KR20180134091A - 자외선 경화성 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 헤드램프용 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물에 관한 것으로서, 2관능 이하 아크릴레이트 모노머를 일정 비율로 포함함으로써, 친환경적이며 우수한 물성을 갖는 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물을 제공한다.

Description

자외선 경화성 도료 조성물{UV CURABLE COATING COMPOSITION}
본 발명은 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 헤드램프 반사경에 관한 것이다.
자동차 헤드램프(헤드라이트)는 야간에 자동차가 안전하게 주행하기 위해 전방을 조명하는 램프이다. 이러한 헤드램프에 적용되는 램프 반사경은 금속 재질에서 합성수지 재질로 대체되고 있으며, 불포화 폴리에스테르 수지에 유리섬유, 중량재, 저수축재 및 이형제 등이 첨가된 성형용 벌크 몰딩 컴파운드(bulk molding compound, BMC)를 사출성형하여 BMC 성형체인 반사경을 제조한 후, 그 표면에 알루미늄을 증착시켜 경면(鏡面)을 형성하는 방식이 사용되고 있다.
현재 상용화된 자동차 헤드램프용 진공증착 자외선(UV) 경화성 도료로는, 용제를 사용하는 스프레이(Air spray)용 진공증착 도료와 플로우 코팅(Flow coating)용 진공증착 도료가 있다. 이중에서, 용제를 사용하는 스프레이용 진공증착 도료는 취급이 용이하고 사출물의 표면 상태 및 형상에 따라 크게 영향을 받지 않기 때문에 헤드램프 시장의 대부분을 차지하고 있다. 그러나 상기 용제 함유형 도료를 사용하는 경우, 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, 이하 VOC) 규제에 따라 VOC를 제거하는 축열식 연소장치(RTO) 설비의 운용이 필요할 뿐만 아니라 이에 따른 연료 비용과 필터 비용이 지속적으로 요구되는 문제점이 있다. 또한 용제 휘발에 필요한 건조 공정이 필수로 요구되므로 생산성 저하 등의 문제점이 있다.
플로우 코팅용 도료는 휘발성 유기용제를 사용하는 스프레이용 도료의 대안으로 개발된 도료이다. 플로우 코팅용 도료는 도장되는 도료의 도막 두께가 박막 형태로 도장되기 때문에 사출물의 표면 상태에 따른 불량이 발생하기 쉬우며, 형상이 복잡할 경우 미도장되거나 및/또는 도료의 고임 현상이 발생하기 쉽다. 또한 단독 용제 사용으로 인해, 스프레이용 도료에 비하여 VOC 발생량은 적지만, VOC가 지속적으로 발생하는 문제점이 초래된다.
본 발명은 UV 도료 조성물의 구성 성분으로 2관능 이하의 아크릴레이트 모노머를 일정 비율로 사용함으로써, 친환경적이고 고온에서의 우수한 부착성을 발휘할 수 있는 무용제(solvent-free)형 자외선 경화성 도료 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 전술한 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물을 포함하는 자동차 헤드램프용 렌즈 또는 반사경을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
본 발명은 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 하여, 4관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머 10 내지 20 중량부, 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머 35 내지 55 중량부, 히드록기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머 15 내지 25 중량부, 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머 10 내지 20 중량부, 광중합 개시제 5 내지 10 중량부 및 1종 이상의 첨가제 2 내지 6 중량부를 포함하는 무용제(solvent-free)형 자외선(UV) 경화성 도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 25℃에서 점도가 50 내지 300 cps이며, 스프레이 도장(air spray)용일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 4관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머는, 중합성 관능기가 6개 이상이며, 중량평균 분자량(Mw)이 1,000 내지 2,500 g/mol 이고, 25℃에서의 점도가 2,500 cps 이하일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머는 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트(trimethylolpropane tri(meth)acrylate, TMPTA), 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트(pentaerythritol tri(meth)acrylate, PETA), 트리메틸올프로판 에톡시화 트리(메타)아크릴레이트(trimethylolpropane ethoxylated tri(meth)acrylate), 디트리메틸올프로판 테트라(메타)아크릴레이트(ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, DTMPTTA), 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트(dipentaerylthritol penta(meth)acrylate, DPPA) 및 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트(dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, DPHA)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 히드록기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머는 히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 히드록시부틸 (메타)아크릴레이트 및 히드록시펜틸 (메타)아크릴레이트로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머는 트리시클로데칸디메탄올 디(메타)아크릴레이트, 시클로헥실 (메타)아크릴레이트, 시클로헥실 디(메타)아크릴레이트, 노르보닐 (메타)아크릴레이트 및 노르보닐 디(메타)아크릴레이트로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머의 점도는 30 cps 이하이며, 상기 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머의 점도는 150 cps 이하이며, 상기 2관능 이하의 (메타)아크릴레이트 모노머(히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머 및 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머)의 함량은, 전체 아크릴레이트 모노머 100 중량부 대비 35 내지 60 중량부 범위일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 광중합 개시제는 230 내지 340nm 파장의 자외선을 흡수하는 개시제를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 1종 이상의 첨가제는 레벨링제 0.5 내지 1 중량부 및 부착증진제 2 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 기재, 및 상기 기재의 일면 또는 양면 상에 형성되고 전술한 무용제 자외선 경화성 도료 조성물로부터 형성된 경화코팅층을 포함하는 헤드램프를 제공한다.
본 발명은 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물을 제공하며, 상기 도료 조성물은 종래 스프레이(air spray) 도장에 그대로 적용 가능하여 생산성이 증대될 수 있으며, 용제를 사용하는 기존 도료와 대등한 고온 부착성, 외관특성, 초기부착성, 내열성, 내습성 및 내냉열성 등의 도막 물성을 발휘할 수 있다.
또한 본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 휘발성 유기용제를 사용하지 않으므로, 용제 사용으로 인한 인체 유해성과 환경오염 문제를 해결함과 동시에, 용제 휘발을 위해 필요로 하는 제조설비 및 공정을 배제하여 생산성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 환경부 규제기준협의안의 국내 VOC 환경 규제뿐만 아니라 강화되는 중국, 인도 등의 해외 환경규제 기준을 모두 충족시킬 수 있고, 종래 환경설비의 사용 및 관리비용을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 또는 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 중에 있어서, "(메타)아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 나타낸다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, "단량체" 와 "모노머"는 동일한 의미이다. 본 발명에 있어서의 단량체는 올리고머 및 폴리머와 구별되고, 중량 평균 분자량이 1,000 미만인 화합물을 말한다. 본 명세서 중에 있어서, "중합성 관능기"는 중합 반응에 관여하는 불포화 그룹, 예컨대 (메타)아크릴레이트기를 말한다.
종래 자동차 헤드램프용 자외선 경화성 도료 조성물은 점도가 높아서 각종 플라스틱 소재에 도장하기 전에, 스프레이 도장이 가능한 점도로 조정할 필요가 있으며, 이를 위해 도장 전에 휘발성 유기화합물인 용제로 희석하게 된다. 그러나 희석제로 사용되는 용제는 인체에 해롭고, 환경오염을 발생시키며, 또한 용제 휘발에 따른 별도의 제조설비와 공정이 요구되므로, 생산성 및 경제성 저하가 초래된다.
한편, 단순 표면보호용 도료로 무용제형 UV 도료가 개발되기도 하였으나, 헤드램프 용도로 적용된 적은 없다. 실제로, 상기 도료는 점도가 높아 스프레이 도장 작업성이 불량하며, 도막의 평활성이 떨어지고, 평면소재가 아닌 형상이 복잡한 플라스틱 사출물에 적용되기에 적합하지 않다. 설령 전술한 무용제형 UV 도료를 헤드램프 소재에 적용하더라도, 도막의 평활성 저하에 따른 배광성 저하, 과도막 부위의 경화불량으로 인한 고내열 도막박리 및 표면 주름으로 인한 레인보우 현상 등이 발생하여 실제 제품으로 적용할 수 없게 된다.
본 발명에서는 종래 스프레이 도장이 가능하면서 휘발성 유기화합물의 함량을 최소화하여 도료 사용에 대한 환경규제 및 환경 영향성을 최소화할 수 있는 자외선 경화성 도료 조성물을 개발하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에서는 4관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머, 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머, 저점도를 갖는 단관능 또는 2관능의 (메타)아크릴레이트 모노머, 광중합 개시제 및 1종 이상의 첨가제를 혼용하되, 이들의 함량이 특정 범위로 조절된 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물을 제공한다.
<무용제형 자외선 경화성 도료 조성물>
본 발명에 따른 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 광경화형 올리고머, 광경화형 모노머 및 광중합 개시제를 포함하는 광경화성 조성물로서, 상기 광경화형 올리고머 성분으로 4 관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머를 사용하고, 광경화형 모노머로서 단관능, 2관능 및 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머를 3종 이상 혼용한다. 필요에 따라, 부착증진제, 레벨링제 등을 비롯한 통상적인 첨가제를 더 포함할 수 있다.
이하, 상기 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물의 조성을 구체적으로 설명한다.
(A) 4 관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머
본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물에서, 4 관능 이상의 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 도막을 형성하는 주(主)성분으로서, 도막 전체의 가교밀도를 컨트롤하여 도막의 강도와 고온 내구성을 발현하는 역할을 수행한다.
상기 4 관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머는 중합이 가능한 불포화 그룹인 중합성 관능기를 4개 이상(예컨대 4 내지 15), 다른 예로는 6개 이상(예컨대 6 내지 15) 가질 수 있다. 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머의 한 분자 내 중합성 관능기의 수가 4 미만이면 경화 후 도막의 외관이 불량해지고 내열성 및 강도가 저하될 수 있다.
상기 4 관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머로는 당 분야에 알려진 통상적인 성분을 사용할 수 있으며, 예컨대 2관능의 지방족 이소시아네이트의 화합물(예를 들면, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 등)과 중합이 가능한 불포화 그룹을 분자 당 3개 이상 함유하는 히드록시 (메타)아크릴레이트 모노머(일례로, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트 등)와의 반응생성물을 사용할 수 있다.
상기 4 관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머는 25℃에서의 점도가 2,500 cps 이하일 수 있으며, 다른 예로는 2,200 cps 이하일 수 있다. 또한 상기 4 관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 1,000 내지 2,500 g/mol일 수 있으며, 다른 예로는 1,000 내지 2,000 g/mol일 수 있다. 전술한 점도와 중량평균분자량 범위를 가질 경우, 우수한 반응성 및 내열성을 나타낼 수 있으며, 가공성, 내습성 등의 물성이 우수하다.
상기 4 관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물의 총 중량 100을 기준으로 하여 10 내지 20 중량부일 수 있다. 상기 4 관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 우수한 도막의 강도와 내열성을 발현하고, 다른 기재와의 부착성을 개선할 수 있다.
(B) 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머
본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물에서, 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머는 고분자간 가교밀도를 조절하는 가교제 역할을 하며, 도막의 경도, 부착성, 외관 특성 등의 경화물성을 보조하는 작용을 한다.
상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머는 분자 내 중합성 관능기를 3개 이상(예컨대 3 내지 10), 다른 예로는 4개 내지 8개를 가질 수 있다.
상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머는 25℃에서의 점도가 2,000 cps 이하일 수 있으며, 다른 예로는 50 내지 1,800 cps 범위일 수 있다.
사용 가능한 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머의 비제한적인 예로는, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트(trimethylolpropane tri(meth)acrylate, TMPTA), 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트(pentaerythritol tri(meth)acrylate, PETA), 트리메틸올프로판 에톡시화 트리(메타)아크릴레이트(trimethylolpropane ethoxylated tri(meth)acrylate), 디트리메틸올프로판 테트라(메타)아크릴레이트(ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, DTMPTTA), 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트(dipentaerylthritol penta(meth)acrylate, DPPA), 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트(dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, DPHA) 또는 이들의 1종 이상의 조합 등이 있다. 일례로, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate, TMPTA), 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate, PETA) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물의 총 중량 100을 기준으로 하여 35 내지 55 중량부일 수 있으며, 다른 예로는 35 내지 45 중량부일 수 있다. 상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 도막의 고온 접착력이 향상되며, 우수한 강도, 내열성 및 외관 특성을 발현하고, 다른 기재와의 부착성을 개선할 수 있다.
(C) 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머
본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물에서, 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머는 광반응성 중합체의 반응성 희석제로 사용되어 수지 조성물의 점도 조절을 통한 유동성과 작업성을 부여하며, 광중합 도막의 경화속도, 부착성, 유연성, 외관 특성 및 경도 등의 경화 물성을 보조하는 역할을 한다.
상기 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머로서, 분자 내 히드록시기(Hydroxyl group)를 가지면서, 중합성 관능기를 1개 포함하는 공지된 (메타)아크릴레이트 모노머를 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머는 조성물의 점도를 낮게 유지하는 희석제 역할을 한다.
상기 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머는 25℃에서의 점도가 30 cps 이하일 수 있으며, 다른 예로는 7 내지 10 cps 범위일 수 있다. 전술한 점도를 가질 경우, 도료의 유동성을 조절하여 가공성, 내습성 등의 물성이 우수하다.
사용 가능한 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머의 비제한적인 예로는, 히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 히드록시펜틸 (메타)아크릴레이트 또는 이들의 1종 이상의 조합 등이 있다. 일례로, 히드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA)를 사용할 수 있다.
상기 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물의 총 중량 100을 기준으로 하여 15 내지 25 중량부일 수 있다. 상기 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 도막의 부착성과 유연성을 도모할 수 있으며, 향상된 고온 접착력과 우수한 강도, 내열성 및 외관 특성을 나타낼 수 있다.
(D) 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머
본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물에서, 지방족 고리형 아크릴레이트 모노머는 광반응성 중합체의 반응성 희석제로 사용되어 수지 조성물의 점도 조절을 통한 작업성을 부여하며, 광중합 도막의 경화속도, 부착성, 외관 특성 및 경도 등의 경화 물성을 보조하는 역할을 한다.
상기 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머로서, 분자 내 중합성 관능기를 2개 이하, 예컨대 1개 또는 2개 포함하면서, 지방족 고리(alicyclic)를 갖는 공지된 (메타)아크릴레이트 모노머를 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머는 점도가 낮아 희석력이 좋고, 경화 후 작은 중합수축성(low shrinkage)을 가져 적절하다.
상기 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머는 25℃에서의 점도가 150 cps 이하일 수 있으며, 다른 예로는 140 cps 이하일 수 있다. 전술한 점도를 가질 경우, 도료의 유동성 조절을 통해 취급성이 용이하고, 가공성, 내습성 등의 물성이 우수하다.
사용 가능한 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머의 비제한적인 예로는, 트리시클로데칸디메탄올 디(메타)아크릴레이트, 시클로헥실 (메타)아크릴레이트, 시클로헥실 디(메타)아크릴레이트, 노르보닐 (메타)아크릴레이트, 노르보닐 디(메타)아크릴레이트 또는 이들의 1종 이상의 조합 등이 있다. 일례로, 트리시클로데칸디메탄올 디아크릴레이트(TCDDA)를 사용할 수 있다.
상기 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물의 총 중량 100을 기준으로 하여 10 내지 20 중량부일 수 있으며, 다른 예로는 10 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 작업성이 우수하며, 도막의 우수한 강도, 내열성 및 외관 특성을 도모할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 2관능 이하의 (메타)아크릴레이트 모노머(성분 (C) 및 (D))의 총 함량은, 전체 아크릴레이트 모노머(성분 (B), (C) 및 (D)) 100 중량부 대비 35 내지 60 중량부 범위일 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머(B)와 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머(C)와 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머(D)의 사용 비율은 1.5-4 : 0.5-2 : 1 중량비 범위일 수 있다.
(E) 광중합 개시제
본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물에서, 광중합 개시제는 자외선 등에 의해 활성화되어 광중합을 개시하는 역할을 하는 성분으로서, 당 분야의 통상적인 광중합 광개시제를 제한 없이 사용할 수 있다.
사용 가능한 광중합 개시제의 비제한적인 예를 들면, Irgacure 184, Irgacure 369, Irgacure 651, Irgacure 819, Irgacure 907, 벤지온알킬에테르(Benzionalkylether), 벤조페논(Benzophenone), 벤질디메틸카탈(Benzyl dimethyl katal), 하이드록시사이클로헥실페닐아세톤(Hydroxycyclohexyl phenylacetone), 클로로아세토페논(Chloroacetophenone), 1,1-디클로로아세토페논(1,1-Dichloro acetophenone), 디에톡시아세토페논(Diethoxy acetophenone), 하이드록시아세토페논(Hydroxy Acetophenone), 2-클로로티옥산톤(2-Choro thioxanthone), 2-ETAQ(2-EthylAnthraquinone), 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤(1-Hydroxycyclohexyl phenylketone), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로파논(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone), 2-하이드록시-1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로파논(2-Hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2-methyl-1-propanone), 메틸벤조일포메이트(methylbenzoylformate) 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼용할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 광중합 개시제는 300 nm 이하 파장을 흡수하는 단파장용 개시제, 300 nm 초과 파장을 흡수하는 장파장용 개시제 또는 이들 모두를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 광중합 개시제의 함량은 당해 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물의 총 중량 100을 기준으로 하여 5 내지 10 중량부일 수 있으며, 다른 예로는 5 내지 8 중량부일 수 있다. 상기 광개시제의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 도막의 물성 저하 없이 광중합 반응이 충분히 이루어질 수 있다.
(F) 첨가제
전술한 성분들 이외에, 본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 당 분야에 공지된 첨가제를 제한 없이 사용할 수 있다. 이때 첨가제의 함량은 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.
<부착증진제>
본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 필요에 따라 부착증진제를 더 포함할 수 있다. 상기 부착 증진제는 조성물 내 적정 함량으로 사용되어 자외선 경화형 조성물의 부착성을 증진시키고, 실버 산화 방지 등을 구현하는 역할을 한다.
상기 부착증진제로는 인산염 부착증진제를 사용할 수 있다. 일례로, 상기 인산염 부착증진제는 수평균분자량이 500 내지 1,000이며, 옥사이드기, 히드록시 옥사이드기 및/또는 산 에스터(trifunctional acid ester)기를 가지고 있어서, 도막과 기재 표면과의 부착력을 증가시킬 수 있다. 일례로, 히드록시/카르복시 작용성 인산에스테르(Hydroxy/carboxy-functional phosphate ester)를 사용할 수 있다.
상기 부착증진제의 함량은 공지된 함량 범위내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 당해 무용제 자외선 경화성 도료 조성물의 총 중량 100을 기준으로 하여 2 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 부착증진제의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 도막의 헤이즈(haze) 발생 없이 원하는 부착성 향상 효과가 나타날 수 있다.
<레벨링제>
본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 필요에 따라 레벨링제를 더 포함할 수 있다. 레벨링제는 상기 무용제형 UV 경화성 조성물을 피복할 때 평탄하고 매끄럽게 코팅될 수 있도록 레벨링함으로써, 조성물 내의 접착력을 보다 상승시킬 수 있다.
상기 레벨링제로서 당 분야에 공지된 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 아크릴계, 실리콘계 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산을 사용할 수 있으며, 상기 폴리에테르 사슬 안에 (메타)아크릴로일기를 부가하여 포함할 수 있다. 여기서, 실록산계 화합물은 웨팅(wetting)성을 부여할 수 있다.
레벨링제의 함량은 공지된 함량 범위내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 당해 무용제 자외선 경화성 도료 조성물의 총 중량 100을 기준으로 하여 0.5 내지 1 중량부일 수 있다. 상기 레벨링제의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 원하는 도막의 부착성 및 접착성 향상 효과가 나타날 수 있다.
<기타 첨가제>
전술한 성분들 이외에, 본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 당 분야에 공지된 첨가제를 제한 없이 사용할 수 있다. 이때 첨가제의 함량은 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.
사용 가능한 첨가제의 예를 들면, 자외선 흡수제(예컨대, 트리아진계), 광안정제(예컨대, HALS), 산화방지제(예컨대, 페놀계 산화방지제), 윤활제, 표면 조정제, 계면 활성제, 소포제(예컨대, 디메틸폴리실록산), 슬립제, 용제, 습윤제, 얼룩 방지제, 유연제, 증점제, 폴리머 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼용할 수 있다.
본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물의 제조방법에는 특별한 제한이 없으며, 일례로 전술한 성분 (A) 내지 (E), 필요에 따라 공지된 첨가제(F) 등을 첨가하여 디졸버, 교반기 등과 같은 혼합용 장비에 투입한 후, 적절한 온도(예컨대 상온)에서 혼합하는 통상의 방법에 따라 제조될 수 있다.
전술한 성분을 포함하는 본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 25℃에서의 점도가 50 내지 300 cps일 수 있고, 다른 예에서 60 내지 200 cps일 수 있다. 이에 따라, 유기용제를 포함하지 않더라도 적절한 유동성을 가지므로, 스프레이 도장이 가능하다.
이러한 본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 헤드램프의 구성요소, 예컨대 헤드램프 렌즈 또는 반사경을 도장하는 용도에 적용될 수 있다. 그러나, 이에 특별히 제한되지 않고 다양한 공정 단계 및 용도에 적용 가능하다.
<헤드램프>
본 발명은 전술한 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물을 경화시켜 형성된 경화코팅층을 구비하는 헤드램프, 예를 들어 자동차 헤드램프용 렌즈 또는 반사경을 제공한다. 상기 헤드램프는 기재(substrate), 및 상기 기재의 일면 또는 양면 상에 형성되고 전술한 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물로부터 형성된 경화코팅층을 포함한다.
상기 기재로는 헤드램프 분야에 사용되는 통상적인 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 철, 알루미늄, 마그네슘 등의 금속소재 또는 엔지니어링 플라스틱, 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱 등의 플라스틱 소재가 있다.
사용 가능한 플라스틱 기재의 비제한적인 예로는, 폴리페닐 설파이드, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르설폰(PES), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리염화비닐(PVC) 또는 이들의 2종 이상의 조합 등이 있다. 또 다른 예로, 불포화 폴리에스테르 수지에 유리섬유, 중량재, 저수축재 및 이형제 등이 첨가된 성형용 벌크 몰딩 컴파운드를 사출성형하여 제조된 것이 있다. 전술한 성분의 기재를 사용할 경우, 본 발명의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물과의 초기 및 고온 부착성이 우수하다.
상기 조성물로 이루어지는 경화코팅층의 두께는 사용하는 용도에 따라 다양하게 조절할 수 있으며, 일례로 5 내지 25 ㎛, 다른 예로는 5 내지 20 ㎛ 범위일 수 있다. 전술한 두께 범위를 가질 경우, 기재 표면과의 부착성이 우수하고 외관 불량을 방지할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물은 기재 표면 상에 도포 및 건조된 후, 자외선 조사에 의해 경화되어 경화코팅층을 형성한다. 상기 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물을 기재 상에 도포하는 방법은 당 분야의 통상적인 도포 방법, 예컨대 스프레이 코팅, 브러싱, 딥 코팅, 스핀 코트, 롤코팅, 플로우코팅, 에어코팅 등을 채용할 수 있다. 스프레이 코팅의 경우, 일반적으로 용제형 도료가 많이 사용되나, 점도가 낮은 무용제형 도료의 경우 스프레이 코팅을 적용할 수 있다. 자외선 조사량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 500 내지 3,000 mJ/㎠ 범위일 수 있다.
상기와 같이 경화코팅층이 형성된 기재는 자동차 헤드램프일 수 있으며, 예를 들어 경화코팅층이 그 표면에 형성된 헤드램프의 렌즈 또는 반사경일 수 있다. 이러한 헤드램프는 플라스틱 기재(예컨대, BMC 소재)와 금속 증착막(예컨대 알루미늄)과의 부착성이 뛰어날 뿐만 아니라, 외관, 내열성, 내습성, 내냉열성 등 도막의 전반적인 물성 면에서 우수하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1-9]
하기 표 1에 기재된 조성에 따라 실시예 1-9의 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물을 제조하였다. 하기 표 1에서 각 조성물의 사용량 단위는 중량부이다.
[ 비교예 1-8]
하기 표 1에 기재된 조성에 따라 비교예 1-8의 자외선 경화형 도료 조성물을 각각 제조하였다.
Figure pat00001
A-1: 6관능 우레탄 아크릴레이트 올리고머(Mw: 1,800, 점도: 2,000 cps, 상품명: CN968NS)
A-2: 2관능 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머(상품명: Miramer PU2100)
B: 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트(PETA, Mw: 298, 점도: 1,000-1,800cps)
C-1: 2-히드록시에틸메타크릴레이트(HEMA, Mw: 131, 점도: 7-10 cps)
C-2: 헥사메틸렌디아크릴레이트(HDDA, MW: 226.27, 점도: 12cps)
D: 트리시클로데칸디메탈올디아크릴레이트(TCDDA, Mw: 305, 점도: 130 cps)
E: 광중합 개시제(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone, 상품명: IRGACURE 184)
F: 인산염 부착증진제(BIS(2-METHACRYLOXYETHYL) PHOSPHATE)
G: 레벨링제(BYK 310)
[ 실험예 : 자동차 헤드램프용 자외선 경화성 도료 조성물의 물성 평가]
실시예 1-9 및 비교예 1-8에서 제조된 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물을 BMC 시편(상품명: KPI SN203)에 약 12 ㎛ (Top layer, 건조 도막 두께 기준)로 에어 스프레이 코팅한 후, 80℃의 온도 조건에서 약 300초 동안 건조시킨 다음 자외선 경화기를 이용하여 경화시킨 하드 코팅 시편에 대하여 하기와 같은 항목에 대한 평가를 실시하였다. 이후 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. UV 경화조건은 UV Energy: 2,500 mj/㎠, Intensity: 300 mW/㎠으로 실시하였다. 경화물의 물성 평가방법은 하기 표 2와 같다.
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1-9는 4관능 이상의 아크릴레이트 올리고머, 3관능 이상의 아크릴레이트 모노머, 히드록시기를 갖는 단관능 아크릴레이트 모노머, 2관능 이하의 지방족 고리형 아크릴레이트 모노머, 광중합 개시제 및 첨가제(인산염 부착증진제 및 레벨링제 등)를 특정 조성비로 함유한 것으로써, 외관 광택이 개선되고 도금층과의 우수한 초기부착성이 확보되며, 200℃ 이상의 고온에서도 도막의 박리, 부풀음이 발생하지 않는 등 내열성이 우수하고 내습성, 내냉열성을 확보할 수 있음을 알 수 있었다.
반면, 비교예 1 및 2는 각각 4관능 이상의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 및 히드록시기를 갖는 단관능 아크릴레이트 모노머를 사용하지 않은 것으로, 부착성, 내열성 및 내냉열성의 하나 이상에서 미흡한 결과를 나타내었다.
비교예 3은 전체 도료 조성물 대비 3관능 이상의 아크릴레이트 모노머(B)의 함량이 많고, 히드록시기를 갖는 단관능 아크릴레이트 모노머(C)의 함량이 적은 것으로서, 조성물의 점도가 높아져 외관의 레벨링성이 저하되고, 도막이 깨지기 쉽고, 초기 및 내열 후 부착성이 저하되고, 내냉열 시험 후 크랙이 발생하였다. 비교예 4-6은 전체 도료 조성물 대비 3관능 이상의 아크릴레이트 모노머(B)의 함량이 적고, 2관능 이하의 지방족 고리형 아크릴레이트 모노머(D)의 함량이 과량 사용된 것으로서, 측정한 물성 중 둘 이상에서 미흡한 결과가 나타났다. 비교예 7은 본 발명에 따른 실시예에 비해 광중합 개시제를 과량으로 포함하는 것으로서, 도막이 깨지기 쉽고, 초기 부착성 및 내열, 내냉열후 외관 및 부착성이 저하되었다. 상기의 결과로부터, 본원발명에 따른 각 성분의 함량비를 충족하지 않을 경우, 미흡한 물성을 나타냄을 알 수 있다.
비교예 8에서 2관능 이하의 (메타)아크릴레이트 모노머(성분 (C) 및 (D))의 총 함량은, 전체 아크릴레이트 모노머(성분 (B), (C) 및 (D)) 100 중량부 대비 31.25이고, 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머(B)와 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머(C)와 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머(D)의 사용 비율은 5.5 : 1 : 1 이다. 상기의 결과로부터, 본원발명에 따른 각 성분의 함량비((C+ D)/(B+C+D) 및 B:C:D)를 충족하지 않을 경우, 미흡한 물성을 나타냄을 알 수 있다.
전술한 실험결과를 통해, 본 발명에 따른 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물 및 상기 제품을 사용한 차량부품 기재는 외관, 초기부착성, 내열성, 내습성 및 내냉열성이 양호할 뿐만 아니라, 유기용제를 사용하지 않아 휘발성 유기화합물(VOC)의 함량을 최소화하여 친환경적이라는 것을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 하여,
    4관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머 10 내지 20 중량부,
    3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머 35 내지 55 중량부,
    히드록기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머 15 내지 25 중량부,
    2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머 10 내지 20 중량부 및
    광중합 개시제 5 내지 10 중량부
    를 포함하는 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 4관능 이상의 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 1,000-2,500 g/mol 이고, 25℃에서의 점도가 2,500 cps 이하인 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트 모노머는 25℃에서의 점도가 2,000 cps 이하인 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머의 점도는 30 cps 이하이며, 상기 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머의 점도는 150 cps 이하인 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 히드록시기를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트 모노머 및 상기 2관능 이하의 지방족 고리형 (메타)아크릴레이트 모노머의 총 함량이 전체 (메타)아크릴레이트 모노머 100 중량부 대비 35 내지 60 중량부 범위인 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광중합 개시제는 230 내지 340nm 파장의 자외선을 흡수하는 개시제인 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 하여, 1종 이상의 첨가제 2 내지 6 중량부를 더욱 포함하는 무용제형 자외선 경화성 도료 조성물.
  8. 기재 및
    상기 기재의 일면 또는 양면 상에 형성되고, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 자외선 경화성 도료 조성물로부터 형성된 경화코팅층
    을 포함하는 헤드램프.
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