KR102330128B1 - 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 소수성 서브미크론 입자 및 개시제의 존재 하에, 비-수성 용매 내에서 하나 이상의 아크릴 단량체를 중합하는 단계를 포함하는 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법, 뿐만 아니라 아크릴 분말 코팅 수지 시스템으로부터 제조되는 분말 코팅 조성물에 관한 것이다.

Description

아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법{PROCESS FOR MAKING ACRYLIC POWDER COATING RESIN SYSTEMS}
본 개시내용은 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법, 및 상기 방법에 의해 제조되는 분말 코팅 수지 및 분말 코팅 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시내용은 소수성 서브미크론 입자의 존재 하에, 하나 이상의 아크릴 단량체, 예컨대 에폭시, 하이드록실 또는 산 관능성 단량체를 중합하는 단계를 포함하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법에 관한 것이다.
질주하는 자동차의 금속 휠 및 다른 트림(trim)의 노출된 부위는 날아다니는 아주 작은 돌들에 부딪히며, 이는 이의 보호용 코팅을 마모시킬 수 있다. 이들 부품을 보호하기 위해서는 경질의 단단한 필름이 필요하다. 나아가, 알루미늄 또는 포지드 합금(forged alloy)이 휠 또는 트림이 사용되는 경우, 코팅이 양호한 명료성을 나타내는 것이 종종 바람직하다. 이러한 필름은 이상적으로는 비-다공성이어야 하며, 필름과 금속의 계면에서의 부식(필러폼 부식(filiform corrosion)으로도 알려져 있음)의 번짐을 방지하기 위해 금속에 대해 우수한 접착력을 나타내어야 한다.
Daly 등의 미국 특허 공개 2009/0192247("Daly")은, 알루미늄, 포지드 합금 또는 금속 기판에 대해 필러폼 내부식성 경화된 분말 코팅을 제조하기 위한 수단으로서, 소수성 서브미크론 입자를 포함하는 열경화성 아크릴 수지 분말 코팅 조성물의 용도를 개시하고 있다. Daly는 또한, 소수성 서브미크론 입자가 긴밀한 혼합 또는 수지 입자 응집 전 또는 도중에 분말 코팅 조성물에 첨가되어 분말 코팅 조성물을 형성하고, 분말 코팅 입자 또는 응집물의 일부가 됨을 개시하고 있거나, 또는 사용되는 소수성 서브미크론 입자의 일부가 즉 개별 입자로서, 긴밀하게 혼합된 분말 코팅 조성물과 함께 포스트-블렌드 또는 건조 블렌드될 수 있음을 개시하고 있다. Gebauer 등의 미국 특허 공개 2014/00509285는 결합제 및 매팅제(matting agent)와 함께 블렌딩되어 균질한 혼합물을 형성하는, 소수성 서브미크론 레올로지컬 어시스턴트(rheological assistant)를 개시하고 있다.
ChemIP B.V.의 유럽 특허 공개 EP 2 048 116은, 공비 물/용매 혼합물에서 형성되며 요망되는 수분 함량이 달성될 때까지 추가로 처리되는 유기실라놀-관능화된 나노입자를 개시하고 있다. 바람직하다면, 더 많은 물이 코팅 조성물에 첨가될 수 있다.
소수성 서브미크론 입자를 포함하는 종래의 분말 코팅 조성물이 지금까지 적절한 필러폼 내부식성을 제공하긴 하였지만, 양호한 명료성을 유지하면서도, 경화된 분말 코팅에 평활도(smoothness), 경도, 내화학성, 내후성(weatherability)의 개선을 제공하는, 자동차 트림 또는 자동차 휠 적용을 위한 특히 투명한 코트 탑코트로서 사용하기 위한, 개선된 분말 코팅 조성물이 요망되고 있다.
본 개시내용은 소수성 서브미크론 입자의 존재 하에, 비-수성 용매 내에서 아크릴 단량체를 용액 (공)중합함으로써 형성되는 분말 코팅 수지 시스템을 제공한다. 소수성 서브미크론 입자의 존재 하에, 비-수성 용매 내에서 아크릴 단량체를 중합하면, 성장하는 중합체들과 함께 입자들이 용액 내에서 긴밀하게 분산되도록 한다. 수지의 합성 동안에 소수성 서브미크론 입자를 분산시키는 것은 생성되는 경화된 분말 코팅에서, 특히, 투명한 코트 또는 착색된 투명한 코트 경화된 분말 코팅에서 명료성, 경도 및 평활도의 개선을 유도하는 것으로 여겨진다. 나아가, 본원에 기술된 공정의 구현예에 의해 제조되는 일부 분말 코팅 수지는 자동차 트림 및 휠 코팅 적용에 사용되는 경화된 분말 코팅 조성물에 특히 유용할 수 있다.
본원에 개시된 공정에 의해 제조되는 분말 코팅 수지는, 가공 전에 분말 원료 믹스에 첨가되거나 압출 단계 동안에 그라운드 분말 코팅 조성물에 첨가되는 소수성 서브미크론 입자를 포함하는 경화된 분말 코팅 조성물과 비교하여, 경화된 분말 코팅에서의 양호한 광학 명료성을 해치지 않으면서도, 경도 및 평활도를 개선하는 것으로 확인되었다.
건조한 조건, 수분-무함유 조건 또는 실질적으로 수분-무함유 조건 하에서의 아크릴 단량체 및 소수성 서브미크론 입자의 중합은 단량체와 물 사이의 바람직하지 못한 반응을 피할 수 있다. 예를 들어, 에폭시 관능성 단량체, 예컨대 CN 101358097 또는 KR 958539에 기술된 것들은 물과 반응할 것으로 예상될 것이다. 건조한 조건, 수분-무함유 조건 또는 실질적으로 수분-무함유 조건 하에서의 아크릴 단량체 및 소수성 서브미크론 입자의 중합은 또한, 코어/쉘 구조의 중합 동안에 형성을 피할 수 있으며, 여기서, 입자는 코어를 제공하고 중합체는 쉘을 형성한다. 이러한 코어/쉘 구조로부터 형성되는 분말 코팅 수지 시스템 및 생성되는 분말 코팅 조성물은 중합체 및 입자의 분포를 가진 필름 대신에 바람직하지 못한 입자를 형성한다. 일부 구현예에서, 분말 코팅 조성물은 양호한 명료성을 유지하면서도, 경화된 분말 코팅 평활도, 경도, 내화학성 및 내후성의 개선을 나타내는 투명하거나 염색된 경화된 분말 코팅을 제공할 수 있다. 나아가, 경화된 분말 코팅은 알루미늄 또는 포지드 합금 기판, 예컨대 자동차 휠 또는 자동차 트림 기판 상에서 우수한 필러폼 내부식성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 또는 포지드 합금 기판은 세정되고, 아연 포스페이트 또는 철 포스페이트 전처리에 의해 전처리된 다음, 본원에 기술된 분말 코팅 조성물로 코팅될 수 있다. 또한, 분말 코팅 조성물은 또한, 철, 강철, 마그네슘 합금 및 브라쓰(brass) 기판 상에 내부식성의 경화된 분말 코팅을 형성한다.
분말 코팅 조성물은 하나 이상의 열경화성 아크릴 공중합체를 가진 입자 및 하나 이상의 긴밀하게 분산된 소수성 서브미크론 입자를 포함한다. 일 구현예에서, 하나 이상의 소수성 서브미크론 입자 첨가제는 바람직하게는, 분말 코팅 수지 시스템의 총 중량을 기준으로, 약 0.01　중량% 내지 약 1.5 중량%의 양으로, 수지의 합성 동안에 일 성분으로서 첨가된다. 바람직하게는, 하나 이상의 아크릴 공중합체는 에폭시, 하이드록실 또는 산 관능성 아크릴 단량체를 포함한다.
적합한 소수성 서브미크론 입자는 무기 옥사이드 및 하나 이상의 유기규소 화합물을 포함하는 입자 등이 있을 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 유기규소 화합물의 비제한적 예로는, 올리고유기규소 화합물, 폴리유기규소 화합물 및 이들의 혼합물 등이 있다. 일부 구현예에서, 유기규소 화합물은 바람직하게는, 수지 반응성 기, 즉, 에폭시, 카르복실산, 미네랄 산, 아민, 이소시아네이트, 비닐 또는 아크릴기를 실질적으로 포함하지 않는다. 본원에서, 용어 "수지 반응성 기를 실질적으로 포함하지 않는"은, 가공 및/또는 경화 시 또는 그 결과 구현예의 아크릴 공중합체와 반응하는 관능성 기를, 분자 또는 화합물의 총 중량을 기준으로, 약 0.1 중량% 이하로 가지는 분자 또는 화합물을 지칭한다. 바람직한 유기규소 화합물의 비제한적 예로는, 폴리다이메틸 실록산(PDMS), 올리고다이메틸 실록산, 폴리메틸페닐 실록산 및 올리고메틸페닐 실록산 등이 있다. 대안적으로, 유기규소 화합물은 실라놀(SiOH)기를 약 0.01 중량% 내지 약 7.5 중량%로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 적합한 무기 옥사이드 입자는, 총 평균 입자 크기가 약 0.001 ㎛(약 1 나노미터) 내지 약 1.0 ㎛, 약 0.004 ㎛ 이상, 또 다른 구현예에서 약 0.25 미크론 이하, 보다 바람직하게는 약 0.1 ㎛ 이하인 입자 또는 응집물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 무기 옥사이드는 흄드 실리카 또는 금속 옥사이드, 예컨대 알루미나, 또는 이들의 조합을 포함한다.
소수성 서브미크론 입자의 제조에 사용될 수 있는 유기규소 화합물의 비제한적인 예로는, 폴리다이유기실록산, 폴리유기실록산, 폴리다이유기실라잔 또는 폴리유기실라잔; 유기실란(예, 옥틸 실란 및 다이유기실란); 유기실라잔(예, 헥사메틸렌 다이실라잔); 유기다이실라잔; 실란의 올리고머(예, 펜타메틸다이실록산); 유기올리고실라잔 및 이들의 혼합물 등이 있다. 본원에서, 용어 "유기"는 C1 내지 C12 알킬기, 사이클로알킬기, (알킬)아릴기 또는 페닐기에 의해 정의된다. 일부 구현예에서, 유기규소 화합물은 바람직하게는 폴리다이메틸실록산, 폴리(메틸페닐)실록산, 또는 다이할로알킬 실란 또는 다이할로다이알킬 실란의 축합 반응 생성물(즉, 올리고다이알킬실록산 또는 폴리다이알킬실록산)일 수 있다.
일부 구현예에서, 본원에 개시된 소수성 서브미크론 입자를 제조하기 위한 무기 옥사이드 입자 및 응집물의 평균 입자 크기는 약 0.004 ㎛(약 5 나노미터) 내지 약 1.0 ㎛, 바람직하게는 약 0.2 미크론 이하, 약 0.1 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 0.075 ㎛ 이하일 수 있다. 일부 구현예에서, 무기 옥사이드는 실리카 또는 흄드 실리카; 금속 옥사이드(예, 알루미늄 옥사이드, 아연 옥사이드, 티타늄 옥사이드 및 마그네슘 옥사이드); 실리케이트(예, 알칼리 금속 실리케이트); 및 유기-무기 옥사이드 복합물(예, (다이)알콕시 실란과 실리카 또는 실리케이트의 축합 반응 생성물) 및 이들의 혼합물일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 소수성 서브미크론 입자는 처리된 흄드 실리카, 예컨대 다이메틸다이할로실란 처리된 흄드 실리카의 축합 반응 생성물이다.
적합한 소수성 서브미크론 입자의 예로는, 다이메틸다이클로로실란으로 (열) 처리된 흄드 실리카, 예컨대 입자 크기가 다양하게 입수가능하며 미국, 뉴저지주 파시패니 소재의 Degussa Corporation으로부터 상표명 AEROSIL R972, AEROSIL R974 또는 AEROSIL R976 하에 판매되는 것들; 헥사메틸다이실라잔(HMDS)으로 처리된 흄드 실리카, 예컨대 미국, 뉴저지주 파시패니 소재의 Degussa Corporation으로부터 상표명 AEROSIL RX 50 하에 판매되는 것들; 실란화된 아연 옥사이드, 예컨대 미국, 뉴저지주 파시패니 소재의 Degussa Corporation으로부터 상표명 VP AD NANO Z 805 하에 판매되는 것들; 알루미늄 옥사이드, 예컨대 미국 일리노이주 로메오빌 소재의 Nanophase Technologies로부터 상표명 NANOARC L-2255 하에 판매되는 것과 같은 수(water) 중 20 nm Al2O3의 30 중량% 분산액, 미국 일리노이주 로메오빌 소재의 Nanophase Technologies로부터 상표명 NANOARC AL-2350 하에 판매되는 것과 같은 수 중 250 nm Al2O3의 55 중량% 분산액, 또는 미국 일리노이주 로메오빌 소재의 Nanophase Technologies로부터 상표명 NANOARC AL-2850 하에 판매되는 것과 같은 수 중 800 nm Al2O3의 55 중량% 분산액; 옥틸실란으로 처리된 발열성 알루미늄 옥사이드, 예컨대 미국, 뉴저지주 파시패니 소재의 Degussa Corporation으로부터 상표명 ALU C 805 AER옥사이드 하에 판매되는 것들; 다이클로르다이메틸실란 변형된 발열성 실리카, 예컨대 미국, 뉴저지주 파시패니 소재의 Degussa Corporation으로부터 상표명 AER옥사이드 LE2 하에 판매되는 것들; 고도로 분산된 소수성 티타늄 다이옥사이드, 예컨대 미국, 뉴저지주 파시패니 소재의 Degussa Corporation으로부터 상표명 AER옥사이드 T 805 하에 판매되는 것들; 및 소수성 흄드 실리카, 예컨대 미국, 뉴저지주 파시패니 소재의 Degussa Corporation으로부터 상표명 AEROSIL R8200, AEROSIL R9200 및 AEROSIL R504 하에 판매되는 것들 등이 있다.
일부 구현예에서, 코팅 명료성을 보장하기 위해, 하나 이상의 소수성 서브미크론 입자가 분말 코팅 수지 시스템의 총 중량을 기준으로, 약 0.01 중량% 내지 약 2.0 중량%, 약 1.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.5 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.3 중량% 이하의 양으로 첨가될 수 있다. 일부 구현예에서, 소수성 서브미크론 입자는 바람직하게는 약 0.05 중량% 이상의 양으로 첨가된다.
비수성 용매의 비제한적 예로는, 톨루엔, 자일렌, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 아밀 케톤, 이소아밀 아세테이트, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 및 이들의 혼합물 등이 있다. 일부 구현예에서, 비수성 용매는 초임계 이산화탄소를 포함하지 않는다.
일부 구현예에서, 중합 단계 동안에 사용되기에 적합한 하나 이상의 개시제로는, 열적 개시제 또는 라디칼 개시제 등이 있을 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다. 이러한 개시제의 비제한적 예로는, tert-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-아밀 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-부틸 퍼옥시다이에틸아세테이트, tert-부틸 퍼옥시이소부티레이트, 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, 3차 부틸 퍼벤조에이트, 쿠멘 퍼옥사이드, 다이메틸아조비스-이소부티레이트, 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 2,2'-아조비스(2,4-다이메틸-펜탄니트릴), 2,2'-아조비스-(2-메틸프로판니트릴), t-부틸 퍼옥시 피발레이트 및 이들의 혼합물 등이 있다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 아크릴 중합체 조성물을 제조하기 위해, 하나 이상의 중합 개시제가, 단량체의 총 중량을 기준으로, 약 0.5 중량% 내지 약 9 중량%, 또 다른 구현예에서 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 8 중량%, 보다 다른 구현예에서 보다 바람직하게는 약 6 중량% 내지 약 7.5 중량%의 범위의 양으로 사용된다.
일부 구현예에서, 부가적인 소수성 서브미크론 입자는, 중합체의 합성 동안에 첨가되는 소수성 서브미크론 입자의 양 외에도, 긴밀한 혼합 또는 수지 입자 응집 전 또는 도중에 분말 코팅 조성물에 첨가되어, 분말 코팅 조성물을 형성할 수 있다. 이들 부가적인 소수성 서브미크론 입자는 또한, 분말 코팅 입자 또는 응집물의 일부가 되기도 한다. 또한, 사용되는 소수성 서브미크론 입자의 총 양의 300 중량%를 초과하지 않는 하나 이상의 소수성 서브미크론 입자의 일부는 포스트-블렌드 또는 건조 블렌드될 수 있으며, 즉, 혼합된 분말 코팅 조성물과 함께 개별 입자로서 존재할 수 있다. 이에, 일부 구현예에서, 아크릴 중합체에 첨가되는 소수성 서브미크론 입자의 양의 상한은 약 2 중량%이다. 따라서, 일부 구현예에서, 포스트-블렌드 또는 건조 블렌드에서 서브미크론 입자의 양의 상한은 약 0.6 중량%이다.
일부 구현예에서, 아크릴 공중합체는 아크릴 단량체, 예컨대 에폭시, 하이드록실 또는 산 관능성 단량체로부터 수득된다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 단량체는, 아크릴 공중합체가 유동 및 필름-형성 특성을 손상시키지 않으면서도 적절한 내블로킹성(blocking resistance) 및/또는 패키징 안정성(package stability)을 보장하기 위한 유리 전이 온도(Tg)를 나타내도록 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, 아크릴 공중합체의 Tg는 약 40 섭씨 온도(℃) 내지 약 90℃의 범위, 바람직하게는 약 50℃ 초과일 수 있다.
일부 구현예에서, 공중합체는 하나 이상의 에폭시 관능성 단량체와 하나 이상의 비닐 또는 아크릴 공단량체, 바람직하게는 그 자체가 Tg가 약 25℃ 내지 약 175℃의 범위, 보다 바람직하게는 약 50℃ 초과인 동종중합체를 형성할 공단량체로부터 형성되는 아크릴 공중합체이다.
하이드록실 관능성 단량체는 하나 이상의 하이드록실기를 함유하는 에틸렌적으로 불포화된 단량체를 포함한다.　 하이드록실 단량체의 비제한적 예로는, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시부틸 아크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 하이드록시부틸 메타크릴레이트 및 하이드록시프로필 메타크릴레이트 등이 있다.
산 단량체의 비제한적 예로는, 하나 이상의 산 모이어티, 예컨대 카르복실산 기, 인산 기, 술폰산 기를 함유하는 에틸렌적으로 불포화된 단량체 등이 있다.　 산 단량체의 예로는, 카르복실산 단량체 예컨대 (메트)아크릴산, 크로톤산, 이타콘산, 푸마르산, 말레산, 모노메틸 이타코네이트, 모노메틸 푸마레이트 및 모노부틸 푸마레이트; 인산 단량체, 예컨대 포스포에틸(메트)아크릴레이트; 및 황산(sulfur acid) 단량체, 예컨대 소듐 비닐 술포네이트 및 아크릴아미도 프로판 술포네이트 등이 있다.
일부 구현예에서, 아크릴 공중합체는 Tg가 약 40℃ 내지 약 90℃인 하나 이상의 에폭시 관능성 아크릴 공중합체로부터 선택되는 임의의 아크릴 공중합체일 수 있다. 하나 이상의 에폭시 관능성 아크릴 공중합체는, 하나 이상의 에폭시 관능성 불포화된 단량체, 예를 들어 글리시딜(메트)아크릴레이트와 하나 이상의 비닐 또는 아크릴 공단량체, 바람직하게는 그 자체가 유리 전이 온도(Tg)가 약 25℃ 내지 약 175℃인 동종중합체를 형성할 공단량체의 공중합 생성물을, 공중합된 총 단량체를 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량%로 포함할 수 있다. 사용되는 에폭시 관능성 불포화된 단량체의 양이 공중합된 단량체의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 미만인 경우, 이는 내용매성 및 기계적 강도의 개선에 어느 정도 기여하지는 않는다. 한편, 그 양이 동일한 기준으로 약 40 중량%를 초과하는 경우, 내부식성에서 부가적인 개선이 수득되지 않는다.
일부 구현예에서, 아크릴 공중합체는 하나 이상의 산 관능성 아크릴 공중합체이다. 하나 이상의 카르복실산 관능성 아크릴 공중합체는, 하나 이상의 α-β 에틸렌적으로 불포화된 카르복실산과 하나 이상의 비닐 또는 아크릴 공단량체, 바람직하게는 그 자체가 유리 전이 온도(Tg)가 25℃ 내지 175℃인 동종중합체를 형성할 공단량체의 공중합 생성물이며 중량 평균 분자량이 약 1000 내지 약 30,000이고 카르복실산 당량이 약 300 내지 약 1000, 바람직하게는 약 500 이상인 임의의 공중합체를, 공중합된 단량체의 총 중량을 기준으로, 2.5 중량% 내지 25 중량%로 포함할 수 있다. 카르복실산 관능성 아크릴 공중합체의 비제한적 예로는, 상표명 JONCRYL 819 및 JONCRYL 821 하에 미국 미시간주 와이언덧 소재의 BASF Corporation 하에 판매되는 아크릴 수지를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 아크릴 공중합체는 하나 이상의 인산 관능성 아크릴 공중합체이다. 인산 관능성 아크릴 공중합체는 하나 이상의 인산 단량체와 하나 이상의 비닐 또는 아크릴 공단량체, 바람직하게는 그 자체가 유리 전이 온도(Tg)가 25℃ 내지 175℃인 동종중합체를 형성할 공단량체의 공중합 생성물을, 공중합된 단량체의 총 중량을 기준으로, 0.5 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량%로 포함할 수 있다. 인산 관능성 아크릴 공중합체는 하나 이상의 α-β 에틸렌적으로 불포화된 카르복실산의 공중합 생성물을, 공중합된 단량체의 총 중량을 기준으로, 10 중량% 이하, 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량%로 추가로 포함할 수 있다. 아크릴 공중합체는 하나 이상의 인산 관능성 아크릴 공중합체와 하나 이상의 에폭시 관능성 아크릴 공중합체의 혼합물을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 아크릴 수지의 제조에 적합한 에폭시 관능성 불포화된 단량체는 예를 들어, α-β 에틸렌적으로 불포화된 카르복실산, 예컨대 (메트)아크릴산, 말레산 또는 이타콘산의 하나 이상의 글리시딜 에스테르 및 알릴 글리시딜 에테르를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 에폭시 관능성 단량체는 화학식 H2C=C(R8)C(O)OR9의 글리시딜 (메트)아크릴레이트 단량체로부터 선택되며, 이러한 화학식에서, R8은 H 또는 저급 알킬기이고, R9은 탄소수 1 내지 4의 글리시딜 말단, 분지형 또는 비분지형 알킬렌 잔기, 즉, 글리시딜 고리는 불포화에 대해 원거리에 있는 말단에 존재한다. 화학식의 정의 내의 예시적인 화합물은 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜 (메트)아크릴레이트 및 1,2-에폭시부틸아크릴레이트, 바람직하게는, 화학식의 글리시딜 (메트)아크릴레이트이며, 여기서, R8은 메틸이고, R9은 글리시딜 메틸렌기이다. 글리시딜 (메트)아크릴레이트 단량체는 단량체들의 혼합물을 포함할 수 있다. 글리시딜 (메트)아크릴레이트는 The Dow Chemical Company(미국 미시간주 미들랜드)사로부터 상업적으로 입수될 수 있거나, 또는 이는 당업자에게 알려진 반응 조건하에 제조될 수 있다.
적합한 α-β 에틸렌적으로 불포화된 카르복실산 단량체로는 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴옥시프로피온산, 크로톤산, 푸마르산, 푸마르산의 모노알킬 에스테르, 말레산, 말레산의 모노알킬 에스테르, 이타콘산, 이타콘산의 모노알킬 에스테르 및 이들의 혼합물 등이 있을 수 있다.
인산 관능성 아크릴 공중합체의 제조에 적합한 인산 단량체는 인산기를 가진 임의의 α-β 에틸렌적으로 불포화된 단량체일 수 있으며, 산 형태로 존재하거나 또는 인산 기의 염으로서 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 이러한 인산 단량체는 폴리에틸렌 글리콜 모노(메트)아크릴레이트의 포스페이트 에스테르 또는 폴리프로필렌 글리콜 모노(메트)아크릴레이트의 포스페이트 에스테르를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 인산 단량체는 예를 들어, 포스포알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 포스포에틸 (메트)아크릴레이트, 포스포프로필 (메트)아크릴레이트 및 포스포부틸 (메트)아크릴레이트; 포스포알킬 크로토네이트, 포스포알킬 말레에이트, 포스포알킬 파마레이트, 포스포다이알킬 (메트)아크릴레이트, 포스포다이알킬 크로토네이트, 비닐 포스페이트 및 (메트)알릴 포스페이트를 포함할 수 있다. 포스포알킬 메타크릴레이트가 바람직하다. 다른 적합한 인산 단량체는 다이하이드로겐 포스페이트-관능성 단량체, 예컨대 알릴 포스페이트, 비스(하이드록시-메틸) 푸마레이트 또는 이타코네이트의 모노포스페이트 또는 다이포스페이트; 예를 들어, 비닐 포스폰산, 알릴 포스폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판포스폰산, a-포스포노스티렌, 2-메틸아크릴아미도-2-메틸프로판포스폰산을 비롯한 포스포네이트 관능성 단량체; 1,2-에틸렌적으로 불포화된 (하이드록시)포스피닐알킬 (메트)아크릴레이트 단량체; 및 올리고머성 인산 단량체, 예컨대 다이포스포모노알킬 (메트)아크릴레이트, 즉, (메트)아크릴로일옥시알킬 다이포스페이트, 트리포스포모노알킬 (메트)아크릴레이트, 메타포스포모노알킬 (메트)아크릴레이트 및 폴리포스포모노알킬 (메트)아크릴레이트를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 인산 관능성 아크릴 공중합체는 우선, 제2 공반응성 기 및 인산기를 함유하는 화합물과 반응할 수 있는 펜던트 제1 공반응성 에폭시기를 함유하는 전구체 중합체를 제조함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 당업자는 글리시딜 (메트)아크릴레이트를 사용하여 전구체 중합체를 제조할 수 있다. 제2 공반응성 기 및 인산기를 포함하는 화합물 상의 적합한 제2 공반응성 기는 아민, 하이드록실 및 인산 무수물이다. 에폭시 관능성 전구체 중합체는 다가인산 또는 글리포세이트와 반응하여, 내부 펜던트 인산기를 가진 인산 관능성 아크릴 공중합체를 생성할 수 있다.
적합한 공단량체는 알킬(메트)아크릴레이트, 사이클로알킬(메트)아크릴레이트, 알킬 아릴(메트)아크릴레이트, 비닐 에스테르, 알킬 비닐 에테르, (메트)아크릴로니트릴, (메트)아크릴아미드, 불포화된 이염기성 산(dibasic acid)의 다이알킬 에스테르 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 하나 이상의 비이온성 아크릴, 비닐 또는 알릴 단량체를 포함할 수 있다. 아크릴 공단량체의 적합한 예는 예를 들어, (메트)아크릴산의 C1 내지 C20 (사이클로)알킬 에스테르, 예컨대 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, 이소부틸(메트)아크릴레이트 및 t-부틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 사이클로헥실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 다이사이클로펜타다이에닐(메트)아크릴레이트, 다이사이클로펜타닐메타크릴레이트, 노르보르닐(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산의 고급 알킬 에스테르, 예컨대 에이코실(메트)아크릴레이트, 세틸(메트)아크릴레이트, 트리데실(메트)아크릴레이트 및 이들의 혼합물; 벤질(메트)아크릴레이트 및 페닐(메트)아크릴레이트일 수 있다. 적합한 비닐 공단량체는 예를 들어, 스티렌, α-메틸 스티렌, α-에틸스티렌, 비닐 톨루엔, 다이비닐 벤젠, 비닐 에스테르, 예를 들어 비닐 아세테이트, 비닐 에테르, 알릴 에테르, 알릴 알코올 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 공단량체는 (메트)아크릴산의 하나 이상의 C1 내지 C8 (사이클로)알킬 에스테르, 예컨대 메틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 및 이소부틸 아크릴레이트를 포함한다.
아크릴 공중합체의 적합한 혼합물은 산 관능성 아크릴 공중합체, 예컨대 카르복실산 및/또는 인산 관능성 아크릴 공중합체, 하이드록실 관능성 공중합체 및 에폭시 관능성 아크릴 공중합체로부터 선택되는 하나 이상의 아크릴 공중합체와 혼합된 하나 이상의 에폭시 관능성 아크릴 공중합체를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 본원에 개시된 방법에 따라 제조되는 아크릴 중합체는 에폭시 당량(EEW)이 약 250 내지 약 750일 수 있다. 일부 다른 구현예에서, EEW는 약 270 내지 약 620의 범위일 수 있다. 본 개시내용의 목적을 위해, 에폭시 당량은 ASTM 방법 D-1652-04 "Standard Test Method for Epoxy Content of Epoxy Resins", ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA에 따라 빙초산 중 퍼클로르산의 용액을 이용한 적정(titration)에 의해 확인될 수 있다.
본원에 개시된 아크릴 중합체는 분말 코팅 조성물에 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 분말 코팅 조성물은 하나 이상의 가교제를 상기 분말 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 35 중량%로 포함할 수 있다. 가교제는, 산 : 에폭시가 약 0.75:1 내지 약 1.25:1, 바람직하게는 약 0.95 내지 약 1.05:1인 화학양론으로 첨가된다. 에폭시기와 반응하는 임의의 가교제가 포함될 수 있다. 에폭시 관능성 아크릴 중합체에 대한 가교제의 예로는, 유기 다이카르복실산 및 이의 무수물, 예컨대 세바스산, 도데칸다이오산, 및 폴리에스테르를 사용한 유기 다이카르복실산 또는 무수물의 에스테르화로부터 제조된 부가물 등이 있다. 가교제는 코팅에 굴곡성(flexibility)을 부가하고, 칩 저항성(chip resistance)을 증강시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 산 관능성 아크릴 공중합체 분말 코팅 조성물에 대한 가교제는 폴리에폭시 가교제, 예컨대 트리글리시딜 이소시아누레이트(TGIC), 비스페놀 A 에폭시 수지 또는 에폭시 페놀 노볼락을 포함할 수 있다.
접착 촉진제는 부가적으로는, Tg가 약 40℃ 이상인 에폭시 수지 또는 이소시아네이트 화합물 또는 예비중합체 접착 촉진제를 포함할 수 있다. 그 예로는, 에폭시 수지, 에폭시-페놀계 노볼락 수지; 이소포론 다이이소시아네이트(IPDI), 헥사메틸렌 다이이소시아네이트(HMDI) 또는 톨루엔 다이이소시아네이트의 이량체 및 삼량체, 블로킹된(blocked) 이소시아네이트, 에컨대 카프로락탐 블로킹된 IPDI, 및 다이이소시아네이트의 이소시아네이트 종료화된 예비중합체 또는 폴리올 또는 글리콜과의 이들의 이량체 또는 삼량체 등이 있다. 바람직한 접착 촉진제는 비스페놀 에폭시 수지, 보다 바람직하게는 비스페놀 A 또는 비스페놀 F 에폭시 수지이다. 에폭시 접착 촉진제의 존재는 접착 촉진제를 포함하지 않는 동일한 분말과 비교하여 CASS(구리 가속화된 염 분무(copper accelerated salt spray)) 내부식성을 개선할 수 있다. 일 구현예에서, 접착 촉진제의 적합한 양은 분말 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 이하일 수 있으며, 또 다른 구현예에서는 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 3 중량%, 보다 바람직하게는 약 1 중량% 이하의 범위일 수 있다. 약 3 중량% 초과의 양은 내후성 문제에 기여할 수 있다.
분말 코팅 조성물은 당업계에 알려진 다른 구성성분들을 미량으로 혼입할 수 있으며, 예를 들어, 내후성에 일조하기 위해 하나 이상의 자외선 광 안정화제 또는 광 흡수제를 일 구현예에서 약 0.1 phr 내지 약 15 phr, 또 다른 구현예에서 바람직하게는 5 phr 이하, 보다 다른 구현예에서 약 0.1 phr 내지 약 5 phr로 혼입할 수 있다. 적합한 광 안정화제로는, 예를 들어, 힌더드 아민, 예컨대 4-하이드록시 테트라메틸 피페리딘 에탄올을 포함하는 다이메틸 숙시네이트 중합체, 힌더드 페놀 또는 상기 광 안정화제들 중 하나 이상을 포함하는 조합 등이 있다.
가수분해성 실란(예, 알콕시실란)은 분말 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 3 중량%, 바람직하게는 약 0.3 중량% 이하의 양으로 사용되어, 소수성 서브미크론 입자를 코팅 매트릭스 내로 커플링할 수 있다. 적합한 실란의 비제한적인 예로는, 글리시딜 알콕시 실란 및 아미노 알콕시 실란, 예컨대 글리시딜 트리메톡시 실란 등이 있다.
분말 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로, 유기 안료, 예컨대 프탈로시아닌이 소량, 예를 들어 약 0.10 중량% 이하, 바람직하게는 약 0.05 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.01 중량% 내지 0.10 중량%로 포함되어, 황변화를 조절할 수 있다. 분말 코팅 조성물은 부가적으로, 분말 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로, 형광 증백제 및/또는 균염제(leveling agent) 약 0.001 내지 약 1.0 중량%; 분말 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로, 하나 이상의 플래팅제(flatting agent), 예컨대 알킬 (메트)아크릴레이트 공중합체 약 0.1 내지 약 10 phr, 하나 이상의 왁스 약 6 phr 이하, 바람직하게는 약 0.01 phr 내지 약 6 phr; 및 분말 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로, 포스트-블렌드 첨가제, 예컨대 실리카 또는 흄 알루미나와 같은 건조 유동 첨가제 약 0.01 중량% 내지 약 1.0 중량%를 포함할 수 있다.
본원에 개시된 분말 코팅 수지 시스템은 하나 이상의 가교제와 혼합될 수 있고, 부가적인 가공을 받아 분말 코팅 조성물을 형성할 수 있다. 이러한 공정은 생성된 소수성 서브미크론 입자-함유 아크릴 분말 코팅 조성물을 건조 블렌딩, 그라인딩 및 압출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본원에 개시된 공정에 따라 아크릴 수지를 포함하는 분말 코팅 조성물은 종래의 방법에 따라 제조될 수 있다. 구성성분들은 블렌딩된 다음, 예를 들어 용융-컴파운딩(melt-compounding)에 의해 긴밀하게 혼합될 수 있으며, 이로써 유의미한 경화가 발생하지 않는다. 용융된 화합물은 압출될 수 있고, 그런 다음, 신속하게 냉각된 다음, 그라인딩, 및 필요하다면 크기에 따른 미립자의 소팅이 수행될 수 있다. 대안적으로, 분말 코팅 조성물은 소수성 서브미크론 입자와 함께 아크릴 공중합체 입자를 결합시킴으로써 제조되어, 응집물 입자를 형성할 수 있다.
분말 코팅 조성물은 종래의 수단을 통해 도포될 수 있다. 정전기적 코팅의 경우, 입자의 평균 크기는 약 5 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 바람직하게는 약 25 ㎛ 이상, 또는 약 75 ㎛ 이하의 범위일 수 있다.
일단 도포되면, 코팅은 예를 들어, 약 90℃ 내지 약 250℃의 온도에서 30초 내지 90분의 기간 동안 열적으로 경화된다. 열적 경화를 위한 열은 대류(convection), 적외선(IR) 또는 근적외선 공급원으로부터 나올 수 있다.
일부 구현예에서, 코팅은 금속 기판에 적용된다. 적합한 기판으로는, 알루미늄, 포지드 합금, 철, 강철, 마그네슘 합금, 전자 제품 및 브라쓰, 예컨대 락 및 도어 하드웨어(lock and door hardware) 등이 있다. 알루미늄 기판의 예로는, 알루미늄 규소 합금, 알루미늄 리튬 합금, 알루미늄 마그네슘, 알루미늄 아연, 알루미늄 망간, 알루미늄 구리 베이스 합금, 예컨대 알루미늄 브론즈 등이 있다. 합금은 단일 금속, 바이너리(binary) 금속일 수 있거나 또는 2종 초과의 금속을 가질 수 있다.
바람직하게는, 기판은 전처리된다. 알루미늄 및 포지드 합금 기판은 예를 들어, 인 유기 물질의 비-크롬 자가-조립된 단일층, 지르코늄 티타네이트 또는 아크릴 변형된 지르코늄 티타네이트로 전처리될 수 있다. 강철 및 철 기판은 아연 포스페이트 또는 철 포스페이트와 같은 부동태화 작용제(passivating agent)로 전처리될 수 있다.
본원에 개시된 아크릴 중합체 및 코팅 조성물의 비제한적인 예는 하기에 제공된다.
실시예
실시예 1
흄드 실리카를 함유하는 아크릴 중합체의 제조 방법의 하나의 실시예는 하기와 같다. 톨루엔 789.3 g 및 AEROSIL R972 15.0 g을 기계적 교반기, 응축기, 질소 투입구 및 기포 생성기, 온도 측정 프로브 및 단량체/개시제 공급 튜브가 구비된 4-목 5-리터 둥근 바닥 유리 반응기에 충전하였다. 플라스크를 질소 분위기가 동반된 환류 하에(약 111℃에서) 가열하였다. 5-리터 용기에 부틸 메타크릴레이트 315 g, 글리시딜 메타크릴레이트 433 g, 이소보르닐 메타크릴레이트 204.5 g, 메틸 메타크릴레이트 525 g, 스티렌 60 g 및 톨루엔 159.4 g을 첨가함으로써 단량체 혼합물을 제조하였다. TRIGONOX® 21S(tert-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 미국 일리노이주 시카고 소재의 Akzo Nobel Polymer Chemicals LLC에서 판매) 개시제 112.9 g 및 톨루엔 153.3 g을 혼합함으로써 개시제 용액을 제조하였다. 단량체 혼합물 및 개시제 혼합물을 하나의 용기에서 조합하였다. 반응기로의 질소 유동을 중단하였다. 단량체 및 개시제 혼합물을 4시간에 걸쳐 반응기에 공급하였다. 단량체 및 개시제 공급이 완료된 후, 공급 라인을 톨루엔 34.7 g으로 헹구었다. 반응 혼합물을 약 113℃에서 30분 동안 유지시켰다. 톨루엔 93.8 g 중 TRIGONOX® 21S 8.25 g의 혼합물을 플라스크에 60분 동안 첨가하였다. TRIGONOX® 21S 용액의 첨가가 완료된 후, 라인을 톨루엔 7.5 g으로 헹구었다. 반응을 약 113℃에서 추가로 30분 동안 유지시킨 다음, 실온으로 냉각시켰다. 그런 다음, 수지를, 진공 하에 155℃ 내지 165℃까지 가열시키고 155℃ 내지 165℃에서 1시간 동안 유지시킨 스트리핑 반응기(stripping reactor)에 옮겼다. 이 기간 동안, 용매를 수지로부터 증발시켜, 고체 함량이 99% 초과인 수지를 수득하였다.
실시예 2
실시예 시험 제형은 표 1에 나타낸 바와 같다:
구성성분 (PHR) 샘플 1 샘플 2 비교 샘플 A 비교 샘플 B 비교 샘플 C
1 1.0% Aerosil R972를 포함하는 실험 수지 #1
(GMA 아크릴) 		84.000 　 　 　 　
2 0.4% Aerosil R972를 포함하는 실험 수지 #2
(GMA 아크릴)		 　 84.000 　 　 　
3 Aerosil R972를 포함하지 않는 실험 수지 #3
(GMA 아크릴)		 　 　 84.000 84.000 84.000
4 세바스산 16.000 16.000 16.000 16.000 16.000
5 아크릴레이트 공중합체 유동 변형제 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
6 벤조인 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
7 4-하이드록시 테트라메틸 피페리딘 에탄올을 포함하는 다이메틸 숙시네이트 중합체 0.500 0.500 0.500 0.500 0.500
8 트리아진 0.500 0.500 0.500 0.500 0.500
9 옥타데실 3,5-다이(tert)-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350
10 유기포스파이트 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350
11 비스 벤족사졸 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002
12 다이옥사진 바이올렛 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003
13 AEROSIL R972 - 포스트-블렌드 0.40% 1.00%
14 흄드 알루미늄 옥사이드 - 건조 유동 0.20% 0.20% 0.20% 0.20%
상기 샘플을, 구성성분 1 내지 12를 백 및 건조 블렌딩에서 혼합함으로써 제조하였다. 그런 다음, 혼합물을 2,000 rpm에서 30초 동안 혼합기에서 혼합하였다. 생성 혼합물을 200℉(약 93℃), 400 rpm에서 압출하였다. 압출된 물질을 Brinkman 그라인더에서 고속으로 그라인딩하고, 100 메쉬를 통해 체질(sieve)하였다. 생성된 제형된 분말 코팅 조성물을 정전기적으로 분무하였다. 실험 수지 # 1과 실험 수지 #2의 차이는 반응 동안에 존재하는 AEROSIL R972의 양이다. 구성성분 13 및 14를 함유하는 실시예는 이들 구성성분을, 압출 후 수득된 물질의 중량을 기준으로 계산된 양으로 가졌다. 구성성분 13 및 14를 압출 후 백에서 물질과 함께 건조 블렌딩한 다음, 다른 실시예에서와 같이 처리하였다.
실시예 3
본 방법에 따라 제조된(공정-중) 아크릴 분말 코팅 조성물의 샘플은, 실리카가 포스트-블렌드에 (백 블렌드(bag blend)에 대한 첨가제로서) 첨가된 아크릴 분말 코팅 조성물과 비교하여 하기에 나타나 있다. 즉, 흄드 실리카가 GMA 아크릴 수지의 백 블렌드에 첨가된 조성물과 비교하여, 중합체 수지의 중합 동안에 흄드 실리카를 첨가함으로써 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 아크릴 수지를 제조하였다.
샘플 번호 수지 유형 첨가 방법 펜슬 경도
(스크래치)
ASTM D3363		 헤이즈
강도		 웨이브스캔 플러스 평활도 - L 웨이브스캔 플러스 평활도 - S 웨이브스캔 플러스 평활도 - R
대조군 GMA 대조군
(실리카-무함유)		 N/A F 3 7.1 12.1 7.4
1 GMA + 0.4%
R-972 실리카		 공정-중
(In-Process)		 F 4 7.4 13.8 7.5
2 GMA + 1.0%
R-972 실리카		 공정-중 H 4 7.3 12.9 7.5
3 GMA + 0.4%
R-972 실리카		 백 블렌드에 대한 첨가제로서 H 7 12.0 22.4 6.4
4 GMA + 1.0%
R-972 실리카		 백 블렌드에 대한 첨가제로서 H 7 12.2 22.3 6.4
펜슬 경도에 있어서, "H" 등급은 "F" 등급과 비교하여 기계적 변형 저항성의 증가를 구성한다.
상대적인 헤이즈 강도 범위: 0 내지 10이며, 0은 헤이즈가 없는 것이며, 3은 매우 약한 헤이즈이며, 4는 약한 헤이즈이고, 7은 중간 내지 심각한 헤이즈이다.
BYK 웨이브스캔 평활도 범위:
L (장기 웨이브니스(waviness), 오렌지 필(orange peel)) 0 내지 99.9이며, 0은 오렌지 필이 없음
S (단기 웨이브니스 또는 마이크로텍스처(microtexture)) 0 내지 99.9이며, 0은 마이크로텍스처가 없음
R (전체 등급) 0 내지 10.5이며, 10.5가 가장 평활함.
보여진 바와 같이, 본 발명의 공정에 따라 제조되는 수지 유형은 포스트-블렌드 실리카가 첨가되어 제조된 유사한 수지 유형과 비교하여 헤이즈 및 평활도를 나타내었다.
괄호를 포함하는 모든 구어들은 포함된 괄호안의 대상 및 이의 부재 중 어느 하나 또는 둘 다를 의미한다. 예를 들어, 구어 "(공)중합체"는 대안적인 구현예에서, 중합체, 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다.
다르게 주지되지 않는 한, 모든 공정들은 표준 온도 및 압력(STP)의 조건하에 수행되었다.
본원에서 언급되는 모든 범위들은 포함적이며 조합가능하다. 예를 들어, 하나의 성분이 약 0.05 중량% 내지 약 1.0 중량%의 양 및 약 0.5 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다면, 해당 성분은 약 0.05 중량% 내지 약 1.0 중량%, 약 0.5 중량% 내지 약 1.0 중량% 또는 약 0.05 중량% 내지 약 0.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본원에서, 용어 "평균 입자 크기"는, 다르게 지시되지 않는 한, Malvern Mastersizer(TM) 2000 장비(미국 매사추세츠주 사우스버러 소재의 Malvern Instruments Inc.)를 제조업체의 권고된 절차에 따라 사용하여 레이저 광 산란에 의해 확인된 바와 같이, 입자 분포에서 입자 직경 또는 입자의 최대 치수를 의미해야 한다.
본원에서, 다르게 지시되지 않는 한, 용어 임의의 수지 또는 (공)중합체의 "유리 전이 온도" 또는 "Tg"는 시차 주사 열량계(DSC)(20℃/분의 가열 속도)를 사용하여 측정하며, Tg는 변곡 중앙점에서 측정된다. Tg는 대안적으로는, Fox in Bull. Amer . Physics. Soc ., 1, 3, page 123 (1956)에 기술된 바와 같이 계산된다.
본원에서, 용어 임의의 (공)중합체 또는 수지의 "하이브리드"는 이러한 (공)중합체 또는 수지의 부가물, 그래프트 또는 블록 공중합체 및 융화성 또는 융화된 블렌드, 예컨대 에폭시 폴리에스테르 하이브리드를 지칭해야 한다.
본원에서, 용어 "긴밀하게 분산된 혼합물"은, 중합체 또는 수지가 소수성 서브미크론 입자의 존재 하에 제조되는 방법을 지칭한다. 소수성 서브미크론 입자는, 단량체(들), 개시제 및 첨가제가 반응기에 첨가되기 전에, 반응기에 존재한다.
본원에서, 다르게 지시되지 않는 한, 용어 "분자량"은 폴리스티렌 표준으로 보정한, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된 바와 같은 중합체의 수 평균 분자량을 지칭한다.
본원에서, 용어 "올리고유기실록산"은 2개 내지 20개의 실록산 단위를 포함하고, 접두사 "폴리유기실록산"은 20개 초과의 실록산 단위를 포함한다.
본원에서, 용어 "phr"은 수지 시스템의 100 중량부 당 성분의 중량인 양을 의미한다. 수지 시스템은 수지 또는 중합체 및 가교제 또는 경화제를 포함한다.
본원에서, 용어 "중합체"는 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 분절화된 공중합체, 그래프트 공중합체 및 이들의 임의의 혼합물 또는 조합을 포함한다.
본원에서, 용어 "수지" 및 "중합체"는 상호호환적이다.
본원에서, 용어 "수지 시스템"은 에폭시 수지, 강인화 수지(toughening resin) 및 가교된 구조의 내부가 되는 임의의 가교제, 경화제 또는 경화촉진제(그러나 촉매는 아님)의 전체를 지칭한다.
본원에서, 다르게 지시되지 않는 한, 백분율은 중량 백분율이다.
상세한 설명에서 인용된 모든 문헌들은 관련된 부분에서, 본 개시내용과 불일치하지 않는 범위까지 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 본원에서 임의의 문헌에 대한 인용은, 이것이 본 발명에 대한 선행기술임을 허용하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
당업자는, 본 발명의 근본적인 원리를 벗어나지 않으면서 전술한 구현예들의 상세한 부분에 대해 많은 변화를 줄 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기 청구항에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법으로서,
    하나 이상의 소수성 서브미크론 입자 및 개시제의 존재 하에, 비-수성 용매 내에서 하나 이상의 아크릴 단량체를 용액 중합하여, 용액을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 소수성 서브미크론 입자는, 소수성 서브미크론 입자의 총 중량을 기준으로, 약 1 중량% 이하의 수지 반응성 기를 가지는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 아크릴 단량체가 에폭시 관능성, 하이드록실 관능성 또는 산 관능성 단량체 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 단량체가 에폭시 관능성이고, 글리시딜 메타크릴레이트 또는 글리시딜 아크릴레이트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 단량체가, 공중합체되어야 하는 총 단량체를 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 아크릴 중합체 수지 시스템이 에폭시 관능성이고, 에폭시 당량 (EEW)를 약 250 내지 약 750으로 가지는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비-수성 용매가 톨루엔, 자일렌, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 아밀 케톤, 이소아밀 아세테이트, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 소수성 서브미크론 입자가 각각 무기 옥사이드 및 하나 이상의 유기규소 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 무기 옥사이드 입자가 실리카, 흄드 실리카, 금속 옥사이드, 실리케이트, 유기-무기 옥사이드 복합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 소수성 서브미크론 입자가 다이메틸다이할로실란 처리된 흄드 실리카(fumed silica)의 축합 반응 생성물로부터 형성된 처리된 흄드 실리카인 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 소수성 서브미크론 입자가 분말 코팅 수지 시스템의 총 중량을 기준으로, 약 0.01 중량% 내지 약 2.0 중량%의 범위로 상기 분말 코팅 수지 시스템에 존재하는 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 개시제가 tert-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-아밀 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-부틸 퍼옥시다이에틸아세테이트, tert-부틸 퍼옥시이소부티레이트, 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, 3차 부틸 퍼벤조에이트, 쿠멘 퍼옥사이드, 다이메틸아조비스-이소부티레이트, 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 2,2'-아조비스(2,4-다이메틸-펜탄니트릴), 2,2'-아조비스-(2-메틸프로판니트릴), t-부틸 퍼옥시 피발레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 열적 개시제 또는 라디칼 개시제인 것을 특징으로 하는, 아크릴 분말 코팅 수지 시스템의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 제조된 분말 코팅 수지 시스템을 하나 이상의 가교제와 혼합하는 단계를 포함하는, 분말 코팅 조성물의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    생성된 소수성 서브미크론 입자-함유 아크릴 분말 코팅 조성물을 건조 블렌딩, 그라인딩(grinding) 및 압출하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 분말 코팅 조성물의 제조 방법.
  14. 제12항의 방법에 따라 제조된 분말 코팅 조성물을 포함하는, 금속 기판 상의 코팅.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판이 알루미늄 또는 포지드 합금(forged alloy)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅.
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