폴리카보네이트 분자량이 폴리에스터/멜라민 경화형도료의 도막 성형성 및 물성에 미치는 영향 Effect of Formability of Physical Properties of Polyester/Melamine Cured Coating Using Polycarbonate Diol with Various Molecular Weight원문보기
폴리에스터/멜라민 경화형 도료는 기계적 물성, 내화학성 및 내마모성 등이 우수하여 pre-primed 도료 및 pre-coated metal에 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리에스터 수지 도료의 경화 도막은 강인하지만 유연성과 성형성이 낮은 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서는 polycarbonate diol의 long alkyl chain을 폴리에스터 분자 구조 내에 연결시켜 경화 도막의 성형성을 개선하고자 하였으며, 성형성이 개선된 폴리에스터 도료의 선도장 강판용 도료의 적용 가능성을 확인하였다. 또한, 폴리카보네이트디올 분자량이 경화 도막 물성에 미치는 영향을 평가하고자 인장강도와 점탄성을 측정하였으며, 성형성을 확인하고자 drawing test를 실시하였다.
폴리에스터/멜라민 경화형 도료는 기계적 물성, 내화학성 및 내마모성 등이 우수하여 pre-primed 도료 및 pre-coated metal에 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리에스터 수지 도료의 경화 도막은 강인하지만 유연성과 성형성이 낮은 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서는 polycarbonate diol의 long alkyl chain을 폴리에스터 분자 구조 내에 연결시켜 경화 도막의 성형성을 개선하고자 하였으며, 성형성이 개선된 폴리에스터 도료의 선도장 강판용 도료의 적용 가능성을 확인하였다. 또한, 폴리카보네이트디올 분자량이 경화 도막 물성에 미치는 영향을 평가하고자 인장강도와 점탄성을 측정하였으며, 성형성을 확인하고자 drawing test를 실시하였다.
Polyester/melamine cured coatings had been used for pre-primed coatings and pre-coated metal coatings, because it has good mechanical,chemical properties, and mar resistance. But it has weak points such as stiffness and low formability for making automotive components. Polyester had been synthesized...
Polyester/melamine cured coatings had been used for pre-primed coatings and pre-coated metal coatings, because it has good mechanical,chemical properties, and mar resistance. But it has weak points such as stiffness and low formability for making automotive components. Polyester had been synthesized using polycarbonate diol of long alkyl chain which can improve flexibility and formability which is one of the important factors for pre-coated steel sheets (PCM). In this study, strain and tensile strength were examined by the tensile test and formability was examined by the drawing test. Also, Those polyester resins were also measured by DMA to verify flexibility of cured coatings.
Polyester/melamine cured coatings had been used for pre-primed coatings and pre-coated metal coatings, because it has good mechanical,chemical properties, and mar resistance. But it has weak points such as stiffness and low formability for making automotive components. Polyester had been synthesized using polycarbonate diol of long alkyl chain which can improve flexibility and formability which is one of the important factors for pre-coated steel sheets (PCM). In this study, strain and tensile strength were examined by the tensile test and formability was examined by the drawing test. Also, Those polyester resins were also measured by DMA to verify flexibility of cured coatings.
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문제 정의
본 연구에서는 도장 공정의 생산성 향상 및 도장 공정을 단축하기 위한 방법으로 적용되고 있는 선도장후성형의 pre-coated metal (PCM) 도료에 적용하기 위하여 폴리에스터/멜라민 도료의 성형성 개선 연구를 수행하였다. 폴리에스터/멜라민 도료의 성형성을 개선하기 위하여 long alkyl chain 을 갖고 있는 polycarbonate diol (PCDL)를 사용하여 폴리에스터 수지를 합성하였고, 멜라민 경화제 (HMMM) 를 사용하여 경화시켰다.
제안 방법
2 μm poly tetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter로 거른 후 측정하였다. 35°C의 온도에서 유속 1.0 mL/min으로 THF를흘려 보내면서 수평균 분자량(number-average, Mn), 중량 평균 분자량(weight-average, Mw), polydispersity index 를 측정하였다.
부착한 후 질소를 주입한다. 4구 플라스크에 다가 알코올인 1, 4-CHDM, MPD, PCDL를 투입한 후 다가산인 1, 4-CHDA을 투입하였다. 반응 온도 60°C에서고 상 원료들을 서서히 녹인 후 0.
DMA (Dynamic Mechanical Analysis, Q800, TA Instru ments) 를 사용하여 경화 도막의 점탄성적인 특성을 측정하였다. 시편의 크기는 길이 10 mm, 너비 6.
Drawing test는 프레스를 사용하여 Figure 1과 같은 형태로 실시하였고, drawing test 조건은 Table 3과 같으며, drawing height는 3 mm, drawing speed는 300 mm/s 로 실제 생산 속도를 기준으로 평가하였다.
GI 강판(0.8T) 소재에 용제로 유분 등과 같은 이 물질을 탈지 후 barcoat#22 로 도장을 한 후 자동배출 오븐에서 경화를 시켰으며, 경화 조건은 PMT 245°C, 30 s 이다.
폴리에스터/멜라민 도료의 성형성을 개선하기 위하여 long alkyl chain 을 갖고 있는 polycarbonate diol (PCDL)를 사용하여 폴리에스터 수지를 합성하였고, 멜라민 경화제 (HMMM) 를 사용하여 경화시켰다. 경화 도막의 성형성을 평가하기 위해 drawing test 를 실시하였으며, polycarbonate diol 분자량이 경화 도막 물성에 미치는 영향을 평가하였다.
자동차 부품 공정에서 사용되는 프레스 공정에서 발생할 수 있는 die 와 press 사이의 마찰력과 응력에 대한 저항성을 평가하기 위해 drawing test를 실시하였다. Drawing test 중 경화 도막의 코너 부위에 압축 스트레스와 인장 스트레스를 동시 받게 되므로 이 부위에 서도 막 파괴 및 박리 현상이 발생하게 된다.
분석하였다. 카보네이트 그룹 분석은 FT-IR 6100 (JASCO, Japan)로 측정하였다.
폴리에스터 수지 분자 내에 결합된 PCDL 를 확인하기 위해 카보네이트 그룹 피크인 1, 720 cm-1 과 1, 240 cm-1 를 FR-IR로 분석하였다. 카보네이트 그룹 분석은 FT-IR 6100 (JASCO, Japan)로 측정하였다.
폴리에스터 수지합성 공정은 fusion process와 solvent process 2단계를 통해 합성하였다.
폴리에스터/멜라민 도료의 성형성을 개선하기 위하여 long alkyl chain 을 갖고 있는 polycarbonate diol (PCDL)를 사용하여 폴리에스터 수지를 합성하였고, 멜라민 경화제 (HMMM) 를 사용하여 경화시켰다. 경화 도막의 성형성을 평가하기 위해 drawing test 를 실시하였으며, polycarbonate diol 분자량이 경화 도막 물성에 미치는 영향을 평가하였다.
합성 중인 폴리에스터 수지의 산가를 측정하면서 축합 반응 진행 정도 확인하였으며, 폴리에스터 수지 산가가 2 이하이면 반응을 종결시켰다.
수지 물성에 대한 정보를 제공한다. 합성된 폴리에스터 수지를 tetrahydrofuran (THF) 에 녹여 0.2 μm poly tetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter로 거른 후 측정하였다. 35°C의 온도에서 유속 1.
대상 데이터
그리고다가 산인 1, 4-CHDA 및 다가 알코올인 MPD, 1, 4- CHDM, TMP은 TCI (Tokyo Chemical)로부터 구입하여사용하였다. 폴리에스터 수지 합성에 사용한 원료는 Table 1과 같다.
인장거동을 평가하였다. 시편의 크기는 길이 20 mm, 너비 6.0 mm, 두께 0.50 mm로 제작하였고, 시험 조건은 온도 25 ± 1°C, 습도 50 ± 2% R.H. 하에서 인장 속도는 10 mm/min로 인장강도 및 신장률을 평가하였다.
폴리에스터 합성에 사용된 다가 알코올인 polycarbonate diol (PCDL) 은 Asahi Kasei Chemical 에서 평균 분자량이 500, 800, 1, 000 g/m이의 세 종류를 공급받았다. 그리고다가 산인 1, 4-CHDA 및 다가 알코올인 MPD, 1, 4- CHDM, TMP은 TCI (Tokyo Chemical)로부터 구입하여사용하였다.
이론/모형
경화 도막의 인장강도 특성은 UTM (Universal Testing Machine, Z010, Zwick, Germany)를 사용하여 경화도 막의 인장거동을 평가하였다. 시편의 크기는 길이 20 mm, 너비 6.
성능/효과
PCDL 분자량이 증가함에 따라 폴리에스터 수지 분자량도 함께 증가하는 경향을 나타내었고, FT-IR 분석 결과 카보네이트 그룹인 1, 720 cm-1 과 1, 240 cm-1 이 증가하는 것을 확인하였다.
또한, 폴리에스터 수지의 분자량이 증가함에 따라 가교 결합 사이의 거리를 나타내는 Mn/nOH 값이 증가하는 것을 확인하였다[9]. 가교 결합 사이의 거리가 증가함에 따라 폴리에스터 수지와 멜라민 경화제가 결합하는 경화 밀도가 감소하는 것을 알 수 있었다.
선도장 칼라강판에서 가장 중요한 성형성은 PE-PC- 1000^ drawing test에서 양호한 결과를 얻어 PCDL의긴 사슬이 경화 도막의 성형성과 유연성 개선에 영향을 주는 것을 확인하였다.
인장강도는 감소하지만 신장률은 증가하는 경향을 나타내었다. 신장률은 PE-PC-1000 > PE-PC-800 > PE-PC-500 순서이며, PE-PC-1000의 경우 신장률이 190%를 넘어서 유연성이 가장 우수한 것을 알 수 있었다.
그러나 PE-PC-1000에서는 도막 파괴 및 박리 현상이 없는 양호한 성형성 결과를 보였다. 이 결과는 인장강도 평가에서 얻은 결과와 동일한 결과로 신장률이 제일 우수한 PE-PC-1000이 drawing test에서도 우수한 결과를 보였다. 이는 PCDL 분자량이 클수록 폴리에스터/멜라민 경화 도막의 유연성 확보에 유리한 것을 알 수 있었다[11].
인장강도 및 신장률 평가 결과는 Figure 3과 같으며, 긴 사슬 구조를 갖고 있는 PCDL 분자량이 증가함에 따라 인장강도는 감소하지만 신장률은 증가하는 경향을 나타내었다. 신장률은 PE-PC-1000 > PE-PC-800 > PE-PC-500 순서이며, PE-PC-1000의 경우 신장률이 190%를 넘어서 유연성이 가장 우수한 것을 알 수 있었다.
점탄성 거동의 경우, PCDL 분자량이 클수록 폴리에스터 수지와 경화제와의 경화 밀도가 감소하여 storage modulus가 감소하였고, 이에 따라 Tg도 감소하는 경향을 나타내어 경화 도막의 유연성이 증가한 것을 확인하였다.
H. J. Streitberger and K. F. Dossel, Automotive Paints and Coatings, WILEY-VCH, Weinheim (2008).
L. Prendi, E. K. L. Tam, and A. Anastassopoulos, Life Cycle Inventory of the Automotive Paint Processes, JCT Coatings Tech., 5, 30 (2008).
황현득, 문제익, 이용주, 김현중, 현진호, 노승만, 강충열, 이재우, 남준현, 박종명, J. Adhesion and Interface, 10, 155 (2009).
K.-F. Dosse, Consolidated Coating Systems Waterborne and Solventborne Market Development in Europe, Asia and Americas, Car Body Painting 2009, Bad Nauheim, Germany (2009).
K. Ueda, H. Kanai, T. Suzuki, and T. Amari, Prog. Org. Coat., 43, 233 (2001).
D. Santos, H. Raminhos, M. R. Costa, T. Diamantino, and F. Goodwin, Performance of finish coated galvanized steel sheets for automotive bodies, Prog. Org. Coat., 62, 265 (2008).
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