KR20180118378A - 바이오 물질을 기반으로 한 uv코팅 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 UV코팅 조성물에 관한 것으로, UV코팅 조성물에 바이오 물질을 도입함으로써 석유화학 기반의 종래의 UV코팅 조성물과 동등수준 이상의 물성을 가지면서 친환경적인 UV코팅 조성물에 관한 것이다.

Description

바이오 물질을 기반으로 한 UV코팅 조성물 {Bio based UV coating composition}
본 발명은 UV코팅 조성물에 관한 것으로, UV코팅 조성물에 바이오 물질을 도입함으로써 석유화학 기반의 종래의 UV코팅 조성물과 동등수준 이상의 물성을 가지면서 친환경적인 UV코팅 조성물에 관한 것이다.
최근 기술적 발전과 더불어 보다 좋은 제품에 대한 소비자의 요구가 높아짐에 따라 각종 재료에 코팅 도막을 형성하여 표면 외관을 미려하게 하며 소비자의 요구를 충족시키고 있다.
일반적으로 코팅이라 함은 물체의 표면을 다른 물질로 도포하는 것을 의미하며, 이를 통하여 코팅된 물체를 외부 자극으로부터 보호하고, 구체적으로 긁힘 방지, 변색 방지 및 산화 방지 등의 역할을 하여, 코팅된 물질의 외관을 오랜 시간 깨끗하게 유지할 수 있도록 한다.
코팅액을 물체의 표면에 도포한 후 경화시키는 방법으로는 열 경화 방법, 광 경화 방법 또는 증발 건조 방법을 이용하는데, 광 경화 방법, 특히 UV 경화 방법은 용제를 최소화함으로써 환경오염을 줄일 수 있고, 경화 시간이 짧아 효율적으로 사용이 가능하므로 널리 사용되고 있다.
이에 따른, 종래의 대한민국 공개특허공보 제10-1993-0013028호는 자외선 경화형 도료 조성물을 개시하고 있지만 코팅원료로 사용되는 소재는 바이오를 전혀 포함하지 않는 석유화학 기반인 것으로 석유자원의 고갈 및 이산화탄소 배출 등의 환경적인 문제와 환경호르몬 유발 유해성분이 배출되는 것이 큰 문제가 될 수 있기 때문에 이에 대한 대체기술 및 제품이 시급히 확립되어야 할 필요성이 있다.
KR 10-1993-0013028 A(공개일: 1993.07.21)
본 발명의 목적은 석유화학 기반의 종래의 UV코팅 조성물과 동등수준 이상의 물성을 가지면서 친환경적인 UV코팅 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머;
바이오 모노머;
바이오 왁스; 및
바이오 비드; 를 포함하는 UV코팅 조성물을 제공한다.
본 발명의 UV코팅 조성물은 바이오 물질을 기반으로 하면서도 종래의 석유화학 기반의 UV코팅 조성물과 동등수준 이상의 물성을 가지는 효과가 있다.
본 발명의 UV코팅 조성물은 바이오 물질을 기반으로 함으로써 종래의 석유화학 기반의 UV코팅 조성물보다 친환경적인 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명은 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 바이오 모노머, 바이오 왁스 및 바이오 비드를 포함하는 UV코팅 조성물에 관한 것이다.
상기 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머(Bio urethane acrylate Oligomer)는 바이오 기반 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate) 및 아크릴계 모노머를 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 바이오 기반 폴리올은 폴리에스터 폴리올과 폴리에테르 폴리올로 구분 될 수 있고, 상기 폴리에테르 폴리올은 상분리특성 및 내가수분해성 등이 우수하나 기계적 물성이 미비하기 때문에 본 발명에서는 폴리에스터 폴리올을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리에스터 폴리올은 바이오 기반 다이머산(dimer acid)과 바이오 기반 다이올(diol)의 에스테르화 반응을 통해 제조할 수 있다.
상기 바이오 기반 다이머산(dimer acid)은 식물성 유지로부터 얻을 수 있는 것으로, 에틸렌성 이중결합을 1~4개 갖는 탄소수 14~22개의 지방산(이하, 「불포화 지방산 X」라고 한다), 바람직하게는 에틸렌성 이중결합을 2개 갖는 탄소수 14~22개의 지방산과, 에틸렌성 이중결합을 1~4개 갖는 탄소수 14~22개의 지방산(이하, 「불포화 지방산 Y」라고 한다), 바람직하게는 에틸렌성 이중결합을 1개 또는 2개 갖는 탄소수 14~22개의 지방산을 이중결합부에서 반응시켜 얻어지는 이량체 산을 사용할 수 있다.
상기에서 불포화 지방산 X로서 에틸렌성 이중결합을 2개 갖는 탄소수 14~22개의 지방산은 테트라데카디엔산, 헥사데카디엔산, 옥타데카디엔산(리놀레산 등), 에이코사디엔산, 도코사디엔산, 옥타데카트리엔산(리놀렌산 등), 에이코사테트라엔산(아라키돈산 등) 등을 들 수 있다. 또한 불포화 지방산 Y로서는 상기 예시된 것에 더불어, 에틸렌성 이중결합을 1개 갖는 탄소수 14~22개의 지방산으로서의 테트라데센산(츠즈산(tsuzuic acid), 피세테르산(physeteric acid), 미리스트올레산), 헥사데센산(팔미트올레산 등), 옥타데센산(올레산, 엘라이드산, 박센산 등), 에이코센산(가돌레산 등), 도코센산(에루크산, 세톨레산, 브라시드산 등) 등을 들 수 있다.
상기 바이오 기반 다이머산은 바람직하게, 올레산 또는 리놀레산 각각의 이량체이거나 올레산 및 리놀레산의 이량체일 수 있다.
상기 바이오 기반 다이올(diol)은 식물의 탄소원(글루코오스 등)으로부터 발효법에 의해 수득되거나 또는, 발효 후 얻어진 디카르복실산, 디카르복실산 무수물 또는 고리형 에테르를 화학 반응에 의해 다이올 화합물로 변환한 것일 수 있다.
상기 바이오 기반 다이올은 예를 들어, 에틸렌글리콜, 1,2-프로판다이올, 1,3-프로판다이올, 1,3-부탄다이올, 1,4-부탄다이올, 1,5-펜탄다이올, 1,6-헥산다이올, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜 및 다이머 다이올(dimer diol) 등을 들 수 있으며, 옥수수로부터 수득한 1,3-프로판다이올이 바람직하다.
상기 폴리에스터 폴리올을 제조하기 위한 상기 바이오 기반 다이머산과 바이오 기반 다이올의 함량비는 0.1-1:2, 바람직하게는 0.5-1:2일 수 있다. 상기 범위 외일 경우 폴리에스터 폴리올의 점도가 높아져 취급 조작성이 떨어지거나, 우레탄화 반응시의 겔화 등에 의해 분자량이 비정상으로 높거나, 분자량 분포도가 비정상으로 크거나 또는 유연성이나 신도 등의 물성이 저하되므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바이오 기반 다이머산 및 바이오 기반 다이올 함량의 합은 상기 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머 내 10-90중량%, 바람직하게는 20-80중량%일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 바이오 기반 물질의 함량이 적어지며, 상기 범위를 초과할 경우 최종 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 물성이 저하될 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리에스터 폴리올은 분자량(Mw)이 500-10,000, 바람직하게는 1,000-8,000일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 물성이 저하되며, 상기 범위를 초과할 경우 폴리에스터 폴리올의 점도가 지나치게 높아져 취급하기 어려우므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리에스터 폴리올의 분자량 분포도(PDI)는 통상 1.2∼4.0인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.5∼3.5, 더욱 바람직하게는 1.8∼3.0이다. 상기 범위 미만일 경우 폴리에스터 폴리올 제조 시 경제성이 떨어지며, 상기 범위를 초과할 경우 최종 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 물성이 저하되므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 이소시아네이트는 예를 들어, 2,4- 혹은 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 자일릴렌디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 파라페닐렌디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌디이소시아네이트, 톨리딘디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트 및 α,α,α',α'-테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트 등의 방향 고리를 갖는 지방족 디이소시아네이트, 메틸렌디이소시아네이트, 프로필렌디이소시아네이트, 리신디이소시아네이트, 2,2,4- 또는 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트 및 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트, 1,4-시클로헥산디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트(수소첨가 TDI), 1-이소시아네이트-3-이소시아네이트메틸-3,5,5-트리메틸시클로헥산(IPDI), 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트 및 이소프로필리덴디시클로헥실-4,4'-디이소시아네이트 등의 치환족 디이소시아네이트 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 사용하여도 되고, 2 종 이상의 병용이어도 된다.
본 발명에 있어서는, 특히 반응성이 높고 내후성이 우수한 1-이소시아네이트-3-이소시아네이트메틸-3,5,5-트리메틸시클로헥산(IPDI) 및 1,6-헥사메틸렌 이소시아네이트(HDI)가 바람직하다.
상기 이소시아네이트와 폴리에스터 폴리올의 몰비는 1000:1.5-7, 바람직하게는 1000:2-6이 바람직하다. 상기 범위 미만인 경우 부착성 및 물성이 불량하고, 상기 범위를 초과할 경우 경화성이 저하되므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴계 모노머는 아크릴산 또는 아크릴레이트계 모노머일 수 있다.
상기 아크릴레이트계 모노머는 하이드록시(hydroxy)기를 포함하고 있는 아크릴레이트일 수 있으며, 예를 들어, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 메타크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 메타크릴레이트, 하이드록시 부틸 아크릴레이트, 하이드록시 부틸 메타크릴레이트, 하이드록시 펜틸 아크릴레이트, 하이드록시 펜틸 메타크릴레이트, 하이드록시 헥실아크릴레이트, 하이드록시 헥실 메타크릴레이트 등이 있으며, 이들을 각각 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 이소시아네이트와 아크릴계 모노머의 몰비는 1:0.1-0.3, 바람직하게는 1:0.1-0.2인 것이 바람직하다. 상기 범위 미만인 경우 경화성이 불량하고, 상기 범위를 초과할 경우 부착성 및 물성이 저하되므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 분자량(Mw)이 1,000-50,000, 바람직하게는 2,000-40,000일 수 있다. 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 분자량이 상기 범위 미만인 경우 부착성과 내후성이 저하되고, 상기 범위를 초과할 경우 내후성은 양호하나 코팅액 점도의 증가로 작업성이 저하되므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 UV코팅 조성물 내에 20-50중량%, 바람직하게는 25-40중량%로 포함될 수 있다. 바이오 우레탄 올리고머의 함량이 상기 범위 미만인 경우 코팅의 레벨성이 감소하여 부착성이 낮아지며, 상기 범위를 초과하는 경우 경화성 및 내광성 등의 물성이 저하되므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바이오 모노머는 동, 식물에서 추출한 물질로 아크릴계 모노머 일 수 있다. 상기 아크릴계 모노머로는 예를 들어, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 아이소보닐 아크릴레이트, 아이소보닐 메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 트라이메틸프로판 트라이아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트 및 트라이프로필렌글리콜 디아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이들을 각각 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 바이오 모노머 이외의 모노머를 사용하는 경우, 휘발성 혹은 방향성 유기화합물의 발생으로 인하여 친환경적이지 못하므로 바이오 모노머를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바이오 모노머는 UV코팅 조성물 내에 10-30중량%, 바람직하게는 15-25중량%로 포함될 수 있다. 바이오 모노머의 함량이 상기 범위 미만일 경우 도료의 점도가 너무 높아져서 평활화가 불가능할 수 있으며, 상기 범위를 초과할 경우 UV 경화 후에도 미반응 모노머가 많이 남아 물성이 저하되므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바이오 왁스는 재생가능한 폴리아미드일 수 있으며, 예를 들면, 락탐 또는 아미노산으로부터 수득된 지방족 폴리아미드 (예를 들어 11-아미노운데칸산의 중축합에 의해 수득된 폴리아미드 11), 디카르복실산과 디아민의 축합 생성물 (예를 들어 데칸디아민과 세바신산의 축합 생성물인 폴리아미드 10.10, 데칸디아민과 지방산 이량체의 축합 생성물인 폴리아미드 10.36), 또는 상기 언급된 것과 같은 다양한 단량체의 중합으로 야기되는 코폴리아미드 (예를 들어, 폴리아미드 11/10.10, 폴리아미드　11/10.36, 폴리아미드 10.10/10.36, 11-아미노운데칸/n-헵틸-11-아미노운데칸 코폴리아미드 등 둘 이상의 단량체를 포함하는 재생가능 기원의 코폴리아미드)일 수 있다.
본 발명에서는 바람직하게 수분 흡수율이 낮아서 성형 시 변형에 안정적인 폴리아미드 11, 폴리아미드 10.10 또는 이들의 조합을 사용하는 것이 좋다. 이때 혼합 사용할 경우 폴리아미드 11은 50-99중량％ 및 폴리아미드 10.10은 1-50중량％의 비율로 사용할 수 있으며, 상기 함량 비율로 혼합하여 사용하는 경우 내충격성, 내열성 및 강성이 우수해진다.
상기 바이오 왁스는 UV코팅 조성물 내에 0.5-15중량%, 바람직하게는 1-10중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 소광 효과를 갖기 어려우며 상기 범위를 초과할 경우 점도 및 슬립성이 너무 증가하기 때문에 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바이오 비드는 화장품용으로 알려져 있는 바이오를 기반으로 한 비드는 모두 적용 가능하며, 예를 들어, 구형 셀룰로오스 비드, 구형 메타크릴레이트 비드, 폴리유산 비드 등이 있으며, 본 발명에서는 실키(silk)한 터치감을 더 부여하기 위해 폴리유산 비드를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바이오 비드는 UV코팅 조성물 내에 0.5-15중량%, 바람직하게는 1-10중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 미만인 경우 터치감이 좋지 못하며, 상기 범위를 초과할 경우 점도가 증가하여 코팅성이 저하 될 수 있기 때문에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 UV코팅 조성물은 경화밀도, 내광성을 위해 석유화학 기반의 아크릴계 모노머 및 아크릴계 올리고머를 더 포함할 수 있다.
상기 아크릴계 모노머는 예를 들어, 메타크릴산, 아이소보닐메타크릴레이트, 아이소데실메타크릴레이트, 헥세인디올디메타크릴레이트, N-바이닐 포름아마이드, 테트라에틸렌 글리콜메타크릴레이트, 트라이프로필렌 글리콜메타크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 에톡실레이트 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 프로폭실레이트 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 트라이메틸올 프로판 트라이메타크릴레이트, 에톡실레이트 트라이메틸올 프로판 트라이메타크릴레이트, 프로폭실레이트 트라이메틸올 프로판 트라이메타크릴레이트, 에톡실레이트, 프로폭실레이트 트라이프로필렌 글리콜 디메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 트리스 (2-하이드록시 에틸)이소시아네이트 트라이메타크릴레이트 및 하이드록시 프로필 아크릴레이트 중 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 올리고머는 지방족 우레탄 아크릴레이트라면 어느 것이든 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 모노머는 UV코팅 조성물 내에 10-30중량%, 바람직하게는 15-25중량%로 포함될 수 있으며, 상기 아크릴계 올리고머는 UV코팅 조성물 내에 1-20중량%, 바람직하게는 5-15중량%로 포함될 수 있다. 아크릴계 모노머 및 아크릴계 올리고머의 함량이 상기 범위 미만인 경우 경화 밀도와 내광성과 같은 기본물성이 저하되며, 상기 범위를 초과하는 경우 상대적으로 바이오 물질의 함량이 줄어들어 친환경적이지 못하므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 UV코팅 조성물은 선택적으로 광개시제, 분산제, 레벨링제, 소포제 및 소광제 중 선택되는 1종 이상의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 광개시제는 UV수지에 첨가 되어, 자외선 광원으로부터 에너지를 흡수하여 중합반응을 개시 시키는 물질로서 자외선에 의해 활성을 띠는 통상의 중합개시제가 사용되며, 상기 중합개시제의 예로서는 벤조페논계, 벤조인, 벤조인에테르계, 벤질케탈계, 아세토페논계, 안트라퀴논계, 티옥소잔톤계 등의 화합물을 들수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있으나 이로 한정되지 않는다. 상업적으로 시판되고 중합개시제의 예로서는 Irgacure 184™, 754™, 819™, Darocur 1173™, TPO™ (CIBA GEIGY 社), Micure CP-4™, MP-8™, BP™, TPO™ (미원상사) 중 1개 이상을 선택하여 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분산제는 분산성을 높이기 위해 첨가되는 것으로서, BYK 社의 DISPERBYK-108, 109, 110, 111, 180, ANTI-TERRA-U, AFCONA 社의 AFCONA 4047, TEGODISPERS-710 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 각각 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 레벨링제는 도막외관 및 내마모, 표면 스크래치성에 영향을 미치게 되며, 인산 아크릴레이트 (acid value 250), 폴리에테르 실록산 화합물 및 플루오로알킬 화합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 첨가제를 포함할 수 있다. 또한, 상업적으로 시판중인 TEGO Glide 405™, 410™, 432™, 435™, 440™, 450™, ZG400™, TEGO FLOW 300™, 370™, TEGO RAD 2100™, 2200N™, 2250™, 2300™, BYK-UV 3500™, 3510™, zonyl 8857™, 8867™ 중에서 선택하여 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 소포제는 롤 코팅 작업 시 발생하는 기포를 없애기 위해 사용하며, TEGO™, Airex 920™, 932™, 936™, 955™, 986™, BYK 088™, 1790™, AFCONA 2020™, 2021™, 2720™, 2725™ 및 2038™ 중에서 선택하여 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 소광제는 실리카계 소광제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기타 첨가제의 함량은 UV코팅 조성물의 물성에 영향을 미치지 않는 한에서 사용할 수 있으며, 상기 언급한 기타 첨가제 외에 통상의 기술자가 필요로 하는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 UV코팅 조성물을 이용해 기재 상에 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 기재는 예를 들면, 폴리염화비닐(PVC) 필름, 폴리카보네이트(PC) 필름 일 수 있다.
상기 코팅층은 1도 또는 다도로 형성될 수 있으며, 코팅층의 두께는 2-40μm, 바람직하게는 3-30μm가 바람직하다. 코팅층의 두께가 상기 범위 미만일 경우 물성이 발현되지 않을 수 있으며, 상기 범위를 초과할 경우 너무 두꺼워져 경화도가 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 UV코팅은 gravure, sponge 또는 air knife등의 방법으로 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머 제조
바이오 기반 다이머산으로 식물 기반 불포화 지방산인 2분자의 리놀레산을 중합하여 제조된 다이머 디리놀레산(Croda社, PRIPOL) 5g과 바이오 기반 다이올로 식물 기반 글루코오스를 발효 후 정제하여 수득한 1, 3-propane diol(Dupont社, Susterra®) 10g을 반응기에 넣고 150℃에서 생성되는 물을 증류 제거하면서 중합하여 분자량이 2000-5000g/mole인 바이오 기반 폴리에스터 폴리올을 제조하였다. 이렇게 제조된 폴리에스터 폴리올 10g에 이소시아네이트(IPDI) 20g 및 아크릴산 10g과 반응시켜 분자량이 4000-20,000g/mole 인 바이오 기반 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 제조하였다.
UV코팅 조성물 제조
다음 표 1과 같은 조성을 이용하여 실시예 및 비교예에 따른 UV코팅 조성물을 제조하였다.
실시예의 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 상기 1에서 제조한 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 사용하였다.
구분 실시예(중량%) 비교예(중량%)
바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머 30 -
바이오 모노머(Arkema社, Sarbio 5201) 20 -
바이오 비드(Daito Kasei社, Ecobeads) 5 -
바이오 왁스(Arkema社, Rilsan) 5 -
아크릴계 올리고머 (Miwon社, PU340) - 20
(Miwon社, PU2100) 10 20

아크릴계 모노머
 HPA 15 30
HDDA 5 10
TMPTA - 10


기타 첨가제

 광개시제 2 2
분산제 0.5 0.5
레벨링제 1 1
소포제 0.5 0.5
소광제 6 6
UV코팅 조성물 물성 측정
<실험예 1>
상기 표 1의 실시예 및 비교예의 배합비로 제조한 UV코팅 조성물의 점도(작업성)와 이로 형성된 도막의 물성을 아래와 같이 측정하였다.
(광택)
10~20마이크론의 두께로 PVC 필름에 코팅한 후 Hg Lamp로 산소 분위기에서 150 ~ 200mJ로 가경화하고, Hg Lamp로 질소분위기에서 500mJ로 완전경화한 후에, 광택기(60°Gloss)로 측정하여 광택을 평가하였다.
(경화성)
10~20마이크론의 두께로 PVC 필름에 코팅한 후 PET 필름으로 합지하고, Hg Lamp로 산소 분위기에서 150 ~ 200mJ로 가경화하고, Hg Lamp로 질소분위기에서 500mJ로 완전경화한 후에, 내용제성(MEK)로 경화성을 평가하였다.
(부착성)
10~20마이크론의 두께로 PVC 필름에 코팅한 후 Hg Lamp로 산소 분위기에서 150 ~ 200mJ로 가경화하고, Hg Lamp로 질소분위기에서 500mJ로 완전경화한 후에, 경화된 도막에 크로스 컷팅(Cross Cutting) 테스트 방법을 실시하였으며, 이때 유리 테이프를 사용하였다. 시편에 형성된 막 또는 층을 1mm*1mm 크기로 100개의 바둑판 모양의 절편으로 절단한 후 절편 상에 유리 테이프를 부착한 후 떼어내어 떨어지는 절편의 개수를 측정하여 부착성을 평가하였다.
(오염성)
10~20마이크론의 두께로 PVC 필름에 코팅한 후 Hg Lamp로 산소 분위기에서 150 ~ 200mJ로 가경화하고, Hg Lamp로 질소분위기에서 500mJ로 완전경화한 후에, 유성매직 오염 30초 후, 마른걸레로 제거한 다음 육안 판정하여 평가하였다.
(내용제성)
10~20마이크론의 두께로 PVC 필름에 코팅한 후 Hg Lamp로 산소 분위기에서 150 ~ 200mJ로 가경화하고, Hg Lamp로 질소분위기에서 500mJ로 완전경화한 후에, 거즈에 MEK(methyl ethyl ketone)을 묻힌 후, 거즈를 도막이 형성된 시편에 일정한 힘을 가해 20회 문지른 후, Haze가 변하는 여부를 육안으로 판별하여 평가하였다.
(내스팀성)
10~20마이크론의 두께로 PVC 필름에 코팅한 후 Hg Lamp로 산소 분위기에서 150 ~ 200mJ로 가경화하고, Hg Lamp로 질소분위기에서 500mJ로 완전경화한 후에, 한경희 스팀청소기를 이용하여 20분(1 cycle) 동안 UV경화된 도막 위에 방치 후 UV균열여부를 통해서 평가하였다.
(작업성)
점도계 (Brookfield, DV-I prime, USA) 측정조건은 상온 (25℃ 기준) 에서 Spindle 64를 사용하여 30 rpm 조건에서 진행하였다.
(취기성)
한국의 악취공정시험방법 중 관능 시험방법에 따라 남자 3인, 여자 2인으로 패널을 구성하여 직접 냄새를 맡아 평가하였다. 하기의 표 2는 직접 관능평가에 의한 악취도를 나타낸 것으로 0에서 6까지 총 7단계로 구분하여 수치가 증가할수록 악취가 심하게 나는 것을 나타낸다.
악취도 냄새/악취의 표현
0 냄새를 전혀 느낄 수 없다.
1 무슨 냄새인지는 알 수 없으나 약간의 냄새를 느낄 수 있다.
2 어떤 냄새인지 표현할 수 있을 정도로 느낄 수 있다.
3 어떤 종류의 냄새인지 분명히 느낄 수 있는 정도이다.
4 쉽게 감지할 수 있는 정도의 냄새를 느낀다.
5 강한 냄새로 혐오감이나 강한 쾌함이나 불쾌감을 느낀다.
6 매우 강한 냄새로 참기 어려운 정도이다.
광택, 경화성, 부착성, 오염성, 내용제성, 내스팀성, 작업성 및 취기성 평가 결과는 아래 표 3과 같았다.
실시예 비교예 기준
광택 10-12 10-12 10-12
경화성 양호 양호 양호
부착성 0개 0개 1개 이상(불량)
오염성 양호 양호 양호
내용제성 양호 양호 양호
내스팀성 양호 불량 양호
작업성(점도) 양호(450cps) 양호(400cps) 양호(350-450cps)
취기성 1 2-3 2이하
상기 표 3에서 확인되는 바와 같이 실시예의 UV코팅 조성물은 광택, 경화성, 부착성, 오염성, 내용제성, 작업성이 비교예의 UV코팅 조성물과 동등 수준이고, 내스팀성은 더 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예에 비해 취기성이 낮음을 알 수 있었다.
<실험예 2>
아래의 표 4는 본 발명의 UV코팅 조성물의 실시예와 비교예의 TVOC(총휘발성유기화합물), Toluene(톨루엔) 및 Formaldehyde(포름알데히드)의 방출량을 비교한 시험결과자료이다.
시험항목
 단위
 시험결과 시험방법
실시예 비교예 기준
TVOC mg/㎡h 0.096 0.123 0.1 이하 실내 공기질 공정시험기준
(환경부 고시 제2010-24호)
Toluene mg/㎡h 0.004 0.004 0.005 이하
Formaldehyde mg/㎡h 0.001 0.002 0.001 이하
상기 표 4에 기재된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 UV코팅 조성물과 종래의 UV코팅 조성물을 '실내 공기질 공정시험기준(환경부 고시 제2010-24호)'에 따른 시험방법을 통해 TVOC, Toluene 및 Formaldehyde의 방출량을 비교시험해본 결과, 본 발명의 실시예의 UV코팅 조성물이 TVOC, Toluene 및 Formaldehyde 방출량이 현저히 저감되어 친환경 성능이 개선되었음을 알 수 있다.

Claims (38)

  1. 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머;
    바이오 모노머;
    바이오 왁스; 및
    바이오 비드; 를 포함하는 UV코팅 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 바이오 기반 폴리올과 이소시아네이트 및 아크릴계 모노머를 반응시켜 제조한 것인 UV코팅 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 바이오 기반 폴리올은 폴리에스터 폴리올인 것인 UV코팅 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리에스터 폴리올은 바이오 기반 다이머산(dimer acid)과 바이오 기반 다이올(diol)의 에스테르화 반응을 통해 제조한 것인 UV코팅 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 바이오 기반 다이머산은 에틸렌성 이중결합을 1~4개 갖는 탄소수 14~22개의 불포화 지방산(X)과 에틸렌성 이중결합을 1~4개 갖는 탄소수 14~22개의 불포화 지방산(Y)의 이량체 산인 UV코팅 조성물.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 불포화 지방산(X) 및 (Y)는 테트라데카디엔산, 헥사데카디엔산, 옥타데카디엔산, 에이코사디엔산, 도코사디엔산, 옥타데카트리엔산, 에이코사테트라엔산, 테트라데센산, 헥사데센산, 옥타데센산, 에이코센산 및 도코센산 중 선택되는 1종 이상인 것인 UV코팅 조성물.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 불포화 지방산(X)는 에틸렌성 이중결합을 2개 갖는 탄소수 14~22개의 불포화 지방산으로 테트라데카디엔산, 헥사데카디엔산, 옥타데카디엔산, 에이코사디엔산, 도코사디엔산, 옥타데카트리엔산 및 에이코사테트라엔산 중 선택되는 1종 이상인 것인 UV코팅 조성물.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 바이오 기반 다이머산은 올레산 또는 리놀레산 각각의 이량체이거나 올레산 및 리놀레산의 이량체인 것인 UV코팅 조성물.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 바이오 기반 다이올은 식물의 탄소원으로부터 발효법에 의해 수득되거나 또는, 발효 후 얻어진 디카르복실산, 디카르복실산 무수물 또는 고리형 에테르를 화학 반응에 의해 다이올 화합물로 변환한 것인 UV코팅 조성물.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 바이오 기반 다이올은 에틸렌글리콜, 1,2-프로판다이올, 1,3-프로판다이올, 1,3-부탄다이올, 1,4-부탄다이올, 1,5-펜탄다이올, 1,6-헥산다이올, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜 및 다이머 다이올(dimer diol) 중 선택되는 1종 이상인 것인 UV코팅 조성물.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 폴리에스터 폴리올을 제조하기 위한 상기 바이오 기반 다이머산과 바이오 기반 다이올의 함량비는 0.1-1:2인 것인 UV코팅 조성물.
  12. 제 4항에 있어서,
    상기 바이오 기반 다이머산 및 바이오 기반 다이올 함량의 합은 상기 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머 내 10-90중량%인 UV코팅 조성물.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리에스터 폴리올은 분자량(Mw)이 500-10,000인 UV코팅 조성물.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리에스터 폴리올은 분자량 분포도가 1.2∼4.0인 UV코팅 조성물.
  15. 제 2항에 있어서,
    상기 이소시아네이트는 방향족 디이소시아네이트, 방향 고리를 가진 지방족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트 및 치환족 디이소시아네이트 중 선택되는 1종 이상인 것인 UV코팅 조성물.
  16. 제 3항에 있어서,
    상기 이소시아네이트와 상기 폴리에스터 폴리올의 몰비는 1000:1.5-7인 것인 UV코팅 조성물.
  17. 제 2항에 있어서,
    상기 아크릴계 모노머는 아크릴산 또는 아크릴레이트계 모노머인 것인 UV코팅 조성물.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 아크릴레이트계 모노머는 하이드록시(hydroxy)기를 포함하고 있는 아크릴레이트인 것인 UV코팅 조성물.
  19. 제 2항에 있어서,
    상기 이소시아네이트와 아크릴계 모노머의 몰비는 1:0.1-0.3인 것인 UV코팅 조성물.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 분자량(Mw)이 1,000-50,000인 것인 UV코팅 조성물.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 UV코팅 조성물 내에 20-50중량%로 포함되는 것인 UV코팅 조성물.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 모노머는 동, 식물에서 추출한 아크릴계 모노머인 것인 UV코팅 조성물.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 바이오 모노머는 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 아이소보닐 아크릴레이트, 아이소보닐 메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 트라이메틸프로판 트라이아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트 및 트라이프로필렌글리콜 디아크릴레이트 중 선택되는 1종 이상인 것인 UV코팅 조성물.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 모노머는 UV코팅 조성물 내에 10-30중량%로 포함되는 것인 UV코팅 조성물.
  25. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 왁스는 재생가능한 폴리아미드인 것인 UV코팅 조성물.
  26. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 왁스는 UV코팅 조성물 내에 0.5-15중량%로 포함되는 것인 UV코팅 조성물.
  27. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 비드는 폴리유산 비드인 것인 UV코팅 조성물.
  28. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 비드는 UV코팅 조성물 내에 0.5-15중량%로 포함되는 것인 UV코팅 조성물.
  29. 제 1항에 있어서,
    석유화학 기반의 아크릴계 모노머 또는 아크릴계 올리고머를 더 포함하는 것인 UV코팅 조성물.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 아크릴계 모노머는 메타크릴산, 아이소보닐메타크릴레이트, 아이소데실메타크릴레이트, 헥세인디올디메타크릴레이트, N-바이닐 포름아마이드, 테트라에틸렌 글리콜메타크릴레이트, 트라이프로필렌 글리콜메타크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 에톡실레이트 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 프로폭실레이트 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 트라이메틸올 프로판 트라이메타크릴레이트, 에톡실레이트 트라이메틸올 프로판 트라이메타크릴레이트, 프로폭실레이트 트라이메틸올 프로판 트라이메타크릴레이트, 에톡실레이트, 프로폭실레이트 트라이프로필렌 글리콜 디메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 트리스 (2-하이드록시 에틸)이소시아네이트 트라이메타크릴레이트 및 하이드록시 프로필 아크릴레이트 중 선택되는 1종 이상인 것인 UV코팅 조성물.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 아크릴계 모노머는 UV코팅 조성물 내에 10-30중량%로 포함되는 것인 UV코팅 조성물.
  32. 제 29항에 있어서,
    상기 아크릴계 올리고머는 지방족 우레탄 아크릴레이트인 것인 UV코팅 조성물.
  33. 제 29항에 있어서,
    상기 아크릴계 올리고머는 UV코팅 조성물 내에 1-20중량%로 포함되는 것인 UV코팅 조성물.
  34. 제 1항에 있어서,
    기타 첨가제를 더 포함하는 UV코팅 조성물.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 기타 첨가제는 광개시제, 분산제, 레벨링제, 소포제, 및 소광제 중 선택되는 1종 이상인 것인 UV코팅 조성물.
  36. 제 1항 내지 35항 중 어느 한 항의 UV코팅 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 기재.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 기재는 PVC필름 또는 PC필름인 것인 기재.
  38. 제 36항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께는 2-40μm인 것인 기재.
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