초록 ▼

본 기술 개발은 새로운 분자구조를 갖는 환경 친화적인 다관능성 반응형 광안정제로서 기존의 수입제품인 시바스페셜티사의 첨가형 광안정제에 비해 우수한 성능을 유지하면서 가격면에서도 저렴한 제품 개발을 목표로 한다. 환경 친화형 다관능성 광안정제를 개발하기 위해 한분자내에 6개의 아크릴 관능기와 라디칼 스카벤저(HALS)가 포함된 UCH2 그리고 한분자내에 3개의 아크릴 그룹, HALS 및 자외선 흡수기(UVA)가 포함된 UCHA를 합성 및 성능평가를 하였다. 이들 두 물질 모두 기존제품인 시바스페셜티사의 첨가형 광안정제에 비해 반응형이

본 기술 개발은 새로운 분자구조를 갖는 환경 친화적인 다관능성 반응형 광안정제로서 기존의 수입제품인 시바스페셜티사의 첨가형 광안정제에 비해 우수한 성능을 유지하면서 가격면에서도 저렴한 제품 개발을 목표로 한다. 환경 친화형 다관능성 광안정제를 개발하기 위해 한분자내에 6개의 아크릴 관능기와 라디칼 스카벤저(HALS)가 포함된 UCH2 그리고 한분자내에 3개의 아크릴 그룹, HALS 및 자외선 흡수기(UVA)가 포함된 UCHA를 합성 및 성능평가를 하였다. 이들 두 물질 모두 기존제품인 시바스페셜티사의 첨가형 광안정제에 비해 반응형이기 때문에 수세나 마모에도 탈락되지 않아 우수한 광안정성을 보여주었다. 특히, UCHA는 한 분자내에 HALS 및 UVA를 동시에 가지고 있는 반응형 광안정제이기 때문에 광안정 효과가 UCH2보다 더 뛰어났다. UCHA가 도료 조성물에 포함되었을 때, 광안정 성능을 평가하기 위해서 실험계획법 Tool을 이용하여 확인하였다. 실험계획법 연구에서 반응형 광안정제 UCHA가 포함되었을 때, 광경화 성능을 훼손되지 않게 하는 방법으로 장파장 개시제 Irgacure 819 그리고 단파장 광개시제 Darocure 1173의 1:3 최적비를 도출하였다.
개발된 반응형 광안정제 UCHA의 개발효과를 부각시키기 위해서 가장 시장규모가 큰 투명방음벽용 하드코팅제에 UCHA를 포함시켜 최적의 도료 배합조성물을 도출하였다. 투명방음벽용 하드코팅제가 갖아야 할 또 다른 물성으로 내오염성이 필요하다. 내오염성을 부여하기 위해 반응형 4급 암모늄(AF1)을 설계 합성하였다. AF1은 한분자내 아크릴 그룹과 4급 암모늄그룹을 가지고 있기 때문에 도막 내에 친수성을 부여 도막의 접촉각을 낮춰주며 빗물에 의해 쉽게 오염물이 세척되는 셀프 크리닝 효과(self-cleaning)가 있다. 개발된 UCHA 및 AF1을 양산실험하기 위해 bench scale 인 20 liter 및 pilot scale인 1000 liter 반응기에서 단계적으로 scale up 연구를 실시하였다. 이들 두 반응형 첨가제가 아크릴 그룹을 갖고 있기 때문에 반응 중 겔화 방지를 위해 중합금지제인 4-메톡시 페놀을 첨가하여 이들 문제를 해결하였다. 또한 양산화된 반응형 광안정제 및 4급 암모늄이 첨가된 투명방음벽용 하드 코팅제를 300 kg scale로 생산하였다. 생산된 방음벽용 하드코팅제는 (주)고려소재에서 흐름코팅(flow coating)을 통한 실 line test를 실시하였다. 이들 실험으로부터 개발된 방음벽용 하드코팅제의 건조 조건 및 UV 경화조건을 도출하였다. 투명 방음벽용 하드코팅제가 코팅된 폴리카보네이트 쉬트를 촉진내후성 시험 및 옥외폭로 시험결과 우수한 내후성 및 내오염성 성능을 보여주었다. 특히 첨가형 광안정제인 Tinubin 400이 배합된 시편보다 본 연구개발에서 개발된 UCHA 및 AF1이 포함된 도료가 코팅된 시편이 더 우수한 내후성 및 내오염성을 보여주었고 그 지속성 또한 우수하였다.
본 연구에서 개발된 반응형 광안정제가 자외선 경화형 도료에 적용 사용할 경우 종래의 문제가 되어왔던 자외선 경화형 도료의 옥외적용의 한계를 극복할 수 있었음을 방음벽용하드코팅제 사례를 통해 실증하였다. 본 연구에서 개발된 방음벽용 하드코팅제가 시장에 출시되면 이의 핵심소재인 반응형 광안정제 또한 시장 진출이 기대된다. 향후 반응형 광안정제가 적용된 각종 캐노피의 하드코팅, 각종 윈도우 등 다양한 용도 개발이 진행될 것이다.
이는 긍극적으로 환경 친화형 도료인 자외선 경화형 도료의 옥외 적용확대를 통한 환경보호에 연결된다.

Abstract ▼

UV-curable coatings has now become a well accepted technology which has found a large variety of industrial applications because of its unique advantages, i.e., a solvent-free resin transformed almost instantly into a highly cross-linked polymer, at ambient temperature. Although there has been a ste

UV-curable coatings has now become a well accepted technology which has found a large variety of industrial applications because of its unique advantages, i.e., a solvent-free resin transformed almost instantly into a highly cross-linked polymer, at ambient temperature. Although there has been a steady research effort today in this area with respect to both their reactivity(faster and more complete cure) and the final properties of the UV-cured coatings, outdoor application of UV curable coating has been limited due to its weak weathering resistance. To overcome this problem, it has been attempted the stabilization of the UV-cured films by addition of light stabilizers, combination of UV absorbers (UVA) and radical scavengers (HALS). A reactive light stabilizer (UCHA) containing an UV absorbance group, a radical scavenger and acryl groups in the same molecular was synthesized and investigated its performances. The weathering performance of UV-curable coatings could be significantly improved by using both the reactive light stabilizer and an optimized photoinitiator combination. From the studies of UV curing kinetic experiments, combination of Irgacure 819 and Darocure 1173 was preferable in the ratio of 1:3. A hard coating formulation including the UCHA was prepared for the clear soundproof wall coating of road. Outdoor resistance of the coated films was tested in an accelerated QUV-weatherometer, and IR spectroscopy was used to monitor quantitatively the chemical changes occurring upon QUV irradiations. The exposure results obtained with UCHA proved that the UV-curable coating can be applicable to the outdoor application.

목차 Contents

• 제출문...1
• 보고서 초록...2
• 요약문...4
• SUMMARY...7
• COMTEMTS...8
• 목차...10
• 그림목차...13
• 표목차...17
• 제1장 서론...19
• 제1절 연구개발의 목적 및 필요성...19
• 제2장 국내외 기술개발 현황...21
• 제1절 국외 현황...21
• 제2절 국내 현황...21
• 제3절 국내외 유사기술과의 차별성...21
• 제4절 연구개발사업 성과의 사업화 가능성...22
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...23
• 제1절 연차별 연구개발수행 내용...23
• 제2절 1차년도 연구개발수행 내용 및 결과...23
• 1. 문헌 조사 및 기초물질 분자 설계...23
• 2. 자외선 경화형 코팅의 광안정화 기구...29
• 가. 고분자의 노화...31
• 나. 광안정제의 분류...34
• 3. 환경 친화적 자외선 경화형 힌더드아민 광안정제 분자 설계 및 합성...39
• 가. 연구 추진 방법...39
• 나. 연구의 내용 및 범위...39
• 다. 실험 내용...39
• 라. 자외선 경화형 힌더드아민 광안정제의 물성...58
• 마. 결과...71
• 4. 환경친화적인 분자 내 광안정 및 자외선 흡수기능을 동시에 함유한 아크릴유도체 분자 설계 및 합성...71
• 가. 연구 추진 방법...71
• 나. 실험 내용...72
• 다. 분자 내 광안정 및 자외선 흡수기능을 동시에 함유한 아크릴 유도체의 물성...84
• 라. 결과...99
• 5. 광안정화 기능성 다관능 아크릴 유도체 설계 및 합정 조건 확립...99
• 가. 광안정성 다관능 아크릴 유도체 설계...99
• 나. 설계된 분자의 적용실험...104
• 다. 다관능성 광안정제 설계 및 합성조건 확립...105
• 라. 결과...108
• 6. 분자 내 다관능성 아크릴레이트를 함유한 HALS 및 분자 내 HALS와 UV absorber를 동시에 갖는 다관능성 아크릴 유도체의 분자 설계, 합성 조건 확립 및 물성조사...108
• 가. 분자 내 다관능성 아크릴레이트를 함유한 HALS 유도체 설계...108
• 나. 분자 내 다관능성 아크릴레이트를 함유한 HALS(UCH2)의 합성 내용...109
• 다. 분자 내 HALS와 UV absorber를 동시에 갖는 다관능성 아크릴 유도체의 분자 설계...119
• 라. 분자 내 HALS와 UV absorber를 동시에 갖는 다관능성 아크릴 유도체(UCHA)의 합성 내용...120
• 마. 합성된 UCH2 및 UCHA 유도체의 배합 및 물성 시험...127
• 바. 첨가형 광안정제와 합성된 UCH2 및 UCHA 광안정제를 함유한 자외선 경화형 코팅도료의 물성 조사...134
• 사. 결과...157
• 제3절 2차년도 연구개발수행 내용 및 결과...157
• 1. 서론...157
• 가. 연구개요...157
• 나. 실험...158
• 2. 합성된 반응형 HALS 및 UVA와의 상승작용연구...162
• 가. 반응형 HALS 및 UVA와 광개시제 선정...162
• 나. UCH2가 포함된 표준도료 배합의 도막물성조사...165
• 다. UCHA가 포함된 표준도료 배합의 광경화도 연구...168
• 라. UCHA가 포함된 표준도료 배합의 내후성 시험...174
• 3. 실험계획법을 응용한 HALS 및 UVA의 최적비 유도...178
• 4. 광안정제를 포함한 배합물의 경화물성연구 및 최적의 광경화형 조성물의 배합확립...192
• 가. 투명방음벽용 하드코팅제 조성물 설계 및 목표물성...195
• 나. 투명방음벽 하드코팅제의 광경화도 및 Yellow Index...198
• 다. 투명 방음벽의 내오염성 시험...204
• 라. 투명 방음벽 용 하드코팅제 최적배합...215
• 5. 결론...218
• 제4절 3차년도 연구개발수행 내용 및 결과...218
• 1. 서론...218
• 2. 반응형 광안정제(UCHA) 양산...219
• 가. 반응성 광안정제 UCHA 20 liter 양산실험...222
• 나. 반응성 광안정제 UCHA 500 liter 양산실험...228
• 3. 반응형 광안정제(UCHA)가 포함된 투명방음벽용 하드 코팅제 양산...230
• 가. 반응형 4급(AF1) 암모늄염 pilot 양산...230
• 나. 옥외용 하드코팅제 양산...234
• 다. 반응형 광안정제(UCHA) 양산규격...237
• 4. 투명방음벽용 하드코팅제의 UV 경화조건 및 표면물성 측정 및 방법...237
• 가. 투명방음벽용 하드코팅제의 코팅기술 개발...237
• 나. 투명방음벽용 하드코팅제의 표면물성 측정 및 방법...245
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...253
• 제1절 연구개발 최종목표 및 달성도...253
• 1. 반응형 광안정제 개발 및 연구수행 내용...253
• 2. 방음벽용 하드코팅제 개발 및 연구수행 내용...254
• 제2절 연구개발 성과...256
• 제3절 대외 기여도...256
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...257
• 제1절 관련정책, 시장수요에 대한 대응 정도...257
• 제2절 상품화 및 실용화 가능성 정도...257
• 제3절 시장성과 관련한(수출효과/수입대체) 매출발생 가능 정도...258
• 제6장 참고문헌...259