KR20220007138A - 코팅 조성물 및 이러한 코팅 조성물을 도포하는 시스템 및 방법 - Google Patents

코팅 조성물 및 이러한 코팅 조성물을 도포하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

정밀 도포용 코팅 조성물은, 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지; 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 레올로지 개질제; 착색제; 및 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함하는 코팅 조성물을 포함한다. 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만이다. 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물의 정밀 도포를 위한 시스템 및 방법이 또한 개시되어 있다. 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재가 또한 개시되어 있다.

Description

코팅 조성물 및 이러한 코팅 조성물을 도포하는 시스템 및 방법
본 발명은 코팅 조성물뿐만 아니라, 이와 같은 코팅 조성물을 도포하는 시스템 및 공정, 및 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재(substrate)에 관한 것이다.
코팅재는 색상 및 기타 시각 효과, 내식성, 내마모성, 내화학성 등을 제공하기 위해 다양한 기재에 도포된다. 이와 같은 코팅재는 또한 다양한 디자인 및 패턴을 제공하기 위해 기재에 도포될 수 있다. 예를 들어, 코팅재는 기재의 상이한 부분에 2가지 이상의 상이한 색상을 제공하기 위해 자동차 기재에 도포될 수 있다. 그러나, 상이한 디자인 및 패턴을 형성하기 위해, 마스킹 재료는 전형적으로 기재의 상이한 부분 위에 배치되고 상이한 코팅 조성물의 다중 도포가 기재 상에 적용된다.
코팅 공정을 개선하기 위해, 과잉분무(기재의 의도하지 않은 부분 위에 조성물을 도포하는 것) 없이 조성물을 도포하는 장치가 개발되어, 이에 의해 마스킹 재료 및 다중 코팅 도포에 대한 필요성이 제거되었다. 이러한 장치는 코팅 공정을 개선시키지만, 원하는 코팅 특성, 예컨대, 원하는 색상 및/또는 경화 프로파일을 갖는 코팅 조성물은 이러한 장치로부터 도포되어 기재 위에 코팅층을 형성할 수 있어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 과잉분무를 방지하는 장치를 이용하여 기재에 도포될 수 있고, 또한 색상, 레벨링(leveling), 비교적 낮은 경화 온도 등을 포함하는 원하는 코팅 특성을 제공하는 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은, 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지; 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 레올로지 개질제(rheology modifier); 착색제; 및 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함하는 코팅 조성물을 포함하는, 정밀 도포용 코팅 조성물에 관한 것이다. 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만이다.
본 발명은 또한 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물을 정밀 도포하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은, 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지; 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 레올로지 개질제; 착색제; 및 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함하는 코팅 조성물을 포함한다. 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만이다. 시스템은 과잉분무 없이 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물을 도포하도록 구성된 장치를 포함한다.
본 발명은 또한 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재에 관한 것이다. 다층 코팅 시스템은, 기재의 적어도 일부분 위에 배치된 제1 베이스코트 층 및 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 배치된 제2 베이스코트 층을 포함한다. 제1 베이스코트 층이 경화되어 80℃에서 30분 동안 베이킹하여 두께가 35 ㎛인 층을 형성할 때, 해당 층은 ASTM D5402-19에 따라 측정 시 100 MEK 이중 마찰을 달성하는 제1 베이스코트 조성물로 형성된다. 제2 베이스코트 층은 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지; 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 및 착색제를 포함하는 제2 베이스코트 조성물로 형성되며, 여기서 제2 베이스코트 조성물의 고형분 함량은 제2 베이스코트 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만이다.
도 1은 본 발명에 따른 코팅 조성물, 시스템, 및 방법을 사용하여 코팅되고 본 발명에 따른 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재를 구성하는 차량을 나타내는 도면.
하기 상세한 설명의 목적을 위해, 본 발명은 분명하게 반대로 명시된 경우를 제외하고, 다양한 대안적인 변형 및 단계 순서를 가정할 수 있음을 이해하여야 한다. 더욱이, 임의의 작동 예, 또는 달리 지시된 경우를 제외하고, 예를 들어 명세서 및 청구범위에서 사용되는 성분의 양을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"으로 수식됨을 이해하여야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 하기 명세서 및 첨부된 청구범위에 제시된 수치 매개변수는 본 발명에 의해 얻어질 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 최소한, 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니라, 각각의 수치 매개변수는 적어도 보고된 유효 숫자 자릿수의 수를 고려하여 그리고 일반적인 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.
본 발명의 넓은 범주를 설명하는 수치 범위 및 매개변수가 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에 제시된 수치 값은 가능한 한 정확하게 기록되어 있다. 그러나, 임의의 수치 값은 본질적으로 각각의 테스트 측정에서 발견되는 표준 편차로 인해 필연적으로 특정 오류를 포함한다.
또한, 본 명세서에서 언급된 임의의 수치 범위는 그 안에 포함되는 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 의도됨을 이해하여야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 언급된 최소값 1과 언급된 최대값 10 사이의(및 이들을 포함하는), 즉 1 이상의 최소값과 10 이하의 최대값을 갖는 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 의도된다.
본 출원에서 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 단수의 사용은 복수를 포함하고 복수는 단수를 포함한다. 추가적으로, "및/또는"이 특정 경우에 명시적으로 사용될 수 있지만, 본 출원에서 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, "또는"의 사용은 "및/또는"을 의미한다. 또한, 본 출원에서 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, "하나"의 사용은 "적어도 하나"를 의미한다. 예를 들어, "하나"의 필름-형성 수지, "하나"의 가교제 등은 임의의 이들 항목 중 하나 이상을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 연결 용어(transitional term) "포함하는(comprising)"(및 다른 비슷한 용어, 예를 들어 "함유하는" 및 "포함하는(including)") 은 "개방형"이고 명시되지 않은 문제의 포함에 대해 개방되어 있다. "포함하는"의 관점에서 기재되어 있지만, 용어 "~로 본질적으로 이루어진" 및 "~로 이루어진"도 또한 본 발명의 범주 내에 있다.
나타낸 바와 같이, 본 발명은 정밀 도포용 코팅 조성물, 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물을 정밀 도포하기 위한 시스템, 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재, 및 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물의 정밀 도포 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "정밀 도포"는 기재의 원하지 않는 영역 위에 코팅 조성물을 도포하지 않고 기재의 원하는 영역 위에 코팅 조성물을 도포하는 능력을 지칭한다. 이는 기재의 원하는 않는 영역을 제거 가능한 재료(예컨대, 테이핑 재료)로 마스킹하지 않고 기재의 원하는 영역 위에 코팅 조성물을 도포하는 것을 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코팅 조성물은 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지, 필름-형성 수지와 반응성인 가교제, 및 착색제를 포함하며, 여기서 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만이다. 코팅 조성물은 레올로지 개질제를 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "필름-형성 수지"는 조성물에 존재하는 임의의 희석제 또는 담체의 제거 시 또는 경화 시 기재의 적어도 수평 표면 상의 자가-지지 연속 필름을 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "수지"는 "중합체"와 호환 가능하게 사용되며, 용어 중합체는 올리고머 및 동종중합체(예컨대, 단일 단량체 종으로부터 제조됨), 공중합체(예컨대, 적어도 2종의 단량체 종으로부터 제조됨), 삼원중합체(예컨대, 적어도 3종의 단량체 종으로부터 제조됨), 그래프트 공중합체, 및 블록 공중합체를 지칭한다.
코팅 조성물과 관련하여 사용되는 바와 같이 용어 "경화성", "경화" 등은 코팅 조성물을 구성하는 성분의 적어도 일부분이 중합 가능 및/또는 가교 가능함을 의미한다. 본 발명의 코팅 조성물은 주위 조건에서 열에 의해, 또는 화학 방사선과 같은 다른 수단에 의해 경화될 수 있다. 용어 "화학 방사선"은 화학 반응을 개시할 수 있는 전자기 방사선을 지칭한다. 화학 방사선은 가시광선, 자외선(UV), X-선, 및 감마 방사선을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 또한, "주위 조건"은 주변 환경의 조건(예컨대, 기재가 위치하는 실내 또는 실외 환경의 온도, 습도, 및 압력, 예를 들어 20 내지 25℃의 온도 및 35% 내지 75%의 공기 중 상대 습도)을 지칭한다.
본 발명의 필름-형성 수지는 중합체 코어가 중합체 셸(polymeric shell); 자가-유화 분산 중합체; 또는 이들의 조합물에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어-셸 입자를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 코어가 셸에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 코어-셸 입자는 (i) 입자의 중심(즉, 코어)을 형성하는 적어도 제1 재료 또는 재료들 및 (ii) 제1 재료(들)의 표면의 적어도 일부분 위에 층을 형성하는 적어도 제2 재료 또는 재료들(즉, 셸)을 포함하는 입자를 지칭한다. 코어를 형성하는 제1 재료(들)는 셸을 형성하는 제2 재료(들)와 상이하다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 코어-셸 입자는 다양한 형상(또는 형태) 및 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 코어-셸 입자는 일반적으로 구형, 입방체, 판상, 다면체, 또는 침상(길쭉한 형상 또는 섬유상) 형태를 가질 수 있다. 코어-셸 입자는 또한 평균 입자 크기가 30 내지 300 나노미터, 또는 40 내지 200 나노미터, 또는 50 내지 150 나노미터일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "평균 입자 크기"는 부피 평균 입자 크기를 지칭한다. 평균 입자 크기는, 예를 들어 Zetasize 3000HS 매뉴얼의 지침에 따라 Zetasize 3000HS를 이용하여 결정될 수 있다.
나타낸 바와 같이, 코어-셸 입자는 중합체 코어뿐만 아니라, 중합체 셸을 포함한다. "중합체 코어"는 코어-셸 입자의 코어가 하나 이상의 중합체를 포함함을 의미하고 "중합체 셸"은 코어-셸 입자의 셸이 하나 이상의 중합체를 포함함을 의미한다.
코어-셸 입자의 중합체 셸은 하이드록실 작용성 에틸렌계 불포화 화합물(들)을 포함하는 성분, 추가적인 폴리올, 예컨대, 폴리테트라하이드로퓨란, 하나 이상의 카복실산기를 포함하는 화합물, 무수물, 예컨대, 트라이멜리트산 무수물, 폴리아이소시아네이트, 및/또는 이들의 조합물로부터 얻어질 수 있다. 앞에 기재된 성분으로부터 제조된 생성된 중합체 셸은 적어도 우레탄 연결 및 하이드록실 및 카복실산 작용기를 포함할 수 있다. 생성된 중합체 셸은 또한 에스터 연결 및/또는 에터 연결뿐만 아니라, 추가적인 작용기를 포함할 수 있다.
중합체 셸 및/또는 중합체 코어 상에 형성될 수 있는 반응성 작용기의 다른 비-제한적인 예는 아민기, 에폭사이드기, 티올기, 카바메이트기, 아마이드기, 우레아기, 아이소시아네이트기(블록화 아이소시아네이트기를 포함함), 에틸렌계 불포화기, 및 이들의 조합을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "에틸렌계 불포화"는 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 기를 지칭한다. 에틸렌계 불포화기의 비-제한적인 예는 (메트)아크릴레이트기, 비닐기, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
앞에 기재된 바와 같이, 본 발명의 코어-셸 입자는 중합체 셸에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어를 포함한다. 중합체 코어는, 예를 들어 적어도 첨가 중합체(즉, 다른 부산물의 공동 생성 없이 단량체의 연결로 형성된 중합체)를 포함할 수 있다. 중합체 코어의 첨가 중합체는 하나 이상의 에틸렌계 불포화 단량체의 중합에 의해(예컨대, 유화 중합에 의해) 얻어질 수 있다.
에틸렌계 불포화 단량체는 다중-에틸렌계 불포화 단량체, 모노-에틸렌계 불포화 단량체, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. "모노-에틸렌계 불포화 단량체"는 단지 1개의 에틸렌계 불포화기를 포함하는 단량체를 지칭하고, "다중-에틸렌계 불포화 단량체"는 2개 이상의 에틸렌계 불포화기를 포함하는 단량체를 지칭한다. 에틸렌계 불포화 단량체의 비-제한적인 예는 (메트)아크릴산의 알킬 에스터, (메트)아크릴산의 하이드록시알킬 에스터, 불포화 단량체를 포함하는 산기, 비닐 방향족 단량체, 및 이들의 조합물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
(메트)아크릴산의 알킬 에스터의 비-제한적인 예는 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 뷰틸 (메트)아크릴레이트, 아이소뷰틸 (메트)아크릴레이트, 에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 글라이시딜 (메트)아크릴레이트, 아이소노닐 (메트)아크릴레이트, 아이소데실 (메트)아크릴레이트, 비닐 (메트)아크릴레이트, 아세토아세톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 아세토아세톡시프로필 (메트)아크릴레이트, 및 이들의 조합물을 포함한다. 다른 비-제한적인 예는 다이(메트)아크릴레이트 알킬 다이에스터를 포함한다.
(메트)아크릴산의 하이드록시알킬 에스터의 비-제한적인 예는 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시뷰틸 (메트)아크릴레이트, 및 이들의 조합물을 포함한다.
불포화 단량체를 포함하는 산기의 비-제한적인 예는 (메트)아크릴산, 이타콘산, 말레산, 푸마르산, 크로톤산, 아스파트산, 말산, 머캅토석신산, 및 이들의 조합물을 포함한다.
비닐 방향족 단량체의 비-제한적인 예는 스타이렌, 2,4-다이메틸스타이렌, 에틸스타이렌, 아이소프로필스타이렌, 뷰틸스타이렌, 비닐 나프탈렌, 비닐 톨루엔, 다이비닐 방향족 단량체, 예컨대, 다이비닐 벤젠, 및 이들의 조합물을 포함한다.
중합체 셸은 중합체 코어의 적어도 일부분에 공유 결합될 수 있다. 예를 들어, 중합체 셸은 중합체 셸을 형성하는 데 사용되는 단량체 및/또는 프리폴리머 상의 적어도 하나의 작용기를 중합체 코어를 형성하는 데 사용되는 단량체 및/또는 프리폴리머 상의 적어도 하나의 작용기와 반응시킴으로써 중합체 코어에 공유 결합될 수 있다. 중합체 셸을 형성하는 데 사용되는 단량체 및/또는 프리폴리머 상의 적어도 하나의 작용기가 중합체 코어를 형성하는 데 사용되는 단량체 및/또는 프리폴리머 상의 적어도 하나의 작용기와 반응성이라면, 작용기는 앞에 기재된 작용기 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중합체 셸 및 중합체 코어를 형성하는 데 사용되는 단량체 및/또는 프리폴리머는 둘 다 서로 반응되는 적어도 하나의 에틸렌계 불포화기를 포함하여 화학 결합을 형성할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "프리폴리머"는 하나 이상의 반응성 기에 의해 추가 반응 또는 중합이 가능하여 더 높은 분자량 또는 가교 상태를 형성할 수 있는 중합체 전구체를 지칭한다.
코어-셸 입자의 중합체 코어 및 중합체 셸은 또한 향상된 수분산성/안정성을 갖는 친수성 중합체 셸 및 소수성 중합체 코어를 제공하도록 제조된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "친수성"은 물에 대해 친화성을 가지고 물 또는 다른 수성 매질에 분산되거나 용해될 중합체, 단량체, 및 기타 재료를 지칭한다. 친수성 재료, 예컨대, 친수성 중합체는 전형적으로 수분산성 기를 가진다. "수분산성 기"는 물에 대해 친화성을 가지고 물 또는 다른 수성 매질에 중합체와 같은 화합물을 분산시키는 것을 돕는 하나 이상의 친수성 작용기를 가지거나 이로 형성된 기를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "소수성"은 물 또는 다른 수성 매질에 대해 친화성이 결여되어 있고 물 또는 다른 수성 매질을 반발하거나 이에 용해되거나 분산되지 않고/않거나 이에 의해 젖지 않는 경향이 있는 중합체, 단량체, 및 기타 재료를 지칭한다. 소수성 재료, 예컨대, 소수성 중합체에는 종종 수분산성 기가 없다.
지시된 바와 같이, 코어-셸 입자의 중합체 코어 및 중합체 셸은 향상된 수분산성/안정성을 갖는 친수성 중합체 셸 및 소수성 중합체 코어를 제공하도록 제조될 수 있다. 따라서, 중합체 셸은 친수성 수분산성 기를 포함할 수 있는 반면, 중합체 코어에는 친수성 수분산성 기가 없을 수 있다. 친수성 수분산성 기는 중합체 셸이 소수성 코어를 적어도 부분적으로 캡슐화하도록 수성 매질에서 중합체 셸의 수분산성/안정성을 증가시킬 수 있다.
앞에 기재된 바와 같이, 수분산성 기는 하나 이상의 친수성 작용기를 포함한다. 예를 들어, 친수성 중합체 셸을 형성하는 중합체(들)는 이온성 또는 이온화 가능 기, 예컨대 카복실산 작용기 또는 이의 염을 포함할 수 있다. 카복실산 작용기는 염기, 예컨대, 휘발성 아민에 의해 적어도 부분적으로 중화(즉, 총 중화 당량의 적어도 30%)되어 염 기를 형성할 수 있다. 휘발성 아민은 101.3 ㎪의 표준 대기압에서 측정 시 초기 끓는점이 250℃ 이하인 아민 화합물을 지칭한다. 적합한 휘발성 아민의 예는 암모니아, 다이메틸아민, 트라이메틸아민, 모노에탄올아민, 및 다이메틸에탄올아민이다. 아민은 코팅층의 형성 동안 증발하여 카복실산 작용기를 노출시키고 카복실산 작용기가 추가 반응을 겪을 수 있게 할 것임을 이해하여야 한다. 수분산성 기의 다른 비-제한적인 예는, 예를 들어 폴리에틸렌/프로필렌 글라이콜 에터 재료를 사용하는 것에 의해, 폴리옥시알킬렌을 포함한다.
지시된 바와 같이, 필름-형성 수지는 또한 자가-유화 분산 중합체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 자가-유화 분산 중합체는 친수성 작용기를 포함하며 초기에는 수분산액으로 합성되지 않고, 이후 물과 혼합되어 수분산액을 형성하는 중합체를 지칭한다. 따라서 자가-유화 분산 중합체는 코어-셸 입자를 형성하지 않는다.
본 발명의 자가-유화 분산 중합체는 중합체가 자가-유화하는 것이라면 다양한 유형의 중합체로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 자가-유화 분산 중합체는 폴리우레탄, 폴리에스터, 예컨대, 폴리에스터 폴리올, 폴리아마이드, 폴리에터, 폴리실록산, 플루오로중합체, 폴리설파이드, 폴리티오에터, 폴리우레아, (메트)아크릴 수지, 에폭시 수지, 비닐 수지, 및 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다. 자가-유화 분산 중합체는 또한 하이드록실 작용성 에틸렌계 불포화 화합물(들)을 포함하는 앞에 기재된 성분, 추가적인 폴리올, 예컨대, 폴리테트라하이드로퓨란, 하나 이상의 카복실산기를 포함하는 화합물, 무수물, 예컨대, 트라이멜리트산 무수물, 폴리아이소시아네이트, 및/또는 이들의 조합물로부터 얻어질 수 있다.
지시된 바와 같이, 필름-형성 수지는 앞에 기재된 중합체 코어-셸 입자 및 자가-유화 분산 중합체를 둘 다 포함할 수 있다. 본 발명의 코팅 조성물이 중합체 코어-셸 입자 및 자가-유화 분산 중합체를 둘 다 포함하는 경우, 코팅 조성물은 자가-유화 분산 중합체보다 더 많은 양의 중합체 코어-셸 입자 또는 중합체 코어-셸 입자보다 더 많은 양의 자가-유화 분산 중합체를 포함할 수 있다.
코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 고형분 중량을 기준으로 적어도 10 중량%, 적어도 20 중량%, 또는 적어도 30 중량%의 필름-형성 수지를 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 고형분 중량을 기준으로 최대 99 중량%, 최대 95 중량%, 또는 최대 90 중량%의 필름-형성 수지를 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 고형분 중량을 기준으로 10 중량% 내지 99 중량%, 또는 20 중량% 내지 95 중량%, 또는 30 중량% 내지 90 중량% 양의 필름-형성 수지를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "총 고형분" 또는 "고형분"은 ASTM D2369 (2015)에 따라 결정된 고형분 함량을 지칭한다.
앞에 언급된 바와 같이, 필름-형성 수지는 수성 매질에 분산된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "수성 매질"은 액체 매질의 총 중량을 기준으로 적어도 50 중량%의 물을 포함하는 액체 매질을 지칭한다. 이와 같은 수성 액체 매질은, 예를 들어 액체 매질의 총 중량을 기준으로 적어도 60 중량%의 물, 또는 적어도 70 중량%의 물, 또는 적어도 80 중량%의 물, 또는 적어도 90 중량%의 물, 또는 적어도 95 중량%의 물, 또는 100 중량%의 물을 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 액체 매질의 50 중량% 미만을 구성하는 용매는 유기 용매를 포함한다. 적합한 유기 용매의 비-제한적인 예는 극성 유기 용매, 예를 들어 양성자성 유기 용매, 예컨대, 글라이콜, 글라이콜 에터 알코올, 알코올, 휘발성 케톤, 글라이콜 다이에터, 에스터, 및 다이에스터를 포함한다. 유기 용매의 다른 비-제한적인 예는 방향족 및 지방족 탄화수소를 포함한다.
본 발명의 코팅 조성물은 또한 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "팽윤 용매"는 필름-형성 수지와 상호작용하여 상기 수지가 팽윤 및 팽창하도록 하는 용매를 지칭한다. 본 발명의 코팅 조성물과 함께 사용되는 팽윤 용매는 유기 용매일 수 있다. 팽윤 용매로서 사용되는 적합한 유기 용매의 비-제한적인 예는 알코올 및 글라이콜 에터, 예컨대, 프로필렌 글라이콜 모노뷰틸 에터, 에틸렌 글라이콜 모노헥실 에터, 에틸렌 글라이콜 모노뷰틸 에터, 에틸렌 글라이콜 2-에틸헥실 에터, 프로필렌 글라이콜 모노페닐 에터, n-뷰톡시프로판올, 2,2,4-트라이메틸펜탄-1,3-다이올 모노아이소뷰티레이트, n-뷰탄올, n-헥산올, 벤질 알코올, 2-에틸헥산올 및 1-옥탄올을 포함한다. 팽윤 용매는 앞에 기재된 바와 같은 수성 매질의 성분으로서 포함될 수 있다. 본 발명과 함께 사용되는 팽윤 용매는 수지 고형분을 기준으로 10 중량%로 필름-형성 수지 분산액에 첨가될 때, 필름-형성 수지 분산액의 저전단 점도가 적어도 20%, 또는 적어도 50%, 또는 적어도 100%, 또는 적어도 500%만큼 증가하도록 할 수 있다.
코팅 조성물은 또한 적어도 필름-형성 수지와 반응성인 하나 이상의 가교제를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "가교 작용제", "가교제" 및 유사 용어는 다른 작용기와 반응성인 2개 이상의 작용기를 포함하고 화학 결합을 통해 2개 이상의 단량체 또는 중합체 분자를 연결할 수 있는 분자를 지칭한다. 가교제의 비-제한적인 예는 아미노플라스트, 예컨대, 멜라민-폼알데하이드 수지, 카보디이미드, 폴리올, 페놀 수지, 에폭시 수지, 베타-하이드록시 (알킬) 아마이드 수지, 하이드록시 (알킬) 우레아 수지, 옥사졸린, 알킬화 카바메이트 수지, (메트)아크릴레이트, 아이소시아네이트, 블록화 아이소시아네이트, 폴리산, 무수물, 유기금속산-작용성 재료, 폴리아민, 폴리아마이드, 아지리딘, 및 이들의 조합물을 포함한다.
코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 고형분 중량을 기준으로 적어도 2 중량%, 적어도 10 중량%, 또는 적어도 20 중량%의 가교제를 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 코팅 조성물을 총 고형분 중량을 기준으로 최대 60 중량%, 최대 50 중량%, 또는 최대 40 중량%의 가교제를 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 고형분을 기준으로 2 중량% 내지 60 중량%, 또는 10 중량% 내지 50 중량%, 또는 20 중량% 내지 40 중량%의 가교제를 포함할 수 있다.
코팅 조성물은 또한 레올로지 개질제를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "레올로지 개질제"는 조성물의 점도를 증가시킴으로써 조성물의 흐름 거동을 조정하는 성분을 지칭한다. 코팅 조성물에 사용되는 레올로지 개질제는 점도를 증가시키고 코팅 조성물의 흐름 거동을 조정할 수 있다. 레올로지 개질제의 비-제한적인 예는 선택적으로 왁스와 조합되는 알칼리 팽윤성 중합체를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "알칼리 팽윤성 중합체"는 알칼리성 액체 매질에 물을 혼입하여 겔을 형성하고 점도를 조정하는 중합체, 예컨대, 유화 중합체를 지칭한다. 용액에 도입될 때 중합체는 약간의 점도를 변화시키거나 점도를 전혀 변화시키지 않지만, 약산성, 중성, 또는 약염기성 조건으로 pH를 조정 시 점도의 측정 가능한 증가가 관찰되며, 즉, 알칼리 팽윤성 중합체를 포함하는 용액에 알칼리제를 첨가하면 점도 변화가 발생하게 된다.
알칼리 팽윤성 중합체의 비-제한적인 예는 산성 중합체 및 부분적으로 중화된 중합체를 포함하여 고분자량 가교 폴리아크릴 중합체 및 공중합체(예컨대, 공중합체는 아크릴산의 일부가 알킬메트아크릴레이트로 치환되어 있음)를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 알칼리 팽윤성 중합체는 고분자량 가교 산성 폴리아크릴 중합체 또는 공중합체일 수 있으며, 여기서 가교는 알릴 수크로스 또는 알릴 펜타에리스리톨과 가교되거나 알릴 수크로스 및 알릴 펜타에리스리톨 둘 다로 가교된 아크릴산의 중합체, 또는 알릴 펜타에리스리톨로 가교된 아크릴산 및 C10-C30 알킬 아크릴레이트의 중합체를 포함할 수 있다. 중합체 또는 공중합체는 폴리에틸렌 글라이콜 및 장쇄 알킬산 에스터의 블록 공중합체를 포함할 수 있다. 알칼리 팽윤성 중합체는 폴리알켄일 폴리에터, 예를 들어 중합체 알릴 수크로스와 가교된 2-프로펜산(아크릴산)의 동중중합체일 수 있다. 생성물이 알칼리-팽윤성 특성을 유지하도록 하는 메트아크릴레이트 에스터의 아크릴산 에스터와 아크릴산의 공중합체가 또한 고려된다. 알칼리 팽윤성 특성을 여전히 유지하면서, 예를 들어 이온 내성을 개선시키기 위해 중합체 사슬에 다른 단량체를 혼입하면, 또한 적합한 알칼리 팽윤성 중합체를 제공할 수 있다. 알칼리 팽윤성 중합체로서 유용한 중합체 유형을 예시하는 대표적인 상표명은 Lubrizol Inc.(미국 오하이오주 위클리프 소재)의 CARBOPOL, CARBOPOL EZ, 및 CARBOPOL ETD 시리즈 제품 및 또한 PEMULEN 중합체, 및 SNF Inc.(미국 조지아주 라이스버로 소재)의 FLOGEL 중합체 시리즈를 포함한다.
알칼리 팽윤성 중합체는 알칼리 팽윤성 아크릴 에멀션(ASE)을 포함할 수 있으며, 이는 직쇄 또는 가교형이고 산기를 포함하는 아크릴 에멀션 공중합체를 지칭한다. ASE는 소수성 개질을 포함하지 않을 수 있다. ASE는 (메트)아크릴산의 동종중합체, 및 (메트)아크릴산, (메트)아크릴레이트 에스터 및 말레산의 공중합체로부터 선택될 수 있다. 현수성 카복실기가 알칼리제로 중화되면, 중합체가 팽윤하거나 이의 백본이 팽창하여, ASE는 적어도 6의 pH 값에서 효과적으로 존재하는 액상을 증점시키는 레올로지 개질 및 상당한 점도 증가를 나타내는데, 이는 ASE가 6 미만의 pH 값에서 수불용성이고 적어도 6의 pH 값에서 수용성일 수 있기 때문이다. 소수성 기를 포함하지 않고 염기를 이용한 중화 시 비-회합 메커니즘에 의해 증점되는 알칼리 가용성 또는 알칼리 팽윤성 에멀션 증점제가 ASE 증점제로서 당업계에 설명되어 있다. 대체로, 더 높은 분자량의 ASE가 더 큰 효율성을 제공할 것이다.
ASE는 다음으로 표현되는 바와 같이 1 내지 2개 블록으로 화학적으로 구성될 수 있다:
Figure pct00001
ASE에 적합한 친수성 단량체는 아크릴산, 메트아크릴산, 말레산, 및/또는 이들의 조합물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. ASE에 적합한 소수성 단량체는 아크릴산 또는 메트아크릴산과 C1- 내지 C4-알코올의 에스터, 예컨대, 에틸 아크릴레이트, 뷰틸 아크릴레이트 및 메틸 메트아크릴레이트를 포함할 수 있다.
ASE 구조에 대한 예는 화학식 (1)로 표시되어 있다:
Figure pct00002
여기서, R4는 C1 내지 C4 알킬이고; R5, R6은 독립적으로 수소 또는 메틸이며; x 및 y는 각각의 단량체 단위가 각각 10 내지 90 중량%의 양으로 존재하고 ASE 구조의 분자량이 1,000 내지 2,000,000 g/mol 사이임을 가능하게 하는 화학량론적 지수이다. 예를 들어, R4는 에틸 또는 뷰틸이고 R5는 수소이다. 예를 들어, R4는 메틸이고 R5는 메틸이다. 예를 들어, R6은 메틸이다.
알칼리 팽윤성 중합체는 소수성으로 개질된 알칼리 팽윤성 아크릴 에멀션(HASE)을 포함할 수 있으며, 이는 직쇄 또는 가교되고 산기 및 소수성 현수성 기를 포함하는 아크릴 에멀션 공중합체를 지칭힌다. HASE는 HASE 증점제에 대해 당업계에 설명된 바와 같이, 주로 알칼리제를 이용한 현수성 카복실산기 중화에 의해 그리고 회합 메커니즘에 의해 적어도 부분적으로 증점된다. 중합체 백본의 입체 장애에 의해 유발된 강성 및 현수성 기의 소수성은 HASE를 포함하는 액상의 레올로지 변화의 원인이 된다. 대체로 소수성 사슬 길이 또는 중합체의 단위 당 소수성 물질(hydrophobe) 수의 증가는 더 큰 점성 효율을 제공할 것이다.
HASE는 다음으로 표현되는 바와 같이 3개 블록으로 화학적으로 구성될 수 있다:
Figure pct00003
HASE에 적합한 친수성 및 소수성 단량체는 ASE에 대해 기재된 바와 동일할 수 있다. HASE의 회합 단량체는 강력한 소수성 특징을 나타내는 단량체일 수 있으며, 이와 같은 예는 C8-C22 알코올, 예컨대, C12-C20 알코올이 있는 아크릴산 또는 메트아크릴산의 에스터를 포함한다.
HASE 구조에 대한 예는 화학식 (2)로 표시되어 있다:
Figure pct00004
화학식 (2)에서, R4는 C1 내지 C4 알킬이고; R5, R6은 독립적으로 수소 또는 메틸이며; n은 1 내지 20의 수이고; m은 2 내지 5의 수이며; x, y, z는 화학식 (2)의 HASE가 10 내지 89 중량%의 "x" 단량체, 10 내지 89 중량%의 "y" 단량체, 0.01 내지 1 중량%의 거대단량체를 포함하고 화학식 (2)의 HASE 구조의 분자량이 1,000 내지 2,000,000 g/mol임을 가능하게 하는 화학량론적 지수이다.
HASE 구조의 또 다른 예는 화학식 (3)으로 표시되어 있다:
Figure pct00005
여기서, R4, R5, R6, x, y, z는 화학식 (2)에 대해 주어진 바와 같은 의미를 가지고; R1은 C8 내지 C22, 예컨대, C12 내지 C20 알킬 또는 알켄일이며; R7은 수소 또는 메틸이다.
알칼리 팽윤성 중합체는 소수성으로 개질된 에틸렌 옥사이드 우레탄(HEUR)을 포함할 수 있으며, 이는 다이아이소시아네이트와 다이올 및 소수성 캡핑 또는 차단 기의 반응에 의해 형성될 수 있는 비이온성 친수성 중합체를 지칭한다. HEUR은 소수성 기가 제형 내 다른 소수성 성분과 회합함에 따라 분자내 또는 분자간 연결을 발달시키는 순전히 회합 증점제일 수 있다. 회합 강도는 소수성 캡핑 또는 차단 단위의 수, 크기, 및 빈도에 따라 달라질 수 있다. HEUR은 일반 계면활성제와 같이 미셀을 발달시킬 수 있으며, 미셀은 표면을 회합하여 3차원 네트워크를 구축함으로써 다른 성분 사이를 연결할 수 있다.
지시된 바와 같이, 알칼리 팽윤성 중합체는 선택적으로 왁스와 조합될 수 있다. 왁스는 40℃ 내지 100℃의 온도에서 저점도 용융 액체의 상태로 상태를 변화시킬 수 있다. 왁스는 용융시 방울을 형성할 수 있고 다른 중합체에 대한 경우에서와 같이 필라멘트를 형성하지 않을 수 있다.
적합한 왁스의 비-제한적인 예는 천연 왁스 및 합성 왁스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 천연 왁스는 광물성 왁스, 식물성 왁스, 동물성 왁스, 및/또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 비-제한적인 예는 미정제(crude) 몬탄 왁스, 완전히 정제된 왁스, 미정질 왁스, 바세린, 카나우바 왁스, 칸데릴라 왁스, 밀랍 및 셸락 왁스를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 합성 왁스의 비-제한적인 예는 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 합성 파라핀, 산화 피셔-트롭쉬 파라핀, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스 및 이의 산화 유도체, 폴리카프로락톤 왁스, 실리콘 왁스, 왁스 알코올, 폴리에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌-아크릴산 공중합체, 폴리글라이콜 왁스 및 V-Wachs(폴리비닐 에터)를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하 또는 18 중량% 이하의 레올로지 개질제를 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 5 중량%, 예컨대, 적어도 7 중량%, 적어도 9 중량%, 적어도 10 중량%, 또는 적어도 12 중량%의 레올로지 개질제를 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 20 중량%, 7 중량% 내지 20 중량%, 9 중량% 내지 20 중량%, 5 중량% 내지 18 중량%, 7 중량% 내지 18 중량%, 또는 9 중량% 내지 18 중량%의 레올로지 개질제를 포함할 수 있다.
코팅 조성물은, 예를 들어 흑색 착색제와 같은 적어도 하나의 착색제를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "착색제"는 조성물에 색상 및/또는 다른 불투명도 및/또는 기타 시각 효과를 부여하는 임의의 물질을 지칭한다. 착색제는 개별 입자, 분산액, 용액, 및/또는 플레이크와 같은 임의의 적합한 형태로 코팅 조성물에 첨가될 수 있다. 단일 착색제 또는 2종 이상의 착색제의 혼합물이 본 발명의 코팅재에 사용될 수 있다.
착색제의 예는 도료 산업에서 사용되고/되거나 드라이 칼라 제조업자 협회(Dry Color Manufacturers Association: DCMA)에 열거된 것과 같은 안료(유기 또는 무기), 염료 및 틴트(tint)뿐만 아니라, 특수 효과 조성물을 포함한다. 착색제는, 예를 들어 사용 조건 하에서 불용성이지만 습윤성인 미분된 고형 분말을 포함할 수 있다. 착색제는 유기 또는 무기일 수 있고 응집되거나 응집되지 않을 수 있다. 착색제는 그라인드 비히클, 예컨대, 아크릴 그라인드 비히클의 사용에 의해 코팅재 내로 혼입될 수 있고, 이의 사용은 당업자에게 친숙할 것이다.
안료 및/또는 안료 조성물의 예는 카바졸 다이옥사진 미정제 안료, 아조, 모노아조, 다이아조, 나프톨 AS, 벤즈이미다졸론, 아이소인돌리논, 아이소인돌린 및 다환형 프탈로시아닌, 퀴나크리돈, 페릴렌, 페리논, 다이케토피롤로 피롤, 티오인디고, 안트라퀴논, 인단트론, 안트라피리미딘, 플라반트론, 피란트론, 안탄트론, 다이옥사진, 트라이아릴카보늄, 퀴노프탈론 안료, 다이케토 피롤로 피롤 레드("DPPBO 레드"), 이산화티타늄, 카본 블랙, 및/또는 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
염료의 예는 용매 및/또는 수용성 계 염료, 예컨대, 프탈로 그린 또는 블루, 산화철, 비스무트 바나데이트, 안트라퀴논, 및 페릴렌 및 퀴나크리돈을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
틴트의 예는 수계 또는 수혼화성 담체에 분산된 안료, 예컨대, Evonik으로부터 상업적으로 입수 가능한 AQUA-CHEM 896 및 Accurate Dispersions으로부터 상업적으로 입수 가능한 CHARISMA COLORANTS 및 MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
코팅 조성물은 또한 추가적인 수지, 예컨대, 추가적인 필름-형성 수지를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 추가적인 재료를 포함할 수 있다. 추가적인 수지는 당업계에 알려진 임의의 다양한 열가소성 및/또는 열경화성 필름-형성 수지를 포함할 수 있다. 용어 "열경화성"은 경화 또는 가교 시 비가역적으로 "경화"되는 수지를 지칭하며, 여기서 수지의 중합체 사슬은 공유 결합에 의해 함께 연결된다. 일단 경화 또는 가교되면, 열경화성 수지는 열의 적용시 용융하지 않을 것이며 용매에 불용성이다. 언급된 바와 같이, 필름-형성 수지는 또한 열가소성 필름-형성 수지를 포함할 수 있다. 용어 "열가소성"은 공유 결합에 의해 연결되지 않아서, 가열 시 액체 흐름을 겪을 수 있고 특정 용매에 가용성일 수 있는 수지를 지칭한다.
적합한 추가적인 수지의 비-제한적인 예는 (메트)아크릴 수지, 폴리에스터, 예컨대, 폴리에스터 폴리올, 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리에터, 폴리실록산, 플루오로중합체, 폴리설파이드, 폴리티오에터, 폴리우레아, 에폭시 수지, 비닐 수지, 및 이들의 조합물을 포함한다. 추가적인 수지는 또한 미립자 및 비-미립자 수지를 포함할 수 있다.
추가적인 수지는, 카복실산기, 아민기, 에폭사이드기, 하이드록실기, 티올 기, 카바메이트기, 아마이드기, 우레아기, 아이소시아네이트기(블록화 아이소시아네이트기를 포함함), (메트)아크릴레이트기, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 다양한 반응성 작용기 중 임의의 것을 가질 수 있다. 열경화성 코팅 조성물은 코팅 조성물에 사용되는 수지의 작용기와 반응하도록 전형적으로 당업계에 알려진 임의의 가교제로부터 선택될 수 있는 가교제를 포함한다. 가교제는 앞에 기재된 것 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 대안적으로, 자신과 반응성인 작용기를 갖는 열경화성 필름-형성 수지가 사용될 수 있고; 이러한 방식으로 이와 같은 열경화성 수지는 자가-가교된다.
본 발명의 코팅 조성물과 함께 사용될 수 있는 성분의 다른 비-제한적인 예는 가소제, 내마모성 입자, 운모, 활석, 점토, 및 무기 광물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 충전제, 금속 산화물, 금속 플레이크, 다양한 형태의 탄소, 산화방지제, 힌더드 아민 광 안정화제(hindered amine light stabilizer), UV 광 흡수제 및 안정화제, 계면활성제, 흐름 및 표면 제어제, 요변제, 반응성 희석제, 촉매, 반응 억제제, 부식 억제제, 및 기타 통상적인 보조제를 포함한다.
코팅 조성물은 낮은 고형분 함량을 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 코팅 조성물은 고형분 함량이 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만, 또는 20 중량% 미만, 또는 15 중량% 미만일 수 있다. 코팅 조성물은 또한 고형분 함량이 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 5 중량% 또는 적어도 8 중량%일 수 있다. 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 25 중량% 또는 8 중량% 내지 12 중량%의 범위일 수 있다. 이러한 낮은 고형분 함량은 코팅 조성물이 과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포할 수 있는 정밀 도포 장치를 이용하여 도포하기에 적합한 것에 적어도 부분적으로 기여하는 것으로 여겨진다.
코팅 조성물은 또한 특정 레올로지 프로파일을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 코팅 조성물은 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 110 m㎩ . s, 예컨대, 60 내지 100 m㎩ . s이고/이거나 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 3 내지 32 ㎩ . s, 예컨대, 3 내지 30, 또는 3 내지 25, 또는 3 내지 20, 또는 5 내지 18, 또는 7 내지 15 ㎩ . s일 수 있다. 점도는 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정된다. 이러한 레올로지 프로파일은 코팅 조성물이 과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포할 수 있는 정밀 도포 장치를 이용하여 도포하기에 적합한 것에 적어도 부분적으로 기여하는 것으로 여겨진다.
코팅 조성물은 지면에 대해 실질적으로 수평으로 배치된 기재 위에 도포될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "지면에 대해 실질적으로 수평"으로 배치된 기재는 코팅될 표면의 적어도 일부분이 지면에 대해 평행하거나, 지면에 대해 평행인 것의 10° 이내, 예컨대, 5° 이내인 기재를 지칭한다. 지면에 대해 실질적으로 수평으로 배치된 기재 위에 도포되는 코팅 조성물은 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 100 m㎩ . s이고/이거나 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 3 내지 20 ㎩ . s, 예컨대, 5 내지 15 ㎩ . s일 수 있다.
코팅 조성물은 지면에 대해 실질적으로 수직으로 배치된 기재 위에 도포될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "지면에 대해 실질적으로 수직"으로 배치된 기재는 코팅될 표면의 적어도 일부분이 지면에 대해 직각이거나, 지면에 대해 직각인 것의 45° 이내, 예컨대, 40° 이내, 30° 이내, 20° 이내, 10° 이내, 또는 5° 이내인 기재를 지칭한다. 지면에 대해 실질적으로 수직으로 배치된 기재 위에 도포되는 코팅 조성물은 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 110 m㎩ . s, 예컨대, 60 내지 100 m㎩ . s이고/이거나 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 15 내지 32 ㎩ . s, 예컨대, 17 내지 25 ㎩ . s일 수 있다.
코팅 조성물은 투명 탑코트로 코팅된 기재의 표면의 표면 장력과 기재 위에 도포된 코팅 조성물의 표면 장력의 차이(표면 장력(투명 코팅된 기재) - 표면 장력(코팅 조성물))가 0 초과, 예컨대, 0.5 초과, 0.7 초과, 1 초과, 2 초과이도록 하는 표면 장력을 가질 수 있다. 코팅 조성물의 표면 장력은 DIN EN 14370:2004-11(표면 활성제 - 표면 장력의 결정(Surface active agents - Determination of surface tension); 독일 버전 EN 14370:2004;2004-11)에 따라 결정되고, 기재 표면의 표면 장력은 DIN EN ISO 19403-2:2020-04(습윤성 - 파트 2: 접촉각을 측정함에 의한 고형물 표면의 표면 자유 에너지의 결정(Wettability - Part 2: Determination of the surface free energy of solid surfaces by measuring the contact angle)(ISO 19403-2:2017); 독일 버전 EN ISO 19403-2:2020; 2020-04)에 따라 결정된다. 표면 장력의 이러한 차이는 코팅 조성물이 과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포할 수 있는 정밀 도포 장치를 이용하여 도포하기에 적합한 것에 적어도 부분적으로 기여하는 것으로 여겨진다.
본 발명의 코팅 조성물은 기재의 적어도 일부분 위에 도포되어 베이스코트 층과 같은 코팅층을 형성할 수 있다. "베이스코트 층"은 프라이머, 즉 또 다른 베이스코트 층 상에 도포되고/되거나 기재 상에 직접 도포되는 코팅층을 지칭하며, 이는 선택적으로 색상을 부여하고/하거나 기타 시각 효과를 제공하는 성분(예컨대, 안료)을 포함한다.
코팅 조성물이 도포될 수 있는 기재는 광범위한 기재를 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 코팅 조성물은 차량 기재, 산업용 기재, 항공우주 기재 등에 도포될 수 있다.
차량 기재는 차량의 구성요소를 포함할 수 있다. 본 개시내용에서, 용어 "차량"은 가장 넓은 의미로 사용되며, 항공기, 우주선, 선박, 및 지상 차량의 모든 유형을 포함한다. 예를 들어, 차량은 항공우주 기재(항공우주 차량, 예컨대, 항공기, 예를 들어 비행기(예컨대, 개인 비행기, 및 소형, 중형, 또는 대형 상업용 승객, 화물, 및 군용 비행기), 헬리콥터(예컨대, 개인, 상업용, 및 군용 헬리콥터), 항공우주 차량(예컨대, 로켓 및 기타 우주선) 등의 구성요소)를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 차량은 또한 지상 차량, 예컨대, 동물 트레일러(예컨대, 말 트레일러), 자동차, 트럭, 버스, 밴, 중장비, 골프 카트, 오토바이, 자전거, 기차, 철도 차량 등을 포함할 수 있다. 차량은 또한 선박, 예컨대, 배, 보트, 호버그래프트 등을 포함할 수 있다. 차량 기재는 차체의 구성요소, 예컨대, 자동차 후드, 문, 트렁크, 루프 등; 예컨대, 항공기 또는 우주선 날개, 동체 등; 예컨대, 선박 선체 등을 포함할 수 있다.
코팅 조성물은 도구, 중장비, 가구, 예컨대, 사무용 가구(예컨대, 사무용 의자, 책상, 서류 캐비닛 등), 가전제품, 예컨대, 냉장고, 오븐 및 레인지, 식기세척기, 전자레인지, 세탁기, 건조기, 소형 가전제품(예컨대, 커피메이커, 슬로우쿠커, 압력솥, 블렌더 등), 금속 제품, 압출 금속, 예컨대, 창틀에 사용되는 압출 알루미늄, 다른 실내 및 실외 금속 건축 자재 등을 포함할 수 있는 산업용 기재 위에 도포될 수 있다.
코팅 조성물은 저장 탱크, 풍차, 원자력 발전소, 포장 기재, 목재 바닥 및 가구, 의류, 전자제품(하우징 및 회로 기판을 포함함), 유리 및 투명 물품, 스포츠 장비(골프 공을 포함함), 경기장, 건물, 다리 등에 도포될 수 있다.
기재는 금속 또는 비-금속 성분일 수 있다. 금속 기재는 주석, 강철(특히 전기아연도금강, 냉간압연강, 용융아연도급강, 강합금, 또는 블라스팅/프로파일 강을 포함함), 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연-알루미늄 합금, 아연-알루미늄 합금으로 코팅된 강, 및 알루미늄 도금 강을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 블라스트 또는 프로파일 강은 연마 블라스팅 처리를 받고 압축 공기를 사용하거나 원심 임펠러에 의해 고속으로 연마 입자를 이용하여 강철 기재에 연속적으로 충격을 가함으로써 기계적 세정을 포함하는 강철을 지칭한다. 연마재는 전형적으로 재활용/재사용되는 재료이며 공정은 밀 스케일 및 녹을 효율적으로 제거할 수 있다. 연마 블라스트 세정을 위한 표준 청결 등급은 BS EN ISO 8501-1에 따라 수행된다.
또한, 비-금속 기재는 중합체 기재, 예컨대, 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드, 셀룰로스, 폴리스타이렌, 폴리아크릴, 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론, 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 폴리락트산(PLA), 다른 "그린" 중합체 기재, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리카보네이트, 폴리카보네이트 아크릴로뷰타다이엔 스타이렌(PC/ABS), 폴리아마이드, 및/또는 플라스틱 복합 기재, 예컨대, 유리 또는 탄소 섬유 복합재를 포함한다. 비-금속 기재는 목재, 베니어판, 목재 복합재, 파티클보드, 중밀도 섬유판, 시멘트, 석재, 유리, 종이, 판지, 직물, 합성 및 천연 가죽 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 금속 기재에 도포될 때 특히 유익할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 코팅 조성물은 차량, 예컨대 자동차 차량, 예컨대, 자동차, 트럭, 및 트랙터를 제작하는 데 사용되는 금속 기재에 도포될 때 특히 유익할 수 있다.
코팅 조성물은 분무, 정전기식 분무, 침지, 롤링, 브러싱 등과 같은 임의의 수단에 의해 기재 또는 또 다른 코팅층의 적어도 일부분 위에 도포될 수 있다. 코팅 조성물은 또한 임의의 과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포할 수 있는 정밀 도포 장치를 이용하여 도포될 수 있다. 따라서 이와 같은 장치는 제거 가능한 재료(예컨대, 테이핑 재료)로 마스킹되지 않은 기재 위에 본 발명의 코팅 조성물을 도포할 수 있다. 정밀 도포 장치와 함께 사용되는 본 발명의 코팅 조성물의 화학적 성질은 코팅 조성물이 과잉분무 없이 기재의 적어도 일부분 위에 도포되는 것을 가능하게 할 수 있다.
과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포하는 정밀 도포 장치를 사용하여 기재 위에 원하는 패턴 및/또는 디자인을 생성할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 이러한 도포 장치는 기재를 마스킹하지 않고 단일 통과로 코팅 조성물을 도포하여 기재의 상이한 부분 위에 2가지 이상의 색상을 생성할 수 있다.
과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포할 수 있는 장치의 비-제한적인 예는 연속 분사, 연속 액적, 및/또는 드롭 온 디맨드형(drop on-demand)으로서 조성물을 도포하는 장치를 포함한다. 이와 같은 장치의 구체적인 비-제한적인 예는 연속 잉크젯 프린터, 가스-사출 액적 발생기, 진동 팁 액적 발생기, 피에조-작동식 미세공기압(piezo-actuated micropneumatic) 액적 발생기, 및 전기유체역학적 액적 발생기를 포함한다.
일단 도포되면, 본 발명의 코팅 조성물은 탈수되어 코팅층을 형성할 수 있다. 코팅 조성물은 주위 온도(예컨대, 20℃ 내지 25℃) 내지 90℃, 또는 주위 온도에서 80℃, 또는 주위 온도 내지 70℃, 또는 주위 온도 내지 60℃, 또는 40℃ 내지 80℃, 또는 40℃ 내지 70℃에서 탈수될 수 있다. 코팅 조성물은 또한 120℃ 미만, 또는 100℃ 미만, 또는 80℃ 미만의 온도에서 경화될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 기재 위에 도포되고 경화되어 20 미크론 이하, 또는 18 미크론 이하, 또는 15 미크론 이하의 낮은 건조 필름 두께를 포함하는 다양한 건조 필름 두께를 형성할 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 조성물이 과잉분무를 방지하는 정밀 도포 장치를 이용하여 도포될 수 있게 하는 앞에 기재된 바와 같은 낮은 고형분 함량 및/또는 레올로지 프로파일로 형성될 수 있다. 코팅 조성물은 흑색 코팅에서 원하는 것과 같은 양호한 은폐 특성, 낮은 새깅(sagging), 양호한 레벨링 등을 포함하는 바람직한 코팅 특성을 제공할 수 있다.
본 발명의 코팅은 자동차 기재에 일반적으로 도포되는 다른 코팅재에서 전형적으로 요구되는 것보다 더 낮은 탈수/경화 온도에서 형성될 수 있다. 이와 같이, 본 명세서에 추가로 기재된 다층 코팅재를 포함하여 본 발명의 코팅재는 전체 코팅 공정의 비용을 감소시키고 속도를 높이는 데 도움이 된다.
본 발명의 코팅 조성물은 추가적인 조성물과 함께 도포되어 적어도 제1 베이스코트 층 및 제2 베이스코트 층을 포함하는 다층 코팅 시스템을 형성할 수 있다. 다층 코팅은, 프라이머 층, 추가적인 베이스코트 층(들), 탑코트 층, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 추가적인 코팅층을 포함할 수 있다. "프라이머 코팅층"은 보호 또는 장식 코팅 시스템의 적용을 위한 표면을 준비하기 위해 기재에 적용될 수 있는 언더코팅층을 지칭하고, "탑코트"는 베이스코트와 같은 또 다른 코팅층 위에 도포되어 보호 및/또는 장식 층을 제공하는 최상위 코팅층을 지칭한다.
다층 코팅 시스템의 제1 베이스코트 층 및/또는 제2 베이스코트 층은 앞에 기재된 코팅 조성물로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 베이스코트 층을 형성하는 데 사용되는 코팅 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 베이스코트 층은 각각 앞에 기재된 코팅 조성물로 형성될 수 있다. 대안적으로, 제1 또는 제2 베이스코트 층 중 하나는 상이한 코팅 조성물, 예컨대 이후에 기재되는 저온 경화 코팅 조성물로 형성될 수 있다.
제1 베이스코트 조성물은 기재 및/또는 프라이머 층의 적어도 일부분 위에 직접 도포된 다음, 웨트-온-웨트(wet-on-wet) 공정으로서(즉, 제1 베이스코트 조성물의 탈수 전에) 제2 베이스코트 조성물이 도포될 수 있다. 제2 베이스코트 조성물이 도포된 후, 2개의 베이스코트 조성물은 동시에 탈수될 수 있다. 2개의 베이스코트 조성물은 주위 온도(예컨대, 20℃ 내지 25℃) 내지 90℃, 또는 주위 온도 내지 80℃, 또는 주위 온도 내지 70℃, 또는 주위 온도 내지 60℃, 또는 40℃ 내지 80℃, 또는 40℃ 내지 70℃에서 동시에 탈수될 수 있다.
제2 베이스코트 조성물은 또한 앞에 기재된 바와 같이 탈수된 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 직접 도포될 수 있다. 그 다음 제2 베이스코트 조성물은 주위 온도(예컨대, 20℃ 내지 25℃) 내지 90℃, 또는 주위 온도 내지 80℃, 또는 주위 온도 내지 70℃, 또는 주위 온도 내지 60℃, 또는 40℃ 내지 80℃, 또는 40℃ 내지 70℃에서 탈수될 수 있다. 제2 베이스코트 조성물을 탈수한 후, 베이스코트는 120℃ 미만, 또는 100℃ 미만, 또는 80℃ 미만의 온도에서 경화될 수 있다.
다층 코팅 시스템은 또한 베이스코트 층을 경화시키기 전 또는 후에 제2 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 도포되는 탑코트 층을 포함할 수 있다. 탑코트 층은 선택적으로 필름-형성 수지, 가교제, 수성 또는 유기 용매 매질, 및/또는 앞에 기재된 것과 같은 기타 재료를 포함하는 코팅 조성물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탑코트는 필름-형성 수지 및 폴리아이소시아네이트, 예컨대, 필름-형성 수지와 반응성인 우레트다이온 이량체계 폴리아이소시아네이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 시스템과 함께 선택적으로 사용되는 탑코트 층은 투명 탑코트 층일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "투명 코팅층"은 적어도 실질적으로 투명하거나 완전히 투명한 코팅층을 지칭한다. 용어 "실질적으로 투명한"은 코팅층 너머의 표면이 코팅층을 통해 볼 때 적어도 부분적으로 육안으로 볼 수 있는 코팅을 지칭한다. 용어 "완전히 투명한"은 코팅층 너머의 표면이 코팅을 통해 볼 때 육안으로 완전히 볼 수 있는 코팅을 지칭한다. 투명 탑코트 층은, 착색제가 투명 탑코트 층의 원하는 투명도를 방해하지 않는다면, 착색제, 예컨대, 안료를 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 대안적으로, 투명 탑코트 층에는 착색제, 예컨대, 안료가 없다(즉, 착색되지 않음).
지시된 바와 같이, 탑코트 층은 제1 및 제2 베이스코트 층과 동시에 경화될 수 있다. 예를 들어, 탑코트 층 및 베이스코트 층은 120℃ 미만, 또는 100℃ 미만, 또는 80℃ 미만의 온도에서 동시에 경화될 수 있다.
본 발명에 따른 다층 코팅 시스템은 또한 추가적인 베이스코트 층(예컨대, 제2 베이스코트 층 위의 제3 베이스코트 층)뿐만 아니라 상기 지시된 바와 같은 프라이머 코팅층을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 다른 선택적인 층을 포함할 수 있다. 프라이머 코팅층은 기재의 적어도 일부분 위에 형성될 수 있고 제1 또는 제2 베이스코트 층은 프라이머 코팅층의 적어도 일부분 위에 형성될 수 있다.
다층 코팅 시스템은 기재의 적어도 일부분 위에 배치된 제1 베이스코트 층 및 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위체 배치된 제2 베이스코트 층을 포함하여, 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재를 형성할 수 있다. 제1 베이스코트 층은 앞에 기재된 코팅 조성물과 상이한 저온 경화 코팅 조성물로 형성될 수 있다. 제2 베이스코트 층은, 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지, 필름-형성 수지와 반응성인 가교제, 및 착색제를 포함하는 앞에 기재된 코팅 조성물로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만이다. 제2 베이스코트 조성물은 레올로지 개질제 및/또는 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함할 수 있다. 제1 베이스코트 조성물 및 제2 베이스코트 조성물은 앞에 기재된 바와 같이 본 명세서에 기재된 온도에서 동시에 또는 별도로 탈수 및/또는 경화될 수 있다. 제2 베이스코트 조성물이 경질-코팅된 기재 위에 도포되도록, 제2 베이스코트 조성물은 제1 베이스코트 조성물이 탈수 및/또는 경화된 후에 제1 베이스코트 층 위에 도포될 수 있다. 제2 베이스코트 층은 제1 베이스코트 층과 직접 접촉될 수 있다.
다층 코팅 시스템은 기재의 적어도 일부분 위에 배치된 제1 베이스코트 층 및 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 배치된 제2 베이스코트 층 및 제2 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 배치된 제3 베이스코트 층을 포함하여 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 베이스코트 층은 앞에 기재된 코팅 조성물과 상이한 저온 경화 코팅 조성물로 형성될 수 있다. 제3 베이스코트 층은 앞에 기재된 코팅 조성물로 형성될 수 있다. 제1 베이스코트 조성물 및 제2 베이스코트 조성물 및 제3 베이스코트 조성물은 앞에 기재된 바와 같이 본 명세서에 기재된 온도에서 동시에 또는 별도로 탈수 및/또는 경화될 수 있다. 제3 베이스코트 조성물이 경질-코팅된 기재 위에 도포되도록, 제3 베이스코트 조성물은 제2 베이스코트 조성물이 탈수 및/또는 경화된 후에 제2 베이스코트 층 위에 도포될 수 있다. 제3 베이스코트 층은 제1 및/또는 제2 베이스코트 층과 직접 접촉될 수 있다.
다층 코팅 시스템은 기재의 적어도 일부분 위에 배치된 제1 베이스코트 층 및 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 배치된 제2 베이스코트 층 및 제2 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 배치된 탑코트 층을 포함하여 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 베이스코트 층은 앞에 기재된 코팅 조성물과 상이한 저온 경화 코팅 조성물로 형성될 수 있다. 탑코트 층은 앞에 기재된 코팅 조성물로 형성될 수 있다. 제1 베이스코트 조성물 및 제2 베이스코트 조성물 및 탑코트 조성물은 앞에 기재된 바와 같이 본 명세서에 기재된 온도에서 동시에 또는 별도로 탈수 및/또는 경화될 수 있다. 제1 베이스코트 조성물 및 제2 베이스코트 조성물이 동시에 또는 별도로 탈수된 다음, 탑코트 조성물의 도포가 이어질 수 있다. 탈수된 제1 및 제2 베이스코트 조성물 및 후속적으로 도포된 탑코트 조성물은 동시에 경화될 수 있다. 탑코트 조성물이 경질-코팅된 기재 위에 도포되도록, 탑코트 조성물은 제2 베이스코트 조성물이 탈수 및/또는 경화된 후에 제2 베이스코트 층 위에 도포될 수 있다. 탑코트 층은 제1 및/또는 제2 베이스코트 층과 직접 접촉될 수 있다.
저온 경화 코팅 조성물은 비교적 낮은 온도에서 탈수 및/또는 경화될 수 있다. 탈수는 도포된 코팅 조성물로부터 수분을 제거하는 것(즉, 건조)을 지칭한다. 경화는 도포된 코팅 조성물이 가교 반응을 겪는 것을 지칭한다. 도포된 저온 경화 코팅 조성물은 탈수되고 후속적으로 경화될 수 있다.
저온 경화 코팅 조성물은 주위 온도(예컨대, 20℃ 내지 25℃) 내지 110℃, 또는 주위 온도 내지 100℃, 또는 주위 온도 내지 90℃, 또는 주위 온도 내지 80℃, 또는 주위 온도 내지 70℃, 또는 주위 온도 내지 60℃, 또는 주위 온도 내지 50℃, 또는 주위 온도 내지 40℃, 또는 40℃ 내지 80℃, 또는 40℃ 내지 70℃에서 탈수될 수 있다. 코팅 조성물은 140℃ 이하, 또는 120℃ 이하, 또는 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하의 온도에서 열을 사용하여 탈수될 수 있다. 코팅 조성물은 이러한 온도에서 5분 이하, 예컨대, 4분 이하, 3분 이하, 2분 이하, 또는 1분 이하의 시간 동안 탈수될 수 있다. 코팅 조성물을 탈수하는 시간은 탈수를 위해 지정된 시간이며 코팅 조성물을 다른 단계, 예컨대, 경화 단계로 이동하고 적용하는 데 걸리는 시간을 포함하지 않는다. 상기 언급된 온도 및/또는 시간에서 탈수하는 코팅 조성물은 코팅 조성물이 상기 온도 및/또는 시간 조건 내에서 적어도 75%, 예컨대, 적어도 80%, 적어도 85%, 또는 적어도 90%의 고형분 함량을 달성한다는 것을 의미한다. 저온 경화 코팅 조성물은 이러한 조건 하에서 탈수할 수 있는 임의의 조성물을 포함할 수 있다. 저온 경화 코팅 조성물은 비교적 낮은 온도에서 비교적 빠르게 탈수되는 능력으로 인해 앞에 기재된 코팅 조성물이 위에 직접 도포되는 베이스코트로서 바람직할 수 있다.
저온 경화 코팅 조성물은 주위 온도(예컨대, 20℃ 내지 25℃) 내지 110℃, 또는 주위 온도 내지 100℃, 또는 주위 온도 내지 90℃, 또는 주위 온도 내지 80℃, 또는 주위 온도 내지 70℃, 또는 주위 온도 내지 60℃, 또는 40℃ 내지 80℃, 또는 40℃ 내지 70℃에서 경화될 수 있다. 코팅 조성물은 140℃ 이하, 또는 120℃ 이하, 또는 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하의 온도에서 열을 사용하여 경화될 수 있다. 코팅 조성물은 이러한 온도에서 30분 이하, 예컨대, 20분 이하, 15분 이하, 10분 이하, 5분 이하, 4분 이하, 3분 이하, 2분 이하, 또는 1분 이하의 시간 동안 경화될 수 있다. 코팅 조성물을 경화하는 시간은 경화를 위해 지정된 시간이며 코팅 조성물을 다른 단계로 이동하고 적용하는 데 걸리는 시간을 포함하지 않는다. 저온 경화 코팅 조성물은 이러한 조건 하에서 경화할 수 있는 임의의 조성물을 포함할 수 있다.
저온 경화 코팅 조성물이 경화되어 80℃에서 30분 동안 베이킹하여 두께가 35 ㎛인 코팅층을 형성할 때, 해당 조성물은 ASTM D5402-19에 따라 측정 시 100 MEK 이중 마찰을 달성한다.
저온 경화 코팅 조성물의 비-제한적인 예는 미국 특허 출원 공개 제2016/0068706호([0041] 내지 [0086]); 미국 특허 출원 공개 제2019/0002709호([0008] 내지 [0065], [0128] 내지 [0141]); WO 제2017/160398호([0007] 내지 [0063], [0097] 내지 [00131]); WO 제2019/241203호([0010] 내지 [0074], [0090] 내지 [00109]); WO 제2019/241234호([0012] 내지 [0079], [00115] 내지 [00153]), 문헌[Tillet et al., "Chemical Reactions of Polymer Crosslinking and Post-Crosslinking at room and medium temperature", Progress in Polymer Science 36 (2011) 191-217 (pages 193-213)]에 기재된 코팅 조성물을 포함하며, 이들 참조문헌은 각각 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.
저온 경화 코팅 조성물은, 미국 특허 출원 공개 제2016/0068706호([0041] 내지 [0086])에 기재된 바와 같이, (i) 물을 포함하는 연속상, 및 (ii) (A) (1) 다중-에틸렌계 불포화 단량체 및 (2) 알도 또는 케토기-포함 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는, 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 에틸렌계 불포화 단량체 화합물의 혼합물의 중합으로부터 제조된 중합체 입자; 및 (B) 단량체 혼합물, 즉 (I) 이량체 지방산 및 트라이카복실산을 포함하는 폴리산 성분; 및 (II) 다이올 및 카복실산기가 있는 다이올을 포함하는 폴리올 성분을 중합하여 제조된 소수성 폴리에스터를 포함하는 분산상을 포함하는 폴리하이드라자이드-함유 경화성 수성 조성물을 포함할 수 있다.
저온 경화 코팅 조성물은 수성 매질 및 수성 매질에 분산된 자가-가교성 코어-셸 입자를 포함하는 수성 분산액을 포함할 수 있으며, 여기서 코어-셸 입자는 우레탄 연결, 케토 및/또는 알도 작용기, 및 하이드라자이드 작용기를 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어(1)를 포함하며, 여기서 중합체 코어는 미국 특허 출원 공개 제2019/0002709호([0008] 내지 [0065], [0128] 내지 [0141])에 기재된 바와 같이 중합체 셸의 적어도 일부분에 공유 결합된다.
저온 경화 코팅 조성물은 폴리하이드라자이드 및 수성 매질에 분산된 코어-셸 입자를 포함할 수 있으며, 코어-셸 입자는 WO 제2017/160398호([0007] 내지 [0063], [0097] 내지 [00131])에 기재된 바와 같이, 우레아 연결, 및 케토 및/또는 알도 작용기를 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어(1)를 포함한다.
저온 경화 코팅 조성물은 유리 폴리아이소시아네이트 및 하이드록실 작용성 중합체 코어-셸 입자를 포함할 수 있으며, 여기서 하이드록실 작용성 코어-셸 입자의 중합체 코어 및 중합체 셸은 각각 독립적으로 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유래된 첨가 중합체를 포함한다. 제2 저온 경화 코팅 조성물은 그 위에 도포되어 다층 코팅된 기재를 형성할 수 있고, 제2 저온 경화 코팅 조성물은 카복실산 작용성 중합체 코어-셸 입자를 포함하며, WO 제2019/241203호([0010] 내지 [0074], [0090] 내지 [00109])에 기재된 바와 같이, 여기서 카복실산 작용성 코어-셸 입자의 중합체 코어는 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유래된 첨가 중합체를 포함하고 카복실산 작용성 코어-셸 입자의 중합체 셸은 우레탄 연결 및 카복실산 작용기를 포함한다.
저온 경화 코팅 조성물은 (a) 멜라민 수지의 총 작용기의 30 몰% 이상을 함께 차지하는 이미노 및 메틸올 작용기를 포함하는 멜라민 수지; 및 (b) 폴리테트라하이드로퓨란 및 이의 카복실산 또는 무수물을 포함하는 성분으로부터 얻어지는 (a)와 반응성인 적어도 하나의 중합체를 포함할 수 있으며, 여기서 폴리테트라하이드로퓨란은 중합체 (b)를 형성하는 성분의 20 중량% 초과를 차지하고 이의 카복실산 또는 무수물은 중합체 (b)를 형성하는 성분의 5 중량% 초과를 차지하며, WO 제2019/241234호([0012] 내지 [0079], [00115] 내지 [00153])에 기재된 바와 같이, 여기서 중합체 (b)는 중합체 (b)의 총 수지 고형분을 기준으로 산가가 적어도 15이다.
저온 경화 코팅 조성물은, 우레탄 및/또는 우레아 연결을 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 아크릴 코어(1)를 포함하는 코어-셸 입자를 포함할 수 있으며, 여기서 중합체 셸은 카복실산 작용기를 포함한다. 중합체 코어 및/또는 중합체 셸은 케토 작용기를 포함할 수 있다. 중합체 셸은 하이드라자이드 작용기를 포함할 수 있다. 저온 경화 코팅 조성물은 산 작용기와 반응성인 가교제, 예컨대, 카보디이미드를 더 포함할 수 있다. 저온 경화 코팅 조성물은 케토 작용기와 반응성인 가교제, 예컨대, 하이드라자이드 가교제를 더 포함할 수 있다. 하이드라자이드 가교제는 중합체 셸 상에 혼입되는 하이드라자이드 작용기에 추가적으로 또는 대신에 포함될 수 있다.
저온 경화 코팅 조성물은 자가-가교성인 아크릴아마이드 및/또는 알데하이드 및/또는 아제티딘 작용기를 포함하는 수지를 포함할 수 있으며, 여기서 자가-가교성 기는 최대 140℃의 온도에서 가교 반응을 겪을 수 있다. 이와 같은 저온 자가-가교성 반응은 문헌[Tillet et al.]에 기재되어 있다. 저온 경화 코팅 조성물은 수지 및 가교제를 포함할 수 있으며, 여기서 수지 및 가교제는 최대 140℃의 온도에서, 카보디이미드, 아지리딘, 에폭사이드, 및/또는 옥사졸린 작용기 중 적어도 하나와 카복실산 작용기 사이; 아이소시아네이트, 활성화 알켄, 알데하이드, 및/또는 아민 작용기 중 적어도 하나와 아세토아세틸 작용기 사이; 아세틸아세토네이트, 알데하이드, 케톤 및/또는 에폭사이드 작용기 중 적어도 하나와 아민 작용기 사이; 아세탈 작용기와 아민 작용기 사이; 보호된 우레탄, 아즐락톤, 및/또는 메틸올 아마이드 작용기 중 적어도 하나와 하이드록실 작용기 사이; 아지도 작용기와 탄소-탄소 삼중 결합 사이; 및/또는 딜스-알더(Diels-Alder) 반응을 겪을 수 있는 2개의 작용기 사이에서 가교 반응을 겪는다. 이와 같은 저온 가교 반응은 문헌[Tillet et al.]에 기재되어 있다. 코팅 조성물은 적합한 촉매를 포함하여 문헌[Tillet et al.]에 기재된 바와 같은 상기 기재된 가교 반응 중 임의의 것을 개시할 수 있다. 저온 경화 코팅 조성물은 수지 및 가교제를 포함할 수 있으며, 여기서 수지 및 가교제는 최대 140℃의 온도에서 티올 작용기와 탄소-탄소 이중 결합 사이에서 가교 반응을 겪는다.
본 발명은 또한 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물을 도포하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지, 필름-형성 수지와 반응성인 가교제, 레올로지 개질제, 착색제, 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함하되, 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만인 앞에 기재된 코팅 조성물; 및 과잉분무 없이 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물을 도포하도록 구성된 장치를 포함한다.
코팅 조성물은 앞에 기재된 임의의 성분 및 성분의 양을 포함할 수 있다. 또한, 장치는 과잉분무 없이 정확하게 코팅 조성물을 도포하도록 구성되고 기재를 마스킹할 필요가 없는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치는 앞에 기재된 바와 같이 연속 분사, 연속 액적, 및/또는 드롭 온 디맨드형으로서 조성물을 도포하는 장치로부터 선택될 수 있다.
시스템은 또한 추가적인 성분, 예컨대 다양한 도포를 위한 추가적인 코팅 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 장치가 도포할 수 있는 추가적인 코팅 조성물을 포함할 수 있고 본 발명의 코팅 조성물과 함께 기재 위에 도포할 수 있다. 추가적인 코팅 조성물은 본 발명의 코팅 조성물 위에 및/또는 본 발명의 코팅 조성물의 도포 이전에 도포되어 앞에 기재된 다층 코팅과 같은 다층 코팅 시스템을 형성할 수 있다. 추가적인 코팅 조성물은 또한 기재의 상이한 부분 위에 장치에 의해 도포되어 기재의 상이한 부분 상에 상이한 색상 또는 기타 시각 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 시스템은 단일 도포로 과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포하여 기재 위에 바람직한 코팅 특성을 제공할 수 있다. 본 발명의 시스템에 의해 제공되는 코팅은 또한 자동차 기재에 일반적으로 도포되는 코팅재와 같은 다른 코팅재에서 전형적으로 요구되는 것보다 더 낮은 탈수/경화 온도에서 형성될 수 있다.
본 발명은 또한 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물을 도포하는 방법에 관한 것이다. 방법은 과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포하도록 구성된 장치를 이용하여 기재의 적어도 일부분 위에 본 발명의 앞에 기재된 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 코팅 조성물은 앞에 기재된 임의의 성분 및 성분의 양을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 장치는 과잉분무 없이 정확하게 코팅 조성물을 도포하도록 구성되고 기재를 마스킹할 필요가 없는 임의의 장치를 포함할 수 있다.
본 발명은 코팅 조성물을 탈수 및/또는 경화시켜 기재의 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 주위 온도(20℃ 내지 25℃) 내지 140℃, 또는 주위 온도 내지 120℃, 또는 주위 온도 내지 100℃, 또는 주위 온도 내지 90℃, 또는 40℃ 내지 80℃, 또는 50℃ 내지 80℃에서 코팅 조성물을 탈수 및/또는 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법은 2개 이상의 코팅 조성물을 도포하여 다층 코팅을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이, 방법은 이전에 기재에 도포된 제2 코팅 조성물의 적어도 일부분 위에 본 발명의 코팅 조성물을 도포하는 단계, 및/또는 본 발명의 코팅 조성물의 적어도 일부분 위에 제2 또는 제3 코팅 조성물을 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 또한 단일 통과로 기재 위에 도포될 수 있다.
지시된 바와 같이, 기재에 코팅 조성물을 도포하는 방법은 기재 위에 다층 코팅 시스템을 형성하는 데 사용될 수 있다. 다층 코팅은, 예컨대, 자동차 기재에 도포된 베이스코트와 함께 적어도 2개의 베이스코트를 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 이와 같은 방법은, 과잉분무를 방지하는 장치를 사용하여 기재의 적어도 일부분 상에 제1 베이스코트 조성물을 도포함으로써 기재의 적어도 일부분 위에 제1 베이스코트 층을 형성하는 단계; 및 (1) 제1 베이스코트 조성물이 탈수 및/또는 경화된 후 과잉분무를 방지하는 장치를 사용하여 제1 베이스코트 층; 또는 (2) 제1 베이스코트 조성물이 탈수 및/또는 경화되기 전 과잉분무를 방지하는 장치를 사용하여 제1 베이스코트 조성물의 적어도 일부분 상에 제2 베이스코트 조성물을 직접 도포함으로써 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 제2 베이스코트 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 베이스코트 조성물은 주위 온도(20℃ 내지 25℃) 내지 140℃, 또는 주위 온도 내지 120℃, 또는 주위 온도 내지 100℃, 또는 주위 온도 내지 90℃, 또는 40℃ 내지 80℃, 또는 50℃ 내지 80℃에서 별도로 또는 동시에 탈수 및/도는 경화될 수 있다. 선택적으로, 방법은 과잉분무를 방지하는 장치를 사용하여 제2 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 탑코트 조성물을 도포함으로써 제2 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 탑코트 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
기재는 또한 프라이머 코팅층을 포함할 수 있고 제1 베이스코트 층은 과잉분무를 방지하는 장치를 사용하여 프라이머 코팅층의 적어도 일부분 상에 제1 베이스코트 조성물을 직접 도포함으로써 프라이머 코팅층의 적어도 일부분 위에 도포될 수 있다. 프라이머 코팅층은 제1 베이스코트 조성물을 도포하기 이전에 기재의 적어도 일부분 상에 프라이머 코팅 조성물을 도포함으로써, 예컨대, 전착성 코팅 조성물을 전착시킴으로써 형성될 수 있다.
코팅재는 자동차 조립 공장에서 자동차 부품에 도포될 수 있음을 이해하여야 한다. 자동차 조립 공장에서 다층 코팅 시스템의 도포 동안, 금속 기재는 장치의 적어도 일부가 앞에 기재된 바와 같이 과잉분무 없이 조성물을 도포하도록 구성된 다양한 스테이션을 통과할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 명세서에 기재된 코팅재, 시스템, 및 방법을 사용하여 제조된 차량(10)(예컨대, 자동차)이 도시되어 있다. 차량(10)은 제1 영역(12) 및 제2 영역(14)을 갖는 차체를 가질 수 있다. 투톤(two-tone) 차량을 형성하기 위해 제1 영역(12)은 제1 색상(예컨대, 도 1의 흑색)을 갖는 코팅 조성물로 코팅될 수 있는 한편, 제2 영역(14)은 제2 색상(예를 들어 도 1의 백색)을 갖는 코팅 조성물로 코팅될 수 있다. 제1 영역(12) 위에 도포된 코팅 조성물 및/또는 제2 영역(14) 위에 도포된 코팅 조성물은 본 명세서에 기재된 정밀 도포를 위한 코팅 조성물일 수 있다. 제1 영역(12) 위에 도포된 코팅 조성물 및/또는 제2 영역(14) 위에 도포된 코팅 조성물은 본 명세서에 기재된 시스템을 사용하여 그 위에 도포될 수 있다. 제1 영역(12) 위에 도포된 코팅 조성물 및/또는 제2 영역(14) 위에 도포된 코팅 조성물은 본 명세서에 기재된 방법에 따라 그 위에 도포될 수 있다. 제1 영역(12) 및/또는 제2 영역(14)은 본 명세서에 기재된 바와 같은 다층 시스템을 포함할 수 있다. 제1 영역(12) 위에 도포된 코팅 조성물 및/또는 제2 영역(14) 위에 도포된 코팅 조성물은 단일 통과로 및/또는 차량(10)을 마스킹하지 않고 그 위에 도포되어 투톤 차량을 생성할 수 있다. 도 1은 차량의 지붕을 포함하는 제1 영역(12) 및 차체의 나머지를 포함하는 제2 영역(14)을 나타내지만, 제1 및 제2 영역(12, 14)은 차체의 상이한 영역을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 추가적으로, 다중톤 차량을 형성하기 위해 2개 초과의 영역이 포함될 수 있다.
따라서, 상기 설명 및 실시예를 고려하여, 본 발명은 특히 다음 항목의 주제에 관한 것이지만, 이들로 제한되지는 않는다.
항목 1: 특히 항목 18 내지 37 중 어느 하나에 따른 시스템에서 사용하기 위한 또는 항목 38 내지 47 중 어느 하나에 따른 방법에서 사용하기 위한 정밀 도포용 코팅 조성물로서, 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지; 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 레올로지 개질제; 착색제; 및 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함하되, 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만인, 코팅 조성물.
항목 2: 항목 1에 있어서, 상기 필름-형성 수지는 우레탄 연결 및 카복실산 및 하이드록실 작용기를 포함하는, 코팅 조성물.
항목 3: 항목 2에 있어서, 상기 필름-형성 수지는 우레탄 연결 및 카복실산 및 하이드록실 작용기를 포함하는 중합체 셸에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어를 포함하는 코어-셸 입자를 포함하고, 중합체 셸은 중합체 코어의 적어도 일부분에 공유 결합되는, 코팅 조성물.
항목 4: 항목 3에 있어서, 상기 코어-셸 입자의 중합체 코어의 적어도 일부분은 (메트)아크릴 단량체, 비닐 단량체, 또는 이들의 조합물로 형성되는 첨가 중합체를 포함하는, 코팅 조성물.
항목 5: 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 가교제는 아미노플라스트를 포함하는, 코팅 조성물.
항목 6: 항목 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 레올로지 개질제는 알칼리 팽윤성 중합체 및 왁스를 포함하는, 코팅 조성물.
항목 7: 항목 6에 있어서, 상기 레올로지 개질제의 왁스는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 왁스를 포함하는, 코팅 조성물.
항목 8: 항목 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 착색제는 흑색 착색제를 포함하는, 코팅 조성물.
항목 9: 항목 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 팽윤 용매는 적어도 하나의 알코올을 포함하는, 코팅 조성물.
항목 10: 항목 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 미만인, 코팅 조성물.
항목 11: 항목 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 8 중량% 내지 12 중량%인, 코팅 조성물.
항목 12: 항목 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 레올로지 개질제를 포함하는, 코팅 조성물.
항목 13: 항목 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 110 m㎩ . s인, 코팅 조성물.
항목 14: 항목 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 3 내지 32 ㎩ . s, 예컨대, 3 내지 30, 또는 7 내지 15 ㎩ . s인, 코팅 조성물.
항목 15: 항목 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 하이드록실 작용성 폴리에스터를 더 포함하는, 코팅 조성물.
항목 16: 항목 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 수성 매질에 분산된 (메트)아크릴 중합체를 더 포함하는, 코팅 조성물.
항목 17: 항목 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 투명 탑코트로 코팅된 기재의 표면 장력과 코팅 조성물의 표면 장력의 차이(표면 장력(투명 코팅된 기재) - 표면 장력(코팅 조성물))는 0 초과, 예컨대, 2 초과인, 코팅 조성물.
항목 18: 특히 항목 38 내지 47 중 어느 하나에 따른 방법을 수행할 때 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물의 정밀 도포를 위한 시스템으로서, 상기 시스템은, 특히 항목 1 내지 17 중 어느 하나에 따른 코팅 조성물로서, 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지; 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 레올로지 개질제; 착색제; 및 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 포함하되, 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만인, 코팅 조성물; 및 과잉분무 없이 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물을 도포하도록 구성된 장치를 포함하는, 시스템.
항목 19: 항목 18에 있어서, 상기 기재는 제거 가능한 재료로 마스킹되지 않는, 시스템.
항목 20: 항목 18 또는 19에 있어서, 상기 장치는 기재 위에 원하는 패턴 및/또는 디자인을 생성하도록 구성된, 시스템.
항목 21: 항목 18 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 상기 장치는 연속 분사, 연속 액적, 및/또는 드롭 온 디맨드형(drop on-demand)으로서 코팅 조성물을 도포하도록 구성된, 시스템.
항목 22: 항목 18 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 필름-형성 수지는 우레탄 연결 및 카복실산 및 하이드록실 작용기를 포함하는, 시스템.
항목 23: 항목 22에 있어서, 상기 필름-형성 수지는 우레탄 연결 및 카복실산 및 하이드록실 작용기를 포함하는 중합체 셸에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어를 포함하는 코어-셸 입자를 포함하고, 상기 중합체 셸은 중합체 코어의 적어도 일부분에 공유 결합되는, 시스템.
항목 24: 항목 23에 있어서, 상기 코어-셸 입자의 중합체 코어의 적어도 일부분은 (메트)아크릴 단량체, 비닐 단량체, 또는 이들의 조합물로 형성되는 첨가 중합체를 포함하는, 시스템.
항목 25: 항목 18 내지 24 중 어느 하나에 있어서, 상기 가교제는 아미노플라스트를 포함하는, 시스템.
항목 26: 항목 18 내지 25 중 어느 하나에 있어서, 상기 레올로지 개질제는 알칼리 팽윤성 중합체 및 왁스를 포함하는, 시스템.
항목 27: 항목 26에 있어서, 상기 레올로지 개질제의 왁스는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 왁스를 포함하는, 시스템.
항목 28: 항목 18 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 착색제는 흑색 착색제를 포함하는, 시스템.
항목 29: 항목 18 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 상기 팽윤 용매는 적어도 하나의 알코올을 포함하는, 시스템.
항목 30: 항목 18 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 미만인, 시스템.
항목 31: 항목 18 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 8 중량% 내지 12 중량%인, 시스템.
항목 32: 항목 18 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 레올로지 개질제를 포함하는, 시스템.
항목 33: 항목 18 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 110 m㎩ . s인, 시스템.
항목 34: 항목 18 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 3 내지 32 ㎩ . s, 예컨대, 3 내지 30 또는 7 내지 15 ㎩ . s인, 시스템.
항목 35: 항목 18 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 하이드록실 작용성 폴리에스터를 더 포함하는, 시스템.
항목 36: 항목 18 내지 35 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 수성 매질에 분산된 (메트)아크릴 중합체를 더 포함하는, 시스템.
항목 37: 항목 18 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 상기 장치는 코팅 조성물이 경화되어 코팅을 형성할 때 코팅의 건조 필름 두께가 20 미크론 이하이도록, 기재 위에 코팅 조성물을 도포하도록 구성된, 시스템.
항목 38: 특히 항목 18 내지 37 중 어느 하나에 따른 시스템을 사용하여, 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물의 정밀 도포를 위한 방법으로서, 특히 과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포하도록 구성된 장치를 이용하여 기재의 적어도 일부분 위에 항목 1 내지 17 중 어느 하나에 따른 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함하는, 방법.
항목 39: 항목 38에 있어서, 상기 코팅 조성물은 이전에 기재에 도포된 제2 코팅 조성물의 적어도 일부분 위에 도포되는, 방법.
항목 40: 항목 38 또는 39에 있어서, 상기 코팅 조성물의 적어도 일부분 위에 제2 코팅 조성물을 도포하는 단계를 더 포함하는, 방법.
항목 41: 항목 38 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 단일 통과로 기재 위에 도포되는, 방법.
항목 42: 항목 38 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물은 2개의 베이스코트 층 중 적어도 하나를 형성하고, 방법은 베이스코트 층을 형성하는 각각의 베이스코트 조성물을 120℃ 이하의 온도에서 동시에 경화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
항목 43: 항목 38 내지 42 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물이 기재 위에 도포되고 경화되어 코팅을 형성할 때, 코팅의 건조 필름 두께가 20 미크론 이하인, 방법.
항목 44: 항목 38 내지 43 중 어느 하나에 있어서, 상기 기재는 기재 위에 코팅 조성물의 도포 동안 제거 가능한 재료로 마스킹되지 않는, 방법.
항목 45: 항목 38 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 기재는 지면에 대해 실질적으로 수직으로 배치되고, 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 110 m㎩ . s이고/이거나 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 15 내지 32 ㎩ . s인, 방법.
항목 46: 항목 38 내지 45 중 어느 하나에 있어서, 상기 기재는 지면에 대해 실질적으로 수평으로 배치되고, 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 100 m㎩ . s이고/이거나 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 3 내지 20 ㎩ . s인, 방법.
항목 47: 항목 38 내지 46 중 어느 하나에 있어서, 경화되어 80℃에서 30분 동안 베이킹하여 두께가 35 ㎛인 층을 형성할 때, 해당 층은 ASTM D5402-19에 따라 측정 시 100 MEK 이중 마찰을 달성하는 저온 경화 코팅 조성물을 기재의 적어도 일부분 위에 도포하여 저온 경화층을 형성하되, 코팅 조성물은 저온 경화층의 적어도 일부분 위에 도포되는 단계를 더 포함하는, 방법.
항목 48: 특히 항목 38 내지 47 중 어느 하나에 따른 방법을 수행 시 항목 1 내지 17 중 어느 하나의 코팅 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된 기재.
항목 49: 항목 48에 있어서, 상기 기재는 차량 기재를 포함하는, 기재.
항목 50: 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재이되, 상기 다층 코팅 시스템은, 기재의 적어도 일부분 위에 배치된 제1 베이스코트 층; 및 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 배치된 제2 베이스코트 층을 포함하되, 제1 베이스코트 층이 경화되어 80℃에서 30분 동안 베이킹하여 두께가 35 ㎛인 층을 형성할 때, 해당 층은 ASTM D5402-19에 따라 측정 시 100 MEK 이중 마찰을 달성하는 제1 베이스코트 조성물로 형성되고, 제2 베이스코트 층은 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지; 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 및 착색제를 포함하는 제2 베이스코트 조성물로 형성되되, 제2 베이스코트 조성물의 고형분 함량은 제2 베이스코트 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만인, 기재.
항목 51: 항목 50에 있어서, 상기 기재는 차량 기재를 포함하는, 기재.
항목 52: 항목 50 또는 51에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은, (i) 물을 포함하는 연속상, 및 (ii) (A) (1) 다중-에틸렌계 불포화 단량체, 및 (2) 알도 또는 케토기-포함 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는, 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 에틸렌계 불포화 단량체 화합물의 혼합물의 중합으로부터 제조된 중합체 입자; 및 (B) 단량체 혼합물, 즉 (I) 이량체 지방산 및 트라이카복실산을 포함하는 폴리산 성분; 및 (II) 다이올 및 카복실산기가 있는 다이올을 포함하는 폴리올 성분을 중합하여 제조된 소수성 폴리에스터를 포함하는 분산상을 포함하는 폴리하이드라자이드-함유 경화성 수성 조성물을 포함하는, 기재.
항목 53: 항목 50 내지 52 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 수성 매질 및 수성 매질에 분산된 자가-가교성 코어-셸 입자를 포함하는 수성 분산액을 포함하되, 상기 코어-셸 입자는 우레탄 연결, 케토 및/또는 알도 작용기, 및 하이드라자이드 작용기를 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어(1)를 포함하고, 상기 중합체 코어는 중합체 셸의 적어도 일부분에 공유 결합되는, 기재.
항목 54: 항목 50 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 폴리하이드라자이드 및 수성 매질에 분산된 코어-셸 입자를 포함하며, 상기 코어-셸 입자는 우레아 연결, 및 케토 및/또는 알도 작용기를 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어(1)를 포함하는, 기재.
항목 55: 항목 50 내지 54 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 유리 폴리아이소시아네이트 및 하이드록실 작용성 중합체 코어-셸 입자를 포함하되, 상기 하이드록실 작용성 코어-셸 입자의 중합체 코어 및 중합체 셸은 각각 독립적으로 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유래된 첨가 중합체를 포함하는, 기재.
항목 56: 항목 55에 있어서, 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위 및 제2 베이스코트 층의 적어도 일부분 아래에 배치된 제3 베이스코트 층을 포함하되, 상기 제3 베이스코트 층은 제3 베이스코트 조성물로 형성되고, 제3 베이스코트 조성물은 카복실산 작용성 중합체 코어-셸 입자를 포함하며, 카복실산 작용성 코어-셸 입자의 중합체 코어는 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유래된 첨가 중합체를 포함하고 카복실산 작용성 코어-셸 입자의 중합체 셸은 우레탄 연결 및 카복실산 작용기를 포함하는, 기재.
항목 57: 항목 50 내지 56 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은, (a) 멜라민 수지의 총 작용기의 30 몰% 이상을 함께 차지하는 이미노 및 메틸올 작용기를 포함하는 멜라민 수지; 및 (b) 폴리테트라하이드로퓨란 및 이의 카복실산 또는 무수물을 포함하는 성분으로부터 얻어지는 (a)와 반응성인 적어도 하나의 중합체를 포함하되, 상기 폴리테트라하이드로퓨란은 중합체 (b)를 형성하는 성분의 20 중량% 초과를 차지하고 이의 카복실산 또는 무수물은 중합체 (b)를 형성하는 성분의 5 중량% 초과를 차지하며, 상기 중합체 (b)는 중합체 (b)의 총 수지 고형분을 기준으로 산가가 적어도 15인, 기재.
항목 58: 항목 50 내지 57 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은, 우레탄 및/또는 우레아 연결을 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 아크릴 코어(1)를 포함하는 코어-셸 입자를 포함하되, 상기 중합체 셸은 카복실산 작용기를 포함하고, 중합체 코어 및/또는 중합체 셸은 케토 작용기를 포함하는, 기재.
항목 59: 항목 58에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 가교제를 더 포함하는, 기재.
항목 60: 항목 50 내지 59 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 자가-가교성 아크릴아마이드 및/또는 알데하이드 및/또는 아제티딘 작용기를 포함하는 수지; 및/또는 수지 및 가교제를 포함하되, 수지 및 가교제는 최대 140℃의 온도에서, 카보디이미드, 아지리딘, 에폭사이드, 및/또는 옥사졸린 작용기와 카복실산 작용기 사이; 아이소시아네이트, 활성화 알켄, 알데하이드, 및/또는 아민 작용기와 아세토아세틸 작용기 사이; 아세틸아세토네이트, 알데하이드, 케톤 및/또는 에폭사이드 작용기와 아민 작용기 사이; 아세탈 작용기와 아민 작용기 사이; 보호된 우레탄, 아즐락톤, 및/또는 메틸올 아마이드 작용기와 하이드록실 작용기 사이; 아지도 작용기와 탄소-탄소 삼중 결합 사이; 티올 작용기와 탄소-탄소 이중 결합 사이; 및/또는 딜스-알더 반응을 겪을 수 있는 2개의 작용기 사이에서 가교 반응을 겪는, 기재.
항목 61: 항목 50 내지 60 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 베이스코트 조성물은 레올로지 개질제; 및 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 더 포함하는, 기재.
항목 62: 특히 항목 38 내지 47 중 어느 하나에 따른 방법을 수행 시 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재로서, 상기 다층 코팅 시스템은, 기재의 적어도 일부분 위에 배치된 제1 베이스코트 층; 및 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 배치된 제2 베이스코트 층을 포함하되, 제2 베이스코트 층은, 특히 항목 1 내지 17 중 어느 하나에 따른 코팅 조성물로서, 수성 매질에 분산된 필름-형성 수지; 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 및 착색제를 포함하고, 제2 베이스코트 조성물의 고형분 함량은 제2 베이스코트 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만인, 기재.
항목 63: 항목 62에 있어서, 상기 제1 베이스코트 층이 경화되어 80℃에서 30분 동안 베이킹하여 두께가 35 ㎛인 층을 형성할 때, 해당 층은 ASTM D5402-19에 따라 측정 시 100 MEK 이중 마찰을 달성하는 제1 베이스코트 조성물로 형성되는, 기재.
항목 64: 항목 62 또는 63에 있어서, 상기 기재는 차량 기재를 포함하는, 기재.
항목 65: 항목 62 내지 64 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은, (i) 물을 포함하는 연속상, 및 (ii) (A) (1) 다중-에틸렌계 불포화 단량체, 및 (2) 알도 또는 케토기-포함 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는, 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 에틸렌계 불포화 단량체 화합물의 혼합물의 중합으로부터 제조된 중합체 입자; 및 (B) 단량체 혼합물, 즉 (I) 이량체 지방산 및 트라이카복실산을 포함하는 폴리산 성분; 및 (II) 다이올 및 카복실산기가 있는 다이올을 포함하는 폴리올 성분을 중합하여 제조된 소수성 폴리에스터를 포함하는 분산상을 포함하는 폴리하이드라자이드-함유 경화성 수성 조성물을 포함하는, 기재.
항목 66: 항목 62 내지 65 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 수성 매질 및 수성 매질에 분산된 자가-가교성 코어-셸 입자를 포함하는 수성 분산액을 포함하되, 상기 코어-셸 입자는 우레탄 연결, 케토 및/또는 알도 작용기, 및 하이드라자이드 작용기를 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어(1)를 포함하고, 중합체 코어는 중합체 셸의 적어도 일부분에 공유 결합되는, 기재.
항목 67: 항목 62 내지 66 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 폴리하이드라자이드 및 수성 매질에 분산된 코어-셸 입자를 포함하며, 상기 코어-셸 입자는 우레아 연결, 및 케토 및/또는 알도 작용기를 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어(1)를 포함하는, 기재.
항목 68: 항목 62 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 유리 폴리아이소시아네이트 및 하이드록실 작용성 중합체 코어-셸 입자를 포함하되, 상기 하이드록실 작용성 코어-셸 입자의 중합체 코어 및 중합체 셸은 각각 독립적으로 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유래된 첨가 중합체를 포함하는, 기재.
항목 69: 항목 62 내지 68 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위 및 제2 베이스코트 층의 적어도 일부분 아래에 배치된 제3 베이스코트 층을 포함하되, 상기 제3 베이스코트 층은 제3 베이스코트 조성물로 형성되고, 제3 베이스코트 조성물은 카복실산 작용성 중합체 코어-셸 입자를 포함하며, 카복실산 작용성 코어-셸 입자의 중합체 코어는 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유래된 첨가 중합체를 포함하고 카복실산 작용성 코어-셸 입자의 중합체 셸은 우레탄 연결 및 카복실산 작용기를 포함하는, 기재.
항목 70: 항목 62 내지 69 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은, (a) 멜라민 수지의 총 작용기의 30 몰% 이상을 함께 차지하는 이미노 및 메틸올 작용기를 포함하는 멜라민 수지; 및 (b) 폴리테트라하이드로퓨란 및 이의 카복실산 또는 무수물을 포함하는 성분으로부터 얻어지는 (a)와 반응성인 적어도 하나의 중합체를 포함하되, 폴리테트라하이드로퓨란은 중합체 (b)를 형성하는 성분의 20 중량% 초과를 차지하고 이의 카복실산 또는 무수물은 중합체 (b)를 형성하는 성분의 5 중량% 초과를 차지하며, 중합체 (b)는 중합체 (b)의 총 수지 고형분을 기준으로 산가가 적어도 15인, 기재.
항목 71: 항목 62 내지 70 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은, 우레탄 및/또는 우레아 연결을 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된, 케토 작용기를 포함하는 중합체 아크릴 코어(1)를 포함하는 코어-셸 입자를 포함하되, 상기 중합체 셸은 카복실산 작용기를 포함하는, 기재.
항목 72: 항목 62 내지 71 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 가교제를 더 포함하는, 기재.
항목 73: 항목 62 내지 72 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 포함하는, 기재.
항목 74: 항목 62 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 베이스코트 조성물은 레올로지 개질제; 및 필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매를 더 포함하는, 기재.
항목 75: 특히 항목 18 내지 37 중 어느 하나에 따른 시스템에서 사용하는 것으로서, 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물의 정밀 도포를 위한 방법으로서, 기재(또는 차량)의 제1 영역에서 특히 항목 1 내지 17 중 어느 하나에 따른 코팅 조성물을 사용하여 제1 베이스코트 조성물로부터 제1 베이스코트를 형성하는 단계 및 기재의 제2 영역에서 특히 항목 1 내지 17 중 어느 하나에 따른 코팅 조성물을 사용하여 제2 베이스코트 조성물로부터 제2 베이스코트를 형성하는 단계, 선택적으로 제1 및 제2 베이스코트의 적어도 일부 위에 탑코트와 같은 제3 코팅을 형성하는 단계를 포함하되, 제1 영역 및 제2 영역은 서로 인접하고 제1 및 제2 베이스코트 조성물의 도포 동안 제거 가능한 재료로 마스킹되지 않는, 방법.
항목 76: 항목 75에 있어서, 상기 기재의 제1 영역 및/또는 제2 영역 위에 특히 청구항 50 내지 61 중 어느 한 항에 따른 제1 베이스코트 조성물을 사용하여 저온 경화 조성물로부터 저온 경화 베이스코트를 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 저온 경화 베이스코트는 제1 베이스코트 및/또는 제2 베이스코트의 적어도 일부분 밑에 놓여 있는, 방법.
항목 77: 항목 76에 있어서, 상기 저온 경화 베이스코트는 제1 베이스코트 및/또는 제2 베이스코트의 적어도 일부분과 직접 접촉하는, 방법.
실시예
하기 실시예는 본 발명의 일반적인 원리를 입증하기 위해 제시된다. 본 발명은 제시된 특정 실시예로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다.
실시예 1 내지 12
정밀 도포용 흑색 코팅 조성물의 제형화
실시예 11의 정밀 도포 코팅 조성물을 제조하기 위해, 스테인리스 스틸 용기에 47g의 탈이온(DI) 수, 7.71g의 폴리에스터 A, 2.53g의 아크릴 라텍스 A, 3.08g의 아크릴 라텍스 B, 0.64g의 폴리에스터 B, 및 추가적인 1.0g의 DI 수를 첨가하였다. 혼합물을 제형화 기간 동안 공압 모터(air motor)에 부착된 고양력 블레이드로 교반하였다. 이 혼합물에 0.87g의 BYK 349, 0.34g의 BYKETOL WS, 0.35g의 에틸렌 글라이콜 중 50% SURFYNOL 104E, 및 0.17g의 BYK 011을 첨가한 다음, 1.96g의 DOWANOL PnB, 1.95g의 2-뷰톡시에탄올, 및 0.34g의 2-에틸헥산올을 첨가하였다. 이 혼합물에 2.4g의 CYMEL 327 멜라민 수지를 첨가하였다. 이 혼합물에, 0.29g의 SBP 140/165 및 0.29g의 SHELLSOL D 70을 첨가하였다. 별도로, AQUATIX 8412 및 DI 수의 예비혼합물을 1:1의 비율로 혼합하고, 상기 혼합물에 10.60g을 첨가하였다. 혼합물에 0.26g의 DI 수, 및 8.6의 pH를 산출하는 수 중 50% 다이메틸 에탄올아민의 양, 즉 약 0.32g을 첨가하였다. 혼합물에 다음을 연속적으로 첨가하였다: 11.27g의 흑색 틴트 페이스트, 0.13g의 백색 틴트, 및 0.42g의 ALCUPOL D-1011. 그 다음, 4.9g의 AQUATIX 예비혼합물을 첨가하였다. 교반을 중단하고, 혼합물을 최소 12시간 동안 그대로 두었다. 그 다음, DI 수 및 수 중 50% 다이메틸 에탄올아민을 첨가하여 pH를 8.6으로 조정하고 #4 스핀들이 장착된 CAP2000 점도계에 의해 측정 시 300 RPM에서의 점도를 100 cP로 조정하였으며, 이는 대략 0.71g의 DI 수 및 0.51g의 50% 다이메틸 에탄올아민이었다.
유사한 절차를 사용하여 다른 모든 제형을 제조하였다. 실시예 1 내지 12의 제형이 표 1에 표시되어 있다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
섹션 1 - 점도 및 고형분
본 발명의 코팅 조성물의 테스트를 위한 패널을 제조하기 위해, PPG 전착 코팅으로 코팅된 강철 패널(미국 미시간주 힐즈데일 소재의 ACT panels로부터 상업적으로 입수 가능함)을 3개의 코팅층 스택에서 정전식 회전 벨 도포기에 의해 페인팅하였다. 제1 베이스코트(PPG Industries, Inc.(미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재)로부터 Shark Grey High Solids B1로 상업적으로 입수 가능함)를 16 내지 20 미크론을 목표로 도포하였다. 340초의 플래시 후, 동일한 공정을 15 내지 18 미크론을 목표로 하는 제2 베이스코트(PPG Industries, Inc.(미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재)로부터 입수 가능한 Alpine White 수계 베이스코트 BIPCU300)에 대해 반복하였고, 335초 동안 실온 플래시 후, 74℃에서 6분 동안 패널을 탈수시켰다. 마지막으로, 투명코트(PPG Industries, Inc.(미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한 TKAPO1100A 및 TKAPO B 팩)를 제1 통과 동안 15 미크론을 목표로 하고 제2 통과 동안 35 미크론을 목표로 하여 도포하였으며, 이들 사이에 1분의 플래시가 있었다. 10분의 플래시 후, 140℃에서 30분 동안 패널을 경화시켰다.
그 다음, 이들 수평으로 배치된 패널을 8개 노즐 플레이트이 있는 Ecopaintjet 정밀 도포기(Durr Systems AG(독일 비티히하임비싱엔 소재)로부터 입수 가능함)를 사용하여 본 발명의 코팅 조성물로 오버코팅하였다. 매끄러운 이동을 방해하지 않고 이에 따라 매끄러운 도료 도포를 방해하지 않으면서 1.4 bar의 도료 압력과 600 ㎜/s의 팁 속도, 각각의 노즐에서 균일하고 일관되며 아주 유사한 도료 흐름을 얻는 데 필요한 조건, 및 12 미크론의 목표 건조 코팅 필름 구축을 가능하게 하는 최대 팁 속도를 사용하였다. 그 다음 실온에서 5분 동안 패널을 플래싱한 다음, 80℃에서 5분 동안 경화시켰다.
Figure pct00009
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 6은 모두 동일한 도료 고형분 수준이지만 점도는 증가한다. 실시예 1은 점도가 너무 낮아서; 도포기로부터의 흐름은 매끄럽지만, 도료가 패널의 가능자리에서 흘러나온다. 실시예 2는 더 나은 결과를 나타내지만, 패널 가장자리로부터 일부 도료 흐름이 여전히 관찰된다. 실시예 3은 목표 코팅 건조 필름 두께에서 양호한 가장자리 선명도를 갖는 연속적인 필름과 균일한 분사에 의해 최적의 성능을 나타낸다. 실시예 4는 균일하고 일관된 분사를 나타내지만, 기재 표면 상에 비-연속적인 필름을 생성하였다. 그리고 마지막으로, 가장 점도가 높은 실시예 5 및 6은, 둘 다 불량한 분사 일관성 및 비-연속적인 필름을 나타낸다.
또한, 표 2의 실시예 10은 점도가 목표 범위에 있지만, 도료의 높은 고형분(25.8%)이 불량한 분사, 비-연속적인 필름을 생성하고, 목표 건조 필름 두께를 2배로 만들었다(26 대 12 미크론). 장비 제한으로 인해 더 낮은 필름 구축을 대상으로 더 빠르게 이동하는 것을 방지하므로, 최적의 결과는 8 내지 12% 범위의 훨씬 더 낮은 고형분 함량에서 얻어진다.
실시예 13 내지 16
표면 장력 결과
섹션 2 - 표면 장력
정밀 도포 제형을 TKAPO 투명코트(실시예 7 내지 9 및 11) 및 전착 코팅(실시예 13 내지 16) 둘 다에 도포한 것을 제외하고 섹션 1에 기재된 바와 같이 패널을 제조하고 실험을 수행하였다. 결과는 표 3에 표시되어 있다.
Figure pct00010
도료의 표면 장력은 기재의 흐름 및 습윤화에 기여한다. 여기서 기재의 경우, TKAPO 및 ecoat 패널에 대한 표면 에너지는 각각 28.0 및 33.9 mN/m인 것으로 결정되었다. 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 표면 장력 델타가 0.6 및 -1.2인 실시예 7 및 8은 불량한 기재 습윤화를 나타낸다(+ 또는 - 0.3의 측정 오차는 실시예 7이 불량한 습윤화를 보이는 이유를 설명함). 그러나, 실시예 9(표면 장력 델타가 1.6임)는 양호한 습윤화를 나타내지만, 실시예 11(표면 장력 델타가 2.7임)은 결함 없이 최상의 습윤화를 나타내었다. 이들 실시예는 0 초과의 표면 장력 차이(기재 표면 에너지에서 도료 표면 장력을 뺌)의 효과를 설명하며, 여기서 2 초과는 최적의 결과를 제공한다. 추가적으로, 동일한 도료가 ecoat 기재 위에 코팅된 실시예 13 내지 16의 경우, 모든 표면 델타는 4.7을 초과(최대 8.6)하였고, 모두 양호한 코팅 결과를 보였다.
섹션 3 - 저온 경화 베이스코트 위
실시예 17
저온 경화를 위한 코어-셸 입자를 갖는 라텍스의 제조
파트 A: 열전대, 기계적 교반기, 및 응축기가 장착된 4구 둥근 바닥 플라스크에 다음 성분을 순서대로 장입함으로써 폴리우레탄을 먼저 제조하였다: 134.5g의 뷰틸 아크릴레이트, 10.3g의 하이드록시에틸 메트아크릴레이트(HEMA), 0.8g의 2,6-다이-tert-뷰틸 4-메틸 페놀, 100.2g의 FOMREZ RTM 66-56(하이드록실 종결 포화 선형 폴리에스터 폴리올, Chemtura(미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재)로부터 상업적으로 입수 가능함), 100.2g의 POLYMEG RTM 2000 폴리올(폴리테트라메틸렌 에터 글라이콜, LyondellBasell(네덜란드 로테르담 소재)로부터 상업적으로 입수 가능함), 33g의 다이메틸올 프로피온산(DMPA), 및 1.6g의 트라이에틸아민. 혼합물을 50℃까지 가열하고 15분 동안 유지하였다. 혼합물을 가열한 후, 140.0g의 아이소포론 다이아이소시아네이트를 10분에 걸쳐 플라스크에 장입하고 15분 동안 혼합하였다. 다음으로, 9.7g의 뷰틸 아크릴레이트 및 0.40g의 다이뷰틸 주석 다이라우레이트(DBTDL)를 플라스크에 장입하였다. 즉각적인 발열이 관찰되었다. 발열이 진정된 후, 혼합물을 90℃까지 가열하고 60분 동안 유지하였다. 그 다음 혼합물을 70℃까지 냉각시키고, 134.5g의 뷰틸 아크릴레이트 및 19.8g의 헥산다이올 다이아크릴레이트를 플라스크에 장입하였다. 혼합물을 물에 분산시키기 전에 60℃에서 유지하였다.
파트 B: 열전대, 기계적 교반기, 및 응축기가 장착된 4구 둥근 바닥 플라스크에 다음 성분을 먼저 장입함으로써 우레아 연결 및 우레탄 연결이 있고 아크릴 코어 상에 케토 작용기 및 폴리우레탄 셸 상에 카복실산 작용기가 있는 폴리우레탄-아크릴 코어-셸 입자를 포함하는 라텍스를 제조하였다: 1000g의 탈이온수, 10g의 다이메틸 에탄올아민, 4.5g의 에틸렌다이아민, 및 10g의 AEROSOL RTM OT-75(계면활성제, Cytec Industries(미국 뉴저지주 우드랜드 파크 소재)로부터 상업적으로 입수 가능함). N2 블랭킷을 이용하여 혼합물을 50℃까지 가열하였다. 다음으로, 파트 A에서 제조한 650g의 폴리우레탄을 20분에 걸쳐 플라스크에 분산시키고 추가 15분 동안 혼합한 다음, 20.0g의 다이아세톤 아크릴아마이드를 혼합하고 15분 동안 유지하였다. 1.0g의 과황산암모늄, 3.5g의 35% 과산화수소, 및 60g의 탈이온수의 혼합물을 플라스크에 장입하였다. 중합 발열로 인해 온도가 50℃에서 71℃로 상승하였다. 그 다음 혼합물을 70℃에서 추가 1시간 동안 유지하였다. 40℃까지 냉각한 후, 0.2g의 FOAMKILL RTM 649(비-실리콘 소포제, Crucible Chemical Company(미국 사우스캐롤라이나주 그린빌 소재)로부터 상업적으로 입수 가능함), 5.8g의 ACTICIDE RTM MBS(1,2-벤즈아이소티아졸린-3-온 및 2-메틸-4-아이소티아졸린-3-온의 혼합물로 형성된 살미생물제, Thor GmbH(독일 슈페이어 소재)로부터 상업적으로 입수 가능함), 및 14g의 탈이온수를 장입하고 추가 15분 동안 혼합하였다. 생성된 라텍스는 고형분 함량이 36.4%이었다.
실시예 18
저온 경화 코팅 조성물의 제조
저온 경화 코팅 조성물을 표 4에 열거된 성분으로부터 제조하였다.
Figure pct00011
자본 지출 및/또는 기존 생산 라인의 중단을 최소화하고자 한 또 다른 옵션은, 최종 종래의 베이스코트를 도포한 후 최종 하드코트 공정 전에 도료 라인 중간에 본 발명의 코팅 조성물을 도포하는 것이었다. 초기 시도(표 5의 실시예 19)는 80℃ 탈수에서 4분 후에 결함을 초래하였고, 코팅 발명의 상호 혼합(intermixing) 및 관련된 광학 결함을 방지하기 위해 80℃에서 8분의 허용할 수 없을 정도로 긴 베이스코트 탈수 시간(실시예 20)이 필요함을 발견하였다. 그러나, 실시예 18에서와 같이 저온 경화 베이스코트의 사용으로, 무상호 혼합 또는 무결함을 달성하기 위한 이러한 탈수 시간이 상당히 감소된다.
표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 저온 경화 백색 도료(실시예 18)의 사용으로, 80℃ 탈수에서 단 1분 후(실시예 23) 또는 60℃ 탈수에서 4분 후(실시예 21)에 상호 혼합 또는 결합 없이 흑색 정밀 도포 도료(실시예 12)를 도포할 수 있다.
Figure pct00012
실시예 24
수직 정밀 도포를 위한 점도
섹션 4 - 수직 도포를 위한 점도
정밀 도포 제형을 기재와 함께 수직 방향으로 도포한 것을 제외하고 섹션 1에 기재된 바와 같이 패널을 제조하고 실험을 수행하였다.
수직 방향으로 기재에 도료를 도포하는 것은, 도포기에서 기재로 매끄럽고 일관된 전달을 위한 흐름이 필요한 도료 레올로지를 최적화할 것을 필요로 하며, 그 다음 최적의 매끄러운 외관을 위해 흐름/레벨링을 필요로 하지만, 너무 많은 흐름은 도료가 아래로 새깅하여 기재를 벗어나는 것을 초래할 것이다.
수평 도포를 위한 최적의 도료인 실시예 3을 수직 위치에서 기재에 정밀 도포하였다. 표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 도료는 도포기 밖으로 잘 흘러나갔지만, 그 다음 기재에 너무 많이 흘러서, 기재의 하단에서 도료 새깅/축적이 있는 흐릿한 외관을 초래하였다. 그 다음 표 6의 실시예 24인 개질된 제형을 도포하였고 새깅이 없는 양호한 흐름 및 외관을 초래하였다. LSV가 더 높을수록 수직 도포에 대한 이러한 최적화된 결과에 기여한다는 것이 분명하다.
Figure pct00013
Figure pct00014
본 발명의 특정 실시형태가 예시의 목적으로 상기 기재되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명을 벗어나지 않으면서 본 발명의 상세 내용의 수많은 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (38)

  1. 정밀 도포용 코팅 조성물로서,
    수성 매질에 분산된 필름-형성 수지;
    필름-형성 수지와 반응성인 가교제;
    레올로지 개질제(rheology modifier);
    착색제; 및
    필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매
    를 포함하되, 상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 상기 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만인, 정밀 도포용 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필름-형성 수지는 우레탄 연결 및 카복실산 및 하이드록실 작용기를 포함하는, 코팅 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필름-형성 수지는 우레탄 연결 및 카복실산 및 하이드록실 작용기를 포함하는 중합체 셸(polymeric shell)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어를 포함하는 코어-셸 입자를 포함하고, 상기 중합체 셸은 상기 중합체 코어의 적어도 일부분에 공유 결합되는, 코팅 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코어-셸 입자의 상기 중합체 코어의 적어도 일부분은 (메트)아크릴 단량체, 비닐 단량체, 또는 이들의 조합물로 형성되는 첨가 중합체를 포함하는, 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 아미노플라스트를 포함하는, 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 레올로지 개질제는 알칼리 팽윤성 중합체 및 왁스를 포함하는, 코팅 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 레올로지 개질제의 왁스는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 왁스를 포함하는, 코팅 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 착색제는 흑색 착색제를 포함하는, 코팅 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 팽윤 용매는 적어도 하나의 알코올을 포함하는, 코팅 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 8 중량% 내지 12 중량%인, 코팅 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 레올로지 개질제를 포함하는, 코팅 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 110 m㎩ . s이고/이거나 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 3 내지 32 ㎩ . s인, 코팅 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 투명 탑코트로 코팅된 기재(substrate)의 표면 장력과 코팅 조성물의 표면 장력의 차이(표면 장력(투명 코팅된 기재) - 표면 장력(코팅 조성물))는 0 초과인, 코팅 조성물.
  14. 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물의 정밀 도포를 위한 시스템으로서,
    코팅 조성물로서,
    수성 매질에 분산된 필름-형성 수지;
    필름-형성 수지와 반응성인 가교제;
    레올로지 개질제;
    착색제; 및
    필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매
    를 포함하되,
    상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 상기 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만인, 상기 코팅 조성물; 및
    과잉분무 없이 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물을 도포하도록 구성된 장치
    를 포함하는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 장치는 기재 위에 원하는 패턴 및/또는 디자인을 생성하도록 구성된, 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 장치는 연속 분사, 연속 액적, 및/또는 드롭 온 디맨드형(drop on-demand)으로서 코팅 조성물을 도포하도록 구성된, 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 장치는 상기 코팅 조성물이 경화되어 코팅을 형성할 때 상기 코팅의 건조 필름 두께가 20 미크론 이하이도록, 상기 기재 위에 상기 코팅 조성물을 도포하도록 구성된, 시스템.
  18. 제1항의 코팅 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된 기재.
  19. 제18항에 있어서, 상기 기재는 차량 기재를 포함하는, 기재.
  20. 다층 코팅 시스템으로 코팅된 기재로서,
    상기 다층 코팅 시스템은,
    상기 기재의 적어도 일부분 위에 배치된 제1 베이스코트 층; 및
    상기 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위에 배치된 제2 베이스코트 층
    을 포함하고, 상기 제1 베이스코트 층이 경화되어 80℃에서 30분 동안 베이킹하여 두께가 35 ㎛인 층을 형성할 때, 상기 층은 ASTM D5402-19에 따라 측정 시 100 MEK 이중 마찰을 달성하는 제1 베이스코트 조성물로 형성되고,
    상기 제2 베이스코트 층은,
    수성 매질에 분산된 필름-형성 수지;
    상기 필름-형성 수지와 반응성인 가교제; 및
    착색제
    를 포함하는 제2 베이스코트 조성물로 형성되고;
    상기 제2 베이스코트 조성물의 고형분 함량은 상기 제2 베이스코트 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만인, 기재.
  21. 제20항에 있어서, 상기 기재는 차량 기재를 포함하는, 기재.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은,
    (i) 물을 포함하는 연속상, 및
    (ii) 분산상
    을 포함하는 폴리하이드라자이드-함유 경화성 수성 조성물을 포함하되, 상기 분산상은,
    (A) (1) 다중-에틸렌계 불포화 단량체, 및
    (2) 알도 또는 케토기-포함 에틸렌계 불포화 단량체
    를 포함하는 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는, 에틸렌계 불포화 단량체 화합물의 혼합물의 중합으로부터 제조된 중합체 입자; 및
    (B) 하기 단량체:
    (I) 이량체 지방산 및 트라이카복실산을 포함하는 폴리산 성분; 및
    (II) 다이올 및 카복실산기가 있는 다이올을 포함하는 폴리올 성분
    의 혼합물을 중합하여 제조된 소수성 폴리에스터
    를 포함하는 폴리하이드라자이드-함유 경화성 수성 조성물을 포함하는, 기재.
  23. 제20항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 수성 매질 및 수성 매질에 분산된 자가-가교성 코어-셸 입자를 포함하는 수성 분산액을 포함하되, 상기 코어-셸 입자는 우레탄 연결, 케토 및/또는 알도 작용기, 및 하이드라자이드 작용기를 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어(1)를 포함하고, 상기 중합체 코어는 중합체 셸의 적어도 일부분에 공유 결합되는, 기재.
  24. 제20항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은, 폴리하이드라자이드, 및 수성 매질에 분산된 코어-셸 입자를 포함하고, 상기 코어-셸 입자는 우레아 연결, 및 케토 및/또는 알도 작용기를 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 코어(1)를 포함하는, 기재.
  25. 제20항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 유리 폴리아이소시아네이트 및 하이드록실 작용성 중합체 코어-셸 입자를 포함하되, 상기 하이드록실 작용성 코어-셸 입자의 중합체 코어 및 중합체 셸은 각각 독립적으로 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유래된 첨가 중합체를 포함하는, 기재.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 층의 적어도 일부분 위 및 제2 베이스코트 층의 적어도 일부분 아래에 배치된 제3 베이스코트 층을 포함하되,
    상기 제3 베이스코트 층은 제3 베이스코트 조성물로 형성되고, 제3 베이스코트 조성물은 카복실산 작용성 중합체 코어-셸 입자를 포함하며, 상기 카복실산 작용성 코어-셸 입자의 중합체 코어는 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유래된 첨가 중합체를 포함하고 상기 카복실산 작용성 코어-셸 입자의 중합체 셸은 우레탄 연결 및 카복실산 작용기를 포함하는, 기재.
  27. 제20항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은,
    (a) 멜라민 수지의 총 작용기의 30 몰% 이상을 함께 차지하는 이미노 및 메틸올 작용기를 포함하는 멜라민 수지; 및
    (b) 폴리테트라하이드로퓨란 및 이의 카복실산 또는 무수물을 포함하는 성분으로부터 얻어지는, (a)와 반응성인 적어도 하나의 중합체
    를 포함하되,
    상기 폴리테트라하이드로퓨란은 상기 중합체 (b)를 형성하는 성분의 20 중량% 초과를 차지하고 이의 카복실산 또는 무수물은 상기 중합체 (b)를 형성하는 성분의 5 중량% 초과를 차지하며,
    상기 중합체 (b)는 상기 중합체 (b)의 총 수지 고형분을 기준으로 산가가 적어도 15인, 기재.
  28. 제20항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은,
    우레탄 및/또는 우레아 연결을 포함하는 중합체 셸(2)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 중합체 아크릴 코어(1)를 포함하는 코어-셸 입자를 포함하되, 상기 중합체 셸은 카복실산 작용기를 포함하고, 중합체 코어 및/또는 중합체 셸은 케토 작용기를 포함하는, 기재.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은 가교제를 더 포함하는, 기재.
  30. 제20항에 있어서, 상기 제1 베이스코트 조성물은ㅡ
    자가-가교성 아크릴아마이드 및/또는 알데하이드 및/또는 아제티딘 작용기를 포함하는 수지; 및/또는
    수지 및 가교제
    를 포함하되, 상기 수지 및 가교제는, 최대 140℃의 온도에서,
    카보디이미드, 아지리딘, 에폭사이드, 및/또는 옥사졸린 작용기와 카복실산 작용기 사이;
    아이소시아네이트, 활성화 알켄, 알데하이드, 및/또는 아민 작용기와 아세토아세틸 작용기 사이;
    아세틸아세토네이트, 알데하이드, 케톤 및/또는 에폭사이드 작용기와 아민 작용기 사이;
    아세탈 작용기와 아민 작용기 사이;
    보호된 우레탄, 아즐락톤, 및/또는 메틸올 아마이드 작용기와 하이드록실 작용기 사이;
    아지도 작용기와 탄소-탄소 삼중 결합 사이;
    티올 작용기와 탄소-탄소 이중 결합 사이; 및/또는
    딜스-알더 반응을 겪을 수 있는 2개의 작용기 사이
    에서 가교 반응을 겪는, 기재.
  31. 제20항에 있어서, 상기 제2 베이스코트 조성물은,
    레올로지 개질제; 및
    필름-형성 수지를 팽윤시키는 팽윤 용매
    를 더 포함하는, 기재.
  32. 기재의 적어도 일부분 위에 코팅 조성물의 정밀 도포를 위한 방법으로서,
    과잉분무 없이 코팅 조성물을 도포하도록 구성된 장치를 이용하여 기재의 적어도 일부분 위에 제1항에 따른 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 단일 통과로 기재 위에 도포되는, 방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 코팅 조성물이 상기 기재 위에 도포되고 경화되어 코팅을 형성할 때, 상기 코팅의 건조 필름 두께가 20 미크론 이하인, 방법.
  35. 제32항에 있어서, 상기 기재는 상기 기재 위에 상기 코팅 조성물의 도포 동안 제거 가능한 재료로 마스킹되지 않는, 방법.
  36. 제32항에 있어서, 상기 기재는 지면에 대해 실질적으로 수직으로 배치되고, 상기 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 110 m㎩ . s이고/이거나 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 15 내지 32인, 방법.
  37. 제32항에 있어서, 상기 기재는 지면에 대해 실질적으로 수평으로 배치되고, 상기 코팅 조성물은 ASTM 2196-15 방법 B 스핀들 번호 LV-1에 따라 결정 시, 1000 s-1의 전단 속도에서 고전단 점도가 60 내지 100 m㎩ . s이고/이거나 0.1 s-1의 전단 속도에서 저전단 점도가 3 내지 20 ㎩ . s인, 방법.
  38. 제32항에 있어서,
    경화되어 80℃에서 30분 동안 베이킹하여 두께가 35 ㎛인 층을 형성할 때, 상기 층은 ASTM D5402-19에 따라 측정 시 100 MEK 이중 마찰을 달성하는 저온 경화 코팅 조성물을 기재의 적어도 일부분 위에 도포하여 저온 경화층을 형성하되, 상기 코팅 조성물은 상기 저온 경화층의 적어도 일부분 위에 도포되는 단계를 더 포함하는, 방법.
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