KR20220128811A

KR20220128811A - 기능성 세라믹 소재를 함유한 기능성 무기질 세라믹 코팅제 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20220128811A
Application number: KR1020210033408A
Authority: KR
Inventors: 김진욱
Original assignee: 김진욱
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2041-03-15
Also published as: KR102689720B1

Abstract

본 발명은 기능성 세라믹, 무기질 결합제, 안료를 포함하는 무기질 세라믹 코팅 조성물에 있어서, 기능성 세라믹, 상세히는 상기 규산염 광물은 SiO₂ 10.50~16.50wt%, Al₂O₃ 7.32~12.20wt%, MgO 8.05~12.50wt%, Fe₂O₃ 6.80~13.50wt%, Ti 0.95~1.65wt%, Y 0.0035~0.0058wt%, La 0.0075~0.0117wt%, Nd 0.005~0.009wt%의 조성을 가지고 있는 광물의 분말 10~20 w%, 이산화망가니즈(MnO₂) 10~15 wt%를 1000mesh 이상으로 분쇄하여 물 혹은 용제 70~85 wt%에 분산시킨 기능성 세라믹 혼합물 50 wt%와, 여기에 무기질 결합제인 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨(액상) 수용액인 물유리 20~40 wt% 알킬실란 25~50 wt%, 안료 5~8 wt%와 반응촉매인 아세트산 5~10 wt%를 순차적으로 투입한 반응액 50 wt%를 혼합하여 가수분해로 제조되는 기능성 세라믹 도료 조성물의 주제부를 제조하고 여기에 알콕시 실란계열의 실란 화합물 60~65 wt%와 IPA(이소프로필알코올) 40~49 wt%를 혼합한 유기알콕시실란계 화합물로 우수한 소결 밀도를 형성시킬 수 있는 경화제를 제조하는 단계와, 상기의 주제와 경화제를 혼합하여 300rpm 내외로 회전하는 롤링 머신으로 15~24시간(바람직하게는 20시간 내외) 가수분해 및 축합반응을 일으키는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명으로 시행된 코팅은 내열성, 내화학성이 뛰어날 뿐만 아니라 기능성 세라믹 소재의 역할로 인체에 가장 유익한 파장대인 5~20㎛ 영역에서 90.2%가 방사되고, 방사에너지는 3.690×10²W/m²(한국세라믹기술원 분석)를 나타내는 뛰어난 코팅제이다. 본 원적외선 방사효과로 코팅의 주 목적인 표면 보호는 물론 항균, 항곰팡이 및 탈취 등에도 뛰어난 효능(한국건설생활환경시험연구원 분석)을 가진 신 개념의 세라믹 코팅제이다. 또한 본 발명의 코팅제는 내산성, 내알칼리성, 촉진내후성, 염수에 대한 내구성등 물리적 성질도 우수하며, VOCs 및 포름알데히드 등 대기오염물질을 발생하지 않는 친환경적인 코팅제이다.

Description

기능성 세라믹 소재를 함유한 기능성 무기질 세라믹 코팅제 및 그의 제조방법{Functional inorganic ceramic coating agent containing functional ceramic materials and their manufacturing methods}

본 발명은 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 원적외선 방사 등 기능성을 다양하게 가지고 있는 규산염 광물, 특히 망상 및 층상 규산염 광물을 혼합한 기능성 무기질 세라믹 코팅제로서 실란 화합물과 물유리, 기능성 세라믹 분말 등 단순한 원료로 제조되어 기능성을 발휘할 수 있으며, 내스크래치성, 내수성, 내후성 등 물리적인 기능이나 내산성, 내알칼리성 등 내화학성이 뛰어나면서 원적외선 방사 등의 기능성을 가지고 있는 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 코팅제는 금속의 표면을 보호하기 위하여 도포되는 것이다.

기존의 금속의 표면 보호를 위한 코팅제는 유기화합물을 이용한 유기 수지계인 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등유기 용제와 혼합하여 사용되고 있으며, 보다 발전된 방법으로 정전기를 이용하여 표면 부착성 및 균일성을 향상시킨 정전도장이 있으며 이런 도료 혹은 코팅제들은 액상의 형태를 띠고 있다. 이와 달리 도료 혹은 코팅제를 분말로 가공하여 코팅 혹은 도장을 하는 분체 도장이 있으며, 근래에는 보다 효과적인 표면 보호를 위하여 고온에서 반응되는 법랑을 주 재료로 하는 코팅방법이 개발되었다.

상기에서 열거한 유기용매나 유기화합물을 재료로 하는 코팅제는 여러 가지 방법에 의한 코팅 및 도장 방법이 개발되어 있고 재료의 선택이 다양한 점 등의 장점을 가지고 있지만, 유기 수지계 코팅제는 용매로 사용하는 톨루엔 등 유기화합물이 증발하면서 발생하는 VOC‘s(Volatile Organic Compounds)로 인하여 이를 흡입할 시 인체에 나쁜 영향을 미치고, 대기에 확산될 경우 대기오염의 원인이 될 수 있는 단점이 있으며, 유기 도료의 반응성을 높이기 위하여 비스페놀A 등 내분비계 교란물질의 발생이 우려되는 물질을 사용하고 있어서 특히 물과 접촉하였을 때 용출되어 인체에 흡수되었을 때 내분비계 교란물질로 작용할 우려가 크다.

따라서 유기 수지계 코팅제를 이용하여 도장을 할 경우에는, 인체의 영향을 최소화하고 대기오염을 방지할 수 있는 특별한 시설을 갖춘 곳에서 코팅이나 도장을 하여야 하는 장소 및 설비의 제약을 가지고 있으며, 내분비계 교란물질을 최소화할 수 있는 방안이 마련되어야 할 것이다.

이러한 유기 수지계 코팅제의 단점을 개선할 수 있는 코팅제로서 예로부터 도자기 유약 등에서 유래되어 전해져 온 법랑을 응용한 표면 코팅의 방법은 그 용제가 인체나 환경에 무해한 물이 주 성분으로 되어 있어서 건강상의 위해나 환경오염이 없는 장점이 있으며, 이러한 법랑 코팅은 최근 들어 가열 용기의 표면 코팅 등에 응용하는 등 적용 범위가 넓어지고 있다. 그러나 법랑을 이용한 표면의 코팅은 법랑의 성질에 따라 달라지기는 하지만 법랑은 일반적으로 750℃ 이상의 고온에서 멜팅(Melting)에 의하여 코팅막이 형성되므로 높은 에너지 비용이 소요되고 용융점이 낮은 알루미늄 등에는 적용하기 어렵고, 또한 700℃가 넘으면 철 자체의 열 변형이 시작되므로 코팅 대상물의 원형이 훼손되는 등의 단점이 있다.

이러한 법랑 코팅의 단점을 개선하고 열처리 온도를 낮춘 코팅제가 세라믹 도료이다.

기존의 세라믹 도료에 의한 코팅은 일반적으로 주방기구 등에 코팅을 하여 내열성, 내마모성, Non-Stick 등의 기능성을 부여하는 것이 대부분으로 코팅층의 경도가 매우 낮아 코팅면의 박리가 쉽게 일어나는 등 내구성이 짧고, 기계, 기구 등 대형의 구조물에 코팅하여 기능성을 부여하는 예는 없었다. 상기 세라믹 도료에 의한 금속 코팅은 불소를 주 성분으로 하는 코팅제가 대부분이다. 이와 같은 불소를 주 성분으로 하는 코팅제는 열 전도를 높여주고, Non-Stick 기능 등으로 많은 장점을 가지고 있지만, 단점인 쉬운 박리와 이에 따른 코팅 수명의 단축과 박리된 코팅제에 불소를 포함하고 있기 때문에 사람이 이를 섭취하게 되면 건강상 위해가 되는 점 등이 문제점으로 지적되고 있다.

또한, 법랑을 이용한 코팅이 세라믹 코팅제가 있지만 법랑의 특징인 고온 소성으로 인하여 코팅 대상물의 선정에 제한이 있고 대상물이 열에 의하여 변형이 가는 문제점으로 인하여 상용화나 제품화가 어려운 실정이었다.

기존의 무기질 코팅제는 대한민국 등록특허 제10-0895052호 및 제10-1775537호에서와 같이 코팅막을 형성하는데 있어서 물유리를 사용하거나 실리카 졸, 알루미나 졸, 지르코니아 졸의 혼합물로 이루어진 무기질 결합제, 기능성 충진제, 세라믹 파우더 융점 조절제와 같은 주제와 첨가물로 이루어진 다종다양한 성분의 원료로 구성되고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-0512599호에서는 원적외선 방사 등 기능성을 부여하기 위하여 규소 혼합물, 토르말린, 황토 등 광물 등 기능성 충진제, 석영, 몬조나이트, 편마암류 및 유문암질 응회암 등으로 포함하고 있다. 그러나 기존의 특허들은 기본적으로 코팅소재를 형성하는데 여러 조성물들을 혼합하여 고온으로 소결하여 사용해야 하므로 조성물 준비 단계로부터 많은 에너지 비용이 소요되며, 또한 기능성을 부여하기 위하여 많은 종류의 소재를 사용하므로 그 조성이 달라질 때마다 코팅의 기능성이 달라질 우려가 있다는 문제점이 있었다.

KR 10-1104680 “난스틱 세라믹 코팅층을 구비한 법랑재 조리기구” KR 10-0871877 “세라믹 코팅 철강재 가열조리기구 및 그 제조방법”

본 발명의 목적은, 상기 기존 세라믹 코팅제의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기능성 광물의 기능성을 온전히 가지고 있으면서 저온에서 열처리를 함으로써 코팅 대상물의 변형도 예방할 수 있고 제조가 용이하고 제조가가 저렴하게 되는 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 일차적으로 규산염계 광물을 약 1000Mesh 이상의 미분말로 가공하여 물 혹은 용제에 분산시켜 원재료로 사용하며, 이러한 규산염계 광물은, 종래의 세라믹 코팅 소재로서 알루미나, 실리카, 지르코니아 등를 대체하고 알루미나, 실리커, 지르코니아가 가지지 못하는 기능성을 갖추게 되어, 규산염계 광물을 이용하여 기존의 세라믹 코팅의 장점을 유지하면서 그 위에 기능성을 더하게 한 본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제에 의해 달성된다.

본 발명의 이러한 목적은, 금속의 표면부에 코팅을 하여 150~300℃의 낮은 온도에서도 높은 소결밀도를 형성시켜 표면경도를 향상시키고 이에 따라 코팅막의 내구성, 내열성을 높일 뿐만 아니라, 내식성을 제공할 수 있으며 우수한 Non-Stick 기능으로 표면의 오염을 쉽게 제거할 수 있는 본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제에 의하여 달성된다.

본 발명의 이러한 목적은, 기능성 세라믹, 무기질 결합제, 안료를 포함하는 무기질 세라믹 코팅 조성물에 있어서, 규산염계 광물의 분말 10~20 wt%, 이산화망가니즈(MnO₂) 10~15 wt%를 1000mesh 이상으로 분쇄하여 물 혹은 용제 70~80 wt%에 분산시킨 기능성 세라믹 혼합물 45~55 wt%와 여기에 무기질 결합제인 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨(액상) 수용액인 물유리 20~40 wt%, 안료 5~8 wt%와 반응촉매인 아세트산 5~10 wt%과 나머지 알킬실란에 순차적으로 투입하여 pH농도를 3.5~4.0으로 맞춘 반응액 45~55 wt% 를 혼합하여 가수분해로 제조되는 기능성 세라믹 도료 조성물의 주제부를 제조하는 단계와, 알콕시 알콕시실란 계열의 실란 화합물 60~65 wt%와 IPA(이소프로필알코올) 35~40 wt%를 혼합한 유기알콕시실란계 화합물을 포함한 우수한 소결 밀도를 형성시킬 수 있는 경화제부를 제조하는 단계와, 상기 주제부와 경화제부를 1:1로 혼합하여 300rpm 내외로 회전하는 롤링 머신으로 상온 조건에서 15~24시간(바람직하게는 20시간 내외) 가수분해 및 축합반응을 일으키는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에 의하여 달성된다.

본 발명에서 첨가되는 규산염계 광물의 조성은 SiO₂ 10.50~16.50wt%, Al₂O₃ 7.32~12.20wt%, MgO 8.05~12.50wt%, Fe₂O₃ 6.80~13.50wt%, Ti 0.95~1.65wt%로 이루어져 있으며, 또한 희토류계인 Y 0.0035~0.0058wt%, La 0.0075~0.0117wt%, Nd 0.005~0.009wt%가 함유되어 있다.

본 발명의 기능성 세라믹 소재를 함유한 기능성 무기질 세라믹 코팅제 및 그 제조방법은 기존의 세라믹 코팅제와는 달리 세라믹 소재와 함께 기능성 세라믹 소재인 규산염계 광물의 분말을 1000mesh 이하로 분쇄하여 혼합하고 이것을 용매에 안정되게 분산시킨 것을 주재료로 제조되는 코팅제로서 일반적인 세라믹 코팅과 비교하여 높은 내열성과 내화학성을 가지고 있으며, 표면 또한 일반 세라믹 코팅과 비교하여 그 경도가 높아 가열 주방기구는 물론 열분해 기기 등 고온의 기계 기구나 화학약품과 접촉하는 기계 기구에 코팅을 하여 내구성을 제고할 수 있는 것은 물론 본 발명의 중요한 소재인 규산염계 광물이 가지고 있는 기능성인 높은 원적외선 방사로 실험예와 같이 항균, 항공팡이, 탈취 등의 기능성으로 가열 주방기구는 물론 주방에서 사용되는 모든 보관용기에 적용하였을 때 산패 및 부식의 지연 등의 기능성을 나타낼 수 있으며, 500℃ 이상의 온도에서도 코팅 면의 물성 변화가 없는 내열 성능으로 가열되는 기계, 기구에 코팅을 하였을 때 가열로 인한 산화방지, 수분 및 산화성 물질의 차단으로 인한 부식의 방지 등 표면 보호의 기능을 나타낼 수 있어 기계, 기구 등의 수명향상으로 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 기능성 세라믹 소재를 함유한 기능성 무기질 세라믹 코팅제 및 그 제조방법은 기존 세라믹 코팅제로 코팅된 금속의 표면은 박리, 열 변형으로 코팅의 내구성을 담보할 수 없으며 이것은 기계 기구의 교체주기를 단축시키는 단점을 개선한 본 발명의 기능성 세라믹 코팅제는 보다 긴 내구성과 또한 내화학성 등을 제고하여 가열 주방기구 뿐만 아니라 발열 기계 기구 등의 표면에 코팅을 하여 산화, 부식 등을 방지할 수 있으며 교체주기를 늘여 경제성을 높이고 규산염계 광물의 특징인 풍부한 원적외선 방사로 부패방지, 탈취 등의 기능도 기대할 수 있으며, Non-Stick 기능으로 발수로 인한 표면의 산화방지, 이물질 부착방지, 청소 및 세척의 편리 등의 기능도 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명인 기능성 세라믹 코팅제의 제조 공정을 나타내는 공정도이다.

이하, 본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법 및 그 특징에 대하여 상세히 기술한다.

먼저 규산염계 광물은 지표에 널리 분포하고 있는 광물로 종류는 6가지로 분류할 수 있다. 첫 번째는 층상 규산염 광물, 두 번째는 망상 규산염 광물, 세 번째는 환상 규산염 광물, 네 번째는 그물형 규산염 광물, 다섯 번째는 독립 사면제 규산염 광물, 여섯 번째는 복사면체 규산염 광물로 분류된다. 기능성이 뛰어난 규산염계 광물을 1000mesh 내외로 분쇄하여 물 혹은 용제에 분산시켜 사용된다.

본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 주제부를 제조하는 단계(S1)와, 경화제부를 제조하는 단계(S2)와, 주제부와 경화제부를 혼합하는 단계(S3)와, 롤링머신에서 반응시키는 단계(S4)와, 기능성 세라믹 코팅제를 완성하는 단계(S5)를 포함한다.

본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에서 상기 주제부를 제조하는 단계(S1)는, 기능성 세라믹, 무기질 결합제, 안료를 포함하는 무기질 세라믹 코팅 조성물에 있어서, 규산염계 광물의 분말 10~20 wt%, 이산화망가니즈(MnO₂) 10~15 wt%를 1000mesh 이상으로 분쇄하여 물 혹은 용제 70~80 wt%에 분산시킨 기능성 세라믹 혼합물 45~55 wt%와 여기에 무기질 결합제인 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨(액상) 수용액인 물유리 20~40 wt%, 안료 5~8 wt%와 반응촉매인 아세트산 5~10 wt%과 나머지 알킬실란에 순차적으로 투입하여 pH농도를 3.5~4.0으로 맞춘 반응액 45~55 wt% 를 혼합하여 가수분해로 제조되는 기능성 세라믹 도료 조성물의 주제부를 제조한다. 여기에 알콕시 알콕시실란 계열의 실란 화합물 60~65 wt%와 IPA(이소프로필알코올) 35~40 wt%를 혼합한 유기알콕시실란계 화합물을 포함한 우수한 소결 밀도를 형성시킬 수 있는 경화제부를 제조하는 단계(S2)와, 상기의 주제와 경화제를 1:1의 혼합비로 혼합하여 300rpm 내외로 회전하는 롤링 머신으로 상온 조건으로 15~24시간(바람직하게는 20시간 내외) 가수분해 및 축합반응을 일으키는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에 의하여 달성된다.

이때 물유리와 알콕시 실란의 조성은 가수분해 반응에 적합하도록 한정한 것이며, 기능성을 나타내는 규산염 광물의 조성비가 10 wt% 이하이면 충분한 기능성을 나타낼 수 없고, 20 wt% 이상일 때는 표면 부착성이 떨어져 상기 조성비로 한정한 것이다.

본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에서 상기 주제부와 경화제부를 혼합하는 단계(S3)는 주제부와 경화제부가 고르게 혼합되고 각 성분의 반응시간을 확보하기 위하여 일정 시간 교반시키는 시간을 갖는다. 이 때 혼합을 위한 교반시간은 상온 조건에서 15~24시간(바람직하게는 20시간 내외)이다..

본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에서 상기 롤링머신에서 반응하는 단계(S4)는 주제부와 경화제부를 롤링머신(300rpm 전후)에서 상온 조건으로 15~24시간, 바람직하게는 20시간 내외로 반응시키고, 이와 같이 하여 기능성 세라믹 코팅제를 완성하는 단계(S5)를 포함한다. 이 때 주제부와 경화제부의 혼합비는 1:1이 바람직하다.

본 발명의 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 조성은 기능성 세라믹, 무기질 결합제, 안료를 포함하는 무기질 세라믹 코팅 조성물에 있어서, 기능성 세라믹, 규산염계 광물의 분말 10~20 wt%, 이산화망가니즈(MnO₂) 10~15 wt%를 1000mesh 이상으로 분쇄하여 물 혹은 용제 70~80 wt%에 분산시킨 기능성 세라믹 혼합물 45~55 wt%와 여기에 무기질 결합제인 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨(액상) 수용액인 물유리 20~40 wt%, 안료 5~8 wt%와 반응촉매인 아세트산 5~10 wt%과 나머지 알킬실란을 순차적으로 투입하여 pH농도를 3.5~4.0으로 맞춘 반응액 45~55 wt% 를 혼합하여 가수분해로 제조되는 기능성 세라믹 도료 조성물의 주제부를 제조한다.

상기의 주제부와 경화제부를 1:1로 혼합하여 300rpm 내외로 회전하는 롤링 머신으로 15~24시간(바람직하게는 20시간 내외) 가수분해 및 축합반응을 일으키는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에 의하여 달성된다.

상세히는 1000mesh 이상으로 미분된 규산염계 광물의 분말 10~20 wt%, 이산화망가니즈(MnO₂) 10~15 wt%를 물 혹은 용제 70~80 wt%에 분산시킨 기능성 세라믹 혼합물 50 wt%, 여기에 무기질 결합제인 이산화규소에 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨(액상) 수용액인 물유리 20~40 wt%, 안료 5~8 wt%에 반응촉매인 아세트산 5~10 wt%, 나머지 알킬실란 등을 차례로 투입하여 pH를 3.5~4.0으로 맞추고 가수분해 반응을 실시한 반응액 50 wt%를 혼합하여 코팅액의 주제부를 완성한다.

이 반응액에 알콕시실란계열의 실란 화합물 60~65 wt%와 IPA(이소프로필알코올) 35~40 wt%를 혼합한 유기알콕시실란계 화합물을 혼합한 우수한 소결 밀도를 형성시킬 수 있는 경화제부를 제조하는 단계(S2)와, 상기의 주제부와 경화제부를 1:1로 혼합하여 300rpm 내외로 회전하는 롤링 머신으로 15~24시간(바람직하게는 20시간 내외) 가수분해 및 축합반응을 일으키는 단계를 포함한 우수한 소결 밀도를 형성시킬 수 있는 본 발명의 기능성 세라믹 코팅제를 완성한다.

이렇게 완성된 기능성 세라믹 코팅제는 샌드 블러스팅 혹은 쇼트 블러스팅으로 표면의 이물질을 제거한 후 금속의 표면에 스프레이 혹은 담금 기법(Dipping)을 이용하여 60~180㎛의 도막을 형성시키고 도막이 건조된 후 150~300℃의 가열로에서 5분 ~ 20분 동안의 열처리를 하면 상기 본 발명의 코팅제의 장점인 금속 표면에 형성된 코팅막의 표면경도를 향상시키고 코팅막의 내구성, 내열성을 높일 뿐만 아니라, 내식성을 제고할 수 있으며 우수한 Non-Stick 기능으로 표면의 오염을 쉽게 제거할 수 있는 무기질 세라믹 코팅을 완성할 수 있다. 이 때 도막 형성을 위하여 사용되는 스프레이건은 노즐의 지름이 0.8~1.5mm인 것이 바람직하고, 스프레이건의 작동을 위한 압축 공기의 압력은 5~8kg/cm³인 것이 바람직하며, 스프레이에 의하여 형성되는 도막의 두께는 60~180㎛가 바람직하다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

[실시 예]

기능성 세라믹, 상세히는 규산염계 광물의 분말 10 wt%, 이산화망가니즈(MnO₂) 10 wt%를 1000mesh 내외로 분쇄하여 물 혹은 용제 80 wt%에 분산시킨 기능성 세라믹 혼합물 50 wt%, 여기에 무기질 결합제인 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨(액상) 수용액인 물유리 40 wt% 알킬실란 50 wt%, 안료 5 wt%와 반응촉매인 아세트산 5 wt% 순차적으로 투입하여 제조하는 혼합물을 가수분해로 제조되는 기능성 세라믹 도료 조성물의 주제부를 제조하였고, 알콕시실란계열의 실란 화합물 60 wt%와 IPA(이소프로필알코올) 40wt%와 혼합한 유기알콕시실란계 화합물을 혼합한 우수한 소결 밀도를 형성시킬 수 있는 경화제부를 제조하여 주제와 경화제부를 1:1로 혼합하여 300rpm 내외로 회전하는 롤링 머신으로 상온조건에서 20시간 혼합한 본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에 의하여 제조된 코팅제의 기능성 검증은 다음의 실시예와 시험예와 같다.

[실시예 1]

본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 원적외선 방사율을 규산염계 광물을 10 wt%를 혼입한 코팅제로 테스트한 결과이다. 본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 코팅두께는 100㎛ 로 코팅되었다.

[실시예 2]

본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 원적외선 방사율을 규산염계 광물을 5 wt%를 혼입한 코팅제로 테스트한 결과이다. 본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 코팅두께는 100㎛ 로 코팅되었다.

상기 실시예들에서 알 수 있듯이, [실시예 1]의 규산염계 광물을 10 wt%를 혼입한 본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속표면의 원적외선 방사율과 방사에너지가 [실시예 2]의 규산염계 광물을 5 wt%를 혼입한 세라믹 코팅제로 도포한 금속표면의 원적외선 방사율과 방사에너지가 월등하게 높게 나타나므로 규산염계 광물의 함량이 본 발명인 기능성 세라믹 코팅제의 기능성 부여에 결정적인 역할을 미치는 것을 알 수 있다.

그러므로 상기 실시예들에서 규산염계 광물이 본 특허인 기능성 세라믹 코팅제의 기능성에 큰 영향을 미치는 것을 알았다. 상기의 실시예 1을 바탕으로 본 발명의 기능성 세라믹 코팅제의 기능성을 다음의 시험예 1~5와 같이 기능성을 가지고 있으면서 친환경적인 코팅제인 것을 분석을 통해 증명하였다.

[시험예 1]

본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 항균성을 테스트한 결과이다.

※ 사용균주: Escherichia coli ATCC 8739

Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442

Staphylococcus aureus ATCC 6538P

상기 시험결과에서 나타난 것과 같이 24시간 후 본 발명의 코팅이된 시료에서는 각 균주가 증식을 하지 못하여 99.9%의 감소율을 보이는 뛰어난 결과를 나타내었다.

[시험예 2]

본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 항곰팡이성을 테스트한 결과이다.

※ 곰팡이의 균주(혼합 균주)

Aspergillus nigar ATCC 9642

Penicillium pinophilum ATCC 11797

Chaetomium globosum ATCC 6205

Gliocladium virens ATCC 9645

Aureobasidium pullulans ATCC 15233

상기 시험결과에서 곰팡이 혼합 균주를 접종한 결과 균사의 발육이 전혀 인지되지 않았다.

[시험예 3]

본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 원적외선 방사율을 테스트한 결과이다.

상기 시험의 결과는 우리 몸에 가장 이로운 파장 영역인 5~20㎛에서의 방사율 및 방사에너지에 관한 실험 데이터이다. 시험결과 파장대 및 방사 에너지가 큰 것을 알 수 있다.

[시험예 4]

본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 내구성을 테스트한 결과이다.

상기 시험은 도막의 내구성과 관련하여 대기 부식성을 나타내는 내구성과 부식을 촉진하는 염수 분무시험을 한 결과로 2가지 부문 모두 이상 없는 결과를 나타내었다.

[시험예 5]

본 발명의 기능성 세라믹 코팅제로 도포한 금속 표면의 내화학성 및 친환 경성을 테스트한 결과이다.

상기 시험은 본 발명의 코팅의 내화학성 및 친환경성과 관련한 시험 결과이다. 내산성, 내알칼리성 모두 이상이 없었으며, 코팅에서 우리 몸에 해로운 환경오염물질인 VOCs 및 포름알데히드도 거의 방출되지 않은 것을 알 수 있다.

[비교 예 1]

대한민국 특허 제10-2110301호 “철구조물용 친환경 복합 세라믹코팅제 조성물 및 그 제조방법”에 의하면 철 구조물의 표면 보호 및 산화 방지를 위한 목적으로 복합 세라믹코팅제를 기술하고 있으나, 그 코팅제의 조성물 중 대부분의 조성이 무용제 유성 에폭시를 주제로 사용하고 있고, 여기에 경화제로 수용성 에폭시 경화제와 몇 가지 무기성 물질을 사용하는 것이 특징이다. 그러나 상기 특허의 경우 주제가 무용제 유성 에폭시로서 엄밀히 무기성 코팅제라고 할 수 없으며, 따라서 본 발명의 기능성을 가지고 있지도 못하다.

[비교 예 2]

대한민국 특허 제10-0512599호 “음이온 방출 및 원적외선 방사 무기질 세라믹 코팅제 조성물”에 의하면 저온 소성이 가능한 기능성 도료이지만 기능성을 부여하기 위한 물질로 석영, 몬조나이트, 편마암류 및 유문암질 응회암과 같이 천연 광물질군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 원적외선 방사 물질 등을 이용하고 여기 첨가하여 음이온 발생물질로 스트론튬, 바나듐, 지르코늄, 세륨, 네오듐, 란탄, 바륨, 루비듐, 세슘, 갈륨 중에서 선택된 하나의 희토류 천연석의 음이온 방출물질로 구성되어 있어 재료의 종류가 다양하고 조성을 하는데 목잡한 단점이 있으며, 코팅제의 가장 중요한 도막의 경도가 낮아 강한 내구성이 요구되는 기계기구의 표면 보호용 코팅제로 사용하는데는 한계가 있다.

본 발명에 따른 기능성 세라믹 소재를 함유한 기능성 무기질 세라믹 코팅제 및 그의 제조방법은 코팅제의 제조산업에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하고 동일한 방법을 반복적으로 수행하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

Claims

기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법에 있어서,
상기 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법은, 규산염계 광물의 분말 10~20 w%, 이산화망가니즈(MnO₂) 5~10 wt%를 1000mesh 이상으로 분쇄하여 물 혹은 용제 70~85 wt%에 분산시킨 기능성 세라믹 혼합물50 wt%, 여기에 무기질 결합제인 이산화규소에 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨(액상) 수용액인 물유리 20~40 wt% 알킬실란 25~50 wt%, 안료 5~8 wt%, 반응촉매인 아세트산 5~10 wt%를 혼합하여 pH농도를 3.5~4.0으로 맞춘 반응액 50 wt%를 혼합하여 가수분해로 제조되는 기능성 세라믹 도료 조성물의 주제부를 제조하는 단계와,
여기에 알콕시실란 계열의 실란 화합물50~60 wt%와 IPA(이소프로필알코올) 40~50 wt%를 혼합한 유기알콕시실란계 화합물로 우수한 소결 밀도를 형성시킬 수 있는 경화제를 제조하는 단계와,
상기의 주제와 경화제를 1:1로 혼합하여 300rpm 내외로 회전하는 롤링 머신으로 상온 조건에서 15~24시간(바람직하게는 20시간 내외) 가수분해 및 축합반응을 일으키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법
제1항에 있어서,
제1항의 기재로 완성된 기능성 세라믹 코팅제가 샌드 블러스팅 혹은 쇼트 블러스팅으로 표면의 이물질을 제거한 후, 금속의 표면에 스프레이 혹은 담금 기법(Dipping)을 이용하여 60~180㎛의 도막을 형성시키고 도막이 건조된 후, 150~300℃의 가열로에서 5분 ~ 20분 동안의 열처리를 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 세라믹 소재를 함유한 무기질 세라믹 코팅제의 제조방법