KR20170016425A - 외관이 우수한 자동차 보수용 미디움 솔리드 타입 도료 조성물 - Google Patents

외관이 우수한 자동차 보수용 미디움 솔리드 타입 도료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 보수용 미디움 솔리드(medium solid) 타입의 고외관, 저VOC(휘발성유기화합물) 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주제 성분 및 이소시아네이트 경화제 성분으로 이루어지며, 주제 성분의 수지로서 특정적으로 낮은 유리전이온도를 갖는 아크릴 폴리올 수지를 포함하는 아크릴 폴리올 수지 혼합물을 사용하고, 또한 주제 성분이 면제 용제(exempt solvent)를 포함함으로써, 기존의 유용성 상도 피막의 환경 오염성을 저감하여 환경 친화적이면서 도장 작업성이 우수하고, 하이 솔리드(high solid) 타입 도료와 동등 수준의 우수한 물성, 즉, 도막 외관(평활성, 광택 및 선영성), 건조시간, 부착성 등을 제공할 수 있어 자동차 보수용 상도 도료로서 특히 적합한 미디움 솔리드 타입 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

외관이 우수한 자동차 보수용 미디움 솔리드 타입 도료 조성물{Medium solid-type coating composition with good appearance for automobile repair}
본 발명은 자동차 보수용 미디움 솔리드(medium solid) 타입의 고외관, 저VOC(휘발성유기화합물) 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주제 성분 및 이소시아네이트 경화제 성분으로 이루어지며, 주제 성분의 수지로서 특정적으로 낮은 유리전이온도를 갖는 아크릴 폴리올 수지를 포함하는 아크릴 폴리올 수지 혼합물을 사용하고, 또한 주제 성분이 면제 용제(exempt solvent)를 포함함으로써, 기존의 유용성 상도 피막의 환경 오염성을 저감하여 환경 친화적이면서 도장 작업성이 우수하고, 하이 솔리드(high solid) 타입 도료와 동등 수준의 우수한 물성, 즉, 도막 외관(평활성, 광택 및 선영성), 건조시간, 부착성 등을 제공할 수 있어 자동차 보수용 상도 도료로서 특히 적합한 미디움 솔리드 타입 도료 조성물에 관한 것이다.
종래에 사용되는 자동차 보수용 상도 투명 도료 조성물은 미디움 솔리드(medium solid) 타입의 저외관, 저가형 제품으로 시장이 형성되었다. 그러나, 이러한 제품은 도막의 외관이 불량하고 광택저하와 함께 후막감이 약해 보이는 문제가 있다. 또한, 낮은 고형분 함량으로 인해 상대적으로 용제 함량이 높기 때문에, 환경설비가 갖추어지지 않은 곳에서 도장시 VOC가 많이 발생되고, 이로 인한 환경오염의 문제가 있었다.
VOC란 일반적으로 정상 상태에서 충분히 높은 증기압을 가져서 대기 중으로 쉽게 증발되는 유기 화합물을 말하는데, 이들의 배출원은 토양, 나무 등의 자연적 배출원과 세탁용제, 도장시설, 석유연료 등의 인위적 배출원이 있다. VOC는 온실효과를 일으키는 지구 온난화의 원인물질이고, 대기 중에서 질소 화합물과 반응하여 광화학 스모그를 유발하기도 하며, 발암물질이기도 하다. 따라서 근래에 와서는 선진국을 중심으로 환경규제의 강화와 더불어 높은 수준의 품질을 요구하고 있다.
VOC를 줄이기 위한 방법으로는 물을 용매로 사용하는 수계 도료, 용제를 전혀 사용하지 않는 분체도료, 및 도료 성분의 주성분인 수지의 고형분을 늘린 하이솔리드 도료를 그 예로 들 수 있다. 하이솔리드 타입의 도료는 주로 아크릴 수지를 이용하고 있는데, 이에 대해서는, 예컨대 대한민국공개특허 제10-2005-0067781호에 공지되어 있다.
그러나, 하이솔리드 타입의 도료는 가격이 비싸다는 단점이 있어, 이를 해소할 수 있는 도료가 필요한 실정이다. 따라서, 미디움 솔리드 타입이면서도 VOC 함량을 감소시켜 환경 친화적이고, 종래의 하이솔리드 타입 도료 조성물이 가지고 있는 기본 물성과 동등 수준의 도막 물성(외관, 건조시간, 부착성 등)을 보장할 수 있으면서, 가격이 저렴한 상도 도료 조성물의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 미디움 솔리드 타입(주제 고형분 함량 30~50 중량%)이면서도 VOC 함량을 감소시켜 환경 친화적이고, 도장 작업성이 우수하며, 기존의 하이 솔리드 타입(주제 고형분 함량 50 중량% 초과) 도료와 동등 수준의 우수한 도막 외관(평활성, 광택 및 선영성), 건조시간, 부착성 등을 제공할 수 있어 자동차 보수용 상도 도료로서 특히 적합한 미디움 솔리드 타입 도료 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 아크릴 폴리올 수지 혼합물, 경화촉매 및 용제를 포함하는 주제 성분; 및 이소시아네이트 및 용제를 포함하는 경화제 성분;으로 이루어지며, 상기 아크릴 폴리올 수지 혼합물 총 100중량% 내에 유리전이온도(Tg)가 -20℃ 내지 30℃인 아크릴 폴리올 수지가 5 내지 70중량%의 양으로 포함되고, 상기 주제 성분의 용제 총 100중량% 내에 면제 용제가 10 내지 60중량%의 양으로 포함되며, 상기 주제 성분의 고형분 함량이 30~50 중량%인, 미디움 솔리드 타입 도료 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 도료 조성물은, 미디움 솔리드 타입이면서도 VOC 함량을 감소시켜 도장시 대기중으로 방출되는 유기 용제의 양을 감량함과 동시에 도장 작업성이 우수하고, 기존의 하이 솔리드 타입 도료와 동등 수준의 우수한 도막 외관(평활성, 광택 및 선영성), 건조시간, 부착성 등을 제공할 수 있어 자동차 보수용 상도 도료로서 특히 적합하게 사용될 수 있다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 도료 조성물은, 아크릴 폴리올 수지 혼합물, 경화촉매 및 용제를 포함하는 주제 성분; 및 폴리이소시아네이트 및 용제를 포함하는 경화제 성분;으로 이루어지며, 상기 주제 성분의 고형분 함량이 30~50 중량%, 보다 구체적으로는 40~50 중량%인 미디움 솔리드 타입 도료 조성물이다.
본 발명에 있어서, 상기 아크릴 폴리올 수지 혼합물 총 100중량% 내에는 유리전이온도(Tg)가 -20℃ 내지 30℃(보다 구체적으로는 -10℃ 내지 20℃)인 아크릴 폴리올 수지 1종 이상이 5 내지 70중량%의 양으로 포함되며, 보다 바람직하게는 10 내지 60중량%, 보다 더 바람직하게는 20 내지 50중량%의 양으로 포함된다. 아크릴 폴리올 수지 혼합물 내의 유리전이온도가 -20℃ 내지 30℃인 아크릴 폴리올 수지 함량이 5중량% 미만이면 도막의 평활성, 광택 등 외관이 열악해지고, 70중량%를 초과하면 도막의 건조성이 열악해진다.
이에 한정되는 것은 아니나, 상기 유리전이온도가 -20℃ 내지 30℃인 아크릴 폴리올 수지의 고형분은 60 내지 80중량%일 수 있고, 고형분 기준 수산기가(Hydroxy value)는 100내지 150mg KOH일 수 있다.
주제 성분의 아크릴 폴리올 수지 혼합물은, 상기 유리전이온도가 -20℃ 내지 30℃인 아크릴 폴리올 수지 이외에, 유리전이온도가 30℃ 보다 높은 아크릴 폴리올 수지, 구체적으로는 유리전이온도가 30℃ 초과 내지 75℃ 이하인 아크릴 폴리올 수지를 하나 이상 더 포함하며, 그 함량은 아크릴 폴리올 수지 혼합물 총 100중량%를 기준으로, 30 내지 95중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 90중량%, 보다 더 바람직하게는 50 내지 80중량%일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 유리전이온도가 30℃ 보다 높은 아크릴 폴리올 수지의 고형분은 60 내지 80중량%일 수 있고, 고형분 기준 수산기가(Hydroxy value)는 100내지 150mg KOH일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 주제 성분의 용제 총 100중량% 내에는 면제 용제(exempt solvnet)가 10 내지 60중량%의 양으로 포함되며, 보다 바람직하게는 15 내지 50중량%, 보다 더 바람직하게는 20 내지 40중량%의 양으로 포함된다. 주제 성분의 용제 내의 면제 용제 함량이 상기보다 적어질수록 VOC 감소 효과는 떨어지고, 많아질수록 도막 외관 및 작업성이 나빠진다.
본 발명에 있어서 사용 가능한 면제 용제로는 아세톤, 디메틸 카보네이트(DMC), 파라클로로벤조트리플루오라이드(PCBTF), tert-부틸아세테이트(t-BuAc) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 기술 분야에 통상 알려진 면제 용제가 단독으로 또는 조합되어 적절히 사용될 수 있다.
본 발명의 도료 조성물의 주제 성분은 상기 면제 용제 이외의 용제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 면제 용제 이외의 용제로는, 지방족 또는 방향족 탄화수소 용제(예컨대, 크실렌, 톨루엔, 헥산 등), 에스테르 용제(예컨대, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 부틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 등), 케톤 용제(메틸이소부틸케톤(MIBK), 메틸이소아밀케톤, 메틸아밀케톤 등) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 들 수 있으며, 그 함량은 주제 성분의 용제 총 100중량%를 기준으로, 40 내지 90중량%, 보다 바람직하게는 50 내지 85중량%, 보다 더 바람직하게는 55 내지 80중량%일 수 있다.
상기 주제 성분에 포함되는 경화촉매로는 테트라메틸부탄디아민, 비시클로옥탄, 디부틸틴디라우레이트, 트리에틸렌디아민, 징크옥토에이트, 칼슘옥토에이트 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 주제 성분은, 주제 성분 총 100중량부를 기준으로, 아크릴 폴리올 수지 혼합물 50~80중량부(보다 구체적으로는 55~75중량부, 보다 더 구체적으로는 60~70중량부), 경화촉매 0.01~5중량부(보다 구체적으로는 0.01~1중량부, 보다 더 구체적으로는 0.01~0.5중량부), 및 용제 10~45중량부(보다 구체적으로는 15~40중량부, 보다 더 구체적으로는 20~35중량부)를 포함할 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에 있어서, 상기 경화제 성분에 포함되는 이소시아네이트로는 황변현상이 없는 지방족 또는 방향족 이소시아네이트 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 4,4’-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물 또는 중합체로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다. 이러한 이소시아네이트 화합물 내의 이소시아네이트기는 주제 성분의 아크릴 폴리올 수지 내의 수산기와 반응하여 우레탄 결합을 형성한다.
또한 상기 경화제 성분에 포함되는 용제로는, 지방족 또는 방향족 탄화수소 용제(예컨대, 크실렌, 톨루엔, 헥산 등), 에스테르 용제(예컨대, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 부틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 등), 케톤 용제(메틸이소부틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 메틸아밀케톤 등) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 들 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 경화제 성분은, 경화제 성분 총 100중량부를 기준으로, 이소시아네이트 40~60중량부(보다 구체적으로는 45~55중량부, 보다 더 구체적으로는 48~52중량부), 및 용제 40~60중량부(보다 구체적으로는 45~55중량부, 보다 더 구체적으로는 48~52중량부)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명의 도료 조성물은, 조성물 총 100중량부를 기준으로, 아크릴 폴리올 수지 혼합물 10~50중량부(보다 더 구체적으로는 20~40중량부), 이소시아네이트 10~30중량부(보다 더 구체적으로는 20~30중량부), 용제 20~60중량부(보다 더 구체적으로는 30~50중량부), 및 경화촉매 0.01~2.5중량부(보다 더 구체적으로는 0.01~0.5중량부)를 포함할 수 있다. 도료 조성물 내 아크릴 폴리올 수지 혼합물 함량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 적절한 도막을 형성할 수 없게 되고, 반대로 지나치게 많으면 작업성이 떨어지며 도막 외관이 불량해질 수 있다. 한편, 도료 조성물 내 이소시아네이트 함량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 불완전 경화로 인하여 도막 물성, 즉 경도와 건조성 등에 문제가 있을 수 있으며, 반대로 지나치게 많으면 조성물의 점도가 너무 높아지는 문제가 있을 수 있다. 또한, 도료 조성물 내 용제 함량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 스프레이 작업성이 문제가 되어 레벨링이 좋지 않아지기 때문에 도막 외관과 물성에 영향을 미치게 되고, 반대로 지나치게 많으면 VOC의 함량이 증가하여 환경문제가 발생되고 도막의 부착력 저하나 내구력 저하의 문제가 있을 수 있다. 또한, 도료 조성물 내 경화촉매 함량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 도막의 경화가 불충분해지는 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 가사시간(즉 작업가능시간)이 단축되어 도료가 작업 중에 겔화되어 버리는 문제가 있을 수 있다.
상기 설명한 성분들 이외에, 본 발명의 도료 조성물은 도막 물성을 개선하기 위하여 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 첨가제로는 내후성 첨가제, 소포제, 레벨링제, 표면조정제, 분산제 등이 있다. 본 발명에서 첨가제가 사용되는 경우, 첨가제 각각의 사용량은, 조성물 총 100중량부 기준으로, 0.01~3중량부의 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 의하여 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예에서 사용된 아크릴 폴리올 수지
아크릴 폴리올수지 (a): 고형분 60중량%, 수산기가: 120mg KOH, Tg: 65℃
아크릴 폴리올수지 (b): 고형분 65중량%, 수산기가: 148mg KOH, Tg: 56℃
아크릴 폴리올수지 (c): 고형분 80중량%, 수산기가: 140mg KOH, Tg: -7℃
아크릴 폴리올수지 (d): 고형분: 73중량%, 수산기가: 140mg KOH, Tg: 6℃
실시예 1
아크릴 폴리올 수지 혼합물로서, 고형분 기준으로, 상기 (b) 369중량부, 상기 (c) 200중량부 및 상기 (d) 110중량부; 경화촉매로서 디부틸틴디라우레이트 2중량부; 면제 용제로서 디메틸 카보네이트 90중량부; 면제 용제 이외의 유기용제(크실렌+MIBK+아세테이트 혼합 용제) 212.5중량부; 및 기타 첨가제들(내후성 첨가제 12중량부, 소포제 0.5중량부, 분산제 1중량부 및 표면조정제 3중량부)를 혼합하여 주제 성분을 제조하였다. 한편, 이소시아네이트로서 헥사메틸렌 디이소시아네이트-기초 블록 폴리이소시아네이트(VPLS 2025, Bayer) 490중량부; 유기용제(크실렌+아세테이트 혼합 용제) 493중량부; 및 기타 첨가제들(수분 흡수제 2중량부 및 흡습제 15중량부)를 혼합하여 경화제 성분을 제조하였다.
상기 제조된 주제 성분 및 경화제 성분을 혼합하여 미디움 솔리드 타입(주제 기준 고형분 49중량%) 투명 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 2
아크릴 폴리올 수지 혼합물로서 상기 (a) 80중량부, 상기 (b) 369중량부, 상기 (c) 150중량부 및 상기 (d) 80중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 주제 성분 및 경화제 성분을 제조하고, 이들을 혼합하여 미디움 솔리드 타입(주제 기준 고형분 47중량%) 투명 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 3
아크릴 폴리올 수지 혼합물로서 상기 (a) 120중량부, 상기 (b) 419중량부, 상기 (c) 110중량부 및 상기 (d) 30중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 주제 성분 및 경화제 성분을 제조하고, 이들을 혼합하여 미디움 솔리드 타입(주제 기준 고형분 46중량%) 투명 도료 조성물을 제조하였다.
비교예
비교예로는 시판 제품인 하이 솔리드 타입(주제 기준 고형분 55중량%) 투명 도료(5200 HS CLEAR, KCC)를 사용하였다. 이 비교예 도료는 바인더 수지 성분으로서 아크릴 폴리올 수지(고형분 75중량%, 수산기가: 149mg KOH, Tg: 57℃) 49중량%, 아크릴 폴리올 수지(고형분 64중량%, 수산기가: 113mg KOH, Tg: 71℃) 13중량% 및 폴리에스테르 수지 27중량%를 포함하였으며, 면제 용제를 포함하지 않았다.
실험예
상기 실시예 및 비교예의 도료 조성물 각각을, 자동차보수용 컬러 베이스(COLOR BASE)가 도장된 피도체 위에 스프레이 건을 사용하여 45~55㎛ 두께로 도포하고 건조시켰다. 도장후 외관, 건조시간, 부착성을 다음과 같은 기준으로 평가 내지 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 도장후 외관: WAVE SCAN을 이용하여 LU(광택) /SH(맑기감) /OP(오렌지필)/CF(평균)값 측정(CF값이 높을수록 외관이 좋음)
2) 건조시간: 60℃ OVEN에서 건조 시작후 25분~35분 사이에 건조상태 확인
3) 부착성: 2mm 간격으로 바둑판 눈금(10 X 10)을 그어서 투명테이프 압착 테스트 실시(◎ : 매우우수, ○ : 우수, △ :보통, X : 불량)
Figure pat00001
상기 표 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에서 제조된 도료 조성물은 미디움 솔리드 타입임에도 불구하고 하이 솔리드 타입인 비교예 도료와 동등 수준의 우수한 도막 외관 특성 및 부착성을 나타내었으며, 건조시간 역시 하이 솔리드 타입에 비하여 뒤지지 않았다. 나아가, 본 발명의 도료 조성물은 면제 용제를 사용하여 VOC 함량을 감소시킬 수 있기 때문에 도장시 대기중으로 방출되는 유기 용제의 양을 최소로 할 수 있어 친환경적이다.

Claims (6)

  1. 아크릴 폴리올 수지 혼합물, 경화촉매 및 용제를 포함하는 주제 성분; 및
    이소시아네이트 및 용제를 포함하는 경화제 성분을 포함하는 미디움 솔리드 타입 도료 조성물로서,
    상기 아크릴 폴리올 수지 혼합물 총 100중량%는, ⅰ) 5 내지 70중량%의 제1 아크릴 폴리올 수지와 ⅱ) 잔부의 제2 아크릴 폴리올 수지로 이루어지고,
    상기 제1 아크릴 폴리올 수지는 유리전이온도(Tg)가 -20℃ 내지 30℃인 아크릴 폴리올 수지이고, 상기 제2 아크릴 폴리올 수지는 유리전이온도(Tg)가 30℃ 초과 75℃ 이하인 아크릴 폴리올 수지이며,
    상기 주제 성분의 용제 총 100중량% 내에는 면제 용제가 10 내지 60중량%의 양으로 포함되고,
    상기 주제 성분의 고형분 함량이 30~50 중량%인,
    미디움 솔리드 타입 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 유리전이온도가 -20℃ 내지 30℃인 아크릴 폴리올 수지의 고형분이 60 내지 80중량%이고, 고형분 기준 수산기가는 100내지 150mg KOH인 것을 특징으로 하는 미디움 솔리드 타입 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아크릴 폴리올 수지 혼합물 총 100중량%는, 20 내지 50중량%의 상기 제1 아크릴 폴리올 수지와 50 내지 80중량%의 상기 제2 아크릴 폴리올 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미디움 솔리드 타입 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 면제 용제가 아세톤, 디메틸 카보네이트, 파라클로로벤조트리플루오라이드, tert-부틸아세테이트(t-BuAc) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 미디움 솔리드 타입 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 주제 성분이, 면제 용제 이외의 용제로서, 지방족 또는 방향족 탄화수소 용제, 에스테르 용제, 케톤 용제 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 용제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미디움 솔리드 타입 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주제 성분의 용제 총 100중량% 내에는 면제 용제가 20 내지 40중량%의 양으로 포함되는 미디움 솔리드 타입 도료 조성물.
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