KR101139571B1 - 자동차의 도장 보호용의 코팅재 - Google Patents

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Abstract

자동차의 도장 보호용의 코팅재는 알콕시실란 화합물, 알콕시실록산 화합물, 알루미늄 킬레이트 화합물 및 미내럴 용액을 포함한다. 따라서 코팅재는 상온에서 상대적으로 단시간에 경화됨고 상대적으로 높은 경도를 가진다.

Description

자동차의 도장 보호용의 코팅재{COATING AGENT FOR PROTECTING A PAINTING OF VEHICLE}
본 발명의 자동차의 도장 보호용의 코팅재에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 자동차의 도장을 외부의 불순물로부터 보호하거나 자동차의 도장에 대한 광택성을 개선하기 위하여 사용되는 자동차의 도장 보호용의 코팅재에 관한 것이다.
고가의 상품에 해당하는 자동차 고객들 대부분은 상품가치를 유지하기 위해 엔진 등과 같은 기계부분을 정기적으로 정비하고, 자동차 본체의 도장 표면을 정기적으로 세척하고 왁스로 광을 낸다. 상기 왁스칠은 초기에는 발수성 및 광택성을 개선하는 효과가 있다. 하지만 상기 왁스칠을 하는 것이 효과가 충분히 나도록 하기 위해서는 수작업으로 세정하는 세정 작업이 필요하고, 그 효과가 약 3개월 정도면 감소된다는 단점이 있다. 또한 왁스 성분들이 용출되어 유리 표면에 고착되는 경우, 운전자의 시계를 나쁘게 한다는 단점이 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위해, 자동차 본체의 도장부 상에 실리콘수지(silicon resin) 또는 중합체(polymer)로 이루어지는 코팅층을 제공하는 방법이 제안되었다.
하지만, 상기 유리막 코팅층은 경화시간이 상대적으로 길어서 경화에 오랜 시간이 소모될 수 있다. 또한 상기 유리막 코팅층은 경도가 상대적으로 낮아 쉽게 부서지는 문제를 가진다. 나아가 도포 후에 상기 코팅측이 도장 표면으로부터 쉽게 박리되는 문제점이 있다.
본 발명의 하나의 목적은 개선된 코팅성을 갖는 자동차의 도장 보호용 코팅재를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 자동차의 도장 보호용의 코팅재는 알콕시실란 화합물, 알콕시실록산 화합물, 알루미늄 킬레이트 화합물 및 미내럴 용액을 포함한다. 여기서, 자동차의 도장 보호용의 코팅재는 상기 알콕시실란 화합물은 전체 중량 대비 35-45 중량%를 갖고, 상기 알콕시실록산 화합물은 전체 중량 대비 35-45 중량%를 갖고, 상기 알루미늄 킬레이트 화합물은 5-15 중량%을 갖고, 상기 미내럴 용액은 1-10 중량%을 가질 수 있다. 또한, 상기 미내럴 용액은 칼슘 90.0 내지 150.0 mg/L, 마그네슘 10.0 내지 400.0mg/L, 철50.0 내지 200.0mg/L, 칼륨 5.0 내지 10.0 mg/L, 아연 0.5내지 3.0 mg/L 및 여분의 물을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 미내럴 용액이 포함된 자동차의 도장 보호용 코팅재는 상대적으로 짧은 시간에 코팅제가 경화될 수 있다. 또한 상기 상대적으로 짧은 시간에 코팅제는 상대적으로 높은 경도를 가질 수 있다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시예들에 대하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들인 단면 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화들은 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상들은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
자동차의 도장 보호용의 코팅재
본 발명에 따른 자동차의 도장 보호용의 코팅재는 1) 알콕시실란 화합물; 2) 알콕시실록산 화합물, 3) 알루미늄 킬레이트 화합물 및 4) 미내럴 용액을 포함한다. 우선, 상기 자동차의 도장 보호용의 코팅재의 성분들을 이하에서 상세하게 설명하기로 한다.
1) 알콕시실란 화합물
상기 알콕시 실란화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 실란화합물 및 그의 유도체들이다.
R1 mSiR2 4 -m --------------------- (화학식 1)
여기에서, R1는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 8의 1가의 유기기를 나타내고, R2는 탄소수 1 내지 9의 1가의 알콕실기를 나타내고, 다수의 R1 및 R2들이 존재하는 경우 R1 및 R2 들은 동일하거나 또는 서로 다를 수 있고, m은 0 내지 3의 정수이다. 상기 유도체들의 예들에는 상기 알콕시 실란화합물의 가수분해물 및 상기 실란화합물의 축합물들이 포함된다. 상기 알콕시 실란화합물은 단독으로 사용되거나 또는 2 또는 그 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
R1를 구성하며, 1 내지 8의 탄소수를 갖는 상기 유기기의 예들에는 메틸기, 에틸기 및 프로필기 등과 같은 알킬기, 비닐기, 및 페닐기들이 포함된다.
R1의 일부는 비닐기, 에폭시기, 스티릴기, 메타크릴옥시기, 아크릴옥시기, 아미노기, 우레이도기, 할로겐원자, 머캅토기, 설파이드기, 이소시아네이트기 및 카르복실기 등과 같은 치환체로 치환될 수 있다.
R2를 구성하며, 1 내지 8의 탄소수를 갖는 1가의 알콕시기들의 예들에는 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기 및 i-프로폭시기들이 포함된다. 상기 알콕시실란 화합물의 특정의 예들에는 테트라메톡시실란 등과 같은 테트라알콕시실란, 메틸트리메톡시실란 등과 같은 트리알콕시실란, 디메틸디메톡시실란 등과 같은 디알콕시실란, 트리메틸메톡시실란 등과 같은 모노알콕시실란; 및 트리클로로실란 등과 같은 클로로실란 들이 포함된다.
이들 중에서, 트리알콕시실란 및 트리클로로실란이 바람직하다. 특히, 유기 재료들과 화학적으로 결합하는 하나의 반응기와 무기 재료들과 화학적으로 결합하는 다른 하나의 반응기 두가지 모두를 갖는 실란커플링제(silane coupling agent)가 바람직하다. 그 이유는 상기 실란커플링제가 경화를 촉진하고, 가교화 특성들 및 접착특성들에서 개량의 효과를 가져오기 때문이다.
실란커플링제의 특정의 예들에는 비닐트리클로로실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란 및 p-스티릴트리메톡시실란들이 포함된다.
상기한 화합물들은 알콕시 실란화합물들을 제조하여 사용하거나 또는 상용적으로 구입할 수 있는 알콕시 실란화합물들이 사용될 수 있다. 상용적으로 구입하여 사용할 수 있는 알콕시 실란화합물의 예들에는 신-에츠화학 주식회사에서 제조된 케이비엠-403(KBM-403)이 포함된다. 상기 알콕시 실란화합물은 있는 그대로 사용되거나 또는 알콕시 실란화합물의 가수분해물로 사용될 수 있다.
2) 알콕시실록산 화합물
상기 알콕시실록산 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 알콕시실록산 올리고머 또는 그의 유도체들이다.
R2 3SiO(R2 2SiO)ℓSiR2 3--------------------- (화학식 2)
상기에서, R2는 메톡시기, 에톡시 등과 같은 알콕시기이고, R2들은 동일하거나 서로 다를 수 있으며, ℓ은 1 내지 40의 수를 나타낸다. 상기 유도체들의 예들에는 상기 유기실록산 올리고머의 가수분해물 및 상기 유기실록산 올리고머의 축합물들이 포함된다. 상기 유기실록산 올리고머들은 단독으로 또는 2 또는 그 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
R2의 일부는 할로겐원자, 아미노기, 에폭시기, 카르복실기, 히드록실기, 메타크릴기, 머캅토기, 페닐기 및 비닐기 등과 같은 치환체들로 치환될 수 있으며, 이들 치환체들의 일부는 상기한 치환체들로 더 치환될 수 있다.
이들 중, 실리콘원자가 가수분해성기 및/또는 히드록실기와 결합되어 있는 구조를 갖는 유기실록산 올리고머, 예를 들어, 알콕시실란의 축합물이 바람직하다. 상기 알콕시실록산 화합물는 상기 알콕시실란화합물 및 상기 알루미늄 킬레이트 화합물과 공축합되어 본 발명에 따른 자동차의 도장 보호용의 코팅재의 경화와 동시에 부동화된다.
상용적으로 구입가능한 알콕시실록산 화합물들의 예들에는 신-에츠화학 주식회사(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)에서 제조된 케이씨89에스(KC 89S)이 포함된다. 이들 알콕시실록산 화합물들은 있는 그대로 사용될 수 있으며, 또한 가수분해시킨 알콕시실록산 화합물들이 사용될 수 있다.
상기 알콕시실록산 화합물가 염기성 수지이기 때문에, 이들의 사용량은 100중량부로 설정되고, 비교의 기준으로 한다.
3) 알루미늄 킬레이트 화합물
상기 알루미늄 킬레이트 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 알루미늄 킬레이트 화합물이다.
R4 nAl(OR5)4-n--------------------- (화학식 3)
여기에서, R4는 1 내지 8의 탄소수를 갖는 유기기를 나타내고, 다수의 R4들이 존재하는 경우, 다수의 R4들은 동일하거나 서로 다를 수 있고, R5는 1 내지 6의 탄소수를 갖는 알킬기, 1 내지 6의 탄소수를 갖는 아실기 및 페닐기들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 유기기를 나타내며, 다수의 R5들이 존재하는 경우, 다수의 R5들은 동일하거나 서로 다를 수 있으며, n은 0 내지 3의 정수이다. 상기 알루미늄 킬레이트 화합물은 단독으로 사용되거나 또는 2 또는 그 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 알루미늄알코올레이트 및 알루미늄아실레이트의 예들에는 이들의 킬레이트화합물 및 상기 킬레이트화합물의 가수분해물 및 축합물들이 포함된다.
상기 화학식 3에서, R4는 1 내지 8의 탄소수를 갖는 유기기이며, 특정의 예들에는 메틸기, 에틸기, n-프로필기 및 i-프로필기 등과 같은 알킬기 및 아세틸기 및 프로피오닐기 등과 같은 아세틸기들이 포함된다.
R4의 일부는, 예를 들어, 할로겐원자, 아미노기 및 히드록실기로 치환될 수 있으며, 상기 치환체들의 일부는 상기 치환체들로 더 치환될 수 있다.
상기 알루미늄아실레이트 및 상기 알루미늄아실레이트의 킬레이트화합물의 특정의 예들에는 디히드록시알루미늄디부티레이트, 디-i-프로폭시알루미늄디아세테이트, 비스(아세틸아세토나토)알루미늄디아세테이트, 비스(아세틸아세토나토)알루미늄디프로피오네이트, 디-i-프로폭시알루미늄디프로피오네이트, 디-i-프로폭시알루미늄디말로니에이트, 디-i-프로폭시알루미늄디벤조일에이트, 및 디-i-프로필알루미늄모노말로니에이트 들이 포함된다.
상기 알루미늄알코올레이트 및 상기 알루미늄아실레이트의 킬레이트화합물은 이들을 β-디케톤 및 β-케토에스터 등과 같은 킬레이트화제와 함께 반응시키는 것에 의해 수득된다. 상기 알루미늄아실레이트 및 상기 알루미늄알코올레이트의 가수분해물 및 축합물 또는 상기 알루미늄아실레이트 및 상기 알루미늄알코올레이트의 킬레이트화합물의 가수분해물 및 축합물들은 상기 알루미늄알코올레이트 및 상기 알루미늄아실레이트 또는 상기 킬레이트화합물에 물을 가하는 것에 의해 수득된다.
상기 화합물들은 알루미늄화합물들을 제조하여 사용하거나 또는 상용적으로 구입할 수 있는 알루미늄화합물들이 사용될 수 있다.
4) 미내럴 용액
상기 미내럴 용액은 칼슘 90.0 내지 150.0 mg/L, 마그네슘 10.0 내지 400.0mg/L, 철 50.0 내지 200.0mg/L, 칼륨 5.0 내지 10.0 mg/L, 아연 0.5 내지 3.0 mg/L 및 여분의 물을 포함할 수 있다.
상기 미내럴 용액은 상온에서 코팅제의 경화 속도를 개선할 수 있다.
5) 조성비
본 발명에 따른 자동차의 도장 보호용의 코팅재는 상기 알콕시실란 화합물은 전체 중량 대비 35-45 중량%를 갖고, 상기 알콕시실록산 화합물은 전체 중량 대비 35-45 중량%를 갖고, 상기 알루미늄 킬레이트 화합물은 5-15 중량%을 갖고, 상기 미내럴 용액은 1-10 중량%을 가질 수 있다. 상기 알콕시실란 화합물의 양이 상한을 초과하는 경우, 크랙킹(cracking, 갈라져서 쪼개짐) 또는 표면누설(bleed out)이 일어날 수 있다. 상기 알콕시실란 화합물의 양이 하한의 미만일 경우, 접착 및 가교화 개량의 실패가 일어날 수 있다. 상기 알루미늄 킬레이트 화합물의 양이 상기 상한을 초과하는 경우, 투명도가 감소될 수 있으며 반면에 그 양이 상기 하한의 미만일 경우, 지문의 부착 방지, 발수기능이 감소될 수 있다.
시료의 제조
상기 알콕시실란 화합물은 치환기가 메틸기이고, 가수분해성 알콕시기가 메톡시기인 케이씨 89에스(KC89S ; 신-에츠화학 주식회사(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)에서 제조된 것)과, 상기 알콕시 실록산 화합물은 에폭시실란 케이비엠-403(KBM-403 ; 신-에츠화학 주식회사에서 제조된 것)과, 상기 알루미늄 킬레이트 화합물은 디-i-프로폭시비스(아세틸아세토나토)알루미늄 A-50(T50 ; 니폰소다 주식회사(Nippon Soda Co. Ltd.)에서 제조된 것) 및 미내럴 용액을 상기 코팅재의 특성들에 대한 영향을 조사하기 위하여, 상기 성분들의 양이 달라지도록 하여 시료 1 내지 12들을 자석교반기로 상기 혼합물이 균질해질 때까지 교반 시키고, 그에 의해 수득된 자동차의 도막 보호용의 코팅재를 수득하였다.
코팅액으로의 코팅
약 5g의 자동차의 도막 보호용의 상기 코팅재를 두께 5㎜, 길이 30㎝의 면포에 함침시키고, 이를 그 중앙으로부터 순차적으로 종횡으로 접었다. 상기 코팅재를 자동차용 표준 코팅판(standard coating plate) 상에 불균일함이 일어나지 않게 코팅하였다. 상기 시험들 각각은 온도 25℃의 실내에서, 각 시료의 유효도포량이 5g/㎡으로 설정하여 자동차 도장용 표준 코팅판을 코팅하였다. 이어서, 제조된 코팅시료를 약 25℃에서 2일 동안 경화시켜서 코팅재를 자동차의 표면에 코팅하였다.
코팅제의 평가
손가락 접촉에 의한 경화성, 연필 경도, 지문 부착성 및 재코팅 특성을 시험하였다. 하기의 항목들 (1) 내지 (3)을 그 결과들로 나타내었다.
경화성과 관련하여서는, 코팅 후 2시간 동안 방치한 후, 탄소가 부착되도록 한 후, 상기 코팅재를 젖은 면포로 닦아내고, 상기 코팅판을 평가하였다. 아래 표에서의 기호들과 관련하여서는, "B"는 완전한 제거를 의미하고, "C"는 얇게 잔류하는 것을 의미하고, "D"는 제거가 불가능한 것을 의미한다.
연필경도는 24시간 후 및 7일 후에 JIS K5600 5-4 스크래치 경도(연필 방법)에 따라 평가하였다.
지문 부착성은 3초 동안 손가락을 가압하는 것에 의해 얻어진 지문의 부착의 존재 여부에 의해 평가하였다. 상기 표에서의 기호들과 관련하여서는, "B"는 지문의 부착이 없었음을 의미하고, "C"는 지문들이 쉽게 제거됨을 의미하고, "D"는 지문들을 닦아내는 것이 어려움을 의미한다.
재코팅 특성과 관련하여서는, 1차코팅의 완료 후 15분 후에 재코팅 및 세척을 수행하였다. 코팅 및 세척의 작업성 및 코팅막의 투명성과 평활성을 관측하고, 감각적으로 그리고 시각적으로 평가하였다. 아래 표에서의 기호들과 관련하여서는, 1회코팅된 코팅막과 재코팅된 코팅막은 용이함의 "B", 약간 어려움의 "C" 및 불가능의 "D"의 앞서의 표준의 의미들을 만족한다.
(1) 미내럴 용액 양의 영향
표 1에 나타난 바와 같이, 상기 코팅재에 첨가된 상기 미내럴 용액의 양을 변화시켰다. 상기 미내럴 용액의 양이 없는 경우(시료 1), 경화에 많은 시간이 소요되었다. 반대로, 상기 미내럴 용액의 양이 지나치게 많은 경우(시료 4), 상기 코팅재는 재코팅하는 것이 어려웠다. 상기 미내럴 용액은 전체 질량에 대하여 상기 1내지 10중량%의 범위에서 바람직한 특성들을 나타내었다.
사용 물질/시료명 시료 1 시료 2 시료 3 시료 4
KC89S 45 45 40 38
KBM-403 45 45 40 37
미내럴 용액 - 5 10 15
알루미늄 킬레이트 10 5 10 10
경화성 D B B B
연필 경도
(24시간 후)		 측정 불가 4F 5H 6H
연필 경도
(7일 후)		 2H 8H 8H 9H
재코팅 특성 B B B D
(2) 알루미늄 킬레이트 화합물의 영향
표 2는 상기 알루미늄 킬레이트 화합물의 양이 적은 경우(시료 5), 상기 코팅층 상에 지문이 쉽게 부착됨을 나타내고 있다. 반대로, 상기 알루미늄 킬레이트 화합물의 양이 지나치게 많은 경우(시료 8), 상기 코팅재의 재코팅이 어려웠다. 상기 알루미늄 킬레이트 화합물은 전체 질량 대비 5 내지 15중량%의 범위의 알루미늄 킬레이트 화합물의 양은 바람직한 특성들을 나타내었다.
사용 물질/시료명 시료 5 시료 6 시료 7 시료 8
KC89S 45 45 40 40
KBM-403 45 45 40 40
미내럴 용액 10 5 5 5
알루미늄 킬레이트 - 5 15 20
경화성 B B B B
연필 경도
(24시간 후)		 H 4H 2H 2H
연필 경도
(7일 후)		 5H 8H 8H 8H
재코팅 특성 B B B D
지문 부착성 D B B B
본 발명에 실시예들에 따르면, 미내럴 용액이 포함된 자동차의 도장 보호용코팅재는 상대적으로 짧은 시간에 코팅제가 경화될 수 있다. 또한 상기 상대적으로 짧은 시간에 코팅제는 상대적으로 높은 경도를 가질 수 있다. 따라서 본 발명의 코팅재는 다른 용도, 예를 들면 건축 자재, 제조 장비의 표면을 코팅하는 데에 활용될 수 있다.

Claims (2)

  1. 알콕시실란 화합물;
    알콕시실록산 화합물;
    알루미늄 킬레이트 화합물; 및
    미내럴 용액을 포함하고,
    상기 알콕시실란 화합물은 전체 중량 대비 35-45 중량%를 갖고, 상기 알콕시실록산 화합물은 전체 중량 대비 35-45 중량%를 갖고, 상기 알루미늄 킬레이트 화합물은 5-15 중량%을 갖는 것고, 상기 미내럴 용액은 1-10 중량%을 특징으로 하는 자동차의 도장 보호용의 코팅재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미내럴 용액은 칼슘 90.0 내지 150.0 mg/L, 마그네슘 10.0 내지 400.0mg/L, 철 50.0 내지 200.0mg/L, 칼륨 5.0 내지 10.0 mg/L, 아연 0.5 내지 3.0 mg/L 및 여분의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 도장 보호용의 코팅재.
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