KR100725249B1 - 철재 도장용 자외선 경화 도료 - Google Patents
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Abstract
철재 소재에 대한 부착성 및 방청성 등이 우수한 철재 도장용 자외선 경화 도료가 개시되어 있다. 상기 도료는 에폭시 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 25 내지 40 중량%와, 반응성 아크릴 모노머 15 내지 25 중량%와, 안료 20 내지 30 중량%와, 광 개시제 5 내지 10 중량%와, 부착 증진제 0.5 내지 5 중량%와, 첨가제 3 내지 5 중량%를 포함한다. 이러한 조성을 갖는 자외선 경화형 도료는 철재 소재에 대하여 부착성이 우수할 뿐 아니라, 내 스크래치성, 내 염수성, 내수성 등이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 자외선 경화형 도료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철재 소지와의 부착성이 우수한 철재 도장용 자외선 경화 도료에 관한 것이다.
일반적으로 자외선 경화 도료는 올리고머, 모노머, 광 개시제 및 첨가제 등을 포함하며, 유색 코팅이 필요할 경우에는 유색 안료를 사용하기도 한다. 일반적으로 상기 자외선 경화형 도료의 성분 중 광 개시제는 자외선에 의해 라디칼을 생성하는 역할을 하고, 광 개시제에 의해 생성된 라디칼이 올리고머와 모노머의 이중 결합을 공격하여 3차원 망상구조로 가교 결합시켜 경화된 도막을 형성한다.
상기 자외선 경화형 도료로 형성된 도막은 철재 소지에 대하여 높은 부착성이 요구되어야 한다. 이는 상기 도막의 부착성이 작을 경우 밀착성, 내 약품성 등이 감소되기 때문이다.
그러나 현재 사용되는 자외선 경화형 도료는 유색 코팅 특히 흑색 코팅이 가능하지 않는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라 선재강 또는 냉연 강판과 같은 철재 소지에 대해 부착성 및 방청성이 낮은 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 철재 소지에 대하여 부착성 및 방청성이 우수하며, 유색 또는 흑색 도막을 형성하는 적용되는 철재 도장용 자외선 경화 도료를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 철재 도장용 자외선 경화 도료는 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 아크릴레이트 올리고머 25 내지 40 중량%와, 반응성 아크릴 모노머 15 내지 25 중량%와, 안료 20 내지 30 중량%와, 광 개시제 5 내지 10 중량%와, 부착 증진제 0.5 내지 5 중량%와, 분산제, 소포제, 및 착색제를 포함하는 첨가제 3 내지 5 중량%를 포함하는 조성을 갖는다.
상기 아크릴레이트 올리고머는 전체 중량%에서 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머 20 내지 30 중량% 및 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 5 내지 10 중량%를 포함한다.
상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 예로서는 비스페놀 에이형 에폭시 아크릴레이트, 변성 에폭시 아크릴레이트 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있고, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 예로서는 6관능기 이상을 갖는 무황변 우레탄 아크릴레이트 올리고머 또는 지방족계 우레탄 올리고머 등을 들 수 있다.
상술한 조성을 갖는 철재 도장용 자외선 경화 도료는 선재강 또는 냉연강판 등의 철재 소재에 대한 부착성이 우수할 뿐 아니라, 내 스크래치성, 내 염수성, 내 수성 등이 우수하여, 철재의 자동차 부품 등에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 철재 도장용 자외선 경화 도료에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 철재 도장용 자외선 경화 도료는 철재 소지에 도장하기 위한 자외선 경화 도료로서, 아크릴레이트 올리고머와, 반응성 아크릴 모노머와, 안료와, 광 개시제와, 부착 증진제와, 첨가제 등을 포함한다.
특히, 상기 철재 도장용 자외선 경화 도료는 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 아크릴레이트 올리고머 25 내지 40 중량%와, 반응성 아크릴 모노머 15 내지 25 중량%와, 안료 20 내지 30 중량%와, 광 개시제 5 내지 10 중량%와, 부착 증진제 0.5 내지 5 중량%와, 분산제, 소포제, 및 착색제를 포함하는 첨가제 3 내지 5 중량%를 포함하는 조성을 갖는다.
구체적으로 상기 철재 도장용 자외선 경화 도료를 형성하는데 적용되는 아크릴레이트 올리고머는 에폭시 아크릴레이트 올리고머 및 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함한다. 이때, 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 함량의 합은 전체 도료 조성물 전체 중량%에 대해 25 내지 40 중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이는 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 아크릴레이트 올리고머의 함량이 25 중량% 미만이면 방청성 및 내수성이 나빠지고, 그 함량이 40 중량%를 초과하면 형성되는 도료의 점도 상승 및 도료의 가격이 높아지기는 문제점이 초래되기 때문이다.
상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 예로서는 비스페놀 A 타입 에폭시 아크릴레이트와 변성 에폭시 아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 상업적으로 시판되고 있는 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 예로서는 사토머(SARTOMER)사의 상품명 CN 120, CN 124, CN 104, CN 117, CN 119, CN 136, CN 150/80 등을 사용할 수 있다.
상기 도료에 포함되는 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 함량이 20 중량% 미만이면 철재 소지에 대한 방청성 및 내약품성 등이 저하되는 단점이 초래되고, 그 함량이 30 중량%를 초과할 경우 형성하고자 하는 도료의 가격이 비싸지고, 도료의 점도가 높아져 작업성에 문제가 생기는 단점이 초래된다.
따라서, 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머는 100 중량%의 도료에서 20 내지 30 중량%가 포함되고, 바람직하게는 22 내지 28 중량%가 포함된다.
또한, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 광 경화속도, 내수성 등을 고려해 6관능기 이상을 갖는 우레탄 아크릴레이트 올리고머들을 사용한다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 구체적으로는 상업적으로 시판되고 있는 우레탄 아크릴레이트 올리고머들의 예로서는 엔케이사(NK 社)의 Oligomer U-6LHA(6관능기), U-520(10관능기), U-15HA(15관능기)등의 지방족계 우레탄 올리고머들을 들 수 있다.
상기 도료에 포함되는 우레탄 아크릴레이트 모노머의 함량이 5 중량% 미만일 경우 상기 도료로 형성되는 도막의 내수성이 나빠져 도막 표면의 발포(blister)현 상이 발생하고, 도막의 내 스크래치성이 저하되는 문제점이 초래된다. 반면에, 그 함량이 10 중량%를 초과할 경우 형성되는 도료의 점도상승 및 도료의 가격이 높아진다. 따라서, 상기 우레탄 아크릴레이트 모노머는 100 중량%의 도료에서 5 내지 10 중량%가 포함되고, 바람직하게는 6 내지 9 중량%가 포함된다.
상기 철재용 자외선 경화 도료에 포함되는 반응성 아크릴 모노머의 예로서는 이소보닐 아크릴레이트(isobonyl acrylate : IBOA), 이소보닐 메타크릴레이트(isobonyl methacrylate : IBOMA), 테트라히드로퓨릴 아크릴레이트(tetrahydrofuryl acrylate : THFA), 2-페녹시에틸 아크릴레이트(2-phenoxyethyl acrylate), 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(tripropyleneglycol diacrylate : TPGDA), 1, 6-헥산디올 디아크릴레이트(1, 6-hexane diol diacrylate : HDDA), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate : TMPTA), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate : PETA), 아크릴로일 모르폴린(Acryloyl morpholine : ACMO) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
여기서, 상기 반응성 아크릴 모노머는 형성하고자 하는 철재용 자외선 경화 도료로 형성되는 도막의 부착성 및 경화시간, 가격 등을 고려하여 선택적으로 각각 또는 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에서는 상기 반응성 아크릴 모노머로 하기 구조식 (1)로 표기되는 아크릴로일 모르폴린을 사용하는 것이 바람직하며, 이소보닐 아크릴레이트와 아크릴로일 모르폴린을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 아크릴로일 모르폴린은 기 존 부착성이 좋은 반응성 희석제로 널리 적용되는 이소보닐 아크릴레이트(IBOA)의 저취, 부착성, 내약품성 등을 개선한 모노머이다.
상기 반응성 아크릴 모노머의 함량이 15 중량% 미만일 경우, 형성되는 도료의 점도가 너무 높아져 작업성에 문제가 초래되고, 그 함량이 25중량%를 초과할 경우 형성되는 도료는 철재 소지에 대하여 부착력이 감소되는 문제점이 초래된다. 따라서 상기 반응성 아크릴 모노머는 100 중량%의 도료에서 15 내지 25 중량%가 포함되고, 바람직하게는 18 내지 23 중량%가 포함된다.
상기 광 개시제로는 자외선에 의해 활성을 띠는 통상의 중합개시제가 사용되며, 상기 중합개시제의 예로서는 벤조페논계, 벤조인, 벤조인에테르계, 벤질케탈계, 아세토페논계, 안트라퀴논계, 티옥소잔톤계 등의 화합물을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 상업적으로 시판되고 중합개시제의 예로서는 CIBA GEIGY 社의 Irgacure 184, 651, 819, 미원상사의 Micure MP-8, Benzophenone등을 들 수 있다.
상기 철재 도장용 자외선 경화 도료에 포함되는 광 개시제의 함량이 5 중량% 미만일 경우 철재 소지에 도장된 도료의 경화 시간이 증가되어 작업성이 떨어지고, 그 함량이 10 중량%를 초과할 경우에는 형성하고자 하는 도료의 가격상승 및 도료의 저장 안정성이 저하되는 문제점이 초래된다. 따라서, 상기 광 개시제는 100 중 량%의 도료에서 5 내지 10 중량%가 포함되고, 바람직하게는 6 내지 9 중량%가 포함된다.
상기 안료는 기존의 자외선 경화형 도료에 적용되는 안료를 모두 사용할 수 있다. 즉, 일반적으로 안료란 도료에 있어서 도료의 색을 부여하는 물질로써 그 종류는 대상물에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로 상기 도료를 형성하는데 적용되는 안료의 예로서는 방청안료, 체질안료 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 상기 방청안료로는 zinc 계열의 안료를 사용하였으며, 체질안료로는 talc 계열의 안료를 사용하였다.
상기 철재 도장용 자외선 경화 도료에 포함되는 안료의 함량이 20중량% 미만일 경우 철재 소지에 형성되는 도막은 부착력이 떨어져 방청성 및 내 약품성이 떨어지는 문제점이 초래된다. 반면에 그 함량이 30중량%를 초과할 경우 형성되는 도료 점도가 상승되어 작업성이 저하되는 문제점이 초래된다. 따라서, 상기 안료는 100 중량%의 도료에서 20 내지 30 중량%가 포함되고, 바람직하게는 22 내지 28 중량%가 포함된다.
상기 부착 증진제는 상기 철재 도장용 자외선 경화 도료에 포함되어 철재 소지에 형성되는 도막의 부착성을 증진시키는 물질이다. 특히, 본 발명의 철재 도장용 자외선 경화 도료는 철재 소지에 대한 부착성이 중요하기 때문에 하기 구조식 (2)로 표기되는 부착 증진제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 구조식에서 n은 0 또는 1이고, a는 1 내지 2의 유리수이고, b는 1 내지 2의 유리수이다. 보다 바람직하게 n은 0이고, a는 1.5이고, b는 1.5이다.
상기 철재 도장용 자외선 경화 도료에 포함된 부착 증진제의 함량이 0.5 중량%일 경우 철재 소지에 대한 도막의 부착성이 현저하게 저하되고, 그 함량이 5 중량%를 초과할 경우 도막의 부착성이 일정한 범위 내에서 수렴된다. 따라서, 상기 부착 증진제는 100 중량%의 도료에서 0.5 내지 5 중량%가 포함되고, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%가 포함된다.
또한, 철재 도장용 자외선 경화 도료는 기존의 자외선 경화 도료에 사용되는 첨가제를 모두 사용할 수 있다. 즉, 일반적으로 첨가제란 도료에 있어서 제조물성, 작업물성에 미세하게 영향을 미치는 요소들을 최적화시키기 위해 극소량으로 첨가되기 때문에 그 사용이 제한되지 않는다. 상기 첨가제의 예로서는 소포제, 분산제, 레벨링제, 착색제 등을 들 수 있다. 상기 첨가제의 종류에 따라 그 사용량은 각각 다르기 때문에 본 실시예의 첨가제의 사용량 및 그 종류는 본 발명을 제한하는 요소가 아니다. 바람직하게는 상기 철재 도장용 자외선 경화 도료는 분산제, 소포제 및 착색제를 포함하는 첨가제 3 내지 5 중량%를 포함한다. 특히 본 발명에서는 착색제는 1 내지 2.5 중량%를 포함한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예 및 평가예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예 및 평가예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
에폭시 아크릴레이트 올리고머 30 중량%, 우레탄 아크릴레이트 올리고머(NK Oligomer 社의 U-15HA) 5 중량%, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA) 10 중량%, 이소보닐 아크릴레이트(IBOA) 15 중량%, 아크릴로일 모르폴린(ACMO) 5 중량%, 광 개시제(CIBA GEIGY 社의 Irgacure 184) 5중량%, 분산제 0.2 중량%, 소포제 0.3 중량%, 방청 및 체질안료 25%, 착색제인 카본블랙 2 중량%, 부착증진제 2.5 중량%를 혼합한 후 분산기에서 분산시켜 철재 도장용 자외선 경화 도료를 제조하였다. 상기 도료를 제조하기 위해 적용되는 물질의 조성이 하기 표 1에 개시되어 있다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 하기 표 1의 제2 배합에 해당하는 조성을 갖는 철재 도장용 자외선 경화 도료를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 하기 표 1의 제3 배합에 해당하는 조성을 갖는 철재 도장용 자외선 경화 도료를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 하기 표 1의 제4 배합에 해당하는 조성을 갖는 철재 도장용 자외선 경화 도료를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 하기 표 1의 제5 배합에 해당하는 조성을 갖는 철재 도장용 자외선 경화 도료를 제조하였다.
비교예 6
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 하기 표 1의 제6 배합에 해당하는 조성을 갖는 철재 도장용 자외선 경화 도료를 제조하였다.
[표 1]
| 원료 | 제1 배합 | 제2 배합 | 제3 배합 | 제4 배합 | 제5 배합 | 제6 배합 | |
| 에폭시 아크릴레이트 | 30 | 30 | 25 | 35 | 40 | 30 | |
| 우레탄 아크릴레이트 | U-6LHA | × | × | × | × | 5 | × |
| U-15HA | 5 | 5 | 10 | 5 | × | 5 | |
| 반응성 모노머 | HDDA | 10 | 9 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| IBOA | 15 | 10 | 15 | 15 | 15 | 15 | |
| ACMO | 5 | 10 | 5 | × | 5 | 7.5 | |
| 광 개시제 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | |
| 첨가제 | 분산제 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 소포제 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| 착색제 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 부착 증진제 | 2.5 | 1.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | × | |
| 안료 | 체질 안료 | 20 | 20 | 20 | 20 | 10 | 20 |
| 방청 안료 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | |
| 합계 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
(단위: 중량%)
철재 도장용 자외선 경화 도료의 도막평가
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 의해 제조된 각각의 철재 도장용 자외선 경화 도료를 철판(CR 강판)에 어플리케이터(applicator)로 20 내지 30㎛의 두께로 도포하고, 자외선 경화장치(1500-2000mJ/cm2, 3-5m/분)에 통과시켜서 경화 도막 시편을 얻었다. 또한, 각각의 경화 도막 시편에 대해 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 개시되어 있다.
[표 2]
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 자외선 경화성 | Ｏ | ◎ | Ｏ | Ｏ | Ｏ | Ｏ |
| 부착성 | ◎ | ◎ | ◎ | △ | △ | × |
| 내스크래치성 | Ｏ | ◎ | Ｏ | Ｏ | △ | Ｏ |
| 내염수성 | Ｏ | Ｏ | Ｏ | △ | △ | × |
| 내수성 | Ｏ | Ｏ | Ｏ | △ | △ | × |
| ◎ : 우수, Ｏ : 양호, △ : 보통, × : 불량 | ||||||
(1) 자외선 경화성 : 경화성 측정 조도계(IL 393A)를 사용하여 UV 경화장치를 통과시킨 후, 경화 도막의 Tack-Free 여부를 관찰하였다.
(2) 부착성 : JIS D0202에 따라서 측정하였다.
(3) 내 스크래치성 : 동전으로 동일한 힘으로 도막을 눌러 긁어 스크래치 여부를 육안으로 관찰하였다.
(4) 내 염수성 : 5% 염화나트륨 수용액에 240시간 동안 침지한 후, 도막상태를 관찰하였다.
(5) 내수성 : 50% 에탄올 수용액에 상온에서 24시간동안 침지한 후, 도막상태를 관찰하였다.
상기 표 2를 참조하면, 상기 실시예 1 내지 3에 대한 물성평가 결과에서 알 수 있듯이 수득된 철재 도장용 자외선 경화 도료는 자외선 경화성, 부착성, 내 스크래치성, 내 염수성 및 내수성 등의 제반 물성 등이 비교예에서 수득된 도료보다 우수하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 철재 도장용 자외선 경화 도료는 선재강 또는 냉연강판 등의 철재소재에 대한 부착성이 우수할 뿐 아니라, 내 스크래치성, 내 염수성, 내수성 등이 우수한 특성을 갖는다. 따라서, 철재 부품이 쓰이는 자동차 부품에 유용하게 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 아크릴레이트 올리고머 25 내지 40 중량%;반응성 아크릴 모노머 15 내지 25 중량%;안료 20 내지 30 중량%;광 개시제 5 내지 10 중량%;부착 증진제 0.5 내지 5 중량%; 및분산제, 소포제, 및 착색제를 포함하는 첨가제 3 내지 5 중량%를 포함하되,상기 아크릴레이트 올리고머는 전체 중량%에서 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머 20 내지 30 중량% 및 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 5 내지 10 중량%를 포함하고, 상기 반응성 아크릴 모노머는 이소보닐 아크릴레이트(isobonyl acrylate), 이소보닐 메타크릴레이트(isobonyl methacrylate), 테트라히드로퓨릴 아크릴레이트(tetrahydrofuryl acrylate), 2-페녹시에틸 아크릴레이트(2-phenoxyethyl acrylate), 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트(tripropyleneglycol diacrylate), 1, 6-헥산디올 디아크릴레이트(1, 6-hexane diol diacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 아크릴로일 모르폴린(Acryloyl morpholine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 모노머를 포함하고, 상기 부착 증진제는 하기 구조식 2로 표기되는 것을 특징으로 하는 철재 도장용 자외선 경화 도료.---구조식 (2)(상기 구조식 (2)에서 n은 0 또는 1이고, a 및 b는 각각 1 내지 2의 유리수이다.)
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 아크릴레이트 올리고머는 비스페놀 에이형 에폭시 아크릴레이트, 변성 에폭시 아크릴레이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 철재 도장용 자외선 경화 도료.
- 제 1항에 있어서, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 6관능기 이상을 갖는 무황변 우레탄 아크릴레이트 올리고머 또는 지방족계 우레탄 올리고머인 것을 특징으로 하는 철재 도장용 자외선 경화 도료.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 반응성 아크릴 모노머는 하기 구조식 1로 표기되는 모노머인 것을 특징으로 하는 철재 도장용 자외선 경화 도료.------구조식 (1)
- 삭제
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