도료

1. 서론

* 물체의 표면은 크든 적든 외적조건에 접촉되어 어떤 침식작용을 받는다.

* 소재만으로는 상품가치가 낮은 경우가 많다.

* 물체의 표면처리 중의 하나로 도료에 의한 표면 피복(도장)이 있다.

-. 도료의 목적

① 물체의 보호, 방식, 내유, 내약품, 방습

② 광택의 부여, 미화, 평활화, 채색

③ 생물 부착방지, 살균, 전도성 조절, 반사

-. 도료의 주성분

① 도막형성 성분 ; 표 1

② 목적의 기능을 유효하게 발휘시키기 위한 첨가제 ; 가소제, 건조제(경화제), 안료분산제, 유화제, 증점(增粘)제, 피장방지제, 살충 살균제 등

③ 유동성을 조절하기 위한 용제

⸄ 도막에 색채나 불투명성을 주고, 또한 도막의 기계적 성질을 보강하기 위하여 안료 등

* 전색제(vechicle) : 도막형성 성분, 첨가제, 용제의 3성분으로 이루어지는 것 으로 이것은 투명도료에 해당한다.

표 1 도막형성 성분

분 류	소 재
건 성 유	아마인유(linseed oil), 대두유, 동백유
가 공 건 성 유	탈수 피마자유, 에스틸렌화유, 우레탄화유
합 성 수 지	불포화 폴리에스테르, 알키드수지, 아세트산비닐수지, 염화비닐수지, 에폭시수지, 우레탄수지, 아미노수지
천 연 수 지	로진, 코팔(copal), 쉐락(shellac)
셀 룰 로 오 스	니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스

   

   

표 2 도료의 분류

분 류 기 준	도 료 의 명 칭
도료 주원료	유성도료, 수성도료, 합성수지도료, 셀룰로즈 유도체도료, 주정도료
도료의 상태	견련페인트, 조합페인트, 에멀젼도료, 졸도료
도 장 법	솔로 칠하는 도료, 분사용 도료, 정전도료
도막의 성능	밑칠도료, 녹방지도료, 선저도료, 방화도료

   

2.도료의 제조

* 유성도료

유성도료는 주로 천연유지로부터 제조되는 전색제를 사용하는 도료이고, 옻. 카슈우계 도료, 유성페인트, 유성에나멜 등이 있다.

-. 옻나무 수액(생옻)의 주성분은 우루시울(urushiol, 60∼65%)로서 생옻을 38∼45℃에서 수 시간 가열하고, 어느 정도 탈수, 산화반응을 일으키게 하고, 이것에 기름과 천연 수지나 에스테르 고무를 증량제로서 20∼30% 첨가시켜 옻 도료를 만든다.

-. 옻 도막은 내약품성, 견고성, 부착성, 광택이 뛰어나지만, 지건성(遲乾性) 이고 게다가 값이 비싸므로 주로 칠기장 미술 공예품용으로 사용되고 있다.

-. 카슈우(cashew, 옻과 유사)계 도료 : 카슈우 핵유에는 우루시울과 유사한 카드나 아나카드산이 주성분으로서 포함되어 있고, 유용성 페놀수지와 공축 합시켜 비히클로 된다(옷의 대용으로 사용).

* 유성 페인트(주성분 보일유) ; 견련(堅練) 페인트(안료85∼90%), 조합 페인트 (안료60∼65%)가 있다.

-. 보일유란 대두유, 아마유, 동백유, 어유 등의 건성유에 건조제를 첨가하고 120℃ 이하의 온도에서 공기를 불어 넣어면서 적당한 점도가 될때까지 산화 중합시킨 것으로, 이것에 건조제를 첨가시켜서 전색제를 얻는다.

-. 유성페인트와 지건성이고, 견고성, 내수, 내알카리성이 부족하다.

-. 유성 에나멜 ; 송진(주성분 아비에틴산)이나 에스테르 고무 등의 천연수지 나, 송진 변성말레인산수지, 페놀수지 등을 건성유와 가열중합시킨 것에 용제 나 건조제를 첨가한 것으로 저렴하고 광택이 좋다. 도막성능은 합성수지 도료 보다 뒤떨어진다.

2.2 합성수지도료

(1) 알키드수지도료

* 알키드수지 ; 다염기산과 다가알코올과의 폴리에스테르, 도료에 사용되는 대표적인 것은 무수프탈산과 글리세린 혹은 pentaerythrit의 폴리에스테르를 기름 혹은 지방산으로 변성 시킨 것이다.

표 8.4 알키드수지의 성질에 미치는 변성유의 영향

변 성 유	요오드 값	건조성	보색성
아마인유 오동나무유 탈수피마자유 대 두 유 피 마 자 유 야 자 유	168∼190 155∼175 137∼150 114∼138 81∼ 91 7∼ 16	대 소	대 소

(2) 아미노수지 도료

* 아미노수지 ; 부틸화 요소수지나 멜라민수지, 벤조구아나민수지가 사용된다.

* 아미노알키드수지 도료의 특성

① 저온소부가 가능하고 소요시간은 짧다.

② 무색 투명하고, 양호한 보색성,

③ 양호한 내후성, 내약품성

④ 내마모성이며 난연성 등의 이점이 있다.

(3) 가교형 합성수지도료

유성 도료, 알키드수지 도료, 아미노수지 도료는 가교반응으로 고분자화된 이 들은 1액(液)형이다. 가교반응이 되기 쉬운 관능기를 별도로 가지는 2종류의 전색제를 준비하여 사용 직전에 혼합하여 도막을 형성시키는 2액(液)형의 가교 경화형 도료와는 구별되고 있다.

* 2액 가교형의 대표적인 것 : 2액형 에폭시수지 도료, 2액형 폴리우레탄수지 도료와 불포화 폴리에스테르 수지 도료 등이 있다.

* 에폭시수지 : 에피클로로하이드린과 비스페놀의 공축합에 의해 합성되고, 비스페놀로서는 비스페놀 A가 대표적인 것이다. 이 선상수지(Prepolymer)를 아민계 경화제로 가교 고분자화시키고 도막으로 된다.

-. 경화제로서는 아민외에 산무수물이나 이소시아네이트(Isocyanate) 화합물이 사용되는 경우도 있다. 가교 반응은 통상 실온에서 진행한다. 내충격성이며 광택도 뛰어나다.

* 폴리우레탄 도료의 가교 반응

1. 유리된 -OH기를 가지고 폴리에스테르에 트리렌디이소시마네이트(TDI)와 같 은 다관능 이소시아네이트를 부가 반응시켜 도막으로 한 것으로 폴리에스테르 로서 유변성 알키드 수지로도 사용할 수 있다.

2. 우선 TDI가 어느 정도의 분자량을 가지고 폴리올을 반응시켜 미반응의 이소 시아네이트기를 가지는 프리폴리머로 하여, 이것을 도포 후 공기중의 수분으 로 가교 경화시키는 것으로, 습기 경화형 폴리우레탄 도료라고 하고 있다. 폴 리우레탄도료는 광택, 내약품성, 부착성이 뛰어나고, 내마모성이 크다.

(4) 비닐수지도료, 아크릴수지도료

대표적인 것은 염화비닐-아세트산비닐 공중합수지 도료, 폴리비닐

-부티랄수지 도료, 폴리아크릴 수지계 도료 등이다.

-. 염화비닐 수지는 일반적으로 난용해 성이기 때문에 아세트산 비닐을 9∼15% 공중합 시킨 것을 전색제로서 사용한다.

-. 내수성, 내산. 알카리성이기 때문에 배바닥 도료에 적합하다.

-. 난연성이고, 내약품성도 크다.

* 아크릴 수지계도료

합성수지도료의 대표적인 것으로 투명성, 무변색성, 광택, 내후성등이 뛰어나다.

-. 아크릴산, 메타크릴산을 주성분으로 하는 공중합수지를 전색제라고 한다.

-. 메틸 에스테르 경우, 수지는 경질이 되고, 부틸 혹은 2-에틸헥실 에스테르 경우 수지는 연질이 된다.

(5) 페놀수지도료 도료에 사용하는 페놀 수지는 열가소성의 노블락(novolac)형.

-. 페놀수지 도막은 내수, 내산, 내알카리성이고 부착성이 좋다.

-. 통상 1mol의 포르말린이 사용되고, 염산을 촉매로 사용하여 축합시킨다.

2.3 셀룰로스 유도체 도료

* 락카(lacquar)로서 폭 넓게 알려져 있고, 니트로셀루로오스, 아세틸셀룰로오스, 아세틸부틸셀룰로오스(이상 에스테르형), 에틸셀룰로오스, 벤질셀룰로오스(이상 에테르형)를 도막성분으로 하는 도료, 이 중에서도 니트로셀룰로오스에 의한 도료가 가장 잘 알려져 있고, 락카라 고 하면 이것을 가리키는 경우가 많다.

* 락카의 도막형성은 용제의 증발에 의하기 때문에 건조는 빠르다. 니트로셀룰 로오스 단독으로는 견고성이 약하기 때문에, 수지나 가소제를 첨가하여 개질 한다.

2.4 주정(酒精)도료

알코올 주성분으로 한 용제에 수지를 용해한 것을 전색제로 하는 도료.

* 수지 ; seadlac, shellac, 로진, dammar, copal 등의 천연수지. 수지는 대부분 단독으로 사용되고, 혼합하여 사용하는 예는 적다.

* 용제 ; 메탄올, 변성알코올, 이소프로판올, 부탄올, 아세트산 에틸, 아세트산 아밀(armyl) 등이 사용되고 있다.

(1)바니스(vanish) : 천연수지를 기름 혹은 용제에 녹이기만 한 전색제

(2)바니스 : 천연수지를 기름에 녹인 것.

(3)스피리트 바니스 : 천연수지를 용제에 녹인 것.

(4)에나멜 : 여기에 안료를 넣은 것.

2.5 수성도료

에멀젼 도료라고 하는 것으로, 합성수지의 미립자가 물에서 현탁된 라텍스이 고, 수중에서 용제역활을 하여 위험성이 낮다. 또한 도막은 일단 건조하면 내수 성이 있고, 내알카리성도 좋기 때문에 콘크리트, 몰타르 등에 사용할 수 있다. 라텍스 입자의 융합에 의해 도막이 형성되기 때문에 광택은 좋지 않다.

* 에멀젼 도료에 사용되는 합성수지로서는 폴리아세트산 비닐, 폴리스틸렌, 스틸렌-부타디엔 공중합물 아크릴산 에스테르 공중합물 등이 있다.

-. 상온 경화형은 주로 건축물의 실내, 실외용으로,

-. 가열 경화형은 자동차용 프라이머(primer)로서 사용되고 있다.

2.6 분체도료

-. 수성 도료와 함께 새로운 형태의 도료로서 분체 도료가 있다.

-. 분체 도료는 용제를 사용하지 않는다.

* 분체도료 : 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지 등의 고형 수지에 경화제, 안료, 첨가제를 혼합하고, 수지의 용융온도와 경화제가 작용하는 온도 사이의 온도에서, 용융혼합하고, 또 냉각, 분쇄하여 분체 도료로 된다.

-. 분체도료는 공해 대체 도료이고,

-.도료 입자를 음으로 대전시키고, 정하전(正荷電)의 피도장체에 정전기적인 인 력으로 부착시켜 수지의 용융점 이상의 온도로 용융 소부(燒付)한다.

2.7 안료분산

* 안료분산 : 전련, 분산, 희석, 조색의 4공정으로 행한다.

1. 전색제의 일부에 안료를 간단히 혼련한다.

2. 뒤이어 이것을 볼밀(ball mill), 샌드(sand)그라인드밀이 혹은 롤밀 등을 사 용해 전색제 중의 안료를 보다 잘게 분쇄(분산)한다.

3. 이것에 전색제의 나머지를 가하여 충분히 교반하고. 원색 도료를 제조한다 (희석).

4. 원색 도료를 배합하여 목적의 색을 조제한다(조색).

   

3.도료의 건조

-. 도료는 분체 도료의 경우를 제외하고 도장시는 유동성을 부담시키기 때문에 용액(에멀젼)상태이다.

-. 이 도료를 박막으로 고화시키는 것을 건조라 부르고, 특히 가열해서 고화시 키는 것을 소부(燒付)라고 한다.

* 도료

1. 도막성분이 그대로 용액으로 되어 있는 것 ; 용제 휘발 건조형

2. 도료상태 상태일 때는 프레 폴리머이고, 도포 후 어떤 반응에 의해 경화하 여 도막을 형성하는 것 ; 반응 건조형.

표. 5 도료의 건조기구

건 조 형 식	도 료 (건 조 온 도)
상 온 산 화	유성 도료, 알키드 수지 도료
가 열 산 화	알키드 수지 도료(150℃)
상 온 축 합	에폭시 수지 도료
가 열 축 합	아미노알키드 수지 도료(110∼160℃)열경화형 아크릴 수지 도료(120∼180℃) 에폭시 수지 도료(150∼180℃), 수성 도료(130∼170℃)
상 온 중 합	폴리우레탄 도료, 불포화 폴리에스테르 수지 도료
열 중 합	폴리에스테르 수지 도료(80℃)
상온 용제휘발	락카, 에멀젼 도료

* 소부의 방법으로서는 열풍 순환 전열 적외선 조사, 가스 적외선 조사, 고주파 유전 가열 등이 있고, 이 외에 광 전자선으로 경화시킬 수 있는 도료 도 개발되고 있다.

* 용제 휘발 건조형의 도막은 도막형성 후에도 그 도료의 용제로 재용해해야 하지만 반응경화형의 도막은 일단 도막을 형성하면 그 도료의 용제에는 재용 해 하지 않는다.

   

4.도장방법

-. 도료의 도포(도장)에 앞서서, 본 바탕의 전처리가 행해진다. 수분, 유분 및 오 염물의 제거나, 본 바탕 표면의 연마하여 도막의 밀착 성능을 높이도록 한다.

-. 도장방법으로서는 도료의 종류, 도장되는 물체에 따라 많은 방법이 있다.

* 대표적인 도장방법

솔 도장: 가장 간단하고 일반적인 방법이이며 솔로 도포한다.

롤러 도장: 롤러브러쉬에 의한 도장법, 벽이나 천정 등의 평면 도장에 적합하다.

뿜칠 도장: 공업적인 도장법, 작업 능률은 좋지만, 용제 사용량이 많다. 공기를 사용하는 뿜칠과 공기를 사용하지 않는 뿜칠이 있고, 전자쪽이 도료의 비산 에 의한 손실이 크다.

침지(浸漬)도장: 도료통 중에 침지한다. 도료의 손실은 적지만, 부분적인 막 두께 의 차이가 나온다.

커튼 플로우 코터 도장: 하향의 슬릿으로부터 도료를 커튼 상으로 흘려 보내고, 그 아래로 물체를 통과시킨다. 평판의 도장에 적합하다.

정전 스프레이 도장: 도장기와 물체와의 사이에 60∼100KV의 전압을 걸고, 도료 를 분사시키면 도료 입자는 음으로 하전되고, 정전하의 물체에 들러 붙는다. 연속도장 가능하고 능률적.

정전분체 도장: 정전도장과 같은 원리이고, 분체도료를 사용한다. 도장 후 단시간 내에 용융 소성을 행한다.

전착(電着)도장: 염기 수용액 중에 폴리카르본산 수지를 용해시키고, 이 중에 피 도물을 양극으로 하여 직류를 흘려 보내면 수지가 음으로 대전하여 양극으로 이동하고, 여기에서 금속이온과 반응하고 불용화하여 도막이 된다. 코너 내부 까지 도장이 가능하다.

* 도장은 한 종류의 도료를 1회 도장시켜서 끝내는 경우는 적고, 대부분의 경우 는 두번 이상 칠을 반복한다. 칠을 반복하기 전에 도막을 연마하여 평면성을 높이는 작업을 하는 경우가 많다.

   

출처: <http://sarim.changwon.ac.kr/~khopark/chem/ch5.htm>