KR100609602B1 - 비금속 표면 코팅 조성물 - Google Patents

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KR100609602B1
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Abstract

본 발명은 비금속 표면 코팅 조성물에 관한 것으로서, 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴수지와 다음 화학식 1로 표시되는 알콕시 실란 화합물 및 안료, 분산제, 소포제, 증점제와 용제를 주제부로 하고, 다음 화학식 2로 표시되는 알콕시 티타네이트 화합물과 용제를 코팅 조성물 중 경화제부로 사용하여 유리, 플라스틱 등 비금속 소재의 표면에 실크스크린으로 인쇄시 우수한 부착성과 낮은 경화온도를 갖는 표면 코팅 조성물을 제공한다.
(R₁)a Si (OR₂)4-a
상기 식에서, R₁은 탄소수 1~6의 알킬기, 에폭시기 치환 알킬기, 아민기 치환 알킬기 또는 머캅토기 치환 알킬기이고, R₂는 탄소수 1~3의 알킬기이고, a는 0~3의 정수이다.
Ti(OR3)4
상기 식에서, R₃는 탄소수 1~6의 알킬기이다.

Description

비금속 표면 코팅 조성물{Composition for coating nonmetallic surface}
본 발명은 비금속 표면 코팅 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리, 플라스틱 등 비금속 소재의 표면에 실크스크린으로 인쇄하여 우수한 부착성과 다양한 색상을 부여할 수 있으며, 저온에서 경화 가능한 코팅 조성물에 관한 것이다.
피처리 소지의 재질에 관계없이 처리할 수 있는, 특히 합성수지, 목재 또는 유기질을 모재로 한 소지에 적당한 코팅 조성물의 예로는, 대한민국특허공개 제1991-12099호 및 제1998-0059111호에 유기 관능성 실란 화합물과 실란 커플링제를 포함하는 주제부와, 콜로이달 실리카, 유기용제를 포함하는 경화제부로 구성된 피막 조성물이 개시되어 있다. 그런데, 이같은 피막 조성물은 별도의 숙성과정이 요구되어 작업성에 문제가 있으며, 강한 도막을 형성하므로 플라스틱 등의 유연한 비금속 소재에 코팅할 경우 열팽창 계수 차이로 인하여 도막 박리가 발생되어 결과적으로 내구성에 문제가 있었다.
그리고, 대한민국특허공개 제2000-59590호에는 알콕시 실란 화합물 중에서 선택된 서로 다른 3종을 가수분해 및 축합반응시켜 얻어진 실록산 수지, 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지, 용제 및 안료로 이루어진 주제부와 티타네이트 화합물과 용제로 이루어진 경화제부를 포함하는 비금속 표면 코팅 조성물이 개시되어 있는데, 이같은 표면 코팅 조성물은 비금속 소재와의 부착성 및 작업성은 양호하나, 경화온도를 150℃로 유지해야 하기 때문에 유리면에 코팅한 후 상온상태로 바로 노출될 때에는 열충격에 의해 유리의 깨짐 현상이 문제가 되며, 플라스틱에 도장시 플라스틱의 열화에 의한 변형의 문제를 야기시킬 수 있는 문제가 있었다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 종래 비금속 표면 코팅 조성물의 문제를 개선하기 위하여 연구노력하던 중, 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴수지, 알콕시 실란 화합물, 안료, 분산제, 소포제, 증점제 및 용제를 포함하여 주제부로 하고, 알콕시 티타네이트 화합물 중에서 선택된 1종 이상의 화합물과 용제를 포함하여 경화제부로 한 결과, 저온에서 경화가 가능하게 되어 적용 소재의 폭을 넓힐 수 있고, 열경화 후 열충격에 의한 유리 소재의 파괴를 줄일 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.
또한 이와같은 조성의 코팅 조성물을 이용하여 피도물에 도장할 경우, 기존에는 스프레이 도장방식으로 도장하던 것과는 달리 실크스크린 도장방식으로 도장할 수 있게 되어 기존의 스프레이 도장시 발현할 수 없는 무늬와 색상을 발현시킬 수 있게 되었고, 스프레이 도장시 발생하는 도료의 손실 및 이로 인한 환경오염문 제를 감소시킬 수 있음도 알게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 실크스크린 도장방식으로 피도물에의 도장이 가능하며, 저온에서 경화가 가능하여 적용 소재의 폭을 넓힐 수 있고, 열경화 후 열충격에 의한 유리 소재의 파괴를 줄일 수 있는 비금속 표면 코팅 조성물을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비금속 표면 코팅 조성물은 주제부 조성 중 히드록시기를 갖는 유용성 불소 수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴수지 25~40중량%, 다음 화학식 1로 표시되는 알콕시 실란화합물 15~25중량%, 안료 1~30중량%, 분산제 0.1~1중량%, 소포제 0.5~2중량%, 증점제 1~5중량% 및 용제 10~45중량%로 이루어진 주제부; 및 경화제부 조성 중 화학식 2로 표시되는 알콕시 티타네이트 화합물 중에서 선택된 1종 이상 25~45중량% 및 용제 55~75중량%로 이루어진 경화제부를 포함하며, 이액형으로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.
화학식 1
(R₁)a Si (OR₂)4-a
상기 식에서, R₁은 탄소수 1~6의 알킬기, 에폭시기 치환 알킬기, 아민기 치환 알킬기 또는 머캅토기 치환 알킬기이고, R₂는 탄소수 1~3의 알킬기이고, a는 0~3의 정수이다.
화학식 2
Ti(OR3)4
상기 식에서, R₃는 탄소수 1~6의 알킬기이다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 비금속 표면 코팅 조성물은 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴 고분자, 상기 화학식 1로 표시되는 알콕시 실란화합물, 안료, 산성기를 갖는 공중합체계의 분산제, 폴리실록산계의 소포제, 아마이드 왁스계의 증점제 및 용제로 이루어진 주제부와; 상기 화학식 2로 표시되는 알콕시 티타네이트 화합물 및 용제를 경화제부로 하는 2액형으로 구성된 도료이다.
(1)주제부
상기 화학식 1로 표시되는 알콕시 실란 화합물의 구체적인 예로는, 에틸트리에톡시 실란, 테트라에틸 올소실리케이트, 메틸트리메톡시 실란, 프로필 트리에톡시 실란, γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시딜록시프로필 메틸디에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디에틸디에톡시 실란, 프로필 트리메톡시 실란, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, 디메틸 디에톡시 실란, 테트라 메톡시 실란, 페닐 트리메톡시 실란, 페닐 트리에톡시 실란 등을 들 수 있다.
이같은 알콕시 실란 화합물의 함량은 주제부 조성 중 15~25중량%인 것이 바람직한 바, 만일 그 함량이 주제부 조성 중 15중량% 미만이면 소지와의 부착이 불량하고 25중량% 초과면 경화 후 도막이 열충격에 쉽게 균열이 발생하는 문제가 있 을 수 있다.
그리고, 본 발명의 조성물 중 수지로 사용되는 히드록시기를 갖는 유용성 불소 수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴수지는 수산기가가 25~40mgKOH/g의 값을 갖는 것이 좋다. 만일 수산기가가 25미만인 것을 사용하면 도막의 경도가 떨어지고 내용제성이 불량하며, 40을 초과하는 것을 사용하면 도막의 유연성이 떨어져 소지와의 밀착성이 저하된다.
이같은 히드록시기를 갖는 유용성불소수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴 수지의 함량은 주제부 조성 중 25~45중량%일 때 소지와의 부착성, 내용제성 등에서 우수한 물성을 발휘한다. 만일 그 함량이 주제부 조성 중 25중량% 미만이면 소지와의 부착성이 저하되며, 45중량%를 초과하면 내용제성이 현저히 떨어진다.
이같은 유용성 불소수지 또는 아크릴수지와 알콕시 실란화합물을 바인더로 하고, 여기에 안료, 분산제, 소포제, 증점제 및 용제를 가하면 본 발명 표면 코팅 조성물의 주제부를 얻을 수 있다.
이때, 안료로는 착색안료, 펄마이카, 알루미늄박 등을 사용하여 소지에 다양한 색상을 부여할 수 있다. 안료 사용시 그 함량은 주제부 조성 중 1~30중량%인 것이 바람직하다. 만일, 그 함량이 주제부 조성 중 30중량%를 초과하면 도막의 레벨링성이 떨어지며, 소지와의 부착성이 떨어진다.
용제로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노말부탄올, 이소부탄올, 네오부탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 부틸아세테이트, 자일렌, 톨루엔, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등이 있으며, 상기의 나열된 유기용제는 2종 혹은 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 이러한 용제는 주제부 조성 중 10~45중량%로 사용하는 것이 좋다. 만일, 그 함량이 10 중량% 미만일 경우 도막의 표면이 불량하며, 45중량%를 초과하면 도료의 점도가 낮아 실크스크린 도장시 작업성이 떨어진다.
또한 실크스크린 도장시 기포로 인한 도막외관의 저하를 막기 위해 폴리실록산계의 소포제가 사용되는 바, 그 함량은 주제부 조성 중 0.5~2중량%일 때 도막의 평활성과 도료의 소포 및 탈포성이 좋아지며, 2중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 소지와의 부착성이 저하된다.
그리고, 실크스크린 도장시 도료의 점도를 맞추기 위하여 아마이드 왁스계의 증점제가 사용되는 바, 그 함량은 주제부 조성 중 1~5중량%일 때 도료의 점도를 실크스크린 도장시 작업성을 발현할 수 있는 점도로 나타낼 수 있다. 만일, 그 함량이 주제부 조성 중 1중량% 미만일 경우에는 도료의 점도가 너무 낮게 되며 5 중량% 초과할 경우에는 도료의 점도가 너무 높게 되어 실크스크린 도장시 작업성이 떨어지게 된다.
코팅 조성물 중 안료의 분산성을 향상시키기 위해서는 산성기를 갖는 공중합체계의 분산제를 사용하는 것이 바람직한 바, 그 함량은 주제부 조성 중 0.1~1중량%로 첨가하였을 때 안료의 분산성을 향상시킬 수 있다. 만일, 그 함량이 0.1중량% 미만일 때는 안료의 분산성이 저하되어 도막의 외관이 불량하게 되며 1중량% 초과일 때는 도막의 부착성이 저하되게 된다. 상기 산성기를 갖는 공중합체계의 분산제로는 아크릴산, 메타크릴산, 마엘릭산, 비닐설폰산, 나프탈렌설폰산게의 분산제가 사용된다.
(2)경화제부
경화제부를 구성하는 상기 화학식 2로 표시되는 알콕시 티타네이트 화합물의 구체적인 예로는, 테트라이소프로필티타네이트, 테트라노말부틸티타네이트, 테트라키스-2-에틸헥실티타네이트, 테트라이소부틸티타네이트, 테트라네오부틸티타네이트, 테트라노말프로필티타네이트, 디부틸 디이소부틸록시 티타늄 등을 들 수 있다.
그 함량은 경화제부 조성 중 25~45중량%인 것이 바람직하다. 만일, 그 함량이 25중량% 미만일 때는 경화불량으로 인하여 부착성 및 내용제성이 저하되며, 45중량% 초과일 때는 도막에 균열이 발생할 수 있다.
이와 함께 경화제부를 구성하는 용제로는 하이드록시 카본 용제인 톨루엔, 자이렌 등과 알코올류인 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 1,2,4-트리메틸벤젠, 1-에틸-2-메틸벤젠, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 트리프로필렌글리콜 등을 들 수 있으며, 경화제부 조성 중 55~75중량%로 사용하여 경화제부를 제조할 수 있다. 만일, 그 함량이 55중량% 미만인 경우 도막에 균열이 발생할 수 있으며, 75중량% 초과일 때는 도료의 점도가 저하되어 작업성이 불량해진다.
상술한 바와 같은 조성의 주제부와 경화제부를 주제부 100중량부에 대하여 경화제부를 5∼30중량부 되도록 혼합하여 실크스크린으로 인쇄하면 유리, 플라스틱 등 비금속 표면에 우수한 부착성과 다양한 색상을 부여할 수 있다. 만일 경화제부를 주제부 100중량부에 대해 5중량부 미만으로 혼합사용하면 경화불량으로 인하여 부착성, 내용제성 등이 저하되며, 30중량부 초과 혼합 사용시에는 도막에 균열이 발생할 수 있고 도료의 점도저하로 인하여 작업성이 불량해진다.
이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼7 및 비교예 1∼4
다음 표 1에 나타낸 불소수지 또는 아크릴 수지를 반응기에 넣은 다음 1,000rpm으로 교반하면서 알콕시 실란 화합물을 넣은 다음, 1,000rpm으로 교반하면서 다음 표 1의 주제부 조성과 같이 분산제, 소포제, 증점제 및 용제 등을 넣고, 1,000rpm으로 교반하면서 아마이드 왁스계의 증점제가 모두 녹을 때까지 교반하였다. 아마이드 왁스계의 증점제가 모두 녹은 후에는 500rpm으로 교반속도를 감소시키고 안료인 알루미늄박을 투입하고 2시간 동안 교반하여 안료가 충분히 분산될 수 있도록 하여 주제부를 얻었다.
이와는 별도로, 용제를 반응기에 넣은 다음 500rpm으로 교반하면서 상기 화학식 2로 표시되는 알콕시 티타네이트 화합물 및 다음 표 1의 경화제부 조성 성분을 넣은 다음 30분 이상 교반하여 충분히 혼합함으로써 경화제를 얻었다.
이와같이 얻어진 주제부 100중량부와 경화제부 15중량부를 배합하여 비금속 표면 코팅 조성물을 제조하였다.
구 분 실시예(g) 비교예(g)
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4
주 제 부 불소수지 30 35 40 - - - - 40 - - 33
아크릴수지 - - - 25 30 35 40 - 40 - -
알콕시실란 화합물 18(1) 22(2) 25(3) 16(4) 19(5) 22(6) 25(7) - - 95(8) -
실록산수지 - - - - - - - - - - 15
BYK110a) 0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.8 1.0 0.6 0.6 - -
FOAMEX Nb) 0.8 1.0 1.2 0.8 1.0 1.2 1.4 1.0 1.0 - -
증점제c) 1.5 1.8 2.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.0 2.0 - -
자이렌 34.3 21.6 10.8 41.3 29.6 17.8 15.1 38.4 38.4 - 16
에탄올 - - - - - - - - - - 16
알루미늄박 15 18 20 15 18 21 15 18 18 - -
티타늄디옥사이드 - - - - - - - - - - 20
초산 - - - - - - - - - 5 -
총함량 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
경 화 제 부 테트라노말부틸티타네이트 5 5 5 5 5 5 5 5 5 - 0.4
부탄올 5 5 5 5 5 5 5 5 5 - -
자이렌 5 5 5 5 5 5 5 5 5 - 19.6
알칼리실리카졸 혼합액 - - - - - - - - - 55 -
ZrO2 - - - - - - - - - 27 -
Al2O3 - - - - - - - - - 11 -
탈크 - - - - - - - - - 5 -
침강방지제d) - - - - - - - - - 2 -
총함량 15 15 15 15 15 15 15 15 15 100 20
주)불소수지: 불휘발분 40~60%, 점도 10~150 센티포이즈, 수산기가:32 아크릴수지: 불휘발분 40~60%, 점도 20~120 센티포이즈, 수산기가:25 실록산수지: 에틸트리에톡시 실란 60∼70중량%+γ-아미노프로필 트리에톡시 실란 1∼5중량%+γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란 20∼30중량%+물 8∼15중량%+아세트산 0.5∼1.5중량% a)산성기를 갖는 공중합체계의 분산제, b)폴리실록산계의 소포제 c)아마이드 왁스계의 증점제, d)A380(데구사 제품) 1)γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란, 2)γ-글리시딜록시프로필 메틸디에톡시 실란, 3)메틸트리메톡시 실란 4)γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란, 5)γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란, 6)γ-글리시딜록시프로필 메틸디에톡시 실란, 7)메틸트리메톡시 실란 8)γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 표면 코팅 조성물을 수세 처리한 유리 시편에 30±10㎛의 도막 두께로 실크스크린으로 도장하고 120℃/40분 동안 강제 건조시킨 후, 다음 표 2에 나타낸 시험 항목으로 도막의 물성 평가 시험을 진행하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
부착성 시험은 KS D6711-92 기준에 의한 2mm × 2mm 크로스 컷팅 후 셀로판 테이프로 박리상태를 검사하였고, 내용제성은 에탄올을 헝겊에 묻혀 100회 왕복하여 검사하였고, 내한열성 시험은 -30℃/2시간↔60℃, 상대습도 90%이상/2시간을 100회 왕복하여 도막외관 및 부풀음 여부를 검사하였고, 내비등수성은 비등수 98℃±2의 물에 1시간 침적 후 도막외관을 검사하였고, 내산성은 5% 황산 수용액을 도막상에 1㎖ 떨어뜨려 24시간 경과 후 도막외관을 검사하였고, 내알카리성은 5% 탄산나트륨 수용액을 도막 상에 1㎖ 떨어뜨려 24시간 경화 후 도막외관을 검사하였다.
Figure 112003029837938-pat00001
상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 비금속 표면 코팅 조성물은 부착성, 내용제성, 내한열성, 내비등수성, 내산성, 내알카리성 등이 양호한 결과를 나타내었다. 특히 비교예 4의 경우 경화조건을 150℃/30분 경화시에는 양호한 물성을 나타내었으나 경화온도를 낮출 경우에는 완전경화가 이루어지지 않아 물성이 저하되는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 비금속 표면 코팅 조성물은 저온에서도 경화가 가능하여 우수한 물성을 나타냄을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 주바인더로서 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴 수지와 알콕시 실란화합물을 포함하고, 안료, 산성기를 갖는 공중합체계의 분산제, 폴리실록산계의 소포제, 아마이드 왁스계의 증점제 및 용제를 첨가한 주제부와 알콕시 티타네이트 화합물과 용제로 이루어진 경화제부를 포함하는 이액형의 비금속 표면 코팅 조성물은 유리, 플라스틱 등 비금속 소지에 실크스크린으로 인쇄하여 우수한 부착성과 다양한 색상을 부여 할 수 있다.

Claims (7)

  1. (정정) 주제부 조성 중, 히드록시기를 갖는 유용성 불소 수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴수지 25~40중량%, 다음 화학식 1로 표시되는 알콕시 실란화합물 15~25중량%, 안료 1~30중량%, 산성기를 갖는 공중합체계의 분산제 0.1~1중량%, 폴리실록산계의 소포제 0.5~2중량%, 아마이드 왁스계의 증점제 1~5중량% 및 용제 10~45중량%로 이루어진 주제부; 및
    경화제부 조성 중, 다음 화학식 2로 표시되는 알콕시 티타네이트 화합물 중에서 선택된 1종 이상 25~45중량% 및 용제 55~75중량%로 이루어진 경화제부를 포함하여, 이액형으로 이루어진 비금속 표면 코팅 조성물.
    화학식 1
    (R₁)a Si (OR₂)4-a
    상기 식에서, R₁은 탄소수 1~6의 알킬기, 에폭시기 치환 알킬기, 아민기 치환 알킬기 또는 머캅토기 치환 알킬기이고, R₂는 탄소수 1~3의 알킬기이고, a는 0~3의 정수이다.
    화학식 2
    Ti(OR3)4
    상기 식에서, R₃는 탄소수 1~6의 알킬기이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지 또는 히드록시기를 갖는 아크릴 수지는 수산기가가 25~40mgKOH/g인 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 화학식 1로 표시되는 알콕시 실란 화합물은 에틸트리에톡시 실란, 테트라에틸 올소실리케이트, 메틸트리메톡시 실란, 프로필 트리에톡시 실란, γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시딜록시프로필 메틸디에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디에틸디에톡시 실란, 프로필 트리메톡시 실란, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, 디메틸 디에톡시 실란, 테트라 메톡시 실란, 페닐 트리메톡시 실란 및 페닐 트리에톡시 실란 중에서 선택된 1종 또는 그 이상의 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 화학식 2로 표시되는 알콕시 티타네이트 화합물은 테트라이소프로필티타네이트, 테트라노말부틸티타네이트, 테트라키스-2-에틸헥실티타네이트, 테트라이소부틸티타네이트, 테트라네오부틸티타네이트, 테트라노말프로필티타네이트 및 디부틸 디이소부틸록시 티타늄 중에서 선택된 1종 또는 그 이상의 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 주제부 100중량부에 대하여 경화제부를 5∼30중량부 되도록 혼합하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 주제부의 용제는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노말부탄올, 이소부탄올, 네오부탄올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 부틸아세테이트, 자일렌, 톨루엔, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 및 트리프로필렌글리콜 중에서 선택된 1종 또는 그 이상의 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 경화제부의 용제는 톨루엔, 자일렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 및 트리프로필렌글리콜 중에서 선택된 1종 또는 그 이상의 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.
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