KR20130013452A - 자동차 보수용 투명 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 아크릴 폴리올 수지 15～24 중량%; 제2 아크릴 폴리올 수지 17～26 중량%; 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(CAB) 수지 1～4 중량%; 경화촉매 0.01～0.1 중량%; 레벨링제 0.01～0.1 중량%; 경화제로서, 폴리이소시아네이트 8～18 중량%; 및 용제 40～50 중량%로 이루어지고, 상기 제1 아크릴 폴리올 수지는 고형분이 60～70 중량%이고, 25℃에서의 가드너점도가 Z～Z3이고, 수평균분자량이 13,000～14,000이고, 유리전이온도가 50～60℃이고, 수산기가는 고형분 기준으로 145～155 mg KOH이고, 상기 제2 아크릴 폴리올 수지는 고형분이 55～65 중량%이고, 25℃에서의 가드너점도가 Z2～Z5이고, 수평균분자량이 10,000～12,000이고, 유리전이온도가 60～70℃이고, 수산기가는 고형분 기준으로 110～130 mg KOH인 것을 특징으로 하는 자연 건조형 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제공한다. 본 발명의 자동차 보수용 투명 도료 조성물은 기존의 유용성 상도 피막의 환경 오염성을 저감하면서도 우수한 외관, 광택 및 선영성, 도장 후 도막의 평활성과 광택을 가지고, 특히 향상된 속도로 자연 건조가 가능하다는 효과가 있다.

Description

자동차 보수용 투명 도료 조성물{A TRANSPARENT PAINT COMPOSITION FOR REPAIRING A VEHICLE}
본 발명은 수지, 경화제, 경화촉매, 레벨링제 및 용제로 이루어진 자동차 보수용 고 광택 투명 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주수지로서 아크릴 폴리올 수지, 보조수지로서 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(CAB) 수지, 경화제로서 비황변형 폴리이소시아네이트를 사용하여 적은 환경오염성과 우수한 외관, 광택 및 선영성, 도장 후 도막의 평활성과 광택을 갖는 자연 건조형 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 도장은 다층 도장 형식으로 이루어지며, 그 과정은 전착, 중도, 유색 상도 및 투명 상도 도장으로 이루어진다. 자동차 보수용 상도 투명 도료 조성물은 기존에 도장된 도막 위에 다시 중도 및 상도의 도장을 실시하는 것이므로 조성물의 특성에 따라 도장 도막의 기계적인 물성 등에 많은 영향을 줄 수 있다. 현재 자동차 보수용 상도 조성물은 작업성만 우수한 저가형 제품으로 시장이 형성되었으나, 이러한 제품은 도막의 외관이 불량하고 광택 저하와 함께 후막감이 약한 단점이 있다. 또한, 환경설비를 제대로 갖추어지지 않은 곳에서 도장 시 유기용제를 대기 중으로 많이 방출하기 때문에 휘발성 유기 화합물(이하, VOC로 지칭)로 인한 환경오염도 발생시킨다는 문제가 있었다. VOC이란 일반적으로 정상 상태에서 충분히 높은 증기압을 가져 대기 중으로 쉽게 증발되는 유기 화합물을 말하는데, 이들의 배출원은 토양, 나무 등의 자연적 배출원과 세탁용제, 도장시설, 석유연료 등의 인위적 배출원이 있다. 이러한 VOC는 온실효과를 일으키는 지구 온난화의 원인물질이고, 대기 중에서 질소화합물과 반응하여 광화학 스모그를 유발하기도 하며, 발암물질로 분류되기도 한다.
최근 환경 문제와 연관하여 VOC의 배출로 인한 대기 오염 영향을 줄이기 위해 유기 용제의 사용량을 감소시키는 방안과 소비자의 주요 요구 물성인 외관 향상을 위해 아크릴 폴리올 수지와 비황변 폴리이소시아네이트를 경화제로 하는 하이솔리드형 수지를 적용하는 방안이 제시되고 있다. 하이솔리드형 수지를 포함하는 조성물은 내용제성 및 경도 등의 물성이 효과적이지 못했다. 이러한 도료로는 Autoclear Plus HS 제품(악조모벨社)과 ChromaClear83700s 제품(듀퐁社) 등이 있다. 한국공개특허 제10-2006-01078982호는 아크릴 폴리올 수지와 비황변 폴리이소시아네이트를 경화제로 하는 자동차 보수용 상도 피막 조성물을 개시하고 있으나, 상기 조성물은 VOC 함량을 저감시키면서 물성은 확보하였으나 자연 건조가 불가능하다는 단점이 있다.
따라서, 환경오염을 줄이기 위해 VOC 함량을 감소시키는 동시에 우수한 물성을 확보하고, 상온에서의 자연 건조가 가능한 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 대한 수요가 존재하였다.
이에 본 발명자들은 기존 도료의 물성을 확보하면서도 VOC 발생을 감소시키는 동시에 상온에서의 자연 건조가 가능한 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 개발하기 위해 예의 연구하던 중, 분자량, 수산기가, 가드너점도, 유리전이온도가 상이하고 고형분의 함량이 높은 2종의 아크릴 폴리올 수지를 혼용하고, 상온에서의 건조 속도를 향상시킬 수 있는 셀룰오로스 아세테이트 부티레이트 수지를 추가 적용하고, 비황변 폴리이소시아네이트를 경화제로 적용한 결과, 적은 환경오염성과 우수한 물성을 가지면서 도장 후 자연 건조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 도료 조성물이 가지고 있는 기능에 있어서 우수한 기본 물성은 보장하면서도 VOC 발생은 감소시키고 상온에서 건조 가능한 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명은 제1 아크릴 폴리올 수지 15～24 중량%; 제2 아크릴 폴리올 수지 17～26 중량%; 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(CAB) 수지 1～4 중량%; 경화촉매 0.01～0.1 중량%; 레벨링제 0.01～0.1 중량%; 경화제로서, 폴리이소시아네이트 8～18 중량%; 및 용제 40～50 중량%로 이루어지고,
상기 제1 아크릴 폴리올 수지는 고형분이 60～70 중량%이고, 25℃에서의 가드너점도가 Z～Z3이고, 수평균분자량이 13,000～14,000이고, 유리전이온도가 50～60℃이고, 수산기가는 고형분 기준으로 145～155 mg KOH이고, 상기 제2 아크릴 폴리올 수지는 고형분이 55～65 중량%이고, 25℃에서의 가드너점도가 Z2～Z5이고, 수평균분자량이 10,000～12,000이고, 유리전이온도가 60～70℃이고, 수산기가는 고형분 기준으로 110～130 mg KOH인 것을 특징으로 하는 자연 건조형 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 자동차 보수용 투명 도료 조성물을 구체적으로 살피면 다음과 같다.
(1) 제1 아크릴 폴리올 수지
본 발명의 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 사용되는 제1 아크릴 폴리올 수지는 고형분이 60～70 중량%이고, 25℃에서의 가드너점도가 Z～Z3이고, 수평균분자량이 13,000～14,000이고, 유리전이온도가 50～60℃이고, 수산기가는 고형분 기준으로 145～155 mg KOH인 것이 바람직하다.
제1 아크릴 폴리올 수지의 함량은 총 조성물 기준으로 15～24 중량%이다. 상기 범위 내에서 도막의 경화밀도 및 경화도막의 경도를 향상시켜 내용제성, 내스크래치성, 경도 등의 우수한 물성을 확보할 수 있다.
(2) 제2 아크릴 폴리올 수지
본 발명의 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 사용되는 제2 아크릴 폴리올 수지는 고형분이 55～65 중량%이고, 25℃에서의 가드너점도가 Z2～Z5이고, 수평균분자량이 10,000～12,000이고, 유리전이온도가 60～70℃이고, 수산기가는 고형분 기준으로 110～130 mg KOH인 것이 바람직하다.
제2 아크릴 폴리올 수지의 함량은 총 조성물 기준으로 17～26 중량%이다. 상기 범위 내에서 도막의 경화밀도 및 경화도막의 경도를 향상시켜 내용제성, 내스크래치성, 경도 등의 우수한 물성을 확보할 수 있다.
상기 제1 아크릴 폴리올 수지와 제2 아크릴 폴리올 수지가 본 발명의 자동차 보수용 투명 도료 조성물의 주수지 역할을 한다. 본 발명의 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 사용되는 아크릴 폴리올 주수지는 큰 분자량과 높은 수산기를 함유한다. 본 발명의 아크릴 폴리올 주수지로서 고형분의 함량을 높은 것을 사용함으로써 VOC 함량을 감소시키면서 도료의 광택 및 외관을 우수하게 할 수 있다.
본 발명에 사용된 아크릴 폴리올 수지는 에틸렌계 불포화 단량체와 수산기를 함유한 아크릴 단량체로 구성된다. 에틸렌계 불포화 단량체로는 스티렌, 메틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, 노말부틸 (메트)아크릴레이트, 이소부틸 (메트)아크릴레이트, 터셔리부틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 벤질 (메트)아크릴레이트, 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트 중 2종 이상을 사용할 수 있고, 수산기를 함유한 아크릴 단량체로는 히드록실에틸 (메트)아크릴레이트, 히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 히드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 입실론-카프로락톤을 부가한 히드록시에틸 (메트)아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
(3) 셀룰오로스 아세테이트 부티레이트(CAB) 수지
본 발명의 자동차 보수용 투명 도료 조성물에 사용되는 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(CAB) 수지는 도료 조성물의 상온에서의 건조 속도를 향상시키고 도료 조성물의 점도를 낮추는 역할을 한다. 도료 조성물의 점도를 낮춤으로써 도료를 도장할 때 분사성을 향상시키며 피도체에 도료가 잘 올라가게 하여 도료의 레벨링 및 외관을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 CAB 수지는 고형분이 80 내지 100 중량%이고, 유리전이 온도는 70～80℃, 수산기가가 고형분 기준으로 39.5～62.7 mg KOH인 것이 바람직하다.
본 발명의 CAB 수지의 함량은 총 조성물 기준으로 1～4 중량%이다. 상기 범위 내에서 다른 물성을 저해시키지 않으면서 목적하는 빠른 건조성을 확보할 수 있다.
(4) 경화제
본 발명에 사용되는 경화제는 아크릴 폴리올 수지의 수산기와 반응하여 우레탄 결합을 형성할 수 있는 비황변형 폴리이소시아네이트이다. 바람직하게 폴리이소시아네이트는 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트 및 테트라메틸크실렌디이소시아네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 단량체를 포함한다. 특히 바람직하게는, 이러한 단량체의 삼량체(trimer) 형태이다.
경화제의 함량은 총 조성물을 기준으로 8～18 중량%이다. 8 중량%보다 적으면 불완전 경화로 인해 경도와 건조성 등의 물성이 취약해지고, 18 중량%보다 많으면 점도가 높아짐으로 인해 희석량이 많아지고 결국에는 VOC 함량이 높아진다.
(5) 경화촉매
본 발명의 자동차 보수용 투명 조성물은 테트라메틸부탄디아민, 비시클로옥탄, 디부틸틴디라우레이트, 트리에틸렌디아민, 징크옥토에이트 및 칼슘옥토에이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 경화촉매를 포함한다.
경화시간을 단축하기 위해 사용되는 경화촉매의 함량은 총 조성물 중 0.01～0.1 중량%이다. 함량이 0.1 중량%를 초과하면 가사시간(즉 작업가능시간)이 단축되어 도료가 작업 중에 겔화되어 버리는 문제가 발생하고, 함량이 0.01 중량% 미만이면, 도료의 경화가 길어지는 문제가 발생할 수 있다.
(6) 용제
본 발명의 자동차 보수용 투명 조성물에 사용되는 용제는 방향족 탄화수소계 용제, 케톤계 용제 및 아세테이트계 용제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. 방향족 탄화수소계 용제는 크실렌, 톨루엔, 헥산 등을 사용할 수 있고, 케톤 용제는 아세톤, 메틸이소아밀케톤, 메틸아밀케톤 등을 사용할 수 있고, 아세테이트계 용제는 부틸아세테이트, 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 용제는 도료 조성물 중 40～50 중량%로 포함된다. 용제가 40 중량% 미만으로 포함되면 스프레이 작업성이 문제가 되어 레벨링이 좋지 않아지기 때문에 외관과 물성에 영향을 미치게 되고, 50 중량%를 초과하여 포함되면 유기용제의 양이 증가함에 따라 VOC의 함량이 증가하여 환경문제가 발생되고 전체적인 물성에서 부착력 저하나 내구력 저하의 문제가 있다.
(7) 레벨링제
본 발명에 사용되는 레벨링제는 도료의 표면 장력을 조절하기 위한 목적이다. 레벨링제는 기술 분야에 공지된 물질을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리에테르 변성 폴리실록산 용액을 사용한다. 레벨링제의 함량은 총 조성물 중 0.01～0.1 중량%이다. 상기 범위를 초과하면 물성을 저해시켜 우수한 물성을 얻을 수 없고 레벨링제로서의 역할도 하지 못한다.
(8) 기타 조성성분
본 발명의 조성물은 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 통상의 첨가제로는 분산제, 침강방지제, 핀홀방지제, 소포제 등이 있다. 특히 핀홀방지제는 도료가 빠른 속도로 건조될 경우 도료 내 용제가 증발하면서 표면에 생기는 작은 구멍인 핀홀을 막아 도료 표면을 개선하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 도료 조성물은 아크릴 폴리올 수지가 갖는 특징, 치밀하고 견고한 도막을 유지하면서 도막 상층에 형성되는 우레탄과의 부착력이 우수하고, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(CAB) 수지를 첨가하여 상온에서 도료 조성물의 건조속도 및 경도를 향상시킨 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 환경오염이 있는 VOC 함량을 500 g/LT 이하로 낮추어서 도장 시 대기 중으로 방출되는 유기용제의 양을 최소로 함과 동시에 경도, 건조성, 가사시간과 같은 물성은 기존 조성물과 동등하게 유지하면서 미려한 외관 및 광택을 유지하는 도료 조성물을 제공할 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 다만 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 이에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
물질
제1 아크릴 폴리올 수지: CRT00767, KCC사 제품(고형분: 65, 수산기가: 148 mg KOH, Tg: 55.8℃)
제2 아크릴 폴리올 수지: CRT00448, KCC사 제품(고형분: 60, 수산기가: 120 mg KOH, Tg: 64.5℃)
CAB 수지: solus 2100, EASTMAN 제품(고형분: 100, 수산기가: 51.5 mg KOH, Tg: 75℃)
폴리이소시아네이트: DURANATE TPA-90SB, ASAHI KASEI CHEMICALS사 제품
경화촉매: 디부틸틴디라우레이트
레벨링제: TEGO GLIDE B1484(TEGO사)
용제: 실시예 1~3 및 비교예 1에서 사용한 용제는 조성물 총 중량 기준으로 하기 표 1에서 제시한 비율로 각 용제를 혼합하여 사용하였다.
부틸
아세테이트		 에틸
아세테이트		 메틸이소부틸케톤 크실렌 디메틸
카보네이트		 Dowanol PMA 합계
실시예 1 3.78 4.66 2.11 22.54 6.33 5.53 44.95
실시예 2 3.72 4.59 2.08 22.2 6.23 5.45 44.27
실시예 3 3.67 4.53 2.05 21.87 6.13 5.37 43.62
비교예 1 3.84 4.73 2.14 22.87 6.42 5.62 45.62
(단위: 중량%)
실시예 1～3 및 비교예 1
다음의 표 2에 나타낸 바와 같은 조성으로 도료 조성물을 제조하였다. CAB 수지는 아크릴 수지를 첨가하기 전에 용제에 완전히 용해한 후 사용하였으며, 이소시아네이트를 혼합하기 전에 경화촉매, 레벨링제, 용제 등과 교반기에서 1,000 rpm으로 20분 교반하였다.
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
제1 아크릴 폴리올 수지 19.91 19.91 19.91 19.91
제2 아크릴 폴리올 수지 21.01 21.01 21.01 21.01
CAB 수지 0.67 1.35 2.0 0.0
경화촉매 0.03 0.03 0.03 0.03
레벨링제 0.1 0.1 0.1 0.1
용제 44.95 44.27 43.62 45.62
폴리이소시아네이트 13.33 13.33 13.33 13.33
합계 100 100 100 100
(단위: 중량%)
실험예
본 실험의 실시예 1～3에 따라 얻어진 조성물 및 비교예 1의 조성물 2 g을 150℃에서 30분을 가열하여 용제분은 휘발하고 남은 잔량을 계산하여 고형분(NV)를 측정하였고, 비중은 25℃에서 비중컵(S224389, Sheen사)을 이용하여 측정하였다.
또한, 피도체에 스프레이 건을 사용하여 피막 조성물을 도포하고 그 위에 투명 도료 조성물을 도포하여 광택, 외관, 선영성, 상도부착성, 내용제성, 내충격성, 가사시간 등을 측정하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.
실험방법
추천된 도장시스템에 준하여 제조된 조성물 및 시편 평면에서 다음과 같이 시험하였는데 모든 시험은 25℃에서 수행되었다.
1) VOC 함량: 계산식은 아래와 같다
VOC 함량(g/ℓ)=(100-혼합고형분-면제용제무게)×10×혼합비중
* 혼합고형분, 혼합비중: 주제와 경화제를 혼합한 후 측정
2) 건조속도: 피막조성물을 도장하고 도료 표면을 손가락으로 찍어서 도료가 손가락에 묻지 않는 시간을 측정하였다.
3) 내용제성: 피막조성물을 도장하고 80℃*12시간 건조 후 크실렌으로 손상시키고 1시간 후 도막의 변색이나 부풀음(swelling) 및 광택의 변화 유무를 육안으로 관찰하였다.
4) 연필경도: 미쓰비시 유니펜슬로 시험하였다.
5) 표면경도 확인: 전자식 경도 시험기(Pendulum Hardness, Koenig, ASTM D4366참조)를 사용하여 측정하였다.
6) 도막외관: 육안으로 판정하였다.
7) 내충격성: DUPONT 테스트기를 이용하여 1/2", 0.5 Kg, 50 cm에서 도막박리가 없음을 확인하였다.
8) 가사시간 : 조성물의 구성성분을 혼합한 후, 25℃에서 방치한 다음 점도가 30% 상승하는데 걸리는 시간을 측정하였다.
시험결과 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
N.V(%) 40.15 40.83 41.48 40.10
비중 0.98 0.99 0.99 0.971
VOC 함량(g/ℓ) 498.99 498.57 498.24 499.57
건조성 (스프레이) 15분 50초 14분 20초 13분 10초 17분 10초
내용제성
0(bad)～10(good)		 9 9 9 9
연필경도 HB F F HB
Pendulum Hardness
(상온 1일 경과)		 22 25 29 18
Pendulum Hardness
(상온 30일 경과)		 81 92 105 63
Pendulum Hardness (Koenig)
(완전경화시)		 135 134 137 135
광택(20°gloss) 92.9 93.4 93.5 91.5
도막외관 양호함 양호함 양호함 양호함
내충격성 ○ ○ ○ ○
가사시간
(초기점도 30% 증가시간)		 약 120분 약 120분 약 120분 약 180분
상기 표 3에서 나타나는 것과 같이 본 발명의 도료 조성물은 종래의 상도 도료 조성물에 비하여 동등 이상의 고형분을 갖고, VOC를 만족하면서도 외관, 내충격성을 유지하고 상온에서 빠른 경화 건조 속도와 높은 광택을 보이는 것을 알 수 있었다.

Claims (6)

  1. 제1 아크릴 폴리올 수지 15～24 중량%;
    제2 아크릴 폴리올 수지 17～26 중량%;
    셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(CAB) 수지 1～4 중량%;
    경화촉매 0.01～0.1 중량%;
    레벨링제 0.01～0.1 중량%;
    경화제로서, 폴리이소시아네이트 8～18 중량%; 및
    용제 40～50 중량%로 이루어지고,
    상기 제1 아크릴 폴리올 수지는 고형분이 60～70 중량%이고, 25℃에서의 가드너점도가 Z～Z3이고, 수평균분자량이 13,000～14,000이고, 유리전이온도가 50～60℃이고, 수산기가는 고형분 기준으로 145～155mg KOH이고,
    상기 제2 아크릴 폴리올 수지는 고형분이 55～65 중량%이고, 25℃에서의 가드너점도가 Z2～Z5이고, 수평균분자량이 10,000～12,000이고, 유리전이온도가 60～70℃이고, 수산기가는 고형분 기준으로 110～130 mg KOH인 것을 특징으로 하는 자동차 보수용 투명 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CAB 수지는 고형분이 80～100 중량%이고, 수산기가는 고형분 기준으로 39.6～62.7mg KOH, 유리전이 온도는 70～80℃인 수지인 것을 특징으로 하는 자동차 보수용 투명 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이소시아네이트는 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 보수용 투명 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경화촉매는 테트라메틸부탄디아민, 비시클로옥탄, 디부틸틴디라우레이트, 트리에틸렌디아민, 징크옥토에이트 및 칼슘옥토에이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자동차 보수용 투명 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레벨링제는 폴리에테르 변성 폴리실록산 용액인 것을 특징으로 하는 자동차 보수용 투명 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용제는 방향족 탄화수소계 용제, 케톤계 용제 및 아세테이트계 용제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자동차 보수용 투명 도료 조성물.
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