KR20190093558A - 코팅 - Google Patents

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KR20190093558A
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epoxy resin
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페트르 테클로브스키
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요툰 에이/에스
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Abstract

본 발명은, a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및 b) 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자를 포함하는, 금속 기재에의 적용에 적합한 코팅 조성물을 제공한다.

Description

코팅
본 발명은 코팅 조성물, 특히 에폭시 수지 및 재활용 차량 타이어(recycled vehicle tire)의 입자를 포함하는 코팅 조성물에 관한 것이다. 코팅 조성물은 바람직하게는 아연-풍부(zinc-rich) 에폭시 프라이머와 결합되어 부식 및 칩 내성 코팅 시스템을 형성한다. 본 발명은 또한, 코팅 조성물로 코팅된 기재 및 물품, 및 코팅 물품에서의 상기 코팅 조성물의 용도에 관한 것이다.
자동차 산업은 연료 경제와 같은 측면을 개선하기 위해 끊임없이 노력하고 있으며, 설계 고려 사항에 의해 크게 영향을 받고 있다. 결과적으로, 제조사는, 가능한 한, 특히 경량 부품을 사용하려고 한다.
높은 인장 강도의 서스펜션 스프링의 사용은, 그러한 부품이 필요한 강도를 감소된 질량으로 전달할 수 있는 경우의 한 예가 된다. 그러나, 이러한 스프링은 보다 경질(hard)이고 일반 스프링보다 높은 내부 응력을 받기 때문에 단점이 있다. 이는, 단지 금속 손실량이 적으면 일체성이 현저히 감소될 수 있기 때문에 부식의 결과로 파손되기 쉽다. 차량 서스펜션 시스템은 종종, 염이 도로 표면에 빈번하게 적용되는 기후에서 특히 극도로 부식성이 있는 환경에 노출된다. 또한, 고 인장 강철 스프링은 스크래치에 매우 민감하므로, 튀는 자갈과 돌로 인한 충격 손상으로부터 보호해야 한다.
부식을 방지하기 위한 프라이머가 있는 강철 코팅은 잘 알려져 있다. 특히, 에폭시 코팅은 친숙한 프라이머 코팅이다. 에폭시 코팅은 내식성과 내화학성이 뛰어나 강철 기재 상의 항-부식 코팅 시스템의 일부로 주로 사용된다.
에폭시 코팅 조성물은 전형적으로, 에폭시 성분 및 경화제로 구성된 2 성분 생성물이다.
지금까지, 필요한 부식 및 칩 내성을 제공하는 가장 일반적인 방법은, 아연-풍부 에폭시 베이스 코트를 에틸렌/아크릴산 공중합체이지만 폴리올레핀일 수 있는 열가소성 탑 코트 층과 결합하는 것이었다. 이는, US 5981086에 기술되어 있다. 코팅의 내충격성의 개선의 관점에서 에폭시 수지와 열가소성 수지의 혼합물을 포함하는 탑 코트 층을 포함하는 코팅 시스템이 또한 기술되어 있다(예를 들어, US 2007/0172665).
열가소성 수지와는 반대로 열경화성 수지를 사용하는 다른 코팅 시스템이 개발되었다. US 2004/0101670은, 에폭시가 카복시-말단 부타디엔/아세토니트릴(CTBN) 고무와 같은 엘라스토머에 화학적으로 결합된 "강인화된(toughened)" 에폭시 수지인 탑 코트 층을 기재하고 있다. 엘라스토머 성분은 심지어 저온에서도 수지에 가요성을 부여하는 것으로 여겨진다. 또한 에폭시 수지 및 엘라스토머의 조합은 US 6346292 및 US 6677032에 기재되어 있으며, 여기서 아크릴 고무를 포함하는 코어는 에폭시 수지 쉘에 화학적으로 결합되어 있다.
탑 코트로서 엘라스토머-개질된 에폭시 열경화성 수지의 사용이 또한 WO 2009/092773 및 WO 2011/012627에 제안되어 있다. 두 경우 모두, 탑 코트 층은 아연을 실질적으로 함유하지 않는 에폭시 프라이머 층과 조합된다.
본 발명자들은 놀랍게도, 부식 및 칩 내성 에폭시 코팅층이, 에폭시 수지를 평균 입자 크기(D50)가 10 내지 70 ㎛인 재활용 차량 타이어의 입자와 조합하여 사용하여 제조될 수 있음을 발견하였다. 재활용 차량 타이어에서 유도된 입자의 사용은 비용 효율적이면서 환경 친화적이다. 또한, 상기 코팅층은 에폭시 프라이머 층과 조합되어 고 인장 강철과 같은 금속 물품의 코팅에 특정 적용례를 찾는 코팅 시스템을 제조할 수 있다.
본 발명자들의 탑 코트에 사용하는 것과 유사한 코팅 조성물이 US 6521706에 기재되어 있다. 이 문헌은, 에폭시 수지, 열가소성 중합체 및 1-300 미크론의 평균 입자 크기 범위를 갖는 가황(vulcanized) 고무 입자를 포함하는 코팅 조성물을 기술한다. 그러나, 본 발명자들은, 특정 평균 입자 크기 범위의 선택이 코팅 조성물에 특히 매력적인 특성을 부여한다는 것을 발견하였다. 또한, 가요성을 향상시키기위한 열가소성 성분에 대한 필요성은 본 발명의 코팅 조성물에서는 반드시 요구되는 것은 아니다.
따라서, 일 양태에서, 본 발명은 하기를 포함하는, 금속 기재에의 적용에 적합한 코팅 조성물을 제공한다:
a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
b) 코팅 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자.
다른 양태에서, 본 발명은, 금속 기재에의 적용에 적합한, 하기를 포함하는 코팅 시스템을 제공한다:
A) (a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
(b) 아연 입자
를 포함하는 프라이머 층 조성물; 및
B) a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
b) 탑 코트 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자
를 포함하는 탑 코트 조성물.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명은, 상기 정의된 코팅 시스템 또는 코팅 조성물로 코팅된 금속 기재를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명은, 프라이머 층과 탑 코트로 구성된 2 층 시스템에 기초한다. 바람직하게는, 추가적인 층이 존재하지 않는다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명은, 경화된, 상기 정의된 코팅 시스템 또는 코팅 조성물로 코팅된 금속 기재를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은, 강철 기재와 같은 금속 기재를 코팅하는 방법을 제공하며, 이는
상기 기재에,
a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
b) 코팅 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자
를 포함하는 코팅 조성물을 적용하는 단계; 및
상기 조성물을 경화시키는 단계
를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 강철 기재와 같은 금속 기재를 코팅하는 방법을 제공하며, 이는
상기 기재에,
(a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
(b) 아연 입자
를 포함하는 프라이머 층 조성물을 적용하는 단계;
상기 프라이머 층 조성물에,
a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
b) 탑 코트 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자
를 포함하는 탑 코트 조성물을 적용하는 단계; 및
상기 조성물들을 경화시키는 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명은 본원에 정의된 제조 방법에 의해 수득된 코팅된 금속 기재를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명은, 금속 기재를 예를 들어 부식으로부터 보호하기 위한 상기 정의된 코팅 조성물의 용도를 제공한다.
본 발명은, 강철 기재와 같은 금속 기재용 항-부식성 코팅 조성물에 관한 것이다. 상기 강철 기재는, 본 발명의 코팅이 유용할 수 있는 임의의 대상물 상에 존재할 수 있다. 특히, 기재는 자동차 스프링과 같은 고 인장 강철 기재이다.
코팅 조성물은, 하나 이상의 에폭시 수지 및 재활용 차량 타이어의 입자를 포함한다. 코팅 조성물은 프라이머 층과 조합되어 항-부식성 코팅 시스템 및/또는 기계적 성질의 부가적인 개선을 제공할 수 있다.
탑 코트 조성물
본 발명의 탑 코트 조성물은 또한 본 명세서에서 "코팅 조성물"로 언급될 수 있다. 탑 코트 조성물은 하나 이상의 에폭시 수지 및 재활용 차량 타이어의 입자를 포함한다.
에폭시 수지
탑 코트 조성물은, 하나 이상의 에폭시 수지, 바람직하게는 고체 에폭시 수지를 기재로 하는 결합제를 포함한다. "에폭시 수지"는, 2 개 이상의 에폭사이드 잔기를 함유하는 임의의 중합체를 의미한다. 탑 코트 조성물 내의 에폭시 수지의 조합물은 본 명세서에서 결합제로 불린다. 하나 초과의 에폭시 수지가 사용되는 것이 본 발명의 범위 내에 있지만, 탑 코트 조성물은 단일의 에폭시 수지를 결합제로서 포함하는 것이 바람직하다.
하나 이상의 에폭시 수지 이외에 다른 중합체 성분이 존재하는 것이 본 발명의 범위 내이지만, 에폭시 수지(들)이 탑 코트 조성물 내의 단독 중합체 성분인 것이 바람직하다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 단일의 에폭시 수지만이 탑 코트 조성물 중의 단독 중합체 성분으로서 존재한다. 특히, 탑 코트 조성물이 열가소성 수지를 함유하지 않는 것이 바람직하다.
일 실시양태에서, 탑 코트 조성물은 무-아연성(zinc-free)이고, 즉 어떠한 아연도 함유하지 않는다.
당업계에 공지된 임의의 적합한 에폭시 수지가 본 발명의 코팅 조성물에 사용될 수 있다. 당업자는 그러한 수지에 익숙하다. 탑 코트 조성물 중의 에폭시 수지는 임의의 경화성 또는 가교결합성(crosslinkable) 에폭시 수지 또는 경화성 또는 가교결합성 에폭시 수지의 혼합물일 수 있다. "경화성" 또는 "가교결합성"은, 에폭시 수지(들)가 경화되거나 가교결합될 수 있는 반응성 에폭시 기를 함유함을 의미한다.
하나 이상의 에폭시 수지는, 분자 당 하나 초과의 에폭시 기를 함유하는 방향족 또는 비-방향족 에폭시 수지(예: 수소화된 에폭시 수지)로부터 선택될 수 있으며, 이는 내부, 말단 또는 환형 구조상에 위치한다. 하나 이상의 에폭시 기가 말단 에폭시 기인 것이 바람직하다.
그러나, 이상적으로, 에폭시 수지는 고체 에폭시 수지, 즉 주위 온도 및 압력에서 고체 형태인 것이다. 따라서, 고체 에폭시 수지는 주변 온도 및 압력에서 액체 상태인 액체 에폭시 수지와 대조될 수 있다.
적합한 수지는 당업계에 공지되어 있고 공지된 시판 제품이다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 수지로는 TGIC(트리글리시딜 이소시아누레이트), 아랄다이트(Araldite) PT 910/PT912, 비스페놀 A계 수지, 노볼락 수지, 노볼락 개질 수지, 4,4'-이소프로필리덴디페닐-에피클로로하이드린 수지, 비스페놀 F계 수지 및 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)를 포함한다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 에폭시 수지는 TGIC, 아랄다이트 PT 910/PT912, 비스페놀 A계 수지, 노볼락 개질 수지 및 4,4'-이소프로필리덴디페놀-에피클로로하이드린 수지 및 비스페놀 F계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일 실시양태에서, 에폭시 수지로서 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)의 사용은 배제된다.
특히 바람직한 에폭시 수지는 비스페놀 A이다.
에폭시 수지(예를 들어, 고체 에폭시 수지)는 300 내지 2000의 에폭시 당량(EEW)을 가질 수 있다. 이러한 수지는 종종 "유형"으로 기술된다. 유형 2, 2.5, 3, 4 및 노발락 개질 유형 수지가 모두 여기에 적합하다. 유형 2 수지는 EEW = 550-700을 가질 수 있으며, 예컨대 에피코테(Epikote) 수지 1002, 에피코테 수지 3022-FCA가 있다. 유형 2.5 수지는 EEW = 600-750을 가질 수 있고, 예컨대 아랄다이트 GT 6450이 있다. 유형 3 수지는 EEW = 700-850을 가질 수 있고, 예를 들면, 에피코테 수지 3003, 아랄다이트 GT 7004가 있다. 유형 4 수지는 EEW = 800-1000을 가질 수 있고, 예를 들어. 에피코테 수지 1055가 있다. 노발락 개질 유형 수지는 에피코테 수지 2017 또는 아랄다이트 GT 7255를 포함할 수 있다.
EEW 800 내지 1000의 에폭시 수지(예: 타입 4)의 사용이 특히 바람직하다.
적합한 상업적으로 입수가능한 고체 에폭시 수지의 예는 다음과 같다:
CHS-EPOXY 130, 스폴케미(Spolchemie a.s.), 비스페놀 A 형(BPA)
KD-213, 국도 케미칼즈(Kukdo Chemicals&Co), BPA
DER-663UE, 다우 케미칼즈 컴퍼니, BPA
KD-214C, 국도 케미칼즈, BPA
에피코테 3004, 모멘티브 스페셜티 케미칼즈, BPA
CHS-EPOXY 112, 소피케미, BPA.
에폭시 수지(들)는 전형적으로, 전체 탑 코트 조성물의 총량에 대하여 20 내지 80 중량%, 바람직하게는 50 내지 75 중량%의 양으로 존재한다. 하나 초과의 수지 결합제가 존재하는 경우, 이들 수치는 프라이머 층 조성물에 존재하는 모든 수지 결합제의 총량을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 코팅 조성물 중 에폭시 수지는 경화 공정에서 하나 이상의 경화제와 반응할 수 있음을 의미하는 "경화성"("가교결합성")으로 정의될 수 있다. "경화성" 또는 "가교결합성"은 에폭시 수지(들)가 경화되거나 가교결합될 수 있는 반응성 에폭시 기를 함유함을 의미한다. 따라서, 에폭시 결합제는 전형적으로 탑 코트 조성물 내의 경화제와 조합된다.
경화제
본 발명의 일부 실시양태에서, 코팅 조성물은 하나 이상의 경화제를 함유한다. 2 개 이상의 경화제의 혼합물을 사용하는 것이 본 발명의 범위 내에 있지만, 단일 경화제만 사용되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 탑 코트 조성물을 기재에 적용하기 전에, 임의의 경화제는 하나 이상의 에폭시 결합제로부터 분리되어 유지된다. 이어서, 이들을 적용 직전에 혼합하고, 혼합물을 기재에, 전형적으로 프라이머 층 조성물의 상부에 적용한다. 그 다음, 탑 코트 조성물은 경화되어 코팅층을 형성한다.
하나 이상의 에폭시 수지를 경화시킬 수 있는 임의의 적합한 경화제가 사용될 수 있다. 당업자는 이 기준을 충족시키는 유형의 제제(agent)에 익숙하다. 예시적인 제제는 폴리하이드록실 페놀계 경화제, 특히 2-메틸이미다졸을 함유하는 폴리하이드록실 페놀계 경화제; 디시안디아민 경화제; 촉진된(accelerated) 디시안디아민 경화제; 이미다졸 유도체; 이미다졸린 유도체; 트리메탈산의 산 무수물; 피로멜리트산; 벤조페논테트라카복실산; 테트라하이드로프탈산; 사이클로펜탄디카복실산; 헥사하이드로프탈산; 카복실산의 부분적으로 에스테르화된 부가물; 방향족 아민; 에폭시 수지-페놀 부가물 또는 이들의 조합물을 포함한다.
일부 실시양태에서, 경화제는 약 200 내지 약 500의 하이드록실 당량(HEW)을 가질 수 있는 폴리하이드록실 작용성 페놀계 경화제이고, 비스페놀 A의 저 분자량 디글리시딜 에테르의 비스페놀 A 말단으로부터 형성될 수 있다.
특히 바람직한 경화제는 치환된 DICY(디시안디아미드) 및 o-톨릴 비구아나이드(OTB)를 포함한다.
적합한 상업적으로 입수가능한 경화제의 예는 다음과 같다:
카사미드(Casamid) 710(토마스 스완(Thomas Swan))과 아라두어(Aradur) 2844(다우 케미칼 컴퍼니).
코팅 조성물에 존재하는 하나 이상의 경화제의 양은, 존재하는 다른 첨가제, 예컨대 충전제의 양에 따라 달라질 수 있다. 전형적으로, 하나 이상의 경화제는 전체 코팅 조성물의 총량에 대하여 약 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1.5 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 10 중량%의 양으로 존재할 것이다. 하나 초과의 경화제가 존재하는 경우, 이들 수치는 코팅 조성물에 존재하는 모든 경화제의 총량에 적용되는 것으로 이해될 것이다.
다른 성분
본 발명의 탑 코트 조성물은 또한, 충전제, 안료, 탈기 첨가제, 탄소 섬유, 광물 섬유, 유동 조절제, 발포제 및 표면 개질제와 같은 코팅 제제(formulation)에 일반적으로 사용되는 다른 물질을 포함할 수 있다. 이들 첨가제 합계는 전형적으로, 전체 조성물의 총량을 기준으로 약 25 중량% 이하, 예를 들어 20 중량% 이하, 이상적으로는 15 중량% 이하를 형성할 것이다. 첨가제는 코팅의 1 중량% 이하 정도로 적게 존재할 수 있다.
충전제에는 황산 바륨, 칼륨 장석(potash feldspar), 중정석(baryte powder), 실리카, 탄산 칼슘과 같은 미분(micronized) 광물이 포함된다. 관심 대상 안료는 유기 안료 및 무기 안료, 예컨대 카본 블랙을 포함한다.
본 발명의 탑 코트 조성물은 통상적으로 분말 코팅이며, 따라서 용매가 존재하지 않는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 코팅 조성물이 건조하고 물 및 다른 휘발성 유기 용매가 없는 것이 통상적이다.
탑 코트 조성물은 또한, 항부식성 및 기계적 특성을 향상시키기 위해 다양한 다른 성분을 함유할 수 있다.
재활용 차량 타이어의 입자
탑 코트 조성물은, 평균 입자 크기 직경(D50)이 10 내지 70 ㎛인 재활용 차량 타이어의 입자를 포함한다. 상기 입자는 일반적으로, 탑 코트 조성물 내의 에폭시 수지에 화학적으로 결합하지 않는다.
입자의 유리 전이 온도는 전형적으로 -60℃ 내지 -15℃이지만, 바람직하게는 -25℃ 미만이다. 이를 통해 0℃ 미만, 특히 -30℃ 미만의 온도에서 필요한 가요성의 전달을 보장하는 것을 돕는다.
입자는 당업자에게 공지된 임의의 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 차량 타이어의 주요 성분이 고무임을 이해할 수 있을 것이다. 고무는 천연 고무 또는 합성 고무일 수 있으나, 천연 고무 및 합성 고무의 혼합물로 존재하는 것이 가장 일반적이다. 전형적으로, 본 발명의 입자는 가황된 천연 고무-스티렌 부타디엔 고무와 같은 가황 고무를 포함하나, 고무는 차량 타이어에 일상적으로 사용되는 임의의 유형일 수 있다. 입자는 일반적으로, 전체 입자의 총 중량에 대하여 30 내지 90 중량%, 바람직하게는 40 내지 75 중량%, 예컨대 50 내지 60 중량%의 고무를 포함할 것이다.
입자는 또한 고무 산업에서 잘 알려진 바와 같이 차량 타이어에 원래 존재하는 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 존재는 본 발명의 탑 코트 조성물의 성능에 악영향을 미치지 않는다. 일반적인 첨가제에는, 카본 블랙, 충전제 및 오일이 포함된다. 카본 블랙은 전형적으로, 전체 입자의 총 중량에 대하여 10 내지 50 중량%, 예컨대 25 내지 35 중량%의 양으로 존재한다. 오일은 전체 입자의 총 중량에 대하여 5 내지 10 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
재활용 차량 타이어의 입자는 평균 입자 크기 직경(D50)이 10 내지 70 ㎛이다. D50은 입자 크기 분포의 메디안(median) 직경, 즉 누적 분포에서의 50 %의 입자 직경의 값을 나타내는 것으로 이해될 것이다. 바람직하게는, D50은 15 내지 70 ㎛, 예를 들어 20 내지 70 ㎛, 예를 들어 35 내지 65 ㎛ 범위이다. 입자 크기 및 직경을 결정하기 위한 여러 가지 방법이 당업계에 공지되어 있으며 이들을 측정하기 위해 임의의 일상적인 절차가 사용될 수 있다. 본 발명과 관련하여, 입자 크기는 전형적으로 ASTM D5644-01에 따라 결정된다.
탑 코트 조성물에 존재할 수 있는 재활용 차량 타이어의 입자의 양은 전체 탑 코트 조성물의 총량에 대하여 8 내지 40 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 12 내지 25 중량%의 범위 내에 있다.
프라이머 층 조성물
본 발명의 코팅 조성물은 코팅 시스템을 제공하기 위해 프라이머 층 조성물과 조합될 수 있다.
프라이머 층 조성물은 전형적으로 하나 이상의 에폭시 수지를 기재로 하는 결합제를 포함한다. 프라이머 층 조성물 내의 에폭시 수지의 조합은 본원에서 결합제로 불린다. 하나 이상의 에폭시 수지가 사용되는 것이 본 발명의 범위 내에 있지만, 프라이머 층이 결합제로서 단일 에폭시 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
에폭시 결합제는 프라이머 층 조성물에서 아연 입자와 결합된다. 프라이머 층에 전형적으로 사용되는, 경화제와 같은 다른 성분이 또한 존재할 수 있다. 일반적으로, 프라이머 층 조성물을 기재에 적용하기 전에, 임의의 경화제는 에폭시 결합제와 별개로 유지된다. 이어서, 이들은 적용 직전에 혼합되고 혼합물은 기재에 적용된다. 이어서, 그 프라이머 층 조성물은 기재상에서 경화되어 프라이머 층을 형성한다.
프라이머 층 조성물에 사용되는 에폭시 수지는 탑 코트 조성물과 관련하여 상기 정의된 바와 같을 수 있다.
EEW 730 내지 840의 에폭시 수지(예: 타입 3)의 사용이 특히 바람직하다.
에폭시 수지(들)는 전형적으로, 전체 프라이머 층 조성물의 총량에 대하여 5 내지 40 중량%, 바람직하게는 10 내지 35 중량%, 예컨대 15 내지 25 중량%의 양으로 존재한다. 하나 초과의 수지 결합제가 존재하는 경우, 이들 수치는 프라이머 층 조성물에 존재하는 모든 수지 결합제의 총량을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
프라이머 층 조성물은 전형적으로, 가교 결합제로서 작용하는 경화제 또는 경화제를 또한 함유할 것이다. 이 경화제는 탑 코트 조성물에 대해 상기 정의된 임의의 것일 수 있다.
본 발명의 프라이머 층 조성물은 또한 탑 코트 조성물에 대해 상기 정의된 바와 같은 첨가제와 같은, 코팅 제제에 통상적으로 사용되는 다른 물질을 포함할 수 있다. 이들 첨가제 총합은 전형적으로, 전체 프라이머 층 조성물의 총량을 기준으로 약 10 중량% 이하, 예컨대 5 중량% 이하, 이상적으로는 15 중량% 이하를 형성할 것이다. 첨가제는 코팅의 0.5 중량% 이하 정도로 적게 존재할 수 있다.
본 발명의 프라이머 층 조성물은 일반적으로 분말 코팅이며 따라서 용매가 존재하지 않는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 코팅 조성물이 건조하고 물 및 다른 휘발성 유기 용매가 없는 것이 통상적이다.
아연 입자
본 발명의 문맥에서 "아연 입자"라는 용어는, 고 함량의 아연, 바람직하게는 적어도 90 중량%의 아연, 예컨대 적어도 95 중량%의 아연을 갖는 미립자 물질을 의미한다.
"미립자 물질"이라는 용어는, 미세한 구형 또는 불규칙 형상의 입자, 및 플레이크, 디스크, 구, 침상체, 소판, 섬유 및 막대와 같은 다른 형상의 입자를 모두 포함하는 것으로 의도된다. 미립자 물질은 분말 또는 더스트, 바람직하게는 더스트일 수 있다.
미립자 물질의 입자 크기 분포는 페인팅 적용례에서 어느 정도 중요하다. 예를 들어, 너무 거친 미립자 물질은 건조 페인트 필름을 통해 입자가 달라 붙을 수 있다. 이는, 페인트 필름에 결함을 초래하여 장벽 효과 및 항-부식 특성에 악영향을 미친다. 파라미터 D50 및 D99는 체적 누적 분포 Q3이 각각 50 및 99 %의 값으로 추정되는 등가 입자 직경이다.
바람직한 실시양태에서, 아연 입자는 50 ㎛ 미만의 평균 입자 크기(D50)를 갖는다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 아연 입자의 평균 입자 크기는 20 ㎛ 미만, 보다 바람직하게는 15 ㎛ 미만, 예컨대 12 ㎛ 미만이다.
이상적으로, 100 ㎛보다 거친 아연 입자의 존재는 피해야 한다. 따라서 예를 들어 100 ㎛보다 큰 입자를 체질(sieving)에 의해 버리는 것이 유용하다. 따라서, 아연 입자는 바람직하게는 100 ㎛ 미만의 D99를 갖는다.
미립자 물질은, 대응하는 거친 아연 물질의 전통적인 기체 원자화(atomization)에 의해 제조될 수 있다. 이러한 공정으로부터 직접 수득된 물질은 일반적으로, 본 발명과 양립할 수 없는 거친 입자를 여전히 포함한다. 이러한 경우, 이러한 거친 입자는 전형적으로 체질과 같은 추가 단계에 의해 제거된다.
본 발명의 조성물에 사용되는 아연 입자는 또한 상업적 공급원으로부터 수득될 수 있다. 공급 업체에는 퓨리티 징크 메탈즈(Purity Zinc Metals), 호스헤드 코포레이션(Horsehead Corporation), 유미코어(Umicore), US 징크, 지아샨 바이웨이(Jiashan Baiwei), 및 개리슨 미네랄즈(Garrison Minerals), 특히 예컨대 ZMP 4P16, 유미코어(벨기에)를 포함한다.
아연 입자는, 프라이머 층 조성물의 총 중량에 대하여 40 내지 95 중량%, 바람직하게는 60 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 60 내지 75 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
조성물의 제조
탑 코트 조성물 및 프라이머 층 조성물은 유사한 방법으로 제조된다. 프라이머 층 조성물 및 탑 코트 조성물은 전형적으로 개별적인 제품으로서 제조, 포장 및 전달된다.
각각의 조성물에 대해, 에폭시 수지, 경화제 및 다른 성분이 압출 전에 예비 혼합되는 것이 바람직하다. 이는, 최종 성분의 프리믹스(premix)와 품질의 동질성(homogeneity)을 보장한다. 준비된 프리믹스는 압출된다. 압출 조건은 알려져 있으며, 일반적으로, 조기 경화를 방지하기 위해 전형적으로 140℃ 미만으로 저온으로 유지된다. 분말 조성물을 형성하기 위해, 압출된 과립은 임의의 유형의 통상적 인 밀(mill)에 의해 밀링될 수 있고, 그 후 입자는 선택되는 방법에 의해 특정의 목적하는 분말 적용례에 가장 적합한 것으로 밝혀진 입자 크기로 분류된다.
분말 코팅 조성물의 평균 입자 크기 직경 D50은 100 ㎛ 미만이다. 바람직하게는, D50은 10 내지 95 ㎛, 보다 바람직하게는 15 내지 75 ㎛, 예컨대 35 내지 55 ㎛이다. 일반적으로, 입자 크기는 맬버른(Malvern) 입자 크기 분석기를 사용하여 설정할 수 있다.
자유 유동 제어제를 첨가하는 경우, 이는 건조 블렌드 첨가제이기 때문에, 전형적으로 압출 후에 첨가가 수행된다. 이 제제는 전형적으로, 분말 조성물의 총량에 대해 0.01 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 0.2 중량%의 양으로 첨가된다.
기재에의 적용
본 발명의 프라이머 코팅 또는 탑 코트는 당업계에 공지된 임의의 통상적 인 방법에 의해 기재에 적용될 수 있다.
전형적인 분말 코팅 방법은 분무, 예를 들어 정전기(코로나 대전) 분무를 포함한다. 마찰 전기 총을 사용할 수도 있다. 금속 기재는 예를 들어 분말 클라우드 내로의 침지 또는 예열된 금속 기재상의 분말 코팅의 직접 침착에 의해 분무 장비를 사용하지 않고 다른 방법으로 코팅될 수도 있다.
적용되는 필름 두께는 코팅되는 기재의 성질에 따라 달라질 수 있다. 프라이머 층 조성물의 건조 필름 두께는 전형적으로 20 내지 500 ㎛, 바람직하게는 50 내지 200 ㎛, 예를 들어 80 내지 120 ㎛이다. 탑 코트 조성물의 건조 필름 두께는 60 내지 1500 ㎛, 바람직하게는 250 내지 1000 ㎛, 예컨대 300 내지 800㎛일 수 있다. 프라이머 코트 없이 탑 코트가 적용되는 실시양태에서, 탑 코트의 건조 필름 두께는 40 내지 400㎛, 바람직하게는 50 내지 180㎛, 예컨대 60 내지 150㎛일 수 있다.
모든 실시양태에서, 본 발명의 코팅 조성물(즉, 탑 코트 조성물)이 임의의 기재에 사용되는 최외부 층을 형성하는 것이 바람직하다. 코팅 조성물은 프라이머 층의 상부에 적용되거나, 금속 기재 상에 직접 적용될 수 있다.
경화
일단 기재가 본 발명의 코팅 조성물로 코팅되면, 코팅은 보통 경화된다. 코팅된 기재는 통상적인 대류 오븐 또는 IR/대류 조합 오븐에서 경화될 수 있다. 유도 가열을 사용할 수도 있다. 대류/유도 오븐 또는 심지어 대류/유도/IR 오븐의 사용도 고려된다.
열 경화를 사용하는 것이 바람직하다. 경화하는 동안 가열을 사용하는 경우, 온도는 바람직하게는 100 내지 250℃, 예컨대 150 내지 200℃의 범위이다.
본 발명의 코팅 조성물 및 코팅 시스템은 짧은 경화 사이클, 예를 들면, 15 분 이하를 사용하여 경화될 수 있다. 이러한 조건은 매끄러운 마감 코팅 층의 형성을 허용한다. 경화되기 전에 프라이머 층 조성물 및 탑 코트 조성물 모두가 기재에 적용되는 경우, 프라이머 층 조성물이 경화시 단지 반-경화되는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 프라이머 층 조성물이 예열된 금속 기재로부터의 잔류 열 (전형적으로 60 내지 200℃, 이상적으로는 90 내지 130℃)에 의해 반-경화되거나 상기 언급한 경화 공정에 의해 반-경화될 수 있다.
프라이머 층 조성물이 탑 코트 조성물의 경화시 미경화 상태로 남아 있는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 특징은, 코팅 조성물이 심각한 기계적 처리 후에도 부식되지 않는다는 것이다. 부식의 결여는 좋은 기능성과 오래 지속되는 수명 사이클에서도 그 자체로 나타난다. 따라서, 코팅은 바람직하게는, 적어도, 자동차 산업에서 사용되는 물질의 대부분 및 코일 스프링과 같은 "후드-하(under-hood)" 적용례에서의 사용에 적합한 다른 액체에 내성을 갖는다.
기재
본 발명의 코팅 조성물은 본원에 기재된 방법에 의해 기재에 적용될 수 있다. 전형적으로, 기재는 금속 기재, 예를 들어 강철(예: 고 인장 강철) 기재와 같은 금속 기재이다. 예시적 물질에는 자동차 스프링과 같은 자동차 부품이 포함된다.
따라서, 본 발명은 앞서 정의된 코팅 시스템 또는 코팅 조성물이 상부에 코팅된 금속 기재를 포함한다.
본 발명은 또한, 경화된, 본원에서 정의된 코팅 시스템 또는 코팅 조성물이 상부에 코팅된 금속 기재를 포함한다.
또한, 본 발명은 강철 기재와 같은 금속 기재를 코팅하는 방법을 제공하며, 이는, 상기 기재에,
a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
b) 코팅 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자
를 포함하는 코팅 조성물을 적용하는 단계; 및
상기 조성물을 경화시키는 단계
를 포함한다.
본 발명은 또한, 강철 기재와 같은 금속 기재를 코팅하는 방법을 제공하며, 이는, 상기 기재에,
(a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
(b) 아연 입자
를 포함하는 프라이머 층 조성물을 적용하는 단계;
상기 프라이머 층 조성물 상에,
a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
b) 탑 코트 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자
를 포함하는 탑 코트 조성물을 적용하는 단계; 및
상기 조성물들을 경화시키는 단계
를 포함한다.
본 발명은 또한, 본원에서 정의된 방법에 의해 수득된 코팅된 금속 기재에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은, 금속 기재를 예를 들어 부식으로부터 보호하기 위한 상기 정의된 코팅 조성물의 용도를 제공한다.
본 발명은 이제 이하의 비제한적인 실시예를 참조하여 기술될 것이다.
실시예
조성물의 일반적인 제조 절차
분말의 제조:
분말 프리-믹스의 충분한 분산을 보장하기 위해 성분들을 고속 혼합기에서 건식 혼합시켰다. 그 다음, 프리-믹스를 테이슨(Theyson) PCE 20/24 이축 압출기에 첨가하고 다음 조건 하에서 압출시켰다: 공급 구역에서 40℃, 용융 구역에서 50℃, 혼합 및 분산 구역에서 90℃, 헤드에서 100℃, 500 rpm. 60-65 토크.
압출된 물질을 냉각 롤에 공급하고, 분쇄기(crusher)를 통과시켜 냉각된 물질을 플레이크로 감소시켰다. 분쇄된 플레이크는 밀로 공급되었다. 압출된 칩을 밀에서 밀링하고, 25-50 ㎛의 입자 크기 분포(PSD)(D50)(맬버른 마스터사이저 2000 입자 크기 분석기, 건식법을 사용하여 측정)를 보장하기 위해 125 ㎛ 진동 체를 통해 체질하였다.
기재에의 분말의 적용 및 필름의 경화:
분말은, 표준 코로나 대전 분무-건을 사용하여 충격 시험을 위한 염 분무 시험 및 샌드 블라스팅된 인산 아연 고 인장 강철 코일 스프링용 인산 아연화된 냉연 강철 패널에 적용되었다. 프라이머 코트는 180℃(물체 온도)에서 10 분 동안 경화되어 총 건조 필름 두께 80-120 ㎛를 형성하고, 탑 코트는 180℃(물체 온도)에서 10 분 동안 경화되어 총 건조 필름 두께 300-800 ㎛를 형성하였다.
분말로 코팅된 기재는, 헤래우스(Heraeus) 일반 벤치 탑 오븐을 사용하는 대류에 의한 통상적인 열 전달 방식으로 경화되었다.
분석 방법
염 분무 시험 - ISO 9227에 따라 시험되었다. 코팅은 35 ± 2℃의 일정한 온도의 챔버에서 5 % NaCl 염 수용액 포그(fog)에 노출되었다. 시험 기간은 1000 시간이었다. 통과 기준: 부식 없음, 블리스터 없음, 점착력 손실 없음, 스크라이브로부터 최대 2mm 부식 크리프.
저온 충격 시험 - ISO 4532에 따라 23℃ 및 -40℃ 및 90N 하중에서 시험되었다. 통과 기준: 최대 3mm 직경의 칩 제거(chip off).
돌 충격 시험 - 실온에서 SAE J400에 따라 SAE 자갈 473 ml를 사용하여 시험 함. 통과 기준: 48 시간의 염 분무 시험 후 표면 부식 없음.
결과
본 발명의 예시적인 탑 코트 조성물을 제조하였다(실시예(Ex.) 1). 4 개의 비교 조성물(비교 실시예(Comp. Ex.) 1 내지 4)을 또한 제조하였다.
이들 조성물의 성분 및 중량%를 표 1에 나타낸다.
Ex.1 Comp.Ex.1 Comp.Ex.2 Comp.Ex.3 Comp.Ex.4
BPA 에폭시
(EEW 850-975)		 67.39 81.12 67.39 37.39 75.00
치환된 DICY 2.49 3.00 2.49 2.49 2.76
바륨 설페이트
충전제		 6.06 7.22 6.06 6.06 6.74
2-메틸 이미다졸 0.13 0.16 0.13 0.13 0.15
마그네슘 몬모릴로나이트의 유기 유도체 0.67 0.81 0.67 0.67 0.75
광물 섬유 (125um) 5.05 6.07 5.05 5.05 5.61
카본 블랙 안료 1.35 1.62 1.35 1.35 1.50
블랙 안료* 50㎛ 16.85 0 7,49
블랙 안료* 75㎛ 16.85
블랙 안료* 105㎛ 16.85
FFA와
건조 블렌딩됨		 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
* 재활용 차량 타이어로부터 제조됨(50-60% 가황 NR-SBR 고무, 27-33% 카본 블랙 및 5-10% 프로세스 오일).
각각의 탑 코트 조성물을 하기 표 2에 기재된 성분들을 갖는 프라이머 층 조성물과 결합시켰다. 생성된 결합제 시스템은 하기 표 3에 기재되어 있다.
성분 양(중량%)
BPA 에폭시(EEW 730-840) 23.88
치환된 DICY 1.19
유동 조절제(실리카 상에 흡수된 아크릴계) 0.24
벤조인 0.13
아연 분말 73.88
탄소 섬유(60um) 0.68
FFA와 건조 블렌딩됨 0.06
시험 Ex 1. Comp. Ex.1 Comp. Ex.2 Comp. Ex.3 Comp. Ex.4
염 분무 시험 통과 통과 통과 통과 통과
저온 충격 시험 @ 23℃/-40℃ 통과/실패 실패/실패 실패/실패 실패/실패 실패/실패
돌 충격 시험 통과 통과 통과 통과 통과

Claims (17)

  1. a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
    b) 코팅 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경(D50)을 갖는 재활용 차량 타이어(recycled vehicle tire)의 입자
    를 포함하는, 금속 기재(metallic substrate)에의 적용에 적합한 코팅 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    분말 코팅 조성물인 코팅 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에폭시 수지가 전체 코팅 조성물의 총 중량에 대하여 20 내지 80 중량%의 양으로 존재하는, 코팅 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재활용 차량 타이어의 입자가 전체 코팅 조성물의 총 중량에 대하여 10 내지 30 중량%의 양으로 존재하는, 코팅 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자의 평균 입자 크기 직경이 15 내지 70 ㎛, 보다 바람직하게는 20 내지 70 ㎛, 예컨대 35 내지 65 ㎛인, 코팅 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재활용 차량 타이어의 입자가 전체 입자의 총 중량에 대하여 30 내지 90 중량%의 고무를 포함하는, 코팅 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고무가 가황(vulcanised) 고무를 포함하는, 코팅 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에폭시 수지가 고체 에폭시 수지인, 코팅 조성물.
  9. A) (a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
    (b) 아연 입자
    를 포함하는 프라이머 층 조성물; 및
    B) 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 정의된 코팅 조성물인 탑 코트(top coat) 조성물
    을 포함하는, 금속 기재에의 적용에 적합한 코팅 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 아연 입자가 50 ㎛ 미만, 바람직하게는 20 ㎛ 미만의 평균 입자 크기(D50)를 갖는, 코팅 시스템.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 아연 입자가 프라이머 층 조성물의 총 중량에 대하여 40 내지 95 중량%의 양으로 존재하는, 코팅 시스템.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 코팅 시스템 또는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 코팅 조성물이 상부에 코팅된 금속 기재.
  13. 경화된, 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 코팅 시스템 또는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 코팅 조성물이 상부에 코팅된 금속 기재.
  14. 강철 기재와 같은 금속 기재를 코팅하는 방법으로서,
    상기 기재에,
    a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
    b) 코팅 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자
    를 포함하는 코팅 조성물을 적용하는 단계; 및
    상기 조성물을 경화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 강철 기재와 같은 금속 기재를 코팅하는 방법으로서,
    상기 기재에,
    (a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
    (b) 아연 입자
    를 포함하는 프라이머 층 조성물을 적용하는 단계;
    상기 프라이머 층 조성물에,
    a) 하나 이상의 에폭시 수지; 및
    b) 탑 코트 조성물의 총 중량에 대하여 8 내지 40 중량%의, 10 내지 70 ㎛의 평균 입자 크기 직경을 갖는 재활용 차량 타이어의 입자
    를 포함하는 탑 코트 조성물을 적용하는 단계; 및
    상기 조성물들을 경화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 정의된 방법으로 수득된 코팅된 금속 기재.
  17. 금속 기재를 예컨대 부식으로부터 보호하기 위한, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 정의된 코팅 조성물의 용도.
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