KR20190107989A - 자동차 렌즈 코팅을 위한 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수용성 폴리실록산(Water-soluble Polysiloxane Polymer)을 합성하는 단계, 상기 폴리실록산에 무기 실리카졸을 투입하여 저온 중합하여 1차 무기 내열 수지(Silicon Ladder Polymer)를 합성하는 단계, 및 상기 1차 무기 내열 수지에 수용성 프리폴리머를 투입하여 저온 중합하여 2차 유무기 복합 실리콘 수지를 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법을 제공한다.

Description

자동차 렌즈 코팅을 위한 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR ORGANIC INORGANIC SERAMIC COATING COMPOSITION}

본 발명은 자동차 렌즈 코팅을 위한 유무기 세라믹 도료 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

자동차 램프는 자동차가 안전하게 주행하기 위해 전방을 조명하는 램프이다. 종래의 자동차 램프 시장은 램프 커버(cover)로 투명성이 우수한 유리를 사용하였다. 그러나 이러한 유리 소재의 램프 커버는 내구성이 낮고, 무게가 무거울 뿐만 아니라 생산비용이 높은 단점이 있다. 이에 따라 현재 생산 되는 램프 커버에는 투명성 및 성형성이 뛰어난 플라스틱, 특히 폴리카보네이트 소재를 사용하여 소재의 경량화와 함께 생산비용을 절감하고 있다.

그러나, 일반적으로 자동차 램프 렌즈에 적용되는 폴리카보네이트 소재의 경우 투명성 및 내충격성이 우수하나, 내스크래치성, 내후성 그리고 내화학성이 낮은 단점이 있었다. 이에 폴리카보네이트 소재의 취약점인 내스크래치성 및 내후성을 보완하기 위해 내후성 및 내스크래치성이 우수한 도료 조성물로 도장하는 하드코팅 공정이 요구된다. 상기 하드코팅에 사용되는 도료 조성물은 크게 자외선(UV) 경화성 하드코팅 도료 또는 열경화성 하드코팅 도료가 있다.

자동차용 헤드램프(헤드라이트) 부품으로 사용되는 폴리카보네이트 렌즈의 하드코팅공정은 크게 사출 및 도장으로 구분할 수 있으며, 좀 더 상세하게 폴리카보네이트 중간성형체 사출, 표면 클리닝, 자외선 경화성 또는 열경화성 하드코팅용 도료 스프레이(spray), 적외선(IR)건조, 자외선 경화 또는 열경화를 통하여 상기 폴리카보네이트 렌즈 표면에 하드코팅층을 형성하게 된다.

한편, 자동차용 헤드램프 렌즈의 심미감을 증진하기 위해 금속 컬러링이 적용될 수 있다. 금속 컬러링을 위해 광투과성을 가진 금속 재질 외관을 가진 PMMA 필름이 렌즈 상에 적용될 수 있다. 예를 들어 인듐이 증착된 PMMA 필름이 렌즈에 부착되는 것이다. 필름이 부착된 렌즈에도 하드코팅이 필요한데, 필름과 하드코팅층 사이의 화학적 특성이 달라서 융합이 어려워 접착제가 도포된 후 하드코팅이 이루어진다. 따라서, 친환경 공정을 달성하기 어려운 문제점이 있다. 자동차용 헤드램프 렌즈의 금속색 컬러링을 위해, 필름 부착 대신, 알미늄, 니켈, 티타늄, 주석 과 같은 금속을 증착하는 방법 또한 사용할 수 있다. 금속이 증착된 후에도 렌즈 표면 강화를 위해 하드 코팅이 필요하다. 증착 물질과 코팅 재질 사이의 화학적 특성이 상이하여 융합이 어려워 코팅층이 벗겨지는 문제점이 있다. 또한, 하드 코팅을 증착층 상에 형성하기 위해 접착제를 증착층 상에 도포한 후 하드 코팅 조성물을 도포해야 하므로, 역시 친환경 공정ㅇ을 달성하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래의 하드코팅용 도료 조성물은 솔벤트 성분을 용매로 사용하여 친환경적이지 못하고, 증착 후 코팅재료 사용 시 경화되면서 표면 수축이 일어나서 증착 시 크랙 또는 필름 점착 시 벗겨지거나 들리는 현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 증착 후 코팅을 하기 위해서는 증착 후 코팅의 접착성을 만들기 위해 별도의 프라이머 사용하여야 하는 문제점이 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 차량용 렌즈 상에 필름을 결합한 후 종래의 코팅제로 하드 코팅을 할 경우, 경화 시 수축이 일어나 도 2와 같이 필름이 들리거나 벗겨지는 문제점이 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 차량용 렌즈 상에 증착 후 종래의 코팅제로 하드 코팅을 할 경우, 경화시 수축이 일어나 도 3과 같이 증착층이 들리거나 벗겨지는 문제점이 있다.

차량용 렌즈에 증착 후 코팅 후 경화 시 표면 수축으로 크랙 또는 벗겨짐이 발생하며 증착 후 프라이머 처리를 통해 코팅층을 구성하고 이런 성분들이 친환경적이지 못한 문제점이 있다.

대한민국 공개 특허 10-2015-0060701 대한민국 공개 특허 10-2013-0142882 대한민국 공개 특허 10-2017-0056567

본 발명은 필름 부착된 차량용 렌즈에 도포 후 경화하여도 코팅재의 벗겨짐을 방지하여 균열 또는 크랙 발생을 방지할 수 있는 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 차량용 렌즈에 유무기 세라믹 코팅을 적용하여 고경도 및 경화 후 코팅재의 수축 방지로 균열 또는 크랙 발생을 막으며 증착 후 수용성 물질로써 친환경적인 코팅재를 차량용 렌즈에 적용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면,

수용성 폴리실록산(Water-soluble Polysiloxane Polymer)을 합성하는 단계;

상기 폴리실록산에 무기 실리카졸을 투입하여 저온 중합하여 1차 무기 내열 수지(Silicon Ladder Polymer)를 합성하는 단계; 및

상기 1차 무기 내열 수지에 수용성 프리폴리머를 투입하여 저온 중합하여 2차 유무기 복합 실리콘 수지를 합성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법을 제공한다.

상기 1차 무기 내열 수지는 화학식 1과 같이 표시되는 것이 바람직하다.

[화학식 1]

상기 2차 무기 내열 수지는 화학식 2와 같이 표시되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 유무기 세라믹 도료 조성물은 차량용 렌즈 하드 코팅 시 별도의 프라이머를 사용할 필요가 없는 장점이 있다.

본 발명에 따른 유무기 세라믹 도료 조성물은 자연 경화나 내외부에서 발생하는 열에 의해 수축 변형되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 유무기 세라믹 도료 조성물은 수용성 코팅재로 자연 친화적인 공정으로 차량용 렌즈의 하드 코팅을 가능하게 한다.

도 1 내지 4는 종래의 차량용 렌즈에 적용된 하드코팅의 문제점을 설명하는 도면이다.
도 5는 경화전 본 발명의 실시예에 의한 유무기 세라믹 도료 조성물의 특성을 설명하는 도면이다.
도 6은 경화후 본 발명의 실시예에 의한 유무기 세라믹 도료 조성물의 특성을 설명하는 도면이다.
도 7은 1차 무기 내열 수지 합성 과정을 설명하는 화학식이다.
도 8은 2차 무기 내열 수지 합성 과정을 설명하는 화학식이다.

본 발명은 다음 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명되지만, 본 발명을 특별한 실시예로 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법은 다음과 같다.

먼저, 수용성 폴리실록산(Water-soluble Polysiloxane Polymer)을 합성하고, 수용성 폴리실록산에 무기 실리카졸을 도입하여 1차 무기 내열 수지(Silicon Ladder Polymer)를 합성한다.

1차 무기 내열 수지는 도 7의 화학식에 설명된 바와 같이, 형성될 수 있다 1차 무기 내열 수지는 polyoctahedral silsesquioxanes ("POSS")이 될 수 있다. 화학식 1과 같은 실세스퀴옥산은 POSS의 구성요소이다.

여기서, R은 hydride,chloride, hydroxide, nitriles, amines, isocyanates, styryls, olefins, acrylics, epoxides, norbornyls, bisphenols, acid chlorides, alcohols, acids로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 될 수 있다.

그 다음, 상기 1차 무기 내열 수지에 수용성 프리폴리머를 투입하여 저온 중합하여 2차 유무기 복합 실리콘 수지를 합성한다.

수용성 프리폴리머는 폴리우레탄 프리폴리머가 될 수 있다. 1차 무기 내열 수지로 POSS를 사용하고 수용성 프리폴리머에 폴리우레탄 프리폴리머를 사용하여 2차 유무기 복합 실리콘 수지를 합성하는 과정은 도 8의 화학식과 같다.

실세스퀴옥산과 폴리우레탄 프리폴리머가 결합된 2차 유무기 복합 실리콘 수지는 아래 화학식 2와 같다.

상기 1차 무기 내열수지는 다음과 같은 특성을 가진다. 내열성 500℃ ~ 1,100 ℃, 내한성 -60 ℃, 표면경도 5 ~ 7H, 전기특성, 수분흡수율 0.3% 이하, 내수/소수성 영구적, 광 투과율 94%.

상기 2차 유무기 복합수지는 다음과 같은 특성을 가진다. 내열성 250℃ 이하, 내한성 -30 ℃, 표면경도 2 ~ 5H, 전기특성 수분흡수율 0.3% 이하, 내수/소수성 반영구적.

1차 무기 내열 수지의 특성이 2차 유무기 복합 실리콘 수지에 비해 우수하나 1차 무기 내열 수지로 코팅할 경우 접착력 상용성이 없는 문제점이 있다. 따라서, 1차 무기 내열 수지에 수용성 프리폴리머를 투입한 후 저온 중합하여 2차 유무기 복합 실리콘 수지를 합성하여 본 발명의 유무기 세라믹 도료 조성물을 제조하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 유무기 세라믹 도료 조성물은 도 5에 도시된 바와 같이 경화 전에 유기 입자는 작고 간격 배열이 좁고 무기 입자는 크고 간격배열이 크며 유무기 사이의 배열이 없는 상태를 이룬다.

이와 같은 유무기 세라믹 도료 조성물을 도포하여 경화시키면 도 6에 도시된 바와 같이 경화가 시작되면 입자배열이 좁은 유기 입자 사이로 입자 배열이 큰 무기 입자가 격자로 들어가면서 배열 간격이 더 넓어지며 완전히 경화되면서 입자들의 밀어내는 힘에 의해 이와 특성을 보인다. 따라서 코팅면의 접착력이 저하되어 크랙이 발생하거나 벗겨지는 문제를 해결할 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 유무기 세라믹 도료 조성물은 경화시 이완 특성을 가져 별도의 접착용 프라이머를 적용하지 않고도 필름이나 증착이 이루어진 차량용 렌즈 표면과 견고하게 결합하고, 코팅면에 크랙이 발생하거나 균열이 발생하거나 벗겨지는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 차량 렌즈에 증착 후 코팅 시 증착 입자보다 코팅 조성물의 입자가 작아 증착 입자 사이로 코팅 조성물 입자가 침투하므로 별도의 프라이머 처리 없이 증착면 상에 코팅을 할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 유무기 세라믹 도료 조성물을 제조하는 방법에 있어서,
   수용성 폴리실록산(Water-soluble Polysiloxane Polymer)을 합성하는 단계;
   상기 폴리실록산에 무기 실리카졸을 투입하여 저온 중합하여 1차 무기 내열 수지(Silicon Ladder Polymer)를 합성하는 단계; 및
   상기 1차 무기 내열 수지에 수용성 프리폴리머를 투입하여 저온 중합하여 2차 유무기 복합 실리콘 수지를 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 1차 무기 내열 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법:
   [화학식 1]
   

   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 2차 무기 내열 수지는 하기 화학식 2로 표시되는 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법:
   [화학식 2]
   

   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유무기 세라믹 도료 조성물은 차량용 램프 렌즈 코팅용인 것을 특징으로 하는 유무기 세라믹 도료 조성물 제조 방법.
   
   

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