KR100893290B1 - 오염방지 코팅 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알코올, 티탄화합물 및 안정화제로 된 티탄화합물 분산 졸(a)과 알코올, 규소화합물 및 안정화제로 된 규소화합물 바인더(b)를 포함하는 오염방지 코팅 조성물에 관한 것이다.

상기 본 발명의 오염방지 코팅 조성물은 티탄화합물 분산 졸(a)과 규소화합물 바인더(b)를 혼합한 것으로서, 건축 내장재의 천장이나 벽의 마감재로 사용되는 아연도강판이나 알루미늄 복합판넬, PC 판넬과 같은 판넬 등에 코팅하여 오염방지, 공기정화 등의 기능을 갖는다.

알코올, 티탄화합물, 안정화제, 규소화합물, 오염방지, 코팅, 조성물, 아연도강판

Description

오염방지 코팅 조성물{Coating composition for self cleaning}

도 1은 본 발명의 오염방지 코팅 조성물이 적용된 아연도강판의 NOx 제거시험결과 그래프

도 2는 비교예 1의 아연도강판의 NOx 제거시험결과 그래프

본 발명은 알코올, 티탄화합물 및 안정화제로 된 티탄화합물 분산 졸(a)과 알코올, 규소화합물 및 안정화제로 된 규소화합물 바인더(b)를 포함하는 오염방지 코팅 조성물에 관한 것이다.

상기 본 발명의 오염방지 코팅 조성물은 티탄화합물 분산 졸(a)과 규소화합물 바인더(b)를 혼합한 것으로서, 건축 내장재의 천장이나 벽의 마감재로 사용되는 아연도강판이나 알루미늄 복합판넬, PC 판넬과 같은 판넬 등에 코팅하여 오염방지, 공기정화 등의 기능을 갖는다.

알루미늄, 강철 및 스텐레스 스틸과 같은 재질로 만들어진 판넬은 건축 내외 장재로 흔히 사용되어 오고 있다. 이러한 판넬이 건축 내장재로 사용될 경우, 그 표면이 먼지 등에 의해 오염될 뿐 아니라, 세균, 곰팡이 등이 증식되어 호흡기 질환 및 위생에 유해한 요소로 작용하고 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 최근에 이산화티탄 등의 광촉매가 코팅된 판넬이 개발되어 왔으나, 사용된 이산화티탄 코팅액은 도포한 후 100℃ 이상의 고온에서 열처리를 해야 하거나, 코팅액에 분산되어 있는 이산화티탄 입자가 균질하지 않아서 도포후 판넬에 형성된 코팅층의 투명도가 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 종래의 이산화티탄 코팅액의 pH가 강산성이여서 코팅 과정 등의 작업이 작업자에게 매우 유해하였다.

본 발명자들은 이와 같은 종래의 이산화티탄 코팅된 판넬의 문제점을 해결하고자 연구를 계속한 결과, TiO₂-SiO₂ 코팅액으로 판넬을 코팅함으로써 오염방지, 공기정화 등의 기능을 갖는 오염방지 코팅 조성물을 발명하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 오염방지, 공기정화 등의 기능을 갖는 조성물로서, 상온에서 경화되는, 아연도강판이나 판넬용 TiO₂-SiO₂ 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 위하여 본 발명에서는 TiO₂-SiO₂ 코팅 조성물로서, 알코올, 티탄화합물 및 안정화제로 된 티탄화합물 분산 졸(a)과 알코올, 규소화합물 및 안정화제로 된 규소화합물 바인더(b)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 티탄화합물 분산 졸(a)은 알코올 85~98.9 중량%, 티탄화합물 1~12 중량% 및 안정화제 0.1~3 중량%로 이루어지고, 상기 규소화합물 바인더(b)는 알코올 87~98.9 중량%, 규소화합물 1~10 중량% 및 안정화제 0.1~3 중량%로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 티탄화합물 분산 졸(a)과 규소화합물 바인더(b)는 1:1~10(중량비)로 이루어진 것이 적당하다.

본 발명의 조성물이 적용되는 판넬의 광촉매 구조는 소수성인 아연도강판 판넬에 실란(silane)계열의 바인더와 광촉매 활성을 갖는 이산화티탄이 공유 결합하여 형성되는 층으로 구성되는 것이다.

본 발명에서 사용되는 상온에서 경화되는 TiO₂-SiO₂ 코팅 조성물은 나노미립자 형태의 티탄화합물이 1~12 중량%로 분산되어 있고, 산촉매로 많이 사용되는 무기산 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 안정화제가 0.1~3 중량% 포함되고, 상기 코팅 조성물의 접착력을 증가시킬 수 있는 규소화합물 및 용매인 알코올을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올과 같은 C1-C4의 저급 알코올이다.

상기 안정화제는 바람직하기는 산촉매로 많이 사용되는 질산, 염산 등의 무기산이나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 안정화제의 첨가량은 안정화제의 분자량에 따라 달라질 수 있으며, 대체로 생성되는 티탄화합물 콜로이드 용액을 100중량%로 할 때, 0.1중량% 이상이면 되는데, 0.1중량% 이하이면 안정화 작용이 충분하지 않아 입자가 커지게 된다. 바람직하게는 1~3중량%로 첨가하는 것이 좋은데, 3중량% 이상이면 비용이 많이 들게 된다.

상기 규소화합물로는 물유리(Water glass, Sodium silicate), TEOS(Tetra-ethyl orthosilicate), TMOS(Tetra-methyl orthosilicate) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 유기규소 산화물을 추가로 포함할 경우, 판넬에 대한 밀착성은 더욱 향상된다.

상기 티탄화합물은 이산화티탄 화합물로서 티타늄(Ⅳ) 이소프로폭사이드 (테트라이소프로판올티탄), 티타늄(Ⅳ) 부톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 에톡사이드 (티탄테트라에탄올레이트), 티타늄(Ⅳ) 메톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 스티어레이트, 또는 이들의 혼합물이 바람직하다.

이산화티탄 화합물은 코팅 조성물에서 생성되는 나노미립자 형태의 이산화티탄이 1~12 중량%의 농도가 되도록 환산하여 첨가한다. 이산화티탄 나노미립자 분산량이 1 중량% 이하이면 코팅시 적절한 코팅층이 형성되지 않고, 12 중량% 이상을 분산시킨 용액은 분산된 이산화티탄 나노 콜로이드가 응집되어 입자가 커질 수 있으므로 상기 분산범위가 적절하다.

또한, 상기 티탄화합물 분산 졸(a)과 규소화합물 바인더(b)는 1:1~10(중량 비)로 이루어진 것이 적당하다.

여기서 상기 티탄화합물 분산 졸(a)에 비해 규소화합물 바인더(b)의 함량이 적으면 코팅 후 접착력의 약화로 인해 장기간의 오염방지 효과를 가질 수 없어 좋지 않고, 규소화합물 바인더(b)의 함량이 10(중량비) 이상이면 코팅 후 판넬 일부의 박리 현상이 나타날 수 있어 좋지 않다.

또한, 필요에 따라, 상기 이산화티탄 화합물과 함께 규소 화합물, 알루미늄 화합물, 지르코늄 화합물, 철 화합물 또는 이들의 혼합물을 첨가하여 반응시킬 수도 있다.

상기 본 발명의 오염방지 코팅 조성물은 하기의 단계로 제조될 수 있다.

A) 알코올에 티탄화합물과, 알코올기와 케톤기를 갖는 유기산 및 이들의 염으로부터 선택되는 안정화제를 순차적으로 첨가하여 Sol-gel 반응시켜 티탄화합물 분산 졸(a)을 얻는 단계;

B) 알코올에 규소화합물과 안정화제인 무기산을 첨가하여 Sol-gel 반응시켜 규소화합물 바인더(b)를 얻는 단계; 및

C) 생성된 티탄화합물 분산 졸(a)과 규소화합물 바인더(b)를 일정한 비율로 혼합하는 단계

이하, 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 좀더 상세히 설명한다.

제조예 1 : 티탄화합물 분산 졸의 제조

95% 에틸알코올 2.5L에 HNO₃ (67%) 25g과 티타늄 화합물 중 하나인 테트라부틸 오르토티타네이트(TBOT)를 첨가하여 교반기의 회전속도를 1000rpm으로 고정한 후 다음과 같이 온도조건을 설정하였다.

80℃ 승온까지 30분, 90℃에서 2시간 동안 Sol-gel 합성을 실시한 후 실온까지 냉각시킨 후 배출구를 통해 투명한 산화티탄 분산 졸을 제조하였다.

제조예 2 : 규소화합물 바인더 제조

1kg 에탄올에 물유리 200g과 HNO₃ (67%) 5g을 첨가하고 10분 정도 교반하고 여기에 양이온교환수지를 통과하여 나온 용액을 2시간 동안 교반하여 규소화합물 바인더를 제조하였다.

실시예

상기 제조예 1과 제조예 2에서 제조된 티탄화합물 분산 졸과 규소화합물 바인더를 1:2.5로 혼합, 교반하여 본 발명의 오염방지 코팅 조성물인 TiO₂-SiO₂ sol을 제조하였다.

시험예 1 : NOx 제거시험

상기 실시예에서 제조된 본 발명의 오염방지 코팅 조성물인 TiO₂-SiO₂ 코팅액 을 아연도금강판에 통상의 방법으로 분무 코팅하였다.

상기 코팅된 아연도강판에 대한 NOx 시험을 JIS R 1701-1 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.

항목	폭, 길이(mm)	49.8×98.3
	두께(mm)	0.5
NOX 흡착량	μ㏖	0.00
NO 제거량	μ㏖	7.18
NO2 생성량	μ㏖	5.14
NOX 탈착량	μ㏖	0.02
NOX 제거량	μ㏖	2.02

상기 표 1 및 도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 TiO₂-SiO₂ 코팅액이 코팅된 아연도강판의 분해율은 우수하게 나타났다.

시험예 2 : 촉진내후성 시험

상기 실시예에서 제조된 본 발명의 오염방지 코팅 조성물인 TiO₂-SiO₂ 코팅액을 아연도금강판 및 Al복합판넬에 통상의 방법으로 분무 코팅하였다.

상기 코팅된 아연도강판 및 Al복합판넬의 촉진내후성 시험을 JIS B 7753 방법으로 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

시험기간		200hr		500hr		1000hr
기재	코팅제	1	2	1	2	1	2
아연도강판	TiO2-SiO2	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음
Al복합판넬	TiO2-SiO2	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음

상기 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 TiO₂-SiO₂ 코팅액이 코팅된 아연도강판 및 Al복합판넬의 내후성이 우수하게 나타났다. 보통 촉진내후성 시험결과 200hr을 외부노출 기간 1년으로 판단한다.

비교예 1 : NOx 제거시험

현재 국내에 시판중인 광촉매 제품(일본국 Kon corporation, TPX-85)을 아연도강판에 코팅하여 동일하게 JIS R 1701-1 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 3 및 도 2에 나타내었다.

항목	폭, 길이(mm)	49.8×98.3
	두께(mm)	0.5
NOX 흡착량	μ㏖	0.00
NO 제거량	μ㏖	7.16
NO2 생성량	μ㏖	5.91
NOX 탈착량	μ㏖	0.01
NOX 제거량	μ㏖	1.24

상기 표 3 및 도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 TiO₂-SiO₂ 코팅액이 코팅된 아연도강판의 분해율에 비해 비교예 1의 성능이 낮게 나타났다.

구체적으로, NO_X 탈착량에 있어서 본 발명은 비교예 1에 비하여 2배, NO_X 제거량에 있어서 본 발명은 비교예 1에 비해 80% 이상 향상된 것임을 알 수 있다.

비교예 2 : 촉진내후성 시험

현재 국내에 시판중인 광촉매 제품(일본국 Kon corporation, TPX-85)을 아연도강판 및 Al복합판넬에 코팅하여 동일하게 JIS B 7753 방법으로 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.

시험기간		200hr		500hr		1000hr
기재	코팅제	1	2	1	2	1	2
아연도강판	TPX-85	이상없음	이상없음	이상없음	약간광택저하	약간광택저하	광택저하
Al복합판넬	TPX-85	이상없음	이상없음	약간광택저하	이상없음	광택저하	약간광택저하

상기 표 4에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 TiO₂-SiO₂ 코팅액이 코팅된 아연도강판 및 Al복합판넬의 내후성은 시판중인 제품(비교예 2)에 비해 성능이 우수한 것으로 나타났다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 티탄화합물 분산 졸과 규소화합물 바인더를 적절히 배합한 상온 경화형 오염방지 코팅 조성물로서, NOx 제거율이 우 수하고 촉진 내후성에서도 강한 경도를 나타내어 오염방지, 공기정화 등의 기능을 수행할 수 있는 판넬로 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 알코올, 티탄화합물 및 안정화제로 된 티탄화합물 분산 졸(a)과 알코올, 규소화합물 및 안정화제로 된 규소화합물 바인더(b)를 포함하는 오염방지 코팅 조성물에 있어서,

   상기 티탄화합물 분산 졸(a)은 알코올 85~98.9 중량%, 티탄화합물 1~12 중량% 및 안정화제 0.1~3 중량%로 이루어지고, 상기 규소화합물 바인더(b)는 알코올 87~98.9 중량%, 규소화합물 1~10 중량% 및 안정화제 0.1~3 중량%로 이루어지되,

   상기 티탄화합물은 티타늄(Ⅳ) 부톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 에톡사이드(티탄테트라에탄올레이트), 티타늄(Ⅳ) 메톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 스티어레이트, 또는 이들의 혼합물이고,

   상기 규소화합물은 물유리(Water glass, Sodium silicate)인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅 조성물.
3. 제2항에 있어서,

   상기 티탄화합물 분산 졸(a)과 규소화합물 바인더(b)는 1:1~10(중량비)로 이루어진 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅 조성물
4. 제2항에 있어서,

   상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 또는 부탄올인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅 조성물
5. 삭제
6. 제2항에 있어서,

   상기 안정화제는 무기산이나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅 조성물
7. 삭제
8. 제2항의 오염방지 코팅 조성물로 코팅한 아연도강판

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