KR101615713B1 - 친환경 무기질계 코팅제 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

친환경 무기질계 코팅제 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로, 가수분해 실란화합물 5 내지 30중량부; 수분산 폴리우레탄 분산제 50 내지 150중량부; 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 30중량부; 및 용제 5 내지 120중량부를 포함하는 무기질계 코팅제 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 유해물질을 배출하지 않는 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 내부식성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

친환경 무기질계 코팅제 조성물 및 이의 제조방법{Eco-Friendly Inorganic Coating Composition and Preparation Methods Thereof}
본 발명은 무기질계 코팅제 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내크랙성, 내수성, 내오염성, 내마모성, 내부착성, 방수성, 내스크래취성, 내한성, 내식성, 내화학성 및/또는 내구성 등을 향상시키는 친환경 무기질계 코팅제 조성물, 특정적으로 유무기 하이브리드 타입의 친환경 기능성 무기질계 코팅제 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
코팅액 조성물은 오래전부터 개발되어 여러 용도로 다양한 조성으로 개발되어 오고 있다.
여기서, 상기 코팅액 조성물은 일반적으로 도료(페인트)로 호칭되며, 그 용도는 다양한 대상면, 예를 들면 금속, 타일, 목재 또는 콘크리트 등으로 이루어진 제품의 대상표면에 도포되어 부착됨으로써, 부착면이 외부 환경, 예를 들면 오염물질, 물리적/화학적 충격으로부터 보호받을 수 있도록 한다.
특히, 수성도료는 종래 비닐수지 에멀젼이나 아크릴수지 에멀젼과 같은 합성수지를 주성분으로 하는 코팅액 조성물을 시멘트 건축물에 도장하였으나 도막이 쉽게 탈리되거나 퇴색되어 수명이 짧다는 문제점이 있다.
한편, 합성수지로 된 도료는 도장 후 도료에 함유된 각종 휘발성 성분이 장시간 발산되어 주위 공기를 오염시킴으로 환경친화적이지 못하다는 단점이 있다.
더욱이, 휘발물질에 대한 환경규제가 심화되고 있는 상황에서, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 고도의 기능적 도료 또는 자연친화적인 도료의 개발이 요구되고 있다.
특히, 최근 생활의 질이 향상되면서 환경에 대한 관심이 증가되고, 또한 실내공기의 청정성에 대한 개념이 부각됨과 동시에 각종 실내 마감재에서 발생되는 인체 유해물질에 의해 인체 유해성이 입증되면서 "Sick House 증후군"이 사회문제화가 되는 문제를 해결하기 위하여 각종 마감재로서의 환경 친화적이며 인체에 무해한 코팅액 조성물 제품이 요구되고 있다.
실내에서 사용되는 대부분의 건축자재는 유해화학 물질을 포함하고 있다. 특히, 대량생산 및 비용적인 측면에서 화학물질을 포함하는 건축자재의 사용이 늘어나면서, 실내공기질의 환경은 더욱 나빠지고 있는 상태이다.
또한, 코팅용으로 사용되는 콘크리트나 몰탈의 경우, 피도막층에 대한 피복을 건식법과 습식법으로 분류할 수 있는데, 건식법은 피도막층인 콘크리트나 몰탈의 표면에 용제타입의 우레탄계, 에폭시계 고무아스팔트 등을 도포하거나, 시트를 중첩하여 접착시키는 방법으로서 가공성이 좋고 접착성, 산소투과 저항성, 차염성 및 유연성이 우수하다는 장점이 있으나 피도막층의 청소상태, 평활도, 건조상태 등이 불량하면 시공 후 표면과의 접착이 불량하여 들뜸, 박리현상이 발생하고 도막을 형성하는 유기물이 자외선에 의해 변질되기 쉽고, 수분흡수에 의한 열화가 일어나는 등 내구성이 떨어지며, 내열성이 낮다.
더욱이, 상기 콘크리트나 몰탈을 옥외에 시공하는 경우에는 쉽게 산성비에 의한 중화, 부식 및/또는 노화되는 문제점도 발생한다.
한편, 근래에 들어, 건축자재의 경향은 인간 친화적이며, 새로운 기능을 보유하여 다기능성을 나타내며, 그 효능을 극대화할 수 있는 재료를 요구하고 있다.
특히, 건축용 코팅제 조성물의 경우 건축물의 현대화와 인간친화적인 요소에 맞추어 그 색상, 냄새, 인체 유익성(향균, 탈취, 원적외선, 음이온 등) 등에서 새로운 물성을 요구하는 추세이다.
즉, 종래 코팅제 조성물은 건축물 외벽보호기능과 외관 치장의 기능뿐만이 아니라 냄새가 없고, 환경 친화적이며 인체에 유익한 기능을 하는 다기능성이 요구되고 있다.
특히, 국내 도료산업은 국내 휘발성 유기화합물 (VOCs) 총배출량의 50％에 달하는 막대한 환경오염 부하량을 차지하고 있는 대표적인 공해산업 중의 하나이다.
이에, 전술한 문제점을 극복하기 위하여, 대한민국 특허공개 제2012-0021967호에는 새집증후군이 저감되고, 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 수성의 석회 도료 조성물이 개시되어 있고, 대한민국 특허등록 제10-0662510호에는 프리폴리머 수분산체에 물을 첨가한 후, 감압증류법을 이용하여 휘발성 유기화합물 함량을 5g/L 이하로 조절하는 단계를 포함하는 수계 우레탄 바인더를 이용한 도료 조성물이 개시되어 있다.
한편, 무기성분을 이용하는 도료로서 알칼리 실리케이트는 용해성 있는 규산염으로서 친수성이 강한 알칼리 금속에 의해 점결력과 분산력이 우수한 코팅제로 알려져 있지만, 이는 내수성이 필요한 분야에는 그 적용이 제한적일 수밖에 없다.
이에, 상기 무기성분을 이용한 도료의 내수성을 향상시키기 위해서 실리케이트의 몰비를 높여 도료 조성물을 제조할 수 있으나, 용액 안정성을 만족 시킬 수 없어 겔화되는 현상이 발생한다.
또한, 알콕시실란을 점착증진제로 첨가시키는 경우 내수성이 크게 향상되는 장점이 있어 다양한 방식으로 이용하고자 하고 있으나, 경화성이 낮다는 문제점이 있다.
이에, 실란과 실리케이트를 사용한 콘크리트 침투성 표면 보호재의 자기 세정 및 내구성능에 대한 연구가 있으나, 내수성부분과 자기세정성의 효과를 지속하기 위한 추가연구의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
이에 따라, 콘크리트 구조물, 유리등에 용이하게 침투, 도포되고, 대기의 산성화 및 이산화탄소 오염이 의하여 중성화되는 콘크리트 구조물을 효과적으로 보호하며, 금속물질의 부식방지 및 목재 등의 방부효과를 증진시킬 수 있고, 단열 및 열차단 필름을 대체 증진시킬 수 있는 경제적이고 친환경적인 무기질계 코팅제가 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 극복하기 위해 창출된 것으로서, 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리/화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 내크랙성, 내수성, 내오염성, 내마모성, 내부착성, 방수성, 내스크래취성, 내한성, 내식성, 내화학성 및/또는 내구성 등을 향상시킬 수 있도록 하는 무기질계 코팅제 조성물, 특정적으로 친환경 기능성 무기질계 코팅제 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은
실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로,
가수분해 실란화합물 5 내지 30중량부; 수분산 폴리우레탄 분산제 50 내지 150중량부; 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 30중량부; 및 용제 5 내지 120중량부를 포함하는 무기질계 코팅제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 실리케이트 100중량부를 기준으로, 상기 실리케이트에 실란 0.1 내지 2중량부를 95 내지 110℃의 온도범위에서 희석하여 200 내지 400rpm의 속도로 1 내지 2시간 동안 교반하는 실란변성실리케이트 합성물 형성단계;
실란 100중량부를 기준으로, 실란에 염산, 황산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 촉매 0.01 내지 3중량부 및 물 70 내지 120중량부를 혼합한 뒤 80 내지 90℃의 온도범위에서 1 내지 4시간 동안 200 내지 400rpm으로 교반하여 가수분해 실란화합물을 형성하는 실란화합물 형성단계;
65 내지 110℃의 온도범위에서 상기 실란변성실리케이트 합성물 형성단계에 따라 제조된 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로, 실란화합물 형성단계에 따라 제조된 가수분해 실란화합물 5 내지 30중량부; 수분산 폴리우레탄 분산제 50 내지 150중량부; 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 30중량부; 및 용제 5 내지 120중량부를 혼합한 뒤 200 내지 400rpm으로 2 내지 3시간 동안 교반하는 것을 포함하는 무기질계 코팅제 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 유해물질을 배출하지 않아 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 내부식성 등을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 변성실리케이트 화합물과 변성실란 화합물 가수분해 생성은 실라놀 (si-OH)결합이 효율적으로 형성되고, 상용성과 분산이 잘 되는 효과가 있으며, 수분산 폴리우레탄의 미흡한 열적안정성 및 기계적 물성을 우수한 열적 안정성 및 기계적 물성을 보이는 친환경 기능성 무기질계 수지를 도입하여 유기도료 보다 자외선이나 수분흡수에 대한 저항성이 우수하며, 피도착면과의 들뜸 현상도 적고, 콘크리트에 도포되는 경우에도 동질의 무기성 소재를 사용하므로, 수밀성 증가로 인한 내구성, 부착성, 내한성, 내오염성, 내수성, 내마모성, 내스크래취성 등이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 코팅 표면의 유기물질과는 접착성이 낮아 오염방지가 용이하고, 조성물내의 산화규소의 함량이 높아 도막의 경도를 증가시키고 수분산 유기수지와의 상용성이 향상되는 효과가 있을 뿐만 아니라, 내수성 및 용액안전성(저장성)이 우수하여 물에 자주 노출되는 표면에도 제약 없이 사용하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
한 가지 관점에서, 본 발명은 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로, 가수분해 실란화합물 5 내지 30중량부; 수분산 폴리우레탄 분산제 50 내지 150중량부; 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 30중량부; 및 용제 5 내지 120중량부를 포함하는 무기질계 코팅제 조성물을 제공한다.
다른 관점에서, 본 발명은 실리케이트 100중량부를 기준으로, 상기 실리케이트에 실란 0.1 내지 2중량부를 95 내지 110℃의 온도범위에서 희석하여 200 내지 400rpm의 속도로 1 내지 2시간 동안 교반하는 실란변성실리케이트 합성물 형성단계; 실란 100중량부를 기준으로, 실란에 염산, 황산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 촉매 0.01 내지 3중량부 및 물 70 내지 120중량부를 혼합한 뒤 80 내지 90℃의 온도범위에서 1 내지 4시간 동안 200 내지 400rpm으로 교반하여 가수분해 실란화합물을 형성하는 실란화합물 형성단계; 65 내지 110℃의 온도범위에서 상기 실란변성실리케이트 합성물 형성단계에 따라 제조된 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로, 실란화합물 형성단계에 따라 제조된 가수분해 실란화합물 5 내지 30중량부; 수분산 폴리우레탄 분산제 50 내지 150중량부; 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 30중량부; 및 용제 5 내지 120중량부를 혼합한 뒤 200 내지 400rpm으로 2 내지 3시간 동안 교반하는 것을 포함하는 무기질계 코팅제 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 도막을 형성하고자 하는 대상표면, 예를 들면 유리, 금속, 타일, 목재 또는 콘크리트 등으로 이루어진 제품의 표면에 코팅되어 도막을 형성시켜 그 표면을 보호하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 코팅제 조성물이라면 특별히 한정되지 않는다.
특히, 본 발명에 따른 코팅제 조성물, 특정적으로 무기질계 코팅제 조성물은 콘크리트 중성화 방지와 콘크리트 수밀성 증가로 인한 표면강화, 내구성, 부착력, 내오염성 및 난연성 등이 우수한 도막을 형성시킬 수 있으므로, 유리, 주차장, 공장바닥, 건축물 내외벽 및/또는 건축물 옥상 등에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 강판용 프라이머 등에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 실란변성실리케이트 합성물은 코팅제 조성물을 이용하여 형성된 도막의 내크랙성, 내수성, 내오염성, 내마모성 및/또는 내부착성 등을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 실란변성실리케이트 합성물이라면 특별히 한정되지 않는다.
특히, 상기 실란변성실리케이트 합성물은 가교역할을 하면서 유기무기 중합 반응성을 형성함으로써 유리, 금속 및/또는 콘크리트 등의 규산 기질에 대한 코팅제의 점착성을 강화시킬 수 있도록 한다.
상기 실란변성실리케이트 합성물은 실리케이트와 실란을 혼합하여 제조할 수 있다.
바람직한 실리케이트는 당업계에서 통상적인 실리케이트라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 보다 바람직하게는 알칼리 실리케이트, 특히 바람직하게는 리튬실리케이트, 순수포타슘실리케이트, 전처리된 포타슘실리케이트, 합성실리케이트(리튬, 소디윰, 포타슘), 콜로이드실리카 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직한 실란은 당업계에서 통상적으로 사용되는 실란이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 아미노실란, 비닐실란, 에폭시 실란, 메타크릴실란, 유황, 알킬실란, 페닐실란, 클로로실란 중 비닐트리클로로실란, 노르말헥실트리에톡시실란, 아미노에칠아미노프로필실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐벤질아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 메틸디메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 테트라에톡시실란(TEOS), 3글리시독시프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 실리케이트 및 실란을 서로 혼합하여 실란변성실리케이트 합성물을 제조하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 실리케이트 100중량부를 기준으로, 실리케이트에 실란 0.1 내지 2중량부를 95 내지 110℃의 온도범위에서 희석하여 200 내지 400rpm의 속도로 1 내지 2시간 동안 교반하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 코팅제 조성물, 특정적으로 무기질계 코팅제 조성물의 실란변성실리케이트 합성물 외 나머지 성분들의 함량은 실란변성실리케이트 100중량부를 기준으로 한다.
본 발명에 따른 가수분해 실란화합물은 무기질계 코팅제 조성물을 구성하는 유-무기 물질이 서로 용이하게 결합되도록 하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 가수분해 실란화합물이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
특히, 본 발명에 따른 가수분해 실란화합물은 후술하는 수분산 폴리우레탄 분산제의 미흡한 열적안정성 및 기계적 물성을 향상시키기 위한 것이다.
바람직한 가수분해 실란화합물의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 추천하기로는 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로 5 내지 30중량부인 것이 좋다.
한편, 상기 가수분해 실란화합물은 별도로 실란에 산촉매, 예를 들면 염산 및/또는 황산 촉매하에 교반하여 제조할 수도 있지만, 실란변성실리케이트 합성물을 제조하는 단계에서 실란, 예를 들면 아미노실란, 비닐실란, 에폭시 실란, 메타크릴실란, 유황, 알킬실란, 페닐실란, 클로로실란 중 비닐트리클로로실란, 노르말헥실트리에톡시실란, 아미노에칠아미노프로필실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐벤질아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 메틸디메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 테트라에톡시실란(TEOS), 3글리시독시프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물로 이루어진 실란을 선택적으로 과량 사용한 후 실란변성실리케이트 합성물로 제조되지 않고 잔존하는 실란에 촉매, 특정적으로 산촉매, 예를 들면 황산 및/또는 염산을 부가하여 제조할 수도 있다.
이때, 상기 실란변성실리케이트의 제조 후 산촉매를 첨가하여 가수분해 실란화합물을 제조하는 경우, 상기 가수분해 실란화합물이 실란변성실리케이트 합성물 100중량부 기준으로 5 내지 30중량부가 혼합되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 실란변성실리케이트와 가수분해 실란화합물을 포함하여, 내크랙성, 내화학성 등을 증가시키고, 열적안정성 및 기계적 물성을 향상시키게 된다.
본 발명에 따른 수분산 폴리우레탄 분산제는 무기질계 코팅제 조성물에 포함되어, 친환경적이면서도 부착성(G/L, GI, EGL 등), 방수성, 내스크래취성, 내수성, 내한성, 내식성 및/또는 내화학성 등을 증가시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 수분산 폴리우레탄 분산제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 그 사용량은 사용자의 선택에 따라 변경 가능하지만, 바람직하게는 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로 50 내지 150중량부인 것이 좋다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 수분산 폴리우레탄 분산제는 프리폴리머, IPDI(isophorone diisocyante), MDI(methyl diisocyanate), polyol(polytetramethyleneglycol, polyhexamethylene adipate). DMPA(dimethylolpropionicacid), DMS(dimethylol sulfate) 또는 이들의 혼합물을 출발물질로 하여 NCO- 말단기를 갖는 프리폴리머를 제조한 뒤 촉매제, 예를 들면 DBTL 또는 DBTDL(dibutyltin dilaurate)와 중화제, 예를 들면 TEA(triethyl amine)와 사슬연장제 EDA(ethyl diamine)를 사용하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 아크릴 에멀젼 수지는 강고한 밀착성, 코팅 도막의 내수성, 투수성, 산소투과성, 이온투과성, 전기절연성, 내약품성, 기계적 특성(탄성, 유리전이온도, 응력완화) 등을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 아크릴 에멀젼 수지라면 특별히 한정되지 않는다.
바람직한 아크릴 에멀젼 수지로는 모노머(2-에틸헥실아크릴레이트, 2- 하이드로에틸메타아크릴레이트, AN(acrylonitrile), 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate), 메타크릴산/메틸메타아크릴레이트(methacrylic acid, methylmethacrylate), SM(styrene monomer), 디아세톤 아크릴아미드(Diacetone acrylamide), 이소부틸메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트, 2-하이드로에틸아크릴레이트, 2-하이드로프로필아크릴레이트 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
상기 아크릴 에멀젼 수지의 사용량은 사용자의 선택에 따라 변경 가능하지만, 바람직하게는 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로 10 내지 30중량부인 것이 좋다.
본 발명에 따른 용제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 용제라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 물을 사용하는 것이 좋고, 그 사용량은 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로 5 내지 120중량부인 것이 좋다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 친환경 무기질계 코팅제 조성물은 무기질계 코팅제 조성물 전체 중량부를 기준으로 1 내지 10중량부의 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 계면활성제는 당업계의 통상적인 계면활성제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직한 계면활성제는 이온성계면활성제(음이온, 양이온, 양성) 비이온성계면활성제를 사용하고, 음이온계면활성제로서 술폰 에스테르(Sulfuric ester), 술폰산(sulfonic acid), 포스포릭 에스테르(phosphoric ester); 양이온계면활성제로서 2차 아민염(Secondary amine salt), 3차 아민염(tertiary amine salt); 양이온성계면활성제로서 아미노산 타입(amino acid type), 베타인 타입(betaine type); 비이온성계면활성제로서 폴리에틸렌글리콜 타입(polyethyleneglycol type), 폴리하이드록시알코올 타입(polyhydroxyalcohol type) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 친환경 무기질계 코팅제 조성물은 무기질계 코팅제 조성물 전체 중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부의 촉매제를 더 포함할 수 있다.
바람직한 촉매제로는 Aps(Ammonium persulfate), SPA(sodium persulfate), KPS(potassium persulfate), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 코팅제 조성물에 난연성을 제공하기 위하여 무기질계 코팅제 조성물 100중량부를 기준으로 3 내지 15중량부의 난연제를 더 포함할 수 있다.
상기 난연제는 난연성을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 사용되는 난연제, 특정적으로 난연제 혼합물이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 금속수산화물; 인계 난연제; 암모늄 피로인산; 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
이때, 상기 난연제의 사용량이 3중량부 이하인 경우 무기질계 코팅제 조성물의 난연성이 원하는 수준에 만족할 수 없고, 사용량이 15중량부 이상인 경우 제조되는 무기질계 코팅제 조성물의 경도가 증가하여 쉽게 파손될 수 있다.
여기서, 상기 난연제, 특정적으로 난연제 혼합물에 사용되는 금속수산화물, 예를 들면 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 수산화마그네슘, 특정적으로 스테아린산, 비닐 실란, 지방산, 인산 또는 이들의 혼합물로 표면처리, 특정적으로 코팅되어 표면처리된 수산화마그네슘을 사용하는 것이 좋다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연제 혼합물은 적은 양의 난연제를 사용하여도 무기질계 코팅제 조성물이 요구하는 난연성을 충족시키기 위해 암모늄 피로인산, 특정적으로는 액상 암모늄 피로인산을 난연 보조제로서 함께 사용할 수 있다.
이때, 상기 난연 보조제는 인계 난연제 및/또는 표면처리된 수산화마그네슘과 함께 사용할 경우 하나의 난연제만을 단독으로 사용하였을 경우 보다 난연효과를 상승시켜 적은 양의 난연제로 충분한 난연효과를 나타낼 수 있도록 한다.
그러나 상기 액상 암모늄 피로인산은 그 자체적으로 난연효과가 없는 것은 아니다.
특히, 본 발명에 따른 난연제 혼합물에 사용되는 인계 난연제의 경우, 난연효과는 우수하지만 무기질계 코팅제 조성물에 적용되어 최종적인 제품을 제조하면 제품의 표면에서 백화현상이 발생함으로써 제품의 질을 감소시키게 되는바, 이러한 문제점을 극복하기 위해 적은 양의 인계 난연제를 사용하는 것이 바람직하다.
이에, 본 발명에서는 적은 양의 인계 난연제의 사용에도 불구하고, 원하는 난연성을 확보하기 위해 상기 암모늄 피로인산을 난연 보조제와 같이 사용할 수 있는바, 상기 암모늄 피로인산은 이를 구성하는 피로인산의 인에 의해 백화현상이 발생하는 것을 방지하기 위해 분말 보다는 액상으로 사용하는 것이 좋다.
특히, 상기 액상 암모늄 피로인산은 친수형 억제제가 포함되어 무기질계 코팅제 조성물을 이용하여 제조된 제품의 백화현상의 발생을 방지할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 나노세라믹 입자를 더 포함할 수 있다.
바람직한 나노세라믹 입자는 실리콘카바이드, 알루미나, 실리카, 지르코니아-실리카, ZnO, TiO2 및/또는 CaCO3가 포함된다.
이들 세라믹입자는 평균 입경이 나노 범위인 것이 바람직한데, 구체적으로 상기 실리콘카바이드의 평균 입경은 300 내지 500nm, 상기 알루미나의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 실리카의 평균 입경은 700 내지 1500nm, 상기 지르코니아-실리카의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 ZnO의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 TiO2의 평균 입경은 100 내지 300nm, 그리고 CaCO3의 평균 입경은 500 내지 1000nm인 것이 바람직하다.
이 중에서도 실리콘카바이드는 천연광물로 존재하지 않으므로 인공적으로 합성하며, 고온에서의 화학적 안정성 및 내식성이 뛰어나고 높은 경도를 갖는다.
이러한 실리콘카바이드와 알루미나 초미립자 분말이 건조 중에 도막형성이 종료된 표면으로 부상하여 치밀하고 경도가 높은 도막을 형성하기 때문에, 수증기와 기타 기체, 액체의 투과를 방지함은 물론, 내습성, 내구성, 내후성, 내충격성, 내약품성이 뛰어나고 도장면은 빛을 반사하여 자외선으로부터 도막을 보호하게 된다.
또한, 실리콘카바이드와 알루미나의 뛰어난 열적 안정성으로 인하여 피착물의 온도상승을 방지함으로써 콘크리트의 수축, 팽창을 감소시키며 수지의 중성화/염화를 방지하여 도장의 내구성을 장기간 유지시킨다.
상기 나노세라믹 입자의 사용량은 사용자의 선택에 따라 변경 가능 하지만, 추천하기로는 무기질계 코팅제 조성물 100중량부 기준으로 5 내지 20중량부인 것이 바람직하다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 자외선 안정제 및/또는 자외선 차단제를 더 포함할 수 있다.
상기 자외선 안정제는 코팅층이 외부에 노출될 경우, 자외선에 의해 불안정하게 되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 자외선 안정제라면 특별히 한정되지 않고, 그 사용량은 무기질계 코팅제 조성물 100중량부 기준으로 0.5 내지 2중량부를 사용하는 것을 추천한다.
또한, 본 발명에 따른 자외선 차단제는 외부의 자외선으로부터 도막을 보호함으로써, 자외선 차단성을 제공하는 동시에 도막의 변색 및 들뜸 현상을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 자외선 안정제라면 특별히 한정되지 않고, 그 사용량은 무기질계 코팅제 조성물 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부를 사용하는 것을 추천한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물은 코팅층을 형성하고자 하는 대상면으로부터 쉽게 박리되는 것을 방지하기 위해 박리방지제를 더 포함할 수 있다.
바람직한 박리방지제는 폴리인산계, 아민계, 또는 인산 에스테르계 박리방지제를 사용하는 것이 좋다.
특정적으로, 상기 박리방지제는 액상형으로 비중이 1.0 이상이고 60℃ 점도가 110 cPs인 폴리인산계 박리방지제; 산가가 10 ㎎KOH/g 이하이고, 총 아민가가 140 내지 400㎎HCl/g인 아민계 박리방지제일 수 있다.
바람직한 박리방지제의 사용량은 무기질계 코팅제 조성물 100중량부를 기준으로 10 내지 30중량부인 것을 추천한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물, 특정적으로 친환경 무기질계 코팅제 조성물의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 실리케이트 100중량부를 기준으로, 상기 실리케이트에 실란 0.1 내지 2중량부를 65 내지 110℃의 온도범위에서 희석하여 200 내지 400rpm의 속도로 1 내지 2시간 동안 교반하는 실란변성실리케이트 합성물 형성단계;
실란 100중량부를 기준으로, 실란에 염산, 황산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 촉매 0.01 내지 3중량부 및 물 70 내지 120중량부를 혼합한 뒤 80 내지 90℃의 온도범위에서 1 내지 4시간 동안 200 내지 400rpm으로 교반하여 가수분해 실란화합물을 형성하는 실란화합물 형성단계;
65 내지 110℃의 온도범위에서 상기 실란변성실리케이트 합성물 형성단계에 따라 제조된 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로, 실란화합물 형성단계에 따라 제조된 가수분해 실란화합물 5 내지 30중량부; 수분산 폴리우레탄 분산제 50 내지 150중량부; 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 30중량부; 및 용제 5 내지 120중량부를 혼합한 뒤 200 내지 400rpm으로 2 내지 3시간 동안 교반하는 것을 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 무기질계 코팅제 조성물, 특정적으로 친환경 무기질계 코팅제 조성물의 제조방법은 필요에 따라 실란변성실리케이트 합성물 형성단계 시 혼합된 실리케이트 및 실란 혼합물에 촉매, 특정적으로 산촉매, 예를 들면 황산 및/또는 염산 촉매를 부가하는 실란화합물 형성단계를 연속으로 수행할 수도 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
먼저, 알칼리 실리케이트 100g, 및 비닐트릴메톡시실란 1g을 혼합 한 뒤 97℃이상의 온도에서 300rpm의 속도로 1.5시간 동안 교반하는 실란변성실리케이트 합성물 형성하였다.
그 다음, 에폭시실란 100g에 염산1g를 물 100g에 혼합한 후 에폭시 실란에 부가하여 85℃의 온도에서 3시간 동안 약 300rpm으로 교반하여 가수분해 실란화합물을 형성하였다.
그 다음, 70℃의 온도로 유지하면서 상기 실란변성실리케이트 합성물 100g, 가수분해 실란화합물 20g, 수분산 폴리우레탄 분산제 150g, 아크릴 에멀젼 수지 15g 및 물 100g을 혼합하여 무기질계 코팅제 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
먼저, 알칼리 실리케이트 100g, 및 비닐트릴메톡시실란 1g을 혼합 한 뒤 97℃이상의 온도에서 300rpm의 속도로 1.5시간 동안 교반하는 실란변성실리케이트 합성물 형성하였다.
그 다음, 에폭시실란 100g에 염산1g 및 물 100g을 혼합한 뒤 에폭시실란에 부가혼합하여 85℃의 온도범위에서 3시간 동안 약 300rpm으로 교반하여 가수분해 실란화합물을 형성하였다.
그 다음, 70℃의 온도로 유지하면서 상기 실란변성실리케이트 합성물 100g, 가수분해 실란화합물 20g, 수분산 폴리우레탄 분산제 150g, 아크릴 에멀젼 수지 15g, 아민염으로 이루어진 계면활성제 20g 및 물 100g을 혼합하여 무기질계 코팅제 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 수분산 폴리우레탄 분산제 150g을 제외하여 실시하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 아크릴 에멀젼 수지 15g를 제외하여 실시하였다.
[실 험]
실시예 및 비교예에 따라 제조된 코팅제 조성물을 이용하여 0.2평방미터의 콘크리트 표면상에 약 10마이크로미터 두께의 도막을 형성한 후 표준상태에서의 안정도, 표면경도, 방수성, 소성변화, 부착성 및 박리성 등을 측정하여 표 1로 나타냈다.

안정도(kg/f)
표면경도
방수성(%)
소성변화(변형량,mm)
부착성
박리성

실시예 1
1043
이상무
97
0.010543
좋음
미박리

실시예 2
1136
이상무
98
0.010459
좋음
미박리

비교예 1
979
약함
82
0.972334
중간
약간박리

비교예 2
981
약함
83
0.882243
나쁨
약간박리
표 1에 나타낸 바와 같이, 무기질계 코팅제 조성물을 사용한 실시예 1 및 실시예 2는 소성변화가 적고, 방수성 및 부착성 등이 좋을 뿐만 아니라, 표면으로부터 쉽게 박리되지 않는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로,
    가수분해 실란화합물 5 내지 30중량부; 수분산 폴리우레탄 분산제 50 내지 150중량부; 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 30중량부; 및 용제 5 내지 120중량부를 포함하는 무기질계 코팅제 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기질계 코팅제 조성물은 무기질계 코팅제 조성물 전체 중량부를 기준으로 1 내지 10중량부의 계면활성제를 더 포함하는 무기질계 코팅제 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 계면활성제는 술폰 에스테르, 술폰산, 포스포릭 에스테르, 2차 아민염, 3차 아민염, 아미노산 타입, 베타인 타입, 폴리에틸렌글리콜 타입, 폴리하이드록시알코올 타입 중의 하나 이상을 포함하는 무기질계 열차단 코팅제 조성물.
  5. 실리케이트 100중량부를 기준으로, 상기 실리케이트에 실란 0.1 내지 2중량부를 95 내지 110℃의 온도범위에서 희석하여 200 내지 400rpm의 속도로 1 내지 2시간 동안 교반하는 실란변성실리케이트 합성물 형성단계;
    실란 100중량부를 기준으로, 실란에 염산, 황산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 촉매 0.01 내지 3중량부 및 물 70 내지 120중량부를 혼합한 뒤 80 내지 90℃의 온도범위에서 1 내지 4시간 동안 200 내지 400rpm으로 교반하여 가수분해 실란화합물을 형성하는 실란화합물 형성단계;
    65 내지 110℃의 온도범위에서 상기 실란변성실리케이트 합성물 형성단계에 따라 제조된 실란변성실리케이트 합성물 100중량부를 기준으로, 실란화합물 형성단계에 따라 제조된 가수분해 실란화합물 5 내지 30중량부; 수분산 폴리우레탄 분산제 50 내지 150중량부; 아크릴 에멀젼 수지 10 내지 30중량부; 및 용제 5 내지 120중량부를 혼합한 뒤 200 내지 400rpm으로 2 내지 3시간 동안 교반하는 것을 포함하는 무기질계 코팅제 조성물의 제조방법.
  6. 삭제
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