KR102079384B1 - 난연성 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난연성 도료 조성물에 관한 것으로, 상기 난연성 도료 조성물은, 수분산 아크릴 수지; 안료; 무기계 난연제; 경화제; 및 용제를 포함한다.

Description

난연성 도료 조성물{FLAME-RETARDANT PAINT COMPOSITION}
본 발명은 차량(예를 들어, 철도 차량 등)을 도장하는데 사용되는 난연성 도료 조성물에 관한 것이다.
전 세계적으로 난연화 소재에 대한 규정이 제정 또는 시행됨에 따라 다양한 종류의 난연성 원료들이 개발되어, 각종 가공 성형물, 난연 직물, 난연 도료 등에 활용되고 있다. 이러한 관점에서 볼 때, 각종 건축물의 외관 마감재 또는 내장재, 승객 운송용 철도 차량의 내장재 등의 최종 마감재로 사용되는 도료의 난연화가 필연적이라 할 수 있다.
상기 도료의 난연화는 도료의 제조방법에 따라 첨가형과 반응형으로 나눌 수 있다.
상기 첨가형 난연 도료는 산화 안티몬, 할로겐 화합물, 무기질 재료 등과 같은 난연성 원료를 혼합하여 제조하는 것으로, 난연 효율이 비교적 우수한 장점이 있다. 그러나, 첨가형 난연 도료는 난연성 원료가 단순 혼합되어 있어, 이를 이용하여 도막을 형성할 경우 도막의 표면 균열에 의한 상분리 현상으로 인해 도막의 부착성, 내수성 등이 저하되거나, 난연성 원료의 침출 현상으로 인해 도막의 외관이 불량해지는 문제점 등이 있다.
상기 반응형 난연 도료는 첨가형 난연 도료가 가지는 문제점을 보완한 것이다. 그러나, 반응형 난연 도료를 제조하기 위해 난연성 원료 중 무기질 재료를 사용할 경우, 바인더 수지와의 상용성이 매우 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 할로겐 화합물은 연소 시 유독가스를 발생시켜 인해에 유해한 문제점도 있다.
이에 따라 보다 우수한 물성을 갖는 난연성 도료 조성물의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제2007-0118463호
본 발명은 부착성, 내수성, 내구성 및 난연성 등이 우수한 도막을 형성할 수 있는 난연성 도료 조성물을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하고자 본 발명은, 수분산 아크릴 수지, 안료, 무기계 난연제, 경화제 및 용제를 포함하고, 상기 수분산 아크릴 수지와 상기 경화제의 혼합 비율이 2.1 내지 3.0 : 1의 중량비이고, 상기 수분산 아크릴 수지와 상기 무기계 난연제의 혼합 비율이 2.5 내지 3.5 : 1의 중량비인 것인 난연성 도료 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 수분산 아크릴 수지는 점도가 2,000 내지 3,500 mPa·s이고, pH가 7 내지 8.5일 수 있다.
또한, 상기 수분산 아크릴 수지는 고형분의 비율이 35 내지 45 %이고, 상기 고형분에 함유된 수산기의 비율이 3 내지 7 %일 수 있다.
또, 상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕산아연 및 몰리브덴 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
이러한 난연성 도료 조성물은, 분산제, 소포제, 증점제, 자외선 안정제, 레벨링제 및 pH 조절제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 난연성 도료 조성물은 수분산 아크릴 수지, 경화제 및 무기계 난연제의 배합이 최적화되어 있어, 이를 이용하여 도막을 형성할 경우, 부착성, 내수성, 내구성 및 난연성 등의 물성이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 수용성을 가져 휘발성 유기 화합물(Volatile Orgarnic Compound)의 방출이 최소화되고, 난연성뿐만 아니라 부착성, 내수성, 내구성 등이 우수한 도막을 형성할 수 있는 2액형 난연성 도료 조성물에 관한 것으로, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 난연성 도료 조성물(이하, '조성물'이라 함)은, 수분산 아크릴 수지, 안료, 무기계 난연제, 경화제, 및 용제를 포함한다.
본 발명의 조성물에 포함되는 수분산 아크릴 수지는 도막의 부착성, 내수성, 내구성 등을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 수분산 아크릴 수지는 용제(이때, 용제는 아크릴 수지 입자의 분산매질에 해당되는 것으로 그 함량은 본 발명의 조성물에 포함되는 용제의 함량에서 제외된다)에 아크릴 수지 입자가 분산된 형태를 갖는 것으로, 상기 아크릴 수지 입자는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 아크릴 수지 입자의 함량, 즉, 고형분의 비율은 수분산 아크릴 수지(a) 100 중량%를 기준으로 35 내지 45 %일 수 있고, 구체적으로는 40 내지 43 %일 수 있다. 이때, 고형분의 비율(함량)은 DIN EN ISO 3219/A.3에 의거하여 측정할 수 있다. 또한, 고형분에 함유된 수산기(OH)의 비율(함유율)은 3 내지 7 %일 수 있고, 구체적으로는 4.5 내지 5 %일 수 있다.
이러한 수분산 아크릴 수지는 23 ℃에서의 점도가 2,000 내지 3,500 mPa·s일 수 있고, pH가 7 내지 8.5(구체적으로는 7.2 내지 8.2)일 수 있다. 또한, 수분산 아크릴 수지는 수산기를 기준으로 당량이 800 내지 850 g/mol일 수 있고, 20 ℃에서의 밀도가 1.01 내지 1.09 g/ml일 수 있으며, 산가(acid value)가 9.1 내지 9.6 mgKOH/g일 수 있다.
이와 같은 수분산 아크릴 수지는 수산기의 비율이 비교적 높기 때문에 경화제와의 반응성이 우수하여 높은 가교밀도를 나타낼 수 있으며, 이로 인해 본 발명은 부착성, 내구성 등이 우수한 도막을 제공할 수 있다. 또한, 상기 수분산 아크릴 수지를 사용함에 따라 무기계 난연제와의 상용성을 높일 수 있다.
상기 수분산 아크릴 수지의 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로, 35 내지 40 중량부일 수 있다. 상기 수분산 아크릴 수지의 함량이 35 중량부 미만일 경우에는 도막의 부착성, 내구성 등이 저하될 수 있으며, 40 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 건조성, 도막의 내수성 등이 저하될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 안료는 도막에 색상을 부여하는 역할을 한다. 상기 안료의 구체적인 예로는 탈크, 탄산칼슘, 카본블랙, 산화티탄(TiO2), 산화철, 산화황, 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
이러한 안료의 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로, 10 내지 20 중량부일 수 있다. 상기 안료의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 소재의 은폐력이 저하될 수 있고, 20 중량부를 초과할 경우에는 도막의 부착성이 저하될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 무기계 난연제는 도막의 난연성, 기계적 강도 등을 향상시키는 역할을 한다. 상기 무기계 난연제의 구체적인 예로는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕산아연, 몰리브덴 화합물, 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
이러한 무기계 난연제의 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로, 7 내지 18 중량부일 수 있다. 상기 무기계 난연제의 함량이 7 중량부 미만일 경우에는 도막의 난연성, 기계적 물성 등이 저하될 수 있고, 18 중량부를 초과할 경우에는 도막의 부착성, 내수성 등이 저하될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 경화제는 상기 수분산 아크릴 수지와 반응하여 우레탄 결합을 형성한다. 상기 경화제로는 이소시아네이트 경화제가 사용될 수 있다. 이때, 상기 이소시아네이트 경화제의 구체적인 예로는, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(HDT), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 시클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI), 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
이러한 경화제의 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로, 10 내지 20 중량부일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 경화반응성이 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과할 경우에는 과경화로 인해 도막의 기계적 강도가 저하될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 용제는 조성물의 점도, 분산성 등을 조절하는 역할을 한다. 상기 용제의 구체적인 예로는 이온수, 순수, 초순수, 증류수 등과 같은 정제수; 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(부틸 셀로솔브), 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르(부틸 카비톨), 디프로필렌 글리콜 부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸에테르 등과 같은 글리콜 에테르계 용제; 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
이러한 용제의 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로, 10 내지 20 중량부일 수 있다. 상기 용제의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 도막의 외관이 불량해질 수 있고, 20 중량부를 초과할 경우에는 조성물의 건조성, 도막 형성 시 작업성 등이 저하될 수 있다. 여기서, 상기 용제로 상기 정제수와 상기 글리콜 에테르계 용제를 혼합 사용할 경우, 상기 정제수의 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로, 9 내지 16 중량부일 수 있고, 상기 글리콜 에테르계 용제의 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 4 중량부일 수 있다.
이와 같은 본 발명의 조성물은 상기 수분산 아크릴 수지, 상기 무기계 난연제, 및 상기 경화제가 특정 비율로 혼합되어 있으며, 이로 인해 본 발명은 부착성, 내구성, 내수성, 난연성 등의 물성이 우수한 도막을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 수분산 아크릴 수지와 상기 경화제의 혼합 비율은 2.1 내지 3.0 : 1(구체적으로, 2.2 내지 2.8 : 1)의 중량비이고, 상기 수분산 아크릴 수지와 상기 무기계 난연제의 혼합 비율은 2.5 내지 3.5 : 1의 중량비이다.
한편, 본 발명의 조성물은 도막의 물성을 보다 향상시키기 위해 분산제, 소포제, 증점제, 자외선 안정제, 레벨링제 및 pH 조절제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제는 조성물의 분산성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 분산제의 구체적인 예로는, 음이온계 분산제(예를 들어, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산 아민, 폴리카르복실산 아민염, 폴리카르복실산 소다염 등), 양이온계 분산제, 양쪽성이온계 분산제, 비이온계 분산제(예를 들어, 불소계 계면활성제), 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 소포제는 도막 형성 시 기포가 발생하는 것을 억제하는 역할을 한다. 이러한 소포제는 당 업계에 공지된 성분이 사용될 수 있다.
상기 증점제는 조성물의 흐름성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 증점제의 구체적인 예로는 우레탄계 증점제, 또는 아크릴계 증점제 등을 들 수 있다.
상기 자외선 안정제는 도막의 내썬크림성, 내구성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 자외선 안정제의 구체적인 예로는 힌더드 아민(hindered amine)계 화합물 등을 들 수 있다.
상기 레벨링제는 도막의 평활성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 레벨링제의 구체적인 예로는 폴리아크릴레이트 공중합체, 또는 폴리에테르 실록산계 화합물 등을 들 수 있다.
상기 pH 조절제는 조성물의 저장안정성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 pH 조절제의 구체적인 예로는 암모니아수, 디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 아미노메틸프로판올 등을 들 수 있다.
이와 같은 첨가제의 함량은 조성물의 전반적인 물성을 고려할 때, 조성물 100 중량부를 기준으로, 1 내지 5 중량부일 수 있다.
이상에 따른 본 발명의 조성물은 부착성, 내수성, 내구성, 및 난연성이 우수하며, 휘발성 유기 화합물의 방출이 거의 없고, 투명성을 나타낼 수 있어, 각종 건축물의 내외장재, 차량의 내외장재 등의 도장 시 유용하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
각 성분을 배합 및 분산시킨 후 용제로 최종 점도를 조절하여 조성물을 제조하였다. 이때, 각 성분의 조성은 하기 표 1과 같이 하였다.
[ 실시예 2 내지 9]
하기 표 1의 조성을 적용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 조성물을 제조하였다.
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9
수분산 아크릴 수지 고형분 비율: 40~43 %,
pH: 7.2~8.2,
Ew: 830 g/mol,
OH 비율: 5%		 37.5 35.9 37.7 36.3 37.3 35.7 38.9 36.7 38.2
안료 TiO2 15.0 15.6 16.4 15.8 16.2 15.0 15.0 15.0 15.0
무기계 난연제 Al(OH)3 12.5 11.7 12.3 11.9 12.2 14.3 11.1 13.3 11.8
경화제 hydrophilic polyisocyanate 15.0 16.5 13.5 15.7 14.2 15.0 15.0 15.0 15.0
용제 이온수 14 14.3 14.1 14.3 14.1 14 14 14 14
디에틸렌
글리콜 부틸 에테르		 5 5 5 5 5 5 5 5 5
첨가제 소포제
(tetramethyl decynediol)		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
레벨링제
(polyether siloxane copolymer)		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
합계(중량부) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
수분산 아크릴 수지:무기계 난연제의 비율
(중량비)		 3.0:1 3.1:1 3.1:1 3.1:1 3.1:1 2.5:1 3.5:1 2.8:1 3.3:1
수분산 아크릴 수지:경화제의 비율
(중량비)		 2.5:1 2.2:1 2.8:1 2.3:1 2.6:1 2.4:1 2.6:1 2.4:1 2.5:1
[ 비교예 1 내지 4]
하기 표 2의 조성을 적용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 조성물을 제조하였다.
성분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
수분산 아크릴 수지 고형분 비율: 40~43 %,
pH: 7.2~8.2,
Ew: 830 g/mol,
OH 비율: 5%		 34.5 38.5 33.3 40.0
안료 TiO2 15.0 16.7 15.0 15.0
무기계 난연제 Al(OH)3 11.3 12.6 16.7 10.0
경화제 hydrophilic polyisocyanate 18.7 12.4 15.0 15.0
용제 이온수 14.5 13.8 14 14
디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 5 5 5 5
첨가제 소포제
(tetramethyl decynediol)		 0.5 0.5 0.5 0.5
레벨링제
(polyether siloxane copolymer)		 0.5 0.5 0.5 0.5
합계(중량부) 100 100 100 100
수분산 아크릴 수지:무기계 난연제의 비율
(중량비)		 3.1:1 3.1:1 2.0:1 4.0:1
수분산 아크릴 수지:경화제의 비율
(중량비)		 1.8:1 3.1:1 2.2:1 2.7:1
[ 제조예 1 내지 9 및 비교제조예 1 내지 4]
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 조성물을 CR강판에 스프레이(spray) 도장한 후 80 ℃에서 30 분 동안 건조시켜 두께가 40~50 ㎛인 도막을 각각 형성하였다.
[ 실험예 ]
제조예 1 내지 9 및 비교제조예 1 내지 4에서 각각 제조된 도막의 물성을 다음과 같이 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
1. 부착성: ASTM D 3359에 의거하여 측정하였다.
2. 연필경도: ASTM D 3363-5에 의거하여 측정하였다.
3. 내충격성: BS 3900 PART E7에 의거하여 측정하였다.
4. 굴곡성: KS M ISO 1520에 의거하여 측정하였다.
5. 내알카리성: KS M ISO 2812-1에 의거하여 측정하였다.
6. 내산성: KS M ISO 2812-1에 의거하여 측정하였다.
7. 내수성: KS M ISO 2812-1에 의거하여 측정하였다.
8. 난연성: EN45545에 의거하여 측정하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9
부착성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
연필경도 ◎ ○ ○ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
내충격성 ◎ ◎ ○ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎
굴곡성 ◎ ◎ ○ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎
내알칼리성 ◎ ○ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○ ◎
내산성 ◎ ○ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○ ◎
내수성 ◎ ○ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○ ◎
난연성 ◎ ○ ◎ ○ ◎ ◎ ○ ◎ ○
◎: 우수, ○: 양호, △: 미흡, ×:불량
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
부착성 ○ △ △ ○
연필경도 ○ × ○ ○
내충격성 ○ ○ △ ○
굴곡성 ○ ○ △ ○
내알칼리성 ○ × × ○
내산성 ○ × × ○
내수성 ○ × × ○
난연성 ○ ○ ○ △
◎: 우수, ○: 양호, △: 미흡, ×: 불량
상기 표 3 및 표 4를 참조하면, 수분산 아크릴 수지, 무기계 난연제 및 경화제의 혼합 비율이 본 발명의 범위 내인 조성물로 도막을 형성함에 따라 도막의 물성이 우수한 것을 확인할 수 있다.

Claims (6)

  1. 수분산 아크릴 수지; 안료; 무기계 난연제; 경화제; 및 용제를 포함하고,
    상기 수분산 아크릴 수지와 상기 경화제의 혼합 비율이 2.1 내지 3.0 : 1의 중량비이고,
    상기 수분산 아크릴 수지와 상기 무기계 난연제의 혼합 비율이 2.5 내지 3.5 : 1의 중량비이며,
    상기 수분산 아크릴 수지는 pH가 7 내지 8.5이고, 고형분의 비율이 35 내지 45 %이며, 상기 고형분에 함유된 수산기의 비율이 3 내지 7 %인 것이고,
    상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕산아연 및 몰리브덴 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 난연성 도료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수분산 아크릴 수지는 점도가 2,000 내지 3,500 mPa·s인 것인 난연성 도료 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수분산 아크릴 수지 35 내지 40 중량부;
    상기 안료 10 내지 20 중량부;
    무기계 난연제 7 내지 18 중량부;
    경화제 10 내지 20 중량부; 및
    용제 10 내지 20 중량부를 포함하는 것인 난연성 도료 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    분산제, 소포제, 증점제, 자외선 안정제, 레벨링제 및 pH 조절제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 난연성 도료 조성물.
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