KR102566229B1 - 친환경 수성 코팅 혼합물, 친환경 수성 코팅액, 이 코팅액으로 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품을 코팅하는 방법, 이 방법으로 표면에 부착되어 있는 입체물을 코팅한 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 수성 코팅 혼합물에 관한 것이다. 본 발명은 이 친환경 수성 코팅 혼합물로 만드는 친환경 수성 코팅액에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 친환경 수성 코팅액은 수분산 폴리우레탄을 포함하는 코팅액이다. 본 발명은 이 친환경 수성 코팅액으로 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품을 코팅하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 친환경 수성 코팅 혼합물은 용제로 물을 사용하는 수분산 폴리우레탄 50-70 중량%; 비유해성 경화제 0.5-5 중량%; 친환경 수용성 우레탄 증점제 0.3-2중량%; 및 물과 알코올의 혼합물 10-40 중량%를 포함한다. 본 발명의 피코팅물의 표면에 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법은 코팅액의 토출량을 20-150 ml/min으로 하고 1.0 mm 이하의 두께로 피코팅물 표면에 코팅액을 도포하는 과정; 80℃ 이하의 온도에서 건조하는 과정; 건조된 코팅 위에 다시 코팅액을 도포하는 것을 반복하는 과정을 포함한다.

Description

친환경 수성 코팅 혼합물, 친환경 수성 코팅액, 이 코팅액으로 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품을 코팅하는 방법, 이 방법으로 표면에 부착되어 있는 입체물을 코팅한 제품{Eco-friendly Aqueous Coating Mixture, Eco-friendly Aqueous Coating Solution, Method of Coating Products with Three-Dimensional Objects Attached to the Surface with This Coating Solution, Products with Three-Dimensional Objects on the Surface Coated by This Method}

본 발명은 친환경 수성 코팅 혼합물에 관한 것이다. 본 발명은 이 친환경 수성 코팅 혼합물로 만드는 친환경 수성 코팅액에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 친환경 수성 코팅액은 수분산 폴리우레탄을 포함하는 코팅액이다. 본 발명은 이 친환경 수성 코팅액으로 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품을 코팅하는 방법에 관한 것이다. 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품이라 함은 컵, 텀블러, 마우스, 필통, 보관함 등의 표면에 자개, 플라스틱, 종이, 금속, 실, 끈 등을 얇게 붙여서 장식을 한 제품을 말한다. 이들 제품은 표면에 붙인 자개, 플라스틱, 종이, 실, 끈 등을 보호하고 표면의 광택이나 촉감을 향상시키기 위해 제품의 표면 위에 투명한 코팅을 형성하는 것이 일반적이다. 본 발명은 상기 친환경 수성 코팅액으로 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품을 코팅하여 입체물이 떨어지지 않고 잘 부착되어 있도록 하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품의 표면을 본 발명의 친환경 수성 코팅액으로 코팅하여 만든 제품에 관한 것이다. 대표적인 제품은 자개를 부착한 텀블러, 자개를 부착한 마우스, 자개를 부착한 필통, 자개를 부착한 가습기, 플라스틱을 부착한 텀블러, 플라스틱을 부착한 마우스, 플라스틱을 부착한 필통, 플라스틱을 부착한 가습기 등이지만, 여기에 제한되는 것은 아니다.

제품(예: 생활용품)을 장식하는 다양한 재료와 방법이 있다. 천연 자개, 인공 자개, 플라스틱, 종이, 금속, 실, 끈 등을 얇게 자르거나 작게 부수고 제품 표면에 접착제로 붙여서 원하는 모양, 색, 질감 등으로 장식을 할 수 있다. 천연 자개, 인공 자개, 플라스틱, 종이, 금속, 실, 끈 등을 얇게 자르거나 작게 부수어서 붙인 전사지를 부착하고 전사지를 떼어내거나 떼어내지 않고 제품의 표면을 장식할 수도 있다. 제품의 표면에 천연 자개, 인공 자개, 플라스틱, 종이, 금속, 실, 끈을 붙이고 레이저를 조사하여 원하는 모양, 색, 질감 등을 표현할 수도 있다.

제품의 표면에 붙인 위 입체물을 보호하기 위해 제품 표면과 입체물 위에 투명한 우레탄계 코팅을 형성하는 것이 알려져 있다. 제품 표면과 입체물 표면에 코팅액을 바르거나 코팅액을 분사하여 코팅을 형성하는 것이 일반적이다. 이하에서 간단하게 제품 표면에 코팅을 한다고 하여도 이것은 제품 표면과 입체물 표면에 코팅을 한다는 뜻이다.

종래의 우레탄계 코팅액은 유기 용제를 포함하고 있다. 그래서 코팅액의 제조 과정은 물론이고 제품의 표면과 입체물의 표면에 코팅액을 바르거나 분사하는 과정에서 유해한 휘발성 화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)이 다량 방출된다. 완성된 제품을 소비자가 사용하는 과정에서도 유해한 휘발성 화합물이 방출되기도 한다. 대부분의 휘발성 화합물은 독성을 가지고 있기 때문에 대기를 오염시키고 근처에 있는 사람, 동물, 식물 등에 나쁜 영향을 미친다.

우레탄계 코팅액은 폴리우레탄(polyurethane) 또는 폴리우레탄 유도체를 주요 성분으로 포함하는 코팅액을 말한다. 폴리우레탄은 폴리올(한 분자당 히드록시 기를 2개 이상 가지고 있는 알코올)과 이소시아네이트 사이의 첨가 반응을 통해 우레탄 기가 반복적으로 만들어지면서 생성되는 고분자이다. 많이 사용하는 우레탄계 코팅액은 2액형 코팅액이다.

2액형 코팅액은 주제와 경화제로 구성되어 있다. 여기에 적당량의 희석재를 혼합하고 교반기로 잘 섞어서 사용한다. 2액형 코팅액은 주제와 경화제가 서로 화학적으로 반응을 하여 굳으면서 코팅을 형성한다. 2액형 코팅액은 코팅의 물성이 우수하다는 장점이 있다. 그러나 2액형 코팅액은 점도의 개선을 위해 희석제를 적당량 넣어 주어야 한다. 희석제로는 대부분 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene)과 같은 유독한 유기 용매를 사용한다. 희석제의 혼합 과정에서 다량의 유기 용매를 흡입할 가능성이 높다. 2액형 코팅액은 주제와 경화제의 사용량을 정확하게 맞추지 않으면 액상이 균일한 코팅으로 경화되지 않기 때문에 사용하기 불편하다. 사용하고 남은 2액형 코팅액은 이미 경화가 되었기 때문에 재사용이 불가능하다. 그래서 사용하고 남은 2액형 코팅액은 폐기를 해야 해서 환경을 오염시킨다.

1액형 코팅액은 공기 중의 산소나 습기에 의해 경화되거나 가열에 의해 경화되는 코팅액이다. 본 발명은 1액형 우레탄계 코팅액 중 수성 우레탄계 코팅액에 관한 것이다. 수성 우레탄계 1액형 코팅액은 2액형 우레탄계 코팅액보다 코팅의 물성이 좋지 않다는 단점이 있지만 유독한 유기 용매를 첨가할 필요가 없기 때문에 건강에 좋고 재사용할 수 있기 때문에 환경 친화적이다. 수성 우레탄계 1액형 코팅액은 1980년 중반 이후부터 인조 피혁 코팅용으로부터 연구가 시작되었고, 2000년대에 접어들어 활발한 연구가 진행되고 있다. 그러나 국내의 수성 우레탄계 1액형 코팅액의 사용량은 10%를 넘지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 유해한 유기 화합물을 사용하지 않는 새로운 수성 우레탄계 1액형 코팅액을 제공하고자 한다. 우레탄계 코팅액에 유해한 유기 화합물을 사용하지 않으면 우레탄계 코팅액을 취급하는 사람의 건강에 미치는 나쁜 영향을 줄일 수 있다. 수성 1액형 코팅액을 사용하면 한번 사용한 코팅액을 버리지 않고 재사용해도 되므로 환경 오염 문제를 줄일 수 있다.

본 발명은 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품을 코팅하는 데 사용할 수 있는 새로운 수성 우레탄계 1액형 코팅액을 제공하고자 한다. 본 발명은 특히 표면에 자개가 부착되어 있는 제품을 코팅하는 데 사용할 수 있는 새로운 수성 우레탄계 1액형 코팅액을 제공하고자 한다.

본 발명은 수성 우레탄계 1액형 코팅액으로 표면에 입체물이 부착되어 있는 제품을 코팅하는 새로운 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 수성 우레탄계 1액형 코팅액으로 표면에 자개가 부착되어 있는 제품을 코팅하는 새로운 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 표면에 부착되어 있는 입체물을 수성 우레탄계 1액형 코팅액으로 코팅한 제품을 제공하고자 한다.

본 발명은 표면에 부착되어 있는 자개를 수성 우레탄계 1액형 코팅액으로 코팅한 제품을 제공하고자 한다.

본 발명의 발명자는 건강 문제와 환경 문제를 고려하여 수성 우레탄계 1액형 코팅액의 적용 범위를 인조 섬유용 코팅 재료나 천연 섬유용 코팅 재료로부터 생활용품 등의 제품으로까지 확대하기 위해 친환경 코팅액의 개발과 제조 공정의 개선을 연구하였다. 그리하여 본 발명의 발명자는 용제로 물을 사용하는 수분산 폴리우레탄 50-70 중량%, 비유해성 경화제 0.5-5 중량%, 친환경 수용성 우레탄 증점제 0.3-2중량%, 및 물과 알코올의 혼합물 10-40 중량%를 포함하는 코팅 혼합물로 수성 우레탄계 1액형 코팅액을 만들어 사용하면 상기 문제점들을 해결할 수 있음을 발견하였다.

종래의 코팅 혼합물은 경화제로 아지리딘(aziridine), 멜라민(melamine), 에폭시(epoxy), 수분산 이소시아네이트 등을 경화제로 사용하였다. 이들 경화제는 건강이나 환경에 유해하다. 본 발명의 코팅 혼합물은 비유해성 경화제를 사용할 수 있다. 본 발명에 사용할 수 있는 비유해성 경화제는 수계 가교용 옥사졸린(oxazoline) 또는 폴리카보디이미드(polycarbodiimide) 등이다. 이 수계 가교용 옥사졸린 또는 폴리카보디이미드는 용제로서 물을 50-65 중량% 사용할 수 있다.

본 발명의 코팅 혼합물을 사용하여 생활 용품과 같은 제품에 코팅을 할 때에는 스프레이 방식을 사용하면 좋다. 구체적으로, 미세입자형 스프레이건을 사용하고 토출량은 20-150 ml/min으로 하여 1.0 mm 이하의 두께로 본 발명의 코팅 혼합물을 제품 표면에 도포하고, 80℃ 이하의 온도에서 건조한 후, 건조된 코팅 위에 다시 코팅하는 과정을 반복하여 다층 박막 구조의 코팅을 형성한다. 80℃ 이하 온도에서의 건조 시간은 3-20분일 수 있다. 경우에 따라서는 5-15분이 더 적절할 수도 있다. 그 후 60-130℃에서 15-60분 동안 열을 가하는 방식으로 경화를 하여 최종 제품을 완성할 수 있다. 이렇게 형성한 다층 구조의 박막 코팅의 두께는 피코팅물에 부착되어 있는 입체물의 두께에 따라서 차이가 있기는 하나 0.3-0.6 mm가 바람직하다. 다층 박막 코팅의 총 두께가 1.0 mm를 초과하면 입체물 본연의 색상(예를 들면 자개 또는 전사지의 본연의 색상)이 코팅층에 의해 감쇄되어 흐려지는 문제점을 야기할 수 있다.

본 발명의 코팅액은 점도가 10-300 cps인 것이 바람직하다.

본 발명의 코팅 혼합물은 스프레이 코팅 후에 박막층의 건조를 더 쉽게 하기 위해 물과 알코올의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 코팅 혼합물을 본 발명의 코팅 방법으로 제품에 코팅하고 나면 우레탄계 코팅의 접착력과 표면 경도를 높이기 위해 경화 공정을 거치는 것이 좋다. 경화 장치로는 열풍 건조기, 제습 건조기, 적외선 건조기, UV 건조기 등을 사용할 수 있다.

피코팅면이 곡면이고 피코팅물 상의 입체물이 자재와 같이 단단한 재료인 경우, 본 발명은 이 재료에 충격을 가해서 입체물에 금이 간 상태로 만들고, 이렇게 금이 가 있는 입체물에 접착제를 발라 피코팅물에 입체물을 부착하는 방법을 제공한다.

본 발명의 한 형태는 용제로 물을 사용하는 수분산 폴리우레탄 50-70 중량%; 비유해성 경화제 0.5-5 중량%; 친환경 수용성 우레탄 증점제 0.3-2 중량%; 및 물과 알코올의 혼합물 10-40 중량%를 포함하는 코팅 혼합물이다.

본 발명의 한 형태는 용제로 물을 사용하는 수분산 폴리우레탄 50-70 중량%; 옥사졸린(oxazoline) 또는 폴리카보디이미드(polycarbodiimide)에서 선택되는 비유해성 경화제 0.5-5 중량%; 친환경 수용성 우레탄 증점제 0.3-2중량%; 및 물과 알코올의 혼합물 10-40 중량%를 포함하는 코팅 혼합물이다.

본 발명의 한 형태는 용제로 물을 사용하는 수분산 폴리우레탄 50-70 중량%; 비유해성 경화제 0.5-5 중량%; 셀룰로오스 타입, 알칼리 팽윤 타입(alkaliswellable type), 및 우레탄 회합형 타입(urethane associative type)으로부터 선택되는 1종 이상의 친환경 수용성 우레탄 증점제 0.3-2 중량%; 및 물과 알코올의 혼합물 10-40 중량%를 포함하는 코팅 혼합물이다.

본 발명의 한 형태는 용제로 물을 사용하는 수분산 폴리우레탄 50-70 중량%; 옥사졸린(oxazoline) 또는 폴리카보디이미드(polycarbodiimide)에서 선택되는 비유해성 경화제 0.5-5 중량%; 친환경 수용성 우레탄 증점제 0.3-2중량%; 및 물과 에틸알코올의 혼합물 10-40 중량%를 포함하는 코팅 혼합물이다.

본 발명의 한 형태는 실온에서 상기 코팅 혼합물을 충분히 교반하여 코팅액을 만드는 방법이다.

교반 시간은 5분-90분일 수 있는데, 일반적으로 10분-60분이 적당하다. 교반 시간은 10분-50분일 수 있고, 10분-40분일 수 있고, 10분-30분일 수 있고, 10분-20분일 수 있다.

본 발명의 한 형태에 의하면 상기 코팅액의 점도는 10-300 cps일 수 있다.

본 발명의 한 형태는 상기 코팅액의 토출량을 20-150 ml/min으로 하고 1.0 mm 이하의 두께로 피코팅물 표면에 도포하는 과정; 80℃ 이하의 온도에서 건조하는 과정; 건조된 코팅 위에 다시 코팅액을 도포하는 것을 반복하는 과정을 포함하는, 피코팅물의 표면에 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법이다.

본 발명의 한 형태는 상기 코팅액의 토출량을 20-150 ml/min으로 하고 1.0 mm 이하의 두께로 피코팅물 표면에 도포하는 과정; 80℃ 이하의 온도에서 3-20분간 건조하는 과정; 건조된 코팅 위에 다시 코팅액을 도포하는 것을 반복하는 과정을 포함하는, 피코팅물의 표면에 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법이다.

본 발명의 한 형태는 상기 코팅액의 토출량을 20-150 ml/min으로 하고 1.0 mm 이하의 두께로 피코팅물 표면에 도포하는 과정; 80℃ 이하의 온도에서 건조하는 과정; 건조된 코팅 위에 다시 코팅액을 도포하는 것을 반복하는 과정; 피코팅물의 표면에 형성된 다층 박막 구조의 코팅에 60-130℃의 열을 15-60분 동안 가하여 코팅을 경화하는 과정을 포함하는, 피코팅물의 표면에 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법이다.

본 발명의 한 형태는 상기한 피코팅물의 표면에 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법으로 피코팅물의 표면에 두께 1.0 mm 이하의 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법이다.

본 발명의 한 형태는 점도가 10-300 cps인 코팅액으로 상기한 피코팅물의 표면에 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법으로 피코팅물의 표면에 두께 1.0 mm 이하의 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법이다.

본 발명의 코팅 혼합물을 사용하여 만든 코팅액은 1액형 수분산 폴리우레탄 코팅액이므로 종래의 우레탄계 코팅액에 들어 있는 유기 용매가 없다. 코팅액을 만들거나 코팅액으로 피코팅물에 코팅을 하는 과정에서 유해한 유기 용매가 증발하지 않는다. 본 발명의 코팅액은 작업가능시간(Pot life)이 길기 때문에 한 번 사용한 코팅액을 저장하였다가 나중에 다시 사용할 수 있다. 이러한 이유로 본 발명의 코팅 혼합물과 이 혼합물로 만든 제품은 건강에 무해하고 친환경적이다. 본 발명의 코팅 혼합물을 사용하여 만든 코팅 제품은 황변 현상이 발생하지 않는다.

피코팅면이 곡면이고 피코팅물 상의 입체물이 자재와 같이 단단한 재료인 경우에는 이 재료에 충격을 가해서 입체물에 금이 간 상태로 만들고, 이렇게 금이 많이 가 있는 입체물에 접착제를 발라 피코팅물에 입체물을 부착하면 자개와 같이 단단한 재료도 곡면에 부착할 수 있다.

본 발명의 코팅 혼합물로 만든 코팅액으로 코팅을 하면 접착제가 코팅액에 녹아 나오지 않기 때문에 접착제의 접착력이 오랫동안 유지된다. 그래서 피코팅면이 곡면이고 피코팅물 상의 입체물이 자재와 같이 단단한 재료인 경우에 입체물의 한 쪽 끝이 떨어져서 솟아오르는 종래 제품의 문제점이 발생하지 않는다.

도 1은 금속이나 플라스틱 위에 자개나 전사지 등으로 입체 문양을 부착한 텀블러, 컵, 마우스와 같은 생활용품에 본 발명의 코팅액으로 코팅을 형성한 제품의 제조 공정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 자개나 전사지 등으로 입체 문양을 부착한 금속 또는 플라스틱 표면에 다층 박막 코팅을 형성한 제품의 단면이다. 다층 박막 코팅에서 다층 박막 코팅 수는 입체 문양의 두께에 따라 변화될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "포함한다" "가지다" 등의 용어는, 해당 표현이 포함되는 문구 또는 문장에서 특별히 다르게 언급되지 않는 한, 다른 성분을 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(Open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 "%"는 명시적인 다른 표시가 없는 한 중량%를 의미한다.

수성 우레탄계 1액형 코팅액으로 사용할 수 있는 본 발명의 코팅 혼합물은 용제로 물을 사용하는 수분산 폴리우레탄 50-70 중량%; 접착력, 내수성, 내화학성, 경도 등을 향상시키기 위한 비유해성 경화제 0.5-5 중량%; 친환경 수용성 우레탄 증점제 0.3-2중량%; 및 물과 알코올의 혼합물 10-40 중량%를 포함할 수 있다.

용제로 물을 사용하는 상기 수분산 폴리우레탄은 지방족 이소시아네이트 구조를 포함하는 것이 좋다. 용제로 물을 사용하는 상기 수분산 폴리우레탄은 중량평균 분자량이 400-700인 것이 좋다. 용제로 물을 사용하는 상기 수분산 폴리우레탄은 인장 강도가 300-400 kgf/㎠인 것이 좋다. 용제로 물을 사용하는 상기 수분산 폴리우레탄은 광택도(60도)가 90 이상인 것이 좋다. 폴리우레탄의 제조에 사용되는 폴리올은 소수성이 강하기 때문에 일반적으로 유기 용매를 사용한다. 본 발명은 유기 용매 대신 물을 사용하는 친환경 코팅액을 만드는 것이 목표이기 때문에 소수성이 강한 폴리우레탄 구조 내에 친수성기를 도입하여 폴리우레탄의 친수성을 키워서 폴리우레탄이 물에 분산될 수 있도록 한다.

폴리우레탄 구조 내에 도입되는 친수성기의 종류에 따라 수분산 폴리우레탄은 비이온성 수분산 폴리우레탄, 음이온성 수분산 폴리우레탄, 양이온성 수분산 폴리우레탄으로 나뉜다. 비이온성 수분산 폴리우레탄은 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 같은 친수성 폴리올을 이용한 것이다. 음이온성 수분산 폴리우레탄은 2,2-디메틸올프로피온산(DMPA), 2,2-디메틸올부탄산(DMBA)과 같은 카복실레이트(carboxylate)를 이용한 것이다. 양이온성 수분산 폴리우레탄은 N-메틸디에탄올아민(MDEA), N-에틸디에탄올아민(EDEA), 디에틸에탄올아민(DEA)과 같은 아민을 이용한 것이다. 본 발명의 수분산 폴리우레탄은 비이온성 수분산 폴리우레탄, 음이온성 수분산 폴리우레탄, 양이온성 수분산 폴리우레탄 중 1종 또는 2종 이상을 사용하여 제조할 수 있다.

상기 비유해성 경화제는 종래의 유해성 경화제 대신 사용하려는 경화제이다. 종래에는 아지리딘(aziridine), 멜라민(melamine), 에폭시(epoxy), 수분산 이소시아네이트 등을 경화제로 사용하였다. 이것들은 가공 시 인체에 유해하다. 특히 아지리딘이나 수분산 이소시아네이트는 경화 속도가 빨라 사용 시간에 제약이 있고 장기 보관이 어려워서 사용하고 남은 코팅액을 버려야 하기 때문에 친환경 코팅액에는 적합하지 않다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 비유해성 경화제를 사용하려는 것이다. 본 발명에 사용할 수 있는 비유해성 경화제에는 옥사졸린, 폴리카보디이미드 등이 있다. 본 발명에 사용할 수 있는 비유해성 경화제는 용제로 물을 사용한다. 물의 사용량은 50-65 중량%인 것이 좋다. 그래서 옥사졸린이나 폴리카보디이미드의 고형분 35-50 중량%가 물 50-65 중량%에 용해되어 있는 액상 경화제를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 친환경 수용성 우레탄 증점제에는 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC)와 같은 셀룰로오스 타입, 폴리카르복실산과 같은 알칼리 팽윤 타입(alkaliswellable type), 아크릴 회합형이나 우레탄 회합형과 같은 회합형 타입(associative type) 등이 있다. 용제로 물을 60-85 중량% 사용하는 수용성 우레탄 회합형 타입의 증점제를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 물과 알코올의 혼합물에서 물과 알코올의 혼합비는 다양할 수 있다. 일반적으로는 물 20-60 중량%와 알코올 40-80 중량%를 사용한다.

본 발명의 코팅 혼합물은 물을 용제로 하는 1액형이기 때문에 상온에서 점도의 변화가 작다. 그래서 벤젠, 톨루엔, 크실렌과 같은 유기 용매를 희석제로 첨가할 필요가 없다.

본 발명의 코팅 혼합물을 용기에 넣고 상온에서 교반기를 이용하여 충분히(예를 들면, 10분-60분) 교반하여 최종 코팅액을 제조할 수 있다. 모터 교반기를 이용하고 임펠러의 속도는 50-400rpm을 유지하는 것이 좋다.

본 발명의 코팅 혼합물을 사용하여 코팅액을 만들면 점도가 낮고, 코팅액을 미세 입자로 분무하여 박막 코팅을 만들기 때문에 코팅액에서 일반적으로 필요한 소포제(antifoaming agent)나 탈포제(deformer agent)를 첨가할 필요가 없다. 소포제로 흔히 사용하는 폴리디메틸실록산(예: 실리콘 오일), 폴리에테르 변성 실리콘 오일 및 미네랄 오일은 피코팅물과 코팅층 사이의 접착력을 저해하는 현상이 발생할 수 있는데, 본 발명은 이러한 소포제를 사용하지 않으므로 접착력이 우수하다.

본 발명의 코팅 혼합물로 만든 코팅액은 예를 들면 자개를 붙인 피코팅물, 전사지를 붙인 피코팅물, 레이저로 문양을 인쇄한 피코팅물 위에 IR 히터가 장착된 스프레이 자동 코팅 설비에서 스프레이 방식을 이용하여 코팅액을 미세 입자로 분무하여 코팅하고, 이어서 코팅을 건조하고, 건조된 코팅을 경화하는 방법으로 피코팅물에 코팅을 형성한다.

구체적으로, 본 발명의 코팅 혼합물로 만든 코팅액은 미세 입자형 스프레이건을 이용하여 토출량을 20-150 ml/min으로 하고, 1.0 mm 이하의 두께로, 더 바람직하게는 0.2 mm 이하의 두께로 피코팅물 위에 도포한 후, 80 ℃ 이하의 온도에서 건조하여 박막 코팅을 만들고, 이러한 코팅과 건조를 반복하여 다층 박막 구조의 코팅을 형성한다. 이 후 60-130℃에서 15-60분 동안 코팅을 경화하여 코팅이 형성된 최종 제품을 얻는다.

상기 토출량이 20 ml/min보다 적으면, 코팅 미립자가 피코팅물 표면에 충분히 도포되지 못한 상태가 되어 표면이 매끄럽지 못하고 투명도가 낮아져 입체물(예를 들면 자개나 전사지, 또는 인쇄된 문양)의 본연의 색을 구현하지 못하는 문제가 생긴다. 상기 토출량이 150 ml/min을 초과하면, 예를 들면 0.5 mm 이상의 두께로 코팅할 경우에 피코팅물에 코팅액이 흐른 자국이 발생하거나 전사지의 표면에 인쇄된 수성 염료나 수성 안료가 코팅액에 용해되어 번지는 현상이 발생할 수 있다.

상기 코팅액의 점도는 1,000 cps 이하인 것이 좋다. 상기 코팅액의 점도가 1,000 cps를 초과하면 1.0 mm 이하의 입구경을 가진 스프레이건으로 미세 입자를 분무하는 것이 어려워질 수 있고, 그 결과 피코팅물의 표면에 균일한 코팅을 형성하는 것이 어려워질 수 있다. 본 발명의 코팅 혼합물로 만든 코팅액의 점도는 1,000 cps 이하일 수 있고, 구체적으로 10-300 cps의 저점도를 가질 수 있다.

스프레이 코팅 후 박막층의 건조를 용이하게 하기 위해 본 발명의 코팅 혼합물에 물과 알코올의 혼합물을 첨가할 수 있다. 물과 알코올의 혼합물에 사용할 알코올로는 1가 알코올을 선택하는 것이 좋다. 구체적으로 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 중 하나를 선택할 수 있다. 독성이 없고 휘발성 유기 화합물(VOCs)로 지정되어 있지 않은 에틸알코올과 물의 혼합물을 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 건조 공정을 마친 후, 코팅의 접착력과 표면 경도를 높이기 위해 코팅을 형성한 제품에 대해 열을 가하여 경화 공정을 진행한다. 경화 장치로는 열풍 건조기, 제습 건조기, 적외선 건조기, UV 건조기 등을 사용할 수 있다. 온도와 시간을 제어할 수 있는 열풍 건조기나 제습 건조기를 사용하는 것이 좋다. 제습 건조기는 제습기에 의해 수분 함량이 적은 공기를 데워서 건조기에 투입시키는 장치이다. 열풍 건조기는 수분 함량에 관계 없이 주변 공기를 데워서 건조기에 투입하는 장치이다. 제습 건조기는 열풍 건조기 기능과 제습 기능을 함께 갖춘 장치라고 보면 된다. 경화 온도는 60-130℃로 하고 경화 시간은 15-60분으로 하는 것이 좋다. 코팅을 형성한 제품을 최초에 경화 장치에 투입할 때에는 경화 장치의 온도를 본 발명의 코팅액의 비점보다 낮은 온도로 설정하였다가 이 후 경화 온도까지 올리는 것이 좋다. 본 발명의 코팅액은 대부분 약 90-99℃의 비점을 가지고 있는데, 비점 이상의 온도로 제품을 건조 장치에 투입하면 경화가 바로 시작되어 코팅 성분 내부에 존재하는 수분이 급격하게 기화하고 끓는 현상이 발생해 코팅 내부에 기포가 발생할 수 있기 때문이다.

제품의 표면에 부착하는 입체물이 자개이고 제품이 곡면을 가진 제품(예: 컵이나 텀블러)인 경우, 자개는 경질이어서 곡면인 제품 표면을 따라 붙어 있지 않고 한 쪽은 제품 표면에 붙어 있고 다른 한 쪽은 제품 표면에서 떨어진다. 이러한 현상을 방지하기 위해 본 발명에서는 외부에서 자개에 충격을 가하여 자개에 미세하게 금이 간 상태로 만들고 접착제를 이용하여 미세하게 금이 가 있는 자개를 제품의 표면에 붙이는 방법을 사용한다. 이처럼 경질인 입체물을 표면이 곡면인 피코팅물에 부착하는 경우에는 외부에서 입체물에 충격을 가하여 미세한 금이 간 상태로 만든 후 접착제로 곡면에 붙여야 할 수 있다. 종전 코팅액은 유기 용매가 포함되어 있기 때문에 이 유기 용매가 접착제 성분을 용해시켜 입체물이 피코팅물에서 떨어져 한 쪽 끝이 위로 솟아오르는 현상이 많이 발생한다. 본 발명의 코팅액은 유기 용매 대신에 물을 사용하기 때문에 접착제가 용해되지 않는다. 그래서 접착제의 용해에 의한 부착물의 박리 현상이 일어나지 않는다.

피코팅물에 부착된 자개나 전사지 위에 코팅하는 방법에는 함침법, 붓으로 코팅액을 바르는 방법, 롤러로 코팅액을 바르는 방법, 스프레이로 코팅액을 분무하는 방법 등이 있다. 함침법이란 자개나 전사지 등이 붙어 있는 텀블러를 코팅액에 담궈서 피코팅물의 표면에 코팅액을 입히는 방법을 말한다. 디핑법이라고도 한다. 박막 코팅을 하려면 입구경이 1.0 mm 이하인 스프레이로 코팅하는 것이 좋다. 박막의 두께는 부착되는 자개나 전사지의 두께를 초과하기 않는 것이 바람직하다.

피코팅물의 표면에 입체물이 부탁되어 있을 때 단층 코팅을 하면 입체물과 접착면 사이의 단차 부분에 공기가 들어가서 코팅 아래로 기포가 발생하는 경우가 잦다. 이렇게 되면 입체물과 피코팅물 사이의 접착력이 약해지고 외관도 좋지 않다. 본 발명은 이러한 현상을 방지하기 위해 피코팅물에 박막 코팅을 여러 번 반복해서 형성하여 다층 박막 코팅을 만든다. 다층 박막 코팅은 최종 제품의 내수성, 내화학성을 향상시킨다. 또한 외부로부터의 충격에서 피코팅물을 보호한다.

이하에서는 구체적인 실시예와 비교예를 통해 본 발명을 설명한다. 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

혼합 용기에 중량평균 분자량이 약 500인 수분산 폴리우레탄 56 중량%에 물 12 중량%를 넣은 후 교반기를 이용하여 상온에서 15분간 혼합하였다. 우레탄 증점제 희석액(약 3,800cps 점도를 지닌 증점제:물=1:3의 비율) 6 중량%, 물과 에틸알코올의 혼합 용매(에틸알코올:물=3:1의 비율) 22 중량%, 경화제로서 폴리카보디이미드(Nisshinbo사) 4 중량%를 순차적으로 투입하고 5분간 교반을 진행하여 300cps 이하의 점도를 갖는 1액형 코팅액을 제조하였다.

자개와 전사지가 부착된 텀블러의 용기를 회전시키면서 Amomax사의 스프레이 노즐을 이용하여 60ml/min의 토출량으로 상기 코팅액을 도포한 후 40℃의 건조기에서 건조하기를 5회 반복하고, 120℃의 열풍 건조기에서 20분간 경화하여 최종 제품을 얻었다.

실시예 2

혼합 용기에 중량평균 분자량이 약 500인 수분산 폴리우레탄 56 중량%에 물 12 중량%를 넣은 후 교반기를 이용하여 상온에서 15분간 혼합하였다. 우레탄 증점제 희석액(약 3,800cps 점도를 지닌 증점제:물=1:3의 비율) 6 중량%, 물과 이소프로필알코올의 혼합 용매(이소프로필코올:물=3:1의 비율) 22 중량%, 경화제로서 폴리카보디이미드(Nisshinbo사) 4 중량%를 순차적으로 투입하고 5분간 교반을 진행하여 300cps 이하의 점도를 갖는 1액형 코팅액을 제조하였다.

상기 코팅액을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 제품을 얻었다.

실시예 3

혼합 용기에 중량평균 분자량이 약 500인 수분산 폴리우레탄 34 중량%와 고형분 35%의 수분산 아크릴-우레탄 하이브리드 28 중량%에 물 12 중량%를 넣은 후 교반기를 이용하여 상온에서 15분간 혼합하였다. 물과 에틸알코올의 혼합 용매(에틸알코올:물=3:1의 비율) 22 중량%, 경화제로서 폴리카보디이미드(Nisshinbo사) 4 중량%를 순차적으로 투입하고 5분간 교반을 진행하여 300cps 이하의 점도를 갖는 1액형 코팅액을 제조하였다.

상기 코팅액을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 제품을 얻었다.

비교예 1

주제인 폴리에스터 수지(KP U#2000, 제비스코)와 폴리이소시아네이트 경화제(KU-6135, 제비스코)를 1:1의 무게 비율로 저속 혼합한 후 희석제(G447)를 전체 중량의 20 중량%의 양으로 용기에 넣고 저속으로 혼합하여 2액형 코팅액을 제조하였다.

자개와 전사지가 부착된 텀블러의 용기를 회전시키면서 Amomax사의 스프레이 노즐을 이용하여 60ml/min의 토출량으로 상기 코팅액을 5회 도포한 후, 70℃의 열풍 건조기에서 30분간 경화하여 최종 제품을 얻었다.

실시예 1-3 및 비교예 1을 통해 얻은 코팅 조성물과 그 조성물로 스프레이 코팅을 한 텀블러 제품에 대하여 다음과 같은 평가를 진행하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

1) 취기성 평가

500ml 삼각플라스크에 코팅 조성물을 100ml씩 넣고 10명의 평가원들이 취기성 평가를 하였다. 평가는 각 조성물 당 5초간 진행하였다. 평가원들은 각각의 평가 진행 전 2분간 무취의 공기에 노출시켜 후각 마비 현상을 없앤 후 취기의 강도를 하기 기준에 따라 점수를 매겨 평균을 표기하였다.

(0점: 무취, 1점: 비자극적, 2점: 약한 자극적, 3: 자극적, 4: 심한 자극적)

2) 작업가능시간(Pot life) 평가

실시예 1-3 및 비교예 1을 통해 얻은 각 코팅 조성물의 점도 변화를 시간에 따라 평가하였다. 일주일 이상 보관 시 변화가 없는 경우를 '양호'로, 24시간 초과에서 일주일 사이에 점도 변화가 있는 경우를 '보통'으로, 24시간 이내에 점도 변화가 있을 경우를 '불량'으로 평가하였다.

3) 외관 특성 평가

실시예 1-3 및 비교예 1을 통해 얻은 조성물로 코팅을 하고 경화를 완료한 텀블러 제품에 대해 외관 특성 평가를 하였다. 제품 표면이 매끈하고 부착된 자개와 전사지의 색상이 유지되게 투명성을 유지하고 표면 젖음성(wetting)이 고르게 된 경우를 '양호'로, 투명성은 유지하나 표면에 곰보나 돌기가 1개 초과 5개 이하일 경우를 '보통'으로, 투명성은 유지하나 표면에 곰보나 돌기가 5개를 초과하거나 젖음성(wetting)이 고르게 되지 않는 경우를 '불량'으로 평가하였다.

4) 내수/내용제성

실시예 1-3 및 비교예 1을 통해 얻은 조성물로 코팅을 하고 경화를 완료한 텀블러 제품에 대하여 내수/내용제성 평가를 하였다. 물을 묻힌 5cm의 면봉과 에틸알코올을 묻힌 5cm의 면봉을 이용하여 면봉의 각도를 45도를 유지하면서 상기 코팅과 경화가 완료된 텀블러 표면에 대해 5cm/sec의 속도로 10회 왕복시켜 코팅 표면의 상태를 하기 기준으로 평가하였다.

(○: 긁힌 흔적이 없고 코팅 표면이 녹거나 벗겨지지 않은 경우, △: 약간의 긁힌 흔적이 있고 코팅 표면이 변색되는 경우, X: 긁힌 흔적이 있고 코팅 표면의 일부가 녹거나 벗겨진 경우)

구분	평가항목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
조성물	구성	1액형	1액형	1액형	2액형
	취기성	1.0	1.2	1.1	3.7
	Pot life	양호	양호	양호	불량
적용 텀블러	외관 특성	양호	양호	보통	양호
	내수/내용제성	○	○	○	○

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1과 2는 1액형의 구성으로 비교예 1의 2액형과 비교하여 텀블러의 외관 및 내수성/내용제성이 거의 유사한 것을 확인할 수 있었다. 실시예 1-3은 1액형이라 코팅작업 전 조성물에 대한 혼합과 같은 별도의 전처리가 필요 없고 특히 취기성 평가가 우수하고 작업가능시간(Pot life)가 길어 코팅액 제조시나 피코팅물 코팅 작업 시 친환경적인 작업 환경을 제공해 줄 수 있음을 확인할 수 있었다. 이로부터 실시예 1-3은 유해한 휘발성 유기 용매나 독성이 있는 경화제와 소포제를 사용하지 않더라도 취기성, 작업가능시간, 내수/내용제성이 좋음을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 1은 유해한 휘발상 유기 용매나 독성이 있는 경화제와 소포제를 사용하지 않더라도 가공성이 좋고 제품의 물성도 좋음을 확인할 수 있었다.

10: 피코팅물
20A: 1차 박막 코팅
20B: 다층 박막 코팅
20C: 다층 박막 코팅
30: 자개 또는 전사지와 같은 입체물

Claims (12)

1. 경질인 입체물에 외부에서 충격을 가하여 상기 경질인 입체물을 미세하게 금이 가 있는 상태로 만들고,
   곡면을 갖는 피코팅물의 표면에 상기 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물을 접착제로 부착한 후,
   상기 피코팅물의 표면과 상기 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물의 표면을 코팅하여 보호하는데 사용하는 코팅 혼합물로서,
   상기 코팅 혼합물은 용제로 물을 사용하는 수분산 폴리우레탄 50-70 중량%,
   옥사졸린(oxazoline) 또는 폴리카보디이미드(polycarbodiimide)인 비유해성 경화제 0.5-5 중량%,
   친환경 수용성 우레탄 증점제 0.3-2중량%, 및
   물과 알코올의 혼합물 10-40 중량%를 포함하고,
   상기 수분산 폴리우레탄의 중량평균 분자량은 400-700인, 코팅 혼합물.
2. 제1항에 있어서, 상기 경질인 입체물은 자개인, 코팅 혼합물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 친환경 수용성 우레탄 증점제는 우레탄 회합형 타입(urethane associative type)인, 코팅 혼합물.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알코올은 에틸알코올 또는 이소프로필알코올인, 코팅 혼합물.
5. 제1항 또는 제2항의 코팅 혼합물을 상온에서 50-400rpm의 속도로 임펠러로 교반하여 만든 코팅액.
6. 제5항에 있어서, 상기 코팅액의 점도는 10-300 cps이고 광택도(60도)가 90 이상인 코팅액.
7. 경질인 입체물에 외부에서 충격을 가하여 상기 경질인 입체물을 미세하게 금이 가 있는 상태로 만들고,
   곡면을 갖는 피코팅물의 표면에 상기 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물을 접착제로 부착한 후,
   제5항의 코팅액의 토출량을 20-150 ml/min으로 하고 0.2 mm 이하의 두께로 상기 피코팅물의 표면과 상기 경질인 입체물이 표면에 상기 코팅액을 도포하는 과정, 80℃이하의 온도에서 상기 코팅액을 건조하는 과정, 건조된 코팅 위에 다시 코팅액을 도포하고 건조하는 과정을 반복하는 것을 포함하는, 피코팅물의 표면과 그 위에 부착한 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물의 표면을 보호하는 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 건조 시간은 3-20분인, 피코팅물의 표면과 그 위에 부착한 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물의 표면을 보호하는 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 피코팅물과 상기 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물의 표면에 형성된 상기 다층 박막 구조의 코팅에 60-130℃의 열을 15-60분 동안 가하여 상기 코팅을 경화하는 과정을 추가로 포함하는, 피코팅물의 표면과 그 위에 부착한 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물의 표면을 보호하는 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 다층 박막 구조의 전체 코팅의 두께는 1.0 mm 이하인, 피코팅물의 표면과 그 위에 부착한 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물의 표면을 보호하는 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 코팅액의 점도는 10-300 cps이고 광택도(60도)는 90 이상인, 피코팅물의 표면과 그 위에 부착한 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물의 표면을 보호하는 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법.
12. 제7항에 있어서, 상기 경질인 입체물은 자개인, 피코팅물의 표면과 그 위에 부착한 미세하게 금이 가 있는 경질인 입체물의 표면을 보호하는 다층 박막 구조의 코팅을 형성하는 방법.