KR20130074110A

KR20130074110A - 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물

Info

Publication number: KR20130074110A
Application number: KR1020110141990A
Authority: KR
Inventors: 이지연; 현재규; 이진석; 백병갑
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-07-04
Also published as: KR101389496B1

Abstract

우수한 내마모성 및 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물이 개시된다. 본 발명의 분체도료 조성물은, 에폭시 수지 10~80중량%, 고무 변성 에폭시 수지 1~50중량%, 경화제 0.1~30중량%, 경화 보조제 0.01~1.0중량%, 무기 충전재 1~50중량% 및 안료 1~50중량%로 이루어진다. 이에 의하여, 무기충진재의 함량을 높여 내마모성을 향상시키면서도 고무 변성 에폭시 수지를 포함함으로써 굴곡성 및 충격성 저하를 최소화하며, 에폭시 수지의 물성을 전체적으로 향상시킬 수 있다.

Description

우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물{POWDER COATING COMPOSITION HAVING HIGH ABRASION RESISTANCE AND EXCELLENT FLEXIBILITY}

본 발명은 분체도료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 파이프 피복용 에폭시 수지 분체도료 조성물에 관한 것이다.

에폭시 수지 분체도료는 지하 또는 해저에 매설되는 파이프 라인의 부식 방지 및 내구력 향상을 위해 사용되어 왔다. 그러나 다이렉셔널 드릴링 및 락백필 등이 적용되는 등 파이프 매설 환경이 가혹해짐에 따라, 파이프를 부식으로부터 보호하기 위한 에폭시 도막의 열적, 화학적, 물리적 특성의 개선이 요구되고 있다.

지하에 매장된 가스와 오일은 시추, 이송, 저장, 정유 등 여러 환경을 거치게 되는데, 이러한 과정에 이르기까지 강관 등 파이프를 통하여 이송되고, 파이프가 설치된 주변환경에 따라 금속재 파이프의 부식이 유발될 수 있다.

이에 따라 파이프 피복용 도막은 충격, 긁힘 등으로부터 소지를 보호하고, 수분, 토양의 접촉에 의한 부식을 방지하는 역할을 할 필요가 있다. 뿐만 아니라, 이송구간에 따라 굴곡이 이루어진 파이프라인을 효과적으로 보호하기 위하여 우수한 굴곡성이 동시에 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 에폭시 수지 분체도료 조성물의 내마모성을 증가시키기 위하여 무기 충전재의 함량을 증가시키면서도 도막 형성시 굴곡성이 저하되지 않는 에폭시 수지 분체도료 조성물을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물은, 에폭시 수지 10~80중량%, 고무 변성 에폭시 수지 1~50중량%, 경화제 0.1~30중량%, 경화 보조제 0.01~1.0중량%, 무기 충전재 1~50중량% 및 안료 1~50중량%로 이루어진다.

상기 에폭시 수지는, 에폭시 당량 400~3000인 비스페놀 에이형 에폭시 수지, 에폭시 당량 400~3000인 노볼락 변성 에폭시수지, 에폭시 당량 100~3000인 이소시아네이트 변성 에폭시수지 및 에폭시 당량 10~3000인 크레졸 노볼락 에폭시수지로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 고무 변성 에폭시 수지는, 비스페놀에이형 에폭시수지 : 고무변성중합체 = 95:5 ~ 40:60의 중량비로 혼합하여 합성한 물질일 수 있다.

상기 고무변성중합체는, 부타디엔 중합체 또는 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체일 수 있다.

상기 고무 변성 에폭시 수지는, 에폭시 당량 범위 100~1500인 것일 수 있다.

상기 부타디엔 중합체 또는 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체는, 말단에 카복실기, 아미노기, 메타크릴레이트기 및 에폭시기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 작용기가 결합된 것일 수 있다.

상기 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체는, 상기 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체를 기준으로 18~26 중량%의 아크릴로나이트릴을 함유하는 것일 수 있다.

상기 경화제는, 페놀류 경화제, 디시안디아마이드계 경화제, 하이드라자이드계 경화제, 무수프탈산 무수물, 트리멜리틱산 무수물, 피로멜리트산 무수물 및 벤조페논 테트라 카르복실락산 무수물으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.

상기 경화보조제는, 이미다졸류, 이미다졸 변성 에폭시, 디비유, 디비유염, 트리페닐포스핀 및 금속킬레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 무기충전재는, 장석, 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 티타늄다이옥사이드, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 올라스토나이트 및 탈크로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.

상기 분체도료 조성물은, 상기 분체도료 조성물의 총중량을 기준으로 0.1~5.0중량%의 흐름성 향상제를 더 포함할 수 있다.

상기 분체도료 조성물의 분체 입도는, 30~80㎛인 것일 수 있다.

본 발명의 분체도료 조성물은 고무 변성 수지를 포함함으로써, 무기충진재의 함량을 높여 내마모성을 향상시키면서도 굴곡성 및 충격성 저하를 최소화하여 에폭시 수지의 물성을 전체적으로 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 분체도료 조성물에 대해 설명한다.

본 발명의 분체도료 조성물은, 에폭시 수지 10~80중량%, 고무 변성 에폭시 수지 1~50중량%, 경화제 1~30중량%, 경화보조제 0.01~1중량%, 무기 충전재 1~50중량% 및 안료 1~50 중량%로 이루어진다.

상기 에폭시 수지는 비스페놀 에이형 에폭시, 노볼락 변성 에폭시 수지, 이소시아네이트 변성, 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지 등을 적용할 수 있다.

상기 비스페놀 에이형 에폭시수지는 에폭시 당량 400~3000인 것을 사용할 수 있고, 유연성, 내식성 및 제조 작업성 확보를 위하여 에폭시 당량이 400 ~ 1500인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 노볼락 변성 에폭시수지는 에폭시 당량 400~3000인 것을 사용할 수 있고, 유연성, 내식성 및 제조 작업성을 향상시키기 위하여 에폭시 당량 400~1500인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 이소시아네이트 변성 에폭시수지는 에폭시 당량 100~3000인 것을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 200 ~ 1000인 것을 사용할 수 있다.

상기 크레졸 노볼락 에폭시수지는 에폭시 당량 10~3000인 것을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 10 ~ 1000인 것을 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 에폭시 수지는 10 ~ 80 중량% 범위에서 사용하며, 상기 범위보다 작은 경우, 기계적 물성이 떨어질 수 있으며, 상기 범위보다 큰 경우 내식성이 떨어 질 수 있다.

상기 고무 변성 에폭시 수지는 비스페놀 에이형 에폭시 수지와 고무변성중합체를 합성한 것이다. 상기 고무변성중합체는 단독으로 사용할 수도 있으나, 단독으로 사용시 도료 분산시 작업성이 떨어질 수 있으므로 상기 비스페놀 에이형 에폭시 수지와 합성된 형태로 사용할 수 있다.

바람직하게는, 비스페놀에이형 에폭시수지: 고무변성중합체= 95:5 ~ 40:60 중량비로 혼합하여 합성된 형태로 사용할 수 있다. 상기 고무 변성 에폭시 수지는 에폭시 당량 범위는 100~1500인 것이 바람직하다.

상기 고무변성중합체는 부타디엔 중합체 또는 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체일 수 있으며, 상기 부타디엔 중합체 또는 부타디엔-아크릴로나이트릴은 말단의 작용기를 가질 수 있다. 예를 들면, 작용기로 카복실기를 갖는 CTBN(Carboxyl Terminated Butadiene Acrylonitrile), 작용기로 아민기를 갖는 ATBN(Amine Terminated Butadiene Acrylonitrile), 이 외에도 메타크릴레이트, 에폭시 작용기를 가지는 고무변성중합체일 수 있다. 이때, 상기 고무변성중합체는 고무원료가 20~30중량% 가량 포함된 것이 바람직하다.

상기 CTBN의 화학구조와 상기 ATBN의 화학구조를 하기 화학식 1 및 화학식 2에 각각 나타내었다.

이러한 고무변성중합체는 아크릴로나이트릴 함량에 따라 적절한 용해도, 유리전이온도, 점도 등이 형성되며, 그 함량은 0~40 중량%이다.

아크릴로나이트릴의 함량이 높을수록 용해도가 높아지고 오일에 대한 저항력 및 고무변성중합체의 유리전이 온도가 상승하나 아크릴로나이트릴 함량이 적으면 내습성이 떨어지게된다. 이에 따라 18~26 중량%의 아크릴로나이트릴을 함유한 고무변성중합체를 사용하여 비스페놀 에이형 에폭시 수지에 합성하는 것이 바람직하다.

상기 조성에 따른 고무변성 에폭시 수지는 충격성과 박리접착강도 및 인장 전단 접착강도에 영향을 미치며, 도료 적용시 내마모성 및 굴곡성을 향상 시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 고무 변성 에폭시 수지는 1~50 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위 미만으로 사용하는 경우, 내마모성 및 굴곡성 상승효과가 저하될 수 있다.

상기 경화제는 페놀류 경화제, 디시안디아마이드계 경화제, 하이드라자이드계 경화제, 무수프탈산 무수물, 트리멜리틱산 무수물, 피로멜리트산 무수물, 벤조페논 테트라 카르복실락산 무수물 등을 적용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 페놀류 경화제 또는 디시안디아마이드계 경화제를 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 경화제는 분체도료 조성물 전체 중량을 기준으로 1 ~ 30 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어나는 경우 기계적 물성이 저하될 수 있다.

상기 경화보조제는 이미다졸류, 이미다졸 변성 에폭시, 디비유, 디비유염, 트리페닐포스핀, 금속킬레이트 등을 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 경화보조제는 분체도료 조성물 전체 중량을 기준으로 0.01 ~ 1 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어나는 경우 기계적 물성이 떨어 질 수 있다.

무기충전재는 장석, 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 티타늄다이옥사이드, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 올라스토나이트 및 탈크 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 무기충전재는 분체도료 조성물 전체 중량을 기준으로 1 ~ 50 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기계적 물성이나 굴곡성이 저하될 수 있다.

상기 안료는 파이프용 분체도료에 통상적으로 사용되는 안료는 모두 적용할 수 있으며, 백색의 안료인 경우, 티타늄다이옥사이드를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 안료의 함량은 상술한 바와 같이 1~50중량%가 바람직하며, 상기 함량의 범위를 벗어나면, 본 발명의 분체도료 조성물을 적용한 도막의 은폐력이 충분히 확보되지 않을 수 있다.

상기 분체도료 조성물의 성분 외에도, 분체도료의 사용 목적 및 사용 환경에 따라 필요한 물질을 더 첨가할 수 있다.

상기 분체도료 조성물은 전체 조성물의 중량 기준으로 0.1~5.0중량%의 흐름성 향상제를 더 포함할 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우 흐름성이 저하될 수 있다.

상기 흐름성 향상제는 아크릴계 흐름성 향상제, 실리콘계 흐름성 향상제 등을 사용할 수 있으며, 흐름성 향상제를 사용함으로써 크레터링(cratering)을 방지하고, 표면장력을 개선하여 도료를 이용한 도막의 외관을 향상시킬 수 있다.

이 외에도, 분체도료 제조시 원활한 분산을 할 수 있도록 아마이드계, 폴리프로필렌계, 올레핀계, 테프론계 왁스 등의 분산제가 더 첨가될 수 있다.

또한, 분체도료 도장장치에서의 막힘현상을 방지하고 유동성을 향상시키기 위하여 유동성 향상제를 더 첨가할 수 있다. 상기 유동성 향상제로는 폴리프로필렌계 왁스, 친수성 또는 소수성의 실리카가 통상의 사용량으로 사용될 수 있다.

본 발명의 분체도료 조성물은 도료를 이루는 분페의 평균 입도가 30~80 ㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 우수한 내마모성 및 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 상기 분체도료 조성물의 성분원료들을 컨테이너 믹서를 이용하여 배합하고 균일하게 혼합한다.

다음으로, 상기 혼합된 조성물을 80~120℃에서 니이더(kneader) 또는 익스트루더(extruder)를 통하여 용융 혼합시킨 후, 분쇄기를 이용하여, 평균 입도 30~80 ㎛인 분체도료를 제조할 수 있다.

본 발명의 분체도료 조성물을 이용한 도막 형성방법은, 하도가 미리 블라스팅 처리된 강관을 180~250℃로 예열시키면서, 본 발명의 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장기로 200~500㎛ 두께로 도장한다. 이후, 180~250℃로 가열하여 후 가열 도막을 형성하고, 공기 중에 방치하여 도막을 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 우수한 내모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다.

실시예 1에 따른 분체도료 조성물을 이루는 성분(상품명 및 함량)은 하기와 같다.

에폭시 수지: 비스페놀에이형 에폭시수지, 에폭시 당량 900 (케이씨씨), 90g

고무 변성 에폭시 수지: 알케이84엘 (씨브이씨), 10g

경화제: 1400 에프 (에어프로덕트), 2g

경화보조제: 2-엠아이 (시코쿠), 1.5g

무기충전재: 엠에프200 (부여소재), 80g

유색안료: 바이페록스 130엠 (바이엘), 5g

흐름성향상제: 피엘피-100 (케이에스 케미칼), 0.5g

실시예 2에 따른 분체도료 조성물의 성분은 상기 실시예 1과 동일하며, 다만, 함량에 있어서, 에폭시 수지 55g, 고무 에폭시 수지 45g, 무기충전재 90g을 사용하였다.

실시예 3에 따른 분체도료 조성물의 성분은 상기 실시예 1과 동일하며, 다만, 함량에 있어서, 에폭시 수지 20g, 고무 에폭시 수지 80g, 무기충전재 100g을 사용하였다.

[비교예 1]

비교예 1에 따른 분체도료 조성물의 성분은 상기 실시예 1의 조성물의 성분에서 고무 변성 에폭시 수지를 제외하였다. 나머지 성분은 모두 동일하게 하였다. 또한, 에폭시 수지는 100g을 사용하였다.

[비교예 2]

비교예 2에 따른 분체도료 조성물의 성분은 상기 비교예 1의 조성물의 성분과 동일하며, 다만, 함량에 있어서, 무기충전재를 70g 사용하였다.

[비교예 3]

비교예 3에 따른 분체도료 조성물의 성분은 상기 비교예 1의 조성물의 성분과 동일하며, 다만, 함량에 있어서, 무기충전재를 40g 사용하였다.

[비교예 4]

비교예 4에 따른 분체도료 조성물의 성분은 상기 비교예 1의 조성물의 성분과 동일하며, 다만, 함량에 있어서, 무기충전재를 30g 사용하였다.

시험예 1: 굴곡성 시험

굴곡성 시험용 시편을 제작하기 위하여, 25mm(가로) × 300mm(세로) × 6mm(두께)의 스틸(steel)을 준비하고, 그리트 블라스팅(grit blasting) 표면처리 하였다.

상기 표면처리된 스틸을 230℃로 예열한 다음, 상기 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 분체도료 조성물을 상기 스틸 표면에 정전 스프레이법으로 도막 두께가 200~500㎛가 되도록 도장하여 시편을 제작하였다.

이후, 시편의 온도는 -30℃가 되도록 하고, 파이프 직경에 대해 3°각도를 맞춘 맨드럴을 이용하여 시편을 꺾었을 때 도막의 깨짐 여부를 측정하였다. 여기서, 상기 시편제작과 물성 평가방법은 파이프용 캐나다 규격인 CSA Z245.20에 따라 수행하였다.

시험예 2: 내마모성 시험

내마모성 시험용 시편은 상기 시험예 1에서와 동일한 방법으로 제작하였으며, 다만, 스틸은 지름이 100mm이고 중심에 홀이 있는 원형의 형태인 것으로 준비하였다.

이후, 상기 시편을 자동 연마기에 씨에스 17 휠을 장착하여 500회전씩 10사이클을 실시 하여 연마한 후, 최초 무게에서 연마 후 무게의 차이를 측정하는 방법으로 시험하였다. 이때, 시험은 ASTM D4060 에 따라 수행하였다.

하기 표 1에 상기 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 분체도료 조성물의 성분 및 시험예 1 및 시험예 2에 따른 결과를 정리하였다.

구성성분 (단위: g )		실시예			비교예
구성성분 (단위: g )		1	2	3	1	2	3	4
조성	에폭시 수지	90	55	20	100	100	100	100
	고무 변성에폭시 수지	10	45	80
	경화제	2	2	2	2	2	2	2
	경화 보조제	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
	무기 충전재	80	90	100	80	70	40	30
	유색 안료	5	5	5	5	5	5	5
	흐름성 향상제	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
물성	내마모성	우수	우수	우수	우수	우수	나쁨	나쁨
물성	굴곡성	양호	양호	양호	깨짐	깨짐	양호	양호

상기 표 1에 따르면, 고무 변성 에폭시수지를 도입한 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 분체도료 조성물은 무기충전재의 함량이 상대적으로 낮은 비교예 3 및 4에 비하여 내마모성이 우수한 것으로 나타났다. 한편, 무기충전재의 함량은 상대적으로 높으나 고무 변성 에폭시수지를 포함하지 않는 비교예 1 및 2와 비교하여 굴곡성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

에폭시 수지 10~80중량%, 고무 변성 에폭시 수지 1~50중량%, 경화제 0.1~30중량%, 경화 보조제 0.01~1.0중량%, 무기 충전재 1~50중량% 및 안료 1~50중량%로 이루어지는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지는,
에폭시 당량 400~3000인 비스페놀 에이형 에폭시 수지, 에폭시 당량 400~3000인 노볼락 변성 에폭시수지, 에폭시 당량 100~3000인 이소시아네이트 변성 에폭시수지 및 에폭시 당량 10~3000인 크레졸 노볼락 에폭시수지로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 고무 변성 에폭시 수지는,
비스페놀에이형 에폭시수지 : 고무변성중합체 = 95:5 ~ 40:60의 중량비로 혼합하여 합성한 물질인 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 3에 있어서,
상기 고무변성중합체는,
부타디엔 중합체 또는 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체인 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 3에 있어서,
상기 고무 변성 에폭시 수지는,
에폭시 당량 범위 100~1500인 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 4에 있어서,
상기 부타디엔 중합체 또는 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체는,
말단에 카복실기, 아미노기, 메타크릴레이트기 및 에폭시기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 작용기가 결합된 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 4에 있어서,
상기 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체는,
상기 부타디엔-아크릴로나이트릴 공중합체 전체 중량을 기준으로 18~26 중량%의 아크릴로나이트릴을 함유하는 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 경화제는,
페놀류 경화제, 디시안디아마이드계 경화제, 하이드라자이드계 경화제, 무수프탈산 무수물, 트리멜리틱산 무수물, 피로멜리트산 무수물 및 벤조페논 테트라 카르복실락산 무수물으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 경화보조제는,
이미다졸류, 이미다졸 변성 에폭시, 디비유, 디비유염, 트리페닐포스핀 및 금속킬레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 무기충전재는,
장석, 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 티타늄다이옥사이드, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 올라스토나이트 및 탈크로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 분체도료 조성물은,
상기 분체도료 조성물의 총중량을 기준으로 0.1~5.0중량%의 흐름성 향상제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 분체도료 조성물의 분체 입도는,
30~80㎛인 것을 특징으로 하는 우수한 내마모성과 굴곡성을 갖는 분체도료 조성물.