KR20230145469A - 도료 조성물, 이의 제조 방법 및 응용 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 60%의 미립구의 벽 두께가 ≤5μm인 열팽창성 미립구 조성물, 수성 열가소성 수지, 수성 열경화성 수지 및 핫멜트 충전 수지를 포함하는 도료 조성물의 제조 방법 및 응용을 공개한다. 본 발명의 도료 조성물은 열팽창 과정에서 짧은 시간 내에 얇은 쉘의 구체를 신속하게 연화 및 파괴시키고, 유기 용제가 휘발됨에 따라 코팅층 표면 및 내부에서 코팅층 중의 수지 매트릭스와 가교되어 서로 가교된 네트워크 구조가 생성되도록 함으로써 코팅층의 갭 지지를 강화하고 코팅층이 계단식 팽창을 구현하며 팽창 후 일부 고분자 재료는 에어백을 감싸고 경화되어 안정적인 중공 구조를 형성한다. 이로써 팽창된 후의 코팅층이 안정적인 구조, 비교적 높은 열수축 저항성, 비교적 높은 기계적 강도 및 접착력을 가지도록 함으로써, 고온 내성 부품의 고정에 응용될 수 있고 고온 환경(140-180℃)에 장기간 놓여도 접착 안정성을 유지할 수 있다.
Description
본 발명은 2021년 4월 2일에 중국 국가지식산권국에 제출한 특허출원번호가 202110362416.8이고, 발명의 명칭이 "도료 조성물, 이의 제조 방법 및 응용”인 선출원의 우선권 권리를 주장하는 바, 상기 선출원의 모든 내용은 참조로서 본 발명에 인용된다.
본 발명은 도료 조성물 기술분야에 속하고, 특히 도료 조성물, 이의 제조 방법 및 응용에 관한 것이다.
자동차 산업의 발전에 따라 고온 내성 접착제가 엔진의 제조에 널리 응용되고 있으나 대부분은 특수 용제형 접착제를 사용하고, 엔진 부품을 접착 및 고정하기 위해 접착제 인젝션 및 디스펜싱 방식을 사용하여 시공을 진행한다. 그러나, 상기 방법은 재료 비용이 높고 장비 및 공정에 대한 요구사항이 높으며 가공 정확도가 낮고 접착제 오버플로우, 작업물 오염 및 사이징(sizing) 불균일 등 단점이 발생하기 쉽다.
최근 몇 년 동안 신에너지 자동차 산업의 급속한 발전에 따라 모터 자성 시트 장착은 엔진 생산의 주요 공정 중 하나로서, 주요 자동차 제조업체는 기존 접착제 인젝션 방식을 계속 사용하는 것 외에도 신에너지 자동차의 엔진 장착에서 자성 재료를 고정하기 위한 효율적인 해결수단을 찾고 있다.
현재, 에폭시계 분말 수지 도료가 자동차 부품에 널리 응용되고 있다. 예를 들어, 공개번호 JP1993148429A의 특허 문헌에서, 필름의 내충격성을 향상시키기 위하여, 에폭시 수지에 유기 발포제의 분말 조성물을 첨가하여 내부에 기포를 포함하는 경화 재료를 얻음으로써 코팅층이 기계적 충격 및 열충격에 대한 더 나은 저항성을 갖도록 하였다.
또한, 예를 들어 공개번호 US20090270533A1의 특허 문헌에서, 가교성 작용기를 갖는 수지, 열팽창성 수지 입자, 경화제, 섬유상 충전제를 사용하여 장기 내부식성이 우수하고 내치핑성, 가요성 및 부착력이 우수한 코팅 필름을 얻음으로써, 필름 형성 과정에서 경화 재료와 기재의 접촉면에 대량의 기포가 생성되어 코팅층의 내치핑성 및 내부식성이 나쁜 문제를 해결하는 열경화성 분말 도료 조성물을 공개하였다.
열팽창성 수지 입자, 즉 팽창성 미립구는 열가소성 쉘 및 봉입된 액체 알칸 가스로 구성된 열가소성 중공 폴리머 미립구이다. 이를 가열할 때, 미립구 쉘 내의 가스 압력이 증가하고 열가소성 쉘이 연화되며 미립구의 팽창 부피가 현저히 증가한다. 상기 원리를 이용하여 제조된 팽창성 미립구 도료는 플라스틱, 벽지, 접착제, 잉크, 인쇄 등의 분야에 널리 응용되고 있다. 그 중 팽창성 미립구를 포함하는 열경화성 분말 도료는 주행 중 갑자기 튀어오른 암석이 자동차 바닥에 미치는 영향을 줄이기 위해 일반적으로 자동차 바닥에 응용된다.
예를 들어, 공개번호 DE102014214381A1의 특허 문헌에서, 열경화성 분말 도료를 자동차 모터 자성 시트의 장착 공정에 응용하여, 자성 시트에 열팽창성 미립구가 매립된 열경화성 수지 매트릭스로 구성된 코팅층을 제공하는데, 매트릭스의 연화 온도는 열팽창성 미립구의 반응 온도보다 낮으므로 미립구의 반응 온도보다 높은 온도의 영향 하에 미립구의 부피가 불가역적으로 증가한다. 상기 코팅층이 도포된 자성 시트를 팽창성 미립구의 반응 온도보다 높은 온도로 가열했을 때 수지 매트릭스가 먼저 연화된 후 미립구가 팽창되는데, 연화된 매트릭스는 팽창에 대한 저항력이 없고 자성 시트의 전체 코팅층 두께가 증가되어 자성 시트와 회전자 슬롯 내의 공극을 채움으로써 자성 시트를 회전자 슬롯 내에 고정시킨다. 코팅층으로 열경화성 분말을 사용하여 모터 장착 과정에서 회전자의 고정을 해결함으로써 장착 효율 및 가공 정확도를 향상시켰다. 그러나 분말 도료의 분말 분사 공정은 실제 조작에서 안전 조작 및 환경 오염 문제에 직면해 있고 모터의 작업 환경이 엄격하여 고온, 고습, 고속 회전의 환경에서 자성 시트의 안정성과 접착력을 유지하며 비교적 높은 방부 성능을 가져야 한다.
상기 기술적 과제를 개선하기 위하여, 본 발명은 적어도 60%, 예를 들어 60%, 70%, 75%, 80%의 미립구의 벽 두께가 ≤5μm, 예를 들어 5μm, 4.5μm, 3μm, 2μm, 1μm, 0.5μm인 열팽창성 미립구 조성물을 포함하는 도료 조성물을 제공한다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 조성물에서, 상기 열팽창성 미립구 조성물의 중량 백분율은 20%를 초과하지 않고, 예시적으로 15%, 10%, 8%, 6%이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구의 초기 열팽창 온도 T1은 100℃≤T1≤200℃이고, 예를 들어 T1은 125℃≤T1≤180℃이며, 예시적으로 120℃, 130℃, 150℃, 160℃, 170℃, 190℃ 또는 나열된 온도점 사이의 임의의 값이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구의 최고 내열 온도 T2는 145℃≤T2≤215℃이고, 예를 들어 T2는 150℃≤T2≤205℃이며, 예시적으로 155℃, 160℃, 165℃, 175℃, 185℃, 195℃, 200℃ 또는 나열된 온도점 사이의 임의의 값이다.
당업자라면 상기 초기 열팽창 온도 T1≤최고 내열 온도 T2임을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 입경이 8μm≤D≤20μm인 열팽창성 미립구의 중량 비율은 상기 열팽창성 미립구 총중량의 60% 이상이고, 예를 들어 60%, 65%, 70%, 80%, 90%, 100%이며;
바람직하게는, 입경이 10μm≤D≤15μm인 열팽창성 미립구의 중량 비율은 상기 열팽창성 미립구 총중량의 50% 이상을 차지하고, 예를 들어 55%, 60%, 70%이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구는 열가소성 폴리머 쉘 및 상기 열가소성 폴리머 쉘에 의해 봉입된 액체 알칸을 포함한다.
예를 들어, 상기 열가소성 폴리머 쉘의 재질은 핫멜트성 물질이거나 열팽창에 의해 균열이 발생하는 물질로 제조된다. 예를 들어, 상기 열가소성 폴리머 쉘의 재질은 염화비닐리덴-아크릴로니트릴 공중합체(vinylidene chloride-acrylonitrile copolymer), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride), 폴리술폰(polysulfone), 염화비닐리덴 호모폴리머(vinylidene chloride homopolymer), 염화비닐리덴-아크릴로니트릴-디비닐벤젠 랜덤 삼원공중합체(vinylidene chloride-acrylonitrile-divinylbenzene random terpolymer), 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride)로부터 선택된다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 액체 알칸은 에탄(ethane), 프로판(propane), 이소부탄(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane) 중 하나, 둘 또는 그 이상으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구 조성물은 선택적으로 용제를 더 포함할 수 있고, 상기 용제는 적어도 하나의 비등점이 220℃ 이상인 유기 용제를 포함하며, 예를 들어 상기 비등점이 220℃ 이상인 유기 용제는 텍사놀(texanol)로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 용제는 적어도 하나의 비등점이 220℃ 이상인 유기 용제 이외에, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르(ethylene glycol butyl ether) 및 디프로필렌 글리콜 부틸 에테르(dipropylene glycol butyl ether) 중 하나 또는 둘을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 "초기 입경”은 열팽창성 미립구의 열팽창 전의 중앙 입경 D50을 의미하고, 상기 "두께”는 열팽창성 미립구의 쉘 벽의 열팽창 전의 두께를 의미한다.
상기 입경은 부피 평균 직경이고, 미팽창 열팽창성 미립구의 직경 및 미팽창 열팽창성 미립구의 쉘 벽의 두께는 당업계에 공지된 임의의 방법으로 측정할 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구와 상기 용제의 중량비는 (4-40):1이고, 바람직하게는 (5-20):1이며, 예시적으로 4:1, 5:1, 6:1, 8:1.2, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 15:1, 18:1이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구 조성물은 선택적으로 무기섬유를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 무기섬유는 섬유사상 또는 시트상(예를 들어 박편상)이다. 예컨대, 상기 무기섬유는 나노 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 섬유, 탄소 섬유 및 붕소 섬유 등 중 하나, 둘 또는 그 이상으로부터 선택될 수 있다. 무기섬유는 상기 열팽창성 미립구 조성물이 팽창된 후, 하기 코팅층 중의 수지와 서로 침윤되어, 하기 코팅층에서 골격 지지 및 강도 증가 역할을 하여 팽창성 코팅층의 강도 및 수축 저항성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 무기섬유와 상기 용제의 중량비는 (0-2):1이고, 예를 들어 (0.5-1.5):1이며, 예시적으로 0.5:1, 3:5, 0.7:1, 0.85:1, 0.9:1, 1:1, 1.2:1이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구 조성물의 팽창률은 150-300%이고, 예를 들어 180-250%이다.
본 발명의 예시적인 양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구 조성물은 열팽창성 미립구, 용제 및 무기섬유를 포함하고, 여기서:
(1) 입경이 8μm≤D≤20μm인 열팽창성 미립구의 중량 비율은 상기 열팽창성 미립구 총중량의 60% 이상이고, 예를 들어 60%, 65%, 70%, 80%, 90%, 100%이며;
입경이 10μm≤D≤15μm인 열팽창성 미립구의 중량 비율은 상기 열팽창성 미립구 총중량의 50% 이상이고, 예를 들어 55%, 60%, 70%이며;
(2) 상기 열팽창성 미립구에서 적어도 60%의 미립구의 벽 두께는 ≤3μm이고;
(3) 상기 용제는 적어도 텍사놀을 포함하며;
상기 열팽창성 미립구와 상기 용제의 중량비는 (5-20):1이고;
(4) 상기 무기섬유는 나노 알루미노실리케이트 섬유이며, 상기 무기섬유와 상기 용제의 중량비는 (0.5-1.5):1이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 미립구 조성물은 열팽창성 미립구 및 용제, 선택적으로 첨가되거나 첨가되지 않는 무기섬유를 포함하는 원료를 혼합하여 제조된다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 도료 조성물은 수성 열가소성 수지를 더 포함한다. 이의 유리 전이 온도는 -20℃-60℃이다. 예를 들어, 상기 조성물에서, 상기 수성 열가소성 수지의 중량 백분율은 10-30%일 수 있으며, 예시적으로 15%, 20%, 25%, 30%이다.
바람직하게는, 상기 수성 열가소성 수지는 수성 아크릴 수지(acrylic resin) 및 폴리우레탄 수지(polyurethane resin) 중 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 도료 조성물은 수성 열경화성 수지를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 조성물에서, 상기 수성 열경화성 수지의 중량 백분율은 10-40%일 수 있고, 예시적으로 15%, 20%, 25%, 30%이다.
바람직하게는, 상기 수성 열경화성 수지는 수성 에폭시 수지(epoxy resin), 하이드록시아크릴산(hydroxy acrylic acid) 중 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 도료 조성물은 핫멜트 충전 수지를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 조성물에서, 상기 핫멜트 충전 수지의 중량 백분율은 10-35%일 수 있고, 예시적으로 10%, 15%, 20%, 25%, 30%이다.
바람직하게는, 상기 핫멜트 충전 수지는 변성 염소화 폴리염화비닐(chlorinated polyvinyl chloride), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 폴리우레탄, 폴리아미드(polyamide), 폴리에테르술폰(polyether sulfone), 에폭시 및 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 중 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명의 도료 조성물에서, 상기 수성 열가소성 수지의 함량은 상기 수성 열경화성 수지의 함량보다 적고, 상기 수성 열가소성 수지와 상기 수성 열경화성 수지의 용량비는 바람직하게 1:1~1:2이고, 예시적으로 1:1, 1.5:1, 1: 2이다.
본 발명에서, 상기 열가소성 수지의 용량이 너무 적으면 도료 조성물의 팽창률이 부족하여 팽창 효과를 달성할 수 없지만; 상기 열가소성 수지의 용량이 너무 많으면 팽창성 코팅층이 경화된 후 코팅층이 심하게 수축되는 경우가 발생하여 모터 장착에서의 응용 요구사항을 만족할 수 없게 된다. 상기 핫멜트 충전 수지의 유리 전이 온도는 60℃ 이상이고, 바람직하게는 130℃ 이상의 고온 가열시 반투명 또는 투명한 용융 상태의 수지를 형성할 수 있으므로, 도료 조성물이 팽창성 접착제로서 응용될 경우 코팅층과 접촉면을 접착시켜 지지력을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열가소성 수지와 상기 열경화성 수지의 질량의 합과 상기 핫멜트 충전 수지의 질량비는 1.5:1~2.5:1이고, 예시적으로 1.5:1, 2:1, 2.5:1이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 도료 조성물에서, 선택적으로 기타 통상적인 도료 첨가제를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 기타 통상적인 도료 첨가제는 상기 도료 조성물 총중량의 0-15%를 차지하고, 보다 바람직하게는 상기 도료 조성물 총중량의 1-10%을 차지하며, 예시적으로 1%, 2%, 2.5%, 3%, 4%, 5%이다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 기타 통상적인 도료 첨가제는 예를 들어 경화제, 분산제, 소포제, 충전제, 가교제, 증점제, 착색제 등으로부터 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 도료 조성물에서, 선택적으로 0.2-1.5%의 분산제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제는 도료 조성물이 안정적인 유탁액으로 형성되도록 비이온성, 음이온성 및 양이온성 분산제 등 중 하나로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 상기 분산제는 아민염(amine salt), 사급암모늄염(quaternary ammonium salt), 피리디늄염(pyridinium salt), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 아크릴레이트(acrylate) 고분자계 분산제 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 도료 조성물에서, 도료 조성물의 결정화 경향 및 용해도를 개선하기 위하여, 선택적으로 1-3%의 충전제를 포함하여 팽창성 코팅층의 유리 전이 온도 및 경도를 향상시키고 팽창 후 코팅층의 수축률을 낮출 수 있다. 바람직하게는, 상기 충전제는 절연성 카본 블랙, 탄산칼슘, 탈크 중 하나, 둘 또는 그 이상으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 도료 조성물은 물을 더 포함한다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 도료 조성물에서 각 성분의 중량 백분율의 합은 100%이다.
본 발명은 또한 열팽창성 미립구 조성물, 수성 열가소성 수지, 수성 열경화성 수지, 핫멜트 충전 수지 및 선택적으로 더 포함될 수 있는 기타 통상적인 도료 첨가제를 상기 배합비에 따라 혼합하는 단계를 포함하는 상기 도료 조성물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 도료 조성물을 매트릭스 본체에 적용한 다음, 매트릭스 본체를 가열하여 열팽창성 코팅층을 얻는 단계를 포함하는 열팽창성 코팅층의 안정성을 향상시키기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 매트릭스 본체는 자성 재료이고, 예를 들어 엔진 제조 생산에 사용되는 모터 자성 시트이며, 바람직하게는 NdFeB 자석이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 적용은 분사 코팅, 롤러 코팅, 브러시 코팅, 도포, 전기 도금, 딥 코팅, 롤 코팅 등과 같은 당업계에 공지된 수단으로부터 상기 도료 조성물을 상기 매트릭스 본체 표면에 적용하는 방법을 선택할 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 방법은 도료 조성물이 적용된 매트릭스 본체를 건조시키거나 건조되도록 하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 열팽창성 코팅층의 드라이 필름 두께는 100-300μm이고, 예시적으로 100μm, 150μm, 200μm, 300μm이다.
본 발명은 또한 코팅층 및 매트릭스 본체를 포함하는 매트릭스를 제공하되, 상기 코팅층은 상기 도료 조성물로부터 제조된다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 코팅층의 두께는 100-300μm이고, 예시적으로 100μm, 150μm, 200μm, 300μm이다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 상기 코팅층은 상기 매트릭스 본체의 표면에 위치한다.
바람직하게는, 상기 매트릭스 본체는 상술한 바와 같은 의미를 가진다.
바람직하게는, 상기 도료 조성물은 상술한 바와 같은 의미를 가진다.
본 발명의 유익한 효과:
(1) 본 발명의 도료 조성물은 열팽창 과정에서 짧은 시간 내에 얇은 쉘의 구체를 신속하게 연화 및 파괴시키고, 유기 용제가 휘발됨에 따라 코팅층 표면 및 내부에서 코팅층 중의 수지 매트릭스와 가교되어 서로 가교된 네트워크 구조가 생성되도록 함으로써 코팅층의 갭 지지를 강화하고 코팅층이 계단식 팽창을 구현하며 팽창 후 일부 고분자 재료는 에어백을 감싸고 경화되어 안정적인 중공 구조를 형성한다. 이로써 팽창된 후의 코팅층이 안정적인 구조, 비교적 높은 열수축 저항성, 비교적 높은 기계적 강도 및 접착력을 가지도록 함으로써, 고온 내성 부품의 고정에 응용될 수 있고 고온 환경(140-180℃)에 장기간 놓여도 접착 안정성을 유지할 수 있다.
(2) 본 발명의 도료 조성물에서 고비등점 용제는 또한 도료 조성물 중 수지의 연화 및 필름 형성 온도를 낮춰 수지의 상용성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이로부터 제조된 열팽창성 코팅층은 열팽창된 후 비교적 높은 열수축 저항성, 비교적 높은 기계적 강도 및 접착력을 가짐으로써, 고온 내성 부품의 고정에 응용될 수 있고 고온 환경(140-180℃)에 장기간 놓여도 접착 안정성을 유지할 수 있다.
(3) 본 발명의 수성의 고온 내성 열팽창성 접착 도료는 용제형 접착제에 의해 발생되는VOC 방출 및 환경적 위험 문제를 감소시킬 수 있다.
(4) 본 발명은 유리 전이 온도가 -20~60℃인 수성 열가소성 수지의 에멀젼 또는 분산물(유동성 액체)을 사용함으로써, 코팅층의 중저온 필름 형성성을 향상시키기에 유리하고, 코팅층이 실온(15-35℃)에서 자가 건조 또는 중저온(35-90℃) 베이킹 조건에서 완전한 코팅층을 형성할 수 있도록 한다. 또한, 150℃에서 96시간 동안 베이킹한 후 황변이 없거나 황변이 약간 발생할 수 있고 인공 시효 내성이 360시간을 초과하며 코팅층 초킹(chalking)이 1등급 이상이다.
(5) 본 발명은 입경이 800메쉬 이상이고 유리 전이 온도가 60℃ 이상이며 130℃ 이상의 고온 가열시 반투명 또는 투명한 용융 상태를 형성할 수 있는 일정한 유동성 및 접착력을 가지는 핫멜트 충전 수지를 소량 첨가함으로써, 상기 수지는 고온에서 성분 간의 상용성을 향상시킬 수 있어, 제조된 코팅층이 중저온에서 건조된 후 충분한 분말도, 균일성 및 치밀성을 가지도록 한다. 또한 150℃ 이상의 고온에서 96시간 이상 베이킹한 후 코팅층의 색상이 기본적으로 노랗게 변하지 않으므로 코팅층의 고온 내성 및 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
(6) 본 발명은 섬유상 또는 박편상 구조를 가지는 무기물(나노 알루미노실리케이트 섬유, 초미세 소성 운모 분말) 또는 고경도의 고온 내성 실리콘계 수지 강화제를 사용함으로써, 코팅 필름이 팽창된 후 수지와 서로 침윤되어 코팅층에서 골격 지지 및 강도 증가 역할을 하여 팽창성 코팅층의 강도 및 수축 저항성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예 7의 코팅층 미팽창 상태의 사진이다(스케일 100μm, 500배 확대).
도 2는 실시예 7의 코팅층 팽창 후 상태의 사진이다(스케일 100μm, 500배 확대).
도 3은 팽창성 코팅층을 가지는 자석이 모터 회전자 툴에 장착된 상태이다.
도면에서: 1, 팽창성 코팅층; 2, 소결 자석; 3, 예비 간극; 4, 모터 툴.
도 4는 실시예 7의 코팅층이 팽창 발포 전, 발포 후의 적외선 스펙트럼 결과를 비교한 것이다.
도 2는 실시예 7의 코팅층 팽창 후 상태의 사진이다(스케일 100μm, 500배 확대).
도 3은 팽창성 코팅층을 가지는 자석이 모터 회전자 툴에 장착된 상태이다.
도면에서: 1, 팽창성 코팅층; 2, 소결 자석; 3, 예비 간극; 4, 모터 툴.
도 4는 실시예 7의 코팅층이 팽창 발포 전, 발포 후의 적외선 스펙트럼 결과를 비교한 것이다.
이하, 본 발명의 기술적 해결수단에 대해 구체적인 실시예를 결부하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 하기 실시예는 단지 본 발명을 예시적으로 설명하고 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 됨을 이해해야 한다. 본 발명의 상기 내용에 기초하여 구현된 모든 기술은 본 발명이 보호하고자 하는 범위 내에 포함된다.
달리 설명되지 않는 한, 아래 실시예에서 사용되는 원료 및 시약은 모두 시판되거나 공지된 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 열팽창성 미립구는 시중에서 구입할 수 있고, 예를 들어 AKZO-Nobel사의 Expancel 시리즈의 920DU80, 920DU20, 909DU80, 920DU40, 461DU40 중 2가지 이상의 조성물로부터 선택될 수 있다.
다음 표는 AKZO-Nobel사의 Expancel 시리즈 중 5가지 열팽창성 미립구의 주요 매개변수를 나타낸다.
실시예 1-5
열팽창성 미립구 조성물에서 팽창성 미립구, 텍사놀 및 무기섬유의 중량비는 8:1.2:0.8, 즉 각 성분의 중량 백분율은 다음과 같다: 팽창성 미립구 8wt%, 텍사놀 1.2wt%, 무기섬유 0.8wt%.
표 1에 나타낸 바와 같은 열팽창성 미립구 조성물은 열팽창성 미립구를 포함한다:
AKZO-Nobel사의 Expancel 시리즈 중에서 열팽창성 미립구의 조합을 달리하여 사용하였고, 모델 920DU80과 461DU40의 미립구를 1:2의 중량비로 균일하게 혼합하였으며, 독일 sympatec사의 BFS-MAGIC 시험을 통해 열팽창성 미립구의 초기 입경이 15.50μm이고, 평균 벽 두께가 2μm이되, 90%의 미립구의 벽 두께가 ≤5μm인 열팽창성 미립구 조성물(실시예 1-5)을 얻었으며;
실시예 1-5에 따른 상기 도료 조성물의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:
먼저 팽창성 미립구, 텍사놀 및 나노 알루미노실리케이트 섬유를 혼합하여 열팽창성 미립구 조성물을 제조한 다음, 저전단 교반 하에 열팽창성 미립구 조성물 및 기타 도료 첨가제(충전제 절연성 카본 블랙, 분산제 에틸렌 글리콜)를 수성 도료 수지에 첨가하였다.
하기 표의 비율에 따라 상기 도료 조성물 샘플 1-5를 구성하였다.
실시예 6-11
본 발명에서, 열팽창성 미립구 조성물 중 팽창성 미립구의 함량, 입경, 벽 두께 및 고비등점 용제의 성분, 함량은 팽창성 코팅층의 성능에 영향을 미치고, 팽창성 미립구, 용제, 무기섬유는 열팽창성 미립구 조성물로서 이의 용량 또한 도료 조성물의 성능에 영향을 미치므로, 상기 도료 조성물로부터 제조된 팽창성 코팅층의 성능에 영향을 미친다.
실시예 6-11은 열팽창성 미립구 조성물의 조성을 조절하여 도료 조성물 샘플 6-11을 제조하였다.
AKZO-Nobel사의 Expancel 시리즈 중에서 열팽창성 미립구의 조합을 달리하여 사용하였고, 모델 920DU80과 461DU40의 미립구를 1:2의 중량비로 혼합하여 열팽창성 미립구의 초기 입경이 15.50μm인 미립구 조성물(실시예 6)을 얻었으며;
모델 920DU80, 920DU20 및 920DU40의 미립구를 1:1:1의 중량비로 혼합하여 열팽창성 미립구의 초기 입경이 13.10μm인 미립구 조성물(실시예 7, 8, 9, 10)을 얻었고;
모델 920DU80, 909DU80 및 920DU40의 미립구를 1:1:1의 중량비로 혼합하여 열팽창성 미립구의 초기 입경이 17.30μm인 미립구 조성물(실시예 11)을 얻었으며;
도료 조성물 샘플 6-11에서, 수성 폴리우레탄 수지 25wt%, 수성 에폭시 수지 35wt%, 폴리우레탄 수지 15wt%, 폴리메틸 메타크릴레이트 10wt%, 수성 실리콘 수지 1wt%, 분산제 에틸렌 글리콜 함량 1wt%, 충전제 절연성 카본 블랙 2wt%, 증점제 아크릴산 0.5wt%, 소포제 폴리디메틸실록산 0.5wt%, 차이점은 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 열팽창성 미립구 조성물의 조성에 있다.
상기 도료 조성물의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:
먼저 팽창성 미립구, 텍사놀 및 나노 알루미노실리케이트 섬유를 혼합하여 열팽창성 미립구 조성물을 제조한 다음, 저전단 교반 하에 열팽창성 미립구 조성물 및 기타 도료 첨가제(충전제 절연성 카본 블랙, 증점제 아크릴산, 소포제 폴리디메틸실록산, 분산제 에틸렌 글리콜)를 수성 도료 수지에 첨가하였다.
비고: [1]열팽창성 미립구의 평균 벽 두께는 일본 히타치사(Hitachi, Ltd.) 주사 전자 현미경(SEM) S-4700으로 측정하여 얻었고, 이는 시각 인터페이스의 모든 미립구(≥20개)의 벽 두께의 평균 값이다.
롤러에 의한 브러시 코팅 방식을 사용하여 실시예 1-11의 도료 조성물 샘플을 자성 시트 표면에 각각 도포하였고, 표면 코팅층을 실온 조건에서 건조 및 경화시켰다. 경화된 후의 코팅층은 일정한 방부 성능을 가지므로 자성 시트의 운송 및 보호에 편리하였다. 자성 시트를 작업장으로 운송한 다음, 예를 들어: 자성 시트를 모터 회전자 장착 현장에 운송하고, 자성 시트 부품을 모터 회전자의 슬롯에 삽입하며, 팽창성 코팅층이 장착된 모터 회전자를 고온 오븐에 넣고, 고온 오븐 내의 온도가 180℃에 도달하도록 하여 10분 동안 가열하면, 자석 표면에 열팽창성 코팅층이 도포되어 열을 받은 후 코팅층이 연화되었다가 팽창되며, 팽창성 미립구가 먼저 열을 받아 팽창된 후 고비등점 용제의 작용으로 인해 팽창성 미립구 쉘이 연화 및 파열되어 코팅층 중의 수지 매트릭스와 가교되어 안정적인 지지를 가지는 코팅층 구조를 형성하였다.
도 1, 도 2에서 알 수 있듯이, 실시예 7의 도료 조성물을 소결 NdFeB 자석 표면에 도포하고 실온에서 경화시킨 후 팽창성 코팅층이 도포된 자석을 얻었으며, 그 결과는 도 1에 도시된 바와 같다. 또한, 팽창성 코팅층이 도포된 자석을 190℃에서 10분 동안 고온 가열하여 코팅층이 팽창되어 서로 가교된 코팅층 구조를 얻었다(도 2 참조).
도 3에 도시된 바와 같이, 1은 팽창성 코팅층, 2는 소결 자석, 3은 모터 장착 예비 간극, 4는 모터 툴이다. 팽창성 코팅층(1)을 갖는 소결 자석(2)(여기서, 소결 자석의 크기는 40mm×15mm×5mm)을 모터 툴(4)에 장착하였고, 모터 장착을 위한 예비 간극은 250μm이며, 팽창성 코팅층 단면 두께는 110μm이고, 팽창 온도에서 장착하였다. 코팅층이 열을 받아 팽창되어 모터 예비 간극을 채우고 자석을 모터 툴에 밀착 고정시켰다. 이 상태에서, 모터 툴의 상온 및 170℃ 고온에서 자석의 접착 추력을 검출하였다.
도 4는 실시예 7의 코팅층이 팽창 발포 전, 발포 후의 적외선 스펙트럼 특성화 결과로, 도면에서 알 수 있듯이: 코팅층이 팽창된 후 파장 1016.36cm-1 및 파장 725.74cm-1에서의 특징적 피크의 피크 강도가 현저히 증가되었는데, 이는 코팅층이 고온 팽창 과정에서 코팅층 내의 수지가 다시 반응하여 가교 형태의 코팅층 구조를 형성함으로써 코팅층 구조가 안정적인 지지를 가지로록 하였다.
표 3의 결과에서 수성 열가소성 수지와 수성 열경화성 수지 및/또는 수성 열가소성 수지와 수성 열경화성 수지의 총질량과 핫멜트 수지의 용량비를 달리하면 코팅층의 경화된 후의 접착 추력에 영향을 미치는 것을 알 수 있으므로, 본 발명은 상기 수지의 용량비를 합리적으로 최적화하여 수성 열가소성 수지와 수성 열경화성 수지의 용량비가 1:1~1:2이고, 수성 열가소성 수지와 수성 열경화성 수지의 총량과 핫멜트 수지의 용량비가 1.5:1~2.5:1의 범위 내일 때 코팅층의 실온 접착 추력을 향상시키고 특히 고온 팽창 후 코팅층의 접착 추력을 향상시킬 수 있음으로써 고온 작업 조건에서 모터의 사용 요구사항을 충족시킬 수 있음을 우연히 발견하였다.
샘플 6-11의 성능 테스트 결과는 열팽창성 미립구 조성물에서 팽창성 미립구, 용제 및 무기섬유의 용량비를 달리하면 고온 팽창 후 코팅층의 접착 추력에 영향을 미친다는 것을 보여주었다.
이상, 본 발명의 실시양태에 대해 설명하였다. 다만, 본 발명은 상기 실시양태에 한정되지 않는다. 본 발명의 사상 및 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 동등한 교체, 개선 등은 본 발명의 보호범위 내에 포함되어야 한다.
Claims (10)
- 도료 조성물로서,
상기 도료 조성물은 적어도 60%의 미립구의 벽 두께가 ≤5μm인 열팽창성 미립구 조성물을 포함하고,
바람직하게는, 상기 조성물에서, 상기 열팽창성 미립구 조성물의 중량 백분율은 20%를 초과하지 않으며,
바람직하게는, 상기 열팽창성 미립구의 초기 열팽창 온도 T1은 100℃≤T1≤200℃이고,
바람직하게는, 상기 열팽창성 미립구의 최고 내열 온도 T2는 145℃≤T2≤215℃이며,
바람직하게는, 입경이 8μm≤D≤20μm인 열팽창성 미립구의 중량 비율은 상기 열팽창성 미립구 총중량의 60% 이상이고,
바람직하게는, 입경이 10μm≤D≤15μm인 열팽창성 미립구의 중량 비율은 상기 열팽창성 미립구 총중량의 50% 이상이며,
바람직하게는, 상기 열팽창성 미립구는 열가소성 폴리머 쉘 및 상기 열가소성 폴리머 쉘에 의해 봉입된 액체 알칸을 포함하고,
바람직하게는, 상기 액체 알칸은 에탄(ethane), 프로판(propane), 이소부탄(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane) 중 하나, 둘 또는 그 이상으로부터 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 도료 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 열팽창성 미립구 조성물은 선택적으로 용제를 더 포함할 수 있고, 상기 용제는 적어도 하나의 비등점이 220℃ 이상인 유기 용제를 포함하며, 예를 들어 상기 비등점이 220℃ 이상인 유기 용제는 텍사놀(texanol)로부터 선택될 수 있고,
바람직하게는, 상기 열팽창성 미립구와 상기 용제의 중량비는 (4-40):1이며,
바람직하게는, 상기 열팽창성 미립구 조성물은 선택적으로 무기섬유를 더 포함할 수 있고, 바람직하게는, 상기 무기섬유는 나노 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 섬유, 탄소 섬유 및 붕소 섬유 등 중 하나, 둘 또는 그 이상으로부터 선택될 수 있으며,
바람직하게는, 상기 무기섬유와 상기 용제의 중량비는 (0-2):1이고,
바람직하게는, 상기 열팽창성 미립구 조성물의 팽창률은 150-300%인 것을 특징으로 하는 도료 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 도료 조성물은 수성 열가소성 수지를 더 포함하고, 바람직하게는, 상기 조성물에서, 상기 수성 열가소성 수지의 중량 백분율은 10-30%일 수 있으며,
바람직하게는, 상기 수성 열가소성 수지는 수성 아크릴 수지(acrylic resin) 및 폴리우레탄 수지(polyurethane resin) 중 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 도료 조성물. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도료 조성물은 수성 열경화성 수지를 더 포함하고,
바람직하게는, 상기 조성물에서, 상기 수성 열경화성 수지의 중량 백분율은 10-40%일 수 있으며,
바람직하게는, 상기 수성 열경화성 수지는 수성 에폭시 수지(epoxy resin) 및 하이드록시아크릴 수지(hydroxy acrylic resin) 중 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 도료 조성물. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도료 조성물은 핫멜트 충전 수지를 더 포함하고,
바람직하게는, 상기 조성물에서, 상기 핫멜트 충전 수지의 중량 백분율은 10-35%일 수 있으며,
바람직하게는, 상기 핫멜트 충전 수지는 변성 염소화 폴리염화비닐(chlorinated polyvinyl chloride), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 폴리우레탄, 폴리아미드(polyamide), 폴리에테르술폰(polyether sulfone), 에폭시 및 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 중 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 도료 조성물. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수성 열가소성 수지와 상기 수성 열경화성 수지의 용량비는 1:1~1:2이고,
바람직하게는, 상기 열가소성 수지와 상기 열경화성 수지의 질량의 합과 상기 핫멜트 충전 수지의 질량비는 1.5:1~2.5:1인 것을 특징으로 하는 도료 조성물. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도료 조성물은 선택적으로 기타 통상적인 도료 첨가제를 더 포함할 수 있고,
바람직하게는, 상기 기타 통상적인 도료 첨가제는 상기 도료 조성물 총중량의 0-15%를 차지하며,
바람직하게는, 상기 기타 통상적인 도료 첨가제는 예를 들어 경화제, 분산제, 소포제, 충전제, 가교제, 증점제, 착색제 등으로부터 선택될 수 있고,
바람직하게는, 상기 도료 조성물은 물을 더 포함하며,
바람직하게는, 상기 도료 조성물에서 각 성분의 중량 백분율의 합은 100%인 것을 특징으로 하는 도료 조성물. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 도료 조성물의 제조 방법으로서,
열팽창성 미립구 조성물, 수성 열가소성 수지, 수성 열경화성 수지, 핫멜트 충전 수지 및 선택적으로 더 포함될 수 있는 기타 통상적인 도료 첨가제를 상기 배합비에 따라 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 조성물의 제조 방법. - 열팽창성 코팅층의 안정성을 향상시키기 위한 방법으로서,
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 도료 조성물 및/또는 제8항에 따른 제조 방법으로 제조된 도료 조성물을 매트릭스 본체에 적용한 다음, 매트릭스 본체를 가열하여 열팽창성 코팅층을 얻는 단계를 포함하고,
바람직하게는, 상기 매트릭스 본체는 자성 재료이며,
바람직하게는, 상기 열팽창성 코팅층의 드라이 필름 두께는 100-300μm인 열팽창성 코팅층의 안정성을 향상시키기 위한 방법. - 매트릭스로서,
상기 매트릭스는 코팅층 및 매트릭스 본체를 포함하되, 상기 코팅층은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 도료 조성물 및/또는 제8항에 따른 제조 방법에 따라 제조된 도료 조성물로부터 제조되고,
바람직하게는, 상기 코팅층의 두께는 100-300μm이며, 예시적으로 100μm, 150μm, 200μm, 300μm이고,
바람직하게는, 상기 코팅층은 상기 매트릭스 본체의 표면에 위치하는 매트릭스.
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