KR20190045735A - 대전방지용 분체도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물은 특정 물성의 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 전도성 첨가제로 포함함으로써, 작업성이 우수하고 친환경적이며, 도막 두께에 영향 받지 않고 안정된 표면저항을 지속적으로 발휘할 수 있다.

Description

대전방지용 분체도료 조성물{STATIC DISSIPATIVE POWDER COATING COMPOSITION}
본 발명은 대전방지용 분체도료 조성물에 관한 것이다.
분체도료는 용제나 물 등의 희석제를 포함하지 않는 100% 고형분 도료이다. 분체도료는 피도체(주로 금속 표면) 상에 도장하여 가열하면 용해되어 경화반응을 통해 도막을 형성하는 것으로, 휘발성분 없이 가루로 되어 있는 것이 특징이며, 무공해 도료로서 최근 각광받고 있다.
대전방지용 분체도료는 도막에 전도성을 부여하여 전류가 흐를 수 있도록 만들어 주는 분체도료이다. 대전방지용 분체도료는 마찰 등의 대전 현상에 의해 생성된 정전기를 해소하여, 전자기기/회로의 충격(쇼트, 발화)을 방지한다. 또한, 먼지 입자의 제거를 용이하게 하여 정밀산업(반도체, 디스플레이)이나 극미산업(유전자, 바이오) 분야에 적용될 수 있다. 특히 반도체, 디스플레이, 바이오산업 등의 첨단산업에서는 작은 정전기나 먼지로도 치명적인 불량을 초래할 수 있기 때문에, 산업전반에 걸쳐 적용되는 모든 구조물, 기기, 바닥재에 대전방지 기능이 필수적으로 요구된다.
종래의 대전방지용 분체도료는 전도성을 띄는 안료나 전도성 물질로 코팅된 체질을 분체도료의 일 성분으로 단순 혼입하거나 용융 분산시켜 도막에 통전 성능을 부여하였다. 이러한 대전방지용 분체도료는 순백색 구현이 불가능할 뿐만 아니라, 도료 내 전도성 원료가 충분히 분산되지 못했기 때문에 도막의 두께가 소정 범위(100 ㎛)를 초과할 경우 도막의 전도성이 현저히 저하되는 단점이 있다. 또한, 대전방지 성능 저하가 발생할 수 있기 때문에, 분체도료의 최대 장점인 회수-재사용과 재도장도 용이하지 않았다.
전술한 종래의 대전방지용 분체도료와 함께 대전방지용 시트나 필름을 부착하는 방법도 사용되고 있다. 그러나, 대전방지용 시트나 필름 부착 시 접착제를 사용하기 때문에, 장기간 사용 시 박리성 및 내용제성이 저하된다. 이에 따라 반영구적인 사용이 불가능할 뿐 아니라, 재단과 성형 및 접착에 추가적인 공정이 소요된다. 한편, 전술한 종래의 대전방지용 분체도료와 함께 용제형 대전방지 도료를 도포하여 사용하기도 하나, 용제형 대전방지 도료의 경우 기계적 강도, 내수성 및 내식성이 저하되는 문제점이 초래된다.
따라서, 도막의 두께에 영향 받지 않고 균일한 성능을 갖는 대전방지용 분체도료 조성물의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명은 특정의 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 사용함으로써, 도막의 두께에 상관없이 안정적인 저항특성을 지속적으로 나타낼 수 있으며, 도료의 회수 및 재사용이 용이하여 반영구적이고 친환경적인 대전방지용 분체도료 조성물을 제공한다.
본 발명은 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여, 바인더 수지 10 내지 80 중량부, 경화제 0.1 내지 80 중량부, 경화촉진제 0.1 내지 5 중량부, 안료 1 내지 60 중량부, 무기충전재 1 내지 60 중량부 및 전도성 첨가제 0.0001 내지 0.1 중량부를 포함하며, 상기 전도성 첨가제는 단일벽 비율이 80% 이상인 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)인 대전방지용 분체도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물은 전도성 첨가제로서 특정의 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 사용함으로써, 해당 분체도료를 이용하여 도막 형성 시, 두께 변화에 따른 경화 도막의 표면저항 특성을 용이하게 조절하는 동시에 안정적으로 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물은 회수, 재사용 및 재도장이 가능할 뿐만 아니라 1회 도장으로 반영구적인 대전방지 효과를 나타내므로, 반도체, 디스플레이, 바이오 등의 첨단 산업분야의 전반에 걸쳐 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 또는 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
<대전방지용 분체도료 조성물>
본 발명에 따른 대전방지용 분체도료 조성물은 바인더 수지, 경화제, 경화촉진제, 안료, 무기충전재 및 전도성 첨가제를 포함하며, 필요에 따라 분체도료 분야에서 통상적으로 사용되는 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이하, 상기 대전방지용 분체도료 조성물의 조성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
바인더 수지
본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물에서, 수지로는 분체도료 분야에서 바인더 수지로서 사용될 수 있는 성분을 제한 없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 수지의 비제한적인 예로는, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 2종 이상 혼용할 수 있다.
폴리에스테르 수지로는 당 분야에 알려진 통상적인 수지를 사용할 수 있다. 일례로, 상기 폴리에스테르 수지는 카르복시기와 히드록시기를 갖는 이관능형으로서, 카르복시기 산가가 5 내지 80 mgKOH/g이고, 히드록시기 산가가 5 내지 80 mgKOH/g일 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르 수지는 용융점도가 2,000 내지 5,000 cps(200℃)이며, 유리전이온도(Tg)가 50 내지 70℃일 수 있다. 전술한 물성을 가진 폴리에스테르 수지는 기계적 물성과 내구성이 우수한 수지이므로, 양호한 도막특성을 얻을 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지의 카르복시기 산가가 5 mgKOH/g 미만일 경우 반응성이 떨어져 내충격성, 신장성, 굴곡성과 같은 기계적 물성과 내후성이 저하되고, 도막의 가교밀도가 떨어져 원하는 도막 물성을 발휘할 수 없게 된다. 반면, 80 mgKOH/g를 초과할 경우에는 경화 시 반응 속도가 증가하여 외관이 떨어지고 저장성 불량의 원인이 된다. 한편, 히드록시기 산가가 5 mgKOH/g 미만인 경우에는 기계적 물성이 저하되고, 80 mgKOH/g를 초과하는 경우 외관과 저장성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 폴리에스테르 수지의 용융점도가 2,000 cps(200℃) 미만일 경우 도료의 경화에 문제가 발생될 수 있고, 5,000 cps(200℃)를 초과하면 외관 저하의 문제점이 있다. 또한, 유리전이온도가 50℃ 미만이면 저장성이 불량한 문제점이 있고, 70℃를 초과하면 도료의 용융 분산성이 저하되는 문제점이 있게 된다.
에폭시 수지로는 당 분야에 알려진 통상적인 수지를 사용할 수 있다. 사용 가능한 에폭시 수지의 비제한적인 예로는, 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 비스페놀S형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 안트라센 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 테트라메틸 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀A 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀S 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 페놀 공축 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 코레졸 공축 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변형 페놀 수지형 에폭시 수지, 트리페닐 메탄형 에폭시 수지, 테트라페닐 에탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 페놀 부가반응형 에폭시 수지, 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 다관능성 페놀 수지, 나프톨 아랄킬형 에폭시 수지 또는 이들의 혼합형태 등이 있다.
상기 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 100 내지 3,000 g/eq일 수 있다. 상기 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 100 내지 3,000 g/eq인 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지 및/또는 노볼락 에폭시 수지일 수 있다.
상기 아크릴 수지로는 당 분야에 알려진 통상적인 수지를 사용할 수 있다. 일례로, 상기 아크릴 수지는 히드록시기와 에폭시기를 가지며, 에폭시 당량(EEW)이 400 내지 700 g/eq일 수 있다. 또한, 상기 아크릴 수지는 히드록시 산가가 30 내지 70 mgKOH/g이고, 유리전이온도(Tg)가 40 내지 80℃이며, 용융점도가 1,000 내지 3,000 cps(200℃)일 수 있다.
상기 아크릴 수지의 에폭시 당량이 700 g/eq를 초과할 경우 가교밀도가 저하되어 내오염성과 내용제성이 저하될 수 있고, 400 g/eq 미만인 경우 반응속도의 증가로 외관이 저하될 수 있다. 또한, 상기 아크릴 수지의 히드록시기 산가가 30 mgKOH/g 미만인 경우 기계적 물성과 내오염성이 저하되고, 70 mgKOH/g를 초과할 경우에는 외관과 저장성이 저하된다. 한편, 상기 아크릴 수지의 용융점도가 1,000 cps(200℃) 미만일 경우 도료의 경화 시 문제가 발생할 수 있으며, 3,000 cps(200℃)를 초과하면 도막의 외관이 불량해지는 문제점이 초래될 수 있다.
본 발명에서는 전술한 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지 중 적어도 2종 이상 혼용할 수 있는데, 이 경우 이들 간의 사용 비율은 특별히 제한되지 않으며 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르수지와 에폭시수지를 4 : 6 내지 7 : 3의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 비율을 벗어날 경우 레벨링, 기계적 물성 및 전기적 특성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 수지의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여 10 내지 80 중량부일 수 있고, 또는 20 내지 70 중량부일 수 있다. 상기 수지의 함량이 전술한 범위보다 작을 경우 도막의 기계적 물성이 저하되고, 전술한 함량 범위를 초과할 경우 도장의 작업성이 저하되는 문제점이 초래된다.
경화제
본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물에서, 경화제로는 바인더 수지와 경화반응이 진행될 수 있는 당 분야의 통상적인 경화제를 제한 없이 사용할 수 있다.
사용 가능한 경화제의 비제한적인 예로는, 트리글리시딜 이소시아네이트 경화제, 하이드록실 알킬 아마이드 경화제, 페놀릭 경화제, 디시안 디아마이드계 경화제, 에폭시계 경화제, 우레탄계 경화제, 폴리에스테르계 경화제, 산계 경화제 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 2종 이상 혼용할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 80 중량부, 다른 예로 0.5 내지 60 중량부일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 전술한 범위보다 작을 경우 도막의 경화도가 낮아져 물성이 저하되고, 전술한 범위를 초과할 경우 미반응된 경화제로 인해 도막의 물성이 저하된다.
경화촉진제
본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물에서, 경화촉진제로는 당 분야에 알려진 통상적인 성분을 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 경화촉진제는 바인더 수지와 경화제와의 반응을 촉진하는 물질로서, 예를 들면 이미다졸류, 이미다졸 변성 에폭시, 디비유(1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene), 디비유염(1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene salt), 트리페닐포스핀, 머캅토 벤조시아졸, 금속계 경화촉진제 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
사용 가능한 이미다졸류 경화촉진제의 비제한적인 예를 들면, 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-데실이미다졸, 2-헥틸이미다졸, 2-이소프로필이미다졸, 2-운데실 이미다졸, 2-헵탄데실 이미다졸, 2-에틸-4-메틸 이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸 이미다졸, 1-벤질-2-메틸 이미다졸, 1-벤질-2-페닐 이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실-이미다졸 트리멜리테이트, 1-시아노에틸-2-페닐 이미다졸 트리멜리테이트, 2,4-디아미노-6-(2'-메틸이미다졸-(1')-에틸-s-트리아진, 2-페실-4,5-디하이드록시메틸이미다졸, 2-페실-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸, 2-페실-4-벤질-5-하이드록시메틸이미다졸, 4,4'-메틸렌-비스-(2-에틸-5-메틸이미다졸), 2-아미노에틸-2-메틸 이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐-4,5-디(시아노에톡시 메틸)이미다졸, 1-도데실-2-메틸-3-벤질이미다졸리늄클로라이드, 이미다졸 함유 폴리아미드 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 그 외, 제 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 붕소화합물 등을 추가로 사용할 수 있다.
금속계 경화촉진제로는 코발트, 구리, 아연, 철, 니켈, 망간, 주석 등의 유기 금속 착체 또는 유기 금속염을 들 수 있다. 상기 유기 금속 착체의 예로는, 코발트(Ⅱ) 아세틸아세토네이트, 코발트(Ⅲ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 코발트 착체, 구리(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 구리 착체, 아연(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 아연 착체, 철(Ⅲ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 철 착체, 니켈(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 니켈 착체, 망간(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 망간 착체 등을 들 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 상기 유기 금속염의 예로는, 옥틸산아연, 옥틸산주석, 나프텐산아연, 나프텐산코발트, 스테아르산주석, 스테아르산아연 등을 들 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 상기와 같은 금속계 경화촉진제는 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 경화촉진제의 함량은 바인더 수지와 경화제의 반응성에 따라 적절히 조절될 수 있다. 일례로, 상기 경화촉진제의 함량은 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부일 수 있으며, 다른 예로 0.1 내지 3 중량부일 수 있다. 상기 경화촉진제의 함량이 전술한 범위를 벗어날 경우, 도막의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
안료
본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물에서, 안료는 바인더 수지와 혼합하여 분체도료에 원하는 색상(유색)을 발현하는 목적으로 포함된다.
상기 안료로는 분체도료에 통상적으로 사용되는 유기 안료, 무기 안료, 메탈릭 안료, 알루미늄-페이스트(Al-paste), 펄(pearl), 체질안료 등을 제한 없이 사용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼용할 수 있다. 사용 가능한 안료의 비제한적인 예로는 아조계, 프탈로시아닌계, 산화철계, 코발트계, 탄산염계, 황산염계, 규산염계, 크롬산염계 유색안료 등이 있으며, 보다 구체적으로, 티타늄 디옥사이드, 징크 옥사이드, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비 블루, 시아닌 블루로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 안료의 함량은 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 60 중량부일 수 있으며, 다른 예로 1 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 안료의 함량이 전술한 범위를 벗어날 경우, 본 발명의 분체도료 조성물을 적용한 도막의 은폐력이 충분히 확보되지 않거나 색상 표현이 미미할 수 있으며, 또한 도막의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
무기충전재
본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물에서, 무기충전재로는 당 분야에서 분체도료에 적용 가능한 무기 필러를 제한 없이 사용할 수 있다.
사용 가능한 무기충전재의 비제한적인 예로는, 탄산칼슘, 장석, 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 수산화마그네슘, 티타늄다이옥사이드, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 몬모롤로나이트, 올라스토나이트, 탈크, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 바륨설페이트 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 2종 이상 혼용할 수 있다.
상기 무기충전재의 평균 입경은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 1 내지 20 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 무기충전재의 형상은 구형 또는 무정형일 수 있으며, 이에 특별히 한정되지 않는다.
상기 무기충전재의 함량은 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 60 중량부일 수 있으며, 다른 예로 1 내지 50 중량부일 수 있다. 무기충전재의 함량이 전술한 범위를 벗어날 경우 도막의 기계적 물성, 내충격성, 부착성 등이 저하될 수 있다.
전도성 첨가제
종래 대전방지용 분체도료는 주로 탄소섬유, 그라파이트, 주석코팅 산화티타늄, 알루미늄 페이스트, 카본 블랙 등의 전도성 첨가제를 사용하는데, 이 경우 흑색 또는 회색을 나타내어 다양한 색상을 구현하기가 어려웠다. 특히, 주석코팅 산화 티타늄과 알루미늄 페이스트가 혼입된 분체도료의 경우 도막 두께가 100 ㎛를 초과할 경우 전도성이 저하되는 단점이 있다. 탄소 섬유도 도막 두께에 따라 전도성이 크게 영향을 받아 표면저항을 조절할 수 없으며, 또한 과량 투입 시 레벨링 저하 문제가 초래되었다.
본 발명에서는 도막의 표면저항을 용이하게 조절할 수 있고, 이와 동시에 도막 두께에 상관없이 안정적인 저항특성을 지속적으로 나타낼 수 있는 대전방지용 분체도료를 제공하기 위해, 전도성 첨가제로서 특정 물성을 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT: single walled carbon nano tube)를 사용한다.
일반적으로 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)는 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT), 카본블랙, 카본파이버에 비하여 전기적 특성이 우수하기 때문에 소량으로도 큰 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 나노물질의 특성상 서로 응집하려는 성질이 강하기 때문에 도료 내 균일한 분산성을 확보하는 것이 중요하다.
특히, 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)는 모든 종류의 용매에 대하여 불용성일 뿐만 아니라 강한 응집력으로 인해 원하는 전기적 특성을 발휘하기 어렵다. 따라서, 이를 액상도료에 사용하기 위해, 고에너지의 초음파 분해법이나 화학적 방법을 통하여 단일벽 탄소나노튜브에 공유결합시키는 방법 등을 사용하였다. 그러나, 이러한 방법을 사용할 경우 단일벽 탄소나노튜브에 손상을 주며, 결과적으로 탄소나노튜브의 절단(truncation) 등이 초래된다. 이와 같이 절단된 탄소나노튜브는 원래에 비해 종횡비(aspect ratio)가 감소된다. 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)의 전도성을 최대한 이용하기 위해서는 보다 큰 종횡비가 요구되므로, 종횡비 감소를 최소화하면서 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 균일하게 분산시키는 것이 요구된다.
본 발명에서는 비(非)용제형 분체도료의 전기전도성 첨가제로서 단일벽 탄소나노튜브를 적용하되, 이의 물성, 예컨대 평균길이, 직경, 종횡비, 단일벽 함유 비율 등을 특정 범위로 조절함으로써, 종래 탄소나노튜브가 갖는 불균일 분산성의 문제점을 해결함과 동시에 경화도막의 두께에 영향 받지 않는 안정된 표면저항을 지속적으로 발휘하게 한다.
상기 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)의 평균길이는 일례로 1 내지 20 ㎛, 다른 예로 2 내지 15 ㎛일 수 있다. 직경은 일례로 0.5 내지 10.0 nm, 다른 예로 1.0 내지 3.0 nm일 수 있다. 종횡비(평균길이/직경, aspect ratio)는 일례로 100,000 이상일 수 있으며, 단일벽 비율이 80% 이상, 탄소 비율이 90% 이상일 수 있다.
상기 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)의 평균길이, 직경, 종횡비가 상기 범위를 벗어날 경우, 분체도료를 이용하여 형성된 경화 도막의 표면 저항이 불균일해지며, 도막의 표면저항이 저하된다. 이 경우 동일한 전도성을 발현하기 위해서는 단일벽 탄소나노튜브의 투입량을 증가시켜야 하므로, 분체도료의 백색과 미색 구현이 불가능해진다. 또한, 상기 단일벽 탄소나노튜브의 단일벽 비율이 80% 미만이거나 탄소 비율이 90% 미만일 경우, 전도성이 저하되고 불균일한 저항특성을 나타내게 된다.
상기 단일벽 탄소나노튜브의 함량은 목적하는 경화도막의 표면저항을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 상기 단일벽 탄소나노튜브의 함량은 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여 일례로 0.0001 내지 0.1 중량부, 다른 예로 0.001 내지 0.05 중량부일 수 있다. 상기 단일벽 탄소나노튜브의 함량이 전술한 범위를 벗어날 경우 원하는 도막의 표면저항 특성을 안정적으로 발휘하기가 어려워진다.
본 발명에서는 상기 단일벽 탄소나노튜브의 함량을 조절함으로써, 경화도막의 표면저항을 101~1010 Ω 범위로 자유롭게 조절할 수 있다.
첨가제
본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물은, 상기 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 분체도료 분야에 통상적으로 사용되는 첨가제를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 첨가제로는 소광제, 스트럭쳐 무늬조형제, 함마톤 무늬조형제, 분산제, 레벨링제, 흐름성 향상제, 핀홀 방지제, 크래터링 방지제, 커플링제, 광택조절제, 접착력 개선제, 난연제, 자외선 흡수제 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등이 있다.
이러한 첨가제의 함량은 당 기술분야에 공지된 함량 범위 내에서 적절히 첨가될 수 있으며, 일례로 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부일 수 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물은 다양한 실시형태를 가질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 대전방지용 분체도료 조성물은 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 수지 10 내지 80 중량부, 경화제 0.1 내지 80 중량부, 경화 촉진제 0.1 내지 5 중량부, 안료 1 내지 60 중량부, 무기충전재 1 내지 60 중량부 및 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 0.0001 내지 0.1 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 대전방지용 분체도료 조성물은, 상술한 도료를 이루는 분체의 평균 입도가 10 내지 100 ㎛일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
본 발명의 대전방지용 분체도료 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 상기 제조방법의 일 실시예를 들면, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지 중에서 선택된 1종 이상의 바인더 수지, 경화제, 경화촉진제, 안료, 무기충전재 및 전도성 첨가제를 함유하는 원재료 혼합물을 컨테이너 믹서에 투입하여 배합하고 균일하게 혼합하는 제1 단계 및 상기 혼합된 조성물을 용융 혼합한 후 이를 분쇄하는 제2 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2 단계에서, 상기 원재료 혼합물을 니이더(kneader) 또는 익스트루더(extruder) 등의 용융 혼련 장치에 의해 70 내지 130℃로 용융분산시켜 소정의 두께로 칩을 제조한 후, 제조된 칩을 고속믹서 등의 분쇄장치를 이용하여 10 내지 120 ㎛ 범위로 분쇄한 후 분급하여 분체도료 조성물을 제조할 수 있다. 상기 분급공정은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 40 내지 200 메쉬, 다른 예로 100 내지 200 메쉬로 필터링할 수 있다. 이에 따라, 평균입자의 크기가 10 내지 100 ㎛ 범위인 분체도료를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서 분체도료의 입자 표면을 실리카 등의 미분말로 피복하여, 유동성을 향상시킬 수 있다. 이러한 처리 방법으로 분쇄 시 미분말을 첨가하면서 혼합하는 분쇄 혼합법이나 헨셸 믹서 등에 의한 건식 혼합법을 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 분체도료 조성물은, 다양한 색상 구현이 가능할 뿐 아니라, 투입량에 따라 도막의 전도성 조절이 가능하고, 도막 두께에 영향 받지 않는 표면저항을 나타낸다. 나아가, 종래 용제형 대전방지 도료와 비교하여 기계적 강도 및 내구성이 우수하며, 대전방지 필름이나 시트를 추가로 사용할 필요가 없어, 접착/재단공정 자체를 생략할 수 있고 내마모성이 우수하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1-5]
하기 표 1에 기재된 조성에 따라 각 성분을 믹싱탱크에 투입하여 프리믹싱한 후, 분산기에서 100℃로 용융분산시켜 칩(chip)을 제조하였다. 제조된 칩을 고속믹서로 분쇄하고, 평균입도 32 내지 48 micron 수준으로 필터링하여 실시예 1-5의 분체도료 조성물을 각각 제조하였다. 하기 표 1에서 각 조성물의 사용량 단위는 중량부이다.
[ 비교예 1, 2]
하기 표 1에 기재된 조성에 따라, 상기 실시예와 동일한 방법으로 비교예 1, 2의 분체도료 조성물을 각각 제조하였다.
Figure pat00001
1) 폴리에스터 수지: CNF36449 (KCC社, 산가: 49 mgKOH/g)
2) 에폭시 수지: CNE80303 (KCC社, 에폭시 당량: 810 g/eq)
3) 경화제: TGIC (HUNTSMAN社)
4) 경화촉진제: 2-Phenyl-2-imidazoline (BESTAGON B-31, EVONIK社)
5) 유색안료: Titanium dioxide (R-60, NINBO XINFU社)
6) 무기충전제: Limestone (OMYACARB 1, OMYA社)
7) 첨가제: CERAFLOUR 960 (BYK社) 및 BENZOIN (MIWON社) (1:1의 중량비)
8) 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT): SWCNT (OCSiAl社)
9) 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) CM-280 (HANWHA社)
[ 실험예 . 물성 평가]
상기 실시예 1-5 및 비교예 1-2에서 제조된 분체도료 조성물의 물성을 측정하기 위하여, 각 분체도료 조성물을 0.7 mm 냉간압연강판 상에 도장한 후 180℃×14분 (금속 표면 온도기준) 조건으로 경화시켰다. 이때 도막 두께의 영향성을 평가하기 위해서, 50 내지 60 ㎛, 80 내지 90 ㎛, 120 내지 140 ㎛, 190 내지 210 ㎛, 290 내지 310 ㎛ 및 390 내지 410 ㎛의 두께로 시편을 각각 제조한 후 이들의 표면저항을 하기와 같이 측정하였다.
[표면저항 측정방법]
측정규격: ASTM F 150
측정기기: HIOKI社의 IR4052
측정방법: 50 V, 두 개의 전극봉(2.27 kg, 직경 63.5 mm)을 사용하여 측정
표면 저항의 측정 상한치(10^12 ohm)를 초과한 경우, 측정 불가로 표기하였다.
Figure pat00002
실시예 1은 폴리에스테르 수지, 실시예 2-4는 에폭시-폴리에스테르 하이브리드 수지, 실시예 5는 에폭시 수지를 바인더 수지로 각각 적용한 분체도료 조성물이다. 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 바인더 수지의 조성과 무관하게 표면저항이 균일하게 발현되었고, 도막 두께가 변화하더라도 표면 저항이 일정하게 유지되었다.
실시예 2-4는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)의 함량을 달리하여 제조된 분체도료 조성물이다. 단일벽 탄소나노튜브가 0.001 중량부 혼입된 실시예 2는 76 내지 84 ㏁의 표면저항을, 0.01 중량부 혼입된 실시예 3은 0.131 내지 0.150 ㏁의 표면저항을, 0.05 중량부 혼입된 실시예 4는 0.044 내지 0.051 ㏁의 표면저항을 각각 나타내었다. 이와 같이 단일벽 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 분체 도막의 표면저항은 감소하는 양상을 보여주는데, 이를 통해 단일벽 탄소나노튜브의 함량과 도막의 표면저항은 서로 반비례한다는 것을 알 수 있었다.
비교예 1은 단일벽 함량비가 40%인 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 혼입하여 제조한 분체도료 조성물이다. 단일벽 탄소나노튜브의 함량이 0.1 중량부로서 실시예 1-5의 단일벽 탄소나노튜브의 함량(0.001 내지 0.05 중량부)보다 과량이 투입되었음에도 불구하고, 표면저항이 측정상한치(10^12 ohm)를 상회하므로 도막 내 통전성능이 발현되지 않음을 확인할 수 있다.
비교예 2는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 혼입하여 제조한 분체도료 조성물이다. 다중벽 탄소나노튜브의 함량이 0.1 중량부로서 실시예 1-5에서 단일벽 탄소나노튜브의 함량(0.001 내지 0.05 중량부)보다 과량이 투입되었음에도 불구하고, 표면저항이 측정상한치(10^12 ohm)를 상회하므로 도막 내 통전성능이 발현되지 않음을 확인할 수 있다.
전술한 사항을 통해, 본 발명의 분체도료 조성물은 사용자가 원하는 수준으로 표면저항을 용이하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 조절된 표면저항이 경화도막의 두께에 상관없이 안정적으로 확보될 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 전체 분체도료 조성물 100 중량부에 대하여, 바인더 수지 10 내지 80 중량부, 경화제 0.1 내지 80 중량부, 경화촉진제 0.1 내지 5 중량부, 안료 1 내지 60 중량부, 무기충전재 1 내지 60 중량부 및 전도성 첨가제 0..0001 내지 0.1 중량부를 포함하며,
    상기 전도성 첨가제가 단일벽 비율이 80% 이상인 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)인 대전방지용 분체도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단일벽 탄소나노튜브의 평균길이가 1 내지 20 ㎛이고, 직경이 0.5 내지 10.0 nm이며, 직경 기준으로 종횡비(평균길이/직경)가 100,000 이상인 대전방지용 분체도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단일벽 탄소나노튜브는 탄소 비율이 90% 이상인 대전방지용 분체도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지는 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 대전방지용 분체도료 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지는 카르복실기와 히드록시기를 갖는 이관능형으로서, 카르복시기 산가가 5 내지 80 mgKOH/g이고, 히드록시기 산가가 5 내지 80 mgKOH/g인 대전방지용 분체도료 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 에폭시 당량이 100 내지 3,000 g/eq인 대전방지용 분체도료 조성물.
  7. 제4항에 있어서, 상기 아크릴 수지는 히드록시기와 에폭시기를 가지며, 에폭시 당량이 400 내지 700 g/eq인 대전방지용 분체도료 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 경화제는 트리글리시딜 이소시아네이트 경화제, 하이드로실 알킬아마이드 경화제, 페놀릭 경화제, 디시안 디아마이드계 경화제, 에폭시계 경화제, 우레탄계 경화제, 폴리에스테르계 경화제 및 산계 경화제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 대전방지용 분체도료 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 경화촉진제는 이미다졸류, 이미다졸 변성 에폭시, 디비유, 디비유염, 트리페닐포스핀, 틴계, 머캅토벤조시아졸 및 금속킬레이트로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 대전방지용 분체도료 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 소광제, 스트럭쳐 무늬조형제, 함마톤 무늬조형제, 분산제, 레벨링제, 흐름성 향상제, 핀홀 방지제, 크래터링 방지제, 커플링제, 광택조절제, 접착력 개선제, 난연제 및 자외선 흡수제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 대전방지용 분체도료 조성물.
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