KR102623180B1 - 방오도료와 부착성이 향상된 비닐 변성 에폭시 중도 조성물 - Google Patents

방오도료와 부착성이 향상된 비닐 변성 에폭시 중도 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강판 자재에 적용되어 방청, 방오 성능을 발휘하는 하도, 중도, 상도를 포함하는 방오 도료 코팅에 사용되는 중도 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에폭시 수지와 비닐 수지가 병용되어 하도와 상도 사이의 우수한 접착력을 제공할 뿐만 아니라, 우수한 내수성을 부여하여 수중 침지후 상도와의 부착성이 향상된 비닐 변성 에폭시 중도 조성물에 관한 것이다.

Description

방오도료와 부착성이 향상된 비닐 변성 에폭시 중도 조성물{Vinyl-modified epoxy tie-coat composition with improved adhesion to antifouling paints}
본 발명은 강판 자재에 적용되어 방청, 방오 성능을 발휘하는 하도, 중도, 상도를 포함하는 방오 도료 코팅에 있어서, 상기 하도와 상도 사이에 적용되어 수중 침지후 상도와의 부착성이 향상되어 선박의 선저부와 수선부 및 수선부 하부에 사용이 가능한 비닐 변성 에폭시 중도 조성물에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래의 기술을 구성하는 것은 아니다.
선박의 도장은 통상 선저, 수선부(boot topping), 외현부(outside board), 폭로 갑판(exposed deck), 보이드 스페이스(void space), 코퍼댐(cofferdam), 엔진 룸, 카고 홀드, 카고 탱크, 워터 밸러스트 탱크 등의 부위로 나누어져 있고, 이 선체의 각 부위에 따라 서로 다른 배합의 방식 도료를 사용한다.
통상적으로 방청 도료(하도 또는 프라이머)의 도막 표면에 추가로 타이-코트(중도)를 형성하고, 그 위에, 비주석계 방오 도료 또는 갑판용 마무리칠 도료(상도) 등의 각각 상이한 마무리칠 도료를 도장하는 방식이 사용된다.
상기 선박의 도장은 선박의 운행 및 시간의 경과에 따라 경화 및 노화가 진행되고, 도막 표면에는 열적, 화학적 또는 외부의 기계적 충격에 의하여 크랙이 발생된다. 이렇게 만들어진 크랙은 철 소지면의 부식을 촉진시키며 선박의 수명을 단축시키는 원인이 된다.
프라이머 도료는 선박의 금속 재료 상부에 도포에 되는 것으로, 방식성 뿐만 아니라 금속 재료와의 우수한 부착성(접착력)이 요구되며, 에폭시계 도료는 도막의 기계적, 화학적 물성이 우수하여 프라이머 도료로 널리 사용되고 있다.
비주석계 방오 도료로는 자체 마모성을 가지면서 마찰 저항성이 낮아 매끈한 선체 표면을 유할 수 있는 실리콘계 도료 또는 로진계 도료가 주로 이용되고 있다.
한편, 하도로 사용되는 에폭시계 수지와 상도로 사용되는 실리콘계 또는 로진계 수지는 서로 상용성이 낮아 우수한 접착력을 기대할 수 없으며, 이는 방오 도료의 수명을 떨어뜨리는 요인이 된다. 따라서 방청성과 방오성을 동시에 발휘하기 위해서는 하도와 상도 사이에 적용되어 하도와 상도 사이의 강한 접착력 발휘하고, 수중 환경에서도 우수한 접착력을 유지할 수 있는 중도 조성물이 요구된다.
본 발명은 선박의 선저부와 수선부 및 수선부 하부의 방오, 방청 도료 조성물의 중도로 사용될 수 있는 비닐 변성 에폭시 중도 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물은 상도와 하도 사이에 강한 부착력을 부여하고 수중 사용 환경에서도 우수한 접착력을 유지한다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물은 에폭시 수지와 비닐 수지를 포함하는 주제; 및 에폭시 수지, 아마이드 수지, 경화촉진제를 포함하는 경화제;를 포함한다. 상기 비닐 수지는 하도와 상도 사이의 부착성을 향상시키는 역할을 하며, 특히 수중 침지후 부착성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 비닐 수지는 EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 주제는 에폭시 수지 255 중량부에 대하여 비닐 수지 120~175 중량부를 포함하며, 상기 EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르의 공중합체는 3:1 내지 1:3의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 비닐 수지의 함량이 120 중량부 미만이면 하도와 중도 사이의 부착력의 상승 효과가 미약하고 175 중량부를 초과하는 경우 도장 작업성이 떨어진다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 주제는 에폭시 수지 255 중량부에 대하여 체질안료 500~600 중량부, 용제 350~500 중량부, 유색안료 50~70 중량부, 침전방지제 30~40 중량부를 더 포함할 수 있다. 체질안료의 함량이 너무 작은 경우 도막의 살오름성이 떨어져 후막의 형성이 어렵고 함량이 너무 높은 경우 도막의 부착성과 탄성이 떨어지게 된다. 상기 용제는 자일렌, 메틸이소부틸케톤, 프로필렌글리콜메틸에테르 중 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 주제는 증점제, 부착증진제, 분산제, 소포제 중 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 경화제는 주제의 에폭시 수지 255 중량부에 대하여 에폭시 수지 20~40 중량부, 아마이드 수지 30~50 중량부, 경화촉진제 4~10 중량부, 용제 75~100 중량부를 포함할 수 있다. 상기 용제는 자일렌, 알코올 중 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다. 상기 경화제는 에폭시 수지가 아마이드 수지에 부가(어덕트)되어 존재하게 되므로 주제와 혼합시 에폭시 코팅 조성물의 건조성을 더욱 향상시켜 후막의 형성이 가능하도록 한다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물은 주제로 에폭시 수지 255 중량부에 대하여, EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체가 3:1 내지 1:3의 중량비로 포함되는 비닐 수지 120~175 중량부, 체질안료 500~600 중량부, 용제 350~500 중량부, 유색안료 50~70 중량부, 침전방지제 30~40 중량부를 포함하고, 경화제는 주제의 에폭시 수지 255 중량부에 대하여 에폭시 수지 20~40 중량부, 아마이드 수지 30~50 중량부, 경화촉진제 4~10 중량부, 용제 75~100 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물은 비닐계 공중합체를 병용함으로써 하도와 상도 사이의 우수한 접착력을 제공할 뿐만 아니라, 우수한 내수성을 보유하여 수중 환경에서도 우수한 접착력을 유지할 수 있다. 따라서 선박의 선저부와 수선부 및 수선부 하부에 적용시 방오 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 는 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물은 주제와 경화제를 포함한다.
주제를 구성하는 성분은 아래와 같다.
주제는 에폭시 수지를 포함하며, 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 바람직하게는 당량이 450 내지 500 g/eq인 비스페놀 A형 에폭시 수지와 당량이 180 내지 190인 비스페놀 A형 에폭시 수지를 병용할 수 있으며, 상기 에폭시 수지는 중량비로 1:1 내지 1:2의 비율로 혼합될 수 있다.
주제는 비닐 수지를 더 포함하며, 비닐 수지로 EVA(ethylene vinyl acetate copolymer) 수지 및/또는 비닐클로라이드(vinyl chloride)와 비닐이소부틸 에테르(vinyl isobutyl ether)의 공중합체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르의 공중합체가 병용되어 사용되는 것이 바람직하다. 상기 EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체는 중량비로 3:1 내지 1:3으로 혼합될 수 있다.
상기 EVA 수지는 비닐아세테이트 모노머가 중량비로 약 40%인 수지가 사용될 수 있다. 또한 상기 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체는 염소 함량이 44 질량%이고 23도의 20% 톨루엔 용액에서 20~26mPa·s 점도를 가지는 공중합체가 사용될 수 있다.
상기 비닐 수지는 중도 상부에 코팅되는 상도와의 부착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 주제는 용제를 포함할 수 있으며, 상기 용제로는 자일렌, 메틸이소부틸케톤, 프로필렌글리콜메틸에테르 등을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 주제는 체질안료를 포함할 수 있으며, 특별히 한정하지 않으나 탈크, 탄산칼슘, 실리카, 중정석의 조합으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 탈크 단독으로 또는 탈크와 탄산칼슘의 혼합물이 사용될 수 있다. 체질안료의 함량이 너무 적은 경우 후막형성 능력이 떨어질 수 있다. 반대로 함량이 너무 많은 경우 도막의 탄성이 저하되는 문제가 있으므로 적절한 함량으로 조절될 필요가 있다.
본 발명에 따른 주제는 유색 안료를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 주제는 분산제, 흐름방지제 및 침전방지제, 소포제로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
경화제를 구성하는 성분은 아래와 같다.
본 발명에 따른 경화제는 에폭시 수지를 포함하며, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 에폭시 수지가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 당량이 180 내지 190 g/eq인 비스페놀 A형 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 경화제는 아마이드 수지를 포함하며, 아민가가 370~400 mgKOH/g인 아마이드 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 에폭시 수지가 아마이드 수지에 부가(어덕트)되어 존재하므로 주제와 혼합시 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 건조성을 더욱 향상시켜 후막의 형성이 가능하도록 한다.
본 발명에 따른 경화제는 경화촉진제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 아민가가 600~700 mgKOH/g인 아민계 경화촉진제가 바람직하다. 상기 경화촉진제를 사용함으로써 중도 조성물은 보다 우수한 건조성을 가질수 있다.
본 발명에 따른 경화제는 상기 주제와 같은 종류의 용제를 포함할 수 있으며, 상기 용제로는 자일렌, 알코올류(예컨대 이소부틸 알코올, N-부틸 알코올, 이소프로필 알코올) 등을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 자일렌과 이소부틸 알코올을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 주제는 에폭시 수지 255 중량부에 대하여 비닐 수지 120~175 중량부를 포함하며, 상기 비닐 수지의 함량이 120 중량부 미만이면 하도와 중도 사이의 부착력의 상승 효과가 미약하고 175 중량부를 초과하는 경우 도장 작업성이 떨어질 수 있다.
상기 비닐 수지는 EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체를 포함하며, 상기 EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체는 3:1 내지 1:3의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 비닐 수지는 하도와 상도 사이의 부착성을 향상시키는 역할을 하며, 특히 수중 침지후 부착성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 주제는 에폭시 수지 255 중량부에 대하여 체질안료 500~600 중량부, 용제 350~500 중량부, 유색안료 50~70 중량부, 침전방지제 30~40 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 체질안료의 함량이 너무 작은 경우 도막의 살오름성이 떨어져 후막의 형성이 어렵고 함량이 너무 높은 경우 도막의 부착성과 탄성이 떨어지게 된다. 상기 용제는 자일렌, 메틸이소부틸케톤, 프로필렌글리콜메틸에테르 중 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 주제는 증점제, 부착증진제, 분산제, 소포제 중 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비닐 변성 에폭시 중도 조성물의 경화제는 주제의 에폭시 수지 255 중량부에 대하여 에폭시 수지 20~40 중량부, 아마이드 수지 30~50 중량부, 경화촉진제 4~10 중량부, 용제 75~100 중량부를 포함할 수 있다. 상기 용제는 자일렌, 알코올 중 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다. 상기 경화제는 에폭시 수지가 아마이드 수지에 부가(어덕트)되어 존재하게 되므로 주제와 혼합시 에폭시 코팅 조성물의 건조성을 더욱 향상시켜 후막의 형성이 가능하도록 한다.
이하 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
아래 표 1과 같은 조성으로 에폭시 중도 조성물과 비닐 변성 에폭시 중도 조성물을 제조하였다.
220 메쉬의 사포로 샌딩처리된 가로, 세로 각각 70mm, 150mm, 두께가 1.5mm인 탄소강에 하도(콜타르-프리 에폭시 프라머, 금강페인트공업 주식회사)를 150㎛ 두께로 코팅한 다음 상온에서 1일간 건조하였다.
상기 건조된 하도 상부에 실시예 1~10에 따른 중도 조성물을 50㎛ 두께로 코팅한 다음 상온에서 1일간 건조하였다.
상기 중도 상부에 상도(SIGMA ALPHAGEN 240, PPG)를 125㎛ 두께로 코팅한 다음 상온에서 7일간 건조하였다.
상기 하도-중도-상도로 코팅된 강판에 대한 부착력 평가는 KS M ISO 2409에 따른 시험방법을 따라 평가하였으며, 초기 시험결과는 코팅의 박리정도를 육안으로 관찰하여 0점(나쁨)에서 10점(우수)으로 평가하였다.
그리고 수분에 의한 코팅의 부착성능의 변화를 평가하기 위하여 시편을 X cut하여 상온의 해수에 6개월 침적하는 조건과 40℃ 수돗물(TAP WATER)에 3개월 침적시킨 두가지 조건으로 실시후, 시험 완료후 상온에서 1시간 건조한 다음, 도막의 녹 발청상태(X cut주위)와 코팅의 박리정도를 육안으로 관찰하여 0점(나쁨)에서 10점(우수)으로 평가하였다.
또한, 상기 조성물에 대하여 도장시 작업성을 0점(나쁨)에서 10점(우수)으로 평가하였다.
상기 평가 결과 역시 표 1에 나타내었다.
비닐 수지-1 ; SOLBIN MS (ShinEtsu), 비닐클로라이드-비닐아세테이트-디카르보닉산 공중합체
비닐 수지-2 ; Elvax 40W (DU PONT), EVA 수지
비닐 수지-3 ; LAROFLEX MP25 (BASF), 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체
분산제 ; ANTI TERR 203 (BYK) : 폴리카르복실릭산의 알킬 암모늄염 용액
침전방지제 ; A-S-A T-550F (ITOH OIL CHEMICALS)
백색안료 ; TIO2 R-6618
체질안료 ; TC400 (REXM)
상기 표 1의 실시예 1의 경우는 에폭시 수지 단독으로 조성된 중도 조성물이고, 실시예 2~4는 에폭시 수지와 비닐 수지로 비닐클로라이드(vinyl chloride), 비닐아세테이트(vinyl acetate), 디카르보닉산(dicarbonic acid) 공중합체를 병용한 조성물이며, 실시예 5~7은 에폭시 수지와 비닐 수지로 EVA(ethylene vinyl acetate copolymer) 수지를 병용한 조성물이고, 실시예 8~10은 에폭시 수지와 비닐 수지로 비닐클로라이드(vinyl chloride)와 비닐이소부틸 에테르(vinyl isobutyl ether)의 공중합체를 병용한 조성물이다.
상기 실시예 2~10에 사용된 메틸이소부틸케톤은 상기 비닐 수지의 용제로 첨가된 것이다.
실시예 1~10의 부착력 평가 결과, 코팅층의 박리는 하도-중도 사이보다 중도-상도 사이에 발생하는 것으로 나타났다. 이는 하도와 중도 모두 에폭시계 수지를 포함하고 있으므로 하도-중도 코팅시 두 계면 사이에는 양호한 접착력이 발휘되지만, 중도-상도 사이의 계면접착력이 떨어지기 때문으로 생각된다.
특히 실시예 1에서 보듯이 중도가 에폭시 수지로만 제조된 경우 초기, 해수 및 수돗물 침적후 부착력이 가장 낮은 것으로 나타났으며, 실시예 2~10에서 보듯이 에폭시 수지와 비닐 수지를 병용하는 경우, 초기, 해수 및 수돗물 침적후 부착력이 향상되는 것으로 나타났으며, 부착력의 향상 정도는 사용된 비닐 수지의 종류 및 함량에 따라 다소 상이하였다.
에폭시 수지와 병용되는 비닐 수지의 함량이 증가할수록 초기, 해수 및 수돗물 침적후 부착력은 상승하는 경향을 나타냈으며(실시예 2~10 참조) 도장 작업성은 악화되는 것으로 나타났다.
특히 비닐 수지의 종류 및 첨가량에 따라 해수 및 수돗물 침적후 부착력의 변화가 크게 나타났으며, 해수 침적후 부착력은 비닐 수지로 비닐클로라이드와 비닐이소부틸 에테르의 공중합체를 사용한 경우가 우수하였으며(실시예 9, 10 참조) 수돗물 침적후 부착력은 비닐계 수지로 EVA 수지를 사용한 경우가 우수하였다.(실시예 6, 7 참조)
하지만 두 경우 모두 비닐계 수지가 과량으로 첨가되는 경우 도장 작업성이 저하되는 문제가 발생하였다.(실시예 7, 10 참조)
표 2에는 에폭시 수지와 비닐 수지를 병용하여 제조된 중도 조성물에 있어서, 상기 표 1에서 해수와 수돗물 침적후 부착력에 대하여 양호한 결과를 나타낸 비닐 수지-2와 3을 혼합하여 제조된 중도 조성물과 이에 따른 초기, 해수 및 수돗물 침적후 부착력과 도장 작업성 평가 결과를 나타내었다. 상기 조성물에 대한 도장 작업과 평가 방법은 표 1의 경우와 동일하게 진행하였다.
표 2에서 보듯이, 비닐계 수지-2와 3를 혼합하여 제조된 중도 조성물(실시예 11~ 13 참조)이 비닐계 수지-2를 단독으로 사용한 경우(실시예 6 참조)에 비하여 해수 침적후 부착력이 향상되고, 비닐계 수지-3을 단독으로 사용한 경우(실시예 9 참조)에 비하여 수돗물 침적후 부착력이 향상되는 것으로 나타났다.
특히 비닐 수지-2와 3이 50:50 중량비로 혼합된 경우(실시예 12 참조)에서 가장 우수한 부착력을 나타내었다.
상기 실시예 12의 비닐 변성 에폭시 중도 조성물을 이용하여 강판에 상도-중도-하도 코팅을 실시하고 이에 대하여 SPS-KPIC 3011-1221에 따른 품질 시험을 진행하였다. 실시예 12에 따른 조성물이 사용된 경우 표 3에 나타낸 바와 같이 상기 품질 시험 기준을 모두 만족하였다.
따라서 본 발명에 따른 콜타르-프리 비닐 변성 에폭시 프라이머 조성물은 하도와 상도와의 우수한 부착력을 보유하고 있어 선박의 선저부와 수선부 및 수선부하부의 방청용 중도(tie-coat) 도료로써 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 에폭시 수지와 비닐 수지를 포함하는 주제; 및 에폭시 수지, 아마이드 수지, 경화촉진제를 포함하는 경화제;를 포함하며,
    상기 비닐 수지는 EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체를 포함하는 비닐 변성 에폭시 중도 조성물에 있어서,
    상기 주제는 에폭시 수지 255 중량부에 대하여, EVA 수지와 비닐클로라이드-비닐이소부틸 에테르 공중합체가 3:1 내지 1:3의 중량비로 포함되는 비닐 수지 130~170 중량부, 체질안료 500~600 중량부, 용제 350~500 중량부, 유색안료 50~70 중량부, 침전방지제 30~40 중량부를 포함하고,
    상기 경화제는 주제의 에폭시 수지 255 중량부에 대하여 에폭시 수지 20~40 중량부, 아마이드 수지 30~50 중량부, 경화촉진제 4~10 중량부, 용제 75~100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비닐 변성 에폭시 중도 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 주제의 용제는 자일렌, 메틸이소부틸케톤, 프로필렌글리콜메틸에테르 중 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비닐 변성 에폭시 중도 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 증점제, 부착증진제, 분산제, 소포제 중 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비닐 변성 에폭시 중도 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 경화제의 용제는 자일렌, 알코올 중 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비닐 변성 에폭시 중도 조성물.


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