KR20210110089A - 극무광 구현을 위한 카본블랙 분산 코팅액 제조방법 개발 - Google Patents

극무광 구현을 위한 카본블랙 분산 코팅액 제조방법 개발 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카본블랙; 분산제; 및 증류수를 포함하는 무광 코팅용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛 반사율이 낮고 경도, 밀착성 및 열안정성이 우수한 무광 코팅용 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 빛 반사율이 낮고 경도, 밀착성 및 열안정성이 우수한 무광 코팅용 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 빔 프로젝터나 강한 조명을 투사하는 경우 빛 반사를 일으키지 않아 홀로그램을 효과적으로 구현할 수 있고, LED, LCD 등의 후면배경을 만들 때 선명한 화질을 제공할 수 있어 이벤트 등 다양한 연출을 수행할 수 있는 무광 코팅용 조성물을 제공할 수 있다.

Description

극무광 구현을 위한 카본블랙 분산 코팅액 제조방법 개발{A development of carbon black dispersion coating solution for extreme matte}
본 발명은 카본블랙; 분산제; 및 증류수를 포함하는 무광 코팅용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛 반사율이 낮고 경도, 밀착성 및 열안정성이 우수한 무광 코팅용 조성물에 관한 것이다.
건물의 내외장재, 인테리어 제품, 바닥재, 산업자재 등은 그 표면을 보호하고 심미성을 부여하기 위하여 표면처리를 실시한다. 물품의 표면처리는 용도에 따라 다양하게 이루어지며, 고광택 표면처리를 하는 경우도 있고, 무광 표면처리를 하는 경우도 있다.
일반적으로 무광 표면처리를 위해서는 무기 분말 또는 폴리머 비드 등을 이용하여 소광 효과를 확보한다.
이러한 표면처리에는 코팅의 방법을 이용하거나 시트를 부착하는 방법이 사용될 수 있다.
물품의 표면에 무광 처리를 하는 경우 외부 오염원에 의한 오염이 심한 문제가 있고, 이를 해결하기 위해 표면 개질제를 사용하는 경우 무광 효과가 저감되는 문제가 있다.
따라서 빛 반사율이 낮고 경도, 밀착성 및 열안정성이 우수한 무광 코팅용 조성물에 대한 기술개발이 필요하다.
한국등록특허 제10-1437095호(2014.08.27)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 빛 반사율이 낮고 경도, 밀착성 및 열안정성이 우수한 무광 코팅용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 빔 프로젝터나 강한 조명을 투사하는 경우 빛 반사를 일으키지 않아 홀로그램을 효과적으로 구현할 수 있고, LED, LCD 등의 후면배경을 만들 때 선명한 화질을 제공할 수 있어 이벤트 등 다양한 연출을 수행할 수 있는 무광 코팅용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카본블랙; 분산제; 및 증류수를 포함하는 무광 코팅용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 카본블랙 5~30중량%, 분산제 5~20중량% 및 증류수 55~85중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 카본블랙은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 표면처리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체 1~10중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 에폭시기 함유 실란 커플링제, 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 비스페놀 A(BPA)를 반응시켜 제조한 실란 커플링제 올리고머 1~5중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 무광 코팅용 조성물을 포함하는 코팅제를 제공한다.
본 발명은 빛 반사율이 낮고 경도, 밀착성 및 열안정성이 우수한 무광 코팅용 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 빔 프로젝터나 강한 조명을 투사하는 경우 빛 반사를 일으키지 않아 홀로그램을 효과적으로 구현할 수 있고, LED, LCD 등의 후면배경을 만들 때 선명한 화질을 제공할 수 있어 이벤트 등 다양한 연출을 수행할 수 있는 무광 코팅용 조성물을 제공할 수 있다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
본 발명은 카본블랙; 분산제; 및 증류수를 포함하는 무광 코팅용 조성물에 관한 것이다.
상기 조성물은 카본블랙 5~30중량%, 분산제 5~20중량% 및 증류수 55~85중량%를 포함할 수 있다.
상기 카본블랙은 조성물의 경도 및 열안정성을 향상시키고, 빔 프로젝터나 강한 조명을 투사하는 경우 빛 반사를 일으키지 않아 홀로그램을 효과적으로 구현하는 역할을 수행한다.
상기 카본블랙의 함량은 5~30중량%인 것이 바람직하며, 카본블랙의 함량이 5중량% 미만인 경우 경도 및 열안정성이 감소되며, 함량이 30중량%를 초과하는 경우 조성물의 분산성이 저하될 수 있다.
상기 카본블랙은 산 처리, 실란 커플링제 처리 등의 방법으로 표면처리되어 사용될 수 있다.
먼저 카본블랙을 염산, 질산, 황산 등의 산으로 처리하여 입자 표면에 카르복실기, 하이드록시기, 에테르기 등의 관능기를 도입할 수 있다.
상기 산 처리된 카본블랙의 관능기를 실란 커플링제와 반응시켜 최종적으로 실란 커플링제가 결합된 카본블랙을 제조할 수 있다.
실란 커플링제로는 2-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 2-글리시독시에틸트리메톡시실란, 2-글리시독시에틸트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸메틸디에톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필메틸디메톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필메틸디에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필트리메톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필트리에톡시실란 등의 에폭시기 함유 실란 커플링제가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 실란 커플링제는 카본블랙 100중량부에 대하여 1~10중량부 사용되는 것이 바람직하며, 실란 커플링제의 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 함량이 10중량부를 초과하는 경우 조성물의 열안정성이 저하될 수 있다.
또한 상기 카본블랙은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 표면처리될 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제로는 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시메틸트리에톡시실란, 메타크릴록시메틸트리메톡시실란 등이 있다.
상기 아크릴산 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴산, 에틸 아크릴산, 부틸 아크릴산, 2-에틸 헥실 아크릴산, 데실아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 메타크릴산, 부틸 메타크릴산, 2-에틸 헥실 메타크릴산, 데실메타크릴산 등이 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비는 10~30:70~90인 것이 바람직하며, 중량비가 10:90 미만이면 분산제와의 결합력이 저하되고, 30:70을 초과하면 열안정성이 저하된다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체는 카본블랙 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 공중합체의 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 경도 및 열안정성이 저하된다.
또한 상기 카본블랙은 에폭시기 함유 실란 커플링제, 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 비스페놀 A(BPA)를 반응시켜 제조한 실란 커플링제 올리고머로 표면처리될 수 있다.
상기 실란 커플링제 올리고머를 사용함으로써 경도 및 열안정성이 향상될 수 있다.
이때 에폭시기 함유 실란 커플링제 100중량부에 대하여 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 20~60중량부 및 비스페놀 A 10~40중량부가 사용될 수 있다.
실란 커플링제 올리고머의 중량평균분자량은 1,000~20,000g/mol이 바람직하며, 중량평균분자량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 열안정성 및 무광특성이 극대화될 수 있다.
상기 실란 커플링제 올리고머는 카본블랙 100중량부에 대하여 1~5중량부 사용되며, 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 5중량부를 초과하는 경우 무광특성이 저하된다.
상기 분산제는 조성물의 분산성을 개선하는 역할을 하는 것으로서, 아크릴레이트 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리말레산, 폴리푸마르산, 도데실술폰산나트륨, 도데실벤젠술폰산나트륨 및 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르로 구성된 그룹에서 하나 이상 사용될 수 있다.
이때 아크릴레이트 공중합체는 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 2-하이드록시 메타크릴레이트, 2-하이드록시 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 및 2-에틸헥실 아크릴레이트에서 선택되는 하나 이상의 모노머; 및 메타크릴산, 아크릴산 및 아크릴아미드에서 선택되는 하나 이상의 모노머를 중합하여 제조될 수 있다.
이때 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르는 폴리옥시에틸렌모노메틸에테르, 폴리옥시에틸렌모노에틸에테르, 폴리옥시에틸렌모노프로필에테르, 폴리옥시에틸렌모노부틸에테르 등이 있다.
분산제의 함량은 5~20중량%인 것이 바람직하며, 함량이 5중량% 미만인 경우 분산성이 저하되고, 함량이 20중량%를 초과하는 경우 열안정성이 저하될 수 있다.
특히 상기 분산제로서 메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체; 및 폴리옥시에틸렌 모노에틸 에테르의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이때 메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체 및 폴리옥시에틸렌 모노에틸 에테르의 중량비는 60~80:20~40인 것이 바람직하며, 상기 범위를 만족하는 경우 조성물의 열안정성이 무광특성이 극대화될 수 있다.
상기 증류수는 조성물의 농도를 조절하기 위한 것으로서, 증류수의 함량은 55~85중량%인 것이 바람직하다. 함량이 55중량% 미만인 경우 균일한 조성물을 형성할 수 없고 가공성이 저하되며, 함량이 85중량%를 초과하면 코팅성이 저하될 수 있다.
또한 상기 조성물은 분산 보조제를 추가로 포함할 수 있으며, 분산 보조제로는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트 등의 폴리옥시에틸렌 소르비탄의 지방산 에스테르가 사용될 수 있다.
상기 분산 보조제의 함량은 1~5중량%인 것이 바람직하고, 함량이 1중량% 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 함량이 5중량%를 초과하는 경우 열안정성이 저하될 수 있다.
또한 상기 조성물은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제로는 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시메틸트리에톡시실란, 메타크릴록시메틸트리메톡시실란 등이 있다.
상기 아크릴산 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴산, 에틸 아크릴산, 부틸 아크릴산, 2-에틸 헥실 아크릴산, 데실아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 메타크릴산, 부틸 메타크릴산, 2-에틸 헥실 메타크릴산, 데실메타크릴산 등이 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비는 10~30:70~90인 것이 바람직하며, 중량비가 10:90 미만이면 분산제와의 결합력이 저하되고, 30:70을 초과하면 열안정성이 저하된다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체의 함량은 1~10중량%인 것이 바람직하며, 공중합체의 함량이 1중량% 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량%를 초과하는 경우 경도 및 열안정성이 저하된다.
또한 상기 조성물은 에폭시기 함유 실란 커플링제, 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 비스페놀 A(BPA)를 반응시켜 제조한 실란 커플링제 올리고머 1~5중량%를 추가로 포함할 수 있다.
이때 에폭시기 함유 실란 커플링제 100중량부에 대하여 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 20~60중량부 및 비스페놀 A 10~40중량부가 사용될 수 있다.
실란 커플링제 올리고머의 중량평균분자량은 1,000~20,000g/mol이 바람직하며, 중량평균분자량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 열안정성 및 무광특성이 극대화될 수 있다.
상기 실란 커플링제 올리고머는 1~5중량% 사용되며, 함량이 1중량% 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 5중량%를 초과하는 경우 무광특성이 저하된다.
본 발명의 조성물은 카르복실기를 포함하는 불포화 단량체 및 에폭시기를 포함하는 불포화 단량체의 공중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 카르복실기를 포함하는 불포화 단량체는 카르복실기를 포함하는 비닐방향족 단량체; 카르복실기를 포함하는 아크릴레이트계 단량체; 카르복실기를 포함하는 비닐시아나이드계 단량체; 카르복실기를 포함하는 비닐할로겐계 단량체 등이 사용될 수 있다.
상기 에폭시기를 포함하는 불포화 단량체는 에폭시기를 포함하는 비닐방향족 단량체; 에폭시기를 포함하는 아크릴레이트계 단량체; 에폭시기를 포함하는 비닐시아나이드계 단량체; 에폭시기를 포함하는 비닐할로겐계 단량체 등이 사용될 수 있다.
상기 카르복실기를 포함하는 불포화 단량체 및 에폭시기를 포함하는 불포화 단량체의 중량비는 70~90:10~30인 것이 바람직하다.
상기 공중합체의 함량은 1~5중량%인 것이 바람직하며, 함량이 1중량% 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 5중량%를 초과하는 경우 무광특성이 저하된다.
또한 상기 조성물은 하이드록실기를 포함하는 (메타)아크릴산 에스테르계 수지를 추가로 포함할 수 있다.
하이드록실기를 포함하는 (메타)아크릴산 에스테르계 수지는, n-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제1모노머; 및 하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제2모노머를 공중합하여 제조된다.
상기 수지의 함량은 1~5중량%인 것이 바람직하며, 함량이 1중량% 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 5중량%를 초과하는 경우 무광특성이 저하된다.
또한 본 발명은 상기 무광 코팅용 조성물을 포함하는 코팅제에 관한 것이다.
상기 코팅제를 도포하여 형성된 코팅층은 빛 반사율이 낮고 경도, 밀착성 및 열안정성이 우수하여, 홀로그램을 효과적으로 구현할 수 있고, LED, LCD 등의 후면배경을 만들 때 선명한 화질을 제공할 수 있으며, 이벤트 등 다양한 연출을 수행할 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
카본블랙 15중량%, 메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체 15중량% 및 증류수 70중량%를 혼합하여 무광 코팅용 조성물을 제조하였다.
(실시예 2)
3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 20중량% 및 메타크릴산 80중량%를 공중합하여 공중합체를 제조하였다.
카본블랙을 상기 공중합체로 표면처리한 후, 이를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 무광 코팅용 조성물을 제조하였다.
이때 카본블랙 100중량부 대비 5중량부의 공중합체를 사용하였다.
(실시예 3)
3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 20중량% 및 메타크릴산 80중량%를 공중합하여 공중합체를 제조하였다.
카본블랙 15중량%, 메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체 15중량%, 상기 공중합체 5중량% 및 증류수 65중량%를 혼합하여 무광 코팅용 조성물을 제조하였다.
(실시예 4)
3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 20중량% 및 메타크릴산 80중량%를 공중합하여 공중합체를 제조하였다.
3-글리시독시프로필트리메톡시실란 100중량부, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 50중량부 및 비스페놀 A 30중량부를 반응시켜 실란 커플링제 올리고머를 제조하였다.
카본블랙 15중량%, 메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체 15중량%, 상기 공중합체 5중량%, 상기 올리고머 3중량% 및 증류수 62중량%를 혼합하여 무광 코팅용 조성물을 제조하였다.
(실시예 5)
카본블랙 15중량%, 메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체 15중량%, 상기 공중합체 5중량%, 상기 올리고머 0.5중량% 및 증류수 64.5중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 무광 코팅용 조성물을 제조하였다.
(실시예 6)
카본블랙 13중량%, 메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체 12중량%, 상기 공중합체 5중량%, 상기 올리고머 8중량% 및 증류수 62중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 무광 코팅용 조성물을 제조하였다.
(비교예 1)
메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 무광 코팅용 조성물을 제조하였다.
(평가)
(1) 빛 반사율
실시예 및 비교예에서 제조된 조성물로부터 도막을 제조한 후, KS M ISO 2813에 의거하여 85°각도에서 광택도를 측정하였다.
(2) 연필경도
실시예 및 비교예에서 제조된 조성물로부터 도막을 제조한 후, KS M ISO 15184에 의거하여 연필경도를 측정하였다.
(3) 치수변화율
치수변화율은 KS K ISO 3759에 의거하여 측정하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1
반사율 2.3 2.1 1.8 1.2 2.8 3.0 5.8
연필경도 3B 2B B B 3B 3B 5B
치수변화율
(%)		 3.2 2.8 2.7 1.6 3.0 3.3 6.1
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 6은 반사율, 연필경도 및 치수변화율이 우수하며, 특히 실시예 1 내지 4는 상기 특성이 가장 우수하게 나타났다.
반면 비교예 1의 경우에는 상기 특성이 실시예에 비하여 저하되었다.

Claims (6)

  1. 카본블랙; 분산제; 및 증류수를 포함하는 무광 코팅용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 카본블랙 5~30중량%, 분산제 5~20중량% 및 증류수 55~85중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 무광 코팅용 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카본블랙은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체로 표면처리되는 것을 특징으로 하는 무광 코팅용 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체 1~10중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무광 코팅용 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    에폭시기 함유 실란 커플링제, 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 비스페놀 A(BPA)를 반응시켜 제조한 실란 커플링제 올리고머 1~5중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무광 코팅용 조성물.
  6. 제1항의 무광 코팅용 조성물을 포함하는 코팅제.
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