KR101044781B1 - 수용성 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

수용성 베이스코트 도료 조성물이 개시되어 있다. 이는 i) 에멀젼 수지 총량을 기준으로 할 때 10-20 중량부의 카르복실기 성분을 함유하며 유리전이온도가 10-30℃ 이고 고형분이 20-40 중량부인 에멀젼 수지; 폴리우레탄 디스퍼션 수지; 믹싱 바인더용 pH 조절제 및 제1 용제를 포함하는 믹싱 바인더 60-80 중량부; 및 ii) 폴리에스테르 수지; 안료; 페이스트 조성물용 pH 조절제 및 제2 용제를 포함하는 칼라 페이스트 조성물 20-40중량부를 포함하여 이루어진다. 저장 안정성이 우수하고 작업성이 우수하면서도 VOC 함량이 낮아서 친환경적인 도료 조성물이다.

도료 베이스코트 수용성 조성물

Description

수용성 도료 조성물{WATER-SOLUBLE PAINT COMPOSITION}

본 발명은 수용성 도료 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 저장 안정성과 작업성이 우수하며 휘발성 유기 용제의 함량을 크게 감소시킴으로써 이로 인한 환경 오염 문제를 개선할 수 있는 수용성 베이스코트 도료 조성물에 관한 것이다.

최근, 대기 오염, 지구 온난화, 오존층 파괴, 산성비등으로 인한 지구 환경의 악화가 더욱 심화되고 있는 실정이다. 이를 해결하기 위한 대책의 하나로서 휘발성 유기 화합물(VOC; volatile organic compound)의 사용량을 감소시키는 것이 필요하다. 이는 국제적인 문제이기도 하지만 국내에서도 수도권 대기 환경 개선에 따른 규제 조치를 강구하고 있는 상황이다.

이에 따라, 도료용 수지의 연구도 다양한 용도와 특성이 있는 고성능, 고기능성 고분자의 개발과 함께 환경 문제와 관련된 저공해, 저독성 및 자원 절약형 도료의 개발에 관심이 집중되고 있다. 이중 유기 용제의 함량을 경감시키기 위한 연구가 특히 활발한데, 이 연구의 원동력이 된 것은 환경 보호를 목적으로 하는 유기 용제의 배출 규제이다. 유기 용제의 배출 규제와 관련된 대표적인 예로는 미국 환경청의 휘발성 유기 물질 규제와 독일의 대기정화법(TA-Luft) 등이 있다. 전자는 코팅 조성물 중의 유기 용제량을 중심으로 가이드 라인을 설정하고 있고 후자는 자동차 1대를 코팅하는데 필요한 코팅 조성물로부터 배출되는 유기 용제량을 제한하고 있다.

일반적으로 자동차 도장 시스템은 차체를 부식으로부터 보호하기 위하여 전착 도료를 하도로서 적용하고 그 위에 도막의 탄성 강도를 높이기 위하여 중도를 도장하며, 그 위에 다양한 색상을 부여하기 위한 베이스코트 상도를 도장하고 최종적으로 광택 및 내스크래치성을 부여하기 위하여 크리어코트를 도장하는 것으로 이루어진다. 이 중 전착 도료는 1970년대 이후 적용되고 있으며 물을 용제로 사용하는 수성계 도료이지만 그 외 중도, 상도 및 크리어코트는 휘발성 유기 물질을 용제로 적용하고 있어 환경 오염의 주요인이 되고 이에 따라 세계적으로 이를 수성화 하려는 움직임이 활발하다.

수성 도료의 경우 유성형 도료와 달리 대부분의 용제가 물로 구성되어 있어서 도장후 표면 고화가 현저히 지연되므로 흐름 및 얼룩 등의 현상이 발생한다. 따라서 건조 도막에서의 흐름 및 얼룩 등의 문제점 해결을 위하여 도료의 요변성을 제어할 수 있는 증점제 등과 같은 보조용 첨가제를 사용하고 있다. 그러나 이러한 첨가제는 요변성의 조절로 흐름 및 메타릭 배향을 제어할 수는 있으나 적절히 사용되지 않으면 도막의 내수성을 저하시킨다는 단점이 있다.

한편, 자동차 보수용 제품 중에서 베이스코트 제품이 차지하는 VOC 함량은 상당히 높은 편이다. 일반적으로 자동차 보수용 도료는 퍼티(putty), 프라이마 서페이샤, 베이스코트, 크리어코트 층의 형성을 위한 도료를 포함하는데, 이들 각 도 료에 포함된 VOC의 함량은 다음과 같다. 산화 아연, 탄산칼슘 등의 안료를 고점도의 전색제와 반죽한 물질인 퍼티의 경우 100∼300 g/ℓ 정도이며, 프라이마 서페이샤의 경우 400∼600 g/ℓ정도이고, 베이스코트는 700∼800 g/ℓ 정도이고, 크리어코트는 400∼600 g/ℓ정도이다. 상술한 바와 같이 상기 자동차 보수용 제품 중에서는 베이스코트 제품의 VOC 함량이 가장 높다. 이에 따라 자동차 보수용 제품의 총 VOC 절감을 위해서는 베이스코트 도료에 함유되어 있는 휘발성 유기 용제의 함량을 줄일 필요가 있다.

베이스코트 도료에 함유된 VOC 감소를 위한 방안으로 하이솔리드화가 시도되었으나 메탈릭 도료의 경우 도장 직후 도막에서 80% 이상의 용제가 휘발되어야만 도막의 수축율에 따라 우수한 메탈릭 오리엔테이션을 얻을 수 있기 때문에 고형분이 20% 이상에서는 좋은 메탈릭 오리엔테이션을 얻기 힘든 문제가 있다. 특히 자동차 보수용 베이스코트/크리어코트 시스템에서 베이스코트 도료는 빠른 건조성이 요구된다. 만약 베이스코트가 충분히 건조되지 않은 채 크리어코트가 적용된다면 크리어코트층이 베이스코트층을 불안정하게 하고 외관 저하 및 메탈릭 오리엔테이션에도 영향을 주게 된다. 이는 베이스코트가 하이솔리드화 될 경우 건조가 느려지는 현상이 발생되어 나타나는 것이다. 베이스코트의 건조성을 빠르게 하기 위하여 셀룰로스 아세테이트 부틸레이트를 사용할 수도 있으나 이를 용해하기 위해서는 다량의 용제를 사용해야 하므로 하이솔리드화에는 한계가 있다.

상기와 같이 유성 베이스코트 도료를 하이솔리드화 함으로써 650 g/ℓ 수준으로 어느 정도의 VOC 감량화는 달성할 수 있으나, 그 이하로 낮추는 것은 도막 물성 및 작업성 문제로 한계가 있다. 이에 따라 베이스코트 도료를 수성화 하면서도 이에 따르는 다양한 문제점을 개선할 것이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, VOC 함량을 크게 낮춰 주면서도 작업성과 저장성은 우수하고, 도막성이 양호하면서도 친환경적인 수용성 베이스코트 도료 조성물을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 본 발명에서는 i) 에멀젼 수지 ㅊ총량을 기준으로 할 때 10-20 중량부의 카르복실기 성분을 함유하며 유리전이온도가 10-30℃ 이고 고형분이 20-40 중량부인 에멀젼 수지; 폴리우레탄 디스퍼션 수지; 믹싱 바인더용 pH 조절제 및 제1 용제를 포함하는 믹싱 바인더 60-80 중량부; 및 ii) 폴리에스테르 수지; 안료; 페이스트 조성물용 pH 조절제 및 제2 용제를 포함하는 칼라 페이스트 조성물 20-40 중량부를 포함하는 수용성 베이스코트 도료 조성물을 제공한다.

바람직하게, 상기 믹싱 바인더의 제조시, 상기 믹싱 바인더 총량을 기준으로 할 때 상기 에멀젼 수지는 30-60 중량부 범위로 사용하고, 상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지는 5-30 중량부 범위로 사용하도록 한다. 더욱 바람직하게, 상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지는 물에 분산되어 있는 것을 사용한다.

상기 믹싱 바인더용 pH 조절제 및 페이스트 조성물용 pH 조절제는 같거나 다를 수 있으며 바람직하게 아민이, 더욱 바람직하게 2가 아민이 사용될 수 있다. 상기 믹싱 바인더의 바람직한 pH 범위는 8.0-9.0 이다.

상기 제1 용제 및 제2 용제는 같거나 다를수 있으며, 친수성기를 포함하는 용제가 바람직하게 사용될 수 있으며 구체적으로는 부틸 셀로솔브, 아세톤 및 알콜로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나가 사용된다.

상기 믹싱 바인더는 안료 분산제, 레오로지 컨트롤을 위한 첨가제, 소포제, 유동성 조절제, 안정제, 동결 방지제, 표면 개질제 등의 첨가제를 더 포함할 수도 있다.

상기 페이스트 조성물에 사용되는 폴리에스테르 수지의 첨가량은 상기 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 30-60 중량부 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 페이스트 조성물에 사용되는 안료는 상기 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 7-15 중량부의 레드 계열 안료, 10-20 중량부의 황색/오렌지 계열 안료, 5-15 중량부의 블루 계열 안료, 5-10 중량부의 블랙 계열 안료, 45-60 중량부의 백색 안료, 10-40 중량부의 메탈릭 계열 안료 등이 적용가능하다.

상기 페이스트 조성물에 사용되는 용제는 상기 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 10-40 중량부 범위로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 칼라 페이스트 조성물의 점도는 70-90KU 범위이고 pH는 5.0-8.0 범위인 것이 바람직하다. 또한 상기 칼라 페이스트 조성물은 의도하지 않은 미량의 물을 포함할 수는 있으나 이는 무시할 수 있는 정도이며 실질적으로 물을 포함하지 않는다.

한편, 상기 칼라 페이스트 조성물은 메탈릭 안료를 포함하는 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 및 블랙 안료를 포함하는 솔리드 페이스트 조성물을 포함하여 이루어지되, 상기 도료 조성물의 제조시, 상기 도료 조성물 총량을 기준으로 할 때 믹싱 바인더 60-80 중량부, 상기 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 30 중량부 이하, 상기 솔리드 페이스트 조성물 40 중량부 이하의 범위가 되도록 포함하도록 한다.

이 경우, 상기 메탈릭 칼라 페이스트 조성물은 상기 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 폴리에스테르 수지 30-60 중량부, 메탈릭 안료 10-40 중량부, 습윤 분산제 1-5 중량부, 상기 제2 용제 10-40 중량부를 포함하여 이루어지며, 상기 솔리드 페이스트 조성물은 상기 솔리드 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 폴리에스테르 수지 30-60 중량부, 솔리드 안료 5-60 중량부, 상기 제2 용제 20-40 중량부, 분산제 1-10 중량부 및 상기 pH 조절제를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 조건에 따라 제조된 본 발명의 베이스코트 도료 조성물의 휘발성 유기 화합물(VOC; volatile organic compound) 은 420 g/ℓ 이하로 조절가능하며, 이러한 베이스코트 도료 조성물의 pH는 7.5-8.0 범위이다.

상기 칼라 페이스트 조성물 또한 안료 분산제, 레오로지 컨트롤을 위한 첨가제, 소포제, 유동성 조절제, 안정제, 동결 방지제 및 표면 개질제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 믹싱 바인더 총량을 기준으로 할 때 카르복실기를 함유하며 유리전이온도가 10-30℃ 이고 고형분이 20-40 중량부인 에멀젼 수지 30-60 중량부; 폴리우레탄 디스퍼션 수지 5-30 중량부; 믹싱 바인더용 pH 조절제 및 용제를 포함하는 수용성 베이스코트 도료 조성물용 믹싱 바인더가 제공된다.

이 경우, 상기 믹싱 바인더의 휘발성 유기 화합물(VOC; volatile organic compound) 함량이 420 g/ℓ 이하이다.

또한 본 발명에 의하면 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 폴리에스테르 수지 30-60 중량부; 안료; 페이스트 조성물용 pH 조절제 및 용제를 포함하는 수용성 베이스코트 도료 조성물용 칼라 페이스트 조성물이 제공된다.

이 경우에도, 상기 칼라 페이스트 조성물의 휘발성 유기 화합물(VOC; volatile organic compound) 함량이 420 g/ℓ 이하이다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 수용성 베이스코트 도료 조성물을 자동차 보수용 제품으로 적용하는 것에 의해 휘발성 유기 화합물의 사용량을 저감시키면서도 도료의 작업성과 전체적인 저장 안정성을 향상시키고, 양호한 특성을 갖는 도막의 제조가 가능하게 된다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명은 다양한 변형이 가능하므로 하기의 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서는 먼저 베이스코트용 도료 조성물의 제1 구성 요소로서, 믹싱 바인더를 제조함에 있어서, 에멀젼 수지의 양을 기준으로 할 때 10-20 중량부 범위의 카르복실기 성분을 가지고 유리전이 온도가 10~30℃이며 고형분이 20~40 중량부인 에멀젼 수지를 주성분으로 사용한다. 카르복실기 성분은 수용성 베이스코트 조성물에서 점도에 중요한 영향을 미치는 성분이다. 에멀젼 수지에서 카르복실기 성분은 10-20 중량부 포함시키도록 한다. 만약 이의 양이 20 중량부 보다 많으면 도장된 도막의 내수성이 저하되며 10 중량부 보다 적으면 증점 효과가 떨어져 스프레이 작업시 메탈릭 오리엔테이션이 저하되고 도료의 장기 저장시 침전이 발생되는 문제가 있기 때문이다. 이러한 에멀젼 수지의 사용량은 믹싱 바인더 총량을 기준으로 할 때 30-60 중량부 범위가 되도록 한다.

또한, 수지의 유리전이 온도를 한정한 것은 이것이 10℃ 보다 낮으면 도막이 소프트해지고 건조가 느려지며 스프레이 도장 작업시 외부 환경에 의하여 티, 먼지 등에 의하여 오염될 수 있기 때문이다. 반면 유리전이 온도가 30℃ 보다 높으면 도막이 하드해지며 층간 부착력이 저하되고 내치핑성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서 수지의 유리전이 온도는 10~30℃ 범위가 되도록 한다.

믹싱 바인더의 제조시 믹싱 바인더 총량을 기준으로 할 때 폴리우레탄 디스퍼션(PUD; polyurethane dispersion)수지는 5~30 중량부를 사용하도록 한다. 폴리우레탄 디스퍼션을 사용하는 경우 제조되는 도막의 표면이 부드러우며 마찰 저항이 양호하고, 신축성, 유연성, 굴곡성, 내약품성 등의 기능을 부여해 주는 장점을 지니고 있으며 표면 특성을 개질하는 특징이 있다.

기존의 폴리우레탄은 유기 용제에 분산된 상태로 취급되어 왔기 때문에 사용시 유해할 뿐 아니라 환경공해를 유발하는 휘발성 물질을 다량 배출한다. 그러나 본 발명에서 사용하는 폴리우레탄 디스퍼션은 휘발성 유기 용제를 물로 대체함으로써 환경오염을 방지할 뿐만 아니라 작업환경을 개선해 주는 특징이 있다.

본 발명에서는 PUD 수지를 적용함으로써 도막의 내약품성, 내수성을 개선하는 효과가 있는데 이의 사용량은 믹싱 바인더 총량을 기준으로 할 때 5-30 중량부 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다. 만약 이의 사용량을 5 중량부 미만으로 했을 때는 도막 형성후 40℃ 온도의 열탕에서 7일간 물에 함침하여 내수성을 테스트하는 경우 브리스터가 발생되며 외관, 광택이 떨어지는 문제가 있으며, 30 중량부 보다 많이 사용하면 증점 효과가 떨어지기 때문에 스프레이 작업성에서 오리엔테이션 불량 및 모틀링 현상이 발생하는 문제가 있기 때문이다.

본 발명에서 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 및 솔리드 칼라 페이스트 조성물을 포함하는 칼라 페이스트 조성물은 각 칼라 페이스트 조성물의 제조시, 각 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 믹싱 바인더와 상용성이 좋은 폴리에스테르 수지 30~60 중량부를 사용한다. 이때 폴리에스테르 수지는 색상 안료의 분산성이 우수할 뿐만 아니라 믹싱 바인더와의 상용성이 우수하여 수용성 베이스코트 인터믹스 시스템을 구축하는데 가장 적합한 수지이다. 분산시 수지의 사용량이 30 중량부 보다 적으면 분산이 어려워지므로 5㎛ 이하의 입자경을 갖게 하기가 어려우며, 분산이 되더라도 장기 보관시 응집되어 파티클이 발생되고 증점되는 문제가 발생한다. 반면 60 중량부 보다 많이 사용할 때는 믹싱 바인더와 혼합하여 제조되는 베이스코트 도료로 도막을 제조하는 경우, 도막의 품질에 영향을 준다. 특히, 건조가 느려지며 이는 오염의 원인이 되어 외관 저하를 초래하게 된다. 따라서 폴리에스테르 분산 수지는 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 30-60 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 칼라 페이스트 조성물은 상기와 같이 폴리에스테르 분산 수지 30~60 중량부와 자동차 보수용 도료에 적합한 안료를 혼합하여 제조하도록 한다. 안료로는 레드 계열, 황색/오렌지 계열, 블루 계열, 블랙 계열, 백색 계열, 메탈릭 계열 등 모든 계열의 안료가 사용가능하다. 이를 적용시 레드 계열은 7~15 중량부, 황색/오렌지 계열은 10~20 중량부, 블루 계열은 5~15 중량부, 블랙 계열은 5~10 중량부, 백색 계열은 45~60 중량부, 메탈릭 계열은 10~40 중량부 범위로 적용하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게, 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 용제는 10~40 중량부, 분산제는 1~10 중량부 사용하도록 하며, 상기 칼라 페이스트 조성물은 실질적으로 물을 전혀 함유하지 않는다. 칼라 페이스트 조성물에 물이 포함되지 않기 때문에 안료의 성분 중에서 특히 알루미늄과 물과의 반응으로 인한 가스 발생 문제가 없으므로 일반 수성 베이스코트 도료가 갖는 저장 안정성의 문제를 해결할 수 있다. 물론 공기 중에 함유된 수분을 포함하거나 칼라 페이스트 조성물을 제조할 때 사용되는 화합물에 미량으로 포함된 물을 함유하는 것은 극소량이므로 이러한 미량의 물을 함유하는 것은 본 발명의 범주에 속하는 것으로 한다.

본 발명에 의한 칼라 페이스트 조성물의 적정 점도는 70~90KU 범위이다. 만약 이의 점도가 70KU 보다 낮으면 저장중 침전되거나 층분리 현상이 발생될 수 있으며 90KU 보다 높으면 인터믹스 시스템에 사용시 유동성이 떨어져 칼라 페이스트가 잘 배출 되지 않고 용기에 잔존하는 문제가 있기 때문이다.

또한 용제의 사용은 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 10-40 중량부 범위로 하는 것이 바람직하다. 만약 이의 사용량이 40 중량부를 초과하면 유기용제 함량이 늘어남으로 칼라 페이스트 조성물의 VOC 함량을 420 g/ℓ 이하로 맞추기가 어렵다. 반면 10 중량부 보다 적으면 조성물의 점도 증가로 분산이 어려워지며 칼라 페이스트의 유동성에 문제가 발생하는 문제가 있다.

본 발명에서 믹싱 바인더의 pH 조절 및 중화를 위하여 pH 조절제를 사용하는데 바람직하게는 아민, 더욱 바람직하게는 2가 아민을 사용한다. 도료 조성물이 중성일 경우가 도료의 작업성이나 저장성이 가장 적합한 상태에 있게 된다. 일반적으 로 수용성 도료는 아민으로 중화하지 않은 경우 약산성을 띠게 된다. 이 상태로 도료를 제조하면 저장성이 나빠진다는 문제가 있다. 대체로 유성 도료에 비해 수용성 도료는 저장성면에서 불안정하다. 따라서 도료를 중화시키지 않은 상태에서는 제품화가 불가능할 정도이다. 본 발명에서 pH 조절은 믹싱 바인더는 8.0~9.0으로 조절하고 메탈릭 및 솔리드 칼라 페이스트는 5.0~8.0으로 조절할 때 가장 안정된 상태를 유지한다. 혼합된 상태의 도료 조성물의 경우 pH 7.5~8.0 범위가 가장 적합하며 이는 도료의 증점 상태에 영향을 주며 스프레이 작업성에서 가장 적합한 상태를 갖도록 한다.

베이스코트 도료의 조성물은 하나 혹은 그 이상의 용제로서 코솔벤트를 포함한다. 대체로 에멀젼수지, 폴리우레탄 디스퍼션에 적절한 용제가 사용되며 용해도, 희석력, 휘발 속도에 따라 선정된다. 예를 들면 부틸 셀로솔브, 아세톤, 알콜 등과 같이 친수성 용제가 바람직하게 사용된다. 위와 같은 용제는 친수성기를 포함하여 수계 도료에도 용해력이 뛰어날 뿐 아니라 도료화시 인체에 무해하고 낮은 VOC를 함유한다. 또한 조색제와 혼합시에도 상용성이 뛰어나 믹싱에 전혀 문제가 없다는 장점이 있다.

그 밖에 보수용 베이스코트 조성물은 다른 원료들을 포함할 수 있는데 안료 분산을 위해 사용되는 수지, 그리고 레오로지 컨트롤 첨가제, 소포제, 유동성 조절제, 안정제, 동결 방지제, 표면 개질제 등이 단독으로 또는 조합하여 포함될 수 있다.

또한 본 발명은 베이스코트를 구성하는 인터믹스 시스템을 제공한다. 인터믹스 시스템은 폴리에스테르 수지에 적어도 하나 이상으로 분산된 각각의 개별적인 다수의 색상들을 포함한다. 인터믹스 시스템은 어떤 색상에도 보수용 베이스코트를 적용하도록 설계되었다. 인터믹스 시스템은 최소 약 50가지의 색상 조성물을 가지고 있지만 80색상 혹은 그 이상을 포함할 수 있다. 인터믹스 시스템의 구성은 안료 분산 페이스트, 메탈릭 및 마이카 페이스트를 포함하여 이루어진다. 이 시스템을 사용하면 보수용 도료에서 요구되는 칼라의 다양성을 만족시킬 수 있다.
본 발명에 적용이 가능한 원료의 구체적인 예는 다음과 같다. 에멀젼 수지는 카르복실기 함유 아크릭 에멀젼 수지로 Setaqua-6802 (제조사: NUPLEX), NRCP2000 (제조사: 노루알앤씨) 등이 사용가능하고, 폴리우레탄 디스퍼션 수지는 폴리카보네이트 우레탄 디스퍼션으로 ALBERDINGK U-9150 (제조사: ALBERDINGK), NRCCP007(제조사: 노루알앤씨) 등이 사용가능하다.
PH 조절제는 디메틸에탄올아민 (제조사: NIPPON NYUKAZAI CO., LTD.), 안료 분산제는 산성 그룹을 가진 블록 공중합체의 알킬올암모늄염인 BYK-180, BYK-184 (제조사: BYK) 등이 사용가능하며, 안료 친화 그룹을 가진 고분자의 블록 공중합체 용액이면 적용이 가능하다.
레오로지 컨트롤을 위한 첨가제 및 유동성 조절제로는 소듐 마그네슘 실리케이트 코폴리머 혹은 수성 에틸렌 비닐 아세테이트계 왁스 또는 폴리에틸렌계 왁스가 적용 가능하며, 대표적인 실리케이트 레오로지 컨트롤 첨가제는 Laponite RD (제조사: SUD CHEMIE)가 있고 유동성 조절제로는 AQUACER 502, AQUACER 535 (제조사: BYK) 가 있다.
소포제는 친유체 및 기포를 파과하는 폴리실록산 혼합물이 적용가능하며, BYK-024, BYK-028 (제조사: BYK) 등이 사용가능하다. 동결 방지제에는 에틸렌 글리콜 (제조사: 호남석유화학(주))을 적용할 수 있으며, 표면 개질제로는 수계 도료용 실리콘 첨가제로 BYK-345, BYK-346, BYK-347 (제조사: BYK)과 같은 폴리에테르 변성 실록산이 적용 가능하다.
레드 계열 안료는 퀴나크리돈 성분의 CINQUASIA MAGENTA RT-343 (제조사: CIBA)이, 황색/오렌지 계열 안료는 이소인돌리논 성분의 PALIOTOL YELLOW L-2140HD (제조사: BASF)이, 블루 계열 안료는 쿠퍼-프탈록시아민 계열의 IRGAZIN BLUE X-3367 (제조사: CIBA)이 적용 가능하다. 백색 안료는 이산화 티타늄이 적합하며, R-902 (제조사: DUPONT)가 대표적이다.

이하, 실시예 및 비교실시예에 따라 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 의해 제한되지 않음은 물론이다.

실시예 1

에멀젼 수지 50 중량부, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 중량부, 증점제 10 중량% 용액 10 중량부, 합성실리케이트 10 중량% 용액 5 중량부, 10 중량% 2가 아민 용액 3 중량부 및 탈이온수 12 중량부를 사용하여 제조된 믹싱 바인더 80 중량부와 메탈릭 칼라 페이스트 15 중량부 및 블랙 칼라 페이스트 5 중량부를 혼합하여 수용성 베이스코트 도료 조성물을 제조하였다.

메탈릭 칼라 페이스트 조성물은 폴리에스테르 분산수지 40 중량부, 메탈릭 안료(STAPAㄾ HYDROLAN 9157, 제조사:ECKART) 30 중량부, 부틸셀루솔브 24 중량부, 습윤 분산제(BYK-180, 제조사:BYK-chemie) 3 중량부, 디메틸에탄올아민(dimethyl ethanolamine) 3 중량부로 제조하였으며, 블랙 페이스트는 폴리에스테르 분산수지 50 중량부, 블랙 안료(카본블랙 Raven 5000, 제조사: Columbian Chemical Co.) 8 중량부, 습윤 분산제(BYK-184, 제조사:BYK-chemie) 8 중량부, 디메틸에탄올아민 1 중량부, 부틸셀루솔브 33 중량부를 2000rpm에서 30분 고속 교반후 다이노밀로 분산하여 입자경 1~5㎛의 분산물로 제조하였다.

사용된 에멀젼 수지는 고형분이 25 중량%, 유리전이온도가 25℃이며 카르복실기 함량이 18 중량%인 수지이며, 폴리우레탄 디스퍼션은 고형분이 33 중량%, pH=7.5, 점도는 800cps/25℃ 였다. 제조된 도료 조성물의 스프레이 점도는 포드컵 #4로 34sec/25℃이며 pH는 7.8 이었다.

실시예 2

에멀젼 수지 50 중량부, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 중량부, 증점제 10 중량% 용액 10 중량부, 합성실리케이트 10 중량% 용액 5 중량부, 10 중량% 2가 아민 용액 1 중량부, 탈이온수 12 중량부를 사용하여 제조된 믹싱 바인더 80중량부와 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 15 중량부, 블랙 칼라 페이스트 조성물 5 중량부를 혼합하여 수용성 베이스코트 도료 조성물을 제조하였다.

메탈릭 칼라 페이스트 조성물은 폴리에스테르 분산 수지 40 중량부, 메탈릭 안료(STAPAㄾ HYDROLAN 9157, 제조사:ECKART) 30 중량부, 부틸셀루솔브 24 중량부, 습윤 분산제(BYK-180, 제조사:BYK-chemie) 3 중량부, 디메틸에탄올아민 3 중량부로 제조하였으며, 블랙 페이스트 조성물은 폴리에스테르 분산 수지 50 중량부, 블랙 안료(카본블랙 Raven 5000, 제조사:Columbian Chemical Co.) 8 중량부, 습윤 분산제(BYK-184, 제조사:BYK-chemie) 8 중량부, 디메틸에탄올아민 1 중량부, 부틸셀로솔브 33 중량부로 2000rpm에서 30분 고속 교반후 다이노밀로 분산하여 입자경 1~5㎛의 분산물로 제조하였다.

사용된 에멀젼 수지의 고형분은 25 중량%, 유리전이온도는 25℃이며 카르복실기 함량이 18 중량%인 수지였다. 폴리우레탄 디스퍼션의 고형분은 33 중량%, pH=7.5, 점도는 800cps/25℃ 이었다. 제조된 수용성 베이스코트 도료 조성물의 스프레이 점도는 포드컵#4로 22sec/25℃이며 pH는 6.5 이었다.

비교실시예 1

에멀젼 수지 65 중량부, 증점제 10 중량% 용액 10 중량부, 합성실리케이트 10 중량% 용액 5 중량부, 10 중량% 2가 아민 용액 3 중량부, 탈이온수 12 중량부를 사용하여 제조된 믹싱 바인더 80 중량부와 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 15 중량부, 블랙 칼라 페이스트 조성물 5 중량부를 혼합하여 베이스코트 도료 조성물을 제조하였다.

메탈릭 칼라 페이스트 조성물은 폴리에스테르 분산수지 40 중량부, 메탈릭 안료(STAPAㄾ HYDROLAN 9157, 제조사:ECKART) 30 중량부, 부틸셀루솔브 24 중량부, 습윤 분산제(BYK-180, 제조사:BYK-chemie) 3 중량부, 디메틸에탄올아민 3 중량부로 제조하였으며, 블랙 페이스트 조성물은 폴리에스테르 분산수지 50 중량부, 블랙 안료(카본블랙 Raven 5000, 제조사:Columbian Chemical Co.) 8 중량부, 습윤 분산제(BYK-184, 제조사:BYK-chemie) 8 중량부, 디메틸에탄올아민 1중량부, 부틸셀루솔브 33 중량부로 2000rpm에서 30분 고속 교반후 다이노밀로 분산하여 입자경 1~5㎛의 분산물로 제조하였다.

사용된 에멀젼 수지는 고형분이 25 중량%, 유리전이온도는 25℃이며 카르복실기 함량이 18 중량%인 수지였다. 제조된 베이스코트 도료 조성물의 스프레이 점도는 포드컵#4로 31sec/25℃이며 pH는 7.8 이었다.

비교실시예 2

에멀젼 수지 50 중량부, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 15 중량부, 증점제 10 중량% 용액 10 중량부, 합성실리케이트 10 중량% 용액 5 중량부, 10 중량% 2가 아민 용액 3 중량부, 탈이온수 12 중량부를 사용하여 제조된 믹싱 바인더 80중량부와 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 15 중량부, 블랙 칼라 페이스트 조성물 5 중량부를 혼합하여 베이스코트 도료 조성물을 제조하였다.

메탈릭 칼라 페이스트 조성물은 폴리에스테르 분산 수지 40 중량부, 메탈릭 안료(STAPAㄾ HYDROLAN 9157, 제조사:ECKART) 30 중량부, 부틸셀루솔브 24 중량부,습윤 분산제(BYK-180, 제조사:BYK-chemie) 3 중량부, 디메틸에탄올아민 3 중량부로 제조하였으며, 블랙 페이스트는 폴리에스테르 분산 수지 50 중량부, 블랙 안료(카본블랙 Raven 5000, 제조사:Columbian Chemical Co.) 8 중량부, 습윤 분산제(BYK-184, 제조사:BYK-chemie) 8 중량부, 디메틸에탄올아민 1 중량부, 부틸셀루솔브 33 중량부로 2000rpm에서 30분 고속 교반후 다이노밀로 분산하여 입자경 1~5㎛의 분산물로 제조하였다.

사용된 에멀젼 수지의 고형분은 25 중량%, 유리전이온도는 35℃이며 카르복실기 함량이 19 중량% 인 수지였다. 폴리우레탄 디스퍼션의 고형분은 33 중량%, pH=7.5, 점도는 800cps/25℃ 였다. 제조된 베이스코트 도료 조성물의 스프레이 점도는 포드컵#4로 36sec/25℃이며 pH는 7.8 이었다.

비교실시예 3

에멀젼 수지 50 중량부, 폴리우레탄 디스퍼션수지 15 중량부, 증점제 10 중량% 용액 10 중량부, 합성실리케이트 10 중량% 용액 5 중량부, 10 중량% 2가 아민 용액 3 중량부, 탈이온수 12 중량부를 사용하여 제조된 믹싱 바인더 80 중량부와 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 15 중량부, 블랙 칼라 페이스트 조성물 5 중량부를 혼합하여 베이스코트 도료 조성물을 제조하였다.

메탈릭 칼라 페이스트 조성물은 폴리에스테르 분산 수지 40 중량부, 메탈릭 안료(STAPAㄾ HYDROLAN 9157, 제조사:ECKART) 30 중량부, 부틸셀루솔브 24 중량부, 습윤 분산제(BYK-180, 제조사:BYK-chemie) 3 중량부, 디메틸에탄올아민 3 중량부로 제조하였으며, 블랙 페이스트는 폴리에스테르 분산 수지 50 중량부, 블랙 안료(카본블랙 Raven 5000, 제조사:Columbian Chemical Co.) 8 중량부, 습윤 분산제(BYK-184, 제조사:BYK-chemie) 8 중량부, 디메틸에탄올아민 1 중량부, 부틸셀루솔브 33 중량부로 2000rpm에서 30분 고속 교반후 다이노밀로 분산하여 입자경 1~5㎛의 분산물로 제조하였다.

사용된 에멀젼 수지의 고형분은 25 중량%, 유리전이온도는 5℃이며 카르복실기 함량이 25 중량% 인 수지였다. 폴리우레탄 디스퍼션의 고형분은 33 중량%, pH=7.5, 점도는 800cps/25℃이다. 제조된 베이스코트 도료 조성물의 스프레이 점도는 포드컵#4로 33sec/25℃이며 pH는 7.8 이었다.

비교실시예 4

유성 베이스코트 제품으로 일반적으로 상용하는 제품으로 하이큐 베이스코트(제조사:노루페인트) 인터믹스 시스템중 믹싱 바인더 BC-1000 80 중량부, 메탈릭 칼라 페이스트 H-941 15 중량부, 솔리드 블랙 페이스트 5 중량부를 사용하여 베이 스코트 도료 조성물을 제조하였다.

상기의 제조된 유성 베이스코트 색상 도료 100 중량부, 베이스코트용 신나 DR-421S 80 중량부를 혼합, 희석하여 혼합스프레이 점도가 포드컵#4로 13sec/25℃인 조성물을 제조하였다.

도막의 물성 평가

상기 실시예 1 및 2와 비교실시예 1 내지 4에서 제조된 베이스코트 도료 조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성을 시험하여 결과를 표 1에 나타내었다.

시험 시편의 작성 절차는 인산아연처리 강판위에 디피아이 제품 프라이마 서페이샤 PS-330을 적용후 연마지 800목으로 수연마 하고, 카크리너 DR-180으로 세척하였다. 상기 제조된 베이스코트 도료 조성물을 HVLP Sata Jet 3000 1.3mm건으로 2.5bar에 맞춰 스프레이룸 환경을 상대습도 60%, 온도 23℃, 풍속 0.6m/s에 맞춰 8~15㎛의 건조도막두께로 2회 도장하였다. 20분 동안 셋트를 준 후 디피아이 크리어코트 제품중 마스타크리어를 도장하여 80℃ 건조로에서 30분 열처리하여 시편을 제조하였다. 제조된 도막에 대하여 물성을 평가 하였다.

도막 시편의 물성 평가 방법은 다음과 같다.

1) VOC: 스프레이할 수 있는 점도로 조절한 후 1-3g의 샘플을 채취하여 110℃에서 1시간 가열후 고형분을 측정하여 ASTM D3960-98에 명시된 방법으로 측정하였다.

2) 지촉 건조: 유리판에 76㎛로 어플리케이션 하여 20℃ 상온에서 건조하면서 손가락에 묻어나지 않는 시점을 측정하였다.

3) 상온저장성: V자형 시험관에 7일간 저장하여 침전 및 침전 상태와 점도, 외관 등을 측정하였다.

4) 열안정성: 50℃ 오븐에서 3일 동안 보관후 도료의 상태 변화를 확인하였다.

5) 광택: 베이스코트 도장, 크리어코트 도장, 열처리후의 광택을 측정하였다.

6) 부착성: 크로스 커트로 2mm 간격으로 칼집을 낸후 셀룰로오스 접착제로 3회 부착 시험한 후 이상이 없을 때 5급으로 하고 완전히 떨어진 상태를 0급으로 하여 확인하였다.

7) 내충격성: 20℃ 실온에서 500g의 추를 30cm 낙추하여 도막의 훼손 정도를 측정하였다.

8) 내침수성: 40℃의 항온조에서 7일간 함침하여 도막 표면 상태 및 부착성을 측정하였다.

9) 메탈 얼룩: 베이스코트 도료의 2회 도장시 도장간 프레쉬 오프 타임을 10분 주었을 때와 주지 않았을 때 색차 ΔE와 ΔL값을 측정하여 확인하였다.

표 1

도막 물성 평가 결과

표 2

도막 물성 평가 결과

실시예 1 및 2, 그리고 비교실시예 1내지 3의 경우, 본 발명의 주성분 수지인 에멀젼 수지의 특성 변화, 폴리우레탄 디스퍼션 수지의 사용 유무, pH 변화 등에 따른 물성을 비교 검토하였고, 비교실시예 4의 경우 기존의 유성 베이스코트 도료 조성물을 적용한 경우의 물성을 비교 검토하였다.

본 발명의 바람직한 조건을 모두 만족하는 실시예 1의 경우 모든 물성에서 양호한 결과를 나타내었다. 실시예 2의 경우, 제조된 도료 조성물의 pH가 약간 낮은 관계로 열안정성면에서 불리한 결과가 나타났지만 다른 모든 물성 특성에서 양호한 결과를 나타내어 도료로서 적용하기에 크게 무리가 있는 것은 아님을 확인할 수 있다.

비교실시예 1에서는 본 발명의 주성분인 폴리우레탄 디스퍼션을 사용하지 않은 관계로 내침수성이 불량하여 브리스터 발생이 야기되었고, 비교실시예 2에서는 사용된 에멀젼 수지의 유리전이온도가 너무 높은 성분이어서 부착성과 내침수성이 불리하게 나타났으며, 비교실시예 3에서는 유리전이온도가 너무 낮은 에멀젼 수지 성분을 사용하여 지촉 건조성이 약간 불리하고, 열안정성과 내침수성이 불량하다는 문제가 발생하였다. 기존의 유성 베이스코트 도료 조성물의 물성과 비교하면 본 발명의 실시예에 따른 도료 조성물은 모든 면에서 대체로 양호한 특성을 나타내면서도 VOC 함량은 현저하게 감소된 효과를 나타냄을 확인할 수 있다. 결국 본 발명에 따른 도료 조성물은 유성 베이스코트 조성물과 비교하여 작업성, 물성에서 동등 이상의 품질을 제공하면서도 환경친화적 특성을 나타내고 있다.

일반적인 수용성 베이스코트 도료 조성물은 종래의 유성 도료와 비교할 때 물이 포함되어 있어서 예를 들면 메탈릭 색상 도료의 경우 알루미늄과 물의 반응 때문에 저장 안정성이 저하되는 문제가 있다. 본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 칼라 페이스트 조성물은 물을 포함하지 않으며 사용시 물이 포함되어 있는 믹싱 바인더와 혼합하여 사용하게 함으로써 물에 의한 저장성 문제를 해결하였다.

또한 본 발명에서는 매우 낮은 VOC 함유를 위한 수용성화시 발생하는 메탈릭 오리엔테이션, 건조성, 부착성의 저하를 해결하며 베이스코트/크리어코트 시스템에 적합한 도료 조성물을 제공하고 있다.

본 발명에 의하면 믹싱 바인더와 고농축 조색제를 사용함으로써 색상 구현에 전혀 어려움이 없고 저장성에서도 우수하다. 또한 수용성 도료 조성물은 유성 도료에 비하여 상대적으로 건조 시간이 길기 때문에 강제 건조하기 위하여 온도를 상승시키거나 후속 공정을 위한 대기 시간을 길게 하여 비용 증감의 원인이 되는 문제가 있는데, 본 발명에서는 이 문제의 해결을 위하여 적용하는 조성물의 건조성 향상을 통하여 전체 도료의 건조 시간을 짧게 하여 전체 비용을 감소시킬 수 있도록 하였다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 수용성 베이스코트 도료 조성물에 관한 것으로서, VOC 함량이 매우 낮기 때문에 친환경적인 조성물로서, 자동차 보수용 제품 분야에서 산업상 이용가능성을 가진다.

Claims (19)

1. i) 에멀젼 수지 총량을 기준으로 할 때 10-20 중량부의 카르복실기 성분을 함유하며 유리전이온도가 10-30℃ 이고 고형분이 20-40 중량부인 에멀젼 수지; 폴리우레탄 디스퍼션 수지; 믹싱 바인더용 pH 조절제 및 제1 용제를 포함하는 믹싱 바인더 60-80 중량부; 및

   ii) 폴리에스테르 수지; 안료; 페이스트 조성물용 pH 조절제 및 제2 용제를 포함하는 칼라 페이스트 조성물 20-40 중량부를 포함하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 믹싱 바인더의 제조시, 상기 믹싱 바인더 총량을 기준으로 할 때 상기 에멀젼 수지 30-60 중량부 및 상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지 5-30 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지는 물에 분산되어 있는 수지인 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 믹싱 바인더용 pH 조절제 및 페이스트 조성물용 pH 조절제는 같거나 다를 수 있으며 아민인 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 믹싱 바인더의 pH는 8.0-9.0 범위인 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 용제 및 제2 용제는 같거나 다를 수 있으며, 친수성기를 포함하는 것으로 상기 제1 용제는 상기 믹싱 바인더 총량을 기준으로 할 ㄸ때 10-40 중량부 범위로 사용되고 상기 제2 용제는 상기 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 10-40 중량부 범위로 사용되는 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
7. 제1항에 있어서, 상기 믹싱 바인더는 안료 분산제, 레오로지 컨트롤을 위한 첨가제, 소포제, 유동성 조절제, 안정제, 동결 방지제 및 표면 개질제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
8. 제1항에 있어서, 상기 칼라 페이스트 조성물의 제조시 상기 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 상기 폴리에스테르 수지는 30-60 중량부 포함되며, 상기 안료는 7-15 중량부의 레드 계열 안료, 10-20 중량부의 황색/오렌지 계열 안료, 5-15 중량부의 블루 계열 안료, 5-10 중량부의 블랙 계열 안료, 45-60 중량부의 백색 안료 및 10-40 중량부의 메탈릭 계열 안료로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
9. 제1항에 있어서, 상기 칼라 페이스트 조성물의 점도는 70-90KU 범위인 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
10. 제1항에 있어서, 상기 칼라 페이스트 조성물의 pH는 5.0-8.0 범위인 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
11. 제1항에 있어서, 상기 칼라 페이스트 조성물은 물을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
12. 제1항에 있어서, 상기 칼라 페이스트 조성물은 메탈릭 안료를 포함하는 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 및 블랙 안료를 포함하는 솔리드 페이스트 조성물을 포함하여 이루어지되, 상기 도료 조성물 총량을 기준으로 할 때 상기 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 30 중량부 이하, 상기 솔리드 페이스트 조성물 40 중량부 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
13. 제12항에 있어서, 상기 메탈릭 칼라 페이스트 조성물은 상기 메탈릭 칼라 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 폴리에스테르 수지 30-60 중량부, 메탈릭 안료 10-40 중량부, 습윤 분산제 1-5 중량부, 상기 제2 용제 10-40 중량부를 포함하여 이루어지며, 상기 솔리드 페이스트 조성물은 상기 솔리드 페이스트 조성물 총량을 기준으로 할 때 폴리에스테르 수지 30-60 중량부, 솔리드 안료 5-60 중량부, 상기 제2 용제 20-40 중량부, 분산제 1-10 중량부 및 상기 pH 조절제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
14. 삭제
15. 제1항에 있어서, 상기 베이스코트 도료 조성물의 pH는 7.5-8.0 범위인 것을 특징으로 하는 수용성 베이스코트 도료 조성물.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제