KR101704438B1 - 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내후성, 내스크레치성, 내구성, 경도, 인장강도, 내열성, 신장율 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라 저장 안정성 및 롤러 작업성이 우수한 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물 {ONE-PACK TYPE NON-YELLOWISH URETHANE TOP COATING PAINT COMPOSITION}

본 발명은 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내후성, 내스크레치성, 내구성, 경도, 인장강도, 내열성, 신장율 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라 저장 안정성 및 롤러 작업성이 우수한 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물에 관한 것이다.

건축물이나 구축물은 시대의 요구에 의해 여러 가지 형태의 설계와 시공을 병행하고 있으며 특히 오늘날에 이르러서는 대형화, 고급화의 경향으로 전환하고 있고 방수 처리의 중요성이 더욱 강조되는 실정이다.

방수 재료로는 이미 오래 전부터 아스팔트 방수, 모르타르 방수, 시트(sheet) 방수, 액체 방수 등이 널리 보급되어 일반적으로 사용되어 왔으나 냄새 및 화기에 의한 위험성, 난이한 작업성, 접착 부위에서의 방수 신뢰도 저하 등 많은 결함 요인을 안고 있어 이를 보완하여 개발한 것이 폴리우레탄 도막 방수이다.

우레탄 방수는 각종 방수 공법 분야 중에서 주로 콘크리트 구조물의 균열, 팽창, 수축, 진동 등의 변화에 순응할 수 있는 방수 도막을 형성할 때 적용하는 공법으로 2액형의 상온 경화형 유기 고분자 재료인 폴리우레탄을 사용하여 제반적 성능이 뛰어난 방수 도막을 형성한다.

우레탄 방수는 작업이 간편하고 이음새가 없는 연속된 방수층을 형성할 수 있으며 수명이 반영구적이고, 하지와의 접착력이 강한 탄성체이므로 하지의 팽창, 수축, 균열에 대해서도 강한 저항성이 있고, 어떤 재질의 하지에도 시공이 가능한 장점이 있다.

우레탄 방수에 사용되는 우레탄 상도 도료 조성물에 관한 종래의 기술은 하기와 같다.

한국등록특허 제938923호에서는 이소시아네이트 화합물을 포함하는 주제; 및 3관능기를 갖는 폴리올, 폴리에테르 폴리올 및 자일렌 변성 폴리올을 포함하는 반응성 폴리올, 충진제 및 소포제를 포함하는 경화제를 포함하며, 상기 주제와 상기 경화제는 1:4 내지 1:6의 중량 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 도막용 우레탄 조성물을 개시하고 있다.

한국공개특허 제2014-0029651호에서는 이소시아네이트 화합물 10 내지 50중량% 및 폴리머 폴리올 50 내지 90중량%를 포함하는 주제와 폴리머 폴리올, 쇄연장제 및 충전제를 포함하는 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수용 폴리우레탄 조성물을 개시하고 있다.

종래 1액형 우레탄 상도는 TDI 프리폴리머 황변 타입 또는 TDI+HDI 혼합 프리폴리머 난황변 타입으로 내후성 떨어져 짧은 시간 내에 변색, 초킹(chalking) 발생으로 내구성이 떨어지는 문제가 있다.

종래의 2액형 우레탄 상도는 주제부인 수산기를 가진 아크릴 단량체, 필요에 따라 스틸렌 단량체 등을 용액 공중합한 아크릴 폴리올 말단에 있는 -OH기와 경화제인 HDI 삼량체의 -NCO기와 반응하여 도막을 형성하는 기술이며, 경화제인 HDI 삼량체의 미사용, 오용에 따른 건조 불량 등 물성저하가 발생되며, 도료 사용 후 잔량분 겔화로 소요되는 손실율이 증가될 수 있다.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명자들은 내후성, 내스크레치성, 내구성, 신장율 등의 물성이 우수하고 용이하게 방수 공정에 사용할 수 있는 1액형 우레탄 상도 도료 조성물을 제조하기 위해 연구를 거듭하였고 그 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 황변 현상이 일어나지 않으며 내후성, 내스크레치성, 내구성, 경도, 인장강도, 내열성, 신장율 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라 저장 안정성 및 롤러 작업성이 우수한 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이소포론 디이소시아네이트 3~16 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 10~30 중량%, 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올 2~12 중량%; 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올 2~12 중량%, 첨가제 1~30 중량%, 경화제 10~20 중량% 및 용제 10~40 중량%를 포함하는 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올로는 글리세린 10~20 중량%에 에틸렌 옥사이드 30~40 중량% 및 프로필렌 옥사이드 40~60 중량%를 첨가하여 합성하여 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올은 500~1,000의 수평균 분자량을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올로는 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 40~60 중량%로 함유한 폴리올을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 경화제로는 반응성 1급 폴리아민계 이소포론 디아민(IPDA)에 알데하이드를 반응시켜 알디민화한 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물은 점도 500~1,500 CPS를 가지며, 고형분 함량이 60~90 중량%인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물은 첨가제로서 분산제, 침강방지제, 가소제, 소포제, 레벨링제, UV안정제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물을 사용하여 형성된 우레탄 상도 도막은 황변 현상이 일어나지 않으며 내후성, 내스크레치성, 내구성, 경도, 인장강도, 내열성 등의 물성이 우수하다.

또한, 본 발명에 따른 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물은 점도가 낮아 저장 안정성 및 롤러 작업성이 우수하여 방수 작업을 용이하게 실시할 수 있으며 방수 이외 노출 방직 바닥재 용도에도 적합하다.

이하 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 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물은 이소포론 디이소시아네이트 3~16 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 10~30 중량%, 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올 2~12 중량%; 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올 2~12 중량%, 첨가제 1~30 중량%, 경화제 10~20 중량% 및 용제 10~40 중량%를 포함한다.

본 발명에서는 이소포론 디이소시아네이트와 헥사메틸렌디이소시아네이트는 하기 설명되는 폴리올과 우레탄 결합을 형성하여 형성되는 우레탄 상도 도막의 경도, 신장율, 인장강도, 내열성, 내후성을 향상시킬 수 있다.

보다 상세하게는, 경도 및 내후성이 우수한 이소포론 디이소시아네이트와 경화 반응시 분자간 망상 구조를 형성하여 우수한 인장강도 및 내열성을 부여하는 헥사메틸렌디이소시아네이트를 혼합 사용함으로써 형성되는 우레탄 상도 도막의 경도, 인장강도, 내열성, 내후성, 신장율 등을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서는 경화제로서 경화시 잠재성 경화제 역할을 하며 우수한 내광성, 내후성, 내구성을 가지는 반응성의 1급 폴리아민계 이소포론 디아민(IPDA)에 알데하이드를 반응시켜 알디민화한 화합물을 잠재성 경화제로 사용함으로써 내후성 및 형성되는 상도 도막의 강도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 경화제로서 사용되는 상기 알디민화한 화합물은 하기 화학식 1과 같이 제조될 수 있다.

[화학식 1]

C₁₀H₂₂N₂(이소포론디아민) + 2 C₇H₆O(벤조일알데하이드) → C₂₄H₃₀N₂(알디민화한 화합물) + 2 H₂O(물)

본 발명에서는 상기 무황변 타입의 지방족 이소시아네이트의 -NCO기와 우레탄 결합을 형성하는 -OH기를 가진 폴리올로써 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올 및 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올을 사용한다.

본 발명에서 상기 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올로는 글리세린 10~20 중량%에 에틸렌 옥사이드 30~40 중량% 및 프로필렌 옥사이드 40~60 중량%를 첨가하여 합성한 수평균 분자량 500~1,000인 폴리올을 사용함으로써 형성되는 우레탄 상도 도막의 신장률을 향상시킬 수 있다.

상기 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올의 수평균 분자량이 500 미만인 경우, 본 발명에 따른 도료 조성물의 점도가 높아져 저장성 및 도료 작업성이 저하되는 경향이 있다.

상기 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올의 수평균 분자량이 1,000을 초과하는 경우, 형성되는 우레탄 상도로 적용하기 위해 필요한 경도 및 내스크래치성을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

본 발명에서 사용되는 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올로는 스티렌-아크릴로니트릴 중합체가 40~60 중량%를 함유한 폴리올을 사용함으로써 우레탄 방수재 상도로 적용하기 위해 필요한 경도 및 내스크래치성을 향상시킬 수 있다.

상기 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올은 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 폴리올에 일정하게 분산되도록 적정 분산제를 첨가하고 일정한 속도로 교반시켜 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 도료 조성물에 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올을 사용함으로써 경도가 우수한 스티렌-아크릴로니트릴 중합체가 도장후 도막 형성시 표면층에 배열되어 외부로부터의 물리적인 자극이나 충격에 대한 내구성 향상에 기여할 수 있다.

본 발명에 따른 도료 조성물에 포함되는 용제로는 휘발성 유기화합물 함유기준(TVOC)이 480g/L 이하이며 롤러 및 스프레이 작업성을 위해 바람직한 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 자일렌, 톨루엔 및 메틸아이소뷰틸케톤(MIBK)으로 이루어진 군에서 선택되는 용제를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 도료 조성물에 추가적으로 포함되는 첨가제로는 분산제, 침강방지제, 가소제, 소포제, 레벨링제, UV안정제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 첨가제를 사용할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 우레탄 상도 도료 조성물은 상온에서 점도 500~1,500 CPS를 가지며, 고형분 함량이 60~90 중량%인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 우레탄 상도 도료 조성물의 점도가 상온에서 500 CPS 미만인 경우 도료 점도가 낮아 롤러 도장시 롤러 털에 도료 오염이 발생될 수 있으며, 점도가 1,500 CPS 초과인 경우 도료 점도가 높아 롤러 작업성이 저하될 수 있다.

실시예

본 발명을 후술하는 실시예를 참조하여 설명하는 바, 이는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

(가) 이소포론 디이소시아네이트 7 중량%, 900의 수평균 분자량을 가진 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올 5.2 중량%, 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올 5.2 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 13 중량%, 톨루엔 7.6 중량%를 유리 플라스크에 순서대로 배합하고 85℃로 승온한 후 충분히 교반하여 우레탄 결합 반응을 시킨 프리폴리머 수지용액(고형분 80 중량%)를 얻었다.

(나) 상기 프리폴리머 수지 용액 38 중량%를 교반하면서 착색제 14 중량%, 자이렌 24.7 중량%, MIBK 3 중량%, 가소제 2 중량%, 소포제 1 중량%, 레벨링제 0.3 중량%, UV안정제 1 중량%을 천천히 투입하여 1시간 동안 교반하였다.

(다) C₂₄H₃₀N₂ 경화제 16 중량%를 투입하여 10분 동안 교반한 후 본 발명에 따른 우레탄 상도 도료 조성물을 얻었다.

비교예 1

(가) 이소포론 디이소시아네이트 7 중량%, 900의 수평균 분자량을 가진 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올 10.4 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 13 중량%, 톨루엔 7.6 중량%를 유리 플라스크에 순서대로 배합하고 85℃로 승온한 후 충분히 교반하여 우레탄 결합 반응을 시킨 프리폴리머 수지용액(고형분 80 중량%)를 얻었다.

(나) 상기 프리폴리머 수지 용액 38 중량%를 교반하면서 착색제 14 중량%, 자이렌 24.7 중량%, MIBK 3 중량%, 가소제 2 중량%, 소포제 1 중량%, 레벨링제 0.3 중량%, UV안정제 1 중량%을 천천히 투입하여 1시간 동안 교반하였다.

(다) C₂₄H₃₀N₂ 경화제 16 중량%를 투입하고 10분 동안 교반한 후 도료 조성물을 얻었다.

비교예 2

(가) 이소포론 디이소시아네이트 7 중량%, 400의 수평균 분자량을 가진 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올 10.4 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 13 중량%, 톨루엔 7.6 중량%를 유리 플라스크에 순서대로 배합하고 85℃로 승온한 후 충분히 교반하여 우레탄 결합 반응을 시킨 프리폴리머 수지용액(고형분 80 중량%)를 얻었다.

(나) 상기 프리폴리머 수지 용액 38 중량%를 교반하면서 착색제 14 중량%, 자이렌 24.7 중량%, MIBK 3 중량%, 가소제 2 중량%, 소포제 1 중량%, 레벨링제 0.3 중량%, UV안정제 1 중량%을 천천히 투입하여 1시간 동안 교반하였다.

(다) C₂₄H₃₀N₂ 경화제 16 중량%를 투입하고 10분 동안 교반한 후 도료 조성물을 얻었다.

비교예 3

(가) 이소포론 디이소시아네이트 7 중량%, 1,300의 수평균 분자량을 가진 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올 10.4 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 13 중량%, 톨루엔 7.6 중량%를 유리 플라스크에 순서대로 배합하고 85℃로 승온한 후 충분히 교반하여 우레탄 결합 반응을 시킨 프리폴리머 수지용액(고형분 80 중량%)를 얻었다.

(나) 상기 프리폴리머 수지 용액 38 중량%를 교반하면서 착색제 14 중량%, 자이렌 24.7 중량%, MIBK 3 중량%, 가소제 2 중량%, 소포제 1 중량%, 레벨링제 0.3 중량%, UV안정제 1 중량%을 천천히 투입하여 1시간 동안 교반하였다.

(다) C₂₄H₃₀N₂ 경화제 16 중량%를 투입하고 10분 동안 교반한 후 도료 조성물을 얻었다.

시험예 1: 물성 측정 시험

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 도료 조성물로 형성된 도막에 대해 하기 물성 측정 방법에 따라 연필 경도 시험 및 맨드렐 굴곡 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(1) 연필 경도 시험(Pencil hardness test) : ASTM D 3363에 따라 수행함.

(2) 맨드렐 굴곡 시험(Mandrel Bend test): ASTM D 522에 따라 수행함.

	실시예 1	비교예1	비교예2	비교예3
PPG 수평균 분자량	900	900	400	1,300
스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올	첨가	-	-	-
연필 경도 시험 (ASTM D 3363)	H	HB	F	2B
맨드렐 굴곡 시험 (ASTM D 522)	1/8 inch, pass	1/8 inch, pass	1/8 inch, fail 1/4 inch, pass	1/8 inch, pass

상기 표 1을 참조하면 본 발명에 따라 제조된 실시예 1의 도료 조성물로 형성된 도막은 경도 및 신장율이 우수함을 할 수 있다.

Claims (7)

1. 이소포론 디이소시아네이트 3~16 중량%,
   헥사메틸렌디이소시아네이트 10~30 중량%,
   글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올 2~12 중량%;
   스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올 2~12 중량%;
   첨가제 1~30 중량%;
   경화제 10~20 중량%; 및
   용제 10~40 중량%;
   를 포함하는 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물에 있어서,
   상기 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올은 글리세린 10~20 중량%에 에틸렌 옥사이드 30~40 중량% 및 프로필렌 옥사이드 40~60 중량%를 첨가하여 합성하여 제조되며,
   상기 글리세린에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 첨가하여 합성한 폴리올은 500~1,000의 수평균 분자량을 가지며,
   상기 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 함유한 폴리올은 스티렌-아크릴로니트릴 중합체를 40~60 중량%로 함유한 폴리올이며,
   상기 경화제는 반응성의 1급 폴리아민계 이소포론디아민에 알데하이드를 반응시켜 알디민화한 화합물이며,
   상기 알디민화한 화합물은 C₂₄H₃₀N₂이며, 하기 [화학식 1]로 제조되며,
   [화학식 1]
   C₁₀H₂₂N₂ + 2 C₇H₆O → C₂₄H₃₀N₂ + 2 H₂O
   상기 용제는 자일렌이며,
   점도 500~1,500 CPS를 가지며, 고형분 함량이 60~90 중량%이며,
   상기 첨가제는 분산제, 침강방지제, 가소제, 소포제, 레벨링제, UV안정제 및 착색제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 첨가제인 것을 특징으로 하는 무황변 타입의 1액형 우레탄 상도 도료 조성물.
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