KR101780957B1 - 자동차 보수용 투명 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광택도, 강도, 내후성, 건조성이 우수하고 복원 특성을 가지며 건식 및 습식 내스크래치성, 특히 자동 세차시 나타나는 습식 내스크래치성이 우수한 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

자동차 보수용 투명 도료 조성물 {TRANSPARENT COATING COMPOSITION FOR PREPAIRING AUTOMOBILE}

본 발명은 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광택도, 강도, 내후성, 건조성이 우수하고 복원 특성을 가지며 건식 및 습식 내스크래치성, 특히 자동 세차시 나타나는 습식 내스크래치성이 우수한 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 관한 것이다.

자동차 보수용 도료는 국내 자동차 등록대수가 꾸준히 증가함에 따라 전체 페인트 시장에 비해 고성장을 이어가고 있다.

자동차 보수용 도료는 미려환 외관 구현과 극한의 외부 환경으로부터의 차체 보호 성능을 부여한다는 의미에서 도료 산업에서 중요한 위치를 차지하고 있다.

이러한 자동차 보수용 도료는 우수한 물성을 지니면서도 친환경적인 도장 공정을 구현할 수 있도록 개발되고 있다.

자동차 도료는 현재 전세계적으로 자동차 OEM Base Coat의 수계화는 30% 정도 이루어진 것으로 파악되고 있으며, 유럽을 중심으로 그 비율은 점점 더 커지고 있다. 특히 내산성과 내스크래치성에 대한 소비자의 요구 수준의 증대로 클리어 코트(Clear Coat)의 경우 2액형 우레탄을 사용하는 추세가 증가하고 있으며, 향후 베이스 코트(Base Coat)의 수계화 비율의 증가 이외에 새로운 유형의 고기능 클리어 코트의 개발을 가속화하고 있다.

이러한 자동차 보수용 도료의 종래기술은 하기와 같다.

한국등록특허 제0174809호에서는 옥시란기 함유 에폭시 수지 40~55 중량%, 비닐기를 갖는 유기산기 함유 단량체 15~30 중량%, 옥시란기 개환 촉매 0.04~0.50 중량% 및 방향족계 비관능성 불포화 단량체 20~40 중량%로 구성된 단량체 혼합물로부터 수득된 에폭시 아크릴레이트 수지 조성물, 및 상기 에폭시 아크릴레이트 수지 조성물 10~30 중량부와 불포화 폴리에스테르 수지 90~70 중량부를 포함하는 자동차 보수용 도료를 개시하고 있다.

또한, 한국공개특허 제2011-0119481호에서는 70 내지 90 중량부의 제 1 조성물과 10 내지 30 중량부의 제 2 조성물을 포함하는 하이솔리드 2액형 도료 조성물로서, 제 1 조성물은 제 1 조성물 100 중량부당 주제로서 고형분 함량이 65 내지 80 중량%이고, 중량평균분자량이 3,000 내지 10,000이고 수평균분자량이 700 내지 1,500이며 유리전이온도가 50 내지 90℃이고 수산기가 고형분 중량 기준으로 80 내지 150 mg KOH인 아크릴 폴리올수지 50 내지 80 중량부; 경화촉매 0.01 내지 0.1 중량부; 및 용제 20 내지 50 중량부를 포함하고, 제 2 조성물은 제 2 조성물 100 중량부당 경화제로서 폴리이소시아네이트 50 내지 80 중량부; 및 용제 20 내지 50 중량부를 포함하는 자동차 보수용 하이솔리드 2액형 도료 조성물을 개시하고 있다.

종래의 자동차 보수용 도료는 건식 내스크래치성이 취약하고, 복원 특성을 갖는 도료의 도막은 강도가 약하고 건조가 느린 문제점이 있어 본 발명자들은 이러한 종래 도료의 문제점을 해결하기 위한 연구를 거듭하였고 그 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 광택도, 강도, 내후성, 건조성 및 건식 및 습식 내스크래치성이 우수하며 VOC 환경규제도 만족시킬 수 있는 복원 특성을 가지는 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 아크릴 폴리올 50~65 중량부, 폴리에스테르디올 3~10 중량부, 실리카 나노입자 0.5~2 중량부, 첨가제 0.1~3 중량부, 용제 30~50 중량부 및 우레탄 반응 촉매 0.1~0.5 중량부를 포함하는 주제부; 및 헥사메틸렌디이소시아네이트 40~60 중량부 및 유기용제 40~60 중량부를 포함하는 경화제부를 포함하는 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 실리카 나노입자로는 평균입자크기가 5~20 nm인 실리카 나노입자를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 아크릴 폴리올로는 분자량이 2,000~10,000이며, 수산기 함량이 3~4중량%인 아크릴 폴리올을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 폴리에스테르디올은 분자량이 500~1,500인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 첨가제로 힌다드 아민계 광안정제, 자외선 흡수제 및 레벨링제를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 용제로는 크실렌, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르아세트산, 디메틸 카르보네이트, 나프타 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 경화제부에 포함되는 유기 용제로는 크실렌 또는 나프타를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 주제부와 경화제부는 2:1 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물은 광택도, 강도, 내후성, 건조성이 우수하고, 셀프 힐링 특성, 즉 복원 특성을 가지며 건식 및 습식 내스크래치성, 특히 자동 세차시 나타나는 습식 내스크래치성이 우수하여 종래의 자동차 보수용 도료보다 향상된 외관 특성을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물은 환경부 VOC 규제기준협의안의 VOC 환경 규제를 충족시킬 수 있다.

이하 본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물은 2액형 도료로서, 아크릴 폴리올 50~65 중량부, 폴리에스테르디올 3~10 중량부, 실리카 나노입자 0.5~2 중량부, 첨가제 0.1~3 중량부, 용제 30~50 중량부 및 우레탄 반응 촉매 0.1~0.5 중량부를 포함하는 주제부; 및 헥사메틸렌디이소시아네이트 40~60 중량부 및 유기용제 40~60 중량부를 포함하는 경화제부를 포함한다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 아크릴 폴리올은 경화제부의 헥사메틸렌디이소시아네이트와 우레탄 결합을 형성한다.

본 발명에서 사용되는 아크릴 폴리올로는 중량평균 분자량이 2,000~10,000이며, 수산기 함량이 3~4중량%인 아크릴 폴리올을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 아크릴 폴리올의 중량평균 분자량이 2,000 미만인 경우 자동차 보수용 투명 도료 조성물로 형성된 도막의 건조가 느려지고 도막의 점도가 낮아져 흐르는 경향이 있고, 상기 아크릴 폴리올의 중량평균 분자량이 10,000 초과인 경우 자동차 보수용 투명 도료 조성물로 형성된 도막의 레벨링성이 떨어지고 광택이 불량해지는 문제점이 발생될 수 있다.

또한, 상기 아크릴 폴리올의 수산기의 함량이 3중량% 미만인 경우 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 사용시 가교밀도의 저하로 도막의 물성의 약화를 초래할 수 있으며, 상기 아크릴 폴리올의 수산기의 함량이 4중량% 초과인 경우 경화제와 상용성이 떨어져 최종 도막의 선영성(DOI)이 떨어지고 광택이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 아크릴 폴리올은 50~65 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 아크릴 폴리올이 50 중량부 미만으로 포함되는 경우 낮은 점도로 인하여 수직도장부 위에 새깅(SAGGING, 흐름)이 발생할 수 있으며, 아크릴 폴리올이 65 중량비를 초과하여 포함되는 경우 고점도로 인하여 스프레이 작업성이 불량한 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에는 폴리에스테르디올이 포함되어 아크릴 폴리올과 함께 경화제부의 헥사메틸렌디이소시아네이트와 우레탄 결합을 형성한다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 상기 폴리에스테르디올은 경화제부의 헥사메틸렌디이소시아네이트와 우레탄 결합을 하여 도막의 유연성이 증대되어 복원력(셀프 힐링)을 우수하게 만들 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 폴리에스테르디올은 중량평균 분자량이 500~1,500 인 것이 바람직하다.

상기 폴리에스테르디올의 중량평균 분자량이 500 미만인 경우 자동차 보수용 투명 도료 조성물로 형성되는 도막의 내스크래치성이 저하될 수 있고, 상기 폴리에스테르디올의 중량평균 분자량이 1,500 초과인 경우 건조가 지연되고 주제부의 용제와의 상용성이 떨어져 최종 형성된 도막의 선영성(DOI)이 저하되는 경향이 발생될 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 폴리에스테르디올 3~10 중량부로 포함되는 것이 바람직하며 폴리에스테르디올이 10 중량부를 초과하여 포함되는 경우 건조가 지연될 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에는 실리카 나노입자가 포함되어 최종 도막의 건식 및 습식 내스크래치성을 향상시킨다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에는 실리카 나노입자가 포함됨으로써 실리카 나노입자가 본 발명의 투명 도료 조성물의 사이에 위치하여 투명 도막의 강도를 강화시켜 도막의 내스크래치성을 향상시킬 수 있다. 이는 시멘트에 자갈이 혼합할 때 강도가 우수해지는 것과 유사한 원리이다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 실리카 나노입자는 평균입자크기가 5~20 nm인 실리카 나노입자를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 실리카 나노입자는 극성 실리콘으로 표면처리된 실리카 나노입자 또는 비극성 실리콘으로 표면처리된 실리카 나노입자를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 본 발명에서 사용되는 실리카 나노입자로서 극성이 높은 실리콘으로 표면처리된 실리카 나노입자로는, 예를 들어 ALTANA사의 NANOBYK-3651을 사용할 수 있고, 보통 극성의 실리콘으로 표면처리된 나노입자로는, 예를 들어, ALTANA사의 NONOBYK-3652를 사용할 수 있고, 비극성의 실리콘으로 표면처리된 나노입자도 사용할 수 있다.

상기 실리카 나노입자의 평균입자크기가 20 nm를 초과하는 경우 최종 도막의 광택성 및 선영성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다 (하기 시험예 1 참조).

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에는 실리카 나노입자가 0.5~2 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 실리카 나노입자가 2 중량부를 초과하여 포함되는 경우 최종 형성되는 투명 도막의 선영성(DOI)이 떨어지고 광택이 떨어질 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 첨가제로는 힌다드 아민계 광안정제, 자외선 흡수제 및 레벨링제가 사용된다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 첨가제로서 상기 힌다드 아민계 광안정제(HALS 첨가제)가 사용되어 외부환경에 노출시 광택을 유지하고 도막의 특성을 유지하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 첨가제로서 자외선 흡수제가 사용되어 외부노출시 황변이나 블리스터링을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 첨가제로서 레벨링제, 예를 들어 레벨링성이 우수한 실리콘 첨가제가 사용되어 스프레이 작업 시 도막의 퍼짐성을 우수하게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 상기 첨가제는 0.1~3 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 용제로는 아크릴 폴리올과 상용성이 우수한 용제, 예를 들어 크실렌, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르아세트산, 디메틸 카르보네이트, 나프타 및 메틸이소부틸케톤 등을 사용할 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 용제는 30~50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에는 우레탄 반응 촉매가 포함되어 주제부의 아크릴 폴리올 및 폴리에스테르디올과 경화제부의 헥사메틸렌디이소시아네이트와의 우레탄 결합 반응을 촉진한다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주제부에 포함되는 우레탄 반응 촉매는 0.1~0.5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 경화제부는 아크릴 폴리올과 반응성이 우수하고 내후성 우수한 헥사메틸렌디이소시아네이트 및 크실렌, 나프타 등과 같은 유기용제를 포함한다.

상술한 주제부와 경화제부는 2:1 부피비로 혼합되는 것이 바람직하며, 혼합시 점도는 Ford cup#4으로 14~18초(25℃)인 것이 바람직하다.

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.

실시예

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

실시예 1

하기 표 1에 나타난 사용 함량으로 아크릴 폴리올, 폴리에스테르디올, 비극성 실리콘으로 표면처리된 실리카 나노입자, 첨가제, 용제 및 우레탄 반응 촉매를 혼합하여 주제부를 제조하였고, 경화제로서 헥사메틸렌디이소시아네이트 및 크실렌을 사용하여 본 발명에 따른 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제조하였다.

성분	실시예 1
아크릴 폴리올	57
폴리에스테르디올	5
실리카 나노입자	1
HALS 첨가제(BASF사, Tinuvin292)	0.4
자외선 흡수제 (BASF사, Tinuvin1130)	0.6
레벨링제	2
프로필렌 글리콜 메틸 에테르아세트산(DOWANOL™)	8.9
디메틸 카르보네이트	15
메틸이소부틸케톤	3
크실렌	1
나프타 (KOCOSOL #100)	6
우레탄 반응 촉매	0.1
경화제부	실시예 1
헥사메틸렌디이소시아네이트	50
크실렌	50

(단위: 중량부)

실시예 2

실리카 나노입자로서 극성 실리콘으로 표면처리된 실리카 나노입자를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제조하였다.

실시예 3

평균입자크기가 18 nm인 실리카 나노입자를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제조하였다.

비교예 1

실리카 나노입자를 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제조하였다.

비교예 2

평균입자크기가 30 nm인 실리카 나노입자를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제조하였다.

비교예 3

평균입자크기가 50 nm인 실리카 나노입자를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제조하였다.

시험예 1

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 자동차 보수용 투명 도료 조성물에서 주제부와 경화제부를 2:1 부피비로 혼합하여 형성된 도막에 대해 하기의 물성측정방법에 따라 물성 시험을 하였고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

물성측정방법

(1) 외관특성 평가 : 도막의 선영성 (육안평가)`

◎:매우 우수, ○:선영성 우수, △:선영성 나쁨, ×:선영성 매우 나쁨

(2) 광택도 측정 : BYK사 MICRO TRI-GLOSS METER를 이용하여 60˚검사함

(3) 내산성 측정: 20% H2SO4에 24시간 침지하여 도막의 손상을 확인함

(4) 내스크래치성(건식) 측정 : Crockmeter 기기를 이용하였으며, 9N의 무게로 10회 측정하였으며 폴리싱 페이퍼는 3M 281Q Wetordry(그레이드 : 9MIC, 크기: 215.9*279.4㎜)를 사용한 후 측정전 시편과 측정후 시편의 20℃에서의 광택보지율을 측정함

(5) 내스크래치성(습식) 측정 : LAB-SCALE CAR WASH APPARATUS인 AmtecKistler을 사용하였으며 LAB-SCALE CAR WASH APPARATUS를 이용하였으며 지름1000㎜/너비400㎜의 폴리에칠렌 브러쉬(Brush), 브러쉬 스피드(Brush Speed)는 120 rpm, 스프레이 노즐각도는 60℃, 유속은 2.2L/min(300kPa), 현탁액은 1.5g/L(평균입자 24㎛), 물의 온도는 15~28℃에서 실험한 후 측정전 시편과 측정후 시편의 20℃에서의 광택보지율을 측정함

(6) 내알카리성 측정 : NaOH 원액을 24시간 동안 드롭핑(dropping)하여 도막 손상을 검사함

(7) 복원성 측정 : 건조된 도막에 대해 브러시로 50회 왕복하여, 24시간 후에 스크래치 복원상태를 눈으로 보는 것으로 평가

○ : 복원에 의하여 스크래치가 전혀 남지 않는다.

△ : 복원이 완전하지는 않고 약간의 스크래치 남는다.

× : 스크래치 복원이 되지 않는다.

성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
선영성	◎	◎	◎	◎	×	×
광택도	89	86	89	90	85	80
내스크래치성(건식)	93	85	93	74	92	85
내스크래치성(습식)	55	59	55	45	52	46
내산성	○	○	○	○	○	○
내알칼리성	○	○	○	○	○	○
복원성	○	○	○	○	○	△

상기 표 2를 참조하면, 실리카 나노입자를 주제부에 포함하여 제조한 실시예 1 내지 3의 자동차 보수용 투명 도료 조성물로 형성된 도막의 건식 및 습식 내스크래치성은 실리카 나노입자를 사용하지 않고 제조된 비교예 1의 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 건식 및 습식 내스크래치성에 비해 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 평균입자크기가 20 nm 초과인 실리카 나노입자를 사용한 비교예 2 및 비교예 3의 자동차 보수용 투명 도료 조성물로 형성된 도막은 광택성 및 선영성이 불량하며 복원성도 저하되는 것을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 아크릴 폴리올 50~65 중량부, 폴리에스테르디올 3~10 중량부, 실리카 나노입자 0.5~2 중량부, 첨가제 0.1~3 중량부, 용제 30~50 중량부 및 우레탄 반응 촉매 0.1~0.5 중량부를 포함하는 주제부; 및
   헥사메틸렌디이소시아네이트 40~60 중량부 및 크실렌 및 나프타를 포함하는 유기용제 40~60 중량부를 포함하는 경화제부를 포함하며,
   상기 주제부와 경화제부는 2:1 부피비로 혼합되는 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 있어서,
   상기 주제부에 포함되는 상기 폴리에스테르디올은 상기 경화제부의 헥사메틸렌디이소시아네이트와 우레탄 결합을 하며,
   상기 실리카 나노입자는 평균입자크기가 5~20 nm인 실리카 나노입자이며,
   또한, 상기 실리카 나노입자는 극성 실리콘으로 표면처리된 실리카 나노입자이며,
   상기 아크릴 폴리올은 중량평균 분자량이 2,000~10,000이며, 수산기 함량이 3~4중량%이며,
   상기 폴리에스테르디올은 중량평균 분자량이 500~1,500이며,
   상기 첨가제는 힌다드 아민계 광안정제, 자외선 흡수제 및 레벨링제를 포함하며,
   상기 용제는 크실렌, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르아세트산, 디메틸 카르보네이트, 나프타 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차 보수용 투명 도료 조성물.
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