KR20180114950A - Bpa 프리의 분무가능한 에폭시 수지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기-경화 반응을 유도할 뿐만 아니라 적절한 점도로 분무 적용을 촉진하는 온도에서 조성물의 성분을 전달하는데 적합한 분무 적용된 BPA 프리 2성분의 자기-경화 조성물에 대한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 자기-경화 BPA 프리 에폭시 코팅 화합물은 적용되면 현장에서 경화되도록 되어 있다. 자기-경화 화합물은 상기 성분의 혼합 시에 화학적으로 반응하고 경화하는 다성분 화합물을 포함한다.

Description

BPA 프리의 분무가능한 에폭시 수지

본 발명은 일반적으로 분무 적용에 적합한 BPA 프리 에폭시 수지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 단일 코팅 적용을 용이하게 하기 위해 코팅의 새깅(sagging)을 방지하는 점도 특성을 유지하면서 높은 코팅 빌드를 가능하게 하는 방식으로 특히 분무 적용되는 BPA 프리 에폭시 수지에 관한 것이다.

일반적으로, 에폭시 코팅은 당기술분야에 있어서 잘 알려져 있으며, 그들의 우수한 내구성 및 구조적 특성으로 인해 다양한 재료에 사용하기 위한 보호 및 장식 코팅으로서 에폭시계 보호 코팅이 시판용으로 받아들여지고 있다. 예를 들면, 에폭시계 보호 코팅은 가장 널리 사용되는 부식 제어 수단 중 하나를 나타낸다. 이들은 대기 노출로부터 부식성이 강한 환경에서의 완전 침지까지 광범위에 걸친 부식 환경 하에서 강철, 콘크리트, 알루미늄 및 다른 구조물의 장기간 보호를 제공하는데 사용된다. 또한, 에폭시 코팅은 쉽게 이용가능하며, 분무, 롤링 및 브러싱을 포함하는 다양한 방법에 의해 쉽게 적용가능하다. 이들은 강철, 콘크리트, 및 다른 기재에 잘 접착되고, 수증기 투과율이 낮으며 물, 염화물 및 황산 이온 유입에 대한 배리어로서의 역할을 하고, 다양한 대기 노출 조건 하에서 우수한 부식 방지를 제공하며 많은 화학물질 및 용제에 대한 내성이 우수하다. 결과적으로, 메인터넌스, 해양, 건설, 건축, 항공기 및 제품 마무리 가공을 포함하는 수많은 산업분야에서 에폭시 코팅 재료의 폭넓은 사용이 채택된다.

현재 에폭시 코팅 산업에서 이용되는 가장 일반적인 재료는 다성분 에폭시 재료이다. 일반적으로 에폭시는 비스페놀 A(BPA)와 같은 비스페놀 재료 및 적어도 하나의 제 2 촉매 또는 경화제로부터 형성된 제 1 베이스 수지 매트릭스를 포함하지만, 안료제 또는 응집 성분과 같은 다른 성분이 또한 첨가될 수 있다. 2성분이 분리되어 있는 동안 이들은 액체 상태로 있다. 2성분이 함께 혼합된 후, 이들은 열, 습기 또는 자외광원에의 노출에 의해 일반적으로 발생되는 경화 공정이 개시됨으로써, 혼합된 재료가 빠르게 고화되기 시작한다. 그 결과, 셋 업(set up)이 일어나기 전에 효과적으로 작용할 수 있도록 충분한 양의 화합물만을 혼합할 필요가 있다. 따라서, 이들 화합물의 사용 및 적용은 무료하고 느리고 비용이 드는 일이다.

이들 에폭시 제품은 대부분의 종래 기술의 코팅과 마찬가지로 분무 적용 방법이 선호되기 때문에 사용하기 어렵다. 에폭시를 분무 적용하려고 할 때, 2가지 문제점이 생긴다. 첫째, 재료의 짧은 가사 시간 때문에 적용 전에는 큰 배치로 혼합될 수 없다. 따라서, 분무 적용 직전에 필요에 따라 혼합해야 한다. 둘째, 혼합된 에폭시 재료의 본래의 점성 농도(viscous consistency)는 분무 적용에 적합하지 않다. 일반적인 종래 기술의 분무 적용에 필요한 점도로 에폭시를 묽게 하기 위해서, 에폭시는 큰 체적%의 용제로 채워져야 한다. 이러한 용제는 일반적으로 높은 레벨의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 함유하며 그 주요 기능은 점도를 낮춤으로써 종래의 에어, 에어리스 및 정전 분무 장치를 이용하여 분무 적용에 적합한 농도를 제공하는 것이다. 에폭시 코팅 재료에 용제를 첨가하면 에폭시 코팅 재료의 VOC 함량이 크게 증가하고 마무리된 및 경화된 코팅의 빌드 두께가 감소한다.

더 큰 어려움은 재료가 코팅으로부터 침출될 가능성이 있기 때문에 그 점도 및 빌드 특성에 기초한 바람직한 BPA 재료의 선호도가 크게 떨어진다는 것이다. 따라서, 배수 라인, 저장 탱크, 터널 등의 내부에 사용되는 코팅 조성물은 직접적인 식품 접촉에 대한 승인을 받아야 한다. 이들 요구사항을 충족시키기 위해, 상기 코팅에는 분배 시스템에 있어서 전달된 재료로 이동할 수 있는 어떤 재료도 없어야 한다. 또한, 상기 코팅은 코팅을 손상시키지 않으면서 자연 팽창 및 수축하도록 구조체에 대해 충분한 유연성을 가져야 한다. 최종적으로, 이러한 재료는 새깅이 일어나는 일 없이 단일 코팅의 높은 빌드 패스로 분무 적용될 수 있어야 한다.

그러나, 현재 시판되고 있는 다수의 코팅 조성물은 비스페놀 A(BPA)로부터 제조되어 어느 정도의 잔여량의 비스페놀 A를 함유하는 코팅을 생성하는 에폭시 수지를 포함한다. BPA는 내분비계에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 따라서, 업계에서는 이러한 코팅에 BPA 함유 재료의 사용을 검토해 왔으며 실질적으로는 BPA 프리 코팅의 사용이 요구되었다.

이에 따라 적용 기술에 있어서 어느 정도의 발전이 이루어졌다. 그 중에는 혼합 및 점도를 조절하는 시스템이 있다. 이들 시스템이 일부 시일링 화합물의 사용에 큰 발전을 가져왔지만, 여전히 개선의 여지가 많이 남아 있다.

개선의 일례로 2성분의 자기-경화 화합물을 위한 분무 적용 시스템 및 방법을 개시하고, 필요로 되는 적용 기술의 발전을 제공하며, 개선의 기회는 남아 있다. 예를 들면, 일부 경우에 있어서, 화합물의 다중 코팅이 필요로 될 수 있다. 보다 구체적으로, 사용될 수 있는 화합물의 혼합 특성상, 화합물이 너무 두껍게 적용되면 원하는 마무리가 달성될 수 없을 수 있다. 다중 코팅을 적용하려면 반드시 추가의 시간과 에너지가 필요하며, 따라서 비용이 많이 들 수 있다.

반대로, 두꺼운 코팅을 적용하려는 시도는 일반적으로 화합물의 슬럼핑을 야기하며 상당한 재작업을 필요로 할 수 있다. 지중 배관과 같은 일부 환경에 있어서, 오적용은 사실상 치명적일 수 있다.

상술한 점에서, 분무 적용될 수 있는 BPA 프리 조성물이 필요하다. 또한, 자기-경화 반응뿐만 아니라 분무 적용을 촉진하는 온도에서 조성물의 성분을 전달하는데 특히 적합한 BPA 프리 조성물을 분무 적용하기 위한 방법 및 시스템이 필요하다.

이와 관련하여, 본 발명은 자기-경화 반응을 유도할 뿐만 아니라 적절한 점도로 분무 적용을 촉진하는 온도에서 조성물의 성분을 전달하는데 적합한 BPA 프리 2성분의 자기-경화 조성물을 분무 적용하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다.

일실시형태에 있어서, 자기-경화 BPA 프리 에폭시 코팅 화합물은 적용되면 현장에서 경화되도록 되어 있다. 자기-경화 화합물은 성분의 혼합 시에 화학적으로 반응하고 경화하는 다성분 화합물을 포함한다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 빌드의 논새그형 코팅과 같은 원하는 특성을 나타내는 분무 적용된 BPA 프리 2성분의 자기-경화 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 분무 적용된 BPA 프리 2성분의 자기-경화 조성물을 제공하는 것이며, 자기-경화 반응뿐만 아니라 분무 적용을 촉진하는 온도에서 조성물의 성분을 전달하는데 특히 적합하다.

이들은 본 발명의 다른 목적과 아울러, 본 발명을 특징짓는 다양한 신규 특징과 함께 본원에 첨부되고 본 개시의 일부를 형성하는 청구범위에서 구체적으로 언급된다. 본 발명에 대한 더 나은 이해, 그것의 조작상 이점 및 그 사용에 의해 달성되는 특정 목적을 위해, 본 발명의 바람직한 실시형태가 도시된 첨부 도면 및 설명하는 대상을 참조해야 한다.

본원은 자기-경화 반응을 유도할 뿐만 아니라 적절한 점도로 분무 적용을 촉진하는 온도에서 조성물의 성분을 전달하는데 적합한 분무 적용된 BPA 프리 2성분의 자기-경화 조성물에 대한 조성물 및 방법을 개시한다.

일실시형태에 있어서, 자기-경화 BPA 프리 에폭시 코팅 화합물은 적용되면 현장에서 경화되도록 되어 있다. 자기-경화 화합물은 성분의 혼합 시에 화학적으로 반응하고 경화하는 다성분 화합물을 포함한다.

아민계 경화제를 사용한 경화 및 반응에 대한 에폭시 기술 및 방법은 1930년대에 최초의 에폭시가 개발된 이후로 계속 발전해 왔다. 폭넓은 제제 첨가물과 조합되는 가능한 반응은 수많은 제품 및 보호 코팅 시스템을 선택할 때 고려해야 하는 수많은 환경적 요인을 발생시킨다.

수분 수송 시스템 비스페놀 A, 비스페놀 F, 및 노볼락 수지의 코팅에 적용되는 3가지 유형의 에폭시 수지가 있다. 이들 수지는 모두 에피클로로히드린과 페놀 화합물의 반응에 기인한다. 페놀기의 유형 및 수는 경화된 수지의 물리적 특성 및 성능 특성 모두를 결정한다.

비스페놀 A는 페놀과 아세톤의 반응 생성물이다. 비스페놀 A는 에피클로로히드린과 반응하여 디글리시딜에테르 비스페놀 A 수지 또는 DGEBA를 형성한다. 생성된 에폭시 수지는 꿀과 같은 농도를 지닌 액체이다. DGEBA는 무용제 코팅 및 바닥재 시스템에서 가장 많이 사용된다. 액상 DGEBA에 더 많은 비스페놀 A가 첨가되어 반고상 또는 고상 수지를 형성함으로써 제제의 분자량이 증가된다. 이들 수지는 용제로 커팅되어 강철의 메인터넌스 프라이머로서 또는 내부식성 필름으로서 사용가능하게 한다. 그러나, 비스페놀 A는 상당량의 부산물이 운반된 재료에 침출된다는 점에서 문제가 있다.

비스페놀 F는 페놀이 아세톤보다는 포름알데히드와 반응한다는 점을 제외하고는 비스페놀 A와 유사하다. 생성된 페놀 화학물질은 비스페놀 A 수지 내의 환 구조 사이에 존재하는 2개의 메틸기를 갖지 않는다. 비스페놀 F는 에피클로로히드린과 반응하여 디글리시딜에테르 비스페놀 F(DGEBF) 수지를 형성한다. 메틸기가 없기 때문에, 비스페놀 F 수지의 점도는 일반적으로 비스페놀 A 수지보다 1/3 낮다. 또한, 가교성이 더 높고, 결과적으로 비스페놀 F는 현저한 침출을 보이지 않으므로 식품 접촉에 안전하다고 간주된다. 그러나, 점도가 낮으면 일반적으로 분무 적용에 대한 낮은 기능성 및 내열성과 내약품성이 생긴다.

본 발명은 낮은 새그도 나타내면서 높은 빌드 코팅으로 분무 적용을 가능하게 하는 이러한 방식으로 제제화되고 혼합되는 비스페놀 F 수지를 사용하여 형성된 분무 적용된 코팅을 제공한다. 베이스 수지는 바람직하게는 비스페놀 F 수지의 디글리시딜에테르이다. 보다 바람직하게는 상기 수지는 에피클로로히드린 및 비스페놀 F로부터 제조된 저점도의 액상 에폭시 수지이다. 혼합된 수지는 순수한 액상의 비스페놀 A와 비교하여 개선된 결정화 내성을 나타낼 것이다.

베이스 비스페놀 F 수지 이외에, 에폭시 코팅의 혼합 및 적용 시에 기포 발생을 방지하기 위해 에어 방출제가 사용된다. 이것은 적용성을 향상시키고 기포와 핀홀이 없는 코팅을 제공한다. 바람직하게는 폴리실록산 폴리머 혼합물과 같은 종류의 에어 방출제가 사용된다.

또한, 베이스 수지에 혼합되는 것은 바람직하게는 흄드 실리카와 같은 요변제이다. 보다 바람직하게는, 요변제는 실리카를 소수성으로 하는 폴리디메틸-실록산 폴리머로 표면 히드록실기를 치환하는 디메틸 실리콘 유체로 처리된 흄드 실리카와 같은 처리된 흄드 실리카의 형태로 사용된다.

또한, 코팅 재료는 바람직하게는 코팅 무결성의 적용 및 확인을 용이하게 하는 TiO₂와 같은 안료를 포함한다.

바람직하게는, 수지는 80중량%~99중량%의 비스페놀 F 수지, 0.05중량%~0.02중량%의 에어 방출제, 2중량%~6중량%의 요변제 및 1중량%~4중량%의 안료를 포함한다.

보다 바람직하게는, 수지는 90중량%~95중량%의 비스페놀 F 수지, 0.02중량%~0.03중량%의 에어 방출제, 3중량%~5중량%의 요변제 및 2중량%~3중량%의 안료를 포함한다.

경화제 성분은 바람직하게는 지환식 아민이다. 경화제는 바람직하게는 페놀 또는 벤질 알코올을 함유하지 않는다. 이것은 식품 등급의 코팅에 안전한 무용제 코팅을 용이하게 한다.

베이스 경화제 이외에, 에폭시 코팅의 혼합 및 적용 시에 기포 발생을 방지하기 위해 에어 방출제가 바람직하게 사용된다. 이것은 적용성을 향상시키고 기포와 핀홀이 없는 코팅을 제공한다. 바람직하게는, 폴리실록산 폴리머 혼합물과 같은 종류의 에어 방출제가 사용된다.

또한, 상기 경화제에 혼합되는 것은 바람직하게는 흄드 실리카와 같은 요변제이다. 보다 바람직하게는, 요변제는 실리카를 소수성으로 하는 폴리디메틸-실록산 폴리머로 표면 히드록실기를 치환하는 디메틸실리콘 유체로 처리된 흄드 실리카와 같은 처리된 흄드 실리카의 형태로 사용된다.

바람직하게는, 상기 경화제는 80중량%~99중량%의 지환식 아민, 0.05중량%~0.02중량%의 에어 방출제 및 2중량%~6중량%의 요변제를 포함한다.

보다 바람직하게는, 상기 경화제는 94중량%~96중량%의 지환식 아민, 0.04중량%~0.02중량%의 에어 방출제 및 2중량%~3중량%의 요변제를 포함한다.

본 발명에 있어서, 베이스 수지 및 경화제 성분은 서로 분리되어 떨어져서 완전히 혼합된다. 그 후에 두 성분은 표면에 직접 적용할 준비가 될 때까지 분리된 상태로 유지된다. 종래 기술에 있어서, 상기 재료는 적용을 위해 작은 배치로 혼합된 다음, 상기 혼합된 배치를 브러시 또는 롤러로 적용했다. 일부 경우에 있어서, 두 성분은 혼합된 다음, 점도가 분무 적용을 가능하게 하는 정도까지 용매로 묽게 하거나 희석했다. 이러한 경우의 어려움은 혼합될 때 재료의 작업 시간이 매우 짧아서 지속적인 리배칭(rebatching)을 필요로 하고 분무할 때에는 분무 장치를 세척해야 한다는 것이다. 또한 상당량의 용제의 첨가는 밀폐된 환경에서의 분무 적용이 그 적용을 행하는 작업자에게 위험할 수 있다. 최종적으로, 분무 적용에 필요로 되는 점도는 높은 빌드 코팅으로서 적용하기에는 너무 묽은 코팅이 된다.

일반적으로, 베이스 수지 및 경화제 성분은 모두 매우 점성이 있어서 펌프하기가 어렵다. 저장 용기 내의 밀폐된 환경에서 가열되고 분무 팁까지 그러한 상태로 내내 유지되면, 상기 부분은 펌프하기가 보다 쉬워져서 분무 장치로 전달하기가 용이해지는 것이 확인되었다. 이것은 또한 화합물의 각각의 두 부분을 분무 장치로의 보다 체적적으로 제어된 전달을 용이하게 한다.

따라서, 본 발명의 교시는 시스템에서 가열되는 적용을 예상하여 베이스 수지 및 경화제 모두가, 예를 들면 온도 제어 히터를 사용함으로써 2가지 성분을 보유하는 용기의 내용물을 가열하는 수단을 일반적으로 포함한다는 것을 제공한다. 두 부분의 혼합 및 균일한 가열이 가능하도록 용기에 재순환 펌프가 사용될 수 있다. 가열된 호스는 호스용 전기저항 가열 소자를 포함함으로써 가열된 후 가열된 호스 내의 상승한 화합물 온도를 유지하기 위해 전기저항 가열 소자에 대한 온도 제어 전원 공급 장치를 사용할 수 있다. 상기 호스는 스팀으로도 가열될 수 있다. 용기로부터 혼합 어셈블리로 액체를 운반하는 상기 호스는 상승된 온도에서 상기 부분들이 잘 흐르도록 유지하고, 스프레이 건에서의 체적 조절을 위해 필요에 따라 그들 자신을 절연하거나, 또는 가능하면 가열해야 한다.

상기 가열된 수지 및 경화제는 분무기 자체에서 분무 적용 직전에 혼합된다. 상기 성분의 점도를 감소시키고 펌프 압송성(pumpability)을 향상시키기 위해, 수지 및 경화제 성분을 보유하는 용기는 상승된 온도에서 유지된다. 바람직하게는, 상기 성분은 약 170℉~220℉에서 유지된다. 보다 바람직하게는, 상기 성분은 약 180℉~190℉에서 유지된다.

본원의 교시는 단지 예시적인 것이며 본 발명을 한정하지 않는 것으로 인식되어야 한다. 또한, 당업자는 추가의 성분, 구성, 배치 등이 본 발명의 범위 내에서 실현될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들면, 도판트, 경화 시간, 층 등의 구성 및 적용은 본원에 개시된 실시형태와 다를 수 있다. 일반적으로, 화합물을 사용하기 위한 화합물 및 기술의 설계 및/또는 적용은 시스템 설계자, 제조자, 오퍼레이터 및/또는 사용자의 요구 및 임의의 특정 상황에서 제시되는 요구에 의해서만 한정된다.

본원의 교시의 양태를 제공하기 위해 다양한 그 외 성분이 포함될 수 있고 요구될 수 있다. 예를 들면, 추가의 재료, 재료의 조합 및/또는 재료의 생략은 본원에 교시된 범위 내에 있는 추가의 실시형태를 제공하는데 사용될 수 있다.

본원에서 다양한 실시형태가 설명된다. 이들 변수 중 어느 것의 임의의 조합은 본 발명의 실시형태를 정의할 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 특정 방식으로 적용된 특정 도판트 재료와 특정 화합물의 조합은 명시적으로 언급되지 않았지만, 본 발명의 일실시형태이다. 물품, 성분, 조건, 및/또는 방법의 다른 조합은 당업자에게 명백한 바와 같이 다른 실시형태를 정의하기 위해 본원에 언급된 변수 중에서 특별히 선택될 수도 있다.

본 발명을 구체화하는 어떤 특정 구조가 본원에 도시되고 설명되지만, 당업자에게는 근본적인 본 발명의 개념의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 상기 성분들의 다양한 변경 및 재배열이 이루어질 수 있고, 첨부된 청구항의 범위에 의해 명시되는 것을 제외하고는 본원에 도시되고 설명된 특정 형태에 한정되지 않음이 명백해질 것이다.

Claims (6)

1. 비스페놀 F를 주성분으로 함유하고, 약 170℉~220℉에서 유지되는 수지 성분; 및
   지환식 아민을 주성분으로 함유하고, 약 170℉~220℉에서 유지되는 경화제 성분을 포함하는 코팅 조성물로서:
   상기 수지 및 경화제는 적용 직전에 혼합되는 코팅 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지 성분은,
   80중량%~99중량%의 비스페놀 F 수지;
   0.05중량%~0.02중량%의 에어 방출제; 및
   2중량%~6중량%의 요변제를 포함하는 코팅 조성물.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 수지 성분은 1중량%~4중량%의 안료를 더 포함하는 코팅 조성물.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지 성분은,
   90중량%~95중량%의 비스페놀 F 수지;
   0.02중량%~0.03중량%의 에어 방출제;
   3중량%~5중량%의 요변제; 및
   2중량%~3중량%의 안료를 포함하는 코팅 조성물.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 경화제 성분은,
   80중량%~99중량%의 지환식 아민;
   0.05중량%~0.02중량%의 에어 방출제; 및
   2중량%~6중량%의 요변제를 포함하는 코팅 조성물.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 경화제 성분은,
   94중량%~96중량%의 지환식 아민;
   0.04중량%~0.02중량%의 에어 방출제; 및
   2중량%~3중량%의 요변제를 포함하는 코팅 조성물.