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문제 정의
- 본 연구에서는 기존 PVC상재에 사용되는 용제형 광경화 도료를 대체하고, 바닥재로 많이 사용되는 PVC타일의 마모현상을 방지하기 위한 표면강화 기능을 개선할 수 있는 환경친화적이며 내마모성(Wear-resistant)을 지닌 광경화형 수성도료에 대한 연구를 진행 하였으며, 본 하드코팅 연구를 바탕으로 복합기능을 갖는 PVC Tile을 개발중에 있다.
제안 방법
- PVC Tile의 내마모성을 증가시키기 위해 일반 UV코팅액(국산, (주)큐엔탑)에 Al2O3(alumi -num oxide) 내마모제 Al-160SG-3(일본, Sho -wa Denko사), Al(OH)3(aluminum hydroxide) 내마모제 SH-8W(국산, (주)KC)와 SiO2(silicon dioxide) 내마모제 KS-5000(국산, (주)21세기실리카)을 수지의 양 대비 10%, 20%, 30% 함량으로 조절하여 첨가하였다. 일반 UV코팅액의 조성은 표 1과 같다.
- 이러한 마모현상을 방지하기 위하여 소재의 표면을 코팅함으로써 환경 친화적이며 복합기능성을 지닌 광경화형 하드코팅제를 제조하였다. 기존의 우레탄-아크릴 수지에 내마모성을 증가시키기 위해 서로 다른 3종의 내마모제 Al2O3 (Al-160SG-3), Al(OH)3 (SH- 8W), SiO2(KS-5000)을 첨가하여 PVC Tile에 코팅한 후 그 물성을 관찰하였다.
- 부착력평가는 ASTM D 3359에 근거하여 코팅 표면에 1mm간격으로 십자형의 칼집을 내어 100개의 정방형을 만들고 3M 테이프를 잘 밀착시켜 일정한 힘으로 수회 떼어내어 코팅 층과 기재와의 밀착정도를 관찰하였다. 코팅의 박리등급에 따른 자세한 기준은 그림 5와 같다.
- 내마모제의 함량을 30%이상 첨가할 경우 점도가 높아져 Ring Mill을 할 수 없었다. 시료는 내마모제의 품명과 함량에 따라 각각 세 가지로 분류하여 표기하였고, 연구에 사용된 내마모제의 종류와 Particle Size, 첨가된 함량은 표 3에 나타내었다.
- 주로 바닥재로 많이 사용되어지고 있는 일반 PVC 바닥상재의 경우 바닥재 위에 놓이는 물건이나 사람, 또는 물건의 마찰에 의해 표면에 손상이오거나 마모가 일어나게 된다. 이러한 마모현상을 방지하기 위하여 소재의 표면을 코팅함으로써 환경 친화적이며 복합기능성을 지닌 광경화형 하드코팅제를 제조하였다. 기존의 우레탄-아크릴 수지에 내마모성을 증가시키기 위해 서로 다른 3종의 내마모제 Al2O3 (Al-160SG-3), Al(OH)3 (SH- 8W), SiO2(KS-5000)을 첨가하여 PVC Tile에 코팅한 후 그 물성을 관찰하였다.
- 코팅된 PVC Tile의 hardness 평가 중 내마모성은 Steel wool tester기(국산, K사)로 Tile 표면에 각각 500g과 1kg의 하중으로 Steel wool을 20회 왕복한 후 육안 관찰로 1～3등급으로 평가하였다. 긁힘이나 흠이 없다면 1등급, 긁힘이 5줄 이하이면 2등급, 5～10줄이면 3등급, 그 외는 등급이하로 구분하였다.
대상 데이터
- PVC Tile의 알맞은 하드코팅의 조건을 찾기 위하여 Particle size가 다른 Al2O3(aluminum oxide)분말과 Al(OH)3(aluminum hydroxide), SiO2(silicon dioxide)분말의 함량을 조절하여 하드 코팅액을 제조하였다. 내마모제의 함량을 30%이상 첨가할 경우 점도가 높아져 Ring Mill을 할 수 없었다.
- UV코팅액과 내마모제를 배합하기 위해 Ring Mill-RG25(국산, (주)암스텍 산업)를 사용하여 1720rpm으로 30분간 밀링하여 하드 코팅액을 제조하였다. 제조한 코팅액을 10cm×10cm 크기의 PVC Tile에 두께조절이 가능한 두 가지 Bar-coater(No.
데이터처리
- 코팅두께의 측정은 초음파 multi-layer 코팅 두께 측정기(미국, Defelsko, positector ® 100)로 5회 측정 후 평균값으로 평가하였다.
이론/모형
- 경도는 연필경도 측정기로 KS M ISO 15184에 기준하여 PVC Tile 표면에 45도 각도로 규정된 연필의 심을 대고 500g의 하중으로 5회 왕복 후 긁힘 정도에 따라 평가하였다.
성능/효과
- 부착력은 Al2O3의 하드코팅의 결과와 같은 5B로 최상등급이 나왔고, 코팅 두께도 적절하게 나왔다. Al(OH)3의 하드코팅의 결과 분말함량이 많을수록, 우수한 것으로 나타났다.
- 43㎛이므로 적절하게 나왔다. Al2O3의 하드코팅의 결과 분말 함량이 많을수록, 코팅두께가 두꺼울수록 우수한 것으로 나타났다.
- 내마모성 Test 결과 K-10은 하중 500g에서 2등급, 하중 1kg에서 3등급으로 나오고, K-20, 30에서는 하중 500g에서 1등급, 하중 1kg에서 2등급으로 동일한 결과가 나왔다. 연필경도에서는 HB～H로 우수한 결과를 보였고, 그 중에서 K-20은 Bar-coater에 따라서 연필경도가 HB인 No.
- 내마모성 Test 결과 S-10은 모두 등급이하로 좋지 않은 결과를 얻었고, S-20, 30은 하중 500g에서 3등급, 하중 1kg에서는 모두 등급이하로 동일한 결과를 얻었다. 연필 경도 Test결과 S-10에서는 HB에서도 표면 물성을 보여 가장 낮은 등급으로 평가되었으며, S-20, 30은 HB로 동일하게 나왔다.
- 43㎛)로 코팅한 PVC 바닥상재가 내마모성 1등급, 연필경도 H, 부착력 100%로 가장 좋은 물성을 보였다. 따라서 전반적으로 입자크기가 작고, 함량이 높을수록, 또한 코팅 두께가 두꺼워질수록 경도 및 내마모성이 우수한 것으로 판단된다.
- 12가 한 단계씩 높은 다른 결과를 보이고 나머지 시료는 동일한 결과가 나왔다. 부착력은 ASTM D 3359 부착력 평가에 따라 최상등급인 5B로 모두 매우 우수하였고, 코팅두께는 Bar-coater No.7으로 코팅 시 16㎛이고, No.12으로 코팅 시 27.43㎛이므로 적절하게 나왔다. Al2O3의 하드코팅의 결과 분말 함량이 많을수록, 코팅두께가 두꺼울수록 우수한 것으로 나타났다.
- 12에서 H로 한 등급 더 높게 나와 코팅두께가 두꺼워질수록 경도 및 내마모성이 우수한 것으로 판단된다. 부착력은 Al2O3, Al(OH)3내마모제의 코팅층 물성평가와 같이 모두 최상등급인 5B로 매우 우수하였으며, 코팅 두께 역시 Bar-coater No.7은 16～18㎛, Bar-coater No.12는 27～28㎛로 적절하게 나왔다.
- 이는 내마모성, 연필경도 Test의 결과가 비교적 좋지 않아 코팅 두께의 차이가 없는 것으로 판단된다. 부착력은 Al2O3의 하드코팅의 결과와 같은 5B로 최상등급이 나왔고, 코팅 두께도 적절하게 나왔다. Al(OH)3의 하드코팅의 결과 분말함량이 많을수록, 우수한 것으로 나타났다.
- 연구결과, Al2O3 (Al-160SG-3) 분말 30%와 수지를 혼합하여 제조한 하드 코팅액을 Bar -coater No.12 (27.43㎛)로 코팅한 PVC 바닥상재가 내마모성 1등급, 연필경도 H, 부착력 100%로 가장 좋은 물성을 보였다. 따라서 전반적으로 입자크기가 작고, 함량이 높을수록, 또한 코팅 두께가 두꺼워질수록 경도 및 내마모성이 우수한 것으로 판단된다.
- 내마모성 Test 결과 K-10은 하중 500g에서 2등급, 하중 1kg에서 3등급으로 나오고, K-20, 30에서는 하중 500g에서 1등급, 하중 1kg에서 2등급으로 동일한 결과가 나왔다. 연필경도에서는 HB～H로 우수한 결과를 보였고, 그 중에서 K-20은 Bar-coater에 따라서 연필경도가 HB인 No. 7보다 No. 12에서 H로 한 등급 더 높게 나와 코팅두께가 두꺼워질수록 경도 및 내마모성이 우수한 것으로 판단된다. 부착력은 Al2O3, Al(OH)3내마모제의 코팅층 물성평가와 같이 모두 최상등급인 5B로 매우 우수하였으며, 코팅 두께 역시 Bar-coater No.
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