KR20190080189A - 할로이사이트를 이용한 친환경 천연 페인트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트는 나노튜브형태를 하고 있는 할로 이 사이트 나노 튜브(halloysite nano tube)를 주재로 하고, 여기에 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 석회석, 퓸드실리카(fumed silica), 이산화티타늄, 토르말린, 식물성접착제와 나노점토에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 조성물로부터 구성됨을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트 및 그 제조방법은 국산 고령토에 상당량이 존재하는 튜브형 나노소재인 할로이사이트를 주재로 사용하고, 제오라이트, 규조토 및 벤토나이트 등 기공소재와 그외 기능성 광물을 포함하고 소량의 천연 식물성 바인더와 나노점토를 사용함으로서 시공 과정 및 적용제품의 미세먼지를 최소화하며 공기 청정기능과 각종 물리적 성능이 세계 최고수준의 품질로 되는 페인트 조성물을 제공할 수 있는 산업상 유용한 발명이다.

Description

할로이사이트를 이용한 친환경 천연 페인트 및 그 제조방법{Ecofriendly natural paint using halloysite nano tube and the preparing process the same}

본 발명은 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 나노크기 기공을 포함하고 기공크기분포제어기술을 도입하여 열전도도, 악취제거, 탈취, 조습기능, 흡수율, 조절능력, 포름알데히드, 휘발성에 관한 흡수(absorption)과 흡착(adsorption) 성능 발현을 위해 기공을 포함한 재료들을 적절한 비율로 혼합하여, 적절한 입도분포제어와 유변특성이 제어된 친환경성 바인더를 선택할 수 있는 제품설계능력에 이용하여 최종제품의 건조강도, 밀도, 접착성, 유변특성과 관련한 특성을 우수하게 제어하면서, 내후성과 난연성을 부여하고 원적외선 방출 및 항곰팡이와 항균성능을 부여할 수 있는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

주거환경에 대한 관심과 실내건축에 대한 요구는 친환경과 에너지절약을 고려한 방향으로 급속하게 변화되고 있다. 우리나라의 경우 전체 에너지 사용량 중 건물부분이 차지하는 비율은 약 30~35%에 이르고 있어 건축물의 에너지절약 대책에 대한 중요성이 부각되고 있다. 건축용 내장 소재는 화재 위험성과 에너지절약을 위해 단열특성이 우수하고, 또한 인체 유해성과 관련된 규정이 강화되는 추세이다. 에너지 자원의 부족으로 인해 다양한 단열시스템이 주거환경에 적용되면서 에너지의 효율성이 강조되고 있으나 무분별한 공사로 인해 결로현상이 발생되고 있다. 또한 단열로 인하여 집안의 온도 및 습도가 곰팡이로 성장할 수 있는 최상의 조건을 가지게 되면서 심각한 문제로 떠오르고 있다.

대부분의 건축물들은 창문이 밀폐되어 건물의 단열재, 실내 내장재 등에서 내부온도가 오르면 유해물질이 방출되어 특히 동절기에는 냉난방에 의한 실내 기온을 유지하기 위하여 환기량이 줄어 미세먼지, 이산화탄소 등에 의해 실내 공기의 질이 열악해지고 있다.

에너지절약, 환경영향평가, 결로를 포함하여 난연성이 동시에 요구되는 추세에 힘입어 새로운 개념의 수성페인트개발이 국내외에서 진행되고 있는데 기존 시장에서 판매되고 있는 수성페인트의 고형분 장입량은 30 내지 40중량 % 정도로 페인트 조성물의 대부분은 유기화합물로서 시공성은 양호하나 환경에 대한 문제는 아직 거리가 멀다는 문제점이 있다.

한편, 고령토를 포함하여 천연원료를 70중량 % 이상 함유하고 있는 조성물이 일명 천연페인트 및 벽바름재라는 이름으로 개발되고 있는 실정이나, 이들 개발과 관련한 특허내용을 조사해 본 결과 최근 10 여년 간 100 여건이 보고되었다. 이들 특허내용 중 천연원료를 70중량 %이상 함유한 특허는 12건으로 아직은 기술개발이 시작 단계이다. 이들 12건의 특허내용들 요약 정리하면 하기와 같다.

즉, 대한민국 특허출원 번호 제2007-0114914호는 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트 및 몬모릴로나이트 중에서 한 개를 선택한 나노점토 20~50 중량%(층상실리케이트 나노점토 분말 5~15%), 충진제로 사용되는 탄산칼슘 또는 산화아연 20~40 중량%, 아크릴계, 우레탄계, 아크릴-우레탄계 및 라텍스계로 이루어진 군중에서 선택되는 결합제 20~50 중량%, 은폐제로 사용되는 알루미늄 실리케이트 또는 이산화티탄(TiO2) 5 내지 15 중량% 및 유기금속계 비누로 구성되는 속건제 1~10 중량%로 이루어진 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물 및 상기 도료 조성물의 제조방법에 대해 개시하였다.

대한민국 특허출원 번호 제2008-0018291호는 천연 광물질인 백토를 이용한 도료의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서 좀더 자세하게는 백토 및 은나노수를 주성분으로 하여 이산화티탄, 전기석 등을 첨가하고, 바인더로는 포타슘 실리케이트 또는 리튬 실리케이트와 수용성 아크릴을 사용하는 도료에 관한 것이다.

대한민국 특허출원 번호 제2009-0012560호는 친환경물질인 황토를 주성분으로 하여 이루어짐으로써, 인체와 주위환경에 해를 주지 않는 황토를 이용한 페인트를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 황토를 이용한 페인트는, 황토 미분말 30~40중량%, 아크릴 에멀젼수지 20~30중량%, 물 15~25중량%, 탄산칼슘(CaCO3)5~15중량%, 이산화티타늄(TiO2) 0.1~5중량%을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

대한민국 특허출원 번호 제2010-0017003호는 벽체 코팅 및 바름제 조성물의 경우 고령토, 황토 또는 점토를 단일 소성하여 분쇄하거나 고령토, 황토 및 점토 중 적어도 하나를 포함하는 조성물을 소성한 후 분쇄한 세라믹 분말을 포함한다. 본 발명의 벽체 코팅 및 바름제 조성물을 이용하여 벽체를 시공할 경우 환경적이면서도 방염 벽지 대용으로 사용가능하고, 실내 습도 조절 기능이 탁월한 동시에 시공이 간편하게 가능하고, 색상이 다양한 천연색으로 탈색이나 변질이 없으며, 시공 후 갈라지거나 하는 하자의 발생 없이 일정한 강도를 유지하는 것을 특징으로 하고 있다.

대한민국 특허출원 번호 제2013-0017145호는 펄라이트를 사용한 친환경 실내내장재 제조방법에 있어서, 펄라이트 원석을 12메쉬 이하로 분쇄하는 분쇄단계; 분쇄된 펄라이트를 팽창 펄라이트로 가공하는 열처리 건조단계; 팽창 펄라이트와 바인더로서 맥반석, 황토, 숯 및 슬러지 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 1:0.05 내지 1:1.0의 중량비로 혼합하는 혼합단계; 상기 펄라이트와 바인더의 혼합물을 압축 성형하는 성형단계; 압축 성형된 혼합물을 800~1,200℃의 온도로 소성하는 소성단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

대한민국 등록특허 제10-1266366호는 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유해물질 흡착 분해 친환경 기능성 소재에 관한 것으로, 제오라이트, 점토, 규조토 및 벤토나이트를 분쇄하는 단계 등을 포함하여 복수의 기공을 갖는 다공질 세라믹의 표면에 형성되는 이산화티탄 촉매에 자연광 또는 인조광이 조사되는 것에 의하여 복수의 기공 내에 흡착되어 있는 유해물질을 분해시킬 수 있는 특징이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1478295호는 황토, 고령토, 일라이트, 제올라이트, 게르마늄 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물로 이루어진 바이오 세라믹 20 내지 70중량부; 및 금속수산화물, 인계 난연제, 암모늄 피로인산 또는 이들의 혼합물인 난연제 5 내지 15중량부에 다양한 첨가제를 가하여 바이오 흙 마감재를 제조하였다.

대한민국 특허출원 번호 제2016-4220호는 페라이트 15 내지 20중량%, 제오라이트 5 내지 10중량%, 란탄옥사이드 0.1 내지 5중량%, 에멀젼 수지 15 내지 25중량%, 이산화티타늄 8 내지 10중량%, 백향목 오일 2 내지 5중량%, 물 20 내지 25중량%, 세리사이트 10 내지 15중량%인 것을 특징으로 한다.

대한민국 등록특허 제10-554106호는 카오린을 이용한 원적외선 복사 건축재의 제조방법에 관한 것 으로 게르마늄을 첨가하여 건축자재 내장 마감재를 개발하는 것을 특징으로 하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-0499868호는 액상 세라믹 건축마감재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 음이온 및 적외선이 방사되고, 광촉매기능을 포함한 건축마감재에 관한 것이다. 천연광물인 카오린 25 내지 35중량%와, 몰타론 48 내지 53중량%, 산화규소 7 내지 12중량%와 소포제 5내지 10중량%가 혼합되는 것을 특징으로 하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1563988호는 카오린을 주성분으로 하는 건축용 벽바름재에 관한 것으로, 구체적으로는 카오린 55 내지 80중량%, 토르말린 1 내지 10중량%, 산화티탄 1 내지 10중량%, 석고 3 내지 15중량%, 무기질천연재료 3 내지 15중량% 및 식물성접착파우더 3 내지 15중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 카오린을 주성분으로 하는 건축용 벽바름재에 관한 것이다. 판상형 카오린을 사용하여 광택 효과가 뛰어난 것과 같은 기능성이 증진되는 것을 특징을 하고 있다.

대한민국 특허출원 번호 제2016-42202호는 페라이트 15 내지 20중량%, 제오라이트 5 내지 10중량%, 란탄옥사이드 0.1 내지 5중량%, 에멀젼 수지 15 내지 25중량%, 이산화티타늄 8 내지 10중량%, 백향목 오일 2 내지 5중량%, 물 20 내지 25중량%, 세리사이트 10 내지 15중량%인 것을 특징으로 하는 항곰팡이와 항균 및 결로 방지성능을 갖는 기능성 페인트를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 페인트의 기본물성을 유지하면서 인체에 무해한 효과를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

그런데, 천연광물 원료를 기반으로 천연페인트를 제조하기 위해서는, 나노크기기공을 포함하여 기공크기분포제어기술, 도막으로 형성된 필름 성형체의 입자 충진을 위해 적절한 입도분포제어기술과, 유변특성을 제어하기 위한 적절한 친환경 바인더를 선택할 수 있는 제품 설계능력이 요구된다. 이러한 점을 고려하면, 최종제품에서 요구되는 특성치 목표를 달성하기 위한 요소 기술을 정리하여야 하는데, 다음과 같은 3가지 기술적 요소로 요약할 수 있다:

제1군: 열전도도, 악취제거, 탈취, 조습기능, 흡수율, 조절능력, 포름알데히드, 휘발성에 관한 흡수(absortion)와 흡착(adsorption)의 성능발현은 사용재료들의 기공 구조를 어떻게 디자인하느냐에 따라 나타날 수 있는 특성평가항목;

제2군: 건조강도, 밀도, 접착성, 유변특성, 성능은 유무기바인더의 적절한 선택이 중요한데 유기바인더는 가능한 최소화하고, 가능하다면 사용하지 않는 것이 미래의 기술임;

제3군: 항균성과 내후성 및 난연 성능은 사용하는 바인더의 종류에 따라 변할 수 있는 특성평가항목임.

천연광물을 사용하여 이미 개발된 천연페인트는 포름알데히드를 포함한 휘발성 물질의 분자량을 40 정도를 전후하여 그 크기가 다양하고 그에 따라 흡수와 흡착해야 할 대상에 맞추어 기공의 크기와 양이 조절되어야 제1군에 해당하는 물성을 만족함에도 불구하고 이에 대한 언급이 거의 없는 실정이다.

그리고 제2군과 3군은 기본적으로 결합제의 조성을 어떻게 설정하느냐에 따라 그 성질이 너무 상이하게 나타나는데 대부분의 연구 결과는 유변특성을 제어하기가 어려워 일반적으로 페인트에서 사용하는 수지계열의 결합제를 사용하고 있으며, 무기바인더에 대한 연구가 미흡하고 특히 천연광물을 이용한 결합제 개발은 거의 전무하다.

따라서, 본 발명자들은 흡수와 흡착을 고려한 기공크기를 고려하여 천연광물을 선택하고, 페인트의 물성 중 중요한 레올로지 중 의사가소성과 요변특성을 확보하기 위하여 천연페인트 슬러리 매트릭스(matrix) 부분에 해당 되는 천연광물들의 입경을 제어하며, 나노점토를 증점제와 요변특성을 위한 첨가제로 사용하여 원하는 특성을 갖는 친환경성 페인트 조성물이 얻어질 수 있다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

특허문헌 1: 대한민국 특허출원 번호 제2007-0114914호. 특허문헌 2: 대한민국 특허출원 번호 제2008-0018291호. 특허문헌 3: 대한민국 특허출원 번호 제2009-0012560호. 특허문헌 4: 대한민국 특허출원 번호 제2010-0017003호. 특허문헌 5: 대한민국 특허출원 번호 제2013-0017145호. 특허문헌 6: 대한민국 등록특허 제10-1266366호. 특허문헌 7: 대한민국 등록특허 제10-1478295호. 특허문헌 8: 대한민국 특허출원 번호 제2016-4220호. 특허문헌 9: 대한민국 등록특허 제10-554106호. 특허문헌 10: 대한민국 등록특허 제10-0499868호. 특허문헌 11: 대한민국 등록특허 제10-1563988호. 특허문헌 12: 대한민국 특허출원 번호 제2016-42202호.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점에 대한 배경을 기초로 하여 이들 종래 페인트의 문제점을 해결하기 위한 것을 그 주요 목적으로 하는 것으로, 자세하게는 카올린(Kaolin) 광물 중 나노튜브형태의 할로이사이트 나노 튜브(halloysite nano tube; 이하, HNT라 칭함)를 주성분으로 하고 부가적으로 제오라이트, 규조토 및 벤토나이트 등을 포함하여 수 나노미터 크기에서 수백 나노크기의 기공구조를 복합화함으로서 열전도도, 악취제거, 탈취, 조습기능, 흡수율, 조절능력, 포름알데히드, 휘발성에 관한 흡수와 흡착의 성능을 우수하게 발현할 수 있는 친환경 천연 페인트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 우수한 특성을 갖는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트를 우수한 생산성으로 보다 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적은 할로이사이트 광물을 포함하여 천연광물을 70중량 %이상 함유한 천연광물들의 입도를 제어하고, 목절점토를 분쇄하여 제조된 나노점토를 제조하고 이들을 바인더로 첨가하여 건조강도, 밀도, 접착성과 레올로지 특성 중 요변지수를 확보하고자 할 수 있음을 밝혀내고, 또한 할로이사이트, 제올라이트, 규조토 및 벤토나이트를 주성분으로 하여 원적외선과 항균특성을 가지고 있는 광물들을 첨가하여 항균과 항곰팡이 효과가 뛰어나고 인체에 무해한 천연페인트를 제조할 수 있음을 밝혀내어 달성될 수 있었다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트는:

나노튜브형태를 하고 있는 할로 이 사이트 나노 튜브(halloysite nano tube)를 주재로 하고, 여기에 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 석회석, 퓸드실리카(fumed silica), 이산화티타늄, 토르말린, 식물성접착제와 나노점토에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 조성물로부터 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 조성물은 고령토광물 중 나노튜브형태를 하고 있는 할로 이 사이트 나노 튜브(halloysite nano tube)를 바람직하기로는 40 내지 50중량 %, 제올라이트를 바람직하기로는 10 내지 15중량 %, 규조토를 바람직하기로는 5 내지 10중량 %, 벤토나이트를 바람직하기로는 1 내지 5중량%, 석회석을 바람직하기로는 15 내지 25중량 %, 퓸드실리카(fumed silica)를 바람직하기로는 1 내지 10중량 %, 토르말린을 바람직하기로는 1 내지 10중량 %, 이산화티타늄을 바람직하기로는 2 내지 5중량 %, 식물성접착제를 바람직하기로는 3 내지 15중량 %, 그리고 나노점토를 바람직하기로는 3 내지 10중량 %를 포함하여 조성되는 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 할로이사이트는 나노튜브형 카오린(kaolin)으로서 튜브 내경이 40나노미터 내지 200나노미터이며 길이가 2마이크로미터 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 규조토는 서브마이크론의 기공크기이고, 제올라이트는 기공크기가 수 나노미터의 수준으로 이들 광물들은 주로 휘발성물질을 흡수하는 역할을 담당하는 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 점토는 부피평균 80 내지 100나노미터 이하의 크기로 분쇄하여 5중량 %이하의 양으로 나노점토를 슬러리상태로 포함되는 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 천연 페인트는 페인트의 유변특성 중 요변지수를 포함한 레올로지 특성을 나타낼 수 있도록 조성되는 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 퓸드실리카(fumed silica)는 입도가 부피평균 5마이크로미터 이하이며, 천연페인트 슬러리의 유변특성 중 의사가소성과 요변특성에 도움이 되도록 하는 것임을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 천연페인트는 입자의 크기가 2 내지 10마이크로 미터인 무기질 안료를 더 포함하여 조성된 것임을 을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 천연페인트 슬러리는 부피평균 5마이크론 크기로 제조하는 것으로, 첨가된 초미세분말의 석회석과 퓸드실리카(fumed silica)는 휘발성 물질을 흡착하는 것임을 특징으로 하고 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트 및 그 제조방법은 국산 고령토에 상당량이 존재하는 튜브형 나노소재인 할로이사이트를 주재로 사용하고, 제오라이트, 규조토 및 벤토나이트 등 기공소재와 그외 기능성 광물을 포함하고 소량의 천연 식물성 바인더와 나노점토를 사용함으로서 시공 과정 및 적용제품의 미세먼지를 최소화하며 공기 청정기능과 각종 물리적 성능이 세계 최고수준의 품질로 되는 페인트 조성물을 제공할 수 있는 산업상 유용한 발명이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명하지만, 본 발명이 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니며 그 요지의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다. 또한, 상세한 설명에서는 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 실시형태를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트는 나노튜브형태를 하고 있는 할로 이 사이트 나노 튜브(halloysite nano tube)를 주재로 하고, 여기에 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 석회석, 퓸드실리카(fumed silica), 이산화티타늄, 토르말린, 식물성접착제와 나노점토에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 조성물로부터 구성된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 조성물은 고령토광물 중 나노튜브형태를 하고 있는 할로 이 사이트 나노 튜브(halloysite nano tube)를 바람직하기로는 40 내지 50중량 %, 제올라이트를 바람직하기로는 10 내지 15중량 %, 규조토를 바람직하기로는 5 내지 10중량 %, 벤토나이트를 바람직하기로는 1 내지 5중량%, 석회석을 바람직하기로는 15 내지 25중량 %, 퓸드실리카(fumed silica)를 바람직하기로는 1 내지 10중량 %, 토르말린을 바람직하기로는 1 내지 10중량 %, 이산화티타늄을 바람직하기로는 2 내지 5중량 %, 식물성접착제를 바람직하기로는 3 내지 15중량 %, 그리고 나노점토를 바람직하기로는 3 내지 10중량 %를 포함하여 조성일 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명은 천연광물 원료를 기반으로 천연페인트를 제조하기 위해서, 나노크기기공을 포함하여 기공크기분포제어기술이 도입되었다. 이 기공분포 제어기술은 주로 열전도도, 악취제거, 탈취, 조습기능, 흡수율, 조절능력, 포름알데히드, 휘발성에 관한 흡수와 흡착 성능 발현을 위해 기공을 포함한 재료들을 적절한 비율로 혼합하는 기술이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명은 도막으로 형성된 필름 성형체의 입자 충진을 위해 적절한 입도분포제어기술과, 유변특성을 제어하기 위한 적절한 친환경 바인더를 선택할 수 있는 제품설계능력에 관한 기술로서, 최종제품의 건조강도, 밀도, 접착성, 유변특성과 관련한 특성을 좌우한다.

본 발명은 나노점토를 바인더로 사용함으로서 증점효과와 요변특성을 부여하며, 내후성과 난연성을 부여하는 기술이며, 또한 본 발명은 기능성광물을 첨가함으로서 원적외선 방출 및 항곰팡이와 항균성능을 부여하는 기술을 특징으로 하는 기술이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명은 할로이사이트 나노튜브를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 HNT를 주성분으로 하여 여러 가지 천연광물과 인공합성광물 및 나노크기 점토를 첨가하며, 무기질 안료를 첨가 혼합하여 건축용 천연페인트를 제조함으로서 환경 친화적이며, 저온에서 안정하고, 부착강도가 뛰어나고, 내후성이 우수한 페인트를 제조하고자 하는 것으로, 유통이나 저장과정에서도 변질이 되거나 색상의 변화도 없고 도포 후 광택이 나고 기능성이 뛰어난 특성을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

이하 본 발명의 일 실시형태에 따른 HNT를 주성분으로 하는 천연페인트에 대해 구체적으로 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 HNT를 주성분으로 하는 건축 내장용 천연 페인트(이하, "천연페인트"이라고도 칭함)는 후술하는 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 수 있지만, 이는 본 발명의 범위를 제한하기 위해 의도되지는 않는다.

본 발명의 HNT를 주성분으로 하는 천연페인트는 할로이사이트, 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 석회석, 퓸드실리카(fumed silica), 이산화티타늄, 토르말린, 식물성접착제와 나노점토로 조성되는 것으로, 이들 각 구성성분들은 다음과 같은 특징을 갖는 것이다.

본 발명에 따른 페인트의 주성분을 구성하는 HNT는 고령토광물 4가지 결정형태 중 하나로서 할로이사이트 광물이다. 이 광물은 내경이 40나노미터 내지 200나노미터 정도이고 길이가 2마이크로미터 정도로서 마치 탄소나튜브처럼 속이 비어있는 튜브형태를 하고 있다. 이 할로이사이트는 최근 기능성물질을 담지 할 수 있는 특징을 하고 있어, 촉매담체, 약물, 농약 및 내식성물질 등 생리활성 물질을 담지 할 수 있는 능력이 있어, 그 용도에 대한 확장성이 크게 기대되는 물질이다. 또한 광물의 성상원인은 6각판상 구조를 하고 있는 카올리나이트(kaolinite)의 판상구조가 말려서 원통형을 유지하고 있으며, 말려있는 층 마다 수 나노미터의 공간을 확보하고 있는 층상광물을 하고 있어 이러한 공간에 분자량이 작은 가스성분을 흡수(absorption)할 수 있는 능력이 있다. 또한 HNT의 결정의 길이가 2마이크로미터로서 내부에 들어있는 기공을 최대한 활용하려면 기공이 붕괴되지 않도록 평균 5마이크로미터 즉 점토 수준의 크기로 사용해야 효과가 있다. 결국 HNT는 마이크로기공(micro-pore)과 메조포아(meso-pore) 그리고 매크로기공(macro-pore)을 동시에 포함하고 있어 수분을 포함하여 환경발생물질을 흡수와 흡착 기능을 동시에 사용할 수 있는 것으로 짐작되는 물질이다.

또 다른 구성 성분인 제올라이트는 나트륨, 칼륨의 알칼리 금속과 칼슘 등의 알칼리 토금속을 함유하고 또한 결정수를 함유한 알루미늄의 규산염 광물이며, 그 종류는 매우 많으나 보편적으로 분포하는 것은 클로놉틸롤라이트와 모우더나이트의 2종류가 있다. 제오라이트는 주고 마이크로포아가 존재하여 수분이나 가스를 흡착하는 특성이 있어, 흡수, 흡착, 흡습, 양이온 교환성 등을 이용하여 그 용도가 매우 넓어졌다고 알려져 있다. 제오라이트는 특히 음이온을 방출하는데다 항균력이 있다는 특징이 있다. 본 발명에서는 주로 가스흡수 특성을 목표로 사용되었다.

또 다른 구성 성분인 규조토는 색조도 매우 다양하여 일반적으로 회색 내지 황색을 나타낸다. 백색 또는 회백색의 거친 함수콜로이드규산이며 단백석의 일종으로서, 양질의 것은 이산화규소 SiO₂를 90％ 이상 함유한다. 이러한 규조토는 점토와 비슷하고 촉감이 거칠며 경도가 높은 특징을 가지며 치밀한 것은 4배 중량의 수분을 흡수·유지할 수 있고, 열의 불량도체이며 산(酸)에 침해되기 힘든 특징을 갖는다고 보고되었다. 가볍고 연하며 많은 기공 때문에 5-8배에 해당되는 부피의 액체까지도 흡수시킬 수 있는 능력이 있다. 폴리에스테르계 합성수지의 하나인 tetron원료인 테레후탈산의 여과용, 등 다양하게 사용되고 있는 광물이다. 규조토는 겉보기 기공율이 77-80%로서 다공질로서의 여러 가지 특성을 가지고 있으므로 단열벽돌 및 시멘트 혼화제 및 콘크리트 시공 시 첨가하여 유동성을 향상시킨다. 본 발명에서는 매크로포아(macro-pore)를 유지하고 있어 수분의 흡수, 흡착 및 탈착의 기능을 이용하고자 사용되었다.

또 다른 구성 성분인 벤토나이트는 일종의 점토 광물로서, 화장품, 요업, 접합제, 도료, 탈취제, 및 의약품에 이르기까지 최근 그 용도가 확대되고 있는 천연 물질이다. 이 물질과 관련한 다양한 성질에 대해 보고되었는데 바 벤토나이트는 특유한 성질로서 팽창성, 점결성, 농후성 및 윤활성을 가진다. 팽창성 - 물과 반응하면 칼슘계 벤토나이트는 약 3배, 나트륨 벤토나이트는 약 15배까지 팽창하며 무게의 5배까지 물을 흡수한다. 이렇게 팽창한 벤토나이트는 겔화되고, 이 겔은 물을 배척하는 성질을 지닌다. 이 성질을 이용하여 방수재의 원료로 사용되고 있다. 점결성 - 벤토나이트는 다른 물질과 혼합되었을 때 물질들을 서로 점결 시키는 성질을 지니는데, 이때 벤토나이트는 화학적으로 활성을 갖지 않으므로 점착되는 재료의 원래의 화학적 특성에 영향을 주지 않는다. 높은 온도에서도 이 성질은 변하지 않아 주물용 모래의 점착제로 널리 이용된다. 농후성 - 벤토나이트는 겔 상태를 형성하므로 점성이 낮은 다른 재료들을 농축하는 효과가 있으며, 벤토나이트를 이용한 현탁액은 장시간이 지나도 침전 등이 발생하지 않고 완벽한 콜로이드 상태를 유지하므로 페인트, 약품 등의 각종 공업 원료의 첨가제로서 사용된다. 본 발명의. 본 발명에서는 물질들을 점결시켜 주고 입자크기가 비교적 큰 입자의 침전을 방지하기 위한 용도로 사용되었다.

또 다른 구성 성분인 탄산칼슘은 화학식 CaCO3로 표현되며, 탄산의 칼슘염을 지칭한다. 이러한, 탄산칼슘은 천연으로는 방해석(方解石)·대리석·석회석·아라고나이트·백악(白堊) 등의 광물로서 산출되고, 또 조개껍데기의 주성분이며, 이것을 미세한 분말로 한 것을 호분(胡粉)이라 하여 하얀색안료로 사용하고 있다. 본 발명에서 이 분말은 충전제(extender) 역할을 하며, 광택도, 분산성, 내구성 등을 향상시키고, 저 흡수성, 저 마모성, pH 안정효과, 내 부식성 및 유동성을 개선시키기 위하여 사용되었다.

또 다른 구성 성분인 퓸드실리카(fumed silica)는 요업원료 조합할 때 고령토나 점토와 같은 원료로 인해 가소성이 너무 커지면 성형성이 떨어지기 때문에 적당한 조도를 유지하기 위하여 사용된다. 건조수축을 줄여주며, 배합원료의 백색도를 증가시켜주는 역할을 한다. 본 발명에서는 적당한 조도를 유지하기 위하여 사용되었다.

또 다른 구성 성분인 토르말린(Tourmaline)은 일명 전기석이라고 한다. 붕규산광물로서 붕소와 산화규소 및 알루미나를 포함하고 있는 규산염광물이다. 다양한 화학조성을 가지고 있으며, 불순의 종류와 양이 달라 녹색, 황색, 남색과 분홍색을 뚜는 등 색상이 다양하다. 따라서 성질 또한 다양하여 원적외선효과, 음이온발생효과, 탈취를 포함한 계면활성효과가 있으며, 친환경 개선을 위해 농수산 및 식품분야까지 다양하게 이용되는 물질이다. 본 발명에서는 원적적외선 방출효과를 목표로 조성에 사용하였다.

또 다른 구성 성분인 이산화티타늄은 산화아연과 더불어 대표적인 광촉매물질로서 알려져 있다. 산화아연의 경우는 수계슬러리 시스템에서 화학적인 변화로 인해 쉽게 색상이 변화한다. 이산화티타늄은 상대적으로 수계를 포함한 세라믹제조공정에서 안정적으로 사용할 수 있다는 특징이 있다. 이 광물을 천연페인트 조성물에 포함시킬 경우 항균과 항곰팡이 효과가 뛰어나 본 발명에서는 수계슬러리 시스템에 적당한 기능성 첨가제로 사용하였다.

또 다른 구성 성분인 나노점토는 본 발명에서 목절점토를 분쇄하여 100나노미터 크기 이하로 분쇄된 것을 천연무기결합제로 사용하였다. 목절점토는 천연적으로 풍수작용에 의하여 자토화(kaolinization)를 일으킨 장소로부터 멀리 흘러가서 침적되어 형성 된 점토이므로 입자가 보다 미세하고 석영함유량이 적으며, 주로 일본에서 산출되는데 그 어느 점토 보다 가소성이 가장 우수하다. 주로 아탄층으로 부터 산출되므로 일반적으로 아탄, 나무뿌리 등 유기물질을 0.4 내지 5.5중량 % 가량 함유하고 있다. 이 목절점토는 육각판상구조를 하고 있는 카올리나이트(kaolinite)광물로서 약간의 montmorillonite나 illite를 포함하고 있다. 본 발명에서는 육각판상구조를 하고 있는 카올리나이트가 수용액에서 판상의 면과 모서리의 전하가 달라 불균일응고(hetro-coagulation)를 쉽게 일으켜 강하고 빠르게 응집을 일으키나 전단응력을 가하면 쉽게 풀어지는 요변특성을 가지고 있어 이 성질을 이용하고자 사용되었다. 나노크기 점토를 과도하게 사용하면 건조할 때 쉽게 가느다란 금이 촘촘하게 발생하여 건조강도에 오히려 문제가 생김으로 인해 통상 5중량 % 이하로 제한하는 것이 좋다.

또 다른 구성 성분인 식물성접착제는 증점제로 사용되며 메틸셀룰로오즈, 에틸셀룰로오즈, CMC(carboxy methy cellulose), 카르복시 메틸 셀룰로오즈 나트륨, 카르복시 메틸 셀룰로오즈 칼슘, 카르복시 메틸 셀룰로오스 칼슘, 카르복시 메틸 셀룰로오스 나트륨으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 천연광물 원료를 기반으로 천연페인트를 제조하기 위해서, 나노크기기공을 포함하여 기공크기분포제어기술이 도입되었고, 이 기공분포 제어기술은 주로 열전도도, 악취제거, 탈취, 조습기능, 흡수율, 조절능력, 포름알데히드, 휘발성에 관한 흡수와 흡착 성능 발현을 위해 기공을 포함한 재료들을 적절한 비율로 혼합하는 기술을 이용하였다.

상기한 본 발명의 구성에 따른 페인트 조성물을 이용한 도막으로 형성된 필름 성형체는 그의 입자 충진을 위해 적절한 입도분포제어기술과 유변특성을 제어하기 위한 적절한 친환경 바인더를 선택할 수 있는 제품설계능력을 이용하여, 최종제품의 건조강도, 밀도, 접착성, 유변특성과 관련한 특성을 우수하게 하였다. 본 발명은 나노점토를 바인더로 사용함으로서 증점효과와 요변특성을 부여하며, 내후성과 난연성을 부여하고, 또한 기능성 광물을 첨가함으로서 원적외선 방출 및 항곰팡이와 항균성능을 부여할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다. 다음의 실시예는 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아님은 물론이다.

실시예 1

평균입경이 5마이크로미터 이하인 나노튜브형태를 하고 있는 할로이사이트, 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 석회석, 퓸드실리카, 토르말린, 이산화티타늄, 식물성접착제와 나노점토, 무기질안료 및 첨가제인 소포제와 동화제를 준비한다. 구체적으로 나노튜브형태를 하고 있는 할로이사이트 40kg , 제올라이트 10kg, 규조토 5kg, 벤토나이트 5kg, 석회석 15kg, 4톤 볼밀에서 습식혼합 및 분쇄를 8시간 실시하고, 비드밀에서 퓸드실리카(fumed silica) 5kg, 토르말린 5kg, 이산화티타늄 5kg, 식물성접착제 5kg, 그리고 나노점토 5kg를 혼합하여, 물 100kg과 해교제 2.5kg과 소포제 1kg, 동화제 2kg, 무기질안료를 색상에 따라 적당량 첨가하고 4시간 분쇄와 혼련을 실시하였다. 부피 평균입경이 5마이크로미터인 건축용 내장재 천연페인트를 슬러리 상태로 제조하여 분무기로 분무하여 건축물의 내벽면에 천연페인트를 도포한다.

실시예 2

실시예 1에서 나노점토는 목절점토를 수평비드밀과 수직비드밀에서 분쇄하여, 최종적으로 최대입경 0.45마이크로미터 평균 150나노미터 그리고 100나노 이하가 20 부피%를 유지하는 아주 좁은 입도분포를 하는 나노점토를 제조하여 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실험예 1

상기 본 발명의 일 실시형태인 실시예들에 따라 HNT를 주성분으로 하여 제조된 건축용 내장재 천연페인트를 공동연구기관인 낙우산업에서 항균시험을 실시하였다.

공동연구기관인 낙우산업에서 한국건설생활환경시험연구원에 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트의 항균력에 대한 시험평가를 의뢰하였고, 시험방법은 KCL-FIR-1003:2011에 따라서 실시하였으며, 그 결과는 대장균 및 황색포도상구균에 의한 항균시험결과 세균감소율이 각각 99.9%로 나타내었다.

실험예 2

본 발명의 실시예에 따라 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트인 상기 실시예 1과 2의 페인트에 대한 항곰팡이 시험을 실시하였다. 공동연구기관인 낙우산업에서 (재)한국건설생활환경시험연구원 오창에 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트의 항곰팡이에 대한 시험평가를 의뢰하였고, 시험방법은 ASTM D 6329-98(2015)에 따라서 실시하였으며, 그 결과는 곰팡이 포자수는 10 미만이며, 곰팡이 저항력은 1.0으로 우수한 항곰팡이 효과를 나타냈다.

실험예 3

본 발명의 실시예에 따라 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트를 공동연구기관인 낙우산업에서 경남통영소재 충무고등학교 1-1반과 학습도움실 2곳에서 실내에 페인팅을 실시하였으며, 실내 공기질시험을 실시하였다. 공동연구기관인 (재)한국건설생활시험연구원 오창에서 (주)누리환경기술센터에 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트의 실내공기질에 대한 시험평가를 의뢰하였고, 미세먼지, 총휘발성유기화합물(TVOC), 톨루엔(Toluene) 및 폼알데히드(Formaldehyde), 벤젠(Benzene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), 자일렌(Xylene)과 스틸렌(Styrene)를 측정하였다. 시험방법은 공인인증환경부고시에 따라서 실시하였으며, 그 결과는 공기질 시험결과 우수한 효과를 나타냈다.

실험예 4

본 발명의 실시예에 따라 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트를 제조하고 공동연구기관인 (재)한국건설생활시험연구원 오창에서 저온 안정성과 내후성에 대한 시험을 실시하였다. 시험방법은 KS F 4715:2007에 따라서 실시하였으며, 그 결과는 저온 안정성과 내후성에서 우수한 결과를 나타냈다.

실험예 5

본 발명의 실시예에 따라 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트의 부착강도에 대한 시험을 실시하였다. 천연페인트를 공동연구기관인 낙우산업과 공동연구기관인 (주)대한에서 부착강도에 대한 시험을 한국산업기술시험원에 의뢰하여 실시하였다. 시험방법은 ASTM D 3359-02(Cross-cut tape test)에 따라서 실시하였으며, 그 결과 우수한 부착강도를 나타내었다.

실험예 6

본 발명의 실시예에 따라 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트를 제조하고 공동연구기관인 (재)한국건설생활시험연구원 오창에서 열전도도에 대한 시험을 실시하였다. 시험방법은 KS L 9016-2010에 따라서 실시 하였으며,그 결과 우수한 열전도도를 나타내었다.

실험예 7

본 발명의 실시예에 따라 HNT를 주성분으로 하는 건축용 내장재 천연페인트를 제조하고 공동연구기관인 (재)한국건설생활시험연구원 오창에서 표면흡착성에 대한 시험을 한국세라믹기술원에 의뢰하여 실시하였다. 시험방법은 KS F 2611에 따라서 실시하였으며, 그 결과 우수한 표면흡착성을 나타내었다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시형태에 대해 기술하였지만, 그 내용은 상기 실시형태에 기술된 내용에만 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (15)

1. 나노튜브형태를 하고 있는 할로 이 사이트 나노 튜브(halloysite nano tube)를 주재로 하고, 여기에 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 석회석, 퓸드실리카(fumed silica), 이산화티타늄, 토르말린, 식물성접착제와 나노점토에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 조성물로부터 구성됨을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 고령토광물 중 나노튜브형태를 하고 있는 할로 이 사이트 나노 튜브(halloysite nano tube)를 40 내지 50중량 %, 제올라이트를 10 내지 15중량 %, 규조토를 5 내지 10중량 %, 벤토나이트를 1 내지 5중량%, 석회석을 15 내지 25중량 %, 퓸드실리카(fumed silica)를 1 내지 10중량 %, 토르말린을 1 내지 10중량 %, 이산화티타늄을 2 내지 5중량 %, 식물성접착제를 3 내지 15중량 %, 그리고 나노점토를 3 내지 10중량 %를 포함하여 조성되는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 할로이사이트 광물을 포함하여 천연광물을 70중량 %이상 함유하여 천연광물들의 입도를 제어하는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 목절점토를 분쇄하여 제조된 나노점토를 제조하고 이들을 바인더로 첨가하여 건조강도, 밀도, 접착성을 갖는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 목절점토를 분쇄하여 제조된 나노점토를 제조하고 이들을 바인더로 첨가하여 레올로지 특성 중 요변지수를 확보하는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 할로이사이트는 나노튜브형 카오린(kaolin)으로서 튜브 내경이 40나노미터 내지 200나노미터 이며 길이가 2마이크로미터 이하로 하는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 규조토는 서브마이크론의 기공크기이고, 제올라이트는 기공크기가 수 나노미터의 수준으로 이들 광물들은 주로 휘발성물질을 흡수하는 역할을 담당하는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 퓸드실리카(fumed silica)는 일정한한 조도를 유지하기 위하여 사용하는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 조성물의 입자 충진을 위해 적절한 입도분포제어기술을 활용하여 제조된 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
   
10. 제1항에 있어서, 상기 탄산칼슘은 충전제 역할을 하며, 가스흡착특성과 유동성을 개선시키기 위하여 사용되는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
    
11. 제1항에 있어서, 상기 점토는 부피평균 80 내지 100나노미터 이하의 크기로 분쇄하여 5중량 %이하의 양으로 나노 점토를 슬러리 상태로 포함하는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
    
12. 제1항에 있어서, 상기 벤토나이트는 물질들을 점결시켜 주고 입자크기가 비교적 큰 입자의 침전을 방지하기 위한 용도로 사용되는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
    
13. 제1항에 있어서, 상기 식물성접착제는 증점제로 사용되며 메틸셀룰로오즈, 에틸셀룰로오즈, CMC(carboxy methy cellulose), 카르복시 메틸 셀룰로오즈 나트륨, 카르복시 메틸 셀룰로오즈 칼슘, 카르복시 메틸 셀룰로오스 칼슘, 카르복시 메틸 셀룰로오스 나트륨으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택되는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트.
    
14. 청구한 1 내지 13 중 어느 한 항의 조성물에 의해 형성된 도막으로 형성된 필름 성형체로 접착강도가 5B등급 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 코팅물.
    
15. 나노튜브형태를 하고 있는 할로이사이트(halloysite nano tube) 40 내지 50중량 %, 제올라이트를 10 내지 15중량 %, 규조토를 5 내지 10중량 %, 벤토나이트를 1 내지 5중량%, 석회석을 15 내지 25중량 %, 퓸드실리카(fumed silica)를 1 내지 10중량 %, 토르말린을 1 내지 10중량 %, 이산화티타늄을 2 내지 5중량 %, 식물성접착제를 3 내지 15중량 %, 그리고 나노점토를 3 내지 10중량 %를 혼합하여, 물 100중량 %와 해교제 2.5 중량 %, 소포제 1 중량 %, 동화제 2 중량 %를 첨가하고 4시간 분쇄와 혼련하여 천연페인트 조성을 제조하는 것임을 특징으로 하는 할로이사이트(HNT)를 이용한 친환경 천연 페인트의 제조방법.