KR20120108774A

KR20120108774A - 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물 및 이를 사용한 도막의 형성방법

Info

Publication number: KR20120108774A
Application number: KR1020110027085A
Authority: KR
Inventors: 조영호; 백승욱; 이용철; 이미혜; 노원종
Original assignee: 주식회사 노루비케미칼; 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-05
Also published as: KR101247132B1

Abstract

플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물이 개시되어 있다. 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지 5?30 중량%, 수분산 폴리우레탄 수지 10?50 중량%, 경화제 1?20 중량%, 습윤제 0.1?5 중량%, 소포제 0.1?2 중량%, 광안정제 0.5?5 중량%, 경화촉진제 0.01?2 중량%, 증점제 0.1?3 중량%, 항균제 0.15?0.5 중량%, 소광제 0.1?20 중량%, 안료 0.1?5 중량% 및 용제 2?50 중량%를 포함하여 이루어진다. 친환경적이며 유성 도료와 유사한 외관, 품질 및 신뢰성을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 항균성을 갖는다.

Description

플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물 및 이를 사용한 도막의 형성방법{WATER-SOLUBLE AND ANTIBIOTIC PAINT COMPOSITION FOR PLASTICS AND METHOD OF MANUFACTURING COATING FILM USING THE SAME}

본 발명은 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물 및 이를 사용한 도막의 형성방법에 관한 것으로서, 상세하게는 도막물성이 우수하면서도 친환경적이며 인체에 안전한 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물 및 이를 사용한 도막의 형성방법에 관한 것이다.

플라스틱은 미생물에 의해 열화 되기 힘든 것으로 생각되고 있으나 가공시에 사용되는 첨가제가 미생물의 영양분이 되는 경우 또는 플라스틱 표면에 부착된 오염 물질이 미생물의 영양분이 되는 경우에 미생물에 의하여 열화 될 수 있다.

플라스틱의 범용화, 주거 환경의 밀폐화 및 실내 온도의 최적화로 인하여 미생물의 생육 조건과 잘 부합되는 환경이 조성되는 현실에 대응하여 플라스틱 분야에도 항균 특성을 가미한 제품이 개발되고 있으며 상업적 생산이 증가하고 있다. 특히, 최근 위생에 대한 관심이 증가하고, 세균에 의한 오염 등을 방지하기 위한 다양한 방법들이 플라스틱류에 적용되고 있다.

자동차 내장재로 사용되는 플라스틱 중 계기판, 도어 트림(door trim)류, 센터 훼이셔 패널 (center facia panel), 센터 콘솔 (center console), 오디오 패널 (audio panel)의 경우 인체와의 접촉을 통해 땀과 이물질이 부품 표면에 접착할 수 있다. 따라서 특히 이러한 부품은 습도와 온도가 적절한 수준으로 유지되는 자동차 내에서 세균의 번식처가 될 수 있으며 운전자에게 질병을 일으키거나 불쾌한 냄새를 유발하는 원인이 될 수 있다.

한편, 유성 도료에 함유된 유기용제들은 휘발성유기화합물(volatile organic compounds)을 발생하여 환경오염을 유발하고, 냄새가 심하며 작업자의 건강을 해치는 등의 문제로 국내외에 각종 환경 관련 법규에 의해 제제를 받고 있으며 선진국을 중심으로 한 환경 보호 프로그램에 따라 유기용제 함량을 줄이려는 시도가 계속 되고 있다.

이에 따라 유성용제를 대신하여 수성용제를 사용하여 제조된 다양한 플라스틱 소재용 수성 도료 조성물이 연구되어 왔다. 수성용제를 자동차용 플라스틱 부품에 적용하기 위해서는 일반적인 플라스틱에서 요구되는 물성 이외에 더욱 우수한 특성을 가진 도료 조성물이 요구된다. 따라서 수성도료로서 다양한 플라스틱 소재에 적용가능하면서 항균력의 지속성을 실현할 수 있는 도료 조성물의 개발이 필요하다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 친환경적이며 냄새와 휘발성 유기화합물의 발생이 적을 뿐 아니라 기존 유성 도료와 동일한 외관, 품질 및 신뢰성을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 항균력 및 이의 지속성을 높일 수 있는 자동차 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 자동차 플라스틱 부품용 수성 도료 조성물을 사용하여 항균성 도막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 플라스틱 부품용 항균성 수성 도료 조성물은 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지 5?30 중량%, 수분산 폴리우레탄 수지 10?50 중량%, 경화제 1?20 중량%, 습윤제 0.1?5 중량%, 소포제 0.1?2 중량%, 광안정제 0.5?5 중량%, 경화촉진제 0.01?2 중량%, 증점제 0.1?3 중량%, 항균제 0.15?0.5 중량%, 소광제 0.1?20 중량%, 안료 0.1?5 중량% 및 용제 2?50 중량%를 포함하여 이루어진다.

일실시예에 있어서, 상기 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지는 a) 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 이소시아네이트, b) 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 친수성 폴리올 및 c) 폴리카보네이트디올과 폴리에스테르디올을 포함한다.

일실시예에 있어서, 상기 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지는 상기 이소시아네이트 5~30 중량%, 상기 친수성 폴리올 2~10 중량%, 상기 폴리카보네이트디올 및 폴리에스테르디올 30~60 중량%, 용제 5~25 중량% 및 중화제 1~5 중량%를 포함한다.

일실시예에 있어서, 상기 수분산 폴리우레탄 수지는 pH 가 6~10 이고, 인장강도가 5~35 mPa 이고, 파단신율은 600~800% 범위이다.

일실시예에 있어서, 상기 수분산 폴리우레탄 수지는 아크릴 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 폴리올 및 이소시아네이트를 반응시켜 제조된 것이다.

일실시예에 있어서, 상기 경화제는 이소포론 디이소시아네이트 및 하이드로필릭 헥사메틸렌디이소시아네이트 중 적어도 하나이다.

일실시예에 있어서, 상기 항균제는 규조토 0.1~80 중량%, 산화나트륨 0.1~80 중량%, 산화은 0.1~80 중량% 및 알루미나 0.1~80 중량%를 포함하여 이루어진다.

일실시예에 있어서, 상기 소광제는 평균입경이 약 1?30㎛인 마이크로나이즈드 실리카 분산체이다.

상기한 본 발명의 다른 목적은 자동차용 플라스틱 소재상에 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지 5?30 중량%, 수분산 폴리우레탄 수지 10?50 중량%, 경화제 1?20 중량%, 습윤제 0.1?5 중량%, 소포제 0.1?2 중량%, 광안정제 0.5?5 중량%, 경화촉진제 0.01?2 중량%, 증점제 0.1?3 중량%, 항균제 0.15?0.5 중량%, 소광제 0.1?20 중량%, 안료 0.1?5 중량% 및 용제 2?50 중량%를 포함하는 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물을 도포하는 단계 및 도포된 도료 조성물을 건조시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 도료 조성물은 친환경적이며 냄새와 휘발성 유기화합물의 발생이 적고 유성 도료가 갖는 부착성, 내수성, 내열성 등의 우수한 도막 물성을 수성 도료 상태로서 실현할 수 있으면서도 지속적인 항균력을 갖는다. 이러한 도료 조성물을 플라스틱 소재에 적용하면 고부가가치의 상품을 제조할 수 있다.

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.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물은 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지 5?30 중량%, 수분산 폴리우레탄 수지 10?50 중량%, 경화제 1?20 중량%, 습윤제 0.1?5 중량%, 소포제 0.1?2 중량%, 광안정제 0.5?5 중량%, 경화촉진제 0.01?2 중량%, 증점제 0.1?3 중량%, 항균제 0.15?0.5 중량%, 소광제 0.1?20 중량%, 안료 0.1?5 중량% 및 용제 2?50 중량%를 포함하여 이루어진다.

실시예에 따라 항균제를 포함하는 상기 수성 도료 조성물은 도료를 소재상에 도포하고 건조시킨 이후에도 항균 효력을 나타내게 된다. 실시예에 따라 사용되는 항균제는 친수성 수지와의 혼용성과 분산성이 우수하며 조성물 내에 고르게 분산되어 대상체에 적용이 용이한 형태로 제조된다. 또한 장시간 동안 사용 후에는 도막이 갖는 항균제 성분의 담지력이 우수하여 항균제 성분이 점점 방출되어 없어지는 현상이 방지된다. 이에 따라 조성물이 도포되는 시점으로부터 약 36개월 이상의 장시간 동안 지속적인 항균 효력을 나타낼 수 있다.

형성된 도막은 항균성 코팅막을 형성하므로 각종 세균, 곰팡이균, 바이러스 등의 서식을 예방하는 것은 물론이고 유기물의 분해로 인하여 발생되는 냄새를 제거하여 건강하고 쾌적한 환경을 제공해 줄 수 있다. 또한 형성되는 도막은 소재에 대한 부착력과 밀착력이 우수하여 외력이 가해지지 않는 한 지속적인 항균 효력을 나타낸다. 외력이 가해지는 경우에도 형성된 도막의 부착력과 내마모성이 우수하여 마찰과 스크래치와 같은 요인에 의한 코팅막의 손실이 적다.

실시예에 따른 도료 조성물을 구성하는 각 성분의 종류 및 역할에 대하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

<수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지>

도료 조성물을 제조하는데 있어서 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지의 사용량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 5~30 중량% 범위가 되도록 한다. 이는 만약 이의 사용량이 약 5 중량% 미만인 경우에는 부착성, 내용제성 등의 도막 물성이 저하되는 문제점이 발생되며, 이의 사용량이 약 30 중량%를 초과하면 도막이 단단해져 질감 저하 및 냄새를 유발하는 등의 문제가 있기 때문이다.

수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지는 a) 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 이소시아네이트 b) 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 친수성 폴리올 및 c) 폴리카보네이트 디올과 폴리에스테르 디올을 포함하여 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 이소시아네이트 약 5~30 중량%, 친수성 폴리올 약 2~10중량%, 폴리카보네이트 디올 및 폴리에스테르 디올 약 30~60 중량%, 용제 약 5~25 중량% 및 중화제 약 1~5 중량%를 포함할 수 있다.

상기 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지를 구성하는 각 성분의 구체적인 예를 설명하기로 한다. 먼저, a) 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 이소시아네이트로서 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4-디페닐 메탄디이 소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트 및 이로부터 유도된 다관능성 이소시아네이트 중에서 선택된 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 이소포론디이소시아네이트 및 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트 중에서 선택된 적어도 1종을 사용하도록 한다.

이러한 상기 이소시아네이트는 상기 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지의 전체 중량에 대하여, 약 5~30 중량%를 사용하는 것이 좋은데, 이때, 상기 a) 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 이소시아네이트의 사용량이 약 5 중량% 미만이면 기계적 물성 및 내화학성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 약 30 중량% 초과하면 점도가 높아져서 합성하기 어려운 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

상기 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 친수성 폴리올은 우레탄쇄에 친수성을 부여하여 수분산이 가능하게 하는 역할을 수행하며, 디메틸프로피오닉산, 디메틸부타노익산, 폴리옥시에틸렌글리콜, 측쇄에 카르복실기를 함유하는 폴리카프로락톤 디올, 측쇄에 술폰산기를 갖는 폴리에테르 디올, 및 측쇄에 알콕시기로 치환된 폴리옥시에틸렌기를 갖는 폴리올 중에서 선택된 적어도 1종을 사용할 수 있다.

이러한 상기 친수성 폴리올은 상기 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지의 전체 중량에 대하여, 약 2~10 중량%를 사용하는 것이 좋은데, 이때, 상기 b)친수성 폴리올의 사용량이 약 2 중량% 미만이면 친수성이 부족하여 수분산이 되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 약 10 중량% 초과하면 내수성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

상기 c) 폴리카보네이트 디올과 폴리에스테르 디올로서는 약 500~2,000의 중량평균분자량 범위를 갖는 디올을 사용하는 것이 내화학성 및 생산성 측면에서 유리하다. 이러한 폴리카보네이트 디올과 폴리에스테르 디올의 사용량은 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지 총량에 대하여 약 30~60 중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 용제는 일반적인 용제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 N-메틸피롤리돈 및아세톤 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 좋다. 상기 용제는 상기 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지 전체 중량에 대하여 약 5~25 중량%를 사용하는 것이 좋으며, 상기 범위를 벗어나서 사용하면 제조가 어렵거나 코팅제로 사용시 건조시간이 오래 걸리는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 중화제로서는 N-메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 트리에탄올아민을 사용하는 것이 좋다. 상기 중화제의 사용량은 약 1~5 중량%를 사용하는 것이 좋으며, 약 1 중량% 미만으로 사용시 중화제를 사용하는 효과가 미비하며, 약 5 중량%를 초과하여 사용하면 냄새 및 변색을 일으키는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

<수분산 폴리우레탄 수지>

수분산 폴리우레탄 수지는 폴리올 및 이소시아네이트를 반응시켜 합성 할 수 있다. 상기 수분산 폴리우레탄 수지의 제조에 사용되는 폴리올로서는 아크릴 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 등을 예로 들 수 있다. 또한 수분산 폴리우레탄 수지는 pH가 6~10, 인장강도가 5~35 mPa, 파단신률은 600~800%인 것이 바람직하다.

도료 조성물을 제조하는데 있어서 수분산 폴리우레탄 수지의 사용량은 도료 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 10~50 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 사용량이 약 10 중량% 미만인 경우에는 부착성, 내용제성 등의 도막물성이 저하되는 문제점이 발생되며, 이의 사용량이 약 50 중량%를 초과하면 도막이 단단해져 질감 저하 및 냄새를 유발하는 등의 문제가 있다.

<경화제>

도료 조성물의 경화를 위하여 첨가되는 경화제는 무황변과 내후성이 우수한 이소포론 디이소시아네이트 및 하이드로필릭 헥사메틸렌디이소시아네이트가 바람직하게 사용되며, 도료 조성물에 대하여 약 1?20 중량% 범위로 포함하는 것이 좋다. 만약 이의 함량이 약 1 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.

<습윤제>

소재 습윤성은 기본적으로 도료의 표면장력과 피도체의 표면장력 차이에 의하여 결정된다. 일반적인 법칙은 도료 표면장력이 피도체의 표면장력 보다 낮거나 최소한 같아야 한다. 만약, 도료가 피도체의 도장면에 잘 퍼지지 않거나 묻지 않는 경우에는 도료의 표면장력이 피도체의 표면장력 보다 높기 때문이다. 특히 물이 많이 함유된 수성도료는 일반적으로 표면장력이 매우 높아 소재 습윤성이 종종 문제가 된다.

도료의 표면장력을 크게 저하 시켜 소재 습윤성을 향상시키며 분화구 현상을 방지하며 그 외에 표면에 슬립성을 부여하기 위해 폴리에테르 변성 실록산, 폴리에테르 실록산 공중합체, 폴리디메틸 실록산, 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산 등이 바람직하게 사용된다. 사용량은 도료 조성물에 대하여 약 0.1~5 중량% 범위로 포함하는 것이 좋다. 만약 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만인 경우에는 도장 표면의 먼지로 인한 외관 불량 문제가 발생 하며, 약 5 중량%를 초과하면 재도장시 부착 저하의 문제점을 야기할 수 있기 때문이다.

<소포제>

도료 내에 기포가 존재하는 것은 바람직하지 못하다. 도료의 생산 공정 중에 기포가 발생하면 도료를 포장할 때 최적량으로 담을 수 없으며 더 큰 문제는 도료를 도장 할 때 기포가 발생하여 표면 불량을 발생시키는 것이다. 기포는 외관상 보기에도 좋지 않을 뿐만 아니라 보호적 기능을 가진 도료의 고유한 성능을 저하시키는 문제가 있다. 따라서 소포제는 거의 모든 도료의 제조시 꼭 필요한 성분 중 하나이다.

비실리콘계 소포제를 사용하는 것이 바람직하며 도료 조성물에 대하여 약 0.1~2 중량% 범위로 포함하는 것이 좋다. 만약 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만인 경우에는 소포 효과가 미흡하며, 약 2 중량%를 초과하면 재도장시 부착 저하의 문제점을 야기할 수 있기 때문이다.

<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 흡수계 광안정제와 자외선 저해 아민광안정화제계 광안정제의 비율을 약 2 : 1의 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 적절하다.

광안정제의 사용량은 도료 조성물 총량에 대하여 약 0.5~5 중량% 범위가 되도록 한다. 만일, 이의 함량이 약 0.5 중량% 미만인 경우에는 시간이 지남에 따라 도막이 쉽게 황변되고 광택이 저하되는 문제가 있고, 약 5 중량%를 초과하면 도료 저장성이 불안정하게 된다는 문제가 있기 때문이다.

<경화촉진제>

경화 촉진제로는 트리메틸렌디아민, 옥토산주석, 디부틸주석디라우레이트, 2-에틸헥소산납 등이 바람직하며 도료 조성물에 대하여 약 0.01~2 중량% 범위로 포함하는 것이 좋다. 만약 이의 함량이 약 0.01 중량% 미만인 경우에는 건조시간이 길어지며 내약품성, 내습성 및 마모성 등의 물리적 특성이 저하되며, 약 2 중량%를 초과할 경우 도료의 경화가 너무 급격하게 발생하여, 도장 작업시 도막에 팝핑 현상이 발생하거나 도막의 수축을 발생시킨다.

<증점제>

증점제로서는 아크릴계 증점제, 우레탄 증점제 및 에틸렌 비닐 아세테이트 증점제 중에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하며, 도료 조성물에 대하여 약 0.1~3 중량% 범위로 포함하는 것이 좋다. 만약 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만일 경우에는 도장시 도료가 흘러내려 작업성이 저하되는 문제가 있으며, 만약 약 3 중량%를 초과하면 저장성이 저하되고 도막외관이 불량할 수 있기 때문이다.

<항균제>

항균제로서는 특별한 제한 없이 사용가능하나 수성 도료 조성물에 대한 친화력과 분산성 등을 고려할 때 무기계 항균제가 바람직하게 적용된다. 구체적으로, 규조토(이산화규소 99.5중량% 이상의 순도)가 약 0.1~80 중량%, 산화나트륨이 약 0.1~80 중량%, 산화은이 약 0.1~80 중량% 및 알루미나가 약 0.1~80 중량%를 포함하도록 혼합한 것이 바람직하다. 혼합물의 평균 입자경은 약 5~15㎛ 범위인 것이 바람직하다. 항균제의 첨가량은 도료 조성물에 대하여 약 0.15~0.5 중량% 범위로 포함하는 것이 좋다. 만약 이의 함량이 약 0.15 중량% 미만일 경우에는 지속적인 항균 효과를 얻기 어려우며, 약 0.5 중량%를 초과하면 항균 효력을 우수하나 비경제적이며 썬크림성, 내PVC 가소제성 등 도막의 물리적 성질도 약간 저하될 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 분산체를 포함하는 소광제는 도료 조성물에 약 1?20 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 0.1?20 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만이면 소광 효과를 얻기 어렵고 약 20 중량%를 초과하면 스크래치에 약한 문제가 있다.

<안료>

안료는 원하는 색상에 따라 무기안료를 선택하여 혼합해서 사용하며 바람직하기로는 티타늄디옥사이드, 카본블랙, 옐로우 안료, 블루 안료, 그린 안료, 레드 안료 등 다양한 안료에서 선택된 것을 적절히 혼합해서 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 0.1?5 중량% 범위가 되도록 사용하도록 한다. 이의 함량이 약 0.1 중량% 미만일 경우에는 착색 및 은폐가 잘되지 않는 문제가 있고, 약 5 중량%를 초과하면 소재와 도료간의 부착에 문제가 있기 때문이다.

<용제>

용제로서는 다양한 성분이 적용가능하나 구체적으로는 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 에틸렌글리콜 메틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에테르, 부틸렌글리콜 메틸에테르, 디부틸렌글리콜 메틸에스테르, 프로필렌글리콜 메틸에테르, 디프로필렌글리콜 메틸레테르, 프로필렌글리콜 메틸에테르 아세테이트 등에서 선택하여 적절히 혼합해서 조성물 총량을 기준으로 할 때 약 2~50 중량% 범위가 되도록 사용하도록 한다. 이의 함량이 약 2 중량% 미만일 경우에는 표면 레벨링이 저하되는 문제가 있고, 약 50 중량%를 초과하면 냄새를 유발 할 수 있는 문제가 있다.

실시예에 따른 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물에는 상술한 다양한 성분 외에도 슬립제, 침강방지제 등과 같은 다양한 첨가제를 추가로 포함시킬 수 있다. 이들 첨가제는 친환경적이며 냄새와 휘발성 유기화합물의 발생이 적고 기존 유성 도료와 동일한 외관, 품질 및 신뢰성을 실현할 수 있으며 우수한 항균력의 효과 및 지속성을 높일 수 있는 한도 내에서 적절한 양으로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하기로 하는데 본 발명이 이러한 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

상기 각 실시예 및 비교예에 따라 제조된 친환경적이며 냄새와 휘발성 유기화합물의 발생이 적으며 기존 유성 도료와 동일한 외관, 품질 및 신뢰성을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 항균력의 효과 및 지속성을 높이는 자동차 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물 샘플을 사용하여 다음과 같은 시험을 수행하였다.

폴리프로필렌 소재의 시험편에 프라이머(노루비케미칼, WP-200 primer)를 약 8~12㎛ 두께로 도장하고 상온에서 약 5분 동안 방치 후 약 80℃에서 약 10분 동안 건조시켰다. 그리고 약 5분 동안 상온에서 방치 후, 표 1에 나타난 조성으로 제조된 각 도료 조성물을 약 20~25㎛ 두께로 도장하고 상온에서 약 15분 동안 방치한 후 약 80℃에서 약 30분 동안 건조하여 샘플을 완성하였다. 완성된 샘플을 이용하여 다음 각 항목에 대하여 다양한 평가 시험을 수행하였다.

<도막의 항균성 평가>

항균성 시험은 JIS Z 2801에 준하여 실시하였다. 항균도(정균감소값; R(정균감소율;%)) 테스트는 JIS Z 2801:2000 에 준하여 수행하였다. 시험조건은 다음과 같다.

1) 시험균종

① Staphylococcus aureus ATCC 6538P

② Escherichia coli ATCC 8739

2) 접종균액의 농도 및 접종량

① 5.0 × 10

CFU/mL, 0.4mL(2.0 × 10

CFU/piece)

② 8.0 × 10

CFU/mL, 0.4mL(3.2 × 10

CFU/piece)

3) 도장된 플라스틱 시편의 크기: 50 × 50 mm

4)대조편: Stomacher bag

정균감소값(R)은 R=log(B/C) 의 식에 따라 계산하였다. 여기에서, B는 24시간 후 대조편의 균수를 나타내며 C는 24시간 후 시험편의 균수를 나타낸다.

시험편을 사용하여 초기 항균성 시험, 내습성 시험, 내광 시험, 내열 싸이클 시험 등을 다음과 같이 수행하였다.

초기 항균성 시험: 상기의 항균성 시험을 실시하였다.

내습성 시험: 시편을 온도 50ㅁ 2℃, 상대습도 95ㅁ 2% 조건에서 약 168 시간 동안 방치한 후 꺼내어 에어블로우에 의해 표면 수분을 제거 한 후, 실온에서 한시간 방치하여 도막의 표면상태를 조사하고 10일 이내에 상기 항균성 시험을 하였다.

내광 시험: XENON ARC 하에서 블랙판넬 온도 89± 3℃, 조내 습도 50± 5%, RH 조사 조도 340 nm에서의 조건으로 총 누적 광량이 1050 KJ/m²이 될 때까지 조사한 후 꺼내어 시편을 중성세제 수용액으로 세정하고 공기로 건조시켜 1시간 동안 실온에서 방치한 후 10일 이내에 상기의 항균성 시험을 하였다.

내열 싸이클 시험: 하기 표에 나타난 싸이클 시험을 3번 반복하고 1시간 동안 실온에서 방치한 후 10일 이내에 상기의 항균성 시험을 하였다.

싸이클 조건을 하기 표 2에 요약하여 나타내었다.

싸이클 조건

80± 2℃ × 3시간 → 실온 × 1시간 → -40± 2℃ × 3시간 → 실온 × 1시간 →
50± 2℃, 95± 2% RH × 7시간 → 실온 × 1시간

도막 항균성은 각 조성물별로 5개의 시편에 대하여 평가한 후 평균값을 취하였으며 그 결과를 표 3에 나타내었다. 표 3에서, Test Bacteria ①은 Staphylococcus aureus ATCC 6538P를 나타내고, Test Bacteria ②는 Escherichia coli ATCC 8739를 나타낸다.

상기 표 3에 나타난 결과로부터, 항균제의 첨가량이 조성물 총량에 대하여 0.1 중량%로서 너무 적은 경우에는 항균도가 낮으며 특히 내습시험 후 항균도가 낮다는 것을 확인할 수 있다.

<도막 물성 평가>

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 하고 총 100개의 바둑판 눈금에서 박리된 개수가 많을수록 부착성이 나쁜 것으로 평가하였다.

내썬크림성: 아크릴판(50mm × 50mm)에 같은 크기의 백면포 2장을 겹쳐 올린 후 썬크림 0.25g을 전면에 도포한다. 썬크림 도포 부위를 도장 시편 위에 올리고 아크릴판을 눌러 밀착 시킨다. 80± 2℃의 항온조에 1시간 방치한 후 꺼내어 백면포와 아크릴판을 제거한다. 약 10-15분 정도 실온에 방치한 후 중성세제로 씻어내고 건조한다. 도막의 표면상태를 조사하고 즉시 상기의 부착성 시험을 하였다.

내 PVC 가소제성: 아크릴판(50mm × 50mm)에 같은 크기의 PVC 패드(가소재 함량 60 wt% 상당인 것)를 겹쳐 올린 후 패드 부위를 도장시편 위에 올리고 0.1 kgf의 하중을 아크릴판에 주어 밀착시킨다(도장시편-PVC패드-아크릴판-하중 순). 110± 2℃의 항온조에 약 1시간 동안 방치한 후 꺼내어 하중, 아크릴판, PVC 패드를 제거한다. 약 10-15분 정도 실온에 방치 후 중성세제로 씻어내고 건조한다. 도막의 표면상태를 조사하고 즉시 상기의 부착성 시험을 하였다.

도막 물성은 각 조성물별로 5개의 시편에 대하여 평가한 후 평균값을 취하였으며 그 결과를 표 4에 나타내었다.

구분	상온부착성 (박리된 눈금수)	썬크림성 (박리된 눈금수)	내PVC가소제성 (박리된 눈금수)
실시예1	0	0	0
비교예1	0	0	0
비교예2	0	5	0
비교예3	0	21	1

표 3 및 표 4에 나타난 바와 같이 실시예 1에 따른 자동차 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물을 사용한 경우에 우수한 항균력을 제공받을 수 있으면서도, 상온 부착성, 썬크림성, 내PVC가소제성 등 다양한 도막 물성이 우수하다는 것을 확인할 수 있다. 이에 비하여 수지 성분의 함량이 적절한 수준에 미달인 비교예 2 및 3의 경우에는 부착성 등의 물성이 양호하지 못하다는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 자동차 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물 및 이를 사용한 도막의 형성방법에 의하면 친환경적이며 냄새와 휘발성 유기화합물의 발생이 적으며 기존 유성 도료와 유사한 외관, 품질 및 신뢰성을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 항균력의 효과 및 지속성을 높이는 자동차 플라스틱 부품용 항균 수성 도료로 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

수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지 5?30 중량%; 수분산 폴리우레탄 수지 10?50 중량%; 경화제 1?20 중량%; 습윤제 0.1?5 중량%; 소포제 0.1?2 중량%; 광안정제 0.5?5 중량%; 경화촉진제 0.01?2 중량%; 증점제 0.1?3 중량%; 항균제 0.15?0.5 중량%; 소광제 0.1?20 중량%; 안료 0.1?5 중량% 및 용제 2?50 중량%를 포함하는 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지는 a) 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 이소시아네이트, b) 평균 관능기수 2개 이상을 갖는 친수성 폴리올 및 c) 폴리카보네이트디올과 폴리에스테르디올을 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지는 상기 이소시아네이트 5~30 중량%, 상기 친수성 폴리올 2~10 중량%, 상기 폴리카보네이트디올 및 폴리에스테르디올 30~60 중량%, 용제 5~25 중량% 및 중화제 1~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수분산 폴리우레탄 수지는 pH 가 6~10 이고, 인장강도가 5~35 mPa 이고, 파단신율은 600~800% 범위인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
제1항 또는 4항에 있어서, 상기 수분산 폴리우레탄 수지는 아크릴 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 폴리올 및 이소시아네이트를 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 경화제는 이소포론 디이소시아네이트 및 하이드로필릭 헥사메틸렌디이소시아네이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 항균제는 규조토 0.1~80 중량%, 산화나트륨 0.1~80 중량%, 산화은 0.1~80 중량% 및 알루미나 0.1~80 중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 소광제는 평균입경이 약 1?30㎛인 마이크로나이즈드 실리카 분산체인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
자동차용 플라스틱 소재상에 수산기를 가진 수분산성 폴리우레탄 수지 5?30 중량%; 수분산 폴리우레탄 수지 10?50 중량%; 경화제 1?20 중량%; 습윤제 0.1?5 중량%; 소포제 0.1?2 중량%; 광안정제 0.5?5 중량%; 경화촉진제 0.01?2 중량%; 증점제 0.1?3 중량%; 항균제 0.15?0.5 중량%; 소광제 0.1?20 중량%; 안료 0.1?5 중량% 및 용제 2?50 중량%를 포함하는 플라스틱 부품용 항균 수성 도료 조성물을 도포하는 단계; 및
도포된 도료 조성물을 건조시키는 단계를 포함하는 항균성 도막의 형성방법.