KR20010085259A - 두꺼운 코팅의 건조시간 개선방법 - Google Patents

두꺼운 코팅의 건조시간 개선방법 Download PDF

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Abstract

최소 두개의 별도층으로 그리고 "웨트-온-웨트(wet-on-wet)"층으로 코팅제를 적용함으로써 신속-경화(quick-setting) 바인더를 함유하는 두꺼운, 외장용 수성 코팅제의 건조 시간을 향상시키는 방법이 개시된다.

Description

두꺼운 코팅의 건조 시간 개선 방법{A METHOD OF IMPROVING THE DRYING TIME OF A THICK COATING}
본 발명은 두꺼운, 수성 코팅의 건조 시간을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 코팅제를 최소 두 별도의 층으로 적용함으로서 신속-경화(quick-setting) 바인더를 함유하는 두꺼운, 수성 코팅의 건조 시간을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
코팅제는 내구성을 향상시키기위해 그리고 소음의 완충, 방음 및 소음 제거 및 하부의 기질 보호를 포함하는 특성을 향상시키기위해 두꺼운 층(즉, 최소 0.4mm의 습윤 두께)으로 적용될 수 있다. 전형적으로, 두꺼운 코팅이 요구될수 있는 적용처는 루프 코팅제 및 도로-표시제 또는 교통용 페인트를 포함한다. 두꺼운 코팅제 적용의 단점중 하나는 건조 시간이 너무 길다는 것이다. 이것은 특히 온도 및 습도가 변화하며 기후가 예측불허한 경우의 외장 코팅제 적용시 문제가 된다. 더욱 문제되는 것은, 도로-표시 페인트와 같은 적용에서 실질적으로 단기간내에 새롭게 도료된 표시제상에 교통 통행이 이루어져야하는 필요성이 있다는 것이다.
코팅 산업에는 이와 같은 외장, 두꺼운 코팅에 사용되는 제품의 건조 시간을가속화하는 화학물질 및 방법이 많다. 다수의 제품들은 용매-기초 빠른-건조 코팅제를 사용한다. 끓는점이 낮은 휘발성 유기 용매는 도로상에 페인트를 적용한 후 신속히 증발하여 새로이 적용된 도료 표시제의 바람직한 빠른 건조 특성을 제공한다. 그러나, 주위는 휘발성 유기 용매를 배출할 뿐만아니라, 이러한 타입의 페인트 배합물은 작업자가 유기 용매의 증기에 노출되는 경향이 있다. 이러한 결점 및 정부와 사회로부터 증가하는 엄격한 환경적 제제로 인하여, 빠른 건조 특성 및/또는 성질을 보유하면서 보다 환경 친화적인 코팅제의 개발이 요구된다.
수성(aqueous) 또는 수성기초(waterborne) 코팅 시스템을 개발하기위한 많은 시도가 있었다. 주로 높은 끓는점, 증기화의 높은 잠열, 높은 극성 및 물의 강한 수소 결합의 복합으로 인하여, 수성 코팅제의 건조 시간이 일반적으로 유기 용매-기초 코팅제가 나타내는 것보다 길다. 건조 시간은 코팅제가 적용되는 분위기의 상대 습도에 매우 의존한다. 수성 페인트는 다습에서 건조되는데 여러시간 또는 그 이상의 시간이 걸린다. 지체되는 건조 속도 문제는 특히, 보다 두껍게 적용되는 교통용 페인트의 경우 특히 악화된다. 긴 건조 시간은 보다 긴 교통 장애로 인하여, 수성 페인트, 특히 교통용 페인트 및 도로 표시 페인트의 이용을 여러가지로 제한한다.
보다 짧은 건조 시간, 즉, 빠른 또는 신속한 건조 또는 경화 코팅제를 갖는 수성 코팅제를 제조하기 위한 시도로서, 응집을 유도하는 염 또는 산 혹은 이들의 결합을 이용한 방법이 pH 감지 바인더 시스템을 갖는 것과 같이 고안되었다. 이와 같은 코팅은 하기 공고된 특허 출원 및 등록된 특허에 개시되어 있는 것들을 포함한다:
(a) EP-A-0066108에는 바인더가 순수한 아크릴 수지, 카르복실화 스티렌/디부틸 푸마레이트 공중합체 및 폴리프로필렌 이민과 같은 중합, 다작용성 아민의 혼합물로 이루어진 수성 도로 표시 조성물이 개시되어 있다.
(b) EP-B-0322188에는 막 형성 라텍스 중합체, 약 염기-작용성 합성 라텍스 중합체 및 휘발성 염기를 함유하는 수성 코팅 조성물이 개시되어 있다.
(c) EP-B-0409459에는 0℃이상의 Tg를 갖는 음이온적으로 안정화된 에멀젼 조성물이 실질적으로 모든 폴리아민 작용성 중합체가 비-이온성 상태로 존재하는 pH가 되는 양의 휘발성 염기를 포함하는 수성 코팅 조성물이 개시되어 있으며, 여기서 휘발성 염기의 증기화시 폴리아민 작용성 중합체의 50중량%이상이 pH5-7에서 용해될 수 있다. 비이온성 상태에서(즉, 탈양성자화된), 음이온적으로 안정화된 에멀젼 및 조성물내에 존재할 수 있는 어떠한 다른 음이온성 성분과 폴리아민의 상호작용은 제거된다. 휘발성 염기는 공기 건조 조건하에서 방출되도록 충분하도록 휘발성이어야 한다. 휘발성 염기의 부재하에서, 양성자화된 아민부는 음이온성 성분과 상호작용하여 코팅 조성물을 불안정하게 한다.
(d) US-A-5,804,627에는 외부 표면상의 빠른 건조 코팅을 생성하는 방법이 개시되어 있으며, 이는 상기 표면에 약 0℃이상의 Tg를 갖는 음이온적으로 안정화된 에멀젼 중합체, 아민기를 함유하는 단량체 유니트를 약 20~100중량% 갖는 폴리아민 작용성 단량체 및 본질적으로 모든 폴리아민 작용성 중합체가 비이온성 상태로 존재하게되는 점으로 조성물의 pH를 증가시키기에 충분한 양의 휘발성 염기를포함하는 수성 조성물을 적용하는 단계 및 코팅을 생성하도록 휘발성 염기를 증발시키는 단계를 포함한다.
(e) US-A-5,922,398에는 펜던트 아민-작용기를 갖는 라텍스 입자를 함유하는 수성 코팅 조성물이 개시되어 있다. 상기 라텍스 입자는 약 0℃이상의 Tg를 가지며 적용 온도에서 피막 형성이 가능하다. 본질적으로 모든 아민작용기가 비-이온성 상태로 존재하는 시점으로 조성물의 pH를 증가시키기위한 양의 염기(예, 암모니아)가 첨가된다. 막 형성시, 염기가 증발하여 펜던트 아민부가 양성자화되도록 한다. 그 다음, 그 결과물인 펜던트 암모늄부는 음이온성 계면활성제와 작용하여 수성 시스템을 불안정화시키고 따라서 건조를 가속시킨다.
(f) US-A-5,824,734에는 중합체의 고형분 중량을 기준으로 2차 또는 3차 아미노 아크릴레이트를 0.1~5중량%갖는 아민 작용성 라텍스 중합체, 교차결합 단량체 및 친수성 단량체 5중량%미만을 포함하는 수성 코팅 조성물이 개시되어 있다. 상기 조성물은 또한 미네랄 안료를 포함한다. 상기 아민 작용성 라텍스 중합체는 최소 7의 pH에서 제조된다. 중합한 다음, 시스템의 안정성을 유지하기위해 pH는 높게, 바람직하게 8-9.5로 조절된다. pH 감소시, 중합체 입자 및 미네랄 입자의 분산물의 안정성이 감퇴되며, 이는 중합체 및 미네랄 입자를 침전 및 건조시킨다.
(g) US-A-제 5,947,632에는 탈크, 동공 구형 중합체(hollow sphere polymer), 고형 중합체(예, 산, 소디움 또는 칼륨 형태의 이온 교환 수지 비드) 및 무기 화합물(예, 무기 강력흡수 겔, Sumica 겔)을 포함하는 다수의 일반적인 부류의 물질을 포함하는 수성 코팅 조성물이 개시되어 있다. 이러한 물질들은 수성 바인더와 동일한 첫번째 단계에서 또는 후속 단계에서 적용되는 경우에 코팅의 건조를 빠르게 하는 특성을 갖는다.
그러나, 최소의 비용으로 특히 두꺼운, 외장용 수성 코팅제의 건조 시간을 가속화하는 개선된 방법이 계속 요구된다.
본 발명에 의하면,
(a) 신속-경화 바인더를 함유하는 수성 코팅 배합물을 제조하는 단계;
(b) 제1 습윤 코팅을 형성하기위해 제1부의 코팅 배합물을 기질에 적용하는 단계;
(c) 최소 하나의 제2 습윤 코팅을 형성하기위해 상기 제1 습윤 코팅이 건조되기전에, 최소 하나의 제2부의 코팅 배합물을 상기 제1 습윤 코팅에 적용하는 단계; 및
(d) 상기 제1 습윤 코팅 및 상기 최소 하나의 제2 코팅을 건조되도록 하는 단계;
를 포함하며;
제1 습윤 코팅 및 최소 하나의 제2 코팅의 총 두께는 0.4-5.0mm, 바람직하게는 0.5-2.5mm 그리고 가장 바람직하게는 0.6-1.5mm인 코팅제의 건조 시간을 개선하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 구체화에 있어서, 본 방법은 총 코팅 배합물의 중량을 기준으로 제1부를 25~75중량% 수준 사용한다.
본 발명의 다른 구체화에 있어서, 본 방법은 단일 적용이며 그리고 총 코팅 배합물의 중량을 기준으로 25~75중량%인 최소 하나의 제2부를 사용한다.
본 발명의 바람직한 구체화에 있어서, 본 방법은 총 코팅 배합물의 중량을 기준으로 제1부를 50중량% 수준으로 그리고 총 코팅 배합물의 중량을 기준으로 제2부를 50중량% 수준으로 사용한다.
본 발명의 보다 바람직한 구체화에 있어서, 본 방법은 나아가 어떠한 제2 또는 후속 코팅의 적용전 또는 적용후를 포함하는, 제1 습윤 코팅의 적용전 또는 적용후에, 흡수제를 기질에 적용하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 사용된, 용어 "수성(aqueous)"은 코팅 배합물에 대한 운반체로서 조성물의 총 중량을 기준으로 물 60중량%이상, 바람직하게는 70중량%이상 및 가장 바람직하게는 80중량%이상을 함유하는 조성물을 의미한다. 따라서, 유기 용매를 최고 40중량%를 함유하는 코팅 배합물은 상기 정의한 범주내에 포함된다.
본 명세서에 사용된, 용어 "도로"는 일반 명칭으로 사용되며 보행자, 연속적으로, 계속적으로 또는 간헐적으로 움직이는 수송체(moving vehicles), 트랙터, 또는 기체에 노출되거나 노출될 수 있는 어떠한 실내(indoor) 혹은 실외(outdoor)의 고형물 표면을 포함한다. "도로"의 비-한정적인 몇몇 예로는, 고속도로, 길, 차도, 인도, 활주로, 택시 지역, 타맥 지역(tarmac areas), 주차장, 지붕, 실내 바닥(공장 바닥, 쇼핑몰내와 같은) 등등을 포함한다. 표면 물질은 석조물(masonry), 타르, 아스팔트, 수지, 콘크리트, 시멘트, 돌, 치장 벽토(stucco), 타일, 목재, 중합 물질 및 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 방법은 교통용 페인트, 도로 표시제, 가정용 페인트, 빌딩 내,외장 표면 유지용 코팅, 벽, 루프, 및 다른 구조물에 사용될 수 있다. 기질의 표면은 목재, 금속(알루미늄, 철강 등과 같은), 중합체, 플라스터등일 수 있다. 다른 적용은 간판, 보트, 자동차등과 같은 광범위한 여러가지 제조물에 존재하는 코팅 금속 기질을 포함한다. 모든 기질은 새롭거나 노화된 존재하는 하나 또는 그 이상의 코팅 또는 페인트층을 갖을 수 있다.
상기 코팅 배합물은 이 분야에서 일반적인 기술을 가진자에게 알려진 다수의 방법으로 기질의 표면에 적용될 수 있다. 몇몇 예는 브러싱, 분무, 압출, 침지(dipping) 및 이들의 조합이다.
본 발명의 방법에 유용한 코팅 배합물은 신속-경화 바인더의 존재를 필요로한다. 여러가지 신속-경화 바인더는 상기한 바와 같이 이 기술분야에 알려져 있다. 적절한 신속-경화 바인더는:
(a) (i) 최소 -10℃의 Tg를 갖는 음이온적으로 안정화된 중합체;
(ii) 아민 단량체 또는 이민 단량체로 부터 형성된 폴리아민 작용 중합
체; 및
(iii) 상기 폴리아민 작용성 중합체의 짝산을 탈양성자화하기에 충분한
양의 휘발성 염기;
를 포함하는 수성 분산물;
(b) (i) Tg가 최소 -10℃이며, 펜던트 아민-작용기를 갖는 라텍스 중합체인폴리아민 작용성 중합체; 및
(ii) 상기 폴리아민 작용성 중합체의 짝산을 탈양성자화하기에 충분한 양의 휘발성 염기;
를 포함하는 수성 분산물;
(c) (i) Tg가 최소 -10℃이며, 아민-작용기대 산-작용기의 비가 3:1이상으로
펜던트 아민-작용기 및 펜던트 산-작용기를 갖는 라텍스 중합체인 폴리아민 작용성 중합체; 및
(ii) 상기 폴리아민 작용성 중합체의 짝산을 탈양성자화하기에 충분한 양의 휘발성 염기;
를 포함하는 수성 분산물;
(d) (i) Tg가 최소 -10℃이며 펜던트 아민-작용기를 갖는 라텍스 중합체인 폴리아민 작용성 중합체;
(ii) Tg가 최소 -10℃이며 펜던트 산-작용기를 갖는 라텍스 중합체; 및
(iii) 상기 폴리아민 작용성 중합체의 짝산을 탈양성자화하기에 충분한 양의 휘발성 염기;
를 포함하는 수성 분산물;
(e) (i) (A) 1-18개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 에스테르부를 갖는 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬 에스테르;
(B) 아크릴막 형성 중합체를 기준으로 최소 하나의 2차 또는 3차 아미노아크릴레이트 단량체 또는 2차 또는 3차 아미노메타크릴레이트 단량체 0.1~5중량%; 및
(C) 아크릴막 형성 중합체를 기준으로 아크릴아미드, 메타크릴아미드 및 N-알킬올 아크릴아미드로 부터 선택된 교차결합가능한 단량체 0.1~5중량%;
를 포함하는 중합가능한 단량체로 부터 형성되며, Tg는 최소 -10℃이고, 막 형성 중합체를 기준으로 친수성 단량체가 3중량%미만으로 편입된 폴리아민 작용성 중합체를 함유하는 수성 에멀젼; 및
(ii) 상기 폴리아민 작용성 중합체의 짝산을 탈양성자화하기에 충분한 양의 휘발성 염기;
를 포함하는 수성 분산물;
(f) (i) Tg가 최소 -10℃이며 펜던트 강양이온성기를 갖는 중합체를 포함하는 수성 분산물; 및
(ii) Tg가 -10℃이상이며 펜던트 약산기를 갖는 중합체를 포함하는 수성 분산물;
을 포함하는 조성물; 및
(g) 최소 -10℃의 Tg를 갖으며, 펜던트 강 양이온성기 및 펜던트 약산기를 모두 갖는 중합체를 포함하는 수성 분산물;
을 포함한다.
신속-경화 바인더에 부가적으로, 코팅 배합물은 임의로 코팅의 건조를 더욱 가속시키는 흡수제를 임의로 함유할 수 있다. 적절한 흡수제로는 유기 강력 흡수 중합체, 이온-교환 수지, 동공 구형 중합체, 분자체, 탈크, 무기 강력흡수 겔 및Sumica gel과 같은 무기 흡수제, 다공성 탄소 물질, 비-다공성 탄소 물질 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본 발명에 사용되는 흡수제의 수준은 신속-경화 바인더의 총 중량을 기준으로 0.01~90중량% 범위이다. 바람직한 범위는 0.1~70중량%이며, 보다 바람직하게는 1~30중량%이다.
코팅 배합물은 이에 한정하는 것은 아니지만, 증점제; 레올로지 조절제; 염료; 포촉제(sequestering agent); 살균제; 분산제; 티타늄 디옥사이드, 유기 안료, 카본 블랙과 같은 안료; 칼슘 카보네이트, 탈크, 점토, 실리카 및 실리케이트와 같은 증량제; 유리 또는 중합 미세구(polymeric microspheres), 석영 및 모래와 같은 충진제; 동결방지제; 가소제; 실란과 같은 접착 증진제; 합착제; 습윤제; 계면활성제; 슬립 첨가제 및 슬립 방지 첨가제; 교차결합제; 소포제; 착색제; 점성제(tackifiers); 왁스; 보존제; 냉동/해동 보호제; 부식 방지제; 및 응집억제제를 포함하는 통상의 코팅 성분, 특히 두꺼운, 외장용 코팅 적용에 사용되는 것들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 나타낸 모든 범위는 포함되는 것이며 주어진 범위의 최소치와 최대치는 조합가능하다.
실시예
페인트 배합물을 표 1과 같이 제조하였다.
페인트 배합물 A
성분 페인트 배합물 A(g)
FASTRACKTM2706, Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)의 신속-경화 바인더(EP-B-0,409,459) 460.1
TAMOLTM901(30%), Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)의 분산제(고분자전해질의 암모늄염) 7.2
SURFYNOLTMCT-136, Air Products and Chemicals, Inc.(Allentown, PA)의 아세틸렌 계면활성제 2.8
DREWPLUSTML-493, Ashland Chemical Company, Drew Industral Division(Boonton, NJ)의 소포제 2.0
TI-PURETMR-900, E.I. duPont de Nemours & Company(Wilmington, DE)의 티타늄 디옥사이드 100.0
OMYACARBTM-5, Pluess-Staufer Industries, Inc.(Proctor, VT)의 칼슘 카보네이트 760.6
15분후 첨가
메탄올 30.0
TEXANOL, Eastman Chemicals(Kingsport, TN)의 용매 에스테르 알콜 23.0
DREWPLUSTML-493, Ashland Chemical Company, Drew Industral Division(Boonton, NJ)의 소포제 3.5
NATROSOL250HR(2%), Hercules Inc.의 증점제 7.0
물 11.6
총 중량(g) 1407.8
페인트 배합물 A는 여러가지 다른 적용 방법을 사용하여 평가하였다. 각 방법의 건조 시간을 하기 방법으로 측정하였다:
(1) 각 페인트 배합물의 4-인치(0.1016m) 넓이 라인을 특정한 습윤막 두께로 존재하는 교통용 표시제로 적용하는 단계;
(2) 임의로, 각 도료 페인트 배합물의 후속부를 적용된 이전부가 습한 상태를 유지하는 동안 제1부상 적용하는 단계(원하는 적용수로 이 단계를 반복한다);
(3) 특정한 시간 간격, 약 20mph(32km/시간)로 Ford Model F-350 픽업 트럭을 상기 라인에 걸쳐 운전하는 단계;
(4) 트럭 타이어에 의해 픽업된 백색 페인트에 대한 도로 표면 주위 및 상기 도로 표면상에 놓여진 어느 지점을 조사하는 단계; 및
(5) 도로상에 놓여진 페인트가 거의 없거나 또는 없어진 시점을 나타내는 시간을 표시하는 단계("트랙킹이 없어지는데 걸리는 시간(Time-to-No-Tracking)".
그 조건 및 시험 결과를 표 2에 나타내었다.
페인트 배합물 A의 평가
코팅 방법 코팅 배합물 A의 제1부 코팅 배합물 A의 제2부† 총 코팅 두께 흡수제 트랙킹이 없어지는데 걸리는 건조 시간
1(비교예) 0.762mm(습윤) 100% ---- 0.762mm(습윤) 없음 4분
2 0.381mm(습윤) 50% 0.381mm(습윤)50% 0.762mm(습윤) 없음 2분
3(비교예) 0.762mm(습윤) 100% ---- 0.762mm(습윤) 이온 교환수지* 1.5분
4 0.381mm(습윤) 50% 0.381mm(습윤)50% 0.762mm(습윤) 이온 교환수지* 0.5분
†제1부를 적용한다음 약 5분후에 적용("웨트-온-웨트(wet-on-wet)")
* (제1부 코팅부와 제2부 코팅부 사이에 적용된) 150g/㎡의 앰버라이트 IR 120H 이온 교환 수지(Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA))
본 발명자들은 예기치않게 두 별도의 페인트 코팅제를 적용("웨트-온-웨트")함으로써 단일 페인트 코팅제에 비하여 동일한 총 습윤막 두께의 건조 시간이 현저히 감소됨을 발견하였다[방법2 대 방법1(비교예) 및 방법4 대 방법3(비교예)].
최소 두개의 별도층으로 그리고 "웨트-온-웨트(wet-on-wet)"층으로 코팅제를 적용함으로써 신속-경화(quick-setting) 바인더를 함유하는 두꺼운, 외장용 수성 코팅제의 건조 시간이 단축된다.

Claims (7)

  1. (a) 신속-경화 바인더를 함유하는 수성 코팅 배합물을 제조하는 단계;
    (b) 제1 습윤 코팅을 형성하기위해 제1부의 코팅 배합물을 기질에 적용하는 단계;
    (c) 상기 제1 습윤 코팅이 건조되기전에 최소 하나의 제2 습윤 코팅을 형성하기위해 최소 하나의 제2부 코팅 배합물을 상기 제1 습윤 코팅에 적용하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 습윤 코팅 및 상기 최소 하나의 제2 코팅이 건조되도록 하는 단계;
    를 포함하며 상기 제1 습윤 코팅 및 최소 하나의 제2 코팅의 총 두께는 0.4-5.0mm인 외장 코팅제의 건조 시간을 향상시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 부는 총 코팅 배합물의 중량을 기준으로 25~75중량%임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 최소 하나의 제2부는 단일 적용이며 총 코팅 배합물의 중량을 기준으로 25~75중량%임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1부는 총 코팅 배합물의 중량을 기준으로 50중량%이며, 여기서 상기 최소 하나의 제2부는 총 코팅 배합물의 중량을 기준으로 50중량%임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 신속-경화 바인더는:
    (a) -10℃이상의 Tg를 갖는 음이온적으로 안정화된 중합체;
    (b) 아민 단량체 또는 이민 단량체로 부터 형성된 폴리아민 작용성 중합체; 및
    (c) 상기 폴리아민 작용성 중합체의 짝산을 탈양성자화하기에 충분한 양의 휘발성 염기;
    를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 신속-경화 바인더는:
    (i) Tg가 최소 -10℃이며, 펜던트 아민-작용기를 갖는 라텍스 중합체를 포함하는 폴리아민 작용성 중합체; 및
    (ii) 상기 폴리아민 작용성 중합체의 짝산을 탈양성자화하기에 충분한 양의 휘발성 염기;
    를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 나아가
    상기 흡수제는 이온 교환수지, 동공 구형 중합체, 분자체, 탈크, 무기 강력흡수 겔, 수미카(Sumica) 겔, 다공성 탄소 물질, 비-다공성 탄소 물질 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택되며,
    상기 제1 습윤 코팅을 적용하기전 또는 적용후에 흡수제를 상기 기질에 적용하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
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