KR100474044B1 - 저온소부분체도료조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온 소부 분체도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에스테르 수지와 경화제를 포함하는 분체도료 조성물에 있어서 말단에 카르복실기를 갖는 산성 폴리에스테르 수지를 사용하고 경화제로서 디글리시딜 비스페놀 에이형 에폭시 수지를 사용하는 등 특정한 성분조성으로 구성하되 저온 경화가 가능한 수지를 선별하고 낮은 용융 온도를 갖는 첨가제를 사용함으로써, 저온 경화제로 인해 도막의 외관과 광택성이 우수하면서도 평활성과 선영성을 비롯해 내용제성, 내수성, 내열성, 내약품성 등이 우수하여 특히 플라스틱, 목재, 금속 등 고온경화 분체도료 도장될 수 없는 피도물의 도장 등에 유용한 저온 소부 분체도료 조성물에 관한 것이다.

Description

저온 소부 분체도료 조성물

본 발명은 저온 소부 분체도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에스테르 수지와 경화제를 포함하는 분체도료 조성물에 있어서 말단에 카르복실기를 갖는 산성 폴리에스테르 수지를 사용하고 경화제로서 디글리시딜 비스페놀 에이형 에폭시 수지를 사용하는 등 특정한 성분조성으로 구성하되 저온 경화가 가능한 수지를 선별하고 낮은 용융 온도를 갖는 첨가제를 사용하므로써, 저온 경화제로 인해 도막의 외관과 광택성이 우수하면서도 평활성과 선영성을 비롯해 내용제성, 내수성, 내열성, 내약품성 등이 우수하여 특히 플라스틱, 목재, 금속 등 고온경화 분체도료 도장될 수 없는 피도물의 도장 등에 유용한 저온 소부 분체도료 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 카르복실기 함유 산성 폴리에스테르 수지는 에폭시 수지와 개환 부가 반응을 일으켜서 견고하고 미려한 도막을 얻는다.

그러나, 현재 사용중인 분체도료용 산성 폴리에스테르 수지는 그 용융 온도가 높기 때문에 저온 경화 분체도료화하여 경화 시에 도막의 평활성이 떨어지는 문제점이 발생하였다.

일반적으로 분체 도료용 산성 폴리에스테르 수지는 무정형 상태로 되어 용융 점도가 비교적 높기 때문에 도료화 하였을 때 흐름성을 제한하여 도막의 외관 및 평활성이 떨어지게 되는 문제가 있으며, 경화온도 또한 고온이 필요하였다.

따라서 저온에서 경화 가능한 수지의 선별은 관능 기의 종류, 배열, 분자량, 모노머의 종류, 유리전이온도(Tg), 수지의 결정성 등이 저온경화 분체도료의 중요한 요소로 작용하였다.

또한, 분체도료 조성물을 제조하기 위해서는 가교제의 종류, 경화촉매(외부촉매, 내부촉매) 흐름성 향상제, 핀홀 방지제 등이 필수적인 요소로 작용하였으며, 기존에 사용하는 각종 첨가제는 첨가제 자체의 용융온도가 높아(140 ∼ 160℃) 저온 경화 분체도료에 사용하기에는 어려움이 있었다.

이와 같이, 종래의 분체도료 조성물의 경우는 비교적 고온 소부 분체일 뿐아니라 저온 경화로 인한 미관과 광택성을 개선하면서 제반 물성까지 우수한 제품을 얻기 어려운 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여, 카르복실기 말단을 갖는 폴리에스테르 수지에 디글리시딜 비스페놀 에이 타입의 에폭시 수지를 경화제로 첨가 사용하고 기타의 첨가제를 적절히 배합 사용함으로써 저온 경화를 통해서도 외관의 미려함과 광택성을 개선하면서도 평활성, 선영성 및 각종 물성이 우수하게 나타내는 새로운 조성의 저온 소부 분체도료 조성물을 제공하는데 그 목적을 두고 있다.

본 발명은 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지 경화제를 주성분으로 하는 분체도료 조성물에 있어서, 카르복실기 말단을 갖는 산성 폴리에스테르 수지 20 ∼ 38 중량%와 디글리시딜 비스페놀 에이 타입의 에폭시 수지 20 ∼ 38 중량%를 포함하는 저온 소부 분체도료 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 저온 소부 분체도료 조성물은 폴리에스테르 수지로 말단기에 카르복실기를 갖는 산성 폴리에스테르 수지가 주성분이며, 디글리시딜 비스페놀 에이 타입의 에폭시 수지를 경화제로 사용하였다.

본 발명의 분체도료는 예를 들어 산성 폴리에스테르 수지를 20 ∼ 38 중량%, 에폭시 수지를 경화제로 20 ∼ 38 중량% 사용하였으며, 흐름성 개선제 0.01 ∼ 3.0 중량%, 핀홀방지제 0.01 ∼ 2.0 중량%, 경화촉매 0.1 ∼ 1.0 중량%, 트리글리시딜이소시아누레이트(TGIC) 0 ∼ 10 중량%, 안료 및 무기필러물 20 ∼ 40 중량%를 사용하여 제조한 하이브리드 타입의 저온 경화 분체도료용 조성물로 바람직하게 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 도료조성은 140±10℃×10∼15 분에서도 경화 가능한 저온 경화형 분체도료 조성물로서 그 동안 고온 경화 분체도료로 인하여 사용할 수 없었던 플라스틱 및 목재에서도 분체도료 도장이 가능하게 한다. 또, 기존에 사용중인 고온용 분체도료용 수지에 비하여 용융점도가 낮아서 저온에서의 흐름성이 우수하며, 낮은 온도에서 반응하여야 하므로 반응성이 큰 수지를 사용하여야 한다.

따라서, 본 발명에 사용된 산성 폴리에스테르 수지는 특정 산가와 용융온도 또한 낮은 수지를 사용한다.

통상적으로 용융온도가 낮은 수지는 수평균 분자량이 작고, 수지의 유리전이온도가 낮은 것이 통상적인 폴리에스테르 수지이나, 본 발명에 사용된 산성 폴리에스테르 수지는 낮은 용융온도를 가지지만 비교적 높은 유리전이온도를 가짐으로써 도료의 저장 안정성이 우수한 특징이 있다.

본 발명에서 사용된 산성 폴리에스테르 수지는 앞에서도 언급되었듯이 높은 반응성과 낮은 용융온도를 가지고 있지만 비교적 높은 유리전이온도(Tg)를 갖는 수지를 사용하였다.

즉, 산성 폴리에스테르 수지의 용융온도는 100 ∼ 120℃ 이며, Tg는 50 ∼ 60℃ 이다.

또한 저온에서 경화반응이 이루어져야 하므로 반응도가 높은 폴리에스테르 수지를 사용하였으며, 산가는 60 ∼ 100인 수지를 사용한다.

산성 폴리에스테르 수지의 용융온도가 높으면 저온(140±10℃) 소부 시 도막의 평활성이 유지되지 못하며, 수지의 Tg가 50℃ 미만인 경우 기온이 높은 하절기 제품의 보관 시 도료의 뭉침이 발생되어 사용할 수 없다. Tg가 60℃ 보다 높은 경우에는 도료의 흐름성이 저하되어 평활성이 떨어진다.

또한, 산가가 60 미만으로 낮은 폴리에스테르 수지를 사용하는 경우 저온에서의 경화반응을 촉진하기 위하여 과량의 촉진제를 투입하게 되는 바, 이로써 저장성 및 도료의 경시 안정성이 떨어지는 문제점이 있다. 산가가 100 보다 큰 폴리에스테르 수지를 사용하는 경우에는 상대적으로 저분자량이 많아져서 제품의 보관 시 뭉침현상이 발생한다.

한편, 경화제로 사용하는 에폭시 수지는 당량이 600 ∼ 1,000 정도 되는 비스페놀 에이와 에피클로로히드린의 중합 생성물로 디글리시딜 비스페놀 에이(DEGBA) 형의 에폭시 수지를 사용한다.

또, 경우에 따라서는 트리글리시딜 이소시아누레이트(TGIC) 경화제도 동시에 사용하였다.

또한 기타 첨가제의 구체적인 사용예를 설명하면, 흐름성 향상제로는 모다플로우 I (몬산토사 제품), 아크로날 4 에프(바스프사 제품) 등을 사용할 수 있고, 안정제로는 이가녹스-1076(시바가이기사 제품)을 사용할 수 있다.

핀홀방지제로서는 PE-1500(랑코사 제품)과 서프뉼 피 200(에어 프로덕트사 제품), 씨브이피(크레이 벨리 프로덕트사 제품), 벤조인 등을 사용할 수 있다.

상기의 첨가제는 용융온도가 대부분 100 ∼ 120℃의 제품 또는 그 이하 온도의 제품을 사용함으로써 저온 소부형 분체도료의 소부온도 140±10℃에서 성능이 발휘될 수 있도록 하였다.

특히 분체도료의 특성상 성전도장에 의하여 형성된 도막의 용융 소부 시 입도 사이에 존재하는 기포가 원활하게 도막에서 휘발되도록 하는 핀홀방지제 예를 들면, 피이 왁스(랑코사 제품), 씨브이피(크레이 벨리 프로덕트사 제품), 서프뉼 피 200(에어 프로덕트사 제품)의 사용량이 매우 중요하다.

본 발명에서는 핀홀방지제를 0.01 ∼ 2.0 중량% 사용하였다.

만일, 0.01 중량% 이하를 사용할 때에는 핀홀방지의 효과가 저하되며, 2.0 중량% 이상을 사용할 때에는 도막의 황변 발생으로 외관의 광택이 저하되며, 내열성이 떨어진다.

에폭시-카르복실 반응을 촉진시키는 경화촉매를 반응물질의 총 중량을 기준으로 약 0.1 ∼ 1.0 중량%의 양으로 반응 혼합물에 첨가한다. 촉매는 예컨대 트리부틸아민과 같은 삼차아민, 트리페닐포스페이트와 같은 삼차 포스페이트, 에틸트리페닐포스포늄 아이오다이드 등과 같은 사차 포스포늄염, 또는 제일 주석 옥테이트 등과 같은 금속염일 수 있다. 바람직한 촉매는 트리부틸아민과 같은 삼차아민 또는 에틸트리페닐포스포늄 아이오다이드와 같은 사차 포스포늄염을 포함한다.

만일, 그 경화촉매를 0.1 중량% 미만 사용할 시에는 촉진능력의 저하로 도막물성이 저하되며, 1.00 중량% 보다 과량 사용할 시에는 급경화로 도막 평활성 및 선명성, 저장안정성이 저하된다.

특히, 본 발명에서 산성 폴리에스테르 수지의 사용량이 과량이면 도막의 물성 저하가 우려되고 소량 사용은 도막의 변화가 문제된다.

경화제인 에폭시 수지는 과량 사용시 도막의 물성 저하가 문제되고, 소량 사용 시는 도막이 연화되는 문제가 있다.

흐름성 개선제는 소량 사용할 때 도막에 크레타링 현상이 발생되고, 과량 사용 시에는 도막의 점착성이 높아져서 오염에 민감해진다.

한편, 안료 및 무기필러는 20 ∼ 40 중량%로 사용하는 바, 소량 사용하면 은폐가 불량하고 과량 사용하면 도막의 흐름성이 저하된다.

또한, 트리글리시딜 이소시아누레이트(TGIC)는 과량 사용 시 도막의 유연성이 저하되고, 산화 안정제는 과량 사용 시 도막의 황변이 발생할 우려가 있다.

위와 같이, 본 발명에서는 비교적 낮은 온도에서 용융되는 첨가제를 사용함으로서 저온 경화 분체도료에서 도료의 외관 및 물성이 향상되는 각종 첨가제를 상기와 같은 적절한 비율로 사용하였다.

이와 같이, 본 발명에 따라 저온 소부 분체도료 조성물을 제조하는 구체적인 공정과 도장 공정을 예시하면 다음과 같이 예시될 수 있다.

도료제조 공정

상기의 일정 배합비로 혼합된 조성물을 믹싱 기기를 이용하여 균일하게 혼합한다.

혼합된 조성물을 압출기의 온도를 90 ∼ 100℃에서 통과시켜서 용융혼합된 조성물을 냉각하여 펠렛을 제조한 후, 제조된 펠렛을 분쇄기를 통하여 분쇄된 도료를 평균압도를 20 ∼ 100 마이크론(멜본 습식 입도측정기)이 되는 분체도료 조성물을 제조한다.

도료의 제조 시 압출기의 온도는 매우 중요한 요소이다. 본 발명의 도료는 저온 소부형 분체도료인 관계로 압출기의 온도가 너무 높은 경우에는 압출기 내에서 경화반응이 진행되어 압출기 내부에서 겔화가 발생 될 수 있으므로 압출기의 온도는 90 ∼ 100℃로 생산 시에 유지 관리하여야 한다.

도장공정

제조된 분체도료를 정전스프레이 또는 유동 침적 도장방법에 의해 건조 도막두께 기준으로 약 60 ∼ 80 마이크론이 되도록 도장한다.

상기의 방법은 기존의 분체도료의 도장 방법과 동일하며, 도장된 피도물을 열풍 건조로에서 10분간 소부 경화시킨다.

이때, 기존의 분체도료는 열풍 건조로의 온도가 180±20℃ 정도 필요하였으나, 본 발명의 분체도료는 열풍 건조로의 온도가 140±10℃ 에서도 완벽한 도막의 물성을 나타내었다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

다음의 실시예에서는 특별한 언급이 없는 한 "부"는 중량부를 의미한다.

실시예 1

수지를 이용하여 분체도료 조성물을 다음과 같이 제조한다.

1. 산성 폴리에스터 수지(산가: 70, Tg: 58℃, 용융온도: 115℃) 35.0 중량부

2. 에폭시 수지(에피코트-1003) 35.0 중량부

3. 아크로날-4에프(BASF 사) 흐름성개선제 1.0 중량부

4. 티타늄 디옥사이드(무기안료) 26.4 중량부

5. 벤조인(핀홀방지제) 0.5 중량부

6. 피이-1500(랑코케미칼) 핀홀방지제 1.0 중량부

7. 트리페닐포스페이트(경화촉매) 0.6 중량부

8. 씨브이피(크레이 벨티프로덕트사) 핀홀방지제 0.5 중량부

상기 1 ∼ 8까지의 원료를 소수점 0.1까지 측정 가능한 저울에서 정량 평량하고, 그 평량된 원료를 믹스를 이용하여 균일하게 혼합한다.

혼합된 원료를 90 ∼ 100℃의 고온에서 압출기를 통하여 용융 혼합 후 냉각하여 펠렛을 제조한 후, 분쇄기를 이용하여 평균입도가 20 ∼ 100 마이크론이 되는 분체도료 조성물을 제조한다.

제조된 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장기를 이용하여 건조 도막두께가 60 ∼ 80 마이크론이 되도록 도장 후 열풍 건조로의 온도 140℃가 유지되는 건조로에서 10분간 유지시킨 후 도막을 얻는다.

실시예 2

1. 산성 폴리에스터 수지(산가: 68, Tg: 55℃, 용융온도: 118℃) 40.0 중량부

2. 에폭시 수지(3030 고려화학) 30.0 중량부

3. 트리글리시딜 이소시아누레이트(TGIC) 5.0 중량부

4. 아크토날-4에프(BASF 사) 흐름성개선제 0.7 중량부

5. 티타늄 디옥사이드(무기안료) 21.5 중량부

6. 이라가녹스-1076(시바가이기 사) 산화안정제 0.3 중량부

7. 벤조인(핀홀방지제) 0.9 중량부

8. 피이-1500(랑코케미칼) 핀홀방지제 1.0 중량부

9. 트리페닐포스파이트(T.P.P) 경화촉매 0.6 중량부

상기 1 ∼ 10까지의 원료를 소수점 0.1까지 측정 가능한 저울에서 정량 평량하고, 그 평량된 원료를 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한다.

혼합된 원료를 90 ∼ 100℃의 고온에서 압출기를 통하여 용융 혼합 후 냉각하여 펠렛을 제조한 후, 분쇄기를 이용하여 평균입도가 20 ∼ 100 마이크론이 되는 분체도료 조성물을 제조한다.

제조된 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장기를 이용하여 건조 도막두께가 60 ∼ 80 마이크론이 되도록 도장 후 열풍 건조로의 온도 140℃가 유지되는 건조로에서 10분간 유지시킨 후 도막을 얻는다.

비교예 1

수지를 이용하여 분체 도료 조성물을 다음과 같이 제조한다.

1. 산성폴리에스터 수지(산가: 110, Tg: 70℃, 용융온도: 130℃) 35.0 중량부

2. 에폭시 수지(8030 고려화학) 35.0 중량부

3. 아크로날-4에프(BASF 사) 흐름성개선제 1.0 중량부

4. 티타늄 디옥사이드(무기안료) 21.1 중량부

5. 벤조인(핀홀방지제) 0.9 중량부

6. 피이-1500(랑코케미칼) 핀홀방지제 2.0 중량부

7. 씨브이피(크레이 벨티 프로덕트사) 핀홀방지제 5.0 중량부

상기 1 ∼ 7까지의 원료를 소수점 0.1까지 측정 가능한 저울에서 정량 평량하고, 그 평량된 원료를 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한다.

혼합된 원료를 90 ∼ 100℃의 고온에서 압출기를 통하여 용융 혼합 후 냉각하여 펠렛을 제조한 후, 분쇄기를 이용하여 평균입도가 20 ∼ 100 마이크론이 되는 분체도료 조성물을 제조한다.

제조된 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장기를 이용하여 건조 도막두께가 60 ∼ 80 마이크론이 되도록 도장 후 열풍 건조로의 온도 140℃가 유지되는 건조로에서 10분간 유지시킨 후 도막을 얻는다.

비교예 2

1. 산성 폴리에스르 수지(산가: 40, Tg: 48℃, 용융온도: 123℃) 60.0 중량부

2. 에폭시 수지(에피코트-1003) 40.0 중량

3. 트리글리시딜 이소시아누레이트(TGIC) 2.0 중량부

4. 아크토날-4에프(BASF 사) 0.7 중량부

5. 티타늄 디옥사이드(무기안료) 90.0 중량부

6. 이라가녹스-1076(시바가이기 사) 0.3 중량부

7. 벤조인(핀홀방지제) 0.9 중량부

8. 피이-1544(랑코케미칼) 1.0 중량부

9. 비이-31 0.6 중량부

상기 1 ∼ 9까지의 원료를 소수점 0.1까지 측정 가능한 저울에서 정량 평량하고, 그 평량된 원료를 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한다.

혼합된 원료를 90 ∼ 100℃ 의 고온에서 압출기를 통하여 용융 혼합하고 냉각하여 펠렛을 제조한 후, 분쇄기를 이용하여 평균 입도가 20 ∼ 100 마이크론이 되는 분체도료 조성물을 제조한다.

제조된 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장기를 이용하여 건조 도막두께가 60 ∼ 80 마이크론이 되도록 도장하고, 열풍 건조로의 온도 140 ∼ 160℃가 유지되는 건조로에서 10 ∼ 15분간 유지시킨 후 도막을 얻는다.

위의 실시예 1과 2 및 비교예 1과 2의 각 도료를 이용하여 도막의 물성을 경화시간에 따라 다음 표 1과 같이 비교하였다.

상기 표 1에서 보면, 경화조건 130 ∼ 140℃, 10 ∼ 15분에서 실시예 1과 2는 양호하나 비교예 1과 2는 불량하다. 특히, 비교예 1은 160℃× 10분에서도 약간 불안정한 상태를 나타내었고, 또한 외관에서는 핀홀의 발생이 다소 있다.

이와 같이, 상기 실시예에 의하여 만들어진 본 발명에 따른 분체도료는 저온에서 경화하여 도막의 외관, 광택이 우수하면서도 요구하는 물리적 특성을 나타내어 내용제성, 내수성, 내열성, 내약품성이 뛰어나다.

Claims (6)

1. 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지 경화제를 주성분으로 하는 분체도료 조성물에 있어서,

   유리전이온도 50 ∼ 60℃ 이고, 카르복실기 말단을 갖는 산성 폴리에스테르 수지 20 ∼ 38 중량%와, 디글리시딜 비스페놀 에이 타입의 에폭시 수지 20 ∼ 38 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온소부 분체도료 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 산성 폴리에스테르 수지는 용융온도가 100 ∼ 120℃이고 산가가 60 ∼ 100인 것을 특징으로 하는 저온소부 분체도료 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 당량이 600 ∼ 1000인 것을 특징으로 하는 저온소부 분체도료 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물에 핀홀방지용 첨가제가 0.01 ∼ 2.0 중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 저온소부 분체도료 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물에 흐름성 개선제가 0.01 ∼ 3.0 중량%, 트리글리시딜 이소시아누레이트가 0 ∼ 10 중량%, 경화촉매가 0.1 ∼ 1.0 중량% 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 저온소부 분체도료 조성물.
6. 제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 조성물에 안료 및 무기필터로서 티타늄 디옥사이드가 20 ∼ 40 중량% 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 저온 소부 분체도료 조성물.