KR19980070745A - 수분 경화성 투명 및 색소 안료 착색된 폴리우레탄 코팅 - Google Patents

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Abstract

폴리인산이 건조제인 것을 특징으로 하는, 유기 용매중에 폴리우레탄 프리폴리머, 임의적인 안료 및 건조제를 포함하는 수분경화성 코팅 조성물.

Description

수분 경화성 투명 및 색소 안료 착색된 폴리우레탄 코팅
본 발명은 수분에 의해 경화되는 폴리우레탄 프리폴리머를 함유하는 폴리우레탄 코팅 조성물에 관한 것이다.
벽, 기계 및 보호 코팅을 요하는 기타 실재물상에서 사용하기 위한 상업적 및 공업적인 보호용 및/또는 장식용 코팅이 많이 존재한다. 폴리우레탄 코팅은 가장 인성이 큰 코팅으로서 공업적으로 공지되어 있다. 그러나, 몇몇 문제로 인하여, 이들 코팅의 사용이 자유롭지 못하다.
공업적으로는 두 가지 시스템 중 하나를 사용하는 데, 그 하나는 단일 폴리이소시아네이트 성분, 수분 경화 유형이고 다른 하나는 폴리올 성분 및 별개의 이소시아네이트 성분으로 이루어진 2 패키지 시스템으로서, 상기 폴리올은 적당한 폴리이소시아네이트와 화학적으로 결합하는 것으로 선택된다.
또한, 상기 폴리올 부분에 소정의 색상, 불투명도 등을 부여하기 위해 안료를 사용한다.
단일 성분 시스템이 갖는 하나의 문제는 색소 안료가 그것의 표면에 수분을 흡착하여, 폴리우레탄 포옴이 며칠내로 겔화되므로 딱딱하며 시판용으로 적합하지 않게 될 수 있다는 것이다. 또한, 이소시아네이트와 물과의 반응은 밀봉된 용기내에서 코팅을 저장하는 동안 상당히 위험한 압력으로 축적될 수 있는 이산화탄소 기체를 생성한다.
2 패키지 또는 2 성분 시스템은 단일 성분인 폴리우레탄을 형성할 때 색소 안료와 이소시아네이트 중합체가 결합하는 문제를 해결하는 잇점을 갖는다. 2 성분 시스템에서는 안료 착색된 폴리올 부분 및 폴리이소시아네이트를 최종 사용자 또는 소비자에게 별도의 용기에서 공급한다. 소비자는 사용직전 제조자가 명시해 놓은 비율에 따라 두 성분을 혼합한다. 그러나 이 혼합물은 제한된 수명을 가지며 비교적 단기간내에 모두 사용하여야 한다. 그렇지 않으면 경화되어서 사용할 수 없게 된다. 이러한 접근법은 혼합물을 모두 사용하지 않는다면 상당히 많은 양이 경화되고 폐기될 것이라는 점에서 귀찮을 뿐아니라 비싼 것이다. 또한 안료 착색 폴리올 부분 및 폴리이소시아네이트 부분이 정확한 비율로 혼합되지 않는다면, 수득한 폴리우레탄 코팅의 성능에 심각한 손상을 야기할 수 있는 위험성이 존재한다.
또한, 공기중의 수분은 물도 이소시아네이트를 경화시킨다는 점에서 2 패키지 방법을 사용하는 데 중요한 요소이다. 덥고 습윤한 날에는 폴리이소시아네이트의 많은 부분이 대기중의 수분에 의해 경화되어 그 자체로 가교하는 어떠한 것도 갖지 않는 폴리올을 일부 잔류시키므로, 폴리올이 완전히 경화되는 것 보다 덜 바람직한 코팅을 수득하게 된다. 마찬가지로, 춥고 건조한 날에는 더 많은 폴리올이 폴리이소시아네이트와 가교할 것이다. 그러므로 상기 2 패키지 폴리우레탄 방법은 거의 조절이 불가능한 대기 조건에 좌우되는 품질을 갖는 코팅을 제조하리라는 것이 확실하다.
수분 경화성 폴리우레탄 코팅은 2 패키지 유형의 모든 전술한 문제를 제거한 단일 패키지 방법으로 제조될 수 있다. 실온에서 대기중의 수분과 반응하여 수분 경화성 폴리우레탄 코팅으로서 특정한 형태로 사용되는 유용한 필름을 형성하는 많은 종류의 폴리이소시아네이트가 있다. 이러한 코팅 유형은 열 또는 기타 외부 에너지원을 사용하지 않고도 제조될 수 있는 유효한 최적 코팅중의 하나이다. 이것은 가열할 수 없는 대상에 있어서 매우 유용하다.
그러나, 이러한 단일 패키지 시스템을 제작하는 것 또한 귀찮고 비싸다. 단일 패키지로, 색소 안료로 착색된 폴리우레탄 코팅을 제조하는 기존의 방법은 전술한 이유로 인해 색소 안료와 같은 모든 성분들을 건조시키는 데에 주의를 요하며, 이는 종종 시간 소모적인 공정 및 비싼 장치를 사용할 것을 필요로 하거나 또는 광택 손실, 도포하는 동안의 중독의 위험성, 필름 강도의 결여등과 같이 최종 코팅 필름의 임계적인 특성의 일부가 손상될 것이다.
단일 패키지의, 수분 경화성 색소 안료 착색된 폴리우레탄 코팅내에서 안료를 건조시키고 부동화시키는 데 사용되는 물질, 즉 건조제는 하기한 성분을 포함한다.
· 코팅의 광택 손실 및 때때로 일부 분자체의 알칼리도로 인하여 겔화를 야기하는 분자체
· 비싸고 또한 그것의 높은 휘발성으로 인해 유해한 p-톨루엔설포닐 이소시아네이트(PTSI)와 같은 단일작용성 이소시아네이트
· 과량을 요하며 독성 문제를 야기시킬 수 있는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 메틸렌 디(페닐 이소시아네이트)유도체(MDI)와 같은 디이소시아네이트
· 최종 코팅 필름을 분해시키는 알코올을 형성하는 에틸오르토포르메이트와 같은 알킬 오르토-에스테르
대부분의 수분 경화성 폴리우레탄 제조업체들은 전술한 이유로, 수분 경화성 폴리우레탄을 투명한 형태로 또는 알루미늄과 같은 소수성 처리된 금속성 안료를 사용하여 착색시킨 형태로 제조한다. 이러한 금속 안료는 수분을 함유하지 않거나 또는 적은량의 수분만을 포함하므로 색소 안료에서 야기되는 수분 문제는 존재하지 않는다. 색소 안료는 자체내에 많은 양의 흡착된 수분을 가지므로 이로 인해 수분 경화성 폴리우레탄 코팅내에 사용하기에는 적당치 않게 된다.
미국 특허 제 4,304,706 호는 특정한 색소안료, 용매 및 특정한 양의 선택된 단량체 디이소시아네이트가 첨가되는 첨가제로 이루어진 슬러리를 제조하는 것에 의하여 색소 착색된 수분 경화성 폴리우레탄을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 폴리올(또는 기타 적당한 수소 공여체)을 상기 슬러리 및 단량체성 디이소시아네이트에 가한다. 그후 전술한 혼합물에 소위 색소 안료 분산물인 안료를 첨가하고 그후 이소시아네이트 프리폴리머를 가한다. 완성된 혼합물은 보호 및 장식용 코팅으로서 사용되는 안정하게 착색된 수분 경화성(공기 건조식) 폴리우레탄을 만든다.
본 발명은 폴리인산(PPA)이 안정화제/건조제로서 첨가된, 임의적인 유기 용매중의 폴리우레탄 프리폴리머(이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트 프리폴리머로도 불림)를 포함하는 수분 경화성 폴리우레탄 코팅 조성물에 관한 것이다. 본 코팅 조성물은 투명 코팅 또는 색소 코팅일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시태양은 안정화 유효량의 PPA를 첨가하는 것에 의해 임의적인 유기 용매중의 이소시아네이트-말단화된 프리폴리머를 함유하는 수분-경화용 폴리우레탄 코팅 조성물을 안정화시키는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시태양은 전술한 수분 경화성 투명 또는 색소 코팅 조성물로부터 도출된 폴리우레탄 코팅으로 코팅된 기판을 제공하는 것이다.
상기 코팅 조성물에 PPA를 첨가하는 것은 하기한 잇점을 낳는다.
· PPA는 이소시아네이트-함유 조성물의 열분해에 대한 효과적인 안정화제이며 동시에 안료 건조제이다.
· PPA는 또한 내부식성 및 녹슨 강철을 비롯한 금속 기판에 대한 접착성을 개선시킨다.
수분 경화성 코팅 조성물은 기본적으로 폴리이소시아네이트 성분 및 유기 용매를 포함한다. 적당한 폴리이소시아네이트 물질은 수분 경화성 폴리우레탄 코팅을 제조하는 당해기술 분야에서 공지된 이소시아네이트-말단화된 프리폴리머 중 어떤 것도 가능하다. 전형적으로 프리폴리머는 폴리이소시아네이트와 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리올의 부분적으로 미리반응시킨 혼합물을 포함한다. 많은 유기 폴리이소시아네이트가 상기 프리폴리머를 제조하는 데 사용될 수 있는 데 예컨대, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 페닐렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 및 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)가 있다. 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)는 톱코우트용 프리폴리머를 제조하는 데 특히 적당하며 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트(TMDI)는 가요성 코팅 및 외부 용도로 탁월하다. TDI는 저가이나 불량한 외장 특성을 보인다. MDI는 불량한 외장 내구성을 가지나 강한 인성의 내약품성 코팅을 형성한다.
상기 프리폴리머를 제조하는 데 사용되는 적당한 폴리올의 예로는 폴리알킬렌 폴리에테르 및 폴리에스테르 폴리올이다. 폴리알킬렌 폴리에테르 폴리올은 폴리(에틸렌 옥시드) 및 폴리(프로필렌 옥시드) 중합체와 같은 폴리(알킬렌 옥시드)중합체 및, 디올 및 트리올을 비롯한 다가의 화합물(예, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,3-부탄 디올, 1,4-부탄 디올, 1,6-헥산 디올, 네오펜틸 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 펜타에리트리톨, 글리세롤, 디글리세롤, 트리메틸올 프로판 및 유사한 저분자량 폴리올)로부터 유도된 말단 히드록실기와의 공중합체를 포함한다.
확실히, 1종의 고분자량 폴리에테르 폴리올만을 사용할 수 있다. 또한 이작용성 및 삼작용성 물질의 혼합물 및/또는 상이한 분자량 또는 상이한 화학적 조성의 물질들의 혼합물과 같은 고분자량 폴리에테르 폴리올들의 혼합물들을 사용할 수 있다.
유용한 폴리에스테르 폴리올은 과량의 디올을 디카르복실산과 반응시키거나(예를 들면, 에틸렌 글리콜 또는 부탄 디올과 아디프산을 반응시킴) 또는 과량의 디올을 락톤과 반응(예를 들면, 카프롤락톤과 같은 디올의 과량과 프로필렌 글리콜을 반응시킴)시키므로써 제조되는 것들을 포함한다.
상기 폴리올중 몇몇 외에 또는 상기 폴리올 대신, 에틸렌 디아민과 같은 폴리아민을 사용할 수 있다.
프리폴리머는 1 내지 30중량%, 바람직하게는 6 내지 16중량%의 NCO 함량을 가져야 한다. 투명 또는 색조 안료 착색 코팅으로서 적당한 폴리이소시아네이트 프리폴리머는 당해기술 분야에 공지되어 있으며 동시에 등록 상표 AIRTHANE PCG-475 및 AIRTHANE ASN-540 프리폴리머(에어 프로덕츠 케미칼스 인코오포레이티드) 및 Desmodur E-23 프리폴리머(베이어 코오포레이숀)과 같은 것으로 입수할 수 있다.
색조 안료 착색 수분 경화성 폴리우레탄 코팅 조성물을 제조하기 위해, PPA는 안료를 환원시킬 수 있기 때문에 높은 환원 포텐셜을 갖는 산화철과 같은 안료들을 가능하다면 제외하고는 당해기술 분야에 공지된 안료중 어떠한 것들도 사용할 수 있다. 색조 안료 착색 코팅에 사용되는 적당한 안료는 휠스(Huls) 인코오포레이티드 및 베이어 인코오포레이티드와 같은 많은 공급업체들로부터 구입할 수 있다.
본 발명에 사용되는 PPA는 공지된 화학 물질로서 400℃이상에서 오르토인산의 축합 반응 생성물을 포함하고, 물중에 희석하는 경우 오르토인산으로 복귀하며, 피로인산을 포함한다. PPA는 또한 포스폴륨 및 테트라인산이라 불리운다. PPA는 또한 오르토 인산을 충분량의 인산 무수물과 함께 가열하므로써 제조될 수 있다. 본 발명을 실시하기 위해 시판하는 PPA를 사용하거나 또는 수분과 만나면 반응을 일으킬 오산화이인산을 사용하므로써 동일계에서 생성시킬 수도 있다.
기타 성분으로서 본 발명에 사용하기에 적당한 유기 용매는 수분 경화성 투명 코팅 또는 색소 안료 착색 코팅분야에서 공지된 임의의 것을 사용한다. 적당한 용매의 예로는 메틸 아밀 케톤, 부틸 아세테이트, 톨루엔 및 이들의 혼합물이 있다.
투명 코팅 및 색소 안료 착색 조성물에서 전형적으로 종종 사용되는 기타의 첨가제로는 예를 들면, 가소제, 표면활성제, 안료 분산물, 유동 및 평활 보조제, 탈포제, 항산화제 및 광안정화제를 포함한다.
본 발명에 따른 전형적인 투명 코우트 조성물은 임의적인 적당한 용매중에, 10 내지 90중량%의 폴리이소시아네이트 프리폴리머와, 프리폴리머의 중량을 기준으로 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 2 내지 6 중량%의 PPA를 포함할 것이다. 전형적인 수분 경화성 안료 코팅 조성물은 임의적인 적당한 용매중에, 5 내지 90중량%의 폴리이소시아네이트 프리폴리머, 프리폴리머의 중량을 기준으로 1 내지 70중량%의 안료 및 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 2 내지 6 중량%의 PPA를 포함할 것이다.
본 발명을 실시하는 데 있어서, 상기 PPA는 단지 페인트-제조 과정내에 첨가되기만 하거나 또는 상기 프리폴리머에 또는 그것을 제조하는 동안에 바로 손쉽게 첨가될 수 있다. 프리폴리머를 분쇄되지 않은 안료(예, 아연 분진)에 대한 페인트-제조 과정내에서 사용하는 경우, 먼저 상기 프리폴리머를 가열하거나 또는 용매중에서 희석하여서 점도를 감소시키고 상기 PPA를 낮은 전단력하에서 첨가하고 잘 혼합한다. 그후 안료를 중간 전단력하에서 서서히 가하고 잘 혼합시킨다. 투명 코팅 용도로, 상기 PPA는 단지 상기 프리폴리머내로 혼합되며, 가열하거나 또는 필요에 따라 용매중에서 희석시키므로써 프리폴리머의 점도를 감소시킨다.
본 발명에 따른 투명 또는 착색 코팅은 우수한 저장 안정성을 보여주며 이 조성물로 코팅된 패널은 이소시아네이트-건조 시스템과 같거나 또는 더 우수한 내부식성을 보여주었다.
열은 이소시아네이트 건조제를 사용하는 것과 같이 건조 과정을 수행하는 데 필요치 않다. PPA는 내부식성을 개선시키고 프리폴리머의 저장 안정성을 강화시킨다. PPA는 실질적으로 매우 강한산이므로 주의하여 취급하여야 하지만, 그것의 사용에 따른 독성의 문제 또는 이소시아네이트 건조제의 노출 가능성 문제를 제기하지는 않는다.
본 발명의 코팅 조성물은 강철, 알루미늄, 콘크리트 및 목재를 비롯한 다양한 프라임 처리되거나 또는 프라임 처리되지 않은 기판상에 코팅될 수 있다.
하기한 수분 경화성 톱 코우트의 실시예에서는, 다음 성분들을 사용한다.
Davidson Syloid 120 제올라이트-계 분자체
DuPont TiPure R960 이산화 티타늄
Huls Nuosperse N657 안료 분산제
King Dislon NS-30 폴리아크릴레이트/폴리에틸렌 블렌드
King Kkat XC-4205 금속 염 촉매
등록상표 Airthane ASN-540M IPDI/네오펜틸 아디페이트 프리폴리머
Tego Chemie Airex 980 실리콘-계 탈포제
PTSI -- 파라-톨루엔설포닐 이소시아네이트
등록상표 Metacure 120 금속 염 촉매
실시예 1
본 실시예는 표준 콥코우트 수분 경화성 폴리우레탄 조성물의 성능을 입증한다.
PTSI를 포함하는 표준 톱코우트
성분 입력 중량 kg(lb)
혼합탱크에 가하고 잘 혼합한다
Davidson Syloid 120 18.14(40)
DuPont TiPure R960 112.95(249)
Huls Nuosperse N657 3.63(8)
King Dislon NS-30 3.63(8)
부틸 아세테이트 88.45(195)
King Kkat XC-4205 2.27(5)
Airthane ASN-540M 80.02(176.4)
Tego Chemie Airex 980 4.54(10)
혼합탱크에 가하고 잘 혼합한다
PTSI 1.36(3)
Hegman 7로 분쇄한다;20분간 침지시킨다;그후 배출한다
Airthane ASN-540M 190.15(419.2)
실시예 2
본 실시예는 PPA를 함유하는 톱코우트 수분 경화성 폴리우레탄 코팅 조성물의 성능을 입증한다.
PPA를 포함하는 표준 톱코우트
성분 입력 중량 kg(lb)
예비혼합물:
폴리(인산) 1.36(3)
부틸 아세테이트 72.58(160)
예비 혼합물 및 하기한 항목들을 혼합탱크에 가하고 잘 혼합한다
Davidson Syloid 120 18.14(40)
DuPont TiPure R960 112.04(247)
Huls Nuosperse N657 3.63(8)
King Dislon NS-30 3.63(8)
Tego Chemie Airex 980 4.54(10)
Airthane ASN-540M 80.02(176.4)
Hegman 7로 분쇄한다;20분간 침지시키고, 커버하고;그후 배출한다
King Kkat XC-4205 14.88(32.8)
Metacure 120 0.36(0.8)
Airthane ASN-540M 190.15(419.2)
실시예 3
표 3은 실시예 1 및 2의 코팅 조성물에 대한 비교 데이터를 나타낸다. 그 데이터로부터 실시예 2의 PPA-함유 톱 코우트 조성물이 실시예 1의 PTSI-함유 조성물 만큼 또는 그 보다 더 우수한 성능을 갖는다는 것을 알 수 있다. UV-안정화된 제제 노출하에서 광택 손실 및 광택 유지에 관하여 실시예 2가 더 우수하다.
성질 실시예 1 실시예 2
49℃(120℉)에서의 안정성 2 주 2 주
만졌을 때 건조함 2시간 2시간
내약품성(24시간 스폿 테스트):
5%HCl 약간 연화됨 무영향
5%HNO3 약간 연화됨 약간 연화됨
5%NaOH 무영향 무영향
메틸 에틸 케톤 연화됨 연화됨
습도 내성(1000시간):
녹/블리스터링 없음 없음
광택 손실 심각함 약간
UV-안정화된 제제의 QUV-B 노출
1000시간 69% 광택 보유 87% 광택 보유
2000시간 13% 광택 보유 43% 광택 보유
산업상 용도
본 발명은 안정화제 및 안료 건조제로서 폴리우레탄 프리폴리머 및 폴리인산을 함유하는 수분경화성 투명 및 색소 안료 코팅 조성물을 제공한다.

Claims (12)

  1. 건조제로서 폴리인산을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 프리폴리머 및 건조제를 포함하는 수분-경화성 폴리우레탄 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리인산이 프리폴리머 중량을 기준으로 0.1 내지 10중량% 분량으로 존재하는 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 폴리인산이 프리폴리머 중량을 기준으로 2 내지 6중량% 분량으로 존재하는 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 유기 용매를 추가로 포함하는 코팅 조성물.
  5. 폴리우레탄 프리폴리머, 안료 및 건조제를 포함하는 안료 착색된 수분 경화성 폴리우레탄 코팅 조성물로서, 건조제로서 폴리인산을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 코팅 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 폴리인산이 프리폴리머 중량을 기준으로 0.1 내지 10중량% 분량으로 존재하는 코팅 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 폴리인산이 프리폴리머 중량을 기준으로 2 내지 6중량% 분량으로 존재하는 코팅 조성물.
  8. 제5항에 있어서, 유기 용매를 추가로 포함하는 코팅 조성물.
  9. 폴리우레탄 프리폴리머를 포함하는 수분-경화성 폴리우레탄 코팅 조성물을 안정화시키는 방법으로서, 프리폴리머의 중량을 기준으로 0.1 내지 10중량%의 폴리인산을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 코팅 조성물이 투명 코팅인 방법.
  11. 제9항에 있어서, 코팅 조성물이 색소 안료 착색된 코팅인 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 폴리우레탄 코팅조성물이 유기 용매를 추가로 포함하는 것인 방법.
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