상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다가알콜과 2가산의 축합반응에 의해 생성된 수산기 값이 10 내지 50 mgKOH/g이고 중량평균 분자량이 8,000 내지 15,000인 피씨엠 하도 도료용 열경화성 폴리에스테르 수지 조성물을 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 열경화성 폴리에스테르 수지 조성물 20 내지 40 중량부, 안료 5 내지 15 중량부 및 용매 45 내지 55 중량부를 포함하는 피씨엠(Pre-Coated Metal) 하도 도료를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 열경화성 폴리에스테르 수지는 다가알콜과 2가산의 혼합 당량비를 조절하여 수산기 값이 10 내지 50mgKOH/g의 범위 내이며, 산가가 6 이하가 되도록 제조되었다.
상기 다가알콜은 알리파틱 디하이드릭 알콜(aliphatic dihydric alcohol)과 비스페놀 변성 알콜을 혼합하여 사용할 수 있다. 즉, 상기 알리파틱 디하이드릭 알콜과 상기 비스페놀 변성 알콜의 당량비를 적절히 조절할 경우 가공성과 내식성의 서로 상반되는 물성을 동시에 충족할 수 있는 수지가 제공될 수 있다.
상기 알리파틱 디하이드릭 알콜은 1,4-부틸렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 2,3-부틸렌글리콜 및 1,6-헥산디올로 이루어진 군에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 알리파틱 디하이드릭 알콜은 도료의 가공성을 향상시킬 목적으로 첨가하는데, 그 첨가량이 다가알콜 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만일 경우 제조된 열경화성 폴리에스테르 수지 조성물을 하도 도료에 적용할 경우 내식성은 양호해지지만 가공성이 불량해지는 문제점이 있다. 또한, 그 첨가량이 60 중량부를 초과할 경우 제조된 열경화성 폴리에스테르 수지 조성물을 하도 도료에 적용 시 가공성은 양호하지만 내식성이 불량해지는 문제점이 있다. 따라서, 상기 알리파틱 디하이드릭 알콜은 다가알콜 100 중량부에 대해 10 내지 60 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 비스페놀 변성 알콜은 에틸렌 옥사이드 부가 비스페놀 에이 및 프로필렌 옥사이드 부가 비스페놀 에이에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 상기 비스페놀 변성 알콜로 제조된 열경화성 폴리에스테르 수지를 하도 도료에 적용시 소지와의 부착력 및 내식성을 증진시킨다. 그 첨가량이 다가알콜 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만일 경우, 제조된 열경화성 폴리에스테르 수지조성물을 하도도료에 적용 시 내식성 및 소지와의 부착력이 불량해진다. 또한 그 첨가량이 20 중량부를 초과할 경우, 제조된 열경화성 폴리에스테르 수지조성물을 하도도료에 적용 시 내식성 및 소지와의 부착력 등은 양호하지만, 가공성이 불량해진다. 따라서, 상기 비스페놀 변성 알콜은 다가알콜 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 다가알콜은 상기 알리파틱 디하이드릭 알콜 및 비스페놀 변성 알콜 외에 글리콜 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 글리콜 화합물의 예로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 글리콜, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 메틸프로판디올, 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 1,4-시클로헥산디메탄올 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 글리콜 화합물은 상기 다가알콜 100 중량부에 대해 80 중량부 이하의 범위로 포함될 수 있다.
한편, 상기 2 가산은 방향족산과 지방족산을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 방향족산의 예로는 프탈릭 안하이드라이드(phthalic anhydride), 테트라하이드로 프탈릭 안하이드라이드(tetrahydro phthalic anhydride), 이소프탈산(isophthalic acid), 테레프탈산(terephthalic acid) 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 한편, 상기 방향족산은 상기 2가산 당량의 50 내지 100%의 범위로 포함될 수 있다.
상기 지방족산의 예로는 아디프산(adipic acid), 아젤라인산(azelaic acid), 세바스산(sebacic acid) 및 이들의 혼합물들을 들 수 있다. 또한, 지방족산은 상기 2가산 당량의 0 내지 50%의 범위로 포함될 수 있다.
한편, 수득된 피씨엠 하도 도료용 열경화성 폴리에스테르계 수지 조성물의 중량평균분자량은 8,000 내지 15,000인 것이 사용되는데, 분자량이 8,000 보다 적은 경우에는 가공성 및 경도가 떨어지고, 분자량이 15,000 보다 많은 경우에는 용제와의 상용성이 떨어져서 도료의 고체 함량이 낮아지고 이에 따라 피씨엠 라인의 고속 작업성이 떨어지기 때문이다.
본 발명의 피씨엠(Pre-Coated Metal) 하도 도료는 상기 피씨엠 하도도료용 열경화성 폴리에스테르 수지 조성물 20 내지 40 중량부, 안료 5 내지 15 중량부 및 용매 45 내지 55 중량부를 포함한다.
본 발명의 피씨엠 하도 도료 100 중량부에 대해 상기 폴리에스테르 수지가 20 중량부 미만으로 포함되면 내식성이 떨어지며, 40 중량부를 초과하여 포함되면 가공성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 상기 폴리에스테르 수지는 피씨엠 하도 도료 100 중량부에 대해 20 내지 40 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 도료는 색상 부여를 위하여 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 안료의 예로는 유기아조계 안료 또는 체질 안료로서 탈크를 들 수 있으며, 이산화티탄을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 피씨엠 하도 도료 100 중량부에 대해 상기 안료의 양이 5 중량부 미만이면, 내마모성이 불량하다. 한편, 상기 수성 도료 조성물 내의 안료의 양이 15 중량부를 초과하면, 건조 도막의 부착성 안료의 분산성 등이 나빠진다. 따라서, 상기 피씨엠 하도 도료 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부의 안료를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 도료는 용매를 포함한다. 사용가능한 용매로는 케톤류, 알콜류, 아세테이트류, 방향족 화합물, 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 용매는 전체 도료 내에 45 내지 55 중량부의 양으로 사용될 수 있는데, 45 중량부 미만으로 사용되면 도막의 부착성이 약하며, 55 중량부 이상으로 사용되면 건조에 오랜 시간이 걸리기 때문이다.
본 발명의 도료는 상기 성분들 외에 경화제, 분산제, 산촉매, 소포제 등의 첨가제를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
PCM 도료용 열경화성 폴리에스테르 수지의 제조
합성예 1
2ℓ 4구 플라스크에 온도계, 응축기, 교반기 및 콘덴서를 설치하고, 승온장치를 부착하였다. 여기에 네오펜틸글리콜 62.4g, 1, 6-헥산디올 11.8g, 1, 4- 부틸렌글리콜 7.5g, 에틸렌옥사이드가 2몰 부가된 당량이 169인 비스페놀 A 20.2g, 에틸렌글리콜 6.2g, 아디프산 40g, 이소프탈산 110.39g을 첨가하고 서서히 교반하면 서, 240℃까지 승온하였다. 약 7~8시간 동안 축합 반응을 수행하여 축합 반응 생성물로서 수산기 값이 22, 산가가 5, 점도(가드너)가 Z2인 열경화성 폴리에스테르 수지를 얻었다.
합성예 2
2ℓ 4구 플라스크에 온도계, 응축기, 교반기 및 콘덴서를 설치하고, 승온장치를 부착하였다. 여기에 네오펜틸글리콜 62.4g, 1, 6-헥산디올 11.8g, 에틸렌옥사이드가 2몰 부가된 당량이 169인 비스페놀 A 28.1g, 에틸렌글리콜 6.2g, 아디프산 40g, 이소프탈산 110.39g을 첨가하고 서서히 교반하면서, 240℃까지 승온하였다. 약 7~8시간 동안 축합 반응을 수행하여 축합 반응 생성물로서 수산기 값이 19, 산가가 5, 점도(가드너)가 Z3+인 열경화성 폴리에스테르 수지를 얻었다.
비교 합성예 1
2ℓ 4구 플라스크에 온도계, 응축기, 교반기 및 콘덴서를 설치하고, 승온장치를 부착하였다. 여기에 네오펜틸글리콜 62.4g, 1, 6-헥산디올 11.8g, 1, 4-부틸렌 글리콜 13.5g, 에틸렌옥사이드가 2몰 부가된 당량이 169인 비스페놀 A 16.4g, 에틸렌글리콜 6.2g, 아디프산 40g, 이소프탈산 110.39g을 첨가하고 서서히 교반하면서, 240℃까지 승온하였다. 약 7~8 시간 동안 축합 반응을 수행하여, 축합 반응 생성물로서 수산기 값이 30, 산가가 5, 점도(가드너)가 Z~Z1인 열경화성 폴리에스테르 수지를 얻었다.
비교 합성예 2
2ℓ 4구 플라스크에 온도계, 응축기, 교반기 및 콘덴서를 설치하고, 승온장치를 부착하였다. 여기에 네오펜틸글리콜 62.4g, 1, 6-헥산디올 11.8g, 1, 4-부틸렌 글리콜 10g, 에틸렌옥사이드가 2몰 부가된 당량이 169인 비스페놀 A 19.3g, 에틸렌글리콜 6.2g, 아디프산 40g, 이소프탈산 110.39g을 첨가하고 서서히 교반하면서, 240℃까지 승온하였다. 약 7~8시간 동안 축합 반응을 수행하여 축합 반응 생성물로서 수산기 값이 25, 산가가 5, 점도(가드너)가 Z1+인 열경화성 폴리에스테르 수지를 얻었다.
도막 특성 시험
도료의 제조
실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3
상기 각 합성예와 비교 합성예에서 얻어진 폴리에스테르 수지를 도료화한 후의 도장시 특성을 알아보기 위하여 합성예 1 및 2와 비교 합성예 1 및 2에서 얻어진 폴리에스테르 수지 및 분자량이 8,000~12,000인 선형 폴리에스테르 수지를 포함하는 하기 표 1 조성의 열경화성 피씨엠 하도 도료용 폴리에스테르 수지 조성물(실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3)을 각각 제조하였다.
(단위 : 중량부)
원료명 |
실시예 1 |
실시예 2 |
비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
합성예 1의 수지 |
30 |
- |
- |
- |
- |
합성예 2의 수지 |
- |
30 |
- |
- |
- |
비교합성예 1의 수지 |
- |
- |
30 |
- |
- |
비교합성예 2의 수지 |
- |
- |
- |
30 |
- |
분자량 8,000 내지 12,000의 선형 폴리에스테르 수지 |
- |
- |
- |
- |
30 |
TiO2
|
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
크롬산 스트론튬 (Strontium Chromate) |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
분산제(1)
|
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
멜라민 경화제(2)
|
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
산촉매(3)
|
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
소포제(4)
|
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
용매(5)
|
46 |
46 |
46 |
46 |
46 |
합계 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
(주)
(1) 분산제 : EFKA-4050 (EFKA사의 상품명)
(2) 멜라민 경화제 : 사이멜-325(Cymel-325, Cytec industry 社 제품)
(3) 산촉매 : Nacure-5225(KING사의 상품명)
(4) 소포제 : EFKA-2021 (EFKA사의 상품명)
(2) 용매 : 코코솔-100(K-100), 코코솔-150(K-150), 시클로헥사논, 크실렌 및 셀로솔브 아세테이트의 혼합액
<물성평가측정방법>
상기 실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3에 의해 제조된 도료의 물성을 하기의 방법에 의해 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다(단, 소지로는 인산아연 처리된 강판을 사용하였고, 도막의 두께는 5±2㎛로 하였으며, 소지가 받는 표면온도는 240℃로 하였다. 또한, 상도 도료로는 수산기%가 0.5~1%이고, 분자량이 12,000, Tg가 30℃인 열경화성 수지를 사용하여 제조된 PCM 강판 상도 도료를 사용하였다).
(1) 광택(60°)
ASTM-D-523에 따라 측정하였다.
(2) 메틸에틸케톤(MEK) 러빙(Rubbing)성
NCAA-II-18에 따라 측정하였다.
(3) 가공성
NCAA-II-19에 따라 측정하였다.
(4) 연필 경도
NCAA-II-12에 따라 측정하였다.
(5) 부착성
NCAA-II-20에 따라 측정하였다.
(6) 내산성/내알카리성
ASTM-D-1308에 따라 측정하였다.
(6) 내식성
도막이 형성된 소지를 밀폐된 Salt Spray Booth 내에서 500 시간 동안 노출시킨 후, 변화된 도막의 상태를 육안으로 판별하였다.
(7) 소지 및 상도와의 밀착성
동전을 이용하여 동일한 힘으로 도막을 눌러 긁어 줌으로써, 소지 및 상도로부터 도막이 떨어져 나가는 정도를 육안으로 판별하였다.
|
실시예 1 |
실시예 2 |
비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
광택(60°) |
92 |
90 |
90 |
91 |
91 |
MEK 러빙 |
100 이상 |
100 이상 |
100 이상 |
100 이상 |
100 이상 |
가공성(OT) |
5 |
5 |
3 |
4 |
4 |
연필경도 |
2H |
2H |
F |
2H |
H |
부착성 |
100/100 |
100/100 |
97/100 |
98/100 |
98/100 |
내산성 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
내알카리성 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
내식성 |
양호 |
양호 |
불량 |
불량 |
불량 |
소지, 상도 밀착성 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 피씨엠 하도 도료용 열경화성 폴리에스테르 수지 조성물을 사용하여 제조된 실시예 1 및 실시예 2의 도료 조성물이 비교예 1 내지 3의 도료조성물보다 가공성과 내식성이 우수함을 알 수 있다.