KR20080100589A - 자외선에 변색되지 않는 음용수 분야의 방수·방식 도료의도포방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 100nm 이하의 비정질 알루미늄산화물이 함유된 일액형 비닐아세테이트계 수지로 구성된 도료를 자외선에 노출된 정수장, 수영장, 폐수장 등의 콘크리트에 도포함으로써 구조물의 수명연장과 도료의 변색을 방지하는 자외선에 변색되지 않는 음용수 분야의 방수·방식 도료의 도포방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 상도는 자외선을 차단하여 중도 또는 하도가 자외선에 의하여 변색 및 열화되는 것을 억제한다. 또한 자외선 차폐제로 사용한 100nm 이하의 비정질 알루미늄산화물은 자외선 차폐기능은 있으나 광촉매 작용이 없는 금속산화물로, 광촉매 작용을 하는 자외선 차폐제에 의한 수지의 산화가 일어나지 않아 상도의 수명도 향상되는 우수한 특성을 보인다는 장점을 갖는다.

자외선 차폐, 항균, 방수·방식 도료, 변색 방지

Description

자외선에 변색되지 않는 음용수 분야의 방수·방식 도료의 도포방법 {PROTECTIVE COATING AGAINST ULTRAVIOLET OF USE THEREOF}

도 1은 본 발명에 의한 자외선 차폐용 방수·방식 도료의 도포구조를 도시적으로 나타낸 단면도.

본 발명은 자외선에 의한 산화 부식 및 변색에 강한 방수·방식용 비닐아세테이트계 도료를 콘크리트 구조물 위에 시공하는 도포방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 자외선 램프가 설치된 정수장, 폐수처리장 또는 자연광에 노출되는 수영장, 저수조 등에서 콘크리트로 축조된 구조물이 자외선에 의해서 산화, 부식되어 백화현상이 일어나는 것을 방지하여 구조물의 수명을 연장하고 안전하게 유지시키고 또한 도료에 포함된 염료의 열화·변색을 억제하는 자외선에 변색되지 않는 음용수 분야의 방수·방식 도료의 도포방법에 관한 것이다.

자외선은 파장이 가시광선보다 작고 X선보다 큰 100-400nm 범위의 광선으로 자외선A(320-400nm), 자외선B(280-320nm), 자외선C(100-280nm)로 구분되어지며, 400nm 파장에서 약 70kcal/mol, 250nm에서 약 110kcal/mol의 에너지를 가지기 때문에 여러가지 화학물질을 활성화시켜 구조를 변화시키거나 파괴시키며 산소가 있는 경우 산화를 촉진시킨다. 최근 오존층의 파괴 등의 환경변화에 의해서 태양광선에 노출되는 방수·방식 도료의 사용조건이 더 가혹해지고 있어 이들 도료의 변색 및 강도열화의 진행이 촉진되는 경향에 있어 콘크리트 구조물에 도포되는 방수·방식 도료의 자외선에 대한 내성 향상이 요구되고 있다. 특히 실외 수영장이나 저수조에 도포되는 방수도료는 대부분 청색 안료를 사용하고 있으나 자외선에 노출된 상태에에서는 처음 도포된 색상을 지속적으로 유지하지 못하고 채도가 떨어지면서 밝게 변화는 백화현상이 현저하게 일어나는 문제점이 있다.

자외선을 차폐하기 위한 목적으로 사용되는 무기안료로는 결합에 의한 에너지 밴드갭이 자외선이 가지는 에너지에 해당하는 화합물이어야 하며, 파장이 400nm 부근에 해당하는 3.0-3.0eV 정도의 에너지 밴드갭을 가져야 UVA와 UVB를 흡수하여 차단할 수 있다. 자외선을 흡수하여 차단하는 금속산화물로는 산화 티탄(3.0-3.2eV), 산화 아연(3.0eV), 산화 세륨(3.3eV), 산화 제2철(2.3eV) 등이 알려져 있다. 그 중에서 산화 티탄과 산화 아연은 가장 많이 사용되는 자외선 차폐제이면서 백색안료이다.

빛이 입자 사이를 진행할 때 입자의 크기가 빛 파장의 1/3 보다 작으면 파동의 회절현상에 의해서 빛은 입자의 방해를 받지 않고 통과할 수 있다. 가시광선 중에서 가장 짧은 파장을 가지는 보라색의 파장이 400nm 정도이기 때문에, 가시광선은 100nm 이하의 미립자가 분산되어 있는 층을 모두 통과하게 되며, 이러한 미립자 가 분산되어 있는 층은 투명층이 된다. 반면 입자 크기가 100-1000nm 크기의 분말은 가시광선을 반사하여 백색을 띠면서 투명성이 소실된다. 따라서 투명하면서 자외선을 차폐하는 무기안료로는 주로 100nm 이하의 산화 티탄이나 산화 아연(예를 들면,US6,342,556 B1)이 사용되고 있다.

JP 7-278465에서는 평균입경이 0.01마이크로이거나 이보다 작은 산화아연 초미립자를 폴리아크릴산에스테르 수지에 첨가한 코팅재로 목재, 옷 종이, 인조가죽 등을 태양광선에서 보호하는 도료라고 하였다.

특개평6-297630에서는 베이스필름의 한쪽면에 입경이 0.05마이크로 이하인 산화 티탄과 입경이 0.05마이크로 이하인 산화아연 미분말을 분산한 자외선 흡수층 및 보호층을 순차적으로 형성하고, 다른 한쪽면에 접착층을 형성한 것을 특징으로한 투명자외선보호필름을 제조하였다. 또한 US 6,342,556 B1은 0.01-0.08마이크로 크기의 ZnO 미분말을 라텍스 바인더에 혼합하여 자외선 차단체로 사용하였다고 하였다.

그러나 산화티탄이나 산화아연 처럼 자외선을 흡수하여 광촉매 작용을 하는 분말은 수분이 있는 경우 태양광을 조사받으면 광화학적 산화반응에 의하여 자유레디컬(·HO)을 발생하여 주변의 바인더를 파괴시킨다. 이러한 현상에 의해 자외선 차폐를 위하여 첨가한 분말 주위의 고분자나 도막에 색깔을 넣기 위하여 첨가한 유기염료가 분해되기 때문에, 첨가한 자외선 차폐용 분말이 도포막에서 탈리되거나 도막이 변색되고 광택이 저하하는 등 외관의 변화가 발생한다. 따라서 상기한 종래의 미립표면피복 산화티탄분말을 자외선 차폐안료로 사용한 경우에서 변색 및 강도 열화를 피할 수 없는 것이 현실이다.

이렇게 산화 티탄이나 산화 아연 등의 광촉매 작용을 하는 자외선 차폐제에 의한 고분자와 염료의 열화를 억제하기 위하여 산화 티탄이나 산화 아연의 표면을 광촉매 작용을 하지 않는 여러 가지 종류의 금속 산화물(실리카, 지르코니아, 점토, 알루미나 등)으로 코팅하는 방법이 사용되고 있다.(예를 들면, 특개평7-2521,특공소60-3111호 공보, 공개특허공보(A) 특1999-0088314) 그러나 이러한 방법들은 나노분말 합성 공정을 거친 후에 다시 코팅공정을 거쳐야하는 번거러움이 있어 원료의 원가 상승 요인으로 작용하는 단점이 있다. 또한 산화 실리콘과 같은 코팅제는 자외선 차폐효과를 저하시키는 원인이 되기도 한다.

이에, 본 발명자들은 광촉매 작용이 있는 자외선 차폐용 분말이 가지는 단점을 해결하고자 예의 연구 노력한 결과, 광촉매 작용이 없고 자외선을 차단할 수 있는 에너지 밴드갭이 3.0~3.2eV인 나노 크기의 비정질 알루미나 분말을 사용하여 표면에 추가적인 코팅없이 효과적으로 자외선을 차단할 수 있는 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 투명하면서 광촉매 작용을 하지 않으며 자외선을 차폐할 수 있는 분말을 사용한 자외선 차폐용 도료를 사용하여, 자외선에 의해서 변색이나 탈색되지 않으며 도포층이 열화를 최소화 할 수 있는 자외선 차폐용 도료 의 도포방법을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점은 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다

본 발명의 자외선 차폐용 도료는 콘크리트에 도포되어 콘크리트와의 접착력을 향상시키고 표면을 균질하게 하는 에폭시계 하도(프라이머)와 하도 위에 바탕을 조정제로 도포되는 무용제형 에폭시계의 중도, 그리고 자외선을 차단할 수 있는 자외선 차폐용 분말이 혼합된 일액형 비닐아세테이트계의 상도로 구성된다.

본 발명에 따른 하도는 무용제형 에폭시계의 폴리에폭시화합물과 아미노화합물로 구성되며, 저온에서의 경화속도가 빠르면서 콘크리트 몰탈 면에 충분히 스며들 수 있는 낮은 점도를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 중도는 바탕조정제로 면을 고르게 하면서 하도 및 상도와 접착성 및 상용성이 우수한 무용제형 에폭시계이다. 중도에는 기계적 강도를 증진시키고 하도 및 상도와의 접착성을 향상시키기 위하여 점토, 글라스비드, 글라스화이버 등을 충전제로 5~30 부피%를 단독 또는 복수 첨가한 것을 특징으로 한다. 또한 도포층의 색상을 내기 위해서 특정한 색상을 가지는 무기안료 또는 유기안료를 첨가한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상도는 비닐아세테이트계 수지로서 고분자 수지에 가소제, 안정제 그리고 자외선을 차폐하는 나노 크기의 비정질 알루미나 분말과 신너 등으로 조성된 특수도료이다. 특별히 자외선을 차단하여 중도에 포함된 안료의 변색 및 탈색을 막으며 상도 또한 자외선에 의한 열화에 강한 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 하도의 폴리에폭시화합물은 분자중에 2 개 이상 에폭시기를 가지고 있으며, 에폭시기 1개 당의 분자량이 100~800이다. 일반적으로 에폭시기 1개 당의 분자량이 1000 이하이면 가교구조가 느슨하지 않아 경화물의 내수성, 내식성, 기계적 강도 등의 특성이 우수하다. 한편, 에폭시기 1개 당의 분자량이 100 이상이어야 경화물의 내수성, 내식성 및 기계적 강도가 우수한 가교구조가 된다.

고분자계 수지에 무기물 입자를 충전제로서 첨가하는 이유는 강화나 중량의 목적으로 첨가하는 경우와 충전제 자신이 갖는 기능을 발휘하기 위한 목적으로 크게 구분된다. 본 발명에 따른 중도에서 충전제를 첨가하는 이유는 중도의 기계적 강화만을 위한 것이 아니라 하도와 상도와의 화학적 상용성을 향상시켜 하도, 중도 그리고 상도로 이루어진 총체적인 자외선 차폐 도료의 특성을 향상시키고, 도포막의 색상을 선명하게 하기 위함이다. 또한 중도에는 도포막의 외관 색상을 결정하는 유기안료 또는 무기안료를 첨가한다. 충전제가 첨가되면 수지의 강도나 탄성율 등의 기계적 특성과 화학적 특성이 향상되지만, 반면 많이 들어갈수록 수지의 인성, 연성은 감소한다. 뿐만 아니라 입자가 큰 충전제는 가시광선을 산란, 흡수하여 충전에 특유의 색을 내거나 수지를 불투명하게 만든다. 따라서 충전제는 가시광선을 흡수하지 않는 100nm 이하의 것을 사용하여야 하며, 그 첨가량도 5~30 부피%, 바람직하게는 5~10 부피%가 적당하다.

본 발명에서 상도는 2중 결합이 없고 결가지가 적은 비닐아세테이트계 중합체에 공지의 노화방지제 0.5~1.5 부피%와 공지의 안정제 0.5~1.5 부피%를 첨가하여 작업성이 우수한 일액형 수지로 안정화된 것이다. 또한 이러한 상도에 자외선 차폐 용 충전제로 입자크기가 100nm 이하이며 비정질은 알루미나 분말 5~30 부피% 첨가된 것이다.

상기 하도, 중도 및 상도 도료에 의해서 구성되는 자외선 차폐용 도막은 도 1에서와 같이 콘크리트 시설물에 하도의 도포 두께를 0.2~0.8mm로서 1회, 중도의 도포 두께를 0.2~0.8mm로서 1회 그리고 상도의 도포 두께를 0.1~0.3mm로서 1~2회 도포한다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1.

무용제형 폴리에폭시계 주제와 경화제의 내용물을 부피를 기준으로 4:1의 비율로 용기에 붓고, 회전드릴로 10분 혼합 후, KS L 5207(내화물용 알루미나 시멘트의 물리 시험 방법)의 11.3에 규정하는 방법으로 조제한 크기가 70×70×20mm의 몰탈 판의 한면에 붓으로 충분히 스며들도록 하도를 도포하였다. 하도 도포 후 하도가 충분히 건조되도록 3일간 공기가 잘 통하는 그늘에서 방치하여 경화시켰다. 하도가 충분히 건조한 후에 무용제형 에폭시계 주제에 청색 유기안료를 첨가하여 삼단롤러밀로 2시간 혼합하였다. 혼합한 에폭시계 주제와 경화제를 부피를 기준으로 4:1 비율로 용기에 붓고, 회전드릴로 5분 혼합 후 하도 위에 중도를 도포하였다. 중도를 도포한 후 역시 공기가 잘 통화는 그늘에서 3일간 방치하여 중도를 경화시켰다. 중도가 완전히 경화된 후 비정질 알루미나 미분말이 10 부피% 첨가된 비닐아세테이트계 일액형 상도를 붓으로 도포하였다. 상도를 도포한 후 역시 바람이 잘 통하는 그늘에서 3일간 경화시켜 시편을 제조하였다. 제조한 시편을 315~400nm 파장의 자외선을 방사하는 UV-A 램프(15Ｗ)와 280~360nm 파장의 자외선을 방사하는 UV-B 램프(15Ｗ)로부터 20cm 거리에 고정하여 20일간 조사하였다. 조사된 시편의 색상변화를 확인하고, KS F 4921-99(콘크리트용 에폭시 수지계 방수·방식 도료)에 준하여 부착강도를 측정하였다. 그 결과 상기한 것과 같은 구성을 갖는 자외선 차폐용 도막은 변색이 일어나지 않았고 도막 표면의 광택도 유지하였다. 부착강도는 20kgf/cm2로서 조사 시험 전과 동일하였다.

실시예 2.

비교를 위하여 상도에 비정질 알루미나 분말을 첨가하지 않은 것 외의 다른 사항은 예 1과 동일하였다. 자외선 조사 결과 상기한 것과 같은 구성을 갖는 자외선 차폐용 도막은 청색이 백색으로 변하는 변색이 일어났다. 그러나 광태의 정도와 부착강도는 조사 시험 전과 동일하였다.

실시예 3.

상도에 비정질 알루미나 분말 5 부피%를 첨가한 것 외의 다른 사항은 예 1과 동일하였다. 자외선 조사 결과 알루미나 분말을 첨가하지 않은 것보다는 변색의 정도가 적었으나 육안으로 확인할 수 있을 정도의 변색이 관찰되었다. 그러나 광택의 정도와 부착강도는 조사 전과 동일하였다.

실시예 4.

상도에 비정질 알루미나 15 부피%를 첨가한 것 외의 다른 사항은 예 1과 동일하였다. 자외선 조사 결과 도막의 변색은 일어나지 않았으며, 광택의 정도와 부착강도도 조사 전과 동일하였다.

실시예 5.

상도에 비정질 알루미나 분말 20 부피%를 첨가한 것 외의 다른 사항은 예 1과 동일하였다. 이 경우는 상도가 완전히 투명하지 않아 중도에 첨가한 청색이 맑은 색을 띠지 못하였다. 자외선 조사 결과 도막의 변색은 일어나지 않았으며, 광택의 정도와 부착강도도 조사 전과 동일하였다.

본 발명은 자외선에 노출되어도 변색되지 않고 콘크리트의 방수·방식을 유지할 수 있는 도료의 도포방법을 제공함으로서, 자외선 램프가 설치된 정수장, 폐수처리장 또는 자연광에 노출되는 수영장, 저수조 등에서 콘크리트로 축조된 구조물이 자외선에 의해서 산화, 부식되어 백화현상이 일어나는 것을 방지하여 구조물의 수명을 연장하고 안전하게 유지시키고 또한 도막의 변색을 억제하는데 기여할 수 있다.

Claims (3)

1. 무용제형 폴리에폭시계 주제와 경화제가 4:1 부피%로 10분간 혼합된 용액을 콘크리트에 도포하여 상온에서 72시간 경화시킨 하도와 에폭시계 주제에 청색 유기안료를 적량 첨가하여 2시간 혼합한 에폭시계 주제와 경화제를 4:1 부피%로 5분간 혼합한 중도를 상기 하도에 도포하여 상온에서 72시간 경화시킨 것에 있어서,

   비정질 알루미나 미분말이 5~30% 첨가된 비닐아세테이트계 상도를 상기 중도에 도포하여 72시간 경화시키는 것을 특징으로 하는 자외선에 변색되지 않는 음용수 분야의 방수·방식 도료의 도포방법.
2. 제 1항에 있어서, 중도에 유기 또는 무기염료가 혼합된것을 특징으로 하는 자외선에 변색되지 않는 음용수 분야의 방수·방식 도료의 도포방법.
3. 제 1항에 있어서, 상도가 비닐아세테이트계 혼합체 67~94%와 공지의 노화방지제 0.5~1.5%와 공지의 안정제 0.5~1.5%에 입자 크기가 100nm 이하이며 비정질인 알루미나 분말 5~30%가 첨가된 것을 특징으로 하는 자외선에 변색되지 않는 음용수 분야의 방수·방식 도료의 도포방법.

Images