KR20170135389A - 고광택 고레벨링 분체도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 말단에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지와 비스페놀A의 글리시딜기 에테르를 가진 에폭시 수지를 분체도료화 함으로써, 이 도료를 경화시키면 고광택 고레벨링을 갖는 미려한 외관이 가능하도록 조성된 새로운 분체도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명은, 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 20~40 중량%와 말단기에 비스페놀A의 글리시딜기 에테르를 갖는 에폭시 수지 20~40 중량%,
첨가제로서 경화 촉매 0.1~0.5 중량%, 핀홀 방지제 0.1~1.0 중량%, 왁스 0.1~1.0 중량%, 흐름성 향상제 0.1~2.0 중량%, 습윤 분산제 0.1~2.0 중량%, 유동제 0.1~1.0 중량%, 충진제 5~10 중량%, 안료 20~40 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고광택 고레벨링 분체도료 조성물 {high-gloss high-leveling powder coating composition}

본 발명은 고광택 고레벨링 형성용 분체도료 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 고분자 말단에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지와 비스페놀A의 글리시딜기 에테르를 가진 에폭시 수지를 분체도료화 함으로써, 이 도료를 경화시키면 고광택 고레벨링을 갖는 미려한 외관이 가능하도록 조성된 새로운 분체도료 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는, 카르복실기를 함유한 폴리에스테르 수지는 글리시딜기를 함유한 에폭시 수지와 함께 가교 결합을 함으로써 견고한 도막을 얻는다.

즉, 글리시딜기를 함유한 에폭시 수지는 말단에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지의 경화제로 사용되며, 국내에서는 하이브리드 타입의 분제도료 조성물로 널리 사용되고 있다.

하이브리드 타입의 분체도료에서 글리시딜기를 함유한 수지는 비스페놀A 타입 에폭시 수지가 널리 사용되고 있다.

폴리에스테르 수지의 산가에 따라 글리시딜기를 함유한 에폭시 수지의 양은 변화되며, 에폭시 수지의 당량에 의해서도 글리시딜기를 함유한 에폭시 수지의 양이 변화된다.

예를 들어 일반적으로 산가가 50인 폴리에스테르 수지의 경우 에폭시 수지의 당량이 750인 수지는 계산식에 의하여 56100/50 = 1122의 결과를 얻으며, 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지의 사용 비율을 60/40으로 사용하여 분체도료를 제조한다.

에폭시 당량이 1000인 수지의 경우 폴리에스테르 수지의 산가가 50인 수지는 계산식에 의하여 56100/50 = 1122 인 폴리에스테르 당량을 가지며 에폭시와 당량 비율의 경화특성을 갖기 위해서는 폴리에스테르 수지/에폭시 수지의 비율을 53/47으로 사용하여 분체도료를 제조한다.

상기의 계산식과 같이 사용한 폴리에스테르 수지 원료의 산가와 에폭시 당량에 의하여 분체도료의 수지 원료는 변화된다.

상기와 같이 폴리에스테르 수지와 경화제인 에폭시 수지에 안료, 충진제, 각종 첨가제를 용융 혼합한 펠릿(pellet)을 분쇄하여 평균입도가 38 내지 42마이크론인 분말을 정전 스프레이 도장 후 고온 건조 처리를 거치게 되면, 입자 체내의 수지가 용융되고 나아가서 연속적인 도포막이 형성되는 것이 일반적인 하이브리드 타입의 분체도료의 도막형성 방법이다.

그러나 이러한 종래의 분체도료 조성물의 경우 비록 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지의 경화에 의해 어느 정도의 외관 형성은 가능하였으나 오렌지필 현상이 지속적으로 발생을 하여 거래처에서 요청하는 정도의 외관이 나오지 않아 거래처에서 꾸준히 개선을 요청해왔다.

따라서 본 발명은 종래에 상기와 같은 분체도료 조성물에서 외관의 미려함을 추구하지 못했던 점을 개선하여 보다 고품질(고광택, 고레벨링)의 도료 조성물을 제조하기 위하여 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지를 사용함에 있어 산가, 유리전이온도, 점도 및 당량을 조절하고, 충진제 함량을 줄이며, 습윤 분산제와 같은 첨가제를 적정한 비율로 첨가함으로써 미려한 외관이 형성되는 새로운 분체도료 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 20~40 중량%와 말단기에 비스페놀A의 글리시딜기 에테르를 갖는 에폭시 수지 20~40 중량%,

첨가제로서 경화 촉매 0.1~0.5 중량%, 핀홀 방지제 0.1~1.0 중량%, 왁스 0.1~1.0 중량%, 흐름성 향상제 0.1~2.0 중량%, 습윤 분산제 0.1~2.0 중량%, 유동제 0.1~1.0 중량%, 충진제 5~10 중량%, 안료 20~40 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 폴리에스테르 수지는 산가 40~80, 유리전이온도 50~60℃, 점도 2,800~11,000 이고,

상기 에폭시 수지는 당량 500~900, 유리전이온도 40~60℃, 점도 13~17 이며,

상기 경화 촉매는 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지로서, 산가 30~40, 유리전이온도 50~70℃, 점도 2,800~4,500 인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 충진제는 바륨설페이트, 탄산칼슘, 실리카, 수산화마그네슘, 수산화알루미나, 티타늄디옥사이드, 크레이, 알루미나, 운모, 월라스토나이트, 탈크 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 안료는 티타늄 디옥사이드, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비블루, 시아닌 블루, 울트라마린 블루, 망가니스 바이올렛으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 분체도료의 평균입도는 34~36마이크론이고 도포시 도막의 두께는 70마이크론 이상이며, 도막두께 75~85마이크론인 부분에서 평활도 측정시 Long Wave ≤15, Short Wave ≤30 인 것을 특징으로 한다.

본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 열경화성 분체도료 조성물은 폴리에스테르 수지의 카르복실기와 에폭시 수지에 함유된 비스페놀A의 글리시딜기 에테르에 의하여 경화된다.

이때 폴리에스테르 수지의 산가와 에폭시 수지 당량의 계산식으로 적당량의 수지 결합이 이루어지면서 첨가제와 충진제의 중량부에 따라 고광택 고레벨링의 외관이 형성되는 것이다.

본 발명의 분체도료 조성물을 예를 들어 설명하면, 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 20~40 중량%와 말단기에 글리시딜기를 갖는 에폭시 수지 20~40 중량% 에다가, 첨가제로서 경화 촉매 0.1~0.5 중량%, 핀홀 방지제 0.1~1.0 중량%, 왁스 0.1~1.0 중량%, 흐름성 향상제 0.1~2.0 중량%, 습윤 분산제 0.1~2.0 중량%, 충진제 5~10 중량%, 안료 20~40 중량%를 배합 후 믹서를 이용하여 균일하게 혼합될 수 있도록 섞는다.

이와 같이 균일하게 혼합된 조성물을 니이더 또는 익스트루더 등의 압출기를 통하여 90~130℃의 고온에서 용융 혼합 시킨 다음, 분쇄기를 이용하여 평균입도 34~36 마이크론이며, 입자의 분포가 10~120 마이크론인 분체도료의 조성물을 제조한다.

제조된 분체도료 조성물은 정전 스프레이 도장방법에 의하여 도포시키는 바, 도막이 70~100 마이크론 두께가 되도록 도포 후 170~200℃의 온도에서 10~20분 건조 경화시키게 되면 고광택 고레벨링 도막이 얻어지게 되는 것이다.

이때 고광택 고레벨링 분체도료 조성물이기 때문에 도료의 입자크기와 도막두께가 도막의 외관형성에 커다란 영향을 미친다. 그러므로 종래의 평균입도인 38~42 마이크론에서 34~36 마이크론으로 변화시키고 도막의 두께를 최소 70 마이크론 이상으로 관리를 해주면 고광택 고레벨링의 도막을 얻을 수 있게 된다.

종래의 열경화성 분체도료는 소비자의 요구에 의하여 제품을 공급하여 왔으나 오렌지필 현상 등 외관이 미려하지 못하였던바, 이와는 달리 본 발명 분체도료 조성물은 고광택 고레벨링 분체도료 도막의 조성물로서 미려한 외관의 분체도료 도막 조성물을 얻을 수 있는 것이다.

본 발명에서는 카르복실기를 함유한 폴리에스테르 수지가 주 수지로 사용되며 비스페놀A의 글리시딜기 에테르를 함유한 에폭시 수지를 경화제로 사용한다.

본 발명에 따르면 폴리에스테르 수지의 산가와 에폭시 수지의 당량에 의한 가교 반응의 차이 및 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지의 유리전이온도 및 점도가 외관에 영향을 주는 것으로 밝혀졌는바, 폴리에스테르 수지는 산가 40~80, 유리전이온도 50~60℃, 점도 2,800~11,000인 것이 좋으며, 에폭시 수지는 당량 500~900, 유리전이온도 40~60℃, 점도 13~17인 것을 사용하는 것이 좋다. 이때 산가 40~80 이내의 폴리에스테르 수지 중에서 점도가 낮은 것은 도막의 외관은 우수해지나 도료의 분쇄 생산 효율 및 기계적 물성이 저하되며, 점도가 높은 것은 기계적 물성이 우수하나 도막의 외관이 저하된다. 그래서 2종의 폴리에스테르 수지를 혼합하여 기계적 물성이 우수하면서 외관이 미려한 분체도료 조성물을 얻을 수 있다.

만일, 산가 40~80, 유리전이온도 50~60℃, 점도 2,800~11,000 사이인 폴리에스테르 수지 및 당량 500~900, 유리전이온도 40~60℃, 점도 13~17 사이인 에폭시수지를 사용하지 않는다면 외관이 미려하게 나오지 않거나, 외관이 미려하게 나와도 물성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

핀홀 방지제의 경우 0.01 중량% 미만이면 핀홀이 발생하고, 1.0 중량%를 초과하면 황변이 발생한다. 황변발생은 주로 백색, 연회색, 아이보리색 등 색상이 연한 분체도료에서 많이 발생한다.

경화 촉매는 산가 30~40, 유리전이온도 50~70℃, 점도 2,800~4,500인 것을 사용한다. 이러한 경화 촉매가 과량 사용되면 급속한 경화반응의 진행으로 도막의 외관이 미려하지 못하고 오렌지필 현상이 발생된다. 그러나 경화 촉매가 0.1 중량% 미만이면 분체도료의 흐름성이 너무 좋아서 과도막으로 도장했을 경우 도장물에 sagging현상이 발생될 우려가 있다.

또, 충진제의 함량이 10 중량%를 초과하면 외관이 미려하지 못하고 10 중량% 미만이면 외관이 미려하게 나오지만, 충진제의 함량이 5 중량% 미만일 경우에는 외관은 미려할지 모르나 연필경도나 눌림자국 등 물성이 나오지 않을 우려가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 고광택 고레벨링 형성용 분체도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 말단에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지와 비스페놀A의 글리시딜 에테르를 가진 에폭시 수지를 분체도료화 함으로써 이 도료를 경화시키면 고광택 고레벨링을 갖는 미려한 외관을 가지면서도 각종 물성도 우수한 분체도료 조성물을 얻을 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 다만 본 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

이하, 하기 표 1의 ①~⑪과 같은 원료를 정량 계량 후 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한다.

잘 혼합된 원료를 니이더 또는 익스트루더를 이용하여 고온(80~120℃)에서 용융 혼합하여 펠렛으로 제조하고, 제조된 펠렛을 분쇄기를 이용하여 평균입도가 34~36 마이크론이 되는 분체도료 조성물을 제조하면서 ⑫의 첨가제(유동제)를 투입하여 제조한다.

제조된 분체도료 조성물을 정전 스프레이 도장으로 건조도막 두께 기준으로 70~100 마이크론이 되도록 피도물(철판, 알루미늄판, 용융아연도금강판, 전기아연도금강판)에 도장한다.

도장된 피도물을 일정한 온도가 유지되는 열풍건조로에서 온도를 170~200℃에서 10~20분간 유지시켜 고광택 고레벨링 분체 도료 조성물을 제조하였다.

① 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 (KHUA 社) : 산가 68~74 mg KOH/g, 유리전이온도 55℃, 점도 7,500~11,000 mPa.s @175℃

② 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 (MS CHEM 社) : 산가 47~53 mg KOH/g, 유리전이온도 57℃, 점도 2,800~4,800 cP @200℃

③ 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 (MS CHEM 社) : 산가 27~33 mg KOH/g, 유리전이온도 60℃, 점도 4,500~7,500 cP @200℃

④ 말단기에 비스페놀A의 글리시딜기 에테르를 갖는 에폭시 수지 (국도화학 社) : 당량 600~900g/eq, 유리전이온도 50℃, 점도 13~17 mPa.s @25℃

⑤ 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지인 경화 촉매 (MS CHEM 社) : 산가 30~36 mg KOH/g, 유리전이온도 60℃, 점도 2,800~4,500 cP @200℃

⑥ 핀홀방지제 (Estron chemical) : BENZOIN

⑦ 왁스 (Clariant) : Ceridust 9615A

⑧ 흐름성 향상제 (TROY CHEM.) : Powdermate 570FL

⑨ 습윤 분산제 (BYK) : BYK-3950P

⑩ 충진제 : 탄산칼슘(오미아코리아<주>), 바륨설페이트(<주>시벨코코리아)

⑪ 안료 : TiO2 (DUPONT), CARBONE BLACK (Degussa)

⑫ 유동제 (WACKER CHEMICALS) : HDK V-15

상기 표 1의 실시예 1~5는 고광택 고레벨링 분체 도료 조성물로 2종의 폴리에스테르 수지 25~35 중량%에 대하여 에폭시 경화제 20~30 중량%, 경화 촉매 0.0~1.0 중량%, 첨가제(핀홀 방지제, 왁스, 흐름성 향상제, 습윤분산제) 0.5~4.0 중량%, 충진제 5~10 중량%(실시예 5는 13.5 중량%), 안료 25~35 중량%로 구성되도록 제조하였다.

또한 실시예 1~5는 폴리에스테르 산가 68~74 mg KOH/g, 유리전이온도 55℃, 점도 7,500~11,000 mPa.s @175℃ 인 폴리에스테르 수지와 폴리에스테르 산가 47~53 mg KOH/g, 유리전이온도 57℃, 점도 2,800~4,800 cP @200℃ 인 폴리에스테르 수지를 사용하였다. 이때 산가가 68~74 mg KOH/g인 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지가 반응하여 50:50인 반응비가 나오며, 산가가 47~53 mg KOH/g인 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지가 반응하여 60:40인 반응비가 나와 2종의 폴리에스테르 수지의 반응비율을 1:2로 반응시키면 2종의 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지의 반응비는 17:40:43인 조성비를 갖는다.

점도가 낮은 수지만 단독으로 사용할 경우 도막의 외관은 우수해지나 도료의 분쇄 생산 효율 및 기계적 물성이 저하되며, 점도가 높은 수지만 단독 사용할 경우에는 기계적 물성이 우수하나 도막의 외관이 저하된다. 그래서 상기 2종의 폴리에스테르 수지를 혼합하여 외관 및 물성을 만족하도록 설계하였다.

그리고 산가가 높을수록 폴리에스테르 수지의 분자량이 낮아져 도막의 외관이 우수해지며, 산가가 낮을수록 폴리에스테르 수지의 분자량이 높아져 도막의 외관이 저하된다. 그래서 상기 2종의 폴리에스테르 수지는 산가가 비교적 높은 것을 혼합하여 설계하였다.

또한 상기 표 1의 실시예 1~5에서 에폭시 수지는 폴리에스테르 수지의 산가와 에폭시 수지의 당량비에 따라 조정하였으며 2종의 폴리에스테르 수지 25~35 중량%에 대하여 20~30 중량%를 혼합하여 사용하였다.

또한 실시예 1~5에서 경화 촉매는 2종의 폴리에스테르 수지 25~35 중량%에 대하여 0.0~1.0 중량%로 혼합하여 사용하였다. 실시예 1~3에서 경화 촉매의 함량별 시험을 하였으며, 실시예 1에서는 0.3 중량%, 실시예 2에서는 0.0 중량%, 실시예 3에서는 0.6 중량%를 적용하여 도막의 외관에 미치는 영향을 실험하였다.

실시예 1~5에서 첨가제는 핀홀 방지제와 흐름성 향상제, 왁스 및 습윤 분산제를 혼합하였으며 용융 온도가 90~110℃ 수준인 제품을 사용함으로써 경화 시에도 그 성능이 발휘되도록 하였으며 2종의 폴리에스테르 수지 25~35 중량%에 대하여 0.5~4.0 중량%를 혼합하여 사용하였다. 실시예 1과 실시예 4에서 습윤분산제의 함량 차이로 실시예 1에서는 0.6 중량%, 실시예 4에서는 0.0 중량%를 적용하여 도막의 외관에 미치는 영향을 실험하였다.

실시예 1~4에서 무기 충진제 및 안료는 2종의 폴리에스테르 수지 25~35 중량%에 대하여 각각 5~10 중량% 및 25~35 중량%를 사용하여 적당한 은폐와 도막의 흐름성을 확보하였다. 실시예 5는 실시예 1~4보다 충진제의 함량을 높인 것으로 수지 : 충진제 중량 %가 도막의 외관에 미치는 영향을 실험하였다.

한편, 상기 비교예 1은 일반적인 분체도료 조성물로 폴리에스테르 산가가 27~33 mg KOH/g, 유리전이온도 60℃, 점도 4,500~7,500 cP @200℃ 인 폴리에스테르 수지와 폴리에스테르 산가가 47~53 mg KOH/g, 유리전이온도 57℃, 점도 2,800~4,800 cP @200℃인 폴리에스테르 수지를 사용하였다. 이때 산가가 27~33 mg KOH/g인 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지가 반응하여 70:30인 반응비가 나오며, 산가가 47~53 mg KOH/g인 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지가 반응하여 60:40인 반응비가 나와 2종의 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지의 반응비는 35:30:35인 조성비를 갖는다.

상기 비교예 1에서 에폭시 수지는 폴리에스테르 수지의 산가와 에폭시 수지의 당량비에 따라 조정 하였으며 2종의 폴리에스테르 수지 30~40 중량%에 대하여 15~25 중량%를 혼합하여 사용하였다.

또한 비교예 1에서 경화 촉매는 2종의 폴리에스테르 수지 30~40 중량%에 대하여 0.1~1.0 중량%로 혼합하여 사용하였다.

또한 비교예 1에서 첨가제는 핀홀 방지제와 흐름성 향상제, 왁스를 혼합하였으며 용융 온도가 90~110℃ 수준인 제품을 사용함으로써 경화 시에도 그 성능이 발휘되도록 하였으며 2종의 폴리에스테르 수지 30~40 중량%에 대하여 0.5~4.0 중량%를 혼합하여 사용하였다.

또한 비교예 1에서 무기 충진제 및 안료는 2종의 폴리에스테르 수지 30~40 중량%에 대하여 각각 5~15 중량% 및 25~35 중량%를 사용하여 적당한 은폐력을 확보하였다.

상기 표 1의 실시예 1~5 및 비교예 1에서 제조한 고광택 고레벨링 에폭시-폴리에스테르 분체 도료의 도막 물성 결과는 다음과 같다.

상기 표 3에서 나타난 바와 같이, 경화 조건 180℃ x 10분(소지 표면 온도 기준)에서 실시예 1~5, 비교예 1의 경우 도막 물성 평가 항목에서 대부분이 양호하였으나, 도막두께 75~85마이크론에서 평활도 측정시 평활도 규격인 Long Wave ≤ 15, Short Wave ≤ 30 를 만족하는 것은 실시예 1~3이고, 나머지 실시예 4~5, 비교예 1은 평활도 규격에 만족하지 못하였다. 실시예 1~3에서 평활도의 순위가 실시예 2 > 실시예 1 > 실시예 3 으로 실시예 1~2가 레벨링이 우수하다고 볼 수 있다.

그러나 실시예 2의 경우 분체도료의 흐름성이 우수하여 과도막으로 도장했을 경우 도장물에 sagging 현상이 발생될 우려가 있다.

따라서 실시예 1의 분체도료 조성물로 경화 시에 우수한 외관 및 기계적 물성을 보이는 것을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 20~40 중량%와 말단기에 비스페놀A의 글리시딜기 에테르를 갖는 에폭시 수지 20~40 중량%,
   첨가제로서 경화 촉매 0.1~0.5 중량%, 핀홀 방지제 0.1~1.0 중량%, 왁스 0.1~1.0 중량%, 흐름성 향상제 0.1~2.0 중량%, 습윤 분산제 0.1~2.0 중량%, 유동제 0.1~1.0 중량%, 충진제 5~10 중량%, 안료 20~40 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에스테르 수지는 산가 40~80, 유리전이온도 50~60℃, 점도 2,800~11,000이고,
   상기 에폭시 수지는 당량 500~900, 유리전이온도 40~60℃, 점도 13~17이며,
   상기 경화 촉매는 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지로서, 산가 30~40, 유리전이온도 50~70℃, 점도 2,800~4,500인 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 충진제는 바륨설페이트, 탄산칼슘, 실리카, 수산화마그네슘, 수산화알루미나, 티타늄디옥사이드, 크레이, 알루미나, 운모, 월라스토나이트, 탈크 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
4. 제3항에 있어서,
   상기 안료는 티타늄 디옥사이드, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비 블루, 시아닌 블루, 울트라마린 블루, 망가니스 바이올렛으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   분체도료의 평균입도는 34~36마이크론이고 도포시 도막의 두께는 70마이크론 이상이며, 도막두께 75~85마이크론인 부분에서 평활도 측정시 Long Wave ≤15, Short Wave ≤30 인 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.