KR100620120B1

KR100620120B1 - 분체도료 조성물

Info

Publication number: KR100620120B1
Application number: KR1019970081952A
Authority: KR
Inventors: 현재규; 채수겸
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 2006-12-05
Also published as: KR19990061668A

Abstract

본 발명은 분체도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 수지와 경화제를 함유하는 분체도료의 구성에서 고분자 수지로 고분자말단에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지를 사용하고, 경화제로는 다음 화학식 1로 표시되는 글리시딜 화합물 경화제를 사용함으로서 내후성 및 내굴곡성이 우수하며 고온에서 속경화가 가능토록 개선된 트리글리시딜 이소시아누레이트 하도용(TGIC PCM : tri-glycidyl-isocyanurate pre-coated metal) 분체도료 조성물에 관한 것이다.

화학식 1

Description

분체도료 조성물{A composition powder paint}

[화학식 1]

일반적으로 사용되는 PCM(pre-coated metal)용 분체도료 조성물은 정전분체도장, 유동침적도장 방식으로 건조 도막 두께 기준으로 30 ～ 50 ㎛로 도장되어 250℃ ×2분정도 소부로를 통과하여 도막이 형성되며, 이렇게 미리 도장되어진 강판을 후가공하여 가전제품(냉장고,세탁기등)의 외부 조립물로 사용함으로서 생산성의 향상을 가져 왔다.

기존의 PCM용 분체도료의 조성물은 하이드록실를 갖고 있는 폴리에스테르 수지와 블록킹제로 마스킹되어 있는 이소시아네이트 화합물이 경화 반응을 일으켜 도막을 형성하며,가열 경화시 블로킹 에이전트로 사용되는 카프로락탐등이 방출기화하기 때문에 소부시 연기가 발생되고 후막도장시에는 도막이 발포되는 현상이 발생되는 문제가 있었다.

따라서, 우레탄 도료의 경우는 소부로내에서 발생되는 가스를 처리할 수 있는 흡착탑이나 후연소 설비가 고려되어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래에 사용하던 우레탄 PCM의 경우의 소부시 연기 발생의 문제점 뿐만아니라 도막의 유연성에 한계가 있어서 소지두께 및 형상에 따라 사용이 제한되는 문제점이 있었다.

근래의 가전제품에 엠보씽 효과를 내는 표면요철을 형성한 철판이 도입됨에 따라 기존의 우레탄 PCM 분체도료의 유연성으로는 굴곡성의 한계가 있어서 가공시 크랙이 발생되는 단점이 문제로 지적되고 있으며, 모서리 부위의 도포성(EDGE COVER)이 더욱 요구되고 있다. 특히, 박막도장이 요구되는 PCM도료의 특성상 낮은 도막으로 모서리 부위의 도포성을 유지해야 하는 문제를 가지고 있으며, 모서리 부위의 미도포 현상은 피도물의 미관을 해칠뿐 아니라 장기적으로 내식성 및 물성의 저하를 가져올 수 있다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 분체도료 조성을 구성함에 있어서, 수지성분으로 카복실기을 갖는 폴리에스테르수지를 사용하고, 경화제로서 글리시딜을 함유한 화합물을 사용함으로서 우수한 기계적물성, 굴곡성 및 소부시 연기가 발생하지 않는 PCM용으로 유용한 분체도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 고분자 수지와 경화제를 함유하는 TGIC PCM용 분체도료 조성물에 있어서, 수지성분으로 고분자 말단에 카복실기를 가지며 분자량 1,000 ~ 15,000이고, 유리전이온도 70 ~ 100 ℃, 산가 20 ~ 60, 중량평균 분자량/수평균 분자량의 비가 1 ～ 3인 폴리에스테르 수지를 전체 도료조성 100 중량부를 기준으로 40 ～ 70 중량부; 다음 화학식 1로 표시되는 글리시딜 화합물을 함유하는 경화제 3 ～ 7 중량부; 및 다음 화학식 2로 표시되는 이미다졸을 함유하는 경화촉매 0.01 ～ 0.5 중량부를 함유하는 것을 그 특징으로 한다.

화학식 1

[화학식 2]

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 TGIC PCM용 열화경화성 분체도료 조성물로 폴리에스테르 수지와 화학식 1의 경화제를 사용하는 것에 기본적인 특징을 두고 있는 것으로서, 특히 본 발명에 사용된 폴리에스테르 수지의 관능기로 작용하는 카복실기와 상기 화학식 1의 경화제가 고온에서 속경화되도록 하기 위해서 이미다졸류의 경화촉매를 사용한다. 경화제로 사용된 TGIC는 3개의 에폭시 링을 가지고 있어 가교밀도가 높으며, 특히 매우 열에 안정하여 내후성이 우수할뿐만 아니라 속경화가 용이하여 기존 우레탄 PCM을 대체할 수 있는 특징을 가지고 있다. 이때, 사용되는 경화촉매는 상기 화학식 2로 표시되는 이미미다졸외에도 유기포스핀 유도체, 1,8-디아조-비사이클로(540)-운데칸-7(DBU) 및 DBU의 염 중에서 선택된 것이 사용되어질 수 있다.

이와 같은 본 발명에서 사용된 수지로서, 말단에 카복실기 함유한 폴리에스테르 수지는 산가, 분자량,유리전이온도(Tg)등이 도막의 굴곡성에 영향을 준다.

기존의 PCM용 도료에 사용하던 하이드록실기 함유 폴리에스테르 수지는 일반적으로 수평균분자량 9,000 내지 12,000, 유리전이온도 40 ～ 50 ℃정도인 것을 사용하였다. 이러한 수지를 엠보싱용 강판에 적용시 굴곡성 및 모서리 부위의 도포성이 급격히 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명에 따르면, 카복실 말단 폴리에스테르 수지의 제조에 있어서, 산가, 분자량의 가교반응의 차이는 내굴곡성에 영향이 있는바, 본 발명에 있어서 우수한 내굴고성을 얻기 위해서는 분자량 10,000 ～ 15,000의 높은 분자량의 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

만일, 저분자량이 많은 경우에는 유리온도 또한 낮아짐에 따라 도료의 저장안정성이 떨어질 뿐만 아니라 도막의 유연성이 떨어진다. 또 필요이상의 고분자량을 사용할 때에는 유리전이온도가 높아져 분체도료화 공정인 용융 혼합시(니이딩, 익스트르딩 작업시)에 지나치게 놓은 온도가 필요함에 따라 도료 제조공정에서 겔화 발생 등의 안정성이 떨어지며 높은 점도로 인하여 분쇄가 어렵게 되어 정상적인 입도보다 높은 싸이즈의 입도로 제조될 우려가 있다. 따라서, 도료 평활도의 저하 및 도장시 과도막의 현상으로 도막관리의 어려운 문제가 있다. 여기서, 균일한 분자량 분포는 내굴곡성에 영향을 주며, 수평균 분자량(M_n)과 중량평균 분자량(M_w)의 비, 즉 M_w/M_n의 값이 1 ～ 3의 범위에서 가장 우수한 내굴곡성을 기대할 수 있다.

또한, 유리전이온도가 높은 70 ～ 100℃의 폴리에스테르 수지를 사용하면 표면의 요철이 존재하는 강판의 모서리 부위의 도포성을 보완하는데 유리하다.

만일, 유리전이온도가 너무 낮은 수지를 사용할 경우는 좋은 평활성과 흐름성으로 인하여 요철이 존재하는 강판표면에 도포후 경화시 높은 흐름성 때문에 모서리 부위가 도포되지 않는 현상이 생긴다. 또한, 유리전이온도가 너무 높은 폴리에스테르 수지를 사용할 때에는 분체도료화 과정에서 분산시 충분히 멜팅되지 않음으로서 분산 불량의 원인이 되며 이것은 물성 및 광택의 저하를 가져 올수 있다.

그 외에도, 폴리에스테르의 수지는 산가가 20 ～ 60인 경우가 좋고, 보다적당하게는 20 ～ 40의 산가를 갖는 카복실 말단 폴리에스테르 수지를 사용하면 우수한 내굴곡성을 갖는 분체도료 조성물을 얻을 수 있다.

만일, 산가가 20보다 낮은 폴리에스테르 수지를 사용하면 상대적으로 경화속도가 떨어져 속경화를 기대하기 어렵고, 60보다 높은 폴리에스테르 수지의 경우에는 가교밀도가 치밀해져 도막의 유연성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명에 따라 조성되는 분체도료의 조성을 하나의 구체적인 예로서 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 조성물은 예를 들면 카복실 말단 폴레에스테르 수지 50 ～ 70 중량부, 상기 화학식 1의 경화제 3 ～ 7 중량부, 경화촉매 0.01 ～ 0.5 중량부, 첨가제로서 흐름성 향상제 1.0 ～ 2.0 중량부, 핀홀 방지제 0.01 ～ 0.5 중량부, 산화 방지제 0.5 ～ 2.0 중량부, 안료 20 ～ 40 중량부를 각각 배합 후 콘테이너 믹서을 이용하여 균일하게 혼합될 수 있도록 섞는다. 균일하게 혼합된 조성물을 니이더 또는 익스트루더 등의 압출기을 통하여 100 ～ 130℃의 고온에서 용융 혼합시킨 다음, 분쇄기를 이용하여 평균입도 40 ～ 50 ㎛, 입자분포 10 ～ 200 ㎛인 분체도료의 조성물을 제조한다.

이와 같이 본 발명에 따른 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장 또는 유동 침적 도포방법에 의하여 도포하는 경우 건조 도막두께 30 ～ 50 ㎛으로 도포후 250℃ ×2분의 조건에서 건조 경화 시키면 도막이 형성된다.

위와 같이 본 발명에 따라서 제조된 도료는 내후성이 우수한 폴리에스테르 수지를 주쇄로 사용함으로써, 현재 판매되고 있는 도료에 비해서 우수한 내후성을 얻을수 있을 뿐만 아니라 월등히 우수한 내굴곡성을 가지며, 소부시 연기 발생이 없는 PCM용 분체도료 조성물을 얻을 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 반응매카니즘은 다음 반응식 1로 표시된다.

[반응식 1]

한편, 본 발명에서 카복실 말단 폴리에스테르 수지의 사용량이 상기 예시한 조성에서 50 중량부 미만인 경우에는 경화제가 과량 투입으로 도료의 저장안정성이 문제되며 60 중량부를 초과하면 도막의 경화가 불량하다.

또, 경화제는 3 중량부 미만이면 도막이 경화되지 않고, 5 중량부를 초과하면 저장안정성이 떨어진다.

또 촉매가 0.01 ～ 0.5 중량부를 기준으로 0.01 중량부 미만이면 경화속도가 급격히 감소하고 0.5 중량부를 초과하면 분산중 겔화 된다.

또 흐름성 향상제가 0.01 중량부 미만이면 도막형성시 크레타링이 발생하고, 2.0 중량부가 초과되면 타도료에 오염시 크레타링 발생 및 자체 도막의 광택이 저하되는 원인이 된다.

또 핀홀 방지제가 0.01 중량부 미만이면 핀홀이 발생하고, 2.0 중량부를 초과하면 도막의 황변이 발생한다.

또 산화 방지제는 과량 사용할 때 도막의 연화 및 광택 저하가 온다.

그 외에도 안료는 20 중량부 미만이면 은폐가 불량하고 30 중량부를 초과 하면 굴곡성이 저하된다. 이때, 안료의 종류는 백색 안료로서 TiO₂, 체질안료로서 BaSO₄, CaCO₃, SiO₂등이 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 : TGIC PCM 분체도료(백색)

카르복실 말단 폴리에스테르 수지(벨기에 UCB사, CC803) 65.44 중량부

경화제(화학식 1) (PT810, 트리글리시딜이소시아누레이트) 3.51 중량부

이미다졸(2-메틸이미다졸) 0.14 중량부

흐름성 향상제(ADD 360, 월리사 제품, 아크릴 올리고머) 0.92 중량부

핀홀 방지제(BENZOIN, BASF사, 2-히드록시-2-페닐아세토페논)0.03 중량부

안료(BaSO₄, CaCO₃, SiO₂) 28.50 중량부

산화방지제(이가녹스-1076, 시바가이기사 제품, 2-벤조시아졸티오석신산)

1.50 중량부

상기 7종의 원료를 정량 평량 후 콘테이너 믹서를 이용하여 균일한 혼합을 시킨다.

잘 혼합된 원료를 니이더 또는 익스트루더를 이용하여 고온(100 ～ 130℃)에서 용융 혼합하여 펠렛을 제조하고, 제조된 펠렛을 분쇄기에 이용하여 평균입도 40 ㎛이 되는 분체도료 조성물을 제조한다.

제조된 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장으로 건조도막 두께 기준으로 30 ～ 50 ㎛이 되도록 피도물(EMBOSSING 강판)에 도장한 다음, 도장된 피도물을 일정한 온도가 유지되는 열풍건조로 또는 I.R오븐의 온도를 250℃에서 2분간 유지 시켜주면 고굴곡성의 분체도료 조성물을 얻을 수 있다.

비교예

하이드록실 말단 폴리에스테르수지(미국 카길사 30-3000) 60.74 중량부

IPDI(B1530,휼스사, 이소포론 이시소시아네이트) 15.19 중량부

TIN 촉매 0.15 중량부

흐름성 향상제(PV-5, 월리사, 아크릴 올리고머) 0.76 중량부

핀홀 방지제(BENZOIN, BASF사, 2-히드록시-2-페닐아세토페논)

0.38 중량부

안료(BaSO₄, CaCO₃, SiO₂) 22,78 중량부

상기 4종의 원료를 정량 평량후 콘테이너 믹서를 이용하여 균일한 혼합을 시킨다.

잘 혼합된 원료를 니이더 또는 익스투루더를 이용하여 고온(100 ～ 130℃)에서 용융 혼합하여 펠렛을 제조하고, 제조된 펠렛을 분쇄기를 이용하여 평균입도 30 ～ 50 ㎛이 되는 분체도료 조성물을 제조한 다음, 제조된 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장으로 건조도막 두께 기준으로 30 ～ 50 ㎛이 되도록 피도물(EMBOSSING강판)에 도장한다.

도장된 피도물 일정한 온도가 유지되는 열풍건조로 또는 I.R오븐의 온도를 250℃에서 2분간 유지시켜 주면 분체도료 피막을 얻을 수 있다

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 분체도료 조성물에 대하여 각종 물성을 측정하고 그 결과는 다음 표 1에 비교하여 나타내었다.

[표 1]

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물은 종래와 달리 카복실을 갖는 폴리에스테르 수지를 사용하고 경화제로서 글리시딜를 함유한 화합물을 사용하며 이의 경화 촉매로 이미다졸류를 사용하는 등 일련의 조성물 새롭게 하므로써, 고온에서 속경화가 가능하고 소부시 가스 발생을 제거하였으며, 특히 도막의 내굴곡성을 획기적으로 향상시킨 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims

고분자 수지와 경화제를 함유하는 TGIC PCM용 분체도료 조성물에 있어서, 수지성분으로 고분자 말단에 카복실기를 가지며 분자량 1,000 ~ 15,000이고, 유리전이온도 70 ~ 100 ℃, 산가 20 ~ 60, 중량평균 분자량/수평균 분자량의 비가 1 ～ 3인 폴리에스테르 수지를 전체 도료조성 100 중량부를 기준으로 40 ～ 70 중량부; 다음 화학식 1로 표시되는 글리시딜 화합물을 함유하는 경화제 3 ～ 7 중량부; 및 다음 화학식 2로 표시되는 이미다졸을 함유하는 경화촉매 0.01 ～ 0.5 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물:

화학식 1

화학식 2