초록 ▼

최종목표
- TVOC free(1mg/m2·h 이하) PCM 코팅용 광경화형 코팅소재 개발
- 열경화 공정 대비 생산성 증대 Roll-to-Roll 방식의 광경화 코팅공정 개발
- 고선영성, 부착성, 고내후성, Bending 등 고기능성 광경화형 코팅소재 및 공정개발

개발내용 및 결과
광경화형 코팅은 자외선에 의한 화학 반응으로 인해 경화되는 코팅으로써 경화 반응 메카니즘은 크게 라디칼 반응과 양이온 반응으로 구분 된다. 또한 광경화 코팅제의 주성분은 광개시제, 반응형 희석제로 사용되는 모노머, 올

최종목표
- TVOC free(1mg/m2·h 이하) PCM 코팅용 광경화형 코팅소재 개발
- 열경화 공정 대비 생산성 증대 Roll-to-Roll 방식의 광경화 코팅공정 개발
- 고선영성, 부착성, 고내후성, Bending 등 고기능성 광경화형 코팅소재 및 공정개발

개발내용 및 결과
광경화형 코팅은 자외선에 의한 화학 반응으로 인해 경화되는 코팅으로써 경화 반응 메카니즘은 크게 라디칼 반응과 양이온 반응으로 구분 된다. 또한 광경화 코팅제의 주성분은 광개시제, 반응형 희석제로 사용되는 모노머, 올리고머 및 첨가제 등으로 구성되어 있다. 본 기술개발 과제에서 PCM에 적용 가능한 High end급(고선영 90이상) 광경화형 코팅제 개발을 위해 아래와 같이 올리고머 연구, 코팅제 Formulation 연구 및 코팅 공정 연구 등을 진행하였다.
광개시제 종류에 따른 코팅제 물성 테스트 결과 α-Hydroxy ketone type의 광개시제 적용 시 경화성 및 변색 등의 물성이 가장 우수하였다.
모노머 종류에 따른 코팅제 물성 테스트 결과 1관능 type의 모노머 2종(모노머 1, 2) 적용 시 점도, 경도, 가공성 및 부착성이 가장 우수하였으며 모노머 1 대비 Tg가 높은 모노머 2 적용 시 경도가 향상됨을 확인하였다.
모노머 1과 구조가 유사하거나 Tg가 낮은 모노머의 종류에 따른 코팅제 물성 테스트 결과 모노머 3 적용 시 낮은 Tg로 인한 유연성 향상과 EO그룹에 의한 경화성(표면 경화) 향상으로 경도가 향상됨을 확인하였다.
주관기관인 조광페인트에서 합성한 우레탄 아크릴레이트 올리고머(올리고머 2) 적용
- 폴리올 종류(Ether, carprolactone, carbonate)에 따른 우레탄 아크릴레이트 올리고머 합성 및 코팅제 적용 테스트 결과 Carbonate type 폴리올 적용 시 경도, 가공성 등의 물성이 가장 우수하였다.
- Carbonate type 폴리올을 사용하여 Isocyanate 종류(HDI trimer, 뷰렛 type, IPDI trimer, IPDI)에 따른 우레탄 아크릴레이트 올리고머 합성 및 코팅제 적용 테스트 결과 IPDI trimer type isocyanate 적용 시 경도 및 부착성이 향상됨을 확인하였다.
주관기관인 조광페인트에서 합성한 우레탄 아크릴레이트 올리고머(올리고머 3) 적용
- 저점도를 구현하기 위해 특수 모노머를 사용하고 점도가 낮고 기타 물성이 우수한 IPDI type isocyanate를 사용하여 합성한 저점도 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 코팅제에 적용하여 저점도화 및 표면 선영성이 향상됨을 확인하였다.
참여기관인 미원스페셜티케미칼에서 합성한 불소 아크릴레이트 올리고머(올리고머 6) 적용
- 불소 아크릴레이트 올리고머의 낮은 표면장력으로 인해 Wetting성 및 Levelling성이 향상되어 표면 선영성이 향상됨을 확인하였다.
무기물(유기물에 나노 사이즈 무기물 분산) 종류에 따른 코팅제 물성 테스트 결과 Alumina type의 무기물(Hybrid 1) 적용 시경도 향상 및 크랙 개선에 효과가 있는 것을 확인하였다.
참여기관인 필스톤에서 합성한 POSS(Polyhedral oligomeric silsesquioxanes, Hybrid 2)를 적용
- 다관능인 POSS 적용에 따라 빠른 경화성으로 인해 경도가 향상됨을 확인하였다.
참여기관인 미원스페셜티케미칼에서 합성한 Dendritic 아크릴레이트 올리고머(Dendrimer)를 적용
- 저점도이면서 경화 시 수축률이 적은 Dendritic 아크릴레이트 올리고머를 적용하여 경도가 향상됨을 확인하였다.
레벨링제 종류에 따른 코팅제 물성 테스트 결과 광경화형 실리콘 폴리에테르 아크릴레이트 type의 레벨링제 적용 시 선영성, 외관, 슬립성, 소포성 및 광택 등이 가장 우수함을 확인하였다.
소포제 종류에 따른 코팅제 물성 테스트 결과 광경화형 실리콘 아크릴레이트 type의 소포제 적용 시 작업성, 소포성, 상용성 및 외관 등이 가장 우수함을 확인하였다.
앞서 선정한 소재들을 바탕으로 본 기술개발 과제의 최종 Formulation을 확립하기 위한 테스트를 실시하였다. 그 중 올리고머 연구에서는 3차년도에 적용하였던 실리콘 아크릴레이트 올리고머(올리고머 5)를 대체하여 불소 아크릴레이트 올리고머(올리고머 6)를 적용하였을 때 낮은 표면장력으로 인해 Wetting성 및 Levelling성이 향상되어 표면 선영성이 향상됨을 확인하였다.
또한 불소 아크릴레이트 올리고머의 적용으로 표면 Slip성이 향상되어 경도가 향상되었으나 실리콘 아크릴레이트 올리고머 대비 불소 아크릴레이트 올리고머의 낮은 유연성으로 인해 가공성이 저하되었으며 이를 보완하기 위해 올리고머와 모노머의 배합을 조정하였다.
저하된 가공성을 향상시키기 위해 유연성이 우수한 단관능 모노머(모노머 1)의 함량을 증가시킨 결과 가공성은 향상되었지만 점도가 저하되는 결과가 나타났다.
가공성을 향상시키면서 점도 저하를 막기 위해 유연성이 우수한 단관능 모노머(모노머 1)의 함량을 증가시키면서 저점도 우레탄아크릴레이트 올리고머(올리고머 3)의 함량을 감소시킨 결과 점도가 저하되지 않으면서 가공성이 향상됨을 확인하였다.
상기와 같은 연구 내용으로 최종 정량적 목표치를 모두 만족하였으며 이를 바탕으로 주관 기관인 조광페인트에서는 약 12억 7천만원의 판매 실적을 달성하였다.(PCM 기준 100억원 이상 상당)

기술개발 배경
현재 PCM을 생산하는 대부분의 기업들은 일반적으로 유기 용제를 포함하는 유성 타입의 코팅제를 사용하여 PCM을 제조하고 있다. 일반적으로 유성 타입의 코팅제는 가격이 저렴하며 물성이 우수하다는 장점이 있으나, 제조 공정에서 휘발성 유기화합물(VOCs)이 다량 발생하게 되어 환경적인 문제로 이슈화 되고 있고 이와 동시에 작업자의 건강 등 인체 유해성 문제를 야기한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 수성 타입의 코팅제, 휘발성 유기화합물 함량을 최소화한 코팅제의 UHS(Ultra High Solid)화 및 분체 도료와 같은 코팅 기술이 있지만 기존 유성 타입에 비해 물성 저하, 생산성 감소, 단가 상승, 휘발성 유기화합물 배출 및 연속식 공정 적용 불가 등의 문제점을 가진다.
본 기술개발 과제에서는 PCM제조에 사용되는 코팅제를 광경화형 코팅제로 도입하여 상기 제시된 문제를 해결하고자 하였다.
광경화형 코팅제는 휘발성 유기화합물의 함유량이 Zero에 근접하고 코팅 공정의 특성상 짧은 시간에 코팅 도막을 형성하여 생산성 및 작업성의 증대를 기대할 수 있다. 또한, 기존의 유성 타입의 코팅제를 사용할 때보다 짧은 공정 단계를 확보할 수 있어 이에 동반되는 코팅 라인의 최소화를 통해 코팅 설비 비용 및 설비 공간을 절감할 수 있으며 코팅 공정에서 사용되는 에너지 효율에서도 큰 이점을 가지고 있다.
현재 PCM 시장은 세계 1~2위 수요 업체가 국내 기업이고 2015년 12월에 공식적으로 발효된 한중 FTA를 기점으로 중국산 저가형 철강 제품들의 수입량이 매년 증가되면서 그 점유율이 높아져가고 있는 상황이며 이에 따라 국내 철강 가격이 지속적으로 감소하고 있는 추세이다.
본 기술개발 과제를 통해 이러한 위기를 극복하고자 하며 원천기술 확보와 고부가가치 제품 개발을 통해 PCM의 고급화, 고기능화를 실현하고 시장에서의 독보적인 기술적 위치를 확보하고 자한다. 특히 환경 문제와 한중 FTA에 초점을 맞추어 TVOC Free, 에너지 절감형 고선영 PCM 코팅소재 및 공정을 개발하고자 하였다.

핵심개발 기술의 의의
2000년대 이후 국내외 선진 기업에 의해 광경화형 코팅제를 PCM 제조에 도입하려는 시도가 진행되었다. 2001년 유럽의 철강과 코팅제 업체들은 친환경적이며 고선영을 구현할 수 있는 광경화형 코팅 기술의 도입을 시도하였으나 Base 기재와의 부착력과 외관 품질의 문제로 상업화되지 못하였다.
국내에서는 2007년 전후로 P社와 S社 그리고 F社가 공동 연구하여 광경화형 PCM 코팅제를 개발하였으나 소비자가 요구하는 외관, 가공성 및 경도에 도달하지 못하여 상업화가 진행되지 못하였다.
이와 같이 친환경적이면서도 코팅 도막의 물성, 작업성, 생산성 등을 확보할 수 있는 광경화형 코팅제의 개발이 절실히 필요한 실정이며 개발 난이도 또한 상당히 높은 실정이다.
본 기술개발 과제를 통해 본 컨소시엄에서는 세계 최초로 광경화형 PCM 코팅제를 개발하고자 하였으며 신규 개발된 기술을 바탕으로 FTA를 통해 유입되는 저가형의 코팅제 또는 제품 등에 대한 방어와 역수출을 통한 국가 경쟁력을 확보하는데 그 의의를 두고 있다.

적용 분야
가전용, 엘리베이터용, 건자재용, 방화문용 등

(출처 : 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 14
• 목차 ... 27
• 제 1 장 서론 ... 28
• 제 1 절 과제의 개요 ... 28
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 43
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 43
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 46
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 49
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 454
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 454
• 제 3 장 결과 ... 456
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 456
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 468
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 473
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 474
• 제 5 절 안전관리 이행 현황 ... 480
• 제 4 장 사업화 계획 ... 485
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 485
• 제 2 절 사업화 계획 ... 487
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 489
• 부록 ... 491
• 끝페이지 ... 500