KR102410048B1 - 수성 무늬도료 조성물 제조방법 및 이에 의해 제조된 수성 무늬도료 조성물 - Google Patents

수성 무늬도료 조성물 제조방법 및 이에 의해 제조된 수성 무늬도료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 불연성은 물론이며, 부착성, 단열 특성도 우수하며, 유기용제를 사용하지 않아 환경친화적인 장점도 가지는 새로운 조성의 단열도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼, 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼으로 이루어진 수지 에멀젼 100중량부(고형분 기준), 친수성 콜로이드 형성물질 1~8중량부, 착색안료 5~30중량부를 혼합하고 물에 교반시켜서 착색도료를 만드는 과정; 물 100중량부에 상기 친수성 콜로이드 형성물질과 삼차원망상구조를 형성하는 겔화제를 0.5~5중량부 분산시켜서 분산매를 만드는 과정; 상기 분산매 100중량부에 대해 상기 착색도료 30~150중량부를 혼합하고 교반시켜서 착색겔화물을 만드는 과정; 상기 착색겔화물을 미분화시켜서 겔화된 착색입자를 만드는 과정; 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼 20~40중량부(고형분 기준), 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼 10~20중량부(고형분 기준), 실란화합물 0.5~3중량부를 혼합하고 물에 교반시켜서 외부상 물질을 만드는 과정; 및 상기 외부상 물질과 겔화된 착색입자를 배합하는 과정;을 포함하는 것을 특징으롱 하는 수성 무늬도료조성물 제조방법이 제공된다.

Description

수성 무늬도료 조성물 제조방법 및 이에 의해 제조된 수성 무늬도료 조성물{ Manufacturing method for multi-color aqueous coating composition and multi-color aqueous coating composition thereby the same that}
본 발명은 수성 무늬도료 조성물 제조방법 및 이에 의해 제조된 무늬도료 조성물에 관한 것으로서, 부착성, 경도, 내오염성이 향상된 새로운 조성의 수성 무늬도료 조성물을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되어 접착성, 경도, 내오염성 등의 물성이 향상된 고품질의 도막을 형성할 수 있는 새로운 조성의 수성 무늬도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 석재는 외관이 장중하고 미려한 광택을 띄는 장점이 있어 콘크리트 또는 철골구조물 등 건축용 내외장재로 사용되고 있다. 특히, 천연 석재는 미적 효과가 뛰어나 건축물을 장식하기 위한 용도로 많이 사용되고 있다.
그러나 천연 석재는 수급이 원활하지 못할 뿐만 아니라 고중량이므로 운반 및 시공에 많은 비용이 소요되며, 유지관리도 쉽지 않은 단점을 가진다.
따라서 천연 석재를 대체하기 위한 경제적인 방안의 하나로서, 무늬 도료가 제안되어 사용되고 있다. 이러한 무늬 도료는 주지된 바와 같이 2이상의 색상 입자를 함유하는 것으로서, 색상입자에 의해 천연석재와 비슷한 외관을 가진다.
한편, 종래의 무늬도료는 내스크래치성 및 내오염성이 다소 취약하여 도막이 쉽게 손상되고 오염되는 단점을 가진다. 따라서 종래에는 피도장면에 하도도장을 한 다음, 그 위에 무늬도료로 중도도장을 하고, 중도도장을 보호하기 위해 중도도장 위에 별도로 상도도장을 하였다. 따라서 종래 무늬도료를 시공하는 경우에 하도, 중도, 상도의 3번에 걸칠 도장작업을 하여야 하므로 작업이 번거롭고 시간도 많이 소요되며, 하도, 중도, 상도의 3종류의 도료를 모두 구비하여야 하므로 비용도 많이 발생되는 단점을 가진다.
대한민국 등록특허 제10-2061446호(2019. 12. 24.)
본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 부착성, 경도, 내오염성 등의 물성이 향상된 새로운 조성의 수성 무늬도료 조성물을 용이하게 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되어 접착성, 경도, 내오염성 등의 물성이 향상된 고품질의 도막을 형성하기 때문에 별도의 상도도장을 할 필요가 없는 새로운 조성의 수성 무늬도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼, 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼으로 이루어진 수지 에멀젼 100중량부(고형분 기준), 친수성 콜로이드 형성물질 1~8중량부, 착색안료 5~30중량부를 혼합하고 물에 교반시켜서 착색도료를 만드는 과정; 물 100중량부에 상기 친수성 콜로이드 형성물질과 삼차원망상구조를 형성하는 겔화제를 0.5~5중량부 분산시켜서 분산매를 만드는 과정; 상기 분산매 100중량부에 대해 상기 착색도료 30~150중량부를 혼합하고 교반시켜서 착색겔화물을 만드는 과정; 상기 착색겔화물을 미분화시켜서 겔화된 착색입자를 만드는 과정; 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼 20~40중량부(고형분 기준), 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼 10~20중량부(고형분 기준), 실란화합물 0.5~3중량부를 혼합하고 물에 교반시켜서 외부상 물질을 만드는 과정; 및 상기 외부상 물질과 겔화된 착색입자를 배합하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 무늬도료 조성물 제조방법 및 이에 의해 제조된 수성 무늬도료 조성물이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 친수성 콜로이드 형성물질을 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 카세인, 전분, 갈락토만난(galactomannan), 구아르 검(guar gum), 로커스트빈 검(locust bean gum) 중에서 1종 이상으로 선택되며, 상기 겔화제는 몬모릴로나이트, 헥토라이트 등의 점토광물, 나트륨 펜타클로로페놀, 붕산염, 타닌산, 염화칼슘, 수산화나트륨 중에서 1종 이상으로 선택된다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 종래의 무늬도료에 비해 부착성은 물론이며, 경도, 내오염성 등의 물성을 가진 무늬도료 조성물이 제공된다.
이러한 본 발명에 의한 무늬도료 조성물은 수성이여서 친환경적이며, 다양한 색상의 천연석 무늬를 연출할 수 있어서 인테리어 효과가 우수한 장점을 가질 뿐만 아니라, 본 발명에 의한 무늬도료 조성물로 도장을 하면 쉽게 박리되지 않고, 경도가 향상되어 내스래치성이 좋으며, 내오염성도 향상되어 잘 오염되지 않는 고품질의 도막이 형성된다. 따라서 종래와 같이 무늬도료 도장면을 보호하기 위해 추가로 상도도장을 할 필요가 없으므로, 종래의 무늬도료를 사용하는 경우에 비해 도장공정이 간소화되고 공기가 단축되고 노동력이 절감되어 경제적인 장점을 가진다.
이하에서, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
본 발명은 다음과 같은 방법으로 이루어진다.
1) 착색도료를 만드는 과정
수지 에멀젼, 친수성콜로이드 형성물질, 착색안료, 물, 및 기타 첨가제를 혼합하여 착색도료를 만든다.
수지 에멀션으로서는 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼, 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼이 사용된다. 수지 에멀젼으로 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼, 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼이 함께 사용됨에 따라 도료조성물의 접착성, 경도. 내스크래치성, 내오염성, 광택도 등의 물성이 향상된다.
이러한 도료조성물의 물성을 고려할 때 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼과 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼 고형분 기준으로 3 : 2~3 정도의 중량비로 사용된다.
친수성 콜로이드 형성물질은 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 카세인, 전분, 갈락토만난(galactomannan), 구아르 검(guar gum), 로커스트빈 검(locust bean gum) 중에서 1종 또는 2종 이상이 사용된다. 이러한 친수성 콜로이드 형성물질과 후술하는 분산매의 겔화제에 의해 착색도료가 겔화된다. 친수성 콜로이드 형성물질은 수지 에멀션 100중량부(고형분 기준)에 대해 1~8중량부 사용된다. 친수성 콜로이드 형성물질의 함유량이 상기 범위 이내인 경우에 착색도료의 겔화가 안정적으로 이루어진다.
착색안료는 공지된 안료 중에서 어느 것이라도 사용가능하다. 예를 들면 이산화티탄, 산화크롬, 코발트 블루 등의 금속산화물계, 알루미나 화이트, 황색 산화철 등의 금속수산화물계, 감청 등의 페로시안화합물계, 황납, 징크로메이트, 몰리브덴 레드 등의 크롬산납계, 황화아연, 주(朱), 카드뮴 엘로우, 카드뮴 레드 등의 황화물계, 세렌화합물, 바라이트, 침강성 황산바륨 등의 황산염계, 중질 탄산칼슘, 침강성 탄산칼슘 등의 탄산염계, 수분 함유 규산염, 클레이, 군청 등 의 규산염계, 카본블랙 등의 탄소계 등을 들 수 있다. 그리고 유기 안료로서는 나프톨 그린 B 등의 니트로소계 안료, 나프톨 S 등의 니트로안료계, 리톨 레드, 레이크 레드 C, 퍼스트 엘로우, 나프톨 레드 등의 아조안료계, 알칼리 블루 레드, 로다민 킬레이트, 퀴나크리돈 레드, 디옥사진 바이오레드, 이소인돌리논 엘로우 등의 축합 다환 안료계 등을 들 수 있다. 착색안료는 수지에멀젼 100중량부(고형분 기준)에 대해 5~30중량부 사용된다.
기타 첨가제는 체질안료, 증점제, 분산제, 소포제, 레벨링제, 자외선차단제, 습윤제, 도막형성조제 등과 같이 도료 제조시 통상적으로 사용되는 공지된 첨가제로서, 통상적으로 사용되는 범위의 사용량이 사용된다.
이러한 성분들을 물과 함께 교반하여 착색도료를 만드는데, 교반기에 물과 친수성 콜로이드 형성물질을 넣고 시킨 다음, 수지 에멀젼, 착색안료 및 기타 첨가제들을 투입하고 추가로 교반시켜서 착색도료를 만든다. 물의 사용량이 제한되지는 않으나, 수지 에멀전 100중량부(고형분 기준)에 대해 50~80중량부 정도 사용한다.
2) 분산매를 만드는 과정
물에 겔화제를 분산시켜서 분산매를 만든다. 겔화제로서는 몬모릴로나이트, 헥토라이트 등의 점토광물, 나트륨 펜타클로로페놀, 붕산염, 타닌산, 염화칼슘, 수산화나트륨 등이 사용된다. 겔화제는 물 100중량부에 대해 0.5~5중량부 분산시킨다.
이러한 겔화제가 착색도료의 친수성 콜로이드 형성물질과 상호 작용하여 삼차원망상조직이 형성되며, 이에 따라 착색도료가 겔화된다.
3) 착색겔화물을 만드는 과정
상기 과정에서 만들어 높은 착색도료와 분산매를 교반기에 넣고 충분히 교반시킨다. 이와 같이 하면 전술한 바와 같이, 분산매의 겔화제와 착색도료의 친수성 콜로이드 형성물질이 상호 작용하여 착색도료가 겔화되어 착색겔화물이 형성된다.
바람직하게는 분산매 100중량부에 착색도료를 30~150중량부 혼합하여 교반시킨다. 분산매 100중량부에 대해 착색도료를 150중량부 보다 많이 사용하면 착색도료가 제대로 겔화되지 못하며, 30중량부 미만으로 사용하면 분산매 대비 착색도료의 양이 과도하게 적어서 비경제적이다.
4) 겔화된 착색입자를 만드는 과정
상기 과정에서 형성된 착색겔화물을 분산매에서 여과하여 분리하고, 고속분산기로 분산하여 파쇄시키거나 또는 체내림 등 공지된 방법으로 파쇄시켜서((미분화시켜서) 겔화된 착색입자를 만든다.
겔화된 착색입자의 크기는 친수성 콜로이드 형성물질 및 겔화제의 사용량 및, 착색도료와 분산매의 교반시간 등을 제어하여 적절히 조절한다.
본 발명에서는 착색도료를 겔화시켜서 착색겔화물을 만들고. 착색결화물을 미분화시켜서 겔화된 착색입자를 만들기 때문에, 겔화된 착색입자의 크기를 좀 더 용이하게 제어할 수 있는 장점을 가진다.
5) 외부상 물질 제조과정
우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼 20~40중량부(고형분 기준), 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼 10~20중량부(고형분 기준), 실란화합물 0.5~3중량부, 물 100~150중량부를 혼합하여 외부상 물질을 만든다.
이러한 외부상 물질에 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼과 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼이 사용됨에 따라 전술한 바와 같이, 도료조성물의 접착성, 경도. 내스크래치성, 내오염성, 광택 등의 물성이 향상된다.
실란화합물은 도료조성물의 부착성, 내오염성, 광택을 한층 더 향상시킨다. 실란화합물로는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 부틸트리에톡시실란, 펜틸 트리메톡시실란, 펜틸 트리에톡시실란, 헥실트리메톡시실란 헥실 트리에톡시실란, 헵틸 트리메톡시실란, 헵틸 트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란, 3-글리시독시 프로필트리메톡시실란 등이 1종 이상 사용된다. 실란화합물이 0.5중량부 미만으로 사용되면 실란화합물에 의한 효과를 기대하기 곤란하며, 3중량부를 초과하는 경우에는 도료조성물의 저장안정성이 저하되므로 바람직하지 않다.
외부상 물질에는 착색안료가 선택적으로 함유되는데, 외부상 물질에 착색안료가 함유되지 않으면 외부상 물질이 투명한 도막을 형성하여 후술하는 바와 같이, 하지도장이 노출되어 보인다. 또한, 외부상 물질에는 본 발명의 효과를 훼손하지 않는 범위에서 전술한 바와 같이, 증점제, 분산제, 소포제, 레벨링제, 자외선차단제, 습윤제, 도막형성조제 등이 첨가될 수 있다.
6) 외부상 물질과 겔화된 착색입자를 배합하는 과정
외부상 물질과 겔화된 착색입자를 배합하여 무늬도료조성물을 완성한다.
바람직하게는 외부상 물질 100중량부에 대해 겔화된 착색입자가 100~150중량부 정도 함유되도록 외부상 물질과 겔화된 착색입자를 배합한다.
이와 같은 방법으로 제조된 본 발명에 의해 제조된 수성 무늬도료 조성물은 모르타르, 콘크리트, 세라믹, 플라스틱, 금속, 목재, 종이 등 다양한 대상물에 도포가 가능한데, 건축물의 콘크리트 벽면에 마감재로 사용이 바람직하다.
본 발명에 의한 수성 무늬도료 조성물의 사용시에는 물을 혼합하여 점도를 조절한 다음, 피시공면에 스프레이하는데, 본 발명에 의한 수성 무늬도료 조성물은 종래의 무늬도료 조성물에 비해 강도가 향상되어 내스크래치성이 좋으며, 내오염성도 좋기 때문에, 종래와 같이 별도의 상도도장을 할 필요가 없다. 즉, 피시공면에 하도도장을 하고, 본 발명에 의한 무늬도료 조성물을 시공하는 것으로 시공이 마무리되므로 종래의 무늬도료 조성물에 비해 시공이 간단하고, 노동력도 절감되며, 공사비용도 절감되는 장점을 가진다.
이상에서는 외부상 물질에 한 종류의 겔화된 착색입자를 배합하는 것으로 예시하였으나, 외부상 물질에 서로 다른 색상을 가지는 복수 종류의 겔화된 착색입자를 배합하여 무늬도료 조성물이 다채로운 색상을 가지도록 할 수도 있다.
실시예
우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼 55중량부(고형분 기준), 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼 45중량부(고형분 기준), 셀룰로오스 유도체 3중량부, 티탄 백색 3중량부, 코발트 블루 10중량부, 탄산칼슘 3중량부, 도막형성조제 0.2중량부, 분산제 0.5중량부, 소포제 0.2중량부, 레벨링제 0.3중량부, 자외선차단제 0.5중량부를 물 60중량부에 교반시켜서 착색도료를 만들었다.
그리고 물 100중량부에 함수 규산마그네슘 5중량부를 분산시켜서 분산매를 만들고, 교반기에 분산매 100중량부와 착색도료 100중량부를 혼합하고 300rpm으로 30초 동안 교반하여 착색도료가 겔화된 착색겔화물을 만들었다.
교반물을 여과하여 착색겔화물만 분리수득하고, 착색겔화물을 분산기에 넣고 1000rpm으로 3분 처리하여 1~5mm 정도의 입도를 가지는 겔화된 착색입자를 만들었다.
이와 별도로 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼 20중량부(고형분), 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼 10중량부(고형분), 실란화합물(메틸트리메톡시실란) 2중량부, 탄산칼슘 5중량부, 도막형성조제 0. 5중량부, 분산제 0.5중량부, 소포제 0.2중량부, 레벨링제 0.3중량부, 자외선차단제 0.5중량부를 물 100중량부에 교반시켜서 외부상 물질을 만들었다.
만들어 놓은 외부상 물질 100중량부와, 겔화된 착색입자 100중량부를 혼합하여 무늬도료 조성물을 만들었다.
상기 무늬도료 조성물에 물을 부어 스프레이하기 적당하도록 점도를 조절하여, 100cmㅧ100cmㅧ10cm 크기의 콘크리트판에 스프레이를 이용하여 50㎛ 정도의 두께로 도장한 후, 상온에서 24시간 건조시켜서 시편을 만들고, 아래와 같이 도막의 물성을 테스트하였다.
비교예
시판되는 S사의 무늬도료를 구입하여 실시예와 동일한 조건으로 도장하여 시편을 만들고, 실시예와 동일한 방법으로 물성을 테스트하였다.
<부착성 테스트>
부착력 시험기(Cross Cutter, ASTM)를 이용하여 시편 도막 위에 1㎜ 간격으로 100개의 크로스커트를 만든 후, 그 위에 3M사의 스카치테이프를 붙이고, 고무 롤러로 2회 왕복시켜 압착한 다음, 테이프에 박리하여 시편에 잔존하는 조각 개수로 부착성을 테스트하였다. 실험은 3회 반복하였으며, 그 평균값은 표 1과 같다.
항 목 실시예 비교예
부착성 100 95
표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예는 떨어져 나온 조각이 없고 100개 조각이 모두 잔존되었으며, 비교예는 5개가 떨어져 나와서 95개 조각이 잔존되었다. 이를 통해 실시예의 부착성이 종래 도료에 비해 우수함을 알 수 있다.
<경도테스트>
도막 경도는 JIS K-5400의 연필 경도법을 사용하였다. 구체적으로는, 연필 경도 시험기를 사용하여 시편 도막에 연필의 종류별로 45ㅀ각도로 그었을 때의 긁힘 정도를 육안으로 판정하였다.
항 목 실시예 비교예
경도 3H H
표 2와 같이, 실시예가 비교예에 비해 월등히 높은 경도를 가진 것으로 확인되었다.
<내오염성 테스트>
시편 도막 위에 각각 유성매직, 수성싸인펜, 크레파스를 이용하여 W 모양으로 마킹한 후, 와이퍼를 이용하여 매직이 지워지는 정도를 4단계로 나누어 평가하였다. 한번에 잔류 잉크 없이 가장 잘 지워지는 경우는 ◎, 여러 번 지웠을 때 잔류 잉크 없이 지워지는 경우는 ○, 지워는 지나 잔류감이 남는 경우는 △, 지워지지 않는 경우를 X로 표시하였다.
항 목 실시예 비교예

내오염성		 유성매직 ◎ △
수성싸인펜 ◎ △
크레파스 ◎ X
표 3을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예가 비교예에 비해 도막의 내오염성이 상당히 좋은 결과를 얻었다.
<내후성 테스트>
내후성은 ASTM G53에 따라 QUV-B 600시간 후 도막의 광택유지율을 테스트하였다.
항 목 실시예 비교예
내후성(광택유지율) 95% 85%
표 4를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예가 비교예에 비해 도막의 내후성이 우수한 결과를 얻었다.
<광택도 테스트>
KSM ISO 2813에 의거하여, 광택도계(Gloss meter)를 이용해 도막의 유광 수준을 확인하였다.
항 목 실시예 비교예
광택도 98% 90%
표 5를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예가 비교예에 비해 도막의 광택이 좋았다.

Claims (3)

  1. 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼, 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼으로 이루어진 수지 에멀젼 100중량부(고형분 기준), 친수성 콜로이드 형성물질 1~8중량부, 착색안료 5~30중량부를 혼합하고 물에 교반시켜서 착색도료를 만드는 과정;
    물 100중량부에 상기 친수성 콜로이드 형성물질과 삼차원망상구조를 형성하는 겔화제를 0.5~5중량부 분산시켜서 분산매를 만드는 과정;
    상기 분산매 100중량부에 대해 상기 착색도료 30~150중량부를 혼합하고 교반시켜서 착색겔화물을 만드는 과정;
    상기 착색겔화물을 미분화시켜서 겔화된 착색입자를 만드는 과정;
    우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼 20~40중량부(고형분 기준), 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼 10~20중량부(고형분 기준), 실란화합물 0.5~3중량부를 혼합하고 물에 교반시켜서 외부상 물질을 만드는 과정; 및
    외부상 물질 100중량부에 대해 겔화된 착색입자가 100~150중량부 함유되도록 외부상 물질과 겔화된 착색입자를 배합하는 과정;을 포함하고,
    상기 친수성 콜로이드 형성물질은 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌옥사이드, 카세인, 전분, 구아르 검(guar gum), 로커스트빈 검(locust bean gum) 중에서 1종 이상으로 선택되며,
    상기 겔화제는 몬모릴로나이트, 헥토라이트 등의 점토광물, 나트륨 펜타클로로페놀, 타닌산, 염화칼슘, 수산화나트륨 중에서 1종 이상으로 선택되고,
    상기 수지 에멀젼은 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼과 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼이 고형분 기준으로 3 : 2~3의 중량비로 사용되는 것을 특징으로 하는 수성 무늬도료조성물 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항의 방법으로 제조되어,
    우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼과, 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼 및 친수성 콜로이드 형성물질, 착색안료를 포함하는 겔화된 착색입자가 우레탄 아크릴레이트수지 에멀젼, 불소계 아크릴레이트수지 에멀젼, 실란화합물, 물을 포함하는 외부상 물질에 분산되어 이루어진 것을 특징으로 하는 수성 무늬도료 조성물.
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