KR19980052887A - 수용성 자외선 경화형 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

목재와 같은 다공성 재질에 대한 부착성이 우수하고 코인 스크랫치성이 향상된 수용성 자외선 경화형 도료 조성물이 개시되어 있다. 상기 도료 조성물은 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지 20∼50 중량%, 모노머 0∼20 중량%, 광개시제 0.5∼5 중량%, 물 1∼80 중량%, 첨가제 0∼5 중량% 및 용제 0∼10 중량%를 함유한다. 자외선 경화형 도료 조성물은 형성되는 도막의 코인 스크랫치성과 부착성이 우수하고, 작업성 및 외관도 양호하므로 목재 등의 도료로서 매우 유용하다.

Description

수용성 자외선 경화형 도료 조성물
본 발명은 수용성 자외선 경화형 도료 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피도물과 중도와의 부착성 및 코인 스크랫치성이 증진된 환경 친화적인 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 자외선 경화형 도료는 올리고머, 모노머와 광개시제, 첨가제 등으로 되어 있으며, 이들 중 광개시제가 자외선 에너지를 받음으로써 생성된 라디칼이 올리고머와 모노머의 이중결합을 공격하여 3차원 구조로 가교 결합된다.
목재에 적용되는 올리고머에는 불포화 폴리에스테르, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등이 있다.
초기 목재에 적용된 자외선 경화형 도료는 불포화 2염기산 및 포화 2염기산으로 조성된 불포화 폴리에스테르 수지를 작업에 적당하도록 점도 조절을 위해 휘발성 모노머인 스타이렌 또는 비닐 톨루엔에 용해시켜 벤조인 에테르로 광중합을 개시하는 형태로 시작되었다. 이는 도장면이 매우 강하며 용제 및 열에 대한 내성이 높다는 장점 등을 가지고 있으나, 건조가 느리며 유연성이 부족하고 내염기성이 떨어지는 단점이 있다. 그러나 이러한 단점에도 불구하고 가격이 저렴하기 때문에 초기에 사용된 스타이렌을 다관능성 모노머와 병행하는 것으로 개선하여 사용되고 있다.
에폭시 아크릴레이트 올리고머는 반응성이 높고, 경화된 도막은 경도가 높기 때문에 화학적인 물성이 좋은 편이다. 경도, 경화성, 연마성이 좋은 관계로 하도나 중도에 많이 적용되고 있다.
우레탄 아크릴레이트 올리고머는 크게 방향족계와 지방족계로 나뉘고 있으며 방향족계는 가격이 저렴하나 내후성이 약하고 황변되기 쉬우며, 지방족계는 반응성이 우수하고, 유연성, 건조성, 내후성 및 내화학성이 양호한 특징이 있으나 가격이 비싼 것이 흠이다. 목재에서는 하도 및 상도로 사용된다.
이상 열거한 올리고머 중 불포화 폴리에스테르와 에폭시 아크릴레이트는 경도가 높아서 부착력이 불량하며 우레탄 아크릴레이트의 경우 자체만으로는 부착력이 양호하지만 작업 점도 조절시 사용되는 모노머가 올리고머보다 먼저 다공성 소재의 기공 내로 흡수되고 기공내의 모노머는 자외선을 적게 받을 뿐만 아니라 경화 속도가 올리고머보다 느리므로 목재의 하도로서는 적합하지 못하다.
기존에는 이와 같은 부착성이 문제가 되어 비닐 에멀젼, 아크릭 에멀젼이나 2액형 우레탄 도료를 사용하기도 하였다. 아크릭 에멀젼이나 비닐 에멀젼은 부착성이 떨어지기 때문에 그리고 2액형 우레탄 도료는 생산성이 높은 자외선 경화형 도료 체계에 적합하지 않을 정도로 작업성이 나쁘기 때문에 사용하기 곤란하였다.
수계 자외선 경화형 올리고머는 유럽 구미에서는 활발하게 연구 진행되고 있고, 국내에서는 주로 다공성 소재에 대한 연구가 초기 단계에 있다. 수용성 자외선 경화형 도료를 사용할 때는 점도 조절시 용제나 모노머를 사용하지 않고 물을 사용하므로 독성이 적고 냄새가 거의 없으며, 피부 손상이 적다. 일반적인 도장 방법에 적용이 가능하며 점도 조절은 물이나 증점제로 가능하다. 모노머를 적게 사용하기 때문에 수축률이 적고 플라스틱과 같은 소재에도 부착성이 우수하다. 경화된 도막은 미반응의 모노머를 함유하지 않기 때문에 경화율이 높고 보다 유연한 도막을 형성한다. 도장 설비에 묻은 잔여 도료는 물로써 닦아 낼 수 있고, 일부의 잔여 도료는 다시 사용할 수 있다.
수용성 자외선 경화형 도료는 수지의 수용화 형태에 따라 수용성형, 콜로이달 디스퍼젼형, 에멀젼형 등이 있다.
본 발명자들은 자외선 경화형 도료 체계에 적용할 수 있고, 목재와 같은 다공성 재질에 대한 부착성이 우수한 도료 개발을 위하여, 상기 도료 체계에 사용하는 수지의 종류를 아크릭 에멀젼, 우레탄 디스퍼젼, 수용성 에폭시 아크릴레이트 수지 및 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지로 다양하게 변화시켜 도료 조성물을 제조하고, 제조된 도료의 물성을 조사하는 등 연구 노력을 거듭한 결과, 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지를 사용한 경우의 도료 조성물이 우수한 도료 성능을 나타내었음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 목재와 같은 다공성 재질에 대한 부착성이 우수하고 코인 스크랫치성이 향상된 수용성 자외선 경화형 도료 조성물을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지 20∼50 중량%, 모노머 0∼20 중량%, 광개시제 0.5∼5 중량%, 물 1∼80 중량%, 첨가제 0∼5 중량% 및 용제 0∼10 중량%를 함유하는 수용성 자외선 경화형 도료 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 수용성 자외선 경화형 도료 조성물의 제조에 사용된 수용성 수지들은 다음과 같다.
본 발명에 따른 수용성 자외선 경화형 도료 조성물은 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지를 함유한다. 이러한 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지로서는 헥사 메틸렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 등의 단량체 혹은 유도체 중 적어도 하나를 사용하여 합성된 우레탄 아크릴레이트 수지를 들 수 있다. 사용될 수 있는 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지로서는 예를 들면, IRR143, IRR213, IRR221, IRR222수지(UCB사의 상품명)등을 들 수 있다. 수용성 아크릴 우레탄 아크릴레이트 수지의 함량은 적절한 작업 조건을 위해 20∼50중량%에서 선택되었다. 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지의 양이 20중량% 미만이면 도료의 점도가 낮고 작업성이 좋지 않은 관계로 바람직하지 않고, 50중량%을 초과하는 경우에는 도료의 가격이 높기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 상기 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지의 사용량은 적절한 작업 조건을 고려하여 20중량% 내지 50중량%가 바람직하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 모노머로서는 수산기가 있는 하이드록시 알킬 (메타)아크릴레이트, 에테르기가 있는 폴리알킬렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리 메틸올 프로판 디알릴 에테르, 그리고 알킬 (메타)아크릴레이트, 1,6 헥산디올 디아크릴레이트 비닐 톨루엔, 비닐 아세테이트, 스타이렌 등을 들 수 있다. 모노머는 0∼20 중량%의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 모노머의 양이 20중량%를 초과하면, 부착성이 떨어지므로 바람직하지 않다.
광개시제로서는 A-CO-B(식 중, A는 알킬기를 나타내고 B는 페닐기를 나타낸다)의 구조식을 갖는 광개시제(예를 들면, CIBA GEIGY사의 Igacure 184, E. Merck사의 Darocure 1173 등을 들 수 있다)를 들 수 있다. 광개시제의 사용량이 0.5중량% 미만이면 경화율이 너무 낮기 때문에 바람직하지 않고, 5중량%를 초과하면, 가격이 높고 저장 안정성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 가격적인 제한과 경화율, 저장 안정성을 고려하여 광개시제의 사용량은 0.5∼5 중량%가 바람직하다.
이밖에 도료 제조시에 첨가되는 물질로서는 용제, 증점제 등을 들 수 있다.
용제로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소 프로판올, 부탄올, 이소 부탄올, 헥산올, 시클로 헥산올, 메틸 글리콜, 에틸 글리콜, 프로필 글리콜, 부틸 글리콜, 디부틸 글리콜 등을 0∼10 중량% 사용한다. 용제의 함량이 10중량%를 초과하면, 건조가 불량하거나 점도가 낮기 때문에 바람직하지 않다.
증점제는 수용성 도료에 사용되는 통상의 증점제를 0∼5 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 증점제의 함량이 5중량%를 초과하면, 점도가 높아서 작업성이 불량하며 부착성이 저하되어 바람직하지 않다.
이하 하기 실시예로서 본 발명을 구체적으로 기술하지만, 본 발명이 이에 의해서 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
수용성 우레탄 아크릴레이트 수지(상품명: IRR143, IRR213, IRR222; UCB사 제품) 50중량%, 물 46중량%, 용제 1중량%, 광개시제(상품명: Igacure184; CIBA GEIGY사 제품) 3중량%를 혼합하여 도료 조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 2
수용성 우레탄 아크릴레이트 수지(상품명: IRR143, IRR213, IRR221, IRR222; UCB사 제품) 19.7중량%, 물 78중량%, 광개시제(상품명: Igacure184; CIBA GEIGY사 제품) 2중량%, 증점제 0.3중량%를 혼합하여 도료 조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 3
수용성 우레탄 아크릴레이트 수지(상품명: IRR143, IRR213, IRR221, IRR222 ; UCB사 제품) 30중량%, 물 63중량%, 광개시제(상품명: Igacure184; CIBA GEIGY사 제품) 2중량%, 모노머 5중량%를 혼합하여 도료 조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타낸다.
비교예 1
아크릭 에멀젼 30중량%, 물 68중량%, 증점제 1중량%, 용제 1중량%를 혼합하여 도료 조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타낸다.
비교예 2
수용성 우레탄 아크릴레이트 수지(상품명: IRR143, IRR221, IRR222; UCB사 제품) 40중량%, 물 38중량%, 모노머 20중량%, 광개시제(상품명: Igacure184; CIBA GEIGY사 제품) 2중량%를 혼합하여 도료 조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타낸다.
비교예 3
수용성 에폭시 아크릴레이트 수지(상품명: Syncryl 2000W; Galstaff사 제품) 90중량%, 물 8중량%, 광개시제(상품명: Igacure184; CIBA GEIGY사 제품) 2중량%를 혼합하여 도료 조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타낸다.
수용성 자외선 경화형 도료 조성물 (중량%)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
아크릭 에멀젼 30
수용성 에폭시 아크릴레이트 90
수용성 우레탄 아크릴레이트 50 19.7 30 40
모노머 5 20
광 개시제 3 2 2 2 2
증점제 0.3 1
용제 1 1
물 46 78 63 68 38 8
합계 100 100 100 100 100 100
물성 실험
제조된 도료 조성물을 목재에 리버스롤라 코터 도장 방식으로 10±2㎛ 도장한 후 60∼80℃ 열풍건조로에 30∼40초간 건조하고 중도를 리버스롤라 코타로 10±2㎛ 도장한 후, 이를 400mJ/㎠에서 경화시켰다. 여기에 중도를 롤라 코타로 25±2㎛ 도장하고 이를 400mJ/㎠에서 경화시킨 다음 상도를 롤라 코타로 10±2㎛ 도장하고 이를 800mJ/㎠에서 경화시켜 건조된 도막 두께가 55±8㎛인 도장된 도막 시편을 얻었다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 수득한 수용성 자외선 경화형 도료 조성물을 사용하여 도막 시편을 형성한 후, 이 시편으로 다음과 같이 코인 스크랫치성, 내용제성, 작업성, 자연미 등을 평가하였다. 도료의 물성 시험 결과는 하기 표 2에 나타낸다.
수용성 자외선 경화형 도료 조성물의 물성
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
코인 스크랫치성1) 우수 우수 우수 보통 보통 양호
부착성2) 우수 우수 우수 보통 양호 양호
작업성3) 우수 양호 양호 보통 양호 양호
자연미4) 우수 우수 우수 양호 우수 양호
내용제성5) 우수 양호 양호 보통 양호 양호
1) 코인 스크랫치성은 시편을 평면 위에 올려놓고 10원 짜리 동전을 45도 각도로 뉘인 상태로 시편을 긁고 난 후의 상태를 관찰하였다.
2) 부착성은 가로×세로 1㎠ 내에 100개의 칸을 갖도록 칼로 그은 후 스카치 테이프로 밀착시킨 후 떼어 내어 도막의 떨어진 정도를 관찰하였다.
3) 작업성은 GIARDINA 롤러 코터로 20분간 작동하여 도료나 도장의 상태가 이상이 없는가를 관찰하였다.
4) 자연미는 시편을 육안으로 판단하였다.
5) 내용제성은 거즈를 일정한 크기로 자른 후 시편 위에 올려놓고 용제(메틸에틸케톤)로 흠뻑 적신 후에 컵으로 용제의 휘발을 방지한다. 6시간이 경과한 후에 도막의 상태를 관찰하였다.
상기의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 수용성 자외선 경화형 도료 조성물은 코인 스크랫치성과 부착성이 우수하며 수지의 양이 많을수록 작업성이나 내용제성이 뛰어나게 향상됨을 알 수 있다. 한편, 비교예 1에 따른 도료 조성물의 경우 부착성과 코인 스크랫치성이 부족한 상태였으며 작업성도 좋지 않았다. 또한, 비교예 2에 따른 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지를 사용한 경우라도 모노머가 많을 때(수지 : 모노머 = 2 : 1)에는 코인 스크랫치성은 현저하게 부족한 상태가 되며 부착성도 약간 저하된다. 비교예 3에서와 같이, 수용성 에폭시 아크릴레이트 수지를 사용한 경우에는 물성을 좋게 하려고 많은 양의 수지를 사용한다고 하더라도 수용성 우레탄 아크릴레이트를 사용한 경우보다 코인 스크랫치성과 부착성이 좋지 않음을 알 수 있다.
목재와 같은 다공성 소재에 사용하기 위한 본 발명의 자외선 경화형 도료 조성물은 2액형 우레탄이나 아크릭 에멀젼 대신에 수용성 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 사용함으로써 모노머를 사용하지 않을 수 있으므로 코인 스크랫치성, 부착성, 내용제성, 자연미가 뛰어나게 되고 또한 작업성이 양호하다.

Claims (3)

  1. 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지 20∼50 중량%;
    모노머 0∼20 중량%;
    광개시제 0.5∼5 중량%;
    물 1∼80 중량%;
    증점제 0∼5 중량%; 및
    용제 0∼10 중량%를 함유하는 수용성 자외선 경화형 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수용성 우레탄 아크릴레이트 수지는 헥사 메틸렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트의 단량체 혹은 유도체중 적어도 하나를 사용하여 합성된 우레탄 아크릴레이트 수지에서 선택되는 것을 특징으로 하는 수용성 자외선 경화형 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모노머는 하이드록시 알킬 (메타)아크릴레이트, 폴리알킬렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리 메틸올 프로판 디알릴 에테르, 알킬 (메타)아크릴레이트, 1,6 헥산디올 디아크릴레이트 비닐 톨루엔, 비닐 아세테이트 및 스타이렌으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수용성 자외선 경화형 도료 조성물.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030046860A (ko) * 2001-12-06 2003-06-18 성창기업(주) 수용성 자외선 경화형 안료 착색제를 이용한 천연 무늬목바닥재의 착색방법에 관한 것이다.
KR100724797B1 (ko) * 2005-10-10 2007-06-04 에스에스씨피 주식회사 저점도 다관능 우레탄아크릴레이트 올리고머를 포함하는하이솔리드 자외선 경화형 도료 조성물
KR101110623B1 (ko) * 2009-12-24 2012-02-20 한국조폐공사 자외선 경화형 전색제 및 요판잉크 제조방법

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