KR101798264B1 - 자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장방법 - Google Patents

자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 경제적이고 친환경적인 자동차의 중도삭제형 도장공법에 적용가능하며, 도장 공정의 효율성을 높일 수 있고, 최종 도막의 우수한 외관 및 향상된 제반 물성을 제공할 수 있는 자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장방법{Automotive waterborne paint composition and method of coating automobiles by using the same}
본 발명은 자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 경제적이고 친환경적인 자동차의 중도삭제형 도장공법에 적용가능하며, 도장 공정의 효율성을 높일 수 있고, 최종 도막의 우수한 외관 및 향상된 제반 물성을 제공할 수 있는 자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 신차 도장 시스템으로 사용되고 있는 3코트2베이크 (3Coat2Bake, 3C2B) 자동차 도장 시스템은, 차체에 전착 도료를 도장하고, 그 위에 중도 도장 공정을 통하여 중도를 도포한 후 140~150℃에서 20~30분간 경화시키며, 그 위에 다시 상도 베이스 코트(top base coat)와 상도 클리어 코트(top clear coat)를 연속적으로 도장한 후 140~150℃에서 20~30분간 건조시키는 공정으로서 가장 보편화된 자동차 도장 시스템이다.
그러나 최근에는 자동차 제조사들이 보다 친환경적이면서도 경제적인 도장 시스템을 선호하고 있으며, 이에 대한 대응으로 다양한 도장 시스템이 개발되어 왔다. 예를 들면, 대한민국 등록특허 제10-0484060호에는 저온경화 및 하이솔리드형 수용성 도료 조성물이 개시되어 있으며, 이 도료 조성물은 저온에서 경화되어 하이솔리드(High solid)이면서 도막에 고내충격성을 부여하는 것으로, 베이크 온도를 낮추고 고형분을 높여 공정비 및 에너지를 절감하는 효과를 나타낸다. 또한 대한민국 등록특허 제10-0665882호에 개시된 수용성 다층 도장 방법은 일반적으로 "수용성 3C1B(3Coat1Bake) 도장 시스템"으로 불리는 도장 기법으로서, 중도 및 상도 베이스 코트 부분을 수용성화함으로써 휘발성 유기 화합물의 사용을 최소화하여 친환경적이고, 3C2B 도장 시스템에서 반드시 필요로 하는 중도 소부 공정(140~150℃에서 20~30분간 완전 경화)을 제외시킬 수 있어 매우 경제적이다.
현재 자동차업계에 소개된 친환경 도장공정 단축공법으로는 중도 오븐공정을 생략하는 수용성 3C1B공법(3Coat1Bake)과 중도 도장공정 자체를 생략하는 수용성 중도삭제형 공법(Primerless)이 있다.
그러나, 수용성 3C1B공법의 경우, 중도 도장 공정을 위한 중도 도장부스와 중도 도료 건조를 위한 중간 건조로를 위한 설치 공간과 설치 비용을 여전히 필요로 하는 단점이 있다.
수용성 중도삭제형 도장공법에서는, 제1베이스코트 도장 후에 제2베이스코트가 Wet-on-wet로 도장하고, 50~80℃의 온도에서 2~7분간 열풍 건조과정을 거친 후, 클리어코트를 도장한다. 이러한 중도삭제형 공법은 비용절감 측면에서 자동차업계에서 최근 가장 선호되는 공법이기는 하지만, 기존 도장시스템에서 단순히 중도 도장공정을 생략할 경우 자외선에 의한 전착도막의 파괴로 도막의 박리가 발생할 수 있으며, 내치핑성, 상호 부착성, 외관 저하 등의 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 최근 자동차업계에서 선호하는 공법인 수용성 중도삭제 도장공법에 적용가능하며, 기존 공법대비 동등 이상의 외관과 물성품질을 최종 도막에 제공할 수 있는 자동차용 수용성 도료 조성물의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점들을 해결하고자 한 것으로서, 경제적이고 친환경적인 자동차의 중도삭제형 도장공법에 적용가능하며, 도장 공정의 효율성을 높일 수 있고, 최종 도막의 우수한 외관 및 향상된 제반 물성을 제공할 수 있는 자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 도료 조성물의 전체 중량 기준으로, (1) 코어/쉘 마이크로겔 수지 5~40 중량%; (2) 폴리우레탄 디스퍼션 수지 2~20 중량%; (3) 폴리에스테르 수지 1~10 중량%; (4) 경화제 2~10 중량%; (5) 조용제 5~15 중량%; (6) 산 촉매 0.1~2 중량%; (7) 안료 10~30 중량%; 및 (8) 물 15~45 중량%를 포함하는 자동차용 수용성 도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 자동차 도장라인에서 상기 도료 조성물을 사용하여 자동차를 도장하는 것을 특징으로 하는 자동차의 도장방법이 제공된다.
본 발명에 따른 수용성 도료 조성물을 사용하여 자동차를 도장하면, 중도 도장 부분을 삭제할 수 있기 때문에 중도 도장을 위해 필요한 스프레이 부스(50미터), 로봇 도장기, 순환 시스템(circulation system) 탱크(tank), 샌딩 작업장(100미터), 오븐(oven)(80미터) 등을 필요로 하지 않아 도장 공장 설립에 필요한 설비투자비를 대폭 절감할 수 있고, 중도 도장 및 보정 작업을 위해 인력을 투입할 필요가 없어 효율적이며, 중도 도장을 위해 사용되는 공조와 오븐을 삭제함으로써 에너지를 절감하고 CO2 발생을 저감할 수 있어 친환경적이다. 즉, 본 발명의 자동차용 수용성 도료 조성물 및 이를 사용한 자동차의 도장 방법은, 도장 공정의 경제성, 효율성 및 친환경성 모두를 높이면서 최종 도막의 우수한 외관 및 향상된 제반 물성을 제공하는 우수한 효과를 나타낸다
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 자동차용 수용성 도료 조성물은, 도료 조성물의 전체 중량 기준으로, (1) 코어/쉘 마이크로겔 수지 5~40 중량%; (2) 폴리우레탄 디스퍼션 수지 2~20 중량%; (3) 폴리에스테르 수지 1~10 중량%; (4) 경화제 2~10 중량%; (5) 조용제 5~15 중량%; (6) 산 촉매 0.1~2 중량%; (7) 안료 10~30 중량%; 및 (8) 물 15~45 중량%를 포함한다.
(1) 코어/쉘 마이크로겔 수지
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 코어/쉘 마이크로겔 수지는 도막 외관, 층간 침투방지성, 레벨링성, 습윤성, 부착성, 내수성 등 전반적인 물성에 관여하는 성분이다.
상기 코어/쉘 마이크로겔 수지로는, 수지 총중량 기준으로 30~70%의 고형분 함량, 5∼60mgKOH/g의 산가, -15∼0℃의 유리전이온도, 및 50∼200nm의 입자크기를 가지는 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에는 상기 코어/쉘 마이크로겔 수지가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 5~40 중량% 포함되며, 바람직하게는 10~35 중량%, 보다 바람직하게는 20~30 중량% 포함될 수 있다. 코어/쉘 마이크로겔 수지 함량이 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 5 중량% 미만이면 도막 형성 능력 및 건조성, 기계적 물성 등이 불량해지며, 40 중량%를 초과하면 도료 습윤성과 레벨링성이 저하되어 도막 외관이 저하되고, 내한칩핑성 및 내충격성 등이 불량해진다.
(2) 폴리우레탄 디스퍼션 수지
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 폴리우레탄 디스퍼션 수지는 레벨링성, 습윤성, 부착성, 내수성, 내충격성, 내한칩핑성 등의 물성에 관여하는 성분이다.
상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지로는, 수지 총중량 기준으로 30∼60%의 고형분 함량, 8,000∼30,000의 수평균 분자량, 15∼35mgKOH/g의 산가, 및 50∼200nm의 입자크기를 가지는 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에는 상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 2~20 중량% 포함되며, 바람직하게는 3~18 중량%, 보다 바람직하게는 4~8 중량% 포함될 수 있다. 폴리우레탄 디스퍼션 수지 함량이 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 2 중량% 미만이면 도막 형성능력 및 내한칩핑성, 내충격성 등의 기계적 물성이 불량해지며, 20 중량%를 초과하면 도막의 건조성이 저하되어 외관이 불량해진다.
(3) 폴리에스테르 수지
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 폴리에스테르 수지는 습윤성, 부착성, 내충격성, 내한칩핑성 등의 물성에 관여하는 성분이다.
상기 폴리에스테르 수지로는, 수지 총중량 기준으로 60∼90%의 고형분 함량, 2∼50mgKOH/g의 산가, 1,000∼4,000의 수평균 분자량, 및 -40∼-20℃의 유리전이온도를 가지는 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에는 상기 폴리에스테르 수지가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 1~10 중량% 포함되며, 바람직하게는 2~9 중량%, 보다 바람직하게는 3~5 중량% 포함될 수 있다. 폴리에스테르 수지 함량이 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 1 중량% 미만이면 습윤성, 부착성, 내충격성, 내한칩핑성 등이 저하되며, 10 중량%를 초과하면 도막의 건조성이 저하되어 외관이 불량해진다.
(4) 경화제
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 경화제는 상기 코어/쉘 마이크로겔 수지, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 및 폴리에스테르 수지와 경화시 가교반응한다.
상기 경화제로는 이미노기 함유 친수성 멜라민 수지가 바람직하게 사용되며, 이 경우, 상술한 수지들의 수산기와 친수성 멜라민 수지의 메톡시기 및 이미노기가 가교 반응한다. 이러한 친수성 멜라민 수지로는 공지된 방법에 따라 직접 합성된 것을 사용하거나, 또는 시판되는 제품, 예컨대, Cytec사의 Cymel-325, Cymel-327, Cymel-385 및 INEOS사의 Resimene HM-2608, Resimene 718, Resimene 717 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에는 상기 경화제가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 2~10 중량% 포함되며, 바람직하게는 3~9 중량%, 보다 바람직하게는 4~7 중량% 포함될 수 있다. 경화제 함량이 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 2 중량% 미만이면 도막 내에 미가교된 수산기가 잔존하여 특히 도막의 내수성 불량과 도막의 재도장 부착성을 저하시키며, 10 중량%를 초과하면 도막 내에 미반응 경화제의 자체 중합으로 인하여 도막이 부스러지는 경향이 발생하여 특히 도막의 내한칩핑성, 내충격성 및 내굴곡성을 저하시킬 수 있으며, 도료 조성물의 열저장성에도 문제를 일으킬 수 있다.
(5) 조용제( co - solvent )
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 조용제는, 주용제인 물의 휘발에 크게 기여할 수 있고, 도막의 팝핑(popping) 방지와 평활성에 큰 영향을 주며, 도장 작업시 도료가 미립화되어 원활히 무화(霧化)되도록 한다.
상기 조용제로는 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 에틸렌글리콜헥실에테르, 2-에틸헥실알콜, N-메틸피롤리돈 및 노말프로필알콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 도료 조성물에는 상기 조용제가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 5~15 중량% 포함되며, 바람직하게는 6~13 중량%, 보다 바람직하게는 8~10 중량% 포함될 수 있다. 조용제 함량이 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 5 중량% 미만이면 평활성이 저하되고 무화성이 떨어져 더스트로 인한 시드(seed) 발생 등 도장불량이 발생하며, 15 중량%를 초과하면 휘발성 유기화합물(VOC)이 발생하여 수용성 도료로서 부적합해지며, 또한 상도 도료의 도장시 새깅(Sagging)과 얼룩 등의 도장불량이 심하게 발생할 수 있다.
(6) 산 촉매
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 산 촉매는 상기 코어/쉘 마이크로겔 수지, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 및 폴리에스테르 수지와 경화제와의 가교반응을 위하여 사용된다. 상기 산 촉매로는 시판되는 제품, 예컨대 킹인더스트리즈사의 Nacure 2547, Nacure 3327, Nacure 3325, XP-221, Nacure 4167 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에는 상기 산 촉매가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 0.1~2 중량% 포함되며, 바람직하게는 0.5~2 중량%, 보다 바람직하게는 1~2 중량% 포함될 수 있다. 산 촉매 함량이 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 0.1 중량% 미만이면 도막 내에 미가교된 수산기가 잔존하여 특히 도막의 내수성 불량과 도막의 재도장 부착성을 저하시키며, 경화속도의 저하에 따른 외관저하가 발생할 수 있고, 2 중량%를 초과하면 도막내에 미반응 경화제의 자체 중합으로 인하여 도막이 부스러지는 경향이 발생하여 특히 도막의 내한칩핑성, 내충격성 및 내굴곡성을 저하시킬 수 있으며, 도료의 열저장성에도 문제를 일으킬 수 있다.
(7) 안료
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 안료는 착색 안료 또는 체질 안료일 수 있으며, 이러한 착색 안료 및 체질 안료는 본 기술 분야에 공지된 유기 또는 무기 안료들 중에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 도료 조성물에는 상기 안료가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 10~30 중량% 포함되며, 바람직하게는 15~30 중량%, 보다 바람직하게는 20~30 중량% 포함될 수 있다. 안료 함량이 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 10 중량% 미만이면 색상 구현이 어려우며, 하도 색상의 은폐력이 저하되며, 자외선에 의한 전착도막의 파괴로 도막의 박리가 발생할 수 있는 문제가 있고, 30 중량%를 초과하면 층간 부착력이 저하되어 도막 박리가 발생하는 문제가 있다.
(8) 물
본 발명의 도료 조성물에 주용제로서 포함되는 물로는 증류수가 바람직하게 사용된다. 본 발명의 도료 조성물에는 주용제로서 물이 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 15~45 중량% 포함되며, 바람직하게는 15~40 중량%, 보다 바람직하게는 15~25 중량% 포함될 수 있다. 도료 조성물 내의 물 함량이 15 중량% 미만이면 도료내 수지들의 수분산성이 저하되며, 수성도료의 장점인 환경 친화성이 저하되는 문제가 있고, 45 중량%를 초과하면 물의 증발이 충분히 되지 않아 최종도막에 핀홀 발생 등의 도막결함과 얼룩 발생 등의 문제가 있다.
임의의 추가 성분들
본 발명의 도료 조성물에는 상기한 성분들 이외에 수용성 도료 조성물에서 통상 사용가능한 추가성분이 하나 이상 더 포함될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 도료 조성물은 습윤제, 자외선 흡수제, 이펙트 안료, 유동성 조절제, 중화제 및 소포제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
습윤제는 도막의 레벨링 및 습윤성 등을 부여하기 위하여 사용될 수 있으며, 구체적으로는 유기 변성 폴리실록산 계통의 습윤제 또는 아세틸렌 알코올형 습윤제를 사용할 수 있다. 본 발명에서 습윤제로서 사용가능한 시판 제품의 예로는 BYK사의 BYK-345, BYK-348, Air Product사의 Surfynol-104BC, Ciba사의 EFKA 3522, EFKA 3580 Tego사의 Wet 510 등을 들 수 있다. 적절한 레벨링 및 습윤성 등을 얻기 위해서는 상기 습윤제가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 2 중량% 이하(예컨대, 0.2~2 중량%)로 사용되는 것이 바람직하며, 습윤제 사용량이 이보다 많으면 부착불량, 내수성 불량과 표면에 분화구 형태의 문제점을 발생시킬 수 있다.
자외선 흡수제는 도막에 도달할 수 있는 자외선을 막아 최종 도막의 내후성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다. 자외선 흡수제는 광산화 메커니즘 중 유리기를 형성하는 시작단계를 방해함으로써 도막 자체의 자외선에 대한 안정성을 제공하는데, 이는 자외선 흡수제의 자외선 흡수계수가 플라스틱 및 도료의 발색단의 흡수계수보다 훨씬 크기 때문에 발색단보다 먼저 자외선을 흡수하는 원리를 이용한 것이다. 구체적으로는 벤조트리아졸계 자외선 흡수제를 사용할 수 있으며, 본 발명에서 자외선 흡수제로서 사용가능한 시판 제품의 예로는 BASF사의 Tinuvin 384와 Tinuvin 1130 등을 들 수 있다. 적절한 자외선 흡수 효과를 얻기 위해서는 상기 자외선 흡수제가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 0.1 중량% 이상(예컨대, 0.1~2 중량%)로 사용되는 것이 바람직하며, 자외선 흡수제 사용량이 이보다 적으면 자외선 흡수 능력이 떨어질 수 있다.
이펙트 안료는 도막에 특정 색상 내지 효과를 부여하기 위하여 사용할 수 있다. 예컨대, 도막에 메탈릭 칼라를 부여하기 위해서는 알루미늄 플레이크 페이스트 또는 마이카와 같은 이펙트 안료를 사용할 수 있다. 이러한 이펙트 안료는 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 0.1~10 중량%의 양으로 사용할 수 있다.
유동성 조절제는 도료의 점도 및 안료의 분산성을 조절하여 도장 작업성 및 도막 외관을 개선하기 위하여 사용될 수 있고, 알칼리 용해 증점제 또는 무기계 증점제를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 알칼리 용해 아크릴 에멀젼, 우레탄 증점제, 폴리아마이드 왁스, 헥토라이트 클레이, 합성 벤톤형 증점제 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 유동성 조절제로서 사용가능한 시판 제품의 예로는 BASF사의 Viscalex HV 30, 산노프코사의 AM-3, Nopall 642, AM-2, SN 660T, Nopall UT-666, Kusumoto사의 AQ-600, AQ-607, 악스사의 Benton AD 및 ED, Rockwood사의 Laponite RD 및 RDS, BYK사의 BYK-420, BYK-425, Aquacer 507, Aquatix 8421 등을 들 수 있다. 적절한 도장 작업성 및 도막 외관 개선효과를 얻기 위해서는 상기 유동성 조절제가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 0.1~5 중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하며, 유동성 조절제 사용량이 이보다 적으면 도장시 칠흐름의 원인이 될 수 있고, 이보다 많으면 도료의 점도가 너무 높아지고 안료의 분산성이 떨어져 도료의 무화(미립화)가 어려워져 외관 저하가 발생할 수 있다.
중화제는 최종 도료의 저장안정성 및 pH 조절(pH 7.5∼9.0 수준으로)을 위하여 사용될 수 있고, 아민류의 중화제를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 암모니아, 트리에틸아민, 디메틸에탄올아민, 메틸에탄올아민, 앵거스의 AMP-95 등을 사용할 수 있다. 적절한 도료의 저장안정성 개선 및 pH 조절 효과를 얻기 위해서는 상기 중화제가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 0.1~1 중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하며, 중화제 사용량이 이보다 적으면 도료의 pH 저하로 저장 안정성에 영향을 주어 안료의 침전 및 재응집현상이 발생할 수 있고, 이보다 많으면 도료가 알칼리화되어 도막의 내알칼리성이 저하될 수 있다.
소포제는 도료 제조시 발생되는 기포 발생을 억제하고 도막 형성시 야기되는 핀홀 또는 팝핑(popping) 등의 현상을 억제 내지 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명에서 소포제로서 사용가능한 시판 제품의 예로는 BYK사의 BYK-011, BYK-015, Air Product사의 DF-21, Munzing사의 agitan 281 및 산노프코사의 Foamster-324 등을 들 수 있다. 적절한 사용 효과를 얻기 위해서는 상기 소포제가 도료 조성물의 전체 중량 기준으로 0.2 중량% 이상(예컨대, 0.2~2 중량%)로 사용되는 것이 바람직하며, 소포제 사용량이 이보다 적으면 도막 외관이 불량해질 수 있다.
본 발명의 도료 조성물을 제조하는 방법에는 특별한 제한이 없으며, 수용성 도료 조성물의 제조에 통상 사용되는 방법 및 장비를 적절히 활용하여 제조될 수 있다.
상기한 성분들을 특정적으로 조합하여 포함하는 본 발명의 도료 조성물을 중도삭제형 수용성 도장공법에서 제1 및/또는 제2베이스코트로 사용하면, 제1베이스코트와 제2베이스코트간 혹은 베이스코트와 클리어코트간 층섞임(혼층) 현상을 최소화하여 이에 의한 도막 외관 저하를 극복함과 동시에 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 자동차 도장라인에서 상기 도료 조성물을 사용하여 자동차를 도장하는 것을 특징으로 하는 자동차의 도장방법이 제공된다.
이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명에 따른 자동차 도장방법의 바람직한 일 구체예는 중도삭제형 도장방법으로, 여기에서는 자동차 도장라인에서 전착면 위에 본 발명의 도료 조성물을 제1베이스코트 및 제2베이스코트로 도장한 후 50~80℃의 온도에서 2~7분간 열풍건조하고, 그 위에 클리어코트를 도장한 후 한번에 소부경화시킨다. 여기서 제2베이스코트는 필요에 따라 이펙트 안료를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 및 비교예 1~3
하기 표 1에 나타낸 순서대로 성분들을 혼합하면서 최종점도를 포오드컵#4로 55초에 맞추어 자동차용 수용성 도료 조성물을 제조하였다. 전착면 위에 이와 같이 제조된 각각의 자동차용 수용성 도료 조성물로 제1베이스코트(건조도막두께: 12∼16 마이크론) 및 제2베이스코트(건조도막두께: 10~20마이크론)를 벨 도장한 후, 80℃에서 3분간 핫 에어를 불어주어 도료 내에 잔존하는 물을 증발시켰다. 그 위에 상도 투명 도료를 도장하고, 일반 오븐에서 140∼150℃로 20∼30분간 경화시켜 최종 도막을 형성시켰다. 최종 도막의 외관 및 물성들을 측정하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
Figure 112013025094514-pat00001
[사용 성분]
- 코어/쉘 마이크로겔 수지: 고형분 45%, 산가 15∼25mgKOH/g, 유리전이온도 -10~-2℃, 입자크기 60∼100nm (KCC)
- 폴리우레탄 디스퍼션 수지: 고형분 35%, 수평균 분자량 20,000, 산가 18∼23mgKOH/g, 유리전이온도 -20~-15℃, 입자크기 50∼80nm (KCC)
- 폴리에스테르 수지: 고형분 80%, 산가 5∼20mgKOH/g, 수평균 분자량 1,500, 유리전이온도 -25~-20℃, 수산가 90 (KCC)
- 멜라민 경화제: 이미노기를 함유하는 멜라민 수지 (Cymel 325, Cytec)
- 조용제 1: 에틸렌글리콜 모노부틸에테르
- 조용제 2: 노말프로필알콜
- 조용제 3: N-메틸피롤리돈
- 습윤제: 아세틸렌 알코올형 습윤제 (Surfynol 104BC, Air Product)
- 촉매: 도데실벤젠 술포닉 엑시드 타입 산 촉매 (XP-221, King Industries)
- 안료 (KCC)
- 자외선 흡수제: 벤조트리아졸계 자외선 흡수제 (Tinuvin 384, Ciba)
- 증점제: 알칼리 용해 증점제 (AM-3, San Nopco)
- 중화제: 아미노메틸프로판올 10% 용액 (AMP-95, Angus)
Figure 112013025094514-pat00002
[평가 기준]
- 도장작업성: 도료의 토출시 분무상태 양호하며, 소지에 젖음성이 좋을 것
- 도막외관: 자동차 외관 측정기인 Wave Scan DOI(BYK Gardner)를 적용하여 최종 CF value 측정(높을수록 유리함). 그 측정결과는 ◎-우수(CF 65이상), ○-양호(CF 60∼65), △-보통(CF 55∼60), ×-불량(CF 55미만)으로 나타냄
- 광택: 20도 광택 90 이상일 것
- 오버베이킹 재도장 부착성: 150℃에서 20분간 최종도막 경화 후, 150℃에서 60분간 오버베이킹한 다음, 상도 도료와 투명상도 도료를 재도장 및 경화시킨 후 부착성 테스트를 실시함 (2㎜ 크로스컷 100개 제작 후 스카치 테잎을 사용하여 떼어낸 후 문제없을 시 “양호”로 판단, 칼날의 크로스컷팅 부위에서도 떨어지는 것이 없을 때 “우수”로 판단)
- 내충격성: 500g의 추를 사용하여 30cm이상 높이에서 떨어뜨렸을 때 도막에 균열 및 박리가 없을 것
- 내수성: 40℃ 항온조에 완성된 도막을 10일간 침적 후 부착시험 및 변색평가
- 칠흐름성: 전착, 중도를 도장한 시편을 수직으로 걸어놓고 상도를 각 조건에서 도장한 후 경화시킨 후 관찰했을 때 도료의 흐름이나 광택저하 등이 없을 것
- 내한칩핑성: -20℃에서 3시간 방치 후 50g 칩핑 스톤을 사용하여 4bar의 압력으로 50g의 칩핑 스톤을 밀어내어 도막 표면을 가격시키는 방법을 사용 (1mm 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때 “우수” 판정, 1∼2mm 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때 “양호” 판정, 2∼3mm 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때 “보통” 판정)
상기 표 2에 나타낸 결과로부터, 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 수용성 도료는 도장공정 단축공법에서 기존의 도장공법과 비교하여 양호한 도막외관과 작업성 등을 제공함을 알 수 있었으며, 부착성과 내수성, 내한칩핑성 등의 기계적 물성이 우수함을 알 수 있었다. 반면, 비교예 1의 경우, 외관저하와 부착성, 내한칩핑성 등의 물성에서 문제가 있었고, 비교예 2는 부착성과 광택 등의 기계적 물성 저하 및 베이스층간 혼층현상에 의한 칠흐름성 발생과 외관저하를 초래하였다. 비교예 3의 경우, 내수성 저하의 문제와 오버베이킹 재도장 부착성에서 클리어와 베이스간의 반응성 저하로 부착성 문제가 발생하였다.

Claims (10)

  1. 도료 조성물의 전체 중량 기준으로,
    (1) 코어/쉘 마이크로겔 수지 5~40 중량%;
    (2) 폴리우레탄 디스퍼션 수지 2~20 중량%;
    (3) 폴리에스테르 수지 1~10 중량%;
    (4) 경화제 2~10 중량%;
    (5) 조용제 5~15 중량%;
    (6) 산 촉매 0.1~2 중량%;
    (7) 안료 10~30 중량%; 및
    (8) 물 15~45 중량%를 포함하고,
    상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지가 15∼35mgKOH/g의 산가를 가지는,
    자동차용 수용성 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어/쉘 마이크로겔 수지가, 수지 총중량 기준으로 30~70%의 고형분 함량, 5∼60mgKOH/g의 산가, -15∼0℃의 유리전이온도, 및 50∼200nm의 입자크기를 가지는 것임을 특징으로 하는 자동차용 수용성 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 디스퍼션 수지가, 수지 총 중량 기준으로 30∼60%의 고형분 함량, 8,000∼30,000의 수평균 분자량, 및 50∼200nm의 입자 크기를 가지는 것임을 특징으로 하는 자동차용 수용성 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지가, 수지 총중량 기준으로 60∼90%의 고형분 함량, 2∼50mgKOH/g의 산가, 1,000∼4,000의 수평균 분자량, 및 -40∼-20℃의 유리전이온도를 가지는 것임을 특징으로 하는 자동차용 수용성 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경화제가 이미노기 함유 친수성 멜라민 수지인 것을 특징으로 하는 자동차용 수용성 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조용제가 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 에틸렌글리콜헥실에테르, 2-에틸헥실알콜, N-메틸피롤리돈 및 노말프로필알콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 수용성 도료 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 습윤제, 자외선 흡수제, 이펙트 안료, 유동성 조절제, 중화제 및 소포제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 수용성 도료 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 수용성 도료 조성물을 사용하여 자동차를 도장하는 것을 특징으로 하는 자동차의 도장방법.
  9. 제8항에 있어서, 중도삭제형인 것을 특징으로 하는, 자동차의 도장방법.
  10. 제8항에 있어서, 자동차 도장라인에서 전착면 위에 상기 수용성 도료 조성물을 제1베이스코트 및 제2베이스코트로 도장한 후 50~80℃의 온도에서 2~7분간 열풍건조하고, 그 위에 클리어코트를 도장한 후 한번에 소부경화하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 도장방법.
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