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KR0154868B1 - 우레탄 아크릴레이트 올리고머 제조방법 및 이 올리고머를 포함하는 자외선 경화형 도료 조성물 - Google Patents

우레탄 아크릴레이트 올리고머 제조방법 및 이 올리고머를 포함하는 자외선 경화형 도료 조성물 Download PDF

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KR0154868B1
KR0154868B1 KR1019930031435A KR930031435A KR0154868B1 KR 0154868 B1 KR0154868 B1 KR 0154868B1 KR 1019930031435 A KR1019930031435 A KR 1019930031435A KR 930031435 A KR930031435 A KR 930031435A KR 0154868 B1 KR0154868 B1 KR 0154868B1
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Abstract

일반식(I)의 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산을 디이소시아네이트의 한개의 관능기에 반응시키고 디이소시아네이트의 다른 한개의 관능기에 말단에 하이드록시기를 갖는 아크릴레이트와 반응시켜 제조함. 본 발명의 자외선 경화형 도막 조성물은 일반식(I)의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 반응성 모노머, 광개시제, 실리콘계 레벨링제 및 기타 첨가제를 포함함. 이 자외선 경화형 도막 조성물은 올리고머에 함유된 실록산 그룹에의하여 도막에 유리와 같은 실록산 결합을 생성하므로 폴리카보네이트 성형품등에 코팅하였을때 외관이 미려하고 내구성이 형상된 도막이 얻어짐.
상기 식에서 X는 하기 일반식(Ⅱ)로 표시되는 아크릴레이트 기간쇄이고, R1는 지방족, 환상 지방족 또는 방향족 화합물이며, Y는 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산의 기간쇄이다.

Description

우레탄 아크릴레이트 올리고머 제조방법 및 이 올리고머를 포함하는 자외선 경화형 도료 조성물
본 발명은 자외선 경화형 도료 조성물에 관한 것으로서, 특히 폴리멜틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 스티렌아크릴로니트릴, 폴리에스터, 아크릴로니트릴-부타디엔스티렌 등의 플라스틱 성형품에 코팅하여 성형품의 미관, 내구성 등을 높이기 위한 목적으로 사용되는 자외선 경화형 도막 조성물에 관한 것이다. 특히 본 발명은 헤드 램프용 폴리카보네이트 성형품에 코팅하여 향상된 내스크래치성을 나타내도록 하는 자외선 경화형 도막 조성물로서 유용하게 사용된다.
이러한 성형품들은 대부분 유리의 대체품으로 사용되어 왔는데, 자체의 광택 및 내충격성에서 우수한 성능을 나타내는 것 이외에 가공이 쉽다는 이유등으로 그 사용량이 계속 증가하고 있다. 그러나 이러한 성형품들은 표면의 내마모성, 내스크래치성, 내용제성등이 약한 경향이 있다.
따라서 이러한 결함을 개량하기 위한 시도는 오래전부터 진행되어 왔다. 실리콘 수지와 멜라민 수지등이 주로 이러한 용도로 사용되었는데, 이러한 것들은 열경화형으로써 도막을 형성하기 위하여 장시간 열에 노출시켜야하므로 장시간의 가열로 인하여 생산량이 떨어지고, 높은 온도로 인하여 성형된 고분자 물질의 물성이 나빠지게 된다. 이러한 열경화형 도료의 문제점을 해결하기 위하여 미국 특허 제4,273,802호, 제4,397,723호, 제4,557,975호, 제4,617,194호에는 2개의 아크릴로일록시기를 함유하는 자외선 경화형 도막 조성물이 기재되어 있다.
특히 미국 특허 제4,617,194호에는 적어도 3개 이상의 아크릴로일록시나 메타크릴로일록시를 함유한 지방족 폴리올의 아크릴이나 메타크릴에스터 모노머와 적어도 4개이상의 아크릴로일록시나 메타크릴로일록시를 함유한 비스페놀 에이-포름알데히드 축합물의 폴리글리시딜 에테르의 아크릴이나 메타크릴에스터 수지를 사용하여 제조한 자외선 경화형 바니쉬가 기재되어 있는바, 이 바니쉬는 생성된 도막의 내마모성, 내스크래치성 및 내후성(내황변성)등의 물성이 다소 떨어지는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 이러한 단점을 보완하고, 특히 내스크래치성이 아주 우수한 플라스틱 가공용 자외선 경화형 도료 조성물을 제공하기 위한 것이다.
전술한 본 발명의 목적은 폴리실록산 화합물을 사용하여 제조한 반응성 올리고머, 반응성 모노머, 광개시제, 레벨링제 및 첨가제 등으로 구성된 본 발명의 조성물에 의하여 달성된다.
본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산으로 조성된 혼합물에 환상 지방족 또는 방향족 디이소시아네이트를 첨가하고 반응시켜 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산이 각각 디이소시안네이트에 있는 한 개의 관능성기인 NCO에 결합되도록 하고, 반응생성물에 하이드록시기를 말단에 함유한 일반식(Ⅱ)의 아크릴레이트를 첨가하고 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산이 결합된 디이소시안네이트의 잔류하는 이소시아네이트 관능성기에 전술한 일반식(Ⅱ)의 아크릴레이트가 결합되도록 부가반응시켜 광 경화형 도료 조성물에 사용하는데 적당한 하기 일반식(Ⅰ)으로 표시되는 내스크래치성이 우수한 우레탄 아크릴레이트올리고머를 제조하는 방법으로 구성된다.
상기 식에서, X는 하기 일반식(Ⅱ)로 표시되는 아크릴레이트 기간쇄이고, R1는 지방족, 환상 지방족 또는 방향족 화합물이며, Y는 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산의 기간쇄 중의 하나이다.
상기식에서 R2는 수소 또는 메틸기이고, R3는 탄소수 1-12인 알킬렌기이다.
상기 일반식(Ⅰ)의 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 제조에 사용되는 폴리올은 하기 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 분자량 500-3000을 갖는 폴리테트라 하이드로퓨란(PTHF)이다. 이러한 폴리올의 대표적인 것으로는 독일국 비에이에스에프(BASF)사의 상품명 PRHF-650, PTHF-2000등이 있는바, 그중에서도 PTHF-1000이나 PTHF-2000 등을 사용할 경우에는 내스크래치성이 다소 떨어지는 경향이 있으므로 PTHF-650을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 식에서 m은 6-42의 정수이다.
상기 일반식(Ⅰ)의 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 제조에 사용되는 폴리에스터 폴리올은 하기 일반식(Ⅳ)로 표시되는 물질로서, 카복실기가 2개인 산과 하이드록실기가 2개인 알콜의 축합반응으로 얻을수 있는데, 경화도막의 경도 등을 고려하여 수산기 200-250, 분자량 450-560의 폴리에스터 폴리올을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 식에서 R4는 탄소수 2-10인 지방족, 환상 지방족 또는 방향족 화합물이고, R5은 탄소수 2-10인 지방족, 환상 지방족 또는 방향족 화합물이며, n은 1-3의 정수이다.
전기한 폴리에스터 포리올의 제조에 사용되는 카르복실기가 2개인 산에는 옥살산, 말론산, 석신산, 그루탈산, 아디프산, 프탈산, 말레인산, 테레프탈산등이 있으며, 하이드록시기가 2개인 알코올에는 에틸렌글리콜, 디에틸렌그리콜, 네오펜틸렌글리콜 등이 있다.
상기 일반식(Ⅰ)의 우레탄 올리고머의 제조에 사용되는 폴리실록산은 하기 일반식(Ⅴ)로 표시되는 분자량 50-1000을 갖는 물질이다. 이러한 폴리실록산의 대표적인 것으로는 신월사의 상품명 KF-6001, KF-6002, KF-6003등이 있으나 KF-6002, KF-6003은 바니쉬의 점도가 낮고 내스크래치성이 다소 떨어지므로 KF-6001을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 식에서, R6과 R7은 알킬, 할로알킬, 시아노알킬 또는 알켄일이고, k는 1-18의 정수이다.
상기식에서 디이소시아네이트와의 반응시 사용되는 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산은 5-90/5-90/5-90의 중량비로 혼합하여 사용하는데 도막의 경도 및 물리적 성질을 고려할 때 중량비가 25-35/25-35/30-50로 되도록하는 것이 바람직하다.
전술한 바와같이 우레탄 올리고머로서 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산의 혼합물을 사용하였을 때 경우에는 기존의 순수 우레탄 올리고머를 사용한 경우와는 달리 폴리실록산 특유의 Si-O 결합에의해 우레탄 구조에 유리와같은 실록산 결합이 도입되어 저표면 에너지에의한 슬립성이 부여되므로 도막 표면의 내마모성, 내스크래치성, 내용제성 및 경도등이 개선된다.
상기식 일반식(Ⅲ),(Ⅳ),(Ⅴ)이 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산이 결합된 디이소시아네이트의 나머지 관능성기에 전술한 일반식(Ⅱ)의 하이드록 시기를 함유한 아크릴레이트를 부가 반응시켜 공지의 방법으로 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 제조한다. 이때 사용되는 하이드록시기 함유 아크릴레이트로는 하이드록시에틸아크릴레이트, 하이드록시에틸메타아크릴레이트, 하이드록시프로필아크릴레이트, 하이드록시프로필메타아크릴레이트, 하이드록시부틸아크릴레이트, 하이드록시부틸메타아크릴레이트 등이 있다.
상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 제조시 사용되는 디이소시아네이트로는 이소프론 디이소시아네이트(3-이소시아네이트, 메틸 3,5,5-트레메틸싸이크로헥실이소시아네이트), 4,4'-디싸이크로헥실메틸렌 디이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1-6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 옥타데실렌 디이소시아네이트, 1-4-싸이크로헥실렌디이소시아네이트, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트 등이 있는바, 플라스틱용 자외선 경화형 도막 조성물에는 전술한 디이소시아네이트 중에서도 이소프론 디이소시아네이트, 4,4'-디싸이크로헥실메틸렌 디이소시아네이트 등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 반응성 올리고머인 우레탄 아크릴레이트는 도막의 내스크래치성 및 제반물성을 고려하여 사용량은 5-90 중량%를 사용할 수 있는바, 상기 범위를 벗어날 경우, 즉 5 중량 %이하를 사용할 경우에는 내스크래치성이 불량하게 되고 90중량 % 이상을 사용할 경우에는 작업성이 불량하게 된다.
본 발명의 반응성 모노머는 올리고머와 함께 중합되어 도막의 물성에 영향을 주는 것으로 한 종류나 그 이상의 모노머를 사용할 수 있는데, 주로 사용되는 것은 알코올과 불포화 카르본산을 에스테르 반응시켜 제조한 아크릴산 에스테르 모노머이다. 아크릴산에스테르 모노머로는 1,3-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 데트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리프로필렌그릴콜 디아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트등이 있는데, 도막의 물성 및 경제적인 면을 고려하여 1,6-헥산 디올 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 트릴메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리스톨테트라아크릴레이트 등이 유용하게 사용된다. 사용량은 바니쉬 조성물 전체의 5-80중량 % 사용할 수 있는데 점도 등을 고려하여 20-60 중량 % 사용하는 것이 바람직하다.
광개시제는 자외선에 의해 활성을 나타내는 통상의 중합개시제를 사용하는데 벤조페논계, 벤질디메틸케탈계, 아세토페논계, 안트라퀴논계, 티옥산톤계 등의 화합물을 사용하며, 바니쉬 조성물 전체의 0.5-10중량% 사용한다. 특히 이러한 광개시제의 대표적인 것으로는 하이드록시-싸이크로헥실페닐케톤, 2,2-디메톡시-2페닐아세토폐논, 벤조페논, 페닐-2-하이드록시-2-프로필케톤 등이 있다.
레벨링제는 실리콘 디아크릴레이트계나 실리콘 폴리아크릴레이트계의 화합물을 바니쉬 조성물 전체의 0.1-5중량% 사용한다.
플라스틱 성형품에 대한 도장 작업은 스프레이, 디핑, 롤라코팅등으로 하는데, 도장 방법은 플라스틱의 재질, 성형품의 형성, 도막 두께 등에 따라 유리한 방법을 선택할 수 있다.
이러한 도장방법에 따라 각각 다른 점도가 요구될때는 휘발성 희석제를 첨가하여 적당한 점도로 조절하여 사용할 수 있다.
또한 휘발성 희석제는 도장 작업시 경화전에 플라스틱 성형품의 표면에 화학적인 충격을 주어 도막의 부착성을 증대시킨다. 사용 가능한 희석제로는 케톤류, 알코올류, 아세테이트류, 방향족 화합물등이 있으며, 이들은 한가지나 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 사용량은 바니쉬와 희석제의 중량비가 4:1-1:3의 비율로 되도록 사용한다.
기타 첨가제는 도료 조성물에 사용되는 공지의 화합물을 용도 특성에 맞도록 적당량 첨가한다.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 제조방법 및 그 작용효과에 대해 구체적으로 설명한다. 그러나 다음의 예가 본 발명의 범주를 한정하는 것이 아니다.
[실시예 1]
이소프론 디이소시아네이트 222중량부에 아디프산과 네오펜틸 글리콜을 축합 반응시켜 생성된 분자량 448의 폴리에스터 폴리올 58중량부 PTHF 650 85중량부, KF-6001 30중량부 및 하이드록시에틸 아크릴레이트 116중량부를 반응시켜 우레탄 아크릴레이트를 제조하고, 이 우레탄 아크릴레이트 30중량부, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 10중량부, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 6.5중량부 2.2-디메톡시-2-페닐아세토페논 3중량부, 유시비사의 상품면 에베크릴 360 0.5중량부, 메틸에틸케논 30중량부, 이소프로필알코올 20중량부를 30-40℃에서 교반하여 광 경화형 바니시를 만든다.
[실시예 2]
실시예 1의 우레탄 아크릴레이트의 제조시에 이소프론디이소시아네이트 222중량부에 아디프산과 네오펜틸글리콜을 축합 반응시켜 제조한 분자량 448의 폴리에스터 폴리올 67중량부, PTHF-650 97중량부 및 KF-6001 25중량부를 사용하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성과 함량으로 광 경화형 바니쉬를 제조한다.
[실시예 3]
실시예 1의 우레탄 아크릴레이트의 제조시에 이소프론 디이소시아네이트 222 중량부에 아디프산과 네오펜틸글리콜을 축합반응시켜 제조한 분자량 448의 폴리에스터 폴리올 90중량부, PTHF-650 130중량부 및 KF-6001 12.4중량부를 사용하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조성과 함량으로 광 경화량 바니쉬를 제조한다.
[비교예 1]
실시예 1의 우레탄 아크릴레이트의 제조시에 이소프론디이소시아네이트 222중량부에 아디프산과 네오펜틸글리콜을 축합반응시켜 제조한 분자량 448의 폴리에스터 폴리올 134중량부를 사용하는 것 외에는 동일한 조성과 함량으로 광 경화형 바니쉬를 만든다.

Claims (3)

  1. 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 분자량 500∼3000의 폴리테트라 하이드로 퓨란 일반식(Ⅳ)로 표시되는 수산기 200∼250, 분자량 450∼500인 폴리에스터폴리올, 일반식(Ⅴ)로 표시되는 분자량이 50∼1000인 폴리실록산을 5∼90/5∼90/5∼90의 중량비로 배합 한 조성물에 환상 또는 방향족 디이소시아네이트의 한개의 관능기와 반응시킨 다음 다른 한개의 이소시아네이트 관능기를 하기 일반식(Ⅱ)의 말단에 하이드록시기를 함유한 아크릴레이트와 부가반응시키는 것을 특징으로 하는 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 내스크래치성이 우수한 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 제조방법.
    상기 식에서 X는 하기 일반식(Ⅲ)의 아크릴레이트 기간쇄이고, R1은 지방족, 환상 지방족 또는 방향족 화합물이며, Y는 폴리올, 폴리에스터 폴리올 및 폴리실록산이다.
    상기식에서 R2는 수소 또는 메틸기이고, R3는 탄소수 1-12인 알킬렌기이다.
    상기 식에서 m은 6-42의 정수이다.
    R6과 R7는 알킬, 할로알킬, 시아노알킬 또는 알켄일이고, k는 1-18의 정수이다.
  2. 일반식(Ⅰ)의 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 반응성 올리고머 5-90중량%, 반응성모노머 5-80중량%, 광개시제 0.5-10중량%, 실리콘계레벨링제 0.1-5중량% 및 기타 첨가제로 이루어진 도료조성물.
  3. 청구항 1에서 반응성모노머가 아크릴에스테르모노머임을 특징으로 하는 방법.
KR1019930031435A 1993-12-30 1993-12-30 우레탄 아크릴레이트 올리고머 제조방법 및 이 올리고머를 포함하는 자외선 경화형 도료 조성물 KR0154868B1 (ko)

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