KR20140101724A - 액체 금속 조성물 - Google Patents

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KR20140101724A KR1020147010572A KR20147010572A KR20140101724A KR 20140101724 A KR20140101724 A KR 20140101724A KR 1020147010572 A KR1020147010572 A KR 1020147010572A KR 20147010572 A KR20147010572 A KR 20147010572A KR 20140101724 A KR20140101724 A KR 20140101724A
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마크 랄라마
폴 두덱
조셉 프라이
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Abstract

액체 금속 조성물은 아크릴 수지 및 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트를 포함하는 바인더, 왁스, 유기 용매 및 PVD 알루미늄 플레이크를 포함하는 알루미늄 안료를 포함한다. 다층 코팅 시스템은 10 초과의 플롭 지수를 갖고, 액체 금속 조성물로 형성되고 기판에 배치되는 액체 금속층과 톱코트 조성물로 형성되고 상기 액체 금속층에 배치되는 톱코트층을 포함한다. 다층 코팅 시스템을 형성하기 위해 액체 금속 조성물과 톱코트 조성물로 기판을 도장하는 방법은 액체 금속층을 형성하도록 상기 액체 금속 조성물을 10 % 초과의 도포 고체 비율로 상기 기판에 도포하는 단계, 톱코트층을 형성하도록 상기 액체 금속층 상부에 톱코트 조성물을 도포하는 단계 및 다층 코팅 시스템을 형성하도록 상기 층들을 경화하는 단계를 포함한다.

Description

액체 금속 조성물{A LIQUID METAL COMPOSITION}
본 발명은 액체 금속 조성물, 다층 코팅 시스템 및 다층 코팅 시스템을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
자동차 제조자들은 시장에서 경쟁이 증가되고 있다. 경쟁에 있어서, 자동차 제조자들은 가능한 한 최소 가격으로 소비자에게 피력하는 자동차를 제공하여야 한다.
은색 차량은 소비자에게 매력적이다. 일반적으로, 은색은 새로운 차량 구매자가 선택하는 가장 인기 있는 색은 아니더라도 인기 있는 색 중 하나이다. 은색 차량의 인기가 증가함에 따라, 자동차 제조자들은 다양한 종류의 은색을 제공한다. 따라서, 금속색을 포함하는 다양한 범위의 은색이 현재 사용되고 있다. 이처럼, 다양한 범위의 은색이 사용되고 있지만, 자동차 제조자들은 추가적이고, 경제적이며, 매력적인 은색 페인트와 이러한 은색 페인트가 도포될 수 있는 자동차 도장 공정을 요구하고 있다.
전통적으로, 자동차 도장 공정은 기판, 즉, 차체를 준비하는 것을 포함한다. 기판이 준비된 이후, 이 기판은 베이스코트층을 형성하도록 일반적으로 자동 도장기를 통해 베이스코트 조성물이 도포되는 도장 부스(booth)로 옮겨진다. 상기 도장 부스에서, 다른 자동 도장기를 통해 클리어코트(clear coat)층을 형성하도록, 클리어코트 조성물이 도포되기도 한다. 그 후, 기판은 오븐으로 옮겨지고, 이 곳에서 기판은 층을 경화하고 다층 코팅을 형성하도록 베이킹(bake)된다. 전술한 자동차 도장 공정은 일반적인 자동차 도장 공정이다.
자동차를 은색으로 도장하는 것은 복잡하고, 고비용의 은색 베이스코트 조성물과 자동차 도장 공정을 포함하기도 한다. 은색은 이러한 은색 베이스코트 조성물이 도포되어 은색 베이스코트층이 형성된 것이다.
먼저, 은색 베이스코트 조성물은 바인더, 즉, 수지, 가교제, 첨가제, 안료 및 용매를 포함하도록 제형화된다. 좀 더 구체적으로, 상기 은색 베이스코트 조성물은 일반적으로 흑백색의 안료들과 같은 다양한 안료들과 조합되는 알루미늄 플레이크(flake)와 같은 안료를 포함하며, 이를 통해 은색 베이스코트층에 은색을 부여한다. 은색 베이스코트 조성물에 걸친 알루미늄 플레이크의 분산도, 알루미늄 플레이크의 크기 및 형상, 은색 베이스코트 조성물의 유동학적 특성, 은색 베이스코트 조성물의 용도 및 은색 베이스코트층에서의 알루미늄 플레이크의 배향은 상기 은색 베이스코트층의 광학 특성에 영향을 미친다.
한가지 광학적 특성인 광반사는 은색 베이스코트층의 특성에서 특히 유용하다. 광반사에서 관찰된 변화는 일반적으로 색 이동(travel) 지수 또는 플롭(flop) 지수로 나타낸다. 일반적으로, 플롭 지수가 낮은 은색 베이스코트층은 곡면에서 여러 각도에서 보았을 때, 은색 베이스코트층이 균일하게 보일 필요가 있다. 일반적으로, 은색 베이스코트층의 플롭 지수가 낮기 위해서는, 은색 베이스코트층 내에서 알루미늄 플레이크가 무규칙적으로 배향될 필요가 있다. 최근, 높은 플롭 지수를 갖는 은색 베이스코트층의 인기가 높아지고 있고, 이 은색 베이스코트층은 곡면에서 여러 각도로 보았을 때 다르게 나타나며, 이러한 외관을 "액체 금속" 외관으로 부른다. 일반적으로, 은색 베이스코트층의 플롭 지수가 높기 위해서는, 은색 베이스코트층 내에서 알루미늄 플레이크가 기판에 실질적으로 평행하게 배향될 필요가 있다. 높은 플롭 지수를 갖는 은색 베이스코트층을 형성하기 위해, 고체가 적은, 즉, 용매가 높은 은색 베이스코트 조성물이 수동으로 도포된다. 상기의 고체가 적은 액체 베이스코트 조성물이 수동으로 도포되기 때문에, 자동차 제조자가 높은 플롭 지수를 갖는 은색 베이스코트층을 사용하는 것은 제한된다.
높은 플롭 지수를 갖는 은색 베이스코트층을 형성하도록 효율적인 자동차 도장 공정에 적용될 수 있는 경제적인 은색 베이스코트 조성물을 제형화하고자 하는 노력이 진행되고 있다. 최근까지, 경제적인 은색 베이스코트 조성물과 효율적인 자동차 도장 공정에 적용될 수 있는 높은 플롭 지수와 "액체 금속" 외관을 갖는 은색 베이스코트층을 조합할 수 없었다.
본 발명은 액체 금속 조성물을 제공한다. 상기 액체 금속 조성물은 아크릴 수지 및 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트를 포함하는 바인더, 왁스, 유기 용매 및 PVD 알루미늄 플레이크를 포함하는 알루미늄 안료를 포함한다.
또한, 본 발명은 플롭 지수가 10 초과인 다층 코팅 시스템을 제공하며, 기판과 상기 기판 주위에 배치되고, 액체 금속 조성물로부터 형성되는 액체 금속층과, 상기 액체 금속층 주위에 배치되고 톱코트 조성물로 형성되는 톱코트층을 포함하는 다층 코팅 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 다층 코팅 시스템을 형성하도록 기판을 액체 금속 조성물과 톱코트 조성물로 도장하는 방법을 제공한다. 상기 도장 방법은 액체 금속층을 형성하도록 상기 기판에 10% 도포 고체 비율을 갖는 액체 조성물을 도포하는 단계와 톱코트층을 형성하도록 상기 액체 금속층상에 톱코트 조성물을 도포하는 단계 및 상기 다층 코팅 시스템을 형성하도록 상기 층들을 경화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 액체 금속 조성물은 높은 플롭 지수와 "액체 금속" 외관을 갖는 액체 금속층을 형성하도록 기판에 도포될 수 있다. 또한, 상기 액체 금속 조성물은 경제적이고, 효율적인 자동차 도장 공정으로 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 이점들은 첨부되는 도면과 함께 하기의 상세한 설명을 참고한다면 더욱 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다층 코팅을 형성하도록 액체 금속 조성물과 톱코트 조성물로 기판을 도장하는 방법을 일반적으로 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 기판, 액체 금속층, 톱코트층을 포함하는 본 발명에 따른 다층 코팅 시스템의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다층 코팅 시스템을 형성하도록 베이스코트 조성물, 액체 금속 조성물 및 톱코트 조성물로 기판에 도장하는 방법을 일반적으로 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 기판, 베이스코트층, 액체 금속층 및 톱코트층을 포함하는 본 발명에 따른 다층 코팅 시스템의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다층 코팅 시스템을 형성하도록 베이스코트 조성물, 클리어코트 조성물, 액체 금속 조성물 및 톱코트 조성물로 기판을 도장하는 방법을 일반적으로 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 기판, 베이스코트층, 클리어코트층, 액체 금속층 및 톱코트층을 포함하는 본 발명에 따른 다층 코팅 시스템의 단면도이다.
본 발명은 액체 금속 조성물, 다층 코팅 시스템(12), 다층 코팅 시스템(12)을 형성하도록 기판(10)을 도장하는 방법을 제공하며, 이에 대한 상세한 설명은 아래에 기재한다. "액체 금속"은 실제 액체 금속을 의미하는 것은 아니고, 액체 금속 조성물로 형성되는 액체 금속층/코팅의 "액체 금속" 외관을 의미한다. 도면을 참조하면, 도면 부호는 다양한 시점에서의 대응 부분을 나타내고, 액체 금속 조성물과 톱코트 조성물로 다층 코팅 시스템(12)을 형성하도록 기판(10)을 도장하는 방법은 도면부호 14 로 기재된다. 본 발명의 액체 금속 조성물, 다층 코팅 시스템(12) 및 도장 방법(14)은 특히 자동차 코팅 제조업에 적합하지만, 액체 금속 조성물, 다층 코팅 시스템(12) 및 도장 방법(14)이 자동차 코팅 제조업에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 액체 금속 조성물, 다층 코팅 시스템(12) 및 도장 방법(14)은 가구 코팅 제조업에서도 사용될 수 있다.
기판(10)은 금속, 합금, 중합체 재료 등과 같은 임의의 종류의 재료를 포함할 수 있다. 또한, 기판(10)은 사전 처리 및/또는 이미 코팅이 적층되어 있을 수 있다. 일반적으로, 기판(10)은 자동차 차체이다. 자동차 차체는 여러 유형이 될 수 있으며, 예를 들어, 자동차 차체는 승용차, 트럭, SUV, 열차, 버스 등이 될 수 있다. 또한, "자동차 차체"는 범퍼, 거울 및/또는 차체 패널과 같은 자동차 부품을 모두 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 자동차 차체는 적층된 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 인산염층, e-코트(e-coat)층, 프라이머(primer)층, 베이스코트층, 클리어코트층 또는 이들의 조합물이 적층된 자동차 차체가 될 수 있다.
본 발명은 액체 금속 조성물을 제공한다. 상기 액체 금속 조성물은 아크릴 수지 및 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트를 포함하는 바인더, 왁스, 유기 용매 및 PVD 알루미늄 플레이크(18)를 포함하는 알루미늄 안료를 포함한다. 상기 액체 금속 조성물은 액체 금속층(16)을 형성하도록 기판(10)에 도포된다.
종래 기술에 있어서, 수지로 언급된 바인더는 여러가지 가능한 화학식과 작용기를 포함한다. 상기 바인더는 하나 이상의 수지를 포함하며, 일반적으로 수지 화합물을 포함한다.
상기 바인더는 아크릴 수지를 포함한다. 바인더는 둘 이상의 아크릴 수지를 포함할 수 있다. 아크릴 수지는 일반적으로 하이드록실 작용기를 갖는다. 일반적으로, 아크릴 수지는 1,000초과, 좀 더 일반적으로 2,000 내지 20,000, 가장 일반적으로 3,000 내지 15,000 g/mol의 평균 분자량(Mn)을 갖는다. 이론에 제한될 필요 없이, 액체 금속 조성물의 도포중에 그리고 이로부터 액체 금속층을 형성할 때, 전술한 범위의 분자량을 갖는 아크릴 수지는 알루미늄 안료의 배향을 최적화하는 것으로 여겨진다. 일반적으로, 아크릴 수지는 액체 금속 조성물의 바인더 함량의 100 중량부 기준으로, 액체 금속 조성물 내에서 10 내지 80중량%, 좀 더 일반적으로 20 내지 70중량%, 가장 일반적으로 40 내지 60중량%로 포함된다.
또한, 바인더는 멜라민 포름알데히드 수지와 같은 가교제를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 만일, 멜라민 포름알데히드 수지가 포함되는 경우, 일반적으로, 멜라민 포름알데히드 수지는 아크릴 수지와 반응하도록 포함된다. 즉, 멜라민 포름알데히드 수지는 아크릴 수지를 가교 또는 경화하기 위해 포함된다. 통상적으로, 멜라민 포름알데히드 수지는 선택된 특정한 아크릴 수지를 고려하여 선택된다. 일 실시형태에 있어서, 멜라민 포름알데히드는 메틸과 부틸의 비율이 55:45인 헥사메톡시메틸/n-부틸-멜라민 포름알데히드이다. 일반적으로, 가교제는 액체 금속 조성물의 바인더의 100중량% 기준으로, 액체 금속 조성물 내에서 5 내지 60중량%, 좀 더 일반적으로 10 내지 45중량%, 가장 일반적으로 15 내지 35중량%로 존재한다.
또한, 상기 바인더는 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트를 포함한다. 상기 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트는 셀룰로오스의 중합 에스테르이며, 수지가 고려될 수 있다. 상기 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트는 (1) 액체 금속 조성물의 유동성을 조절하기 위해, (2) 형성되는 액체 금속층의 경도 및 UV 저항성과 같은 물리적 특성을 향상시키기 위해 액체 금속 조성물에 추가될 수 있다. 유동성 조절제로서, 상기 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트는 일반적으로 상기 톱코트 조성물과 함께 액체 금속 조성물의 "웨트 온 웨트(wet-on-wet)" 도포가 가능하도록 왁스와 함께 기능을 수행할 수 있으며, 상세한 내용은 하기에서 기술하기로 한다.
셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트의 점성과 수 평균 분자량(Mn)은 액체 금속 조성물의 전체적인 유동성과 분사성과 같은 도포성에 영향을 미친다. 일반적으로, 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트는 (1) ASTM D1343법에 따른 시험시 25℃에서 0.5 내지 80, 좀 더 일반적으로 1 내지 80, 가장 일반적으로 74 내지 78푸아즈의 점성을 갖고, (2) 5000 내지 100,000, 좀 더 일반적으로 20,000 내지 80,000, 가장 일반적으로 65,000 내지 75,000의 수 평균 분자량(Mn)을 갖는다.
셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트의 특정 예로서, CAB-381-0.5 및 CAB-381-20을 들 수 있으며, 이들 모두 Kingsport, TN의 Eastman Chemical Company 로부터 구할 수 있다. 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트는 액체 금속 조성물의 바인더의 100 중량부 기준으로, 일반적으로 액체 금속 조성물 내에서 0.1 내지 40, 좀 더 일반적으로 5 내지 35, 가장 일반적으로 10 내지 30중량%로 존재한다.
또한, 바인더는 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 에폭시 수지는 형성된 액체 금속층의 내구성, 필름 분리성 및 접착성을 향상하도록 액체 금속 조성물에 첨가될 수 있다. 일반적으로, 에폭시 수지는 (1) 25℃에서 1 내지 1000, 좀 더 일반적으로 1 내지 100, 가장 일반적으로 5 내지 15 센티푸아즈의 점성을 갖고, (2) 20,000 내지 200,000, 좀 더 일반적으로 50,000 내지 100,000, 가장 일반적으로 90,000 내지 100,000의 에폭시드 당량을 갖는다. 에폭시 수지는 일반적으로 액체 금속 조성물의 바인더의 100 중량% 기준으로, 0.1 내지 10, 좀 더 일반적으로 1 내지 5, 가장 일반적으로 1.5 내지 4.0중량%의 함량으로 액체 금속 조성물 내에 존재한다.
바인더는 전술한 수지뿐만 아니라, 종래 기술의 다른 수지 및 가교제를 조합한 형태를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 바인더는 액체 금속 조성물의 고체의 100 중량% 기준으로, 5 내지 60, 좀 더 일반적으로 10 내지 50, 가장 일반적으로 15 내지 45중량%로 액체 금속 조성물 내에 존재한다. 상기 고체는 바인더, 왁스, 안료 등과 같은 액체 금속 조성물 내의 고체 성분이다.
또한, 액체 금속 조성물은 왁스를 포함할 수 있다. 일반적으로, 왁스는 외기 온도에 영향을 잘 받는 화학적 화합물이다. 일반적으로, 왁스는 저 점성 액체를 부여하도록 45℃ 초과의 융점을 갖는다. 일반적으로, 왁스는 유기 화합물이며, 합성되거나 자연적으로 발생될 수 있다. 일반적으로, 왁스는 유기 용매에서 용해된다. 일반적으로, 왁스는 왁스 용액에 포함될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 왁스를 포함한 왁스 용액은 왁스 용액 100 중량% 기준으로, 에틸렌 아크릴산 공중합체 6중량%, 방향족100 41중량%, n-뷰틸 아세테이트 53중량%를 포함하여, 왁스를 용해하도록 형성된다. 상기 왁스 용액은 액체 금속 조성물에 첨가된다. 일반적으로, 왁스는 액체 금속 조성물의 100중량% 기준으로, 5 중량%미만, 좀 더 일반적으로 1 중량%미만, 가장 일반적으로 0.1 내지 0.3중량%로 액체 금속 조성물 내에 존재한다.
또한, 액체 금속 조성물은 알루미늄 안료를 포함한다. 상기 액체 금속 조성물은 단일 알루미늄 안료를 포함하거나, 다른 알루미늄 안료들의 혼합물을 포함할 수 있다. 알루미늄 안료는 10초과의 높은 색 이동 및 플롭 지수를 제공할 수 있도록, 즉, "액체 금속" 외관을 나타낼 수 있도록 다층 코팅의 광학 특성을 최적화한다.
일반적으로, 알루미늄 안료는 물리적 기상 증착으로 형성된 알루미늄 플레이크를 포함하며, 종래 기술에서는 PVD 알루미늄 플레이크(18)로 알려져 있다. PVD 알루미늄 플레이크(18)의 입자 형상, 크기 및 분포도 뿐만 아니라, 입자 두께 및 표면 특성을 포함하는 물리적 특성은 액체 금속층(16)의 플롭 지수와 같은 광학 특성에 영향을 미친다.
일반적으로, 상기 PVD 알루미늄 플레이크(18)는 1 내지 30, 좀 더 일반적으로 2 내지 20, 가장 일반적으로 4 내지 6㎛의 D10값, 5 내지 50, 좀 더 일반적으로 10 내지 20, 가장 일반적으로 11 내지 12㎛의 D50값, 75미만, 좀 더 일반적으로 50미만, 가장 일반적으로 24㎛ 미만의 D90값의 입자 크기 분포를 갖는다. D50은 PVD 알루미늄 플레이크 분포에 있어서, PVD 알루미늄 플레이크들의 중간 직경을 나타낸다. 예를 들어, 특정 PVD 알루미늄 플레이크 샘플에 있어서, PVD 알루미늄 플레이크는 50%는 D50보다 작은 직경을 갖고, 나머지 50%는 D50보다 큰 직경을 갖는다. D10은 PVD 알루미늄 플레이크의 분포에 있어서, PVD 알루미늄 플레이크의 가장 작은 10%의 직경을 의미한다. 예를 들어, 특정 PVD 알루미늄 플레이크 샘플에 있어서, PVD 알루미늄 플레이크의 10%는 D10보다 작은 직경을 갖고, 나머지 90%는 D10보다 큰 직경을 갖는다. D90은 PVD 알루미늄 플레이크의 분포에 있어서, PVD 알루미늄 플레이크의 가장 큰 10%의 직경을 의미한다. 예를 들어, 특정 PVD 알루미늄 플레이크의 샘플에 있어서, PVD 알루미늄 플레이크의 90%는 D90보다 작은 직경을 갖고, 나머지 10%는 D90보다 큰 직경을 갖는다.
일반적으로, PVD 알루미늄 플레이크(18)는 종래 알루미늄 플레이크보다 매끄러운 상부면과 바닥면을 갖는다. 또한, 일반적으로, PVD 알루미늄 플레이크(18)는 10 내지 150nm, 좀 더 일반적으로 25 내지 100nm, 가장 일반적으로 30 내지 50nm의 두께를 갖는다. PVD 알루미늄 플레이크(18)의 두께 뿐만 아니라, 매끄러운 상부면과 바닥면은 액체 금속층의 광반사도와 "액체 금속" 외관에 영향을 미친다. 즉, PVD 알루미늄 플레이크(18)가 매끄럽고, 얇으며, 낮게 위치, 즉, 기판(10) 표면에 대해 더욱 대등하게 배향되기 때문에, PVD 알루미늄 플레이크(18)를 포함하는 액체 금속 조성물은 좀 더 "액체 금속" 효과를 발생시킬 수 있다.
액체 금속층(16) 내의 PVD 알루미늄 플레이크(18)의 배향은 기판(10)의 지형, 액체 금속 조성물의 제형 및 기판(10)에 액체 금속 조성물을 도포하는 것으로부터 영향을 받는다. 그러나, PVD 알루미늄 플레이크(18)의 물리적 특성은 액체 금속층(16) 내의 PVD 알루미늄 플레이크(18)의 배향에 영향을 미친다. 일반적으로, PVD 알루미늄 플레이크(18)의 물리적 특성을 통해, 도 2, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 액체 금속층(16) 내에서 기판(10)에 인접하여 그리고 기판에 대해 실질적으로 평행하는 PVD 알루미늄 플레이크(18)를 배향할 수 있다. 이론에 제한되는 것은 아니지만, 플레이크의 "부유"할 수 있는 특성에 의해 리핑(leafing) 또는 비리핑 특성이 결정되고, 잘 뜨는 플레이크는 층 표면에 더욱 고르게 분포되기 쉽다. 이론에 제한되는 것은 아니지만, 또한, 본 발명의 액체 금속 조성물의 PVD 알루미늄 플레이크(18)는 비리핑 거동을 나타낸다. 즉, PVD 알루미늄 플레이크(18)가 기판에 평행하게 배치되고 기판에 걸쳐 균등하게 분포되더라도, 상기 PVD 알루미늄 플레이크(18)는 기판에 가깝게 배치되기 쉽고, 액체 금속 조성물에서 "부유"하지 않기 쉽다. PVD 알루미늄 플레이크(18)의 비리핑 거동은 PVD 알루미늄 플레이크(18)의 두께 및 표면 특성과 아크릴 수지의 분자량에 의한 결과이다. PVD 알루미늄 플레이크의 비리핑 거동 때문에, 상기 액체 금속층(16)은 10초과의 플롭 지수와 "액체 금속" 외관을 나타내며, PVD 알루미늄 플레이크(18)가 기판(10)에 인접하여 배치되기 쉽기 때문에, 내구성을 나타낸다.
일 실시 형태에 있어서, 알루미늄 안료는 1 내지 30㎛ 크기의 D10값, 5 내지 50㎛ 크기의 D50값, 75㎛ 미만 크기의 D90값의 입자 크기 분포를 갖는 PVD 알루미늄 플레이크(18)를 포함하고, 상기 PVD 알루미늄 플레이크(18)는 기판(10)에 인접하여 있으며, 액체 금속층(16) 내에서 상기 기판(10)에 실질적으로 평행하게 배향된다.
일반적으로, PVD 알루미늄 플레이크(18)는 액체 금속 조성물의 100 중량부 기준으로, 0.1 내지 5wt%, 좀 더 일반적으로 1 내지 2.5wt%, 가장 일반적으로 1.8 내지 2.2wt%의 양으로 액체 금속 조성물 내에 존재한다. PVD 알루미늄 플레이크(18)가 전술한 범위에 따라 액체 금속 조성물에 존재하는 경우, 알루미늄 안료는 상기 다층 코팅 시스템(12)에 최적의 광학 특성, 즉, 높은 색 이동 값, 플롭 지수 및 "액체 금속" 외관을 나타낼 수 있다. 그러나, PVD 알루미늄 플레이크(18)는 액체 금속 조성물의 100 중량부 기준으로, 5중량% 초과의 양으로 액체 금속 조성물 내에 존재될 수도 있으며, 이 경우에도, 액체 금속 조성물에 대하여 플롭 지수 및 색 이동과 같은 적절한 광학 특성을 나타낼 수 있다.
알루미늄 안료는 물리적 증착 공정을 통해 제조되지 않은 알루미늄 플레이크를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 알루미늄 안료는 약 0.1㎛ 두께로 불균일한 에지와 표면 특성을 갖는 종래의 분쇄된 알루미늄 플레이크, 약 0.3 내지 0.5㎛ 두께로 렌즈 형상과 매끄러운 에지 및 표면 특성을 갖는 알루미늄 플레이크, 및/또는 0.8 내지 1.2㎛ 두께로 비교적 매끄러운 에지와 표면 특성을 갖는 알루미늄 플레이크를 포함할 수도 있다. 알루미늄 안료는 본 상세한 설명에서 특정하게 열거하거나 기술하지 않았지만, 본 발명의 기술적 사상 범위 내에 있는 다른 성분을 포함할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 액체 금속 조성물은 바인더와 알루미늄 안료를 모두 포함한다. 액체 금속 조성물 내에서의 바인더에 대한 알루미늄 안료의 비율은 액체 금속층(16)의 가격과 특성에 영향을 미친다. 일반적으로, 알루미늄 안료는 액체 금속 조성물의 다른 성분에 비하여 고가이면서도, 플롭 지수 및 색 이동과 같은 최적의 광학 특성을 갖는 액체 금속층(16)을 제공하기 때문에, 바인더에 대한 알루미늄 안료의 비율은 낮을 수록 바람직하다. 액체 금속 조성물 내에서 바인더에 대한 알루미늄 안료의 비율은 일반적으로 0.25 미만, 좀 더 일반적으로 0.20 미만, 가장 일반적으로 0.08 내지 0.18이다.
액체 금속 조성물은 유기 용매를 포함한다. 액체 금속 조성물의 유기 용매는 일반적으로 용매 혼합물을 포함한다. 당업자라면 일반적으로 액체 금속층(16)의 형성시 쉽게 증발될 수 있는 용매 성분을 선택한다. 한정되는 것은 아니지만, 적절한 용매는 글리콜, 에스테르, 에테르-에스테르, 글리콜-에스테르, 에테르-알콜, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 케톤 및 이들의 조합을 포함한다. 한정되는 것은 아니지만, 적절한 용매의 특정예로서, 방향물 7100, 방향물 150, 이소프로판올, N-부틸 아세테이트, 프라이머리 아밀 아세테이트, PM 아세테이트, 아세톤, 이소프로판올, n-부탄올, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸 아세테이트, 프로판올, 노말 펜틸 프로판오에이트, 아미노 메틸 프로판올, n-메틸피롤리돈, 및 물을 포함한다.
액체 금속 조성물은 안료를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 액체 금속 조성물에 포함되는 안료는 액체 금속 조성물로부터 형성되는 액체 금속층에 색을 부여한다. 일반적으로, 이러한 안료는 알려져 있으며, 당업자라면, 소정의 색, 내구성, 내후성 및 내약품성에 따라 선택할 수 있다. 적절한 안료는 무기 금속 산화물, 유기 화합물, 금속 플레이크(알루미늄 플레이크 제외), 운모, 익스텐더 또는 필러 안료 및 크롬산염, 실리카, 규산염, 인산염, 몰리브덴산염과 같은 부식 억제 안료와 이들의 조합을 포함한다. 액체 금속 조성물에 포함된다면, 안료는 다양한 함량으로 포함될 수 있다.
액체 금속 조성물은 인산 에스테르와 같은 인산염 성분을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 인산염 성분은 액체 금속 조성물 내에 포함되어 기판(10)에 대한 액체 금속 코팅의 접착성을 개선한다. 적절한 인산 에스테르는 LUBRIZOL® 2061, LUBRIZOL® 2062, LUBRIZOL® 2063 이고, 이들 모두는 Lubrizol Corporation of Wickliffe, OH에서 상업적으로 판매되는 제품들이다. 액체 금속 조성물에 포함된다면, 인산 에스테르는 다양한 함량으로 포함될 수 있다.
액체 금속 조성물은 첨가제 성분을 포함할 수도 있다. 첨가제 성분은 적절한 첨가제 성분 또는 종래 첨가제 성분들의 혼합물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 첨가제 성분은 첨가제 성분의 조합을 포함한다. 적절한 첨가제 성분은 촉매, 평탄제 또는 소광제, 계면활성제, 충진재, 가소제, 유화제, 조직화제, 증점제, 접착 촉진제, 안정제, 소포제, 습윤제 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 여기에 특별하게 기재되지 않은 다른 첨가제 성분들도 본 발명의 목적에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 액체 금속 조성물에 포함된다면, 첨가제 성분은 다양한 함량으로 포함될 수 있다.
다층 코팅 시스템(12)은 톱코트 조성물을 포함할 수도 있다. 톱코트 조성물은 톱코트층(20)을 형성하도록 액체 금속층(16)에 도포된다. 톱코트 조성물은 종래 알려진 바와 같이, 액체 또는 분말 중 어느 하나의 형태가 될 수 있다. 일반적으로, 톱코트층(20)은 투명 및/또는 맑고, 항상은 아니지만, 일반적으로 기판(10)에 대하여 다층 코팅 시스템(12)의 최외부 층이 된다. 그러나, 톱코트층(20)에 추가적인 층이 도포될 수도 있다.
상기 다층 코팅 시스템(12)은 선택적으로 베이스코트 조성물을 포함한다. 베이스코트 조성물은 베이스코트층(22)을 형성하도록 기판(10)에 도포된다. 베이스코트 조성물은 종래 알려진 바와 같이 액체 또는 분말 중 어느 하나의 형태가 될 수 있다.
다층 코팅 시스템(12)은 선택적으로 클리어코트 조성물을 포함한다. 클리어코트 조성물은 클리어코트층(24)을 형성하도록 기판(10)에 도포된다. 클리어코트 조성물은 종래 알려진 바와 같이 액체 또는 분말 중 어느 하나의 형태가 될 수 있다.
전술한 여러층을 도포하기 앞서, 기판(10)이 준비된다. 일반적으로 기판(10)의 준비는 인산철 세척으로 기판(10)을 세척하는 단계를 포함한다. 기판(10)을 세척한 이후, 기판(10)에 전착 코트(e-coat)가 도포된다. 상기 e-coat는 종래 알려진 유형의 e-coat로서, 에폭시, 아크릴, 종래의 다른 중합체 및 이들의 조합 중에서 선택되는 중합체를 포함할 수 있다. 상기 e-coat는 바람직하게 종래의 전기 증착법으로 알려진 공정으로 도포되며, 이 경우, 기판(10)은 전기적으로 전하가 걸리고, e-coat욕에 담궈진다. e-coat욕은 기판(10)에 대하여 반대 전기 전하가 걸린다. e-coat욕의 입자들은 기판(10)에 접착되고, 중화되어, 경화된다. 바람직한 도장 방법(14)은 종래 음극 e-코팅 공정으로 알려진 것과 같이 기판(10)을 음극으로 한다. 기판(10)에 증착되는 e-coat는 종래 알려진 것과 같이 분말 프라이머를 적용하기 앞서 오븐에서 경화된다. e-coat가 경화된 이후, 기판(10)의 최종 준비는 e-coat의 평균 표면 조도(Ra)를 감소시키기 위하여 e-coat를 샌딩(sanding)하는 단계를 포함한다.
e-coat가 도포된 이후, 프라이머층을 형성하기 위해 기판(10)에 프라이머가 도포될 수 있다. 프라이머는 수분산 프라이머, 용제형 프라이머, 파우더, 파우더 슬러리 또는 종래 알려진 임의의 프라이머가 될 수 있다. 프라이머층은 경화되지 않고, 종래 알려진 바와 같이, 기본적인 도장 기술을 사용하여 상기 e-coat에 도포된다.
상기 도장 방법(14)은 액체 금속층(16)을 형성하도록 기판(10)에 액체 금속 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 도장 방법(14)에 사용될 수 있는 모든 성분들로서, 액체 금속 조성물은 다층 코팅 시스템(12)과 관련하여 전술한 것들이 될 수 있다.
일반적으로, 많은 이유들 때문에, 액체 금속 조성물을 형성하도록 중간 조성물이 제조 장소로 옮겨지고, 제조 장소에서 용매로 추가적으로 희석된다. 기판(10)에 도포될 때의 액체 금속 조성물의 고체 비율은 도포 고체 비율로서 언급된다. 일반적으로, 액체 금속 조성물은 액체 금속층(16)을 형성하도록 액체 금속 조성물의 100 중량부 기준으로, 10%초과의 도포 고체 비율, 좀 더 일반적으로 11 내지 35%의 도포 고체 비율로 기판(10)에 도포된다.
일 실시 형태에 있어서, 액체 금속 조성물 내에서의 바인더에 대한 알루미늄 안료의 비율은 0.25 미만이고, 액체 금속 조성물은 액체 금속층(16)을 형성하도록 액체 금속 조성물의 100 중량부 기준으로, 11 내지 35%의 도포 고체 비율로 기판(10)에 도포된다. 다른 실시 형태에 있어서, 액체 금속 조성물 내에서의 바인더에 대한 알루미늄 안료의 비율은 0.08 내지 0.18 이고, 액체 금속 조성물은 액체 금속층(16)을 형성하도록 액체 금속 조성물의 100 중량부 기준으로, 11 내지 35%의 도포 고체 비율로 기판(10)에 도포된다.
중간 조성물은 액체 금속 조성물을 형성하도록 적절하게 희석되고, 상기 액체 금속 조성물은 벨(bell) 도포기를 사용하는 공기 분무 또는 벨 도포 분사 공정 또는 유사한 다른 공정을 통해 기판(10)에 분사되어 도포된다. 액체 금속 조성물이 벨 도포기를 통해 기판(10)에 도포되면, 일반적으로 액체 금속 조성물은 일반적으로 15,000 내지 80,000rpm, 좀 더 일반적으로 50,000 내지 65,000rpm, 가장 일반적으로 50,000 내지 60,000rpm의 벨 속도로 도포된다. 또한, 액체 금속 조성물이 벨 도포기로 기판(10)에 도포되는 경우, 액체 금속 조성물은 일반적으로 50 내지 800cc/분, 좀 더 일반적으로 100 내지 500cc/분, 가장 일반적으로 150 내지 350cc/분의 유속으로 도포된다. 액체 금속 조성물은 외기 온도에서 일정 시간동안 잠깐 나타날 수 있다. 전술한 벨 속도와 유속은 다른 공정 조건에 좌우될 수 있고, 예를 들어, 자동 도포기에서 유속은 로봇의 숫자, 라인 속도 및 시간(예를 들어, 분)당 도장할 면적(예를 들어, ft2)에 좌우될 수 있다.
기판(10)에 도포된 후, 액체 금속 조성물은 액체 금속층(16)을 형성하도록 열, 적외선 또는 자외선 중 하나 이상을 사용하여 경화될 수 있다. 액체 금속 조성물이 열에 의해 경화되는 경우, 일반적으로, 10분 내지 50분 동안 250℉ 내지 350℉의 금속 온도로 오븐에서 경화된다. 경화된 후, 액체 금속층(16)은 일반적으로 0.7mil 미만, 좀 더 일반적으로 0.5mil 미만, 더욱 일반적으로 0.4mil 미만, 가장 일반적으로 0.2 내지 0.4mil의 두께를 갖는다.
상기 도장 방법(14)은 톱코트층(20)을 형성하도록 액체 금속층(16)에 톱코트 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 톱코트층(20)은 전술한 바와 같이 다층 코팅 시스템(12)과 관련된 것이다. 톱코트 조성물은 액체 금속층(16)을 형성하도록 열, 적외선 또는 자외선 중 하나 이상을 사용하여 경화될 수 있다. 톱코트 조성물이 열에 의해 경화되는 경우, 일반적으로, 10분 내지 50분 동안 250℉ 내지 350℉의 금속 온도로 오븐에서 경화된다.
톱코트층(20)은 액체 금속층(16)과 개별적으로 또는 동시에 경화될 수 있다. 톱코트 조성물이 액체 금속층(16)을 형성하도록 기판(10)에 도포되고, 톱코트 조성물이 액체 금속층(16)에 도포되는 경우, 액체 금속층(16)에 톱코트 조성물을 도포하는 단계는 층들이 동시에 경화되도록 액체 금속층(16)에 웨트 온 웨트 방식으로 톱코트 조성물을 도포하는 것으로서 추가로 규정된다. 액체 금속층(16)과 톱코트층(20)이 경화되면, 액체 금속층(16)과 톱코트층(20)의 전체 두께는 일반적으로 3.5mil 미만, 좀 더 일반적으로 2.6mil 미만, 가장 일반적으로 2.0 내지 2.6mil 의 두께를 갖는다. 다양한 실시 형태에 있어서, 액체 금속층(16)은 0.4mil 미만, 액체 금속층(16)과 톱코트층(20)의 전체 두께는 2.6mil 미만이다.
일 실시 형태에 있어서, 다층 코팅 시스템(12)은 액체 금속층(16)과 톱코트층(20)을 포함한다. 도 1은 다층 코팅 시스템(12)을 형성하도록 액체 금속 조성물과 톱코트 조성물로 기판(10)을 도장하는 방법(14)을 일반적으로 나타내는 플로우 차트이고, 도 2는 액체 금속층(16)과 톱코트층(20)을 포함하는 다층 코팅 시스템(12)이 기판(10)에 도포된 것을 나타내는 단면도이다.
상기 도장 방법(14)은, 선택적으로, 액체 금속 조성물을 도포하는 단계에 앞서, 베이스코트층(22)을 형성하도록 기판(10)에 베이스코트 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 상기 베이스코트 조성물은 종래 알려진 기본적인 도장 기술을 사용하여 준비된 기판(10)에 도포된다.
다른 실시 형태에 있어서, 다층 코팅 시스템(12)은 베이스코트층(22), 액체 금속층(16) 및 톱코트층(20)을 포함한다. 도 3은 다층 코팅 시스템(12)을 형성하도록 베이스코트 조성물, 액체 금속 조성물 및 톱코트 조성물로 기판(10)을 도장하는 방법(14)을 일반적으로 나타내는 플로우 차트이며, 도 4는 베이스코트층(22), 액체 금속층(16)과 톱코트층(20)을 포함하는 다층 코팅 시스템(12)이 기판(10)에 도포된 것을 나타내는 단면도이다.
또한, 상기 도장 방법(14)은, 선택적으로, 액체 금속 조성물을 도포하는 단계에 앞서, 클리어코트층(24)을 형성하도록 기판(10) 또는 베이스코트층(22)에 클리어코트 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 상기 클리어코트 조성물은 종래 알려진 기본적인 도장 기술을 사용하여 준비된 기판(10)에 도포된다.
다른 실시 형태에 있어서, 다층 코팅 시스템(12)은 베이스코트층(22), 클리어코트층(24), 액체 금속층(16) 및 톱코트층(20)을 포함한다. 도 5는 다층 코팅 시스템(12)을 형성하도록 베이스코트 조성물, 클리어코트 조성물, 액체 금속 조성물 및 톱코트 조성물로 기판(10)을 도장하는 방법(14)을 일반적으로 나타내는 플로우 차트이며, 도 6은 본 발명에 따라 베이스코트층(22), 클리어코트층(24), 액체 금속층(16)과 톱코트층(20)을 포함하는 다층 코팅 시스템(12)이 기판(10)에 도포된 것을 나타내는 단면도이다.
전술한 바와 같이, 상기 도장 방법(14)은 액체 금속 조성물과 톱코트 조성물을 도포하고, 선택적으로, 베이스코트 조성물과 클리어코트 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 전술한 조성물들은 다른 순서 또는 다른 용도에서 도포될 수도 있다. 또한, 전술한 조성물들은 순차적으로, 부분적으로 동시에 경화되거나(즉, 층들이 순차적으로 그리고 동시에 경화됨), 전체적으로 동시에(즉, 모든 층들이 동시에) 경화될 수 있다. 또한, 조성물들이 열을 통해 경화되는 경우, 조성물들은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 온도와 시간에서 경화될 수 있다.
상기 도장 방법(14)은 다층 코팅 시스템(12)을 제공한다. 액체 금속층(16)을 포함하는 상기 다층 코팅 시스템(12)은 관찰 각도가 변경됨에 따라 다양한 광도로 반사한다. 다층 코팅 시스템(12)은 'L'값, 'a'값, 'b'값으로 정의되는 색을 가지며, 즉, 물품(20)은 L*a*b* 값을 갖는다. 다층 코팅 시스템(12)의 L*a*b* 값은 Hunter Lab 색 표준에 따른 분광 광도계를 통해 측정된다. 상기 Hunter Lab 색 표준은 색 분야의 당업자에게 널리 알려진 색 측정 시스템이다. L*a*b* 값을 측정하기 위해 사용되는 분광 광도계는 일반적으로 X-Rite Incorporated of Grand Rapids사 판매의 분광 광도계, MI와 같은 45°/0°분광 광도계이며, 다른 유형의 분광 광도계도 사용될 수 있다. Hunter Lab 색 표준에 있어서, "L" 값은 명암을 나타내는("L"=100은 가장 밝은 흰색이고, "L"=0은 가장 어두운 흑색을 나타낸다) 중앙 수직축과 관련이 있다. 또한, Hunter Lab 색 표준에 있어서, "a" 값은 적색/녹색 크기와 관련이 있고, "b" 값은 황색/청색 크기와 관련이 있다. "L" 값과 달리, "a"값과 "b"값은 수치적 제한이 없다. + 값은 적색이고, - 값은 녹색이다. +의 "b" 값은 황색이고, -의 "b" 값은 청색이다. CIELAB 색 공간과 같은 다른 색 표준이 물품(20)의 색을 결정하는데 사용될 수 있다.
상기 도장 방법(14)은 다층 코팅 시스템(12)을 제공한다. 액체 금속층(16)을 포함하는 상기 다층 코팅 시스템(12)은 관찰 각도가 변경됨에 따라 다양한 광도로 반사한다. 일반적으로, 관찰 각도는 세 개의 카테고리로 분류된다. 즉, "면(Face)"(근사정반사), "중-정반사(Mid-specular)"(또는 확산) 및 "플롭(Flop)"(비정반사)로 분류된다. 이러한 카테고리는 각분광 광도계에서 다음과 같은 관찰 각도와 연관이 있다 : 근사정반사는 15°내지 25°, 중정반사는 45°, 비정반사는 75°내지 110°이다. 관찰 각도는 수직으로부터 45°인 정반사 각도를 기준으로 결정된다. 일반적으로, 어두운 회색을 나타내는 "플롭"과 비교하여, "면"은 밝은 은색을 나타내는 정도의 차이로서 색 이동 값은 규정된다.
광 반사의 관찰된 변화를 나타내기 위한 다른 표현으로서 플롭 지수가 사용된다. 플롭 지수는 전체 관찰 각도에 따라 회전되는 코팅의 반사 변화를 측정한다. 0의 플롭 지수는 고체색을 나타내고, 10초과의 높은 플롭 지수는 "액체 금속 효과"를 나타낸다. 플롭 지수는 수학적으로 다음과 같이 정의된다.
플롭 지수 = 2.69(L*15-L*110)1.11/(L*45)0.86
일반적으로, 본 발명의 다층 코팅 시스템(12)은 10초과, 좀 더 일반적으로 12 초과, 가장 일반적으로 12 내지 20의 플롭 지수를 갖는다.
다음의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 제한하기 위한 것이 아닌, 본 발명을 설명하기 위한 것들이다.
실시예
다층 코팅 실시예 1 - 5("웨트 온 웨트" 공정으로 형성)
제 1 내지 제 3 실시예 조성물에 대응하는 액체 금속 조성물은 본 발명에 따라 형성된다. 제 1 내지 제 3 실시예 조성물이 표 1 에 나타나 있다. 제 1 내지 제 5 실시예 다층 코팅이 본 발명에 따른 "웨트 온 웨트" 공정으로 제 2 및 제 3 실시예 조성물로부터 형성된다. 제 1 내지 제 3 실시예 조성물을 형성하기 위해 사용된 각 성분의 양과 종류는 아래의 표 1에 나타나 있으며, 모든 수치들은 특별한 사항이 없다면 도포 이전의 성분들의 전체 중량 100 중량부를 기준으로 하였을 때의 중량부의 값을 나타낸다.
Figure pct00001
수지 A는 고 분자량의 아크릴 수지이다.
수지 B는 변형된 에폭시 수지이다.
수지 C는 헥사메톡시메틸/n-부틸-멜라민 포름알데히드 수지이다.
CAB A는 분자량(Mn)이 30,000인 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트이다.
CAB B는 분자량(Mn)이 70,000인 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트이다.
왁스는 에틸렌-아크릴산 공중합체이다.
첨가제 A는 100중량% 기준으로, 95 중량%의 벤젠프로판산(3-(2H-벤조트리아졸-2-yl)-5-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시-, C7-9-분기 및 리니어 알킬 에스테르)와 5 중량%의 1-메톡시-2-프로필 아세테이트를 함유하는 자외선 안정제이다.
첨가제 B는 아민 중화 도데실벤젠술폰산(DDBSA)을 포함하는 촉매이다.
첨가제 C는 아민 중화 p-톨루엔술폰산(p-TSA)를 포함하는 촉매이다.
알루미늄 안료 A는 HYDROSHINE® WS-3001로서, Eckart America Corporation of Louisville, KY 사에서 판매하는 PVD 알루미늄 플레이크이다.
유기 용매 A는 방향족 탄화수소가 혼합된 방향물 7100이다.
유기 용매 B는 방향족 탄화수소가 혼합된 방향물 150이다.
유기 용매 C는 이소프로판올이다.
유기 용매 D는 N-부틸 아세테이트이다.
유기 용매 E는 프라이머리 아밀 아세테이트이다.
유기 용매 F는 PM 아세테이트이다.
유기 용매 G는 아세톤이다.
유기 용매 H는 물이다.
유기 용매 I는 이소프로판올이다.
유기 용매 J는 n-부탄올이다.
유기 용매 K는 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르이다.
유기 용매 L은 에틸 아세테이트이다.
유기 용매 M은 프로판올이다.
제 1 내지 제 3 실시예 조성물의 특성은 아래의 표 2에 나타난다.
Figure pct00002
제 1 내지 제 3 다층 코팅을 형성하도록, 제 2 실시예 조성물은 세 개의 기판에 도포되고, 각 기판은 금속을 포함하여 CATHOGUARD® 500의 전착 코팅을 갖고 있고, 하기에 기재된 다른 프라이머가 기판에 도포된다. 제 2 실시예 조성물은 두 개의 코팅이 살포 도포되고, UREGLOSS® 톱코트 조성물 역시 자동차 제조자들이 일반적으로 사용하는 방법으로 자동 공정 단계 중의 정전 벨형 도포기로 각 기판에 "웨트 온 웨트" 살포 도포된다. 제 2 실시예 조성물의 제 1 코팅을 도포한 이후, 상기 제 1 코팅은 제 2 실시예 조성물의 제 2 코팅이 도포되기 이전에 외기 온도에서 1분 동안 잠깐 나타나게 된다. 제 2 실시예 조성물의 제 2 코팅이 도포되면, 상기 제 2 코팅은 톱코트 조성물을 도포하기 이전에 외기 온도에서 1분 동안 잠깐 나타나게 된다. 제 2 실시예 조성물이 두 개의 코팅으로 기판에 전체 목표 두께 0.3mil로 도포되고, 톱코트 조성물은 하나의 코팅으로 목표 두께 2.0mil로 도포되며, 상부에 조성물들이 도포된 기판은 20분동안 285℉ 금속 온도에서 구워져, 제 1 내지 제 3 실시예 다층 코팅을 형성하도록 경화된다.
제 1 내지 제 3 실시예 다층 코팅의 색 데이터는 하기의 표 3에 기재된다. 제 1 내지 제 3 실시예 다층 코팅은 CIE L*a*b* 색 표준에서 X-Rite 분광 광도계로 분석되었다. 표 3은 제 1 내지 제 3 실시예 다층 코팅의 L*, a*, b*, C* 및 h* 값이 나타나있다. 또한, 표 3은 제 1 내지 제 3 실시예 다층 코팅의 (1)L* 지수 이동(L*15°-L*110°)과 (2)플롭 지수 (2.69(L*15-L*110)1.11/(L*45)0.86) 값을 나타낸다. L* 지수 이동과 관련하여, 일반적으로 지수가 더 높을수록 좋은, 즉, 15°에서 L* 지수가 높고, 110°에서 L* 지수가 낮을수록, 좀 더 확연하게 "액체 금속" 외관을 나타낸다. 플롭 지수와 관련하여, 일반적으로, 플롭 지수가 높을수록 좋고, 즉, 플롭 지수가 클수록, 좀 더 확연하게 "액체 금속" 외관을 나타낸다.
Figure pct00003
표 3과 관련하여, 제 1 내지 제 3 실시예 다층 코팅은 (1)자동차 제조자가 일반적으로 사용하는 방법의 자동화된 "웨트 온 웨트" 공정에서 정전식 벨형 도포기를 사용하여 형성되고, (2)자동차 제조자가 일반적으로 사용하는 여러 종류의 프라이머에 형성한 경우, 우수한 L* 지수 이동과 플롭 지수를 나타낸다.
제 4 및 제 5 실시예 다층 코팅을 형성하도록, 실시예 조성물 3 이 CATHOGUARD® 500 e-coat와 그 위에 UNIBLOC® 흑색 프라이머가 도포된 금속 패널에 두 가지 다른 분사율로 도포된다. 실시예 조성물 3이 두 개의 코팅에 분사 도포되고, UREGLOSS® 톱코트 조성물이 자동차 제조자가 일반적으로 사용하는 방법의 자동화된 공정으로 정전식 벨형 도포기를 사용하여 각 기판에 "웨트 온 웨트" 방식으로 도포된다. 실시예 조성물 3은 전체 목표 두께 0.3mil로 기판에 두 개의 코팅으로 도포되고, 톱코트 조성물은 목표 두께 2.0mil로 도포되며, 상기 조성물들은 20분동안 285℉ 금속 온도에서 구워져, 제 4 및 제 5 실시예 다층 코팅을 형성하도록 경화된다. 그러나, 제 4 실시예 다층 코팅을 형성하기 위해서는 제 3 실시예 조성물이 190 내지 130cc/분으로 두 개의 코팅으로 기판에 분사 도포되어 경화되고, 제 5 실시예 다층 코팅을 형성하기 위해서는 제 3 실시예 조성물이 220 내지 150cc/분으로 두 개의 코팅으로 기판에 분사 도포되어 경화된다.
제 4 및 제 5 실시예 다층 코팅은 CIE L*a*b* 색 표준으로 X-Rite 분광 광도계를 통해 분석되고, 색 데이터는 하기의 표 4에 나타내었다. 좀 더 구체적으로, 표 4는 제 4 및 제 5 실시예 다층 코팅의 L*, a*, b*, C* , h* , L* 지수 이동 및 플롭 지수가 나타나있다.
Figure pct00004
표 4와 관련하여, 제 4 및 제 5 코팅을 형성하도록, 다른 도포 공정으로 형성했을 때, 즉, 실시예 조성물 3이 다른 속도로 도포되었을 때, 제 4 및 제 5 실시예 다층 코팅은 유사하게 우수한 L* 지수 이동과 플롭 지수를 나타내었다. 즉, 실시예 조성물 3은 도포 공정에서의 미세한 변화가 형성되는 실시예 다층 코팅의 특성에 영향을 미치는 "민감한 공정"에 해당하지 않는다.
제 6 내지 제 24 실시예 다층 코팅(" 베이크 온 베이크 " 공정으로 제작)
제 4 내지 12 실시예 조성물에 대응하여, 본 발명에 따른 액체 금속 조성물이 형성된다. 제 4 내지 제 12 실시예 조성물을 표 5 및 표 6에 나타내었다. 제 6 내지 제 24 실시예 다층 코팅을 본 발명에 따른 "베이크 온 베이크(bake on bake)" 공정으로 제 4 내지 제 12 실시예 조성물로부터 형성하였다. 제 4 내지 제 12 실시예 조성물을 형성하도록 사용된 각 성분의 함량과 종류는 하기의 표 5 및 표 6에 나타내었으며, 모든 단위는 g이다.
Figure pct00005
Figure pct00006
수지 D는 마이크로겔 수지이다.
첨가제 D는 폴리하이드록시카복실산 아미드 용액이다.
첨가제 E는 아크릴 유동제이다.
알루미늄 안료 B는 Eckart America Corporation of Louisville, KY. 에서 판매하는 METALURE® L-56161 제품이다.
알루미늄 안료 C는 Eckart Ameica Corporation of Louisville, KY. 에서 판매하는 PVD 알루미늄 플레이크로서, SILVERSHINE® S2100 이다.
알루미늄 안료 D는 Eckart Ameica Corporation of Louisville, KY. 에서 판매하는 PVD 알루미늄 플레이크로서, STAPA® HYDROLAN 2156 이다.
CAB C는 CAB C 100중량부 기준으로, 분자량(Mn)이 30,000인 20중량부의 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트와 80중량부의 n-부틸 아세테이트를 함유하는 용액이다.
유기 용매 N 은 n-메틸피롤리돈이다.
제 4 내지 제 12 실시예 조성물의 특성은 하기의 표 7에 나타내었다.
Figure pct00007
제 6 내지 제 24 다층 코팅을 형성하도록, 하기의 표 8 및 표 9에 나타난 파라미터에 따라 액체 금속 조성물 4 내지 12 가 준비된 기판에 도포되었다.
Figure pct00008
Figure pct00009
제 6 내지 제 16 실시예 다층 코팅이 시험되었고, 그 결과는 하기의 표 10에 나타내었다. 실시예들의 플롭 지수는 전술한 사항들을 토대로 정해졌고, 액체 금속 외관은 당업자에 의한 코팅의 시각 검사를 기초로 하였다.
실시예들의 칩 저항성은 70psi 압력에서 3파인츠의 -20℃의 냉각 비석을 갖는 비석시험기에서 행해졌다. 칩 저항성 값은 각 실시예들의 도장 손실 비율을 나타낸다. 일반적으로, 3% 미만의 칩 저항성이 우수한 것으로 평가된다.
QCT 접착시험은 실시예들을 Q 패널로부터 Cleveland Condensing Tester의 농축 습도 분위기의 110℉ 에서 4일 동안 방치하고 실시되었다. 1 부터 10으로 나타나는 칩 저항성은 각 실시예들의 도장 손실 비율을 나타낸다. 0값은 코팅 손실이 없음을 나타내고, 1 값은 5% 미만, 2 값은 약 5%, 3 값은 약 10%, 4 값은 약 15%, 5 값은 약 20%, 6 값은 약 25%, 7 값은 약 45%, 8 값은 약 60%, 9 값은 약 75%, 10 값은 약 95%의 코팅 손실을 나타낸다. 일반적으로, 3 이하의 QCT 접착률은 성능이 우수한 것으로 평가된다.
Figure pct00010
하기의 표 11에 기재된 여러가지 도포 기술들을 이용하여 본 발명에 따른 제 4 내지 제 9 조성물들로 제 17 내지 제 24 실시예 다층 코팅을 형성하였다. 제 17 내지 제 24 다층 코팅을 형성하도록, 제 4 내지 제 12 액체 금속 조성물들을 표 9에 기재한 파라미터들에 따라 준비된 기판에 도포하였다. 전술한 바와 같이 결정된, 제 17 내지 제 24 실시예 다층 코팅들의 플롭 지수를 표 11에 나타내었다.
Figure pct00011
제 13 내지 제 23 실시예 조성물에 대응하는 액체 금속 조성물을 본 발명에 따라 형성하였다. 표 12 및 표 13 에 제 13 내지 제 23 실시예 조성물을 나타내었다. 제 25 A-C 부터 제 35 A-C 실시예 다층 코팅을 본 발명에 따른 "베이크 온 베이크" 공정에 따라 제 13 내지 제 23 실시예 조성물로부터 형성하였다. 하기의 표 12 및 표 13에 제 13 내지 제 23 실시예 조성물을 형성하기 위해 사용된 각 성분의 함량과 종류를 나타내었고, 모든 값들의 단위는 g 이다.
Figure pct00012
Figure pct00013
수지 E는 17.5 dPa.s.의 점도 및 2800g/mol의 분자량(Mn)을 갖는 방향족 100 용매에서의 75%의 히드록실 작용기의 아크릴 수지이다.
수지 F는 27 dPa.s.의 점도 및 19,243g/mol의 분자량(Mn)을 갖는 방향족 100 용매에서의 55%의 히드록실 작용기의 아크릴 수지이다.
수지 G는 50 dPa.s.의 점도 및 28,700g/mol의 분자량(Mn)을 갖는 방향족 100 용매에서의 53%의 히드록실 작용기의 아크릴 수지이다.
수지 H는 150 dPa.s.의 점도 및 25,000g/mol의 분자량(Mn)을 갖는 방향족 100 용매에서의 56%의 히드록실 작용기의 아크릴 수지이다.
제 13 내지 제 23 실시예 조성물로부터 형성된 실시예 다층 코팅의 세 개의 실시 형태들은 표 13에 기재되어 있으며, 각각 (1) 액체 금속층과 톱코트층을 포함하는 다층 코팅, (2) 베이스코트층, 액체 금속층, 톱코트층을 포함하는 다층 코팅, (3) 베이스코트층, 클리어코트층, 액체 금속층, 제 2 톱코트층을 포함하는 다층 코팅을 나타낸다. 제 13 내지 제 23 실시예 조성물로부터 형성된 코팅들은 전술한 바와 같은 칩 저항성 시험이 실시되었다. 칩 저항성 시험의 결과는 하기의 표 14에 나타내었다.
Figure pct00014
제 25A-C 내지 제 35A-C 실시예 다층 코팅은 바인더에 대한 안료의 비율을 0.12로 설정하여, 다양한 바인더와 알루미늄 안료로 형성된다. 제 13 내지 제 23 실시예 조성물은 목표 두께 0.3mil로 분사 도포되지만, 종래의 베이스코트층과 같이 두껍지 않은 내구성이 강한 액체 금속층을 형성한다.
표 14를 참고하면, 칩 저항성 값이 낮을수록, 좀 더 내구성이 우수한 코팅이 형성된다. 액체 금속층과 톱코트층을 포함하는 실시 형태 1의 다층 코팅은 실시 형태 2의 다층 코팅보다 일반적으로 낮은 칩 저항성 값을 갖는다. 특히, 실시 형태 1 의 다층 코팅은 칩 저항성 값이 3미만인 매우 우수한 칩 저항성을 나타낸다.
제 24 실시예 조성물이 본 발명에 따라 형성되고, 이를 하기의 표 15에 나타낸다. 제 24 실시예 조성물을 형성하도록 사용된 각 성분의 함량과 종류는 하기의 표 15에 나타내고, 모든 값들은 조성물 100 중량부를 기준으로 하였을 때의 중량부이다.
Figure pct00015
첨가제 F는 Lubrizol Corporation of Wickliffe, OH에서 판매하는 인산 에스테르 접착 촉진제로서, LUBRIZOL® 2062 이다.
유기 용매 O는 노말 펜틸 프로판오에이트이다.
유기 용매 P는 아미노 메틸 프로판올이다.
수지 I는 King Industries, Inc. of Norwalk, CT에서 판매하는 폴리에스테르 수지로서, K-flex XM-A30 이다.
제 24 실시예 조성물의 특성은 표 16에 나타낸다.
Figure pct00016
표 17을 참고하면, 제 24 실시예 조성물은 CATHOGUARD® 500 e-coat와 UNIBLOC® 티타늄 프라이머가 도포된 금속 기판에 분사 도포된다. 좀 더 구체적으로, 제 24 실시예 조성물은 0.3mil 두께로 도포되고, 위에 제 24 실시예 조성물이 도포된 기판은 285℉ 금속 온도로 20분동안 가열되고, "액체 금속층"을 형성하도록 경화한다. UREGLOSS® 톱코트 조성물은 2.0mil 두께로 분사 도포되고, 위에 톱코트 조성물이 형성된 기판은 285℉ 금속 온도로 20분동안 가열되고, 제 36 내지 제 39 실시예 다층 코팅을 형성하도록 경화한다. 제 36 내지 제 39 실시예 다층 코팅의 칩 저항성과 기판에 대한 접착성이 시험되고, 그 결과는 하기의 표 17에 나타낸다. 공정 파라미터와 관련된 사항은 표 9를 참고한다.
Figure pct00017
표 17을 참고하면, 제 36 내지 제 38 실시예 다층 코팅은 칩 저항성과 기판에 대한 접착성이 매우 우수하게 나타난다.
첨부된 특허청구범위는 상세한 설명에 기재한 특정 성분, 조성물, 또는 방법들에 제한되지 않으며, 이들은 본 발명의 기술적 사상 범위 내에서 특정한 실시 형태들로서 변형이 가능하다. 여러가지 실시 형태들의 특정한 특징이나 양태들을 설명하기 위해 기재된 마쿠쉬 형식과 관련하여, 다른 마쿠쉬 형식의 구성들과 구별되는 대응 마쿠쉬 형식의 각 구성들로부터 다르거나, 특이하거나, 또는 예상치 못한 결과가 나올수도 있음을 충분히 이해하여야 한다. 마쿠쉬 형식의 각 구성들은 개별적으로, 또는 조합되어 사용될 수 있고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 특정 실시 형태들을 충분하게 보충할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 형태들을 설명하기 위한 특정 범위 및 하부 범위들은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있으며, 가사, 본 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도, 전체 및/또는 부분적인 값들을 포함하는 모든 범위들을 설명하고 고려하는 것으로 이해되어야 한다. 당업자라면 수치화된 범위 및 하부 범위들이 충분하게 본 발명의 여러가지 실시 형태들을 기술하고 있으며, 이러한 범위 및 하부 범위들은 추가적으로 적절하게 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 등으로 기술될 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, "0.1 내지 0.9"를 하단 1/3 값인 "0.1 내지 0.3"으로, 중단 1/3 값인 "0.4 내지 0.6"으로, 상단 1/3 값인 "0.7 내지 0.9"로 설명될 수 있으며, 이들은 개별적으로 또한 전체적으로 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있으며, 개별적으로 및/또는 전체적으로 사용될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 특정한 실시 형태들을 충분하게 설명할 수 있다. 또한, 범위를 한정하기 위해 사용한 표현들, 예를 들어, "적어도", "초과", "미만", "이하" 등과 같은 표현들은 하부 범위 및/또는 상한값 또는 하한값을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "적어도 10"의 표현은 적어도 10 내지 35, 적어도 10 내지 25, 25 내지 35 등의 하부 범위들을 당연히 포함하며, 각 하부 범위들은 개별적으로 및/또는 전체적으로 사용될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 특저한 실시 형태들을 충분하게 설명할 수 있다. 마지막으로, 기재된 범위 내에 있는 개별 숫자들이 사용될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 특정한 실시 형태를 충분하게 설명할 수 있다. 예를 들어, "1 내지 9"의 범위는 3과 같은 여러가지 정수를 포함하며, 4.1 과 같은 소수점 자리를 갖는 숫자도 포함하고, 이들은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 특저한 실시 형태들을 충분하게 설명할 수 있다.
본 발명은 예시하는 방식으로서 기재하였고, 사용된 용어들은 제한하는 것이 아닌 설명하기 위한 용어로 사용된 것임을 이해하여야 한다. 또한, 전술한 기재들을 비추어 본 발명의 여러가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 방식이 아닌 다른 방법으로 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (21)

  1. 플롭 지수 (flop index) 가 10 초과인 다층 코팅 시스템으로서,
    상기 다층 코팅 시스템은
    (A) 기판;
    (B) 상기 기판 주위에 배치되고, 10% 초과의 도포 고체 비율 (application percent solids) 을 갖는 액체 금속 조성물로부터 형성되는 액체 금속층으로서, 상기 액체 금속 조성물이
    아크릴 수지 및 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트를 포함하는 바인더,
    왁스,
    유기 용매, 및
    PVD 알루미늄 플레이크를 구비하는 알루미늄 안료를 포함하는 상기 액체 금속층; 및
    (C) 상기 액체 금속층 주위에 배치되고 톱코트 조성물로부터 형성되는 톱코트층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 코팅 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 금속 조성물 내의 상기 바인더에 대한 상기 알루미늄 안료의 비율은 0.25 미만인 것을 특징으로 하는 다층 코팅 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액체 금속 조성물은 11% 내지 35% 의 도포 고체 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 다층 코팅 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PVD 알루미늄 플레이크는 1 내지 30㎛ 의 D10값, 5 내지 50㎛ 의 D50값 및 75㎛ 미만의 D90값을 갖는 입자 크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 코팅 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 코팅 시스템은 상기 액체 금속층과 상기 톱코트층이 동시에 경화되는 웨트 온 웨트 (wet on wet) 시스템으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 코팅 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 금속층의 두께는 0.4mil 미만이고, 상기 액체 금속층과 상기 톱코트층의 전체 두께는 2.6mil 미만인 것을 특징으로 하는 다층 코팅 시스템.
  7. 다층 코팅 시스템을 형성하기 위해 액체 금속 조성물과 톱코트 조성물로 기판을 도장하는 방법으로서, 상기 도장 방법은
    액체 금속층을 형성하도록 바인더, 왁스, 유기 용매, 알루미늄 안료를 포함하는 액체 금속 조성물을 10% 초과의 도포 고체 비율로 상기 기판에 도포하는 단계;
    톱코트층을 형성하도록 상기 액체 금속층 상에 톱코트 조성물을 도포하는 단계;
    10 초과의 플롭 지수를 갖는 다층 코팅 시스템을 형성하도록 상기 층들을 경화하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 액체 금속층의 두께는 0.4mil 미만이고, 상기 액체 금속층과 상기 톱코트층의 전체 두께는 2.6mil 미만인 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 액체 금속층 상에 톱코트 조성물을 도포하는 단계는 상기 층들이 동시에 경화될 수 있도록 상기 액체 금속층 상에 상기 톱코트 조성물을 웨트 온 웨트 방식으로 도포하는 것으로서 추가로 규정되는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 금속 조성물을 도포하는 단계 이전에, 베이스코트층을 형성하도록 상기 기판에 베이스코트 조성물을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 금속 조성물을 도포하는 단계 이전에, 클리어코트층을 형성하도록 상기 베이스코트층에 클리어코트 조성물을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 금속 조성물 내의 상기 바인더에 대한 상기 알루미늄 안료의 비율은 0.25 미만이고, 상기 액체 금속 조성물은 11% 내지 35%의 도포 고체 비율로 도포되는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 코팅 시스템은 12초과의 플롭 지수를 갖는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 안료는 1 내지 30㎛ 의 D10값, 5 내지 50㎛ 의 D50값 및 75㎛ 미만의 D90값을 갖는 입자 크기 분포를 갖는 PVD 알루미늄 플레이크를 포함하고, 상기 PVD 알루미늄 플레이크는 상기 기판에 인접하여 상기 액체 금속층 내에서 상기 기판에 대해 실질적으로 평행하게 배향되는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  15. 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 금속 조성물을 도포하는 단계는 상기 기판에 제 1 및 제 2 코트로 상기 액체 금속 조성물을 도포하는 것으로서 추가로 규정되는 것을 특징으로 하는 도장 방법.
  16. 플롭 지수가 10 초과인 액체 금속층을 형성하는 액체 금속 조성물로서, 상기 액체 금속 조성물은
    (A) 아크릴 수지 및 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트를 포함하는 바인더,
    (B) 왁스,
    (C) 유기 용매, 및
    (D) PVD 알루미늄 플레이크를 포함하는 알루미늄 안료
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 금속 조성물.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 바인더에 대한 상기 알루미늄 안료의 비율은 0.25 미만인 것을 특징으로 하는 액체 금속 조성물.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 10% 초과의 도포 고체 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 금속 조성물.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PVD 알루미늄 플레이크는 1 내지 30㎛ 의 D10값, 5 내지 50㎛ 의 D50값 및 75㎛ 미만의 D90값을 갖는 입자 크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 액체 금속 조성물.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트는 65,000 내지 75,000g/몰의 수 평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 금속 조성물.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 왁스는 에틸렌-아크릴산 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 금속 조성물.
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