KR101714132B1

KR101714132B1 - 방오 투명도료 조성물

Info

Publication number: KR101714132B1
Application number: KR1020140194124A
Authority: KR
Inventors: 차동은; 김현경; 유경민; 이승목; 윤진영; 오영섭; 이복철; 오우택; 김재홍
Original assignee: 현대자동차주식회사; 삼신화학공업(주); 조광페인트주식회사
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2017-03-09
Also published as: KR20160083322A

Abstract

본 발명은 방오 투명도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 방오 투명도료 조성물은 아크릴 폴리올 수지 40.0 내지 50.0 중량%; 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지 5.0 내지 10.0 중량%; 나노실리카 0.1 내지 5.0 중량%; 방향족 탄화수소계 용제 30.0 내지 40.0 중량%; 케톤계 용제 10.0 내지 15.0 중량%; 및 에스테르계 용제 1.0 내지 5.0 중량%를 포함한다.

Description

방오 투명도료 조성물{ANTIFOULING CLEAR PAINT COMPOSITION}

본 발명은 방오 투명도료 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아크릴 폴리올 수지에 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지 및 나노실리카를 혼합하여 도료에 적용함으로써 내오염성, 내수성 및 내후성 등이 우수하며, 이지크린(Easy-clean) 성능 효과가 있으며, 이를 이용하여 자동차 내외장재, 플라스틱 부품, 가전제품, 포장재, 식품용기 등에 활용될 수 있는 방오 투명도료 조성물에 관한 것이다.

최근 자동차는 고급화의 일환으로 기능성을 요구하고 있는 부품들이 많아지고 있는 추세이다. 특히 자동차 부품 중에서 노면(도로)과 가장 가까운 곳에 위치하고 있으며, 주행 시 오염(진흙, 벌레 등)에 많은 영향을 받는 범퍼에서 방오 기능을 요구하는 추세가 증가하고 있다. 오염 제거 시 쉽게 오염자국이 없어지지 않는 경우 과하게 닦는 과정에서 도막의 스크래치 및 손상이 발생할 가능성이 많아지는 사례가 늘고 있다. 이에 오염 시 쉽게 오염을 제거할 수 있는 방오 도료의 개발이 필요하다.

이와 관련하여 종래 한국등록특허 1,362,511 및 1,220,416에서는 연꽃효과(Lotus effect)로 표면에 무기입자를 이용하여 나노 사이즈의 일정한 패턴을 주고 초발수체를 만들어 오염물 제거를 용이하게 하는 방법에 관해 개시되어 있으나, 발수성능이 뛰어나지만 도장작업으로는 구현에 한계가 있다.

또한 일본등록특허 9,124,715에서는 발수가 아닌 친수성능을 부여하여 오염물질 및 내지문성을 방지하는 것으로 오염도를 가장 낮게 구현할 수 있는 방법에 관해 개시되어 있으나, 자동차 범퍼용 도료에서 요구하는 내수성 및 내후성 등의 신뢰성을 만족시키기 어려운 문제가 있다.

반면에, 가장 일반적인 방법으로 한국등록특허 549,289 및 989,353에서는 3M, Du-Pont 사 등에서 제조된 불소 첨가제를 사용하여 발수성을 부여하여 오염방지를 구현하는 방법에 관해 개시되어 있으나, 범퍼용 도료에 사용되는 수지들과의 상용성 문제로 사용량에 한계가 있다. 또한 초기 방오성능은 구현이 될지라도 시간이 지날수록 방오 성능이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 방오 도료는 기존 범퍼용 도료가 요구하는 내세차성, 내화학성 및 내후성 등과 같은 신뢰성을 만족할 수 있어야 하며, 초기 방오 성능이 계속 유지가 되는 내구성이 요구된다. 또한 기존의 범퍼용 도료를 대체하기 위해 기존 도료가 가지고 있는 외관의 구현이 가능하여야 하며, 도장 작업성이 저하되지 않아야 한다. 따라서 기존 범퍼용 도료가 가지고 있는 신뢰성 및 외관을 가지며, 방오 성능이 부여된 도료 개발이 필요하다.

본 발명의 목적은 방오 성능이 우수하며, 오염제거가 용이한 방오 투명도료 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명은 아크릴 폴리올 수지 40.0 내지 50.0 중량%; 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지 5.0 내지 10.0 중량%; 나노실리카 0.1 내지 5.0 중량%; 방향족 탄화수소계 용제 30.0 내지 40.0 중량%; 케톤계 용제 10.0 내지 15.0 중량%; 및 에스테르계 용제 1.0 내지 5.0 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방오 투명도료 조성물을 제공한다.

본 발명의 방오 투명도료 조성물은 아크릴 폴리올 수지에 나노실리카 및 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지를 적용함으로써 내오염성, 내수성 및 내후성 등이 우수하며, 이지크린(Easy-clean) 성능 효과가 있다.

또한 본 발명의 방오 투명도료는 기능성 부여 및 상품의 고급화를 동시에 구현하여 자동차 내외장재, 플라스틱 부품, 가전제품, 포장재, 식품용기 등에 활용될 수 있다.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 아크릴 폴리올 수지 40.0 내지 50.0 중량%; 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지 5.0 내지 10.0 중량%; 나노실리카 0.1 내지 5.0 중량%; 방향족 탄화수소계 용제 30.0 내지 40.0 중량%; 케톤계 용제 10.0 내지 15.0 중량%; 및 에스테르계 용제 1.0 내지 5.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방오 투명도료 조성물을 제공한다.

상기 아크릴 폴리올 수지는 아크릴산과 각종 활성 관능기를 가진 단량체를 공중합시켜 우수한 내후성, 내침핑성, 내수성 등의 물성을 구현할 수 있다. 이러한 상기 아크릴 폴리올 수지는 중량평균분자량(Mw)이 4,000 내지 5,000 g/mol이며, 수산기 함량이 60 내지 70 중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 40 내지 60 ℃이며, 고형분 함량이 50 내지 70 %인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 유리전이온도(Tg)가 40 ℃ 보다 낮으면 내칩핑성 및 내수성, 도막강도가 저하될 수 있고, 60 ℃ 보다 높으면 유연성이 떨어지고 도막이 딱딱해질 수가 있다.

상기 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지는 아크릴 수지와 OH 관능기를 가지는 실리콘과 공중합 반응으로 가교 결합된 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지는 상기 아크릴 수지 대비 상기 OH 관능기를 가지는 실리콘 20.0 내지 30.0 중량%를 포함할 수 있다.

상기 아크릴 수지는 아크릴산 에스테르계 모노머로서 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 프로필메타아크릴레이트, 노말부틸메타아크릴레이트, 이소부틸메타아크릴레이트, 터셔리부틸메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트, 벤질메타아크릴레이트, 페닐메타아크릴레이트, 스테아릭메타아크릴레이트, 시클로헥실메타아크릴레이트 및 라우릴메타아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 단량체가 결합된 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지는 표면 장력을 저하시켜 접촉각을 높임으로써 오염원의 부착성을 저하시킬 수 있는데, 상기 수지의 함량은 5.0 내지 10.0 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 실리콘 변성 아크릴 수지는 그 함량이 5.0 중량% 보다 적으면 오염제거성이 떨어질 수가 있고, 10.0 중량% 보다 많으면 도막형성에 문제가 있을 수 있다.

상기 나노실리카는 입자 크기가 20 내지 40 nm인 것을 사용하는 것이 좋다. 구체적으로 상기 나노실리카는 도막의 오염제거성을 향상시키기 위해 사용할 수 있으며, 이때 입자 크기가 20 nm 보다 작으면 오염제거성 향상 효과를 기대하기 어렵고, 40 nm 보다 크면 도막의 투명성, 외관에 문제가 있을 수 있다. 상기 나노실리카는 도막 표면에 조도를 부여하여 오염원과 도막 사이에 기공을 형성함으로써 오염원을 쉽게 제거할 수 있다.

상기 방향족 탄화수소계 용제, 케톤계 용제 및 에스테르계 용제는 도막 형성 시 작업성 및 건조성을 적절하게 조절하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로 상기 방향족 탄화수소계 용제로는 자일렌(XYLENE), 톨루엔(TOLUENE) 또는 솔베소(SOLVESSO)를 사용할 수 있으며, ㅅ아기 에스테르계 용제로는 n-부틸 아세테이트(n-Butyl Acetate) 또는 PM-아세테이트(PM ACETATE)인 것을 사용할 수 있다.

상기 방오 투명도료 조성물은 소포제 0.1 내지 1.0 중량%, 평활제 0.1 내지 1.0 중량% 및 광안정제 0.1 내지 2.0 중량%를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 소포제는 폴리실록산계, 폴리에테르계 및 아크릴계로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고, 상기 평활제는 실리콘계, 불소계 및 아크릴계로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이며, 상기 광안정제는 UV 차단제, UV 흡수제 및 내열안정제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 소포제로는 BYK052, BYK065, BYK065 또는 BYK141를 사용할 수 있고, 상기 평활제로는 BYK358, BYK306, BYK333 또는 BYK310를 사용할 수 있다. 상기 소포제, 평활제 및 광안정제는 건조 도막외관을 좋게 해주고, 기포안정성을 주며 도막의 흐름성을 조절, 햇빛에 의한 도막의 변색 및 손상을 방지할 수 있다.

따라서 본 발명의 방오 투명도료 조성물은 아크릴 폴리올 수지에 나노실리카 및 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지를 적용함으로써 내오염성, 내수성 및 내후성 등이 우수하며, 이지크린(Easy-clean) 성능 효과가 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 아크릴 폴리올 수지 45.0 중량%, 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지 7.0 중량%, 나노실리카 1.5 중량%, 소포제 0.2 중량%, 평활제 0.2 중량%, 광안정제 2.0 중량%, 방향족 탄화수소계 용제 31.1 중량%; 케톤계 용제 11.0 중량%; 및 에스테르계 용제 2.0 중량%를 혼합하여 방오 투명도료 조성물을 제조하였다. 그 다음 헥사메틸렌디이소시아네이트 트라이머의 경화제를 사용하여 피도물에 도장 후 80 ℃에서 30 분 동안 경화하여 도료 조성물을 포함하는 도막을 제조하였다.

비교예 1, 2

상기 실시예와 동일하게 실시하되, 구성성분 및 조성비를 하기 표 1과 같이 하여 실시하였다.

구분	실시예	비교예 1	비교예 2
아크릴 폴리올 수지	45.0	45.0	45.0
실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지	7.0	5	4
나노실리카	1.5	-	1.5
소포제	0.2	0.2	0.2
평활제	0.2	0.2	0.2
광안정제	2.0	2.0	2.0
방향족 탄화수소계 용제	31.1	34.6	34.1
케톤계 용제	11.0	11	11
에스테르계 용제	2.0	2	2
(단위: 중량%) * 아크릴 폴리올 수지: 중량평균분자량(Mw)이 4,500 g/mol이며, 수산기 함량이 66 중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 50 ℃이며, 고형분 함량이 60 %임 * 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지: OH기를 가진 실리콘 25.0 중량%를 함유한 수지임 * 나노실리카: 입자 크기가 30 nm인 것을 사용함 * 소포제: BYK052 * 평활제: BYK358 * 광안정제: TINUVIN * 방향족 탄화수소계 용제: XYLENE * 케톤계 용제: M.I.B.K * 에스테르계 용제: n-Butyl Acetate

실험예

상기 실시예 및 비교예 1, 2에서 제조한 도료의 물성특성을 알아보기 위하여, 다음과 같은 방법으로 실험을 수행하였다. 상기의 평가는 시편 상태로 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2 및 3에 나타내었다.

1) 광택 평가

BYK GARDNER 사의 Micro-TRI-gloss 광택계를 이용하여 60 °에서 측정하였다.

2) 부착성 평가

도막 소지면에 도달하도록 커터로 절취선을 그어, 크기 2 mm ⅹ 2 mm의 네모칸을 100 개 만들고, 그 표면에 점착 셀로판 테이프를 접착하고, 90 °에서 급격하게 박리한 후 네모 칸의 잔존 도막 수를 확인하였다.

3) 접촉각 평가

접촉각 측정기는 KRUSS사(독일)의 Drop shape Analysis system를 이용하여 도막에 드롭핑한 후 10초, 60초 후의 접촉각을 측정하였다.

4) 오염제거 용이성 평가

규정된 오염성 TEST 액(KS A0090 + DIW 1:1 혼합액)을 도막에 도포하고, 24 시간 방치한 후 도막의 오염물 여부를 확인하였다.

5) 내수성 평가

물이 채워진 40 ℃ 챔버에 시편을 240 시간 방치한 후 변색, 갈라짐, 부풀음 등의 외관 변화를 확인하였다.

6) 내후성 평가

SAE J 1960의 규정에 의거하여 2500 KJ/m² 조건에서 조사한 후 외관 변화를 확인하였다.

7) 자동 세차성 평가(Car washer test)

① 초기 광택을 60 °에서 측정한 후 시편을 시험대에 장착하고, 규정된 DUST 액을 교반한 후 지속적으로 분사하며 폴리스티렌으로 구성된 브러쉬를 이동속도 5 m/min의 속도로 10 cycle 왕복 테스트하였다.

② 평가가 끝난 시편을 비눗물로 깨끗이 씻고 실온에 방치한 후 유기 세척제로 표면 이물질을 제거하였다.

③ 최종 시편의 광택 측정 후 평가 전, 후 색차 변화, 광택 유지율, 접촉각 변화율을 계산하였다.

④ 색차 변화는 도막의 표면을 색차계(spin sphere)로 색차값을 측정한 후 그 차이인 △E 값을 나타내었다.

상기 실시예 및 비교예 1, 2에서 제조한 방오 투명도료의 물성특성의 결과는 하기 표 2 및 3에 나타내었다.

구분	광택 (60°)	초기부착	초기접촉각 (DIW)	오염제거성	내수성	내후성
실시예	92~94	100/100	90°~95°	우수	우수	우수
비교예 1	93~95	100/100	80°~85°	미흡	양호	양호
비교예 2	93~95	100/100	80°~85°	미흡	양호	양호

상기 표 2 에 나타낸 바와 같이, 상기 비교예 1 및 2의 경우 외관, 신뢰성 등은 일부 만족하였으나, 발수성이 좋지 않고 접촉각이 낮아서 쉽게 오염물질이 제거되지 않는 문제가 있었다.

이에 반해 상기 실시예의 경우, 외관 및 오염제거성, 내수성 및 내후성 등의 신뢰성을 모두 만족하였고, 발수성 효과면에서도 접촉각이 높게 형성되어 오염제거성이 우수하였다.

구분	자동세차성 TEST			내후성 TEST
구분	색차변화 (△E)	광택유지율 (%)	접촉각유지율 (%)	광택유지율 (%)	접촉각유지율 (%)
실시예	0.16	97	88	88	87
비교예 1	0.2	95	83	86	82
비교예 2	0.15	93	86	85	86

또한 상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예의 경우 상기 비교예 1, 2에 비해 자동세차성 및 내후성 테스트 후 가장 좋은 광택유지율과 접촉각유지율을 가지는 것을 알 수 있었으며, 초기 및 시간 경과 후에도 그 성능이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명의 방오 투명도료 조성물은 아크릴 폴리올 수지에 나노실리카 및 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지를 혼합함으로써 내오염성, 내수성 및 내후성 등이 우수하며, 이지크린(Easy-clean) 성능 효과가 있다는 것을 확인하였다.

Claims

아크릴 폴리올 수지 40.0 내지 50.0 중량%;
아크릴 수지와 OH 관능기를 가지는 실리콘이 공중합 반응으로 가교 결합된 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지 5.0 내지 10.0 중량%;
나노실리카 0.1 내지 5.0 중량%;
방향족 탄화수소계 용제 30.0 내지 40.0 중량%;
케톤계 용제 10.0 내지 15.0 중량%; 및
에스테르계 용제 1.0 내지 5.0 중량%;
를 포함하고,
상기 아크릴 폴리올 수지는 중량평균분자량(Mw)이 4,000 내지 5,000 g/mol이며, 수산기 함량이 60 내지 70 중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 40 내지 60 ℃이며, 고형분 함량이 50 내지 70 %인 것이고,
상기 실리콘 변성 아크릴 폴리올 수지는 상기 아크릴 수지 대비 상기 OH 관능기를 가지는 실리콘 20.0 내지 30.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방오 투명도료 조성물.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 나노실리카는 입자 크기가 20 내지 40 nm인 것을 특징으로 하는 방오 투명도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 방오 투명도료 조성물은 소포제 0.1 내지 1.0 중량%, 평활제 0.1 내지 1.0 중량% 및 광안정제 0.1 내지 2.0 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방오 투명도료 조성물.
제6항에 있어서,
상기 소포제는 폴리실록산계, 폴리에테르계 및 아크릴계로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고, 상기 평활제는 실리콘계, 불소계 및 아크릴계로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방오 투명도료 조성물.