KR100564281B1 - 비금속 투명 코팅 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비금속 투명 코팅 도료 조성물에 관한 것으로서, 금속 콜로이달 졸과 실란을 반응시켜 합성된 무기수지 5~20 중량%, 폴리프로필렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상의 유기수지 10~40 중량%, 투명 안료 30 중량% 이내, 용제 30~80 중량% 및 첨가제 0.001~1.0 중량%를 포함하는 비금속 투명 코팅 도료 조성물은 유리, 플라스틱 등 비금속 수지에 우수한 부착성, 내열성 및 내용제성이 우수하고, 다양한 색상을 부여한다.
비금속*투명코팅*부착성*색상*내열성*도료

Description

비금속 투명 코팅 도료 조성물 {Transparent coating paint composition of metalloid}
본 발명은 비금속 투명 코팅 도료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리에 코팅되어 투명도를 유지하면서 다양한 색을 나타내게 할 수 있는 것으로서 바인더로 유·무기 복합수지를 사용하고, 투명안료, 첨가제 및 용제를 첨가하여 가열·경화되는 비금속 투명 코팅 도료 조성물에 관한 것이다.
종래의 투명유리는 유리에 금속 이온을 도포하여 색유리를 제조하는데, 이러한 색유리는 제조 공정이 복잡하고, 특히 제조 과정에서 중금속을 사용하므로 환경오염을 유발하는 단점을 가지고 있다. 또한 색유리는 가격이 비싸 경제적으로 불리한 단점을 보이고 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 투명한 유리에 도료를 코팅하여 다양한 색을 발현할 수 있는 코팅제에 대한 연구가 진행되어 왔다.
예를 들면, 대한민국 특허 공개번호 제 91-12099호 및 제 92-25944호에 유기 관능성 실란 화합물, 실란 커플링제, 콜로이달 실리카, 유기용제 및 경화제를 이용 한 것이 알려져 있으나, 이는 별도의 숙성과정이 필요하여 작업성이 복잡한 문제가 있으며, 강한 도막을 형성하여 유리 등의 비금속 소재에 코팅할 경우, 온도증감에 따라 유리와 도막간의 열팽창이 상이하여 균열이 생기는 내구성의 문제점을 가지고 있었다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 주결합재로 금속 콜로이달 졸과 실란을 반응시켜 합성된 무기수지와 폴리프로필렌글리콜과 폴리에틸렌글리콜 등의 글리콜의 유기수지로 구성된 유·무기 복합수지를 사용하고, 여기에 적절한 투명안료와 첨가제를 사용한 결과, 유리, 플라스틱 등 비금속 소재에 우수한 부착성, 내열성 및 내용제성을 제공하고 다양한 색상을 부여한다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 유리에 코팅되었을 때 투명하여 빛을 투과시킬 수 있으며 투명안료를 사용하여 다양한 색상을 낼 수 있고, 도막이 고온(300℃ 1시간 노출)에도 가스, 균열 및 변색이 발생하지 않으며, 내구성이 우수한 비금속 투명 코팅 도료 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비금속 투명 코팅 도료 조성물은 금속 콜로이달 졸과 실란을 반응시켜 합성된 무기수지 5 내지 20 중량%, 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상의 유기수지 10 내지 40 중량%, 투명안료 30중량% 이내, 용제 30 내지 80 중량% 및 첨가제 0.001 내지 0.1 중량%를 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 유리 도장에 적합한 도료를 제조하기 위하여 유·무기 복합수지에 투명안료 및 첨가제를 첨가하여 제조된 비금속 투명 코팅 도료 조성물에 관한 것이다.
발명에서 사용되는 바인더로는 금속 콜로이달 졸과 실란을 반응시켜 합성된 무기수지와 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상을 선택하여 혼합한 유·무기 복합수지를 사용한다.
이러한 금속 콜로이달 졸과 실란으로부터 합성된 무기수지는 금속 콜로이달 졸의 20~45중량%와 실란 55∼80 중량%로 사용되는 바, 만일 금속 콜로이달 졸의 함량이 20 중량% 미만일 경우 도막을 형성하였을 때 도막의 내구성이 저하되는 문제점이 있으며, 45 중량%를 초과하는 경우 도료의 저장안정성에 문제를 야기하게 된다. 또한 실란의 함량이 55중량% 미만일 경우에는 도료의 저장안정성이 저하되는 문제점이 있고, 또한 80 중량%를 초과할 경우에는 도막의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
무기수지 합성시 사용하는 금속 콜로이달 졸로서는 고형분 5~50%의 실리카 졸 또는 고형분 5~30%의 알루미나 졸 등이 있으며, 실란으로는 에틸트리에톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 프로필 트리에톡시 실란, 메틸트리메톡시 실란, 에틸트리 에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디에틸디에톡시 실란, γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란, N-β-(아미노에틸)- γ-아미노프로필 트리메톡시 실란 및 γ-글리시딜록시프로필 트리에톡시 실란 등 알콕시 그룹을 포함하고 있는 모든 종류의 실란이 해당된다.
이러한 무기수지의 양은 전체 도료 조성 중 5~20 중량%로 사용되는 바, 만일 무기수지의 함량이 5 중량% 미만일 경우 유리와의 부착이 떨어지는 문제점이 있으며, 또한 20 중량%를 초과하는 경우 도막이 너무 견고하여 유리에 열을 가한 후 식게 되면 열팽창 차이에 의하여 도막에 균열이 발생한다.
또한, 유기수지는 중량평균 분자량 200∼3000 사이의 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상의 것이 사용되는 바, 중량평균 분자량이 3000을 초과하는 유기수지를 사용할 경우 도막의 유연성을 증가시키는 데 적합하지 못한 단점이 있다.
일반적으로 같은 조성의 유기수지에서 분자량이 작을수록 유리전이온도(Tg)가 낮아 유연성이 우수하며, 분자량이 크면 Tg가 높아져 내구성은 향상되지만 유연성이 저하된다.
이러한 본 발명의 유기수지의 함량은 전체 도료 조성 중 10~40 중량%로 사용되는 바, 그 함량이 10 중량% 미만일 경우 도막의 유연성이 저하되어 내열성이 약한 문제점이 있으며, 또한 40 중량%를 초과하는 경우 도막에 열을 가하면 가스가 발생하는 단점이 있다.
이렇게 본 발명과 같이 유·무기 복합수지를 함께 사용할 경우 유·무기 복 합수지 각각의 수지를 따로 사용하였을 때의 문제점을 상쇄시키는 역할을 하는데, 우선 금속 콜로이달 졸과 실란은 탈수, 축합반응을 통하여 3차원 망목구조를 형성하는데 이로부터 얻어진 무기수지는 그 자체로는 내열성이 매우 우수하나 가열시 탈수, 축합반응을 통하여 경화된 도막은 너무 견고하여 무기수지를 단독으로 사용하였을 경우에는 유리에 열을 가한 후 식게 되면 열팽창 차이에 의하여 도막에 균열이 발생하게 된다.
그러나 이러한 무기수지와 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상을 선택하여 혼합하여 가열 경화시킬 경우에는 금속 콜로이달 졸과 실란이 탈수, 축합반응을 일으키는 동안 폴리프로필렌글리콜과 폴리에틸렌글리콜 등의 글리콜에 존재하는 히드록시기와 금속 콜로이달 졸과 실란의 탈알코올 반응에 의해 생성된 히드록시기 간의 탈수, 축합반응으로 인하여 3차원 망목구조 사이에 유연한 유기사슬의 생성으로 인하여 도막에 유연성을 부여할 수 있다.
한편, 본 발명의 안료로 사용되는 투명안료로는 산화철 등의 금속산화물, 퀴노프탈론계, 아조계, 페릴렌계 등의 안료를 1종 또는 그 이상 선택 혼합하여 사용한다. 이러한 안료는 입자의 크기가 0.01 마이크론 이하로 매우 작아 분산이 양호한 경우에는 일정한 색을 나타내는 동시에 투명성을 유지하게 된다.
이러한 안료의 첨가량은 30 중량% 이내로 사용되는데, 30 중량%를 초과하는 경우 투명도가 떨어지는 문제점이 있다.
용제로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노말부탄올, 네오부탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 부틸아세테이트, 자이렌, 톨루엔, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 등이 있으며, 2종 혹은 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 용제는 전체 표면 코팅 조성물 중 30~80중량%를 사용하는 것이 좋으며, 30 중량% 미만일 경우 도막의 표면이 불량하며, 80중량%를 초과하면 도막의 살오름성이 떨어진다.
또한 첨가제는 도막의 평활성을 높이기 위해 레벨링제로서 불소화합물이 사용되고, 크래터링을 방지하기 위하여 유기변성 폴리실록산을 사용하는 바, 이러한 첨가제는 전체 도료 조성 중 0.001~1.0 중량%로 사용되는데, 1.0 중량%를 초과할 경우 수지와의 부착성이 저하된다.
이러한 비금속 투명 도료 조성물을 제조하는 방법을 살펴보면 다음과 같다. 금속 콜로이달 졸을 환류 냉각기 및 교반기가 장치된 반응기에 넣고 교반하면서 실란을 적하한 후 교반환류반응 시킨다. 교반환류 반응 후 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등의 글리콜과 용제 및 안료를 첨가하고 볼밀로 안료를 균일하게 분산시킨 후 첨가제를 넣어 제조한다.
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼6 및 비교예 1∼2
다음 표 1의 조성으로 금속 콜로이달 졸을 환류 냉각기 및 교반기가 장치된 반응기에 넣은 다음, 200rpm으로 교반하면서 실란을 적하한 후, 교반환류반응 시켰다. 이때 온도는 75℃ 이상 승온하지 않으며, 6시간 교반환류 반응 후 각기 분자량이 다른 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜 등의 글리콜과 용제 및 안료를 첨가하고 볼밀로 3시간 동안 안료를 균일하게 분산시킨 후 첨가제를 넣어 비금속 투명 도료를 제조하였다.
단위 : g
구분 성 분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2
무기수지 실리카 졸(1) 3 4 3 3 4 - - 3
알루미나 졸(2) - - - - - 3 - -
메틸트리메톡시 실란 7 - - 4 - 7 - 7
디메틸디메톡시 실란 - 6 - 3 3 - - -
테트라에톡시 실란 - - 7 - 3 - - -
유기수지 PPG(3)(분자량 400) - - 10 - - - - -
PPG(분자량 750) 8 15 - - 10 8 8 -
PPG(분자량 200) 13 5 - 10 - 13 13 -
PEG(4)(분자량 400) - 5 5 10 - - - -
PEG(분자량 800) - - 10 - 10 - - -
투명안료 산화철 5 5 5 5 5 5 5 5
황색 퀴노프탈론 2 2 2 2 2 2 2 2
용제 부탄올 30 50 - 20 30 20 30 30
에탄올 15 - 30 - 15 - 15 15
자이렌 15 - 30 40 - 40 15 15
부틸 아세테이트 - 10 - - 15 - - -
첨가제 크래터링 방지제(5) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
레벨링제(6) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
(주)(1)고형분 함량이 20%인 실리카 졸 (2)고형분 함량이 20%인 알루미나 졸 (3)PPG:폴리프로필렌글리콜 (4)PEG : 폴리에틸렌글리콜 (5)크래터링 방지제 : 유기변성 폴리실록산 (6)레벨링제 : 불소 화합물
상기 실시예와 비교예에서 제조된 도료 조성물을 스프레이 도장 방법으로 유리 시편에 10±5㎛의 도막 두께로 도포하고, 200℃에서 10분 동안 강제 건조시킨 후, 부착성, 내열성 및 내용제성 등을 다음과 같은 방법으로 평가하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
(물성평가)
(1)부착성
부착성 시험은 KS D 6711-92 기준에 의한 2 x 2 mm 크기로 절단면을 커팅한 후, 셀로판 테이프로 박리상태를 육안으로 검사하였다.
(2)내열성(균열발생)
300℃에서 시편을 1시간 동안 노출시킨 후 서냉하여 도막외관 및 균열발생 유무를 육안으로 검사하였으며, 균열이 발생되지 않는 경우 양호, 균열이 발생하여 도막이 소지와 탈락하는 경우를 불량으로 하였다.
(3)내용제성
에탄올을 묻힌 헝겊을 시편에 100회 동안 왕복시킨 후의 시편을 육안으로 관찰하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2
부착성 O O O O O 0 X △
내열성 O O O O O 0 X X
내용제성 O O O O O 0 X △
(주)상기 결과에서 O는 양호, △는 보통, X는 불량을 나타낸다.
상기 표 2의 결과에서 보는 바와 같이, 본 발명의 조성으로 제조된 도료를 유리에 도포시켰을 경우 부착성, 내열성, 내용제성 등이 양호한 결과를 나타내었다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명과 같이 유·무기 복합수지를 바인더로 사용하고, 여기에 투명안료와 기타 첨가제를 첨가한 비금속 투명 코팅 도료 조성물은 유리, 플라스틱 등 비금속 수지에 우수한 부착성, 내열성 및 내용제성이 우수하고, 다양한 색상을 부여할 수 있다.

Claims (5)

  1. (정정) 실리카 졸 및 알루미나 졸로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속 콜로이달 졸 20~45중량%와 알콕시 그룹을 포함한 알콕시 실란 80~55중량%를 반응시켜 합성된 무기수지 5~20 중량%, 폴리프로필렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상의 유기수지 10~40 중량%, 투명 안료 30 중량% 이내, 용제 30~80 중량% 및 첨가제 0.001~1.0 중량%로 이루어진 비금속 투명 코팅 도료 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 금속 콜로이달 졸은 고형분 함량 5~50%의 실리카 졸 및 고형분 함량 5~30%의 알루미나 졸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것임을 특징으로 하는 비금속 투명 코팅 도료 조성물.
  3. (정정) 제 1항에 있어서, 상기 알콕시 그룹을 포함한 알콕시 실란은 에틸트리에톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 프로필 트리에톡시 실란, 메틸트리메톡시 실란, 에틸트리에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디에틸디에톡시 실란, γ-아미노트리메톡시 실란, γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란, N-β-(아미노에틸)- γ-아미노프로필 트리메톡시 실란 및 γ-글리시딜록시프로필 트리에톡시 실란으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 비금속 투명 코팅 도료 조성물.
  4. (삭제)
  5. 제 1항에 있어서, 유기수지로는 중량평균 분자량 200~3000 사이의 폴리프로필렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 비금속 투명 코팅 도료 조성물.
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