KR100247519B1 - 수성도료 조성물 - Google Patents

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KR100247519B1 KR1019930001683A KR930001683A KR100247519B1 KR 100247519 B1 KR100247519 B1 KR 100247519B1 KR 1019930001683 A KR1019930001683 A KR 1019930001683A KR 930001683 A KR930001683 A KR 930001683A KR 100247519 B1 KR100247519 B1 KR 100247519B1
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가지노데쓰로오
나가사끼마사히로
스도노부히로
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후지이 히로시
닛본 페인트 가부시끼가이샤
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Abstract

칠공정에서 물품에 미부착되어 남아 있는 도료조성물을 수집하기 위해 이용되는 세척수로 부터 회수될때, 의도하는 코팅 특성을 보유한, 재사용에 적당한 수성도료조성물. 이 수성도료조성물은 산가가 25 내지 100, 수산가가 35 내지 200, 그리고 용해도 변수(SP)가 10.0 내지 11.0 인 알키드수지와 아크릴수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 수용성수지로 이루어진다.
도료조성물은 또한 수용성수지보다 용해도 변수(SP)가 0.5 내지 3.0 만큼 큰 경화제를 포함한다.

Description

수성도료조성물
제1도는 본 발명의 도료가 사용되는 도료회수시스템을 도시하는 개략도,
제2도는 또다른 도료회수시스템을 도시하는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 1A : 코팅 부스 2, 2A : 스프레이
3, 3A : 농축조 4, 4A : 여과장치
5, 5A : 여액조 6, 6A :세척수
7, 7A : 물로 희석된 도료 8, 8A : 여액
9 : 유기용매 10 : 용매조
[발명의 분야]
본 발명은 수성도료조성물, 더욱 상세하게는 코팅 부스에서 사용된 세척수로부터 회수한후 재사용하기에 적당한 수성도료조성물에 관한 것이다.
[종래기술의 설명]
코팅부스내에서 물품을 스프레이 코팅하는 현장에서 다량의 코팅 또는 도료물질이 물품으로부터 떨어져 미부착상태로 남아 부스내에 도료물질의 분말을 초래한다. 그러한 도료물질은 세척수를 사용하면 거기에 분산 또는 용해된 상태로 수집할 수 있다.
도료물질이 다량으로 회수되므로 세척수와 함께 도료물질을 폐기하면 물질의 경제적인 손실 및 더 나아가 환경 오염을 초래한다.
이 문제를 피하기 위해 예컨대 일본 특개소 49-51324호에 개시된 것처럼 재사용을 위해 세척수로부터 도료물질을 회수하는 것이 제안되어 왔다.
이 공보는 알키드 수지와 아크릴수지 따위의 수용성 수지와 안료로 이루어지는 수성도료조성물을 한외여과막 또는 역삼투압을 이용하여 세척수로부터 회수하는 방법을 개시하고 있는데, 여기서 세척수로 희석된 도료조성물을 막을 통해 여과하여 수용성 수지와 안료의 농도를 도료조성물을 재생이용하기 위한 원래의 농도에 근접한 수준까지 증가시킨다.
그러나 이 여과방법은 수용성 수지를 물에 분산시키기 위해 수성도료조성물에 흔히 수 퍼센트 함유되는 수용성 유기용매를 성공적으로 회수하지는 못하는데 이로 인하여 유기용매가 주로 물과 함께 막을 통과할 것이다.
이 결과로, 회수된 도료조성물은 농축시 수용성 수지 또는 비이클 및 안료의 분리 또는 응집을 초래하고 이와 같이 회수된 도료조성물로 코팅시에 바람직하지 않은 흡수팽윤을 초래할 수도 있는 저농도의 유기용매로 인해 불리해진다.
이 문제를 해소하기 위해 수성도료조성물에 높은 산가 및 수산가를 가진 알키드 및 아크릴수지 따위의 수용성 수지를 혼입함으로써 증가된 수용성을 갖도록 제안되었다. 그러나 이 안은 습기와 열수에 대한 내성을 저하시키고 또한 내충격성을 저하시키는 또다른 결점을 초래한다고 밝혀졌다.
더욱이 수성도료조성물은 용매로 희석된 도료와는 대조적으로 건조 속도를 조절할 수가 없기 때문에 도료를 도포하는 동안, 특히 다습한 환경에서 새깅(sagging; 느슨해짐)이 일어날 수 있다는 것을 알게 되었다. 새깅이 널리 퍼져 있을 경우 코팅을 한번 하여서는 비교적 두껍게 코팅할 수 없기 때문에 코팅 작업성이 저하된다. 도료의 새깅을 제거하기 위해 에멀션 형태로 증점제를 혼입하려는 시도를 해왔다. 그러나 증점제는 시간이 지남에 따라 융합되는 경향이 있어 때때로 나뭇결 표면을 초래하는 등 코팅성을 떨어뜨릴 수도 있다.
[발명의 개요]
본 발명은 상기 문제를 고려하여 달성되었고, 재사용하기 위해 의도하는 코팅특성을 보유한채로 세척수로부터 회수 및 농축한 후 분리 및 융합을 방지할 수 있는 증점제 에멀션을 혼입할 필요없이 새깅이 없도록 할 수 있는 수성도료조성물을 제공하는 것이 주목적이다. 상기한 우수한 코팅 특성을 달성하기 위해 본 발명의 수성도료조성물은 산가가 25 내지 100이고 수산가가 35 내지 200이고 용해도 변수(SP)가 10.0 내지 11.0인 알키드 수지와 아크릴 수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 수용성 수지로 이루어지고 수용성 수지의 경우보다 0.5 내지 3.0만큼 더 높은 용해도 변수(SP)를 가진 경화제를 혼입하여 제조된다.
[발명의 설명]
본 발명을 이제 상세히 설명할 것이다.
도료 코팅을 형성하기 위해 수성도료에 포함되는 수용성 수지는 알키드 수지와 아크릴 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되고 단독으로 또는 함께 사용될 수 있다. 알키드 및 아크릴 수지는 25 내지 100의 산가(AV), 35 내지 200의 수산가 및 10.0 내지 11.0의 용해도 변수(SP)를 가지도록 선택된다.
AV가 25 보다 작거나 OHV가 35 보다 작거나, 또는 SP가 10.0 보다 작으면 알키드 및 아크릴 수지는 수용해도 (친수성도) 가 떨어져 회수된 도료조성물의 농축시 분리를 초래할 수도 있다. 반대고 AV가 100 보다 크거나 OHV가 200 보다 크거나 또는 SP가 11.0 보다 크면 수지는 지나치게 수용해도 (친수성도) 가 커져 결과의 도료 칠의 내수성을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는 알키드 및 아크릴 수지는 AV가 40 내지 70이고 OHV가 60 내지 150이 되도록 선택된다. 더욱이 알키드 수지는 오일 길이가 45 이하인 것이 바람직하다. 용해도 변수(SP)는 수지의 용해도에 대한 지수를 제공하고 [간행물 "J.P.S. A-1", vol. 5, pp 1671-1681, 1967에 있는 SUH, CLARKE의 발표 참조] 하기 조건하에 수지 샘플에 대한 측정을 통해 결정된다.
조건:
온도: 20℃
좋은 용매: 디옥산, 아세톤
나쁜 용매: n-헥산, 이온교환된 물
샘플: 트랜스퍼 피펫을 사용하여 100㎖ 비이커 중의 수지 0.5g에 좋은 용매 10㎖를 첨가하여 수지를 자기 교반기로 용해시켜 제조.
탁도측정에 의한 적정: 혼탁이 일어나는 적하량을 측정하기 위해 나쁜 용매를 샘플에 적하함.
상기 측정으로부터 용해도 변수(δ)를 하기 등식에 의해 얻었다.
여기서
Vi는 각 용매의 분자 부피를 나타내고;
는 각 용매의 적하량의 부피 퍼센트를 나타내고;
δi는 각 용매의 SP(용해도 변수) 를 나타내고;
ml은 저 SP의 나쁜 용매를 사용하는 혼합물 시스템을 나타내고;
mh은 저 SP의 좋은 용매를 사용하는 혼합물 시스템을 나타낸다.
본 발명의 도료조성물에 사용되는 경화제 또는 가교결합제는 0.5 내지 3.0 범위만큼 수용성 수지의 경우보다 더 높은 용해도 변수(SP)를 갖도록 제조되는 멜라민 수지와 벤조구아나민 따위의 아미노 수지를 포함한다.
상기 명시된 용해도 변수(SP)를 갖는 경화제를 혼입함으로써 경화된 알키드 및 아크릴 수지 코팅에 소수성을 부여할 수 있어 내습성과 내열수성 따위의 코팅특성을 향상시킬 수 있다.
수지의 경우보다 단지 0.5 이하만큼 더 높은 용해도 변수(SP)를 가지거나 수지의 경우보다 낮은 용해도 변수(SP)를 갖도록 경화제를 선택할 경우 결과도료조성물은 안정성이 떨어지고 따라서 분리를 초래할 것이다. 한편 경화제가 수지의 경우에 비해 3.0 만큼 보다 더 높은 용해도 변수(SP)를 가질 경우 결과의 도료조성물은 내습성, 내열수성 및 내새깅성에 관해 향상된 코팅 성능을 가진다고 기대되지 않는다. 더욱이 수성도료조성물은 에멀션에 증점제를 첨가할 필요가 없기 때문에 칠 형성시에 실질적으로 새깅이 없을 수 있다.
본 발명에 따른 수성도료조성물은 수용성 수지와 경화제 외에도 안료 및 수용성 유기용매를 포함할 수 있다.
안료는 0 내지 35%의 안료부피농도(PVC) 로 포함되는 것이 바람직하고, 이산화티탄, 탄소 및 퀴나크리돈 따위의 착색안료 및 탄산칼슘 따위의 체질 안료를 포함한다.
부틸 셀로솔브는 유기용매로 이용된다. 경화제는 바람직하게는 고체함량기준으로 50:50 내지 5:95의 비율로 알키드 및/또는 아크릴 수지에 혼입된다.
이와같이 제조한 도료조성물은 물로 희석된 도료로서 도포하기 위해 물로 희석된다. 도료를 코팅부스내의 물품에 스프레이 코팅하여 도포할 경우 물품에 부착되지 못하고 부스내에 현탁된채 남아있는 도료분말은 세척수에 용해 및/또는 분산되어 회수된다.
세척수에 들어있는 도료는 재사용하기 위해 원래의 고체농도까지 농축되도록 여과하여 수집된다.
제 1도는 스프레이(2) 로 코팅부트(1) 에서 도포되는 수성도료를 재사용하기 위한 도료회수시스템을 도시한다. 부트(1) 내에 남아있는 미부착 도료분말은 부트(1) 내에서 세척수(6) 에 용해 및/또는 분산되어 수집된다.
스프레이 코팅이 계속됨에 따라 세척수(6) 에서 수집되는 도료의 농도는 세척수(6) 의 비휘발분 함량의 농도가 증가됨에 따라 높아진다. 세척수(6) 의 비휘발분 함량이 소정의 수준에 이르면 세척수(6) 는 농축조(3) 로 공급되어 물로 희석된 도료(7) 로서 거기에 저장되었다가 농축을 위해 여과장치(4) 를 통해 여과된다.
여과장치(4) 는 예컨대 일본 특개소 49-51324호에 개시되어 있는 것과 같은 본분야 공지의 한외여과막이 있는 한외여과장치 또는 역삼투막이 있는 역삼투장치일 수 있다. 이와 같이 여과장치(4) 를 통해 농축된 물로 희석된 도료는 다시 그곳에서 여과하기 위해 여과장치(4) 에 다시 공급되도록 농축조(3) 로 다시 공급된다.
이 농축 싸이클은 도료가 원래의 비휘발분 농도까지 농축될 때까지 반복되고 그후에 이 농축된 도료는 스프레이(2) 를 통해 스프레이 코팅에 재사용하기 위해 반송된다.
여과장치(4) 를 통해 물로 희석된 도료(7) 로부터 분리된 여액(8) 은 여액조(5) 에 모아져 부트(1) 내에서 세척수로 재사용하기 위해 반송된다.
여기서 본 발명의 수성도료조성물은 결과 칠에 소수성을 부여하기 위해 0.5 내지 3.0 범위만큼 알키드 및 아크릴 수지의 경우보다 더 큰 용해도 변수(SP)를 가지는 경화제를 포함하여 내습성과 내열수성이 향상되므로 비교적 수용해도가 큰 알키드 및 아크릴 수지를 이용하는 것이 가능하다.
이 결과 도료조성물은 농축 싸이클동안 수용성 유기용매의 함량이 저하될 때조차도 수지 분리뿐만 아니라 안료 융합이 없을 수 있어 도료코팅에 실질적인 흡수 팽윤이 없게된다. 또한 본 발명의 도료조성물은 새깅 방지를 위해 에멀션에 증점제를 혼입할 필요가 없기때문에 시간이 지남에 따라 비정상적인 코팅 문제의 발생을 크게 감소시킬 수 있다.
상기 논의한 것처럼, 수성도료조성물은 수지 분리 및 안료 융합을 일으키지 않아 코팅성능을 저하시키지 않고 재사용을 하기 위해 회수될 수 있다. 여기서 세척수중의 미부착도료의 수집 및 물로 희석된 도료로부터 물을 제거하기 위한 여과의 농축공정동안 이하 논의되는 것처럼 물과 함께 여과되는 용매를 보충하기 위해 물로 희석된 도료에 수용성 유기용매를 보충하는 것이 유리하다는 것에 주의해야 한다.
제 2 도는 수용성 유기용매를 보충할 수 있는, 수성도료 재사용을 위한 또다른 도료회수시스템을 도시하고 있다. 이 시스템은 용매조(10)를 포함하는 것을 제외하고는 제 1도의 시스템과 배치가 동일하다.
동일한 부품과 물건은 "A"를 덧붙인 동일한 도면 부호로 지정하였다.
제 1도의 시스템에서처럼 부스(1A)내 세척수(6A)에 모아지는 도료의 농도가 높아짐에 따라 세척수(6A)는 농축조(3A)에 공급되고 거기서 물로 희석된 도료(7A)로 저장되는데 이 물로 희석된 도료는 그후에 여과장치(4A)에 의해 여과된다.
농축을 위해 여과장치(4A)를 통해 물로 희석된 도료를 여과하는 동안 도료조성물에 함유되어 있는 부틸 셀로솔브 따위의 수용성 유기용매는 물과 함께 여과장치(4A)를 통과하여 물로 희석된 도료로부터 제거될 것이다.
유기용매의 부족을 보충하기 위해 제 2도의 시스템은 조(3A)내의 물로 희석된 도료에 유기용매(9) 를 공급하여 물로 희석된 도료가 유기용매(9) 로 보충되어 농축될 수 있도록 용매조(10)를 포함한다.
유기용매(9) 는 유기용매의 수지에 대한 비율이 원래의 도료조성물에 있어서의 경우와 크게 다르지 않는 수준으로 유지될 수 있도록 조금씩 계속해서 조(3A)에 공급되거나 물로 희석된 도료의 비휘발분 함량이 다른 소정의 수준으로 증가할 때마다 간헐적으로 공급될 수 있다. 보충되는 유기용매의 양은 성분 비율이 다른 도료조성물에 따라 다를 수 있으며 특정 도료조성물에 대해 실험적으로 결정될 수 있다.
따라서 이 회수시스템에서, 회수된 도료조성물은 원래의 도료조성물의 경우와 거의 같은 비휘발분 함량을 가질뿐만 아니라 유기용매를 물로 희석된 도료에 공급함으로써 유기용매(9) 의 물에 대한 비율이 원래의 것과 동일한 수준으로 유지될 수 있다. 따라서 회수된 도료조성물은 재사용을 위해 스프레이(2A)에 반송되도록 하는 방법으로 재순환될 수 있다.
회수된 도료조성물중의 유기용매의 함량을 원래의 수준 근처로 유지하는 이 공정에 의해, 수지는 그렇지 않으면 일어날 수도 있는, 도료조성물에 용해되어 있기 보다는 분산되는 것이 잘 방지될 수 있다.
이것은 안료의 융합 및 도료조성물의 분리를 방지하는데 효과적이고 결과 도료칠이 흡수팽윤되지 않도록 하는데 효과적이다. 본 발명의 도료조성물은 유기용매의 함량이 저하되었어도 안료융합 및 도료조성물의 분리가 방지되도록 제조되지만 회수되는 도료조성물에 유기용매를 보충하는 상기 안은 안료융합 및 도료조성물의 분리를 방지하는 점에서 코팅성능을 더욱 개선시키는데 바람직하다. 이와 관련하여 만일 그리고 일단 도료조성물의 분리가 회수되는 도료조성물의 농축시에 일어나면, 비록 본 발명의 도료조성물에서는 그렇지 않을 것이지만, 도료조성물은 유기용매를 후에 첨가하더라도 물에 수지를 용해시키는 균일한 상태로 돌리기가 힘들다는 것을 알았다.
이점에서 유기용매를 보충하는 것이 필요할 경우 농축후가 아니라 도료조성물을 농축하는 동안에 도료조성물에 유기용매를 보충하는 것이 대개 바람직하다.
부수적으로 상기 회수시스템은 안료융합 및 도료조성물의 분리를 방지하기 위하여 본 발명의 경우와는 다른 스프레이 코팅시에 어떤 수용성 도료조성물을 회수하는데도 성공적으로 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
하기 실시예들은 본 발명을 더 설명하는 것이다.
모든 부 및 퍼센트는 달리 언급이 없는한 중량을 기준으로 한다.
[실시예 1]
하기 성분들을 교반기 및 온도 조절계, 디캔터(decanter)가 구비된 용기에 둔 후, 열을 공급하며 교반하였다.
두유 지방산 35부; 및
이소프탈산 25부;
트리멜리트산 무수물 9부;
트리메틸롤프로판 31부;
크실렌 1부;
디부틸틴산화물 0.02부.
반응의 진행에 따라 생성된 물을 크실렌으로 공비증류하여 제거하고 결과수지가 산가 50 및 수산가 125를 가질 때까지 계속 열을 공급하였다. 수지를 부틸 셀로솔브로 희석하여 73중량% 의 고상성분을 갖는 알키드 수지 와니스를 얻었다.
이렇게 얻은 알키드 수지 와니스는 Z2의 가드너 점도 및 10.37의 용해도 변수(SP)를 가졌다. 수지 와니스를 디메틸에탄올아민으로 이론적으로 100% 중화한후, 탈염수를 가하여 비휘발성 성분 40중량% 를 갖는 수용성 알키드 수지 와니스 A를 제조하였다.
그후 실험실 혼합기를 사용하여 이산화티탄 및 실리카를 스테인레스-스틸용기안의 알키드 수지 와니스 A에 분산시켰다.
또한 SP = 11.47인 메탄올·에탄올-변성된 벤조구안아민을 수지 와니스에 분산시켜 표 1에 열거된 비율의 성분을 갖는 수성도료조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
SP = 11.90인 메탄올·부탄올-변성된 멜라민 수지를 경화제로 대신 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수성도료조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
하기 성분들을 교반기 및 온도조절계, 냉각기가 구비된 용기에 둔후, 120℃에서 교반하여 혼합물을 얻었다.
에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 76부; 및
다음으로 구성된 단량체 용액 61부:
스티렌 122부;
라우릴 메타크릴레이트 66부;
메타크릴산 23부;
아조비스이소부티로니트릴 3부.
그후, 같은 비율의 또다른 단량체 용액 245부를 3시간에 걸쳐 혼합물에 적가한 다음 1 시간동안 교반하였다. 그후, 디메틸에탄올아민 24부 및 탈염수 200부를 가하여 50%의 비휘발성 성분 및 평균 수지 분자량을 6000을 갖는 수용성 아크릴 수지 와니스 B를 제조하였다. 이렇게 얻어진 수지 와니스 B는 산가 50 및 수산가 95, SP 10.5를 가졌다.
그후, 실험실 혼합기를 사용하여 이산화티탄 및 실리카를 스테인레스-스틸 용기안의 아크릴 수지 와니스 B에 분산시켰다.
또한 SP = 11.47인 메탄올·에탄올-변성된 벤조구안아민을 수지 와니스에 분산시켜 표 1에 열거된 비율의 성분을 갖는 수성도료조성물을 제조하였다.
[비교예 1 내지 3]
실험실 혼합기의 사용에 의해 이산화티탄 및 실리카가 분산되어 있는 스테인레스-스틸 용기안의 실시예 1의 수용성 알키드 수지 와니스 A에 표 2에 열거된 경화제를 열거된 비율대로 가하여 각각의 수용성 도료조성물을 제조하였다.
[비교예 4]
하기 성분들을 교반기 및 온도조절계, 디캔터가 구비된 용기후 둔후, 열을 공급하여 교반하였다.
이소프탈산 30부;
트리멜리트산 무수물 5부;
Hatall FA-1 27부; #1)
트리메틸롤프로판 15부;
네오펜틸글리콜 11부;
BAP8 글리콜 5부; #2)
PPG 1000 5부; #3)
크실렌 2부.
#1) HARIMA KASEI CO., Japan으로부터 구입가능한 톨유(tall oil) 지방산
#2) NIPPON NYUKAZAI CO., LTD., Japan 으로부터 구입가능한 비스페놀 A 및 프로필렌산화물의 첨가생성물;
#3) SANYO KASEI CO., LTD., Japan 으로부터 구입가능한, 약 1000의 분자량을 갖는 폴리프로필렌 글리콜.
반응의 진행에 따라 생성된 물을 크실렌으로 공비증류하여 제거하고, 결과수지가 산가 30 및 수산가 40을 가질 때까지 계속 열을 공급하였다.
수지를 부틸 셀로솔브로 희석하여 73중량% 의 고상성분을 갖는 알키드 수지 와니스를 얻었다. 이렇게 얻은 알키드 수지 와니스는 Z2내지 Z3의 가드너 점도 및 10.50의 용해도 변수를 갖는다.
수지 와니스를 트리에틸아민으로 이론적으로 100% 중화한후 탈염수를 가하여 비휘발성 성분 40중량% 를 갖는 수용성 알키드 수지 와니스 C를 제조하였다.
그후, 실험실 혼합기를 사용하여 이산화티탄 및 실리카를 스테인레스-스틸용기안의 알키드 수지 와니스 C에 분산시켰다.
또한 메탄올-변성된 멜라민 수지를 수지 와니스에 분산시켜 표 2에 열거된 비율의 성분을 갖는 수성도료조성물을 제조하였다.
#4) "Nipseal Ss-170X"이란 상표명으로 NIPPON SILICA CO. Japan으로부터 구입가능
#5) "Cymel 1123"이란 상표명으로 MITSUI CYANAMID, LTD. Japan으로부터 구입가능
(비휘발성 성분이 100% 이고 SP=11.47)
#6) "Cymel 325-101" 이란 상표명으로 MITSUI CYANAMID, LTD. Japan으로부터 구입가능
(비휘발성 성분이 80% 이고 SP=11.90)
#7) "Uban 20SE-60" 이란 상표명으로 MITSUI TOATSU CHEMICALS INC. Japan으로부터 구입가능함
(비휘발성 성분이 60% 이고 SP=9.74)
#8) "Cymel 303"이란 상표명으로 MITSUI CYANAMID, LTD. Japan으로부터 구입가능함
(비휘발성 성분이 100% 이고 SP=13.84)
#9) "Sumimale 50W" 이란 상표명으로 SUMITOMO KAGAKU KOGYO CO., LTD. Japan으로부터 구입가능함
(비휘발성 성분이 78% 이고 수용성)
[수용성 도료조성물의 성능실험]
도료 조성물의 결과 수용액이 에플럭스 컵(efflux cup) NK#2 를 50초 동안에 완전히 흘러내릴 수 있을 정도로 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 얻은 도료조성물을 물로 희석하였다.
이렇게 물로 묽힌 도료조성물을 인산아연으로 인산화한 0.8mm 두께의 강판(Nippon Test panel, Japan 으로 부터 구입가능함) 상으로 각각 분무하여 도포하고, 160℃에서 20분간 소성하여 25 내지 30㎛ 의 건조 두께를 갖는 칠을 형성하였다.
그후, 내열수성(끓는 물에 30분간 노출시키는 것으로 측정함)에 관하여 각 칠을 실험하고 Du pont 의 충격 시험기를 사용하여 충격강도를 시험하였다.
또한, 40℃에서 30일간 방치한 후의 도료 안정성에 관해 시험하였다.
직경이 0.5 인치이고 50g 인 강철공을 칠에 균열을 유발할 수 있도록 다른 높이에서 칠에 떨어뜨려 충격시험을 하였다.
그 높이 아래에서는 실질적인 균열이 보이지 않는 높이로서 충격강도를 표시하고 30cm 이상의 높이인 경우 강한 내충격성을 갖는 것으로 평가하였다.
도료 안정성에 대해서는, 30일 경과 후에도 수지의 분리가 없는 경우를 "양호(good)"로 평가하였다. 시험결과를 표 3 및 4에 나타내었다.
나아가, 도료조성물의 결과 수용액이 에플럭스 컵 NK#2를 60초 동안에 완전히 흘러 내릴 수 있을 정도로, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 얻은 도료 조성물을 물로 희석하였다.
점차적으로 두께가 달라지는 축축한 칠을 형성시키기 위해 판을 직립시킨 상태에서 인산아연으로 인산화된 0.8mm 두께의 강판(일본의 닛뽄 테스트 파넬(NIPPON TEST PANEL CO., LTD.)에서 구입)에 물로 희석한 도료 조성물을 각각 분사를 통해 도포하였다. 이어서 축축한 칠을 20분간 방치한 후 160℃에서 20분간 소성하여 20μ 부터 70μ까지 계단식으로 두께가 달라지는 건조된 칠을 형성시켰다.
이 과정 동안에 각 칠에 대해 그 두께 위에서는 새깅이 일어나는 최대 두께를 결정하기 위해 관찰하였다. 결과를 표 3 및 4에 나타냈다.
[코팅부스내 세척수로 부터 회수되어 농축된 도료 조성물에 대한 성능시험 1]
비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 3의 수성도료조성물을 미부착 도료 분말이 세척수(6) 에 의해 회수되어지는 제 1도의 시스템에 따라 코팅부트(1) 내의 물품에 스프레이(2) 를 이용하여 칠하였다.
도료가 세척수에 용해 및/또는 분산됨으로써 세척수(6) 가 15중량% 의 비휘발성 함량을 지니는 도료조성물과 함께 농축될때, 세척수(6) 를 물로 희석된 도료(7) 로 부트(1) 에서 농축조(3) 에 공급하였다.
이어서 희석된 도료(7) 를 디살리네이션 시스템스(Desalination systems)에서 구입한 상품명 "EW4026" 의 한외 여과막을 지닌 여과장치(4) 에 공급하여 희석된 도료(7) 를 여과하여 농축시켜 55중량% 의 비휘발분 함량을 지니는 농축된 도료를 얻었다. 여과장치(4) 에서 얻은 여액을 조(5) 에 모은 후 부트(1) 로 다시 보냈다.
이렇게 회수되어 농축된 도료를 25μ 내지 30μ 건조두께의 칠을 형성하도록 이전 시험에서와 같은 조건으로 물품에 칠하기 위해 도료의 재사용 스프레이(2) 에 공급하였다. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 각각에 대하여 얻어진 칠의 외양을 검사하고, 및 이렇게 회수된 도료 조성물에서 수지의 분리가 일어나는 지를 알아보기 위해 관찰하였다. 결과를 표 3 및 4에 나타냈다.
표 3 및 4에서 알수 있듯이, 실시예 1 내지 3의 수용성 도료 조성물은 우수한 코팅 성능 및 도료 안정성을 나타내고 또한 이들 실시예의 회수된 도료 조성물은 모두 재사용될 때조차도 수지분리가 없는 도료 안정성 및 마찬가지로 우수한 코팅성능을 나타낸다는 것을 알았다.
대조적으로, 경화제가 알키드수지보다 낮은 SP를 지나도록 선택된 비교예 1의 알키드수지 도료조성물과 관련하여, 원래의 도료 조성물에서도 수지분리가 일어나 도료 안정성을 손상시키는 것이 관찰되었으며 또한 재사용을 위해 회수된 도료조성물에서도 수지분리가 관찰되었다.
회수된 도료의 칠이 불량한 흡수 팽윤으로 손상됨을 알았다.
알키드수지의 것보다 3.0 이상 높은 SP를 지니는 경화제를 혼입시킨 비교예 2의 알키드수지 도료조성물과 관련하여, 원래 도료에 의한 칠의 내열수성 및 내새깅성의 경우에 있어서 불충분한 코팅 성능이 관찰되었으며 회수된 도료에 의한 칠에서는 불충분한 경도가 관찰되었다.
수용성 경화제를 혼입시키는 비교예 3의 알키드수지 도료조성물의 경우, 비교예 2에서와 같이 불충분한 코팅성능이 관찰되었다.
비교예 4의 아크릴수지 도료조성물의 경우, 회수된 도료는 수지분리를 나타냈고 그것의 칠에 흡수 팽윤을 야기시켰다.
[코팅 부스의 세척수로 부터 회수되어 농축된 도료조성물에 대한 성능시험 2]
중량비 2:98 로 부틸 셀로솔브와 이온-교환된 물을 혼합하여 제조한 세척수(6A)를 이용하는 제 2도의 시스템에 따라 코팅 부트(1A)내에서의 스프레이 코팅을 위한 새로운 도료를 제조하기 위해 실시예 1의 알키드수지 도료조성물을 물로 희석하여 55중량% 의 비휘발분 함량을 지니도록 만들었다.
도료를 세척수(6A)에 수집한 결과 15wt% 의 비휘발분 함량을 가지는 도료와 함께 세척수(6A)가 농축될때, 물로 희석된 도료(7A)로서 세척수(6A)를 부스(1A)에서 농축조(3A)로 공급하였다. 이어서, 희석된 도료를 디살리네이션 시스템스에서 구입한 상품명 "EW4026" 의 한외 여과막을 지니는 여과장치(4A)에 공급하여 희석된 도료(7A)를 여과하여 농축시켰다.
희석된 도료(7A)를 농축시켜 30중량% 의 비휘발분 함량을 지니게한 후, 부틸 셀로솔브를 희석도료(7A) 100부에 대해 1.0 부의 비율로 첨가하여 도료가 40중량% 의 비휘발분 함량을 지닐때까지 계속해서 농축시켰다.
이어서, 부틸 셀로솔브를 다시 희석도료 100 부에 대해 1.8 부의 비율로 첨가한 후 50중량% 의 비휘발분 함량을 지닐때까지 계속해서 농축시켰다.
이어서 부틸 셀로솔브를 도료 100 부에 대해 1.0 부의 비율로 첨가한 후 55중량%의 비휘발분 함량을 지닐때까지 계속해서 농축시켰다.
게다가, 도료분말을 회수하기 위한 것과 동일한 세척수(6A)를 이용하여, 코팅 부스(1A)내에서 스프레이-코팅으로 도포되는 새로운 도료를 제조하기 위해 실시예 3의 알키드수지 도료조성물을 55중량% 의 비휘발분 함량을 지니도록 물로 희석하였다. 세척수(6A)를 여과를 통해 농축시켜 55중량% 의 비휘발분 함량을 지니게하면서 상기와 동일한 방식으로 부틸 셀로솔브를 첨가하였다.
실시예 1 및 3의 새로운 도료조성물 및 이와같이 수득된 도료를 각 도료 조성물에 포함된 유기용매, 예컨대 부틸 셀로솔브의 중량비와 관련하여, 가스-크로마토그래피로 분석하고, 또한 수지분리가 일어나는지의 여부에 관한 도료상태에 대해서도 조사하였다.
더나아가서, 실시예 1 및 3의 새로운 도료조성물 및 회수된 도료조성물을 인산아연으로 인산화된 0.8mm 두께의 강판(일본의 닛뽄 테스트 파넬 콤파니에서 구입)에 스프레이-코팅으로 칠한 후 160℃에서 20분간 소성하여 25 내지 30㎛ 건조 두께를 지니는 칠을 형성시켰다.
이와같이 형성된 각각의 칠을 내열수성, 내습성 및 60°광택에서의 외양에 대해 시험하였다. 내열수성은 각각의 칠을 끓는 물에 각각 0.5 및 1.0 시간 노출 시키는 조건으로 시험하였다.
내습성은 각각의 칠을 50℃에서 상대습도 100%의 분위기에 각각 100 시간 및 10일간 노출시키는 조건하에서 시험하였다.
시험결과를 표 5에 나타냈다. 표 5에 나타나 있듯이, 실시예 1 및 3의 회수된 도료가 새로운 도료의 것과 동일한 물에 대한 유기용매의 비율을 나타내고 수지 분리를 나타내지 않은것, 및 또한 회수된 도료로 부터 형성된 칠이 양호한 코팅 특성을 나타낸 것이 확인되었다.

Claims (2)

  1. 산가가 25 내지 100, 수산가가 35 내지 200이고 용해도 변수(SP)가 10.0 내지 11.0 인 알키드수지와 아크릴수지로 이루어지는 군으로 부터 선택된 수용성수지; 및 상기 수용성수지보다 용해도 변수(SP)가 0.5 내지 3.0 만큼 더 큰 경화제로 이루어지는 수성도료조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경화제는 아미노수지로 이루어지는 군으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성도료조성물.
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