KR20010100101A

KR20010100101A - 상평형을 이용한 코팅 방법.

Info

Publication number: KR20010100101A
Application number: KR1020010060271A
Authority: KR
Inventors: 김휘주
Original assignee: 김휘주; 넥솔테크(주)
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2001-11-14
Also published as: WO2003027195A1

Abstract

본 발명은 용제성 수지와 난용성 수지의 물리적 화학적 상평형을 이용한 코팅방법에 관계한다.

Description

상평형을 이용한 코팅 방법. {Coating Method by Phase Equilibrium}

배경기술 : 각종 코팅(표면처리)에 관하여

코팅(표면처리, 도장)이란 피도물에 목적하는 물품을 발라주는 공정 및 발려진 물건을 말하는데 일반적으로, 코팅의 목적은 피도물을 보호하여 원하는 만큼의 수명을 유지시키며 미관이나 기능적인 표면처리를 함으로써 피도물의 품질을 높이는데 있으며, 그 용도로서는 보호 미장, 오염 방지, 색상처리, 전기 절연, 내수 및 내화학성의 부여, 방화 및 방열, 방음 및 방청 등이 있다.

요즘은 페인트, 코팅제(액) 및 그것을 구성하는 비히클(Vehicle)의 종류, 그 성능 그리고 그 코팅법도 많이 다양해져있다. 수지의 종류에는 열가소성수지 열 경화성수지, 수용성수지, 유기용제성수지, 난용성수지 등이 있다. 이렇게 열거한 수지를 이용한 코팅의 방법과 그 분류에 대하여 구체적으로 설명하자면,

1. 붓(Brushing) 코팅 : 가장 오래 사용된 기본적인 방법이며 가장 널리 사용하는 방법으로서, 비능률적이고 도포 후 코팅면이 균일하지 않다는 단점이 있다. 장점으로는 도료 손실이 매우 적으며, 작은 면적 코팅에 효율적이다. 칠솔은 천연동물의 털 등을 이용한 도료를 칠하는 공구이며, 최근에는 인조섬유가 많이 발달되어 합성섬유를 사용하는 경우가 많아졌다.

2. 로울러(Roller) 코팅 : 회전하는 원통에 도료를 잘 흡수하는 섬유를 고루 입히고 원통에는 별도의 손잡이를 부착시킨 코팅 도구, 넓은 면적을 손쉽게 코팅할 수 있으며, 간단하고 값싼 도구이다. 롤러 브러쉬를 사용하여 손으로 칠하는 방법과 고무 롤러 등의 사이에 물품을 넣어서 기계적으로 코팅하는 방법 등이 있다. 롤러 브러쉬는 어린 양의 털을 원통으로 감아서 회전하기 쉬운 공구로 하여 이것을 이용하여 칠솔 코팅 공구로 한 것이다. 최근에는 인조 섬유의 연구가 진보되어 칠솔도 천연 털 이외에 인조털과 천연과 인조의 혼합 털을 식모한 천을 원통으로 감은 것, 또는 여러 종류의 털을 혼모하여 직조한 원통으로 감은 롤러 브러쉬 등이 있다. 대면적에서 평면을 칠하는 데에는 능률 좋게 작업할 수 있는 방법이며 공구이다.

3. 뿜칠(Air - Spray) 코팅 : 분무의 원리와 같으며, 도료를 압축 공기의 힘으로 분사해서 코팅하며 그 특징으로서는 거의 모든 도료에 적용 가능하고, 비교적 가격이 저렴하고 취급이 간단하며, 깨끗하고 미려한 도막 외관을 얻을 수 있으나, 도착 효율이 나쁘다는 단점이 있다. 그래서 보급율이 높고, 모든 코팅 분야에 사용되고 있으며, 특히 부품, 자동차, 가구 코팅 등 소형 피도물 코팅에 적합하다.

4. Airless 코팅 : 도료에 고압을 가하여 작은 구멍으로 도료를 밀어내어 분사해서 코팅한다. 수도의 압력을 올리고 호스의 선 끝을 눌러서 샤워하는 원리와 같으며 그 특징으로는 작업 능률이 좋으며, 고 점도의 도료도 코팅이 가능하고, 도료의 손실이 적다. 주 용도로서는 대형 피도물의 코팅에 적합하다. 선박, 다리, 건축물의 내/외면 자동차 하부 차체 코팅 등에 사용한다.

5. 정전 코팅법 : 뿜칠(스프레이)할 피도물을 양극(+)으로 도료의 분부 장치를 음극(-)으로, 여기에 고전압(-60kV ～ -120kV)을 걸고, 양극 간에 정전계를 만들고, 분무한 도료 입자를(-), 피도물을(+)로 연결해서, 도료를 흡착시키는 방법, 사철을 도료 분무 입자, 자석을 피도물로 생각하면 이해가 쉽다. 정전코팅법은 도료의 소실이 적고, 작업 능률이 좋고 연속 코팅에 적합하여 규격화된 제품의 코팅에 적합하다. 고로 복잡한 형태의 피도물, 과잉 스프레이에 의해 도료 손실이 많은 곳으로서 자동차와 같은 양산 코팅에 적합하다.

6. 기타 코팅 법으로는 대규모 코팅방법으로서, 담금칠(Dipping)[탱크에 도료를 넣고 피도물을 담갔다가 끌어올린다. 한번에 전면 코팅이 되어서 도료 손실이 거의 없다. 자동차 부품, 파이프 등 도료 외관을 중시 여기지 않는 것에 적당하다], 전착코팅[도료 탱크 내에 피도물을 집어넣어 직류 전기를 흐르게 해서 코팅한다. 도료 손실 전무하며, 한번에 전면 코팅을 할 수 있다. 담금칠(Dipping)보다 흐름 자국이 적고, 도막 두께조절이 가능하다. 이 방법은 균일하게 코팅하기가 어렵다는 결점이 있으나 주로 소형의 피도물, 또는 Sheet상의 편면 코팅에 상용되고 있으며 특히 금속제품일체, 저항기, 콘덴서 등 전기 부품의 코팅에 아주 적합한 방법이다], Shower[펌프를 도료를 빨아 올려서 노즐에서 도료를 뿜어내게 한다. 한번에 전면 코팅을 할 수 있어서 도료 손실이 극히 적다. 자동차 부품, 조립식 주택 부품 등 도료 외관을 중시 여기지 않는 것에 적당하다], Curtain Flow Coat[도료를 커텐처럼 아래로 흘릴 때 피도물을 이동시켜 코팅한다. 도료의 손실이 없고코팅 능력이 높다. 프린트 합판, 바닥제 강판 등에 이용한다], Roll Coater[롤 사이에 피도물을 통과시켜 코팅한다. 도료의 손실이 없고 코팅 능력이 높다. 칼라강판. 프린트 합판, 바닥재 등에 이용한다], 유동침적[다공판을 통해 공기를 불어넣어 분체를 유동상태로 하고, 그 속에 미리 가열한 피도물을 집어넣어 분체를 부착시켜 용융시키는 방법이다. 이는 염화비닐이나 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지계 도료에 주로 적용되는 방법으로 선재나 망, 파이프 등의 코팅에 적합하다]

7. 칼코팅(Knife coating) : 평면위에 일정한 두께를 도포하거나, 로울러위 피 도장물에 액상 코팅액을 도포하여 열 혹은 빛으로 강제 건조나 급속히 경화시키기 위해 사용하거나 혹은 열경화성 수지를 액화시켜 도포하는 방법으로 대규모 평면 코팅이나 실크 스크린 인쇄 등 정밀 코팅에 주로 사용된다.

이것으로서 일반적인 코팅방법 등을 구체적으로 설명하였다.

전분 및 펄프몰드로 가공된 물품은 판지(Sheet) 혹은 다양한 입체적 형태의 모습, 예를 들면 식품포장용 트레이, 계란 포장팩, 접시, 라면용기, 트레이, 컵, 상자, 포장용 충격보강재(Loose Fill), 그물망 모양의 과일용 충격보강 포장제, 조개껍질모양의 햄버거 및 샌드위치 용기(Hinged-Lid-Container) 등은 우리에게 오랜동안 친숙해왔고 널리 사용될 수 있음을 보여준다.

생분해성 물질인 천연물 특히 전분 가공물 및 펄프몰드 용기에 습기에 대한 저항력 즉 소수성 혹은 발수성을 부여하여, 현재로서는 제한되어 있는 전분 혹은 펄프몰드로 만든 제품의 용도확대와 함께 일상생활에 널리 사용할 수 있도록 획기적인 전기를 마련하여 줄 필요가 있다.

또한 저렴한 가격에 우수한 물성을 가진 범용 프라스틱이 그 물리적 특성상 코팅이나 페인트 등에 이용하지 못하고 있는 난용성인 열변화성 수지들을 대형구조물 및 건축물등에 균일하게 도장을 할 수 있다면 코팅영역의 확대에 획기적인일이 될 수 있으리라 사료된다.

습기에 대한 저항력을 부여할 수 있는 구체적 방법이란 피도물 내부에 발수성(Water Repellent)을 부여하는 물질 특히 불소수지 등을 섞어주는 방법과 피도물 내부에 수지나 수지 분말을 섞어 성형시켜 방수체를 만드는 방법과 표면에 소수성 물질을 그 표면에 코팅하는 방법이 있다.

원료 소재에 발수성 물질을 첨가하는 방법이 특히 종이 및 펄프몰드 분야에 널리 쓰여져 왔다. 현재 널리 쓰이고 있는 발수성 물질로는 불소계 수지나 시리콘계 제품을 들 수 있다. 예를 들면 다국적 기업인 시바 스페살티 케미칼(Ciba Specialty Chemical)사의 로다인(Lodyne), 3M사의 후로라드(Fluorad), Dow-Corning사의 시리콘계 오일이나 그 수지 등을 들 수 있는데 고가인 가격과 높은 첨가량으로 인하여, 저가를 목표로하는 본 발명에 적합치 않으며 일반적 범용수지의 코팅에 비하여 공정은 간단하나 가격 경쟁력이 없어 사용이 적당치 않다.

두 번째로 명시한 전분가공물이나 펄프몰드의 내부에 수지나 수지의 분말을 섞어 넣어 소수(방수)성을 부여하는 방법은 수지 등의 첨가량의 과다로 인하여 성형된 제품의 물리적 요구사항에 변화가 일어 초기에 목적한 용도에 사용이 불편한 경우가 발생되거나, 가격경쟁력이 떨어지거나 생분해성에 문제가 생길 수가 있다.

세 번째로 기술한 것은 표면 코팅인데, 이것은 도포공정이 간단하여 널리 이용되고 있다. 그러나, 이렇게 표면이 다공질이며 고흡습성이며 굴곡진 입체적 피도물의 표면에 코팅을 하려고 할 경우, 기존에 널리 쓰이는 일반적인 코팅방법이란 위에 설명한데로 용매에 녹을 수 있는 도장용도에 적합한 비히클의 종류를 찾아 기능성 첨가제 등과 함께 용매에 녹인 코팅액을 뿜칠(Spray) 혹은 담금칠(Dipping)을 통하여 균일하게 코팅을 한 후 건조 공정을 거쳐야 할 것이다. 그러나, 다공질이며 고흡습성의 제품에 담금칠이나 뿜칠을 할 경우 많은 비경제적인 요소가 많은데, 그 첫 번째는 소요되는 코팅제의 도포 소요량이 많아서 결코 경제적이지 않다. 그 두번째는 이러한 구조에 있어서 전분가공 성형물(및 펄프성형물)에서 코팅물의 용매를 제거하기 위한 건조장치는 수미터에서 수십미터에 상당하는 열차단 로(爐)나 터널의 건설, 콘베이어벨트, 다수의 히터 및 송풍기를 필요로 한다. 따라서, 건조장치를 설치하기 위하여 많은 비용과 공간이 요구된다. 그리고 그 건조장치는 도막의 용매를 건조시키기 위하여 상당량의 열량을 발생시켜야 하므로 유지비용이 많이 든다. 또한 그 건조과정을 통하여 이미 각국에서 대기중에 방출을 강하게 통제하려고 하는 휘발성 유기화합물(VOC - Volatile Organic Carbon)가 발생된다. 그 세번째는 성형물이 건조되는 과정에서 변형 및 치수변화가 심하게 일어난다. 이러한 변형 또는 치수변화는 심할 경우 ± 5% 까지 나게 되어 완성된 성형물의 규격이 최초 성형시와는 달라질 수도 있다. 그리고, 건조되는 과정에서 성형물의 표면이 거칠어지게 되어 외관이 조잡하게 되며 이에 따라 제품성과 인쇄성이 떨어질 수 도 있다.

건조설비가 없이 이렇한 문제를 저렴하게 해결할 수 있는 방법은, 열가소성수지, 예를 들면 폴리에칠렌 혹은 폴리프로필렌 등을 열로 녹여서 평평한 면에 칼코팅(Knife Coating)을 하는 방법을 예로 들 수 있으나 평평한 면에만 할 수 있다는 제한이 있어, 굴곡진 입체용기의 표면에 목적하는 수백미크론 이하로 얇게 코팅하기는 어렵다. 얇고 균일한 도막을 이루기 위해서는 액상이나 분체코팅 이외의 방법으론 물리적으로 쉽지 않다. 그러나 액상이나 분체코팅의 경우도 피도물인 전분가공물, 펄프가공물이 도전성을 갖은 물품이 아니라서 분체가 표면에 균일하게 잘 부착되도록 특수한 환경을 만들어 주어야 하며, 그 경우도 역시 별도의 경화로나 건조로가 추가적으로 필요하다.

용어에 대한 간단한 설명

혼탁액 : 액체를 포함한 두 개 이상의 서로 용해하지 않는 다른 물질을 코팅이 용이하도록 혼합시켜 화학적 및 물리적으로 분산시킨 혼합물로서 분산 평형을 이루게 한 코팅액. 에멀전(Emulsion)과 흡사하나 한편은 용매이며 다른 한편은 고체일 수 있다.

열변화성 수지 : 열가소성 및 열경화성 수지를 통칭함

용해성 수지 : 물, 유기용매 등에 잘 녹는 수지를 말함

난용성 수지 : 물, 유기용매 등에 잘 녹지 않는 수지를 말함

비히클 : 학계와 업계에서는 전색제(展色劑)라고 한다. 혼탁액 내의 수지 분을 말함. 본 특허에서는 특히 용해성(주 비히클)과 난용성(부 비히클)수지를 일컬음.

피도물 : 코팅 하려하는 혹은 코팅(도장)되어질 소재

천연산 고분자인 전분 성형물 혹은 펄프몰드의 성형물에 내수성을 살려줄 수 있는 방법, 즉 입체면에 균일하게 코팅할 수 있는 가장 쉬운 방법은 용액을 통한 코팅방법이 있다. 즉, 위에서 요구되는 두가지 조건, 용매를 별도의 건조시설과 건조공정 없이 가공 공정중에 용매를 건조시키는 것과 대량생산의 높은 생산성을 만족시킬 수 있어서 경제적인, 혼탁액을 이용한 입체면의 소수성 부여 코팅 방법을 다음과 같이 제시한다.

본 발명자는 용해성 수지 및 난용성수지 특히 열가소성 및 열경화성수지를 분말화 하여, 수용액 혹은 유기용매에 혼합한 혼탁액을 만들어 피도물의 표면에 얇게 도포한 다음 자연건조를 시키거나 혹은 피도물로부터 혹은 외부로부터 공급된 열로서 용매를 강제 건조시켜 용제성수지의 경화를 유도하여 도막을 형성시켜 형태안정화 시킨후 추가로 공급되는 고온으로 열변화성 수지를 용융하여 경화 및 고착시키는 과정을 성형(전분과 펄프몰드) 혹은 코팅(구조물) 공정에 이용하는 방법을 발명하였다.

본 발명에서 말하는 혼탁액이란, 특히 사용하려는 고분자가 특정 용매에 녹지 않는 난용성 수지를 포함할 수 도 있는데, 분말화한 난용성 수지를 용매에 함침하고 혼합시켜서 용매와 고체 수지 분말간에 분산평형을 이룬 물리적 혼탁액(Emulsion)을 말하는 것이다. 혼탁액은 용매, 비히클 그리고 기능성 첨가제로 구성되어 있다. 일반적인 코팅에서는 용해성 수지(주 비히클)를 단독으로 사용하는 경우가 많은데 본 발명에서는 난용성 수지(부 비히클)를 같이 사용할 수 있다.

혼탁액에 사용되는 용해성 수지의 물질은 용매의 건조로 경화 될 수 있는 용제성 수지인데 예를 들면, 생분해성 천연 고분자 : 검로진, 단마르 검, 코팔 검, 알긴산, 피콜로이드, 아가, 아라비아검, 구아르검, 로커스트검, 니트로 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 젤라친, 아교, 카제인, 키토산류, 한천 등의 혼합물이나 유도체. 열가소성수지 : 폴리스치렌, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리우레탄, 폴리이미드, 에폭시, 합성라텍스, 아크릴계, 스치렌 아크릴계, 스치렌 부타디엔계 등. 수용성수지: 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피로리돈, 폴리에칠렌 그리콜, 폴리비닐메틸 에테르, 폴리아크릴 아미드, 에칠렌 옥사이드 폴리머, 메틸롤화 요소수지, 메틸롤화 멜라닌수지, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 천연 및 합성 라텍스 등의 혼합물이나 유도체. 이 외에도 불소수지, 실리콘계의 수지 및 이들의 공중합체를 사용할 수 있다.

혼탁액에 사용되는 난용성 수지의 물질은 특정한 용매에 녹지 않으며 온도의 변화로만 용융 및 경화 될 수 있는 난용성 특성을 이용하는 것인데, 예를 들자면, 생분해성 합성 수지 : 폴리유산수지(PolyLactic Acid), PHB(Poly-β-Hydroxy Butylate), 생분해성 지방족 폴리에스터수지. 열 가소성수지 ; 폴리에치렌, 폴리프로필렌 등. 열 경화성수지 : 멜라민, 우레아, 페놀 수지류, 불포화 폴리에스터, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등 일반적으로 수지의 특성은 뛰어나나 특정한 용매에 잘 녹지 않아 일반적으로 페인트나 잉크 등으로 생산이 쉽지 않아 코팅이 어려운 수지를 말한다. 그러나 이것은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 위에 명시한 수지에 한정되는 것은 아니다.

열가소성 및 열경화성 범용수지는 저렴한 가격에 뛰어난 물성으로 널리 쓰이고 있으며 공급량도 풍부하다. 또한 성능 좋은 열경화성 수지 및 생분해성 수지를 분말화 하여 본 발명의 코팅에 쉽게 이용할 수 있다. 또 이것은 열 가소성수지 및 열 경화성수지 혹은 수용성 수지, 유기용제성 수지 혹은 난용성 수지 등 경화될 수 있는 어떠한 형태의 수지도 혼합될 수 있는 용액 혹은 분산액이다.

혼탁액에 발포제나 발포 개스를 함유하고있는 수지 알맹이(Beads)를 첨가하는 것은 코팅의 성능을 다양하게 넓필 수 있는 매우 좋은 시도라고 생각한다. 시중에서 쉽게 구할 수 있고 사용될 수 있는 발포제와 그 화학적 반응 온도는 다음과 같다,

Azodicarbonamide 205~215'C,

4,4'-Oxybis(benzenesulfohydrazide) 150~160'C,

Diphenylsulfon-3,3-disulfohydrazide 155'C,

Trihydrazinotriazine 275'C,

p-Toluenesulfonylsemicarbazide 228~235'C,

5-phenyltetrazole 240~250'C,

Isatoic anhydride 210~225'C

등을 위에 기술한 온도에서 사용할 수 있다. 발포개스를 함유하고 있는 수지 알맹이는 시중에서 쉽게 구할 수 있다.

코팅공정중이나 코팅후 혹은 경화후 필요한 기능을 부여하기 위하여 혼탁액에 섬유를 첨가할 수 있다. 섬유는 신축성, 연성, 굽힘성, 응집성, 신장성, 굴절성, 인성, 파열 에너지, 굴곡 및 인장강도를 증가시키기 위하여 사용된다. 섬유는 펄프, 유리섬유, 천연섬유, 아마, 대마, 목화, 목제섬유, 마닐라 삼, 수수, 유리섬유, 재생지 등 섬유 형태를 하고 용매에 골고루 분산될 수 있다면 제한 없이 사용될 수 있다. 섬유는 1~5mm의, 바람직하게는 1~2mm의 것이 좋다. 지름대비 길이의 비(L/D = Length by Diameter)는 5~100 바람직하게는 10~25정도의 것이 좋다.

이 외에도 혼탁액의 특정부분의 성능개선을 위해 수지 분산제인 왁스류, 점도 조절제나 흐름제어제(Thixotropic Agent), 가소제, 가교제, 염료 및 안료, 발포제, 무기 충진제를 필요에 따라 첨가 할 수 있다.

본 혼탁액의 용매는 물이나 유기용매 단독이나 혹은 그 두가지 다 섞여있어도 좋다. 본 혼탁액을 성형몰드에 바르는 방법에도 특별한 제한이 없다. 예를 들면 담금칠, 뿜칠, 솔질 등 무엇이던 골고루 발려질 수 있다면 상관없다.

상온에서의 점도와 피도물의 표면에 도포되어 도막을 형성했을 때의 점도, 그리고 용매가 건조된 뒤, 점도 상승을 통한 도막의 강도유지와 또다른 피도물이나 성형물과 접촉했을 때의 점도상태는 성형 공정중 도막의 안정화 및 경화된 도막의 성능에 매우 중요하다. 도포시, 용매의 양을 조절하여 피도물의 표면에서 잘 흘러 균일한 도막을 이룰 수 있도록 혼탁액의 점도를 적당히 유지하도록 하여야 한다.

도포후, 용매가 건조되어 용제성 비히클이 피도물의 표면에 도막을 형성한 후엔 그 비히클이 형태안정성을 이루어 반 경화되어야 하고 같이 포함된 난용성 비히클은 그 수지의 융점이상의 온도를 이루는 피도물의 표면에서 반 용해되어 추가공정에서 다른 성형물과 접촉하여도 도막의 형태가 흐트러지지 않는 일정한 형태적과 구조적 강도를 유지하여야 한다. 이때 새로이 접촉하는 성형물의 점도나 강도는 도막의 그것보다 낮아서 도막에 영향을 주어서는 안된다.

섬유는 혼탁액내의 비히클과 열변화성 수지 및 각각의 구성 요소들을 섬유사슬을 이용하여, 부직포 모양의 상태로 안전하게 묶어두는 역할을 한다. 용매에 용해된 비히클(용해성 수지)의 역할은 용매가 건조된 후 섬유와 아직 열에 의해 녹지 않은 열변화성 수지 분말을 잠정적으로 고착시켜 놓는 역할과 성형되어진 물품에 물리적인 힘을 더해 강한 구조적 형태를 유지토록 하여준다.

이것은 다른 말로 공정중 도막의 형태 안정성이라고 이를 수 있는데 이것은 도막이 중력에 대해 자신의 중량을 지탱하고 건조나 성형 공정중에 발생할 수 있는 파괴적인 증발가스(수증기 등) 팽창을 견딜 수 있으며 후속가공 처리시 물리적 변형요구에 저항 할 수 있는 충분한 강도 및 구조적 안전성을 갖는 상태를 말한다.

본 혼탁액에 용제성 비히클로 사용된 수지는 용매에도 잘 녹으며, 경화후에도 일정한 연화점을 넘는 온도에 이르게되면 녹는 양면성을 가지고 있어서, 용매의 건조로 인하여 경화될 수 있지만 경화된 후에도 열을 가하면 연화되어 점도가 낮아진다. 그런 수지의 한 예를 든다면, 좋은 물성과 용매에 높은 용해성을 보여 잉크, 페인트, 락카 등에 널리 쓰이는 천연 수지인 Cellulose의 예를 들면,

Cellulose Acetate 230'C ~ 240'C

Cellulose Acetate Butylate, Low Butyryl 230'C ~ 240'C

Cellulose Acetate Butylate, High Butyryl 127'C ~ 142'C

Cellulose Acetate Propionate 188'C ~ 210'C

이것은 이 수지가 화학적으로 여러 가지의 용매에도 잘 녹지만 물리적으로도 융점이상으로 가열하면 용융 될 수 있어 임의적으로 선택 용융이 가능하다는 점을 잘 보여준다.

열변화성 비히클은 용매에 녹아있던 용제성 비히클이 용매의 건조를 통한 경화로 형태를 이룬후 피도물의 온도가 난용성 비히클의 용융점 이상으로 올라갈 경우 같이 녹아서 주변의 모든 것에 물리적으로 강하게 혼합 고착되어 상온으로 환원시 방수효과와 함께 목적한 제품의 형태를 화학적 물리적으로도 더욱 강하게 유지하여주도록 한다.

본 발명에서 제안한, 상온에서의 화학적 용제성과 용융온도 이상에서의 물리적 가공성의 두가지 화학적 및 물리적 특성을 이용하여 공정온도에 맞게 적당한 비히클을 선택하여 사용한다면, 목적한 물품에 정밀한 코팅이 되도록 할 수 있는 것이다. 다시말하여, 화학적으로 용해된 용제성 비히클 속에 용해되지않고 포함되어있는 난용성 비히클에 열을 가하여 물리적으로 상평형을 이루어 혼합시킨 뒤 건조시키고 상온으로 환원시켜 경화시킴을 말함이다.

다음은 몇가지 수지의 물리 화학적 특성을 들어보았다.

Resin의 종류 연화점 녹는점 상온에서의 용해성

Polylactic Acid - 175'C 물에서 서서히 녹는다.

아세탈 100'C 163'C 난용성

Acrylic(TP) - 157'C 여러 용제와 상용성 좋음

PMMA 99'C 148'C 아세톤, 크로로포름

Epoxy Novolac - 250~330'C 여러 용제와 상용성 좋음

LDPE 90'C 112'C 난용성

HDPE 120'C 133'C 난용성

PP 104'C 165'C 난용성

포리카보네이트 140'C 230'C 일부 난용, 일부 녹음

담마르(Dammer)검 75'C 100'C 에테르, 벤젠, 클로로포륨, 아닐린

송진(Rosin) 70∼80'C 120~135'C 알코올, 에테르, 벤젠, 아세톤등

셀락(Shellac) 95'C 150'C 알코올, 붕산액

도포후의 경화공정의 과정예1은 다음과 같다.

1. 피도물에 혼탁액을 도포한다

2. 피도물의 온도로 인하여 혼탁액이 가열됨

3. 가열로 인하여 혼탁액내의 용매가 건조되며 도막이 형성됨

4. 용매의 건조로 인하여 도막내의 용제성 비히클이 경화되어 자기안정화를 이룸

5. 용제성 비히클의 경화 진행으로 고점도의 도막 형성이 됨과 동시에 열변화성 비히클의 용융시작

6. 2차 가열로 인하여 용제성 비히클과 열변화성 비히클의 상평형으로 인한 용융혼합

7. 열 변화성 비히클의 완전 용융

8. 피도물의 표면에 열변화성 비히클이 용제성 비히클과 기타 첨가제들과 같이 혼합됨

9. 열 제거

10. 피도물의 표면에 혼합되어 경화된 도막을 형성

과정예1에 추가하여, 열변화성 수지에 발포성이 있는 가스가 포함된 알갱이(Gas Beads), 혹은 가스를 충진한 발포성 비에스(EPS-Expandable Polystyrene) 발포립을 사용하거나 화학발포제를 첨가 할 수 도 있다.

발포성을 부여한 경화공정의 과정예2는 다음과 같다.

1. 피도물에 혼탁액을 도모한다

2. 피도물의 온도로 인하여 혼탁액이 가열됨

5. 용제성 비히클의 경화 진행으로 고점도의 도막 형성이 됨과 동시에 발포제의 발포개시

7. 발포수지의 완전 용융 및 발포

8. 피도물의 표면에 발포제가 발포되어 모든 비히클과 기타 첨가제들과 같이혼합됨

9. 열 제거

10. 피도물의 표면에 혼합 발포되어 경화된 도막을 형성

다음은 구체적인 코팅 및 성형공정의 실시예이다.

실시예 1. 전분사출로 일반적인 용기, 트레이, 컵 등의 입체물을 성형

성형배경 : 일반적으로 전분을 변성하고 첨가제를 넣어 혼련하여 가소성과 가요성을 부여한 팰릿을 만들어 가공한다. 일반적인 사출 및 압출기계 및 공정에 준하여 성형 및 발포한다. 사용몰드와 압출기 사출기는 일반 프라스틱 성형기와 동일한 것을 사용한다.

몰드를 혼탁액의 탱크에 담그어 몰드의 표면에 치밀하게 도포하여준다. 혼탁액이 치밀하게 도포된 몰드를 탱크로부터 꺼내어 과코팅된 용액이 탱크로 잘 흘러내리도록 한다. 혼탁액은 흐르기 쉬운 묽은 점도를 유지하고 있어 목적한 두께로 이행이 되며 남어지는 자연스럽게 탱크로 다시 흘러내린다. 몰드를 가열하며 몰드내의 흡입구(Gate)로 더운공기를 불어넣어 용매를 증발시켜 캐비티 밖으로 제거한다. 도포된 혼탁액은 몰드로부터 공급되는 열로 인하여 혼탁액내의 용매가 더욱 증발된다. 여기에서 60% 이상의 용매가 제거된다. 혼탁액이 건조됨으로 용매성 비히클의 경화가 진행되어 몰드의 표면에 도막을 형성하고 있다. 용매가 증발된 용매성 비히클과 분말화된 열변화성 수지와 섬유 등은 서로 어울려 자연히 반연화(반경화)된 도막을 형성하며 요변성(搖變性-Thixotropic) 상평형 상태를 유지한다. 전분혼합물은 사출기 시린더내에서 180'C이상의 온도로 혼련되고 있다. 용매가 증발된 반용융상태의 도막위로전분혼합물이 사출되고 일반적인 사출성형 공정을 순차적으로 진행시켰다. 전분혼합물을 사출한 후, 180'C이상의 전분혼합물의 온도로부터 전이된 열로 인하여 반 용융되있던 도막속의 열변화성 분말수지가 완전히 녹아내려 낮은 점도의 가소성과 가요성을 가지고 전분 사출물의 표면에 스며들어 고착되었다. 사출물의 온도가 몰드의 낮은 온도로 빼았겨 낮아지고, 몰드 내에서 성형형태가 안정된 후 탈형하였다. 수지로 코팅되어 방수 처리된 전분성형물을 얻는다.

실시예 2. 전분 스러리로 일반적인 용기, 트레이, 컵 등의 입체물을 성형 성형배경 : 전분 스러리는 사출과는 달리, 고열상태인 몰드의 내부에 변성 및 첨가 제를 혼합시킨 비교적 높은 수분함량의 전분 스러리를 부어넣어 몰드의 열로 건조, 스러리 내부의 수분으로 고압 발포 및 성형하는 방법이다. 천안과자나 붕어빵등의 제조공정과 매우 흡사하다.

몰드의 내부에 혼탁액을 치밀하게 도포하여준다. 혼탁액이 치밀하게 도포된 몰드를 과코팅된 용액이 잘 흘러내리도록 한다. 혼탁액은 흐르기 쉬운 묽은 점도를 유지하고 있어 목적한 두께로 이행이 되며 남어지는 자연스럽게 다시 흘러내린다. 도포된 혼탁액은 몰드 자체에서 공급된 열로 인하여 대부분의 용매가 증발된다. 몰드를 175도 이상의 온도로 가열하였다. 그러나 용액에 포함된 유기물이 분해될 온도 이상으로 높아서는 안된다. 대부분의 용매가 증발된 몰드의 건조 도막은 상당히 건조된 상태로 몰드의 표면에 강한 도막을 형성하고 있다. 용매가 증발된 혼탁액의 비히클과 분말화된 열변화성 수지와 섬유 등은 서로 어울려 자연히 반연화(반경화)된 도막을 형성하며 요변성(搖變性-Thixotropic) 상평형 상태를 유지한다. 용매가증발된 반 용융상태의 도막위로 전분 스러리가 토출되고, 몰드의 더운열과 스러리 내부의 수분에 의하여 스러리는 자동 발포되며 수분이 고압으로 캐비티 밖으로 빠져나가는 건조 공정이 순차적으로 진행된다. 전분이 토출된 후 몰드는 180도 내지는 250도의 온도까지 상승한다. 몰드로부터 가열된 고열로 인하여 열변화성 분말수지가 녹아내리고 건조된 전분 성형물의 표면에 고착된다. 성형물이 낮은온도로 이행되며 안정화되면 성형된 피도물을 몰드로부터 떼어낸다. 수지로 코팅되어 방수 처리된 전분성형물을 얻는다.

실시예 3. 펄프몰드로 일반적인 용기, 트레이, 컵 등의 입체물의 성형

펄프물드의 성형몰드에는 40~50mesh의 철망이 설치 되어있고 펄프액이 도포된후 그 철망을 통하여 진공흡착으로 대부분의 수분을 흡입하는 공정이 있다. 수분흡착후 고열과 고압으로 펄프를 건조시켜 성형해 낸다.

성형몰드를 혼탁액의 탱크에 담그어 성형몰드 내부의 표면에 치밀하게 도포하여준다. 혼탁액이 치밀하게 도포된 성형몰드를 탱크로부터 꺼내어 과코팅된 용액이 잘 흘러내리도록 세워 놓는다. 혼탁액은 흐르기 쉬운 점도를 유지하고 있어 목적한 두께로 이행이 되며 남어지는 자연스럽게 다시 흘러내린다. 도포된 혼탁액은 성형몰드 자체에서 공급된 열로 혼탁액내의 용매를 증발시킨다. 용매가 증발된 혼탁액은 자연히 반 용융(반경화)된 도막(피막)을 형성하게된다.

또다른 성형몰드에 펄프액을 도포하고 진공흡착기로 물을 흡수한다. 물을 흡수한후 200'C이상의 온두를 유지하고있는 압착몰드로 형태를 갖추어가는 펄프액을 압착하며 동시에 진공펌프로 강하게 빨아드린다. 펄프몰드내의 수분이 70%이상 건조가 되면, 먼저 형태를 이룬 코팅도막과 같이 붙여서 200'C가 넘게 가열압착한다. 성형몰드로부터 가열된 열로 인하여 도막속의 분말수지가 녹아내리고 펄프몰드의 표면과 고착되도록 한 후, 성형몰드 내에서 성형형태가 안정된 후 탈형하였다. 수지로 코팅되어 방수 처리된 펄프몰드 성형물을 얻는다.

실시예 4. 대형 구조물의 외부코팅의 예

코팅후 가열처리하면 대형구조물에도 난용성 프라스틱을 코팅 할 수 있다. 혼탁액을 피도장물의 표면에 치밀하게 도포하여 준다. 피도장물의 용매가 잘 건조되도록 놓아둔다. 용매가 경화되면 용제성 비히클의 도막이 형성된다. 용매가 잘 건조된후 열변화성 수지의 융점이상의 온도로 가열할 수 있는 열풍, 초음파 혹은 레이저 등 혹은 그 복합의 방법으로 표면 열처리를 한다. 열처리란 도막을 온도를 열변화성 수지의 용융온도 이상으로 올려주는 것이다. 열처리를 통하여 용제성 비히클과 열변화성 비히클이 상평형을 이룬 뒤 잘 혼합되고 결합되어 경화된다. 이 경우 강한 도막을 얻을 수 있다.

실시예 5. 발포 성형 코팅의 외부코팅의 예

발포제 혹은 발포성 수지가 혼입된 혼탁액을 피도장물의 표면에 치밀하게 도포하여 준다. 피도장물의 용매가 잘 건조되도록 놓아둔다. 용매가 경화되면 용제성 비히클의 도막이 형성된다. 용매가 잘 건조된후 열변화성 수지의 융점이상의 온도로 가열할 수 있는 열풍, 초음파 혹은 레이저 등 혹은 그 복합의 방법으로 표면 열처리를 한다. 열처리란 도막을 온도를 열변화성 수지의 용융온도 이상으로 올려주는 것이다. 열처리를 통하여 도막이 발포되고 용제성 비히클과 열변화성 비히클이상평형을 이루어 잘 혼합되고 결합되어 경화된다. 이 경우 외부 구조물에서도 발포된 도막을 얻을 수 있다.

한편, 앞에서 개시한 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 응용이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져 서는 안되며 후술하는 특허 등록 청구범위뿐만 아니라 이 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기 발명의 가장 큰 특징은 불규칙한 입체면에 열 가소성 및 열 경화성 수지류를 사출, 압출 및 프레스공정을 통하지 않고 성형제품에 목적한 수지의 균일한 두께의 코팅을 정밀하게 할 수 있다는 점이다. 이것은 스프레이나 칠솔로서 꼼꼼하게 발라 주어야 할 노력을 덜어주며, 건조에 시간이 필요한 여러 공정을 추가적인 설비투자 없이 공정중의 열을 이용하여 간단하며 손쉽고 빠르게 이루어준다. 그것은 일정한 제품의 질을 유지 할 수 있어 품질과 생산비 관리에 매우 유리하다. 또한 제품이 성형몰드 내에서 성형, 건조 및 고착이 되므로 성형 및 냉각 후 형태의 찌그러짐이 없어지며, 넓은 장소에 비싼 설치비용을 들여 건조로(Drying Oven, Tunnel)등을 설치 할 필요가 없어지고, 건조로를 일정한 온도로 유지해야하는 연료비용이 없어지며, 타 공정 대비 공정 시간을 단축시켜 줄 수 있어 대규모 생산시에도 높은 생산성을 유지 할 수 있다.

상기 결과로 비추어 보아 명확하게 알 수 있는 것처럼, 분체코팅이 불가능한피도물에도 액상도포가 가능하며, 또한 본 발명의 내수성 코팅제를 가지고 본 발영의 방법대로 성형가공한 경우, 본래 내수성이 없는 천연 고분자 재료로 만든 전분, 펄프골드 성형물이 충분한 내수성을 가지고 널리 쓰일 수 있다는 점이다.

Claims

특정 용매에, 그 용매에 난용성인 열변화성 수지의 분말을 용제성 비히클과 함께 혼합시키는 단계, 그 혼합물과 기능성 첨가제를 혼합시켜 코팅공정에 적당한 점도와 조건의 분산 혼탁액을 만드는 단계를 포함함을 특징으로 하는 상평형을 이용한 코팅용 혼탁액 제조방법.
제1항에 있어서 상평형을 이용한 것을 특징으로 하는 코팅액 제조방법으로 만든 혼탁액
제1항 또는 제2항에 있어서 수용성 용매를 이용하는 것을 특징으로 하는 혼탁액
제1항 또는 제2항에 있어서 유기 용매를 이용하는 것을 특징으로 하는 혼탁액
제1항 또는 제2항에 있어서 물과 유기 용매를 혼합한 것을 특징으로 하는 혼탁액
제1항 또는 제2항에 있어서 열가소성 수지를 혼합한 것을 특징으로 하는 혼탁액
제1항 또는 제2항에 있어서 열경화성 수지를 혼합한 것을 특징으로하는 혼탁액
제1항 또는 제2항에 있어서 발포성 수지를 혼합한 것을 특징으로 하는 혼탁액
제1항 또는 제2항에 있어서 발포제를 혼합한 것을 특징으로 하는 혼탁액
제1항 또는 제2항의 혼탁액을 피도물에 발라 주는 단계, 혼탁액이 적당한 점도를 유지하여 과도포된 용액이 자신의 무게로 피도물로부터 흘러내려서 일정한 두께의 도막을 유지해주는 단계, 용매의 건조로 인하여 혼탁액내의 용제성 수지가 경화되어 도막을 형성하는 단계, 도막내의 열변화성 수지가 외부로부터 공급된 열로 인하여 연화를 진행하고 있는 단계, 도막내의 용제성 수지가 다른 비히클과 섞여 높은 점도를 유지하며 피도물의 표면에 묻어서 도막이 요변성(Thixotropic)의 상평형상태를 유지하고있는 단계, 경화 및 연화를 진행하고있는 도막을 특정한 목적이나 용도에 맞도록 응용하는 단계, 반 액화된 비히클들이 외부로부터의 높은 온도로 인하여 더 녹아서 낮은 점도의 가소성과 가요성을 가지고 서로 혼합되며 피도물의 표면에 고착되는 단계, 피도물의 낮은 온도로 인하여 도막과 피도물이 냉각되어 경화되는 단계, 경화된 피도물을 탈형시키는 단계를 포함한 열변화성을 이용하여 상평형을 이용한 액상분체 코팅을 특징으로 하는 방법
제10항의 응용 방법에 있어서 전분 사출 성형을 이용한 것
제10항의 응용 방법에 있어서 전분 슬러리 성형을 이용한 것
제10항의 응용 방법에 있어서 펄프몰드 성형을 이용한 것
제10항의 응용 방법에 있어서 입체 구조물에 도포 하는 것
제10항의 방법으로 코팅되어진 도막
제15항에서 도막의 두께가 1～500 미크론의 두께를 가진 것
제15항에서 도막의 두께가 500 미크론 이상의 두께를 가진 것