KR100362645B1

KR100362645B1 - 철재코팅용자외선경화수지조성물및이를이용하여제조된경도와가공성이우수한자외선경화코팅강판

Info

Publication number: KR100362645B1
Application number: KR1019970069231A
Authority: KR
Inventors: 이동열; 김진태; 민병일
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2003-03-15
Also published as: KR19990050168A

Abstract

본 발명은 철재 코팅용 자외선 경화 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 경도와 가공성이 우수한 자외선 경화 코팅 강판에 관한 것으로,

아크릴레이트계 올리고머 40~60중량부와 반응성 희석제 40~60중량부로 이루어진 혼합물(이중, 상기 반응성 희석제는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 30~40중량부와 이소보닐 아크릴레이트(IBOA) 60~70중량부의 혼합물임)에,

접착 증강제로서 아크릴산 혹은 메타크릴산 화합물 3~5중량부 및

광개시제로서 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 3~8중량부를 첨가하여 이루어지는 철재코팅용 자외선 경화 수지 조성물 및

이 조성물을 강판에 코팅한 다음 자외선 경화기에 넣고 250-400nm 파장범위에서 5-30초간 노출시켜 제조된 경도와 가공성이 우수한 자외선 경화 코팅 강판이 제공된다.

본 발명의 자외선 경화에 의하면, 철재 피착재에 미려하고 경도가 우수하고, 가공이 용이한 보호 도막을 형성할 수 있다.

Description

철재 코팅용 자외선 경화 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 경도와 가공성이 우수한 자외선 경화 코팅 강판{AN UV RADIATION RESIN COMPOSITION FOR COATING IRON AND UV COATING STEEL SHEET HAVING GOOD HARDNESS AND PROCESS PROPERTIES PRODUCED USING IT}

본 발명은 철재 코팅용 자외선 경화 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 경도와 가공성이 우수한 자외선 경화 코팅 강판에 관한 것이다.

철재 사무용품, 완구류, 장식품 등과 산업 기계, 화학 설비, 전력 시설, 건축물 등 각종 철강 구조물에 사용되는 철강 재료들은 그 표면 보호와 방식성의 향상, 재료의 미려함을 주기 위해서 일반적으로는 금속표면에 페인트의 도포, 필름 시이트를 부착하는 방법을 이용하여 코팅 도막을 형성한다. 이는 주로 열경화성 폴리에스테르나 에폭시 그리고 폴리우레탄을 여러 가지 첨가제와 함께 금속 표면에 도포한 후 종래 열 경화 방식에 의해 코팅 도막을 얻는 방법이다.

반면, 고분자 조성물과 희석제를 혼합하고 자외선 조사에 의해 코팅 도막을 형성하는 자외선 경화 코팅은 단시간에 제조할 수 있어 생산성이 뛰어나고, 용제를 사용하지 않으므로 환경 오염 문제를 줄일 수 있으며, 다른 기타 도장 방법, 기존의 용매 휘발형 도장계나 열에 의한 화학 반응에 기초한 도장계, 정전 혹은 전착 도장계에 비해 가열 과정이 필요없어 에너지 소모도 적은 코팅 방법이다.

그러나 기존의 자외선 경화 수지 조성물에 의해 얻어지는 코팅층은 철재와는 친화성이 없어서 단지 가구나 장식품 제조용 목재나 플라스틱, 특수 용도 종이류의 코팅에 주로 쓰이고 있으며, 철재에 코팅을 시도할 때 피착 철재위에 도막이 잘 형성되지 않으며 형성되더라도 접착력이 양호하지 않아 철재와 쉽게 분리되어 철재에 코팅용으로 적합하지 않다.

대한민국 특허 출원 제 90-4151에 의하면, 자외선 경화 코팅 방식을 시력 보호용 아크릴판 제조에 응용하여 플라스틱 표면 코팅에 적용하였으며, 일본 특허 출원 제 89-9212에서는 PET병에 폴리에스테르를 이용하여 자외선 경화 코팅 방식을 제시하고 있으며, 이는 고분자위에 친화성있는 고분자막을 형성하는 것으로 고분자와는 친화성이 없는 철재에는 적용될 수 없다.

또한 일본 특허 제2175240에서는 장식용 보드에 응용해 알루미늄에 자외선 경화 코팅 방식을 일부 적용했으나, 역시 알루미늄에만 응용될 뿐 고분자와의 친화성이 떨어지는 철재에의 적용은 불가능했다.

대한민국 특허 출원 제 1996-68740, 1996-68741에 의하면, 최근 에폭시와 우레탄 수지를 이용한 철재로의 자외선 경화형 수지 조성이 개발되어 응용을 시도하고 있으나 그 물성, 특히 경도와 가공성이 부족하여 쉽게 사용할 수 없다.

이에 본 발명의 목적은 철재 코팅용 자외선 경화 수지 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 철재 자외선 경화 수지 조성물을 이용하여 제조된 경도와 가공성이 우수한 자외선 경화 코팅 강판을 제공하고자 한다.

본 발명의 일견지에 있어서,

광개시제로서 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 3~8중량부를 첨가하여 이루어지는 철재코팅용 자외선 경화 수지 조성물이 제공된다.

본 발명의 제2 견지에 의하면,

상기 제1 견지에 의한 수지 조성물을 강판에 코팅한 다음 자외선 경화기에 넣고 250-400nm 파장범위에서 5-30초간 노출시켜 제조된 경도와 가공성이 우수한 자외선 경화 코팅 강판이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 아크릴레이트계 올리고머와 반응성 단량체, 접착제 및 광개시제를 적절량 배합하여 철재에 코팅가능한 자외선 경화 수지 조성물을 제조하고 상기 수지 조성물을 코팅하여 제조된 경도와 가공성이 우수한 자외선 경화 코팅 강판을 제조한다.

아크릴레이트계 올리고머로는 우레탄 아크릴레이트, 에스테르 아크릴레이트 및 말단에 아크릴기가 있는 분자량 1000-1500의 고점도 에폭시 아크릴레이트가 바람직하며, 분자량 1500-2000의 고점도 우레탄 수지를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

상기 점도가 높은 우레탄 수지 올리고머의 희석 작업을 용이하게 하며 자발적으로 반응에 참여하여 유연성과 접착력을 강화하는 역할을 하는 반응성 희석제로 이소보닐 아크릴레이트(IBOA)와 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA)와의 혼합물을 사용한다.

상기 TMPTA이 30중량부이하 그리고 IBOA이 70중량부이상이 되면 IBOA이 유연한 성질이 전체 도막 물성을 지배해서 가공성은 아주 좋으나 경도가 떨어져 쉽게 스크래치가 생기며, TMPTA이 40중량부이상 그리고 IBOA이 60중량부이하로 되면 TMPTA가 전체 물성을 지배하므로 경도는 단단해지나 가공성이 줄어든다. 따라서 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 30~40중량부와 이소보닐 아크릴레이트(IBOA) 60~70중량부로 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 반응성 단량체를 사용함으로써 도막의 유연성이 증대되어 변형에도 잘 견디게 되고, 극성이 강하고 유연한 성질을 갖는 단량체 및 아크릴산 혼합물의 경화 도막의 철재에 대한 친화성이 커진다.

상기 우레탄 수지 올리고머와 반응성 희석제는 우레탄 수지 올리고머 40~60중량부와 반응성 희석제 40~60중량부로 혼합하는 것이 좋다. 우레탄 수지 올리고머가 40중량부이하로 그리고 반응성 희석제가 60중량부이상으로 혼합되면 경도가 현저히 저하된다.

또한 철재와의 접착력 강화를 위한 접착 증진제로서 아크릴산 혹은 메타크릴산 화합물을 상기 우레탄 수지 올리고머와 반응성 희석제의 혼합물에 3~8중량부로 첨가한다. 8중량부를 초과하게 되면 경도와 가공성 등의 물성에 악영향을 미치게 된다.

나아가 추후 자외선 광반응 경화를 위한 광개시제로서 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(HMPP)를 상기 우레탄 수지 올리고머와 반응성 희석제의 혼합물에 3~5중량부로 첨가한다.

상기와 같이 제조된 자외선 경화 수지 조성물을 강판에 코팅한 다음 자외선 경화기에 넣고 적정 파장범위에서 노출시켜 자외선 경화 코팅 강판을 제조한다.

자외선 경화 수지를 코팅하는 강판은 미리 샌딩이나 샌드 블라스팅등으로 처리한 다음 직접 자외선 경화 코팅 수지를 코팅하거나 방식능과 접착력을 향상시키기 위하여 프라이머를 코팅한 다음 자외선 경화 수지를 코팅할 수도 있다.

또한 기존의 유기 피복 강판이나 칼라 강판의 코팅막위에 외관의 미려함을 증가시키기 위하여 자외선 경화 수지를 코팅할 수도 있다.

만일 기존의 코팅막위에 자외선 경화 코팅을 추가로 실시할 경우에는 기존 코팅막의 보호 필름을 자외선 경화코팅 직전에 제거하여 외부 오염 물질이 부착되는 것을 막아야 하며, 기존의 코팅막이 외부 오염에 노출되었을 경우에는 알코올과 같은 용제로 닦아내야 한다.

상기 자외선 경화 수지의 코팅 방식은 롤코팅이나 스프레이 코팅 또는 바코팅등 기존의 일반적인 코팅 방식을 사용할 수 있다. 단지 코팅 방식에 따라 적절한 수지의 점도를 조정하여 코팅 도막의 형성을 용이하게 하여야 한다.

상기 수지를 코팅한 다음 자외선 경화기에 넣어 경화 반응을 실시한다. 여기에 사용되는 자외선 파장은 250-400nm에서 5-30초간 노출시키면 경화 반응이 완료되며 경도와 가공성이 개선된 자외선 경화 코팅 강판을 제조하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

경도 시험

아크릴레이트계 수지 올리고머와 반응성 희석제로서 이소보닐 아크릴레이트를 하기표 1에 기술된 비에 따라 배합하고 여기에 아크릴산 화합물 5중량부 및 광개시제 HMPP(2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온) 5중량부를 혼합한 다음 0.7mm의 철판에 30㎛ 두께로 도포하고 λmax=310nm파장의 자외선을 15초간 조사하여 수지를 경화시킨 코팅 도막을 제조하였다.

우레탄 수지 올리고머와 희석제의 중량비에 따른 경도를 측정하고 그 결과를 하기표 1에 도시하였다.

우레탄 수지 올리고머와 희석제비에 따른 경도

비율	30/70	35/65	40/60	45/55	60/40
경도	H이하	H	2H	2H	3H

상기표에 의하면, 본 발명에서는 우레탄 수지 올리고머 40~60중량부 그리고 희석제 40~60중량부로 포함하는 경우 2H이상의 우수한 경도를 보였다.

실시예 2

가공성 시험

반응성 희석제를 하기표 2와 3에서 기술한 비에 따라 TMPTA와 IBOA를 혼합한 것을제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성에 의해 철재에 자외선 경화한 다음 굴곡 시험을 거쳐 가공성을 시험하였다.

1/4인치-1/8인치 곡률 반경에 대하여 90°, 180°굴곡 시험을 실시한 다음 코팅 도막의 균열 발생 여부로 가공성을 판별하였다. 그 결과를 각각 하기표 2 및 3에 나타내었다.

90°굴곡 시험

반경	1/4인치	3/8인치	1/8인치
TMPTA/IBOA	30/70	○	○	○
	35/65	○	○	○
	40/60	○	○	○
	45/55	○	○	×
	50/50	○	×	×

180°굴곡 시험

반경	1/4인치	3/8인치	1/8인치
TMPTA:IBOA	30/70	○	○	○
	35/65	○	○	○
	40/60	○	○	△
	45/55	○	△	×
	50/50	×	×	×

○:성형후 도막이 원형대로 유지된다.

△:성형후 도막에 백화 현상이 보인다.

×:성형후 도막이 원형대로 유지되지 못하고 찢어지거나 깨진다.

상기표에서 보듯이, 반응성 희석제로 TMPTA 30중량부이하 그리고 IBOA 70중량부이상이 되면 IBOA의 유연한 성질이 전체 도막 물성을 지배해서 가공성은 아주 좋으나 경도가 떨어져 쉽게 스크래치가 생기며, TMPTA 40중량부이상 그리고 IBOA 60중량부이하일 경우에는 TMPTA가 전체 물성을 지배하므로 경도는 단단해지나 가공성이 줄어든다. 따라서 TMPTA 30~40중량부와 IBOA 60~70중량부로 혼합하는 경우에서 가공성과 경도를 동시에 가지는 공업적으로 유용한 코팅 도막을 얻을 수 있었다.

상기한 바에 따르면, 본 발명의 자외선 경화 코팅용 조성물을 이용하여 철재 표면에 친화성 있으며, 가공성과 경도를 동시에 갖는 공업적으로 유용한 자외선 경화 코팅 강판을 제조할 수 있다.

Claims

아크릴레이트계 올리고머 40~60중량부와 반응성 희석제 40~60중량부로 이루어진 혼합물(이중, 상기 반응성 희석제는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 30~40중량부와 이소보닐 아크릴레이트(IBOA) 60~70중량부의 혼합물임)에,

접착 증강제로서 아크릴산 혹은 메타크릴산 화합물 3~5중량부 및

광개시제로서 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 3~8중량부를 첨가하여 이루어지는 철재코팅용 자외선 경화 수지 조성물
제1항에 있어서, 상기 아크릴레이트계 올리고머로는 우레탄 아크릴레이트를 사용함을 특징으로 하는 철재코팅용 자외선 경화 수지 조성물
제1항에 의한 수지 조성물을 강판에 코팅한 다음 자외선 경화기에 넣고 250-400nm 파장범위에서 5-30초간 노출시켜 제조된 경도와 가공성이 우수한 자외선 경화 코팅된 강판