KR100961045B1 - 유연 압출물을 위한 코팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 UV 경화성 수지를 포함하며 유연성을 갖는 열가소성 압출물에 적용되는 코팅 제제를 포함하는 자동차용 실링 시스템에 관한 것이다.
UV 경화성 수지, 유연성, 열가소성, 압출, 코팅, 실링

Description

유연 압출물을 위한 코팅 시스템{Coating System for Flexible Extrusions}
본 발명은 예컨대 자동차 산업에서 유연 압출물, 특히 실링물(seals)로 사용되는 열가소성 압출물을 위한 코팅 시스템에 관한 것이다.
자동차 실링 시스템들은 다양한 합성 고무 및 합성적인 열가소성 물질로부터 일반적으로 압출에 의하여 제조된다. 열가소성 물질로는 열가소성 엘라스토머(TPE), 열가소성 올레핀(TPO), 열가소성 불카니세이트(TPV)가 사용되며, 가장 일반적으로 사용되는 합성 고무는 EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 단량체)이다. 이들이 글래스-런(glass-run) 채널, 웨더스트립(weatherstrip) 또는 벨트-라인 실링물을 형성하더라도, 실링물의 기계적, 화학적 및 물리적 특성을 향상시키기 위하여 표면 코팅이 요구된다.
현재 사용되는 코팅 시스템은 폴리에스테르 응집(flocculated) 섬유, 폴리우레탄 또는 실리콘 수지 시스템 또는 이들의 조합에 근거하고 있다. 폴리에스테르 응집 섬유는 열-활성 접착제로 실링 표면에 접착된다.
폴리우레탄 및 실리콘 수지 물질은 탈이온수 또는 유기 용매 혼합물중의 분산액 및/또는 용액일 수 있다. 이들 수지는 전형적으로 교차결합되며, 경화된(cured) 코팅물의 물리적 및 기계적 특성을 향상시키기 위하여 종종 이소시아네이 트 단량체를 사용한다.
코팅물에 사용되는 윤활제는 주로 분산액, 용액 또는 미세분말 형태로 공급되는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 또는 실리콘이다.
코팅 제제는 통상의 분무, 브러싱, 와이핑(wiping), 디핑(dipping) 기술을 이용하여 적용한다. 경화 활성화 메카니즘은, 고온의 공기, IR(light frequency) 및/또는 UHF(particle frequency)의 조합에 의한 실링 성분의 물리적 가열과 10 내지 40 미터 길이의 터널 오븐을 이용하여 제공된다. 상기 코팅 시스템의 경화를 위한 시간은 전형적으로 1 내지 15분이고, 구입가능한 오븐 장치에 의존한다.
본 발명의 목적은 장기간의 경화 시간을 요구하지 않으며 긴 터널의 오븐 사용을 피할 수 있는 유연 압출물을 위한 코팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, UV 경화성 수지 및, 임의의, 상기 수지를 위한 용매 또는 분산매를 포함하는 유연성을 갖는 열가소성 압출물을 위한 코팅 제제가 제공된다. 바람직하게는, 상기 수지는 PUD(polyurethane dispersion, 폴리우레탄 분산액)이고 용매/분산매는 물이다. 상기 제제는 바람직하게는 광개시제, 가교제 및 바람직하게는 마찰-감소제를 포함한다.
바람직하게는, 상기 PUD는 지방족 수성(waterborne) 수지 또는 상기 수지들의 혼합물이다. 예를 들어 Neorad R440, Neorez R600을 포함하고, 특히 이들의 혼합물이 더욱 바람직하다.
적합한 광개시제는 Irgacure 184 등을 포함한다. 바람직한 광개시제는 1-[4-(2-하이드록시에톡시)-페닐]-2-하이드록시-2-메틸-1-프로판-1-온(Irgacure 2959)이 다. 상기 가교제는 200 내지 400nm의 UV광(UVA, UVB 및 UVC)에 노출되었을 때 PUD 분산액을 기체(substrate)에 결합시켜 건조된 유연성 필름을 형성하도록 PUD 분산액의 교차결합을 활성화한다.
마찰 감소제는 바람직하게는 PTFE이며, 상기 PTFE는 바람직하게는 8 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 미세분말의 형태이다. 특히 더 바람직한 마찰 감소제는 퍼풀루오로폴리에테르에 기초한 수용성 미세에멀젼인 Fomblin FE20 EG이다.
상기 제제은 또한 하나 이상의 습윤제, 계면활성제 및 안료를 포함할 수 있다. 적합한 습윤제는 ⅰ) 실리콘 폴리에스테르 아크릴레이트 Tegorad 2200N, Slip 및 Flow 첨가제, ⅱ) 폴리에테르 실록산 공중합체 Tegoglide 450을 포함한다. 적합한 계면활성제는 FC430, Zonyl FSG, Tinuvin 292, Tinuvin 1130 및 Tinuvin 144를 포함한다.
PUD는 용매/분산매를 제외한 제제의 40 내지 80 중량%이며, 바람직하게는 60 내지 80 중량%, 더 바람직하게는 40 중량%이다.
광개시제는 용매/분산매를 제외한 제제의 1 내지 5 중량%, 바람직하게는 3 내지 5 중량%, 더 바람직하게는 3 중량%이다.
마찰 감소제는 용매/분산매를 제외한 제제의 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 25 중량%, 더 바람직하게는 10 중량%이다.
PUD는 용매/분산매에 38 내지 32 중량%, 바람직하게는 40 내지 41 중량%의 농도로 존재할 수 있다. NeoRad R440 또는 NeoRez R600(NeoResins에서 제조된 지방족 수성 우레탄), 또는 이들의 혼합물이 바람직하다.
본 발명의 제제는 압출성형시 압출 생성물에 연속적으로 적용되거나, 생성물이 형태를 갖춘 후에 적용될 수도 있다. 상기 제제는 예컨대 수작업 및 자동화된 분무 방식, 브러싱, 와이핑, 디핑 기술에 의한 적합한 방법으로 적용할 수 있다.
적합한 UV 공급원은 UVA 315 내지 400nm, UVB 280 내지 315nm, UVC 200 내지 280nm를 포함한다. 바람직한 공급원은 UV A, B, C이다. 수지의 경화는 1 내지 2초가 소요되나, 전형적으로는 1초 보다 적게 소요될 수 있다. 나아가, 상기 경화는 주위 온도에 영향을 받을 수 있다. 그러므로 본 발명의 시스템은 실질적으로 경화 오븐 길이 및 경화 시간을 감소시키며, 150 내지 180℃에서 1 내지 15분의 경화시간이 필요한 종래 방식에 비하여 1초 미만으로 코팅물을 경화시킴으로써 강하고 유연하며 마찰력이 낮은 필름을 생성할 수 있다. 상기 코팅물은 0.9 미만의 동적 마찰값 및 0.9 미만의 정적 마찰값을 가지며, 상기 코팅물은 우수한 내용매성, 유연성, 내수성, 해동(freeze-release)특성, 내열성 및 내습성을 갖는다. 상기 코팅은 열가소성 엘라스토머(TPE), 열가소성 올레핀(TPO) 및 열가소성 불카니세이트(TPV)로부터 제조된 압출 프로필에 적용될 수 있다. 바람직하게는 TPE 압출 기체에 적용할 수 있다.
특히 바람직한 양태로서, 본 발명은 분무, 브러싱, 와이핑, 디핑 등의 적용에 적합한, 퍼플루오로폴리에테르와 UV 경화성 수성 PUD 수지-기재된 시스템의 사용을 조합한 제제를 제공하며, 이러한 제제는 상기한 기체에 적용할 경우 상기한 바와 같은 기계적 및 화학적 내성을 보유하면서 100% 초과, 바람직하게는 120% 또는 150% 초과의 신장력을 갖는 유연한 필름을 제공한다. 이와 달리, 종래의 UV 경 화성 코팅물은 코팅 필름의 탄성력이 요구되지 않는 적용에만 제한되어 많은 경우에서 이의 이용에 한계가 있었다. 본 발명은 광범위한 기체에 대하여 다양한 동적 실링 시스템에 적용하기 위한 반복적인 유연성을 갖는 강하면서도 매우 유연한 UV 경화성 코팅물을 형성할 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 양태로서, 본 발명은 실링물의 반복된 구부림과 변형에 대하여 유연성을 갖는 코팅된 실링물을 제공하는 실링 시스템에 적용하기 위한 코팅 제제를 제공한다. 코팅물의 이러한 고도의 반복적인 유연성은, 특히 반복적인 구조적 압착 및 풀림에 노출되어 있는 웨더스트립 실링, 그 중에서도 특히 자동차 도어, 본넷(후드) 및 부트(트렁크) 실링에 중요하다.
본 발명은 여러 추가의 장점을 나타낸다. 계속되는 환경 평가는 더 낮은 VOC 한계치를 요구하고 있으므로, 본 발명의 UV 코팅물은 용매/분산매로서 물을 사용하거나 100% 단량체 시스템을 사용함으로써 낮은 또는 제로의 용매 배출을 나타낸다.
본 발명의 제제는 종래 기술에서 사용되는 2 팩(pack) 교차결합 코팅물에 비교하여 폿 라이프(pot-life)가 증가된 1-팩 분무 적용 시스템으로서 제공될 수 있다. 온라인 셋업 폐기물이 크게 감소되며, 코팅 검사/두께가 종래의 3분의 경화 시간에 비하여 경화 후 수초내에 측정될 수 있어, 코팅 및 기체 폐기물이 크게 감소될 수 있다.
적은 규모의 생산 시설이 요구된다. 현재의 기술을 이용한 시스템은 전형적으로 10 내지 40 미터 길이의 터널 오븐을 사용한다. 본 발명은 광원이 포함된 2 미터 길이의 터널 오븐을 요구하므로, 최소한 5의 계수에 의해 압출 라인 길이를 감소시킬 수 있다. 본 시스템은 또한 종래의 IR 또는 마이크로파 경화 오븐에 비하여 저에너지 비용이 소요된다. 신규 장치를 기존의 생산 라인에 쉽게 적합하게 설치할 수 있다.
최근 환경문제에 대한 관심이 증대되면서 재활용 물질의 사용을 확장하려는 추세에 있다. 이러한 경향은 특히 고무 및 플라스틱을 재활용 물질로 대체하도록 제조업체에게 압력이 가해지고 있는 자동차 산업에 두드러진다. 본 발명은 코팅 제제가 재활용될 수 있는 열가소성 물질을 코팅하는데 응용된다는 추가의 장점을 제공한다.
본 발명은 또한 엘라스토머의 부가 특성과 미래의 기체 물질인 열가소성 물질의 공정 특성을 조합한 폴리머인 TPE의 사용을 증가시킬 수 있다. 이러한 것들로는 다음을 포함한다:
ⅰ) 고무와 열가소성 물질(EPDM 및 폴리프로필렌(PP) 및 천연 고무/폴리프로필렌(NR/PP))의 혼합물
ⅱ) 연질 블록 공중합체
ⅲ) 경질 블록 공중합체
TPE, TPV 및 TPO와 같은 감온성 물질은 표면 또는 기계적 특성의 변화를 방지하기 위하여 약 100℃에서의 저온 경화를 요구한다. 현재, 이것은 촉매화된 교차 결합 시스템을 사용함으로써 얻어질 수 있다. 이는 유기주석 촉매의 사용과 관련하여 건강 및 안전이 사회문제가 되었다. 그러나, UV 경화는 주위 온도에서 수 행되므로 기체의 온도는 약 40℃이고 기체의 표면 또는 기계적 특성의 명백한 변화가 야기되지 않는다. 이러한 UV 경화성 공정은 필요하다면 경화 공정(저온 경화 시스템)과 관련하여 온도 증가가 없도록 설계될 수 있다.
본 발명은 다양한 방법으로 수행될 수 있고 몇개의 구체적인 예가 다음의 실시예에서 설명될 것이다.
실시예 1
EPDM 압출 기체를 용매-기재의 프라이머를 적용하여 전처리하였다. 제제 X는 다음을 혼합하여 제조되었다:
%
PUD(NeoRad R-440) 60.0 (40% 고형물)
PUD(NeoRez R-600) 20.0 (40% 고형물)
불소화된 폴리에테르 10.0
광개시제 A 또는 B(하기 참조) 3.0(40% 용액에 동등함)
N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 4.0
습윤제 3.0
제제 X는 기체의 오프라인 샘플에 15 내지 20㎕의 WFT(wet film thickness)로 적용하였다. 물을 120 내지 150℃에서 2분 동안 가열하여 제거하였다. 그 다음 UVA, UVB, UVC 수은 램프 UV 광원에 1.0초 동안 노출시켜 UV 경화시켰다. 코팅 물은 약 15μ의 DFT(day film thickness)를 갖고, 유연하고 마찰이 적으며 잘 부착되고 내마모성을 갖는다.
광개시제
A. 코팅물은 [1:1] 혼합(w/w/)에 2개의 광개시제(Irgacure 184:Irgacure 819)를 포함한다:
Irgacure 184
CAS 947-19-3
1-하이드록시-시클로헥실-페닐-케톤
Figure 112004026789268-pct00001

Irgacure 819
CAS 162881-26-7
BIS (2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스피네옥사이드
Figure 112004026789268-pct00002

B. 코팅물은 1개의 광개시제(Irgacure 2959)를 포함한다:
Irgacure 2959
CAS 106797-53-9
1-[4-(2-하이드록시에톡시)-페닐]-2-하이드록시-2-메틸-1-프로판-1-온
Figure 112004026789268-pct00003

실시예 2
TPE 압출물이 압출기를 나올때 코로나 방전으로 전처리한 다음, 제제 X로 분무하였다(실시예 1 참조). 상기 제제는 15 내지 20μ의 WTF로 분무되었다. 압출된 기체는 약 100℃의 고유 온도를 가지며 별도의 수분 제거가 요구되지 않았다. 분무된 기체는 10 내지 20 m/min의 속도로 동일 UV 광원에 노출시켰다. UV 광원에 1초 미만의 노출 후, 약 15μ의 DFT로 완전히 경화된 코팅물이 생성되었다.
UV 프로세스
UV 광에너지가 방출됨에 따라, 모바일 코팅물("습윤" 코팅 필름)중의 광개시제에 의해 흡수되고, 이것이 반응성 종(자유 라디칼)으로 분해되며, 자유 라디칼은 액체 제제중의 불포화 화합물과 반응하여, 중합반응을 일으킨다.
메카니즘(모든 광개시제에 적용)
단계
UV
[광개시제] → [광개시제]* 흡수
불활성 활성 (α,β 붕괴)
UV
[광개시제]* → R
Figure 112004026789268-pct00004
화학반응
활성 반응 종 반응 종에 작용
UV
R
Figure 112004026789268-pct00005
+ 수지(PUD) → R1
Figure 112004026789268-pct00006
개시
반응 종
UV
R1
Figure 112004026789268-pct00007
+ 수지(PUD) → R2
Figure 112004026789268-pct00008
전개
반응 종
UV
R1
Figure 112004026789268-pct00009
+ R1
Figure 112004026789268-pct00010
(또는 R2
Figure 112004026789268-pct00011
) → R-R 종결
비-반응 종
(중합체)

Claims (14)

  1. 유연성을 갖는 열가소성 압출물에 적용되는 코팅 제제를 포함하는 자동차용 유연성 물질에 있어서, 상기 코팅제제는 UV 경화성 수지 및 광개시제를 포함하고, 상기 수지는 수성 폴리우레탄 분산액(PUD)을 포함하고, 및 상기 광개시제는 200 내지 400 nm 파장의 UV광 노출시 상기 수지의 교차결합을 개시하도록 배열되는 자동차용 유연성 물질.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압출물이 열가소성 엘라스토머(TPE) 압출물인 자동차용 유연성 물질.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제제가 마찰 감소제를 포함하는 자동차용 유연성 물질.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수지가 용매 또는 분산매를 제외한 제제의 40 내지 80 중량%를 나타내는 자동차용 유연성 물질.
  5. 수성 폴리우레탄 분산액(PUD)을 포함하는 UV 경화성 수지, 및 200 내지 400 nm 파장의 UV광 노출시 상기 수지의 교차결합을 개시하도록 배열된 광개시제를 포함하는 코팅 제제를 제공하는 단계; 상기 제제를 유연성 압출 생성물에 적용하는 단계; 및 코팅된 생성물을 200 내지 400nm의 UV 광에 노출시키는 단계를 포함하는, 유연성을 갖는 열가소성 압출물을 코팅하는 방법.
  6. UV 경화성 수성 수지, 상기 수지에 대한 용매 또는 분산매인 물, 및 광개시제를 포함하는, 유연성을 갖는 열가소성 압출물을 위한 코팅 제제에 있어서; 상기 수지는 수성 폴리우레탄 분산액이고, 상기 광개시제는 200 내지 400 nm 파장의 UV광 노출시 상기 수지의 교차결합을 개시하도록 배열되는 코팅 제제.
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  10. 삭제
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