KR20130082191A

KR20130082191A - 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20130082191A
Application number: KR1020120003237A
Authority: KR
Inventors: 이대은
Original assignee: 조광페인트주식회사
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-19
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: KR101477852B1

Abstract

본 발명은 알루미늄으로 제조된 자동차 루프랙에 도장된 후, 부착성, 내식성, 내후성 및 내화학적 물성이 우수하고, 인체에 무해하여 친환경적이며, 도장이나 경화작업시의 작업성 및 생산성이 우수한 효과가 있다. 이를 위해, 특히 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여, 에폭시 당량이 50 내지 200 g/eq인 제1경화제 및 에폭시 당량이 300 내지 1000 g/eq인 제2경화제가 혼합된 경화제 10 내지 40중량부; 경화촉진제 0.1 내지 10중량부; 및 내후성 메탈릭안료 1 내지 10중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물 및 그의 제조방법이 개시된다.

Description

자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물 및 그의 제조방법{Thermosetling powder coating composition for roof rack of automobile and method of manufacturing the same}

본 발명은 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다가 산과 다가 알코올을 합성하여 만들어지는 고내후성 폴리에스터 수지와 폴리에스터 경화제를 분산 반응시켜 기본 베이스(base) 도료를 제조한 후, 내후성 메탈릭안료와 일정 비율로 혼합하여 만들어지는 고내후성 1-코트(coat) 메탈릭 분체도료 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄으로 제조된 자동차 루프랙(roof rack)의 부식방지 등을 위한 보호 코팅제로서는, 액상 3-코트 시스템용 도료(상도:분체도료, 중도:액상 메탈릭도료, 상도:액상 투명도료) 또는 분체 1-코트 도료(메탈릭 칼라가 아닌 솔리드 칼라)가 널리 사용되고 있다.

한편, 분체 1-코트 도료는 인체에 무해하며, 도장작업시 VOCs(휘발성 유기화합물)의 발생이 없는 친환경 도료로 사용되고 있으나, 이러한 분체 1-코트 도료로는 메탈릭 칼라를 구현할 수 없을 뿐만 아니라 이 도료를 피도물(roof rack)에 도장하여 경화시킨 도막은 내후성(일정기간 외부 폭로 후에도 도막의 광택과 색상을 유지하는 성질)에서 만족할만한 수준의 결과를 얻을 수 없는 문제가 있었다.

그리고, 기존의 분체 1-코트 메탈릭 도료로는 내후성이 떨어지기 때문에 외부용으로는 사용할 수 없었고 내부용으로만 사용되었다. 만약 외부용으로 사용하려면 분체 1-코트 메탈릭 도료 위에 투명 도료를 다시 도장하는 2-코트 시스템을 이용해야 하는 문제가 있었다.

일반 메탈릭 분체도료(standard metallic powder coating)는 일반 분체도료에 메탈릭 안료를 추가한 분체도료로서, 1차로 투명이나 유색의 베이스 도료를 제조한 후, 2차로 메탈 안료를 드라이 블렌딩(dry blending)으로 혼합하여 메탈릭감을 나타내는 도료이다. 이러한 일반 메탈릭 분체도료에 사용되는 메탈릭 안료들은 수분, 염분, 화학물질(산, 알칼리) 등에 접촉시 산화반응에 의해 메탈릭 색상이 변색되는 문제가 있기 때문에 외부에 사용하기에는 부적당하므로, 일반 메탈릭 분체도료 도막의 미려한 외관을 지속적으로 유지하기 위해서는 액상이나 분체 투명 도료로 2차 도장을 해야 하는 단점이 있다.

또한, 액상 3-코트 시스템용 도료는 도막의 물성이나 내후성 측면에서 분체 1-코트 도료에 비해 뛰어나기 때문에 현재까지 상업적으로 가장 널리 사용되고 있으나, 액상 3-코트 시스템용 도료는 VOCs(휘발성 유기화합물)를 함유한 도료로서 인체에 유해할 뿐 아니라, 도장이나 경화 작업시 피도물인 루프랙에 3번의 코팅과 2번의 베이킹(baking)을 해야 하기 때문에 작업시간이 오래 걸리고, 열, 전기에너지 및 인력의 소모가 많아 작업성 및 생산성이 떨어지며, 루프랙의 제조단가가 상승하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자동차 루프랙에 도장된 후, 부착성, 내식성, 내후성 및 내화학적 물성이 우수하고, 인체에 무해하여 친환경적이며, 도장이나 경화작업시의 작업성 및 생산성이 우수한 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

또한, 고내후성 폴리에스터 수지(superdurable polyester) 및 일반 메탈릭 안료의 화학적 물성(내수성, 내알칼리성, 내산성)과 내후성을 개선한 것으로서 메탈릭(알루미늄 코어)을 무기 실리카(inorganic)와 유기폴리머(organic polymer)로 2차 코팅한 내후성 메탈릭안료를 사용하여 2차 도장 없이도 1-코트로서 외부에 사용할 수 있는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여, 에폭시 당량이 50 내지 200 g/eq인 제1경화제 및 에폭시 당량이 300 내지 1000 g/eq인 제2경화제가 혼합된 경화제 10 내지 40중량부; 경화촉진제 0.1 내지 10중량부; 및 내후성 메탈릭안료 1 내지 10중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물을 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 고내후성 폴리에스터 수지는, 산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1폴리에스터 수지인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 고내후성 폴리에스터 수지는, 산가가 41 내지 50 mgKOH/g인 제2폴리에스터 수지를 더 포함하고, 제1폴리에스터 수지와 제2폴리에스터 수지는 1~9:1의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제1경화제 및 제2경화제는, 혼합되는 중량비가 1:2~20인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제1경화제 및 제2경화제는, 지방족 에폭시(Aliphatic epoxy), 방향족 에폭시(Aromatic epoxy), 하이드록시알킬 아미드(Hydroxyalkyl amide), 하드록시 메타 아크릴레이트(Hydroxy meta acrylate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 경화촉진제는, 안티몬계, 게르마늄계, 티탄계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 내후성 메탈릭안료로는, 실리카로 코팅된 알루미늄(Silica-coated Aluminium), 유기폴리머로 코팅된 알루미늄(Organic polymer coated Aluminium) 및 졸-겔 실리카로 코팅된 알루미늄(Sol-gel silica coated Aluminium) 중 적어도 어느 하나가 사용되거나, 또는 무기 졸-겔 실리카 코팅(Inorganic sol-gel silica coating)과 유기 폴리머 코팅(Organic polymer coating)의 더블 코팅된 알루미늄 피그먼트(Double coated Aluminium pigment)가 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물은, 5 내지 50중량부의 무기충진제;를 더 포함하고, 무기충진제는 바륨설페이트, 탄산칼슘, 실리카, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미나, 크레이, 운모, 알루미나, 월라스토나이트, 탈크 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물은, 0.5 내지 5중량부의 UV안정제;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물은, 0.1 내지 15중량부의 첨가제;를 더 포함하고, 첨가제는 유색안료, 분산제, 웨팅제, 접착력 향상제, 광택조절제 및 핀홀 방지제, 경도 향상제 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서, 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여, 에폭시 당량이 50 내지 200 g/eq인 제1경화제 1 내지 10중량부, 에폭시 당량이 300 내지 1000 g/eq인 제2경화제 10 내지 30중량부, 경화촉진제 0.1 내지 10중량부 및 내후성 메탈릭안료 1 내지 10중량부를 예비 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 예비혼합단계; 예비혼합단계에서 제조된 제1혼합물을 70 내지 130℃의 온도에서 용융분산시켜 칩 형태로 제조하는 칩제조단계; 칩제조단계에서 제조된 칩을 분쇄하여 평균 크기가 30 내지 50㎛인 도료입자를 제조하는 도료입자제조단계; 제조된 도료입자를 100 내지 200㎛ 크기의 통기구멍을 갖는 여과체로 여과하여 베이스도료를 제조하는 여과단계; 제조된 베이스도료에 상기 메탈릭안료 1 내지 10중량부를 추가로 혼합하여 메탈릭도료를 제조하는 메탈릭안료혼합단계; 및 제조된 메탈릭도료를 100 내지 200㎛ 크기의 통기구멍을 갖는 여과체로 재여과하는 재여과단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물의 제조방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 예비혼합단계에서, 고내후성 폴리에스터 수지는, 산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1폴리에스터 수지인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 예비혼합단계에서, 고내후성 폴리에스터 수지는, 산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1폴리에스터 수지와, 산가가 41 내지 50 mgKOH/g인 제2폴리에스터 수지로 구성되고, 제1폴리에스터 수지와 제2폴리에스터 수지는 1~9:1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 예비혼합단계에서, 5 내지 50중량부의 무기충진제, 0.5 내지 5중량부의 UV안정제 및 0.1 내지 15중량부의 첨가제 중 적어도 어느 하나가 더 예비 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 본 발명은 첫째, 알루미늄으로 제조된 자동차 루프랙에 도장된 후, 부착성, 내식성, 내후성 및 내화학적 물성이 우수하고, 인체에 무해하여 친환경적이며, 도장이나 경화작업시의 작업성 및 생산성이 우수한 효과가 있다.

둘째, 종래의 일반 외장재 도장용 분체도료에 사용되는 폴리에스터 수지보다 내후성이 월등히 뛰어난 고내후성 폴리에스터 수지를 사용함으로써 내후성이 우수한 효과가 있다.

셋째, 종래의 메탈릭안료 대신에 내구성이 뛰어난 고내후성 메탈릭안료를 사용함으로써, 자동차 루프랙의 내구연한에 맞추어 경화도막을 형성하거나 상도로 투명도장을 하지 않아도 되는 1-코트 시스템의 특성에 맞는 효과가 있다.

넷째, 분체도료의 경화속도, 점도, 입자크기, 유동성 등을 조절할 수 있는 다양한 첨가제를 혼합하여 도장 작업성이 좋도록 하는 것은 물론 자동차 루프랙의 구석진 곳에 용융된 도료가 완벽하게 침투되어 소지의 노출을 방지할 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 1-코트 시스템으로도 3-코트 시스템의 메탈릭 질감을 나타내고, 뛰어난 은폐력을 구현할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<분체도료 조성물>

자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물(이하, '분체도료 조성물'이라 함)은 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여, 에폭시 당량이 50 내지 200 g/eq인 제1경화제 및 에폭시 당량이 300 내지 1000 g/eq인 제2경화제가 혼합된 경화제 10 내지 40중량부, 경화촉진제 0.1 내지 10중량부 및 메탈릭안료 1 내지 10중량부를 포함하여 이루어진다. 여기서, 고내후성 폴리에스터 수지는 산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1폴리에스터 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명인 분체도료 조성물에서는 고내후성 폴리에스터 수지를 사용하며, 이와 같이 고내후성 폴리에스터 수지를 사용함으로써 일반적으로 사용되고 있는 일반 폴리에스터 수지보다 월등히 뛰어난 내후성을 얻을 수 있다. 폴리에스터 수지는 산(acid)과 알코올의 반응으로 만들어지는데, 이때 일반 폴리에스터 수지에 사용되는 산은 TPA(Teraphthalic Acid)가 주성분이지만, 고내후성 폴리에서터 수지에 사용되는 산은 IPA(Isophthalic Acid)가 주성분인 차이가 있다.

한편, 고내후성 폴리에스터 수지는 산가가 41 내지 50 mgKOH/g인 제2폴리에스터 수지를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1폴리에스터 수지 및 제2폴리에스터 수지는 1~9:1의 중량비로 혼합될 수 있으며, 바람직하게는 5~9:1의 중량비로 혼합되어 사용될 수 있다. 이와 같이 제1폴리에스터 수지와 제2폴리에스터 수지를 혼합사용함으로써, 도막의 외관 저하를 방지하고, 도장 후 건조로에서의 흐름성 및 웨팅(wetting)성을 주고, 생산성을 높이며, 기타 도막의 물성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

폴리에스터란 에스터기가 연결기가 된 고분자의 총칭이다. 에스터란 알코올 또는 페놀이 유기산 또는 무기산과 반응하여 물을 잃고 축합반응하여 생긴 화합물의 총칭이다(에스테르란 산과 알코올로 된 것을 말하고, 산과 알코올이 2관능성 이상이면 고분자화 된다. 이것을 폴리에스테르(polyester)라 한다. 폴리에스테르가 되기 위한 반응은 축합반응이다. 에스테르는 카르록실산과 알코올을 가열반응시켜 얻을 수 있다)

[화학식 1]

유기산의 관능기는 카르복실기(-COOH)이고 알코올의 관능기는 히드록시기(-OH)이다. 산이 H⁺이온을 유지함으로써 산으로서의 성상을 나타내는 것이며, 1분자중에 유기산의 이온(H⁺이온) 1개를 함유한 산을 1염기산, 2개 함유한 것을 2염기산이라고 하며, 2염기산 이상을 다염기산이라 한다. 또한 알코올성 수산기 1개를 가진 것을 1가알콜, 2개이면 2가알콜(polyol)이라 한다. 유기산에는 카르복실산이 대표적이며, 좁은 의미로서 에스터라 할 때에는 카르복실산 에스터만을 의미한다. 폴리에스테르화(Polyesterification)는 단순한 에스터화 반응(Esterification)의 연속이다.

[화학식 2]

폴리에스터 분체도료는 폴리에스터 수지와 폴리에스터 경화제의 반응에 의해서 만들어진다.

본 발명인 분체도료 조성물에서 제1경화제및 제2경화제는 지방족 에폭시(Aliphatic epoxy), 방향족 에폭시(Aromatic epoxy), 하이드록시알킬 아미드(Hydroxyalkyl amide(또는 Primid); HAA), 하드록시 메타 아크릴레이트(Hydroxy meta acrylate; HMA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 여기서, 지방족 에폭시로는 트리글리시딜 이소시아누레이트(Triglycidyl isocyanurate; TGIC)가 사용될 수 있다. 경화제는 고내후성 폴리에스터 수지를 경화시키기 위해 사용되며, 본 발명인 분체도료 조성물에서의 경화제로는 에폭시 당량이 50 내지 200g/eq인 제1경화제와 에폭시 당량이 300 내지 1000g/eq인 제2경화제를 혼합사용한다. 여기서, 제1경화제로는 지방족 에폭시가 사용될 수 있으며, 제2경화제로는 방향족 에폭시가 사용될 수 있다. 한편, 제1경화제와 제2경화제는 1:2~20의 중량비, 바람직하게는 1:4~9의 중량비로 혼합사용되는 것이 바람직하다. 이는 제1경화제와 제2경화제가 혼합되는 중량비가 1:20을 초과하면 도막의 기계적, 화학적 물성이 저하되고, 1:2 미만이면 생산성, 작업성이 저하되는 문제가 생기기 때문이다.

또한, 경화제는 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부를 기준으로, 10 내지 40중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 경화제가 10중량부 미만이면 미경화의 문제가 발생하고, 40중량부를 초과하면 도막의 물성이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.

이와 같은 경화제의 사용으로 피도물인 자동차 루프랙과의 부착력, 내후성, 내염수분무성, 경도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

폴리에스터와 지방족 에폭시(특히, TGIC)와의 반응식은 아래 [화학식 3]과 같다.

[화학식 3]

또한, 폴리에스터와 방향족 에폭시와의 반응식은 아래 [화학식 4]와 같다.

[화학식 4]

한편, 폴리에스터와 하이드록시알킬 아미드(또는 프리미드)와의 반응식은 아래 [화학식 5]와 같다.

[화학식 5]

분체도료 조성물은 5 내지 50중량부의 무기충진제를 더 포함할 수 있고, 본 발명인 분체도료 조성물에서 사용되는 무기충진제로는 바륨설페이트, 탄산칼슘, 실리카, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미나, 크레이, 운모, 알루미나, 월라스토나이트, 탈크 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 한편, 무기충진제는 입경의 크기가 0.1 내지 10㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 무기충진제 입경의 크기가 0.1㎛ 미만이면 분체도료 조성물 제조시의 혼합과정에서 응집이 발생되어 분산성이 나빠지는 문제가 있고, 10㎛를 초과하면 도막의 외관 및 물성이 저하되기 때문이다.

한편, 무기충진제는 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부를 기준으로 5 내지 50중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 이는 무기충진제가 5중량부 미만으로 포함되면 도막의 흐름(sagging) 현상이 발생하여 은폐력이 저하되는 문제가 발생하고, 50 중량부를 초과하면 상대적으로 고내후성 폴리에스터 수지 성분의 함량이 줄어들어 도막의 물성이 크게 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.

경화촉진제는 고내후성 폴리에스터 수지의 경화를 촉진시키기 위해 사용되며, 말단에 경화를 촉진시키는 효과가 있는 말단기가 함유된 것을 사용한다.

경화촉진제는 안티몬계, 게르마늄계, 티탄계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 대표적으로 벤졸 퍼옥사이드(Benzoyl Peroxide; B.P.O)를 사용할 수 있다. 이는 경화촉진제는 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대해 0.1내지 10중량부로 사용한다. 만약 경화촉진제의 함량이 0.1중량부 미만이면 경화시간이 길어져 도료의 경화성 및 도막 외관에 문제를 야기할 수 있으며, 10중량부를 초과하면 경화시간은 줄일 수 있으나, 도막 외관의 레벨링(levelling) 및 코너 도장시의 침투성이 나빠지는 문제가 발생하기 때문이다.

본 발명인 분체도료 조성물에서는 내후성 메탈릭안료가 사용된다. 이러한 내후성 메탈릭안료는 일반 메탈릭 안료와는 많은 차이점을 가지고 있다. 일반적인 메탈릭 안료들은 수분, 염분, 화학물질(산, 알칼리 등) 들과 접촉시에 산화반응이 일어나고, 이러한 산화반응에 의해 변색이 되는 문제가 있다. 따라서 외장재에 일반 메탈릭 안료를 사용한 도료를 도장한 경우, 외관을 지속적으로 유지하기 위해서는 투명 도료로 상도 도장을 하여야만 한다. 하지만 본 발명에서의 내후성 메탈릭안료는 일반 메탈릭 안료의 단점인 내후성(내약품성, 내수성 등)을 개선한 것으로서, 내후성 메탈릭안료를 사용한 도료는 투명 도료로 상도 도장을 하지 않아도 되는 장점을 가지게 된다.

이러한 내후성 메탈릭안료로는 실리카로 코팅된 알루미늄(Silica-coated Aluminium), 유기폴리머로 코팅된 알루미늄(Organic polymer coated Aluminium), 졸-겔 실리카로 코팅된 알루미늄(Sol-gel silica coated Aluminium) 등이 사용될 수 있으며, 무기 졸-겔 실리카 코팅(Inorganic sol-gel silica coating)과 유기 폴리머 코팅(Organic polymer coating)의 더블 코팅된 알루미늄 피그먼트(Double coated Aluminium pigment)를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 내후성 메탈릭안료는 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부를 기준으로, 1 내지 10중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 내후성 메탈릭안료가 1중량부 미만이면 은폐력 및 메탈릭 질감이 떨어지고, 10중량부를 초과하면 도막의 외관이 나빠질 뿐만 아니라 도장 작업성이 떨어지기 때문이다.

한편, 분체도료 조성물은 5 내지 50중량부의 무기충진제를 더 포함할 수 있고, 여기서, 무기충진제로는 바륨설페이트, 탄산칼슘, 실리카, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미나, 크레이, 운모, 알루미나, 월라스토나이트, 탈크 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

또한, 분체도료 조성물은 0.5 내지 5중량부의 UV안정제를 더 포함할 수 있다. UV안정제는 본 발명인 분체도료 조성물로 도장된 피도물인 루프랙이 외부에 노출시 내후성을 향상시키기 위해 사용된다. 본 발명에서 사용되는 UV안정제로는 하이드록시페놀 벤조트리아졸 류의 자외선 흡수제(UV absorber of hydroxyphenyl benzotriazole class)와 힌다드 아민계 광안정제(Hindered Amine Light Stabilizer; HALS)이며, 한 종류를 사용하는 것 보다는 두 종류를 혼합하여 사용하는 것이 효과적이다.

상기 UV안정제는 사용하고자 하는 용도에 따라 적절히 사용하며, 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여 0.5내지 5%중량부로 사용한다.

UV안정제의 함량이 상기 범위 미만이면 첨가제 사용에 따른 적절한 효과를 얻을 수 없고, 상기 범위를 초과 하더라도 효과상의 증가가 없어 비 경제적이며, 경우에 따라 생산성 저하 및 도막외관에 문제를 발생시킬 수 있다.

아울러, 분체도료 조성물은 0.1 내지 15중량부의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 도막에 조그만 분화구 모양의 구멍이 나타나는 분화구(catering) 현상, 핀홀(pinhole)방지, 흐름성 조절 등의 목적을 위해 적절히 선택될 수 있으며, 여러 가지 목적을 위해 다양한 첨가제들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도막에 색상을 부여하는 유색안료, 수지와 안료의 분산효과를 높이기 위한 분산제, 도막의 광택을 조절하는 광택조절제, 도료 용융시의 흐름방지, 도료 분말의 유동성 개선을 위한 친수성 및 소수성계의 흄드 실리카, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리아미드 왁스(wax), 아크릴계 첨가제, 기타 열가소성 수지 등이 사용될 수 있다. 여기서, 유색안료로는 시아닌 그린, 시아닌 블루 등의 유기안료 또는 티타늄 디옥사이드, 카본블랙, 산황철적, 산화철황 등의 무기안료를 선택적으로 사용할 수 있다.

첨가제는 고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 15중량부의 비율로 포함될 수 있다. 이는 첨가제의 함량이 0.1중량부 미만이면, 첨가제 사용에 따른 적절한 효과를 얻을 수 없고, 15중량부를 초과하더라도 효과상의 증가가 없어 비경제적이며, 경우에 따라서는 생산성 저하 및 도막 외관에 문제를 발생시키기 때문이다.

<분체도료 조성물의 제조방법>

분체도료 조성물은 아래의 방법에 의해 제조되며, 이하 분체도료 조성물의 제조방법에 대해 상세히 설명하되, 상기 분체도료 조성물에 대한 상세한 설명에서 중복되는 내용은 이를 생략한다.

1. 예비혼합단계( S100 )

고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여, 에폭시 당량이 50 내지 200 g/eq인 제1 폴리에스터 경화제 1 내지 10중량부, 에폭시 당량이 300 내지 1000 g/eq인 제2 폴리에스터 경화제 10 내지 30중량부, 경화촉진제 0.1 내지 10중량부 및 메탈릭안료 1 내지 10중량부를 예비 혼합하여 제1혼합물을 제조한다.

여기서, 고내후성 폴리에스터 수지로는 산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1 폴리에스터 수지를 사용할 수 있다. 또한, 고내후성 폴리에스터 수지는 산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1 폴리에스터 수지와 산가가 41 내지 50 mgKOH/g인 제2 폴리에스터 수지를 혼합하여 사용할 수도 있으며, 이때, 제1 폴리에스터 수지와 상기 제2 폴리에스터 수지는 1~9:1의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.

예비혼합단계(S100)는 각 구성성분을 전자저울 등으로 계량(weighing)하여 예비혼합기(premixer)에 투입하는 방법에 의해 이루어진다.

한편, 예비혼합단계(S100)에서의 제1혼합물에는 5 내지 50중량부의 무기충진제, 0.5 내지 5중량부의 UV안정제 및 0.1 내지 15중량부의 첨가제 중 적어도 어느 하나가 더 예비 혼합될 수 있다.

2. 칩제조단계( S200 )

예비혼합단계(S100)에서 제조된 제1혼합물을 70 내지 130℃의 온도에서 용융분산시켜 칩 형태로 제조한다. 이때 제1혼합물은 용융분산기(single screw or twin screw extruder)를 이용하여 용융분산될 수 있으며, 제조되는 칩의 두께는 분쇄에 문제가 되지 않을 정도로 하는 것이 바람직하다.

3. 도료입자제조단계( S300 )

칩제조단계(S200)에서 제조된 칩을 분쇄하여 분체도료의 평균 입자 크기가 30 내지 50㎛인 도료입자를 제조한다. 이때, 칩은 고속 그라인더(grinder)를 이용하여 분쇄될 수 있다.

4. 여과단계( S400 )

도료입자제조단계(S300)에서 제조된 도료입자를 100 내지 200㎛ 크기의 통기구멍을 갖는 여과체(sieve)로 여과하여 베이스도료를 제조한다.

5. 메탈릭안료혼합단계( S500 )

여과단계(S400)에서 제조된 베이스도료에 내후성 메탈릭안료 1 내지 10중량부를 추가로 혼합하여 메탈릭도료를 제조한다. 이때, 베이스도료와 내후성 메탈릭안료는 혼합기(mixer)를 이용하여 혼합할 수 있다.

6. 재여과단계( S600 )

메탈릭안료혼합단계(S500)에서 제조된 메탈릭도료를 100 내지 200㎛ 크기의 통기구멍을 갖는 여과체로 재여과한다. 아울러, 재여과단계(S600)는 재여과된 분체도료 조성물을 최종 검사후, 포장하여 분체도료 조성물을 완성하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제조방법으로 제조된 분체도료 조성물은 유리전이온도(Tg)가 40 내지 70℃, 바람직하게는 45 내지 55℃를 가진다. 이는 40℃ 미만이면 유리전이온도가 낮으면 흐름성은 좋아지나, 저장성이 저하되는 문제질 수 있으며, 유리전이온도가 70℃를 초과하면, 저장성은 좋아지나 도료의 피도물에 대한 웨팅이 좋지 않아 평활성(levelling)이 나빠지기 때문에 도막의 유리전이온도의 제어는 매우 중요하다.

또한, 분체도료 조성물의 겔화시간(gel time, 고화시간)은 100 내지 400초, 바람직하게는 150 내지 300초를 가진다. 이는 겔화시간이 100초 미만이면 경화조건은 유리해지나 도료의 웨팅성이 나빠져 외관불량 및 코너 침투 도장성이 나빠지는 문제가 있으며, 겔화시간이 400초를 초과하면, 웨팅성은 좋아지나, 빠른 도장 라인에서 미경화될 수 있는 문제가 있다.

아울러, 분체도료 조성물의 최저 용융점도는 50 내지 100 포이즈(poise)를 가진다. 이는 최저 용융점도가 50포이즈 미만이면, 도료의 맺힘(sagging) 현상이 발생할 수 있으며, 100포이즈를 초과하면, 피도물인 루프랙에 대한 코터 침투 도장성이 나빠지기 때문이다.

본 발명의 분체도료 조성물은 상기 범위의 유리전이온도, 겔화시간, 최저 용융점도를 가지며, 도장라인에서 루프랙에 도장시 도막의 흐름성, 웨팅성, 경화성이 도장작업에 적절할 뿐만 아니라 양호한 저장성을 나타내게 된다.

한편, 이와 같이 제조된 분체도료 조성물은 피도물를 전처리하는 단계, 전처리된 피도물(roof rack)에 정전스프레이 도장하는 단계, 열풍건조로(OVEN)을 이용해서 경화시키는 단계 및 피도물를 냉각시키는 단계를 거쳐 자동차 루프랙에 도장될 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면,

먼저, 도막을 형성하고자 하는 피도물인 루프랙을 표면처리하거나, 크로메이트, 인산 등의 약품으로 전처리하여 이후 형성되는 도막의 부착성을 증가시킨다.

다음으로, 전처리된 루프랙을 수직방향으로 콘베이어에 로딩한 후, 지면과 수평방향으로 이동 및 진행시키면서 정전 스프레이 건을 이용하여 루프랙의 앞면과 뒷면을 도장한다.

다음으로, 열풍건조로를 이용하여 건조시킨다. 한편, 건조로의 온도는 200 내지 230℃로 셋팅하며, 이때 루프랙이 직접 받는 열은 200 내지 230℃의 온도로 10분 이상 지속되는 것이 바람직하다.

마지막으로, 건조로를 통과한 피도물은 자연냉각이나 강제 냉각의 방법으로 냉각시킬 수 있다.

한편, 이와 같은 도장 공정을 통해 알루미늄으로 된 자동차 루프랙에 도막이 형성되게 된다. 한편, 도장 공정은 피도물인 루프랙의 사용목적, 종류, 도장 조건 등을 고려하여 도장될 도료의 종류, 도장 방법 및 건조 방법 등이 적절하게 결정될 수 있다.

<실험결과>

1. 분체도료 조성물의 제조

하기 [표1]의 조성으로 분체도료 조성물을 제조하였다.

먼저, [표1]에 기재된 배합비가 되도록 구성성분들을 평량 후, 예비혼합기(premixer)에 투입하고, 1500 RPM의 저속 및 4000 RPM의 고속에서 교차 혼합하였다. 다음으로, 혼합물을 용융분산기(twin screw, ZSK-70)에 투입시켜 100℃의 온도로 용융분산하였다. 다음으로, 용융분산기를 거쳐 얻어진 용융분산물은 냉각 롤러(chill roller)와 냉각벨트(cooling belt)를 통해 냉각후, 두께 1 내지 3㎜, 길이 5 내지 40㎜ 크기의 칩 형태로 제조되었다. 다음으로, 제조된 칩을 ACM60 그라인더(grinder)를 이용하여 분쇄하고, 분쇄된 분말을 여과체(sieve)로 걸러 평균 입자 크기가 35 내지 50㎜인 자동차 루프랙용 열경화성 1-코트 메탈릭분체도료 조성물을 제조하였다.

구 분				실시예			비교예
구 분				1	2	3	1	2	3	4
구성성분	고내후성 폴리에스터 수지		A	100중량부	90중량부	80중량부	100중량부	80중량부
			B		10중량부	20중량부
			C						80중량부	100중량부
			D					20중량부	20중량부
	경화제		A	3중량부	2중량부	5중량부	2중량부	3중량부	2중량부
			B	25중량부	30중량부	20중량부	30중량부	25중량부	30중량부	25중량부
			C							5
	경화촉진제		A	0.5중량부	0.3중량부	0.3중량부	0.5중량부	0.3중량부	0.5중량부
	경화촉진제		B							0.5
	안료	유색안료	A	5중량부	7중량부	8중량부	7중량부	5중량부	7중량부	12중량부
			B	0.5중량부	0.5중량부		0.5중량부	0.5중량부	0.5중량부
			C	0.5중량부	0.5중량부		0.5중량부	0.5중량부	0.5중량부
		무기 충진제	A	10중량부	5중량부	20중량부	5중량부	10중량부	10중량부	20중량부
		내후성메탈릭안료	A	5중량부	4중량부	1중량부			4중량부	1중량부
			B		1중량부	4중량부		1중량부	1중량부	4중량부
			C				4중량부
			D				1중량부	4중량부
	UV안정제		A	1중량부	1중량부	1중량부			1중량부	1중량부
	UV안정제		B	1중량부	1중량부	1중량부			1중량부	1중량부
1)고내후성 폴리에스터 수지 A - 산가(Acid value):30mg KOH/g, 2)고내후성 폴리에스터 수지 B - 산가(Acid value):45mg KOH/g, 3)고내후성 폴리에스터 수지 C - 산가(Acid value):33mg KOH/g, 4)고내후성 폴리에스터 수지 D - 산가(Acid value):35mg KOH/g, 5)경화제 A - 에폭시 당량(Epoxy equivalent):147g/eq, 6)경화제 B - 에폭시 당량(Epoxy equivalent):750g/eq, 7)경화제 C - 에폭시 당량(Epoxy equivalent):85g/eq, 8)경화촉진제 A - 산 촉매(Acid catalyst) 9)경화촉진제 B - 산 촉매(Acid catalyst) 10)유색안료 A - 티타늄 디옥사이드, 평균입자 크기 0.1~10um 11)유색안료 B - 산화철적, 평균입자 크기 0.1~10um 12)유색안료 C - 카본 블랙, 평균입자 크기 0.1~10um 13)무기 충진제 - 필러(Filler), 평균입자 크기 0.1~10um 14)내후성 메탈릭안료 A - 더블 코팅된 알루미늄 피그먼트((Double coated Aluminium pigment), 평균입자 크기:20um 15)내후성 메탈릭안료 B - 더블 코팅된 알루미늄 피그먼트((Double coated Aluminium pigment), 평균입자 크기:40um 16)내후성 메탈릭안료 C - 유기폴리머로 코팅된 알루미늄 피그먼트(Organic polymer coated Aluminium pigment), 평균입자 크기:20um 17)내후성 메탈릭안료 D - 실리카로 코팅된 알루미늄 피그먼트(Silica-coated Aluminium pigment), 평균입자 크기:40um 18)UV안정제 A - 힌다드 아민계 광안정제(HALS) 19)UV안정제 B - 자외선 흡수제(UV absorber)

2. 분체도료 조성물의 물성 결과

상기 실시예와 비교예에서 제도된 분체도료 조성물의 물성 결과를 다음 [표2]에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
평균입자크기	30~40um	30~40um	30~40um	30~40um	30~40um	30~40um	30~40um
겔화시간	180초	200초	190초	180초	220초	190초	190초
최저용융점도	65Poise	68Poise	72Poise	66Poise	71Poise	91Poise	85Poise
유리전이온도	52℃	54℃	55℃	52℃	53℃	51℃	50℃
유리전이온도	62℃	66℃	66℃	62℃	65℃	61℃	61℃

3. 분체도료 조성물의 도장 시편 제작 및 물성시험 결과

본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 분체도료 조성물을 이용하여 도장 시편을 제작하고, 다음과 같은 방법으로 물성시험을 실시하여 [표3]에 나타내었다.

1) 도장 시편의 제작

① 시편조건 - 75㎜ × 150㎜ × 0.7㎜ 두께 철판 및 루프랙 바(알루미늄 재질)

② 도장 방법 - 상기 제작된 시편을 전처리한 후, 정전 스프레이 도장법을 이용하여 두막 두께 60~80㎛로 도장 후, 열풍건조로를 이용하여 200℃의 온도에서 10분(피도물 온도 기준) 동안 경화시킨 후, 냉각시켰다.

2) 물성 시험 방법

① 내후성 : KSM5000, 3231 시험방법에 준함.

② 내충격성 : KSD 6711 시험방법에 준함.

③ 내열탕성 : KSM5000, 3411 시험방법에 준함.

④ 내염수분무성 : KSD 9502 시험방법에 준함.

⑤ 유리전이온도 : CAN/CSA 245.2 시험방법에 준함.

⑥ 부착성 : KSM ISO 2409 시험방법에 준함.

3) 시험 결과

하기 [표3]은 상기 [표1]의 조건으로 제조한 분체도료 조성물의 물성을 시험한 결과이다. 하기 [표3]에 나타난 바와 같이, 본 발명인 분체도료 조성물의 실시예에 대한 물성 시험 결과는 비교예에 대한 물성 시험 결과에 비해 우수한 효과를 나타내었다.

	실시예			비교예
	1	2	3	1	2	3	4
내충격성	○	○	○	○	○	○	○
부착성	○	○	○	○	○	○	○
내열탕성	○	○	○	○	○	○	○
내염수분무성	○	○	○	○	○	△	△
촉진내후성	○	○	○	X	X	△	△
메탈릭 질감	○	○	○	○	○	○	△
코너침투도장성	○	○	○	○	○	△	○
환경유해성	○	○	○	○	○	○	○
○:양호, △:부족, ×:불량

내열탕성 시험으로, 98±2℃의 물에서 1시간 가열한 후 측정한 부착성에서 양호하였으며, 도장 시편 및 루프랙에 도장 후 실시한 부착성 시험에서도 양호한 결과를 얻었다.

비교예 1 및 2의 경우에는 경화 도막의 촉진내후성이 많이 떨어져, 내후성이 우수해야 하는 자동차 루프랙에 요구되는 물성에 적합하지 않았다.

내염수분무성은 5% NaCl 수용액을 35℃에서 분무하는 시험기에서 500시간 시험 후 발청 및 박리상태를 살펴 본 결과, 실시예는 모두 양호하였으나 비교예 3,4의 경우에는 불량하였다.

비교예 3 및 4의 경우에는 내염수분무성, 촉진내후성, 메탈릭 질감, 코너 침투 도장성 등에서 만족할 만한 수준은 아니었다.

한편, 실시예와 비교예 모두 환경친화적인 도료로서, 용출시험결과 유해한 물질의 용출이 없었다.

Claims

고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여,
에폭시 당량이 50 내지 200 g/eq인 제1경화제 및 에폭시 당량이 300 내지 1000 g/eq인 제2경화제가 혼합된 경화제 10 내지 40중량부;
경화촉진제 0.1 내지 10중량부; 및
내후성 메탈릭안료 1 내지 10중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 고내후성 폴리에스터 수지는,
산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1폴리에스터 수지인 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 2항에 있어서,
상기 고내후성 폴리에스터 수지는,
산가가 41 내지 50 mgKOH/g인 제2폴리에스터 수지를 더 포함하고,
상기 제1폴리에스터 수지와 상기 제2폴리에스터 수지는 1~9:1의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 제1경화제 및 상기 제2경화제는,
혼합되는 중량비가 1:2~20인 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 제1경화제 및 상기 제2경화제는,
지방족 에폭시(Aliphatic epoxy), 방향족 에폭시(Aromatic epoxy), 하이드록시알킬 아미드(Hydroxyalkyl amide), 하드록시 메타 아크릴레이트(Hydroxy meta acrylate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 경화촉진제는,
안티몬계, 게르마늄계, 티탄계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 내후성 메탈릭안료로는,
실리카로 코팅된 알루미늄(Silica-coated Aluminium), 유기폴리머로 코팅된 알루미늄(Organic polymer coated Aluminium) 및 졸-겔 실리카로 코팅된 알루미늄(Sol-gel silica coated Aluminium) 중 적어도 어느 하나가 사용되거나, 또는
무기 졸-겔 실리카 코팅(Inorganic sol-gel silica coating)과 유기 폴리머 코팅(Organic polymer coating)의 더블 코팅된 알루미늄 피그먼트(Double coated Aluminium pigment)가 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물은,
5 내지 50중량부의 무기충진제;를 더 포함하고,
상기 무기충진제는 바륨설페이트, 탄산칼슘, 실리카, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미나, 크레이, 운모, 알루미나, 월라스토나이트, 탈크 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물은,
0.5 내지 5중량부의 UV안정제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물은,
0.1 내지 15중량부의 첨가제;를 더 포함하고,
상기 첨가제는 유색안료, 분산제, 웨팅제, 접착력 향상제, 광택조절제 및 핀홀 방지제, 경도 향상제 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물.
고내후성 폴리에스터 수지 100중량부에 대하여, 에폭시 당량이 50 내지 200 g/eq인 제1경화제 1 내지 10중량부, 에폭시 당량이 300 내지 1000 g/eq인 제2경화제 10 내지 30중량부, 경화촉진제 0.1 내지 10중량부 및 내후성 메탈릭안료 1 내지 10중량부를 예비 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 예비혼합단계;
상기 예비혼합단계에서 제조된 제1혼합물을 70 내지 130℃의 온도에서 용융분산시켜 칩 형태로 제조하는 칩제조단계;
상기 칩제조단계에서 제조된 칩을 분쇄하여 평균 크기가 30 내지 50㎛인 도료입자를 제조하는 도료입자제조단계;
상기 제조된 도료입자를 100 내지 200㎛ 크기의 통기구멍을 갖는 여과체로 여과하여 베이스도료를 제조하는 여과단계;
상기 제조된 베이스도료에 상기 메탈릭안료 1 내지 10중량부를 추가로 혼합하여 메탈릭도료를 제조하는 메탈릭안료혼합단계; 및
상기 제조된 메탈릭도료를 100 내지 200㎛ 크기의 통기구멍을 갖는 여과체로 재여과하는 재여과단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 예비혼합단계에서,
상기 고내후성 폴리에스터 수지는,
산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1폴리에스터 수지인 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 예비혼합단계에서,
상기 고내후성 폴리에스터 수지는,
산가가 20 내지 40 mgKOH/g인 제1폴리에스터 수지와, 산가가 41 내지 50 mgKOH/g인 제2폴리에스터 수지로 구성되고,
상기 제1폴리에스터 수지와 상기 제2폴리에스터 수지는 1~9:1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 자동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 예비혼합단계에서,
5 내지 50중량부의 무기충진제, 0.5 내지 5중량부의 UV안정제 및 0.1 내지 15중량부의 첨가제 중 적어도 어느 하나가 더 예비 혼합되는 것을 특징으로 하는 동차 루프랙용 열경화성 분체도료 조성물의 제조방법.