KR100895197B1 - 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물 - Google Patents

기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3급 아민기와 수산기를 포함하는 아크릴 수지 30 내지 70 중량부, 메톡시(Methoxy) 관능기 또는 실란올(Silanol) 관능기 중에 어느 하나를 포함하는 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체 5 내지 20 중량부, 백색안료 20 내지 30 중량부, 첨가제 및 희석제 5 내지 20 중량부를 포함하는 주제부 및 폴리이소시아네이트 20 내지 70 중량부, 기능성 에폭시 실란 20 내지 50 중량부, 희석제 10 내지 30 중량부를 포함하는 경화제부를 포함하되, 경화제부는 기능성 이소시아네이트 실란을 더 포함할 수 있으며, 주제부 및 경화제부는 5 내지 15 : 1의 중량비를 갖도록 구성되고, 기존 실리콘 변성 아크릴 수지 도료가 가지는 불량한 경화성, 내용제성, 건조성, 도막경도를 개선하고 내후성을 더욱 향상시킬 수 있다.
아크릴 수지, 실리콘 수지, 실리콘 중간체, 폴리이소시아네이트, 이소시아네이트 실란, 에폭시 실란

Description

기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물{Functional Silane Curable Urethane-Modified PolySiloxane Paint Composition}
본 발명은 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 실록산 반응과 에폭시 개환 반응 이외에 우레탄 반응을 추가로 도입한 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물에 관한 것이다.
도료는 자체 성분이 환경오염에 큰 영향을 미치는 주요한 요인이지만 도장된 도막의 수명도 환경오염에 영향을 미치는 큰 요인이 된다. 즉, 도장된 도막 중의 바인더인 합성 수지가 햇빛(특히 자외선)이나 열에 의해서 합성 수지의 사슬이 끊어지고 그로 인해 저분자량화 되는 열화로 인해 도막의 물성이 저하되므로 도막의 성능을 발휘할 수 없게 되고 재도장시 재도장 비용 뿐만 아니라 도료 중의 휘발물질로 인해서 환경오염에 큰 영향을 미치게 된다.
이에 전 세계적으로 도료의 Maintenance free를 위해 내후성과 산성비 등에 우수한 내구성을 지니는 도료의 개발이 강력히 요구되어 왔다.
이러한 요구에 따라 선진 각국에서는 1980년 초반부터 이와 관련된 연구가 활발히 진행 되어 왔으며 그 결실로 기존에 사용되어왔던 유기 고분자에 무기 고분 자를 도입하여 유/무기 복합체를 개발, 도료화에 성공하였다.
최근에 와서는 다양한 실리콘 화합물이 개발되어짐에 따라 이를 이용한 응용연구도 활발히 이루어져 도료분야 적용에 있어서도 보다 포괄적인 연구가 진행되고 있다.
이러한 추세에 맞물려 열이나 자외선에 노출 시에도 도막성능을 장기간 유지 할 수 있고 고내후성을 나타내면서 가격적으로 불소 수지 도료나 실리콘 수지 보다 저렴한 고기능성/고부가가치 도료를 개발하기 위해 실리콘 화합물을 도료에 적용하는 시도가 지속적으로 진행되어 왔다.
그러나, 실리콘 화합물을 도료에 적용하는 종래의 기술은 상온경화가 매우 느리고, 습기가 없는 조건에서는 경화가 안되는 단점을 지니고 있다. 또한, 상온 경화 건조성을 일부 개선시키더라도 중방식 도료 및 일반 공업용 도료 등의 적용에 있어서 만족스러운 경화성능이 발휘되지 못하며 내후성이 상대적으로 미흡한 경향을 나타낸다.
따라서 경화성, 내용제성, 건조성, 도막경도를 개선하고 내후성을 더욱 향상시킬 수 있는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 실록산 반응과 에폭시 개환 반응 이외에 우레탄 반응을 추가로 도입하여 기존 실리콘 변성 아크릴 수지 도료가 가지는 불량한 경화성, 내용제성, 건조성, 도막경도를 개선하고 내후성을 향상시킬 수 있는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물은 3급 아민기와 수산기를 포함하는 아크릴 수지 30 내지 70 중량부, 메톡시(Methoxy) 관능기 또는 실란올(Silanol) 관능기 중에 어느 하나를 포함하는 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체 5 내지 20 중량부, 백색안료 20 내지 30 중량부, 첨가제 및 희석제 5 내지 20 중량부를 포함하는 주제부 및 폴리이소시아네이트 20 내지 70 중량부, 기능성 에폭시 실란 20 내지 50 중량부, 희석제 10 내지 30 중량부를 포함하는 경화제부를 포함하되, 상기 주제부 및 상기 경화제부는 5 내지 15 : 1의 중량비를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물은 3급 아민기와 수산기를 포함하는 아크릴 수지 30 내지 70 중량부, 메톡시(Methoxy) 관능기 또는 실란올(Silanol) 관능기 중에 어느 하나를 포함하는 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체 5 내지 20 중량부, 백색안료 20 내지 30 중량부, 첨가제 및 희석제 5 내지 20 중량부를 포함하는 주제부 및 폴리이소시아네이트 20 내지 50 중량부, 기능성 에폭시 실란 20 내지 50 중량부, 기능성 이소시아네이트 실란 5 내지 15 중량부, 희석제 10 내지 30 중량부를 포함하는 경화제부를 포함하되, 상기 주제부 및 상기 경화제부는 5 내지 15 : 1의 중량비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물은 종래의 실리콘 변성 아크릴 수지 도료가 갖는 불량한 경화성, 내용제성, 건조성 도막경도를 개선하고 내후성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물은 비철금속 및 타일에도 접착력이 우수할 뿐만 아니라 비오염성 성능을 나타내는 효과가 있다.
본 발명의 도료 조성물은 주제부 및 경화제부로 이루어진다.
주제부는 3급 아민기와 수산기를 포함하는 아크릴 수지, 메톡시(Methoxy) 관능기 또는 실란올(Silanol) 관능기 중에 어느 하나를 포함하는 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체, 백색안료, 첨가제 및 희석제를 포함한다.
상기 아크릴 수지는 카르복시기를 더 포함할 수 있으며, 상기 3급 아민기 함유 모노머(monomer)로 DMAEMA(dimethylaminoethyl methacrylate), 상기 수산기 함유 모노머로 2-HEMA(Hydroxyethyl methacrylate), 2-HEA(Hydroxyethyl acrylate), 2-HPMA(Hydroxypropyl methacrylate) 중에 적어도 어느 하나, 상기 카르복시기 함유 모노머로 AA(acrylic acid) 또는 MAA(Methacryl acid) 중에 어느 하나를 공중합한 것을 사용한다.
상기 3급 아민기 함유 모노머는 전체 모노머 중 3 내지 10%를 사용하는데, 바람직하게는 5 내지 7%를 사용하는 것이 경화 특성과 내후성 측면에서 양호한 효과를 기대할 수 있다.
상기 수산기 함유 모노머는 전체 모노머 중 5 내지 20%를 사용하는데, 바람직하게는 7 내지 15%를 사용하는 것이 건조속도와 경화속도를 비롯한 제반물성 측면에서 양호한 효과를 기대할 수 있다.
상기 카르복시기 함유 모노머는 전체 모노머 중 1 내지 5%를 사용하는데, 바람직하게는 2 내지 3%를 사용하는 것이 아크릴 수지 자체의 중합도와 최종 도막의 실록산 반응 촉진 측면에서 양호한 효과를 기대할 수 있다.
상기와 같은 3급 아민기와 수산기를 포함하는 아크릴 수지로는 Super Resin09115(삼화페인트, 1.5OH% solids, 50%total solids)이 적용되었다.
상기 실리콘 수지 또는 상기 실리콘 중간체는 메톡시(Methoxy) 관능기 또는 실란올(Silanol) 관능기 중에 어느 하나를 포함하는데, 실란올 관능기를 함유한 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체로는 다우코닝사의 Z-6018, DC-805, DC-840, DC-808, DC-409HS, DC-431HS를 사용할 수 있고 또한 메톡시 관능기를 함유한 실리콘 중간체로는 다우코닝사의 DC-3037, DC-3074등을 사용할 수 있다. 이들 실리콘 수지 및 실리콘 중간체는 800∼300,000의 질량평균 분자량(Mw)을 가진다.
한편 상기 실리콘 수지 또는 상기 실리콘 중간체의 사용량은 아크릴 수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 30 중량부를 사용하는데, 바람직하게는 10 내지 15 중량부를 사용하는 것이 건조속도와 경화특성을 비롯한 제반 물성 측면에서 양호한 효과를 기대할 수 있다.
백색안료는 주로 백색으로 만들기 위해 사용하거나, 유색안료와 섞어서 색조를 바꾸거나 은폐력을 주기 위해 사용하는 안료로서, 본 발명에서는 티타늄 디옥사이드(Titanium Dioxide)를 사용하였다.
첨가제는 습윤분산제(wetting dispersion agent), 소포제(defoamer), 평활제(leveling agent) 침강방지제(anti-settling agent), 흐름방지제(anti-sagging agent) 또는 분화구방지제(anti-cratering agent) 중에 적어도 어느 하나를 포함하여 사용하는 것이 바람직하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 첨가제의 종류 및 양을 용이하게 유추할 수 있다.
희석제는 크실렌(xylene), 톨루엔(toluene), MEK(methylethyl ketone), MIBK(methylisobutyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate) 또는 PMA(propylene glycol monomethyl ether acetate) 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합물이다.
경화제부는 폴리이소시아네이트, 기능성 에폭시 실란, 희석제를 포함하여 구성되고, 기능성 이소시아네이트 실란을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 폴리이소시아네이트는 상기 아크릴 수지의 수산기와 반응성이 있으며, TDI(toluene di-isocyanate), MDI(methylene diphenyl di-isocyanate), IPDI(isophorone di-isocyanate), XDI(xylene di-isocyanate), HDI(hexamethylene di-isocyanate), TDI 삼량체, IPDI 삼량체 또는 HDI 삼량체 중에 적어도 어느 하나를 포함한다. 이중 HDI 삼량체 타입의 폴리이소시아네이트를 사용하는 것이 황변을 비롯한 내후성 측면에서 양호한 효과를 기대할 수 있으며, 그 사용량은 상기 아크릴 수지에 함유된 OH 당량을 기준으로 상기 HDI 삼량체의 폴리이소시아네이트를 1/0.4 내지 1을 사용하는데, 바람직하게는 상기 아크릴 수지에 함유된 OH 당량을 기준으로 상기 HDI 삼량체의 폴리이소시아네이트를 1/0.7 내지 0.9를 사용하는 것이 경화도막의 물성과 건조속도 그리고 내후성 측면에서 양호한 효과를 기대할 수 있다.
상기 기능성 이소시아네이트 실란은 상기 아크릴 수지의 수산기와 반응성이 있고 상기 실리콘 수지 또는 상기 실리콘 중간체와 반응성이 있는 화합물로써, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane 또는 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane 중에 적어도 어느 하나를 포함한다. 그 사용량은 상기 아크릴 수지 내 OH 당량을 기준으로 기능성 이소시아네이트 실란을 1/0.05 내지 0.5 사용하는데, 바람직하게는 상기 아크릴 수지 내 OH 당량을 기준으로 상기 기능성 이소시아네이트 실란을 1/0.1 내지 0.3 사용하는 것이 경화속도를 비롯한 제반 물성과 내후성 측면에서 양호한 효과를 기대할 수 있다.
상기 기능성 에폭시 실란은 상기 아크릴 수지 및 상기 실리콘 수지 또는 상기 실리콘 중간체와 반응성이 있는 화합물로써, 2-(3,4 epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane 또는 3-glycidoxypropyltriethoxysilane 중에 적어도 어느 하나를 포함하여 사용할 수 있다. 그 사용량은 상기 아크릴 수지 내 함유된 3급 아민기 당량과 카르복시기 당량의 합을 기준으로 상기 기능성 에폭시 실란을 1/0.5 내지 1.5 사용하는데, 바람직하게는, 3급 아민기 당량과 카르복시기 당량의 합을 기준으로 상기 기능성 에폭시 실란을 1/0.9 내지 1.2 사용하는 것 이 전반적인 경화속도 측면에서 양호한 효과를 기대할 수 있다.
상기 희석제는 크실렌(xylene), 톨루엔(toluene), MEK(methylethyl ketone), MIBK(methylisobutyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate) 또는 PMA(propylene glycol monomethyl ether acetate) 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합물이다.
본 발명에 따른 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물은 실록산 반응과 에폭시 개환 반응 이외에 우레탄 반응을 추가로 도입하였다.
화학식 1은 실록산 반응을 나타낸다.
Figure 112008045831092-pat00001
화학식 1은 기능성 에폭시 실란 및 기능성 이소시아네이트 실란의 실록산 경화 반응 및 메톡시 관능기 또는 실란올 관능기 중에 어느 하나를 포함하는 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체의 실록산 경화 반응을 나타낸다.
화학식 2 및 3은 에폭시 개환 반응을 나타낸다.
Figure 112008045831092-pat00002
Figure 112008045831092-pat00003
화학식 2는 아크릴 수지의 3급 아민과 기능성 에폭시 실란의 반응을 나타내고, 화학식 3은 아크릴 수지의 카르복시기와 기능성 에폭시 실란의 반응을 나타낸다. 에폭시 개환 반응은 화학식 2 및 3에 기재된 반응을 가리킨다.
화학식 4 및 5는 우레탄 반응을 나타낸다.
Figure 112008045831092-pat00004
Figure 112008045831092-pat00005
화학식 4는 아크릴 수지의 수산기와 기능성 이소시아네이트 실란의 반응을 나타내고, 화학식 5는 아크릴 수지의 수산기와 폴리이소시아네이트의 반응을 나타낸다.
본 발명의 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물은 상기와 같은 실록산 반응, 에폭시 개환 반응, 우레탄 반응을 통해 제조되어 경화성, 내용제성, 건조성, 도막경도, 내후성을 개선할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예 및 비교예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
본 실시예 1 내지 4에서는 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체, 기능성 에폭시 실란, 기능성 이소시아네이트 실란에 포함된 실리콘 함량에 따른 도막의 물성 실험을 위한 것으로 아래와 같은 방법으로 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료를 제조하였다.
실시예 1
기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료는 주제부와 경화제부로 구성된다. 본 발명에 따른 실시예 1의 도료 조성물의 주제부는 1.5OH%solids, 50%total solids인 3급 아민기 함유 아크릴 수지(삼화페인트, Super Resin 09115) 280g, 첨가제인 습윤분산제(BYK-Chemie, Disperbyk-163) 5g 및 소포제(BYK-Chemie, BYK-065) 5g, 증점제(Degussa, AEROSIL200) 2g, 백색안료인 티타늄 디옥사이드(Dupont, Ti-Pure R-706) 250g, 용제인 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 25g 및 PMA(DOW, DOWANOL PMA) 20g을 균일 혼합하고 볼밀로 약 2시간 연화하여 연화물을 제조하는 연화공정을 거친다.
연화공정 후, 상기의 연화물 587g에 3급 아민기 함유 아크릴 수지(삼화페인트, Super Resin 09115) 295g, 실리콘 수지(다우코닝, DC-808) 60g, 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 32g 및 PMA(DOW, DOWANOL PMA) 26g을 추가하여 약 1시간 분산하는 후첨배합 공정을 거쳐 주제부의 백색 도료를 제조하였다.
또한 경화제부는 폴리이소시아네이트(NIPPON, CORONATE HX) 350g, 기능성 에폭시 실란(지이도시바, Silane A-187) 340g, 기능성 이소시아네이트 실란(지이도시바, A-Link25) 100g 및 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 210g을 균일하게 혼합하여 제조하였다.
상기 제조된 주제부 및 경화제부를 8.9:1의 중량비로 혼합하여 물성실험을 진행하였다.
실시예 2
본 발명에 따른 실시예 2의 도료 조성물의 주제부는 실시예 1의 연화물 587g에 3급 아민기 함유 아크릴 수지(삼화페인트, Super Resin 09115) 270g, 실리콘 수지(다우코닝, DC-808) 85g, 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 32g 및 PMA(DOW, DOWANOL PMA) 26g을 추가하여 약 1시간 분산 후 주제부의 백색 도료를 제조하였다.
또한 경화제부는 실시예 1에서 제조된 경화제부를 적용하였다.
상기 제조된 주제부 및 경화제부를 9.2:1의 중량비로 혼합하여 물성실험을 진행하였다.
실시예 3
본 발명에 따른 실시예 3의 도료 조성물의 주제부는 실시예 2에서 제조된 주제부를 적용하였다.
또한 경화제부는 폴리이소시아네이트(NIPPON, CORONATE HX) 430g, 기능성 에폭시 실란(지이도시바, Silane A-187) 340g 및 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 230g을 균일하게 혼합하여 제조하였다.
상기 제조된 주제부 및 경화제부를 9.3:1의 중량비로 혼합하여 물성실험을 진행하였다.
실시예 4
본 발명에 따른 실시에 4의 도료 조성물의 주제부는 실시예 1의 주제부 연화물 587g에 3급 아민기 함유 아크릴 수지 (삼화페인트, Super Resin 09115) 235g, 실리콘 수지(다우코닝, DC-808) 120g, 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 32g 및 PMA(DOW, DOWANOL PMA) 26g을 추가하여 약 1시간 분산 후 주제부의 백색 도료를 제조하였다.
또한 경화제부는 실시예1에서 제조된 경화제부를 적용하였다.
상기 제조된 주제부 및 경화제부를 9.9:1의 중량비로 혼합하여 물성실험을 진행하였다.
표 1은 실시예 1 내지 4의 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물의 조성비를 나타낸 표이다
구분 실시예1 (g) 실시예2 (g) 실시예3 (g) 실시예4 (g)
주제부 연화공정 3급 아민기 함유 아크릴수지 (1.5OH%Solid, 50%TS) 280 280 280 280
습윤분산제 5 5 5 5
소포제 5 5 5 5
증점제 2 2 2 2
티타늄 디옥사이드 250 250 250 250
크실렌 25 25 25 25
PMA 20 20 20 20
후첨배합 공정 3급 아민기 함유 아크릴수지 (1.5OH%Solid, 50%TS) 295 270 270 235
실리콘수지 60 85 85 120
크실렌 32 32 32 32
PMA 26 26 26 26
경화제부 폴리이소시아네이트 350 350 430 350
기능성 에폭시 실란 340 340 340 340
기능성 이소시아네이트 실란 100 100 - 100
크실렌 210 210 230 210
비교예 1
0.3OH%solids, 50%total solids인 3급 아민기 함유 아크릴 수지 280g, 습윤분산제(BYK-Chemie, Disperbyk-163) 5g, 소포제(BYK-Chemie, BYK-065) 5g, 증점제(Degussa, AEROSIL200) 2g, 백색안료로 티타늄 디옥사이드 (Dupont, Ti-Pure R-706) 250g, 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 25g 및 PMA(DOW, DOWANOL PMA) 20g을 균일 혼합하고 볼밀로 약 2시간 연화하여 연화물을 제조하였다.
주제부는 상기의 연화물 587g에 3급 아민기 함유 아크릴 수지 295g, 실리콘 수지(다우코닝, DC-808) 60g, 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 32g 및 PMA(DOW, DOWANOL PMA) 26g을 추가하여 약 1시간 분산 후 주제부의 백색 도료를 제조하였다.
또한 경화제부는 기능성 에폭시 실란(지이도시바, Silane A-187) 1000g을 단독으로 하여 경화제부를 제조하였다.
상기 제조된 주제부 및 경화제부를 25.3:1의 중량비로 혼합하여 물성실험을 진행하였다.
비교예 2
50%total solids인 실리콘 변성 아크릴 수지(Kanegafuchi, Gemlac YM1532) 238g, 습윤분산제(BYK-Chemie, Disperbyk-163) 5g, 소포제(BYK-Chemie, BYK-065) 5g, 증점제(Degussa, AEROSIL200) 2g, 백색안료로 티타늄 디옥사이드 (Dupont, Ti-Pure R-706) 250g, 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 25g 및 PMA(DOW, DOWANOL PMA) 30g을 균일 혼합하고 볼밀로 약 2시간 연화하여 연화물을 제조하였다.
주제부의 연화물 555g에 50%total solids인 실리콘 변성 아크릴 수지(Kanegafuchi, Gemlac YC3623) 415g 및 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 30g을 추가하여 약 1시간 분산 후 주제부의 백색 도료를 제조하였다.
또한 경화제부는 DBTDL(ARKEMA, FASCAT 4202) 35g, 크실렌(대림코포레이션, Xylene) 735g 및 톨루엔(대림코포레이션, Toluene) 230g을 균일하게 혼합하여 경화제부를 제조하였다.
상기 제조된 주제부 및 경화제부를 10:1의 중량비로 혼합하여 물성실험을 진행하였다.
표 2는 비교예 1 및 2의 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물의 조성비를 나타낸 표이다.
구분 비교예1 (g) 비교예2 (g)
주제부 연화공정 3급 아민기 함유 아크릴 수지 (0.3OH%Solid, 50%TS) 280 -
실리콘 변성 아크릴 수지 - 238
습윤분산제 5 5
소포제 5 5
증점제 2 2
티타늄 디옥사이드 250 250
크실렌 25 25
PMA 20 30
후첨배합 공정 3급 아민기 함유 아크릴 수지 (0.3OH%Solid, 50%TS) 295 -
실리콘 변성 아크릴 수지 - 415
실리콘 수지 60 -
크실렌 32 30
PMA 26 -
경화제부 기능성 에폭시 실란 1000 -
크실렌 - 735
톨루엔 - 230
DBTDL - 35
시험예 1
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에서 제도된 도료 조성물을 각각 건조도막두께 60㎛로 도장하여 실온에서 7일간 방치한 다음 접착력, 촉진내후성, 60℃ 광택, 연필경도, 내수성, 내산성, 내알칼리성을 측정하였으며, 도장 후 경화건조 측정 및 시간대별 내용제성 실험을 측정하였다.
1. 내용제성
MEK(Methyl Ethyl Ketone)용제를 묻힌 거즈를 이용하여 도포된 도료가 벗겨져 피도면이 보일 때까지 건조된 도장 면을 문지른 다음, 상기 문지른 횟수를 측정하여 평가하였다.
2. 접착력
접착력은 ASTM D3359의 테스트 방법(Test Method) B에 따라 건조된 도막을 2mm간격으로 6개씩 서로 교차되도록 칼로 긁어 25개의 칸을 만든 다음, 3M 투명 테이프로 상기에 형성된 칸에 접착시킨 후, 도막이 박리된 정도에 따라 6단계(5B, 4B, 3B, 2B, 1B, 0B)로 평가한다.
3. 촉진내후성
QUV 시험은 ASTM G 154의 Cycle2에 의하여, UVB-313 Lamp를 이용하여 자외선조사(60℃ 4시간)/ 응축(50℃ 4시간) 의 사이클에 따라 촉진 실험 진행 후 광택보유율 및 색상차를 측정하여 평가한다.
4. 60°광택
60° 광택도는 KS M 5000-3312의 도료의 60° 경면광택도 시험방법으로 Glossmeter를 이용하여 입사각과 수평각이 각각 60° 일때의 반사율을 측정하여 표준관인 유리표면의 경면광택도를 100으로 하였을 때의 백분율로 표시하여 5회 측정한 평균값을 취한다.
5. 경화건조
ASTM D 1640의 건조시간 측정법에 의하여 경화건조법(Dry-through Time)에 따라 측정하였다.
6. 연필경도
연필경도는 JIS K-5400의 연필경도법에 따라 연필경도 시험기를 사용하여 건조된 도막에 연필의 종류별로 45º 각도로 하여 그어 보았을 때 긁힘이 나는 정도를 육안으로 판정한다. 연필경도는 …, B, HB, F, H, 2H, 3H, …의 순으로 나타내고, 오른쪽으로 갈수록 더 우수한 연필경도를 나타낸다.
7. 내수성
내수성은 ASTM D 870의 침적 시험방법에 따라 시편을 청수에 168시간 침지 후 블리스터링, 접착성 저하 및 도막의 연질이나 경질화를 평가한다.
8. 내산성
내산성은 KS M 5000-3411의 도료 건조 도막의 침지 저항성 시험 방법에 따라 시편을 5% HCl 수용액에 24시간 침지 후 블리스터링이나 60° 광택 변화를 측정하여 평가한다.
9. 내알칼리성
내알칼리성은 KS M 5000-3411의 도료 건조 도막의 침지 저항성 시험 방법에 따라 시편을 5% NaOH 수용액에 24시간 침지 후 블리스터링이나 60° 광택 변화를 측정하여 평가한다.
표 3은 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 물성을 측정하여 평가한 결과를 나타낸 표이다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
내용제성 (MEK Rubbing) 24시간후 40회 35회 40회 20회 10회 1회
168시간후 50회 이상 50회 이상 50회 이상 45회 35회 15회
접착력 AL 판 5B 5B 5B 5B 5B 5B
법랑 5B 5B 5B 5B 5B 3B
촉진내후성 (QUV 3000시간) 광택보유율 (%) 85 95 90 95 78 96
색차 1.8 1.3 1.5 1.0 2.0 0.7
60° 광택(%) 85 86 85 88 86 83
경화건조(시간) 4 5 4.5 6 8 12
연필경도 H H H F F HB
내수성 ○ ○ ○ ○ △ ○
내산성 ○ ○ ○ ○ ○ ○
내알칼리성 ○ ○ ○ ○ ○ ○
(○: 양호, △: 보통, ×: 불량)
표 3에 기재된 바와 같이, 물성을 측정하여 평가한 결과, 비교예 1, 2와 비교하여 실시예 1 내지 4의 내용제성 및 경화건조성이 매우 우수함을 알 수 있다. 따라서, 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물의 가교 기구로 에폭시 개환 반응과 실록산 반응 이외에 우레탄 반응을 추가 도입함에 따라 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체의 사용량을 증대시켜도 상온에서의 건조 및 경화속도가 크게 빨라지고 전반적인 내후성도 크게 향상되는 경향을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물은 연필경도에서도 비교예 1, 2보다 더 좋은 결과를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물은 일반 공업용에서 중방식 도료에 이르기 까지 광범위한 영역에서 적용이 가능한 효과를 제공한다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 3급 아민기와 수산기를 포함하는 아크릴 수지 30 내지 70 중량부, 메톡시(Methoxy) 관능기 또는 실란올(Silanol) 관능기 중에 어느 하나를 포함하는 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체 5 내지 20 중량부, 백색안료 20 내지 30 중량부, 첨가제 및 희석제 5 내지 20 중량부를 포함하는 주제부; 및
    폴리이소시아네이트 20 내지 70 중량부, 기능성 에폭시 실란 20 내지 50 중량부, 희석제 10 내지 30 중량부를 포함하는 경화제부;
    를 포함하며, 실록산 반응, 우레탄 반응 및 에폭시 개환 반응이 모두 발생하고,
    상기 주제부 및 상기 경화제부는 5 내지 15 : 1의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴 수지는 카르복시기를 더 포함하고,
    상기 3급 아민기 함유 모노머로 DMAEMA(dimethylaminoethyl methacrylate), 상기 수산기 함유 모노머로 2-HEMA(Hydroxyethyl methacrylate), 2-HEA(Hydroxyethyl acrylate) 또는 2-HPMA(Hydroxypropyl methacrylate) 중에 적어도 어느 하나, 상기 카르복시기 함유 모노머로 AA(acrylic acid) 또는 MAA(Methacryl acid) 중에 적어도 어느 하나를 공중합한 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이소시아네이트는 TDI(toluene di-isocyanate), MDI(methylene diphenyl di-isocyanate), IPDI(isophorone di-isocyanate), XDI(xylene di-isocyanate), HDI(hexamethylene di-isocyanate), TDI 삼량체, IPDI 삼량체, 또는 HDI 삼량체 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 에폭시 실란은 2-(3,4 epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane 또는 3-glycidoxypropyltriethoxysilane 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
  5. 3급 아민기와 수산기를 포함하는 아크릴 수지 30 내지 70 중량부, 메톡시(Methoxy) 관능기 또는 실란올(Silanol) 관능기 중에 어느 하나를 포함하는 실리콘 수지 또는 실리콘 중간체 5 내지 20 중량부, 백색안료 20 내지 30 중량부, 첨가제 및 희석제 5 내지 20 중량부를 포함하는 주제부; 및
    폴리이소시아네이트 20 내지 50 중량부, 기능성 에폭시 실란 20 내지 50 중량부, 기능성 이소시아네이트 실란 5 내지 15 중량부, 희석제 10 내지 30 중량부를 포함하는 경화제부;
    를 포함하며, 실록산 반응, 우레탄 반응 및 에폭시 개환 반응이 모두 발생하고,
    상기 주제부 및 상기 경화제부는 5 내지 15 : 1의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기능성 이소시아네이트 실란은 3-isocyanatopropyltriethoxysilane 또는 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 아크릴 수지는 카르복시기를 더 포함하고,
    상기 3급 아민기 함유 모노머로 DMAEMA(dimethylaminoethyl methacrylate), 상기 수산기 함유 모노머로 2-HEMA(Hydroxyethyl methacrylate), 2-HEA(Hydroxyethyl acrylate) 또는 2-HPMA(Hydroxypropyl methacrylate) 중에 적어도 어느 하나, 상기 카르복시기 함유 모노머로 AA(acrylic acid) 또는 MAA(Methacryl acid) 중에 적어도 어느 하나를 공중합한 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 폴리이소시아네이트는 TDI(toluene di-isocyanate), MDI(methylene diphenyl di-isocyanate), IPDI(isophorone di-isocyanate), XDI(xylene di-isocyanate), HDI(hexamethylene di-isocyanate), TDI 삼량체, IPDI 삼량체, 또는 HDI 삼량체 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 기능성 에폭시 실란은 2-(3,4 epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane 또는 3-glycidoxypropyltriethoxysilane 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 실란 경화형 우레탄 변성 폴리실록산 도료 조성물.
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