KR102368483B1 - 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 주방기기 등의 코팅용 도료에 필요로 하는 항균 및 탈취 성능을 대폭 향상시키면서 접착성을 유지할 수 있으며, 코팅이 완료된 후 경화됨에 따라 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 그 구조가 개선된 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF CERAMIC PAINT COMPOSITIONS}

본 발명은 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 특히 주방기기 등의 코팅용 도료에 필요로 하는 항균 탈취 성능을 대폭 향상시키면서 접착성을 유지할 수 있으며, 코팅이 완료된 후 경화됨에 따라 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 그 구조가 개선된 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 주방용품에 사용되는 도장용 도료는 내열성, 난연성 및 인체 무해성 등의 조건을 충족해야 한다.

또한, 주방용 기기의 코팅에 사용되는 도료의 경우에는 논스틱성과 내마모성 및 내열성이 중요한 요소로 작용하고 있으며, 이와 동시에 적합한 광택도를 유지할 수 있는 도료 조성물이 요구되고 있다.

한편, 원적외선이란 적외선중 파장이 다소 긴 2.5~20㎛ 범위의 광에너지로서 일종의 전자파라 할 수 있다. 이와 같은 원적외선은 모든 재료에서 0 K 이상의 온도에서 방사되지만, 특정 세라믹의 경우 방사량이 매우 높은데 이를 원적외선 방사체라 한다.

원적외선은 방사에 의해 에너지가 전달되므로 에너지 효율이 높으며, 따라서, 종래부터 다양하게 이용되고 있다(대한민국 특허공고 제95-8584호). 또한 이러한 원적외선의 인체에 대한 효능이 알려지면서 원적외선 사우나로부터 가전제품 및 일반 건축소재에 이르기까지 다양한 용도로 활용되고 있다.

이러한 원적외선 방사체로는 옥, 맥반석(대한민국 특허출원 제88-1616호, 제95-26761호) 등이 대표적인 재료로 잘 알려져 있으며, 그 외에도 전이금속계 산화물(대한민국 특허공고 제95-8584호)이 원적외선 방사효율이 높은 것으로 알려져 있다.

강판에 원적외선 방사능을 향상시키기 위한 기술로서, 강판 표면에 원적외선 세라믹을 도포하여 내열성과 에너지 효율을 높이는 기술(일본 특허공개 2000-171045)과, 스테인레스판을 부식시켜 원적외선 방사체가 되도록 하는 기술(대한민국특허 제90-22365호)을 들 수 있다.

또한 원적외선 방사성을 갖는 강판의 제조방법으로 폴리에스터 수지등 열경화성 수지에 원적외선 방사기능을 갖는 제올라이트 분말을 첨가하여 소부 열처리하여 제조하는 방법(한국 공개특허1998-83239)이 제시된 바 있다. 그러나 이 방법에서는 적절한 원적외선 방사체를 선택하지 못하고 방사체 크기, 수지 대비 조성비 선택등의 문제로 인하여 전파장대에서의 원적외선 방사효율이 0.90 정도로 낮을 뿐만 아니라 특히 인체에 유익한 5-8㎛범위의 파장대에서의 원적외선 방사율이 0.5-0.8정도로 매우 낮았다.

한편, 원적외선 방사특성 뿐만 아니라 항균성을 갖는 재료는 주방기기, 건축내장재등에 다양한 용도에 적용할 필요성이 대두됨에 따라 다양한 항균제 및 이를 이용한 피복강판이 등장하고 있다. 이와 같은 항균제로는 포스페이트계 소재에 은(Ag)를 담지시킨 항균제(한국특허출원 1996-58162)와, 원적외선 방사성을 갖는 제올라이트 담체에 Zn, Ag등의 무기 항균제를 함유시킨 것(일본 특허개평8-257493, 한국 공개특허1998-83239)등이 있다. 또한 TiO2등 광촉매를 항균제로 이용하는 방법(일본 특허 2000-063733)과, TiO2 와 금속의 촉매 작용을 복합적으로 이용한 방법(미국 특허 등록 2001-6313064)등도 제시된 바 있다.

기존 주방용품에 사용되는 도료와 관련된 종래 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-0507579호 "항균성 및 원적외선 방사능이 우수한 PCM 도료 및 이 도료가 코팅된 도장강판"(등록일자 : 2005.08.02)에 개시된 바와 같이, 폴리에스터 수지와, 상기 수지 100중량부에 대하여, MgO: 10중량부 이하, ZnO: 10~30중량부 및 CaCO3:10~30중량부로 이루어진 항균성 원적외선 방사분말중 2종이상을 20~50 중량부, 그리고 SiO2: 10~20중량부와 α-Al2O3 :10~40중량부로 이루어진 소광제 분말중 1종이상을 12~55 중량부를 포함하여 이루어지는 항균력과 원적외선 방사율이 우수한 PCM용 수지도료에 관한 것이다.

또한, 기존 항균성 도료와 관련된 다른 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-2112777호 "항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법"(등록일자 : 2020.05.13)에 개시된 바와 같이, 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부를 포함하며, 상기 항균 분산액은 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지한 것이며, 상기 다공성 입자는 산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 한 것이다.

그런데, 기존 주방용품용 도장 도료는 항균성을 유지하기 위한 종래 선행기술이 있으나, 항균 성능을 충족시킬 수 없는 단점이 있으며, 항균물질로 인해 도료의 접착성이 저하되고 크랙이 발생할 우려가 있다.

한국 등록특허공보 제10-0507579호 "항균성 및 원적외선 방사능이 우수한 PCM 도료 및 이 도료가 코팅된 도장강판"(등록일자 : 2005.08.02) 한국 등록특허공보 제10-2112777호 "항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법"(등록일자 : 2020.05.13)

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 주방기기 등의 코팅용 도료에 필요로 하는 항균 탈취 성능을 대폭 향상시키면서 접착성을 유지할 수 있으며, 코팅이 완료된 후 경화됨에 따라 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 그 구조가 개선된 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 총중량에 대하여 콜로이달 실리카졸 20~45중량%와, 무기안료 10~35중량%와, 용제 5~20중량%와, 메틸트리메톡시실란 25~40중량%와, 실리콘 오일 0.5~2.0중량%와, 개미산 0.1~1.5중량% 및 현무암 분말 5~15중량%으로 이루어지고, 상기 콜로이달 실리카졸은 이산화규소 25~35중량%와 물 65~75.0중량%가 혼합된 혼합물로 구성되며, 상기 콜로이달 실리카졸과 현무암을 분쇄기에 투입하여 현무암의 입자가 10~100㎛의 직경을 갖도록 분쇄 및 분산하고, 상기 분쇄 및 분산된 콜로이달 실리카졸과 현무암 및 용제를 교반기에 투입하여 100~300rpm의 속도로 3~5시간 동안 교반하며, 상기 교반기 내에 무기안료를 더 투입하여 100~300rpm의 속도로 2~5시간 동안 교반하고, 상기 교반기 내에 실리콘 오일을 더 투입하여 100~300rpm의 속도로 1~2시간 동안 교반하며, 상기 교반기 내에 메틸트리메톡시실란과 개미산을 더 투입하여 50~150rpm의 속도로 18~24시간 동안 교반하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기 콜로이드 실리카 졸의 이산규화소와 물의 혼합 중량 비율은 3 : 7로 구성된다.

상기 교반기의 교반시 온도는 25~40℃이고, 습도는 40~85%인 것이다.

상기 현무암은 800℃ 이상으로 가열 되어 용융된 후 냉각된 것이다.

본 발명은 코팅용 도료에 필요로 하는 내부식성과 내열성을 가지면서 항균 및 탈취 성능을 대폭 향상시킴에 따라 식품 보관성을 대폭 개선시킬 수 있고, 접착성을 유지할 수 있으며, 코팅이 완료된 후 경화됨에 따라 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 유용한 이점을 갖는다.

도 1a 내지 도 1d는 기존 도료가 코팅된 용기 내에 우유를 보관할 경우 시간별로 경과된 후의 보관 상태를 보인 사진.
도 2에서 나타낸 본 발명 도료가 코팅된 용기 내에 보관된 우유가 96시간이 경과된 후의 보관 상태를 보인 사진.
도 3은 본 발명 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법을 순차적으로 나타낸 플로우챠트.

본 발명에 따른 세라믹 도료 조성물은 중량%로서, 전체 중량에 대하여 콜로이달 실리카졸 20~45중량%, 무기안료 10~35중량%, 용제 5~20중량%, 메틸트리메톡시실란 25~40중량%, 실리콘 오일 0.5~2.0중량%, 개미산 0.1~1.5중량% 및 현무암 분말 5~15중량%으로 이루어진 것이다.

상기 콜로이달 실리카(colloidal silica)졸은 이산화규소 25~35중량%, 물 65~75.0중량%가 혼합된 것으로서, 상기 콜로이드 실리카 졸의 가장 최적의 혼합비율은 이산규화소와 물의 비율은 3 : 7의 비율로 제조된 것이다.

상기 콜로이달 실리카 졸은 제조사(일본 NISSAN)제품을 채용할 수 있다.

상기 콜로이드 실리카 졸은 이산화규소가 25중량% 미만일 경우, 부착력이 저하되고 크랙이 발생할 우려가 있는 반면에, 35중량% 초과시에는 광택도가 저하되는 단점이 있다.

또한, 상기 콜로이드 실리카 졸은 상기 물이 65중량% 미만일 경우 점도가 너무 과도하게 상승되어 표면력이 및 부착력이 저하되고, 물이 75중량% 초과시에는 크랙이 발생하거나 부착력이 저하되는 단점이 있다.

상기 콜로이드 실리카 졸 조성물의 전체 중량%(이하에서는 전체 중량%로 약칭함)에 대하여 20중량% 미만시 도막의 강도가 저하되고, 45중량% 초과시 도장시 흐름현상이 발생할 우려가 있다.

상기 무기안료는 도료의 색상을 구현하기 위한 것으로, 전체 중량%에 대하여 10중량% 미만시 은폐성이 저하되고, 35중량% 초과시에는 점도가 높아져 도장성이 불량하고 원가가 상승될 우려가 있다.

일 예로, 무기안료는 미국 쉐퍼드사 블랙 1G을 채택할 수 있다.

상기 용제는 점도, 저장안정성, 및 도장성의 기능을 수행하게 되며, 전체 중량%에 대하여 5중량% 미만시 점도가 높고 저장안정성 및 도장성이 저하되는 반면에, 20중량% 초과시 점도가 낮아 도장시 흐름현상이 발생할 우려가 있다.

상기 용제는 일 예로 LG화학 이소프로필알콜 제품을 채용할 수 있다.

상기 메틸트리메톡시실란은 기본 수지 재료로서, 전체 중량%에 대하여 25중량% 미만시 도막의 강도가 낮아지고 접착성이 저하되는 반면에, 40중량% 초과시 도장시 흐름현상이 발생할 우려가 있다.

상기 메틸트리메톡시실란은 모멘티브사 제조사의 제품을 채용할 수 있다.

상기 실리콘 오일은 도료의 경화후 크랙 발생을 예방하는 목적을 수행하며, 전체 중량%에 대하여 0.5중량% 미만시 도료의 흐름성 저하로 인해 크랙발생과 도장성이 저하되는 단점이 있는 반면에, 2중량% 초과시 유동성이 너무 좋아서 도장시 도료의 흐름이 발생할 우려가 있다.

상기 개미산은 촉매제로서, 전체 중량%에 대하여 0.1중량% 미만시 도료의 숙성 효과가 저하되고, 1.5중량% 초과시 과숙성이 되어 도료의 저장안정성이 저하될 우려가 있다.

상기 개미산은 일 예로 덕산(주) 제조사의 제품을 채용할 수 있다.

상기 현무암 분말은 볼밀이나 바스켓 밀 등의 분쇄기에서 10~100㎛의 직경을 갖는 입자가 되도록 분쇄되며, 원적외선 활성화 기능을 수행하는 활성물질(super activity material)로서, 원적외선과 음이온 방출, 음전위에 의한 자정작용 등의 요인으로 인한 항균성 및 항곰팡이성을 유지함으로써, 본 발명의 세라믹 도료 조성물이 코팅된 주방용품 내에 보관되는 식품의 부패, 산화, 변색되기 전의 식품 보존 유효기간을 연장시키는 기능을 갖는다.

또한, 상기 현무암 분말은 다공성 기공으로 인해 흡착성이 우수하고, 탈취 성능을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.

상기 현무암 분말의 입자 직경이 10㎛ 미만일 경우에는 다공성 기공 및 원적외선 활성화의 효과를 얻을 수 없으며, 100㎛ 초과시에는 코팅된 도료의 코팅층 두께가 균일하지 못할 우려가 있다.

또한, 상기 현무암 분말은 전체 중량%에 대하여 5중량% 미만시 원적외선 활성화 효과를 얻기 어렵고, 15중량% 초과시에는 중량이 무거워지고 단가가 상승되는 단점이 있다.

이로 인해, 기존 도료가 코팅된 주방용 용기와 본 발명의 도료가 코팅된 주방용 용기 내에 우유를 넣고 시간이 경과됨에 따라 발생되는 부패, 변색 상태를 시각적으로 확인 테스트 결과를 아래의 표 1에서와 같이 나타내었다.

(실험 조건은 온도 30℃, 습도 70%의 동일한 조건으로 실험하였다)

시간별	기존도료가 코팅된 용기	본 발명 도료가 코팅된 용기
24시간 경과후	이상없음	이상없음
48시간 경과후	미세한 부패	이상없음
72시간 경과후	심한 부패	이상없음
96시간 경과후	심한부패, 악취	이상없음

또한, 도 1a 내지 도 1d은 기존 도료가 코팅된 용기(10) 내에 우유를 보관할 경우 시간별(24,48,72,96시간)로 경과된 후의 보관 상태를 보인 사진으로서, 시간이 경과됨에 따라 부패 정도가 심해지게 되어 우유의 색상이 변하면서 부패 및 악취가 발생하게 되는 반면에, 도 2에서 나타낸 본 발명 도료가 코팅된 용기(20) 내에 보관된 우유가 96시간이 경과된 후의 보관 상태를 보인 사진으로서, 본 발명의 도료가 지닌 항균성으로 인해 최초 보관상태와 다르지 않는 상태를 유지하고 있음을 알 수 있다.

도 3은 본 발명 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법을 순차적으로 나타낸 플로우챠트로서, 콜로이달 실리카졸 20~45중량%, 현무암 5~15중량%을 분쇄기를 통해 10~100㎛의 직경을 갖는 입자를 갖도록 분쇄 및 분산하고(S1), 상기 분쇄된 콜로이달 실리카졸과 현무암 분말 및 용제를 교반기에 투입하고 100~300rpm의 속도로 3~5시간 동안 교반하며(S2), 상기 교반기 내에 무기안료를 투입하고 100~300rpm의 속도로 2~5시간 동안 교반하고(S3), 상기 교반기 내에 실리콘 오일을 투입하고 100~300rpm의 속도로 1~2시간 동안 교반하며(S4), 상기 교반기 내에 메틸트리메톡시실란과 개미산을 투입한 후에 교반기를 50~150rpm의 속도로 18~24시간 동안 교반(S5)하여 제조하는 것이다.

이때, 각 구성요소의 혼합시 교반은 25~40℃의 온도와 습도 40~85%의 조건에서 교반 가능하다.

상기 현무암은 원적외선 방사가 이루어지도록 800℃ 이상의 고온에서 가열 되어 용융된 후에 다른 재료 구성요소들과 화학적으로 결합되어 활성화되고, 냉각 후 분쇄기를 통해 분말 상태로 분쇄하게 된다.

상기 S2단계에서 용제를 투입한 후의 교반기의 속도를 100~300rpm 및 3~5시간 교반하는 이유는 콜로이달 실리카졸과 현무암 분말 및 용제를 골고루 분산시키도록 교반할 수 있으며, 3시간 미만시 교반성능이 저하되고 5시간 초과시에는 에너지의 낭비요인이 되며 화학적 변형이 발생할 우려가 있다.

상기 S3단계에서 무기안료를 투입한 후의 교반기 속도를 100~300rpm 및 2~5시간 교반하여 도료의 색상을 구현할 수 있으며, 2시간 미만 교반시 색상이 부위별로 균일하지 못할 우려가 있으며, 5시간 초과시에는 색상이 변형될 우려가 있다.

상기 S4단계에서 상기 실리콘 오일을 투입한 후의 교반기 속도를 100~300rpm의 속도로 1~2시간 동안 교반하여 도료 내의 유동성을 좋게 할 수 있으며, 1시간 미만시에는 부위별 흐름성이 균등하지 못하고 크랙이 발생하거나 도장성이 저하될 우려가 있으며, 2시간 이상 초과시에는 도료의 유동 흐름성이 저하될 우려가 있다.

상기 S5단계에서 상기 메틸트리메톡시실란과 개미산을 투입한 후에 교반기를50~150rpm의 속도로 18~24시간 동안 교반함으로써 도막의 강도를 부여하고 저장안정성을 유지시킬 수 있으며, 18시간 미만시에는 분산성이 저하될 우려가 있으며, 24시간 초과시에는 화학적 변형 우려가 있으며 에너지 낭비의 요인이 된다.

상기한 구성 요소의 투입 순서는 콜로이달 실리카졸, 현무암, 용제-무기안료-실리콘 오일-메틸트리메톡시실란, 개미산의 순서대로 투입하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 코팅용 도료에 필요로 하는 항균 성능을 대폭 향상시킴에 따라 식품 보관성을 대폭 개선시킬 수 있고, 접착성을 유지할 수 있으며, 코팅이 완료된 후 경화됨에 따라 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 유용한 이점을 갖는다.

10 : 기존 도료가 코팅된 주방 용기
20 : 본 발명 도료가 코팅된 주방 용기

Claims (4)

1. 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 총중량에 대하여 콜로이달 실리카졸 20~45중량%와, 무기안료 10~35중량%와, 용제 5~20중량%와, 메틸트리메톡시실란 25~40중량%와, 실리콘 오일 0.5~2.0중량%와, 개미산 0.1~1.5중량% 및 현무암 분말 5~15중량%으로 이루어지고,
   상기 콜로이달 실리카졸은 이산화규소 25~35중량%와 물 65~75.0중량%가 혼합된 혼합물로 구성되며,
   상기 콜로이달 실리카졸과 현무암을 분쇄기에 투입하여 현무암의 입자가 10~100㎛의 직경을 갖도록 분쇄 및 분산하고, 상기 분쇄 및 분산된 콜로이달 실리카졸과 현무암 및 용제를 교반기에 투입하여 100~300rpm의 속도로 3~5시간 동안 교반하며, 상기 교반기 내에 무기안료를 더 투입하여 100~300rpm의 속도로 2~5시간 동안 교반하고, 상기 교반기 내에 실리콘 오일을 더 투입하여 100~300rpm의 속도로 1~2시간 동안 교반하며, 상기 교반기 내에 메틸트리메톡시실란과 개미산을 더 투입하여 50~150rpm의 속도로 18~24시간 동안 교반하여 제조되는 것을 특징으로 하는 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 콜로이달 실리카 졸의 이산규화소와 물의 혼합 중량 비율은 3 : 7인 것을 특징으로 하는 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 교반기의 교반시 온도는 25~40℃이고, 습도는 40~85%인 것을 특징으로 하는 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 현무암은 800℃ 이상으로 가열 되어 용융된 후 냉각된 것을 특징으로 하는 항균성이 강화된 세라믹 도료 조성물의 제조방법.

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