KR20000035046A - 내풍화성 중합체 피복 시스템 - Google Patents

내풍화성 중합체 피복 시스템 Download PDF

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데이비드피. 로빈슨
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토마스 더블유. 버크맨
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Abstract

본 발명은 경화성의 에폭시 피복 시스템에 관한 것인데, 이것은 가령 군함 및 해양 비행 갑판과 같이 자외 복사선 및 수분에 노출될 응용에 사용하는데 적절하다. 본 발명의 상기 에폭시 피복 시스템은, 주로 비방향족성 에폭시 중합체를 함유하는 에폭시 성분과, 주로 2차 아민 및/또는 3차 아민을 함유하는 경화제 성분을 함유한다. 에폭시 중합체의 방향족성 및 경화제에서 1차 아민의 함량은 제한되는데, 이것은 경화 후에 "초킹(chalking)" 또는 블러슁(blushing)을 거치지 않고, 화학적 및 역학적으로 안정하며, 미끄러지지 않는 응집체를 고정할 만큼 충분히 두껍고, 오랜 기간의 군함 및 해양 비행 갑판 운행을 견딜 만큼 충분히 질긴 피복을 제공하기 위함이다.

Description

내풍화성 중합체 피복 시스템{WEATHER RESISTANT POLYMERIC COATING SYSTEM}
본 발명은 내풍화성 중합체 피복 시스템에 관한 것인데, 이는 군함 및 다른 해양 응용에서 사용하는데 적합할 뿐만 아니라, 오래가고, 내풍화성이며, 복사선, 특히 자외선에 의한 분해에 견디는 표면을 필요로 하는 다른 응용에도 적합하다. 상기 발명은 또한 그러한 내풍화성 중합체 피복 시스템을 경화하는 것에 의해 형성된 피복 조성물에 관한 것이다. 그 피복제는 특히 내구성이 우수하고, 미끄러지지 않는 표면을 제공하는데 유용하다.
내풍화성 수지 피복제가 주로 기본적인 표면을 침식 및 다른 손상으로부터 보호하기 위해서 및 또한 피복 대상에 미적이거나 실용적인 색을 제공하기 위해서 오랜 세월동안 모색되어졌다. 아크릴, 실리콘, 우레탄 및 플루오르화 중합체를 사용하는 내풍화성이 우수하고 광학적으로 안정한 수지 피복 시스템은 탱크 피복 산업(예를 들어, 피복 물 탱크, 철길 탱커, 석유정제 및 천연가스 정제 저장탱크 등), 운송 산업(예를 들어, 철도차량, 항공기 등), 건축 및 건설 산업(예를 들어, 빌딩, 지붕, 표지 등)에서 오랜 세월동안 사용되어 왔다. 이러한 시스템은 그러나 대략 50.8 내지 203.2 ㎛(2 내지 8 mils)의 얇은 막 두께를 형성하는 경향이 있다.
특정 응용에서, 피복의 다른 기능은 젖은 조건하에서 미끄러지지 않는 표면을 제공하는 것이다. 예를 들어, 군함의 갑판 표면 및 다른 해양 응용에서 사용되는 피복제는 오래가고 미끄러지지 않는 표면을 제공하는 것이 일반적으로 바람직하다. 특히, 항공모함의 비행 갑판은 반복되는 고성능 전투기 및 헬리콥터의 이착륙에 의해 부과되는 격렬한 마모뿐만 아니라, 항공기 테일훅 및 케터펄트 케이블(catapult cable)과의 접촉에 의해 부과되는 충격 및 마모에 최상으로 견디는 표면을 가져야만 한다. 상업적 선박 및 근해 오일 플랫폼뿐만 아니라, 항공기 운반선 이외의 군함은 또한 헬리콥터 또는 짧은 이륙거리의 항공기에 대한 비행 갑판을 가져야만 하고, 그것에 대해서는 내구적이며, 내풍화성의 미끄러지지 않는 피복이 유용할 것이다. 각각의 경우에, 변하는 기후조건하에서 바다에서의 비행 운행은 재앙을 막기 위해 내구적이며, 미끄러지지 않는 피복을 요구한다.
상기 설명된 종래의 내풍화성의 피복 시스템은, 조선 및 상업적인 해양 항공기 운행에 적합한 미끄러지지 않는 표면을 제공하기 위해 전형적으로 필요한 큰 응집체를 지닐만큼 충분히 두꺼운 피복을 제공하지 않는다. 그들은 또한 바다에서 항공기 운항의 가혹한 조건하에서 마모에 대한 충분한 내성을 제공하지 않는다. 아크릴, 실리콘, 및 우레탄 피복제는 단순히 12-18 개월의 군함의 비행기 갑판 운행을 견딜 수 없다.
최종적으로, 이러한 조성물과 그 선구물질은 받아들일 수 없이 높은 휘발성 유기 함량(VOC)을 갖는다. 군함 및 상업적 해양 비행 갑판을 위한 미끄러지지 않는 피복제의 바람직한 특징중의 하나는, 존재하는 피복이 손상되고 수리 또는 교체를 필요로 하는 상황에서 만일 필요하다면 그들이 해양에서 선원에 의해 도포될 수 있는 것이다. 건강과 환경적 이유에서, VOC가 낮거나 조금도 없는 피복 조성물이 필요하다.
에폭시 수지는 지방족, 고리형 지방족 또는 방향족 백본(backbone)에 붙은 3개의 에폭시 또는 옥시란(oxirane) 고리를 갖는다. 에폭시 고리는 여러 기질과 반응하는 능력을 제공하는데, 이러한 수지에 큰 다재다능함을 부여한다. 경화제와 반응할 때, 에폭시는 빽빽하게 교차결합한 중합체 네트워크를 갖는 열경화성 수지를 형성한다. 그들은 질기고, 여러 가지 기질의 우수한 접착성, 높은 침식/화학 내성 및 좋은 유전특성(dielectric property)을 갖는다. 에폭시 수지는 또한 경화에 대한 낮은 수축을 갖고, 다양한 조건하에서 처리되고, 경화될 수 있다. 그들은 피복제, 적층물 및 복합물, 툴링(tooling), 주형 및 주조, 건설 및 결합제 또는 접착제로서 상업적으로 다양한 응용에 사용된다.
에폭시 수지는 1부분 에폭시(1-part epoxy) 또는 2부분 에폭시(2-part epoxy)가 될 수 있다. 2부분 에폭시는 경화제와 섞일 때 경화된다. 2부분의 에폭시 수지 시스템은 상술된 다른 수지 시스템에서 나타나는 VOC 레벨을 나타내지 않는다. 그들은 상당히 내구적이며 오래 견디고, 항공기 비행 갑판과 결합된 심한 사용을 견딜 수 있다.
촉매 경화는, 일반적으로 루이스 염기 또는 루이스 산인 촉매 경화제가 에폭시 수지 단일중합을 개시할 때 일어난다. 3차 아민, 가령 벤질디메틸아민 또는 2,4,6-트리스(디메틸아미노에틸)페놀이 일반적으로 사용되는 루이스 염기 촉매제이다. 이러한 촉매제는 에폭시 기의 메틸렌 탄소와 반응하여 중간체 양쪽성 이온을 생성하는 것으로 믿어지는데, 중간체 양쪽성 이온은 그 다음에 히드록시 부분에서 하나의 수소를 떼어낸다. 결과적인 알콕사이드는 중합체 체인을 시작하고, 에폭시 부분과 반응하여 중합체 체인의 다른 말단에 부가적인 알콕사이드를 생성한다. 보론 트리할라이드(Boron trihalides)는 일반적으로 사용되는 루이스 산 촉매이며, 흔히 아민과 착화합물이 된다. 이러한 아민 착화합물은 열적으로 분해되어, 에폭시 기와 반응하여 경화를 개시하는 하나의 양성자를 형성하는 것으로 믿어진다. 에폭시 수지는 또는 양이온성 광개시제(photo initiator), 가령 IVa 족 원소의 아릴디아조늄 염(aryldiazonium salts), 디아릴이오도늄 염(diaryliodonium salts) 및 오늄 염(onium salts)으로 경화된다.
상호반응 경화는, 경화 과정중에 동단위체(comonomer) 또는 교차결합제로 작용하는 경화제의 존재시에 일어난다. 전형적으로, 경화제는 중합체 백본의 에폭시 및/또는 히드록시 기와 반응한다. 동반응 경화제는, 전형적으로 활성 수소원자, 예를 들어 페놀, 알콜, 티올(thiols), 1차 및 2차 아민 및 카르복시산을 갖는다. 1차 아민은 가장 널리 사용되고 유용한 동반응 경화제이며, 2차 아민보다 2배 빨리 반응한다.
지방족 폴리아민은 부적절하게 취급되면 접촉피부염을 일으키고, 짧은 작업 포트수명(pot life)을 갖는다. 결과적으로, 그들은 때때로 에폭시 화합물과 반응하여, 다루기가 더 쉽고 더 긴 포트수명을 갖는 부가생성물을 생성한다. 예를 들어, 디에틸렌트리아민(일반적인 상업적 아민 경화제)은 에틸렌 옥사이드와 반응하여 모노히드록시에틸디에틸렌트리아민 및 디히드록시에틸디에틸렌트리아민의 혼합물을 생성하는데, 이것은 더 긴 포트 수명과 더 적은 접촉피부염 효과를 갖는다.
미국에서 가장 큰 에폭시 수지의 단일 사용은 피복 응용에 있으며, 2부분 아민 경화 시스템은 내부식성이 필요한 해양 및 다른 유지 피복제에 사용되어 왔다. 이러한 수지의 경화는 전형적으로 7일이 걸린다.
그러나, 피복이 풍화에 노출되는 피복 응용에서 종래의 방향족 에폭시 시스템의 사용은 "초킹(chalking)"현상을 낳는다. 종래의 방향족 에폭시 시스템이 자외선과 습기에 노출될 때, 군함 운행중에 흔히 일어나듯이, 에폭시 중합체는 분해되어, 피복의 백색화 및 중합체 표면의 분말화를 낳는데, 이것이 위장한 "회색 전투함" 피복을 흰색으로 바꾼다. 초킹은 일반적으로 3 내지 12개월 동안 일어나며, 에폭시 수지에 사용되는 경화시스템의 형태에 의존한다.
에폭시 수지에 자외선 흡수 첨가제를 섞거나, 광학적으로 보다 안정한 수지, 가령 아크릴 또는 실리콘을 에폭시에 섞어서 초킹 현상을 어느정도 지체시키는 것이 가능하지만, 이러한 접근은 자외선 흡수 첨가물이 비싸고, 다른 수지를 포함하는 것이 에폭시 수지 시스템의 뛰어난 물리적 및 화학적 내성을 손상시킬 수 있기 때문에, 특히 바람직하지는 않다.
초킹을 피하기 위한 다른 방법은 고리지방족 에폭시 수지 시스템을 사용하는 것이다. 이것을 행하는 한 가지 방법은 에폭시의 방향족 고리를 수소화하는 것이다. 그러나, 높은 비율의 자유 1차 아민을 갖는 경화제 및 수소화된 고리 에폭시 수지는 초킹 문제를 해결하는데 있어서 성공적이지 않다는 것이 측정되어 왔다. 한 가지 이유는, 이러한 수소화된 에폭시가 종래의 1차 아민 경화제와 사용될 때, 피복의 표면에 생성된 과다한 아민 잔류물(또는 "블러쉬")이 있다는 것이다. 상기 블러쉬는 그 다음에 물 및 대기의 이산화탄소와 자외선 존재하에 반응하여, 피복에 카바메이트를 생성하고, 피복의 백색화를 낳는데, 이것은 초킹이 바람직하지 않은 많은 동일한 이유 때문에 바람직하지 않다.
사실, 아주 긴 전반응 기간을 사용하는 것부터 1차 아민 경화제에 덧붙인 아미노피페라진 촉진제와의 반응에 1차 아민 경화제를 사용하는 것까지의, 블러싱 현상을 피하기 위한 여러 시도는, 만족할만한 것으로 판명되지 않았다.
결과적으로, 수소화된 에폭시는, 자외선 및 습기 모두와 접하지 않을 응용, 즉 내부응용에 대해서, 널리 이용가능한 1차 아민 함유 경화제와 함께 사용되어왔다. 그들은 외부 응용에서 사용하기에는 적합한 것으로 생각되지 않았으며, 해양 응용에서는 특히 그렇다. 1차 아민 경화제는 이러한 내부 응용에 사용되는데, 그것이 노란색으로 되지 않음으로써, 내부 응용에서 사용되는 파스텔 또는 다른 색을 왜곡시키지 않기 때문이며, 이것은 마루 및/또는 벽 피복으로서의 사용을 포함한다. 흔히 이러한 응용은 수지가 형광 빛에 노출시 노란색으로 변하지 않을 것을 필요로 한다.
그러므로 이 기술분야에서 바람직한 에폭시 피복 시스템은:
미끄러지지 않는 응집체를 지지하기에 충분한 두께를 갖는, 질긴 열경화성 수지로 경화하고 ;
초킹 또는 블러쉬 되지 않고;
화학 공격 또는 부식에 내성이 있으며;
낮은 VOC 함량을 갖고, 과도한 건강상의 위험 또는 환경적 위험없이 적용될 수 있으며;
필요로 하지는 않지만, 자외 흡수 화합물 및 광학적으로 안정한 수지와 사용될 수 있으며; 및
충분히 내성이 있어서 적어도 대략 12-18 개월의 항공기 비행 갑판 운행 동안에 교체할 필요없이 비행 갑판상의 피복으로서의 사용을 견딜 수 있는 것이다.
이러한 및 다른 목적들과 이점들은 본 발명에 의해 획득되는데, 이것은 종래의 에폭시 수지 시스템에 비해서 진보된, 초킹 및 블러싱에 대한 내성을 갖는 에폭시 수지 피복 시스템에 대한 것이다. 본 발명에 사용된 에폭시 수지 시스템은 비방향족 에폭시 성분 및, 주로 2차 및 3차 아민 화합물로 이루어지고 최소량의 1차 아민 화합물을 함유하는 아민 경화제 성분을 갖는 2 부분 시스템이다.
피복 시스템의 에폭시 성분은 지방족 또는 고리지방족 에폭시 중합체를 함유한다. 중합체는 선형 또는 가지형, 다중기(multifunctional), 액체 또는 고체 중합체일 수 있으나, 일반적으로 지환식(alicyclic) 고리를 함유한다. 전형적으로, 중합체에 존재하는 80% 이상의 고리가 비방향족이다. 게다가, 에폭시 성분은 수지 작용기, 점성도, 유연성 및 경화 속도를 보정하기 위해 제작된 비방향족성 에폭시 희석제를 함유할 수 있다. 특정한 희석제는 트리-메틸올 에탄 트리-글리시딜 에테르를 포함한다.
피복 시스템의 경화제 성분은 주로 2차 아민 화합물 및 3차 아민 화합물을 포함하며, 만일 있다면 매우 제한된 양의 1차 아민 화합물을 함유한다. 여기에서 사용된 것처럼, 1차 아민 화합물은 선형 또는 가지형, 지방족 또는 방향족 아민이며, 2개 이상의 1차 아민 부분을 갖는 다중 아민을 포함한다. 3차 아민 화합물은 방향족 또는 지방족 아민으로, 1차 또는 2차 아민 부분을 갖지 않는다. 2차 아민 화합물은 선형 또는 가지형, 지방족 또는 방향족 아민이며, 적어도 1개의 2차 아민 또는 아미드 부분을 가져서, 여기에서 정의된 것처럼 1차 아민 화합물 또는 3차 아민 화합물이 아니다. 본 발명에서 제한되거나 또는 제외되는 1차 아민 화합물은 상대적으로 낮은 분자량, 일반적으로 100미만, 더욱 특별하게는 약 50미만의 분자량을 갖는 경향이 있다.
일반적으로 경화제 성분은 약 40 중량% 내지 약 100 중량%의 2차 아민 화합물 및 3차 아민 화합물을 함유한다. 경화제 성분에서 1차 아민 화합물의 함량은 일반적으로 경화제 조성물의 중량에 대해 5중량% 미만으로 제한되며, 바람직하게는 경화제의 약 1중량% 미만이다. 특히, 경화제는 이미다졸 말단기를 갖는 하나 이상의 화합물 및 폴리아미드 또는 아미도아민과 같은 부가적인 화합물을 갖기 때문에, 2차 아민 화합물의 총 함량은 상기 파라미터 이내이다.
본 발명의 에폭시 피복 시스템은 실온에서 섞이고 적용될 수 있고, 단단하고, 고체, 불용성, 내구적인 피복으로 경화될 것인데, 상기 피복은 피복에 분산된 미끄러지지 않는 응집체를 지지하기 위해 적절한 두께로 적용될 수 있고, 해수에 대한 노출의 부식 효과를 견딜 수 있다.
피복 시스템의 경화에 의해 생기는 피복은, 그것 자체가 또한 본 발명의 일부를 형성하는데, 반복되는 항공기의 이륙 및 착륙, 테일훅 및 캐터펄트 케이블과의 접촉을 적어도 12-18 개월의 기간동안 견딜 수 있다.
비방향족성 에폭시 중합체가 사용되기 때문에, 그 피복은 자외 복사선, 수분에 대한 오랜 기간 노출에 초킹없이 견딜 수 있고, 그것에 의해 피복의 항구성을 증가시킨다. 게다가, 최소량의 1차 아민이 사용되기 때문에, 본 발명의 시스템은 수분 존재하에서 피복 표면의 블러쉬 백색화를 형성하지 않는다. 본 발명의 피복 시스템이 노란색으로 되지만, 이것이 전형적으로 "전투함 회색"인 피복의 색을 두드러지게 바꾸지는 않기 때문에, 피복의 위장 효과는 손상되지 않는다. 피복은 외부 응용에 사용되고, 위장용 회색 또는 검은색 표면을 피복하는데 사용되기 때문에, 노란색의 미적 효과는 중요하지 않다.
본 발명은 다음의 상세한 설명을 언급함으로써 보다 분명하게 이해될 수 있으며, 이것은 여하튼 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명은 한 부분이 에폭시 중합체인 2부분 경화성 에폭시 피복 시스템에 관한 것이다. 에폭시 중합체는 선형 또는 가지형일 수 있으며, 단일기 또는 다중기일 수 있고, 액체 또는 고체 에폭시 중합체일 수 있다. 그러나, 에폭시 중합체의 방향족성은 중합체 고리의 약 20% 이하로 제한된다. 더 낮은 방향족성이 초킹에 대한 증가된 내성을 제공하므로, 에폭시 중합체의 방향족성은 더 낮을수록 좋다. 적절한 에폭시 중합체는 일반적으로 대략 100 내지 1000 EEW (1그램 당량 에폭사이드를 함유하는 중합체의 그램 무게로 정의되는 에폭사이드 당량 무게)의 범위에서 에폭시 수를 갖는다.
상기 구속조건에 맞는 에폭시 중합체가 사용될 수 있지만, 상기 설명된 비스페놀 A 의 수소화된 디글리시딜 에테르에서 생기는 에폭사이드가 특별히 적절한 것으로 밝혀졌다. 비록 정확한 반응 차수 및 반응의 특정 형태가 본 발명의 실행에 치명적이지는 않지만, 수소화된 비스페놀 화합물을 사용하여 에폭시 중합체 성분을 제조하는 것이 편리한 것으로 밝혀졌다. 보다 특별히, 첫 단계로, 비스페놀 A는 촉매 존재하에서 압력을 가하여 99% 보다 많은 방향족 고리를 수소화하고, 1% 미만을 수소화되지 않은 물질로 남겨둔다. 수소화된 비스페놀 A는 그리고나서 루이스 산 존재하에서 에피클로로하이드린(epichlorohydrin)과 에폭시화 된다. 그 결과 생성물은 그리고나서 부식제로 탈수소화되고 세척되어 최종 에폭시 중합체를 생성하는데, 이것은 바람직하게는 최상의 가능한 자외선 내성 성질을 제공하기 위해 가능한 낮은 잔류 염소 함량을 갖는다.
상기 설명된 공정에 의해 생성될 수 있고, 본 발명에 따라 사용되는 다른 에폭시 중합체는 100 내지 1000 EEW 범위의 것들을 포함하고, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 또는 노볼락(novolac) 화학에 근거한 액체 또는 고체일 수 있다. 부가적으로, 이러한 에폭시 중합체는 비방향족 희석제와 섞일 수 있는데, 그 희석제는 양립할 수 있고, 점성도, 경화속도, 화학 내성 등을 보정하며, 자외선 내성에는 영향을 미치지 않는다.
에폭시 시스템의 경화제 성분은 2차 아민 화합물 및 선택적으로 3차 아민 화합물을 함유하고, 만일 있다면, 매우 제한된 양의 1차 아민 화합물을 함유한다. 다른 이론에 의해 뒤받침 되기를 바라지는 않지만, 2차 아민 화합물이 에폭시 화합물과 함께 반응하여 경화반응을 개시하는 것으로 믿어진다. 그 공정에서, 2차 아민 화합물은 3차 아민 화합물로 변환되고, 그것은 다른 2차 아민 화합물 및, 부분적으로는 반응하고 부분적으로는 반응하지 않은 에폭시 화합물 그 자체에 의한 경화를 더욱 가속화시킨다. 초킹 또는 브러싱없이 이 효과를 획득하기 위해서, 아민 경화제 성분은 전형적으로 0-100 중량%의 폴리아미드 또는 아미도아민 및 0-100 중량%의 에틸렌 아민과 지방산 또는 다이머 산(dimeric acid)의 이미다졸 반응 생성물의 조합을 함유할 수 있으며, 선택적으로 3차 아민의 첨가물 퍼센트 0-40% 및/또는 0-20%의 수소화된 에폭시 수지를 함유할 수 있다.
아민 경화제 성분에서 사용하기 위한 적절한 2차 아민 화합물은 TETA(트리에틸렌테트라민:triethylenetetramine):
및 1차 아민 화합물의 PEHA(펜타에틸렌헥사아민) 종, 특히 카르복스아미드(carboxamides)를 생성하기 위한 이러한 아민과 카르복시산의 반응 생성물로부터 제조되는 것을 포함한다. 다른 아민과 아민종이 사용될 수 있으나, 상기 아민 종이 비용과 성능면에서 특히 적절한 것으로 밝혀졌다.
특히, 상기 아민 종의 아민과 지방산 또는 다이머 산의 반응 생성물이 적절한 것으로 밝혀졌다.
이러한 지방산은 긴 유지방산(리놀렌산 및 올레인산의 혼합물) 및/또는 식물성 유지방산을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 다이머 산은 불포화산의 고리화에 의해 생성될 수 있다:
가령 상기 설명된 종과 같은 아민과, 지방산의 반응은 폴리아미드 및 본 발명의 경화제 성분에서 사용하기 적절한 아미도아민 에폭시 경화제를 생성한다.
아민 경화제 성분은, 전형적으로 대략 1개 내지 3개의 2차 아민 부분, 2개의 고리형 3차 아민 부분 및 1개의 1차 아민 부분을 갖는 이미다졸을 포함하는 혼합물을 형성한다.
전형적으로, 경화제 조성물은 양적으로 적어도 조성물의 약 50 중량%의 이미다졸 화합물을 함유하며, 3-5 개의 부가적 2차 아민 부분을 갖는 폴리아미드 또는 아미도아민을 경화제 조성물에 대해 약 50중량% 또는 그보다 적은 양으로 함유한다. 경화제 조성물은 전형적으로 약 1 중량% 미만의 반응하지 않은 1차 폴리에틸렌아민을 함유한다. 예를 들어, TEPA와 긴 유지방산의 반응에 의해 제조되는 아민 경화제 성분은 다음과 같은 조성물을 가질 수 있다:
여기에서 이미다졸은 약 60 중량%의 양으로 존재하며, 아미도아민은 약 39 중량%의 양으로 존재하고, 유리된(free) 에틸렌 아민은 1 중량% 미만의 양으로 존재한다. 여기에서 모든 아민 부분이 2차 아민, 아미드 또는 질소 이미다졸인 화합물을 사용하는 것이 또한 가능하다.
아민 경화제 조성물에서 총 아민의 비율은 상기 설명된 바와 같이, 또한 3차 아민 화합물일 수 있다. 이러한 3차 아민 화합물은 루이스 염기 촉매로 작용하고, 2차 아민 화합물과의 상호반응을 가속화하며, 이것은 흔히 천천히 경화할 수 있다. 아민 경화제 성분에 포함될 수 있는 적절한 3차 아민 화합물은 치환된 페놀계 아민, 가령 2,4,6-트리(디메틸아미노메틸)페놀 및 디메틸아미노메틸페놀을 포함한다. 아민 경화제 성분에서 3차 아민 화합물의 비율은, 전형적으로 아민 경화제 성분에서 아민의 총 중량에 대해 단지 약 40 중량% 이다. 부가적으로, 수소화된 에폭시 수지는 경화제 조성물에 0-20 중량%로 첨가될 수 있으나, 흔히 이 발명이 첨가생성물을 형성하는 것은 필요치 않다.
다른 성분도 또한 본 발명의 피복 시스템에 포함될 수 있는데, 가령 틱소트롭(thixotrops), 용제, 충전제, 응집체, 섬유 등이며, 이것은 경화제 성분, 에폭시 성분, 또는 모두에 포함될 수 있다.
틱소트롭은 피복 시스템의 총 중량에 대해 약 5 중량% 내지 약 40 중량% 범위의 양으로 포함될 수 있다. 적절한 틱소트롭은 일반적으로 에폭시 피복 시스템에 적절한 것을 포함하는데, 가령 섬유성 광물질(예를들어, 규회석), 아라미드 섬유, 조각 또는 칩(chip)(가령 KEVLAR), 점토(가령 벤토나이트, 헥토라이트, 스멕타이트, 에터펄자이트), 비결정성 연무처리된 실리카(비처리된 및 표면 처리된), 및 왁스(가령 폴리아미드 왁스, 수소화된 피마자유)이다.
용제는 피복 시스템의 총 중량에 대해 약 20 중량%까지의 양으로 포함될 수 있으며, 에폭시 피복 시스템에 적절하다고 일반적으로 여겨지는 것, 가령 크실렌, 메틸-n-아밀 케톤, n-부탄올, 메틸-이소부틸 케톤, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 아로메틱 100(AROMATIC 100)(석유계 탄화수소), 톨루엔 및 푸르푸릴(furfuryl) 알콜 중에서 전형적으로 선택된다.
충전제는 피복 시스템의 총 중량에 대해 약 25 중량% 내지 약 40 중량% 범위의 양으로 포함될 수 있다. 그들은 피복을 확장시킴으로써 그것의 적용 비용을 감소시키는 기능을 한다. 그들은 또한 피복에 미끄러지지 않는 성질을 제공하는 작용을 할 수 있다. 적절한 충전제는 바륨 황산염, 실리카, 네펠린 섬장암, 칼슘 카보네이트, 알루미늄 옥사이드, 활석 등을 포함한다.
응집체도 또한 포함되어 피복에 미끄러지지 않는 성질을 제공하고, 피복 시스템의 총 중량에 근거하여 약 30 중량% 내지 약 50 중량% 범위의 양으로 포함될 수 있다. 적절한 응집체는 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 슬랙 연마제, 알루미늄 분말 등을 포함한다.
본 발명의 피복 시스템은 전형적으로 비방향족 에폭시 중합체 또는 경화제 성분을, 하나 또는 그 이상의 상기 설명된 성분 뿐만 아니라, 선택적으로 공기 방출 첨가제(air release additives), 안료 및/또는 보습제와 섞어서 제조될 수 있다. 에폭사이드 성분은 피복 시스템이 적용될 때까지 아민 경화제 성분에서 격리되어 보관된다. 그 점에서, 아민 경화제 성분은 피복 시스템의 총 중량에 근거하여 약 1 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 에폭시 성분과 섞인다. 그 결과적인 혼합물은 그리고나서 혼합 시간으로부터 약 10분 내지 60분의 시간 기간 이내에 피복될 표면에 도포된다. 그 혼합물은 압출되고, 브러쉬되고, 또는 피복될 표면에 스프레이 되어서, 경화할 충분한 시간, 전형적으로 24℃에서 약 24시간 내지 약 3일동안 방치된다. 경화 후에, 피복된 표면은 의도대로, 예를 들어 해양 또는 군함 비행 갑판 운행에 대해 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 적용되는 피복이 암 회색의 미끄러지지 않는 갑판 표면의 황색화를 낳기는 하지만, 그것은 초킹이나 브러쉬하지 않고, 확장된 기간동안 염수를 포함한 수분 및 자외선의 존재하에서 계속해서 사용될 수 있다.
만일 요구된다면, 본 발명의 피복 시스템은 다른 호환성 광 내성 시스템과 섞여서 혼성 피복을 얻을 수 있다. 예를 들어, 아크릴, 실리콘, 에폭시-실리콘 및 다른 호환성 중합체는 본 발명의 피복 시스템과 피복 시스템중량의 약 40 중량%의 양까지 섞일 수 있다.
본 발명은 다음 예를 언급함으로써 보다 분명하게 이해될 수 있으며, 이것은 발명의 범위를 설명하기 위해서이지 제한하기 위해서 의도된 것은 아니다.
실시예
아래에 나타난 에폭시 피복 시스템은 현재 청구되는 발명에 따라 제조되었다(모든 총 에폭시 시스템에 근거한 중량 퍼센트이다.)
성 분 실 시 예
1 2 3 4 5
A 부 분
PEP6180/에퍼로이(Epalloy)5000/에포넥스(Eponex)15101 12 10 10 10 12
용 제 5 7 7 7 5
충 전 제 23.5 25 25 25 23.5
알루미늄 옥사이드 47 43.5 43.5 43.5 47
안 료 2 2 2 2 2
틱소트롭 4 6 6 6 4
첨가제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
B 부 분
버사미드(Versamid) 1402 5 5
제나미드(Genamid) 2353 4
엔카미드(Ancamide) 24474 4
엔카미드(Ancamide) 5065 4
K54/EH-30/EH-506 1 1 1 2 2
총 계 100 100 100 100 100
1PEP 6180은 퍼시픽 에폭시 프로덕츠(Pacific Epoxy Products)사에 의해 생산된 수소화된 에폭시 수지이며;
에퍼로이(Epalloy)5000은 CVC 스페셜티 케미컬스(CVC Specialty Chemicals)사에 의해 생산된 수소화된 에폭시 수지이며;
에포넥스(Eponex)1510은 쉘 케미컬스(Shell Chemicals)사에 의해 생산된 수소화된 에폭시 수지이다.
2버사미드(Versamid)140은 헨켈 프로덕츠(Henkel Products)사에 의해 생산된 폴리아미드이다.
3제나미드(Genamid)235는 헨켈 프로덕츠(Henkel Products)사에 의해 생산된 아미도아민이다.
4엔카미드(Ancamid)2447은 에어 프로덕츠 앤드 케미컬스(Air Products and Chemicals)사에 의해 생산된 아미도아민이다.
5엔카미드(Ancamid)506은 에어 프로덕츠 앤드 케미컬스(Air Products and Chemicals)사에 의해 생산된 아미도아민이다.
6K54/EH50/EH30은 치환된 페놀 촉진제이다.
이러한 조성물을 제조하기 위한 전형적인 제조 방법은 다음의 단계를 포함한다:
A 부분
제 1단계-혼합 용기에 수지를 가하고 고속으로 분산제를 혼합하기 시작한다.
제 2단계-용매/첨가제/틱소트롭를 가하고; 고속으로 30분 혼합한다.
제 3단계-충전제 및 응집체를 가하고; 10분 섞어서 배치(batch)를 완료한다.
B 부분
제 1단계-경화제를 혼합 탱크에 가한다.
제 2단계-15분간 혼합하여 배치를 완료한다.
본 발명은 그것의 구체적 실시예에 의해 설명됨에 따라서, 상기 발명의 여러 보정 및 변화들이 또한 첨부된 특허 청구범위 및 그것에 상응하는 범위 내에 있을 것이라는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (25)

  1. 두 부분(two-part) 에폭시 수지 피복 시스템에 있어서,
    (a) 지방족 또는 고리형지방족 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시 성분; 및
    (b) 2차 아민 화합물, 3차 아민 화합물, 및 그것의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 아민 화합물 약 40 중량% 내지 약 100 중량%를 포함하는 경화제 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 어떠한 1차 아민 화합물이라도 상기 경화제 성분의 중량에 근거하여 약 5중량% 미만의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 어떠한 1차 아민 화합물이라도 약 1중량% 미만의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 아민 경화제 조성물(b)이 3차 아민 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 2차 아민 화합물이 상기 아민 경화제 조성물(b)의 약 70 중량% 내지 약 100 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 시스템이 후경화 단계(post cure step) 또는 상승된 경화 스케줄의 요구 없이 약 4℃ 내지 약 66℃(약 40℉ 내지 약 150℉)의 온도에서 경화 가능한 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 수지 피복 시스템의 총 중량에 근거하여, 상기 에폭시 성분(a)이 약 80 중량% 내지 약 99 중량% 범위의 양으로 존재하며, 상기 경화제 성분(b)이 약 1 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 에폭시 성분이 상기 수지 피복 시스템의 총 중량에 근거하여 약 5 중량% 내지 약 40 중량%의 에폭시 화합물, 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%의 틱소트롭, 약 20 중량%이하의 용제, 약 25 중량% 내지 약 40 중량%의 충전제, 약 30 중량% 내지 약 50 중량%의 응집체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 성분(a)이, 적어도 약 80%가 비방향족성인 고리형 하이드로카빌(hydrocarbyl) 부분을 갖는 수소화된 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 성분(a)이 약 100 내지 약 1000 eew 범위에서 에폭시 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 성분(a)이 지방족 또는 고리형지방족 에폭시 화합물과 다른 호환성 중합체의 혼합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 호환성 중합체가 아크릴 중합체, 실리콘 중합체, 에폭시-실리콘 중합체 및 그것들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 호환성 중합체가 상기 에폭시 성분의 중량에 근거하여 0 중량% 보다 많고 40 중량% 이하의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  14. 에폭시 수지 피복에 있어서,
    제 1항의 에폭시 수지 피복 시스템의 에폭시 성분(a) 및 경화제 성분(b)을 혼합하고, 이 혼합물을 고체형의, 단단한, 불용성 수지를 형성하기 충분한 조건을 받게 함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는, 에폭시 수지 피복.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 조건이 약 4℃ 내지 약 66℃(약 40℉ 내지 약 150℉)의 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 에폭시 수지 피복.
  16. 미끄러지지 않고, 풍화 및 자외선에 내성이 있는 피복에 있어서,
    (a) 2차 또는 3차 아민 경화제로 경화되는 지방족 에폭시 수지를 포함하는 매트릭스 상(matrix phase); 및
    (b) 아라미드(aramid) 입자, 아라미드 섬유, 광물질 입자 및 광물질 섬유로 구성된 그룹으로부터 선택되는 입자를 포함하는 분산 상(dispersed phase)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미끄러지지 않고, 풍화 및 자외선에 내성이 있는 피복.
  17. 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템에 있어서,
    (a) 지방족 또는 고리형지방족 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시 성분; 및
    (b) 약 1개 내지 약 3개의 2차 아민 부분, 2개의 고리형 3차 아민 부분, 및 하나의 1차 아민 부분을 갖는 이미다졸(imidazole)을 약 50중량% 이상으로 포함하는 경화제 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 경화제 성분이 약 3개 내지 약 5개의 2차 아민 부분을 갖는 아미도아민 및 폴리아미드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 화합물을 약 50 중량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 경화제 성분이 약 1 중량% 미만의 폴리에틸렌 아민을 갖는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  20. 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템에 있어서,
    (a) 지방족 또는 고리형지방족 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시 성분; 및
    (b) (1) 트리에틸렌아민테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, 또는 그것들의 혼합물과 (2) 지방산 또는 다이머 산의 반응 생성물을 포함하는 경화제 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 지방산이 긴 유지방산(tall oil fatty oil) 또는 식물성 유지방산인 것을 특징으로 하는, 두 부분 에폭시 수지 피복 시스템.
  22. 해양 항공 비행 갑판에 대한 내구적, 내풍화성이며, 미끄러지지 않는 피복을 제공하는 방법에 있어서,
    (1) (a) 지방족 또는 고리형지방족 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시 성분과 (b) 2차 아민, 3차 아민, 및 그것의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 약 10 중량% 내지 약 100 중량%의 아민 화합물을 포함하는 경화제 성분과 (c) 미끄러지지 않는 응집체를 혼합하는 단계;
    (2) 상기 결과 혼합물을 해양 항공 비행 갑판에 도포하는 단계; 및
    (3) 상기 혼합물을 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피복 제공 방법
  23. 제 22항에 있어서, 상기 미끄러지지 않는 응집체(c)가 에폭시 성분(a) 또는 경화제 성분(b) 또는 그 모두와 선혼합되는(premixed) 것을 특징으로 하는, 피복 제공 방법.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 경화제 성분이 5 중량% 미만의 1차 아민 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 피복 제공 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 1차 아민 화합물이 경화제 조성물의 약 1중량% 미만의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 피복 제공 방법.
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