KR20060078983A - 자동차 중도용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차도장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 중도용 수용성 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전체 도료 조성물의 중량 기준으로, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 5 내지 50중량%, 메틸화 멜라민 경화제 2 내지 20 중량%, 폴리에스테르 분산 수지 2 내지 5 중량%, 부틸글리콜과 파라핀오일 혼합 용제 2 내지 10중량%, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르 1 내지 5중량%, 에틸렌글리콜 모노헥실에테르 1 내지 5중량%, 안료 1 내지 30중량%, 실리콘 레벨링제 0.05 내지 2중량%, 자외선 흡수제 0.2 내지 2중량%, 미세 이산화티탄 0.1 내지 3중량%, 물 25 내지 40중량% 및 알칼리용해형 증점제 1 내지 10중량% 와 합성 벤톤형 증점제 0.1 내지 3중량%의 비율로 포함하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 도료 조성물은 수용성 다층 도장 공법의 새로운 도장 공법에 적용가능하며, 친환경적이면서도, 공정이 단축될 뿐만 아니라, 도막 경도, 팝핑 및 핀홀 제거, 저장 안정성 등 도막의 물성 향상에 현저한 효과를 갖는다.

Description

자동차 중도용 수용성 도료 조성물 및 이를 이용한 자동차 도장 방법{Aqueous paint compositions for automotive surfacer coating and method of coating automobiles by using the same}

본 발명은 자동차 중도용 수용성 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전체 도료 조성물의 중량 기준으로, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 5 내지 50중량%, 메틸화 멜라민 경화제 2 내지 20 중량%, 폴리에스테르 분산 수지 2 내지 5 중량%, 부틸글리콜과 파라핀오일 혼합 용제 2 내지 10중량%, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르 1 내지 5중량%, 에틸렌글리콜 모노헥실에테르 1 내지 5중량%, 안료 1 내지 30중량%, 실리콘 레벨링제 0.05 내지 2중량%, 자외선 흡수제 0.2 내지 2중량%, 미세 이산화티탄 0.1 내지 3중량%, 물 25 내지 40중량% 및 알칼리용해형 증점제 1 내지 10중량% 와 합성 벤톤형 증점제 0.1 내지 3중량%의 비율로 포함하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 도료 조성물은 수용성 다층 도장 공법 등 새로운 도장 공법에 적용가능하며, 친환경적이면서도, 공정이 단축될 뿐만 아니라, 도막 경도, 팝핑 및 핀홀 제거, 저장 안정성 등 도막의 물성 향상에 현저한 효과를 갖고 있다.

고도의 산업화는 인간에게 실생활의 윤택함을 제공하여 왔다. 현대 사회에서 가장 우수한 발명품 중에 한 가지로 꼽히고 있는 자동차는 80년대부터 기술적 성장과 더불어 외관의 중요성이 제기되면서 이에 부응하기 위한 기술적 접근들이 이루어졌다. 그러나 근래에 들어서 급속히 제창되고 있는 지구환경 보전이라는 캐치프레이즈는 각 산업계에 그 대책을 수립하도록 강력히 권고하고 있는 추세에 있다. 최근에 유럽 및 선진국에서는 휘발성 유기화합물의 사용을 적극 제한하고 있으며, 이를 사용한 제품에 대한 제재 조치를 가하고 있는 실정이다. 일반적으로 알려져 있는 휘발성 유기화합물은 상온에서 쉽게 휘발하는 특성이 있어 기체상태로 존재하게 될 때, 대기환경 중에 자연적으로 발산되어 대기오염의 중요한 원인이 되는 물질이다. 휘발성 유기화합물은 고유한 생체독성 및 화학 반응성을 내재하여, 다양한 형태의 환경문제를 유발할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 대류권의 오존층 생성 및 성층권 파괴 원인, 온실효과 발생, 악취 발생 등 심각한 환경파괴를 일으키고 있다.

최근에 이러한 휘발성 유기화합물을 규제하는 법안이 설정되고 있으며, 점차적으로 OECD 가입국을 중심으로 국제적인 규제 법안이 곧 제정될 예정에 있다. 특히, 자동차 도장공정을 통하여 배출되는 휘발성 유기화합물의 양은 1999년 현재까지 연간 약 24만 톤 이상으로 추정되고 있는데, 자동차 도장공정에서 대기 중으로 배출되는 휘발성 유기화합물을 규제하려는 움직임이 국제적인 이슈가 되고 있는 상황이다.

자동차 도료는 외관의 완성뿐만 아니라 환경에 대한 보호라는 중요한 명제 이외에 국가경제와 시장에 미치는 파급효과가 매우 크기 때문에 기본적으로 경제성 및 품질향상을 필요로 하고 있다. 도료의 적용 용제 및 유해중금속 등의 사용을 감소시킴과 동시에 도료 경화중의 공정을 대폭 단축시킴으로써, 원료 수급에 의한 외화 절감효과 및 에너지 절감효과 등을 가져올 수 있으며, 공정의 효율성을 통한 단위비용의 절감과 공기순환의 최적화를 통한 원가절감 등을 이룰 수 있다.

일반적으로 자동차 신차 도장 시스템으로 사용되고 있는 2코트1베이크 (2Coat1Bake, 2C1B) 자동차 도장 시스템은 차체에 전착 도료를 도포하고 중도 도장 공정을 통하여 중도를 도포한 후 150℃X25분의 조건하에 완전 경화시키며, 그 위에 상도 베이스 코트(top base coat)와 상도 클리어 코트(top clear coat)를 연속적으로 도장하여 건조시키는 공정으로서 가장 보편화된 자동차 도장 시스템이다. 그러나 최근에 자동차 제조사들은 보다 친환경적이면서도 경제적인 도장 시스템의 개발을 선호하고 있으며 이에 대한 대응으로 여러 도장 시스템의 개발이 진행 중에 있다.

자동차용 수용성 다층 도장 시스템은 일반적으로 "수용성 3C1B(3Coat1Bake) 도장 시스템"으로 불리우기도 하는데, 중도 및 상도 베이스 코트 부분을 수용성화 함으로써 휘발성 유기화합물을 최소화 하여 친환경적인 도장기법이 가능하고, 2C1B 도장 시스템에서 반드시 필요로 하는 중도 소부 공정(150℃X25분의 조건하에 완전 경화)을 제외시킬 수 있어 매우 경제적인 자동차 생산을 이끌 수 있는 신기술 도장 시스템이다.

기존의 2C1B 도장 시스템은 중도 도장 공정 및 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트 도장 공정이 별도로 필요하기 때문에 많은 운용 비용과 에너지를 필요로 한다. 그러나 자동차용 수용성 다층 도장 시스템은 중도와 상도 베이스 코트, 상도 클리어 코트의 도장을 단지 한 개 도장 라인에서 통합적으로 진행할 수 있기 때문에 통합형 도장 시스템이라 부르며, 많은 경제적 이익을 제공할 수 있다. 특히, 중도의 경우에는 중도 소부 공정(150℃X25분의 조건하에 완전 경화)이 생략되기 때문에 완전 소부 형태로는 불가능하며, 단지 중도를 80℃X2~3분 정도만 건조 시킨 후 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 도장하는 형태를 취한다.

위에서 언급한 바와 같이, 기존의 2C1B 도장 시스템에서 구현할 수 없는 친환경성 및 경제성을 동시에 얻기 위하여, 본 발명에서는 중도용 도료의 주요 성분으로서 폴리우레탄 디스퍼션 수지, 메틸화 멜라민 경화제, 폴리에스테르 분산 수지, 부틸글리콜과 파라핀오일 혼합 용제, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 에틸렌글리콜 모노헥실에테르, 안료, 실리콘 레벨링제, 자외선 흡수제, 미세 이산화티탄, 물 및 알칼리용해형 증점제와 합성 벤톤형 증점제를 특정량 사용하여 중도의 속건화, 우수한 자외선 차단 효과, 작업성, 부착성, 내수성, 내충격성, 내한칩핑성, 층간섞임 방지성, 등 도막의 제반 물성을 향상시킴으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 전체 도료 조성물의 중량 기준으로, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 5 내지 50중량%, 메틸화 멜라민 경화제 2 내지 20 중량%, 폴리에스테르 분산 수지 2 내지 5 중량%, 부틸글리콜과 파라핀오일 혼합 용제 2 내지 10중량%, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르 1 내지 5중량%, 에틸렌글리콜 모노헥실에테르 1 내지 5중량%, 안료 1 내지 30중량%, 실리콘 레벨링제 0.05 내지 2중량%, 자외선 흡수제 0.2 내지 2중량%, 미세 이산화티탄 0.1 내지 3중량%, 물 25 내지 40중량% 및 알칼리용해형 증점제 1 내지 10중량% 와 합성 벤톤형 증점제 0.1 내지 3중량%의 비율로 포함하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 일체형 도장 라인에서 상기 도료 조성물을 중도로 도장한 후 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 도장하는 자동차의 도장 방법을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 도료 조성물은 3코트1베이크 도장 공법에 적용되는 자동차 중도용 도료 조성물로서 우수한 속건성, 도장 공정의 효율화, 최종 도막의 제반 물성의 향상을 위해, 폴리우레탄 디스퍼션 수지, 메틸화 멜라민 경화제, 폴리에스테르 분산 수지, 부틸글리콜과 파라핀오일 혼합 용제, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 에틸렌글리콜 모노헥실에테르, 안료, 실리콘 레벨링제, 자외선 흡수제, 미세 이산화티탄, 물 및 알칼리용해형 증점제와 합성 벤톤형 증점제를 함유함을 특징으로 한다. 이들 구성 성분 각각에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 중도용 도료 조성물에서 주성분으로 사용되는 폴리우레탄 디스퍼션 수지는 30~70%의 고형분을 함유하며, 디메틸올프로피오닉산 및 디이소시아네이트, 폴리에스테르 폴리올, 아민 등을 아세톤 공정하에서 합성한 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 수평균 분자량 8,000~15,000, 산가 4~7 mgKOH/g, 입자크기 100~200nm인 폴리우레탄 디스퍼션 수지를 사용하여 우수한 속건성 및 층간침투 방지성, 레벨링성 등을 얻을 수 있으며, 이와 더불어 상도 베이스 코트의 적합한 습윤성, 부착성, 내수성, 내충격성, 내한칩핑성 등을 증진시킬 수 있다. 이러한 폴리우레탄 디스퍼션 수지는 전체 도료 조성에 대하여 5~50 중량%로 사용하여, 부착력 증진 및 건조성, 층간침투 방지성 등 도료의 전반적인 물성을 좌우하게 되며, 그 적용량이 상기 범위 보다 적으면 도막 형성 능력 및 건조성, 기계적 물성 등이 불량해지며, 상기 범위를 초과시 도막의 내한칩핑성 및 내충격성 등이 다소 불량해지는 문제점을 갖는다.

폴리에스테르 분산 수지는 안료를 분산시키기 위하여 사용되며, 수평균 분자량 20,000~30,000, 유리전이온도 -30 ~ -40℃, 고형분 함량 60~80%인 것이 바람직하다. 이러한 폴리에스테르 분산 수지는 전체 도료 조성에 대하여 2~5중량%로 사용하며, 그 적용량이 상기 범위보다 적으면, 적용된 안료의 분산 입도가 커져 외관에 영향을 줄 수 있으며 상기 범위를 초과시 도막의 내수성 및 건조성이 불량해지는 문제점을 갖는다

본 발명에서는 부착성 및 경도, 도막의 기계적 물성 등을 높이기 위하여 경화제로 메틸화 멜라민을 적용한다.

메틸화 멜라민 수지는 중도 위에 도장되는 베이스 도료 내의 수산기와 반응하여 도막의 치밀도, 경도 등을 높이는 역할을 한다. 메틸화 멜라민 수지는 메틸기가 있는 통상의 멜라민 수지로서 전체 도료 조성에 대하여 2~20 중량% 정도 사용하여, 도막의 조밀도 및 가소성 등을 높일 수 있으며, 상대적으로 그 적용량이 상기 범위 보다 적으면 언급된 물성 등의 효과를 얻기 힘들고, 상기 범위를 초과 시에는 열저장성에 문제를 일으키게 된다.

필요에 따라 상기 멜라민 수지 외에 블록 이소시아네이트 경화제는 혼합하여 사용할 수 있다. 블록 이소시아네이트를 사용할 경우, 전체 도료 조성에 대하여 2~20 중량% 정도 사용하여 도막의 기계적 물성을 높여줄 수 있다. 상대적으로, 그 적용량이 상기 범위 보다 적으면 도막의 물리적 특성을 증진시키기 어려우며, 상기 범위를 초과 시에는 과량의 이소시아네이트가 물과 반응할 수 있고, 열저장성에 문제를 일으켜 도료의 겔화를 촉진하게 된다. 블록 이소시아네이트의 예로서는 이소포론디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트 등을 디메틸피라졸, 옥심 등으로 블록킹한 것을 들 수 있다.

본 발명에서는 우수한 건조 특성 및 층간섞임 방지성을 부여하기 위하여, 특정 용제 혼합물을 적용한다. 특히, 건조 특성 및 층간섞임 방지성은 수용성 다층 도장 시스템에서 가장 중요한 부분이다. 본 발명에 적용한 용제 혼합물은 혼합물의 상태에서 물과 함께 공비(Azeotrope) 혼합물을 형성할 수 있는 용제 시스템으로써, 상대적으로 증기압력이 높은 상태를 유지할 수 있어서 쉽게 물의 휘발을 촉진하여 도막의 속건화를 구현할 수 있는 특성을 갖고 있다. 본 발명에 적용된 공비 용제 혼합물은 부틸글리콜과 파라핀오일 혼합 용제, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 에틸렌글리콜 모노헥실에테르를 각각 2~10 중량%, 1~5 중량%, 1~5 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 상대적으로 그 적용량이 상기 범위 보다 적으면 물의 휘발을 촉진시킬 수 없어 도막의 속건화를 구현할 수 없으며, 상기 범위를 초과할 경우에는 도막에 포함된 물과 용제의 휘발을 중도의 건조 과정에서 완전히 구현할 수 없기 때문에 도막이 끈적해져서 상도베이스코트와의 상용성에 문제를 유발하게 되어, 층간섞임 현상을 발생시킬 수 있다. 또한 중도 도막 표면에 심각한 팝핑(popping)을 유발하게 되며, 최종적으로 클리어 코트가 도장 된 후에도 팝핑을 유발할 수 있다.

본 발명에 안료 성분으로는 통상의 무기 안료 및 유기안료 등이 적용될 수 있으며 도막의 은폐 및 광택도, 기계적 물성 등에 영향을 줄 수 있다. 이러한 안료는 무기 및 유기안료의 조성에 따라서 다르며, 그 적용량도 안료에 따라서 1~30 중량% 정도 사용될 수 있다. 전체 도료 조성에 대하여 적정량 이하에서는 은폐력 및 광택, 기계적 물성 등에 대한 문제점을 야기할 수 있으며, 적정량 이상에서는 분산성 및 저장안정성, 도료의 기본적 물성을 저하시키는 요인이 될 수 있다.

본 발명에서는 도막의 레벨링 및 습윤성 등을 부여하기 위하여 폴리에테르 변성 폴리디메틸 실록산의 구조를 갖는 실리콘 레벨링제를 적용한다. 본 발명에서 적용한 실리콘 레벨링제는 50~90 중량%의 고형분을 갖고 있으며, 전체 도료 조성에 0.05~2 중량% 정도 사용할 수 있다. 전체 도료 조성 대하여, 상기 범위 보다 적으면 그 효과가 줄어들어 적합한 레벨링제의 효과를 발휘할 수 없으며, 상기 범위 보 다 과량 적용되면 표면에 분화구 형태의 문제점을 발생시킬 수 있다. 이러한 실리콘 레벨링제로서는 Tego사의 Wet 510 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서는 전착면까지 도달할 수 있는 자외선을 막아주기 위하여 중도 부분에 자외선 흡수제 및 미세 이산화티탄을 적용한다. 2C1B 시스템의 경우, 상도 클리어 코트와 상도 베이스 코트를 투과한 일부 자외선은 대부분 중도 부분에서 흡수되어 전착면까지 도달하지 못하도록 구성되어 있다. 특히, 2C1B 시스템에 적용되는 중도는 150℃X25분간 완전 경화되고, 도막두께도 40㎛ 수준을 필요로 하기 때문에 자외선을 적절히 막아줄 수 있다. 그러나 3C1B 시스템의 경우에는 중도가 80℃X3분 정도의 건조 조건만을 부여하기 때문에 완전 경화 시킬 수 없고, 중도의 도막두께가 20㎛ 이상 시에는 광택이 소실되고, 외관의 품질이 저하되는 현상들이 나타날 수 있기 때문에 3C1B 시스템에서의 자외선 흡수제의 선택은 중요하다 할 수 있다. 본 발명에 적용된 자외선 흡수제는 광산화 메커니즘 중 유리기를 형성하는 시작단계를 방해함으로써 자외선 안정 효과를 얻는 방법으로써, 자외선 흡수제의 자외선 흡수계수가 플라스틱 및 도료의 발색단 보다 훨씬 크기 때문에 발색단 보다 먼저 자외선을 흡수하는 원리를 이용한 형태이다. 그 형태로는 벤조트리아졸 계통으로서 이를 적용시, 자외선을 적절히 차단하는 효과를 줄 수 있다. 이들 벤조트리아졸 계통의 자외선흡수제는 Ciba사의 Tinuvin 384를 예로 들 수 있다. 또한, 본 발명에 적용된 미세 이산화티탄의 경우에는 평균 20㎚ 크기로 자외선을 효과적으로 흩어지게 하는 효과를 갖고 있어 자외선 흡수제와 병행하여 사용할 경우, 효율적인 자외선 차단 효과를 부여할 수 있다. 본 발명에 사용된 자외선 흡수제는 90중량% 고형분으로 이루어져 있으며, 전체 도료 조성에 대하여 0.2~2중량% 정도 적용할 수 있다. 전체 도료 조성에 대하여 상기 범위 보다 적을 경우, 자외선 흡수 역할 능력이 떨어질 수 있으며, 상기 범위 보다 과량 적용할 경우에는 상도 베이스 코트 및 상도 클리어 코트 부분까지 떠올라 전체적으로 혼탁한 외관을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 적용된 미세 이산화티탄은 100 중량% 고형분으로 구성되어 있으며, 전체 도료 조성에 대하여 0.1~3 중량% 수준을 사용할 수 있다. 전체 도료 조성에 대하여 상기 범위 보다 적을 경우, 역시 자외선 흡수 역할 능력이 떨어질 수 있고, 상기 범위 보다 과량 적용할 경우 은폐에 문제를 일으킬 수 있다.

수용성 도료는 건조가 상대적으로 느려서 수직부위에서의 흐름성이 나쁘며 늘어짐(sagging) 등을 쉽게 유발할 수 있다. 이를 방지하고자 증점제를 사용하는데, 이 증점제로서는 알칼리 용해형 증점제와 합성 벤톤형 증점제를 동시에 적용하는 것이 바람직하다. 알칼리 용해형 증점제는 아크릴 코폴리머 에먼젼 타입으로 Avecia사의 Solthix 100을 들 수 있으며, 합성 벤톤형 증점제로서는 BYK사의 BYK 420을 들 수 있다. 이들의 사용량은 각각 1~10 중량% 및 0.1~3 중량%이다. 이 범위를 벗어나면 흐름성이 나쁘며 늘어짐 현상이 발생할 수 있다.

본 발명에서는 상기 성분 외에 중도용 도료 조성물에서 기존에 사용되는 성분들을 배합하여 사용할 수 있다. 즉, 계면활성제, 분산제, 소포제, 침강 방지제, pH 조절제, 습윤조절제 등 도료 조성물을 제조하는데 통상 사용되는 성분들이 적의 선택되어 사용될 수 있으며, 그 사용량도 통상 적용되는 양이다.

본 발명에 따른 상기 도료 조성물은 수용성 다층 도장 시스템에서 중도용 도 료로서 적합하다. 즉 상기 도료 조성물을 중도로 사용하여 하나의 일체형 도장 라인에서 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 도장함으로써 수용성 다층 도장 시스템에 적용할 수 있다. 중도 도장후에는 기존의 중도 경화공정으로 처리하지 않고, 80℃X2~3분 건조시킨 후 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 도장한다.

본 발명을 실시예로서 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 실시예가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

아래에 예시한 실시예와 비교예에서 사용된 성분은 구체적으로 예시된 경우를 제외하고는 각각 다음 성분을 사용하여 실시한 것이다.

폴리우레탄 디스퍼션 수지 1: 수평균 분자량 12,000, 산가 4~7 mgKOH/g, 입자크기 100~200nm (FLF 2222, Bayer)

폴리우레탄 디스퍼션 수지 2: 수평균 분자량 20,000, 산가 4~8 mgKOH/g, 입자크기 150~200nm

폴리에스테르 분산 수지: (Bayhydrol D270, Bayer)

멜라민 경화제: 메틸기를 포함하는 통상의 멜라민 수지 (Cymel 325, Cytec)

용제 1: 에틸렌글리콜 모노부틸에테르(부틸셀로솔브, Shell)

용제 2: 에틸렌글리콜 모노헥실에테르(헥실셀로솔브, Shell)

용제 3: 표면활성을 갖는 저분자 폴리머의 혼합물로서 부틸 글리콜, 파라핀 오일 등이 사용된 용제 혼합물 (Byketol WS, BYK)

안료: 통상에 적용되는 유무기 안료 (이산화티탄 및 카본 블랙 등)

실리콘 레벨링제: 폴리에테르 변성 폴리디메틸 실록산의 구조를 가진 레벨링제 (Wet 510, Tego)

자외선 흡수제: 벤조트리아졸 계열의 구조를 가진 흡수제 (Tinuvin 384, Ciba)

미세 이산화티탄: 평균 입자 크기 20㎚ 이하의 이산화티탄 (UV-TITAN L181, Kemira)

증점제: 알칼리 용해 증점제 적용 (Soltix A-100, Avecia)합성 벤톤 증점제 적용 (BYK-420, BYK)

실시예 및 비교예

3C1B 시스템 적용 중도용 수용성 도료 조성물

	실시예(단위 g)			비교예(단위 g)
	1	2	3	1	2	3	4
폴리우레탄 디스퍼션 수지 1	31.0	31.0	31.0	31.0	31.0		31.0
폴리우레탄 디스퍼션 수지 2						31.0
폴리에스테르 분산용 수지	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
멜라민 경화제	2.3	2.3	2.3	2.3	2.3	2.3	2.3
실리콘 레벨링제	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
pH 조절제	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
용제 3	3.0	4.0	3.0	2.0	-	3.0	3.0
용제 1	2.0	3.0	4.0	-	-	2.0	2.0
용제 2	4.0	4.0	2.0	2.0	-	4.0	4.0
노르말부틸알코올					5.0
이소프로필알코올					3.0
합성 벤톤 증점제	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
알칼리 용해 증점제	10.0	8.0	10.0	10.0	10.0	10.0	15.0
표면 개질 계면활성제	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
고분자형 분산제	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4
소포제	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
이산화티탄	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1
미세 이산화티탄	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
체질안료(탄산칼슘)	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1
침강방지제	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
흑색안료(카본블랙)	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06
자외선흡수제	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
물	35.5	32.5	35.5	35.5	35.5	35.5	35.5

전착 도료가 피복된 시편상에 상기 중도용 도료 조성물을 피복한 후 80℃X3분 건조시킨 다음 연속하여 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 피복하여 최종 도막을 형성하였다. 중도 도막과 최종 도막에 대해 다음 시험방법 및 조건하에 시험하였고, 그 결과를 다음 표에 제시하였다.

시험항목	시험방법 및 조건	실시예			비교예
		1	2	3	1	2		3	4
점도(Sec)	초기	50	54	51	48	50		54	49
	상온 7일 저장	53	56	54	53	56		58	52
	열 7일 저장(43℃)	51	52	50	56	53		55	51
분산안정성	Hegmann Gauge 입도확인	○	○	○	○	△		○	○
상온저장성	상온 7일 저장	○	○	○	○	△		○	○
열저장성	열 7일 저장(43℃)	○	○	○	○	△		○	○
중도 외관	육안 확인	◎	◎	◎	△	△		△	△
최종 외관 (클리오코트도장)	Wave Scan DOI 평가(Silver Metallic color CF value)	53.4	54.2	52.9	46.7	46.7		48.3	50.3
중도건조 성	지촉확인	◎	◎	◎	△	△		△	◎
부착성	1mm 크로스컷	○	○	○	○	○		○	○
내충격성	500gX높이(10, 20, 30, 40, 50 cm)	○	○	○	○	○		○	○
내수성	40℃X7일 침적	○	○	○	○	△		○	○
내수부착성	40℃X7일 침적후 1mm 크로스컷		○	○	○	○	△	○	○
내한칩핑성	-40X3시간 부여 후 50g 칩핑스톤으로 가격		○	○	○	○	△	○	○
도장기 작업성	로봇 도장기		○	○	○	○	○	○	○
중도 흐름성	수직 측면부위 육안관찰		○	○	○	△	△	△	△
중도 평활성	수직 측면부위 육안관찰		○	○	○	○	△	△	△
평가: ◎ 우수, ○ 양호, △ 보통, X 불량

점도: Ford cup #.4를 이용하여 시간에 따른 점도 측정 (수용성 도료의 경우, 40~60 sec 범위에서 주로 사용되며, 이 범위에서 수직 부위 흐름성이 양호하고 sagging이 없어야 함)

분산 안정성: Hegmann gaude를 이용한 분산입도 측정 (수용성 도료의 분산 안정성은 최대 5㎛ 이하로 판단함)

최종 외관: 자동차 외관 측정기인 Wave Scan DOI (BYK Gardner) 적용하여 최종 CF value 측정 (현재, 적용되고 있는 용제형 2C1B Silver Metallic 도료시스템 의 CF 수준이 50 수준이며 높을수록 유리함)

부착성: 1㎜ 크로스컷 100개 제작 후 스카치 테잎을 사용하여 떼어낸 후 문제 없을 시, 양호 판단함 (칼날의 크로스컷팅 부위에서도 떨어지는 것이 없을 때 우수 판단함

내충격성: 500g 원형추를 사용하여 40㎝ 이상 충격성이 구현되었을 때 양호 판단함

내수 부착성: 내수성 침적 후 상온 1일 방치 후 부착성 평가함 (부착성과 동등하게 판단함)

내한 칩핑성: -40℃X3시간 방치 후 50g 칩핑스톤을 사용하여 4 bar 압력으로 50g의 칩핑스톤을 밀어내어 도막 표면을 가격시키는 방법을 사용함 (1㎜ 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때, 우수 판정. 1~2㎜ 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때, 양호 판정. 2~3㎜ 이하 크기의 손상이 10개 이하일 때, 보통 판정)

중도 흐름성: 수직 측면부위에 도장 후 도장면이 흘러내리는 정도를 평가함.

중도 건조성: 80℃X3분 건조후 지촉측정시 끈적임 정도 평가함.

수용성 다층 도장 시스템에서 가장 중요한 부분이 중도 부분이기 때문에 중도 부분의 건조성을 빠르게 하는 것이 매우 중요하다. 20㎛ 수준의 도막 두께에서도 건조를 빠르게 하기 위해서는 용제의 혼용성이 매우 중요한데, 본 실시예 1~3에 적용된 용제 시스템의 혼용에서 물의 휘발을 보다 빠르게 촉진할 수 있는 것을 확인하였다. 적용된 용제 시스템은 물보다 높은 증기압력의 특성을 가지고 휘발하면서 공비 혼합물을 형성하여 물이 갖는 고유한 특성 보다 빨리 휘발할 수 있도록 도 와주는 역할을 하는 것으로 판단된다.

비교예 1, 2의 경우, 용제1의 영향에 의한 공비효과가 반감되어 중도 건조성이 감소하여 전체적으로 볼 때 최종외관이 감소되는 경향을 나타내었다. 또한 중도의 건조가 느려지게 되면서 흐름성이 반감되어 자동차 목측부분에서 처짐이 발생하는 등 외관적으로 불량한 결과를 나타내었다

비교예 3의 경우, 상대적으로 도막에서의 용제 휘발이 너무 빨라서 물이 제대로 휘발되지 못하고 도막 내부에 잔존하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 도막의 안정된 형성을 이루지 못하며, 도막이 끈적하여 상도 베이스 코트의 침투를 용이하게 하는 결과를 초래하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 자동차용 수용성 다층 도장 시스템(수용성 3C1B 도장 시스템)에 포함되는 중도용 도료 조성물로서, 폴리우레탄 디스퍼션 수지, 폴리에스테르 분산 수지, 멜라민 경화제, 특정 공비 용제 혼합물, 기타 첨가제 등을 적용하여 80℃X3분 건조 조건에서도 양호한 자동차용 신차 외관 및 물성을 구현할 수 있는 도료 조성물이다. 구체적으로 그 효과를 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 자동차용 신차 도장 시스템에서 150℃X25분 경화 조건의 중도 도장 공정을 제외시킬 수 있는 시스템이다. 중도 및 상도 베이스 코트, 상도 클리어 코트 도장을 일체형 한 개 도장 라인에서 도장할 수 있으며, 중도 도장 공정의 제외는 상당한 경제적 이익을 제공할 수 있다.

둘째, 자동차용 신차 중도 시스템으로서, 80℃X3분 건조 조건만으로도 충분한 자동차 외관 및 물성을 제공할 수 있는 도료 시스템이다.

셋째, 80℃X3분 건조 조건으로도 외관의 저하 없이, 충분한 자동차용 최종 도막 경도를 제공할 수 있는 도료 시스템이다.

넷째, 특정 용제의 혼합 적용으로 물의 휘발을 극대화 시켜 최종 외관에서 팝핑 및 핀홀 등의 나쁜 영향성을 제거한 도료 시스템이다.

Claims (4)

1. 전체 도료 조성물의 중량 기준으로, 폴리우레탄 디스퍼션 수지 5 내지 50중량%, 메틸화 멜라민 경화제 2 내지 20 중량%, 폴리에스테르 분산 수지 2 내지 5 중량%, 부틸글리콜과 파라핀오일 혼합 용제 2 내지 10중량%, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르 1 내지 5중량%, 에틸렌글리콜 모노헥실에테르 1 내지 5중량%, 안료 1 내지 30중량%, 실리콘 레벨링제 0.05 내지 2중량%, 자외선 흡수제 0.2 내지 2중량%, 미세 이산화티탄 0.1 내지 3중량%, 물 25 내지 40중량% 및 알칼리용해형 증점제 1 내지 10중량% 와 합성 벤톤형 증점제 0.1 내지 3중량%의 비율로 포함하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 도료 조성물에 이소시아네이트 경화제를 전체 도료 조성물의 중량 기준으로 2 내지 20 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 중도용 수용성 도료 조성물.
3. 하나의 일체형 도장 라인에서 제 1 항의 도료 조성물을 중도로 도장 후 상도 베이스 코트와 상도 클리어 코트를 도장한 후 한번에 소부경화 시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 도장 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 중도 도장후 상도 베이스 코트 도장 전에 80℃X2~3분 건 조시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 도장 방법.