KR100755415B1 - 양이온성 전착도료 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
우수한 대전 방지 기능을 가지는 양이온성 전착 도료 조성물 및 그 제조 방법에 있어서, 양이온성 전착 도료 조성물은 양이온성 전착 수지 조성물 42 내지 47 중량%, 안료페이스트 조성물 6 내지 13 중량% 및 이온교환수 40 내지 48 중량%를 포함한다. 상기 양이온성 전착 도료 조성물을 이용하여 도장된 철 및 알루미늄 합금 등의 전자 부품 소재의 도막은 납 및 주석을 함유하지 않으며, 대전방지 기능을 통한 마찰 정전기 발생 방지로 전자부품 조립 시 불량률을 최소화하고 정전기 발생에 의한 화재의 위험을 줄일 수 있다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 양이온성 전착 도료 조성물을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 양이온성 전착 도료 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도장된 건조 도막이 납 및 주석 등의 중금속을 함유하지 않으며, 마찰 정전기 발생 방지로 전자부품 조립 시 불량률을 최소화할 수 있는 양이온성 전착 도료 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전착 도료는 피도장물에 전기적으로 도료 입자를 석출하여 도장하여 고도의 방청성이 요구되는 전자부품 등에서 사용되는 도료이다. 전착 도료가 사용되는 예를 들면, 하드디스크 드라이브의 코팅을 들 수 있다. 하드디스크 드라이브는 컴퓨터의 보조 기억장치 하나로서, 자기헤드에 의해 자기디스크에 저장된 데이터를 해석하거나, 자기디스크에 데이터를 기록하는 장치이다. 이러한 하드디스크 드라이브를 보호하기 위하여 알루미늄 합금의 다이캐스팅(die casting)에 의해 제작되는 베 이스 프레임(base frame)이 필요한데, 베이스 프레임을 보호하기 위하여 전착도장에 의하여 연속적인 코팅막을 형성시킨다.
전착 도료의 예로는 일반적으로 양이온성 에폭시 전착 도료, 양이온성 아크릴 전착 도료, 음이온성 전착 도료 등을 들 수 있다.
양이온성 에폭시 전착도료에 의하여 도장된 전착도막의 경우 그 건조도막에는 소재의 내식성을 향상시키기 위한 목적으로 납 및 주석이 포함되는데, 하드디스크 드라이브의 베이스프레임을 도장하기 위하여 종래에는 납을 함유하면서 주석을 함유하지 않은 양이온성의 에폭시 전착 도료를 적용하여 왔다. 그러나 전착 도료 조성물의 건조 도막으로부터 납과 같은 유해물질을 경감시키거나 제거하기 위한 요구가 전 세계적인 환경오염규제가 급속히 진행되어 짐에 따라 하드디스크 드라이브의 베이스프레임 도장용 양이온성 에폭시 전착도료에서도 납의 제거를 요구하고 있다. 따라서 종래의 하드디스크 드라이브의 베이스 프레임 건조도막에서 납 및 주석을 제거함과 동시에 도장시 수소 가스 발생에 의한 핀홀 현상의 외관불량으로 인한 알루미늄 합금 노출로 하드디스크 드라이버의 구동 성능에 영향을 줄 수 있는 요소를 배제시키려는 노력이 이루어져왔다. 건조도막에서 납 및 주석을 제거할 수 있는 전착 도료에 대한 발명은 예를 들어, 대한민국 특허출원번호 제 2003-0100091호 등에 개시되어 있다.
종래의 주석이 함유되지 않은 양이온성 에폭시 전착도료를 이용하여 전자부품 및 금속 소재를 전착 도장을 할 경우 조립 공정에서 마찰 정전기가 발생할 수 있는데 이 상태에서 하드디스크 드라이브가 완성되면 데이터 등의 손실을 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서 철 및 알루미늄 합금 등의 전자부품 소재에 도장된 전착도료의 건조도막이 납 및 주석 등 중금속 성분을 함유하지 않고 적절한 범위의 표면저항 및 마찰전하량을 지니면서 대전방지 기능을 통한 마찰 정전기 발생을 줄일 수 있는 양이온성 전착도료 조성물에 대한 필요성이 여전히 남아 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 중금속을 함유하지 않으며, 마찰 정전기발생을 방지할 수 있는 양이온성 전착 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 양이온성 전착도료 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 양이온성 전착 도료 조성물은 양이온성 전착 수지 조성물 42 내지 47 중량%, 안료페이스트 조성물 6 내지 13 중량% 및 이온교환수 40 내지 48 중량%를 포함한다. 이 때, 상기 양이온성 전착 수지 조성물은 전체 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 양이온성 전착 수지 분산액 80 내지 92 중량%, 양이온성 마이크로겔 5 내지 15 중량%, 에틸렌글리콜모노헥실에테르 0.5 내지 2 중량% 및 탈이온수 2 내지 6 중량%를 포함한다. 또한, 상기 양이온성 전착 수지 분산액은, 전체 양이온성 전착 수지 분산액의 총 중량을 기준으로, 양이온성 전착 수지 35 내지 48 중량%, 아세트산 아연 0.5 내지 3 중량% 및 탈이온수 50 내지 62 중량%를 포함하며, 상기 양이온성 전착 수지는 양이온성 전착 수지의 총 중량을 기준으로, 아미노기를 포함하는 양이온성 합성수지 50 내지 70 중량% 및 이소시아네이트 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트 경화제 30 내지 50 중량%를 포함한다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 양이온성 전착 도료 조성물의 제조 방법에 있어서, 양이온성 전착 수지의 총 중량을 기준으로 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지 50 내지 70 중량% 및 이소시아네이트(isocyante) 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트(polyisocyante) 경화제 30 내지 50 중량%를 중합 반응시켜 양이온성 전착 수지를 제조한다. 양이온성 전착 수지 분산액의 총 중량을 기준으로 상기 양이온성 전착 수지 35 내지 48 중량%를 아세트산 아연 0.5 내지 3 중량% 및 탈이온수 50 내지 62 중량%를 포함하는 수성 매질에 분산시켜 양이온성 전착 수지 분산액을 제조한다. 다음에, 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 양이온성 전착 수지 분산액 80 내지 92 중량%에 양이온성 마이크로겔 5 내지 15 중량%, 에틸렌글리콜모노헥실에테르 0.5 내지 2 중량% 및 탈이온수 2 내지 6 중량%를 첨가하여 양이온성 전착 수지 조성물을 제조한다. 그리고, 안료페이스트 조성물의 총 중량을 기준으로, 안료 분쇄 비이클 25 내지 35 중량%, 카본 블랙 3 내지 12 중량%, 비스무스 화합물 1 내지 5 중량% 및 이온교환수를 혼합하여 안료페이스트 조성물을 제조한다. 양이온성 전착 도료 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 양이온성 전착 수지 조성물 42 내지 47 중량%, 안료페이스트 조성물 6 내지 13 중량% 및 이온 교환수 40 내지 48 중량%를 혼합하여 양이온성 전착 도료 조성물을 제조한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 양이온성 전착 도료 조성물 및 그 제조 방법을 상세히 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 양이온성 전착 도료 조성물을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지 및 이소시아네이트(isocyante) 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트(polyisocyante) 경화제를 중합 반응시켜 양이온성 전착 수지를 제조한다(S100). 상기 양이온성 전착 수지를 아세트산 아연 및 탈이온수를 포함하는 수성 매질에 분산시켜 양이온성 전착 수지 분산액을 제조한다(S200). 상기 양이온성 전착 수지 분산액에 양이온성 마이크로겔 및 에틸렌글리콜모노헥실에테르를 첨가하여 양이온성 전착 수지 조성물을 제조한다(S300). 다음에, 안료 분쇄 비이클, 카본 블랙, 비스무스 화합물 및 이온교환수를 혼합하여 안료페이스트 조성물을 제조한다(S400). 상기에서 수득한 양이온성 전착 수지 조성물, 안료페이스트 조성물 및 이온 교환수를 혼합하여 본 발명의 양이온성 전착 도료 조성물을 제조한다(S500).
이하, 상기 양이온성 전착 도료 조성물 및 그 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.
양이온성 전착 수지 조성물 및 그 제조 방법
도 1을 참조하면, 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지 및 이소시아네이트(isocyante) 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트(polyisocyante) 경화제를 중합 반응시켜 양이온성 전착 수지를 제조한다.(S100)
상기 양이온성 전착 합성수지는 본 발명의 양이온성 전착 도료 조성물에서 필름 형성 수지의 역할을 수행한다. 상기 양이온성 전착 합성수지는 폴리에폭사이드(polyepoxide)와 1급, 2급 또는 3급 아민과의 부가 반응에 의하여 생성된 아미노기를 포함하는 합성수지이다.
상기 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지는 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리카프로락톤디올(polycaprolactonediol), 비스페놀 A(bisphenol A) 및 벤질 디메틸 아민(benzyldimethyl amine)을 사용하여 제조할 수 있다.
상기 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지의 사용량이 양이온성 전착 수지의 총 중량을 기준으로 약 50 중량%미만이면 합성수지의 수분산시 친수성부의 감소로 수분산액의 제조가 어려워 바람직하지 않고, 약 70 중량%를 초과하면 친수성부의 증가로 전착 도장시 원하는 필름두께를 얻기 어렵고 핀홀 등의 도막에 흠집이 생기므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 양이온성 전착 합성수지의 사용량은 양이온성 전착 수지의 총 중량을 기준으로 50 내지 70 중량%가 바람직하다.
상기 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지는 이소시아네이트 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트 경화제와 반응하여 양이온성 전착 수지를 형성한다.
상기 이소시아네이트 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트 경화제는 가열 경화시 봉쇄된 이소시아네이트가 해리되어 이소시아네이트 관능기가 다시 생성될 때 상기 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지 주쇄(backbone)의 하이드록시 관능기와 반응하여 우레탄 가교결합을 하거나 말단의 아미노기의 활성수소와 반응하여 우레아 가교결합을 할 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트 경화제의 예로는 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate) 또는 이의 뷰렛화합물, 4,4-비스메틸렌 디이소시아네이트(4,4-bismethylene diisocyanate) 단량체 또는 이의 올리고머와 혼합물인 폴리머릭 메틸렌 디이소시아네이트(polymeric methylene diisocyanate), 4,4-디싸이클로헥실메탄 디이소시아네이트(4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate) 및 노보란 디이소시아네이트 등을 들 수 있다. 또한 상기 이소시아네이트 관능기를 봉쇄하기 위한 봉쇄물질로서 메틸에틸케톡심(methyl ethyl ketoxime),디에틸말로네이트(diethyl malonate), 디메틸피라졸(dimethyl pyrazole), ε-카프로락탐(ε-caprolactam) 및 하이드록시(hydroxyl) 관능기를 가진 에테르(ether) 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 관능기가 부분적으로 봉쇄된 상기 폴리이소시아네이트 경화제는 상기의 폴리이소시아네이트와 봉쇄물질을 반응시켜 단독으로 제조할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 폴리이소시아네이트와 트리메틸올 프로판을 반응시켜 분자량을 증가시킨 후 상기의 봉쇄물질인 디에틸말로네이트, 메틸에틸케톡심, 디메틸피라졸, ε-카프로락탐 및 하이드록시 관능기를 가진 에테 르등과 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트 경화제의 사용량이 양이온성 전착 수지의 총 중량을 기준으로 약 30 중량% 미만이면 경화성이 부족하여 연필 경도 및 내염수분무성 등의 물성 저하를 초래하여 바람직하지 않고, 약 50 중량%를 초과하면 수분산액의 제조를 어렵게 하고 내충격성, 내굴곡성 등 물성 저하를 초래하므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 폴리이소시아네이트 경화제의 사용량은 양이온성 전착 수지의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 35 내지 45 중량%이다.
상기 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지와 폴리이소시아네이트 경화제를 반응시켜 제조한 상기 양이온성 전착 수지를 아세트산 아연 및 탈이온수를 포함하는 수성 매질에 분산시켜 양이온성 전착 수지 분산액을 제조한다.(S200)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양이온성 전착 수지 분산액은 상기 양이온성 전착 수지를 35 내지 48 중량%, 아세트산 아연을 0.5 내지 3 중량%, 탈이온수를 50 내지 62 중량%로 포함한다.
상기 수성 매질은 탈이온수 및 아세트산 아연을 포함한다. 상기 수성 매질에 포함된 아세트산 아연은 양이온성 전착도료 조성물이 전착 도장된 건조 도막 내에서 내식성을 향상시킨다. 상기 아세트산 아연의 함량이 양이온성 전착 수지 분산액의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 미만이면 전착 도장된 건조도막의 내식성 등 화학적 물성 등이 저하되며, 약 3 중량% 이상이면 상기 아세트산 아연이 수성 매질에서 존재할 때 아연 이온과 2개의 아세트산 분자로 해리되고 이때 생성된 아세트 산 분자가 상기 양이온성 전착 수지를 수성 매질에 분산시킬 때 영향을 주어 전착 도료의 전기적 특성에 크게 영향을 주므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 아세트산 아연은 양이온성 전착 수지 분산액의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 3중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 수성 매질은 중화제로써 산을 더 포함할 수 있다. 상기 산의 예로는 포름산, 아세트산, 락트산, 인산 등을 들 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 양이온성 전착 수지 분산액에 양이온성 마이크로겔 및 에틸렌글리콜모노헥실에테르(ethyleneglycol monohexylether)를 첨가시켜 양이온성 전착 수지 조성물을 제조한다.(S300)
구체적으로, 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 양이온성 전착 수지 분산액 80 내지 92 중량%에 양이온성 마이크로겔 5 내지 15 중량%, 에틸렌글리콜모노헥실에테르 0.5 내지 2 중량% 및 탈이온수 2 내지 6 중량%를 첨가시켜 양이온성 전착 수지 조성물을 제조한다.
상기 양이온성의 마이크로겔은 자기가교형 양이온 계면활성제, 내부가교형 화합물 및 개시제를 혼합 반응시킴으로써 형성된다.
상기 자기가교형 양이온 계면활성제는 300 내지 1,500의 에폭시 당량을 가지는 폴리에폭사이드에 이소시아네이트기가 부분적으로 봉쇄된 이소시아네이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 양이온성 4급 암모늄염의 이소시아네이트, 유기산 및 탈이온수 등을 혼합 반응시킴으로써 형성된다. 상기 내부가교형 화합물은 예를 들면, 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트, 1,4-부탄 디올 디메타아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 메타아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 개시제의 예로는 4,4'-아조비스(4,4'-azobis), 암모늄퍼설페이트(ammonium sulfate), 소디움설페이트(sodium sulfate), 2,2'-아조비스(2,2'-azobis) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 양이온성 마이크로겔은 도장시 피도장물의 내오염성 및 모서리 부위의 내식성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 양이온성 마이크로겔의 함량이 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 미만이면 모서리 부위의 방청성을 향상시키기 어려우며, 약 15 중량% 이상이면 전착도막의 외관이 나빠지며, 105 ~ 109 Ω/sq 범위의 표면 저항 및 5 nC 이하의 마찰전하량을 지니면서 대전방지 기능에 의한 정전기 발생을 억제하기가 힘들다. 따라서, 상기 양이온성 마이크로겔의 함량은 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 5 내지 15 중량%인 것이 바람직하다.
상기 에틸렌글리콜모노헥실에테르는 전착 도장시 수소 가스 발생에 의한 핀홀 현상의 외관불량을 차단하고 표면의 거칠기를 상쇄시켜 표면 저항 및 마찰전하량을 유지시켜 정전기의 발생을 억제하는 역할을 한다. 상기 에틸렌글리콜모노헥실에테르의 함량이 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 미만이면 수소 가스 발생에 의한 외관불량 현상 및 표면의 거칠기를 억제하기 힘들고 약 2 중량% 이상이면 전착 도 장시 도막두께가 크게 증가하고 도장전압이 낮아서 균일전착성(throwing power)을 저하시키므로 바람직하지 않다. 따라서 상기 에틸렌글리콜모노헥실에테르는 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 2 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 양이온성 전착 도료 조성물에 포함되는 상기 양이온성 전착 수지 조성물은 고형분을 약 35 내지 약 38%로 포함하고, 산 농도가 약 28 내지 35mg/eq이며 pH값이 약 6 내지 약 7인 특성을 지닌다.
안료페이스트 조성물 및 그 제조 방법
도 1을 참조하면, 안료페이스트 조성물을 제조한다(S400).
본 발명의 안료페이스트 조성물은 안료분쇄 비이클, 카본블랙, 비스무스화합물 및 이온교환수를 혼합하여 제조한다. 구체적으로, 본 발명의 안료페이스트 조성물은 안료분쇄 비이클 25 내지 35 중량%, 카본블랙 3 내지 12 중량%, 비스무스화합물 1 내지 5 중량% 및 이온 교환수를 혼합하여 제조한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 안료분쇄 비이클은 비스페놀 A의 폴리글리시딜에테르 25 내지 35 중량%, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 5 내지 12 중량%, 이소시아네이트기가 부분적으로 봉쇄된 이소시아네이트 가교결합제 8 내지 15 중량%, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 25 내지 40 중량%, 유기3급 아민산염 10 내지 20 중량% 및 탈이온수 0.1 내지 5 중량%를 혼합하여 제조한다.
상기 안료분쇄 비이클은 카본블랙 및 알루미늄 실리케이트 등과 같은 안료성 분이 10㎛ 이하의 미립자 크기를 갖도록 분산제 역할을 하며, 또한 미립화된 안료성분이 재응집이 일어나지 않도록 한다. 상기 안료분쇄 비이클의 함량이 상기 안료페이스트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 25 중량% 이하이면, 미립자화된 안료 입자의 재응집이 발생하기 쉽고 10㎛ 이하로 미립자화하기 어려우며, 약 35 중량% 이상이면 안료분쇄 비이클에 포함된 용제량이 증가하여 안료페이스트 조성물이 급격한 점도 상승으로 안정성이 파괴되기 쉽다. 따라서 본 발명에 따른 안료분쇄 비이클의 함량은 상기 안료페이스트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 25 내지 35 중량%가 바람직하다.
본 발명에 안료페이스트 조성물에 포함되는 상기 카본블랙은 철 및 알루미늄합금 등의 전자부품에 도장된 건조 도막에서 적절한 범위의 표면저항 및 마찰전하량을 지니고 대전 방지 기능에 의한 정전기 발생을 억제하는 역할을 한다.
상기 카본블랙(carbon black)은 평균 초기입자크기(average primary particle size)가 30nm 이하이고 또한 250㎡/g 이상의 표면적(surfacer area)을 가진다. 또한 상기 카본블랙의 함량이 상기 안료페이스트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 3 중량% 이하이면 건조도막의 표면저항이 상승하고 마찰 전하량이 높아 대전방지 성능을 갖지 못하여 정전기 발생이 심하므로 바람직하지 못하며, 함량이 약 12 중량% 이상이면 표면저항 및 마찰 전하량 등 전기적 특성은 우수하나 카본블랙의 표면적의 증가로 안료페이스트 조성물의 점도가 급격히 증가하는 단점이 있고, 또한 재응집에 의한 저장안정성이 취약해진다. 따라서 안료페이스트 조성물에 포함되는 카본블랙의 함량은 상기 안료페이스트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 3 내 지 12 중량%가 바람직하다.
본 발명의 안료페이스트 조성물에 포함되는 상기 비스무스화합물은 전착 도장된 건조 도막의 내식성을 향상시키기 위한 역할을 한다. 상기 비스무스 화합물의 예로는 비스무스 옥사이드(bismuth oxide), 비스무스 하이드록사이드(bismuth hydroxide), 비스무스 트리옥사이드(bismuth trioxide) 등이 있다. 상기 비스무스 화합물의 함량이 상기 안료페이스트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량 % 이하이면 건조도막의 내식성이 취약하여 부식이 되기 쉽고, 약 5 중량 % 이상이면 종래의 납 화합물에 비하여 비스무스 화합물의 표면적이 크기 때문에 안료페이스트 조성물의 안정성을 저해한다. 따라서 안료페이스트 조성물에 포함되는 상기 비스무스화합물의 함량은 상기 안료페이스트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 5 중량%가 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 안료페이스트 조성물은 고형분을 약 40 내지 약 45%로 포함하고 pH값이 약 8 내지 약 9이다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 안료페이스트 조성물은 기계적 물성 향상을 위해 알루미늄 실리케이트류 등과 같은 안료를 더 포함할 수 있다.
양이온성 전착 도료 조성물 및 그 제조 방법
도 1을 참조하면, 상기의 방법에 따라 제조된 양이온성 전착 수지 조성물, 안료페이스트 조성물 및 이온교환수를 혼합하여 양이온성 전착 도료 조성물을 제조한다(S500).
구체적으로, 본 발명의 양이온성 전착 도료 조성물은 양이온성 전착 수지 조성물 42 내지 47 중량%, 안료페이스트 조성물 6 내지 13 중량% 및 이온교환수 40 내지 48 중량%를 혼합하여 제조한다.
본 발명의 양이온성 전착 도료 조성물에 포함되는 상기 양이온성 전착 수지 조성물의 함량이 양이온성 전착 도료 조성물의 총 중량을 기준으로 약 42 중량% 이하이면 내식성 및 기계적 물성이 취약해지며, 그 함량이 약 47 중량% 이상이면 혼합되는 건조 도막내 카본 블랙의 함량이 감소하여 105 ~ 109 Ω/sq 범위의 표면저항(Surface resistance) 및 5 nC 이하의 마찰전하량(Tribo charge)을 지니면서 대전방지 기능에 의한 정전기 발생을 억제할 수 없다. 따라서, 본 발명의 양이온성 전착 수지 조성물은 양이온성 전착 도료 조성물의 총 중량을 기준으로 42 중량% 내지 47중량%으로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 양이온성 전착 도료 조성물에 포함되는 상기 안료페이스트 조성물의 함량이 양이온성 전착 도료 조성물의 총 중량을 기준으로 약 6 중량 % 이하이면, 전착 도막내 카본블랙의 함량이 감소하여 105 ~ 109 Ω/sq 범위의 표면저항(Surface resistance) 및 5 nC 이하의 마찰전하량(Tribo charge)을 지니면서 대전방지 기능에 의한 정전기 발생을 억제할 수 없다. 또한 전도성의 카본블랙을 함유한 안료페이스트 조성물의 함량이 약 13 중량% 이상이면 건조도막의 전도성이 급격히 증가하여 전자 부품소재에 적용 시 전류 흐름이 전자부품의 기능을 파괴할 수 있다. 따라서, 본 발명의 양이온성 전착도료 조성물은 양이온성 전착 도료 조성물 의 총 중량을 기준으로 6 중량% 내지 13 중량%의 안료페이스트 조성물을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 양이온성 전착 도료 조성물을 전착 도장하여 형성된 도막은, 납 및 주석 등의 중금속을 함유하지 않으며, 105 ~ 109 Ω/sq 범위의 표면저항 및 5 nC 이하의 마찰전하량을 지니면서 대전방지 기능에 의해 정전기 발생이 억제된다. 따라서 철 및 알루미늄 합금 등의 전자부품 소재의 도장에 사용되어 불량률을 최소화시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 양이온성 전착 수지 조성물 및 그 제조 방법을 하기의 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.
실시예 1
1. 양이온성 전착 수지 조성물의 제조
1-1. 양이온성 전착 수지의 제조
EPIKOTE 828CD 29.0 중량%, PLACCEL 205 10.38 중량%, 비스페놀 A 8.45 중량% 및 메틸이소부틸케톤 2.58 중량%를 반응 용기에 도입시킨 다음, 질소 분위기 하에서 140℃로 승온한 후 벤질디메틸아민 0.04 중량%를 가하고 다시 승온시켜 180℃로 가열하였다. 환류 온도에서 약 30분 동안 반응을 수행하여 물을 제거하였다. 반응 혼합물을 160℃로 냉각시킨 다음 1시간 30분 동안 유지 후 145℃로 냉각하여 벤질디메틸아민 0.12중량%를 가하였다. 145℃에서 약 2시간 30분 동안 반응시켜서 에 폭시당량이 1500인, 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지를 제조하였다. 상기 양이온성 전착 합성수지에 100 내지 110℃에서 디에틸렌트리아민과 메틸이소부틸케톤으로부터 유도된 디케티민(메틸이소부틸케톤 중의 73% 고형분) 3.21 중량%, N-메틸에탄올아민 2.78 중량%를 가한 다음 125℃에서 1시간 유지 반응시킨 다음 100℃로 냉각하여 봉쇄된 이소시아네이트 가교결합제 43.23 중량% 및 Surfynol DF-110 0.21 중량%를 순서대로 서서히 투입하여 고형분 82%의 양이온성 전착 수지를 제조하였다.
양이온성 전착 수지의 구성 성분 및 그 함량은 하기 표 1에 기재되어 있다.
[표 1]
| 성분 | 중량% |
| EPIKOTE 828CD | 29.0 |
| PLACCEL 205 | 10.38 |
| 비스페놀 A | 8.45 |
| 메틸이소부틸케톤 | 2.58 |
| 벤질디메틸아민 | 0.16 |
| 디케티민 | 3.21 |
| N-메틸에탄올아민 | 2.78 |
| 봉쇄된 폴리이소시아네이트 가교 결합체 | 43.23 |
| Surfynol DF-104 | 0.21 |
EPIKOTE 828CD : 에피클로로 히드린과 비스페놀 A를 반응시켜 제조한 에폭시 수지로서 금호P&B(주)의 상품명이며, 에폭시 당량은 약 188이다.
PLACCEL 205 : 다이셀 코포레이션(DICEL Corp. from Japan)으로부터 시판되는 폴리카프로락톤디올의 상품명이다.
봉쇄된 폴리우레탄 가교결합제 : 이소포론디이소시아네이트(DEGUSA(주)에서 상업적으로 구입 가능)를 트리메틸올 프로판과 3:1의 몰 비율로 반응시킨후 메틸에틸케톡심을 8/2의 몰비의 조성으로 혼합하여 이소시아네이트를 봉쇄시켜 제조된 가 교결합제이다.
Surfynol DF-104 : 에어프러덕트사(air product company)에서 제조되어 시판되는 소포제의 상품명이다.
1-2. 양이온성 전착 수지 분산액의 제조
탈이온수 52.06중량%, 90% 락트산 1.05중량%, 초산아연 1.4중량%를 차례로 넣고 균일하게 한 다음 양이온성 전착 수지 45.49중량%를 서서히 가하여 고속으로 교반시킴으로써 수분산화시켰다. 한편 60℃에서 약 60㎜Hｇ의 감압 하에 용제 추출 작업을 행하여 저비점 유기 용제를 제거하고 이 수분산 수지를 규조토로 여과함으로써 고형분 함량이 39.8%, 평균 입자 크기가 90nm 이하의 양이온성 전착 수지의 수분산액을 얻었다.
양이온성 전착 수지 분산액의 성분 및 그 함량은 하기 표 2에 기재되어 있다.
[표 2]
| 성분 | 중량% |
| 상기 수득한 양이온성 전착 수지 | 45.49 |
| 90% 락트산 | 1.05 |
| 아세트산 아연 | 1.40 |
| 탈이온수 | 52.06 |
1-3. 양이온성 전착 도료 조성물의 제조
상기에서 수득한 양이온성 전착 수지 분산액 84 중량%를 교반하면서 이온교환수 4.0 중량%와 에틸렌글리콜모노헥실에테르 0.9 중량%의 혼합액을 서서히 투입 한 후 양이온성의 마이크로겔 11.1 중량%를 투입하여 균일하게 하여 양이온성 전착수지 조성물을 제조한다.
양이온성 전착 도료 조성물의 성분 및 그 함량은 하기 표 3에 기재되어 있다.
[표 3]
| 성분 | 중량% |
| 상기 수득한 양이온성 전착 수지 분산액 | 84.0 |
| 양이온성의 마이크로겔 | 11.1 |
| 에틸렌글리콜모노헥실에테르 | 0.9 |
| 탈이온수 | 4.0 |
2.안료 페이스트 조성물의 제조
2-1. 안료 분쇄 비이클의 제조
EPIKOTE 3004CD 29.0중량%, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 10.0중량%를 반응 용기에 넣고 110-120℃ 까지 승온하여 균일하게 완전 용해시켰다. 이어서 부분적으로 차단된 이소시아네이트 가교결합제 12.0중량%를 넣고 1시간 유지 반응시킨 후 에틸렌글리콜모노부틸에테르 33.0중량%를 넣었다. 반응 혼합물을 80-90℃ 까지 승온하여 유기3급 아민산염 14.0중량%와 탈이온수 2.0중량%를 넣고 산값이 약 0.8정도 될 때까지 유지 반응시켜 안료분쇄비이클을 제조하였다. 이 때, 상기 비스페놀 A의 폴리글리시딜에테르의 에폭시 당량은 900 내지 1200이었다.
안료 분쇄 비이클 성분 및 그 함량은 하기 표 4에 기재되어 있다.
[표 4]
| 성분 | 중량% |
| EPIKOTE 3004CD | 29.0 |
| 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 | 10.0 |
| 부분적으로 차단된 이소시아네이트 가교결합제 | 12.0 |
| 에틸렌글리콜모노부틸에테르 | 33.0 |
| 유기3급 아민산염 | 14.0 |
| 탈이온수 | 2.0 |
EPIKOTE 3004CD : 금호P&B(주)에서 시판하는 비스페놀 A의 폴리글리시딜에테르(에폭시 당량 900-1200)의 상품명이다.
부분적으로 차단되 이소시아네이트 가교결합제 : 2.4-톨루엔이소시아네이트 54.3중량%와 2-에틸헥산올 40.7중량%로 40℃이하에서 3시간 반응시킨 후, 메틸이소부틸케톤 5.0중량%를 넣고 희석하여 부분적으로 차단된 이소시아네이트 가교결합제를 사용하였다.
유기3급 아민산염 : 디메틸에탄올아민 15.5중량%와 부분적으로 차단된 이소시아네이트 가교결합제 56.7중량%를 상온에서 2시간 반응시킨 후, 80℃에서 NCO피크가 없어짐을 확인한 후 락트산(88% 순도) 17.4중량%와 탈이온수 3.5중량%, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 7.0중량%를 넣고 60℃에서 1시간 반응시켜 유기3급 아민산염을 수득하여 사용하였다.
2-2. 안료페이스트 조성물의 제조
상기에서 수득한 안료분쇄비이클 33 중량%, 평균 초기입자크기(average primary particle size)가 30nm 이하이고 250㎡/g 이상의 표면적(surfacer area)을 가지는 전도성의 카본 블랙 11.0 중량%, 알루미늄실리케이트 13.0 중량%, 비스무스 트리옥사이드 3 중량% 및 이온교환수 40.0 중량%의 혼합물을 비드밀(bead mill)에 서 입도 10㎛ 이하로 분쇄하여 카본블랙을 함유한 전도성을 지닌 안료페이스트 조성물을 제조하였다.
안료페이스트 조성물의 성분 및 그 함량은 하기 표 5에 기재되어 있다.
[표 5]
| 성분 | 중량% |
| 안료분쇄 비이클 | 33.0 |
| 카본 블랙 | 11.0 |
| 알루미늄 실리케이트 | 13.0 |
| 비스무스 트리옥사이드 | 3.0 |
| 이온교환수 | 40.0 |
3. 양이온성 전착 도료 조성물의 제조
상기에서 수득된 수성 매질에 분산된 수지상을 포함하는 양이온성 전착 수지 조성물 42.0 중량%, 전도성의 카본블랙을 함유한 안료페이스트 조성물 12.2 중량% 및 이온교환수 45.8 중량%를 혼합하여 양이온성 전착 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 2 및 3
상기와 같은 방법으로 양이온성 전착 도료 조성물을 제조하되, 양이온성 전착 수지 조성물, 안료페이스트 조성물 및 이온 교환수의 중량%는 하기 표 6과 같이 조절하였다.
[표 6]
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | |
| 양이온성 전착 수지 조성물 | 42.0 | 45.0 | 47 |
| 안료페이스트 조성물 | 12.2 | 9.5 | 7.7 |
| 이온교환수 | 45.8 | 45.5 | 45.3 |
물성 평가
상기 실시예 1 내지 3에 따른 양이온성 전착 도료 조성물을 각각 금속 소재에 170V의 직류전압으로 3분 동안 도장하고 140℃에서 20분 동안 건조시켜 건조 도막을 형성하였다.
상기 건조 도막들의 표면 저항, 마찰 전하량 및 내염수분무성의 특성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
[표 7]
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | |
| 표면저항 (Ω/sq) | 105 | 107 | 109 |
| 마찰전하량 (nC) | 1.3 | 2.6 | 4.3 |
| 내염수분무성 | 편측 0.5㎜ | 편측 0.5㎜ | 편측 0.5㎜ |
ㅇ 내염수분무성 : 35℃, 5% NaCl 용액으로 1000시간 분무, 24시간 방치 후 테이핑 테스트를 하여 테이핑부의 박리 폭을 조사하였다.
상기 표 6를 참조로 하면, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 양이온성 전착 도료 조성물을 사용하여 도장되고 건조된 도막은 105 ~ 109 Ω/sq 범위의 표면저항(Surface resistance) 및 5 nC 이하의 마찰전하량(Tribo charge)을 지닌다. 따라서 본 발명에 따르면 대전방지 기능에 의한 정전기발생을 억제하고 외관 및 내식 성능이 우수한 건조도막을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 양이온성 전착 수지 조성물, 안료페이스트 조성물 및 이 온 교환수를 포함하는 양이온성 전착 도료 조성물을 이용하여 철 및 알루미늄 합금 등의 전자부품을 도장할 때, 105 ~ 109 Ω/sq 범위의 표면저항 및 5 nC 이하의 마찰전하량을 지니면서 대전방지 기능에 의한 정전기발생을 억제하고 외관 및 내식성능이 우수한 건조도막을 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (15)
- 양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 양이온성 전착 수지 분산액 80 내지 92 중량%, 양이온성 마이크로겔 5 내지 15 중량% 및 에틸렌글리콜모노헥실에테르 0.5 내지 2 중량% 및 탈이온수 2 내지 6 중량%를 포함하며, 이때 상기 양이온성 전착 수지 분산액은 양이온성 전착 수지 분산액의 총 중량을 기준으로, 양이온성 전착 수지 35 내지 48 중량%, 아세트산 아연 0.5 내지 3 중량% 및 탈이온수 50 내지 62 중량%를 포함하고, 상기 양이온성 전착 수지는 양이온성 전착 수지의 총 중량을 기준으로, 아미노기를 포함하는 양이온성 합성수지 50 내지 70 중량% 및 이소시아네이트 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트 경화제 30 내지 50 중량%를 포함하는 양이온성 전착 수지 조성물 42 내지 47 중량%;안료분쇄 비이클 25 내지 35 중량%, 카본블랙 3 내지 12중량%, 비스무스 화합물 1 내지 5 중량%, 알루미늄 실리케이트 10 내지 15 중량% 및 이온 교환수를 포함하는 안료페이스트 조성물 6 내지 13 중량%; 및이온교환수 40 내지 48 중량%를 포함하는 양이온성 전착 도료 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지는 폴리에폭사이드(poly epoxide)와 1급, 2급 또는 3급 아민과의 부가 반응에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 이소시아네이트 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트 경화제는 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 이의 뷰렛화합물, 4,4-비스메틸렌 디이소시아네이트 단량체 또는 이의 올리고머와 혼합물인 폴리머릭 메틸렌 디이소시아네이트, 4,4-디싸이클로헥실메탄 디이소시아네이트 및 노보란 디이소시아네이트로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 폴리이소시아네이트와 에틸말로네이트, 메틸에틸케톡심, 디메틸피라졸, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 및 디에틸렌글리콜모노부틸에테르로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 봉쇄 물질을 반응시켜 제조된 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 안료분쇄 비이클은 비스페놀 A의 폴리글리시딜에테르 25 내지 35 중량%, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 5 내지 12 중량%, 이소시아네이트기가 부분적으로 봉쇄된 이소시아네이트 가교결합제 8 내지 15 중량%, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 25 내지 40 중량%, 유기3급 아민산염 10 내지 20 중량% 및 탈이온수 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 카본블랙은 30nm이하의 평균 초기입자크기(average primary particle size) 및 250㎡/g 이상의 표면적(surface area)을 가지는 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 비스무스 화합물은 비스무스 옥사이드, 비스무스 하이드록사이드 및 비스무스 트리옥사이드로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물.
- 양이온성 전착 수지의 총 중량을 기준으로, 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지 50 내지 70 중량% 및 이소시아네이트 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트 경화제 30 내지 50 중량%를 중합 반응시켜 양이온성 전착 수지를 제조하는 단계;양이온성 전착 수지 분산액의 총 중량을 기준으로, 상기 양이온성 전착 수지 35 내지 48 중량%를 아세트산 아연 0.5 내지 3 중량% 및 탈이온수 50 내지 62 중량%를 포함하는 수성 매질에 분산시켜 양이온성 전착 수지 분산액을 제조하는 단계;양이온성 전착 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 양이온성 전착 수지 분산액 80 내지 92 중량%에 양이온성 마이크로겔 5 내지 15 중량%, 에틸렌글리콜모노헥실에테르 0.5 내지 2 중량% 및 탈이온수 2 내지 6 중량%를 첨가하여 양이온성 전착 수지 조성물을 제조하는 단계;안료페이스트 조성물의 총 중량을 기준으로, 안료분쇄 비이클 25 내지 35 중량%, 카본 블랙 3 내지 12 중량%, 비스무스 화합물 1 내지 5 중량%, 알루미늄 실리케이트 10 내지 15 중량% 및 이온교환수를 혼합하여 안료페이스트 조성물을 제조하는 단계; 및양이온성 전착 도료 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 양이온성 전착 수지 조성물 42 내지 47 중량%, 안료페이스트 조성물 6 내지 13 중량% 및 이온 교환수 40 내지 48 중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 양이온성 전착 도료 조성물의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 카본 블랙은 30nm이하의 평균 초기입자크기 및 250㎡/g 이상의 표면적을 가지는 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 안료페이스트 조성물은 알루미늄 실리케이트를 더 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 아미노기를 포함하는 양이온성 전착 합성수지는 폴리에폭사이드와 1급, 2급 또는 3급 아민과의 부가 반응에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 이소시아네이트 관능기가 부분적으로 봉쇄된 폴리이소시아네이트 경화제는 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 이의 뷰렛화합물, 4,4-비스메틸렌 디이소시아네이트 단량체 또는 이의 올리고머와 혼합물인 폴리머릭 메틸렌 디이소시아네이트, 4,4-디싸이클로헥실메탄 디이소시아네이트 및 노보란 디이소시아네이트로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 폴리이소시아네이트와 에틸말로네이트, 메틸에틸케톡심, 디메틸피라졸, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 및 디에틸렌글리콜모노부틸에테르로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 봉쇄 물질을 반응시켜 제조된 것을 특징으로 하는 양이온성 전착 도료 조성물의 제조 방법.
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