KR20210013943A - 수용성 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외관, 광택이 우수하고, 내후성, 내충격성 및 경도 등의 기계적 물성이 우수한 동시에 친환경적인 수용성 우레탄 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

수용성 도료 조성물{Aqueous Coating Composition}
본 발명은 외관 및 광택 특성이 우수하고, 내후성, 내충격성 및 경도 등의 기계적 물성이 우수한 친환경성 수용성 도료 조성물에 관한 것이다.
공업용 유용성 도료는 철재 또는 비철금속에 적용되어, 소재의 내구성 확보, 우수한 외관 및 광택 구현, 내화학성 확보를 위해 사용되고 있다. 유용성 도료로는 일반적으로 2액형 에폭시 하도 조성물 및 2액형 아크릴 우레탄 상도 조성물이 사용되고 있다. 일례로 공개특허 제2019-0013592호는 에폭시 화합물, 환상 구조를 갖는 아민계 경화제, 이미다졸계 화합물 및 안료를 함유하는 도료 조성물을 개시하고 있다.
상기 유용성 도료는 제조 공정 및 도장 과정에서 많은 양의 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound, VOC)을 배출하는 문제가 있다. 휘발성 유기 화합물은 높은 증기압을 가지고 있어 대기 중으로 쉽게 증발됨으로써 온실효과를 일으켜 지구 온난화의 원인이 될 수 있으며, 대기 중의 질소 화합물과 반응하여 광화학 스모그를 유발하기도 한다. 이에 전세계적으로 휘발성 유기 화합물의 함량에 대한 규제가 엄격해지고 있으며, 이에 따라 휘발성 유기 화합물의 함량을 감소시킨 친환경적 수용성 도료에 대한 요구가 증가하고 있다.
한편 도막에 우수한 내구성을 부여하기 위해서는, 도료 조성물의 부착력, 내후성, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하여야 한다. 따라서 휘발성 유기 화합물의 함량을 감소하는 동시에 종래 유용성 도료와 동등 이상의 물성을 확보할 수 있는 도료 조성물에 대한 개발이 필요하다. 특히 상도용 도료 조성물은 우수한 광택 물성을 확보하여 피도장물의 미관을 오랫동안 유지할 수 있어야 하는데, 강화된 VOC 함량과 관련된 환경규격을 충족하는 동시에 상기한 요구 물성을 만족시키는 도료가 요구된다.
본 발명은 외관 및 광택이 우수하고, 내후성, 내충격성 및 경도 등의 기계적 물성이 우수한 동시에 친환경적인 수용성 우레탄 도료 조성물을 제공한다.
본 발명은 아크릴 폴리올 수지, 폴리이소시아네이트 및 실란 화합물을 포함하는 수용성 우레탄 도료 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물은 외관 및 광택 특성이 우수하고, 내후성, 내충격성 및 경도 등의 기계적 물성이 우수한 동시에, 휘발성 유기 화합물의 함량이 낮아 친환경적인 도료를 제공한다. 본 발명의 수용성 우레탄 도료 조성물은 중장비, 변압기, 자동차 부품 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 2코팅 도장 시스템에 적용 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물은 상기 도장 시스템에서 상도 도료 조성물로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물은 아크릴 폴리올 수지, 이소시아네이트 화합물 및 실란 화합물을 포함한다. 또한 본 발명의 수용성 우레탄 도료 조성물은 필요에 따라 안료, 용제 및 당 분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이하 본 발명의 수용성 우레탄 도료 조성물의 조성을 살펴보면 다음과 같다.
아크릴 폴리올 수지
본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물은 주(主) 수지로서 아크릴 폴리올 수지를 포함한다. 아크릴 폴리올 수지는 경화제와 반응하여 도막을 형성하고, 도막의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 아크릴 폴리올 수지는 아크릴 모노머, 수산기를 함유한 아크릴 모노머, 산기를 포함한 아크릴 모노머 및 비닐 단량체를 유기 용제 하에서 중합하여 제조된 것일 수 있다.
상기 아크릴 모노머로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 노말부틸(메타)아크릴레이트, 터셔리부틸(메타)아크릴레이트, 노말헥실메타크릴에이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 노말옥틸아크릴레이트, 노닐(메타)아크릴레이트, 데실(메타)아크릴레이트, 도데실(메타)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴 모노머의 함량은 아크릴 폴리올 수지 총 중량을 기준으로 10 내지 80 중량%일 수 있다.
상기 수산기를 함유한 아크릴 모노머로는 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 카두라(메타)아크릴레이트, 카프로락톤(메타)아크릴레이트, 2,3-디하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌변성 (메타)아크릴레이트, 4-하이드록시메틸시크로헥실-메틸(메타)아크릴레이트, 모노카르복실산(예를 들어, (메트)아크릴산)과 같은 에틸렌성 불포화 모노머와 라디칼 중합에 관여하지 않는 에폭시 화합물(예를 들어, 글리시딜 에테르 및 에스테르)의 반응으로부터 유도된 에틸렌성 불포화 베타-히드록시 에스테르 작용성 모노머 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 수산기를 함유한 아크릴 모노머의 함량은 아크릴 폴리올 수지 총 중량을 기준으로 5 내지 35 중량%일 수 있다.
상기 산기를 함유한 아크릴 모노머로는 메타크릴산, 아크릴산, 푸마릭산, 말레인산 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 산기를 함유한 아크릴 모노머의 함량은 아크릴 폴리올 수지 총 중량을 기준으로 1 내지 15 중량%일 수 있다.
상기 비닐 단량체로는 스티렌, 비닐톨루엔, 비닐아세테이트, α-메틸스티렌 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 비닐 단량체의 함량은 아크릴 폴리올 수지 총 중량을 기준으로 5 내지 50 중량%일 수 있다.
상기 아크릴 모노머, 수산기를 함유한 아크릴 모노머, 산기를 포함한 아크릴 모노머 및 비닐 단량체의 배합비(중량비)는 1 : 0.06 내지 3.5 : 0.01 내지 1.5 : 0.06 내지 5, 예를 들어 1 : 0.1 내지 3 : 0.1 내지 1.5 : 0.1 내지 3일 수 있다. 상기 모노머들이 전술한 배합비로 사용되는 경우, 광택 구현이 용이한 동시에 기계적 물성이 우수하다.
상기 유기 용제로는 예를 들어, 톨루엔, 크실렌, 코코솔 #100(Kocosol #100, K-100, SK에너지주식회사), 코코솔 #150(Kocosol #150, K-150, SK에너지주식회사)과 같은 방향족 탄화수소계 용제, 메틸에틸케톤, 메틸프로필케톤, 메틸부틸케톤, 에틸프로필케톤과 같은 케톤계 용제, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, n-부틸아세테이트, 에틸에톡시프로피오네이트 등과 같은 에스테르계 용제 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 아크릴 폴리올 수지의 중량평균분자량은 20,000 내지 80,000 g/mol, 예를 들어 30,000 내지 70,000 g/mol, 다른 예로 40,000 내지 50,000 g/mol일 수 있다. 또한, 수산기가는 50 내지 250 mgKOH/g, 예를 들어 100 내지 200 mgKOH/g, 산가는 10 내지 60 mgKOH/g, 예를 들어 15 내지 45 mgKOH/g, 유리전이온도는 -5 내지 60 ℃, 예를 들어 20 내지 50 ℃, 고형분 함량은 20 내지 60%, 예를 들어 30 내지 50%일 수 있다. 아크릴 폴리올 수지의 중량평균분자량, 수산기가, 산가, 유리전이온도 및 고형분 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 광택 구현이 용이한 동시에 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있다.
상기 아크릴 폴리올 수지의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 도료 조성물 총 중량을 기준으로 15 내지 60 중량%, 예를 들어 30 내지 55 중량%일 수 있다. 상기 아크릴 폴리올 수지의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 형성된 도막의 부착성 및 내식성을 향상시킬 수 있다.
경화제
본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물은 경화제로 폴리이소시아네이트를 포함한다. 폴리이소시아네이트는 주(主) 수지인 아크릴 폴리올 수지와 가교 반응을 일으켜 도료 조성물을 경화시키는 역할을 한다.
상기 폴리이소시아네이트는 예를 들어 다관능 이소시아네이트 화합물을 포함하는 조성물로부터 제조된 것일 수 있다. 상기 다관능 이소시아네이트 화합물은 톨리렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소보론 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트 또는 톨루엔 디이소시아네이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 경화제 총 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%일 수 있다. 이소시아네이트기 함량이 10 중량% 미만인 경우에는 도막의 부착성 및 내식성이 저하될 수 있고, 30 중량%를 초과하는 경우 수분과 부반응이 발생하여 표면 외관 및 내식성이 저하될 수 있다.
일례로, 상기 아크릴 폴리올 수지의 수산기(OH) 및 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트기(NCO)의 당량비는 1 : 0.6 내지 1.6, 예를 들어 1 : 0.8 내지 1.4일 수 있다. 아크릴 폴리올 수지의 수산기 및 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트기의 당량비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 도료 조성물의 안정성 및 가사시간이 개선되어 작업성을 향상시킬 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 도료 조성물 총 중량을 기준으로 5 내지 40 중량%. 예를 들어 10 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 폴리이소시아네이트의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 도막의 경화도가 높아 도막의 물성이 향상될 수 있다.
실란 화합물
본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물은 실란 화합물을 포함한다. 상기 실란은 주(主) 수지인 아크릴 폴리올 수지의 가교 결합 밀도를 증가시켜 경화도를 향상시키고, 상기 우레탄 도료 조성물에 의해 형성된 도막과 피도장물의 부착력 및 다층 도막에 있어서 인접한 도막간의 층간 부착력을 개선시키는 역할을 한다.
상기 실란 화합물의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 실리식산(Silicic acid), 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane; TMOS), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane; TEOS), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxy silane), 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, γ-(메타크릴옥시프로필)트리메톡시실란, γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시드옥시프로필메틸디에톡시실란, N-β(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란 및 트리스-[3-(트리메톡시실릴)프로필]이소시아네이트 및 트리메톡시[3-(옥시라닐메톡시)프로필]실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 실란 화합물의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 도료 조성물 총 중량을 기준으로 0.05 내지 10 중량%, 예를 들어 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 실란 화합물의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 층간 부착력과 소지 부착력을 향상시킬 수 있다.
안료
본 발명의 수용성 도료 조성물은 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 안료로는 당 분야에 알려진 통상적인 체질 안료, 유색 안료 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
체질 안료는 도막 내의 기공을 충전시키고, 도막 형성을 보완하며, 도막에 살오름성 또는 기계적 성질을 부여하는 역할을 한다. 따라서, 체질 안료를 포함할 경우, 양호한 도막 외관을 얻을 수 있는 동시에 경도, 내충격성 및 방청성 등을 향상시킬 수 있다.
상기 체질 안료로는 도료 조성물에 통상적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예로는 탄산칼슘, 클레이, 탈크, 마그네슘 실리케이트, 카올린, 마이카, 실리카, 알루미늄 실리케이트, 알루미늄 하이드록사이드, 황산바륨 등이 있다. 전술한 성분을 단독 사용하거나 2종 이상을 혼용할 수 있다.
유색 안료는 도료에 원하는 색상(유색)을 발현하거나 도막의 강도나 광택을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 안료로는 도료에 통상적으로 사용되는 유기 안료, 무기 안료, 메탈릭 안료, 알루미늄-페이스트(Al-paste), 펄(pearl) 등을 제한 없이 사용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼용할 수 있다. 사용 가능한 안료의 비제한적인 예로는, 아조계, 프탈로시아닌계, 산화철계, 코발트계, 탄산염계, 황산염계, 규산염계, 크롬산염계 안료 등이 있으며, 예컨대, 티타늄 디옥사이드, 징크 옥사이드, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비 블루, 시아닌 블루 및 이들의 2종 이상의 혼합물 등이 있다.
상기 안료의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 도료 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%, 예를 들어 10 내지 30 중량%일 수 있다. 안료의 함량이 전술한 범위일 경우, 도막의 색상 발현이 우수하고, 도막의 기계적 물성, 내충격성, 부착성 등이 향상될 수 있다.
용제
본 발명에 따른 수용성 도료 조성물은 용제로서 물을 포함한다. 물은 본 발명의 도료가 친환경적인 특성을 갖는데 매우 중요한 요소이다. 물은 도료 내 각 입자의 분산매 내지는 각종 화합물의 용매로 작용하며, 도료에 추가로 투입할 경우 희석제로도 사용된다. 본 발명에서 물로는 순수 또는 탈이온수 등을 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물은 물 외에 유기용제를 더 포함할 수 있다. 상기 유기용제로는 당 분야에 알려진 통상적인 유기용제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대 탄화수소계 용제, 에스테르계 용제, 에테르계 용제, 알코올계 용제 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
사용 가능한 유기용제의 비제한적인 예를 들면, 시클로헥사논, 자일렌, 톨루엔, 셀로솔브 아세테이트, 부틸 셀로솔브 아세테이트, 트리프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 셀로솔브, 1-부톡시-2-프로판올, 2-부톡시-프로판올, 1-프로폭시-2-프로판올, 2-프로판올, 1-(2-부톡시-1-메틸에톡시)- 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르(DPnB), 부틸 카비톨, 메틸에틸케톤, 디베이직에스터, 프로필렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 아세테이트, 3-메톡시 부틸 아세테이트, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에탄올, 이소프로판올, n-부탄올, 아밀알콜, 벤질알콜 또는 이들의 혼합 용제 등이 있다.
본 발명에서 상기 용제의 함량은 도료 조성물 총 중량(예컨대, 100 중량%)을 만족시키는 잔량일 수 있으며, 예를 들어 도료 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%일 수 있다. 상기 용제의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우 작업성이 개선되고 도막의 우수한 물성을 발휘할 수 있다.
첨가제
본 발명의 우레탄 수용성 도료 조성물은 상기 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 당 업계에 알려진 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다.
사용 가능한 첨가제의 비제한적인 예로는 분산제, 소포제, 탈포제, 증점제, 레벨링제, 표면 조정제, 가소제, 경화 촉진제, 조색제 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
분산제는 조성물을 구성하는 각 재료들을 분산시키고 거리 유지를 통해 재응집을 막아 도막의 균일한 물성을 발현하도록 하는 역할을 한다. 상기 분산제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 일례로, 고분자량의 블록 공중합체 타입의 분산제 등을 사용할 수 있다.
소포제는 도장 시 발생되는 기포를 억제함으로써 도막의 외관을 높여주는 역할을 하는 것으로서, 당 분야에 알려진 통상적인 소포제를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘계 또는 비실리콘계 소포제를 사용할 수 있고, 일례로 폴리실록산 타입의 소포제를 사용할 수 있다.
증점제는 점도를 조절하고 침전을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 당 분야에 알려진 통상적인 증점제를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 증점제는 실리케이트, 마그네슘, 디클로로디메틸실란, 우레탄계, 히드록시 에틸 셀룰로오스(HEC)계, 벤톤계, 알칼리 스웰러블계 등을 사용할 수 있다.
레벨링제는 상기 조성물이 평탄하고 매끄럽게 코팅되도록 레벨링함으로써, 조성물 내의 접착력을 증진시키면서 도막의 외관 특성을 향상시키기 위한 것이다. 상기 레벨링제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로, 아크릴계, 실리콘계, 폴리에스테르계, 아민계 레벨링제 등이 있다.
가소제는 도료 조성물의 점도를 조절하고 저장안정성을 개선시키는 역할을 한다. 상기 가소제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로, 방향족 에스테르계(aromatic esters) 가소제를 사용할 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 당 분야에 공지된 함량 범위 내에서 적절히 조절할 수 있으며, 일례로 도료 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%일 수 있다.
본 발명에 따른 수용성 우레탄 도료 조성물은 2코팅 도장 시스템에 적용 가능하다. 일례로, 본 발명의 수용성 우레탄 도료 조성물은 2코팅 도장 시스템에서 상도 도료 조성물로 사용될 수 있다. 하도 도료 조성물로는 수용성 에폭시 도료 조성물 또는 수용성 우레탄 도료 조성물이 사용될 수 있다.
예를 들어, 하도 도료 조성물은 에폭시 수지, 아민 또는 아마이드 경화제 및 실란 화합물을 포함하는 수용성 에폭시 도료 조성물일 수 있다. 상기 에폭시 수지의 에폭시 당량은 800 내지 1,500 g/eq, 고형분 함량은 40 내지 70%, 유리전이온도는 -15 내지 30 ℃일 수 있다. 상기 경화제는 에폭시 어덕트 아민 수지 또는 에폭시 어덕트 아마이드 수지일 수 있다. 상기 아민 경화제 및 아마이드 경화제의 활성수소 당량은 100 내지 500 g/eq, 유리전이온도는 -30 내지 55 ℃, 아민가는 100 내지 450 mgKOH/g, 중량평균분자량은 500 내지 4,500 g/mol일 수 있다. 또한, 상기 하도 도료 조성물은 하도 도료 조성물 총 중량을 기준으로 에폭시 수지 15 내지 60 중량%, 아민 경화제 또는 아마이드 경화제 1 내지 15 중량% 및 실란 0.05 내지 10 중량%를 포함할 수 있다.
또한 상기 하도 도료 조성물에서, 상기 주제부와 상기 경화제부는 주제부의 에폭시기에 대한 경화제부의 활성수소의 당량비(α)가 0.5 내지 1.0, 예를 들어 0.7 내지 0.9가 되도록 혼합될 수 있다. 주제부와 경화제부의 배합비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 도막의 경화도가 높아지고, 동시에 우수한 부착성, 건조성 및 방청성을 확보할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 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 1 및 표 2에 기재된 조성에 따라, 아크릴 폴리올 수지, 안료, 용제 및 첨가제를 혼합하여 주제부를 제조하고, 폴리이소시아네이트, 실란 화합물 및 용제를 혼합하여 경화제부를 제조하였다. 제조된 주제부 및 경화제부를 각각 표 1 및 표 2에 기재된 중량비로 혼합하여 실시예 1-9에 따른 도료 조성물을 제조하였다. 하기 표 1 및 표 2에서 사용된 각 성분의 사용량 단위는 중량%이다.
[비교예 1-2]
하기 표 3에 기재된 조성 및 혼합비를 따른 것을 제외하고는, 실시예 1-9와 동일한 방법으로 비교예 1-2에 따른 도료 조성물을 제조하였다. 하기 표 3에서 사용된 각 성분의 사용량 단위는 중량%이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
아크릴 폴리올 수지 1: 아크릴 모노머(이소보닐(메타)아크릴레이트 및 노말부틸(메타)아크릴레이트) : 수산기를 함유한 아크릴 모노머(2하이드록시에틸(메타)아크릴레이트) : 산기를 함유한 아크릴 모노머(아크릴산) : 비닐 단량체(스티렌)의 혼합비가 1 : 0.87 : 0.37 : 0.81 중량비이고, 중량평균분자량 45,000 g/mol, 수산기가 159 mgKOH/g, 산가 35 mgKOH/g, 유리전이온도 32 ℃, 고형분 함량 41%인 아크릴 폴리올 수지
아크릴 폴리올 수지 2: 아크릴 모노머(이소보닐(메타)아크릴레이트 및 노말부틸(메타)아크릴레이트) : 수산기를 함유한 아크릴 모노머(2하이드록시에틸(메타)아크릴레이트) : 산기를 함유한 아크릴 모노머(아크릴산) : 비닐 단량체(스티렌)의 혼합비가 1 : 2.17 : 0.47 : 0.11 중량비이고, 중량평균분자량 20,000 g/mol, 수산기가 212 mgKOH/g, 산가 23 mgKOH/g, 유리전이온도 25 ℃, 고형분 함량 41%인 아크릴 폴리올 수지
아크릴 폴리올 수지 3: 아크릴 모노머(이소보닐(메타)아크릴레이트 및 노말옥틸아크릴레이트) : 수산기를 함유한 아크릴 모노머(2하이드록시에틸(메타)아크릴레이트) : 비닐 단량체(스티렌)의 혼합비가 1 : 0.27 : 1.51 중량비이고, 중량평균분자량 15,000 g/mol, 수산기가 100 mgKOH/g, 산가 2 mgKOH/g, 유리전이온도 30 ℃, 고형분 함량 41%인 아크릴 폴리올 수지
아크릴 폴리올 수지 4: 아크릴 모노머(이소보닐(메타)아크릴레이트) : 수산기를 함유한 아크릴 모노머(2하이드록시프로필(메타)아크릴레이트) : 산기를 함유한 아크릴 모노머(말레익산) : 비닐 단량체(스티렌)의 혼합비가 1 : 2.8 : 0.83 : 0.21 중량비이고, 중량평균분자량 90,000 g/mol, 수산기가 270 mgKOH/g, 산가 15 mgKOH/g, 유리전이온도 25 ℃, 고형분 함량 38%인 아크릴 폴리올 수지
안료 1: 티타늄 디옥사이드
안료 2: 산화철황
안료 3: 비스무스 바나듐 테트라옥사이드
용제 1: 탈이온수
용제 2: 부틸 카비톨
용제 3: 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르
용제 4: 디베이직 에스터
첨가제 1: 분산제(High molecular weight block copolymer)
첨가제 2: 소포제(Paraffins, 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decyne-4,7-diol)
첨가제 3: 레벨링제(Polyether modified polydimethylsiloxane)
첨가제 4: 증점제(Dichlorodimethylsilane)
폴리이소시아네이트: 이소시아네이트기 함량(NCO%) 17.8%, 고형분 함량 100%
실란 화합물: 트리메톡시[3-(옥시라닐메톡시)프로필]실란
아지리딘: 프로필렌이민(Crosslinker CX-100, DSM社), 고형분 함량 100%, 점도(25 ℃ 기준) 200 cps
에폭시 도료: 에폭시 당량 1,000 g/eq, 고형분 함량 55%, 유리전이온도 10 ℃인 에폭시 수지 및 활성수소 당량 350 g/eq, 유리전이온도 5 ℃, 아민가 320 mgKOH/g, 중량평균분자량 2,500 g/mol인 아민 경화제를 포함하고, 주제부의 에폭시기에 대한 경화제부의 활성수소의 당량비(α)가 0.8인 에폭시 도료
우레탄 도료: 중량평균분자량 42,000 g/mol, 수산기가 120 mgKOH/g, 산가 38 mgKOH/g, 유리전이온도 12 ℃, 고형분 함량 45%인 아크릴 폴리올 수지 및 이소시아네이트기 함량(NCO%) 17.8%, 고형분 함량 100%인 폴리이소시아네이트를 포함하는 우레탄 도료
[물성 평가]
실시예 1-9 및 비교예 1-2에 따라 제조된 도료 조성물의 물성을 하기와 같이 측정한 후, 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다.
시편 제조
CR 소지를 220目으로 샌딩 처리한 후, 2K 수용성 에폭시 도료 조성물로 하도 도막의 두께가 45 내지 55 ㎛가 되도록 도장한 후 10분간 상온에 방치하고 80 ℃에서 20분간 경화하였다.
실시예 1-9 및 비교예 1-2에 따라 제조된 도료를 상기 하도 도장된 시편에 40 내지 50 ㎛ 두께로 도장하고 20 내지 30분간 상온 방치, 80 ℃에서 30분간 경화, 상온에서 7일간 방치하여 시편을 제작하였다.
부착성(CROSS CUT)
ASTM D3359-02 평가 기준에 따라, Cross cut(1 mm)하여 정사각형 100개를 만들고, 테이프를 붙였다 떼었을 때 시편에 붙어있는 정사각형 개수를 기준으로 부착성을 평가하였다.
매우 우수: 100개
우수: 70개 이상 100개 미만
보통: 50개 이상 70개 미만
열세: 50개 미만
내수성
상온, 상수에 240시간 동안 침적한 후 외관 상태를 육안으로 평가하였다.
매우 우수: 외관에 아무런 이상이 없음
우수: 약한 변색 및 광택 변화 발생
보통: 심한 변색 및 광택 변화 발생
열세: 블리스터 및 심한 외관 변화 발생
경도
ASTM D3363-05 규격에 준하여, 연필 경도(Mitsubishi Unit)를 측정하였다. 3B, 2B, B, HB. F, H, 2H 및 3H 연필을 이용하여 도막에 손상을 주지 않는 최대 경도를 측정하였으며, 매우 우수, 우수, 보통 및 열세의 4단계로 상대 평가하였다.
내알카리성
5% NaOH 수용액에 상온에서 128시간동안 침적한 후 부풀음, 변색, 광택 저하가 발생하는지 평가하였다.
매우 우수: 외관에 아무런 이상이 없음
우수: 약한 변색 및 광택 변화 발생
보통: 심한 변색 및 광택 변화 발생
열세: 블리스터 및 심한 외관 변화 발생
내산성
5% H2SO4 수용액에 상온에서 128시간동안 침적한 후 부풀음, 변색, 광택 저하가 발생하는지 평가하였다.
매우 우수: 외관에 아무런 이상이 없음
우수: 약한 변색 및 광택 변화 발생
보통: 심한 변색 및 광택 변화 발생
열세: 블리스터 및 심한 외관 변화 발생
충격성
1/2”, 500 g, 30 cm 조건으로 충격을 가한 후, 크랙의 발생 여부를 평가하였다.
매우 우수: 50 cm 까지 이상이 없음
우수: 30 cm 까지 이상이 없음
보통: 30 cm 내에서 미세 크랙 발생
열세: 도막 탈거 발생
Figure pat00004
Figure pat00005
상기 표 4 및 표 5의 결과로부터, 본 발명에 따른 실시예 1-9의 도료 조성물로 형성된 도막은 비교예 1-2의 도료 조성물로 형성된 도막에 비해 전반적으로 물성이 우수하였다.

Claims (10)

  1. 아크릴 폴리올 수지, 폴리이소시아네이트 및 실란 화합물을 포함하는 수용성 우레탄 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아크릴 폴리올 수지는 중량평균분자량이 20,000 내지 80,000 g/mol. 수산기가가 50 내지 250 mgKOH/g, 산가가 10 내지 60 mgKOH/g, 유리전이온도가 -5 내지 60 ℃, 고형분 함량이 20 내지 60%인 수용성 우레탄 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아크릴 폴리올 수지는 아크릴 모노머, 수산기를 함유한 아크릴 모노머, 산기를 포함한 아크릴 모노머 및 비닐 단량체를 1 : 0.06 내지 3.5 : 0.01 내지 1.5 : 0.06 내지 5의 배합비(중량비)로 중합한 것인 수용성 우레탄 도료 조성물
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 경화제 총 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%인 수용성 우레탄 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아크릴 폴리올 수지의 수산기(OH) 및 상기 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트 기(NCO)의 당량비는 1 : 0.6 내지 1.6인 수용성 우레탄 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 도료 조성물 총 중량을 기준으로 아크릴 폴리올 수지 15 내지 60 중량%, 폴리이소시아네이트 5 내지 40 중량% 및 실란 화합물 0.05 내지 10 중량%를 포함하는 수용성 우레탄 도료 조성물.
  7. 하도 도료 조성물 및 상도 도료 조성물을 포함하는 2코팅 도장 시스템으로서,
    상기 하도 도료 조성물이 수용성 에폭시 도료 조성물 또는 수용성 우레탄 도료 조성물이고,
    상기 상도 도료 조성물이 제1항의 수용성 우레탄 도료 조성물인 2코팅 도장 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 수용성 에폭시 도료 조성물이 에폭시 수지, 아민 경화제 또는 아마이드 경화제 및 실란 화합물을 포함하는 것인 2코팅 도장 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 에폭시 당량이 800 내지 1,500 g/eq, 고형분 함량이 40 내지 70%, 유리전이온도가 -15 내지 30 ℃인 2코팅 도장 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 아민 경화제 및 아마이드 경화제는 활성수소 당량이 100 내지 500 g/eq, 유리전이온도가 -30 내지 55 ℃, 아민가가 100 내지 450 mgKOH/g, 중량평균분자량이 500 내지 4,500 g/mol인 2코팅 도장 시스템.
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