KR101748319B1 - 자동차 부품용 비염소화 프라이머 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 부품용 비염소화 프라이머 도료 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비염소화 폴리올레핀의 혼합물을 사용하면서도 타성분과의 상용성에 영향을 주지 않고, 부착성, 내수성, 고압세차성 등이 우수한 도막을 형성 할 수 있으며, 환경친화적이고, 후속 도장되는 유색 상도와 투명도료의 도착효율을 향상시킬 수 있는 자동차 부품용 프라이머 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

자동차 부품용 비염소화 프라이머 도료 조성물{Chlorine-free primer coating composition for automotive parts}
본 발명은 자동차 부품용 비염소화 프라이머 도료 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비염소화 폴리올레핀의 혼합물을 사용하면서도 타성분과의 상용성에 영향을 주지 않고, 부착성, 내수성, 고압세차성 등이 우수한 도막을 형성 할 수 있으며, 환경친화적이고, 후속 도장되는 유색 상도와 투명도료의 도착효율을 향상시킬 수 있는 자동차 부품용 프라이머 도료 조성물에 관한 것이다.
범퍼를 포함한 대부분의 자동차 외장 재료로는, 가격, 성능, 재활용 등의 시장 요구사항에 부합하기 위해, 금속 성형품 대신에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀의 성형품이 많이 사용되고 있다. 그러나 이들 폴리올레핀 소재는 비극성 및 낮은 표면장력 특성을 갖고 있어 일반적으로 도장이나 접착이 곤란하다. 따라서 이들의 성형품에 도료를 도장하는 경우에는 상도 도막과 성형품의 부착성을 향상시키기 위해 극성을 부여한 염소화 폴리올레핀을 함유하는 프라이머가 통상적으로 미리 도장된다.
폴리올레핀계 프라이머에 있어서 프라이머 중의 다른 성분과의 상용성이나 형성된 도막의 부착성 등의 관점에서 염소화 폴리올레핀의 사용이 필수적인 것으로 여겨지고 있지만, 환경보호의 관점에서 염소를 함유하지 않는 비염소화 프라이머의 개발이 강하게 요구되고 있다. 염소는, 원소의 특성상 반응성이 매우 강하며 유기물(PVC, 소독제나 살균제)이나 무기물을 가리지 않고 포함되어 있으며, 도장용 재료에 포함된 염소는 환경규제의 대상이 될 뿐만 아니라 사용자나 생산자 및 환경에 악영향을 미치므로, 비염소화 기술의 개발이 시급히 요구되고 있다.
게다가 최근 물성이나 비용 등의 이유로, 폴리올레핀 성형품에 지금까지 첨가되었던 고무성분(스티렌부타디엔 고무, 이소프렌 고무 등)이나 수산기 함유 폴리올레핀을 감량하거나 심지어 전혀 첨가하지 않는 경우가 많아졌으며, 이러한 성형품의 경우 염소화 폴리올레핀을 함유하는 기존 프라이머와의 부착성이 저하되는 문제가 발생하고 있다.
이 문제를 해결하기 위하여 일본공개특허공보 2002-121462호는 특정 염소화 폴리올레핀 및 특정 블록 폴리이소시아네이트를 폴리올 수지와 함께 포함하는 프라이머를 제시하고 있다. 그러나 이 기술 역시 염소화 폴리올레핀을 필수적으로 사용해야 하므로, 앞서 설명한 바와 같은 염소로 인한 문제점을 여전히 지니고 있다.
일본공개특허공보 2002-121462호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 비염소화 폴리올레핀의 혼합물을 사용하면서도 타성분과의 상용성에 영향을 주지 않고, 부착성, 내수성, 고압세차성 등이 우수한 도막을 형성 할 수 있으며, 환경친화적이고, 후속 도장되는 유색 상도와 투명도료의 도착효율을 향상시킬 수 있는 자동차 부품용, 특히 자동차 범퍼용 프라이머 도료 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, (A) 중량평균분자량이 40,000 이상 ~ 60,000 미만인 저분자량 비염소화 폴리올레핀, (B) 중량평균분자량이 60,000 이상 ~ 100,000 이하인 고분자량 비염소화 폴리올레핀, (C) 아크릴 수지, (D) 도전성 안료 및 (E) 유기 용제를 포함하며, 여기에서 상기 고분자량 비염소화 폴리올레핀의 함량이 상기 저분자량 비염소화 폴리올레핀 보다 많거나 같은 것을 특징으로 하는, 비염소화 프라이머 도료 조성물을 제공한다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 비염소화 도료 조성물을 도포하여 형성된 프라이머 코팅층을 그 표면상에 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 부품, 바람직하게는 자동차 범퍼가 제공된다.
본 발명에 따르면, 부착성, 내수성, 고압세차성 등이 우수한 도막을 형성 할 수 있으며, 환경친화적이고, 후속 도장되는 유색 상도와 투명도료의 도착효율을 향상시킬 수 있어 자동차 부품용, 특히 자동차 범퍼용으로 적합한 프라이머 도료 조성물을 얻을 수 있다.
도 1은 소지(폴리프로필렌계 플라스틱 소재) 상에 프라이머 도료 조성물의 코팅층이 형성되고, 그 위에 순차적으로 베이스 코트 및 크리어 코트가 형성된 복층 코팅 구조의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서 본 발명의 프라이머 도료 조성물에 대해 구체적으로 설명한다.
(A) 및 (B) 비염소화 폴리올레핀
기존의 염소화 폴리올레핀 수지에 있어서 염소의 존재로 인한 금속안료의 부식, 환경오염 및 인체로의 악영향 등의 문제점을 근본적으로 차단하고자, 본 발명의 프라이머 도료 조성물에서는 저분자량 비염소화 폴리올레핀 (A) 및 고분자량 비염소화 폴리올레핀 (B)를 조합하여 사용한다. 이러한 저분자량-고분자량 비염소화 폴리올레핀의 조합은 특히 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 범퍼에 대한 프라이머의 부착성능을 높이는 데에 있어서 효과적이다.
이러한 비염소화 폴리올레핀 수지로는 탄소수 3 내지 8의 불포화 올레핀 모노머를 (공)중합하여 얻어진 수지가 사용가능하며, 바람직하게는 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 범퍼에 대한 프라이머의 부착성능을 높이고자 프로필렌 모노머를 주성분으로 하고 여기에 기타 모노머를 공중합하여 얻어진 수지가 사용된다. 이렇게 프로필렌과 기타 모노머를 공중합한 수지는 프로필렌 단독 중합체 대비 결정성을 저하시켜 용해성을 높이는 동시에 프로필렌을 주성분으로 함으로써 기재에의 부착성을 상승시킬 수 있어 바람직하다. 이러한 프로필렌계 공중합 수지의 경우 기타 모노머 함량의 제어를 통하여 결정성과 용해성을 조절할 수 있다.
상기와 같은 비염소화 폴리올레핀 수지의 예로는 폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합 수지, 폴리프로필렌-폴리스티렌 공중합 수지 등을 들 수 있다.
본 발명의 조성물에서는 이러한 비염소화 폴리올레핀 수지를 분자량별로 나누어 조합 사용한다. 즉, 본 발명에서는 (A) 중량평균분자량이 40,000 이상 ~ 60,000 미만인 저분자량 비염소화 폴리올레핀 및 (B) 중량평균분자량이 60,000 이상 ~ 100,000 이하인 고분자량 비염소화 폴리올레핀을 함께 사용하되, 상기 고분자량 비염소화 폴리올레핀의 함량이 상기 저분자량 비염소화 폴리올레핀 보다 많거나 같은 것을 특징으로 한다. 상기 저분자량 비염소화 폴리올레핀 (A)의 바람직한 평균 고형분 함량은 13 내지 17중량% 이고, 고분자량 비염소화 폴리올레핀 (B의 바람직한 평균 고형분 함량은 18 내지 22중량% 이다.
본 발명의 도료 조성물에는 상기 저분자량 비염소화 폴리올레핀 (A)이 조성물 총량 100중량%를 기준으로 10 내지 20중량% 포함되는 것이 바람직하며, 12 내지 15중량% 포함되는 것이 더 바람직하다. 이 함량이 10중량% 미만이면 안료분산성이 나빠질 수 있고, 20중량%를 초과하면 도막부착성이 저하될 수 있다. 또한 저분자량 비염소화 폴리올레핀 (A)의 중량평균분자량은 40,000 이상 ~ 60,000 미만이며, 보다 바람직하게는 45,000 이상 ~ 55,000 이하이다. 이 중량평균분자량이 40,000 미만이면 안료분산성이 나빠진다.
한편, 본 발명의 도료 조성물에는 상기 고분자량 비염소화 폴리올레핀 (B)가 조성물 총량 100중량%를 기준으로 15 내지 30중량% 포함되는 것이 바람직하며, 15 내지 25중량% 포함되는 것이 더 바람직하다. 이 함량이 15중량% 미만이면 도막부착성이 저하될 수 있고, 30중량%를 초과하면 조성물 점도가 높아져 작업이 어려울 수 있다. 또한 고분자량 비염소화 폴리올레핀 (B)의 중량평균분자량은 60,000 이상 ~ 100,000 이하이며, 보다 바람직하게는 60,000 이상 ~ 80,000 이하이다. 이 중량평균분자량이 100,000을 초과하면 무화성이 현저하게 저하되어 스프레이가 힘들다.
(C) 아크릴 수지
본 발명의 비염소화 프라이머 조성물에 포함되는 아크릴 수지 성분은 고압세차성 보강, 내수 후 층간부착력 확보 및 도료 피막의 외관향상을 위하여 사용된다. 아크릴 수지는 바람직하게는 40 내지 60%의 고형분을 가지며, 도료 내 타 성분, 특히 비염소화 폴리올레핀 수지와 상용 가능한 것이 바람직하다. 본 발명의 도료 조성물에는 상기 아크릴 수지 (C)가 조성물 총량 100중량%를 기준으로 2 내지 7중량% 포함되는 것이 바람직하다. 아크릴 수지 함량이 2중량% 미만이면 도막 경도가 약해져 고압세차성이 저하되기 쉽고, 7중량%를 초과하면 기재와의 부착력을 저하시킬 수 있다.
(D) 도전성 안료
본 발명의 비염소화 프라이머 조성물에 포함되는 도전성 안료 (D)는, 본 발명의 조성물을 플라스틱 소재에 정전도장하고, 그 위에 후속 상도 도료를 정전도장하기 위하여 사용된다. 형성되는 도막에 도전성을 부여할 수 있다면 도전성 안료에는 특별한 제한이 없고, 입자형상, 플레이크 형상, 화이버 형상 등의 어느 형상의 것이어도 무방하다. 예를 들어, 도전성 카본블랙 등의 탄소 가루나 은, 니켈, 강철, 그라파이트, 알루미늄 등의 금속 분말 등을 사용할 수 있다. 또한, 안티몬이 도핑된 산화주석, 인이 도핑된 산화주석, 산화안티몬, 산화티탄, 카본이나 그라파이트의 휘스커 표면에 산화주석 등을 피복한 것, 플레이크 형상의 운모 표면에 산화주석이나 니켈을 피복한 것 등을 사용할 수도 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으며, 이들 중 특히 경제적 관점에서 도전성 카본블랙을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 도료 조성물에는 상기 도전성 안료 (D)가 조성물 총량 100중량%를 기준으로 1 내지 3중량% 포함되는 것이 바람직하다. 도전성 안료 함량이 1중량% 미만이면 정전도장에 필요한 도전성의 확보가 부족할 우려가 있고, 3중량%를 초과하면 도막의 부착불량을 초래할 수 있다.
상기 도전성 안료 외에도, 필요에 따라 착색 안료, 체질 안료 등이 추가로 사용될 수 있다. 착색 안료의 예로는 이산화티탄, 알루미늄페이스트, 아조계, 프탈로시아닌계 등을 들 수 있고, 체질 안료의 예로는 탈크, 실리카, 탄산칼슘, 황산바륨, 산화아연 등을 들 수 있다. 이들 안료 성분 역시 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
(E) 용제
본 발명의 비염소화 프라이머 조성물에 포함되는 용제 성분 (E)로는 도료 조성물에 사용되는 통상의 용제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 방향족 계열의 탄화수소를 사용할 수 있다. 상기 방향족 계열의 탄화수소 용제는 톨루엔, 자일렌, 코코솔 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 도료 조성물에는 상기 용제 성분 (E)가 조성물 총량 100중량%를 기준으로 10 내지 50중량% 포함되는 것이 바람직하며, 15 내지 45중량% 포함되는 것이 더 바람직하다. 용제 함량이 10중량% 미만이면 도막 형성시 외관이 불량해지는 결함이 생길 수 있고, 50중량%를 초과하면 도료의 고형분이 낮아질 뿐만 아니라 도료의 점도를 낮추어 안료 침강을 가속시킬 수 있다.
(F) 기타 첨가제
상기한 성분들 이외에, 본 발명의 비염소화 프라이머 조성물은 필요에 따라, 분산성을 향상시키고 도료의 안정성을 높여주는 습윤분산제 및 안료의 침강을 방지하고 도료의 레올로지를 조절하는 침강방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
습윤분산제와 침강방지제는 도료의 제조과정인 분산공정에서 안료와 함께 투입되어 최종 도료내의 안료를 안정화 시키고 저장기간 중 안료의 침강을 방지할 뿐만 아니라 도료에 레올로지를 부여하여 도장공정 및 도장 후 도막의 안정성을 부여할 수 있다. 본 발명에서는 공지의 일반적인 분산제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 또는 폴리아크릴레이트 구조를 가진, 중량평균분자량 5000 내지 30000의 고분자 분산제를 사용할 수 있다. 침강방지제 역시 공지의 일반적인 침강방지제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 변성 헥토라이트계 침강방지제를 사용할 수 있다. 특히 퓸드실리카를 분산공정에 함께 사용하면 안료의 침강을 방지할 수 있고 도료에 칙소성을 부여할 수 있어 바람직하다. 이들 첨가제는 독립적으로 도료 조성물 100 중량부당 0.1 내지 3 중량부 정도가 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 비염소화 프라이머 도료 조성물은, 상기한 바와 같은 성분들을 상기한 바와 같은 함량으로 사용하여, 통상의 도료 조성물 제조방법에 따라 제조할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 별도의 공정에 따라 안료 분산을 수행한 뒤, 분산된 안료성분들을 비염소화 폴리올레핀 수지, 아크릴 수지, 용제 등과 함께 혼합한 뒤, 충분히 교반한 후, 여과함으로써 비염소화 프라이머 도료 조성물을얻을 수 있다. 별도의 안료분산 공정은, 예컨대 주석캔에 방향족 용제로서 자일렌에 폴리우레탄 형태의 고분자 분산제를 첨가하여 안료를 습윤시키고, 비염소화 폴리올레핀 수지를 첨가하여 충분히 교반한 후, 여기에 분산용 비드를 첨가하고 분산기에서 분산시키는 방법에 따라 수행될 수 있다. 분산 종료의 기준은 안료의 입도(예컨대 10㎛ 이하)를 기준으로 할 수 있다.
이렇게 얻어진 본 발명의 도료 조성물은 플라스틱 소재의 자동차 부품, 특히 범퍼용으로 적합하다. 따라서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 도료 조성물을 도포하여 형성된 프라이머 코팅층을 그 표면상에 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 부품, 바람직하게는 자동차 범퍼가 제공된다.
도료 조성물의 코팅방법에는 특별한 제한이 없으며 통상의 도료 조성물 코팅방법(예컨대 스프레이 도장)이 활용될 수 있다. 코팅 두께에도 특별한 제한이 없으며, 예컨대 건조도막 두께로 약 5~10㎛ 정도로 코팅될 수 있다. 프라이머 코팅후 필요에 따라 그 위에 착색 베이스코트 도료 및 클리어 도료를 순차적으로 정전도장한 후, 가열 건조시킨다.
이하 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 이들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~4 및 비교예 1~2
도료 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 도료 조성물을 제조하였다. 여기서 안료의 분산공정은 별도 진행하였으며, 구체적으로는 1L 주석캔에 방향족 용제로서 자일렌을 투입하고 여기에 폴리우레탄 형태의 고분자 분산제를 첨가하여 안료를 습윤시키고, 비염소화 변성 폴리올레핀 수지를 첨가하여 충분히 교반하였다. 교반 후 상기 혼합액에 분산용 비드를 1:1(무게비)로 첨가한 후, 분산기(Red Devil)에서 1시간 가량 분산시켰다. 분산은 안료의 입도가 10㎛ 이하로 될 때 종료하였으며, 이때 안료의 입도는 Sheen사의 입도계를 사용하여 측정하였다.
이와 같이 제조된 분산 안료 밀베이스에 하기 표 1에 기재된 조성의 성분들을 투입하고 30분 이상 충분히 교반하였다. 조성물의 제조가 완료된 후에 필터하여 범퍼용 프라이머로 사용하였다.
표1. 비염소화 프라이머 조성물 배합표 (단위: 중량부)
Figure 112010025078827-pat00001
폴리올레핀 수지 1: 중량평균분자량 약 50,000, 평균고형분 약 15%, 비염소화
습윤분산제: 폴리우레탄 구조를 가진 분자량 5000-30000의 고분자 분산제
(BYK-163: 실시예1~3 및 비교예 1~2; EFKA-4015: 실시예 4)
침강방지제: 에어로실 퓸드 실리카
도전성 안료: 도전성 카본블랙
폴리올레핀 수지 2: 중량평균분자량 약 75,000, 평균고형분 약 20%, 비염소화
아크릴 수지: 평균고형분 약 50%, Tg = 50℃, 점도 Y-Z1
제조된 도료 조성물의 물성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 각각 제조한 도료 조성물을 자동차 범퍼(소재: EMPP)의 프라이머로 적용하여 물성을 평가하였다.
범퍼로 성형 가공한 폴리프로필렌에 상기 표 1에서 제조한 프라이머를 건조도막 두께로 약 5~10㎛ 가 되도록 스프레이 도장하고, 5~10분간 상온 세팅 후, 그 위에 착색 베이스코트 도료로서 UT5731(KCC 제조, 유성 베이스코트 도료)를 건조도막 두께로 약 15~20㎛ 가 되도록 정전 도장하고, 5~10분간 상온 세팅 후, 클리어 도료로서 UT595-CLEAR (KCC 제조, 아크릴 우레탄계 용제형 클리어 도료)를 건조도막 두께로 약 30㎛ 가 되도록 정전도장하고, 80℃에서 30분간 가열 건조시켜 시험 도장물을 제작하였다. 제조된 도장시편에 대하여 하기 표 2에 나타낸 항목들의 물성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 구체적인 성능 시험 방법은 다음과 같았다.
성능 시험 방법
(1) 외관: 도막표면의 돌기 및 윤기를 육안으로 평가하였다. ○는 외관이 양호한 것을, ×는 1점 이라도 돌기의 이상 또는 광택의 이상이 확인된 것을 나타낸다.
(2) 전기저항: 프라이머를 건조도막 두께로 약 5~10㎛ 가 되도록 스프레이 도장하고, 60℃에서 10분간 가열 건조시켜 란스버그 전기저항측정기로 측정하였으며, ○는 전기저항치가 규격을 만족하는 것을, ×는 규격을 벗어나는 것을 나타낸다.
(3) 초기부착성: 도막면에 소지에 도달하도록 커터로 절취선을 그어, 크기 2mm × 2mm의 네모칸을 100개 만들고, 그 표면에 점착 셀로판 테이프로 접착하고, 20℃에서 그것을 급격하게 박리한 후의 네모칸의 잔존 도막수를 평가하였다.
(4) 내충격성: DuPont 충격기로 1kg의 추를 50cm 높이에서 도막으로 낙하시켜 도막의 상태를 측정하였다.
(5) 굴곡성: 일정크기(25×1500mm)의 도막 시험편을 지름 13mm 환봉을 중심으로 180° 굴곡시켜 도막의 상태를 측정하였다. ○는 도막에 크랙이나 갈라짐이 없는 것을, ×는 1점이라도 크랙이나 갈라짐이 확인된 것을 나타낸다.
(6) 내수부착성: 도장한 범퍼의 일부를 절취하여, 40℃의 온수에 10일간 침적시키고, 꺼내어 건조시킨 후, 부착성 시험을 실시하고, 도장면을 육안으로 평가하였다. ○는 블리스터 발생 없음을, ×는 블리스터 발생을 나타낸다.
(7) 고압세차성: 도장 시험편에 상업용 고압세차기(건 팁각도 15°또는 25°를 가진 노즐건에서 5초동안 최소 8500kPa 유지)로 분사후 도막의 벗겨진 정도를 확인하여 평가하였다.
표 2. 물성평가 결과
Figure 112010025078827-pat00002

Claims (7)

  1. (A) 중량평균분자량이 40,000 이상 ~ 60,000 미만인 저분자량 비염소화 폴리올레핀 10 내지 20 중량% 및 (B) 중량평균분자량이 60,000 이상 ~ 100,000 이하인 고분자량 비염소화 폴리올레핀 15 내지 30 중량%만으로 이루어진 폴리올레핀을 포함하는 비염소화 프라이머 도료 조성물로서,
    상기 비염소화 프라이머 도료조성물은,
    (C) 아크릴 수지 2 내지 7 중량%, (D) 도전성 안료 1 내지 3 중량% 및 (E) 유기 용제 10 내지 50중량%를 더 포함하며,
    상기 고분자량 비염소화 폴리올레핀의 함량이 상기 저분자량 비염소화 폴리올레핀 보다 많거나 같은 것을 특징으로 하는, 비염소화 프라이머 도료 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 도전성 안료 (D)가 도전성 카본블랙인 것을 특징으로 하는 비염소화 프라이머 도료 조성물.
  6. 제1항 또는 제5항의 비염소화 프라이머 도료 조성물을 도포하여 형성된 프라이머 코팅층을 그 표면상에 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 부품.
  7. 제6항에 있어서, 자동차 범퍼인 것을 특징으로 하는 자동차 부품.





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