KR101218180B1 - 연질플라스틱용 수용성 2액형 폴리우레탄 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수용성 폴리우레탄 도료 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 수용성 폴리우레탄 도료 조성물은 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지를 바인더로 하여 TPO소재와 같은 연질플라스틱 소재에서 우수한 외관 및 부착성능을 나타냄과 동시에 내스크래치성, 내약품성, 내마모성, 및 내구성 등의 도막물성을 나타낼 수 있다.

연질플라스틱용, 내장재, 수용성

Description

연질플라스틱용 수용성 2액형 폴리우레탄 도료 조성물 {Composition for aqueous 2K polyurethane coating on flexible platic substrates}

본 발명은 수용성 폴리우레탄 도료 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지를 바인더로 하여 TPO (Thermo Plastic Olefin) 소재와 같은 연질플라스틱 소재에서 우수한 외관 및 부착성능을 나타냄과 동시에 내스크래치성, 내약품성, 내마모성, 및 내구성 등의 도막물성이 우수한 수용성 폴리우레탄 도료 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 철재는 고유 특성에 따라 강성은 뛰어나지만 수분에 노출시 녹이 발생하는 문제가 있으며, 플라스틱은 약품, 침식, 자외선, 또는 변색 등에 취약하여 외관에서 흐름, 흠, 색상의 제한, 또는 무딤 등으로부터 오는 표면 결함을 갖는다. 이런 문제점들을 해결하기 위하여 종래부터 용제형이나 수용성 도료를 도장하여 철재 또는 플라스틱 소재가 갖는 결점을 보완하고 있으며, 동시에 색상을 부여하여 외관을 향상시켜왔다.

그러나, 사회가 발전됨에 따라 소비자의 제품에 대한 요구수준도 높아지고 있으며, 근래에 들어 실 생활에서 자주 접하는 소재에 대해서는 물성이나 외관 뿐만 아니라 소재가 지니는 표면 특성에 부드럽고 고급스런 질감을 부여하여 소비자의 욕구를 더욱 충족시키고 있다.

특히 자동차 내장재의 경우 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌수지), MPPO(변형 폴리페닐렌 옥사이드), PP(폴리프로필렌), PVC(폴리비닐클로라이드), 또는 PU(폴리우레탄) 등이 주로 사용되었으나, 최근에는 올레핀계 수지의 사용량이 증가하고 있다. 올레핀계 수지 가운데 대표적인 TPO(Thermo Plastic Olefin)소재는 원가 절감 및 환경적인 측면에서 자동차 인판넬의 표피재에 적용이 확대되고 있다. 그러나 TPO 소재는 열악한 자체 내스크래치성 문제, 이형제 흐름 문제, 및 폭로시 열화되면서 내구성이 저하되는 문제 등으로 인해 반드시 도장이 필요하며, 최근 내장재용 도료의 VOC 규제 및 차량 실내 냄새 측면에서 수용성 도료 적용이 확대되고 있다.

상기 TPO 소재를 포함한 연질 플라스틱용 수용성 도료의 바인더로는 폴리에스테르 계열의 폴리우레탄 디스퍼전을 사용하는 1액형 타입이나 수분산 하이드록실기 중간체와 혼화성이 우수한 수분산성 이소시아네이트를 혼합하여 사용하는 2액형 타입이 일반적이다. 폴리우레탄 디스퍼전은 마모성, 충격성, 또는 내스크래치성 등에서 우수한 물리적 특성을 나타내기 때문에 자동차 플라스틱 도료용으로 널리 사용되고 있으며, 이 특성은 작은 입자 크기, 좁은 폭의 분자량 분포 등으로 인한 인접 메움(packing)효과와 쉬운 융합성(coalescence) 등에서 기인한다.

폴리우레탄 디스퍼전은 단단하고 딱딱한 것으로부터 소프트하고 유연한 영역 의 고분자로 제조가 가능하며, 자동차 산업에 사용되는 다양한 플라스틱 소지는 물성 개선과 외관 품질 향상의 측면에서 폴리우레탄 디스퍼전 수지의 영역을 확대시키고 있다. 그러나 도막의 강인성 또는 내화학성 등의 측면에서 2액형 수분산 폴리우레탄이 보다 효과적일 것이다.

수용성 2액형 폴리우레탄 도료의 도막 성질은 전통적인 코팅에 비해 유사한 수준이고 일반 경질 플라스틱 소재에서 어느 정도 우수한 물성 구현이 가능하지만, TPO와 같은 연질플라스틱에서는 도막의 유연성을 높게 설계해야 하므로 내마모성 등의 기계적 물성에 문제가 생길 수 있다. 도막의 유연성 및 탄성을 부여하기 위해서는 비록 폴리에스테르 양에 따라 가수분해 안정성이 빈약해질지라도 폴리올 양을 어느 정도 높게 설계하게 된다. 동시에 기계적 물성을 부여하기 위해선 수소결합이든 공유결합이든 가능한한 도막의 가교밀도를 최대한 높여야 한다. 그러나 가교밀도가 높은 가교 고분자는 높은 유리 전이온도를 가지게 되고 융합(coalescene) 되지 않아 정상 건조 온도 하에서 연속적인 도막을 형성하기 힘들 것이다. 따라서 일반적인 2액형 수용성 폴리우레탄 도료를 연질플라스틱에 적용하기에는 내약품성이나 내마모성에서 다소 부족한 물성을 나타내게 된다.

본 발명자 들은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 폴리우레탄계 도료의 바인더로 일반적으로 사용되고 있는 수용성 하이드록실기 중간체 대신 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지와 경화제로 수분산 형 폴리이소시아네이트 수지를 사용하여 우수한 도막물성을 구현할 수 있었고, 소광 효과를 부여하면서 질감 및 내마모성을 보완하는 무정형 합성 실리카, 내마모성과 슬립성 향상을 위한 폴리실록산계 실리콘 첨가제, 스프레이 작업성 향상을 위한 우레탄계 증점제를 사용하여 종래의 수용성 도료의 취약한 물성을 향상시키는 동시에 슬립성 및 외관 특성이 우수하며 작업성이 뛰어난 수용성 폴리우레탄 조성물을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 내스크래치성, 내약품성, 내마모성 및 내구성 등의 도막물성이 우수하고, 도막 건조 후 냄새가 적으며, 작업성이 우수한 연질플라스틱용 수용성 폴리우레탄 조성물로서 우수한 도막 물성을 형성하기 위한 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지 바인더 성분, 수분산형 폴리이소시아네이트 경화제 성분 및 도막 물성향상을 위한 첨가제를 포함되는 수용성 폴리우렌탄 도료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 COOH의 관능기를 가지는 음이온성 수분산 우레탄 수지와 에폭시 화합물을 반응시켜 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지 40～70중량부 및 수분산형 폴리이소시아네이트 7～15중량부를 포함하는 수용성 폴리우레탄 도료 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 구체적인 조성 성분은 하기에 의해서 구체화된다.

본 발명에 따른 도료 조성물의 바인더 수지는 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지이다.

일반적인 수분산성 폴리우레탄 분산체는 고분자 사슬에 이온성기를 도입하여 제조되며, 입자표면에 나타나는 이온성기의 형태에 따라 양이온성, 음이온성, 또는 양쪽성 이온으로 나누어지며, 고분자 주사슬이 갖는 이온의 전하에 따라 양이오노머와 음이오노머 및 양쪽성 이오노머를 형성한다. 음이온성 폴리우레탄 분산체의 크기는 대략 0.01 ~ 5㎛ 범위에 있고, 합성시 사용되는 이온성 기의 함량, 폴리올의 종류, 및 가교제의 함량과 같은 많은 인자들에 따라 변하며 입자크기는 폴리우레탄 분산 안정성에 직접적 영향을 준다. 상대적으로 큰 평균 입자크기(>1㎛)를 갖는 분산체는 분산안정성이 떨어져 불안정하며 침전되기 쉽고, 작은 평균 입자크기(<0.2㎛)를 가지는 분산체는 저장 안정성이 좋고 높은 표면에너지를 가지기 때문으로 필름 형성시 강한 상호작용과 결합력을 갖는다. 음이온성 폴리우레탄 분산체의 음이온성기로는 COO-와 SO3-가 있으며, COO-는 좋은 수분저항성과 우수한 분산성을 나타낸다

도료 분야에서 널리 사용되고 있는 일반적인 수분산성 폴리우레탄 수지는 수용성 하이드록실기 중간체와 수분산 이소시아네이트의 가교 반응에 의하여 제조된다. 이때 수용성 하이드록실기 중간체는 수산기가 그 말단에 존재하고 있어 내수성이 떨어지고 분자량이 상대적으로 작아 (약 5,000 ~ 30,000) 내용제성이 취약하게 된다.

그러나 본 발명에 따른 수분산 우레탄 수지는 COOH의 관능기를 가지는 고리 모양을 띤 음이온성 수분산 우레탄 수지와 에폭시 화합물을 반응시켜 수산기를 내부사슬에 도입하여 이소시아네이트와 추가로 가교결합을 할 수 있도록 한 것이다.

상기에서 에폭시 화합물은 하기 화학식 1의 화합물 (Cardura E-10™)인 것이 바람직하다.

상기식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기를 나타내며, 바람직하게는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기를 나타낸다.

본 발명에 따른 수분산 우레탄 수지의 제조 과정을 일예를 들어 설명하면 하기와 같다.

폴리올 (HO-R'-OH) 20 ~ 50중량부와 디메틸올프로피온산과 같은 COOH기를 가지는 폴리올 5 ~ 10중량부를 N-메틸피롤리돈(NMP)과 같은 용매 10 ~ 20중량부에 용해시킨 후 디이소시아네이트(OCN-R"-NCO) 5 ~ 20중량부 반응시켜 내부사슬에 COOH기를 가지고 있으며, NCO로 종결된 폴리우레탄 프리폴리머를 제조한다.

상기에서 폴리올은 촉매의 존재하에 글리콜과 산을 중합하여 제조한 폴리에스테르 폴리올이 바람직하다. 이 때 사용 가능한 글리콜은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 및 폴리에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 사용 가능한 산은 아디픽산 및 이소프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

또한 디이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 테트라메틸 자일렌 디이소시아네이트로부터 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

제조된 프리폴리머의 사슬 내부의 COOH기를 트리에틸아민(TEA)으로 중화하되, 바람직하게는 사슬 중의 COOH기 중 약 60 내지 80%를 COO-TEA+로 중화하고, 디아민 또는 트리아민으로 쇄연장시켜 COOH의 관능기를 가지는 고리모양을 띤 음이온성 수분산 우레탄 수지를 제조한다.

이어서 수득한 수분산 우레탄 수지에 상기 화학식 1의 에폭시 화합물을 1 ~ 5 중량부를 첨가하여 상기 COOH의 관능기와 반응시키면 에폭시기가 개환되어 내부사슬에 수산기를 함유하는 -COO-CH2-CH(OH)-CH2-O-C(O)-C(CH3)(R2)R1 기를 형성한다. 이와 같이 형성된 내부사슬의 수산기는 이소시아네이트와 추가로 가교결합을 형성할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 수분산 우레탄 수지는 기존의 수용성 하이드록실기 중간체에 비해 분자량을 증가시킬 수 있어 내약품성 및 내용제성을 크게 향상 시킬 수 있다. 또한 말단에 수산기가 존재하지 않으므로 내수성을 증가시킬 수 있고, 높은 가교밀도에도 불구하고 융합성이 좋아 도막형성이 우수하다.

한편, 상기 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지의 사용량은 총 도료조성물에 대하여 40 ~ 70 중량부가 바람직하다. 그 함량이 70 중량부를 초과하면 도료의 작업성이 떨어지는 문제가 생기고 40 중량부 미만 일 때는 도막의 가교도 저하로 인해 도막물성이 떨어지게 된다.

또한, 상기 수분산 우레탄 수지의 수평균 분자량은 50,000～80,000이고, 수산기가(OH %)는 0.5 ~0.8인 것이 바람직하다. 수평균 분자량이 50,000 미만이 경우 도막의 내용제성 및 내수성 향상 효과가 크지 않고, 80,000을 초과하는 경우 수지 점도가 높아져 핸들링하기 어렵게 된다. 또한, 수분산 우레탄 수지의 수산기가가 0.5 미만인 경우 도막가교밀도 향상 효과가 크지 않고, 0.8을 초과하는 경우 가교밀도는 향상되나 점도상승에 따라 고형분이 떨어지게 된다.

도막 형성을 위해서는 수산기와 결합할 수 있는 가교제가 필요하다. 본 조성물에 사용 가능한 가교제는 아지리딘, 카보이미드계 또는 폴리이소시아네이트 등이 있으나, 본 발명에서는 가교 밀도에 의한 감성품질, 내광성 및 내약품성 등의 물리적 성질을 고려하여 수분산 가능한 폴리이소시아네이트, 바람직하게는 헥사디메틸렌디이소시아네이트(HDI) 7 ~ 15 중량부를 사용하였다. 그 함량이 7 중량부 미만이면 폴리올과 충분한 반응을 할 수 없어 내마모성 등의 도막물성이 저하되고, 15 중량부를 초과하면 도막이 단단하면서 감성물성이 떨어지게 된다.

상기 수용성 폴리우레탄의 내부사슬에 추가로 도입된 수산기와 이소시아네이트와의 결합으로 가교 밀도가 높은 망상 형태의 견고한 폴리우레탄 도막이 형성되며, 부가적으로 이소시아네이트기와 물이 반응하여 폴리우레아가 형성되기도 한다.

폴리이소시아네이트는 NCO 함량과 관능기수에 따라 물성에 미치는 영향이 달라지므로 일정 이상의 관능기수와 NCO 함량을 지닌 폴리이소시아네이트를 사용하 여야 한다. 본 발명에 따른 도료 조성물에서는 NCO 함량은 16 ~ 18 중량%이고, 관능기수는 3.5 ~ 4.5이며, 당량은 200 ~ 300인 수분산형 폴리이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 NCO 함량, 관능기수 및 당량의 범위 내의 폴리이소시아네이트는 우수한 내마모성 및 내용제성을 지닌 도막을 제공할 수 있다.

또한, 수용성 폴리우레탄 수지의 가교는 부가반응을 동반하기 때문에 이소시아네이트와 수산기의 반응 비율(NCO/OH)은 당량비로 1: 1.3 ~ 1.8의 범위가 바람직하여, 수산기의 반응 비율이 1.3 미만이면, 내마모 및 내약품성 등의 도막 물성 저하가 유발되고, 1.8을 초과하면 도막이 단단해져 질감이 떨어지게 된다.

한편, 본 발명에 따른 도료 조성물은 또한 무정형 합성 실리카 소광제, 디메틸 폴리실록산계 실리콘 첨가제, 작업성 향상을 위한 우레탄계 증점제, 도막 형성의 보조와 외관 향상을 위한 폴리실록산계 표면윤활제, 및 비이온계 소수성 계면활성제로 이루어진 첨가제를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수용성 폴리우레탄 도료 조성물은 실내용으로 사용되는 도료이기 때문에 외관상 60˚ 광택 기준으로 1 ～ 2%의 낮은 광택이 요구된다. 광택의 정도는 도막 면의 거칠기, 용매 증발 및 필름 수축의 형태와 도장 공정, 온습도 조건, 용제 및 첨가제의 조성 등의 인자에 영향을 받으며, 우선적으로는 도막 표면의 거칠기에 의해 결정된다. 표면 거칠기의 효과를 나타내기 위해 일반적으로 도료에서 사용되는 물질은 실리카, 탈크, 또는 칼슘 카보네이트 등이 있으며, 도료가 소지에 도장된 후 소광제는 젖은 도막에 균일하게 분포하게 된다. 용매 또는 물이 증발하게 되면서 도막의 두께가 감소하고, 필름이 수축하게 되면서 소광제의 거친 표면이 나타나게 되는데, 이때 조사된 빛이 거친 표면에 확산 및 산란 반사되면서 광택의 높고 낮음을 인지할 수 있게 된다.

도막의 광택을 감쇄시키기 위한 성분인 마이크로나이즈드 실리카는 그 제조방법에 따라 열처리, 침전형, 유기코팅, 흄드, 왁스 코팅 실리카, 및 겔 등으로 구분할 수 있으며, 건조 도막의 투명성과 소광 효율, 내스크래치 등의 물성 확보를 위해서는 열처리 방식으로 제조되어 경도 특성이 우수한 마이크로나이즈드 실리카를 사용하는 것이 유리하다. 왁스 처리된 실리카를 사용할 경우에 표면 질감이 개선될 수 있으나 건조 도막에서의 선영성 저하가 유발 될 수도 있다. 실리카의 다공질 특성은 높은 소광 효과를 발휘하지만, 다량 사용할 경우 수지분을 흡수하여, 부착이나 도막의 유연도 저하를 유발할 수 있으며, 무정형으로 표면에 불규칙한 막을 형성하기 때문에 스크래치에 약한 특성을 나타낸다.

본 발명에서는 소광력, 내스크래치성 및 내마모성이 우수하고, 선영성에 영향을 주지 않으며, 물에 대한 분산성이 양호한 무정형 합성 실리카 5 ～ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 그 입자경은 3 ～ 4 마이크론인 것이 바람직하다. 그 사용량이 5 중량부 미만이면 내스크래치성이 떨어지고 원하는 광택을 얻을 수 없으며, 10 중량부를 초과하면 선영성이 저하된다.

또한 도막의 내마모성 향상을 위해서는 도막의 경도뿐만 아니라 도막의 슬립성이 큰 영향을 미친다. 따라서 본 발명에 따른 조성물은 슬립성 향상과 그에 따른 내마모성을 더욱 높이기 위하여 타이어 제조 이형제로 쓰이는 고분자량의 디메틸 폴리실록산계 실리콘 첨가제 1 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 그 사용량이 1 중량부 미만이면 슬립성 개선효과가 크지 않고, 5 중량부를 초과하면 도료의 저장성 문제 및 내열성 등의 장기물성 실험에서 광택이 상승하는 문제가 생길 수 있다.

또한, 본 발명에서는 플라스틱 소재의 표면 습윤을 위해 비이온계 소수성 계면활성제, 예를 들어 실록산계, 술폰계, 에톡시 변성 폴리에테르계 계면활성제를 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 소포성 및 동적 표면장력 저하 효과가 우수한 아세틸레닉 디올계 계면활성제를 0.1 ~ 1중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 그 사용량이 0.1중량부 미만이면 소포성 및 습윤성이 떨어지고, 1중량부를 초과하면 도막에 크래터링이 생길 수 있다.

본 발명의 도료 조성물은 도막평활성 확보를 위해 아크릴계, 폴리에스터 또는 폴리에테르 변성 폴리실록산계 표면윤활제를 전체 도료 조성물에 대해서 각각 0.1 ~ 1중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 그 사용량이 0.1 중량부 미만이면 도막평활성 효과가 떨어지고, 1 중량부를 초과하면 도막에 크래터링이 생길 수 있다.

일반적으로 도료의 스프레이 작업성 향상을 위해 아크릴 타입의 알칼리 습윤성 에멀젼 증점제를 적용하나 부서지기 쉬운(brittle) 특성으로 우레탄 도막에 적용하기 어렵고 무기계 층상 실리카 타입의 증점제는 낮은 전단(shear) 영역에서 점도가 높아 기포발생이 쉽고 도장 표면의 평활성이 떨어지며 저장성에 문제가 생길 수 있다. 따라서 우레탄 도료의 증점제로는 표면특성이 유사한 우레탄계 증점제가 적합하다. 우레탄 증점제는 pH에 크게 상관없이 증점효과가 우수한 반면 일반적으로 스프레이 작업성이 떨어진다. 본 발명에서는 도료가 엘라스틱(elastic) 특성을 나타내기 때문에 낮은 전단영역의 슈도플라스틱(Pseudoplastic) 타입보다는 중저 전단(medium-low shear) 영역의 우레탄 및 폴리메릭에스터 혼합물 증점제 0.1 ~ 1 중량부를 적용하여 우레탄 도료에서의 우수한 작업성을 구현하였다. 그 사용량이 0.1 중량부 미만이면 증점력이 떨어지게 되고, 1 중량부를 초과하면 도막 내구성을 취약하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 도료 조성물에는 분야에 공지된 통상의 안료 및 첨가제가 필요에 따라 사용될 수 있다.

본 발명은 또한 상기 도료 조성물로 피복된 열가소성 올레핀계 제품에 관한 것이다. 상기 열가소성 올레핀계 소재는 자동차 내외장 부품, 특히 트림, 판넬, 콘솔, 시트, 탑실러 또는 에어백 커버 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.

이하 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 이들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예

우레탄 수지 A) 및 이온교환수 J)를 용기에 넣고 교반기를 사용하여 저속으로 혼합하면서 무정형 합성 실리카 D)를 투입하여 1000rpm으로 10분간 분산시켰다. 디메틸 실록산계 실리콘 첨가제 혼합액 E), 아세틸레닉 디올계 비이온계면활성제 F), 폴리실록산계 표면윤활제 G), 증점제 H) 및 조색제 I) 투입하여 10분간 교반하였다.

수분산형 폴리이소시아네이트 C)를 혼합하고 필요에 따라 이온교환수를 사용하여 점도를 포드컵 (NO#4) 55 ~ 65초로 조정하였다.

각 실시예에 기재된 구체적인 도료조성물의 조성 및 함량은 하기 표1에 나타난 바와 같다.

A) 수산기를 내부사슬에 도입한 고분자량 수용성 우레탄 수지로서 수평균 분자량이 50,000～80,000이고 고형분 40% ((주)애경화학, PUD2807R)

B) 지방족 폴리에스터계로서 수평균 분자량이 5,000～30,000이고, 연신율 400 ~ 800%, 고형분 55% 인 수용성 하이드록실기 중간체 (Bayer사)

C) NCO 함량 16 ~ 18 중량 %, 관능기수 3.5 ~ 4.5, 당량은 200 ~ 300인 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI) (Bayer사)

D) 무정형 합성 실리카로서 입자경 3 ~ 4㎛ (Grace사)

E) 디메틸 실록산계 실리콘 첨가제 혼합액으로 이온교환수 50% 희석한 것임. 디메틸 실록산계 실리콘은 80% 고형분임 (DOW Corning사)

F) 아세틸레닉 디올계 비이온계면활성제 (Surfynol 104 BC, Air Product사)

G) 폴리실록산계 표면윤활제 (WET280, Tego사)

H) 증점제 : 우레탄 수지 및 폴리메릭에스터 혼합물, 고형분 40% (Munzing사)

I) 조색제(흑색)

J) 이온교환수

시험예

상기 각각의 조성물을 이용하여 프라이머 도장이 된 TPO 시편에 건조 도막 두께 15 ~ 20마이크론으로 스프레이 도장한 후, 80℃의 온도 조건에서 20분 동안 건조하여 72시간 방치한 시편을 사용하여 물성을 평가 하였다.

상기와 같이 제조된 도막의 물성을 다음과 같이 측정하여 그 결과를 하기 표 2)에 나타내었다.

1) 외관

- 플라스틱 소지에 도료를 도장한 후, 80℃조건에서 20분 동안 건조시킨 후 표면의 기포, 이물, 반점, 홈, 및 평활성의 정도와 60° 광택 기준으로 1.5～2.0% 범위의 규격 만족 여부를 비교하여 문제가 없을 시 우수한 것으로 판단한다.

2) 부착성

- ASTM D3359 테이프 부착성 시험 방법에 의거하여 1㎜ x 1㎜ 눈금 100개 중에서 테이프 접착성 시험 후 박리된 부분의 정도를 관찰하였다.

3) 내약품성

- 이소 부틸 알코올, 에탄올, 및 메탄올을 이용하여 각각 75% 수용액을 제조한 후 부드러운 천에 적셔 20회 왕복 문지름 테스트를 한 결과를 관찰하였다. 테스트 결과 도막이 벗겨지거나 변색이 되지 않을 때 우수한 것으로 판단한다.

4) 내후성

- 제논 광원을 사용하는 촉진 내후성 시험기기로 흑판 패널 온도 83±3℃ 에서 500시간 동안 시험한 후 실용상 문제가 되는 결함 유무를 관찰하였다. 부착성(100/100), 색차(△E 2.0이하), 광택변화(±0.3)에서 이상이 없을 시 우수한 것으로 판단한다.

5) 내마모성

- 스트로크 100㎜, 초 당 30mm 이동하는 마모성 시험기를 사용하여 1000g의 하중으로 도막 면에 수직으로 500회 시험하였을 때 마모 정도를 비교하였다. 시험결과 상 수치는 도막이 벗겨질 때까지의 왕복횟수를 나타낸다. 500회 이상 테스트에서 도막이 벗겨지지 않을 때 우수한 것으로 판단한다.

6) 냄새

- 완전히 건조된 도막을 실온 조건에서 7일 방치 후 5㎝ x 6㎝의 정방형으로 잘라내어 완전 밀폐 가능한 철재 용기에 넣은 후, 100℃로 조정된 가열로에서 2시간 동안 가열하였다. 시험이 완료되면 용기를 실온에서 1시간 동안 방치한 다음, 뚜껑을 열어 냄새의 정도를 비교하였다. 냄새 등급은 1 ~ 5급으로 나뉘어 지고 3급 이상일 때 우수한 것으로 판단한다.

7) 내용제성

- 톨루엔을 천에 묻혀 500g 하중으로 10회씩 문질러 평가하였다. 테스트 결과 도막이 벗겨지거나 변색이 되지 않을 때 우수한 것으로 판단한다.

8) 슬립성

- 손으로 문질렀을 때 감촉의 정도로 평가하였다.

상기 표 2) 에서와 같이, 본 발명에 따른 도료 조성물을 이용하여 제조된 도막은 외관이 우수하고, 건조 후 냄새가 적으며, 부착성, 내약품성, 내마모성, 내용제성 등의 물성이 우수하였다.

전술한 바와 같이 본 발명은 TPO와 같은 연질플라스틱 소재에 수용성 폴리우레탄 도료를 도포 함으로써 우수한 외관 및 부착 성능을 나타냄과 동시에 내스크래치성, 내약품성, 내마모성, 내구성 등의 도막물성을 개선할 수 있는 수용성 폴리우레탄 도료 조성물을 제공한다.

Claims (6)

1. COOH의 관능기를 가지는 음이온성 수분산 우레탄 수지와 하기 화학식 1의 에폭시 화합물을 반응시켜 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지 40 ～ 70중량부 및 수분산형 폴리이소시아네이트 7 ～ 15중량부를 포함하는 수용성 폴리우레탄 도료 조성물:

   [화학식 1]

   

   상기식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기를 나타낸다.
2. 제1항에 있어서, 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지의 수평균 분자량은 50,000 ～ 80,000이고, 수산기가(OH %)는 0.5 ~ 0.8이며, 수분산형 폴리이소시아네이트의 NCO 함량은 16 ~ 18%이고, 관능기수는 3.5 ~ 4.5이며, 당량은 200 ~ 300인 것을 특징으로 하는 수용성 폴리우레탄 도료 조성물.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 수분산형 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트와 내부사슬 중에 수산기를 도입한 수분산 우레탄 수지의 수산기의 반응 비율(NCO/OH)은 당량비로 1:1.3 ~ 1.8인 것을 특징으로 하는 수용성 폴리우레탄 도료 조성물.
5. 제1항에 있어서, 실리카 5 ～ 10중량부, 디메틸 폴리실록산계 실리콘 첨가제 1 ~ 5 중량부, 폴리실록산계 표면윤활제 0.1 ~ 1중량부, 비이온계 소수성 계면활성제 0.1 ~ 1중량부, 및 우레탄계 증점제 0.1 ~ 1중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 폴리우레탄 도료 조성물.
6. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 수용성 폴리우레탄 도료 조성물로 피복된 열가소성 올레핀계 제품.