KR100459243B1 - 회수 분체 도료를 재활용한 액체 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업 폐기물로 처리되는 회수 분체 도료를 재활용하여 사용 가능한 액체 도료 조성물을 제조함으로써 산업 폐기물 발생 억제 및 처리비용 절감, 도료 제조시 원재료비의 절감 등과 같이 다수의 재활용 효과를 나타내는 액체 도료 조성물을 제공코자 하는 것이다.

즉, 본 발명은 회수 에폭시 수지계 또는 에폭시-폴리에스테르계, 폴리에스테르-TGIC계 분체 도료를 단일 내지는 상호 혼합물을 이용하여 그 최대 사용량이 50∼65중량％, 방향족계, 케톤 및 에스테르계의 혼합용제 33∼48중량％, 디메칠폴리실록산 또는 아크릴 공중합으로 제조된 평활제 0.2∼0.5중량％, 역시 디메칠폴리실록산계 소포제 0.1∼0.3중량％ 범위의 조성비로 상온 또는 70∼80℃ 가온 상태로 혼합 용제에 완전히 용해시켜 냉각시킨 후 분산기를 이용하여 분산시켜서 제조된 액체 도료로서 가교제를 폴리아마이드, 폴리아민 또는 폴리아지리딘 유도체를 사용해서 경화시키는 액체 도료의 제조방법 및 도료조성물을 제공하는데 특징이 있는 것으로서, 본 발명은 산업 폐기물 발생 억제 효과와 처리비용 절감, 도료 제조시의 원자재비 절감효과가 있으며, 또한 제조된 도료 조성물은 붓, 로울러, 스프레이 건 등의 도장기기로 일반적인 도료와 동일한 작업방법으로 도장할 수 있으며, 금속용 하도 도료, 콘크리트 바닥용 도료, 방청용 하도 도료 등 다용도로 사용이 가능하며 상온에서 경화된 도막 물성은 우수한 부착성, 내약품성, 내수성, 방청성 등의 물성을 나타내는 특징이 있는 것이다.

Description

회수 분체 도료를 재활용한 액체 도료 조성물{A liquid paint recycled by powder paint and its materials for composing the paint}

본 발명은 산업 폐기물로 처리되는 회수 분체 도료를 재활용하여 사용 가능한 액체 도료 조성물을 제조함으로서 산업 폐기물 발생 억제 및 처리비용 절감, 도료 제조시 원재료비의 절감 등과 같은 다수의 재활용 효과를 나타내는 액체 도료 조성물에 관한 것이다.

분체 도료는 도료산업 분야 중 환경 친화적인 도료로서 현재 국내에서 생산되는 분체 도료의 생산량은 99년도의 경우 약 25,000ton에 이르고 있으며 매년 15∼20％ 정도의 꾸준한 성장세를 유지하고 있다.

그런데 분체 도료 생산업체에서 분체 도료 제조 시에 약 3∼5％의 분체 도료 미립자가 집진장치(bag filter)에 포집되어 산업 폐기물로 폐기 처리되고 있으며, 분체 도료를 사용하고 있는 도장 현장에서도 역시 약 5％ 정도의 분체 도료가 산업 폐기물로 처리되고 있는 실정이다.

종래 분체 도료의 재활용 기술은 분체 도료 회수분을 건축용 자재에 일부 첨가한 후에 열을 가하여 성형시켜서 건축용 자재의 강도를 보강하기 위한 목적으로 사용하였거나(특허 제 139432 호), 분체 도료 회수분을 용제에 용해시킨 후 원심 분리법에 의해 수지, 용제와 안료를 분리해서 그 원료를 재활용하는 기술이었다.

전자의 경우 무기질을 주성분으로 하는 건축자재의 일부에 회수 분체 도료를 일부 첨가하여 응용하여 왔으나 회수 분체 도료의 종류 및 물성이 항상 불균일성으로 인한 제품강도의 균일성을 유지할 수가 없어서 건축 자재의 안정성, 내구성이란 측면에서 볼 때 한계점이 있었다.

또한 후자의 경우는 회수 분체 도료를 용제로 용해시킨 후 비중 차이를 이용해서 원심 분리시키면 합성수지, 혼합용제, 혼합안료층으로 분리할 수는 있다.

그러나 합성수지 층은 합성수지 혼합물로 구성되어 있으며, 이것은 비중이 거의 동일하기 때문에 합성수지별로 분리해 낼 수 없을 뿐만 아니라 동시에 가교제도 포함되어 있어서 실제로 원료로 재사용하는 것은 거의 불가능하다.

용제의 경우는 증류법에 의해 재 증류하여 사용할 수는 있지만 결국 비점(b.p)이 유사한 용제는 분류가 힘들고 회수 분체 도료의 불순물도 포함될 가능성이 높다.

그러므로 새로운 용제를 첨가하여 회수 용제를 만드는 것과 같은 결론에 도달하게 된다.

마지막으로 혼합 안료층도 마찬가지로 안료 비중이 확연히 구분되는 층을 제외하고는 실제로 분류해 내는 것이 거의 불가능하다.

예를 들면 분체 도료에 가장 많이 사용되는 백색안료(TiO₂)와 체질안료(BaSO₄)는 비중이 4.0∼4.2로서 거의 동일하기 때문에 분류시킬 수 없다는 것이다.

그러므로 후자의 경우는 실제로 재활용 시에 생산성, 재활용 가능량 등을 산출해 본다면 실제로 재활용 가능성에 많은 문제점을 내포하고 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술과는 달리 에폭시 및 에폭시-폴리에스테르계 회수 분체 도료를 용기 내에서 혼합 용제로서 액체화시킨 후 물성 안정화를 위해 신규 원료를 첨가하여 분산 시켜서 만든 액체 도료 조성물로서 사용 시에는 그 액체 도료로서 가교제와 반응하여 상온에서 3차원 망상구조의 도막을 형성시키는 액체 도료 조성물을 제공코자 하는 것이다.

그리고 또한 본 발명은 분체 도료 생산량 중에 80∼90％를 차지하는 에폭시 및 에폭시-폴리에스테르계 회수 분체 도료를 이용하여 정상적인 도료로 제조 재활용토록 함으로서 산업폐기물 발생 억제와 처리비용 절감, 도료 제조시의 원자재비 절감 등 복합적인 절감효과를 창출하는데 기술의 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 있어서 에폭시수지, 폴리에스테르수지와 가교제인 폴리아민 또는 폴리아지리딘 유도체와의 반응 메커니즘

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 가온, 냉각이 가능한 용기내에 방향족(예; 크실렌 등), 에스테르계(예; 부틸아세테이트 등), 케톤계(예; 메칠이소부칠케톤 등) 혼합용제를 먼저 붓고 분말상의 에폭시 또는 에폭시-폴리에스테르계, 또는 폴리에스테르-TGIC계 회수 분체 도료 혼합물을 첨가한 후 상온에서 교반기를 이용하여 저속(약 100∼200RPM)으로 혼합용제에 약 10분간 웨팅(Wetting) 시킨 다음 고속(약 600∼800RPM)으로 회수 분체 도료를 혼합용제에 약 10분간 분산시킨다.

그 후에 회수 분체 도료를 혼합용제에 완전히 용해시키기 위해 에폭시 및 에폭시-폴리에스테르계 분체 도료의 연화점(Softening point)인 약 70∼80℃까지 승온시켜서 약 5∼10분간 고속으로 용해시키고 급냉시킨 후 분산기를 이용하여 분산시키면 액체 유동상태의 조성물이 얻어진다.

이 조성물에 색상 조색을 위해 색종(Colourant), 물성 조정을 위해 소량의 에폭시 수지, 표면 장력 저하를 위해 평활제, 점도조정을 위해 혼합용제 등 물성 및 색상 균일화를 위한 다수의 원료 등을 투입하면 최종의 정상적인 액체 도료 조성물을 얻을 수 있다.

본 발명은 에폭시 및 에폭시-폴리에스테르계 분체 도료의 주성분인 에폭시 수지와 폴리에스테르계 수지 및 그 도료에 함유되어 있는 유색안료와 체질안료를 용액 상태로 전환시켜 그 용액을 그 상태로 활용하는 것이며, 특히 도막의 연속상을 형성시키는 고체상, 고분자량의 에폭시 수지와 폴리에스테르 수지를 유동성 액체상태로 만들어 가교제인 폴리아마이드, 폴리아민 또는 폴리아지리딘 유도체와 반응시켜서 3차원 망상구조를 형성시킨다.

현재 국내에서 사용되는 에폭시-폴리에스테르계의 분체 도료는 에폭시 수지와 폴리에스테르 수지의 함유비율이 40/60∼30/70이 주종을 이루고 있으므로 에폭시-폴리에스테르계 회수 분체 도료를 이용하여 제조된 액체 도료를 가교제인 폴리아민 유도체나 폴리아지리딘 유도체와의 반응 시에 화학 양론적으로 일관성 있게 반응시킬 수 있다.

에폭시 수지, 폴리에스테르 수지와 가교제인 폴리아마이드, 폴리아민 또는 폴리아지리딘 유도체 반응 메커니즘(mechanism)은 도 1과 같다.

도 1과 같이 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아민, 폴리아마이드 또는 폴리아지리딘 유도체와의 가교결합에 의해 형성된 도막의 특성은 강인성(toughness), 내약품성, 방식성이 우수하고 금속, 콘크리트와 같은 소재와 부착성이 뛰어나다.

그러므로 금속용 방청 프라이머, 콘크리트 바닥재, 일반 공업용 하도 도료 등에 사용 할 수가 있다.

뿐만 아니라 가교제인 폴리아민 유도체나 폴리아지리딘 유도체의 관능기수, 분자량, 화학구조 등에 따라서 도막 물성과 반응속도의 변화를 꾀할 수 있어 다양한 도막 물성을 추구할 수도 있다.

예를 들면, 폴리아민 유도체의 경우 분자량이 적고 관능기수가 크면 가교 밀도가 커지게 되고 가교점 사이의 분자량이 작을 뿐 아니라 가교제의 점도가 낮으므로 인해 모빌리티(mobility)가 커져서 반응속도도 빨라진다.

결국에는 도막의 모두러스(modulus) 값이 높아져서 경도가 높고 유연성이 부족한 딱딱한 도막이 형성된다.

반대로 폴리아민의 분자량이 크고 관능기수가 적으면 가교밀도가 낮고 반응속도도 늦을 뿐 아니라 가교점 사이에 분자량이 크므로 모두러스(modulus) 값이 낮아져서 경도가 낮고 유연한 도막을 얻게 된다.

본 발명 도료 제조를 위한 실시예 1의 조성비를 아래의 표 1에 나타내었다.

크실렌 15중량부, 메칠이소부칠케톤 15중량부, 부틸아세테이트 19.5중량부를 혼합한 혼합용제 49.5중량％를 냉각, 가열이 가능한 용기에 먼저 투입 한 후 에폭시-폴리에스테르계 회수 분체 도료를 50중량％를 혼합용제에 저속(약 100∼200RPM)으로 교반함과 동시에 서서히 투입시켜서 웨팅(wetting) 시킨 다음 고속(약 600∼800RPM)으로 약 10분간 분산시킨 후 용해도를 증가시키기 위해 에폭시-폴리에스테르 회수 분체의 연화점(Softening point)인 약 70∼80℃ 정도로 승온시켜서 다시 약 5∼10분간 고속으로 용해시킨 후 냉각수로 급냉시켜서 분산기를 이용하여 분산시키면 용액상의 도료 조성물이 얻어진다.여기에 주성분이 디메칠폴리실록산인 평활제<예, 독일 BYK사의 byk300 series>와 역시 주성분이 디메칠폴리실록산<예, 독일 BYK사의 byk061 series>인 소포제를 소량 첨가하여 도료 조성물을 완성하였다.

실시예 1과 같이 제조한 도료 조성물의 저장 안정성을 관찰하였는데 초기 점도가 브룩필드(Brookfield)의 RV형으로 측정 시에 600∼630cps 정도로 1주일 경과 후에도 점도의 변화가 없이 저장 안정성이 우수한 것으로 나타났다.

다음으로 에폭시-폴리에스테르계 회수 분체 도료의 활용농도를 증가하여 저장 안정성을 파악하기 위해 표 2와 같이 실시예 2의 조성비로서 도료 조성물을 실시예 1의 제조 방법과 동일하게 제조하였다.

주) 혼합용제(단위: 중량부): 크실렌 8, 메칠이소부칠케톤 8, 부틸아세테이트 13.5

실시예 2의 도료 조성물의 초기점도는 2900∼3000cps 정도로 실시예 1의 경우보다 초기점도가 상당히 높은 것을 알 수 있으며, 1주일 경과 후 점도의 변화를 측정했을 때 거의 40,000cps 이상의 점도로 페이스트(Paste)상의 외관상태를 볼 수 있었다.

이러한 이유는 회수 분체 도료의 부피 분율이 높은 반면에 이것을 용해시킬 수 있는 혼합용제의 부피 분율이 낮아 회수 분체 도료를 충분히 습윤, 용해시켜주지 못하기 때문에 시간이 경과함에 따라 회수 분체 도료의 팽윤(Swelling) 현상이 나타나는 것으로 보여진다.

그래서 표 3과 같이 실시예 3의 조성비로 분체 도료 활용 농도의 변화, 저장 안정성, 도막 물성, 색상변경 등의 제반 물성을 파악하기 위하여 전술한 제조방법대로 도료 조성물을 제조하였다.

주) 혼합용제(단위: 중량부): 크실렌 11, 메칠이소부칠케톤 11, 부틸아세테이트 16

실시예 3의 조성비에 도료 조성물의 초기 점도는 800∼850cps 정도이고, 1주일 경과 후에도 점도의 변화가 없이 안정한 저장 안정성을 보였다.

도막위의 물성을 관찰하기 위하여 가교제인 폴리아마이드, 폴리아민 또는 폴리아지리딘 유도체의 혼합물을 사용할 수 있는데 사용량은 가교제의 활성수소 당량과 에폭시 당량을 당량비로 반응시킨다.

실시예 3의 조성비로 제조된 도료의 도막 물성과 콘크리트 바닥재로 사용하고 있는 일반 에폭시계 도료의 도막 물성을 비교 시험한 결과를 표 4에 나타내었고, 일반 에폭시계 도료의 가교제로서는 일반적으로 주로 사용하고 있는 폴리아마이드인 '국도화학'의 G5022를 사용하였으며 일반 에폭시계 도료와 중량비 4:1의 비율로 혼합하여 반응시켰다.

표 4의 물성시험 비교표와 같이 재활용 도료 조성물과 일반 바닥용 에폭시계 도료의 물성 차이는 거의 없으며, 재활용 도료 조성물의 경우 유연한 폴리에스테르 수지와 함유되어 있으므로 기계적 물성이 약간 증가한 것을 볼 수 있으며, 도막의 표면 경도는 일반 바닥용 에폭시계 도료가 딱딱한 에폭시 수지의 함량이 높으므로 좀더 경도가 높은 것으로 나타났다.

이상과 같은 결과를 종합적으로 분석해서 요약을 하면 회수 에폭시 및 에폭시-폴리에스테르계 분체 도료의 사용량은 최대 50∼65중량％, 크실렌, 부틸아세테이트, 메칠이소부칠케톤으로 구성된 혼합용제 33∼48중량％, 디메칠폴리실록산이 주성분인 평활제는 0.2∼0.5중량％, 역시 디메칠폴리실록산이 주성분인 소포제는 0.1∼0.3중량％, 색종(Colorant)은 0.2∼3중량％ 사용하는 것이 바람직하며, 제조방법은 전술한 것과 동일한 방법으로 재활용 도료를 제조하면 저장 안정성이 우수한 도료 조성물을 얻을 수 있다.상기 실시예 1내지 3에서 분체 도료와 혼합용제의 사용량은 분체 도료를 액체 도료 조성물로 만들기 위한 혼합용제의 최소 혼합비이며, 평활제 및 소포제, 색종의 투입비율은 일반적인 액체 도료 조성물에서 도료로서 물성을 유지하기 위한 기본적인 혼합비를 적용한 것이다.

이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이 본 발명은 산업 폐기물로 처리할 회수 분체 도료를 재활용하여 액체 도료 조성물을 제조함으로써 산업 폐기물 발생 억제 효과와 처리비용 절감, 도료 제조시의 원재료비 절감의 효과가 있고, 또한 제조된 도료 조성물은 붓, 로울러, 스프레이 건 등의 도장기기로 일반적인 도료와 동일한 작업방법으로 도장할 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 일반 금속용 도료의 하도 도료(또는 프라이머), 콘크리트 바닥용 도료, 방청 도료의 하도 도료, 농기구, 중장비용 도료의 하도 도료 등으로 다양하게 사용될 수 있으며, 건조조건은 상온에서 3일 이상의 기간이 소요되고 강제 건조 시에는 온도 조건에 따라 시간이 다르지만 일반적으로 60∼80℃에서 30분∼1시간 정도의 조건이면 완전히 경화된 도막을 얻을 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 회수 분체 도료 60중량％와,

   크실렌 11중량부, 메칠이소부칠케톤 11중량부, 부틸아세테이트 16중량부로 구성된 혼합용제를 38중량%와,

   디메칠폴리실록산계 또는 아크릴 공중합으로 제조된 평활제를 0.3중량％와,

   디메칠폴리실록산계의 소포제를 0.2중량％, 색종(Colorant) 1.5중량% 범위의 조성비로 70∼80℃의 가온 상태로 상기 혼합용제에 용해시킨 후 분산기에서 용액을 분산시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 회수 분체 도료를 재활용한 액체 도료 조성물.