KR102548852B1 - 수용성 우레탄 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수용성 우레탄 도료 조성물에 관한 것으로, 본 발명은 아크릴 우레탄 수분산 수지; 물; 안료; 및 NaO3Sb;를 포함하여 반복적인 충격에도 크랙이 발생하지 않으며, 강도, 내수성 및 부착성이 향상된 수용성 우레탄 도료 조성물을 제공한다.

Description

수용성 우레탄 도료 조성물{Water-Soluble Urethane Paint Composition}
본 발명은 수용성 우레탄 도료 조성물에 관한 것이다.
도료는 실내 환경을 꾸미기 위한 목적으로 오래전부터 개발되어 적용되는 분야 및 재질에 맞게 다양한 조성으로 개발되어 오고 있다. 이러한 도료 조성물은 미감적 기능 외에도 건축물 표면에 넓게 도포되어 건조 경화됨으로써 표면을 보호하는 기능을 갖는다. 더불어 단열과 난연 효과 및 부식과 손상을 방지하는 내구성 향상 효과를 갖고 있어서 마감재로서 많이 사용된다.
그러나, 종래의 합성수지를 주성분으로 하는 도료 조성물은 도장 후 도막이 쉽게 탈리되거나 퇴색되어 수명이 짧아 개선의 여지가 많았으며, 반복적인 충격에 의해 내구성이 급격하게 저하되었다.
이에 본 발명자들은 상기한 문제를 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 아크릴 우레탄 수분산 수지를 포함하는 도료 조성물에 NaO3Sb를 도입하면, 반복적인 충격에도 크랙이 발생하지 않으며, 강도, 내수성 및 부착성이 향상될 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
특허문헌 1. 한국등록특허 제10-1975885호
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 아크릴 우레탄 수분산 수지; 물; 안료; 및 NaO3Sb;를 포함하여 반복적인 충격에도 크랙이 발생하지 않으며, 강도, 내수성 및 부착성이 향상된 수용성 우레탄 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 아크릴 우레탄 수분산 수지; 물; 안료; 및 NaO3Sb;를 포함하는 수용성 우레탄 도료 조성물에 있어서, 상기 NaO3Sb는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.3 내지 3 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 수용성 우레탄 도료 조성물을 제공한다.
상기 수용성 우레탄 도료 조성물은 동결방지제, 방균제, 소포제, 분산제, pH 조절제 및 증점제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 아크릴 우레탄 수분산 수지 35 내지 43 중량%, 물 25 내지 35 중량%, 안료 25 내지 35 중량%, NaO3Sb 0.3 내지 3 중량% 및 첨가제 1 내지 3 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 수용성 우레탄 도료 조성물은 수용성 아크릴 우레탄 수지를 포함함으로써, 내수성, 내약품성, 내용제성, 내알콜성 및 내스크래치성이 우수하고, NaO3Sb를 포함하여 반복적인 충격에도 크랙이 발생하지 않으며, 강도, 내수성 및 부착성이 우수하다. 또한, 용제형 도료가 아닌 수용성 특성을 가져 물로 희석이 가능하여 공해, 작업성 불량 및 환경오염의 문제로부터 자유롭다.
이하 본 발명을 첨부된 도면 및 실시예와 함께 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 측면은 아크릴 우레탄 수분산 수지; 물; 안료; 및 NaO3Sb;를 포함하는 수용성 우레탄 도료 조성물에 있어서, 상기 NaO3Sb는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.3 내지 3 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 수용성 우레탄 도료 조성물을 제공한다.
이때, 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.3 내지 3 중량%로 NaO3Sb을 포함하는 것이 중요하다.
이와 같이, NaO3Sb의 함량이 상기 범위를 만족할 때 경도, 외관 및 내수성이 향상되었으며, 도료 조성물로부터 형성된 도막 상에 반복 충격을 가하여도 크랙 또는 박리가 전혀 나타나지 않았다. 반면, NaO3Sb를 사용하지 않거나, 상기 함량 범위를 벗어나서 사용되는 경우, 반복 충격을 가한 뒤 도막에 크랙이 생기거나 박리되었으며, 경도, 외관 및 내수성이 현저하게 저하되었다.
상기 아크릴 우레탄 수분산 수지는 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻은 폴리우레탄 프리폴리머에, 아크릴 모노머를 투입, 공중합시켜 제조된 것일 수 있으며, 도료 조성물에 사용되는 수분산 아크릴 우레탄 하이브리드 수지라면 특별한 제한 없이 사용 가능하다.
상기 아크릴 우레탄 수분산 수지는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 35 내지 43 중량%로 포함되는 것일 수 있다. 아크릴 우레탄 수분산 수지의 함량이 상기 하한치 미만이면 도막의 부착력, 강도 및 내구성이 저하될 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면 재료들 사이에 분리 현상이 나타날 수 있다.
본 발명의 수용성 우레탄 도료 조성물은 주용제로서 물이 사용된다. 이때 물은 증류수를 의미하는 것일 수 있으며, 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 25 내지 35 중량%로 포함되는 것일 수 있다. 물의 함량이 상기 하한치 미만이면 상기 아크릴 우레탄 수분산 수지의 수분산성 및 환경 친화성이 저하되는 문제가 있고, 반대로 상기 상한치를 초과하면 도막 형성 과정에서 물이 충분히 증발 되지 않아 최종도막에 핀홀 발생 등의 도막 결함과 얼룩 발생 등의 문제가 있다.
상기 안료는 방청 안료, 착색 안료, 체질 안료 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 방청 안료는 방청성 및 내식성을 확보하고, 도막에 색상을 부여하는 역할을 한다. 방청 안료의 구체예로는 인산아연 (Zinc Phosphate), 디칼슘포스페이트 (Dicalcium Phosphate) 및 수산화철 (Iron hydroxide oxide) 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 착색 안료는 도막의 은폐력을 확보하며 도막에 색상을 부여하는 역할을 한다.
상기 착색 안료는 흑색 안료, 백색 안료, 블루 안료, 레드 안료, 황색 안료, 바이올렛 안료 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 예를 들어, 이산화티타늄 (TiO2), 카본 블랙 (carbon black), 흑연 (graphite), 블랙 산화철 (iron oxide black), 탄산납 (lead carbonate), 크롬산염 (PbCrO3), 황화아연 (zinc sulfide), 산화아연 (zinc oxide), 옐로우 니켈티타늄 (nickel titanium yellow), 옐로우 크롬티타늄 (chrome titnanium yellow), 옐로우 산화철 (iron oxide yellow), 레드 산화철 (iron oxide red), 산화크롬 (chrome oxide), 프탈로시아닌 블루 (phthalocyanine blue), 프탈로시아닌 그린 (phthalocyanine green), 울트라마린 블루 (ultramarine blue), 코발트블루 (CoO·Al2O3), 퀴나크리돈 (quinacridone), 레드 아조 안료 (azo red) 및 옐로우 아조 안료 (azo yellow) 중 선택되는 1종 이상일 수 있다,
상기 체질 안료는 도료 조성물의 부피를 증가시키고, 제조된 도막의 강도를 높이는 역할을 한다. 상기 체질 안료로는 통상적으로 공지된 성분이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 탈크 (talc), 탄산칼슘 (calcium carbonate), 황산바륨 (barium sulfate), 칼슘실리케이트, 실리카, 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
상기 안료는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 25 내지 35 중량%로 포함되는 것일 수 있다. 안료의 함량이 상기 하한치 미만이면, 은폐력이 저하될 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면 기계적 물성 및 부착성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 안료는 착색 안료 및 체질 안료가 0.4~0.6 : 0.4~0.6 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 상기 수용성 우레탄 도료 조성물은 동결방지제, 방균제, 소포제, 분산제, pH 조절제 및 증점제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 1 내지 3 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
상기 동결방지제는 수성 (수용성) 도료에서 사용하는 첨가제로서 수용성 도료가 물을 함유함에 따라 저온에서 오랫동안 방치하면 나타날 수 있는 에멀젼 파괴 및 동결 현상을 방지한다. 구체적으로, 상기 동결방지제는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등의 글리콜류 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.
동결방지제는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.05 내지 0.7 중량%로 포함될 수 있다. 동결방지제 함량이 상기 하한치 미만이면 동결 방지 효과를 나타내지 못할 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면, 제조되는 도막의 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 방균제 (항균제)는 본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물을 장기간 보관하는 경우에 부패하는 것을 방지하기 위한 것으로 diuron, pyrithione zinc, 옥틸아이소띠아졸린온 (octyl-isothiazolin-one) 및 아이도프로파길부틸카바메이트 (iodopropargyl-butylcarbamate) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
방균제는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.05 내지 0.7 중량%로 포함될 수 있다. 방균제의 함량이 상기 하한치 미만이면 방균 효과를 기대하기 어려울 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면, 효과는 증가하지 않으면서 비용만 증가시킬 수 있다.
소포제는 도료 제조시 발생되는 기포 발생을 억제하고 도막 형성시 야기되는 핀홀 또는 팝핑 (popping) 등의 현상을 억제 내지 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명에서 소포제로서 사용가능한 시판 제품의 예로는 BYK사의 BYK-011, BYK-015, Air Product사의 DF-21, Munzing사의 agitan 281 및 산노프코사의 Foamster-324, NXZ 등을 들 수 있다.
소포제는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.05 내지 0.7 중량%로 포함될 수 있다. 소포제의 함량이 상기 하한치 미만이면 핀홀이 발생할 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면 도막 외관이 불량해질 수 있다.
상기 분산제는 안료의 분산을 최적화 시켜 고형분간의 응집과 침강을 방지하고 저장안정성을 부여하는 역할을 한다. 분산제의 예로서는 폴리 아크릴산, 암모늄염 등이 있을 수 있으며, BYK사의 BYK-190, 191, 192, 193, 194N, 199, TEGO사의 Dispers 610, Dispers 628, Dispers 670, Dispers 671, AFCONA사의 AFCONA 5010, AFCONA 5054, AFCONA 5065, AQ 539 등이 있을 수 있다.
상기 분산제는 상기 수용성 아크릴 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.05 내지 0.7 중량부로 포함되는 것일 수 있다. 분산제의 함량이 상기 하한치 미만이면 전술한 효과를 기대할 수 없고, 반대로, 상기 상한치 초과이면 도막의 물성이 저하될 수 있다.
상기 pH 조절제는 조성물의 저장 안정성을 향상시키는 역할을 수행하며, 암모니아수, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 1-아미노-2-메틸프로판, 2-아미노-2-메틸프로판 및 트리에틸아민 중 1종 이상일 수 있다.
상기 pH 조절제는 상기 수용성 아크릴 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.05 내지 0.5 중량%로 포함되는 것일 수 있다. pH 조절제의 함량이 상기 하한치 미만이면 도료 조성물의 저장안정성 및 분산 안정성을 향상시키는 효과를 기대할 수 없고, 반대로, 상기 상한치 초과이면 부착성이 저하될 수 있다.
증점제는 도료에 점성을 부여하고 흐름성을 향상시킴으로써, 점도 유지력, 상용성 및 저장안정성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 상기 증점제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 증점제는 상기 수용성 아크릴 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.05 내지 0.5 중량%로 포함되는 것일 수 있다. 증점제의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면 작업성, 내수성 및 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1
탱크에 물 (1), 분산제 (2), 동결 방지제 (3), 방균제 (4), 소포제 (5) 및 분산제 (6)를 투입한 후 혼합하였다. 그 다음 상기 혼합물에 착색 안료 (7)를 투입하여 고속 교반하여 입도 (N.S) 5.5 이상이 되면 고속 교반을 중단하고 체질 안료 (8)를 투입하여 고속 교반하여 입도 (N.S) 5.5이 되면 고속 교반을 중단하였다. 그 다음 고속 교반된 혼합물에 아크릴 우레탄 수분산 수지 (9), 소포제 (10), pH 조절제 (11), 증점제 (12) 및 NaO3Sb (13)를 서서히 교반 하면서 투입 하여 완전 교반 후 200 mesh 여과포로 여과하여 수용성 우레탄 도료 조성물을 제조하였다.
이때 사용된 각 구성 요소의 종류 및 함량은 하기 표 1에 자세히 나타내었고, 아크릴 우레탄 수분산 수지의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.
NO 종류 원료명 배합비
1 물 H2O 28.85
2 수성 분산제 BYK 192 0.20
3 동결방지제 Ethylene Glycol 0.20
4 방균제 LPA-11 0.20
5 수용성 소포제 NOPCO NXZ 0.10
6 수용성 분산제 AQ 539 0.20
7 착색안료 KR-721 (TiO2) 17.00
8 체질안료 TALC 6300 12.00
9 아크릴 우레탄 수분산 수지 AU 810 40.00
10 수용성 소포제 NOPCO NXZ 0.10
11 pH 조절제 G-96 0.30
12 증점제 RM-825 0.35
13 NaO3Sb 0.50
합계 100
아크릴 우레탄 수분산 수지 (AU 810)
고형분 39-41
점도 (cps) 〈1000
pH 7.0~9.0
이온성 음이온성
외관 유백색 액체
Tg(℃) 103
경도(연필경도) 2H
비교예 1
NaO3Sb가 0 중량%가 되도록 물 및 NaO3Sb 함량을 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 2
NaO3Sb가 0.1 중량%가 되도록 물 및 NaO3Sb 함량을 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 3
NaO3Sb가 7 중량%가 되도록 물 및 NaO3Sb 함량을 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실험예 1. 물성평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 도료 조성물을 이용하여 도막 시편을 제조하고 하기 내용에 따라 물성을 평가하였다.
-도막 경도: 각 도료 조성물로부터 형성된 도막 시편을 7 일간 상온에서 건조한 후 Shore A 경도계를 이용하여 도막 경도를 측정하였다.
-도막 외관: 각 도료 조성물로부터 형성된 도막 시편을 7 일간 상온에서 건조한 후 도막 상태를 육안으로 확인하였다. 핀홀 및 크래터링이 없는 경우 우수 (◎), 핀홀 및 크래터링이 시편당 1 내지 5개 발생한 경우 양호 (○), 5개 초과 10 개 이하로 발생한 경우 보통 (△), 10개 초과로 발생한 경우 불량 (×)으로 평가하였다.
-내수성: 도료 조성물을 15 cm × 30 cm (가로×세로)의 유리판에 두께 10 ㎛로 도포한 후 40 ℃에서 20 분 동안 경화시켰다. 이후 물에 24 시간 동안 침적시키고, 유리판을 꺼내어 도막의 변색 정도를 확인하였다. 이때 변색 및 들뜸이 없는 경우는 우수 (◎), 들뜸은 없으나 변색이 일어난 경우 양호 (○), 들뜸 및 변색이 일어난 경우 보통 (△) 및 도막이 박리된 경우 불량 (Ｘ)으로 나누어 평가하였다.
-내충격성 평가: ASTM D2794에 의거하여, 500 g의 추를 10 inch 이상 높이에서 시편 도막에 떨어뜨린 후 도막 표면을 관찰하여 도막에 균열이 발생하지 않는 최대 높이를 측정하여 내충격성을 평가하였다.
-부착성: ASTM D3359 테이프 부착성 시험 방법에 의거하여, 시편 도막의 표면에 커터칼을 이용하여 2 ㎜ × 2 ㎜ (가로×세로)의 25 개의 정사각형을 형성한 후, 테이프를 사용하여 정사각형을 떼어내어 부착성을 측정하였다. 이때 25개의 정사각형이 100% 남아있는 경우 우수 (◎), 85% 이상 100% 미만 남아있는 경우 양호 (○), 50% 이상 85% 미만 남아있는 경우 보통 (△) 및 50% 미만 남아있는 경우 불량 (Ｘ)으로 평가하였다.
-반복 낙하 내충격성: 각 도료 조성물로부터 형성된 도막 시편에 300 g의 추를 500 ㎜ 높이에서 20 회 반복 낙하시킨 후 손상된 정도를 육안으로 확인하였다. 이때, 평가는 전혀 손상되지 않은 경우 우수 (◎), 육안으로 판별이 힘든 미세한 크랙이 발생한 경우 보통 (△), 크랙이 확연하게 발생하거나 시료가 벗겨진 경우 불량 (×)으로 평가하였다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
도막 경도 83 68 72 75
외관 ◎ Ｘ △ Ｘ
내수성 ◎ Ｘ △ Ｘ
내충격성(inch) 31 19 24 22
부착성 ◎ △ ○ △
반복 낙하 내충격성 ◎ Ｘ Ｘ Ｘ
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 도막은 반복 낙하에 의하여 어떠한 크랙도 형성되지 않았으며, 경도, 외관, 내수성, 내충격성 및 부착성이 우수함을 알 수 있다. 반면 비교예 1 내지 비교예 3의 도막은 반복 낙하에 의하여 도막이 박리되었으며 경도, 외관, 내수성, 내충격성 및 부착성이 현저하게 저하되었다.

Claims (3)

  1. 아크릴 우레탄 수분산 수지; 물; 안료; 및 NaO3Sb;를 포함하는 수용성 우레탄 도료 조성물에 있어서,
    상기 안료는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 25 내지 35 중량%로 포함되고,
    상기 NaO3Sb는 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.3 내지 3 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 수용성 우레탄 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수용성 우레탄 도료 조성물은 동결방지제, 방균제, 소포제, 분산제, pH 조절제 및 증점제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 우레탄 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수용성 우레탄 도료 조성물 전체 100 중량%에 대하여 아크릴 우레탄 수분산 수지 35 내지 43 중량%, 물 25 내지 35 중량%, 안료 25 내지 35 중량%, NaO3Sb 0.3 내지 3 중량% 및 첨가제 1 내지 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 우레탄 도료 조성물.
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