KR102259012B1 - 수성 베이스 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리에스테르 수지를 포함하고, 상기 폴리우레탄 수지는 제1 폴리우레탄 수지 및 제2 폴리우레탄 수지를 포함하며, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 중량평균분자량이 38,000 내지 50,000 g/mol이고, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 중량평균분자량이 20,000 내지 35,000 g/mol인, 수성 베이스 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

수성 베이스 도료 조성물{WATER-SOLUBLE BASE COAT COMPOSITION}
본 발명은 난연 소재에 대한 부착성이 우수한 수성 베이스 도료 조성물에 관한 것이다.
자동차 내장 부품에 적용되는 플라스틱으로는 난연 소재인 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(ABS), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(MPPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 열가소성 폴리올레핀(TPO), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 등이 주로 사용되고 있다. 또한, 자동차 내장 플라스틱 부품은 외관 특성을 향상시키고 외부 환경으로부터 표면을 보호하기 위해 도장 처리하는 것이 일반적이다. 이때, 도장 처리는 통상적으로 화염이나 코로나 방전 처리를 통하여 플라스틱 부품과 도료 간의 표면장력을 향상시키는 전처리, 플라스틱 부품과 베이스 도막의 부착력 상향을 위한 프라이머 처리, 및 플라스틱 부품의 외관 특성 향상 및 외관 보호를 위한 베이스 도막으로 이루어진다. 또한, 프라이머로는 통상적으로 폴리올레핀계 수지가 사용되고, 베이스 도막으로는 통상적으로 폴리우레탄 디스퍼젼, 폴리우레탄폴리올, 아크릴 에멀젼 등이 사용되고 있다.
이와 관련하여, 한국 등록특허 제629,766호(특허문헌 1)에는 수용성 폴리우레탄 수지 및/또는 수용성 아크릴 수지; 수산기 함유 수용성 폴리우레탄 수지; 수용성 염소화 폴리올레핀; 및 친수성기를 함유하는 다관능 헥사메틸렌디이소시아네이트계 경화제;를 포함하는 자동차 내장재용 도료 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1의 도료 조성물은 아크릴 수지를 포함하여 제조된 도막의 질감 구현 및 작업성 등이 부족한 한계가 있었다.
따라서, 난연 소재에 대한 부착성이 우수하여 프라이머 도장 공정 생략이 가능하고, 제조된 도막이 내습성, 내약품성, 내썬크림성 등 다양한 물성이 우수한 수성 베이스 도료 조성물에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
한국 등록특허 제629,766호 (공개일: 2006.9.22.)
이에, 본 발명은 난연 소재에 대한 부착성이 우수하여 프라이머 도장 공정 생략이 가능하고, 제조된 도막이 내습성, 내약품성, 내썬크림성 등 다양한 물성이 우수한 수성 베이스 도료 조성물을 제공한다.
본 발명은 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리에스테르 수지를 포함하고, 상기 폴리우레탄 수지는 제1 폴리우레탄 수지 및 제2 폴리우레탄 수지를 포함하며, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 중량평균분자량이 38,000 내지 50,000 g/mol이고, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 중량평균분자량이 20,000 내지 35,000 g/mol인, 수성 베이스 도료 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 수성 베이스 도료 조성물은 난연 소재에 대한 부착성이 우수하여 프라이머 도장 공정 생략이 가능하여 경제성이 우수하다. 또한, 상기 수성 베이스 도료 조성물로부터 제조된 도막은 외관 특성, 내습성, 내썬크림성 등이 우수하다. 나아가, 상기 수성 베이스 도료 조성물은 도장 작업성이 우수하고 휘발성 유기 화합물(VOC, Volatile organic compounds) 함량이 낮아 친환경적이다. 더불어, 상기 수성 베이스 도료 조성물로부터 제조된 도막은 도막 상에 약품들이 침투하기 어려워 내약품성이 현저히 우수하다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용된 "중량평균분자량"은 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 GPC(gel permeation chromatograph) 방법으로 측정할 수 있다. 나아가, "유리전이온도"는 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 시차주사열량분석법(differential scanning calorimetry, DSC)으로 측정할 수 있다. 더불어, "산가" 및 "수산기가"와 같은 작용기가는 당업계에 잘 알려진 방법에 의해 측정할 수 있으며, 예를 들어 적정(titration)의 방법으로 측정한 값을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 수성 베이스 도료 조성물은 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리에스테르 수지를 포함한다.
폴리올레핀 수지
폴리올레핀 수지는 조성물이 난연 소재에 대한 부착성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 폴리올레핀 수지는 아크릴 변성 비염소화 폴리올레핀 수지일 수 있다. 이때, 아크릴 변성 비염소화 폴리올레핀 수지는 염소(Cl)를 실질적으로 포함하지 않으며, 아크릴로 변성된 폴리올레핀 수지를 의미한다.
예를 들어, 상기 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소프로필렌, 폴리부틸렌 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀 수지의 변성시 사용할 수 있는 아크릴은 알릴 메타크릴레이트(AMA), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 메타크릴레이트(EMA), 프로필 메타크릴레이트(PMA) 및 부틸 메타크릴레이트(BMA) 등의 메타크릴레이트; 메틸 아크릴레이트(MA), 에틸 아크릴레이트(EA), 하이드로에틸 아크릴레이트(HEA), 프로필 아크릴레이트(PA) 및 부틸 아크릴레이트(BA) 등의 아크릴레이트; 또는 메타크릴산(MAA), 에타크릴산(EAA), 아크릴산(AA) 및 크론산(CA) 등의 아크릴산; 등을 들 수 있다.
나아가, 상기 폴리올레핀 수지는 중량평균분자량(Mw)이 50,000 내지 200,000 g/mol, 또는 80,000 내지 150,000 g/mol일 수 있다. 폴리올레핀 수지의 중량평균분자량이 상기 범위 내일 경우, 조성물 내 폴리우레탄 수지 및 폴리에스테르 수지와의 상용성이 향상되며 내광성이 우수한 효과가 있다.
더불어, 상기 폴리올레핀 수지는 pH가 6 내지 10, 또는 7 내지 9일 수 있다. 폴리올레핀 수지의 pH이 상기 범위 내일 경우, 조성물의 저장성이 우수한 효과가 있다.
또한, 상기 폴리올레핀 수지는 고형분 함량(NV)이 수지 총 중량을 기준으로 30 내지 40 중량%, 또는 33 내지 38 중량%인 폴리올레핀 에멀젼일 수 있다. 폴리올레핀 수지의 고형분 함량(NV)이 상기 범위 내일 경우, 폴리올레핀 수지 자체의 저장 안정성이 우수한 효과가 있다.
이때, 상기 폴리올레핀 에멀젼은 물에 분산된 에멀젼 형태일 수 있다. 상기 폴리올레핀 에멀젼이 물에 분산된 에멀젼 형태일 경우, 도료 조성물의 VOC 함량을 낮출 수 있는 효과가 있다.
나아가, 상기 폴리올레핀 수지는 10 내지 25 중량부의 제1 폴리우레탄 수지에 대하여 10 내지 20 중량부, 또는 10 내지 17 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지의 함량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 도막의 부착성이 현저하게 저하되는 문제, 및 도막의 내썬크림성 및 내약품성 등의 물성이 저하되는 문제가 방지될 수 있다.
제1 폴리우레탄 수지
제1 폴리우레탄 수지는 제조된 도막의 내썬크림성 및 내약품성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 제1 폴리우레탄 수지는 폴리올 및 디이소시아네이트가 반응하여 제조된 것일 수 있다. 이때, 상기 폴리올은 폴리에스테르 폴리올, 아크릴폴리올, 폴리올레핀 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리비닐 알콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 디이소사이네이트는 이소포론 디이소시아네이트, 트리메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 펜타메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 프로필렌디이소시아네이트, 에틸렌디이소시아네이트, 2,3-디메틸에틸렌디이소시아네이트, 1-메틸 트리메틸렌디이소시아네이트, 1,3-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,4-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,2-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,3-페닐렌디이소시아네이트, 1,4-페닐렌디이소시아네이트, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 올리고머 이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4-디페닐프로판디이소시아네이트, 자일렌디이소시아네이트, 및 1,1,6,6-테트라메틸헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
한편, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 폴리우레탄 수지가 용매에 분산된 폴리우레탄 디스퍼젼 형태일 수 있다. 상기 제1 폴리우레탄 수지는 예를 들어, 폴리우레탄 수지가 물에 분산된 폴리우레탄 디스퍼젼일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 고형분 함량(NV)이 수지 총 중량에 대하여 30 내지 40 중량%, 또는 33 내지 37 중량%인 폴리우레탄 디스퍼젼일 수 있다. 제1 폴리우레탄 수지가 상술한 바와 같은 디스퍼젼 형태인 경우, 도료 제조시 상용성이 향상되는 효과가 있으며, 고형분 함량(NV)이 상기 범위 내인 경우, 수지 저장성에 좋은 효과가 있다.
더불어, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 수산기가(OHv)가 0 mgKOH/g일 수 있다. 수성 베이스 도료 조성물에 유리(free) 수산기를 포함하지 않는 제1 폴리우레탄 수지를 사용할 경우, 조성물의 가사 시간 확보 및 내스크래치성이 우수할 수 있다.
또한, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 중량평균분자량(Mw)이 38,000 내지 50,000 g/mol, 또는 40,000 내지 46,000 g/mol일 수 있다. 제1 폴리우레탄 수지의 중량평균분자량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 도막의 내약품성 및 내썬크림성이 향상되는 효과가 있다.
나아가, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 25℃에서의 점도가 100 mPa·s 이하, 또는 30 내지 80 mPa·s일 수 있다. 제1 폴리우레탄 수지의 점도가 상기 범위 내일 경우, 조성물의 점도 조절이 용이하고 부착성이 우수한 효과가 있다.
더불어, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 산가(Av)가 0 mgKOH/g일 수 있다. 제1 폴리우레탄 수지가 유리(free) 카르복시기를 포함하지 않을 경우, 조성물의 가사 시간 확보에 탁월한 효과가 있다.
또한, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 pH가 6.5 내지 9.5, 또는 7 내지 9일 수 있다. 제1 폴리우레탄 수지의 pH가 상기 범위 내일 경우, 조성물의 저장성이 우수한 효과가 있다.
나아가, 상기 제1 폴리우레탄 수지는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 10 내지 25 중량부, 또는 12 내지 24 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 제1 폴리우레탄 수지의 함량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 도막의 내썬크림성 및 내약품성이 우수한 효과가 있다.
제2 폴리우레탄 수지
제2 폴리우레탄 수지는 제조된 도막의 부착성, 외관 특성 및 내습성 등의 물성을 부여하는 역할을 한다.
상기 제2 폴리우레탄 수지는 폴리올 및 디이소시아네이트가 반응하여 제조된 것일 수 있다. 이때, 상기 폴리올은 폴리에스테르 폴리올, 아크릴폴리올, 폴리올레핀 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리비닐 알콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 디이소사이네이트는 이소포론 디이소시아네이트, 트리메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 펜타메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 프로필렌디이소시아네이트, 에틸렌디이소시아네이트, 2,3-디메틸에틸렌디이소시아네이트, 1-메틸 트리메틸렌디이소시아네이트, 1,3-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,4-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,2-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,3-페닐렌디이소시아네이트, 1,4-페닐렌디이소시아네이트, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 올리고머 이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4-디페닐프로판디이소시아네이트, 자일렌디이소시아네이트, 및 1,1,6,6-테트라메틸헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
한편, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 폴리우레탄 수지가 용매에 분산된 폴리우레탄 디스퍼젼 형태일 수 있다. 상기 제2 폴리우레탄 수지는 예를 들어, 물에 분산된 폴리우레탄 디스퍼젼일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 고형분 함량(NV)이 수지 총 중량에 대하여 45 내지 60 중량%, 또는 48 내지 55 중량%인 폴리우레탄 디스퍼젼일 수 있다. 제2 폴리우레탄 수지가 상술한 바와 같은 디스퍼젼 형태인 경우, 폴리올레핀 수지 및 폴리에스테르 수지와의 상용성이 우수한 효과가 있으며, 고형분 함량(NV)이 상기 범위 내인 경우, 조성물의 저장성 및 내광성이 우수한 효과가 있다.
더불어, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 수산기가(OHv)가 0 mgKOH/g일 수 있다. 수성 베이스 도료 조성물에 유리(free) 수산기를 포함하지 않는 제2 폴리우레탄 수지를 사용할 경우, 제조된 도막의 부착성, 외관 특성 및 내습성 등의 물성 구현이 가능한 효과가 있다.
또한, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 중량평균분자량(Mw)이 20,000 내지 35,000 g/mol, 또는 25,000 내지 33,000 g/mol일 수 있다. 제2 폴리우레탄 수지의 중량평균분자량이 상기 범위 내일 경우, 조성물의 작업성 및 부착성이 우수한 효과가 있다.
나아가, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 23℃에서의 직경 4mm 컵의 점도가 12 내지 30 초, 또는 15 내지 20 초일 수 있다. 제2 폴리우레탄 수지의 점도가 상기 범위 내일 경우, 조성물의 작업성이 우수한 효과가 있다.
더불어, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 산가(Av)가 0 mgKOH/g일 수 있다. 제2 폴리우레탄 수지에 유리(free) 카르복시기를 포함하지 않을 경우, 조성물의 가사 시간 확보에 우수한 효과가 있다.
또한, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 pH가 6.5 내지 8.5, 또는 6 내지 8일 수 있다. 제2 폴리우레탄 수지의 pH가 상기 범위 내일 경우, 조성물의 저장성이 우수한 효과가 있다.
나아가, 상기 제2 폴리우레탄 수지는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 1 내지 15 중량부, 또는 3 내지 11 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 제2 폴리우레탄 수지의 함량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 도막의 부착성, 외관 특성 및 내습성 등의 물성이 우수한 효과가 있다.
더불어, 상기 폴리우레탄 수지(제1 폴리우레탄 수지와 제2 폴리우레탄 수지의 총량)는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 10 내지 35 중량부, 15 내지 33 중량부, 또는 20 내지 30 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 폴리우레탄 수지의 함량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 도막의 내열성, 내약품성, 내썬크림성 등의 다양한 물성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 폴리우레탄 수지와 제2 폴리우레탄 수지는 1 내지 5 : 1의 중량비로 조성물에 포함될 수 있다. 상기 제1 폴리우레탄 수지와 상기 제2의 폴리우레탄 수지의 중량비가 상기 범위를 벗어나는 경우, 내습성 및 내열성이 저하될 수 있다.
폴리에스테르 수지
폴리에스테르 수지는 제조된 도막에 질감을 부여하는 역할을 한다.
상기 폴리에스테르 수지는 공지된 방법에 따라 직접 합성된 것을 사용하거나, 시판되는 제품을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지는 카르복실산과 폴리올을 반응시켜 제조할 수 있다. 이때, 상기 카르복실산은 아디프산(AA), 이소프탈산(IPA), 트리말레트산 무수물(TMA), 지환족산, 프탈산 무수물, 이소프탈산, 테레프탈산, 숙신산, 아디프산, 푸마르산, 말레산 무수물, 테트라하이드로프탈산무수물, 헥사히드로 프탈산무수물 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 폴리올은 메톡시폴리에틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올(1,6-HD), 네오펜틸글리콜(NPG), 트리메틸올 프로판(TMP), 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 부탄디올 1,4-헥산디올 및 3-메틸펜탄디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 수지는 중량평균분자량(Mw)가 10,000 내지 30,000 g/mol, 또는 15,000 내지 20,000 g/mol일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지의 중량평균분자량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 도막에 질감을 부여하는 면에서 우수한 효과가 있으며, 내스크래치성 또한 우수할 수 있다.
나아가, 상기 폴리에스테르 수지는 산가(Av)가 10 내지 30 mgKOH/g, 또는 15 내지 25 mgKOH/g일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지의 산가가 상기 범위 내일 경우, 조성물의 저장성이 우수한 효과가 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 수지는 수산기가(OHv)가 100 내지 150 mgKOH/g, 또는 120 내지 140 mgKOH/g일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지의 수산기가가 상기 범위 내일 경우, 제조된 도막의 가교 밀도가 높아져 내습성 및 내열성, 내약품성 및 내썬크림성에 우수한 효과가 있다.
나아가, 상기 폴리에스테르 수지는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 10 내지 20 중량부, 또는 12 내지 17 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 폴리에스테르 수지의 함량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 도막의 질감이 저하되거나 조성물의 경화성이 저하되어 부착성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
용제
상기 베이스 도막 조성물은 용제를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 용제는 제조되는 도막의 두께를 유지시켜주고, 조성물의 작업성을 향상시키는 역할을 한다.
이때, 상기 용제는 에테르 및 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 극성 용제; 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 용제는 물과 극성 용제의 혼합물을 포함할 수 있으나, 조성물 내 수지의 특성이나 휘발 속도에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 물은 탈이온수(DIW) 및 증류수 등을 들 수 있으며, 상기 극성 용제는 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(DPM), 프로판올, 부탄올, 부틸셀로솔브, 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 등을 들 수 있다.
또한, 상기 용제는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 20 내지 50 중량부, 또는 30 내지 40 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 조성물 내의 용제 함량이 상기 범위 내일 경우, 조성물의 저장 안정성이 향상되는 효과가 있다.
조색제
상기 베이스 도료 조성물은 조색제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 조색제는 제조된 도막에 색상을 부여하는 역할을 한다. 예컨대, 상기 베이스 도료 조성물은 도막에 메탈릭 효과를 부여하기 위한 이펙트 안료, 도막 형성 물질과 조합하여 색상 및 은폐 효과를 부여하는 착색 안료, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
이때, 이펙트 안료의 예로는, 수성화 처리된 알루미늄 플레이크, 마이카 안료, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 착색 안료의 예로는, 옥사이드계의 무기안료, 아조(Azo), Vat 안료를 함유하는 폴리사이클릭계의 유기 안료, 안트라퀴논계의 유기 안료, 카본블랙 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 조색제는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 1 내지 10 중량부, 또는 1 내지 5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 상기 베이스 도료 조성물 내의 조색제 함량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 막의 은폐력이 부족한 문제, 및 조성물의 안정성 저하 및 조색제의 분산성 저하 등의 문제를 방지할 수 있다.
첨가제
상기 베이스 도료 조성물은 pH 조정제, 표면조정제 및 자외선 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 0.1 내지 10 중량부, 또는 3 내지 8 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다.
더불어, 상기 pH 조정제는 조성물의 저장안정성을 향상시는 역할을 한다. 상기 pH 조정제로는 예를 들어, 암모니아수, 디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 아미노메틸프로판올, 디메틸아미노에탄올 등을 사용할 수 있다. 이때, pH 조정제는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 1 내지 8 중량부, 또는 3 내지 7 중량부일 수 있다.
또한, 상기 표면조정제는 제조된 도막의 표면 장력을 조절하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 표면조정제로는 폴리실록산계 또는 비실리콘계 화합물을 들 수 있다. 상기 표면조정제는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 0.05 내지 1 중량부, 또는 0.1 내지 0.5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다.
나아가, 상기 자외선 흡수제는 제조된 도막에 도달하는 자외선을 막아 최종 도막의 내후성을 향상시키는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 자외선 흡수제는 벤조트리아졸계 자외선 흡수제, 구체적으로, 하이드록시페닐 벤조트리아졸계 화합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 벤조트리아졸계 자외선 흡수제는 α-[3-[3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥사프로필]-ω-하이드록시폴리(옥시-1,2-에탄디일)(α-[3-[3-(2H-Benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1-oxopropyl]-ω-hydroxypoly(oxy-1,2-ethanediyl)), α-[3-[3-(2H-벤조트리라졸-2-일)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥사프로필]-ω-[3-[3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥사프로폭시]폴리(옥시-1,2-에탄디일)(α-[3-[3-(2H-Benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1-oxopropyl]-ω-[3-[3-(2H-benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1-oxopropoxy]poly(oxy-1,2-ethanediyl)), 3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시-메틸 에스테르(3-(2H-benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-methyl ester) 등을 들 수 있다. 상기 자외선 흡수제는 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지에 대하여 0.05 내지 1 중량부, 또는 0.1 내지 0.5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다.
상기 베이스 도료 조성물은 상술한 바와 같은 폴리올레핀 수지, 제1 및 제2 폴리우탄 수지, 폴리에스테르 수지, 용제 및 첨가제를 포함하는 주제부; 및 경화제부;를 포함할 수 있다. 즉, 상기 베이스 도료 조성물은 주제부 및 경화제부를 포함하는 2액형 도료 조성물일 수 있다.
경화제부
상기 경화제부는 베이스 도료 조성물의 각 성분들과 가교 반응하여 경화시키는 역할을 하며, 이를 포함하는 베이스 도료 조성물로부터 제조된 도막의 외관 특성 및 광택을 향상시키는 역할을 한다.
상기 경화제부는 폴리이소시아네이트 경화제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리이소시아네이트 경화제는 경화 속도, 부착성, 도막 경도, 내열성 등이 우수하며 저가인 메틸렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트 또는 자일렌 디이소시아네이트의 단독 중합체, 또는 변성체 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다. 경화제로 상술한 바와 같은 폴리이소시아네이트를 사용할 경우, 각종 플라스틱 성형품에 대한 부착성 및 내습성, 도막 경도 등이 우수하며, 가격이 저렴하여 경제성 측면에서 장점이 있다.
또한, 상기 경화제부는 상기 폴리이소시아네이트 경화제 및 희석 용제를 포함하고, 용기에 보관되며 사용 직전에 충분히 교반하여 사용할 수 있다. 이때, 경화제부의 희석 용제의 사용량, 즉 희석율은 주제부와 경화제부를 혼합하였을 때 수지의 하이드록실기와 경화제의 이소시아네이트 관능기가 결합하여 우레탄 반응이 당량 대 당량(당량비)으로 일어날 수 있도록 계산하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 희석율은 상기 당량비 기준으로 1: 0.9 내지 1: 1.2로 이루어질 수 있다. 당량비가 1:1.2 초과로 희석된 경우, 미반응 이소시아네이트가 다량 발생하는 문제가 있고, 1:0.9 미만으로 희석된 경우, 제조된 도막의 경화도가 떨어지는 문제가 있다.
상기 베이스 도료 조성물은 25℃에서 포드컵 4호를 기준으로 35 내지 50 초의 포드컵 점도를 갖고, 조성물 총 중량을 기준으로 30 내지 40 중량%의 고형분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 도료 조성물은 25℃에서 포드컵 4호를 기준으로 40 내지 48 초의 포드컵 점도를 갖고, 조성물 총 중량을 기준으로 31 내지 36 중량%의 고형분을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 수성 베이스 도료 조성물은 난연 소재에 대한 부착성이 우수하여 프라이머 도장 공정의 생략이 가능하여 경제성이 우수하다. 또한, 상기 수성 베이스 도료 조성물로부터 제조된 도막은 외관 특성, 내습성, 내약품성, 내썬크림성 등이 우수하다. 나아가, 상기 수성 베이스 도료 조성물은 도장 작업성이 우수하고 VOC 함량이 낮아 친환경적이다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7. 수성 베이스 도료 조성물의 제조
하기 표 1 및 표 2에 기재된 바와 같은 조성으로 각 성분들을 사용하여 수성 베이스 도료 조성물을 제조하였다.
구체적으로, 용기에 수지(폴리올레핀 에멀젼, 제1 폴리우레탄 디스퍼젼, 제2 폴리우레탄 디스퍼젼 및 폴리에스테르) 및 용제를 투입하고 교반하였다. 이후 첨가제로 pH 조정제, 조색제, 자외선 흡수제 및 표면조정제를 첨가한 후 30분간 교반하고, 탈이온수를 첨가하여 25℃에서 4호 포드컵 점도가 40 내지 45초가 되도록 조절하여 주제부를 제조하였다.
이후, 주제부와 경화제의 당량비 기준 1:1가 되도록 폴리이소시아네이트 경화제(HDI Trimer)를 주제부에 첨가하여 베이스 도료 조성물을 제조하였다.
성분(중량부) 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8
탈이온수(DIW) 31.05 31.05 30 32 31.05 31.05 31.05 31.05
폴리올레핀 에멀젼1 15 10 13 12 　- - - -
폴리올레핀 에멀젼2 - - - - 15 - - 10
폴리올레핀 에멀젼3 - - - - - 10 15 -
제1-1 폴리우레탄 디스퍼젼 16 21 24 12 - - - -
제1-2 폴리우레탄 디스퍼젼 - - - - 16 - - 21
제1-3 폴리우레탄 디스퍼젼 - - - - - 21 16 -
제2-1 폴리우레탄 디스퍼젼 7.5 7.5 5 11 - - - -
제2-2 폴리우레탄 디스퍼젼 - - - - 7.5 　 7.5 -
제2-3 폴리우레탄 디스퍼젼 - - - - - 7.5 - 7.5
폴리에스테르 수지1 15 15 12 17 - - - 　
폴리에스테르 수지2 - - - - 15 - 15 -
폴리에스테르 수지3 - - - - - 15 - 15
pH조정제 4.7 4.7 4.9 4.9 4.7 4.7 4.7 4.7
조색제 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
자외선 흡수제 0.3 0.3 0.35 0.35 0.3 0.3 0.3 0.3
표면조정제 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
용제 6.8 6.8 7.1 7.1 6.8 6.8 6.8 6.8
총합 100 100 100 100 100 100 100 100
성분(중량부) 비교예
1 2 3 4 5 6 7
탈이온수(DIW) 31.55 31.05 31.05 31.05 31.05 31.05 31.05
폴리올레핀 에멀젼1 30 - 20 15 - - 15
폴리올레핀 에멀젼4 - - - - 15 -
폴리올레핀 에멀젼5 - - - - - 15 -
제1-1 폴리우레탄 디스퍼젼 - 21 21 16 - 16 -
제1-4 폴리우레탄 디스퍼젼 - - - - 16 - -
제1-5 폴리우레탄 디스퍼젼 - - - - - - 16
제2-1 폴리우레탄 디스퍼젼 - 12.5 12.5 - 7.5 7.5 7.5
제2-4 폴리우레탄 디스퍼젼 - - - 7.5 - - -
폴리에스테르 수지1 23 20 - - 15 15 15
폴리에스테르 수지4 - - - 15 - - -
pH조정제 4.7 4.7 4.7 4.7 4.7 4.7 4.7
조색제 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
자외선 흡수제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
표면조정제 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
용제 6.8 6.8 6.8 6.8 6.8 6.8 6.8
총합 100 100 100 100 100 100 100
이하, 실시예 및 비교예에서 사용한 각 성분들의 제조사 및 제품명 등은 하기 표 3에 나타냈다.
성분 비고
폴리올레핀 에멀젼1 아크릴 변성 비염소화 폴리올레핀 수지
(NV: 35중량%, Mw: 100,000g/mol, pH: 7)
폴리올레핀 에멀젼2 아크릴 변성 비염소화 폴리올레핀 수지 (NV: 33중량%, Mw: 80,000g/mol, pH: 7.5)
폴리올레핀 에멀젼3 아크릴 변성 비염소화 폴리올레핀 수지 (NV: 38중량%, Mw: 150,000g/mol, pH: 8)
폴리올레핀 에멀젼4 아크릴 변성 비염소화 폴리올레핀 수지 (NV: 40중량%, Mw: 30,000g/mol, pH: 7.5)
폴리올레핀 에멀젼5 아크릴 변성 염소화 폴리올레핀 수지 (NV: 35중량%, Mw: 100,000g/mol, pH: 7, 염소 함량: 33중량%)
제1-1 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 35중량%, Mw: 43,000g/mol, OHv: 0mgKOH/g, Av: 0mgKOH/g
, 25℃에서의 점도: 50mPa·s, pH: 8
제1-2 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 33중량%, Mw: 40,000g/mol, OHv: 0mgKOH/g, Av: 0mgKOH/g,
25℃에서의 점도: 30mPa·s, pH: 7
제1-3 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 37중량%, Mw: 46,000g/mol, OHv: 0mgKOH/g, Av: 0mgKOH/g,
25℃에서의 점도: 80mPa·s, pH: 9
제1-4 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 25중량%, Mw: 55,000g/mol, OHv: 0mgKOH/g, Av: 0mgKOH/g
, 25℃에서의 점도: 50mPa·s, pH: 8
제1-5 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 35중량%, Mw: 43,000g/mol, OHv: 25mgKOH/g, Av: 10mgKOH/g,
25℃에서의 점도: 50mPa·s, pH: 8
제2-1 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 50중량%, Mw: 30,000g/mol, OHv: 0mgKOH/g, pH: 7,
Av: 0mgKOH/g, 23℃에서의 직경 4mm 컵의 점도: 17초
제2-2 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 48중량%, Mw: 25,000g/mol, OHv: 0mgKOH/g, pH: 6,
Av: 0mgKOH/g, 23℃에서의 직경 4mm 컵의 점도: 15초
제2-3 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 55중량%, Mw: 33,000g/mol, OHv: 0mgKOH/g, pH: 8,
Av: 0mgKOH/g, 23℃에서의 직경 4mm 컵의 점도: 20초
제2-4 폴리우레탄
디스퍼젼		 NV: 40중량%, Mw: 40,000g/mol, OHv: 0mgKOH/g, pH: 10,
Av: 0mgKOH/g, 23℃에서의 직경 4mm 컵의 점도: 10초
폴리에스테르 수지1 NV: 100중량%, OHv: 130mgKOH/g, Mw: 17,000g/mol, Av: 20mgKOH/g
폴리에스테르 수지2 NV: 100중량%, OHv: 120mgKOH/g, Mw: 15,000g/mol, Av: 15mgKOH/g
폴리에스테르 수지3 NV: 100중량%, OHv: 140mgKOH/g, Mw: 20,000g/mol, Av: 25mgKOH/g
폴리에스테르 수지4 NV: 100중량%, OHv: 170mgKOH/g, Mw: 8,000g/mol, Av: 35mgKOH/g
pH조정제 디메틸아미노에탄올
안료 카본 블랙
자외선 흡수제 제품명: EVERSORB 81, 제조사: EVERLIGHT CHEMICAL IND
표면조정제 제품명: WET280, 제조사: BYK,
용제 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(DPM)
시험예: 제조된 도막의 특성 평가
폴리프로필렌으로 이루어진 플라스틱 소재에 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7의 수성 베이스 도료 조성물을 건조 도막 두께 27㎛가 되도록 도장하고, 80℃에서 30분 동안 에어를 불어주어 경화시켜 최종 도막을 형성하였다. 최종 도막의 외관 특성 및 물성들을 하기와 같은 방법으로 측정하여 그 결과를 표 4 및 5에 나타냈다.
(1) 내스크레치성
최종 도막에 하중 0.5kg의 긁힘자로 1회 긁어 표면의 손상 정도를 파악하여 내스크레치성을 평가했다. 이때, 최종 도막의 표면의 손상이 없는 경우 우수(◎), 약간 미세하게 있는 경우 양호(○), 표면의 손상이 다소 인지되나 심한 정도가 아닌 경우 보통(△), 표면의 손상이 인지되며 현저히 눈에 띄는 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(2) 내광성
XENON-ARC-LAMP 시험장비를 이용하여 최종 도막에 700kJ의 에너지를 350분 동안 폭로한 후 최종 도막에 칼날로 가로 및 세로 각각 100개의 정사각형(가로 2mm × 세로 2mm)으로 긋고 테이프를 사용하여 떼어내어 내광성을 측정하였다.
이때, 100개의 정사각형이 100% 온전히 붙어있는 경우 우수(◎), 남은 정사각형이 70% 이상 100% 미만인 경우 양호(○), 50% 이상 70% 미만인 경우 보통(△), 30% 이상 50% 미만인 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(3) 부착성
최종 도막에 칼날로 가로 및 세로 각각 100개의 정사각형(가로 2mm × 세로 2mm)으로 긋고 테이프를 사용하여 떼어내어 부착성을 측정하였다.
이때, 100개의 정사각형이 100% 온전히 붙어있는 경우 우수(◎), 남은 정사각형이 70% 이상 100% 미만인 경우 양호(○), 50% 이상 70% 미만인 경우 보통(△), 30% 이상 50% 미만인 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(4) 내습성
50 ℃ 및 98 % 상대습도의 항온항습기에 최종 도막을 168 시간 동안 방치한 후 도막의 부착성을 평가하였으며, 평가 기준은 상기 항목 (3)과 동일하게 적용하였다.
(5) 내썬크림성
아크릴판(50㎜×50㎜, 가로×세로)에 같은 크기의 백면포(Toyosynthetic CH2070-3상당품) 2 장을 겹쳐 올린 후 썬크림(니베아 SPF47) 0.25 g을 전면에 도포하였다. 이후, 썬크림 도포 부위를 도막 위에 올리고 아크릴판을 눌러 밀착시켰다. 이후, 80±2℃의 항온조 내에 1 시간 동안 방치한 후 꺼내어, 백면포와 아크릴판을 제거한 후, 10분 동안 상온에서 방치하였다. 이후, 중성세제로 씻어내고 건조한 후 도막의 부착성을 평가하였으며, 평가 기준은 상기 항목 (3)과 동일하게 적용하였다.
(6) 내약품성
이소부탄올, 에탄올 및 메탄올 각각을 천에 묻혀 500g 하중으로 최종 도막을 10회 문질러 내약품성을 평가하였다. 테스트 결과 도막이 벗겨지지 않고 변색이 되지 않은 경우 우수(◎), 도막이 벗겨지지않고 GREY SCALE 4급인 경우 양호(○), 도막이 벗겨지지 않고 GREY SCALE 3급인 경우 보통(△), 도막이 벗겨지거나 GREY SCALE 2급 이하인 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(7) 내열성
80℃ 오븐에 최종도막을 300 시간 동안 방치한 후 부착성 평가를 진행하였으며, 상기 부착성은 상기 항목 (3)과 동일하게 수행하였다.
실시예
1 2 3 4 5 6 7 8
내스크레치성 ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ○ ○ ◎
내광성 ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ○ ○ ○
부착성 ◎ ◎ ◎ ○ ◎ ○ ◎ ○
내습성 ◎ ◎ ○ ○ ○ ◎ ○ ○
내썬크림성 ◎ ○ ○ ◎ ○ ○ ○ ○
내약품성 ◎ ○ ○ ◎ ○ ○ ◎ ○
내열성 ◎ ◎ ○ ○ ◎ ◎ ○ ◎
비교예
1 2 3 4 5 6 7
내스크레치성 △ △ X ○ ○ △ X
내광성 ○ ○ ○ △ △ X △
부착성 X X ○ △ △ △ △
내습성 ○ △ ○ X ○ △ △
내썬크림성 X ○ △ ○ X △ △
내약품성 X ○ △ ○ X △ △
내열성 ○ △ △ △ ○ △ △
표 4 및 5에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 8의 수성 베이스 도료 조성물로부터 제조된 도막은 내스크래치성, 내광성, 부착성, 내습성, 내썬크림성, 내약품성 및 내열성이 우수했다.
반면, 비교예 1 내지 7의 베이스 도료 조성물로부터 제조된 도막은 내광성, 내습성 및 내썬크림성이 부족했다. 특히, 비교예 6 및 7의 조성물로부터 제조된 도막은 모든 물성이 현저히 부족했다.

Claims (6)

  1. 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리에스테르 수지를 포함하고,
    상기 폴리우레탄 수지는 제1 폴리우레탄 수지 및 제2 폴리우레탄 수지를 포함하며,
    상기 폴리올레핀 수지는 중량평균분자량이 80,000 내지 150,000 g/mol인 아크릴 변성 비염소화 폴리올레핀 수지이며,
    상기 제1 폴리우레탄 수지는 수산기가(OHv)가 0 mgKOH/g이며, 중량평균분자량이 38,000 내지 50,000 g/mol이고,
    상기 제2 폴리우레탄 수지는 수산기가(OHv)가 0 mgKOH/g이며, 중량평균분자량이 20,000 내지 35,000 g/mol이며,
    상기 제1 폴리우레탄 수지와 제2 폴리우레탄 수지는 1:1 내지 5:1의 중량비로 포함되는, 수성 베이스 도료 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리올레핀 수지는 고형분 함량이 수지 총 중량을 기준으로 30 내지 40 중량%인 폴리올레핀 에멀젼인, 수성 베이스 도료 조성물.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리에스테르 수지는 중량평균분자량이 10,000 내지 30,000 g/mol이며, 수산기가가 100 내지 150 mgKOH/g인, 수성 베이스 도료 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은 10 내지 20 중량부의 폴리올레핀 수지, 10 내지 25 중량부의 제1 폴리우레탄 수지, 1 내지 15 중량부의 제2 폴리우레탄 수지 및 10 내지 20 중량부의 폴리에스테르 수지를 포함하는, 수성 베이스 도료 조성물.
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