KR100848671B1 - 수계 방식 도료용 조성물 및 이를 이용한 복합 도금층의형성 방법 - Google Patents

수계 방식 도료용 조성물 및 이를 이용한 복합 도금층의형성 방법 Download PDF

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Abstract

내열성, 내화학성, 내구성 등이 우수한 방식 도료용 조성물 및 이를 이용한 복합 도금층의 형성 방법에서, 방식 도료용 조성물은 실란 변성 에폭시 수지 30 내지 50중량%, 가교제 1 내지 10중량%, 착색안료, 방청안료 및 체질안료를 포함하는 안료 혼합물 20 내지 50중량%, 경화촉진제 0.01 내지 0.1중량% 및 여분의 물을 포함한다. 방식 도료용 조성물은 내열성, 내화학성, 내구성 등의 물성이 뛰어나므로 고온에서 우수한 방청성이 요구되는 피도물의 도장에 유용하게 적용될 수 있다.

Description

수계 방식 도료용 조성물 및 이를 이용한 복합 도금층의 형성 방법{COMPOSITION FOR A WATER-SOLUBLE CORROSION-INHIBITING PAINT AND METHOD OF FORMING A COMPOSITE PLATING LAYER USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 방식 도료용 조성물을 이용하여 복합 도금층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 방식 도료용 조성물 및 이를 이용한 복합 도금층의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 내열성, 방청성, 내구성 등이 우수한 방식 도료용 조성물 및 이를 이용한 복합 도금층의 형성 방법에 관한 것이다.
방청 도료 가운데 많이 사용되고 있는 수용성 방청도료에는 수용성 알키드수지 또는 아크릴 수지와 아미노 수지의 축합 반응으로 제조되는 제품 등이 있다. 상기 수용성 방청 도료 조성물은 도료의 안정화와 안료 분산 효과를 위하여, 유화제, 수용성 성분이 함유된 분산제, 및 고분자 골격 중에 친수기가 다량으로 도입된 수용성 수지를 포함하는 것이 일반적이다. 그러나 상기 수용성 방청 도료 조성물은 염수 분무 시험에서 얻어지는 도막의 내식성이 낮고, 내화학성과 내온수성이 떨어 지는 문제를 안고 있다.
또한, 방청도료로 유성계 에폭시 수지를 사용하는 경우에는, 도막을 건조하는 과정 중에 이산화탄소 등 대기오염을 유발시키는 유해가스를 배출하므로, 환경 규제의 대상이 된다. 또한, 도장 작업 시에도 유기용제 성분이 휘발되므로 작업자의 건강에 해로우며, 불쾌한 냄새로 인하여 근무 의욕 저하를 가져오는 문제가 있다. 더욱이, 건조 과정에서 휘발성 성분으로 인하여 화재가 발생할 위험이 큰 문제점도 있다.
따라서 도장 작업시 쾌적한 작업 환경을 제공하고, 내식성, 내화학성 또는 내열성, 고강도 등의 도막 물성이 우수하며, 휘발성 유기물의 배출에 관련된 환경 규제를 피할 수 있는 방식 또는 방청 도료 조성물을 개발할 필요성이 제기된다.
따라서 본 발명의 목적은 우수한 내식성과 내열성을 갖는 방식 도료용 조성물 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 조성물을 이용하여 복합 도금층의 형성 방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 본 발명의 방식 도료용 조성물은 실란 변성 에폭시 수지 20 내지 50중량%, 가교제 1 내지 10중량%, 착색안료, 방청안료 및 체질안료를 포함하는 안료 혼합물 20 내지 50중량%, 경화촉진제 0.01 내지 0.1중량% 및 여분의 물을 포함한다. 상기 안료 혼합물은 상기 착색 안료, 상기 방청안료 및 상기 체질안료를 1: 0.8~2: 1~2.5의 비율로 포함하고, 상기 가교제는 이소시아네이트 화합물 및 멜라민 화합물을 1: 0.5~1.5의 비율로 포함한다. 또한, 상기 실란 변성 에폭시 수지는 중량 평균 분자량이 1,000 내지 20,000의 범위이고, 중합도가 0.1 내지 5.5의 범위인 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따르면, 상기 방식 도료용 조성물은 소포제, 분산제, 표면개질제와 같은 첨가제나 경화속도 조절용 유기용매를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 복합 도금층의 형성 방법은 대상체 상에 금속 도금층을 형성한 후에, 상기 금속 도금층 상에 실란 변성 에폭시 수지 20 내지 50중량%, 가교제 1 내지 10중량%, 착색안료, 방청안료 및 체질안료를 포함하는 안료 혼합물 20 내지 50중량%, 경화촉진제 0.01 내지 0.1중량% 및 여분의 물을 포함하는 방식 도료용 조성물을 도포하여 방식성 도막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 방식 도료용 조성물은 내열성, 내화학성, 내구성 및 기계적 강도 등의 물성이 뛰어나므로, 고온에서 우수한 방청성이 요구되는 피도물의 도장에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, 상기 방식 도료용 조성물은 수용성 조성물이므로, 도장 작업시 휘발성 유기물의 배출이 적어 쾌적하고 안전한 작업환경을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 방식 도료용 조성물 및 이를 이용한 복합 도금층의 형성 방법을 상세하게 설명한다.
방식 도료용 조성물
본 발명의 방식 도료용 조성물은 실란 변성 에폭시 수지, 가교제, 안료 혼합물, 경화촉진제 및 여분의 물을 포함한다.
본 발명의 방식 도료용 조성물에 포함되는 실란 변성 에폭시 수지는 바인더 수지로서 우수한 내열성 및 내산성을 갖는 도막을 형성하는데 기여한다.
본 발명의 방식 도료용 조성물에 사용할 수 있는 실란 변성 에폭시 수지는 에폭시기를 포함하는 단량체와 알콕시실란을 반응시켜 제조된다. 예를 들어, 에피클로로히드린과 메톡시실란을 반응시켜 실란 변성 에폭시 수지를 제조할 수 있다. 에폭시기를 포함하는 단량체의 예로는 에피클로로히드린, 에피브로모히드린, 에피요도히드린, 1-클로로-3,4-에폭시부탄, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 이소부틸렌 옥사이드, 메틸 글리시틸 에테르, 에틸 글리시딜 에테르, 이소프로필 글리시틸 에테르 등을 들 수 있다. 알콕시실란의 예로는 메톡시실란, 에톡시실란, 이소프로폭시실란 등을 들 수 있다.
실란 변성 에폭시 수지의 중량 평균 분자량은 약 200 내지 약 20,000의 범위이고, 중합도는 약 0.1 내지 약 5.5 정도인 것이 바람직하다. 실란 변성 에폭시 수지의 중량 평균 분자량이 약 200 미만이면, 조성물의 점도가 지나치게 낮고 도막의 기계적 강도가 낮은 문제가 발생한다. 또한, 실란 변성 에폭시 수지의 중량 평균 분자량이 약 20,000을 초과하면, 조성물의 점도가 너무 커서 도막의 균일하게 도포되지 않는다. 따라서 본 발명의 방식 도료용 조성물에 사용되는 실란 변성 에폭시 수지의 중량 평균 분자량은 약 200 내지 약 20,000의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 방식 도료용 조성물이 실란 변성 에폭시 수지를 약 20중량% 미만으로 포함하는 경우, 조성물의 내열성 및 내식성이 충분히 향상되지 않는다. 또한, 실란 변성 에폭시 수지의 함량이 약 50중량%를 초과하는 경우, 조성물의 점도가 높고 지촉 건조성이 나쁘며 도막의 기계적 강도가 불량해질 수 있다. 따라서 본 발명의 방식 도료용 조성물은 실란 변성 에폭시 수지를 약 20 내지 약 50중량%를 포함하고, 바람직하게는 약 30 내지 약 45중량%를 포함한다.
본 발명의 방식 도료용 조성물은 가교제로 이소시아네이트 화합물과 멜라민 화합물의 혼합물을 포함한다. 이소시아네이트 화합물의 예로는 블로킹된 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄-4,4-디이소시아네이트, 디시클로펜타 디이소시아네이트 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 멜라민 화합물의 예로는 헥사메톡시메틸멜라민, 멜라민 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또한, 이소시아네이트 화합물과 멜라민 화합물의 혼합비는 약 1:0.5 내지 약 1:1.5의 범위인 것이 내화학성, 내식성, 강도 등의 물성 면에서 바람직하다.
본 발명의 방식 도료용 조성물이 가교제를 약 1중량% 미만을 포함하는 경우, 도막의 기계적 강도, 내식성 등이 불량할 수 있다. 또한, 가교제의 함량이 약 10중량%를 초과하더라도 내식성, 강도가 더 이상 향상되지 않아 경제적인 면에서 바람직하지 않다. 따라서 본 발명의 방식 도료용 조성물은 가교제를 약 1 내지 약 10중량%를 포함하고, 바람직하게는 약 2 내지 약 8중량%를 포함한다.
본 발명의 방식 도료용 조성물은 착색안료, 방청안료 및 체질안료로 이루어진 안료 혼합물을 포함한다.
본 발명의 방식 도료용 조성물에 사용되는 착색안료는 도막의 은폐력 및 열적 충격에 대한 안정성을 향상시키는 성분으로, 그 예로는 약 80nm이하의 입자 크기를 갖는 카본블랙을 들 수 있다. 본 발명의 방식 도료용 조성물에 사용되는 방청안료는 도막의 내구성 및 방청성을 부여하는 성분으로, 인산아연(ZnO·PO4), 알루미늄 인산염(AlH2P3O10·2H2O) 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 방식 도료용 조성물에 사용되는 체질안료로는 탈크, 탄산칼슘, 알루미늄 실리케이트, 실리카, 마이카, 바륨 설페이트, 규산 마그네슘 등을 들 수 있으나, 방식성능을 고려할 때 탈크를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방식 도료용 조성물에 포함되는 안료 혼합물은 착색안료, 방청안료 및 체질안료를 약 1: 0.8~2: 1~2.5의 비율로 포함하는 것이 도막의 은폐력, 내구성, 내식성 또는 방청성 등의 물성을 고려할 때 바람직하다.
본 발명의 방식 도료용 조성물이 안료 혼합물을 약 20중량% 미만을 포함하는 경우, 건조시 끓어오름 현상이 발생할 수 있고, 지촉 건조성, 도막의 경도 및 도장 작업시의 살오름성 등이 불량할 수 있다. 또한, 안료 혼합물의 함량이 약 50중량%를 초과하는 경우, 도막의 기계적 강도, 내수성, 부착성 및 내식성 등이 불량할 수 있다. 따라서 본 발명의 방식 도료용 조성물은 안료 혼합물을 약 20 내지 약 50중량%를 포함하고, 바람직하게는 약 25 내지 약 40중량%를 포함한다.
본 발명의 방식 도료용 조성물은 경화촉진제를 포함한다. 경화촉진제는 저온에서부터 300℃ 정도의 고온까지 안정된 도막을 형성하고, 내용제성이 우수한 도막을 형성하는데 기여한다. 경화촉진제의 예로는 파라톨루엔술폰산을 들 수 있다.
본 발명의 방식 도료용 조성물이 경화촉진제를 약 0.01중량% 미만으로 포함하는 경우, 조성물의 경화속도가 충분히 향상되지 않는다. 또한, 경화촉진제의 함량이 약 0.1중량%를 초과하는 경우, 경화속도가 지나치게 빨라 도막을 균일하게 형성하기 어렵다. 따라서 본 발명의 방식 도료용 조성물은 경화촉진제를 약 0.01 내지 약 0.1중량%를 포함하고, 바람직하게는 약 0.02 내지 약 0.05중량%를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방식 도료용 조성물은 소포제, 분산제, 표면개질제와 같은 첨가제나 경화속도 조절용 유기용매를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 방식 도료용 조성물에 포함되는 첨가제나 유기용매의 함량은 조성물의 총 중량에 대하여 약 0.1 내지 약 5중량%의 범위에서 그 용도 및 도막의 물성을 고려하여 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 유기용매의 예로는 에테르 화합물, 에스테르 화합물, 케톤 화합물 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
본 발명의 방식 도료용 조성물에 포함되는 분산제는 스티렌 약 10 내지 약 40중량%, 아크릴산 약 20 내지 약 40중량% 및 여분의 메틸메타아크릴레이트를 포함한다. 분산제에 포함되는 스티렌의 함량이 약 10중량% 미만이면 내수성이 떨어지고, 약 40중량%를 초과하면 분산성이 떨어질 수 있어 바람직하지 않다. 따라서 분산제에 포함되는 스티렌의 함량은 약 10 내지 약 40중량%인 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 방식 도료용 조성물은 내열성, 내화학성, 내구성 및 기계적 강도 등의 물성이 뛰어나므로, 고온에서 우수한 방청성이 요구되는 피도물의 도장에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, 상기 방식 도료용 조성물은 수용성 조성물이므로, 도장 작업시 휘발성 유기물의 배출이 적어 쾌적하고 안전한 작업환경을 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도금층의 형성 방법을 상세히 설명한다.
복합 도금층의 형성 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 방식 도료용 조성물을 이용하여 복합 도금층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 대상체 상에 금속 도금층을 형성한다(S100). 상기 대상체로는 도금이 필요한 금속 소재를 들 수 있다. 예를 들어, 고온에서 우수한 방청성이 요구되는 철금속 소재의 피도물이나, 고온에서 건조가 이루어지는 자동차 부품이나 기계장치의 부품 등을 들 수 있다. 상기와 같은 대상체에 아연, 알루미늄 또는 이들의 혼합물을 이용하여 도금처리를 하여 금속 도금층을 형성한다. 예를 들어 전기 도금법으로 금속 도금층을 형성할 수 있다.
상기 금속 도금층 상에 본 발명의 방식 도료용 조성물을 도포하여 방식성 도막을 형성한다(S200). 본 발명의 방식 도료용 조성물은 실란 변성 에폭시 수지 20 내지 50중량%, 가교제 1 내지 10중량%, 착색안료, 방청안료 및 체질안료를 포함하는 안료 혼합물 20 내지 50중량%, 경화촉진제 0.01 내지 0.1중량% 및 여분의 물을 포함한다. 상기 방식 도료용 조성물은 위에서 설명한 바와 같고, 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 방식성 도막은 스프레이 도포법으로 형성할 수 있다. 또한, 금속 도금층이 완전히 건조되기 전에 상기 방식성 도막을 형성하는 wet on wet 방식으로 복합 도금층을 형성한다.
형성된 방식성 도막은 약 160℃ 내지 약 350℃의 온도에서 약 10분간 경화시킴으로써 복합 도금층을 완성한다.
이하, 방식 도료용 조성물의 제조에 대한 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
방식 도료용 조성물의 제조
<실시예 1>
이온 교환수 약 189.2 중량부 및 아크릴계 분산제 약 2.31 중량부의 혼합물에 체질 안료인 약 탈크 145.6 중량부를 첨가하여 충분히 혼합하였다. 상기 아크릴계 분산제로는 스티렌 모노머 약 30중량%, 아크릴산 약 35중량% 및 메틸메타크릴레이트 약 35중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 상기 혼합물에 인산아연 약 62.8 중량부, 알루미늄 인산염 약 23.2 중량부 및 소포제 약 1 중량부를 넣고 다시 혼합한 후, 바인더 수지로 중량평균분자량이 236.4이고 점도가 3cP이며 굴절율이 1.427인 실란 변성 에폭시 수지(제품명 A-187/OSI) 약 400 중량부, 카본 블랙 슬러리 약 70 중량부 및 이온 교환수 약 39.3 중량부를 첨가하였다. 이후, 블록킹된 헥사메틸렌 디이소시아네이트 약 28 중량부, 헥사메톡시메틸멜라민 약 16 중량부, 경화촉진제 약 0.23 중량부, 디프로필렌글리콜 약 18.89 중량부, 소포제 약 0.47 중량부 및 표면 개질제 약 3 중량부를 첨가하고 충분히 교반하여 방식 도료용 조성물을 제조하였다.
<실시예 2 및 3>
각 성분의 함량을 제외하고는 실시예 1에서와 실질적으로 동일한 방법으로 방식 도료용 조성물을 제조하였다. 각 성분의 함량 및 첨가 순서를 하기 표 1에 나타낸다.
<비교예 1 및 2>
바인더 수지의 종류를 제외하고는 실시예 1 및 2에서와 실질적으로 동일한 방법으로 방식 도료용 조성물을 제조하였다. 비교예 1에서는 바인더 수지로 에폭시 수지를 사용하였고, 비교예 2에서는 바인더 수지로 아크릴 변성 에폭시 수지를 사용하였다. 각 성분의 함량 및 첨가 순서를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112006089479355-pat00001
복합 도금층의 형성 및 물성 평가
강철 표면에 아연 및 알루미늄으로 금속 도금층을 형성한 후에, 상기 금속 도금층이 건조되기 전에 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 방식 도료용 조성물을 스프레이 법으로 도포하여 방식성 도막을 형성하였다. 상기 방식성 도막은 약 200℃의 온도에서 약 10분간 경화시켰다. 그 결과, 약 20 내지 25㎛의 두께를 갖는 방식성 도막이 형성되었다.
형성된 방식성 도막에 대하여 건조된 도막의 외관 상태, 도장 작업성, 열충격성, 소재 밀착성, 내충격성, 내온수성, 내비등수성, 내산성, 내알칼리성, 내염수 분무성 등의 물성을 평가하였다. 평가의 방법 및 평가 결과는 하기 표 2에 나타낸다.
Figure 112006089479355-pat00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방식 도료용 조성물은 도장의 작업성, 열충격성, 소재 밀착성, 내충격성, 내온수성, 내화학성 등의 도막 물성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 특히, 본 발명의 방식 도료용 조성물은 실란 변성 에폭시 수지를 포함하고 있어, 에폭시 수지나 아크릴 변성 에폭시 수지와 같은 다른 바인더 수지에 비하여 내온수성, 내비등수성 등의 내열성이 매우 우수한 것으로 나타났다.
상술한 본 발명의 방식 도료용 조성물은 금속 소재에 대하여 우수한 밀착성일 지니고 있어, 탁월한 방청성, 내구성, 내화학성, 기계적 강도 등의 물성이 매우 우수하다. 또한, 본 발명의 방식 도료용 조성물은 내열성, 내비등수성 등이 뛰어나므로, 고온에서 우수한 방청성이 요구되는 피도물의 도장에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, 상기 방식 도료용 조성물은 수용성 조성물이므로, 도장 작업시 휘발성 유기물의 배출이 적어 쾌적하고 안전한 작업환경을 제공할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 지식을 가진 자 또는 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 에폭시기를 포함하는 단량체와 알콕시실란을 반응시켜 제조되는 실란 변성 에폭시 수지 20 내지 50중량%;
    이소시아네이트 화합물 및 멜라민 화합물을 1:0.5~1.5의 중량 비율로 포함하는 가교제 1 내지 10중량%;
    착색안료, 방청안료 및 체질안료를 1: 0.8~2: 1~2.5의 중량 비율로 포함하는 안료 혼합물 20 내지 50중량%;
    경화촉진제 0.01 내지 0.1중량%; 및
    여분의 물을 포함하는 방식 도료용 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 실란 변성 에폭시 수지는 중량 평균 분자량이 200 내지 20,000의 범위이고, 중합도가 0.1 내지 5.5의 범위인 것을 특징으로 하는 방식 도료용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방식 도료용 조성물은 소포제, 분산제, 및 표면개질제 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방식 도료용 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 첨가제의 함량은 조성물의 총 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 방식 도료용 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 분산제는 스티렌 10 내지 40중량%, 아크릴산 20 내지 40중량% 및 여분의 메틸메타아크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방식 도료용 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방식 도료용 조성물은 경화속도를 조절하는 유기용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방식 도료용 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유기용매의 함량은 조성물의 총 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 방식 도료용 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 방청안료는 인산아연, 알루미늄 인산염 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방식 도료용 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 체질안료는 탈크를 포함하는 것을 특징으로 하는 방식 도료용 조성물.
  12. 대상체 상에 금속 도금층을 형성하는 단계;
    상기 금속 도금층 상에 에폭시기를 포함하는 단량체와 알콕시실란을 반응시켜 제조되는 실란 변성 에폭시 수지 20 내지 50중량%, 이소시아네이트 화합물 및 멜라멘 화합물을 1:0.5~1.5의 중량 비율로 포함하는 가교제 1 내지 10중량%, 착색안료, 방청안료 및 체질안료를 1: 0.8~2: 1~2.5의 중량 비율로 포함하는 안료 혼합물 20 내지 50중량%, 경화촉진제 0.01 내지 0.1중량% 및 여분의 물을 포함하는 방식 도료용 조성물을 도포하여 방식성 도막을 형성하는 단계를 포함하는 복합 도금층 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 금속 도금층은 아연, 알루미늄 또는 이들의 혼합물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 도금층 형성 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 금속 도금층이 완전히 건조되기 전에 상기 방식 도료용 조성물을 도포하는 것을 특징으로 하는 복합 도금층 형성 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 방식성 도막을 160℃ 내지 350℃의 온도에서 경화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 도금층 형성 방법.
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