다기능성 친환경 수성 우드 스테인 조성물

다기능성 친환경 수성 우드 스테인 조성물{ECO-FRIENDLY ACQUEOUS COMPOSITION FOR WOOD STAIN HAVING MULTIFUNCTIONAL PROPERTIES}

본 발명은 다기능성을 지닌 친환경 수성 우드 스테인을 구성하고 있는 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 우드 스테인 도장시 목재표면의 경도증가로 내구성, 내후성 향상과 더불어 난연, 방미, 방부 및 방충특성을 지니며, 우수한 도장품질을 갖는 친환경 다기능성 수성 우드 스테인 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 가구, 목재 건축물, 조형물 등의 표면을 보호하기 위해 도료를 사용하여 도장처리하고 있으나 최근 원래의 나무결을 유지하기 위해 스테인 도료의 사용이 증가하고 있다.

우드 스테인은 수성과 유성으로 구분되어, 주로 내부에 사용되는 가구 등은 수성 스테인을 사용하고 있으며, 외부에 사용되는 건축물 및 조형물 등에는 유성 스테인이 주로 사용되고 있다.

종래의 수성 스테인은 아크릴 에멀젼 및 우레탄 에멀젼 등의 바인더로 구성되어 있어 내구성 및 내후성 등의 물성에 문제가 있어 내부 도장에만 국한되어 왔다.

최근 유성 스테인에 대한 환경호르몬 등의 환경오염 규제 강화로 인해 외부용 수성 스테인의 사용이 증가추세에 있으나, 내구성 및 내후성 등의 물성저하로 매년 또는 2년을 주기로 재도장해야 하는 근본적인 문제점을 안고 있다.

종래의 수성 스테인의 물성을 개선하기 위해 많은 연구가 활발하게 진행되고 있는 추세이다.

그 예로서, 콜로이달 실리카와 아크릴 에멀젼 또는 우레탄 에멀젼 등으로 구성되는 수성 스테인 조성물에 관한 대한민국 특허 제10-1544323호(등록일자 2015.08.06);

폴리우레탄수지와 나노세라믹 폴리머로 구성되는 수성 스테인 조성물에 관한 대한민국 특허 제10-1216630호(등록일자 2012.12.21);

아크릴 에멀젼 등으로 구성되는 수성 스테인 조성물에 관한 대한민국 특허 제10-1537512호(등록일자 2015.07.13);

콜로이드성 수성세륨과 스티렌/아크릴 라텍스 등으로 구성되는 조성물에 관한 대한민국 특허 제10-0632166호(등록일자 2006.09.28);등이 개발되어 있으며, 이와 같은 연구로 인해 목재의 도장시 종래의 수성 스테인의 문제점인 내구성 및 내후성 등의 물성들이 개선되었으나, 기존의 바인더로서 사용되는 아크릴 및 우레탄 에멀젼들이 근본적인 목재와의 접착 코팅성의 한계로 아직도 물성이 저하되는 문제점을 안고 있다.

그리고 이외에 난연, 방부, 방미 및 방충 특성 등의 물성이 요구되고 있는 추세이다.

따라서 본 발명자들은 종래의 수성 우드 스테인의 문제점, 즉 내구성 및 내후성 등의 물성개선과 더불어 난연, 방부, 방미 및 방충 특성 등의 물성들을 지닐 수 있도록 조성물 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 종래의 수성 우드 스테인과 달리 목재 도장시 목재표면의 경도를 증가시켜 내구성 및 내후성 등의 물성을 향상시키고, 더불어 난연, 방부, 방미 및 방충 특성 등의 물성을 지님으로써 반영구적으로 사용이 가능한 수성 우드 스테인의 조성물을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해,

본 발명의 수성 실리카졸 35 ~ 45 중량%,

멜라민 수지 40 ~ 50 중량%,

카다놀(cardanol) 1 ~ 10 중량%,

증점제 1 ~ 5 중량%,

수성안료 5 ~ 20 중량%의 혼합으로 조성되는 수성 우드 스테인 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 다기능성 친환경 수성 우드 스테인 조성물은 다음의 효과를 갖는다.

첫째, 수성안료를 조성물에 분산시킴으로써 다양한 색상을 구현할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 수성 실리카졸, 멜라민수지 및 카다놀 등으로 구성되는 수성 우드 스테인 조성물을 목재에 도장시 내구성, 내후성 등의 물성 향상과 더불어 난연, 방부, 방미 및 방충 특성 등의 물성을 지님으로써 반영구적으로 사용할 수 있다.

이에 따라 목재의 변형 및 균열이 방지되며, 탈색 및 변색 방지되는 효과가 있으며 이외에, 난연, 방부, 방미 및 방충 특성 등의 물성을 지니는 장점이 있다.

셋째, 실내 제품 이외에 실외 건축물 및 조형물 등의 모든 목재제품에 사용 가능하고, 하드우드 및 인조목재에도 적용가능하며, 시멘트, 철재, 플라스틱 등에도 사용가능하여 다양한 용도에 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시 예 1의 조성물로 도장된 목재표면과 비교예 1의 시판용 조성물로 도장된 목재표면의 내후성 시험에 따른 탈색 여부를 비교한 사진.
도 2는 본 발명에 따른 실시 예 1의 조성물로 도장된 목재표면과 비교예 1의 시판용 조성물로 도장된 목재표면의 내후성 시험에 따른 균열 여부를 비교한 사진.

이하, 상기의 기술적 구성에 대해 상세히 살펴보도록 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 수성 우드 스테인의 조성물은,

수성 실리카졸 35 ~ 45 중량%,

멜라민 수지 40 ~ 50 중량%,

카다놀 1 ~ 10 중량%,

증점제 1 ~ 5 중량%,

수성안료 5 ~ 20 중량%의 혼합으로 조성된다.

상기 수성 우드 스테인의 조성물의 구성성분 및 함유량을 다시 정리하여 보면 다음의 표 1과 같다.

상기 수성 실리카졸은 실리카 고형분이 35 중량%이고, 실리카입자의 크기가 100 nm 이하의 나노 크기이며, pH 8 ~ 10의 물성을 갖는다.

상기 수성 실리카졸의 함량이 35 중량% 미만인 경우에는 도장표면의 경도저하로 내구성에 문제가 있고, 45 중량%를 초과하게 되는 경우에는 도장면의 표면경도가 크게 증가하여 깨지기 쉬운 문제가 있으므로, 상기 수성 실리카졸의 함량은 조성물 전체 중량에 대해 35 ~ 45 중량%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 멜라민 수지는 바인더로서, 종래의 아크릴 및 우레탄 수지에 비해 내수성, 내후성 및 내열성 등의 물성이 우수하다. 그리고 수성 실리카졸과 혼합이 용이하다.

상기 멜라민 수지는 구체적으로는 강남화성 제품을 사용한다.

상기 멜라민 수지의 함량이 40 중량% 미만인 경우에는 도장표면의 경도저하로 내구성에 문제가 있고, 50 중량%를 초과하게 되는 경우에는 도장표면의 경도 증가로 깨지기 쉬우며, 또한 점도 증가로 도막이 두꺼워지는 문제가 있으므로, 상기 멜라민 수지의 함량은 조성물 전체 중량에 대해 40 ~ 50 중량%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 카다놀(cardanol)은 캐슈넛 오일의 주성분인 아나카딕산(anacardic acid)으로부터 추출된 성분으로 산화안정성, 항균, 방충, 방부 및 방미 등의 물성이 우수하다.

상기 카다놀(cardanol)의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 산화안정성, 항균, 방충, 방부 및 방미 등의 물성능에 문제가 있고, 10 중량%를 초과하게 되는 경우에는 물성에 크게 변화가 없으나 비용이 증가하는 문제가 있으므로, 상기 카다놀(cardanol) 함량은 조성물 전체 중량에 대해 1 ~ 10 중량%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

점도를 유지하기 위해 사용하는 상기 증점제의 구체적인 예로는 히드록시 에틸 셀룰로오즈를 사용한다.

상기 증점제의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 점도조절에 문제가 있고, 5 중량%를 초과하게 되는 경우에는 점도가 크게 증가하는 문제가 있으므로, 상기 증점제의 함량은 조성물 전체 중량에 대해 1 ~ 5 중량%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 수성안료는 목재의 색상을 내기 위해 사용하는 것으로서 그 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 색상조절에 문제가 있고, 20 중량%를 초과하게 되는 경우에는 색상 조절뿐만 아니라 비용이 증가하는 문제가 있으므로, 상기 수성안료의 함량은 조성물 전체 중량에 대해 5 ~ 20 중량%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수성 우드 스테인 조성물에 대한 구체적인 예를 살펴보면 다음의 실시예 1과 같다.

혼합기에 수성 실리카졸 40 중량%, 멜라민 수지 40 중량%, 카다놀(cardanol) 8 중량%, 히드록시 에틸 셀룰로오즈 3 중량%, 및 나무색 수성안료 9 중량%를 넣어 1시간 동안 상온에서 교반하여 수성 우드 스테인 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1에 따라 제조된 수성 우드 스테인 조성물과 현재 시판용 수성 우드 스테인(비교 예 1)을 미송 원목에 도장시켜 건조 후 시편을 준비하였다.

< 내후성 시험 >

시편들을 각각 내후성 시험을 통한 도장된 목재의 탈색 및 균열의 발생을 조사하였으며, 현재 시판용 수성 우드 스테인(비교 예 1)을 도장시킨 목재와 비교 검토하였다.

내후성 시험은 25±3℃의 증류수에서 5시간 침지하여 용탈처리하고 곧바로 온도 40土2℃의 순환식 건조기에서 19시간 건조하여 휘산시키는 과정의 용탈과 휘산 조작을 1 cycle로 하여 10회 반복하였다.

이어서 60土2℃에서 48시간 건조하고 데시케이터에서 30분간 서서히 냉각한 다음 변화를 측정하였다.

'국립산림과학원 목재보존연구실 자체실험방법'에 준해 도장층의 용출로 인한 탈색과 균열의 발생 등을 비교하였다.

이와 같이, 시편들을 각각 상기 언급한 내후성 시험을 통한 도장된 목재의 탈색 및 균열 발생 조사 결과는 도 1 및 2에 나타내었다.

도 1은 도장된 목재의 탈색 정도를 나타낸 사진으로 실시 예1은 거의 변화가 없으나, 비교 예1은 탈색이 발생됨을 보여 주고 있다.

도 2는 도장된 목재의 균열 정도를 나타낸 사진으로 실시 예 1은 거의 변화가 없으나 비교 예 1은 크랙이 발생됨을 알 수 있다.

따라서 내후성 시험결과 본 발명에 따른 조성물은 우수한 물성을 가짐을 알 수 있다.

다음으로 난연시험, 방부효력시험 및 방충효력시험을 하였으며 본 발명에 따른 조성물(실시 예 1)과 현재 시판용 수성 우드 스테인(비교 예 1)을 미송 원목에 도장시켜 건조 후 시편을 준비하였으며 이외에 미송원목(비교 예 2) 시편도 준비하여 시험을 행하였다.

< 난연 시험 >

난연시험은 실시 예와 비교 예에서 제작된 시편을 각각 난연성능의 기준 및 시험규칙(KOFEIS 1001)에 준해 시험하였으며, 합격규준은 잔염시간 10초 이내, 잔신시간 30초 이내, 탄화거리 20초 이하, 탄화면적 50cm 이하이다. 난연시험 결과는 표 2에 제시한 바와 같다.

< 방부효력 시험 >

방부효력시험은 실시 예와 비교 예에서 제작된 시편을 각각 KS M- 1701의 규격에 준해 시험하였으며 합격기준은 평균 질량감소를 3% 이하로 정하고 있다.

< 방충효력 시험 >

방충효력시험은 임업연구원 목재보존연구실 규격 제 10호에 정하는 방법에 따라 시험하였으며, 평균 질량감소율이 3% 이하가 되어야 병충효력이 있다고 평가된다.

이와 같이, 각각 시편들을 난연시험, 방부효력시험 및 방충효력시험을 행하였으며 실험 결과는 표 2에 나타내었다.

표 2에서 보듯이 본 발명에 따른 조성물은 우수한 난연특성, 방부성 및 방충성을 보여주고 있다.

본 발명에 따른 수성 우드 스테인 조성물은 수성 실리카졸, 멜라민수지 및 카다놀 등으로 구성되는 수성 우드 스테인 조성물을 목재에 도장시 내구성, 내후성 등의 물성향상과 더불어 난연, 방부, 방미 및 방충 특성 등의 물성을 지님으로써 반영구적으로 사용할 수 있으며,

실내 제품 이외에 실외 건축물 및 조형물 등의 모든 목재제품에 사용 가능하고, 하드우드 및 인조목재에도 적용가능하고, 시멘트, 철재, 플라스틱 등에도 사용가능하여 다양한 용도에 사용할 수 있어 산업상 이용가능성이 크다.