀌는 근적외선이 단차열층(도막)에 침투하기 이전에 거의 산란 및 반사될 수 있고, 이로 인해 차열 성능이 크게 향상될 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자의 평균 입경은 약 1~2 ㎛ 일 수 있고, 중공형 세라믹 입자의 평균 입경은 약 1~20 ㎛ 일 수 있다. 이러한 수치 범위 내에서, 단차열층(도막) 형성 시, 무공형 실리콘폴리머 입자, 중공형 세라믹 입자가 최적의 형태로 입자 배열될 수 있고, 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 복사열이 피도물로 전달되는 것을 매우 효과적으로 억제할 수 있고, 단차열층의 단열 성능이 극대화될 수 있다.
무공형 실리콘폴리머 입자와 중공형 세라믹 입자의 중량비는 약 0.6:1 ~ 1:0.6 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 성능(일사반사율, 근적외선 반사유지율 등)이, 단차열 조성물이 무공형의 실리콘폴리머 입자만을 포함하는 경우의 단열 성능과 차열 성능에 비해 현저하게 우수할 수 있다.
무공형의 실리콘폴리머 입자와 중공형 세라믹 입자를 함께 포함하는 경우, 건조시간(지촉건조시간 및 고화건조시간)이 현저하게 단축될 수 있고, 이로 인해 도장 간격 시간이 약 10분 이상 크게 단축될 수 있다.
또한, 무공형의 실리콘폴리머 입자와 중공형 세라믹 입자가 조합되어 함께 사용되는 경우, 방청성이 크게 향상될 수 있고, 세척성 또한 크게 향상될 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼은 약 25~35 중량%, 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은 약 3~7 중량%, 무공형 실리콘폴리머 입자는 약 11~15 중량%, 중공형 세라믹 입자는 약 4.5~9.5 중량%일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 방청성과 세척성이 더욱 현저하게 향상될 수 있고, 차열 성능 또한 더욱 우수해질 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(방청성 퓨어 아크릴 에멀젼과 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼을 포함)와 동시에 사용되었을 때, 단차열층(도막) 형성 시 경화 과정에서, 각 성분 간의 강력한 유기결합에너지를 통해 매우 우수한 수준의 부착성 및 밀착성을 구현할 수 있고, 내구성, 내후성, 방청성, 자가정화성, 세척성 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 하도층이나 중도층이 불필요하고, 단일의 단차열층 만으로도 충분한 단차열 성능을 구현할 수 있으며, 매우 얇은 두께로도 충분한 단차열 효과를 나타낼 수 있다. 단차열층의 두께는, 예를 들어, 300 ㎛ 이하일 수 있고, 이러한 초박(ultra-thin) 도막(단차열층)으로도 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.
도막 형성 시 경화 과정에서, 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나 및 마이크로 인산 아연이 아크릴계 바인더와 결합하여 유기결합력이 다른 종류(계열)의 바인더들에 비해 약 20% 이상 강해지는 시너지 효과(synergy effect)가 발생하여 전술한 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성, 자가정화성, 세척성이 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 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연은, 통상적인 마이크로파를 이용한 소성로를 이용하여 마이크로파를 조사하여 발열시킴으로써 제조될 수 있다. 마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연은 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 2~6 중량%일 수 있고, 마이크로 소성 알루미나는 약 2~6 중량%일 수 있으며, 마이크로 인산 아연은 약 3~7 중량%일 수 있다. 이러한 조성비 내에서, 우수한 단차열 성능이 발휘되면서도, 단차열층의 부착성, 밀착성, 내구성, 내후성, 방청성, 자가정화성, 세척성이 더욱 향상될 수 있다.
단차열 조성물은, 불소계 계면활성제(Fluoro surfactant), 오르토산 규산나트륨(ortho acid sodium silicate), 또는 불소계 얼룩 방지제(Fluoro stain resistant additive) 중 하나 이상을 더 포함한다.
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 0.3~0.7 중량%로 포함될 수 있다.
오르토산 규산나트륨은 내오염성을 향상시킬 수 있다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 오르토산 규산나트륨은 약 0.8~1.2 중량%일 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 폴리아크릴 에멀젼 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.
단차열 조성물은, 이산화티탄 안료, 징크 피리티온(zinc pyrithion), 티탄산칼륨(위스커)(dipotassium titanate(whisker))은, 지르코-알루미네이트 커플링제(Zirco-aluminate coupling agent), 또는 자외선 안정제 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 8~12 중량%로 포함될 수 있고, 이러한 범위 내에서, 차열 성능이 향상되면서도, 동시에 단차열 조성물의 여러 기능들이 균형 있게 최적화 될 수 있다.
징크 피리티온은 곰팡이를 방지하고, 항균 작용을 하는 구성 성분으로, 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 약 0.1~0.3 중량%로 포함될 수 있다.
티탄산칼륨(위스커)은 강한 내열성을 나타내고, 크랙을 방지하는 효과를 갖는다. 따라서, 단차열 조성물이 금속/합금 피도물 표면에 코팅되는 경우, 금속 물질의 온도가 높아지더라도 단차열층의 열화가 발생하지 않을 수 있고, 단차열층의 신뢰성이 향상될 수 있으며, 단차열층이 벗겨지는 문제를 방지할 수 있다. 예를 들어, 피도물이 철로인 경우, 열차가 지나갈 때, 순간적으로 열이 발생하면서 코팅층(도막)이 벗겨지는 현상을 방지할 수 있다.
단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 티탄산칼륨(위스커)는 약 1~3 중량%로 포함될 수 있다.
무공형의 실리콘폴리머 입자, 중공형 세라믹 입자 및 티탄산칼륨(위스커가)이 조합되어 포함되는 경우, 조성물의 건조시간(지촉건조시간 및 고화건조시간)이 현저하게 단축될 수 있고, 이로 인해 도장 간격 시간이 약 10분 이상 크게 단축될 수 있다. 또한, 무공형의 실리콘폴리머 입자와 중공형 세라믹 입자가 조합되어 함께 사용되는 경우, 방청성이 크게 향상될 수 있고, 세척성 또한 크게 향상될 수 있다.
또한 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 무공형 실리콘폴리머 입자가 약 11~15 중량%, 중공형 세라믹 입자가 약 4.5~9.5 중량%이고, 티탄산칼륨(위스커)가 약 1~3 중량%로 포함되는 경우, 방청성과 세척성이 더욱 현저하게 향상될 수 있고, 차열 성능 또한 더욱 우수해질 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.
자외선 안정제는 자외선으로부터 단차열층을 보호하고 열화를 방지할 수 있다. 자외선 안정제는, 예를 들어, HALS(Hindered Amine Light Stabilizer) 일 수 있고, HALS는 우수한 내후성과 열화 방지 성능을 나타낸다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 자외선 안정제는 약 0.3~0.7 중량%로 포함될 수 있다.
단차열 조성물은, 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 증점제, 부식 억제제(corrosion inhibitor), pH 조절제, 필름 형성제(film forming agent), 방부제, 또는 소포제 중 하나 이상을 더 포함한다.
프로필렌 글리콜은 냉동 안정제로 기능할 수 있다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 프로필렌 글리콜은 약 0.1~0.5 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.
부식 억제제는 고온 다습한 환경에서도 부식을 최소화시킬 수 있고, 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 약 0.8~1.2 중량%로 포함될 수 있다.
pH 조절제는 조성물의 산도를 일정 범위 내로 조절하는 데 사용될 수 있고, 예를 들어, 아미노메틸프로판올(amp) 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, pH 조절제는 약 0.3~0.7 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.
방부제는, 예를 들어, 알킬 디메틸 벤질 암모늄(n-alkyl dimethyl benzyl ammonium)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 방부제는 약 0.1~0.5 중량%로 포함될 수 있다.
단차열 조성물은 물(H2O)을 포함하고, 물은 점도를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 실시예에 따른 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로 물은 약 14~18 중량% 일 수 있고, 이러한 범위 내에서, 조성물이 금속이나 합금 표면에 도포되었을 때, 최적의 부착성 및 밀착성을 구현할 수 있고, 경화 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 철로 상에 형성된 단차열층의 일 단면을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 단차열 조성물이 피도물인 철로(30) 표면에 도포(코팅)된 후 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, 피도물인 철로(30)에 대한 부착성 및 밀착성이 매우 우수하다. 이로 인해 별도의 하도층 또는 중도층이 불필요하고, 단일의 단차열층(40) 만으로도 충분한 단차열 성능을 구현할 수 있으며, 매우 얇은 두께를 구현할 수 있다. 이러한 단차열층(40)의 두께는 약 300 ㎛ 이하일 수 있다.
단차열 조성물이 경화되면서, 비중에 따라, 무공형 실리콘폴리머 입자(10)와 중공형 세라믹 입자(20)의 두께 방향(피도물의 피도면에 수직인 방향)으로의 위치와 밀도가 다를 수 있다.
단차열층(40)이 피도물 표면(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)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(철로(30)와 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, 몰탈, 콘크리트, 목재, 금속/합금 등 피도물의 종류에 무관하게 매우 우수한 부착성 및 밀착성을 나타낼 수 있고, 내오염성, 방청성, 자가정화성, 세척성 등이 매우 우수할 수 있다. 예를 들어, 피도물은 금속이나 합금일 수 있고, 금속이나 합금 표면에 얇은 두께로 도포 및 경화되어, 금속이나 합금을 열로부터 보호하고, 휘거나 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있다. 예를 들어, 피도물은 철로(30)일 수 있고, 하절기 기온 상승하면, 철로 온도가 높아져 늘어나거나 뒤틀리는 현상이 발생할 수 있는데, 실시예에 따른 단차열 조성물이 적용되는 경우, 이러한 현상들을 방지할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 단차열층(40)은 우수한 내오염성, 방청성, 자가정화성, 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(40)은 우수한 내열성을 나타내기 때문에, 열전도율이 높은 금속이나 합금 상에 도포되어 건조되더라도, 우수한 신뢰성 및 내구성을 확보할 수 있다.
또한, 단차열 조성물 및 단차열층(40)은 매우 얇은 두께로 구현이 가능하고, 하도층이나 중도층이 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 단차열층(40)은 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.
이하에서는, 실시예와 비교예들의 비교 실험을 통해 실시예의 효과에 대해서 설명한다. 다만, 본 발명은 하기 실시예에 제한되지 않는다.
실시예 1
전술한 대한민국 등록특허 제10-2283877호에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성 및 조성비는 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 1
전술한 대한민국 등록특허 제10-2283891호에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성 및 조성비는 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 2
전술한 대한민국 등록특허 제10-2283877호에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성 및 조성비는 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 3
전술한 대한민국 등록특허 제10-2311501호 에 따른 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성 및 조성비는 하기 표 1에 기재하였다.
Figure PCTKR2022013092-appb-img-000002
실험예 1
실시예 1, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3에 대하여 아래 표 2의 특성들을 측정하였다.
Figure PCTKR2022013092-appb-img-000003
표 2를 참조하면, 지촉건조시간 및 고화건조시간 모두에 있어서, 실시예 1에 따른 조성물의 건조시간이 비교예 1 내지 3에 따른 조성물의 건조시간에 비해 짧은 것을 확인할 수 있다. 또한, 짧은 건조시간으로 인해 도장간격 시간이 10분 이상 단축될 수 있다.
일사반사율을 검토하면, 실시예 1에 따른 조성물의 일사반사율이 가장 높은 것을 볼 수 있다.
방청성과 관련하여, 실시예 1에 따른 조성물의 방청성이 비교예 1 내지 3에 비해 크게 우수한 것으로 나타났다.
근적외선 반사유지율 실험에서도, 실시예 1에 따른 조성물의 성능이 비교예들에 비해 우수한 것으로 확인되었다.
또한, 세척성과 관련해서도, 실시예 1에 따른 조성물의 세척성이 비교예들에 비하여 현저하게 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
실시예 1과 비교예 3에 대한 온도 저감 평가를 실시하였고, 그 결과를 도 2에 도시하였다. 여기서, CH1~CH4가 비교예 3에 해당하고, CH5 및 CH8이 실시예 1에 해당한다. CH1 및 CH5에서의 온도가 외부 온도로 볼 수 있고, CH1과 CH2 사이에 비교예 3에 따른 조성물을 도포하여 경화시켰고, 그리고 CH5와 CH6 사이에 조성물을 도포하여 경화시켰다.
도 2를 참조하면, 실시예 1의 CH6, CH7 및 CH8 영역에서의 온도 각각이, 이에 대응되는 비교예 3에서의 CH2, CH3 및 CH4 영역에서의 온도보다 낮은 것으로 나타났고, 실시예 1에 따른 조성물이 경화된 단차열층의 차열 성능이 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
비교예 4
하기 표 3의 비교예 4의 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
비교예 5
하기 표 3의 비교예 5의 조성과 조성비를 갖는 조성물을 교반하여 단차열 조성물을 제조하였다.
실시예 1과, 비교예 4와, 비교예 5의 조성비는 티탄산칼륨(위스커), 소수성 실리콘폴리머 마이크로스피어 및 소듐 보로실리케이트 할로우 마이크로스피어에서 차이가 있다.
Figure PCTKR2022013092-appb-img-000004
실험예 3
실시예 1, 비교예 4 및 비교예 5에 대하여 아래 표 4의 특성들을 측정하였다.
Figure PCTKR2022013092-appb-img-000005
표 4를 참조하면, 실시예 1의 일사반사율이 비교예 4 및 5의 일사반사율보다 높고, 실시예 1의 근적외선 반사유지율이 비교예 4 및 5의 근적외선 반사유지율보다 높은 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1의 세척성이 비교예 4 및 5의 세척성에 비해 현저하게 우수한 것을 확인할 수 있다.
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.
[부호의 설명]
10: 무공형 실리콘폴리머 입자 20: 중공형 세라믹 입자
10a: 차열부 20a: 단열부
30: 철로 40: 단차열층(도막)

Claims (16)

  1. 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼,
    차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼,
    1~2 ㎛의 평균 입경을 갖는 무공형 실리콘폴리머 입자, 그리고
    1~20 ㎛의 평균 입경을 갖는 중공형 세라믹 입자
    를 포함하는
    철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무공형 실리콘폴리머 입자는 소수성 실리콘폴리머를 포함하고, 상기 중공형 세라믹 입자는 소듐 보로실리케이트(Sodium borosilicate)를 포함하는 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 방청성 퓨어 아크릴 에멀젼은 25~35 중량%이고, 상기 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은 3~7 중량%이며, 상기 무공형 실리콘폴리머 입자는 11~15 중량%이고, 상기 중공형 세라믹 입자는 4.5~9.5 중량%인 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무공형 실리콘폴리머 입자의 열전도도는 0.15 W/m·K 보다 작고, 연화점이 1000 ℃보다 높은 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차광성 불소 아크릴 공중합 에멀젼은, 불소계 폴리머와 아크릴 수지가 중합된 후 물에 분산되어 생성되고, 상기 불소계 폴리머 대 상기 아크릴 수지가 3:7 ~ 7:3의 중량% 비율로 중합되며,
    상기 불소계 폴리머는 비닐리덴 플루오라이드, 비닐 플루오라이드, 트리플루오로에틸렌, 시클로트리플루오로에틸렌(CTFE), 테트라플루오로에틸렌(TFE), 또는 헥사플루오로프로필렌(HFP) 중 하나 이상을 포함하는 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    마이크로 소성 실리카, 마이크로 소성 알루미나, 그리고 마이크로 인산 아연(Zinc phosphate)을 더 포함하는 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 마이크로 소성 실리카는 2~6 중량%이고, 상기 마이크로 소성 알루미나는 2~6 중량%이며, 상기 마이크로 인산 아연은 3~7 중량%인 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    불소계 계면활성제(Fluoro surfactant), 오르토산 규산나트륨(ortho acid sodium silicate), 또는 불소계 얼룩 방지제(Fluoro stain resistant additive) 중 하나 이상을 더 포함하는 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단차열 조성물이 상기 불소계 계면활성제, 상기 오르토산 규산나트륨 및 상기 불소계 얼룩 방지제를 모두 포함하고,
    상기 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 불소계 계면활성제는 0.3~0.7 중량%이고, 상기 오르토산 규산나트륨은 0.8~1.2 중량%이며, 상기 불소계 얼룩 방지제는 1~3 중량%인 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    이산화티탄 안료, 징크 피리티온(zinc pyrithion), 티탄산칼륨(위스커), 지르코-알루미네이트 커플링제(Zirco-aluminate coupling agent), 또는 자외선 안정제 중 하나 이상을 더 포함하는 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단차열 조성물이 상기 이산화티탄 안료, 상기 징크 피리티온, 상기 티탄산칼륨(위스커), 상기 지르코-알루미네이트 커플링제 및 상기 자외선 안정제를 모두 포함하고,
    상기 단차열 조성물 전체 중량을 기준으로, 상기 이산화티탄 안료는 8~12 중량%이고, 상기 징크 피리티온은 0.1~0.3 중량%이며, 상기 티탄산칼륨(위스커)은 1~3 중량%이고, 상기 지르코-알루미네이트 커플링제는 0.3~0.7 중량%이며, 상기 자외선 안정제는 0.3~0.7 중량%인 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    프로필렌 글리콜(propylene glycol), 증점제, 부식 억제제(corrosion inhibitor), pH 조절제, 필름 형성제(film forming agent), 방부제, 또는 소포제 중 하나 이상을 더 포함하는 철로 온도 저감용 단차열 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 단차열 조성물이 경화되어 형성된 철로 온도 저감용 단차열층.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단차열층의 두께가 300 ㎛ 이하인 철로 온도 저감용 단차열층.
  15. 제13항에 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 중공형 세라믹 입자의 개수가 적어지는 철로 온도 저감용 단차열층.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 단차열층은 단일층이고, 상기 단차열층이 접촉되는 피도물이 금속 또는 합금인 철로 온도 저감용 단차열층.
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