도료

도료(coating material, 塗料)는 페인트나 에나멜과 같이 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 물체의 표면을 보호하고 아름답게 하는 유동성 물질이다. 도료를 물체에 칠하는 것을 도장이라고 한다.

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개요

도료는 물체의 표면에 바르면 굳어져 피막을 형성, 표면의 부식, 오손, 충해 등을 막고 광택, 색채를 주는 유동성 물질의 총칭이다. 고체 성분을 액체 성분 속에 혼입하여 분산 또는 용해시킨 유동성의 물질로서, 물체의 표면에 도막을 형성하고 보호 및 미화하는 역할을 한다. 크게는 페인트와 바니시로 나누어진다. 칠할 때에는 일반적으로 겔(gel) 모양의 유동 상태이고, 칠한 후에는 빨리 건조경화(乾燥硬化)하는 것이 좋다. 도료는 일반적으로 여러 성분으로 구성되어 있다. 전색제는 도료의 최종 목적인 도막의 주성분이 되는 것으로서 아마인유·콩기름·동유(桐油)·옻·합성건성유 등의 액체나 셸락·코펄 등의 천연수지, 석회로진 등의 가공수지, 페놀수지·요소수지·멜라민수지·비닐수지 등의 합성수지, 나이트로셀룰로스·아세틸셀룰로스 등의 셀룰로스 유도체, 합성고무 등의 고무유도체 및 폴리비닐알코올·카세인 등의 수용성화합물 등의 고체가 사용된다.

역사

도료의 역사는 2500여년 전 이집트에서부터 시작되었다. 이집트에서는 빨리 마르는 나무 기름으로 도료를 만들어 썼고, 이후 18세기 전까지는 천연물질인 석탄이나 석유 가공물인 역청질, 옷칠, 동물성 단백질 등에 유색의 분말을 섞어 물건을 칠하는 데에 활용했다. 물론, 당시의 빈약한 원료였던 만큼 색 표현에는 한계가 있었다. 18세기경 유성도료가 개발되면서 현대적 의미의 도료가 개발되었다. 1920년 즈음에는 니트로셀룰로오스(nitrocellulose, C24H29O9(ONO2)11) 합성을 통해 빠르게 마르는 도료가 개발되어 전성기를 맞았다. 제2차 세계대전을 기점으로 발달한 자동차 산업 역시 도료 발전에 큰 도움이 되었다. 이후 여러 합성수지와 기능성 첨가제가 개발되어 현재는 다양한 색은 물론 무독성, 저공해 등의 기능을 갖춘 프리미엄 페인트까지 다양한 도료가 등장했다.

구성

• 수지 : 도료의 물성을 좌우하는 가장 중요한 성분으로서, 도료의 건조 기구를 결정하며 도막 성능의 대부분을 좌우한다. 도료는 피도물이 처해 있을 환경에 따라 여기에 적합한 도료를 선택해야 하며, 그 선택에 따라 수지의 종류가 결정되지만 주위 환경이 너무 다양하기 때문에 모든 환경에 다 적응할 수 있는 만능 수지는 존재하지 않다. 그러므로 목적으로 하는 조건 중 가장 중요한 것에 초점을 맞춰 수지 선택을 하게 된다.
• 안료 : 색상, 은폐력, 광택, 내광성 등을 포함한 피도물의 미장 효과를 주로 결정하는 성분이다. 안료의 종류는 피도물의 주위 환경에 따라 여러 가지로 선택되며, 금속의 부식 방지와 해충 생물에 대한 방오를 목적으로 하는 방청안료 및 방오안료 등과같이 특수 수지와 동일하게 안료도 도료의 물성을 좌우한다.
• 용제 : 도료를 도장하기에 알맞은 유동 상태를 부여하기 위해 사용되는 성분이다. 도료의 점도 및 도장 상태를 좌우한다.
• 보조제·첨가제 : 이상의 세 가지 성분 이외에 도료의 물성을 증진시키기 위하여 첨가되는 성분이다. 소포제, 건조제, 산화방지제, 분산제, 침전방지제 등 기타 여러 가지 첨가제가 사용된다. 첨가제는 도료의 여러 가지 물성을 개량해 주는, 없어서는 안 될 요소이다.

조건

물체의 표면을 덮어씌우기 위해서는 첫째로 도료 자체가 그 물체에 대해 밀착성이 좋아야 하고, 둘째는 건조하면 얇은 피막을 만들고 표면이 굳어져야 한다. 바니시로 사용되는 기름은 반건성유나 건성유로, 탄소수가 16~18인 유지이고, 그 탄소 - 탄소 결합 중의 1~2개가 이중결합된 것이다. 이와 같은 이중결합을 이룬 기름을 공기 중에 장시간 방치하거나 가열하면 이중결합이 풀려 기름의 분자가 서로 일렬로 결합되어 고분자 화합물이 되는 성질이 있다. 더욱이 유지가 가지고 있는 지방산과 글리세린 부분과의 에스테르 결합은 목재에 대해 친화성이 풍부하기 때문에 반건성유나 건성유는 미리 가열 처리한 후 목재 등의 표면에 바르면, 그 표면을 덮는 동시에 잘 밀착하는 성질이 있다. 도료의 또 하나의 성분인 천연수지는 큰 화합물이며, 탄소가 고리 모양으로 연결돼 있다. 기름에 녹이면 잘 융합하며, 도료에 대해 굳고 강하게 되는 성질을 갖게 한다. 쉽게 말하면 면을 만들기 쉬워야 하고, 피막에 굳기·세기·심미성이 있어야 하고, 도포하면 소재에 대해 밀착하기 쉬운 원자단을 가지고 있을 것 등의 세 가지 조건이 필요하다. 고대의 바니시로부터 현재 합성수지를 사용한 도료에 이르기까지 모두 이에 부합하는 성질을 가지는 재료를 골라, 도포하는 소재에 대응하는 다양한 종류의 도료가 사용되고 있다.

분류

용도

건축용

건축용 도료는 건축물의 보호와 미장을 목적으로 주로 공사 현장에서 현장 도장을 통해서 이루어진다. 따라서 여름철과 겨울철에 있어서 자연환경 조건 하에서 건조/경화가 필요하다. 건축에는 다양한 도료가 사용된다. 대표적으로 유성, 합성조합, 방화 도료 등이 있다. 유성도료의 경우, 대표적인 도료지만 점차 고성능 합성수지 도료로 대체되고 있으며 무공해성 측면에서 점차 사용율이 감소하고 있다. 작업성이 좋고, 도막이 한 번에 두껍게 도장된다는 장점이 있다. 합성조합 도료의 경우, 철재 및 목재를 불문하고 사용된다. 다만 내알카리성이 떨어지기 때문에 몰탈이나 콘크리트 면에는 사용할 수 없다. 에멀젼도료는 주로 합성 라텍스를 주전색제로 하는 도료가 사용되고 있다. 유기용제를 사용하지 않기 때문에 안전하고 무공해이며 무취성이기 때문에 작업성이 좋다. 그래서 건물의 내벽·외벽·천정·바닥·목부 등에 사용되고 있다. 방화 도료는 크게 도막 자체가 난연성을 띄는 것과 가열시 발포하여 단열층을 형성하는 것으로 나눌 수 있다. 전자는 철이나 콘크리트 등 불연성 물체에 도장하고, 후자는 목재 등 가연성 목재에 도장한다. 상온건조형 불소 수지 도료는 내후성과 가공성 그리고 내약품성이 일반 다른 도료와 비교하여 우러등하게 우수하기 대문에 유지보수가 필요하지 않은 도료이다. 이로 인해 커튼월, PCM 등 다양한 분야에서 응용되어 사용하고 있다. 특히 기존에 고온건조형 불소수지 도료의 경우 200도 이상의 고온 가열 건조가 필요하여 적용이 어려웠지만, 상온건조형 불소수지 도료가 개발됨에 따라서, 초내후성으로 인한 유지관리에서 자유로워지기 위한 목적으로 사용되고 있다.

목재용

목재용 도료는 크게 래커계와 래커계 이외의 것으로 구분된다. 래커계의 경우, 일반 목재에 도장되며 목재로부터 송진 차단, 부착성 향상, 샌딩성 향상 등을 목적으로 사용되는 자연건조형 도료이다. 비 래커계의 경우, 마찬가지로 일반 목재에 도료되며, 에폭시·아크릴·우레탄·알키드 수지를 사용하여 목재로부터 송진 차단, 부착성 향상, 샌딩성 향상을 목적으로 사용되는 자연건조형 도료이다. 목재용 도료는 수축과 팽창을 잘 견딜 수 있는 도막을 형성해야 하며, 열 가변성이 적고, 도막의 경도가 높아야 한다는 조건을 가지고 있다. 또한 상온 건조가 가능해야 한다는 점과 투명도장이 많기 때문에 마감 상태와 촉감에 민감하다는 점도 특징이다.

중방식용

중방식용 도료는 헤비 듀티 코팅이라는 이름으로 알려진 교량, 해상 구조물, 원자력 발전소, 각종 플랜트, 컨테이너, 선박 등 심한 부식 환경에 놓여 있는 대형 철 구조물을 부식 환경에서 잘 견딜 수 있도록 하는 도료이다. 그러므로 해상, 해중, 수중, 해안 공업지역 등과 같이 심한 부식 환경에 견딜 수 있는 도장 시스템이어야 한다. 또한 환경적으로나 경제적으로 보수 도장이 어려운 구조물에 대해 5년 이상 또는 10년 이상의 견딤성을 가져야 한다. 그리고 기존의 도장 계보다 두꺼운 도막을 얻을 수 있어야 한다. 이와 같이 고도의 방식성을 요구하는 중방식 도장 시스템에 사용하는 도료를 망라하여 중방식 도료라고 한다. 중방식용 도료의 종류는 매우 다양하다. 따라서 해당 도장이 필요한 물체의 사용 환경에 따라서 적절한 도료를 선택해 도장해야 한다.

중방식 도료의 종류

도료	주용도
유성도료	건축목재부, 철재
알키드수지도료	철 구조물
페놀수지도료	화학공장철물
실리콘알키드도료	교량, 철 구조물
실리콘수지도료	내열조건부위
에폭시에스텔도료	철 구조물
열화고무도료	교량, 수문, 철 구조물
열화비닐수지도료	교량, 탱크 외부
염화비닐수지도료	교량, 수문, 철 구조물
역청질도료	교량 내부, 지하매설물
에폭시수지도료	수문, 철 구조물
우레탄수지도료	교량, 철 구조물
탈에폭시도료	수관, 수문, 매몰물
탈우레탄도료	수관, 수문, 매몰물
유기징크리치도료	교량, 수문, 콘테이너
무기징크리치도료	교량, 철 구조물, 선박

자동차용

자동차용 도료는 자동차의 표면을 도장하는 목적으로 사용되는 도료이다. 자동차의 표면 도장은 녹이나 부식으로부터의 소재 보호, 외관 향상, 기능이나 의미, 소속 등에 있어서 다른 차종과의 차별화 등을 목적으로 행해진다. 자동차 도장은 다른 도장과 비교해서 훨씬 복잡도가 높은 공정을 가지고 있다. 방청을 목적으로 하는 전처리 공정, 차체의 내외관을 균일하게 도장하여 부식을 방지하는 전착 공정, 차체와 패널의 접합부에 실러를 도포하는 실러 공정, 차체바닥이나 도어 내부에 언더코팅을 하는 언더코팅 공정, 차체 표면에 미관의 색채감을 위해서 수행하는 상도 공정, 그리고 마무리 공정 등 다양한 공정을 거쳐야 한다. 그리고 공정이 다양한 만큼 사용되는 도료도 다양하다. 각 공정은 공정별로 다른 도료와 도장 방법을 사용하기 때문이다. 먼저 정착 공정의 경우, 착색용으로 산화티탄, 카본블랙, 산화철 등의 안료를 사용하여 체질안료로써 크레이나 바리다 등을 이용한다. 중도 도장 공정의 경우, 안료는 산화티탄에 소량의 카본 블랙과 벤가라 등을 배합하여 사용하고, 체질안료로 크레이, 바리다 등을 병용하는 편이다. 다만 점점 체질안료 사용은 감소하고 있다. 상도 도장 공정의 경우, 크게 솔리드계 도료와 운모나 알루미늄 등 금속분이 포함된 메탈릭계 도료로 구분할 수 있다. 솔리드계 도료는 베이스 수지에 다양한 색상의 안료를 분산시킨 형태의 것이고, 메탈릭계 도료는 안료와 금속입자를 동시에 분산시켜 금속성 광택을 발휘하도록 한 것이다. 상도 도장 공정에 사용되는 도료는 내자외선성과 내후성, 내스크레치성, 선영성, 광택성, 내약품성 등이 요구된다. 또한 최근 대기 및 수질환경 문제를 해결하기 위해 분체도장을 실시하거나 휘발성 유기화합물(VOCs) 물질의 배출을 최소화할 수 있는 수성도료의 채용이 늘고 있다.

항공기용

항공기용 도료는 항공기의 각종 비행 환경 하에서 구조물을 보호하고 기능성을 적용하기 위해 사용하는 도료이다. 항공용 도료의 경우, 내식성 유지·도막의 견고성·매끄러운 도막 표면·도막 경량성·도료의 속건성·내부식, 내화학, 내방수성·내마멸성·윤활성·전도·표식자료 보호·내연료성과 같은 조건을 만족해야 한다. 항공가 도장에는 고가의 도료가 사용된다. 대표적으로 폴리우레탄 페인트가 있는데, 일반 산업용 페인트보다 신축성이 좋고 접착력이 뛰어나다. 항공기는 비행 중 영하 50도부터 영상 40도에 이르는 극심한 온도 변화를 겪는다. 대기권에 날아다니는 강력한 자외선과도 만나기 때문에 항공기 표면을 효과적으로 보호할 수 있어야 한다. 항공기 도장에 주로 쓰이는 도료는 흰색이다. 빛을 잘 반사할 뿐더러, 특수한 도료는 태양빛에 노출된 동체의 온도가 급격히 높아지는 걸 효과적으로 줄이기 때문이다. 일반적인 흰색의 반사율이 45~50% 정도라면, 항공기 도장용 특수 도료는 최대 80%까지 태양빛을 반사한다. 그리고 흰 바탕이면 작은 점 하나도 눈에 잘 띄기 때문에 항공기 동체에 균열이나 함몰 등 손상이 생겼을 때 색이 짙은 도료보다 발견하기 쉽다. 이런 이유로 흰색이 아니더라도 파란색처럼 밝은 계열의 도료를 많이 쓴다. 그리고 항공기 사고가 발생했을 때, 산이나 바다에서 흰색 항공기가 더 찾기 수월하다는 것도 중요한 이유 중 하나이다.

선박용

선박용 도료는 선박의 특징상 혹독한 부식 환경에서 사용되는 제품에 대한 도장을 위해 사용하는 도료이다. 따라서 우수한 내부식성·안전성·쉬운 유지보수성을 갖춰야 한다. 특히 선박은 선체의 대부분이 장기간 바닷물에 잠기며, 대기 중에 끊임없이 파도와 강한 자외선에 노출되기 때문에 방오·방청 기능을 제공해야만 한다. 또한 선박은 선박의 표면이 0.01mm 거칠어질 때마다 연료 소모가 0.3%~1% 증가하기 때문에 선박의 밑면에 부착 생물들이 붙는 것을 막기 위해서 방오 도료 사용이 보편적이다. 선박용 도료는 크게 선저부용 도료·수선부용 도료·탱크용 도료·갑판용 도료로 나눌 수 있다. 선저부용 도료의 경우, 선저도료·선저 방오도료·자기연마형 방오도료로 나눌 수 있다. 선저도료는 선저의 수선 및 외부 방청용으로 사용된다. 주로 콜타르 에폭시, 콜타르 우레탄 및 에폭시계가 사용된다. 선저 방오도료(A/F)는 선체의 외부에 해중 생물이 달라붙지 못하도록 부착방지제(Antifoulant)를 첨부한 도료이다. 성분은 도막 강도를 부여하는 바인다, 방오제의 용출을 돕는 로진과 방오제로 구성되어 있다. 자가연마형 방오도료(SPC A/F)는 선저 방오도료가 가지고 있는 단점을 보완하고자 개발되었다. 바인다가 해수에 용해되기 때문에 로진과 방오제가 방출된 후 표면이 거칠게 되어 방오성이 떨어짐과 동시에 저항이 증가하는 단점을 보완하고자 개발되어, 주행 중에 점차 표면이 평활하게 되어 저항이 좋고, 코폴리마 전체가 균일하게 용해하기 때문에 방오성이 계속 유지되고, 수명도 도막에 비례하여 3~5년 이상 유지된다는 장점이 있다. 이 도료는 아크릴수지와 트리부틸 주석의 코폴리마에 이산화동 등을 병용하여 만들어졌다. 그런데 해양 환경보호를 위한 주석 사용 규제로 인해서 주석 프리 방오 도료가 개발되어 사용되고 있다. 모든 선박에서 가장 많이 사용되는 도료 중 하나이다.

수선부용 도료는 물에 잠기지 않는 부분용 도료를 의미한다. 수선부는 흘수선(Scantling Draft Line)의 위를 의미한다. 수선부는 물에 잠기지는 않지만 건습이 교대로 반복되기 때문에 내수성과 내후성, 경우에 따라서는 방오성을 요구한다. 사용 도료는 염화고무, 비닐 및 순수 에폭시계 등이다. 외현부는 에폭시, 우레탄 도료가 주로 사용되며, 내후성이 필요한 경우 우레탄 도료가 선호된다. 또한 선박에는 다양한 탱크가 있다. 블라스트 탱크, 원유 및 해수 병용 블라스트 탱크, 카고 탱크 등이 있다. 각각에 적합한 도장이 필요하며 징크 실리케이트, 순수 에폭시, 타르 에폭시 등이 주로 사용된다. 갑판용 도료는 수선부와 유사한 도료가 사용된다. 징크 실리케이트, 염화고무, 비닐, 에폭시 조합이 증가하고 있다.

주성분

천연수지 도료

천연수지 도료는 옻·캐슈계 도료·유성페인트·유성에나멜·주정도료 등이 대표적이다. 옻은 옻나무 껍질에 상처를 내고, 채취한 수액(생옻)에서 얻은 도료이며, 옻액에 건성유·수지 등을 배합한다. 주성분은 우루시올인데 산화효소 락카아제를 함유하고 있다. 락카아제가 촉매가 되어 우루시올을 산화 중합시켜서 도막을 만든다. 용제가 적게 들며, 우아하고 깊이 있는 광택성을 가지는 도막을 형성한다. 캐슈계 도료는 캐슈 열매 껍질에서 추출한 액과 포말린의 축합물을 주성분으로 하고, 여기에 각종 합성수지를 가한 것을 전색제로 한 도료인데 도막은 옻과 비슷하고 값이 싸다. 유성페인트는 보일유를 전색제로 하는 도료이며, 보일유의 원료 건성유는 아마인유·콩기름·동유 ·어유(魚油) 등이 사용된다. 안료와 보일유의 배합비에 따라 된 반죽페인트와 조합페인트로 나누어진다. 유성페인트는 건조가 약 20시간 걸리고, 도막도 좋지 않지만, 내후성이 좋고 값이 싸 널리 사용되어 왔다. 그러나 근래에는 점차 합성수지페인트로 대치되어 가고 있다.

유성에나멜은 천연수지·합성수지 또는 역청질과 건성유를 혼합하여, 나프타 등의 용제로 희석한 유성니스를 전색제로 하는 도료이며, 건조제로서 금속비누를 첨가한 것이다. 니스에 함유되는 기름의 양에 따라 장유성(스파니스), 중유성(코펄니스), 단유성(골드사이즈)으로 분류된다. 일반적으로 건조·광택·경도는 좋으나 내후성이 떨어진다. 합성수지를 원료로 한 것에는 페놀수지니스, 말레산수지니스가 있으며, 아스팔트나 길소나이트 등의 역청질을 원료로 하는 니스는 값이 사고 방청·내약품성이 좋다.

합성수지 도료

합성수지 도료는 도료 중에서 가장 종류가 많고, 합성수지 화학이 진보됨에 따라 새로운 도료가 계속 나오고 있다. 이 도료는 일반적으로 내알칼리성이기 때문에 콘크리트나 모르타르의 마무리 도료로 쓰인다. 래커는 본래 속건성 도료를 뜻하였으나, 현재는 도막형성 주요소로 셀룰로스 유도체를 사용한 도료의 총칭이다. 유도체 중에서 나이트로셀룰로스가 널리 사용된다. 전색제는 나이트로셀룰로스·수지·가소제(可塑劑)로 이루어져 있고, 용제로는 에스터류·케톤류·에테르류 등이 사용되며, 조용제(助溶劑)로는 알코올, 희석제로는 탄화수소류를 사용한다. 수지의 사용은 광택·부착성·휨성·내후성의 향상을 위하여 알키드수지 등이 사용된다. 전색제의 배합 방법에 따라 여러 가지 성상(性狀)의 것을 얻기 쉽지만 화기(火氣)에 민감하고 광택을 얻기 힘든 결점이 있다. 비닐수지 도료는 아세트산비닐, 아세트산비닐-염화비닐계의 것 등 많은 종류가 있다. 알키드수지 도료는 다가(多價)알코올과 프탈산 등의 다염기산과의 축합물을 기름 또는 지방산으로 변성시켜서 가용성으로 한 축합형 수지를 전색제로 하는 자연건조 도료의 총칭이다. 건조는 유성도료와 같은 산화중합이다.

일반적으로는 도료의 적성을 개선하기 위하여 로진·페놀·스타이렌 등을 첨가한 변성 알키드수지로 되어 있다. 아미노알키드수지 도료는 멜라민이나 요소수지와 알키드수지의 혼합물로 이루어진 우수한 베이킹(구워붙임) 도료이다. 제2차 세계대전 후 사용량이 증대하여 알키드수지 도료와 함께 합성수지 도료의 대명사가 되었다. 에폭시수지 도료는 에폭시수지 분자 내에서 여러 가지 다리결합반응이 일어날 수 있기 때문에 각종 도료를 만들 수 있다. 주된 것에 고온베이킹 에폭시수지 도료·2액형 에폭시수지 도료·에폭시에스터 도료 등이 있다. 폴리에스터수지 도료는 불포화 폴리에스터수지와 스타이렌 단위체를 혼합한 것이다. 스타이렌 단위체를 혼합한 것은 도액의 상태에서는 용제 역할을 하고, 경화할 때는 다리결합반응에 참가하여 전색제의 역할을 하므로, 용제를 사용하지 않는 도료로서 특수한 용도를 가진다. 폴리우레탄수지 도료는 우레탄 결합을 가지는 고분자 도막을 형성하는 도료를 말한다. 2액형·베이킹·유변성(油變性) 폴리우레탄 도료 등의 종류가 있다.

유성 도료

유성 도료는 콩기름, 오동나무기름, 물고기 기름 등을 가열시켜서 만든 기름에 건조제를 첨가한 보일유와 안료를 혼합한 도료이다. 철재와 목재에 칠하는 일반적인 에나멜 도료, 목재에 칠하는 래커 도료, 목재 및 장판에 칠하는 투명한 바니시 도료 등이 이에 해당한다. 기름을 기반으로 하기 때문에 도장이 용이하고, 도막의 내후성이 좋다. 또한 온도와 습도의 영향이 적고, 휘발성분이 적기 때문에 1회에 후도막이 가능하다. 반면에 건조 시간이 길고, 내수성과 내용제성, 내약품성 등의 기능성이 떨어지는 편이다.

수성 도료

수성 도료는 아쿄카세인류를 전색제로 한 도료이다. 옛적부터 사용되어 왔는데, 유기계 용제 대신 물을 사용하여 경제적이며, 발화성이 낮아서 안전하고 취급이 간편하다. 수성 도료에 대한 관심이 높아짐에 따라 여러 종류의 수성 도료가 개발되어 널리 이용되고 있다. 이 중 에멀션도료와 수용성 베이킹수지 도료가 대표적이다. 에멀션도료는 비닐·아크릴·스타이렌 뷰타다이엔계로서 단위체를 에멀션화중합하고, 지름이 마이크로미터 이하의 입자로 이루어진 라텍스를 전색제로 한다. 도료적성 향상을 위해서는 도막형성 조제의 선택, 안료의 분산 향상 등이 필요한 기술이다. 에멀션도료의 종류는 대한민국에서는 아세트산비닐계가 주이며, 고급품은 아크릴계가 많다. 수용성 베이킹수지 도료는 변성알키드수지·페놀수지·멜라민변성아크릴수지·아미노수지 등의 수용성 수지를 원료로 하고, 용제로 물을 사용한 도료이다. 또한 실용화된 전착도장법은 대규모의 도장 생산성을 향상시키고 수용성도료의 이용 분야를 확장시켰다.

알키드수지 도료

알키드수지 도료는 다염기산과 다가 알코올의 에스테르를 기재로 각종 기름이나 합성수지를 도막의 주 요소로 하는 상온 건조 도료의 총칭이다. 쉽게 말하면, 알키드레진이라는 것 자체가 알코올과 산(Acid)의 결합에 의해서 생성된 수지이다. 예를 들어 폴리에스테르(Polyester)도 알키드수지류에 해당한다. 하지만 보통 도료 산업에서 말하는 알키드수지는 조금 더 좁은 개념이다. 산으로써 무수프탈산 등 다염기산을 사용하고, 알코올로써 글리세린 같은 다가알코올을 사용하여 만들어진 물질을 기름이나 지방산으로 변성시킨 수지이다. 알키드수지 도료는 건조·경도·광택 등에서 장점이 있고 가격이 저렴한 로진 변성 알키드수지 도료(Rosin Modified alkyd Resin), 경도·부착성·내약품성 등에서 장점이 있는 페놀 변성 알키드수지 도료(Phenol Modified alkyd Resin), 건조성이 좋아서 보수용이나 광택 니스 등으로 사용되는 스티렌 변성 알키드수지 도료(Styrene Modified alkyd Resin) 등이 있다. 알키드수지 도료 중에서 로진 변성 알키드수지 도료는 위의 장점이 있지만 유연성과 내후성이 나쁘다는 단점이 있어서 주로 하지도료, 농기구, 인쇄 잉크 등으로 사용된다. 페놀변성 알키드수지 도료의 경우, 내후성이 나빠서 하지도료, 농기구, 공업용 등으로 사용된다. 그리고 로진은 송진에서 추출하는 천연수지 중 하나이다. 위와 같은 알키드수지류 도료는 도막이 강하고, 부착성과 내후성 등에서 장점이 있으며, 도막의 내수성, 내용제성, 내열성 등이 나쁘지 않고, 가격이 저렴한 점을 감안하여, 건축용(옥내외 각종 목적으로 다양하게 사용)·선박용(장유성 도료)·차량용(대형 차량 외장이나 프레임용)으로 사용된다. 반면에 내알카리성이 약해서 콘크리트 등에는 사용하기 어렵다.

에멀젼 도료

에멀젼 도료는 비닐계, 아크릴계, 비닐 아크릴 공중합계 라텍스를 주요소로 하는 도료이다. 에멀젼 도료는 라텍스에 첨가제(점도 부여제, 분산제, 습윤제, 곰팡이 방지제, 방부제, 소포제)를 첨가하여 제조한다. 에멀전 도료는 하부 도장용으로 주요 사용되는 초산 비닐계 에멀젼 도료, 일반 건축용 수성도료로 사용되는 아크릴계 에멀젼 도료 등이 있다. 에멀젼 도료는 기본적으로 용제를 사용하지 않기 때문에, 유성 도료 특유의 용제 냄새가 없으며, 수성 도료와 마찬가지로 화재나 환경오염 이슈가 적다. 또한 라텍스를 기반으로 하기 때문에 붓 작업이 수월하며, 건조가 빠른 특성이 있다. 내알카리성이 있기 때문에 콘크리트, 몰탈 등에 사용이 가능하다.

에폭스수지 도료

에폭시수지 도료는 에폭시기라고 하는 독특한 반응기를 가진 수지를 전색제로 사용하는 도료이다. 반응성이 풍부한 에폭시기로 인해서 다양한 변성과 가교 반응을 행하는 것이 가능하다. 에폭시수지 도료는 건조 환경에 따라서 상온 건조 에폭시수지 도료와 저온·고온건조 에폭시수지 도료가 있다. 주로 철재 소재의 하부도장이나 내약품성이 필요한 환경에서 도료로 사용한다. 에폭시기를 베이스로 하는 도료이기 때문에 부착성이 좋은 것이 가장 큰 특징이다. 특히 내약품성과 내식성이 매우 우수하다는 장점이 있다. 다만 옥외에 사용 시 광택 소실 및 초킹 현상이 발새하는 특성이 있다. 오래된 건축물의 옥상 바닥에 깔린 군데군데 둘리고 까진 초록색 도료가 대표적인 에폭시수지 도료이다.

우레탄수지 도료

우레탄수지 도료는 우레탄 결합을 도막 중에 갖는 도료를 말한다. 따라서 도료 사용 이전에 주요 성분에 우레탄 결합이 없다고 하더라도, 도막 형성 반응 과정에서 우레탄 결합이 발생하는 도료도 우레탄 도료로 취급된다. 우레탄수지 도료는 콘크리트 주차장의 바닥재로 사용되는 2액형 우레탄수지 도료, 전기 절연재료로 사용되는 블록형 폴리우레탄수지 도료, 목공과 플라스틱 도장용으로 사용되는 습기 경화형 폴리우레탄수지 도료 등이 있다. 특징은 우레탄 결합으로 인해서 내약품성과 내마모성이 우수하다는 점이다. 또한 부착성이 우수하지만 황변이 쉽기 때문에, 이소시아네이트 경화제 등을 사용해야 한다는 점이 약점으로 지적된다.

아크릴수지 도료

아크릴수지 도료는 에스테르기의 중합체를 말한다. 메타크릴산메틸에스테르 중합체 등이 대표적이다. 무색투명하며 자외성 투과율이 높고, 옥외에 노출시켜도 변색되지 않는다. 내약품성이 우수하고, 전기절연성과 내수성이 양호하다. 아크릴수지 도료는 아크릴 래커, 가열 건조 도료, 에멀젼 도료 등이 있다. 보통 금속 마감용 도장이나 자동차·가전제품·가드레일 등에 사용된다. 내약품성과 전기절연성이 뛰어난 점을 이유로 기계 부품류 도장에도 사용된다.

불소수지 도료

불소수지 도료는 불소수지를 이용한 도료이다. 불소수지는 C-C 결합으로 이루어지는 올레핀과 같은 결합으로, 폴리올레핀의 수소의 일부 또는 전부가 불소원자로 대치된 구조를 가진 합성수지이다. 불소수지는 다양한 종류가 있으나, 가장 대표적인 것은 폴리테트라 플루오르 에틸렌으로써 약 70% 수준의 비중을 차지하고 있다. 불소수지는 불활성, 안정하기 때문에 주로 특수 기능성 코팅재로 사용된다. 불소수지 도료는 즈로 고내후성 외장 판넬용, 칼라강판용, 화학·플랜트·강교·건축물 등 심한 부식 환경과 장기 내구성이 요구되는 부위에 상도 마감용으로 사용된다. 주 사용처를 통해서 짐작할 수 있는 바와 같이, 불소수지 도료는 내열성과 내한성, 내마모성, 내후성, 내약품성, 내구성이 우수한 도료이다. 일반적인 유성 도료를 사용한 경방식 도장에 비해서 단가가 최대 7~8배까지 차이가 날 정도로 비용이 많이 들지만, 높은 내구성으로 인해서 장기 내구성이 요구되는 환경에서 주로 사용되고 있다.

실리콘수지 도료

실리콘수지 도료는 실리콘 수지를 사용한 도료이다. 실리콘수지는 내열성과 내한성, 내후성이 좋고, 우수한 전기적 특성과 독특한 계면 특성을 가지고 있는 공업용 재료이다. 열이나 빛에 대한 안정성이 좋은 실리콘수지를 사용한 실리콘수지 도료는 에폭시수지 도료에서 약점을 지적된 황변 현상이나 초킹(Chalking), 광택의 소실 등이 일어나지 않으며 장기간에 걸쳐 안정적인 성능을 보여주는 특성이 있다. 주로 전기절연 및 내열 도료로 사용되며, 고내구성이 필요한 분야에서 사용된다. 불소수지 도료와 마찬가지로 내열성·내후성·내한성·내수성 등이 우수하다. 다만 가격이 높고, 밀착성이 떨어진다는 점이 약점으로 지적된다.

도막 형성 기구

물리적 도막 형성 기구

물리적 도막 형성 기구는 휘발건조성으로 표현되는 도막 형성 기구이다. 고화는 단지 물리적 과정인 용제 휘발에 의해 일어난다. 건조도막에 포함된 수지는 도장하기 전 도료 용기 속에 있었던 수지와 화학적으로 같은 성분이다. 대표적인 수지로는 역청질계, 비닐계 및 염화고무계에 이르는 여러 가지 성질의 다양한 수지가 있다. 그러나 이러한 종류의 도료는 용제의 공격에 상당히 민감하다. 특수자연 건조형 기구는 에멀전 도료에 적합하다. 이 종류의 도료는 주요 희석 성분은 물이지만, 건조 도막은 물에 재용해되지 않는다.

화학적 도막 형성 기구

화학적 도막 형성 기구는 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 산화 건조형이고, 다른 하나는 외관이나 형사의 변화이다. 산화 건조형은 건성유 성분이 수지 중에 포함되어 있을 경우, 공기 중에 노출되면 수지는 산소를 만나 화학적으로 새로운 물질로 전환된다. 산화 건조형 도료로 가장 많이 사용되는 것은 대표적으로 알킷트 수지 도료가 있다. 또한 화학적으로 경화되는 도료에 있어서 도막은 수지의 화학반응에 의하여 형성된다. 정의에 따라 이 반응은 산소에 의한 과정은 포함되지 않는다. 보통 도료는 두 부분으로 나누어져 있으며, 사용하기 전에 혼합된다. 가장 잘 알려진 도료는 에폭시도료와 우레탄 도료가 있다. 이들 도료는 열에 의해 그 반응이 더욱 촉진된다. 일액형 도료로서 가열건조에 의하여 도막을 형성시키는 것들이 있다. 이 도료는 보통상온에서는 반응성이 없으나 도장후 피도물을 고온으로 가열하면 도막중의 반응성 성분이 서로 화학적 결합을 하여 견고한 도막을 형성하는 것이다. 대표적으로 소부형 알킷트 메라민 수지도료가 있다.

국내 시장

2021년 기준 국내 자동차 보수용 도료 시장 규모는 약 1600억 원 정도이다. 이 중 국산차 시장이 약 1350억 원, 수입차 시장이 약 250억 원 정도로 파악된다. 국산차 시장은 ㈜케이씨씨, ㈜노루페인트가 각각 점유율 30%대, 수입차 시장은 해외 제품을 수입판매하는 조광페인트㈜가 50% 이상 점유하고 있다. 전국에는 6,400여 개의 정비소가 있다. 국내 업체는 국산차에 대한 강점, 가격 경쟁력 등을 앞세우고 수입 업체는 오랜 역사와 안정성을 강조하고 있다. 케이씨씨는 2009넌 국내에서 가장 먼저 수용성 브랜드 수믹스를 출시했다. 현대자동차 직영 정비소에서 사용하는 제품이 모두 케이씨씨 제품이다. 현대자동차와 함께 보수도장 매뉴얼을 제작해 도장 공정의 표준을 정립했다. 또한 경북도립대학교 학생들을 대상으로 6개월 실습 교육과 사택·실습비 등을 제공하면서 미래 인력에 투자하고 있다. 노루페인트는 현장에서 직접 조색할 수 있는 조색 시스템과 조색 시간을 아낄 수 있는 완성칠 제품을 갖춘 기업이다. 조색도 손으로 계량하지 않고 수치만 입력하면 색을 만드는 자동조색설비도 운영 중이다. 기아자동차 직영 정비소에서는 모두 노루페인트에서 만든 워터큐 제품을 사용하고, 포승 RTC 교육센터에서 보수도장 교육을 실시한다.

전망

도료의 기술 개발은 환경보호(Green Round, Low VOC 등) 및 경제적 측면을 고려하여 수용화, 고고형분화, 무용제화 등의 추세이며 또한 유지관리 및 인건비 상승으로 초내구성, 작업성 용이, 에너지 절약형, 박막형 등의 연구 개발 노력이 진행되고 있다. 특히 환경조화형 도료의 개발이 세계적인 추세로 약용제형 도료, 고고형분도료, 분체도료, 수성도료의 전환이 되고 있다. 약용제형 도료로는 대기오염, 스모그 현상 및 작업자의 건강, 안전에 악영향을 초래하는 방향족계등의 강용제 대신 지방족계 용제를 사용할 수 있는 약용제 가용형도료 또는 NAD(Non Aqueous Dispersion) 도료 등이 개발되고 있다. 고고형분도료는 최소한의 용제를 사용하여 도장 작업으로 인한 대기로의 휘발 성분을 최소화하기 위한 목적으로 개발되고 있다. 분체도료는 분말도료로서 휘발 성분을 거의 함유하지 않아, 기존 용제형 공업용 도료의 대체품으로 정착되고 있다. 또한 분체도료의 단점인 후 도막을 박막 도장으로, 고온 경화를 저온 경화로의 연구가 진행되고 있다. 수성도료는 수가용성 도료, 에멀젼도료 등이 있으며, 수가용성도료는 수용해성 유기용제를 거의 사용하지 않거나, 전혀 사용하지 않는 도료가 개발되고 있다. 에멀젼도료는 기존의 아크릴에멀젼도료 외 2액용제형 도료로 사용되는 에폭시도료 및 우레탄도료를 대체할 수 있는 에멀젼화 기술이 개발되고 있다. 이 외 도료의 재도장 기간을 길게 하여 도장으로 인한 환경오염을 최소화하기 위한 고내구성도료, 환경 및 인체에 유해한 물질을 배제한 무독성 도료, 2액형 도료의 일액화 기술 개발로 혼합 잔량의 폐기물 최소화 및 용기 절약을 꾀하고 있다. 앞으로 도료의 특성인 미장과 보호에 기능성을 부여한 도료가 점점 더 각광을 받을 것이며, 지속적으로 새로운 기능성을 부여한 도료가 개발될 것이다. 기능성 도료로는 향균, 살충도료, 비오염성도료, 전자파 차폐도료, 원적외선방사도료, 광촉매도료 등 쾌적한 환경을 고려한 기능성 도료 등의 기술이 고기능화로 지속적인 개발이 진행될 것으로 전망된다.

참고자료

• ㈜우진페인트 공식 홈페이지 - http://woojinpaint.co.kr/encyclopedia-of-paint/paint/%eb%8f%84%eb%a3%8c%ec%9d%98-%ec%a0%95%ec%9d%98/
• 〈도료〉, 《위키백과》
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• 아이오티켐, 〈페인트(도료)의 정의 및 도료기술의 향후 방향〉, 《티스토리》, 2019-11-15
• 〈형형색색 페인트 도료 안에 화학 있다?〉, 《엘지케미토피아》, 2016-01-21
• 최락선 기자, 〈올해부턴 水性만 사용 가능… 車 보수용 페인트시장 판도 바뀐다〉, 《조선비즈》, 2021-01-18
• Tolany, 〈(도료산업) 도료의 분류 - 용도 기준〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-27
• 성부장, 〈도장에 관한 이야기 18 - 중방식 도료〉, 《티스토리》, 2020-11-20
• 프레스티지고릴라, 〈항공기도 옷을 갈아입는다? 특별 도장의 세계〉, 《브런치》, 2018-04-26

같이 보기

• 도장
• 페인트

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