KR101041371B1

KR101041371B1 - 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101041371B1
Application number: KR1020100066240A
Authority: KR
Inventors: 이현희
Original assignee: 이현희
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2011-06-14

Abstract

본 발명은 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재판재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 소재 표면 또는 소재 표면에 형성된 인쇄층 위에 도포되어 유기화합물이 포함되지 않은 수용성 코팅층을 형성함으로써, 친환경성을 구비하도록 한 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 수용성 코팅제는 수용성 아크릴 에멀젼 85∼95용적%, 광개시제 2∼6용적%, 습윤 레벨링제 0.3∼1.0용적%, 증점제 0.5∼2.0용적%, 소포제 0.3∼1.0용적%, PE-WAX 1.5∼4용적%, 습윤 분산제 0.3∼1.0용적%로 이루어지고,
본 발명은 목재층과, 상기 목재층의 표면에 열전사되어 형성되는 인쇄층과, 상기 인쇄층 표면에 상기 수용성 코팅제의 도포 및 UV 경화에 의해 형성되는 수용성 코팅층을 구비하도록 되어 있다.

Description

수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법{water-soluble coating composition and wood plank using the same, and its manufacturing method thereof}

본 발명은 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재판재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 수용성을 구비하고 유해성분의 방출이 없으며, 목재패널 등에 스프레이 코팅되어 소재의 표면가공여부에 관계없이 수용성 코팅층을 구비하는 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

근래에 들어 새집증후군의 문제가 심각하게 두각 되면서 새집증후군 원인의 80%를 차지하고 있는 새 가구 증후군의 문제가 더불어 두각 되었고, 소비자의 인식 또한 많이 변화해 친환경적인 가구를 선호하게 되었다.

일반적으로 사무용, 가정용, 주방가구에 사용되는 목재는 MDF, PB와 같은 인조 목이 국내 가구 시장의 90%이상을 차지하고 있다.

통상적으로 사무용, 가정용, 주방가구에 사용되는 표면처리 방법에 있어서는 멤브레인(비닐접착), 열전사, 종이, LPM, PVC 필름 등을 판재의 표면에 접착시킨 후 유성도료를 이용하여 도장으로 마감처리를 하거나 종이 자체에 코팅이 되어 있는 제품을 목재의 표면처리 방식으로 이용해오고 있으며, 통상적으로 원목의 질감을 살릴 수 있고 인쇄의 제약이 없는 열 전사 제품이 상대적으로 많이 판매되고 있다.

열전사제품의 경우 열전사필름을 목재의 표면에 접착시키는 공정에 있어서 MDF의 경우, 목재를 가공하여 재단한 후 목재의 표면에 열전사필름이 잘 접착하도록 사포로 MDF 표면에 기스를 내어 열전사용 접착제를 스프레이 방식으로 도포 후 건조시켜 열전사필름으로 목재의 표면과 옆면을 덮어 진공상태에서 120∼150℃의 열로 열전사필름을 압착시켜 MDF의 표면과 옆면에 잉크를 전이시킨 후 열 전사필름을 떼어내고 있다.

또한, 열전사필름을 떼어낸 후 목재의 표면이 가공되어 있어 잉크의 전이가 잘 되지 않는 부분은 전이된 잉크의 색과 유사한 안료를 붓이나 헝겊으로 칠하여 시각적으로 잉크가 모두 전이된 것처럼 하여 불량률을 줄인 후 유성 우레탄 도료를 이용하여 하도, 상도를 스프레이 공법으로 마감처리를 하는 방식을 사용하고 있다.

또한, 기존의 열전사 제품의 경우 유성 우레탄 도료로 마감처리를 하기 때문에 건조가 된 후에도 신경계에 영향을 미쳐 두통, 구토 등을 유발하는 휘발성 유기 화합물이 오랜 시간 다량 방출되며 자극적인 냄새가 심한 문제점이 있었다.

또한, 기존의 열전사 제품의 경우 마감 처리하는 코팅제가 열 건조 방식이기 때문에 건조장에서 2∼3시간 정도의 각각의 건조시간이 필요하게 되므로, 제품 생산 시 많은 시간과 공간을 필요로 하는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 소재 표면 또는 소재 표면에 형성된 인쇄층 위에 도포되어 유기화합물이 포함되지 않은 수용성 코팅층을 형성함으로써, 친환경성을 구비하도록 한 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 경화제나 유기용제와 같은 휘발성을 갖는 물질이 들어가지 않는 일액형 도료에 의해 코팅층을 형성하도록 하여, 햇빛에 장시간 노출되어도 황변이 없는 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 유성 우레탄 도료와 마찬가지로 열 건조 시간은 있지만 상대적으로 그 건조 시간이 짧으며, 열 건조 후 UV 경화 방식으로 건조가 되므로 생산 시간이 단축되는 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 UV 경화 방식으로 건조가능하면서, 스프레이 공법과 코터방식이 모두 가능하도록 하여, 목재 등의 소재표면 가공 여부와 관계없이 적용이가능하고, 이를 통해 대량 생산이 가능한 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 목재패널 등의 소재 마감처리 부분에서 신경계를 자극하여 두통, 구토를 유발할 수 있는 자극적인 냄새를 동반하는 휘발성 유기화합물이 포함되지 않을 뿐 만 아니라, VAC, VOC, 중금속이 포함되지 않은 친환경적인 코팅층을 구비한 수용성 코팅제와 이를 이용한 목재패널 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 수용성 코팅제는 수용성 아크릴 에멀젼 85∼95용적%, 광개시제 2∼6용적%, 습윤 레벨링제 0.3∼1.0용적%, 증점제 0.5∼2.0용적%, 소포제 0.3∼1.0용적%, PE-WAX 1.5∼4용적%, 습윤 분산제 0.3∼1.0용적%로 이루어지고,

상기 수용성 아크릴 에멀젼은 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate) 30∼50용적%, 메틸 메타크릴레이트(Methyl methancrylate) 30∼50용적%, 메타크릴산(Methacrylic acid) 5∼10용적%, 아크릴산(Acrylic acid) 2∼7용적%, 3-멜캅토프로피온산(3-Mercaptopropionic acid) 0.1∼2용적%, 과황산암모늄(Ammonium persulfate) 0.1∼2용적%를 포함하도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 목재층과,

목재층의 표면에 열전사되어 형성되는 인쇄층과,

인쇄층 표면에 상기의 수용성 코팅제의 도포 경화에 의해 형성되는 수용성 코팅층을 구비하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 목재패널 등의 소재 또는 소재의 인쇄층 표면에 휘발성 유기 화합물이 포함되어 있지 않은 수용성 코팅제에 의해 수용성 코팅층이 형성되어 있어, 건조 후 신경계를 자극하여 구토, 두통 등을 야기하는 자극적이 냄새가 없으며, 이를 통해 새집증후군, 새 가구 증후군을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 친환경적인 수용성 코팅제를 스프레이 도포에 의해 도포함으로서 목재패널 등의 소재표면 가공 여부와 관계없이 소재 표면에 수용성 코팅 층을 도포할 수가 있다.

또한 본 발명은 포름알데히드의 방산량이 0.005 ㎎/㎡·h 미만으로 검출됨으로서 친환경적인 목재판재를 사용하여 새집증후군, 새구증후군을 야기시키지 않는 효과가 있다.

또한 본 발명은 친환경적인 수용성 코팅제임에도 불구하고 기존 유성 우레탄 코팅제와 유성 UV도료와 같은 가격대에 생산이 가능하여 소비자에게 같은 가격대에 친환경적인 제품을 공급할 수 있으며 보다 좋은 품질의 제품을 공급할 수 있다.

또한 본 발명은 40∼50℃의 온도에서 5∼10분 정도 수분을 증발시킬 자연건조시간 이후 UV 건조방식으로 완전 건조가 이루어지고 상도, 하도의 개념이 없기 때문에 기존 유성 코팅제보다 빠른 건조시간을 구비한다.

또한, 기존의 유성 UV 도료는 점도가 높아 스프레이 공법에 사용할 수 없으며, 신너의 양을 늘려 점도를 낮춘다 하여도 UV 챔버를 통과 할 때 화재가 발생할 수 있는 문제점이 있으나, 본 발명의 친환경적인 수용성 도료는 스프레이 공법과 코터방식이 모두 가능하기 때문에 목재패널 등 소재표면의 가공여부와 관계없이 대량 생산을 가능하게 할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 수용성 코팅층 형성을 보인 목재패널 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 수용성 코팅층이 형성된 목재패널의 제조방법을 보인 블록예시도

도 1 은 본 발명에 따른 수용성 코팅층 형성을 보인 목재패널 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 수용성 코팅층이 형성된 목재패널의 제조방법을 보인 블록예시도를 도시한 것으로,

본 발명의 수용성 코팅제는 수용성 아크릴 에멀젼 85∼95용적%, 광개시제 2∼6용적%, 습윤 레벨링제 0.3∼1.0용적%, 증점제 0.5∼2.0용적%, 소포제 0.3∼1.0용적%, PE-WAX 1.5∼4용적%, 습윤 분산제 0.3∼1.0용적%로 이루어져 있다.

상기 메틸메타크릴레이트는 최종 코팅층에 내후성 및 경도를 증가시키는 역할을 함과 동시에, 희석제 역할을 하는 것으로, 그 함량이 30 용적% 미만인 때에는 점도가 너무 높고, 50용적%를 초과하는 때에는 최종 코팅층의 경도가 떨어진다.

상기 부틸 아크릴레이트는 유연성 및 탄성을 증가시키는 기능을 하며, 그 함량이 적정범위를 벗어날 경우, 다른 성분들의 함량에 영향을 주어 전체적인 물성을 저하시키게 된다.

상기 아크릴산 및 메타크릴산은 목재 또는 목재에 형성된 인쇄층과의 접착력 강화를 위한 것으로, 그 함량이 낮을 경우, 부착력이 저하되고, 그 함량이 너무 높을 경우, 가공성 등의 물성에 악영향을 미치게 된다.

상기 3-멜캅토프로피온산(3-Mercaptopropionic acid)은 분자량 조절 및, 수용성 아크릴에멀젼의 반응열 및 중합시간을 조절한다.

상기 과황산암모늄(Ammonium persulfate)은 산화제로써, 소량 첨가되어 목재층 또는 인쇄층에 대한 수용성 코팅층의 접착력을 향상시킨다.

상기 광개시제는 1-히드록시사이클로헥실페닐 케톤, 2,2-디메톡시-2-페닐-아세토페논, 잔톤, 벤즈알데하이드, 안트라퀘논 중 선택된 하나를 사용한다.

상기 습윤 레벨링제, 증점제, 소포제, 습윤 분산제는 공지 또는 주지의 것을 사용하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 폴리에틸렌 왁스(PE-WAX)는 내유동성을 강화시키고, 광택을 구비하도록 첨가하는 것으로, 1.5 용적% 미만일 경우에는 그 양이 너무 소량이여서 왁스의 효과가 나타나지를 않고, 3.0용적% 이상일 경우에는 저온에서의 균열저항성이 약화되게 된다.

본 발명은 목재층(10)과, 상기 목재층의 표면에 열전사되어 형성되는 인쇄층(20)과, 상기 인쇄층 표면에 0.05~0.4㎜ 두께로 도포된 수용성 코팅제의 UV경화에 의해 형성되는 수용성 코팅층(30)을 구비한다.

이때, 상기 인쇄층(20)은 열전사필름에 의해 목재층표면에 형성된다.

또한, 상기 수용성 코팅제는 수용성 아크릴 에멀젼 85∼95용적%, 광개시제 2∼6용적%, 습윤 레벨링제 0.3∼1.0용적%, 증점제 0.5∼2.0용적%, 소포제 0.3∼1.0용적%, PE-WAX 1.5∼4용적%, 습윤 분산제 0.3∼1.0용적%로 이루어지고,

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 목재를 용도 및 장소에 맞게 재단 가공하여 목재층을 형성하는 가공단계;

상기 목재층의 표면에 열전사 필름을 부착하고, 열전사필름을 고온가압하여 인쇄층을 형성하는 인쇄층 형성단계;

상기 인쇄층에 로울러, 솔, 붓, 바코더 및 스프레이에 의해 수용성 코팅제를 도포하는 도포단계;

상기 수용성 코팅제를 UV 경화시켜 수용성 코팅층을 형성하는 코팅층 형성단계를 포함하도록 되어 있다.

상기 수용성 코팅제는 인쇄층의 표면에 약 0.05~0.4㎜ 두께를 구비하도록 도포된다.

또한, 자외선 조사 수단으로는 수은램프, 크세논램프 등을 사용하며, 350∼400의 램프 파장을 이용하고, 조사선량은 700∼1,300mJ의 범위, 바람직하게는 700∼1,000 mJ 을 구비하며, 조사시간은 1초∼60초의 범위 바람직하게는 10∼30초 범위에서 조사한다. 즉, 조사선량이 700mJ 미만이거나, 조사시간이 1초 미만일 경우, 충분한 경화가 이루어지지 않아 코팅층이 형성되지 않으며, 조사선량이 1,300mJ 을 초과하거나, 조사시간이 60초를 초과할 경우, 코팅층이 변색되거나 취약성이 발생되게 된다.

상기와 같은 공정에 의해 이루어지는 본 발명은 접착성이 우수한 자외선 경화형 수용성 코팅제에 의해 인쇄층에 수용성 코팅층이 형성되어, 우수한 밀착성, 내구성, 내화학성, 내악품성을 구비하게 된다.

또한, 본 발명은 코팅층 형성후, 수용성 코팅제를 재도포하고 다시 UV 경화시켜 코팅층을 이중층구조로 형성하는 단계를 더 포함한다.

즉, 본 발명은 인쇄층 표면에 형성된 코팅층을 1차코팅층으로 하고, 상기 1차코팅층에 수용성코팅제를 도포 및 UV경화시켜 2차코팅층을 형성할 수 있으며, 이와 같이 코팅층이 이중층구조를 형성하게 될 경우, 전체 코팅층의 두께가 0.4㎜를 넘지않도록 1차코팅층과 2차코팅층을 형성한다.

이와 같이 코팅층이 이중층구조를 구비할 경우, 표면경도, 내구성 및 내화학성이 더욱 우수하게 된다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate) 40용적%, 메틸 메타크릴레이트(Methyl methancrylate) 40용적%, 메타크릴산(Methacrylic acid) 5용적%, 아크릴산(Acrylic acid) 3용적%, 3-멜캅토프로피온산(3-Mercaptopropionic acid) 1용적%, 과황산암모늄(Ammonium persulfate) 1용적%에 의해 수용성 아크릴 에멀젼을 생성하였으며,

이와 같이 생성된 수용성 아크릴 에멀젼 92용적%, 광개시제 3용적%, 습윤 레벨링제 0.5용적%, 증점제 0.5용적%, 소포제 1용적%, PE-WAX 2.5용적%, 습윤 분산제 0.5용적%에 의해 수용성 코팅제를 형성하였다.

실시예 2

실시예 1 에 따라 형성된 수용성코팅제에 대한 유해(중금속)측정시험을 하였으며, 그 결과는 다음의 [표1]과 같다.

[표1]

실시예 3

두께 9㎜ 의 시험편(목재) 상부면에 열전사필름에 의해 인쇄층을 형성한 후, 실시예 1 에 의해 형성된 수용성 코팅제를 0.2㎜ 두께로 스프레이 도포한 후 UV경화하여 수용성 코팅층을 형성하였으며, 이와 같이 수용성 코팅층이 형성된 시험편에 대한 건조도막상태(육안), 광택, 경도를 측정하였으며, 그 결과는 다음의 [표2]와 같다.

이때, 상기 수용성 코팅제는 조사거리 10㎝에서 조사선량 700mJ로 10초 동안 광경화시켜 수용성 코팅층을 형성하였다.

[표2]

실시예 4

실시예 3 에 따른 수용성 코팅층을 구비한 시험편에 대하여 유해물질 방출여부를 측정하였으며, 그 결과는 다음의 [표3]과 같다. 이때, 실시예 4 는 수용성 코팅층 형성 후, 1일 경화한 것을, 대비군은 일반 유성 우레탄 도장을 한 후 일년이 경과한 것에 대하여 시험하였다.

[표3]

실시예 5

실시예 3 에 따라 수용성 코팅층을 구비한 목재패널을 형성하고, 상기 목재패널을 30일 동안 햇빛에 노출시킨 후, 인쇄층의 노출에 대한 선명도를 테스트하였으며, 이에 대한 결과는 [표4]와 같다.

이때, 테스트 인원은 직업 및 성별에 관계없이 유행 및 주변환경의 변화에 민감하게 대응하는 10대, 20대, 30대를 중심으로 하였으며, 각 연령별로 10 명씩 A, B 의 2개조를 무작위로 선출하여, 오후 2시~4시 사이에 선명도를 테스트하였다.

이때 테스트 거리는 약 1ｍ 내외로 하였으며, 선명도는 100점 만점을 기준으로 하고, 대비군은 공지의 우레탄계 코팅층을 구비한 목재패널을 1일 햇빛에 노출시킨 것을 사용하였다.

[표4]

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

(10) : 소재층 (20) : 인쇄층
(30) : 수용성 코팅층

Claims

수용성 아크릴 에멀젼 85∼95용적%, 광개시제 2∼6용적%, 습윤 레벨링제 0.3∼1.0용적%, 증점제 0.5∼2.0용적%, 소포제 0.3∼1.0용적%, PE-WAX 1.5∼4용적%, 습윤 분산제 0.3∼1.0용적%로 이루어진 것을 특징으로 하는 수용성 코팅제.
청구항 1 에 있어서;
상기 수용성 아크릴 에멀젼은 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate) 30∼50용적%, 메틸 메타크릴레이트(Methyl methancrylate) 30∼50용적%, 메타크릴산(Methacrylic acid) 5∼10용적%, 아크릴산(Acrylic acid) 2∼7용적%, 3-멜캅토프로피온산(3-Mercaptopropionic acid) 0.1∼2용적%, 과황산암모늄(Ammonium persulfate) 0.1∼2용적%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 코팅제.
목재층과,
목재층의 표면에 열전사되어 형성되는 인쇄층과,
인쇄층 표면에 청구항 1 또는 청구항 2 의 수용성 코팅제가 도포되고 UV경화되어 형성되는 수용성 코팅층을 구비하는 것을 특징으로 하는 수용성 코팅제를 이용한 목재패널.
청구항 3 에 있어서;
상기 수용성 코팅층은 0.05~0.4㎜ 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 수용성 코팅제를 이용한 목재패널.
목재를 용도 및 장소에 맞게 재단 가공하여 목재층을 형성하는 가공단계;
상기 목재층의 표면에 열전사 필름을 부착하고, 열전사필름을 고온가압하여 인쇄층을 형성하는 인쇄층 형성단계;
상기 인쇄층에 로울러, 솔, 붓, 바코더 및 스프레이에 의해 청구항 1 또는 청구항 2 의 수용성 코팅제를 도포하는 도포단계;
상기 수용성 코팅제를 UV 경화시켜 수용성 코팅층을 형성하는 코팅층 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 코팅제를 이용한 목재패널 제조방법.