KR102260766B1 - 폴리올레핀 시트용 표면 처리제 - Google Patents

폴리올레핀 시트용 표면 처리제 Download PDF

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서석훈
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Abstract

본 발명은 폴리올레핀 시트용 표면 처리제에 관한 것으로 변성폴리올레핀 수지 10 내지 30 중량부, 수분산 무광 폴리우레탄 수지 50 내지 70 중량부, 소포제 0.1 내지 1 중량부, 소광제 분산액 15 내지 25 중량부 및 레벨링제 1 내지 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리올레핀 시트용 표면 처리제{Surface treatment agent for polyolefin sheet}
본 발명은 폴리올레핀 시트용 표면 처리제에 관한 것으로, 수분산 실리콘우레탄 아크릴공중합체를 포함하여 제조된 표면 처리제로, 내마모성 및 인장강도가 우수하여 피착제의 팽윤 및 갈라짐을 방지할 수 있는 폴리올레핀 시트용 표면 처리제에 관한 것이다.
종래부터 자동차 내장부품, 예컨대 인스트루먼트 판넬(Instrument Panel), 도어 트림 판넬(Door Trim Panel), 헤드라이닝(Headlining) 등의 표피재로 염화비닐 또는 염화비닐/아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌 탄성중합체 얼로이 압출(Extrusion) 시트, 캘린더링(Calendering) 시트를 널리 사용하여 왔다. 최근 들어 환경친화성, 경량성, 담가(Fogging) 및 냄새 등에서 유리한 열가소성 폴리올레핀계 엘라스토머 시트로 급격히 대체되는 추세이다. 이와 관련된 문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-1790375호가 개시된 적이 있었다.
하지만, 이러한 자동차 내장재는 내마찰성, 내마모성 등의 물리적 성질 향상, 내약품성, 내용제성 등의 화학적 성질의 향상, 내광성, 저광택화(표면 반사로 인한 운전자 시야 방해 금지) 및 기타 주변 부품과의 색상 일체화를 위해 표면 코팅을 실시하는 경우가 많이 발생하는데 기존 열가소성 폴리올레핀계 엘라스토머 시트는 분자구조상 비극성 및 고결정성이며 부착성이 나쁘기 때문에 사전에 화염처리, 오존처리, 플라즈마처리 등의 표면처리나 염소화폴리올레핀 수지계 프라이머 처리를 실시한 후 아크릴 수지계 베이스를 순차적으로 코팅해오고 있는 추세이다.
하지만, 이런 폴리올레핀 시트 코팅제는 기존에 적용되어오던 표면 코팅제와 비교하였을 때. 코팅층의 내마모, 내수성, 내오염성 및 내스크래치성 등 성능의 저하가 발생하고 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 코팅층의 내마모성 및 인장강도와 같은 물리적 특성이 우수한 폴리올레핀 시트용 표면처리제를 제시하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제는 변성폴리올레핀 수지 10 내지 30 중량부, 수분산 무광 폴리우레탄 수지 50 내지 70 중량부, 소포제 0.1 내지 1 중량부, 소광제 분산액 15 내지 25 중량부 및 레벨링제 1 내지 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 소광제 분산액은, 변성 폴리올레핀 수성 분산체 30 내지 50 중량부, 소광제 분산액용 분산제 1 내지 2 중량부, 소광제 분산액용 소포제 1 내지 2 중량부 및 소광제 5 내지 8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레벨링제는, 폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산( Polyether-modified polydimethylsiloxane)와, 폴리에테르 모디파이드 실록산(Polyether-modified siloxane)이 혼합된 것을 특징으로 한다.
그리고 수분산 무광 폴리우레탄 수지는 폴리카보네이트디올, 폴리카프로락톤, 디프로필렌글리콜, 이소포론 디아민(IPDA), 디메틸벤즈알데하이드(dimethylbanzaldehyde, DMBA), 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 실리콘 폴리올 및 유화제를 포함하는 폴리우레탄 모노머와, 메틸메타아크릴(Methyl Methacrylate, MMA), 이소보닐아크릴레이트(Isobonyl Acrylate, IBOA), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, 2-HEMA), 부틸아크릴모노머(Buthylacrylmonomer, BAM) 과황산나트륨(Sodium PerSulfate, SPS)을 포함하는 아크릴 모노머가 중합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제가 코팅된 코팅층은 내마모성 및 인장강도가 우수하다는 이점이 있다.
또한, 무광효과가 우수한 폴리올레핀 시트용 표면처리제를 얻을 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면처리제가 코팅된 시트의 광택을 측정한 사진이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제가 코팅된 시트의 시험 성적서이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제는 변성폴리올레핀 수지 10 내지 20 중량부, 수분산 무광 폴리우레탄 수지 50 내지 70 중량부, 소포제 0.1 내지 1 중량부, 소광제 분산액 15 내지 25 중량부, 레벨링제 1 내지 3 중량부를 포함한다.
이와 같은 폴리올레핀 시트용 표면 처리제는 폴리올레핀 시트의 표면에 베이스 코팅 및 탑 코팅제로 사용될 수 있으며, 폴리올레핀 시트의 표면에 코팅되어 폴리올레핀 시트의 내마모성, 내오염성 및 내스크래치성을 향상시키기 위한 것이다.
구체적으로 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제의 각 성분에 대해 설명하면, 먼저 변성폴리올레핀 수지는 표면처리제의 프라이머 수지로 사용되며, 변성 폴리올레핀 수지 수성분산체인 것이 바람직하다. 또한, 변성 폴리우레핀 수지 수성분산체는 제니켐의 ARROWBASE SB-120 제품을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 수분산 무광 폴리우레탄 수지는 수분산 폴리우레탄 수지임과 동시에 무광 폴리우레탄 수지인 것이 바람직하다.
소포제로는 거품을 제거하기 위해 비실리콘계 소포제 BYK-1740를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 소광제 분산액은 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면처리제의 광택을 최소화하기 위한 것으로, 무광효과가 가장 우수하도록 변성 폴리올레핀 수성 분산체, 소광제 분산액용 분산제, 소광제 분산액용 소포제, 소광제를 혼합하여 제조한 것이다.
구제척으로 소광제 분산액은 변성 폴리올레핀 수성 분산체 40 중량부, 용제(물) 60 중량부, 소광제 분산액용 분산제 1 중량부, 소광제 분산액용 소포제 1 중량부, 소광제 7 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 변성 폴리올레핀 수성 분산체의 첨가량이 40 중량부 미만으로 첨가되면, 코팅층의 형성이 어려우며, 40 중량부를 초과하여 첨가하게 되면, 점도 상승으로 인해 균일한 코팅층 형성이 어려우므로 변성 폴리울레핀 수성 분산체는 40 중량부 만큼 첨가되는 것이 바람직하다.
그리고, 소광제 분산액용 분산제 및 소광제 분산액용 소포제가 1 중량부 미만으로 첨가되거나 첨가되지 않는 경우, 용액의 분산이 이루어지지 않으며, 1 중량부를 초과하여 첨가되는 경우 무광 효과가 떨어진다. 뿐만 아니라, 소광제가 7 중량부 미만으로 첨가되면 무광효과가 우수하지 않으며, 7 중량부를 초과하여 첨가되면 오히려 광택을 가지게 되는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 분산제, 소포제 및 소광제의 첨가량은 무광효과 및 분산효과를 극대화하기 위한 것으로 이와 관련해서는 하기한 실험예 1에서 자세히 설명하기로 한다.
이때, 소광제 분산액용 분산제는 수계용 습윤 분산제인 BYK-Chemie사의 DISPERBYK-199를 사용하였으며, 소포제는 소광제 분산액용 비실리콘계 소포제인 BYK-1740를 사용하였으며, 소광제로는 마크로나이즈드 실리카 분산체인 DEGUSSA사ACEMATT TS 100 제품을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 다시 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제에 첨가되는 레벨링제는 폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산( Polyether-modified polydimethylsiloxane)와, 폴리에테르 모디파이드 실록산(Polyether-modified siloxane)이 혼합된 레벨링제를 사용한다.
이때, 폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산 및 폴리에테르 모디파이드 실록산의 혼합 질량비는 1: 1.5인 것이 바람직하다. 이와 같은 질량비는 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제의 광택을 최소화하기 위한 것으로 이와 관련해서는 하기한 실험예 2에서 자세히 설명하기로 한다.
그리고 수분산 무광 폴리우레탄 수지는 폴리우레탄 모노머와 아크릴 모노머가 중합되어 형성된 폴리우레탄 아크릴 중합체이다.
폴리우레탄 모노머는 분자량이 2,000인 폴리카보네이트디올 14 중량중량부, 분자량이 2,000인 폴리카프로락톤 14 중량부, 디프로필렌글리콜(DPG) 0.4 중량부, 이소포론 디아민(IPDA) 0.4 중량부, 디메틸벤즈알데하이드(dimethylbanzaldehyde, DMBA) 2.2 중량부, 이소포론디이소시아네이트(IPDI) 16.0 중량부, 실리콘 1.6 중량부, 폴리올 1.5 중량부 및 유화제 1.5 중량부를 포함한다.
아크릴 모노머는 메틸메타아크릴(Methyl Methacrylate, MMA) 10 중량부, 이소보닐아크릴레이트(Isobonyl Acrylate, IBOA) 15중량부, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, 2-HEMA) 3중량부, 부틸아크릴모노머(Buthylacrylmonomer, BAM) 22 중량부 및 과황산나트륨(Sodium PerSulfate, SPS) 0.03 중량부를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면처리제를 자동차 내장재 올레핀 필름에 코팅한 후, 접착력, 광택, 내마모성, 내마찰 시험을 진행하였다.
먼저, 접착력테스트는 Cross-Cut Test 방법을 통해 진행하였으며, 칼날로 가로, 세로로 눈금을 만들어 컷팅 후 접착테이프를 붙여 떼었을 경우 떨어지는 정도를 측정하였으며, 4B~5B 등급을 얻을 수 있었다. ISO 2이상, ASTM 3B 이상 합격기준으로 매우 우수한 수준임을 알 수 있다.
광택은 Gloss Meter로 측정한 결과, 0.6GU의 값을 얻을 수 있었으며, 소광 효과가 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.
내마모 시험은 코팅된 원단의 마찰 시험 전 후의 중량을 비교하였으며, 마찰 후 중량의 감량률은 0.1%로 내마모성 또한 우수한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 내마찰 시험은 습건식 모두 4급 이상의 결과를 얻을 수 있었다.
하기한 실험예 1 및 2에서는 분산제, 소포제 및 소광제의 첨가량에 따른 무광효과와, 레벨링제의 혼합비에 따른 무광효과를 실험하였다.
<실험예 1>
본 실험예 1에서는 소광제 분산액에 첨가되는 소광제 분산액용 분산제 및 소포제의 첨가량과 소광제의 첨가량에 따른 분산상태와 광택을 측정하였다.
실시예 1 내지 4에서는 소광제의 첨가량을 달리하며 본 발명에 따른 소광제 분산액을 제조하였으며, 실시예 5 내지 8에서는 소광제 분산액용 분산제 및 소포제의 첨가량을 달리하며 소광제 분산액을 제조하였다. 이때, 실시예 5 내지 8에서는 소광 효과가 가장 우수했던 실시예 4를 참조로하여, 소광제의 첨가량을 7 중량부 만큼 모두 동일하게 첨가하였다.
따라서, 변성 폴리올레핀 수지 20 중량부, 수분산 무광 폴리우레탄 수지 50 내지 70 중량부, 소포제 0.1 내지 1 중량부, 레벨링제 2 중량부와 실시예 1 내지 8에 따른 소광제 분산액을 20 중량부 첨가하여 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제를 제조하였으며, 실시예 1 내지 8에 따라 제조된 표면 처리제의 분산정도와, 표면처리제가 코팅된 필름의 광택을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 에 나타내었다.
원료 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
변성 폴리올레핀 수지 수성분산체
(중량부)		 40 40 40 40 40 40 40 40
WATER
(중량부)		 60 60 60 60 60 60 60 60
소광제 분산액용 분산제
(중량부)		 - - - - 1 1 1 1
소광제 분산액용
소포제
(중량부)		 - - - - 1 2 3 4
소광제
(중량부)		 1 3 5 7 7 7 7 7
표면 처리제 제조 결과 및 코팅 결과
Figure 112020011045917-pat00001
Figure 112020011045917-pat00002
Figure 112020011045917-pat00003
Figure 112020011045917-pat00004
Figure 112020011045917-pat00005
Figure 112020011045917-pat00006
분산상태 X X X X O O O O
광택(GU) 15 5 1.5 0.5 0.6 0.8 0.7 0.7
상기 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 5에 따른 소광제 분산액을 활용하여 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제를 제조하는 것이 분산상태가 우수하며, 광택효과를 최소화할 수 있는 표면 처리제를 제조할 수 있다.
<실험예 2>
본 실험예 2에서는 레벨링제로 첨가되는 폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산 및 폴리에테르 모디파이드 실록산의 혼합 질량비에 따른 분산상태와 광택을 측정하였다.
실시예 9 내지 12에서는 본 발명에 따른 변성 폴리울레핀 수지, 무광 폴리우레탄 수지(무광 PUD), 소포제, 소광제 분산액을 사용하였으며, 첨가량도 동일하게 첨가하였다. 반면, 레벨링제로 첨가되는 폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산 및 폴리에테르 모디파이드 실록산의 혼합 질량비를 1:0.5 내지 2:1로 하기 표 2와 같이 조절하며 본 발명에 따른 표면 처리제를 제조하였으며, 표면처리제의 제조결과 및 코팅결과를 하기 표 2에 나타내었다.
원료명 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12
변성 폴리올레핀 수지 수성분산체
(중량부)		 20 20 20 20
무광 PUD
(중량부)		 60 60 60 60
소포제
(중량부)		 0.5 0.5 0.5 0.5
소광제 분산액
(중량부)		 20 20 20 20
폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산
(중량부)		 1 1 1 1
폴리에테르 모디파이드 실록산
(중량부)		 0.5 1 1.5 2
수성 프라이머 용액 및 코팅 상태 확인
Figure 112020011045917-pat00007
Figure 112020011045917-pat00008
Figure 112020011045917-pat00009
분산상태 O O O O
광택(GU) 0.8 0.7 0.6 0.7
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 11 즉, 폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산 및 폴리에테르 모디파이드 실록산의 혼합 질량비가 1:1.5가 되었을 때, 광택이 적어 무광효과가 우수함을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면처리제가 코팅된 시트의 광택을 측정한 사진이다. 도 1은 상기 실시예 11에 따라 제조된 표면처리제를 자동차 내장재 올레핀 필름에 코팅한 후 광택을 측정한 사진이다. 도 1에 나타난 바와 같이, Gloss Meter(60ㅀ)로 광택을 측정한 결과, 광택이 0.6G로 소광이 우수한 것을 알 수 있었다.
그리고 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 폴리올레핀 시트용 표면 처리제가 코팅된 시트의 시험 성적서이다. 도 1과 마찬가지로, 상기 실시예 11에 따라 제조된 표면처리제를 자동차 내장재 올레핀 필름에 코팅한 후 물성테스트를 진행하였다. 도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리올레핀 스트용 표면 처리제가 코팅된 시트는 내마모성 및 인장강도가 우수하며, 냄새가 없고 휘발성 유기물질 화합물일 검출되지 않는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

Claims (4)

  1. 변성폴리올레핀 수지 10 내지 30 중량부;
    수분산 무광 폴리우레탄 수지 50 내지 70 중량부;
    소포제 0.1 내지 1 중량부;
    소광제 분산액 15 내지 25 중량부; 및
    레벨링제 1 내지 3 중량부;를 포함하며,
    상기 소광제 분산액은,
    변성 폴리올레핀 수성 분산체 40 중량부, 소광제 분산액용 분산제 1 중량부, 소광제 분산액용 소포제 1 중량부 및 소광제 7 중량부를 포함하며,
    상기 레벨링제는,
    폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산(Polyether-modified polydimethylsiloxane)과, 폴리에테르 모디파이드 실록산(Polyether-modified siloxane)이 폴리에테르 모디파이드 폴리디메틸실록산:폴리에테르 모디파이드 실록산=1:1.5 질량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 시트용 표면 처리제.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수분산 무광 폴리우레탄 수지는,
    폴리카보네이트디올, 폴리카프로락톤, 디프로필렌글리콜, 이소포론 디아민(IPDA), 디메틸벤즈알데하이드(dimethylbanzaldehyde, DMBA), 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 실리콘 폴리올 및 유화제를 포함하는 폴리우레탄 모노머와,
    메틸메타아크릴(Methyl Methacrylate, MMA), 이소보닐아크릴레이트(Isobonyl Acrylate, IBOA), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, 2-HEMA), 부틸아크릴모노머(Buthylacrylmonomer, BAM) 과황산나트륨(Sodium PerSulfate, SPS)을 포함하는 아크릴 모노머가 중합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 시트용 표면 처리제.
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KR100580003B1 (ko) * 2004-08-31 2006-05-12 현대자동차주식회사 가죽의 표면 처리 방법 및 이에 사용되는 조성물
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JP2016084400A (ja) * 2014-10-24 2016-05-19 Dic株式会社 水性樹脂組成物、水性表面処理剤及びそれを用いた物品
KR20190063693A (ko) * 2017-11-30 2019-06-10 롯데케미칼 주식회사 자동차 내장재용 수성 코팅 조성물

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