KR20160081370A

KR20160081370A - 고탄성 중도 도료 조성물

Info

Publication number: KR20160081370A
Application number: KR1020140195116A
Authority: KR
Inventors: 양지원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2016-07-08
Also published as: US20160185974A1; CN105733431B; DE102015218866A1; CN105733431A; US10030152B2

Abstract

본 발명은 고탄성 중도 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 고탄성 중도 도료 조성물은 경질 우레탄변성폴리에스터 10~20 중량%, 연질 우레탄변성폴리에스터 5~20 중량%, 폴리카프로락톤 1~10 중량%, 고분자 수지 20~50 중량%, 체질안료 0.1~20 중량% 및 용제 15~50 중량%를 포함한다.

Description

고탄성 중도 도료 조성물{HIGH ELASTICITY PRIMER COMPOSITION}

본 발명은 고탄성 중도 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소프트 세그먼트를 포함하는 연질 우레탄변성폴리에스터와 폴리카프로락톤을 도료에 첨가하여 중도 도막 자체의 충격 흡수력을 향상시킴으로써 도막의 박리 및 소지 노출을 저감시켜 치핑 후 발생하는 적녹현상을 최소화하는 동시에 도막에 고탄성, 고인성 및 유연성을 부여할 수 있는 고탄성 중도 도료 조성물에 관한 것이다.

자동차 외장 도막은 기본적으로 전착, 중도, 베이스(BASE) 및 클리어(CLEAR)의 구조로 이루어져 있다. 특히 중도는 내치핑성을 부여하는 도막으로서 기존의 차체 내 중도 도막은 치핑 후 도막의 박리 및 소지(철판) 노출 과다로 적녹이 발생하여 품질이 저하되고 소비자가의 만족도가 하락하는 추세이다. 여기에서 내치핑성은 차량 주행 중 날아오는 작은 돌, 융설염, 모래 등에 의한 도막의 손상 정도를 의미한다.

종래 일본등록특허 제3,097,989호에서는 2 이상의 이소시아네이트 관능기를 가지는 저점도 지방족 또는 방향족 폴리이소시아네이트를 포함하는 폴리올 성분의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 도료 조성물에 관해 개시되어 있으나, 경질 우레탄변성폴리올 및 연질 우레탄변성폴리올을 혼용하여 도막에 고탄성 및 고인성 부여에 관해서는 전혀 인식하고 있지 않다.

또한 미국등록특허 제5,151,315호에서는 폴리카프로락톤을 포함하는 중간층과 2개의 폴리우레탄을 포함하는 바깥층으로 구성되는 다층의 복합재료에 관해 개시되어 있으나, 방향족 디이소시아네이트에 관해서 언급이 없으며, 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트의 우레탄 폴리머에 대해 기재되어 있지 않다.

따라서 날아오는 돌에 의해 도막이 손상된다 하더라도 전착층까지 완전히 박리되지 않고 중도층에서 대부분의 충격을 흡수하면서 동시에 치핑 후 도막의 박리 및 적녹 발생을 최소화할 수 있는 도료에 대한 연구가 필요하다.

상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 소프트 세그먼트를 포함하는 연질 우레탄변성폴리에스터와 폴리카프로락톤을 도료에 첨가하여 중도 도막 자체의 충격 흡수력을 향상시킴으로써 도막의 박리 및 소지 노출을 저감시켜 치핑 후 발생하는 적녹현상을 최소화할 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 도막의 내부응력 완화 및 유연성이 향상된 고탄성 중도 도료 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 내치핑성이 향상된 고탄성 중도 도료 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명은 경질 우레탄 변성 폴리에스터 10~20 중량%, 연질 우레탄 변성 폴리에스터 5~20 중량%, 폴리카프로락톤 1~10 중량%, 고분자 수지 20~50 중량%, 체질안료 0.1~20 중량% 및 용제 15~50 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄성 중도 도료 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 고탄성 중도 도료 조성물은 하기와 같은 이점들이 있다.

1) 하드 세그먼트를 포함하는 경질 우레탄변성폴리에스터(탄성부여)와 연질 우레탄변성폴리에스터(고인성 부여)를 혼용하여 도료에 첨가함으로써 도막에 고탄성 및 고인성을 부여할 수 있다. 또한 폴리카프로락톤을 도료에 첨가함으로써 도막의 내부응력 완화 및 유연성을 향상시킬 수 있다.

2) 고탄성 중도 도료로 중도 도막 자체의 충격 흡수력을 향상시킴으로써, 도막의 박리 및 소지(철판) 노출을 저감시켜 치핑 후 발생하는 적녹현상을 최소화할 수 있다.

3) 내치핑성 향상 도료 개발함으로써 차체 구조 상 내치핑성에 불리한 차량도 차체를 설계하는데 있어 선단각도의 제약을 완화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연질 우레탄변성폴리에스터를 나타낸 화학구조도이다.
도 2는 종래의 중도 도료(a) 및 본 발명에 따른 치핑성이 향상된 중도 도료(b)를 개략적으로 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비교예에서 제조된 중도 도료(a) 및 실시예에서 제조된 중도 도료(b)를 보여주는 이미지 사진이다.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 고탄성 중도 도료 조성물은 경질 우레탄변성폴리에스터 10~20 중량%, 연질 우레탄변성폴리에스터 5~20 중량%, 폴리카프로락톤 1~10 중량%, 고분자 수지 20~50 중량%, 체질안료 0.1~20 중량% 및 용제 15~50 중량%를 포함한다.

상기 고탄성 중도 도료 조성물은 연질 우레탄변성폴리에스터 및 카프로락톤을 첨가하여 중도 도막 자체의 충격 흡수력을 향상시킴으로써, 도막의 박리 및 소지(철판) 노출을 저감시켜 치핑 후 발생하는 적녹현상을 최소화할 수 있다. 또한 도막 충격 흡수력을 향상시킴으로써 차체 구조 상 내치핑성에 불리한 차량도 차체를 설계하는데 있어 선단각도의 제약을 완화시킬 수 있다. 여기에서 구조 상 내치핑성이 불리한 차량은 후드(HOOD) 선단각도가 높은 차량을 의미하며, 예를 들어 쏘울, 큐브 등의 차량이 이에 해당한다.

상기 경질 우레탄변성폴리에스터는 하드 세그먼트를 포함한 것으로, 상기 연질 우레탄변성폴리에스터를 혼용하여 도료에 적용함으로써 도막에 고탄성 및 고인성을 부여할 수 있다. 구체적으로 상기 경질 우레탄변성폴리에스터의 함량이 10 중량% 보다 적으면 도료의 주요 물성특성이 저하되고, 20 중량% 보다 많으면 내치핑성이 저하된다.

상기 연질 우레탄변성폴리에스터는 방향족 디이소시아네이트의 첨가에 의해 형성된 소프트 세그먼트를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 방향족 디이소시아네이트는 5 내지 10 중량%를 첨가할 수 있다. 또한 상기 소프트 세그먼트는 그물 구조로 이루어져 있어 수지간 결합력이 향상된 성분이다.

도 1은 본 발명에 따른 연질 우레탄변성폴리에스터를 나타낸 화학구조도이다. 상기 도 1에서 확인할 수 있듯이, 점선으로 표시된 부분은 소프트 세그먼트를 나타낸 것이다. 상기 소프트 세그먼트는 도료에 고인성을 부여하여, 도막에 가해지는 충격 에너지를 주변으로 확산 및 흡수시켜 충격에 의한 도막의 파괴를 방지할 수 있다. 이러한 상기 연질 우레탄변성폴리에스터는 그 함량이 5 중량% 보다 적으면 도료의 주요 물성특성이 저하되고, 20 중량% 보다 많으면 도막의 밀림 현상이 발생될 수 있다.

상기 폴리카프로락톤은 하기 화학식으로 표시되는 화합물로서, 가동성(움직임)이 좋은 구조를 가져 도막의 내부응력 완화 및 유연성을 향상시킬 수 있다. 이때 상기 폴리카프로락톤의 함량이 1 중량% 보다 적으면 도막의 유연성이 저하될 수 있고, 10 중량% 보다 많으면 도막의 밀림 현상이 발생할 수 있다.

[화학식]

(상기 화학식에서, R은 CH₂를 포함하는 알킬기이다.)

도 2는 종래의 중도 도료(a) 및 본 발명에 따른 치핑성이 향상된 중도 도료(b)를 개략적으로 보여주는 모식도이다.

상기 고분자 수지는 B.I(Blocked Isocyanate), 에폭시 수지 및 멜라민으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 고분자 수지는 B.I(Blocked Isocyanate) 1~10 중량%, 에폭시 수지 5~20 중량% 및 멜라민 10~20 중량%인 것을 사용할 수 있다. 상기 B.I(Blocked Isocyanate)의 함량이 1 중량% 보다 적으면 도막의 유연성이 저하되고, 10 중량% 보다 많으면 도막이 경화되지 않는다. 상기 에폭시 수지는 그 함량이 5 중량% 보다 적으면 도료의 부착성능이 저하되고, 20 중량% 보다 많으면 도막의 인성이 저하된다. 상기 멜라민 수지는 그 함량이 10 중량% 보다 적으면 도막이 경화되지 않을 수 있고, 20 중량% 보다 많으면 도막의 외관면품질이 저하될 수 있다.

상기 체질안료는 BaSO4를 사용할 수 있으며, 그 함량이 0.1 중량% 보다 적으면 도막의 색상 구현이 어렵고, 20 중량% 보다 많으면 도막의 주요 물성특성이 저하될 수 있다.

상기 용제는 방향족 탄화수소계, 에스터계 또는 이 둘의 혼합물인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 용제는 방향족 탄화수소계 용제 10~30 중량%, 에스터계 용제 5~20 중량%, 또는 이 둘의 혼합물인 것을 사용할 수 있다. 상기 방향족 탄화수소계 용제는 그 함량이 10 중량% 보다 적으면 도료의 분산성이 떨어지며, 30 중량% 보다 많으면 도막의 외관면품질이 저하된다. 또한 상기 에스터계 용제는 그 함량이 5 중량% 보다 적으면 도료의 분산성이 떨어지며, 20 중량% 보다 많으면 도료의 흐름성이 저하된다.

상기 중도 도료 조성물에 유기안료 0.1~10 중량%, 이산화티탄 0.01~1 중량%, 표면조정제 0.1~1 중량%, 분산제 0.1~1 중량%, 저장안정제 0.1~1 중량% 및 후막화첨가제 0.1~5 중량%를 더 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 유기안료는 노란색, 붉은색 또는 검은색 안료를 사용할 수 있다. 상기 유기안료의 함량이 0.1 중량% 보다 적으면 도막의 색상 구현이 어렵고, 10 중량% 보다 많으면 요구되는 색상보다 어두워질 수 있다. 상기 이산화티탄도 이와 마찬가지로 함량을 벗어날 경우 도막의 색상 구현이 어렵다.

상기 표면조정제는 그 함량이 0.1 중량% 보다 적으면 도막이 평활하지 않으며, 1 중량% 보다 많으면 도막의 외관면품질이 저하된다. 상기 분산제는 그 함량이 0.1 중량% 보다 적으면 도료 내 성분들이 응집될 수 있고, 1 중량% 보다 많으면 도막의 외관면품질이 저하될 수 있다.

상기 저장안정제는 그 함량이 0.1 중량% 보다 적으면 도료의 저장안정성이 저하되며, 1 중량% 보다 많으면 도막의 외관면품질이 저하된다. 상기 후막화첨가제는 그 함량이 0.1 중량% 보다 적으면 도막 형성이 불완전하며, 5 중량% 보다 많으면 도료의 저장안정성이 저하된다.

따라서 본 발명에 따른 고탄성 중도 도료 조성물은 하드 세그먼트를 포함하는 경질 우레탄변성폴리에스터(탄성부여)와 연질 우레탄변성폴리에스터(고인성 부여)를 혼용하여 도료에 첨가함으로써 도막에 고탄성 및 고인성을 부여할 수 있다. 또한 폴리카프로락톤을 도료에 첨가함으로써 도막의 내부응력 완화 및 유연성을 향상시킬 수 있다. 또한 고탄성 중도 도료로 중도 도막 자체의 충격 흡수력을 향상시킴으로써, 도막의 박리 및 소지(철판) 노출을 저감시켜 치핑 후 발생하는 적녹현상을 최소화할 수 있다. 또한 중도 도막 충격 흡수력을 향상시킴으로써 차체 구조 상 내치핑성에 불리한 차량도 차체를 설계하는데 있어 선단각도의 제약을 완화시킬 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 경질 우레탄변성폴리에스터 13.8 중량%, 연질 우레탄변성폴리에스터 12 중량%, B.I 3.02 중량%, 에폭시 수지 6.46 중량%, 폴리카프로락톤 2.63 중량%, 멜라민 17.71 중량%, 이산화티탄 0.03 중량%, 체질안료 8.99 중량%, 유기안료 2.26 중량%, 표면 조정제 0.39 중량%, 분산제 0.30 중량%, 저장안정제 0.22 중량%, 후막화첨가제 1.66 중량%, 방향족 탄화수소계 용제 20.08 중량% 및 알코올계 용제 10.45 중량%를 혼합하여 중도 도료 조성물을 제조하였다. 그 다음 상기 중도 도료 조성물을 피도물에 도장한 후 80 ℃에서 30 분 동안 경화하여 중도 도료를 제조하였다.

실시예 2, 비교예 1, 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 구성성분 및 조성비는 하기 표 1을 참조하여 중도 도료를 제조하였다.

성 분(중량%)		비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
수지	경질 우레탄 변성폴리에스터	14.29	15.73	13.80	12.96
	연질 우레탄 변성폴리에스터	-	13.68	12.0	11.26
	폴리에스터	16.43	-	-	-
	B.I(Blocked Isocyanate)	-	1.44	3.02	3.65
	에폭시 수지	4.10	5.36	6.46	8.53
	폴리카프로락톤	-	-	2.63	4.12
	멜라민	17.56	18.19	17.71	17.84
안료	이산화티탄(TiO2)	0.03	0.03	0.03	0.02
	체질안료 (BaSO₄)	10.70	10.25	8.99	8.44
	유기안료 (red계)	2.69	2.58	2.26	2.13
첨가제	표면조정제	0.47	0.45	0.39	0.37
	분산제	0.36	0.34	0.30	0.28
	저장안정제	0.26	0.25	0.22	0.21
	후막화첨가제	1.97	1.89	1.66	1.56
용제	방향족 탄화수소계	20.77	19.89	20.08	18.83
용제	에테르계	10.37	9.92	10.45	9.80
합 계		100	100	100	100
* 표면조정제: 실리콘변성아크릴 * 분산제:폴리에스터 아염 * 저장안정제: 산화폴리에틸렌 콜로이드 * 후막화첨가제: 스티렌계

실험예

상기 실시예 1,2 및 비교예 1,2에서 제조된 중도 도료의 물성특성을 확인하기 위하여, 다음과 같은 방법으로 실험을 수행하였다. 상기의 평가는 시편 상태로 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

1) 내충격성 평가

듀퐁 충격시험기를 이용하여 낙하거리를 측정하였다.

2) 부착성 평가

도막 소지면에 도달하도록 커터로 절취선을 그어, 크기 2 mm ⅹ2 mm의 네모칸을 100 개 만들고, 그 표면에 점착 셀로판 테이프를 접착하고, 90 °에서 급격하게 박리한 후 네모 칸의 잔존 도막 수를 확인하였다.

3) 내수성 및 내습성 평가

온도 조절이 가능한 항온 수조를 이용하여 규정시간 동안 시편 노출 후 부착성 평가를 실시하여 박리된 도막 수를 확인하였다.

4) 내염수분무성 평가

내염수분무성 시험기를 이용하여 규정시간 동안 시편 노출 후 Cross cut 부분의 도막 박리 및 부풀음 등을 확인하였다.

5) 내치핑성 평가

내치핑 시험기를 이용하여 치핑 스톤 분사 후, 도막 박리 정도를 확인 하였다.

주요 평가 항목	요구 사항 (당사 차체용 상도 규격에 준함)	평가 결과
주요 평가 항목	요구 사항 (당사 차체용 상도 규격에 준함)	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
도막두께 (중도/BASE/CLEAR)	30±2㎛ / 추천막후 / 40±2㎛	32/13/41	31/15/39	32/13/40	31/11/40
광택	20도법 88 이상	88	88	88	89
외관면품질	SOLID (수평/수직): 75/65 이상 METALLIC (수평/수직): 65/60 이상	70/66	69/65	69/63	67/63
흐름성/핀홀한계/평활한계	40㎛ 이상 / 55㎛ 이상 / 20㎛ 이하	40/55/19	41/55/19	40/55/20	40/55/19
내충격성	듀퐁 500g, 20cm 이상	50	30	40	30
부착성	바둑눈목법 M-2.5 이상	M-1	M-1	M-1	M-1
내습/내수성	외관 이상 無, 바둑눈목법 M-2.5 이상	M-1	M-1	M-1	M-1
내스크래치성	초기광택유지율 55% 이상	57	55	55	58
촉진내후성 (광택유지율/부착성/색차)	90% 이상 / M-2.5 이상 / 3.0 이하 (WHITE계 1.0 이하)	98/M-1/0.7	97/M-1/0.6	92/M-1/0.4	93/M-1/0.5
내염수분무성	부착성/외관: 편측 3mm외 박리 無	양호	양호	양호	양호
내약품성	도막변색, 부풀음, 연화 등 없을 것	양호	양호	양호	양호
내치핑성	목표: 2급 이상	3급	3급 (목표치 미달성)	2급 (목표치 달성)	2급 (목표치 달성)

상기 표 2의 결과에 의하면, 상기 실시예 1, 2에서 제조된 중도 도료는 내충격성, 부착성, 내습/내수성, 내스크래치성, 내염수분무성 및 내약품성 등의 물성면에서 당사 기존 제품인 상기 비교예의 중도 도료와 동등한 수준으로 도장 재료 규격을 만족하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 내치핑성과 관련하여 상기 실시예 1, 2의 경우 모두 목표치인 2급을 달성한 것을 알 수 있었다.

도 3은 상기 비교예에서 제조된 중도 도료(a) 및 상기 실시예에서 제조된 중도 도료(b)를 보여주는 이미지 사진이다. 상기 도 3에서 확인할 수 있듯이, 내치핑성 향상으로 상기 실시예의 중도 도료(b)는 상기 비교예의 중도 도료(a)에 비해 적녹현상이 훨씬 완화된 것을 확인할 수 있었다.

따라서 상기 실시예에서 제조된 고탄성의 중도 도료는 소프트 세그먼트를 포함하는 연질 우레탄변성폴리에스터와 폴리카프로락톤을 도료에 첨가함으로써 기존의 내충격성, 부착성, 내스크래치성 등의 도장 물성특성을 만족하면서 도막에 고탄성, 고인성 및 유연성을 부여하여 내치핑성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

Claims

경질 우레탄변성폴리에스터 10~20 중량%, 연질 우레탄변성폴리에스터 5~20 중량%, 폴리카프로락톤 1~10 중량%, 고분자 수지 20~50 중량%, 체질안료 0.1~20 중량% 및 용제 15~50 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄성 중도 도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연질 우레탄변성폴리에스터는 방향족 디이소시아네이트의 첨가에 의해 형성된 소프트 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄성 중도 도료 조성물.
제2항에 있어서,
상기 방향족 디이소시아네이트의 첨가량은 5 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 고탄성 중도 도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 고분자 수지는 B.I(Blocked Isocyanate), 에폭시 수지 및 멜라민으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고탄성 중도 도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 체질안료는 BaSO₄인 것을 특징으로 하는 고탄성 중도 도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 용제는 방향족 탄화수소계, 에스터계 또는 이 둘의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고탄성 중도 도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 중도 도료 조성물에 유기안료 0.1~10 중량%, 이산화티탄 0.01~1 중량%, 표면조정제 0.1~1 중량%, 분산제 0.1~1 중량%, 저장안정제 0.1~1 중량% 및 후막화첨가제 0.1~5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄성 중도 도료 조성물.