KR101438881B1

KR101438881B1 - 자동차 외장 플라스틱 부품용 내스크래치 강화 도료

Info

Publication number: KR101438881B1
Application number: KR1020120028407A
Authority: KR
Inventors: 이민희; 최현진; 신해종; 박순규
Original assignee: 현대자동차주식회사; 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2014-09-15
Also published as: KR20130106682A

Abstract

자동차 외장 부품의 내스크래치 강화를 위한 도료조성물의 특허출원은 TOP-COAT층인 투명도료의 도료조성물 설계로 인해 미세한 외부자극에 스크래치 발생을 억제하는 기능을 부여하였다.
종래의 투명도료는 도막의 경도가 높고 가교밀도가 높아 내화학성이 탁월한 장점이 있으나 반면 유리전이 온도가 높아 날카로운 스크래치에 의한 균열의 복원 한계를 가지고 있다. 이에 본기술은 유리전이온도가 낮은 아크릭수지와 폴리에스터/폴리카보네이트변성폴리올의 선형 사슬(Linear chain)의 탄성효과와 적절한 가교밀도 유지를 통한 도막의 내화학성 및 내스크래치성을 부여하였으며, 힐링 속도(Healing speed)를 조절하게 되었다.
본 발명의 자동차 외장 부품 내스크래치 강화 도료 조성물을 이용하면 98%이상의 높은 광택유지율을 나타내며, 도막의 기본물성도 동시에 만족시켰다.

Description

자동차 외장 플라스틱 부품용 내스크래치 강화 도료{Paints Composition of Scratch-Resistance for Plastic Component Exterior of Automobile}

본 발명은 자동차 외장 부품의 내스크래치 강화를 위한 도료 조성물에 관한 것이다.

자동차가 고급화 됨에 따라 고객의 수준도 향상되고 이에 따른 고객의 요구 사항이 점점 증가하고 있는 실정이다. 그 중에서 스크래치는 매년 고객 불만 사항으로 언급되는 항목으로 상품성 향상 및 고급화를 위해 필수적으로 개선되어야 할 사항이다. 외장 부품의 스크래치는 코팅재가 수지에서 완전히 떨어져 나가는 경우와 코팅 표면만 손상되는 미세 스크래치로 구분 될 수 있는데 본 발명에서는 자동 세차기의 브러쉬나 미세 먼지에 의해 차량 표면에 발생하는 미세 스크래치를 개선 하는 것에 목적을 두고 있다.

현재까지 사용되고 있는 범퍼용 투명도료는 우레탄 2액형 도료로서, 주제의 수산기(R’-OH)를 가지고 있는 폴리올(Polyol), 단분자 글리콜(Glycol)화합물과 경화제의 이소시아네이트(Isocyanate(R-N=C=O))기와의 부가반응에 의해 생성되는 우레탄(Urethane) 결합을 형성하는 도막 조성물이다.

범퍼용 우레탄 투명도막은 일반적으로 도막의 내약품성 및 단순내구성(내후성, 부착성)등의 기계적, 화학적 물성에 초점을 맞추어 개발 적용되어 자체적인 기계적 강성은 우수하지만 구성요소 자체의 Tg(유리전이온도)가 높아 스크래치 플라스틱 소성 변형(Plastic Deformation)등과 같은 미세 외부자극에 의한 표면 파괴는 방지하기 어려운 단점을 가지고 있었다.

이에 본 발명자들은 미세한 외부 자극에 스크래치가 쉽게 발생하지 않는 도료를 개발 함으로써 기존 소재 대비 내스크래치성을 향상 시켜 범퍼, 사이드실 몰딩, 아웃사이드 미러 커버와 같이 자동차 외장 부품에 적용하여 자동차의 상품성을 향상 시키고자 하였다.

자동차 플라스틱에 적용되는 도장시스템은 (필요에 따라 하도), 칼라, 투명도료의 순으로 Wet-on-Wet공법으로 도장 되어지며, 하도에서는 피도물과의 부착성능을 부여, 칼라도막에서는 고유의 색상을 부여하는 도막층이다. 마지막으로 도장되는 투명층에서는 도막의 내구성,내화학적 특성을 부여하며 본 기술은 도막의 상층부인 투명도료에 유리전이온도(Tg)가 낮은 아크릴 수지와 높은 가교밀도의 폴리카보네이트 변성 폴리올, 폴리에스터 폴리올의 일정 조성비를 유지하여 스크래치 강화 기술을 도입시켜 종래의 투명도료 적용시 대비 생활 스크래치, 자동세차 브러쉬에 의한 스크래치 발생을 현저히 저감시켜 높은 광택유지율을 나타낸다.

이에 본 발명은 폴리에스터 폴리올 및 폴리카보네이트 변성 폴리올 혼합물 수지, 아크릴 수지, 용제, 자외선 흡수제, 촉매, 표면 안정제를 포함하는 자동차 외장 부품 내스크래치 도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은

폴리에스터 폴리올 및 폴리카보네이트 변성 폴리올 혼합물 수지 40 - 60 wt%,

아크릴 수지 10 - 30 wt%,

용제 25 - 45 wt%,

자외선 안정제 1 - 5 wt%

촉매 0.05 - 0.1 wt% 및

계면활성제 0.1 - 0.3 wt%

를 포함하는 자동차 외장 부품 내스크래치 도료 조성물을 제공한다.

본 발명의 특징 및 이점은 하기와 같다.

(i) 본 발명의 내스크래치 도료 조성물을 이용하는 경우, 종래 도료를 이용하는 경우보다 광택 유지율이 현저하게 향상된다.

(ii) 본 발명의 도료 조성물은 미세 스크래치가 발생하는 경우, 확연하게 드러날 수 있는 블랙 칼라 소재에 적용하는 경우에 그 효과가 크다.

(iii) 본 발명의 도료 조성물을 이용하면, 자동차 외장 플라스틱 부품의 상품성이 향상될 수 있다.

도 1은 스크래치 강화 도료 조성물이 코팅된 자동차 표면 사진이다.
도 2은 스크래치 강화도료의 복원 메커니즘이 표현된 개략도이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은

아크릴 수지 10 - 30 wt%,

용제 25 - 45 wt%,

자외선 안정제 1 - 5 wt%

촉매 0.05 - 0.1 wt% 및

계면활성제 0.1 - 0.3 wt%

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 폴리에스터 폴리올은 그 중량평균 분자량이 1000 내지 3000, 수산기 함량이 1~10 %이고, 상기 폴리카보네이트 변성 폴리올은 그 중량평균 분자량이 500 내지 2500, 수산기 함량이 1~10 % 이다.

보다 바람직하게는, 본 발명에서 이용되는 도료 조성물의 한 성분인 폴리에스터 수지는 폴리에스터 폴리올과 폴리카보네이트 변성 폴리올를 함께 사용하고, 상기 폴리에스터 폴리올은 중량평균 분자량 1500 ~ 2000, 수산기 함량 3 ~ 6 %이고, 상기 폴리카보네이트 변성 폴리올은 중량평균 분자량 1000 ~ 1500, 수산기 함량 3 ~ 6 %인 것을 사용하며, 이는 유리전이온도(Tg)가 -5 ~ -15℃인 아크릴 수지와 함께 사용하고 경화제와 반응시킨다. 이러한 조성물은 하이 솔리드(high solid)의 특성을 부여하며, 소재 부착성 및 도막의 가교 밀도를 높여 도막의 내화학성을 높여주고 선형 분자 구조의 탄성 효과로 도막의 스크래치성에 대한 복원력이 부여된다. 상기 수지의 함량이 40 wt% 미만으로 첨가할 경우 스크래치시 복원력이 나빠지고 60 wt% 초과로 첨가될 경우 도막 표면에 미세 끈적임이 남게 되어 후작업성(폴리슁), 먼지오염 등이 심해져 상품성이 저하된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 아크릴 수지는 유리 전이 온도가 -1 ~ -20℃ , 수산기 함량이 1 ~ 10%이다.

보다 바람직하게는 본 발명에서 이용되는 도료 조성물의 한 성분인 아크릴 수지는 유리 전이 온도가 -5 ~ -15℃인 아크릴 수지와 우수한 내구성 및 작업성을 만족시키기 위해 상기 아크릴 수지는 10 내지 30 wt%가 바람직하다. 10 wt% 미만의 사용시 내구성이 충분히 강하지 못하다는 문제를 가지고 있으며, 30 wt% 초과 사용시 도막이 경질화 되어 내스크래치성을 약화시키는 역할을 한다.

본 발명에서 사용하는 용제는 탄화수소, 케톤 및 에스터를 이용한다. 이는 도료 원료 희석 안정화 및 도료의 흐름성을 부여하고 도장 작업성 확보를 위해 사용된다. 비극성용제인 방향족 탄화수소계 용제는 증발율(Evaporation rate, Butyl acetate=1일 경우)이 0.6~0.9이며 끓는점(BOILING POINT)은 137~144℃로 아크릴수지의 진용제로 사용되며 탄화수소, 케톤, 에스터가 용제로서 사용되는 극성용제인 케톤류는 증발율(B.A=1)이 1~1.5이며 끓는점(BOILING POINT)은 120~130℃로 도료의 건조속도와 도장시 도료의 무화성에 관계한다. 그외 에스터는 끓는점(BOILING POINT)은 145℃로서 도장후 도막에 잔존하여 도막의 평활성을 유지하는 역할을 한다.

본 발명의 용제는 전체 조성물의 함량 중 25 내지 45 wt%를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 촉매는 경화 반응 속도에 관여하는 첨가물이며, 구체적으로 이용하는 촉매는 디뷰틸틴 딜라우레이트(Dibutyltin Dilaurate, DBTDL)이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 촉매는 전체 조성물 중 0.05 내지 0.1 wt%를 사용하는 것이 바람직하다. 0.05 wt% 미만으로 사용시 도막의 경화가 불충분할 우려가 있으며 이는 도막의 스크래치 복원력을 저하시킬 수 있다. 본 발명에서의 계면활성제(Surface agent)는 도료의 표면장력을 저하 및 습윤성을 향상 시켜주는 역할을 하여 최상의 표면 외관 및 도장결함(분화구현상)을 방지하는 역할을 하며, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)이 사용되며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 계면활성제(surface agent)는 전체 조성물 대비 0.1 내지 0.3 wt%를 사용하는 것이 바람직하다. 만일 0.1 wt% 미만으로 사용시 도막의 표면장력이 증가되어 도막 표면의 습윤성 저하, 오렌지 필이 발생되며, 0.3 wt% 초과 사용시 재도장시 층간부착불량을 유발할 수 있다.

본 발명에서 자외선 안정제(UV-stabilizer)는 도막에 대한 대기환경(Oxygen airpollutants, UV-light, Moisture)으로부터 도막의 변색방지, 광택유지, 부착성 유지를 확보하는 역할을 담당하며, 자외선 안정제는 자외선 방지제(UV-absorber)와 자외선 스캐벤져(UV-Scavenzer)가 2:1 비율로 사용되며 자외선 방지제(UV-Absorber)는 하이드록시페놀 벤조트리아졸(Hydroxyphenyl benzotriazol), 스캐벤져(Scavenzer)는 힌더드 아민(Hindered Amine)이 전체 조성물 중 1 내지 5 wt%를 사용하는 것이 바람직하다.

종래의 투명은 도막의 탄성 임계한계점이 낮아 외부 자극에 직접 저항하여 일정 임계점 이상에서 도막의 파괴 현상. 즉 스크래치 발생으로 이루어 진다.

따라서 시간이 경과함에 따라 스크래치 발생이 누적되어 도막의 광택 소실로 연계되어 제품의 상품성이 저하되는 단점이 있다.

본 기술이 적용된 투명제품은 도막의 외부 자극으로부터 발생되는 스트레스를 직접 저항하지 않고 낮은 유리전이온도(Tg)와 폴리에스터/폴리카보네이트 변성 폴리올의 선형 사슬(linear chain)구조에서 발생 되는 탄성효과로 외부자극의 압력에 따라 도막 수축이 이루어지며 외부자극이 소실된 후 도막이 초기 형태에 따라 복구되는 메커니즘을 가지고 있다.(표 2)

본 발명의 다른 양태에 따르면, (i) 상기 자동차 외장 부품 내스크래치 도료 조성물을 자동차 외장 부품에 30 ~ 50 ㎛ 두께로 도포시키는 단계; 및

(ii) 상기 도료 조성물이 도포된 외장 부품을 70-90℃에서 20 분 - 1시간 동안 저온 경화시키는 단계;

를 포함하는 자동차 외장 부품 내스크래치용 도막 생성 방법을 제공한다.

상기 저온 경화시키는 단계는 80℃ 에서 30분 간 지속하는 것이 보다 바람직하다.

이하 본 발명을 실시 예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

(1) 실시예 1: 도료 조성물 제조

(2) 실시예 2: 도료 조성물 제조

실시예 1과 실시예 2는 도료 제조과정이 동일하다. 주의할 점은

폴리에스터 수지의 상용성이 떨어져 실시예 1의 표 3와 같이 폴리에스터 함량이 많으므로 제조과정에서 주의가 필요하다.

본 기술을 적용한 투명도료를 종래의 소재 및 하도, 칼라층위에 30~40마이크롬 도포 및 80°C * 30MIN 저온경화 후 도막층부터 본 기술인 내스크래치성이 부여되며, 내스크래치성을 부여하기 위해 투명도료에 일정량의 낮은 유리전이온도의 아크릴 수지, 폴리에스터 폴리올, 폴리카보네이트 변성 폴리올, 실리콘 균염제(silicon-levelling agent), 경화촉매를 혼합하여 헥산 다이이소시아네이트 트라이머(hexane diisocyanate trimer, HDI-TRIMER)와 반응시킨다.

(3) 비교예 1 ~ 4

하기 표 6의 비교예 1 ~ 4는 모두 제조과정이 동일하며 아크릭 수지 단독 또는 아크릭수지 및 폴리에스터 수지 브렌딩 타입의 배합도 우수한 상용성으로 혼용투입이 가능하다.

상기 표7의 시험결과 실시예 1 및 실시예 2 중에서 특히 실시예 2번의 도료 조성으로 도막의 물성을 만족하며 동시에 내스크래치 성능을 구현되는 최적 도료 조성을 확보하고 있다.

자동차 외장 부품의 내스크래치 강화를 위한 도료조성물의 특허출원은 TOP-COAT층인 투명도료의 도료조성물 설계로 인해 미세한 외부자극에 스크래치 발생을 억제하는 기능을 부여하였다.

종래의 투명도료는 도막의 경도가 높고 가교밀도가 높아 내화학성이 탁월한 장점이 있으나 반면 유리전이 온도가 높아 날카로운 스크래치에 의한 균열의 복원 한계를 가지고 있다. 이에 본 기술은 유리전이온도가 낮은 아크릴 수지와 폴리에스터/폴리카보네이트 변성 폴리올의 선형 사슬(Linear chain) 구조의 탄성효과가 적절한 가교밀도 유지를 통한 도막의 내화학성 및 내스크래치성을 부여하였으며, 힐링 속도(Healing speed)를 조절하게 되었다.

이는 비교예1 ~ 4와 실시예 1 ~ 2의 도료조성물을 통한 자동세차평가후 광택유지율 비교시 98%이상의 광택유지율을 나타내었으며, 도막의 기본물성도 동시에 만족시켰다.

Claims

중량평균 분자량이 1000 내지 3000, 수산기 함량이 1~10 %인 폴리에스터 폴리올 및 중량평균 분자량이 500 내지 2500, 수산기 함량이 1~10 %인 폴리카보네이트 변성 폴리올 혼합물 수지 40 - 60 wt%,
유리 전이 온도가 -1 ~ -20℃, 수산기 함량이 1 ~ 10%인 아크릴 수지 10 - 30 wt%,
용제 25 - 45 wt%,
자외선 안정제 1 - 5 wt%
촉매 0.05 - 0.1 wt% 및
계면활성제 0.1 - 0.3 wt%
를 포함하는 자동차 외장 부품 내스크래치 도료 조성물.
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청구항 1에 있어서, 상기 용제는 탄화수소, 케톤 및 에스터로 이루어진 군에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자동차 외장 부품 내스크래치 도료 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 촉매는 경화 촉진제인 것을 특징으로 하는 자동차 외장 부품 내스크래치 도료 조성물.
(i) 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 5 중에서 선택된 어느 하나의 자동차 외장 부품 내스크래치 도료 조성물을 자동차 외장 부품에 30 - 50 ㎛ 두께로 도포시키는 단계; 및
(ii) 상기 도료 조성물이 도포된 외장 부품을 70-90℃에서 20 분 - 1시간 동안 저온 경화시키는 단계;
를 포함하는 자동차 외장 부품 내스크래치용 도막 생성 방법.