KR100688619B1 - 내열피막조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내열피막조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기-무기 복합수지를 주바인더로 하고, 여기에 용제, 첨가제, 아연분말 및 반응지연제가 함유된 피막조성물에 있어서, 상기 주바인더로서 폴리메틸페닐실록산계 수지 및 알킬실리케이트 축합물로 구성된 유기-무기 복합수지를 사용하고, 가수분해촉진제 및 저장안정성을 위해 반응지연제를 함유시킴으로써, 상온에서 경화가 가능하여 산업플랜트 분야에서 소각로, 공장설비, 전기로 등의 고온을 유지하는 대형구조물의 금속 표면에 도장되어 방청, 저장안정성 및 고온내열성 등의 도막물성이 우수한 내열피막조성물에 관한 것이다.
실리콘 수지, 알킬실리케이트 축합물

Description

내열피막조성물{Heat-resistant coating composition}
본 발명은 내열피막조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기-무기 복합수지를 주바인더로 하고, 여기에 용제, 첨가제, 아연분말 및 반응지연제가 함유된 피막조성물에 있어서, 상기 주바인더로서 폴리메틸페닐실록산계 수지 및 알킬실리케이트 축합물로 구성된 유기-무기 복합수지를 사용하고, 가수분해촉진제 및 저장안정성을 위해 반응지연제를 함유시킴으로써, 상온에서 경화가 가능하여 산업플랜트 분야에서 소각로, 공장설비, 전기로 등의 고온을 유지하는 대형구조물의 금속 표면에 도장되어 방청, 저장안정성 및 고온내열성 등의 도막물성이 우수한 내열피막조성물에 관한 것이다.
종래 금속 제품에는 방청 및 고온내열성을 위해 도장도료로서 실리콘 수지계에 아연분말을 혼합한 도료가 폭 넓게 이용되고 있다. 실리콘계 수지도료는 실리콘 수지 단독 또는 에폭시수지, 아크릴수지 등 유기수지를 혼합한 변성 실리콘 수지를 바인더로 하는 것으로, 200 ℃ 전후의 고온이 필요한 가열건조형 내열피막 조성물 형태가 일반적이며, 이는 산업플랜트에 적용되고 있다. 그러나, 종래의 가열건조형 내열피막조성물을 소각로, 공장설비, 전기로 등의 고온을 유지하는 대형구조물에 사용할 경우, 도장후 바로 가열건조 없이 고온을 받는 시점까지 도막이 완전 경화되지 못하여 도막의 치밀성이 저하되므로 도막이 쉽게 손상 받고 내염수분무성이 떨어지는 문제점이 발생되어왔다. 이를 해결하기 위한 방법으로, 상온경화가 가능한 알킬실리케이트 피막조성물의 개발이 이루어지긴 하였으나, 이 방법 역시 내열온도가 400 ℃ 이하로 실리콘계 도료의 내열성 즉, 600 ℃ 까지의 고온 내열성에는 미치지 못하는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 종래 피막조성물이 가지고 있던 고온내열성을 유지하면서 도장후 가열건조까지의 미경화에 의한 도막의 손상이나 방청 등의 문제점을 해결하기 위해, 기존 실리콘계 바인더에 상온경화가 가능하도록 알킬실리케이트 축합물을 혼합 사용하고, 또한 저장안정성을 위한 반응지연제를 함유시킴으로써, 상온에서 경화가 가능하여 산업플랜트 분야에서 소각로, 공장설비, 전기로 등의 고온을 유지하는 대형구조물의 금속 표면에 도장되어 방청, 저장안정성 및 고온내열성 등의 도막물성이 우수한 내열피막조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 유기-무기 복합수지를 주바인더로 하고, 여기에 용제, 첨가제, 아연분말 및 반응지연제가 함유된 피막조성물에 있어서,
상기 주바인더로서 분자량 20,000 ∼ 50,000이며 수산기 함량이 수지고형분에 대하여 3 중량% 이하인 폴리메틸페닐실록산계 수지와, 그리고 SiO2 고형분 함량이 19 ∼ 21 중량%인 알킬실리케이트 축합물로 구성된 유기-무기 복합수지가 전체 피막조성물에 대하여 20 ∼ 50 중량% 함유되어 있는 내열피막조성물을 그 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 상온경화 및 고온내열성 등의 제반물성을 만족시키기 위해 주바인더로서 유기-무기 복합수지를 사용하며, 유기수지는 순수 실리콘 수지로서 폴리메틸페닐실록산계 수지를 기본 수지로 하고 여기에 상온경화가 가능하도록 무기물로서 알킬실리케이트 축합물을 도입하고, 가수분해 촉진제와 통상의 첨가제 및 용제가 혼합 조성되어 상온건조가 가능하고 저장안정성을 갖는 내열피막조성물에 관한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 피막조성물에서 바인더 성분으로 사용되는 유기-무기 복합수지 중의 유기수지는 분자량 20,000 ∼ 50,000이며 수지 중에 수산기의 함량이 수지고형분에 대하여 3 중량% 이하인 폴리메틸페닐실록산계 수지를 사용한다. 이때, 상기 수산기의 함량이 상기 범위를 벗어나면 상온경화를 지연시키며 도막형성시 브리틀(튐) 현상이 발생되는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 바인더 성분으로 사용되는 유기-무기 복합수지 중의 무기물로는 상온경화가 가능하도록 C1∼C8의 알킬실리케이트 화합물을 축합시킨 알킬실리 케이트 축합물을 사용한다. 이러한 알킬실리케이트 화합물로는 오르가노메틸실리케이트, 메틸실리케이트, 오르소에틸실리케이트, 오르소 n-프로필실리케이트, 오르소 n-부틸실리케이트 중에서 선택된 1종을 사용한다.
상기 알킬실리케이트 축합물은 메틸실리케이트 또는 에틸실리케이트 중에서 선택된 알킬실리케이트 화합물을 이소프로필 알콜과 무수에탄올의 혼합용액에 첨가하고, 서서히 교반하면서 산(acid) 용액을 투입하여 35 ℃ 이하의 조건하에서, 가수분해 및 축합반응의 제조공정을 거쳐 제조된 것으로, SiO2 고형분 함량이 20 ∼ -- 중량%인 알킬실리케이트 축합물을 미리 제조하여 상기 유기수지인 순수실리콘 수지에 혼합하여 사용한다. 또한, 알킬실리케이트 축합물의 경우 방향족 용제, 알콜 및 케톤류의 용제에 가용성이 있기 때문에 상기 실리콘 수지와 상온에서 쉽게 블렌딩하여 사용할 수 있다. 이때 기존 실리콘 수지를 주성분으로 하는 가열건조형 내열피막조성물에서와 같이 방향족 용제 위주로 용제가 설계될 경우 순수 실리콘 수지의 수산기와 알킬실리케이트 축합물의 알콕시기가 공기중의 수분이나 원료에 포함되어 있는 수분 등의 영향을 받아 반응이 진행되어 점도의 상승에 따른 조성물의 겔화로 이어지게 된다.
특히, 본 발명에서 유기-무기 복합수지인 폴리메틸페닐실록산계 수지와 알킬실리케이트 축합물의 고형분 중량비가 4:1 ∼ 15:1의 비율로 배합하는 것이 바람직한 바, 이때 실리콘 수지인 폴리메틸페닐실록산계 수지를 상기 비율범위 보다 적게 사용하면, 즉 알킬실리케이트 축합물의 양을 많이 사용하게 되면 건조 도막의 브리 틀(튐) 현상이 발생되며 내열성, 냉열충격성 또는 냉열사이클성 및 외부 충격에 의한 도막의 균열 등과 같은 물성 저하 현상과, 또한 도장 작업시 더스트 스프레이에 의해 도막이 다공질 형태로 형성되기 쉬운 경향이 있기 때문에, 후속 도장시 기포 현상이 발생하여 도막의 외관이 극히 불량해 질 수 있는 문제가 있다. 반면, 알킬실리케이트 축합물을 상기 범위 미만으로 사용하게 되면 도막의 유연성이 양호해지고 용제의 휘발에 의한 도막 건조성은 확보되지만, 상온에서의 경화도막 형성이 어렵게 되어 도막의 가열건조 전까지 외부의 충격에 의한 도막손상 및 내염수분무성 등의 제반물성 발현이 불량하게 되어 바람직하지 못하다.
본 발명에서는 이와 같은 유기수지와 무기물로 구성되는 유기-무기 복합수지를 주바인더로 하여 피막조성물에 대하여 20 ∼ 50 중량%로 사용하며, 만일 그 사용함량이 20 중량% 미만이면 피막형성 및 피막의 제반물성이 불량해지고, 50 중량%를 초과하면 상대적으로 피막조성물에 첨가되는 아연분말의 중량%가 낮아짐에 따라 방청성이 불량해지며 저점도 상태인 수지분의 증가로 수직면 부분 도장시 피막조성물이 고비중의 조성물인 관계로 내흐름성이 불량하여 규정도막 도장이 어렵게 되며 또한 후속 도장시까지의 도장간격이 길어져 도장효율성을 저하시키므로 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 저장안정성 불량의 문제를 해결하고 상기와 같은 반응억제 및 지연을 목적으로 반응지연제를 사용한다. 본 발명에서 사용되는 반응지연제로는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 에틸렌글리콜, 노르말부탄올, 이소부탄올 등의 알콜류 또는 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤 류에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 반응지연제의 사용함량은 전체 피막조성물에 대하여 1 ∼ 10 중량%가 함유되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 반응지연제의 사용함량이 상기 범위 미만이면 저장 중 겔화에 의한 저장성 불량 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 도막형성이 늦어지는 문제가 있다.
또한, 본 발명에서는 상온에서의 경화속도를 빠르게 하기 위해서 알콕시 화합물인 알킬실리케이트의 가수분해를 촉진시키고자, 가수분해 촉진제를 사용한다. 이러한 가수분해 촉진제로는 금속킬레이트 화합물이 사용되는데, 예를 들면 테트라(아세틸아세톤)티타네이트, 디이소프로폭시-비스(아세틸아세톤)티타네이트, 이소-프로폭시-n-부톡시-비스(아세틸아세톤)티타네이트, 디-n-부톡시-비스(에틸아세토아세테이트)티타네이트, 알루미늄 트리스 아세틸 아세토네이트, 알루미늄 트리스 에틸아세토 아세테이트 및 알루미늄 비스(에틸아세토 아세테이트)-모노아세틸아세틸아세토네이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 가수분해 촉진제를 전체 피막조성물에 대하여 0.5 ∼ 15 중량%로 사용하며, 그 사용함량이 0.5 중량% 미만이면 상온에서의 경화가 늦어지는 문제가 있고, 15 중량%를 초과하면 경화도막이 브리틀 해지는 문제가 있다.
한편, 본 발명에서는 기능성 안료로서 아연분말을 사용하는데, 이는 고온의 범위까지 내염수분무성 즉, 방청성을 향상시키는 작용을 한다. 이러한 기능성 안료의 사용량은 전체 피막조성물에 대하여 50 중량% 미만으로 사용하는 것이 바람직한 바, 만일 과량으로 투입하게 되면 더스트 스프레이에 의한 조막형성이 불량하게 되어 후속도장성 또한 저하되는 원인을 제공하게 된다.
본 발명에서 사용되는 용제로는 반응지연제용 용제 외에 자일렌, 부틸아세테이트 및 부틸셀로솔브의 혼합용제로서 전체도료 조성물에 대하여 5 ∼ 20 중량%로 사용하며, 상기 혼합용제가 과량 사용되면 전체적인 물성에서 부착력 저하나 내구력 저하의 문제가 있고, 너무 소량 사용되면 각 특성을 기대하기 어렵다.
그 밖에, 본 발명의 피막조성물에는 도막의 두께 및 도막 외관을 유지시켜 주며 도장작업성을 향상시키기 위해 희석제를 사용하며, 상기 용제류 중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 체질안료로서 탈크 및 침강방지제로서 벤톤이 사용될 수 있다.
이상과 같은 성분들로 제조되는 본 발명의 내열성피막 조성물은 종래 산업플랜트 등에 사용 되어오던 가열건조형 피막조성물에 비교하여 순수 실리콘 수지에 알킬실리케이트 수지를 첨가시켜 혼용성과 저장안정성이 있고 상온경화가 가능하여, 기존의 고온내열성 기능을 발휘함은 물론 도장후 바로 가열건조가 이루어지지 않더라도 도막이 쉽게 손상 받아 내염수분무성이 저하되는 현상을 해결할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
전체 피막조성물에 대하여 순수 실리콘수지인 폴리메틸페닐실록산계 수지 (SILIKOPHEN : P50X, 독일 TEGO사, 고형분 50 중량%) 100g에 자일렌 50g을 투입한 후, 일반교반기를 사용하여 1,000rpm으로 10분간 교반하였다. 교반된 용액에 침강방지제로 벤톤 10g을 넣고, 다시 10분간 교반 후 체질안료인 탈크(NA-400 : 국내, 영우화학)를 100g 넣고 교반한 다음 분산기를 이용하여 밀베이스의 분산입자가 10 마이크론 이하가 되도록 분산시켰다. 분산된 밀베이스에 동일 실리콘 수지를 180g 투입하고, 에틸실리케이트(DYNASIL 40, 독일 WACKER사 SiO2 함량 40중량%)를 미리 가수분해 및 축합공정을 거쳐 제조된 에틸실리케이트 축합물(SiO2 함량 20 중량%) 80g 투입한 다음, 이소프로필알콜 20g, 자일렌 30g을 투입하여 교반하면서 알루미늄 트리스아세틸아세토네이트(ALCH-TR, 일본 가와겡사) 10g을 투입하여 제1조성물을 제조하였다.
이와 별도로 아연분말 420g 단독만으로 제2조성물을 준비하였다.
이렇게 얻어진 상기 제1조성물과 제2조성물을 580 : 420 의 중량비로 혼합시켜서 내열피막 조성물을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예와 동일한 방법으로 제조하되, 제1조성물의 구성중에서 알킬실리케이트 축합물의 양을 동일 실리콘 수지로 동일 량 투입하고, 알루미늄 트리스아세틸아세토네이트를 제외하여 제1조성물과 제2조성물을 혼합하여 피막조성물을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예와 동일한 방법으로 제조하되, 제1조성물의 구성중에서 실리콘 수지의 사용량을 140g으로 줄이고, 반면 알킬실리케이트 축합물의 양은 140g으로 증가시켜 제1조성물과 제2조성물의 혼합비를 실시예와 동일하게 혼합하여 피막조성물을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예와 동일한 방법으로 제조하되, 제1조성물의 구성중에서 실리콘 수지를 알킬실리케이트 축합물로 동량 대체하고 나머지는 실시예와 동일하게 혼합 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예에서 제1조성물의 구성중에서 반응 지연방지제로 사용된 이소프로필알콜 양을 크실렌으로 동량 대체하고 나머지는 실시예와 동일하게 혼합 제조 하였다.
실험예
상기 실시예와 비교예 1 ∼ 4 에서 제조된 피막조성물에 대하여 다음과 같은 도장조건으로 도장후 외관, 부착성, 경화도, 내염수분무성, 내열성, 저장안정성을 시험하고 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
(도장 조건 및 도장 시스템)
희석 : 부틸아세테이트와 자일렌 혼합용제를 10 ∼ 20 중량% 사용하여 점도(포드컵 #4, 25℃ 기준)를 15 ∼ 17초로 조정하였다.
도장 시스템 : 도장 소재로서는 콜드롤 강판을 샌드브라스트 처리(Sa 2 1/2)된 시편을 선택하여 사용하였다.
1) 하도 : 상기 실시예 및 비교예 1 ∼ 4 에서 제조된 도료를 25 ∼ 30 ㎛으로 1회 도장하였다.
2) 상도 : 순수 실리콘 타입의 은분내열도료를 이용하여 상기의 도장된 하도의 1/2 부분을 마스킹 테이프로 마스킹 한 후, 30 ㎛으로 1회 도장하고 도장 후 마스킹 테이프를 떼어내어 상온 건조시켰다.
[시험 방법]
시험 조건은 시편의 크기를 65mm×150mm×2T인 콜드 롤 강판을 사용하였으며 도장조건은 상기와 같다.
도막의 건조조건은 25℃의 항온 조건하에서 7일(168 시간) 경과후 비교시험을 진행하였으며, 일부시험 항목은 25℃ 항온 조건하에서의 경시변화에 따른 비교시험과 가열건조 조건별 비교시험을 진행하였고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다. 부착성은 면도칼을 이용하여 하도부분과 상, 하도 도장부분을 구별하여 시험하였다. 하도부분의 경우 1mm 간격으로, 상, 하도 도장부분은 2mm 간격으로 각각 교차되게 그어서 눈금100개를 만들고, 그 위에 KS-A 1528 규격의 셀로판 테이프를 충분히 압착하여 90′방향으로 당겼을 때 도막의 박리상태를 관찰하였다.
경화도는 하도부분을 자일렌 러빙성에 의한 왕복으로 소지가 노출될 때까지의 왕복 횟수로서 비교 평가하였다. 또한, 내염수분무성은 시험 시편의 모서리 부분을 마스킹 시킨 상태에서 도장면을 컷트칼 뒷면으로 ×크로스 컷(cross cut)하여 흠집을 낸 후, 내염수분무 조건(35℃, 5% NaCl 염수분무조건 : ASTM B117 규격)에 의해 시험하고, 컷 부분의 침식거리와 필드 부분의 브리스터의 크기 및 수를 기준으로 비교 평가하였다. 저장안정성은 제조된 도료 300㎖를 500㎖ 캔에 완전히 밀폐시킨 상태로 60±2℃의 항온조에서 240시간까지 보관후 도료점도, 색, 용기내상태 및 도장작업성 등을 투입전과 비교하여 검사하였다.
내열성은 내열온도별 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, 600℃에서 각각 1시간 동안 방치후 상기의 부착성 시험과 내염수분무성으로 비교평가하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
Figure 111999019166711-pat00001
Figure 111999019166711-pat00002
상술한 바와 같이, 본 발명의 내열성피막 조성물은 순수 실리콘 수지로서 폴리메틸페닐실록산계 수지와 알킬실리케이트 축합물이 혼합된 유기-무기 복합수지가 함유되어 있어, 상온에서 경화가 가능하고 유기용제에 가용되어 저장안정성과 고온내열성이 우수하여 소각로, 공장설비, 전기로 등의 고온을 유지하는 대형구조물 등의 금속 표면에 도장되어 방청 및 고온내열성 등의 우수한 도막물성을 나타낼 수 있다.

Claims (5)

  1. 유기-무기 복합수지를 주바인더로 하고, 여기에 용제, 첨가제, 아연분말 및 반응지연제가 함유된 피막조성물에 있어서, 상기 주바인더로서
    분자량 20,000 ∼ 50,000이며 수산기 함량이 수지고형분에 대하여 3 중량% 이하인 폴리메틸페닐실록산계 수지, 그리고
    오르가노 메틸실리케이트, 메틸실리케이트, 오르소에틸실리케이트, 오르소 n-프로필실리케이트 및 오르소 n-부틸실리케이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 알킬실리케이트 화합물을 산 용액, 35 ℃ 이하의 조건하에서 가수분해 및 축합반응시켜 얻은 것으로 SiO2 고형분 함량이 19 ∼ 21 중량%인 알킬실리케이트 축합물로 구성된 유기-무기 복합수지가 전체 피막조성물에 대하여 20 ∼ 50 중량% 함유되어 있는 것임을 특징으로 하는 내열피막조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기-무기 복합수지는 폴리메틸페닐실록산계 수지와 알킬실리케이트 축합물이 4:1 ∼ 15:1 중량비(고형분 기준)로 이루어진 것임을 특징으로 하는 내열피막조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 피막조성물에는 가수분해 촉진제로서 테트라(아세틸아세톤)티타네이트, 이소프로폭시-n-부톡시-비스(아세틸아세톤)티타네이트, 디-n-부톡시-비스(에틸아세토아세테이트)티타네이트, 알루미늄 트리스아세틸아세토네이트, 알루미늄 트리스에틸아세토아세테이트 및 알루미늄 비스(에틸아세토아세테이트)-모노아세틸아세토네이트 중에서 선택된 1종 이상의 금속킬레이트 화합물이 상기 알킬실리케이트 축합물에 대하여 0.5 ∼ 15 중량% 함유되어 있는 것임을 특징으로 하는 내열피막조성물.
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