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KR102090990B1 - 머플러 등급의 스테인리스 강을 포함하는 넓은 범위의 코팅 및 비코팅 기재에의 접착성이 향상된 수계 코팅 시스템 - Google Patents

머플러 등급의 스테인리스 강을 포함하는 넓은 범위의 코팅 및 비코팅 기재에의 접착성이 향상된 수계 코팅 시스템 Download PDF

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KR102090990B1
KR102090990B1 KR1020137008901A KR20137008901A KR102090990B1 KR 102090990 B1 KR102090990 B1 KR 102090990B1 KR 1020137008901 A KR1020137008901 A KR 1020137008901A KR 20137008901 A KR20137008901 A KR 20137008901A KR 102090990 B1 KR102090990 B1 KR 102090990B1
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펭 장
찬닝 뷰드리
도날드 보에스플러그
와일리 웨첼
왈터 블래터
티. 하워드 킬리레
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에스더블유아이엠씨 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 넓은 범위의 기재 상에 내구성, 내마모성, 강인성 보호 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있는 수계 코팅 시스템을 제공한다. 본 코팅 시스템은 유리하게는 탁월한 접착 특성을 가지며, 개재 프라이머(primer) 층을 필요로 하지 않고서 스테인리스 강 표면 상에 직접적으로 코팅될 수 있다. 그러나 프라이머 층 또는 다른 유형의 코팅은 원할 경우 본 발명의 코팅 시스템과 조합되어 사용될 수 있다. 코팅 시스템은 복합 냉장 카고 컨테이너와 같은 금속-함유 기재를 보호하는 데 특히 효과적이다. 생성되는 코팅은 가요성이며 내충격성이다. 본 코팅 조성물은, 수계 조성물이어서 용매계 조성물보다 더 낮은 VOC 배출 및 더 적은 잔류 냄새를 갖는다.

Description

머플러 등급의 스테인리스 강을 포함하는 넓은 범위의 코팅 및 비코팅 기재에의 접착성이 향상된 수계 코팅 시스템{WATER-BASED COATING SYSTEM WITH IMPROVED ADHESION TO A WIDE RANGE OF COATED AND UNCOATED SUBSTRATES INCLUDING MUFFLER GRADE STAINLESS STEEL}
관련 출원(들)의 상호 참조
본 출원은 2010년 10월 20일자로 출원된, 미국 가출원 제61/394,992호로부터 우선권을 주장한다.
본 발명은 기재, 그리고 특히 금속 함유 기재 상에 보호 코팅을 형성하는 데 사용되는 수계 코팅 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 머플러 등급의 스테인리스 강을 포함하는 넓은 범위의 기재에의 접착 특성이 개선되었을 뿐만 아니라 적용 특성도 개선된 수계 탑코팅 조성물을 포함하는 코팅 시스템에 관한 것이며, 상기 적용 특성은 이들 수계 조성물이 유의하게 감소된 결함을 갖는 코팅을 제공하게 한다.
복합 카고 컨테이너(intermodal cargo container; 화물 또는 선적 컨테이너로도 지칭됨)는, 국가들 사이를 비롯한, 장소들 사이에서의 제품 및 원료의 이동을 위한 재사용가능한 수송 및 보관 유닛이다. 복합 카고 컨테이너는 선박 수송, 화물 열차 수송, 및 화물 트럭 수송과 같은 복합 수송을 용이하게 하도록 표준화된다. 카고 컨테이너의 표준화는 또한 컨테이너화(containerization)로 지칭된다.
컨테이너화는 국제 통상에 다수의 이점을 제공해 왔다. 선적된 상품이 더욱 쉽고 저렴하게 이동된다. 제조사는 한 장소에서 적재된 상품이 목적지에서 쉽게 하적될 수 있음을 안다. 컨테이너는 보통 밀봉되며 조작 및 도난을 막도록 잠겨질 수 있음에 따라, 카고 안전성이 개선되어 왔다. 컨테이너는 또한 더 긴 서비스 수명을 가지며, 사용된 컨테이너에 대한 더 강력한 시장이 존재한다. 또한, 세계 도처에서 잠재적인 고객을 구할 수 있음을 알고 있는 제조사가 컨테이너를 더욱 대량으로 제조할 수 있기 때문에 카고 컨테이너 그 자체의 가격은 떨어진다.
국제적 컨테이너화를 촉진하기 위해 몇몇 국제 표준이 만들어져 왔다. 예를 들어, 국제 표준화 기구 (ISO)는, 용어, 치수 및 등급을 정의하기 위한 R-668; 식별 표지(identification marking)를 정의하기 위한 R-790; 모서리 맞춤(corner fitting)을 추천하기 위한 R-1161; 및 일반용 컨테이너에 대한 치수를 설명하기 위한 R-1897을 포함하는 적용가능한 표준을 발표하였다. 다른 표준에는 ASTM D5728-00, ISO 9897 (1997); ISO 14829 (2002); ISO 17363 (2007); ISO/PAS 17712 (2006); ISO 18185 (2007); 및 ISO/TS 10891 (2009)가 포함된다. 코팅/페인트 성능에 대한 국제 규격(international specification)은 IICL (국제 컨테이너 임대사 협회(Institute of International Container Lessors))에 의해 제공된다. 또한 문헌[International Organization for Standardization (ISO), Freight Containers, Vol. 34 of ISO Standards Handbook, 4th Ed., 2006, ISBN 92-67-10426-8]; 및 문헌[Levinson, Marc, The Box: How the Shipping Container Made the World Smaller and the World Economy Bigger, Princeton, NJ, Princeton University Press, 2006, ISBN 0691123241]을 참조한다. 이들 표준 및 문헌 각각은 모든 목적을 위해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
카고 컨테이너는 그의 서비스 수명 동안 가혹한 부식성 환경을 겪는다. 해상 수송되는 경우, 컨테이너는 해수의 부식 효과에 노출된다. 자연에 노출될 때, 컨테이너는 바람, 태양, 우박, 비, 모래, 열 등을 견뎌내야만 한다. 태양에 노출된 컨테이너는 82℃ (180℉) 또는 심지어 더 높은 온도로 뜨거워질 수 있다.
따라서, 카고 컨테이너는 컨테이너가 합당한 서비스 수명 동안 이러한 노출을 극복할 수 있도록 하는 방식으로 제조되어야 한다. 한가지 전략으로서, 컨테이너는 스테인리스 강, 내후강 (내후성 강, COR-TEN 브랜드 강, 또는 CORTEN 브랜드 강으로도 알려져 있음)과 같은 내부식성 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 냉장 카고 컨테이너는 온도 민감성 화물의 수송용으로 냉장되는, 복합 화물 수송에 사용되는 유형의 복합 카고 컨테이너이다. 전형적인 냉장 카고 컨테이너는 강 프레임 및 그 프레임에 용접된 강벽 패널을 포함한다. 일 실시 형태에서, 냉장 카고 컨테이너의 프레임은 내후강으로 만들어질 수 있는 반면, 벽 패널은 머플러 등급 스테인리스 강과 같은 스테인리스 강으로 만들어진다. 흔히 프레임은 프레임을 아연 도금하는 것 또는 프레임을 Zn-함유 프라이머로 코팅하는 것에 의한 것과 같이 부식으로부터 보호된다. 그 후 프레임은 방수 장벽(waterproof barrier)으로 추가로 보호된다. 흔히, 2부분 에폭시 코팅이 프레임의 코팅에 사용된다. 그 후 에폭시 코팅은 탑코팅되며, 그 이유는 비코팅 에폭시가 일광에서 분해되는 경향이 있기 때문이다. 스테인리스 강벽 패널은 충분히 내부식성이어서 보호 코팅을 스테인리스 강에 적용하는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 그럼에도 불구하고, 장식, 상표 인덱스, 바코드 정보 및 다른 인덱스를 제공하기 위하여 스테인리스 강에 코팅을 적용하는 것이 흔히 바람직하다.
역사적으로, 많은 제안된 수계 시스템이 적용가능한 성능 요구 및/또는 표준을 충족시킬 수 없었기 때문에 주로 용매계 코팅 시스템이 카고 컨테이너를 보호하는 데 사용되어 왔다. 스테인리스 강에 직접적으로 적용될 때 허용가능한 접착성을 나타내는 수계 코팅 시스템을 제형화하는 것은 매우 어려웠었다. 또한 수계 코팅은 새깅(sagging), 레벨링(leveling), 크레이터링(cratering), 및 크래킹(cracking)과 관련하여 더욱 큰 문제를 갖는 경향이 있다. 그 결과, 오직 용매계 코팅 시스템만이 업계에서 광범위하게 통상적으로 허용되어 왔다. 컨테이너 업계는 수계 코팅 시스템을 사용하는 데 대한 강한 편견을 유지하고 있다.
증가된 환경적 인식에 따라, 카고 컨테이너 또는 다른 기재를 보호하기 위한 수계 코팅 시스템의 사용을 가능하게 하는 개선된 기술을 개발하려는 강한 요구가 있다. 업계는, 특히 스테인리스 강 기재의 코팅에 사용될 때, 복합 카고 컨테이너 업계의 엄격한 요구를 충족시킬 수 있는 구매가능한, 수계 코팅 시스템을 강력하게 요구한다.
본 발명은 넓은 범위의 기재 상에 내구성, 내마모성, 강인성 보호 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있는 수계 코팅 시스템을 제공한다. 본 코팅 시스템은 유리하게는 탁월한 접착 특성을 가지며, 개재 프라이머(primer) 층을 필요로 하지 않고서 스테인리스 강 표면 상에 직접적으로 코팅될 수 있다. 그러나 프라이머 층 또는 다른 유형의 코팅은 원할 경우 본 발명의 코팅 시스템과 조합되어 사용될 수 있다. 코팅 시스템은 복합 냉장 카고 컨테이너와 같은 금속-함유 기재를 보호하는 데 특히 효과적이다. 생성되는 코팅은 가요성이며 내충격성이다. 본 코팅 조성물은, 수계 조성물이어서 용매계 조성물보다 더 낮은 VOC 배출 및 더 적은 잔류 냄새를 갖는다.
본 발명의 코팅 시스템은 일반적으로 내구성, 내마모성, 강인성 탑코팅을 넓은 범위의 기재 위에 형성하는 데 유용한 수성 코팅 조성물을 포함한다. 유의하게, 본 수성 코팅 조성물은 하부 프라이머 코팅, 예를 들어 에폭시 수지가 혼입된 것 등뿐만 아니라 비코팅 기재, 예를 들어 드러난 상태(bare)의 스테인리스 강에 있어서도 상용성이 향상된 수계 탑코팅을 제공한다. 이들 수성 코팅 조성물이 스테인리스 강 표면(예를 들어 머플러 등급의 스테인리스 강) 상에 직접적으로 적용될 때, 생성되는 탑코트는 블리스터링(blistering)에 대한 탁월한 내성, 더 적은 박리성, 매우 큰 내구성 및 탁월한 접착성을 나타낸다. 이는 본 조성물이 복합 카고 컨테이너의 스테인리스 강 표면을 직접적으로 코팅하는 데 매우 유용해지게 한다. 본 조성물은 냉장 카고 컨테이너 상에 사용하기에 특히 적합한데, 전형적으로 상기 컨테이너는 코팅될 다수의 종류의 표면을 함유한다. 이들 표면은 스테인리스 강을 포함한다.
본 발명의 이점은 하나 이상의 필름 형성 수지를 포함하는 수지 성분을 포함하는 수지 코팅 조성물에 의해 제공된다. 바람직하게는, 필름 형성 수지는 단독으로 필름을 형성하거나 또는 수지가 응집 보조제(들), 열 및/또는 기타와 조합되어 사용될 경우와 같이 필름이 형성되게 할 수 있다. 수지(들)는 하나 이상의 비-결합 안료와 조합되어 사용되며, 상기 안료는 누계로 하기에 추가로 기재되는 바와 같은 상당한 양으로 존재한다. 안료 내용물은 개선된 적용 특성뿐만 아니라 개선된 접착성을 제공하는 것도 돕는다. 안료는 또한 코팅에서 다른 기능을 할 수 있다. 예로서, 안료는 증점제로서의 역할을 할 수 있다.
본 발명의 상기에 언급된 이점 및 다른 이점과, 이를 획득하는 방식은 첨부된 도면과 함께 취해지는 본 발명의 실시 형태들의 하기 설명을 참고함으로써 더욱 자명해질 것이며 본 발명 그 자체가 더욱 잘 이해될 것이다.
<도 1>
도 1은 출입문을 포함하는 컨테이너의 단부를 나타내는, 복합 화물 수송에 사용되는 냉장 카고 컨테이너의 사시도.
<도 2>
도 2는 냉장 구성요소들을 포함하는 컨테이너의 단부를 나타내는, 도 1의 컨테이너의 대안적인 사시도.
하기에 기재된 본 발명의 실시 형태는 총망라되거나 또는 본 발명을 하기 상세한 설명에 개시된 정확한 형태로 한정하고자 하는 것이 아니다. 오히려 실시 형태들은 다른 당업자가 본 발명의 원리 및 실제를 인식하고 이해할 수 있도록 선택되고 설명된다. 본 명세서에 인용된 모든 특허, 계류 중인 특허 출원, 공개된 특허 출원, 및 기술 논문은 모든 목적을 위해 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명의 수성 코팅 조성물은, 적어도 수지 성분을 포함하는 하나 이상의 구성성분이 수성 담체에 실질적으로 완전히 용해된 단일상 용액일 수 있다. 대안적으로, 코팅 조성물은 둘 이상의 상을 포함할 수 있다. 둘 이상의 상을 포함하는 조성물은, 하나 이상의 상이 다른 재료 및/또는 상의 연속상 중에 분산된 분산액과 같은, 분산액의 형태일 수 있다. 많은 분산액이, 콜로이드 현탁액을 포함하나 이로 한정되지 않는 현탁액의 형태이다. 일부 실시 형태에서, 코팅 조성물은 수성 담체 중에 분산된 중합체 미세입자를 포함하는 라텍스 또는 에멀젼의 형태이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "라텍스" 중합체는, 담체 중 중합체 입자의 에멀젼을 생성하기 위한 적어도 하나의 유화제 (예를 들어, 계면활성제)의 도움에 의해 중합체가 수성 담체와 혼합되어 있음을 의미한다. 일부 조성물은 수-환원성(water-reducible)일 수 있는데, 이는 추가량의 물로 희석되는 경우에 조성물이 안정하게 유지됨을 의미한다. 수-환원성 조성물의 경우, 일부 실시 형태는 별도의 계면활성제의 사용이 필요 없이 물 중에 분산될 수 있는 적어도 하나의 중합체를 사용하지만, 원한다면 별도의 계면활성제가 사용될 수 있다. 별도의 계면활성제가 필요 없이 물 중에 분산될 수 있는 중합체는 흔히 중합체의 해당 부분을 물과 더욱 상용성(compatible)으로 만드는 펜던트 이온성 작용기 및/또는 친수성 사슬 세그먼트를 포함한다. 외부적 산 또는 염기가 음이온 안정화를 위해 필요할 수 있으나, 보통 그러한 산 및 염기는 라텍스 중합체를 분산시키는 데 사용되는 유화제 (예를 들어, 계면활성제)와는 상이하다.
수지 성분에 유용한 수지(들)는 열경화성 및/또는 열가소성일 수 있다. 편리하게는, 이들 중 하나 이상이 열가소성이다. 게다가, 본 발명의 실시에 유용한 열가소성 수지의 일부 실시 형태는 비정질, 결정질, 또는 반결정질일 수 있다. 수지 성분에 사용되는 예시적인 수지에는 비환형, 환형, 분지형, 선형, 지방족, 또는 방향족 수지가 포함된다. 열가소성 수지는 바람직하게는 최소 필름 형성 온도 (MFFT)가 약 50℃ 미만, 바람직하게는 약 30℃ 미만, 더욱 바람직하게는 약 20℃ 미만이다. 그러한 수지는 바람직하게는 최소 필름 형성 온도가 약 -50℃ 초과, 바람직하게는 -25℃ 초과, 더욱 바람직하게는 약 0℃ 초과인 것이 또한 바람직하다.
상기 하나 이상의 수지의 분자량(들)은 독립적으로 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있으며, 바람직하게는 유화 중합에 의해 수득된다. 수평균 분자량은 바람직하게는 약 5000 내지 100,000, 더 바람직하게는 약 10,000 내지 75,000의 범위 내에 있다. 중량 평균 분자량은 바람직하게는 약 10,000 내지 200,000, 더 바람직하게는 약 20,000 내지 125,000의 범위 내에 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 달리 명백하게 언급되지 않는다면 분자량은 수평균 분자량을 지칭한다.
수성 코팅 조성물 내의 수지 성분의 양은 넓은 범위로부터 선택될 수 있다. 일반적으로, 수지 성분의 양이 너무 낮은 경우에는, 필름을 형성하기가 어려울 수 있고/있거나, 기재에 대한 충분한 접착성을 갖는 필름을 형성하기는 더욱 어려울 수 있고/있거나, 필름이 불충분한 내부식성 또는 다른 성능을 가질 수 있고/있거나 기타 등등일 수 있다. 너무 많이 사용되는 경우에는, 착색된 시스템을 제형하기가 더 어려울 수 있거나, 또는 기재에 적용될 수 있는 재료를 제조하기가 더욱 어려울 수 있다. 그러한 문제들 사이의 균형을 이루어, 제1 수성 코팅 조성물은, 수성 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 약 10 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 50 중량%, 및 가장 바람직하게는 약 20 내지 40 중량%의 제1 수지 성분을 포함한다.
일부 바람직한 실시 양식에서, 수지 성분은 산 작용기를 갖는 적어도 하나의 수지 (또는 그 염(들) 또는 에스테르(들))를 포함한다. 수지(들)의 산 작용기 (존재한다면)는 직접적으로 중합체 골격으로부터의 펜던트일 수 있거나 또는 적합한 연결기에 의해 골격에 연결될 수 있다. 적합한 산 작용기의 예에는 카르복실산, 설폰산, 포스폰산, 이들의 조합 등이 포함된다. 산 기가 염으로서 제공되는 그러한 실시 형태에서는 매우 다양한 반대 양이온이 사용될 수 있다. 그러한 양이온의 예에는 Na+, Li+, NH4 +, K+, 이들의 조합 등이 포함된다. 바람직한 실시 형태에서, 산 작용기는 -C(O)ONH4+를 포함한다. 유리하게는, 이러한 부분(moiety)을 포함하는 코팅 조성물이 건조될 때, 건조된 코팅은 암모니아를 방출하여, 건조된 코팅 내에 -C(O)OH 작용기를 남긴다.
산 작용성 수지(들)의 형성에 사용되는 반응물들은 바람직하게는 자유 라디칼 중합성 작용기를 갖는 단량체, 올리고머 및/또는 수지를 포함한다. 자유 라디칼 중합성 작용기의 대표적인 예에는 (메트)아크릴레이트기, 올레핀계 탄소-탄소 이중 결합, 알릴옥시기, 알파-메틸 스티렌기, (메트)아크릴아미드기, 시아네이트 에스테르기, (메트)아크릴로니트릴기, 비닐 에테르기, 이들의 조합 등이 포함된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "(메트)아크릴"은 달리 명백하게 기술되지 않으면 아크릴 및/또는 메타크릴을 포함한다.
흔히 원하는 반응을 촉진하는 데 도움을 주는 제제 (예를 들어, 개시제 등)의 존재 하에, 반응물을 적합한 경화 에너지원에 노출시킴으로써 자유 라디칼 중합성 작용기를 편리하게 반응시킨다. 경화성 작용기의 중합 및/또는 가교결합을 달성하기 위해 사용되는 에너지원은 화학선 에너지원 (예를 들어, 스펙트럼의 자외 또는 가시 영역에서 파장을 갖는 방사), 가속화된 입자 (예를 들어, 전자 빔 방사), 열 에너지원 (예를 들어, 열 또는 적외선 방사) 등일 수 있다.
산 작용기 및 자유 라디칼 중합성 작용기에 더하여, 수지 제조에 사용되는 반응물들은 달리 추가의 종류의 작용기로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다. 그러한 작용기는 선택적으로 가교결합을 위해 사용될 수 있다. 추가 선택사항으로서, 그러한 작용기는 수지에 필수적인 분산 작용기(integral dispersing functionality)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 치환체는 고리 구조의 공동 구성원(co-member)일 수 있다. 다른 치환체의 예에는 하이드록실, 티올, 아미노, 아미드, 아이소시아네이트, 니트릴, 카르복시, 설페이트, 설파이트, 지방산, 에폭사이드, 및 이들 기의 조합이 포함된다. 그러한 공단량체의 예에는 글리시딜 (메트)아크릴레이트 및 아크릴레이트, 메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트 및 아크릴레이트, (메트)아크릴릭, t-부틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트 및 아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, 4-펜타노구아나민, 하이드록시알킬 에스테르, 예를 들어 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트 및 하이드록시에틸 아크릴레이트, (메트)아크릴로니트릴, N-알콕시알킬 아미드, 예를 들어 메톡시메틸 (메트)아크릴아미드 및 부톡시-(메틸) 아크릴아미드, 및 하이드록시알킬 아미드, 예를 들어 N-메틸올 (메트)아크릴아미드 및 N-메틸올 아크릴아미드, 및 다이카르복실산, 예를 들어 말레산, 이들의 상응하는 무수물 (존재한다면), 이들의 조합 등이 포함된다.
산 작용성 수지는 바람직하게는 적어도 (a) 펜던트(pendant) 자유 라디칼 중합성 작용기를 포함하는 적어도 하나의 방향족 반응물; (b) 펜던트 산 작용기(들)를 갖는 적어도 하나의 자유 라디칼 중합성 반응물 (또는 그 염(들) 또는 에스테르); 및 (c) 자유 라디칼 중합성 작용기를 갖는 적어도 하나의 다른 공중합성 지방족 반응물을 포함하는 공중합성 반응물로부터 유도되는 공중합체이다.
반응물 (a)의 예에는 스티렌, 알파-메틸 스티렌, t-부틸 스티렌, 1,3-다이아이소프로페닐벤젠, 2,4,6-트라이메틸스티렌, 2,4-다이메틸스티렌, 2,4-다이페닐-4-메틸-1-펜텐, 2,5-다이메틸스티렌, 2-비닐나프탈렌, 3-메틸스티렌, 4-벤질옥시-3-메톡시스티렌, 9-비닐안트라센, α,2-다이메틸스티렌, 이들의 조합 등이 포함된다. 이들은 치환되거나 또는 비치환될 수 있다. 수지의 예시적인 실시 형태는, 수지를 형성하는 데 사용되는 반응물들 약 100 중량부 당 약 10 내지 70 중량부의 반응물(들) (a)를 포함한다.
반응물 (b)의 예에는 불포화 또는 다른 자유 라디칼 중합 산 (또는 그 무수물)을 포함한다. 많은 실시 형태에서, 반응물 (b)는 하나 이상의 산 기를 갖는 하나 이상의 카르복실산 또는 이의 무수물에 의해 제공된다. 예에는 (메트)아크릴산, 소르브산, 말레산 무수물, 말레산, 팔미트올레산, 올레산, 리놀레산, 아라키돈산, 벤조산, 푸마르산, 크로톤산, 이타콘산, 이들의 상응하는 무수물 (존재한다면), 이들의 조합 등이 포함된다. 수지의 예시적인 실시 형태는, 수지를 형성하는 데 사용되는 반응물들 약 100 중량부 당 약 0.2 내지 20 중량부의 반응물(들) (b)를 포함한다. 바람직하게는, 수지에 포함되는 하나 이상의 산 작용성 반응물이, 수지를 제조하는 데 사용되는 모든 반응물들의 총 중량의 3 중량% 이상, 4 중량% 이상, 5 중량% 이상, 및 10, 또는 15, 또는 20 중량% 이하라는 점에서, 산 작용성이 이례적으로 높다.
반응물 (c)의 예에는 비닐 에스테르, 비닐 에테르, 락탐, 예를 들어, N-비닐-2-피롤리돈, (메트)아크릴아미드, N-치환된 (메트)아크릴아미드, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 노닐페놀 에톡실레이트 (메트)아크릴레이트, 아이소노닐 (메트)아크릴레이트, 1,6-헥산다이올 (메트)아크릴레이트, 아이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 베타-카르복시에틸 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트; 아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 지환족 에폭사이드, 알파-에폭사이드, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴로니트릴, 말레산 무수물, 이타콘산, 아이소데실 (메트)아크릴레이트, 도데실 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 헥실 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산, N-비닐카프로락탐, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 하이드록시 작용성 카프로락톤 에스테르 (메트)아크릴레이트, 옥토데실 (메트)아크릴레이트, 아이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트, 이들의 조합 등이 포함된다.
바람직하게는 수지의 예시적인 실시 형태는, 수지를 형성하는 데 사용되는 반응물들 100 중량부 당 약 10 내지 80 중량부의 반응물(들) (c)를 포함한다.
수성 조성물에 유용한 수지는 현재 공지되어 있거나 또는 이후에 개발될 다양한 적합한 중합 기술을 사용하여 구성 반응물로부터 중합될 수 있다. 이러한 기술은 미국 특허 공개 제2007/0110981 A1호 (2010년 5월 17일)에 추가로 기재되어 있다.
하나의 예시적인 중합 전략에 따르면, 바람직하게는 수지는 하나 이상의 에틸렌계 불포화 단량체를 사용하여 사슬 성장 중합을 통하여 제조된다. 중합 반응은 다양한 온도, 예를 들어 약 10oC 내지 200℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 바람직한 수지는 라텍스 중합체이며, 이는 전형적으로 하나 이상의 수용성 자유 라디칼 개시제를 이용하여 제조된다. 최종 수지 조성물에서 사용하기에 적합한 개시제는 당업자에게 공지될 것이거나 또는 표준 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 대표적인 수용성 자유 라디칼 개시제는 과산화수소; tert-부틸 퍼옥사이드; 알칼리 금속 과황산염, 예를 들어 과황산나트륨, 과황산칼륨 및 과황산리튬; 과황산암모늄; 및 그러한 개시제와 환원제의 혼합물을 포함한다. 대표적인 환원제는 아황산염, 예를 들어 알칼리 금속 메타중아황산염, 하이드로아황산염 및 차아황산염; 소듐 포름알데히드 설폭실레이트; 및 환원당, 예를 들어 아스코르브산 및 아이소아스코르브산을 포함한다. 바람직하게는 개시제의 양은 단량체의 총량을 기준으로 약 0.01 내지 3 중량%이다. 산화환원 시스템에서, 바람직하게는 환원제의 양은 단량체의 총량을 기준으로 0.01 내지 3 중량%이다.
바람직한 라텍스 중합체는 전형적으로 단독으로 또는 조합하여 사용되는 하나 이상의 비이온성 또는 음이온성 유화제에 의해 안정화된다. 최종 탑코트 조성물에서 사용하기에 적합한 유화제는 당업자에게 공지될 것이거나 또는 표준 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 적합한 비이온성 유화제의 예에는 tert-옥틸페녹시에틸폴리(39)-에톡시에탄올, 도데실옥시폴리(10)에톡시에탄올, 노닐페녹시에틸-폴리(40)에톡시에탄올, 폴리에틸렌 글리콜 2000 모노올레에이트, 에톡실화 피마자유, 플루오르화 알킬 에스테르 및 알콕실레이트, 폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 모노라우레이트, 수크로스 모노코코에이트, 다이(2-부틸)페녹시폴리(20)에톡시에탄올, 하이드록시에틸셀룰로오스폴리부틸 아크릴레이트 그래프트 공중합체, 다이메틸 실리콘 폴리알킬렌 옥사이드 그래프트 공중합체, 폴리(에틸렌 옥사이드)폴리(부틸 아크릴레이트) 블록 공중합체, 프로필렌 옥사이드와 에틸렌 옥사이드의 블록 공중합체, 30몰의 에틸렌 옥사이드로 에톡실화된 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-다이올, N-폴리옥시에틸렌(20)라우르아미드, N-라우릴-N-폴리옥시에틸렌(3)아민 및 폴리(10)에틸렌 글리콜 도데실 티오에테르가 포함된다. 적합한 비이온성 유화제의 예에는 소듐 라우릴 설페이트, 소듐 도데실벤젠설포네이트, 스테아르산칼륨, 소듐 다이옥틸 설포석시네이트, 소듐 도데실다이페닐옥사이드 다이설포네이트, 노닐페녹시에틸폴리(1)에톡시에틸 설페이트 암모늄염, 소듐 스티렌 설포네이트, 소듐 도데실 알릴 설포석시네이트, 아마인유 지방산, 에톡실화 노닐페놀의 포스페이트 에스테르의 나트륨, 칼륨, 리튬 또는 암모늄 염, 소듐 옥톡시놀-3-설포네이트, 소듐 코코일 사르코시네이트, 소듐 1-알콕시-2-하이드록시프로필 설포네이트, 소듐 알파-올레핀 (C14 -C16) 설포네이트, 하이드록시알칸올의 설페이트, 테트라소듐 N-(1,2-다이카르복시 에틸)-N-옥타데실설포석신아메이트, 다이소듐 N-옥타데실설포석신아메이트, 다이소듐 알킬아미도 폴리에톡시 설포석시네이트, 설포석신산의 다이소듐 에톡실화 노닐페놀 하프(half) 에스테르 및 tert-옥틸페녹시에톡시폴리(39)에톡시에틸 설페이트의 나트륨염이 포함된다.
일부 실시 형태에서, 수성 조성물은 라텍스 조성물의 형태이다. 라텍스 조성물은 단일 단계 및/또는 다단계 라텍스 중합체를 포함할 수 있다. 바람직한 단일 단계 라텍스 중합체는 유리 전이 온도 (Tg)가 -5℃ 이상, 더욱 바람직하게는 15℃ 이상, 및 가장 바람직하게는 25℃ 이상, 및 최적으로는 30℃ 이상이다. 사용을 위해 바람직한 단일 단계 라텍스 중합체는 Tg가 75℃ 미만, 더욱 바람직하게는 65℃ 미만, 및 가장 바람직하게는 55℃ 미만이다. Tg는 시차 주사 열량법 (DSC) 기술을 사용하여 본 발명의 실시에 있어서 결정될 수 있다.
바람직한 다단계 라텍스 중합체는 10 내지 50 중량%의 경질 세그먼트와 50 내지 90 중량%의 연질 세그먼트를 갖는다. 경질 세그먼트는 바람직하게는 Tg가 35 내지 70℃, 더욱 바람직하게는 35 내지 130℃이고, 연질 세그먼트는 바람직하게는 Tg가 0 내지 30℃이다.
연속적으로 변하는 단량체 공급물을 사용하여 제조된 구배 Tg 라텍스 중합체를 사용하는 것이 또한 유리할 수 있다. 생성되는 중합체는 전형적으로 Tg 변곡점을 나타내지 않는 DSC 곡선을 가질 것이며, 본질적으로 무한한 수의 Tg 단계를 갖는다고 말할 수 있다. 예를 들어, 고 Tg 단량체 공급물로 시작하여, 이어서 중합의 소정 시점에서 저 Tg 연질 단계 단량체 조성물을 고 Tg 경질 단계 단량체 공급물에 공급하기 시작할 수 있다. 생성되는 다단계 라텍스 중합체는 높은 것으로부터 낮은 것으로의 구배 Tg를 가질 것이다. 다른 실시 형태에서, 고 Tg 경질 단계 단량체 조성물을 저 Tg 연질 단계 단량체 조성물에 공급하는 것이 유리할 수 있다. 구배 Tg 중합체는 또한 다중 Tg 중합체와 함께 사용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 자유 라디칼 중합성 수지(들)에 더하여, 수지 성분은 선택적으로 하나 이상의 다른 종류의 수지 성분을 포함할 수 있다. 바람직하게는 이들은 자유 라디칼 중합성 수지(들)와 실질적으로 혼화가능하여서 수지들 사이에서의 부당한 상 분리가 실질적으로 회피된다. 다른 수지의 예에는 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리이미드, 할로겐화된 중합체, 폴리실리콘, 폴리에스테르, 알키드, 폴리올레핀, (메트)아크릴 수지, 이들의 조합 등이 포함된다.
수지 성분에 포함되는 상기 하나 이상의 수지에 더하여, 수성 코팅 조성물은 일반적으로 적어도 하나의 종류의 비결합제 입자 (안료로도 칭해짐)를 포함한다. 이는 접착을 돕기 위하여, 적용 특성 제어를 돕기 위하여, 그리고 기타 등등을 위하여 첨가된다. 추가로, 비-결합제 입자는 코팅에 첨가되어, 선택적인 추가적인 구성성분과 관련하여 하기에 기재된 하나 이상의 기능을 할 수 있다. 이러한 입자(들)는 유기 및/또는 무기일 수 있다. 무기 입자가 더 바람직하다. 상기 입자는 소판형, 침형, 장방형(oblong), 원형(rounded), 구형, 불규칙형, 이들의 조합 등과 같은 다양한 형태를 가질 수 있다.
다수의 바람직한 실시 형태에서, 수성 코팅 조성물은 코팅 조성물로부터 제조되는 생성되는 코팅이 건조 코팅의 총 부피를 기준으로 약 15 내지 85, 바람직하게는 약 20 내지 80, 더욱 바람직하게는 약 25 내지 80 부피%의 입자를 포함하도록, 충분한 양의 비-결합제 입자 (바람직하게는 무기 입자)를 포함한다. 그러한 비-결합제 입자는, 필름 형성 입자가 실질적으로 응집되며 생성되는 코팅에서의 결합제 매트릭스의 일부를 형성하는 데 도움을 준다는 면에서 필름 형성 입자, 예를 들어 필름 형성 라텍스 중합체 입자와는 구별된다. 그러므로, 상기 입자와 관련하여 용어 "비-결합제"는 입자가, 생성되는 코팅 내로 혼입될 때, 개별적으로 또는 응집체 또는 집합체로서, 그의 미립자 특성의 적어도 일부 및 바람직하게는 실질적으로 전부를 유지함을 나타낸다. 바람직한 비-결합제 입자는 생성되는 코팅을 형성하는 데 사용되는 조건 하에서 실질적으로 필름 비-형성성이다. 그러한 입자의 임의의 부분이 코팅 표면으로부터 돌출될 수 있는 경우에, 그러한 돌출 부분은 코팅 내 입자의 안료 부피 농도 (PVC)를 계산하기 위한 안료 부피의 일부인 것으로 간주된다.
선택적으로, 제2 수성 코팅 조성물의 안료 함량의 적어도 일부는 하나 이상의 소판형 안료 입자를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 소판형 입자는 3:3:1 초과, 그리고 바람직하게는 10:10:1의 X:Y:Z 치수의 종횡비를 갖는다. 따라서, 비-소판형 입자는 3:3:1 이하의 X:Y:Z 치수의 종횡비를 갖는다. 따라서, 종횡비가 10:12:1인 입자는 소판형일 것이지만 종횡비가 12:2:3 또는 2:2:1인 입자는 소판형이 아닐 것이다.
소판형 입자는 탁월한 증점 특성을 가지며, 탁월한 새그 저항성을 제공하고, 또한 개선된 적용 성능을 제공한다. 이와는 대조적으로, 단지 비-소판형 입자가 수성 코팅 조성물에 사용될 경우, 지나치게 과도한 양의 그러한 비소판형 입자가 원하는 수준의 증점 및/또는 새그 저항성을 달성하기 위하여 사용되어야 할 수도 있다.
소판형 안료의 예에는 하나 이상의 점토, 예를 들어, 고령토, 운모, 활석, 카올린, 운모상 산화철(micaceous iron oxide; MIO)), 이들의 조합 등이 포함된다. 고령토는 유리하게는 많은 다른 소판형 입자보다 광택(gloss)에 대한 영향이 덜하며, 이는 더 높은 광택의 탑코팅이 요구되는 경우에 유익하다.
소판형 입자의 크기는 미세한 크기의 입자로부터 거친 입자에까지 이르는 넓은 범위에 걸쳐 달라질 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 소판 입자는 크기가 약 0.5 마이크로미터 내지 50 마이크로미터, 바람직하게는 약 1 내지 10 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 약 3 내지 5 마이크로미터의 범위일 수 있다.
소판형 입자가 사용될 경우, 일부 실시 양식에서 수성 코팅 조성물의 전체 안료 내용물이 모두 오직 소판형 입자의 형태는 아닌 것이 바람직하다. 따라서, 일부 실시 형태에서, 수성 코팅 조성물의 안료는 바람직하게는 적어도 1종의 소판형 입자와 함께 사용되는 적어도 1종의 비-소판형 입자를 포함한다.
매우 다양한 비-소판형 입자가 소판형 입자와 함께 사용될 수 있다. 예에는 하나 이상의 불용성 설페이트; 하나 이상의 불용성 카르바이드; 하나 이상의 불용성 니트라이드; 하나 이상의 불용성 옥시니트라이드; 하나 이상의 불용성 옥시카르바이드; 하나 이상의 불용성 옥사이드; 하나 이상의 불용성 카르보네이트; 하나 이상의 불용성 실리케이트, 이들의 조합 등이 포함된다. 이들의 예에는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Ti, 전이 금속, 란탄 계열 금속, 악티늄 계열 금속, Si, Ge, Ga, Al, Sn, Pb, 이들의 조합 등 중 하나 이상의 설페이트, 카르바이드, 니트라이드, 옥사이드, 옥시니트라이드, 옥시카르바이드, 및/또는 카르보네이트가 포함된다. 그러한 입자의 구체적인 실시 형태는 BaSO4, 티타니아, SiC, SiN, TiC, TiN, 탄산칼슘, 이산화규소, 산화알루미늄, 규산알루미늄, 포타슘 알루미늄 실리케이트, 수산화알루미늄, 규회석, 이들의 조합 등을 포함한다. BaSO4가 많은 제형에서 바람직하다. 이 안료는 광택을 유지하는 데 도움을 주고, 공기가 빠져나가게 하면서 수성 코팅 조성물을 증점시키는 데 도움을 주고, 수분이 생성되는 코팅으로의 및 코팅으로부터의 우수한 출구를 갖도록 생성되는 코팅에 바람직한 수준의 투과성을 제공하는 데 도움을 준다.
비-소판형 입자의 크기는 미세한 크기의 입자로부터 거친 입자에까지 이르는 넓은 범위에 걸쳐 달라질 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 비-소판 입자는 크기가 약 0.1 마이크로미터 내지 50 마이크로미터, 바람직하게는 약 0.5 내지 10 마이크로미터의 범위일 수 있다.
소판형 안료 대 비-소판형 안료의 중량비는 넓은 범위에 걸쳐 달라질 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 이러한 비는 약 1:50 내지 50:1, 바람직하게는 약 1:10 내지 10:1; 더욱 바람직하게는 약 1:3 내지 3:1의 범위일 수 있다. 예를 들어, 수성 코팅 조성물의 일 실시 형태는 코팅 고형물의 총 중량을 기준으로 약 14.5 중량%의 상대적으로 둥근 BaSO4 입자 및 약 14.5 중량%의 소판형 고령토를 포함한다.
수성 코팅 조성물의 추가적인 미립자 성분은 하기에 기재된 하나 이상의 추가적인 구성성분의 형태일 수 있다.
수지 성분은 수성 유체 담체와 혼합되어 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "수성"은, 담체의 총 중량을 기준으로, 담체의 5 중량% 이상, 바람직하게는 약 20 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 40 중량% 이상, 및 더욱 더 바람직하게는 약 60 중량% 이상, 및 심지어 90 중량% 이상이 물임을 의미한다. 가장 바람직하게는, 약 85 중량% 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 약 95 내지 99 중량%가 물이다.
물에 더하여, 수성 코팅 조성물의 수성 담체는 선택적으로 하나 이상의 추가의, 선택적인 보조 담체(co-carrier)를 포함할 수 있다. 보조 담체(들)는 필름 형성 및/또는 페인트 안정성에 도움을 주는 것을 포함하는 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다. 적합한 보조 담체의 예에는 부틸 셀로솔브, 알코올(들), 예를 들어, 부탄올, 응집제 (예를 들어, 이스트맨 텍사놀(Eastman Texanol) 제품과 같은 에스테르 알코올(들) 및/또는 미국 특허 제6,762,230호 및 제7,812,079호에 기재된 것과 같은 저 VOC 응집제), 글리콜 에테르(들), 이들의 조합 등이 포함된다. 바람직하게는, 소위 VOC 면제(VOC-exempt) 보조 담체(들)가 바람직하다.
제1 수성 코팅 조성물에 포함되는 보조 담체의 양은 넓은 범위에 걸쳐 달라질 수 있다. 사용하는 양(들)은 보조 담체의 유형, 보조 담체가 첨가되는 목적, 제1 수성 코팅 조성물을 기재 상에 적용하는 데 사용되는 코팅 기술(들) 등을 포함하는 요인에 따라 좌우될 것이다. 예시적인 실시 형태에서, 제1 수성 코팅 조성물은, 조성물에 포함된 보조 담체 및 물의 총 중량을 기준으로, 약 0.3 내지 80 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 5 중량%의 보조 담체(들)를 포함할 수 있다.
내열성을 추가로 향상시키기 위하여, 그리고 기재 냉각 유지에 도움을 주기 위하여 열 및 전자기 에너지를 반사시키는 데 도움을 주고 /주거나 열 및 전자기 에너지를 흡수하는 것을 막는 하나 이상의 제제를 조성물에 포함시킬 수 있다. 이들의 예에는 2010년 7월 1일자로 출원된, 양수인의 계류 중인 국제 특허 출원 제PCT/US2011/042801호에 기재된 제제가 포함된다. 이들은 현재 공지되어 있거나 또는 이후에 개발될 관행에 따라 코팅에 포함될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 그러한 반사제 또는 흡수제는 비-적외선-흡수성 착색 안료일 수 있다. 예시적인 그러한 안료는 속성이 무기 또는 유기일 수 있으며, 미국 특허 제6,454,848호 (슬리빈스키(Sliwinski) 등), 제6,616,744 B1호 (사인츠(Sainz) 등), 제6,989,056 B2호 (바블러(Babler)) 및 제7,157,112 B2호 (하이네스(Haines)) 및 미국 특허 출원 공개 제2005/0126441 A1호 (스켈혼(Skelhorn))에 언급된 것들을 포함하나 이로 한정되지 않는다. 무기 안료가 특히 바람직하며 다양한 금속으로부터, 예를 들어, 알루미늄, 안티몬, 비스무트, 붕소, 크롬, 코발트, 갈륨, 인듐, 철, 란탄, 리튬, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 네오디뮴, 니켈, 니오븀, 규소, 주석, 바나듐 또는 아연으로부터 형성된 단일 또는 혼합 금속 산화물을 포함한다.
예시적인 금속 산화물에는 Cr2O3, Al2O3, V2O3, Ga2O3, Fe2O3, Mn2O3, Ti2O3, In2O3, TiBO3, NiTiO3, MgTiO3, CoTIO3, ZnTiO3, FeTiO3, MnTiO3, CrBO3, NiCrO3, FeBO3, FeMoO3, FeSn(BO3)2, BiFeO3, AlBO3, Mg3Al2Si3O12, NdAlO3, LaAlO3, MnSnO3, LiNbO3, LaCoO3, MgSiO3, ZnSiO3, Mn(Sb,Fe)O3 및 그 혼합물이 포함된다. 적합하게는 금속 산화물은 상기에 언급된 미국 특허 제6,454,848 B2호에 기재된 바와 같이 강옥-적철광(corundum-hematite) 결정 격자 구조를 가질 수 있거나, 또는 알루미늄, 안티몬, 비스무트, 붕소, 크롬, 코발트, 갈륨, 인듐, 철, 란탄, 리튬, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 네오디뮴, 니켈, 니오븀, 규소, 주석, 바나듐 및 아연으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 게스트 성분으로서 함유하는 강옥-적철광 결정 구조를 갖는 호스트 성분일 수 있다.
통상적인 카본 블랙 안료의 높은 적외선 흡수성 및 통상적인 어두운 색의(dark-tinted) 페인트 및 스테인(stain)에서의 카본 블랙 안료의 광범위한 사용으로 인해 흑색 비-적외선-흡수성 안료가 특히 주목된다. 페로 코포레이션(Ferro Corporation)에 의해 상표명 쿨 칼라스(COOL COLORS™) 및 이클립스(ECLIPSE™), 예를 들어, V-778 쿨 칼라스 IR 블랙, V-780 쿨 칼라스 IR 블랙, V-799 쿨 칼라스 IR 블랙, 10201 이클립스 블랙, 10202 이클립스 블랙 및 10203 이클립스 블랙으로 공급되는 것과 같은 혼합 금속 산화물 안료; 셰퍼드 칼라 컴퍼니(Shepherd Color Company)에 의해 상표명 아틱(ARTIC™), 예를 들어, 아틱 블랙 376, 아틱 블랙 10C909, 아틱 블랙 411 및 아틱 블랙 30C940으로 공급되는 것과 같은 혼합 금속 산화물 안료; 토마텍 아메리카, 인크.(Tomatec America, Inc.)로부터 품번 42-707A 및 707V10으로 공급되는 것과 같은 혼합 금속 산화물 안료; 및 팔리오겐 블랙(PALIOGEN Black) S 0084를 포함하는, 바스프 코포레이션(BASF Corp.)에 의해 상표명 팔리오겐(PALIOGEN™)으로 공급되는 것과 같은 페릴렌계 또는 기타 유기 착색제를 포함하는 다양한 흑색 비-적외선-흡수성 안료가 구매가능하다.
이러한 동일한 공급처는 또한 흑색 이외의 다양한 색조(hue)의 비-자외선-흡수성 착색 안료를 전형적으로 동일한 상표명으로 제공하며, 이들이 개시된 코팅 조성물에 마찬가지로 사용될 수 있다. 예시적인 비-적외선-흡수성 비-흑색 안료에는 산화철, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 카르보네이트, 알루미노실리케이트, 실리카 및 다양한 점토와 같은 무기 안료; 고체 비드 안료 (예를 들어, 폴리스티렌 또는 폴리비닐 클로라이드 비드)와 같은 플라스틱 안료를 포함하는 유기 안료; 및 하나 이상의 공극을 함유하는 미소구체 안료 (예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2007/0043162 A1호 (바드맨(Bardman) 등)에서 논의된 것들)가 포함된다.
다른 예시적인 비-적외선-흡수성 안료에는 (엑스판셀 인크.(Expancel Inc.)로부터의) 엑스판셀(EXPANCEL™) 551DE20 아크릴로니트릴/비닐 클로라이드 팽창 입자, (실브리코 코포레이션(Silbrico Corporation)으로부터의) 실-셀(SIL-CEL™) 43 유리 마이크로 셀룰러 충전제, (트렐레보그 필라이트 인크.(Trelleborg Fillite Inc.)로부터의) 필라이트(FILLITE™) 100 세라믹 구형 입자, (포터 인더스트리즈 인크.(Potter Industries Inc.)로부터의) 스페리셀(SPHERICEL™) 중공 유리 구체, (쓰리엠(3M)으로부터의) G-200, G-400, G-600, G-800, W-210, W-410, 및 W-610 등급을 포함하는 쓰리엠 세라믹 미소구체; (또한 쓰리엠(3M)으로부터의) 쓰리엠 퍼포먼스 어디티브즈(Performance Additives) iM30K를 포함하는 쓰리엠 중공 미소구체, (플루오로-실 인크.(Fluoro-Seal Inc.)로부터의) 인헨스(INHANCE™) UH 1900 폴리에틸렌 입자, 및 (브라질 소재의 번지 페르틸리잔테스 에스.에이.(Bunge Fertilizantes S.A.)로부터의) 바이포어(BIPHOR) 알루미늄 포스페이트가 포함된다.
개시된 코팅 조성물은 또한 비-적외선-흡수성 비-착색 안료, 예를 들어, 이산화티타늄 및 백색 산화아연을 함유할 수 있으며, 그 중 어느 것이든 착색 안료의 존재 없이 사용되는 경우에는 착색된 코팅 조성물보다는 백색 코팅 조성물을 제공할 것이다. 상기에 언급된 비-적외선-흡수성 착색 안료에 대한 그러한 비-착색 안료의 첨가는 밝아진 음영 및 개선된 은폐력을 갖는 착색 페인트 및 스테인을 제공할 수 있다. 조성물은 바람직하게는 적외선-흡수성 착색 안료, 예를 들어, 카본 블랙, 흑색 산화철, 브라운 옥사이드(brown oxide) 및 로 엄버(raw umber)가 없거나 또는 실질적으로 없다.
원한다면 매우 다양한 다른 추가적인 구성성분이 선택적으로 수성 코팅 조성물에 포함될 수 있다. 그 예에는 하나 이상의 소포 보조제(defoaming aid), 분쇄 보조제(grinding aid), 습윤제, 계면활성제, 응집 보조제, 가공 조제, 미끄럼 저항제(skid resistance agent), 내마모제, 전도제, 정전기방지제, 착색제, 방식 보조제, 증점제, 새그 저항제, 가소제, 산화방지제, 자외선 안정제, 살생제, 살진균제, 충전제, 이들의 조합 등이 포함된다. 이들은 현재 공지되어 있거나 또는 이후에 개발될 관행에 따라 사용될 수 있다.
수성 코팅 조성물은 다양한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 예시적인 기술이 실시예에서 하기에 기재되어 있다.
본 발명의 코팅 시스템은 매우 다양한 기재를 코팅하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 기재에는 천연 및 건축 재료, 트럭, 기동차, 화물 컨테이너, 마루 재료, 벽, 가구, 기타 건축 재료, 자동차 구성요소, 항공기 구성요소, 선박 구성요소, 기계 구성요소, 라미네이트, 장비 구성요소, 기구(appliance), 패키징 등이 포함된다. 예시적인 기재 재료에는 금속, 금속 합금, 금속간 조성물, 금속 함유 복합재, 이들의 조합 등이 포함된다. 코팅 조성물은 새로운 기재 상에 적용될 수 있거나, 또는 오래된 기재를 재정비하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 다양한 방식으로 기재에 적용될 수 있다. 하나의 예시적인 실시 양식에 따르면, 코팅될 기재가 제공된다. 기재는 드러난 상태일 수 있거나 또는 종래의 코팅 시스템으로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 기재를 세정하여 그리스(grease), 더러움, 및 기타 오염물을 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 상황에 따라 선재하는 코팅을 또한 제거할 수 있거나 제거하지 않을 수 있다. 기재가 준비되면, 수성 코팅 조성물을 기재 표면의 적어도 일부분에 적용하고, 건조시킨다. 원한다면 수성 코팅 조성물의 하나 이상의 추가적인 코트를 적용할 수 있다. 흔히, 단일 코팅이 적합하다.
본 발명의 코팅 조성물은 광범위한 두께를 갖는 탑코팅을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 프라이머 코팅은 건조 필름 두께가 약 15 내지 200 마이크로미터, 바람직하게는 약 15 내지 100 마이크로미터, 더 바람직하게는 약 30 내지 50 마이크로미터의 범위이다.
본 발명의 코팅 시스템은 카고 컨테이너 상에 보호 코팅을 형성하기 위해 특히 적합하다. 바람직하게는, 코팅 시스템은 복합 화물 수송에 수반되는 카고 컨테이너와 함께 사용된다. 다수의 그러한 컨테이너는 수상으로 화물을 수송하는 선박 카고 시스템, 철도를 따라 화물을 수송하는 시스템, 및/또는 도로를 따라 화물을 수송하는 시스템 중 적어도 하나에 의해 수송되는 카고 컨테이너에 적용가능한 국제 표준에 적어도 실질적으로 부합한다. 그러한 컨테이너는 흔히 그의 서비스 수명 동안 기후 노출, 해수 노출, 담수 노출, 태양으로부터의 열 등의 면에서 극한 환경에 노출된다. 그러한 컨테이너는 흔히 스테인리스 강 및/또는 내후강과 같은 내부식성 재료로 제조될 수 있음에도 불구하고, 추가로 장식 및/또는 마모, 부식 등에 대한 보호가 필요하다.
통상적으로, 당해 업계에서는 카고 컨테이너를 보호하기 위하여 단지 용매계 코팅 시스템을 사용하는 데 대한 강한 편견이 있어왔다. 상기 편견은, 이러한 도전적인 환경에서 살아남는 데 필요한 종류의 성능이 수계 코팅에 결여되어 있으며 수계 코팅은 적용이 어렵고 감소된 결함을 갖는 코팅을 성취하는 것이 어렵다는 것이다. 놀랍게도, 본 발명은 그러한 카고 컨테이너를 장식하거나 또는 보호하는 데 사용될 때 탁월한 성능을 나타내는 수계 코팅 시스템을 제공한다. 생성되는 탑코트는 대부분의 부품을 위한 용매계 시스템에 의해서만 보통 충족되는 도전적인 업계의 시험에서 살아남는다. 예를 들어, 본 발명의 코팅은 내수분성에 대한 적용가능한 염 스프레이 시험 표준을 통과하며 탁월한 적용 특성을 제공한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 예시적인 복합 카고 컨테이너(10)는 흔히 업계에서 냉장 카고 컨테이너로 지칭된다. 이러한 컨테이너는 일반적으로 컨테이너(10)의 경계를 한정하는 프레임(12)을 포함한다. 프레임(12)은 흔히 금속, 금속 합금, 금속간 조성물, 금속 복합재, 이들의 조합 등으로 만들어진다. 흔히 내후강은, 그의 내부식성으로 인하여 프레임(12)의 전부 또는 일부분을 만드는 데 사용된다. 알루미늄과 유사한 방식으로, 내후강이 표면 상에서 산화되나, 이러한 산화는 밑에 있는 강을 추가적인 부식으로부터 보호하는 장벽을 형성한다. ASTM 표준에 따라, A242, A588, 및 A602를 포함하는 등급의 내후성 강이 이용가능하다.
벽, 바닥, 및 천장 패널(14)이 예를 들어, 볼트, 용접, 리벳 등에 의해 프레임(12)에 부착된다. 용접은 비용 효율적인 풍우밀(weather-tight) 부착을 제공하는 데 널리 사용되는 경향이 있다. 패널(14)은 매우 다양한 금속, 금속 합금, 금속간 조성물, 또는 기타 금속 함유 재료로부터 제조될 수 있다. 많은 실시 형태에서, 벽, 바닥 및/또는 천장 패널(14)의 적어도 일부분들은 스테인리스 강으로부터 제작된다. 머플러 등급 스테인리스 강은 냉장 카고 컨테이너의 패널의 제작을 위하여 업계에서 널리 사용된다.
냉장 카고 컨테이너(10)의 전형적인 제조 양식에서, 프레임(12)은 프레임(12)을 금속화 아연(아연 도금)으로 코팅하는 것 또는 Zn-풍부 프라이머로 코팅하는 것에 의한 것과 같이 부식으로부터 보호된다. 스테인리스 강벽 패널(14)은 프레임(12)이 부식으로부터 보호되기 전 또는 그 후에 프레임(12)에 용접될 수 있다. 프레임(12)에 부식 보호재를 제공하기 전에 프레임(12)에 패널(14)이 용접될 경우, 프레임(12)에 인접한 패널(14)의 작은 경계 영역이 편의상 프레임(12)의 완전 커버리지(full coverage)의 보장을 돕기 위하여 코팅될 수 있다는 것을 제외하고는, 스테인리스 강벽 패널(14)은 일반적으로 보호재로 코팅되지 않는다. 예로서, 그러한 경계 영역은 폭이 약 0.5 ㎝ 내지 10 ㎝일 수 있다.
부가적으로, Zn-풍부 프라이머가 프레임(12)의 코팅에 사용될 경우, Zn-풍부 프라이머를 주위 분위기 중 수분으로부터 격리시키는 것이 바람직하다. 따라서, 방수 코팅은 바람직하게는 구성성분으로서 Zn을 포함하는 하부 코팅의 적어도 일부분 상에 적용되며, 바람직하게는 실질적으로 상기 하부 코팅 전부 상에 적용된다. 2부분 에폭시 조성물이 하부 프라이머 위의 방수 코팅 형성에 널리 사용된다. 통상적으로, 에폭시 코팅은 Zn-풍부 프라이머를 보유한 프레임(12) 상에 형성될 뿐만 아니라, 에폭시 코팅은 또한 벽 패널(14) 전체 위에도 형성되었을 것이다. 탑코팅을 스테인리스 강에 접착시키는 것의 어려움으로 인하여, 노출된 스테인리스 강 표면을 에폭시로 코팅하는 것은 과거에는 탑코팅과 더욱 상용성인 표면을 제공하는 것에 도움을 주었었다.
이와는 대조적으로, 본 발명의 탑코팅은 머플러 등급 스테인리스 강을 비롯하여 노출된 스테인리스 강 표면 상에 직접적으로 적용될 때 탁월한 접착성을 나타낸다. 스테인리스 강에의 접착을 촉진하는 개재 코팅이 필요한 것은 아니지만, 그러한 접착 촉진 코팅이 원할 경우 사용될 수 있다. 본 발명의 실시에서, 스테인리스 강 패널을 일반적으로 에폭시 프라이머로 코팅하지 않을 경우가 더욱 효율적이고, 더욱 빠르고, 더욱 경제적이다.
따라서, 일부 실시 양식에서, 방수 에폭시 프라이머는, 스테인리스 강 표면(들)의 적어도 일부분이 일반적으로 노출된 채 남아있도록 컨테이너(10) 상에 적용된다. 그러한 실시 형태에서, 방수 코팅은 하부 프레임(12) 위에 주로 적용되며, 이때 존재한다면 컨테이너 표면의 다른 부분은 거의 코팅되지 않는다. 이들 실시 형태에서, 프레임에 인접한 패널의 작은 경계 영역이 편의상 코팅될 수도 있지만 스테인리스 강벽 패널(14)은 바람직하게는 이 프라이머로 광범위하게 코팅되는 것은 아니다. 예로서, 그러한 경계 영역은 존재한다면 폭이 약 0.5 ㎝ 내지 10 ㎝일 수 있다.
따라서, 에폭시 프라이머 적용 후, 카고 컨테이너(14)는 전형적으로 적어도 2가지 종류의 표면을 포함한다. 제1 표면 부분은 에폭시 프라이머로 코팅된 프레임(12)에 상응하는 반면, 제2 표면 부분은 패널(14) 상의 노출된 스테인리스 강을 포함한다.
다음, 본 발명의 수성 코팅 조성물은 제1 및 제2 표면 부분의 적어도 일부 상에 코팅을 형성하는 데 사용된다. 더 바람직하게는, 카고 컨테이너(10)의 적어도 실질적으로 전체 외부는 수성 코팅 조성물로 코팅된다. 임의의 적합한 기술을 사용하여, 예를 들어, 브러싱, 스프레이, 스핀 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 딥핑(dipping), 그라비어 코팅, 및/또는 기타 등등에 의해 조성물을 적용할 수 있다. 생성되는 코팅은 표면 부분의 둘 모두에 대하여 탁월한 접착성을 나타낸다. 선택적으로, 컨테이너(10)의 내부는 유사한 전략을 이용하여 코팅될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 코팅은 무기(airless) 또는 공기-보조식 무기 스프레이 기술을 이용하여 적용된다. 무기 스프레이는 압축 공기의 사용 없이 페인트를 분무하는 방법이다. 페인트는 고압 하에 무기 스프레이 건에 펌핑되며, 여기서 페인트는 상기 건의 전방에서 스프레이 팁(tip)을 통하여 고압으로 강제로 밀어내어진다. 무기 스프레이는 증가된 속도 및 더욱 적은 오버레이(overlay)를 허용한다. 공기-보조 무기 스프레이에서, 유체 압력은 무기 펌프에 의해 제공되며, 압축 공기는 무기 팁(노즐)로부터 스프레이 내로 도입되어 분무 미세도를 개선시킨다. 속도 및 효율은 이들 기술의 사용을 통하여 개선될 수 있지만, 이들 기술에 대한 불리한 점은 적용된 코팅에서의 포획 공기의 형성 가능성이었다. 라텍스 중합체 기재의 코팅에서 사용되는 다양한 계면활성제 및 분산제로 인하여, 공기 포획은 극복이 매우 어려웠었다. 놀랍게도, 본 발명은 이들 분무 기술의 경우 실질적으로 감소된 결함을 갖는 코팅이 제조되게 한다.
생성되는 본 발명의 코팅은 프라이밍된 금속 표면 및 프라이밍되지 않은 금속 표면 둘 모두에 대해 탁월한 접착성을 나타낸다. 따라서, 본 발명은 개재 타이(tie) 층의 사용을 필요로 하지 않고서 직접적으로 스테인리스 강 표면 상에 탑코팅을 형성하는 데 특히 유리하다. 본 발명은 이러한 접착성을 수계 조성물에 의해 성취한다는 사실이 특히 유리하며, 이는 예상치 못한 것이고, 그 이유는 심지어 종래의 용매계 코팅 시스템도 스테인리스 강 표면과 관련하여 접착성 문제를 가졌었기 때문이다.
일부 실시 양식에서, 냉장 구성요소(16)는 컨테이너(10) 내에 포함되며, 그 후 컨테이너(10)는 코팅 시스템에 의해 추가로 보호될 것이다. 다른 예에서, 냉장 구성요소(16)는 컨테이너(10) 내에 포함되는데, 코팅 시스템이 컨테이너(10)의 다른 부품에 적용된 후에 포함된다. 제조업자, 사용자, 또는 유통 사슬 내의 다른 엔티티(entity)가 보호 코팅 시스템을 적용할 수 있다. 문(18)은 동일하거나 또는 상이한 코팅 시스템에 의해 보호될 수 있다. 흔히, 문(18)은 별도로 제조되며, 이어서 컨테이너 코팅이 마무리(finish)된 후 컨테이너(10) 상에 설치된다.
수성 코팅 조성물의 일부 실시 형태를 사용하여 다른 종류의 기재 표면 상에 탑코팅을 형성할 수 있다. 예를 들어, 수성 코팅 조성물은 본 출원과 동시에 출원된, 본 양수인의 공계류 중인 출원(개선된 내수분성 및 내열성을 갖는 수계 코팅 시스템(WATER-BASED COATING SYSTEM WITH IMPROVED MOISURE AND HEAT RESISTANCE))에 기재되어 있는 바와 같이 하나 이상의 염소화 수지를 포함하는 하부 프라이머 층 위에 탑코팅을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이 출원에는 예를 들어 건조 카고 컨테이너 위에 그러한 코팅을 형성하는 것이 기재되어 있다.
본 발명을 이제 하기의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명할 것이다.
실시예 1: 수계 탑코트 제형
하기 구성성분들을 고속 혼합 용기에 충전한다. 달리 언급되지 않는다면 모든 열거된 양은 중량부이다.
[표 1a]
Figure 112013030143324-pct00001
혼합물을 6.5 헤그만의 그라인드까지 고속으로 분산시키고, 표 1b의 하기 혼합물과 함께 렛다운시킨다.
[표 1b]
Figure 112013030143324-pct00002
실행 1의 탑코트는 상대적으로 높은 안료 대 결합제 비를 가지며 백색이다. 실행 2의 탑코트는 상대적으로 높은 안료 대 결합제 비를 가지며, 이때 더욱 적은 은폐력을 위하여 백색 안료 로딩을 감소시킨다.
실시예 2: 금속화 아연 프레임 위의 용매계 프라이머
하기 구성성분들을 고속 혼합 용기에 충전한다. 달리 언급되지 않는다면 모든 열거된 양은 중량부이다.
[표 2a]
Figure 112013030143324-pct00003
혼합물을 5.5 헤그만의 그라인드까지 고속으로 분산시키고, 표 2b의 하기 혼합물과 함께 렛다운시킨다.
[표 2b]
Figure 112013030143324-pct00004
하기 표 2c의 혼합물을 표 2a 및 2b로부터의 혼합물에 첨가한 후, 사용하려는 순간에 코팅을 적용한다.
[표 2c]
Figure 112013030143324-pct00005
이 실시예에서 설명한 코팅은 냉장 카고 컨테이너와 관련하여 아연 풍부 프라이머 위에 중간 코트용으로 컨테이너 업계에서 사용되는 통상적인 용매계 코팅이다. 본 발명을 실시하는 하나의 양식에서, 이 코팅은 적어도 부식 보호 프레임 위에 방수 장벽을 제공하는 데 사용한다. 선택적으로, 이 재료를 전체 컨테이너 위에 적용한 후 본 발명의 수계 탑코트를 적용할 수 있다.
실시예 3: 수계 탑코트 제형
하기 구성성분들을 고속 혼합 용기에 충전한다. 달리 언급되지 않는다면 모든 열거된 양은 중량부이다.
[표 3a]
Figure 112013030143324-pct00006
혼합물을 6.5 헤그만의 그라인드까지 고속으로 분산시키고, 표 3b의 하기 혼합물과 함께 렛다운시킨다.
[표 3b]
Figure 112013030143324-pct00007
실시예 4: 성능 시험
상기 실시예에서 제조한 탑코트 조성물들의 성능 시험이 하기 표에 보고되어 있다. 실시예 1의 실행 1 및 실행 2 둘 모두는 허용가능한 적용 특성을 나타내며, 이는 스테인리스 강에 직접적으로 또는 실시예 2의 코팅 조성물 위에 부당한 새깅 없이 또는 다른 해로운 코팅 결함 없이 경화 이전에 공기가 필름으로부터 방출되게 한다. 코텐(Corten) 강 상의 금속화 아연 또는 아연 프라이머 위에 적용한 실시예 2는 아연 함유 부분을 밀봉하여 실시예 1의 실행 1 및 실행 2가 부당한 블리스터링 또는 다른 결함 없이 성공적으로 적용되도록 할 수 있다. 비교예 A의, 더 적은 안료를 함유하는 코팅을 스테인리스 강 위에 적용할 때, 더욱 불량한 코팅 외관이 관찰된다.
Figure 112013030143324-pct00008
본 발명의 다른 실시 형태들이 본 명세서를 고려하거나 또는 본 명세서에 개시된 발명의 실시로부터 당업자에게 명백할 것이다. 하기 청구범위에 의해 나타나는 본 발명의 진정한 범주 및 사상을 벗어남이 없이, 본 명세서에 기재된 원리 및 실시 형태에 대한 다양한 생략, 변경, 및 변화가 당업자에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (11)

  1. 카고 컨테이너(cargo container) 또는 그의 하나 이상의 구성요소를 제공하는 단계이며, 여기서, 카고 컨테이너는 ISO R-668에 부합되며, 카고 컨테이너 또는 그의 하나 이상의 구성요소의 노출된 표면의 적어도 일부분은 적어도 하나의 스테인리스 강 합금을 포함하는 것인 단계;
    적어도 소정의 수성 코팅 조성물을 사용하여 카고 컨테이너 또는 그의 하나 이상의 구성요소의 적어도 상기 노출된 스테인리스 강 표면 상에 직접적으로 코팅을 형성하는 단계이며, 여기서, 수성 코팅 조성물은 수성 담체, 수성 담체와 혼합되어 있는 적어도 하나의 필름 형성 수지, 및 수성 코팅 조성물에 분산된 하나 이상의 안료를 포함하는 구성성분을 포함하고, 여기서, 수성 코팅 조성물은 비-결합제 입자를 포함하며, 상응하는 건조 코팅 중 비-결합제 입자의 안료 부피 농도(pigment volume concentration)는 15 내지 85 부피%인 단계
    를 포함하는, 카고 컨테이너를 코팅하는 방법.
  2. 카고 컨테이너 또는 그 일부를 제공하는 단계;
    제1항에 따른 수성 코팅 조성물을 포함하는 제1 수성 코팅 조성물을 컨테이너 또는 그 일부 상에 직접적으로 적용하는 단계; 및
    제2 코팅 조성물을 컨테이너 또는 그 일부 상에 직접적으로 또는 간접적으로 적용하는 단계이며, 여기서 제2 코팅 조성물은 담체, 담체와 혼합되어 있는 제2 수지 성분, 및 담체에 분산된 하나 이상의 안료를 포함하는 것인 단계
    를 포함하며, 여기서, 제2 수지 성분과 혼합되어 있는 담체는 수성 또는 비-수성인, 내부식성 카고 컨테이너의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 수성 코팅 조성물은 10 내지 70 중량%의 적어도 하나의 필름 형성 수지를 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 수성 담체는 담체의 총 중량을 기준으로 0.3 내지 15 중량%의 보조 담체(co-carrier)를 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 필름 형성 수지는 산 작용성이며 (또는 그 염 또는 에스테르이며),
    (a) 선택적으로, 펜던트(pendant) 자유 라디칼 중합성 작용기를 포함하는 적어도 하나의 방향족 반응물;
    (b) 펜던트 산 작용기 (또는 그의 염 또는 에스테르)를 갖는 적어도 하나의 자유 라디칼 중합성 반응물; 및
    (c) 선택적으로, 자유 라디칼 중합성 작용기를 갖는 적어도 하나의 다른 공중합성 반응물
    을 포함하는 구성성분들로부터 수득되는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 안료는 BaSO4, CaCO3, 점토, 고령토(china clay), 운모, 활석 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
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