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KR20070114914A - 나노점토를 이용한 친환경 건축내장용 나노복합 도료조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

나노점토를 이용한 친환경 건축내장용 나노복합 도료조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20070114914A
KR20070114914A KR1020060048553A KR20060048553A KR20070114914A KR 20070114914 A KR20070114914 A KR 20070114914A KR 1020060048553 A KR1020060048553 A KR 1020060048553A KR 20060048553 A KR20060048553 A KR 20060048553A KR 20070114914 A KR20070114914 A KR 20070114914A
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KR
South Korea
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nanoclay
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binder
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KR1020060048553A
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KR100903686B1 (ko
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이석기
안정아
이병교
전상호
임현주
Original Assignee
(주)더블유비이 신소재
이석기
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Publication date
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Abstract

본 발명은 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 층상실리케이트 점토군 중에서 선택된 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트 및 몬모릴로나이트로 이루어진 군중에서 선택된 용액형 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) 5~15 중량% 및 유기금속계 비누로 구성되는 속건제 1~10 중량%로 이루어진 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물 및 상기 도료 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 도료 조성물은 친환경 무독성이면서 천연 식물성 조색제를 사용하여 인체에 무해한 무독성으로 친환경성을 나타낼 뿐만 아니라 속건성, 항균 및 항곰팡이성, 난연성, -20℃ 이하의 내한성 및 내열성의 다기능성을 나타내므로 페인트 등으로 널리 사용할 수 있다.
친환경, 나노복합, 도료조성물

Description

나노점토를 이용한 친환경 건축내장용 나노복합 도료 조성물 및 이의 제조방법{The Compositions of Nanocomposite ECO Paint for Building Interior Decoration Using the Nanoclay and Its Preparation Method}
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에 따라 제조된 나노복합 도료 조성물을 소형 챔버에 도포한 후, 총휘발성유기화합물(TVOC) 및 포름알데히드(HCHO)의 농도를 한국건자재연구원에서 측정한 시험성적서를 나타낸 도표이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에 따라 제조된 나노복합 도료 조성물을 종이류에 도색한 후에 식약공전상의 인체무해성(내분비계 장애물질 외 5종)을 시험한 시험성적서이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에 따라 제조된 나노복합 도료 조성물을 폴리프로필렌(PP) 필름에 도색한 후에 중금속 함량 외 2종을 측정한 시험성적서이고,
도 4는 상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에 따라 제조된 나노복합 도료 조성물의 항균성 및 방미도 효과를 테스트하기 위한 건축용 판넬(E12NC50)에 도색한 후의 항균 및 방미 시험조건 및 그 결과를 나타낸 시험성적서이다.
본 발명은 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 층상실리케이트 점토군 중에서 선택된 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트 및 몬모릴로나이트로 이루어진 군중에서 선택된 용액형 나노점토, 충진제로 사용되는 탄산칼슘 또는 산화아연, 아크릴계, 우레탄계, 아크릴-우레탄계 및 라텍스계로 이루어진 군중에서 선택되는 결합제, 은폐제로 사용되는 알루미늄 실리케이트 또는 TiO2 및 유기금속계 비누로 구성되는 속건제로 이루어진 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물 및 상기 도료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
최근에 생활수준과 건강에 관한 관심이 높아지면서 생활전반에 웰빙(well-being) 문화가 확산되고 있으며, 이에 따라 "새집증후군(Sick House Syndrome)"이라 하여 실내 공간에서의 공기질(IAQ; In door Air Quality)의 중요성이 국내외적으로 새로운 환경문제의 주제로 대두되고 있다. 상기 "새집 증후군"이란 화학물질과민증의 일종으로 실내공기 오염물질 중에서 특정한 화학물질 혹은 여러 가지 화학물질이 복합적으로 작용하여 인체에 영향을 미치는 현상을 말하는데, 이러한 현상은 새 집이나 수리한 집에 들어가 살다가 전에 없던 두통, 구토, 천식, 아토피성 피부염, 피부발진 등의 알레르기성 질환을 일으키는 증상을 말한다. 상기 증후군은 각종건물의 콘크리트, 가구, 접착제, 벽지, 페인트 등에서 발생되는 유해물질, 전자파, 포름알데히드, 기타 유기용제, 가스, 먼지 및 각종 휘발성유기화합물(V.O.Cs; Volatile Organic Compounds)을 환경오염물질을 비롯하여 화장품, 향수, 담배, 세탁된 의복, 염화비닐, 인쇄물의 잉크 등에서 배출되는 가스상 물질 등이 주요한 원인으로 제시되고 있다. 일반적으로 이러한 증상을 나타내는 사람은 세제, 향수, 비닐종이를 비롯한 실내환경을 구성하고 있는 물체에서 발생하는 화학물질 냄새에 매우 민감하게 반응하여 심각한 건강장애를 일으킬 수도 있다. 이와 같이, 실내 공기는 신축 건물이나 오래된 건물의 리모델링(remodeling)에 의한 공사시 사용되는 여러 건자재 및 페인트 등의 건축자재 및 인공적인 설비에 의해서 발생한 다양한 휘발성 유기화합물(VOC)에 의해서 오염되어 있으며, 이렇게 오염된 공기가 계속적으로 순환되면서 그 농도가 빠르게 증가하고 있는 실정이다. 이에 대안으로 주기적인 환기도 중요하나, 무엇보다 발생원의 제거, 대체 또는 개선 등의 보다 적극적인 방법의 제시가 요구되고 있다. 이에 따라 최근에는 가구, 접착제, 페인트, 벽지 등도 휘발성유기화합물을 함유하지 않은 친환경 제품들이 속속 등장하고 있으며 콘크리트, 벽지 및 페인트가 도장된 실내면에 도포하여 휘발성 유기화합물을 제거하며 인체의 기능을 활성화시키는 각종 바이오물성, 즉 원적외선, 음이온, 항균, 탈취기능을 발휘하는 도료 및 코팅제가 사용되고 있다. 상기 제품에는 광촉매코팅제, 바이오세라믹페인트 및 천연페인트가 주류를 이루고 있다.
일반적으로, 건축물의 내외장의 표면마감하기 위한 다양한 기능성 도료들이 개발되고 있다. 일 예로, 대한민국 특허공보번호 공고번호 제84-1678호 "음이온 전착도료용 합성수지 조성물", 국제특허출원 PCT/GB89/000514호 "외부녹물오손방지용페인트", 대한민국 특허등록 제10-46750호(1991.12.06) "방부도료조성물", 대한민국 특허 공개번호 제2003-76531호(2003.09.26) "바이오 세라믹과 한방약재(漢方藥材)를 이용한 수용성도료조성물", 대한민국 특허공개번호 제1999-10915호(1999.02.18) "수용성 도료 조성물" 등 그 용도와 가능을 전문화하고 그 기능을 향상시킨 다양한 기능성 도료가 제안되고 있다.
통상적으로 색을 표현하는데는 크게 염료(dye)와 안료(pigment)로 구분한다. 이러한 안료와 염료의 차이는 피착 소재와의 화학결합되는지 아니면 단순히 분산되는지 여부로 결정되는데, 일반적으로, 그 구분은 염료는 소지(素地)를 은폐시키지 못하는데 반하여 안료는 소지를 은폐시킴으로서 고유의 색상을 나타내는 것이라 할 수 있다. 또한, 바니쉬, 니스와 같은 투명 코팅에 상기와 같은 안료가 첨가됨으로써 유색을 띠는 페인트와 같은 도료가 형성된다. 건축자재용으로 사용되는 페인트 등의 도료는 소지를 은폐시켜야 하므로 도료는 소지를 은폐시키는(가리는) 1차적인 역할을 하고, 이를 위하여 안료가 이용된다. 이러한 안료는 크게 주안료와 체질안료로 구분할 수 있다. 주안료는 색상을 지닌 안료로 다시 무기안료와 유기안료로 구분한다. 구체적으로, 무기안료는 광물에서 채취하며 은폐력과 분산성(안료입자가 고르게 고유의 입자로 잘게 부숴지는 것)이 좋으나 일부안료는 중금속을 함유하는 단점이 있다. 유기안료는 화학적합성에 의한 색상을 나타내는데 은폐력과 분산성이 떨어지며 가격 또한 무기안료에 비해 상당히 고가이다. 또한, 내후성 및 내 구성 내알카리성 등이 모두 무기안료에 비해 떨어지나 무기안료가 나타낼 수 없는 명도가 뛰어난 색상을 지닌다는 특성이 있다. 은폐의 역할은 주로 주안료가 담당하는데 체질안료에 비하여 상당히 비싸기 때문에 주안료를 많이 사용한다면 은폐력은 상당히 좋아지나 가격이 비싸진다. 이에 따라, 도료는 PVC(Pigment Volume Concentration), 즉 전체적인 안료의 함량과 바인더 수지의 적정량이 결합되어야 은폐, 가격, 내구성 등을 최적의 조건으로 형성할 수 있다. 한편, 체질안료(filler)는 도료의 가격과 도막의 내구성을 높이는 보조역할을 하며, 적정의 주안료를 사용하고 PVC를 맞추기 위하여 사용한다. 따라서, 주안료와 체질안료를 적정하게 조합하여야 은폐력이 향상되고, 비용대비 효능이 높아진다.
이처럼 기능성을 강화시킨 특수도료들이 꾸준히 개발되고 있는데 최근 생활건강이 강조되면서 주거환경을 보다 쾌적하게 조성하기 위한 기능성이 강화된 각종 도료들이 개발되어지고 있다. 이를 위해 도료에 황토나 맥반석, 일라이트 같은 무기물이나 각종 아로마를 넣어 특수도료들이 만들기도 한다. 그러나, 이들 제품 및 특수도료들은 먼저, 광촉매코팅제의 경우 코팅도막이 항상 햇빛을 받아야만 물성을 발휘할 수 있으며 건축물의 경우 24시간 지속적인 햇빛의 유입이 힘들고 햇빛과 접촉되는 부분도 실내의 일부분에 지나지 않아 양호한 물성을 발휘하기 힘들다. 또한, 바이오세라믹페인트의 경우는 대부분 건물의 시멘트바닥, 벽체, 천정 등에 도포후 각종 바닥재(마루판,장판지,벽지 등)로서 마감처리 되므로 바이오기능이 저하되는 단점이 있다. 아울러, 천연페인트는 제품자체가 모두 천연물질로 조성되어 친환경제품 이기는 하나 가격이 비싸고 물성의 경우 접착력 및 내수성이 부족하고 건조시간이 느린 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 보다 친환경적이며 기타 다기능을 갖는 건축내장재용 도료 조성물을 개발하고자 노력하던 중, 본 발명자들이 개발한 대한민국 특허등록번호 제10-375888호(2003.02.28) 및 제10-0478776호(2005.03.16)에 기술된 용액배합법(Solution compounding process; SCP)을 응용한 용해배합공정을 이용한 결과, 나노점토를 이용한 도료 조성물이 친환경 무독성 조색제를 이용하므로 인체에 무해한 친환경성 및 무독성을 나타낼 뿐만 아니라, 속건성, 항균/항곰팡이성, 내열/내한성, 난연성을 가지는 다기능을 가짐을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 속건성, 항균/항곰팡이성, 내열/난연성, 내한성과 같은 기능뿐 아니라 인체에 무해한 친환경적인 건축내장재용 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 친환경적인 건축내장재용 도료 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 층상실리케이트 점토군 중에서 선택된 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트 및 몬모릴로나이트로 이루어진 군중에서 선택된 용액형 나노점토 20~50 중량%(층상실리케이트 나노점토 분말 5~15%), 충진 제로 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 TiO2 5~15 중량% 및 유기금속계 비누로 구성되는 속건제 1~10 중량%로 이루어진 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 층상실리케이트 점토군 중에서 선택된 용액형 나노점토에 충진제로 사용되는 탄산칼슘 또는 산화아연을 첨가하여 나노점토를 분산 및 수화시키는 단계; 상기 수화된 나노점토에 층간에 결합제를 삽입하는 단계; 및 상기 결합제가 삽입된 나노점토에 은폐제 및 속건제를 비롯한 기타 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하는, 상기 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 층상실리케이트 점토군 중에서 선택된 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트 및 몬모릴로나이트로 이루어진 군중에서 선택된 용액형 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 TiO2 5~15 중량% 및 유기금속계 비누로 구성되는 속건제 1~10 중량%로 이루 어진 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물에 있어서, 나노점토는 기능화된 층상실리케이트를 사용하고, 탄산칼슘 또는 산화아연이 충진제(filler)로 기능을 함으로 별도의 충진제가 첨가될 필요가 없다. 아울러, 기타 동결방지제, 방부제, 증점제, 은폐제 등도 첨가되지 아니하여도 무방하다. 이러한 나노점토는 주안료 및 조색제로서의 기능을 하는 것으로 10~50 ㎚의 입경을 나타내며, 인체무해성, 내열성 및 -20℃ 이하에서도 기능이 유지되는 내한성의 특성이 나타난다. 아울러, 상기 나노점토는 수분산성이 우수하고 요변성(thixotropy)이 뛰어나 저장성이 우수하며, 기타 항균성 및 항곰팡이성의 특성이 있다.
아울러, 상기 결합제는 상기 기술된 종류 이외에 수분산 및 유화제품이면 특별히 제한되지 아니하고 사용가능하다. 본 발명의 나노점토 및 충진제로 이루어지는 안료는 상기에서 언급한 바와 같이 주안료 및 천연 식물성 조색제의 특성을 나타고 인체무해성의 특성을 나타낸다. 또한, 유기금속계 비누로 구성되는 속건제는 속건성능이 우수하여 상온에서 10분 이내에 수분이 건조되므로 생산성 및 현장 작업상의 속도의 증진을 가져온다. 아울러, 상기 속건제는 도료 조성물의 속건성 이외에 항균 및 항곰팡이 성능을 추가적으로 나타낸다. 그리고, 알루미늄 실리케이트 또는 TiO2는 은폐제로서의 기능 이외에 체질안료로의 기능도 있다.
또한, 본 발명의 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물에 있어서, 상기 용액형 나노점토는 벤토나이트 점토, 충진제는 탄산칼슘, 결합제는 아크릴계 결합제 및 은폐제는 TiO2인 것이 바람직하고, 상기 벤토나이트 점토는 45 중량%(점토 분말만은 10중량%), 탄산칼슘은 20 중량%, 아크릴계 결합제 30 중량% 및 TiO2 10중량%인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물에 있어서, 상기 조성물 100 중량부에 대하여 분산제 0.1~5 중량부, 소포제 0.1~8 중량부, 습윤제 0.05~4 중량부, pH 조절제 0.1~5 중량부 및 조막제(레벨링제) 0.2~12 중량부를 추가적으로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 도료 조성물은 상기에서 언급한 바와 같이 별도의 은폐제가 반드시 요구되는 것은 아니지만, 그 기능의 촉진을 위하여 추가적으로 넣어주어도 무방하다. 아울러, 본 발명의 도료 조성물에 추가적인 방부제가 첨가될 필요는 없으나, 상기 조성물 100 중량부에 대하여 0.1~0.5 중량부의 방부제를 추가적으로 첨가하여도 무방하다. 또한, 본 발명의 도료 조성물에 추가적인 증점제가 첨가될 필요는 없으나, 상기 조성물 100 중량부에 대하여 0.1~5 중량부의 증점제를 추가적으로 첨가하여도 무방하다.
본 발명에 사용되는 층상구조를 가지는 실리케이트계 점토는 천연의 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트 또는 몬모릴로나이트 점토를 산 및 염기의 전처리 과정과 건조후 볼밀 등을 사용하여 분쇄하여 평균입경이 2.5 ㎛ 정도의 것을 사용 한다. 산-염기 처리법 등은 본 발명자의 대한민국 특허등록번호 제10-375888호(2003.02.28) 및 제10-0478776호(2005.03.16)에 상세히 기재되어 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명은 ⅰ) 층상실리케이트 점토군 중에서 선택된 용액형 나노점토에 충진제로 사용되는 탄산칼슘 또는 산화아연을 첨가하여 나노점토를 분산 및 수화시키는 단계; ⅱ) 상기 수화된 나노점토에 층간에 결합제를 삽입하는 단계; 및 ⅲ) 상기 결합제가 삽입된 나노점토에 은폐제 및 속건제를 비롯한 기타 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하는, 상기 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 상기 도료 조성물의 제조방법은 상기 SCP법을 응용한 용해배합공정을 이용함으로써, 특히 친환경 무독성 조색제를 이용하므로 상기 방법에 의하여 제조된 나노점토를 이용한 도료 조성물은 인체에 무해한 친환경성 및 무독성을 나타낼 뿐만 아니라, 속건성, 항균/항곰팡이성, 내열/난한, 난연성을 가지는 다기능을 가진다.
본 발명의 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물의 제조는 기본적으로 3단계를 거치게 된다.
제 1단계는 점토의 수화와 양이온교환을 통한 점토를 박리하는 과정이다. 구체적으로, 점토의 분산 및 수화과정으로 물에 층상실리케이트 나노점토와 탄산칼슘(충진제 기능) 등을 투입하여 전동교반기(600 rpm)로 상온에서 30분간 분산시켜 점토를 분산 및 수화시킨다. 제 2단계는 나노점토입자의 층간에 결합제를 삽입하는 과정으로 1단계의 용액에 아크릴계 또는 라텍스계 등의 에멀젼 결합제 및 물을 투입하고 300 rpm 으로 1시간 동안 배합한다. 결합제를 점토입자의 무리사이에 안정적으로 그리고 상당량을 삽입하는 것은 고도의 기술이 필요한데 상기의 공정은 단순하면서도 획기적인 것으로 본 발명자가 SCP법이라고 명명한 것이다. 아울러, 상기 2단계의 결합제의 첨가시에는 추가적으로 소포제, pH 조절제를 첨가하여도 무방하다. 제 3단계는 상기 2단계의 결합제가 삽입된 나노점토 조성물에 속건제 및 은폐제를 첨가하는 것으로 2단계 용액에 속건제 및 은폐제를 넣어 1000 rpm 이상으로 20분간 교반한다. 상기 3단계의 속건제의 첨가시에 은폐제, 분산제, 습윤제, 소포제, 조막제(레벨링제) 등의 순서로 첨가하여도 무방하다.
3단계는 2단계와 3단계의 용액을 배합하여 박리된 본 발명의 기본적 단계도 이러한 SCP법을 따르고 있으나, 그 구체적인 목적과 구성 및 효과에 차이가 있는 것으로 이에 대해 좀더 상세히 설명한다. 다만, 이 SCP법은 본인의 상기 등록특허 등에서 공개하고 있는 것이므로 자세한 설명은 생략함으로써 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 하겠다.
용액형 나노점토의 사용량은 인체무해성과 내열/내한성과 상관관계가 있는 것으로 그 적정범위는 5 내지 15중량%으로 수분을 포함한 경우에는 20~50 중량%가 적절하다. 상기 범위 이하에서는 상기 성질이 급속도로 나빠지며 그 이상에서는 바인더의 상관성을 고려하여 도료 성질에 영향이 있게 된다.
건축내장용 도료 조성물의 재료로 사용하기 위하여, 수분을 증발시키기 위한 건조공정으로 생산속도가 상당히 떨어지게 되므로 속건 촉매를 사용하는 것이 낫다. 본인의 공개특허 2001-44349호에서 이러한 속건 촉매의 형태로 금속 비누계 건조제를 제시하였다. 그 일반식으로 [금속(배위자)n]m[RCOO]m을 제시하였었으나, 인체무해성이나 건조속도의 적절성이 유지되었으며, 별다른 문제는 발생하지 않았다. 또한, 속건제에 포함된 금속이 항균/항곰팡이성을 나타낸다. 본 발명에서는 인체에 유해한 바륨금속비누계를 사용하지 않는다. 같은 양의 이종의 속건제를 쓰더라도 건조속도에 차이가 있으며 너무 느려도 문제가 있지만 너무 빠른 경우에도 손실이 많게 된다. 열풍건조식으로는 60℃에서 10초 정도, 상온에서는 10분 이내가 적당한 건조속도로 보고 있다. 속건제가 많이 들어가면 건조속도가 당연히 빨라질 것이나 10 이상의 중량%에서는 건조속도가 너무 빠르기에 의미가 없게 된다. 속건제의 배합비율에 따라서 적은 양을 사용하여 탁월한 효과가 나올 수 있다. 속건제의 전체 중량%는 약 1 내지 10 중량%가 바람직하며 그 이하에서는 도료 조성물의 속건성이 떨어지며 그 이상은 속건이 너무 빨라 손실이 많으며 10 중량% 이상에서는 속건속도의 의미가 없다.
결합제를 상기 점토 울타리에 집어넣는 것이 매우 힘든 일인데 종래의 일반적인 기술로는 매우 힘든 일이며 이것이 SCP법에 의해 가능하게 되며, 본 발명에서는 도료 조성물에 맞는 결합제의 양을 고려한다. 기능성에 따라 결합제의 양을 조 절할 수 있겠지만 본 발명에서는 20~50 중량%의 결합제가 바람직하다. 결합제로는 아크릴계, 우레탄계, 아크릴-우레탄계, 라텍스계 등 여러 가지가 사용 가능한데, 아크릴계 결합제가 사용되는 것이 바람직하다.
소형챔버 설치후에 본 발명의 실시예 등을 통해 제조된 도료 조성물의 본 발명의 실시예 등을 통해 제조된 도료 조성물을 상기 소형챔버에 도포한 후, TVOC(총휘발성유기화합물) 및 HCHO(포름알데히드) 분석을 수행하여 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOC; volatile organic compound) 발생 농도를 측정하였다. 그 결과, 본 발명의 도료 조성물을 도포하였을 때는 TVOC 및 HCHO가 대단히 미량만이 생성됨에 반하여, 기본적 구성 성분 중 어느 하나가 결여되었을 때는 그 효과가 크게 감소한다. 용액형 나토점토가 결여된 경우 특히 그 효과의 감소가 크다(도 1 및 표 2 참조). 본 발명에서는 나노점토와 물의 천연재료가 주성분이기 때문에 상기와 같은 결과가 얻어지며, 이러한 천연재료가 주성분이기 때문임과 아울러 점토의 박리 등을 통해 얻어진 용액형 나노점토의 특성으로 인해 인체무해성과 난연성, 내열 및 -20℃ 이하의 내한성 및 상용성이 뛰어나게 된다.
또한, 본 발명의 도료 조성물은 종이류 및 폴리프로필렌(PP) 필름에 도색한 후 식약공전상의 인체무해성(내분비계 장애물질 외 5종)을 시험한 결과, PCB(내분비계장애물질), 비소, 중금속의 잔류물이 적고, 기타 증발 잔류물 및 형광증백제 함유량이 대단히 낮다(표 4 및 표 5, 도 2 및 도 3 참조)
아울러, 본 발명의 도료 조성물은 Aureobasidium pullulans ATCC 9348, Aspergillus niger ATCC 6275, Penicillium citrinum ATCC 9849 균주와 같은 곰팡이 및 세균에 대한 항균 및 방미도가 뛰어나다(표 6 및 도 4 참조).
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1 > 친환경 건축내장용 나노복합 도료 조성물의 제조
전동교반기가 장착된 1ℓ 플라스크에 전처리된 용액형 벤토나이트 나노점토 45 중량%, 탄산칼슘 20 중량% 및 물 20 중량%를 넣고, 상온에서 30분간 600 rpm의 속도로 분산시켜 점토를 수화시켰다. 상기 수화된 점토에 아크릴계 결합제 30 중량% 및 추가적인 물을 혼합하여 300 rpm의 속도로 1시간 동안 배합하였다. 여기에 속건제 5 중량% 및 TiO2 10중량%를 첨가하고, 1000 rpm 이상으로 20분간 교반하여 도료 조성물을 제조하였다. 상기 도료 조성물은 나노점토 입자가 고루 분산되어 침전현상이 없고, 우유빛을 나타내며 pH는 7.5이고, 25℃에서의 Brookfield 점도는 240 cps로 나타났다. 또한, 제조한 나노복합 도료의 최종농도는 45 중량%였다.
< 실시예 2 및 실시예 3 > 친환경 건축내장용 나노복합 도료 조성물의 제조
실시예 2는 실시예 1과 동일한 조건에 속건제 첨가시에 추가적으로 방부제를 0.3 중량%를 첨가하고, 실시예 3은 실시예 2와 동일한 조건에서 속건제 첨가시에 추가적으로 분산제 0.2 중량%, 습윤제 0.1 중량%, 소포제 0.3 중량%, 셀룰로스계 증점제 0.37 중량%, 레벨링제(조막제) 0.4 중량%의 순서로 수화된 점토용액에 추가하였다. 실시예 2 및 실시예 3에서 추가되는 성분의 중량% 만큼 물의 첨가량을 감소시켰다. 그 결과, 실시예 2 및 실시예 3의 수성 나노점토액의 최종농도는 각각 45.2 중량% 및 46.5 중량%였다. 본 발명의 도료 조성물 3종(실시예 1 내지 실시예 3)의 각 성분의 투입함량 및 특성을 하기 표 1에 나타내었다.
< 비교예 >
비교예는 실시예 1과 같은 도료 조성물로서 나노점토 및 속건제를 제외된 조성물로 최종농도는 38 중량%였다. 상기 도료 조성물의 각 성분의 투입함량 및 특성을 하기 표 1에 나타내었다.
(단위 : 중량%)
구분 성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
용액형 벤토나이트 나토점토(분말) 45(10) 44.7(10) 44(10) 물 45
탄산칼슘(충진제) 20 20 20 20
결합제 아크릴계 30 30 30 30
속건제 5 5 5 .
은폐제 TiO2 10 10 10 10
방부제 - 0.3 0.3 0.3
기타 분산제 소포제 습윤제 증점제 pH 조절제 조막제 - - 0.2 0.3 0.1 0.37 0.2 0.4 0.2 0.3 0.1 0.37 0.2 0.4
고형분(중량%) 45 45.2 46.5 39
pH 7.5 7.3 7.2 7.4
용액점도(cps) 240 245 260 210
< 실험예 1 > 친환경성의 탈취 및 정화능 테스트
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에서와 같이 제조한 도료 조성물을 소형챔버에 도색하여 TVOC 및 HCHO(포름알데히드) 분석을 수행하였다.
구체적으로, 소형챔버를 설치하여 24.9~25.2℃ 온도, 상대습도 47~49%의 조건에서 3일 동안의 시험기간동안 2시간에 1번씩 환기시켰으며, 시료 부하율은 0.40 ㎡/㎥이고, 도표량은 302 g/㎡이었다. 각각의 TVOC의 분석 및 HCHO의 분석조건은 자동흡입식 방법에 의하여 측정하였다.
환경부령 "다중이용시설 등의 공기질 관리법 시행규칙" 제189호에 의한 건축자재에서 방출되는 오염물질(제10조제1항 관련) 중에서 포름알데히드(HCHO) 및 휘발성유기화합물(VOC; volatile organic compound)의 하기 표 2의 방출농도 이상인 경우에는 오염물질이라 한다.
(단위 : ㎎/㎡ㆍh)
오염물질 접착제 일반자재
포름알데히드 4 이상 1.25 이상
VOC 10 이상 4 이상
비고 : 1. 일반자재란 벽지, 도장재, 바닥재, 목재 및 그 밖에 건축물 내부에 사용되는 건축자재를 말한다.
2. VOC는 총휘발성유기화합물을 말하며, 총휘발성유기화합물의 자세한 정의는 법 제4조의 규정에 의한 실내공기질 공정시험방법에서 정한다.
그 결과, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 도료 조성물에서는 TVOC 및 HCHO 발생량이 극히 미량으로 친환경적인 건축자재로 사용가능함을 확인하였다(도 3 및 표 4). 그에 반하여, 용액형 벤토나이트 나토점토가 결여된 비교예에서는 다량의 TVOC 및 HCHO가 발생함을 확인하였다.
(단위 : ㎎/㎡ㆍh)
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 시험방법
포름알데히드(HCHO)(㎎/㎡ㆍh) 0.002 0.002 0.002 1.2 실내공기질공정시험법(한경부고시 제2004-80호)
TVOC(총휘발성유기화합물)(㎎/㎡ㆍh) 0.170 0.169 0.167 3.75
상기 도 1 및 표 3에 기재된 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 실시예 3의 본 발명의 도료 조성물이 나노점토와 물만으로 이루어진 천연재료가 주성분이기 때문에 탈취, 정화능 등 그 기능이 우수하며, 상기 결과는 비교예를 통하여 보다 확실히 입증된다.
< 실험예 2 > 친환경성의 무독성 테스트
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에서와 같이 제조한 도료 조성물의 각종 중금속 함유량을 측정함으로써, 상기 조성물의 무독성 여부를 테스트였다. 하기 표 4 및 도 2는 상기 도료를 종이류에 도색한 후에 식약공전상의 인체무해성(내분비계 장애물질 외 5종)을 시험한 것이고, 하기 표 5 및 도 3은 폴리프로필렌(PP) 필름에 도색한 후의 중금속 함량 외 2종을 측정한 것이다.
시험항목 규격기준 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
PCBs 10 이하(㎎/㎏) 불검출 불검출 불검출 검출
비소 0.1 이하(㎎/ℓ) 적합 적합 적합 적합
중금속 1.0 이하(㎎/ℓ)(납으로서) 적합 적합 적합 2.2
증발잔류물 30 이하(㎎/ℓ) 0.1 0.11 0.12 0.07
포름알데히드 4.0 이하(㎎/ℓ) 0.5 0.45 0.43 5.3
형광증백제 불검출 불검출 불검출 불검출 검출
시험항목 규격기준 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
중금속 1.0 이하(㎎/ℓ) 1.0 이하 1.0 이하 1.0 이하 2.2
과망간산칼륨소비량 10 이하(㎎/ℓ) 4 3 3 13
증발잔류물 30 이하(㎎/ℓ) 10 11 12 7
상기 결과에서와 같이, 본 발명의 도료 조성물은 각종 중금속이나 노폐물을 제거하는 작용 효과로 실내에 신진대사를 촉진시켜 혈액순환이나 신진대사를 활성화시킬 수 있는 작용효과를 제공한다.
< 실험예 3 > 항균성 및 방미도 테스트
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에서와 같이 제조한 도료 조성물 각각의 항균성 및 방미도 효과를 테스트하였다. 구체적으로, 하기 시험곰팡이 균주를 혼합하여 사용하였고, 건축용 판넬(E12NC50)에 상기 도료를 각각 칠한 후 건조시켜 ASTM G-21의 시험방법에 따라 4주 동안 시험하였다(표 6 및 도 4). 구체적인 시험 조건은 도 4와 같다.
사용한 시험곰팡이 혼합균주는 다음과 같다. Aureobasidium pullulans ATCC 9348, Aspergillus niger ATCC 6275, Penicillium citrinum ATCC 9849이다.
시험항목 시험균 1주 2주 3주 4주
실시예 1 곰팡이균주(혼합균주) 0.0 0.0 0.0 0.0
실시예 2 0.0 0.0 0.0 0.0
실시예 3 0.0 0.0 0.0 0.0
비교예 0.1 0.5 2.5 23
상기 표6의 결과에서와 같이, 본 발명의 도료 조성물은 비교예와는 다르게 유기금속비누계 속건제가 포함되어 있어 항균 및 방미 작용이 뛰어나, 곰팡이나 각종 세균의 번식이나 생장을 억제시킨다.
상기 실험예 1 내지 실험예 3에 기재된 바와 같이, 본 발명의 도료 조성물은 포름알데히드와 같은 VOC 발생량이 극히 적은 친환경 도료 조성물로 비소와 같은 중금속 함유량이 대단히 적은 무독성 특성을 나타낼 뿐만 아니라 항균 및 항곰팡이성이 뛰어나다. 또한, 비교 실험을 위하여, 종래기술에 기술된 공개특허 제2005-0115047호 "광 및 무광하에서 탈취, 항균 밀 방곰팡이성을 갖는 무광형 다기능성 도료 조성물", 공개특허 제2005-0034681호 "바이오세라믹과 아로마테라피기능을 이용한 새집증후군방지 도료 조성물" 및 공개특허 제2006-0017354호 "원적외선과 음이온이 발생되는 수용성 도료 제조방법"을 통하여 제조된 도료의 경우에 있어서, 본 발명의 도료 조성물에 비하여 탈취, 정화능, 무독성, 항균성 및 방미도가 없거나 대단히 미약함을 확인하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 도료 조성물은 친환경 무독성이면서 천연 식물성 조색제를 사용하여 인체에 무해한 무독성으로 친환경성을 나타낼 뿐만 아니라 속건성, 항균 및 항곰팡이성, 난연성, -20℃ 이하의 내한성 및 내열성의 다기능성을 나타내므로 페인트 등으로 널리 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 층상실리케이트 점토군 중에서 선택된 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트 및 몬모릴로나이트로 이루어진 군중에서 선택된 용액형 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 TiO2 5~15 중량% 및 유기금속계 비누로 구성되는 속건제 1~10 중량%로 이루어진 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 용액형 나노점토는 벤토나이트 점토, 충진제는 탄산칼슘, 결합제는 아크릴계 결합제 및 은폐제는 TiO2인 것을 특징으로 하는 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 벤토나이트 점토는 45 중량%(점토 분말만은 10중량%), 탄산칼슘은 20 중량%, 아크릴계 결합제 30 중량% 및 TiO2 10중량%인 것을 특징으로 하는 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 조성물 100 중량부에 대하여 분산제 0.1~5 중량부, 소포제 0.1~8 중량부, 습윤제 0.05~4 중량부, pH 조절제 0.1~5 중량부 및 조막제 0.2~12 중량부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물.
  5. ⅰ) 층상실리케이트 점토군 중에서 선택된 용액형 나노점토에 충진제로 사용되는 탄산칼슘 또는 산화아연을 첨가하여 나노점토를 분산 및 수화시키는 단계;
    ⅱ) 상기 수화된 용액형 나노점토에 층간에 결합제를 삽입하는 단계; 및
    ⅲ) 상기 결합제가 삽입된 나노점토에 은폐제 및 속건제를 비롯한 기타 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하는, 제 1항의 친환경 건축내장재용 나노복합 도료 조성물의 제조방법.
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