KR20000059590A

KR20000059590A - 비금속 표면 코팅 조성물

Info

Publication number: KR20000059590A
Application number: KR1019990007304A
Authority: KR
Inventors: 이호섭; 이병기
Original assignee: 김충세; 고려화학 주식회사
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2000-10-05

Abstract

본 발명은 비금속 표면 코팅 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다음 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물 중에서 선택된 것을 가수분해 및 축합반응시킨 실록산 수지, 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지 등을 코팅 조성물중 주제로 함유시킴으로써 유리, 플라스틱 등 비금속 소재의 표면에 우수한 부착성과 다양한 색상을 부여할 수 있는 비금속 표면 코팅 조성물에 관한 것이다.

(R₁)_aSi(OR₂)_4-a

상기 화학식 1에서 R₁은 탄소수 1 ∼ 6의 알킬기, 에폭시기 치환 알킬기 또는 아민 관능기 치환 알킬기이고, R₂는 수소 또는 탄소수 1 ∼ 3의 알킬기이고, a는 0 ∼ 2의 정수이다.

Description

비금속 표면 코팅 조성물{A composition for non-metallic surface coating}

화학식 1

(R₁)_aSi(OR₂)_4-a

종래의 기술로 대한민국특허공개 제91-12099호 및 제92-25944호에는 유기 관능성 실란 화합물, 실란 커플링제, 콜로이달 실리카, 유기용제 및 경화제를 이용한 것이 알려져 있으나, 이는 별도의 숙성과정으로 인한 작업성에 문제가 있으며, 강한 도막을 형성하여 플라스틱 등의 비금속 소재에 코팅할 경우 열 수축, 팽창 차이로 인해 도막박리 현상을 초래한다. 또한, 대한민국특허공개 제92-18057호에는 이소시아네이트와 다가알콜 간의 경화를 이용한 유리 코팅 조성물이 개시되어 있으나, 이는 유리 표면을 전처리해야 하는 문제점이 있다.

현재 사용되는 유리 코팅 방법으로는 유리프릿트(저융점 유리분말)를 이용하여 고온에서 용융, 융착하는 방법이 널리 사용되고 있으나, 이는 인체에 유해한 납과 같은 독성화합물로 인해 그 사용에 한계가 있는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제를 개선하기 위하여 상기 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물 중에서 선택된 것을 가수분해 및 축합한 실록산 수지를 주제에 함유시켜 별도의 숙성과정이 필요없이 주제 및 경화제를 단순히 혼합할 수 있고, 수지에 유연성을 부여하여 열에 의한 소재의 수축, 팽창에 의한 도막박리 현상을 개선할 수 있으며, 유리 프릿트를 이용했을 때 수반되는 납과 같은 독성화합물을 배제하여 유해성을 개선시킬 수 있는 비금속 표면 코팅 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전체 표면 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 다음 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물 중에서 선택된 서로 다른 3종이 축합된 실록산 수지 10 ∼ 20 중량부, 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지 25 ∼ 35 중량부, 용제 30 ∼ 50 중량부, 안료 1 ∼ 25 중량부 및 경화제 1 ∼ 5 중량부를 포함하는 비금속 표면 코팅 조성물을 그 특징으로 한다.

화학식 1

(R₁)_aSi(OR₂)_4-a

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 비금속 표면 코팅 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물을 가수분해 및 축합반응시켜 얻어진 실록산 수지에 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지를 혼합한 바인더에 안료 및 용제를 첨가하고 분산시킨 주제와 티타네이트 화합물과 용제로 이루어진 경화제로 구성된다.

본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물로는 테트라에틸 올소실리케이트, 메틸트리메톡시 실란, 에틸트리에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디에틸디에톡시 실란, γ-글리시독시프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시독시프로필 트리에톡시 실란, γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시 실란 등이 사용될 수 있다.

상기와 같은 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물을 150 ∼ 200 rpm으로 교반하면서 1 ∼ 20%의 아세트산 수용액을 2 ∼ 3시간동안 적가하는데, 용기의 온도는 초기온도를 25℃ 이상에서 유지하고, 아세트산 수용액의 투입 후, 50℃ 이하를 유지하는 방법으로 가수분해시키는데, 이때 금속알콕시 실란화합물의 가수분해당량이 0.5 ∼ 1.5, 바람직하기로는 0.8 ∼ 1.2 되도록 가수분해한다. 만일 가수분해 당량이 0.5 미만이면 도료 적용시 경화가 이루어지지 않고, 1.5를 초과하면 도료내 저장안정성을 떨어뜨려 겔화를 초래하게 된다.

상기와 같이 가수분해를 수행한 다음, 용기온도는 50℃ 이상에서 유지하여 상온이 될 때까지 교반하는 방법으로 축합반응을 수행함으로써 도료의 저장안정성을 가지며 150 ∼ 200℃에서 경화되는 실록산 수지를 제조한다. 이때, 실록산 수지는 상기 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물 중에서 선택된 서로 다른 3종에 물 및 산촉매를 가하여 제조된다. 이러한 실록산 수지는 실록산 수지 100 중량부에 대하여 γ-글리시독시프로필 트리메톡시 실란 20 ∼ 30 중량부, 에틸트리에톡시 실란 60 ∼ 70 중량부, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란 1 ∼ 5 중량부, 물 8 ∼ 15 중량부 및 아세트산 0.5 ∼ 1.5 중량부로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, γ-글리시독시프로필 트리메톡시 실란의 함량이 20 중량부 미만이면 경도가 높아져서 부서지기 쉽고, 30 중량부를 초과하면 최종 코팅 조성물의 경화속도가 늦어진다. 그리고, 에틸트리에톡시 실란의 함량이 60 중량부 미만이면 최종 코팅 조성물의 경화속도에 문제가 있고, 70 중량부를 초과하면 경도가 높아져서 부서지기 쉽다. 또한, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란의 함량이 1 중량부 미만이면 코팅 조성물의 부착성능이 떨어지고, 5 중량부를 초과하면 코팅 조성물의 저장안정성이 떨어진다. 한편, 실록산 수지를 구성하는 물의 함량이 8 중량부 미만이면 가수분해가 잘 이루어지지 않고, 15 중량부를 초과하면 가수분해 및 축합반응이 과다하게 진행되어 코팅 조성물의 저장안정성을 떨어뜨린다.

그리고, 상기 실록산 수지와 함께 본 발명에 따른 표면 코팅 조성물의 주제에 사용되는 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지는 히드록시기값이 25 ∼ 40, 바람직하기로는 28 ∼ 37의 값을 갖는 것이 좋다. 만일 히드록시기값이 25 미만이면 도막의 경도를 떨어뜨리고, 40을 초과하면 도료 적용시 도막에 균열 발생이 심한 문제가 있다.

상기와 같은 표면 코팅 조성물의 주제인 실록산 수지와 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지는 1:2 ∼ 1:3의 중량비를 갖도록 하는 것이 부착성 및 내용제성면에서 좋다. 만일 상기 비율을 벗어나게 되면 도막의 부착성 및 내용제성이 현저히 떨어진다.

한편, 상기 실록산 수지와 유용성 불소수지를 바인더로 하고, 여기에 안료 및 용제를 가하여 본 발명에 따른 표면 코팅 조성물의 주제를 제조한다.

용제로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노말프로판올, 노말부탄올, sec-부탄올, t-부탄올, 메틸셀루솔브, 에틸셀루솔브, 부틸셀루솔브, 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 자일렌, 톨루엔 등이 있으며, 상기의 나열된 유기용제는 2종 또는 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 용제는 전체 표면 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 30 ∼ 50 중량부로 첨가하는 것이 좋다.

또한, 안료는 전체 표면 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 1 ∼ 25 중량부로 첨가하는데, 만일 첨가량이 25 중량부를 초과하면 소재와의 부착성이 저하된다.

경화제는 조성물을 저온 또는 경화속도를 빠르게 하기 위하여 사용하는 것으로 이는 티타네이트 화합물, 예를 들면 테트라이소프로필티타네이트, 테트라이소부틸티타네이트, 테트라에틸티타네이트, 테트라에틸헥실티타네이트, 티타늄아세톤티타네이트, 티타늄락테이트, 이소프로필티타늄이소스티레이트, 트리에탄올아민티타네이트, 테트라노말부틸티타네이트 등이 있으며, 이들은 전체 표면 코팅 조성물 100 중량부에 대하여 1 ∼ 5 중량부를 사용하는 것이 좋다. 만일 사용량이 1 중량부 미만이면 경화온도가 높아지며 경화속도가 느려지고, 5 중량부를 초과하면 도료의 경화속도를 빠르게 하여 도료의 점도를 빠르게 하거나 겔화를 초래해 가사시간이 짧아져 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

상술한 바와 같이, 상기 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물을 가수분해 및 축합시킨 실록산 수지와 함께 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지, 안료, 용제 및 경화제를 포함하는 본 발명의 비금속 표면 코팅 조성물은 유리, 플라스틱 등 비금속 소재의 표면에 우수한 부착성과 다양한 색상을 부여할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1 ∼ 4 : 실록산 수지의 제조

다음 표 1에 나타낸 금속알콕시 실란화합물을 환류 냉각기 및 교반기가 장치된 반응기에 투입한 다음, 200 rpm으로 교반하면서 2%의 아세트산 수용액을 적하하였다. 이때, 실란화합물 첨가 시간은 2 ∼ 3시간으로 하였다. 용기내 온도는 실란화합물을 투입한 후, 초기 온도를 25℃ 이상이 되도록 하되, 아세트산 수용액을 투입한 후, 50℃ 이하로 유지하여 다음 표 1에 나타낸 조성으로 실록산 수지를 제조하였다.

구 분	제조예 (g)
구 분	1	2	3	4
에틸트리에톡시 실란	62	62	65	60
γ-아미노프로필 트리에톡시 실란	3	5	1	1
γ-글리시독시프로필 트리메톡시 실란	23	21	24	27
물	11.1	11.1	9.1	11.1
아세트산	0.9	0.9	0.9	0.9

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 3

상기 제조예 1 ∼ 4에서 합성한 실록산 수지와 다음 표 2에 나타낸 조성으로 비금속 표면 코팅 조성물을 제조하였다.

구 분	실시예 (g)	비교예 (g)
구 분	1	2	3	4	1	2	3
실록산 수지	제조예 1	15	-	-	-	-	-	-
	제조예 2	-	15	-	-	30	10	10
	제조예 3	-	-	15	-	-	-	-
	제조예 4	-	-	-	15	-	-	-
유용성 불소수지	33	30	33	33	30	40	25
에탄올	16	17.5	16	16	10	15	17.5
자일렌	16	17.5	16	16	10	15	17.5
티타늄디옥사이드	20	20	20	20	20	20	30
경화제¹⁾	20	20	20	20	20	20	20
(주) 1) 테트라부틸티타네이트 0.4g + 자일렌 19.6g

실험예

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 표면 코팅 조성물을 수세 처리한 유리 시편에 40±5㎛의 도막 두께로 도포하고, 150℃/30분동안 가열경화시킨 후, 다음과 같은 시험을 통해 물성을 평가하고 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

부착성 시험은 KS D6711-92 기준에 의한 2㎜ × 2㎜ 크로스-커팅후 테이프 박리시험으로 측정하였고, 내용제성은 도막을 이소프로필알콜(IPA)로 100회 문지름으로 측정하였고, 내비등성은 비등수 2시간 침적후 도막상태를 관찰하였고, 내온수성은 60℃/7일 경과후 도막상태를 관찰하였고, 내산성은 5% 황산수용액을 도막상에 1㎖ 적가하여 24시간 경과후 도막 외관을 관찰하였고, 내알칼리성은 5% 석회수용액을 도막상에 1㎖ 적가하여 24시간 경과후 도막 외관을 관찰하였다.

구 분	실시예	비교예
구 분	1	2	3	4	1	2	3
부착성	○	○	○	○	△	△	×
내용제성	○	○	○	○	○	×	△
내비등성	○	○	○	○	△	△	△
내온수성	○	○	○	○	×	△	△
내산성	○	○	○	○	○	×	△
내알칼리성	○	○	○	○	△	×	△
(주) ○ : 양호, △ : 보통, × : 불량

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비금속 표면 코팅 조성물은 부착성, 내용제성, 내비등성, 내온수성, 내산성, 내알칼리성 등이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 비금속 표면 코팅 조성물은 유리, 플라스틱 등 비금속 소재의 표면에 우수한 부착성과 다양한 색상을 부여할 수 있다.

Claims

다음 화학식 1로 표시되는 금속알콕시 실란화합물 중에서 선택된 서로 다른 3종이 가수분해 및 축합된 실록산 수지 10 ∼ 20 중량부, 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지 25 ∼ 35 중량부, 용제 30 ∼ 50 중량부, 안료 1 ∼ 25 중량부 및 경화제 1 ∼ 5 중량부를 포함하는 비금속 표면 코팅 조성물.

화학식 1

(R₁)_aSi(OR₂)_4-a

상기 화학식 1에서 R₁은 탄소수 1 ∼ 6의 알킬기, 에폭시기 치환 알킬기 또는 아민 관능기 치환 알킬기이고, R₂는 수소 또는 탄소수 1 ∼ 3의 알킬기이고, a는 0 ∼ 2의 정수이다.
제 1 항에 있어서, 실록산 수지는 실록산 수지 100 중량부에 대하여 γ-글리시독시프로필 트리메톡시 실란 20 ∼ 30 중량부, 에틸트리에톡시 실란 60 ∼ 70 중량부, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란 1 ∼ 5 중량부, 물 8 ∼ 15 중량부 및 아세트산 0.5 ∼ 1.5 중량부가 가수분해 및 축합된 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.
제 1 항에 있어서, 실록산 수지와 히드록시기를 갖는 유용성 불소수지는 1:2 ∼ 1:3의 중량비를 갖는 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.
제 1 항에 있어서, 경화제는 테트라이소프로필티타네이트, 테트라이소부틸티타네이트, 테트라에틸티타네이트, 테트라에틸헥실티타네이트, 티타늄아세톤티타네이트, 티타늄락테이트, 이소프로필티타늄이소스티레이트, 트리에탄올아민티타네이트 및 테트라노말부틸티타네이트 중에서 선택된 하나 또는 그 이상인 것임을 특징으로 하는 비금속 표면 코팅 조성물.