KR20060095730A - 카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 포함하는글리시딜(메트)아크릴레이트 분말 코팅 조성물 - Google Patents
카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 포함하는글리시딜(메트)아크릴레이트 분말 코팅 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폴리카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 포함하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 분말 코팅 수지, 이러한 수지를 포함하는 분말 코팅, 및 상기 분말 코팅으로부터 제조된 코팅에 관계한다. 상기 코팅은 클리어 코트일 수 있다. 본 발명에 의한 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 (a) 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체, (b) 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체, 및 선택적으로 (c) (a) 또는 (b)의 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함한다.
Description
본 발명은 카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 포함하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 분말 코팅 수지에 관한 것이다. 상기 카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 포함하는 글리시딜 (메트)아크릴레이트 수지는 분말 코팅 조성물로 이용될 수 있다.
분말 코팅은 1970년대부터 개발되기 시작하였다. 분말 코팅은 증발시켜 제거해야 하는 용매를 포함하고 있지 않으므로 환경 친화적인 것으로 알려져 있다. 최근, 수지, 첨가제 및 장치 등 분말 코팅 관련 기술들에 대한 비약적인 발전이 이루어졌다. 환경 친화적 특성과 분말 코팅 기술의 발달로 분말 코팅의 사용이 전 세계적으로 급증하고 있다.
분말 코팅 시스템의 한 예로는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 분말 코팅(GMA 분말 코팅으로 알려짐)이 있다. GMA 기초 분말 코팅은 이와 관련된 최초의 특허라고 생각되는 1973년 제출된 미국 특허 제 3,752, 870호 이래 30년간 사용되어 왔다. GMA 분말 코팅 시스템은 우수한 평활도, 투명도, 내화학성, 높은 광택성 및 우수한 옥외 내구성 등으로 인하여 좋은 평판을 받아왔다. 사실 지금까지도 GMA 분말 코팅 시스템은 자동차 본체 탑코팅(topcoat)에 선택되는 유일한 분말 코팅 시스템이다. 이것은 또한 알루미늄 휠 코팅, 옥외 가구, 정원 장비, 전등 고정대, 기타 내후성이 요구되는 분야 등에 적용되어 왔다.
GMA 분말 코팅의 뛰어난 장점에도 불구하고, GMA 분말 코팅 시스템에는 문제점이 있다. 이러한 문제점이 GMA 분말 코팅을 분말 코팅 업체의 최종 수요자 및 많은 페인트 제조 업체로부터 광범위하게 사용되는 것에 방해가 되어왔다. GMA 분말 코팅이 광범위하게 사용되는 것을 저해하는 것은 GMA 분말 코팅의 다음과 같은 특성에 기인한다.
1) 불량한 혼화성으로 인하여 GMA 분말 코팅은 다른 분말 코팅 시스템(특히 폴리에스테르 분말 코팅)을 심각하게 오염시킬 수 있다. 불량한 혼화성의 결과, GMA 분말 코팅이 다른 분말 코팅 시스템과 함께 동일한 배치(또는 동일한 설비)에 있는 경우 대량의 크레이터링(cratering)이 유발된다.
2) GMA 수지는 낮은 안료 분산성(pigment dispersion)을 갖고 있다.
3) GMA 분말 코팅은 다른 분말 코팅 시스템에 비하여 유연성(flexibility)이 낮다.
4) GMA 분말 코팅은 분말 간 중도장성(powder to powder recoatability)의 결핍을 보인다. 이러한 문제점이 GMA 분말 코팅이 자동차 클리어코팅(clearcoat)용 으로 적용되는 것을 지연시켜 왔다.
상호-오염(cross-contamination)으로 인한 코팅 크레이터링(cratering) 현상을 제거하는 전형적인 방법은 코팅 첨가제의 일종으로 흐름조절제(flow control agent)를 첨가하는 것이다. 흐름 조절제는 분말 표면의 표면 장력을 감소시켜 분말 코팅이 외부 오염에 덜 영향받게 만든다. 미국 특허 제 6,013,733호에 이 방법에 대한 연구가 개시되어 있다.
착색 특성을 개선하기 위한 한 가지 방법은 코팅 조성물에 더욱 많은 극성 기를 가진 성분(polar functional component)을 도입하는 것이다. 미국 특허 제 4,988,767, 5,098,955, 5,202,382호에 이에 대한 방법이 개시되어 있다.
유연성(또는 내충격성)을 증대시키는 방안에 대하여도 여러 특허에 개시되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,359,067호에는 충격조절제(impact modifier)로 엘라스토머(elastomer)를 사용하는 것에 대해 기술하고 있다. 미국 특허 제 6,479,588호에는 수지 중심에 그라프트하기 위하여 폴리아미드를 사용하는 방법에 대하여 기술하고 있다. 미국 특허 제 5,596,043호에서는 폴리우레탄 혼합물을 사용하는 방법에 대하여 기술하고 있으며, 미국 특허 제 6,025,030호에서는 코팅 조성물에 카르복실 관능성 아크릴릭(carboxylic functional acrylic)을 도입하는 것에 대하여 기술하고 있다.
그러나, 상기 GMA 분말 코팅의 특성을 개선하는 전형적인 방법들은 한번에 한가지의 특성만 개선시키며, 그 개선은 매우 제한되어 있다.
따라서, 광범위하게 적용가능한 GMA 분말 코팅의 제공을 위하여는 GMA 분말 코팅의 모든 특성을 개선하는 방법에 대한 노력이 요구되고 있다.
발명의 개요
본 발명의 하나의 양상은, 경화성(curable) 분말 코팅 조성물에 관한 것이다. 경화성 분말 코팅 조성물은 (a)글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지 및 (b)경화제를 포함하여 이루어진다. 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 (i)하기 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체
여기에서 R8은 H 또는 저급 알킬기이고, R9는 탄소 수 1~4인 분지되거나 분지되지 않은 알킬기이며, (ii) 하기 화학식 2의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체,
여기에서 X는 1~5이고, R은 수소 또는 저급 알킬기이다; 및 선택적으로 (iii) 상기 1, 2의 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체와의 공중합체이다.
본 발명의 다른 양상은 분말 코팅용 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지에 관계한다. 분말 코팅용 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 (a)상기 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체, (b)상기 화학식 2의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체와, 선택적으로 (c)상기 a, b의 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하여 이루어진다. 바람직하게는, 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체는 글리시딜(메트)아크릴레이트이다(R8은 메틸, R9은 메틸렌임).
본 발명의 또 다른 양상은, 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지의 제조 방법에 관계한다. 상기 제조 방법은, 유기 용매 공중합 매체(organic solvent copolymerization)내에서 글리시딜(메트)아크릴레이트와 하기 화학식 2의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체;
[화학식 2]
여기에서 X는 1~5이고, R은 수소 또는 저급 알킬기이다; 및 글리시딜(메트)아크릴레이트와 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체의 혼합물을, 카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 갖는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지를 생산하기 위한 중합 개시제의 존재하에, 중합하는 과정을 포함하여 이루어진다. 여기에서 수지의 평균 분자량은 3,000 - 20,000이며, 제한된 유리전이온도는 35 - 75 ℃ 이고, 에폭시 당량(epoxu equivalent weight)은 200-1450 이다. 바람직하게는 상기 에틸렌계 불포화 단량체는 메틸(메트)아크릴레이트, 스티렌 또는 이들의 혼합물이다.
본 발명의 또 다른 양상은, 열경화성 분말 코팅의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 제조 방법은, (i)하기의 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체
[화학식 1]
여기에서 R8은 H 또는 저급 알킬기이고, R9는 탄소 수 1~4인 분지되거나 분지되지 않은 알킬기이다; (ii)하기의 화학식 2의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체
[화학식 2]
여기에서 X는 1~5이고, R은 수소 또는 저급 알킬기이다; 및 선택적으로 (iii) (i) 및 (ii) 이외의 에틸렌계 불포화 단량체를 공중합하는 것에 의하여 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지의 합성을 포함한다. 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 열경화성 분말 코팅 조성물을 제공하기 위하여 경화제와 혼합된다. 열경화성 분말 코팅 수지 조성물은 기판에 도포되며 열경화성 분말 코팅을 제공하기 위하여 경화된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 분말 간 중도장성(powder to powder recoatability)을 테스트하기 위한 테스트 패널 위의 웨이퍼를 도시한 것이다.
도 2는 비교 코팅 실시예 CC-1에서 수행된 상호 오염 테스트(cross contamination test)의 결과를 도시한 것이다.
도 3은 수지 R1으로 만든 코팅 실시예 C-l에서 수행된 상호 오염 테스트의 결과를 도시한 것이다.
도 4는 비교 코팅 실시예 CC-2상의 2 밀(mil)의 두께에서 수행된 안료 분산성 테스트의 결과를 도시한 것이다.
도 5는 수지 RI으로 만들어진 코팅 실시예 C-2 상의 2 밀의 두께에서 수행된 안료 분산성 테스트의 결과를 도시한 것이다.
도 6은 비교 코팅 실시예 CC-2 상의 1 밀의 두께에서 수행된 안료 분산성 테스트의 결과를 도시한 것이다.
도 7은 수지 Rl으로 만들어진 코팅 실시예 C-2 상의 1 밀의 두께에서 수행된 안료 분산성 테스트의 결과를 도시한 것이다.
발명의 상세한 설명
정의
다른 언급이 없는 한, 상세한 설명 및 특허청구범위에 사용된 다음의 용어는 하기과 같은 의미를 갖는다:
"알킬"은 1번에서 8번 탄소원자에 대한 선형 단가의 탄화수소 그룹을 의미한다. 알킬 그룹의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, 2차 부틸, t-부틸, n-펜틸 등과 같은 그룹을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
"저급 알킬"은 상기에서 정의된 바와 같이 1번에서 4번 탄소원자를 갖는 알킬 그룹을 의미한다. 저급알킬 그룹의 예는 메틸, 에틸 n-프로필, 이소프로필, n-부틸 등과 같은 그룹을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 글리시딜(메트)아크릴레이트에 기초한 분말 코팅용 수지는 (a)글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체, (b)카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체 및 선택적으로 (a) 또는 (b) 단량체를 제외한 에틸렌계 불포화 단량체가 공중합되어 합성된다. 이러한 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 분말 코팅 조성물에 사용될 수 있다.
본 발명에 채용된 상기 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체는 하기의 화학식 2를 갖는다 :
[화학식 2]
여기에서 X는 1~5이고, R은 수소 또는 저급 알킬기이다. 상기 카프로락톤 (메트) 아크릴레이트 단량체는 상기 화학식 2의 단량체의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체는 Dow Chemical 사(Midland, Michigan)로부터 제조된 톤 엠-100TM(Tone M-100TM), 톤 엠-101TM(Tone M-101TM) 및 톤 엠-201TM(Tone M-201TM)등을, Startomer(Exton, Pennsyvania)으로 부터 제조된 SR-495TM 등을, 그리고 Daicel Chemical Industries (Teppo-cho, Sakai-shi, Osaka, JAPAN)으로부터 플라셀 FA 및 FM 시리즈의 단량체 등을 상업적으로 얻을 수 있다. 또한, 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체는 당업자에게 알려진 반응조건 하에 제조될 수 있다.
카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체를 합성하는 방법(출발물질, 조건 등)에 대한 간단한 언급을 삽입하거나 참고문헌으로 인용하기를 바란다.
본 발명의 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 총 수지 중량을 기준으로 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체 2-30 중량%, 보다 바람직하게는 5-20 중량%를 포함한다. 수지에서 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체의 함량은 변경이 가능하고, 수지의 특정 물성은 상기 단량체가 사용된 함량이 증가됨에 따라 개선될 수 있다. 수지 조성물 안에서 상기 단량체의 함량의 증가는 특정 물성을 향상시킴에 불구하고, 증가된 함량은 수지의 유리 전이온도(Tg)를 하락시킬 수 있다. 수지의 유리 전이온도는 35℃ 보다 높은 것이 바람직하고, 40℃ 보다 높은 것이 보다 바람직하며, 이는 수지의 유리 전이 온도가 35℃ 보다 낮은 것으로 측정되면, 저장하는 동안 소결(sintering)이 쉽게 일어날 수 있기 때문이다. 따라서, 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지에 사용된 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체의 함량은 수지 유리 전이온도를 35℃ 보다 높게 유지시키기 위하여 조절된다. 보다 바 람직하게는 상기 수지 조성물은 35℃ 내지 70℃ 범위의 유리 전이온도를 갖는다.
본 발명의 분말 코팅용 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지는 또한 하기의 화학식 1의 글리시딜 (메트) 아크릴레이트 단량체를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
여기에서 R8은 H 또는 저급 알킬기이고, R9는 탄소 수 1~4인 분지되거나 분지되지않은 알킬기이다. 상기 화학식 1의 정의 내에서 예시될 수 있는 화합물로는 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트 및 1,2-에폭시부틸아크릴레이트이다. 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체는 화학식 1의 단량체의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 상기 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체는 글리시딜(메트)아크릴레이트이다.(R8은 메틸이고, R9는 메틸렌이다.)
상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체, 특히 R8이 메틸이고, R9가 메틸렌인 글리시딜(메트)아크릴레이트(CAS번호; 106-91-2) 및 R8이 수소이고, R9가 메틸렌인 글리시딜 아크릴레이트(CAS번호; 106-90-1)는 Dow Chemical 사(Midland, Michigan), NOF Corporation(Ebisu,Shiboya-ku,Tokyo), Mitsubishi Rayon사(Konan, Minato-ku,Tokyo), Mitsubishi Gas Chemical 사(Marunaouchi, Chitodako, Tokyo), 및 Easton Chemical 사(Calvert city, KY)로부터 상업적으로 얻을 수 있다. 또한, 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체는 당업자에게 알려진 반응조건하에 제조될 수 있다.
본 발명의 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체를 총 수지 중량을 기준으로 하여 10 내지 80 중량%로 포함하는 것이 바람직하며, 20 내지 60 중량%로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 수지 내에 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체의 함량은 변화가능하고, 상기 기술한 바와 같이 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체의 함량이 증가함에 따라 비례적으로 사용되는 상기 단량체의 양을 줄임으로써 특정 물성이 개선될 수 있다. 따라서 수지 조성물에 사용되는 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체 및 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체의 함량은 생성물 수지 유리 전이온도를 35℃, 보다 바람직하게는 40℃ 보다 높게 유지시키기 위하여 조절된다. 바람직하게 상기 수지 조성물은 35℃ 내지 70℃ 범위의 유리 전이온도를 갖는다.
상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체 및 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체에 부가적으로, 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지 및 이와 같은 수지를 포함하는 분말 코팅 조성물은 선택적으로 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체 및 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함할 수 있다. 상기 에틸렌계 불포화 단량체는 단량체 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 에틸렌계 불포화 단량체는 아크릴산 단량체의 알킬 에스터, (메트)아크릴산 단량체의 에스터, 비닐 단량체, 아크릴로 니트릴, 아크릴아미드, 아크릴산과 메타크릴산의 히드록시 알킬 에스터, 불포화 2염기산의 디알킬 에스터 및 이들의 혼합 물로부터 선택되어 질 수 있다.
한 예를 들면, 아크릴산 단량체의 알킬 에스터와 (메트)아크릴산 단량체의 알킬 에스터는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, 이소부틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 트리데실(메트)아크릴레이트, 스테릴(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트 및 이들의 혼합물로부터 선택되어 질 수 있다. 또 하나의 예를 들면, 상기 비닐 단량체는 스티렌, 알파-메틸 스티렌, 알파-에틸 스티렌, 비닐 톨루엔, 디비닐 벤젠, 비닐 염화물(vinyl chloride), 비닐리덴 염화물, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피온네이트, 및 이들의 혼합물로부터 선택되어 질 수 있다. 상기 아크릴로니트릴은 예를 들어, 아크릴로니트릴와 메타크릴로니트릴을 포함하고, 상기 아크릴아미드는 예를 들어, 아크릴아미드와 디메틸아트릴아미드를 포함한다. 상기 아크릴산 및 메트크릴산의 히드록시알킬에스터는 예를 들어, 베타-히드록시에틸 아크릴레이트, 베타-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 히드록시 프로필 메타크릴레이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 이러한 에틸렌계 불포화 단량체는 미국특허 제 4,042,645호 및 제 5,270,391호에 기술된 바와 같으며, 그 내용은 전체로서 여기에 참고문헌으로서 삽입되었다.
본 발명의 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 다른 에틸렌계 불포화 단량체를 수지의 총 중량을 기준으로 0 내지 88 중량% 포함하고, 바람직하게는 40 내지 80 중량% 포함한다. 수지 내의 다른 에틸렌계 불포화 단량체의 함량은 분말 코팅(powder coating)에 목적하는 물성을 제공하기 위하여 변화될 수 있다.
본 발명의 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 (a) 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체, (b) 화학식 2의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체, 및 선택적으로 (c) (a) 또는 (b) 이외의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함한다. 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 상기 단량체를 공중합함으로써 제조될 수 있다. 수지를 제조하기 위한 단량체의 공중합체는 당업자에게 알려진 반응 조건하에서 수행될 수 있다. 예시적인 조건은 미국특허 제 4,042,645호, 제 5,270,391호, 제 5,744,522호, 및 제 6,479,588호에 개시되어 있으며, 그 내용은 전체로서 여기에 참고문헌으로서 삽입되었다.
예를 들면, 상기 (a)화학식 1의 글리시딜 메트(아크릴레이트) 단량체, (b)화학식 2의 카프로락톤(메트) 아크릴레이트 단량체, 및 선택적으로 (c)(a) 또는 (b)이외의 에틸렌계 불포화 단량체는 카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 갖는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지를 제조하기 위하여 중합 개시제의 존재하에 유기 용매 중합 매체 내에서 공중합될 수 있다. 공중합되는 단량체의 첨가순서와 중합반응의 개시는 상술된 글리시딜(메트)아크릴레이트 수지가 형성되는 동안 변화될 수 있다. 예를 들어, 공중합될 모든 단량체가 반응용기에 첨가될 수 있고, 그 후 중합반응이 개시될 수 있다. 이와 달리, 단량체의 일부가 반응용기에 첨가될 수 있고, 중합반응이 개시될 수 있다. 적절한 시간 내에, 나머지 단량체가 첨가될 수 있다; 나머지 단량체는 상술된 글리시딜(메트)아크릴레이트 수지가 형성되는 동안 한번에 모두 또는 단계적으로 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 공중합될 모든 단량체가 초기에 반응 용기에 첨가되고 그 후 중합반응이 단량체들의 완전한 배치(batch)를 위하여 개시되는 것이다.
공중합 반응에 적합한 유기 용매는 예를 들어, 자일렌, 톨루엔, 부틸아세테이트, 기타 이와 유사물질 및 이들의 혼합물 등을 포함한다. 적합한 중합 개시제는 자유 라디칼을 발생시키는 것을 포함한다. 적합한 중합 개시제는 예를 들어, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, Di-t-부틸퍼옥사이드, Di-t-아밀퍼옥사이드, 기타 이와 유사물질 및 이들의 혼합물을 포함한다. 상기 중합 개시제는 공중합될 단량체의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 10 중량%로 존재할 수 있으며, 사용된 개시제와 원하는 수지 분자량에 의존한다. 상기 공중합 반응은 상승된 온도에서, 바람직하기로는 80 내지 170℃에서, 바람직하게는 환류(reflux)로 3 내지 6시간 동안, 바람직하게는 단량체 혼합물의 계속적인 첨가와 함께 수행된다. 상기 공중합 반응은 질소나 아르곤 하에서와 같은 불활성 분위기에서 수행될 수 있다.
중합 반응 후, 반응 혼합물은 필요할 경우 분쇄용이한 수지를 제공하기 위하여 냉각되고, 건조된다. 상기 분쇄용이한 수지는 분말화된 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지를 제공하기 위하여 분말화될 수 있다.
본 발명에 의한 최종적인 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지는 고형 공중합체이다. 수지는 폴리스티렌 표준 대비 겔 침투 크로마토그래피(gel permeation chromatography)로 결정된 약 3,000 내지 약 20,000, 바람직하게는 약 4,000 내지 약 15,000 정도의 중량 평균 분자량을 갖는다. 분자량이 크면 클수록 중합체에는 그다지 바람직하지 아니한 더 높은 용융 점도(melt viscosity)를 갖게 된다. 이런 관점에서 보면, ICI 콘(ICI Cone)과 플레이트 점도계(Plate Viscometer)에 의해 결정된 150 ℃에서 약 50 내지 약 700 프와즈(poise), 바람직하게는 약 80 내지 500 프와즈 정도의 용융 점도를 갖는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지를 함유하는 것은 바람직하다. 부가적으로, 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지는 35 내지 70℃, 바람직하기로는 40 내지 65℃의 제한된 유리 전이온도를 갖는다. 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지는 또한 200 내지 1450, 바람직하기로 250 내지 750의 에폭시 당량을 갖는다.
본 발명의 카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 함유하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지는 우수한 물성을 갖는 분말 코팅을 제조하기 위하여 분말 코팅 조성물에 사용될 수 있다.
상기 코팅 조성물 및 유도된 측쇄를 함유하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지를 포함하는 분말 코팅 조성물로부터 분말 코팅을 제조 방법은 종래의 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 분말 코팅(based powder coating)에 관한 것과 같다. 예시적인 조성물 및 조건은 미국특허 제 5,270,416호, 제 5,407,747호, 제 5,710,214호, 제 5,939,195호, 제 6,077,608호, 제 6,277,917호, 제 6,359,067호 및 제 6,479,588호에 개시되어 있으며, 그 내용은 전체로서 여기에 참고문헌으로서 삽입되었다.
본 발명의 분말코팅 조성물은 여기에서 설명된 바와 같은 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지 및 적합한 경화제(curing agent or curative)를 포함한다. 본 발명의 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지에 적합한 경화제는 종래의 글리시딜(메트)아크릴레이트에 사용되는 경화제이다. 이러한 경화제는 당해 기술 분야에서는 이미 알려진 것이다. 적합한 경화제로는 폴리카르복실 산, 폴리카르복실산 무수물, 폴리이소시아네이트, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 폴리카르복실 산은 분자당 2 또는 그 이상의 산 기(acid group)를 포함한다. 무수물은 이러한 폴리카르복실 산으로부터 제조될 수 있다. 바람직하게는, 상기 경화제는 고형의 디카르복실 산이다. 적합한 경화제로는 1,12-도데칸디오익 산(예를 들어, DE, Wiilington의 E.I.Dupont de Nemours사가 생산하는) 및 1,3,4-부타네트릭카르복실 산(예를 들어, 일본 도쿄의 미쯔비시 케미칼사가 생산하는)을 포함한다. 적합한 경화제에 관한 설명은 미합중국 특허 제 5,270,416호, 제 5,407,747호, 제 6,077,608호, 제 6,277,917호, 제 6,359,067호, 및 제 6,479,588호에 제시되어 있으며, 그 기재된 내용은 전체로서 참고문헌으로서 여기에 반영되어 있다.
상기 경화제는 도포된 분말 코팅을 효과적으로 경화시킬 정도의 함량으로 상기 분말 코팅 조성물 안에 존재한다. 상기 함량은 상기 수지의 에폭시 당량, 수지의 조성, 사용된 경화제, 및 경화된 코팅의 목적으로 하는 물성에 극히 의존한다. 바람직하게는, 상기 경화제는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지의 전체 중량에 기초하여 약 7 내지 40 중량% 범위의 함량으로 분말 코팅 조성물 안에 존재하며, 바람직하게는 약 12 내지 35 중량% 범위이다. 상술한 바와 같이, 경화제의 혼 합물이 또한 사용될 수 있다.
글리시딜(메트)아크릴레이트 및 경화제를 포함하는 본 발명의 분말 코팅 조성물은 또한 분말 코팅 조성물에 적합한 첨가제를 포함할 수 있다. 분말 코팅 조성물에 통상적으로 사용되는 첨가제는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에는 이미 알려진 것이다. 이러한 첨가제는 안료, 필러(filler), 광안정제, 및 항산화제를 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 예들은 경화촉매, 흐름 조절제, 틱소트로피 조절제(thixotropy regulator), 대전제(antistatic agent), 표면 조절제, 광택제(brightener), 블록킹 방지제, 가소제(plasticizer), 자외선 흡수제, 충격 조절제, 습도 조절제, 및 가스제거제, 또는 거품제거제를 포함한다. 모든 첨가제는 본 발명의 글리시딜(메트)아크릴레이트 수지를 포함하는 분말 코팅의 물성에 사실상 역으로 영향을 미치지 않는 범위에서 혼합된다. 보다 상세하게는, 이러한 첨가제들은 벤조인(휘발성의 릴리스제 또는 거품 제거제), CGL 1545 히드록시페닐 트리아진 자외선 흡수제(Switzerland, Basel의 Ciba-Geigy Limited사가 생산하는), Modaflow(또는 Resiflow)흐름 첨가제(MO, St.Louise의 Monsanto Chemical 사가 생산하는), 터셔리 아민 또는 N-알킬이미다졸(경화촉매), 응고를 줄이기 위한 CAB-O-SIL(Ma,Billerica의 Cabot 사가 생산하는)과 같은 훈증된 실리카(fumed silica) 및이와 유사한 것을 포함할 수 있다.
컬러(color)를 넣고자 한다면, 원하는 컬러를 제공하기 위하여 적절한 양의 안료가 분말 코팅 조성물에 첨가될 수 있다. 분말 코팅 조성물에 사용된 안료의 함량은 일반적으로 조성물 전체 중량을 기초로 1 내지 50 중량%이다. 적합한 안료 는,예를 들어 티타늄 디옥사이드, 울트라마린 블루, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 카본 블랙, 그라파이트 피브릴스, 블랙 아이언 옥사이드, 크로뮴 그린 옥사이드, 페릭 옐로우, 및 퀸도 레드를 포함한다.
상기 분말 코팅 조성물은 글리시딜(메트)아크릴레이트, 경화제, 및 선택적으로 첨가제를 포함하는 조성물 구성 성분의 적절한 함량을 선택하고, 본질적으로 동일한 혼합물을 형성하기 위하여 구성성분을 완전하게 예비 혼합하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 분말 코팅 조성물의 모든 구성 성분은 건조-혼합 방법(dry-blending process)에 의하여 분말로써 혼합될 수 있거나 반-건조-혼합 방법(semi-dry-blending process) 또는 용융-혼합 방법(melt- blending process)에 의하여 혼합될 수 있다. 상기 용융-혼합 방법에 의할 경우, 모든 구성성분이 적절하게 혼합된 후에, 냉각되며, 필요하다면 건조시킨 후, 분말로 분쇄된다.
예를 들어, 본 발명에 따라 분말 코팅 조성물을 제조하기 위하여, 분말 코팅 조성물의 구성성분(즉, 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 수지, 경화제, 및 선택적으로 첨가제)은 예비 혼합된다. 모든 구성성분을 예비 혼합하는 단계는 적당한 것이라면 어떠한 수단에 의하여도 달성될 수 있다. 예시가능한 작은 스케일의 믹서로서는 Ohio,Cleveland의 Vitamix 사의 비타믹서 혼합기(Vitamixer blender)가 있다. 상기 예비 혼합된 구성성분은 그 후 혼합물이 용융되는 가열된 사출성형기 안에서 혼합되고 사출성형된다. 사용될 수 있는 사출성형기의 한가지 형태는 한 쌍의 냉각된 핀치 롤(pinch rolls)사이로부터 리본 형태의 사출성형을 제공할 수 있는 다양한 회전율과 2개의 독립된 조정가능한 가열 구역(heating zone)을 가지는 APV 모델 19PC Twin screw extruder 이다. 사출성형된 조성물은 그 후 해머 밀(또는 작은 용량의 비타믹서 혼합기)과 같은 적절한 수단을 통해서 분말 형태로 분쇄되며, 140 또는 170 메시의 여과기를 통과한 분말은 집합된다.
상기 코팅 조성물을 표면에 도포하기 위하여는, 매끄럽고, 본질적으로 균일한 코팅을 수득하기 위하여 종래 기술이 사용될 수 있다. 전형적으로는, 상기 코팅은 일반적으로 약 1.0에서 10 밀(mil) 범위, 바람직하게는 약 2.0 내지 4.0 밀의 두께를 가지도록 고안된다. 분말 코팅조성물은 물품이나 기판, 예를 들어 스틸이나 알루미늄과 같은 금속에 직접적으로 도포될 수 있다. 분말 코팅 조성물은 노출된 표면 위에 또는 예비 처리된 표면 위에 직접적으로 도포될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 분말 코팅은 당해 기술분야에서 알려진 어떠한 베이스코트(basecoat) 조성의 위에도 또는 함께도 도포될 수 있는 클리어코트(clearcoat)이다. 예를 들어, 클리어 코팅은 컬러 처리된 표면 위에 클리어 코팅을 제공하기 위하여 이미 컬러 코팅된 표면에 도포될 수 있다.
본 발명의 분말 코팅의 도포는 스프레이에 의할 수 있으며, 금속 기판의 경우에는 정전기장 스프레이(electrostatic spraying), 또는 유동상 베드(fluidized bed)의 사용에 의할 수 있다. 스프레이 장비는 Ind, Indianapolis의 GEMA Volstatic 및 Ohio, Armherst의 Nordson 사와 같은 제조사로부터 상업적으로 구할 수 있는 것이다. 분말 코팅은 경화 후 바람직한 두께를 가진 필름을 제공하기위하여 한 번의 스위프(sweep) 또는 몇 번의 패스(passes)를 거쳐 도포될 수 있다.
본 발명의 분말 코팅의 경화는 코팅된 표면을 조성물이 경화되기에 충분한 정도의 시간 동안 가열하는 것에 의하여 달성될 수 있다. 특정한 경화 조건은 경화제 및 경화 촉매의 존재 또는 부존재를 포함하는 조성물의 정밀한 구성성분에 의존함에 불구하고, 경화 촉매가 존재하지 않는 전형적인 경화조건은 약 135 내지 200℃에서 약 15 내지 45분 정도이다. 하나의 예시로써, 3 밀(대략 80 microns)의 경화된 코팅의 전형적인 경화 조건은 165℃에서 30분이다.
하기의 본 발명의 기술에 따르면, 상기의 경화된 코팅 조성물은 평활한 마감(finish)를 보인다. 상기 분말 코팅 조성물은 적절한 물품 또는 기판에 도포되며, 물품 또는 기판 위에 경화된 코팅을 제공하기 위하여 약 15 내지 45분 간 약 135 내지 200℃에서 가열된다. 본 발명의 분말 코팅 조성물로부터 형성된 상기 경화된 코팅은 미합중국 특허 제 5,463,311호에서 기술된 바와 같이 ASTM D523에 의하여 측정된 수용가능한 60°광택도(gloss)를 보인다.
상기 경화된 코팅은 종래의 GMA 분말 코팅으로부터 형성된 코팅을 넘어서는 특정한 잇점을 보일 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 분말 코팅은 폴리에스터 분말 코팅 조성물과 개선된 혼화성을 보일 수 있으며, 폴리에스터 분말 코팅 조성물이 오염되었을 때와 같은 경우, 상기 경화된 분말 코팅은 종래의 GMA 분말 코팅보다 크레이터링(cratering)을 덜 보일 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 분말 코팅은 종래의 GMA 분말 코팅과 비교하여 개선된 안료 분산성을 보일 수 있다. 본 발명의 분말 코팅은 또한 종래의 GMA 분말 코팅과 비교하여 개선된 유연성을 보일 수 있다. 따라서, 본 발명의 분말 코팅은 종래의 분말 코팅과 비교하여 개선된 분말 간 중도장성(powder to powder recoatability)을 보일 수 있다. 본 발명의 경화된 코 팅은 하나 또는 그 이상, 또는 이와 같은 개선된 물성 모두를 보일 수 있다.
이러한 물성들(즉, 상호-오염(cross-contamination)(또는 혼화성), 안료 분산성, 유연성, 및 중도장성)은 이하와 같은 절차에 의하여 평가될 수 있다.
상호- 오염(
cross
-
contamination
):
상호-오염을 평가하기 위하여, 본 발명의 분말 코팅은 본 발명의 분말 코팅의 0.1 중량%를 폴리에스터 분말 코팅으로 혼합하는 것에 의하여 폴리에스터 분말 코팅을 오염시키는데 사용된다. 이러한 혼합은 종래의 GMA 분말 코팅이 도입되는 경우 폴리에스터 분말 코팅을 사용하는 작업장에서 발생할 수 있는 상호-오염을 시뮬레이션한 것이다. 상기 오염된 분말 코팅은 경화되며 코팅 위에 보이는 크레이터링(cratering)의 정도가 평가된다. 이하의 분류는 상기 오염의 결과를 평가하는 데 사용될 수 있다:
매우 우수(excellent): 코팅 패널 당 0~2개의 크레이터링;
우수(good): 코팅 패널 당 3~5개의 크레이터링;
보통(fair): 코팅 패널 당 6~10개의 크레이터링; 및
불량(severe): 코팅 패널 당 크레이터링이 10개 이상인 경우.
염색(
Pigmentation
):
안료 분산성의 정도를 평가하기 위하여, 착색된 본 발명의 분말 코팅이 제조된다. 표준 착색된 분말은 대조를 위하여 종래의 방법으로 제조된다. 상기 분말 들을 50%농도에서 톨루엔에 용해시킨다. 상기 용액은 헤그만 게이지(Hegman Gage)(헤그만 게이지는 페인트 산업 분야에서는 잘 알려진 것으로서, FL, Pompano beach의 Paul N, Gardener 사로부터 구할 수 있다)에 도포된다. 상기 헤그만 게이지는 분산의 양을 경사진 트로프(trough)로 그려내는 필름 캐스팅 블레이드(film casting blade)를 가지는 2조각의 수공구(hand tool)이다. 트로프의 깊이는 상대적인 두께 영역을 나타낸다. 판독은 둔각(the edge of opacity)에서 이루어지고 사진으로 기록된다.
상기 사진은 안료의 비분산성 집괴(agglomerates)를 기준으로 검토된다. 사진에 기록된 안료의 비분산성 집괴가 적을수록, 안료의 분산성 결과는 더 좋은 것이다.
유연성(
Flexibility
):
유연성을 평가하기 위하여, 본 발명의 분말 코팅은 1, 12-도데칸디오익 산과 수지에서 히드록실 기를 경화하기 위한 블럭화된 이소시아네이트의 혼합물을 포함하는 경화제와 함께 제조된다. 종래의 글리시딜(메트)아크릴레이트 분말 또한 상기의 경화제 혼합물을 사용하여 제조된다. 본 발명의 코팅의 내충격성(impact resistance)은 평가되어, 종래의 글리시딜(메트)아크릴레이트의 내충격성을 표준으로하여 비교된다.
상기 내충격성은 ASTM D2794에 따라 BYK-가드너 임팩트 테스터(BYK-Gardner Impact Tester)에 의하여 측정된다. 더 큰 가드너 임팩트(in-lbs, 직/역 direct/reverse)는 더 큰 유연성을 가지는 코팅임을 나타낸다.
내충격성은 코니칼 만드렐 테스터(Gardner Laboratory, Inc.,1/8" 직경) 위로 구부리는 것에 의하여 수행되는 코니칼 만드렐 구부림 테스트(conical mandrel bend test)에 의하여 또한 측정된다. 코니칼 만드렐 구부림 테스트 결과는 통과(pass) 또는 실패(fail) 중의 하나로 나타낸다.
분말 간 중도장성(
powder
to
powder
recoatability
):
분말 간 중도장성을 평가하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 분말 코팅된 패널이 제공된다. 분말 코팅된 패널의 최상 위에, 미리 패널에 도포한 것과 동일한 분말 코팅 조성물을 사용하여 Teflon moldTM안에 작고 두꺼운 웨이퍼가 제조된다. 상기 웨이퍼는 0.5x0.5 평방 인치의 형태이다. MTS 전자기적 로드 프레임(MTS electromechanical load frame)(MTS 시스템 사)이 코팅 표면으로부터 웨이퍼를 제거하는데 필요한 힘을 측정하기 위하여 사용된다. 테스트 방법은 0.1 인치/분 로드 셀 이동 속도(load cell moving speed)를 사용하는 ASTM D-3165의 수정된 버젼에 따라 수행된다. 상기 웨이퍼를 제거하는데 필요한 힘은 웨이퍼와 패널사이의 인터페이스 영역(interface area)에 의하여 나누어지며 인터페이스 접착(interface adhesion)으로써 기록된다.
본 발명은 이하의 실시예에 의하여 추가로 설명될 것이나, 이는 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
1
비교
실시예
- 표준 수지-
C1
2 갤론(gallon)의 파 반응기(Parr reactor)는 200 rpm에서 교반된 1930 g의 자일렌으로 채웠다. 계속적으로 반응기를 가압 및 건조된 질소로 60 psig까지 4회감압함으로써 공기가 제거되었다. 혼합물은 139℃ 까지 가열되었는데, 스티렌 450g, 메틸(메트)아크릴레이트 1020g, n-부틸아크릴레이트 675g, 글리시딜(메트)아크릴레이트 855g, n-도데실머캅탄 3g 및 t-부틸퍼옥토에이트 134.1g의 혼합물을 반응기 속으로 투입하고 139℃, 자용압(autogenous pressure)에서 5시간 이상 가열하였다. 충전용 펌프와 배선은 자일렌 100g으로 세척되었으며, 상기 중합 용액은 130℃ 에서 15분이상 냉각되었다. 130 ℃에서 100℃ 까지 온도를 떨어뜨리면서 자일렌 60g 및 t-부틸퍼옥토에이트 15g의 혼합물이 2시간 이상 첨가되었다. 상기 펌프와 배선은 자일렌 10g으로 세척되었으며, 중합 용액은 100℃ 에서 30분간 유지하였다. 결과물 용액은 배출을 위하여 70℃ 까지 냉각되었다.
상기 결과물 용액은 그 후 증류에 적합한 3목 라운드 바툼 플라스크로 옮겨졌고, 1 기압하에서 대부분의 자일렌이 증류되었다. 그 후 160 ℃ 까지 온도를 상승시키는 동안 진공상태(vacuum)가 적용되었다. 용융된 재료는 167~173℃, 4 mmHg이하에서 45분간 교반되었으며, 2160g 하중하 125℃ 에서 10분당 50g의 용융지수, 230 poise의 용융 점도 및 520의 에폭시 당량을 가지는 분쇄용이한 수지를 제 공하기 위하여 알루미늄 팬 속으로 투입되었다. 용융 점도는 ASTM D4287에 따라서 3600sec-1의 전단율(shear rate)에서 작동되는 0.77 인치 직경의 콘(cone)을 사용하는 ICI 모델 VR4752 Cone&Plate 점도계를 사용하여 측정되었다. 에폭시 당량은 Mettler Autotirator DL25/Mettler 20 ml Buret DV920을 사용하는 아세틱 산/퍼클로릭 산 방법에 의하여 결정되었다.
실시예
2
수지-
R1
2 갤론의 파 반응기는 200 rpm에서 교반된 1286g의 자일렌으로 채웠다. 계속적으로 반응기를 가압 및 건조된 질소로 60 psig까지 4회 감압함으로써 공기가 제거되었다. 혼합물은 150℃ 까지 가열되었는데, 스티렌 450g, 메틸(메트)아크릴레이트 1020g, Tone M-100 336g, 글리시딜(메트)아크릴레이트 855g, 및 Di-t-아밀 퍼옥사이드 54.0g의 혼합물을 반응기 속으로 투입하고 150℃, 자용압(autogenous pressure)에서 4시간 이상 가열하였다. 충전용 펌프와 배선은 자일렌 100g으로 세척되었으며, 상기 중합 용액은 130℃ 에서 15분 이상 냉각되었다. 130 ℃에서 100℃ 까지 온도를 떨어뜨리면서 자일렌 60g 및 t-부틸퍼옥토에이트 15g의 혼합물이 2시간 이상 첨가되었다. 상기 펌프와 배선은 자일렌 10g으로 세척되었으며, 중합 용액은 100℃ 에서 30분간 유지하였다. 결과물 용액은 배출을 위하여 70℃ 까지 냉각되었다.
상기 결과물 용액은 그 후 증류에 적합한 3목 라운드 바툼 플라스크로 옮겨졌고, 1 기압하에서 대부분의 자일렌이 증류되었다. 그 후 160 ℃ 까지 온도를 상승시키는 동안 진공상태(vacuum)가 적용되었다. 용융된 재료는 167~173℃, 4 mmHg이하에서 45분간 교반되었으며, 255 poise의 용융 점도, 506의 에폭시 당량, 및 45.1℃ 의 Tg를 가지는 분쇄용이한 수지를 제공하기 위하여 알루미늄 팬 속으로 투입되었다.
실시예
3
수지-
R2
2 갤론의 파 반응기는 200 rpm에서 교반된 1286g의 자일렌으로 채웠다. 계속적으로 반응기를 가압 및 건조된 질소로 60 psig까지 4회 감압함으로써 공기가 제거되었다. 혼합물은 150℃ 까지 가열되었는데, 스티렌 450g, 메틸(메트)아크릴레이트 1260g, Tone M-200 435g, 글리시딜(메트)아크릴레이트 855g, 및 Di-t-아밀 퍼옥사이드 54.0g의 혼합물을 반응기 속으로 투입하고 150℃, 자용압(autogenous pressure)에서 4시간 이상 가열하였다. 충전용 펌프와 배선은 자일렌 100g으로 세척되었으며, 상기 중합 용액은 130℃ 에서 15분 이상 냉각되었다. 130 ℃에서 100℃ 까지 온도를 떨어뜨리면서 자일렌 60g 및 t-부틸퍼옥토에이트 15g의 혼합물이 2시간 이상 첨가되었다. 상기 펌프와 배선은 자일렌 10g으로 세척되었으며, 중합 용액은 100℃ 에서 30분간 유지하였다. 결과물 용액은 배출을 위하여 70℃ 까지 냉각되었다.
상기 결과물 용액은 그 후 증류에 적합한 3목 라운드 바툼 플라스크로 옮겨졌고, 1 기압하에서 대부분의 자일렌이 증류되었다. 그 후 160 ℃ 까지 온도를 상승시키는 동안 진공상태(vacuum)가 적용되었다. 용융된 재료는 167~173℃, 4 mmHg이하에서 45분간 교반되었으며, 255 poise의 용융 점도, 505의 에폭시 당량, 및 44.3℃ 의 Tg를 가지는 분쇄용이한 수지를 제공하기 위하여 알루미늄 팬 속으로 투입되었다.
실시예
4
비교 코팅
실시예
-
CC1
표준 클리어 코팅 조성물은 표준 수지 CR 289g, 1,12-도데칸디오익 산 60.5g
,벤조인 1.75g, 모다플로우 분말 III(Modaflow Powder III) 8.08g, 티누빈 405 7g 및 티누빈 144 3.5g을 사용하여 제조되었다. 고속의 음식물 혼합기(food blender)안에서 예비 혼합한 후, 이 조성물을 115℃, 300rpm에서 사출성형기안에서 용융혼합하였다. 상기 냉각된 사출성형물은 바닥에 침전되고, 170 메쉬(mesh)로 여과하였으며, 4x12 인치의 징크 포스페이트된 스틸패널(zinc phosphated steel panel) 위에 정전기적으로 스프레이되었고, 163℃ 에서 30분간 경화되었다. 결과물인 2.4~2.7 mil의 도포된 두께를 가지는 클리어 코팅은 하기의 표 1로 요약되는 일반적인 물성을 보였다.
하기의 표 1에 요약된 일반적인 물성은 다음과 같은 방법에 따라 측정되었다.
광택도(gloss): 광택도는 Byk-Gardner's Micro-Tri-Gloss의 카탈로그 번호 4522번과 같은 광택계(glossmeter)에 의하여 측정된 값(60°에서의 광택)으로 나타내었다.
평활도(Smoothness): 1 = 거의 평활하지 않음, 10 = 극히 평활함을 기준으로하여 평가하였다.
펜슬 경도(pencil hardness): ASTM D3365에 따라서 측정되었다.
접착력(adhesion): 망상형의 접착력은 ASTM 3359에 따라서 측정되었으며, 여기에서 접착력=100은 손상(loss)이 없음을 나타낸다.
DOI: 화상의 특이성(distinctness)은 GM91013에 따라서 측정되었다.
내결함성(Mar resistance): 결함 테스트(mar test)는 Crockmeter(모델 CM-5, ATLAS Electrical Devices 사 제조)를 사용하여 연마제(rubbibg media)같은 분말세제로 코팅의 표면을 연마하는 것에 의하여 수행되었으며, 광택도(60°에서의 광택)는 연마의 전과 후에 평가되었다. 광택도 유지(gloss retention)가 계산되었으며, 내결합성은 상기 광택도 유지의 정도(measure of the gloss retention)를 나타내는 것이다.
유연성(flexibility)은 가드너 임팩트(또는 내충격성(직/역)) 및 만드렐 구부림성(mandrel bending)에 의하여 평가되었다. 가드너 임팩트(직/역, in-lb에서 보고된)는 ASTM D2794에 따라서 BYK-Gardner Impact tester에 의하여 측정되었다. 코니칼 만드렐 구부림 테스트(conical manderel bend test)는 ASTM D522에 따라서 코팅 패널을 코니칼 만드렐 테스터(Gardner Laboratory, Inc., 1/8 인치 직경)의 위로 구부리는 것에 의하여 수행되었다.
상호-오염(Cross contamination)은 코팅 조성물 CCI를 사용하여 오염된 폴리에스터 분말 코팅을 제조하는 것에 의하여 평가되었다. 오염된 폴리에스터 분말 코팅을 제조하기 위하여, 폴리에스터 분말 코팅은 코팅 조성물 CCI의 0.1 중량%로 혼합되었다. 이러한 혼합은 GMA 분말 코팅이 도입될 경우 폴리에스터 분말 코팅을 사용하는 페인트 가게에서 발생할 수 있는 상호-오염을 시뮬레이션한 것이다. 상기 오염된 분말 코팅은 경화되었고, 코팅 위에 보이는 크레이터링(cratering)의 정도가 검사되었다. 상호-오염 평가의 결과는 하기의 표 2와 도 2에 나타내었다.
이하의 분류는 오염 결과를 평가하는 데 사용되었다.
매우 우수(excellent): 코팅 패널 당 0~2개의 크레이터링;
우수(good): 코팅 패널 당 3~5개의 크레이터링;
보통(fair): 코팅 패널 당 6~10개의 크레이터링; 및
불량(severe): 코팅 패널 당 크레이터링이 10개 이상인 경우.
분말 대 분말 중도장성(powder to powder recoatability)은 도 1에 도시한 바와 같은 (동일한 분말 코팅에 의하여) 예비 코팅된 패널의 최상위에 1.6mm 두께의 웨이퍼를 제조하는 것에 의하여 또한 평가되었다. 패널 위의 코팅 표면으로부터 웨이퍼를 제거하기 위한 힘(force)은 MTS 전자기계적 로드 프레임(MTS electromechanical load frame)에 의하여 측정되었다. 테스트는 0.1 인치/분 로드 셀 이동속도를 사용하는 ASTM D-3165의 수정된 버젼에 따라서 수행되었다. 요구되는 힘은 인터페이스 접착력 강도(interface adhesion strength)로써 정의하였다. 그 결과는 하기의 표 3에 나타내었다.
실시예
5
비교 코팅
실시예
-
CC2
착색된 표준 코팅 조성물은 표준 수지 CR 327.6g, 1,12-도데칸디오익 산 72.4g, 벤조인 4g, 모다플로우 분말 III 9.23g, 티누빈405 6g, 및 티누빈144 4g을 사용하여 제조되었다. 고속의 음식물 혼합기안에서 예비 혼합된 후, 이 조성물은 115℃ 및 300rpm에서 사출성형기안에서 용융 혼합되었다. 상기 냉각된 사출성형물은 바닥에 침전되고, 안료 분산성을 평가하기 위하여 170 메쉬(mesh)로 여과되었다.
안료 분산성의 정도는 제조된 분말이 50 중량%농도에서 톨루엔에 용해되는 것에 의하여 평가되었다. 상기 용액은 그 후 헤그만 게이지(Hegman Gage)에 적용되었다. 사진들은 다양한 두께 영역에서 촬영되었다. 그 결과는 하기의 표 4 및 도 4, 6에 나타내었다.
실시예
6
코팅
실시예
-
C1
R1으로부터 제조된 클리어 코팅은 실시예 수지 R1 287.8g, 1,12-도데칸디오익 산 62.2g, 벤조인 1.75g, 모다플로우 분말 III 8.08g, 티누빈405 7g, 및 티누빈144 3.5g을 사용하여 제조되었다. 고속의 음식물 혼합기(food blender)안에서 예 비 혼합한 후, 이 조성물을 115℃, 300rpm하의 사출성형기안에서 용융혼합하였다. 상기 냉각된 사출성형물은 바닥에 침전되고, 170 메쉬(mesh)로 여과되었으며, 4x12 인치의 징크 포스페이트된 스틸패널(zinc phosphated steel panel) 위에 정전기적으로 스프레이되었고, 163℃ 에서 30분간 경화되었다. 결과물인 2.4~2.7 mil의 도포된 두께를 가지는 클리어 코팅은 하기의 표 1로 요약되는 일반적인 물성을 보였다. 하기의 표 1에 요약된 일반적인 물성은 상기 비교 코팅-CC1에서 상술한 바와 같은 절차를 수행하여 평가하였다.
상호-오염(cross-contamination)은 상기 비교 코팅 예-CC1에서 상술한 바와 같은 절차를 수행하여 평가하였다. 그 결과는 하기의 표 2 및 도 3에 나타내었다.
실시예
7
코팅
실시예
-
C2
착색된 코팅은 실시에 수지 R1으로부터 제조되었다. 착색된 코팅은 실시예 수지 R1 325.5g, 1,12-도데칸디오익 산 75.5g, 벤조인 4g, 모다플로우 분말 III 9.23g, 티누빈405 6g, 및 티누빈144 4g을 사용하여 제조되었다. 고속의 음식물 혼합기(food blender)안에서 예비 혼합한 후, 이 조성물을 115℃, 300rpm하의 사출성형기안에서 용융혼합하였다. 상기 냉각된 사출성형물은 바닥에 침전되었고, 170 메쉬(mesh)로 여과시킨 후 안료분산성을 평가하였다.
안료 분산성의 정도는 상기 비교 코팅 예-CC2에서 상술한 바와 같은 절차를 수행하여 평가되었다. 그 결과는 하기의 표 4 및 도 5, 7에 나타내었다.
실시예
8
코팅
실시예
-
C3
클리어 코팅은 R2로부터 제조되었으며, R2 261.7g, 1,12-도데칸디오익 산 59.6g, 알베스타 1PO55B 28.8g, 벤조인 1.75g, 모다플로우 분말 III 8.08g, 및 티누빈405 7g, 티누빈144 3.5g을 사용하였다. 고속의 음식물 혼합기(food blender)안에서 예비 혼합한 후, 이 조성물을 115℃, 300rpm하의 사출성형기안에서 용융혼합하였다. 상기 냉각된 사출성형물은 바닥에 침전되고, 170 메쉬(mesh)로 여과되었으며, 4x12 인치의 징크 포스페이트된 스틸패널(zinc phosphated steel panel) 위에 정전기적으로 스프레이되었고, 163℃ 에서 30분간 경화되었다. 결과물인 2.4~2.7 mil의 도포된 두께를 가지는 클리어 코팅은 하기의 표 1로 요약되는 일반적인 물성을 보였다. 하기의 표 1에 요약된 일반적인 물성은 상기 비교 코팅-CC1에서 상술한 바와 같은 절차를 수행하여 평가하였다.
상기 분말 코팅의 중도장성은 비교 코팅-CC1에서 상술한 바와 같은 방법에 의하여 평가되었다. 그 결과는 하기의 표 3에 나타내었다.
본 발명이 특정한 바람직한 구현예와 관련하여서 설명되었으나, 당해 기술분야의 당업자에 의하여 만들어질 수 있는 이들의 다양한 수정 및 변형이 본 발명의 범위에 속함은 명백하다. 다른 과제 및 잇점은 상술한 설명으로부터 당해 기술 분야의 당업자에게 명백하게 될 것이다.
Claims (23)
- (a)하기의 (i),(ii) 및 (iii)을 공중합하여 형성된 글리시딜(메트)아릴레이트 기초 수지(based resin)(i) 하기의 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체[화학식 1]
여기에서 R8은 H 또는 저급 알킬기이고 R9은 1~4의 탄소 원자를 가지는 분지되거나 분지되지 않은 알킬기이다.(ii) 하기의 화학식 2의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체[화학식 2]
여기에서 X는 1~5이고 R은 수소 또는 저급 알킬기이다; 및선택적으로 (iii) (i)및 (ii)의 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체; 및(b) 경화제(curing agent)를 포함하는 경화성 분말 코팅 조성물. - 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 상기 단량체(a),(b)이외의 에틸렌계 불포화 단량체(c)를 포함하는 것으로서, 여기에서 상기 에틸렌계 불포화 단량체는 아크릴 산의 알킬 에스테르 단량체, (메트)아크릴산의 알킬 에스테르 단량체, 비닐 단량체, 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 경화성 분말 코팅 조성물.
- 제 2항에 있어서, 상기 에틸렌계 불포화 단량체는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, 이소부틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 트라이데실(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 알파-에틸스티렌, 비닐 톨루엔, 디비닐 벤젠, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 경화성 분말 코팅 조성물.
- 제 1항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 경화성 분말 코팅 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 수지는 10~65 중량%의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체와 2~35 중량%의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 경화성 분말 코팅 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 수지는 10~65 중량%의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체와 2~30 중량%의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체, 및 5~88 중량%의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 경화성 분말 코팅 조성물.
- 제 1항에 있어서, 60~93 중량%의 글리시딜(메트)아크릴레이트 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 경화성 분말 코팅 조성물.
- 제 7항에 있어서, 7~40 중량%의 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 경화 성 분말 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 수지는 약 3,000 내지 20,000의 중량 평균 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 경화성 분말 코팅 조성물.
- (a) 하기의 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체[화학식 1]
여기에서 R8은 H 또는 저급 알킬기이고, R9는 탄소 수 1~4인 분지되거나 분지되지 않은 알킬기이다.(b)하기의 화학식 2의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체[화학식 2]
여기에서 X는 1~5이고, R은 수소 또는 저급 알킬기이다; 및선택적으로 (c) (a) 및 (b)의 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 코팅용 그리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지(based resin). - 제10항에 있어서, 상기 수지는 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하며, 상기 에틸렌계 불포화 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, 이소부틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 트라이데실(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 알파-에틸스티렌, 비닐 톨루엔, 디비닐 벤젠, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 분말 코팅용 그리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지.
- 제 10항에 있어서, 상기 수지는 약 3,000 내지 20,000의 중량 평균 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지.
- 제 10항에 있어서, 상기 수지는 35~70℃의 유리전이온도를 가지는 것을 특징으로 하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지.
- 제 10항에 있어서, 상기 수지는 200~1450의 에폭시 당량을 가지는 것을 특징으로 하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지.
- 제 10항에 있어서, 상기 수지는 2~30 중량%의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지.
- 제 10항에 있어서, 상기 수지는 2~30 중량%의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지.
- 제 10항에 있어서, 상기 수지는 10~65 중량%의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지.
- 제 10항에 있어서, 상기 수지는 5~88 중량%의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지.
- 글리시딜(메트)아크릴레이트, 하기의 화학식의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체, 및 글리시딜(메트)아크릴레이트와 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 유기용매 중합 매체(organic solvent polymerizaton medium)에서 공중합하는 단계;
여기에서 X는 1~5이고, R은 수소 또는 저급알킬기이다.를 포함하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지를 제조하는 방법으로서, 카프로락톤으로부터 유도된 측쇄를 가지는 그리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지를 제조하기 위하여 중합 개시제의 존재하에서 행해지며, 상기의 그리시딜(메트)아크릴레이트 기초수지는 2,000 내지 6,000의 중량 평균 분자량, 35~70℃ 의 제한된 유리전이온도, 및 275~800의 에폭시 당량을 가지는 것을 특징으로 하는 글리시딜( 메트)아크릴레이트 기초 수지를 제조하는 방법. - 제 19항에 있어서, 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 및 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체는 메틸(메트)아크릴레이트, 스티렌, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지를 제조하는 방법.
- (a) 하기의 (i),(ii),및 (iii)을 공중합하는 것에 의하여 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지를 합성하는 단계;(i)하기의 화학식 1의 글리시딜(메트)아크릴레이트 단량체[화학식 1]
여기에서 R8은 H 또는 저급 알킬기이고, R9는 탄소 수 1~4인 분지되거나 분지되지 않은 알킬기이다.(ii)하기의 화학식 2의 카프로락톤(메트)아크릴레이트 단량체[화학식 2]
여기에서 X는 1~5이고, R은 수소 또는 저급 알킬기이다; 및선택적으로 (iii) 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지를 제공하기 위한 (i) 및 (ii)의 단량체 이외의 에틸렌계 불포화 단량체;(b) 열경화성 분말 코팅 조성물을 제공하기 위하여 경화제와 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지를 혼합하는 단계;(c) 기판에 상기 열경화성 분말 코팅 조성물을 도포하는 단계; 및(d) 열경화성 분말 코팅을 제공하기 위하여 상기 열경화성 분말 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 열경화성 분말 코팅의 제조방법. - 제 21항에 있어서, 상기 글리시딜(메트)아크릴레이트 기초 수지와 하나 또는 그 이상의 첨가제를 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열경화성 분말 코팅의 제조방법.
- 제 1항의 경화성 분말 클리어 코팅 조성물을 경화시키는 것에 의하여 제조된 클리어코트(clearcoat).
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