무용제 타입 열경화형 대전방지제의 합성 및 코팅액 배합

이도현□하진욱

순천향대학교 신소재화학공학부

Formulation of Non-solvent Type Thermal Curable Coating Composition with Anti-static Function

Do-Hyun Lee□Jin-Wook Ha

Division of Material and Chemical Engineering, College of Engineering, Soonchunhyang University, Asan 336-745, Korea

서 론

전기 부도체로 알려진 플라스틱의 정전기 장해를 극복하는 방법은 여러 가지 제안[1, 4]되고 있는데 계면활성제를 이용하는 방법이 가장 보편적으로 사용되고 있다.  계면활성제는 대전 현상이 일어나는 표면과 계면에 특이한 활성능을 나타내기 때문에 최근 대전방지제로서 많은 연구가 진행되고 있다.  대전방지제는 사용법에 따라 외부용 대전방지제(external antistatic agents)와 내부용 대전방지제(internal antistatic agents)로 분류된다[5].  대전방지제는 일반적으로 수용액 상태로 사용하며 건조를 빠르게 하기 위하여 저비점의 유기용제 용액이 사용되는 경우가 일반적이다.  이러한 유기용제의 사용은 코팅공정에서 휘발성 유기물질(VOC)을 배출하게 되며 이로 인하여 대기/수질의 환경오염을 유발하게 된다.

최근 전세계적으로 환경오염원인 VOC에 대한 배출규제가 강화되고 그린라운드에 대한 관심이 대두됨에 따라 발암성이 강한 유기용제의 사용에 많은 제한을 받고 있다.  이에 따라 선진국에서는 물이나 알코올 같은 독성이 적은 극성용매를 용제로 사용하여 환경친화적이며 가공성을 높일수 있는 코팅제의 개발에 대한 연구가 진행되고 있다.  또한 고기능성을 보유한 신 재료의 개발을 위하여 소요되는 막대한 연구비와 연구기간을 줄이기 위하여 기존 물성을 상호 보완할 수 있는 물질이나 코팅기술 등의 개발에 많은 노력을 하고 있다.  특히 코팅기술은 경제성, 응용성 및 기능성을 다양하게 충족시킬 수 있는 방향으로 연구가 진행중이며 환경친화적이고 우수한 기능을 보유한 코팅제제의 개발에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.

본 연구에서는 환경오염원인 유기용제를 사용하지 않고 코팅액을 배합할 수 있는 무용제 타입 열경화형 대전방지제를 합성, 수용성 수지와 배합하여 열경화형 대전방지 코팅액을 제조하였다.  제조한 대전방지 코팅액을 PVC 바닥재에 열경화 방식으로 코팅, 형성된 코팅도막의 물성(표면의 경도, 접착력, 대전방지성, 내마찰성, migration등)을 자세히 고찰하였다.

실 험

본 연구에서 사용한 무용제 타입 열경화형 대전방지제(이하 □Ultramer 5530□으로 명칭)는 2-dimethylaminoethyl methacrylate를 사용하여 합성하였으며 알킬(alkyl)기를 가진 4차 암모늄염이다.  합성한 Ultramer 5530을 수용성 수지에 무게 기준으로 5∼30 wt%(이하 '5∼30 part'로 표기) 범위로 첨가하여 대전방지 코팅액을 제조하였다.

제조한 코팅액은 코팅두께를 조절할 수 있도록 제작된 #7(16□m), #9(21□m) 및 #12(28□m)의 코팅바(coating bar)를 사용하여 PVC 바닥재의 표면에 코팅하였다.  코팅된 바닥재는 muffle furnace를 사용하여 코팅온도 범위 80-160℃에서 2-20분 경화시킨 후 상온에서 24시간 건조하였다.  열경화 후 PVC 바닥재 표면에 형성된 코팅도막의 물성(표면의 경도, 접착력, 대전방지성, 내마찰성, migration등)을 자세히 고찰하였다.

결과 및 고찰

경화조건에 관계없이 일반적으로 Ultramer 5530의 첨가량이 증가할수록 PVC 바닥재의 표면저항은 현저히 감소하였다.  대전방지 코팅 처리 전 PVC 바닥재의 표면저항은 일반적으로 1012□이었으며 코팅 후 표면 전기저항은 최대 108□까지 감소시킬 수 있었다.  그러나 Table 1의 결과에서 보듯이 저온(80℃)의 경화에서는 Ultramer 5530의 첨가량이 10 part이상이 되면 코팅액의 표면 migration현상에 의하여 표면물성이 저하됨을 알 수 있었다.  이러한 표면 migration현상은 경화온도를 100℃이상으로 상승시키면 해결할 수 있었으나 150℃로 경화하였을 경우 표면저항이 현저히 증가하여 대전효과가 떨어지는 것으로 나타났다(Table 2).  반면 Table 3의 결과에서 볼 수 있듯이 코팅층의 두께는 표면저항에 큰 영향을 주지 않았다.

Table 1. Ultramer 5530의 첨가량이 코팅도막의 물성에 미치는 영향

(경화조건 : 80℃, 20분)

물성		경도(H)	부착률(%)	저항 *109□	Migration
Part	Bar No.
5	7	-	-	10	없음
	9	3	90	10	없음
	12	4	100	4	없음
6	7	4	98	3	없음
	9	4	100	16	없음
	12	4	97	20	없음
7	7	4	100	1.1	없음
	9	4	100	7	없음
	12	4	95	5	없음
8	7	4	100	0.22	없음
	9	4	96	7.5	없음
	12	4	99	0.018	없음
9	7	4	100	0.3	없음
	9	4	100	0.2	없음
	12	4	97	0.5	없음
10	7	4	100	0.0035	심함
	9	4	100	0.001	심함
	12	4	100	0.002	심함
20	7	4	100	0.0018	매우심함
	9	4	100	0.002	매우심함
	12	4	100	0.001	매우심함

Table 2. 경화조건이 형성된 코팅도막의 물성에 미치는 영향

(경화조건 : 150℃, 2분)

경화온도 (℃)	경화시간 (분)	경도 (H)	부착률 (%)	저항 *109□	Migration
80	20	4	100	0.0035	매우심함
100	1	4	100	0.38	없음
	2	4	100	0.15	없음
120	1	4	100	0.2	없음
	2	4	100	0.1	없음
150	2	4	100	8	없음

Table 3. 코팅도막의 두께가 PVC 바닥재 표면저항에 미치는 영향

(경화조건 : 150℃, 2분)

Part	코팅 두께(Bar No.)
	16□m(#7)	21□m(#9)	27□m(#12)
5	3.8 ×1010	4.2 ×1010	4.8 ×1010
8	3.6 ×109	3.6 ×109	6 ×109
11	2 ×108	1.8 ×108	1.5 ×108

결 론

본 연구에서는 알킬(alkyl)기를 가진 친수성 4차 암모늄염인 Ultramer 5530을 합성, 수용성 수지와 배합하여 PVC 바닥재에 열경화 코팅을 하였다.  대전방지 코팅 처리 전 PVC 바닥재의 표면저항은 일반적으로 1012□이었으며 코팅 후 표면 전기저항은 최대 108□까지 감소하였다.  Ultramer 5530의 첨가량 증가에 따른 부착률, 표면경도 등의 물성 변화는 크지 않았으나 저온의 경화에서는 Ultramer 5530이 10 part이상 첨가되면 표면 migration현상이 심하게 일어났다. 본 연구결과 다음과 같은 몇 가지 결론을 얻을 수 있었다.

♠ 무용제 타입 열경화형 대전방지제(Ultramer5530)을 합성, 수용성 수지와 배합	하여 PVC 바닥재에 코팅을 실시한 결과 Ultramer 5530의 첨가량이 10 part	이상이 되면 저온 경화에서 표면 migration현상이 일어났으며 이를 제외한	물성(표면의 경도, 접착력, 대전방지성, 내마찰성)은 우수함을 알 수 있었다.

♠ 코팅액 배합시 대전방지제의 첨가량이 10 part 미만에서 우수한 코팅도막을	얻을 수 있었으나 대전효과는 상대적으로 적었다.

♠ 경화온도는 100-120℃가 적당하였으며 이 온도범위에서 1-2분 열경화를 하였	을 때 코팅층의 물성이 우수함을 알 수 있었다.

참고문헌

1.	G. Woods, "The ICI Polyurethane Books", 2nd Ed., John Wiley & Sons,	Inc., Chichester(1990).

2.	C.-H. Jung, H.-S. Park, and Y.-K. Kim, J. of Korean Ind. & Eng.	Chemistry, 4(1), 54(1993).

3.	P. F. Soto, M. Herraez, A. Gozales, and J. A. de Saja, Polymer Testing,	13, 77(1994).

4.	J.-W. Ha and K.-H. Whang, J. of Korean Ind. & Eng.	Chemistry, 12(1), 1(2001).

5.	J.-B. Ahn, H.-K. Cho, C.-N. Jeong, and S.-T. Noh, J. of Korean Ind. &	Eng. Chemistry, 8(2), 230(1997).