KR20080060299A - 수용성 폴리에스테르 수지 제조방법, 수용성 플라스틱 코팅도료 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

자동차 내장재 코팅에 적용되는 수용성 플라스틱 코팅 도료 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 수용성 플라스틱 코팅 도료는 양 말단에 카르복실기를 가지면서 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올을 포함하며, 1,500 내지 4,000의 중량평균 분자량을 갖는 입체 망상구조의 수용성 폴리에스테르 수지 15 내지 28중량%를 포함한다. 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 내지 45중량% 및 경화제 8 내지 16중량%를 포함한다. 또한, 티타늄티옥사이드 11 내지 20중량%, 첨가체 0.5 내지 2중량% 및 여분의 물을 포함한다. 상술한 조성을 갖는 도료는 플라스틱에 코팅되어 부드러운 도막을 형성할 수 있다.

Description

수용성 폴리에스테르 수지 제조방법, 수용성 플라스틱 코팅 도료 및 이의 제조 방법{method of manufacturing Waterborn polyester resin, Waterborn plastic coating paint and method of manufacturing the same}

본 발명은 수용성 폴리에스테르 수지 제조방법, 수용성 플라스틱 코팅 도료 및 이를 제조 방법 및 수용성 플라스틱 코팅 도료의 제조방법에 관한 것으로 자동차 내부의 플라스틱 크래쉬 패드에 도장되는 수용성 폴리에스테를 수지의 제조방법, 이를 포함하는 플라스틱 코팅 도료 및 수용성 플라스틱 코팅 도료의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스테르 수지는 2액형이면서 소지 밀착성, 도막의 유연성 및 내광성이 우수하고 부드러운 감(Soft Feel)이 양호하다. 이러한 이유에서 수용성 폴리에스테르 수지는 플라스틱용 도료의 주요한 원료의 하나로 사용되고 있다. 즉, 도막의 유연성과 부드러운 감이 우수하다는 점으로 인해 플라스틱 도료의 원료로 수용성 폴리에스테르 수지가 사용되는 있는 것이다.

또한, 플라스틱 기재는 내광성이 비교적 낮기 때문에 여름철 장기간 햇빛에 노출시 변색이 쉽게 일어나고 아울러 플라스틱 기재가 유연한 상태로 있더라도 도 막이 경화되면 충격에 의해서 플라스틱 기재까지도 쉽게 손상될 수 있는 문제가 발생되기 때문에 유연성을 갖는 수용성 폴리에스테르가 상기 도료에 사용되고 있는 이유이다.

일반적으로 시중에 사용되고 있는 수용성 폴리에스테르 수지는 유기 용제가 일부 포함된 타입과 무 용제 타입으로 나뉠 수 있는데 환경문제와 관련하여 무용제 타입의 수용성 폴리에스테르를 사용한 도료의 원료개발이 진행되고 있다. 개발한 수용성 폴리에스테르 도료 도막의 특징은 다음 같다. 첫째로, 형성되는 도막에 유연성(도막의 Flexible)을 부여한다. 둘째로, 우수한 부드러운 감을 (천연가죽느낌을 제공하여 도막이 부드러움)을 부여한다. 셋 째로, 도막의 우수한 내광성, 내마모성을 부여한다. 넷 째로, 무용제 타입의 친환경적인 도료를 개발할 수 있도록 한다.

종래의 기술에서는 수분산의 수산기 함유 폴리에스테르(선형, 가지형, 환형 지방족 또는 방향족 다기능성 카르복실산 및 지방족 선형 또는 가지형 다기능성 알콜의 축합반응으로 생성된 프리폴리머)를 다기능성 이소시아네이트와 반응시켜 제조되는 부드러운 질감을 갖는 코팅재용 수분산 바인더가 기재되어 있다.

상기의 수분산 바인더는 내마모성, 경도는 우수하지만 부드러운 감과, 내광성이 부족하여 플라스틱 내장재 소재에 전량 도입하기에는 어려운 실정이다. 또한, 상기 종래의 기술의 수분산 바인더는 N-메틸피롤리돈 (N-methylpyrrolidone, 이하 NMP라 칭함) 용제하에서 폴리에스테르 폴리올, 디메틸올프로피오닉산(DMPA) 및 이소시아네이트를 반응시키고 중화제로 중화시킨 후 수분산하는 공정을 통해 합성된 다.

이 경우 반응말기 분자량을 증대시키기 위해 2관능기 아민을 투입하게 되는데 이 때 분자량이 커지면서 야기되어지는 점도 상승을 상쇄하기 위해 필연적으로 유기 용제(NMP)를 사용하기 때문에 환경 문제 및 작업자의 건강의 손상을 초래할 수 있다.

이에 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 폴리우레탄 디스펴션(Poly Urethane Dispersion) 수지의 문제점인 부드러운 감과 내광성 등의 문제점을 해결하는 동시에 폴리우레탄 디스펴션을 포함하는 도료의 제조시 분자량이 커져 필연적으로 사용할 수밖에 없는 유기 용제의 사용이 배제된 수용성 폴리에스테르 수지의 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 특성을 갖는 수용성 폴리에스테르 수지를 포함하는 수용성 플라스틱 코팅도료를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 특성을 갖는 수용성 폴리에스테르 수지를 포함하는 수용성 플라스틱 코팅도료의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 이한 본 발명의 일 실시에에 따른 수용성 폴리에스테르 수지의 제조 방법은 양 말단에 카르복실기를 갖으면서 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올에 2가 산과 알콜을 투입하여 축합 반응시키는 단계를 포함한다. 상기 축합 반응으로 수득되고, 산가가 30 내지 40인 제1 반응물 을 아민 화합물을 이용하여 중화시키는 단계를 포함한다. 상기 중화반응으로 형성된 제2 반응물을 물을 이용하여 수 분산시키는 단계를 포함한다. 그 결과 수용성 폴리에스테르 수지가 제조될 수 있다.

상술한 다른 목적을 달성하기 이한 본 발명의 일 실시에에 따른 수용성 플라스틱 코팅 도료는 폴리에스테르 수지플라스틱 코팅용 수용성 도료는 양 말단에 카르복실기를 가지면서 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올을 포함하며, 1,500 내지 4,000의 중량평균 분자량을 갖는 입체 망상구조의 수용성 폴리에스테르 수지 15 내지 28중량%를 포함한다. 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 내지 45중량% 및 경화제 8 내지 16중량%를 포함한다. 티타늄티옥사이드 11 내지 20중량%, 첨가체 0.5 내지 2중량% 및 여분의 물을 포함한다.

일 예로서, 상기 카르복실기 함유 폴리에스테르 폴리올은 30 내지 40%의 카르복실기를 포함하고, 분자량이 1000 내지 3000일 수 있다.

또한, 상술한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 코팅용 수용성 도료의 제조방법에 따르면, 먼저 양 말단에 카르복실기를 갖고, 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올에 에스테르 사슬이 부가된 입체 망상 구조를 갖으며, 중량평균 분자량이 1,500 내지 4,000인 수용성 폴리에스테르 수지를 마련한다. 이후, 상기 수용성 폴리에스테르 수지 15 내지 28중량%, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 내지 45중량%, 경화제 8 내지 16중량%, 티타늄티옥사이드 11 내지 20중량%, 첨가체 0.5 내지 2중량% 및 여분의 물을 혼합한다. 그 결과 플라스틱 코팅용 수용성 수지가 제조된다.

일 실시예에 따르면, 상기 폴리에스테르 폴리올은 1,4-부틸렌글리콜, 2,3-부틸렌 글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 메틸프로판디올로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 2관능기 알콜과 3관능기 트리메티올프로판이 알콜이 1:0.1 내지 0.4의 당량비로 혼합된 알콜과 2가 산을 축합 반응시켜 형성될 수 있다. 이때, 상기 2가산은 지환족 2가산 50 내지 100% 및 지방족 2가산 0 내지 50중량%를 포함할 수 있다.

다른 예로서, 상기 폴리에스테르 폴리올은 2-메틸-2,4-펜탄디올 55 내지 67중량부, 1,6-헥산디올 8 내지 15중량부, 2-메틸-1,3-펜탄디올 8 내지 16 중량부, 트리메틸올프로판 4 내지 9중량부, 아디픽에시드 30 내지 50중량부, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드 95 내지 130중량부를 축합 반응시켜 형성될 수 있다.

상기 수용성 폴리에스테르 수지는 상기 카르복실기 함유 폴리에스테르 폴리올에 2가 산과 알콜을 투입하여 축합 반응시키는 단계와, 상기 축합 반응으로 수득되고, 산가가 30 내지 40인 제1 반응물을 아민 화합물을 이용하여 중화시키는 단계와, 상기 중화반응으로 형성된 제2 반응물을 물을 투입하여 수분산 시키는 단계를 순차적으로 수행하여 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 수용성 폴리에스테르 수지의 제조방법, 수용성 폴리에스테르 수지를 포함하는 수용성 플라스틱 코팅 도료 및 이의 제조방법을 상세히 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 상기 중량%과 중량부는 상호 교환적으로 사용될 수 있으며 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그 리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다.

수용성 폴리에스테르 수지 및 이의 제조

본 발명의 수용성 폴리에스테르 수지는 전술한 바와 같이 자동차 플라스틱 내장재용 코팅 도료에 적용되어 상기 내장재에 부드러움 감을 부여할 수 있는 동시에 휘발성 용제의 사용이 배제되어 환경오염을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 수용성 폴리에스테르 수지를 제조하기 위해서는 먼저, 수용성 폴리에스테르의 주 구성 요소인 폴리에스테르 폴리올을 마련해야 한다. 상기 폴리에스테르 폴리올은 촉매의 존재하에서 알콜과 산을 중합하여 제조될 수 있다. 구체적으로 상기 폴리에스테르 폴리올은 1차 선형구조의의 2관능기 알콜과 3관능기 알콜이 1:0.1 내지 0.4의 당량비로 혼합된 알콜과 2가 산을 축합 반응시켜 형성할 수 있다. 일 예로서, 상기 수용성 폴리에스테르 폴리올은 알콜 65 내지 75중량부, 산 45내지 55중량부를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기 폴리에스테르 폴리올의 제조시에 사용되는 알콜의 예로서는 1,4-부틸렌글리콜, 2,3-부틸렌 글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 메틸프로판디올등의 2관능기 알콜과 3관능기 알콜인 트리메티올프로판등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 1,4-부틸렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 2,3-부틸렌글리콜, 1,6-헥산디 올, 메틸프로판디올, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 디에틸렌 글리콜을 포함하는 1차 선형구조의 2 관능기 알콜을 적용하여 제조된 폴리에스테르 폴리올을 포함하는 수용성 폴리에스테르 수지가 플라스틱 상도용 도료에 적용될 경우 형성되는 도막의 부드러운 감과 및 유연성을 증진될 수 있다.

일 예로서, 이 때 사용되는 2관능기 알콜이 상술한 당량비 보다 작을 경우 제조된 수용성 폴리에스테르 수지조성물을 플라스틱 상도용 도료에 적용시 소프트 감 및 유연성이 불량해진고, 상기 당량비 보다 클 경우 제조된 수용성 폴리에스테르 수지조성물을 플라스틱 상도용 도료에 적용시 부드러운감 및 가공성은 양호하나 내마모성, 내광성이 불량해진다. 따라서 상기 범위내에서 1차 선형구조의 2관능기 알콜을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 3관능기 알콜인 트리메티올프로판은 제조된 폴리에스테르 폴리올을 포함하는 수용성 폴리에스테르 수지가 플라스틱 상도용 도료에 적용될 경우 형성되는 도막의 내 마모성을 증진시키기 역할을 수행한다. 이때 사용되는 3가 알콜이 상술한 당량비 보다 작을 경우 제조된 수용성 폴리에스테르 수지조성물을 플라스틱 상도용 도료에 적용시 부드러운감 및 가공성은 양호하나 내마모성이 불량해진다. 반면에 그 사용량이 상기 당량비 보다 클 경우 제조된 수용성 폴리에스테르 수지조성물을 플라스틱 상도용 도료에 적용시 내마모성은 양호하나 부드러운감 및 가공성이 불량해진다. 따라서 상기 범위내에서 3관능기 트리메티올프로판을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 2가 산의 예로서는 무수프탈산, 테트라하이드로 무수프탈산, 헥사하이 드로 무수프탈산, 트리멜리틱 안하이드라이드, 말레익 안하이드라이드, 이소프탈산, 테레프탈산, 아디픽산, 세바식산, 이타코닉산 등을 들 수 있다. 상기 산중에서 지 지환족 아로마틱 산이 총 2가 산 당량의 50 내지 100%가 포함될 수 있다. 또한, 세바식산, 아디픽산, 이타코닉산, 아젤라익산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 알리파틱산이 총 2가 산 당량의 0∼50% 포함 될 수 있다. 즉, 상기 2가산은 지환족 2가산 50 내지 100% 및 지방족 2가산 0 내지 50중량%를 포함할 수 있다.

일 예로서, 상기 폴리에스테르 폴리올은 2-메틸-2,4-펜탄디올 55 내지 67중량부, 1,6-헥산디올 8 내지 15중량부, 2-메틸-1,3-펜탄디올 8 내지 16 중량부, 트리메틸올프로판 4 내지 9중량부, 아디픽에시드 30 내지 50중량부, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드 95 내지 130중량부를 축합 반응시켜 형성할 수 있다.

상기 폴리에스테르 폴리올은 산과 알콜의 축합 반응으로 약 30 내지 40의 산가를 갖도록 형성하는 것이 바람직하고, 상기 폴리에스테르 폴리올을 형성하기 위한 반응은 통상의 반응조건에 따라 실시 가능하며 약 200℃ 이상에서도 실시할 수 있다.

그 결과, 상기 축합 반응으로 형성된 상기 폴리에스테르 폴리올은 50 내지 120 mgKOH/g의 수산기 값을 갖고, 양 말단에 30 내지 40%의 카르복실기를 가지면서, 1,000 내지 3,000의 분자량을 갖는다.

상기 폴리에스테르 폴리올에 포함된 카르복실기의 함량이 30% 미만인 경우 카르복실기가 부족하여 이후 수용성 폴리에스테르 수지를 제조하기 위한 아민의 중화 공정시 수용화가 어려운 문제점이 발생되고, 상기 카르복실기의 함량이 40%를 초과할 경우 중화에 필요한 아민의 사용량이 증가하게 되어 제조된 수지의 저장성 및 황변의 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 폴리에스테르 폴리올은 30 내지 40%의 카르복실기를 포함하고, 바람직하게는 32 내지 38%의 카르복실기를 포함한다.

또한, 상기 카르복실기 함유 폴리에스테르 폴리올의 수산기 값이 75 미만일 경우 소프트 세그먼트가 부족하여 내마모성, 경도는 우수해지나 소프트 질감이 감소되는 문체적이 초래되고, 수산기 값이 약 120을 초과할 경우 소프트 세그먼트(Soft Segment)의 함량이 많아져서 소프트 질감은 우수해지나 내마모성, 경도가 떨어지는 문제점이 초래된다. 따라서, 상기 폴리에스테르 폴리올은 75 내지 120 mgKOH/g의 수산기 값을 갖고, 바람직하게는 80 내지 110 mgKOH/g의 수산기 값을 갖는다.

이어서, 양 말단에 카르복실기를 갖고, 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올에 2가 산과, 2관능기 알콜을 투입하여 축합반응 시킨다. 일 예로서, 상기 축합 반응은 상기 폴리에스테르 폴리올 전체 100중량부에 2가 산 45 내지 55 중량부, 2관능기 알콜 65 내지 75 중량부를 이용하는 것을 특징으로 한다.

상기 2관능기 알콜은 카르복실기 함유 폴리에스테르 폴리올의 분자량이 낮아서 야기될 수 있는 유연성의 문제를 분자량 증대를 통해 해결하기 위해 사용되는 것이다. 또한, 상기 2가 산은 상기 폴리에스테르 폴리올에 포함된 카르복실기가 감쇄함을 고려하여 상기 반응에 참여한 2관능기 알콜의 당량만큼 투입하고, 상기 2가 산으로 방향족 구조의 말단에 카르복실기를 소유한 트리멜리틱 안하이드라이드를 사용할 수 있다.

그 결과 상기 폴리에스테르 폴리올에는 불규칙한 에스테르 사슬이 부가된다. 아울러, 상기 폴리에스테르 폴리올에 미 반응되어 남아있는 수산기(OH)기는 이후 저온경화 타입의 경화제와 반응할 수 있다.

일 에로서, 상기 2 관능기 알콜의 예로서는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4-부틸렌글리콜, 2,3-부틸렌 글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 디에틸렌 글리콜, 메틸프로판디올, 트리메티올프로판, 에틸렌옥사이드 부가 비스페놀 에이, 프로필렌옥사이드 부가 비스페놀 에이 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 2가 산의 예로서는 무수프탈산, 테트라하이드로 무수프탈산, 헥사하이드로 무수프탈산, 트리멜리틱 안하이드라이드, 말레익 안하이드라이드, 이소프탈산, 테레프탈산, 아디픽산, 세바식산, 이타코닉산 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

이어서, 상기 축합 반응은 형성되는 제1 반응물의 산가가 30 내지 40이 되는 시점에서 상기 제1 반응물에 아민 화합물을 투입하여 중화시킨다. 이때, 상기 제1 반응물의 산가를 충분히 중화시킬 정도록 아민 화합물을 투입하는 것이 바람직하다. 상기 아민 화합물은 총 수지 배합량에서 1 내지 5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 중화제로서 사용되는 아민 화합물의 예로서는 트리에틸아민, 암모니아 수, 헥사민, 디메틸에탄올 아민 에틸렌디아민 등을 들 수 있다.

이어서, 상기 아민 화합물을 이용하여 중화반응으로 형성된 제2 반응물을 물(탈이온수)를 이용하여 수 분산시킨다. 상기 수분산은 상기 제2 반응물과 상기 물을 1 : 0.2 내지 0.5의 비율로 서서히 투입하면서 교반하면서 진행하는 것이 바람직하다.

그 결과 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g 이고 중량평균 분자량이 1,500 내지 4,000 범위를 갖는 입체 망상구조인 수용성 폴리에스테르가 형성된다. 상기 수용성 폴리에스테르 수지는 양 말단에 카르복실기를 갖으면서 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올을 포함할 수 있다.

상기 방법으로 수득되는 상기 폴리에스테르계 수지의 분자량이 4,000을 초과할 경우 희석을 위해 NMP등의 유기 용제의 사용이 불가피하고 분자량이 1,500 미만일 경우 내마모성 및 경도가 감소된 도막이 형성된다.

수용성 플라스틱 코팅 도료 및 이의 제조 방법

본 발명의 수용성 플라스틱 코팅 도료는 자동차 플라스틱 내장재를 코팅하기 위한 도료로서, 상기 자동차 내장재에 소프트 감을 부여할 수 있는 동시에 휘발성 용제의 사용이 배제된 수용성 폴리에스테르 수지와, 폴리우레탄 디스퍼션 수지, 경화제, 티타늄티옥사이드, 첨가체, 여분의 물을 포함한다.

상기 수용성 폴리에스테르 수지는 양 말단에 카르복실기를 갖으면서 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올을 포함하고, 1,500 내지 4,000의 중량평균 분자량을 갖는 입체 망상구조를 갖도록 설계된다.

구체적으로 상기 수용성 폴리에스테르 수지는 1차 적으로 카르복실기 함유 폴리에스테르 폴리올 합성시에 산과 알콜을 적절히 조합하여 기본물성을 만족하는 폴리에스테르 폴리올을 제조한 이후에 2차 적으로 다관능기 산과 알콜을 후 첨가함으로써 입체망상구조의 폴리머 골격 갖으면서 상술한 중량평균 분자량을 갖도록 설계하는 것이 중요하다. 이렇게 함으로써 상기 수용성 폴리에스테르 수지의 분자량은 적당히 조절하게 되어 무용제 타입의 친환경적인 수지가 될 수 있다.

여기서, 상기 수용성 폴리에스테르 수지의 제조 방법 및 이에 대한 구체적인 설명은 위에서 상세히 설명하였기 때문에 중복을 피하기 위해 생략한다.

이어서, 상기 특성을 갖는 수용성 폴리에스테르 수지 15 내지 28중량%와 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 내지 45중량%와, 경화제 8 내지 16중량%와, 티타늄티옥사이드 11 내지 20중량%와, 첨가제 0.5 내지 2중량% 및 여분의 물을 포함하는 수용성 플라스틱 코팅 도료를 마련한다.

상기 수용성 플라스틱 코팅 도료에 포함된 수용성 폴리에스테르 수지의 함량이 15중량% 미만일 경우 형성되는 도막의 부드러운감이 저하되는 문제점이 발생되고, 상기 수용성 폴리에스테르 수지의 함량이 28중량%를 초과할 경우 형성되는 도막의 내마모성이 저하되는 문제점이 발생된다. 따라서, 상기 수용성 폴리에스테르 수지는 코팅 도료에 15 내지 28중량%가 포함되고, 바람직하게는 18 내지 25중량%가 포함된다.

상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지의 함량이 15 중량% 미만일 경우 부드러운 질 감이 떨어지고 45중량%를 초과할 경우에는 내마모성, 스크래치성이 저하되는 문제점이 초래된다. 따라서, 상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지는 코팅 도료에 15 내지 45중량%가 포함되고, 바람직하게는 25 내지 40중량%가 포함된다.

상기 경화제의 예로서는 BYK사 WT2102 등을 들 수 있다. 상기 경화제의 함량이 8중량% 미만일 경우 완전경화가 되지 않아 내용제성, 내마모성이 저하되는 문제점이 발생되고, 16중량%를 초과할 경우 도료제조시 증점되고 미반응 경화제가 잔존할 경우 내화학성, 내수성이 떨어진다. 따라서, 상기 경화제는 코팅 도료에 8 내지 16중량%가 포함되고, 바람직하게는 9 내지 13중량%가 포함된다.

상기 티타늄디옥사이드는 체질 안료이다. 상기 티타늄디옥사이드의 함량이 11중량% 미만일 경우 은폐력, 광택이 떨어지고 20중량%를 초과할 경우 수분산에 시간이 오래 걸리고 도료점도 상승 및 전반적으로 도료물성이 저하된다. 따라서, 상기 티타늄디옥사이드는 코팅 도료에 11 내지 20중량%가 포함되고, 바람직하게는 9 내지 16중량%가 포함된다.

상기 첨가제는 냉동안정제, 소포제, 습윤분산제를 포함한다. 상기 첨가제는 0.5 내지 2중량%가 포함된다. 상기 도료에 포함된 첨가제의 함량 및 그 종류는 상기 수용성 플라스틱 코팅도료의 물성을 보다 향상시키는 사용되는 첨가제이기 때문에 당업자에의 그 사용량이 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명에 사용되는 첨가제의 사용량 및 조성을 구체적으로 한정하지 않는다.

또한, 상기 도료에 적용되는 여분의 물은 본 발명의 플라스틱 코팅 도료의 점도 및 상기 구성 요소들을 용해시키기 위한 용제로 사용된다. 상기 물의 사용량 은 작업자에의 그 사용량이 달라질 수 있기 때문에 사용량 및 조성을 구체적으로 한정하지 않는다.

상술한 수용성 플라스틱 코팅 도료를 제조하기 위해서는 먼저, 상기 양 말단에 카르복실기를 갖고, 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올에 에스테르 사슬이 부가된 입체 망상 구조를 갖으며, 중량평균 분자량이 1,500 내지 4,000인 수용성 폴리에스테르 수지를 마련한다. 상기 수용성 폴리에스테르 수지의 제조 방법 및 이에 대한 구체적인 설명은 위에서 상세히 설명하였기 때문에 중복을 피하기 위해 생략한다.

이어서, 마련된 수용성 폴리에스테르 수지 15 내지 28중량%, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 내지 45중량%, 경화제 8 내지 16중량%, 티타늄티옥사이드 11 내지 20중량%, 첨가체 0.5 내지 2중량% 및 여분의 물이 혼합한다. 그 결과 수용성 플라스틱 코팅 도료가 제조된다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 하기의 실시예로만 한정되는 것이 아님은 물론이다.

합성예

1) 카르복실기 함유 폴리에스테르 폴리올의 제조

2ℓ4구 플라스크에 온도계, 응축기, 교반기 및 콘덴서를 설치하고 승온장치를 부착하였다. 여기에 메틸프로판디올 62.4g, 1,6-헥산디올 11.8g, 1,4- 부틸렌 글리콜 13.5g, 트리메틸올프로판 6.2g, 아디픽에시드 40g, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드 110.39g을 첨가하여 질소가스를 주입하면서 서서히 교반, 단계반응으로 240℃로 승온 하였다. 약 3∼4시간 동안 축합 반응을 수행하여 축합 반응 생성물로서 산가가 38, 희석점도(K-150 75% 희석; 가드너)가 Z∼Z1인 열경화성 폴리에스테르 폴리올을 수득하였다.

실시예 1

수용성 폴리에스테르 수지 제조

2ℓ4구 플라스크에 온도계, 응축기, 교반기 및 콘덴서를 설치하고 승온 장치를 부착하였다. 여기에 상기 합서예에서 합성하여 얻은 카르복실기 함유 폴리에스테르 폴리올, 트리멜리틱안하이드라이드, 메틸프로판디올, 네오펜틸글리콜의 2관능기 알콜을 투입하고 온도를 200℃ 승온 하였다. 약 1 내지 2시간 동안 축합 반응을 수행하여 축합 반응 생성물로서 산가가 33, 희석점도(K-150 75% 희석;가드너)가 Z2∼Z3인 수지를 얻었다. 이후 온도를 80℃로 낮추고 테트라에틸알콜(TEA)을 투입하여 중화시켰다. 상기 중화시킨 후 약 30분간 유지시킨 이후에 물(DIW)을 20분간에 걸쳐 적하, 투입하며 수분산 시킨다. 물을 투입하면 초기 고점도 상태를 거쳐 다시 저점도 상태를 유지하며 온도를 상온으로 내린 후 200mesh로 필터링 하여 수용성 폴리에스테르 수지를 수득하였다.

실시예 2

도료의 제조

하기 표 1의 배합 비율에 따라 상기 수용성 폴리에스테르 수지, Bayer PUD수지에 물(DIW), 습윤분산제(BYK사,Disperbyk 184)를 넣고 10분간 교반한 뒤 티타늄디옥사이드를 넣고 30분 이상 충분히 교반시켰다. 이 후 소포제(BYK사,BYK 037), 냉동안정제를 순서대로 투입한 후 각각의 물질을 넣을 때마다 일정시간 이상 충분히 교반시킨다. 이후 경화제 (BYK사,WT2102)를 넣고 충분히 교반시켜 수용성 플라스틱 코팅 도료를 형성하였다.

[표 1]

원 료 명	배 합 량(중량%)
합성예 1의 수지	21.2
Bayer PUD 수지	35.4
물(DIW)	15
냉동안정제	0.2
소포제	0.3
습윤분산제	0.5
Bayer 경화제	12.1
티타늄디옥사이드	15.3
계	100

비교예 1

실시예 2 의 도료조성물에서 실시예 1의 수지를 제외하고 Bayer PUD 수지 56.6중량%만을 단독 사용하여 실시예의 도료제조 방법과 동일한 방법으로 도료를 제조하였다.

도료 평가

상기 실시예 2에서 수득된 도료와, 비교에 2에서 수득된 도료를 각각 시편에 스프레이 도장한 후 80℃에서 30분 경화시킨 후 형성된 도막의 물성 평가하여 하기 표 2에 개시하였다.

[표 2] 도막의 물성평가 결과

	실시예 2	비교예 1
Soft Feel감	3	1
내마모성	2	2
내광성	2	2
도막의 유연성	3	1

(3= 우수, 2= 보통, 1= 불량)

도막의 물성평가 방법

1) Soft Feel감

- 도막 완전 경화후 도막의 표면을 관찰.

- 손가락으로 문질러 각각의 질감을 상대비교로 평가함.

- 가죽느낌의 부드러움을 상대 비교하여 표시함.

2) 내마모성

- 도막 완전 경화후 도막표면을 1Kg 하중의 고정바퀴로 100회 왕복운동하였을때 스크래치 발생유무로 표시함.

3) 내광성

- 도막 완전 경화후 도막표면을 햇빛에 장기노출시(1000시간) 광택의 변화정도를 표시함.

4) 도막의 유연성

- 도막 완전 경화후 도막표면을 박리하여 양쪽 손으로 잡아당겼을 때 끊어짐의 정도를 표시함.

상술한 조성을 갖는 수용성 플라스틱 코팅 도료는 자동차 내장용 플라스틱 상기 내장재에 도장도어 상기 내장재에 부드러움 감을 부여할 수 있는 동시에 휘발성 용제의 사용이 배제되어 환경오염을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 표 2의 실시예에 나타난 바와 같이 종래의 플라스틱 코팅 도료와 유한 내마모성을 갖는 동시에 보다 우수한 부드러운 감 및 유연성을 갖는다.

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 (10)

1. 양 말단에 카르복실기를 갖으면서 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올을 포함하고, 1,500 내지 4,000의 중량평균 분자량을 갖는 입체 망상구조의 수용성 폴리에스테르 수지 15 내지 28중량%;

   폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 내지 45중량%;

   경화제 8 내지 16중량%;

   티타늄티옥사이드 11 내지 20중량%;

   첨가체 0.5 내지 2중량%; 및

   여분의 물을 포함하는 수용성 플라스틱 코팅용 수용성 도료.
2. 제1 항에 있어서, 상기 카르복실기 함유 폴리에스테르 폴리올은 30 내지 40%의 카르복실기를 포함하고, 분자량이 1000 내지 3000인 것을 특징으로 하는 플라스틱 코팅용 수용성 도료.
3. 양 말단에 카르복실기를 갖고, 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올에 2가 산과 알콜을 투입하여 축합 반응시키는 단계;

   상기 축합 반응으로 수득되고, 산가가 30 내지 40인 제1 반응물을 아민 화합물을 투입하여 중화시키는 단계; 및

   상기 중화반응으로 형성된 제2 반응물을 물을 이용하여 수 분산시키는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 폴리에스테르 수지 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 수 분산되어 형성된 상기 폴리에스테르 수지에 2관능기 알콜과 산을 첨가하여 반응시키는 단계를 수행하는 것을 순차적으로 수행하여 형성하는 수용성 폴리에스테르 수지 제조방법.
5. 제3항에 있어서, 양 말단에 카르복실기를 갖고, 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올에 에스테르 사슬이 부가된 입체 망상 구조를 갖으며, 중량평균 분자량이 1,500 내지 4,000인 것을 특징으로 하는 수용성 폴리에스테르 수지 수용성 폴리에스테르 수지 제조방법.
6. 양 말단에 카르복실기를 갖고, 수산기 값이 50 내지 120 mgKOH/g인 폴리에스테르 폴리올에 에스테르 사슬이 부가된 입체 망상 구조를 갖으며, 중량평균 분자량이 1,500 내지 4,000인 수용성 폴리에스테르 수지를 마련하는 단계; 및

   상기 수용성 폴리에스테르 수지 15 내지 28중량%, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 내지 45중량%, 경화제 8 내지 16중량%, 티타늄티옥사이드 11 내지 20중량%, 첨가체 0.5 내지 2중량% 및 여분의 물이 혼합된 수용성 수지를 제조하는 단계를 포함하는 수용성 플라스틱 코팅 도료의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 폴리에스테르 폴리올은

   1,4-부틸렌글리콜, 2,3-부틸렌 글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 메틸프로판디올로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 2관능기 알콜과 3관능기 트리메티올프로판이 알콜이 1:0.1 내지 0.4의 당량비로 혼합된 알콜과 2가 산을 축합 반응시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 수용성 플라스틱 코팅 도료의 제조방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 2가산은 지환족 2가산 50 내지 100% 및 지방족 2가산 0 내지 50중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 코팅 도료의 제조방법.
9. 제 6항에 있어서, 상기 폴리에스테르 폴리올은 2-메틸-2,4-펜탄디올 55 내지 67중량부, 1,6-헥산디올 8 내지 15중량부, 2-메틸-1,3-펜탄디올 8 내지 16 중량부, 트리메틸올프로판 4 내지 9중량부, 아디픽에시드 30 내지 50중량부, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드 95 내지 130중량부를 축합 반응시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 수용성 플라스틱 코팅 도료의 제조방법.
10. 제 6항에 있어서, 상기 수용성 폴리에스테르 수지는

    상기 폴리에스테르 폴리올에 2가 산과 알콜을 투입하여 축합 반응시키는 단계;

    상기 축합 반응으로 수득되고, 산가가 30 내지 40인 제1 반응물을 아민 화합물을 투입하여 중화시키는 단계;

    상기 중화반응으로 형성된 제2 반응물을 물을 이용하여 수 분산시키는 단계; 및

    상기 수 분산되어 형성된 상기 폴리에스테르 수지에 2관능기 알콜과 산을 첨가하여 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 수용성 플라스틱 코팅 도료의 제조방법.