KR20200083922A - 금속 도료 조성물 및 이를 이용한 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법 - Google Patents

금속 도료 조성물 및 이를 이용한 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 도료 조성물 및 이를 이용한 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 금속착체화합물 및/또는 금속나노입자를 포함하는 금속 잉크 조성물을 포함하는 금속 도료 조성물을 이용하면, 종래의 고분자 수지 사출물에 금속 질감을 내기 위한 기술에 비해, 매우 단순화된 공정으로, 우수한 금속 질감 효과를 가지며 다양한 금속 색상이 적용된 고분자 사출물을 높은 생산속도 및 친환경적인 방법으로 제조할 수 있다.

Description

금속 도료 조성물 및 이를 이용한 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법{METAL PAINT COMPOSITION AND METHOD FOR PREPARING POLYMER MOLDING PRODUCT WITH METAL FILM USING THE SAME}
본 발명은 금속 도료 조성물 및 이를 이용한 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 (a) 금속착체화합물 및 금속나노입자로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 금속 잉크 조성물; (b) 제1 바인더 수지; 및 (c) 제1 용매를 포함하는 고분자 사출물의 금속막 형성용 금속 도료 조성물, 상기 금속 도료 조성물을 도포하여 금속막이 형성된 고분자 사출물, 및 (a) 고분자 수지를 사출하여 고분자 사출물을 제조하는 단계; (b) 상기 고분자 사출물 상에 표면처리층을 형성하는 단계; (c) 상기 금속 도료 조성물을 상기 표면처리층 상에 도포하여 금속막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 금속막 상에 투명보호층을 형성하는 단계를 포함하는 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법에 관한 것이다.
최근 코팅 산업계 트렌드에 따르면 보편화된 디자인 및 색상을 벗어나서 개인화된 독특한 디자인과 다양한 색상을 요구하는 소비자의 니즈가 증가하고 있다. 자동차 산업을 예를 들면 내장 및 외장용 고분자 사출물의 경우 금속 안료를 적용한 메탈릭 도료를 코팅하는 방식과 습식 크롬 도금 방식이 대부분이며 일부 증착 방식을 사용하여 금속질감을 얻고 있다. 고분자 사출물은 색상과 밀접한 모든 분야에 사용되므로 해당 재료의 심미성을 더하는 연구는 꾸준히 이루어져 왔다.
최근에는 메탈릭 도료를 적용하는 사례가 증가하고 있으며, 이는 스프레이 공정을 활용하므로 설비 투자비용이 낮고 생산성이 높은 장점을 가지지만, 미분의 금속안료를 사용함으로 특유의 입자감으로 인해 도금 느낌의 금속질감을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
반면, 도금의 경우 우수한 질감을 가지지만 6가 크롬, 시안화물과 같은 법적 규제 물질의 사용이 불가피하고 10~15 단계의 공정에 이르는 복잡한 공정을 수반하여 생산성이 매우 떨어지며 이들 공정으로 인해 발생하는 불량률이 높은 상황이다. 뿐만 아니라 다양한 색상을 포함하는 금속질감이 필요할 경우 도금방식으로 형성된 금속막 위에 특정 색상이 있는 투명 보호층을 추가로 형성하게 되는데, 도금된 금속막의 고유특성으로 인해 투명 보호층과의 접착특성이 좋지 않고 이로 인해 산업계에서 필요로 하는 신뢰성 특성을 확보하기 여렵다는 단점을 가진다.
건식의 경우 증착을 이용하여 반사막을 형성하는 방식이 가장 보편적이며, 이 경우 복잡한 전처리 과정이 필요하며 상당히 고가의 장비가 필요할 뿐만 아니라 진공에서 장시간 증착 공정이 이루어져야 함에 따라 생산성이 낮은 단점이 있다. 아울러, 증착 공정의 특성상 상면과 측면이 균일한 두께로 금속층 형성이 어렵다는 단점이 있어, 디자인에 제약이 따르고 밀폐된 챔버 안에서 금속막 형성이 이루어지게 되므로 연속공정에 불리하고 비교적 크기가 큰 사출물의 경우 공정이 곤란하다는 문제점이 있다.
이러한 배경하에서 일부 산업계에서는 은경막 코팅방식을 이용하여 습식 스프레이 공정으로 유사한 효과를 구현하려는 시도를 하였으나, 질산이나 암모니아와 같은 강산, 강알칼리가 포함된 위험한 원료들이 필요하고 사용시 이를 혼합하는 과정에서 폭발 위험성이나, 위험물에 노출에 따른 작업자 화상 등의 위험성이 있으며, 산업계에서 필요로 하는 신뢰성을 확보하지 못해 현재는 매우 한정적인 분야에만 적용되고 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 스프레이와 같은 외장 코팅 분야에서 가장 보편화되고 생산성있는 방식을 이용하면서도 크롬도금과 같은 유려한 표면처리 효과를 가지며, 친환경적인 공법으로 제조된 크롬도금 느낌의 사출물의 제조기술 개발이 매우 필요한 실정이다.
KR 10-0727483 B1 KR 10-0918231 B1
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 고분자 수지 사출물에 금속 질감을 내기 위한 기술들이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 우수한 금속 질감 효과를 가지면서도 높은 생산속도 및 친환경적인 방법으로 제조된 고분자 수지 사출물에 대한 기술을 제공하는데 있다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 (a) 금속착체화합물 및 금속나노입자로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 금속 잉크 조성물; (b) 제1 바인더 수지; 및 (c) 제1 용매를 포함하는 고분자 사출물의 금속막 형성용 금속 도료 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속 도료 조성물을 도포하여 금속막이 형성된 고분자 사출물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 (a) 고분자 수지를 사출하여 고분자 사출물을 제조하는 단계; (b) 상기 고분자 사출물 상에 표면처리층을 형성하는 단계; (c) 상기 금속 도료 조성물을 상기 표면처리층 상에 도포하여 금속막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 금속막 상에 투명보호층을 형성하는 단계를 포함하는 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 금속착체화합물 및 금속나노입자로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 금속 잉크 조성물; (b) 제1 바인더 수지; 및 (c) 제1 용매를 포함하는 고분자 사출물의 금속막 형성용 금속 도료 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 금속 도료 조성물을 도포하여 금속막이 형성된 고분자 사출물을 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 고분자 수지를 사출하여 고분자 사출물을 제조하는 단계; (b) 상기 고분자 사출물 상에 표면처리층을 형성하는 단계; (c) 상기 금속 도료 조성물을 상기 표면처리층 상에 도포하여 금속막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 금속막 상에 투명보호층을 형성하는 단계를 포함하는 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 금속착체화합물 및/또는 금속나노입자를 포함하는 금속 잉크 조성물을 포함하는 금속 도료 조성물을 이용하면, 종래의 고분자 수지 사출물에 금속 질감을 내기 위한 기술에 비해, 매우 단순화된 공정으로, 우수한 금속 질감 효과를 가지며 다양한 금속 색상이 적용된 고분자 사출물을 높은 생산속도 및 친환경적인 방법으로 제조할 수 있다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명은 일 관점에서, (a) 금속착체화합물 및 금속나노입자로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 금속 잉크 조성물; (b) 제1 바인더 수지; 및 (c) 제1 용매를 포함하는 고분자 사출물의 금속막 형성용 금속 도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서, 상기 금속 도료 조성물을 도포하여 금속막이 형성된 고분자 사출물에 관한 것이다.
본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 고분자 수지를 사출하여 고분자 사출물을 제조하는 단계; (b) 상기 고분자 사출물 상에 표면처리층을 형성하는 단계; (c) 상기 금속 도료 조성물을 상기 표면처리층 상에 도포하여 금속막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 금속막 상에 투명보호층을 형성하는 단계를 포함하는 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고분자 사출물의 금속막 형성용 금속 도료 조성물에 있어서, 금속 도료 조성물에 포함되는 (b) 제1 바인더 수지는 아크릴, 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에테르, 비닐, 우레탄, 우레아, 알키드, 실리콘, 불소, 올레핀, 석유, 로진, 에폭시, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트수지, 페놀, 옥세탄, 옥사진, 비스말레이미드, 변성 실리콘, 멜라민, 아크릴계 수지, 고무, 천연고분자, 글라스 레진 및 글래스 프릿으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로할 수 있다.
본 발명에 있어서, (c) 제1 용매는 PGMEA(Propylene glycol methyl ether acetate), α-테르피네올(α-terpineol, α-TPN), β-테르피네올(β-terpineol), 벤질에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디헥실에테르, 디메틸술폭시드, 에틸렌글리콜-n-부틸에테르(부틸셀로솔브, butyl cellosolve), 헥실렌 글리콜(hexyleneglycol), N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸포름아닐리드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 카프론산, 카프릴산, 메틸에틸케톤, 아세트산벤질, 벤조산에틸, 옥살산디에틸, 말레산디에틸, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 페닐셀로솔브아세테이트, 부틸카비톨아세테이트(butyl carbitol acetate, BCA), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 디부틸프탈레이트(dibutyl phthalate, DBP), 사이클로헥사논(cyclohexanone), 사이클로펜타논(cyclopentanone), 아세토닐아세톤, 이소포론, 메틸메톡시프로피오네이트, 에틸에톡시프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-부티로락탐, 1-옥탄올, 1-노나놀, 메톡시 에탄올, 메톡시 프로판올, 에톡시 에탄올, 에톡시 프로판올, 에톡시 부탄올 및 벤질알코올으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 고분자 사출물의 금속막 형성용 금속 도료 조성물에 있어서, (a) 금속 잉크 조성물의 상기 금속은 이에 한정되는 것은 아니나, 무채색이고 금속 고유의 색상을 가지며 휘도(반사율)이 높은 금속을 사용하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 은(Ag)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속착체화합물은 대한민국 특허출원번호 제10-2006-0039107호에 기재된 것을 이용할 수 있다. 아울러, 상기 금속나노입자는 대한민국 특허출원번호 제10-2007-0079072호에 기재된 것을 이용할 수 있다. 금속나노입자를 이용할 경우 금속착체화합물을 이용한 경우와 마찬가지로 경면의 금속막을 형성할 수 있는 동시에 높은 신뢰성을 필요로 하는 산업계의 경우 특성을 보완하기 위한 바인더 및 첨가제 사용이 비교적 자유롭다는 장점을 가진다. 상기 금속착체화합물 및/또는 금속나노입자를 이용하는 경우 종래의 공정과 비교할 때, 생산성 측면에서 탁월한 경제성을 달성하는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서, 금속나노입자를 이용하는 경우, 상기 금속나노입자의 크기(입도)는 바람직하게 20 내지 150nm일 수 있으며, 더 바람직하게는 20 내지 50nm일 수 있다. 금속나노입자의 크기가 20nm보다 작을 경우 금속 잉크 조성물을 형성하기 어려우며, 금속나노입자의 크기가 150nm보다 클 경우 도료 조성물의 반사율이 낮아지고 분산 안전성이 불안정해지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 있어서, (a) 금속 잉크 조성물은 제2 바인더 수지, 제2 용매, 분산제, 안정제, 습윤제, 커플링제, 칙소제 및 레벨링제로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 바인더 수지는 아크릴, 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에테르, 비닐, 우레탄, 우레아, 알키드, 실리콘, 불소, 올레핀, 석유, 로진, 에폭시, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트수지, 페놀, 옥세탄, 옥사진, 비스말레이미드, 변성 실리콘, 멜라민, 아크릴계 수지, 고무, 천연고분자, 글라스 레진 및 글래스 프릿으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더 수지는 전체 금속 잉크 조성물의 중량 대비 0.1 내지 50.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 바인더 수지를 0.1 중량% 미만으로 사용할 경우 표면처리층과 금속막의 부착문제가 발생할 수 있으며, 50 중량%를 초과하여 사용할 경우 금속막의 연무(haze)로 최종 제품의 심미성이 매우 감소하게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜, 글리세린, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 카비톨아세테이트, 부틸카비톨, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산, 메틸에틸케톤, 아세톤, 헥산, 헵탄, 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 메틸렌클로라이드 및 카본테트라클로라이드로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 분산제는 나노입자를 분산을 원활하게 하기 위해 사용하며, 예를 들어 에프카(EFKA)사의 4000시리즈, 비와이케이(BYK)사 디스퍼비와이케이(Disperbyk) 시리즈, 아베시아사의 솔스퍼스(solsperse) 시리즈, 데구사(Deguessa)의 테고디스퍼스(TEGO Dispers) 시리즈 등을 사용할 수 있다. 상기 분산제는 전체 금속 잉크 조성물의 중량 대비 0.1 내지 10 중량%로 사용할 수 있다. 분산제를 0.1 중량% 미만으로 사용할 경우 입자 응집으로 인한 금속막의 표면 결함이 유발되고 금속 잉크 조성물의 저장안전성의 저하가 발생하게 되며, 10 중량%를 초과하여 사용할 경우 건조가 완전히 이루어지지 않거나 금속막에 연무가 발생하게 된다.
본 발명에 있어서, 도막 특성을 개선하기 위해 실란계, 티탄계 지르코늄계 또는 알루미늄계 커플링제를 사용할 수 있으며, 비와이케이(BYK)사 300시리즈 에프카(EFKA)사의 3000시리즈 등을 레벨링제로 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 잉크 조성물은 전체 금속 도료 조성물 중량 대비 1 내지 60 중량부가 바람직하다. 금속 잉크 조성물의 사용량이 1 중량부 보다 적을 경우 성막되는 금속의 양이 적어 사출물에 색 비침 현상이 있고 표면이 균일하지 않을 수 있으며, 60 중량부 보다 많을 경우 점도상승으로 인한 스프레이 불량 및 경제성 측면에서 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 도료 조성물은 1 내지 200cPs의 점도를 갖는 것일 수 있다. 또한, 상기 금속 도료 조성물은 50 내지 70%의 반사율을 나타내는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고분자 사출물 제조에 사용되는 고분자 수지는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌), PC(폴리카보네이트), PBT(폴리부티렌 테레프타레이트) 및 PET(폴리에틸렌 테레프타레이트)로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 수지인 것을 특징으로 할 수 있다.
사출이 완료된 고분자 수지 사출물의 경우 사출 금형기술의 한계로 유리와 같은 경면으로 이루어진 표면을 가지기 어렵다. 또한 사출물에 추가적으로 경면처리 할 경우 그 제조공정이 복잡해지므로 별도의 표면 처리를 통해 사출물 표면의 표면 조도(Roughness)를 개선하는 것이 바람직하며, 표면처리 방법은 표면의 미세한 결함을 보완해 줄 수 있는 수지를 보충해 주는 것이 효율적이다. 예컨대 스프레이 공정 등 생산성이 있으면서도 공정비용이 낮은 방법으로 사출물 표면의 조도를 개선하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 표면처리층은 바람직하게는 우레탄 수지 등의 열경화성 수지 또는 광경화 수지를 포함하는 표면처리층 조성물을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 표면처리층 조성물은 필요에 따라 무기 안료 및 염료를 포함하는 것으로, 스프레이 공정이 가능한 조성물이다. 금속막은 기존 메탈릭 도료와 달리 비교적 박막으로 인쇄되어 사출물 표면의 영향을 직접적으로 받게 되므로, 표면처리층의 두께는 5 내지 50um가 적당하며, 보다 바람직하게는 10 내지 25um가 적당하다.
본 발명에 있어서, 상기 금속막은 스프레이 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 금속막 형성에 사용되는 금속 잉크 조성물은 플라스틱 사출물이 변형되지 않는 온도에서 건조 및 금속막 형성이 가능해야 한다. 금속착체화합물을 이용한 금속 잉크 조성물의 경우 열 환원반응 막으로 치밀한 금속막을 형성할 수 있고, 금속나노입자를 이용한 금속 잉크 조성물의 경우, 입자 크기에 의한 저온 소결반응을 이용해 치밀한 금속막을 형성할 수 있다.
금속 도료 조성물에 의해 형성된 금속막은 다양한 외부 환경에 노출하게 되는데, 예를 들어 자동차 부품의 경우 지속적인 마찰이나 다양한 유/무기 물질들에 의해 지속적으로 노출되게 되므로 이들 환경으로부터 형성된 금속막을 보호하기 위한 투명보호층이 필요하다.
본 발명에 있어서, 상기 투명보호층은 바람직하게는 우레탄 수지 등의 열경화성 수지 또는 광경화 수지를 포함하는 투명보호층 조성물을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 아울러, 상기 투명보호층 조성물은 여러 가지 안료를 포함하여 금속막에 다양한 컬러를 구현할 수 있다. 또한, 내후성을 확보하기 위해 머캡탄(mercaptan) 화합물이나 카르복실릭산(carboxylic acid) 화합물 또는 실란(silane)계 화합물을 포함할 수 있으며, UV안정제를 포함할 수 있다. UV안정제로는 대표적으로 HALSHYBRID UV-G series를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 표면처리층, 금속막 및 투명보호층을 형성하는데 필요한 각각의 조성물은 스프레이 공정으로 도포하는 것이 가장 바람직하며, 각각의 공정에 필요한 점도는 바람직하게는 1 내지 10,000 cps이며, 보다 바람직하게는 1 내지 200 cps이다.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계에서 바람직하게는 10 내지 40 mm/초의 사출속도로 고분자 수지를 사출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계를 수행한 후에 건조 단계를 더 포함할 수 있고, 바람직하게는 25 내지 120 ℃에서 건조, 더욱 바람직하게는 60 내지 80℃에서 건조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고분자 사출물은 차량 내장재 또는 부품, 가전용 또는 휴대용 전자 제품의 부품인 것인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
실시예 1: 금속 잉크 조성물의 제조
1-1: 금속착체화합물형 금속 잉크 조성물의 제조
은(Ag) 2-에틸헥실카바메이트 100g과 용매(부탄올 100g), 안정제(이소부틸아민 50g), 분산제(BYK 111, 1g), 바인더 수지(에폭시 수지, 0.5g), 습윤제(anti-tera 204, 0.2g), 레벨링제(EFKA 350, 0.05g)를 혼합하여 점도 5cps, 표면장력 23dyne/cm인, 금속착체화합물형 금속 잉크 조성물을 제조하였다.
1-2: 금속나노입자형 금속 잉크 조성물의 제조
은(Ag) 나노입자 40g (잉크테크 제조)과 용매(부틸카비톨 60g), 분산제(BYK 330, 4g), 안정제(에틸 셀룰로오스, 5g), 바인더 수지(폴리에스테르 수지, 1g)을 500ml 반응기에 혼합하고, 0.3mm 비드를 이용하여 균일하게 6시간 동안 혼합 및 반응하였다. 반응이 완료된 후 비드를 필터로 제거하여 균일하게 은 나노입자가 분산된 잉크를 얻었으며, 점도 50cps, 표면장력 26dyne/cm인, 금속나노입자형 금속 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 2: 금속 도료 조성물의 제조
2-1: 금속착체화합물형 금속 잉크 조성물을 이용한 금속 도료 조성물 1의 제조
상기 실시예 1-1의 점도 5cps인 금속착제화합물형 금속 잉크 조성물에, 용제 PGMEA에 폴리에스터 수지(유니치카社, UE9800)를 용해하여 제조된 비히클을 10 중량부 첨가하여, 교반기를 이용하여 1시간 동안 교반하여 금속 도료 조성물 1을 제조하였다. 제조된 금속 도료 조성물 1의 점도는 50cps이었다.
2-2: 금속나노입자형 금속 잉크 조성물을 이용한 금속 도료 조성물 2의 제조
상기 실시예 1-2의 점도 50cps인 금속나노입자형 금속 잉크 조성물에, 용제 α-TPN에 에폭시 수지(국도화학社, YD017)를 용해하여 제조된 비히클을 5중량부 첨가하여 교반기를 이용하여 1시간 동안 교반하여 금속 도료 조성물 2를 제조하였다. 제조된 금속 도료 조성물 2의 점도는 80cps였다.
2-3: 금속착제화합물과 금속나노입자형이 혼합된 금속 잉크 조성물을 이용한 금속 도료 조성물 3의 제조
상기 실시예 1-2의 점도 50cps인 금속나노입자형 금속 잉크 조성물에, 상기 실시예 1-1의 점도 5cps인 금속착제화합물형 금속 잉크 조성물 5중량부를 투입하고 용제 α-TPN에 에폭시 수지(국도화학社, YD017)를 용해하여 제조된 비히클을 6 중량부 첨가하여 교반기를 이용하여 1시간 동안 교반하여 금속 도료 조성물 3를 제조하였다. 제조된 금속 도료 조성물 3의 점도는 70 cps였다.
실시예 3: 표면처리층 조성물 및 투명보호층 조성물의 제조
3-1: 표면처리층 조성물의 제조
폴리프로필렌 글리콜 (Jiangsu Dynamic Chemical社, PPG-400)을 상온의 반응기에 100 중량부를 투입한 뒤 항온장치를 이용하여 70℃까지 서서히 승온하였다. 이후 헥사메틸렌 디이소시아네이트 25중량부를 분당 2.5중량부로 dropping한 뒤 1시간 동안 200rpm으로 교반하여 반응을 종료하였다. 생성된 반응물에 에폭시 수지(국도화학社, YD017) 200중량부를 첨가한 뒤 180 ℃까지 승온시켜 우레탄 에폭시 수지를 제조하였다. 제조된 우레탄 에폭시 수지에 소포제 (BYK社, BYK-052) 및 아민 경화제 (Isophorone diamine)를 첨가하고 200rpm으로 혼합하여 표면 처리층 조성물의 제조를 완료하였다.
3-2: 투명보호층 조성물의 제조
폴리프로필렌 글리콜 (Jiangsu Dynamic Chemical社, PPG-200)을 상온의 반응기에 100 중량부를 투입한 뒤 항온장치를 이용하여 70℃까지 서서히 승온하였다. 이후 헥사메틸렌 디이소시아네이트 25중량부를 분당 2.5중량부로 dropping한뒤 1시간 동안 200rpm으로 교반하여 반응을 종료하였다. 생성된 반응물에 에폭시 수지(국도화학社, YD014) 150중량부를 첨가한뒤 180 ℃까지 승온시켜 우레탄 에폭시 수지를 제조하였다. 제조된 우레탄 에폭시 수지에 소포제 (BYK社, BYK-052), 아민 경화제 (Isophorone diamine) 및 UV안정제(Nippon shokubai社 UV-G)와 UV차단제(Chitec社, Chiguard 5571)를 첨가하고 200rpm으로 혼합하여 투명보호층 조성물의 제조를 완료하였다.
실시예 4: 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조
4-1: 고분자 사출물의 제조
ABS 펠렛을 100℃ 오븐에서 건조 후 동신 사출기 (PRO-WD)를 이용하여 금형온도 80℃, 노즐온도를 300℃, 사출속도 25mm/sec의 조건을 적용하여 사출 작업을 진행하여, 고분자 사출물을 제조하였다.
4-2: 표면처리층의 형성
실시예 4-1에서 제조된 고분자 사출물에 실시예 3에서 제조한 표면처리층 조성물을 스프레이 장비(아네스트이와타, W101)를 이용하여 5bar의 압력으로 도포하여, 고분자 사출물 상에 표면처리층을 형성하였다.
4-3: 금속막 형성
4-3-1: 금속 도료 조성물 1을 이용한 금속막 형성
실시예 4-2에서 표면처리층이 형성된 고분자 사출물에, 실시예 2-1에서 제조된 금속 도료 조성물 1을 스프레이 장비(아네스트이와타, W101)를 이용하여 5bar의 압력으로 도포하였다. 상면과 측면에 각각 잉크를 스프레이 코팅한 후, 80℃에서 20분 동안 건조하여 금속막을 형성하였다.
4-3-2: 금속 도료 조성물 2를 이용한 금속막 형성
실시예 4-2에서 표면처리층이 형성된 고분자 사출물에, 실시예 2-2에서 제조된 금속 도료 조성물 2를 스프레이 장비(아네스트이와타, W101)를 이용하여 5bar의 압력으로 도포하였다. 상면과 측면에 각각 잉크를 스프레이 코팅한 후, 80℃에서 20분 동안 건조하여 금속막을 형성하였다.
4-3-3: 금속 도료 조성물 3을 이용한 금속막 형성
실시예 4-2에서 표면처리층이 형성된 고분자 사출물에, 실시예 2-3에서 제조된 금속 도료 조성물 3을 스프레이 장비(아네스트이와타, W101)를 이용하여 5bar의 압력으로 도포하였다. 상면과 측면에 각각 잉크를 스프레이 코팅한 후, 80℃에서 20분 동안 건조하여 금속막을 형성하였다.
4-3-4: 금속 도료 조성물 2를 이용한 금속막 형성
실시예 4-2에서 표면처리층이 형성된 고분자 사출물에, 실시예 2-2에서 제조된 금속 도료 조성물 2를 스프레이 장비(아네스트이와타, W101)를 이용하여 5bar의 압력으로 도포하였다. 상면과 측면에 각각 잉크를 스프레이 코팅한 후, 60℃에서 20분 동안 건조하여 금속막을 형성하였다.
4-4: 투명보호층의 형성
실시예 4-3에서 금속막이 형성된 고분자 사출물에 실시예 3에서 제조한 투명보호층 조성물을 스프레이 장비(아네스트이와타, W101)를 이용하여 5bar의 압력으로 도포하여 투명보호층을 형성하였다.
비교예 1: 증착공정을 이용한 고분자 사출물의 금속막 형성
스퍼터링 장치인, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 사용하여 알루미늄 타깃으로 실시예 4-2에서 제조한 표면처리 완료된 고분자 사출물에 금속막을 형성하였다. 이때 성막 조건은 실온, DC 500 W, 산소 농도 6％, 어닐조건은 대기 분위기에서 300℃ × 1 시간으로 실시하였으며, 금속막 형성 후 실시예 3에서 제조된 투명보호층 조성물을 스프레이 장비(아네스트이와타, W101)를 이용하여 5bar의 압력으로 도포하여 투명 보호층을 형성하였다.
실험예 1: 금속막 형성된 고분자 사출물의 특성 비교
상기 실시예 4 또는 비교예 1의 과정을 거쳐 제조한 금속막이 형성된 고분자 사출물 (실험예 1-1 내지 1-5)를 하기 표 1과 같이 정리하였다.
실험예 표면 처리층 형성 금속막형성 투명보호층 형성
1-1 실시예 4-2 실시예 4-3-1 실시예 4-4
1-2 실시예 4-2 실시예 4-3-2 실시예 4-4
1-3 실시예 4-2 실시예 4-3-3 실시예 4-4
1-4 실시예 4-2 실시예 4-3-4 실시예 4-4
1-5 실시예 4-2 비교예1 실시예 4-4
실험예 1-1 내지 1-5의 금속막의 물성적 특징을 비교하기 위하여, 반사율, 휘도, 부착력을 측정하여 비교하였다.
구체적으로, 반사율은 미놀타 CM-5 분광측광계로 정반사율을 측정하였고, 점도는 Brookfield LVDV2+로 측정하였다. 휘도는 육안검사로 확인하였으며 그 결과는 다음과 같이 표시하였다.
◎: 우수, ○: 보통, △: 미흡, X: 불량
부착력은 ASTM D 3359기준에 의거하여, Cross cut / Tape peel off 평가를 진행하였으며, 5B 부터 1B의 순서로 나타내었다 (5B에 가까울수록 우수함). 금속막 형성시간은 스프레이 도장공정 100을 기준으로 한 상대값으로 표시하였다.
실험예 반사율(%) 휘도
(육안)		 초기 부착력
(Cross cut)		 내열탕 부착력
(100℃물2hr
침지)		 금속막 형성시간
1-1 62.1 ○ 5B 5B 100
1-2 66.8 ◎ 5B 5B 100
1-3 68.1 ◎ 5B 5B 100
1-4 58.4 △ 5B 3B 100
1-5 61.4 ○ 5B 4B 420
그 결과 표 2와 같이, 초기 부착력은 실험예 1-1 내지 1-5의 금속막에서 동일하였으나, 실험예 1-4의 금속막이 미흡한 휘도와 비교적 낮은 내열탕 부착력을 나타냄을 확인하였다. 또한 실험예 1-5의 경우 금속막 형성시간이 상대적으로 오래 진행되었음을 확인하였다.
실험예 2: 조성물 내 금속 비율에 따른 특성 비교
다음으로, 도료 조성물 내 금속 비율을 달리하였을 때 조성물의 점도, 반사율, 스프레이 도장 작업성, 휘도, 바닥색 비침 여부를 비교하고자 하였다. 반사율은 실험예 1과 동일하게 평가하였으며, 휘도와 바닥색 비침 여부는 육안평가를 실시하였다.
실험예 조성물내
금속비율
(wt%)		 점도(cPs) 반사율(%) 스프레이 도장 작업성 휘도
(육안)		 바닥색 비침
(육안)
2-1 70.0 1100 측정불가 토출불량 측정불가 측정불가
2-2 60.0 500 60.4. △ △ 비침없음
2-3 40.0 80 66.8 ○ ◎ 비침없음
2-4 26.0 75 65.9 ○ ◎ 비침없음
2-5 20.0 70 65.5 ◎ ◎ 비침없음
2-6 6.6 55 64.7 ◎ ◎ 비침없음
2-7 3.6 40 63.4 ◎ ◎ 비침없음
2-8 1.0 35 50.5 ◎ △ 비침
2-9 0.7 40 32.4 ○ X 비침
2-10 0.0 40 5.0 ○ X 비침
그 결과 표 3과 같이, 조성물 내 금속 비율이 60 중량% 이상일 경우 점도가 높고 스프레이 도장 작업성이 낮으며 휘도가 불량한 것으로 나타났으며 (실험예 2-1, 2-2), 금속 비율이 1 중량% 이하일 경우 휘도가 불량하고 바닥색이 비쳐 도료로서의 기능성이 저하되었음을 확인하였다 (실험예 2-8 내지 2-10).
반면, 실험예 2-3 내지 2-7의 조성물은 점도, 반사율, 도장 작업성, 휘도, 바닥색 비침 정도에서 모두 금속 도료 조성물로서 우수한 특징을 나타내었음을 확인하였다.
실험예 3: 금속 나노입자 크기에 따른 물성 확인
금속 나노입자의 크기에 따라 도료 조성물의 물성이 달라지는지 확인하였다. 금속입자 크기를 표 4와 같이 달리하여 도료 조성물 실험예 3-1 내지 3-5를 제조하였으며, 휘도, 반사율, 분산안전성을 평가하였다. 휘도, 반사율은 실험예 1과 동일한 방법으로 평가하였고, 분산안정성은 금속입자의 침강발생 시점을 기준으로 다음과 같이 평가하였다.
◎ 우수(120일 이상) ○ 보통(30일 이상) △미흡(7일 이상) X불량(1일 이내)
항 목 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5
금속입자 크기(nm) 20 50 150 200 1000
분산제 BYK-111
용제 PGMEA
평가항목 휘도 ◎ ◎ ◎ ○ X
반사율(%) 65.5 62.1 60.8　 51.7　 15.8　
분산안정성 ◎　 ◎ ◎ △ X
그 결과 표 4와 같이, 금속 입자의 크기가 200nm 이상일 경우 반사율이 낮아지고 분산안전성이 미흡해졌음을 확인하였으며, 우수한 금속 도료 조성물 제조를 위해 금속 입자의 크기가 중요함을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. 다음을 포함하는 고분자 사출물의 금속막 형성용 금속 도료 조성물:
    (a) 금속착체화합물 및 금속나노입자로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 금속 잉크 조성물;
    (b) 제1 바인더 수지; 및
    (c) 제1 용매.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속은 은(Ag)인 것을 특징으로 하는, 금속 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 잉크 조성물은 제2 바인더 수지, 제2 용매, 분산제, 안정제, 습윤제, 커플링제, 칙소제 및 레벨링제로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 바인더 수지는 아크릴, 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에테르, 비닐, 우레탄, 우레아, 알키드, 실리콘, 불소, 올레핀, 석유, 로진, 에폭시, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트수지, 페놀, 옥세탄, 옥사진, 비스말레이미드, 변성 실리콘, 멜라민, 아크릴계 수지, 고무, 천연고분자, 글라스 레진 및 글래스 프릿으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 금속 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 용매는 PGMEA(Propylene glycol methyl ether acetate), α-테르피네올(α-terpineol, α-TPN), β-테르피네올(β-terpineol), 벤질에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디헥실에테르, 디메틸술폭시드, 에틸렌글리콜-n-부틸에테르(부틸셀로솔브, butyl cellosolve), 헥실렌 글리콜(hexyleneglycol), N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸포름아닐리드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 카프론산, 카프릴산, 메틸에틸케톤, 아세트산벤질, 벤조산에틸, 옥살산디에틸, 말레산디에틸, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 페닐셀로솔브아세테이트, 부틸카비톨아세테이트(butyl carbitol acetate, BCA), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 디부틸프탈레이트(dibutyl phthalate, DBP), 사이클로헥사논(cyclohexanone), 사이클로펜타논(cyclopentanone), 아세토닐아세톤, 이소포론, 메틸메톡시프로피오네이트, 에틸에톡시프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-부티로락탐, 1-옥탄올, 1-노나놀, 메톡시 에탄올, 메톡시 프로판올, 메톡시 부탄올, 에톡시 에탄올, 에톡시 프로판올, 에톡시 부탄올 및 벤질알코올으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 금속 도료 조성물.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제2 바인더 수지는 아크릴, 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에테르, 비닐, 우레탄, 우레아, 알키드, 실리콘, 불소, 올레핀, 석유, 로진, 에폭시, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트수지, 페놀, 옥세탄, 옥사진, 비스말레이미드, 변성 실리콘, 멜라민, 아크릴계 수지, 고무, 천연고분자, 글라스 레진 및 글래스 프릿으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 금속 도료 조성물.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제2 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜, 글리세린, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 카비톨아세테이트, 부틸카비톨, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산, 메틸에틸케톤, 아세톤, 헥산, 헵탄, 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 메틸렌클로라이드 및 카본테트라클로라이드로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 금속 도료 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속 잉크 조성물은 금속 도료 조성물 전체 함량 대비 1 내지 60 중량%로 포함되는 것인, 금속 도료 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속 도료 조성물은 1 내지 200cPs의 점도를 갖는 것인, 금속 도료 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 금속 도료 조성물은 50 내지 70%의 반사율을 나타내는 것인, 금속 도료 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 금속나노입자는 20 내지 150nm의 크기를 갖는 것인, 금속 도료 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 제1 바인더 수지 및 제1 용매는 1 내지 20 중량%로 포함되는 것인, 금속 도료 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 금속 도료 조성물을 도포하여 금속막이 형성된 고분자 사출물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 고분자 사출물은 차량 내장재 또는 부품, 가전용 또는 휴대용 전자 제품의 부품인 것인, 고분자 사출물
  15. 다음 단계를 포함하는 금속막이 형성된 고분자 사출물의 제조방법:
    (a) 고분자 수지를 사출하여 고분자 사출물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 고분자 사출물 상에 표면처리층을 형성하는 단계;
    (c) 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 금속 도료 조성물을 상기 표면처리층 상에 도포하여 금속막을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 금속막 상에 투명보호층을 형성하는 단계.
  16. 제15항에 있어서, 상기 고분자 수지는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌), PC(폴리카보네이트), PBT(폴리부티렌 테레프타레이트) 및 PET(폴리에틸렌 테레프타레이트)로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 고분자 사출물의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 (c) 단계를 수행한 후에 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 사출물의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 60 내지 80℃에서 건조하는 것을 특징으로 하는, 고분자 사출물의 제조방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 고분자 사출물은 차량 내장재 또는 부품, 가전용 또는 휴대용 전자 제품의 부품인 것인, 고분자 사출물의 제조방법.
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