KR102296628B1

KR102296628B1 - 에폭시 도료 조성물

Info

Publication number: KR102296628B1
Application number: KR1020190108252A
Authority: KR
Inventors: 정석희; 우명수; 이상민; 한상범
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-09-01
Also published as: KR20210026868A

Abstract

본 발명은 경도가 향상된 후막형 에폭시 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

에폭시 도료 조성물{Epoxy Coating Composition}

바닥재는 각종 구조물의 바닥면에 내약품성, 내수성, 내마모성 등을 부여하여, 구조물의 미관과 청결을 유지하는 역할을 한다. 콘크리트 건물의 고층화 및 고급화가 진행됨에 따라 각종 건축물의 바닥재에 다양한 물성이 요구되고 있고, 이에 바닥재의 조성이나 물성 등에 대한 연구가 점점 활발해지고 있다.

콘크리트 바닥재용으로 우레탄계, 에폭시계, 아크릴계 도료가 사용되고 있다. 그 중에서도 에폭시계 도료는 부착력, 내구력, 내약품성 등이 우수하여, 공장 바닥, 기계실, 전기실, 주차장 등의 심한 마모가 예상되어 우수한 내충격성이 요구되는 콘크리트 바닥에 많이 사용된다. 이러한 콘크리트 바닥재용 에폭시계 수지 조성물에 대한 다양한 연구가 지속되고 있으며, 일 예로, 대한민국 등록특허 10-1034561호는 에폭시계 바닥재 조성물을 개시하고 있다.

에폭시계 도료를 이용한 바닥재 시공법으로 에폭시 코팅, 에폭시 라이닝, 에폭시 레진몰탈공법 등이 사용되며, 이중 에폭시 라이닝은 1 내지 3 mm 정도의 후막(thick-film)으로 시공되고 우수한 외관 및 강도를 부여할 수 있어서, 고급건물이나 상업시설 등 다양한 용도로 많이 사용되고 있다.

에폭시 라이닝에 유성 에폭시 도료를 사용할 경우, 유해한 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)이 발생한다는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 수용성 에폭시 도료에 대한 개발이 진행되고 있으나, 도막 경도가 열세하여 박막(thin-film)형(예컨대 80 내지 100 ㎛의 도막)으로 사용은 가능하나, 후막형(예컨대 1 내지 3 mm의 도막)으로 사용할 경우에는 도막이 쉽게 눌리거나 박리된다는 문제점이 있다.

따라서, 유성 에폭시 도료 사용에 의한 환경 문제와 수용성 에폭시 도료의 경도 저하 문제를 해결할 수 있는 후막형 에폭시 도료 조성물에 대한 개발이 요구된다.

본 발명은 휘발성 유기 화합물(VOC) 등의 유해성분의 발생을 줄이면서도, 후막도장 시에도 도막의 우수한 경도 특성을 발휘할 수 있는 에폭시 도료 조성물을 제공한다.

본 발명은 에폭시 수지와 희석제를 포함하는 주제 및 지환족 아민과 폴리에테르계 아민을 포함하는 경화제를 포함하는 에폭시 도료 조성물을 제공한다.

본 발명은 경도가 향상된 후막형 에폭시 도료 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물은 유용성 및 수용성의 중간 타입을 구현함으로써, 휘발성 유기 화합물(VOC) 등 유해 성분의 발생을 현저히 줄이면서도 후막 도장 시에도 도막의 물성을 현저히 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다. 본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물은 아파트, 병원 등 유기 용제의 냄새에 민감한 건물의 바닥재에 적용 가능하다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성 요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물은 에폭시 수지와 희석제를 포함하는 주제 및 지환족 아민과 폴리에테르계 아민을 포함하는 경화제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물은 용제 및 도료 분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이하 본 발명의 에폭시 도료 조성물의 조성을 살펴보면 다음과 같다.

에폭시 수지

본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물은 주(主) 수지로서 에폭시 수지를 포함한다. 에폭시 수지는 도막 형성 시 내후성 및 내식성을 확보하는 역할을 한다. 상기 에폭시 수지는 당 분야에 알려진 통상적인 에폭시 수지라면 특별히 한정되지 않는다. 사용 가능한 에폭시 수지의 비제한적인 예로는, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변형 페놀 수지형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 테트라페닐에탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 페놀 부가반응형 에폭시 수지 또는 이들의 혼합 형태일 수 있으며, 또는 이를 포함하는 에멀젼 형태일 수 있다.

상기 에폭시 수지의 에폭시 당량은 특별히 한정되지는 않으나, 150 내지 250 g/eq, 예를 들어 170 내지 200 g/eq일 수 있고, 질량평균분자량은 200 내지 600 g/mol, 예를 들어 300 내지 500 g/mol일 수 있고, 고형분은 60 내지 100 %, 예를 들어 70 내지 100 %일 수 있다. 에폭시 수지가 전술한 범위의 물성을 갖는 경우, 도막 형성 시 우수한 내후성 및 내식성을 발휘할 수 있다.

상기 에폭시 수지는 에폭시 도료 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 50 중량%, 예를 들어 20 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 상기 에폭시 수지의 함량이 10 중량% 미만인 경우 경화성 및 성형성에 문제가 생길 수 있으며, 50 중량%를 초과하는 경우 흡습량 증가로 신뢰성이 저하되고, 상대적으로 강도가 낮아질 수 있다.

희석제

본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물은 희석제를 포함한다. 상기 희석제는 상기 에폭시 수지 조성물이 유용성과 수용성의 중간 타입을 나타내도록 할 수 있는 것으로, 본 발명에서는 일례로 글리시딜 에테르계 반응성 희석제가 사용될 수 있다.

사용 가능한 희석제의 비제한적인 예를 들면, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르, 크레실 글리시딜 에테르, 버사틱 산의 글리시딜 에스테르, 페닐 글리시딜 에테르, 2-에틸헥실 글리시딜 에테르, 파라-터셔리 부틸 페닐 글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜 에테르 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 디글리시딜 에테르 등을 들 수 있다.

상기 희석제는 에폭시 도료 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 20 중량%, 예를 들어 1 내지 10 중량%로 함유될 수 있다. 상기 희석제의 함량이 전술한 범위에 해당할 때, 에폭시 수지 조성물이 기본 물성을 유지하는 동시에 유용성과 수용성의 중간 타입으로 형성될 수 있다.

아민 경화제

본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물은 아민 경화제를 포함한다. 상기 아민 경화제는 에폭시 수지와 반응하여 도막을 형성하고, 광택을 부여하며, 내식성, 가공성, 내약품성, 경도 및 부착성 등 도막의 기본 물성을 제공하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물은 경화제로 지환족 아민과 폴리에테르계 아민을 포함한다.

상기 지환족 아민은 아민가가 200 내지 320 mgKOH/g, 예를 들어 230 내지 290 mgKOH/g이고, 활성수소당량(AHEW)이 100 내지 150, 예를 들어 130 내지 140 이고, 물 함량이 1 내지 15 %, 예를 들어 5 내지 10 %일 수 있다. 상기 지환족 아민이 전술한 범위의 물성을 갖는 경우, 도막 형성 시 우수한 경도 및 내후성을 발휘할 수 있다. 상기 지환족 아민으로 이소포론 디아민, 피페라진 및 완전 수소화 톨루엔 디아민 등을 사용할 수 있다.

상기 폴리에테르계 아민은 아민가가 850 내지 1,000 mgKOH/g, 예를 들어 920 내지 950 mgKOH/g이고, 활성수소당량(AHEW)이 40 내지 80, 예를 들어 50 내지 70일 수 있다. 상기 폴리에테르계 아민으로 1,3,3-트리메틸-1-아미노에틸-5-아미노사이클로헥산, α-(2-아미노메틸에틸)-ω-(2-아미노메틸에톡시)폴리[옥시(메틸-1,2-에탄다일)], 4,7,10-트라이옥사트라이데칸-1,13-다이아민 등을 사용할 수 있다.

일 예로, 상기 지환족 아민 및 폴리에테르계 아민의 배합비는 8:2 내지 6:4의 중량비, 예를 들어 7.8:2.2 내지 6.2:3.8일 수 있다. 상기 2종의 아민 경화제를 전술한 범위로 혼합하여 사용하는 경우, 도막의 기본 물성이 우수할 뿐만 아니라, 에폭시 수지와의 경화 반응 속도를 향상시킬 수 있다.

상기 지환족 아민 경화제는 에폭시 도료 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 30 중량%, 예를 들어, 10 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 폴리에테르계 아민 경화제는 에폭시 도료 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 20 중량%, 예를 들어 5 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 아민 경화제의 함량이 전술한 범위에 해당할 때, 도막의 기본 물성이 우수할 뿐만 아니라, 외관을 향상시킬 수 있다.

안료

본 발명의 에폭시 도료 조성물은 상기 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 도료 분야에서 통상적으로 사용되는 체질 안료를 더 포함할 수 있다. 체질 안료는 도료의 고온 고압 내화학성을 더욱 향상시킬 수 있다.

사용 가능한 체질 안료의 비제한적인 예로는, 탄산칼슘, 황산바륨, 장석, 카오린, 수산화알루미나, 수산화마그네슘, 티타늄다이옥사이드, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 몬모릴로나이트, 올라스토나이트, 탈크, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 질화알루미늄 등이 있는데, 이들은 단독으로 사용되거나 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 체질 안료의 형상은 구형 또는 무정형일 수 있으며, 이에 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 체질 안료의 평균 입경은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 1 내지 20 ㎛일 수 있다.

상기 체질 안료는 에폭시 도료 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 45 중량%, 예를 들어 15 내지 40 중량%일 수 있다. 체질 안료의 함량이 전술한 범위일 경우, 도막의 기계적 물성, 내충격성, 부착성 등이 향상될 수 있다.

본 발명의 에폭시 도료 조성물은 상기 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 도료 분야에 통상적으로 사용되는 유색 안료를 더 포함할 수 있다.

유색 안료는 에폭시 수지와 혼합하여 도료에 원하는 색상(유색)을 발현하거나 도막의 강도나 광택을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 유색 안료는 용매에 분산된 액상 조색제 형태로 혼합될 수 있다.

이러한 유색 안료로는 도료에 통상적으로 사용되는 유기 안료, 무기 안료, 메탈릭 안료, 알루미늄-페이스트(Al-paste), 펄(pearl) 등을 제한 없이 사용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼용할 수 있다. 사용 가능한 유색 안료의 비제한적인 예로는, 아조계, 프탈로시아닌계, 산화철계, 코발트계, 탄산염계, 황산염계, 규산염계, 크롬산염계 안료 등이 있으며, 예컨대, 티타늄 디옥사이드, 징크 옥사이드, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비 블루, 시아닌 블루 및 이들의 2종 이상의 혼합물 등이 있다.

본 발명에서 유색 안료의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 에폭시 도료 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%, 예를 들어 0.1 내지 10 중량%일 수 있다. 유색 안료의 함량이 전술한 범위일 경우, 본 발명의 도료 조성물을 적용한 도막의 색상 발현이 우수하고, 도막의 은폐성 및 기계적 물성이 향상될 수 있다.

첨가제

본 발명의 에폭시 도료 조성물은 상기 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 당 업계에 알려진 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다.

사용 가능한 첨가제의 비제한적인 예로는 분산제, 침강 방지제, 소포제, 탈포제, 레벨링제, 점도 조절제, 가소제, 경화 촉진제, 조색제 또는 이들의 혼합물 등이 있다.

분산제는 도료 조성물을 구성하는 각 재료들을 분산시키고 거리 유지를 통해 재응집을 막아 도막의 균일한 물성을 발현하도록 하는 역할을 한다. 상기 분산제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 일례로, 고분자량의 블록 공중합체 타입의 분산제 등을 사용할 수 있다.

소포제는 도장 시 발생되는 기포를 억제함으로써 도막의 외관을 높여주는 역할을 하는 것으로서, 당 분야에 알려진 통상적인 소포제를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘계 또는 비실리콘계 소포제를 사용할 수 있고, 일례로 파라핀을 사용할 수 있다.

침강 방지제는 재료들의 침강을 막아 도막이 균일한 성상으로 형성하도록 하는 역할을 하는 것으로서, 당 분야에 알려진 통상적인 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 클레이(clay) 타입의 침강 방지제 등이 있다.

레벨링제는 도료 조성물이 평탄하고 매끄럽게 코팅되도록 레벨링함으로써, 조성물 내의 접착력을 증진시키면서 도막의 외관 특성을 향상시키기 위한 것이다. 상기 레벨링제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로, 아크릴계, 실리콘계, 폴리에스테르계, 아민계 레벨링제 등이 있다.

가소제는 도료 조성물의 점도를 조절하고 저장안정성을 개선시키는 역할을 한다. 상기 가소제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로, 방향족 에스테르계(aromatic esters) 가소제를 사용할 수 있다.

상기 첨가제의 함량은 당 분야에 공지된 함량 범위 내에서 적절히 조절할 수 있으며, 일례로 에폭시 도료 조성물 총 중량을 기준으로 각각 0.1 내지 10 중량%일 수 있다.

본 발명의 에폭시 도료 조성물은 당 분야에 공지된 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로 전술한 에폭시 수지와 희석제를 혼합하여 주제를 제조하고, 전술한 지환족 아민, 폴리에테르계 아민, 분산제, 소포제, 체질안료, 유색안료 등의 첨가제를 혼합하여 경화제를 제조한 후, 이들을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 에폭시 도료 조성물의 유리전이온도(시차 주사 열량계(DSC) 사용, 승온 속도 5 ℃/min)는 30 내지 50 ℃이고, 신율(ASTM D638)은 1 내지 2 %일 수 있다. 에폭시 도료 조성물의 유리전이온도 및 신율이 전술한 범위일 경우, 해당 도료 조성물을 적용한 도막의 외관 및 기계적 물성이 향상될 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1-10>

하기 표 1에 기재된 조성에 따라, 실시예 1-10의 에폭시 도료 조성물을 제조하였다. 하기 표 1에서의 각 성분의 사용량 단위는 중량부이다.

<비교예 1-4>

하기 표 2에 기재된 조성에 따라, 비교예 1-4의 에폭시 도료 조성물을 제조하였다. 하기 표 2에서의 각 성분의 사용량 단위는 중량부이다.

에폭시 수지 1: 비스페놀 A 에폭시 에멀젼(에폭시 당량 185 g/eq, 질량평균분자량 420 g/mol, 고형분 100 %)

에폭시 수지 2: 비스페놀 A 에폭시 에멀젼(에폭시 당량 195 g/eq, 질량평균분자량 320 g/mol, 고형분 70 %)

에폭시 수지 3: 비스페놀 A 에폭시 에멀젼(에폭시 당량 500 g/eq, 질량평균분자량 280 g/mol, 고형분 47 %)

용제 1: 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(EPODIL 750, EVONIK)

용제 2: 2-에틸헥실 글리시딜 에테르

용제 3: 벤질알콜

아민 수지 1: 이소포론 디아민 어덕트(아민가 245 mgKOH/g, 활성수소당량 140, 물함량 10 %, 고형분 90 %)

아민 수지 2: 이소포론 디아민 어덕트(아민가 285 mgKOH/g, 활성수소당량 130, 물함량 7 %, 고형분 93 %)

아민 수지 3: 이소포론 디아민 어덕트(아민가 355 mgKOH/g, 활성수소당량 250, 물함량 45 %, 고형분 55 %)

아민 수지 4: 1,3,3-트리메틸-1-아미노메틸-5-아미노사이클로헥산(아민가 930 mgKOH/g, 활성수소당량 60)

아민 수지 5: 1,3,3-트리메틸-1-아미노메틸-5-아미노사이클로헥산(아민가 1,150 mgKOH/g, 활성수소당량 100)

분산제 1: TEGO 660C(EVONIK)

분산제 2: PX 4585(EFKA)

소포제: 비실리콘계 소포제(BYK 011)

체질안료 1: 황산바륨

체질안료 2: 탄산칼슘

유색안료 1: 티타늄 옥사이드

유색안료 2: 아세틸렌 블랙

<실험예-물성 평가>

실시예 1-10 및 비교예 1-4에 따라 제조된 에폭시 도료 조성물의 물성을 하기와 같이 측정한 후 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

경도

각 실시예 및 비교예의 주제 및 경화제를 교반(디졸버, 1,000 RPM, 1분)하여 제조된 도료 조성물을 유리판(30 cm×60 cm)에 RAKE로 넓게 펼친 후, 25 ℃에서 5일동안 건조시켜 시편을 제조하였다. 쇼어 경도계(Shore D)를 사용하여 각 시편의 경도를 측정하였고, 3회 측정치의 평균을 기록하였다.

레벨링성(MILS)

각 실시예 및 비교예의 주제 및 경화제를 교반(디졸버, 1,000 RPM, 1분)하여 도료 조성물을 제조하였다. 수평 유리판 위에 Sag-Meter(2-60 mils)를 올려 놓고, Sag-Meter 안쪽에 각 도료 조성물을 부은 다음 어플리케이션하였다. 도료가 굳은 다음 굴곡이 발생한 부위와 Sag-Meter 숫자를 비교하여, 레벨링을 측정하였다.

(평가기준: 레벨링 수치가 낮을 수록 외관 우수)

소포성

각 실시예 및 비교예의 주제 및 경화제를 교반(디졸버, 1,000 RPM, 1분)하여 제조된 도료 조성물을 유리판 (300 cm X 600 cm)에 RAKE로 넓게 펼친 후, 기포 개수를 측정하였다.

(3: 우수(기포 없음), 2: 보통(기포 2개 이하), 1: 열세(기포 2개 초과)

광택

상기 경도 측정용 시편에 대하여 광택(60°)을 측정하였다.

(평가기준: 수치가 높을 수록 광택 우수)

유리전이온도

시차주사 열량측정법(differential scanning calorimetry, DSC)으로 각 실시예 및 비교예의 도료 조성물의 유리전이온도를 측정하였다.

신율

KSF 4923:2005 시험 방법을 사용하여, 파단시 신장율을 측정하였다.

상기 표 3의 결과로부터, 본 발명에 따른 실시예의 에폭시 도료 조성물로 형성된 도막은 비교예의 도료 조성물로 형성된 도막에 비하여 물성이 전반적으로 우수함을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예의 에폭시 도료 조성물은 우수한 도막 경도를 나타내는 바, 후막형 도장에 사용하기에 적절한 물성을 확보함을 확인할 수 있었다.

Claims

에폭시 수지 및 희석제를 포함하는 주제; 및
지환족 아민 및 폴리에테르계 아민을 포함하는 경화제를 포함하고,
상기 에폭시 수지는 질량평균분자량이 200 내지 600 g/mol이고, 고형분이 60 내지 100 %이고,
상기 지환족 아민은 활성수소당량(AHEW)이 100 내지 150이고, 물 함량이 1 내지 15 %이고,
상기 지환족 아민 및 폴리에테르계 아민의 배합비는 8:2 내지 6:4 중량비인 에폭시 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 에폭시 당량이 150 내지 250 g/eq인 에폭시 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 지환족 아민은 아민가가 200 내지 320 mgKOH/g인 에폭시 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리에테르계 아민은 아민가가 850 내지 1,000 mgKOH/g이고, 활성수소당량(AHEW)이 40 내지 80인 에폭시 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 희석제는 글리시딜 에테르계 반응성 희석제인 에폭시 도료 조성물.
제1항에 있어서, 에폭시 도료 조성물 총 중량을 기준으로, 상기 에폭시 수지 10 내지 50 중량%, 상기 희석제 1 내지 20 중량%, 상기 지환족 아민 5 내지 30 중량% 및 상기 폴리에테르계 아민 5 내지 20 중량%를 포함하는 에폭시 도료 조성물.