KR100908772B1 - 미세크랙방지 및 오염제거기능을 부여한 수성 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세크랙방지 및 오염제거기능을 부여한 수성 도료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리전이온도가 극히 낮은 단량체를 적용한 비닐아세테이트 공중합체를 적용하여 주 바인더의 유리전이온도를 실온보다 낮게 설정하고, 선형(LINEAR) 형태의 중합구조를 지녀 건조된 도막이 신율을 지니게 함으로써 건축물의 내장마감시 발생할 수 있는 미세한 크랙을 커버할 수 있고, 판상의 충전제를 적용하여 건조된 도막의 친수성을 유지시켜 줌으로써 실내환경에서 발생할 수 있는 손때자국, 얼룩, 아이들의 낙서 등 친유성의 오염물질에 대한 제거효율이 높아 오염제거기능을 지닌 수성 도료 조성물에 관한 것이다.

미세크랙방지, 오염제거, 수성도료, 탄성신율, 인장강도, 친환경

Description

미세크랙방지 및 오염제거기능을 부여한 수성 도료 조성물{AQUEOUS PAINT COMPOSITION WITH FINED-CRACK RESISTANCE AND POLUTION REMOVAL PROPERTY}

본 발명은 미세크랙방지 및 오염제거기능을 갖는 수성 도료 조성물에 관한 것이다.

탄성이 없는 내부용 수성도료는, 도장하는 부위의 소지가 탄성이 있거나 두 가지 이상의 자재가 연결된 접합부위(조인트 부위)인 경우, 소지나 접합부위의 움직임으로 인해 건조된 도막에 미세한 크랙이 발생하게 되며, 크랙이 발생된 부위에 또 다른 수성도료를 덧칠할 경우에도 남아 있던 크랙이 표면에 전사되어 외관품질이 떨어진다. 이는, 조인트 마감부위에 주로 적용하는 씰링재(Sealer)와 소지가 지니고 있는 탄성이 원인이며, 보다 상세하게는 조인트 마감부위 또는 소지가 지닌 탄성과 그 위에 도장되는 도료의 건조도막과의 신율차이 또한 큰 원인이 된다.

또한, 콘크리트 몰탈 건축물은 기초 지반의 변형, 진동에 따른 구조적 변형 또는 건축재료의 건조 수축에 따른 표면응력의 발생 등으로 인해 시간이 경과되면 건축물의 균열이 발생되어 도막으로 전이된다. 이러한 도막크랙의 발생은 수분의 모세관 현상에 의한 이동으로 건축물의 함습과 콘크리트 몰탈의 노화를 촉진시키 고, 투습된 수분은 곰팡이 번식, 건축재료의 조기노화 등 여러 가지 문제점을 야기시키며, 도막을 통해 얻을 수 있는 건축물의 미관과 보호기능을 상실하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 표면에 발생되어 있거나 또는 발생가능성이 있는 미세한 크랙의 방지를 목적으로 탄성도막이 벽체에 적용되고 있으며, 이러한 종래기술로는 대한민국 특허공개번호 제2001-0060095호에서, 건축용 내오염 탄성도료 조성물에 대해 개시되어 있는데, 이는 통상의 탄성도료 조성물 중에 코어쉘 구조의 에멀젼수지, 왁스컴파운드, 유기중공필러 및 플라스틱 안료를 함유시킴으로써, 최종 마감재로 적합하고 롤도장을 통해서 적용된 도막으로도 크랙커버가 가능하도록 신율을 설계하여 양호한 수증기투과성과 낮은 수분함습율을 보유할 뿐만 아니라, 구도막의 실제 크랙을 보수함과 동시에 신규 건축물의 향후 잠재 균열방지와 내세척성을 향상시킨 건축용 내오염 탄성도료 조성물이다. 그러나, 상기 종래기술에서 탄성을 부여하기 위해 도료에 사용되는 수지의 유리전이온도(Tg)는 -40~-10℃로서 상온보다 지나치게 낮아, 탄성을 통한 크랙 커버 기능은 지니고 있으나, 표면에 끈적거림(Tacky)이 심하여 공기 중의 먼지나 다른 물체나 생명체와의 접촉을 통한 오염이 발생하므로 실내용으로는 적용이 불가능하였고, 외부용으로 적용하여도 오염환경에 따라 차이가 있으나, 공기 중의 먼지, 매연 등에 의한 오염을 차단할 수 없었다. 또한, 점착성을 감소시켜 내오염성을 향상시키기 위해 유리전이온도가 높은 하드폴리머인 플라스틱안료를 15~25중량% 사용하였으나, 플라스틱안료의 사용량이 증가할수록 신율이 감소하므로 탄성신율을 유지하면서 내오염성을 개선하는 것에는 한계가 있었다.

또한, 대한민국 특허공개번호 제2005-101801호에서는 다기능 경량 무기질계 탄성 도막 방수재와 그 제조방법을 개시하고 있는데, 이 경우 무기질계 충전제 100중량%에 대하여 110~130중량%의 고분자 아크릴 에멀젼수지 결합제를 적용하고 있다. 이 종래기술은 결합제인 고분자 아크릴 에멀젼수지와 섬유강화 셀룰로우즈 및 중공체 불연성 광물질을 포함한 경량 무기질계 충전제를 혼합하여 도막의 탄성 및 강도를 부여하여 건축물의 크랙을 방지함으로써 방수효과를 얻을 수 있으며, 경량 무기질계 충전제의 혼합으로 탄성도막의 단점인 건조도막의 끈적거림을 해결한 방수재 조성물에 대해 기재하고 있다. 그러나, 도막의 탄성 및 강도를 부여하기 위해 적용하는 경량 무기질계 충전제로 인해 건조된 도막의 외관이 매끄럽지 못하여 미적효과가 떨어지므로 옥상 방수 등 외관보다는 방수기능을 요하는 부위에 적용되고, 실내용으로는 부적합하다.

상기와 같은 방수재에 관한 종래기술은 다양하며, 대표적인 예로서, 대한민국 특허출원번호 제1997-0081567호에서의 이성분계 폴리우레탄 조성물, 대한민국 특허출원번호 제2000-0001136호에서의 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체를 이용한 수용성 고무 아스팔트 도막 방수재의 제조방법, 및 대한민국 특허출원번호 제2004-0069637호에서의 초단열 및 다중방수기능을 갖는 옥상 구조물의 바닥시스템 및 그의 시공방법 등이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 바닥 방수재나 옥상방수재의 경우 대부분 유성으로서 도장작업 및 도막경화시 휘발성유기화합물(VOC)이 공기중에 노출되므로 실내장식용으로 적용이 부적합한 문제점이 있다.

한편, 일반적으로 탄성도료 조성물을 제조하는 가장 통상적인 방법은 도료 배합상에 가소제를 사용하는 것이다. 그러나, 상기와 같은 경우에는 가소제의 함량에 따라 특정 온도 조건하에서의 인장 신율 편차가 심해지고, 장기 폭로시 가소제의 표면용출이 문제가 된다. 또한, 일정한 온도 범위에서의 건축 균열에 대해 내성을 가지는 도막을 설계하는데 있어서 단순히 유리전이온도가 낮은 수지를 사용할 경우, 높은 인장신율을 기대할 수 있으나 여전히 낮은 인장강도와 큰 오염성 때문에 한계에 부딪히게 된다. 탄성도료 조성물의 점착성 개선을 위한 대안으로서, 표면 UV 가교 수지를 적용할 경우, 한국적 기후 하에서는 직사광선에 장시간 폭로시켜도 표면경화가 충분히 진행되지 못해 점착성이 계속 남게 되는 문제점이 있다.

대한민국 특허공고 제143196호에는 코어를 이루는 내부층의 유리전이온도를 -10~10℃로 하고, 외부를 이루는 쉘의 표면층을 유리전이온도가 15~50℃가 되도록 하는 비오염성 도료용 수지가 기재되어 있으나, 상기 발명은 내오염성을 개선한 것으로, 이러한 비오염성 도료용 수지를 이용한 조성물의 경우 신율과 복원력에 대한 언급이 없다.

또한, 일반적인 건축용 도막의 표면에 부착하는 오염물질은 모래 등의 무기성분과 자동차 배기가스, 타이어의 마모물, 매연 등의 카본을 주성분으로하는 유기성분으로 대별된다. 특히 도시형 오염의 주성분인 배기가스 등 친유성 물질은 친유성 도막에 고착되기 쉬우며, 또한 이탈시키기도 쉽지 않은 문제가 있다. 이러한 친유성 물질은 대도시인 경우 전체 오염물질 중에 약 30%를 점유하고 있으나 점점 증가되는 추세이며, 계절별 또는 지역별로 다양한 양상을 보이고 있다. 이러한 물질에 의한 오염은 건축용 도막 중 외기에 면하는 부위에 해당되며, 실내부위의 경우 에는 배기가스, 매연 등의 성분에 의한 오염은 발생하지 않으나 거주자의 신체부위 접촉시 신체부위로부터 전사된 손때와 같은 친유성 물질에 의한 오염이 주로 발생하며, 어린아이들의 낙서 등에 의한 강제오염도 발생할 수 있다. 이러한 실내외의 다양한 오염으로 인해 도료의 주기능인 미관품질이 저해되며, 특히 실내의 경우 장식성이 크게 떨어져 개보수가 불가피하다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 보완하기 위해, 내오염성을 지닌 도료가 적용되고 있는 종래의 기술로서 대한민국 특허공개번호 제1999-0061670호에서는 고내후성의 친수성 도막을 갖는 수성도료 조성물이 개시되어 있다. 이 경우 에멀젼 수지를 주성분으로 하고 충전제와 안료, 첨가제를 함유하는 건축용 수성도료를 구성함으로써, 중합성 자외선 단량체 함유 공중합 에멀젼 수지를 이용하여 내후성을 향상시켰으며, 인버티드 코아셀 모폴로지를 가지는 수지와 콜로이달 실리카를 통해 내수성을 저하시키지 않으면서도 도막의 친수화를 꾀하므로써, 도막의 표면장력을 높이고 저대전성을 갖는 저오염성 에멀젼 도료를 구현하여 외부 오염환경에 대한 내성과 빗물에 의한 자기 세정성을 부여한 조성물을 제시하고 있다. 그러나, 상기 종래기술에서 사용한 바인더의 유리전이온도는 20~70℃의 친수성 인버티드 코어 셀 모폴로지 에멀젼으로서, 유리전이온도가 실온보다 높아 바람직한 도막형성을 위해서는 조용제가 많이 필요하여 친환경적이지 못하므로 실내장식용으로 적용하기에는 부적절하다. 또한, 탄성신율과 인장강도에 관한 언급이 없어 미세크랙방지기능을 요하는 부위에 적용하기 곤란하다.

대한민국 특허공개번호 제2002-0055827호에서의 비오염성 피막 조성물은, 수 지, 가교제, 안료 및 첨가제로 이루어진 피막조성물에 있어서, 수지로는 아크릴폴리올 수지, 경화제로 비황변형 폴리이소시아네이트계 화합물을 사용하며, 실란올기(SiOH)를 포함하지 않는 친수성 부여제와 가수분해 촉진제를 함께 사용함으로써, 상온에서 자연경화가 가능하여 건축물 외장재 및 콘크리트, 몰탈표면, 철재면에 도장되어 우수한 도막 물성 및 도료의 저장안정성이 향상된 자연건조형 비오염성 피막 조성물이다. 이 기술에서는 실리케이트 화합물의 적용으로 비오염성을 확보하였고, 자연건조형 도료의 특성상 초기 경화전 내오염성이 저하되는 문제를 해결하기 위해 경화제를 적용하였으나, 2액형으로 도장작업이 불편하고, 크실렌, 부틸케톤 등의 용제를 사용하므로 도장작업시와 도막형성 후 휘발성유기화합물(VOC)의 방출로 인해 실내장식용으로 적용이 곤란하다. 이러한 기술의 유사기술로는, 대한민국 특허공개번호 제1997-0027241호에서의 저오염 및 고내후성 수성 도료 조성물 및 대한민국 특허공개번호 제1999-0079851호에서의 내후성 및 내오염성이 우수한 상온가교형 수계수지 및 도료 조성물이 있으나, 마찬가지로 실내장식용으로 적용하기 곤란한 문제점이 있다.

종래의 탄성도료가 지닌 한계점은 배경기술에서 살펴본 바와 같이, 도막에 탄성을 부여하기 위해 유리전이온도를 상당히 낮춤으로써 상온에서 건조도막이 점착성을 유지하고 있어, 오염물질에 대한 저항성이 매우 떨어지고, 부착된 오염물질의 제거가 쉽지 않은 것이다.

비오염성을 가지려면 친유성 오염물질이 부착하기 어려운 특성뿐만 아니라 표면에 부착된 오염 물질이 침착되지 않아야 하고, 오염물질의 제거가 손 쉬어야 한다. 오염물질의 부착을 방지하거나 혹은 부착된 오염 물질이 내부로 침투되지 않도록 하려면 도막을 치밀하게 설계하여야 하며, 표면에 부착된 오염물질의 제거가 용이하려면 친수성 도막표면을 형성시키는 기술이 필요하다.

이에 따라, 상온 건조형 수성 에멀젼 도료에서 도막의 강인성과 치밀성을 부여하기 위해서는 통상 높은 유리전이온도를 가진 고분자 입자가 이용되며, 균일한 도막을 얻기 위해 도막형성조제를 사용한다. 도막형성조제는 에멀젼 입자를 가소화시켜 서로간의 융착에 의해 균일한 도막을 형성하도록 돕고, 시간이 지남에 따라 휘발되어 도막으로부터 제거된다. 그러나, 도막의 강인성과 치밀성을 위해 유리전이온도를 높일수록 더 많은 도막형성조제가 필요하게 되므로 친환경적이지 못하고 초기 도막강도가 약해져 근본적으로 입자융착 방법으로는 원하는 도막의 치밀성을 얻는데 한계가 있다.

또한, 콘크리트 몰탈 건축물의 미세한 크랙의 표면전이를 막아주기 위해서는 건조된 도막이 탄성을 유지해야 하는데, 이러한 탄성을 지니려면 에멀젼 입자의 유리전이온도가 낮을수록 유리하다. 따라서, 건조된 도막이 탄성을 유지하면서도 도막에 부착된 오염물질을 쉽게 제거하고 친환경적인 조성물을 제조하려면 탄성을 유지하기 위해 선형(LINEAR)의 중합구조를 가지면서 매우 낮은 유리전이온도를 가진 단량체를 바인더 중합시 적용하여 도막형성조제의 사용량을 최소화하면서 도막의 가교밀도를 높이는 것이 바람직하다.

그런데, 종래의 비오염성 도료가 지닌 한계점은 도막의 가교밀도를 높이기 위해 하드폴리머(HARD POLYMER)를 사용함으로써 유리전이온도가 상온보다 지나치게 높아 도막형성조제의 사용량이 많아져 도막형성초기에 점착성이 매우 증가하며, 실내장식용으로 사용이 어려울 정도로 휘발성유기화합물의 함량이 높은 점이었다.

따라서, 본 발명에서는 유리전이온도가 극히 낮은 단량체를 적용한 수성 공중합 에멀젼수지를 적용하여 주 바인더의 유리전이온도를 실온보다 낮게 설정하고, 선형(LINEAR) 형태의 중합구조를 지녀 건조된 도막이 신율을 지니게 함으로써 건축물의 내장마감시 발생할 수 있는 미세한 크랙을 바람직하게 커버할 수 있도록 하였고, 건조된 도막의 점착성에 영향을 미치는 외부가소제인 도막형성조제의 사용을 줄이고 대신에 도막을 구성하는 바인더 자체가 내부에서 가소화될 수 있도록 유리전이온도가 극히 낮은 단량체를 적용하여 건조된 도막의 점착성을 낮추어 주었다. 이에 따라, 도막형성조제의 함량이 종래보다 현저하게 줄어들어 탄성신율을 지니면서도 도장작업시 및 건조된 도막에서 휘발성유기화합물(VOC)의 방출량이 매우 적어 실내장식용 도료로서 바람직한 친환경성을 구현할 수 있게 되었다.

또한, 본 발명에서는 친수성과 저대전 특성을 갖는 충전제를 적용하여 건조된 도막의 친수성을 유지시켜줌으로써 실내환경에서 발생할 수 있는 손때자국, 얼룩, 아이들의 낙서 등 친유성의 오염물질에 대한 제거효율을 높게 유지하여 오염제거기능을 지니고, 도막형성조제(Coalescing agent)의 사용량을 줄여 친환경적인 수성 도료 조성물을 구현할 수 있게 되었다.

즉, 본 발명은 선형형태의 중합구조를 지니고 내부 가소화가 가능한 비닐아 세테이트 공중합체를 주성분으로 하고, 친수성과 저대전 특성을 갖는 충전제를 적용하여 건조된 도막의 친수성을 유지시켜 줌으로써, 건축물의 마감면에 발생하는 미세한 크랙을 방지하고 실내에서 발생하는 친유성 오염원의 제거가 용이한 건조도막을 얻을 수 있으며, 휘발성유기화합물의 방출량이 매우 적어 실내장식용 도료로서 적합한 수성 도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 수성 도료 조성물은, 에멀젼 수지, 충전제, 안료, 첨가제 및 물을 포함하는 수성 도료 조성물에 있어서 상기 에멀젼 수지로서 선형의 중합구조를 지닌 비닐아세테이트계 공중합체 20~40중량% 및 상기 충전제로서 카보네이트 화합물, 판상의 실리케이트 화합물, 설페이트 화합물 및 실리카 중에서 선택되는 1종 이상을 8~20중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 에멀젼 수지는 유리전이온도가 -5~20℃이고, 단량체인 비닐아세테이트(Vinyl acetate)에, 비닐버사테이트(Vinyl versatate), 이소부틸아크릴레이트(iso-butyl acrylate), n-부틸아크릴레이트(n-Butyl acrylate), 에틸아크릴레이트(Ethyl acrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-Ethylhexyl acrylate), 라우릴아크릴레이트(Lauryl acrylate), 에틸렌(Ethylene) 등의 공단량체를 중합하여 선형의 중합구조를 지니도록 합성된 비닐아세테이트계 공중합체로서, 바람직하게는 비닐아세테이트에틸렌 공중합체이다. 하기에 에멀젼 수지의 대표적인 예로서 비닐아세테이트에틸렌 공중합체의 구조를 나타내었다.

상기 구조식은 중합된 고분자의 구조가 선형고분자임을 나타내주고 있으며, 이는 종래의 일반적인 유화중합으로 얻어지는 랜덤코폴리머(Random copolymer)의 비선형 고분자 구조에 비해 유연한 건조도막을 얻을 수 있고, 일정한 신율을 기대할 수 있다.

상기 선형 구조를 갖는 비닐아세테이트계 공중합체는 200바 이상의 고압하에서 비닐아세테이트 단량체, 보호콜로이드용액, 촉매를 넣어 에틸렌과 같이 유리전이온도가 -80℃ 이하이며, 상온상압에서 가스상인 공단량체를 공중합시킴으로써 얻을 수 있다. 상기와 같은 선형 구조의 비닐아세테이트계 공중합체는 -8~-58℃ 정도의 유리전이온도를 지닌 공단량체를 공중합시킬 때에 비해 더욱 낮은 공단량체 함량으로도 바람직한 낮은 유리전이온도를 구현할 수 있으므로 공중합체 바인더(Binder) 내부에서 가소화 반응이 가능하여 도료 조성물 제조시 도막형성조제의 사용랑도 급격히 줄일 수 있으므로 과도한 도막형성조제의 사용으로 인한 휘발성유기화합물의 방출을 억제할 수 있어 친환경적이다.

상기 에멀젼 수지는 유리전이온도가 -5~20℃인 것이 바람직한데, -5℃ 미만이면 탄성을 통한 크랙 커버 기능은 지닐 수 있으나 표면에 끈적거림(Tacky)이 심해져 바람직하지 않고, 20℃를 초과하면 표면에 끈적거림은 적어지나 크랙 커버 기능을 나타낼 수 있을 정도의 충분한 탄성을 발휘하기 어렵기 때문에 바람직하지 않 다.

본 발명의 도료 조성물에 있어서, 상기 에멀젼 수지는 20~40중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 20중량% 미만이면 건조된 도막이 원하는 신율을 얻지 못하여 크랙에 대한 저항성을 나타낼 수 없어 바람직하지 않고, 40중량%를 초과하면 도막의 경도와 소지 은폐력이 급격히 떨어지므로 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용되는 충전제로는, 구체적인 예로서, 합성 또는 비합성 칼슘카보네이트(Calcium carbonate)와 같은 카보네이트, 알루미늄실리케이트(Aluminum silicate), 마그네슘실리케이트(Magnesium silicate), 칼슘실리케이트(Calcium silicate), 알루미늄포타슘실리케이트(Aluminum potassium silicate), 네플린시나이트(Nepheline syenite) 등의 실리케이트, 합성 또는 비합성 바륨설페이트(Barium sulphate)와 같은 설페이트, 무정형 또는 결정형 또는 겔형 실리카(Silica) 등의 실리카 등이 있으며, 상기의 카보네이트, 실리케이트, 설페이트 및 실리카 중에서 선택되는 1종 이상을 혼합하여 8~20중량%를 사용하는데, 바람직하게는 충전제로서 칼슘카보네이트, 판상의 실리케이트 화합물 및 실리카를 혼합하여 사용하며, 더욱 바람직하게는 실리케이트 화합물로서 알루미늄실리케이트 5~10중량%와 마그네슘실리케이트 2~5중량%, 및 합성실리카를 1~5중량%를 혼합하여 사용하는 것이 충전제의 전체 흡유량 조절에도 유리하며, 치밀한 도막을 얻을 수 있다.

상기 충전제의 총량은 8~20중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 8중량% 미만이면 도료 조성물의 안료부피농도(Pigment Volume Concentration)가 지나치게 높아져 도막의 경도와 소지 은폐력이 떨어져 바람직하지 않고, 20중량%를 초과하면 안 료부피농도가 지나치게 낮아져 크랙에 대한 저항성을 나타내기 어려워 바람직하지 않다.

본 발명의 도료 조성물에 있어서, 상기 에멀젼 수지와 상기 충전제 이외에 안료 및 첨가제 등은 통상의 도료 조성물에 사용되는 것들을 제한 없이 통상의 사용량 범위에서 사용할 수 있다.

안료로서는 백색안료와 유색안료가 있는데, 백색안료의 구체적인 예로는, 화이트리드(White lead), 징크옥사이드(Zinc oxide), 징크설파이드(Zinc sulphide), 리도폰(Lithopone), 안티모니옥사이드(Antimony oxide), 티타늄디옥사이드(Titanium dioxide) 등을 들 수 있다. 특히 결정구조가 루타일(Rutile) 형태인 티타늄디옥사이드를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 백색안료는 저장안정성, 안료 응집 등을 고려하여 18~22중량%를 적용하는 것이 바람직하다.

상기 유색안료로서는 발현시키고자하는 색상에 따라, 구체적인 예로서, 청색계열의 경우 아이런블루(Iron blue), 프러시안블루(Prussian Blue), 울트라마린블루(Ultramarine Blue), 코발트블루(Cobalt blue), 프탈로시아닌블루(Phthalocynine Blue), 인단트론블루(Indanthrone Blue) 등이 있고, 녹색계열의 경우 크롬그린(Chrome greens), 크로뮴옥사이드(Chromium oxide), 하이드레이트크로뮴옥사이드(Hydrated chromium oxide), 프탈로시아닌그린(Phthalocyanine green), 니켈아조옐로우(Nikel azo yellow) 등이 있으며, 황색계열의 경우는 리드크로메이트(Lead chromate), 카드뮴설파이드(Cadimium sulphide), 하이드레이티드페릭옥사이드(Hydrated ferric oxide), 아릴아마이드(Arylamide), 벤지미다졸론옐로 우(Benzimidazolone Yellow), 이소인돌리논(Isoindolinone), 안트라피리미딘(Anthra-pyrimidine), 플렌반트론(Flanvanthrone) 등이 있고, 적색계열의 경우 카드뮴레드(Cadimium reds), 스칼렛크롬(Scarlet chromes), 레드아이런옥사이드(Red iron oxide), 톨루딘레드(Toluidine reds), 티오인디고레드(Thioindigo reds), 페릴린레드(Perylene reds), 퀸아크리돈레드(Quinacridone red), 안트라퀴논레드(Anthraquinone reds) 등이 있으며, 흑색계열의 경우 카본블랙(Carbon black), 그래파이트(Graphite), 블랙아이런옥사이드(Black iron oxide), 블랙마이카셔스아이런옥사이드(Black micaceous iron oxide), 쿠퍼크로마이트(Copper chromite), 아닐린블랙(Aniline black), 안트라퀴논(Anthraquinone) 등이 있는데, 상기 유색안료는 크롬, 납, 카드뮴 등의 중금속이 들어있지 않은 것을 사용하는 것이 실내장식용 도료 조성물을 구성하는 조건으로 바람직하며, 구현하려는 색상마다 조금씩 차이가 있다. 상기 유색안료는 저장 안정성, 은폐력, 안료 응집 등의 측면을 고려하여 0.1~2중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 플라스틱 안료를 사용할 수도 있는데, 이러한 플라스틱 안료는 하드폴리머로서 사용량이 많아질수록 탄성신율은 저하되고 내오염성과 인장강도는 증가하는 특징이 있으며, 내부기공을 갖는 유화중합체로서 상세하게는 카르복실산기를 갖는 친수성 단량체, 단일 이중결합성 단량체 및 가교성 단량체로 제조되고, 입자 내부에 알칼리 팽윤성 고분자 물질로 된 코아 부분이 있고, 입자외피에는 상온에서 연속피막을 형성하지 않는 단단한 고분자 물질로 구성되며, 코아에 닫힌 기공을 갖고 있는 안료용 비드형 유화중합체의 경우에는 코아의 기공내에 굴절지수 가 높은 금속 또는 양쪽성 화합물이 함유되어 있는 유화중합체를 사용할 수 있다.

상기 플라스틱 안료는 3~6중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 3중량% 미만이면 내오염도는 약간 열세해지나, 도막의 점착성이 증가하고 건조된 도막의 은폐력이 떨어져 바람직하지 않고, 6중량%를 초과하면 건조도막의 탄성신율이 저하되어 미세크랙방지기능이 떨어지게 되므로 바람직하지 않다.

본 발명의 도료 조성물에는 첨가제로서 통상의 도료용 첨가제들을 필요에 따라 사용할 수 있는데, 예로서 도료용 습윤분산제, pH 조절제, 소포제, 조용제, 방부제, 방균제, 증점제 등을 들 수 있고, 그 중, 습윤분산제로서는 포스페이트(phosphate) 단위가 2~6 정도인 올리고포스페이트(oligophosphate)와 같은 폴리포스페이트(Polyphosphate) 또는 폴리카르복실레이트(Polycarboxylate)를 사용할 수 있는데, 도료 조성물의 고온저장시 모노포스페이트(monophosphate)의 가수분해로 칼슘포스페이트(Calcium phosphate) 등의 침전물이 형성되어 저장안정성이 떨어지는 것을 배제하기 위하여 폴리카르복실레이트 계열의 습윤분산제를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

상기 폴리카르복실레이트 계열의 습윤분산제는 0.1~1중량% 사용하는 것이 바람직한데, 0.1중량% 미만이면 전체 충전제와 백색안료를 충분히 분산시키지 못하여 도료의 저장중에 침전, 층분리 등이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않고, 1중량%를 초과하면 도료의 색상을 구현하기 위해 추가로 투입하는 여러가지 유색안료가 과도하게 분산되어 원하는 색상을 구현해내기 어렵고, 실제 도장시 유색안료와 백색안료가 서로 분리되어 색상이 변질되어 나타날 수 있으므로 바람직하지 않다.

본 발명에 사용될 수 있는 pH조절제는 수성도료에 있어서 제조시와 제조후 저장시 도료 조성물의 저장안정성을 확보하기 위해 적용한다.

본 발명의 도료 조성물의 pH 범위는 7.0~9.0 수준인 것이 바람직한데, 7.0미만인 경우에는 저온에서 안정성이 떨어져 도료 조성물의 겔(gel)화가 진행될 수 있어 바람직하지 않고, 9.0을 초과하는 경우에는 온도가 지나치게 높은 저장조건하에서 층분리가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

상기 pH 조절제는, 구체적인 예로서, pH가 10 이상인 암모니아, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민과 같은 아민(Amine)과 아미노부탄올, 아미노메틸프로판디올, 아미노메틸프로판올, 아미노에틸프로판디올과 같은 1차 아미노 알코올의 수용액이 있다.

본 발명에 사용될 수 있는 소포제로는 석유계 탄화수소류와 친유성 폴리에테르 또는 알킬-아릴 등으로 변성된 폴리실록산, 폴리에테르 또는 폴리아크릴레이트와 같은 유기고분자와 폴리디메틸실록산과 같은 실리콘 오일 등이 있는데, 상기 소포제 사용시 저온에서 소포력이 떨어지고 소포제 자체의 저장안정성이 좋지 않은 석유계 탄화수소류 보다는 변성된 폴리실록산 등 다른 종류의 소포제를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 소포제는 통상 0.1~1중량% 사용하는 것이 바람직한데, 0.1중량% 미만이면 함량이 적어 만족할 만한 소포효과를 기대하기 어려우므로 도장시 기포가 과다하게 발생하고 도막형성 후에도 기포자국이 남아 바람직하지 않고, 1중량%를 초과하면 도료 조성물의 표면장력을 불균일하게 만들고 적절히 혼합되지 않은 소포제의 경우에도 도막표면을 불균일하게 만들어 건조된 도막에 분화구 자국 등을 남겨 도막외관품질을 저해시킬 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명에 사용될 수 있는 조용제는 가속화되는 환경규제에 따라 도료도장시와 도막형성 후 방출량을 최소화할 수 있도록 끊는점이 250℃ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적인 예로서, 에틸렌클리콜에틸에테르, 에틸렌글리콜프로필에테르, 에틸렌글리콜부틸에테르, 에틸렌글리콜헥실에테르와 같은 셀루솔브(Cellosolves) 또는 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디에틸렌글리콜부틸에테르, 디에틸렌글리콜헥실에테르와 같은 카비톨(Carbitols) 또는 프로필렌글리콜-n-부틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜페닐에테르, 프로필렌글리콜-t-부틸에테르, 화이트스피리트, 부틸글리콜, 메톡시프로파놀, 트리메틸펜탄디올모노이소부틸레이트, 부틸글리콜아세테이트, 부틸디글리콜아세테이트, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜, 파인오일, 에틸헥실벤조에이트 등이 있다.

상기 조용제는 통상 1.5~4중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 1.5중량% 미만이면 에멀젼 입자의 불균일한 스웰링(Swelling)으로 인해 형성된 도막의 가교밀도가 떨어져 도막강도 저하, 내세척성 불량, 부착성 불량 등 물성저하와 함께 저온에서 저장시 도료 조성물이 겔(gel)화가 될 수 있어 바람직하지 않고, 4중량%를 초과하면 조용제가 도막에서 빠져나오는 속도가 느려 도막에 끈적임이 남아 내오염성능을 저해하게 되며 친환경적으로도 불리하여 바람직하지 않다.

본 발명에 사용될 수 있는 방부제는 구체적인 예로서, 클로로메틸이소디아졸 린(CIT), 메틸이소디아졸린(MIT), 옥틸이소디아졸린(OIT), 벤지이소디아졸린, 벤잘코늄클로라이드, 디클로로옥틸이소디아졸린, 브롬니트로프로판디올, 포름알데히드 등이 있고, 바람직하게는 클로로메틸이소디아졸린과 메틸이소디아졸린이 혼합된 방부제가 있으며, 환경규제에 따라 포름알데히드는 사용하지 않는다. 상기 방부제는 다른 도료 구성물과의 상호작용에 따라 그 성능이 달라질 수 있는데, 예를 들면, 클로로메틸이소디아졸린의 경우 매우 높은 온도의 환경이나 매우 높은 pH 환경에서는 그 활성을 잃어버릴 수 있다.

상기 방부제는 도료 조성물의 물성에 영향을 미치지 않으면서 목적하는 방부효과를 얻기 위하여 통상 0.2~0.5중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용될 수 있는 방균제는 건조된 도막이 놓이는 환경조건에 따라 그 함량과 종류가 달라질 수 있는데, 구체적인 예로서, 징크디메틸디티오카바메이트, 카멘다짐, 이오도프로파길-N-부틸카바메이트, 메틸벤즈이미다졸카바메이트 등의 카바메이트(Carbamates)와 옥틸이소디아졸린, 디클로로옥틸이소디아졸린 등의 이소디아졸린(Isothiazolinones)과 트리부틸틴옥사이드, 트리부틸틴나프타네이트와 같은 유기주석화합물, 수은화합물 등이 있고, 환경규제에 따라 유기주석화합물과 수은화합물은 사용하지 않으며, 바람직하게는 이소디아졸린이 있다.

상기 방균제는 도료 조성물의 물성에 영향을 미치지 않으면서 목적하는 방균효과를 얻기 위하여 통상 0.2~0.5중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용될 수 있는 증점제로는 잔탄(Xanthan)과 같은 폴리사카라이드(Polysaccharides)계 증점제와 카르복시메틸셀룰로오즈, 하이드록시에틸셀룰로오 즈, 메틸셀룰로우즈, 하이드록시프로필메틸셀룰로오즈, 에틸하이드록시에틸셀룰로오즈, 친유성으로 변성된 셀룰로오즈 유도체와 같은 셀룰로오즈(Cellulose)계 증점제, 아크릴레이트 증점제, 폴리에테르변성폴리우레탄 증점제, 벤토나이트, 헥토나이트, 스멕타이트, 아타플가이트와 같은 벤톤(Betone)계 증점제, 티타네이트, 지르코네이트와 같은 금속 오르가닐(organyls)계 증점제가 있으며, 바람직하게는 셀룰로오즈계 증점제와 폴리에테르변성폴리우레탄 증점제가 있다.

상기 증점제는 도료 조성물의 물성에 영향을 미치지 않으면서 목적하는 점도조절 효과를 얻기 위하여 통상 0.5~2중량% 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수성 도료 조성물은 건축물의 내장 마감시 발생하는 미세한 크랙을 방지할 수 있고, 친유성 오염물질에 의한 오염을 쉽게 제거하여 미관을 유지할 수 있으며, 휘발성유기화합물의 방출량이 매우 적어 실내장식용 도료로서 적합하다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

하기 실시예 및 비교예에 사용되는 에멀젼 수지의 종류를 표 1에 나타내었다.

표 1

	수지의 종류	유리전이온도(℃)
실시예1	비닐아세테이트에틸렌 공중합체	15
실시예2	비닐아세테이트에틸렌 공중합체	10
비교예1	비닐아세테이트에틸렌 공중합체	-10
비교예2	스티렌아크릴 공중합체	15
비교예3	스티렌아크릴 공중합체	5
비교예4	스티렌아크릴 공중합체	-20
비교예5	비닐아세테이트에틸렌 공중합체	25
비교예6	스티렌아크릴 공중합체	14

표 2의 조성대로 에멀젼 수지, 플라스틱 안료 및 조용제를 제외한 각 성분들을 혼합하여 하이스피드디졸바로 30분간 교반하여 분산시킨 후, 에멀젼 수지, 플라스틱 안료 및 조용제를 첨가하고, 다시 하이스피드디졸바로 10분간 더 교반하여 마감하여 수성 도료 조성물을 제조한 후, 수성 도료 조성물의 물성을 측정하여 표 2에 함께 나타내었다.

표 2

(단위: 중량%)

구분	실시예1	실시예2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예5	비교예6
칼슘카보네이트1 )	9	7	9	9	9	9	9	9
알루미늄실리케이트2 )	7	6	7	7	7	7	7	7
실리카3 )	1	2	1	1	1	1	1	1
백색안료4 )	20	22	20	20	20	20	20	20
습윤분산제5 )	0.7	0.2	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7
pH조절제6 )	0.5	0.2	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
소포제7 )	0.5	0.2	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
방부제8 )	0.4	0.2	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
방균제9 )	0.4	0.2	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
증점제10 )	0.5	2	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
물	18	20	16.5	13.2	12	12.4	13.2	17.1
에멀젼 수지	32	36	33.5	36.8	38	37.6	36.8	32.9
플라스틱 안료11 )	6	0	6	6	6	6	6	6
조용제12 )	4	4	4	4	4	4	4	4
점도(KR)13 )	100	108	105	102	120	110	111	109
탄성신율(%)14 )	238	382	39	107	66	20	110	63
인장강도(Mpa)15 )	2.74	1.25	0.59	1.57	2.65	2.06	0.39	0.69
오염제거효율(%)16 )	96.3	95.8	77.9	39.0	21.9	38.2	64.7	29.5
내수성17 )	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호
내알칼리성18 )	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호

주) 1) OMYACARB 10(OMYA사제)

2) OPACILITE(IMERYS사제)

3) RHODOXANE 24(RHODIA사제)

4) TI-PURE R706(DUPONT사제)

5) BYK 191(BYK사제)

6) AMP 95(ANGUS사제)

7) BYK 024(BYK사제)

8) ROCIMA 363(Rohm & Haas사제)

9) OMACIDE IPBC 30(Rohm & Haas사제)

10) NATROSOL 250 HBR(AQUALON사제)

11) HW7181A(㈜케이씨씨)

12) TEXANOL(EASTMAN사제)

13) 시험기기 Sheen KREBS VISCOMETER, 관련규격 KS M 5000:2122

14) 시험기기 SHMADZO AGS-1000D UTM, 관련규격 KS F 3211 (시험속도 200 mm/분)

15) 시험기기 SHMADZO AGS-1000D UTM, 관련규격 KS F 3211 (시험속도 200 mm/분)

16) 시험기기 Sheen Scrub resistance TESTER, 관련규격 KS M 5000 : 3351에서 규정하는 내세척성시험기를 이용하여 오염원을 제거하여 오염제거효율을 구하고, 오염원은 KS G 2613에서 규정하는 크레용을 사용함.

[실험식1]

X= [(A-B)/A] * 100

X : 오염제거율 (%)

A : 오염 후 도막과 오염 전 도막의 색상차 (DELTA E)

B : 세척 후 도막과 오염 전 도막의 색상차 (DELTA E)

17) 시험소지 KS F 3210에서 규정하는 시멘트판, 시험규격 KS M 5000

18) 시험소지 KS F 3210에서 규정하는 시멘트판, 시험규격 KS M ISO 2812-1

Claims (2)

1. 에멀젼 수지, 충전제, 안료, 첨가제 및 물을 포함하여 이루어지는 수성 도료 조성물에 있어서, 상기 에멀젼 수지로서 유리전이온도가 -5~20℃인 선형 구조의 비닐아세테이트계 공중합체 20~40중량% 및 상기 충전제로서 합성 또는 비합성 칼슘카보네이트, 알루미늄실리케이트, 마그네슘실리케이트, 칼슘실리케이트, 알루미늄포타슘실리케이트, 네플린시나이트, 무정형 또는 결정형 또는 겔형 실리카중에서 선택되는 1종 이상의 충전제 8~20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 도료 조성물.
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