KR100949379B1 - 폐분체도료의 재처리 방법, 폐분체도료를 포함하는 재생 분체도료 및 재생 분체도료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐분체도료 90 내지 95중량%에 수산기를 포함하는 용매로 되는 촉매 5 내지 10중량%를 첨가하고 삼본 롤밀을 이용하여 분산하여 폐분체도료를 재처리하는 방법, 이와 같이 재처리된 폐분체도료를 포함하는 재생 분체도료 및 이를 제조하는 방법을 개시한다.

본 발명에 따르면 일반적인 폐분체도료 이외에도 특수무늬 분체도료가 포함되어 있는 폐분체도료를 용이한 방법으로 재처리할 수 있으며, 이를 이용하여 일반적인 분체도료 제조공정과 동일한 공정으로 적용하여 우수한 품질의 재생 분체도료를 제조할 수 있다.

Description

폐분체도료의 재처리 방법, 폐분체도료를 포함하는 재생 분체도료 및 재생 분체도료의 제조방법{Method for recycling waste powdery paints, reclaimed powdery paints and manufacturing method of the same}

본 발명은 폐분체도료의 재처리 방법, 폐분체도료를 포함하는 재생 분체도료 및 재생 분체도료의 제조방법에 관한 것으로, 특히 회수 분체도료 중에 특수무늬 분체도료가 포함되어져 있거나 특수무늬 분체도료 자체로 이루어진 회수 분체도료를 재활용할 수 있는 방법, 이를 포함하는 재생분체도료 및 재생 분체도료의 제조방법에 관한 것이다.

분체도료는 액상도료와 달리 용제에 의한 중독이나 화재위험이 적고, 도장작업이 용이한 장점이 있다. 이러한 분체도료는 종류가 다양하나, 그 중에서도 에폭시수지로 된 에폭시계 도료, 에폭시수지와 폴리에스테르수지가 소정비율로 혼합된 에폭시-폴리에스테르계 도료, 수지성분이 폴리에스테르수지만으로 된 폴리에스테르계 도료가 주종을 이룬다. 이와 같은 분체도료를 사용하는 경우에는 분체도료를 정 전도장 등의 방법으로 피도장물에 부착시킨 다음 열처리하는데, 이때 도료의 수지성분이 열에 의해 가교결합되어 도막이 경화된다.

또한, 분체도료는 보관 및 사용시 장시간 햇빛에 노출되거나 또는 소정온도에서 장시간 노출되어도 수지성분들의 가교결합이 일어나지 않아야 하므로, 일반적으로 160~250℃의 온도범위에서 수지성분들이 가교결합되도록 제조된다.

이와 같은 분체도료는 액상도료와 달리 일단 특정색상으로 제조된 이후에는 색상이 다른 도료를 혼합하여 새로운 색으로 조색하여 사용할 수 없으므로 액상도료에 비해 폐처분되는 양이 많다. 또한, 분체도료는 도장시 도장부스 내에 떨어져서 손실되는 도료의 양이 상당히 많은데, 여러 가지 색상을 하나의 도장부스에서 도장하는 경우에는 떨어진 도료들이 여러 색상으로 오염되어 있어서 재활용이 곤란하므로 모두 폐처분되고 있는 실정이다.

이러한 분체도료의 폐기물은 지정폐기물로서, 고온열분해처리하여야 한다. 따라서 제조업체에서는 상당한 비용을 소비하면서 분체도료의 폐기물을 처리하고 있는데, 분체도료 폐기물의 처리시에도 고비용이 소요되지만, 이는 분체도료가 상당히 고급원료를 사용하여 제조된다는 점에서 볼 때 상당한 자원낭비가 아닐 수 없다.

이에 폐분체도료를 재활용하기 위해 노력하고 있는데, 지금까지 알려져있는 회수 분체도료의 재활용 기술은 특수무늬 분체도료가 제외된 회수분체도료의 재활용 기술들이다.

그런데 현재 현장에서 도장에 사용되고 버려지는 회수 분체도료는 특수무늬 분체도료가 함유되어 있는 것이 대부분을 차지하고 있으며 이는 재활용 분체도료 제조에 있어서 가장 큰 문제를 차지하는 부분으로 이를 분리하거나 분리없이 재활용 하여 분체도료를 제조할 수 있는 기술은 현재 알려진 것이 없다.

일반적인 회수 분체도료의 재활용은 압출 조건을 제어하는 기술들이 대부분인데, 구체적으로는 일반적인 분체도료 제조 방식에서 사용되는 압출기가 아닌 회수 분체도료의 재활용에 적합하도록 제작된 용융 압출기를 사용한다. 이러한 특별한 용융 압출기는 재활용 분체도료가 아닌 일반 분체도료의 제조시에 사용할 경우 분산력의 차이로 인하여, 얻어진 분체도료는 일반 분체도료와는 도막의 질감과 광택 외관 등에서 100%의 일치감을 보이지는 못하고 있다.

또한 기존의 회수 분체도료 재활용 제조기술을 특수무늬 회수 분체도료를 재활용에 사용할시 최종도막에 나타나는 크래터링(Cratering) 발생(분화구현상), 핀 홀(Pin hole) 발생(바늘자국), 광택의 불균일, 상용성의 문제 등을 수반한다.

본 발명의 일 구현예에서는 특수무늬 폐분체도료 단독 또는 이를 포함하는 폐분체도료를 용이하게 재활용 처리하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예에서는 재활용된 폐 분체도료를 일반적인 분체도료 제조에서 사용되어온 용융 압출기를 이용하여 고상 칩으로 제조할 수 있는 재생 분체도료의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예에서는 폐분체도료 90 내지 95중량%에, 메탄올, 에탄올 및 페놀 중에서 선택되는 수산기를 포함하는 용매로 되는 촉매 5 내지 10중량%를 첨가하고 삼본 롤밀을 이용하여 분산하여 폐분체도료를 재처리하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서는 상기한 구현예에 의해 얻어지는 재처리된 폐분체도료를 포함하는 재생 분체도료를 제공한다.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 폐분체도료 90 내지 95중량%에, 메탄올, 에탄올 및 페놀 중에서 선택되는 수산기를 포함하는 용매로 되는 촉매 5 내지 10중량%를 첨가하고 삼본 롤밀을 이용하여 분산하여 선분산된 폐분체도료를 얻는 단계(S1); 버진 분체도료 조성물에 선분산된 폐분체도료를 혼합하고 용융압출하여 고상의 칩으로 성형하는 단계(S2); 및 성형된 고상의 칩을 분쇄하는 단계(S3)를 포함하는 재생 분체도료의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 의한 재생 분체도료의 제조방법에 있어서, S2에서 선분산된 폐분체도료를 고상의 칩 중량 대비 60중량% 이하로 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 재생 분체도료의 제조방법에 있어서, S2에서 용융압출은 95℃ 내지 110℃, 전단속도 40 내지 50rpm 조건 하에서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의하면 회수 분체도료의 재활용 범위를 넓히고, 또한 이를 이용하여 용융압출기의 변형없이 기존의 분체도료 제조방식을 유지하면서 재활용 분체도료를 포함하는 재생 분체도료를 제조할 수 있고, 얻어진 재생 분체도료는 버진분체도료로 되는 제품과 비교하여 동등이상의 우수한 품질을 갖는다.

분체도료 시장에서 가장 널리 사용되고 회수 분체도료의 대부분을 차지하는 것은 에폭시 분체도료, 폴리에스테르 분체도료, 에폭시-폴리에스테르 분체도료이며, 이 세 종류의 분체도료가 작업현장에서 도장되고 구분없이 섞여서 회수되고 있다.

본 발명의 일 구현예에서는 이와 같이 다종의 분체도료가 혼재되어 있는 폐분체도료를 재처리하는 데 있어서 촉매를 적용하여 분체도료 제조공정에 앞서 선 분산공정을 거친다. 구체적으로 본 발명의 일 구현예에 의한 폐분체도료 재처리 방법은 폐분체도료 90 내지 95중량%에 수산기를 포함하는 용매로 되는 촉매 5 내지 10중량%를 첨가하고 삼본 롤밀을 이용하여 분산하는 공정을 포함한다. 삼본 롤밀을 이용하여 분산하는 과정은 특별한 온도조건의 설정없이 상온에서 진행이 되며 분산되는 과정에서 마찰열에 의하여 40℃ 정도의 분산물을 얻을 수 있다. 분산 공정에서 삼본 롤밀을 이용하는 이유는 수산기를 포함하는 용매로 되는 촉매를 5 내지 10중량%의 양으로 사용하기 때문에 폐분체도료와의 혼합물의 점도가 높으므로 고점도에서 분산력이 좋은 삼본 롤밀을 이용하는 것이다.

일반적인 분체도료에 있어서 사용되는 에폭시 수지의 분자구조의 일예는 다음 화학식 1과 같을 수 있다.

화학식 1

이러한 에폭시 수지는 통상 열을 부여하였을 때 경화반응이 일어나 도막을 형성하며, 일반적인 분체도료 중에서의 경화메카니즘을 살펴보면,

일예로 에폭시 수지와 페놀계 경화제(R1-OH)와의 경화반응은 다음 반응식 1과 같을 수 있다.

반응식 1

또한 에폭시 수지와 1차아민류 경화제와의 경화반응은 반응식 2와 같고, 2차아민류 경화제와의 경화반응은 반응식 3과 같이 나타낼 수 있다.

반응식 2

반응식 3

한편 에폭시 수지와 폴리에스테르 수지의 경화반응은 다음 반응식 4 내지 6으로 나타낼 수 있다.

반응식 4

반응식 5

반응식 6

그밖에 폴리에스테르수지와 TGIC와의 경화반응은 다음 반응식 7로 표시할 수 있다.

반응식 7

폐분체도료를 이용하여 재생 분체도료를 제조하는 과정 중에서 영향을 줄 수 있는 것은 폐분체도료 중의 미경화물들로, 이러한 문제점을 고려하여 본 발명에서는 재활용 분체 도료 제조 후에 일반분체도료 제조원료들과 반응할 수 있는 요소를 제거함으로써 특수무늬 수거 분체도료의 재활용 한계를 해결고자 폐분체도료 중의 경화반응을 촉진할 수 있도록 촉매를 투입하여 폐분체도료를 재처리한다.

폐분체도료를 재처리하기 위해 사용할 수 있는 촉매는 수산기를 포함하는 용매로, 이의 일예로는 메탄올, 에탄올 또는 페놀 등을 들 수 있다. 이 중에서 에탄올은 메탄올과 페놀 보다 안전하고 공업적으로 많이 다루어지는 점에서 촉매로서 보다 유리할 수 있다.

이러한 수산기를 함유하는 용매로 되는 촉매를 폐분체도료와 배합하여 분산시키면, 폐분체도료의 주성분을 이루고 있는 에폭시수지의 에폭시기와 경화제 성분들, 및 폴리에스테르수지의 카르복실기와의 반응에 있어서 수산기가 촉매로 작용하여 물질의 구조에는 영향을 주지 않고 단순히 화학반응의 촉매역할을 하게 된다.

여기서 경화반응은 단순히 촉매와 배합하는 것으로는 일어나지 않으며, 온도 조건이 30℃ 이상인 경우 가능한바, 바람직한 분산방법의 일예로는 롤러 밀을 이용하여 폐분체도료와 촉매를 분산시키는 방법을 들 수 있다.

이때 촉매의 적용량이 10중량%를 초과하면 폐분체도료와 분산시킨 이후로 재생 분체도료 제조공정시 용융압출공정을 통해 고상의 칩 형태로 성형한 다음 분쇄공정을 거치게 되는데, 촉매의 사용량이 과다하면 고점도의 겔 형태로 칩 성형이 불가하여 재생 분체도료 생산에는 적용이 불가능할 수 있다. 따라서 바람직한 촉매 의 양은 5 내지 15중량%이고, 폐분체도료량은 90 내지 95중량%인 것이다.

이의 일예로, 촉매로서 에탄올을 사용하고, 에탄올 촉매와 특수무늬 분체도료만으로 되는 폐분체도료("100% 특수무늬 폐분체도료"라 한다.)를 5:95 / 10:90 / 15:85 / 20:80중량비로 혼용하여 삼본 롤밀(진성기계사 제작)을 이용하여 선분산시켜 재처리된 폐분체도료를 제조하였다.

한편, 촉매로서 에탄올을 사용하고, 에탄올 촉매와 특수무늬 분체도료를 포함하는 폐분체도료("특수무늬 함유 폐분체도료"라 한다.)를 5:95 / 10:90 / 15:85 / 20:80중량비로 혼용하여 삼본 롤밀(진성기계사 제작)을 이용하여 선분산시켜 재처리된 폐분체도료를 제조하였다.

얻어진 재처리된 폐분체도료의 분산력을 최종제품의 면과 광택과 물성에 주는 영향으로 평가한 결과는 다음 표 1과 같다.

100% 특수무늬 폐분체도료 함량(중량%)	특수무늬 함유 폐분체도료 함량(중량%)	촉매(에탄올) 함량(중량%)	최종제품 품질
95	-	5	이상없음
90	-	10	이상없음
85	-	15	불량
80	-	20	불량
-	95	5	이상없음
-	90	10	이상없음
-	85	15	불량
-	80	20	불량

표 1의 결과로부터, 폐분체도료를 재처리하는 데 있어서 바람직한 촉매의 양은 5 내지 10중량%임을 알 수 있다.

이와 같은 방법으로 재처리된 폐분체도료를 이용하여 재생 분체도료를 제조할 수 있는데, 이때 재처리된 폐분체도료만을 이용하여 재생 분체도료를 제조할 수도 있으나 작업성 면에서 좋기로는 버진분체도료 조성물과 배합하여 재생 분체도료로 제조하는 것일 수 있다.

재처리된 폐분체도료로부터 버진분체도료 조성물과 배합하여 재생 분체도료를 제조하는 방법은 일반적인 분체도료 제조방법과 유사한바, 재처리된 폐분체도료와 버진분체도료 조성물을 일반적인 분체도료 제조용 용융압출기를 이용하여 용융압출하여 고상의 칩으로 성형한 다음, 분쇄하면 재생 분체도료를 얻을 수 있다.

이때 용융압출 조건은 일반적인 분체도료 제조시의 용융압출 조건과 유사한바, 온도 조건 95 내지 110℃에서 전단속도 40 내지 50rpm 정도의 조건으로 용융압출할 수 있다.

상기 및 이하에서 '버진분체도료 조성물'은 주제 및 경화제를 포함하는 버진분체도료 성분 이외에, 경화촉진제, 안료 및 첨가제를 포함하는 일반적인 분체도료 조성물로서 이해될 것이다.

최종적으로 얻어지는 재생 분체도료의 작업시간을 고려할 때 고상 칩 중 재처리된 분체도료가 60중량% 이하인 것이 바람직할 수 있다.

고체 상태의 칩으로 성형한 다음 분쇄하여 재생 분체도료를 얻을 수 있다. 분쇄에는 통상의 분체도료의 제조에서와 같은 방법을 적용할 수 있으며, 그 일예로는 ACM MILL을 이용하여 분쇄하는 방법을 들 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따라 재처리된 폐분체도료를 이용하여 재생분체도료를 제조한 것의 물성을 평가하기 위하여 다음과 같은 방법으로 재생 분체도료를 제조하였다.

그 일예로, 도장작업 현장에서 도장되어지고 버려지는 분체도료를 도료의 종류에 구분없이 수거한다. 이때 수거된 분체도료에는 특수무늬가 포함되어 있지 않은 것도 있지만 90%이상이 함마톤, 스트럭쳐, 텍스쳐 등의 특수한 무늬를 형성하는 도료가 함께 존재한다.

수거된 폐분체도료를 에탄올 촉매하에서 3단 롤밀을 이용하여 선 분산시켜 폐분체도료 중에 포함되는 수지의 경화반응을 일으켜 더 이상 재활용시에 도막의 외관이나 물성 등에 영향을 주지 않도록 하였다.

이와 같이 얻어진 재처리된 폐분체도료를 이용하여 재생 분체도료를 제조하는 데 있어서, 물성 대비를 위해 사용된 버진 분체도료 조성물은 다음과 같다. 이하에서 %는 중량%로 이해될 것이다.

폴리에스테르 수지 - 40 %

에폭시 수지 - 20 %

TC 001(제품명) 경화촉진제 - 0.4%

레벨링 첨가제 - 1.5 %

BENZOIN 첨가제 - 0.5 %

WAX 첨가제 - 0.5 %

황산바륨 - 10 %

탄산칼슘 - 5%

이산화티타늄 - 22 %

FreeCol Yellow 1000 - 0.1 %

총 100% (질량%)

이와 같은 버진분체도료 조성물을 이용하여 95 내지 110℃ 전단속도 40 내지 50rpm 조건으로 용융압출 및 분쇄공정(40㎛)을 통해 분체도료를 제조하고 시험한 결과는 다음 표 2와 같다.

항 목	시험사항	시험결과	비 고
건조도막 상태	외관 이상없을 것	이상없음	육안판정
광 택	60°	92%	60° GLOSS 시험기
연필경도	F 이상	H	MISUBISHI UNI
CROSS CUT	100/100	100/100
ERICHSEN 시험	6mm에서 균열없을 것	이상없음	ERICHSEN 시험기
충격성 시험	500g/50cm 도막깨지지 않을것	이상없음	Dupont impact
내산성 시험	240시간 침지후 도막상태	이상없음	5% H2SO4
내염수 분무 시험	240시간 침지후 도막 박리상태	3mm 이하	5% NaCl Fog/35℃
내알칼리성 시험	240시간 침지후 도막상태	이상없음	5% NaOH
내비등수성	98±2℃*1시간 도막상태	이상없음

한편, 재처리된 분체도료(촉매 5중량% 사용하여 재처리된 것)를 적용하여 다음과 같은 배합비로 버진분체도료 조성물과 배합하고 상기와 동일한 방법으로 용융압출 및 분쇄공정(40㎛)을 통해 분체도료를 제조하고 시험한 결과는 다음 표 3과 같다:

폴리에스테르 수지 - 20 %

에폭시 수지 - 10 %

TC 001(제품명) 경화촉진제 - 0.2%

레벨링 첨가제 - 0.75 %

BENZOIN 첨가제 - 0.25 %

WAX 첨가제 - 0.25 %

황산바륨 - 5 %

탄산칼슘 - 2.5%

이산화티타늄 - 11 %

FreeCol Yellow 1000 - 0.05 %

재처리된 폐분체도료 - 50%

총 100%(질량%)

항 목	시험사항	시험결과	비 고
건조도막 상태	외관 이상없을 것	이상없음	육안판정
광 택	60°	91%	60° GLOSS 시험기
연필경도	F 이상	H	MISUBISHI UNI
CROSS CUT	100/100	100/100
ERICHSEN 시험	6mm에서 균열없을 것	이상없음	ERICHSEN 시험기
충격성 시험	500g/50cm 도막깨지지 않을것	이상없음	Dupont impact
내산성 시험	240시간 침지후 도막상태	이상없음	5% H2SO4
내염수 분무 시험	240시간 침지후 도막 박리상태	3mm 이하	5% NaCl Fog/35℃
내알칼리성 시험	240시간 침지후 도막상태	이상없음	5% NaOH
내비등수성	98±2℃*1시간 도막상태	이상없음

또한, 또 다른 재처리된 분체도료(촉매 10중량% 사용하여 재처리된 것)를 적용하여 다음과 같은 배합비로 버진분체도료 조성물과 배합하고 상기와 동일한 방법으로 용융압출 및 분쇄공정(40㎛)을 통해 분체도료를 제조하고 시험한 결과는 다음 표 4와 같다:

폴리에스테르 수지 - 20 %

에폭시 수지 - 10 %

TC 001(제품명) 경화촉진제 - 0.2%

레벨링 첨가제 - 0.75 %

BENZOIN 첨가제 - 0.25 %

WAX 첨가제 - 0.25 %

황산바륨 - 5 %

탄산칼슘 - 2.5%

이산화티타늄 - 11 %

FreeCol Yellow 1000 - 0.05 %

재처리된 폐분체도료 - 50%

총 100%(질량%)

항 목	시험사항	시험결과	비 고
건조도막 상태	외관 이상없을 것	이상없음	육안판정
광 택	60°	89%	60° GLOSS 시험기
연필경도	F 이상	H	MISUBISHI UNI
CROSS CUT	100/100	100/100
ERICHSEN 시험	6mm에서 균열없을 것	이상없음	ERICHSEN 시험기
충격성 시험	500g/50cm 도막깨지지 않을것	이상없음	Dupont impact
내산성 시험	240시간 침지후 도막상태	이상없음	5% H2SO4
내염수 분무 시험	240시간 침지후 도막 박리상태	3mm 이하	5% NaCl Fog/35℃
내알칼리성 시험	240시간 침지후 도막상태	이상없음	5% NaOH
내비등수성	98±2℃*1시간 도막상태	이상없음

상술한 것과 같이 수산기를 함유하는 용매로 되는 촉매를 사용하여 폐분체도료를 선 분산시켜 재처리한 후 이를 일반적인 분체도료 제조공정에 적용하여 재생 분체도료를 제조하는 경우 버진분체도료 조성물을 이용하여 얻어지는 분체도료와 동등이상의 물성을 갖는 재생 분체도료를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (8)

1. 폐분체도료 90 내지 95중량%에, 메탄올, 에탄올 및 페놀 중에서 선택되는 수산기를 포함하는 용매로 되는 촉매 5 내지 10중량%를 첨가하고 삼본 롤밀을 이용하여 분산하여 폐분체도료를 재처리하는 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항의 방법에 따라 얻어지는 재처리된 폐분체도료를 포함하는 재생 분체도료.
4. 폐분체도료 90 내지 95중량%에, 메탄올, 에탄올 및 페놀 중에서 선택되는 수산기를 포함하는 용매로 되는 촉매 5 내지 10중량%를 첨가하고 삼본 롤밀을 이용하여 분산하여 선분산된 폐분체도료를 얻는 단계(S1);

   버진 분체도료 조성물에 선분산된 폐분체도료를 혼합하고 용융압출하여 고상의 칩으로 성형하는 단계(S2); 및

   성형된 고상의 칩을 분쇄하는 단계(S3)를 포함하는 재생 분체도료의 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 4 항에 있어서, S2에서 선분산된 폐분체도료를 고상의 칩 중량 대비 60중량% 이하로 포함하는 것인 재생 분체도료의 제조방법.
8. 제 4 항에 있어서, S2에서 용융압출은 95 내지 110℃, 전단속도 40 내지 50rpm 조건 하에서 수행되는 재생 분체도료의 제조방법.