KR101975885B1 - 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성수지 또는 글라스틱(glassic) 재질의 기재 상에 색상과 입체감을 부여하기 위한 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

도료 조성물{COATING METERIAL COMPOSITION}
본 발명은 기재 상에 색상과 입체감을 부여하기 위한 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 각종 휴대용 전자기기는 내부의 회로 기판 등을 보호하기 위한 합성수지 또는 금속으로 이루어지는 외장재가 구비되며, 상기 외장재의 디자인은 시장에서의 성패를 크게 좌우한다.
상기 휴대용 전자기기의 외장재의 디자인을 부여하기 위해 칼라 도료를 도장한 후 특정 패턴이 형성된 시트를 결합시키는 과정을 거치고 있다. 구체적으로 실크 스크린 인쇄 또는 진공 증착을 통해 외장재에 칼라 도료를 도장한 후 특정 패턴이 형성된 시트를 도장면에 부착하여 외장재에 색상과 입체감을 부여하는 것이다.
그런데 상기 과정으로 외장재에 색상과 입체감을 부여할 경우 칼라 도료를 도장하고 시트를 결합시키는 과정을 추가로 거쳐야 하기 때문에 공정 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 종래의 칼라 도료로 형성된 도막은 레벨링성과 경도가 좋지 않아 칼라 및 휘도의 편차가 심하고 레인보우 현상이 발생하기 때문에 입체감을 갖기 어려우며, 이로 인해 시트를 결합시키는 과정이 추가로 요구되어 공정 효율이 떨어지게 된다. 또한 외장재와 칼라 도료로 형성한 도막 간의 결합력(접착력) 한계로 인해 도막이 박리되거나 도막이 변색되어 외장재의 외관이 불량해지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2006-0106502호
본 발명은 기재 상에 색상과 입체감을 한번의 몰드 성형을 통해 부여할 수 있는 도료 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 2관능 내지 3관능인 우레탄 아크릴레이트 올리고머 40 내지 50 중량부, 아크릴 아크릴레이트 올리고머 20 내지 30 중량부, 제1 (메타)아크릴레이트 모노머 5 내지 10 중량부, 제2 (메타)아크릴레이트 모노머 5 내지 10 중량부, 광개시제 5 내지 10 중량부, 및 안료 1 내지 5 중량부를 포함하는 도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 도료 조성물은 한번의 몰드 성형을 통해 외장재의 표면에 색상과 입체감(또는 패턴)을 부여할 수 있기 때문에 외장재의 제조효율을 높일 수 있다. 또한 본 발명의 도료 조성물을 외장재의 표면에 결합시킬 경우 결합력(접착력)이 높고 내구성이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 도료 조성물은 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 아크릴레이트 올리고머, 제1 (메타)아크릴레이트 모노머, 제2 (메타)아크릴레이트 모노머, 광개시제 및 안료를 포함한다.
우레탄 아크릴레이트 올리고머
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 2관능 내지 3관능, 즉 관능기수가 2개 내지 3개인 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다. 상기 관능기수는 경화 반응에 참여할 수 있는 관능기의 개수를 의미할 수 있으며, 상기 관능기의 예로는 아크릴레이트기, 비닐기 등을 들 수 있다. 이러한 저관능 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 도막의 황변성을 낮추고, 도막의 접착성, 유연성을 높이는 역할을 한다.
상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)를 중합하여 얻어진 것일 수 있다.
이러한 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 1,000 내지 2,500일 수 있다. 상기 중량평균분자량이 1,000 미만일 경우에는 도막의 내화학성, 내후성이 저하될 수 있고, 2,500을 초과할 경우에는 도막 형성 시 작업성이 불량해지거나 도막의 레벨링성이 저하될 수 있다.
또한 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 점도는 5,000 내지 7,000 cPs일 수 있다.
상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 함량은 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 40 내지 50 중량부이다. 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 함량이 40 중량부 미만일 경우에는 도료 조성물의 점도가 낮아지게 되어 UV 몰딩을 적용한 도막 형성 시 작업성이 불량해질 수 있고, 50 중량부를 초과할 경우에는 도막의 레벨링성이 저하될 수 있다.
아크릴 아크릴레이트 올리고머
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 아크릴 아크릴레이트 올리고머(구체적으로, 2관능 아크릴 아크릴레이트 올리고머)는 도막의 접착성, 유연성을 높이는 역할을 한다. 상기 아크릴 아크릴레이트 올리고머는 메틸(메타)아크릴레이트, 부틸메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트 등을 중합하여 얻어진 것일 수 있다.
이러한 아크릴 아크릴레이트 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 10,000 내지 100,000일 수 있다. 상기 중량평균분자량이 10,000 미만일 경우에는 도막 형성 시 작업성이 불량해지거나 도막의 접착성이 저하될 수 있고, 100,000을 초과할 경우에는 도막 형성 시 작업성이 불량해지거나 도막의 레벨링성이 저하될 수 있다.
또한 상기 아크릴 아크릴레이트 올리고머의 점도는 9,000 내지 13,000 cPs일 수 있다.
상기 아크릴 아크릴레이트 올리고머의 함량은 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 20 내지 30 중량부이다. 상기 아크릴 아크릴레이트 올리고머의 함량이 20 중량부 미만일 경우에는 도막의 접착성이 저하될 수 있고, 30 중량부를 초과할 경우에는 도막 형성 시 작업성이 불량해질 수 있다.
제1 ( 메타 ) 아크릴레이트 모노머
본 발명의 제1 (메타)아크릴레이트 모노머는 도막의 접착성을 높이는 역할을 한다. 이러한 제1 (메타)아크릴레이트 모노머의 구체적인 예로는 테트라히드로퍼퓨릴 메타크릴레이트(tetrahydrofurfuryl methacrylate), 또는 이소보닐 아크릴레이트(isobornyl acrylate) 등을 들 수 있으며, 이를 단독 또는 혼합 사용할 수 있다.
상기 제1 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량은 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부이다. 상기 제1 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 도막의 접착성이 저하될 수 있고, 10 중량부를 초과할 경우에는 도막의 경화 반응성이 저하될 수 있다.
제2 ( 메타 ) 아크릴레이트 모노머
본 발명의 제2 (메타)아크릴레이트 모노머는 도료 조성물의 점도를 조절하는 역할을 한다. 이러한 제2 (메타)아크릴레이트 모노머의 구체적인 예로는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexane diol diacrylate), 또는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate) 등을 들 수 있으며, 이를 단독 또는 혼합 사용할 수 있다.
상기 제2 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량은 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부이다. 상기 제2 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 도료 조성물의 고점도화로 인해 도막의 레벨링성이 저하될 수 있고, 10 중량부를 초과할 경우에는 도료 조성물의 저점도화로 인해 도막 형성 시 작업성이 불량해질 수 있다.
광개시제
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 광개시제는 상기 올리고머들과 상기 모노머들의 경화 반응을 매개하는 역할을 한다. 이러한 광개시제의 구체적인 예로는 1-하이드록시시클로헥실페닐케톤, 메틸 벤조일포르메이트, 2,4,6-트리메틸 벤조일-디페닐 포스핀 옥사이드, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-페논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸-1-온, 1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-하이드록시-2-메틸-프로판-1-온, 또는 2,2-디에톡시-1-페닐-에타논 등을 들 수 있으며, 이를 단독 또는 혼합 사용할 수 있다.
상기 광개시제의 함량은 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부이다. 상기 광개시제의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 도료 조성물의 미경화로 인해 도막의 외관 불량 및 물성 저하 등이 유발될 수 있으며, 10 중량부를 초과할 경우에는 미반응된 광개시제가 잔류되어 도막의 접착성 등이 저하될 수 있다.
안료
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 안료는 도막에 색상을 부여하고 외관을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 안료의 구체적인 예로는 산화아연, 이산화티타늄, 산화알루미늄, 산화철, 카본블랙 등을 들 수 있으며, 이를 단독 또는 혼합 사용할 수 있다.
상기 안료의 함량은 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부이다. 상기 안료의 함량이 1 중량부 미만일 경우에는 도막에 색상을 부여하기 어려울 수 있고, 5 중량부를 초과할 경우에는 필요 이상으로 안료가 사용되어 경제성이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명의 도료 조성물은 도막의 물성을 높이기 위해 표면장력조절제, 소포제, 자외선안정제 및 분산제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에 더 포함되는 표면장력조절제는 도료 조성물의 표면장력을 저하시켜 도막의 평활도를 높이는 역할을 한다. 이러한 표면장력조절제의 구체적인 예로는 실리콘계 화합물(예를 들어, 폴리디메틸실록산)을 들 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에 더 포함되는 소포제는 도막의 형성 과정에서 기포가 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 소포제는 당 업계에 공지된 성분을 사용할 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에 더 포함되는 자외선 안정제는 자외선에 의해 도막이 변색되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 자외선 안정제의 구체적인 예로는 힌더드 아민계 화합물을 들 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에 더 포함되는 분산제는 도료 조성물의 분산성을 높이는 역할을 한다. 이러한 분산제는 당 업계에 공지된 성분을 사용할 수 있다.
이와 같은 첨가제의 함량은 도막의 물성, 경제성 등을 고려할 때 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부일 수 있다.
이외에 본 발명의 도료 조성물은 점도 조절을 위해 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 당 업계에 공지된 유기 용매를 사용할 수 있다.
이러한 용매의 함량은 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 3 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 용매의 함량이 3 중량부 미만일 경우에는 도료 조성물의 작업성, 성형성 등이 저하될 수 있고, 5 중량부를 초과할 경우에는 도막의 형성에 장시간이 소비될 수 있다.
상술한 본 발명의 도료 조성물은 특정 올리고머와 특정 모노머를 포함함에 따라 안료와의 상용성이 우수하고, 기재(예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 기재, 또는 폴리카보네이트(PC)와 유리(GLASS)가 결합된 글라스틱 기재)와의 접착력과 더불어 레벨링성 및 경도가 높은 도막을 형성할 수 있다. 특히, 본 발명의 도료 조성물은 몰드 성형을 통해 휴대용 전자기기의 외장재의 표면에 도장될 수 있으며, 이로 인해 외장재에 색상과 입체감을 동시에 부여할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되지 아니한다.
[ 실시예 1 내지 4]
1) 도료 조성물 제조
우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 아크릴레이트 올리고머, 제1 (메타)아크릴레이트 모노머, 제2 (메타)아크릴레이트 모노머, 광개시제를 용기에 투입한 후 400 내지 600 rpm으로 약 30분간 교반하여 혼합물을 제조하였다. 중간검사로 유리기판 위에 제조된 혼합물을 도포하고 어플리케이터로 습도막 25 ㎛ 두께의 도막을 형성한 후 외관을 확인하였다. 외관에 이상이 없으면 안료를 투입한 후 400 내지 600 rpm으로 약 30분간 추가 교반을 실시하였다. 추가 교반이 완료되면 기포제거를 위하여 60 ℃ OVEN에서 3시간 정도 보관하는 과정을 거쳐 도료 조성물을 제조하였다. 이때, 사용된 각 성분의 조성은 하기 표 1과 같다.
2) 도막 형성
PET 필름 위에 제조된 도료 조성물을 도포한 후 어플리케이터로 습도막 25 ㎛ 두께의 도막을 형성하였다. 상기 도료 조성물 경화 시 수은램프와 메탈할라이드램프가 사용되었으며 UV 조사광량은 800 내지 1200 mJ/㎠로, UV 조사강도는 100 내지 130 mW/㎠으로 하였다.
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
우레탄 아크릴레이트 올리고머 관능기수: 2
중량평균분자량: 1,300
점도: 6,000 cPs		 45 - 45 45
관능기수: 3
중량평균분자량: 2,500
점도: 7,000 cPs		 - 45 - -
아크릴 아크릴레이트 올리고머 중량평균분자량: 30,000 25 25 25 25
제1 (메타)아크릴레이트 모노머 테트라히드로퍼퓨릴 메타크릴레이트 10 10 - 10
이소보닐 아크릴레이트 - - 10 -
제2 (메타)아크릴레이트 모노머 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 7 7 7 -
트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 - - - 7
광개시제 메틸 벤조일포르메이트 5 5 5 5
히드록시 시클로헥실 페닐 케톤 3 3 3 3
용매 메틸 에틸 케톤 3 3 3 3
안료 나노 틴트(NANO TINT) 1 1 1 1
첨가제 실리콘계 표면장력조절제 1 1 1 1
합계 100 100 100 100
[ 비교예 1 내지 6]
하기 표 2의 조성을 갖는 도료 조성물을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 도료 조성물을 제조하고, 도막을 형성하였다.
성분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
우레탄 아크릴레이트 올리고머 관능기수: 2
중량평균분자량: 1,300
점도: 6,000 cPs		 - 45 38.8 51 50 41
관능기수: 6
중량평균분자량: 1,800
점도: 2,000 cPs		 45 - - - - -
아크릴 아크릴레이트 올리고머 중량평균분자량: 30,000 25 25 28.8 21.8 16.5 31.9
제1 (메타)아크릴레이트 모노머 테트라히드로퍼퓨릴 메타크릴레이트 10 - 11 9.1 11 9
제2 (메타)아크릴레이트 모노머 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 7 17 7.5 6.4 7.8 6.4
광개시제 메틸 벤조일포르메이트 5 5 5.5 4.5 5.5 4.5
히드록시 시클로헥실 페닐 케톤 3 3 3.2 2.7 3.4 2.7
용매 메틸 에틸 케톤 3 3 3.2 2.7 3.4 2.7
안료 나노 틴트(NANO TINT) 1 1 1 0.9 1.2 0.9
첨가제 실리콘계
표면장력조절제		 1 1 1 0.9 1.2 0.9
합계 100 100 100 100 100 100
[실험예 1]
실시예 및 비교예에서 얻어진 도막의 물성을 다음과 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
1. 접착성: 도막에 1 ㎜ 간격으로 11×11 컷팅(cutting)하여 100개의 시편을 제조한 후, 테이프의 부착 및 제거를 통해 도막이 박리되는 개수를 측정하였다(Cell의 박리가 전혀 없는 경우: 매우 우수, 칼집 주위의 선으로 약한 박리가 발생한 경우: 우수, CELL의 1/3 이상 박리가 없는 경우: 양호, CELL의 2/3 이상 박리가 10개 이상인 경우: 불량, CELL 전체 박리가 1개 이상인 경우: 매우 불량).
2. 자외선 안정성: 도막에 UV-B LAMP를 72 시간 동안 조사한 후 도막의 변색 여부를 확인하였고, 상기 접착성 평가를 추가로 실시하였다(Cell의 박리가 전혀 없고 변색 색차값(△E)이 △E<1인 경우: 매우 우수, 칼집 주위의 선으로 약한 박리가 발생하고 변색 색차값이 1≤△E<2인 경우: 우수, CELL의 1/3 이상 박리가 없고 변색 색차값이 2≤△E<3인 경우: 양호, CELL의 2/3 이상 박리가 10개 이상이고 변색 색차값이 3≤△E<5인 경우: 불량, CELL 전체 박리가 1개 이상이고 변색 색차값이 △E≥5인 경우: 매우 불량).
3. 내열성: 도막을 85 ℃에서 2 시간 동안 방치 및 -40 ℃에서 2 시간 동안 방치를 1회 CYCLE로 하여 18회 진행한 후 도막의 변색 여부를 육안으로 확인하였고, 상기 접착성 평가를 추가로 실시하였다(Cell의 박리가 전혀 없고 변색 색차값(△E)이 △E<1인 경우: 매우 우수, 칼집 주위의 선으로 약한 박리가 발생하고 변색 색차값이 1≤△E<2인 경우: 우수, CELL의 1/3 이상 박리가 없고 변색 색차값이 2≤△E<3인 경우: 양호, CELL의 2/3 이상 박리가 10개 이상이고 변색 색차값이 3≤△E<5인 경우: 불량, CELL 전체 박리가 1개 이상이고 변색 색차값이 △E≥5인 경우: 매우 불량).
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
접착성 매우
우수		 우수 우수 우수 매우
불량		 양호 매우
우수		 양호 불량 매우
우수
자외선
안정성		 매우
우수		 우수 매우
우수		 우수 매우
불량		 우수 우수 우수 불량 불량
내열성 매우
우수		 우수 우수 우수 매우
불량		 양호 양호 양호 불량 매우
우수
상기 표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 도료 조성물로 도막을 형성함에 따라 접착성이 우수하면서 도막의 변색이 최소화되어 도막의 외관이 우수하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.

Claims (6)

  1. 조성물 100 중량부를 기준으로,
    2관능 내지 3관능인 우레탄 아크릴레이트 올리고머 40 내지 50 중량부,
    아크릴 아크릴레이트 올리고머 20 내지 30 중량부,
    제1 (메타)아크릴레이트 모노머 5 내지 10 중량부,
    제2 (메타)아크릴레이트 모노머 5 내지 10 중량부,
    광개시제 5 내지 10 중량부, 및
    안료 1 내지 5 중량부를 포함하는 도료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 중량평균분자량이 1,000 내지 2,500이고, 점도가 5,000 내지 7,000 cPs인 것인 도료 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아크릴 아크릴레이트 올리고머는 중량평균분자량이 10,000 내지 100,000인 것인 도료 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 (메타)아크릴레이트 모노머가 테트라히드로퍼퓨릴 메타크릴레이트(tetrahydrofurfuryl methacrylate), 또는 이소보닐 아크릴레이트(isobornyl acrylate)인 것인 도료 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 (메타)아크릴레이트 모노머가 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexane diol diacrylate), 또는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate)인 것인 도료 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    표면장력조절제, 소포제, 자외선안정제 및 분산제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제 1 내지 5 중량부를 더 포함하는 것인 도료 조성물.
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