KR101399989B1

KR101399989B1 - 자동차 중도용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장 방법

Info

Publication number: KR101399989B1
Application number: KR1020110147566A
Authority: KR
Inventors: 최명기; 장경호
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2014-06-30
Also published as: KR20130078554A

Abstract

본 발명은 자동차 중도용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전체 도료 조성물의 중량 기준으로, 폴리에스테르 수지 20 내지 40 중량%; 아크릴 수지 5 내지 15 중량%; 수분산 우레탄 수지 1 내지 10 중량%; 메틸화 멜라민 경화제 10 내지 30 중량%; 부틸글리콜, 부틸카비톨 및 노말프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되는 조용제 1 내지 5 중량%; 및 물 10 내지 20 중량%를 포함하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 도료 조성물은 기존의 보편적인 유용성 도장 공법 및 설비에 적용가능하며, 유용성 중도 도료를 수용성 중도 도료로 교체함으로써 친환경적이면서도, 기존의 수용성 공정에 비하여 공정비가 단축될 뿐만 아니라, 도막 경도, 팝핑 및 핀홀 제거, 저장 안정성 등 도막의 물성이 현저하게 향상될 수 있다.

Description

자동차 중도용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장 방법{AQUEOUS PAINT COMPOSITIONS FOR AUTOMOTIVE SURFACER COATING AND METHOD OF COATING AUTOMOBILES USING THE SAME}

본 발명은 자동차 중도용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 수분산 우레탄 수지, 멜라민 경화제, 조용제, 물의 함량을 조절함으로써 수용성 공정에 필수적인 Flash-off(80℃×5분) 공정을 생략할 수 있어 기존의 유용성 도장 시스템에 적용할 수 있는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장 방법에 관한 것이다.

고도의 산업화는 인간에게 실생활의 윤택함을 제공하여 왔다. 현대 사회에서 가장 우수한 발명품 중에 한 가지로 꼽히고 있는 자동차는 80년대부터 기술적 성장과 더불어 외관의 중요성이 제기되면서 이에 부응하기 위한 기술적 접근들이 이루어져 왔다. 그러나 근래에 들어 급속히 지구 환경의 보전의 중요성이 강조되고 있는 상황에 따라 각 산업계에서는 그 대책을 수립하기 위한 기술의 개발이 진행되고 있는 추세이다. 최근에 유럽 및 선진국에서는 휘발성 유기화합물(VOC)의 사용을 적극적으로 제한하고 있으며, 이를 사용한 제품에 대한 제재 조치를 가하고 있는 실정이다. 일반적으로 알려져 있는 휘발성 유기화합물은 상온에서 쉽게 휘발하는 특성이 있어 기체상태로 존재하게 될 경우, 대기환경 중에 자연적으로 발산되어 대기오염의 중요한 원인이 되는 물질이다. 휘발성 유기화합물은 고유한 생체독성 및 화학 반응성을 내재하여, 다양한 형태의 환경문제를 유발할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 대류권의 오존층 생성 및 성층권 파괴 원인, 온실효과 발생, 악취 발생 등 심각한 환경파괴를 일으키고 있다.

최근에 이러한 휘발성 유기화합물을 규제하는 법안이 설정되고 있으며, 그 예로 도료 및 도장 분야에서 미국의 경우는 하도 도장의 경우 체적당 230 g/ℓ 이하(권고치 228 g/ℓ)의 유기용제 사용량을 제한하고 있으며, EU는 차체의 도장면적당 30 g/㎡ 이하, 영국은 50 g/㎡ 이하로 유기용제 사용량을 제한하고 있는 상황이다.

우리나라의 경우는 유기용제의 사용량을 제한하는 규정은 없지만, 총 배출량 중 40% 이상이 도장시설 및 저장 시설에서 발생하고 있기 때문에, 정부는 대기환경보전법 제28조 2에 의거 휘발성 유기화합물의 종류, 배출시설의 종류 및 규모, 방지시설의 설치 및 그 관리 기준을 규정하고 있다.

자동차 도료는 외관의 완성뿐만 아니라 환경에 대한 보호라는 중요한 명제 이외에 국가경제와 시장에 미치는 파급효과가 매우 크기 때문에 기본적으로 경제성 및 품질향상을 필요로 하고 있다. 도료의 적용 용제 및 유해중금속 등의 사용을 감소시킴과 동시에 도료 경화중의 공정을 대폭 단축시킴으로써, 원료 수급에 의한 외화 절감효과 및 에너지 절감효과 등을 가져올 수 있으며, 공정의 효율성을 통한 단위비용의 절감과 공기순환의 최적화를 통한 원가절감 등을 이룰 수 있다.

일반적으로 자동차 신차 도장 시스템으로 사용되고 있는 2코트1베이크 (2Coat1Bake, 2C1B) 자동차 도장 시스템은 차체에 전착 도료를 도포하고 중도 도장 공정을 통하여 중도를 도포한 후 150℃×25분의 조건하에 완전 경화시키며, 그 위에 상도 베이스 코트(top base coat)와 상도 클리어 코트(top clear coat)를 연속적으로 도장하여 건조시키는 공정으로서 가장 보편화된 자동차 도장 시스템이다. 그러나 최근에 자동차 제조사들은 보다 친환경적이면서도 경제적인 도장 시스템의 개발을 선호하고 있으며 이에 대한 대응으로 여러 도장 시스템의 개발이 진행 중에 있으며, 그 예로 대한민국등록특허 제10-0484060호에 기술한 바와 같은 '저온경화 및 하이솔리드형 수용성 도료조성물'에서는 저온에서 경화되어, 하이솔리드(High solid)이면서 도막에 고내충격성을 부여하는 수용성 도료조성물에 관한 것으로 베이크 온도를 낮추고 고형분을 높여 공정비 및 에너지를 절감하는 시스템이 개발되어 있으며, 또한 대한민국 등록특허 제10-0665882호에 기술한 바와 같은 '수용성 다층 도장 시스템'은 일반적으로 "수용성 3C1B(3Coat1Bake) 도장 시스템"으로 불리는, 중도 및 상도 베이스 코트 부분을 수용성화 함으로써 휘발성 유기화합물을 최소화하여 친환경적인 도장기법이 가능하고, 2C1B 도장 시스템에서 반드시 필요로 하는 중도 소부 공정(150℃×25분의 조건하에 완전 경화)을 제외시킬 수 있어 매우 경제적인 자동차 생산을 이끌 수 있는 신기술 도장 시스템이 개발되어 있는 상태이다.

하지만 이런 시스템의 경우는 현재 자동차 제조사에서 이용중인 유용성 도장 설비 시스템에는 바로 적용할 수 없으며, 수용성 도장 시스템으로 생산 설비를 새로 설치하거나 기존의 설비를 대폭 교체하여야 하는 문제점이 있기 때문에, 이런 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명은 현재 사용되고 있는 유용성 도장 시스템 및 설비의 변경 없이 사용하여 유용성 도장 시스템 및 설비에 즉시 적용 가능한 수용성 중도 도장 시스템을 개발함으로써 휘발성 유기화합물 저감에 따른 친환경성과 수성설비의 Flash-off 공정을 생략하는 등 설비 및 공정 비용의 경제성의 두 가지 목표를 함께 구현하는 시스템을 개발하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명의 목적은 중도 도장 공정에서 유용성 설비의 교체 또는 개선 없이 유용성 중도 도료를 수용성 중도 도료로 대체할 수 있는 중도용 수용성 도료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유용성 중도 도장 라인에서 상기 도료 조성물을 중도로 도장한 후 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 도장하는 자동차의 도장 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 폴리에스테르 수지 20 내지 40 중량%; 아크릴 수지 5 내지 15 중량%; 수분산 우레탄 수지 1 내지 10 중량%; 메틸화 멜라민 경화제 10 내지 30 중량%; 부틸글리콜, 부틸카비톨 및 노말프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되는 조용제 1 내지 5 중량%; 및 물 10 내지 20 중량%를 포함하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물을 제공한다.

본 발명의 도료 조성물은 2코트1베이크 도장 공법에 적용되는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물로서 중도의 속건화, 우수한 자외선 차단 효과, 작업성, 부착성, 내수성, 내충격성, 내한칩핑성, 층간섞임 방지성 등 도막의 제반 물성의 향상을 위해 중도용 도료의 주요 성분으로서 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 수분산 우레탄 수지, 메틸화 멜라민 경화제, 조용제, 물 등을 특정량 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 도료 조성물의 성분을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 도료 조성물에 사용되는 폴리에스테르 수지는 도료의 주성분으로 기본적인 기계적 물성을 조절하기 위해 사용되며, 1,6-헥산디올과 아디프산을 기본 구조로 합성된 산가 20~50mg/KOH/g 범위의 친유성의 폴리에스터 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 20 내지 40 중량%로 포함된다. 20 중량% 미만일 경우, 도료의 물리적인 물성(경도 등)이 저하될 수 있고, 40 중량%를 초과하여 사용될 경우, 도료의 흐름성이 저하될 수 있다.

본 발명의 도료 조성물에 사용되는 아크릴 수지는 외관을 개선하기 위해 사용되며, 부틸아크릴레이트와 메틸메타아크릴레이트를 기본 구조로 합성된 산가 40∼100 mg/KOH/g 범위의 친유성의 아크릴 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 아크릴 수지는 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 5 내지 15 중량%로 포함된다. 5 중량% 미만일 경우, 외관이 저하될 수 있으며, 15 중량%를 초과하여 사용될 경우, 도료의 물리적 물성이 저하될 수 있다.

본 발명의 도료 조성물에 사용되는 수분산 우레탄 수지는 중도 도료의 중요 물성 중 하나인 치핑성을 위해 사용되며, 디메틸프로피온산과 수평균 분자량 500∼4000의 폴리카보네이트 폴리올, 4,4'-메틸렌 디사이클로헥실 디이소시아네이트를 기본 구조로 합성된 수평균 분자량 20,000∼50,000, 산가 4∼8 mg/KOH/g, 입자크기 50∼200 ㎚의 수분산 우레탄 수지를 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 수분산 우레탄 수지는 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 1 내지 10 중량%로 포함된다. 1 중량% 미만일 경우, 탄성율이 저하되어 치핑성이 낮아질수 있고, 10 중량%를 초과하여 사용될 경우, 낮은 고형분으로 인하여 도료 전체의 물성이 저하될 수 있다.

본 발명의 도료 조성물은 부착성 및 경도, 도막의 기계적 물성 등을 높이기 위하여 경화제로 메틸화 멜라민 경화제를 포함한다. 메틸화 멜라민 수지는 중도 위에 도장되는 베이스 도료 내의 수산기와 반응하여 도막의 치밀도, 경도 등을 높이는 역할을 한다. 메틸화 멜라민 수지는 메틸기가 있는 통상의 멜라민 수지로서 전체 도료 조성물 중량 기준으로 10 내지 30 중량%를 사용하여 도막의 조밀도 및 가소성 등을 높일 수 있으며, 상대적으로 그 적용량이 상기 범위보다 적으면 언급된 물성 등의 효과를 얻기 힘들고, 상기 범위를 초과할 시에는 열 저장성에 문제를 일으키게 된다.

본 발명의 도료 조성물에서는 용제의 대부분을 차지하는 물의 사용으로 인한 물성을 보완하기 위해 조용제를 사용한다. 본 발명에 따른 조용제는 부틸글리콜, 부틸카비톨과 같은 고비점 용제와, 노말프로필알콜과 같은 저비점 용제를 단독 또는 혼합하여 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 조용제는 도막의 평활성 향상에 효과적이며, 최저 도막 형성 온도를 낮추어 주고, 도장 작업시 도료가 미립화되어 분무됨을 원활히할 뿐 아니라 물의 휘발에도 큰 기여를 한다. 또한 물, 수분산 및 수용성 수지들과 잘 혼합되기 때문에 도료의 점도 감소에 큰 기여를 할 수 있다. 본 발명의 도료 조성물에 사용되는 조용제의 양은 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 1 내지 5 중량%이다. 상기 범위 이내에서 원하는 효과를 달성할 수 있으며, 1 중량% 미만일 경우 도료의 유동성에 영향을 미칠 수 있고, 5 중량%를 초과하면 도료의 건조가 상대적으로 느려진다.

본 발명에서는 상기 성분 외에 중도용 수용성 도료 조성물에 안료 1 내지 30 중량%; 유동성 조절제 0.1 내지 3 중량%; 자외선 흡수제 0.1 내지 1 중량%; 미세 이산화티탄 0.1 내지 3 중량%를 더 배합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 도료 조성물은 전착면까지 도달할 수 있는 자외선을 막아주기 위하여 자외선 흡수제 및 미세 이산화티탄을 포함한다. 2C1B 시스템의 경우, 상도 클리어 코트와 상도 베이스 코트를 투과한 일부 자외선이 대부분 중도 부분에서 흡수되어 전착면까지 도달하지 못하도록 구성되어 있다. 특히, 2C1B 시스템에 적용되는 수용성 중도는 150℃×25분의 조건 하에서 완전 경화되고, 도막 두께도 40 ㎛ 수준을 필요로 하기 때문에 자외선을 적절히 막아줄 수 있다. 그러나 Flash-off 공정이 없는 상태에서 도료가 완전 경화되지 않을 경우에 광택 및 외관의 품질이 저하되는 현상이 나타날 수 있기 때문에 자외선 흡수제와 이산화티탄을 사용하는 것이다.

본 발명의 도료 조성물에 사용되는 자외선 흡수제는 90 중량% 고형분으로 이루어져 있으며, 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 0.1∼1 중량%로 포함된다. 상기 범위보다 적을 경우에는 자외선 흡수 역할 능력이 떨어질 수 있으며, 상기 범위보다 과량 적용할 경우에는 상도 베이스 코트 및 상도 클리어 코트 부분까지 떠올라 전체적으로 혼탁한 외관을 제공할 수 있다.

본 발명의 도료 조성물에 사용되는 미세 이산화티탄은 평균 20 ㎚ 이하의 크기로 자외선을 효과적으로 흩어지게 하는 효과가 있으므로 자외선 흡수제와 병행하여 사용할 경우, 효율적인 자외선 차단 효과를 부여할 수 있다. 본 발명의 미세 이산화티탄은 100 중량% 고형분으로 구성되어 있으며, 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 0.1∼3 중량%로 포함된다. 상기 범위보다 적을 경우, 역시 자외선 흡수 역할 능력이 떨어질 수 있고, 상기 범위보다 과량 적용할 경우 은폐에 문제를 일으킬 수 있다.

일반적으로 수용성 도료는 건조가 상대적으로 느려서 수직 부위에서의 흐름성이 나쁘며 늘어짐(sagging) 등을 쉽게 유발할 수 있다. 이를 방지하고자 본 발명의 도료 조성물은 유동성 조절제를 사용하는데, 본 발명의 유동성 조절제로는 알칼리 스웰러블형 증점제를 바람직하게 사용할 수 있다. 알칼리 스웰러블형 증점제는 아크릴 코폴리머 에멀젼 타입으로 Lubrizol사의 Solthix A100, Sannopco사의 SN-Thickener 641을 들 수 있다. 이들의 사용량은 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 0.1 내지 3 중량%이다. 이 범위를 벗어나면 흐름성이 나쁘며 늘어짐 현상이 발생할 수 있다.

본 발명에서 수분산 및 수용성 수지들을 이용하여 제조되는 수용성 도료 조성물에 수용화를 용이하게 하고 보다 미려한 색채를 제공하기 위하여 착색안료를 첨가하고, 또한 도료막을 보호하여 강한 성질을 부여하고 도료막의 살오름을 좋게하여 평활성을 증강시키기 위하여 구형의 체질 안료를 첨가하는데, 이 안료들은 분산 혹은 밀링(Milling)을 통하여 5 마이크로 이하의 미립화된 크기로 연마되어야 한다. 이것은 수용성 도료의 대부분의 용제가 물로 되어 있는 특성으로 인하여 증발 속도 또한 매우 느리기 때문에 안료 전체 표면적을 넓혀 물의 증발 속도를 높이기 위함이다. 사용되는 안료로는 이산화티탄 등의 무기계 착색안료와 바륨 설페이트 등의 체질 안료가 있으며, 본 발명에서는 1 내지 30 중량%를 사용한다. 만약 사용되는 안료가 1 중량% 미만이면 도막의 은폐력 저하를 가져오고 30 중량%를 초과하면 도막 간의 층간 부착성 및 광택 및 색의 선명도가 저하되고, 기계적 물성이 떨어질 뿐 아니라 도료의 가격 상승의 원인을 제공하게 된다.

본 발명에서는 상기 성분 외에 중도용 수용성 도료 조성물에서 기존에 사용되는 기타 첨가제를 더 배합하여 사용할 수 있다. 즉, 계면활성제, 분산제, 소포제, 침강 방지제, pH 조절제(통상의 아민 중화제로서 N,N-디메틸에탄올아민, 모노에탄올아민 등), 습윤조절제 등 도료 조성물을 제조하는데 통상 사용되는 성분들이 선택되어 사용될 수 있으며, 그 사용량도 통상 적용되는 양이다. 바람직하게는, 분산제, 소포제, 침강 방지제, pH 조절제 및 습윤 조절제로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되는 기타 첨가제 0.1 내지 10 중량%를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 분산제의 경우 BYK-Chemie사의 DISPERBYK-180 및 DISPERBYK-199등 단독 또는 혼용하여 사용할 수 있다. 분산제는 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 0.5 내지 3.0 중량%로 사용될 수 있다. 만약 분산제의 사용량이 0.5 중량% 이하이면, 안료의 분산 효율을 크게 떨어뜨려 안료의 재응집 현상을 유발하여 도료의 응용시, 도막에 크래터링 유발, 도막의 내연마성 불량 및 광택을 감소시키며, 3.0 중량% 이상이면 투명도의 지나친 증가로 도막의 은폐력 저하 및 가격 상승의 원인은 물론, 도막내 이온기의 증가로 도막의 내수성을 현격히 저하시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 도료 조성물에서 용제의 대부분은 물로 구성되어 있으므로, 밀-베이스 혹은 마감시 기포 발생이 큰 문제로 대두되며, 도막 형성시 팝핑 현상을 유발할 수 있다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 밀-베이스 단계 혹은 마감단계에서 비실리콘 계통의 소포제를 사용할 수 있고, 그 사용량은 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 0.1 내지 2.0 중량%이며, 그 예로 BYK-Chemie사의 BYK-011, BYK-015가 있다. 상기 범위 내에서 원하는 효과를 효과적으로 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 도료 조성물은 유용성 2C1B 도장 시스템에서의 중도용 도료로서 적합하다. 즉 본 발명의 수용성 도료 조성물을 중도로 사용하여 하나의 도장 라인에 Flash-off 공정을 거치지 않고 경화한 후 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 도장한다. 따라서 본 발명의 도료 조성물은 기존의 보편적인 유용성 도장 공법 및 설비에 적용가능하며, 유용성 중도 도료를 수용성 중도 도료로 교체함으로써 친환경적이면서도, 기존의 수용성 공정에 비하여 공정비가 단축될 뿐만 아니라, 도막 경도, 팝핑 및 핀홀 제거, 저장 안정성 등 도막의 물성이 현저하게 향상될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 자동차용 유용성 다층 도장 시스템(유용성 2C1B 도장 시스템)에 포함되는 중도용 수용성 도료 조성물로서, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 수분산 우레탄 수지, 멜라민 경화제, 조용제 및 물의 함량을 조절하여, 기존 수용성 공정 중의 하나인 Flash-off(80℃×5분) 공정 없이 상온 건조(10분) 만으로 충분한 자동차 외관 및 물성을 제공할 수 있는 도료 조성물이다. 구체적으로 그 효과를 보면 다음과 같다.

첫째, 본 발명의 조성물은 상온 10분 건조 후 경화공정을 진행함으로써 중간 Flash-off 공정 설비를 필요로 하지 않으므로, 기존 유용성 도장 설비를 그대로 사용할 수 있어 설비비 및 공정비 등의 경제적 이익을 제공할 수 있다.

둘째, 건조가 늦은 수용성 중도 시스템의 문제점을 개선하여 수용성 도장 시스템의 공정비를 감소시킬 수 있다.

셋째, 유용성 중도의 건조 시스템에서 건조함으로써 발생할 수 있는 외관 및 물성을 문제점을 개선한 도료를 제공할 수 있다.

넷째, 유용성 중도의 건조 시스템을 사용하면서도 물성 및 외관이 유사 및 동등한 도료를 제공할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

아래에 예시한 실시예 및 비교예에서 사용된 성분은 이하 표 1에 구체적으로 예시된 경우를 제외하고는 각각 다음 성분을 사용하여 실시한 것이다.

·폴리에스테르 수지: 1,6-HD와 AA를 기본 구조로 산가 20∼50 mg/KOH/g 범위의 친유성 폴리에스테르 수지(자체 제조)

·아크릴 수지: BA/MMA를 기본 구조로 산가 40∼100 mg/KOH/g 범위의 친유성의 아크릴 수지(자체 제조)

·수분산 우레탄 수지: 수평균 분자량 20,000∼50,000, 산가 4∼8 mg/KOH/g, 입자크기 50∼200 ㎚의 수분산 우레탄 수지(자체 제조)

· 멜라민 경화제: 메틸기를 포함하는 통상의 멜라민 수지(Cymel 303, Cymel 325, Cymel 327등, Cytec사)

·유동성 조절제: 알칼리 스웰러블 증점제(Solthix 100, Lubrizol사, SN-Thickener 641, Sannopco사)

·안료: 통상에 적용되는 유무기 안료(이산화티탄, 카본블랙 및 바륨설페이트 등)

·자외선 흡수제: 벤조트리아졸 계열의 구조를 가진 흡수제(Tinuvin 384, Ciba사)

·미세 이산화티탄: 평균 입자 크기 20 ㎚이하의 이산화티탄(UV-TITAN L181, Kemira사)

·조용제: 부틸글리콜, 부틸카비톨 및 노말프로필알코올(실시예 1,2,3의 경우 부틸글리콜과 부틸 카비톨, 노말프로필알코올을 1:2:2 중량비로 혼용 사용하였고, 비교예 1,2의 경우 부틸글리콜, 부틸카비톨, 노말프로필알코올을 3:2:3 중량비로 혼용 사용함)

·소포제: 비실리콘계 소포제(BYK-011)

·pH 조절제: N,N-디메틸에탄올아민

·분산제: BYK-Chemie사의 DISPERBYK-180

성분	실시예 (단위 g)		비교예 (단위 g)
성분	1	2	1	2	3
폴리에스테르 수지	25	30	16.1	20	15
아크릴 수지	10	5	-	-	15
수분산 우레탄 수지	3	3	-	-	8
우레탄 수지	-	-	20	16.1	-
멜라민 경화제	17	17	25	25	17
(조)용제	3	3	15	15	3
이산화티탄	11	11	10	10	11
바륨설페이트	12	12	10	10	12
미세이산화티탄	2	2	2	2	2
흑색안료 (카본블랙)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
분산제	0.5	0.5	0.6	0.6	0.5
유동성 조절제	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1
소포제	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
자외선 흡수제	0.1	0.1	-	-	0.1
pH 조절제	0.1	0.1	-	-	0.1
물	15	15	-	-	15

전착도료가 피복된 시편 상에 상기 중도용 도료 조성물을 피복한 후 10분 상온 건조 후 150℃×25분간 경화시킨 후 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 피복하여 최종 도막을 형성하였다. 중도 도막과 최종 도막에 대해 다음 시험방법 및 조건하에 시험하였고, 그 결과를 다음 표 2에 제시하였다.

시험 항목	시험방법 및 조건	실시예		비교예
시험 항목	시험방법 및 조건	1	2	1	2	3
점도	초기	○	○	○	○	○
	상온 7일 (25℃)	○	○	○	○	○
	열 7일(43℃)	○	○	○	○	○
분산 안정성	Hegmann Gauge 입도	○	○	○	○	○
상온 저장성	상온 7일 (25℃)	○	○	○	○	○
열 저장성	열 7일(43℃)	○	○	○	○	○
중도 외관	육안	◎	○	◎	◎	△
최종 외관	Wave scan DOI 평가 (Silver color CF값)	60.0	59.1	59.4	58.1	58.1
중도 건조성	지촉 확인	◎	◎	◎	◎	△
부착성	1mm 크로스컷	○	○	○	○	○
내충격성	500g×높이(10,20,30,40,50cm)	○	○	○	○	○
내수성	40℃×10일 침적	○	○	○	○	○
내수 부착성	40℃×10일 침적 1mm 크로스컷	○	○	○	○	○
내한 칩핑성	-40℃×3시간 부여 후 50g 칩핑스톤으로 가격	○	○	○	○	○
도장기 작업성	로봇 도장기	○	○	○	○	○
중도 흐름성	수직 측면부위 육안관찰	○	○	○	○	△
중도 평활성	수직 측면부위 육안관찰	○	○	○	○	△
평가: ◎ 우수, ○ 양호, △ 보통, ｘ 불량

·점도: Ford cup #4를 이용하여 시간에 따른 점도 측정(수용성 도료의 경우, 40∼60초 범위에서 주로 사용되며, 유용성 도료의 경우, 20∼30초 범위에서 사용된다. 이 범위에서 수직 부위 흐름성이 양호하고 새깅(sagging)이 없어야 함).

·분산 안정성: Hegmann gauge를 이용한 분산입도 측정(수용성 도료의 분산 안정성은 최대 5 ㎛ 이하로 판단함).

·최종 외관: 자동차 외관 측정기인 Wave Scan DOI(BYK Gardner)를 적용하여 최종 CF value 측정함(현재, 적용되고 있는 용제형 2C1B Silver Metallic 도료시스템의 CF 수준이 55 수준이며 높을수록 유리함).

·부착성: 1 ㎜ 크로스컷 100개 제작 후 스카치 테잎을 사용하여 떼어낸 후 문제없을 시, 양호 판단함(칼날의 크로스컷팅 부위에서도 떨어지는 것이 없을 때 우수로 판단함).

·내충격성: 500 g 원형추를 사용하여 40㎝ 이상 충격성이 구현되었을 때 양호 판단함.

·내수 부착성: 내수성 침적 후 상온 1일 방치 후 부착성 평가함(부착성과 동등하게 판단함).

·내한 칩핑성: -40℃×3시간 방치 후 50 g 칩핑스톤을 사용하여 4 bar 압력으로 50 g의 칩핑스톤을 밀어내어 도막 표면을 가격시키는 방법을 사용함(1㎜ 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때, 우수 판정. 1∼2 ㎜ 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때, 양호 판정. 2∼3 ㎜ 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때, 보통 판정).

·중도 흐름성: 수직 측면부위에 도장 후 도장면이 흘러내리는 정도를 평가함.

·중도 건조성: 80℃×3분 건조 후 지촉 측정시 끈적임 정도 평가함.

유용성 중도 시스템에 수용성 중도 도료를 사용함에 있어서 가장 중요한 부분은 중도의 건조성을 빠르게 하는 것이 매우 중요하고, 특히, 30 ㎛ 수준의 도막 두께에서도 건조를 빠르게 하기 위해서는 수지의 건조성이 매우 중요하다. 본 발명의 실시예 1 및 2에 적용된 수지의 경우 기존 수용성 수지에 비하여 건조성을 빠르게 하여 제조되었다.

비교예 1 및 2의 경우 기존 사용되고 있는 중도 시스템을 적용하여 테스트를 진행하였다. 비교예 1 및 2의 경우, 기존 유용성 도료로 사용되는 일반적인 배합으로 자동차 업체에서 요구하는 물성이 발현되는 결과를 확인하였다.

실시예 1 및 2 모두 수용성 도료 조성물이나 기존의 유용성 도장 시스템에 적용되어 기존 사용되고 있는 중도용 도료와 유사한 정도의 물성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 수지의 함량을 달리한 비교예 3의 경우 실시예 1, 2와는 다르게 중도의 건조가 늦어 상도 베이스 코트의 침투를 용이하게 하는 결과를 초래하였으며, 이로 인해 외관이 낮은 결과가 나타났다.

Claims

전체 도료 조성물의 중량 기준으로,
폴리에스테르 수지 20 내지 40 중량%;
아크릴 수지 5 내지 15 중량%;
수분산 우레탄 수지 1 내지 10 중량%;
메틸화 멜라민 경화제 10 내지 30 중량%;
부틸글리콜, 부틸카비톨 및 노말프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되는 조용제 1 내지 5 중량%;
물 10 내지 20 중량%;
자외선 흡수제 0.1 내지 1 중량%; 및
평균 입자 크기가 20nm 이하의 미세 이산화티탄 0.1 내지 3 중량%;를 포함하고,
상기 아크릴 수지는 부틸아크릴레이트와 메틸메타크릴레이트를 기본 구조로 합성된 산가 40∼100 mgKOH/g 범위의 친유성 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 수지는 1,6-헥산디올과 아디프산을 기본 구조로 합성된 산가 20∼50 mgKOH/g 범위의 친유성 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 수분산 우레탄 수지는 디메틸프로피온산과 수평균 분자량 500∼4000 폴리카보네이트 폴리올과 4,4'-메틸렌 디사이클로헥실 디이소시아네이트를 기본 구조로 합성된 수평균 분자량 20,000∼50,000, 산가 4∼8 mgKOH/g 및 입자 크기 50∼200 ㎚의 수분산 우레탄 수지인 것을 특징으로 하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물.
제1항에 있어서,
안료 1 내지 30 중량%; 유동성 조절제 0.1 내지 3 중량%; 및 분산제, 소포제, 침강 방지제, pH 조절제 및 습윤 조절제로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되는 기타 첨가제 0.1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물.
유용성 중도 도장 라인에서 제1항의 도료 조성물을 중도로 도장한 후 상온에서 10분 건조시키고, 140∼150℃에서 25분간 경화하고, 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 도장하는 것을 특징으로 하는 자동차의 도장 방법.