KR101661107B1 - 내스크래치성이 우수한 ｐｖｃ 장판용 자외선 경화형 도료 조성물 - Google Patents

내스크래치성이 우수한 ｐｖｃ 장판용 자외선 경화형 도료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PVC 장판용 자외선 경화형 도료 조성물의 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알로파네이트 구조를 갖는 지방족 이소시아네이트에 단관능 또는 다관능 하이드록시 아크릴레이트를 반응시켜 생성된 지방족 알로파네이트 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머, 단관능성 아크릴레이트 모노머 및 광중합 개시제를 포함하는 자외선 경화형 도료 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 폴리비닐크로라이드(PVC) 시트에 적용되는 경우 우수한 내스크래치성, 유연성 및 내약품성을 나타낸다.

Description

내스크래치성이 우수한 ＰＶＣ 장판용 자외선 경화형 도료 조성물{UV radiation curing coating composition for PVC flooring with excellent scratch resistance}
본 발명은 내스크래치성, 내약품성 및 내열성이 우수한 PVC 장판용 자외선 경화형 도료 조성물의 관한 것이다.
일반적으로 폴리비닐크로라이드(PVC) 장판(Flooring) 표면의 내스크래치성을 향상시키고, 표면에 오염된 물질을 쉽게 제거하기 위해 UV 코팅 기술이 존재하였는데, 종래의 PVC 장판 또는 타일의 코팅처리제(열건형, UV 코팅 포함)의 문제점은 다음과 같다.
일반적으로 PVC 장판 또는 타일 제조 후 기존 자외선 경화형 표면 처리제의 경우, 내스크래치는 우수하나 성형된 후 굴곡부위의 코팅 층에 크랙(Crack)이 발생하고, 내약품성 및 내열성이 저하되는 문제가 발생하였다.
종래에 일반적인 광경화형 올리고머를 함유하는 도막 조성물, 예를 들어, 대한민국 특허 제0103647호, 미국특허 제3,782,961호, 제 3,912,516호에 게시된 도막 조성물을 이용하였으나, 상기 게시된 도막 조성물은 유연한 성형품에 코팅하는 도막의 조성물로는 적합하지 않았으며, 유연한 시트(Sheet) (적용 소지: 폴리비닐클로라이드)에 적용되는 경우 유연성 부족으로 인해 크랙(Crack)발생하고, 유연성 강화로 인한 내스크래치성(Scratch) 및 내열성이 불량한 문제가 있었다. 이는 기존 UV 자외선 경화형 도료의 경우, 내스크래치 향상을 위해 주로 HMDI Trimer type(이소시아누레이트)의 우레탄 아크릴레이트(Urethans acrylate) 올리고머를 주요 성분으로 하였기 때문이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하고자 한 것으로서, 기존의 다관능성 이소시아누레이트 타입의 우레탄 아크릴레이트 대신, 지방족 알로파네이트(Allophante) 우레탄 아크릴레이트를 주성분으로 하여, 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머, 다관능성 아크릴레이트 모노머, 광중합 개시제 및 첨가제를 적절한 비율로 포함함으로써, 유연성을 유지하면서 내스크래치성 뿐만 아니라 내열성, 내약품성이 뛰어난 자외선 경화형 UV 도료 조성물을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 알로파네이트 구조를 갖는 지방족 알로파네이트 우레탄 아크릴레이트 20~40 중량%, 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머 20~40 중량%, 단관능성 아크릴레이트 모노머 20~40 중량% 및 광중합 개시제 1~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물을 제공한다.
이하에서 본 발명의 자외선 경화용 UV 도료 조성물에 사용된 상기 성분의 종류 및 이들의 사용량을 구체적으로 설명한다.
(1) 지방족 알로파네이트 우레탄 아크릴레이트
본 발명에서 도료의 물성을 지배하는 요인인 올리고머는 지방족 알로파네이트(Allophanate) 타입의 아크릴레이트 올리고머이다. 삼관능 이상의 우레탄 아크릴레이트(주로 HMDI Trimer type)의 경우 내스크래치성은 우수하나, 도막 형성후 크랙이 발생되는 문제가 있었다.
본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하여 내약품성, 내열성, 유연성과 내스크래치성을 확보하기 위해 알로파네이트 구조를 가진 지방족 이소시아네이트(예를 들면, 헥사메틸렌 디이소시아네이트)에 단관능 혹은 다관능 하이드록시 아크릴레이트를 반응시켜 제조한 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 사용하였으며, 상기 올리고머의 분자량은 1000~2000 범위이다.
상기 단관능 혹은 다관능 하이드록시 아크릴레이트로는 하이드록시 C1 -6-알킬 아크릴레이트 또는 하이드록시 C1 -6-알킬 메타아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 하이드록시 에틸아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트, 하이드록시에틸메타 아크릴레이트, 하이드록시 부틸 아크릴레이트, 하이드록시 펜틸 아크릴레이트,하이드록시 부틸 메타아크릴레이트 등이 이에 포함된다.
하기 화학식 1은 알로파네이트의 구조를 나타내고, 화학식 2는 알로파네이트 구조를 가진 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 예를 나타낸다.
Figure 112010024430468-pat00001
Figure 112010024430468-pat00002
상기 지방족 알로파네이트 우레탄 아크릴레이트는 전체 조성물에 대해 20~40 중량%로 포함되며, 상기 올리고머의 특정된 함량은 본 발명의 발명자의 반복된 실험으로 얻어졌다. 우레탄 아크릴레이트 함량이 20 중량%미만이면 경화도막의 형성이 어렵고, 부착성이 떨어진다. 반면 40 중량% 이상이면 유연성이 떨어진다. 따라서, 상기 함량은 수득되는 도막의 경도, 내스크래치성, 유연성, 경화성을 고려하여 한정된 범위이다. 알로파네이트 구조를 갖는 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 구체예로는 Bayer社의 XP2738, XP2740 등을 들 수 있다.
(2) 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머
본 발명의 도료 조성물에서는 형성된 도막의 내스크래치성, 경도, 밀착성 향상 및 수지 조성물과 반응하여 경화물성을 보조하는 역할을 향상시키기 위해 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머를 사용하였다. 상기 모노머의 예로는 헥산디올 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올 프로판 메타크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올 프로판 트리 아크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리메타아크릴리에트, 펜타로리티올 트리아크릴레이트, 글리세릴 프록시레이티드 트리아크릴레이트, 트리스 이소시아누레이트 트리아크릴레이트, 다이트리메틸프로판 테트라아크릴레이트, 알콕시레이티드 테트라아크릴레이트, 디펜타에리스톨 헥사아크릴레이트, 라우릴 메틸아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트 및 2- 또는 4-니트로벤질 아크릴레이트 등이 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 아크릴레이트 변성 다관능 모노머의 함량이 20 중량%미만이면 내스크래치성이 저하되며, 경화성이 떨어진다. 반면 40 중량% 이상이면 도막의 크랙이 발생한다. 따라서, 상기 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머는 도막의 경도, 내스크래치성, 유연성, 경화성을 고려하여 전체 조성물에 대해 20~40 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
(3) 단관능성 아크릴레이트 모노머
본 발명에서 경화의 도막 부착성 및 유연성 향상, 도료의 점도를 조절하기 위해 단관능 하이드록시 아크릴레이트 모노머를 전체 조성물에 대해 20~40 중량%로 사용하였으며, 상기 모노머의 예로는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 옥틸데실 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트,베헤닐 아크릴레이트, 트리데실 아크릴레이트, 노닐페놀에톡시레이트 모노아크릴레이트,베타-카르복시에틸 아크릴레이트,이소보닐 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼푸릴 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼푸릴 메타그릴레이트,4-부틸싸이크로헥실 아크릴레이트, 디사이클로펜테닐 아크릴레이트, 디싸이클로 옥시 에틸 아크릴레이트, 에톡시에톡시에틸 아크릴레이트, 에톡시레이티드 모노아크릴레이트,2-하이드록시 에틸 아크릴에이트, 2-하이드록시 프로필아크릴레이트 등이 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 상기 단관능 하이드록시 아크릴레이트 모노머는 도료의 유동성 부여와 도막의 유연성을 부여하기 위한 것으로 함량이 20 중량% 이하인 경우 도료의 점도가 상승되고 희석성이 떨어지며, 40 중량 % 이상이면, 경화성과 내스크래치 저하를 유발할 수 있다.
(4) 광중합개시제
본 발명에 사용한 광중합개시제는 α-Cleavage(Type I)형의 α-하이드록시 페논 (α-hydroxy phenone) 류의 개시제로서, 저장 안정성이 양호하며, 올리고머와 모노모와의 상용성이 좋고, 황변이 적은 것이다. 상기 광중합 개시제의 예로는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-페논, 1-하이드록시싸이클로헥실페닐케톤, 1-하이드록시 싸이클로헥실 페닐 케톤, 벤조 페논, 1-(4-이소프로필페닐) 2-하이드록시 2-메틸 1-온, 1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-하이드록시-2-메틸 프로판 1-온, α,α-다이에톡시아세토페논, 2,2-디에톡시 1-페닐 에타논 등이 있으며 이들을 단독 또는 2종이상 조합하여 사용할 수 있다. 상기 광중합 개시제는 도막의 경화를 유도하는 것으로서 얻어지는 도막의 경도, 내스크래치성, 유연성, 경화성을 고려하여 적은 것으로서 전체 도료 조성물에 1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 1 중량% 이하이면 경화성 저하와 미경화로 인한 내스크래치성 저하를 가져올 수 있으며, 5 중량 % 이상이면, 미반응된 광중합개시제로 인한 오염성 저하, 저중합도에 의한 부착성 저하를 유발할 수 있다.
본 발명의 조성물에는 상기 성분 이외에 도막의 슬립(Slip) 및 레벨링(Levelling) 향상을 위해 사용되는 물질로서, 실리콘 디아크릴레이트 계열, 실리콘 변성 폴리아크릴레이트 화합물 등이 단독 또는 2종이상 조합되어 사용될 수 있다. 이러한 표면 조절용 첨가제는 도막 조성물 전체의 0.01~2 중량% 범위로 도막 성능에 악영향을 미치지 않는 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 아울러 기타 첨가제로 소포제, 분산제, 소광제, 산화방지제 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물에는 상기 성분 이외에 광택 조정을 위해 일부 적절한 소광제를 투입할 수 있다.
본 발명의 PVC 장판용 UV 도료 조성물의 제조방법에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 상기한 바와 같은 지방족 알로파네이트 우레탄 아크릴레이트, 다관능 및 단관능 아크릴레이트 모노머, 2종 이상의 광중합 개시제, 표면조절용 첨가제 등을 디졸버, 교반기 등과 같은 혼합용 장비에 투입한 후 상온의 온도 범위에서 혼합하는 통상의 방법에 따라 제조할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 PVC 장판 표면 UV 처리제로서 우수한 외관과 내스크래치성, 내약품성 및 개선된 유연성을 나타내는 자외선 경화형 UV 도료 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 하기 실시 예에 의해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 이들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(1) PVC 장판용 UV 도료 조성물의 제조
도료조성물의 조성 및 함량은 하기 표1에 나타난 바와 같다.
Figure 112010024430468-pat00003
A) 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머
A-1: 알로파네이트 구조를 가진 3관능 우레탄 아크릴레이트 올리고머
[상품명: Bayer XP 2740]
A-2: 이소시아누레이트 구조를 가진 3관능 우레탄 아크릴레이트
올리고머 [상품명: KCC 社의 CRA00079]
A-3: 이소포론 구조를 가진 2관능 우레탄 아크릴레이트 올리고머
[상품명: KCC 社의 CRA00181]
B) 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머 [1,6 헥산디올 디아크릴레이트]
C) 단관능성 아크릴레이트 모노머 [2-하이드록시 에틸 아크릴레이트]
D) 광중합개시제 [1-하이드록시 사이클로헥실 페닐 케톤]
E) 실리콘 변성 폴리아크릴레이트 화합물 [BYK社의 BYK-333]
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1은 본원 발명의 조성물이다. 비교예 1 및 2는 실시예 1과 동일한 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머(A-1)를 포함하나 그 함량이 본원 발명의 범주가 아니며, 비교예 3 및 4는 종래 기술에서 사용된 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 조성물이다. 따라서, 비교예 1 내지 4는 본원발명의 화합물에 해당되지 않는다.
우레탄 아크릴레이트 올리고머 A), 변성 아크릴레이트 모노머 B), 단관능 아크릴레이트 모노머 C), 광중합개시제 D), 실리콘 변성 폴리아크릴레이트 화합물 E)를 투입하여 1000rpm으로 15간 분산하였다. 이때 광중합 개시제 가 완전히 용해 되었는지 확인하고, 분산 시간을 맞게 조절하였다.
(2) PVC 장판용 UV 도료 조성물의 물성 평가
상기 각각의 조성물을 이용하여 PVC Sheet에 약 10 마이크론으로 Bar(#10) 코팅한 후, 자외선 경화기를 이용하여 약 20m/min 라인 조건으로 경화 시켰다. (UV 조사량은 최소 500mj/cm 2)
1) 외관
- PVC 시편 위에 코팅된 도막의 기포, 이물, 반점, 홈 및 평활성의 정도로 규격의 만족 여부를 비교하였다.
2) 부착성
- ASTM D3359 테이프 부착성 시험 방법에 의거하여, 1mm*1mm 눈금 100개중에서 테이프 접착성 시험 후 박리된 부분의 정도를 관찰하였다.
3) 경화성
- UV 조사량을 80mj/cm 2 기준으로 하여 수회 경화시키어 표면 경화 정도를 지촉으로 판단하였다.
4)경도
- H 경도의 연필을 기준으로 하여 측정하였다
5) 내약품성
- 대표적 소독약인 포비돈 아이오딘 약 10mg을 도장된 PVC 시편 위에 스포이드를 이용하여 도포 후 약 1시간 정도 방치한 후, 소독약 제거하고 흔적 여부를 관찰하였다.
6) 경화성
- UV 도료를 PVC Sheet 위에 8~10㎛ 코팅하고 경화하여 시편을 제조한 후, 시편을 가로 10 * 세로 10 cm로 절단하여 측정용 시편을 제조하였다. 해당 시편을 80?℃오븐에 5분 방치한 후 꺼내어 다시 상온에 방치 하면서 경화(Curing) 유무를 1mm(바닥과 시편 사이의 틈) 단위로 평가하였다.
7) 내스크래치성
- Steel wool #0000을 이용하여, 500g의 중량을 이용하여 약 20회 반복하여 문지른 후 외관의 손상 정도를 인지하였다.
상기 방법에 의해 평가된 물성을 표 2에 나타내었다.
Figure 112010024430468-pat00004
평가: 우수 5 ←---→ 1 불량
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 도료 조성물을 이용하여 제조된 실시예 1의 경우 외관이 우수하고, 내스크래치성 및 경화성이 우수하였다.

Claims (9)

  1. 단일 우레탄 아크릴레이트 성분으로서 알로파네이트 구조를 갖는 지방족 알로파네이트 3관능 우레탄 아크릴레이트 20~35 중량%, 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머 20~40 중량%, 단관능성 아크릴레이트 모노머 20~40 중량% 및 광중합 개시제 1~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지방족 알로파네이트 3관능 우레탄 아크릴레이트가 알로파네이트 구조의 지방족 우레탄에 단관능 또는 다관능 하이드록시 아크릴레이트를 반응시켜 제조되며, 분자량이 1000~2000 인 것을 특징으로 하는, PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단관능 또는 다관능 하이드록시 아크릴레이트가 하이드록시 C1 -6-알킬 아크릴레이트 또는 하이드록시 C1 -6-알킬 메타아크릴레이트인 것을 특징으로 하는, PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단관능 또는 다관능 하이드록시 아크릴레이트가 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트, 하이드록시 부틸 아크릴레이트, 하이드록시 펜틸 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 메타아크릴레이트 및 하이드록시 부틸 메타아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다관능성 아크릴레이트 변성 모노머가 헥산디올 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올 프로판 메타크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올 프로판 트리 아크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리메타아크릴리에트, 펜타로리티올 트리아크릴레이트, 글리세릴 프록시레이티드 트리아크릴레이트, 트리스 이소시아누레이트 트리아크릴레이트, 다이트리메틸프로판 테트라아크릴레이트, 알콕시레이티드 테트라아크릴레이트, 디펜타에리스톨 헥사아크릴레이트, 라우릴 메틸아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트 및 니트로벤질 아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단관능성 아크릴레이트 모노머가, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 옥틸데실 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 베헤닐 아크릴레이트, 트리데실 아크릴레이트, 노닐페놀에톡시레이트 모노아크릴레이트, 베타-카르복시에틸 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼푸릴 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼푸릴 메타그릴레이트, 4-부틸싸이크로헥실 아크릴레이트, 디사이클로펜테닐 아크릴레이트, 디싸이클로 옥시 에틸 아크릴레이트, 에톡시에톡시에틸 아크릴레이트, 에톡시레이티드 모노아크릴레이트, 2-하이드록시 에틸 아크릴에이트 및 2-하이드록시 프로필아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광중합 개시제가 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-페논, 1-하이드록시싸이클로헥실페닐케톤, 1-하이드록시싸이클로헥실 페닐 케톤, 벤조 페논, 1-(4-이소프로필페닐) 2-하이드록시-2-메틸-1-온, 1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, α,α-다이에톡시아세토페논 및 2,2-디에톡시-1-페닐에타논으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 실리콘 디아크릴레이트 또는 실리콘 변성 폴리아크릴레이트 화합물인 첨가제 0.01~2 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, PVC 장판용 자외선 경화형 UV 도료 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 도료 조성물의 경화층을 표면에 가지는 것을 특징으로 하는 PVC 장판.
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