KR20110096652A - 라돈저감 기능성 무기질 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무기질 도료 조성물에 관한 것으로서, 폐암을 유발하는 1급 발암물질인 라돈 가스 및 휘발성 유기화합물 및 포름알데히드의 흡착 기능성을 갖는 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 주 기재로서 흡착제는 라돈, 포름알데히드, 휘발성유기화합물, 악취 등의 유해물질흡착 기능이 우수한 활성탄 분말을 사용하였고, 결합제는 수용성 무기질 규산염을 사용하였다. 기타 부 기재로서 음이온 및 원적외선 방출효과를 갖는 천연광물인 견운문, 토르말린 및 모나자이트, 도막강도를 증진하기 위한 충진제로서 탄산칼슘, 산화아연, 점도조절 및 상분리를 방지하기 위한 증점제로서 메틸셀룰로오스, 카제인 및 알긴산나트륨 등을 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

라돈저감 기능성 무기질 도료 조성물{Radon Reduction Functional Inorganic Paint Composition}
본 발명은 라돈저감 기능성 무기질 도료 조성물에 관한 것으로서, 폐암을 유발하는 1급 발암물질인 라돈을 흡착하여 라돈의 발생을 저감하면서, 휘발성유기화합물, 포름알데히드 및 악취 등 유해물질의 흡착 기능성을 갖는 라돈저감 기능성 무기질 도료 조성물에 관한 것이다.
최근 사람들의 주거 및 생활환경에 대한 관심이 높아지면서 실내공기질을 개선하기 위한 다양한 제품이 개발 및 사용되고 있다. 이에 따라서 신축건축물의 입주자들은 휘발성 유기화합물 및 포름알데이드 등의 유해물질이 발생되지 않는 친환경 소재를 사용한 친환경 건축 마감재 등으로 시공하거나, 실내공기를 강제적으로 유입하여 정화시키는 공기청정기, 공기정화 기능성 도료 및 코팅제 등을 사용하고 있다.
상기에서 공기정화 기능성 도료에 있어서 국내 특허등록 10-0626176호, 10-0641313호에는 숯가루를 사용한 기능성 도료 및 페인트가 각각 개시되어 있다. 숯가루를 사용한 기능성 도료 및 페인트는 수많은 실험을 통하여 공기정화기능, 습도조절능력 및 유해물질 흡착기능이 발휘되는 것으로 인정되고 있다. 그러나 문제점은 도료 접착제로 클로로프렌, 폴리초산비닐, 폴리아크릴산에스테르 등 접착력이 우수한 화학제품을 사용한다는 점이다. 이러한 합성수지 접착제는 도장한 후에 휘발성 모노머가 잔류하고 또한 화재발생시 유독가스가 발생될 수 있으므로 완벽하게 환경에 무해하다고 단정할 수는 없다. 또한 합성수지는 필름 형태로 경화하여 접착력이 발휘되기 때문에 숯가루의 표면에 필름이 형성되어 숯의 흡착 기능성이 저해될 수 있다.
한편 국내 특허등록 10-0626176에서는 습도가 높거나 침수된 숯의 기공은 세균이나 곰팡이가 번식할 수 있는 습도와 환경을 제공하여 세균이나 곰팡이가 번식하여 숯의 흡착 기능성이 급격히 저하되는 것을 방지하기 위해 은나노 분말을 사용하였고, 국내 특허출원 10-2009-0043364호에서는 숯가루와 무기질 규산염 결합제를 사용함으로써 숯가루의 기공을 유지시켜 흡착 기능성이 감소되지 않고, 결합제로부터 휘발성 유기화합물이 발생되지 않으며 화재발생시에도 유독가스가 발생되지 않는 도료 조성물을 기술하고 있다.
상기와 같이 실내공기질을 개선하기 위한 숯 관련 도료 및 페인트는 건축 마감재에서 발생되는 포름알데히드, 휘발성유기화합물 및 냄새를 흡착하여 제거하는데 목적이 있고, 기타 첨가제를 사용하여 원적외선, 음이온방출 특성을 부여하고 있다.
한편, 폐암을 유발하는 1급 발암물질인 라돈(Rn)은 토양, 암석 중에 존재하는 우라늄(238U)이 몇단계 방사성 붕괴를 거듭한 후 생성되는 무색/무취의 가스상 물질로 화학적으로 불활성이며, 이동성이 크고 공기보다 9배가 무거워 지표 가까이 존재하며, 호흡을 통해 쉽게 인간에게 흡입될 수 있는 물질이다. 이러한 라돈은 1988년에 세계보건기구(WHO)에서 발암성분으로 분류하였고, 국제 암연구센터(IARC)에서는 건강위험성 측면에서 석면과 함께 1급 발암물질로 규정하고 있으며, 흡연 다음으로 폐암을 유발하는 고위험물질로 알려져 있다.
최근 자료에 의하면, 미국 환경보호국에서는 미국에서 라돈에 의해 사망하는 사람이 매년 2만명에 이르는 것으로 추정하고 있으며, 이것은 대기오염에 의한 사망위험보다 10배 이상 높은 것으로 예상하고 있다. 영국의 경우 국립 방사선 방호청은 영국인의 폐암 사망건수(1992년 기준) 41,000건 중 약 2,500건이 라돈 자핵종의 누적 피폭에 의한 것으로 예상하고 있다. 2004년 자료를 보면 유럽인들 중 라돈에 의한 폐암 사망률이 9%를 차지하는 것으로 보고되고 있다. 우리나라의 경우 1987년 폐암 사망자수 3,578명 중 약 3.8~15.4%에 해당하는 약 128~551명이 라돈에 의해 사망된 것으로 추정된다고 보고한 바 있다(1991년 대한보건협회지).
이와 같은 라돈의 위험성은 기존 유해물질인 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물과 달리 색깔이 없고, 냄새가 발생하지 않기 때문에 인간이 라돈에 노출되어 있는지 인식을 하지 못한다는 점이다. 또한 포름알데히드 및 휘발성유기화합물의 경우 호흡기질환, 피부질환 등 비교적 인체의 생명에 치명적이지 않지만, 라돈의 경우 폐암을 유발하기 때문에 매우 치명적이다.
따라서 미국, 스웨덴 등 외국에서는 90년대부터 전국적인 라돈 실태조사를 하였고, 고농도 주택에 대해서는 건물보수 등 저감조치를 하는 등 라돈노출을 줄이기 위한 대책을 적극 추진해 오고 있으며, 라돈지도를 작성하여 라돈 노출이 높은 지역을 선정하여 저감화 기술을 적용하여 건축물을 시공하고 있다. 국내에서도 환경부에서 2007년 실내 라돈관리 종합대책을 보고하였고, 3단계로 라돈에 대한 관리방안 및 저감화 계획을 수립하여 2012년까지 본격적으로 추진한다고 밝혔다.
현재, 라돈을 저감하기 위해 전세계적으로 실시되고 있는 기술은 주로 밀봉기술이다. 즉, 토양으로부터 발생된 라돈이 건축물의 균열 및 틈새를 통해 실내로 유입되는 것으로 파악하여, 미국 등에서는 토양과 건축물을 차단하기 위해 얇은 막 등을 설치한 후 건축물을 시공하는 것을 권장하고 있다. 또한, 기존 건물의 경우에는 내벽에 도료 및 페인트 등을 도포하여 실내로 유입되는 기술이 개발되고 있으며, 국내에서도 특허등록 10-454753호에서는 건축물 시공시 라돈차단제를 콘크리트에 첨가하여 라돈의 방출을 억제시키는 방법이 기술되어 있지만, 라돈저감율이 30% 이하로 저감효율이 낮고, 특허출원 10-2009-0047983호에서는 하도,중도,상도의 3개 도장층을 5가지 조성물에 의해 총 5회 도장하여 약 1mm 이상의 두꺼운 도장층을 형성하여 라돈을 차단하는 방법이 기술되어 있지만 경제성이 떨어지고, 다양한 종류의 휘발성유기화합물이 2차적으로 발생되는 문제점이 있다.
한편, 현재까지 라돈은 토양과 접촉하고 있는 지하구조물에서 주로 많이 발생되고 있는 것으로 조사되었지만, 최근에는 건축물의 내벽에 사용되는 석고보드, 콘크리트, 황토 등의 건축자재에서도 라돈이 높은 수치로 발생되는 것으로 조사되고 있다. 따라서 환경부에서는 실내공기질 권고기준에서 라돈의 농도를 4피코큐리 이하로 유지하도록 하고 있다.
이에 따라서 현재까지 개발된 방법은 라돈을 저감방법으로 적절하지 못한 것으로 사료되고, 가장 적절한 방법으로는 실내로 유입되는 라돈을 흡착하는 방법이 가장 적절한 방법으로 제시되고 있다.
이러한 배경에서 라돈을 흡착하는 흡착제로서 국내 특허출원 10-2009- 0043364호에서는 숯가루를, 국내특허출원 10-2009-0063774호에서는 제올라이트를 흡착제로 사용하고, 각 흡착제의 기공을 그대로 유지하기 위해 수용성 무기질 규산염을 결합제로 사용하고 있다. 이들 기술은 라돈저감율이 40~45% 정도를 유지하기 때문에 비교적 기존 제품에 비해 라돈 저감율이 높고, 경제성이 있으며, 사용하기 편리하지만 50% 이상을 만족하지 못하는 결점이 있다.
이에 본 발명자들은 원칙적으로 실내로 유입되는 라돈을 저감시키는 기술을 확립하고, 종래 기술의 문제점을 해소하고자 발명에 매진한 결과, 새집 및 헌집증후군을 유발하는 포름알데히드 및 휘발성유기화합물을 흡착/분해하여 실내공기질을 크게 개선하고, 본질적으로 라돈을 효율적이고 획기적으로 저감할 수 있는 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물의 발명을 완성하였다.
본 발명은 건축물의 실내 벽면에 도장하는 도료 조성물로서 특히, 1급 발암물질로 인체에 치명적인 라돈 가스를 저감하는 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물에 관한 것으로, 주 기재로서 흡착제는 라돈, 포름알데히드, 휘발성유기화합물, 악취 등의 유해물질흡착 기능이 우수한 활성탄 분말을 사용하였고, 결합제는 수용성 무기질 규산염을 사용하였다. 기타 부 기재로서 음이온 및 원적외선 방출효과를 갖는 천연광물인 모나자이트, 도막강도를 증진하기 위한 충진제로서 탄산칼슘, 산화아연, 점도조절 및 상분리를 방지하기 위한 증점제로서 메틸셀룰로오스, 카제인 및 알긴산나트륨 등을 혼합하여 조성물을 완성함으로써, 도장 후 인간의 생활환경에 악영향을 미치는 포름알데히드, 휘발성유기화합물을 제거하고 근본적으로 폐암을 유발하는 1급 발암물질인 라돈을 50% 이상 저감하는 친환경 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물을 제공하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면 공기정화기능, 습도조절기능 및 탈취 기능을 갖고, 라돈을 50% 이상 효율적으로 저감시킬 수 있는 활성탄 5~30중량%, 고형분 함량이 40±2중량%인 무기질 규산염 수용액 30~70중량%, 음이온 및 원적외선 방출특성을 갖는 천연광물질 0.5~10중량%, 도막의 강도를 증가시키는 충진제를 1~10중량%, 점도조절 및 상분리를 방지하기 위하여 증점제를 0.1~3중량%, 나머지를 물로 혼합하여 전체 조성물의 합계가 100중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 분말로 첨가되는 활성탄, 천연광물질 및 충진제는 최종적으로 붓, 롤러 및 스프레이를 이용하여 도포하기 용이하도록 325mesh 이하로 분쇄하여 사용하였다.
상기에서 활성탄의 다공성을 그대로 유지시켜 접착할 수 있는 수용성 무기질 규산염 수용액은 고형분 함량이 40±2중량%인 규산칼륨 혹은 규산나트륨 용액이 모두 사용 가능하다. 이러한 규산염은 상기 수식에서 SiO2 대비 K2O 및 Na2O의 몰비에 따라 다양한 제품이 판매중이며, 조성에 따라 접착력이 달라지는 특성이 있다. 본 발명을 통하여 접착력을 가장 높게 나타내도록 하기 위하여 SiO2 대비 K2O 및 Na2O의 몰비는 1:2.8~3.4 정도로 조절하였다.
음이온 및 원적외선을 방출하는 천연광물인 견운모, 토르말린 및 모나자이트는 각각 혹은 혼합하여 첨가할 수 있으며, 다량의 음이온과 원적외선이 방출되어 활성탄에 흡착된 휘발성유기화합물 및 포름알데히드를 분해시키는 역할을 함으로써 활성탄의 흡착기능을 지속적으로 유지할 수 있도록 하였다.
점도조절 및 상분리를 방지하기 위하여 물에 용해되어 점성력을 나타내는 친환경 물질로서 셀룰로오스, 카제인 및 알긴산나트륨 등이 있고, 이들을 각각 혹은 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
충진제는 도막의 강도를 향상시키기 위하여 탄산칼슘, 산화아연, 이산화티탄 등을 각각 혹은 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
상기의 과제 해결 수단에 따른 본 발명의 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물은 아파트, 병원, 학교, 요양원, 지하실 등 건축물의 실내 주거 및 생활환경에서 발생되는 포름알데히드, 휘발성 유기화합물 및 냄새, 특히 시멘트/콘크리트, 석고보드 및 황토 등의 건축재료에서 발생되는 라돈 가스의 발생을 저감하는 도료로서 벽면, 천정 및 바닥에 도장하여 실내공기질을 개선함으로써 국민의 주거 및 생활환경을 개선하는 효과가 있다.
본 발명에서는 상기 포름알데히드, 휘발성 유기화합물 및 냄새 등의 흡착제인 다공성 소재로서 숯분말보다 흡착기능성이 우수한 활성탄을 사용하였다. 또한 접착제의 사용으로 활성탄의 흡착기능성이 저하되지 않도록 하기 위해서 휘발성 유기화합물을 전혀 함유하지 않는 난연성의 수용성 무기질 규산염 수용액을 사용하였고, 점도조절제로서 셀룰로오스, 카제인 및 알긴산나트륨을 각각 혹은 혼합하여 사용하였으며, 음이온 및 원적외선 방출 천연광물질을 첨가하여 활성탄의 흡착기능성 유지 및 도막강도 증가를 위한 충진제를 사용하여 최종적으로 시멘트/콘크리트 벽, 석고보드 및 황토 등의 내장재 등이 사용된 주거 및 생활환경에서 발생하는 라돈가스 및 인체에 유해한 물질을 흡착하여 공기정화 기능을 발휘하는 효과가 있으며 저장안정성 및 시공성이 용이하고, 화재발생시에도 유독물질이 전혀 발생하지 않는 특징이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명을 자세히 기술하면, 다공성 흡착제인 활성탄은 325mesh 이하로 분쇄하여 사용하였고, 공기정화 기능성 무기질 도료의 도막에서 라돈 흡착, 습도조절 및 휘발성 유기화합 흡착기능 등을 발휘하는데 있어서 활성탄의 사용량은 5~30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 활성탄의 함량이 5중량% 이하이면, 라돈흡착, 공기정화, 습도조절 및 휘발성 유기화합물 흡착기능이 너무 낮다. 한편 30중량% 이상이면 균일한 수용성 무기질 규산염 접착제에 의한 접착이 불량하여 도막이 불량하게 된다. 좀더 바람직하게는 10~25중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
접착제인 무기질 규산염 수용액은 고형분 농도가 40±2중량%인 규산칼륨 혹은 규산나트륨 용액이 모두 사용가능하며, 접착력을 발휘하는데 있어서 SiO2대비 K2O 및 Na2O의 몰비는 1:2.8~3.4 범위이고, 사용량은 30~70중량%가 바람직하다. 규산염의 사용량이 30중량% 이하이면 접착력이 불량하다. 한편 70중량% 이상이 되면, 경화속도가 너무 늦어져 도막이 불량해지게 된다. 좀더 바람직하게는 35~60중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
원적외선 및 음이온 방출특성을 갖는 천연광물질은 325mesh 이하로 분쇄하여 0.5~10중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 천연광물질의 사용량이 0.5중량% 이하이면 원적외선 및 음이온 방출특성이 너무 낮고, 10중량% 이상을 사용하더라도 효과는 더이상 증가하지 않는다. 이러한 천연광물질로는 견운모, 토르말린, 모나자이트, 귀양석, 맥반석 등이 가능하고 이들을 각각 혹은 혼합하여 사용하는 것이 가능하다. 좀더 바람직하게는 1~5중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
도막의 강도를 증가시키기 위한 충진제로서는 탄산칼슘, 산화아연, 이산화티탄 등을 각각 혹은 혼합하여 1~10중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 충진제의 사용량이 1중량% 이하이면 도막의 강도가 떨어지고, 10중량% 이상을 사용하더라도 더이상 도막의 강도는 증가하지 않는다.
증점제로 셀룰로오스, 카제인 및 알긴산나트륨 등을 각각 혹은 혼합하여 0.1~3중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 점도조절제의 사용량이 0.1 중량% 이하이면 점도가 너무 낮아 상분리가 발생된다. 한편 3중량% 이상이면 점도가 너무 높아 사용하기 힘들다. 좀더 바람직하게는 0.2~2중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 실시상태는 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~6
공기정화 기능성 무기질 도료 조성물의 제조
표 1과 같이 물에 고형분 함량이 40±2 중량%이고 SiO2 대비 K2O의 몰비가 3.0±0.2인 규산칼륨 수용액을 첨가하여 균일한 수용액을 제조하였고, 여기에 325mesh 이하로 분쇄한 견운모 및 활성탄, 점도조절제로서 알긴산나트륨을 첨가하여 제조한 도료 조성물의 저장안정성, 탈취효과 및 라돈가스 발생 저감율을 측정하여 비교예와 비교하였다.
공기정화 기능성 무기질 도료 조성물 배합표(단위 : 중량부)
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
물 47.8 42.8 37.8 32.8 27.8 22.8
활성탄 5 10 15 20 25 30
규산칼륨 40 40 40 40 40 40
토르말린 2 2 2 2 2 2
산화아연 5 5 5 5 5 5
알긴산나트륨 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
합계 100 100 100 100 100 100
상기 표 1과 같이 제조한 실시예 1~6에 대해서 각종 성능평가를 다음의 측정법으로 진행하였다.
① 저장안정성 : 실시예 1~6에 대해서 3개월간 실내에서 상온(20±2℃)의 조건에서 보관한 후 육안으로 저장안정성을 관찰한 결과를 표 2에 나타내었다.
공기정화 기능성 무기질 도료의 저장안정성 평가 결과
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
상분리 발생없음 발생없음 발생없음 발생없음 발생없음 발생없음
점도변화 발생없음 발생없음 발생없음 발생없음 발생없음 발생없음
② 탈취성능 : 실시예 1~6에 대해서 탈취시험은 가스검지관법에 의해 경과시간에 따른 암모니아 시험가스의 농도(ppm) 변화를 측정하는 KICM-FIR-1004 방법으로 측정하였으며, 시험한 결과를 표 3에 나타내었다.
공기정화 기능성 무기질 도료의 가스검지관법에 의한 암모니아 시험가스 탈취 효과
경과시간 구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
초기 블랭크농도(ppm) 200 200 200 200 200 200
시료농도(ppm) 200 200 200 200 200 200
탈취율(%) - - - - - -
30분 블랭크농도(ppm) 196 196 196 196 196 196
시료농도(ppm) 28 28 25 25 20 20
탈취율(%) 85.7 85.7 87.2 87.2 89.8 89.8
60분 블랭크농도(ppm) 189 189 189 189 189 189
시료농도(ppm) 22 22 18 18 15 15
탈취율(%) 88.4 88.4 90.5 90.5 92.1 82.1
90분 블랭크농도(ppm) 181 181 181 181 181 181
시료농도(ppm) 16 16 13 13 11 11
탈취율(%) 91.2 91.2 92.8 92.8 93.9 93.9
120분 블랭크농도(ppm) 180 180 180 180 180 180
시료농도(ppm) 12 12 10 10 8 8
탈취율(%) 93.3 93.3 94.4 94.4 95.6 95.6
③ 라돈저감율 : 라돈저감 효율 측정시험에 사용된 바탕시편은 크기 190mmX90mmX55mm의 시멘트 벽돌을 사용하였고, 각각의 시험편은 상기의 실시예에서 제조된 도료를 바탕시편과 동일한 장소 및 시기에 제조된 시멘트 벽돌에 2회 도장하여 시험을 실시하였다. 라돈 방사량 측정 시험은 연속 모니터링 측정법으로 소형 챔버 내에서 72시간 연속 측정하였으며, 챔버 내부는 균일한 온도 및 습도를 유지하였다. 측정치는 동일한 환경조건에서 각각 3번의 실험을 측정하여 측정한 값의 평균치를 취하였다. 라돈 차단율은 바탕시편의 라돈 방사량에 대한 각 시편의 라돈 저감율을 계산하여 나타내었다.
공기정화 기능성 무기질 도료의 라돈저감효율
구 분 바탕시편 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
라돈방출율
(pCi/m2hr)		 20.1 10.05 10.45 10.65 11.05 11.45 12.06
저감율
(%)		 50 52 53 55 57 60

Claims (5)

  1. 활성탄 5~30중량%, 고형분 함량이 40±2%인 무기질 규산염 수용액이 30~70중량%, 음이온 및 원적외선 방출 천연광물이 0.5~10중량%, 점도조절제가 0.1~3중량%, 충진제가 1~10중량% 및 전체양이 100중량%가 되도록 나머지를 물을 혼합한 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물
  2. 제1항에 있어서,
    무기질 규산염 수용액이 규산나트륨, 규산칼륨을 각각 사용하거나 혼합하여 30~70중량% 사용하는 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물
  3. 제1항에 있어서,
    음이온 및 원적외선 방출 천연광물로서 견운모, 토르말린 및 모나자이트를 325mesh 이하로 분쇄하여 0.5~10중량% 사용하는 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물
  4. 제1항에 있어서,
    점도조절제로서 셀룰로오스, 카제인 및 알긴산나트륨 등을 각각 사용하거나 혼합하여 0.1~3 중량% 사용하는 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물
  5. 제1항에 있어서,
    도막의 강도를 증진시키기 위한 충진제로서 탄산칼슘, 산화아연, 이산화티탄을 325mesh 이하로 분쇄하여 각각 혹은 혼합하여 1~10 중량% 사용하는 공기정화 기능성 무기질 도료 조성물
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