KR101235568B1 - 오염물질에 의한 표면오염제거용 코팅제 및 그 제조방법 - Google Patents

오염물질에 의한 표면오염제거용 코팅제 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

유연성 및 굴곡성을 필요로 하는 가구, 가방, 슈즈 등에 사용되는 천연피혁, 합성피혁, 인조피혁 등의 기재에 손쉬운 표면코팅으로 오염물질을 방지할 뿐만 아니라 대상 오염물질의 손쉬운 제거를 할 수 있는 코팅제 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 코팅제는 폴리머 분자 중 우레탄 및 우레아를 함유하는 1종이상의 고분자 수지조성물과, 용매가 혼합된 기초고분자 용액 100중량부에 대하여, 경화제, 반응성 첨가제, 반응 촉진제, 및 보조 첨가제를 함유하여 제공한다. 본 발명에 따른 제조방법은 우레탄 및 우레아가 존재하는 고분자 조성물 3~40wt%와; DMF, MEK, IPA에서 선택되는 1종이상의 용매 60~97wt%를 포함한 기초 고분자 용액 100중량부에 대하여 멜라민수지 5~30 중량부와, PTSA 1~10부, 변성 디메칠실록산 및 하이드록시 실리콘 변성 폴리아크릴레이트 1~5부를 투입하여 상온에서 60분 동안 고속 교반 후 보조첨가제로서 UV흡수제, 산화방지제, 실리카, 아크릴비드, 우레탄, 소포제 및 침강방지제 중에서 선택된 1종이상을 0.1~16부 투입하고 60분 동안 2차 교반하여 제공된다.

Description

오염물질에 의한 표면오염제거용 코팅제 및 그 제조방법{A coating materials for the surface decontamination and a method of thereof}
본 발명은 각종 오염물질에 의한 표면 오염의 방지 및 대상 오염물을 쉽게 제거할 수 있는 표면 오염제거용 표면코팅제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 표면 오염의 방지 또는 표면 오염물질의 용이한 제거성이 요구되는 각종기재에 쉽게 코팅할 수 있고, 내용제성이 뛰어나 각종 화학약품으로부터 보호되며 볼펜, 매직 등의 심한 오염을 단순한 걸레질 등의 제거 행위만으로도 쉽게 오염물질을 제거할 수 있는 표면오염제거성이 우수한 표면코팅제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 표면 오염방지나, 오염제거의 용이성이 요구되거나 적용되어지는 경우 선박하부용 도료와 장판 또는 유리등에 사용되는 UV경화 도료의 경우가 있다. 그러나 이들 도료는 매우 단단하여 (rigid) 기재의 변형이 왔을 때 도료자체가 깨지는 문제점 등이 발생하며, 고가의 특수장비를 사용하여야 한다는 단점이 있었다.
또한 가구, 가방, 신발 등에 사용되는 천연피혁, 인조피혁이나 합성피혁 등의 기재인 경우에는 그 제품의 특성상 유연성 및 상온 굴곡성이 요구되나 상기의 선박용 도료나 UV경화성 도료는 높은 경도로 인한 깨짐 현상으로 사용이 불가능하여 목재, 플라스틱, 유리, 금속 등의 소재에만 국한되어 사용되어져 오고 있다.
이들과 관련해 대한민국 특허 제 10-860822 호에서는 살균· 소독력을 갖는 오염물질 제거용 부착제를 공개하고 있으나, 비투과성인 지지체 층과 부착 층으로 이루어지고, 기재에 부착하였다가 일정시간 경과 후 떼어내는 것으로 본 발명이 추구하는 바와는 그 목적이나 구성이 상이하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유연성 및 굴곡성을 필요로 하는 가구, 가방, 슈즈 등에 사용되는 천연피혁, 합성피혁, 인조피혁 등의 기재에 손쉬운 표면코팅으로 오염물질을 방지할 뿐만 아니라 대상 오염물질의 손쉬운 제거를 할 수 있는 코팅제 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 폴리머 분자 중 우레탄 및 우레아를 함유하는 1종이상의 고분자 수지조성물과, 용매가 혼합된 기초고분자 용액 100중량부에 대하여, 경화제, 반응성 첨가제, 반응 촉진제, 및 보조 첨가제를 함유하는 표면제거용 코팅제를 제공한다.
상기에서 고분자 수지조성물은 실리콘폴리올(silicon polyol), 에테르폴리올 (ether polyol), 에스테르폴리올(ester polyol), 디-이소시아네이트(di-isocynate), 및 디-아민(di-amine) 중에서 선택되는 1종이상을 사용함이 바람직하다.
또한 상기에서 용매는 DMF(di-methyl formamide), MEK(methyl ethyl ketone), IPA(isopropyl alcohol) 중에서 선택되는 1종이상을 사용하고, 상기 경화제는 멜라민수지를 사용함이 바람직하다.
또한, 상기 반응성 첨가제로는 변성 디메칠실록산 및/또는 하이드록시 실리콘 변성 폴리 아크릴레이트를, 반응 촉진제로는 PTSA(p-tolune sulfonic acid)를 사용함이 바람직하다.
또한 보조 첨가제로는 UV흡수제, 산화방지제, 실리카, 아크릴비드, 우레탄비드, 소포제 및 침강방지제 중에서 1종이상을 선택하여 사용할 수 있다.
또한 상기 반응촉진제인 PTSA를 용해하는 용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜(iso propylalcohol) 및 이소부탄올을 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면 본 발명의 코팅제를 다양한 방법으로 여러 기재에 코팅하고 내용제성 및 오염방지성, 클리닝성, 굴곡시험 등을 행하여 본 바 기존의 코팅제에서는 찾을 수 없는 우수한 물성을 나타내었다.
또한, 본 발명의 코팅제는 기존의 UV코팅제의 단점인 크랙(crack)을 효과적으로 개선하여 가구, 가방, 인테리어, 슈즈 등의 용도에 사용되는 소재인 인조피혁, 합성피혁, 천연피혁 등에 유용하게 사용할 수 있는 효과가 있게 된다.
본 발명을 실시하기 위해서는 먼저, 폴리머 분자 중에 우레탄(urethane), 우레아(urea), 우레탄+우레아 등으로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종이상의 고분자 수지 3~40 wt%와; DMF(di-methyl formamide), MEK(methy ethyl ketone), IPA(iso propyl alcohol) 중에서 선택되는 1종이상의 용매를 60~97wt%의 비로 하는 기초 고분자 용액을 준비한다.
상기 기초 고분자 용액 100부를 기준으로 하여 오염 물질을 막아주고 경화제 역할을 하는 멜라민수지 5~30부, 표면에너지 조절을 위한 실리콘 반응성 첨가제인 하이드록시 실리콘 변성 폴리 아크릴레이트 1~5부, 극대의 가교 밀도를 주어 반응촉진을 조절해주는 반응촉진제로 PTSA(p-toluene sulfonic acid) 1~10부를 혼합하고, 상기 PTSA의 용해를 위해 용매로 IPA(iso propyl alcohol)을 사용한다.
또한 상기 혼합물에 보조 첨가제로서, 상기 기초 고분자용액 100부에 대해 자외선에 의한 표면 변색을 막아주기 위한 UV흡수제 0.1~5부, 산화방지제 0.1~5부, 그리고 표면 광택을 조절하는 실리카 0.1~2부와 아크릴비드 0.1~2부, 우레탄비드 0.1~2부 등을 첨가하여 제반물성을 보완할 수도 있다.
본 발명의 실시에서, 본 발명의 코팅제에 사용되는 주 고분자로 폴리머 분자 중에 우레탄, 우레아, 우레탄+우레아 중에서 1종이상을 사용하는 이유는 코팅제의 근본적인 유연성, 탄성 및 신율을 부여하기 위함인데 그 조성물간 중량비는 크게 제한을 받지 않으나 전체 기초 고분자 용액 중 3~40wt%를 사용하는 이유는 코팅공정(도포량)의 용이함을 위한 점도의 조절이 필요하기 때문이며, 다른 첨가제와의 적정한 비율을 유지하기 위함이다.
또한 용매는 코팅공정의 용이함을 위한 점도의 조절 및 상기의 폴리머의 안정된 용액을 얻기 위함이고 그 함량을 60~70wt%로 하는 이유는 코팅시의 설비조건 및 도포량과 관계되어 그 이상일 경우 너무 경질화되어 최종제품의 품질이 떨어지며, 그 이상일 경우에는 본 발명의 효과를 충분하게 발휘하기 어렵기 때문이다.
상기에서 경화제로 멜라민수지를 사용하는 이유는 가교밀도를 극대화시켜 오염물질의 근본적인 침투를 막기 위함이고 첨가량을 상기와 같이 하는 이유는 상기의 양보다 적을 경우 본 발명의 효과를 충분하게 얻기 힘들고 , 그 이상일 경우에는 표면의 경도가 너무 경질화되어 최종제품의 완성도가 저하되기 때문이다.
또한 경화촉진제인 PTSA는 멜라민수지와 폴리머분자 중에 우레탄, 우레아, 우레탄+우레아 등으로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종이상의 고분자간의 가교정도와 속도를 제어하기 위해 사용되는 것으로 첨가량을 상기와 같이 하는 이유는 코팅공정과 관계되어 용액의 안정정 유지 및 경화조건의 효율성 때문이다.
또한, 상기에서 자외선에 의한 표면 변색 방지용으로 사용하는 UV흡수제를 0.1~5부로 하는 이유는 0.1부 이하에서는 그 효과가 미약하고 5부 이상에서는 더 이상의 효과를 기대할 수 없고 비경제적이기 때문이고, 산화방지제와 표면광택조절제 역시 같은 이유로 상기 함량으로 사용할 수 있다.
상기 표면에너지 조절용으로 사용하는 실리콘계 반응성 첨가제는 실리콘으로의 반응을 통하여 도막표면에 실리콘을 부각시켜 표면에너지를 극소화시키기 위함인데 그 함량을 1~5부로 하는 이유는 상기의 양보다 적을 경우 본 발명의 효과를 충분하게 얻기 힘들고, 그 이상일 경우에는 본 발명의 효과가 더 이상 상승하지 않고 불순물로 작용하며 도막의 강도를 저하시키기 때문이며, 또한 제조원가의 합리성을 얻기 위함이다.
또한 반응촉진제인 PTSA의 용해를 위해 IPA와 같은 알콜을 사용하는 이유는 케톤 등의 다른 용매를 사용하면 변색 등의 물성변화가 발생하여 저장안정성이 현저하게 감소되며 이에 따라 반응 촉진효과가 매우 불안정해지기 때문인데 이 경우 사용량은 PTSA 5-30부에 대하여 IPA 95-70부를 사용하며, 그 이유는 용액의 저장안정성을 확보하기 위함이다.
또한 물성보완을 위해 사용하는 아크릴비드와 우레탄비드는 소광효과의 부여 및 스크레치방지용으로 첨가될 수 있고 함량을 상기와 같이 하는 이유는 상기의 첨가량 이하일 경우 그 효과를 기대하기 어렵고 그 이상일 경우에는 표면도막의 CRACK 및 연신백화의 발생이 우려되기 때문이다.
또한 본 발명에서의 산화방지제, 소포제, 침강방지제 등은 통상의 것을 사용할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
이하의 실시예는 실시를 통하여 본 발명을 설명하고자 하는 것이지 이들로 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
4구 플라스크에 실리콘폴리올, 카보네이트폴리올 및 지방족디이소시아네이트와 알리파틱아민을 주원료로 하는 당사의 무황면 우레탄-우레아고분자를 (고형분 25%)100부 투입하고. DMF(di-methyl formamide) 50부, MEK(methyl ethyl ketone) 20부, IPA(iso propyl alcohol) 30부를 차례로 투입하여 30℃에서 60분간 저속교반하여 고형분 12.5% 의 A용액을 제조하였다.
A 용액과는 별개로 4구 플라스크에 IPA를 80부 투입하고 저속도로 교반하면서 PTSA(p-toluene sulfonic acid)20부를 천천히 투입하여 상온에서 60분간 교반하여 본 발명의 코팅제에 첨가하여 사용하는 반응촉진제 B용액을 제조하였고, 그 이후에 고속 교반기 배합조에 A용액을 100부 투입하고 반응성 첨가제인(하이드록시 실리콘 변성 폴리 아크릴레이트) BYK-SILCLEAN 3700을 6부 투입하여 중속으로 30분 교반하고, 이후에 동 배합조에 소포제 BYK-066N(상표,제품명임) 0.2부, 산화방지제 Irganox 1135(상표,제품명임) 0.5부 및 UV흡수제 Cinasorb-sl를 0.15부 차례로 투입하여 고속교반 30분을 행하였다.
이후에 silica Deggusa TS-100 0.5부, 아크릴비드 GR-300T 1부, 우레탄비드 C-800T 1부를 고속 교반하면서 차례로 투입 후 60분을 고속 교반하였고, 이후에 멜라민수지 CYMEL325을 20부 투입하고 20분간 중속교반 후 반응촉진제인 B용액을 20부 투입하여 30분간 고속 교반하여 본 발명의 코팅제를 얻었다.
상기에서의 교반속도는 500~3000RPM으로 하였다.
본 발명의 코팅제를 건식 Pu 합성피혁에 그라비아-코터를 이용하여 20g/SQM 을 코팅한 후 100℃에서 2분간 건조하였다.
이후에 재차 150℃의 온도에서 10초간 재가열하여 본 발명의 코팅제의 건조 및 경화를 완료하였다.
본 발명의 코팅제가 코팅된 기재위에 볼펜, 매직으로 낙서 후 일반 걸레로 클리닝을 실시하여 완벽하게 클리닝이 되는 것을 확인 하였다.
또한 MEK(methyl ethyl ketone)로 적신 헝겊으로 50회 러빙(rubbing) 실험을 하여 전혀 표면 손상이 되지 않는 것을 확인하였다.
또한 동 기재를 상온 굴곡 시험하여 5만회 까지 이상이 없는 것을 확인하여, 기존의 UV경화형 도료의 문제점인 도막 크랙현상이 없는 것을 확인하였다.
본 발명의 코팅제로 코팅된 기재는 각종 공공장소에 비치되는 의자 등에 사용되어 더러워지는 것을 방지하며 볼펜이나 매직 등 심한 오염물질의 오염도 단순한 걸레질만으로도 세척효과가 있어 사용기간을 계속 늘릴 수 있으며 외관상으로도 깨끗함을 계속 유지 할 수 있는 장점이 있다.
또한 MEK(methyl ethyl ketone), Acetone등에 대한 내화학성도 매우 강하여 표면을 보호한다.
동 기재는 더러움을 쉽게 타는 각종 가구, 인테리어, 가방 등의 생활 용품에 적합하며 슈즈, 북커버 등 매우 다양한 용도로 사용이 가능하다.
4구 플라스크에 실리콘폴리올, 카보네이트폴리올 및 지방족디이소시아네이트와 알리파틱아민을 주원료로 하는 당사의 무황면 우레탄-우레아고분자를 (고형분 25%)100부 투입하고, DMF(di-methyl formamide) 50부 MEK(methyl ethyl ketone) 20부, IPA(iso propyl alcohol) 30부를 차례로 투입하여 30℃에서 60분간 저속 교반하여 고형분 12.5% 의 A용액을 제조하였다.
A 용액과는 별개로 4구 플라스크에 IPA(iso propyl alcohol)를 80부 투입하고 저속도로 교반하면서 PTSA(p-toluene sulfonic acid)20부를 천천히 투입하여 상온에서 60분간 교반하여 본 발명의 코팅제에 첨가하여 사용하는 반응촉진제 B용액을 제조하였고, 그 이후에 고속 교반기 배합조에 A용액을 100부 투입하고 반응성 첨가제인 Tego protect 5000(변성디메칠실록산)을 7부 투입하여 중속으로 30분 교반하고, 이후에 동 배합조에 소포제 BYK-066N 0.2부, 산화방지제 Irganox 1135 0.5부 및 UV흡수제 cinasorb를 0.15부 차례로 투입하여 고속교반 30분을 행하였다.
이후에 멜라민수지 cymel 325을 20부 투입하고 20분간 중속교반 후 반응촉진제인 B용액을 20부 투입하여 30분간 고속 교반하여 본 발명의 코팅제를 얻었다.
본 발명의 코팅제를 PVC 캐스팅 엠보전 반제품에 그라비아-코터를 이용하여 20g/SQM 을 코팅한 후 100℃에서 2분간 건조하였다.
이후에 IR Heater로 180도의 열을 5초간 가하면서 엠보싱기를 통과하여 최종 기재를 득하였다.
본 발명의 코팅제가 코팅된 기재위에 볼펜, 매직으로 낙서 후 일반걸레로 클리닝을 실시하여 완벽하게 클리닝이 되는 것을 확인하였다.
또한 MEK(methyl ethyl ketone)로 적신 헝겊으로 50회 rubbing 실험을 하여 전혀 표면 손상이 되지 않는 것을 확인하였다.
또한 동 기재를 상온 굴곡 시험하여 5만회까지 이상이 없는 것을 확인하여,기존의 UV경화형 도료의 문제점인 도막 크랙 현상이 없는 것을 확인하였다.

Claims (9)

  1. 분자 중에 우레탄 및/또는 우레아를 함유하는 실리콘폴리올, 에테르폴리올, 에스테르폴리올, 디-이소시아네이트 및 디-아민 중에서 선택되는 1종이상의 고분자수지 조성물 3~40 중량%와 용매 60~97wt%로 된 기초 고분자용액 100중량부에 대하여, 경화제 5~30부, 표면에너지 조절을 위한 반응성 첨가제1~5부, 극대의 가교밀도를 주어 반응촉진을 위한 반응촉진제 1~10부, 그리고 물성보완을 위한 보조첨가제 0.1~16부를 함유함을 특징으로 하는 표면오염제거용 코팅제.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 용매는 디-메틸포름아미드(DMF), 메틸에틸케톤(MEK), 이소 프로필 알콜(IPA) 중에서 선택되는 1종이상임을 특징으로 하는 표면오염제거용 코팅제.
  4. 제1항에 있어서, 상기 경화제는 멜라민수지임을 특징으로 하는 표면오염제거용 코팅제.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반응성 첨가제는 변성 디메칠실록산 및/또는 하이드록시 실리콘 변성 폴리 아크릴레이트임을 특징으로 하는 표면오염제거용 코팅제.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반응촉진제는 피(P)-톨루엔 술포닉 애시드(PTSA)임을 특징으로 하는 표면오염제거용 코팅제.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 반응성 촉진제를 용해하기 위한 용매로서 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 이소부탄올 중에서 선택되는 1종이상을 사용함을 특징으로 하는 표면오염제거용 코팅제.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보조첨가제는 UV흡수제, 산화방지제, 실리카, 아크릴비드, 우레탄비드, 소포제 및 침강방지제 중에서 선택되는 1종이상임을 특징으로 하는 표면오염제거용 코팅제.
  9. 제1항, 제 3항 내지 8항 중 어느 한 항의 표면오염제거용 코팅제의 제조방법으로서, 우레탄 및 우레아가 존재하는 고분자 조성물 3~40wt%와; 디-메틸포름아미드(DMF), 메틸에틸케톤(MEK), 이소 프로필 알콜(IPA)에서 선택되는 1종이상의 용매 60~97wt%를 포함한 기초 고분자 용액 100중량부에 대하여 멜라민수지 5~30 중량부와, 피(P)-톨루엔 술포닉 애시드(PTSA) 1~10부, 변성 디메칠실록산 및 하이드록시 실리콘 변성 폴리아크릴레이트 1~5부를 투입하여 상온에서 60분 동안 고속 교반 후 보조첨가제로서 UV흡수제, 산화방지제, 실리카, 아크릴비드, 우레탄, 소포제 및 침강방지제 중에서 선택된 1종이상을 0.1~16부 투입하고 60분 동안 2차 교반함을 특징으로 하는 표면오염제거용 코팅제의 제조방법.
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