KR20210072056A - 전도성 기판 전기코팅 시스템 - Google Patents

전도성 기판 전기코팅 시스템 Download PDF

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KR20210072056A
KR20210072056A KR1020217013624A KR20217013624A KR20210072056A KR 20210072056 A KR20210072056 A KR 20210072056A KR 1020217013624 A KR1020217013624 A KR 1020217013624A KR 20217013624 A KR20217013624 A KR 20217013624A KR 20210072056 A KR20210072056 A KR 20210072056A
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electrodepositable coating
tank
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KR1020217013624A
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브렌트 에이 슈와츠
태미 엘 허친슨
데니스 제이 시퍼
주디스 에이 베토스키
이리나 지 슈웬드맨
마크 엘 폴렛
에이미 이 해리슨
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피피지 인더스트리즈 오하이오 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 전착가능한 코팅 조성물을 보관하도록 구성된 탱크(100); 탱크와 유체 연통되는 적어도 하나의 펌프(200); 탱크와 펌프의 입구를 연결시키는 적어도 하나의 반송 도관(210); 펌프의 출구와 유체 연통되는 제1 단부 및 적어도 하나의 개구를 갖는 제2 단부를 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프(300); 및 탱크의 외부에 적어도 부분적으로 배치된 적어도 하나의 외부 전극(400)을 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프를 포함하는, 기판(500)을 전기코팅하기 위한 전기코팅 시스템에 관한 것이다. 기판 코팅 방법, 기판 코팅 시스템, 및 코팅된 기판이 또한 본 명세서에 개시된다.

Description

전도성 기판 전기코팅 시스템
본 발명은 기판을 전기코팅하기 위한 전기코팅 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기판 코팅 시스템, 기판 코팅 방법 및 코팅된 기판에 관한 것이다.
코팅 적용 방법으로서의 전착(electrodeposition)은 인가된 전위의 영향 아래에서 전도성 기판 위로 필름-형성 조성물을 침착시키는 것을 포함한다. 전착은 비-전기 영동 코팅 방법과 비교하여 이것이 더욱 높은 페인트 활용도, 뛰어난 내마모성 및 적은 환경 오염 때문에 코팅 산업에서 인기를 얻었다. 그러나, 일부 전도성 기판은 기판의 형상 및 크기를 포함한 다수의 인자 때문에 전착에 의해 코팅하기가 더욱 어렵다. 예를 들어, 종래의 전기코트 방법을 사용하여 개방-포켓(open-pocket) 형상, 예컨대 컨테이너를 갖는 기판의 내부 및 외부 표면 둘 모두를 코팅하기는 어려울 수 있다. 따라서, 광범위한 기판을 코팅할 수 있는 전기코팅 시스템이 필요하다.
기판을 전기코팅하기 위한 전기코팅 시스템으로서, 전착가능한 코팅 조성물을 보관하도록 구성된 탱크; 탱크와 유체 연통되는 적어도 하나의 펌프; 탱크와 펌프의 입구를 연결하는 적어도 하나의 반송 도관(return conduit); 펌프의 출구와 유체 연통되는 제1 단부 및 적어도 하나의 개구(aperture)를 갖는 제2 단부를 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프; 및 탱크의 외부에 적어도 부분적으로 배치된 적어도 하나의 외부 전극을 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프를 포함하고, 여기서 상기 기판이 제1 표면 및 제2 표면을 가지며; 상기 펌프가 반송 도관으로부터 전착가능한 코팅 조성물을 수용하고 전착가능한 코팅 조성물을 재순환 파이프를 통하여 탱크 내로 전달하도록 구성되고; 상기 외부 전극이 전착가능한 코팅 조성물에 전하를 제공하도록 구성되며; 상기 재순환 파이프가 탱크의 내부로 연장되고 전기적으로 하전된 전착가능한 코팅 조성물의 적어도 일부를 기판의 제1 표면으로 전달하도록 제2 단부의 개구를 배치하도록 구성되는, 전기코팅 시스템이 본 명세서에 개시된다.
전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 코팅을 본 발명의 전기코팅 시스템을 사용하여 기판의 적어도 일부에 전기영동에 의해 적용하는 것을 포함하는 기판 코팅 방법이 본 명세서에 또한 개시된다.
본 발명의 방법에 의해 코팅된 기판이 본 명세서에 추가로 개시된다.
본 발명의 전기코팅 시스템을 포함하고, 기판을 전기코팅 시스템에서 처리하기 전에 기판을 전처리하기 위한 전처리 시스템; 기판을 전기코팅 시스템에서 처리하기 전에 기판에 프라이머(primer)를 적용하기 위한 프라이머 시스템; 및/또는 기판을 전기코팅 시스템에서 처리한 후에 기판에 탑코트(topcoat) 코팅을 적용하기 위한 탑코트 시스템을 추가로 포함하는 기판 코팅 시스템이 본 명세서에 더욱 추가로 개시된다.
도 1은 외부 전극을 포함하고 탱크 내로 연장되는 재순환 파이프를 갖는 본 발명에 따른 전기코팅 시스템을 예시한다.
도 2는 탱크 밖으로, 재순환 파이프의 길이를 펌프까지 연장시키는 절연부를 갖는 도 1의 전기코팅 시스템을 예시한다.
도 3은 내부 전극을 갖지 않는 도 1의 전기코팅 시스템을 예시한다.
본 발명은 기판을 전기코팅하기 위한 전기코팅 시스템에 관한 것이다. 본 명세서는 또한 기판 코팅 시스템, 기판 코팅 방법, 본 명세서에 설명된 방법 중 하나 이상에 따라, 및/또는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 시스템을 사용하여 코팅된 기판을 개시한다.
전기코팅 시스템
도 1에 도시된 대로, 본 발명은, 기판을 전기코팅하기 위한 전기코팅 시스템(10)으로서, 상기 시스템이 전착가능한 코팅 조성물을 보관하도록 구성된 탱크(100); 탱크(100)와 유체 연통되는 적어도 하나의 펌프(200); 탱크(200)와 펌프(200)의 입구를 연결하는 적어도 하나의 반송 도관(210); 펌프(200)의 출구와 유체 연통되는 제1 단부(310) 적어도 하나의 개구(330)를 갖는 제2 단부(320)를 갖는 적어도 하나의 재순환 파이프(300); 및 탱크(100)의 외부에 적어도 부분적으로 배치된 적어도 하나의 외부 전극(400)을 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프(300)를 포함하고, 여기서 상기 기판이 제1 표면 및 제2 표면을 가지며; 반송 도관(210)이 탱크(100)를 펌프(200)의 입구에 연결하도록 구성되고; 펌프(200)가 반송 도관(210)으로부터 전착가능한 코팅 조성물(600)을 수용하고 전착가능한 코팅 조성물(600)을 재순환 파이프(300)를 통하여 탱크(100) 내로 전달하도록 구성되고; 외부 전극(400)이 전착가능한 코팅 조성물(600)에 전하를 제공하도록 구성되며; 재순환 파이프(300)가 탱크(100)의 내부로 연장되고, 전기적으로 하전된 전착가능한 코팅 조성물(600)의 적어도 일부를 기판의 제1 표면으로 전달하도록 제2 단부(320)의 개구(330)를 배치하도록 구성되는, 전기코팅 시스템(10)에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 도 1, 2 및 3에 도시된 대로, 탱크(100)는 전착가능한 코팅 조성물을 보관하도록 구성된다. 탱크(100)는 당업계에 공지된 임의의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 탱크(100)는 플라스틱, 절연 라이너를 갖는 금속, 예컨대 내부 플라스틱 라이너를 갖는 금속, 또는 절연 코팅을 갖는 금속을 포함할 수 있다. 탱크(100)는 임의의 기하학적 형상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 탱크(100)는 대체로 직사각형이거나, 대체로 둥글거나 구형일 수 있다. 탱크(100)는 기부(base portion)(110), 및 기부(110)로부터 위로 연장되어 내부에 전착가능한 코팅 조성물(600)이 보관될 수 있는 공동(cavity)을 형성하는 적어도 하나의 측벽(120)을 포함할 수 있다.
탱크(100)는 또한 전기코팅을 위한 기판(500)을 적어도 부분적으로 포함하도록 구성된다. 기판(500)은 접지된 전기 전도체일 수 있고 일반적으로 전도성 재료, 예컨대, 예를 들면, 금속성 재료로 실질적으로 구성될 수 있다. 기판(500)은 (존재하는 경우) 내부 전극(들)(400) 및 외부 전극(들)(400)과 전기적으로 소통되는 반대- 전극으로 작용한다. 기판(500)은 임의의 단면 형상, 또는 기판(500)이 균일한 단면 형상을 갖지 않는 경우에 다수의 단면 형상을 포함할 수 있다. 기판은 임의의 치수를 포함할 수 있다. 기판(500)은 개방-다각형 단면 형상, 예컨대 개방-포켓 단면 형상을 포함할 수 있다. 단면 형상은 대체로 직사각형의 또는 대체로 둥근 단면 형상을 포함할 수 있다. 기판은 제1 표면(510) 및 제2 표면(520)을 포함할 수 있다. 제1 표면(510)은 기판(500)의 내부 표면을 포함할 수 있고, 제2 표면(520)은 기판(500)의 외부 표면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1, 2, 및 3에 도시된 대로, 기판(500)이 대체로 직사각형의 단면 형상을 갖는 경우에, 제1 표면(510)은 기판(500)의 내부 표면을 포함할 수 있고, 제2 표면(520)은 기판(500)의 외부 표면을 포함할 수 있다. 기판(500)은 컨테이너, 예컨대, 예를 들면, 복합(intermodal) 컨테이너를 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(500)은 8 피트(2.44 m), 10 피트(3.05 m), 20 피트(6.10 m), 40 피트(12.19 m), 45 피트(13.72 m) 또는 53 피트(16.15 m)의 외부 길이; 7 피트(2.13 m) 또는 8 피트(2.44 m)의 외부 폭; 및 7.5 피트(2.29 m), 8.5 피트(2.59 m) 또는 9.5 피트(2.90 m)의 외부 높이를 가질 수 있다. 기판(500)은 적어도 8 피트(2.44 m), 예컨대 적어도 10 피트(3.05 m), 예컨대 적어도 20 피트(6.10 m), 예컨대 적어도 40 피트(12.19 m), 예컨대 적어도 45 피트(13.72 m) 또는, 예컨대 적어도 53 피트(16.15 m)의 길이를 가질 수 있다.
기판(500)의 제1 표면(510)은 기판(500)의 길이를 기반으로 가변되는 표면적을 가질 수 있다. 기판(500)의 제1 표면(510)은 적어도 285 ft2(26.48 m2), 예컨대 적어도 340 ft2(31.59 m2), 예컨대 적어도 600 ft2(55.74 m2), 예컨대 적어도 1,145 ft2(106.37 m2), 예컨대 적어도 1,275 ft2(118.45 m2), 예컨대 적어도 1,490 ft2(138.43 m2)의 표면적을 가질 수 있다. 기판(500)의 제1 표면(510)은 285 ft2(26.48 m2) 내지 1,890 ft2(175.59 m2) 또는 그보다 큰 표면적을 가질 수 있다. 컨테이너에 대하여, 표면적은 기판(500)의 길이에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 8 피트 기판(500)의 제1 표면(510)은 285 ft2(26.48 m2) 내지 400 ft2(37.16 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 10 피트 기판(500)의 제1 표면(510)은 340 ft2(31.59 m2) 내지 460 ft2(42.74 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 20 피트 기판(500)의 제1 표면(510)은 600 ft2(55.74 m2) 내지 795 ft2(73.86 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 40 피트 기판(500)의 제1 표면(510)은 1,145 ft2(106.37 m2) 내지 1,460 ft2(135.64 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 45 피트 기판(500)의 제1 표면(510)은 1,275 ft2(118.45 m2) 내지 1,620 ft2(150.50 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 53 피트 기판(500)의 제1 표면(510)은 1,490 ft2(138.43 m2) 내지 1,890 ft2(175.59 m2)의 표면적을 가질 수 있다.
기판(500)의 제2 표면(520)은 기판(500)의 길이를 기반으로 가변되는 표면적을 가질 수 있다. 기판(500)의 제2 표면(520)은 적어도, 예컨대 적어도 330 ft2(30.66 m2), 380 ft2(35.30 m2), 예컨대 적어도 675 ft2(62.71 m2), 예컨대 적어도 1,250 ft2(116.13 m2), 예컨대 적어도 1,390 ft2(129.14 m2), 예컨대 적어도 1,630 ft2(151.43 m2)의 표면적을 가질 수 있다. 기판(500)의 제2 표면(520)은 330 ft2(30.66 m2) 내지 1,750 ft2(162.58 m2) 또는 그보다 큰 표면적을 가질 수 있다. 컨테이너에 대하여, 표면적은 기판(500)의 길이에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 8 피트 기판(500)의 제2 표면(520)은 330 ft2(30.66 m2) 내지 440 ft2(40.88 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 10 피트 기판(500)의 제2 표면(520)은 380 ft2(35.30 m2) 내지 520 ft2(48.31 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 20 피트 기판(500)의 제2 표면(520)은 675 ft2(62.71 m2) 내지 865 ft2(80.36 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 40 피트 기판(500)의 제2 표면(520)은 1250 ft2(116.13 m2) 내지 1,575 ft2(146.32 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 45 피트 기판(500)의 제2 표면(520)은 1,390 ft2(129.14 m2) 내지 1,750 ft2(162.58 m2)의 표면적을 가질 수 있고, 53 피트 기판(500)의 제2 표면(520)은 1,630 ft2(151.43 m2) 내지 2,030 ft2(188.59 m2)의 표면적을 가질 수 있다.
기판은 적어도 40 m2, 예컨대 적어도 45 m2, 예컨대 적어도 50 m2의 단면적을 가질 수 있고, 100 m2 이하, 예컨대 85 m2 이하, 예컨대 80 m2 이하일 수 있다. 기판은 40 m2 내지 100 m2, 예컨대 45 m2 내지 85 m2, 예컨대 50 m2 내지 80 m2의 단면적을 가질 수 있다. 기판에 대하여 본 명세서에 사용된 용어 "단면적"은, 기판의 최장 축에 대하여 직각으로 측정된 기판의 최대 단면적을 지칭한다. 컨테이너-형상화된 기판에 대하여, 단면적은 폭에 높이를 곱한 것일 것이다.
기판은 임의의 전도성 기판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판은 금속, 금속 합금, 및/또는 금속화된 재료, 예컨대 니켈-도금된 플라스틱을 포함할 수 있다. 게다가, 기판은 복합 재료를 포함하는 비-금속의 전도성 재료, 예컨대, 예를 들면, 탄소 섬유 또는 전도성 탄소를 포함하는 재료를 포함할 수 있다. 금속 또는 금속 합금은 예를 들면, 냉각 압연시킨 강철, 열 압연시킨 강철, 아연 금속, 아연 화합물 또는 아연 합금 코팅된 강철, 예컨대 전기 아연도금된(electrogalvanized) 강철, 용융 아연도금된(hot-dipped galvanized) 강철, 아연 도금된 강철, 니켈-도금된 강철, 및 아연 합금 도금된 강철을 포함할 수 있다. 기판은 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 알루미늄 합금의 비제한적인 예는 1XXX, 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 또는 7XXX 시리즈 뿐만 아니라, 클래드(clad) 알루미늄 합금 및 캐스트(cast) 알루미늄 합금을 포함한다. 기판은 또한 마그네슘 합금을 포함할 수 있다. 본 발명에 사용된 기판은 다른 적합한 비-철(non-ferrous) 금속, 예컨대 티타늄 또는 구리 뿐만 아니라, 이러한 재료의 합금을 포함할 수 있다.
도 1, 2, 및 3에 예시된 대로, 전기코팅 시스템(10)은 또한 탱크(100)를 펌프(200)에 연결하는 반송 도관(210)을 포함한다. 반송 도관(210)은 전착가능한 코팅 조성물(600)을 탱크(100)에서부터 펌프(200)로 재순환하도록 구성된다. 반송 도관(210)은 파이프, 호스, 밸브, 및 본 명세서에 진술된 목적을 수행하도록 구성된 임의의 다른 유체 운송(conveying) 장치의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 1, 2, 및 3에 도시된 대로, 펌프(200)는 탱크(100)와 유체 연통된다. 펌프(200)는 전착가능한 코팅 조성물(600)을 반송 도관(210)으로부터 수용하고, 전착가능한 코팅 조성물(600)을 재순환 파이프(300)를 통하여 탱크(100) 내로 전달하도록 구성된다. 재순환 파이프(300)는 펌프(200)의 출구와 유체 연통되는 제1 단부(310) 및 적어도 하나의 개구(330)를 갖는 제2 단부(320)를 포함한다. 재순환 파이프(300)는 전착가능한 코팅 조성물 중에 침지된 탱크(100)의 내부로 연장되어, 전착가능한 코팅 조성물(600)의 적어도 일부를 기판(500)의 제1 표면(510)으로 전달하게끔 제2 단부(310)의 개구(들)(320)를 배치하도록 구성된다. 반송 도관(210), 펌프(200) 및 재순환 파이프(300)는, 반송 도관(210), 펌프(200) 및 재순환 파이프(300)를 통한 전착가능한 코팅 조성물(600)의 한정된 흐름(constrained flow)을 위한 적어도 하나의 연속적이며 중단되지 않는 루프를 형성하도록 직접적으로 연결될 수 있다. 펌프(200)는, 전착가능한 코팅 조성물(600)을, 본 명세서에 설명된 기판(500)을 전기코팅하기에 적합한 유속 및 압력에서 재순환 파이프(300)를 통하여 탱크(100) 내로 전달하도록 구성된다. 예를 들면, 제한하고자 하는 것은 아니지만, 펌프는 약 1 psi 내지 약 50 psi, 예컨대 약 15 psi 내지 약 40 psi의 압력에서, 그리고 약 0.1 L/초 내지 약 65.0 L/초의 유속에서 전착가능한 코팅 조성물(600)을 탱크(100)로 전달할 수 있다. 펌프(200)는 예를 들면, 원심 펌프를 포함할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 진술된 목적을 수행하도록 구성된 임의의 펌프(200)가 본 발명의 전기코팅 시스템(10)에 사용될 수 있는 것으로 고찰된다.
도 1, 2, 및 3에 도시된 대로, 외부 전극(400)은 탱크(100) 외부에 배치된다. 외부 전극(400)은 펌프(200)에 의해 재순환 파이프(300)를 통하여 탱크(100)로 전달된 전착가능한 코팅 조성물(600)에 전하를 제공하도록 구성된다. 그와 같이, 외부 전극(400)은 전기코팅을 위해 전착가능한 코팅 조성물(600)을 탱크(100)로 전달하기 전에 여기에 전하를 제공한다. 펌프(200)는, 외부 전극(400)이 전착가능한 코팅 조성물(600)을 충분히 전기적으로 하전시키기에 적절한 유속에서 전착가능한 코팅 조성물(600)을 외부 전극(400)을 지나 재순환 파이프(300)를 통해 그리고 탱크(100) 내로 널리 전달한다. 외부 전극(400)을 지나 전달된 전착가능한 코팅 조성물(600)의 유속은 외부 전극(400)의 표면적에 대한, 펌프(200)에 의해 전달된 전착가능한 코팅 조성물(600)의 부피에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 전착가능한 코팅 조성물(600)의 부피가 증가함에 따라, 전착가능한 코팅 조성물(600)과 외부 전극(400) 사이의 접촉 시간이 증가되고 외부 전극(400)이 전착가능한 코팅 조성물(600)을 충분히 전기적으로 하전시킬 수 있도록 더욱 느린 유속의 전착가능한 코팅 조성물(600)이 제공될 수 있는 것으로 고찰된다. 마찬가지로, 외부 전극(400)의 표면적에서의 증가는 전착가능한 코팅 조성물(600)을 충분히 전기적으로 하전시키도록 외부 전극(400)과의 더욱 적은 접촉 시간을 필요로 하는 것으로 고찰된다. 외부 전극(400)은 임의의 다양한 단면 형상, 예컨대, 예를 들면, 튜브형, 평면 판, C-형상, 팬 형상(fanned), 또는 환형으로 구성될 수 있고, 예를 들면, 전도성 파이프 또는 파이프 구획, 예컨대 금속 파이프를 포함할 수 있다. 예를 들면, 외부 전극(400)은 전착가능한 코팅 조성물(600)과 접촉하도록 구성된 내부 표면을 가질 수 있고, 전기코팅 시스템(10)은 기판(500)의 제1 표면(510)의 표면적에 대한 외부 전극(들)(400)의 외부 표면의 총 합한 표면적의 비가 1:7 내지 1:1, 예컨대 1:6 내지 1:2, 예컨대 1:5 내지 1:3, 예컨대 약 1:4이도록 구성될 수 있다.
재순환 파이프(300)의 적어도 일부는 외부 전극을 포함하고, 외부 전극(400)을 포함하는 재순환 파이프(300) 구획은 탱크(100) 외부에 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 위치한다. 본 명세서에 사용된 탱크(100) 외부에 적어도 부분적으로 또는 전체적으로는, 외부 전극(400)의 적어도 일부가 탱크(100) 외부에 존재하며 전착가능한 코팅 조성물(600) 중에 침지되지 않음을, 또는 외부 전극(400) 전체가 탱크(100) 외부에 위치하며 전착가능한 코팅 조성물(600) 중에 침지되지 않음을 의미한다. 다시 말해, 외부 전극(400)을 포함하는 재순환 파이프(300)의 적어도 일부 또는 전부는 탱크(100) 내부에 보관된 전착가능한 코팅 조성물(600) 중에 침지되지 않는다. 대안적으로, 재순환 파이프(300)의 실질적으로 전부가 외부 전극(400)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 외부 전극(400)은 재순환 파이프(300)의 적어도 50%, 예컨대 적어도 60%, 예컨대 적어도 75%, 예컨대 적어도 85%, 예컨대 적어도 95%, 예컨대 100%를 포함할 수 있다. 재순환 파이프(300)의 나머지는 비-전도성 및/또는 전도성 재료의 조합을 포함할 수 있다. 재순환 파이프(300)는 파이프, 호스, 밸브, 및 본 명세서에 진술된 목적을 수행하도록 구성된 임의의 다른 유체 운송 시스템의 임의 조합을 포함할 수 있다.
외부 전극(400)은 절연부(410) 내부에 포함될 수 있다. 절연부(410)는 전위가 전기코팅 시스템(10)에 인가될 때 전기코팅 시스템(10)의 사용자가 외부 전극(400)의 전하에 노출되지 않게 할 수 있다. 절연부(410)는 탱크(100) 내로 연장되는 재순환 파이프(300) 위에 대안적으로 또는 추가로 위치할 수 있다. 절연부(410)는 예를 들면, 외부 전극(400)이 포함되는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 파이프를 포함할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 진술된 목적을 수행하도록 구성된 임의의 절연부(410)가 본 발명의 전기코팅 시스템(10)에 따라 사용될 수 있는 것으로 고찰된다.
더욱이, 외부 전극(400)이 애노드(anode)를 포함하는 경우에, 기판(500)의 전기코팅 공정 동안 전착가능한 코팅 조성물(600)로부터 산 축적물(build-up)을 제거하도록 외부 전극(400)의 내부 표면을 커버하는데 멤브레인(membrane)이 사용될 수 있다. 예를 들면, 외부 전극(400)의 내부 표면적의 약 50%, 예컨대 약 75%, 예컨대 약 80%, 또는 그 초과가, 전기코팅 동안 생성된 산 제거를 통하여 전착가능한 코팅 조성물의 pH를 조절하도록 멤브레인에 의해 커버될 수 있다. 멤브레인 커버된 음극은 일반적으로 당해 산업에서는 애노드액(anolyte) 셀로 지칭된다. 실질적으로 멤브레인-비함유 외부 전극(400)은, 임의의 존재하는 멤브레인이 외부 전극(400)에 의한 전착가능한 코팅 조성물(600)의 전기적 하전을 어느 상당한 정도까지 방해하지 않는 정도로 멤브레인을 함유하지 않는 것이다. 게다가, 외부 전극(400)은 완전히 멤브레인을 함유하지 않을 수 있다.
외부 전극(400)은 예를 들면, 멤브레인-비함유 316 유형 스테인레스 스틸 파이프를 포함할 수 있다. 외부 전극(400)을 통한 전착가능한 코팅 조성물(600)의 흐름과 조합된 멤브레인 비함유 금속 파이프 외부 전극(400) 채널의 완전히 노출된 벽이, 전착가능한 코팅 조성물(600) 전체를 통한 실질적으로 균일한 전하 분배를 촉진시키도록 외부 전극(400)이 전착가능한 코팅 조성물(600)에 실질적으로 동일한 전하를 제공하는 것을 도울 수 있다. 전착가능한 코팅 조성물(600) 전체를 통한 실질적으로 균일한 전하 분배는, 반대로 하전된 기판(500)으로의 전착가능한 코팅 조성물(600)의 하전된 분자의 실질적으로 균일한 끌어당김을 제공함으로써 기판(500)의 전기코팅을 최적화한다. 더욱이, 펌프(200)에 의해 외부 전극(400)으로 전달된 전착가능한 코팅 조성물(600)의 부피가 증가할수록, 펌프(200)에 의해 전달된 전착가능한 코팅 조성물(600)을 충분히 전기적으로 하전시키도록 더욱 큰 표면적의 외부 전극(400)이 제공될 수 있는 것으로 고찰된다. 따라서, 기판(500)을 전기코팅하기 위해 전착가능한 코팅 조성물(600)을 탱크(100)로 전달하기 전에 이것을 충분히 하전시키도록 전착가능한 코팅 조성물(600) 흐름의 단위 부피 당 최소 표면적의 외부 전극(400)이 제공될 수 있는 것으로 고찰된다. 위에서 논의된 대로, 외부 전극(400)의 표면적은 예를 들면, 외부 전극(400)의 길이를 증가시킴으로써(즉, 외부 전극(400)을 포함하는 재순환 파이프(300) 부분의 길이를 증가시킴으로써, 또는 재순환 파이프(300) 전체가 외부 전극(400)을 포함하는 경우에 재순환 파이프(300)의 길이를 증가시킴으로써), 또는 외부 전극(400)의 단면 형상을 변화시킴으로써 조작될 수 있다.
재순환 파이프(300)의 제2 단부(320)는 개구(330)를 포함하는 노즐을 포함할 수 있다. 노즐은 당업계에 공지된 임의의 노즐을 포함할 수 있다. 게다가, 재순환 파이프(300)의 제2 단부(320)는 전착가능한 코팅 조성물(600)이 통과할 수 있는 복수의 개구(330)를 포함할 수 있다. 재순환 파이프는 또한 복수의 제2 단부(320)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1, 2, 및 3에 도시된 대로, 재순환 파이프는 제2 단부(320)를 포함하는 각각의 분기(branch)가 적어도 하나의 개구(330)를 포함하게 하여 분기될 수 있다. 분기된 재순환 파이프(300)의 각각의 제2 단부(320)는, 외부 전극(400)에 의해 전기적으로 하전된 전착가능한 코팅 조성물(600)의 적어도 일부가 기판(500)의 제1 표면(510)의 상이한 구획으로 전달되도록 구성될 수 있다.
위에서 논의된 대로, 전기코팅 시스템(10)은 복수의 반송 도관(210), 펌프(200), 및/또는 재순환 파이프(300)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전기코팅 시스템(10)은 외부 전극(들)(400)에 의해 하전된 전착가능한 코팅 조성물(600)을 기판(500)의 제1 표면(510)의 상이한 구획으로 전달하도록 구성된 복수의 재순환 파이프(300)를 포함할 수 있다. 각각의 재순환 파이프(300)는 상이한 펌프(200)에 의해 공급될 수 있거나, 펌프(200)는 전착가능한 코팅 조성물(600)을 다수의 재순환 파이프(300)로 펌핑할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 펌프(200)는 반송 도관(210)에 의해 공급될 수 있거나, 반송 도관(210)은 다수의 펌프(200)에 공급할 수 있다. 전기코팅 시스템(10)에 존재하는 각각의 구성요소(즉, 반송 도관(210), 펌프(200), 재순환 파이프(300))의 수는, 다른 인자 중에서 기판(500)의 길이, 기판(500)의 제1 표면(510)의 표면적, 전착가능한 코팅 조성물(600) 중에 존재하는 수지 고형물, 전착가능한 코팅 조성물(600)의 전하 밀도, 기판의 전기코팅 동안 인가된 전압, 기판의 형상을 포함한 다양한 인자에 따를 수 있다. 반송 도관(210), 펌프(200), 및/또는 재순환 파이프(300)는 전착가능한 코팅 조성물(600)이 전기코팅할 기판(500)의 길이를 따라 실질적으로 균일하도록 침착되도록 탱크(100)의 길이를 따라 배치될 수 있다. 예를 들면, 반송 도관(210), 펌프(200), 및/또는 재순환 파이프(300)는 탱크(100)의 길이를 따라 등거리로 배치될 수 있다. 재순환 파이프(300)를 통하여 탱크(100) 내로 흐른 전착가능한 코팅 조성물(600)은 전기코팅 동안 기판(500)의 제1 표면(510) 위로 실질적으로 침착될 수 있다. 임의의 이론으로 구속하지 않으면서, 탱크(100) 내부에 전기코팅 시스템(10)의 재순환 파이프(300)를 배치하여 외부 전극(400)에 의해 하전된 전착가능한 코팅 조성물(600)을 기판(500)의 제1 표면(510)으로 흐르게 함으로써 재순환 파이프(300) 및 외부 전극(400)을 포함하지 않는 전기코팅 시스템와 비교하여 더욱 균일한 코팅의 침착이 기판(500)의 제1 표면(510)에 적용될 수 있는 것으로 생각된다.
전원이 전기코팅 시스템(10)에 전류를 제공하면, 전착가능한 코팅 조성물(600)은 외부 전극(400) 및 존재하는 경우 내부 전극(700)에 의해 하전되고, 반대로 하전된 기판(500)으로 끌어당겨져서 그 위에 침착된다. 본 발명의 전기코팅 시스템(10)에 의해 제공된 전기적으로 하전된 유체 전체를 통한 동일하거나 실질적으로 동일한 전하 분배가 기판(500) 위에 침착된 전착가능한 코팅 조성물(500)의 실질적으로 균일한 코팅 두께를 일반적으로 제공함으로써 전기코팅 공정을 향상시킨다.
전기코팅 시스템(10)은 도 1 및 2에 도시된 대로 전착가능한 코팅 조성물(600)에 추가의 전하를 제공하는, 탱크(100) 내부에 배치된 적어도 하나의 내부 전극(700)을 선택적으로 추가로 포함할 수 있다. 내부 전극(700)은 당업계에 공지된 임의의 적합한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 내부 전극(700)은 전원과 전기적으로 연결된 파이프를 포함할 수 있다. 내부 전극(들)(700)은 멤브레인 비함유이거나 실질적으로 멤브레인 비함유이거나, 멤브레인에 의해 실질적으로 커버될 수 있다. 전기코팅 시스템(10)은 복수의 내부 전극(700)을 포함할 수 있고, 내부 전극(700)은 전착가능한 코팅 조성물(600)이 전기코팅할 기판(500)의 길이를 따라 실질적으로 균일하게 전착되도록 탱크(100)의 길이를 따라 배치될 수 있다. 예를 들면, 내부 전극(700)은 탱크(100)의 길이를 따라 등거리에 배치될 수 있다. 전기코팅 시스템(10)은 기판(500)의 제2 표면(510)의 표면적에 대한 내부 전극(들)(700)의 총 합한 표면적의 비가 1:7 내지 1:1, 예컨대 1:6 내지 1:2, 예컨대 1:5 내지 1:3, 예컨대 1:4일 수 있도록 구성될 수 있다. 외부 전극(400)을 포함하는 재순환 파이프(300)와 달리, 내부 전극(700)은 전기코팅 시스템(10) 내부에서 전착가능한 코팅 조성물(600)을 재순환하거나 운반하지 않는다.
임의 이론으로 구속하지 않으면서, 외부 전극(400)을 포함하는 재순환 파이프(300)가 또한 존재하지 않게 하면서 전기코팅 시스템 내 내부 전극(700)의 사용은, 전착가능한 코팅 조성물(600)에 충분한 전하를 제공하여 기판(500)의 전체 표면 위에 걸쳐 전착가능한 코팅 조성물(600)이 균일하게 침착될 수 있게 하지 않을 것으로 생각된다. 예를 들면, 내부 전극(700)은 전착가능한 코팅 조성물(600)에 충분한 전하를 제공하여 내부 전극(700) 근방에 위치한 기판(500)의 표면, 예컨대, 예를 들면, 기판(500)의 제2 표면(520) 위에 코팅을 침착시킬 수 있지만, 기판의 다른 부분, 예컨대, 예를 들면, 기판(500)의 제1 표면(510) 위에 침착을 가능케 하기에는 충분한 전하를 제공할 수 없다.
전기코팅 시스템(10)은 전기코팅 시스템(10)에 전류를 제공하는 적어도 하나의 전원(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 전원은 정류기(rectifier)를 선택적으로 포함할 수 있다. 전원은 전원의 한 극이 기판에 연결되고 전원의 다른 극이 외부 전극(들)(400) 및 존재하는 경우 내부 전극(들)(700)에 연결되게 하면서 외부 전극(들)(400), 기판(500), 및 존재하는 경우 내부 전극(700)에 전기적으로 연결되어, 기판은 외부 전극(400) 및, 존재하는 경우 내부 전극(700)에 대한 반대-전극으로 작용하게 된다. 예를 들면, 전착가능한 코팅 조성물(600)이 양이온성 전착가능한 코팅 조성물인 경우에, 기판(500)은 캐소드 및 외부 전극(400)으로 작용하고, 존재하는 경우 내부 전극(700)은 애노드로 작용하며, 음이온성 전착가능한 코팅 조성물의 경우에는 극성이 뒤바뀐다. 전원은, 외부 전극(400) 및 존재하는 경우 내부 전극(700)이 전착가능한 코팅 조성물(600)에 전기코팅 목적으로 충분한 전하를 제공하도록, 전기코팅 시스템(10)에 전류를 제공한다. 예를 들면, 그러나 제한은 아닌, 전원에 제공된 전류는 약 25 volts 내지 약 600 volts 또는 그 초과일 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 전원에 제공된 전압은 펌프(200)에 의해 전달된 전착가능한 코팅 조성물(600)의 부피에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 펌프(200)에 의해 전달된 증가된 부피 및/또는 증가된 유속의 전착가능한 코팅 조성물(600)을 충분히 하전시키기 위해 더욱 높은 전압이 외부 전극(400)에 제공될 수 있다. 전기코팅 시스템(10)은 또한 본 명세서에 진술된 목적을 수행하는데 필요하거나 요망된 임의의 추가적이거나 다른 전기 회로를 포함할 수 있다.
전착가능한 코팅 조성물(600)은 당업계에 공지된 임의의 전착가능한 코팅 조성물을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "전착가능한 코팅 조성물"은, 인가된 전위의 영향 아래에서 전기 전도성 기판 위로 침착될 수 있는 조성물을 지칭한다. 예를 들면, 위에서 언급된 대로, 전착가능한 코팅 조성물(600)은 양이온성 또는 음이온성 전착가능한 코팅 조성물을 포함할 수 있다.
전착가능한 코팅 조성물은 필름-형성 바인더(binder)를 포함한다. 필름-형성 바인더는 이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머 및, 선택적으로 경화제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머를 포함할 수 있다. 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머가 양이온성 전착가능한 코팅 조성물에 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머"는, 폴리머에 양 전하를 제공하는 적어도 부분적으로 중화된 양이온성 기, 예컨대 설포늄 기 및/또는 암모늄 기를 포함하는 폴리머를 지칭한다. 본 명세서에 사용된 용어 "폴리머"는, 올리고머, 및 호모폴리머 및 코폴리머 둘 모두를 포함하지만 이것들로 제한되지 않는다. 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 활성 수소 작용 기를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "활성 수소 작용 기"는 문헌[THE JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, Vol. 49, page 3181 (1927)]에 기재된 제레비티노프(Zerewitinoff) 시험에 의해 측정된 이소시아네이트와 반응성인 그러한 기를 지칭하며, 예를 들면, 하이드록실 기, 1차 또는 2차 아미노 기, 및 티올 기를 포함한다. 활성 수소 작용 기를 포함하는 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 활성 수소 함유, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머로 지칭될 수 있다.
본 발명에서 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머로 사용하기에 적합한 폴리머의 예는 다른 것들 중에서 알키드 폴리머, 아크릴성 폴리머, 폴리에폭사이드 폴리머, 폴리아미드 폴리머, 폴리우레탄 폴리머, 폴리우레아 폴리머, 폴리에테르 폴리머, 및 폴리에스테르 폴리머를 포함하지만 이것들로 제한되지 않는다.
양이온성 염 기는 하기와 같이 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머 내로 혼입될 수 있다: 필름-형성 폴리머는 양이온성 염 기 형성제와 반응될 수 있다. "양이온성 염 기 형성제"는 존재하는 에폭시 기와 반응성이고 필름-형성 폴리머 상의 에폭시 기와 반응하기 전, 동안 또는 후에 산성화되어 양이온성 염 기를 형성할 수 있는 물질을 의미한다. 적합한 물질의 예는 아민, 예컨대 에폭시 기와 반응한 후에 산성화되어 아민 염 기를 형성할 수 있는 1차 또는 2차 아민, 또는 에폭시 기와 반응하기 전에 산성화될 수 있거나 에폭시 기와 반응한 후에 4차 암모늄 염 기를 형성하는 3차 아민을 포함한다. 다른 양이온성 염 기 형성제의 예는 에폭시 기와 반응하기 전에 산과 혼합될 수 있는 설파이드이며, 이러한 형성제는 에폭시 기와의 차후 반응 시에 3차 설포늄 염 기를 형성한다.
적합한 활성 수소 함유, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머의 더욱 특정한 예는 폴리에폭사이드-아민 첨가생성물, 예컨대 폴리페놀, 예컨대 비스페놀 A의 폴리글리시딜 에테르와 1차 및/또는 2차 아민의 첨가생성물이, 예컨대 미국 특허 4,031,050, 3단 27행에서 5단 50행, 미국 특허 4,452,963, 5단 58행에서 6단 66행, 및 미국 특허 6,017,432, 2단 66행에서 6단 26행에 기재되어 있고, 상기 특허의 이러한 부분들은 본 명세서에 참고로 편입된다. 폴리에폭사이드와 반응하는 아민 부분은 미국 특허 4,104,147, 6단 23행에서 7단 23행에 기재되어 있는 대로 폴리아민의 케티민일 수 있고, 상기 미국 특허의 인용된 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다. 예컨대 미국 특허 4,432,850, 제2단 60행에서 5단 58행에 기재되어 있는 겔화되지 않은 폴리에폭사이드-폴리옥시알킬렌폴리아민 수지가 또한 적합하며, 상기 미국 특허의 열거된 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다. 게다가, 양이온성 아크릴 수지, 예컨대 미국 특허 3,455,806, 2단 18행에서 3단 61행, 및 3,928,157, 2단 29행에서 3단 21항에 기재된 것들이 사용될 수 있으며, 상기 미국 특허 둘 모두의 이러한 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다.
양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 아민 염 기 함유 수지 이외에도 4차 암모늄 염 기 함유 수지를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 "4차 암모늄 염 기"는 식 NR4 +의 4차 암모늄 양이온을 포함하는 기를 지칭하는데, 상기 식에서 각각의 R 기는 독립적으로 알킬 또는 아릴 기, 및 반대 음이온이다. 이러한 수지의 예는 유기 폴리에폭사이드를 3차 아민 산 염과 반응시킴으로부터 형성되는 것들이다. 그와 같은 수지는 미국 특허 3,962,165, 2단 3행에서 11단 7행; 3,975,346, 1단 62행에서 17단 25행, 및 4,001,156, 1단 37행에서 16단 7행에 기재되어 있고, 상기 미국 특허의 이러한 부분들은 본 명세서에 참고로 편입된다.
다른 적합한 양이온성 수지의 예는 3차 설포늄 염 기 함유 수지, 예컨대 미국 특허 3,793,278, 1단 32행에서 5단 20행에 기재된 것들을 포함하며, 상기 미국 특허의 이 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다. 또한, 예컨대 유럽 특허 출원 12463B1, 2면 1행에서 6면 25행에 기재된, 에스테르교환 메커니즘을 통해 경화되는 양이온성 수지가 또한 사용될 수 있으며, 상기 유럽 특허 출원의 이 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다.
다른 적합한 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 광분해에 내성이 있는 전착가능한 코팅 조성물을 형성할 수 있는 것들을 포함한다. 그와 같은 폴리머는 미국 특허 출원 공보 2003/0054193 A1, 단락 [0064] 내지 [0088]에 개시되는 펜던트 및/또는 말단 아미노 기로부터 유래되는 양이온성 아민 염 기를 포함하는 폴리머를 포함하며, 상기 미국 특허 출원 공보의 이 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다. 하나 초과의 방향족 기가 결합되는 지방족 탄소 원자를 본질적으로 함유하지 않는 다가 페놀의 폴리글리시딜 에테르로부터 유래된 활성 수소 함유, 양이온성 염 기 함유 수지가 또한 적합하며, 이것들은 미국 특허 출원 공보 2003/0054193 A1, 단락 [0096] 내지 [0123]에 기재되어 있고, 상기 미국 특허 출원 공보의 이 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다.
상기 활성 수소 함유, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 산과의 적어도 부분적인 중화에 의해 양이온성 및 수 분산성이 될 수 있다. 적합한 산은 유기 및 무기 산을 포함한다. 적합한 유기 산의 비제한적인 예는 포름산, 아세트산, 메탄설폰산, 및 락트산을 포함한다. 적합한 무기 산의 비제한적인 예는 인산 및 설팜산을 포함한다. "설팜산"은 설팜산 자체 또는 이것의 유도체, 예컨대 하기 식을 갖는 것들을 의미한다:
Figure pct00001
상기 식에서, R은 수소 또는 1 내지 4개의 탄소수를 갖는 알킬 기이다. 상기 언급된 산의 혼합물이 또한 본 발명에 사용될 수 있다.
양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머의 중화 정도는 관련된 구체적인 폴리머에 따라 가변될 수 있다. 그러나, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머가 수성 분산 매체 중에 분산될 수 있도록 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머를 충분히 중화시키기 위해 충분한 산이 사용되어야 한다. 예를 들면, 사용된 산의 양은 총 이론적 중화도 전체의 적어도 20%를 제공할 수 있다. 100%의 총 이론적 중화도에 필요한 양을 초과하여 과량의 산이 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머를 중화시키는데 사용된 산의 양은 활성 수소 함유, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머 내 총 아민을 기준으로 ≥0.1%일 수 있다. 대안적으로, 활성 수소 함유, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머를 중화시키는데 사용된 산의 양은 활성 수소 함유, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머 내 총 아민을 기준으로 ≤100%일 수 있다. 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머를 중화시키는데 사용된 산의 총량은 전술된 문장에 열거된 값의 임의 조합 사이에 있는 범위일 수 있으며, 열거된 값을 포함한다. 예를 들면, 활성 수소 함유, 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머를 중화시키는데 사용된 산의 총량은 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머 내 총 아민을 기준으로 20%, 35%, 50%, 60%, 또는 80%일 수 있다.
양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는, 양이온성 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 적어도 40중량%, 예컨대 적어도 50중량%, 예컨대 적어도 60중량%의 양으로 존재할 수 있고, 90중량% 이하, 예컨대 80중량% 이하, 예컨대 75중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 양이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는, 양이온성 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 40% 내지 90중량%, 예컨대 50% 내지 80중량%, 예컨대 60% 내지 75중량%의 양으로 존재할 수 있다. 본 명세서에 사용된 "수지 고형물"은, 전착가능한 코팅 조성물 중에 존재하는 이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머, 경화제(존재하는 경우), 및 임의의 추가의 수 분산성 비-안료첨가된 구성요소(들)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머"는, 음 전하를 제공하는 적어도 부분적으로 중화된 음이온성 작용 기, 예컨대 카복실산 및 인산 기를 포함하는 음이온성 폴리머를 지칭한다. 음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 활성 수소 작용 기를 포함할 수 있다. 활성 수소 작용 기를 포함하는 음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 활성 수소 함유, 음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머로 지칭될 수 있다. 음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 음이온성 전착가능한 코팅 조성물에 사용될 수 있다.
음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는 염기-가용된, 카복실산 기 함유 필름-형성 폴리머, 예컨대 건조 오일 또는 반-건조 지방산 에스테르와 디카복실산 또는 무수물의 반응 생성물 또는 첨가생성물; 및 지방산 에스테르, 불포화 산 또는 무수물과, 폴리올과 추가로 반응되는 임의의 추가의 불포화 개질 물질의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 불포화 카복실산의 하이드록시-알킬 에스테르, 불포화 카복실산 및 적어도 하나의 다른 에틸렌계 불포화 모노머의 적어도 부분적으로 중화된 인터폴리머가 또한 적합하다. 더욱 또 다른 적합한 음이온성 전착가능한 수지는 알키드-아미노플라스트 비히클(vehicle), 즉, 알키드 수지 및 아민-알데하이드 수지를 함유하는 비히클을 포함한다. 또 다른 적합한 음이온성 전착가능한 수지 조성물은 수지성(resinous) 폴리올의 혼합된 에스테르를 포함한다. 다른 산 작용성 폴리머, 예컨대 인산염화된(phosphatized) 폴리에폭사이드 또는 인산염화된 아크릴성 폴리머가 또한 사용될 수 있다. 예시적인 인산염화된 폴리에폭사이드는 미국 특허 출원 공보 2009-0045071, [0004]-[0015] 및 미국 특허 출원 13/232,093, [0014]-[0040]에 개시되어 있고, 상기 미국 특허 출원 공보 및 미국 특허 출원의 열거된 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다. 하나 이상의 펜던트 카바메이트 작용 기를 포함하는 수지, 예컨대 미국 특허 6,165,338에 기재된 것들이 또한 적합하다.
본 발명에 따르면, 음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는, 음이온성 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 적어도 50중량%, 예컨대 적어도 55중량%, 예컨대 적어도 60중량%의 양으로 존재할 수 있고, 90중량% 이하의, 예컨대 80중량% 이하의, 예컨대 75중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 음이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머는, 음이온성 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 50% 내지 90%, 예컨대 55% 내지 80%, 예컨대 60% 내지 75%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 전착가능한 코팅 조성물은 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 경화제는 이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머와 반응성일 수 있다. 경화제는 반응성 작용 기, 예컨대 이온성 염 기 함유 필름-형성 폴리머의 활성 수소 기와 반응하여 코팅 조성물의 경화를 수행하여 코팅을 형성시키는 작용 기를 포함한다. 본 명세서에 설명된 전착가능한 코팅 조성물과 함께 사용된 본 명세서에 사용된 용어 "경화시키다", "경화된" 또는 유사 용어는, 전착가능한 코팅 조성물을 형성시키는 구성요소의 적어도 일부가 가교결합되어 코팅을 형성함을 의미한다. 게다가, 전착가능한 코팅 조성물의 경화는 상기 조성물에 경화 조건(예를 들면, 고온)을 가하여 전착가능한 코팅 조성물의 구성요소의 반응성 작용 기를 반응시켜서, 이 조성물의 구성요소의 가교결합을 일으키고 적어도 부분적으로 경화된 코팅을 형성시킴을 지칭한다. 적합한 경화제의 비제한적인 예는 적어도 부분적으로 블록화된 폴리이소시아네이트, 아미노플라스트 수지 및 페노플라스트 수지, 예컨대 이것들의 알릴 에테르 유도체를 포함한 페놀포름알데하이드 축합물이다.
적합한 적어도 부분적으로 블록화된 폴리이소시아네이트는 지방족 폴리이소시아네이트, 방향족 폴리이소시아네이트, 및 이것들의 혼합물을 포함한다. 경화제는 적어도 부분적으로 블록화된 지방족 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다. 적합한 적어도 부분적으로 블록화된 지방족 폴리이소시아네이트는 예를 들면, 완전히 블록화된 지방족 폴리이소시아네이트, 예컨대 미국 특허 3,984,299, 1단 57행 내지 3단 15행에 기재된 것들, 또는 폴리머 주쇄와 반응하는 부분적으로 블록화된 지방족 폴리이소시아네이트, 예컨대 미국 특허 3,947,338, 2단 65행 내지 4단 30행에 기재된 것들을 포함하며, 상기 미국 특허의 이 부분들은 또한 본 명세서에 참고로 편입된다. "블록화된"은, 생성된 블록화된 이소시아네이트 기가 주위 온도에서 활성 수소에 대해서는 안정하지만 고온, 예컨대 90℃ 내지 200℃에서 필름-형성 폴리머 내 활성 수소와는 반응성이도록 화합물과 반응하였음을 의미한다. 폴리이소시아네이트 경화제는 실질적으로 이소시아네이트 기를 함유하지 않는 완전히 블록화된 폴리이소시아네이트일 수 있다.
폴리이소시아네이트 경화제는 디이소시아네이트, 더욱 높은 작용성의 폴리이소시아네이트 또는 이것들의 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴리이소시아네이트 경화제는 지방족 및/또는 방향족 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다. 지방족 폴리이소시아네이트는 (i) 알킬렌 이소시아네이트, 예컨대 트리메틸렌 디이소시아네이트, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 펜타메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트("HDI"), 1,2-프로필렌 디이소시아네이트, 1,2-부틸렌 디이소시아네이트, 2,3-부틸렌 디이소시아네이트, 1,3-부틸렌 디이소시아네이트, 에틸리덴 디이소시아네이트, 및 부틸리덴 디이소시아네이트, 및 (ii) 사이클로알킬렌 이소시아네이트, 예컨대 1,3-사이클로펜탄 디이소시아네이트, 1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트, 1,2-사이클로헥산 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 비스(4-사이클로헥실이소시아네이트)("HMDI"), 1,6-헥스메틸렌 디이소시아네이트(HDI의 이소시아누레이트 삼합체로 또한 공지됨, Convestro AG로부터 Desmodur N3300으로 상업적으로 입수가능함), 및 메타-테트라메틸자일릴렌 디이소시아네이트(Allnex SA로부터 TMXDI®로 상업적으로 입수가능함)를 포함할 수 있다. 방향족 폴리이소시아네이트는 (i) 아릴렌 이소시아네이트, 예컨대 m-페닐렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트 및 1,4-나프탈렌 디이소시아네이트, 및 (ii) 알크아릴렌 이소시아네이트, 예컨대 4,4'-디페닐렌 메탄("MDI"), 2,4-토릴렌 또는 2,6-토릴렌 디이소시아네이트("TDI"), 또는 이것들의 혼합물, 4,4-톨루이딘 디이소시아네이트 및 자일릴렌 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 트리이소시아네이트, 예컨대 트리페닐 메탄-4,4",4"-트리이소시아네이트, 1,3,5-트리이소시아네이토 벤젠 및 2,4,6-트리이소시아네이토 톨루엔, 테트라이소시아네이트, 예컨대 4,4'-디페닐디메틸 메탄-2,2',5,5'-테트라이소시아네이트, 및 중합된 폴리이소시아네이트, 예컨대 토릴렌 디이소시아네이트 이합체 및 삼합체 등이 또한 사용될 수 있다. 경화제는 폴리머성 폴리이소시아네이트, 예컨대 폴리머성 HDI, 폴리머성 MDI, 폴리머성 이소포론 디이소시아네이트 등으로부터 선택된 블록화된 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다. 경화제는 또한 Covestro AG로부터 Desmodur N3300®로 입수가능한 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 블록화된 삼합체를 포함할 수 있다. 폴리이소시아네이트 경화제의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
폴리이소시아네이트 경화제는 1,2-알칸 디올, 예를 들면 1,2-프로판디올; 1,3-알칸 디올, 예를 들면 1,3-부탄디올; 벤질성 알콜, 예를 들면, 벤질 알콜; 알릴성 알콜, 예를 들면, 알릴 알콜; 카프로락톤; 디알킬아민, 예를 들면 디부틸아민; 및 이것들의 혼합물로부터 선택된 적어도 하나의 블록화제로 적어도 부분적으로 블록화될 수 있다. 폴리이소시아네이트 경화제는 3개 이상의 탄소수를 갖는 적어도 하나의 1,2-알칸 디올, 예를 들면 1,2-부탄디올로 적어도 부분적으로 블록화될 수 있다.
다른 적합한 블록화제는 예를 들면, 저급(예를 들면, C1-C6) 지방족 알콜, 예컨대 메탄올, 에탄올, 및 n-부탄올; 지환족 알콜, 예컨대 사이클로헥산올; 방향족-알킬 알콜, 예컨대 페닐 카비놀 및 메틸페닐 카비놀; 및 페놀성 화합물, 예컨대 페놀 자체 및 치환된 페놀(여기서, 치환체는 코팅 작업에 영향을 미치지 않는다), 예컨대 크레졸 및 니트로페놀을 포함한 지방족, 지환족, 또는 방향족 알킬 모노알콜 또는 페놀성 화합물이다. 글리콜 에테르 및 글리콜 아민이 또한 블록화제로 사용될 수 있다. 적합한 글리콜 에테르는 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 메틸 에테르 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르를 포함한다. 다른 적합한 블록화제는 옥심, 예컨대 메틸 에틸 케톡심, 아세톤 옥심 및 사이클로헥사논 옥심을 포함한다.
경화제는 아미노플라스트 수지를 포함할 수 있다. 아미노플라스트 수지는 알데하이드와 아미노- 또는 아미도 기 보유 물질의 축합 생성물이다. 알콜 및 알데하이드와 멜라민, 우레아 또는 벤조구아나민의 반응으로부터 얻어진 축합 생성물이 사용될 수 있다. 그러나, 다른 아민과 아미드의 축합 생성물, 예를 들면, 트리아진, 디아진, 트리아졸, 구아니딘, 구아나민, 및 알킬- 및 아릴-치환된 우레아 및 알킬- 및 아릴-치환된 멜라민을 포함한 그와 같은 화합물의 알킬- 및 아릴-치환된 유도체의 알데하이드 축합물이 또한 사용될 수 있다. 그와 같은 화합물의 일부 예는 N,N'-디메틸 우레아, 벤조우레아, 디시안디아미드, 포르마구아나민, 아세토구아나아민, 아멜린, 2-클로로-4,6-디아미노-1,3,5-트리아진, 6-메틸-2,4-디아미노-1,3,5-트리아진, 3,5-디아미노트리아졸, 트리아미노피리미딘, 2-머캅토-4,6-디아미노피리미딘, 3,4,6-트리스(에틸아미노)-1,3,5-트리아진 등이다. 적합한 알데하이드는 포름알데하이드, 아세트알데하이드, 크로톤알데하이드, 아크롤레인, 벤즈알데하이드, 푸르푸랄, 글리옥살 등을 포함한다.
아미노플라스트 수지는 메틸올 또는 유사한 알킬올 기를 함유할 수 있고, 이러한 알킬올 기의 적어도 일부는 알콜과의 반응에 의해 에테르화되어 유기 용매-가용성 수지를 제공할 수 있다. 이러한 목적으로, 알콜, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올 등을 포함한 임의의 1가 알콜 뿐만 아니라, 벤질 알콜 및 다른 방향족 알콜, 환형 알콜, 예컨대 사이클로헥산올, 글리콜의 모노에테르, 예컨대 셀로-솔브(Cello-solve) 및 카비톨(Carbitol), 및 할로겐 치환되거나 다른 치환된 알콜, 예컨대 3-클로로프로판올 및 부톡시에탄올이 사용될 수 있다.
상업적으로 입수가능한 아미노플라스트 수지의 비제한적인 예는 Allnex Belgium SA/NV으로부터 상표명 CYMEL®로 입수가능한 것들, 예컨대 CYMEL 1130 및 1156, 및 INEOS Melamines로부터의 RESIMENE®, 예컨대 RESIMENE 750 및 753이다. 적합한 아미노플라스트 수지의 예는 또한 미국 특허 3,937,679, 16단 3행 내지 17단 47행에 기재된 것들을 포함하며, 상기 미국 특허의 이 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다. 상기 '679 특허의 상기 언급된 부분에 개시되어 있는 대로, 아미노플라스트가 메틸올 페놀 에테르와 함께 사용될 수 있다.
페노플라스트 수지는 알데하이드와 페놀의 축합에 의해 형성된다. 적합한 알데하이드는 포름알데하이드 및 아세트알데하이드를 포함한다. 메틸렌-방출제(releasing agent) 및 알데하이드-방출제, 예컨대 파라포름알데하이드 및 헥사메틸렌 테트라민이 또한 알데하이드 제로 사용될 수 있다. 다양한 페놀, 예컨대 페놀 자체, 크레졸, 또는 치환된 페놀(여기서, 직쇄, 분지쇄 또는 환형 구조를 갖는 탄화수소 라디칼이 방향족 링에 있는 수소를 대체한다)이 사용될 수 있다. 페놀의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 적합한 페놀의 일부 특정한 예는 p-페닐페놀, p-tert-부틸페놀, p-tert-아밀페놀, 사이클로펜틸페놀 및 불포화 탄화수소-치환 페놀, 예컨대 오르쏘, 메타 또는 파라 위치에 부테닐 기를 함유하며 탄화수소 쇄 내 다양한 위치에서 이중 결합이 나타나는 모노부테닐 페놀이다.
상술된 아미노플라스트 및 페노플라스트 수지는 미국 특허 4,812,215, 6단 20행 내지 7단 12행에 추가로 기재되어 있으며, 상기 미국 특허의 열거된 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다.
경화제는, 양이온성 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 적어도 10중량%, 예컨대 적어도 20중량%, 예컨대 적어도 25중량%의 양으로 존재할 수 있고, 60중량% 이하, 예컨대 50중량% 이하, 예컨대 40중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 경화제는, 양이온성 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 10 내지 60중량%, 예컨대 20 내지 50중량%, 예컨대 25 내지 40중량%의 양으로 존재할 수 있다.
경화제는, 음이온성 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 적어도 10중량%, 예컨대 적어도 20중량%, 예컨대 적어도 25중량%의 양으로, 그리고 50중량% 이하, 예컨대 45중량% 이하, 예컨대 40중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 경화제는, 음이온성 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 10 내지 50중량%, 예컨대 20 내지 45중량%, 예컨대 25 내지 40중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 전착가능한 코팅 조성물은 상술된 필름-형성 바인더에 추가하여 하나 이상의 추가 구성요소를 선택적으로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전착가능한 코팅 조성물은 경화제와 폴리머 사이의 반응을 촉매화하는 촉매를 선택적으로 포함할 수 있다. 양이온성 전착가능한 코팅 조성물에 적합한 촉매의 예는 유기주석 화합물(예를 들면, 디부틸주석 옥사이드 및 디옥틸주석 옥사이드) 및 이것의 염(예를 들면, 디부틸주석 디아세테이트); 다른 금속 산화물(예를 들면, 세륨, 지르코늄 및 비스무트의 산화물) 및 이것들의 염(예를 들면, 설파민산 비스무트 및 락트산 비스무트); 또는 미국 특허 7,842,762, 1단 53행 내지 4단 18행 및 16단 62행 내지 19단 8행에 기재된 환형 구아니딘을 제한없이 포함하며, 상기 미국 특허의 열거된 부분은 본 명세서에 참고로 편입된다. 음이온성 전착가능한 코팅 조성물에 적합한 촉매의 예는 잠복성(latent) 산 촉매를 포함하며, 이것의 특정한 예는 WO 2007/118024, [0031]에서 확인되며,헥사플루오로안티몬산 암모늄, SbF6의 4차 염(예를 들면, NACURE® XC-7231), SbF6의 t-아민(예를 들면, NACURE® XC-9223), 트리플산의 Zn 염(예를 들면, NACURE® A202 및 A218), 트리플산의 4차 염(예를 들면, NACURE® XC-A230), 및 트리플산의 디에틸아민 염(예를 들면, NACURE® A233), 및/또는 이것들의 혼합물을 포함하지만 이것들로 제한되지 않으며, 상기한 것들 전부는 King Industries로부터 상업적으로 입수가능하다. 잠복성 산 촉매는 산 촉매의 유도체, 예컨대 파라-톨루엔설폰산(pTSA) 또는 다른 설폰산을 제조함에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들면, 블록화된 산 촉매의 잘 공지된 그룹은 방향족 설폰산의 아민 염, 예컨대 파라-톨루엔설폰산 피리디늄이다. 그와 같은 설폰산 염은 가교결합을 촉진함에 있어서 유리 산(free acid)보다 덜 활성이다. 경화 동안, 상기 촉매는 가열에 의해 활성화될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전착가능한 코팅 조성물은 다른 선택적 성분, 예컨대 안료 조성물, 및/또는 충전제, 가소제, 항산화제, 살생물제, UV 광 흡수제 및 안정제, 장애(hindered) 아민 광 안정제, 소포제, 살균제, 분산 조제(dispersing aid), 흐름 조절제, 계면활성제, 습윤제, pH 조정제, 완충제, 또는 이것들의 조합을 포함한 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로, 전착가능한 코팅 조성물은 선택적 성분 중 어느 것도 완전히 함유하지 않을 수 있는데, 즉, 상기 선택적 성분이 전착가능한 코팅 조성물 중에 존재하지 않는다. 안료 조성물은 예를 들면, 산화철, 산화납, 크롬산스트론튬, 석탄 분진, 이산화티타늄, 탤크, 황산바륨 뿐만 아니라, 색채 안료, 예컨대 카드뮴 옐로, 카드뮴 레드, 크로뮴 옐로 등을 포함할 수 있다. 상술된 전기 전도성 입자를 포함하지 않는 안료 조성물의 안료 함량은 안료 대 바인더 중량 비로 표현될 수 있으며, 이것은 안료가 사용되는 경우에 0.03 내지 0.1의 범위 내에 있을 수 있다. 위에서 언급된 다른 첨가제는, 전착가능한 코팅 조성물 중에, 전착가능한 코팅 조성물의 수지 고형물의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 3중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전착가능한 코팅 조성물은 물 및/또는 하나 이상의 유기 용매(들)를 포함하는 수성 분산 매체를 포함한다. 물은 예를 들면, 전착가능한 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 40 내지 90중량%, 예컨대 50 내지 80중량%, 예컨대 60 내지 75중량%의 양으로 존재할 수 있다. 적합한 유기 용매의 예는 산소화된(oxygenated) 유기 용매, 예컨대 알킬 기 중에 1 내지 10개의 탄소수를 함유하는, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 및 디프로필렌 글리콜의 모노알킬 에테르, 예컨대 이러한 글리콜의 모노에틸 및 모노부틸 에테르를 포함한다. 다른 적어도 부분적으로 수 혼화성 용매의 예는 알콜 , 예컨대 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 및 디아세톤 알콜을 포함한다. 사용된 경우, 유기 용매는 전형적으로 전착가능한 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만, 예컨대 5중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 전착가능한 코팅 조성물은 특히 분산물, 예컨대 수성 분산물 형태로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전착가능한 코팅 조성물의 총 고형물 함량은 전착가능한 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 1중량%, 예컨대 적어도 10중량%, 예컨대 적어도 20중량%일 수 있고, 60중량% 이하, 예컨대 40중량% 이하, 예컨대 20중량% 이하일 수 있다. 전착가능한 코팅 조성물의 총 고형물 함량은 전착가능한 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 60중량%, 예컨대 10 내지 40중량%, 예컨대 20 내지 30중량%일 수 있다.
기판 코팅 방법 및 코팅된 기판
본 발명은 또한, 상술된 전기코팅 시스템(10)를 사용하여 전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 코팅을 기판의 적어도 일부에 전기영동에 의해 적용하는 것을 포함하는 기판 코팅 방법에 관한 것이다.
본 발명의 전착가능한 코팅 조성물은, 적용할 전착가능한 코팅 조성물의 유형에 따라 코팅할 표면이 애노드 또는 캐소드이게 한 상태에서 전착가능한 코팅 조성물을 전기 전도성 캐소드 및 전기 전도성 애노드와 접촉하게 위치시켜서 전기 전도성 기판 위에 침착될 수 있다. 조성물과 접촉시킨 후에, 전원에 의해 전극 사이에 충분한 전압이 인가되면 전착가능한 코팅 조성물의 점착성(adherent) 필름이 기판 위에 침착된다. 인가된 전압은 가변될 수 있고, 예를 들면, 1 볼트만큼 낮거나 수천 볼트만큼 높을 수, 예컨대 25 내지 600 볼트일 수 있다. 전류 밀도는 0.5 내지 15 암페어/피트2일 수 있다.
본 발명의 방법에 사용될 수 있는 전착가능한 코팅 조성물은 상술된 것들을 포함한 당업계에 공지된 것들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전착가능한 코팅 조성물은 설포늄 기 및/또는 암모늄 기를 포함하는 양이온성 필름-형성 수지를 포함할 수 있거나, 전착가능한 코팅 조성물은 카복실산 및/또는 인산 기를 포함하는 음이온성 전착가능한 코팅 조성물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 기판 위에 전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 전기영동에 의해 적용된 코팅을 적어도 부분적으로 경화시키는 것을 추가로 포함할 수 있다. 위에서 논의된 대로, 전착가능한 코팅 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키는 것은 기판에 고온을 가하는 것을 포함할 수 있다. 양이온성 전착가능한 코팅 조성물에 대하여, 코팅된 기판은 예를 들면, 250℉ 내지 450℉(121.1℃ 내지 232.2℃), 예컨대 275℉ 내지 400℉(135℃ 내지 204.4℃), 예컨대 300℉ 내지 360℉(149℃ 내지 180℃) 범위의 온도로 가열될 수 있다. 음이온성 전착가능한 코팅 조성물에 대하여, 코팅된 기판은 예를 들면, 200℉ 내지 450℉(93℃ 내지 232.2℃), 예컨대 275℉ 내지 400℉(135℃ 내지 204.4℃), 예컨대 300℉ 내지 360℉(149℃ 내지 180℃) 범위의 온도로 가열될 수 있다. 경화 시간은 경화 온도 뿐만 아니라, 다른 변수, 예를 들면, 전착된 코팅의 필름 두께, 조성물 중에 존재하는 촉매의 수준 및 유형, 사용된 경화제의 유형 등에 따를 수 있다. 본 발명의 목적을 위해 필요한 모든 것은 기판 위 코팅의 경화를 수행하기에 시간이 충분해야 한다는 것이다. 예를 들면, 경화 시간은 10분 내지 60분, 예컨대 20 내지 40분의 범위일 수 있다. 예를 들면, 생성된 경화되고 전착된 코팅의 두께는 1 내지 50 마이크론, 예컨대 15 내지 50 마이크론의 범위일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 코팅 방법은 (a) 상술된 전기코팅 시스템(10)를 사용하여 전착가능한 코팅 조성물로부터 전착된 코팅을 기판의 적어도 일부 위로 전기영동에 의해 침착시키고, (b) 코팅된 기판을, 기판 위 전착된 코팅을 적어도 부분적으로 경화시키기에 충분한 온도로 그리고 시간 동안 가열시키는 것을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은 (c) 적어도 부분적으로 경화되고 전착된 코팅에 하나 이상의 안료 함유 코팅 조성물 및/또는 하나 이상의 안료 비함유 코팅 조성물을 직접적으로 적용하여, 적어도 부분적으로 경화되고 전착된 코팅의 적어도 일부 위에 추가 코팅 층을 형성시키고, (d) 추가 코팅 층을 주위 온도에 두거나, 외부 에너지 원으로부터 충분한 에너지를 상기 추가 코팅 층을 적어도 부분적으로 경화시키기에 충분한 조건에 그리고 시간 동안 단계 (c)의 코팅된 기판에 적용함으로써 추가 코팅 층을 경화시키는 것을 선택적으로 추가로 포함할 수 있다. 외부 에너지 원의 비제한적인 예는 열 에너지 및 방사선, 예컨대 자외선, 적외선 또는 마이크로파를 포함한다.
상기 선택적 추가 코팅 층은 하나 이상의 프라이머 층(들) 및 적합한 탑코트 층(들)(예를 들면, 베이스 코트, 클리어 코트 층, 안료첨가된 모노코트, 및 컬러-플러스-클리어(color-plus-clear) 복합 조성물)을 포함할 수 있다. 적합한 추가 코팅 층은 당업계에 공지된 것들 중 임의의 것을 포함하며, 각각 독립적으로 고체 미립자 형태(즉, 분말 코팅 조성물) 또는 분말 슬러리 형태로 수성(waterborne), 용제형(solventborne)일 수 있는 것으로 이해된다. 추가 코팅 조성물은 필름-형성 폴리머, 가교결합 물질, 및 착색된 베이스 코트 또는 모노코트인 경우에, 하나 이상의 안료를 포함할 수 있다. 프라이머 층(들)은 전기코팅 층과 탑코트 층(들) 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 대안적으로, 복합체가 전기코팅 층과 하나 이상의 프라이머 층(들)을 포함하도록 탑코트 층(들)은 생략될 수 있다.
더욱이, 탑코트 층(들)은 전착가능한 코팅 층 위로 직접 적용될 수 있다. 다시 말해, 복합체가 전기코팅 층 및 하나 이상의 탑코트 층(들)을 포함하도록 기판에는 프라이머 층이 없을 수 있다. 예를 들면, 베이스코트 층이 전착가능한 코팅 층의 적어도 일부 위로 직접 적용될 수 있다.
기저(underlying) 층이 완전히 경화되지 않았다는 사실에도 불구하고 임의의 탑코트 층이 기저 층 위로 적용될 수 있음이 또한 이해될 것이다. 베이스코트 층에 경화 단계가 실시되지 않았음에도 불구하고, 예를 들면, 클리어코트(clearcoat) 층이 베이스코트 층 위로 적용될 수 있다(웨트-온-웨트(wet-on-wet)). 이 후, 둘 모두의 층은 차후 경화 단계 동안 경화되어, 베이스코트 층 및 클리어코트 층을 별도로 경화시킬 필요가 없을 수 있다.
본 발명에 따르면, 추가 성분, 예컨대 착색제 및 충전제가 다양한 코팅 조성물 중에 존재할 수 있고, 상기 코팅 조성물로부터 탑-코트 층이 얻어진다. 임의의 적합한 착색제 및 충전제가 사용될 수 있다. 예를 들면, 착색제가 임의의 적합한 형태, 예컨대 개별 입자, 분산물, 용액 및/또는 플레이크 형태로 코팅에 첨가될 수 있다. 단일 착색제 또는 둘 이상의 착색제의 혼합물이 본 발명의 코팅에 사용될 수 있다. 일반적으로, 착색제가 원하는 특성, 시각적 및/또는 색채 효과를 제공하기에 충분한 임의의 양으로 다층 복합체 층 중에 존재할 수 있음을 유의해야 한다.
착색제 예는 안료, 염료 및 틴트(tint), 예컨대 페인트 산업에 사용되고/되거나 건조 색상 제조업체 협회(Dry Color Manufacturers Association)(DCMA)에 나열된 것들 뿐만 아니라, 특별한 이펙트(effect) 조성물을 포함한다. 착색제는 예를 들면, 불용성이지만 사용 조건 하에서는 습윤가능한 미세하게 분할된 고형물 분자를 포함할 수 있다. 착색제는 유기 또는 무기일 수 있고 응집되거나 응집되지 않을 수 있다. 착색제는 분쇄(grinding) 또는 간단한 혼합에 의해 코팅 내로 혼입될 수 있다. 착색제는 분쇄 비히클(grind vehicle), 예컨대 아크릴성 분쇄 비히클을 사용하여 코팅 내로 분쇄에 의해 혼입될 수 있으며, 상기 비히클의 사용은 당업자에게 공지되어 있을 것이다.
안료 및/또는 안료 조성물 예는 카바졸 디옥사진 미정제(crude) 안료, 아조, 모노아조, 디아조, 나프톨 AS, 염 유형(레이크(lake)), 벤즈이미다졸론, 축합, 금속 착물, 이소인돌리논, 이소인돌린 및 다환식 프탈로시아닌, 퀴나크리돈, 페릴렌, 페리논, 디케토피롤로 피롤, 티오인디고, 안트라퀴논, 인단트론, 안트라피리미딘, 플라반트론, 피란트론, 안탄트론, 디옥사진, 트리아릴카보늄, 퀴노프탈론 안료, 디케토 피롤로 피롤 레드("DPP 레드 BO"), 이산화티타늄, 카본 블랙, 산화아연, 산화안티몬 등, 및 유기 또는 무기 UV 불투명 안료, 예컨대 산화철, 투명 레드 또는 옐로 산화철, 프탈로시아닌 블루 및 이것들의 혼합물을 포함하지만 이것들로 제한되지 않는다. 용어 "안료" 및 "착색된 충전제"가 교환가능하게 사용될 수 있다.
염료 예는 용매이고/이거나 수성 기반인 것들, 예컨대 산 염료, 아조성 염료, 염기성 염료, 다이렉트 염료, 분산 염료, 반응성 염료, 용매 염료, 황 염료, 매염제 염료, 예를 들면, 바나듐산 비스무트, 안트라퀴논, 페릴렌, 알루미늄, 퀴나크리돈, 티아졸, 티아진, 아조, 인디고물감(indigoid), 니트로, 니트로소, 옥사진, 프탈로시아닌, 퀴놀린, 스틸벤, 및 트리페닐 메탄을 포함하지만 이것들로 제한되지 않는다.
틴트 예는 수성 또는 수 혼화성 담체에 분산된 안료, 예컨대 Degussa, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 AQUA-CHEM 896, Eastman Chemical, Inc.의 Accurate Dispersions 부서로부터 상업적으로 입수가능한 CHARISMA COLORANTS 및 MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS를 포함하지만 이것들로 제한되지 않는다.
착색제는 나노입자 분산물을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 분산물 형태일 수 있다. 나노입자 분산물은 원하는 뚜렷한 색채 및/또는 불투명도 및/또는 시각적 효과를 나타내는 하나 이상의 고도로 분산된 나노입자 착색제 및/또는 착색제 입자를 포함할 수 있다. 나노입자 분산물은 착색제, 예컨대 150 nm 미만, 예컨대 70 nm 미만, 또는 30 nm 미만의 입자 크기를 갖는 안료 또는 염료를 포함할 수 있다. 나노입자는 보통의(stock) 유기 또는 무기 안료를 0.5 mm 미만의 입자 크기를 갖는 분쇄 매체(grinding media)를 사용하여 제분시킴(milling)에 의해서 생성될 수 있다. 나노입자 분산물 및 이것의 제조 방법은 미국 특허 6,875,800 B2에서 확인되며, 상기 미국 특허는 본 명세서에 참고로 편입된다. 나노입자 분산물은 또한 결정화, 침전, 기체상 응축, 및 화학적 소모(attrition)(즉, 부분 용해)에 의해 생성될 수 있다. 코팅 내부에서 나노입자의 재-응집을 최소화하기 위해서, 수지-코팅된 나노입자의 분산물이 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 "수지-코팅된 나노입자의 분산물"은, 나노입자 및 이 나노입자 위의 수지 코팅을 포함하는 분별있는(discreet) "복합체 마이크로입자"가 분산되는 연속 상을 지칭한다. 수지-코팅된 나노입자의 분산물 및 이것의 제조 방법 예는 2004년 6월 24일 출원된 미국 특허 출원 10/876,031, 및 2003년 6월 24일 출원된 미국 가 특허 출원 60/482,167에서 확인되며, 상기 미국 특허 출원 및 미국 가 특허 출원은 본 명세서에 참고로 편입된다.
본 발명에 따르면, 다층 코팅 복합체의 하나 이상의 층에 사용될 수 있는 특수한 이펙트 조성물은 하나 이상의 겉보기 효과, 예컨대 반사율, 진주빛, 금속 광택, 발광성, 형광성, 광변색(photochromism), 감광성, 열변색, 무지개 빛(goniochromism) 및/또는 색채 변화를 나타내는 안료 및/또는 조성물을 포함한다. 추가의 특수한 이펙트 조성물은 다른 인지가능한 특성, 예컨대 반사율, 불투명도 또는 텍스쳐를 제공할 수 있다. 예를 들면, 특수한 이펙트 조성물은 색채 변환(color shift)을 나타낼 수 있어서, 코팅을 상이한 각도에서 보면 코팅의 색채가 변화한다. 컬러 이펙트 조성물 예는 본 명세서에 참고로 편입된 미국 특허 6,894,086에서 확인된다. 추가의 컬러 이펙트 조성물은 투명한 코팅된 운모 및/또는 합성 운모, 코팅된 실리카, 코팅된 알루미나, 투명한 액정 안료, 액정 코팅, 및/또는 임의의 조성물을 포함할 수 있으며, 여기서 재료 표면과 공기 사이의 굴절률 차 때문이 아니라 재료 내부에서의 굴절률 차로부터 간섭이 일어난다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 광원에 노출되었을 때 그 색채를 가역적으로 변경시키는 감광성 조성물 및/또는 광변색성 조성물이 다층 복합체 내 다수의 층에 사용될 수 있다. 광변색성 및/또는 감광성 조성물은 특정 파장의 방사선으로의 노출에 의해 활성화될 수 있다. 조성물이 여기되면 분자 구조가 변화되고, 변경된 구조는 조성물의 고유 색채와는 상이한 새로운 색채를 나타낸다. 방사선으로의 노출이 제거되면, 광변색성 및/또는 감광성 조성물은 휴지 상태로 되돌아갈 수 있고, 이 때 조성물의 고유 색채로 되돌아간다. 예를 들면, 광변색성 및/또는 감광성 조성물은 비-여기된 상태에서는 무색일 수 있고 여기된 상태에서는 색채를 나타낸다. 완전한 색채 변화는 밀리초 내지 몇 분, 예컨대 20초 내지 60초 내에 나타날 수 있다. 광변색성 및/또는 감광성 조성물 예는 광변색성 염료를 포함한다.
감광성 조성물 및/또는 광변색성 조성물은, 예컨대 공유 결합에 의해 중합가능한 구성요소의 폴리머 및/또는 폴리머성 물질에 적어도 부분적으로 결합되고/되거나 연합될 수 있다. 감광성 조성물이 코팅 밖으로 이동하여 기판 내로 결정화될 수 있는 일부 코팅과는 달리, 본 발명에 따른 폴리머 및/또는 중합가능한 구성요소에 적어도 부분적으로 결합되고/되거나 연합된 감광성 조성물 및/또는 광변색성 조성물은 코팅 밖으로의 최소한의 이동을 갖는다. 감광성 조성물 및/또는 광변색성 조성물, 및 이것들의 제조 방법 예는 2004년 7월 16일 출원되고 본 명세서에 참고로 편입된 미국 특허 출원 10/892,919에서 확인된다.
추가 코팅 층은 탑코트 시스템에 의해 적용될 수 있다. 탑코트 시스템은 탑코트 코팅 조성물을 적용하도록 공지된 임의의 장비 및/또는 방법을 포함할 수 있다. 예를 들면, 탑코트 시스템은 분말 코팅 조성물 또는 액체 코팅 조성물을 적용하는 장비를 포함할 수 있다. 예를 들면, 탑코트 시스템은 분무 건, 브러쉬, 롤러, 침지 코팅용 탱크, 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다. 탑코트 시스템은 분무부스(spraybooth)를 선택적으로 추가로 포함할 수 있고, 분무부스는 환기 시스템을 선택적으로 포함할 수 있다.
위에서 언급된 대로, 코팅 조성물은 분말 코팅 조성물일 수 있다. 본 명세서에 사용된 "분말 코팅 조성물"은 물 및/또는 용매를 완전히 함유하지 않는 코팅 조성물을 지칭한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 분말 코팅 조성물은 당업계에 공지된 수성 및/또는 용제형 코팅 조성물과 동의어가 아니다.
본 발명에 따르면, 분말 코팅 조성물은 (a) 반응성 작용 기를 갖는 필름-형성 폴리머; 및 (b) 상기 작용 기와 반응성인 경화제를 포함한다. 본 발명에 사용될 수 있는 분말 코팅 조성물의 예는 분말 코팅 조성물(PPG Industries, Inc.로부터 상업적으로 입수가능함) 또는 에폭시-폴리에스테르 하이브리드 분말 코팅 조성물의 폴리에스테르 기반의 ENVIROCRON 라인을 포함한다. 본 발명에 사용될 수 있는 분말 코팅 조성물의 대안적인 예는 (a) 적어도 하나의 3차 아미노우레아 화합물, 적어도 하나의 3차 아미노우레탄 화합물, 또는 이것들의 혼합물, 및 (b) 적어도 하나의 필름-형성 에폭시 함유 수지 및/또는 적어도 하나의 실록산 함유 수지(예컨대, PPG Industries, Inc.에 양도되고 본 명세서에 참고로 편입된 미국 특허 7,470,752에 기재된 것들)를 포함하는 저온 경화 열경화성 분말 코팅 조성물; 일반적으로 (a) 적어도 하나의 3차 아미노우레아 화합물, 적어도 하나의 3차 아미노우레탄 화합물, 또는 이것들의 혼합물, 및 (b) 적어도 하나의 필름-형성 에폭시 함유 수지 및/또는 적어도 하나의 실록산 함유 수지(예컨대, PPG Industries, Inc.에 양도되고 본 명세서에 참고로 편입된 미국 특허 7,432,333에 기재된 것들)를 포함하는 경화가능한 분말 코팅 조성물; 및 적어도 30℃의 Tg를 갖는 반응성 기 함유 폴리머의 고체 미립자 혼합물을 포함하는 것들(예컨대, PPG Industries, Inc.에 양도되고 본 명세서에 참고로 편입된 미국 특허 6,797,387에 기재된 것들)을 포함한다.
본 발명의 분말 코팅 조성물에 사용될 수 있는 적합한 필름-형성 폴리머는(폴리)에스테르(예를 들면, 폴리에스테르 트리글리시딜 이소시아누레이트), (폴리)우레탄, 이소시아누레이트, (폴리)우레아, (폴리)에폭시, 무수물, 아크릴, (폴리)에테르, (폴리)설파이드, (폴리)아민, (폴리)아미드, (폴리)비닐 클로라이드, (폴리)올레핀, (폴리)비닐리덴 플루오라이드, 또는 이것들의 조합을 포함한다.
본 발명에 따르면, 분말 코팅 조성물의 필름-형성 폴리머의 반응성 작용 기는 하이드록실, 카복실, (블록화된 (폴리)이소시아네이트를 포함한) 이소시아네이트, 1차 아민, 2차 아민, 아미드, 카바메이트, 우레아, 우레탄, 비닐, 불포화 에스테르, 말레이미드, 푸마레이트, 무수물, 하이드록실 알킬아미드, 에폭시, 또는 이것들의 조합을 포함한다.
본 발명의 분말 코팅 조성물에 사용될 수 있는 적합한 경화제(가교결합제)는 아미노플라스트 수지, 폴리이소시아네이트, 블록화된 폴리이소시아네이트, 폴리에폭사이드, 다중 산(polyacid), 폴리올, 또는 이것들의 조합을 포함한다.
분말 코팅 조성물을 침착시킨 후에, 코팅은 침착된 조성물을 경화시키도록 종종 가열된다. 가열 또는 경화 작업은 종종 150℃ 내지 200℃, 예컨대 170℃ 내지 190℃의 범위 내 온도에서 10 내지 20분의 범위 내 시간 기간 동안 수행된다. 본 발명에 따르면, 생성된 필름의 두께는 50 마이크론 내지 125 마이크론이다.
위에서 언급된 대로, 코팅 조성물은 액체 코팅 조성물일 수 있다. 본 명세서에 사용된 "액체 코팅 조성물"은, 일부의 물 및/또는 용매를 함유하는 코팅 조성물을 지칭한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 액체 코팅 조성물은 당업계에 공지된 수성 및/또는 용제형 코팅 조성물과 동의어이다.
본 발명에 따르면, 액체 코팅 조성물은 예를 들면, (a) 반응성 작용 기를 갖는 필름-형성 폴리머; 및 (b) 상기 작용 기와 반응성인 경화제를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 액체 코팅은 공기 중에서 산소와 반응하거나 물 및/또는 용매가 증발하면서 필름으로 유착될 수 있는 필름-형성 폴리머를 함유할 수 있다. 이러한 필름-형성 메커니즘은 열 또는 몇몇 유형의 방사선, 예컨대 자외선 또는 적외선의 적용을 필요할 수 있거나 이것에 의해 가속될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 액체 코팅 조성물의 예는 용매 기반 코팅 조성물의 SPECTRACRON® 라인, 물 기반 코팅 조성물의 AQUACRON® 라인, 및 UV 경화된 코팅의 RAYCRON® 라인(모두 PPG Industries, Inc.으로부터 상업적으로 입수가능함)을 포함한다.
본 발명의 액체 코팅 조성물에 사용될 수 있는 적합한 필름-형성 폴리머는 (폴리)에스테르, 알키드, (폴리)우레탄, 이소시아누레이트, (폴리)우레아, (폴리)에폭시, 무수물, 아크릴, (폴리)에테르, (폴리)설파이드, (폴리)아민, (폴리)아미드, (폴리)비닐 클로라이드, (폴리)올레핀, (폴리)비닐리덴 플루오라이드, (폴리)실록산, 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 액체 코팅 조성물의 필름-형성 폴리머의 반응성 작용 기는 하이드록실, 카복실, (블록화된 (폴리)이소시아네이트를 포함한) 이소시아네이트 , 1차 아민, 2차 아민, 아미드, 카바메이트, 우레아, 우레탄, 비닐, 불포화 에스테르, 말레이미드, 푸마레이트, 무수물, 하이드록실 알킬아미드, 에폭시, 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 액체 코팅 조성물에 사용될 수 있는 적합한 경화제(가교결합제)는 아미노플라스트 수지, 폴리이소시아네이트, 블록화된 폴리이소시아네이트, 폴리에폭사이드, 다중 산, 폴리올, 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다.
게다가, 착색제 및, 필요한 경우 다양한 첨가제, 예컨대 계면활성제, 습윤제 또는 촉매가 (전착가능한, 분말, 또는 액체) 코팅 조성물에 포함될 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "착색제"는, 조성물에 색채 및/또는 다른 불투명도 및/또는 다른 시각적 효과를 제공하는 임의의 물질을 의미한다. 착색제는 임의의 적합한 형태, 예컨대 별개의 입자, 분산물, 용액 및/또는 플레이크 형태로 조성물에 첨가될 수 있다. 단일 착색제 또는 둘 이상의 착색제의 혼합물이 사용될 수 있다.
착색제 예는 안료, 염료 및 틴트, 예컨대 페인트 산업에 사용되고/되거나 건조 색상 제조업체 협회(DCMA)에 나열된 것들 뿐만 아니라, 특수한 이펙트 조성물을 포함한다. 착색제는 예를 들면, 불용성이지만 사용 조건 하에서는 습윤가능한 미세하게 분할된 고체 분말을 포함할 수 있다. 착색제는 유기 또는 무기일 수 있고, 응집되거나 응집되지 않을 수 있다. 착색제는 분쇄 비히클, 예컨대 아크릴성 분쇄 비히클의 사용에 의해 혼입될 수 있으며, 상기 비히클의 사용은 당업자에게 공지되어 있을 것이다.
안료 및/또는 안료 조성물 예는 카바졸 디옥사진 미정제 안료, 아조, 모노아조, 디아조, 나프톨 AS, 염 유형(레이크), 벤즈이미다졸론, 축합, 금속 착물, 이소인돌리논, 이소인돌린 및 다환식 프탈로시아닌, 퀴나크리돈, 페릴렌, 페리논, 디케토피롤로 피롤, 티오인디고, 안트라퀴논, 인단트론, 안트라피리미딘, 플라반트론, 피란트론, 안탄트론, 디옥사진, 트리아릴카보늄, 퀴노프탈론 안료, 디케토 피롤로 피롤 레드("DPPBO 레드"), 이산화티타늄, 카본 블랙, 및 이것들의 혼합물을 포함하지만 이것들로 제한되지 않는다. 용어 "안료" 및 "착색된 충전제"가 교환가능하게 사용될 수 있다.
염료 예는 용매이고/이거나 수성 기반의 것들, 예컨대 프탈로 그린 또는 블루, 산화철, 바나듐산 비스무트, 안트라퀴논, 페릴렌, 알루미늄 및 퀴나크리돈을 포함하지만 이것들로 제한되지 않는다.
틴트 예는 수성 또는 수 혼화성 담체에 분산된 안료, 예컨대 Degussa, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 AQUA-CHEM 896, Eastman Chemical, Inc.의 Accurate Dispersions 부서로부터 상업적으로 입수가능한 CHARISMA COLORANTS 및 MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS를 포함하지만 이것들로 제한되지 않는다.
위에 기재된 대로, 착색제는 나노입자 분산물을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 분산물 형태일 수 있다. 나노입자 분산물은 원하는 뚜렷한 색채 및/또는 불투명도 및/또는 시각적 효과를 나타내는 하나 이상의 고도로 분산된 시각적인 나노입자 착색제 및/또는 착색제 입자를 포함할 수 있다. 나노입자 분산물은 착색제, 예컨대 150 nm 미만, 예컨대 70 nm 미만, 또는 30 nm 미만의 입자 크기를 갖는 안료 또는 염료를 포함할 수 있다. 나노입자는 보통의 유기 또는 무기 안료를 0.5 mm 미만의 입자 크기를 갖는 분쇄 매체를 사용하여 제분시킴에 의해서 생성될 수 있다. 나노입자 분산물 및 이것의 제조 방법 예는 미국 특허 6,875,800 B2에서 확인되며, 상기 미국 특허는 본 명세서에 참고로 편입된다. 나노입자 분산물은 또한 결정화, 침전, 기체상 응축, 및 화학적 소모(즉, 부분 용해)에 의해 생성될 수 있다. 코팅 내부에서 나노입자의 재-응집을 최소화하기 위해서, 수지-코팅된 나노입자의 분산물이 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 "수지-코팅된 나노입자의 분산물"은, 나노입자 및 이 나노입자 위의 수지 코팅을 포함하는 분별있는 "복합체 마이크로입자"가 분산되는 연속 상을 지칭한다. 수지-코팅된 나노입자의 분산물 및 이것의 제조 방법 예는 2004년 6월 24일 출원된 미국 특허 출원 공보 2005-0287348 A1, 2003년 6월 24일 출원된 미국 가 특허 출원 60/482,167, 및 2006년 1월 20일 출원된 미국 특허 출원 11/337,062에서 확인되며, 상기 미국 특허 출원 공보, 미국 가 특허 출원 및 미국 특허 출원은 또한 본 명세서에 참고로 편입된다.
사용될 수 있는 특수한 이펙트 조성물 예는 하나 이상의 겉보기 효과, 예컨대 반사율, 진주빛, 금속 광택, 발광성, 형광성, 광변색, 감광성, 열변색, 무지개빛 및/또는 색채 변화를 나타내는 안료 및/또는 조성물을 포함한다. 추가의 특수한 이펙트 조성물은 다른 인지가능한 특성, 예컨대 불투명도 또는 텍스쳐를 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 특수한 이펙트 조성물은 색채 변환을 나타낼 수 있어서, 코팅을 상이한 각도에서 보면 코팅의 색채가 변화한다. 컬러 이펙트 조성물 예는 본 명세서에 참고로 편입된 미국 특허 6,894,086에서 확인된다. 추가의 컬러 이펙트 조성물은 투명한 코팅된 운모 및/또는 합성 운모, 코팅된 실리카, 코팅된 알루미나, 투명한 액정 안료, 액정 코팅, 및/또는 임의의 조성물을 포함할 수 있으며, 여기서 재료 표면과 공기 사이의 굴절률 차 때문이 아니라 재료 내부에서의 굴절률 차로부터 간섭이 일어난다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 광원에 노출될 때 그 색채를 가역적으로 변경시키는 감광성 조성물 및/또는 광변색성 조성물이 사용될 수 있다. 광변색성 및/또는 감광성 조성물은 특정 파장의 방사선으로의 노출에 의해 활성화될 수 있다. 조성물이 여기되면 분자 구조가 변화되고, 변경된 구조는 조성물의 고유 색채와는 상이한 새로운 색채를 나타낸다. 방사선으로의 노출이 제거되면, 광변색성 및/또는 감광성 조성물은 휴지 상태로 되돌아갈 수 있고, 이 때 조성물의 고유 색채로 되돌아간다. 본 발명에 따르면, 광변색성 및/또는 감광성 조성물은 비-여기된 상태에서는 무색일 수 있고 여기된 상태에서는 색채를 나타낸다. 완전한 색채 변화는 밀리초 내지 몇 분, 예컨대 20초 내지 60초 내에 나타날 수 있다. 광변색성 및/또는 감광성 조성물 예는 광변색성 염료를 포함한다.
본 발명에 따르면, 감광성 조성물 및/또는 광변색성 조성물은, 예컨대 공유 결합에 의해 중합가능한 구성요소의 폴리머 및/또는 폴리머성 물질에 적어도 부분적으로 결합되고/되거나 연합될 수 있다. 감광성 조성물이 코팅 밖으로 이동하여 기판 내로 결정화될 수 있는 일부 코팅과는 달리, 본 발명에 따른 폴리머 및/또는 중합가능한 구성요소에 적어도 부분적으로 결합되고/되거나 연합된 감광성 조성물 및/또는 광변색성 조성물은 코팅 밖으로의 최소한의 이동을 갖는다. 감광성 조성물 및/또는 광변색성 조성물, 및 이것들의 제조 방법 예는 2004년 7월 16일 출원되고 본 명세서에 참고로 편입된 미국 특허 출원 10/892,919에서 확인된다.
일반적으로, 착색제는 원하는 시각적 및/또는 색채 효과를 제공하기에 충분한 임의의 양으로 코팅 조성물 중에 존재할 수 있다. 착색제는 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 65중량%, 예컨대 3 내지 40중량% 또는 5 내지 35중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 전기코팅 시스템을 사용하여 전착가능한 코팅 조성물을 적용하기 전에 기판을 전처리 조성물로 전처리하는 것을 선택적으로 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "전처리 조성물"은, 기판 표면과 반응하고 화학적으로 변경시키고 여기에 결합되어 부식 보호를 제공하는 필름을 형성시킬 수 있는 조성물을 지칭한다. 전처리 조성물의 비제한적인 예는 인산아연 전처리 조성물, 예컨대, 예를 들면, 미국 특허 4,793,867 및 5,588,989에 기재된 것들, 지르코늄 함유 전처리 조성물, 예컨대, 예를 들면, 미국 특허 7,749,368 및 8,673,091에 기재된 것들 등을 포함한다. 전처리 조성물은 다양한 공지된 기술, 예컨대 딥핑 또는 침지, 분무, 간헐적 분무, 딥핑에 이은 분무, 분무에 이은 딥핑, 브러싱, 또는 롤 코팅 중 임의의 것에 의해 기판과 접촉될 수 있다. 본 발명에 따르면, 기판에 적용될 때 전처리 조성물은 예를 들면, 40℉ 내지 160℉(4.4℃ 내지 71.1℃), 예컨대 60℉ 내지 110℉(15.6℃ 내지 43.3℃), 예컨대 70℉ 내지 90℉(21.1℃ 내지 32.2℃)의 범위 내 온도에 있을 수 있다. 예를 들면, 전처리 공정은 주위 온도 또는 실온에서 수행될 수 있다. 접촉 시간은 종종 1초 내지 15분, 예컨대 4분 내지 10분, 예컨대 5초 내지 4분이다.
전처리 조성물과 접촉한 후에, 기판은 예를 들면, 에어 나이프를 사용함에 의해, 기판을 고온에 간단히 노출시켜서 물을 플래시-오프시킴에 의해, 15℃ 내지 100℃, 예컨대 20℃ 내지 90℃의 오븐에서, 또는 예를 들면, 적외선 열을, 예컨대 70℃에서 10분 동안 사용하는 히터 조립체에서 기판을 건조시킴에 의해, 또는 기판을 스퀴지 롤(squeegee roll) 사이로 통과시킴에 의해 적소에서 건조, 예를 들면, 실온에서 공기 건조되거나 고온 공기를 사용하여 선택적으로 건조될 수 있다. 기판 표면은, 기판 표면을 임의의 물, 용액, 조성물 등과 임의로 차후 접촉시키기 전에 부분적으로, 또는 일부 경우에는 완전히 건조될 수 있다. 본 발명에 따르면, 전처리 조성물과 접촉한 후에, (축축하거나 건조된) 기판은 임의의 잔여물을 제거하도록 수돗물, 탈이온수, 및/또는 헹굼제 수용액으로 선택적으로 헹궈진 다음, 선행 문장에 설명된 대로 선택적으로 건조, 예를 들면 공기 건조 또는 고온 공기를 사용하여 건조될 수 있다. 본 발명에 따르면, 그와 같은 물 헹굼은 제거될 수 있고, (적소에서 축축하거나 건조된) 기판은 차후의 처리 조성물과 접촉할 수 있다.
전처리 조성물은 전처리 시스템에 의해 기판에 적용될 수 있다. 전처리 시스템은 전처리 조성물을 기판에 적용하기 위한 침지 탱크, 브러쉬, 롤러, 분무 건, 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다. 전처리 시스템은 헹굼 조성물, 예컨대 물을 기판에 적용하기 위한 탱크, 브러쉬, 롤러, 분무 건, 또는 이것들의 조합을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 전기코팅 시스템을 사용하여 전착가능한 코팅 조성물을 적용하기 전에 기판을 프라이밍(priming) 조성물로 프라이밍하는 것을 선택적으로 추가로 포함할 수 있다. 프라이밍 조성물은 전착가능한 코팅 조성물을 적용하기 전에 단독으로, 또는 전처리 조성물 또는 다른 처리와 함께 사용될 수 있다. 프라이밍 조성물은 금속-풍부(metal-rich) 코팅 조성물을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "금속-풍부 코팅 조성물"은, 유기 또는 무기 바인더, 및 코팅 조성물의 총 고형물을 기준으로 적어도 65중량%의 금속 입자를 포함하는 필름-형성 조성물을 지칭한다. 본 명세서에 사용된 용어 "금속 입자"는 원소상(elemental)(즉, 0가) 금속 및 금속 합금 입자를 지칭한다. 본 명세서에 사용된 용어 "입자"는 미립자, 예컨대 분말 또는 분진 뿐만 아니라 플레이크 형태의 물질을 지칭하며, 임의의 형상, 예컨대, 예를 들면, 구형, 타원형, 정육면체, 막대 형상, 디스크 형상, 프리즘 형상 등의 형태일 수 있다. 금속은 아연, 알루미늄, 또는 이것의 합금을 포함할 수 있다. 프라이밍 조성물은 다양한 공지된 기술, 예컨대 딥핑 또는 침지, 분무, 정전기 분무, 간헐적 분무, 딥핑에 이은 분무, 분무에 이은 딥핑, 브러싱, 또는 롤 코팅 중 임의의 것에 의해 기판과 접촉할 수 있다. 금속 풍부 프라이머 코팅은 또한 건조한 형태, 예컨대 분말 또는 필름으로 적용될 수 있다. 프라이밍 조성물로부터 형성된 금속-풍부 프라이머 코팅이 예를 들면, 2.5 내지 500 마이크론의 건조 필름 두께로 적용될 수 있다.
프라이밍 조성물을 기판에 적용한 후에, 기판 표면 위에 형성된 필름은 가열에 의해 또는 공기 건조 기간에 의해 용매를 필름 밖으로 배출시킴으로써 건조될 수 있다. 적합한 건조 조건은 구체적인 프라이밍 조성물 및/또는 적용에 따를 것이지만, 약 60 내지 250℉(15.6 내지 121℃), 예컨대 70 내지 212℉(27 내지 100℃)의 온도에서 약 1 내지 5분의 예시적인 건조 시간이 충분할 수 있다. 하나 초과의 프라이머 코팅 층이 필요에 따라 적용될 수 있다. 코트 사이에, 이전에 코팅된 코트가 플래시될 수 있다; 즉, 원하는 양의 시간 동안 주위 조건에 노출될 수 있다.
프라이밍 조성물을 기판에 적용한 후에, 적용된 프라이밍 조성물은 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 경화될 수 있다. 예를 들면, 코팅에 프라이밍 조성물을 경화시키기에 충분한 경화 조건이 가해질 수 있다. 예를 들면, 코팅 조성물에 위에서 논의된 경화 조건, 예컨대 주위 조건이 수 시간 또는 수 일의 기간 동안 가해질 수 있다. 대안적으로, 기판에 경화 조건, 예컨대 방사선(예를 들면, UV 방사선)이 가해지거나, 기판은 프라이밍 코팅을 경화시키기에 충분한 온도로 그리고 시간 동안 가열될 수 있다.
프라이밍 조성물은 프라이밍 시스템에 의해 기판에 적용될 수 있다. 프라이밍 시스템은 프라이밍 조성물을 기판에 적용하기 위한 침지 탱크, 브러쉬, 롤러, 분무 건, 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다. 프라이밍 시스템은 헹굼 조성물, 예컨대 물을 기판에 적용하기 위한 탱크, 브러쉬, 롤러, 분무 건, 또는 이것들의 조합을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기코팅 전에 기판에는 다른 처리가 선택적으로 가해질 수 있다. 예를 들면, 기판은 헹궈지고, 세정되고, 탈산되고(deoxidized), 세척 및 탈산되고, 애노드화되고, 산 피클링되고, 플라즈마 처리되고, 레이저 처리되거나, 이온 증착(IVD) 처리될 수 있다. 기판 표면의 적어도 일부는 물리적 및/또는 화학적 수단, 예컨대 표면을 기계적으로 연마시키고/시키거나, 표면을 당업자에게 잘 공지되어 있는 상업적으로 입수가능한 알칼리성 또는 산성 세정제로 세정/탈지시킴으로써 세정될 수 있다. 이러한 선택적 처리는 단독으로, 또는 전처리 조성물 및/또는 프라이밍 조성물과 함께 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 상술된 전기코팅 시스템을 사용하여 코팅된 기판에 관한 것이다. 기판은 탑코트 시스템을 사용하여 선택적으로 코팅될 수 있다. 따라서, 기판은 전기코팅 층 및 선택적인 탑코트 층을 포함한다.
본 발명은 또한 둘 모두 상술된 전처리 시스템 및 전기코팅 시스템을 사용하여 코팅된 기판에 관한 것이다. 상기 기판은 탑코트 시스템을 사용하여 선택적으로 코팅될 수 있다. 따라서, 기판은 전처리 층, 전기코팅 층 및 선택적 탑코트 층을 포함한다.
본 발명은 또한 둘 모두 상술된 프라이밍 시스템 및 전기코팅 시스템을 사용하여 코팅된 기판에 관한 것이다. 상기 기판은 탑코트 시스템을 사용하여 선택적으로 코팅될 수 있다. 따라서, 기판은 프라이밍 층, 전기코팅 층 및 선택적 탑코트 층을 포함한다.
본 발명은 또한 각각 상술된 전처리 시스템, 프라이밍 시스템 및 전기코팅 시스템을 사용하여 코팅된 기판에 관한 것이다. 상기 기판은 탑코트 시스템을 사용하여 선택적으로 코팅될 수 있다. 따라서, 기판은 전처리 층, 프라이밍 층, 전기코팅 층 및 선택적 탑코트 층을 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 따라 코팅된 기판에 관한 것이다.
기판 코팅 시스템
본 발명은 또한 상술된 전기코팅 시스템을 포함하는, 기판 코팅 시스템에 관한 것이다. 기판 코팅 시스템은 전처리 시스템, 프라이밍 시스템, 탑코트 시스템, 또는 이것들의 임의의 조합을 선택적으로 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판 코팅 시스템은 기판을 전처리하기 위한 전처리 시스템; 기판을 프라이밍하기 위한 프라이밍 시스템; 기판을 전기코팅하기 위한 전기코팅 시스템; 및 기판에 탑코트 코팅을 적용하기 위한 탑코트 시스템을 포함할 수 있다. 기판 코팅 시스템은 순차적으로 적용된 위에서 논의된 시스템의 임의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판 코팅 시스템은 전처리 시스템에 이어 전기코트 시스템을 포함할 수 있다; 기판 코팅 시스템은 전처리 시스템에 이어 전기코트 시스템에 이어 탑코트 시스템을 포함할 수 있다; 기판 코팅 시스템은 프라이밍 시스템에 이어 전기코트 시스템을 포함할 수 있다; 기판 코팅 시스템은 프라이밍 시스템에 이어 전기코트 시스템에 이어 탑코트 시스템을 포함할 수 있다; 기판 코팅 시스템은 전처리 시스템에 이어 프라이밍 시스템에 이어 전기코트 시스템을 포함할 수 있다; 기판 코팅 시스템은 전처리 시스템에 이어 프라이밍 시스템에 이어 전기코트 시스템에 이어 탑코트 시스템을 포함할 수 있다; 또는 기판 코팅 시스템은 전기코트 시스템에 이어 탑코트 시스템을 포함할 수 있다.
상술된 설명의 목적을 위해, 본 발명은, 반대로 명확하게 특정되는 경우를 제외하고 다양한 대안적인 변형 및 단계 순서를 취할 수 있음이 이해되어야 한다. 더욱이, 임의의 작업 실시예에서 또는 달리 명시되는 경우를 제외하고, 모든 숫자, 예컨대 그러한 표현 값, 양, 백분율, 범위, 하위범위 및 분수는, 용어 "약"이 명백히 나타나지 않더라도 마치 이 용어로 시작하는 것처럼 읽혀질 수 있다. 따라서, 반대로 명시되지 않는 한, 하기 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는 본 발명에 의해 얻어질 원하는 특성에 따라 가변될 수 있는 근사값이다. 아주 최소한, 그리고 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 기록된 유효 숫자(significant digit)의 수를 고려하여 그리고 일반적인 반올림 기법을 적용하여 적어도 해석되어야 한다. 폐쇄되거나 개방된-말단의 수치 범위가 본 명세서에 기재된 경우에, 그 수치 범위 내 또는 이것에 포함된 모든 숫자, 값, 양, 백분율, 하위범위 및 분수는, 마치 이러한 숫자, 값, 양, 백분율, 하위범위 및 분수 전체가 명시적으로 쓰여진 것처럼 이 출원에 구체적으로 포함되며 이 출원의 원 개시내용에 포함되는 것으로 간주되어야 한다.
본 발명의 넓은 범주를 설명하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정한 실시예에 제시된 수치 값은 가능한 한 정확하게 기록된다. 그러나, 임의의 수치 값은 각각의 시험 측정치에서 확인된 표준 편차로부터 필연적으로 얻어지는 특정 오차를 고유하게 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 복수 용어는 달리 명시되지 않는 한 이것의 단수 대응물을 포함할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다. 예를 들면, 본 명세서에서 펌프가 지칭된다 하더라도, 재순환 파이프, 반송 도관, 내부 전극, 및 외부 전극, 이러한 구성요소들의 조합(즉, 복수)이 사용될 수 있다. 게다가, 이 출원에서 "및/또는"이 특정 예에서 명백히 사용될 수 있다 하더라도, 달리 구체적으로 설명되지 않는 한 "또는"의 사용은 "및/또는"을 의미한다.
본 명세서에 사용된 "포함한," "함유하는" 및 유사 용어는 이 출원의 맥락에서 "포함하는"과 동의어인 것으로 이해되고 따라서 개방 말단이며, 추가의 설명되지 않거나 열거되지 않은 요소, 물질, 성분 또는 방법 단계의 존재를 배제하지 않는다. 본 명세서에 사용된 "이루어지는"은, 이 출원의 맥락에서 임의의 특정되지 않은 요소, 성분 또는 방법 단계의 존재를 배제하도록 이해된다. 본 명세서에 사용된 "필수적으로 이루어지는"은, 이 출원의 맥락에서 특정된 요소, 물질, 성분 또는 방법 단계, 및 설명되는 것의 "기본적이고 신규한 특징(들)에 현저하게 영향을 미치지 않는 것들"을 포함하는 것으로 이해된다.
본 명세서에 사용된 용어 "위에" "위로" "위에 적용된" "위로 적용된" "위에 형성된" "위에 침착된" "위로 침착된"은, 표면 위에 형성됨, 놓임, 침착되거나 제공되지만 그 표면과 반드시 접촉하지 않음을 의미한다. 예를 들면, 기판 "위로 침착된" 전착가능한 코팅 조성물은, 전착가능한 코팅 조성물과 기판 사이에 위치한 동일하거나 상이한 조성의 하나 이상의 다른 개재되는 코팅 층의 존재를 제외하지 않는다.
본 발명의 특정한 실시양태가 구체적으로 설명되었지만, 개시내용의 전반적인 교시내용의 관점에서 그러한 상세사항에 다양한 변경 및 대안이 전개될 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다.
따라서, 개시된 구체적인 배열은 단지 예시적인 것으로, 그리고 첨부된 청구범위, 및 이것의 임의의 그리고 모든 등가물의 전체 폭(full breadth)을 제공해야 하는 본 발명의 범주를 제한하려는 것이 아니다.
측면
따라서 전술된 바의 관점에서, 본 발명은 특히 하기 측면에 관한 것이지만 이것들로 제한되지 않는다:
1. 기판을 전기코팅하기 위한 전기코팅 시스템으로서,
전착가능한 코팅 조성물을 보관하도록 구성된 탱크; 탱크와 유체 연통되는 적어도 하나의 펌프; 탱크와 펌프의 입구를 연결시키는 적어도 하나의 반송 도관; 펌프의 출구와 유체 연통되는 제1 단부 및 적어도 하나의 개구를 갖는 제2 단부를 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프; 및 탱크의 외부에 적어도 부분적으로 배치된 적어도 하나의 외부 전극을 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프를 포함하고,
상기 기판이 제1 표면 및 제2 표면을 가지며;
상기 펌프가 상기 반송 도관으로부터 전착가능한 코팅 조성물을 수용하고 전착가능한 코팅 조성물을 상기 재순환 파이프를 통하여 탱크 내로 전달하도록 구성되고;
상기 외부 전극이 전착가능한 코팅 조성물에 전하를 제공하도록 구성되며;
상기 재순환 파이프가 상기 탱크의 내부로 연장되고, 전기적으로 하전된 전착가능한 코팅 조성물의 적어도 일부를 기판의 제1 표면으로 전달하도록 제2 단부의 개구를 배치시키도록 구성되는, 전기코팅 시스템.
2. 측면 1에 있어서, 외부 전극이 재순환 파이프의 적어도 50%를 차지하는, 전기코팅 시스템.
3. 측면 1 또는 2에 있어서, 외부 전극이 전착가능한 코팅 조성물과 접촉하도록 구성된 내부 표면을 가지며, 전기코팅 시스템이 기판의 제1 표면의 표면적에 대한 외부 전극의 외부 표면적의 표면적에 기반한 외부 전극의 총 합한 표면적의 비가 1:7 내지 1:1이도록 구성되는, 전기코팅 시스템.
4. 측면 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 외부 전극이 탱크 외부에 위치한 재순환 파이프 구획(section)을 포함하는, 전기코팅 시스템.
5. 측면 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 재순환 파이프의 제2 단부가 개구를 포함하는 적어도 하나의 노즐을 포함하는, 전기코팅 시스템.
6. 측면 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 재순환 파이프의 제2 단부가 분기되고, 외부 전극에 의해 하전된 전착가능한 코팅 조성물의 적어도 일부를 기판의 제1 표면의 상이한 표면 구획으로 전달하도록 구성된 적어도 2개의 개구를 포함하는, 전기코팅 시스템.
7. 측면 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 재순환 파이프가 외부 전극에 의해 하전된 전착가능한 코팅 조성물을 기판의 제1 표면의 상이한 구획으로 전달하도록 구성된 복수의 개구를 포함하는, 전기코팅 시스템.
8. 측면 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 전기코팅 시스템이 외부 전극에 의해 하전된 전착가능한 코팅 조성물을 기판의 제1 표면의 상이한 구획으로 전달하도록 구성된 복수의 재순환 파이프를 포함하는, 전기코팅 시스템.
9. 측면 8에 있어서, 복수의 재순환 파이프가 탱크의 길이를 따라 등거리로 배치되는, 전기코팅 시스템.
10. 측면 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 탱크 내부에 배치된 적어도 하나의 내부 전극을 추가로 포함하는, 전기코팅 시스템.
11. 측면 10에 있어서, 재순환 파이프가 탱크의 길이를 따라 배치된 복수의 내부 전극을 포함하는, 전기코팅 시스템.
12. 측면 11에 있어서, 복수의 내부 전극이 탱크의 길이를 따라 등거리로 배치되는, 전기코팅 시스템.
13. 측면 10 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 전기코팅 시스템이 기판의 제2 표면의 표면적에 대한 내부 전극의 총 합한 표면적의 비가 1:7 내지 1:1이도록 구성되는, 전기코팅 시스템.
14. 측면 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 전기코팅 시스템에 전류를 제공하는 적어도 하나의 전원을 추가로 포함하는, 전기코팅 시스템.
15. 측면 14에 있어서, 전원이 외부 전극, 존재하는 경우 내부 전극, 및 기판에 전기적으로 연결되고, 기판이 외부 전극 및 존재하는 경우 내부 전극에 대한 반대-전극을 포함하는, 전기코팅 시스템.
16. 측면 15에 있어서, 전원으로의 전기적 연결이, 외부 전극 및 존재하는 경우 내부 전극이 애노드(anode)를 포함하고 기판이 캐소드(cathode)를 포함하도록 행해지는, 전기코팅 시스템.
17. 측면 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 탱크, 반송 도관, 펌프 및 재순환 파이프가 직접 연결되어, 반송 도관, 펌프 및 재순환 파이프를 통한 전착가능한 코팅 조성물의 한정된 흐름을 위해 구성된 적어도 하나의 연속적이며 중단되지 않은 루프를 형성하는, 전기코팅 시스템.
18. 측면 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 탱크가 기부(base portion), 및 상기 기부로부터 위로 연장되는 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 전기코팅 시스템.
19. 측면 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 기판이 개방-다각형 단면 형상을 포함하는, 전기코팅 시스템.
20. 측면 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 기판이 직사각형 단면 형상을 포함하는, 전기코팅 시스템.
21. 측면 1 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 기판이 컨테이너인, 전기코팅 시스템.
22. 측면 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 기판이 적어도 40 ㎡의 단면적을 갖는, 전기코팅 시스템.
23. 측면 1 내지 18 중 어느 하나에 따른 전기코팅 시스템을 사용하여, 전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 코팅을 기판의 적어도 일부에 전기영동에 의해 적용하는 것을 포함하는, 기판 코팅 방법.
24. 측면 23에 있어서, 전착가능한 코팅 조성물이 설포늄 기를 포함하는 양이온성 필름-형성 수지를 포함하는, 기판 코팅 방법.
25. 측면 23 또는 24에 있어서, 상기 방법이 전착가능한 코팅 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키는 것을 추가로 포함하는, 기판 코팅 방법.
26. 측면 23 내지 25 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법이, 탑코트 코팅 조성물을, 전착가능한 코팅 조성물로 코팅된 기판의 적어도 일부에 적용하는 것을 추가로 포함하는, 기판 코팅 방법.
27. 측면 23 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법이 전착가능한 코팅 조성물을 적용하기 전에 기판을 전처리 조성물로 전처리하는 것을 추가로 포함하는, 기판 코팅 방법.
28. 측면 23 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법이 전착가능한 코팅 조성물을 적용하기 전에 기판을 프라이밍 조성물로 프라이밍하는 것을 추가로 포함하는, 기판 코팅 방법.
29. 측면 23 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 기판이 개방-다각형 단면 형상 또는 직사각형 단면 형상을 포함하는, 기판 코팅 방법.
30. 측면 23 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 기판이 컨테이너인, 기판 코팅 방법.
31. 측면 23 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 기판이 적어도 40㎡의 단면적을 갖는, 기판 코팅 방법.
32. 측면 23 내지 31 중 어느 하나에 따른 방법으로 코팅된 기판.
33. 측면 1 내지 22 중 어느 하나에 따른 전기코팅 시스템을 포함하며,
기판을 전기코팅 시스템에서 처리하기 전에 기판을 전처리하기 위한 전처리 시스템;
기판을 전기코팅 시스템에서 처리하기 전에 기판을 프라이밍하기 위한 프라이밍 시스템; 및/또는
기판을 전기코팅 시스템에서 처리한 후에 탑코트 코팅을 기판에 적용하기 위한 탑코트 시스템 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 기판 코팅 시스템.
하기 실시예는 본 발명을 예시하지만, 본 발명을 이러한 상세사항으로 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 하기 실시예에서 뿐만 아니라 명세서 전체를 통한 모든 부 및 백분율은 중량에 의한 것이다.
예언적 실시예
이 예언적 실시예에서, 복합 선적 컨테이너가 본 발명의 시스템 및 방법을 사용하여 코팅된다. 복합 선적 컨테이너는 4개의 둘러싸인 면(컨테이너의 윗면 또는 지붕, 2개의 측벽, 및 둘러싸인 단부), 문으로 커버되는 반대쪽 단부에 있는 구멍(이것은 전착 공정 동안 개방될 것임), 및 컨테이너의 긴 면으로부터 교차하는 구조 지지 부재의 열을 가지며 둘러싸이지 않은 바닥을 갖는다. 상기 구조 지지체는 완성된 컨테이너의 바닥을 부착시키고 지지하는데 사용되는 부재이다(바닥은 페인팅 후에 설치된다). 컨테이너의 개방-포켓 형상은, 표준 기술, 즉 탱크의 내부 벽을 따라 배치된 전극을 사용한 전착 공정 동안 컨테이너의 내부 표면 전체를 완전히 코팅하는 것을 어렵게 한다. 전기영동 공정이 효과적으로 작동하도록(컨테이너의 내부 표면 전체를 코팅하도록) 하기 위해, 전위는 전착 공정을 개시하고 유지하기에 적절한 속도 및 전압 전위에서 인가되어야 한다.
전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 코팅을 컨테이너의 모든 표면에 적용하기 위해, 컨테이너는 컨테이너를 완전히 침지시키기에 충분히 큰 전기코트 욕(bath) 내로 완전히 침지되어야 한다. 복합 선적 컨테이너에 대하여, 전기코트 욕은 80,000 갤런의 전착가능한 코팅 조성물을 상회할 수 있다. 컨테이너는 리프팅 장치(예를 들면, 호이스트(hoist) 또는 크레인)에 의해 4개의 외부, 상단 모서리에 의해 들어 올려져서 전기코트 욕 위에 배치될 수 있다. 일단 적절한 수평 위치에 있으면, 컨테이너 중에서 형성될 수 있는 기포를 최소화하는 침지 공정 동안 조심스럽게 전기코트 욕 내로 하강되고 탱크에서 조작될 것이다. 전착가능한 코팅 조성물은 80℉ 내지 95℉의 온도에서 유지될 수 있을 것으로 예상된다. 전착 공정이 열을 발생시켜야 하므로 냉각이 필요할 수 있다. 게다가, 멤브레인을 갖는 애노드가, 전기코트 전착 공정 동안 또한 방출되는 산을 제거하도록 욕 중에 존재할 수 있다. 상기 욕의 적절한 pH 조절을 제공하도록 맨(bare) 애노드 표면적 및 멤브레인 면적의 적절한 비가 유지되어야 할 것이다. (외부 전극이 애노드인 경우에) 외부 전극의 노출된 외부 표면적, 및 내부 표면이 이 계산에 포함되어야 할 것이다.
외부 전극은 컨테이너가 다른 극에 전기적으로 연결될 때 전착 공정에서 표준 전극과 동일한 방식으로 전기적으로 하전될 것이고 반대-전극으로 작용할 것이다. 인가된 DC 전압은 100V에서 450V로 가변될 수 있다. 전류량(amperage)은 코팅 적용 속도, 침지 시간, 특정된 전착가능한 코팅 조성물의 쿨롱 효율(coulombic efficiency), 적용 파라미터, 및 적용된 두께에 따를 것이다. 예를 들면, 316SS의 애노드는 대략 5 amps/노출된 애노드 면적 ft2의 효과적인 전기 용량을 가질 수 있다. 양이온성 전착에 대해서는, 외부 애노드의 사용이 각 애노드의 효과적인 표면적을 효과적으로 배가시킬 수 있다. 게다가, 외부 애노드 및 재순환 파이프를 통해 흐르는 완전히 하전된 전착가능한 코팅 조성물은 전착가능한 코팅 조성물이 애노드의 표면과 단순히 접촉하는 정적 애노드보다 더욱 큰 거리에서 캐소드(즉, 컨테이너)에 전기 에너지를 운반하거나 보낼 수 있다. 이것은 전착가능한 코팅 조성물이, 표준 전기코트 시스템의 한계 때문에 적절한 쓰로우파워(throwpower)를 얻기가 어려운 컨테이너의 내부를 코팅할 수 있게 한다.
본 명세서에 설명되고 예시된 광범위한 본 발명의 구상으로부터 벗어나지 않으면서 상기 개시내용의 관점에서 많은 변경 및 변형이 가능함이 당업자에게 이해될 것이다. 따라서, 전술된 개시내용은 이 출원의 다양한 예시적인 측면을 단지 예시하며, 이 출원 및 첨부되는 청구범위의 사상 및 범주 내에 있는 많은 변경 및 변형이 당업자에 의해 용이하게 행해질 수 있음이 이해되어야 한다.

Claims (30)

  1. 기판을 전기코팅하기 위한 전기코팅 시스템으로서,
    상기 시스템이, 전착가능한 코팅 조성물을 보관하도록 구성된 탱크; 상기 탱크와 유체 연통되는 적어도 하나의 펌프; 상기 탱크와 펌프의 입구를 연결시키는 적어도 하나의 반송 도관; 상기 펌프의 출구와 유체 연통되는 제1 단부 및 적어도 하나의 개구를 갖는 제2 단부를 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프; 및 상기 탱크의 외부에 적어도 부분적으로 위치한 적어도 하나의 외부 전극을 포함하는 적어도 하나의 재순환 파이프를 포함하고,
    상기 기판이 제1 표면 및 제2 표면을 가지며;
    상기 펌프가 상기 반송 도관으로부터 전착가능한 코팅 조성물을 수용하고 전착가능한 코팅 조성물을 상기 재순환 파이프를 통하여 탱크 내로 전달하도록 구성되고;
    상기 외부 전극이 전착가능한 코팅 조성물에 전하를 제공하도록 구성되며;
    상기 재순환 파이프가 상기 탱크의 내부로 연장되고 전기적으로 하전된 전착가능한 코팅 조성물의 적어도 일부를 기판의 제1 표면으로 전달하도록 제2 단부의 개구를 배치시키도록 구성되는, 전기코팅 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 전극이 재순환 파이프의 적어도 50%를 차지하는, 전기코팅 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 전극이 전착가능한 코팅 조성물과 접촉하도록 구성된 내부 표면을 가지고, 상기 전기코팅 시스템이 기판의 제1 표면의 표면적에 대한 외부 전극의 외부 표면적의 표면적에 기반한 외부 전극의 총 합한 표면적의 비가 1:7 내지 1:1이도록 구성되는, 전기코팅 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 전극이 탱크 외부에 위치한 재순환 파이프 구획(section)을 포함하는, 전기코팅 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 재순환 파이프의 제2 단부가 개구를 포함하는 적어도 하나의 노즐을 포함하는, 전기코팅 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 재순환 파이프의 제2 단부가 분기되고, 외부 전극에 의해 하전된 전착가능한 코팅 조성물의 적어도 일부를 기판의 제1 표면의 상이한 표면 구획으로 전달하도록 구성된 적어도 2개의 개구를 포함하는, 전기코팅 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 재순환 파이프가 외부 전극에 의해 하전된 전착가능한 코팅 조성물을 기판의 제1 표면의 상이한 구획으로 전달하도록 구성된 복수의 개구를 포함하는, 전기코팅 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 전기코팅 시스템이 외부 전극에 의해 하전된 전착가능한 코팅 조성물을 기판의 제1 표면의 상이한 구획으로 전달하도록 구성된 복수의 재순환 파이프를 포함하는, 전기코팅 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 복수의 재순환 파이프가 탱크의 길이를 따라 등거리로 배치되는, 전기코팅 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 탱크 내부에 배치된 적어도 하나의 내부 전극을 추가로 포함하는, 전기코팅 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 재순환 파이프가 탱크의 길이를 따라 배치된 복수의 내부전극을 포함하는, 전기코팅 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 복수의 내부 전극이 탱크의 길이를 따라 등거리로 배치되는, 전기코팅 시스템.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 전기코팅 시스템이 기판의 제2 표면의 표면적에 대한 내부 전극의 총 합한 표면적의 비가 1:7 내지 1:1이도록 구성되는, 전기코팅 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 전기코팅 시스템에 전류를 제공하는 적어도 하나의 전원을 추가로 포함하며, 상기 전원이 외부 전극 및 기판에 전기적으로 연결되고, 여기서 상기 기판이 외부 전극에 대한 반대-전극을 포함하는, 전기코팅 시스템.
  15. 청구항 10에 있어서, 상기 전기코팅 시스템에 전류를 제공하는 적어도 하나의 전원을 추가로 포함하며, 상기 전원이 외부 전극, 내부 전극 및 기판에 전기적으로 연결되고, 상기 기판이 외부 전극에 대한 반대-전극 및 내부 전극을 포함하는, 전기코팅 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 탱크, 반송 도관, 펌프 및 재순환 파이프가 직접 연결되어, 반송 도관, 펌프 및 재순환 파이프를 통한 전착가능한 코팅 조성물의 한정된 흐름(constrained flow)을 위해 구성된 적어도 하나의 연속적이며 중단되지 않은 루프를 형성하는, 전기코팅 시스템.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 탱크가 기부(base portion), 및 상기 기부로부터 위로 연장되는 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 전기코팅 시스템.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 기판이 개방-다각형 단면 형상을 포함하는, 전기코팅 시스템.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 기판이 직사각형 단면 형상을 포함하는, 전기코팅 시스템.
  20. 청구항 1에 있어서, 상기 기판이 컨테이너인, 전기코팅 시스템.
  21. 청구항 1에 있어서, 상기 기판이 적어도 40 ㎡의 단면적을 갖는, 전기코팅 시스템.
  22. 청구항 1의 전기코팅 시스템을 사용하여, 전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 코팅을, 기판의 적어도 일부에 전기영동에 의해 적용하는 단계를 포함하는, 기판 코팅 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 전착가능한 코팅 조성물이 설포늄 기를 포함하는 양이온성 필름-형성 수지를 포함하는, 기판 코팅 방법.
  24. 청구항 22에 있어서, 상기 방법이, 탑코트(topcoat) 코팅 조성물을, 전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 코팅으로 코팅된 기판의 적어도 일부에 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 기판 코팅 방법.
  25. 청구항 22에 있어서, 상기 방법이, 전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 코팅을 적용하기 전에, 기판을 전처리 조성물로 전처리하는 단계를 추가로 포함하는, 기판 코팅 방법.
  26. 청구항 22에 있어서, 상기 방법이, 전착가능한 코팅 조성물로부터 침착된 코팅을 적용하기 전에, 기판을 프라이밍(priming) 조성물로 프라이밍하는 단계를 추가로 포함하는, 기판 코팅 방법.
  27. 청구항 22에 있어서, 상기 기판이 개방-다각형 단면 형상 또는 직사각형 단면 형상을 포함하는, 기판 코팅 방법.
  28. 청구항 22에 있어서, 상기 기판이 컨테이너인, 기판 코팅 방법.
  29. 청구항 22의 방법에 의해 코팅된 기판.
  30. 청구항 1의 전기코팅 시스템을 포함하되,
    상기 기판을 전기코팅 시스템에서 처리하기 전에 기판을 전처리하기 위한 전처리 시스템;
    상기 기판을 전기코팅 시스템에서 처리하기 전에 기판을 프라이밍하기 위한 프라이밍 시스템; 및/또는
    상기 기판을 전기코팅 시스템에서 처리한 후에 탑코트 코팅을 기판에 적용하기 위한 탑코트 시스템 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 기판 코팅 시스템.
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