KR20220102704A - 고광택, 고레벨링 메탈릭 분체 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고광택, 고레벨링 메탈릭 분체 도료에 관한 것이다.
기존의 도료에 비해 광택이 높고, 레벨링이 좋으며 메탈릭 펄이 첨가된 도료로써 내구성이 뛰어난 분체 도료 조성물에 관한 것이다.
보다 상세히 설명하자면 화학적 물성 및 기계적 물성이 우수한 폴리에스테르 수지, 경화제TGIC, 경화 촉진제, 첨가제, 침강성 충진제, 안료 등으로 이뤄진 배합물을 용융분산시킨 후 냉각, 분쇄 및 분급 공정을 거쳐 메탈릭 펄이 첨가되는 공정을 거친 후 폴리에스테르-TGIC 타입의 메탈릭 분체 도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의해 얻어지는 분체 도료 조성물은 기계적 물성과 화학적 물성이 우수하며, 높은 광택과 평활도가 우수한 메탈릭 분체 도료는 가전, 통신장비, 외부에서 사용할 수 있는 일반 철재류등에 사용이 가능하다.

Description

고광택, 고레벨링 메탈릭 분체 도료 조성물 {High gloss and high leveling metallic powder coating composition}

본 발명은 고광택, 고레벨링 형성용 메탈릭 분체도료 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 고분자 말단에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 2종과 충진제를 분체 도료화 함으로써, 도료를 정전 도장하여 경화할 경우 고광택 고레벨링이며 미려한 외관이 가능하도록 조성된 새로운 분체 도료 조성물에 관한 것이다.

분체 도료는 액상 도료에 사용되는 유기용제 및 물 등의 용매를 함유하지 않으며 99% 이상의 고형분 원료를 사용하고 필요에 따라 적절한 안료나 경화제 등을 배합하여 균일하게 용융 및 혼합시킨 도료를 일정한 입도로 분쇄하여 규정된 입도만으로 구성된 분말상의 도료를 의미한다.

분체 도료를 이용한 분체 도장은 도막 물성이 우수하고 용제형 도료에 비해 작업자의 숙련도를 크게 요하지 않으며, 내충격성, 내화학성 등이 우수하여 건축, 가전, 자동차 산업 등의 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다. 분체 도장은 정전 스프레이 도장법, 유동 침적법 및 정전 유동 침적법 등에 의해 피도장 물체에 실시될 수 있다.

일반적으로 사용되는 카르복실기를 함유한 폴리에스테르 수지는 경화제 TGIC와 함께 가교 결합을 함으로써 견고한 도막을 얻는다. 즉, 카르복실기를 함유한 폴리에스테르 수지는 경화제 TGIC를 사용함으로써 국내에서 외부용 분체 도료를 조성물로 널리 사용되고 있다. 폴리에스테르 수지의 산가에 따라서 경화제의 양이 변화되며 점도가 낮은 수지를 사용함으로써 고레벨링을 얻을 수 있다.

고광택 고레벨링을 얻기 위하여 충진제 바륨설페이트, 탄산칼슘, 실리카, 수산화마그네슘, 수산화알루미나, 티타늄디옥사이드, 크레이, 알루미나, 운모, 월라스토나이트, 탈크를 선택하여 사용하며 함량을 조정하여 고레벨링과 고광택 분체 도료를 얻을 수 있다.

메탈릭 분체 도료는 고광택 고레벨링 분체 도료를 제조한 후 알루미늄 페이스트 펄, 마이카 펄을 사용하여 고광택 고레벨링 분체 도료를 제조할 수 있다. 펄의 함량이 많아질수록 도료의 광택과 레벨링을 소실할 수 있다.

종래에 사용된 이러한 분체 도료 조성물의 경우 폴리에스테르 수지의 경화에 의해 외관 형성은 가능하였으나 오렌지필 현상 및 광택 저하현상이 지속적으로 발생하여 꾸준한 개선 요청을 받았다.

따라서 본 발명은 종래의 분체 도료 조성물에서 외관의 미려함을 추구하지 못했던 점을 개선하여 보다 고품질(고광택, 고레벨링)의 도료 조성물을 제조하기 위한 것이다.

이를 위해 폴리에스테르 수지를 사용함에 있어 산가, 유리전이온도, 점도 및 당량을 조절하고, 충진제 함량을 조절하며, 습윤 분산제와 같은 첨가제를 적정한 비율로 첨가함으로써 고광택 고레벨링 분체 도료를 제조할 수 있도록 하였다.

이를 통해 알루미늄 페이스트 펄을 사용하여 고급스러운 느낌의 미려한 외관이 형성되는 새로운 분체 도료 조성물을 안출하였다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분체도료 조성물은,

말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 52~63중량%,

경화제 TGIC(Triglycidylisocyanurate) 3.12~5중량%,

경화 촉진제 1.2~1.5중량%,

충진제 25~35중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 폴리에스테르 수지는 산가 32~38mg KOH/g, 점도 1400~3000cP, 유리전이온도 60~64℃인 폴리에스테르 수지 (1) 30~35중량%와, 산가 30~36mg KOH/g, 점도 2800~4200cP, 유리전이온도 58~62℃인 폴리에스테르수지 (2) 22~28중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 경화 촉진제는 산가 30~40mg KOH/g, 유리전이온도 50~70℃, 점도 2,800~4,500cP이고, 경화제 Triglycidylisocyanurate(TGIC)는 에폭시 당량 100~110이며, 점도 95~105cP @120℃인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 충진제는 침강성 바륨설페이트인 것을 특징으로 한다. 바륨설페이트 충진제는 두 가지 타입으로 나누어지는바, 일반적 바륨설페이트인 내추럴타입 충진제와 내추럴 타입의 바륨설페이트를 강한 산성 용액으로 불순물 제거한 침강성 바륨설페이트가 그것이다. 본 발명에서는 침강성 바륨설페이트를 사용한다.

또한 상기 안료는 티타늄 디옥사이드, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비 블루, 시아닌 블루, 울트라마린 블루, 망가니스 바이올렛, 알루미늄 페이스트 펄, 마이카 펄 등으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 분체 도료의 평균 입도는 32~35마이크론이며 도포시 도막의 두께는 60~100마이크론인 것을 특징으로 한다. 또한 도막두께 70~90마이크론에서 평활도 측정시 Long Wave ≤30, Short Wave ≤30 인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 분체도료 조성물에는 공지의 첨가물이 당업자의 필요에 따라 적절히 포함될 수 있다. 하나의 예를 들면, 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 52~63중량%와 경화제 TGIC(Triglycidylisocyanurate) 3.12~5중량%, 경화 촉진제 1.2~1.5중량%, 첨가제로서 핀홀 방지제 0.1~1.0중량%, 왁스 0.1~1.0중량%, 흐름성 향상제 0.1~2.0중량%, 습윤 분산제 0.1~2.0중량%, 유동제 0.1~1.0중량%, 충진제 25~35중량%, 안료 1.1~1.4중량%, 알루미늄 페이스트 펄 0.15~0.2%를 포함하여서 구성할 수 있다.

상기 본 발명의 구성에 대해 보충 설명을 하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 열경화성 분체 도료 조성물은 폴리에스테르 수지의 카르복실기와 경화제 TGIC(Triglycidylisocyanurate)의 가교 결합에 의하여 경화된다. 이때 폴리에스테르 수지의 산가와 점도, 유리전이온도에 적당량 수지 결합이 이루어지면서 첨가제와 충진제, 알루미늄 페이스트 펄의 중량부에 따라 고광택 고레벨링 메탈릭 분체 도료의 외관이 형성되는 것이다.

이와 같이 균일하게 혼합된 조성물을 용융분산기를 통하여 90~120℃의 고온에서 용융 혼합 후, 분쇄기를 이용하여 평균 입도 32~35마이크론이며, 입자의 분포가 10~120마이크론인 분체 도료의 조성물을 제조한다. 제조된 분체 도료는 후공정을 통해 알루미늄 페이스트 펄을 첨가하여 블렌딩하여 메탈릭 분체 도료로 제조한다. 제조된 분체 도료 조성물은 정전 스프레이 도장 방법에 의하여 도포하여, 도막 두께가 60~100마이크론이 되도록 도포 후 170~200℃의 온도에서 10~20분 건조 경화시키면 고광택, 고레벨링의 도막이 얻어지게 된다.

이때 본 발명의 조성물은 고광택 고레벨링 메탈릭 분체 도료 조성물이기 때문에 도료의 입자 크기와 도막 두께가 도막의 외관 형성에 커다란 영향을 끼친다. 그러므로 종래의 평균 입도인 38~42마이크론에서 32~35마이크론으로 변화시키고 도막의 두께를 최소 60마이크론 이상으로 관리해 주면 고광택 고레벨링의 도막을 얻을 수 있게 된다.

종래의 열경화성 분체 도료는 소비자의 요구에 의하여 제품을 공급하여 왔으나 오렌지필 현상 등 외관이 미려하지 못하였던바, 이와 달리 본 발명의 분체도료 조성물은 고광택 고레벨링 메탈릭 분체 도료 도막의 조성물로서 미려한 외관의 분체 도료 도막 조성물을 얻을 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면 폴리에스테르 수지의 산가에 의해 경화제 함량에 따라 가교반응의 차이 및 폴리에스테르 수지의 유리전이온도 및 점도가 외관에 영향을 주는 것이 확인되며, 폴리에스테르 수지의 산가 32~38mg KOH/g, 유리전이온도 58~64℃, 점도 1,400~4,200cP인 것이 좋다. 산가 30~40mg KOH/g 이내 폴리에스테르 수지 중에서 점도가 낮은 것은 도막의 외관은 우수해지나 도료의 분쇄 생산 효율 및 저장성, 기계적 물성이 저하되며, 점도가 높은 것은 기계적 물성이 우수하나 도막의 외관이 저하된다. 그래서 본 발명에서는 전술한 범위의 폴리에스테르 수지 중 2가지를 혼합하여 기계적 물성이 우수하면서 외관이 미려한 분체 도료 조성물을 얻을 수 있도록 하였다.

본 발명에 따른 산가/유리전이온도/점도 수치에 맞춘 2종의 폴리에스테르 수지를 사용하지 않을 경우 외관이 미려하게 나오지 않거나 외관이 미려하게 나와도 물성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

핀홀 방지제의 경우 0.1중량% 미만이면 핀홀이 발생하고, 1.0중량%를 초과하면 황변이 발생한다. 황변 발생은 주로 백색, 연회색, 아이보리색 등 색상이 연한 분체 도료에서 많이 발생한다.

경화 촉매(경화촉진제)는 산가 30~40mg KOH/g, 유리전이온도 50~70℃, 점도 2,800~4,500cP인 것을 사용한다. 이러한 경화 촉매가 과량 사용되면 급속한 경화 반응의 진행으로 도막의 외관이 미려하지 못하고 오렌지필 현상이 발생된다. 반대로 저량으로 사용되면 분체 도료의 흐름성이 너무 좋아서 과도막으로 도장했을 경우 도장물에 Sagging 현상이 발생될 우려가 있다.

또한, 충진제의 함량이 35중량%를 초과하면 외관이 미려하지 못하고, 25중량% 미만이면 외관은 미려하게 나오지만 도막의 경도가 약하여 스크래치가 쉽게 발생하며 물성시험에서 연필 경도나 눌림 자국 등 물성이 나오지 않을 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 고광택 고레벨링 메탈릭 분체도료로 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자 말단에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지와 경화제TGIC를 분체 도료화 함으로써 이 도료를 경화시키면 고광택 고레벨링을 갖는 미려한 외관을 가지면서도 각종 물성도 우수한 분체 도료 조성물을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명한다. 다만 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

먼저, 하기 표 1의 1~12와 같은 원료를 정량 계량 후 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한다.

고형분 원료를 잘 혼합하여 용융분산기를 이용하여 고온(90~120℃)에서 분산 혼합하여 펠렛으로 제조하고, 제조된 펠렛을 분쇄기를 이용하여 평균 입도가 32~35마이크론이 되는 분체도료 조성물을 제조하면서 13의 첨가제(유동제), 14의 알루미늄 페이스트 펄을 투입 블렌딩 공정을 통하여 메탈릭 분체 조성물을 제조한다.

제조된 분체 도료 조성물을 정전 스프레이 도장으로 건조 도막 두께 기준으로 60~100 마이크론이 되도록 피도물(철판, 알루미늄판, 용융아연도금강판, 전기아연도금강판)에 도장한다.

도장된 피도물을 일정한 온도가 유지되는 열풍 건조로에서 온도 170~200℃[소재 표면온도]에서 10~20분간 유지시켜 고광택, 고레벨링 메탈릭 분체 도료 조성물을 제조할 수 있다.

1. 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지(KHUA 社) : 산가 32~38mg KOH/g, 유리전이온도 62℃, 점도 1400~3000cP @ 200℃

2. 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지(KHUA 社) : 산가 30~36mg KOH/g, 유리전이온도 60℃, 점도 2800~4200cP @ 200℃

3. 경화제 (HUA HUI社): TGIC (에폭시 당량 100~110, 점도 95~105cP @120℃)

4. 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지인 경화 촉매(INOPOL 社) : 산가 30~36 mg KOH/g, 유리전이온도 60℃, 점도 2,800~4,500 cP @200℃

5. 핀홀방지제 : Benzoin(Miwon 社)

6. 표면 조정제 CEAR 960(BYK 社)

7. 흐름성 향상제 : BYK368P(BYK 社)

8. 흐름성 향상제 : BYK:3950(BYK 社)

9. 침강성 충진제 - 침강성 바륨설페이트 (KOCH社)

10. 내추럴 충진제 - 일반 바륨설페이트 (KOCH社)

11. 충진제 - OMYA#5 탄산칼슘 (OMYA 社)

12. 안료: HI BLACK(0RION 社)

13. 유동제 - SILICA#1 (HDK 社)

14. 알루미늄 페이스트 SILVER1300 (SILVER LINE 社)

상기 표 1의 실시예 1~3은 고광택 고레벨링 분체 도료 조성물로 2종의 폴리에스테르 수지 52~63중량%에 대하여 경화제 TGIC 3.12~5중량%, 경화 촉진제 1.2~1.5중량%, 첨가제(핀홀 방지제, 표면조정제, 흐름성 향상제) 1.8~3.5중량%, 충진제 25~35중량%, 안료 1.8~3.0중량%, 메탈릭 펄 1.8~2.0중량%로 구성되도록 제조하였다.

또한 실시예 1~3은 폴리에스테르 수지 1은 산가 32~38mg KOH/g, 유리전이온도60~64℃, 점도 1400~3000cP @ 200℃, 폴리에스테르 수지 2는 산가 30~36mg KOH/g, 유리전이온도 58~62℃, 점도 2800~4200cP @ 200℃를 사용하였으며, 수지 1은 30~35중량%, 수지 2는 22~28중량%의 ?t량으로 고정한 후 충진제 안료 1 침강성 황산바륨을 사용하여 함량별 배합을 설정하여 고광택, 고레벨링 분체 도료를 설계하였다.

점도가 낮은 수지만 사용하여 도막의 고레벨링을 얻을 수 있지만 도료의 분쇄 생산 효율 및 기계적 물성이 저하되며, 점도가 높은 수지만 단독 사용할 경우에는 기계적 물성이 우수하나 도막의 외관이 저하된다. 또한 수지의 산가가 높을수록 폴리에스테르 수지의 분자량이 낮아져 도막의 외관이 우수하며, 수지의산가가 낮을수록 폴리에스테르 수지의 분자량이 높아져 도막의 외관이 저하된다. 그래서 본 발명에서는 상기와 같은 물성의 2종의 폴리에스테르 수지를 혼합하여 외관 및 물성을 만족하도록 설계한 것이다.

실시예 1~3에서 첨가제는 핀홀 방지제와 흐름성 향상제, 표면 조정제를 혼합하였으며 용융 온도 90~120℃ 수준인 제품을 사용함으로써 경화 시에도 그 성능이 발휘되도록 하였으며 2종의 폴리에스테르 수지 52~63중량%에 대하여 1.8~3.5중량%를 혼합하여 사용하였다.

또한 실시예 1~3에서는 충진제로서 침강성 바륨설페이트를 사용하였다. 다만, 실시예 1~3에서 충진제 안료의 함량별 물성시험을 실시하여 도막의 외관에 미치는 영향을 살피고자 하였다. 추가로 비교예 1~4의 경우는 침강성 바륨설페이트가 아닌 일반적인 바륨설페이트나 탄산칼슘의 충진제를 사용하여 물성 시험을 진행하여 비교하였다.

상기 표 1의 실시예 1~3 및 비교예 1~4에서 제조한 고광택, 고레벨링 폴리에스테르 분체 도료의 도막 물성 결과는 다음과 같다.

상기 표 3에서 나타난 바와 같이, 경화 조건 180℃ X 10분[M.T]에서 실시예 1~3, 비교예 1~4의 경우 도막 물성 평가 항목은 양호하였다. 도막 두께 70~90마이크론에서 도막 두께별 평활도 측정 후 평균값 측정시 스펙 Long Wave ≤ 30 Short Wave ≤ 30 를 만족하는 건 비교예 4를 제외한 실시예 1~3, 비교예 1~3이다. 평활도 비교 결과는 실시예1>실시예2>실시예3>비교예1>비교예2>비교예3 순서이다.

평활도 및 광택 비교시 실시예 1~2가 가장 우수하였으며 실시예 3, 비교예 2~3번은 광택 평가에서 실시예 1~2보다 떨어졌으며 고광택 고레벨링 도료로 실시예 1이 가장 우수하다고 볼 수 있다.

실험 결과 광택도와 평활도 등을 종합적으로 고려할 때, 실시예 1~3이 우수하다고 할 수 있다.

Claims (6)

1. 말단기에 카르복실기를 갖는 폴리에스테르 수지 52~63중량%,
   경화제 TGIC(Triglycidylisocyanurate) 3.12~5중량%,
   경화 촉진제 1.2~1.5중량%,
   충진제 25~35중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에스테르 수지는 산가 32~38mg KOH/g, 점도 1400~3000cP, 유리전이온도 60~64℃인 폴리에스테르 수지 (1) 30~35중량%와, 산가 30~36mg KOH/g, 점도 2800~4200cP, 유리전이온도 58~62℃인 폴리에스테르수지 (2) 22~28중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   경화 촉진제는 산가 30~40mg KOH/g, 유리전이온도 50~70℃, 점도 2,800~4,500cP이고,
   경화제 Triglycidylisocyanurate(TGIC)는 에폭시 당량 100~110이며, 점도 95~105cP @120℃인 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 충진제는 침강성 바륨설페이트인 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
5. 제4항에 있어서,
   안료는 티타늄 디옥사이드, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비 블루, 시아닌 블루, 울트라마린 블루, 망가니스 바이올렛, 알루미늄 페이스트 펄, 마이카 펄로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 분체 도료의 평균 입도는 32~35마이크론이며 도포시 도막의 두께는 60~100마이크론인 것을 특징으로 하는 분체도료 조성물.