자동차용 선 도장강판용 코팅제
1. 서언
○ 긁힘은 주변 환경이 도장에 손상을 주는 중요한 형태의 하나로 자동차 산업에 있어서의 주관심사이면서 동시에 보증의 문제를 유발한다. 예를 들면 세차공정에서 세척솔에 묻어 있던 먼지가 도막 표면에 형성하는 수많은 미세크랙이 도막의 외관 및 광택에 영향을 미치는데, 이 문제를 해결하기 위한 많은 연구들이 진행되어 오고 있다.
○ 이 문제를 해결하기 위해 도막의 표면 경도를 높이는 방법이 있지만, 경도를 높이면 열 충격이나 주변의 긁힘에 쉽게 균열이 발생하며, 경도 를 낮추면 광택이 나빠지고 자국이 생기기 쉽다. 다른 한 해결책으로는 코팅의 재흐름성(회복성)을 분자 구조로 제어하여 긁힘에 대한 회복력 을 높이는 것이다.
○ PCM(Pre-Coated Metal: 선 도장강판)은 시트나 코일의 도장 공정에서 코팅하여 가공 조립공정을 거쳐 가전제품 및 건축재 등에 주로 사용되 고 있는데, 롤 코팅방식을 채택하기 때문에 전처리나 스프레이 코팅과 같은 습식 공정을 배제할 수 있어 환경친화적이고 또한 생산성이 높아 자동차에의 적용이 시도되고 있다.
○ 1,6-hexanediol/polycarbonatediol계 폴리에스테르수지를 만들면 유연성 이 좋아 신율이 높고 재흐름성(회복성)이 좋아 내긁힘 특성이 향상되 어, 각인, 압착, 그리고 절단 공정에 견딜 수 있는 자동차용 PCM제조 에 적합한 코팅제를 만들 수 있다는 연구 결과가 있는데, 본 분석 보고 서에는 더욱 성능을 향상시킨 자동차 PCM제조용 코팅제에 대한 연구 결과를 소개하기로 한다.
2. 재흐름성(회복성)이 탁월한 PCM용 코팅제의 제조
○ 기존의 1,6-hexanediol/polycarbonatediol계 폴리에스테르수지에 적절한 양의 1,4-cyclohexanediol를 첨가하여 polycarbonatediol계 폴리에스테르 수지를 만들면 코팅의 견고성이 높아져 재흐름성(회복성)이 증대하고 내긁힘 특성이 더욱 좋아지는데, 그 제조방법은 다음과 같다.
- 1,4-cyclohexanediol, 1,6-hexanediol, trimethylol propane 및 ethylene glycol과 phthalic anhydride 및 isophthalic acid를 반응시켜 말단에 COOH기를 갖는 폴리에스테르 prepolymer를 만든 후에 이를 polyca rbonatediol과 반응시켜 말단에 OH기를 갖는 폴리에스테르수지를 만 든다.
- 이 폴리에스테르수지 80부에 경화제로 hexamethoxymethymelamine 20부, 그리고 아민계 촉매를 혼합하여 150℃에서 30분간 가열하여 경 화한다.
○ 자동차용 PCM제조에 적합한 폴리에스테르수지를 제조하기 위해서는 prepolymer의 조성, polycarbonatediol의 분자량 그리고 폴리에스테르 수지의 분자량 및 분자량분포를 적절히 조절해야 하며, 롤 코팅공정에 적합한 경화조건 및 처방의 선정이 중요하다.
- 1,4-cyclohexanediol/1,6-hexanediol 비가 커지면 1,4-cyclohexanediol 의 분자구조특성 때문에 견고성이 증가하여 코팅의 재흐름성(회복 성) 이 좋아지며, 아울러 Tg도 높아져 코팅의 표면경도도 높아진다.
- 인장강도와 신율은 코팅의 견고성과 유연성을 판단하는 유효한 척도 인데, 1,4-cyclohexanediol의 함량이 증가할수록 인장강도(견고성, 회 복성)는 증가하고 신율(유연성)은 떨어지지만 그 신율의 감소 폭이 인장강도의 증가 폭만큼 크지는 않다.
- 실제로 1,4-cyclohexanediol의 함량이 높은 견고한 코팅의 경우 그 견 고성(회복성) 때문에 세차공정 모의시험에 의해 일차 줄어든 광택이 열처리(100℃, 2분)에 의해 다시 증가하여 거의 세차시험 이전으로 돌아온다고 보고하고 있다.
3. 결언
○ 기존의 1,6-hexanediol/polycarbonatediol계 폴리에스테르수지에 적절한 양의 1,4-cyclohexanediol를 첨가하여 만든 polycarbonatediol계 폴리에 스테르수지로 굽힘, 절단, 그리고 압착 등과 같은 자동차용 PCM의 후 공정에 견딜 있는 유연성(인장 60% 이상)을 가지면서 동시에 세차 공정 등 사용환경 요인에 견딜 수 있는 내긁힘성(회복성)을 갖는 코팅을 얻 을 수 있으며, 그 대표적인 처방 및 합성 조건을 소개하면 다음과 같다.
- polycarbonatediol (3), 1,4-cyclohexanediol (6), 1,6-hexanediol (6), trimethylol propane (7), ethylene glycol (3), phthalic anhydride (1 0), isophthalic acid (12)
- prepolymer: 160℃에서 60분+ 160℃에서 220℃로 30분에 걸쳐 승온 폴리에스테르 수지합성: 80℃에서 180℃로 200분에 걸쳐 승온
출처 : Je-Ik Moon et al., "Synthesis and characterization of elastomeric polyester coatings for automotive pre-coated metal", Progress in Organic Coatings, 74, 2012, pp.125~133
.전문가 제언.
○ PCM법이 처음 도입된 것은 80년대 이전의 일로서 건축자재는 물론 가 전제품, 사무기기 분야에 확대일로에 있어 분체도장, 전착도장과 더불 어 도료산업의 주요한 한 영역을 차지하고 있으며, 미국 및 유럽의 경 우 자동차 분야에도 일부 적용이 시도되고 있을 뿐이다.
○ 국내에서도 거의 모든 페인트 제조회사가 PCM용 도료사업에 참여하고 있고, 그 종류도 폴리에스테르, 실리콘 변형 폴리에스테르, 그리고 불소 수지계 등이 있지만, 자동차용으로의 적용은 아직 시도되고 있지 않다.
○ PCM을 자동차에 적용하는 데 가장 큰 장애요인은 절삭면이 노출되는 경우의 부식문제로 이를 방지할 경제성 있는 적절한 방법을 찾지 못하 면, 본 분석보고서에서 제시한 내긁힘 특성이 우수한 코팅제를 개발하 더라도 본격적인 적용은 어려울 것으로 보인다.
○ 더 나아가 PCM의 자동차에의 본격적인 적용을 위해서는 내긁힘성 향 상이 중요한 하나의 인자이기는 하지만, 자동차 도장의 고급화에 따라 PCM이 이 고급화 추세에 대응할 수 있는 적합한 방법이 될 수 있을지 도 의문이다.
