KR20060103536A - 분말 코팅용 고상 실리콘화 폴리에스테르 수지 - Google Patents

분말 코팅용 고상 실리콘화 폴리에스테르 수지 Download PDF

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와커 헤미 아게
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Abstract

본 발명은, 실온에서 안정한 고상을 유지하기에 충분히 높은 Tg를 가지는 실리콘화 폴리에스테르 수지에 관한 것이다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 바람직하게는 30 ℃ 이상의 Tg를 가진다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 입자형으로 제조될 수 있고, 실온에서 안정하다. 본 발명에 따른 고상의 입자형 실리콘 폴리에스테르는 분말형 코팅 조성물을 포함하는 코팅 조성물로서 이용하기에 적합하다. 코팅물은 투명하거나, 착색될 수 있으므로, 본 발명의 조성물은 안료를 선택적으로 포함할 수 있다. 또, 상기 코팅 조성물은 바람직하게는 가교제를 더 포함한다. 상기 코팅 조성물은 분말형으로 분쇄될 수 있다. 상기 분말은 실온에서 안정하다. 분쇄된 분말을 적절한 기재에 코팅한 다음, 소성함으로써, 코팅된 금속 제품을 형성할 수 있다.
실리콘 폴리에스테르, 코팅제, 분말 코팅 조성물, 실리콘, 폴리에스테르.

Description

분말 코팅용 고상 실리콘화 폴리에스테르 수지{SOLID SILICONIZED POLYESTER RESINS FOR POWDER COATINGS}
본 발명은 고상의 실리콘화 폴리에스테르 수지, 상기 수지를 함유하는 코팅 조성물, 상기 코팅 조성물로 제조된 코팅제, 상기 코팅제로 코팅된 제품, 및 상기 고상의 실리콘화 폴리에스테르의 제조방법에 관한 것이다.
폴리에스테르 수지는 오랜 동안 통상의 베이킹 에나멜 및 산업용, 건축용, 및 보수용 코팅을 형성하기 위한 열경화성 분말 코팅제를 제조하기 위한 바인더로서 공업적으로 사용되어 왔다. 히드록시 작용기를 갖는 폴리에스테르 수지는 멜라민 또는 이소시아네이트와 같은 가교제와 함께 사용하기에 적합하다.
이러한 폴리에스테르 폴리머의 주사슬에 실리콘을 도입시키는 경우에는 상기 폴리머의 내열성 및 UV 내성이 향상됨으로써, 통상의 폴리에스테르의 낮은 내구성을 개선할 수 있다. 또한, 상기 폴리머의 내열성이 증가됨으로써, 머플러, 조리 기구 및 내열 용기 제품, 자동차 제품, 건축 제품용 코팅제로서 이용하기에 보다 적합하다. 현재, 전술한 방법에 따라 이용되는 코팅제는 액상의 실리콘 변성 폴리에스테르(SMP: silicone modified polyester)이고, 일반적으로 50 내지 70 %의 고형분을 함유하는 용액상으로 존재한다.
요즘에는 휘발성이 낮은 VOC 코팅제를 사용하는 추세이기 때문에, 실리콘 변성 폴리에스테르(SMP)의 고체 형태가 분말 코팅제용 용도로서 이용하기에 이상적일 것이다. 종래 기술에서는, 낮은 유리 전이 온도(Tg)를 가지며 안정한 SMP 플레이크를 형성하지 않는 액상 또는 플레이크형(flake)의 실리콘 중간 생성물이 이용된다. 이러한 낮은 Tg를 가지는 중간 생성물을 이용하여 SMP를 형성하는 경우에는 SMP가 시간이 지날수록 재응집됨으로써 대형의 괴상체가 형성되어, 분말 코팅제로서 이용하기에 적합하지 않게 된다.
따라서, 종래 기술의 여러 문제점을 극복한, 적절한 고상의 실리콘 변성 폴리에스테르 및 코팅제를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은, 실온에서 안정한 고상을 유지하기에 충분히 높은 Tg를 가지는 실리콘화 폴리에스테르 수지에 관한 것이다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 바람직하게는 30 ℃ 이상의 Tg를 가진다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 플레이크 또는 분말과 같은 입자로 제조될 수 있고, 실온에서 안정하다. 본 발명에 따른 고상의 입자형 실리콘 폴리에스테르는 분말형 코팅 조성물 등의 코팅 조성물로서 이용하기에 적합하다. 코팅물은 투명한 것이거나, 착색된 것일 수 있으므로, 본 발명의 조성물은 다른 형태의 안료나 충전재(filler)를 선택적으로 포함할 수 있다. 또, 상기 코팅 조성물은 바람직하게는 가교제를 더 포함한다. 임의의 가교제를 이용할 수 있으나, 가교제로서는 이소시아네이트를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 코팅 조성물은 바람직하기로는, 상기 코팅 조성물의 성분, 즉, 상기 입자형 실리콘 폴리에스테르, 상기 가교제, 및 선택적인 성분인 안료 또는 그 밖의 선택적인 성분(들)을 블렌딩(blending)하는 단계, 및 상기 고상 성분들을 가열, 바람직하게는 용융 압출(melt extrusion)함으로써 유동성, 및 약간의 점성을 갖는 혼합물을 형성하는 단계에 의해 제조된다. 상기 고온의 용융된 점성 혼합물을 냉각(일부 구현예에 있어서는, 상기 혼합물을 냉각 롤에 통과시킴)한 다음, 절단하여, 분말로 분쇄한다. 상기 분말은 실온에서 안정하다. 분쇄된 분말을 적절한 기재에 코팅한 후, 소성(baking)함으로써 코팅 제품을 제조할 수 있다. 이러한 코팅은 쿠키 시트, 냄비 및 팬과 같은 조리 기구, 머플러, 엔진 부품, 및 엔진과 같은 자동차 부품, 그리고 잔디밭에 설치되는 설치물, 빌딩 부품, 옥외 간판과 같은 건축 부품, 금속 코일 및 그 외 금속 기재 등에 적용된다.
실시예, 또는 별도로 언급된 경우를 제외하고는 본 명세서에서 물질의 양, 또는 반응 조건 및/또는 사용 조건을 나타내는 모든 수치는 본 발명의 가장 넓은 범위를 기재함에 있어 "약"이라는 단어에 의해 수정되는 것으로서 이해되어야 한다. 일반적으로는 이러한 수치 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 별다른 언급이 없다면, 퍼센트, "부", 및 비 값은 중량 기준이고, 용어 "폴리머"는 "올리고머", "코폴리머", "터폴리머(terpolymer)" 등을 포함하고, 본 발명에 따른 목적에 부합하는 적절하거나 바람직한 물질의 군(group) 또는 분류(class)에 관한 설명에서는, 상기 군 또는 분류 중 둘 이상의 요소의 혼합물 역시 적절하거나 바람직하다는 의미를 내포하며, 화학 용어로 성분에 대한 설명은 명세서에서 명시된 임의의 조합에 부가하는 시점에서의 성분을 의미하고, 일단 혼합된 혼합물 중의 성분들 간의 화학적 상호작용을 반드시 배제하는 것은 아니며, 약어에 대한 최초 정의는 본 명세서에서 이후의 동일한 모든 약어에 대해서도 동일하게 적용되고, 처음에 정의된 약어의 통상적인 문법적 변형어에 대해서도 동일하게 적용된다.
본 발명은 DSC 방법에 의해 측정된 유리 전이 온도(Tg)가 30 ℃ 이상인, 고상의 실리콘 폴리에스테르에 관한 것이다. 본 발명에서는 다음과 같은 DSC 방법에 따라, Perkin Elmer DSC-7 유닛을 이용하여 측정하였으며, 상기 SMP 시료의 크기는 8.0 내지 12.0 mg이었고, 1) 15℃에서 0.1 분간 유지시키고, 2) 10.0 ℃/min의 가열 속도로 15 ℃에서 120 ℃까지 가열한 다음, 3) 200 ℃/min의 냉각 속도로 120 ℃부터 -20 ℃까지 냉각하여, 4) -20 ℃에서 3 분간 유지한 다음, 5) 10 ℃/min의 가열 속도로 -20 ℃에서 120 ℃까지 가열하였다. 다른 구현예에 따르면, 상기 실리콘 폴리에스테르는 30 ℃ 내지 175 ℃의 Tg, 바람직하게는 35 ℃ 내지 130 ℃, 보다 바람직하게는 35 ℃ 내지 100 ℃, 보다 더 바람직하게는 35 ℃ 내지 75 ℃, 가장 바람직하게는 35 ℃ 내지 50 ℃의 Tg를 가진다.
상기 실리콘 폴리에스테르는 바람직하게는 히드록시 관능성을 갖는 지방족 화합물이다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 500 내지 500,000, 보다 바람직하게는 10,000 내지 200,000, 가장 바람직하게는 5,000 내지 80,000의 수평균분자량을 가진다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 상기 실리콘 폴리에스테르 1 g당, 0 내지 1000 mg KOH/g, 바람직하게는 20 mg KOH/g 미만, 보다 바람직하게는 0.1 내지 15 mg KOH/g, 가장 바람직하게는 0.2 내지 10 mg KOH/g의 산가(acid number)를 가진다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 1 내지 1000, 바람직하게는 10 내지 800, 보다 바람직하게는 25 내지 400, 가장 바람직하게는 200 내지 300의 수산기가(hydroxyl number)를 가진다.
상기 실리콘 폴리에스테르는 바람직하게는 1 중량% 내지 80 중량%, 보다 바람직하게는 20 중량% 내지 50 중량%, 가장 바람직하게는 28 중량% 내지 33 중량%의 실리콘(silicone)을 가진다.
상기 실리콘 폴리에스테르의 그 나머지 성분은 폴리에스테르이다. 따라서, 상기 실리콘 폴리에스테르는 바람직하게는 20 중량% 내지 99 중량%, 보다 바람직하게는 50 중량% 내지 80 중량%, 가장 바람직하게는 67 중량% 내지 72 중량%의 폴리에스테르를 가진다.
상기 실리콘 폴리에스테르는 56 내지 5610 g/㏖ OH, 바람직하게는 70 내지 5610 g/㏖ OH, 보다 바람직하게는 140 내지 2244 g/㏖ OH, 가장 바람직하게는 187 내지 280g/㏖ OH의 히드록시 당량을 가진다.
상기 실리콘 폴리에스테르는 CAP 2000 H 브룩필드 점도계(Brookfield Viscometer)로 측정된 용융 점도가, 바람직하게는 1 내지 150 poises, 보다 바람직하게는 2 내지 125 poises, 보다 더 바람직하게는 3 내지 100 poises, 가장 바람직하게는 4 내지 60 poises이다. 점도의 측정은, 작동 온도를 150 ℃ 내지 200 ℃로 하고, Spindle # 6 및 Viscometer Model CAP 2000 H (Brookfield Engineering Laboratories)를 사용하여 적절하게 수행될 수 있다. ASTM D 4287; ISO 2884; BS 3900을 참조할 수 있다.
상기 실리콘 폴리에스테르는 실온에서 안정한 고체이고, 실온에서 안정한 플레이크 또는 분말과 같은 입자로서 형성될 수 있다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 하나 이상의 가교제를 더 함유하는 코팅 조성물의 성분으로서 이용하기에 적절하다.
상기 실리콘 폴리에스테르는 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 실리콘과 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 폴리에스테르 또는 폴리에스테르의 중간 생성물을 반응시킴으로써 제조된다. 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 임의의 적절한 실리콘이 사용될 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 상기 실리콘 및 폴리에스테르는 각각 독립적으로 30 내지 175 ℃, 바람직하게는 30 내지 150 ℃, 보다 바람직하게는 35 내지 125 ℃, 보다 더 바람직하게는 35 내지 100 ℃, 보다 더 바람직하게는 35 내지 75 ℃, 보다 더 바람직하게는 35 내지 50 ℃, 가장 바람직하게는 35 내지 45 ℃의 Tg를 가질 수 있다. 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 임의의 적절한 폴리에스테르가 사용될 수 있다. 상기 실리콘 폴리에스테르의 반응은 축합 반응이다. 이러한 반응은 당해 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있어서, 본 명세서에서는 상세하게 설명하지 않기로 한다. 또한, 상기 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 적절한 폴리에스테르와 상기 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 적절한 실리콘의 제조방법은 잘 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 상세하게 설명하지 않기로 한다.
전술한 바와 같이, 상기 적절한 실리콘은 30 ℃ 이상의 Tg를 가진다. 이러한 실리콘과 그의 제조방법은 당해 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 바람직한 실리콘 수지는 하기 일반식을 가지는 반복 유닛을 하나 이상 함유하는 실라놀 관능성의 유기폴리실록산 수지를 포함한다:
Figure 112006044605694-PCT00001
(상기 식에서,
R1 및 R2은 각각 독립적으로,
Figure 112006044605694-PCT00002
,
Figure 112006044605694-PCT00003
,
Figure 112006044605694-PCT00004
,
Figure 112006044605694-PCT00005
,
Figure 112006044605694-PCT00006
,
Figure 112006044605694-PCT00007
,
Figure 112006044605694-PCT00008
,
Figure 112006044605694-PCT00009
,
Figure 112006044605694-PCT00010
,
Figure 112006044605694-PCT00011
Figure 112006044605694-PCT00012
와 같은 헤테로원자 연결기가 선택적으로 삽입된 C1 내지 C20 탄화수소이고, 상기 헤테로원자 연결기는 전술한 것으로 한정되지 않으며;
a는 0, 1, 2 또는 3의 정수이고, 바람직하게는 0, 1 또는 2의 정수이고;
b는 0, 1, 2 또는 3의 정수이고, 바람직하게는 0, 1 또는 2의 정수이고;
상기 M 유닛에서, a + b + c = 3,
상기 D 유닛에서, a + b + c = 2, 및
상기 T 유닛에서, a + b + c = 1).
바람직하게는, R1 및 R2는 각각, C1 내지 C18의 알킬, C6 내지 C20의 알릴, C7 내지 C18의 알킬아릴, C7 내지 C18의 아릴알킬, C5 내지 C12의 시클로알킬, C2 내지 C18의 알케닐, 글리콜, 에폭시(산소 원자가 Si 원자에 직접적으로 결합되지는 않음), C1 내지 C18의 알콕시, 비닐, 알릴, 프로페닐, 이소프로페닐과 같은 C2 내지 C20의 불포화 탄화수소, 및 말단의 C4 내지 C18의 알케닐, 알키닐, 비닐 에테르 및 알릴 에테르기이다.
보다 바람직하게는, R1 및 R2는 독립적으로, 메틸, 에틸, 비닐, 알릴, 메톡시, 에톡시, 및 페닐기이다.
상기 분자는 상기 T 유닛에서 유래된 실세스퀴옥산(silsesquioxane) 및 폴리페닐실세스퀴옥산 및/또는 폴리메틸실세스퀴옥산을 함유하거나, 상기 T 유닛으로부터 실세스퀴옥산 및 폴리페닐실세스퀴옥산 및/또는 폴리메틸실세스퀴옥산을 형성할 수 있다.
상기 유기폴리실록산 수지는 트리알킬실릴, 디알킬실라놀릴, 디알킬알콕시실릴, 알킬디알콕시실릴, 디아킬비닐실릴, 트리아릴실릴, 다아릴실라놀릴, 디아릴아콕시실릴, 아릴디알콕시실릴, 디아릴비닐실릴 등과 같은 통상의 말단기를 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 유기폴리실록산 수지는 유기폴리실록산 수지의 총 몰수를 기준으로, 0 내지 15 ㏖%의 Q 유닛, 30 내지 100 ㏖%의 T 유닛, 0 내지 20 ㏖%의 M 유닛, 및 0 내지 20 ㏖%의 D 유닛을 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 유기폴리실록산 수지는 유기폴리실록산의 총 몰수를 기준으로, 0 내지 5 ㏖%의 Q 유닛, 75 내지 100 ㏖%의 T 유닛, 0 내지 10 ㏖%의 M 유닛, 및 0 내지 10 ㏖%의 D 유닛을 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 상기 유기폴리실록산 수지는 상기 유기폴리실록산 수지의 총 몰수를 기준으로, 95 ㏖%의 T 유닛, 및 5 ㏖%의 D 유닛을 포함한다. 가장 바람직하게는, 상기 유기폴리실록산 수지는 57 ㏖%의 T-페닐 유닛, 39 ㏖%의 T-메틸 유닛, 및 4 ㏖%의 D-메틸 유닛을 포함한다.
적어도 일 구현예에 따르면, 상기 유기폴리실록산 수지는 DIN 53180 "Softening Point of Resins" 에 기재된 바와 같이, 30 ℃ 내지 109 ℃, 보다 바람직하게는 30 ℃ 내지 70 ℃, 가장 바람직하게는 45 ℃ 내지 60 ℃에서 연화된다. 바람직한 수지를 예시하면, Wacker Chemical(Adrian, Michigan)에서 시판 중인 SILRES 530 또는 REN 168을 들 수 있고, 상기 수지는 페닐기 : 메틸기가 1.1 : 1 이고, 50 내지 70 ℃의 연화점을 가지는 메틸 페닐 유기폴리실록산 수지이다. 적어도 일 구현예에 따르면, 바람직한 수지는, 페닐기의 함량이 100 내지 0 %, 보다 바람직하게는 80 내지 20 %, 가장 바람직하게는 60 내지 50 %이고, 상기 메틸 성분이 0 내지 100 %, 보다 바람직하게는 20 내지 80 %, 또는 가장 바람직하게는 40 내지 50 %이고, 알킬 함량이 0 내지 100 %이며, 상기 수지의 페닐 : 메틸 (또는 알킬)의 비율이 5 : 1, 보다 바람직하게는 3 : 1, 바람직하게는 0.6 : 1, 가장 바람직하게는 1.1 : 1이어야 한다.
상기 유기폴리실록산 수지는 상기 유기폴리실록산의 중량을 기준으로, 실라놀/알콕시 함량이 20 중량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 중량% 이하이고, 가장 바람직하게는 6 중량% 이하이다.
상기 유기폴리실록산 수지는 중량 평균 분자량이 500 내지 100,000, 보다 바람직하게는 750 내지 50,000, 가장 바람직하게는 1,200 내지 14,000이고, 실온에서 고상인 것이 바람직하다.
상기 폴리에스테르는 바람직하게는 히드록시 관능성을 갖는 포화 폴리에스테르이다. 또한, 상기 폴리에스테르는 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 중간 생성물(즉, 완전히 반응되지는 않음)일 수 있다.
적절한 폴리에스테르는 2개 이상의 산 관능성을 가지는 카르복시산 (또는 그의 무수물) 및 2개 이상의 히드록시 관능성을 가지는 폴리올로부터 통상의 방법에 의해 형성된다. 다관능성 카르복시산의 적절한 예로는, 벤젠-1,2,4-트리카르복시산, 프탈산, 테트라히드로프탈산, 헥사히드로프탈산, 엔도비시클로-2,2,1-5-헵틴-2,3-디카르복시산, 테트라클로로프탈산, 시클로헥산디오산, 숙신산, 이소프탈산, 테레프탈산, 아젤라산, 말레산, 트리메스산, 3,6-디클로로프탈산, 테트라클로로프탈산, 아디프산, 세바스산 등을 들 수 있다. 다관능성 알코올의 적절한 예로는, 글리세린, 트리메틸올프로판, 트리메틸올에탄, 트리스히드록시에틸이소시아누레이트, 펜타에리스리톨(pentaerythritol), 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 1,3-, 1,2- 및 1,4-부탄디올, 헵탄디올, 헥산디올, 옥탄디올, 2,2'-비스(4-시클로헥산올)프로판, 네오펜틸 글리콜, 2,2,3-트리메틸펜탄-1,3-디올, 1,4-디메틸올시클로헥산, 2,2,4-트리메틸펜탄디올 등을 들 수 있다.
실질적으로 상기 폴리에스테르가 -COOH 모이어티(moiety)를 가지는 카르복시산 관능성인지, -OH기를 가지는 히드록시 관능성인지는 모노머 믹스(monomer mix)의 -COOH/-OH 몰비에 따라 결정된다. 본 발명에서 유용한 대부분의 히드록시 관능성 폴리에스테르는 70 내지 5,610의 히드록시 당량을 가진다. 본 발명에서 유용한 대부분의 카르복시산 관능성의 폴리에스테르는 25 내지 100 mg KOH/g의 산가를 가진다. 본 발명에서 유용한 대부분의 폴리에스테르는 실질적으로 2개 이상의 히드록시 또는 카르복시산 관능기를 가지는 직쇄일 수 있고, 또는 2.5개 이상의 카르복시산 관능기를 가지는 분지형일 수 있다. 경우에 따라서는, 다른 관능성을 가지는 폴리에스테르의 혼합물이 사용될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 폴리에스테르는 트리메틸올 프로판과 이소프탈산을 반응시킴으로써 생성된다. 다른 구현예에 따르면, 이소프탈산, TPA, 트리멜리트산 무수물 및 테트라히드로프탈산과 같은 다른 종류의 산, 및 TEM, MPG, TMP 및 NPG와 같은 다른 종류의 알코올을 사용할 수 있다. 상기 폴리에스테르는 축합 반응에 의해 생성된다. 그런 다음, 상기 폴리에스테르를 Wacker Silicones (Adrian, Michigan)에서 시판 중인 SILRES® REN 168과 반응시킨다. 상기 폴리에스테르 반응이 완전히 종료되기 전에 상기 폴리에스테르에 실리콘을 부가할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 실리콘은 3 내지 6 %의 실라놀 관능성을 갖는 메틸 페닐 실리콘 수지이다. 최종 생성물은 히드록시 관능성을 가지는 실리콘 폴리에스테르이다. 상기 실리콘 폴리에스테르는 분쇄와 같은 종래의 성형 기법에 의해, 플레이크 또는 분말과 같은 안정한 입자형으로 형성되는 것이 적절하다.
이러한 입자형 실리콘 폴리에스테르는 코팅 조성물을 제조하는 데 유용하며, 상기 코팅 조성물은 투명하거나, 착색될 수 있다. 본 발명의 실리콘 폴리에스테르 수지를 이용한 분말형 코팅 조성물은 당해 기술 분야의 당업자에 의해 제조될 수 있다. 상기 코팅 조성물은 고체 가교제 및 선택적인 안료 및/또는 체질 안료(extender)를 포함한다. 적절한 고체 안료나 체질 안료가 사용될 수 있다. 고상 가교제의 적절한 예로는, 멜라민 또는 이소시아네이트를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 바람직하게는 이소시아네이트를 들 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 분말형 코팅 조성물은 20 내지 90 중량%의 실리콘 폴리에스테르, 10 내지 80 중량%의 가교제, 및 0.25 내지 70 중량%의 안료/염료 및/또는 체질 안료 및/또는 충전재를 포함한다. 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 30 내지 80 중량%의 실리콘 폴리에스테르, 20 내지 70 중량%의 가교제, 및 0.5 내지 60 중량%의 안료 및/또는 체질 안료 및/또는 충전재를 포함한다. 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 40 내지 70 중량%의 실리콘 폴리에스테르, 30 내지 60 중량%의 가교제, 및 1 내지 50 중량%의 안료 및/또는 체질 안료 및/또는 충전재를 포함한다. 상기 조성물이 안료를 포함하지 않는 경우의 일 구현예에 따르면, 상기 조성물은 10 내지 90 중량% 실리콘 폴리에스테르 및 10 내지 90 중량%의 가교제를 포함하고, 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 15 내지 85 중량%의 실리콘 폴리에스테르 및 15 내지 85 중량%의 가교제를 포함하고, 또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 20 내지 80 중량%의 실리콘 폴리에스테르 및 20 내지 80 중량%의 가교제를 포함한다. 상기 충전재 및/또는 체질 안료는 상기 조성물 중에 70 중량% 이하의 함량으로 선택적으로 포함될 수 있다.
이와 유사한 타입의 코팅제의 성분으로 알려진 적절한 성분, 예컨대, 염료, 유동성 첨가제(flow additive), 및 변성 폴리머가 사용될 수 있으나, 전술한 성분으로 한정되지는 않는다. 상기 조성물 중의 실리콘 폴리에스테르 중 일부를 대신하여, 상기 변성 폴리머를 이용할 수 있다. 상기 변성 폴리머는 비실리콘화 폴리에스테르(non-siliconized polyester), 실리콘, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 조성물이 상기 변성 폴리머를 포함하는 경우, 상기 변성 폴리머는 상기 실리콘 폴리머의 90 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 다시 말하면, 90 중량%의 실리콘 폴리에스테르 성분은 나머지 10 중량% 중에 본 발명의 실리콘 폴리에스테르를 포함하는 변성 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 당해 기술 분야의 당업자에게 알려진 적절한 기법에 의해, 상기 고상 실리콘 폴리에스테르와 가교제(및 그 밖의 선택적인 성분)를 결합시킴으로써 제조된다. 상기 조성물의 성분을, 예컨대, 용융 압출에 의해 건식 블렌딩 및 가열함으로써, 점성의 액상 혼합물이 형성된다. 상기 실리콘 폴리에스테르 수지와 적절한 가교제는 당해 기술 분야에 알려진 바와 같이, 상기 조성물의 그 나머지 성분과 용융, 용해, 또는 극저온 블렌딩될 수 있다. "용융 블렌딩(melt blending)"은 일반적인 의미, 예를 들면, 실리콘 폴리에스테르 수지, 가교제, 및 그 밖의 성분이 용융되어 혼합되는 의미로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 당해 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 상기 조성물의 성분들은 압출기에서 융융 블렌딩 된다. 바람직하게는, 상기 조성물의 성분들은 압출기에서 용융 블렌딩된다. 용융된 혼합물은 점성을 갖는 태피(taffy)상 또는 페이스트상이다.
일 구현예에 따르면, 가열된 조성물을 냉각 롤(chill roll)에 통과시킴으로써 상기 조성물을 냉각시킴으로써, 코팅 조성물 성분의 균일 혼합물을 포함하는 고상의 조성물을 제조한다. 다음에, 상기 코팅 조성물을 코팅에 적용하기에 적절한 크기의 분말로 절단, 및 분쇄된다. 상기 코팅 분말 입자의 적절한 크기는 2 내지 250 ㎛, 바람직하게는 5 내지 150 ㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 60 ㎛, 가장 바람직하게는 20 내지 40 ㎛이다. 상기 분말형 코팅 조성물은 일반적으로 통상적인 부가 성분, 예를 들어, 염료, 안료, 충전재, 유동제 및/또는 부착 촉진제(adhesion promoter), UV 개질제, 기타 변성 폴리머와 같은 기타 첨가제를 포함하지만, 전술한 것으로 한정되지 않는다.
이렇게 형성된 코팅 조성물은 쿠키 시트, 냄비, 및 팬과 같은 조리 기구, 머플러, 엔진 부품, 및 엔진과 같은 자동차 부품, 잔디밭에 설치되는 설치물, 옥외 간판, 건물 외장품, 금속 코일, 및 그 외 금속 기재 등에 이용될 수 있다. 상기 코팅 조성물의 코팅 방법은 특별히 정해진 것은 아니지만, 유동상 코팅과 같은 정전 스프레이법(electrostatic spraying) 및 딥 코팅법이 특히 적절하다.
물품에 코팅된 상기 분말은 열에 의해 경화됨으로써 균일한 가교 필름으로 전환된다. 통상의 경화 조건은 150 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서 5 내지 50 분간이다.
본 발명의 조성물을 이용하여 적절히 형성된 필름은 우수한 내후성, 우수한 내열성, 우수한 부착성, 우수한 내식성(corrosion resistance), 우수한 내스크래치성, 및 특히, 레벨링 문제점이 없으며, 우수한 손상 저항성(mar resistance)과 같은 여러 우수한 성질을 가지고 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 본 발명은 하기 실시예로 제한되지 않는다.
실시예 1
A 단계에서, 표 1에 나타낸 양의 트리메틸올 프로판, 이소프탈산 및 아디프산을 3구 플라스크에 모두 넣은 다음, 물 42 g이 생성되고, 10 mg KOH/g의 산가를 가진 최종 생성물이 생성될 때까지 190 ℃의 온도에서 반응시켰다. 다음에, 상기 혼합물을 130 ℃로 냉각시켜, 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 폴리에스테르를 생성하였다. 다음에, B 단계에서 30 ℃ 미만의 Tg를 가지는 실리콘을 상기 폴리에스테르에 부가하였다. B 단계에서의 상기 실리콘은 분자량이 1200이고 메틸 페닐의 비율이 낮은 액상 폴리머이다. 다음에, 21 g의 알코올이 생성될 때까지, 상기 반응기를 170 ℃로 가열하여 반응시켰다. 바람직한 경우에, 최종 생성물을 용융 상태로 알루미늄 접시 상에 붓고, 실온에서 냉각시켜서, 실리콘 폴리에스테르의 고상 시트를 형성하였다. 가능한 한, 상기 실리콘 폴리에스테르의 고상 시트를 플레이크형으로 절단하였다.
실시예 1의 상기 수지는, Tg가 실온 이하이고, 실리콘 함량이 31.31 %이고, OH의 당량이 322.9 g/㏖이고, 산가가 10 mg KOH/g이었다.
실시예 1의 실리콘 폴리에스테르는 외관상 점착성(gummy)을 나타내기 때문에, 플레이크 또는 분말형으로 형성될 수 없었다.
Figure 112006044605694-PCT00013
실시예 2
A 단계에서, 표 2에 나타낸 양의 트리메틸올 프로판, 이소프탈산 및 아디프산을 3 구 플라스크에 모두 넣은 다음, 물 40 g이 생성되고, 약 15의 산가를 가지는 최종 생성물이 생성될 때까지 약 190 ℃의 온도에서 반응시켰다. 다음에, 상기 혼합물로 약 130 ℃로 냉각시켜, 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 폴리에스테르를 생성하였다. 다음에, B 단계에서, 약 52 ℃의 Tg를 가지는 실리콘을 상기 폴리에스테르에 부가하였다. 그런 다음, 4.5 g의 물이 생성될 때까지, 상기 반응기를 170 ℃로 가열하여 반응시켰다. 바람직한 경우, 최종 생성물을 용융 상태로 알루미늄 접시 상에 붓고, 실온에서 냉각시켜 실리콘 폴리에스테르의 고상 시트를 형성하였다.
실시에 2에서의 수지는, Tg가 실온 이하이고, 실리콘의 함량이 31.31 %이고, OH 당량이 242.33 g/㏖이고, 산가가 15.37 mg KOH/g이었다.
실시예 2의 실리콘 폴리에스테르는 외관상 점착성을 나타내기 때문에, 플레이크 또는 분말형으로 형성될 수 없었다.
Figure 112006044605694-PCT00014
실시예 3
A 단계에서 아디프산을 사용하지 않고, 보다 많은 양의 이소프탈산을 사용한 것 외에는 실시에 2와 동일하게 수행하였다. 각 성분들의 사용량을 표 3에 나타냈다. A 단계에서 각 물질들을 170 ℃ 내지 200 ℃로 가열하였다.
실시예 3에서 실리콘 폴리에스테르는, Tg가 30 ℃ 이상이었고, 실리콘의 함량이 31 %이었고, OH 당량이 238.39 g/㏖이었고, 산가가 5.49 mg KOH/g이었다.
실시예 3에서의 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00015
실시예 4
표 4에서 나타낸 바와 같이 성분의 양을 다르게 한 것 외에는 실시예 3과 동일하게 수행하였다. A 단계에서 각 물질들을 205 ℃ 내지 230 ℃로 가열하였다.
실시예 4의 최종 실리콘 폴리에스테르는, Tg가 30 ℃ 이상이었고, 실리콘 함량이 31 %이었고, OH 당량이 222.23 g/㏖이었고, 산가가 4.77 mg KOH/g이었다.
실시예 4의 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00016
실시에 5
실시예 5는 표 5에 나타낸 바와 같이 성분의 양을 다르게 한 것 외에는 실시예 4에서와 동일하게 수행하였다. 또한, A 단계에서 각각의 물질들을 185 ℃ 내지 234 ℃로 가열하였다.
실시예 5의 B 단계에서 생성된 물의 양은 184 g이었다. 실시예 5에서의 최종 실리콘 폴리에스테르는, Tg가 30 ℃ 이상이었고, 실리콘 함량은 31 %이었고, OH 당량은 227.6 g/㏖이었고, 산가는 9.54 mg KOH/g 이었다.
실시예 5의 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00017
실시예 6
표 6에서 나타낸 바와 같이, 성분의 양을 변경한 것 외에는 실시예 5와 동일하게 수행하였다. A 단계에서, 물질들을 194 ℃ 내지 217 ℃로 가열하였다. A 단계에서 생성된 물의 양은 37.70 g이었다.
B 단계에서 생성된 물의 양은 44.40 g이었다.
실시예 6에서 최종 실리콘 폴리에스테르는, Tg가 40 ℃이었고, 실리콘 함량이 30 %이었고, OH 당량이 247.81 g/㏖이었고, 산가가 16.83 mg KOH/g이었다.
실시예 6의 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00018
실시예 7
실시예 7은 표 7에서 나타낸 바와 같이, 성분의 양을 다르게 한 것 이외에는 실시예 6과 동일하게 수행하였다. 실시예 7의 A 단계에서 생성된 물의 양은 243.9 g이었다. 실시예 7의 A 단계에서, 물질들을 195 ℃ 내지 200 ℃로 가열시켰다.
실시예 7의 B 단계에서 생성된 물의 양은 16.9 g 이었다.
실시예 7의 최종 실리콘 폴리에스테르는, 실리콘 함량이 31 % 이었고, OH 당량이 235.08 g/㏖이었고, 산가가 20.34 mg KOH/g이었다. 상기 실리콘 폴리에스테르의 Tg는 30 ℃ 이상이었다.
실시예 7의 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00019
실시예 8
실시예 8은 표 8에서 나타낸 바와 같이, 성분의 양을 다르게 한 것 이외에는 실시에 7과 동일하게 수행하였다.
실시예 8에서 생성된 물의 양은 29.9 g이었다. 실시예 8의 A 단계에서, 물질들을 221 ℃ 내지 230 ℃로 가열하였다.
실시에 8의 B 단계에서 생성된 물의 양은 0.9 g이었다.
최종 실리콘 폴리에스테르는, Tg가 30 ℃ 이상이었고, 실리콘 함량이 31 %이었고, OH 당량이 229.3 g/㏖이었고, 산가가 8.13 mg KOH/g이었다.
실시예 8의 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00020
실시예 9
실시예 9는 표 9에서 나타낸 바와 같이, 성분의 양을 다르게 한 것 이외에는 실시예 8과 동일하게 수행하였다. 실시예 9의 A 단계에서 생성된 물의 양은 240.7 g이었고, A 단계의 반응 온도는 196 ℃이었다.
실시예 9의 B 단계에서 생성된 물의 양은 10.9 g이었고, B 단계의 반응 온도는 125 ℃ 내지 152 ℃이었다.
실시예 9의 최종 실리콘 폴리에스테르는, Tg가 30 ℃ 이상이었고, 실리콘 함량이 31 %이었고, OH 당량이 230.38 g/㏖이었고, 산가가 20 mg KOH/g이었다.
실시예 9의 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00021
실시예 10
실시예 10은 표 10에서 나타낸 바와 같이, 성분의 양을 다르게 한 것 이외에는 실시예 9와 동일하게 수행하였다. 실시예 10의 A 단계에서 생성된 물의 양은 78.38 g이었고, A 단계의 반응 온도는 200 내지 220 ℃ 이었다.
실시예 10의 B 단계에서 생성된 물의 양은 4.18 g이었고, B 단계에서의 반응 온도는 130 내지 180 ℃이었다.
실시예 10의 최종 실리콘 폴리에스테르는, Tg가 43.6 ℃이었고, 실리콘 함량이 30.95 % 이었고, OH 당량이 319.58 g/㏖ 이었고, 산가가 15.2 mg KOH/g이었다.
실시예 10에서 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00022
실시예 11
실시예 11은 표 11에서 나타낸 바와 같이, 성분의 양을 다르게 한 것 외에는 실시예 10과 동일하게 수행하였다. 실시예 11의 A 단계에서 생성된 물의 양은 250.9 g이었고, A 단계의 반응 온도는 200 내지 220 ℃ 이었다.
실시예 11의 B 단계에서 생성된 물의 양은 27.54 g이었고, B 단계에서의 반응 온도는 130 ℃ 내지 180 ℃ 이었다.
실시예 11의 최종 실리콘 폴리에스테르는, Tg가 46.11 ℃이었고, 실리콘 함량이 30.95 %이었고, OH 당량이 345.58 g/㏖이었고, 산가가 12.68 mg KOH/g이었다.
실시예 11의 생성물은 플레이크형으로 전환 가능한 안정한 고체 물질을 형성하였다.
Figure 112006044605694-PCT00023

Claims (17)

  1. 분말 코팅용 고상 실리콘 폴리에스테르로서,
    폴리에스테르와 실리콘을 반응시켜 제조되며, 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 것을 특징으로 하는 고상 실리콘 폴리에스테르.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르가 30 ℃ 내지 175 ℃의 Tg를 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 폴리에스테르.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르가 35 ℃ 내지 50 ℃의 Tg를 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 폴리에스테르.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르가 히드록시 작용기를 갖는 지방족 화합물인 것을 특징으로 하는 실리콘 폴리에스테르.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    10,000 내지 2,000의 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 폴리에스 테르.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    28 내지 33 중량%의 실리콘, 및 67 내지 72 중량%의 폴리에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폴리에스테르.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르를 형성하기 위해 반응한 폴리에스테르와 실리콘이 모두 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 폴리에스테르.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르를 형성하기 위해 반응한 폴리에스테르와 실리콘이 모두 35 내지 115 ℃의 Tg를 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 폴리에스테르.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르가 삼관능성 알코올과 방향족 카르복시산을 반응시킴으로써 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 폴리에스테르.
  10. 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 고상의 실리콘 폴리에스테르, 및 고상 가교제를 포함하는 코팅 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르가 30 ℃ 내지 175 ℃의 Tg를 가지는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르가 히드록시 작용기를 갖는 지방족 화합물인 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르를 형성하기 위해 반응한 폴리에스테르와 실리콘이 모두 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 폴리에스테르를 형성하기 위해 반응한 폴리에스테르와 실리콘이 모두 35 내지 115 ℃의 Tg를 가지는 것을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항 기재의 코팅 조성물의 경화물을 포함하는 코팅.
  16. 제15항 기재의 코팅을 갖는 금속 기재를 포함하는 코팅 제품.
  17. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항 기재의 고상 실리콘 폴리에스테르의 제조 방법으로서,
    30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 실리콘과 30 ℃ 이상의 Tg를 가지는 폴리에스테르를 반응시키는 단계를 포함하는, 제조방법.
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