KR101856403B1 - 소프트 터치 코팅을 위한 수계 코팅 조성물 - Google Patents

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Abstract

수계 코팅 조성물은 수성 폴리우레탄 수지, 반응성 실리콘 성분 및 가교제를 포함한다. 수성 폴리우레탄 수지는 우레탄 결합, 하이드라진카복사미드 결합 및 반응성 하이드라지드 작용기를 가질 수 있다. 폴리우레탄 수지는 25℃ 미만의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 수계 코팅 조성물의 제조 방법 및 수계 코팅 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된 기재가 또한 개시된다.

Description

소프트 터치 코팅을 위한 수계 코팅 조성물{WATERBORNE COATING COMPOSITIONS FOR SOFT TOUCH COATINGS}
본 발명은 소프트 터치 코팅을 제조하기 위한 수계 코팅 조성물, 수계 코팅 조성물의 제조 방법 및 수계 코팅 조성물로부터 침착된 소프트 터치 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅된 기재에 관한 것이다.
소비재 제품, 자동차 내장재 등의 표면에 도포되는 코팅은 종종 소프트 터치 또는 촉감을 갖도록 설계된다. 또한, 이러한 코팅이 우수한 화학적 및 기계적 저항을 나타내는 것이 중요하다. 소프트 터치 코팅의 화학적 및 기계적 저항을 개선시키는 것은 코팅의 가교결합 밀도 및/또는 경도를 증가시킴으로써 예를 들면 더욱 높은 비율의 가교 결합제를 사용함으로써 및/또는 고 경도 및/또는 고 비율의 가교결합성 작용기를 갖는 결합제를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러나 코팅의 가교결합 밀도 및/또는 경도를 증가시킴으로써 화학적 및 기계적 저항을 개선하는 것은 종종 소프트 터치 특성의 저하를 동반한다. 이와 같이, 양호한 화학적 및 기계적 저항을 나타내는 소프트 터치 코팅을 얻는 것이 어려울 수 있다.
또한, 현재 이용 가능한 대부분의 소프트 터치 코팅은 용매-계이다. 그러나 용매-계 코팅은 종종 많은 양의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 환경으로 방출한다. 휘발성 유기 화합물(VOC)로 인해 야기될 수 있는 환경적 손상 때문에, 용매-계 코팅의 사용을 제한하는 다양한 규정이 있다. 대조적으로, 수계 소프트 터치 코팅은 그러한 규제에 의해 제한되지 않으므로, 더욱 광범위한 적용 분야에 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 수성 폴리우레탄 수지, 반응성 실리콘 성분 및 가교제를 포함하는 수계 코팅 조성물에 관한 것이며, 이때 수성 폴리우레탄 수지는 우레탄 결합, 하이드라진카복사미드 결합 및 반응성 하이드라지드 작용기를 포함한다. 수성 폴리우레탄 수지는 또한 25℃ 미만의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 또한, 다이올 또는 폴리올 및 이소시아네이트를 혼합하여 이소시아네이트 작용성 폴리우레탄 수지를 형성하는 단계; 수성 매질에서, 상기 이소시아네이트 작용성 폴리우레탄 수지 및 아디프산 다이하이드라지드를 혼합하여, 우레탄 결합, 하이드라진 카복사미드 결합 및 반응성 하이드라지드 작용기를 포함하는 수성 폴리우레탄 수지를 형성하는 단계; 반응성 실리콘 성분을 상기 수성 폴리우레탄 수지와 혼합하는 단계; 및 상기 반응성 실리콘 성분과 수성 폴리우레탄 수지의 혼합물을 가교제와 배합하는 단계를 포함하는 수계 코팅 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 수성 폴리우레탄 수지는 또한 25℃ 미만의 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
특정 실시양태에서, 기재는 본원에 기재된 수계 코팅 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된다.
하기 상세한 설명의 목적을 위해서, 본 발명은 명시적으로 달리 규정되는 경우를 제외하고는 다양한 대체 변형 및 다양한 단계 순서를 가정할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 뿐만 아니라, 임의의 작동 실시예 또는 달리 지시되는 경우 외에는 표현된 모든 수치, 예컨대 상세한 설명 및 청구범위에 사용되는 성분의 양이 모든 경우에 용어 "약"으로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 수치 매개변수는 하기 상세한 설명에 제시되어 있고 첨부된 청구항은 본 발명에 의해 수득하고자 하는 목적한 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 적어도, 청구범위의 범주에 대한 균등물의 원리의 적용을 한정하고자 하는 것은 아니며, 각각의 수치 매개변수는 적어도 보고된 유의한 숫자의 수치에 비추어, 또한 통상적인 어림 기법을 적용함으로써 간주되어야 한다.
본 발명의 넓은 범주를 제시하는 수치 범위 및 매개변수가 근사치이기는 하지만, 특정 실시예에 제시되는 수치 값은 가능한 한 정밀하게 보고된다. 그러나 임의의 수치 값은 이들의 개별적인 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 불가피하게 야기되는 특정 오차를 본질적으로 함유한다.
또한, 본원에 인용되는 임의의 수치 범위는 그에 포함되는 모든 부범위를 포함하고자 하는 것으로 이해된다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 인용된 최소값 1과 인용된 최대값 10 사이의 값(또한, 이들 최소값 및 최대값을 포함하여), 즉 1 이상의 최소값 및 10 이하의 최대값을 갖는 모든 부범위를 포함하는 것으로 의도된다.
본원에서, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 단수형은 복수형을 포함하고, 복수형은 단수형을 포괄한다. 또한, 본원에서 "또는"의 사용은 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 특정 경우에 "및/또는"이 명시적으로 사용될 수 있음에도 불구하고, "및/또는"을 의미한다. 또한, 본원에서, 단수 형태의 사용은 달리 명시되지 않는 한 "적어도 하나"를 의미한다. 예를 들어, 폴리우레탄 수지, "가교제", "우레탄 결합", "하이드라진 카복사미드 결합", "하이드라지드 작용기", "반응성 실리콘 성분", "평탄화제" 등은 하나 이상의 이들 임의의 항목을 의미한다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 수계 코팅 조성물에 관한 것이다. 본원에서 사용되는 용어 "수계(waterborne)"는 코팅 조성물을 위한 용매가 용매의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과의 물을 포함하는 수성 용매인 코팅 조성물을 의미한다. 특정 실시양태에서, 코팅 조성물을 위한 용매는 용매의 총 중량을 기준으로 60 중량% 초과의 물, 또는 70 중량% 초과의 물, 또는 80 중량% 초과의 물, 또는 90 중량% 초과의 물을 포함한다. 수계 코팅 조성물을 위한 용매는 또한 유기 용매 또는 물과 혼합된 용매를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 유기 용매의 비-제한적인 예는 글리콜, 글리콜 에터 알코올, 알코올, 케톤, 글리콜 다이에터 및 다이에스터를 포함한다. 유기 용매의 다른 비-제한적인 예는 방향족 및 지방족 탄화수소를 포함한다.
더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 수계 코팅 조성물은 특정한 "촉감"을 갖는 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어 "부드러운 촉감" 또는 "소프트 터치"를 갖는 코팅을 가지는 것이 종종 요구되는 경우가 있다. 본원에서 사용되는 "소프트 터치 코팅"은 기판에 예를 들어 벨벳 감촉 또는 촉감, 실키(silky) 감촉 또는 촉감, 또는 고무 감촉 또는 촉감과 같이 일정한 범위의 감촉을 부여할 수 있는 코팅을 의미한다. 본 발명의 수계 코팅 조성물로부터 형성된 소프트 터치 코팅은 또한 양호한 화학적 및 기계적 저항뿐만 아니라 코팅에 요구되는 다른 특성을 나타낸다.
특정 실시양태에서, 수계 코팅 조성물은 수성 폴리우레탄 수지 또는 중합체를 포함한다. 본원에 사용된 "중합체"는 올리고머 및 단독중합체 및 공중합체 모두를 지칭하고, 접두사 "폴리"는 2개 이상을 지칭한다. 용어 "수지"는 "중합체"와 호환 가능하게 사용된다. 또한, "수성" 폴리우레탄 수지는 본원에서 정의된 바와 같은 수성 용매에 용해되거나 분산된 폴리우레탄을 지칭한다.
특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 우레탄 결합, 하이드라진 카복사미드 결합 및 반응성 하이드라지드 작용기를 포함한다. 본원에서 사용되는 "우레탄 결합"은 폴리우레탄 수지의 주쇄에 존재하는 우레탄 잔기(-O-C(O)-NH-)를 의미하며, "하이드라진카복사미드 결합"은 폴리우레탄 수지의 골격에서 발견되는 하기 화학식 (I)로 표시되는 하이드라진카복사미드 잔기를 지칭한다:
Figure 112016115003641-pct00001
(I)
상기 식에서, R1 및 R2는 독립적으로 알킬기 또는 아릴 기로부터 선택된다.
용어 "알킬"은 포화된 탄화수소 쇄를 의미한다. 알킬기는 특정 수의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 예를 들어, C1-C12 알킬은 알킬기가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 탄소 원자를 가질 수 있음을 나타낸다. 특정 실시양태에서, 알킬기는 C1-C12 알킬기, C1-C10 알킬기, C1-C8 알킬기, C1-C6 알킬기 또는 C1-C4 알킬기일 수 있다. 또한, 용어 "아릴"은 단일 방향족 고리 또는 함께 융합되거나, 직접 연결되거나 또는 간접적으로 연결되는 다수의 방향족 고리를 함유하는 방향족 기로부터 유도된 기를 의미한다. 용어 "방향족"은 가상의 국지화된 구조보다 상당히 큰 (탈-국지화에 기인한) 안정성을 갖는 주기적으로 공액된 탄화수소를 의미한다. 아릴 기의 비-제한적인 예는 페닐, 나프틸, 바이페닐, 다이페닐에터, 다이페닐아민, 벤조페논 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본원에 사용된 용어 "반응성 하이드라지드 작용기"는 예를 들어 화학 결합이 다른 분자와 형성될 수 있는 폴리우레탄 수지와 같은 분자 상의 화학 반응성 부위로서 작용할 수 있는 하이드라지드 잔기를 의미한다. "하이드라지드 잔기"는 4개 치환체를 갖는 질소 대 질소 공유 결합을 갖는 분자를 의미하며, 이들 중 하나 이상은 아실 기(R-C=O-, 여기서 R은 유기 기, 예를 들어 단일 결합에 의해 CO 기에 결합된 알킬기임)이며, 하기 화학식 (II)로 표시된다:
Figure 112016115003641-pct00002
(II)
상기 식에서, R3은 단일 공유 결합에 의해 CO 기에 결합된 상기 정의된 바와 같은 알킬기 같은 유기 기를 나타낸다. 이와 같이, 특정 실시양태에서, 폴리우레탄 수지상의 반응성 하이드라지드 작용기는 59 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 H2N-NH-C(O)로서 나타낼 수 있고 계산할 수 있다.
특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 반응성 하이드라지드 작용기가 중량 평균 분자량이 59 g/mol인 H2N-NH-C(O)로 표시되고 계산되는 폴리우레탄 수지의 총 고체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%의 반응성 하이드라지드 작용기를 포함할 수 있다. 이들 실시양태의 일부에서, 수성 폴리우레탄 수지는 폴리우레탄 수지의 총 고체 중량을 기준으로 2 내지 8 중량%의 반응성 하이드라지드 작용기 또는 2 내지 4 중량%의 반응성 하이드라지드 작용기를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "총 고체 중량"은 성분들 중 일부의 성분이 실온에서 고체라기보다는 비-휘발성 액체일 수 있을지라도 이러한 비-휘발성 성분들의 총량을 의미한다.
또한, 특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지상에 존재하는 반응성 작용기는 전적으로 반응성 하이드라지드 작용기로 구성된다. 이와 같이, 특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 반응성 하이드라지드 작용기를 제외한 모든 다른 반응성 작용기를 실질적으로 함유하지 않거나, 본질적으로 함유하지 않거나, 또는 완전히 함유하지 않을 수 있다. 본원에서 사용된 "반응성 작용기"는 반응성 작용기의 일부가 아닌 원자 또는 원자단과 화학 결합을 형성하도록 반응할 수 있는 원자 또는 원자단을 의미한다. 이 문맥에서 사용되는 "실질적으로 함유하지 않는"이라는 용어는 수성 폴리 우레탄 수지가 반응성 하이드라지드 작용기를 제외한 모든 다른 반응성 작용기를 1000 ppm(100만 분의 1) 미만으로 함유하고, "본질적으로 함유하지 않는"은 100 ppm 미만으로 함유하는 것을 의미하고, "완전히 함유하지 않는"은 20 ppb(10억 분의 1) 미만으로 함유하는 것을 의미한다. 예를 들어, 수성 폴리우레탄 수지는 반응성 하이드록실(OH) 작용기를 실질적으로 함유하지 않나, 본질적으로 함유하지 않거나, 또는 완전히 함유하지 않을 수 있다.
특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 다이올 또는 폴리올, 이소시아네이트 및 아디프산 다이하이드라지드를 포함하는 반응물들의 혼합물로부터 제조될 수 있다. 본원에서 사용된 "다이올"은 2개의 하이드록실(OH) 작용기를 포함하는 화합물을 의미하고, 폴리올은 3개 이상의 하이드록실(OH) 작용기를 포함하는 화합물을 의미한다. 특정 실시양태에서, 다이올 또는 폴리올은 표준 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정시 50 내지 3,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는다. 이들 실시양태의 일부에서, 다이올 또는 폴리올은 800 내지 1,200, 또는 1,800 내지 2,200 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는다.
수성 폴리우레탄 수지를 제조하는 데 사용될 수 있는 다이올 및 폴리올의 비-제한적인 예는 폴리에터 폴리올, 폴리카프로락톤, 하이드록실-작용성 폴리부타다이엔, 폴리다이알킬실란 다이올, (메트)아크릴 폴리올 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본원에 사용된 "(메트)아크릴"은 아크릴 및 메타크릴을 의미한다.
특정 실시양태에서, 다이올 또는 폴리올은 수성 폴리 우레탄 수지를 제조하는 데 사용되는 반응물의 총 고체 중량을 기준으로 50 내지 90 중량%를 포함한다. 이들 실시양태의 일부에서, 다이올 또는 폴리올은 수성 폴리우레탄 수지를 제조하는 데 사용된 반응물의 총 고체 중량을 기준으로 60 내지 80 중량% 또는 65 내지 75 중량%를 포함한다.
특정 실시양태에서, 이소시아네이트는 수성 폴리우레탄 수지를 제조하기 위해 사용된 반응물의 총 고체 중량을 기준으로 10 내지 40 중량%, 또는 20 내지 30 중량%, 또는 22 내지 28 중량%를 포함한다. 또한, 특정 실시양태에서, 아디프산 다이하이드라지드는 수성 폴리우레탄 수지를 제조하는 데 사용된 반응물의 총 고체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%, 또는 2 내지 8 중량%, 또는 3 내지 5 중량%를 포함한다.
수성 폴리우레탄 수지를 제조하는 데 사용되는 반응물들의 혼합물은 다이하이드록시 작용성 카복실산을 추가로 포함할 수 있다. "다이하이드록시 작용성 카복실산"은 2개의 작용성 하이드록실(OH) 기를 갖는 카복실산을 나타낸다. 수성 폴리우레탄 수지를 제조하는 데 사용될 수 있는 다이하이드록시 작용성 카복실산의 비-제한적인 예는 2,2-비스(하이드록시메틸)프로피온산, 2,2-비스(하이드록시메틸)부티르산 및 이들의 혼합물을 포함한다. 특정 실시양태에서, 다이하이드록시 작용성 카복실산은 수성 폴리우레탄 수지를 제조하는 데 사용된 반응물들의 총 고체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%, 또는 3 내지 8 중량%, 또는 4 내지 7 중량%를 포함한다.
특정 실시양태에서, 유리 이소시아네이트 당량에 대한 아디프산 다이하이드라지드 당량의 비는 1.01:1 내지 1.5:1을 포함한다. 이들 실시양태의 일부에서, 유리 이소시아네이트 당량에 대한 아디프산 다이하이드라지드 당량의 비는 1.3:1 내지 1.4:1 또는 1.2:1 내지 1.3:1을 포함한다. 유리 이소시아네이트 당량에 대한 아 디프산 다이하이드라지드 당량의 비는 우수한 화학적 및 기계적 저항을 갖는 소프트 터치 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있는 우레탄 결합, 하이드라진 카복사미드 결합 및 하이드라지드 작용기를 포함하는 수성 폴리 우레탄 수지를 생성하는 데 도움이 된다. 유리 이소시아네이트 당량에 대한 아디프산 다이하이드라지드 당량의 비는 또한 수성 폴리우레탄 수지가 겔화되는 것을 방지한다.
또한, 특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 표준 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정시 20,000 내지 70,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는다. 이들 실시양태의 일부에서, 수성 폴리우레탄 수지는 24,000 내지 40,000 g/mol의 중량 평균 분자량 또는 55,000 내지 70,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는다.
특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 수지 조성물 1 g을 중화하기 위해 요구되는 KOH의 양(mg)으로 측정시 40 mg KOH/g 미만의 산가를 갖는다. 이들 실시양태의 일부에서, 수성 폴리우레탄 수지는 30 mg KOH/g 미만 또는 25 mg KOH/g 미만의 산가를 갖는다.
수성 폴리우레탄 수지는 시차 주사 열량계에 의해 측정시 25℃ 미만의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 이들 실시양태의 일부에서, 수성 폴리우레탄 수지는 0℃ 미만 또는 -20℃ 미만의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 25℃보다 낮은 유리 전이 온도를 갖는 수성 폴리우레탄 수지로 제조된 코팅은 유리 전이 온도가 25℃ 이상인 수성 폴리우레탄 수지로 제조된 코팅과 비교하여 부드럽고 쾌적한 느낌을 나타냄을 발견했다.
언급된 바와 같이, 수성 폴리우레탄 수지는 반응성 실리콘 성분, 가교제 및/또는 평탄화제와 같은 다른 성분과 조합되어 본원에 기재된 수계 코팅 조성물을 형성할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 40 내지 90 중량%의 코팅 조성물을 포함할 수 있다. 이들 실시양태의 일부에서, 수성 폴리우레탄 수지는 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 코팅 조성물을 50 내지 60 중량% 또는 70 내지 80 중량%로 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 수계 코팅 조성물은 또한 반응성 실리콘 성분을 포함한다. 본원에서 사용된 "반응성 실리콘 성분"은 실리콘-함유 중합체가 적어도 하나의 반응성 작용기를 함유하는 주로 실리콘-함유 중합체를 포함하는 수지를 지칭한다. 특정 실시양태에서, 반응성 실리콘 성분의 반응성 작용기는 가교제와 반응하도록 선택된다. 특정 실시양태에서, 반응성 실리콘 성분은 반응성 실리콘 에멀젼일 수 있다. 본원에서 사용된 "반응성 실리콘 에멀젼"은 실리콘-함유 중합체가 적어도 하나의 반응성 작용기를 함유하는 주로 실리콘-함유 중합체를 포함하는 물 중에서의 수지의 에멀젼을 의미한다.
본원에 기재된 수계 코팅 조성물을 제조하는 데 사용될 수 있는 반응성 실리콘 성분의 비-제한적인 예는 폴리다이메틸실록산, 실리콘 글리콜, 실리콘 폴리에터, 다이메티콘 폴리올, 아미노 개질된 실리콘 및 이들의 혼합물을 포함한다. 또한, 반응성 실리콘 성분상에 존재할 수 있는 반응성 작용기의 비-제한적인 예는 아민 기, 하이드록실 기, 이소시아네이트 기 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이러한 반응성 실리콘 성분은 또한 에멀젼으로서 사용될 수 있다.
반응성 실리콘 성분의 첨가는 본원에 기재된 코팅 조성물로부터 형성된 코팅의 마찰 계수 및 표면 거칠기(이하에서 더 상세히 설명됨)를 감소시키는 것을 돕는다는 것이 밝혀졌다. 또한, 반응성 실리콘 성분은 최종 코팅의 외관을 개선한다. 그러나 반응성 실리콘 성분을 너무 많이 첨가하면 주황색-박리 또는 분화와 같은 표면 결함이 발생할 수 있음이 밝혀졌다.
특정 실시양태에서, 반응성 실리콘 성분은 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 코팅 조성물의 1 내지 20 중량%를 차지한다. 이들 실시양태의 일부에서, 반응성 실리콘 성분은 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 코팅 조성물의 2 내지 16 중량%, 또는 4 내지 12 중량%, 또는 6 내지 8 중량%를 포함한다.
수계 코팅 조성물은 또한 평탄화제를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "평탄화제"는 조성물로부터 형성된 코팅의 광택을 감소시키기 위해 코팅 조성물에 첨가된 물질을 의미한다. 용어 "평탄화제"는 "광택제"라는 용어와 상호 교환가능하다. 상기 제형에 첨가되는 평탄화제의 양은 원하는 최종 광택 수준에 따라 달라진다. 특정 실시양태에서, 평탄화제는 비와이케이 마이크로-티알아이-글로스(BYK Micro-TRI-Gloss) 광택 계측기를 사용하여 시험 방법 ASTM D523에 의해 60℃에서 측정시 0.1 내지 20 광택 단위의 광택을 갖도록 첨가될 수 있다.
적합한 평탄화제의 비-제한적인 예는 금속 수산화물, 금속 산화물, 실리카, 발열성 실리카, 왁스-처리된 실리카, 미분된 왁스, 폴리에터 축합물, 폴리아미드 마이크로비드, 폴리우레탄 마이크로비드 및 이들의 혼합물을 포함한다. 실리카가 코팅 조성물과 함께 평탄화제로서 사용되는 경우, 비정질, 에어로겔, 규조토, 하이드로겔, 흄드(fumed) 및 이들의 혼합물을 포함하나 이들로 제한되지 않는 다양한 형태로 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 수계 코팅 조성물은 또한 가교제를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "가교제"는 다른 작용기와 반응성이고 2개 이상의 단량체 또는 중합체 분자를 화학 결합을 통해 결합시킬 수 있는 2개 이상의 작용기를 포함하는 분자를 의미한다. 특정 실시양태에서, 가교제의 작용기는 수성 폴리우레탄 수지의 작용기 예를 들어 하이드라지드 작용기와 반응성이다. 본 발명의 코팅은 수성 폴리우레탄 수지의 작용기와 가교제의 작용기 사이의 반응을 통해 경화될 수 있음을 알 것이다. "경화"는 수성 폴리우레탄 수지와 가교제 사이의 결합 형성으로 인해 가교 결합된 코팅을 형성하는 것을 의미한다. 경화는 열을 포함하지만 이에 한정되지 않는 외부 자극의 적용시 발생할 수 있다.
가교제의 비-제한적인 예는 페놀 수지, 아미노 수지, 에폭시 수지, 베타-하이드록시(알킬) 아미드 수지, 알킬화된 카바메이트 수지, 이소시아네이트, 폴리산, 무수물, 유기금속성 산-작용성 물질, 폴리아민, 폴리아미드, 아미노플라스트 및 이들의 혼합물을 포함한다.
이소시아네이트의 비-제한적인 예는 다작용성 이소시아네이트를 포함한다. 다작용성 폴리이소시아네이트의 예는 헥사메틸렌 다이이소시아네이트 및 이소포론 다이이소시아네이트와 같은 지방족 다이이소시아네이트, 및 톨루엔 다이이소시아네이트 및 4,4'-다이페닐메탄 다이이소시아네이트와 같은 방향족 다이이소시아네이트를 포함한다. 폴리이소시아네이트는 블록화되거나 비-블록화될 수 있다. 다른 적합한 폴리이소시아네이트의 예는 이소시아네이트 삼량체, 알로파네이트, 및 다이이소시아네이트와 폴리카보다이이미드의 우레트다이온 예를 들어 본원에 관련 부분이 참고로 인용된 미국 특허 제 8,389,113 호에 개시된 것들을 포함한다. 적합한 폴리이소시아네이트는 당업계에 널리 공지되어 있으며, 바이엘 코포레이션(Bayer Corporation)으로부터 상품명 바이하이듀어(Bayhydur®) 및 데스모듀어(Desmodur®) 하에 상업적으로 입수가능한 것들을 비롯해 상업적으로 널리 입수가능하다.
아미노플라스트의 비-제한적인 예는 아민 및/또는 아미드와 알데하이드의 축합물을 포함한다. 가장 보편적인 아민 또는 아미드는 멜라민, 우레아 또는 벤조구아나민이다. 예를 들어 멜라민과 포름알데하이드의 축합물이 적절한 아미노플라스트이다. 그러나 다른 아민 또는 아미드와의 축합물을 사용할 수 있다; 예를 들어, 글리콜우릴의 알데하이드 축합물이다. 사용되는 알데하이드는 포름알데히드가 가장 많지만, 아세트알데하이드, 크로톤알데하이드 및 벤즈알데하이드와 같은 다른 알데하이드가 사용될 수 있다.
아미노플라스트는 메틸올기를 함유하고, 이들 기의 적어도 일부가 경화 반응을 개질하기 위해 알코올에 의해 에터화될 수 있다. 메탄올, 에탄올, 부탄올 및 헥산올을 비롯한 임의의 1가 알코올을 이러한 목적으로 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 상업적으로 이용가능한 아미노플라스트의 비-제한적인 예는 사이멜(CYMEL®) 303, 사이멜 322, 사이멜 327, 사이멜 380 및 사이멜 1130(사이텍 인더스트리즈(CYTEK Industries) 및/또는 알넥스(ALLNEX)로부터 입수가능함)을 포함한다.
특정 실시양태에서, 가교제는 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 코팅 조성물의 0.01 내지 35 중량%을 포함한다. 이들 실시양태의 일부에서, 가교제는 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 코팅 조성물의 1 내지 30 중량%, 또는 10 내지 25 중량%, 또는 15 내지 20 중량%를 포함한다.
본 발명의 수성 폴리우레탄 수지가 코팅 조성물의 필름-형성 수지의 전부 또는 일부를 형성할 수 있음을 알 것이다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 추가의 필름-형성 수지가 또한 코팅 조성물에 사용된다. 예를 들어, 코팅 조성물은 당업계에 공지된 임의의 다양한 열가소성 및/또는 열경화성 조성물을 포함할 수 있다. 열경화성 또는 경화성 코팅 조성물은 전형적으로 자체 또는 가교제와 반응성인 작용기를 갖는 필름-형성 중합체 또는 수지를 포함한다.
상기 추가의 필름-형성 수지는 예를 들면 상술한 것과 동일하거나 상이한 폴리우레탄, 아크릴 중합체, 폴리에스터 중합체, 폴리아미드 중합체, 폴리에터 중합체, 폴리실록산 중합체, 폴리에폭시 중합체, 에폭시 수지, 비닐 수지, 이들의 공중 합체 및 이들의 혼합물을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 추가의 수지는 폴리에스터, 폴리에터, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리다이알킬실란, 폴리부타다이엔, 폴리아크릴레이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 일반적으로, 이들 중합체는 당업자에게 공지된 임의의 방법으로 제조된 이들 유형의 임의의 중합체일 수 있다. 필름-형성 수지상의 작용기는 예를 들어 카복실산 기, 아민 기, 에폭사이드 기, 하이드록실 기, 티올 기, 카바메이트 기, 아미드 기, 우레아 기, 이소시아네이트 기(블록화된 이소시아네이트 기를 포함함), 및 이들의 조합 등 임의의 다양한 반응성 작용기들로부터 선택될 수 있다. 적절한 필름-형성 수지들의 혼합물이 본 발명의 코팅 조성물의 제조에 사용될 수 있다.
열경화성 코팅 조성물은 전형적으로 코팅 조성물에 사용된 작용기와 반응하기 위해 상기한 가교제 중 임의의 것에서 선택되거나 당업계에 공지된 가교제를 포함한다. 특정 실시양태에서, 본 발명의 코팅은 열경화성 필름-형성 중합체 또는 수지 및 가교제를 포함하고, 가교제는 본원에 기재된 수성 폴리우레탄 수지를 가교 결합시키는 데 사용되는 가교제와 동일하거나 상이하다. 임의의 다른 실시양태에서는, 그 자체와 반응성인 작용기를 갖는 열경화성 필름-형성 중합체 또는 수지가 사용된다; 이러한 방식으로, 상기 열경화성 중합체는 자체-가교결합성이다.
특정 실시양태에서, 수계 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 코팅 조성물의 1 내지 50 중량%를 포함하는 추가의 필름-형성 수지를 포함한다. 이들 실시양태의 일부에서, 추가의 필름-형성 수지는 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 코팅 조성물의 2 내지 40 중량%, 또는 3 내지 30 중량%, 또는 5 내지 20 중량%, 또는 8 내지 10 중량%를 포함한다.
본 발명의 코팅 조성물은 또한 다른 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 수계 코팅 조성물은 또한 착색제를 포함한다. 본원에 사용된 "착색제"는 조성물에 색상 및/또는 다른 불투명도 및/또는 다른 시각적 효과를 부여하는 임의의 물질을 의미한다. 착색제는 이산 입자, 분산액, 용액 및/또는 플레이크(flake)와 같은 임의의 적합한 형태로 코팅에 첨가될 수 있다. 단일 착색제 또는 둘 이상의 착색제들의 혼합물이 본 발명의 코팅에 사용될 수 있다.
예시적인 착색제는 안료(유기 또는 무기), 염료 및 틴트(tint), 예컨대 페인트 산업에 사용되고/되거나 건식용 색상 제조자 연합(DCMA)에 나열된 것들뿐만 아니라 특수 효과 조성물을 포함한다. 착색제는 예를 들어 사용 조건 하에서 불용성이지만 습윤성인 미분된 고체 분말을 포함할 수 있다. 착색제는 유기 또는 무기일 수 있고 응집되거나 비-응집될 수 있다. 착색제는 분쇄 비히클 예를 들어 아크릴 분쇄 비히클의 사용에 의해 코팅에 혼입될 수 있으며, 이의 사용은 당업자에게 익숙할 것이다.
예시적인 안료 및/또는 안료 조성물은 카바졸 다이옥사진 조질 안료, 아조, 모노아조, 다이아조, 나프톨 AS, 염 유형(플레이크), 벤즈이미다졸론, 이소인돌리 논, 이소인돌린 및 다환형 프탈로시아닌, 퀴나크리돈, 페릴렌, 페리논, 다이케토피롤로 피롤, 티아인디고, 안트라퀴논, 인단트론, 안트라피리미딘, 플라반트론, 피란트론, 안단트론, 다이옥사진, 트라이아릴카보늄, 퀴노프탈론 안료, 다이케토 피롤로 피롤 레드("DPPBO 레드"), 이산화 티타늄, 카본 블랙 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이들에 한정되지 않는다. "안료" 및 "착색된 충전제"라는 용어는 상호교환적으로 사용될 수 있다.
예시적인 염료는 프탈로 그린 또는 블루, 산화철, 비스무트 바나데이트, 안트라퀴논 및 페릴렌 및 퀴나크리돈과 같은 용매 및/또는 수계인 것들을 포함하나, 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 틴트는 수계 또는 수 혼화성 담체에 분산된 안료 예를 들어 데구싸 인코포레이티드(Degussa, Inc.)에서 시판 중인 아쿠아-켐(AQUA-CHEM) 896, 이스트만 케미컬 인코포레이티드(Eastman Chemical, Inc.)의 아큐레이트 분산액 부서(Accurate Dispersions Division)에서 시판 중인 카리스마 칼라란트(CHARISMA COLORANTS) 및 맥시토너 인더스트리얼 칼라란트(MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS)를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.
본 발명의 코팅 조성물과 함께 사용될 수 있는 물질의 다른 비-제한적인 예는 가소제, 내마모성 입자, 내부식성 입자, 부식 억제 첨가제, 충전제 예를 들어 운모, 활석, 점토 및 무기 광물, 항산화제, 장애 아민 광 안정화제, UV 광 흡수제 및 안정화제, 계면 활성제, 유동 및 표면 조절제, 요변성제, 유기 공용매, 반응성 희석제, 촉매, 반응 억제제 및 기타 통상적인 보조제를 포함한다.
특정 실시양태에서, 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%, 또는 1 내지 8 중량%, 또는 5 내지 8 중량%를 포함할 수 있는 안료 입자를 포함한다.
본 발명의 코팅은 코팅 산업에 공지된 광범위한 기재에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 코팅은 자동차 기재, 산업용 기재, 포장 기재, 목재 바닥 및 가구, 의류, 전자재료 예를 들어 하우징 및 회로판, 유리 및 투명지, 스포츠 장비 예를 들어 골프공 등에 적용될 수 있다. 이들 기재는 예를 들어 금속 또는 비금속일 수 있다. 금속 기재로는 주석, 강철(전기 아연 도금 강판, 냉연 강판, 용융 아연 도금 강판 등), 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연-알루미늄 합금, 아연-알루미늄 합금으로 코팅된 강철, 및 알루미늄 도금 강철을 포함하나, 이들에 한정되지 않는다. 비-금속 기재는 중합체, 플라스틱, 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아미드, 셀룰로오스, 폴리스티렌, 폴리아크릴, 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론, EVOH, 폴리락트산, 기타 "녹색" 중합체성 기재, 폴리(에틸렌테레 프탈레이트)(PET), 폴리카보네이트, 폴리카보네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(PC/ABS), 폴리아미드, 목재, 베니어, 목재 복합재, 파티클 보드, 중간 밀도 섬유 보드, 시멘트, 석재, 유리, 종이, 판지, 텍스타일, 가죽, 천연 및 합성 물질 등을 포함한다.
특정 실시양태에서, 본 발명의 코팅은 자동차 내부 및 소비자 전자 제품에서 발견되는 플라스틱 기재에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 코팅은 계기 패널, 도어 패널, 암 레스트, 헤드 레스트, 에어백 커버, 글러브 컴파트먼트 커버, 센터 콘솔, 랩톱, 태블릿, 휴대폰, 기타 휴대용 전자 장치 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물로부터 형성된 코팅은 전기코팅, 분무, 정전 분무, 침지, 롤링, 브러싱 등과 같은 당업계의 임의의 수단에 의해 도포될 수 있다. 본 발명의 코팅은 0.1 밀(mil) 내지 5 밀, 또는 0.5 밀 내지 3 밀, 또는 1 밀 내지 1.25 밀, 또는 2 밀 내지 2.25 밀의 건조 필름 두께에 적용될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 또한 단독으로 또는 프라이머 및/또는 베이스코트와 조합하여 사용될 수 있다. "프라이머 코팅 조성물"은 보호 또는 장식용 코팅 시스템을 적용하기 위한 표면을 제조하기 위해 기재상에 언더코팅(undercoating)이 침착될 수 있는 코팅 조성물을 의미한다.
기술된 바와 같이, 본 발명은 또한 수계 코팅 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 특정 실시양태에서, 상기 방법은 다이올 또는 폴리올과 이소시아네이트를 혼합하여 이소시아네이트 작용성 폴리우레탄 수지를 형성하는 단계를 포함한다. 이어서, 이소시아네이트 작용성 폴리우레탄 수지를 수성 매질에서 아디프산 다이하이드라지드와 혼합하여 우레탄 결합, 하이드라진카복사미드 결합 및 반응성 하이드라지드 작용기를 포함하는 수성 폴리우레탄 수지를 형성할 수 있고, 여기서 수성 폴리우레탄 수지는 25℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖는다. 상기 방법은 수성 폴리우레탄 수지에 평탄화제를 분산시키는 단계, 반응성 실리콘 성분을 수성 폴리우레탄 수지와 혼합하는 단계, 및 반응성 실리콘 성분과 수성 폴리우레탄 수지의 혼합물을 가교제와 배합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 또한 다른 물질을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 또한 다이하이드록시 작용성 카복실산으로 제조될 수 있다. 또한, 특정 실시양태에서, 수성 폴리우레탄 수지는 적어도 하나의 추가의 수지, 착색제 또는 이들의 혼합물과 조합될 수 있으며, 이들 모두는 위에 상세히 기술되어 있다.
전술한 바와 같이, 수계 코팅 조성물은 기재에 도포되고 경화되어 부드럽고 부드러운 촉감 또는 감촉을 갖는 코팅을 형성할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 본원에 기재된 수계 코팅 조성물로부터 침착된 코팅은, 피셔스코프(Fischerscope) HM2000 매뉴얼("피셔 미세경도 시험(Fischer microhardness test)")에 설명된 지시에 따라 피셔스코프 HM2000 스타일러스 미세경도계로 측정시 15 N/mm2 미만, 또는 10 N/mm2 미만, 또는 8 N/mm2 미만의 피셔(Fischer) 미세경도; ASTM 방법 D1894에 따라 펠트(felt) 접촉을 이용하는 다이니스코 폴리머 테스트(Dynisco Polymer Test)-1055 마찰 계수 시험기로 측정시 0.01 내지 0.80, 또는 0.01 내지 0.5, 또는 0.1 내지 0.3 범위의 마찰 계수; 및/또는 테일러 홉슨 프리시젼 서트로닉 듀오 매뉴얼(Taylor Hobson Precision Surtronic Duo Manual)("표면 거칠기 시험")에 설명된 지침에 따라 테일러 홉슨 프리시젼 서트로닉 듀오 프로파일로미터에 의해 측정시 1 마이크로인치 내지 60 마이크로인치, 또는 10 마이크로인치 내지 40 마이크로인치, 또는 20 마이크로인치 내지 30 마이크로인치의 표면 거칠기를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 본원에 사용된 "피셔 미세경도"는 변형에 대한 물질의 경도를 의미하고, "마찰 계수"는 물체와 표면 사이의 접촉을 유지하는 힘과 물체의 운동에 저항하는 마찰력의 비를 의미하고, "표면 거칠기"는 표면의 이상적인 형태로부터 표면의 수직 편차로 정량화된 코팅의 표면의 질감과 같은 표면의 질감을 의미한다.
부드러운 느낌에 덧붙여, 수계 코팅 조성물로부터 침착된 코팅은 우수한 화학적 및 기계적 저항을 나타낸다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 코팅은 ASTM D5402에 따라 50 ㎛의 건조 필름 두께에서 메틸 에틸 케톤(MEK)의 50회 이중-마찰에 견딜 수 있다. 코팅은 ASTM F2357에 따라 50μm의 건조 필름 두께에서 50회 이상의 연마 매체를 쉽게 견딜 수 있다. 따라서, 본원에 기재된 수계 코팅 조성물은 부드러운 촉감, 우수한 화학적 및 기계적 저항 및 코팅에 요구되는 다른 특성을 갖는 코팅을 형성하기 위해 기재에 적용될 수 있다.
다음의 실시예는 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위해 제시된다. 본 발명은 제시된 특정 실시예에 한정되는 것으로 간주하여서는 안 된다. 실시예에서의 모든 부 및 백분율은 달리 표시되지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 1
폴리우레탄 수지의 제조
본 발명에 따른 우레탄 결합, 하이드라진카복사미드 결합 및 하이드라지드 작용기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 다음과 같이 제조하였다.
유리 4구 환저 플라스크 반응기에서, 212.5 g의 테라탄(TERATHANE)(등록상표) 2000(인비스타 스페셜티 케미칼스(Invista Specialty Chemicals)로부터 상업적으로 입수가능한 1,900 내지 2,100 g/mol의 분자량을 갖는 폴리테트라메틸렌 에터 글리콜) 및 다이메틸올 프로피온산을 함께 연속 교반 및 질소의 존재 하에 혼합하였다. 반응 혼합물을 60℃로 서서히 가열하여 혼합물을 용융/용해시켰다. 혼합물을 용융/용해시킨 후, 35.7 g의 이소포론 디이이소시아네이트 및 27.1 g의 헥사메틸렌 다이이소시아네이트를 혼합물에 약 20 분에 걸쳐 첨가한 다음, 99.8 g의 메틸 에틸 케톤으로 세정하였다. 약 0.16g의 다이부틸 주석 다이라우레이트를 혼합물에 첨가한 다음, 80℃로 가열하였다. 약 2711.7의 이소시아네이트(NCO) 당량이 수득될 때까지 반응을 모니터링하였다. 496.3g의 탈이온수 중의 13.03 g의 다이메틸 에탄올 아민 및 79.22 g의 아디프산 다이하이드라지드로부터 제조된 용액을 45℃로 예열하였다. 용액을 48℃ 내지 52℃ 범위의 온도를 유지하면서 20 분에 걸쳐 반응 혼합물에 첨가하고 105.9 g의 탈이온수로 세정하였다. 용액을 반응 혼합물에 첨가한 후, 온도를 48℃ 내지 52℃에서 30 분간 유지하고, 비와이케이(BYK®)-011(비와이케이 케미(BYK Chemie)로부터 상업적으로 무료로 입수가능한 수성 코팅 시스템을 위한 무-실리콘 소포제) 0.04g을 가했다. 생성된 폴리우레탄 수지를 실온으로 냉각시키고 별도의 용기에 부었다. 얻어진 폴리우레탄 수지는 산가가 19.61 mg KOH/g이고, 디지털 스캔 열량계로 측정시, 유리 전이 온도가 -78℃이었다. 폴리우레탄 수지는 59 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 H2N-NH-C(O)로서 계산시 폴리우레탄 수지의 총 고체 중량을 기준으로 2.6 중량%의 반응성 하이드라지드 작용기를 가졌다.
실시예 2
수계 코팅 조성물의 제조
표 1에 기재된 성분들로부터 본 발명에 따른 수계 코팅 조성물을 제조하였다.
성분 중량%
파트 A
실시예 1의 폴리우레탄 수지 72
비와이케이(BYK(등록상표))-011 1 0.3
디스퍼비와이케이(Disperbyk(등록상표))-190 2 0.3
에이스매트(Acematt(등록상표)) OK 520 3 3.5
물 (탈이온수) 12
서피놀(Surfynol(등록상표)) 104E 4 0.5
레오비스(Rheovis(등록상표)) PU 1250 5 0.4
실레스(Silres(등록상표)) BS 1306 6 2
다우 코닝(Dow Corning(등록상표)) 205SL 7 1
파트 B
로디아솔브(Rhodiasolv(등록상표)) RPDE 8 6
바이하이듀어(Bayhydur(등록상표)) XP 2487/1 9 2
1 소포제, BYK로부터 상업적으로 입수가능함
2 분산 첨가제, BYK로부터 상업적으로 입수가능함
3 왁스 처리된 실리카, 에보닉(EVONIK)으로부터 상업적으로 입수가능함
4 비이온성 습윤제 및 분자 소포제, 에어 프로덕츠(Air Products)로부터 상업적으로 입수가능함
5 비이온성 레올로지 개질제, 바스프(BASF)로부터 상업적으로 입수가능함
6 개질 폴리실록산 에멀젼, 와커(WACKER)로부터 상업적으로 입수가능함
7 용매 중의 실리콘 용액, 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 상업적으로 입수가능함
8 바이오-계 다이에스터 용매, 로디아 그룹(Rhodia Group)으로부터 상업적으로 입수가능함
9 헥사메틸렌 다이이소시아네이트(HDI)를 기재로 한 수분산성 지방족 폴리이소시아네이트, 바이엘 코포레이션(Bayer Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능함
실시예 1의 폴리우레탄 수지를 라이닝된 금속 페인트 캔에 첨가하였다. 고 전단 분산 블레이드 및 공기 혼합기를 사용하여 15분 동안 BYK(등록상표)-011, 디스퍼비와이케이(Disperbyk)(등록상표)-190, 에이스매트(Acematt)(등록상표) OK 520 및 10%의 탈이온수를 서서히 첨가하고 분산시켰다. 실레스(등록상표) BS 1306 및 다우 코닝(등록상표) 205SL에 나머지 물을 서서히 첨가하고 저장하기 전에 포움(foam) 및 점도를 조절하기 위해 서피놀(Surfynol)(등록상표) 104E 및 레오비스(Rheovis)(등록상표) PU 1250을 사용하였다. 파트 B를 분무 도포 전에 파트 A와 조합하였으며, 이하에 설명된다.
실시예 3
수계 코팅 조성물의 제조
표 2에 기재된 성분들로부터 본 발명에 따른 수계 소프트 터치 코팅을 제조하였다.
성분 중량%
파트 A
실시예 1의 폴리우레탄 수지 48
폴리에스터 수지 10 24
BYK(등록상표)-011 1 0.3
디스퍼비와이케이(등록상표)-190 2 0.3
에이스매트(등록상표) OK 520 3 3.5
물(탈이온수) 12
서피놀(등록상표) 104E 4 0.5
아크리졸(AcrysolTM) ASE-60 11 0.4
실레스(등록상표) BS 1360 12 2
테고(Tego)(등록상표) 글라이드 410 13 1
파트 B
로디아솔브(등록상표) RPDE 8 6
바이하이듀어(등록상표) XP 2487/1 9 2
10 에스터 결합 및 하이드록실 작용기를 가지며 중량 평균 분자량이 20,000 내지 60,000 g/mol인 폴리에스터 수지
11 음이온성 증점제, 다우 케미칼로부터 상업적으로 입수가능함
12 비이온성 반응성 실리콘 에멀젼, 와커(WACKER)로부터 상업적으로 입수가능함
13 폴리에터 실록산 공중합체, 에보닉(EVONIK)으로부터 상업적으로 입수가능함
실시예 1의 폴리우레탄 수지 및 폴리에스터 수지를 라이닝된 금속 페인트 캔에 첨가하였다. 고 전단 분산 블레이드 및 공기 혼합기를 사용하여 15분 동안 비와이케이(BYK)(등록상표)-011, 디스퍼비와이케이(Disperbyk)(등록상표)-190, 에이스매트(Acematt)(등록 상표) OK 520 및 10%의 탈이온수를 서서히 첨가하고 분산시켰다. 실레스(등록 상표) BS 1360, 테고(등록 상표) 글라이드 410 및 나머지 물을 서서히 첨가하고 저장 전에 포움 및 점도를 조절하기 위해 서피놀(등록상표) 104E 및 아크리졸 ASE-60을 사용하였다. 파트 B를 분무 도포 전에 파트 A와 조합하였으며, 이하에 설명된다.
실시예 4
수계 소프트 터치 코팅의 도포 및 평가
실시예 2 및 3의 수계 코팅 조성물을 PC/ABS 기재에 도포하고 60℃에서 30분 동안 경화시켜 본 발명에 따른 코팅을 형성하였다. 각 코팅의 물리적 및 성능 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
물리적 특성/ 성능 시험 실시예 2로부터 형성된 코팅 실시예 3으로부터 형성된 코팅
건조 필름의 촉감 부드럽고 매끄러운 감촉/촉감 부드럽고 매끄러운 감촉/촉감
피셔 미세경도(N/mm2) 14 8.71 4.8
마찰 계수 15 0.255 0.299
표면 거칠기(마이크로-인치) 16 26 31
필름 파손까지의 RCA 마모 사이클 17 310 420
MEK 이중 마찰 18 50회 마찰 후에 필름 파손 없음 50회 마찰 후에 필름 파손 없음
60°에서의 광택19 4.1 3.7
14 피셔스코프 HM2000 매뉴얼("피셔 미세경도 시험")에 설명된 지침에 따라 피셔스코프 HM2000 스타일러스 미세 경도계로 측정. 세 가지 측정을 수행하고 평균값을 기록하고 보고했다.
15 ASTM 방법 D1894에 따라 펠트 접촉을 사용하여 다이니스코 폴리머 테스트(Dynisco Polymer Test) - 1055 마찰 계수 시험기로 측정. 각 샘플에 대해 5회의 테스트를 실시했다. 5회의 측정을 수행하고 평균값을 기록하고 보고했다.
16 테일러 홉슨 프리시젼 서트로닉 듀오(Taylor Hobson Precision Surtronic Duo) 매뉴얼("표면 거칠기 테스트")에 설명된 지침에 따라 테일러 홉슨 프리시젼 서트로닉 듀오 프로파일로미터로 측정. 각 샘플에 대해 5회의 테스트를 실시했다. 5회의 측정을 수행하고 평균값을 기록하고 보고했다.
17 ASTM F2357에 따라 건조 필름 두께가 50 μm인 연마 매체의 사이클을 사용한 기계적 저항 시험.
18 ASTM D5402에 따라 건조 두께가 50 μm인 메틸 에틸 케톤(MEK)의 이중 마찰을 사용한 내화학성 시험.
19 ASTM D523에 따라 BYK-가드너 마이크로-TRI-글로스 광택계로 측정.
표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 2 및 3의 조성물로부터 형성된 코팅은 마찰이 거의 없는 부드럽고 매끄러운 표면을 가졌다. 표 3에 추가로 도시된 바와 같이, 실시예 2 및 3의 조성물로부터 형성된 코팅은 또한 양호한 화학적 및 기계적 저항을 나타냈다.
이상과 같이 본 발명의 특정 실시양태가 예시의 목적으로 설명되었지만, 당업자에게는 본 발명의 세부 사항에 대한 많은 변형이 첨부된 특허청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음이 명백할 것이다.

Claims (23)

  1. 우레탄 결합, 하이드라진카복사미드 결합 및 반응성 하이드라지드 작용기를 포함하는 수성 폴리우레탄 수지로서, 25℃ 미만의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수성 폴리우레탄 수지;
    반응성 실리콘 성분; 및
    가교제
    를 포함하는 수계 코팅 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지가 수성 폴리우레탄 수지의 총 고체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%의 반응성 하이드라지드 작용기를 포함하고, 상기 반응성 하이드라지드 작용기가 59 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 H2N-NH-C(O)로서 표시되고 계산되는, 수계 코팅 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응성 실리콘 성분이 반응성 실리콘 에멀젼을 포함하는, 수계 코팅 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    평탄화제(flatting agent)를 추가로 포함하는 수계 코팅 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지가 반응성 하이드라지드 작용기를 제외한 모든 다른 반응성 작용기를 전혀 함유하지 않는, 수계 코팅 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지가,
    다이올 또는 폴리올;
    이소시아네이트; 및
    아디프산 다이하이드라지드
    를 포함하는 반응물들의 혼합물로부터 제조된, 수계 코팅 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    아디프산 다이하이드라지드 당량 대 유리 이소시아네이트 당량의 비가 1.01:1 내지 1.5:1의 범위인, 수계 코팅 조성물.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응물들의 혼합물이 다이하이드록시 작용성 카복실산을 추가로 포함하는, 수계 코팅 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지가 40 mg KOH/g 미만의 산가(acid value)를 갖는, 수계 코팅 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지가 20,000 내지 70,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는, 수계 코팅 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지가 0℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖는, 수계 코팅 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수계 코팅 조성물이 기재에 적용되고 코팅으로서 경화되는 경우, 상기 코팅은 피셔 미세경도(Fischer microhardness) 시험에 의해 측정시 15 N/mm2 미만의 피셔 미세경도, ASTM 방법 D1894에 의해 측정시 0.01 내지 0.80의 마찰 계수, 및 표면 거칠기 시험에 의해 측정시 1 마이크로-인치 내지 60 마이크로-인치의 표면 거칠기를 갖는, 수계 코팅 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 추가의 수지를 추가로 포함하는 수계 코팅 조성물.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응성 실리콘 성분이 코팅 조성물의 총 고체 중량의 1 내지 20 중량%를 차지하는, 수계 코팅 조성물.
  15. 제 1 항의 코팅 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된 기재(substrate).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기재가 플라스틱을 포함하는, 적어도 부분적으로 코팅된 기재.
  17. a) 다이올 또는 폴리올과 이소시아네이트를 혼합하여 이소시아네이트 작용성 폴리우레탄 수지를 형성하는 단계;
    b) 수성 매질에서, 상기 이소시아네이트 작용성 폴리우레탄 수지와 아디프산 다이하이드라지드를 혼합하여, 우레탄 결합, 하이드라진카복사미드 결합 및 반응성 하이드라지드 작용기를 포함하는, 25℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖는 수성 폴리우레탄 수지를 형성하는 단계;
    c) 상기 수성 폴리우레탄 수지를 반응성 실리콘 성분과 혼합하는 단계; 및
    d) 상기 반응성 실리콘 성분과 수성 폴리우레탄 수지의 혼합물을 가교제와 배합하는 단계
    를 포함하는, 수계 코팅 조성물의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지 내에 평탄화제를 분산시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지를 하나 이상의 추가의 수지와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 수계 코팅 조성물이 기재에 적용되고 코팅으로서 경화되는 경우, 상기 코팅은 피셔 미세경도 시험에 의해 측정시 15 N/mm2 미만의 피셔 미세경도, ASTM 방법 D1894에 의해 측정시 0.01 내지 0.80의 마찰 계수, 및 표면 거칠기 시험에 의해 측정시 1 마이크로-인치 내지 60 마이크로-인치의 표면 거칠기를 갖는, 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    아디프산 다이하이드라지드 당량 대 유리 이소시아네이트 당량의 비가 1.01:1 내지 1.5:1의 범위인, 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 수성 폴리우레탄 수지가 수성 폴리우레탄 수지의 총 고체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%의 반응성 하이드라지드 작용기를 포함하고, 상기 반응성 하이드라지드 작용기가 59 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 H2N-NH-C(O)로서 표시되고 계산되는, 방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 반응성 실리콘 성분이 반응성 실리콘 에멀젼을 포함하는, 방법.
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