KR101868790B1 - 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법 - Google Patents

친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보드에 불포화폴리에스테르 도포층을 형성하는 과정에서 불포화폴리에스테르에 가교용으로 첨가된 유해 휘발성유기화합(VOC)인 스틸렌 모노머의 잔량을 순간적으로 대량 제거하여 패널을 가구등에 사용할 때 유해 휘발성유기물이 실내에 방출되는 것을 예방할 수 있고, 불포화폴리에스테르 도포층에 깊고 선명한 입체 엠보를 형성할 수 있는 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법에 관한 것으로, 보드의 표면을 표면처리하여 평탄화하는 평활층 형성 단계; 불포화폴리에스테르 수지에 경화제로 스틸렌 모노머를 첨가하여 상기 보드의 평활층에 균일한 두께로 도포하는 불포화폴리에스테르 도포 단계; 보드의 평활층에 도포된 불포화폴리에스테르를 상온 상압하에서 반경화시키는 불포화폴리에스테르 반경화 단계; 및 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층 표면을 경면판으로 145℃ ~ 200 ℃ 및 5kgf/㎠ ~ 100kgf/㎠ 조건으로 1초 내지 180초간 열압착하여 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층을 열경화시키고 반경화 불포화 폴리스테르로부터 잔류 스틸렌 모노머를 열기화 방출시키는 불포화폴리에스테르 도포층 완전 경화 단계;를 포함한다.

Description

친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF ECO-FRIENDLY UNSATURATED POLYESTER COATED PANEL}
본 발명은 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 보드에 불포화폴리에스테르 도포층을 형성하는 과정에서 불포화폴리에스테르에 가교용으로 첨가된 유해 휘발성유기화합(VOC)인 스틸렌 모노머의 잔량을 순간적으로 대량 제거하여 패널을 가구등에 사용할 때 유해 휘발성유기물이 실내에 방출되는 것을 예방할 수 있고, 불포화폴리에스테르 도포층에 깊고 선명한 입체 엠보를 형성할 수 있는 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법에 관한 것이다.
불포화 폴리에스테르 수지는 열경화성 수지의 일종으로, 고광택성 및 고경도성으로 인하여 표면 코팅재로서의 실용성이 당업자에게 익히 공지된 합성 수지이다. MDF(중밀도 섬유판) 등의 보드 표면에 고광택용 도료를 코팅하는 방식 중 하나인 하이그로시 코팅법의 일종으로 필름 코팅법이 사용되고 있는 바, 필름 코팅법은 대상물의 표면에 불포화폴리에스테르 수지 도료를 도포하고 그 위에 이형필름을 부착한 다음, 롤러 등을 이용하여 이형필름을 압착하여 보드 표면에 일정한 불포화폴리에스테르 도막을 형성한다. 필름 코팅법에 사용되는 불포화폴리에스테르 수지는 무수말레인산, 무수푸말산 같은 불포화기를 가진 산을 다가 알코올(글리콜)과 합성하여 제조한 액상 수지이다. 보드 코팅용으로 사용할 경우에는, 고광택의 물성을 유지시키면서 경화성을 향상시키기 위하여 반응성 희석제로 방향족 비닐계유도체인 스틸렌 모노머(styrene monomer)을 25중량%-50중량% 내외로 첨가한다. 스틸렌 모노머(styrene monomer)는 불포화폴리에스테르와 상용성이 좋아 희석제 기능을 할 뿐만 아니라 빠른시간 내에(상온, 대기압 조건에서 적어도 24시간 이내에) 불포화폴리에스테르를 가교시켜 경화되게 하는 장점이 있다. 이 과정에서 스틸렌 모노머는 불포화폴리에스테르와 공중합한다. 그러나, 스틸렌 모노머는 불포화폴리에스테르 도포층이 경화 된 후에도 가교 반응에 참가하지 않는 스틸렌 모노머가 항상 남게 되는 데, 이렇게 잔류하는 스틸렌 모노머는 장시간에 걸쳐 조금씩 외부에 방출되어 여러가지 문제들을 야기한다.
가장 큰 문제점은 불포화폴리에스테르 도포층에 잔류하여 방출되는 스틸렌 모노머가 독성이 있는 휘발성유기화합물(VOC:Volatile Organic Compound)이라는 데 있다. 따라서, 최근에는 환경 문제로 인해 스틸렌 모노머의 대기 중으로의 방출에 대한 규제가 엄격해지고 있고, 이로 인해 불포화폴리에스테르 도포층을 가진 하이그로시 가구 등의 수요 뿐만 아니라 공급이 현저하게 줄어들고 있다.
또한, 스틸렌 모노머가 불포화폴리에스테르 도포층에 잔류한 상태로 미량씩 기화할 경우 시간이 지나면서 불포화폴리에스테르 도포층의 광택이 떨어지고 불포화폴리에스테르 도포층의 변색(황변)이 진행 될 뿐만 아니라, 불포화폴리에스테르 도포층에 미세한 크랙(crack)이 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제들의 발생에는 가교 반응에 참가하지 못하고 불포화폴리에스테르 도포층에 잔류하는 스틸렌 모노모의 기화 방출이 어느 정도 관여한다.
뿐만 아니라, 스틸렌 모노머에 의하여 가교 경화된 불포화폴리에스테르 도포층은 일단 완전 경화되면, 엠보가 형성된 경면판 등으로 열압착하여도 깊고 선명한 입체 엠보를 성형하기 어려운 단점도 있다.
본 발명은 상술한 종래 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 보드 표면에 불포화폴리에스테르 도포층을 형성하는 과정에서 수 초(秒) 내지 수 분(分) 이내의 단시간에 불포화폴리에스테르에 가교용으로 첨가된 유해 휘발성유기화합인 스틸렌 모노머의 잔량을 대량 제거하여 불포화폴리에스테르 코팅 패널을 가구등에 사용할 때 유해 휘발성유기물이 실내에 방출되는 것을 예방할 수 있는 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는, 스틸렌 모노머 기화 방출 면적을 넓힘과 동시에 불포화폴리에스테르 도포층에 깊고 선명한 입체 엠보를 형성하여 패널 표면에 고광택의 다양한 입체 문양을 구현할 수 있는 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 제1과제는, 보드의 표면을 표면처리하여 평탄화하는 평활층 형성 단계와, 불포화폴리에스테르 수지에 경화제로 스틸렌 모노머를 첨가하여 상기 보드의 평활층에 균일한 두께로 도포하는 불포화폴리에스테르 도포 단계와, 보드의 평활층에 도포된 불포화폴리에스테르를 상온 상압하에서 반경화시키는 불포화폴리에스테르 반경화 단계와, 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층 표면을 경면판으로 145℃ ~ 200 ℃ 및 5kgf/㎠ ~ 100kgf/㎠ 조건으로 1초 내지 180초간 열압착하여 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층을 열경화시키고 반경화 불포화 폴리스테르로부터 잔류 스틸렌 모노머를 열기화 방출시키는 불포화폴리에스테르 도포층 완전 경화 단계를 포함하는 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법에 의하여 해결할 수 있다.
상술한 본 발명의 제2과제는, 상기 불포화폴리에스테르 도포층 완전 경화 단계에서, 상기 경면판에 입체적인 엠보 형상을 형성하여 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층을 열압착하면서 완전 열경화시킴으로써 해결할 수 있다.
상술한 본 발명에 의하면, 불포화폴리에스테르 도포층을 스틸렌 모노머의 기화온도(145℃) 이상의 온도를 가하면서 5kgf/㎠ ~ 100kgf/㎠ 압력으로 열압착함으로써, 열에 의하여 불포화폴리에스테르를 열가교 시킴으로써 경화를 완성하고, 가교 반응에 참가하지 못한 스틸렌 모노머를 순식간에 기화 배출시킨다. 따라서, 보드에 불포화폴리에스테르 도포층을 형성하는 과정에서 불포화폴리에스테르에 가교용으로 첨가된 유해 휘발성유기화합(VOC)인 스틸렌 모노머의 잔량을 짧은 시간에 대량 제거하여 패널을 가구 등에 사용할 때 유해 휘발성유기물이 실내에 방출되는 것을 예방할 수 있다. 또한, 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층을 엠보가 형성된 경면판으로 열압착함으로써, 스틸렌 모노머 방출 면적을 확장하여 스틸렌 모노머가 열압착 도중에 용이하게 배출되고, 불포화폴리에스테르 도포층에 깊고 선명한 형상의 엠보를 완전 경화된 상태로 형성할 수 효과가 있다. 또한, 불포화폴리에스테르 도포층의 광택성을 장시간 유지할 수 있고, 불포화폴리에스테르 도포층이 변색(황변)하는 것을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 불포화폴리에스테르 도포층에 크랙(crack)이 발생하지 않으므로, 불포화 폴리스테르 도장 가구의 품질을 획기적으로 개선하여 불포화 폴리스테르 도장 가구의 수요를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법에 대한 공정도이다.
도 2는 멜라민 함침지를 이용한 평활층 형성 공정을 도시한 것이다.
도 3은 PET 필름 및 롤러를 이용한 불포화폴리에스테르 도포 공정을 도시한 것이다.
도 4는 도포 공정을 마친 후 PET 필름을 분리하는 공정을 도시한 것이다.
도 5는 보드에 도포된 불포화폴리에스테르를 상온 대기압 조건에서 반경화시키는 공정을 도시한 것이다.
도 6은 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층을 경면판으로 열압착하는 공정을 도시한 것이다.
도 7은 불포화폴리에스테르 도포층의 잔류 스틸렌 모노머가 제거 되고 불포화폴리에스테르 도포층이 엠보가 형성된 상태로 완전 경화된 불포화폴리에스테르 코팅 패널에 대한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법은 보드(1)의 표면을 표면처리하여 평탄화하는 평활층 형성 단계(100)를 포함한다. 평활층 형성 단계(100)에서는 다양한 평활층 형성 방법을 선택적하여 사용할 수 있고, 도 2에는 보드(1) 표면과 이면에 멜라민 함침지(7a, 7b)를 저압(5kgf/㎠ 내외)으로 부착한 경우, 즉 LPM(Low Pressure Melamine)을 사용하는 경우를 예시적으로 도시하였다. 평활층 형성 단계(100)에서는 멜라민 함침지 부착 방법이 아닌 다른 방법 즉, 보드(1) 표면에 투명한 UV 하도층을 형성하는 방법, 또는 보드 표면 및 이면에 도장용 피니싱 호일을 부착하는 방법 등을 치환적으로 사용할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법은, 불포화폴리에스테르 수지(3)에 경화제로 스틸렌 모노머를 첨가하여 상기 보드(1)의 평활층에 균일한 두께로 도포하는 불포화폴리에스테르 도포 단계(101)를 포함한다.
불포화폴리에스테르는 말레산, 푸마르산과 같은 불포화 디카르복시산과 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜과 같은 글리콜의 중축합 반응에 의해 생성되고, 스틸렌 모노머를 섞어 중합 반응에 의한 가교를 일으키면 경화된다. 스틸렌 모노머의 가교 반응 촉진을 위해 코발트 나프텐네이트(cobalte naphthenate)를 촉매로 더 첨가할 수 있다. 불포화폴리에스테르 수지(3)에 스틸렌 모노머를 전체 중량을 기준으로 25중량% - 50중량% 혼합할 경우, 스틸렌 모노머는 희석성 경화반응제로 기능하여 불포화폴리에스테르를 페이스트 상태로 희석하고, 도포 후 대략 12시간 내지 24시간 후면 가교 반응에 의하여 불포화폴리에스테르를 완전 경화시킨다.
따라서 불포화폴리에스테르 도포 단계(101)에서는, 보드(1) 표면에 형성된 평활층(7a) 위에 페이스트 상태의 불포화폴리에스테르(3)를 투입하고 왁스 등의 이형제가 처리된 PET 필름(5)을 불포화폴리에스테르(3) 위에 적층한 후 PET 필름(5) 상면을 왕복하는 롤러(9)에 의해 PET 필름(5) 하부의 불포화폴리에스테르(3)를 압착하면서 펼쳐 평활층(7a) 표면에 균일한 두께의 불포화폴리에스테르(3) 도포층을 형성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 균일한 두께의 불포화폴리에스테르(3) 도포층이 완성되면, 상기 PET 필름(5)은 분리한다. 상술한 바와 같이 PET 필름(5)은 이형제가 처리되어 있기 때문에 불포화폴리에스테르(3)에 접착되지 않고 용이하게 분리된다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법은, 보드(1)의 평활층(7a)에 도포된 불포화폴리에스테르(3)를 상온 상압하에서 반경화시키는 불포화폴리에스테르(3) 반경화 단계를 포함한다. 반경화에 도달하는 시간은 완전 경화에 도달하는 시간을 측정하여 완전 경화에 도달하는 시간의 1/4 내지 3/4으로 하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 스틸렌 모노머의 혼합 양에 따라 다르지만, 보드에 도포한 후 대략 3시간 내지 12시간 후면 반경화한다. 반경화된 상태에서 불포화폴리에스테르(3) 도포층 내에는 가교 반응에 참가하지 않은 스틸렌 모노머가 잔류한다. 본 발명은 이 스틸렌 모노머의 비점이 비교적 낮은 145℃ 내외인 점에 착안한 것이다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법은, 반경화된 불포화폴리에스테르(3) 도포층 표면을 경면판(鏡面鈑)(15)으로 145℃ ~ 200 ℃ 및 5kgf/㎠ ~ 100kgf/㎠ 조건으로 1초 내지 180초간 열압착하여 반경화된 불포화폴리에스테르(3) 도포층을 열경화시키고 반경화 불포화 폴리에스테르(3)로부터 잔류 스틸렌 모노머를 열기화 방출시키는 불포화폴리에스테르(3) 도포층 완전 경화 단계를 포함한다. 경면판(15)은 스테인레스 판 등의 압착면을을 매끄럽게 연마한 판이다. 경면판(15) 내에서는 히터(17)가 실장 되며, 경면판(15)은 프레스(11)에 의하여 구동된다. 열압착 최저온도 145℃는 스틸렌 기화온도이다. 열압착 최대온도 200 ℃는 불포화폴리에스테르(3)를 가장 빠르게 열경화시킬 수 있는 온도이다. 145℃ 내지 200℃의 열을 가하면 불포화폴리에스테르 안의 이중 결합과 스틸렌 모노모와의 혼성 중합에 의해 분자간에 가교 결합을 만들고 그 결과 3차원 그물 모양 구조를 가져 열경화할 뿐만 아니라, 혼성 중합에 참여하지 못한 스틸렌 모노모가 짧은 시간에 기화 방출된다. 최대온도 200 ℃를 초과하여 열경화시킬 수 있지만, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 반드시 필요한 것은 아니다. 열압착 최저압력 5kgf/㎠는 불포화폴리에스테르(3)를 어느 정도 압착 개시가 일어나게 하는 압력이고, 열압착 최대압력 100kgf/㎠는 보드가 손상되지 않는 압력이다. 열압착 시간 1초는 스틸렌 모노머 기화 및 열경화를 위한 최소한의 열공급 시간이고, 180초는 보드(1)와 불포화폴리에스테르(3) 도포층의 열적 열화가 없는 최대시간이다. 스틸렌 모노머는 경면판(15)에 의한 압착 도중 또는 압착 해제 직후에 대량으로 기화 배출된다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 불포화폴리에스테르(3) 도포층 완전 경화 단계에서, 상기 경면판(15)에 입체적인 엠보 형상을 형성하여 반경화된 불포화폴리에스테르(3) 도포층을 열압착함으로써, 불포화폴리에스테르(3) 도포층에 경면판(15)의 엠보 형상에 대응하는 엠보 형상이 형성되면서 불포화폴리에스테르(3) 도포층 표면의 스틸렌 모노머 열기화 방출 면적이 확장되게 하는 것이 바람직하다. 경면판(15)에 엠보를 형성함으로써, 불포화폴리에스테르(3) 도포층 표면적이 확대되므로 스틸렌 모노머의 기화 방출 면적이 그만큼 확장되는 것이다.
뿐만 아니라, 도 7에 도시 된 바와 같이, 완전 경화된 불포화폴리에스테르가 아닌 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층을 경면판(15)에 의하여 열압착하기 때문에 엠보의 깊이가 깊고 복작한 경우에도 불포화폴리에스테르(3) 도포층에 경면판의 엠보가 그대로 각인되어 보드 표면에 매우 선명하고 깊은 엠보 코팅층을 얻을 수 있게 된다.
1 : 보드 3 : 불포화 폴리에스테르
5 : PET 필름 7a, 7b : 멜라민 함침지
9 : 롤러 11 : 프레스
13 : 받침 15 : 경면판
17 : 히터

Claims (2)

  1. 보드 표면에, 투명한 UV 하도층을 형성하거나, 또는 멜라민함침지를 부착하거나, 또는 도장용 피니싱 호일을 부착하여, 보드 표면을 평탄화하는 평활층 형성 단계;
    불포화폴리에스테르 수지에 경화제로 스틸렌 모노머를 전체 중량을 기준으로 25중량% - 50중량% 혼합하여 불포화폴리에스테르를 페이스트 상태로 희석한 후 보드 표면에 형성된 평활층 위에 상기 페이스트 상태의 불포화폴리에스테르를 투입하고 이형제가 처리된 PET 필름을 불포화폴리에스테르 위에 적층한 후 PET 필름 상면을 왕복하는 롤러에 의해 PET 필름 하부의 불포화폴리에스테르를 압착하면서 펼쳐 평활층 표면에 균일한 두께의 불포화폴리에스테르 도포층을 형성하는 불포화폴리에스테르 도포 단계;
    보드의 평활층에 도포된 불포화폴리에스테르를 상온 상압하에서 완전 경화에 도달하는 시간의 1/4 내지 3/4으로 반경화시키는 불포화폴리에스테르 반경화 단계; 및
    반경화된 불포화폴리에스테르 도포층 표면을 입체적인 엠보 형상이 형성된 경면판으로 145℃ ~ 200 ℃ 및 5kgf/㎠ ~ 100kgf/㎠ 조건으로 1초 내지 180초간 열압착하여 반경화된 불포화폴리에스테르 도포층을 열경화시키면서 불포화폴리에스테르 도포층에 깊고 선명한 형상의 엠보를 형성하고 반경화 불포화 폴리스테르로부터 잔류 스틸렌 모노머를 대량으로 열기화 방출시키는 불포화폴리에스테르 도포층 완전 경화 단계;를 포함하는 친환경 불포화폴리에스테르 코팅 패널의 제조 방법.







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