관기 일반 시리즈 이산화규소의 도료 내 기능과 역할

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1. 레올로지 첨가제
레올로지는 도료의 중요한 성능으로서, 도료의 외관, 시공성 및 저장 안정성 등에 직접적인 영향을 미칩니다. 또한 각기 다른 도료 시스템마다 레올로지 첨가제에 대한 요구사항도 다릅니다. 유성 시스템의 경우, 대부분의 레올로지 첨가제는 수소결합을 형성함으로써 작용합니다. 표면 처리되지 않은 이산화규소 입자들은 여러 개 존재하는데, 그중 일부는 서로 떨어져 있으며 자유롭게 존재하고, 또 다른 일부는 서로 수소결합을 형성합니다. 이러한 수소결합으로 인해 유성 시스템 내에서 3차원적 망상 구조가 쉽게 형성됩니다. 이 구조는 기계적 힘에 의해 파괴되어 점도가 낮아지고 도료는 다시 좋은 유동성을 갖게 됩니다. 전단력이 사라지면 3차원 구조가 다시 복원되면서 점도도 상승합니다. 완전 비극성 액체에서는 점도가 회복되는 데 단 몇 초밖에 걸리지 않지만, 극성 액체에서는 회복 시간이 더 길어집니다. 이는 이산화규소의 농도와 분산 정도에 따라 달라집니다. 이러한 특성 덕분에 유성 도료는 매우 우수한 저장성과 시공성을 갖게 되는데, 특히 두꺼운 도막을 형성하는 도료의 경우에도 일정한 전단력 하에서도 양호한 유동성을 유지할 수 있습니다. 보통 시공 과정에서 도막 가장자리의 용매가 빠르게 증발하여 표면 장력이 불균일해지고 도료가 가장자리 쪽으로 이동하기 쉬운데, 이산화규소 망상 구조는 도료의 이동을 효과적으로 막아주며 두꺼운 가장자리를 형성하게 해줍니다. 또한 도료가 경화되는 과정에서 흐름 현상을 방지하여 도막이 균일하게 형성되도록 돕습니다. 한편, 이산화규소는 수소결합을 형성함으로써 시스템 내의 중저전단 점도를 높여 점증 효과를 나타냅니다. 따라서 이산화규소는 유성 시스템에서 매우 폭넓게 사용됩니다.

2. 침강 방지제
기체상 이산화규소는 이상적인 침강 방지제로서, 도료 시스템 내에서 안료가 침강하는 것을 막는 데 매우 효과적입니다. 특히 색소 페이스트 시스템에서 적절한 양을 첨가하면 색소 페이스트의 안정성이 향상될 뿐만 아니라 습윤 분산제의 사용량도 줄일 수 있어 색소 페이스트의 활용도를 높이고 도료 시스템에 미치는 영향도 최소화할 수 있습니다. 이산화규소의 침강 방지 효과는 도료의 저장에 매우 유리한데, 특히 금속 분말이나 플레이크와 같은 일부 안료들은 쉽게 침강하며 완전히 현탁 상태를 유지하지 못하는데, 이산화규소를 사용하면 이러한 안료들이 분산된 상태를 유지할 수 있습니다. 전체 배합량 대비 이산화규소의 사용량은 0.4%~0.8% 범위가 적당하나, 아연 도료와 같이 특수한 경우에는 2%까지 늘려야 합니다.

3. 분산 보조제
분체 도료 시스템에서 이산화규소는 입자 크기가 작고 표면 에너지가 높기 때문에 도료 분체의 표면에 흡착되어 표면층을 형성함으로써 분체의 분산성을 향상시킵니다. 따라서 분산제로도 활용될 수 있습니다. 동일한 도료 시스템 내에서 기체상 이산화규소는 분산 시간을 현저히 단축시키고 생산 효율을 높여줍니다. 다만 주의할 점은 이산화규소를 먼저 완전히 분산시킨 뒤 사용하는 것이 더 효과적이라는 점이며, 첨가량은 너무 많아서는 안 되며 일반적으로 1%를 넘지 않는 것이 좋습니다. 첨가량이 지나치게 많으면 시스템의 티키소트로픽 성질이 강해져 분산 시 가장자리 부분에서 전단력이 부족해져 얼어붙은 상태가 되어 분산 효율이 떨어집니다. 아연 도료처럼 2%를 첨가해야 하는 특수한 경우에는 다른 레올로지 첨가제들과 함께 사용하고 알코올 계열 용매를 이용해 이산화규소의 레올로지 특성을 조절할 수 있습니다.

4. 무광제
이산화규소의 굴절률은 1.46~1.52로 필름 형성 수지의 굴절률과 비슷하여 도막 색상에 영향을 주지 않습니다. 필름 형성 과정에서 이산화규소는 도막 표면으로 이동하여 원하는 수준의 거칠기를 만들어내고 표면 광택을 현저히 낮춰주므로 훌륭한 무광제 역할을 합니다. 기체상 이산화규소를 사용할 때는 도막 두께와의 적합성을 고려해야 합니다. 두꺼운 도막용 도료에서는 입자가 매우 미세한 이산화규소를 사용해야 적절한 거칠기가 생기는데, 반대로 얇은 도막용 도료에서는 입자가 굵은 이산화규소를 사용하면 무광 효과는 탁월하더라도 대다수 사용자들이 받아들이기 어려울 정도로 표면이 거칠어집니다. 일반적으로 입자 크기가 약 3~7인 이산화규소가 건조 도막 두께가 15~40인 도료 시스템에 적합합니다.이산화규소를 페인트에 첨가할 때는, 페이스트 형태로 만든 뒤 페인트에 섞어 넣는 방법 외에도, 직접 페인트에 혼합하는 방법도 있습니다.일반적으로 용기 내에서 선속도 20m/s(약 1000r/min)의 교반 임펠러로 10~15분간 혼합하면 충분한 분산이 이루어집니다. 5. 내마모제: 이산화규소를 메틸아크릴로실란으로 표면 처리한 뒤 폴리우레탄 도료에 첨가하면 마찰에 대한 저항성을 부여할 수 있습니다.기상 이산화규소를 5%-15% 추가하면 마모 저항성이 10%-35% 향상되며, 동시에 코팅제의 유변학적 특성과 건조된 필름의 광학적 특성에는 부정적인 영향이 없습니다. 6. 기타 기능: 이산화규소는 도료의 내풍화성과 내스크래치성을 향상시키며, 코팅층과 기질 사이의 결합 강도도 높여줍니다. 또한 이산화규소는 자외선을 흡수하고 적외선을 반사하는 특성이 있어, 도료에 첨가될 경우 도료의 내노화 성능을 향상시킬 수 있습니다.