KR20200082244A - 수성 베이스 코트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 분산액, 아크릴 우레탄 분산액 및 폴리에스테르 수지를 포함하는, 수성 베이스 코트 조성물에 관한 것이다.

Description

수성 베이스 코트 조성물{WATER-SOLUBLE BASE COAT COMPOSITION}
본 발명은 수성 베이스 코트 조성물에 관한 것이다.
최근 각 산업계에 적용되고 있는 중요한 캐치프레이즈들 중 친환경성은 휘발성 유기화합물의 사용을 적극 제한하는 형태로 구체화되고 있다. 또한, 상기 제한의 일환으로, 휘발성 유기화합물을 포함하는 제품에 대한 제재 조치도 추가되고 있는 실정이다.
상기 휘발성 유기화합물은 상온에서 쉽게 휘발하는 특성이 있어 기체상태로 존재하게 될 때, 대기환경 중에 자연적으로 발산되어 대기오염의 중요한 원인이 되는 물질이다. 이러한 휘발성 유기화합물은 고유한 생체 독성 및 화학 반응성을 내재하여, 다양한 형태의 환경문제를 유발할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 대류권의 오존층 생성 및 성층권 파괴 원인, 온실효과 발생, 악취 발생 등 심각한 환경파괴를 일으키고 있다.
이에, 자동차 도장 분야에서도 친환경성을 높이기 위해 용제계 도료 조성물로부터 수성 도료 조성물로의 이행이 진행되고 있으며, 최근에는 용제계 금속성 착색 베이스 도료 조성물 대신 수성 금속성 착색 도료 조성물로의 이행이 진행되고 있다.
이와 관련하여, 한국 등록특허 제1,221,276호(특허문헌 1)에는 폴리우레탄 디스퍼션 수지, 아크릴 에멀젼 수지, 안료, 레벨링제, 실리콘계 소포제, 자외선 흡수제, 자외선 안정제, 분산제, 이온수 및 증점제를 포함하는 수성 베이스 코트 도료 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1과 같이 종래 수성 착색 베이스 도료 조성물은 건조속도가 느려 건조에 따른 체적수축 감소로 인해 휘도가 저하되거나, 조성물 내 용제 함량이 감소되어 휘도가 저하되거나, 조성물 내의 안료나 고형분 등의 침강이 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 건조속도가 빨라 건조에 따른 체적수축 감소로 인한 휘도 저하를 방지하고, 조성물 내 유기용제 함량의 감소로 인해 발생하는 휘도 저하를 개선하며, 유기 용제의 함량을 낮춤으로 인해 VOC 저감 및 친환경적이고, 조성물 내의 안료나 고형분이 침강되는 문제가 발생하지 않는 수성 베이스 도료 조성물에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
한국 등록특허 제1,221,276호 (공개일: 2012.7.10.)
이에, 본 발명은 건조에 따른 체적수축 감소로 인한 휘도 저하가 방지됨으로써 제조된 도막의 변형이 방지되고, 유기 용제를 적은 함량으로 포함하여 친환경적인 수성 베이스 코트 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 분산액, 아크릴 우레탄 분산액 및 폴리에스테르 수지를 포함하는, 수성 베이스 코트 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 수성 베이스 코트 조성물은 건조속도가 빠른 수지를 포함하여 건조에 따른 체적수축 감소로 인한 휘도 저하가 방지됨으로써 제조된 도막의 변형이 방지된다. 또한, 상기 조성물은 조성물 내 유기 용제, 특히 휘발성 유기화합물의 함량이 낮아 친환경적이면서 작업성도 우수하다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 수성 베이스 코트 조성물은 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 분산액, 아크릴 우레탄 분산액 및 폴리에스테르 수지를 포함한다.
아크릴 에멀젼
아크릴 에멀젼은 이를 포함하는 베이스 코트 조성물로부터 제조된 도막의 외관 특성, 습윤성, 내수성 및 레올로지를 향상시키는 역할을 한다.
상기 아크릴 에멀젼은 공지된 방법에 따라 직접 합성된 것을 사용하거나, 시판되는 제품을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 아크릴 에멀젼은 알릴 메타크릴레이트(AMA), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 아크릴레이트(EA), 하이드로 에틸 아크릴레이트(HEA) 및 메타크릴산(MAA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체 유래 단위를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 아크릴 에멀젼은 모노머로서 알릴 메타크릴레이트(AMA), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 아크릴레이트(EA), 하이드로 에틸 아크릴레이트(HEA) 및 메타크릴산(MAA)을 포함하는 혼합물로부터 제조된 것일 수 있다.
또한, 상기 혼합물은 2가 아크릴 모노머를 더 포함할 수 있다. 상기 2가 아크릴 모노머는 예를 들어, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트(1,4-Butanediol diacrylate), 1,4-부탄디올 디메타트릴레이트(1,4-Butanediol dimethacrylate), 1,5-펜타디올 디메타크릴레이트(1,5-Pentanediol dimethacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-Hexanediol diacrylate), 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트(1,6-Hexanediol dimethacrylate), 1,9-노난디올 디메타크릴레이트(1,9-Nonanediol dimethacrylate), 1,10-데칸디올 디메타크릴레이트(1,10-Decanediol dimethacrylate), 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(Ethylene glycol diacrylate), 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Ethylene glycol dimethacrylate) 등을 들 수 있다.
나아가, 상기 아크릴 에멀젼은 수산기가(OHv)가 70 내지 150 mgKOH/g, 산가(Av)가 1 내지 30 mgKOH/g, 유리전이온도(Tg)가 -30 내지 30℃이며, 25℃에서의 점도가 20 내지 600 mPa·s일 수 있다. 다른 예로, 상기 아크릴 수지는 수산기가(OHv)가 85 내지 135 mgKOH/g, 산가(Av)가 5 내지 25 mgKOH/g, 유리전이온도(Tg)가 0℃ 초과 30℃ 이하이며, 25℃에서의 점도가 20 내지 400 mPa·s일 수 있다. 상기 아크릴 수지의 수산기가가 상기 범위 내일 경우, 조성물의 경화성을 향상시켜 내충격성, 내수성, 부착성 및 내한치핑성이 확보되고, 산가가 상기 범위 내일 경우, 저장안정성 및 도막경도가 확보되며, 유리전이온도가 상기 범위 내일 경우, 저장안정성이 양호하면서 적절한 코팅물성을 확보할 수 있으며, 25℃에서의 점도가 상기 범위 내일 경우, 작업성이 용이한 효과가 있다.
더불어, 상기 아크릴 에멀젼은 탈이온수(deionized water)에 분산된 에멀젼 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 아크릴 에멀젼은 탈이온수에 분산된 에멀젼 형태이며, 평균 직경이 50 내지 300nm, 또는 70 내지 170nm일 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼이 탈이온수에 분산된 에멀젼 형태일 경우, 도료의 휘발성 유기 화합물(VOC, Volatile organic compounds) 함량을 낮출 수 있는 효과가 있으며, 평균 직경이 상기 범위 내일 경우, 외관 및 입자안정성이 양호하다.
또한, 상기 아크릴 에멀젼은 총 중량을 기준으로 고형분 함량이 20 내지 50 중량%일 수 있다. 다른 예로, 상기 아크릴 에멀젼은 총 중량을 기준으로 고형분 함량이 30 내지 40 중량%일 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼의 고형분 함량이 상기 범위 내일 경우, 작업성이 우수한 효과가 있다.
나아가, 상기 아크릴 에멀젼은 폴리우레탄 분산액 5 내지 10 중량부에 대하여 20 내지 30 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 다른 예로, 상기 아크릴 에멀젼은 폴리우레탄 분산액 5 내지 10 중량부에 대하여 20 내지 27 중량부, 또는 21 내지 25 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 상기 아크릴 에멀젼의 함량이 상기 범위 내일 경우, 적절한 레올로지 확보가 가능하고, 외관, 내수성, 내충격성 및 내한치핑성이 우수한 효과가 있다.
폴리우레탄 분산액
폴리우레탄 분산액은 이를 포함하는 베이스 코트 조성물로부터 제조된 도막의 레벨링성, 습윤성, 부착성, 내수성, 내충격성 및 내한치핑성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 폴리우레탄 분산액은 폴리올, 디이소시아네이트 및 산이 반응하여 제조된 것일 수 있다. 이때, 상기 폴리올은 1,6-헥산디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 프로판, 부탄디올, 1,4-헥산디올 및 3-메틸펜탄디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 상기 디이소사이네이트는 이소포론 디이소시아네이트, 트리메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 펜타메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 프로필렌디이소시아네이트, 에틸렌디이소시아네이트, 2,3-디메틸에틸렌디이소시아네이트, 1-메틸 트리메틸렌디이소시아네이트, 1,3-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,4-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,2-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,3-페닐렌디이소시아네이트, 1,4-페닐렌디이소시아네이트, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 올리고머 이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4-디페닐프로판디이소시아네이트, 자일렌디이소시아네이트, 및 1,1,6,6-테트라메틸헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 산은 아디픽산, 디메틸올 프로피온산, 프탈릭산, 이소프탈릭산, 테레프탈릭산, 테트라하이드로프탈릭산, 헥사하이드로프탈릭산, 아디픽산, 퓨마릭산, 말레익산, 트리멜리틱산, 말릭산 및 아코니틱산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 한편, 상기 폴리우레탄 분산액은 폴리우레탄 수지가 용매에 분산된 형태이며, 예를 들어 상기 폴리우레탄 분산액은 탈이온수에 분산된 분산액 일 수 있다.
더불어, 상기 폴리우레탄 분산액은 25℃에서의 점도가 10 내지 80 mPa·s이고, 산가가 10 내지 30 mgKOH/g이며, pH가 6 내지 10일 수 있다. 다른 예로, 상기 폴리우레탄 분산액은 25℃에서의 점도가 15 내지 75 mPa·s이고, 산가가 15 내지 25 mgKOH/g, 또는 18 내지 23 mgKOH/g이며, pH가 7 내지 9일 수 있다. 폴리우레탄 수지의 25℃에서의 점도가 상기 범위 내일 경우, 외관 및 작업성이 우수한 효과가 있고, 산가가 상기 범위 내일 경우, 도막의 가교밀도가 우수한 효과가 있으며, pH가 상기 범위 내일 경우, 작업성 및 외관이 우수한 효과가 있다.
또한, 상기 폴리우레탄 분산액은 총 중량을 기준으로 고형분 함량이 30 내지 50 중량%일 수 있다. 다른 예로, 상기 폴리우레탄 분산액은 총 중량을 기준으로 고형분 함량이 35 내지 45 중량%일 수 있다. 상기 폴리우레탄 분산액의 고형분 함량이 상기 범위 내일 경우, 작업성이 우수한 효과가 있다.
나아가, 상기 폴리우레탄 분산액은 아크릴 에멀젼 20 내지 30 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 다른 예로, 상기 폴리우레탄 분산액은 아크릴 에멀젼 20 내지 30 중량부를 기준으로 6 내지 9 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 폴리우레탄 분산액의 함량이 상기 범위 내일 경우, 내한치핑성, 내충격성 및 외관이 우수한 효과가 있다.
아크릴 우레탄 분산액
아크릴 우레탄 분산액은 이를 포함하는 베이스 코트 조성물에 건조성을 부여하고, 상기 조성물로부터 제조된 도막의 습윤성 및 표면 광택을 향상시키는 역할을 한다.
상기 아크릴 우레탄 분산액은 공지된 방법에 따라 직접 합성된 것을 사용하거나, 시판되는 제품을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 폴리올, 산, 이소시아네이트 및 아크릴레이트를 반응시켜 제조된 것일 수 있다. 이때, 폴리올은 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG), 1,6-헥산디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 프로판, 부탄디올, 1,4-헥산디올 및 3-메틸펜탄디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 상기 산은 디메틸올 프로피온산(DMPA), 아크릴산, 아디픽산, 프탈릭산, 이소프탈릭산, 테레프탈릭산, 테트라하이드로프탈릭산, 헥사하이드로프탈릭산, 아디픽산, 퓨마릭산, 말레익산, 트리멜리틱산, 말릭산 및 아코니틱산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 트리메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 펜타메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 프로필렌디이소시아네이트, 에틸렌디이소시아네이트, 2,3-디메틸에틸렌디이소시아네이트, 1-메틸 트리메틸렌디이소시아네이트, 1,3-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,4-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,2-사이클로펜텐디이소시아네이트, 1,3-페닐렌디이소시아네이트, 1,4-페닐렌디이소시아네이트, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 올리고머 이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4-디페닐프로판디이소시아네이트, 자일렌디이소시아네이트, 및 1,1,6,6-테트라메틸헥사메틸렌디이소시아네이트로이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 상기 아크릴레이트는 알릴 메타크릴레이트(AMA), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 아크릴레이트(EA), 하이드로 에틸 아크릴레이트(HEA) 및 메타크릴산(MAA)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 25℃에서의 점도가 10 내지 90 mPa·s이고, 유리전이온도(Tg)가 -30 내지 30 ℃이며, 산가(Av)가 1 내지 25 mgKOH/g일 수 있다. 다른 예로, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 25℃에서의 점도가 20 내지 80 mPa·s이고, 유리전이온도가 -20 내지 20 ℃이며, 산가가 5 내지 20 mgKOH/g일 수 있다. 상기 아크릴 우레탄 분산액의 25℃에서의 점도가 상기 범위 내일 경우, 외관 및 작업성이 우수한 효과가 있고, 유리전이온도가 상기 범위 내일 경우, 도막의 내구성과 경도 및 내화학성 등의 물성을 유지 가능하며, 산가가 상기 범위 내일 경우, 도막의 경도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더불어, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 아크릴 우레탄 수지가 용매에 분산된 분산액 형태이며, 예를 들어, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 탈이온수에 분산된 분산액 형태 일 수 있다. 또한, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 총 중량을 기준으로 고형분 함량(NV)이 20 내지 50 중량%이고, pH가 6 내지 10일 수 있다. 다른 예로, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 총 중량을 기준으로 고형분 함량이 30 내지 50 중량% 이고, pH가 7 내지 9, 또는 7.5 내지 8.5일 수 있다. 아크릴 우레탄 분산액의 고형분 함량이 상기 범위 내일 경우, 작업성이 우수한 효과가 있고, pH가 상기 범위 내일 경우, 작업성 및 외관이 우수한 효과가 있다.
또한, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 1 내지 5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 다른 예로, 상기 아크릴 우레탄 분산액은 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 2 내지 5 중량부, 또는 3 내지 5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 아크릴 우레탄 분산액의 함량이 상기 범위 내일 경우, 도료의 흐름성, 내한치핑성, 내충격성 및 외관이 우수한 효과가 있다.
폴리에스테르 수지
폴리에스테르 수지는 이를 포함하는 베이스 코트 조성물로부터 제조된 도막의 습윤성, 부착성, 내충격성 및 내한치핑성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 폴리에스테르 수지는 공지된 방법에 따라 직접 합성된 것을 사용하거나, 시판되는 제품을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지는 카르복실산과 폴리올을 반응시켜 제조할 수 있다. 이때, 상기 카르복실산은 아디프산(AA), 이소프탈산(IPA), 트리말레트산 무수물(TMA), 지환족산, 프탈산 무수물, 이소프탈산, 테레프탈산, 숙신산, 아디프산, 푸마르산, 말레산 무수물, 테트라하이드로프탈산무수물, 헥사히드로 프탈산무수물 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 상기 폴리올은 메톡시폴리에틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올(1,6-HD), 네오펜틸글리콜(NPG), 트리메틸올 프로판(TMP), 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 부탄디올 1,4-헥산디올 및 3-메틸펜탄디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 수지는 수지 총 중량을 기준으로 고형분 함량(NV)가 60 내지 90 중량%인 액상 형태일 수 있다. 다른 예로, 상기 폴리에스테르 수지는 수지 총 중량을 기준으로 고형분 함량(NV)가 65 내지 85 중량%인 액상 형태일 수 있다. 폴리에스터 수지를 액상 형태로 사용할 경우, 제조시 작업성이 용이한 효과가 있으며, 고형분 함량이 상기 범위 내인 액상 형태의 폴리에스터 수지를 사용할 경우, 작업성이 용이한 효과가 있다.
나아가, 상기 폴리에스테르 수지는 유리전이온도(Tg)가 -60 내지 10 ℃이고, 산가(Av)가 1 내지 40 mgKOH/g이며, 수산기가(OHv)가 100 내지 600 mgKOH/g일 수 있다. 다른 예로, 상기 폴리에스테르 수지는 유리전이온도가 -60 내지 -20 ℃이고, 산가가 1 내지 30 mgKOH/g이며, 수산기가가 100 내지 400mgKOH/g일 수 있다. 폴리에스테르 수지의 유리전이온도가가 상기 범위 내일 경우, 도막 경도 및 외관이 우수한 효과가 있고, 산가가 상기 범위 내일 경우, 저장안정성 및 가교밀도가 향상되어 내한치핑성이 우수한 효과가 있으며, 수산기가가 상기 범위 내일 경우, 수분산성 및 내구성이 우수한 효과가 있다.
더불어, 상기 폴리에스테르 수지는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀전을 기준으로 1 내지 5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 다른 예로, 상기 폴리에스테르 수지는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀전을 기준으로 2 내지 5 중량부, 또는 3 내지 5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 폴리에스테르 수지의 함량이 상기 범위 내일 경우, 도막의 유연성 및 외관이 우수한 효과가 있다.
멜라민계 경화제
상기 베이스 코트 조성물은 멜라민계 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 멜라민계 경화제는 베이스 코트 조성물의 각 성분들과 가교 반응하여 경화시키는 역할을 하며, 이를 포함하는 베이스 코트 조성물로부터 제조된 도막의 외관 특성 및 광택을 향상시키는 역할을 한다.
상기 멜라민계 경화제는 이미노기를 포함하는 친수성 멜라민 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 멜라민계 경화제는 이미노기를 포함하는 친수성 멜라민 수지를 함유하는 액상 형태일 수 있다. 다른 예로, 상기 멜라민계 경화제는 이미노기를 포함하는 친수성 멜라민 수지를 함유하고, 멜라민계 경화제 총 중량을 기준으로 고형분 함량(NV)이 85 내지 95 중량%인 액상 형태일 수 있다.
또한, 상기 멜라민계 경화제의 시판품으로는 Cytec사의 Cymel-303, Cymel-325, Cymel-327 및 Cymel-385, INEOS사의 Resimene HM-2608, Resimene 718 및 Resimene 717, 및 BASF사의 Luwipal 052, 072 등을 들 수 있다.
나아가, 상기 멜라민계 경화제는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 1 내지 10 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 다른 예로, 상기 멜라민계 경화제는 20 내지 30 중량부의 아크릴 수지를 기준으로 3 내지 7 중량부, 또는 3.5 내지 6.5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 멜라민계 경화제의 함량이 상기 범위 내일 경우, 적절한 코팅물성을 확보할 수 있다.
용제
상기 베이스 코트 조성물은 용제를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 용제는 조성물의 점도를 조절하고, 휘발성 유기화합물(VOC)의 발생을 저감시키는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 용제는 탈이온수 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 용제는 물 이외에 유기 용제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 용제는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 5 내지 50 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 용제는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 10 내지 40 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 조성물 내의 용제 함량이 상기 범위 내일 경우 조성물 내 수지들의 수분산성이 저하되는 문제, 수성 도료의 장점인 환경 친화성이 저하되는 문제 및 물의 증발이 충분히 되지 않아 최종 도막에 핀홀 발생 등의 도막 결함과 얼룩 발생 등의 문제를 방지할 수 있다.
안료
상기 베이스 코트 조성물은 안료를 추가로 포함할 수 있다. 상기 안료는 제조된 도막에 색상을 부여하는 역할을 한다. 예컨대, 상기 베이스 코트 조성물은 도막에 메탈릭 효과를 부여하기 위한 이펙트 안료, 도막형성 물질과 조합하여 색상 및 은폐 효과를 부여하는 착색 안료, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
이때, 이펙트 안료의 예로는, 수성화 처리된 알루미늄 플레이크, 마이카 안료, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 착색 안료의 예로는, 옥사이드계의 무기안료, 아조(Azo), Vat 안료를 함유하는 폴리사이클릭계의 유기안료, 안트라퀴논계의 유기안료, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 안료는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 1 내지 20 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 안료는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 5 내지 15 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 상기 베이스 코트 조성물 내의 안료 함량이 상기 범위 내일 경우, 제조된 막의 은폐력이 부족한 문제, 및 조성물의 안정성 저하 및 안료의 분산성 저하 등의 문제를 방지할 수 있다.
첨가제
상기 베이스 코트 조성물은 조용제, 중화제, 촉매, 자외선 흡수제 레벨링제, 소포제, 습윤제 및 왁스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 10 내지 50 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 다른 예로, 상기 첨가제는 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼을 기준으로 20 내지 40 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다.
상기 조용제는 제조되는 도막의 평활성에 영향을 주고, 베이스 코트 조성물의 저장 안정성을 부여하며, 최저 도막 형성 온도를 낮추고, 도장 작업시 용제의 휘발성을 조절하는 역할을 한다. 또한, 상기 조용제는 예를 들어, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌 글리콜, N-메틸-2-피롤리돈, n-프로필알콜, i-프로필알콜, n-부탄올, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 부틸 글리콜, 헥실 글리콜, 2-에틸헥실알콜, 부틸 카르비톨, 부틸 셀로솔브, 디프로필렌글리콜 메틸 에테르, n-프로판올 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 중화제는 베이스 코트 조성물의 저장안정성 향상시키고, pH를 조절(pH 7.5∼9.0 수준으로)하는 역할을 한다. 나아가, 상기 중화제는 예를 들어, 트리메틸아민, 트리에틸아민 및 트리뷰틸아민 등의 트리알킬아민류, N,N-디메틸에탄올아민, N,N-디메틸프로판올아민, N,N-디프로필에탄올아민 및 1-디메틸아미노-2-메틸-2-프로판올 등의 N,N-디알킬알칸올아민류, N-알킬-N,N-다이알칸올아민류 및 트리에탄올아민 등의 트리알칸올아민류 등의 3급 아민 화합물; 암모니아; 트리메틸암모늄하이드록사이드; 수산화나트륨; 수산화칼륨; 및 수산화리튬 등을 들 수 있다.
상기 촉매는 베이스 코트 조성물의 불완전한 경화를 막아 이로부터 제조된 도막의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다. 더불어, 상기 촉매는 예를 들어, 아민기 함유 포스페이트계 화합물 등을 들 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 제조된 도막에 도달하는 자외선을 막아 최종 도막의 내후성을 향상시키는 역할을 한다. 나아가, 상기 자외선 흡수제는 벤조트리아졸계 자외선 흡수제일 수 있다. 예를 들어, 상기 벤조트리아졸계 자외선 흡수제는 α-[3-[3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥사프로필]-ω-하이드록시폴리(옥시-1,2-에탄디일)(α-[3-[3-(2H-Benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1-oxopropyl]-ω-hydroxypoly(oxy-1,2-ethanediyl)), α-[3-[3-(2H-벤조트리라졸-2-일)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥사프로필]-ω-[3-[3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥사프로폭시]폴리(옥시-1,2-에탄디일)(α-[3-[3-(2H-Benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1-oxopropyl]-ω-[3-[3-(2H-benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1-oxopropoxy]poly(oxy-1,2-ethanediyl)), 3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시-메틸 에스테르(3-(2H-benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-methyl ester) 등을 들 수 있다.
상기 레벨링제는 제조된 도막의 레벨링성 및 습윤성을 부여하는 역할을 한다. 더불어, 상기 레벨링제는 양이온계, 음이온계, 또는 비이온계 계면활성제일 수 있으며, 예를 들어, 비이온계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 소포제는 도료 제조시 발생되는 기포 발생을 억제하고 도막 형성시 야기되는 핀홀 또는 팝핑(popping) 등의 현상을 억제 내지 제거하는 역할을 한다. 또한, 상기 소포제는 도료 조성물에 사용될 수 있는 통상적인 것이라면 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 소포제의 시판품으로는 BYK사의 BYK-011, BYK-015, BYK-072, Air Product사의 DF-21, Munzing사의 agitan 281 및 산노프코사의 Foamster-324 등을 들 수 있다.
상기 습윤제는 이를 포함하는 조성물로부터 제조된 도막의 레벨링성 및 습윤성을 향상시키는 역할을 하며, 도료 조성물에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 상기 습윤제는 폴리에테르 변성 폴리실록산 계 또는 아세틸렌 알코형 습윤제 등을 들 수 있다.
상기 왁스는 이를 포함하는 조성물로부터 제조된 도막의 건조 속도가 느려 늘어짐(sagging) 등이 발생하는 문제를 방지하는 역할을 하며, 도료 조성물에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 상기 왁스는 에틸렌-비닐-아세테이트계 왁스 등을 들 수 있다.
상기 베이스 코트 조성물은 25℃에서 포드컵 4호를 기준으로 30 내지 100 초의 포드컵 점도를 갖고, 조성물 총 중량을 기준으로 15 내지 50 중량%의 고형분을 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 베이스 코트 조성물은 25℃에서 포드컵 4호를 기준으로 50 내지 70 초의 포드컵 점도를 갖고, 조성물 총 중량을 기준으로 20 내지 45 중량%의 고형분을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 수성 베이스 코트 조성물은 건조속도가 빠른 수지를 포함하여 건조에 따른 체적수축 감소로 인한 휘도 저하가 방지됨으로써 제조된 도막의 변형이 방지된다. 또한, 상기 조성물은 조성물 내 유기 용제, 특히 휘발성 유기화합물의 함량이 낮아 친환경적이면서 작업성도 우수하다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 수지의 '산가'및'수산기가'와 같은 작용기가는 당업계에 공지된 방법으로 측정된 것이며, 예를 들어 적정법(titration)으로 측정할 수 있다. 수지의 '중량평균분자량'은 당업계에 공지된 방법으로 측정된 것이며, 예를 들어 GPC(gel permeation chromatograph) 방법으로 측정할 수 있다. 수지의 '유리전이온도'는 당업계에 공지된 방법으로 측정된 것이며, 예를 들어 시차주사열량분석법(differential scanning calorimetry, DSC)의 방법으로 측정할 수 있다.
[실시예]
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4. 수성 베이스 코트 조성물의 제조
하기 표 1 및 2에 기재된 바와 같은 조성으로 각 성분들을 교반 혼합하여 수성 베이스 코트 조성물을 제조하였다.
성분 (중량부) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
아크릴 에멀젼 23.6 28.2 24.4 22.8 31.5 22.1 22.1
폴리우레탄 분산액 7.8 7.9 9.5 7.2 6.8 12 7.8
아크릴 우레탄 분산액 4.3 4.6 4.8 2.6 3.7 4.1 6.5
폴리에스테르 수지 4.7 4.7 4.2 3.9 4.2 3.8 3.8
멜라민 경화제 5.1 5.2 5.3 5 4.9 4.8 4.8
안료 8.1 8.1 8.1 8.1 8.1 8.1 8.1
조용제-1 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6
조용제-2 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1
조용제-3 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5
소포제 1 1 1 1 1 1 1
촉매 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75
습윤제 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4
자외선 흡수제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
중화제 3 3 3 3 3 3 3
증류수 16.55 11.45 13.85 20.55 10.95 15.25 17.05
합계 100 100 100 100 100 100 100
성분 (중량부) 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
아크릴 에멀젼 - 22.6 23.1 24.2
폴리우레탄 분산액 8.3 - 7.8 7.8
아크릴 우레탄 분산액 4.7 4.1 - 3.2
폴리에스테르 수지 4.5 3.8 3.8 -
멜라민 경화제 5.55 4.8 4.8 5.2
안료 8.1 8.1 8.1 8.1
조용제-1 10.6 10.6 10.6 10.6
조용제-2 2.1 2.1 2.1 2.1
조용제-3 8.5 8.5 8.5 8.5
소포제 1 1 1 1
촉매 0.75 0.75 0.75 0.75
습윤제 3.4 3.4 3.4 3.4
자외선 흡수제 0.5 0.5 0.5 0.5
중화제 3 3 3 3
증류수 39 26.75 22.55 21.65
합계 100 100 100 100
이하, 실시예 및 비교예에서 사용한 각 성분들의 제조사 및 제품명 등은 하기 표 3에 나타냈다.
구성요소 비고
아크릴 에멀젼 수산기가 110mgKOH/g, 산가 12mgKOH/g, Tg 15℃,
25℃에서의 점도 45 mPa·s, 고형분 35중량%,
폴리우레탄 분산액 산가 21mgKOH/g, 25℃에서의 점도 55 mPa·s, Ph 8, 고형분 36 중량%,
아크릴 우레탄 분산액 산가 13.7 mgKOH/g, Tg -8℃, 25℃에서의 점도 45 mPa·s, Ph 8.5
, 고형분 40중량%,
폴리에스테르 수지(액상) 산가 20mgKOH/g, 수산기가 250mgKOH/g, Tg -45℃, 고형분 70중량%,
멜라민 경화제 헥사메톡시 멜라민(hexamethoxy melamine)(Cymel-303, Cytec)
안료 알루미늄 페이스트(Aluminum paste)(WZA5620, TOYO)
조용제-1 부틸 셀로솔브
조용제-2 디(프로필렌 글리콜) 메틸 에테르
조용제-3 n-프로판올
소포제 오일 성분을 함유한 무기계 소포제 (agitan 281, Munzing)
촉매 도데실벤젠 술포닉 엑시드 타입 산촉매(XP-221, King Industries)
습윤제 아세틸렌 알콜형 습윤제 (Surfynol 104BC, Air Product)
자외선 흡수제 벤조트리아졸 계열의 구조를 가진 흡수제(Tinuvin 1130, BASF)
중화제 2-아미노-2-메틸-1-프로판올
증류수 탈이온수
시험예: 제조된 도막의 특성 평가
시편에 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4의 수성 베이스 코트 조성물을 15㎛의 두께로 벨 도장하고, 80℃에서 3분 동안 에어를 불어주어 도료 내에 잔존하는 물을 증발시켰다(건조). 이후 오븐에서 140℃로 25분간 경화시켜 최종 도막을 형성하였다. 최종 도막의 외관 특성 및 물성들을 하기와 같은 방법으로 측정하여 그 결과를 표 4에 나타냈다.
(1) 도장 작업성
베이스 코트 조성물의 벨 도장시 조성물의 분무 상태로 도장작업성을 평가하였으며, 분무 상태를 보고 판단하며 미립화 상태에 따라 비교 평가하였다.
(2) 도막 외관
최종 도막을 대상으로 자동차 외관 측정기인 Wave Scan DOI(BYK Gardner)를 이용하여 CF값을 측정하였으며, 상기 CF값은 높을수록 도막의 외관 특성이 우수한 것으로 판단하였다. 구체적으로, CF값이 65 이상일 경우 우수(◎), 60 이상 65 미만일 경우 양호(○), 55 이상 60 미만일 경우 보통(△), 55 미만일 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(3) 광택
최종 도막의 20° 광택을 측정하였으며, 측정된 광택값이 90 이상일 경우 우수(◎), 88 이상 90 미만일 경우 양호(○), 86 이상 88 미만일 경우 보통(△), 86 미만일 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(4) 재도장 부착성
최종 도막 중 베이스 코트를 박리한 후, 상술한 바와 동일한 방법으로 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4의 베이스 코트 조성물을 재도장 및 경화시켜 재도장 도막을 제조하였다. 이후 재도장 도막에 칼날로 가로 및 세로 각각 100개의 정사각형(가로 2mm × 세로 2mm)으로 긋고 테이프를 사용하여 떼어내어 부착성을 측정하였다.
이때, 100개의 정사각형이 100% 온전히 붙어있는 경우 우수(◎), 남은 정사각형이 70% 이상 100% 미만인 경우 양호(○), 50% 이상 70% 미만인 경우 보통(△), 30% 이상 50% 미만인 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(5) 내충격성
30cm 높이에서 500g의 추를 최종 도막에 떨어뜨렸을 때, 최종 도막의 표면을 관찰하여 내충격성을 평가하였다. 구체적으로, 표면에 깨짐(CRACK)이나 충격의 흔적이 없는 경우 우수(◎), 흔적이 있는 경우 양호(○), 최종 도막이 깨지거나 벌어진 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(6) 내수성
40℃ 항온조에 최종 도막을 10일간 침적한 후 항목 (4)와 동일한 방법으로 부착성을 측정하였으며, 평가 기준도 동일하게 적용하여 도막의 내수성을 평가하였다.
(7) 칠흐름성
중도 도막이 형성된 시편을 수직으로 걸어놓고 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 베이스 코트 조성물을 상술한 바와 동일한 방법으로 도장하고 건조 및 경화한 후 제조된 도막의 표면을 관찰하여 조성물의 칠흐름성을 평가하였다.
전작 도장된 직경 5 mm 홀이 뚫린 강판에 상술한 바와 같이 중도 및 클리어 도장을 실시한 다음, 홀 하단부에 칠이 맺히는 것을 관찰했다. 흐름 발생이 관찰되는 시작점의 최종 도막 막후 ㎛를 흐름 한계 막후로 기록하였다. 이때, 측정된 흐름 한계 막후 수치가 낮을수록 칠흐름성이 부족한 것으로 판단했다.
구체적으로, 흐름 한계 막후가 40 ㎛ 이상일 경우 우수(◎), 35㎛ 이상 40㎛ 미만일 경우 양호(○), 30㎛ 이상 35㎛ 미만일 경우 경우 보통(△), 30㎛ 미만일 경우 경우 불량(×)으로 평가하였다.
(8) 내한치핑성
최종 도막을 -20℃에 3시간 방치한 후 4bar의 압력으로 50g의 치핑 스톤을 밀어내어 최종 도막의 표면을 가격하였다. 이때, 최종 도막의 손상부위가 1mm 이하 일 경우 우수(◎), 1mm 초과 2mm 이하일 경우 양호(○), 2mm 초과 3mm 이하일 경우 보통(△), 3mm 초과일 경우 불량(×)으로 평가하였다.
총 중량 중 고형분 함량(중량%) 도장
작업성		 도막 외관 광택 재도장 부착성 내충격성 내수성 칠흐름성 내한치핑성
실시예 1 35.3 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 2 35.6 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ◎ ○
실시예 3 34.8 ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 4 32.5 ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ◎ ◎ ○
실시예 5 35.6 ◎ ◎ ◎ ◎ ○ △ ◎ ○
실시예 6 33.5 ◎ △ ○ ◎ ○ ◎ ◎ ○
실시예 7 33.2 ○ ○ ◎ ◎ ○ ◎ ◎ ○
비교예 1 18.5 △ △ ◎ ◎ x x ◎ x
비교예 2 23.2 ○ x △ ◎ x ○ ◎ x
비교예 3 28.6 △ x △ ◎ x ◎ ○ x
비교예 4 29.2 ◎ x △ ◎ x ◎ △ x
표 4에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 7의 수성 베이스 코트 조성물은 도장 작업성, 재도장 부착성 및 칠흐름성이 우수하고, 이로부터 제조된 도막은 광택 및 내한치핑성이 우수했다.
반면, 비교예 1 내지 4의 베이스 코트 조성물로부터 제조된 도막은 외관 특성, 내충격성 및 내한치핑성이 부족했다. 특히, 아크릴 에멀젼을 포함하지 않는 비교예 1의 조성물은 도장 작업성이 부족하고, 이로부터 제조된 도막은 외관 특성, 내충격성, 내수성 및 내한치핑성이 부족했다. 또한, 폴리우레탄 분산액을 포함하지 않는 비교예 2, 아크릴 우레탄 분산액을 포함하지 않는 비교예 3, 및 폴리에스테르 수지를 포함하지 않는 비교예 4의 조성물로부터 제조된 도막은 외관 특성, 광택, 내충격성 및 내한치핑성이 부족했다.

Claims (6)

  1. 아크릴 에멀젼, 폴리우레탄 분산액, 아크릴 우레탄 분산액 및 폴리에스테르 수지를 포함하는, 수성 베이스 코트 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 아크릴 에멀젼은 수산기가(OHv)가 70 내지 150 mgKOH/g, 산가(Av)가 1 내지 30 mgKOH/g, 유리전이온도(Tg)가 -30 내지 30℃이며, 25℃에서의 점도가 20 내지 600 mPa·s인, 수성 베이스 코트 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리우레탄 분산액은 산가(Av)가 10 내지 30 mgKOH/g, 25℃에서의 점도가 10 내지 80 mPa·s인, 수성 베이스 코트 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 아크릴 우레탄 분산액은 산가(Av)가 1 내지 25 mgKOH/g, 유리전이온도(Tg)가 -30 내지 30℃, 25℃에서의 점도가 10 내지 90 mPa·s인, 수성 베이스 코트 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리에스테르 수지는 수산기가(OHv)가 100 내지 600 mgKOH/g, 산가(Av)가 1 내지 40 mgKOH/g, 유리전이온도(Tg)가 -60 내지 10℃인, 수성 베이스 코트 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 코트 조성물은 20 내지 30 중량부의 아크릴 에멀젼, 5 내지 10 중량부의 폴리우레탄 분산액, 1 내지 5 중량부의 아크릴 우레탄 분산액 및 1 내지 5 중량부의 폴리에스테르 수지를 포함하는, 수성 베이스 코트 조성물.
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