KR20040095882A

KR20040095882A - 내산성 강화 클리어 코트 도료 조성물

Info

Publication number: KR20040095882A
Application number: KR1020030026900A
Authority: KR
Inventors: 박태진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-11-16

Abstract

본 발명은 내산성 강화 클리어 코트 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 에테르 가교결합을 가진 아크릴/멜라민 수지 중합체 대신에 에스테르 가교결합을 갖는 카르복실기 결합 아크릴수지 중합체를 포함시켜, 도장품질은 물론 내산성 등을 강화시킨 클리어 코트 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

내산성 강화 클리어 코트 도료 조성물{A clear coat composition with acid-tolerant}

일반적으로, 차량의 예컨대 차체 외판의 도장 품질은 모든 환경하에서 장시간 걸쳐 사용하여도 도막의 열화, 녹의 발생이 없어야 하고, 더욱이 도막의 광택이나 색채를 유지하여 미관을 보유할 필요가 있다. 따라서, 차량의 도장공정은 통상적으로 전처리 공정을 거친 차체를 전착 도장한 연후에 밀착성 및 평활성 등을위해 중도 도장을 실시하고, 중도 도장된 차체상에 차체의 미관을 위해 상도 베이스를 도장 처리한다. 그런 다음, 상기 상도 베이스 코팅상에 차체의 색상을 보호하고 외관을 좋게 하고 외부로부터 도막을 보호하기 위해 클리어층을 도장하는 것이 일반적이다.

이러한 차체 도료용 수지는 상기 도장 공정에 따라 각각 상이하며, 특히 폴리에스테르, 알키드, 또는 열경화성 아크릴 수지에 경화제로서 알콕시 메틸 멜라민 수지를 첨가하여 우레탄계 가교결합을 갖는 도료를 사용하는 것이 일반적이었으나, 클리어 코팅 도료의 경우 특성상 내후성이 요구되기 때문에 알키드 또는 폴리에스테르 수지 타입보다는 아크릴 수지에다 경화제로서 알콕시 메틸 멜라민 수지를 첨가하여 사용하는 시스템이 주로 사용되어왔다.

그러나, 이러한 아크릴/알콕시 메틸 멜라민 수지 시스템의 경우, 수평면 레벨링(Levelling) 및 작업성은 우수하나, 우레탄 수지계 자동차용 도료 즉, 아크릴 수지와 우레탄 수지로 이루어진 경화시스템에 비해서 아크릴/알콕시 메틸 멜라민 수지 시스템은 가교반응이 어려움은 물론, 산경화제가 필요하며, 맑기감과 수직면 영상 선명도가 부족하고 우레탄 T/UP 부착성이 불량하며, 내후성 및 내산성과 같은 물성에 있어서 상당한 취약점이 있다. 이는 오늘날 공업화에 따른 자동차, 선박, 공장에서 발생되는 각종 오염원에 의한 산성비 등의 영향으로 아크릴 골격의 OH기와 멜라민의 알콕시 그룹인 메톡시, 부톡시, 에톡시, 또는 i-부톡시와 반응하여 생긴 에테르성(-C-O) 결합 구조 자체가 도막에서 태양열에 의해 농축된 pH 1 ∼ 2의 강산인 산성비 용액과 반응할 때 도막이 연화 및 가수분해되어 얼룩, 오목흔적이나또는 크랙이 발생하는 등 에칭현상이 야기되기 때문이다.

따라서, 이를 보완하기 위해서 보조가교제로서 우레탄, 실란올을 첨가하거나, 새로운 가교결합을 형성시키기 위해 멜라민수지 대신 유기산, 이소시아네이트를 첨가하는 방법이 개발되기도 하였다. 특히, 최근에는 고분자 아크릴/부틸멜라민 수지를 함유한 기능성 도료가 개발되기도 하였는데, 이는 가교반응이 용이하고 산경화제가 불필요하며 각종 물성이 우수하나(내SCRATCH성 기능성도료), 여전히 도장품질면과 내후성 및 내산성 등의 물성에 있어서 개선의 필요성이 있어왔다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 도료의 내후성 및 내산성 등의 물성을 개선시키기 위해 예의노력한 결과, 종래 산성비에 노출되어 가수분해나 도막의 연화 등의 원인이 되었던 에테르 가교결합을 가진 아크릴/멜라민 수지 대신에 새로운 에스테르 가교결합을 갖는 카르복실기 결합 아크릴수지 중합체를 이용해 도료를 제조함으로서, 도장품질은 물론 내산성 등의 물성이 개선됨을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 카르복실기 결합 아크릴수지 중합체 31 ∼ 40 중량%를 포함하는 클리어 코트 도료 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 도료조성을 이용해 제작된 시편을 이용해 내산성을 시험한 결과를 나타낸 사진이다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 내산성 강화 클리어 코트 도료 조성물에 관한 것으로서, 내산성 강화를 위해 종래 에테르 가교결합을 가진 아크릴/멜라민 수지 중합체 대신에 에스테르 가교결합을 갖는 카르복실기 결합 아크릴수지 중합체 31 ∼ 40 중량%를 포함시키는 데 그 특징이 있다.

본 발명에서 우선 카르복실기 결합 아크릴수지 중합체는 전체 조성물 함량 중 31 ∼ 40 중량%를 사용하며, 여기서 아크릴 수지는 관능기로서 사이클로카보네이트 그룹(Cyclocarbonate group)을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 사이클로카보네이트 그룹은 다음 반응식 1과 같이 카르복실기와 에스테르화 반응을 통하여 에스테르 가교를 형성할 수 있기 때문이다:

이러한 아크릴 수지의 구체적인 예로는 NCS(NIPPON PAINT), PPG(DIAMOND COAT) 두가지다 에폭시TYPE-등이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에서 가교제로 사용되는 카르복실기를 함유한 카르복실산은 상기 반응식 1과 같이 아크릴 수지내 사이클로카보네이트기와 반응하여 에스테르 결합을 형성하게 된다. 이러한 에스테르 결합으로 인해 본 발명의 도료는 종래의에테르 결합이 산성비 등에 대한 내산성이나 내후성이 약한 문제점을 보완할 수 있게 된다. 여기서 카르복실기를 포함하고 있는 카르복실산의 구체적인 예로는 NCS(NIPPON PAINT), PPG(DIAMOND COAT) 등이 사용될 수 있다.

본 발명은 이렇게 에스테르 가교결합된 카르복실기 결합 아크릴수지 중합체를 전체 조성물 함량 중 31 ∼ 40 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 만일 이들 함량이 31 중량% 미만이면 N.V(불휘발분)가 낮아 작업성(칠흐름성)이 저하되는 것과 같은 문제점이 있어 바람직하지 않으며, 40 중량%를 초과하여도 N.V가 높아져 작업성(핀홀) 및 외관저하와 같은 문제점이 발생하게 된다.

그리고, 본 발명은 저장성향상의 용도로 경방향족 용제 나프타 21 ∼ 30 중량% 및 중방향족 용제 나프타 21 ∼ 30 중량%를 추가적으로 포함할 수 있으며, 만일 이들 함량이 각각 21 중량% 미만이거나 30 중량%를 초과하면 용기저장성, 내후성,도장외관 문제가 있어 바람직하지 않다.

또한, 본 발명은 희석용제로서 전체 조성물 함량 중 4 ∼ 5 중량%의 크실렌, 5 ∼ 9 중량%의 부탄올, 1 ∼ 2 중량%의 에틸헥산올은 물론, 이밖에도 톨루엔, 부틸아세테이트, 에틸셀로솔브, 한솔, 메틸에틸케톤 또는 메틸이소부틸케톤과 같은 용매를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 도료조성물은 기타 첨가제를 포함할 수도 있으며, 필요에 따라 안료를 첨가할 수도 있다. 여기서, 기타 첨가제들로는 트리메틸-아세테이트, 트리메틸-부틸레이트, 옥사졸린류 또는 모노이소시아네이트와 같은 제습제; 유기금속염류, 3급 아민류 또는 아민염류와 같은 반응촉매; 증점제(Thickner); 유동성 조절제(Rheology Modifier); 습윤제(Wetting agent); 핀홀제거제(Poppingagent); 도막평활성 부여제(Levelling agent); 안정화제; 산화방지제; 자외선흡수제 등을 첨가할 수도 있다.

또한, 이렇게 제조된 본 발명의 도료 조성물은 도막의 외관, 광택 등을 향상시키기 위하여 상도베이스 코트를 도장한 후 젖은 상태에서(wet-on-wet) 추가 도장한 후 가열경화시키는 2코트 1베이킹 방식을 적용하는 것도 가능하다. 이때, 가열 경화조건은 120 ∼ 180 ℃에서 15 ∼ 60분 정도가 적당하며, 만일 가열온도가 지나치게 낮으면 경화시간이 지나치게 길어지며 미경화물이 발생되는 문제가 있으며, 가열온도가 지나치게 높으면 에너지 소비가 크고 황변도막이 발생되는 등의 문제가 발생하게 된다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예 1 및 2:

다음 표 1에 나타낸 조성 및 함량의 이용하여 통상의 방법으로 클리어 코트 도료조성물을 제조하였다.

구 분	실시예(중량%)
아크릴 수지/카르복실산	35
경방향족 용제 나프타	25
중방향족 용제 나프타	25
크실렌	5
2-에틸헥산올	2
1-부탄올	6
트리메틸-아세테이트	2

비교예 1:

현재 사용중에 있는 KCC H/SOLID도료를 KCC에서 구입하였다.

비교예 2:

경화제 또는 가교제로서 우레탄이 첨가된 기능성 도료 (M/SOLID도료)를 KCC로부터 구입하였다.

비교예 3:

유기산이 첨가되어 새로운 가교를 형상시킨 NCS를 니뽄(NIPPON)사에서 구입하였다.

실험예:

전착 및 중도 도장이 마감된 가로ⅹ세로=200mmⅹ200mm 크기의 아연강판에 20 ㎛ 두께로 벨형 자동도장기를 사용하여 상도베이스 도장을 한 후 상대습도 70%ⅹ 상온에서 5분간 방치하였다. 그런 다음, 상기 실시예 및 비교예 1 내지 3의 도료를 2회에 걸쳐 40 ㎛ 두께로 곧바로 후속도장한 후 10분간 방치한 후 145 ℃로 조절된 오븐내에서 25분간 경화시켜 도막물성 시험용 시편을 제작하였으며, 이들 시편을 이용하여 내산성, 내후성 및 도장품질을 시험하였고, 그 물성시험 결과를 다음 표 2 에 요약하여 나타내었고, 내산성의 경우 도 1에 그 사진을 나타내었다.

구 분	실시예	비교예1	비교예 2	비교예 3
도장품질(QMS*: 수직부)	57	45	52	52
물성	내산성*(H2SO4, 70 ℃ⅹ30분)	pH=1	pH=3	pH=2	pH=1
	내스크래치성(%)	58	60	65	58
	내후성*(year)	10	5	7	10
* QMS: 도장품질(광택, 맑기감, 레벨링) 측정장비* pH=1, 2, 3짜리 황산용액을 이용하여 직경 1cm 크기로 떨어뜨려 70 ℃에서 30분간 건조시킨 후 도막의 에칭이나 변색이 생기지 않고 견디는 정도* 내후성: 도료가 변색이나 탈색되지않고 외부의 기후환경에 견디는 정도를 나타내는 수치.

이상의 실험결과로부터 본 발명의 클리어 코트 도료 조성물은 종래보다 내산성, 내후성 및 도장품질 등 모든 면에서 우수함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 멜라민 수지를 전혀 사용하지 않은 채,에스테르 가교결합을 갖는 카르복실기 결합 아크릴수지 중합체를 포함하는 클리어 코트 도료 조성물을 제조함으로써 내산성이 우수할 뿐만 아니라, 내후성과 수직부의 도장품질이 특히 우수하여 수직면 영상 선명도와 우레탄 T/UP 부착성이 양호한 효과가 있다.

Claims

아크릴수지 성분과 방향족 용제 및 첨가제를 포함하는 클리어코트 도료 조성물에 있어서, 에스테르 가교결합을 가지는 카르복실기 결합 아크릴수지 중합체가 31 ∼ 40 중량% 함유되어 있는 것은 특징으로 하는 클리어 코트 도료 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 아크릴 수지는 사이클로카보네이트 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 클리어 코트 도료 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 방향족 용제로서 경방향족 용제 나프타 21 ∼ 30 중량% 및 중방향족 용제 나프타 21 ∼ 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리어 코트 도료 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 첨가제로서 크실렌 4 ∼ 5 중량%, 부탄올 5 ∼ 9 중량%, 에틸헥산올 1 ∼ 2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리어 코트 도료 조성물.