KR100828789B1 - 박막형 수성 소프트 질감도료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막형 수성 소프트 질감도료에 관한 것으로서, 상세하게는 기존의 수성 소프트 질감도료의 도막물성(내마모성, 부착성 등) 및 소프트한 질감은 그대로 유지하면서, 도료의 도막두께를 35 ~ 40 미크론에서 20 ~ 25 미크론으로 감소시켜 박막화함으로써, 도료사용량 감소에 따른 원가절감 및 냄새개선, 뿐만 아니라 부품표면에 새겨진 엠보의 구현성을 향상시킬 수 있는 박막형 수성 소프트 질감도료에 관한 것이다.
박막, 수성, 소프트 질감도료, 내마모성, 부착성, 엠보

Description

박막형 수성 소프트 질감도료{Thinwall Waterborne Soft Feel Paint}
본 발명은 박막형 수성 소프트 질감도료에 관한 것으로서, 상세하게는 기존의 수성 소프트 질감도료의 도막물성(내마모성, 부착성 등) 및 소프트한 질감은 그대로 유지하면서, 도료의 도막두께를 35 ~ 40 미크론에서 20 ~ 25 미크론으로 감소시켜 박막화함으로써, 도료사용량 감소에 따른 원가절감 및 냄새개선, 뿐만 아니라 부품표면에 새겨진 엠보의 구현성을 향상시킬 수 있는 박막형 수성 소프트 질감도료에 관한 것이다.
현재 자동차 시장에서는 소비자의 기호에 맞는 다양한 상품들이 출시되고 있으며, 점점 첨단화, 고급화를 앞다투어 개발하고 적용하는 추세이다. 이와 관련하여 자동차의 내장재 고급화도 현재 이슈가 되고 있으며, 세계 굴지의 자동차 메이커들도 인테리어의 고급화에 적극적인 투자를 아끼지 않고 있다. 현재 내장재 고급화와 관련된 기술들은 리얼우드 코팅 기술, 메탈라이징 기술, 수성 소프트 질감도료 등이 있으며, 이러한 아이템들은 내장재 고급화 목적과 동시에 환경친화적인 재료 및 공법으로 개발되고 있다.
소프트 질감도료는 단순히 부품 또는 피도장품의 외관을 보호하고, 다양한 칼라를 구현하고, 장식하기 위한 기존 도료 개념에서 한 단계 발전한 기능성 도료이다. 운전자 및 승객의 접촉빈도가 높은 자동차 내장재의 특성상, 도료에 부드러운 질감을 가미하여 내장재 고급화를 실현하는 기술이다. 이러한 소프트 질감은 이소시아네이트와 폴리올 간의 반응에 의해 합성되는 폴리우레탄 수지의 특성에 의해 만들어 지는 것이며, 함량 및 분자량 변화에 따라 다양한 질감을 구현할 수 있다. 처음 개발되었던 소프트 질감도료는 용제에 수지가 분산된 상태인 유성 소프트 질감도료로서, 2000년도 경 처음 개발되었고, 적용되었으나, 내장재 냄새등급 저하 및 용제를 사용함에 따른 환경적인 문제로 인하여 수성 소프트 질감도료가 개발되어 현재 적용 중에 있다.
수성 소프트 질감도료는 용제 대신 물에 수지가 분산되어 있는 도료로서, 현재 중형차 이상의 고급차종에 대부분 적용되고 있으며, 등급이 낮은 차종이라 하더라도 디자인의 컨셉 및 포인트를 주기 위한 장치로서도 많이 적용되고 있다. 투싼 차종을 시작으로 신형 베르나, 산타페 등의 차종에 현재 적용 중이며, 주요 적용부품은 인스트루먼트 판넬(Instrument Panel), 도어 트림(Door Trim), 콘솔 커버(Console cover), 센터페시아 판넬(Center Fascia Panel) 등이 있다.
현재 적용중인 수성 소프트 질감도료는 35 ~ 40 미크론 정도의 도막두께로 도장해야 자동차 내장재용으로 사용할 수 있는 수준의 도막물성 및 소프트 질감을 낼 수 있다. 그러나, 35 ~ 40 미크론의 도막두께는 부품표면에 새겨진 엠보 패턴을 덮는 수준으로, 엠보가 묻히는 현상이 자주 발생하고 있으며, 이러한 문제로 인하여 이 두께보다 얇게 도장하면 오히려 내마모성 및 부착성과 같은 도막물성이 제대로 구현되지 않는 문제점이 발생하고 있다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 즉 수성 소프트 질감도료의 박막화를 통해 원가절감 및 내장재 냄새 개선, 그리고 엠보 구현성을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하고자 연구 노력한 결과, 도막두께를 35 ~ 40미크론에서 20 ~ 25 미크론으로 감소시키기 위한 폴리올의 함량, 타입, 분자량 등을 변화시켜 분자구조를 설계, 제어하여 기존 수성 소프트 질감도료와 동등한 수준의 도막물성을 만족하는 박막형 도료를 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 기존의 수성 질감도료의 내마모성, 부착성 등의 도막물성 및 소프트한 질감을 그대로 유지하면서 도막두께를 35 ~ 40미크론에서 20 ~ 25미크론으로 감소시킨 박막형 수성 소프트 질감도료를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 기존의 수성 질감도료의 내마모성, 부착성 등의 도막물성 및 소프트한 질감을 그대로 유지하면서 도막두께를 35 ~ 40미크론에서 20 ~ 25미크론으로 감소시킨 박막형 수성 소프트 질감도료에 관한 것으로, 이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 바람직한 박막형 수성 소프트 질감도료는 폴리에스터 폴리올 15 ~ 20 중량%, 폴리카보네이트 폴리올 5 ~ 10 중량%, 경화제인 비황변 이소시아네이트 수지 5 ~ 12 중량%, 친수성 화합물 0.3 ~ 2 중량%, 탈이온수 35 ~ 55 중량%, 첨가제로서 안료 2 ~ 5 중량%, 광안정제 0.5 ~ 2 중량%, 증점제 0.3 ~ 2 중량%과, 감광제(소광제) 3 ~ 7 중량% 및 알리파틱 유기용제 2 ~ 5 중량% 로 이루어진 조성으로서, 고형분 함량은 50 ~ 60 중량% 정도이다.
본 발명에서는 폴리올을 폴리에스터형과 폴리카보네이트형 두 가지를 혼합하여 사용하며, 폴리에스터 폴리올과 폴리카보네이트 폴리올은 분자량이 8,000 ~ 15,000인 것이 바람직하며, 분자량이 8,000 미만인 경우에는 소프트한 질감 구현이 힘들고, 분자량이 15,000을 초과하면 도막물성(부착성, 내마모성, 내스크래치성 등)이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 상기 폴리에스터 폴리올의 함량이 15 중량% 미만일 경우에는 경화도가 떨어지는 문제가 있고, 20 중량%를 초과하면 저장성과 부착이 저하되는 문제가 있다. 폴리카보네이트 폴리올의 함량이 5 중량% 미만일 경우에는 부착성 및 내마모성 등의 도막물성이 떨어지는 문제가 있고, 10 중량%를 초과하면 소프트 질감이 저하되고, 냄새를 유발하는 문제가 있다.
또한, 비황변 이소시아네이트 수지는 이소프론 디이소시아네이트 및 하이드로필릭헥사메틸렌 디이소시아네이트 중에서 선택된 1종 이상의 것을 사용하며, 이의 함량이 5 중량% 미만일 경우에는 경화 시 황변이 생기는 문제가 있고, 12 중량%를 초과하면 백화 및 내수성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 친수성 화합물은 디메틸올프로피오닉 에시드 및 디메틸올부타노익 에시드 중에서 선택된 1종 이상의 것을 사용하며, 이의 함량이 0.3 중량% 미만일 경우에는 분산성이 용이하지 않아 저장성이 떨어지는 문제가 있고, 2 중량%를 초과하면 부착이 저하되는(재도장 시) 문제가 있다.
또한, 탈이온수는 천연수에 포함된 나트륨, 칼슘 등 양이온과, 염소이온, 황산이온 등 음이온이 제거된 것을 사용하며, 이의 함량이 35 중량% 미만일 경우에는 친수성 수지의 함량을 증가시켜서 분산성을 향상시켜야 하는 문제가 있고, 55 중량%를 초과하면 고형분의 함량이 작아지는 문제가 있다.
안료는 원하는 색상에 따라 무기안료를 선택하여 혼합해서 사용하며, 바람직하기로는 TiO2, 카본블랙, 옐로우 안료, 블루 안료, 그린 안료 및 레드 안료 등 에서 선택된 것을 적절히 혼합해서 사용한다. 이의 함량이 2 중량% 미만일 경우에는 착색 및 은폐가 잘 되지 않는 문제가 있고, 5 중량%를 초과하면 내열, 내광성 등이 도막물성이 약해지는 문제가 있다.
광안정제는 UV 업져브계 및 UV 할스계를 적절히 혼합해서 사용하며, 바람직하기로는 UV 할스계와 UV 업져브계의 비율을 2 : 1의 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 적합하다. 만일, 이의 함량이 0.5 중량% 미만일 경우에는 황변되고 광택의 저하를 가져오는 문제가 있고, 2 중량%를 초과하면 코팅 표면이 불안정한 문제가 있다.
증점제는 아크릴계 증점제 및 우레탄계 증점제 중에서 선택된 1종 이상을 사용하며, 만일, 이의 함량이 0.3 중량% 미만일 경우에는 도장시 도료가 흘러내려 작업성이 떨어지는 문제가 있고, 2 중량%를 초과하면 저장성이 떨어지고 가사시간이 짧아지는 문제가 있다.
감광제(소광제)는 실리카계, 지방족 탄화수소계 왁스 및 실리카계 왁스 중에서 선택된 1종 이상의 것을 사용하며, 바람직하기로는 실리카계 또는 실리카계 왁스를 사용하는 것이 적합하다. 만일, 이의 함량이 7 중량%를 초과하면 스크래치에 약한 문제가 있다.
알리파틱 유기용제는 바람직하게 분산안정성 면에서 뛰어난 아세테이트계 화합물 및 알킬렌글리콜 메틸에테르 중에서 선택된 1종 이상이 적합하며, 더욱 바람직하기로는 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 에틸렌글리콜 메틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에테르, 부틸렌글리콜 메틸에테르, 디부틸렌글리콜 메틸에스테르, 프로필렌글리콜 메틸에테르, 디프로필렌글리콜 메틸에테르 중에서 선택된 1종 이상의 것이 적합하다. 이의 함량이 2 중량% 미만일 경우에는 표면 레벨링이 저하되는 문제가 있고, 5 중량%를 초과하면 경화 시 백화를 발생하는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 박막형 수성 소프트 질감도료는 웨팅제, 씩소트로피제 등과 같은 다양한 첨가제를 추가로 함유할 수 있으며, 이들 첨가제의 사용량은 원하는 최종 용도 및 특성을 포함한 다양한 요인에 따라 적절히 조정되어 적용될 수 있다.
이하, 본 발명은 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명되나, 본 발명이 이러한 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 1 및 비교예 1 ~ 3
폴리프로필렌소재의 시험편 [HT240, 현대EP(엔지니어링 플라스틱)]에 소재와 질감도료와의 부착성을 위해 수성 프라이머를 7 ~ 10미크론 정도 도장하고 80 ℃에서 10분간 건조한 다음, 표1에 나타낸 조성의 박막형 수성 소프트 질감도료를 20 ~ 25미크론 도장하고, 상온에서 10분간 방치한 후, 80 ℃에서 20분간 건조하여 샘플을 완성하였다.
분자량 10,000의 폴리에스터 폴리올과 분자량 10,000의 폴리카보네이트 폴리올의 중량비율을 조절하여 실시예1 및 비교예 1 ~ 3의 샘플을 완성한 후 시험하였다.
무기안료는 카본블랙과 TiO2를 2.5 : 1의 중량비로 혼합하여 조색하였고, 광안정제는 UV 할스계와 UV 업져브계를 2 : 1이 중량비로 혼합하여 사용하였으며, 용제는 프로필렌글리콜 메틸에테르와 디프로필렌글리콜 메틸에테르를 1 : 1의 중량비로 혼합하여 사용하였다.
Figure 112006048384467-pat00001
시험예 : 도막 물성평가
상온 부착성 시험 : 시편에 수평 및 수직 방향으로 2 mm 간격으로 11 cut 씩 Cross-cut을 행한 후 표면을 부드러운 솔로 깨끗이 하고 적당한 폭과 길이의 규정된 테이프로 단단히 부착시킨 후 테이프를 한쪽 90 °각도로 강하게 당겨서, 박리된 도막눈금의 개수를 새었다. 바둑판 눈금 부착성 테스트라고도 하고 총 100개의 바둑판 눈금에서 박리된 개수가 많을수록 부착성이 나쁜 것이다.
내열 부착성 시험 : 자동차용 내장 부품의 경우 110 ℃에서 300시간 동안 방치한 후 꺼내어 실온에서 1시간 방치한 뒤 즉시 상기의 부착성 시험을 실시하였다.
내광 부착성 시험 : 자동차용 내장 부품의 경우 XENON ARC 하에서 블랙판넬 온도 89 ± 3 ℃, 조내 습도 50 ± 5 %RH, 조사 조도 0.55 ± 0.02 W/m2nm (340 nm에서)의 조건으로 총 누적광량이 1050 KJ/m2 이 될 때까지 조사한 후 꺼내어 시험편을 중성세제 수용액으로 세정하여 Air로 건조시켜 1시간 실온에서 방치한 후 상기의 부착성 시험을 실시하였다.
건식 마모시험 : 왕복마모시험기를 이용하여 시험하중 1 kgf, 시험 속도 30회 왕복/분, 마찰 스트로크 100 mm 의 조건으로 양면범포 마찰재를 이용하여 소지의 노출여부를 확인하고 그 시점의 회수를 조사하였다.
도막물성은 각 시험별로 5개의 시편에 대하여 평가한 후 평균값을 취하였으며, 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
구분 상온 부착성 (박리된 눈금 개수) 내열 부착성 (박리된 눈금 개수) 내광 부착성 (박리된 눈금 개수) 건식 마모 (소지노출 회수)
비교예 1 3 75 100 150
비교예 2 0 1 7 800
실시예 1 0 0 0 2,400
비교예 3 0 0 0 2,700
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 폴리카보네이트 폴리올의 함량이 증가함에 따라 상온, 내열, 내광성 시험 후의 부착성을 비롯한 내마모성 등의 전반적인 도막 물성이 향상되었다. 비교예 1과 비교예 2에서 알 수 있듯이 폴리카보네이트 폴리올의 함량이 소량 첨가되어도 부착성과 내마모성의 도막 물성이 급격히 향상되는 경향을 보였으며, 실시예 1에서 알 수 있듯이 폴리카보네이트 폴리올의 함량이 7.5 % 정도 되면, 완벽한 도막 부착성능이 가능하다. 비교예 3의 경우, 부착성 및 내마모성에서 가장 좋은 도막 물성을 보였으나, 도막이 너무 단단하여 소프트한 질감을 구현할 수 없었다. 상기 실시예의 결과, 실시예 1과 같이 폴리카보네이트 함량이 7.5 % 정도 처방되어 합성된 박막형 수성 소프트 질감도료가 도막물성 및 소프트 질감 모두에서 만족할 수 있는 수준이라 할 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 기존의 수성 질감도료의 도막물성(내마모성, 부착성 등) 및 질감을 그대로 유지하면서 도막두께를 35 ~ 40미크론에서 20 ~ 25미크론으로 감소시킨 박막형 수성 소프트 질감도료를 개발함으로써, 도료사용량 감소에 따른 원가절감 효과 및 내장재 냄새 개선, 뿐만 아니라 부품 표면 엠보 패턴의 구현성을 향상시킨 제품을 제조할 수 있다.

Claims (8)

  1. 폴리에스터 폴리올 15 ~ 20 중량%, 폴리카보네이트 폴리올 5 ~ 10 중량%, 경화제인 비황변 이소시아네이트 수지 5 ~ 12 중량%, 디메틸올프로피오닉 에시드 및 디메틸올부타노익 에시드 중에서 선택된 1종 이상인 친수성 화합물 0.3 ~ 2 중량%, 탈이온수 35 ~ 55 중량%, 첨가제로서 안료 2 ~ 5 중량%, 광안정제 0.5 ~ 2 중량%, 증점제 0.3 ~ 2 중량%, 감광제(소광제) 3 ~ 7 중량%, 알리파틱 유기용제 2 ~ 5 중량% 로 이루어져 도막두께가 20 ~ 25 미크론 수준에서 도막물성 및 소프트질감을 구현하는 것을 특징으로 하는 박막형 수성 소프트 질감도료.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비황변 이소시아네이트 수지는 이소프론 디이소시아네이트 및 하이드로필릭헥사메틸렌 디이소시아네이트 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 질감도료.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 안료는 TiO2, 카본블랙, 옐로우 안료, 블루 안료, 그린 안료 및 레드 안료 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 질감도료.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광안정제는 UV 업져브계, UV 할스계 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 질감도료.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 증점제는 아크릴계 증점제, 우레탄계 증점제 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 질감도료.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 감광제는 실리카계, 지방족 탄화수소계 왁스 및 실리카계 왁스 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 질감도료.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 알리파틱 유기용제는 아세테이트계 화합물 및 알킬렌글리콜 메틸에테르 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 질감도료.
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