KR102586266B1 - 사출 금형의 코팅층용 도료 및 사출 금형의 코팅층의 제조 방법 - Google Patents

사출 금형의 코팅층용 도료 및 사출 금형의 코팅층의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

사출 금형의 코팅층용 도료는 주제 및 경화제를 포함한다. 상기 주제는 제1 아크릴 수지 40 내지 50중량%, 상기 제1 아크릴 수지보다 중량평균 분자량이 작은 제2 아크릴 수지 5 내지 15중량%, 카본 페이스트 10 내지 15중량%, 소광제 0.5 내지 2중량%, 반응 촉매 0.1 내지 0.3 중량% 및 용제 20 내지 35중량%를 포함하고, 상기 도료는 상기 경화제를 상기 주제 100중량부를 기준으로 30 내지 40중량부 포함한다.

Description

사출 금형의 코팅층용 도료 및 사출 금형의 코팅층의 제조 방법{PAINT AND VARNISH FOR COATING LAYER OF INJECTION MOLD AND A FABRICATION METHOD OF COATING LAYER OF INJECTION MOLD}
본 발명은 사출 금형의 코팅층용 도료 및 사출 금형의 코팅층의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운송 수단의 내외장 부품 사출을 위한 사출 금형의 코팅층용 도료 및 사출 금형의 코팅층의 제조 방법에 관한 것이다.
운송 수단의 경량화는 연비와 밀접한 관련이 있다. 경량화를 위해서는 금속을 플라스틱 소재로 대체하여야 하고, 이에 따라, 내외장을 비롯하여 플라스틱 소재의 적용 범위가 증가하는 추세이다.
다만 운송 수단의 경량화와 더불어 원가 절감 및 품질 향상 역시 요구된다. 내장 부품의 경우 사출되는 사출품에 백화(whitening), 고스트 마크(ghost mark), 가스 마크(gas mark), 스크래치(scratch) 등의 많은 결함이 있어 도료를 도장함으로써 사출품의 결함을 커버하고 있다. 이러한 도장 부품의 경우, 외관 품질 개선 및 다양한 색상, 질감 구현이 가능하여 많은 부품에 적용되고 있으나 원가 상승이 되는 문제점이 있다.
운송 수단에 사용되는 플라스틱 부품의 경우 다양한 패턴이나 무늬를 금형에 엠보 가공처리하여 다양한 질감과 디자인을 부여하고 있는데 사출품의 형상이나 사출 게이트의 위치 등에 따라 앞서 언급한 여러 문제점이 발생하고 있다. 금형에 도료를 도포하여 수지의 흐름을 원활하게 하여 이러한 문제점을 보완하고자 한다. 사출 금형에 도료를 코팅하여 내구성을 높이기 위해서는 내열성 및 내마모성이 높고, 마찰계수가 낮은 코팅이 필요로 하며 금형에 도장 후 낮은 온도 및 짧은 시간내 건조가 되는 도료가 필요할 것으로 판단된다. 멜라민 경화 방식이나 자외선 (UV) 코팅 등과 같이 고경도의 내열성이 우수한 도료들은 크기가 큰 사출 금형에 도장 후 경화하는 방법이 적합하지 않다.
이러한 문제를 해결하고자, 특허문헌 1에는 실리콘 수지를 사용하여 코팅층을 형성 후 5 내지 10시간 동안 건조하는 방법이 개시되어 있다. 다만, 상기 방법은 경화 시간이 길고, 실리콘의 반응을 위해 경화 온도가 높아야하는 단점이 있다.
본 발명에서는 복수의 사출물을 사출하여도 견딜 수 있는 내구성이 확보된 도료를 제공하고자 한다. 본 발명의 도료는 내마모성 및 내열성이 높고, 마찰 계수가 낮아 소재의 이형성이 확보되고, 미세한 엠보, 무늬에도 선명하기 유지되고, 다양한 광택을 조절할 수 있다. 또한 본 발명의 도료는 단시간에도 도료를 경화할 수 있다.
한국공개번호 제1993-0012262호
본 발명의 목적은 금형과의 부착성, 내열성, 내마모성을 향상시키고, 마찰 계수를 낮추며, 내구성을 향상시킬 수 있는 사출 금형의 코팅층용 도료를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 금형과의 부착성, 내열성, 내마모성을 향상시키고, 마찰 계수를 낮추며, 내구성을 향상시킬 수 있는 사출 금형의 코팅층의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층용 도료는 주제 및 경화제를 포함한다. 상기 주제는 제1 아크릴 수지 40 내지 50중량%, 상기 제1 아크릴 수지보다 중량평균 분자량이 작은 제2 아크릴 수지 5 내지 15중량%, 카본 페이스트 10 내지 15중량%, 소광제 0.5 내지 2중량%, 반응 촉매 0.1 내지 0.3 중량% 및 용제 20 내지 35중량%를 포함한다. 상기 도료는 상기 경화제를 상기 주제 100중량부를 기준으로 30 내지 40중량부 포함한다.
상기 제1 아크릴 수지는 산가 1 내지 4 mg/KOH이고, 수산기 함량이 0.5 내지 1.0 %인 것일 수 있다.
상기 제1 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 90,000 내지 110,000 인 것일 수 있다.
상기 제2 아크릴 수지는 산가 3 내지 10 mg/KOH이고, 수산기 함량이 3 내지 6 %인 것일 수 있다.
상기 제2 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 8,000 내지 15,00일 수 있다.
상기 카본 페이스트의 크기는 150 내지 300 ㎚일 수 있다.
상기 소광제의 크기는1.0 내지 2.0 ㎛인 것일 수 있다.
상기 반응 촉매제는 우레탄계 반응 촉매제일 수 있다.
상기 경화제는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 90 내지 99중량% 및 실리콘계 경화제 1 내지 10중량%를 혼합한 것이고, 상기 실리콘계 경화제는 이소포론 디이소시아네이트와 트리에톡시실란을 합성한 것일 수 있다.
상기 용제는 에스테르계 용제 및 케톤계 용제 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층의 제조 방법은 주제 및 경화제를 포함하는 도료를 준비하는 단계, 사출 금형 상에, 상기 도료를 제공하여 도막을 형성하는 단계 및 상기 도막을 경화하여, 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 주제는 제1 아크릴 수지 40 내지 50중량%, 상기 제1 아크릴 수지보다 중량평균 분자량이 작은 제2 아크릴 수지 5 내지 15중량%, 카본 페이스트 10 내지 15중량%, 소광제 0.5 내지 2중량%, 반응 촉매 0.1 내지 0.3 중량% 및 용제 20 내지 35중량%를 포함한다. 상기 도료는 상기 경화제를 상기 주제 100중량부를 기준으로 30 내지 40중량부 포함한다.
상기 코팅층을 형성하는 단계는 적외선을 제공하여, 80 내지 100 ℃에서 30 내지 40분 동안 상기 도막을 경화하는 것일 수 있다.
상기 도막을 형성하는 단계는 상기 도료를 스프레이하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 도막을 형성하는 단계는 상기 도료에 상기 주제 100중량부를 기준으로 150 내지 200중량부의 용제를 더 첨가하여 희석한 뒤 상기 희석된 도료를 제공하여 도막을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층용 도료에 의하면, 금형과의 부착성, 내열성, 내마모성을 향상시키고, 마찰 계수를 낮추며, 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층의 제조 방법에 의하면, 금형과의 부착성, 내열성, 내마모성을 향상시키고, 마찰 계수를 낮추며, 내구성을 향상시킬 수 있는 사출 금형의 코팅층을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 "~"계는 화합물 내에 "~"에 해당하는 화합물 또는 "~"의 유도체를 포함하는 것을 의미하는 것일 수 있다. "유도체"는 특정 화합물을 모체로, 작용기의 도입, 산화, 환원, 원자의 치환 등등 모체의 구조와 성질을 변하지 않는 한도에서 변한 화합물을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층용 도료에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층용 도료는 주제 및 경화제를 포함한다. 상기 주제를 통해 도료의 내열성 및 내마모성을 확보할 수 있다. 상기 주제는 제1 아크릴 수지, 제2 아크릴 수지, 카본 페이스트, 소광제, 반응 촉매 및 용제를 포함한다.
구체적으로 상기 주제는 제1 아크릴 수지 40 내지 50중량%, 상기 제1 아크릴 수지보다 중량평균 분자량이 작은 제2 아크릴 수지 5 내지 15중량%, 카본 페이스트 10 내지 15중량%, 소광제 0.5 내지 2중량%, 반응 촉매 0.1 내지 0.3 중량% 및 용제 20 내지 35중량%를 포함한다.
제1 아크릴 수지는 도료의 내구성을 제공할 수 있다. 제1 아크릴 수지는 산가 1 내지 4 mg/KOH이고, 수산기 함량이 0.5 내지 1.0 %인 것일 수 있다. 수산기 함량은 제1 아크릴 수지의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 1.0 %인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지의 유리전이온도는 70 내지 80 ℃인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 우수한 부착성 및 향상된 경도를 갖는 운송수단의 코팅층용 도료를 얻을 수 있다. 제1 아크릴 수지의 유리전이온도는 70 내지 80 ℃인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 끈적임을 최소화할 수 있다.
제1 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 90,000 내지 110,000인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 우수한 부착성 및 향상된 경도를 갖는 운송수단의 코팅층용 도료를 얻을 수 있다. 제1 아크릴 수지의 고형분은 30 내지 40 %인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지의 고형분은 제1 아크릴 수지의 총 중량을 기준으로 30 내지 40 %인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 우수한 부착성 및 향상된 경도를 갖는 운송수단의 코팅층용 도료를 얻을 수 있다.
상기 주제는 제1 아크릴 수지를 40 내지 50 중량% 포함할 수 있다. 제1 아크릴 수지의 중량이 40 중량% 미만이면, 금형과의 부착성이 떨어질 수 있고, 50 중량%를 초과하면, 도장 작업성이 저하되어, 코팅층의 외관, 예를 들어 선영성이 저하될 수 있다.
예를 들어, 제1 아크릴 수지는 아크릴계 또는 비닐계 모노머 등의 이중결합을 갖는 여러 종류의 단량체들을 열분해 개시제를 사용하여 용액 내에서 라디칼 중합시켜 폴리머를 제조하게 된다. 아크릴계 또는 비닐계 모노머는 예를 들어, 비관능성 모노머인 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, N-부틸아크릴레이트, 에틸헥실아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 부틸메타아크릴레이트, 헥실메타아크릴레이트 및 로우릴메타아크릴레이트 등일 수 있고, 카복실 관능기 모노머인 아크릴산, 메타아크릴산, 말레익산, 이타콘산, 크로론산 등이 있고, 수산기 모노머는 예를 들어, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트, 하이드록시프로필아크릴레이트, 4-하이드록시부틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 등일 수 있다. 또한 비닐계 모노머는 예를 들어, 아크릴아마이드, N-메틸올아크릴아마이드, 그리시딜메타아크릴레이트, 스티렌, 비닐톨루엔, 아크릴로니트릴, 비닐아세테이트 등일 수 있다.
열 분해 개시제는 예를 들어, t-부틸 페록시 2-에틸헥사노에이트(t-Butyl peroxy 2-ethylhexanoate), t-부틸 페록시벤조에이트(t-Butyl peroxybenzoate), 2,2-아조비즈(이소부티로나이트릴)(2,2-azobis(isobutyronitrile)), 벤조일 페록사이드(benzoyl peroxide) 등일 수 있다. 열분해 개시제는 예를 들어, 단량체의 총 중량을 기준으로 0.2 내지 0.4 중량부 포함되는 것일 수 있다. 상기 범위일 때, 높은 반감기 온도에서도 고분자량의 수지를 제조할 수 있다.
또한, 제1 아크릴 수지는 110 내지 120 ℃에서 제조되는 것일 수 있다. 상기 범위 미만이면, 반응이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 상기 범위를 초과하면, 저분자량 수지가 만들어진다.
제2 아크릴 수지는 내화학성 및 부착력을 향상시킬 수 있다. 제2 아크릴 수지는 실리콘계 경화제와 반응한다. 제2 아크릴 수지는 산가 3 내지 10 mg/KOH이고, 수산기 함량이 3 내지 6 %이다. 수산기 함량은 제2 아크릴 수지의 총 중량을 기준으로 3 내지 6 %인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 내구성을 확보할 수 있다. 제2 아크릴 수지의 유리전이온도는 60 내지 70 ℃인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 끈적임을 최소화할 수 있다.
제2 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 8,000 내지 15,000인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 내구성을 확보할 수 있다. 제2 아크릴 수지의 고형분은 45 내지 55 %인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지의 고형분은 제2 아크릴 수지의 총 중량을 기준으로 45 내지 55 %인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 내구성을 확보할 수 있다.
상기 주제는 제2 아크릴 수지를 5 내지 15중량% 포함할 수 있다. 제2 아크릴 수지의 중량이 5 중량% 미만이면, 실리콘계 경화제와 화학적인 반응이 저하됨에 따라 마모성 및 사출 내구도가 저하된다. 또한 이형성이 저하됨에 따라 사출품에 얼룩이 발생하였다. 15 중량%를 초과하면, 경도가 저하되며, 이로 인해 마모성 및 내구성이 떨어질 수 있다.
예를 들어, 제2 아크릴 수지는 아크릴계 또는 비닐계 모노머 등의 이중결합을 갖는 여러 종류의 단량체들을 열분해 개시제를 사용하여 용액 내에서 라디칼 중합시켜 폴리머를 제조하게 된다. 아크릴계 또는 비닐계 모노머는 예를 들어, 비관능성 모노머인 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, N-부틸아크릴레이트, 에틸헥실아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 부틸메타아크릴레이트, 헥실메타아크릴레이트 및 로우릴메타아크릴레이트 등일 수 있고, 카복실 관능기 모노머인 아크릴산, 메타아크릴산, 말레익산, 이타콘산, 크로론산 등이 있고, 수산기 모노머는 예를 들어, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트, 하이드록시프로필아크릴레이트, 4-하이드록시부틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 등일 수 있다. 또한 비닐계 모노머는 예를 들어, 아크릴아마이드, N-메틸올아크릴아마이드, 그리시딜메타아크릴레이트, 스티렌, 비닐톨루엔, 아크릴로니트릴, 비닐아세테이트 등일 수 있다.
열 분해 개시제는 예를 들어, t-부틸 페록시 2-에틸헥사노에이트(t-Butyl peroxy 2-ethylhexanoate), t-부틸 페록시벤조에이트(t-Butyl peroxybenzoate), 2,2-아조비즈(이소부티로나이트릴)(2,2-azobis(isobutyronitrile)), 벤조일 페록사이드(benzoyl peroxide) 등일 수 있다. 열분해 개시제는 예를 들어, 단량체의 총 중량을 기준으로 2 내지 5중량부 포함되는 것일 수 있다. 상기 범위일 때, 높은 반감기 온도에서도 저분자량의 수지를 제조할 수 있다.
또한 제2 아크릴 수지는 100 내지 120℃에서 제조되는 것일 수 있다. 상기 범위 미만이면 수지간 상용성 및 작업성이 저하되고, 상기 범위를 초과하면 부착성 및 내열성이 저하된다.
카본 페이스트는 코팅층의 내열성 및 마모성을 부여할 수 있다. 카본 페이스트의 크기는 150 내지 300 ㎚인 것일 수 있다. 카본 페이스트의 크기가 상기 범위일 때, 낮은 도막에서 이물감이 없으며 수지와의 분산성이 뛰어나 도장시 얼룩 발생을 방지할 수 있다.
상기 주제는 카본 페이스트를 10중량% 내지 15중량% 포함할 수 있다. 카본 페이스트의 중량이 10중량% 미만이면 얼룩 발생 및 내열성이 저하될 수 있고, 15 중량%를 초과하면, 도막의 내구성이 떨어질 수 있다.
소광제는 도료의 광택을 조절할 수 있다. 소광제의 크기는 1.0 내지 2.0 ㎛인 것일 수 있다. 소광제의 크기가 상기 범위일 때, 투과성이 우수하며, 소수성의 성질을 가져 수지 및 용제에서 우수한 분산성을 확보할 수 있다. 소광제는 예를 들어, 소수성 실리카를 포함하는 것일 수 있다.
상기 주제는 소광제를 0.5 내지 2 중량% 포함할 수 있다. 소광제의 중량이 0.5 중량% 미만이면, 소광 효과가 떨어질 수 있고, 소광제의 중량이 2 중량%를 초과하면, 내구성이 떨어질 수 있다.
반응 촉매제는 주제와 경화제의 반응을 촉진하는 것일 수 있다. 반응 촉매제는 예를 들어, 우레탄계 반응 촉매제인 것일 수 있다. 상기 주제는 반응 촉매제를 0.1 내지 0.3중량% 포함할 수 있다. 반응 촉매제의 중량이 0.1 중량% 미만이면, 주제와 경화제의 반응 속도가 충분히 향상되지 않을 수 있고, 반응 촉매제의 중량이 0.3 중량%를 초과하면, 가사 시간이 짧아져 작업성이 저하될 수 있다.
용제는 주제의 구성 성분 및 경화제를 분산시켜 도료화하는 것일 수 있다. 상기 용제는 에스테르계 용제 및 케톤계 용제 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 주제는 용제를 20 내지 35중량% 포함할 수 있다.
경화제는 도료를 경화한다. 경화제는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 실리콘계 경화제를 포함하는 것일 수 있다. 헥사메틸렌 디이소시아네이트는 무황변 및 내후성이 우수하다. 실리콘계 경화제는 제2 아크릴 수지와 반응한다. 상기 실리콘계 경화제는 이소포론 디이소시아네이트에 트리에톡시실란를 합성한 것일 수 있다. 이를 통해, 이형성 및 마찰 계수를 낮출 수 있다.
상기 경화제는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 90 내지 99중량% 및 실리콘계 경화제 1 내지 10중량%를 혼합한 것일 수 있다. 실리콘계 경화제의 중량이 1 중량% 미만이면, 사용시 마찰 계수가 높아 이형성이 저하될 수 있고, 10 중량%를 초과하면, 주제와의 상용성 저하로 외관이 저하된다.
상기 도료는 상기 경화제를 상기 주제 100중량부를 기준으로 30 내지 40중량부 포함할 수 있다. 상기 경화제의 함량이 30중량부 미만이면 도료의 경화가 충분히 진행되기 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층용 도료는 사출 금형에 제공되어 코팅층을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층용 도료에 의해 형성된 코팅층은 금형과의 부착성, 내열성, 내마모성을 향상되고, 마찰 계수를 낮추며, 내구성을 향상된다. 또한 자외선이 아닌 적외선으로 짧은 시간 동안 경화되어, 공정 시간을 줄일 수 있다. 나아가, 상기 코팅층은 사출시 발생하는 외관 저하 현상을 개선하여 사출품에 도료를 도장하는 공정 없이 사출시 외관 품질을 확보 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층의 제조 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층용 도료와의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층용 도료에 따른다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층의 제조 방법은 주제 및 경화제를 포함하는 도료를 준비하는 단계(S100), 사출 금형 상에, 도료를 제공하여 도막을 형성하는 단계(S200) 및 도막을 경화하여, 코팅층을 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
먼저 도료를 준비한다(S100). 도료를 준비하는 단계(S100)에서, 상기 주제는 제1 아크릴 수지 40 내지 50중량%, 상기 제1 아크릴 수지보다 중량평균 분자량이 작은 제2 아크릴 수지 5 내지 15중량%, 카본 페이스트 10 내지 15중량%, 소광제 0.5 내지 2중량%, 반응 촉매 0.1 내지 0.3 중량% 및 용제 20 내지 35중량%를 포함한다.
도료를 준비하는 단계(S100)에서, 제1 아크릴 수지는 도료의 내구성을 제공할 수 있다. 제1 아크릴 수지는 산가 1 내지 4 mg/KOH이고, 수산기 함량이 0.5 내지 1.0 %인 것일 수 있다. 수산기 함량은 제1 아크릴 수지의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 1.0 %인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지의 유리전이온도는 70 내지 80 ℃인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 우수한 부착성 및 향상된 경도를 갖는 운송수단의 코팅층용 도료를 얻을 수 있다. 제1 아크릴 수지의 유리전이온도는 70 내지 80 ℃인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 끈적임을 최소화할 수 있다.
제1 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 90,000 내지 110,000 인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 우수한 부착성 및 향상된 경도를 갖는 운송수단의 코팅층용 도료를 얻을 수 있다. 제1 아크릴 수지의 고형분은 30 내지 40 %인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지의 고형분은 제1 아크릴 수지의 총 중량을 기준으로 30 내지 40 %인 것일 수 있다. 제1 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 우수한 부착성 및 향상된 경도를 갖는 운송수단의 코팅층용 도료를 얻을 수 있다.
상기 주제는 제1 아크릴 수지를 40 내지 50 중량% 포함할 수 있다. 제1 아크릴 수지의 중량이 40 중량% 미만이면, 금형과의 부착성이 떨어질 수 있고, 50 중량%를 초과하면, 도장 작업성이 저하되어, 코팅층의 외관, 예를 들어 선영성이 저하될 수 있다.
제2 아크릴 수지는 내화학성 및 부착력을 향상시킬 수 있다. 도료를 준비하는 단계에서, 제2 아크릴 수지는 산가 3 내지 10 mg/KOH이고, 수산기 함량이 3 내지 6 %이다. 수산기 함량은 제2 아크릴 수지의 총 중량을 기준으로 3 내지 6 %인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 내구성을 확보할 수 있다. 제2 아크릴 수지의 유리전이온도는 60 내지 70 ℃인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 끈적임을 최소화할 수 있다.
제2 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 8,000 내지 15,000인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 내구성을 확보할 수 있다. 제2 아크릴 수지의 고형분은 45 내지 55 %인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지의 고형분은 제2 아크릴 수지의 총 중량을 기준으로 45 내지 55 %인 것일 수 있다. 제2 아크릴 수지가 상기 범위일 때, 도막의 내구성을 확보할 수 있다.
상기 주제는 제2 아크릴 수지를 5 내지 15중량% 포함할 수 있다. 제2 아크릴 수지의 중량이 5 중량% 미만이면, 실리콘계 경화제와 화학적인 반응이 저하됨에 따라 마모성 및 사출 내구도가 저하된다. 또한 이형성이 저하됨에 따라 사출품에 얼룩이 발생하였다. 15 중량%를 초과하면, 경도가 저하되며, 이로 인해 마모성 및 내구성이 떨어질 수 있다.
카본 페이스트는 코팅층의 내열성 및 마모성을 부여하는 것일 수 있다. 카본 페이스트의 크기는 150 내지 300 ㎚인 것일 수 있다. 카본 페이스트의 크기가 상기 범위일 때, 낮은 도막에서 이물감이 없으며 수지와의 분산성이 뛰어나 도장시 얼룩 발생을 방지할 수 있다. 상기 주제는 카본 페이스트를 10중량% 내지 15중량% 포함할 수 있다. 카본 페이스트의 중량이 10중량% 미만이면 얼룩 발생 및 내열성이 저하될 수 있고, 15 중량%를 초과하면, 도막의 내구성이 떨어질 수 있다.
소광제는 도료의 광택을 조절할 수 있다. 소광제의 크기는 1.0 내지 2.0 ㎛인 것일 수 있다. 소광제의 크기가 상기 범위일 때, 투과성이 우수하며, 소수성의 성질을 가져 수지 및 용제에서 우수한 분산성을 확보할 수 있다. 소광제는 예를 들어, 소수성 실리카를 포함하는 것일 수 있다. 상기 주제는 소광제를 0.5 내지 2 중량% 포함할 수 있다. 소광제의 중량이 0.5 중량% 미만이면, 소광 효과가 떨어질 수 있고, 소광제의 중량이 2 중량%를 초과하면, 내구성이 떨어질 수 있다.
반응 촉매제는 주제와 경화제의 반응을 촉진하는 것일 수 있다. 반응 촉매제는 예를 들어, 우레탄계 반응 촉매제인 것일 수 있다. 상기 주제는 반응 촉매제를 0.1 내지 0.3중량% 포함할 수 있다. 반응 촉매제의 중량이 0.1 중량% 미만이면, 주제와 경화제의 반응 속도가 충분히 향상되지 않을 수 있고, 반응 촉매제의 중량이 0.3 중량%를 초과하면, 가사 시간이 짧아져 작업성이 저하될 수 있다.
용제는 주제의 구성 성분 및 경화제를 분산시켜 도료화하는 것일 수 있다. 상기 용제는 에스테르계 용제 및 케톤계 용제 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 주제는 용제를 20 내지 35중량% 포함할 수 있다.
경화제는 도료를 경화한다. 경화제는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 실리콘계 경화제를 포함하는 것일 수 있다. 헥사메틸렌 디이소시아네이트는 무황변 및 내후성이 우수하다. 실리콘계 경화제는 제2 아크릴 수지와 반응한다. 상기 실리콘계 경화제는 이소포론 디이소시아네이트에 트리에톡시실란를 합성한 것일 수 있다. 이를 통해, 이형성 및 마찰 계수를 낮출 수 있다.
상기 경화제는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 90 내지 99중량% 및 실리콘계 경화제 1 내지 10중량%를 혼합한 것일 수 있다. 실리콘계 경화제의 중량이 1 중량% 미만이면, 사용시 마찰 계수가 높아 이형성이 저하될 수 있고, 10 중량%를 초과하면, 주제와의 상용성 저하로 외관이 저하된다.
상기 도료는 상기 경화제를 상기 주제 100중량부를 기준으로 30 내지 40중량부 포함할 수 있다. 상기 경화제의 함량이 30중량부 미만이면 도료의 경화가 충분히 진행되기 어려울 수 있다.
사출 금형 상에 도료를 제공하여 도막을 형성한다(S200). 도막을 형성하는 단계(S200)는 도료를 스프레이하여 수행되는 것일 수 있다.
이 때, 상기 도료에 상기 주제 100중량부를 기준으로 150 내지 200중량부의 용제를 더 첨가하여 희석한 뒤 상기 희석된 도료를 제공하여 도막을 형성할 수 있다. 희석된 도료를 사용하면 작업성이 좋아지고 스프레이 코팅이 더 수월해질 수 있다.
도막을 경화하여 코팅층을 형성한다(S300). 코팅층을 형성하는 단계(S300)는 적외선을 제공하여, 80 내지 100 ℃에서 30 내지 40분 동안 도막을 경화하는 것일 수 있다. 상기 범위 미만이면 경화가 충분히 수행되지 않을 수 있고, 상기 범위 초과하면, 사출 금형 또는 코팅층의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형의 코팅층의 제조방법에 의해 제조된 코팅층은 금형과의 부착성, 내열성, 내마모성을 향상되고, 마찰 계수를 낮추며, 내구성을 향상된다. 또한 자외선이 아닌 적외선으로 짧은 시간 동안 경화되어, 공정 시간을 줄일 수 있다. 나아가, 상기 코팅층은 사출시 발생하는 외관 저하 현상을 개선하여 사출품에 도료를 도장하는 공정 없이 사출시 외관 품질을 확보할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5
하기 표 1에 표시된 함량에 따른 주제 및 경화제를 포함하는 도료를 준비하였다.
상기 도료에 상기 주제 100중량부를 기준으로 150 내지 200중량부의 용제를 더 첨가하여 희석한 뒤, 희석된 도료를 스프레이하여 사출 금형 상에 5 내지 6㎛의 도막을 형성하였다.
상기 도막을 80 ℃에서 30 분 동안 경화하여 코팅층을 형성하였다.
구분 주제[중량%] 경화제[중량부]
제1아크릴수지 제2아크릴수지 카본페이스트 소광제 반응촉매제 용제 HDI HDI+실리콘계 경화제
비교예1 35 10 12 1 0.1 41.9 - 33.3
비교예2 55 10 12 1 0.1 21.9 - 33.3
비교예3 45 20 12 1 0.1 21.9 - 33.3
비교예4 45 0 12 1 0.1 41.9 - 33.3
비교예5 45 10 12 1 0.1 31.9 33.3 -
실시예1 40 15 12 1 0.1 31.9 - 33.3
실시예2 45 10 12 1 0.1 31.9 - 33.3
실시예3 50 5 12 1 0.1 31.9 - 33.3
위 표에서 "HDI+실리콘계 경화제"는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 97중량% 및 이소포론 디이소시아네이트와 트리에톡시실란을 합성한 화합물 3중량%를 혼합한 것이다.
물성 측정
1. 외관 평가
코팅층 표면의 평활성을 평가하였다.
2. 부착성
도막면에 소지에 도달하도록 커터로 절취선을 그어, 크기 2mm×2mm의 네모칸을 100개 만들고 그 표면에 점착 셀로판 테이프로 접착하고, 90°에서 이를 급격하게 박리한 후의 네모 칸의 잔존 도막 수를 평가하였다.
3. 경도
펜들럼하드니스를 이용하여 경도를 측정하였다. 왕복 횟수 70 이상의 경도 확보 여부를 확인하였다.
4. 마모성
왕복마모시험기를 이용하여 하중 2 kg 60 회/분의 속도로 20,000 회 실시 후 소지의 노출 여부를 확인하였다.
5. 내구성 평가
시험 금형(취출 각도가 0~20 º로 사출품의 취출시 가혹한 시험 금형)을 이용하여 150회 사출 후 금형 코팅층의 마모 거리(30 mm이하) 및 사출 횟수에 따른 박리 시점을 확인하였다.
구분 부착성 펜들럼 하드니스 마모성
(하중 2kg, 왕복 20,000회)		 사출품
외관		 내구성 평가
(시험 금형)
박리 시점
(사출 횟수)		 500회 사출 후
마모 거리
(mm)
비교예 1 나쁨 57 나쁨 양호 60 60
비교예 2 양호 79 양호 나쁨 160 20
비교예 3 양호 62 나쁨 양호 110 45
비교예 4 양호 76 나쁨 나쁨 100 50
비교예 5 양호 77 나쁨 나쁨 90 50
실시예 1 양호 75 양호 양호 160 13
실시예 2 양호 77 양호 양호 170 10
실시예 3 양호 79 양호 양호 160 18
실험 결과
1. 실시예 1, 2, 및 3
도료에 제1 아크릴 수지 및 제2 아크릴수지를 적정량 사용하고 실리콘계 경화제를 적용함에 따라 코팅층의 높은 경도와 마모성을 확보할 수 있었고, 이러한 물성으로 인해 실 사출 내구성 평가에도 코팅층의 박리되는 시점이 늘어나며 코팅층의 마모되는 거리도 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
2. 비교예 1, 및 2
제1 아크릴 수지 함량별로 사용한 경우 제1 아크릴 수지의 함량이 적은 비교예1의 경우 부착성이 저하되며 경도 및 마모성 및 사출 내구성이 저하되었다. 반면에 제1 아크릴 수지의 함량이 많아질 경우 스프레이 작업성이 저하되어 코팅층의 불균일한 코팅 두께로 인한 사출품의 외관이 저하되는 문제가 있었다.
3. 비교예 3, 및 4
비교예 3, 및 4는 제2 아크릴 수지 함량에 따른 신뢰성 평가 결과이다. 제2 아크릴수지의 비율이 높아짐에 따라 제1 아크릴 수지 함량이 감소되어 경도가 저하되며 이로 인한 마모성 및 내구성도 저하된다. 반면 제2 아크릴 수지 비율이 감소되면 실리콘계 경화제와 화학적인 반응이 저하됨에 따라 마모성 및 사출 내구도가 저하되었다. 또한 이형성이 저하됨에 따라 사출품에 얼룩이 발생하였다.
4. 비교예 5
일반 HDI 이소시아네이트 경화제를 사용할 경우 마찰 계수가 증가함에 따라 마모성이 저하되었다. 또한 사출 내구성 평가에도 마찰이 많이 됨에 따라 내구성이 저하되며 이형성이 저하되어 사출품의 얼룩이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 주제; 및
    경화제를 포함하고,
    상기 주제는
    제1 아크릴 수지 40 내지 50중량%;
    상기 제1 아크릴 수지보다 중량평균 분자량이 작은 제2 아크릴 수지 5 내지 15중량%;
    카본 페이스트 10 내지 15중량%;
    소광제 0.5 내지 2중량%;
    반응 촉매 0.1 내지 0.3 중량%; 및
    용제 20 내지 35중량%를 포함하고,
    상기 경화제를 상기 주제 100중량부를 기준으로 30 내지 40중량부 포함하며,
    상기 경화제는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 90 내지 99중량%; 및 실리콘계 경화제 1 내지 10중량%를 혼합한 것이고,
    상기 실리콘계 경화제는 이소포론 디이소시아네이트와 트리에톡시실란을 합성한 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 아크릴 수지는
    산가 1 내지 4 mg/KOH이고,
    수산기 함량이 0.5 내지 1.0 %인 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 90,000 내지 110,000인 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 아크릴 수지는
    산가 3 내지 10 mg/KOH이고,
    수산기 함량이 3 내지 6 %인 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 8,000 내지 15,000인 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카본 페이스트의 크기는
    150 내지 300 ㎚인 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소광제의 크기는
    1.0 내지 2.0 ㎛인 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반응 촉매제는
    우레탄계 반응 촉매제인 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용제는
    에스테르계 용제 및 케톤계 용제 중 적어도 하나를 포함하는 것인 사출 금형의 코팅층용 도료.
  11. 주제 및 경화제를 포함하는 도료를 준비하는 단계;
    사출 금형 상에, 상기 도료를 제공하여 도막을 형성하는 단계; 및
    상기 도막을 경화하여, 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 주제는 제1 아크릴 수지 40 내지 50중량%; 상기 제1 아크릴 수지보다 중량평균 분자량이 작은 제2 아크릴 수지 5 내지 15중량%; 카본 페이스트 10 내지 15중량%; 소광제 0.5 내지 2중량%; 반응 촉매 0.1 내지 0.3 중량%; 및 용제 20 내지 35중량%를 포함하고,
    상기 도료는 상기 경화제를 상기 주제 100중량부를 기준으로 30 내지 40중량부 포함하며,
    상기 경화제는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 90 내지 99중량%; 및 실리콘계 경화제 1 내지 10중량%를 혼합한 것이고,
    상기 실리콘계 경화제는 이소포론 디이소시아네이트와 트리에톡시실란을 합성한 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 단계는
    적외선을 제공하여, 80 내지 100 ℃에서 30 내지 40분 동안 상기 도막을 경화하는 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 도막을 형성하는 단계는
    상기 도료를 스프레이하여 수행되는 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 도막을 형성하는 단계는
    상기 도료에 상기 주제 100중량부를 기준으로 150 내지 200중량부의 용제를 더 첨가하여 희석한 뒤 상기 희석된 도료를 제공하여 도막을 형성하는 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 용제는
    에스테르계 용제 및 케톤계 용제 중 적어도 하나를 포함하는 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 아크릴 수지는
    산가 1 내지 4 mg/KOH이고,
    수산기 함량이 0.5 내지 1.0 %인 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제1 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 90,000 내지 110,000인 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제2 아크릴 수지는
    산가 3 내지 10 mg/KOH이고,
    수산기 함량이 3 내지 6 %인 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 제2 아크릴 수지의 중량평균 분자량은 8,000 내지 15,000인 것인 사출 금형의 코팅층의 제조 방법.
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