KR101466049B1 - 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인산계 부착 증진제 및 에폭시계 반응성 희석제, 실리콘계 수지를 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 실리콘 변성 (메타)아크릴폴리올 수지(수지 (1))과, 인산계 부착 증진제 및 에폭시계 반응성 희석제, 불소계 모노머를 변성시켜 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 불소 변성 (메타)아크릴폴리올 수지(수지 (2))를 포함하는 주제; 및 무황변 타입 이소시아네이트(isocyanate)에 불소계 올레핀 수지를 합성한 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제;를 포함하도록 구성되는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 중도 도료와의 부착성이 우수한 인산계 부착 증진제와 에폭시 계통의 반응성 희석제를 합성한 수지를 도입함으로써 중도와의 부착성을 매우 우수하게 하여 강교나 강 구조물에 가해지는 진동이나 충격에 의한 도막 파쇄 및 박리가 잘 일어나지 않아서 방청성을 우수하게 하여 종래의 도료보다 구조물의 안정성을 도모하고 개보수 기간을 현저히 증가시키도록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물{Acrylic coating composition for heavy duty coating}

본 발명은 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업용 강 구조물 및 강교에 도장되는 중방식 상도 도료 조성물로, 중도와의 부착성 및 방청성, 내후성이 우수하고 물(비)로 인한 세척효과 뿐만 아니라 기름때의 세척효과도 극대화 시킬 수 있도록 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물에 관한 것이다.

산업용 강 구조물 및 강교용 중방식 도료 조성물은, 일반적으로 무기질 징크계 하도, 에폭시계 중도, 아크릴 우레탄계 상도로 도장되며, 이러한 종래의 중방식용 상도 도료는 에폭시계 도료에 비하여 내후성이 우수한 아크릴 우레탄계 상도를 도장하여 내후성을 증대시키는 도료이다.

그러나 상기한 종래의 아크릴 우레탄계 상도 도료는 에폭시계 도료에 비하여 내후성이 양호하지만 장기간 동안 그 성능을 유지하지 못하며 쉽게 오염이 발생되고 황변이 일어나며, 또 중도와의 부착력이 썩 좋지 않으므로 강교 등에 도장되어 구조물에 가해지는 진동이나 충격에 의해서 중도와 상도가 박리되는 현상이 발생하고, 이로 인해 방청성이 떨어져 강 구조물에 이상현상이 발생하여 단기간에 개보수를 해야 하는 문제점이 나타났다.

즉 종래의 중방식용 상도 도료는 강교나 혹독한 산업 환경에 도장되었을 때 중도와의 부착력이나 내후성, 내오염성 등에서 문제가 발생하여 강교의 붕괴 위험을 언제나 소지하고 있으며, 도장 후 1년이 지나지 않은 상태에서 부분 및 전체 보수 도장을 필수적으로 실시해야 함에 따라 추가적인 경비가 소요된다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산업용 강 구조물 및 강교에 도장되는 중방식 상도 도료 조성물로, 중도와의 부착성 및 방청성, 내후성이 우수하고 물(비)로 인한 세척효과 뿐만 아니라 기름때의 세척효과도 극대화 시킬 수 있도록 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물은, 인산계 부착 증진제 및 에폭시계 반응성 희석제, 실리콘계 수지를 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 실리콘 변성 (메타)아크릴폴리올 수지(수지 (1))와, 인산계 부착 증진제 및 에폭시 계통의 반응성 희석제, 불소계 모노머를 변성시켜 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 불소 변성 (메타)아크릴폴리올 수지(수지 (2))를 포함하는 주제; 내오염성 향상을 위하여 무황변 타입 이소시아네이트(isocyanate)에 불소계 올레핀 수지를 합성한 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제;를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 수지 (1)은 25~35 중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 수지 (2)는 10~15 중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전제 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 경화제는 15~20 중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도료 조성물을 제조하기 위하여 분산제, 증점제, 착색안료, 체질안료, 소포제, 희석제를 더 추가하되, 분산제는 0.05~0.5 중량부, 증점제는 1~3 중량부, 착색안료는 15~30 중량부, 체질안료는 5~10 중량부, 소포제는 0.1~0.5 중량부, 희석제는 15~20 중량부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지 (1)의 전체 중량을 100으로 기준할 때, 상기 수지 (1)은 실리콘계 수지 0.5~2 중량부, 인산계 부착 증진제 1~4 중량부, 에폭시계 반응성 희석제 1~6 중량부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지 (2)의 전체 중량을 100으로 기준할 때, 상기 수지(2)는 불소계 수지 1~6 중량부, 인산계 부착 증진제 1~4 중량부, 에폭시계 반응성 희석제 1~6 중량부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제의 전체 중량을 100으로 기준할 때, 상기 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제는 무황변 이소시아네이트(isocyanate) 15~25 중량부, 불소계 올레핀 수지 45~55 중량부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이처럼 본 발명은 아래와 같은 효과를 갖는다.

첫째, 중도 도료와의 부착성이 우수한 인산계 부착 증진제와 에폭시 계통의 반응성 희석제를 합성한 수지를 도입함으로써 중도와의 부착성을 매우 우수하게 하여 강교나 강 구조물에 가해지는 진동이나 충격에 의한 도막 파쇄 및 박리가 잘 일어나지 않아서 방청성을 우수하게 하여 종래의 도료보다 구조물의 안정성을 도모하고 개보수 기간을 현저히 증가시킬 수 있다.

둘째, 실리콘을 변성시켜 합성한 실리콘 변성 (메타)아크릴 폴리올 수지를 사용함으로써 내후성을 증대시켜 도장된 도막의 외관이 오랫 동안 원색을 유지하여 선명한 도막외관을 유지할 수 있다.

셋째, 불소계 모노머를 변성시켜 합성한 불소 변성 (메타)아크릴 폴리올 수지를 사용함으로써 내오염성을 증대시켜 도장된 도막의 내오염성을 증대시켜 오염이 잘 되지 않고 적은 빗물에도 먼지나 오염물이 잘 세척되어 깨끗한 외관을 오랫동안 유지할 수 있다.

넷째, 무황변 타입 이소시아네이트(isocyanate)에 불소계 올레핀 수지를 합성한 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제를 사용함으로써 도장된 도막의 내오염성을 증대시켜 오염이 잘 되지 않고 적은 빗물에도 먼지나 오염물이 잘 세척되어 깨끗한 외관을 오랫동안 유지할 수 있다.

다섯째, 종래의 도료보다 보수 기간을 연장시켜 보수비용을 절감할 수 있는 경제적인 효과와 함께 구조물의 내구성을 증대시켜 장기간 동안 구조물의 원래 기능을 유지할 수 있는 효과가 있다.

상기한 목적 및 효과를 달성하기 위한 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물은, 인산계 부착 증진제 및 에폭시계 반응성 희석제, 실리콘계 수지를 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 실리콘 변성 (메타)아크릴폴리올 수지(수지 (1))과, 인산계 부착 증진제 및 에폭시계 반응성 희석제, 불소계 모노머를 변성시켜 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 불소 변성 (메타)아크릴폴리올 수지(수지 (2))를 포함하는 주제; 및 무황변 타입 이소시아네이트(isocyanate)에 불소계 올레핀 수지를 합성한 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제;를 포함하도록 구성된다.

전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 수지 (1)은 25~35 중량부를 함유하는데, 이는 상기 수지 (1)이 25 중량부 미만일 때는 중도 도막과의 부착력이 떨어져 도막 층간에 박리가 쉽게 일어날 수 있어 본연의 목적인 방청성을 증대시킬 수 없으며, 상기 수지 (1)이 35 중량부를 초과할 때는 고분자의 특성상 도료 스프레이시 실킹(Silking) 현상이 발생하여 도막의 외관이 불량하게 되고 경화제와의 혼합비가 맞지 않아 경화성이나 경도 등 안정한 도막 물성을 얻을 수 없어 본연의 목적인 내후성을 증대시킬 수 없기 때문이다.

이때 상기 수지 (1)의 합성법을 살펴보면 아래와 같다.

교반기가 달린 5리터 둥근바닥 플라스크에 솔벤트 960g, 에폭시계 반응성 희석제 72g, 편말단 실리콘 24g을 투입하였다. 그리고 교반하면서 온도를 환류온도인 145℃로 승온하였다. 그리고 인산계 부착 증진제 48g, 중합개시제 96g이 포함된 모노머 혼합물 2400g을 적하조에 투입하여 교반하고, 그 혼합물을 3시간에 걸쳐서 균일하게 낙하시켜서 중합반응을 진행하였다. 그리고 5시간 동안 유지 반응 후 OH%가 3%인 수지 (1)을 얻었다.

위 구조식에서 보는 바와 같이, 에폭시계 반응성 희석제와 인산계 부착 증진제, 실리콘 모두 단순한 혼합이 아닌 전체 수지의 말단에 합성되어 일체화된 수지임을 확인할 수 있다.

전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 수지 (2)는 10~15 중량부를 함유하는데, 이는 상기 수지 (2) 용액이 10 중량부 미만일 때는 중도 도막과의 부착성이 떨어져 도막 층간 박리가 쉽게 일어날 수 있어 본연의 목적인 방청성을 증대시킬 수 없으며, 내오염성이 떨어져 본연의 목적인 먼지나 기름때 등의 자연 세척효과가 떨어지게 되고, 상기 수지 (2) 용액이 15 중량부를 초과할 때는 가격이 너무 상승하여 일반적인 사용이 어려울 뿐더러 경화제와의 혼합비가 맞지 않아 경화성이나 경도 등 안정한 도막 물성을 얻을 수 없어 본연의 목적인 내오염성을 증대시킬 수 없기 때문이다.

이때 상기 수지 (2)의 합성법을 살펴보면 아래와 같다.

교반기가 달린 5리터 둥근바닥 플라스크에 솔벤트 960g, 에폭시계 반응성 희석제 72g을 투입하였다. 그리고 교반하면서 온도를 환류온도인 145℃로 승온하였다. 그리고 불소계 모노머 72g, 인산계 부착증진제 48g, 중합개시제 96g이 포함된 모노머 혼합물 2424g을 적하조에 투입하여 교반하고, 그 혼합물을 3시간에 걸쳐서 균일하게 낙하시켜서 중합반응을 진행하였다. 그리고 5시간 동안 유지 반응 후 OH%가 3%인 수지 (2)을 얻었다.

위 구조식에서 보는 바와 같이, 에폭시계 반응성 희석제와 인산계 부착 증진제, 불소 모두 단순한 혼합이 아닌 전체 수지의 말단에 합성되어 일체화된 수지임을 확인할 수 있다.

전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 도료의 작업성, 저장성 등 도막의 물성을 향상시키기 위해 분산제, 증점제, 착색안료, 체질안료, 소포제, 희석제가 더 포함되는데, 이때 상기 분산제는 0.05~0.5 중량부, 상기 증점제는 1~3 중량부, 상기 착색안료는 15~30 중량부, 상기 체질안료는 5~10 중량부, 상기 소포제는 0.1~0.5 중량부, 상기 희석제는 15~20 중량부를 포함하도록 구성된다.

상기 분산제는 시중에 유통되는 인산 에스테르계 분산제를 사용하고 착색안료 및 체질안료의 분산성을 최적화 할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 착색안료는 유,무기 안료로써 유기 안료 중에서 하나 이상 선택하는 것이 바람직하고, 상기 체질안료는 탄산칼슘, 규사, 마이카, 실리카 등과 같은 체질 안료 중에서 하나 이상 선택하는 것이 바람직하며, 상기 증점제는 실리카 계통의 증점제를 한 가지 이상 사용하는 것이 바람직하고 이러한 증점제는 양호한 작업성을 위해서 점도를 적절하게 조절해주는 역할을 함과 동시에 도료의 침강방지에도 효과가 있다.

상기 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제는 주제와의 혼합시 5:1 중량비로 혼합하여야 하고, 전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 15~20 중량부를 함유하는데, 이는 상기 경화제가 15~20 중량부를 어겼을 경우에는 주제와의 혼합비가 맞지 않아 불완전한 경화로 인한 부착 불량, 내오염성, 내후성 등이 떨어지기 때문이다.

이때 상기 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제의 합성법을 살펴보면 아래와 같다.

교반기가 달린 5리터 둥근바닥 플라스크에 무황변 이소시아네이트인 이소포론 디 이소시아네이트(IPDI) 660g, 불소계 올레핀 수지 1666.6g, 폴리프로필렌글리콜 340g, 그리고 중합억제제인 톨루하이드로퀴논 1g을 투입하였다. 반응물의 온도는 85℃로 유지하여 반응을 진행시켰다. 반응시간 동안 NCO 농도를 측정하여 이론 NCO%인 10.1%로 도달될때까지 확인한 후 희석 솔벤트 680g을 투입하여 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제를 합성하였다.

R : 이소포론 디 이소시아네이트

R' : 폴리프로필렌글리콜

R" : 불소계 올레핀 수지

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도료 조성물의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

<실시예 1 내지 실시예 3>

상기 수지 (1) 25~35 중량부에 수지 (2) 10~15 중량부를 혼합하고, 분산제를 0.05~0.5 중량부를 넣고 교반한다.

이 혼합물에 증점제, 착색안료, 체질안료, 소포제를 투입하여 최소 30분 가량 고속으로(약 1000~1500rpm) 교반한다.

이 용액에 아크릴 우레탄용 희석제를 15~20 중량부로 작업성에 맞는 점도를 조정한다.

이때 각 조성의 함량은 하기 [표 1]에 나타낸 바와 같다.

<실험예>

각각의 물성을 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 다음 [표 2]에 나타내었다.

[실험방법]

1. 점도 : 도료의 온도를 25℃에 맞추어 스토머 점도계로 측정한다.

2. 비중 : 도료의 온도를 25℃에 맞추어 규정화된 비중 컵에 도료를 부어 그 무게를 측정한다.

3. 건조시간 : 실온과 트인 공간에서 도장 후 경화 건조를 측정한다(엄지손가락으로 힘을 주어 비틀었을 때 손의 지문이 남지 않을 때의 시간).

4. 중도와의 부착성 : 중도 도막 위에 상도를 도장하여 건조시킨 후 dolly를 부착하여 Dolly Test를 실시하여 층간 박리가 발생할 때의 최대 압력을 측정한다.

5. 내후성 : 컴퓨터식 색차계를 통하여 초기 Y값(황색 정도)를 찍은 후 UV조사기를 통해 2lamp, 광량 160W, 라인 speed 10rpm으로 30회 통과시킨다. 이 때 다시 컴퓨터식 색차계를 통하여 Y값을 찍어 초기 Y값과의 차이를 계산한다.

6. 내오염성(easy cleaning성) : 도막을 건조 시킨 후 카본 블랙 시료를 제조하여 드롭 시킨 후 물로 닦아내어 남아있는 정도를 육안으로 확인한다.

7. 방청성 : 중도 위에 상도를 도장하여 건조시킨 후 칼로 X-cut하여 5%염수 분무기 시험기에 투입하여 500시간이 지난 후 발청상태를 확인 한다.

8. 저장성 : 도료를 제조하여 밀봉한 후 60℃ 항온 수조에 담그어 도료의 겔진행 현상을 확인하여 겔의 현상이 발생되는 시점을 확인하여 기록한다.

[표 2]에서 확인되는 바와 같이, 방청성 및 오염성, 내후성이 우수한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 상도 도료 조성물은 실시예 3에서 가장 우수한 결과가 나타났다.

그리고 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물은 실시예 3을 기준으로 기존에 사용되고 있는 아크릴 폴리올 상도 도료와 물성을 비교하기 위해 실험예와 동일한 방법으로 다음 각각의 물성을 비교 실험하였으며 그 결과는 다음 [표 3]에 나타내었다.

이처럼 본 발명은 중도와의 부착력을 향상시켜 방청성을 우수하게 하는 인산계 부착증진제와 에폭시계 반응성 희석제, 내후성, 내오염성 향상을 위하여 실리콘계 수지를 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 실리콘 변성 (메타)아크릴폴리올 수지와, 인산계 부착 증진제 및 에폭시계 반응성 희석제, 불소계 모노머를 변성시켜 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 불소 변성 (메타)아크릴폴리올 수지를 포함하는 주제(主劑);를 함유함으로써 중도와의 부착력 및 방청성, 내후성, 내오염성을 매우 증대시켜 혹독한 산업 환경이나 해안가 염분이 많은 지역에서도 발청이 쉽게 일어나지 않게 하는 효과가 있으며 자외선에 의한 변색이나 탈색을 방지해주고, 또 내오염성 향상을 위하여 무황변 타입 이소시아네이트(isocyanate)에 불소계 올레핀 수지를 합성한 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제;를 함유함으로써 오염 물질의 부착을 현저히 줄여 내오염성이 우수하며 적은 물(비)로서도 쉽게 self cleaning이 가능하고, 기름때가 거의 부착되지 않도록 하는 효과를 갖는다 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

Claims (8)

1. 인산계 부착 증진제 및 에폭시계 반응성 희석제, 실리콘계 수지를 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 실리콘 변성 (메타)아크릴폴리올 수지(수지 (1))과, 인산계 부착 증진제 및 에폭시계 반응성 희석제, 불소계 모노머를 변성시켜 합성한 수지의 OH%가 1.0~5.0중량%인 불소 변성 (메타)아크릴폴리올 수지(수지 (2))를 포함하는 주제; 및 무황변 타입 이소시아네이트(isocyanate)에 불소계 올레핀 수지를 합성한 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제;를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물.
   
2. 제1항에 있어서,
   전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 수지 (1)은 25~35 중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물.
   
3. 제1항에 있어서,
   전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 수지 (2)는 10~15 중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물.
   
4. 제1항에 있어서,
   전체 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제는 15~20 중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 수지 (1),(2) 용액을 포함하는 주제에 상기 경화제를 5:1의 중량비로 혼합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 수지 (1)의 전체 중량을 100 중량부로 기준할 때, 상기 수지 (1)은 실리콘계 수지 0.5~2 중량부, 인산계 부착 증진제 1~4 중량부, 에폭시계 반응성 희석제 1~6 중량부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 수지 (2)의 전체 중량을 100 중량부로 기준할 때, 상기 수지 (2)는 불소계 수지 1~6 중량부, 인산계 부착 증진제 1~4 중량부, 에폭시계 반응성 희석제 1~6 중량부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제의 전체 중량을 100 중량부로 기준할 때, 상기 무황변 타입 불소 변성 우레탄 경화제는 무황변 이소시아네이트(isocyanate) 15~25 중량부, 불소계 올레핀 수지 45~55 중량부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방청성 및 내오염성, 내후성을 위한 실리콘 및 불소 변성 아크릴계 중방식 도료 조성물.