KR101732912B1

KR101732912B1 - 아연 프라이머 분체도료가 적용된 복층 분체도막

Info

Publication number: KR101732912B1
Application number: KR1020100032224A
Authority: KR
Inventors: 현재규; 이남호; 이진석; 백병갑; 문병수; 왕현웅
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2017-05-24
Also published as: KR20110112963A

Abstract

본 발명은 외부구조물 복층 분체도막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내식성이 우수한 분체용 아연 프라이머를 하도로 하고, 내후성이 우수한 외부용 분체도료를 상도로 하여 내식성 및 내후성을 동시에 확보하는 외부구조물 복층 분체도막에 관한 것이다.

Description

아연 프라이머 분체도료가 적용된 복층 분체도막{Double layer powder coating film coated with zinc rich primer powder composition}

본 발명은 외부 구조물 복층 분체도막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아연 프라이머(Zinc Rich Primer) 분체도료가 하도로 피복되고, 외부용 분체도료가 상도로 각각 복층으로 피복되어 있어 기존 아연 프라이머 단독 도장물과 비교 시 내후성이 탁월하게 증진되며, 외부용 분체도료 단독 도장물과 비교 시 내식성이 탁월하게 증진되어, 내식성, 내후성 모두 우수한 외부 구조물 복층 분체도막에 관한 것이다.

외부용 배전반, 신호등, 가로등, 변압기, 조선기자재 등 외부환경에 노출되는 구조물들은 여러 요인에 의해 부식되거나, 자외선에 의해 도막이 손상이 가게 된다. 일반적으로 외부환경에 노출되지 않는 제품은 내식성이 우수한 아연 프라이머 분체도료 또는 에폭시계 분체도료를 적용하여 내식성을 향상시키지만, 아연 프라이머 분체도료 또는 에폭시계 분체도료는 외부에 장시간 노출 시 백화현상(Chalking)이 발생되어 광택저하 및 색상이 변화되므로 실내용 제품에만 적용할 수 있어, 외부환경에 노출되는 제품은 내후성이 우수한 외부용 분체도료를 적용하고 있지만 에폭시계 분체도료에 비해 내식성이 떨어지는 단점이 있으며, 내식성과 내후성을 모두 만족시키는 분체도료는 없는 실정이다.

이를 극복하기 위하여, 외부용 구조물에는 내식성을 향상시키기 위하여, 각종 도금 사양 적용 또는 내식성이 우수한 강판 위에 외부용 분체도료를 적용하고 있지만, 도금사양에 대한 환경적 규제 및 내식성이 우수한 강판 사용으로 인한 가격상승 등의 한계점을 가지고 있다.

이에, 본 발명에서는 상기 종래 문제점을 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 하도로 적용하기 위해 내식성이 매우 우수한 아연을 성분으로 하는 무기충진제를 적용한 에폭시 분체도료 조성물을 제조하였고 상도로는 기존의 외부용 분체도료를 적용하여, 기존 도장물과 비교 시 내식성과 내후성을 모두 만족시킬 수 있는 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 종래 도장방법의 제한적인 물성을 획기적으로 개선시킨 새로운 복층 분체도막을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 에폭시 당량 400 ~ 3000의 비스페놀에이형 에폭시수지 10 ~ 60 중량 %; 폴리하이드릭 페놀경화제류, 디시안디아마이드, 하이드라이즈드계 경화제, 방향족 산무수물 및 지방족 산무수물류 중에서 선택된 경화제 0.5 ~ 15 중량 %; 이미다졸 변성에폭시, 디비유 및 디비유염, 트리페닐포스핀 및 금속킬레이트 중에서 선택된 경화보조제 0.01 ~ 1.0 중량 %; 아연계 안료 20 ~ 70 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 열경화성 아연 프라이머 분체도료가 피복되는 것을 특징으로 하는 복층 분체도막에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 내식성이 우수하면서 분체도료의 물성적 특징을 보유하고 있는 아연 프라이머 분체도료와 내후성이 우수한 외부용 분체도료를 복층으로 피복시킨 복층 분체도막에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 내부용 분체도료만 도장했을 때와 외부용 분체도료만 도장했을 때의 물성적 한계점을 극복할 수 있고, 하도에 적용 되는 아연 프라이머 분체도료의 적용으로 내부용 분체도료보다 더욱 우수한 내식성을 보유 하면서 상도에 외부용 분체도료를 적용하면서 우수한 내후성도 동시에 확보할 수 있다. 특히, 본 발명의 복층 분체도막은 각 층의 분체도료 조성물이 연속적으로 용융 및 중첩되어 도막이 형성되므로 각 층간의 계면은 성분 및 물리적으로 균일화되어 있고, 계면간의 안정적인 접착성의 확보가 가능하다.

본 발명에 따른 복층 분체도막 하도에 적용되는 아연 프라이머 분체도료의 조성에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

아연 프라이머 분체도료는 기존 내부용 분체도료의 물성을 그대로 유지하면서 더욱 우수한 내식성을 가지며, 에폭시 당량 400 ~ 3000의 비스페놀에이형 에폭시수지 10 ~ 60 중량 %; 경화제 0.5 ~ 15 중량 %; 경화보조제 0.01 ~ 1.0 중량 %; 아연계 안료 20 ~ 70 중량 %를 함유한다.

상기 분체도막의 상도로는 폴리에스터계, 아크릴계 또는 폴리우레탄계 분체도료가 피복된다.

본 발명에 따른 복층 분체도막 구성에 이용되는 분체도료의 조성성분은 다음과 같다.

에폭시수지로는 비스페놀 에이형 에폭시수지를 사용한다. 비스페놀 에이형 에폭시수지로는 에폭시 당량범위가 400 ~ 3000인 것을 사용하도록 하는 바, 바람직하게는 유연성과 내식성, 제조 작업성 확보를 위하여 800 ~ 1500을 사용한다.

경화제로는 폴리하이드릭 페놀경화제류, 디시안디아마이드, 하이드라이즈드계 경화제 또는 방향족 또는 지방족 산무수물류가 사용될 수 있으며, 이중 폴리하이드릭 페놀경화제류를 사용하는 것이 바람직하다. 방향족 또는 지방족 산무수물류로는 무수프탈산무수물, 트리멜리틱산무수물, 피로멜리트 산무수물 또는 벤조페논 테트라 카르복실락산 무수물이 사용될 수 있다.

경화보조제로는 이미다졸류, 이미다졸 변성에폭시, 디비유 및 디비유염, 트리페닐포스핀 및 금속킬레이트 중에서 선택된 경화보조제를 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 조성성분 이외에 분체 도막의 하도에 무기충진제로 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 티타늄다이옥사이드, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 월라스토나이트, 탈크 또는 아연이 사용될 수 있다. 특히, 아연계 안료를 사용하는 것이 바람직하다. 아연은 자기산화를 통하여 철 소지면의 부식을 보호하는데 탁월하므로 내식성을 향상시키기 위한 필수성분이라 하겠다. 상기 아연계 안료는 구조식 Zn, ZnX, (여기에서, X = O, CO₃ 또는 CrO₄), Zn₂Y(여기에서, Y = SiO₄, Sn₂O₄ 또는P₂O₇) 또는 Zn₃(Z)₂(여기에서, Z = PO₄, BO₃ 또는 C₁₈H₃₅O₂)의 화합물인 것이 바람직하다.

또한, 분체도료 제조시에 통상적으로 함유되는 첨가제 즉, 아크릴계 첨가제, 올레핀계 왁스, 착색안료 등이 소량 첨가될 수 있으며, 도료 용융시의 흐름방지, 도료분말의 유동성 개선 등을 위하여 친수성 및 소수성계의 흄드 실리카가 사용될 수 있다.

이러한 본 발명의 분체도료 조성물을 이용한 복층 도장구조는 우수한 내식성과 내후성을 동시에 만족한다.

예컨대, 신호등, 가로등, 도료표지판, 배전반, 변압기 등 외부에 노출되면서 고내식성을 요구하는 부품, 조선기자재, 해안가 구조물 등 내식성과 내후성을 동시에 요구하는 부분에 적용하면 매우 효과적이다.

한편, 상기한 바와 같은 복층 분체도막을 제조하기 위해서는 다음과 같은 과정을 수행한다. 먼저, 에폭시수지, 경화제, 경화보조제, 아연, 첨가제를 각각 평량하여 건식 혼합한다. 그리고 가열혼련기를 통하여 용융혼련시킨 뒤 냉각하여 조분쇄화하고, 조분쇄화된 혼합물을 에이씨엠 분쇄기, 햄머밀, 제트밀 등의 분쇄기를 사용하여 미분말화한 후 망체로 분급하여 최종 분체도료 제품을 얻는다.

상기 과정이 완료되면, 다음과 같은 복층 도장시스템에 의해서 도장한다.

먼저 소지의 전처리 조건은 그리트나 쇼트볼로 스웨덴규격 SA2.5 이상으로 블라스트 처리하며, 소지 프로파일의 앵커패턴은 40 ~ 100 ㎛로 한다. 또한 크로메이트, 인산 등의 화학물로 소지 표면처리하거나, 공기, 수증기 세척 등으로 표면의 이물질을 제거한다. 다음 과정으로, 복층 분체도료 조성물을 도장을 수행하며, 소지에 일차적으로 본 발명의 분체도료 조성물 하도를 도장한 후 용융 시킨 후 연속하여 외부용 분체도료를 도장한다. 더욱 상세하게는 아연 프라이머 분체도료 하도를 통상적인 방법에 따라 20 ~ 100 kv의 전압과 0.5 ~ 5 bar의 공기압으로 정전 스프레이 등에 의해 도장하여 30 ~ 150 ㎛의 두께의 도막층을 형성시킨 후, 0 ~ 10분 정도 용융 시킨 후 연속하여 외부용 분체도료를 상기의 통상적인 방법에 따라 정전스프레이 등에 의해 도장하여 30 ~ 150 ㎛의 두께로 연속도장 및 경화함으로써, 복층 분체도료 도막을 형성시킨다.

이때, 2종 이상의 분체도료를 도장하여 복층 분체도막을 형성시키는 원리는 다음과 같다.

먼저, 통상적인 분체도료 도장 설비에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 소지의 전처리, 소지건조, 도장, 경화의 순서로 진행된다. 상기의 경우 모두 도장부스에는 도료 스프레이건이 라인의 특성에 따라 여러 개 배열되어 있거나, 작업자가 수동으로 도장하는 설비가 있어, 이동하는 소지 종류에 따라 일정하게 도장되는 방법이다. 이때 본 발명의 특징인 복층 분체도료도장의 방법은 하도와 상도 등의 목적하는 도막을 소지건조로를 이용하여 하도를 용융시킨 후 연속하여 상도 도장 후 경화시켜 도막을 형성하는 것이다. 통상적인 분체도료 도장 설비는 스프레이건, 경화로가 한 개씩 있어 연속 도장이 용이하지 않다. 본 발명은 이러한 조건에서 복층 분체도료를 손쉽게 도장하기 위하여 소지건조로를 이용하여 하도를 용융시킴으로 연속 도장이 가능토록 한다는 특성이 있다.

다음으로는 정전스프레이 도장방법 외에도 예열도장, 유동침적 도장법 등 여러 도장방식에서도 본 발명의 복층 분체도막의 형성되는 원리의 예를 보면 다음과 같다.

즉, 유동침적 도장법의 경우 목적하는 특성에 따라 설정된 분체도료 하도와 상도 등을 각각 다른 유동침적조에 유동시킨 후 예열된 소지를 하도의 유동 침적조에서 먼저 침적도장한 후 특성에 따라 일정시간 경과 후 상도 등의 유동 침적조에 연속으로 침적하여 복층 분체도막을 형성 시킬 수 있으며, 침적의 시간 및 회수에 따라 하도와 상도의 분체도료 도막두께 및 그 비율을 조정할 수 있는 원리이다. 예열도장의 경우 Batch로 등에서 소지를 예열 후 예열된 소지를 하도 스프레이도장 후 용융 시킨 후 연속적으로 상도를 스프레이 도장하는 방법이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 아연 프라이머 분체도료를 이용한 복층 분체도막은 기존의 어떠한 분체도료보다 내식성이 우수하며, 내후성이 우수한 외부용 분체도료로 적용할 수 있어 단독도장 되어 왔던 도장방식의 단점을 보완하면서 가장 우수한 도막을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

본 발명의 실시예, 비교예에서 예시한 조성물에 대한 약호, 성분 및 상품명 등은 다음과 같다.

에폭시: 에폭시 당량 800 ~ 1500(KCC)

경화제: 폴리하이드릭 페놀수지, 수산기 당량 200 ~ 400(KCC)

경화촉진제, MIA-5(DEGUSSA HULLS)

경화촉진제, 2-MI(SIKOKU)

표면조정제, PLP-100(KS 케미칼)

핀홀방지제, BENZOIN(미원)

Zinc Dust: 징크 아연말(한창산업)

탄산칼슘: OMYACARB 5(OMYA)

본 발명에서의 시험시편 제작방법 및 물성 평가방법은 통상적인 KS 및 ASTM 규격을 적용하여 그 결과를 다음 표에 나타내었으며, 이는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서 본 발명의 도장방법 및 물성에 대한 범주를 규정하는 것은 아니다.

시편제작

1) 시편조건: 65 × 150 × 0.7 ㎜T 두께의 냉연강판에 인산아연피막 또는 인산철피막으로 표면 전처리 하고, 65 × 150 × 2 ㎜T 두께의 열연강판 또는 냉연강판을 그리트 및 쇼트 등으로 연마하여, 소지 표면의 블라스트 앵커 프로파일을 40 ~ 100 ㎛이 되도록 하고, SA 2.5의 청소상태로 표면 전처리 하였다.

2) 도장방법: 상기의 시편을 통상의 정전스프레이법, 유동침적법 등의 도장방법을 적용하여 도막두께가 30 ~ 150 ㎛이 되도록 도장 후 오븐에서 0 ~ 10분 용융시켰다. 일차로 상기의 도장방법으로 본 발명의 아연 프라이머 분체도료 하도를 도장하고, 용융 후 연속으로 외부용 분체도료 상도를 30 ~ 150 ㎛으로 도장하였다 (비교예의 경우에는 상도를 도장하지 않음). 도장방법으로는 통상의 정전스프레이법, 유동침적법 등을 적용하였다.

물성시험

1. 내식성 시험

상기 시편 제작방법으로 제작된 시편을 만능칼을 이용하여 도막 표면에 X-Cut을 실시한 시현을 사용하여 ASTM B 117의 방법(35 ℃의 온도에서 5 % NaCl 수용액을 분무하는 조건에 노출)으로 시험하였다. 내식성 시험 후 만능칼을 이용하여 X-cut 된 부분의 시편도막을 소지로부터 떼어내었으며, 이 때 벗겨지는 정도의 길이를 측정하였다.

2. 내후성 시험

상기 시편 제작방법으로 제작된 시편을 ASTM D 6695의 방법인 0.35±0.02 Watt 의 빛을 50±5% RH에서 102분 노출, 18분 빛과 물을 분무하는 것을 1회로 규정하며 횟수에 따른 도막변화를 측정하였다.

상기 방법에 따른 물성 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

Claims

에폭시 당량 400 ~ 3000이며, 비스페놀에이형인 단일의 에폭시수지 30.66 ~ 54 중량 %; 폴리하이드릭 페놀경화제류, 디시안디아마이드, 하이드라이즈드계 경화제, 방향족 산무수물 및 지방족 산무수물류 중에서 선택된 경화제 0.5 ~ 15 중량 %; 이미다졸 변성에폭시, 디비유 및 디비유염, 트리페닐포스핀 및 금속킬레이트 중에서 선택된 경화보조제 0.01 ~ 1.0 중량 %; 아연계 안료 30 ~ 61 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 열경화성 아연 프라이머 분체도료가 피복되는 것을 특징으로 하는 복층 분체도막.
제 1항에 있어서, 아연 프라이머 분체도료가 하도로 피복되고, 폴리에스터계, 아크릴계 또는 폴리우레탄계 분체도료가 상도로 피복되는 것을 특징으로 하는 복층 분체도막.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 아연계 안료가 구조식 Zn, ZnX, (여기에서, X = O, CO₃ 또는 CrO₄), Zn₂Y(여기에서, Y = SiO₄, Sn₂O₄ 또는P₂O₇) 또는 Zn₃(Z)₂(여기에서, Z = PO₄, BO₃ 또는 C₁₈H₃₅O₂ )의 화합물인 것을 특징으로 하는 복층 분체도막.
에폭시 당량 400 ~ 3000이며, 비스페놀에이형인 단일의 에폭시수지 30.66 ~ 54 중량 %; 폴리하이드릭 페놀경화제류, 디시안디아마이드, 하이드라이즈드계 경화제, 방향족 산무수물 및 지방족 산무수물류 중에서 선택된 경화제 0.5 ~ 15 중량 %; 이미다졸 변성에폭시, 디비유 및 디비유염, 트리페닐포스핀 및 금속킬레이트 중에서 선택된 경화보조제 0.01 ~ 1.0 중량 %; 아연계 안료 30 ~ 61 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 열경화성 아연 프라이머 분체도료.
제 4항에 있어서, 상기 아연계 안료가 구조식 Zn, ZnX, (여기에서, X = O, CO₃ 또는 CrO₄), Zn₂Y(여기에서, Y = SiO₄, Sn₂O₄ 또는P₂O₇) 또는 Zn₃(Z)₂(여기에서, Z = PO₄, BO₃ 또는 C₁₈H₃₅O₂ )의 화합물인 것을 특징으로 하는 열경화성 아연 프라이머 분체도료.