건축용 내오염 탄성도료 조성물{Elastomeric wall coating}

본 발명은 건축용 내오염 탄성도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통상의 탄성도료 조성물 중에 코어쉘 구조의 에멀젼수지, 왁스컴파운드, 유기중공필러 및 플라스틱 안료를 함유시킴으로써, 최종 마감제로 적합하고 롤도장을 통해서 적용된 도막으로도 크랙커버가 가능케 신율을 설계하여 양호한 수증기투과성과 낮은 수분함습율을 보유할 뿐만 아니라, 종래 구도막의 실크랙을 보수함과 동시에 신규 건축물의 향후 잠재 균열방지와 점착성으로 인한 오염의 증대를 최소화하고 내세척성을 향상시킨 건축용 내오염 탄성도료 조성물에 관한 것이다.

콘크리트 몰탈 건축물은 기초 지반의 변형, 진동에 따른 구조적 변형 또는 건축재료의 건조 수축에 따른 표면응력의 발생 등으로 인해 시간이 경과되면 건축물의 균열이 발생되어 도막으로 전이된다. 이러한 도막 크랙의 발생은 여러 가지 문제점을 야기시키며, 도막을 통해 얻을 수 있는 건축물의 미관과 보호기능을 상실하게 된다. 즉, 도막의 크랙은 외관상의 문제 이전에 이로 인한 투습으로 건축물 자체의 노화를 촉진시킨다. 그러나, 상기 문제에 대응하기 위한 이전의탄성도료 조성물의 경우, 그 점착성으로 인해 오염 발생이 심하여 마감 도료로서 사용하기가 불가능한 문제가 있었다. 특히, 우기시 크랙을 통해 투과된 수분은 모세관을 통해 구조물 전체에 확산되어 건축물의 함습과 콘크리트 몰탈, 철근 등의 노화를 촉진시키고 단열성능을 저하시킨다. 투습된 수분은 블리스터, 풍화(Efflorescence, Salt Crystalisation), 곰팡이 번식, 건축재료의 조기 노화를 촉진시키는 매개로서의 역할을 할 뿐만 아니라, 상기 발생된 균열의 크기를 확대시킨다. 또한 크랙을 통한 CO ₂ 의 도입은 콘크리트의 크랙과 철근의 부식을 촉진시킨다.

탄성도료 조성물을 제조하는 가장 통상적인 방법으로는 도료 배합상에 가소제를 사용하는 것이다. 하지만, 이 경우 가소제의 함량에 따라 특정 온도 조건하에서의 인장신율 편차가 심하고 장기 폭로시 가소제의 표면용출이 문제가 된다. 또한, 고른 온도 범위에서의 건축 균열에 대해 내성을 가지는 도막을 설계하는데 있어서 단순히 유리전이온도가 낮은 수지를 사용할 경우, 높은 인장신율을 기대할 수 있으나 여전히 낮은 인장강도와 큰 오염성 때문에 한계에 부딪히게 된다. 탄성도료 조성물의 점착성 개선을 위한 대안으로서, 표면 UV가교 수지를 적용할 경우 한국적 기후 하에서는 직사광선에 장시간 폭로시켜도 표면경화가 충분히 진행되지 못해 점착성이 계속 남아있게 되어 바람직하지 못하다. 또 다른 문제점으로, 기존의 탄성도료 조성물은 콘크리트 몰탈 위에서의 부착불량과 별도의 장비를 통해야만 얻어질 수 있는 작업사양을 필요로 하고 있으며, 또한 도막의 낮은 수증기 투과성, 표면 점착성으로 인한 오염 발생이 문제시 되어왔다.

이와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 탄성도막에 대한 특허로서, 일본특허 공개 제4045169호에 의하면 중심층, 중간층 및 표면층으로 이루어진 고분자 에멀젼수지의 유리전이온도를 다르게 구성하여 저온에서 신율과 내오염성의 개선을 꾀하기는 하였지만, 수지만의 기술로는 내오염성의 개선에는 한계를 보이고 있으며, 또한 일본특허 공개 제10158545호도 이와 같은 맥락에서 벗어나지는 못하고 있다.

이와 같이, 일반적인 탄성도료 조성물용 수지는 유리전이온도를 낮게 설계하여 합성되는 것이 보통이나, 이러한 수지의 경우 저온에서의 신율을 향상시킬 수는 있으나 수지에 이용된 모노머의 조성으로 인장신율과 복원력을 향상시키는 것에는 한계가 있었다.

이에, 본 발명은 종래의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 통상의 탄성도료 조성물 중에 코어쉘 구조의 에멀젼수지, 왁스컴파운드, 유기중공필러 및 플라스틱 안료를 함유시킴으로써, 최종 마감제로 적합하고 롤도장을 통해서 적용된 도막으로도 크랙커버가 가능케 신율을 설계하여 양호한 수증기투과성과 낮은 수분함습율을 보유할 뿐만 아니라, 종래 구도막의 실크랙을 보수함과 동시에 신규 건축물의 향후 잠재 균열방지와 점착성으로 인한 오염의 증대를 최소화하고 내세척성을 향상시킨 건축용 내오염 탄성도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 에멀젼수지, 안료 및 통상의 첨가제로 이루어진 탄성도료 조성물에 있어서,

-50 ∼ -30 ℃의 유리전이온도 및 0.03 ∼ 0.07 ㎛의 평균입자직경을 갖는 시드 및 팽윤지수(swelling index) 50 ∼ 100이고 유리전이온도 -40 ∼ -10 ℃ 및 0.06 ∼ 0.1 ㎛의 평균입자직경을 가지며, 가교도가 외곽을 향하여 점차적으로 증대되는 코어부분과, 이러한 코어에 중량평균분자량 100,000 ∼ 500,000이고, 유리전이온도 -20 ∼ 0 ℃ 및 0.1 ∼ 0.15 ㎛의 평균입자직경을 갖는 쉘 부분이 그라프트되어 가교된 아크릴 코어쉘 에멀젼수지 25 ∼ 55 중량%, 왁스컴파운드 0.5 ∼ 1.5 중량%, 유기중공필러 0.1 ∼ 0.8 중량%, 플라스틱 안료 10 ∼ 30 중량% 및 통상의 첨가제 1 ∼ 20 중량%가 함유되어 있는 건축용 내오염 탄성도료 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 탄성도료 조성물에 일정한 가교도를 갖는 코어와 이에 그래프트된 쉘층의 중량비를 적절히 조절한 코어쉘 에멀젼수지를 함유시키는 것을 특징으로 하며, 상기 쉘층은 안료와의 상용성을 향상시키기 위하여 적절한 분자량을 가진 것으로 인장신율과 복원력을 동시에 만족시킬 수 있는 건축용 내오염 탄성도료 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서는 탄성도료 조성물에 뛰어난 내점착성과 복원력을 부여하고, 내세척성을 향상시키기 위하여 상기 코어쉘 구조의 에멀젼수지를 사용하는 특징이 있다. 이러한 본 발명에 따른 코어쉘 에멀젼수지를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용되는 코어-쉘 아크릴 에멀젼 수지는 1단계로서 반응기에서 수지고형분 100 중량부에 대하여 아크릴산, 메타크릴산, 탄소수 1 ∼ 8의 아크릴산 알킬에스테르, 탄소수 1 ∼ 4의 메타크릴산 알킬에스테르, 방향족 비닐화합물 및 비닐시안 화합물로 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 불포화 단량체(A) 5 ∼ 20 중량부, 가교제 0.1 ∼ 1.5 중량부, 그래프트제 0.05 ∼ 1.0 중량부, 유화제 1.0 ∼ 6.0 중량부, 개시제 0.5 ∼ 2.0 중량부 및 이온 교환수 40 ∼ 60 중량부를 60 ∼ 80 ℃에서 반응시켜 -50 ∼ 30 ℃의 유리전이온도 및 0.03 ∼ 0.07 ㎛의 평균입자직경을 갖는 시드를 제조한다.

제 2 단계로서, 수지고형분 100 중량부에 대하여 상기 불포화 단량체(A) 5 ∼ 10 중량부, 적어도 1종 이상의 수산기를 포함하는 탄소수 5 ∼ 8의 하이드록시 알킬 아크릴레이트 및 하이드록시 알킬 메타크릴레이트 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 불포화 단량체 2 ∼ 4 중량부, 가교제 0.05 ∼ 1.0 중량부 및 그래프트제 0.05 ∼ 1.0 중량부를 제 1 탱크에 첨가하여 혼합한 후, 이 혼합물을 연속적으로 상기 불포화 단량체(A) 10 ∼ 20 중량부, 유화제 1.0 ∼ 6.0 중량부, 개시제 0.5 ∼ 2.0 중량부 및 이온 교환수 10 ∼ 20 중량부를 첨가한 제 2 탱크에 공급하여 프리에멀젼을 제조하고 상기 반응기에 환원제 0.1 ∼ 0.8 중량부를 첨가한다. 그런 다음, 상기 프리에멀젼을 연속적으로 공급하여 40 ∼ 60 ℃에서 반응시켜 가교도가 외곽을 향하여 점차적으로 증대되는 코어를 제조하게 된다.

제 3 단계로서, 수지고형분 100 중량부에 대하여 상기 불포화 단량체(A) 30 ∼ 85 중량부, 유화제 1.0 ∼ 6.0 중량부, 개시제 0.5 ∼ 2.0 중량부 및 이온 교환수 15 ∼ 25 중량부를 60 ∼ 80 ℃에서 반응시켜 유리전이온도 -20 ∼ 0 ℃이고, 평균입자직경 0.1 ∼ 0.15 ㎛의 쉘을 제조하게 된다.

코어부분의 가교도는 용제에 팽윤되는 정도를 기준으로 팽윤지수(swelling index)가 50 ∼ 100이며, 바람직하게는 65 ∼ 80정도이며, 유리전이온도는 -40 ∼ -10 ℃이고 0.06 ∼ 0.1 ㎛의 평균입자직경을 갖는다.

또한, 상기 코어부분에 그래프트되는 쉘의 그래프트 효율은 코어쉘 에멀젼수지 제조시 사용되는 쉘 모노머에 대하여 10 ∼ 50 중량%, 바람직하게는 20 ∼ 40 중량%로 그래프트 가교된 것을 사용한다. 이때, 그래프트 효율이 10 중량% 미만이면 수지의 점착성이 증대되어 내오염성이 감소하고, 50 중량%를 초과하면 인장신율이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 상기 코어부분의 반응기와 그라프트되는 쉘 모노머는 중량평균분자량이 100,000 ∼ 500,000, 바람직하게는 150,000 ∼ 230,000이다.

본 발명에서는 상기 코어쉘 구조의 에멀젼수지를 전체 탄성도료 조성물에 대하여 25 ∼ 55 중량%를 사용하며, 바람직하게는 35 ∼ 45 중량% 사용한다. 이때, 그 사용함량이 상기 범위 미만이면 신율이 급격히 떨어지는 문제가 있고, 반면 상기 범위를 초과시에는 점착성이 증가하는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 전체 탄성도료 조성물에 대한 안료용적비(색상안료와 체질안료에 대한 용적비)는 15 ∼ 45 중량%, 바람직하게는 25 ∼ 35 중량%이며, 상기 안료용적비가 15 중량% 미만인 경우 점착성을 개선하기 불가능한 문제가 있으며, 반면 45 중량%를 초과할 경우 신율이 극히 불량해진다.

특히, 본 발명에서는 탄성도료 조성물의 내오염성 개선을 목적으로, 유리전이온도가 높은 하드폴리머와의 혼용을 도입하는데, 이를 위해 플라스틱 안료(예를 들면 H9181)를 사용한다. 상기 플라스틱 안료는 기타 다른 에멀젼수지와는 달리 유이전이온도가 높은 수지성분의 함량 증가에 따른 신율의 급격한 저하를 완만하게 조절할 수 있으며, 점착성의 개선에 효과적이다. 상기 하드폴리머는 유리전이온도는 90 ∼ 110 ℃이며, 중량평균분자량 100,000 ∼ 1,000,000인 것으로, 구체적인 예를 들면 입자경에 따라 400, 500, 700 및 1,000 nm 중에서 선택된 것을 사용한다. 본 발명에서 사용되는 플라스틱 안료는 전체 탄성도료 조성물에 대하여 10 ∼ 30 중량%, 바람직하게는 15 ∼ 25 중량%로 사용한다. 상기에서 사용되는 플라스틱 안료의 함량이 상기 범위를 벗어나면 도막형성이 불충분하여 도막물성이 저하된다.

이와 더불어 본 발명에서는 내오염성 개선을 극대화하기 위해, 왁스컴파운드를 0.5 ∼ 1.5 중량%로 사용하는데, 상기 왁스컴파운드의 표면 배향을 통해 점착성의 개선과 이를 통한 내오염성을 증진시킬 수 있다. 본 발명에서 상기 왁스컴파운드의 사용함량을 한정하는 이유는 도료 제조상의 용이성 때문이다.

또한, 본 발명에서는 탄성도료 조성물에 유기중공필러를 사용하는 특징이 있는데, 이것은 매우 작은 비중을 가지며 내부에는 이소부탄 가스가 충진되어 있는것으로 입자크기가 30 ∼ 90 ㎛이다. 상기 유기중공필러는 높은 유리전이온도를 가진 부피가 큰 입자의 표면 배향을 유도하여 신율을 떨어뜨리지 않으면서 도막 표면의 유리전이온도를 높이는 역할을 함으로써, 내오염성과 내세척성을 개선하게 된다. 이러한 유기중공필러로는 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐 n-부틸레이트 중에서 선택하여 사용하며, 바람직하기로는 폴리비닐리덴클로라이드를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 유기중공필러는 탄성도료 조성물에 대하여 0.1 ∼ 0.8 중량%가 사용될 수 있는데, 그 사용함량이 0.1 중량% 미만에서는 롤도장시 도막의 후막화와 실크랙 메꿈이 불가능한 문제가 있으며, 반면 0.8 중량%를 초과시 오히려 내오염성의 감소가 발견된다.

이 밖에, 본 발명의 탄성도료 조성물에는 증류수, 습윤제, 분산제, 소포제, 용제, 안료로서 백색안료 및 체질안료, 그리고 조용제, 방부제 및 증점제가 통상적인 탄성도료 조성물에 함유되는 양으로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 상기 용제로는 에틸렌글리콜, 에스터 알콜 등이 있다.

한편, 건축물의 안정성 측면에서 구조 크랙의 커버는 불필요하지만 건축물의 외관과 건물의 노화에 치명적인 수분의 투습을 방지할 수 있는 실크랙의 커버가 필수적이다. 이제까지는 실용상 크랙커버를 위해 후도막의 건도막 두께를 요구하기 때문에 도료의 레올로지 성상을 자유롭게 조절하기가 곤란하여 롤 또는 붓 작업을 통해서 크랙 방지를 위한 충분한 도막 두께를 얻기가 쉽지 않았다. 즉, 기존의 본타일형 탄성방수 도료 조성물은 여러 차례의 도장공정과 시공비용이 증대되는 문제가 있어 비경제적이었다. 이와 달리, 본 발명에 따른 탄성도료 조성물은 낮은 도막 두께를 가지면서 실용상 충분한 마감 두께를 갖는 상태로 내크랙성이 부여된다.

이상과 같은 본 발명의 탄성도료 조성물은 건축물의 보수도장시 발견되는 실크랙에 대하여 별도의 전처리 과정이 없이 도료를 건축물에 적용할 수 있으며, 신규 도장 후 건축물의 균열이 발생시 그 균열을 노출시키지 않는 탄성도료로서 미려한 건축물 외관 유지와 건축물자재 노화에 악영향을 미치는 수분의 침투를 방지함으로써, 내구성을 연장시키는 역할을 하며, 이러한 용도로서 뿐만 아니라, 아파트 층별 균열 부위나 창틀 상하부의 방수처리를 요하는 부위의 탄성방수 프라이머로서 사용되며 후속으로 적용되는 일반 도료의 균열발생을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 및 비교예 1 ∼ 5

다음 표 1과 같은 조성과 함량으로 탄성도료 조성물을 제조하였다.

주)

1) 습윤제, 에어프러덕트사

2) 분산제, 산노프코코리아사

3) 소포제, 비와이케이

4) 백색안료, 타이옥사이드사

5) 탄산칼슘, 우진케미칼사

6) 랑거사의 왁스컴파운드

7) 폴리비닐리렌클로라이드, 알로노벨

8) H9181, 고려화학 제품

9) 텍사놀, 이스트만

10) 티아졸 유도체, 도어사

11) 우레탄증점제, 롬앤드하스사

12) 우레탄증점제, 롬앤드하스사(높은 전단 속도영역에서 효과적인 증점제)

상기에서 제조된 실시예 1 및 비교예 1 ∼ 5에 대한 물성을 다음과 방법으로 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

[시험방법]

1. 인장신율: ASTM D 4541 방법에 의거하여 측정하였다.

2. 인장강도: ASTM D 4541 방법에 의거하여 측정하였다.

3. 복원력: 속도 10 mm/min으로 100% 인장 3 사이클 후, 복원길이를 측정하였다.

4. 내오염성: 자체 설계한 오염물 용액 오염 및 필기구 오염 시험법을 사용하여 측정하였다.

5. 후막성: DFT 측정 방법을 사용하여 측정하였다.

6. 내세척성: KSM 5000-3351 방법을 사용하여 측정하였다.

상기 표 2의 결과에서 보면, 비교예 1의 경우, 낮은 유리전이온도를 가진 수지를 단독사용 사용한 도료조성물로서 인장강도가 부족하며 내오염성, 내세척성이 극히 불량한 양상을 보인다. 이를 위해 안료용적률을 늘이게 될 경우, 기계적물성 특히 신율, 복원력에 급격한 저하를 가져오게 된다. 또한, 비교예 2의 경우, 비교예 1에서의 낮은 유리전이온도를 가진 수지를 단독 사용하여 발견되는 불량한 내오염성을 극복하기 위해, 유리전이온도가 높은 하드폴리머 수지를 혼용하였지만, 이러한 도료 조성물도 역시 신율의 급격한 저하를 가져왔다. 이와 비교하여 비교예 3의 플라스틱 안료를 증가시킬 경우 신율의 완만한 감소와 인장강도의 유지를 보였다. 또한, 비교예 4의 경우, 왁스컴파운드와 유기중공필러를 사용하지 않아 내오염성과 내세척성, 후막성에 있어서 열등한 물성을 나타내었다.

본 발명의 탄성도료 조성물은 인장신율 180%, 인장강도 2.1kgf/sq.mm의 기계적 물성으로 설계되어 국내 기후 조건하에서의 크랙 저항성을 충분히 발휘할 수 있으며, 본 발명에 사용된 가교된 코아셀에멀젼 수지는 저온 등의 광범위한 온도 범위에서의 국소 신율, 크랙무브먼트에 따른 우수한 복원력을 갖는다. 또한, 내오염성과 내세척성 뿐만 아니라, 양호한 수증기 투과성, 낮은 수분함습율을 가져 건축물의 내구년한 증진에 기여할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 탄성도료 조성물 중에 코어쉘 구조의 에멀젼수지, 왁스컴파운드, 유기중공필러 및 플라스틱 안료를 함유시킴으로써, 별도의 전처리 과정이 없이 도료를 건축물에 적용할 수 있으며, 미려한 건축물 외관 유지와 내구성을 연장시킬 수 있어, 아파트 층별 균열 부위나 창틀 상하부와 같은 방수처리를 요하는 부위의 탄성방수 프라이머로서 사용되며, 후속으로 적용되는 일반 도료의 균열발생을 방지할 수 있고, 일반적으로 용제 2액형 우레탄으로 적용되고 있는 본타일 탄성 방수도료의 수용성 상도로서도 적용을 확대할 수 있다.