KR20230015591A - 친환경 탄성 에폭시 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에폭시 수지; 및 반응성 희석제를 함유하는 주제부; 적어도 2종의 아민계 경화제를 함유하는 경화제부; 및 폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제를 포함하는 무용제형 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 용제를 비포함하여 친환경성을 나타낼 뿐만 아니라 우수한 탄성 및 내광성을 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 용제를 비포함하여 친환경성을 나타낼 뿐만 아니라 우수한 탄성 및 내광성을 발휘할 수 있다.
Description
본 발명은 용제를 비포함하여 친환경성을 나타낼 뿐만 아니라 고 탄성 및 우수한 내광성을 동시에 확보할 수 있는 무용제형 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
에폭시 수지는 우수한 접착 성능, 도막의 높은 기계적 및 화학적 특성을 확보할 수 있어 접착제나 도막제로서 널리 사용되는 반면, 고점도, 약한 내광성 및 내충격성 등으로 인해 사용하는데 제약이 있었다.
최근에는 에폭시 수지와 혼용되는 반응성 희석제 및/또는 경화제의 개발로 인해 무용제, 저점도형, 내광성 에폭시 수지가 세계적으로 활발히 사용되고 있다. 그러나 경화물의 고경도로 인해 내충격성이 저하되어, 외부 충격에 의해 접착면이나 도막이 쉽게 파손되는 단점이 노출되고 있다. 이러한 내충격성을 보완하기 위해 충전재(filler)를 첨가하여 내충격성을 개선하는 제품이 상품화되고 있으나, 내충격성을 개선하는데 한계가 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 특정 탄성 부여제를 소정 함량으로 포함하여 경화된 수지 자체가 탄성을 나타낼 뿐만 아니라 친환경적인 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 의해 보다 명확하게 설명될 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 에폭시 수지; 및 반응성 희석제를 함유하는 주제부; 적어도 2종의 아민계 경화제를 함유하는 경화제부; 및 폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제;를 포함하며, 상기 폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제는 상기 에폭시 수지 기준 100 중량부를 기준으로 10 내지 25 중량부로 포함되는 무용제형 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 조성물의 경화물은, ASTM D638에 의해 측정된 인장강도가 6,000 psi 미만이며, 신장율이 20 % 내지 200%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제는 수평균 분자량(Mn)이 200 내지 1,000 g/mol일 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 170 내지 200 g/eq이고, 25℃에서 10,000 내지 20,000 cps의 점도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르, 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르, 수소화 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르 및 수소화 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 반응성 희석제는 100 내지 180 g/eq의 당량; 및 5 내지 35 cps (25℃)의 점도를 갖는 글리시딜 에테르계 반응성 희석제일 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 반응석 희석제는 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르 및 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 주제부에서 에폭시 수지와 반응성 희석제의 혼합 비율은 100 : 20 ~ 60 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 적어도 2종의 아민계 경화제는 지환족 아민; 변성 지환족 아민; 및 폴리에테르아민;으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 지환족 아민, 상기 변성 지환족 디아민, 및 상기 폴리에테르아민의 혼합 비율은 1 : 2 ~ 20 : 0 ~ 7 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 경화제부는 3차 아민계 경화촉진제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 주제부와 상기 경화제부의 혼합 비율은 100 : 35 ~ 90 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 분산제, 소포제, 안료, 및 필러로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 무용제형 에폭시 수지 조성물은 당해 조성물 총 중량을 기준으로, 에폭시 수지 20 내지 50 중량%; 반응성 희석제 5 내지 30 중량%; 적어도 2종의 아민계 경화제 25 내지 50 중량%; 탄성 부여제 5 내지 10 중량%; 분산제 0.5 내지 1.0 중량%; 및 소포제 0.4 내지 3.0 중량%;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 무용제형 에폭시 수지 조성물은 접착제, 코팅제, 방수제, 및 도료 중 적어도 하나 이상에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 탄성 부여제를 소정 함량으로 포함함으로써 높은 탄성과 우수한 내광성을 가질 뿐만 아니라 에폭시 수지 본연의 물성을 확보할 수 있는 친환경적인 무용제형 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에서는 휘발성 용제를 비포함하는 무용제형 에폭시 수지를 적용함에 따라 고형분을 높여 우수한 도막 물성 및 미려한 외관 특성을 확보할 수 있으며, 용제 휘발에 의한 환경오염이 경감되고 작업성을 개선할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 무용제형 에폭시 수지 조성물은 통상의 첨가제를 혼합하여 당 분야에 공지된 접착제, 도료, 코팅제 및/또는 방수재 등의 다양한 용도로 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 보다 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다. 또한 명세서 전체에서, "위에" 또는 "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 위쪽에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 "바람직한" 및 "바람직하게"는 소정 환경 하에서 소정의 이점을 제공할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 환경 또는 다른 환경 하에서, 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 바람직한 실시 형태의 언급은 다른 실시 형태가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시 형태를 배제하고자 하는 것은 아니다.
<무용제형 에폭시 수지 조성물>
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 당 분야에 통상적인 접착제, 코팅제, 방수제 및/또는 도료 등에 적용 가능한 무용제형 이액형 경화성 조성물로서, 경화된 수지 자체가 탄성을 갖는다는 점에서, 종래 에폭시 수지와 차별화된다.
일반적으로 도료 및/또는 접착제는 제조공정 중에 고분자를 용제에 용해시킨 후 각종 기능성 재료를 혼합하여 제조하여 왔다. 이러한 다량의 용제로 인해 악취 및 대기오염이 유발되었으며, 격자 구조의 고경도 에폭시 수지가 제조되어 내충격성이 불량하였다. 이에 비해, 본 발명에서는 반응성 희석제를 혼합함으로써 무용제형-내광성 에폭시 도료 및 접착제를 제조할 수 있으며, 이와 동시에 혼화성이 양호한 소량의 비결정성 폴리올(Polyol)계 탄성 부여제를 첨가함으로써 내충격성이 우수한 탄성 에폭시 수지를 제공할 수 있다.
일 구체예를 들면, 상기 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지; 및 반응성 희석제를 함유하는 주제부; 적어도 2종의 아민계 경화제를 함유하는 경화제부; 및 폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제를 포함하여 구성된다. 필요에 따라 분산제, 소포제, 안료, 필러 등을 포함하는 당 분야의 통상적인 첨가제를 적어도 1종 이상 더 포함할 수 있다.
이하, 상기 무용제형 에폭시 수지 조성물의 조성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
<주제부>
본 발명에 따른 무용제형 에폭시 수지 조성물에서, 주제부는 에폭시 수지 및 반응성 희석제를 포함한다.
에폭시 수지
본 발명의 주제부에 포함되는 에폭시 수지는, 경화제부에 포함된 아민계 경화제와 결합하여 도막을 형성하고, 형성된 도막의 기본 물성을 확보하는 주(主) 수지의 역할을 한다.
상기 에폭시 수지는 당 분야에 알려진 통상적인 에폭시 수지를 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 비스페놀 A형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변형 페놀 수지형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 테트라페닐에탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 페놀 부가반응형 에폭시 수지 또는 이들의 혼합 형태일 수 있으며, 또는 이를 포함하는 에멀젼 형태일 수 있다.
일 구체예를 들면, 상기 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW, epoxy equivalent weight)이 170 내지 200 g/eq이고, 25℃에서 10,000 내지 20,000 cps의 점도를 갖는 무용제 타입의 액상형일 수 있다. 보다 구체적으로, 에폭시 당량(EEW)이 180~195 g/eq이며, 점도가 11,000~14,000 cps(25℃)일 수 있다. 또한 에폭시 수지의 고형분은 96% 이상이며, 구체적으로 96 내지 100%일 수 있다. 에폭시 수지가 전술한 범위의 물성을 갖는 경우, 도막 형성 시 우수한 내후성 및 내식성을 발휘할 수 있다.
사용 가능한 에폭시 수지의 구체적인 일례를 들면, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르, 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르, 수소화 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르(Hydrogenated bisphenol A type epoxy resin) 및 수소화 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 구체적으로, 디페닐로프로탄(DPP, Diphenylopropane)과 에피클로로히드린(ECH, Epichlorohydrin) 간의 축합 반응에 의해 생성되는 액상의 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르형 에폭시 수지(Diglycidyl ether, BPA-DGE)인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 액상의 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르형 에폭시 수지와, 수소화 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르(Hydrogenated BPA-DGE)를 혼용할 수 있다. 이 경우 저점도 및 내광성 개선 효과를 발휘할 수 있다. 여기서, BPA-DGE : 수소화 BPA-DGE 간의 혼합 비율은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 100 : 15 ~ 30 중량비일 수 있다. 상기 액상의 비스페놀 A형 에폭시 수지는 YD-128(국도화학) 등이 사용될 수 있으며, 수소화 BPA-DGE는 KST-1101 (국도화학) 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 비스페놀 A형 에폭시 수지의 범위 내에서 자유롭게 선택될 수 있다
상기 에폭시 수지의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 통상의 함량 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 상기 에폭시 수지는 당해 에폭시 수지 조성물 총 중량(예, 100 중량%)에 대하여 20 내지 50 중량%일 수 있으며, 구체적으로 35 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 상기 에폭시 수지의 함량이 전술한 범위보다 작을 경우 경화성 및 성형성에 문제가 생길 수 있으며, 도막 외관이 불량할 수 있으며, 전술한 범위를 초과할 경우 흡습량 증가로 신뢰성이 저하되고, 상대적으로 도막 경도 등의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
반응성 희석제
본 발명에 따른 주제부는 반응성 희석제를 포함한다.
반응성 희석제는 분자 내 에폭사이드기를 가져 후술되는 아민계 경화제와 함께 반응에 참여하는 희석제를 의미하는 것으로서, 상기 에폭시 수지 조성물이 높은 고형분을 유지하면서도, 저점도를 발휘하여 우수한 작업성을 나타내도록 할 수 있다.
상기 반응성 희석제는 에폭사이드기를 갖는 당 분야에 알려진 통상적인 희석제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 구체적으로 글리시딜 에테르계 반응성 희석제일 수 있다.
일 구체예를 들면, 상기 반응성 희석제는 100 내지 180 g/eq의 에폭시 당량과 5 내지 35 cps (25℃ 기준)의 점도를 가질 수 있다.
사용 가능한 반응성 희석제의 비제한적인 예를 들면, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르 및 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 반응성 희석제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당 분야에 공지된 통상의 함량 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 반응성 희석제는 당해 에폭시 수지 조성물 총 중량(예, 100 중량%)에 대하여 5 내지 30 중량%일 수 있으며, 구체적으로 10 내지 25 중량%, 보다 구체적으로 10 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 반응성 희석제의 함량이 전술한 범위보다 작으면 점도가 높아 작업성이 불량하고 내광성 등의 특성이 저하되며, 전술한 범위를 초과하면 제조원가가 상승된다.
또한 상기 주제부를 구성하는 에폭시 수지(예, 주제부의 YD-128)와 반응성 희석제의 혼합 비율은 100 : 25 ~ 60 중량비이며, 구체적으로 100 : 25 ~ 50 중량비일 수 있다. 전술한 에폭시 수지와 반응성 희석제 간의 혼합 비율을 만족할 경우 저점도화 및 내광성을 개선할 수 있다. 그러나 이에 특별히 한정되지 않는다.
<경화제부>
본 발명에 따른 무용제형 에폭시 수지 조성물에서, 경화제부는 아민계 경화제 및 필요에 따라 경화촉진제를 포함한다.
아민계 경화제
본 발명의 경화제부에 포함되는 아민계 경화제는, 전술한 주제부에 포함된 에폭시 수지와 결합하여 도막을 형성하고, 도막의 기본 물성을 확보하는 역할을 한다.
상기 아민계 경화제는 당 분야에 알려진 통상적인 아민계 경화제용 수지를 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로 지방족 아민, 변성 지방족 아민, 지환족 아민, 변성 지환족 아민, 방향족 아민, 변성 방향족 아민 또는 이들의 혼합 형태 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 적어도 2종의 아민계 경화제를 포함하되, 구체적으로 지환족 아민; 변성 지환족 아민; 및 폴리에테르아민으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 2종의 아민계 경화제를 혼용하는 것이 바람직하다.
상기 지환족 아민은 아민가가 500 내지 900 mgKOH/g, 구체적으로 560 내지 800 mgKOH/g일 수 있으며, 또한 활성수소 당량이 35 내지 55 g/eq이며, 구체적으로 40 내지 46 g/eq일 수 있다. 또한 점도는 5 내지 30 cps이며, 구체적으로 7 내지 20 cps일 수 있다. 사용 가능한 지환족 아민의 비제한적인 예로는 이소포론 디아민, 멘탄 디아민, 1,2-디아미노시클로헥산, 1,3-디아미노시클로헥산, 1,4-디아미노시클로헥산, 1,3-디(아미노메틸)시클로헥산, 4,4'-메틸렌 디시클로헥실아민, 4,4'-디아미노디시클로헥실메탄, 3,3'-디메틸-4,4'디아미노디시클로헥실-메탄, 피페라진, 완전 수소화 톨루엔 디아민 및 이들의 조합 등이 있다.
또한 변성 지환족 아민은 지환족 아민을 변성하여 작업성 향상, 독성 저하, 가사시간 조절 및 접착성향 등의 효과를 개선시킨 경화제를 의미한다. 이러한 변성 지환족 아민의 아민가는 200 내지 360 mgKOH/g, 구체적으로 220 내지 320 mgKOH/g일 수 있으며, 또한 활성수소 당량이 100 내지 120 g/eq일 수 있다. 또한 점도는 100 내지 700 cps이며, 구체적으로 2 내지 600 cps일 수 있다. 사용 가능한 변성 지환족 아민계(Modified Aliphatic Ring Amine) 경화제의 구체 예로는 국도화학 KH-812, KH-815, KH-816, KH-818B, KH-819 등이 사용될 수 있다.
또한 폴리에테르아민은 아민가가 400 내지 650 mgKOH/g이며, 구체적으로 420 내지 600 mgKOH/g일 수 있으며, 또한 활성수소 당량이 50 내지 70 g/eq이며, 구체적으로 53 내지 65 g/eq일 수 있다. 또한 점도는 3 내지 15 cps이며, 구체적으로 5 내지 12 cps일 수 있다. 사용 가능한 폴리에테르아민의 비제한적인 예로는 1,3,3-트리메틸-1-아미노에틸-5-아미노사이클로헥산, α-(2-아미노메틸에틸)-ω-(2-아미노메틸에톡시)폴리[옥시(메틸-1,2-에탄다일)], 4,7,10-트라이옥사트라이데칸-1,13-다이아민 등을 사용할 수 있다. 구체예로는, Jeffamine D-230(Huntsman) 등이 있다.
일 구체예를 들면, 지환족 아민, 변성 지방족 아민, 및 폴리에테르아민의 혼합 비율은 1 : 2 ~ 20 : 0 ~ 7 중량비이며, 구체적으로 1 : 3 ~ 15 : 0.05 ~ 6 중량비이며, 보다 구체적으로 1 : 3.5 ~ 15 : 0.1 ~ 6 중량비일 수 있다. 아민계 경화제를 전술한 범위로 혼용(混用)하는 경우, 경화물의 내광성, 기계적 및 화학적 물성을 동시에 개선할 수 있다.
상기 아민계 경화제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당 분야에 공지된 통상의 함량 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 아민계 경화제는 당해 에폭시 수지 조성물 총 중량(예, 100 중량%)에 대하여 25 내지 50 중량%일 수 있으며, 구체적으로 30 내지 45 중량%로 포함될 수 있다. 상기 아민계 경화제의 함량이 전술한 범위보다 작을 경우 경화 후 도막 외관이 불량하고, 경도가 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 전술한 범위를 초과할 경우 작업성이 저하되고 건조시간이 늦어지는 문제가 발생할 수 있다.
경화촉진제
본 발명의 경화제부에 포함되는 경화촉진제는, 에폭시 수지와 아민계 경화제와의 반응을 촉진하는 물질이다.
상기 경화 촉진제로는 당 분야에 공지된 통상의 물질을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 3차 아민(tertiary amine)을 사용할 수 있다. 사용 가능한 경화촉진제의 비제한적인 예로는, 디메틸벤질아민(BDMA), 이미다졸(Imidazoles), 플루오로붕산(Tetrafluoroboric acid), 트리부틸포스핀(Tributylphosphine), KH-3001 (Kukdo사), 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 상기 이미다졸계 3차 아민의 구체예로는, 이미다졸, 1-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 4(5)-메틸이미다 졸,1-비닐이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 1-알릴이미다졸,2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-프로필이 미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-이소프로필이미다졸, 4-이미다졸카르복산, 이미다졸-2-카르복산, 이미다졸 [1,2,a]피리딘, 벤즈이미다졸, 4-아자벤즈이미다졸, 1-부틸이미다졸, 5-메틸벤즈이미다졸, 2-메틸벤즈이미다졸, 2-페닐이미다졸, 1-페닐이미다졸, 4-페닐이미다졸, 2-에틸벤즈이미다졸, 5,6-디메틸벤즈이미다졸 등이 있다.
상기 경화촉진제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 에폭시 수지 조성물 총 중량(예, 100 중량%)에 대하여 0.2 내지 3.0 중량%일 수 있으며, 구체적으로 0.2 내지 2.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 경화촉진제의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우 저온 경화를 시현할 수 있다.
탄성 부여제
본 발명에 따른 무용제형 에폭시 수지 조성물은 탄성 부여제를 필수로 포함한다는 점에서, 종래 에폭시 수지 조성물과 구별된다. 이러한 탄성 부여제는 경화된 수지 자체에 탄성을 부여하여 최종물의 신장율(elongation)을 현저히 상승시키는 효과를 발휘한다.
본 발명에서는 탄성 부여제로서 폴리알킬렌글리콜계 화합물을 포함한다. 폴리알킬렌글리콜 화합물은 분자 내에 긴 사슬 모양의 알킬렌기와 같은 친유성기와 하이드록시기와 같은 친수성기를 동시에 포함하고 있어 표면장력을 현저히 저하시키는 역할을 하며, 독성이나 자극성이 거의 없어 다른 물질과 쉽게 혼화된다.
일 구체예를 들면, 상기 폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제는 GPC(gel permeation chromatography)로 측정한 수평균 분자량(Mn)이 200 내지 1,000 g/mol이며, 구체적으로 300 내지 800 g/mol일 수 있다. 또한 점도가 50 내지 150 cps일 수 있으며, 구체적으로 50 내지 150cp일 수 있다.
상기 폴리알킬렌글리콜계 화합물로는 통상의 폴리올, 예컨대 폴리지방족 글리콜을 제한 없이 사용될 수 있으며, 구체 예로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
본 발명에서, 탄성 부여제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 에폭시 수지 조성물 총 중량(예, 100 중량%)에 대하여 5 내지 10 중량%일 수 있으며, 구체적으로 5 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 상기 탄성 부여제의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우 경화물에 탄성을 부여할 수 있다.
첨가제
본 발명의 무용제형 에폭시 수지 조성물은 상기 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 당 업계에 알려진 통상적인 첨가제를 더 포함할 수 있다.
사용 가능한 첨가제의 비제한적인 예로는 분산제, 소포제, 색상안료, 체질안료, 필러, 탈포제, 레벨링제, 가소제, 내후성 첨가제, 건조제, 외관 조절제, 침강방지제, 커플링제 또는 이들의 1종 이상 혼합물 등이 있다. 구체적으로, 분산제, 소포제, 안료, 및 필러로 구성된 군에서 선택되는 2종 이상의 첨가제를 혼용할 수 있다. 첨가제의 함량은 당 분야에 공지된 함량 범위 내에서 적절히 조절할 수 있으며, 일례로 당해 에폭시 수지 조성물 총 중량(예, 100 중량%)을 기준으로 하여 1.0 내지 8.0 중량%이며, 구체적으로 1.0 내지 5.0 중량%일 수 있다.
여기서, 분산제는 조성물을 구성하는 각 재료들을 분산시키고 거리 유지를 통해 재응집을 막아 도막의 균일한 물성을 발현하도록 하는 역할을 한다. 상기 분산제는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 폴리옥시에틸렌소르비탄 (Polyoxyethylenesorbitan) 및/또는 소르비탄 모노올레이트 (Sorbitan monoolate) 등을 사용할 수 있다. 폴리옥시에틸렌소르비탄의 제품명으로는 TWMOE 20 또는 TWEEN 20이 있으며, 소르비탄 모노올레이트의 제품명으로는 EMULON SP01 또는 SPAN 80 등이 있다. 이러한 분산제는 당해 에폭시 수지 조성물 총 중량(예, 100 중량%)을 기준으로 하여 0.5 내지 1.0 중량% 범위로 첨가되어 안료, 탄성 부여제 등의 분산성을 개선할 수 있다. 그러나 이에 특별히 한정되지 않는다.
또한 소포제는 도장시 발생되는 기포를 억제함으로써 도막의 외관을 높여주는 역할을 하는 것으로서, 당 분야에 알려진 통상적인 소포제를 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 비실리콘계 소포제를 사용할 수 있으며, 제품명으로는 BYK-A 555 등이 있다. 소포제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 에폭시 수지 조성물 총 중량(예, 100 중량%)을 기준으로 하여 0.4 내지 3.0 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 무용제형 에폭시 수지 조성물은, 당 분야에 공지된 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로 전술한 에폭시 수지와 반응성 희석제를 혼합하여 주제부를 제조하고, 전술한 적어도 2종 이상의 아민계 경화제, 경화촉진제를 혼합하여 경화제부, 탄성 부여제, 및 첨가제를 제조한 후, 이들을 혼합함으로써 제조될 수 있다.
일 구체예를 들면, 상기 무용제형 에폭시 수지 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로, 에폭시 수지 20 내지 50 중량%; 반응성 희석제 5 내지 30 중량%; 적어도 2종의 아민계 경화제 25 내지 50 중량%; 및 탄성 부여제 5 내지 10 중량%; 분산제 0.5 내지 1.0 중량%; 및 소포제 0.4 내지 3.0 중량%;를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 주제부와 경화제부는 100 : 35 ~ 90 중량부 (중량 비율)로 혼합되는 조성일 수 있으며, 구체적으로 100 : 40 ~ 90 중량부일 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 무용제형 에폭시 수지 조성물은 인체 및 환경에 유해한 용제를 거의 사용하지 않아 시공이 안전하며, 경화된 후에도 도막 외관 및 기본 물성이 양호하다.
구체적으로, 종래 에폭시 도료는 탄성이 없고 단단하여 외부 충격을 가하면 파손되어 금속 표면에 녹이 발생되었다. 또한 종래 금속 접착용 에폭시 접착제는 내충격성이 약하여 충격이 가해지면 접착 부분이 쉽게 파손되는 문제점이 있었다. 이에 비해, 본 발명에 따른 무용제형 에폭시 수지 조성물은 탄성 부여제로 인해 경화물 그 자체에 탄성을 부여하므로, 내충격성을 개선하고 신장율을 향상시켜 도막의 외관 및 화학적, 기계적 물성을 유의적으로 증대시킬 수 있다.
일 구체예를 들면, 상기 무용제형 에폭시 수지 조성물의 경화물은, ASTM D638에 의해 측정된 인장강도가 6,000 psi 미만이며, 신장율(elongation)이 20 % 내지 200%을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 경화물의 인장강도는 1800 내지 4000 psi이며, 신장율은 50 내지 150%이며, 보다 구체적으로 70 내지 150%일 수 있다.
다른 일 구체예를 들면, 상기 무용제형 에폭시 수지 조성물의 경화물은, 실온에서 초기 경도가 쇼어 A 60 이상이며, 구체적으로 60 내지 70일 수 있다. 또한 2주 경과후 후기 경도는 쇼어 A 75 이상이며, 구체적으로 75 내지 95일 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 무용제형 에폭시 수지 조성물은 당 분야에 공지된 통상의 접착제, 코팅제, 방수제, 및 도료 중 적어도 하나 이상의 용도로 적용될 수 있다. 구체적으로, 금속 접착제, 건축물 바닥 코팅제, 건축물 옥상 방수제, 도료 등에 제한 없이 적용 가능하며, 그 외 다양한 공정 단계 및 용도에 모두 적용 가능하다.
본 발명의 무용제형 에폭시 수지 조성물은, 전술한 조성 그대로 접착제, 접착제, 방수제, 크랙 메움재 또는 지수재로 사용할 수 있으며, 또는 통상의 분산 안정제, 안료, 탄산칼슘, 탈크 등의 첨가제를 혼합하여 도료나 코팅제로 사용할 수 있다. 또한 시멘트 등을 혼합하여 방수재, 크랙 메움제로 사용할 수도 있다. 일례를 들면, 상기 무용제형 에폭시 수지 조성물을 건축물 바닥 코팅제로 적용할 경우, 당 분야에 공지된 통상의 충전제(Filler) 및 안료를 첨가할 수 있으며, 옥상 방수제 등에 적용할 경우 백색안료(TiO2) 및 충전제(Filler)를 첨가하여 제조될 수 있다. 이와 같이 제조되는 방수제는 태양광 반사성이 우수하여 지구온난화를 개선하고, 콘크리트와의 접착성이 우수하고 균열을 방지할 수 있는 탄성 에폭시 방수제를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~7: 에폭시 수지 조성물]
본 발명의 에폭시 수지 조성물을 구성하는 원료물질의 사양은 하기 표 1과 같다.
하기 표 2에 기재된 조성에 따라 에폭시 수지와 반응성 희석제를 포함하는 주제부, 적어도 2종 이상의 경화제를 포함하는 경화제부, 탄성 부여제, 분산제, 소포제를 사용하여 실시예 1 내지 7의 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 하기 표 2에서 각 조성물의 사용량 단위는 중량%이다.
| 모델명 | 당량 (g/eq) | 점도(cps/25℃) | 제조사 | ||
| 에폭시 수지 | A | YD-128 | 184 ~ 190 | 11,500~13,500 | 국도화학 |
| 반응성 희석제 | B-1 | 1,4 BDGE | 120 ~ 140 | 15~30 | 국도화학 |
| B-2 | 1,6 HDGE | 135 ~ 165 | 10~30 | 국도화학 | |
| 수소화 비스페놀 A형 에폭시 수지 | C | KST-1101 | 210 ~ 225 | 1,800~2,500 | 국도화학 |
| 지환족 아민 | D-1 | Isophorone diamine (IPDA) | 40 ~ 46 | 10~15 | Tokyo Chem |
| cycloaliphatic Amine modified curing agent | D-2 | KH-816 | 110 | 300~500 | 국도화학 |
| 폴리에테르아민 | D-3 | Jeffamine D-230 | 56 ~ 60 | 10 | Huntsman |
| versatile hardener for epoxy resins | E | KH-3001 | 80 | 20 | 국도화학 |
| 탄성제 | F | PEG 400 | 비중: 1.13 | 분자량: 400 | DOW Chem |
| 분산제 | G-1 | Tween 20 (TWMOE 20) |
검가: 45~55 mg KOH/g | 산가: < 2.2 mg KOH/g | 동남합성 |
| G-2 | Span 80 (EMULON SP01) |
검가: 143~151 mg KOH/g | 산가: < 5 mg KOH/g | 동남합성 | |
| 소포제 | H | BYK-A 555 | 비중: 0.88 | Ref. Ind.: 1.507 | BYK-Chemie |
| 실시예 | 비교예 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 1 | 2 | ||
| 주제부 | A | 35 | 40 | 35 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 50 |
| B-1 | - | 18 | - | - | - | - | - | - | - | |
| B-2 | 15 | - | 20 | 10 | 10 | 10 | 10 | 11 | 12.5 | |
| C | - | 5 | - | - | - | - | - | 5 | - | |
| 경화제부 | D-1 | 9 | 2 | 2 | 5.5 | 3 | 6 | 6 | 8 | 4 |
| D-2 | 32 | 16 | 30 | 30.4 | 30 | 30 | 30 | 25 | 22.5 | |
| D-3 | - | 11 | 2 | 5 | 7 | 5 | 6 | 8 | 8 | |
| E | - | - | 2 | 2 | 2 | 1.9 | 2 | 3 | 2 | |
| 탄성 부여제 | F | 6 | 6.5 | 7.5 | 6 | 6 | 6 | 5 | - | - |
| 분산제 | G-1 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | - | - | - | - | 0.5 |
| G-2 | - | - | - | - | 1 | 0.6 | 0.6 | - | - | |
| 소포제 | H | 2.5 | 1 | 1 | 0.5 | 1 | 0.5 | 0.4 | - | 0.5 |
| 총합 (wt%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 물성 비교 |
신장율 (%) |
120 | 75 | 125 | 150 | 125 | 150 | 100 | 8 | 10 |
| 경도 (Type A) |
65->85 | 70->90 | 70->85 | 62->80 | 65->85 | 65->85 | 65->85 | 98->99 | 98->99 | |
| 인장강도(psi) | 2100 | 2500 | 2400 | 2000 | 2600 | 2200 | 2800 | 7200 | 6500 | |
| 내광성 | 불변 | 불변 | 불변 | 불변 | 불변 | 불변 | 불변 | 불변 | 불변 | |
| 도막상태 | Excellent | Excellent | Excellent | Excellent | Excellent | Excellent | Excellent | 불량 | Excellent | |
[비교예 1~2: 에폭시 수지 조성물]
상기 표 2에 기재된 조성에 따라 주제부, 경화제부, 탄성제, 분산제 및 소포제를 사용하여 비교예 1 및 2의 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
[실험예] 도막의 물성 평가
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 금속 기재 상에 2,000 ㎛의 도막 두께로 1회 도장하였다. 이어서 5℃에서 10일간 경화한 후 하기와 같은 방법으로 도막의 물성을 평가하고, 그 결과를 상기 표 2에 나타내었다.
<물성측정방법>
(1) 경도
도막에 대하여 JIS K6301A에 준하여 SHORE-A 경도를 측정하였다. 구체적으로 성형 24시간 후 경도(초기 경도)와 성형 2주 후 경도(후기 경도)를 각각 측정하였다.
(2) 신장율(Elongation)
상기 조성물을 이용하여 ASTM D638 규격에 준하여 아령형 1호 시편(19 W * 165 L * 3.2 T)을 제조하고, 만능 인장 시험기(UTM)에서 250 mm/min 속도로 인장하여 신장율을 측정하였다.
(3) 인장강도:
도막에 대하여 ASTM D638 규격에 준하여 인장강도를 측정하였다.
(4) 내광성:
도막을 카본 페이퍼 테이프로 테이핑하여 차광한 후, 3주 동안 직사 일광에 노출시켜 내광성을 평가하였다.
(5) 도막 상태
유리판 위에 에폭시 수지 조성물을 도장하고 소포성, 크레터링, 및 레벨링 결함 여부를 육안 관찰하였다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 탄성 부여제를 포함하는 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 내광성이 양호하고 용제를 비포함하여 친환경적일 뿐만 아니라, 탄성 부여제를 비포함하는 비교예 1~2에 비해 월등히 높은 신장율(elongation)을 나타내어 고 탄성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.
Claims (15)
- 에폭시 수지; 및 반응성 희석제를 함유하는 주제부;
적어도 2종의 아민계 경화제를 함유하는 경화제부; 및
폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제;를 포함하며,
상기 폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제는 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 25 중량부로 포함되는 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 조성물의 경화물은,
ASTM D638에 의해 측정된 인장강도가 6,000 psi 미만이며,
신장율이 20 % 내지 200%인, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 폴리알킬렌글리콜계 탄성 부여제는 수평균 분자량(Mn)이 200 내지 1,000 g/mol인, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 170 내지 200 g/eq이고, 25℃에서 10,000 내지 20,000 cps의 점도를 갖는, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르, 비스페놀 F의 디글리 시딜 에테르, 수소화 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르 및 수소화 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 반응성 희석제는 100 내지 180 g/eq의 당량; 및 5 내지 35 cps (25℃)의 점도를 갖는 글리시딜 에테르계 반응성 희석제인, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 반응석 희석제는 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르 및 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 주제부에서 에폭시 수지와 반응성 희석제의 혼합 비율은 100 : 25 내지 60 중량비인, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 2종의 아민계 경화제는
지환족 아민;
변성 지환족 아민; 및
폴리에테르아민;으로 구성된 군에서 선택되는, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제19항에 있어서,
상기 지환족 아민, 상기 변성 지환족 디아민, 및 상기 폴리에테르아민의 혼합 비율은 1 : 2 ~ 20 : 0 ~ 7 중량비인, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 경화제부는 3차 아민계 경화촉진제를 더 포함하는, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 주제부와 상기 경화제부의 혼합 비율은 100 : 35 ~ 90 중량비인, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
분산제, 소포제, 안료, 및 필러로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는, 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제13항에 있어서,
조성물 총 중량을 기준으로,
에폭시 수지 20 내지 50 중량%;
반응성 희석제 5 내지 30 중량%;
적어도 2종의 아민계 경화제 25 내지 50 중량%;
탄성 부여제 5 내지 10 중량%;
분산제 0.5 내지 1.0 중량%; 및
소포제 0.4 내지 3.0 중량%;
를 포함하는 무용제형 에폭시 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
접착제, 코팅제, 방수제, 및 도료 중 적어도 하나 이상에 적용되는 무용제형 에폭시 수지 조성물.
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