콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인 조성물

콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인 조성물{A Composition of Organic and Inorganic Hybrid Stain Contained Colloidal Silica}

본 발명은 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테인 바인더의 도막강도를 향상시키기 위해서 실란 커플링제로 콜로이달 실리카를 유기화하여 첨가하고, 발수성을 향상시키기 위해서 실리콘 에멀젼을 첨가함으로써 내구성 및 내후성 등이 개선되며, 우수한 도장품질을 갖는 친환경 콜로이달 실리카가 함유된 유, 무기 하이브리드 스테인 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 자외선과 기후조건 및 수분침투 등으로부터 목재를 보호하기 위해, 목재 가구, 건축물, 조형물 등의 표면을 다양한 도료로 도장 처리하고 있다. 특히, 자연적인 미를 그대로 표현하기 위하여 나무의 결을 살릴 수 있도록 하는 스테인이 주로 사용되고 있다.

종래에 스테인은 수성과 유성으로 크게 구분되며, 수용성 아크릴, 수용성 폴리우레탄 및 수용성 아크릴우레탄을 바인더로 사용하는 수성 스테인은 바인더의 내구성 및 내후성이 부족하여 주로 실내에 사용되는 목재용 가구 등에 사용하였고, 유성 알키드수지 및 변성 수지 등을 바인더로 사용하고 휘발성 유기화합물을 함유한 유기 용제를 사용한 유성 스테인은 자외선 첨가제 등을 첨가하여 외부에 사용되는 건축물의 외부나 조형물 등에 사용되었다.

그러나 최근 인체의 건강에 대한 관심이 증가함으로써 인체에 유해한 휘발성 유기화합물에 대한 규제가 강화되면서 수성 스테인을 외부에 사용하는 사례가 빈번하게 증가하고 있지만, 종래의 수성 스테인은 상기와 같은 내구성 및 내후성이 불량하기 때문에 매년 또는 2년을 주기로 재 도장해야 하는 번거러움과 비용이 소요되는 문제점이 존재하고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 스테인과는 달리 바인더의 내구성 및 내후성을 향상시켜 목재에 도장 시 반영구적으로 사용이 가능하도록 콜로이달 실리카가 함유된 유무기 하이브리드 스테인 조성물을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콜로이달 실리카가 함유된 유, 무기 하이브리드 스테인 조성물은, 수용성 아크릴, 수용성 폴리우레탄 및 수용성 아크릴 우레탄을 각각 또는 하나 이상을 서로 혼합하여 제조된 수용성 바인더, 유기화 콜로이달 실리카, 실리콘 에멀젼계 발수제 및 수성안료를 포함하며, 상기 수용성 바인더의 함량은 45 내지 55중량%이고, 상기 유기화 콜로이달 실리카의 함량은 20 내지 30중량%, 상기 실리콘 에멀젼계 발수제의 함량은 10 내지 20중량%이며, 상기 수성안료는 색상에 따라 5 내지 20중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 유기화 콜로이달 실리카는, 고형분 함량이 30중량%이고 pH가 10 이상인 콜로이달 실리카 100중량부에, 실란 커플링제로서 실란 커플링제로서, 아크릴 실란 Methacryl oxypropyl trimethoxysilane(MPTMS)과, 에폭시 실란 Glycid oxypropyl trimethoxysilane(GPTMS) 및, 아미노실란 Aminopropyl trimethoxysilane(APTMS)을 각각 또는 하나 이상을 혼합하여 상온에서 100rpm으로 10 내지 30중량부를 적가하여 3시간 동안 가수분해시켜 제조될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 실리콘 에멀젼계 발수제로는, 다우코닝(DOW CORNING)사에서 공급되고 있는 IE-6682, IE-6683, IE-6694 및 Z-70 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

첫째, 콜로이달 실리카가 함유된 유무기 하이브리드 스테인이 수용성 아크릴, 수용성 폴리우레탄 및 수용성 아크릴우레탄과 유기화 콜로이달 실리카 및 실리콘 에멀젼계 발수제를 포함하여 조성됨으로 인하여 내구성 및 내후성 이외에 내수성, 내스크래치성이 향상되고, 목재에 도장 시 반영구적으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 목재에 항균기능이 개선되고, 목재의 변형 및 균열이 방지되며, 탈색 및 변색이 방지되는 효과가 있다.

둘째, 상기의 하이브리드 바인더에 수성안료를 분산시킴으로써 다양한 색상이 구현될 수 있다는 장점이 있다.

셋째, 실내외 목재를 소재로 한 제품 이외에, 하드우드 및 인조목재에도 적용이 가능하며, 시멘트 콘크리트를 비롯한 무기계 건축재료에도 사용 가능하여 그 용도가 다양하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인이 도장되어 다양한 색상의 구현이 가능함을 보여주는 도면이고,
도 2는 자외선에 노출되었을 때 본 발명에 따른 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인이 도장된 목재소재의 제품과 종래의 스테인이 도장된 제품과의 차이를 보여주는 도면이다.

본 발명의 하이브리드 스테인 조성물은, 수용성 아크릴, 수용성 폴리우레탄 및 수용성 아크릴 우레탄 중 어느 하나 또는 적어도 하나 이상으로 구성된 바인더는 건조된 후 도막의 내구성 및 내후성을 향상시키기 위하여 콜로이달 실리카를 첨가하는데, 바인더와 표면에 -OH기를 갖는 무기입자인 콜로이달 실리카와의 상 안정성이 불안정하기 때문에 크게 개선되지 않는다.

따라서 -OH기를 갖는 콜로이달 실리카의 표면을 유기화하여 상 안정성을 개선함으로써 요구되는 도막의 내구성 및 내후성을 개선할 수 있다. -OH기를 갖는 콜로이달 실리카의 유기화에 사용할 수 있는 실란 커플링제로는 아크릴 실란(Methacryl oxypropyl trimethoxysilane, MPTMS), 에폭시 실란(Glycid oxypropyl trimethoxysilane(GPTMS), 아미노실란인 Aminopropyl trimethoxysilane(APTMS)을 각각 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 한편, 건조된 후 수분 침투를 억제하기 위하여 실리콘 에멀젼계 발수제를 사용함으로써 수분 침투에 의한 도막의 팽윤 현상을 억제함으로써 내구성 및 내후성을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 유기화된 콜로이달 실리카 및 실리콘 에멀젼을 함유한 수용성 바인더의 조성물을 제공할 수 있고, 여기에 다양한 수성안료를 첨가함으로써 다양한 색채를 부여할 수 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 콜로이달 실리카가 함유된 유무기 하이브리드 스테인의 조성물에 대하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 본 발명에 따른 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인이 도장되어 다양한 색상의 구현이 가능함을 보여주는 도면이고, 도 2는 자외선에 노출되었을 때 본 발명에 따른 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인이 도장된 목재소재의 제품과 종래의 스테인이 도장된 제품과의 차이를 보여주는 도면이다.

본 발명의 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인은 표 1에 나타난 바와 같이, 수용성 바인더의 함량은 45 내지 55중량%이고, 유기화 콜로이달 실리카의 함량은 20 내지 30중량%, 실리콘계 발수제의 함량은 10 내지 20중량%이며, 수성안료는 색상에 따라 5 내지 20중량%인 것이 바람직하다.

유기화 콜로이달 실리카의 제조는, 고형분 함량이 30중량%이고, pH가 10 이상인 콜로이달 실리카 100중량부에, 아크릴 실란(Methacryl oxypropyl trimethoxysilane, MPTMS), 에폭시 실란(Glycid oxypropyl trimethoxysilane, GPTMS), 아미노실란(Aminopropyl trimethoxysilane, APTMS)의 실란 커플링제를 각각 혹은 혼합한 10 내지 30중량부를, 상온에서 100rpm으로 적가하여 3시간 동안 가수분해시켜 제조한다. 실란 커플링제의 사용량이 10중량부 이하에서는 콜로이달 실리카의 유기화가 완벽하지 못하기 때문에 수용성 바인더와의 상 안정성이 크게 개선되지 못하고, 한편, 실란 커플링제의 사용량이 30중량부 이상에서는 수용성 바인더와의 상 안정성이 더 이상 개선효과가 미비하며 실란 커플링제의 사용량이 높아져서 경제성이 없다. 바람직하게는 15 내지 25중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

실리콘 에멀젼계 발수제로는 비교적 수용성으로 제조되어 범용적으로 사용할 수 있는 것이 모두 사용가능하지만 본 발명에서는 DOW CORNING사에서 공급되고 있는 IE-6682, IE-6683, IE-6694 및 Z-70이 바람직하다.

본 실시예에서 착색제로 사용되는 상기 수성안료가 분산될 수 있는 어떠한 물질도 사용 가능하다.

본 발명에 따른 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인이 종래의 스테인과 비교하였을 때 어떠한 장점이 있는지에 대하여 실시예를 통해 알아 보았다.

<실시예>

백색의 미송원목을 2개를 준비하여 각각에 붉은색 계열의 참나무 색이 나타나도록 종래의 스테인(10)과 본 발명에 따른 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인(하이브리드 스테인으로 명명: 100)을 도장하였다. 도장이 완료된 후 상온에서 각각을 건조시켜 스테인 도장을 완료하였다.

이와 같이, 종래의 스테인(10)이 도장된 미송원목과 본 발명에 따른 하이브리드 스테인(100)이 도장된 미송원목을 동일한 조건하에서 옥외에 두고 자외선에 노출시켜 그 변화를 관찰하였다.

옥외에서 자외선에 노출된 각각의 미송원목을 약 3개월 후에 살펴본 결과 다음과 같은 변화가 나타났다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 스테인(10)이 도장된 미송원목은 스테인(10)으로 인하여 착색된 붉은색이 거의 탈색되어 미송원목의 원색이 백색에 가깝게 변화된 반면에 상기 하이브리드 스테인(100)이 도장된 미송원목은 상대적으로 상기 세라믹 스테인(100)으로 인하여 착색된 붉은색이 남아 있는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 실시예에 따른 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인 조성물은 수용성 아크릴, 수용성 폴리우레탄 및 수용성 아크릴 우레탄을 각각 혹은 혼합하여 수용성 바인더를 사용하고, 유기화 콜로이달 실리카 및 실리콘 에멀젼계 발수제를 함유한 조성물에 있어서, 수용성 바인더의 함량은 45 내지 55중량%이고, 유기화 콜로이달 실리카의 함량은 20 내지 30중량%, 실리콘계 발수제의 함량은 10 내지 20중량%이며, 수성안료는 색상에 따라 5 내지 20중량%인 것을 특징으로 한다.

이와 같이 상기 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인의 조성물이 상기 수용성 바인더, 유기화 콜로이달 실리카 및 실리콘 에멀젼계 발수제, 수성안료로 이루어짐에 따라 목재에 도포되는 경우에 목재에 침투하여 목재의 결을 그대로 유지하면서 내구성 및 내후성이 우수한 착색이 이루어질 뿐만 아니라, 내수성, 내스크래치성이 향상되어 항균기능이 강화되고, 목재의 변형 및 균열이 방지되며, 탈색 및 변색이 방지되는 효과가 있는 것이다.

본 실시예에 제조방법에 의해 제조된 상기 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인은 붓, 보루, 롤러 및 스프레이 등을 이용하여 목재에 도장이 가능하다. 건조시간은 약 1시간 정도로 스테인을 1회 도장 후에는 상온에서 약 1시간 건조하여 도장을 완료한다.

본 실시예에 따른 제조방법으로 제조한 상기 콜로이달 실리카가 함유된 유ㆍ무기 하이브리드 스테인은 상온에서 12개월간 실내보관이 가능하고, 목재를 도장하고 남은 스테인은 완전밀폐하여 3개월간 보관할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10 : 종래의 스테인
100 : 하이브리드 스테인