KR20060072475A - 금속용 자외선 경화 도료 조성물 - Google Patents

금속용 자외선 경화 도료 조성물 Download PDF

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Abstract

철재 소재에 대한 부착성 및 내스크래치성 등이 우수한 금속용 자외선 경화형 도료 조성물이 개시되어 있다. 에폭시 아크릴레이트 올리고머 20 내지 50 중량 %, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 10 내지 40 중량%, 반응성 아크릴 모노머 20 내지 40 중량%, 광개시제 5 내지 10 중량% 및 첨가제 1 내지 5 중량%를 포함하는 금속용 자외선 경화형 도료 조성물을 제공한다. 이와 같은, 금속용 자외선 경화형 도료 조성물은 금속소재(특히, 철재소재)에 대한 부착성이 우수할 뿐 아니라, 내스크래치성, 내염수성, 내수성 등이 우수하다.
자외선, 경화, 도료, 에폭시 아크릴레이트

Description

금속용 자외선 경화 도료 조성물{Ultraviolet Curable Paint Composition For Metals}
본 발명은 금속용 자외선 경화형 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 소재와의 부착성, 내스크래치성, 내염수성, 내수성 등이 우수한 금속용 자외선 경화형 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 자외선 경화형 도료는 올리고머, 모노머, 광개시제 및 첨가제 등을 포함하며, 유색 코팅이 필요할 경우에는 유색안료를 사용하기도 한다. 자외선 경화형 도료의 성분 중 광개시제는 자외선에 의해 라디칼을 생성하는 역할을 하고, 광개시제에 의해 생성된 라디칼이 올리고머와 모노머의 이중 결합을 공격하여 3차원 망상구조로 가교 결합시킨다.
일반적으로 금속용 도료에 사용할 수 있는 올리고머는 불포화 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등을 들 수 있다.
우선, 불포화 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머는 작업성 향상 및 점도조절을 위해 스티렌 모노머를 반응성 희석제로 사용하며, 목재 등에 주로 사용하여 왔다. 이 불포화 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머는 용제 및 열에 대한 내성이 높다는 장점 등이 있으나, 경화가 느리며 도막이 하드(Hard)하며, 내염기성이 약한 단점이 있다. 그러나, 이러한 단점에도 불구하고 가격이 저렴하기 때문에 다관능성 모노머 등과 같이 사용하는 등의 방법으로 물성을 개선하여 사용되어 오고 있다.
에폭시 아크릴레이트 올리고머는 반응성이 높고, 경화된 도막의 경도, 밀착성, 내약품성 등이 우수하다. 반면에 도료의 점도가 높고 내후성이 약한 단점이 있다.
한편, 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 방향족계와 지방족계로 나뉠 수 있다. 이 중 방향족계는 내후성이 약하고 황변되기 쉽지만, 가격이 싼 특징을 가지고 있으며, 지방족계는 가공성, 반응성, 내후성 및 내약품성이 양호한 특징을 가지고 있으나, 가격이 비싼 단점이 있다.
본 발명에서는 자외선 경화용 도료에 적용할 수 있고, 도금강판 또는 스테인레스와 같은 철재류에 대해 부착성 및 방청성이 우수한 도료개발을 위해 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 섞어쓰는 방향으로 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 무황변 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함함으로써 도금강판 또는 스테인레스와 같은 금속류에 대한 부착성 및 방청성 등이 뛰어나고, 유색 코팅이 가능한 자외선 경화형 도료를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 에폭시 아크릴레이트 올리고머 20 내지 50 중량%, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 10 내지 40 중량%, 반응성 아크릴 모노머 20 내지 40 중량%, 광개시제 5 내지 10 중량% 및 첨가제 1 내지 5 중량%를 포함하는 금속용 자외선 경화형 도료 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 도료 조성물은 에폭시 아크릴레이트 올리고머를 포함한다.
본 발명에 사용가능한 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 예로는 비스페놀 A 타입 에폭시 아크릴레이트와 변성 에폭시 아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 구체적으로는 상업적으로 시판되고 있는 SARTOMER 社의 상품명 CN 120, CN 124, CN 151 등과 SARTOMER 社의 상품명 CN 117, CN 119, CN 136, CN 150 등을 사용할 수 있다.
상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머가 중량% 미만으로 포함되면 금속에 대한 부착성이 약해지는 단점이 있고, 50 중량%를 초과하여 사용하면 도료의 가격이 비싸지는 단점이 있다. 따라서, 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머는 전체 도료 조 성물 중 20 내지 50 중량%로 포함된다.
또한, 본 발명의 도료 조성물은 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함한다.
본 발명에 사용가능한 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 2관능기를 갖는 무황변 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 6관능기 이상을 갖는 무황변 우레탄 아크릴레이트 올리고머 등을 예로 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 구체적으로는 상업적으로 시판되고 있는 미원상사의 Miramer PU210, PU320, PU350, PU4240, NK 社의 Oligomer U-6LHA(6관능기), U-520(10관능기), U-15HA(15관능), Sartomer 社의 CN966 시리즈, CN963 시리즈, 한수화학의 UA-250, UA-400, UA-450, UA-800, UA-850 등의 무황변 지방족계 우레탄 올리고머 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
상기 우레탄 아크릴레이트 모노머가 10중량% 미만으로 포함되면 도료의 점도가 낮고, 40중량%를 초과하면 도료의 가격이 높아지는 문제점이 있다. 따라서, 상기 우레탄 아크릴레이트 모노머는 전체 도료 조성물 중 10 내지 50 중량%로 포함된다.
한편, 본 발명의 도료 조성물은 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 함량의 합이 전체 도료 조성물 총 중량에 대해 30 내지 60 중량%의 범위인 것이 바람직하다. 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 함량의 합이 30 중량% 미만이면 도료의 점도가 낮고, 60 중량%를 초과하면 도료의 가격이 높아지기 때문이다.
본 발명의 도료 조성물은 반응성 아크릴 모노머를 포함한다. 사용가능한 반 응성 아크릴 모노머의 구체적인 예로는 이소보닐 아크릴레이트(isobonyl acrylate : IBOA), 이소보닐 메타크릴레이트(isobonyl methacrylate), 테트라히드로퓨릴 아크릴레이트(tetrahydrofuryl acrylate : THFA), 2-페녹시에틸 아크릴레이트(2-phenoxyethyl acrylate), 스테아릴 아크릴레이트(stearyl acrylate), 카프로락톤 아크릴레이트(caprolactone acrylate), 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(tripropyleneglycol diacrylate : TPGDA), 1, 6-헥산디올 디아크릴레이트(1, 6-hexane diol diacrylate : HDDA), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate : TMPTA), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 에톡시레이티드 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(ethoxylated trimethylol propane triacrylate) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 다만, 도막의 부착성 및 경화시간, 가격 등을 고려하여 적절한 모노머를 섞어 쓰는 것이 바람직하다.
상기 반응성 아크릴 모노머가 20 중량% 미만으로 포함될 경우, 도료의 점도가 너무 높아지며 도료가격도 상승하며, 40 중량%를 초과하면 도료의 점도가 묽어지며 작업성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 상기 반응성 아크릴 모노머는 전체 도료 조성물 중 20 내지 40 중량%로 포함된다.
본 발명의 도료 조성물은 광개시제를 포함한다. 광개시제로는 자외선에 의해 활성을 띠는 통상의 중합개시제가 사용되며, 특히 A-CO-B(식 중, A는 알킬기를 나타내고, B는 페닐기를 나타낸다)의 구조식을 갖는 광개시제를 사용할 수 있다. 구체적으로는 벤조페논계, 벤조인, 벤조인에테르계, 벤질케탈계, 아세토페논계, 아 트라퀴논계, 티옥소잔톤계 등의 화합물을 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 상업적으로 시판되고 있는 CIBA GEIGY 社의 Irgacure 184, 651, 819 등을 사용할 수 있다.
상기 광개시제가 5 중량% 미만으로 사용되면 후막코팅 시 경화시간이 오래 걸리고, 10 중량%를 초과할 경우에는 가격상승 및 저장 안정성이 저하된다. 따라서, 상기 광개시제는 전체 도료 조성물에 대해 2.5 내지 5 중량%로 포함된다.
이밖에 본 발명의 도료 조성물은 첨가제로써 유색안료, 분산제, 소포제, 부착증진제 등을 도료 조성물 총 중량에 대해 1 내지 5 중량%로 포함한다.
이하, 하기 실시예를 통해 본 발명을 설명하기로 한다. 단, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
변성 에폭시 아크릴레이트 올리고머(SARTOMER 社의 상품명 CN 150) 50중량%, 우레탄 아크릴레이트 올리고머(Miramer PU210 또는 NK Oligomer 社의 U-15HA) 10 중량%, 반응성 아크릴 모노머인 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 10 중량% 및 1,6-헥산디올 디아트릴레이트(HDDA) 20 중량%, 광개시제(CIBA GEIGY 社의 Irgacure 184) 8 중량%, 분산제 0.5 중량%, 부착증진제 0.2 중량%, 방청제 0.3중량% 및 블랙착색안료 1 2중량%를 혼합하여 도료조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
변성 에폭시 아크릴레이트 올리고머(SARTOMER 社의 상품명 CN 150) 41중량%, 우레탄 아크릴레이트 올리고머(Miramer PU210 또는 NK Oligomer 社의 U-520) 16 중량%, 반응성 아크릴 모노머인 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 8 중량% 및 이소보닐 아크릴레이트(IBOA) 25 중량%, 광개시제(CIBA GEIGY 社의 Irgacure 184) 8 중량%, 분산제 0.5 중량%, 부착증진제 0.2 중량%, 방청제 0.3중량% 및 블랙착색안료 1중량%를 혼합하여 도료조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3
변성 에폭시 아크릴레이트 올리고머(SARTOMER 社의 상품명 CN 150) 45중량%, 우레탄 아크릴레이트 올리고머(Miramer PU4240 또는 NK Oligomer 社의 U-6LHA) 13 중량%, 반응성 아크릴 모노머인 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 11 중량% 및 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(TPGDA) 21 중량%, 광개시제(CIBA GEIGY 社의 Irgacure 184) 8 중량%, 분산제 0.5 중량%, 부착증진제 0.2 중량%, 방청제 0.3중량% 및 블랙착색안료 1중량%를 혼합하여 도료조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
에폭시 아크릴레이트 올리고머(SARTOMER 社의 상품명 CN 151) 50 중량%, 반응성 아크릴 모노머인 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 41 중량%, 광개시제(CIBA GEIGY 社의 Irgacure 184) 7 중량%, 분산제 0.5 중량%, 부착증진제 0.2 중량%, 방청제 0.3중량% 및 블랙착색안료 1중량%를 혼합하여 도료조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2
변성 에폭시 아크릴레이트 올리고머(SARTOMER 社의 상품명 CN 117) 54 중량%, 반응성 아크릴 모노머인 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 37 중량%, 광개시제(CIBA GEIGY 社의 Irgacure 184) 7 중량%, 분산제 0.5 중량%, 부착증진제 0.2 중량%, 방청제 0.3중량% 및 블랙착색안료 1중량%를 혼합하여 도료조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 3
우레탄 아크릴레이트 올리고머(Miramer PU210) 60 중량%, 반응성 모노머인 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(TPGDA) 10 중량%, 트리메틸프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 10 중량%, 이소보닐 아크릴레이트(IBOA) 10 중량%, 광개시제(CIBA GEIGY사의 Irgacure 184) 8%, 분산제 0.5 중량%, 부착증진제 0.2 중량%, 방청제 0.3중량% 및 블랙착색안료 1중량%를 혼합하여 도료조성물을 제조하였다. 사용된 성분의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
(단위 : 중량%)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
에폭시 아크릴레이트 50 41 45 50 54
우레탄 아크릴레이트 10 16 13 60
모노머 30 33 32 41 37 30
광개시제 8 8 8 7 7 8
분산제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
부착증진제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
방청제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
블랙착색안료 1 1 1 1 1 1
합계 100 100 100 100 100 100
<물성 평가>
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 의해 제조된 각각의 도료 조성물을 철판(CR 강판)에 어플리케이터(applicator)로 40㎛의 두께로 도포하고, 자외선 경화장치(1200 mJ/cm2, 3-5m/분)에 통과시켜서 경화 도막 시편을 수득하였다. 수득된 각각의 경화 도막 시편에 대해 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 자외선 경화성
경화성 측정 조도계(IL390B)를 사용하여 UV 경화장치를 통과시킨 후, 경화 도막의 택-프리(Tack-Free) 여부를 관찰하였다.
(2) 부착성
JIS D0202에 따라서 측정하였다.
(3) 내스크래치성
동전으로 동일한 힘으로 도막을 눌러 긁어 스크래치 여부를 육안으로 관찰하였다.
(4) 내염수성
5% 염화나트륨 수용액에 240시간 동안 침지한 후, 도막상태를 관찰하였다.
(5) 내수성
50% 에탄올 수용액에 상온에서 24시간동안 침지한 후, 도막상태를 관찰하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
자외선경화성 ◎ Ｏ Ｏ △ △ Ｏ
부착성 100/100 100/100 70/100 100/100 100/100 100/100
내스크래치성 ◎ ◎ ◎ × × ×
내염수성 Ｏ ◎ Ｏ △ △ △
내수성 Ｏ ◎ Ｏ △ △ △
◎ : 우수, Ｏ : 양호, △ : 보통, ×: 불량
상기 표 2의 실시예 1 내지 3에 대한 물성평가 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 자외선 경화형 도료 조성물은 자외선경화성, 부착성, 내스크래치성, 내염수성 및 내수성 등읠 제반 물성이 우수하였다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선 경화형 도료 조성물은 전기아연도금강판(Electrolytic Galvanized Iron : EGI), SUS(steel use stainless) 등의 금속소재(특히, 철재소재)에 대한 부착성이 우수할 뿐 아니라, 내 스크래치성, 내염수성, 내수성 등이 우수하여, 철재류 등의 도료로서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 자외선 경화형 도료 조성물에 있어서,
    (i) 에폭시 아크릴레이트 올리고머 20 내지 50 중량 %;
    (ii) 우레탄 아크릴레이트 올리고머 10 내지 40 중량%;
    (iii) 반응성 아크릴 모노머 20 내지 40 중량%;
    (iv) 광개시제 5 내지 10 중량%; 및
    (v) 첨가제 1 내지 5 중량%
    를 포함하는 하는 금속용 자외선 경화형 도료 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 함량의 합이 상기 도료 조성물 총 중량에 대해 30 내지 60 중량%인 것을 특징으로 하는 금속용 자외선 경화형 도료 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머가 비스페놀 A 타입 에폭시 아크릴레이트와 변성 에폭시 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상임을 특징으로 하는 금속용 자외선 경화형 도료 조성물.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머가 2관능기를 갖는 무황변 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 6관능기 이상을 갖는 무황변 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 금속용 자외선 경화형 도료 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응성 아크릴 모노머가 이소보닐 아크릴레이트(isobonyl acrylate : IBOA), 이소보닐 메타크릴레이트(isobonyl methacrylate), 테트라히드로퓨릴 아크릴레이트(tetrahydrofuryl acrylate : THFA), 2-페녹시에틸 아크릴레이트(2-phenoxyethyl acrylate), 스테아릴 아크릴레이트(stearyl acrylate), 카프로락톤 아크릴레이트(caprolactone acrylate), 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(tripropyleneglycol diacrylate : TPGDA), 1, 6-헥산디올 디아크릴레이트(1, 6-hexane diol diacrylate : HDDA), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate : TMPTA), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 에톡시레이티드 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(ethoxylated trimethylol propane triacrylate)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상임을 특징으로 하는 금속용 자외선 경화형 도료 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광개시제가 벤조페논계, 벤조인, 벤조인에테르계, 벤질케탈계, 아세토페논계, 아트라퀴논계 및 티옥소잔톤계 화합물에서 선택된 1 종 이상임을 특징으로 하는 금속용 자외선 경화형 도료 조성물.
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