KR101625711B1 - 중합체 재료의 유동 코팅을 위한 방법 - Google Patents

중합체 재료의 유동 코팅을 위한 방법 Download PDF

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Abstract

중합체 재료의 유동 코팅을 위한 방법으로서, a. 적어도 하나의 컴포넌트(1)를 플로어(5)에 대하여 25o 내지 90o의 각도로 홀더(2)에 삽입하고, b. 10중량% 내지 30중량%의 4-메틸-2-펜타논 및/또는 이의 유도체를 함유하는 바니시(3)로 컴포넌트(1)를 상부 에지(1a)부터 코팅하는, 중합체 재료의 유동 코팅을 위한 방법.

Description

중합체 재료의 유동 코팅을 위한 방법{METHOD FOR THE FLOW COATING OF A POLYMERIC MATERIAL}
본 발명은 중합체 재료를 유동 코팅(flow coating)하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
코팅 및 바니싱(varnishing)은 시각적인 외양 외에 중합체 재료의 표면 품질과 내성에 상당한 영향을 미친다. 이는, 중합체 재료의 시각적인 인상, 예컨대 색 또는 광택, 및 중합체 재료의 화학적이고 기계적인 내성 모두에 관한 것이다. 코팅할 부분에 바니시(varnish)가 단지 불충분하게 부착되는 경우, 바니시를 영구적으로 부착시키는 응용에서는 두 단계의 공정이 발생할 수 있다. 첫 번째 단계에서, 중합체 부분과 톱코트(topcoat) 간의 화학적 또는 물리적 결합을 제공하는 프라이머(primer)를 적용한다. 프라이머의 적용 및 경화 후, 기능층을 적용할 수 있다. 착색 화합물 및 안료 외에, 기능층 및 프라이머는 또한 UV 차단제 및 방부제뿐만 아니라 내스크래치성(scratch resistance)을 증가시키는 성분, 예를 들어 나노입자를 함유할 수 있다. 많은 경우에서, 첫 번째로 적용된 프라이머는 UV 차단제 및 방부제를 함유한다. 이어서, 두 번째 단계에서, 프라이머상에 하드코트(hardcoat)를 적용한다. 하드코트는 많은 경우에서 Si-O 기 및 유기 잔기 -R이 있는 Si-R 기 모두를 함유하는 하이브리드 폴리실록산을 함유한다. 이러한 하드코트는 기계적 응력 및 활동적인 화학 물질 또는 화합물에 대하여 높은 내성을 갖는다. 이는 주로 유기 용매를 포함하지만 희석된 산 및 염기도 포함한다.
프라이머와 톱코트로 이루어진 바니시는 다양한 방법을 이용하여 적용할 수 있다. 통상적으로 이용하는 방법은 브러싱(brushing) 및 롤링(rolling), 에어로졸 분무(spraying), 분말 코팅, 침지 코팅(dip coating), 및 용액, 에멀션(emulsion), 또는 현탁액의 유동 코팅뿐만 아니라 기상으로부터의 CVD(chemical vapor deposition)법 및 PVD(physical vapor deposition)법을 포함한다. 이러한 방법은 장비 요건, 비용, 및 특히 대량인 경우에는 재현성(reproducibility)에서 상당히 상이하다. 중합체 재료를 대량으로 바니싱하기 위한 통상의 방법은 유동 코팅이다. 이 경우, 액체 바니시를 사용하여 컴포넌트의 상부 에지부터 침범한다. 그 결과로 생긴 코팅은 하나 또는 복수의 고정식으로 장착된 유동-코트 노즐 또는 바니시 커튼을 사용하여 발생할 수 있거나 이동가능한 유동 로봇 암을 사용하여 발생할 수 있다. 아래로 흐르는 바니시는 유동 로봇 암의 위치에 따라 전체 컴포넌트를 적신다.
유동 코팅의 단점은 바니시 적용 지점 또는 상부 온플로 에지(onflow edge)와 초과량의 바니시의 하부 드립 에지(drip edge)로부터의 물리적으로 생성된 코팅 두께 구배이다. 코팅할 컴포넌트 위의 경로에서 용매의 일부가 증발한다. 용매 농도의 감소는 많은 경우에서 드립 에지 영역의 바니시 점도의 증가를 야기한다. 점도의 증가는 떨어지는 속도(drip speed)를 동시에 감소시키고, 또한 드립 에지 영역에서 층 두께의 증가를 동시에 야기한다. 게다가, 바니시의 미리 중합되고 부분적으로 중합된 부분이 드립 에지 영역에서 누적 및 백업(back up)될 수 있다. 온플로 영역에서는 요구되는 층 두께에 자주 도달되지 않는 반면 드립 에지에서는 바니시의 연속적인 흐름으로 인해 층 두께 초과가 발생할 수 있다. 불충분한 층 두께는 내후성(weather resistance)의 손실을 야기할 수 있고, 따라서 코팅된 컴포넌트의 빠른 노화를 야기할 수 있다. 대조적으로, 초과한 바니시의 층 두께는 응력 균열(stress crack) 형성을 자주 야기한다. 이러한 결과는 코팅할 부분에 복수의 바니시 층 또는 기능층을 적용하는 경우 심해진다.
DE 199 06 247 A1은 자동차 본체에 대한 2층 톱코트의 제조를 위한 방법을 개시한다. 깨끗한 바니시 코팅 재료로 제조된 투명한 최종 코트를 수성 염기 코트에 적용한다.
GB 1,097,461 A는 플라스틱 시트 또는 필름을 프린팅(printing) 및 염색(dyeing)하기 위한 방법을 개시한다. 염료는 브러싱, 분무, 또는 유동 코팅으로 적용할 수 있고, 이어서 건조를 통해 고정할 수 있다.
GB 1,201,292 A는 저온에서 경화될 수 있는, 목재, 유리, 플라스틱, 및 합성 차량 본체 부품용 아크릴 코팅을 개시한다. 아크릴 코팅은 분무, 침지, 브러싱, 또는 유동 코팅으로 적용할 수 있다.
GB 2 123 841 A는 침지 코팅법 및 유동 코팅법으로 재료에 적용할 수 있는 얇은 내마모성 폴리우레탄 코팅을 개시한다. 가능한 기재는 특히 투명한 폴리카르보네이트 시트 및 열가소성 폴리우레탄 시트이다.
WO 2008/134768 A1은 중합체 재료를 유동 코팅하기 위한 방법을 개시한다. 코팅은 사전설정된 코팅 각도로 적용한다.
본 발명의 목적은 코팅할 컴포넌트에 바니시 층의 균일한 층 두께를 적용가능하게 하는, 중합체 재료를 유동 코팅하기 위한 방법을 제공하는 데 있다. 특히, 바니시의 층 두께 구배는 상부 온플로 에지부터 하부 드립 에지까지 가능한 한 작아야 한다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 중합체 재료를 유동 코팅하기 위한 방법을 통해 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 실시양태는 종속 청구항을 통해 제공되어 있다.
유동 코팅 및 그 이용을 위한 본 발명에 따른 장치는 다른 독립 청구항으로부터 분명해진다.
중합체 재료를 유동 코팅하기 위한 본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 컴포넌트를 플로어(floor)에 대하여 25o 내지 90o의 각도로 홀더에 삽입하는 제1 단계를 포함한다. 이어서 10중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 15중량% 내지 20중량%의 4-메틸-2-펜타논 및/또는 이의 유도체를 함유하는 바니시로 컴포넌트를 상부 에지부터 코팅한다. 바니시는 상부 에지부터 컴포넌트를 걸쳐 드립 에지까지 쭉 흐른다. 코팅할 컴포넌트의 크기에 따라, 바니시는 바니시 커튼 및/또는 나란히 배열된 복수의 노즐로부터 컴포넌트상으로 흐른다. 또 다른 옵션으로, 바니시는 이동가능한 노즐 암으로부터 컴포넌트상에 적용한다.
용매 4-메틸-2-펜타논을 빠르게 증발시키는 것은, 코팅의 다이내믹한 유동을 초기에 정지시키고, 따라서 바니시의 과도하게 긴 연속적인 흐름에 기인한 상부 에지 구역에서의 막 수축뿐만 아니라 바니시 누적에 기인한 하부 에지에서의 증가한 바니시 빌드 업(build up)을 방해한다는 점에서 막 형성을 상당히 촉진한다. 이러한 방식으로, 컴포넌트 표면을 따라 Y 방향으로 균등한 층 두께를 얻는다. 실험은 (상부 에지부터 컴포넌트의 길이의 대략 30%에 대한) 상부 에지 구역 내 층 두께의 2% 내지 10%만큼의 증가 및 (하부 에지부터 컴포넌트의 길이의 대략 30%에 대한) 하부 에지 영역 내 층 두께의 2% 내지 10%만큼의 감소를 제공하였다.
바람직한 실시양태에서, 바니시가 컴포넌트를 흐르는 중에 및/또는 동시에 컴포넌트의 상부 에지 아래의 바니시는 기류와 충돌한다. 본 발명의 맥락에서, "상부 에지 아래"라는 표현은 컴포넌트의 상부 에지에 인접한 표면의 30% 이하를 포함한다. 상부 에지 아래 영역 내 적어도 소구역에 대한 기류에 의한 충돌(impingement)은 바니시 내 용매의 증발을 증가시키고, 바니시의 점도를 증가시킨다. 증가한 점도는 상부 에지 아래 영역에서 바니시의 흐름을 느리게 하고, 상부 에지 아래 바니시의 층 두께를 하부 드립 에지상의 바니시의 층 두께와 균등하게 한다.
중합체 재료를 유동 코팅하기 위한 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시양태에서, 제1 단계에서는 적어도 하나의 컴포넌트를 플로어에 대하여 25o 내지 90o의 각도로 홀더에 삽입한다. 이어서, 컴포넌트를 상부 에지에서 25℃ 내지 100℃까지 가열하고, 그동안에 및/또는 그 후에 바니시로 상부 에지부터 코팅한다. "상부 에지"란 표현은 상술한 바와 같이 상부 에지에 인접한 컴포넌트의 표면의 30%를 의미한다. 상부 에지의 가열은 고온 기류 또는 공기 송풍기로 수행할 수 있다. 또 다른 옵션은 방사열을 이용하는, 예를 들어 적외선 방열기를 사용하는 가열이다. 상부 에지 아래 컴포넌트의 가열은 기류에 의한 충돌처럼 바니시 내 용매의 증발을 증가시키고, 바니시의 점도를 증가시킨다. 증가한 점도는 상부 에지 아래 영역에서 바니시의 흐름을 느리게 하고, 상부 에지(온플로 에지) 아래 바니시의 층 두께를 하부 드립 에지상의 바니시의 층 두께와 균등하게 한다.
기술한 본 발명에 따른 방법의 두 가지 실시양태는 또한 자동화 공정에서 반복할 수 있다. 바니시의 적용뿐만 아니라 기류에 의한 충돌 또는 컴포넌트의 가열의 반복은 복수의 동일하거나 상이한 바니시 층의 퇴적을 가능하게 한다. 반복은 동일한 장치와, 컨베이어 벨트를 통해 서로 연결된 본 발명에 따른 상이한 장치 모두에서 발생할 수 있다.
컴포넌트는 플로어에 대하여 바람직하게는 35o 내지 70o, 특히 바람직하게는 40o 내지 60o의 각도로 홀더에 삽입한다. 홀더는 바람직하게는 금속 및/또는 합금, 특히 바람직하게는 철, 알루미늄, 크롬, 바나듐, 니켈, 몰리브덴, 망간, 또는 중합체, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 및/또는 이의 혼합물 혹은 공중합체를 함유한다.
기류는 바람직하게는 1m/s 내지 5m/s, 바람직하게는 2m/s 내지 4m/s의 속도를 갖는다.
기류는 바람직하게는 30℃ 내지 150℃, 바람직하게는 40℃ 내지 80℃의 온도를 갖는다.
본 발명은 중합체 재료를 유동 코팅하기 위한 장치를 더 포함한다. 장치는 플로어에 대하여 25o 내지 90o의 각도로 홀더에 삽입된 적어도 하나의 컴포넌트를 포함한다. 컴포넌트는 적어도 하나의 중합체 재료를 함유하고, 추가로 컴포넌트는 금속 및/또는 유리를 또한 함유할 수 있다. 중합체 재료는 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및/또는 이의 혼합물 혹은 공중합체, 특히 바람직하게는 폴리카르보네이트 및 폴리카르보네이트 블렌드, 예컨대 폴리카르보네이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트; 폴리카르보네이트/아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌; 폴리카르보네이트/폴리부틸렌 테레프탈레이트를 함유한다. 컴포넌트는 바람직하게는 250㎠ 초과, 특히 바람직하게는 500㎠ 초과의 표면을 갖는다. 노즐, 바람직하게는 이동가능한 로봇 암은 컴포넌트 위에 배치하여 바니시를 컴포넌트상에 적용한다. 노즐 또는 이동가능한 로봇 암은 플로어에 대한 상부 에지 및 상부 에지에 인접한 컴포넌트의 표면의 30%에 바니시의 적용을 가능하게 한다. 공기 노즐 및/또는 열원은 컴포넌트의 상부 에지를 겨냥한다. 컴포넌트의 크기 및 폭에 따라, 복수의 공기 노즐 및/또는 열원은 또한 나란히 배치할 수 있다.
홀더는 바람직하게는 컨베이어 벨트, 플로어 컨베이어, 또는 서스펜션 컨베이어에 설치한다. 컨베이어 벨트는 바람직하게는 바니시 라인 내에 위치하고, 따라서 대량의 컴포넌트의 유동 코팅 및 복수의 바니싱 단계를 가능하게 한다.
공기 노즐 또는 공기 총은 바람직하게는 컴포넌트로부터 100㎜ 내지 1000㎜, 바람직하게는 150㎜ 내지 400㎜의 거리에 일시적인 정상(고정) 상태로 배치한다.
바람직하게는 1개 내지 10개의 공기 노즐, 특히 바람직하게는 2개 내지 5개의 공기 노즐을 컴포넌트 앞에 배치한다.
바니시는 바람직하게는 톱코트 및/또는 프라이머, 특히 바람직하게는 톱코트 내의 유기적으로 개질된 실리콘 수지 및/또는 프라이머 내의 폴리아크릴레이트를 함유한다.
바니시는 바람직하게는 용매, 바람직하게는 물, 알코올, 및/또는 케톤, 특히 바람직하게는 메탄올 및 2-프로판올, n-부탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 및/또는 이의 혼합물 혹은 유도체를 함유한다.
프라이머는 용매, 바람직하게는 1-메톡시-2-프로판올, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 및/또는 이의 혼합물 혹은 유도체를 함유한다. 톱코트는 용매, 바람직하게는 물, 특히 바람직하게는 메탄올, 2-프로판올, n-부탄올, 및/또는 이의 혼합물 혹은 유도체를 함유한다.
본 발명은 중합체 재료를 유동 코팅하기 위한, 바람직하게는 자동차의 플라스틱 부품을 유동 코팅하기 위한, 특히 바람직하게는 플라스틱으로 제조한 자동차 루프(roof) 및/또는 자동차 글레이징(glazing)을 유동 코팅하기 위한 본 발명에 따른 장치의 사용을 더 포함한다.
이하에서, 본 발명은 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면은 단순히 개략적이고, 사실적인 스케일은 아니다. 도면은 본 발명을 결코 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 한 실시양태의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시양태의 개략도이다.
도 3은 종래기술의 유동 코팅된 컴포넌트의 단면이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 따라 유동 코팅된 컴포넌트의 단면이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치(10)의 바람직한 실시양태의 개략도이다. 코팅할 컴포넌트(1)는 홀더(2)에 위치하고, 이동가능한 노즐 암(6)을 통해 바니시(3)로 컴포넌트(1)의 상부 에지(1a)부터 코팅한다. 컴포넌트(1)의 상부 에지(1a) 내 영역, 즉 상부 에지에 인접한 표면의 30%에서 바니시(3)는 공기 노즐(7a)로부터의 기류(4)와 충돌한다. 홀더(2)는 바람직하게는 플로어 컨베이어(8)에 위치한다. 플로어(5)의 플로어 컨베이어(8)는 바니시 라인 및 조립 라인에서 본 발명에 따른 장치(10)를 이동 방향(11)으로 사용가능하게 한다.
도 2는 본 발명에 따른 장치(10)의 또 다른 바람직한 실시양태의 개략도이다. 기본 구조는 도 1에서 기술한 장치의 구조와 대응한다. 그러나 상부 에지 영역에서 바니시(3)(도시하지 않음)의 적용 전 또는 적용 중에 열원(7b)으로 컴포넌트를 가열한다. 바니시(3) 내 용매는 가열된 영역에서 더 빠르게 증발하고, 따라서 더 높은 점도 및 층 두께(a)를 상부 에지(1a)에 제공한다. 플로어(5)의 컨베이어 벨트(8)는 도 1에서처럼 본 발명에 따른 장치(10)를 바니시 라인 및 조립 라인에서 사용가능하게 한다.
도 3은 종래기술에 따라 유동 코팅된 컴포넌트의 단면을 도시한다. 컴포넌트(1)는 상부 에지(a')부터 드립 에지(b')까지 유동 코팅하였다. 바니시(3) 내 용매의 일부는 컴포넌트(1)에 걸쳐 흐르는 동안 증발한다. 이러한 결과는 컴포넌트(1)가 길수록 주위 온도가 높을수록 증가한다. 바니시(3) 내 용매의 감소는 바니시(3)의 점도의 증가를 야기하고, 따라서 드립 에지(b') 영역에서 바니시 층 두께의 불리한 증가를 야기한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 따라 유동 코팅한 컴포넌트의 단면을 도시한다. 컴포넌트(1)는 상부 에지(a)부터 드립 에지(b)까지 유동 코팅하였고, 바니시(3)는 그동안에 컴포넌트(1)의 상부 에지(1a) 아래에서 기류(4)와 충돌하였다. 바니시(3) 내 용매의 일부는 컴포넌트(1)에 걸쳐 흐르는 동안 증발하고, 이는 도 3에서 기술한 바와 같이 컴포넌트가 길수록 주위 온도가 높을수록 증가하다. 그러나 기류(4)에 의한 충돌은 상부 에지(a)에서 바니시(3)의 용매의 증발을 증가시킨다. 그 결과로 생긴 더 높은 점도는 상부 에지(a)에서 바니시(3)의 층 두께를 증가시키고, 드립 에지(b)에서의 바니시(3)의 층 두께에 비해 더 적은 차이를 보장한다. 도 3에 따른 장치를 통한 유동 코팅에 비해, 상부 에지(1a)의 평균 층 두께는 본 발명에 따른 장치 및 방법을 통해 3% 내지 5%만큼 증가한다.
1: 컴포넌트
1a: 컴포넌트의 상부 에지
2: 홀더
3: 바니시
4: 기류
5: 플로어
6: 노즐/분무 암
7a: 공기 노즐
7b: 열원
8: 컨베이어 벨트/플로어 컨베이어
9: 열 방사선
10: 본 발명에 따른 장치
11: 이동 방향
a,a': 상부 에지/온플로 에지
b,b': 드립 에지

Claims (10)

  1. 중합체 재료를 유동 코팅(flow coating)하기 위한 방법으로서,
    a. 적어도 하나의 컴포넌트(1)를 플로어(floor)(5)에 대하여 25o 내지 90o의 각도로 홀더(2)에 삽입하고,
    b. 10중량% 내지 30중량%의 4-메틸-2-펜타논 및 상기 4-메틸-2-펜타논의 유도체 중 적어도 하나를 함유하는 바니시(3)로 컴포넌트(1)를 상부 에지(1a)부터 코팅하고,
    단계 b에서 상부 에지(1a)에 인접한 컴포넌트(1)의 표면의 0% 초과 내지 30% 이하에 기류(4)가 충돌하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 b는 30초 내지 120초 후에 1회 이상 반복되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    컴포넌트(1)는 플로어에 대하여 35o 내지 70o의 각도로 홀더(2)에 삽입되는, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기류(4)는 1m/s 내지 5m/s의 속도를 갖는, 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기류(4)는 30℃ 내지 150℃의 온도를 갖는, 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    바니시(3)는 톱코트(topcoat) 및 프라이머(primer) 중 적어도 하나를 함유하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    톱코트 및 프라이머 중 적어도 하나는 유기적으로 개질된 실리콘 수지 및 폴리아크릴레이트 중 적어도 하나를 함유하는, 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    바니시(3)는 상기 4-메틸-2-펜타논 및 상기 4-메틸-2-펜타논의 유도체 중 적어도 하나 외의 용매를 더 함유하는, 방법.
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