KR101635359B1 - Pcm용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베이스 컬러에 고광택뿐만 아니라 다양한 투명 컬러의 구현이 가능하고, 이를 이용하여 실크스크린으로 형성된 도막에 잔존하는 기포의 제거가 용이하고, 도막 형성 후 가공성 및 도막의 물성 또한 우수한 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물 {UV CURABLE TYPE TRANSPARENT COLOR COATING COMPOSITION FOR PCM}
본 발명은 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스 컬러에 고광택뿐만 아니라 다양한 투명 컬러의 구현이 가능하고, 실크스크린을 이용하여 형성된 도막에 잔존하는 기포 제거를 용이하게 하고, 도막 형성 후 가공성 및 도막의 물성 또한 우수한 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 도장을 하고자 할 때는 제품의 제조 공정에 있어서 최종 단계에 도장을 하여 제품을 완성하는 것으로 되어 있다. 이러한 도장 시스템을 '포스트 코팅(post coating)' 이라고 칭하며 자동차용 도료, 건축용 도료 등 일반적으로 알고 있는 도료의 거의 전부가 포스트 코팅에 의존하여 제품을 완성시키고 있다.
그러나 PCM은 Pre-Coated Metal의 약자로서 미리 도장된 강판을 의미한다. PCM은 제품 제조 공정에 있어서 미리 도장된 강판(PCM)을 사용하여 성형 조립 등의 가공 공정을 거치면 곧바로 제품이 완성될 수 있도록 고안해 낸 도장 시스템으로서 고품질, 고생산성의 이점을 갖고 있다. 그러므로 PCM용 도료는 선도장 후가공 시스템에 견딜 수 있도록 가공성이 우수해야 함은 물론이고 최종 제품으로서 갖추어야 할 제반 물성을 만족할 수 있는 고품질의 도료이어야 한다.
현재 PCM은 건축용 자재뿐만이 아니라 가전 제품, 전열 기기, 사무 기기 등의 분야에까지 확대 일로에 있으며 미국의 경우에는 자동차 분야에까지 일부 적용 중에 있어서 향후 금속용 도료 산업에 있어서 전착 도료, 분체 도료와 함께 가장 큰 비중을 차지하게 될 것이 확실시 된다.
이러한 PCM 도료는 생산성이 높으며, 품질이 일정하고, 공정 시간이 단축되고, 도료 손실이 없으며, 환경 오염도가 낮은 장점을 가지고 있고, 절단 부위의 내식성 보증이 어렵고, 도장 설비비가 높고, 소량 생산이 불가하다는 단점을 가진다.
한국등록특허 제1138789호에서는 아로마틱, 알리파틱 또는 사이클로 알리파틱 구조를 가지는 다가 알코올과 다가산을 축합 반응시켜 합성된 폴리에스터 수지에 경화제, 경화촉진제, 표면조정제 및 용제 등의 첨가제를 혼합하여 클리어 상도 도료 조성물을 구성함으로써 고광택성 및 고선영성을 요구하는 피씨엠 가전 프린트용 유광 상도 클리어 도료 조성물을 개시하고 있다.
또한, 한국공개특허 제2012-0115027호에서는 (a) 카르복실기를 함유하는 디올 100 중량부; 폴리올 600~800 중량부; 및 이소시아네이트 화합물 600~800 중량부를 반응시켜 이소시아네이트기 말단의 폴리우레탄 프리폴리머 I를 제조하는 단계; (b) 수득한 상기 프리폴리머 I 100 중량부; 및 다관능성 모노머 0.3~1.5 중량부를 반응시켜 가교 구조의 폴리우레탄 프리폴리머 II를 제조하는 단계; (c) 수득한 상기 프리폴리머 II 100 중량부에, 아민 1~5 중량부를 첨가하여 프리폴리머 II를 중화시킨 후, 물을 첨가하여 폴리우레탄 수분산 수지 I를 제조하는 단계; 및 (d) 수득한 수분산 수지 I 100 중량부; 및 쇄연장제 1~5 중량부를 반응시켜 쇄연장된 폴리우레탄 수분산 수지 II를 제조하는 단계를 포함하여 제조된 폴리우레탄 수분산 수지 100 중량부에 물 20~150 중량부; 무기 바인더 10~20 중량부; 금속 킬레이트제 2~10 중량부; 부착증진제 1~5 중량부; 방청내식제 1~10 중량부 및 소포제 0.1~2 중량부를 포함하는 PCM용 도료 조성물을 개시하고 있다.
상술한 종래의 PCM용 도료 조성물은 베이스 컬러에 투명 상부 코팅 마감 용도로 사용되고, 고광택의 제품을 구현할 수 있지만 기존 PCM 도료에서의 컬러는 그다지 달라지지 않는다.
또한, PCM용 자외선 경화형 투명 도료는 무용제 타입으로 컬러 구현을 위한 안료의 선택에 한계가 있다. 예를 들어, 컬러 안료를 적용하는 경우 자외선 경화형 도료의 자외선 경화시 경화 장애가 있고, 실크스크린시 높은 점도로 인하여 도막에 잔존하는 기포들을 제거하는데 어려움이 있고, 적용시 도막이 높아져(5~20 ㎛) 가공성 및 경도 물성이 저하되는 문제점이 있다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명자들은 베이스 컬러에 고광택을 구현할 뿐만 아니라 다양한 유색 투명 컬러를 구현할 수 있는 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 개발하기 위해 예의 연구를 거듭하였고 그 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 PCM용 도료 조성물에 비해 다양한 투명 컬러의 구현이 가능하고 실크스크린시 도막에 잔존하는 기포들의 제거가 용이하고 도막 형성 후 가공성 및 도막의 물성 또한 우수한 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트로 이루어지거나, 또는 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린, N,N-디메틸 아크릴아미드 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트로 이루어진 단량체 혼합물 30~50 중량%; 광개시제 5~10 중량%; 2~4 관능기 우레탄아크릴레이트 40~60 중량%, 안료 2~5 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하는 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단량체 혼합물은 상기 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린, N,N-디메틸 아크릴아미드 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트를 60:30:0:10 ~ 70:20:5:5 중량비로 혼합하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 광개시제로는 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 옥시-페닐-아세트산 2-[2-옥소-2-페닐-아세톡시-에톡시]-에티닐 에스테르 & 옥시-페닐-아세트산 2-[2-히드록시-에톡시]-에틸 에스테르, 페닐 글리옥실산 메틸 에스테르, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀 옥시드 및 벤질디메틸케탈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 2~4 관능기 우레탄아크릴레이트의 분자량은 1000~2000인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 안료의 입자 크기는 100~150 nm인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 첨가제로는 소포제, 레벨링제, 습윤제 및 부착증진제로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 우수한 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물은 베이스 컬러에 고광택뿐만 아니라 다양한 투명 컬러의 구현이 가능하고, 실크스크린을 이용하여 형성된 도막에 잔존하는 기포들의 제거가 용이하고, 도막 형성 후 가공성 및 도막의 물성 또한 우수하다.
도 1은 안료가 첨가된 표면처리제가 코팅된 아연도금 강판 표면에 본 발명의 실시예 1에서 제조된 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 적용한 후 촬영한 사진.
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 알루미늄 기재에 적용한 후 촬영한 사진.
도 3은 본 발명의 안료가 첨가된 표면처리제가 코팅된 아연도금 강판 표면에 실시예 3에서 제조된 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 적용한 후 촬영한 사진.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물은 하기 성분을 포함한다.
(1) 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트로 이루어지거나, 또는 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린, N,N-디메틸 아크릴아미드 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트로 이루어진 단량체 혼합물
본 발명에 따른 조성물의 점도 및 가공성을 향상시키기 위해 저점도를 갖고, 내후성을 향상시키기 위해 높은 Tg 온도를 갖는 단관능기 단량체 및 부착성을 향상시키기 위해 낮은 Tg 온도를 갖는 단량체를 혼합하여 사용한다.
본 발명에 따른 도료 조성물에서는 상기 단관능기 단량체 중 이소보르닐 아크릴레이트를 사용함으로써 무용제 타입에서의 점도 저하 및 우수한 용해성 및 빠른 경화성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도료 조성물에서는 아크릴로일 모르폴린을 사용함으로써 점도 저하 및 빠른 경화성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도료 조성물에서는 상기 단관능기 단량체 중 N,N-디메틸 아크릴아미드를 사용함으로써 점도 저하 및 낮은 용해성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도료 조성물에서는 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트를 사용함으로써 점도 저하 및 빠른 경화성과 우수한 부착성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단량체 혼합물은 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린, N,N-디메틸 아크릴아미드 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트를 60:30:0:10 ~ 70:20:5:5 중량비로 혼합하여 제조될 수 있다.
본 발명에서 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린, N,N-디메틸 아크릴아미드 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트의 단량체 혼합물의 사용 함량은 도료 조성물의 30~50 중량%인 것이 바람직하다.
(2) 광개시제
본 발명에 따른 도료 조성물에 포함되는 광개시제로는 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 옥시-페닐-아세트산 2-[2-옥소-2-페닐-아세톡시-에톡시]-에티닐 에스테르 & 옥시-페닐-아세트산 2-[2-히드록시-에톡시]-에틸 에스테르, 페닐 글리옥실산 메틸 에스테르, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀 옥시드 및 벤질디메틸케탈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 광개시제의 사용 함량은 도료 조성물의 5~10 중량%인 것이 바람직하다. 상기 광개시제를 10 중량% 초과하여 사용하는 경우 형성된 도막의 갈라짐 현상, 잔류하는 냄새의 정도, 황변 현상이 커지는 문제점이 발생될 수 있다.
(3) 2~4 관능기 우레탄아크릴레이트
본 발명에 따른 조성물에는 2~4 관능기 우레탄아크릴레이트가 도료 조성물의 40~60 중량%로 포함된다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 본 발명에서 사용될 수 있는 2관능기 우레탄아크릴레이트는 지방족 우레탄 아크릴레이트로 EBECRYL8402(ENTIS, 분자량 1000), EBECRYL9370(ENTIS, 분자량 1000), UA9359(ENTIS, 분자량 1000) 및 SU542(SOLTECH, 분자량 1000)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에서 사용될 수 있는 3관능기 우레탄아크릴레이트는 지방족 우레탄 아크릴레이트로, UA10422(ENTIS, 분자량 2000), EBECRYL9259(ENTIS, 분자량 2000), UA9464(ENTIS, 분자량 2000) 및 EBECRYL8309(ENTIS, 분자량 2000)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에서 사용될 수 있는 4관능기 우레탄아크릴레이트는 지방족 우레탄 아크릴레이트로, UA9733(ENTIS, 분자량 2000) 및 UA9861(ENTIS, 분자량 2000)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 2~4 관능기 우레탄아크릴레이트의 분자량은 본 발명에 따른 도료 조성물의 빠른 경화성을 위해 1000~2000인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 2~4 관능기 우레탄아크릴레이트가 60 중량%를 초과하여 사용되는 경우 점도의 상승으로 도막 내의 잔류하는 기포가 많아져 기포 제거가 어렵고 레벨링 저하, 작업성 저하의 문제점이 발생될 수 있다.
(4) 안료
본 발명에서 사용되는 안료는 본 발명의 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물의 투명성을 위해 나노 크기, 예를 들어 100~150 nm 의 입자 크기를 갖는 안료, 예를 들어 NIKKO-BICS.사의 NSP-VH 각 컬러를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 안료의 사용 함량은 도료 조성물의 2~5 중량%인 것이 바람직하다.
(5) 첨가제
본 발명에서 사용되는 첨가제로서 롤코팅 작업시 발생하는 기포를 제거하기 위한 소포제, 도막외관 및 표면 스크래치성에 영향을 미치는 레벨링제 및 도료의 습윤성을 증가시키기 위한 습윤제, 소재와의 부착 증진을 위해 부착 증진을 위한 부착 증진제 중 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 첨가제의 사용 함량은 도료 조성물의 1~5 중량%인 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
실시예
실시예 1
1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤 (CIBA, IRGACURE184) 및 벤질디메틸케탈
(미원상사, BK6)를 혼합한 광개시제 혼합물 6g 을 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린, N,N-디메틸 아크릴아미드 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트를 70:20:5:5 중량비로 혼합한 단량체 혼합물 30g과 함께 충분히 교반하였다. 이후 교반 중인 위 혼합물에 UA9464 및 EBECRYL9370의 우레탄아크릴레이트 혼합물 58g을 투입하여 충분히 교반하였다. 교반 중인 위 혼합물에 소포제, 레벨링제 및 습윤제를 70:20:10 중량비로 혼합한 첨가제 혼합물 2g을 투입하고 각 컬러별 100~150 nm 의 입자 크기의 안료를 4g 첨가하여 충분히 교반하였다. 교반 후 여과망 150 메쉬를 사용하여 여과하였다. 도료 점도 약 2500~3000cps (브룩필드 점도계) 가 되도록 조정하여 본 발명에 따른 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 수득하였다.
실시예 2
1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤 (CIBA, IRGACURE184) 및 벤질디메틸케탈 (미원상사, BK6)를 혼합한 광개시제 혼합물 8g 을 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트를 75:20:5 중량비로 혼합한 단량체 혼합물 42g 과 함께 충분히 교반하였다. 이후 교반 중인 위 혼합물에 EBECRYL8309, EBECRYL8402 및 EBECRYL9259의 우레탄아크릴레이트 혼합물 42g을 투입하여 충분히 교반하였다. 교반 중인 위 혼합물에 부착증진제, 레벨링제, 및 습윤제를 93:4:3 중량비로 혼합한 첨가제 혼합물 4g을 투입하고 각 컬러별 100~150 nm 의 입자 크기의 안료를 4g 첨가하여 충분히 교반하였다. 교반 후 여과망 200 메쉬를 사용하여 여과하였다. 도료 점도 약 40~50초 (포드컵 #4)가 되도록 조정하여 도료 조성물을 수득하였다
실시예 3
1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤 (CIBA, IRGACURE184) 및 페닐 글리옥실산 메틸 에스테르 (CIBA, DAROCUR MBF)를 혼합한 광개시제 혼합물 8g 을 상기 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트를 75:20:5 중량비로 혼합한 단량체 혼합물 45g과 함께 충분히 교반하였다. 교반 중인 위 혼합물에 UA10422, EBECRYL8402 및 SU542의 우레탄아크릴레이트 혼합물 42g을 투입하여 충분히 교반하였다. 교반 중인 위 혼합물에 레벨링제 및 습윤제를 70:30 중량비로 혼합한 첨가제 혼합물 1g을 투입하고 각 컬러별 100~150 nm 의 입자 크기의 안료를 4g 첨가하여 충분히 교반하였다. 교반 후 여과망 200 메쉬를 사용하여 여과하였다. 도료점도 약 40~50초 (포드컵 #4)가 되도록 조정하여 도료 조성물을 수득하였다.
제조예 1
안료가 첨가된 표면처리제가 코팅된 아연도금(G.I)강판 표면에 #28 바 코터(Bar coater)로 PCM용 컬러 베이스 도장 후 본 발명의 실시예 1에서 제조된 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 실크스크린 #200메쉬로 코팅하여 적용하였고 이를 촬영하여 도 1에 나타내었다.
제조예 2
본 발명의 실시예 2에서 제조된 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 #10 바 코터 (Bar coater)로 알루미늄 기재에 적용하였고 이를 촬영하여 도 2에 나타내었다.
제조예 3
본 발명의 안료가 첨가된 표면처리제가 코팅된 아연도금(G.I)강판 표면에 #28 바 코터(Bar coater)로 PCM용 컬러 베이스 도장 후 실시예 3에서 제조된 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물을 #10 바 코터 (Bar coater)로 코팅하여 적용하였고 이를 촬영하여 도 3에 나타내었다.
도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물은 다양한 기재에 다양한 투명 컬러를 구현할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 이소보르닐 아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린, N,N-디메틸 아크릴아미드 및 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트로 이루어진 단량체 혼합물 30~50 중량%; 광개시제 5~10 중량%; 2~4 관능기 우레탄아크릴레이트 40~60 중량%, 안료 2~5 중량% 및 첨가제 1~5 중량%를 포함하며,
    상기 이소보르닐 아크릴레이트, 상기 아크릴로일 모르폴린, 상기 N,N-디메틸 아크릴아미드 및 상기 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트는 70:20:5:5 중량비로 혼합되며,
    상기 광개시제는 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 옥시-페닐-아세트산 2-[2-옥소-2-페닐-아세톡시-에톡시]-에티닐 에스테르, 옥시-페닐-아세트산 2-[2-히드록시-에톡시]-에틸 에스테르, 페닐 글리옥실산 메틸 에스테르, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀 옥시드 및 벤질디메틸케탈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물이며,
    상기 2~4 관능기 우레탄아크릴레이트의 분자량은 1000~2000이며,
    상기 안료의 입자 크기는 100~150 nm인 것을 특징으로 하는 PCM(Pre-Coated Metal)용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제는 소포제, 레벨링제, 습윤제 및 부착증진제로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 PCM용 유색 자외선 경화형 투명 도료 조성물.
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