KR20200100776A - 외관 및 새그 제어 성능에서 이점을 제공하는 열 경화성 필름-형성 조성물 - Google Patents

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Abstract

바인더, 새그 제어제를 포함하는 유동 제어 시스템, 및 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 미만의 멜라민 기반의 성분을 포함하는 열 경화성 필름-형성 조성물뿐만 아니라 기판 상에 경화된 코팅을 형성하는 방법, 및 상기 경화된 코팅층을 포함하는 기판이 기재되어 있다.

Description

외관 및 새그 제어 성능에서 이점을 제공하는 열 경화성 필름-형성 조성물
본 발명은 바인더, 새그 제어제를 포함하는 유동 제어 시스템, 및 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 미만의 멜라민 기반의 성분을 포함하는 열 경화성 필름-형성 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기판 상에 경화된 코팅을 형성하는 방법, 및 상기 경화된 코팅층을 포함하는 기판에 관한 것이다.
코팅은 표면을 보호하고, 코팅된 기판의 외관 및 기능적 특성을 개선하기 위해 사용된다. 예를 들어, 운송 수단(vehicle), 예컨대 자동차를 위한 원래의 마감은 프라이머 층, 종종 착색되거나 또는 유색인 베이스코트 층, 및 투명 코트 또는 탑코트 층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 많은 코팅물이 액체 코팅 조성물의 형태로 예를 들어 분무에 의해 표면에 도포되어, 표면 상에 액체 코팅 필름을 형성하며, 이는 이후 건조되고/되거나 경화되어 코팅층을 형성할 수 있다. 광택있는 외관을 위해 코팅층의 표면이 가능한한 매끈해야 한다. 그러나, 다양한 상이한 변수들이 코팅층의 최종 외관에 영향을 미치며, 최종 외관은 액체 코팅 조성물의 레올로지 특성으로부터 예측하기 어려운 것으로 밝혀졌다.
예를 들어, 코팅 조성물은 상기 코팅 조성물의 도포에 의해 유발된 및/또는 기저(underlying) 표면으로부터 생성된 불균일함을 레벨링하기 위해 기판 상에서 균일하게 흐를 정도로 충분히 낮은 점도를 가져야 한다. 동시에, 특히 코팅 조성물이 비-수평의 표면에 도포될 때 액체 코팅 필름이 새그(sag)되지 않도록 또는 인열을 형성하지 않도록 점도가 충분히 높아야 한다. 추가로, 액체 코팅 필름은 도포 후 충분히 레벨링되기는 하지만, 추후 건조 및/또는 경화 단계에서 온도-유발된 점도의 변화 및/또는 휘발성 화합물의 유출은 외관을 악화시키는 추가적인 효과, 예컨대 예를 들어 텔레그래핑(telegraphing)을 유발할 수 있다.
개선된 외관 특성 및 새그 제어 성능을 모두 나타내는 열 경화성 필름-형성 조성물을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 바인더, 표면에 도포된 필름-형성 조성물의 점도를 조절하기 위해 새그 제어제를 포함하는 유동 제어 시스템을 포함하는 열 경화성 필름-형성 조성물로서, 상기 필름-형성 조성물은 플래쉬 오프 및 베이킹 동안에 초기 복소 점도(initial complex viscosity) η* 미만으로는 떨어지지 않고, 상기 필름-형성 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 미만의 멜라민 기반의 성분을 포함하는 상기 열 경화성 필름-형성 조성물을 제공한다.
본 발명의 조성물을 기판 표면의 적어도 일부에 도포시키는 단계, 및 상기 도포된 조성물을 열 경화시키는 단계를 포함하는, 기판 상에 경화된 코팅층을 형성하는 방법이 추가로 제공된다.
본 발명의 조성물을 기판 표면의 적어도 일부에 도포하고, 도포된 조성물을 열 경화시킴으로써 얻어진 경화된 코팅층을 포함하는 기판이 추가로 제공된다.
실시예가 아니거나, 또는 달리 명백히 기재된 것이 아닌 경우, 모든 수치 범위, 양, 값 및 백분율, 예컨대 물질의 양에 대한 것들, 반응의 횟수 및 온도, 양들의 비, 분자량의 값, 및 명세서의 이하의 부분에 있는 다른 것들은, 비록 용어 "약(about)"이 값, 양 또는 범위로 명확히 나타나지 않을 수도 있지만, 단어 "약"이 선행된 경우와 같이 해독될 수 있다. 따라서, 반대로 기재된 바 없는 경우, 이하의 명세서 및 첨부된 청구항에 제시된 수치 변수들은, 본 발명에 의해 얻기를 바라는 원하는 특성들에 따라서 달라질 수 있는 근사값이다. 각 수치 변수는 최소한, 그리고 청구항의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 의도로서가 아니며, 기록된 유의한 숫자의 수를 감안하여 적어도 통상의 라운딩 기술을 적용함으로 해석되어야 한다.
비록 본 발명의 넓은 범주에 제시된 수치 범위 및 변수들이 근사값이기는 하지만, 특정 실시예에 제시된 수치 값들은 가능한한 정확히 기록된다. 그러나, 어떠한 수치값도 이들 각각의 시험 측정에서 발견된 표준 오차로부터 필시 발생하는 특정 오류를 본질적으로 포함한다. 또한, 본원에서, 종점에 의한 수치 범위의 나열은 그 범위 내에 포함된 모든 수들을 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함함). 추가로, 범위의 개시는 더 넓은 범위 내에 포함된 모든 하위 범위의 개시를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1 내지 4, 1.5 내지 4.5, 4 내지 5 등을 개시함). 추가로, 변화하는 범주의 수치 범위가 본원에 제시될 때, 인용된 값들을 포함한 이 값들의 어떠한 조합도 사용될 수 있는 것으로 고려된다.
본원에서 사용된 복수형 지시 대상은 단수를 포함하며, 그 반대이기도 하다. 예를 들어, 본 발명은 단수 표현으로 바인더, 새그 제어제, 가교제, 폴리올, 폴리이소시아네이트, 또는 추가적인 코팅층에 관하여 기재되어 있으나, 이러한 바인더, 새그 제어제, 가교제, 폴리올, 또는 폴리이소시아네이트의 혼합물을 각각 포함하는 복수의, 그리고 하나 초과의, 예를 들어 둘, 셋, 넷, 다섯, 여섯 개 등의 추가적인 코팅층이 사용될 수도 있다.
본원에 사용된 용어 "중합체(polymer)"는, 올리고머, 및 단일중합체와 공중합체 둘 다를 지칭한다. 접두사 "폴리(poly)"는, 둘 이상을 지칭한다. 예를 들어, 폴리이소시아네이트는 둘 이상의 이소시아네이트 기를 포함하는 화합물을 지칭하고, 폴리올은 둘 이상의 하이드록실 기를 포함하는 화합물을 지칭한다. 예를 들어, ~ 등을 포함하는(including, for example and like)이라는 용어는, 예를 들어 ~를 포함하나, 이에 제한되지 않는 것을 의미한다.
달리 기재된 바 없는 경우, 분자량은 중량 평균 기준("Mw")이며, 폴리스티렌 표준물질을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피에 의해 결정된다.
양에 대한 임의의 숫자의 언급은, 달리 명시된 바 없는 경우, "중량 기준(by weight)"이다.
용어 "~ 상에(on)"는, 표면 또는 기판 상에 도포된 코팅의 맥락에서 사용될 때, 표면 또는 기판에 직접 또는 간접적으로 도포된 코팅 둘 다를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 기판 아래에 있는 프라이머 층에 도포된 코팅은, 기판 상에 도포된 코팅을 구성한다. 마찬가지로, 다른 코팅층 "아래에(below)" 침착된 또는 위치한 코팅층은 직접 침착된 코팅, 즉 상기 코팅층과 직접 물리적으로 접촉된 코팅, 또는 상기 코팅층의 간접적으로 아래에 있는 코팅 둘 다를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "플래쉬 오프(flash off)"는, 코팅을 열 경화시키기 위하여 온도를 상승시키기 전에 표면 또는 기판에 도포된 웨트(wet) 필름-형성 조성물을 저온으로, 예를 들어 20 내지 25℃의 범위 내로 유지시킴으로써 휘발성 성분, 예를 들어 신속히 증발하는 용매가 코팅 필름을 확실히 이탈하도록 하는 단계를 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "열 경화된(thermally cured)"은, 표면 또는 기판에 도포된 필름-형성 조성물을 25℃ 초과의 온도에 노출시켜 예를 들어 가교에 의하여 코팅의 비가역적 세팅(setting) 또는 경화를 유도하는 단계를 지칭하며, 여기에서 중합성 성분들의 중합체 사슬은 공유 결합에 의해 함께 연결된다. 이는 오븐 내에서 실시될 수 있다. 예를 들어, 자동 OEM 도포에서는 최대 180℃의 온도가 사용될 수 있으며, 이러한 온도에서의 열 경화 단계는 종종 스토빙(stoving) 또는 베이킹(baking)으로 지칭된다. 운송 수단의 플라스틱 부품 및 다른 비-내열성 악세서리는 이러한 고온을 견디지 못할 것이다. 따라서, 리피니싱(refinish) 적용시, 필름-형성 조성물은 열 경화를 위해 통상 80℃ 미만, 예를 들어 최대 75℃, 70℃, 65℃ 또는 60℃의 온도에 노출된다. 일단 경화되거나 가교되면, 코팅은 열 적용시에 용융되지 않을 것이고, 물 또는 유기 용매에 쉽게 용해되지 않는다.
본 명세서에 사용된 문구, 조성물 중의 "수지 고체의 총 중량을 기준으로 하는(based on the total weight of resin solid)"은, 조성물의 형성 동안에 첨가되는 각 성분의 양이, 상기 조성물의 형성 동안에 존재하는 가교제 및 중합체를 포함하지만 임의의 물, 유기 용매, 또는 임의의 첨가제 고체, 예컨대 결정성 새그 제어제(SCA), 힌더드 아민 안정화제, 광개시제, 증량제 안료를 비롯한 안료 및 충진제, 유동 개질제, 촉매, 및 UV 광 흡수제는 포함하지 않는 필름-형성 물질의 수지 고체(비-휘발성 물질)의 총 중량을 기준으로 한다는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, 조성물 중의 "고체의 총량을 기준으로 하는(based on the total amount of solid)" 문구는, 상기 조성물의 형성 동안에 첨가되는 각 성분의 양이 임의의 바인더 성분, 조성물의 형성 동안에 존재하는 추가적인 중합체 및 첨가제 고체, 예컨대 결정성 새그 제어제(SCA), 힌더드 아민 안정화제, 광개시제, 증량제 안료를 포함하는 안료 및 충진제, 유동 개질제, 촉매, 및 UV 광 흡수제를 포함하는(그러나, 물 또는 유기 용매는 전혀 포함하지 않음) 필름-형성 조성물 중의 고체(비-휘발성 물질)의 총량을 기준으로 한다는 것을 의미한다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 바인더를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "바인더(binder)"는, 존재하는 경우, 필름-형성 조성물 중의 안료, 충진제 등을 비롯한 투입 물질을 결합시키고(bind), 코팅 필름을 기저 표면에 연속 필름으로 접착시키기 위해 사용되는 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 지칭한다. 바인더는 올리고머성 또는 단량체성, 또는 더 자주는 중합성 구조를 가질 수 있다. 바인더는 가교가능한 수지 및 가교제를 포함할 수 있다.
본 발명의 필름-형성 조성물에 사용되는 바인더는, 폴리올, 예컨대 아크릴계 폴리올을 포함할 수 있다. 상기 아크릴계 폴리올은 중합성일 수 있고, 하이드록실 작용성 단량체를 포함하는 단량체 혼합물로부터 제조될 수 있다. 상이한 아크릴계 폴리올들의 혼합물도 또한 사용될 수 있다. 하이드록실 작용성 단량체는 하이드록시알킬기를 포함할 수 있다.
적합한 아크릴계 폴리올은 아크릴산 및/또는 메타크릴산의 알킬 에스테르(즉, (메트)아크릴레이트, 아크릴산 및/또는 메타크릴산의 에스테르를 포함하도록 의도된 용어), 선택적으로는 다른 중합가능한 에틸렌계 불포화 단량체와의 공중합체를 포함한다. 아크릴산 또는 메타크릴산의 유용한 알킬 에스테르는 알킬기에 1 내지 30 개, 종종 2 내지 18 개의 탄소 원자를 함유하는 지방족 알킬 에스테르를 함유한다. 비-제한적인 예는 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 및 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트를 포함한다. 적합한 다른 공중합가능한 에틸렌계 불포화 단량체는 비닐 방향족 화합물, 예컨대 스티렌 및 비닐 톨루엔; 니트릴, 예컨대 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴; 비닐 및 비닐리덴 할라이드, 예컨대 비닐 클로라이드 및 비닐리덴 플루오라이드 및 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 아세테이트를 포함한다.
아크릴계 폴리올은 하이드록실 작용기를 포함하는데, 이는 공중합체를 생성하기 위해 사용되는 반응물 중에 하이드록실 작용성 단량체를 포함함으로써 중합체에 혼입될 수 있다. 유용한 하이드록실 작용성 단량체는 전형적으로 하이드록시알킬기 내에 2 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 4-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 5-하이드록시펜틸 (메트)아크릴레이트, 6-하이드록시헥실 (메트)아크릴레이트, 8-하이드록시옥틸 (메트)아크릴레이트, 9-하이드록시노닐 (메트)아크릴레이트, 10-하이드록시데실 (메트)아크릴레이트, 11-하이드록시운데실 (메트)아크릴레이트, 12-하이드록시도데실 (메트)아크릴레이트 등; (4-(하이드록시메틸)시클로헥실)메틸 (메트)아크릴레이트; 카프로락톤 및 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트의 하이드록시 작용성 부가체 뿐만 아니라 이하에 개시된 베타-하이드록시 에스테르 작용성 단량체를 포함한다. 하이드록실 작용성 단량체는 단량체 혼합물 중에 전형적으로, 아크릴계 폴리올을 제조하기 위해 사용되는 단량체 혼합물 중의 단량체의 총 중량을 기준으로 적어도 5　중량%, 예컨대 적어도 10　중량%, 또는 적어도 15　중량%, 그리고 최대 70　중량%, 또는 60　중량%, 또는 50 중량%, 또는 45　중량%, 또는 40　중량%의 양으로 존재한다. 전형적인 범위는 아크릴계 폴리올을 제조하기 위해 사용되는 단량체 혼합물 중의 단량체의 총 중량을 기준으로 15 내지 60　중량%, 또는 15 내지 40　중량%이다.
베타-하이드록시 에스테르 작용성 단량체는, 에틸렌계 불포화 에폭시 작용성 단량체 및 카르복실산로부터 제조될 수 있거나, 또는 에틸렌계 불포화 산 작용성 단량체, 및 에틸렌계 불포화 산 작용성 단량체와 중합할 수 없는 에폭시 화합물로부터 제조될 수 있다.
베타-하이드록시 에스테르 작용성 단량체를 제조하기 위해 사용되는 유용한 에틸렌계 불포화 에폭시 작용성 단량체는 글리시딜 (메트)아크릴레이트, 알릴 글리시딜 에테르, 메트알릴 글리시딜 에테르, 에틸렌계 불포화 모노이소시아네이트와 하이드록시 작용성 모노에폭사이드, 예컨대 글리시돌과의 1:1 (몰) 부가체, 및 중합가능한 폴리카르복실산, 예컨대 말레산의 글리시딜 에스테르를 포함한다. 카르복실산의 예는 포화된 모노카르복실산, 예컨대 이소스테아르산 및 방향족 불포화 카르복실산을 포함한다.
베타-하이드록시 에스테르 작용성 단량체를 제조하기 위해 사용되는 유용한 에틸렌계 불포화 산 작용성 단량체는 모노카르복실산, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산; 디카르복실산, 예컨대 이타콘산, 말레산 및 푸마르산; 및 디카르복실산의 모노에스테르, 예컨대 모노부틸 말레에이트 및 모노부틸 이타코네이트를 포함한다. 에틸렌계 불포화 산 작용성 단량체와 에폭시 화합물은 전형적으로 1:1 당량 비로 반응한다. 에폭시 화합물은 불포화 산 작용성 단량체와 함께 자유 라디칼-개시된 중합에 참여할 에틸렌 불포화를 함유하지 않는다. 유용한 에폭시 화합물은 1,2-펜텐 옥사이드, 스티렌 옥사이드, 및 8 내지 30 개의 탄소 원자를 종종 함유하는 글리시딜 에스테르 또는 에테르, 예컨대 부틸 글리시딜 에테르, 옥틸 글리시딜 에테르, 페닐 글리시딜 에테르 및 파라-(3차 부틸) 페닐 글리시딜 에테르를 포함한다. 특정 글리시딜 에스테르는 이하의 구조를 갖는 것들을 포함하며:
Figure pct00001
여기에서, R은 약 4 내지 약 26 개의 탄소 원자를 함유하는 탄화수소 라디칼이다. 전형적으로, R은 약 8 내지 약 10 개의 탄소 원자를 함유하는 분기된 탄화수소 기, 예컨대 네오펜타노에이트, 네오헵타노에이트 또는 네오데카노에이트이다. 카르복실산의 적합한 글리시딜 에스테르는, VERSATIC ACID 911 및 CARDURA E를 포함하며, 이들 각각은 Shell Chemical Co. 사로부터 상업적으로 이용가능하다.
아크릴 중합체는 유기 용액 중합 기술을 통해 제조될 수 있고, 용매계(solventborne) 필름-형성 조성물의 제조에 직접 사용될 수 있다. 일반적으로, 당업계에 인식된 양의 단량체를 이용하여 당업자들에게 알려진 이러한 중합체의 임의의 제조 방법이 사용될 수 있다.
예시적인 아크릴계 폴리올은 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 펜던트 하이드록실기를 포함하지 않는 (메트)아크릴산의 알킬 에스테르, 예컨대 2-에틸헥실 아크릴레이트와 2-에틸헥실 메타크릴레이트의 혼합물, 에틸렌계 불포화 방향족 단량체, 예컨대 스티렌, 및 (메트)아크릴산을 약 35:44:20:1의 중량비로 포함하는 반응 혼합물로부터 제조될 수 있다. 또 다른 예시적인 아크릴계 폴리올은 15 내지 20　중량%의 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 펜던트 하이드록실기를 포함하지 않는 10 내지 15　중량%의 (메트)아크릴산의 알킬 에스테르, 예컨대 2-에틸헥실 아크릴레이트, 25 내지 30　중량%의 에틸렌계 불포화 방향족 단량체, 예컨대 스티렌, 및 에틸렌계 불포화를 함유하지 않는 에폭시 화합물, 예컨대 상기에서 보여진 구조를 갖고 R은 약 10개의 탄소 원자를 갖는 분지형 탄화수소 라디칼(예를 들어 Cardura E-10로서 상업적으로 이용가능함)인 카르복실산의 글리시딜 에스테르와 (메트)아크릴산을 포함하는 반응 혼합물로부터 제조된 35 내지 45　중량%의 베타-히드록시 에스테르 작용성 단량체이고, 여기에서 상기 양은 단량체 혼합물 중의 단량체의 총 중량을 기준으로 한다.
아크릴계 폴리올은 적어도 3000, 예컨대 적어도 5000, 또는 적어도 5500, 및 최대 15,000, 또는 최대 10,000, 또는 최대 7500의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 본원에 보고된 중량 평균 분자량은 폴리스티렌 표준물질을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정될 수 있다.
열 경화성 필름-형성 조성물 중의 바인더의 양은 일반적으로 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 25 내지 95 중량%의 범위일 수 있다. 예를 들어, 바인더의 양은 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 적어도 30 중량%, 적어도 40 중량% 또는 적어도 50 중량%일 수 있다. 바인더의 양은 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 95　중량% 이하, 90　중량% 이하, 85　중량% 이하, 또는 80　중량% 이하일 수 있다. 바인더의 범위는 예를 들어, 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 30 내지 90　중량%, 40 내지 85　중량%, 또는 50 내지 80　중량%를 포함할 수 있다.
열 경화성 필름-형성 조성물 중의 폴리올의 양은 일반적으로 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 20 내지 70 중량%의 범위일 수 있다. 예를 들어, 폴리올은 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 적어도 25 중량%, 적어도 30 중량%, 적어도 35 중량% 또는 적어도 40 중량%일 수 있다. 폴리올의 양은 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 70　중량% 이하, 65　중량% 이하, 또는 60　중량% 이하일 수 있다. 폴리올의 범위는 예를 들어, 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 20 내지 70　중량%, 25 내지 70　중량%, 30 내지 70　중량%, 30 내지 60 중량%, 35 내지 65　중량% 또는 40 내지 60　중량%를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 "폴리올의 양" 문구는 아크릴계 폴리올, 및 존재하는 경우 가교제와 반응할 수 있는 임의의 추가적인 하이드록시-작용성 수지 물질, 예를 들어 폴리에스테르 폴리올의 (합산) 양을 포함한다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 추가로 유동 제어 시스템을 포함한다. 본원에 사용된 용어 "유동 제어 시스템(flow control system)"은 바인더를 포함하는 필름-형성 조성물에 부가되어, 점도, 전단 응력 하의 요변성 특성 및 표면 또는 기판에 도포될 때의 레벨링을 비롯하여 도포, 건조 및/또는 경화 동안에 필름-형성 조성물의 레올로지 거동을 조절하는 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 지칭한다.
본 발명의 필름-형성 조성물의 유동 제어 시스템은 새그 제어제를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "새그 제어제(sag control agent)"는 새그, 즉 예컨대 기판, 특히 비-수평, 예를 들어 수직의 표면을 포함하는 기판에 도포될 때 웨트 필름-형성 조성물의 중력-주도 흐름에 의해 야기되는 눈물 방울(tear drops)과 같은 결함을 최소화하기 위해 바인더를 포함하는 열 경화성 필름-형성 조성물에 부가되어 화합물, 또는 화합물들의 혼합물을 지칭한다.
본 발명자들은 외관에 최적화된 공지의 투명 코트 조성물의 레올로지 프로파일을 연구해왔다. 이들 조성물은 요변성 거동을 나타내면서, 즉 표면 또는 기판에 도포된 후에 예를 들어 분무 동안에 적용된 전단 응력 하에서 박막화되면서, 전형적으로 적용 전단 응력이 중단되자마자 실온에서 복소 점도 η*를 얻게 된다. 복소 점도는 플래쉬 오프 동안 더 증가한다. 열 경화를 유발하기 위해 온도가 상승될 때, 복소 점도는 처음에는 초기 값 미만으로 유의하게 떨어져서 코팅 필름의 충분한 레벨링을 허용하고, 이후에 화학적 경화 반응이 실제로 시작되고 점도가 다시 올라간다. 본원에서 사용된 복소 점도 η*는 필름-형성 조성물에 진동 전단 응력을 가함으로써 결정된 빈도-의존성 점도 함수를 지칭한다.
조성물의 복소 점도가 플래쉬 오프 및 열 경화 동안에 초기 값 미만으로 떨어지지 않고 필름-형성 조성물이 5.0 중량% 미만의 멜라민 기반의 성분을 포함하는 경우, 새그 제어제를 포함하는 유동 제어 시스템을 포함함으로써 필름-형성 조성물의 새그뿐만 아니라 이러한 조성물로부터 얻은 코팅의 외관도 개선될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 필름-형성 조성물에서 초기 복소 점도의 값은 상기 공지된 제제의 경우보다 훨씬 더 낮을 수 있다. 플래쉬 오프 동안의 본 발명의 필름-형성 조성물의 복소 점도에서의 상대적인 증가는 공지된 제제보다 더 높을 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 필름-형성 조성물에서 플래쉬 오프 동안의 복소 점도의 최대 값은 동일한 조성물의 초기 복소 점도의 적어도 3배만큼 높을 수 있는데, 예를 들어 적어도 3.0배, 또는 적어도 3.1배, 또는 적어도 3.2배, 또는 적어도 3.3배, 또는 적어도 3.4배, 또는 적어도 3.5배, 또는 적어도 3.6배, 또는 적어도 3.7배, 또는 적어도 3.8배, 또는 적어도 3.9배, 또는 적어도 4.0배만큼 높고, 그리고 최대 8.0배, 또는 7.0배, 또는 6.0배만큼 높다. 연구된 공지의 코팅 제제에서, 플래쉬 오프 동안의 복소 점도의 최대값은 상기 공지된 코팅 제제의 초기 복소 점도의 단지 약 2.8 배이다.
일단 온도가 상승하면, 본 발명의 필름-형성 조성물의 복소 점도는 떨어질 것이지만, 이들의 초기 복소 점도 미만으로는 떨어지지 않을 것이다. 연구된 공지의 제제에서, 열 경화를 유발하기 위해 온도를 25℃ 초과로 상승시킬 때 관측되는 복소 점도의 최소값은 예를 들어 이들의 초기 값의 약 0.2 배만큼 낮을 수 있는 반면, 본 발명의 필름-형성 조성물의 복소 점도의 최소 값은 이들의 초기 값보다 더 낮지는 않지만, 상기 값보다는 훨씬 더 높을 수 있어서, 예를 들어 적어도 1.05배, 또는 적어도 1.10배, 또는 적어도 1.15배, 또는 적어도 1.20배, 또는 적어도 1.25 배만큼 높고, 그리고 최대 5.0배, 또는 4.0배, 또는 3.0배, 또는 2.0배, 또는 1.5배만큼 높다.
필름-형성 조성물의 초기 복소 점도는 적어도 150　cP, 또는 적어도 175　cP, 또는 적어도 200　cP, 또는 적어도 225　cP, 또는 적어도　250　cP, 또는 적어도 275　cP, 그리고 최대 350　cP, 또는 최대 325　cP, 또는 최대 300　cP일 수 있다. 전형적 범위는 200　내지 325　cP, 또는 225 내지 300　cP이다.
플래쉬 오프 동안의 복소 점도의 최대 값은 적어도 850　cP, 또는 적어도 900　cP, 또는 적어도 950　cP, 또는 적어도 1000　cP, 그리고 최대 1250　cP, 또는 최대 1200　cP, 또는 최대 1150 cP일 수 있다. 전형적인 범위는 950 내지 1150　cP, 또는 1000 내지 1150　cP이다. 가열시 필름-형성 조성물의 최소 복소 점도는 적어도 150　cP, 또는 적어도 175　cP, 또는 적어도 200　cP, 또는 적어도 225　cP, 또는 적어도　250　cP, 또는 적어도 275　cP, 또는 적어도 300　cP, 그리고 최대 400　cP, 또는 최대 375　cP, 또는 최대 350　cP, 또는 최대 325　cP일 수 있다. 전형적인 범위는 250　내지 375　cP, 또는 275 내지 350　cP이다. 복소 점도 η*를 결정하는데 사용된 방법은 이하의 실시예 섹션에 더욱 상세히 기재되어 있다.
본원에 사용된 용어 "멜라민 기반의 성분(melamine-based component)"은 멜라민(2,4,6-트리아미노-s-트리아진) 그 자체 및 이의 염 뿐만 아니라 멜라민을 예를 들어 포름알데히드와 같은 또 다른 화합물과 중합시킴으로써 얻어진 수지를 지칭한다. 본 발명의 필름-형성 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 고체 수지의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 미만의 멜라민 기반의 성분을 포함하고, 4.5　중량% 미만, 또는 4.0 중량% 미만, 또는 3.5 중량% 미만, 또는 3.0 중량% 미만, 또는 2.5 중량% 미만, 또는 2.0 중량% 미만, 또는 1.5 중량% 미만, 또는 1.0 중량% 미만, 또는 0.5 중량% 미만, 또는 0.25 중량%의 멜라민 기반의 성분을 포함할 수 있다. 본 발명의 필름-형성 조성물은 또한 멜라민 기반의 성분을 본질적으로 포함하지 않을 수도 있다. 물질을 "본질적으로 포함하지 않는(essentially free)"이라 함은 조성물이 소정 물질을 단지 흔량 또는 부수적인 양으로 갖고, 그 물질은 조성물의 임의의 특성에 영향을 주기에 충분한 양으로 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 이들이 존재하는 경우, 이는 단지 부수적인 양만으로 존재하며, 전형적으로 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 0.1　중량% 미만, 또는 0.01　중량% 미만이다.
새그를 조절하기 위해 당업계에서 통상 사용되는 제제는 적어도 용매 및 전단력의 부재 하에 실온(23℃)에서 미립자인 물질, 예컨대 흄드 실리카, 가교된 중합성 입자를 포함하는 소위 마이크로겔, 및 우레아 기반의 새그 제어제를 포함한다. 일반적으로 이들 물질은 또한 코팅 조성물 중에서 불용성이며, 필름-형성 조성물 중에서 3-차원 네트워크를 형성할 수 있다. 상기 네트워크는 전단 하에서 붕괴되고, 일단 전단 응력이 중단되면 시간이 흐름에 따라 다시 구성될 수 있으며, 따라서 상기 조성물에 요변성 거동을 부여한다. 이러한 입자의 1차 입자 크기(Dv50)는 일반적으로 마이크론 또는 서브-마이크론 범위 내에 있어서, 예를 들어 우레아 기반의 새그 제어제에 대해서는 약 0.1 내지 10 ㎛(마이크론)의 범위 내에 있을 수 있고, 이는 예를 들어 말번 입도분석기(Malvern Zetasizer)를 사용하는 동적 광산란을 사용하여 결정되었다. 본 발명의 필름-형성 코팅 조성물의 유동 제어 시스템은 이러한 미립자 새그 제어제, 예컨대 우레아 기반의 새그 제어제 및/또는 마이크로겔을 포함할 수 있다.
본 발명의 필름-형성 조성물 중의 새그 제어제는 우레아 기반의 새그 제어제, 즉 단일 우레아 기반의 새그 제어제, 또는 둘 이상의 상이한 우레아 기반의 새그 제어제들의 혼합물을 포함할 수 있다. 우레아 기반의 새그 제어제는 아민 및 이소시아네이트를 포함하는 반응물들의 반응 산물을 일반적으로 비스우레아의 형태로 포함한다. 반응 산물은 결정성일 수 있다. 적합한 이소시아네이트는 폴리이소시아네이트를 포함한다. 폴리이소시아네이트는 지방족, 방향족 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 비록 고차 폴리이소시아네이트, 예컨대 디이소시아네이트의 이소시아누레이트가 종종 사용되기는 하지만, 디이소시아네이트가 더욱 자주 사용된다. 이소시아네이트 예비중합체, 예를 들어 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응 산물이 또한 사용될 수 있다. 폴리이소시아네이트들의 혼합물이 사용될 수 있다.
우레아 기반의 새그 제어제를 제조하기 위해 사용되는 폴리이소시아네이트는 다양한 이소시아네이트-함유 물질로부터 제조될 수 있다. 적합한 폴리이소시아네이트의 예는 이하의 디이소시아네이트를 포함한다: 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌-비스(시클로헥실 이소시아네이트), 이소포론 디이소시아네이트, 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 이성질체 혼합물, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 테트라메틸 자일렌 디이소시아네이트 및 4,4'-디페닐메틸렌 디이소시아네이트. 이들 디이소시아네이트로부터 제조된 삼량체도 또한 사용될 수 있다.
우레아 기반의 새그 제어제를 제조하기 위해 사용되는 적합한 아민은 1차 또는 2차 모노아민, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 아민은 방향족 또는 지방족(예를 들어, 지환족)일 수 있다. 적합한 모노아민의 비-제한적인 예는 지방족 폴리아민, 예컨대 에틸아민, 이성질체 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 시클로헥실아민 및 벤질아민을 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 예에서, 반응 산물은 벤질아민으로 적어도 부분적으로 캡핑된 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 포함한다.
우레아 기반의 새그 제어제는 경화성 필름-형성 조성물에 무수(neat)로 첨가될 수 있거나, 또는 바인더 성분에 대하여 상기 기재된 것들을 포함하는 담체 비히클, 예컨대 아크릴계 폴리올 중에 분산될 수 있다. 담체 비히클로서 사용된 예시적인 아크릴계 폴리올은 (i) 에틸렌계 불포화 산 작용성 단량체 및 에폭시 화합물로부터 제조된 35 내지 45　중량%의 베타-하이드록시 에스테르 작용성 단량체, 예컨대 상기 기재된 임의의 것; (ⅱ) 15 내지 20　중량%의 하이드록시에틸 메타크릴레이트; (ⅲ) 25 내지 30　중량%의 스티렌; 및 (ⅳ) 10 내지 15　중량%의 2-에틸헥실 아크릴레이트를 포함하는 단량체 혼합물로부터 제조될 수 있고, 여기에서 양은 상기 단량체 혼합물 중의 단량체의 총 중량을 기준으로 한다. 우레아 기반의 새그 제어제가 담체 비히클 중에 분산된 경우, 이는 전형적으로 상기 분산액의 총 중량을 기준으로 2 내지 5　중량% 범위의 양으로 분산액 중에 존재한다. (담체 비히클, 결정 하중 없이 무수 새그 제어제 기준으로) 우레아 기반의 새그 제어제는 일반적으로 경화성 필름-형성 조성물 중에, 상기 경화성 필름-형성 조성물 중의 고체의 총량을 기준으로 0.2 내지 2　중량%, 예컨대 0.3 내지 1.8　중량%, 또는 0.4 내지 1.4　중량%, 종종 0.8 내지 1.2　중량%의 양으로 존재한다. 담체 비히클 중의 우레아 기반의 새그 제어제의 분산액은 전형적으로 경화성 필름-형성 조성물 중에, 상기 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 5 내지 35　중량%, 종종 15 내지 25　중량%의 양으로 존재한다. 바인더로서 적합한 담체 비히클은 필름-형성 코팅 조성물 중의 바인더의 상기 특정된 양에 기여하는 것으로 이해될 것이다.
유동 제어 시스템은 추가적인 성분, 예컨대 내부 가교된 유기 중합체의 비-수성 분산액을 추가로 포함할 수 있다. 비-수성 분산액 중의 내부 가교된 유기 중합체는 전형적으로 아크릴성 중합체이고, 그 자체끼리의 가교 및 잠재적으로는 인접 중합체와 가교를 허용하는 작용기를 갖는 단량체를 포함하는 단량체 혼합물로부터 제조될 수 있어서, 겔, 예컨대 마이크로겔의 형성을 가능하게 한다. 예를 들어, 적어도 2개의 에틸렌계 불포화 이중 결합을 함유하는 당업계에 알려진 임의의 단량체가 단량체 혼합물 중에 포함될 수 있다. 적합한 단량체는 제한없이 디(메트)아크릴레이트(예를 들어, 헥산디올 디(메트)아크릴레이트), 에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 데칸디올 디(메트)아크릴레이트, 또는 디(메트)아크릴레이트들의 조합을 포함한다. 예시적인 내부 가교된 유기 중합체는 (i) 메틸 메타크릴레이트; (ⅱ) 부틸 아크릴레이트; (ⅲ) 스티렌; 및 (ⅳ) 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트를 포함하는 단량체 혼합물로부터 제조될 수 있다.
내부 가교된 유기 중합체는 고 응력 혼합 또는 균질화를 이용하여, 유기 용매 또는 중합체를 포함하는 유기 연속상에 분산되어, 비-수성 분산액을 형성할 수 있다. 유기 연속상으로 사용하기에 적합한 비-수성 매질은 케톤, 예컨대 메틸 아밀 케톤, 및 글리콜 에테르, 예컨대 2-부톡시에탄올을 포함한다.
내부 가교된 유기 중합체는 반응성 작용기를 함유하여 바인더 시스템에 가교될 수 있고, 일반적으로 전체 바인더 시스템의 작은 분획, 예컨대 필름-형성 코팅 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 최대 5 중량%이다. 비-수성 분산액은 만약 있다고 해도 최소의 광산란을 생성하여, 색상 및 외관 특성들은 불리하게 영향을 받지 않는다.
본 발명의 필름-형성 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 고체의 총량을 기준으로 1　중량% 미만의 실리카 기반의 레올로지 조절제, 예를 들어 레올로지 조절제로서 종래 사용된 흄드 실리카 입자를 포함할 수 있다. 일반적으로 본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 실리카 기반의 레올로지 조절제를 본질적으로 포함하지 않는다. 물질을 "본질적으로 포함하지 않는"이라 함은 조성물이 단지 흔량 또는 부수적인 양의 소정의 물질만을 포함하며, 상기 물질은 조성물의 임의의 특성들에 영향을 주기에 충분한 양으로 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 이들 물질은 상기 조성물에 대해 본질적이지 않으며, 그러므로 상기 조성물은 이들 물질을 임의의 주목할만한 또는 본질적인 양으로 포함하지 않는다. 이들이 존재하는 경우, 이는 단지 부수적인 양으로만 존재하며, 전형적으로 상기 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 0.1　중량% 미만, 또는 0.01　중량% 미만이다. 추가로, 본 발명의 필름-형성 조성물은 또한 다른 무기 레올로지 조절제, 예컨대 유기점토를 본질적으로 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 바인더의 작용기와 반응하는 작용기를 함유하는 가교(경화)제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 바인더가 폴리올을 포함하는 경우, 가교제는 바인더의 하이드록실 작용기와 반응하는 작용기를 포함한다. 이러한 가교제는 전형적으로 하나 이상의 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있고, 당업계에 공지된 것들을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "폴리이소시아네이트"는, 차단된 (또는 캡핑된) 폴리이소시아네이트뿐만 아니라 차단되지 않은 폴리이소시아네이트도 포함하는 것으로 의도된다. 폴리이소시아네이트는 지방족, 방향족, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 고차 폴리이소시아네이트, 예컨대 디이소시아네이트의 이소시아누레이트가 종종 사용되기는 하지만, 디이소시아네이트도 또한 사용될 수 있다. 이소시아네이트 예비중합체, 예를 들어 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응 산물도 또한 사용될 수 있다. 폴리이소시아네이트 가교제들의 혼합물이 사용될 수 있다.
폴리이소시아네이트는 다양한 이소시아네이트-함유 물질로부터 제조될 수 있다. 적합한 폴리이소시아네이트의 예는 이하의 디이소시아네이트로부터 제조된 삼량체를 포함한다: 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌-비스(시클로헥실 이소시아네이트), 이소포론 디이소시아네이트, 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 이성질체 혼합물, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 테트라메틸 자일렌 디이소시아네이트 및 4,4'-디페닐메틸렌 디이소시아네이트. 추가로, 다양한 폴리올, 예컨대 폴리에스테르 폴리올의 차단된 폴리이소시아네이트 예비중합체도 또한 사용될 수 있다.
이소시아네이트 기는 원하는 경우 캡핑되거나 또는 캡핑되지 않을 수 있다. 폴리이소시아네이트가 차단되거나 또는 캡핑될 경우, 당업자들에게 알려진 임의의 적합한 지방족, 지환족, 또는 방향족 알킬 모노알콜 또는 페놀계 화합물이 폴리이소시아네이트에 대한 캡핑제로서 사용될 수 있다. 적합한 차단제(blocking agent)의 예는 승온에서 차단되지 않을 물질들, 예컨대 메탄올, 에탄올 및 n-부탄올을 포함하는 저급 지방족 알콜; 지환족 알콜, 예컨대 시클로헥사놀; 방향족-알킬 알콜, 예컨대 페닐 카르비놀 및 메틸페닐 카르비놀; 및 페놀계 화합물, 예컨대 페놀 그 자체 및 크레졸 및 니트로페놀과 같이 치환체가 코팅 작업에 영향을 주지 않는 것인 치환된 페놀을 포함한다. 글리콜 에테르도 또한 캡핑제로서 사용될 수 있다. 적합한 글리콜 에테르는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 메틸 에테르 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르를 포함한다. 다른 적합한 캡핑제는 옥심, 예컨대 메틸 에틸 케톡심, 아세톤 옥심 및 시클로헥사논 옥심, 락탐, 예컨대 엡실론-카프로락탐, 피라졸, 예컨대 디메틸 피라졸, 및 아민, 예컨대 디부틸 아민을 포함한다.
본 발명의 필름-형성 조성물은 일-성분(1K) 또는 다-성분 조성물, 예컨대 2 성분(2K) 조성물일 수 있다. 1K 조성물은 제조 후 배송 및 저장 등의 동안에 모든 코팅 성분들이 동일한 패키지 내에 유지되는 조성물을 지칭하는 것으로 이해될 것이다. 1K 조성물에서 캡핑된 폴리이소시아네이트 가교제는 사용 전에 조성물의 때이른(premature) 가교를 피하기 위해 사용될 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 필름-형성 조성물은 가교성 수지를 포함하는 제1 성분, 예를 들어 아크릴계 폴리올, 및 가교제를 포함하는 제2 성분을 포함하는 2 성분(2K) 조성물일 수 있되, 상기 제1 성분과 상기 제2 성분은 사용 직전까지 별도로 유지된다. 2K 조성물에서는 원칙적으로 캡핑된 폴리이소시아네이트와 캡핑되지 않은 폴리이소시아네이트 둘 모두가 사용될 수 있는데, 캡핑되지 않은 폴리이소시아네이트가 전형적으로는 사용된다. 만약 유동 제어 시스템이 가교제, 예컨대 아크릴계 폴리올과 반응할 수 있는 임의의 수지를 포함하지 않는 경우, 예를 들어 무수 새그 제어제가 사용되기 때문에 유동 제어 시스템은 제1 성분 또는 제2 성분 중 어느 하나, 또는 둘 모두에 존재할 수 있다. 그러나, 예를 들어 상기 기재된 바와 같이 아크릴계 폴리올을 포함하는 담체 비히클 중의 우레아 기반의 새그 제어제의 분산액이 사용되는 경우, 가교제와 반응할 수 있는 수지를 포함하는 유동 제어 시스템은 제1 성분 중에 존재할 것이라고 이해될 것이다. 추가로, 명확히 반대로 기재된 바 없는 한, 본 발명의 필름-형성 조성물이 2K 조성물인 경우, 본원에 특정된 필름-형성 조성물 중의 물질의 임의의 양은 제1 성분 및 제2 성분의 합산량, 즉 전체 필름-형성 조성물을 기준으로 한다.
원칙적으로 멜라민 및 멜라민 기반의 수지가 아크릴계 폴리올을 위한 통상적인 가교제이지만, 본 발명의 필름-형성 조성물은 코팅 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 미만의 멜라민 기반의 성분을 포함한다.
경화성 필름-형성 조성물 중의 가교제의 양은 일반적으로 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 5 내지 75　중량%의 범위일 수 있다. 예를 들어, 가교제의 양은 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 적어도 5　중량%, 또는 적어도 10　중량%, 또는 적어도 15　중량%, 및 종종 적어도 20　중량%, 그리고 최대 75　중량%, 또는 최대 60　중량%, 또는 최대 55　중량%, 또는 종종 최대 50　중량%일 수 있다. 가교제의 범위는 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 예를 들어, 10 내지 60 중량%, 15 내지 55　중량%, 또는 20 내지 50　중량%를 포함할 수 있다.
바인더 중의 작용기, 예를 들어 가교제의 작용기와 반응할 수 있는 폴리올의 하이드록시 기(OH), 대 가교제 중의 상기 작용기, 예를 들어 폴리이소시아네이트 중의 이소시아네이트 기(NCO)의 비는 일반적으로 0.6:1.0 내지 1.4:1.0 범위일 수 있고, 예를 들어 0.8:1.0 내지 1.2:1.0의 범위일 수 있다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 추가적인 중합성 수지를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 추가적인 중합성 폴리올 수지, 예컨대 폴리에스테르 폴리올, 폴리실록산 폴리올, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
폴리에스테르 폴리올은 다가 알콜과 폴리카르복실산의 축합에 의해 공지의 방식으로 제조될 수 있다. 적합한 다가 알콜은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 1,6-헥실렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 글리세롤, 트리메틸올 프로판 및 펜타에리스리톨을 포함한다. 적합한 폴리카르복실산은 숙신산, 아디프산, 아젤라산, 세바크산, 말레산, 푸마르산, 프탈산, 테트라하이드로프탈산, 헥사하이드로프탈산, 및 트리멜리트산을 포함한다. 상기 언급된 폴리카르복실산 외에, 이들이 존재하는 산의 작용성 등가물, 예컨대 무수물, 또는 산의 저급 알킬 에스테르, 예컨대 메틸 에스테르가 사용될 수도 있다.
사용시, 폴리에스테르 폴리올은 경화성 필름-형성 조성물 중에, 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 적어도 1　중량%, 또는 적어도 2　중량%, 또는 적어도 5　중량%, 또는 적어도　10　중량%, 그리고 최대 30　중량%, 또는 최대 25　중량%, 또는 최대 20　중량%의 양으로 존재할 수 있다. 폴리에스테르 폴리올의 범위는 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 1 내지 30　중량%, 예컨대 5 내지 25　중량%, 또는 10　내지 20　중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 필름-형성 조성물에 사용하기에 적합한 폴리실록산 폴리올은 실리콘 하이드라이드를 함유하는 폴리실록산의 반응 산물, 예컨대 BASF 사(독일 루트비히스하펜(Ludwigshafen) 소재)의 MASILWAX BASE로 상업적으로 이용가능한 것들, 및 분자 중에 지방족 불포화 연결기를 갖는 폴리올 화합물, 예컨대 미국 특허 제5,916,992호에 기재된 것들을 포함한다. 이러한 폴리올 화합물의 예는 알릴 알콜과 트리메틸올 프로판의 반응에 의해 얻어진 것들이다.
사용시, 폴리실록산 폴리올은 경화성 필름-형성 조성물 중에, 상기 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 적어도 0.5　중량%, 또는 적어도 1.0　중량%, 또는 적어도 1.5　중량%, 그리고 최대 10　중량%, 또는 최대 7.5　중량%, 또는 최대 5　중량%의 양으로 존재할 수 있다. 폴리실록산 폴리올의 범위는 상기 경화성 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 10　중량%, 예컨대 1.0 내지 7.5　중량%, 또는 1.5　내지 5　중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 열 경화성 필름-형성 조성물은 이러한 조성물에 통상 사용되는 다른 선택적인 성분들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 UV 분해 저항성을 위해 힌더드 아민 광 안정화제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 힌더드 아민 광 안정화제는 미국 특허 제5,260,135호에 기재된 것들을 포함한다. 이들이 사용될 때, 이들은 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 2　중량%의 양으로 상기 조성물 중에 존재한다. 다른 선택적인 첨가제들, 예컨대 착색제, 가소화제, 내마모성 입자, 필름 강화 입자, 충진제, 촉매, 예컨대 디이소프로판올아민으로 차단된 도데실벤젠 설폰산, 항산화제, 살생물제, 소포제, 계면활성제, 습윤제, 분산 조제, 접착 촉진제, UV 광 흡수제 및 안정제, 안정화제, 유기 공용매, 반응성 희석제, 분쇄 비히클, 및 다른 관행적인 보조제들(customary auxiliaries), 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "착색제(colorant)"는 색상 및/또는 다른 불투명도 및/또는 다른 시각적 효과를 조성물에 부여하는 임의의 서브스턴스(substance)를 의미한다. 착색제는 임의의 적합한 형태, 예컨대 별개의 입자, 분산액, 용액 및/또는 플레이크로 코팅에 첨가될 수 있다. 단일 착색제 또는 둘 이상의 착색제들의 혼합물이 본 발명의 코팅에 사용될 수 있다.
예시적인 착색제는 안료, 염료 및 틴트, 예컨대 도료 산업에서 사용되고/되거나 드라이 컬러 제조사 협회(Dry Color Manufacturers Association, DCMA)에 나열된 것들뿐만 아니라 특수 효과 조성물을 포함한다. 착색제는 예를 들어, 불용성이지만 사용 조건 하에서 습윤가능한 미분된 고체 분말을 포함할 수 있다. 착색제는 유기물 또는 무기물일 수 있고, 응집되거나 또는 비-응집될 수 있다. 착색제는 분쇄 또는 단순 혼합에 의해 코팅에 혼입될 수 있다. 착색제는 당업계의 숙련자들에게 친숙하게 이용되는 분쇄 비히클, 예컨대 아크릴계 분쇄 비히클을 사용하여 분쇄함으로써 코팅에 혼입될 수 있다.
예시적인 안료 및/또는 안료 조성물은 카르바졸 디옥사진 조 안료, 아조, 모노아조, 디스아조, 나프톨 AS, 염 타입(레이크), 벤즈이미다졸론, 축합, 금속 착체, 이소인돌리논, 이소인돌린 및 다환형 프탈로시아닌, 퀴나크리돈, 페릴렌, 페리논, 디케토피롤로 피롤, 티오인디고, 안트라퀴논, 인단트론, 안트라피리미딘, 플라반트론, 피란트론, 안탄트론, 디옥사진, 트리아릴카르보늄, 퀴노프탈론 안료, 디케토 피롤로 피롤 레드("DPPBO 레드)", 이산화티탄, 카본 블랙 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 용어 "안료(pigment)" 및 "착색된 충진제(colored filler)"는 상호교환하여 사용될 수 있다.
예시적인 염료는 용매 및/또는 수성 기반인 것들, 예컨대 산 염료, 아조성 염료, 염기성 염료, 직접 염료, 분산 염료, 반응성 염료, 용매 염료, 황 염료, 매염제 염료, 예를 들어, 비스무트 바나데이트, 안트라퀴논, 페릴렌, 알루미늄, 퀴나크리돈, 티아졸, 티아진, 아조, 인디고이드, 니트로, 니트로소, 옥사진, 프탈로시아닌, 퀴놀린, 스틸벤, 및 트리페닐 메탄을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 언급된 것과 같이, 착색제는 나노입자 분산액을 비제한적으로 포함하는 분산액의 형태일 수 있다. 나노입자 분산액은 원하는 가시적인 색상 및/또는 불투명도 및/또는 시각 효과를 생성하는 고 분산된 나노입자 착색제 및/또는 착색제 입자를 포함할 수 있다. 나노입자 분산액은 150 nm 미만, 예컨대 70 nm 미만, 또는 30 nm 미만의 입자 크기를 갖는 착색제, 예컨대 안료 또는 염료를 포함할 수 있다. 나노입자는 0.5 mm 미만의 입자 크기를 갖는 분쇄 매체와 함께 스톡 유기 또는 무기 안료를 밀링함으로써 제조될 수 있다. 예시적인 나노입자 분산액 및 이의 제조 방법은 본원에 참고로 포함된 미국 특허 6,875,800 B2에서 밝혀졌다. 나노입자 분산액은 또한 결정화, 침전, 기체상 축합, 및 화학적 마모(즉, 부분 용해)에 의해 제조될 수도 있다. 코팅 내의 나노입자의 재-응집을 최소화하기 위하여, 수지-코팅된 나노입자의 분산액이 사용될 수 있다. 본원에서 사용된 "수지-코팅된 나노입자의 분산액"은 나노입자 및 상기 나노입자 상의 수지 코팅을 포함하는 별도의 "복합 미세입자(composite microparticles)"가 분산되어 있는 연속상을 지칭한다. 수지-코팅된 나노입자의 예시적인 분산액 및 이의 제조 방법은 본원에 참고로 포함된 2004년 6월 24일자 출원된 미국 출원 제10/876,031호, 및 또한 본원에 참고로 포함된 2003년 6월 24일자 출원된 미국 가출원 제60/482,167호에서 확인된다.
본 발명의 코팅에 사용될 수 있는 예시적인 특수 효과 조성물은 하나 이상의 외관 효과, 예컨대 반사, 진주광택, 금속성 광택, 인광, 형광, 광변색, 광감작성, 열변색(thermochromism), 각도변색(goniochromism) 및/또는 색상-변화를 발생시키는 안료 및/또는 조성물을 포함한다. 추가적인 특수 효과 조성물은 다른 감지할 수 있는 특성들, 예컨대 반사도, 불투명도 또는 텍스쳐를 제공할 수 있다. 특수 효과 조성물은 색상 전이(color shift)를 발생시킬 수 있어서, 코팅을 상이한 각도에서 볼 때 코팅의 색상이 변한다. 예시적인 색상 효과 조성물은 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제 6,894,086호에서 확인된다. 추가적인 색상 효과 조성물은 투명 코팅된 운모 및/또는 합성 운모, 코팅된 실리카, 코팅된 알루미나, 투명한 액정 안료, 액정 코팅, 및/또는 물질 표면과 공기 간에 차등화된 굴절 지수 때문이 아니라 물질 내의 차등화된 굴절 지수로부터 간섭이 발생하는 임의의 조성물을 포함할 수 있다.
광원에 노출될 때 그 색상을 가역적으로 변화시키는 광감성 조성물 및/또는 광변색성 조성물이 본 발명의 코팅에 사용될 수 있다. 광변색성 및/또는 광감성 조성물은 특정 파장의 조사에 노출됨으로써 활성화될 수 있다. 상기 조성물이 여기될 때, 분자 구조가 변하고, 변화된 구조는 상기 조성물의 원래 색상과는 상이한 새로운 색상을 나타낸다. 조사에 대한 노출이 제거될 때, 광변색성 및/또는 광감성 조성물은 안정 상태(state of rest)로 돌아올 수 있고, 이 때 상기 조성물의 원래 색상이 돌아온다. 일 예에서, 광변색성 및/또는 광감성 조성물은 비-여기된 상태에서 무색일 수 있고, 여기된 상태에서는 색상을 나타낼 수 있다. 전체 색상-변화는 밀리 초 내지 수 분, 예컨대 20 초 내지 60 초 내에 나타날 수 있다. 예시적인 광변색성 및/또는 광감성 조성물은 광변색성 염료를 포함한다.
광감성 조성물 및/또는 광변색성 조성물은 중합가능한 성분의 중합체 및/또는 중합성 물질에 회합될 수 있고/있거나 예컨대 공유 결합에 의해 적어도 부분적으로 결합될 수 있다. 광감성 조성물이 코팅 밖으로 이동하여 기판 내로 결정화될 수 있는 일부 코팅과는 대조적으로, 중합체 및/또는 중합가능한 성분과 회합되고/되거나 이에 적어도 부분적으로 결합된 광감성 조성물 및/또는 광변색성 조성물은 코팅 밖으로 최소로 이동한다. 예시적인 광감성 조성물 및/또는 광변색성 조성물 및 이의 제조 방법은 2004년 7월 16일자로 출원되고 본원에 참고로 포함된 미국 출원 일련번호 제10/892,919호에서 확인된다.
일반적으로, 착색제는 원하는 특성, 시각 및/또는 색상 효과를 부여하기에 충분한 임의의 양으로 필름-형성 조성물 중에 존재할 수 있다. 착색제는 본 발명의 조성물의 1 내지 65 중량%, 예컨대 3 내지 40 중량% 또는 5 내지 35 중량%를 구성되며, 중량%는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본원에 사용된 용어 "접착 촉진제(adhesion promoter)" 및 "접착 촉진 성분"은 상기 조성물에 포함될 때, 금속 기판에 대한 필름-형성 조성물의 접착을 개선시키는 임의의 물질을 지칭한다. 이러한 접착 촉진 성분은 종종 유리 산을 포함한다. 본원에 사용된 용어 "유리 산(free acid)"은 상기 조성물 중에 존재할 수 있는 중합체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 임의의 산과는 반대로, 상기 조성물 중에 별개의 성분으로 포함되는 유기 및/또는 무기 산을 포함하는 것을 의미한다. 유리 산은 탄닌산, 갈산, 인산, 아인산, 시트르산, 말론산, 이들의 유도체, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 적합한 유도체는 에스테르, 아미드, 및/또는 이러한 산들의 금속 착체를 포함한다. 종종, 유리 산은 인산, 예컨대 100% 오르토인산, 과인산 또는 이들의 수용액, 예컨대 70 내지 90%의 인산 용액을 포함한다.
이러한 유리산에 부가하여 또는 그 대신에, 다른 적합한 접착 촉진 성분은 금속 인산염, 유기인산염, 및 오르가노스포네이트이다. 적합한 유기인산염 및 오르가노포스포네이트는 미국 특허 제6,440,580호의 컬럼 3의 라인 24 내지 컬럼 6의 라인 22, 미국 특허 제5,294,265호의 컬럼 1의 라인 53 내지 컬럼 2의 라인 55, 및 미국 특허 제5,306,526호의 컬럼 2의 라인 15 내지 컬럼 3의 라인 8에 기재된 것들을 포함하며, 이들의 인용된 부분은 본원에서 참고로 포함된다. 적합한 금속 인산염은 미국 특허 제4,941,930호, 제5,238,506호, 및 제5,653,790호에 기재된 물질을 비롯하여 예를 들어, 인산 아연, 인산 철, 인산 망간, 인산 칼슘, 인산 마그네슘, 인산 코발트, 인산 아연-철, 인산 아연-망간, 인산 아연-칼슘을 포함한다. 상기 언급된 바과 같이, 특정 상황에서는, 인산염이 배제된다.
접착 촉진 성분은 인산염처리된(phosphatized) 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 이러한 수지는 에폭시-작용성 물질과 인-함유 물질의 반응 산물을 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 이러한 물질의 비-제한적인 예는 미국 특허 제6,159,549호의 컬럼 3의 라인 19 내지 62에 기재되어 있고, 이의 인용된 부분은 본원에 참고로 포함된다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 또한 알콕시실란 접착 촉진제, 예를 들어, 아크릴옥시알콕시실란, 예컨대 γ-아크릴옥시프로필트리메톡시실란 및 메타크릴라토알콕시실란, 예컨대 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란뿐만 아니라 에폭시-작용성 실란, 예컨대 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란을 포함할 수 있다. 예시적인 적합한 알콕시실란은 미국 특허 제6,774,168호의 컬럼 2의 라인 23 내지 65에 기재되어 있고, 이의 인용된 부분은 본원에 참고로 포함된다. 실록산 보레이트도 또한 적합하다.
접착 촉진 성분은 일반적으로 필름-형성 조성물 중에 0.10 내지 10　중량%, 예컨대 적어도 0.15　중량%, 또는 적어도 0.20　중량%, 또는 0.25　중량%, 또는 적어도 0.5　중량%, 그리고 최대 7.5　중량%, 또는 최대 5　중량%, 또는 최대 2.5　중량%, 또는 최대 1.5　중량%, 예컨대 0.15 내지 7.5　중량%, 또는 0.20 내지 5　중량%, 또는 0.25 내지 2.5　중량%, 또는 0.5 내지 1.5　중량%의 범위의 양으로 존재하며, 백분율은 상기 조성물 중의 수지 고체 중의 총 중량을 기준으로 한다.
본 발명의 필름-형성 조성물은 용매계 조성물일 수 있다. 특히, 유기 용매는 필름-형성 조성물의 바인더 및 선택적인 추가 성분을 용해시키거나 또는 현탁시키고, 경화 공정 동안 코팅 조성물로부터 증발되기에 충분한 휘발성을 갖도록 선택된다. 적합한 유기 용매의 예는 지방족 탄화수소, 예컨대 미네랄 스피릿(mineral spirits), 및 하이 플래쉬 포인트 VM&P 나프타; 방향족 탄화수소, 예컨대 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 용매 나프타 100, 150, 200 등; 알콜, 예를 들어, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올 등; 케톤, 예컨대 아세톤, 시클로헥사논, 메틸 이소부틸 케톤 등; 에스테르, 예컨대 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트 등; 글리콜, 예컨대 부틸 글리콜, 글리콜 에테르, 예컨대 메톡시프로판올 및 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 등을 포함한다. 다양한 유기 용매들의 혼합물도 또한 사용될 수 있다. 용매는 존재하는 경우, 코팅 조성물 중에 상기 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 20 내지 70　중량%, 예컨대 30 내지 60 중량%, 예컨대 35 내지 50　중량%의 양으로 사용된다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 상기 경화성 필름-형성 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 30　중량%, 예컨대 적어도 40　중량%, 예컨대 적어도 50　중량% 또는 적어도 55　중량%의 수지 고체 함량이 되도록 제제화될 수 있다. 예시적인 조성물은 140℃에서 메틀러-톨레도(Mettler-Toledo) HX204 수분 분석기를 사용하여 측정될 때 57 내지 59%의 고체 함량을 갖는다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 투명 코트 조성물, 예컨대 2K 투명 코트 조성물일 수 있다. 본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 요변성 특성을 가질 수 있고, 분무가능할 수 있다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 기판 표면에 도포되고 경화되어, 이하에 기재된 바와 같은 코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 기재된 본 발명의 필름-형성 조성물을 기판 표면의 적어도 일부에 도포하는 단계, 및 상기 도포된 조성물을 열 경화시키는 단계를 포함하는, 경화된 코팅층을 기판 상에 형성하는 방법을 추가로 제공한다.
본 발명의 조성물이 도포될 수 있는 기판은 견고한 금속 기판, 예컨대 철 금속, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 및 다른 금속 및 합금 기판을 포함한다. 본 발명의 실시에 사용되는 철 금속 기판은 철, 스틸, 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 유용한 스틸 물질의 비-제한적인 예는 냉간 압연된 스틸, 아연도금된(아연 코팅된) 스틸, 전기아연도금된 스틸, 스테인레스 스틸, 산처리(pickled) 스틸, 아연-철 합금, 예컨대 GALVANNEAL, 및 이들의 조합을 포함한다. 또한, 철과 비-철 금속의 조합체 또는 복합체도 사용될 수 있다. 기판은 대안적으로 중합체 또는 복합체 물질, 예컨대 섬유유리 복합체를 포함할 수 있다. 전형적으로 열가소성 및 열경화성 물질로부터 형성된 자동차 부품은 범퍼 및 트림(trim)을 포함한다.
용접가능한 아연-풍부 또는 인화철(iron phosphide)-풍부 유기 코팅으로 코팅된 스틸 기판(예컨대, 냉간 압연된 스틸, 또는 상기 나열된 스틸 기재들 중 임의의 것)도 또한 본 발명에서 사용하기 적합하다. 이러한 용접가능한 코팅 조성물은 미국 특허 제4,157,924호 및 제4,186,036호에 기재되어 있다. 냉간 압연된 스틸은 또한 당업계에 알려진 적절한 용액, 예컨대 이하에서 논의된 바와 같은 금속 인산염 용액, ⅢB 족 또는 ⅣB 족 금속을 함유하는 수용액, 유기인산염 용액, 오르가노포스포네이트 용액, 및 이들의 조합으로 전처리될 때에도 적합하다. 알루미늄 합금의 예는 자동차 또는 항공우주 산업에서 사용된 이들 합금, 예컨대 2000, 6000, 또는 7000 시리즈 알루미늄을 포함하고; 2024, 7075, 6061이 특정 예이다. 합금은 클래드되지 않을 수 있거나 또는 이들은 표면 상에 클래드 층을 함유할 수 있으며, 상기 클래드 층은 클래드 층 아래의 베이스/벌크 합금과는 상이한 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
대안적으로 기판은 1종보다 많은 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있으므로, 기판은 어셈블리된 2종 이상의 금속 기판의 조합, 예컨대 알루미늄 기판과 어셈블리된 용융도금(hot-dipped) 아연도금 스틸일 수 있다.
본 발명의 필름-형성 조성물은 다양한 산업에서 장식적 및/또는 보호적인 피니싱(finishing)을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 필름-형성 조성물은 운송 수단 또는 이의 일부에 도포될 수 있다. 용어 "운송 수단(vehicle)"은 본원에서 가장 넓은 의미로 사용되며, 예컨대, 자동차, 트럭, 버스, 밴, 골프카, 오토바이, 자전거, 철도 차량, 보트, 배, 비행기, 헬리콥터 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 모든 유형의 운송 수단을 포함한다. 기판은 운송 수단의 일부를 포함할 수도 있다. 본 발명에 의해 코팅된 운송 수단의 일부가 코팅이 사용되는 이유에 따라 달라질 수 있다는 것은 자명할 것이다.
금속 기판의 형태는 시트, 플레이트, 바, 막대의 형태 또는 원하는 임의의 형태일 수 있으나, 이는 일반적으로 자동차 부품, 예컨대 보디, 문, 트렁크 뚜껑, 펜더(fender), 후드 또는 범퍼의 형태이다. 기판의 두께는 원하는 경우 달라질 수 있다.
경화성 필름-형성 조성물은 기판과 경화성 필름-형성 조성물 사이에 중간 코팅이 없을 때 금속 기판에 직접 도포될 수 있다. 이것은 기판이 이하에 기재된 바와 같이 베어(bare)일 수 있거나 또는 이하에 기재된 바와 같이 본 발명의 경화성 필름-형성 조성물이 도포되기 전에 임의의 코팅 조성물, 예컨대 전착가능한 조성물 또는 프라이머 조성물로 코팅되지 않음을 의미한다.
상기 언급된 것과 같이, 사용될 기판은 베어 금속 기판일 수 있다. "베어(bare)"는 종래의 인산처리 배쓰, 중금속 린스와 같이 임의의 전처리 조성물로 처리되지 않은 미처리(virgin) 금속 기판을 의미한다. 추가적으로, 본 발명에서 사용되는 베어 금속 기판은 달리 처리된 및/또는 나머지 표면 상에 코팅되는 기판의 절단면(cut edge)일 수 있다. 대안적으로, 기판은 경화성 필름-형성 조성물을 도포하기 전에 당업계에 알려진 처리 단계들이 실시될 수 있다.
기판은 선택적으로 종래의 세정 절차 및 물질을 사용하여 세정될 수 있다. 이들은 약 또는 강 알킬리성 세정제, 예컨대 상업적으로 이용가능하고, 금속 전처리 공정들에서 종래 사용된 것들을 포함할 것이다. 알킬리성 세정제의 예는 켐클린(Chemkleen) 163 및 켐클린 177을 포함하며, 이들 둘 다는 PPG Industries 사, Pretreatment 사 및 Specialty Products 사로부터 이용가능하다. 이러한 세정제는 일반적으로 물 헹굼 후에 및/또는 이보다 앞서 사용된다. 금속 표면은 또한 알칼리성 세정제에 의한 세정 후에 또는 그 대신에 산성 수용액으로 헹궈낼 수 있다. 헹굼 용액의 예는 상업적으로 시판되고 금속 전처리 공정들에서 종래 사용되는 묽은 질산 용액과 같은 약산성 또는 강산성 세정제를 포함한다.
본 발명에 의하면, 세정된 알루미늄 기판 표면의 적어도 일부는 기계적 또는 화학적으로 탈산소(deoxidize)될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "탈산소하다"는 (이하 기재된) 전처리 조성물의 균일한 침착을 촉진하기 위해, 그리고 기판 표면에 대한 전처리 조성물 코팅의 접착을 촉진하기 위해 기판 표면 상에서 발견되는 산화물 층을 제거하는 것을 의미한다. 적합한 탈산소제는 당업계의 숙련자들에게 익숙할 것이다. 전형적 기계적 탈산소제는 예컨대 닦음 또는 세정 패드를 사용함으로써 기판 표면을 균일하게 조도화(roughening)시킬 수 있다. 전형적 화학적 탈산소제는 예를 들어, 산 기반의 탈산소제, 예컨대 인산, 질산, 플루오로붕산, 황산, 크롬산, 플루오르화수소산, 및 암모늄 비플루오라이드, 또는 암켐(Amchem) 7/17 탈산소제(미시간주 메디슨 하이츠 소재의 Henkel Technologies 사로부터 이용가능함), OAKITE DEOXIDIZER LNC(Chemetall 사로부터 상업적으로 이용가능함), TURCO DEOXIDIZER 6(Henkel 사로부터 상업적으로 이용가능함), 또는 이들의 조합을 포함한다. 종종, 화학적 탈산소제는 담체, 종종 수성 매체를 포함하여, 탈산소제는 담체 중의 용액 또는 분산액의 형태일 수 있고, 이 경우 용액 또는 분산액은 임의의 다양한 공지의 기술들, 예컨대 침지(dipping) 또는 담금(immersion), 분무, 간헐적 분무, 분무 후 침지, 침지 후 분무, 브러싱, 또는 롤-코팅에 의해 기재와 접촉하게 될 수 있다.
금속 기판은 선택적으로 당업계에 알려진 임의의 적합한 용액, 예컨대 금속 포스페이트 용액, ⅢB 족 또는 ⅣB 족 금속을 함유하는 수용액, 유기인산염 용액, 오르가노포스포네이트 용액 및 이들의 조합으로 전처리될 수 있다. 전처리 용액은 환경적으로 유해한 중금속, 예컨대 크롬 및 니켈을 본질적으로 포함하지 않을 수 있다. 적합한 포스페이트 전환 코팅(conversion coating) 조성물은 중금속을 포함하지 않는 당업계에 공지된 임의의 것일 수 있다. 예는 가장 자주 사용되는 인산 아연, 인산 철, 인산 망간, 인산 칼슘, 인산 마그네슘, 인산 코발트, 인산 아연-철, 인산 아연-망간, 인산 아연-칼슘, 및 다가 양이온을 함유할 수 있는 다른 유형의 층들을 포함한다. 인산처리 조성물은 당업계의 숙련자들에게 알려져 있고, 미국 특허 제4,941,930호, 제5,238,506호, 및 제5,653,790호에 기재되어 있다.
본원에서 언급된 ⅢB 또는 ⅣB 족 전이 금속 및 희토류 금속은, 예를 들어 Handbook of Chemistry and Physics, 63판 (1983)에서 보여진 CAS 원소 주기율표에서 상기 족에 포함된 원소들이다.
전형적인 ⅢB 및 ⅣB 족 전이 금속 화합물 및 희토류 금속 화합물은 지르코늄, 티타늄, 하프늄, 이트륨 및 세륨의 화합물, 및 이들의 혼합물이다. 전형적 지르코늄 화합물은 헥사플루오로지르콘산, 이들의 알칼리 금속 및 암모늄 염, 암모늄 지르코늄 카보네이트, 지르코닐 니트레이트, 지르코늄 카르복실레이트 및 지르코늄 하이드록시 카르복실레이트, 예컨대 하이드로플루오로지르콘산, 지르코늄 아세테이트, 지르코늄 옥살레이트, 암모늄 지르코늄 글리콜레이트, 암모늄 지르코늄 락테이트, 암모늄 지르코늄 시트레이트, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 헥사플루오로지르콘산이 가장 자주 사용된다. 티타늄 화합물의 예는 플루오로티탄산 및 이의 염이다. 하프늄 화합물의 예는 하프늄 니트레이트이다. 이트륨 화합물의 예는 이트륨 니트레이트이다. 세륨 화합물의 예는 질산세륨(Ⅲ)이다.
전처리 단계에서 사용될 전형적인 조성물은 비-전도성 유기인산염 및 오르가노포스포네이트 전처리 조성물, 예컨대 미국 특허 제5,294,265호 및 제5,306,526호에 기재된 것들을 포함한다. 이러한 유기인산염 또는 오르가노포스포네이트 전처리는 PPG Industries, Inc. 사로부터 상표명 NUPAL® 하에 상업적으로 이용가능하다.
항공우주 산업에서, 양극산화된(anodized) 표면 처리 뿐만 아니라 크롬 기반 전환 코팅/전처리가 종종 알루미늄 합금 기판 상에서 사용된다. 양극산화된 표면 처리의 예는 크롬산 양극산화, 인산 양극산화, 붕산-황산 양극산화, 타르타르산 양극산화, 황산 양극산화일 것이다. 크롬-기반 전환 코팅은 6가 크롬 유형, 예컨대 Henkel 사의 본데라이트(Bonderite)® M-CR1200, 및 3가 크롬 유형, 예컨대 Henkel 사의 본데라이트® M-CR T5900을 포함할 것이다.
본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 침지 또는 담금, 분무, 간헐적 분무, 분무 후 침지, 침지 후 분무, 브러싱, 또는 롤-코팅을 포함하는 종래의 기술을 사용하여 기판에 도포될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 경화성 필름-형성 조성물은 상기 조성물의 층을 기판 표면의 적어도 일부에 분무함으로써 도포될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 필름-형성 조성물의 한 층, 두 층 또는 세 층이 도포될 수 있다.
본 발명의 필름-형성 조성물은 단독으로 보호층으로 사용될 수 있거나, 또는 유니코트 또는 모노코트 층으로써 기능할 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 조성물은 프라이머, 베이스코트 및/또는 탑코트로서 조합될 수 있다. 예를 들어, 기판에 도포되어 착색된 베이스 코트를 형성하는 제1 필름-형성 조성물 및 상기 베이스 코트의 상부에 도포되어 투명한 탑 코트를 형성하는 제2 투명 필름-형성 조성물을 포함하는 다성분 복합 코팅에서, 투명한 필름-형성 조성물은 상기 기재된 본 발명의 경화성 필름-형성 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판, 필름, 물질 및/또는 코팅과 관련하여 사용된 용어 "투명한(transparent)"은, 지정된 기판, 코팅, 필름 및/또는 물질이 광학적으로 투명하고, 뚜렷한 산란 없이 빛을 투과하는 특성을 가져서, 그 위에 높인 물건이 완전히 보이는 것을 의미한다.
적합한 베이스 코트는 당업계에 공지된 임의의 것을 포함하고, 수인성, 용매 기반 또는 분말화될 수 있다. 베이스 코트는 전형적으로 필름-형성 수지, 가교 물질 및 안료를 포함한다. 적합한 베이스 코트 조성물의 비-제한적인 예는 수인성 베이스 코트를 포함하며, 이는 예컨대 미국 특허 제4,403,003호; 제4,147,679호; 및 제5,071,904호에 기재되어 있다.
코팅 동안에, 본 발명의 방법을 사용하여 코팅된 표면의 적어도 일부 또는 심지어 전부는 비-수평적 배향으로, 예컨대 예를 들어 수직으로 위치할 수 있으며, 이 때 새그가 일반적으로 가장 현저하다. 그러나, 본 발명의 방법은 또한 수평 배향된 표면의 코팅에도 적합하다.
각 조성물을 기판에 도포한 후, 가열에 의해 또는 공기-건조 기간에 의해 용매, 즉, 유기 용매 및/또는 물을 필름으로부터 외부로 이동시킴으로써 필름이 기판의 표면 상에 형성된다. 적합한 건조 조건은 구체적인 조성물 및/또는 도포에 따라 달라질 것이다. 원하는 경우, 각 조성물의 1 초과의 코팅층이 도포될 수 있다. 일반적으로 코트 사이에, 이전에 도포된 코트가 플래쉬되며(flashed); 즉, 원하는 시간량동안 주위 조건에 노출된다.
기판 표면의 적어도 일부에 도포된 본 발명의 필름-형성 조성물을 열 경화시키는 단계는 표면을 20 내지 25℃ 범위의 온도로 2 내지 15 분 동안 유지하는 단계(플래쉬-오프), 이후 상기 적어도 부분적으로 코팅된 기판을 5 내지 15 분 내에 적어도 60℃의 승온으로 가열하는 단계, 및 상기 적어도 부분적으로 코팅된 기판을 적어도 추가 15 분 동안 상기 승온으로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
가열시에, 잔여 용매는 날아가고, 조성물의 가교가능한 성분이 가교된다. 가열 및 경화 작업은 일반적으로 리피니싱 도포를 위해 60 내지 180℃, 예를 들어 60 내지 80℃ 미만의 범위의 온도에서, 그리고 OEM 도포를 위해서는 예를 들어 120 내지 160℃에서 실시되나, 필요한 경우, 더 낮거나 또는 더 높은 온도가 사용될 수 있다. 추가적으로, 제1 코팅 조성물이 도포될 수 있고, 이 후 제2가 "웨트-온-웨트(wet-on-wet)"로 도포될 수 있거나 또는 베이스 코트가 프라이머의 상부에 도포된 후에 상기 프라이머가 경화될 수 있고, 이어서 베이스 코트(들)에 투명 코트가 도포된 후에 상기 베이스 코트(들)이 경화된다; 즉, "웨트-온-웨트-온-웨트" 또는 "3-웨트"이고, 전체 다층 코팅 스택은 컴팩트 공정(3C1B 또는 B1B2로도 알려짐)에서 동시에 경화된다. 대안적으로, 각 코팅 조성물은 다음 코팅 조성물을 도포하기 전에 경화될 수 있다.
본 발명의 필름-형성 조성물로부터 얻은 경화된 코팅층의 두께는 다양할 수 있고, 예를 들어 2.5　내지 75　㎛(0.1 내지 3 mils), 예컨대 25　내지 75　㎛(1 내지 3 mils)의 범위일 수 있다.
본 발명의 방법에서, 필름-형성 조성물을 도포하기 전에, 프라이머가 기판에 도포되어 기판 표면 상에 프라이머 코팅을 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 하나와는 상이한 제1 필름-형성 조성물, 예컨대 베이스 코트는 프라이머 코팅으로 직접 도포될 수 있다. 다시, 프라이머 코팅은 제1 필름-형성 조성물을 도포하기 전에 경화될 수 있거나, 또는 제1 필름-형성 조성물은 프라이머가 경화되기 전에 프라이머의 상부에 도포될 수 있고, 이후에 본 발명에 의한 필름-형성 조성물을 예를 들어 투명 코트 형태로 베이스 코트(들)에 도포한 후에 베이스 코트(들)이 "웨트-온-웨트-온-웨트" 공정에서 경화되고, 이 후에 전체 다층 코팅 스택이 컴팩트 공정에서 동시에 경화될 수 있다. 본 발명의 방법은 모든 코팅 조성물이 기판에 도포된 후에 복합 코팅을 실질적으로 경화시키기에 충분한 온도 및 시간에 상기 코팅된 기판을 유지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 도포 및 경화 방법 및 조건은 상기 기재된 바와 같을 수 있다.
본 발명은 추가로 본 발명의 필름-형성 조성물을 기판 표면의 적어도 일부 에 도포하고, 상기 도포된 조성물을 열 경화시켜 얻어진 경화된 코팅층을 포함하는 기판에 관한 것이다. 상기 조성물을 도포하고 열 경화시키기에 적합한 기판뿐만 아니라 조건도 상기에 기재되어 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 투명 코트 조성물일 수 있고, 기판은 운송 수단 또는 이의 일부일 수 있고, 선택적으로 투명 코트 조성물로부터 얻은 코팅층, 예컨대 프라이머 및/또는 베이스 코트 층의 아래에 위치한 추가적인 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 기재된 특징들과 예시들 각각 및 이들의 조합은 본 발명에 의해 포괄된다고 말할 수 있다. 본 발명의 일부 비-제한적인 양태는 이하의 숫자매겨진 조항에서 요약된다:
본 발명의 양태
1. 바인더, 및 표면에 도포된 필름-형성 조성물의 점도를 조절하기 위해 새그 제어제를 포함하는 유동 제어 시스템을 포함하는 열 경화성 필름-형성 조성물로서, 상기 필름-형성 조성물은 플래쉬 오프 및 열 경화되는 동안, 초기 복소 점도 η* 미만으로 떨어지지 않고, 상기 필름-형성 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 미만의 멜라민 기반의 성분을 포함하는, 조성물.
2. 제1 양태에서, 상기 바인더는 아크릴계 폴리올을 포함하는, 조성물.
3. 제1 양태 또는 제2 양태에서, 상기 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 20 내지 70 중량%의 폴리올을 포함하는, 조성물.
4. 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 유동 제어 시스템은 전단력 및 용매의 부재 하에 23℃의 온도에서 미립자인 새그 제어제를 포함하는, 조성물.
5. 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 새그 제어제는 우레아-타입 새그 제어제를 포함하는, 조성물.
6. 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 고체의 총량을 기준으로 0.2 내지 2 중량%의 새그 제어제를 포함하는, 조성물.
7. 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 하나에 있어서, 가교제를 추가로 포함하는, 조성물.
8. 제7 양태에 있어서, 상기 열 경화성 필름-형성 조성물은 가교가능한 수지를 포함하는 제1 성분, 및 가교제를 포함하는 제2 성분을 포함하는 2-성분 조성물이고, 여기에서 상기 유동 제어 시스템은 제1 성분 또는 제2 성분 중 어느 하나, 또는 둘 다에 존재할 수 있는, 조성물.
9. 제7 양태 또는 제8 양태에 있어서, 상기 가교제는 폴리이소시아네이트를 포함하는, 조성물.
10. 제7 양태 내지 제9 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 가교제의 작용기와 반응할 수 있는 바인더 중의 작용기 대 상기 가교제 중의 상기 작용기의 비는 0.8:1 내지 1.2:1의 범위인, 조성물.
11. 제1 양태 내지 제10 양태 중 어느 하나에 있어서, 추가적인 중합성 폴리올 수지를 추가로 포함하는, 조성물.
12. 제1 양태 내지 제11 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 필름-형성 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 60　중량%의 유기 용매를 추가로 포함하는, 조성물.
13. 제1 양태 내지 제12 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 필름-형성 조성물 중의 고체의 총량을 기준으로 1 중량% 미만의 실리카 기반의 레올로지 조절제를 포함하는, 조성물.
14. 제1 양태 내지 제13 양태 중 어느 하나에 있어서, 적어도 150　cP의 초기 복소 점도 η*를 갖는, 조성물.
15. 경화된 코팅층을 기판에 형성하는 방법으로서, 기판 표면의 적어도 일부에 제1 양태 내지 제14 양태 중 어느 하나에 의한 조성물을 도포하는 단계, 및 상기 도포된 조성물을 열 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제15 양태에 있어서, 상기 조성물을 도포하는 단계는 상기 조성물을 기판 표면의 적어도 일부에 분무하여 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제15 양태 또는 제16 양태에 있어서, 상기 기판 표면의 적어도 일부에 도포된 조성물을 열 경화시키는 단계는, 상기 표면을 20 내지 25℃ 범위의 온도에서 2 내지 15 분 동안 유지하는 단계, 및 그 후 적어도 부분적으로 코팅된 기판을 5 내지 15 분 내에 적어도 60℃의 승온으로 가열하는 단계, 및 상기 적어도 부분적으로 코팅된 기판을 적어도 추가 15분 동안 상기 승온에서 유지시키는 단계를 포함하는, 방법.
18. 제15 양태 내지 제17 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 경화된 코팅층의 필름 두께는 25 내지 75 ㎛의 범위인, 방법.
19. 제1 양태 내지 제15 양태 중 어느 하나에 따른 조성물을 기판 표면의 적어도 일부에 도포하고, 상기 도포된 조성물을 열 경화함으로써 얻은 경화된 코팅층을 포함하는, 기판.
20. 제19 양태에 있어서, 상기 조성물은 투명 코트 조성물이고, 상기 기판은 투명 코트 조성물로부터 얻은 코팅층 아래에 위치한 추가적인 코팅층을 선택적으로 포함할 수 있는 운송 수단 또는 이의 일부인, 기판.
21. 제19 양태 또는 제20 양태에 있어서, 상기 조성물은 도포되고, 상기 도포된 조성물은 제15 양태 내지 제18 양태 중 어느 하나에 의한 방법을 사용하여 열 경화되는, 기판.
본 발명은 추가로 이하의 비-제한적인 예에 의해 참고로 기술될 것이다. 달리 지시된 바 없는 경우, 모든 부는 중량에 관한 것이다.
실시예
실시예 1: 조절된 레올로지 프로파일을 갖는 투명 코트를 포함하는 다층 코팅 시스템
2개의 코팅층을 포함하는 수인성 베이스코트 시스템(PPG Industries, Inc. 사로부터 이용가능함)은 EPIC 일렉트로코트(PPG Industries, Inc. 사로부터 이용가능한 일렉트로코트, 및 ACT Test Panels LLC 사로부터 사전-코팅된 형태로 이용가능한 기판 패널)로 사전-코팅된 4-인치 × 12-인치의 냉각-압연된 스틸 기판 패널 상에 도포되었다. 코팅층은 20 내지 22℃의 온도 및 60 내지 65%의 상대 습도의 조절된 조건 하에서 도포되었다. 베이스코트 시스템의 제1 코팅층은 종래의 OEM 로보트 분무 장비를 사용하여 기판 패널 상의 일렉트로코트 위에 분무되었다. 베이스코트 시스템의 제1 코팅층은 5분 동안 주위 조건 하에서 건조되었다.
베이스코트 시스템의 제2 코팅층은 종래의 OEM 로보트 분무 장비를 사용하여 베이스코트 시스템의 건조된 제1 코팅층 위에 분무되었다. 제2 코팅층은 분무 도포 사이에 중간 건조없이 연속된 2 코트로 분무되었다. 베이스코트 시스템의 2 코팅층은 이후 5분 동안 주위 조건 하에서 건조되고, 그 후 7분 동안 70℃에서 탈수되었다. 탈수 후의 베이스코트 시스템(2 코팅층)의 필름 두께는 대략 34-40 마이크로미터이었다.
본 발명에 의한 투명 코트 조성물은 표 1에 나열된 성분들을 포함한다. (본 발명 및 대조군에 따른) 투명 코트 조성물은 탈수된 베이스코트 시스템 위에 도포되어, 기판 패널 상에서 제3 코팅층을 형성하였다.
Figure pct00002
1이하에 기재된 바와 같은, 2K 이소시아네이트-경화된 폴리우레탄 투명 코트의 수지 성분.
2아크릴계 폴리올 중의 벤질아민과 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트의 우레아 부가체. 방향족 탄화수소들의 혼합물 중의 56% 고체. 0.78 중량% 결정 하중(이하에 기재된 바와 같이 결정됨).
3네오펜틸 글리콜 및 헥사하이드로프탈산 무수물로부터 유래한 폴리에스테르 폴리올.
45.36 중량부의 DESMODUR N-3390(Covestro LLC 사로부터 이용가능한 90% 고체 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI) 삼량체(이소시아누레이트 고리))과 1.0 중량부의 DESMODUR Z 44700(Covestro LLC 사로부터 이용가능한 70% 고체 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 삼량체(이소시아누레이트 고리))의 혼합물.
수지 A는 표 2에 나열된 성분들을 교반 하에 나열된 순서로 혼합함으로써 제조되었다.
Figure pct00003
1Ciba Specialty Chemicals Corp. 사에 의해 이용가능한 2-(2H-벤조트리아졸-2일)-6-(1-메틸-1-페닐에틸)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페놀 UV 흡수제.
2(i) 아크릴산 및 카르두라(Cardura) E-10으로부터 제조된, 35 내지 45　중량%의 베타-하이드록시 에스테르 작용성 단량체; (ⅱ) 15 내지 20　중량%의 하이드록시에틸 메타크릴레이트; (ⅲ) 25 내지 30　중량%의 스티렌; 및 (ⅳ) 10 내지 15　중량%의 2-에틸헥실 아크릴레이트를 포함하는 단량체 혼합물을 공중합함으로써 얻어진 아크릴계 폴리올, 상기 양들은 방향족 탄화수소들의 혼합물 중의 단량체 혼합물 64% 고체 중 단량체의 총 중량을 기준으로 한다.
3Ciba-Geigy Corp. 사로부터 이용가능한 힌더드 아민 광 안정화제.
4폴리부틸아크릴레이트(자일렌 중 60% 고체).
5Cytec Industries, Inc 사로부터 이용가능한 Cymel 202; 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 4.9　중량%의 멜라민에 상응함.
중량측정 방법을 사용하여, 담체 비히클 분산액의 백분율로서 SCA 결정 하중을 결정한다. 특정 공지된 양의 SCA-함유 샘플을 태어(tared) 사전-칭량된 원심분리 튜브에 부가한다. 튜브에 과량의 테트라하이드로푸란(THF)을 채우고, 수지가 더 이상 보이지 않고 상청액이 맑게 보일 때까지, 그 사이에 THF-용해성 상청액 물질을 제거하면서 연속적인 원심분리 단계를 수행한다. 이후 튜브를 60분 동안 110℃ 오븐에서 가열하여 잔여 용매를 제거하였다. 오븐으로부터 꺼낸 후, 상기 튜브를 냉각시키고, 재칭량하고, THF-불용성 함량(담체 비히클 없는 무수 SCA)은 담체 비히클 분산액의 백분율로서 계산되었다. 따라서, 전체적인 투명 코트 제제 중의 SCA 결정 하중의 양은 SCA 담체 비히클 분산액의 계산된 백분율, 및 총 제제 중 이 물질의 중량부에 기초하여 추론될 수 있다.
투명 코트 층은 종래의 OEM 로보트 분무 장비를 사용하여, 기판 패널 상의 탈수된 베이스코트 시스템 위에 분무되었다. 투명 코트 층은 연속하는 2 코트에 분무되었고, 분무 도포 사이에 어떠한 중간 건조도 없었다. 투명 코트 층은 이후 7분 동안 주위 조건 하에서 건조되고, 그 이후 다층 코팅은 30분 동안 140℃에서 베이킹되었다. 베이킹 이후 투명 코트 층의 두께는 대략 50-51 마이크로미터였다.
대조군으로서, 전형적인 투명 코트 조성물은 아크릴계 및 폴리에스테르 폴리올, 용매 및 상기에 제시된 추가적인 첨가제(UV 흡수제, 힌더드 아민 광 안정화제, 유동 첨가제)를 포함하나, 더 높은 양의 멜라민(본 발명의 필름-형성 조성물에서의 4.9　중량%에 비해, 대조군 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 9.1 중량%), 및 EP　2　247　632　B1의 실시예 A에 기재된 바와 같은 폴리실록산 폴리올 중의 콜로이드성 실리카 분산액을 구성하는 유동 조절제를 조성물의 총 중량을 기준으로 5.4 중량% 포함한다.
실험 및 대조군의 다층 코팅은 표 3에 나열된 외관 및 물리적 특성들에 대하여 평가되었다.
표면 파형은 표면 조도의 지표이고, 파동 스캔 기구, 예컨대 BYK Gardner USA 사로부터 이용가능한 BYK 파동-스캔 이중 기기(BYK Wave-scan Dual instrument)를 사용하여 측정될 수 있으며, 이는 광학적 프로파일을 통해 표면 높낮이(topography)를 측정한다. 파동 스캔 기구는 점광원(즉, 레이저)을 사용하여, 사전 결정된 거리, 예를 들어 10 센티미터 위에서 60°의 입사각으로 표면에 조명을 비춘다. 반사광은 동일하나 대각(opposite angle)에서 측정된다. 라이트 빔이 표면의 "피크(peak)" 또는 "밸리(valley)"에 부딪힐 때, 최대 신호가 탐지되고; 빔이 피크/밸리의 "경사(slope)"에 부딪힐 때, 최소 신호가 기록된다. 측정된 신호 진동수는 코팅 표면 높낮이의 공간 진동수의 2배와 같다. 표면 "파형(waviness)"은 장기 및 단기 파형("장파(longwave)" 및 "단파(shortwave)")으로 차등화되어, 육안에 의한 시각 평가를 시뮬레이션한다. 데이터는 수학적 필터 함수를 사용하여, 장파(구조 크기＞0.6 mm) 및 단파 (구조 크기＜0.6 mm) 신호로 나누어진다. 각각은 0 내지 50 값의 범위이다. 장기 파형은 장파 신호 진폭의 분산(variance)을 나타내는 반면, 단기 파형은 단파 신호 진폭의 분산을 나타낸다. 코팅 표면의 장기- 및 단기 파형은 표면 높낮이-영향 인자들, 예컨대 기판 조도, 및 코팅의 유동 및 평탄화 특성들을 간접 측정할 수 있게 한다. 장파 및 단파 값은 제조사가 제안한 작동 방법에 따라서 BYK 파동-스캔 이중 기기를 사용하여 결정될 수 있다. 장파 및 단파 값의 규모가 적을수록, 외관이 더 매끈한 코팅을 나타낸다.
새그 측정은, 수직 방향으로 있으면서 상기 기재된 바와 같이 도색, 플래쉬 및 경화된 (7mm 직경의) 구멍을 갖는 패널 상에 관련 코팅 스택을 적용함으로써 수행되었다. 줄자를 사용하여, 소정의 구멍 바닥과 가시화된 새그 결함 바닥 사이의 측정된 거리(mm)를 판독치로 고려하고, 결과는 동일한 패널 상의 상이한 구멍들로부터 수득한 5회 판독치의 평균으로 기록된다.
Figure pct00004
1장파 표면 텍스쳐는 BYK 파동-스캔 이중 기기(BYK Additives & Instruments 사로부터 이용 가능함)에 의해 상기 기기의 계측 매뉴얼에 따라서 측정되었다(장파 값이 더 낮을수록 일반적으로 더 심미적인 것으로 간주되며, 코팅 조성물에서 바람직하다).
2단파 표면 텍스쳐는 BYK 파동-스캔 이중 기기(BYK Additives & Instruments 사로부터 이용 가능함)에 의해 상기 기기의 계측 매뉴얼에 따라서 측정되었다(단파 값이 더 낮을수록, 일반적으로 더욱 심미적인 것으로 간주되며, 코팅 조성물에서 바람직하다).
Anton Paar MCR 302 회전 유량계(Anton Paar GmbH 사, 오스트리아 그라츠 소재)를 사용하여, 도포, 건조 및 경화 동안의 필름-형성 조성물의 레올로지 프로파일/점도의 변화를 이하에 따라 평가하였다: 25 mm 고리 플레이트 및 0.15 mm 갭; 샘플은 6-mil 드로-다운 바(draw-down bar)에 의해 드로-다운되었고; 복소 점도(응력: 1 Pa, 진동수: 1 Hz)가 시간의 경과에 따라 기록되었고, 제1 데이터 지점(초기 복소 점도)은 고 전단 응력이 중단된 지 12초 후에 기록되었다; 온도 경사(ramp): 1) 10분 동안 주위 플래쉬(25℃). 2) 7분 내의 최대 140℃까지 온도를 상승시킴. 3) 10분 동안 140℃에서 온도를 유지함. 진동 모드에 들어가기 전에, 즉 측정을 시작하기 전에, 고 전단 응력이 상기 시스템에 적용되어, 큰-진폭 진동 전단(진동수 = 1 Hz, 진폭 = 10,000%, 최대 전단 속도 = 628 s- 1)을 통한 회전 미립화 공정을 시뮬레이션한다.
표 4는 투명 코트의 레올로지 프로파일을 기재한다:
Figure pct00005
표 3에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 다층 코팅은 수평 및 수직 배향 둘 다에서 대조군 다층 코팅보다 우수한 장파 및 단파 외관을 나타내었다. 표 4에 기재된 레올로지 프로파일은 대조군에 대비된 변수들을 기재한다: 1) 코팅의 요변성 특성에 기인한 주위 플래쉬 동안에 점도의 유의한 증가, 및 2) 초기 점도 및 플래쉬 동안의 최대값 둘 다에 대비되는, 경화 전 승온에서의 점도 강하의 감소(베이킹 동안의 최소 점도가 더 높음). 온도 경사 및 전체 베이킹 공정 동안, 최소 점도는 온도 증가에도 불구하고 투명 코트의 점도 초기값보다 더 낮은 값으로 감소하지 않는다. 이 점도 거동의 증거는 또한 대조군에 비해 본 발명에서 새그의 큰 감소를 특징으로 한다.
본 발명의 특정 실시예가 예시의 목적으로 상기에 기재되어 있기는 하지만, 첨부된 청구항에서 정의된 본 발명으로부터 벗어나지 않고도 본 발명의 상세에 대한 다수의 변형예가 만들어진다는 사실은, 당업계의 숙련자들에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 바인더, 및
    표면에 도포되는 필름-형성 조성물의 점도를 조절하기 위해 새그 제어제(sag control agent)를 포함하는 유동 제어 시스템
    을 포함하는 열 경화성 필름-형성 조성물로서, 상기 필름-형성 조성물의 플래쉬 오프(flash off) 및 열 경화가 초기 복소 점도 η* 미만으로 떨어지지 않고, 상기 필름-형성 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 미만의 멜라민 기반의 성분을 포함하는, 조성물.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 바인더는 아크릴계 폴리올을 포함하는, 조성물.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 20 내지 70 중량%의 폴리올을 포함하는, 조성물.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 유동 제어 시스템은 전단력 및 용매의 부재 하에 23℃의 온도에서 미립자인 새그 제어제를 포함하는, 조성물.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 새그 제어제는 우레아-타입 새그 제어제를 포함하는, 조성물.
  6. 제1 항에 있어서, 조성물은 상기 필름-형성 조성물 중의 고체의 총량을 기준으로 0.2 내지 2 중량%의 새그 제어제를 포함하는, 조성물.
  7. 제1 항에 있어서, 가교제를 추가로 포함하는, 조성물.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 열 경화성 필름-형성 조성물은 가교가능한 수지를 포함하는 수지를 포함하는 제1 성분, 및 가교제를 포함하는 제2 성분을 포함하는 2-성분 조성물이고, 상기 유동 제어 시스템은 상기 제1 성분 또는 상기 제2 성분 중 어느 하나, 또는 둘 다에 존재할 수 있는, 조성물.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 가교제는 폴리이소시아네이트를 포함하는, 조성물.
  10. 제7 항에 있어서, 상기 가교제의 작용기와 반응할 수 있는 바인더 중의 작용기 대 상기 가교제 중의 상기 작용기의 비는 0.8:1 내지 1.2:1의 범위인, 조성물.
  11. 제1 항에 있어서, 추가적인 중합성 폴리올 수지를 추가로 포함하는, 조성물.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 필름-형성 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 60　중량%의 유기 용매를 추가로 포함하는, 조성물.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 필름-형성 조성물 중의 고체의 총량을 기준으로 1 중량% 미만의 실리카 기반의 레올로지 조절제를 포함하는, 조성물.
  14. 제1 항에 있어서, 150　cP 이상의 초기 복소 점도 η*를 갖는, 조성물.
  15. 경화된 코팅층을 기판에 형성하는 방법으로서, 기판 표면의 적어도 일부에 제1 항에 따른 조성물을 도포하는 단계, 및 상기 도포된 조성물을 열 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 조성물을 도포하는 단계는 상기 조성물을 기판 표면의 적어도 일부에 분무하여 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제15 항에 있어서, 상기 기판 표면의 적어도 일부에 도포된 조성물을 열 경화시키는 단계는, 상기 표면을 20 내지 25℃ 범위의 온도에서 2 내지 15 분 동안 유지하는 단계, 그 후 적어도 부분적으로 코팅된 기판을 5 내지 15 분 내에 60℃ 이상의 승온으로 가열하는 단계, 및 상기 적어도 부분적으로 코팅된 기판을 추가 15분 이상 동안 상기 승온으로 유지시키는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제15 항에 있어서, 상기 경화된 코팅층의 필름 두께는 25 내지 75 ㎛ 범위인, 방법.
  19. 기판으로서, 제1 항에 따른 조성물을 상기 기판의 표면의 적어도 일부에 도포하고 상기 도포된 조성물을 열 경화시켜 얻은 경화된 코팅층을 포함하는 기판.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 조성물은 투명 코트 조성물이고, 상기 기판은 상기 투명 코트 조성물로부터 얻은 코팅층 아래에 위치한 추가적인 코팅층을 선택적으로 포함할 수 있는 운송 수단 또는 이의 일부인, 기판.
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