초록 ▼

1. 최종 목표
(1) 세라믹 변성 아크릴수지와 AAEM을 사용한 고형분 80% 수지의 합성기술 개발
(2) 비오염성 및 항균성을 가진 폴리우레탄 도료의 제조기술 개발
2. 사업의 목적 및 중요성
도료산업은 도장공정 뿐만 아니라 제품 자체에서도 환경유해 물질이 배출되는 문제점을 안고 있으며 가장 문제시 되는 것이 VOC이다. 이러한 환경문제에 대응하기 위해 연구되고 있는 것으로는 환경친화적인 수계도료, 분체도료 및 high solids 도료 등이 있다. 이 중에서도 high solids(HS) 도료는

1. 최종 목표
(1) 세라믹 변성 아크릴수지와 AAEM을 사용한 고형분 80% 수지의 합성기술 개발
(2) 비오염성 및 항균성을 가진 폴리우레탄 도료의 제조기술 개발
2. 사업의 목적 및 중요성
도료산업은 도장공정 뿐만 아니라 제품 자체에서도 환경유해 물질이 배출되는 문제점을 안고 있으며 가장 문제시 되는 것이 VOC이다. 이러한 환경문제에 대응하기 위해 연구되고 있는 것으로는 환경친화적인 수계도료, 분체도료 및 high solids 도료 등이 있다. 이 중에서도 high solids(HS) 도료는 다른 도료에 비해 작업성이 우수하고 종래의 제조·도장설비를 그대로 사용할 수 있다는 장점을 지니고 있다. HS 도료는 유성계의 소수성 도막이므로 대부분의 친유성 오염물질과 친화력이 좋아 오염물질이 쉽게 흡착할 뿐만 아니라 흡착된 오염물질의 제거가 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 저오염형 또는 비오염형 도료의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 연구에서는 이를 위해 세라믹 복합화 기술의 연구를 통해 비오염성 HS 세라믹 변성 아크릴-우레탄계 투명도료를 개발하고, 이를 이용하여 시스템공법의 상용화 기술개발을 통하여 다양한 용도의 제품을 개발하고자 한다. 이처럼 복합적인 시스템을 갖춘 도료는 친유성에서 친수성이라고 하는 표면의 성질 변화가 나타나게 되어 초기 오염성이 낮으며, 세척성이 우수하고, 건조되기 쉬운 성질을 가지는 것으로 이것은 종래의 기술로서는 불가능한 영역이었다.
최근에 들어서 자동차용 도료의 물성면에서 스크래치(scratch)가 보이기 쉬운 짙은 색의 증가, 자동차 세차기의 보급과 세차회수의 증가, 또 고급화를 지향함에 따라 내마모성이 중요한 항목이 되었다. 이러한 내마모성의 개선책으로는 탄성변형 영역을 확대해서 파괴에너지를 크게 하는 방법과 유연하면서도 점착성이 없고, 도막의 건조속도와 표면경도를 높이는 방법이 있다. 따라서, 이러한 기능을 보유한 고기능성의 자동차 상도용 도료의 개발이 요구되고 있다. 위의 제반 문제점을 해결하기 위해서 아크릴수지에 연질 사슬성분의 관능성기을 도입하여 가교시키면 고탄성과 고내구성을 동시에 발현하면서 도막의 탄성 변형영역 확대와 큰 파괴에너지를 얻을 수 있게 된다.
환경친화적인 비오염성 도료가 갖추어야 할 조건으로 도막형성시 발생하는 용매의 휘발을 최소화해야 하는데 이를 위해서는 불휘발분을 가능한 극대화 하여야 한다. 또한 내오염성을 높이기 위하여 도막의 건조속도를 빠르게 하고 표면경도를 높여 점착성이 없으며, 가교밀도가 높아 기공이 없는 치밀한 도막을 형성해야 하고, 도막표면을 친수성으로 하여 빗물에 의한 오염 방지 및 환경오염(배기가스, 매연 등)에 의한 친유성 물질이 건물 외벽에 쌓여 빗물에 의해 침투되는 것을 방지하기 하여야 한다. 이처럼 비오염성이며, 환경 및 인체에 대한 영향을 최소화 할 수 있는 HS 비오염성 도료의 연구 및 개발의 필요성이 시급히 대두되고 있다.
3. 사업의 내용 및 범위
가. 1차년도 목표, 개발내용 및 범위
(1) 1차년도 목표
(가) 세라믹 변성 아크릴수지의 최적 합성조건 연구
(나) 세라믹 변성 아크릴수지와 AAEM를 사용한 고형분 80% 수지의 최적 합성조건 연구
(다) 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 생산공정 개발
(2) 1차년도 개발내용 및 범위
1차년도에는 주 수지인 세라믹 변성 아크릴수지의 HS화를 위한 수지설계 및 합성에서 개시제농도 및 chain transfer agent에 의한 점도 및 분자량 조절, 반응온도, 합성방법 등을 검토하여 최적의 세라믹 HS 아크릴수지를 합성하였고, 경화제로서 무황변성 폴리이소시아네이트를 사용하여 투명 도료를 제조한 다음, 도료점도, 건조시간, 광택, 연필경도, 가사시간 등의 기본 물성평가를 통하여 적합한 물성을 나타내는 경화시스템을 결정하고자 하였다. 또한 주 수지의 물성연구에서는 모노머의 종류, 유리전이온도(Tg), 수산기가 등을 변경하여 내수성, 비오염성 등의 기능을 갖는 고기능성 수지를 합성하고자 하였다.
(가) 세라믹 변성 아크릴수지의 최적 합성조건 연구
① 세라믹 변성 아크릴수지의 최적합성을 위한 개시제, 연쇄이동제 조건연구
② 세라믹 변성 아크릴수지의 최적합성을 위한 반응온도 및 적하시간 조건연구
③ 치환 세라믹의 종류와 량에 따른 변성 아크릴수지의 특성변화 연구
(나) AAEM과 각 모노머와의 최적 반응조건 연구
불휘발분 80%에서 점도 1200∼2000cps(Brookfiled 점도계/25℃)인 HS형 아크릴수지를 개발하기에 앞서 우선적으로 불휘발분 75%, Tg ＋50℃로 시험에 착수하였으며, 연질 성분으로 관능성 모노머인 AAEM과 caprolactone acrylate 모노머를 사용하고, 수산기 모노머로 2-hydroxyethyl methacrylate를 사용하여 수산기가를 변화시키면서 최적 반응조건을 결정하고자 하였다.
① AAEM(혹은 caprolactone acrylate 모노머)의 사용량 변화에 따른 점성도 및 분자량 변화 연구
② 수산기가 변화에 따른 점성도 및 분자량 변화 연구
FT-IR, NMR에 의한 구조분석
GPC에 의한 분자량 변화 측정
회전점도계에 의한 점성도 변화 측정
DSC에 의한 Tg 측정
(다) 세라믹 변성 HS 아크릴수지와 폴리이소시아네이트에 의한 기본물성 평가 연구
본 연구에서는 AAEM(혹은 caprolactone acrylate 모노머), 수산기가, 세라믹 물질을 변화시킨 세라믹 변성 HS 아크릴수지와 폴리이소시아네이트의 NCO/OH 당량비를 1/1로 하여 아크릴/우레탄 투명도료를 제조하고 도막의 기본 물성을 평가하여 최적의 배합조건을 결정하고자 하였다. 합성한 세라믹 변성 HS 아크릴수지 중에서 7종과 Vianova resin VSM1565(고형분 : 70%, 수산기가 : 145)의 8가지 수지와 경화제로 무황변성인 폴리이소시아네이트로 Bayer사 Desmodur N3600(NCO : 23%)를 NCO/OH의 당량비 1/1로 하여 분산제, 소포제, 광안정제, UV 흡수제, 레벨링제 등을 사용하여 투명도료를 제조한 다음, 도료의 기본특성을 평가하였다.
① 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 연질성분인 AAEM(혹은 caprolactone acrylate 모노머)의 사용량 변화에 따른 도료의 특성변화 연구
② 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 수산기가 변화에 따른 도료의 특성변화 연구
③ 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 세라믹 물질 변화에 따른 특성변화 연구
도료점도(Zahn cup #2)
건조시간
가사시간
연필경도
광택(60°경면광택도)
나. 2차년도 목표, 개발내용 및 범위
(1) 1차년도 목표
(가) 세라믹 변성 HS 아크릴수지와 폴리이소시아네이트의 종류에 따른 도막물성 연구
(나) 세라믹 변성 HS 아크릴수지와 폴리이소시아네이트의 NCO/OH 당량비에 따른 도막 물성 연구
(다) 폴리우레탄 도료에 사용되는 첨가제(용매, 반응성희석제 등)분석 및 최적 배합조건 연구
(라) 폴리우레탄 도료의 항균 및 비오염 특성 연구
(마) 폴리우레탄 도료의 경화특성 연구
(바) 저장안정성 및 도장작업성 연구
(사) 대량 생산공정 및 상용화 연구
(2) 2차년도 개발내용 및 범위
2차년도에는 세라믹 변성 HS 아크릴수지와 경화제로서 무황변성 저점도의 폴리이소시아네이트를 사용하여 가장 우수한 물성을 얻을 수 있는 경화 시스템을 결정하고자 하였다. 또한 내곰팡이성 및 비오염성 등의 기능을 갖는 고기능성 도료를 제조하고자 하였다.
(가) 세라믹 변성 HS 아크릴수지와 폴리이소시아네이트의 종류에 따른 도막물성 연구 : 세라믹 변성 HS 아크릴수지와 비황변성 저점도의 폴리이소시아네이트 종류에 따른, 최적의 배합으로 저점성도를 유지하여 스프레이 작업성이 우수하고, 도막물성이 우수한 폴리우레탄 도료의 최적 제조조건을 구하고자 하였다.
① 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 분자량 및 Tg에 따른 도막물성 연구
② 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 OH value에 따른 도막물성 연구
③ 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 연질성분인 AAEM(혹은 Tone M-100)에 따른 도막물성 연구
④ 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 세라믹의 종류와 변성함량에 따른 도막물성 연구
⑤ 폴리이소시아네이트의 종류에 따른 최적의 배합조건 연구
접착성 시험(cross-cut, ISO 2409), 도막경도(JIS K-5400의 연필경도법), 내마모성 (FS 141C-6192.1의 도료의 내마모성 시험방법)
건조시간(KS M 5000-2512의 도료의 건조시간 시험방법), 가사시간(JIS K-5400, 4.9)
촉진내후성(KSM 5000-3231의 도료의 촉진내후성 시험방법, ASTM G-53, 광택변화: KS M 5000-3312)
선영성(Wave Scan, Tension value, Haze gloss)
(나) 세라믹 변성 HS 아크릴수지와 폴리이소시아네이트의 NCO/OH 비에 따른 도막 물성 연구
세라믹 변성 HS 아크릴수지의 Tg, 수산기 및 관능성기를 감안한 폴리이소시아네이트와의 NCO/OH 당량비에 따른 폴리우레탄 도료의 도막물성을 비교, 검토하고자 하였다.
① 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 점성에 따른 폴리이소시아네이트와의 NCO/OH 당량비에 의한 도막물성 연구
② 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 분자량에 따른 폴리이소시아네이트와의 NCO/OH 당량비에 의한 도막물성 연구 ? 접착성 시험, 도막경도, 내마모성, 건조시간, 가사시간, 촉진내후성, 선영성
(다) 폴리우레탄 도료에 사용되는 첨가제(반응성 희석제 등)의 최적 배합조건 연구
도료제조시 용매, 반응촉매, 분산제를 비롯한 각종 첨가제와, 고고형화하기 위한 반응성 희석제로 blocked amine 등을 도입하여 저점도 고고형화할 수 있는 최적의 조건을 구하고자 하였다.
① Blocked amine으로 aldimine, ketimine, oxazolidine의 블렌드에 의한 고고형화 연구
② HBI(hydrogen bonding index) 차이가 있는 용매변화에 의한 고고형화 연구
점도(Zahn cup #2, ASTM D 4212), 고형분 측정, TI(thixotropic index)value 측정
혼합 용매의 HBI(hydrogen bonding index) 측정
(라) 세라믹 변성 HS 아크릴수지를 사용한 폴리우레탄 도료의 비오염 특성 연구
세라믹 변성 HS 아크릴수지와 폴리이소시아네이트를 사용한 폴리우레탄 도료의 내곰팡이성 및 비오염 특성을 비교, 검토하고자 하였다.
① 폴리우레탄 도료의 내항곰팡이 특성 연구
② 폴리우레탄 도료의 비오염 특성 연구
내곰팡이성 시험 (KS M 5000-3431)
비오염성 시험(명도지수차 측정 : ΔL : -3.0 이하)
(마) 저장안정성 및 도장작업성 연구
① 폴리우레탄 도료의 저장기간에 따른 도료의 유변학적 특성 연구
② 첨가제에 다른 폴리우레탄 도료의 도장작업성에 대한 연구
항온항습기에 의한 점성도 변화 측정
붓, roller, air-spray를 사용하여 피도면의 평활성 관찰
(바) 대량 생산공정 및 상용화 연구
고고형분으로 저점성으로 스프레이 작업성이 우수하며 비오염 특성을 갖는 도료의 대량생산 공정설계 및 상용화 최적조건을 결정하고자 한다.
① 세라믹 변성 HS 아크릴수지의 공정설계 및 대량 생산공정 최적화 연구
② 폴리우레탄 도료의 배합공정 설계 및 생산공정 최적화 연구
4. 사업 결과
연구논문 발표실적
1."아크릴/우레아 가교폴리머의 하이솔리드 도료에의 적용", 한국유화학회, 충북대학교(1999. 10.15).
2."하이솔리드 도료용 아크릴수지의 합성", 한국유화학회, 한국과학기술회관(2000. 11.9).
연구논문 게재실적
1."High Solids 아크릴수지 합성과 폴리우레탄 도료의 도막물성 연구", 동양공업전문 대학 논문집, 제23집, pp. 129-154 (2000).
2."하이솔리드용 아크릴수지의 합성", 한국유화학회지, 17(4), pp. 233-239 (2000).
지적재산권 현황
1. 대한민국 특허 (출원번호 : 10-2000-0009441) 출원일 : 2000. 02. 25 하이솔리드 아크릴수지 조성물 및 그 조성물을 함유하는 도료
2. 대한민국 특허 (출원번호 : 10-2001-0006448) 출원일 : 2001. 02. 09 하이솔리드 아크릴수지 조성물 및 그 조성물을 함유하는 비오염성 도료
3. 국제 특허(일본 특허, 출원번호 : 2000-340059) 출원일 : 2000. 11. 08 하이솔리드 아크릴수지 조성물(하이솔리드 아크릴수지 조성물, 하이솔리드 아크릴수지 조성물을 포함하는 도료 및 하이솔리드 아크릴수지 조성물의 제조방법)
기술개발 결과
(가) 세라믹 변성 아크릴과 AAEM을 사용한 고형분 70%수지의 합성기술 개발
불휘발분 : 고형분 70%에서 점도 1200-2000 cP인 HS 아크릴수지
유리전이온도 : +30∼+40℃로 설계
수산기 함량 : OH value 120∼150
모노머 조성 : 내후성을 고려하여 styrene/(methyl)acrylate= 15/85 도막의 친수성을 위해 에틸실리케이트 단량체 3∼5% 변성
(나) 비오염성 및 항균성을 가진 폴리우레탄 도료의 제조기술 개발
도막 성능
고선영성, 내스크래치성, 내후성, 내오염성 등의 도막성능이 본과제의 목표 및 기술개발 범위 이상으로 달성되었음.
단지 도막경도는 목표물성에 미달 2H(목표물성 : 3H).
(다) 비오염성 및 내곰팡이성을 가진 자동차 보수용 하이솔리드 폴리우레탄 투명도료의 상품화 예정
5. 기대효과
- 환경개선 효과
(가) VOC 배출감소에 의한 환경개선 효과
- 경제적 기대 효과
(가) 저공해, 자원절약형 high solids 수지를 합성하여 경화제인 무황변성 폴리 이소시아네이트와 반응에 의한 비오염성 폴리우레탄 도료로서 자동차 보수용 투명 도료의 국제경쟁력 강화로 매출증대의 효과
(나) 관련 도료산업에의 응용확대로 수입수지 대체에 따른 원가절감 효과
(다) 선진국의 기술이전 기피현상의 국제 환경속에서 기술자립을 위한 발판을 구축하여 지속적인 기술력 향상이 기대
(라) 자동차 보수용 도료 뿐만 아니라 일반 공업용 도료의 고품질화에 적용될 수있는 우수한 성능을 갖는 고기능성 수지 및 도료기술로 타소재로의 파급효과가 클 것으로 예상

목차 Contents

• 제 1 장 서 론
  제 2 장 이론적 고찰
  1 절 High solids 아크릴수지
  1. 아크릴수지
  2. High solids 아크릴수지
  가. 분자량
  나. 관능기
  다. 용해도
  라. 유리전이온도
  2 절 High solids 아크릴/우레탄수지 도료
  1. 폴리우레탄 도료
  2. 하이솔리드 도료
  가. 저점성 아크릴 폴리올
  나. 저점성 폴리이소시아네이트
  다. 반응성 희석제
  라. 하이솔리드화의 제약 요인
  3 절 자동차 보수용 도료
  4 절 비오염성 도료
  1. 친수화 기구
  2. 도막 표면의 특성 평가 방법
  3.　분자궤도법
  가. 분자궤도 계산 방법
  나.　분자 궤도법에 의한 생성열 및 계면 특성의 계산 결과
  4. 초활수 메커니즘
  5 절 Pendulum 점탄성 측정
  6 절 촉진내후성 시험
  1. 화학적 열화
  2. 외적 열화
  3. 열화에 의한 변화
  4. 내후성 평가방법
  제 3 장 실 험
  1 절 시 약
  2 절 아크릴수지의 합성
  3 절 기기분석
  4 절 아크릴수지의 점도 측정
  5 절 고형분 측정
  6 절 도료 제조
  7 절 도료의 물성시험
  1. 시편 제작
  2. 물성시험 방법
  가. 점성도 측정
  나. 건조시간 측정
  다. 경도 측정
  라. 60o 경면 광택도 측정
  마. 가사시간 측정
  바. 촉진오염성 측정
  사. 촉진내후성 측정
  아. 접착성 측정
  자. 내곰팡이성 측정
  차. 선영성 측정
  파. 평활성 측정
  타. 경화거동 측정
  제 4 장 결과 및 고찰(1)
  1 절 합성조건에 따른 분자량 및 점성도 변화
  1. 반응개시제 및 연쇄이동제의 영향
  2. 반응공정에 대한 영향
  2 절. 아크릴수지의 합성 확인
  3 절 아크릴수지의 점도 및 분자량 변화
  4 절 아크릴/우레탄수지 도료의 배