KR20040069647A - Isocyanate modified carboxy-polyester resin, and chipping-resistant powder coating composition for automobile containing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지와 이를 포함하는 분체도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기산과 알코올을 중합하여 제조한 폴리에스테르 전구체와 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 반응시켜 제조한 폴리에스테르 수지에 2가 이상의 산을 추가적으로 첨가하여 말단에 카르복시기를 갖는 이소시아네이트 변성 폴리에스테르 수지를 제조하고, 상기 제조된 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지와 경화제로서 비스페놀 에이형 에폭시 수지 와 색상안료, 충진제, 자외선 흡수제 및 기타 첨가제를 사용함으로써 내한 칩핑성 및 내한 충격성 등의 기계적 물성과 저장성이 개선된 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지와 이를 포함하는 분체도료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an isocyanate modified carboxy polyester resin and a powder coating composition comprising the same, and more particularly to a polyester resin prepared by reacting a polyester precursor prepared by polymerizing an organic acid with an alcohol and an isocyanate modified epoxy resin. By adding an additional acid or more, an isocyanate-modified polyester resin having a carboxyl group at its end is prepared, and a bisphenol A-type epoxy resin, a color pigment, a filler, a UV absorber, and other additives are used as the isocyanate-modified carboxy polyester resin and the curing agent. The present invention relates to an isocyanate-modified carboxy polyester resin having improved mechanical properties and storage properties such as cold resistance chipping resistance and cold resistance impact resistance, and a powder coating composition comprising the same.
일반적으로 사용되는 도료는 유기용제를 사용하는 용제형 도료와 물을 사용하는 수성 도료 및 무용제형인 분체도료로 대표된다. 유기용제에 대한 배출 기준이 전세계적으로 강화되고 지구 환경 문제가 대두되면서, 유기용제 배출의 대표격인 자동차 도장분야에서도 친환경적인 도장 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다. 상기 연구의 일환으로 용제형 도료를 수성 또는 분체로 전환하는 것이 세계적이 추세이며, 이에 대한 연구가 점진적으로 이루어지고 있으며, 자동차 몸체, 자동차 부품 등에 분체도료를 사용하는 경우가 점점 늘어나고 있다.Commonly used paints are represented by solvent-based paints using organic solvents, water-based paints using water and powder-free coatings without solvents. As emission standards for organic solvents are strengthened around the world and global environmental issues are emerging, research on eco-friendly coating systems is being conducted in the automotive coating field, which is a representative example of organic solvent emissions. As a part of the above research, the conversion of solvent-based paints into aqueous or powder is a global trend, and research on this is being done gradually, and the use of powder coatings for automobile bodies and automobile parts is increasing.
분체도료를 자동차에 적용하고자 할 경우에는 내한 칩핑성, 외관 및 저장성 등이 우수해야 하며, 중도로 많이 사용하기 때문에 상도 및 하도와의 밀착성도 우수해야 하는데, 공지된 기술로는 아크릴 수지를 주 바인더로 하여 산무수물, 카르복시 수지 등을 사용한 방법[EP 제165207호] 등이 주종을 이루고 있으나, 이러한 방법들은 원하는 충분한 내한 칩핑성과 저장성을 성취할 수 없을뿐 아니라 적용하는데 제한적인 문제가 있었다. 또한, 폴리에스테르 수지와 경화제 및 옥사졸리돈을 함유한 경화제를 함께 사용하는 방법[일본특허공개 제2001-288402호]은 내한 칩핑성 및 밀착성은 우수하나 외관이 저하되는 문제점이 있다.In order to apply powder coating to automobile, it should be excellent in cold resistance chipping, appearance and storage, etc., and it should be excellent in adhesion between top and bottom because it is used in many ways. As a method using an acid anhydride, a carboxy resin and the like [EP No. 165207], etc. are mainly used, but these methods are not only able to achieve the desired cold resistance chipping and storage properties, but also had a limited problem in application. In addition, a method of using a polyester resin, a curing agent, and a curing agent containing oxazolidone (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-288402) is excellent in cold resistance chipping and adhesiveness, but has a problem of deterioration in appearance.
이에 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구노력한 결과, 이소시아네이트 화합물과 에폭시 수지로 제조한 이소시아네이트 변성 에폭시 수지와 유기산과 알코올로 제조한 폴리에스테르 수지를 반응시키고 2가 이상의 산을 첨가하여 말단에 카르복시기를 함유하는 이소시아네이트 변성 폴리에스테르 수지를 제조하고, 상기 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지와 경화제로서 비스페놀-에이형 에폭시 수지와 색상안료, 충진제, 자외선 흡수제 및 기타 첨가제를 적용한 분체도료 조성물을 제조할 경우, 내한 칩핑성, 내한 충격성 등의 기계적 강도가 향상되고 저장성이 개선되며 외관이 우수한 분체도료 조성물을 제조할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the inventors of the present invention, as a result of the research, reacted isocyanate-modified epoxy resin made of an isocyanate compound and an epoxy resin and a polyester resin made of an organic acid and an alcohol and adding a divalent or higher acid. When preparing an isocyanate modified polyester resin containing a carboxyl group at the terminal, and preparing a powder coating composition to which the bisphenol-A type epoxy resin and color pigments, fillers, ultraviolet absorbers and other additives are applied as the isocyanate modified carboxy polyester resin and a curing agent. The present invention has been found to improve the mechanical strength such as cold resistance chipping resistance and cold shock resistance, improve storage properties, and produce a powder coating composition having excellent appearance.
따라서, 본 발명은 자동차 중도용 도료에 적용할 경우 더욱 효과적인 내한 칩핑성 및 내한 충격성이 우수한 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지와 이를 포함하는 분체도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an isocyanate-modified carboxy polyester resin having excellent cold resistance chipping resistance and cold impact resistance, which is more effective when applied to automotive intermediate paints, and a powder coating composition comprising the same.
본 발명은 1) 알코올/산 = 1.1 ∼ 1.13 당량비로 유기산 단량체 혼합물과 알코올 혼합물을 중합시켜 산가가 10 ∼ 20 ㎎KOH/g인 폴리에스테르 전구체를 제조하는 단계; 2) 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 이소시아네이트 화합물 4 ∼ 25 중량부를 반응시켜 에폭시 당량이 200 ∼ 300 g/eq 범위인 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 제조하는 단계; 3) 상기 1) 단계의 폴리에스테르 전구체 100 중량부에 대하여 상기 2) 단계의 이소시아네이트 변성 에폭시 수지 3 ∼ 20 중량부를 반응시켜 하이드록시가 30 ∼ 150 ㎎ KOH/g 범위, 산가 0 ∼ 5 ㎎KOH/g 범위 및 수평균 분자량 2,000 ∼ 5,000 인 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계; 및 4) 상기 폴리에스테르 수지에 산혼합물을 첨가하여 말단에 반응성기가 1.5 ∼ 3개, 산가 20 ∼ 100 ㎎ KOH/g 범위, 연화점 110 ∼ 130 ℃ 범위, 유리전이온도 55 ∼ 75 ℃ 범위및 수평균 분자량 3,000 ∼ 6,000 인 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계를 포함하는 분체도료용 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지 제조방법을 그 특징으로 한다.The present invention provides a method for preparing a polyester precursor having an acid value of 10 to 20 mgKOH / g by polymerizing an organic acid monomer mixture and an alcohol mixture in an alcohol / acid ratio of 1.1 to 1.13 equivalents; 2) reacting 4 to 25 parts by weight of the isocyanate compound with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin to prepare an isocyanate modified epoxy resin having an epoxy equivalent in the range of 200 to 300 g / eq; 3) 3 to 20 parts by weight of the isocyanate-modified epoxy resin of step 2) is reacted with respect to 100 parts by weight of the polyester precursor of step 1), and the hydroxy is in the range of 30 to 150 mg KOH / g, acid value 0 to 5 mgKOH / preparing a polyester resin having a g range and a number average molecular weight of 2,000 to 5,000; And 4) adding an acid mixture to the polyester resin at a terminal with 1.5 to 3 reactive groups, an acid value of 20 to 100 mg KOH / g, a softening point of 110 to 130 ° C., a glass transition temperature of 55 to 75 ° C., and a number average Characterized by a method for producing an isocyanate modified carboxy polyester resin for powder coating comprising the step of preparing an isocyanate modified carboxy polyester resin having a molecular weight of 3,000 to 6,000.
또한 본 발명은 산가가 10 ∼ 20 ㎎KOH/g인 폴리에스테르 전구체와, 에폭시 당량이 200 ∼ 300 g/eq 범위인 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 반응시키고, 2가 이상의 산을 첨가하여, 말단에 반응성기가 1.5 ∼ 3개 결합되어 있고, 산가 20 ∼ 100 ㎎ KOH/g 범위, 용융점도 15 ∼ 30 (포이즈, 200 ℃, 아이.씨.아이. 점도) 범위, 연화점 110 ∼ 130 ℃ 범위, 유리전이온도 55 ∼ 75 ℃ 범위 및 수평균 분자량 3,000 ∼ 6,000 인 분체도료용 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지를 포함한다.The present invention also reacts a polyester precursor having an acid value of 10 to 20 mgKOH / g with an isocyanate-modified epoxy resin having an epoxy equivalent in the range of 200 to 300 g / eq, and adding a divalent or higher acid to form a reactive group at the terminal. 1.5 to 3 are combined, acid value 20 to 100 mg KOH / g range, melt viscosity 15 to 30 (poise, 200 ° C, I.C.I.viscosity) range, softening point 110 to 130 ° C range, glass transition temperature 55 Isocyanate modified carboxy polyester resin for powder coating which is the range of -75 degreeC, and number average molecular weights 3,000-6,000.
또한, 본 발명은 상기 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지 50 ∼ 70 중량%, 당량 600 ∼ 1,000 g/eq 범위인 비스페놀-에이형 에폭시경화제를 30 ∼ 50 중량%를 주성분으로 하고, 상기 주성분 100 중량부에 대하여 색상안료 1 ∼ 10 중량부, 충진제 5 ∼ 30 중량부, 자외선 흡수제 0.1 ∼ 3 중량부 첨가되고, 할스, 산화방지제, 흐름성 향상제 및 핀홀 방지제 중에서 선택된 첨가제가 1 ∼ 5 중량부 포함된 분체도료 조성물을 포함한다.In addition, the present invention is 30 to 50% by weight of the bisphenol-A epoxy curing agent in the range of 50 to 70% by weight of the isocyanate-modified carboxy polyester resin, equivalent 600 to 1,000 g / eq, with respect to 100 parts by weight of the main component Powder coating composition containing 1 to 10 parts by weight of color pigments, 5 to 30 parts by weight of filler, 0.1 to 3 parts by weight of ultraviolet absorber, and 1 to 5 parts by weight of an additive selected from Hals, antioxidant, flow improver and pinhole inhibitor. It includes.
이와 같은 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.
본 발명은 유기산과 알코올을 중합하여 제조한 폴리에스테르 전구체와 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 반응시켜 제조한 폴리에스테르 수지에 2가 이상의 산을 추가적으로 첨가하여 말단에 카르복시기를 갖는 이소시아네이트 변성 폴리에스테르 수지를 제조하고, 상기 제조된 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지와 경화제로서 비스페놀 에이형 에폭시 수지와 색상안료, 충진제, 자외선흡수제 및 기타 첨가제를 사용함으로써 내한 칩핑성, 충격성 등의 기계적 물성과 저장성이 개선된 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지와 이를 포함하는 분체도료 조성물에 관한 것이다.The present invention additionally adds a divalent or higher acid to a polyester resin prepared by reacting a polyester precursor prepared by polymerizing an organic acid with an alcohol and an isocyanate modified epoxy resin to prepare an isocyanate modified polyester resin having a carboxyl group at its terminal. Isocyanate-modified carboxypolyester resins having improved mechanical properties and storage properties, such as chipping resistance and impact resistance, by using bisphenol A-type epoxy resins and color pigments, fillers, ultraviolet absorbers and other additives as the isocyanate-modified carboxypolyester resins and curing agents prepared above. It relates to a powder coating composition comprising the same.
이와 같은 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.
먼저, 본 발명의 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계와 각 성분의 특징을 설명한다.First, the step of preparing the isocyanate-modified carboxy polyester resin of the present invention and the characteristics of each component will be described.
제 1 단계는 알코올/산 = 1.1 ∼ 1.13 당량비로 유기산 단량체 혼합물과 알코올 혼합물을 중합시켜 산가가 10 ∼ 20 ㎎KOH/g인 폴리에스테르 전구체를 제조하는 단계이다.The first step is to prepare a polyester precursor having an acid value of 10 to 20 mgKOH / g by polymerizing the organic acid monomer mixture and the alcohol mixture in an alcohol / acid ratio of 1.1 to 1.13 equivalents.
상기 유기산 단량체 혼합물은 2가 이상의 방향족 카르복시산 또는 그의 유도체를 포함하는데, 구체적으로 예를 들면, 2가 이상의 방향족 카르복시산으로는 테레프탈산을 필수성분으로 포함하고, 이소프탈산, 트리멜리트산, 디메틸 테레프탈레이트, 디메틸 이소프탈레이트, 트리멜리트산 무수물, 무수 프탈산 및 프탈산 무수물 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 2가 이상의 지방족 또는 지환족 산으로는 숙신산, 세바신산, 아디핀산, 피말산, 아제라인산, 1,4-사이클로헥산디카르복시산, 도데칸디오익산, 헥사하이드로프탈산 무수물, 메틸헥사하이드로 프탈산 무수물 및 메틸테트라하이드로프탈산 무수물 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.The organic acid monomer mixture includes a divalent or higher aromatic carboxylic acid or a derivative thereof. Specifically, for example, the divalent or higher aromatic carboxylic acid includes terephthalic acid as an essential component, and isophthalic acid, trimellitic acid, dimethyl terephthalate, and dimethyl. One or a mixture of two or more selected from isophthalate, trimellitic anhydride, phthalic anhydride, and phthalic anhydride can be used. Examples of the divalent or higher aliphatic or alicyclic acid include succinic acid, sebacic acid, adipic acid, pimaic acid, and azera. One or two or more selected from phosphoric acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, dodecanedioic acid, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, and the like can be used.
상기 알코올 혼합물은 하이드록시기가 2 ∼ 4 개이고, 탄소수가 2 ∼ 10개인 지환족 또는 지방족 알코올을 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 네오펜틸글리콜, 에틸렌글리콜 및 1.6-헥산다이올 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.The alcohol mixture may be a cycloaliphatic or aliphatic alcohol having 2 to 4 hydroxyl groups and 2 to 10 carbon atoms, specifically, selected from neopentyl glycol, ethylene glycol, 1.6-hexanediol, and the like. Species or mixtures of two or more kinds can be used.
상기와 같은 알코올과 산을 알코올/산(-OH/-COOH) 당량비로서 1.1 ∼ 1.13 범위로 하여 사용하며, 당량비가 1.1 미만이면 흐름성이 저하되고, 1.13을 초과하면 외관불량의 문제가 발생할 수 있다. 상기와 같이 구성성분과 당량비로 혼합된 알코올과 산에 불활성가스 주입하면서 약 240 ∼ 250 ℃까지 승온하여 반응시키며 축합수를 제거하여 폴리에스테르 전구체를 제조하며, 초기 하이드록시가는 30 ∼ 150 ㎎KOH/g, 더욱 바람직하게는 30 ∼ 120㎎ KOH/g, 산가는 10 ∼ 20㎎ KOH/g이며, 수평균 분자량은 1,500 ∼ 4,000 정도이다.The alcohol and acid as described above are used in an alcohol / acid (-OH / -COOH) equivalent ratio in the range of 1.1 to 1.13. If the equivalent ratio is less than 1.1, the flowability is lowered. have. The reaction mixture was heated to about 240-250 ° C. while injecting an alcohol and an acid mixed with the constituents and the equivalent ratio as described above to remove the condensed water to prepare a polyester precursor. The initial hydroxy value was 30-150 mgKOH / g, More preferably, it is 30-120 mg KOH / g, acid value is 10-20 mg KOH / g, and a number average molecular weight is about 1,500-4,000.
제 2 단계는 에폭시 수지 사용량 100 중량부에 대하여 이소시아네이트 화합물 4 ∼ 25 중량부를 반응시켜 에폭시 당량이 200 ∼ 300 g/eq 범위인 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 제조하는 단계이다.The second step is to prepare an isocyanate modified epoxy resin having an epoxy equivalent in the range of 200 to 300 g / eq by reacting 4 to 25 parts by weight of the isocyanate compound with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin used.
이때, 이소시아네이트 화합물은 2 가 이상의 지방족 이소시아네이트 화합물을 사용하며, 상기 이소시아네이트 화합물로는 헥사메틸디이소시아네이트(HMDI), 디페닐메테인디이소시아네이트(MDI), 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 트리메틸헥사메틸렌이이소시아네이트(TMDI), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 크실렌디이소시아네이트(XDI), 폴리머릭 디페닐메테인디이소시아네이트(PMDI) 및 노보내인디이소시아네이트(NBDI) 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용한다. 에폭시 수지는 당량이 170 ∼ 220 g/eq 범위인 비스페놀-에이형 에폭시 수지를 사용하며, 상기 이소시아네이트 화합물과 반응시켜 옥사졸리돈링을 형성한 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 제조한다. 에폭시 수지 사용량 100 중량부에 대하여 이소시아네이트 화합물은 4 ∼ 25 중량부 사용하며, 이소시아네이트 화합물 사용량이 4 중량부 미만이면 내한 칩핑성 및 저장성이 저하될 우려가 있으며, 25 중량부를 초과하면 도막의 외관이 저하되고 분자량이 커져 겔화의 위험이 있다. 상기와 같은 구성성분과 사용량으로 혼합한 에폭시 수지와 이소시아네이트 화합물에 불활성 가스를 주입하면서 약 140 ∼ 170 ℃에서 반응시켜서 옥사졸리돈링의 형성을 관찰하면서 반응을 진행한다.At this time, the isocyanate compound is a divalent or higher aliphatic isocyanate compound, and as the isocyanate compound, hexamethyl diisocyanate (HMDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), isophorone diisocyanate (IPDI), trimethylhexamethylene isocyanate (TMDI), toluene diisocyanate (TDI), xylene diisocyanate (XDI), polymeric diphenylmethane diisocyanate (PMDI) and novoin diisocyanate (NBDI) and the like or a mixture of two or more kinds are used. The epoxy resin uses a bisphenol-A type epoxy resin having an equivalent in the range of 170 to 220 g / eq, and reacts with the isocyanate compound to form an isocyanate-modified epoxy resin in which an oxazolidon ring is formed. The isocyanate compound is used in an amount of 4 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the epoxy resin. If the amount of the isocyanate compound is less than 4 parts by weight, the chipping resistance and storage resistance may decrease. And molecular weight increases, there is a risk of gelation. The reaction proceeds at about 140 to 170 ° C. while injecting an inert gas into the epoxy resin and isocyanate compound mixed with the above components and the amount used, thereby observing the formation of the oxazolidone ring.
제 3 단계는 상기 1 단계의 폴리에스테르 전구체 사용량 100 중량부에 대하여 상기 2 단계의 이소시아네이트 변성 에폭시 수지 3 ∼ 20 중량부를 사용하여 하이드록시가 30 ∼ 150 ㎎KOH/g 범위, 산가 0 ∼ 5 ㎎KOH/g 범위 및 수평균 분자량 2,000 ∼ 5,000 인 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계이다.The third step is a hydroxyl range of 30 to 150 mgKOH / g, acid value 0 to 5 mgKOH using 3 to 20 parts by weight of the isocyanate-modified epoxy resin of the second step relative to 100 parts by weight of the polyester precursor used in the first step It is a step of preparing a polyester resin having a / g range and a number average molecular weight of 2,000 to 5,000.
상기 이소시아네이트 변성 에폭시 수지의 사용량이 3 중량부 미만이면 내한 칩핑성 및 저장성이 저하될 우려가 있으며, 사용량이 20 중량부를 초과하면 도막의 외관이 저하되고 분자량이 커져 겔화의 위험이 있다. 상기와 같이 제조된 폴리에스테르 수지는 하이드록시가가 30 ∼ 150 ㎎KOH/g 범위이며, 더욱 바람직하게는 30 ∼ 120 ㎎KOH/g 범위이고, 산가는 0 ∼ 5 ㎎KOH/g 범위이며, 수평균 분자량은 2,000 ∼ 5,000 정도이다.If the amount of the isocyanate-modified epoxy resin is less than 3 parts by weight, cold chipping resistance and storage resistance may decrease. If the amount is more than 20 parts by weight, the appearance of the coating film is lowered and the molecular weight is increased, resulting in gelation. The polyester resin prepared as described above has a hydroxyl value in the range of 30 to 150 mgKOH / g, more preferably in the range of 30 to 120 mgKOH / g, and an acid value in the range of 0 to 5 mgKOH / g. The average molecular weight is about 2,000 to 5,000.
마지막으로, 제 4 단계는 상기 3 단계의 폴리에스테르 수지에 산을 첨가하여말단에 반응성기가 1.5 ∼ 3개, 산가 20 ∼ 100 ㎎KOH/g 범위, 용융점도 15 ∼ 30 (포이즈, 200 ℃, 아이.씨.아이. 점도) 범위, 연화점 110 ∼ 130 ℃ 범위, 유리전이온도 55 ∼ 75 ℃ 범위 및 수평균 분자량 3,000 ∼ 6,000 인 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지를 제조한다.Finally, in the fourth step, an acid is added to the polyester resin of the third step so that at the end, there are 1.5 to 3 reactive groups, an acid value of 20 to 100 mgKOH / g, and a melt viscosity of 15 to 30 (poise, 200 ° C., eye). (C.I.Viscosity) range, softening point 110-130 degreeC range, the glass transition temperature 55-75 degreeC range, and the number average molecular weight 3,000-6,000 isocyanate modified carboxy polyester resin are manufactured.
상기 사용되는 산은 2가 이상의 방향족 카르복시산으로 이소프탈산, 프탈산, 트리멜리트산, 트리 멜리트산 무수물 및 피로 멜리트산 무수물 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 2가 이상의 지방족 또는 지환족 카르복시산으로는 숙신산, 세바신산, 아디핀산, 피말산, 아제라인산, 1,4-사이클로 헥산 디카르복시산, 도데칸 디오익산, 헥사하이드로프탈산 무수물, 메틸헥사하이드로 프탈산 무수물 및 메틸테트라하이드로프탈산 무수물 등 중에서 선택된 1종 또는 2종이상의 혼합물을 사용할 수 있다.The acid used may be a divalent or higher aromatic carboxylic acid, and may be one or a mixture of two or more selected from isophthalic acid, phthalic acid, trimellitic acid, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, and the like. Carboxylic acid is selected from succinic acid, sebacic acid, adipic acid, pimalic acid, azaline acid, 1,4-cyclohexane dicarboxylic acid, dodecane diioic acid, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride and methyltetrahydrophthalic anhydride. One kind or a mixture of two or more kinds can be used.
상기 2가 이상의 방향족 카르복시산 60 ∼ 85 중량%, 2 가 이상의 지방족 또는 지환족 카르복시산 15 ∼ 40 중량%로 이루어진 산혼합물의 사용량은 상기 3 단계에서 제조된 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 5 ∼ 25 중량부이며, 산혼합물의 사용량이 5 중량부 미만이면 기계적 강도가 저하되고, 25 중량부를 초과하면 흐름성이 저하되며, 외관불량의 문제가 발생한다. 상기와 같은 구성성분과 사용량의 폴리에스테르 수지와 산혼합물에 불활성가스를 주입하면서 180 ∼ 200 ℃로 반응시켜서 축합수를 제거하고, 최종 단계에서 적당한 중합도를 유지하기 위하여 질소 과잉이나 감압(50 ∼ 200 ㎜Hg)반응으로 미추출된 축합수나 미반응물을 제거한다.The amount of the acid mixture consisting of 60 to 85% by weight of the divalent or higher aromatic carboxylic acid and 15 to 40% by weight of the divalent or higher aliphatic or alicyclic carboxylic acid is 5 to 25% by weight based on 100 parts by weight of the polyester resin prepared in step 3. If the amount of the acid mixture is less than 5 parts by weight, the mechanical strength is lowered. If the amount of the acid mixture is more than 25 parts by weight, the flowability is lowered, resulting in poor appearance. Injecting an inert gas into the polyester resin and the acid mixture of the above components and the amount used to react at 180 ~ 200 ℃ to remove the condensed water, in order to maintain a suitable degree of polymerization in the final step (excess nitrogen or reduced pressure (50 ~ 200) Remove the uncondensed water or unreacted material by the mmHg) reaction.
이때 얻어진 최종 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지의 산가는 20 ∼ 100㎎ KOH/g이고, 용융점도는 15 ∼ 30(포이즈, 200 ℃, 아이. 씨. 아이. 점도) 범위, 연화점은 110 ∼ 130 ℃, 유리전이온도는 55 ∼ 75 ℃, 수평균 분자량은 3,000 ∼ 6,000, 더욱 바람직하게는 3,000 ∼ 5,000이다. 또한, 제조된 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지 말단의 평균 관능기수는 1.5 ∼ 3 개이다.The acid value of the final isocyanate-modified carboxy polyester resin obtained at this time is 20-100 mg KOH / g, melt viscosity is 15-30 (poise, 200 degreeC, C.I. viscosity), a softening point is 110-130 degreeC, Glass transition temperature is 55-75 degreeC, a number average molecular weight is 3,000-6,000, More preferably, it is 3,000-5,000. Moreover, the average number of functional groups of the produced isocyanate modified carboxy polyester resin terminal is 1.5-3 pieces.
상기와 같이 제조된 본 발명의 분체도료용 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지는 저장성이 우수하고 내한 칩핑성 등의 기계적 강도가 우수한 분체도료의 물성을 충분히 만족시키는 수지임을 알 수 있다.It is understood that the isocyanate-modified carboxypolyester resin for powder coating of the present invention prepared as described above is a resin that satisfies physical properties of powder coating having excellent storage properties and excellent mechanical strength such as cold resistance chipping resistance.
다음으로 본 발명의 도료제조 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the paint manufacturing process of the present invention as follows.
상기 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지 50 ∼ 70 중량%, 당량 600 ∼ 1,000 g/eq 범위인 비스페놀-에이형 에 폭시경화제를 30 ∼ 50 중량%를 주성분으로 하고, 상기 주성분 100 중량부에 대하여 색상안료 1 ∼ 10 중량부, 충진제 5 ∼ 30 중량부, 자외선 흡수제 0.1 ∼ 3 중량부 첨가되고, 할스, 산화방지제, 흐름성 향상제 및 핀홀 방지제 중에서 선택된 첨가제가 1 ∼ 5 중량부 포함된 분체도료 조성물을 포함하는 분체도료 조성물을 제조한다.50 to 70% by weight of the isocyanate-modified carboxypolyester resin and 30 to 50% by weight of a bisphenol-A type epoxy curing agent in the range of 600 to 1,000 g / eq. 10 parts by weight, 5 to 30 parts by weight of a filler, 0.1 to 3 parts by weight of a ultraviolet absorber, and a powder comprising a powder coating composition containing 1 to 5 parts by weight of an additive selected from Hals, an antioxidant, a flow improver and a pinhole inhibitor. A paint composition is prepared.
경화제로는 비스페놀-에이형 에폭시 경화제로 시판되는 있는 것으로는 N8020, N8030 및 N8040(이상 KCC사 제품) 등을 사용할 수 있고, 그 사용량은 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지의 산가와 경화제의 당량비에 따라서 조절한다. 흐름성 향상제로서 시판되는 것으로는 아크릴계 흐름성 향상제(모다플로우 Ⅰ, 몬산토사 제품 ; 피브이-5, 피엘-201, 월리사 제품 ; 아크로날-4에프 ; 바스프사 제품)와 실리콘계 흐름성 향상제(ADD 360, WORLEE사 ; GLIDE 450 , TEGO사 ; EFKA 3010, EFKA사) 등을 사용할 수 있으며, 사용량은 상기 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지와 에폭시 경화제 사용량 100 중량부에 대하여 0.5 ∼ 1.5 중량부 사용하며, 흐름성 향상제가 사용량이 0.5 중량부 미만이면 크레이터링이 발생하고, 1.5 중량부를 초과하면 타도료 오염시 크레터링 발생 원인이 된다. 안료는 상기 주성분 100 중량부에 대하여 1 ∼ 10 중량부 사용되며, 백색안료로 티타늄 디옥사이드(TIO2)를 사용할 수 있고, 기타 소량의 유기안료를 사용한다. 충진제는 상기 주성분 100중량부에 대하여 5 ~30 중량부를 사용하며, 황산바륨(BaS04), 칼슘카보네이트(CaC03), 실리카(SiO2), 알루미늄 하이드록사이드(Al(OH)3) 등이 사용될 수 있다. 기타 첨가물은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용하는 성분들을 사용할 수 있고, 예를 들면, 할스, 산화방지제, 흐름성 향상제, 핀홀방지제, 경화촉진제 및 자외선 흡수제 등이 상기 주성분 100 중량부에 대하여 1 ∼ 5 중량부 사용될 수 있다.As the curing agent, N8020, N8030, and N8040 (manufactured by KCC Co., Ltd., etc.), etc., which are commercially available as bisphenol-A type epoxy curing agents, can be used. . Commercially available flow improvers include acrylic flow improvers (Modaflow I, manufactured by Monsanto; Fib-5, PI-201, manufactured by Wally's;Acronal-4F; manufactured by BASF) and silicone flow improvers ( ADD 360, WORLEE company; GLIDE 450, TEGO company; EFKA 3010, EFKA company) and the like can be used, 0.5 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the isocyanate-modified carboxy polyester resin and epoxy curing agent used, When the flow improver is used less than 0.5 parts by weight, cratering occurs, and when the flow improver exceeds 1.5 parts by weight, it causes crettering when other paints are contaminated. 1-10 parts by weight of the pigment is used based on 100 parts by weight of the main component, titanium dioxide (TIO 2 ) may be used as a white pigment, and other small amounts of organic pigments are used. The filler is 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the main component, barium sulfate (BaS0 4 ), calcium carbonate (CaC0 3 ), silica (SiO 2 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) and the like Can be used. Other additives may use components conventionally used in the art to which the present invention pertains, for example, Hals, antioxidants, flow improvers, pinhole inhibitors, curing accelerators and ultraviolet absorbers, etc., with respect to 100 parts by weight of the main component. 1 to 5 parts by weight may be used.
상기 원료를 각각 배합후 콘테이너 믹서를 이용하여 균일 하게 혼합될수 있도록 섞는다. 균일하게 혼합된 조성물을 니이더 또는 익스투루더(PLK 46, BUSS사)의 압출기를 통하여 90 ∼120 ℃ 에서 용융혼합시킨 다음 분쇄기를 이용하여, 평균입도 20 ∼ 50 마이크론, 입자분포 10 ∼ 50 마이크론인 분체도료 조성물을 제조한다. 이와 같이 본 발명에 따른 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장 또는 유동 침적 도포 방법 등의 통상의 방법에 의해 도포하여 150 ℃ × 25 분의 조건에서 경화시키면 도막이 형성된다.Mix each of the raw materials so that they can be mixed uniformly using a container mixer. The homogeneously mixed composition is melt mixed at 90 to 120 ° C. through an extruder of a Kneader or Extruder (PLK 46, BUSS), and then using a grinder, an average particle size of 20 to 50 microns and a particle distribution of 10 to 50 microns Phosphorus powder coating composition is prepared. Thus, when the powder coating composition which concerns on this invention is apply | coated by a conventional method, such as electrostatic spray coating or the fluid immersion coating method, it hardens on 150 degreeC x 25 minute conditions, and a coating film is formed.
이하 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Although the present invention will be described in detail with reference to the following Examples, the present invention is not limited by the following Examples.
실시예 1 ∼ 3: 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지의 제조Examples 1 to 3: Preparation of Isocyanate Modified Carboxy Polyester Resin
1 단계 : 폴리에스테르 수지 전구체의 제조Step 1: Preparation of Polyester Resin Precursor
테레프탈산 747.9 g, 이소프탈산 166.2 g, 사이클로 헥산 디카르복시산86.1 g, 아디핀산 20.5 g, 네오펜틸 글리콜 760.4 g, 에틸렌 글리콜 11.2 g, 촉매로서 금속계통인 부틸클로로틴 디하이드록사이드(훼스케트 4101, 엠·엔·피사 제조) 1.74 g을 질소가스관 및 냉각장치가 설치된 컬럼, 교반기, 온도계, 히터가 설치되어 있는 4구 플라스크에 넣고 서서히 승온시켰다. 온도가 120 ∼ 160 ℃가 되면 축합수가 유출되고 이때부터 축합수내의 글리콜을 관리하면서 약 240 ∼ 250℃까지 승온 반응시켜 하이드록시가가 40 ㎎KOH/g이고 산가가 20 ㎎KOH/g, 수평균 분자량 2400 인 폴리에스테르 전구체를 제조하였다.Terephthalic acid 747.9 g, isophthalic acid 166.2 g, cyclohexane dicarboxylic acid 86.1 g, adipic acid 20.5 g, neopentyl glycol 760.4 g, ethylene glycol 11.2 g, metal-based butylchlorotin dihydroxide (Fesket 4101, 1.74 g of M.N.Pisa were put into a four-necked flask equipped with a nitrogen gas pipe and a column equipped with a cooling device, a stirrer, a thermometer, and a heater, and gradually heated up. When the temperature reaches 120 to 160 ° C., the condensed water flows out. From this time, the glycol is condensed in water and the reaction temperature is raised to about 240 to 250 ° C., where the hydroxyl value is 40 mgKOH / g, the acid value is 20 mgKOH / g, and the number average. A polyester precursor having a molecular weight of 2400 was prepared.
2 단계 : 이소시아네이트 변성 에폭시 수지의 제조Step 2: Preparation of Isocyanate Modified Epoxy Resin
비스페놀-에이형 에폭시 수지 1000 g을 질소가스관 및 컬럼, 교반기, 온도계, 히터가 설치되어 있는 분리형 플라스크에 넣고 서서히 승온시켰다. 110 ∼ 120 ℃까지 승온시킨 후 반응 촉매로 이미다졸 0.1 g을 가하고 헥사메틸디이소시아네이트 53 g을 2 ∼ 3시간에 걸쳐 적하하고 140 ∼ 170 ℃에서 반응시켜 당량이224 g/eq 인 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 제조하였으며, 제조된 이소시아네이트 변성 에폭시 수지에 사용된 구성성분 및 사용량과 물성은 다음 표 1에 나타내었다.1000 g of the bisphenol-A epoxy resin was placed in a separate flask equipped with a nitrogen gas pipe and a column, a stirrer, a thermometer, and a heater, and the temperature was gradually raised. After heating up to 110-120 degreeC, 0.1 g of imidazole was added as a reaction catalyst, 53 g of hexamethyl diisocyanate was dripped over 2-3 hours, and it reacted at 140-170 degreeC, and is equivalent isocyanate modified epoxy resin of 224 g / eq. Was prepared, the components used in the prepared isocyanate-modified epoxy resin and the amount and physical properties are shown in Table 1 below.
3 단계 : 폴리에스테르 수지의 제조Step 3: Preparation of Polyester Resin
상기 1 단계에서 제조된 폴리에스테르 전구체에 상기 2 단계에서 제조된 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 190 ℃에서 투입 반응시켜 하이드록시가가 40 ㎎ KOH/g이고 산가가 2 ㎎KOH/g, 수평균 분자량이 2700인 폴리에스테르 수지를 제조하였다.The isocyanate-modified epoxy resin prepared in step 2 was added to the polyester precursor prepared in step 1 at 190 ° C. to give a hydroxyl value of 40 mg KOH / g, an acid value of 2 mgKOH / g, and a number average molecular weight of 2700. A phosphorus polyester resin was prepared.
4 단계 제조 : 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지의 제조Four Step Preparation: Preparation of Isocyanate Modified Carboxy Polyester Resin
상기 3 단계에서 제조된 폴리에스테르 수지에 트리멜리트산 무수물 130 g을 180 ∼ 190 ℃에서 가한 후 반응물 온도를 180 ∼ 190 ℃로 유지하고 축합수를 제거하면서 반응시켰다. 최종으로 수지의 중합도를 높이기 위하여 질소 과잉 또는 감압(50 ∼ 200 ㎜Hg)을 이용하여 수지내 미추출된 축합수나 미반응물 등을 제거함으로서 원하는 물성의 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지를 제조하였다. 이때 제조된 최종 수지는 산가 65 ㎎ KOH/g이고, 점도 19(POISE, 200℃ ICI 점도), 연화점 115.9 ℃, 수평균 분자량 3200 이었다. 제조된 이소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르에 사용된 구성성분의 종류와 사용량 및 물성은 다음 표 2에 나타내었다.130 g of trimellitic anhydride was added to the polyester resin prepared in step 3 at 180 to 190 ° C., and then reacted while maintaining the reactant temperature at 180 to 190 ° C. and removing condensed water. Finally, to increase the degree of polymerization of the resin, an isocyanate-modified carboxy polyester resin of desired physical properties was prepared by removing unextracted condensed water or unreacted substances in the resin using excess nitrogen or reduced pressure (50 to 200 mmHg). In this case, the final resin prepared had an acid value of 65 mg KOH / g, a viscosity of 19 (POISE, 200 ° C ICI viscosity), a softening point of 115.9 ° C, and a number average molecular weight of 3200. The type, amount and physical properties of the components used in the prepared isocyanate-modified carboxy polyester are shown in Table 2 below.
비교예 1 ∼ 2 : 카르복시 폴리에스테르 수지의 제조Comparative Examples 1-2: Preparation of Carboxy Polyester Resin
1 단계 : 폴리에스테르 전구체의 제조Step 1: Preparation of the Polyester Precursor
테레프탈산 747.9 g, 이소프탈산 166.2 g, 사이클로 헥산 디카르복시산86.1 g, 아디핀산 20.5 g, 네오펜틸 글리콜 760.4 g, 에틸렌 글리콜 11.2 g, 촉매로서 금속계통인 부틸클로로틴 디하이드록사이드(훼스케트 4101, 엠·엔·피사 제조) 1.74 g을 질소가스관 및 냉각장치가 설치된 컬럼, 교반기, 온도계, 히터가 설치되어 있는 4구 플라스크에 넣고 서서히 승온시켰다. 온도가 120 ∼ 160 ℃가 되면 축합수가 유출되고 이때부터 축합수내의 글리콜을 관리하면서 약 240 ∼ 250 ℃까지 승온 반응시켜 하이드록시가가 40 ㎎KOH/g이고, 산가가 13 ㎎KOH/g, 수평균 분자량이 2400 인 폴리에스테르 전구체를 제조하였다.Terephthalic acid 747.9 g, isophthalic acid 166.2 g, cyclohexane dicarboxylic acid 86.1 g, adipic acid 20.5 g, neopentyl glycol 760.4 g, ethylene glycol 11.2 g, metal-based butylchlorotin dihydroxide (Fesket 4101, 1.74 g of M.N.Pisa were put into a four-necked flask equipped with a nitrogen gas pipe and a column equipped with a cooling device, a stirrer, a thermometer, and a heater, and gradually heated up. When the temperature reaches 120 to 160 ° C, the condensed water flows out. At this time, the glycol is condensed in water and the reaction temperature is raised to about 240 to 250 ° C. The hydroxyl value is 40 mgKOH / g, and the acid value is 13 mgKOH / g, water. A polyester precursor having an average molecular weight of 2400 was prepared.
2 단계 : 폴리에스테르 수지의 제조Step 2: Preparation of Polyester Resin
상기 1단계 폴리에스테르 전구체에 트리멜리트산 무수물 130 g을 180 ∼ 190 ℃에서 가한후 반응물 온도를 180 ∼ 190 ℃로 유지되게 하고 축합수를 제거하면서 반응시켰다. 그리고 최종으로 수지의 중합도를 높이기 위하여 질소 과잉 또는 감압(50 ∼ 200 ㎜Hg)을 이용하여 수지내 미추출된 축합수나 미반응물 등을 제거함으로서 원하는 물성의 폴리에스테르 수지를 제조하였다. 이때 제조된 최종 카르복시 폴리에스테르 수지는 산가가 65 ㎎ KOH/g이고, 용융점도 14(CPS, 200℃ ICI 점도), 연화점 113.2 ℃, 수평균 분자량 2570 의 물성을 보였으며, 사용된 구성성분과 사용량 및 물성은 다음 표 2에 나타내었다.130 g of trimellitic anhydride was added to the first-stage polyester precursor at 180 to 190 ° C, and the reactant temperature was maintained at 180 to 190 ° C and reacted while removing condensed water. Finally, in order to increase the degree of polymerization of the resin, a polyester resin of desired physical properties was prepared by removing unextracted condensed water or unreacted substances in the resin using excess nitrogen or reduced pressure (50 to 200 mmHg). In this case, the final carboxy polyester resin produced had an acid value of 65 mg KOH / g, a melt viscosity of 14 (CPS, 200 ° C ICI viscosity), a softening point of 113.2 ° C, and a number average molecular weight of 2570. And physical properties are shown in Table 2 below.
제조예 1 ∼ 3 및 비교제조예 1 ∼ 2 : 분체도료 조성물의 제조Production Examples 1-3 and Comparative Production Examples 1-2: Preparation of Powder Coating Composition
상기 실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 2에 따라 제조된 수지들을 이용하여 다음 표 3와 같은 조성으로 배합하고 상기에서 설명한 도료 제조방법을 이용하여 분체도료를 제조한 후 전착도장된 0.7 ㎜ 마강판에 150 ℃ × 25분의 조건에서 경화시켜 도막 두께가 60 ± 10 ㎛인 도막시편을 제조하였다.Using the resins prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 in the composition shown in Table 3 below, after the powder coating was prepared using the coating method described above, electrodeposited coating 0.7 mm The steel sheet was cured at 150 ° C. for 25 minutes to prepare a coating film specimen having a thickness of 60 ± 10 μm.
상기 표 3에 나타나 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이소시아네트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지를 첨가하여 제조된 분체도료 조성물은 내한충격성, 내한칩핑성 등의 기계적 물성이 우수하고, 저장성과 외관이 우수할 뿐만 아니라, 접착성이 우수하여 자동차용 중도용 분체도료로 사용할 경우에 보다 효과적임을 알 수 있다.As shown in Table 3, the powder coating composition prepared by adding the isocyanate-modified carboxy polyester resin prepared according to the embodiment of the present invention is excellent in mechanical properties such as cold resistance, cold resistance chipping resistance, storage properties Not only the appearance is excellent, but also excellent adhesion, it can be seen that more effective when used as an intermediate powder coating for automobiles.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 이소시아네이트 변성 에폭시 수지를 적용하고, 추가적으로 산혼합물을 첨가한 에소시아네이트 변성 카르복시 폴리에스테르 수지를 분체도료용 조성물에 적용할 경우, 제조된 분체도료의 내한충격성, 내한칩핑성 등의 기계적 강도가 개선되고, 외관 및 저장안정성이 우수하며, 상도 및 하도와의 접착성이 우수한 분체도료를 제공할 수 있으므로 자동차용 중도용 부체도료로 사용할 경우 보다 효과적이다.As described above, when the isocyanate-modified epoxy resin prepared according to the present invention is applied, and an isocyanate-modified carboxy polyester resin to which an acid mixture is added is applied to the powder coating composition, the cold resistance of the powder coating prepared is It is more effective when used as an intermediate coating material for automobiles because it can improve the mechanical strength such as cold resistance, chipping resistance, excellent appearance and storage stability, and excellent powder coating.
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