KR20130108740A - 유리소재에 실크스크린 인쇄 작업 후 도장되는 도료 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 틱소트로피성(thixotropy), 레벨링성, 소포성과 부착성이 좋아 유리 실크스크린 인쇄면 위에 기포나 크래터링(Cratering, 분화구 현상)이 없이 강한 부착력과 깨끗한 도장면을 가질 수 있게 하는 도료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법은,
ⅰ) 유색안료 45∼60중량%, 분산제 0.2∼2.0중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 20.0∼40.0중량%를 방향족 탄화수소계 용제 5∼15중량%에 혼합 교반 후 밀링(milling)하여 입도 10μm 이하의 밀 베이스를 제조하는 단계; 및
ⅱ) 상기 밀 베이스 40∼70중량%, 방향족 탄화수소계 용제 또는 다가 알코올 유도체 용제 3∼6중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 10∼30중량%, 멜라민수지(고형분 기준) 5∼15중량%, 에폭시수지(고형분 기준) 5∼15중량%, 알코올계 용제 1∼2중량%, 유동성 조절제(고형분 기준) 0.1∼1.0중량%, 부착력 향상제 0.1∼3.0중량%, 표면조절제 0.1∼1.0중량%, 소광제 3∼10중량%를 혼합하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

유리소재에 실크스크린 인쇄 작업 후 도장되는 도료 조성물 및 그 제조방법{Paint composite for glass printed silk screen and its manufacturing method}
본 발명은 틱소트로피성(thixotropy), 레벨링성, 소포성과 부착성이 좋아 유리 실크스크린 인쇄면 위에 기포나 크래터링(Cratering, 분화구 현상)이 없이 강한 부착력과 깨끗한 도장면을 가질 수 있게 하는 도료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
지금까지 사용하고 있는 실크스크린 상도용 유리배면용 도료의 경우 실크스크린 인쇄도막에 남아 있는 실리콘 성분으로 인하여 상도 도장 시 크래터링(Cratering) 발생과 부착력 저하를 가져왔다.
이를 해결하기 위해 특정한 실리콘 성분을 함유하는 첨가제(조제)를 사용하였으나 크래터링(Cratering)이 완벽하게 해소되지 않았으며, 문제 해결을 위해 과량 사용 시에는 오히려 크래터링(Cratering)이 더욱 심하게 발생되는 문제가 있었다. 또한 실리콘 조제 사용으로 인하여 재도장 시 부착 불량 문제도 발생하고 있다.
더욱이 은폐력 향상을 위해 도막의 두께도 많이 올리고 있는데 이때 기포(Popping)가 발생하므로 크래터링(Cratering)과 함께 이 문제를 해결하여야 한다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제, 즉 소포성과 크래터링(Cratering)의 발생 문제를 동시에 해결할 뿐 아니라 재도장성도 양호한 도료 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 도료 조성물의 제조방법인 본 발명은,
ⅰ) 유색안료 45∼60중량%, 분산제 0.2∼2.0중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 20.0∼40.0중량%를 방향족 탄화수소계 용제 5∼15중량%에 혼합 교반 후 밀링(milling)하여 입도 10μm 이하의 밀 베이스를 제조하는 단계; 및
ⅱ) 상기 밀 베이스 40∼70중량%, 방향족 탄화수소계 용제 또는 다가 알코올 유도체 용제 3∼6중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 10∼30중량%, 멜라민수지(고형분 기준) 5∼15중량%, 에폭시수지(고형분 기준) 5∼15중량%, 알코올계 용제 1∼2중량%, 유동성 조절제(고형분 기준) 0.1∼1.0중량%, 부착력 향상제 0.1∼3.0중량%, 표면조절제 0.1∼1.0중량%, 소광제 3∼10중량%를 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 유동성 조절제는 변성우레아인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 부착력 향상제는 실란계 화합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 표면조절제는 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산과 폴리아크릴레이트 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 소광제는 활석(Talc)인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실크스크린 상도용 도료조성물을 구성하는 성분에 대하여 설명한다. 단위는 중량%이다.
먼저 밀베이스 제조공정에서 사용하는 방향족 탄화수소계 용제는 안료를 분산하는 공정에서 안료, 수지 및 각종 원료가 잘 섞이도록 윤활제 역할을 하며, 또한 분산에 알맞은 점도를 유지시켜 주기 위해 첨가한다.
유색안료는 Dyno mill로 온도 35℃∼45℃에서 6∼8pass 정도 밀링(milling)하여 입도 분포가 무기안료는 10μm, 유기안료는 5μm 이하가 적당하다. 그 함량은 밀 베이스의 45∼60중량%가 바람직하다.
본 발명에 사용하는 유색 안료는 시판되는 유기 안료 또는 무기 안료의 어느 쪽도 좋다. 본 발명자들은 실험 과정에서 유기 적색, 백색(C.I PIGMENT RED 170, C.I PIGMENT WHITE 6) 등을 사용하였으나 이에 제한되지는 않는다.
수지는 도료조성물의 접착성, 건조성, 물리적·화학적 물성, 안료 침강 방지 기능을 부여하는데, 아크릴수지, 멜라민수지, 에폭시수지를 적절히 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 수지들은 액상상태이므로, 상온에서 교반기를 이용하여 혼합하여 사용한다.
밀베이스(Mill base) 상 수지의 함량은 총 밀베이스의 20.0∼40.0중량%가 바람직하며, 최종 도료조성물에서는 전체 수지 함량이 15∼60중량%가 바람직하다. 수지 함량이 15중량% 미만이면 소재와의 부착에 문제가 발생할 수 있고, 60중량%를 초과하면 점도 상승으로 인한 저장안정성 저하를 가져올 수 있다.
분산제는 고분자 습윤 분산제를 사용할 수 있다. 이것은 각 성분들의 원료분산성을 증가시키는 기능을 하며 밀 베이스의 0.2∼2.0중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 0.2중량% 미만 사용하면 안료 분산에 문제가 있고 2.0중량%를 초과하면 원료 분산성이 높아지나 최종 도료 제조 시 건조 등의 문제를 일으킬 수 있다.
두 번째 공정에 포함되어 있는 알코올계 용제는 용제라기보다 제품성능 향상을 위한 첨가제(additive) 용도로 사용한 것이다.
또한 3~6중량%로 함유되는 용제는 점도를 낮추어 밀 베이스와 각종 수지 및 원료들의 혼합을 용이하게 할 뿐 아니라 윤활제의 역할도 한다. 이러한 용제는 방향족 탄화수소계 용제 또는 다가 알코올 유도체 용제를 사용할 수 있다. 상기 용제의 함량이 너무 낮으면 조성물의 점도가 높아져 분산 및 작업성에 문제가 있고, 너무 높아도 조성물의 점도가 낮아져 안료 침강 및 분산성에 문제가 발생할 수 있다.
유동성 조절제는 도장 후 도료의 자유로운 이동을 억제하여 이물질이나 표면장력의 변화로 도막이 벌어지는 크래터링을 방지하고, 특유의 유연성으로 가열 건조시킬 때 급속한 온도상승으로 인한 파핑(popping, 끓음)을 방지하고, 도료의 저장안정성을 부여한다. 본 발명에서 사용 가능한 유동성 조절제는 변성우레아 용액이다.
변성우레아 용액의 경우 0.1중량%(고형분 기준) 미만이면 크래터링 및 기포발생의 문제를 야기할 수 있다. 만약 1.0중량%(고형분 기준)를 초과하면 오히려 저장안정성 등에서 문제가 발생할 수 있고, 도막표면도 나빠질 수 있다.
부착력 향상제는 무기물질인 유리와 유기물질 사이의 부착을 돕는 역할을 한다. 기본적으로 유리에 도료가 부착이 나오지 않지만, 부착력 향상제를 이용하면 도료와 유리사이의 부착력이 좋아진다. 본 발명에서 사용한 부착력 향상제는 실란계 화합물을 이용한다.
표면조절제는 소재 습윤성을 매우 효과적으로 개선시켜 준다. 또한, 레벨링성 및 광택을 향상시키며, 롱웨이브(long wave) 효과를 부여하고 크래터링 현상을 방지한다. 본 발명에 사용되는 표면조절제는 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산과 폴리아크릴레이트 중에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 표면조절제는 총 도료 조성물의 0.1∼1.0중량% 사용하는 것이 좋은데, 0.1중량% 미만으로 사용할 경우 도료의 표면장력이 높아져 레벨링 저하 등의 문제가 있고, 1.0중량% 초과 사용할 경우 표면장력이 너무 낮아져 재도장 시 층간 부착 불량문제가 발생한다.
소광제는 먼지와 스프레이시 발생하는 미세먼지에 의한 피쉬아이(fish eye) 현상이나 크래터링에 대한 적응성을 증가시킬 뿐 아니라 기포발생을 억제하는 역할도 한다. 본 발명에 사용되어진 소광제는 활석(Talc, Mg3Si4O10(OH)2) 계통을 사용할 수 있다. 상기 소광제는 3∼10중량%를 사용하는 것이 좋은데, 3중량% 미만으로 사용할 경우 유동성 문제로 인한 크래터링 및 기포가 발생한다. 10중량% 초과 사용할 경우, 외관 표면이 나빠지는 문제가 발생한다.
본 발명의 실크스크린 상도용 도료는 부착성, 소포성, 레벨링성이 우수하여 원소재(유리)에 대한 도장성능, 외관 및 부착력이 우수할 뿐만 아니라 실크스크린 도장면 위에서 발생하는 부착 불량, 크래터링 발생 문제가 거의 없다.
일반 도료를 실크스크린 도장 면 위에 도장 시에는 크래터링 문제가 발생하며, 도막이 후막(40미크론 이상)일 경우에는 기포(popping)까지 발생한다. 반면 본 발명에 따른 도료의 경우 유동성 조절제와 소광제량을 조절하여 이런 문제를 동시에 개선하였다. 따라서 원소재(유리)면 뿐만 아니라 실크스크린 도장면 위에 도장했을 경우 부착성, 레벨링성(크래터링 발생 없음), 소포성을 동시에 충족시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
<실시예 1>
유색안료(C.I PIGMENT WHITE 6) 50중량%, 고분자분산제(BYK-P104S) 2.0중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 35중량%, 방향족 탄화수소계 용제인 XYLENE 13중량%에 30분 pre-mixing 후 Dyno Mill로 6∼8 pass 정도 밀링(milling)하여 입도분포가 10μm 이하가 되게끔 제조하였다.
상기와 같이 제조된 밀 베이스(mill base) 40.7중량%, 방향족 탄화수소계 용제인 XYLENE 4.4중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 20.4중량%, 멜라민수지(고형분 기준) 13.5중량%, 에폭시수지(고형분 기준) 13.5중량%, n-BuOH 1.4중량%, 변성우레아용액(solution of urea urethane, 고형분 기준) 0.3중량%, 실란계 화합물(γ-Glycidoxypropyl trimethoxysilane/상품명 Silquest A-187) 1.4중량%, 폴리아크릴레이트 0.4중량%, Talc 4중량%를 혼합, 교반하여 본 발명의 도료 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
유색안료(C.I PIGMENT WHITE 6) 50중량%, 고분자 분산제(BYK-P104S) 1.0중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 44중량%, XYLENE 5중량%에 30분 pre-mixing 후 Dyno Mill로 6∼8 pass 정도 밀링(millng)하여 입도분포가 10μm 이하가 되게끔 제조하였다.
상기와 같이 제조된 밀 베이스(mill base) 40.5중량%, XYLENE 4.3중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 20.2중량%, 멜라민수지(고형분 기준) 13.4중량%, 에폭시수지(고형분 기준) 13.4중량%, n-BuOH 1.4중량%, 실란 1.4중량%, 실리콘 계통(폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산/상품명 BYK-306, 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산/상품명 BYK-310) 1.4중량%, Talc 4중량%를 혼합, 교반하여 비교예 1의 도료 조성물을 제조하였다.
최종도료 조성물에 포함된 표면조절제 함량은 실리콘 계통실리콘 계통(폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산/상품명 BYK-306, 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산/상품명 BYK-310) 1.4중량% 실란 1.4중량%, Talc 4중량%이다.
<비교예 2>
유색안료(C.I PIGMENT WHITE 6) 50중량%, 고분자 분산제(BYK-P104S) 2.0중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 35중량%(건설화학), XYLENE 13중량%에 30분 pre-mixing 후 Dyno Mill로 6∼8 pass정도 밀링(milling)하여 입도분포가 10μm 이하가 되게끔 제조하였다.
상기와 같이 제조된 밀 베이스(mill base) 39.2중량%, XYLENE 4.3중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 19.5중량%, 멜라민수지(고형분 기준) 13중량%, 에폭시수지(고형분 기준) 13중량%, n-BuOH 1.5중량%, 폴리아마이드 왁스 4.6중량%, 실란 0.6중량%, 폴리아크릴레이트 0.4중량%, Talc 3.9중량%를 혼합, 교반하여 본 발명의 도료 조성물을 조성하였다.
최종 도료 조성물에 포함된 폴리아마이드계 유동성 조절제 함량은 4.6중량%이고, 실란 0.6중량%, Talc 3.9중량% 이다.
<시험예 1 : 레벨링성 평가>
가로 15cm, 세로 15cm 유리판 위에 실크스크린용 잉크로 실크인쇄 후 180℃ X 10분 건조한 후 도막 위에 스프레이한 다음, 10분 세팅, 160℃ X 20분 건조한 후 육안관찰하여 평가하였다.
비교예 1의 도료를 동일 조건으로 실크스크린 도막면 위에 도장 및 건조하였을 시 면은 평활하였으나 크래터링이 발생했다. 비교예 2는 평활성도 떨어지고 크래터링도 발생하였다.
<시험예 2 : 소포성 평가>
실시예와 비교예 1, 비교예 2에 대한 소포성을 확인하기 위해 가로 15cm, 세로 15cm 유리판 위에 실크스크린용 잉크로 실크인쇄 후 180℃ X 10분 건조한 후 도막위에 실시예, 비교예 1, 비교예 2 도료를 도장 후 10분 세팅, 160℃ X 20분 건조한 후 육안관찰하여 평가하였다.
비교예 1의 도료를 동일 조건으로 실크스크린 도막면 위에 도장 및 건조하였을 때 기포발생이 소량 있다. 비교예 2는 기포발생은 없었지만 시험예 1에서 보듯이 크래터링이 부분적으로 발생하였다. 실시예는 기포 없이 양호하였다.
<시험예 3 : 분산성 및 저장안정성 평가>
실시예에서 제조된 액상도료의 분산성 및 저장안정성 정도를 확인하기 위해 500ml 캔(can)에 넣고 60℃ 항온 룸(room)에서 1주일간 방치하였을 때 나타나는 안료침전 정도를 평가하였으며 하드 케이킹(Hard Caking) 발생 여부도 관찰하였다.
비교예 1은 60℃ 항온 룸(room)에서 1주일간 방치하였을 때, 안료침전이 발생하였으나 실시예와 비교예 2로 제조된 도료의 경우 60℃ 항온 룸(room)에서 1주일간 방치하였을 때, 안료침전이 발생하지 않았다.
또한 부차적인 실험으로 상기 기술된 안료 대신 60μm급의 펄(pearl) 안료를 도료에 10중량% 첨가하여 실시예, 비교예 1, 비교예 2를 동시에 60℃ 항온 룸(room)에 1주일간 방치한 후 저장상태를 관찰한 결과 비교예 1은 하드 케이킹(Hard Caking)에 가까운 안료침전이 발생하였으나, 실시예와 비교예 2의 경우 소프트 케이킹(Soft Caking)에 해당하는 침전이 발생하였다. 즉, 실시예와 비교예 2는 분산성 및 저장안정성이 양호한 것으로 나타났다.
< 시험예 4 : 재도장성 >
실시예와 비교예 1, 비교예 2에 대한 재도장성을 확인하기 위해 가로 15cm, 세로 15cm 유리판 위에 실시예, 비교예 1, 비교예 2 도료 조성물을 각각 도장 후 10분 세팅, 160℃ X 20분 건조시켰다. 그다음 실시예 도장면 위에는 실시예 도료 조성물, 비교예 1 도장면 위에는 비교예 1 도료 조성물, 비교예 2 도장면 위에는 비교예 2 도료 조성물을 도장하여 10분 세팅, 160℃ X 20분 건조 시킨 후 부착력 테스트를 실시하였다.
비교예 1의 경우 부착력 테스트를 실시한 결과 층간부착불량이 발생하였으나 실시예와 비교예 2에서는 발생하지 않았다. 즉, 실시예와 비교예 2는 재도장성이 우수한 것으로 나타났다.
Figure pat00001

<평가>
비교예 1의 경우 실리콘 계통의 표면제를 사용하여 레벨링 및 크레터링 방지 효과는 다소 좋아졌으나 반면에 파핑(Popping, 끓음 현상) 현상과 재도장성 불량이 발생하였다. 따라서 실시예에서 실리콘계통의 표면제 대신 폴리아크릴레이트와 변성우레아 유동성 조절제를 사용하여 레벨링(도막평활성) 및 크레터링 방지 효과를 완벽하게 구현했을 뿐 아니라 실리콘 계통의 표면제 과다 사용으로 인한 파핑(Popping, 끓음 현상) 현상과 재도장성 불량 문제를 현저히 개선하고 저장안전성 또한 크게 향상하였다.
비교예 2는, 실시예에서 사용된 변성우레아 유동성 조절제 대신 폴리리아마이드 유동성 조절제를 사용한 것인데, 이 경우 재도장성과 저장안전성은 양호하였지만 레벨링(도막평활성) 및 크레터링 방지효과는 실시예에 비하여 현저하게 열악하였다.
다시 종합하면 실크스크린 도장면 위에 도장하는 도료는 레벨링(도막평활성) 및 크레터링 방지효과가 뛰어나야 한다. 그러기 위해서 보통 실리콘 계통의 표면제를 사용한다. 하지만 이럴 경우 파핑(Popping, 끓음 현상) 현상과 재도장성 불량 문제가 발생한다. 따라서 본 발명자들은 이를 해결하기 위해서 변성우레아 유동성 조절제의 도료 유동성 및 움직임을 억제하는 특성을 이용하여 크레터링 방지 효과와 재도장성을 동시에 구현했으며, 변성우레아 유동성 조절제의 사용으로 인해 발생하는 레벨링(도막평활성) 불량 문제는 아크릴레이트를 사용하여 해결하였고, 아크릴레이트는 또한 실리콘에 비해 재도장성이 아주 우수하므로 재도장성 측면에도 현저한 개선을 이루었다.
그리고 유동성 조절제의 경우 일반적으로 많이 사용되는 폴리아마이드 타입의 것도 사용하여 보았지만 변성우레아 유동성 조절제에 비해 크레터링 방지 효과가 크게 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명의 가장 큰 특징은 실크스크린 도장면 위에 도료 도장 시 발생하는 크레터링, 파핑, 재도장성 불량을 변성우레아 유동성 조절제를 사용하여 동시에 개선하고 부수적인 효과로 도료의 저장안정성도 크게 향상하였다는 점이라 하겠다.
위에서 살핀 바와 같이 본 발명은 유동성 조절제 및 표면조절제의 함량을 조절하여 제조함으로써 기존 실크스크린 상도용 도료에서 나타나는 재도장성 저하, 기포발생, 크래터링 발생문제를 효과적으로 개선했을 뿐만 아니라, 기존 도료가 가지고 있던 안료(펄, 알루미늄 포함)의 침강문제를 보다 획기적으로 개선함으로써 보다 우수한 실크스크린 상도용 도료를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. ⅰ) 유색안료 45∼60중량%, 분산제 0.2∼2.0중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 20.0∼40.0중량%를 방향족 탄화수소계 용제 5∼15중량%에 혼합 교반 후 밀링(milling)하여 입도 10μm 이하의 밀 베이스를 제조하는 단계; 및
    ⅱ) 상기 밀 베이스 40∼70중량%, 방향족 탄화수소계 용제 또는 다가 알코올 유도체 용제 3∼6중량%, 아크릴수지(고형분 기준) 10∼30중량%, 멜라민수지(고형분 기준) 5∼15중량%, 에폭시수지(고형분 기준) 5∼15중량%, 알코올계 용제 1∼2중량%, 유동성 조절제(고형분 기준) 0.1∼1.0중량%, 부착력 향상제 0.1∼3.0중량%, 표면조절제 0.1∼1.0중량%, 소광제 3∼10중량%를 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는,
    유리소재에 실크스크린 인쇄 작업 후 도장되는 도료 조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    유동성 조절제는 변성우레아인 것을 특징으로 하는,
    유리소재에 실크스크린 인쇄 작업 후 도장되는 도료 조성물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    부착력 향상제는 실란계 화합물인 것을 특징으로 하는,
    유리소재에 실크스크린 인쇄 작업 후 도장되는 도료 조성물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    표면조절제는 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산과 폴리아크릴레이트 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    유리소재에 실크스크린 인쇄 작업 후 도장되는 도료 조성물의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    소광제는 활석(Talc)인 것을 특징으로 하는,
    유리소재에 실크스크린 인쇄 작업 후 도장되는 도료 조성물의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는, 유리소재에 실크스크린 인쇄 작업 후 도장되는 도료 조성물.
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