KR20080007392A

KR20080007392A - 분말 코팅 베이스 코트

Info

Publication number: KR20080007392A
Application number: KR1020077027863A
Authority: KR
Inventors: 조스 카베로; 피터 엘. 휴스만
Original assignee: 아크조노벨코팅스인터내셔널비.브이.
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2008-01-18
Also published as: JP2008540090A; DE602006003548D1; ATE413436T1; DK1877501T3; NO20075743L; AU2006244358A1; US7740915B2; PL1877501T3; WO2006121940A1; EP1877501A1; MX2007013868A; CA2607442A1; RU2007145203A; US20080274295A1; EP1877501B1; ES2314921T3

Abstract

본 발명은 특정 입자 크기의 플루오로폴리머, 열가소성 폴리머, 퍼플루오로폴리머 및 무기 충전제의 분말들의 혼합물로 기재를 코팅하는 일련의 단계들을 포함하는 기재를 코팅으로 코팅하는 방법에 관한 것이다. 상기 코팅된 기재는 퍼플루오로폴리머를 포함하는 탑코트(topcoat)에 강하게 부착되는 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

분말 코팅 베이스 코트{POWDER COATING BASE COAT}

본 발명은 기재에 사용되는 비접착성(non-stick) 코팅의 용도에 관한 것이다.

안료(pigment)의 무기 충전제 뿐만 아니라, 플루오로폴리머 및 열가소성 폴리머의 분말들을 함께 혼합하고, 상기 분말 혼합물을 금속 기재상에 도포하여 상기 도포된 분말을 융화시켜서 기재상에 균일한 코팅을 형성하는 것이 특허 공보들, 가령 WO 2005/58389에 잘 공지되어 있다.

다양한 플루오로수지 및 열가소성 폴리머의 다층을 도포하는 것은 특허 공보들, 가령 WO 2003/015935에 또한 공지되어 있다.

본 발명은 플루오로폴리머 및 열가소성 폴리머의 혼합물, 무기 충전제 및 퍼플루오로폴리머의 다층을 기재에 도포하는 일련의 단계들의 독특한 조합을 포함하는 방법을 발견한 것에 근거한다.

발명의 요약

따라서, 본 발명은 플루오로폴리머를 포함하는 코팅으로 기재를 코팅하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 하기를 포함하는 일련의 단계들을 포함한다:

(a) 1 이상의 플루오로폴리머 및 400 ℃ 이상의 온도에서 열적으로 안정한 1 이상의 열가소성 폴리머를 포함하는 고체 혼합물을 준비하는 단계;

(b) 약 250 ℃ 내지 약 400 ℃의 온도에서 상기 고체 혼합물을 용융 혼합 및 압출하여 균질화시키는 단계;

(c) 상기 압출물을 기계적 수단으로 처리하여 약 100 마이크론 이하의 평균 입자 크기를 갖는 분말을 수득하는 단계;

(d) 약 5 마이크론 내지 약 100 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 무기 충전제와 약 5 마이크론 내지 약 100 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 퍼플루오로폴리머 분말을 갖는 수득된 분말을 상기 단계 (c)의 혼합물과 혼합하여 분말 코팅을 수득하는 단계(상기 무기 충전제 및 퍼플루오로폴리머를 동시에 단계 (c)의 분말과 혼합하거나, 또는 무기 충전제를 퍼플루오로폴리머보다 먼저 혼합하거나, 또는 퍼플루오로폴리머를 무기 충전제보다 먼저 혼합함);

(e) 상기 분말 코팅을 상기 기재상에 도포하는 단계; 및

(f) 상기 분말이 부분적으로 유착하기에 충분한 온도로 상기 기재를 가열하는 단계.

본 발명의 다른 실시양태는 사용된 물질 및 공정에 관련된 상세에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 단계들의 독특한 조합, 물질 및 조건에 근거하여 베이스(base) 코트와 탑(top) 코트 사이에 우수한 접착성을 갖는 다층 비접착성 코팅을 수득한다.

본 발명은 유익하게 VOC 유리 코팅 시스템을 제공한다. 현재 시판되고 있는 액체 프라이머(primer)는 용매계이므로, 바람직하지 않은 높은 VOC 함량을 갖는다. 수계 시스템 조차도 상당한 수준의 VOC를 포함한다.

또한, 본 발명은 완전한 분말 공정으로 공정을 감소시켰다. VOC를 감소시킬 뿐만 아니라, 상기는 코팅 어플리케이터가 있어야 하는 장치의 양 및 복잡성을 감소시켰다.

본 발명의 비접착성 분말 코팅용 분말 프라이머는 무기 충전제 뿐만 아니라 플루오로폴리머, 열가소성 폴리머 및 퍼플루오르화 폴리머의 분말에 근거한다. 상기는 용매와 함께 사용되는 FEP(헥사플루오로프로필렌 및 테트라플루오로에틸렌의 코폴리머) 또는 PFA(퍼플루오로프로필비닐 에테르 및 테트라플루오로에틸렌의 코폴리머)에 근거한 분말 코팅과는 다르다. 본 발명의 물질들을 분말 코트로 전환하는 방법은 상기 물질들을 혼합하고 공압출(co-extrusion)시킨 후 목적하는 입자 크기로 분쇄하는 것이다.

베이스코트(basecoat) 및 플루오로폴리머와 열가소성 폴리머의 사용에 관해서, 본 발명의 기술은 특허 출원 US 2004/0253387 A1에서 기술된 것과 동일하지는 않지만 유사하며, 이는 본원에 참고문으로 통합된다. 그러나, 상기 특허 출원에 기술된 발명은 분말 코팅에 대해 베이스 코트로서 사용되는 경우, 베이스 코트와 퍼플루오로폴리머 분말 탑코트 사이의 코트간(intercoat) 접착성이 떨어진다. 탑 코트, 전형적으로 PFA, FEP 및/또는 MFA(테트라플루오로에틸렌 및 퍼플루오로메틸비닐 에테르의 코폴리머)는 기본 접착 시험(크로스-해치 및 네일 접착)에 의해서 시험되는 경우 글자그대로 얇은 층으로 갈라진다.

본 발명의 코팅은 목적하는 경도의 기재에 사용될 수 있다. 코팅이 도포되는 기재의 형태, 및 형성되는 형태는 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 비접착성 코팅은 금속 기재, 가령 강철, 알루미늄을 코팅하는데 사용되어 조리 기구를 형성한다. 상기 기재는 베이스 코트의 접착성을 향상시키기위해 전처리, 가령 화학적 에칭(chemical etching) 또는 샌드블라스팅(sandblasting)에 의해서 전처리된다. 샌드블라스팅이 가장 좋다.

본 발명은 코트간 접착성을 향상시키기위해 2가지 접근법을 사용한다. 코트간 접착성을 향상시키기위한 한가지 접근법은 베이스 코트(프라이머)와 탑 코트사이에 기계적 결합을 형성하는 베이스 코트상에 거친 면을 형성하는 것이며, 입자 크기가 작아지면 베이스코트의 표면이 덜 거칠어지고 코트간 접착성이 떨어진다. 상기 거친 면 및 개선된 기계적 접착성은 무기 충전제, 가령 안료(프라이머가 적용되고 소성되는 경우 거친 면을 형성할 수 있는 입자 크기를 가짐)를 압출되고 분쇄된 분말 코팅에 혼합함으로써 수득될 수 있다. 상기 안료의 하나의 예로는 분말 베이스 코트와 결합되는 알루미늄 플레이크(aluminum flake)이다. 상기 방법에서 수득된 분말 프라이머가 금속 기재에 도포되고 경화되어 분말 탑-코트를 도포하고 경화하는 경우 베이스 코트와 탑 코트사이의 결합은 끓는 물에 대상을 통과시키고, 크로스 해치 및 접착 테이프 시험에 통과할 수 있을 만큼 충분히 강하다. 그러나, 상기 방법으로 제조된 코팅은 표준 끓는 물 처리후 손톱 접착 시험(standard post-boiling water finger nail adhesion test)에 의해서 시험되는 경우 코트간 접착성이 떨어질 것이다.

코트간 접착성을 개선하기위한 두번째 접근법은 베이스 코트를 포함하며, 베이스 코트에 도포될 탑코트의 입자 크기와 유사한 입자 크기의 FEP, PFA 및 MFA를 포함할 수 있는 분말을 혼합하는 것이다. 상기는 화학적 및 기계적 결합에 의해서 베이스코트와 탑코트사이의 결합을 더 단단하게 촉진시킨다. 베이스 코트와 탑 코트의 접착성은 수득된 코팅이 끓는 물, 크로스 해치 및 테이프 시험 뿐만아니라 손톱 시험을 통과한다는 점에서 향상되었으며, 이는 시판되는 제빵 기구용 코팅과 같이 대부분의 산업적 용도에서 매우 중요하다.

상기 접근법 중 하나 또는 둘다가 사용될 수 있지만, 두개의 접근법을 사용함으로써 최상의 접착성이 수득된다.

본원에서 사용되는 입자 크기와 관련된 "유사한(similar)"이라는 용어는 표제의 입자의 평균 직경이 비교될 입자의 평균 직경보다 더 크거나 또는 더 작으며, 50% 이하인 것을 의미한다.

베이스 코트를 형성하기위해서, 본 발명은 약 250 ℃ 내지 약 400 ℃의 온도에서 플루오로폴리머 및 열가소성 폴리머를 용융 혼합하여 균질화시킨다. 수득된 고체 혼합물내 플루오로폴리머의 양은 약 5 중량% 내지 약 50 중량%이며, 고체 혼합물내 열가소성 폴리머의 양은 약 50 중량% 내지 약 95 중량%인 것이 바람직하며, 고체 혼합물은 약 250~400 ℃의 바람직한 온도에서 이축 압출기로 혼합하고 압출한다. 상기 압출물은 약 -10~20 ℃ 온도의 공기중에서 약 100 마이크론 이하의 평균 입자 크기의 분말로 분쇄될 수 있다.

그 후, 상기 분말은 약 5 마이크론 내지 100 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 무기 충전제(가령, 안료)와 약 5 마이크론 내지 약 100 마이크론의 입자 크기를 갖는 퍼플루오로폴리머 분말과 혼합하여 분말 코팅을 수득한다. 상기 무기 충전제 및 퍼플루오로폴리머는 동시에 분쇄된 압출물의 분말과 혼합되거나, 또는 무기 충전제는 퍼플루오로폴리머보다 먼저 혼합되거나, 또는 퍼플루오로폴리머는 무기 충전제보다 먼저 혼합된다. 무기 충전제 분말의 입자 크기는 폴리머 분말의 입자 크기와 유사한 것이 바람직하다.

무기 충전제/폴리머 혼합물은 단계 (e) 이전에 결합될 수 있으며, 상기 혼합물은 폴리머 입자가 무기 충전제 입자에 충분히 점착될 때까지 가열된다.

본 발명에 사용되는 바람직한 플루오로폴리머는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), TFE(테트라플루오로에틸렌)과 상기 코모노머로서 PMVE(퍼플루오로메틸비닐에테르), PPVE(퍼플루오로프로필비닐 에테르), HFP(헥사플루오로프로필렌), 에틸렌, CTFE(클로로트리플루오로에틸렌) 및 상기 코모노머들의 배합물의 코폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.

본 발명에 사용되는 바람직한 열가소성 폴리머는 폴리에테르 설폰(PES), 폴리아릴설폰(PAS), 폴리페닐 설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리이미드(PI) 및 폴리아미드이미드(PAI)로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. PPS가 가장 바람직하다.

본 발명에 사용될 수 있는 무기 충전제는 마이카 메타실리케이트(mica methasilicate) 또는 볼로스토나이트(wollostonite), 탈크(talc) 및 알루미늄 플레이크를 포함한다. 알루미늄 플레이크가 가장 바람직하다. 예로는 PCF 7130으로 알려져 있는 Alcon-Toya에서 제조된 알루미늄 플레이크이다. 아크릴 수지로 알루미늄 플레이크를 코팅하는 것이 유익하다.

무기 충전제의 평균 입자 크기는 단계 (f) 이후에 기재상에 코팅의 두께와 동일하거나 또는 더 큰 것이 바람직하다.

그후, 분말 혼합물을 용도에 따라서 약 20~60 마이크론의 두께, 그러나 100 마이크론 이하의 두께의 층으로 바람직하게는 정전기적으로 기재상에 도포하며, 상기 기재를 상기 분말이 부분적으로 유착(상기 분말 입자가 서로 접착되는 정도로만 용융시킴)되기에 충분한 온도, 통상 약 370 ℃ 내지 약 415 ℃로 가열한다.

탑 코트를 형성하기위해서, 퍼플루오로폴리머 분말을 코팅 기재에 도포하고, 상기 기재를 약 370 ℃ 내지 약 415 ℃의 온도에서 다시 가열하여 퍼플루오로폴리머 분말이 충분히 유체가 되게 하여 제1 층에 결합시킨다. 상기에서 언급한 바와 같이, 탑 코트를 형성하는 분말은 베이스 코트를 형성하는 분말과 유사한 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.

베이스 코트 및 탑 코트에서 본 발명에 사용하기에 바람직한 퍼플루오로폴리머는 PFA, FEP 및 MFA이며, PFA는 이의 물리적 특성[인성(toughness), 이형성(release property), 등] 때문에 가장 바람직하다.

일단 베이스 코트가 도포되면, 약 370 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 2~3분동안 플래시 오프(flash off)될 수 있다. 그 후, 상기 탑 코트를 도포하고 약 10분동안 400 ℃에서 최종 경화된다. 플래시 오프가 사용되지 않으면, 최종 경화는 약 400~425 ℃, 바람직하게는 약 415 ℃의 온도에서 10분동안 실시될 수 있다.

하기의 비제한적인 실시예에서, 기재는 다양한 베이스 코트로 코팅되며, 이중 1개는 본 발명에 따라 제조되어 3가지 시험을 거쳐서 퍼플루오로폴리머 탑코트가 베이스 코트에 얼마나 잘 접착되는지를 측정한다. 첫번째 시험은 다양한 경도를 갖는 연필심으로 코팅면을 그어보고 절단되었을 경우 탑코트가 베이스 코트로부터 박리되었는지의 여부를 관찰하는 연필 시험이다. 두번째 시험에서, 볼펜으로 다양한 압력으로 코팅을 눌러서 동일한 측정을 한다. 세번째 시험은 탑코트를 시험자의 손톱을 사용하여 박리시킬 수 있는지를 측정하는 손톱 시험이며, 먼저 손톱으로 박리시키고 코팅된 패널을 끓는 물에서 30분동안 침지시킨 이후에 손톱으로 박리시킨다.

실시예 1

본 실시예에서, 본 발명의 모든 요건이 만족되었지만, 충전제가 사용되지 않았으며 퍼플루오로폴리머가 분말 압출물과 혼합되지 않았다.

실시예 2

본 실시예에서, 본 발명의 모든 요건이 만족되었지만, 퍼플루오로폴리머가 분말 압출물과 혼합되지 않았다.

실시예 3

본 실시예는 모든 측면에서 본 발명을 설명한다.

하기의 표는 상기 실시예에서 사용된 물질들을 요약하였다:

원료 상세:

라이톤(Ryton) V1은 오클라호마 바틀스빌의 Chevron-Phillips에서 제조된 저점도의 폴리페닐렌 설파이드이다.

PTFE TL 10은 플루오로폴리머이며, 폴리테트라플루오로에틸렌으로 잘 공지되어 있다. 이는 펜실베니아 다우닝타운의 AGC Chemicals Americas에서 제조된다.

채널 블랙(Channel Black)은 일리노이 시카고의 Keystone Aniline Corp.에 의해서 시판된 미세분쇄된 채널 카본 블랙이며, 단지 색상을 부여하기위해서 사용된다.

네오크릴(Neocryl) BT-44는 DSM의 사업부문(business unit)인 NeoResins Inc.에서 시판되는 45%의 고형물로 제조된 수계 아크릴 라텍스이다.

흄 실리카(Fume silica)는 Cabot Corp. 또는 Degussa에 의해서 제조되며, 분말 코팅의 스프레이 사용을 개선하기위해서 사용되는 첨가제이다.

PCF 7130은 Toyal America Inc.에서 제조되는 비리핑타입(non-leafing) 알루미늄 플레이트 안료이다. 상기 안료는 23 마이크론의 D50의 입자 크기를 갖는다.

하이플론(Hyflon)

PFA 7010은 38 마이크론의 D50의 입자 크기를 갖는 테트라플루오로에틸렌 및 퍼플루오로프로필비닐 에테르의 코폴리머이다.

실시예 1 내지 실시예 3에서, 단계 (c) 이후에 제조된 분쇄물은 22 마이크론의 D50(입자의 약 50%가 특정 직경을 가짐)의 입자 크기를 가지며, 압출 온도는 300 ℃이며, 공기 온도는 -1 ℃이다. 탑코트를 포함하는 퍼플루오로폴리머의 입자 크기는 약 20-25 마이크론이다.

연필 시험에 관련하여, 연필심의 경도는 경도의 오름순으로 B, HB 및 F이다.

볼펜 시험에 관련하여, 사용된 압력은 20 psi, 50 psi 및 70 psi이다.

하기의 표는 결과를 요약하였다:

	실시예 1	실시예 2	실시예 3
연필 시험	경도 B에서만 통과	경도 B 및 HB에서만 통과	경도 B, HB 및 F 통과
볼펜 시험	20 psi 이하에서만 통과	50 psi 이하에서만 통과	70 psi에서 통과
손톱 시험	실패	통과	통과
끓는 물 시험 후에 손톱 시험	실패	실패	통과

실시예 3의 코팅만이 모든 시험을 통과하였으며, 탑코트는 박리되거나 또는 벗겨지지 않았다.

Claims

플루오로폴리머를 포함하는 코팅으로 기재를 코팅하는 방법으로서,

하기로 이루어진 일련의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:

(a) 1 이상의 플루오로폴리머 및 400 ℃ 이상의 온도에서 열적으로 안정한 1 이상의 열가소성 폴리머를 포함하는 고체 혼합물을 준비하는 단계;

(b) 약 250 ℃ 내지 약 400 ℃의 온도에서 상기 고체 혼합물을 용융 혼합 및 압출하여 균질화시키는 단계;

(c) 상기 압출물을 기계적 수단으로 처리하여 약 100 마이크론 이하의 평균 입자 크기를 갖는 분말을 수득하는 단계;

(d) 약 5 마이크론 내지 약 100 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 무기 충전제와 약 5 마이크론 내지 약 100 마이크론의 입자 크기를 갖는 퍼플루오로폴리머 분말을 갖는 수득된 분말을 상기 단계 (c)의 혼합물과 혼합하여 분말 코팅을 수득하는 단계(상기 무기 충전제 및 퍼플루오로폴리머를 동시에 단계 (c)의 분말에 혼합하거나, 또는 무기 충전제를 퍼플루오로폴리머보다 먼저 혼합하거나, 또는 퍼플루오로폴리머를 무기 충전제보다 먼저 혼합함);

(e) 상기 분말 코팅을 상기 기재상에 도포하는 단계; 및

(f) 상기 분말이 부분적으로 유착하기에 충분한 온도로 상기 기재를 가열하는 단계.
제 1 항에 있어서,

상기 단계 (d)의 무기 충전제 분말 및 폴리머 분말들의 혼합물이 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

퍼플루오로폴리머 분말 코팅을 단계 (f)의 코팅된 기재에 도포하고; 상기 기재를 다시 가열하여 분말이 충분히 유체가 되도록 하고, 제2 층(second layer)으로서 제1 층(first layer)에 결합하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

단계 (e)의 분말 코팅을 약 20~100 마이크론 두께의 층으로 정전기적으로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 무기 충전제의 평균 입자 크기는 단계(f) 이후의 기재상의 코팅 두께와 동일하거나 또는 더 큰 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 무기 충전제는 안료(pigment)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 안료는 알루미늄 플레이크(flake)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

단계 (c)의 분말의 입자 크기는 단계 (d)의 무기 충전제의 입자 크기와 유사한 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서,

제2 층을 형성하는 분말의 입자 크기는 제1 층을 형성하는 분말의 입자 크기와 유사한 것을 특징으로 하는 방법.