KR20060101838A - 황토와 맥반석이 첨가된 환경 친화성 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 실내용 페인트의 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 불용성 아크릴 수지 형성용 모느머에 이를 물에 분산시키는 역할을 하는 계면활성제를 0.1～0.5 wt％ 첨가하고, 아크릴 에멀젼 형성용 조성물의 중합 반응을 위한 중합개시제의 함량은 아크릴 에멀젼 형성용 조성물의 총중량을 기준으로하여 0.001～0.5w％로 하여 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물 방출이 없는 페인트용 용제를 제조한 후, 용제 250cc를 기준으로 하여 황토의 경우는 2μm-10μm 크기의 분말을 120g, 맥반석의 경우는 5μm-20μm 크기의 분말을 150g을 첨가하고, 보조재료는 전체 고형성분의 30％ 범위 내에서 이산화티탄이움, 탈크, 탄산칼슘을 각각 1:0.5:0.5의 비율로 혼합하고, 솔향기를 발하는 공업용 향료를 0.5-1.0 vol％의 범위내에서 포함하는 친환경 실내용 페인트의 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 친환경 실내용 페인트는 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물 방출이 전혀 없으며, 유해물질이 나타나지 않는 인간 친화성 페인트로서, 기분을 상쾌하게 하는 솔향기를 발하며, 접착성, 작업성, 은폐성이 우수하고 기존의 실내용 페인트에 비하여 가격이 저렴한 이점을 가지고 있다.

황토, 맥반석, 페인트, 포름알데히드, 탈크, 탄산칼슘

Description

황토와 맥반석이 첨가된 환경 친화성 도료 조성물{Paint composition containing hwangto and maekbanseok}

도 1은 사용된 황토분말의 미세구조 사진이다.

도 2는 사용된 맥반석분말의 미세구조 사진이다.

도 3은 제조된 페인트의 도포 후 사진으로, 왼쪽은 황토 페인트의 경우이며 오른쪽은 맥반석 페인트의 경우이다.

최근 생활의 질이 향상되면서 환경에 대한 관심이 증가되고, 또한 실내공기의 청정성에 대한 개념이 부각됨과 동시에 각종 실내 마감재에서 발생되는 인체 유해물질에 의해 인체 유해성이 입증되면서 "Sick House 증후군"이 사회문제화가 되는 문제를 해결하기 위하여 실내 마감재로서의 환경친화적이며 인체에 무해한 페인트 제품이 요구되고 있다.

실내에서 사용되는 대부분의 건축자재는 유해화학 물질을 포함하고 있다. 특히 대량생산 및 비용적인 측면에서 화학물질을 포함하는 건축자개의 사용이 늘어나면서, 실내공기질의 환경은 더욱 나빠지고 있는 상태이다. 근래에 들어, 건축자재 의 경향은 인간 친화적이며 새로운 기능을 보유하여 다기능성 나타내며, 그 효능을 극대화 할 수 있는 재료를 요구하고 있다. 특히 건축용 페인트의 경우 건축물의 현대화와 인간친화적인 요소에 맞추어 그 색상, 냄새, 인체 유익성(향균, 탈취, 원적외선, 음이온 등) 등에서 새로운 물성을 요구하는 추세이다.

즉, 종래의 페인트의 건축물 외벽보호기능과 외관 치장의 기능뿐만이 아니라 냄새가 없고, 환경친화적이며 인체에 유익한 기능을 하는 다기능성이 요구되고 있다. 특히 국내 도료산업은 국내 휘발성 유기화합물 (VOCs) 총 배출량의 50％에 달하는 막대한 환경오염 부하량을 차지하고 있는 대표적인 공해산업 중의 하나이다. 이러한 실내오염으로부터 벗어나기 위하여 환경부에서는 작년 4월부터 실내공기질 관리법을 만들어, 실내에 사용되는 페인트의 경우, 유독한 휘발성 유기화합물(VOCs)을 규제하는 조치를 취하고 있는데 그 중에서 휘발성 유기화합물(VOCs)과 포름알데히드를 중점적인 측정 항목으로 규정하고 있다. 이에 따라 친환경 페인트의 국내시장이 성장추세에 있으며 독일, 미국 등지에서 수입하는 친환경 페인트의 규모가 늘어가고 있는 추세에 맞추어 환경친화적인 세라믹 페인트 제품의 요구가 늘고 있다.

휘발성유기화합물 (VOCs)의 함량을 0.1ppm 이하로 낮춘 페인트 용제를 도입하고, 무취 혹은 향기를 발하고, 향균, 탈취 및 원적외선 복사 특성(이상 흑체대비 약 85％ 이상을 보이는)이 우수하며, 저렴한 가격, 손쉬운 시공성을 가진 인간 친화적인 실내용 페인트를 개발한다.

이 같은 실내용 페인트의 제조를 위해 페인트 용제와 세라믹 고형분과의 상호작용을 고찰하고, 도입하는 세라믹 고형분의 기능을 분석, 배합비를 확립하고, 첨가제를 투입하여 기능의 향상을 도모한다.

고형분으로는 황토와 맥반석을 주 고형분으로 하는 두 가지 종류의 실내용 페인트를 제조하고, 이렇게 제조된 페인트의 물성 분석을 통하여 기존의 실내용 페인트와의 비교는 물론 유독성 검사, 은폐율 검사를 통하여 기존의 실내용 페인트에서 기인하는 독성을 완전히 제거한 환경 친화적인 실내용 페인트를 제조한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 환경 친화적인 페인트의 제조방법은

- 페인트 용제로 사용되는 합성수지 에멀젼에서 미반응의 모노머를 대폭 감소하여 휘발성 유기화합물(VOCs)함량을 0.1ppm이하로 최소화 하는 인간 친화적인 페인트용 유기용제를 개발하는 단계

- 특수 페인트용 유기용제에 적합한 인체에 무해하며 유해 화학물질이 포함되어 있지 않은 자연친화적인 세라믹 고형분을 응용하는 단계

- 향균, 탈취 및 원적외선을 다량 방출하는 인체에 유익한 무공해 세라믹 성분을 도입하는 단계

- 무취 혹은 향기를 내기 위한 화학적 보조재료를 사용하여 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 페인트를 제조하는 단계

- 제조된 페인트의 무독성 실험, 물성 실험 및 부가 기능의 도입을 위한 첨가제 개발을 통해 페인트의 기능을 강화시키는 단계

를 포함한다.

1. 포름알데히드 함량 및 휘발성 유기화합물(VOCs) 함량의 감소를 위한 페인트 용제의 제조

수지중합과정이나 도료배합과정에서 사용되는 재료에서 발생되는 포름알데히드 및 유해물질을 포함하는 문제점을 해결하기 위해, 우선 반응용기에 불용성 아크릴 수지형성용 모노머에 이를 물에 분산시키는 역할을 하는 계면활성제를 소량 첨가하고, 중합개시제와 용매를 포함하는 아크릴 에멀견 형성용 조성물을 공급하여 중합 반응을 실시하였다. 분산제의 함량은 아크릴 에멀젼 형성용 조성물의 총중량을 기준으로하여 0.1～0.5 wt％인 것이 바람직하며, 만약 분산제의 함량이 5w％를 초과하는 경우에는 입자 감소 효과가 미미하고, 0.1 w％ 미만은 경우에는 입자의 크기가 오히려 더 커지게 되므로 주의한다. 중합개시제는 아크릴 에멀젼 형성용 조성물의 중합반응을 개시하는 역할을 하는 물질로서 중합개시제의 함량은 아크릴 에멀젼 형성용 조성물의 총중량을 기준으로 하여 0.001～0.5w％로 하며, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 중합반응의 반응성 면에서 바람직하지 못한 결과를 초래하였다. 여기에 점도를 변화시키거나 혼탁도(색상)을 변화시키기 위하여 점도 조절제 및 용매를 적용 시켰다. 점도 조절제는 일반적으로 사용하는 점도 조절에 기여 할 수 있는 물질이라면 모두 가능하다. 상기 방법에 의해 제조된 아크릴 에멀젼 수지는 안정된 알칼리성(pH 8.0～9.0)을 띠고 상온 필름형성이 가능하였다. 제조된 페인트 용제의 성상을 아래 표 1에 나타내었다.

표 1. 수성용 아크릴 에멀젼 수지의 성상

이와 더불어 포름알데히드 함량, 휘발성 유기화합물(VOCs)함량 및 유해물질 방출량에 대한 시험 결과를 아래 표 2, 3, 4에 각각 나타내었다.

표 2. 포름알데히드 방출량 시험

표 3. 휘발성 유기화합물 방출량 시험

표 4. 유해물질 방출량 시험

위의 결과에서 보듯이 제조된 페인트용 유기용제는 포름알데히드 방출량이 거의 없으며, 휘발성 유기 화합물 및 8가지 유해물질이 허용범위 안에서 모두 검출되지 않아 친환경 페인트의 용제로서 그 사용이 가능함을 알 수 있다.

2. 황토 및 맥반석 도입에 따른 페인트 용제와의 상호 작용

상기 방법에 의하여 제조된 아크릴 에멀젼 수지에 고형분으로서는 구입이 용이하고 가격이 저렴하며 유해물질 및 독성이 없고 다양한 기능을 발휘하는 황토와 맥반석을 주 고형분으로 첨가하였다. 주 고형분 외에도 TiO₂ 분말과 탈크 및 탄산칼슘을 첨가 하였다.

1). 황토를 주 고형분으로 하는 페인트

황토를 주 성분으로 하는 페인트의 경우는 황토의 특징을 살리고, 그 색상과 지역적으로 쉽게 구할 수 있다는 장점을 부각시켜 실내용 친환경 페인트의 주 고형분으로 사용하였다. 먼저 제조된 페인트용 용제에 황토를 첨가하여 그 첨가량에 따른 페인트의 점도의 변화를 알아보았다. 또한 사용된 황토 분말의 미세구조를 전자현미경을 통하여 알아보았다. 황토 분말의 미세구조 사진을 도 1에 나타내었고, 황토 첨가량에 따른 점도의 변화를 표 5에 나타내었다.

표 5. 황토분말의 첨가에 따른 페인트의 점도변화

(용제 250 cc에 첨가되는 황토분말의 무게변화에 따른 변화)

황토분말의 경우, 2μm - 10μm 크기의 매우 미세한 분말 크기를 보였으며, 용제에 첨가함에 따라 점도가 증가하였다. 일반적인 실내용 페인트의 점도로서 약 1500 cps정도가 작업성 면에 있어서 양호한 결과를 나타내므로, 본 개발에서도 페인트의 최종 점도를 1500-1600 cps 맞추기 위하여 황토의 함량을 조절하였다. 황토 외에 첨가되는 보조재료 (TiO₂ 분말과 탈크 및 탄산칼슘)의 첨가에 따른 점도의 증가도 고려하여야 하기 때문에 본 연구에서는 용제의 양 250 cc를 기준으로 120g의 황토를 첨가하였다.

2). 맥반석을 주 고형분으로 하는 페인트

황토를 주 성분으로 하는 페인트의 경우, 색상 면에서 황토의 색깔을 보이며, 소비자의 욕구에 따른 다양한 색상 표현이 어려워, 이 보다 색상의 변화를 용이하게 할 수 있는 새로운 페인트를 위하여 맥반석을 주 고형분으로 하는 페인트를 제조하였다. 황토의 경우와 마찬가지로 용제에 맥반석 첨가량을 변화시켜가며 실험하였으며, 이 때의 점도변화와 사용한 맥반석 분말의 미세구조를 표 6과 도 2에 각각 나타내었다.

표 6. 맥반석 분말의 첨가에 따른 페인트의 점도변화

(용제 250 cc에 첨가되는 황토분말의 무게변화에 따른 변화)

맥반석 분말의 경우, 5μm - 20μm 크기의 분말 크기를 보였으며, 용제에 첨가함에 따라 점도가 증가하였다. 황토를 첨가한 경우에 비하여 점도의 증가현상이 크지 않았으며, 따라서 상대적으로 많은 양의 고형분 첨가가 가능하였다. 1500 cps 정도의 최종 점도를 맞추기 위하여, 용제의 양 250 cc를 기준으로 150g의 맥반석을 첨가하였다.

3. TiO₂ 혹은 보조재료를 첨가한 물성 개선

TiO₂를 비롯한 보조재료의 첨가에 의하여 얻을 수 있는 페인트의 물성 개선 및 장점은 다음과 같다.

- 점도상승에 따른 작업성의 조절

- 상대적인 싼 가격에 의한 제품의 원가절감

- 모두 백색을 띠는 분말로서 페인트의 백색도 증가

- 빛의 반사에 의한 은폐율 증가

이상과 같은 이유에 의하여 보조재료의 첨가가 필수적이며, TiO₂를 비롯한 보조재료의 물성을 표 7, 8, 9에 각각 나타내었다.

표 7 사용 된 TiO₂ 분말의 물성

표 8. 사용 된 Talc 분말의 물성

표 9. 사용 된 탄산칼슘 분말의 물성

3가지 보조재료 모두 백색의 색상을 보이고 있으며, 이러한 보조재료의 첨가에 따라 페인트의 점도가 증가함은 물론 색상 또한 백색에 가까운 색으로 변화하였다. 그러나, 황토를 첨가한 경우는 황토의 본래 색상에서 크게 벗어나지는 않았으며, 맥반석을 첨가한 경우는 회색에서 백색에 가까운 옅은 회색으로 색상이 변하였다.

4. 방향제를 응용한 페인트 냄새의 제거

상기 방법으로 제조한 페인트의 경우는 인체에 해로운 성분의 방출은 없으나, 암모니아 계통의 미미한 냄새를 나타내어, 실내용으로 사용하기 위하여 이러한 냄새의 제거가 요구된다. 냄새제거를 위하여 공업용 향료 (수성 페인트 용)를 사용하여 페인트의 물성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 첨가하였다. Pine 성분의 공업용 향료를 첨가하였을 때, 첨가량에 따른 변화를 표 10에 나타내었다.

표 10. 공업용 향료 첨가에 따른 페인트의 냄새 변화

공업용 향료의 가격을 감안하여 암모니아 냄새가 없어지는 최소한의 첨가량을 선택하여 0.5 - 1.0 vol％의 범위 내에서 페인트에 적용하였다. 적용 후 결과에 서 보듯이 암모니아 냄새는 완전히 없어지고 무취에 가까운 엷은 pine 향기가 발현 되었다.

5. 모든 고형 성분과 용제와의 혼합비에 따른 페인트의 물성 조절

본 발명에서 용제와 고형분의 첨가비율은 페인트의 점도가 1500-1600 cps가 되도록 이에 따라 그 첨가비율을 결정 하였으며, 황토와 보조재료, 맥반석과 보조재료의 혼합비율은 무게비로 대략 70:30의 비율을 유지하였다. 보조재료의 경우는 TiO₂와 탈크, 그리고 탄산칼슘의 혼합비율을 무게비로 각각 100:50:50의 비율로 첨가하였다. 이상과 같은 혼합비에 의하여 제조된 친환경 페인트는 페인트가 지녀야 할 기본적인 조건을 모두 만족하였으며, 그 물성 테스트 결과를 표 11에 나타내었다.

Table 11. 제조된 페인트의 물성 테스트 결과

제조된 황토 페인트와 맥반석 페인트를 일반 건축자재 위에 도포한 후 그 사진을 도 3에 나타내었다.

친환경 실내용 세라믹 페인트 개발을 위하여 자체 개발한 아크릴 수지에 천연 광물의 분말을 첨가하여 인체에 무해하며, 페인트 특유의 냄새를 제거한 환경 친화적인 실내용 페인트의 조성물 및 제조방법을 발명하였다. 아크릴 에멀젼 수지 의 개발로 포름알데히드함량을 제거하고, 8대 중금속의 유해물질을 완전히 제거하고, 휘발성 유기화합물의 함량이 0.1ppm이하의 낮은 환경친화적인 페인트 용제의 제조기술을 확립하였다. 고형분으로서 원적외선 방사율이 높고, 항균·탈취 능력이 뛰어난 황토와 맥반석을 첨가함으로서 인체에 무해하면서도 이로운 기능을 하는 실내용 페인트를 발명하였다.

본 발명으로 인하여 현재 건축자재의 환경부분에 대한 정부의 규제나 국민생활수준의 향상으로 인하여 새집증후군과 같은 건축자재에 대한 관심이 높아지면서, 무엇보다도 미미한 국내 친환경 페인트시장을 대신하여 수입해서 들여오는 친환경페인트의 대체 효과를 가져올 것으로 본다.

Claims (2)

1. 불용성 아크릴 수지 형성용 모노머에 이를 물에 분산시키는 역할을 하는 계면활성제를 0.1～0.5 wt％ 첨가하고, 아크릴 에멀젼 형성용 조성물의 중합 반응을 위한 중합개시제의 함량은 아크릴 에멀젼 형성용 조성물의 총중량을 기준으로 하여 0.001～0.5w％로 하여 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물 방출이 없는 페인트용 용제 제조방법
2. 용제 250cc를 기준으로 하여 황토의 경우는 2μm-10μm 크기의 분말을 120g, 맥반석의 경우는 5μm-20μm 크기의 분말을 150g을 첨가하고, 보조재료는 전체 고형성분의 30％ 범위 내에서 이산화티탄이움, 탈크, 탄산칼슘을 각각 1:0.5:0.5의 비율로 혼합하고, 솔향기를 발하는 공업용 향료를 0.5-1.0 vol％의 범위 내에서 포함하는 친환경 실내용 페인트의 조성물

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