점도 조절용 첨가제 - 증점제, 흐름방지제

 

 

증점제(增粘劑, 영어: thickening agent) 또는 증점안정제(增粘安定劑)는 액체의 점성을 증가시키는 물질이다. 식용 증점제는 소스나 수프 등 음식을 걸쭉하게 만드는 데 쓰인다. 그 외에 증점제는 페인트, 잉크, 폭발물, 화장품 등에도 쓰인다.

 

흐름방지제(Antisagging agent)는 도료 첨가제의 하나이며, 유성 도료가 흘러 떨어지는 것을 방지하기 위한 보조제이다.

 

일반적으로 도료에 많이 쓰이지만 다른 용도에도 다양한 활용처를 가지고 있다.

수성 및 유성 media에서 사용되고 있으며 지금부터는 유성 media를 기반하는 도료 및 기타 유성 제품을 기준으로 설명하고자 한다.

 

- 요변성

 

도료의 특성으로서 도장시와 같이 전단속도가 클 경우에는 겉보기 점도가 낮아 도장하기 쉽고 한편 도장 후에는 적당한 도막두께로 칠해져 흐르지 않아야 하는 상반된 성질이 요구된다.

도료에 소량의 첨가제(요변제)를 첨가함으로 비히클과 분산계 중에 2차 결합에 의한 느슨한 그물형태(網目)구조를 아래의 그림과 같이 형성시킨다.

 

이 구조는 믹싱이나 도장시의 높은 전단력에 의해 쉽게 파괴되어 첨가제에 의한 구조점성(構造　性:Structural viscosity)은 떨어져 점도가 낮게 된다. 외부에서 가해지는 힘을 제거하면 그물형태는 회복되어 점도는 다시 상승한다. 이와 같이 외부에서 가해지는 힘의 변화에 의해 시간에 따라 구조의 변화가 일어나 구조점도가 변하는 현상을 Thixotrophy(틱소트로피, 칙소성) 이라 한다.

 

(1) 비수계(非水系) 요변성 첨가제

 

도료 중에서 2차결합으로 연결된 그물구조를 형성하여 적당한 증점과 요변성을 부여하는 첨가제를 지칭하여 일반적으로 증점제(Thicking agents), 흐름방지제(Antisagging agents), 요변성 부여제(Thixotropic agents) 등으로 부른다.

도료에 구조점성을 부여하는 첨가제의 성질로는 비히클 중에 미립자로 분산되어 각각의 입자가 약한 결합력으로 서로 연결 혹은 비히클의 용해 또는 분산되어 안료, 충진제 등에 흡착하여 아주 약한 응집(凝集:Flocculation)을 일으킬 필요가 있다.

 

증점제, 흐름방지제, 침강방지제로 사용되고 있는 대표적인 요변성 첨가제를 성분별로 분류하면 아래의 표와 같다.

유형	종류	작용기구
무 기 계	합성미분 실리카계 벤토나이트계 극미세침강성 탄산칼슘	미분산 콜로이드상 구조형성
복 합 계	유기 벤토나이트계 표면처리 탄산칼슘계	-
유 기 계	금속석검계 수소첨가 피마자유 폴리아마이드 왁스 산화 폴리에틸렌계 식물유계 / 중합유계 아마인 중합유, 지방산2량체	a. 팽윤분산     그물구조형성 b. 콜로이드상 분산     구조 및 안료와 흡착에 의한 응집구조형성

 

① 합성미분실리카

폴리에스텔수지도료, 에폭시수지도료, 우레탄수지도료에 효과가 있고 유성도료에는 효과가 적다.

첨가제의 효과는 비히클의 종류에 따라 다르지만 안료의 영향은 없다.

분산구조의 안정성이 낮아 도료의 저장 중 점도나 요변성이 떨어지는 결점이 있다.

산화폴리에틸렌계 또는 계면활성제 계통과 같은 흡착타입의 요변제와 병용함으로써 상승효과와 효과의 안정성이 좋게 되므로 같이 사용하면 좋다

 

② 유기벤토나이트(Organic Bentonite)

유기벤토아니트를 사용하는 경우에는 용제 중에 약 5% 정도의 Pregel로 만들어 사용하면 효과가 좋다. 이 경우 용매화 촉진제로서 메탄올이나 아세톤 등을 소량 첨가하여 사용한다.

예) Xylene 93%, 유기벤토나이트 5%, Methanol 2%의 배합으로 Pregel을 만든다.

도료에 광범위하게 사용되며 특히 유성도료, 장/중유성 알키드수지도료에 효과가 있다.

첨가 후 효과는 비히클에 따라 다르지만, 안료에는 영향이 없다.

저장 중 점도나 요변성이 낮아지는 경향이 있다.

 

③ 미립자 표면처리 탄산칼슘

유성도료, 장유성 알키드수지도료, 비닐계 도료에 효과가 있다.

첨가 후 효과는 비히클에 따라 다르지만 안료에는 영향이 없다.

첨가량에 따라 도막의 내수성이 나쁘게 되는 경우가 있으므로 사용량은 5% 이내가 바람직하다.

비히클과 반응하여 금속석검을 생성하는 경우가 있고, 극단저긍로는 증점하여 석출(Seeding)하는 경우도 있다.

 

④ 수소첨가 피마자유

유성계, 장유성 알키드수지도료, 무용제도료, 실링(Sealing)제 등의 비극성용제에 팽윤성이 좋아 사용된다.

극성용제를 사용한 경우 온도에 따라 과팽윤(過澎潤)으로 되어 증점하던지 비히클에 용해한 경우에는 재결정 시에 석출(Seeding)이 발생한다.

첨가제의 효과는 안료에 영향이 적다.

 

⑤ 금속석검계

Aluminium stearate, Aluminium octate가 있으나 주로 Aluminium stearate가 사용된다.

오래 전부터 유성도료, 장유성 알키드수지도료의 증점제로 사용되어 왔지만 요변성의 증가는 약하다. 또 Plastisol에는 Magnesium, Barium, Calcium의 스테아린산염이 점도조정제로 사용된다.

팽윤성은 용제와 온도에 따라 다르므로 생성한 겔구조(Gel 構造, 그물구조)가 불안정하다.

물이나 알콜 등의 극성용제가 혼입되면 석출(Seeding)된다.

첨가량이 많으면 도막의 내수성, 부착성, 광택의 저하에 주의할 필요가 있다.

 

⑥ Polyanide wax 계

수소첨가 피마자유의 내열성을 개량한 것으로 분말상의 첨가제는 분산 시에 팽윤되기 때문에 50∼60℃의 가온이 필요하다.

또 미리 팽윤한 Paste 상태의 첨가제는 비교적 많은 형태의 도료에 사용되고 있다.

알콜계 용제에는 조해하여 석출(Seeding)하는 경우도 있지만, 그 외의 도료계에서는 안정한 팽윤구조를 형성하여 아크릴 멜라민 등의 가열건조형 도료와 메탈릭안료의 침강방지용으로 사용되고 있다.

페이스트상의 프리겔형은 많은 종류의 비히클에 효과가 있고 안료에도 영향이 없다.

분산 시 전단으로 인해 효과의 차이가 있다.

 

⑦ 초산폴리에틸렌

비극성용제 중에서 프리겔로 만든 것을 밀베이스(Mill Base)에 첨가하여 분산시켜 사용한다.

주로 안료침강방지제로 광범위하게 사용된다.

비히클과 안료의 종류에 영향을 받지 않는다.

결정성이 약하기 때문에 석출(Seedgin)의 염려가 없고 증점성도 거의 없다.

 

⑧ 식물유계 중합유

단독 또는 Dimer acid와 병용하여 유성도료, 장유성 알키드수지도료에 효과가 있다.

사용량이 많으면 도막이 황변성으로 변한다.

비히클과 안료의 종류에 따라 효과에는 영향이 없다.

 

⑨ 계면활성제계

황산 에스텔계 첨가제, 지방산 에슽레계 첨가제가 주로 사용된다.

액상 흐름방지제로서 마지막의 공정에서 첨가하는 것이 장점이다.(별도의 Pregel, 분산 등의 공정 필요없음)

비히클과 안료의 종류에 따라 효과가 다르기 때문에 첨가제의 선택에 주의하여야 한다.

할성안료 중에는 음이온(Anion)활성제와 응집을 촉진하는 것이 있으므로 주의해야 한다.

시간, 즉 저장에 따라 효과가 변화하는 경우가 있다.

 

(2) 수계(水系) 요변성 첨가제의 종류

 

수계도료에는 에멀젼도료와 디스퍼션 도료와 같이 수분산수지계가 많아 일반적으로 Thickener라고 부르는 점도조정제가 필요하다.

Thickner를 첨가하여 에멀전의 점도를 증대시킴으로 유화제와 같이 분산입자의 안정화에 기여한다. 또한 도료제조시에 첨가함으로 도료 저장 중 안료의 침강방지, 재분산성의 향상, 도장 시의 흐름방지 및 도막두께의 증대 등에 효과가 있다.

수계 Thickener로 사용되는 대표적인 점탄성조정제를 아래의 표에 나타내었다.

 

종 류	대   표   적   물   질
무기계	규산염(수용성규산알칼리), Montmonrillorite(Bentonite) 콜로이드상 알루미나, Organic Montmonrillorite
Cellulose 유도체계	Carboxyl methyl cellulose(CMC), Methyl cellulose(MC) Hydroxy ethyl cellulose(HEC)
단백질계	카제인, 카제인산 나트륨, 카제인산 암모늄
알긴산계	Polyvinyl alcohol, Polyvinyl pyrolidone
폴리비닐계	폴리비닐벤질에텔 공중합물
폴리아크릴산계	폴라아크릴산나트륨, 폴리아크릴산 에스텔 공중합물
폴리에텔계	Pluronic polyester, Polyether urethane 변성물 Polyether epoxy 변성물 Vinylmethyl ether-무수말레인산 공중합물 부분에스텔
무수말레인산 공중합체계	건성유지방산 아릴알콜에스텔-무수말레인산 반응물의 반(半) 에스텔
기타	Acetylene glycol, Xanthan gum 등

최근에는 사용의 용이성, 가격, 물성등의 측면에서 주로 Cellulose 유도체계가 많이 사용되고 있다. 특히 초산비닐계 에멀젼에는 Methyl cellulose, Hydroxy ethyl cellulose 등이 증점효과가 커서 많이 사용되고, 아크릴계 에멀젼도료에는 셀룰로오즈 유도체계 외에 아크릴산계의 첨가제가 사용되고 있다.