KR102318647B1

KR102318647B1 - 불연도료 조성물

Info

Publication number: KR102318647B1
Application number: KR1020200179752A
Authority: KR
Inventors: 신현덕; 신성철
Original assignee: 신현덕; 신성철
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-10-29

Abstract

본 발명은 불연성은 물론이며, 부착성, 단열 특성도 우수하며, 유기용제를 사용하지 않아 환경친화적인 장점도 가지는 새로운 조성의 단열도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 실란 화합물 100중량부에 대해 물유리 20 내지 100중량부, 바인더 수지 25~100중량부, 산촉매용액 2.5~10중량부, 인산화합물 1~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 도료 조성물이 제공된다.

Description

불연도료 조성물{Incombustible paint composition}

본 발명은 불연도료 조성물에 관한 것으로서, 불연성은 물론이며, 부착성, 단열 특성도 우수한 새로운 조성의 불연도료 조성물에 관한 것이다.

화재발생시 인명의 사상을 초래하는 유독 가스의 방출을 최소화하고, 소방안전법 강화 등에 따라 건축물에 적용가능한 불연 내장재의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 건물 내/외부 건축자재에 불연성능이 강조되면서 불연도료 사용 의무가 늘어나고 있는 상황이다.

이와 같이 불연성 건축재에 대한 규제가 강화되고 있고, 이에 요구되는 수준의 불연성을 가지는 불연성 도료조성물의 개발이 요구된다.

대한민국 등록특허 제10-0832141호(2008. 05. 19.)

본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 불연성은 물론이며, 부착성, 단열 특성도 우수하며, 유기용제를 사용하지 않아 환경친화적인 장점도 가지는 새로운 조성의 단열도료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 실란 화합물 100중량부에 대해 물유리 20 내지 100중량부, 바인더 수지 25~100중량부, 산촉매용액 2.5~10중량부, 인산화합물 1~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 도료 조성물이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 알킬 글리시딜 에테르가 3~5중량부, 팽창질석 1~5중량부, 폴리에테르이미드 나노섬유 0.5~3중량부 더 포함된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 바인더수지는 아크릴 올리고머이며, 실란화합물은 알콕시 실란으로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 산촉매용액은 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 모노클로로아세트산, 디클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 트리플로로아세트산, 옥살산, 말론산, 술폰산, 프탈산, 푸마르산, 구연산, 말레산, 올레산, 메틸말론산, 아디프산, p-아미노벤조산, 및 p-톨루엔술폰산 중에서 1종 이상 선택된다.

이상과 같은 조성을 가지는 본 발명은 불연성이 우수하므로 본 발명을 건축물에 도장하면 화재발생시 화염이 번지는 것을 방지하고 화재의 신속한 진압이 가능한 안전성 있는 건축물을 구축할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명에 의한 도료조성물은 부착성, 단열특성도 우수하기 때문에, 도장면이 쉽게 박리되어 손상되지 않으므로 본 발명을 사용하면 유지보수비용이 절감되며, 냉난방비용이 절감되어 에너지효율이 높은 건축물을 구축할 수 있다.

또한, 유기용매를 사용하지 않으므로 인체에 무해하고 환경친화적인 장점도 가진다.

이하에서, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

본 발명은 실란화합물 100중량부에 대해 물유리 20~100중량부, 바인더 수지 5~100중량부, 산촉매용액 2.5~10중량부, 인산화합물 1~10중량부를 포함한다.

실란화합물은 도료조성물의 접착성을 향상시키는 성분으로서, 당업계의 통상적인 실란화합물이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 테트라알콕시실란, 트리알콕시실란, 디알콕시실란 등의 알콕시 실란 중에서 1종 이상이 사용된다.

물유리는 도료조성물에 불연성을 부여하며, 내수성도 향상시킨다. 물유리는 나트륨계 물유리, 칼륨계 물유리, 리튬계 물유리, 에틸계 물유리 중에서 1종 이상이 사용된다. 이러한 물유리는 실란화합물 100중량부에 대해 20~100중량부 사용되는데, 물유리가 20중량부 미만으로 사용되면 물유리에 불연성, 내수성을 기대하기 곤란하며, 100중량를 초과하면 상대적으로 실란화합물, 바인더 수지의 함량이 감소되어 도료조성물의 접착성 등 다른 물성이 저하되므로 바람직하지 않다.

바인더수지는 실란화합물과 더불어 도료조성물의 접착성을 향상시키는 것으로서, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 중에서 1종 이상이 사용된다.

바람직하게는 바인더 수지로 아크릴 올리고머(Acrylic Oligomer)를 사용하고 실란화합물로 알콕시 실란을 사용하면 결합에너지가 높은 실리콘결합이 형성되어 내열성 및 내후성이 한층 더 높은 도막이 형성할 수 있는 도료조성물이 형성된다. 아크릴 올리고머로는 다관능성 아크릴 올리고머로가 사용되는데, 다관능성 아크릴 올리고머로는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA), 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(Mw=100~600, PEGDA) 등의 2관능성 아크릴 모노머; 테트라메틸올메탄 트리아크릴레이트, 트리메탄올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판에톡시 트리아크릴레이트, 1,6-비스(3-아크릴오일옥시-2-히드록시프로필옥시)헥산, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 등의 3관능성 아크릴 모노머; 테트라메틸올메탄 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(PETA) 등의 4관능성 아크릴 모노머; 및 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA) 등의 6관능성 아크릴 모노머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용된다.

이러한 바인더수지는 실란화합물 100중량부에 대해 25~100중량부 사용된다. 바인더 수지가 25중량부 미만으로 사용되면 바인더 수지에 의한 효과를 기대하기 곤란하며, 바인더수지가 100중량부를 초과하는 경우에는 상대적으로 실란화합물 및 물유리의 양이 감소되어 도료 조성물의 불연성이 현저하게 감소되므로 바람직하지 않다.

그리고 산촉매용액은 실란화합물을 중합반응시키는 촉매기능을 하며, 아울러 물유리를 실리식산(silicic acid)으로 전환시켜서 겔화시키며, 아울러 실란화합물 100 중량부에 대하여 2.5 ~10중량부 사용되는데, 최종 조성물의 pH가 0.9~5.0정도가 되도록 첨가량이 조절된다. 최종 조성물의 pH가 상기 수준일 때 도막의 건조성 도막강도 등이 향상된다. 이러한 산촉매용액으로는 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 모노클로로아세트산, 디클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 트리플로로아세트산, 옥살산, 말론산, 술폰산, 프탈산, 푸마르산, 구연산, 말레산, 올레산, 메틸말론산, 아디프산, p-아미노벤조산, 및 p-톨루엔술폰산 중에서 1종 이상이 사용된다.

인산화합물은 도막의 내수성을 높이기 위한 것이다. 물유리는 친수성이기 때문에, 물에 노출될 경우 용해되어 도막 손상이 발생될 우려가 있는데, 물유리가 인산화합물과 혼합된 혼합물은 불용성이 되어 물에 대한 내수성이 향상된다. 인산화합물로는 인산나트륨, 인산아연, 인산알루미늄, 인산철 및 인산망간 중에서 1종 이상이 사용된다.

바람직하게는 인산화합물은 실란화합물 100중량부에 대해 1~10중량부 사용되는데, 인산화합물이 1중량부 미만으로 사용되면 인산화합물에 의한 내수성 향상효과를 기대하기 곤란하며, 10중량부를 초과하는 경우에는 조성물의 접착성이 과도하게 저하되는 등 조성물의 전체적인 물성이 저하되므로 바람직하지 않다.

한편, 본 발명에서는 알킬 글리시딜 에테르(alkyl glycidyl ether)가 더 첨가되는데, 알킬 글리시딜 에테르는 도료조성물의 접착성과 가소성을 향상시키는 역할을 한다. 바람직하게는 실란화합물 100중량부에 대해 알킬 글리시딜 에테르는 3~5중량부 사용된다.

또한, 본 발명에서는 도료조성물의 내열성, 단열성을 향상시키기 위해 팽창질석이 더 첨가될 수 있다. 팽창질석은 질석을 소정의 입경을 갖도록 파쇄한 뒤, 소성해서 팽창시킨 것으로서, 단열성과 내화성이 우수하며 경량인 특성을 가진다. 이러한 팽창질석이 사용되면 조성물의 내열성은 물론이며 단열성도 향상된다. 팽창질석은 평균입도가 30㎛~500㎛인 것을 실란화합물 100중량부에 대해 1~5중량부 첨가된다.

또한, 본 발명에서는 폴리에테르이미드(Polyetherimide) 나노섬유는 폴리에테르이미드(Polyetherimide)를 전기방사되어 제조된 것으로서, 난연성이 우수하여 도료조성물의 불연성을 향상시키고, 도막에 크랙이 발생되는 것을 방지한다. 이러한 폴리에테르이미드는 소정의 종횡비(Aspect Ratio)를 갖도록, 즉, 소정의 길이를 가지도록 분쇄된 것이 사용된다. 바람직하게는 실란화합물 100중량부에 대해 0.5~3중량부 첨가되는데, 상기 수준 보다 적게 사용하면 그 효과를 기대하고 곤란하며, 상기 수준 보다 많이 함유되면 도료 조성물의 점도가 과도하게 상승되어 도료조성물의 작업성이 현저히 저하되므로 바람직하지 않다.

상기 성분들 이외에도 물과 더불어 도료 제조시 통상적으로 사용되는 습윤제, 분산제, 소포제, 침강방지제, 도막평활제, 자외선차단제 등의 기타 첨가제가 더 추가될 수 있다. 물은 각 성분들 간의 반응이 원활하게 일어나도록 하며, 조성물의 점도를 조절하기 위한 것이다.

실시예 1~4 및 비교예 1~2

반응용기에 실란화합물을 넣고 산촉매용액을 첨가하여 pH5로 조절하여 약 300rpm의 교반속도로 약 85℃에서 2시간 동안 반응시킨 다음, 물유리는 넣고 추가로 교반시킨 후, 물에 녹인 인산화합물과 바인더수지 및 나머지 원료를 첨가하여 고르게 잘 교반시켜서 불연도료를 만들었다. 각 실시예 및 비교예에 따른 배합비는 표 1과 같다.

항 목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2
실란화합물 (테트라알콕시 실란)	100	100	100	100	100	100
물유리	100	100	100	100	-	110
바인더수지 (테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트)	80	80	80	80	100	80
산촉매용액 (염산)	3	3	3	3	3	3
물	100	100	100	100	100	100
인산화합물 (인산나트륨)	2	2	2	2	2	2
알킬 글리시딜 에테르	-	2	2	2	-	-
팽창질석	-	-	5	5	-	-
폴리에테르 이미드 나노섬유	-	-	-	2	-	-
소포제	3	3	3	3	3	3
레벨링제	2	2	2	2	2	2
이산화티탄	2	2	2	2	3	2
탄산칼슘	2	2	2	2	2	2

<도막 물성 평가>

상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 도료조성물을 알루미늄 판에 0.2mm두께로 하도 도장하여 건조시킨 다음, 그 위에 0.3mm두께로 상도 도장하고 건조시켜서 시편을 만들고 각각의 물성을 테스트하였다.

(1) 난연시험

난연성은 KSM ISO 4589-2의 측정방법을 이용하였고, 그 결과는 표 2에 기재된 바와 같다.

(2) 단열성

단열성은 KSL 9016의 측정방법을 이용하였고, 그 결과는 표 2에 기재된 바와 같다.

(3) 접착시험

KSM3705에 의거하여 인장 전단 접착강도 시험을 하였다. 시험기는 파괴 하중이 시험기 부피의 15~85% 이내가 되는 것을 이용하고, 하중 속도는 매분 500kgf (491kN)이하로 하였다. 시험편이 파단될 때까지의 최대 하중(kgf) N을 측정하고, 전단면적(㎠)으로 나누어 접착강도 (kgf/㎠) N/㎠를 구하였다. 그 결과는 표 2에 기재된 바와 같다.

(4) 경도

유리판 위에 두께가 3mm가 되도록 도막을 형성시키고, Shere-[0071] D 경도계를 사용하여 측정하였다. 그 결과는 표 2에 기재된 바와 같다.

(5) 내열성 : 알루미늄 소지에 전 처리로 알코올 탈지 후 도료조성물을 air spray 한 다음 200℃/20분 경화한 시편을 500℃/1시간 유지 후 서냉하여 도막의 변화를 육안으로 확인하였으며, 그 결과는 표 2에 기재된 바와 같다.

(6) 내산성 : 알루미늄 소지에 전 처리로 알코올 탈지 후 도료조성물을 Air spray한 다음 200℃/20분 경화한 후 5% 황산에 24시간 침적 후 도막의 변화를 육안으로 확인하였으며, 그 결과는 표 2에 기재된 바와 같다.

(7) 내알칼리성 : 알루미늄 소지에 전 처리로 알코올 탈지 후 도료조성물을 Air spray 한 다음 200℃/20분 경화한 후 5% Na₂CO₃에 24 시간 침적 후 도막의 변화를 육안으로 확인하였으며, 그 결과는 표 2에 기재된 바와 같다.

항 목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2
난연성 (L.O.I)	≥34%	≥34%	≥38%	≥40%	≥23%	≥38%
단열성 (W/m·k)	0.26	0.26	0.33	0.34	0.20	0.21
접착성 (kgf/cm²)	280	282	298	310	281	278
경도 (Share-D)	60	60	62	65	55	60
내열성	양호	양호	양호	양호	미세 크랙발생	미세 크랙발생
내산성	양호	양호	양호	양호	보통	양호
내알칼리성	양호	양호	양호	양호	보통	양호
내수성	양호	양호	양호	양호	크랙발생	크랙발생

표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4는 난연성이 34%이상으로 상당히 우수하며, 특히, 실시예 4는 난연성, 단열성, 부착성, 경도에서 가장 좋은 평가를 받았다.

통상적으로 바닥, 벽면 등에 불연성 도료 도장시 적어도 0.3mm 이상의 두께로 하도 도장을 하고, 0.3mm 이상의 두께로 상도 도장을 하는데, 본 발명은 상기와 같이, 하도 도장을 0.2mm, 상도 도장을 0.3mm로 상대적으로 얇게 초박형으로 도장하여도 상기와 같이 우수한 물성을 가진다. 이와 같이 종래의 도료에 비해 얇게 도장하여도 우수한 물성을 가지는 도막을 얻을 수 있으므로 도료 사용량도 절감되므로 경제적이다.

Claims

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실란 화합물 100중량부에 대해 물유리 20 내지 100중량부, 바인더 수지 25~100중량부, 산촉매용액 2.5~10중량부, 인산화합물 1~10중량부를 포함하되,
알킬 글리시딜 에테르가 3~5중량부, 팽창질석 1~5중량부, 폴리에테르이미드 나노섬유 0.5~3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 불연성 도료 조성물.
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