KR20120021739A - 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법 - Google Patents

Abstract

자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법이 개시된다. 자동차용 플라스틱 부품에 염소변성 아크릴 수지 약 10?30 중량%, 아크릴 수지 약 1?20 중량%, 에폭시변성 아크릴 수지 약 1?20 중량%, 염화폴리프로필렌 약 0.1?20 중량%, 경화제 약 0.1?20 중량% 및 용제 약 10?80 중량%를 포함하는 프라이머용 도료 조성물을 도포한다. 형성된 프라이머 도막상에 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지 30?55 중량%, 경화제 2?20 중량%, 소광제 1?10 중량%, 침강방지제 1?15 중량%, 광안정제 0.5?2 중량% 및 용제 20?70 중량%를 포함하여 이루어지는 베이스 도료 조성물을 도포한다. 도막의 부착성 및 내스크래치성을 현저히 향상시킬 수 있으며 도장 표면을 보호할 수 있는 충분한 탄성을 실현하여 도장물의 의장성을 높이고 부드러운 촉감 부여 및 도장 표면의 강도를 높일 수 있다.

Description

자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법{METHOD OF PAINTING PLASTIC PARTS OF AUTOMOBILE}

본 발명은 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 내마모성, 부착성, 내열성 등의 물성이 우수하면서도 양호한 내스크래치성을 제공해 줄 수 있는 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법에 관한 것이다.

최근, 플라스틱의 생산량은 현저하게 증가하고 있다. 플라스틱은 금속과 비교해서 부식되지 않고 가볍고 착색 성형이 가능한 점 등 다수의 이점을 가지고 있지만 일반 제품에 사용되는 경우에는 상품 가치를 높이기 위하여 도장성 및 여타 기능성이 부여될 필요가 있다.

또한 플라스틱은 소재의 특성상 약품, 침식, 자외선, 열 등에 의한 변형에 취약한 면이 있다. 또한 플라스틱은 사출시 자국, 표면 불량, 색상의 제한 등으로 인하여 표면적 결함을 갖는다. 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 종래부터 유성 아크릴 락카를 도장하여 플라스틱 소재가 갖는 결함을 보완하고 있다.

이와 같은 종래의 유성 아크릴 락카 도료는 내열성, 내습성, 부착성 등의 물리적 특성은 양호하나 내스크래치성이 취약하여 도막과 인체 피부와 접촉시 감촉이 차갑고 부드럽지 않아 고급스러운 느낌을 주지 못하는 문제점이 있었다.

이에 본 출원인은 유성 도료의 내마모성, 부착성, 내열성 등의 도막 물성 및 탄성, 우수한 내스크래치성, 부드러운 질감을 유성 도료에서 실현함으로써 플라스틱 소재의 고부가가치를 실현할 수 있는 플라스틱용 도료 조성물을 개발하고 이에 대한 특허를 "플라스틱용 도료 조성물 및 이의 제조방법"이라는 발명의 명칭으로 출원 번호 제10-2009-0116041호로하여 2009년 11월 27일자로 출원한 바 있다.

이러한 도료 조성물을 사용함으로써 우수한 물성을 갖는 도막을 형성할 수 있으나 이에 더하여 자동차용 플라스틱 부품에 적용 가능하도록 일반적인 플라스틱에서 요구되는 물성 이외에 더욱 우수한 특성을 가진 도료 조성물이 요구된다.

자동차 내장용으로 사용되는 플라스틱은 크게 계기판, 도어 트림(door trim)류, 센터 훼이셔 패널 (center facia panel), 센터 콘솔 (center console), 오디오 패널 (audio panel), 그립 핸들 (grip handle) 등 다양하다.

자동차용으로 사용되는 플라스틱은 특히 약품, 침식, 자외선, 열에 의한 변형 등에 취약한 면이 있으며 외관에서 사출시의 자국, 표면 불량, 색상의 제한으로부터 오는 표면 결함을 갖기도 한다. 또한 외부의 힘에 의해서도 쉽게 스크래치가 발생하며, 복원도 쉽지 않기 때문에 품질 문제가 빈번하게 발생하며 스크래치로 인한 품질 수준이 많이 떨어지기도 한다. 따라서 우수한 부착성 및 내스크래치성 등의 물성을 실현할 수 있는 도장 방법이 요구되고 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 상기한 유성 도료의 장점을 살리고 특히 자동차용 플라스틱 소재의 고부가가치를 실현할 수 있는 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법은 염소변성 아크릴 수지 약 10?30 중량%; 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 에폭시변성 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 염화폴리프로필렌 약 0.1?20 중량%; 경화제 약 0.1?20 중량%; 및 용제 약 10?80 중량%를 포함하는 프라이머용 도료 조성물을 자동차용 플라스틱 부품에 도포하는 단계; 및 형성된 프라이머 도막상에 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지 약 30?55 중량%; 경화제 약 2?20 중량%; 소광제 약 1?10 중량%; 침강방지제 약 1?15 중량%; 광안정제 약 0.5?2 중량%; 및 용제 약 20?70 중량%를 포함하는 베이스용 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하여 이루어진다.

일실시예에 의하면, 상기 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지는 폴리에스터 폴리올과 폴리카보네이트 폴리올을 약 1:9 ? 9:1의 중량비로 혼합하여 얻어지는 폴리올과 디이소시아네이트를 약 1.01?3 : 1의 몰비로 반응시켜 얻어지는 것이다.

일실시예에 있어서, 상기 소광제가 입경 약 1?30㎛ 범위의 실리카 분산체이고, 상기 침강방지제가 지방산과 폴리 아민으로부터 제조되는 폴리 아마이드 왁스이고, 상기 광안정제가 UV 흡수계(absorb) 및 UV HALS(hindered amine light stabilizer)계의 혼합물인 것이 바람직하다.

일실시예에 있어서, 상기 폴리우레탄 수지의 분자량이 약 8,000?50,000 범위인 것이 바람직하고, 상기 용제가 에스테르계, 방향족탄화수소계 및 케톤계 화합물중 적어도 하나인 것이 바람직하다.

일실시예에 있어서, 상기 염소변성 아크릴 수지는 하이드록실 값이 약 10?15이며 유리전이 온도가 약 50?60℃ 범위인 것이, 상기 아크릴 수지는 하이드록실 값이 약 20?25이며 유리전이 온도가 약 70?80℃ 범위인 것이, 상기 에폭시변성 아크릴 수지는 하이드록실 값이 약 50?60이며, 유리전이 온도가 약 80?90℃ 범위인 것이 바람직하다.

일실시예에 있어서, 상기 염화폴리프로필렌 수지는 염화도가 약 10?25 중량% 범위이고, 상기 도료 조성물은 첨가제로서 표면안정제, 소광제, 광안정제, 안료 및 소취제중 적어도 하나를 더 포함하여 이루어진다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 자동차용 플라스틱 부품의 또 다른 도장 방법은 자동차용 플라스틱 부품에 프라이머용 도료 조성물을 도포하는 단계; 및 형성된 프라이머 도막상에 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지 약 30?55 중량%; 경화제 약 2?20 중량%; 소광제 약 1?10 중량%; 침강방지제 약 1?15 중량%; 광안정제 약 0.5?2 중량%; 및 용제 약 20?70 중량%를 포함하는 베이스용 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법은 또한 염소변성 아크릴 수지 약 10?30 중량%; 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 에폭시변성 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 염화폴리프로필렌 약 0.1?20 중량%; 경화제 약 0.1?20 중량%; 및 용제 약 10?80 중량%를 포함하는 프라이머용 도료 조성물을 자동차용 플라스틱 부품에 도포하는 단계; 및 형성되는 프라이머 도막상에 베이스 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이러한 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법에 의하면 종래의 유성 도료가 갖는 내마모성, 부착성, 내열성 등의 도막 물성 및 탄성, 우수한 내화학성, 내스크래치성, 부드러운 질감을 실현할 수 있기 때문에 자동차 플라스틱 부품의 고부가가치를 실현할 수 있는 용도로 사용가능하다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 성분, 단계, 공정, 조성물 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 성분, 단계, 공정, 조성물 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에서는 특히 플라스틱 소재가 약품, 열 등에 의하여 변형이 쉽고 표면 불량이나 색상의 제한 등으로 인한 표면 결함이 많다는 문제를 해결할 수 있도록 탄성이 우수하며 부착성, 내열성, 내스크래치성 등이 우수한 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법을 제공하고 있다.

이러한 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법은 먼저, 자동차용 플라스틱 부품상에 프라이머용 도료 조성물을 도포하고, 형성된 프라이머 도막상에 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지 약 30?55 중량%, 경화제 약 2?20 중량%, 소광제 약 1?10 중량%, 침강방지제 약 1?15 중량%, 광안정제 약 0.5?2 중량% 및 용제 약 20?70 중량%를 포함하여 이루어지는 베이스용 도료 조성물을 도포하여 베이스 도막을 형성하는 것으로 수행된다.

베이스용 도료 조성물에 관하여는 특허 출원 제 10-2009-0116041호에 상세히 기재되어 있으며 다음과 같다.

<폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지>

주성분인 폴리우레탄 수지를 제조하기 위해 사용되는 폴리에스터 폴리올은 알코올 화합물과 산을 축합 반응시켜 제조할 수 있다. 구체적으로는 디에틸렌글리콜과 아디픽산을 모체로 하고 약 500?3,000 의 분자량을 갖는 폴리에스터가 바람직하게 사용가능하며, 메틸프로판디올 등의 알코올 화합물과 아디픽산, 이소프탈산 등의 산을 축합 반응시킨 약 500?3,000 의 분자량을 갖는 폴리에스터 폴리올이 바람직하게 사용가능하다.

폴리카보네이트 폴리올은 알코올 화합물과 카보네이트 화합물을 축합 반응시켜 제조하는데, 구체적으로 헥산디올, 싸이클로헥산디메탄올 등의 알코올 화합물과 디에틸카보네이트를 포함하는 카보네이트를 축합 반응시켜 합성한 폴리올로서 분자량 약 500?3,000 의 것을 바람직하게 사용가능하다.

혼합 폴리우레탄 수지를 제조하기 위하여 상기한 방법에 따라 제조된 폴리에스터 폴리올과 폴리카보네이트 폴리올을 혼합하도록 하는데, 이때 두 폴리올의 혼합 비율은 약 1:9 ? 9:1의 중량비가 되도록 한다. 폴리에스터 폴리올은 부드러운 질감 및 우수한 슬립성 등을 갖는다는 장점이 있으나 내수성, 내화학성 등과 같은 물리적 물성이 취약하다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 폴리카보네이트 폴리올을 첨가하여 사용하는데, 이러한 혼합에 의하여 폴리에스터 폴리올의 물성 보완이 가능하고 이에 더하여, 탄성도 부여할 수 있게 된다.

폴리올 화합물과 결합시켜 폴리우레탄을 제조하는데 사용하기 위한 디이소시아네이트로는 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 등과 같은 무황변 타입과, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트가 80%인 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트가 사용가능하다. 또한 반응속도 및 점도 조절과 균일한 반응을 위해 N-메틸피롤리딘온을 용매로 사용하는 것이 바람직하다.

혼합 폴리우레탄의 제조를 위한 폴리올의 몰비와 디이소시아네이트의 몰비는 폴리올의 몰비가 약간 과량이 되도록 약 1.01?3 : 1 의 범위가 되도록 사용하였다. 이는 사용된 디이소시아네이트가 거의 전량 반응에 사용되도록 하기 위해서이다.

제조되는 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지로서는 분자량 약 8,000?50,000 범위의 것이 물성과 기타 성능을 고려할 때 바람직하게 사용된다.

도료 조성물을 제조하는 데 있어서, 폴리우레탄 수지의 사용량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 30?55 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 사용량이 약 30 중량% 미만인 경우에는 부착성, 내스크래치성 등의 도막 물성이 저하되는 문제점이 발생되며, 이의 사용량이 약 55 중량%를 초과하면 저장성과 탄성이 저하되는 문제가 있기 때문이다.

<경화제>

도료 조성물의 경화를 위하여 첨가되는 경화제는 무황변과 내후성이 우수한 헥사메틸렌디이소시아네이트 트라이머계가 바람직하며, 도료 조성물에 대하여 약 2?20 중량% 범위로 포함하는 것이 좋다. 만약 이의 함량이 약 2 중량% 미만인 경우에는 도료의 경화가 일어나지 않아서 도막의 물성 확보가 어렵다는 문제점이 있으며, 만약 약 20 중량%를 초과할 경우에는 경화제의 양이 너무 많아서 가사 시간이 짧아져서 작업상 문제점을 야기할 수 있기 때문이다.

<소광제>

재료의 광택을 줄여주거나 없애주는 역할을 하는 소광제로서는, 실리카 겔, 침강 실리카, 이산화티탄 등이 사용가능하다. 특히, 본 발명에서는 평균 입경이 약 1?30㎛인 마이크로나이즈드 실리카 분산체를 사용하는 것이 바람직하다. 만약 이의 평균입경이 약 30㎛를 초과하는 경우에는 코팅막의 면이 거칠어져 외관이 불량하고 스크래치성이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있으므로 상기한 입경 범위를 갖는 분산체를 사용하는 것이 좋다.

평균입경이 약 1?30㎛인 마이크로나이즈드 실리카 분산체는 도료 조성물에 약 1?10 중량% 범위로 포함하는 것이 좋으며 함량이 상기 범위 내일 경우 감광(소광), 표면의 질감을 개선할 수 있는 효과가 있다. 소광제의 사용량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 1?10 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 함량이 약 1 중량% 미만이면 소광 효과를 얻기 어렵고 약 10 중량%를 초과하면 스크래치에 약한 문제가 있다.

<침강 방지제>

도료 조성물내에 백색 안료같은 무거운 성분의 침강을 방지하기 위하여 첨가되는 침강방지제로서는 스테아린산 알루미늄, 실리카, 오가노클레이, 폴리아마이드, 왁스등 다양한 종류가 사용가능하다. 본 발명에서는 특히 지방산과 폴리 아민으로부터 제조되는 폴리 아마이드 왁스를 바람직하게 사용한다. 이는 도료에 첨가되어 편상 구조를 형성함으로써 침강 방지 효과를 발휘하게 된다. 또한 그 팽윤 입자의 망상 구조로 인하여 강력한 칙소성과 열안정성이 우수하다. 폴리아마이드 왁스와 같은 침강방지제는 도료 조성물에 약 1?15 중량%로 포함되는 것이 좋으며 이 범위내일 경우 스크래치 개선 효과를 얻을 수가 있다. 만일 이의 함량이 약 1 중량% 미만이면 침강 방지 효과가 얻어지기 어려우며 약 15 중량%를 초과하면 스크래치에 약해진다는 문제가 있다.

<광안정제>

광안정제는 장시간 빛에 노출되어 발생하는 도막의 노화, 색변화 등을 방지하는 효과가 있는데, 자외선 차단, 빛에너지 흡수 및 전환, 자유 라디칼 제거기능 등을 수행한다. 자외선 흡수계(UV absorbers) 및 입체 장애 효과를 지닌 유기아민계 화합물인 자외선 저해 아민광안정화제(UV hindered amine light stabilizer)계를 적절히 혼합해서 사용하도록 한다. 자외선 흡수계 광안정제로서는 벤조페논계, 옥사아닐리드계, 벤조트리아졸계, 트리아진계 등 다양한 종류가 사용가능하다. 유기아민계 광안정제로서는 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸비페리딘, 2,4-디-tert-부틸페닐-3,5-디-tert-부틸-하이드록시벤조이드 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 자외선 흡수계와 자외선 저해 아민광안정화제계의 비율을 약 2 : 1의 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 적절하다. 만일, 이의 함량이 약 0.5 중량% 미만인 경우에는 시간이 지남에 따라 도막이 쉽게 황변되고 광택이 저하되는 문제가 있고, 약 2 중량%를 초과하면 도료 저장성이 불안정하게 된다는 문제가 있다.

<용제>

용제는 분산안정성 면에서 뛰어난 에스테르계, 방향족 탄화수소계 및 케톤계 중에서 선택된 1종 이상이 적합하며, 이러한 용제의 함량은 소지와 요구되는 도막의 두께 및 도막 형성 방법에 따라 변경될 수 있으나 전체 중량의 약 20?70 중량%가 적합하다.

상기한 성분 외에도 탄성이 우수하며 내스크래치성이 우수한 플라스틱용 도료 조성물에는 웨팅제, 소포제 등과 같은 다양한 첨가제를 추가로 함유할 수 있으며, 이들 첨가제의 사용량은 원하는 최종 용도 및 다양한 요인에 따라 적절히 가감하여 사용할 수 있다.

이하, 베이스 도료 조성물의 제조방법을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

<실시예 1>

먼저, 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지는 다음과 같이 제조하였다. 먼저 환류냉각기, 질소가스 유입관, 온도계, 교반기 등이 설치된 반응용기에 N-메틸피롤리돈 94g, 디에틸렌글리콜 78g과 아디픽산 100g을 모체로 하여 얻어진 분자량 500?3,000을 갖는 폴리에스터 폴리올 450g, 헥산디올 80g 및 디에틸카보네이트 100g를 축합 반응시켜 제조한 분자량 500?3,000을 갖는 폴리카보네이트 폴리올 300g을 혼합하였다. 폴리에스터 폴리올과 폴리카보네이트 폴리올을 약 1.5 : 1의 중량비로 혼합하여 약 30분 동안 질소기류하에서 충분히 교반하였다.

폴리에스터 폴리카보네이트 혼합 폴리올에 헥사메틸렌디이소시아네이트 48g을 투입하고 약 60?100℃로 승온시킨 후 약 6시간 동안 교반하여 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지를 제조하였다.

얻어진 분자량 8,000?50,000의 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지와 표 1에 나타난 바와 같은 조성으로 각 성분을 사용하여 실시예 1에 따른 도료 조성물을 제조하였다. 즉, 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지 45 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 6.5 중량%, 소광제 6.5 중량%, 광안정제 1.5 중량%, 침강방지제 6 중량%, 기타 첨가제로서 흐름방지제, 소포제, 슬립제 등을 5.9 중량%, 용제 28.6 중량%를 혼합 분산하여 본 발명에 따른 도료 조성물을 제조하였다.

같은 방식으로 수행하되 표 1에 나타난 바와 같이 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지 사용량을 변화시키고 기타 성분에 대하여도 사용량을 변경하여 비교예 1 및 2에 따른 도료 조성물을 각각 제조하였다.

광안정제는 UV absorb계와 UV HALS 계를 2:1의 중량비로 혼합하여 사용하였으며 용제는 크실렌, MEK(methyl ethyl ketone), MIBK(methyl isobutyl ketone), 부틸 아세테이트를 1:2:8:10의 중량비로 혼합하여 사용하였다.

본 발명에서는 또한 자동차용 플라스틱 부품에 염소변성 아크릴 수지 약 10?30 중량%; 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 에폭시변성 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 염화폴리프로필렌 약 0.1?20 중량%; 경화제 약 0.1?20 중량%; 및 용제 약 10?80 중량%를 포함하는 프라이머용 도료 조성물을 도포하는 단계, 및 형성되는 프라이머 도막상에 베이스 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법을 개시한다.

상술한 프라이머용 도료 조성물은 자동차용 플라스틱 부품에 대한 작업성 및 부착성이 우수하고 그 상부에 형성되는 베이스 도료와의 접착력 또한 우수한 것으로서 이의 제조에 사용되는 각 성분은 다음과 같다.

<염소변성 아크릴 수지>

염소변성 아크릴 수지는 하이드록실 값이 약 10?15 이며 유리전이 온도가 약 50?60℃인 것이 바람직하다. 도료 조성물을 제조하는 데 있어서 염소변성 아크릴 수지의 사용량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 10?30 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 사용량이 약 10 중량% 미만인 경우에는 부착성, 내화학성 등의 도막 물성이 저하되는 문제점이 발생되며 이의 사용량이 약 30 중량%를 초과하면 분산성과 저장성이 저하되는 문제가 있다. 따라서 염소변성 아크릴 수지의 사용량은 약 10?30 중량% 범위가 되도록 한다.

<아크릴 수지>

아크릴 수지는 하이드록실 값이 약 20?25 이며 유리전이 온도가 약 70?80℃ 인 것이 바람직하다. 도료 조성물을 제조하는 데 있어서 아크릴 수지의 사용량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 1?20 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 사용량이 약 1 중량% 미만인 경우에는 내선크림성, PVC 가소제성 등의 도막 물성이 저하되는 문제점이 발생되며, 이의 사용량이 약 20 중량%를 초과하면 작업성, 도막 충격성 등의 문제가 발생된다. 따라서 아크릴 수지의 사용량은 약 1?20 중량% 범위가 되도록 한다.

<에폭시변성 아크릴 수지>

에폭시변성 아크릴 수지는 글리시딜기를 포함하며 하이드록실값이 약 50?60 이며 유리전이 온도가 약 80?90℃ 인 것이 바람직하다. 에폭시변성 아크릴 수지는 글리시딜기를 포함하고 높은 유리전이 온도를 가지고 있으므로 내화학성이 뛰어나다. 또한 높은 하이드록실값을 가지고 있으므로 이소시아네이트와의 가교결합을 통해서 도막의 물성을 향상시킬 수 있다.

도료 조성물을 제조하는 데 있어서 에폭시변성 아크릴 수지의 사용량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 1?20 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 사용량이 약 1 중량% 미만인 경우에는 가교도 부족으로 내화학성이 저하되는 문제점이 발생되며 약 20 중량%를 초과하면 높은 경도로 인하여 도막 균열이 발생되는 문제점이 있다. 따라서 상기 에폭시변성 아크릴 수지의 사용량은 약 1?20 중량% 범위가 되도록 한다.

<염화폴리프로필렌 수지>

염화폴리프로필렌 수지는 분자내에 일부 수소가 염소로 치환되어 염소를 포함함으로써 전체 중량에 대하여 염소가 차지하는 중량을 나타내는 염화도가 약 10?25 중량% 범위가 되도록 한다.

도료 조성물을 제조하는데 있어서 염화폴리프로필렌 수지의 사용량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 0.1?20 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 사용량이 약 0.1 중량% 미만인 경우에는 소재에 대한 부착성, 내가솔린성, 내알칼리성 등이 좋지 못하다는 문제점이 발생하며 약 20 중량%를 초과하면 작업성 저하 및 건조 도막 중 안료의 분산성이 충분히 않아 색분리가 발생하는 문제점이 있다. 따라서 상기 염화폴리프로필렌 수지의 사용량은 약 0.1?20 중량% 범위가 되도록 한다.

<경화제>

도료 조성물의 경화를 위하여 첨가되는 경화제는 저온 해리형 블록 이소시아네이트로서 상온에서는 이소시아네이트기 (-NCO)와 수산기 (-OH)의 반응이 진행되지 않지만 약 80?100℃에서 해리되는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 도료 조성물에 대하여 약 0.1?20 중량% 범위로 포함시키도록 한다. 만약 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만인 경우에는 도료의 경화가 일어나지 않아서 도막의 물성 확보가 어렵다는 문제점이 있으며, 만약 약 20 중량%를 초과할 경우에는 베이스 도료 건조 후 광택 저하 현상이 나타날 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 상기 프라이머 조성물에는 상술한 성분외에도 표면안정제, 소광제, 광안정제, 안료, 소취제, 슬립제 등과 같은 첨가제가 적어도 하나 이상 첨가될 수 있다.

<표면안정제>

표면안정제는 도료의 표면 장력을 강하게 저하시켜 소재 습윤성을 향상시키며 분화구 현상을 방지하며 그 외에 표면에 슬립성을 부여하기 위해 사용되는데, 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌 왁스가 바람직하며 도료 조성물에 대하여 약 0.1?3 중량% 범위로 포함하는 것이 좋다. 만약 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만인 경우에는 도장 표면의 먼지로 인한 외관 불량 문제가 발생할 수 있으며 만약 약 3 중량%를 초과하면 재도자이 부착이 저하될 수 있기 때문에, 표면안정제는 상기한 첨가량 범위로 하는 것이 바람직하다.

<소광제>

소광제는 재료의 광택을 줄여주거나 없애주는 역할을 하는 성분으로서 실리카 겔, 침강 실리카, 이산화티탄, 탈크 등이 사용가능하다. 특히, 본 발명에서는 평균 입경이 약 1?30㎛ 범위인 마이크로나이즈드 실리카 분산체와 탈크는 도료 조성물에 대하여 약 1?10 중량% 범위로 포함시키는 것이 좋다. 만약 이의 평균 입경이 약 1㎛ 미만이면 원하는 효과를 얻기가 어려우며 약 30㎛를 초과하는 경우에는 코팅막의 면이 거칠어져 외관이 불량하고 스크래치성이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있으므로 상기한 입경 범위를 갖는 분산체를 사용하는 것이 좋다.

평균입경이 약 1?30㎛ 인 마이크로나이즈드 실리카 분산체와 탈크는 도료 조성물에 대하여 약 1?10 중량% 범위로 포함시키는 것이 좋으며 함량이 상기한 범위 내일 경우 감광(소광), 표면의 질감을 개선할 수 있는 효과가 있다. 만약 이의 함량이 약 1 중량% 미만이면 소광 효과를 얻기 어렵고 약 10 중량%를 초과하면 스크래치에 약해질 염려가 있기 때문이다.

<광안정제>

광안정제는 장시간 빛에 노출되어 발생하는 도막의 노화, 색변화 등을 방지하는 효과가 있으며 자외선 차단, 빛에너지 흡수 및 전환, 자유 라디칼 제거 기능 등을 수행한다. 자외선 흡수계 (UV absorbers) 및 입체 장애 효과를 지닌 유기아민계 화합물인 자외선 저해 아민광경화제 (UV hindered amine light stabilizer) 계를 적절히 혼합해서 사용하도록 한다. 자외선 흡수계 광안정제로서는 벤조페논계, 옥사아닐리드계, 벤조트리아졸계, 트리아진계 등 다양한 종류가 사용가능하다. 유기아민계 광안정제로서는 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸비페리딘, 2,4-디-tert-부틸페닐-3,5-디-tert-부틸-하이드록시벤조이드 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 자외선 흡수계와 자외선 저해 아민광안정화제계의 비율을 약 2 : 1의 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 적절하다. 만일, 이의 함량은 약 0.1?2 중량% 범위가 되도록 하는데, 만약 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만인 경우에는 시간이 지남에 따라 도막이 쉽게 황변되고 광택이 저하되는 문제가 있고, 약 2 중량%를 초과하면 도료 저장성이 불안정하게 된다는 문제가 있기 때문이다.

<안료>

안료는 원하는 색상에 따라 무기안료를 선택하여 혼합해서 사용하며 바람직하기로는 티타늄디옥사이드, 카본블랙, 옐로우 안료, 블루 안료, 그린 안료, 레드 안료 등에서 선택된 것을 적절히 혼합해서 사용할 수 있다. 이의 첨가량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 0.1?5 중량% 범위가 되도록 한다. 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만일 경우에는 착색 및 은폐가 잘되지 않을 수 있고, 약 5 중량%를 초과하면 소재와 도료간의 부착에 문제가 발생할 수 있다.

<소취제>

친유성 성질을 갖고 있는 유무기 화합물로서 내부의 산성 증가 능력 및 넓은 내부 표면 공간이 있어 휘발성 유기물질 (VOCs)들의 발산을 막아 소취 효과를 낼 수 있다. 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 0.1?2 중량% 범위가 되도록 한다. 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만일 경우에는 소취 효과를 기대 할 수 없으며 약 2 중량%를 초과하면 도막 외관이 좋지 않은 문제가 있으므로 가능하면 상기한 범위량으로 첨가하도록 한다.

<용제>

용제는 분산안정성 면에서 뛰어난 에스테르계, 방향족 탄화수소계 및 요구되는 도막의 두께 및 도막 형성 방법에 따라 변경될 수 있으나 전체 중량의 약 10?80 중량%가 적합하다.

상기한 성분 외에도 내마모성, 부착성, 내열성 등의 물성이 우수하면서도 양호한 내스크래치성 및 탄성을 제공해 줄 수 있는 자동차 플라스틱용 도료 조성물에는 웨팅제, 소포제 등과 같은 다양한 첨가제를 추가로 함유할 수 있으며, 이들 첨가제의 사용량은 원하는 최종 용도 및 다양한 요인에 따라 적절히 가감하여 사용할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아님이 이해되어야 한다.

<실시예 2>

먼저, 염화폴리프로필렌 수지 및 용매를 혼합하여 염화폴리프로필렌 수지 20% 용액을 제조한다. 염화프로필렌 수지 용액은 온도계, 콘덴서 및 교반기가 장착된 플라스크에 염화폴리프로필렌 20g, 톨루엔 56g, 사이클로헥산 24g을 투입하여 교반하면서 50?60℃로 승온 시킨 후 2?3시간 동안 유지하여 염화폴리프로필렌 수지 20% 용액으로 제조 하였다.

얻어진 염화폴리프로필렌 수지 20% 용액과 표2에 나타난 바와 같은 조성으로 각 성분을 사용하여 실시예 2에 따른 도료 조성물을 제조하였다. 즉, 염소 변성 아크릴수지 20 중량%, 아크릴수지 7 중량%, 에폭시 변성 아크릴수지 6 중량%, 염화폴리프로필렌 수지 20% 용액 30 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 1.8 중량%, 표면안정제 1.62 중량%, 소광제 6.5 중량%, 광안정제 0.18 중량%, 안료 1.5 중량%, 소취제 0.6 중량%, 용제 24.8 중량%를 혼합 분산하여 실시예 2에 따른 프라이머 도료 조성물을 제조하였다.

같은 방식으로 수행하되 표 2에 나타난 바와 같이 염화폴리프로필렌 수지 20% 용액의 사용량을 변화시키고 기타 성분에 대하여도 사용량을 변경하여 비교예 3 및 4, 실시예 3 내지 5에 따른 도료 조성물을 각각 제조하였다. 표 2에 의하면, 비교예 3, 비교예 4, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5에서는 염화폴리프로필렌 20% 용액을 사용한 양이 각각 0.2, 0.4, 30, 18, 24 및 36 중량% 이다. 이 양을 고형분 양으로 환산하면 각각 0.04, 0.08, 6.0, 3.6, 4.8 및 7.2 중량%가 된다.

상기 실시예 1 및 비교예 1?2에 따라 제조된 자동차 플라스틱 부품용 베이스 도료 조성물 및 상기 실시예 2?5 및 비교예 3?4에 따라 제조된 프라이머 조성물 샘플을 사용하여 다음과 같은 시험을 수행하였다.

<시험예: 도막 물성의 평가>

실시예 2?5 및 비교예 3?4에 따라 제조된 프라이머 도료의 소재에 대한 부착성을 향상시키기 위하여, 폴리프로필렌 소재의 시험편에 표 2에 나타난 조성으로 제조된 각 프라이머를 약 12?25㎛ 두께로 도장하고 상온에서 약 10분 동안 건조시켰다. 그 후, 실시예 1 및 비교예 1?2에 따라 제조된 베이스 도료를 사용하여 제조된 각 도료 조성물을 약 20?80㎛ 두께로 도장하고 상온에서 약 5분 동안 방치한 후 약 80℃에서 약 30분 동안 건조하여 샘플을 완성하였다. 완성된 샘플을 이용하여 다음 각 항목에 대하여 다양한 평가 시험을 수행하였다.

상온 부착성 시험: 시편에 수평 및 수직 방향으로 2mm 간격으로 11cut 씩 크로스-컷(cross-cut)을 행한 후 표면을 부드러운 솔로 깨끗이 하고 적당한 폭과 길이의 규정된 테이프로 단단히 부착시킨 후 테이프를 한쪽 90°각도로 강하게 당겨서 박리된 도막 눈금의 개수를 세었다. 바둑판 눈금 부착성 테스트라고도 하는데 총 100개의 바둑판 눈금에서 박리된 개수를 측정하고, 박리된 눈금수가 많을수록 부착성이 나쁜 것으로 평가하였다.

내열 시험: 시편을 110℃에서 300 시간 동안 방치한 후 꺼내어 실온에서 1시간 방치한 뒤 즉시 상기의 부착성 시험을 수행하였다.

내광 시험: 시편에 XENON ARC 하에서 블랙판넬 온도 89± 3℃, 조내 습도 50± 5%, RH 조사 조도 340 nm에서의 조건으로 총 누적 광량이 1050KJ/m²이 될 때까지 조사한 후 꺼내어 시편을 중성세제 수용액으로 세정하고 공기로 건조시켜 1시간 동안 실온에서 방치한 후 상기 부착성 시험을 하였다.

스크래치 시험: 도장 시편을 JIS K 6718 에 따라 스트로크 100mm, 0.5kgf의 하중으로 사파이어 긁힘자를 이용하여 도막면에 수직으로 이동했을 경우 도막 손상 여부를 평가하고, 그 결과를 확인하였다. 이 때 스크래치성의 평가는 그 정도에 따라 우수(5)?불량(1)으로 나타내었다.

도막 물성은 각 조성물별로 5개의 시편에 대하여 평가한 후 평균값을 취하였으며 그 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3에 나타난 바와 같이 실시예 2에 따른 프라이머 도료 조성물과 실시예 1에 따른 베이스 도료 조성물을 사용한 경우에 상온 부착성, 내열 부착성, 내광 부착성, 내스크래치성 등 모든 물성이 가장 우수하다는 것을 확인할 수 있다. 실시예 3?5에 따른 프라이머 도료 조성물과 실시예 1에 따른 베이스 도료 조성물을 사용한 경우에도, 실시예 2에서 만큼은 아니지만 상당히 양호한 수준의 물성을 확보할 수 있음을 또한 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법에 의하면 기존의 유성 도료가 갖는 미흡한 내스크래치성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 이에 더하여 부착성, 내화학성, 내알칼리성 등의 물성을 향상시킬 수 있어서 자외선, 열, 약품 등으로부터 장시간 보호할 수 있으며 도장물의 의장성을 향상시키고 부드러운 촉감 부여 및 도장 표면의 강도를 높이는 것이 가능하여 자동차용 플라스틱 소재의 고부가가치를 실현할 수 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 염소변성 아크릴 수지 약 10?30 중량%; 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 에폭시변성 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 염화폴리프로필렌 약 0.1?20 중량%; 경화제 약 0.1?20 중량%; 및 용제 약 10?80 중량%를 포함하는 프라이머용 도료 조성물을 자동차용 플라스틱 부품에 도포하는 단계; 및
   형성된 프라이머 도막상에 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지 약 30?55 중량%; 경화제 약 2?20 중량%; 소광제 약 1?10 중량%; 침강방지제 약 1?15 중량%; 광안정제 약 0.5?2 중량%; 및 용제 약 20?70 중량%를 포함하는 베이스용 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지는 폴리에스터 폴리올과 폴리카보네이트 폴리올을 약 1:9 ? 9:1의 중량비로 혼합하여 얻어지는 폴리올과 디이소시아네이트를 약 1.01?3 : 1의 몰비로 반응시켜 얻어지는 것임을 특징으로 하는 도장 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 소광제가 입경 약 1?30㎛ 범위의 실리카 분산체이고, 상기 침강방지제가 지방산과 폴리 아민으로부터 제조되는 폴리 아마이드 왁스이고, 상기 광안정제가 UV 흡수계(absorb) 및 UV HALS(hindered amine light stabilizer)계의 혼합물인 것을 특징으로 하는 도장 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 수지의 분자량이 약 8,000?50,000 범위인 것을 특징으로 하는 도장 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 용제가 에스테르계, 방향족탄화수소계 및 케톤계 화합물중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 도장 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 염소변성 아크릴 수지는 하이드록실 값이 약 10?15이며 유리전이 온도가 약 50?60℃ 범위인 것이, 상기 아크릴 수지는 하이드록실 값이 약 20?25 이며 유리전이 온도가 약 70?80℃ 범위인 것이, 상기 에폭시변성 아크릴 수지는 하이드록실 값이 약 50?60 이며, 유리전이 온도가 약 80?90℃ 범위인 것을 특징으로 하는 도장 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 염화폴리프로필렌 수지는 염화도가 약 10?25 중량% 범위인 것을 특징으로 하는 도장 방법.
8. 제1항에 있어서, 표면안정제, 소광제, 광안정제, 안료 및 소취제중 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
9. 자동차용 플라스틱 부품에 프라이머용 도료 조성물을 도포하는 단계; 및
   형성된 프라이머 도막상에 폴리에스터 폴리카보네이트 혼합계의 폴리우레탄 수지 약 30?55 중량%; 경화제 약 2?20 중량%; 소광제 약 1?10 중량%; 침강방지제 약 1?15 중량%; 광안정제 약 0.5?2 중량%; 및 용제 약 20?70 중량%를 포함하는 베이스용 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법.
10. 염소변성 아크릴 수지 약 10?30 중량%; 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 에폭시변성 아크릴 수지 약 1?20 중량%; 염화폴리프로필렌 약 0.1?20 중량%; 경화제 약 0.1?20 중량%; 및 용제 약 10?80 중량%를 포함하는 프라이머용 도료 조성물을 자동차용 플라스틱 부품에 도포하는 단계; 및
    형성되는 프라이머 도막상에 베이스 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 자동차용 플라스틱 부품의 도장 방법.