KR100481333B1 - 다층코팅중의회색프라이머최적화방법 - Google Patents

Abstract

우선 프라이머 코팅을 도포한 다음, 페인팅된 기재의 색을 완전히 은폐시키지는 않을 정도의 탑 코팅을 상기 프라이머 코팅 상에 도포하여, 탑 코팅과 이미 페인팅된 기재의 색 배합을 수행함으로써 이미 페인팅된 기재 상에 다층의 코팅 조성물을 도포하는 방법은 회색 또는 백색 프라이머 코팅을, 건조 상태에서의 반사율이 탑 코팅의 최소 흡수 파장에서 측정한 탑 코팅의 반사율과 필수적으로 동일한 완전한 은폐 상태로 도포하는 것을 개선한다.

Description

다층 코팅 중의 회색 프라이머 최적화 방법 {Optimizing Gray Primer in Multilayer Coatings}

본 발명은 탑 코트 페인트 조성물 이전에 도포된 특별한 프라이머 페인트 조성물을 선택함으로써 자동차 및 트럭을 다시 페인팅하거나 다시 마감하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기재 색을 완전히 은폐시키기에 필요한 페인트 두께 미만인 두께로 탑 코트 페인트 조성물을 도포할 경우 원래의 탑 코트와 색 배합될 특별한 프라이머 페인트 조성물을 선택하는 것에 관한 것이다.

자동차 또는 트럭 차체를 보수 또는 다시 페인팅하기 위해 사용된 탑 코트 양을 저하시키기 위한 노력에 있어서, 보정된 프라이머 농도를 사용하는 경우 탑 코트를 완전히 은폐시키지는 않을 정도로 도포하여, 다시 페인팅되지 않은 나머지 차량 부분과 배합되는 탑 코트를 여전히 수득할 수 있다는 사실이 공지되어 있기 때문에, 보정된 회색, 백색 또는 흑색 프라이머를 선택하기 위한 기술이 이용되어 왔다. 보다 소량의 탑 코팅 조성물을 사용함으로써 비용은 저하되며, 여전히 색 배합이 허용가능한 동안 흐름(run), 처짐(sag) 및 파핑(popping)은 저하 또는 제거될 수 있다.

미국 특허 제4,546,007호(Abe 등, 허여일: 1985년 10월 8일)는 탑 코트를 완전한 은폐 상태로 도포한 경우 스펙트럼 반사율이 탑 코트의 스펙트럼 반사율 곡선의 최대값에 가능한한 근접하는 백색, 회색 또는 흑색 프라이머를 선택하는 방법을 이용한다. 이 방법의 결과, 시험한 특정 색의 약 ⅓이 부정확한 것으로 밝혀졌다. 프라이머를 탑 코트와 배합시켜 탑 코트를 완전히 은폐시키지는 않을 정도로 도포시켜 보수되는 페인트 색과 필수적으로 배합시키기 위한 보다 정확한 방법에 대한 수요가 존재한다.

발명의 개요

우선 프라이머 코팅을 도포한 다음, 원래의 페인팅된 기재의 색을 완전히 은폐시키지는 않을 정도의 탑 코팅을 상기 프라이머 코팅 상에 도포하여, 탑 코팅과 원래의 페인팅된 기재의 색을 동일하게 함으로써 원래의 페인팅된 기재 상에 다층의 코팅 조성물을 도포하는 방법은 회색 또는 백색 프라이머 코팅을, 건조 상태에서의 반사율이 탑 코팅의 최소 흡수 파장에서 측정한 탑 코팅의 반사율과 동등한 완전한 은폐 상태로 도포하는 것을 특징으로 한다.

본원에서 사용한 바와 같은 용어 "과(와) 동일한"이란 비색계 또는 분광광도계에 의한 것보다는 오히려 인간 시각적 정밀검사에 의해 측정한 바와 같은 것을 의미한다.

본 발명의 방법은 탑 코팅을 프라이머 상에 완전히 은폐시키지는 않을 정도로 도포할 수 있지만, 원래의 코팅된 기재와 여전히 색 배합될 수 있는 프라이머 코트 색을 선택하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 상당히 어두운 회색 및 흑색을 포함하는 다양한 회색 농도 및 백색인 프라이머 코팅의 사용을 필요로 한다. 이는 프라이머 코트의 반사율을 탑 코팅의 반사율과 배합시킴으로써 달성된다. 반사율은 탑 코팅의 최소 흡수 파장에서 측정된다. 반사율이 상기한 최소 흡수 파장에서의 반사율과 거의 동일한 프라이머를 사용한다.

채색된 재료는 그 자체의 색조의 빛을 반사하며 기타 색조의 빛을 흡수한다. 반사율, 즉 반사된 빛이란 각 파장에서 표면에 의해 반사된 빛의 측정량이다. 본 발명은 빛의 가시 스펙트럼, 즉 약 400 내지 700 ㎚와 관련있다. 본원에서 사용된 프라이머 코팅에 대한 반사율은 탑 코트의 최소 흡수 파장에서 측정된다. 최소 흡수 파장은 쿠벨카-멍크(Kubelka-Munk) 이론과 같은 광 산란 이론으로부터 측정된다. 반사율이 탑 코팅의 최소 흡수 파장에서 측정한 탑 코팅의 반사율과 거의 동일한 프라이머를 본 발명의 방법에서 사용한다.

반사율은 종래의 분광광도계로 측정할 수 있다. 사용할 수 있는 시판용 분광광도계의 예는 적분 구(integrating sphere) 측정 기하학을 갖는 맥베스 칼라-아이(Macbeth Color-Eye) 3000; 45/0 측정 기하학을 이용하는 양방향 바이크-가드너 9300 핸디-스펙(BYK-Gardner 9300 handy-spec) 분광광도계; 및 애즈페큘라(aspecular) 각이 25, 45 및 75。인 측정 기하학을 이용하는 양방향 엑스-라이트(X-Rite) MA-58 분광광도계이다.

광 산란 이론이란 동일한 파장에서 빛을 흡수 또는 산란시킬 수 있는 착색제 능력에 대한 색의 각 파장에서의 반사율에 관한 것이다. 가장 광범위하게 이용된 이론은 쿠벨카 및 멍크(참조: P. Kubelka 및 F. Munk, Ein Beitrag zur Optik der Farbanstriche, Z. tech. Physik., 12, 593, (1931))에 의해 개발된 이론이며 하기 수학식 1을 제공한다.

상기 식에서,

K는 흡수 계수이고,

S는 산란 계수이고,

R₀₀은 완전한 은폐부에서의 반사율이다.

각 착색제의 각 파장에서의 K 및 S를 앎으로써 착색제 혼합물의 K/S를 하기 수학식 2a 및 2b로 계산할 수 있다.

K_혼합물 = Σc_iK_i

S_혼합물 = Σc_iS_i

상기 식에서,

c는 혼합물 중의 착색제 농도이고,

i는 i번째 착색제이다.

또한, 페인트를 완전한 은폐부 미만으로 도포할 경우, 반사율(R)은 하기 수학식 3으로 계산할 수 있다.

상기 식에서,

R_g는 기재의 반사율이고,

R₀₀은 완전한 은폐부의 반사율이고,

X는 페인트의 필름 구조이고,

b는 (1/R₀₀ - R₀₀)/2이다.

조성 및 필름 구조가 공지된 시료를 반사율이 공지된 기재 상에 제조하여 이들 시료의 반사율을 측정하고, 상기 수학식을 이용하여 K 및 S를 계산함으로써 각 파장에서의 각 착색제에 대한 K 및 S 계수를 측정할 수 있다. 전형적으로, 금속성 색에 대한 알루미늄 플레이크 또는 비 금속성 색에 대한 백색과 같은 하나의 비교 착색제에 대한 K 및 S를 측정한 다음, 각 착색제의 비교물과의 2성분 블렌드를 제조하여, 이들 블렌드의 반사율을 완전한 은폐 상태로 측정하고, 수학식 1, 2a 및 2b를 이용하여 K 및 S를 계산함으로써 나머지 착색제에 대한 K 및 S를 측정한다. K 및 S 이론에 대한 보다 상세한 논의는 문헌(참조: Color and Business, Science & Industry, Dean B. Judd and Gunter Wyszecki, John Wiley and Sons, Inc, (Second Ed., 1963))에 있다.

자동차를 보수할 경우, 존재하는 색과 배합시키기 위한 페인트 배합물은 재마감 페인트 공급자에 의해 제공된 마이크로 필름 카드(microfiche) 상에서 검사될 수 있다. 이어서, 전형적으로는 프라이머를 보수할 영역에 도포한다. 이어서, 프라이머를 완전히 은폐시켜 자동차의 미보수된 마감재와 색 배합시키기에 충분한 탑 코팅을 상기 프라이머 상에 도포해야 한다. 본 발명은 보다 얇은 탑 코팅 두께를 도포할 수 있지만 여전히 미보수된 표면의 색을 배합시킬 수 있는 프라이머 색의 선택 방법을 제공한다.

배합형 탑 코팅에 대한 배합물에서의 착색제 농도를 인지하여, 각 착색제에 대한 K 및 S 계수를 미리 결정함으로써, 상기한 착색제 혼합물에 대한 K 및 S를 각 파장에서 수학식 2a 및 2b로부터 계산한다. 전형적으로, 이들 계산은 10 ㎚의 간격마다 수행한다. 따라서, 본 발명자는 가시 스펙트럼 상에서 K 값을 31로 계산할 것이고 S 값을 31로 계산할 것이다. K 값이 이들 31값들 중에서 최저인 파장은 최소 흡수 파장이다. 이 파장에서의 탑 코팅의 반사율은 상기 K 값 및 S 값을 동일한 파장에서 수학식 1로 대체함으로써 계산한다. 별법으로는, 상기 파장에서의 완전한 은폐 상태에서의 탑 코팅의 반사율을 분광광도계로 측정함으로써 반사율을 결정할 수 있었다. 이어서, 선택된 회색 프라이머는 상기 파장에서의 반사율이 상기 반사율과 동일하거나 그와 상당히 근접한 것일 수 있었다.

상기 프라이머는 몇몇 경로로 수득할 수 있었다. 하나의 방법은 흑색 프라이머 및 백색 프라이머를 사용하는 것으로, 이들을 상기 반사율을 제공하는 비로 블렌딩하는 것이다. 상기 비는 바른 반사율을 수득할 때까지 시행착오를 거쳐 달성할 수 있었다. 또한, 이들 프라이머의 K 및 S 값이 공지되므로 수학식 2a 및 2b에서의 농도를 계산하는 경우, 상기 비를 컴퓨터로 결정할 수 있어서 수학식 1이 정확한 반사율을 제공한다. 또다른 방법은 가시 스펙트럼 상의 스펙트럼 반사율이 측정 또는 계산에 의해 미리 결정되는 몇몇(5 내지 20개)의 명도 점증형 프라이머를 갖는 것이다. 일단 최소 흡수에서의 탑 코팅 반사율이 공지되면, 최적 프라이머는 동일 파장에서의 반사율과 근접한 반사율의 프라이머를 발견함으로써 선택할 수 있다. 5개의 프라이머만을 사용하는 경우, 이들 5개 프라이머의 2성분 혼합물을 스펙트럼 반사율을 제공하도록 공지된 비로 블렌딩함으로써 중간 프라이머를 제조할 수 있었다.

하기 실시예는 본 발명을 설명한다. 모든 백분율은 중량을 기준한다.

금속성 오렌지색 탑 코팅 페인트를 완전한 은폐 상태로 분무하였다. 은폐 상태는 바둑판 무늬의 흑색 및 백색 은폐 탭(tab)을 패널의 한 모서리에 배치함으로써 결정하였다. 탑 코팅을 도포할 때 탑 코트는 흑색 및 백색 정사각형을 차폐시킨다. 은폐시키기에 충분한 탑 코팅을 도포하는 경우, 육안으로는 흑색 및 백색 정사각형 상의 어떠한 탑 코트 색 차이도 인지할 수 없다. 기구를 통한 판독은 백색 및 흑색 각각 위에서 측정할 때 동일한 스펙트럼 곡선을 제공한다. 측정한 스펙트럼 반사율 곡선은 도 1에 도시된다("은폐(Hiding)"에 대해 H로 표시한 곡선). 3개의 회색 프라이머는 언더코트에 대한 것으로 간주되었다. 이들의 반사율 곡선은 또한 도 1에서 P₁, P₂ 및 P₃으로서 도시한다. 미국 특허 제4,546,007호(Abe 등)는 "스펙트럼 반사율이 완전한 은폐 상태의 탑 코트의 스펙트럼 반사율 곡선의 최대값과 가능한 한 근접한" 프라이머의 사용을 교시하고 있다. 탑 코팅의 은폐 상태에서의 최대 반사율은 700 ㎚에서 발생하며 상기 파장에서의 반사율을 가장 근접하게 배합시키는 프라이머는 도 1에 도시한 바와 같은 P₁ 프라이머이다.

본 발명의 방법은 P₁ 프라이머가 최상으로 색 배합되지 않는다는 것을 나타낸다. 쿠벨카-멍크 이론을 이용함으로써 탑 코팅의 최소 흡수 파장이 도 1 상에서 "A"로서 도시된 580 ㎚이었다는 것이 결정되었다. 수학식 2a를 이용하는 상기 파장에서의 흡수는 1.14에서 계산하였지만, 피크 반사율(700 ㎚)에서의 상기 흡수는 4.81에서 계산하였다. 580 ㎚에서의 곡선 H의 반사율은 11.1%이었다. 580 ㎚에서의 반사율이 11.1%에 근접한 프라이머는 P₂(프라이머 2)이며; 차선의 선택물은 P₃(프라이머 3)이다. 상기 오렌지색 탑 코트가 탑 코트의 4개의 코트만을 도포하는 이들 3개의 프라이머 상에 분무된 경우, 생성된 스펙트럼 곡선은 도 1에서 P'₁, P'₂ 및 P'₃으로서 도시된다. P'₂(프라이머 2) 상의 탑 코팅 곡선은 은폐 상태에서 탑 코팅의 곡선 H와 가장 근접하며, 이는 본 발명의 방법으로 선택된 바와 같은 P'₂(프라이머 2)가 아베 특허의 선행 기술의 방법으로 결정된 프라이머이었던 프라이머 1보다 오히려 가장 근접한 색 배합을 제공한다는 것을 나타낸다.

Claims (6)

1. 우선 프라이머 조성물의 코팅 층을 도포한 다음, 페인팅된 기재의 색을 완전히 은폐시키지는 않을 정도의 탑 코팅을 상기 프라이머 코팅 상에 도포하여, 탑 코팅과 이미 페인팅된 기재의 색 배합을 수행함으로써 이미 페인팅된 기재 상에 다층의 코팅 조성물을 도포하는 방법에 있어서, 회색 또는 백색 프라이머 조성물을, 건조 상태에서의 반사율이 탑 코팅의 최소 흡수 파장에서 측정한 탑 코팅의 반사율과 본질적으로 동일한 완전한 은폐 상태로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 프라이머 조성물이 명도가 각각 상이한 5 내지 20개의 일군의 회색 또는 백색 프라이머 조성물이며, 탑 코팅의 최소 흡수 파장에서 측정한 탑 코트의 반사율과 본질적으로 동일한 군으로부터 선택된 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 최소 흡수 파장에서의 탑 코팅의 반사율이 분광 광도계를 사용하여 완전한 은폐 상태에서의 탑 코팅의 반사율을 측정함으로써 결정되는 방법.
4. 제1항에 있어서, 최소 흡수 파장에서의 탑 코팅의 반사율이 쿠벨카-멍크(Kubelka-Munk) 계산법을 이용함으로써 계산되는 방법.
5. 제2항에 있어서, 적분 구(integrating sphere) 기하학을 이용하는 분광광도계를 사용하여 측정하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 양방향 기하학을 이용하는 분광광도계를 사용하여 측정하는 방법.