KR101710668B1

KR101710668B1 - 목재 표면에 도포되는 투명성 코팅 조성물

Info

Publication number: KR101710668B1
Application number: KR1020160067286A
Authority: KR
Inventors: 박약수; 김진만; 김동규
Original assignee: 김동규
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-02-27

Abstract

본 발명은 목재 표면에 도포되는 투명성 코팅 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 왁스, 폴리디메틸실록산 및 물을 적정 함량 포함함으로써 1회 도장만으로도 속건성, 내스크래치성, 부착성, 내수성, 발색력 및 투명성이 우수한, 목재 표면에 도포되는 투명성 코팅 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 목재 코팅용 조성물로 형성한 도막은 상온에서 빠른 시간 내에 건조가 가능하고, 목재의 표면 경도를 상승시켜 내스크래치성이 우수하며, 목재 기재에 대한 부착성 및 내수성 또한 우수할 뿐만 아니라, 착색제와 혼합하여 목재에 도포할 시에는 투명하면서도 뛰어난 발색 효과를 가지기 때문에 목재의 결을 표현할 수 있다. 또한, 유독성 물질을 포함하지 않아 친환경적이고 냄새가 나지 않기 때문에 실내에서 작업하기 용이하다.

Description

목재 표면에 도포되는 투명성 코팅 조성물{TRANSPARENT COATING COMPOSITION FOR WOOD COATING}

본 발명은 목재 표면에 도포되는 투명성 코팅 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 왁스, 폴리디메틸실록산 및 물을 적정 함량 포함함으로써 1회 도장만으로도 속건성, 내스크래치성, 부착성, 내수성, 발색력 및 투명성이 우수한, 목재 표면에 도포되는 투명성 코팅 조성물에 관한 것이다.

목재를 이용하여 제품을 제조할 때 내수성, 내스크레치성 등을 확보하기 위해 마지막 단계인 도장이 매우 중요하다.특히, 목재는 다공질 기재이기 때문에, 목재를 도장할 때는 단 한번 도장하는 것으로 완료되는 것이 아니라, 하도 도장 및 상도 도장으로 복수회 진행되어야 하며, 목재에 색을 입히려고 하는 경우에는 하도 도장 및 상도 도장 외에 하도 도장에 앞서서 착색제(염료)를 목재에 칠하는 착색 작업을 실시해야 한다. 하도 도장은 목재에 초벌칠하는 것으로써, 목재의 흡습성을 막아주고 착색제를 고정해주는 역할을 하고, 상도 도장은 내구성을 강화시키면서 필요에 따라 광택과 질감을 추가하는 공정이다.

즉, 목재에 내수성이나 내스크레치성 등을 부여하거나, 또는 이에 더하여 목재에 색을 입히는 도장을 하기 위해서는, 하도 도장 및 상도 도장, 또는 착색 공정, 하도 도장 및 상도 도장을 거쳐야 한다. 상기 공정들은 각 공정 단계마다 착색제, 하도 도료 및 상도 도료를 완전히 건조시키면서 진행해야 하기 때문에, 시간이 매우 오래 걸리고, 재료 구입 비용의 부담이 있다.

따라서 1회의 도장만으로도 목재의 내수성이나 내스크레치성 등을 우수하게 만들 수 있고, 도장 작업 전에 착색 공정 없이 도장 공정과 동시에 목재에 색을 입힐 수 있는 도료의 개발이 필요하지만, 대부분 한국공개특허 제2009-0008448호와 같이 하도에만 적합하거나, 또는 상도에만 적합한 도료들 위주로 개발되어 있다.

한국공개특허 제2009-0008448호

이에, 종래 기술의 한계를 극복하고자 목재 도료에 사용되는 각 성분들을 다양하게 조합하고, 각 조합으로 제조된 도료의 물성을 측정하면서 연구를 진행한 결과, 1회 도장만으로도 목재의 내구성을 충분히 상승시킬 수 있으면서도, 착색제와 혼합하였을 때에는 투명하면서도 우수한 발색을 보이는 도료를 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 왁스, 폴리디메틸실록산 및 물을 포함하는 투명성 목재 코팅용 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 왁스, 폴리디메틸실록산 및 물을 포함하는 투명성 목재 코팅용 조성물을 제공한다.

상기 목재 코팅용 조성물은 아크릴 에멀젼 50~60 중량%, 폴리우레탄 수지 15~20 중량%, 폴리에틸렌 왁스 3~5 중량%, 폴리디메틸실록산 0.3~0.5 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.

상기 목재 코팅용 조성물은 고형분 함량이 30~35 중량%이고, 점도가 5~15 cps일 수 있다.

상기 목재 코팅용 조성물은 항균제, 항곰팡이제 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다.

상기 목재 코팅용 조성물은 착색제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 목재 코팅용 조성물로 형성한 도막은 상온에서 빠른 시간 내에 건조가 가능하고, 목재의 표면 경도를 상승시켜 내스크래치성이 우수하며, 목재 기재에 대한 부착성 및 내수성 또한 우수할 뿐만 아니라, 착색제와 혼합하여 목재에 도포할 시에는 투명하면서도 뛰어난 발색 효과를 가지기 때문에 목재의 결을 제대로 표현할 수 있다. 또한, 유독성 물질을 포함하지 않아 친환경적이고 냄새가 나지 않기 때문에 실내에서 작업하기 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 코팅 조성물에 착색제를 혼합한 후, 목재에 도포한 모습을 찍은 사진이다.

본 발명은 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 왁스, 폴리디메틸실록산 및 물을 포함하는 투명성 목재 코팅용 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 목재 코팅용 조성물은 이에 한정되지 않지만, 아크릴 에멀젼 50~60 중량%, 폴리우레탄 수지 15~20 중량%, 폴리에틸렌 왁스 3~5 중량%, 폴리디메틸실록산 0.3~0.5 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 목재 코팅용 조성물은 아크릴 에멀젼 및 폴리우레탄 수지를 기본 베이스로 하는 코팅액에 폴리에틸렌(PE ; polyethylene) 왁스 및 폴리디메틸실록산을 포함함으로써, 상온에서 빠른 건조가 가능하고, 별도의 하도 처리 없이도 목재 표면에 대한 부착력이 우수하고, 목재 표면의 강도를 현저히 상승시켜 스크래치가 쉽게 나지 않으며, 내수성도 현저히 상승시킨다. 또한, 본 발명에 따른 목재 코팅용 조성물에 착색제를 추가로 첨가하였을 때, 폴리에틸렌 왁스 및 폴리디메틸실록산으로 인해 발색력이 매우 우수해지는바, 별도의 착색 공정을 거칠 필요가 없고, 투명도가 우수하기 때문에 목재의 결을 제대로 표현할 수 있어 목재 코팅용으로써 매우 적합하다.

즉, 본 발명에 따른 목재 코팅용 조성물은 아크릴 에멀젼 및 폴리우레탄 수지를 기본 베이스로 하는 코팅액에 폴리에틸렌(PE ; polyethylene) 왁스 및 폴리디메틸실록산을 적정 함량으로 포함함으로써, 1회의 도장만으로 착색 처리, 하도 처리 및 상도 처리를 모두 해결할 수 있는 것이다.

이때, 상기 폴리에틸렌 왁스는 목재 코팅용 조성물 총 중량에 대하여 3~5 중량%가 적합한데, 3 중량% 미만이면 상온에서의 속건성, 도막 표면 경도의 상승, 내수성 및 발색력의 향상 효과가 미미하고, 5 중량%를 초과하면 목재에 대한 도막의 부착성이 감소하고, 습도 및 온도 변화에 따라 목재가 수축 및 팽창을 할 때 박리가 쉽게 일어나며, 도막 박리에 의해 내수성이 현저히 나빠질 뿐만 아니라, 착색제와 혼합하여 도포할 때 발색력이 감소하고, 웨이브 현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 투명성을 상실하게 되어 목재의 결을 표현할 수 없다.

또한, 상기 폴리디메틸실록산은 목재 코팅용 조성물 총 중량에 대하여 0.3~0.5 중량%가 적합한데, 0.3 중량% 미만이면 폴리디메틸실록산 첨가로 인한 효과가 미미하고, 0.5 중량%를 초과하면 목재에 대한 도막의 부착성이 감소하고, 습도 및 온도 변화에 따라 목재가 수축 및 팽창을 할 때 박리가 쉽게 일어나며, 도막 박리에 의해 내수성이 현저히 나빠지는 문제가 있다.

상기 아크릴 에멀젼이 50 중량% 미만일 경우에는 목재에 대한 부착성이 감소하여 도막이 탈리되는 문제가 있고, 내수성이 감소하며, 표면의 기계적 강도가 감소하여 스크래치가 쉽게 날 수 있다. 또한, 상기 아크릴 에멀젼이 60 중량%를 초과할 경우에는, 상온에서 건조시키는데 오래 걸리고, 점도가 증가하여 작업성이 저하되며, 투명성을 상실하기 때문에 목재 위에 코팅시켰을 때 목재의 결을 표현할 수 없다.

상기 아크릴 에멀젼은 도료에 사용되는 일반적인 아크릴 에멀젼이 가능하며, 이에 한정되지 않지만, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-하이드로에틸메타아크릴레이트, 아크릴로나이트릴, 부틸 아크릴레이트, 메타크릴산/메틸메타아크릴레이트, 이소부틸메타아크릴레이트 및 2-하이드로프로필아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 폴리우레탄 수지가 15 중량% 미만일 경우에는 목재에 대한 부착성이 감소하여 도막이 탈리되는 문제가 있고 도막이 제대로 형성이 안 될 수 있으며, 20 중량%를 초과할 경우에는 목재 표면의 기계적 강도가 감소하여 스크래치가 쉽게 나고 점도가 증가하여 작업성이 저하되며, 상온에서 건조시키는데 시간이 매우 오래 걸리는 문제가 있다.

상기 폴리우레탄 수지는 당업계에서 사용하는 polyurethane dispersion type의 수지가 바람직하다.

본 발명에 따른 목재 코팅용 조성물은 고형분 함량이 30~35 중량%이고, 점도가 5~15 cps이다. 점도가 5 cps 미만이면 코팅용 조성물을 여러 번 덧발라야 하는 문제점이 발생할 수 있고, 점도가 15 cps를 초과하면 작업성이 용이하지 않아서 목재 표면에 고르게 도포하기가 어렵다.

상기 목재 코팅용 조성물은 항균제, 항곰팡이제 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함할 수 있고, 이때 목재 코팅용 조성물의 물성에 영향을 미치지 않는 함량만큼 포함하는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 함량은 이에 한정되지 않지만 코팅용 조성물 전체 중량 대비 2~3 중량% 일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 목재 코팅용 조성물은 착색제를 추가로 포함할 수 있고, 이때 목재 코팅용 조성물의 물성에 영향을 미치지 않으면서 색상에 따라 적합하게 조절하는 포함하는 것이 바람직하며, 상기 함량은 이에 한정되지 않지만 코팅용 조성물 전체 중량에 대하여 0.5~10 중량% 일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명 하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

< 실시예 및 비교예의 제조 >

하기 표 1의 조성을 갖는 실시예 및 비교예를 제조하였다. 실시예 및 비교예의 제조방법은 착색제를 제외한 원료들을 균일하게 혼합한 후, 착색제를 균일하게 혼합시켜 제조하였다. 이때 착색제는 수지를 함유하지 않는 고농축 안료 페이스트 형태로 만들어 첨가하였다.

실시예 및 비교예의 조성(단위 : 중량%)

성분	실시예	비교예
성분	1	1	2	3	4	5	6	7
아크릴 에멀젼	50	50	50	50	50	50	50	40
폴리우레탄 수지	17.5	17.5	17.5	17.5	17.5	17.5	17.5	17.5
PE 왁스	3	-	3	1	7	3	3	3
폴리디메틸실록산	0.4	-	-	0.4	0.4	0.1	1	0.4
바이오사이드	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
착색제	3	3	3	3	3	3	3	3
물	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량

상기 실시예 1의 고형분 함량은 32±2%이고, 점도는 10.9 cps (brookfield DV-II, spindol #1 50rpm)이다.

또한, 투명성에 영향을 주는 구성을 알아보기 위해, 하기 표 2의 구성을 갖는 실시예 및 비교예를 추가로 제조하였고, 제조방법은 상기 표 1의 실시예 및 비교예의 제조방법과 동일하다.

실시예 및 비교예의 조성(단위 : 중량%)

성분		실시예		비교예
성분		2	3	8	9	10
아크릴 에멀젼		50	60	70	60	60
폴리우레탄 수지		17.5	17.5	17.5	17.5	17.5
PE 왁스		5	5	5	5	5
실록산	폴리디메틸실록산	0.4	0.4	0.4	-	-
	폴리디페닐실록산	-	-	-	0.4	-
	폴리메틸페닐실록산	-	-	-	-	0.4
바이오사이드		2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
착색제		3	3	3	3	3
물		잔량	잔량	잔량	잔량	잔량

< 실험예 >

실험예 1. 물성 측정

상기 제조된 실시예 및 비교예의 코팅제로 목재 합판 표면을 1회만 코팅하여 도막 시편을 제작하였다. 그 후, 상기 도막 시편을 이용하여 상기 실시예 및 비교예의 속건성, 표면경도(내스크래치성), 부착성, 내수성, 발색력, 항균성 및 항곰팡이성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다.

도막 시편의 물성 비교

항목	실시예	비교예
항목	1	1	2	3	4	5	6	7
지촉건조 시간	20분	55분	45분	45분	35분	45분	20분	20분
완전건조 시간	6시간	12시간 이상	10시간	10시간	6시간	10시간	6시간	6시간
연필경도	HB	3B	2B	2B	HB	2B	HB	2B
부착성	100/100	100/100	100/100	100/100	92/100	100/100	97/100	95/100
내수성	○	△(8%)	△(5%)	△(6%)	×(24%)	△(4%)	△(11%)	△(19%)
발색력	10	6	8	7	8	8	10	10
웨이브 현상	×	×	×	×	○	×	×	×
항균성	99.9%	99.9%	99.9%	99.9%	99.9%	99.9%	99.9%	99.9%
항곰팡이	○	○	○	○	○	○	○	○

상기 실시한 시험 항목의 조건은 아래와 같다.

1. 지촉건조 시간 : 손가락 끝을 도막에 가볍게 대었을 때 점착성은 있으나 도료가 손 끝에 묻어나지 않는 상태를 상온에서 5분 간격으로 검사

2. 완전건조 시간 :　수분이 완전 건조된 상태를 상온에서 1시간 간격으로 검사, 최대 12시간까지 검사

3. 연필경도 : 연필경도 시험기(Mitsubishi 사제)

4. 부착성 : 도막을 완전히 건조시킨 후, 1mm 간격의 칼집 10개 가로 세로 각각 교체하여 도막에 그어 테이프와 도막의 부착성 측정

5. 내수성 : 물속에 완전 건조된 시편을 24hr 침전 후 표면상태 이상 유무 확인

5-1) ○ : 도막의 상태가 변화없음

5-2) × : 도막 상태가 전 표면적에 대하여 20% 이상 변화했을 경우

6. 발색력 : 10점 기준 육안 평가(10점에 가까울수록 우수)

7. 웨이브 현상 : 육안으로 웨이브 현상(칼라가 물결 모양으로 보이는 현상) 평가

8. 항균 시험 : JIS Z 2801-2000(필름밀착법)으로 도막 시편에 균액(Escherichia coli, ATCC 25922)을 도말한 후, 37℃에서 24시간 동안 매양한 후 균주의 수를 측정하였고, 초기 균주 수 및 배양후 균주수를 이용하여 세균 감소율을 계산

9. 항곰팡이 시험 : 항곰팡이 특성 확인을 위하여 사용된 곰팡이는 5종의 혼합 균주(Aspergillus niger ATCC 9642, Penicilliumpinophilum ATCC 11797, Chaetomium globosum ATCC 6205, Gliocladiumvitens ATCC 9645, Aureobasidiumpullulans ATCC 15233)를 도막 시편에 도포한 후 4주 후 곰팡이 발생 여부 관찰(○ : 곰팡이 미발생/ × : 곰팡이 생육)

상기 표 3에서, 비교예 1 및 2가 실시예 1보다 건조되는데 시간이 현저히 오래 걸리고, 표면 경도, 내수성 및 발색력이 매우 나빠진 것을 확인할 수 있다. 따라서 PE 왁스 및 폴리디메틸실록산을 포함함으로써 건조 시간을 단축시키고, 표면 경도, 내수성 및 발색력을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, PE 왁스가 1 중량% 포함된 비교예 3은 비교예 1과 물성 수준이 비슷한바, PE 왁스는 3 중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있고, PE 왁스를 7 중량% 포함하는 비교예 4가 실시예 1보다 부착성 및 발색력이 현저히 나빠지고 목재 표면에서 웨이브 현상이 발생하는바, PE 왁스를 7 중량% 미만으로 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

폴리디메틸실록산을 0.1 중량% 포함하는 비교예 5는 폴리디메틸실록산을 포함하지 않는 비교예 2와 물성이 비슷한바, 폴리디메틸실록산이 PE 왁스의 성능을 강화시키기 위해서는 0.1 중량%를 초과하는 것이 바람직한 것을 알 수 있고, 폴리디메틸실록산을 1 중량% 포함하는 비교예 6은 실시예 1보다 부착성이 감소되는바 폴리디메틸실록산을 1 중량% 미만으로 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

한편, 아크릴 에멀젼을 40 중량% 포함하는 비교예 7은 표면 경도, 부착성 및 내수성이 실시예 1보다 현저히 나빠지므로, 아크릴 에멀젼을 40 중량% 초과하여 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

실험예 2. 투명성 관찰

실시예 1~3, 및 비교예 4, 8~10을 목재 위에 1회 도포한 후, 목재 결이 잘 보이는지 여부를 관찰해 투명성 여부를 평가하였고, 그 결과를 하기 표 4에 기재하였다.

투명성 평가 결과(○ : 목재 결이 보임, × : 목재 결이 보이지 않음)

실시예			비교예
1	2	3	4	8	9	10
○	○	○	×	×	×	×

상기 표 4의 결과에서 실시예 1, 2는 투명성일 갖지만, 비교예 4는 투명성을 갖지 않으므로, 투명성을 위해서는 PE 왁스를 3~5 중량% 포함하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 8이 불투명하므로, 투명성을 위해서는 아크릴 에멀젼을 50~60 중량% 포함하는 것이 바람직하며, 비교예 9 및 10이 불투명하므로 본 발명에 따른 조성물에서는 폴리디메틸실록산을 사용해야 투명성을 갖는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 비교예 9 및 10에 포함된 실록산계 화합물이 본 발명을 조성 내에서 상용성이 떨어지기 때문에 나타나는 현상으로써, 본 발명에서는 실록산계 화합물로 ‘폴리디메틸실록산’이 적합하다는 것을 알 수 있다.

실험예 3. 색 발현 관찰

실시예 1의 조성에서 착색제의 색만 다르게 하여 마감 처리한 목재 표면의 사진을 도 1에 기재하였다. 도 1에서, 투명하면서도 우수한 발색력을 보이는 것을 확인할 수 있다. 투명하면서도 발색이 뛰어난 것은, 목재의 결을 살리면서도 디자인 기능을 부여할 수 있기 때문에 목재 코팅용 조성물로써 매우 중요한 효과이다.

Claims

아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 왁스, 폴리디메틸실록산 및 물을 포함하고,
상기 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 왁스, 폴리디메틸실록산, 및 물을 상기 아크릴 에멀젼50~60 중량%, 상기 폴리우레탄 수지15~20 중량%, 상기 폴리에틸렌 왁스3~5 중량%, 상기 폴리디메틸실록산0.3~0.5 중량% 및 잔량의 상기 물로 포함하는, 목재 코팅용 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 목재 코팅용 조성물은 고형분 함량이 30~35 중량%이고, 점도가 5~15 cps인, 목재 코팅용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 목재 코팅용 조성물이 항균제, 항곰팡이제 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함하는, 목재 코팅용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 목재 코팅용 조성물이 착색제를 추가로 포함하는, 목재 코팅용 조성물.