JP6632870B2 - 1回塗装用ソフトフィール塗料組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、1回塗装用ソフトフィール塗料組成物に関し、さらに詳細には、質感が優秀で、耐化学性が優れたウレタン樹脂本来の特性と、耐化学性と素材密着性が優れたアクリル樹脂本来の特性を全て持つアクリル変性ウレタン樹脂を基材として含む、1コート1ベーキングシステムに適用できる、BTX-FREEタイプの環境親和的ソフトフィール塗料組成物に関する。
最近、自動車の高級化によって自動車の内装材として使われる塗料及び皮の素材などに対して求められる物性及び特性が増加している。その中で、人体との接触が多い部品の場合、ほとんど質感が向上されたソフトフィール塗料が使用されている。このようなソフトフィール塗料の場合、素材との付着及び色相を具現するための下塗を塗装した後、質感を付与することができる上塗を塗装する2コート1ベーキングシステムで塗膜を形成している。既存のベースだけ塗装する1コート1ベーキング油性アクリルラッカー塗料に比べて、プライマー塗料組成物、カラーベース塗料組成物及びトップコート塗料組成物を次第にコーティングして乾燥させる過程による工程費用及び作業時間が増加して、この過程で揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds、VOCs)及び有害大気物質(Hazardous Air Pollutants、HAPs)の発生量が増加する。そのため、油性アクリルラッカー塗料の作業性とソフトフィール塗料の柔らかい質感を同時に発現する1コート1ベーキングシステム(BTX-FREE)タイプの環境親和的ソフトフィール塗料の開発が必要となる。
韓国登録特許10-0434269号には、1コート1ベーキングシステムで塗装される油性アクリルラッカー塗料が開示されているが、耐熱性、耐湿性、付着性などの物理的特性は良好であるものの、耐スクラッチ性が脆弱で、塗膜と人体皮膚が接触する時、感触が冷たく、柔らかくないので、高級な感じを与えられない問題点があった。
韓国登録特許10-1131888号には、ポリエステルポリカーボネート混合系のポリウレタン樹脂を適用した高弾性塗料が開示されているが、塗膜の耐スクラッチ性を顕著に向上することができ、塗装の表面を保護することができる十分な弾性を実現して塗装物の意匠性を高めて、柔らかい触感の付与及び塗装表面の強度を高めることができる。しかし、このような高弾性塗料の場合、2コート1ベーキングシステムで塗装されるので、油性アクリルラッカーに比べて、工程費用、作業時間、揮発性有機化学物及び有害大気物質の発生量が増加する短所がある。
韓国登録特許10-0434269号 "アクリル樹脂を含む塗料組成物"
韓国登録特許10-1131888号 "プラスチック用塗料組成物及びその製造方法"
本発明では、質感が優秀で耐化学性が優れたウレタン樹脂本来の特性と、耐化学性と素材密着性が優秀なアクリル樹脂本来の長所を持つアクリル変性ウレタン樹脂を基材として含み、1コート1ベーキングシステムに適用できるBTX-FREEタイプの環境親和的ソフトフィール塗料組成物を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、樹脂、顔料、溶剤及び通常の添加剤を含む塗料組成物において、前記樹脂は、ポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール、アクリル樹脂及びイソシアネート単量体を重合して製造されたアクリル変性ウレタン樹脂であることを特徴とする、1回塗装用ソフトフィール塗料組成物を提供する。
本発明では、2回塗装システムを適用した質感(Soft feel)タイプの塗料を1回塗装システムに導入することで、ラインの初期設備投資費用、維持費用、作業時間などの減少による経済的効果がある。
また、塗装工程の単純化による揮発性有機化合物及び有害大気物質の排出を低減する環境親和的効果がある。
また、高級な表面質感の具現と共に、耐化学性と素材密着性などの物性の改善で、自動車内装のプラスチック部品に適用されて商品性を向上させる効果がある。
発明を実施するための具体的な内容
本発明は、樹脂、顔料、溶剤及び通常の添加剤を含む1回塗装用ソフトフィール塗料組成物に関する。本発明の塗料組成物は、主剤樹脂としてアクリル変性ウレタン樹脂を含むが、前記アクリル変性ウレタン樹脂は、ソフトな質感が優秀で、耐化学性が優れたウレタン樹脂部(polyurethane part)と耐化学性、素材密着性などが優秀なアクリル樹脂部(polyacrylic part)からなる高分子物質である。
具体的には、本発明のソフトフィール塗料組成物は、アクリル変性ウレタン樹脂30〜70重量%、顔料5〜30重量%、溶剤20〜50重量%、及び通常の添加剤0.1〜10重量%を含む。
本発明によるソフトフィール塗料組成物を構成する各造成成分についてより具体的に説明すると、下記の通りである。
(1)アクリル変性ウレタン樹脂
アクリル変性ウレタン樹脂は、ウレタン樹脂部(polyurethane part)とアクリル樹脂部(polyacrylic part)からなる高分子物質で、重量平均分子量が30、000〜50、000で、水酸基の含量が0〜2%であり、固形分の含量が40〜60重量%である。
前記アクリル変性ウレタン樹脂は、ポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール、アクリル樹脂及びイソシアネート単量体を重合して製造することができる。具体的には、ポリカーボネートジオール30〜60重量%、ポリエステルジオール20〜40重量%及びアクリル樹脂10〜30重量%からなる樹脂とイソシアネート単量体を、[NCO]/[OH]のモル比が1〜1.2になるように重合して製造することができる。この時、重合反応用溶剤としては、ケトン系、エステル系、炭化水素系の中で選択される1種以上が適するし、このような重合反応に使われる溶剤の含量は、求められる塗膜の厚さ及び塗膜の形成方法によって変更されることができるが、重合に使われた原料物質の固形分含量を基準にして10〜40重量%が適する。
本発明の塗料組成物の中に含まれるアクリル変性ウレタン樹脂の含量は、固形分含量を基準にして30〜70重量%の範囲で含まれる。この時、塗料組成物の中に含まれたアクリル変性ウレタン樹脂の含量が30重量%未満であると、耐アセトン性、耐サンクリーム性などの塗膜物性が低下する問題が発生し、その含量が70重量%を超過する場合は、保存性が悪くなって、塗装作業の時、作業性が低下することがある。
本発明の塗料組成物の中に含まれる前記アクリル変性ウレタン樹脂は、ポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール、アクリル樹脂及びイソシアネート単量体を重合反応を通じて製造して使うことができる。
前記アクリル変性ウレタン樹脂を製造するために使われるポリカーボネートジオールは、重量平均分子量が500〜5、000で、水酸基含量が0.7〜7%であり、固形分含量が100%であるものを使うことが、耐化学性及び生産性の側面でより有利である。前記ポリカーボネートジオールは、通常の重合方法によって製造して使うことができる。前記ポリカーボネートジオール化合物は、アルコール化合物とカーボネート化合物を縮合反応して製造するが、具体的には、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどのアルコール化合物とジエチルカーボネートを含むカーボネートを縮合反応して製造することができる。
前記アクリル変性ウレタン樹脂製造のために使われるポリエステルジオールも重量平均分子量が500〜5、000で、水酸基含量が0.7〜7%であり、固形分含量が100重量%であるものを使うことが耐化学性及び生産性の側面でより有利である。前記ポリエステルジオールは、通常の重合方法によって製造して使うことができる。前記ポリエステルジオール化合物は、アルコール化合物と酸を縮合反応して製造することができる。具体的には、メチルプロパンジオール、ジエチレングリコールなどのアルコール化合物とアジピン酸、イソフタル酸などの酸を縮合反応して製造することができる。
前記アクリル変性ウレタン樹脂を製造するために使われるアクリル樹脂は、重量平均分子量が20、000〜40、000で、水酸基含量が0.5〜3.0%であり、固形分含量が40〜60重量%であるものを使うことが、塗装作業性及びその他の原料との相溶性、生産性の側面でより有利である。前記アクリル樹脂は、アクリル系単量体またはメタクリル系単量体のようなビニール型二重結合を持つ多くの種類の単量体を熱分解開始剤を使って溶液内でラジカル重合させて製造することができる。前記アクリル樹脂の重合方法をより具体的に説明すると、撹拌機、冷却器、温度計が装着された4口フラスコにアセテート、ケトン類などの溶剤を投入して、反応器の温度を100〜130℃に維持しながら、アクリル系単量体及びメタクリル系単量体などの単量体と開始剤を100〜130℃の温度で、溶媒に2〜5時間滴下する。滴下を完了した後、0.5〜1時間維持した後に追加開始剤を溶剤に希釈して0.5〜1時間滴下する。追加開始剤を滴下した後、同一温度で2〜3時間維持した後で冷却包装すると、重量平均分子量が20、000〜40、000で、水酸基含量が0.5〜3.0%であり、固形分含量が50重量%であるアクリル樹脂を製造することができる。
前記イソシアネート単量体は、平均官能基数が2個以上の多官能性イソシアネート化合物を使うことができ、例えば、トルエンジイソシアネート、4、4-ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びこれによって誘導された多官能性イソシアネートの中から選択される1種以上を使うことが好ましい。さらに好ましくは、イソホロンジイソシアネート及びジシクロヘキシルメタンジイソシアネートの中から選択される1種以上を使った方が良い。前記アクリル変性ウレタン樹脂を重合するために、前記イソシアネート単量体は3〜10重量%の範囲で使った方が良い。もし、イソシアネート単量体の使用量が3重量%未満であると、ウレタン結合の数が不十分で、未反応の水酸基を含有して製造されたアクリル変性ウレタン樹脂の相溶性が低下することがあるし、イソシアネート単量体の使用量が10重量%を超過すると、粘度が高くなったり、ゲル(Gel)現象が発生することがあるので、前記範囲内でイソシアネート単量体を使った方が良い。
(2)顔料
本発明での顔料は、塗料へ色相を与えたり、無光塗料として光沢を落とす目的で使う。前記顔料は、油/無機系列の有色顔料または体質顔料を使うことができる。有色顔料としては、カーボンブラック、鉄オキシド、チタンジオキシド及びフタロシアニンからなる群から選択される1種以上を使うことができ、体質顔料としてはマイクロナイズドシリカ分散体及び硫酸バリウムからなる群から選択される1種以上を使うことができる。前記顔料は、本発明のソフトフィール塗料組成物の中に5〜30重量%の範囲で含まれることができる。
(3)溶剤
本発明での溶剤は、塗装作業を容易にする役割を有する。また、溶剤の揮発速度の調節によって塗膜の平滑性を保つこともできる。前記溶剤として、エステル系、芳香族炭化水素系、ケトン系などから選択される1種以上を使うことができる。好ましくは、ケトン系溶媒を使うことであり、具体的にはメチルエチルケトンを使うことができる。
前記溶剤の含量によって、求められる塗膜の厚さ及び塗膜の形成方法が変更されることができ、本発明のソフトフィール塗料組成物の中に、溶剤は20〜50重量%の範囲で含まれることができる。
(4)通常の添加剤
本発明のソフトフィール塗料組成物の中には、通常の添加剤として、UV安定剤、スリップ剤、触媒、シルバー付着増進剤などが含まれることができる。その他にも、当該分野で使われてきた添加剤が、必要によって適宜選択して含まれることができる。このような通常の添加剤は、本発明のソフトフィール塗料組成物の中に0.1〜10重量%の範囲で含まれることができる。
本発明のソフトフィール塗料組成物の中に含まれることができる通常の添加剤をより具体的に説明すると、下記の通りである。
前記UV安定剤は、紫外線吸収剤またはラジカルスカベンジャー(scavenger)で塗膜の耐候性を向上させる目的で使われる。前記UV安定剤として、チヌビン(Tinuvin)系列を使うことができ、具体的には、紫外線吸収剤(UNA)であるTinuvin1130、またはラジカルスカベンジャーであるヒンダードアミン(HALS)系列のTinuvin292などを使うことができる。前記UV安定剤は、本発明のソフトフィール塗料組成物の中に0.3〜3重量%の範囲で含まれる。前記UV安定剤の含量が0.3重量%未満であると、これの添加効果がわずかであり、3重量%を超過して過量で含まれると、塗料の保存性が不安定になる問題があり、原材料の価格が上昇することがある。
前記スリップ剤は塗膜表面を滑らかにして、耐摩耗性を確保する目的で使う。前記スリップ剤は当分野で通常使われるもので、代表的にシリコーン系スリップ剤を使うことができる。前記スリップ剤は、本発明の透明塗料組成物の中に0.3〜2重量%の範囲で含まれる。前記スリップ剤の含量が0.3重量%未満であると、耐摩耗性及び耐スクラッチ性などの物性が低下することがあり、2重量%を超過して過量で含まれると、再塗装する時、付着性が低下する問題が発生することがある。
前記触媒は、ウレタン反応触媒剤であって、樹脂主剤とイソシアネートの反応速度を向上させるために使われる。前記反応触媒剤としては、代表的にジブチルすずジラウレートが使われることができる。前記反応触媒剤は、本発明の透明塗料組成物の中に0.1〜2重量%の範囲で含まれる。前記反応触媒剤の含量が0.1重量%未満であると、触媒の効果を全く期待することができず、2重量%を超過して過量で含まれると、反応速度が早すぎて可使時間が短くなり、作業性低下が発生することがある。
前記シルバー(Silver)付着増進剤は、金属タイプの塗料でシルバーフレークの付着力を増進する目的で使う。このようなシルバー付着増進剤は、本発明のソフトフィール塗料組成物の中に0.2〜1重量%の範囲で含まれる。前記シルバー(Silver)付着増進剤の含量が0.2重量%未満であると、シルバー剥離現象が発生することがあり、1重量%を超過して過量で含まれると、シルバーが酸化される現象が発生することがある。
以上で説明したような本発明のソフトフィール塗料組成物は、希釈溶剤の含量調節を通じて塗装の粘度を約13.0〜15.0sec(フォードカップ#4)に合わせて塗装することが好ましい。
以上で説明したような本発明は、下記の実施例に基づいてさらに詳細に説明するところ、本発明は、下記実施例によって限定されるものではない。
[実施例]
製造例1及び比較製造例1〜5.アクリル変性ウレタン樹脂の製造
還流冷却器、窒素ガス流入管、温度計、撹拌機などが設けられた反応容器にN-メチルピロリドングリコールエーテルエステルなどの溶剤とポリカーボネートジオール(Mw2、000、水酸基含量1.7%、固形分含量100重量%)、ポリエステルジオール(Mw2、000、水酸基含量1.7%、固形分含量100重量%)及びアクリル樹脂(Mw35、000、水酸基含量1%、固形分含量50重量%)を投入し、60℃に昇温した後、充分に希釈されられるように1時間撹拌した。その後、発熱に注意しながらイソホロンジイソシアネート及びジシクロヘキシルメタンジイソシアネートを徐々に投入して80℃に昇温した。前記反応温度を維持しながら1〜2時間毎にジブチルすずラウリン酸のような金属触媒を投入して反応を促進させ、重合反応を5〜6時間進行した後NCOの%を測定して、0.1%以下に落ちると反応を終結した。反応終了後、ケトンまたはアセテート溶剤を使って希釈後の冷却ろ過して包装した。
前記重合反応を通じて製造されたアクリル変性ウレタン樹脂は、重量平均分子量が40、000で、水酸基含量が0.7%であり、固形分含量が50%であった。
前記製造例の方法でアクリル変性ウレタン樹脂を製造するが、下記表1に示したように、原料として使われるポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール及びアクリル樹脂の造成比を変化させて多様なアクリル変性ウレタン樹脂を製造した。
Figure 0006632870
実施例1及び比較例1〜5.ソフトフィール塗料の製造
前記で製造したアクリル変性ウレタン樹脂、顔料、溶剤、及び通常の添加剤(UV安定剤、スリップ剤、触媒、シルバー付着増進剤など)を配合して、ソフトフィール塗料組成物を製造した。具体的な使用成分は、下記の通りである。
[使用成分]
- アクリル変性ウレタン樹脂:前記製造例1及び比較製造例1〜5でそれぞれ製造したアクリル変性ウレタン樹脂を使った。
- 顔料:カーボンブラック、フタロシアニン、マイクロナイズドシリカ分散体
- 溶剤:メチルエチルケトン
- UV安定剤:Tinuvin1130とTinuvin292の2:1配合物
- スリップ剤:BYK-310、BYK-Chemie社、ポリジメチルシロキサン系
- 触媒:ジブチルすずジラウレート
- シルバー付着増進剤:リン酸系
Figure 0006632870
実験例1.塗料塗膜の物性測定
前記実施例1及び比較例1ないし5で製造された塗料に対する物性を測定するために、下記の方法で塗装及び硬化して、試片を製作した。
つまり、ABS素材またはPC-ABS素材の基板表面をイソプロピルアルコールで処理した後、前記実施例1及び比較例1ないし5で製造された塗料を塗装粘度15sec(フォードカップ#4)の条件で塗装(厚さ20〜30μm)し、80℃で30分硬化して試片塗膜を製作した。そして、前記方法で製造された塗膜は、下記の実験方法で物性を測定し、その結果は、下記表5に整理して示した。
[実験方法]
(1)付着性:ISO2409またはJIS K 5600-5-6によって、テープ剥離試験を実施した。塗膜面の下地に達するようにカッターで切取線を引き、大きさ2mm×2mmの四角い欄を100個作って、その表面に指定された粘着セロハンテープ(JIS Z1522)で堅く付着し、90度の角度で強く引っ張り出して外した後、四角い欄の残存塗膜数及び剥離形態を評価した。
(2)表面の質感:5人以上の人員が実際塗装された塗膜表面を手でタッチして、下記表3に基づいて触感を評価し、ほとんどの人が感じる触感で等級を決めた。
Figure 0006632870
(3)耐スクラッチ性:JIS K 6718によって供試品またはこれと同等な条件で製造された試験片の表面を、4.9Nの荷重、100mm/sの速度で100mm掻いた後、表面状態を観察して、下記表4によって評価した。
Figure 0006632870
(4)耐サンクリーム性:アクリル板(50 x 50mm)に同じ大きさの白綿布2枚を重ねてあげた後、ニベアSPF47サンクリーム0.25gを全面塗布し、供試品の上に載せてアクリル板を押して密着させた。80±2℃の恒温槽に1時間放置した後、10分ぐらい室温で放置し、中性洗剤で洗って乾燥させた。ISO2409またはJIS 5600-5-6によってテープ剥離試験を行った。
(5)耐アセトン性:4.9N荷重の錘(直径4cm)をガーゼで包み、アセトンを充分に浸した後、塗膜の表面を10回往復で擦り、外観を肉眼で評価した。以後、室温で1時間放置した後、80±2℃の条件の恒温チャンバー内に3時間放置した後、取り出して塗膜の表面状態を評価した。
Figure 0006632870
前記表5の結果によると、本発明によって適切なポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール及びアクリル樹脂を一定の造成比で同時に含んで、イソシアネートと重合して製造されたアクリル変性ウレタン樹脂が主剤として含まれたソフトフィール塗料組成物は、ABSまたはPC-ABS素材基板の付着性、耐スクラッチ性、耐サンクリーム性、耐アセトン性、表面質感が優れた塗膜を得られることを確認した。
これに対して、比較例1はアクリル樹脂を含まずに、ポリカーボネートジオールとポリエステルジオールをイソシアネート単量体と重合したポリウレタン樹脂を主剤として使って塗料を製造した場合であって、塗料の塗膜は耐スクラッチ性と表面質感は比較的良好であったが、耐薬品性(耐サンクリーム性、耐アセトン性)が劣る問題があることを確認することができる。
比較例2はアクリル樹脂を少量含んで製造されたアクリル変性ウレタン樹脂を主剤として使って塗料を製造した場合であって、塗料の塗膜は比較例1のように、耐スクラッチ性と表面質感は比較的良好であったが、耐薬品性(耐サンクリーム性、耐アセトン性)が劣る問題があることを確認することができる。
比較例3と4は、アクリル樹脂を過量含んで製造されたアクリル変性ウレタン樹脂を主剤として使って塗料を製造した場合であって、塗料の塗膜は耐薬品性(耐サンクリーム性、耐アセトン性)は良好であったが、表面の質感が大きく低下されることを確認することができる。
比較例3と5によると、アクリル変性ウレタン樹脂内のポリカーボネートジオールの含量が高くなるほど、表面の質感は低下されるが、耐アセトン性が改善されることを確認することができる。

Claims (8)

  1. 樹脂、顔料、溶剤及び通常の添加剤を含むソフトフィール塗料組成物において、
    前記樹脂は、ポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール、アクリル樹脂及びイソシアネート単量体を重合して製造されたアクリル変性ウレタン樹脂であり、
    前記アクリル変性ウレタン樹脂は、ポリカーボネートジオール30〜60重量%、ポリエステルジオール20〜40重量%及びアクリル樹脂10〜30重量%からなる樹脂と、イソシアネート単量体を[NCO]/[OH]のモル比が1〜1.2になるように重合して製造されたものであり、重量平均分子量が30、000〜50、000である
    ことを特徴とする、1回塗装用ソフトフィール塗料組成物。
  2. アクリル変性ウレタン樹脂30〜70重量%、顔料5〜30重量%、溶剤20〜50重量%、及び通常の添加剤0.1〜10重量%を含むことを特徴とする、請求項1に記載の1回塗装用ソフトフィール塗料組成物。
  3. 前記アクリル変性ウレタン樹脂は、水酸基含量が0〜2%であり、固形分含量が40〜60重量%であることを特徴とする、請求項に記載の1回塗装用ソフトフィール塗料組成物。
  4. 前記ポリカーボネートジオールは、重量平均分子量が500〜5、000で、水酸基含量が0.7〜7%であることを特徴とする、請求項に記載の1回塗装用ソフトフィール塗料組成物。
  5. 前記ポリエステルジオールは、重量平均分子量が500〜5、000で、水酸基含量が0.7〜7%であることを特徴とする、請求項に記載の1回塗装用ソフトフィール塗料組成物。
  6. 前記アクリル樹脂は、重量平均分子量が20、000〜40、000で、水酸基含量が0.5〜3.0%であることを特徴とする、請求項に記載の1回塗装用ソフトフィール塗料組成物。
  7. 前記イソシアネート単量体は、トルエンジイソシアネート、4、4-ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、及びジシクロヘキシルメタンジイソシアネートからなる群から選択される1種以上であることを特徴とする、請求項に記載の1回塗装用ソフトフィール塗料組成物。
  8. 前記通常の添加剤は、UV安定剤、スリップ剤、触媒、及びシルバー付着増進剤の中から選択される1種以上であることを特徴とする、請求項1に記載の1回塗装用ソフトフィール塗料組成物。
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