KR100423271B1 - 환경부식내성이있는수성코팅조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환경 부식 내성이 있는 코팅에 관한 것이다. 본 발명의 코팅은 하기 (a) 및 (b) 성분을 포함하는 수성 경화성 코팅 조성물로부터 유도된다:
(a) 제1 아크릴 중합체와 제2 아크릴 중합체와의 반응 생성물을 포함하는 카르바메이트-작용성 그라프트(grafted) 아크릴 중합체로서, 상기 제1 아크릴 중합체와 제2 아크릴 중합체 중 하나 이상은 상기 그라프트 아크릴 중합체에 수(水)-분산성을 제공하는 기를 가지며, 상기 제1 아크릴 중합체와 제2 아크릴 중합체 중 하나 이상은 카르바메이트 작용기를 가지는 카르바메이트-작용성 그라프트 아크릴 중합체; 및
(b) 상기 카르바메이트 작용기와의 반응성이 있는 다수의 작용기를 가진 화합물.

Description

환경 부식 내성이 있는 수성 코팅 조성물
본 발명은 수성 경화성 코팅 조성물 및 그로부터 제조된 코팅에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 상도층(topcoat) 코팅, 특히 높은 광택도 및/또는 높은 DOI(상의 명료성)을 가진 코팅, 예컨대 자동차의 상도층으로서 사용되는 코팅에 관한 것이다.
코팅 공정이 환경에 미치는 영향 및 그 환경이 코팅에 미치는 영향은 지난 수십년동안 코팅 기술을 더욱 더 구체화시키는 데 기여하였다. 산업상으로는 주변 환경에 대하여 덜 해로운 코팅, 예를 들면 그 코팅을 도포하는 동안에 주변 환경에 더욱 적은 영향을 미칠 수 있도록 소량의 휘발성 유기 화합물을 함유하는 코팅을 개발하고자 상당히 주력하였다. 다른 문제점으로서, 환경에 의한 변성에 대해 바람직한 내성을 갖춘 상기와 같은 코팅을 고안하기가 곤란하였다.
최근 수년간 주목되어온 환경에 의한 변성의 한 양태는 환경 부식(environmental etch)이다. "환경 부식"은 주변에 존재하는 산에 의한 코팅의 침해에 기인하는 것으로 생각되는 일종의 표면 구멍과 반점을 일컫는 용어이다. 환경 부식은 코팅 표면상의, 또는 내부의 반점 또는 표식으로서 나타나며, 이는 마찰에 의해 제거할 수 없는 경우가 많다. 환경 부식은 높은 광택도 및/또는 높은 DOI(상의 명료성)를 가진 코팅의 경우에 특히 문제가 되는데, 그와 같이 광택이 있고 반사성이 큰 코팅의 표면에 있어서의 흠결은 눈에 잘 띠기 때문이다. 고광택 및/또는 DOI가 높은 코팅은 코팅 기술분야에서 널리 이용된다. 자동차 산업 분야에서는 그와 같은 코팅을 대개는 차체 판넬에 사용하기 위한 착색층과 투명총의 복합 코팅(color-plus-clear composite coatings) 복합 코팅으로서 광범위하게 사용하고 있다. 자동차 코팅은 특히 옥외 노출이 상당히 많고 코팅된 물체에 열이 축적되는 일이 빈번하여 부식 변성에 유리한 요건이 되기 때문에 환경 부식을 나타내기가 쉽다.
고형분이 높은 에나멜과 같은 종래 기술의 코팅 조성물은 실외용 페인트에 사용했을 때 내구성과 내후성이 우수한 것으로 알려져 있지만, 상도층 코팅으로 사용했을 경우에는 환경 부식에 대해 바람직한 수준의 내성을 제공하지 못하였다. 환경 부식은 종래 기술의 고광택 또는 DOI가 높은 코팅과 관련된 구체적인 문제점이 되었다. 폴리우레탄, 산-에폭시 시스템 등과 같은 조성물을 상도층 코팅으로서 사용하는 방법도 제안된 바 있다. 그러나, 많은 종래 기술의 방법은 코팅 가능성 문제, 하부 코팅과의 상용성 문제, 또는 고함량의 휘발성 유기 화합물과 같은 단점이 있다. 또한, 특히 자동차 코팅에 가해지는 필요 조건하에서 환경적 부식에 충분한 내성을 제공하는 것으로 밝혀진 단일포장형(one-pack) 코팅 조성물은 거의 없다. 따라서, 환경 부식에 대하여 충분한 내성을 제공하는 동시에 휘발성 유기 화합물의함량이 낮은 경화성 코팅 조성물에 대한 필요성이 계속 존재하고 있는 실정이다.
본 발명에 의하면, 하기 (a) 및 (b) 성분을 포함하는 수성 경화성 코팅 조성물로부터 환경 부식 내성이 있는 코팅을 형성할 수 있다:
(a) (i) 작용기(I)를 가진 제1 아크릴 중합체와, (ii) 상기 제1 아크릴 중합체의 작용기(I)에 대해 반응성인 작용기(II)를 가진 제2 아크릴 중합체와의 반응 생성물을 포함하는 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체로서, 상기 제1 및 제2 아크릴 중합체 중 하나 또는 2 가지 모두가 상기 그라프트 아크릴 중합체에 수(水)-분산성을 제공하는 기를 갖고, 상기 제1 및 제2 아크릴 중합체 중 하나 또는 2 가지 모두가 카르바메이트 작용기를 갖는 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체, 및
b) 상기 카르바메이트 작용기와의 반응성이 있는 다수의 작용기를 가진 화합물.
본 발명의 코팅은 경화되었을 때 인성이 있고 내구성이 있으며 매력적인 마무리 상태를 제공하며, 환경 부식에 대해 높은 내성을 나타낸다. 코팅 조성물은 2-포장 시스템과 같이 도포 직전에 반응성 물질들을 혼합할 필요없이 단일포장형 시스템으로서 유효하게 도포될 수 있다. 본 발명의 코팅은 종래의 수계(waterborne)시스템에 비해 산 부식에 대하여 개선된 내성을 제공한다. 본 발명에 의한 코팅은 ASTM D523-89에 따라 측정한 경우 80 이상의 20°광택도를 갖거나 ASTM E430-91에 따라 측정한 경우 80 이상의 DOI를 갖거나, 또는 이들 둘다를 가진 코팅으로서 특히 유용하며, 착색층과 투명층의 복합 코팅에 있어서 투명층 코팅으로서 매우 유용하다.
본 발명의 수성 경화성 코팅 조성물은 카르바메이트-작용성 그라프트 아크릴 중합체 및 상기 아크릴 중합체의 카르바메이트 작용기와의 반응성이 있는 다수의 작용기를 가진 화합물을 둘다 함유한다. 그라프트 아크릴 중합체는 작용기(I)를 가진 제1 아크릴 중합체와 상기 제1 아크릴 중합체의 작용기(I)에 대하여 반응성인 작용기(II)를 가진 제2 아크릴 중합체를 함께 반응시키므로써 제조된다. 상기 제1 및 제2 아크릴 중합체 중 하나 또는 2 가지 모두는 카르바메이트 작용기, 및 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기를 가진다.
카르바메이트 작용기는 제1 및 제2 아크릴 중합체 중 하나에만 존재할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 카르바메이트 작용기는 제1 아크릴 중합체 및 제2 아크릴 중합체에 모두 존재한다. 카르바메이트 작용기는 다양한 방식으로 아크릴 중합체(들)에 도입시킬 수 있다. 그와 같은 중합체를 제조하는 한 가지 방법은 중합반응에 있어서 단량체의 에스테르 부분에 카르바메이트 작용기를 가진 아크릴 단량체를 사용하는 것이다. 이와 같은 단량체는 당분야에 공지되어 있으며, 예를 들면 미국 특허 제3,479,328호, 제3,674,838호, 제4,126,747호, 제4,279,833호 및 제 4,340,497호에 개시되어 있으며, 이들의 개시 내용은 본 명세서에 참고 인용한다. 예를 들면 한 가지 합성 방법은 히드록시 에스테르를 우레아와 반응시켜서 카르바밀옥시 카르복실레이트(즉, 카르바메이트-변성된 아크릴레이트)를 형성시키는 것을 포함한다. 다른 합성 방법은 a,β-불포화 산 에스테르를 히드록시 카르바메이트 에스테르와 반응시켜서 카르바밀옥시 카르복실레이트를 형성시킨다. 또 다른 합성 기법은 1차 또는 2차 아민 또는 디아민을 에틸렌 카르보네이트와 같은 고리형 탄산염과 반응시키므로써 히드록시알킬 카르바메이트를 형성시키는 것을 포함한다. 이어서 히드록시알킬 카르바메이트상의 히드록시기를 아크릴산 또는 메타크릴산과 반응시키므로써 에스테르화시켜 카르바메이트 작용성 단량체를 형성한다. 카르바메이트-변형된 아크릴 단량체를 제조하는 다른 기법들이 당해 기술분야에 공지되어 있으며, 이러한 기법을 이용할 수 있음은 물론이다. 이어서 아크릴 단량체를 당분야에 공지된 기법을 사용하여 다른 에틸렌계 불포화 단량체와 함께 중합시킬 수 있다.
카르바메이트 작용기를 아크릴 중합체(들)에 도입시키기 위한 대체 방안은, 미국 특허 제4,758,632호에 기술된 바와 같이, 사전에 형성된 아크릴 중합체를 또다른 성분과 반응시켜서 카르바메이트 작용기를 아크릴 중합체 골격에 부가시키는 것이며, 상기 특허의 기재 내용은 본 명세서에 참고 인용한다. 카르바메이트 작용성 중합체를 제조하기 위한 한 기법은 히드록시 작용성 아크릴 중합체의 존재하에서 우레아를 암모니아와 HNCO로 열분해시켜 반응 생성물로서 카르바메이트 작용성 아크릴 중합체를 형성시키는 것을 포함한다. 다른 기법에서는 히드록시알킬 카르바메이트의 히드록시기를 이소시아네이트 작용성 아크릴 중합체의 이소시아네이트기와 반응시켜서 카르바메이트 작용성 아크릴 중합체를 형성시키는 것을 포함한다. 이소시아네이트 작용성 아크릴 중합체는 당해 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들면 미국 특허 제4,301,257호에 개시되어 있는데, 그 개시 내용은 본 명세서에 참고 인용한다. 에틸렌계 불포화 이소시아네이트 단량체는 당분야에 공지되어 있으며, 그 예로서는 메타이소프로페닐-α,α-디메틸벤질 이소시아네이트(아메리칸 시아나미드에서 상표명 TMI서 시판함) 및 이소시아네이토에틸 메타크릴레이트를 들 수 있다. 또 다른 기법은 아크릴 중합체상의 고리형 카르보네이트 기를 암모니아와 반응 시켜서 카르바메이트 작용성 아크릴 중합체를 형성시키는 것이다. 고리형 카르보네이트 작용성 아크릴 중합체는 당분야에 공지되어 있으며, 예를 들면 미국 특허 제 2,979,514호에 개시되어 있는데, 그 개시 내용은 본 명세서에 참고 인용한다. 또 다른 방법은 히드록시 작용성 중합체와 알킬 카르바메이트와의 트랜스카르바밀화 반응이다. 좀 어렵기는 하지만 실행할 수 있는 중합체의 제조 방법으로서 아크릴레이트 중합체를 히드록시알킬 카르바메이트와 트랜스에스테르화 반응시키는 방법이 있다.
바람직한 실시양태에 있어서, 카르바메이트 작용기는 화학식 -L-O-C(=O)-NHR로 표시되는 구조를 포함한다. 이 때 R은 H, 알킬, 바람직하게는 C1-6알킬, 시클로알킬, 바람직하게는 6 개 이하의 고리 탄소원자를 가진 시클로알킬을 나타낸다. 알킬 및 시클로알킬이라는 용어는 할로겐 치환된 알킬 또는 시클로알킬과 같은 치환된 알킬 및 시클로알킬도 포함하는 용어이다. 경화된 재료의 성질에 악영향을 미칠 수 있는 치환체는 피해야 한다.
L은 2 가의 연결기, 바람직하게는 C1-8의 지방족 연결기, 시클로지방족 연결기, 또는 C6-10의 방향족 연결기를 나타낸다. L의 예로는 하기 화학식 1의 기, 화학식 2의 기, -(CH2)-, -(CH2)2-, -(CH2)4- 등을 들 수 있다. 바람직한 구체예에서, -L-은 -COOL'-이고, 이 때 L'는 2 가의 연결기이다.
L'는 2 가의 지방족 연결기, 바람직하게는 C1-8지방족 연결기, 예를 들면 -(CH2)-, -(CH2)2-, -(CH2)4- 등, 2가의 시클로지방족 연결기, 바람직하게는 C8이하의 시클로지방족 연결기, 예를 들면 시클로헥실기 등일 수 있다. 그러나, 중합체를 제조하는 데 사용된 기법에 따라서, 다른 2 가의 연결기들을 사용할 수 있다. 예를 들면, 히드록시알킬 카르바메이트를 이소시아네이트 작용성 아크릴 중합체상에 부가시키는 경우, 연결기 L'는 이소시아네이트 기의 잔기로서 -NHCOO-우레탄 결합을 포함할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 아크릴 중합체 중 하나 또는 2 가지 모두는 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 친수성 기를 갖는다. 경우에 따라서는 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기가 제1 및 제2 아크릴 중합체 2 가지 모두에 존재하는 것이 유리할 수도 있지만, 다른 경우에 있어서는 제2 아크릴 중합체에만 그와 같은 친수성 기가 존재하는 것이 바람직할 것이다. 하나의 중합체상에 모든 천수성기를 가진 경우에 제조된 분산액은 향상된 도포 특성을 가질 수 있다. 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성 기일 수 있다. 음이온성 및 비이온성 기가 많은 용도에 있어서 바람직한데, 중합체상의 양이온성(예: 아민) 기는 경화된 코팅에서 황변을 일으키는 경향이 있기 때문이다. 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기로서는 카르복실산기가 특히 바람직하다.
아크릴산 중합체(들)에 카르바메이트 기를 도입시키는 것과 유사하게, 수-분산성을 제공하는 기는 그와 같은 기를 함유하는 에틸렌계 불포화 단량체와의 중합 반응에 의해, 또는 형성된 아크릴 중합체를 추가로 반응시켜서 그 골격상에 친수성기를 부가시키는 방법에 의해 도입시킬 수 있다. 수-분산성을 제공하는 기를 도입시키기 위한 중합체의 중합반응에 사용될 수 있는 반응성 단량체로는 에틸렌계 불포화 산 및 산 무수물, 에틸렌계 불포화 아민, 및 에틸렌계 불포화 폴리에테르를 들 수 있다. 유용한 에틸렌계 불포화 산으로서는 3 내지 5 개의 탄소원자를 함유하는 a,β-올레핀계 불포화 모노카르복실산, 4 내지 6 개의 탄소원자를 함유하는 a,β-올레핀계 불포화 디카르복실산 및 이들의 무수물과 모노에스테르, 및 불포화 설폰산을 들 수 있다. 대표적인 예로서는 아크릴산, 메타크릴산, 및 크로톤산; 푸마르산, 말레인산 및 이타콘산 및 이들의 무수물과 모노에스테르, 예컨대 말레인산 모노메틸 에스테르 및 말레인산 모노헥실 에스테르; 및 아크릴아미도 메틸프로판설폰산을 들 수 있다. 유용한 에틸렌계 불포화 아민의 예로는 t-부틸아미노에틸 메타크릴레이트 및 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트를 들 수 있다. 유용한 에틸렌계 불포화 폴리에테르로서는 3 내지 5 개의 탄소원자를 함유하는 a,β-올레핀계 불포화 모노카르복실산의 알콕시 폴리(옥시알킬렌) 알코올 에스테르 또는 아미드를 들 수 있다.
또 다른 기법은 중합 반응 이후에 아크릴 중합체에 대하여 수-분산성을 제공하는 기를 반응시키는 것을 포함한다. 이 반응은, 예를 들면, 히드록시-작용성 아크릴 중합체를 합성하고 히드록실기와 산 무수물을 부가 반응시키므로써 수행할 수 있다. 그 밖의 제조 방법으로는 이소시아네이트 작용성 아크릴 중합체를 합성하고 이소시아네이트 기를 알콕시 폴리(옥시알킬렌) 알코올 또는 알콕시 폴리(옥시알킬렌) 아민과 부가시키는 방법이 있다.
전술한 바와 같이 단량체를 제조하거나 중합 반응 이후에 아크릴 중합체와 반응시키는 데 사용되는 알콕시 폴리(옥시알킬렌) 알코올 또는 알콕시 폴리(옥시알킬렌) 아민은 1 가의 알코올을 에틸렌 옥사이드로, 또는 에틸렌 옥사이드와 10 개 이하의 탄소원자를 가진 다른 에폭사이드, 예컨대 프로필렌 옥사이드 또는 부틸렌 옥사이드와의 혼합물로 알콕시화 반응시켜 얻을 수 있다. 아크릴 증합체내에 함유된 알콕시 폴리(옥시알킬렌) 알코올 또는 아민 잔기는 화학식 D(CH(R1)CH2O-)nR2로 표시될 수 있으며, 중합도 n을 가진 알콕시 폴리옥시에틸렌 또는 알콕시 폴리옥시에틸렌/폴리옥시알킬렌 공중합체이며, n은 1 내지 1000의 정수이다. 알콕시 폴리(옥시알킬렌) 알코올의 경우 D는 O이고, 아민의 경우 D는 NH이다. n은 20 내지 200의 정수인 것이 바람직하고, 40 내지 70의 정수인 것이 더욱 바람직하다. 따라서 R1은 수소원자 또는 C1-8알킬과 수소원자와의 혼합물이다. R1은 수소원자 또는 수소원자와 C1-3알킬과의 혼합물인 것이 특히 유리하다. R2는 C1-30알킬이다. R2는 C1-10알킬인 것이 바람직하다. 한 구체예에서 R1은 수소원자일 수 있고 R2는 메틸일 수 있다.
카르바메이트 작용기 또는 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기를 가진 에틸렌계 불포화 단량체, 또는 전술한 바와 같이 아크릴 중합체에 이들 기를 도입시키기 위한 부위가 될 수 있는 반응성 기를 가진 단량체들 이외에도, 본 발명의 제1 및 제2 아크릴 중합체를 제조하는 데는 하나 이상의 다른 에틸렌계 불포화 단량체가 사용된다. 이와 같은 아크릴 단량체와 공중합시키기 위한 단량체는 당분야에 공지되어 있다. 그와 같은 단량체로는 3 내지 5 개의 탄소원자를 함유하는 a,β-올레핀계 불포화 모노카르복실산의 에스테르, 니트릴 또는 아미드; 4 내지 6 개의 탄소원자를 함유하는 a,β-올레핀계 불포화 디카르복실산의 디에스테르; 방향족 및 복소환의 비닐 에스테르, 비닐 에테르, 비닐 케톤, 비닐 아미드, 및 비닐 화합물을 들 수 있다. 대표적인 예로서는 아크릴산 및 메타크릴산 아미드 및 아미노알킬 아미드; 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴; 아크릴산 및 메타크릴산의 에스테르, 특히 1 내지 20 개의 탄소원자를 함유하는 포화 지방족 및 시클로지방족 알코올과의 에스테르, 예컨대 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 2-에틸헥실, 이소부틸,이소프로필, 시클로헥실, 테트라히드로푸르푸릴, 및 이소보르닐 아크릴레이트 및 메타크릴레이트; 히드록시, 이소시아네이토, 또는 기타 작용기를 가진 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 예컨대 히드록시알킬 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 메타크릴산 또는 아크릴산의 글리시딜 에스테르, 예컨대 글리시딜 메타크릴레이트, 및 메타크릴산 또는 아크릴산의 아미노알킬 에스테르, 예컨대 N,N-디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트; 푸마르산, 말레인산 및 이타콘산 디에스테르, 예컨대 말레인산 디메틸 에스테르 및 말레인산 디헥실 에스테르; 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 에틸 에테르, 및 비닐 에틸 케톤; 스티렌, α-메틸 스티렌, 비닐 톨루엔, 및 2-비닐 피롤리돈을 들 수 있다.
공중합체는 통상의 기법, 예컨대 자유 라디칼 중합반응, 양이온 중합반응, 또는 음이온 중합반응 기법을 사용하여, 예를 들면 회분식, 반회분식 공정으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 회분식 공정에 있어서는, 에틸렌계 불포화 단량체를 괴상으로 또는 유기 용액 또는 수성 분산액으로서 유기 과산화물 또는 아조 화합물과 같은 자유 라디칼 공급원 및 임의로 연쇄이동제의 존재하에서 가열하므로써 중합반응을 수행하거나, 또는 대안으로서 반회분식 공정에 있어서는 단량체와 개시제(들)을 조절된 속도하에 가열된 반응기내로 공급할 수 있다.
대표적인 자유 라디칼 공급원으로서는 유기 과산화물, 예컨대 디알킬 퍼옥사이드, 퍼옥시에스테르, 퍼옥시디카르보네이트, 디아실 퍼옥사이드, 히드로퍼옥사이드, 및 퍼옥시케탈; 및 아조 화합물, 예컨대 2,2'-아조비스(2-메틸부탄니트릴) 및 1,1'-아조비스(시클로헥산카르보니트릴)을 들 수 있다. 대표적인 연쇄이동제는 머캡탄, 예컨대 옥틸 머캡탄, n-도데실머캡탄, t-도데실머캡탄, 티오살리실산, 머캡토아세트산, 및 머캡토에탄올; 할로겐화 화합물, 및 α-메틸 스티렌 이량체이다.
자유 라디칼 중합반응은 대개 약 20℃ 내지 약 200℃, 바람직하게는 90℃ 내지 170℃의 온도에서 수행된다. 반응은 용매 또는 용매 흔합물이 환류하는 온도에서 수행하는 것이 용이할 수 있지만, 환류가 반응에 반드시 필요한 것은 아니다. 개시제는 반응을 수행하는 온도와 조화를 이루므로써, 당해 반응 온도에서 개시제의 반감기가 바람직하게는 30 분 이하가 되도록 선택해야 한다.
중합 반응에 용매를 사용할 경우, 사용된 용매는 물 또는 조용매로서 작용할 수 있는 수용성 또는 수-혼화성 유기 용매인 것이 바람직하다. 조용매는 성분들의 분산 및 경화하는 동안 조성물의 유동을 도모하는 데 유용하다. 유용한 용매의 예로서는 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 크실렌, n-아밀 아세테이트; 및 N-메틸 피롤리돈 및 글리콜 에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 2-에틸헥실 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 부틸 에테르, 및 디프로필렌 글리콜 부틸 에테르와 같은 조용매를 들 수 있다.
용매 또는 용매 혼합물을 통상 반응 온도까지 가열하고 제1 아크릴 중합체 또는 제2 아크릴 중합체를 제조하는 데 사용된 단량체 및 개시제(들)을 일정한 기간, 예를 들면 대개 2 내지 6 시간동안 조절된 속도하에 첨가한다. 연쇄이동제또는 추가량의 용매를 단량체 및 개시제(들)과 동시에 첨가할 수 있다. 첨가한 후에 그흔합물을 통상적으로 반응을 완결하는 데 소요되는 시간동안 반응 온도에 방치한다. 경우에 따라, 첨가의 말기 단계에 또는 첨가를 완결한 후에 대개는 1 내지 60 분의 시간에 걸쳐 추가량의 개시제를 첨가하므로써 완전한 전환을 확보할 수 있다.
제1 및 제2 아크릴 중합체는 통상 2000∼20,000. 바람직하게는 4000∼ 6000의 분자량을 가질 것이다. 본 명세서에 사용된 분자량은 수 평균 분자량이며, 이는 폴리스티렌을 표준물질로 하는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정될 수 있다. 카르바메이트 작용기 1 당량당 중량은 일반적으로 200 내지 1500, 바람직하게는 300 내지 700 범위일 것이다.
본 발명의 그라프트 아크릴 중합체는 작용기(I)를 가진 제1 아크릴 중합체 및 상기 제1 아크릴 중합체의 작용기(I)에 대해 반응성인 작용기(II)를 가진 제2 아크릴 중합체를 함께 반응시키므로써 제조된다. 이러한 목적으로 사용할 수 있는 작용기의 쌍들은 여러가지가 있다. 예를 들어, 작용기(I)가 이소시아네이트인 경우, 작용기(II)는 히드록실 또는 1차 또는 2차 아미노기와 같은 활성 수소원자를 가진 기일 수 있다. 대안으로서, 작용기(I)가 산 또는 무수물 기인 경우에는, 작용기(II)는 에폭시 또는 히드록실기일 수 있다. 제1 및 제2 아크릴 중합체를 함께 반응시키는 다른 방법에 있어서는, 작용기(I)가 에폭시기인 반면 작용기(II)는 카르복실기, 1차 또는 2차 아미노기, 또는 페놀계 기일 수 있다. 또한, 작용기(I)가 카르바메이트 작용기이고 작용기(II)는, 예를 들면 메틸올, 메톡시, 이소부톡시 또는 실록산기일 수도 있다. 바람직한 실시양태에서, 작용기(I)는 에폭시기이고 작용기(II)는 카르복실산기이며, 이 경우에 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을제공하는 기는 제2 아크릴 중합체상의 카르복실산기인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따라서 제1 및 제2 아크릴 중합체를 함께 반응시키는 데는 여러가지 방법을 사용할 수 있다. 한 방법에 의하면, 제1 및 제2 아크릴 중합체를 별도의 반응 용기에서 형성시킨 후에, 서로 혼합하고 적절한 조건하에서 반응시킨다. 제 2의 바람직한 방법에 있어서는, 제1 아크릴 중합체를 형성시킨 후에 제2 아크릴 중합체를 상기 제1 아크릴 중합체의 존재하에서 중합반응시킨다. 중합반응이 완결된 후에, 중합체 혼합물을 작용기 (I)과 (II)를 반응시켜서 그라프트 아크릴 중합체를 형성시키기 위한 조건하에 처리한다. 또 다른 방법에 있어서는, 마찬가지로 제2 아크릴 중합체를 사전에 형성된 제1 아크릴 중합체의 존재하에서 중합시키지만, 이 경우에는 작용기 (I)과 (II)간의 반응을 제2 아크릴 중합체가 형성되는 동안에 수행한다. 이와 같은 반응의 결과로서 제2 아크릴 중합체와 그라프트 아크릴 중합체가 동일한 단계에서 형성된다. 각각의 경우에, 각각의 중합체상의 작용기 (I)와 작용기 (II)의 양은 반응 생성물의 겔화를 방지할 수 있도록 선택된다. 전화는 작용기 (I)과 (II)간의 반응 정도를 제한하므로써 피할 수 있지만, 통상 각각의 중합체상의 작용기 (I)과 (II)중 하나 또는 다른 하나의 양을 제한하는 것이 바람직하다.
당업자라면 제1 및 제2 아크릴산 중합체를 함께 반응시켜서 그라프트 아크릴 중합체를 형성시키기 위한 목적으로 여러가지 조합의 작용기 (I)과 (II)를 사용 할 수 있음을 알 것이다. 반응 조건은 가변적일 수 있지만, 당해 기술분야의 숙련자라면 경험이나 간단한 테스트에 의해 그러한 조건을 쉽게 파악할 것이다. 당해 기술 분야에 공지된 촉매를 사용하는 것도 유용하며, 예를 들면 이소시아네이트 기와 알코올간의 반응에 주석 촉매를 사용하거나 에폭시기와 카르복실산 기와의 반응을 촉매하기 위해 트리페닐 포스핀 또는 아민 촉매를 사용할 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 그라프트 아크릴 중합체의 수성 분산액을 함유한다. 본 발명을 실시하는 한 방법에 있어서, 제1 및 제2 아크릴 중합체는 유화 중합 반응에 의해 제조되며, 그라프트 아크릴 중합체를 형성시키는 반응은 수성 매체중에서 수행한다. 대안으로서, 제1 및 제2 아크릴 중합체를 유기 매체중에서 형성시킨 후에 함께 반응시켜서 그라프트 아크릴 중합체를 형성할 수도 있다. 이어서 충분한 양의 탈이온수를 그라프트 아크릴 중합체에 첨가하여 수성 분산액을 형성시킨다. 다른 방법에 있어서는, 제1 및 제2 아크릴 중합체를 유기 매체중에서 중합반응시킨다. 이어서 충분한 양의 탈이온수를 첨가하여 분산액을 형성시키므로써 형성된 아크릴 중합체를 유화시킬 수 있다. 이어서 수성 분산액 중에서 그라프트 아크릴 중합체를 형성시키는 반응을 수행할 수 있다. 아크릴 중합체의 수성 분산액을 형성시킴에 있어서는, 적절한 상대 이온과의 염 형성에 의해서 음이온성 또는 양이온성 기를 형성시킬 수 있다. 아크릴 중합체상의 음이온성 기는 암모니아 또는 아민, 예컨대 디부틸아민, 디메틸에탄올아민, 또는 N-에틸모르폴린에 의해 염 형성시킬 수 있다. 아크릴 중합체상의 양이온성 기는 카르복실산, 예컨대 포름산, 아세트산 또는 락트산에 의해 염 형성시킬 수 있다.
본 발명의 조성물은 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체 성분 (a)와 상기 성분 (a)상의 카르바메이트기와의 반응성이 있는 다수의 작용기를 가진 성분 (b)와의 반응에 의해서 경화된다. 상기 작용기로서는 아미노플라스트 수지 또는다른 화합물, 예를 들면 페놀/포름알데히드 부가생성물상의 활성 메틸을 또는 알콕시기; 보호된 이소시아네이트 기; 또는 실록산 기를 들 수 있다. 성분 (b) 화합물의 예로서는 경화제 또는 가교제, 예를 들면 멜라민 포름알데히드 수지(단량체 또는 중합체 멜라민 수지 및 부분 또는 완전 알킬화된 멜라민 수지 포함), 우레아 수지(예:우레아 포름알데히드 수지와 같은 메틸을 우레아, 부틸화 우레아 포름알데히드수지와 같은 알콕시 우레아), 폴리안하이드라이드(예:폴리숙신산 무수물), N-메틸올아크릴아미드 에멀젼, 이소부톡시 메틸 아크릴아미드 에멀젼, 및 폴리실록산(예:트리메톡시실록산)을 들 수 있다. 멜라민 포름알데히드 수지 또는 우레아 포름알데히드 수지와 같은 아미노플라스트 수지가 특히 바람직하다.
경화제 또는 가교제 (b)는 양호하게 경화되고 용매 내성이 있는 필름을 생성 하기에 충분한 양으로 사용된다. 예를 들면, 바람직한 멜라민 경화제를 사용할 경우, 이들은 성분 (a) 및 (b)의 총 중량을 기준으로 하여 3 내지 30 중량%의 양으로 사용된다.
본 발명을 실시하는 데 사용된 코팅 조성물은 경화 반응을 촉진하기 위한 촉매를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 아미노플라스트 화합물, 특히 단량체 멜라민을 성분 (b)로서 사용한 경우, 강산 촉매를 사용하여 완전한 경화를 달성하는 데 필요한 온도를 낮추거나 시간을 단축할 수 있다. 이와 같은 촉매는 당분야에 공지되어 있으며, 그 예로서는 p-톨루엔설폰산, 디노닐나프탈렌 디설폰산, 도데실벤젠설폰산, 페닐 산 포스페이트, 모노부틸 말레에이트, 부틸 포스페이트, 및 히드록시 포스페이트 에스테르를 들 수 있다. 이러한 촉매는, 예를 들면 아민에 의해서보호하거나 보호하지 않아도 좋다. 본 발명의 조성물에 유용한 다른 촉매로는 루이스 산, 아연염, 및 디부틸주석 디라우레이트 또는 디부틸주석 옥사이드와 같은 주석 염을 들 수 있다.
코팅 조성물을 제조하는 동안에 추가량의 물 및/또는 조용매를 첨가할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 물과 임의의 조용매를 비롯한 유기 용매는 코팅 조성물내에 약 0.01 중량% 내지 약 99 중량%, 바람직하게는 약 40 중량% 내지 약 90 중량%, 더욱 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 존재한다.
코팅 기술분야에 공지된 다른 재료, 예를 들면 계면활성제, 충전제, 안정화제, 습윤제, 분산제, 접착촉진제, UV 흡수제, HALS와 같은 광 안정제, 항산화제, 및 흐름조절제를 코팅 조성물내에 혼입시킬 수 있다. 이러한 재료들의 사용량은 코팅 특성에 유해한 영향을 미치는 일이 없도록 조절하여야 한다.
본 발명에 의한 코팅 조성물은 코팅된 기재(基材)상의 가장 외부의 층 또는 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 코팅 조성물은 1 층 이상의 하도제 코팅상에 도포되는 것이 바람직하다. 예를 들면 본 발명의 코팅 조성물은 전기피복 하도제 및/또는 하도제 표면층상에 도포되는 자동차 상도층 코팅으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물이 상도층 코팅으로서 사용된 경우, 이 조성물은 ASTM D523-89에 따라 측정한 경우 80 이상의 20°광택도를 갖거나 ASTM E430-91에 따라 측정한 경우 80 이상의 DOI를 갖거나, 또는 이들 둘다를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 광택도 및 DOI는 차량 구입자를 매료시킬 자동차 마무리를 제공하는 데 특히 유용하다. 상도충 코팅은 단일층의 안료함유 코팅이거나 착색층과 투명층의 복합 코팅일 수 있다. 본 발명의 코팅 조성물은 단일층의 안료함유 코팅 또는 착색층과 투명층의 복합 코팅의 색채 코팅으로 사용될 경우, 당해 기술분야에 공지된 바와 같은 1 종 이상의 안료, 예를 들면 이산화티탄, 카본 블랙 및 산화철 안료와 같은 무기 안료, 또는 아조 레드, 퀴나크리돈, 페릴렌, 구리 프탈로시아닌, 카르바졸 바이올렛, 모노아릴리드 및 디아릴리드 옐로우, 나프톨 오랜지와 같은 유기 안료 등을 포함할 것이다. 바람직한 실시예에서, 본 발명의 코팅 조성물은 착색층과 투명층의 복합 코팅의 투명층이다. 이러한 투명층은 본 발명에 따라서 착색 코팅층상에 도포되거나, 또는 대안으로서 당분야에 공지되어 있는 제제로 된 착색 코팅층상에 도포될 수 있다.
이와 같은 복합 코팅에 있어서 안료함유 착색층 또는 베이스층 조성물은 당분야에 공지되어 있는바, 본 명세서에 상세히 게재할 필요는 없을 것이다. 베이스층 조성물로서 유용한 당분야에 공지된 중합체로서는 아크릴, 비닐, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 알키드 및 폴리실록산을 들 수 있다. 바람직한 중합체로는 아크릴 및 폴리우레탄이 있다. 본 발명의 한 바람직한 구체예에 있어서는, 베이스층 조성물에도 카르바메이트 작용성 아크릴 중합체를 이용한다. 베이스층 중합체는 가교가능한 것이 바람직하므로, 1 종 이상의 가교가능한 작용기를 포함한다. 그와 같은 기의 예로서는 히드록시, 이소시아네이트, 아민, 에폭시, 아크릴레이트, 비닐, 실란, 및 아세토아세테이트 기를 들 수 있다. 이들 기는 소정의경화 반응 조건하에 일반적으로 고온에서 탈보호되어 가교 반응에 이용될 수 있는 방식으로 보호 또는 블로킹될 수 있다. 유용한 가교성 작용기로는 히드록시, 에폭시, 산, 무수물, 실란 및 아세토아세테이트 기를 들 수 있다. 바람직한 가교성 작용기로는 히드록시 작용기 및 아미노 작용기를 들 수 있다.
베이스층 중합체는 자체-가교성이거나 그 중합체의 작용기에 대한 반응성이 있는 별도의 가교제를 필요로 할 수 있다. 그 중합체가 히드록시 작용기를 포함할 경우, 예를 들면 가교제는 아미노플라스트 수지, 폴리이소시아네이트 및 보호된 폴리이소시아네이트 수지(이소시아누레이트, 비우레트, 또는 디이소시아네이트와 C20이하의 폴리올의 반응생성물 포함), 및 산 또는 무수물 작용기를 가진 가교제일 수 있다.
코팅 조성물은 당해 기술분야에 공지된 많은 기법들을 이용하여 물품상에 코팅할 수 있다. 이러한 기법의 예로서는 분무 코팅, 침지 코팅, 로울 코팅, 커튼 코팅 등을 들 수 있다. 자동차 차체 판넬에 대해서는 분무 코팅이 바람직하다. 코팅이 비교적 두꺼울 경우에는, 도포된 코팅층으로부터 약간의 물 및/또는 용매가 증발(기화(flash))하기에 충분한 시간 간격을 두고 2 회 이상 코팅을 도포하는 것이 일반적이다. 코팅층은 통상 코팅 조성물 1 내지 3 mil의 두께로 도포하며, 충분한 수효의 코팅층을 도포하여 목적하는 최종 코팅 두께를 얻는다.
착색층과 투명층의 복합 코팅을 준비된 기재에 도포하는 경우, 착색층 코팅을 통상 1 또는 2 층의 코팅으로서 도포하고, 기화시킨 후, 투명층 코팅을 미경화된 착색층 코팅에 1 또는 2 층의 코팅으로서 도포한다. 이어서 2 가지 코팅층을 동시에 경화시킨다. 바람직하게는 경화된 베이스 코팅층의 두께는 0.5 내지 1.5 mil 이고, 경화된 투명 코팅층의 두께는 1 내지 3 mil, 더욱 바람직하게는 1.6 내지 2.2 mil이다.
본 발명의 코팅 조성물은 코팅층들을 경화시키기 위한 조건하에 처리하는 것이 바람직하다. 다양한 경화 방법을 사용할 수 있지만, 열경화가 바람직하다. 일반적으로 열경화는 코팅된 물품을 주로 복사열원에 의해 제공된 고온에 노출시키므로써 수행한다. 경화 온도는 가교제에 사용된 특정의 보호기에 좌우되어 달라지지만, 통상 93℃ 내지 177℃ 범위이다. 바람직한 실시양태에서, 경화 온도는 l35℃ 내지 165℃이다. 다른 바람직한 실시양태에서는, 보호된 산 촉매를 조성물내에 포함시키며, 경화 온도는 115℃ 내지 140℃이다. 또 다른 바람직한 실시양태에서는, 비보호된 산 촉매를 조성물내에 포함시키며 경화 온도는 80℃ 내지 100℃이다. 경화 시간은 사용된 특정의 성분 및 물리적인 변수, 예컨대 층 두께에 따라 달라진다. 통상적인 경화시간은 소정의 온도에서 15 내지 60 분 범위, 바람직하게는 15 내지 25 분 범위이다.
이하에서는 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 예시하고자 한다.
제조예 I: 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체
5 리터들이 3-목 둥근 바닥 플라스크는 중간 목부에 교반기를, 측면 목부중 하나에 반응 온도를 모니터하기 위한 열전대를 장착시켰다. 또한 그 측면 목부를 통해 질소 소기 라인을 공급하였다. 제2의 측면 목부에는 클라이젠 어댑터 및 수냉식응축기를 장착시켰다.
프로필렌 글리콜 메틸 에테르 213.3 g과 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 240.0 g의 혼합물을 상기 플라스크에 장입시키고 110℃까지 가열하였다. 글리시딜 메타크릴레이트 25.9 g, n-부틸 아크릴레이트 177.6 g, n-부틸 메타크릴레이트 413.4 g, 시클로헥실 메타크릴레이트 413.4 g, 스티렌 122.6 g, 및 t-부틸 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 188.5 g으로 이루어진 단량체 혼합물 I를 별도의 첨가 용기에서 혼합한 후에, 일정한 온도하에서 3 시간에 걸쳐 상기 플라스크에 첨가하였다. 카르바메이트 프로필 메타크릴레이트(96%) 738.2 g, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 738.2 g, 및 4-메톡시페놀 0.19 g으로 이루어진 별도의 단량체 흔합물 II를 동시에 3 시간에 걸쳐 첨가하였다. 첨가를 완결한 후에, 첨가 용기를 총 31.6 g의 프로필렌 글리콜 메틸 에테르로 세정한 후에, 상기 플라스크에 첨가하였다. 세정 후에, t-부릴 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 18.6 g 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 13.2 g으로 된 혼합물을 30 분에 걸쳐 플라스크에 첨가하였다. 이어서 플라스크의 내용물의 온도를 108℃로 일정하게 유지하였다.
n-부틸 아크릴레이트 9.9 g, n-부틸 메타크릴레이트 22.4 g, 시클로헥실 메타크릴레이트 22.4 g, 스티렌 6.7 g, 아크릴산 47.7 g, 및 t-부틸 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 5.1 g으로 이루어진 단량체 혼합물 III을 첨가 용기에서 혼합하고, 이어서 일정한 온도하에 1 시간에 걸쳐 상기 플라스크에 첨가하였다. 카르바메이트 프로필 메타크릴레이트(96%) 40.4 g, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 40.4 g, 및 4-메톡시 페놀 0.01 g으로 된 별도의 단량체 혼합물 IV를 동시에 1 시간에 걸쳐 첨가하였다. 첨가를 완결한 후에, 첨가 용기를 총 31.6 g의 프로필렌 글리콜 메틸에테르로 세정한 후에, 상기 플라스크에 첨가하였다. 다음에, t-부틸 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 2.5 g 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 30.6 g을 30 분에 걸쳐 플라스크에 첨가하였다. 이어서 플라스크의 내용물의 온도를 일정하게 추가로 30 분동안 유지하였다. 마지막으로, 트리페닐 포스핀 0.4 g 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 11.1 g을 플라스크에 첨가하고, 산가가 모든 에폭시 작용기가 이론적으로 소모 되었음을 나타낼 때까지 그 온도를 유지시켰다.
플라스크의 내용물을 88℃로 냉각시키고, 디메틸에탄올아민 41.9 g, Tinuvin123 24.5 g, 및 Tinuvin384B 43.2 g을 장입하여 교반시켰다. 얻은 혼합물을 플라스틱 용기로 옮겼다. 비휘발성 성분의 함량이 43.3%인 분산액을 얻을 때까지 교반하에 탈이온수를 첨가하였다.
제조예 II: 히드록시 작용성 그라프트 아크릴 중합체
5 리터들이 3-목 둥근 바닥 플라스크는 중간 목부에 교반기를, 측면 목부중 하나에 반응 온도를 모니터하기 위한 열전대를 장착시켰다. 또한 그 측면 목부를 통해 질소 소기 라인을 공급하였다. 제2의 측면 목부에는 클라이젠 어댑터 및 수냉식 응축기를 장착시켰다.
프로필렌 글리콜 메틸 에테르 213.3 g과 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 240.0 g의 혼합물을 상기 플라스크에 장입시키고 110℃ 까지 가열하였다. 글리시딜 메타크릴레이트 25.9 g, n-부틸 아크릴레이트 177.6 g, n-부틸 메타크릴레이트 413.4 g, 시클로헥실 메타크릴레이트 413.4 g, 스티렌 122.6 g, 히드록시에틸 아크릴레이트 439.2 g, t-부틸 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 188.5 g, 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 153.9 g으로 이루어진 단량체 혼합물 I를 별도의 첨가 용기에서 혼합한 후에, 일정한 온도하에서 3 시간에 걸쳐 상기 플라스크에 첨가하였다. 첨가를 완결한 후에, 첨가 용기를 20.1 g의 프로필렌 글리콜 메틸 에테르로 세정한 후에, 상기 플라스크에 첨가하였다. 세정 후에, t-부틸 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 18.6 g 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 13.2 g으로 된 혼합물을 30 분에 걸쳐 플라스크에 첨가하였다. 이어서 플라스크의 내용물의 온도를 108℃로 일정하게 30 분 동안 유지하였다.
n-부틸 아크릴레이트 9.9 g, n-부틸 메타크릴레이트 22.4 g, 시클로헥실 메타크릴레이트 22.4 g, 스티렌 6.7 g, 아크릴산 47.7 g, 히드록시에틸 아크릴레이트 24.2 g, t-부틸 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 5.1 g 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 96.5 g으로 이루어진 단량체 혼합물 II를 첨가 용기에서 혼합하고, 이어서 일정한 온도하에 1 시간에 걸쳐 상기 플라스크에 첨가하였다. 첨가 용기를 51.1 g의 프로필렌 글리콜 메틸 에테르로 세정한 후에, 상기 플라스크에 첨가하였다. 다음에, t-부틸 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 2.5 g 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 30.6 g을 30 분에 걸쳐 상기 플라스크에 첨가하였다. 이어서 플라스크의 내용물을 일정한 온도하에 추가로 30 분동안 방치하였다. 마지막으로, 트리페닐 포스핀 0.4 g 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 11.1 g을 플라스크에 첨가하고, 산가가 모든 에폭시 작용기가 이론적으로 소모되었음을 나타낼 때까지 그 온도를 유지시켰다.
플라스크의 내용물을 88℃로 냉각시키고, 디메틸에탄올아민 41.9 g,Tinuvin123 24.5 g, 및 Tinuvin384B 43.2 g을 장입하여 교반시켰다. 얻은 혼합물을 플라스틱 용기로 옮겼다. 비휘발성 성분의 함량이 39.4%인 분산액을 얻을 때까지 교반하에 탈이온수를 첨가하였다.
실시예 1: 수성 투명 코팅 조성물
다음과 같은 물질들을 차례로 배합하여 투명 코팅 조성물을 제조하였다:
- 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체(제조예 I) 355.4 g,
- Cymel327(아메리칸 시아나미드에서 시판하는 고도의 이미노 메틸화 멜라민) 21.4 g,
- Silwet7602(미국, 코네티컷주, 댄버리 소재의 유니온 카바이드에서 시판하는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 중 10%의 실리콘 균염제) 14.4 g, 및
- Tegoflow425(미국, 버지니아주, 호프웰 소재의 테고 케미 서비스 USA 에서 시판하는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 중 25%의 유동 및 균염제) 9.0 g,
실시예 2: 수성 투명 코팅 조성물
다음과 같은 물질들을 차례로 배합하여 투명 코팅 조성물을 제조하였다:
-카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체(제조예 I) 375 g,
- 헥사메톡시 메틸화 멜라민 18.2 g,
- Silwet7602(미국, 코네티컷주, 댄버리 소재의 유니온 카바이드에서 시판하는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 중 10%의 실리콘 균염제) 4.0 g,
- Tegoflow425(미국, 버지니아주, 호프웰 소재의 테고 케미 서비스 USA에서 시판하는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르중 25%의 유동 및 균염제) 3.0 g,
- NacureXP267(킹 인더스트리즈에서 시판하는 보호된 산 촉매 용액) 5.4 g, 및
- 탈이온수 72.5 g.
비교예 A: 수성 투명 코팅 조성물
다음과 같은 물질들을 차례로 배합하여 투명 코팅 조성물을 제조하였다:
- 히드록시 작용성 그라프트 아크릴 중합체(제조예 II) 282.9 g,
- Cymel327(아메리칸 시아나미드에서 시판하는 이미노 메틸화도가 높은 멜라민) 24.4 g,
- Silwet7602(미국, 코네티컷주, 댄버리 소재의 유니온 카바이드에서 시판하는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 중 10%의 실리콘 균염제) 21.4 g,
- Tegoflow425(미국, 버지니아주, 호프웰 소재의 테고 케미 서비스 USA에서 시판하는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 중 25%의 유동 및 균염제) 14.4 g,및
- 부틸 Carbitol(부틸 카르비톨이라고도 하며, 다우 케미탈에서 시판하는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 용매) 40.0 g.
비교예 B: 수성 투명 코팅 조성물
다음과 같은 물질들을 차례로 배합하여 투명 코팅 조성물을 제조하였다:
- 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체(제조예 I) 1555.4 g,
- 헥사메톡시 메틸화 멜라민 83.2 g,
- Silwet7602(미국, 코네티컷주, 댄버리 소재의 유니온 카바이드에서 시판하는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 중 10%의 실리콘 균염제) 16.0 g,
- Tegoflow425(미국, 버지니아주, 호프웰 소재의 테고 케미 서비스 USA에서 시판하는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 중 25%의 유동 및 균염제) 12.0 g,
- NacureXP267(킹 인더스트리즈에서 시판하는 보호된 산 촉매 용액) 20.6 g,
- 부틸 Carbitol(부틸 카르비톨이라고도 하며, 다우 케미탈에서 시판하는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 용매) 45.0 g, 및
- 탈이온수 276 g.
고형분이 높은 블랙 아크릴 안료함유 베이스 코팅층을 미리 분무하여 10 분 동안 기화시킨 스틸 판넬상에, 실시예 1과 2 및 비교예 A와 B의 코팅 조성물을 2층의 코팅으로서(코팅 사이에 1 분간 기화 처리함) 분무하였다. 투명 코팅된 판넬을 120℉(약 49℃)의 오븐에서 10 분동안 기화 처리하였다. 오븐 온도를 45 분에 걸쳐서 하기 표 1에 제시된 소성 온도까지 증가시키고, 판넬을 그 온도에서 20 분 동안 경화시켰다.
필름의 구성은 다음과 같다: 베이스 코팅 0.8 내지 1.0 mil(20.3 내지 25.4 미크론), 및 투명 코팅 1.4 내지 1.8 mil(35.6 내지 45.7 미크론).
코팅된 판넬을 16 주동안 플로리다, 잭슨빌에서 극심한 기후 조건하에 방치하여, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다. 수치는 부식 등급을 나타낸 것으로서, 그 척도로서 1 = 육안으로 보이는 부식이 없음. 10 = 부식이 극심함을사용하였다.
본 발명의 코팅 조성물에 의해 제공되는 코팅은 경화되었을 때 종래의 수성 시스템에 비해 환경 부식에 대하여 개선된 내성을 제공한다. 또한 인성과 내구성이 크고 마무리 상태 또한 탁월하여 상도층 코팅으로서 유용하다. 이외에도 본 발명의 코팅 조성물은 단일포장형 시스템으로서 유효하게 도포될 수 있으므로, 도포직전에 반응성 물질들을 혼합할 필요가 없다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 구체예에 의거하여 상세히 설명하였다. 그러나 이와 같은 구체예는 본 발명을 예시하는 것에 불과하며, 본 발명의 기술사상과 보호범위를 벗어나지 않는 다양한 개조예 및 변경예를 실시할 수 있음을 알아야 한다.

Claims (19)

  1. (a) (i) 이소시아네이트기, 히드록시기, 1차 또는 2차 아미노기, 산기, 무수물기, 에폭시기, 카르바메이트기, 메틸올기, 메톡시기, 이소부톡시기 또는 실록산기에서 선택되는 작용기(I)를 가진 제1 아크릴 중합체와, (ii) 상기 제1 아크릴 중합체의 작용기(I)와 동일한 작용기에서 선택되며 작용기(I)에 대해 반응성인 작용기(II)를 가진 제2 아크릴 중합체와의 반응 생성물을 포함하는 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체로서, 상기 제1 및 제2 아크릴 중합체 중 하나 또는 2 가지 모두가 상기 그라프트 아크릴 중합체에 수(水)-분산성을 제공하는 기를 갖고, 상기 제1 및 제2 아크릴 중합체 중 하나 또는 2 가지 모두가 카르바메이트 작용기를 갖는 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체, 및
    (b) 상기 카르바메이트 작용기와 반응성이 있는 다수의 작용기를 가진 화합물
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 경화성 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기가 음이온성 또는 비이온성 기인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기가 카르복실산 기인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기가 상기 제2 아크릴 중합체상에 존재하는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 작용기 (I)가 에폭시 작용기이고, 상기 작용기 (II)및 상기 수-분산성을 제공하는 기가 둘다 카르복실산 기인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그라프트 아크릴 중합체에 수-분산성을 제공하는 기가 상기 제1 및 제2 아크릴 중합체상에 둘다 존재하는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카르바메이트 작용기가 화학식 -L-O-C(=O)-NHR로 표시되는 구조를 포함하며, 이 때 L은 2 가의 연결기를 나타내고, R은 H, 알킬, 또는 시클로알킬을 나타내는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  8. 제7항에 있어서, R이 수소원자, C1-6알킬, 또는 고리 탄소원자가 6 개인 시클로알킬인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  9. 제7항에 있어서, L이 화학식 -COO-L'-로 표시되며, 이때 L'는 2 가의 연결기인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분 (b)가 실록산, 보호된 이소시아네이트, 알콕시, 및 메틸올 작용기로 이루어진 군 중에서 선택된 작용기를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성분 (b)가 아미노플라스트 수지인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 아미노플라스트 수지가 멜라민 포름알데히드 수지인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카르바메이트 작용성 그라프트 아크릴 중합체가 상기 제1 아크릴 중합체의 존재하에서 상기 제2 아크릴 중합체를 중합반응시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 수성 경화성 코팅 조성물로부터 유도된 상도층(topcoat) 코팅.
  15. 제14항에 있어서, 착색층과 투명층의 복합 코팅인 상도층 코팅.
  16. 착색된 코팅 조성물을 기재(基材)에 도포하는 단계, 상기 착색된 코팅 조성물상에 수성 투명 코팅 조성물을 도포하는 단계, 및 상기 복합 코팅을 경화시키는 단계를 포함하여 기재상에 환경 부식 내성이 있는 코팅을 생성시키는 방법으로서, 상기 수성 투명 코팅 조성물이 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 경화성 코팅 조성물인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 수-분산성을 제공하는 기가 상기 제2 아크릴 중합체 상에 존재하며, 상기 카르바메이트 작용기는 상기 제1 및 제2 아크릴 중합체 모두에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 수-분산성을 제공하는 기가 상기 제1 아크릴 중합체 상에 존재하며, 상기 카르바메이트 작용기는 상기 제2 아크릴 중합체상에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 코팅 조성물로부터 형성된 경화된 코팅을 가진 코팅된 기재.
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