KR20090073618A - 수성 상도 투명 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

친환경적이고 향상된 도막 물성을 가지는 수성 상도 투명 도료 조성물에 있어서, 수성 상도 투명 도료 조성물은 수산기 함량이 3.5 내지 5%이고 고형분 함량이 35 내지 55중량%인 수용성 아크릴 수지 분산물을 포함하는 주제 조성물과, 이소시아네이트기 함량이 22 내지 26%인 소수성 폴리이소시아네이트, 이소시아네이트기 함량이 16 내지 20%인 친수성 폴리이소시아네이트 및 유기용제를 포함하는 경화제 조성물, 및 물을 포함한다. 수성 상도 투명 도료 조성물은 휘발성 유기 화합물의 함량이 감소되어 친환경적이면서도 향상된 경화건조성, 내충격성 및 내수성을 지닌다.

Description

수성 상도 투명 도료 조성물{Waterborne Clear Top Coat Composition}
본 발명은 수성 상도 투명 도료 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 자동차 보수용 수성 상도 투명 도료 조성물에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound; VOC)의 배출량이 지속적으로 증가하면서 대기 환경오염 방지의 중요성이 대두되고 있다. 이를 위하여 각 나라별로 VOC 규제법을 시행하고 있는 상황이고, 우리나라 역시 수도권 보급 도료에 대하여 2010년 도료의 VOC 함량에 규제를 두고 있다. 2010년 VOC 기준 설정결과 하도 및 특수기능도료는 종전의 함유기준과 동일하지만, 상도 도료(SINGLE, BASECOAT, TOPCOAT)의 기준안은 500g/l이하로 절감되었다. 이러한 규제 조치에 더하여 향후 VOC 기준은 420g/l, 250g/l로 더욱 강화될 것으로 예상된다. 따라서 VOC 규제 기준에 대응하여 휘발성 유기 화합물의 함량을 줄일 수 있는 도료의 개발이 요구된다.
현재 자동차 보수용 도료 조성물에서 도료의 VOC 함량을 줄이는 방안으로, 프라이머 서페이서(primer surfacer)와 클리어 코트(clear top coat)의 경우 고형분의 함량이 높은 하이솔리드 도료(high solid paint), 분체 도료 및 수성 도료의 개발 등으로 연구가 진행되고 있다. 또한, 베이스코트는 수성 도료로 개발되는 추 세이다. 이들 중 도료의 하이솔리드화는 VOC 감량 수준에 한계가 있다. 분체 도료의 경우, 180℃의 고온에서 경화해야 하므로 일반 자동차 보수용 도장업체에서 이를 적용하기 어렵다. 따라서 장기적으로 VOC 감량 기준을 충족할 수 있는 수성 도료의 개발이 요구된다. 현재 수용성 클리어 코트의 경우, 유럽 국가 이외의 나라에서는 아직 상용화되지 못한 상태이고, 유럽 시장에서도 사용 실적은 저조한 상태이다. 특히, 수성 도료는 일반적으로 도막 형성시 건조성, 외관, 광택, 도막의 물리적 특성이 좋지 않고, 경화제와 주제의 상용성이 떨어지는 문제점을 지닌다.
따라서 본 발명의 목적은 친환경적이고 향상된 도막 물성을 지니는 자동차 보수용 수성 상도 투명 도료 조성물을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 수산기 함량이 3.5 내지 5%이고 고형분 함량이 35 내지 55중량%인 수용성 아크릴 수지 분산물을 포함하는 주제 조성물 50 내지 70중량부, 이소시아네이트기 함량이 22 내지 26%인 소수성 폴리이소시아네이트, 이소시아네이트기 함량이 16 내지 20%인 친수성 폴리이소시아네이트 및 유기용제를 포함하는 경화제 조성물 10 내지 30중량부, 및 물 10 내지 30중량부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound; VOC)의 함량이 1 내지 250g/L의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 수산기에 대한 이소시아네이트기의 비율(NCO/OH)이 1.5 내지 2의 범위 일 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 유기용제의 함량을 억제하고 물을 사용함으로써 휘발성 유기 화합물의 함량이 250g/L 이하인 친환경적인 도료이다. 또한, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 친수성 폴리이 소시아네이트와 소수성 폴리이소시아네이트의 배합 비율이 적절히 조절된 경화제를 사용함으로써 경화제와 주제의 상용성이 우수하다. 아울러, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 도막 작업에 적절한 점도를 지니면서, 외관, 경화건조성, 내충격성, 내수성과 같은 도막 물성이 우수한 특징을 지닌다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 자동차 보수용 도료를 비롯한 다양한 산업 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물에 대하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 제한하는 의도로 사용되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하고, "포함하다" 또는 "이루어지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어 들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
수성 상도 투명 도료 조성물
본 발명의 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 수산기 함량이 수용성 아크릴 수지 분산물을 포함하는 주제 조성물과, 소수성 폴리이소시아네이트, 친수성 폴리이소시아네이트 및 유기용제를 포함하는 경화제 조성물, 및 물을 포함한다.
본 발명의 수성 상도 투명 도료 조성물에 포함되는 주제 조성물은 수산기를 함유하는 수용성 아크릴 수지 분산물을 포함한다. 상기 수용성 아크릴 수지 분산물은 수산기를 포함하는 아크릴 수지가 물 및 유기용제에 분산되어 있는 수분산성 수지이다. 상기 수용성 아크릴 수지 분산물은 고형분의 함량이 약 35 내지 55중량%의 범위일 수 있다.
상기 수용성 아크릴 수지 분산물에 포함되는 아크릴 수지는 수산기를 함유하는 아크릴 수지라면 어느 것이든지 사용이 가능하며, 예를 들어, 히드록시에틸 아크릴레이트와 아크릴레이트의 공중합체일 수 있다. 수용성 아크릴 수지 분산물에 포함되는 수산기의 함량은 3.5 내지 5%의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 수용성 아크릴 수지 분산물에 포함되는 아크릴 수지는 5,000에서 20,000 범위의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다.
상기 수용성 아크릴 수지 분산물에 포함되는 유기 용제는 글리콜에테르 화합물, 알코올아민, 지방족 유기 용제, 방향족 유기 용제 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 수용성 아크릴 수지 분산물은 수산기를 포함하는 폴리아크릴레이트, 물, 폴리프로필렌 글리콜 노르말 부틸 에테르, 트리에탄올아민, 석유계용제 및 1,2,4-트리메틸벤젠을 포함할 수 있다.
상기 수용성 아크릴 수지 분산물은 반투명한 액체 상태로서, 물에 완전히 용해되는 수용성 수지를 사용하는 경우에 비하여 분자량이 큰 수지를 사용할 수 있어서 경화성 및 도막 물성이 보다 우수하다. 또한, 상기 수용성 아크릴 수지 분산물은 물과 혼합시 에멀전을 형성하는 수지에 비하여, 친수성 관능기기 고르게 분포되어 있어 도막의 경화시 외관이나 광택이 보다 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주제 조성물은 상기 수용성 아크릴 수지 분산물과 함께, 유기용제, 물 및 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 주제 조성물은 수용성 아크릴 수지 분산물 70 내지 90중량부, 유기 용제 0.001 내지 10중량부, 순수 0.001 내지 20중량부 및 첨가제 0.001 내지 5중량부를 포함할 수 있다.
상기 주제 조성물 100중량부에 대하여 상기 수용성 아크릴 수지 분산물의 함량이 70중량부 미만이면, 도막의 형성시 경화가 충분히 이루어지지 않고, 이소시아네이트기에 비하여 수산기의 함량이 적어서 도료 내 잔류 이소시아네이트기로 인하여 건조가 매우 느릴 수 있다. 또한, 상기 수용성 아크릴 수지 분산물의 함량이 90 중량부를 초과하면, 도료 조성물의 점도가 지나치게 증가하여 작업성이 저하될 수 있다.
상기 주제 조성물은 주 용제로 물을 포함할 수 있다. 그러나 물을 단독으로 사용하는 경우에는 높은 극성과 수지에 대한 낮은 용해력으로 도료에서 강한 요변성(thixotropic property)을 보이고, 표면 장력이 커서 도막의 외관이 불량할 수 있다. 따라서 상기 주제 조성물은 물의 표면장력과 극성을 낮추어 도장 작업성, 도막 표면 상태와 같은 외관의 품질을 개선할 수 있는 유기 용제를 함께 사용할 수 있다.
상기 주제 조성물에 포함될 수 있는 유기 용제는 물과 혼합될 수 있는 것이면 어느 것이든지 사용이 가능하다. 상기 유기 용제의 예로는 알콜, 글리콜, 에테르, 에스테르, 케톤계 화합물을 들 수 있다. 예를 들어, 부틸 셀로솔브, 이소프로판올, n-부탄올, 에틸렌 글리콜, 메틸 셀로솔브, 카비톨, 부틸 카비톨, 메톡시 프로판올, 아세톤, 셀로솔브 아세테이트, 3-메틸 부탄올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 주제 조성물은 유기 용제로 끓는점이 171℃이고, 용해도가 9.9인 부틸 셀로솔브를 포함할 수 있다. 상기 유기 용제는 물의 특성을 보완하는 정도에서 최소한의 양을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 주제 조성물 100중량부에 대하여 10중량부 이하로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 주제 조성물은 용도와 물성을 고려하여 자외선 흡수제, 광안정제, 레벨링제, 소포제, 유화제, 계면활성제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 상술한 주제 조성물과 함께, 소수성 폴리이소시아네이트, 친수성 폴리이소시아네이트 및 유기용제를 포함하는 경화제 조성물을 포함한다.
상기 경화제 조성물에 포함되는 소수성 폴리이소시아네이트는 지방족(aliphatic) 폴리이소시아네이트일 수 있다. 예를 들어, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 에틸(2,6-디이소이아네이토)헥사노에이트, 1,12-도데카메틸렌 디이소이아네이트, 1,3,6-헥사메틸렌 트리이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 이미노옥사디아진 디온(1,6-hexamethylene diisocyanate iminooxadiazine dione) 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 상기 소수성 폴리이소시아네이트는 이소시아네이트기의 함량이 약 22 내지 26%일 수 있다.
상기 경화제 조성물에 포함되는 친수성 폴리이소시아네이트는 지방족 폴리이소시아네이트에 친수성 관능기가 결합된 것으로, 예를 들어 상술한 지방족 폴리이소시아네이트에 에틸렌 옥사이드, 폴리올 등이 부가된 친수성 부가물일 수 있다. 상기 친수성 폴리이소시아네이트는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 구조를 지니며, 이소시아네이트기의 함량이 약 16 내지 20%일 수 있다.
상기 경화제 조성물은 상기 소수성 폴리이소시아네이트와 친수성 폴리이소시아네이트를 약 3.5:1 내지 5:1의 중량비율로 포함할 수 있다. 상기 소수성 폴리이소시아네이트와 친수성 폴리이소시아네이트의 중량비율이 3.5:1 미만이면 수용성 아크릴 수지 분산물과의 혼합은 용이하지만 내충격성, 내수성과 같은 도막 물성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 소수성 폴리이소시아네이트와 친수성 폴리이소시아네이트의 중량비율이 5:1을 초과하면 경화제와 수용성 아크릴 수지 분산물의 혼합이 어려울 수 있다. 따라서 상기 경화제 조성물은 상기 소수성 폴리이소시아네이트와 친수성 폴리이소시아네이트를 약 3.5:1 내지 5:1의 중량비율로 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 4:1 내지 4.7:1의 중량비율로 포함할 수 있다.
상기 경화제 조성물은 폴리이소시아네이트 외에도 유기 용제를 더 포함한다. 사용이 가능한 유기 용제의 예로는 알콜, 글리콜, 에테르, 에스테르, 케톤계 화합물 등을 들 수 있으며, 주제 조성물에 사용될 수 있는 유기 용제의 예와 실질적으로 동일하다. 상기 경화제 조성물이 유기 용제를 포함하지 않는 경우에는, 시간의 경과에 따라 경화제의 점도 증가가 심하여 수지 혼합 후 일주일이 지나면 사용이 불가능해지고, 주제와 혼합하여도 쉽게 증점될 수 있다. 상기 유기 용제는 점도와 안정성을 개선하는 정도에서 최소한의 양을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 경화제 조성물 100중량부에 대하여 0.1 내지 30중량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 경화제 조성물은 이소시아네이트기를 약 10 내지 25%의 범위로 포함할 수 있다. 이소시아네이트기의 함량이 10% 미만이면, 전체 도료 조성물에서 경화제의 함량이 증가하게 되고, 이에 따라 점도의 증가로 작업성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 수산기에 대한 이소시아네이트기의 비율(NCO/OH)이 1.5 내지 2의 범위 일 수 있다. 수산기에 대한 이소시아네이트기의 비율이 1.5 미만인 경우 도막의 완전한 경화가 어려 울 수 있다. 또한, 수산기에 대한 이소시아네이트기의 비율이 2를 초과하는 경우에는 잔류 이소시아네이트기에 의하여 건조 특성이 저하될 수 있다.
상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 상술한 주제 조성물과 경화제 조성물을 포함하는 2액형 도료이며, 여기에 점도 조절 및 희석용으로 물을 포함한다. 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은, 수산기에 대한 이소시아네이트기의 비율을 고려하여 주제 조성물과 경화제 조성물을 2.5:1 내지 3.5:1의 중량비율로 포함할 수 있다. 또한, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 주제 조성물을 50 내지 70중량부, 경화제 조성물을 10 내지 30중량부, 및 물 10 내지 30중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound; VOC)의 함량이 1 내지 250g/L의 범위로서, 휘발성 유기 화합물의 함량이 낮은 친환경적인 도료로 사용될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 유기용제의 함량을 억제하고 물을 사용함으로써 휘발성 유기 화합물의 함량이 250g/L 이하인 친환경적인 도료이다. 또한, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 친수성 폴리이소시아네이트와 소수성 폴리이소시아네이트의 배합 비율이 적절히 조절된 경화제를 사용함으로써 경화제와 주제의 상용성이 우수하다. 아울러, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 도막 작업에 적절한 점도를 지니면서, 외관, 경화건조성, 내충격성, 내수성과 같은 도막 물성이 우수한 특징을 지닌다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 자동차 보수용 도료를 비롯한 다양한 산업 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의하여 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
수성 상도 투명 도료 조성물의 제조
주제의 제조
합성예 1
수산기 함량 3.9%, 불휘발분 45%, pH 7.8의 특성치를 가지는 수용성 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 85중량부, 부틸 셀로솔브 5중량부, 순수 7중량부, 광안정제 1중량부, UV흡수제 0.8중량부, 레벨링첨가제 0.5중량부, 소포제 0.3중량부 및 유화제 0.4중량부를 혼합하여 수성 상도 투명 도료 조성물의 주제를 제조하였다.
합성예 2
수산기 함량 3.9%, 불휘발분 45%, pH 7.8의 특성치를 가지는 수용성 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 70중량부, 부틸 셀로솔브 10중량부, 순수 17중량부, 광안정제 1중량부, UV흡수제 0.8중량부, 레벨링첨가제 0.5중량부, 소포제 0.3중량부 및 유화제 0.4중량부를 혼합하여 수성 상도 투명 도료 조성물의 주제를 제조하였다.
비교 합성예 1
수산기 함량 5.3%, 점도 1-5 Pas/20℃, 불휘발분 38-40%, pH 7의 특성치를 가지는 폴리에스테르 에멀젼 85중량부, 부틸 셀로솔브 5중량부, 순수 7중량부, 광안정제 1중량부, UV흡수제 0.8중량부, 레벨링첨가제 0.5중량부, 소포제 0.3중량부 및 유화제 0.4중량부를 혼합하여 수성 상도 투명 도료 조성물의 주제를 제조하였다.
경화제의 제조
합성예 3
이소시아네이트기(NCO) 함량 24%인 하이드로포빅 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 75중량부, 이소시아네이트기(NCO) 함량 18.2%인 하이드로필릭 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 5중량부 및 부틸 셀로솔브(CAS NO. 111-76-2) 20중량부를 혼합하여 수성 상도 투명 도료 조성물의 경화제를 제조하였다.
합성예 4
이소시아네이트기(NCO) 함량 24%인 하이드로포빅 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 65중량부, 이소시아네이트기(NCO) 함량 18.2%인 하이드로필릭 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 15중량부 및 부틸 셀로솔브 20중량부를 혼합하여 수성 상도 투명 도료 조성물의 경화제를 제조하였다.
비교 합성예 2
이소시아네이트기(NCO) 함량 24%인 하이드로포빅 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 80중량부 및 이소시아네이트기(NCO) 함량 18.2%인 하이드로필릭 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 20중량부를 혼합하여 유기용제의 사용 없이 수성 상도 투명 도료 조성물의 경화제를 제조하였다.
도료 조성물의 제조
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4
상기 합성예 및 비교 합성예에서 제조된 주제, 경화제 및 희석제인 탈이온수(Deioniazed water)를 혼합하여 수성 상도 투명 도료 조성물을 제조하였다. 각 실시예의 도료 조성물에 사용된 성분 및 배합 중량비율을 하기 표 1에 나타낸다.
표 1
주제 경화제 배합비(주제:경화제:물)
실시예 1 합성예 1 합성예 4 3:1:1
실시예 2 합성예 2 합성예 4 3:1:1
실시예 3 합성예 1 합성예 3 3:1:1
비교예 1 비교 합성예 1 합성예 4 3:1:1
비교예 2 합성예 1 합성예 4 3:0.5:1
비교예 3 합성예 1 합성예 4 3:2:1
비교예 4 합성예 1 비교 합성예 2 3:1:1
비교예 5
알키드 우레탄 타입의 분자량 14,200의 주제, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트 타입의 경화제 및 유기용제를 소량 적용한 희석제를 3:1:1 비율로 하여 도료 조성물을 제조하였다.
도막의 물성 평가
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 도료 조성물로 도막을 형성한 후, 형성된 도막에 대한 물성을 평가하였다. 도막의 물성평가 항목 및 평가 방법은 다음과 같다.
1) 외관 : 유리판의 윗부분에 도료를 적당량 떨어트려 76㎛ applicator를 사용하여 균일한 힘을 주어 도막을 형성시킨 후, 도막의 외관 상태를 관찰하였다.
2) 건조 : 유리판의 윗부분에 도료를 적당량 떨어트려 76㎛ applicator를 사용하여 균일한 힘을 주어 도막을 형성시킨 후, 건조조건을 다르게 하여 Braive Instrument (Pendulum Hardness)의 시험 설비로 측정하였고 측정 방법은 DIN 53157에 따라 Konig의 시간(S)으로 측정하였다. 건조 조건은 60℃에서 20분(건조조건1) 60℃에서 1시간(건조조건2), 자연건조 1/2days(건조조건3), 60℃에서 3days(건조조건4)로 조절하였다.
3) 도막외관 : 15cm X 30cm 크기의 주석 판에 유성 베이스를 도장하고, 시험할 도료를 40~60㎛의 두께가 되도록 2회에 걸쳐 도장한 후 60℃오븐에서 1시간 이상 건조 후 외관을 확인하였다.
4) VOC : 주제와 경화제 혼합하여 스프레이 할 수 있는 점도로 맞춘 후, 1~3g 샘플 채취하여 110℃에서 1시간 가열 후 고형분을 측정하여 ASTM D3960-98에 명시된 방법으로 휘발성 유기 화합물의 함량을 측정하였다.
5) 점도 : 포드컵 #4를 사용하여 초시계로 측정하였다.
6) 고형분 : 주제와 경화제를 혼합하여 스프레이 할 수 있는 점도로 맞춘 후 1~3g 샘플 채취하여 150℃에서 2시간 가열 후 고형분의 함량을 측정하였다.
7) 혼합비 : 주제/경화제/희석제의 비율을 의미한다.
8) 경화건조성 : 유리판의 윗부분에 도료를 적당량 떨어트려 76㎛ applicator를 사용하여 균일한 힘을 주어 도막을 형성시킨 후, 60℃에서 1시간 동안 건조시킨 후에, Braive Instrument (Pendulum Hardness)의 시험 설비로 측정하였고, 측정 방법은 DIN 53157에 따라 Konig의 시간(S)으로 측정하였다.
9) 광택 : 베이스 코트 도장 후 클리어 코트 도료 조성물을 도장한 다음, 열처리 후의 광택을 측정하였다.
10) 흐름 저항성(sag resistance) : Antisagmeter로 applicating하여 10초 후, 수직으로 세워 관찰하였다.
11) 내충격성 : 20℃의 상온에서 500g의 추를 20~50cm에서 낙하하여 도막의 훼손 정도를 측정하였다.
12) 내굴곡성 : 내굴곡성 테스트기의 3/16" 쇠막대에 시편을 구부려 시편에 갈라짐이나 깨짐이 없는지 확인하였다.
13) 내수성 : 40℃ 항온조에서 7일 동안 침지하여 표면 외관 및 1일 후 부착시험을 평가하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 도료 조성물에 대한 도막의 물성 평가 결과를 하기 표 2 내지 표 4에 나타낸다.
표 2
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비 고
주제 합성예1 합성예2 합성예3 합성예2 -
경화제 합성예5 합성예4 -
혼합비 3/1/1 주제/경화제/희석제
외관 2 1 2 2 유리판 76㎛, 0=best
건조 × 37.8 7 - 60℃, 20분
× 43.4 9.8 - 60℃, 1hour
7/9.8 19.6/21 12.6/14 - 상온, 1/2days
22.4 46.2 16.8 - 상온, 3day 완전건조
도막외관 0 1 1 2 spray panel, 0=best
내충격성 35 40 35 45 500g, [cm]
표 2를 참조하면, 비교예 1과 실시예 1의 조성물에서와 같이 주제 수지의 차이에 따라 도막의 외관 및 건조 특성에서 차이를 보이고, 실시예 1과 2의 조성물에서와 같이 주제 수지의 비율에 따라서 건조 특성에서 차이가 있는 것으로 나타났다.
비교예 1과 실시예 1의 조성물을 비교하면, 주제와 경화제 혼합 후 도료의 상태는 비교예 1의 폴리에스테르 에멀젼 보다 실시예 1의 폴리아크릴레이트 디스퍼젼이 보다 균질하고 안정적이며 우수한 것으로 나타났다. 또한, 건조 특성 면에서도 비교예 1의 폴리에스테르 에멀젼 보다 실시예 1의 폴리아크릴레이트 디스퍼젼이 건조 시간이 빠른 것으로 나타났다. 스프레이하여 도막의 외관을 관찰한 결과, 건조가 느릴수록 도막의 외관이 우수해지는 특성을 보이는 것으로 나타났다.
실시예 1과 실시예 2의 조성물을 비교하면, 폴리아크릴레이트 디스퍼젼의 배합량이 감소함에 따라 고형분의 함량이 낮아져 도막의 내충격성이 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1과 실시예 3의 조성물을 비교하면, 경화제에서 소수성 폴리이소시아네이트의 함량이 상대적으로 증가함에 따라 경화제와 주제의 혼합은 어려워지지만, 도막의 내충격성은 향상됨을 알 수 있다.
표 3
비교예 2 실시예 1 비교예 3 비교예 4 비고
주제 합성예 2 -
경화제 합성예 5 합성예 6 -
혼합비 3/0.5/1 3/1/1 3/2/1 3/1/1 주제/경화제/희석제
건조 X 19.6/21 9.8/11.2 16.8/18.2 1/2days RT
내굴곡성 2 2 0 X 0=best
내용제성 4 0 1 0=best
내수성 X 1 2 0=best
내충격성 X 40 40 500g, cm
상기 표 3에서 "X"는 측정 불가능을 의미한다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 주제와 경화제의 혼합비에 따라 건조 및 물성에서 차이를 보인다. 비교예 2의 조성물과 같이 혼합비가 3:0.5:1인 경우, NCO/OH비가 0.5/1로서 경화가 일부만 되어 5일 이상 건조하여도 경화도막을 얻을 수 없다. 또 한, 비교예 3의 조성물과 같이 혼합비가 3:2:1인 경우, NCO/OH비가 2.5/1로서 도막내 잔류한 NCO기에 의하여 경화도막이 약해질 수 있다. 이에 비하여, 실시예 4의 조성물과 같이 주제와 경화제의 혼합비가 3:1:1인 경우에는 도막의 건조 및 경화 특성이 양호하고 내충격성, 내용제성, 내수성 등의 도막 물성이 우수한 것으로 나타났다.
또한, 비교예 4에서 제조된 조성물과 같이 경화제에 유기용제를 투입하지 않을 경우에는, 시간의 경과에 따라 경화제의 점도 증가가 심하여 수지 혼합 후 일주일이 지나면 사용이 불가능해지고, 주제와 혼합하여도 쉽게 증점되기 때문에 혼합 후 바로 도장하지 않을 시 희석제를 과량 적용해야 하는 문제가 있는 것으로 나타났다.
한편, 도막의 외관 및 건조부분에서 우수한 실시예 1의 조성물과 수성 상도 투명 도료로 도막의 구현이 가능한 비교예 5의 조성물에 대하여 도막 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 4에 나타낸다. 내충격성, 내굴곡성, 내수성 시험용 시편은 프라이머 서페이서(primer surfacer) 도막을 40 내지 60㎛의 두께로 형성하고, 그 위에 베이스 코트 색상 도막을 15 내지 20㎛의 두께로 형성한 다음, 실시예 1과 비교예 5의 도료 조성물을 40 내지 60㎛의 두께로 형성하여 준비하였다.
표 4
비교예 5 실시예 1 비 고
VOC 함량 249g/l 245g/l g/l
혼합점도 16"43 16"31 F.C#4, sec(25℃)
고형분 함량 55.40% 50.19% %(주제+경화제)
혼합비 3/1/1 3/1/1 주제/경화제/희석제
경화건조성 21 37.8 Pendulum hardness, S 60℃,1days
광택 85.5/91.6 84.6/91.2 20°/60°
흐름 저항성 125 125 ㎛
내충격성 30 40 500g, cm
내굴곡성 ok ok 3/16" 25℃
내수성 10/100 50/100 40℃, 7days, 부착칸수/전체수
표 4를 참조하면, 실시예 1의 조성물과 같이 주제, 경화제 및 희석제의 비율을 3:1:1로 하였을 때, 휘발성 유기 화합물(VOC)의 함량이 250g/l이하의 규제 조건을 만족시킴을 알 수 있다. 또한, 실시예 1의 조성물은 스프레이 도장이 가능한 적절한 점도를 가지는 것을 알 수 있다. 아울러, 비교예 5의 조성물과 비교하여, 실시예 1의 조성물은 경화건조성이 보다 우수하고, 내충격성 및 내수성 면에서 향상된 성능을 지니는 것으로 나타났다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 유기용제의 함량을 억제하고 물을 사용함으로써 휘발성 유기 화합물의 함량이 250g/L 이하인 친환경적인 도료이다. 또한, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 친수성 폴리이소시아네이트와 소수성 폴리이소시아네이트의 배합 비율이 적절히 조절된 경화제를 사용함으로써 경화제와 주제의 상용성이 우수하다. 아울러, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 도막 작업에 적절한 점도를 지니면서, 외관, 경화건조성, 내충격성, 내수성과 같은 도막 물성이 우수한 특징을 지닌다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 수성 상도 투명 도료 조성물은 자동차 보수용 도료를 비롯한 다양한 산업 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 수산기 함량이 3.5 내지 5%이고 고형분 함량이 35 내지 55중량%인 수용성 아크릴 수지 분산물을 포함하는 주제 조성물 50 내지 70중량부;
    이소시아네이트기 함량이 22 내지 26%인 소수성 폴리이소시아네이트, 이소시아네이트기 함량이 16 내지 20%인 친수성 폴리이소시아네이트 및 유기용제를 포함하는 경화제 조성물 10 내지 30중량부; 및
    물 10 내지 30중량부를 포함하는 수성 상도 투명 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound; VOC)의 함량이 1 내지 250g/L의 범위인 것을 특징으로 하는 수성 상도 투명 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수성 상도 투명 도료 조성물은 수산기에 대한 이소시아네이트기의 비율(NCO/OH)이 1.5 내지 2의 범위인 것을 특징으로 하는 수성 상도 투명 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주제 조성물은,
    수산기를 함유하는 아크릴 수지, 물 및 글리콜에테르 화합물을 포함하는 수용성 아크릴 수지 분산물 70 내지 90중량부;
    유기 용제 0.001 내지 10중량부;
    물 0.001 내지 20중량부; 및
    자외선 흡수제, 광안정제, 레벨링제, 소포제, 유화제 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 첨가제 0.001 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 상도 투명 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경화제는 상기 소수성 폴리이소시아네이트와 상기 친수성 폴리이소시아네이트의 중량 비율이 3.5:1 내지 5:1의 범위인 것을 특징으로 하는 수성 상도 투명 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유기용제는 부틸 셀로솔브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 상도 투명 도료 조성물.
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