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                                                              제 3장 도료의 원료 - 제 1절 도료 구성의 주원료

  제 3장 도료의 원료
 

도료제조기술자는 도료원료에 대한 깊은 지식을 갖고, 배합에 임해야 하겠지만 도장기술자도 적어도 사용되는 도료원료의 성질, 조성, 용도, 성능등을 잘 모르고는 옳바른 도장이 불가능하다. 도장기술자는 도료는 항상 반제품이라는 것을 명심하고 작업에 임해야 한다. 사용자들의 기술능력에 따라 도료성능의 많은 차이를 볼 수 있다.

이들 도료는 도장에 의해서 도막화하는 주원료, 부원료가 있고 도장을 쉽게 할수 있도록 돕는 소위 도막에 남아있지 않는(휘발성성분)원료로 분류할 수가 있다.

제 1절 도료구성의 주원료

1. 유지 (지방유: Fatty oil, Fats oil)

유지는 상온에서 액체상태의 물질을 유(Oil)라 하고 유에도 동물성(어유)과 식물성(건성유, 반건성유, 불건성유)으로 나눈다.

상온에서 고체 혹은 반고체 상태의 물질을 지방(Fat)이라 하여 여기도 동물성(우지, 돈유등)과 식물성(마아가린등)이 있다.

주로 도료용으로 가장 많이 사용되는 것은 Oil계 식물성이다. 유지의 일반적 성질은 상온에서 색, 냄새, 맛이 없고 알콜에는 불용이다. 에텔이나 석유와 같은 유기용제에 잘 녹고 물보다 가볍고 가수분해하는 성질이 있다.

(1) 천연유지

1) 아마인유(Linseed Oil)
< 성 질 >
잉크, 도료제조에 가장 많이 사용하는 대표적인 건성유이다. 불포화산그리세라이드 90%를 함유하고 있다.
즉 吳素價 100이하는 불건성유에 속하고 오소가 130이상이면 건성유에 속해 공기중의 산소에 의해 건조되는 성질을 갖는 물질이다. 오소가높으면 굴절률이 높고 가열중합해서 다른 건성유보다 건조성이 양호하다. 내후성이 좋고 도막은 강인하지만 함유한 리놀렌산의 불포화도에 의해서 건조도막이 황변(Yellowing)된다. 내부용보다 외부용으로 가장 많이 사용한다.
< 용 도 >
Boiled Oil(보일유), 유바니스, 유성페인트, 유용성푸탈산수지의 원료

2) ???

< 성 질 >
대표적인 공 계건성유로서 색상은 황색미를 띄는 액체이다. 아마인유보다 오소치가 낮지만 불포화도가 높기 때문에 건성유중에서 가장 건조가 빠르다. 주성분은 올레인산 28% 에레오스테아린산 72%이고 비중 0.93 - 0.94, 산가 1.5, 오소가 150 - 165, 아마인유보다 일층 견고한 도막을 이루어 내수, 내알카리성, 내산성, 내유성, 내후성으로서 내부바니스에 주로 사용하고 특히 스파바니스(����-�Q-121; 선박용)으로 알려져 있다.
아마인유와 같이 가열처리해서 Boiled Oil로서 사용하는데 그 온도는 100℃에서 2-3시간 가열하는 것이 보통이다. 중합성이 강해서 높은 온도(280℃)에서 가열(12분정도)하면 고화된다. 그러므로 주의를 해야 한다. 목유는 다량사용시 피막이 주름(Wrinkle)생기기 쉬우므로 이것을 이용해서 축면도료(Wrinkle Paint)를 만든다. 이 주름 방지제로서 Tetra Anhydro Naphalene(205 - 215℃)용제를 소량 사용하면 좋다.
유용성페놀수지, 로진, 염화고무 등과 혼합성이 좋다. 내후성이 좋기 때문에 다른 건성유와 섞어서 주로 사용한다.
< 용 도 >
유성도료, 유성바니스, 보일유, 축명도료, 결정도료, 내산도료, 절연바니스, 알킷드수지, 비닐화유, 페놀수지바니스, 오이티시카유(Oiticica Oil)도 목유와 같이 측면에나멜에 사용한다.

3) 대두유(Soyabeen Oil)

< 성 질 >
항색빛을 띄고 아마인유에 비해 오소가가 낮고 건조가 느리다. 내수, 내후성이 적고 점착성이나 흐름(Sagging)되기 쉬운 성질이 있지만 리놀렌산의 함유량이 적기 때문에 황변이 없다. 주로 단독으로 사용하지 않지만 아마인유와 병용해서 보일유로 사용 혹은 알킷드수지(Alkyd Resin)합성에 사용한다.

4) 면실유(Cotton Seed Oil)

< 성 질 >
반건성유로서 오소가가 아마인유와 대두유 중간이므로 그 성질도 아마인유보다 황변이 적고, 대두유보다는 건조가 빠르다. 색상도 비교적 담백색이므로 아마인유, 대두유와 섞어서 사용하면 좋다.
< 용 도 > 보일유, 유성페인트(지금 거의 사용하지 않음)주로 외부용도료에 사용한다.

5) 사플라워유(Safflower Oil)

< 성 질 >
인도, 극동지대에서 산출되고 있는 대두유보다 리놀산이 주체고 리놀렌산이 없기 때문에 황변이 거의 없다. 오소가가 150정도이지만 아마인유보다 건조가 늦고 대두유보다 빠르다. 광택도 아마인유보다 좋고 성있는 강인한 도막이 된다.
< 용 도 >
담색보일유, 유성실내페인트, 유성바니스, 합성수지바니스, 최근에 건성유와 혼합하거나 단독으로도 많이 사용한다.

6) 어유(Fish Oil)

< 성 질 >
불쾌한 냄새나는 적갈색유로서 저온에서 다량 스테아린을 석출 정제하면 담황색으로 불쾌한 냄새가 난다. 건조가 늦고 점착성이 있고 내구력이 적고 황변되고 주로 선저도료나 실외에 사용한다. 도막이 연질이고 점도가 낮다.
내수성이 나쁘다. 디사이크로펜타디엔(Decyclopentdiene)으로 화학적으로 변형하며 경도및 점도상승, 건조촉진, 냄새를 없앨 수 있다. 근래 대두유, 목유 등고 혹은 대두유 대신으로 실외도료로 이용되고 있다.
< 용 도 > 하급페인트, 하도도료, Putty, 선저도료

7) 피마자유(Caster Oil)

< 성 질 >
비건성유로서 무섹에서 담황새? 점도가 있는 유이다. 주성분 리놀린산이다. 수산기(-OH)가 있기 때문에 탄화수고에는 녹지 않는다. 고온 처리하면 탈수가 일어나 알콜에 불용이다. 석유에텔에 녹기 힘들고 빙초산에 녹는다.
< 용 도 >
락카의 가소제, 탈수피마자유의 원료, 단유성알킷드수지, 윤활유, 포마드의 원료

8) 야자유(Coconut Oil)

< 성 질 >
불건성유에 속하며 주성분은 라우릭산의 그리세라이드이고, 낮은 분자량의 휘발성산을 다량으로 함유하고 있고 야자 지방산의 (다량 215)은 야자유의 가수분해로부터 얻어지는 지방산 혼합물 탄소수가 6-18이다. 변색이 없으나 공기건조나 열중합이 안된다.
< 용 도 >
불건성유푸탈산수지(단유성 Alkyd Resin)의 원료

9) 톨유(Tall Oil)

< 성 질 >
주성분은 지방산과 수지산이다. 소나무의 Pulping(제지공업)에서 얻어진다. Tall Oil 지방산은 대두유지방산보다 광택이 좋고 경도가 크다.
< 용 도 >
건조제, 변성알킷드수지

(2) 가공유

반건성유나 불건성유(Caster Oil)을 화학처리하여 건성유화한 것을 가공유 또는 합성건성유라 한다.

1) 탈수피마자유(Dehydrated Caster Oil)

< 성 질 >
피마자유를 NaHSO₄등 촉매 존재하에 피마자유의 결합수가 약 5% 재거시킨 것이다. 목유와 비슷한 건조성이 있으나 목유처럼 빠르지 못하다.
아마인유보다 속건이고 도막은 비황변성, 내수성, 내약품성, 가소성, 경도등이 양호하다. 산가가 2 - 3정도이고 안료의 분산과 침전방지성도 좋고 색상이 극히 좋으나 건조된 도막이 점착성을 갖는 것이 결점이다.
< 용 도 >
알킷드수지, 에폭시에스텔수지, 유성바니스, 마렌인화유, 비닐화유, 도로용 페인트, 에나멜, 조합페인트, 백색, 담색의 속건에나멜, 스파바니스, 절연바니스, 소부도료, 전착도료

2) 우레탄화유

< 성 질 > 유지에 이소시아네이트(Iso-Cyanate)을 반응시켜서 만든 합성건성유이다. 우레탄유의 특징은 광택, 속건, 내마모성이다. 거의 유기용매에 녹는다. 도막형성은 건성유와 동등하며 산화중합건조되므로 可使時間(Pot Life)에 대한 걱정은 없다. 건조도막은 알킷드 수지, 에폭시에스텔 정도로서 내후성, 내마모성, 내약품성, 내수성, 絶綠性이 양호하지만 내알카리성, 내염수분무성, 밀착성이 약간 나쁘다.
< 용 도 > 유성바니스, 절록바니스, 내연모성바니스, 광택바니스, 실내체육관용 바니스
< 우레탄화유제조방법 >
건성유(대두유, 아마인유) 또는 피마자유, 피마자지방산등과 다가알콜(그리세린, 펜타)로 에스델을 교환하지 않고 모노(Mono) 또는 디(di) 그리세라이드를 만들어 약 50℃에서 이소시아네이트를 서서히 첨가해서 90℃에서 가열 요구하는 점도에서 냉각시켜 요구되는 고형분으로 만들어 낸다.

3) 에스텔화유

< 성 질 > 천연유보다 착색이 되지만 건조성이 개량되고 황변도 적다. 다가 알콜과 건성유지방산을 산촉매하에서 제조한다. 내수성, 내후성, 속건성이다.
< 용 도 > 유성바니스, 유성페인트, 도로용 페인트

4) 비닐화유

< 성 질 >
비닐계모노머 20 -70%를 건성유에 부과시켜 된 합성건유로서 속건성이다. 내수성, 내알카리성, 색보유성 등이 좋지만 내용제성, 내마모성이 나쁘고 도막의 상처가 나기 쉽다.
< 용 도 > 속건 에나멜, 방청도료, 건축용도료, 도로용 페인트

2. 천연수지(Natural Resin)

천연의 동식물에서 채취된 것이기 때문에 그 중에는 땅속에 매장되어 몇 천년을 경과한 화석화된 수지도 있고 수목의 분비물을 증유해서 얻은 수지, 곤충의 분비물에서 채취한 것등 여러가지가 있고, 그 성질도 각각 다르다. 특히 바니스 원료로서 천연수지는 옛날부터 오랜 전통을 지닌것으로 요즘에 있어서도 그 아정성, 내약품성이 우수하기 때문에 중요한 위치를 차지하고 있다.

(1) 천연수지

1) 코팔(Copal 또는 Copal Gum)

< 성 질 >
동아메리카산의 화석수지로서 수지액이 땅속에 침몰해서 수천년대를 지나 화석화 되었기 때문에 천연산에도 품질이 일정하지 않다. 일종의 고분자의 수지로서 융점에 의해서 경질코팔과 연질코팔이 있다.
* 연질코팔(카와리코팔, 마니라코팔) : 용제에 녹는 것도 있지만 보통 라이닝 처리용이다.
* 경질코팔(산치바코팔, 콩고코팔) : 일반적으로 산가가 높고 (150-200)거의 유기용제에 불용으로 유와 상용성이 없기 때문에 보통 라이닝하여 고온처리한다. 주성분은 990%의 레진산이다. 아마인유 등에 불용성이므로 도료용원료로서 하기 위해서 300℃에서 가열처리해서 유용성이 되면 그리세린 등으로 에스테?화해서 내수성이 양호하다.

산화아연과 같은 염기성안료를 사용해도 응고하지 않는 도료용수지가 된다.

예: 코팔의 각 용제의 용해도를 보면

< 용 도 > 건축, 차체, 기계등에의 바니스, 색녹바니스 연질코팔은 속건바니스로 가구등의 하도용으로 사용한다. 소부바니스, 소부에나멜에서 옛날부터 사용해 왔다.

2) 송 지 (Rosin)

< 성 질 >
미국이 세계적인 산지로서 색상은 알파벳 순위로서 Rosin H보다 Rosin W, 로진 W보다 Rosin WW쪽이 담색이다. 비중 1.08 산가 150이상, 융점이 60 - 150℃로서 물에는 녹지 않으나 쉽게 유기용제(알콜, 벤젠, Oil, Ether등)에 녹는다. 석탄으로 중화해서 경질로진을 만들어 산가가 높기 때문에 도료용으로서 직접사용은 적고 그리세린과 중화해서 산가가 낮은 에스텔검(Ester Gum)을 만들어 쓴다.

< 용 도 > 유성 바니스 (콜드사이스, 코팔바니스, 스파바니스)제조시, 로진변성석탄산수지, 종이사이징제

3) 세 락 (Shellac)

< 성 질 >
인도, 버마산으로서 곤충의 분비물에 의해서 얻어지는 수지로서 락크 또는 세락이라 부른다. 담황색에서 담적색 혹은 표백담백색등이 있다.
주용제는 알콜계통이고 케통계(아세통 50% 용해) 혹은 에텔계에 (10 - 20%) 용해하지만 석유계용제는 녹지 않는다. 메탄올은 다량 쓰면 백화현상이 일어나고 희석제로 방향족계용제를 다량 쓰면 석출한다. 염소 및 차아염소산소다 등으로 표백한 것을 표백세락 또는 백세락이라 한다. 약 알카리용액에 녹고 천연수지중의 유일한 열경화성수지임으로 상온에서는 건조되었을 때는 다시 녹아나지만 100 - 150℃에서 열을 주면 경화된 도막은 다시 용해성을 잃어버린다. 또 장시간 광선을 쬐어도 용해성을 감소시킨다.
온도차이에 따라 (20℃이하, 30℃이상)변질할 우려가 쉽고 수지안에 다량의 산분이 있기 때문에 철재용기 중에서 오랜시간 보관하기 어렵다.
내유성, 내절록성, 내마모성, 밀착성, 광택이 좋다. 속건성 보다 페놀, 우레아, 로진, 마레인산수지, 초화면, 초산비닐수지, 비닐부칠랄수지 등에 상용성이 좋다.
가소제는 DOP, DBP, 피마자유, 부치랄수지 (Butyral Resin)를 가하면 유연성이 좋다. 일반적으로 수지 20 - 30% 용해된다.
< 용 도 >
주정니스, 락카니스, 전기절록바니스, 종이사이징제, 지질락카, 스크린인쇄의 조각지

4) 담 마 (Dammar Gum)

< 성 질 > 일명 담마고무, 담마, 담말이라고 한다.
인도 남방산의 수목의 분비물로서 담황색수지로서 융점 85 - 100℃, 탄화수소계용제에 용해하고 알콜, 에스텔, 용제에는 불용이다. 도장후 황변이 안된다.
< 용 도 > 백색에나멜의 전색제, 담마바니스, 락카등에 사용, 목재의 송진방지제, 가구 바니스

(2) 가공수지

1) 에스텔검(Ester Gum)

< 성 질 >
로진과 다가알콜의 화합물로서 산가가 10이하, 융점 약 120℃까지 상승한다. 내수성, 내알카리성, 내후성이 좋다. 알콜에는 불용, 펜타에리스톨과 같이 4가 알콜로서 에스텔은 연화점이 높고 내수성, 내후성이 좋고 염기성안료와 병행해도 고화되지 않는다.
< 용 도 >
유성바니스의 원료로서 광번위하게 사용한다. 특히 목유와 섞어서 유성바니스, 스파바니스라 하여 내후성, 내수성이 좋다. 油 및 화선(펜타에리스톨에스텔은 혼합성이 없음)과 혼합해서 건조를 빠르게 견고한 도막, 불점착력을 준다. 오염방지도료, 점착제에도 이용되고 있다.
< 참 고 : 제조방법의 예(wt%) >
① 송 진 100   ② 그리세린 10 - 20  ③ 붕 산 0.5 - 1
* 방 법 : ①을 200℃전후로 가열하여 ②를 넣는다. 240℃에서 1시간동안 가열후 냉각시킨다. 이때 탄산가스(CO₂)중에서 반응시키면 색상이 좋다.

2) 로 진 (Rosin)

< 성 질 >
송진의 주성분인 아비에텐인산을 중화해서 얻어진다. 처음 원료는 산가가 높고, 연화점이 낮다. 이런 결점을 제거키 위해서 소석회( Ca(OH)₂ ), 산화아연( ZnO )으로 중화해서 산가가 낮고 융점 120℃이상인 경질화로 만든 것이다.
물, 알콜계는 녹지 않고 지방족계용제, 방향족계용제에는 녹는다. 내수성이 적고 도막은 파괴되기 쉽다. 산가는 에스텔검 대용으로 많이 사용한다.

(3) 역 청 질

석유를 정유해서 얻어지는 흑색에서 흑갈색의 고체(Black Solid)로서 油溶性, 내수성, 내약품성 등이 좋고 내광성이 나쁘다.
油아스팔트에서는 브라운 아스팔트(Brown Asphalt)와 스레트아스팔트(Slatae Asphalt)가 있다.

1) 브라운 아스팔트(Brown Asphalt)

< 성 질 >
석유원유를 350 - 370℃에서 蒸氣되어 잔여분은 스레트아스팔트라고 250℃에서 공기를 주입해서 증기되어 잔여분을 브라운 아스팔트라 한다.
길소나이트에 비해 연질이고 경도는 침입도와 연화도의 측정정도로서 품종을 구별한다. 견고하고 안정성이 있고 건성유와 혼합성이 좋다. 알콜, 물 이외 용제는 잘 녹는다.
내수, 내약품성이 좋고 내광성이 나쁘기 때문에 주로 지하의 도료로서 좋다. 일반적으로 아스팔트의 특징은 건조된 피막이 시간이 경과하든지 광선이나 열을 받아서 용제에 불용성이 되는 감광성을 갖고 있다. 이 특징은 많이 이?�浩� 흑색도료 혹은 천연적인 투명적갈색을 띄기 때문에 목재도장의 눈메꿈제나 착색제로 옛날부터 사용해 왔다. 붓 도장시 얼룩이 일어나기 쉬우므로 스프레이도장을 하면 좋다.
< 용 도 > 방수도료, 살균제, 수도관파이트도료, 절연도료

2) 길소나이트(Gilsonite)

< 성 질 > 경질의 아스팔트로서 융점 150℃이상이다. 유기용제에 잘 섞이고 유지로진과 혼합성이 좋다.
< 용 도 >
흑색상온 및 소부도료 이외 반고체인 콜탈을 증류한 후 남은 것이 피취(Pitch)이며 흑색, 혹은 흑갈색의 광택이 있는 물질로서 이들 역시 방수도료 및 파이프도장에 이용하고 있다.

3. 섬유소유도체(Ceooulose Derivatives)

< 성 질 >
일명 화면 혹은 산섬유소라고 한다.
화선은 1838년 Pelouze가 목선, 아연 혹은 종이를 진한 초산에서 처리하여 가연성물질을 얻는 것이 시초였다. 1945년 스위스의 BASEL 대학교수 독일의 Schonbein씨가 산을 사용해서 화한 현재 제조법을 발명한 이래 많은 사람들이 연구에 의해서 화약용으로 제조 되었다. 그후 1969년 미국, 영국에서 동시에 현재 셀루로이드가 발명되어 도료에 사?�浩償嗤� 점도가 높아 거의 도료로 사용되지 못했다. 1919년 미국의 Gercules Power Company에서 화면을 물과 같이 가열하여 점도가 낮아지는 것을 발견해서 그후 도료 제조량이 급증하였다.
1906년 군용화약(T.N.T)원료, 1911년 세루로이드, 1929년 이후부터 락카용으로 제조되었다. 린다펄프를 화해서 만든다. 즉 정제된 린다를 건조해서 산을 처리하면 에스텔화반응에 의해서 화면을 얻는다.

C₆H₇O₂(OH)₃ + 3HNO₃----> C₆H₇O₂(ONO₂) + 3H₂O

섬유소 질산 질산섬유소 물

질소의 함유량(%)에 따라 표시된 것을 화도라 한다. 산섬유소의 경화도는 면화약(질소의 함유량 12.5 0 14%)보다 낮고 세루로이드(질소함유량 10.5 - 11%)보다 높은 것으로서 질소의 함량이 11 - 12.5%의 것이 도료용으로 사용된다. 도료용 중에서도 H형(12 - 12.5)과 L형(11 - 11.7%)이 있다.
H형은 에스텔, 케톤계 녹는 화면으로서 이 계통에 잘 용해되고 H형은 알콜계 가용성용제로서 이 계통에 용해력이 좋다 화면은 중합도, 질소분, 습윤제, 형태, 점도등 형태에 따라 여러가지로 분류하고 있다.
화도가 높으면 경도와 내수성이 좋지만 용제에 용해성이 불량이므로 한도가 있다.( 화도가 높다는 것은 중합도가 높다는 의미다. 즉 1,000이상은 도료용으로 사용불가능하다.)
화면의 점도는 측정된 도료용 수로서 점도를 표시한다. 일반적으로 화면을 외국 각 회사의 제품에 의해 살펴보면 다음과 같다.

공업용 화?의 일반적 용도로서 H 1/16, H 1/8 (일본) 은 목재, 종이 하이소리드락카(High Solek kLacquer)등에 사용하고 H 1/4, H 1/5은 대표적인 도료의 저점도용(자동차, 목재, 종이류, 연필락카, 인쇄잉크, 접착제 등)이 가장 많이 사용된다.

H_5, H_10, H₂₀ 등은 대표적인 고점도용으로서 피혁, 금속, 목재, 타이프라이트원지, 사진제판, 접착제, 락카 점도 조정제로서 사용한다. 그리고 L 1/8, L 1/4, S 1/5, L₂₀은 알콜을 주용제로서 특수락카, 무취락카, 방습세로판, 인쇄잉크, 프라스틱용 도료 등에 사용한다.

화면의 용제는 진용제(Ester, Ketone계), 조용제(알콜계) 희석용제(방향계)로 나눈다.
가소제는 DOP, DBP, TCP, 피마자유 등을 사용하고 수지로서는 담마고무, 세락, 에스텔검, 로진(하급품), 단유성알킷드수지, 말레인산수지, 비닐수지, 아크릭수지(일부 혹은 전혀 相溶性이 없는 것도 있음) 폴리비닐부치랄수지, 메라민수지 등과 혼합성이 있다.
이상과 같이 화면도료의 도막형성을 보조하기 위하여 합성수지가소제, 천연수지 등을 사용한다.
화면은 저장시 주의를 하지 않으면 안된다. 제품자체가 25 -30% 알콜(IPA)로 싸놓았기 때문에 혼 된 용제가 날아가면 화면의 고형분이 달라진다.
화면은 실내저장 혹은 화기, 통풍이 나쁘고 일광에 직접 닿는 곳이나 열이 150℃이상을 받으면 폭발하므로 저장에 특히 주의해야 한다.
불안전한 저장은 자연발화할 염려도 있다.

< 용 도 >
투명락카, 락카에나멜, 프라스틱도료, 인쇄잉크용으로 사용한다.

(2) 산섬유소 (Acetyl Cellulose)

< 성 질 >

일명 도포(Dope : 항공기용)라고 한다.
1968년 Schusenberger가 발견한 것으로서 섬유소분자내 수산기를 초산기로서 에스텔화한 것이다. 불연성, 내수성, 내구력이 특히 강하고 도막의 균열이 없다.
아세톤, 작산메틸, 작산에틸, 사염화에탄 등에 녹는다. 위의 용제외는 잘 녹지 않는 특징이 있고 목재, 금속외는 거의 부착이 되지 않는다. 흡수성이 큰 섬유소지, 종이등의 방수포, 수산기가 없기 때문에 내수성이 양호하다.

< 용 도 >
주로 항공기용 도료, 종이 방수제, 섬유방수제

< 참 고 : 산섬유소 투명도료 (wt%) >

산섬유소 8

아 세 톤 30

벤 젠 30

메 탄 올 10

가 소 제(Camphor; 포) 2

작업방법: 용제를 혼합 교반하면서 섬유소를 가한후 연화제와 가소제를 추가해서 교반용해한다.
그외 벤질세루로즈는 내수성, 내약품성이 좋고 경금속에 대한 접착력이 크고, 에칠세루로즈는 다른 수지류와 병용해서 락카에 많이 쓰며 내산도료에 사용한다.

4. 합성수지(Synthetic Resin)

세계 제 2차 대전후 합성수지의 발달로 합성고분자 화합물이 섬유, 전선, 성형제품, 건축자재, 각종 산업용재료 및 도료의 각 방면에 광범위하게 이용되고 있으므로 합성수지의 개념을 잘 파악해야만 한다. 여기서 도료제조의 원료로서 사용되는 합성수지를 분석해 보면

(1) 석탄산수지(Phenol Resin)

< 성 질 > 페놀과 알데히드류를 산 또는 알카리 촉매하에서 축합시켜서 얻은 합성수지로서 일명 페놀알데히드수지라고도 한다. 합성수지중에 최초(1913년)시장에 출현한 것이기 때문에 '베크라이트'라는 상품명으로 시판되었다. 일반적으로 도료용은 다음과 같은 수지가 사용되고 있다.

1) 알콜가용성 페놀수지

페놀과 포름알데히드를 알카리촉매로서 반응시켜서 알콜에 녹는 단계에서 반응을 정지하여 油에 불용인 열경화성수지이다. 탄화수소계용제에 녹지 않는 무색 또는 담색으로서 견고한 수지이다.

2) 열경화성 페놀수지

석탄산과 포르말린을 알카리(암모니아)촉매하에 축합해서 가용, 가융의 초기축합물의 단계에서 반응을 중지한 것을 열경화성 페놀수지라 한다. 알콜, 케톤, 에스텔 등에 용해한다. 상온에서는 견고하지만 저온가열하면 용융해 100℃이상으로 가열하면 경화해서 불용, 불융상태의 수지로 변한다.

3) 油溶性 페놀수지

석탄산과 포르말린을 축합시켜 만든 수지는 건성유와 가열해서도 균일하게 용해하지 않기 때문에 일반도료로서는 사용하지 않지만 '노브락'형 페놀수지에 로진 또는 에스텔검을 가해서 유용성으로 한다.
이것을 수지변성 유용성 페놀수지라 한다. 로진 대신 건성유(목유)를 사용해서 유용성이 된다. 이것이 도료용수지로서 가장 많이 사용되고 있다.

4) 100% 페놀수지

페놀의 '파라' 또는 '올소'위치에 알킬 또는 아닐치환기를 갖는 페놀류를 사용해서 포름알데히드와 반응시키면 로진의 변성제를 사용하지 않고소도 유용성이 되기 때문에 100%페놀수지라고 한다. 이 종류의 수지는 건성유에도 잘 녹고 가소성이 있다. 일명 알킬페놀수지, 아닐페놀수지라고도 한다.
내수성, 내알카리성, 전기절록성이 좋다.

< 용 도 >
열가용성의 유용성페놀수지는 선박, 차체등의 방청도료, 수문, 교량, 구조물(강철제)등의 보호도장, 밧데리실의 내산도료, 열경화성 유용페놀수지는 가열건조형 방청도료나 전기절록 바니스의 원료로 사용한다. 열경화성의 알콜 가용성 페놀수지는 전기절록도료, 장폭형 윗시푸라이마, 프라스틱 도료, 아스팔트실라, 건조가 빠르고 내수, 내산, 내유성이 좋기 때문에 천연수지대신 사용하나 결점은 바니스로 색상이 진한데다 건조하면 더욱 진해져서 백색도료에는 사용하기 어렵다. 그러나 천연수지에 비해 속건, 내수, 내산, 전기절록성이 좋다.

< Rosin 변성석탄산수지의 제조법 (wt %) >

① 페놀 (98%이상) 15.5
② 포르말린 21.8
③ 로 진 55.7
④ 리 사 지(PbO) 0.003
⑤ 그리세린 7.1

< 제 조 방 법 >
①, ②, ③을 100℃전후에서 2 -3시간 유지하고 150℃에서 10시간 유지한 후 220℃로 온도를 상승시켜 ④,⑤를 넣고 270 - 280℃에서 반응시켜 냉거시킨다.

(2) 알킷드 수지(Alkyd Resin)

< 성 질 >
알킷드라는 말은 원래 Kienle가 산과 알콜에서 Alcohol의 'Al'과 산의 마지막 음절을 나타내는 'Kyd'로부터 유도된 것 즉 포리에스텔을 말하는 것으로 시작한 것이다. 일명 알킷드 수지, 푸탈산 수지, 포화포리에스텔수지라고도 한다.

1) 건성유지방산 알킷드수지

< 성 질 >
알콜계로 그리세린(Glycerin), 펜타에리쓰리톨(Pentaerythritol), 에치렌그리콜( Ethylene Glycol)등과 산서웁遁으로서 무수푸탈산, 에디픽산, 이소푸타릭산, 프마릭산 등이 염기산지방산인 아마인유, 대두유, 피마자유 등의 지방산고 같이 축합시키면 지방산과 그리세린등의 알콜의 수산기와 에스??화되어 가소성의 수지로 만든다.
이 수지는 유장에 따라 공기중 산화건조나 가열건조가 달라지면 이룩된 도막은 불용, 불융의 상태로 된다. 즉 변성에 사용되는 지방유의 양에 의해서 장유성, 중유성, 단유성수지로 된다. 제조방법은 첫째, 그리세린, 프타릭안하드라이드(Pthalic Anhydride)와 지방산을 200 - 230℃로 희망하는 산가와 점도가 될때까지 가열하는 방법과 둘째는 유지를 그대로 그리세린과 약 230℃로 가열하여 에스텔교환으로 모노그리세라이드(Mono Glyceride)로 한후 Pthalic Anhydride등 산성분을 가하는 방법, 세째로 용매를 사용하여 그 용액중에서 반응시키고 반응생성물을 (즉 물량으로 반응 속도측정)용매와 함께 겔화전에 내보내는 방법등이 있다.
안료분산, 탄성, 내수성, 점착성 등이 좋고 물, 알콜의 케톤, 에스텔, 지방족계용제에 잘 용해된다.

알킷드수지의 변성유의 종류에 따라 성질이 다르다. 건조성은 아마인유, 동유, 탈수피마자유, 사프라워유, 대두유, 피마자유, 야자유 등의 순서로 빠르고 보색성은 위와 반대이다. 광택보유성은 역시 건조성과 같은 순서로 좋다.

변성유의 종류에 따라 성질이 다르므로 변성유(Modified Oil)의 성질을 보면

상품알킷드는 유량함량에 따라 短, 中, 長으로 나누고 유장이 많은 쪽일수록 지방족계 용제로 주로 용해한다.

유량의 함량 혹은 산의 양별로 대별해 보면

油함량이 많으면 도막의 유연성, 안료분산 등을 개량시키나 경도, 황변, 내약품성이 떨어진다.

다음은 油長에 의한 알킷드 수지의 일반적인 성질을 살펴보자.

2) 불건성 유지방산 변성 알킷드수지

건성유지방산변성 대신 불건성유지방산인 피마자유, 야자유 등의 지방산을 사용해서 반응시킨 것을 말한다. 이들은 상온에서 건조되지 않고 점착성을 갖고 있다. 가열하여 건조시킨다.

3) 스치렌화알킷드(Styrene Alkyd)

목유, 탈수피마자유 등과 같은 2중결합을 갖은 유지에 스렌치 모노마(Styrene Monumer)을 가해서 스치렌화유를 생성하고 그것을 사용해서 다시 푸탈산수지를 만들면 스치렌화알킷드수지가 된다. 속건성, 내수성, 내유성, 내약품성, 광택보유력이 좋다. 내알카리성을 개량하나 내광성, 내후성은 나쁘고 중복도장하면 주름이 일어나기 쉽다.

4) 수지변성알킷드수지

< 성 질 >
Rosin이나 코팔과 같은 수지산과 같이 무수푸탈산과 다가 알콜에 축합시키면 수지산의 에스테로하가 동시에 행해져서 변성수지가 얻어진다.

탄화수소용제와 용해되고 건성유에도 상용성(Compactibility)있기 때문에 유성바니스 제조에 사용하고, 초화면과도 혼합성이 있기 때문에 락카에도 사용한다.

로진변성알킷드수지는 속건성, 도막, 경도, 광택이 좋지만 내후성이 나쁘고 페놀알킷드수지는 내수성, 내알카리성, 도막광택, 경도가 좋으나 자외선에 변색하는 결점이 있다.

< 용 도 >

건성유변성단유성형: 상온건조에나멜, 락카, 메라민도료
건성유변성중유성형: 상온건조에나멜
건성유변성장유성형: 락카, 메라민소부도료
불건성유변성단유성형: 락카, 메라민소부도료
로진변성알킷드수지: 상도도료
페놀변성알킷드수지: 하도도료
스치렌화알킷드수지: 속건도료, 소부도료, 함마톤
아크릴변성알킷드수지: 락카, 속건도료, 소부도료
에폭시변성알�晧떫凉痴�: 내약품성, 금속잉크, 하도도료
비닐변성알킷드수지: 내수성, 내약품성, 속건도료
시리콘변서앙?킷드수지: 내열성, 내약품성, 내수성을 개량

< 중유성 알킷드수지 제조법 (wt%) >
① 대두유지방산 32.4
② 그리세린 25.4
③ 무수푸탈르산 37
④ 키시롤(순환용제) 5.2

< 방 법 >
①,②,③을 넣고 ④를 가한후 교반하면서 240 -260℃에서 반응을 8 -10시간 시키면서 희망하는 점도에서 냉각후(120℃) 요구하는 고형분으로 조정한다.

(3) 마레인산수지(Maleic Resin)

< 성 질 >

일명 로진변성마레인산수지라고도 한다.

담색의 고체로서 로진, 무수마레인산 및 그리세린 3자를 고온에서 반응시켜 얻는다.

융점이 140℃정도로서 유지, 방향족계에 쉽게 녹으며 일반적으로 마레인산수지라 한다. 로진에스텔 즉 Ester Gum에 비해서 높은 융점이므로 황변이 적고 내후성, 열안정성이 좋다. 제조방식에 의해서 융점, 산가용해력, 사용성등이 다른 수지를 만들 수 있다. 그리세린으로 에스텔화하면 초화면과 혼합되나 메타에리스톨로서 에스텔화하면 상용성이 없다.

또 무수마레인산의 함유량이 적으면 용해력이 증가하고 무수마레인산 대신 일부 프말산을 사용하면 융점이 높아지고 내후성이 좋아진다. 부분에스텔화딘 것은 높은 산가로서 알콜에 녹는다.

< 용 도 >

가구용락카, 락카샌딩실라, 유성바니스, 주정바니스, 목공용하도니스, 에말죤페인트, 수용성도료
< 마레인산수지 제조법 (wt%) >
① 로 진(Rosin) 77
② 무수마레인산 7.7
③ 그리세린 15.3

< 방 법 >
①, ②를 넣고 150 -180℃에서 2시간 유지하면서 ③을 넣고 240 - 260℃로 온도를 올려 5 -8시간후 냉각시킨다.

(4) 불포화 Polyester Resin

분포화기를 함유한 포리에스텔(무수마레인산이나 프말산과 같은 불포화2염기산과 다가 알콜류를 주체로한 축합물)을 중합성 모노마(Styrene Monomer등)에 용해된 수지로서 촉매(중합개시제)및 촉진제(활성제)의 첨가에 의해서 상온에서 경화한다.

경화구성은 불포화포리에스텔과 비닐모노마의 중합에 의한 것이기 때문에 건조과정에 있어서 용제 증발이 거의 없기 때문에 1회 도장으로서 두꺼운 도막을 얻을 수가 있다.

도막은 비상하게 단단하고 내용제성이 좋지만 유연성(flexibility)이 결핍이라서 도막의 상처가 생기기 쉽다. 공기중 산소에 의해서 중합을 방해하는 결점이 있고 표면이 경화 불량이 되기 때문에 보통 왁스류를 소량 넣어서 그 왁스가 도장후 표면에 떠서 피막을 형성하여 물리적으로 공기는 차단하여 경화를 돕는다.

그러나 이 왁스때문에 표면에 광택이 없으므로 연마후 광택을 얻는다. 이것에 대해서 최근에는 논왓스형수지(Non-Wax Resin)가 개발되어 있다.

< 용 도 >
목공제품(단스, 식탁, 악시, 경대, 옷장등)
하드보드, 합판, 폴리에스텔빠데, 우레탄도료의 상도용으로도 사용된다.

(5) 요소수지(Urea Resin)

무색투명의 점성액체로서 요소가 포르말린과의 축합에 의해서 생성된 수지로서 수용성 요소수지, 알콜가용성요수지, 키시놀, 알콜용성수지등 3종으로 분류한다.

1) 수용성요소수지

요소와 포르말린과를 약알카리성 또는 중성으로서 반응시키면 물에 가용서 초기 축합물이 생성된다.
이 초기 축합물은 물이 증발해서 고온에서 가열하든가 또는 산성촉매를 가하면 반응을 하여 불용, 불융성 물질이 된다. 일반저으로 내수성, 내후성이 나쁘다.

2) 알콜가용성요소수지

요소와 포르말린을 가열 반응시킨후 푸탈산수지를 가해서 가열하면 요소수지중의 메칠기가 푸탈산수지중의 유리수산기와 반응해서 에텔화되어 수가용성수지가 알콜가용성수지로 된다. 푸탈산수지 그외 수지와 상용성이 좋고 인산, 수산, 안식향산 또는 이것의 에스텔유에 의해 경화된다.

3) 키시놀, 알콜가용성요소수지

요소와 포르말린및 부탄올과 가열해서 에델화된 요소수지를 만들어 감압하에서 가열탈수해서 부탄올, 키시놀 등에 가해서 조정한 것이다.
가소성, 부착성을 개량하기 때문에 불건성푸탈산수지와 공축합한다. 또는 불건성유알킷드수지와 잘 섞인다. 요소수지는 메라민수지에 비해서 경화가 빠르고 연마성이 좋지만 도료의 저장 안정성, 도막의 내후성이 나쁘다. 경화제로 염산의 알콜용액이 가장 많다. 이들은 도장 직전에 섞어서 사용한다.

이 경화촉매(경화제)는 휘발성이다. 그외 경화제로서 염화암모니아 같은 강산의 염류, 인산모노부칠 같은 산성인산에스텔, 유기설폰산등이 사용된다.

< 용 도 >
합판도료, 목제가구, 목공품, 점착제, 메라민알킷드소부도료, 하이소드리락카

(6) 메라민수지(Melamine Resin)

< 성 질 >
메라민과 포르말린과의 축합물을 메라민수지라 한다. 반응이나 생성은 요소수지와 유사하고 수가용성, 탄화수소가용성, 탄화수소불용성등 3종이 있다.
수가용성은 축합이 진행되면 불용성이 되고 부탄올과 같은 1가알콜의 존재하에서 축합하면 탄화수소, 가용성수지가 생성된다.
도료용에 사용되는 것은 부탄올로서 에텔화해서 축합을 진행시킨 것을 사용한다. 불휘발분이 50-70%의 무색, 투명의 점성액체로서 알콜, 에스텔, 케톤, 방향족계용제에 용해하고 알킷드수지, 에폭시수지, 아크릭수지, 염화비닐공중합수지와 혼합성이 좋다. 에텔화에 보통 부탄올이 사용된다.
요소수지 보다 가열온도가 높고 경도가 크다. 보색성, 광택보유성, 내수성, 내알카리성, 내용제성, 내후성이 좋지만 금속에 부착이 나쁘다. 알킷드와 혼합시 저장안정성, 평활성을 좋게 하기 위해서 트리에칠아민(Triethylamine)을 사용한다.

< 용 도 >
하이소드리락카, 아크릴소부도료, 메라민알킷드 소부도료, 에폭시도료, 접착제, 산경화수지도료, 목공도료, 합판도료

(7) 산비닐수지(Polyvinly acetate resin)

< 성 질 >
아세치렌과 초산을 반응해서 얻어지는 초산비닐은 광선 또는 가열에 의해서 중합해서 수지를 생성한다. 도료용으로 평균분자량이 300 - 500정도이고 메탄올, 아세톤, 에칠아세테이트, 톨루엔, 셀루솔브등에 잘 녹고 IPA, 부탄올, 키시놀은 잠제용제(Latent Solvent)이다. 아크릴수지(메타아크릴산에칠)초화면, 세락, 담마고무, 장유성알킷드와 상용성이 있다.

이 수지는 감온성이 커서 40℃부근에서 지문이 남는다. 내수성이 결핍 가열경화된 도막도 대기중에서 흡온에서 연화한다. 평균중합도 1,000이전의 것은 감온성이 감소되고 내수성이 향상되지만 용해성이나 상용성이 나쁘고 도장시 실과 같은 현상과 귤껍질(Orange peel)현상이 나타나므로 단독사용은 거의 없다.

< 용 도 >
목공관계하도, 도로페인트, 접착제, 스치렌판용도료, 프라스틱도료

(8) 염화비닐^.산비닐공중합체수지(Vinyl Chroride/Vinyl Acetate Copolymer Resin)

< 성 질 >

일명 염화비닐수지라고도 한다. 백색분말로서 염화비닐의 강인성, 내약품성과 초산비닐의 易溶性, 가소성, 부착성 등을 조합해서 도료에 적당하도록 한 것이다.

염화비닐(VC)와 초산비닐(VAC)의 공중합 Mole비에 의해서 수지의 성질이 다소 다르다.

염화비닐 87전후 것은 용해성은 좋지만 용해점도가 약간 높고 도막이 강인해서 내약품성이 좋다. VC/VAC(Mole비) = 70/30 정도 공중합체로서 용해성도 좋고 용제점도가 높지 않고 그외 소량의 ?무수마레인산을 함유한 것이다. 알콜기( -OH)를 함유한 것이 사용되고 있다. 도료용으로 사용되는 것은 대체로 평균 중합도가 100 - 400정도이다. 주용제는 케톤이고 희석용제는 방향족계 용제를 많이 쓴다.

(예: MIBK/Toluene = 1:1)

산, 알카리, 휘발유, 알콜, 기름, 식염수등에 대해서 저항성이 크면 유연성이 좋고 離燃性으로서 자기소화가 된다. 내수성, 내알카리성, 내후성이 좋다. 100℃이상 가열하면 염�i모를 발생 자동촉매작용에 의해서 분해반응을 일으켜 검게 착색해서 도막이 떨어지고 소화작업이 된다.

이 작용은 광선(자외선)에 의해서도 동일하다. 따라서 염화비닐수지는 안정제를 첨가할 필요가 있다.(예: 구연산) 마레인산을 함유한 수지(VMCH: -COOH)는 금속, 콘크리트등에 부착이 좋고 알콜기(-OH:VAGH)를 갖은 수지는 다른 수지와 상용성이 좋다.

알킷드, 페놀, 요소, 아크릭, 에폭시, 메라민수지와 혼합성이 좋다. 비닐도료는 사용되는 수지의 종류에 따라 전혀 적성이 맞지 않는 경향이 있으므로 주의해서 사용해? 하고 메이카에서는 소지에 알맞은 도료및 작업방법을 지시받는 편이 좋다.

VC/VAC = 87/23정도의 수지는 하도도료로서 사용은 되나 부착을 좋게하기 위해서 반드시 하도도료를 해야하고 200℃전후에서 1 -2시간 가열하면 부착이 증가해서 좋은 경도와 광택을 갖는 도막이 된다. 마레인산을 함유한 것은 금속, 콘크리트 유리, 목재에 부차깅 좋으므로 하도(Primer)에 적합하고, -OH기를 함유한 것은 상용성이 좋아 메라민, 페놀, 에폭시등을 첨가하여 3차원화를 이룬다. 장유성알킷드와 혼합하여 선박의 Topside페인트에 주로 사용한다.

< 용 도 >

내약품성도료, 방식도료, 선저도료, Stripable 페인트(일시보호용도료) 착색제, 전선용, 필림, 성형품

(9) 폴리비닐부치랄수지(Poly vinyl butyral resin)

< 성 질 >

폴리초산비닐과 부분적으로 가수분해해서 일부는 비닐알콜로서 그것에 부칠알데히드를 작용시켜서 Butyl화한 백색분말이다.

조성은 비닐 54, 부칠알데히드 38, 아세테트 0.3, 하드록실기(-OH) 7로서 이Hydroyl기는 알콜에 용해도를 증가시키고 물에도 약간 용해력이 있기 때문에 워시푸라이마(Wash primer)를 도장후 하도하지 않고 장시간 방치하면 좋지 않다.

물 5%정도가 알콜, 케톤, 에스텔류와 혼합해서 조용제 역할을 한다. 알콜, 케톤, 에스텔에 용해하고 부착력이 좋다. 유연성이 좋아 가소제가 필요없고 강인해서 광선이나 열에 변색이 적다. 저장중에 점도변화가 없고 중합도 2,000으로서 연화점이 130℃부근이고 초산, 티옥키산, 세루솔브, 크로로포름등에 용해, 피마자유, 코팔고무, (마니라)담마고무, 로진, 세락, 메라민, 에칠세루로, 에스텔검, 페놀, 유레아와 상용성이 좋다. 초화면은 어느 범위내 혼합되고, 염화비닐, 아크릴수지, 염화고무등과 상용성이 전혀 없다. 소부도료의 건조시간단축 및 상기 수지와 저온 혹은 짧은 시간내 경화되어 열가소성에서 열경화성으로 변한다.(즉 내용제, 내습성, 부착증가)알콜가용성페놀과 혼합해서 내습성이 좋은 장폭형 W/P를 만든다. 윗시푸라이마와 경화제를 혼합한 후 24시간후 사용하면 부착이 나빠진다.(왜냐하면 반응이 진행되었기 때문)보통 강상, 강알카리에는 견딜정도이고 부치랄수지는 그 구조로 보면 비닐부치랄을 주제로 한 초산비닐 및 비닐알콜의 Tripolymer로 생각하면 된다.

비닐부칠랄 %가 많은 경우 용제에 대한 용해성, 내수성이 향상되고 비닐알콜 %가 증가하면 비닐성질을 나타낸다. 부칠랄수지와 상온경화성페놀수지와 사용�暳돋렝� 단독에 비해서 내수성, 내약품성, 내열성이 좋다. 부치랄수지와 알콜변성메라민수지와 혼합액에 산성촉매를 가해서 얻은 도막은 내수성, 내약품성, 내열성이 좋다.

< 용 도 >

에칭푸라이마(Etching primer), 목재용도료 및 훨라, 금속 도료, 하드보드용도료, 프라스틱용도료, 스크린인쇄잉크(유리용)

(10)포리스치렌수지(Polystyrene resin)

< 성 질 >

스치렌을 光 또는 가열에 의해서 중합시켜 얻어지는 수지로서 열가소성수지이다. 유리와 같이 무색투명하고 단단한 수지이다. 비중 1.05 - 1.07연화점 85 ? 5℃ 내수성, 전기절연성, 내산성, 내알카리성은 좋지만 부착성, 내후성(자외선 투과율이 크다)이 나쁘다. 에스텔, 방향족계용제, 케톤용제 잘 녹고 휘발유에도 일부 녹는다. 로진, 에스텔검, 구마론과 상용성이 있다. 가소제로 DOP, DBP가 좋다.

< 용 도 >

프라스틱, 내산, 내알카리성도료, 기와용도료, 락카하도용도료, 속건바니스, 도로용도료, 방수도료, 방수도료

(11) 아크릴수지(Acrylic resin)

< 성 질 >

아크릴산 또는 메타아크릭산에스텔을 중합시켜서 얻어지는 수지로서 도료용으로는 용액중합, 유화중합 2가지가 있다. 여기서는 유藁중합은 합성수지 에말죤류에서 취급하고 용액중합을 종합해 보겠다.

1) 열가소성 아크릭수지(Thormoplastic acrylic resin)

< 성 질 >

아크릭산에스텔 중합체는 연질로서 부착이 크고 연성이 양호하다. Alkykl기가 커짐에 따라 그 성질은 현저하다. 또 메타아크릴산에스텔 중합체도막은 경도가 좋고 부착이 나쁘다. 이것은 방향족탄화수소, 에스텔케톤, 세루솔브계, 염소화탄화수소계용제에 녹고 지방족탄화수소에 녹지 않는다. 초화면, 알킷드수지, 마레인산수지, 페놀수지, 초산비닐, 염화비닐, 에폭시, 로진, 코팔고무등에 어느정도 상용성이 있지만 그 상용성은 아크릴수지의 종류에 따라 다르다.

아크릭수지 단독으로 사용할 경우 경도가 크고 초화면 혹은 비닐수지등에 혼합하여 도막경도를 올릴수가 있다. 도마은 무색투명하여 착색도막의 색이 선명해서 어떠한 고온에서도 변색되지 않고 광택보유성이 좋다. 내수성, 내알카리성, 내후성, 상온건조 및 강제건조형에도 좋다. 굴절률이 높기 때문에 메타릭이 선명하게 나타난다.

< 용 도 >

자동차, 차량, 경금속도료, 프라스틱 성형품, 프라스틱용도료, 지용도료, 진공증착용도료, 콘크리트도료, 아크릭락카, 비닐락카등 가장 많은 도료이다.

2) 열경화성 아크릭수지(Thermosetting acrylic resin)

< 성 질 >

아크릭산, 메타아크릴산 및 이것을 에스텔, 스치렌등의 공중합물을 주체로서 그것에 카르복실기(Carboxyl -COOH), 하이드록실기, 아미드, 메치롤, 에폭시 등의 반응성 관능기를 옆에 붙어 있기 때문에 이것이 가교제로서 아미노수지, 에폭시수지, 페놀수지, 무수물등을 사용해서 가열경화시킨다.

MIBK, 싸이크로햇사논, 부칠아세테이트, 키시롤 등에 대해서 용해력이 크다. 단독 가열경화할 경우도 있고 메라민수지와 혼합할 경우도 있다. 공업용 메라민알킷드 도료보다 경도, 광택, 약품성, 상품가치등이 상당히 좋고 요즘에 대치하는 경향이 많다. 또 메라민소부도료보다 경화온도가 높다(150 - 170℃/20 - 30분 혹은 230 270℃/1 - 2 분) 1회도장으로서 충분한 굴림보호도료가 될 수 있어 작업공정을 단축할 수도 있다.

부차것��, 내광성, 내후성, 내수성, 내약품성, 내오염성, 광택, 경도, 내충격성, 내굴곡성이 좋기 때문에 도장후 물리적 가공이 좋다.

< 용 도 >

공업용도료, 자동차, 차량, 전기제품, 가구, 사무용품등의 에나멜 혹은 투명도료, 금속시트, 철재, 경금속(알미늄, 아연판)등의 하도도료, 선풍기,? 냉장고, 기차등 다목적으로 사용되고 있다.

< 열가소성 아크릴수지 제조법(wt%)>

① M.M.A 70

② 2 E.H.A 20

③ Xylol 90

④ B P O(촉매) 1

< 방 법 >

①,②,③,④를 넣고 130 - 140℃에서 반응시켜 요구하는 점도에서 반응완료시킨다.

(12) 폴리비닐알콜(Poly vinyl alcohol : PVA)

< 성 질 >

일명 포발이라고도 한다. 백색 또는 담황색의 분말로서 저분자량의 것이 쉽게 물에 녹는다. 고분자량의 것은 항장력, 피막강도, 신장도, 연성이 좋다. 겔화도가 높음에 따라 항장력, 피막강도, 신장도가 증가하고 부분적인 Gel화물은 찬물에도 쉽게 용해하지만 가열해서 녹일 필요가 있다.

물에 대한 용해도는 Gel화도 88%로서 최고이다. 건조된 파막은 동식물유, Grease, 석유계탄화수소에 침투되지 않는다. 유기용제에 대한 저항도는 같이 올라간다. 일반적으로 130 - 140℃까지 가열해도 거의 성질이 변하지 않는다. 그리세린과 염산 혹은 인산을 넣으며 금속에 대한 부착을 증가시키고 있다. 보호콜로이드 작용이 있고 비이온유화제로서 산, 알카리등에 혼합이 유화제보다 좋은 잇점이 많다. 유화제로서 산, 알카리등의 혼합이 가능하고 부분겔화쪽이 완전 겔화물보다도 유화제로서 유효하고 저분자 것보다 고분자의 것이 효과적이다.

< 용 도 >

초산비닐에멜죤의 원료, 접착제, 유화제, 증점제, 일시보호용도료, 저질수성도료, 전색제

(13) 석유수지 (Petroleum resin)

< 성 질 >

전원료유의 분해법에 의해서 얻어지는 수지로서 대개 다음과 같다. 비중 0.89 - 1.1, 연화점 80 - 110℃, 옥탄가 30 - 300, 산가 1이하의 담색의 고형체이다. 주로 방향족계, 케톤, 에스텔, 스치렌등에 녹고 물과 알콜에는 녹지 않는다. 속건성이고 연성의 결핍은 가소제(DOP, DBP)을 첨가해서 보충한다.

< 용 도 >

에스텔검대용, 유성바니스, 종이사이징, 알미늄페인트, 속건방청도료, 속건니스

(14) 구마론수지(Curmarone Resin)

< 성 질 >

구마론 인덴 스치렌등의 공중합수지로서 석탄의 건유할때 생기는 솔벤트납샤의 160 180℃의 유분을 진한 황산및 염화알미늄등의 촉매로서 저온에서 중합해서 만든다. 담황색의 고체로서 융점 135 - 150℃ 방향족계용제, 테레핀유등에 녹고 알콜계, 에스텔계, 케톤계에는 잘 녹지 않는다. 에스텔검, 알킷드, 폴리스치렌, 건성유등 많은 유지및 천연수지와 잘 섞인다. 내산, 내수, 내알카리성, 내후성, 전기절록성이 좋고 구마론은 불검화물질이 없으므로 내알카리성이 극히 좋다. 용해된 수지의 점도가 저점도임으로 도막두께가 많이 올라갈 수 있다. 산가가 1이하이다. 내열성은 연화점 이상에서 장시간 방치하면 흑색도는 착색되지만 분해온도는 440 480℃정도로 높다. 건성유에 잘 혼합된다. 염화고무와 잘 섞인다.

< 용 도 >

유성바니스, 유성에나멜, 페놀수지바니스로서 방식도료, 접착제, 알미늄페인트, 도로용도료

< 일반적인 열가소성 탄화수소의 특징 >

(15) 폴리우레탄수지(Polyurethane resin)

< 성 질 >

우레탄수지는 조성중에 (-NH, COO-)로서 표시하는 우레탄결합을 갖고 있는 수지의 전부를 말한다. 일반적으로 도료용 폴리우레탄수지로서는 다음 3가지 형으로 나눌수 있다.

Polyester 또는 폴리에텔과 이소시아네트기 (Isocyanate 기)를 갖는 화합물과 결합하는 형(2액형 폴리우레탄수지)과 습기경화성 폴리우레탄형 그리고 우레탄화형으로 나눌수 있다.

1) 폴리우레탄용 폴리에스텔, 폴리우레탄용 폴리에텔

< 성 질 >

이것을 일반적으로 폴리올(Polyol)이라고 부른다. 폴리에스텔은 유기2염기산과 그리콜류와 반응해서 얻는 폴리에스텔은 그리콜류와 폴리마이다. 이들은 폴리올 성질은 2염기산이 그리콜 종류나 중합도에 의해서 다르지만 폴리올(-OH)은 이소시아네葡트기(Isocyanate-NCO)와 반응해서 우레탄결합을 만든다.

산가는 6 - 7정도이다. 이소시아네이트 화합물과 이소시아네트기는 활성수소화합물과 반응한다. 반응속도는 일반적으로 활성수소화합물의 염기성이 높은 것이 빠르고 중성보다 산성이 늦어지는 경향이 있다. 제1급아민> 암모니아> 물> 제1급알콜> 제2급알콜> 제3급알콜> 활성메치렌페놀> 카복실기 순위이다.

경제적인 T.D.I가 있지만 활성이 큰 화합물이기 때문에 포리올과 반응이 가사시간(Pot Life)이 짧다. T.D.I는 독성이 있기 때문에 환기를 주의하고 피하에 부착되었을대 메탄올, 에탄올 등으로서 세척후 비누물로 세척하면 좋다. 폴리우레탄은 목재(섬유소)와 화학적으로 반응을 하기 때문에 부착, 광택, 내마모성이 모든 수지중에 가장 좋다. 내약품성은 에폭시수지와 동등하다.

목재, 금속, 프라스틱, 고무, 콘크리트, 종이, 섬유, 피혁등의 부착이 좋고 내수성, 내약품성, 내용제성이 크다. 용제로서 알콜계용제는 사용하지 않아야 한다. 에스텔, 케톤, 세루솔브등 용제에 잘 용해한다. 폴리올의 조성에 의해 비상히 경도가 있는 것부터 연성이 풍부한 도막을 얻기 때문이다. 일광에 장시간 두면 황변하고 2액형이라 작업이 불편하고 가사시간이 짧다.

< 용 도 >

가구용도료, 금속용도료, 콘크리트용도료, 피혁도료, 고무용도료, 프라스틱용도료, 체육관, 공장, 마루용도료(내연모성도료)

2) 습기경화형 폴리우레탄수지

< 성 질 >

폴리올과 이소시아네트류와의 Prepolymer로서 말단에는 -NCO기를 갖고 있고 공기중의 습기가 경화한다. 촉매경화제 폴리우레탄도료는 기본적인 습기경화형과 동형이고 소량의 촉매의 첨가에 의해서 경화한다.

촉매로서 제 3급아민, 유기주석염이 효과적이다. 주로 디에칠에탄올아민(Diethyl ethanol amine), 트리에칠디아민(Triethyl diamine)등이다. 용제로서는 키시놀단독, 방향족, 에스텔 혼합물이다. 소량의 습기로서 경화반응이 진행하는 반면에 프리포리마(Prepolymer)는 습기에 민감하기 때문에 취급에 주의하여야 한다.

습기가 높으면 건조시간이 단축되고 너무 습도가 높으면 핀홀이나 기포가 발생한다. 도막의 성능은 2액형도료에 유사하지만 사용법이 간단하여 가구도장도료로서 사용한다.

< 용 도 >

가구용도료, 선저도료

3) 우레탄유 (Urethane Oil)

< 성 질 >

건성유 유도체와 이소시아네이트와 반응해서 유리이소시아네이트기가 함유하고 있지 않아야 된다.

유분자중 2중결합이 공기중의 산소에 의해서 산화중합해서 가교해서 경화한다. 따라서 나프텐산연이나 나프텐산코발트 등의 금속비누를 사용한다. 지방족계탄화수소, 방향족계탄화수소에도 잘 용해한다. 광택, 속건성이고 연성, 내연모성, 내수성등이 우수하므로 요즘 유성바니스의 대용으로 많이 사용한다.

알킷드수지, 에폭시수지에 비해 도막의 경도가 높고 내연모성, 내약품성이 좋다. 실외에서는 황변하는 경우가 적지만 실내에서 약간 황변하는 경향이 있다. 일액형이므로 작업이 편리하고 가사시간이 없어 걱정할 필요가 없다.

< 용 도 >

마루용바니스, 장판에나멜, 장판니스, 선박도료, 철재용도료, 건축실외도료, 접착제

(16) 에폭시수지 (Epoxy Resin)

< 성 질 >

석유에서 유도된 에피크롤히드릴과 페놀프로판의 각종의 비율로 반응시켜서 얻는 일연의 축중합체로서 그 구조식은 다음과 같다.

분자의 주결합은 에테르결합이고 에스텔결합이 함유되지 않았기 때문에내약품성이 좋고 에폭시기( -CH - CH₂)와 수산기( -OH )가 넓은 간격으로 되어서 규칙적으로 분포되어 있기 때문에 가교하면 연성이 좋은 경화수지를 얻는다. 또 소지에 부착이 좋고 경화시의 수축이 극히 적고 기계적, 강도, 강인성, 내마모성, 내약품성이 좋다. 환상지방족계 에폭시수지는 점도가 낮기 때문에 작업성이 좋다. 내열성이 좋고 벤젠핵을 함유하지 않았기 때문에 내후성이 좋다. 모든 수지중에서 가장 기계적, 화학적, 성질이 크다.

페놀, 메라민, 요소수지등의 열경화성유지와 혼합해서 170℃이상 고온에서 소부한 도료는 전기기구, 기계기구 등의 방식도료용깡통도료, 쥬브내부도료, 전선도료, 내약품성도료, 아민류, 폴리아미드를 경화제로 에폭시기 혹은 수산기와 아민기를 반응시켜서 경화되는 2액형도료로서 상온건조 및 80 -190℃의 저온건조로 가능하다. 에폭시 수지를 지방산류로서 에스텔화한 것은 상온건조도료로서 또는 아미노수지와 같은 120 - 140℃의 소부도료로서 사용한다. 그외 에폭시수지는 아크릭, 이소시아네트 등과 병용해서 금속도장에 사용한다. 에폭시도료의 경화제로 이소시아네트를 사용하여 즉 우레탄에폭시도료는 에폭시도료의 낮은 온도(0℃)에서 경화반응이 불가능할 때 작업이 가능하고 성능도 좋다. 콜탈과 혼합하여 탈에폭시도료를 만든다.

환상지방족계에폭시수지는 주로 산무수물을 사용해서 경화시킨다. 또 이염기산, 칼복산 및 다葡알콜과 반응해서 연성을 준다. 케톤, 에스텔, 세루솔브에 주용제고, 방향족계용제는 희석용제이다.

< 용 제 >

전선도료, 내약품성도료, 콘크리트용도료, 피혁도료, 강력접착제등 다목적으로 사용이 가능하다.

(17) 규소수지 (Silicon Resin)

< 성 질 >

알킬(또는 아닐) 크로로시탄을 가수분해해서 중합에 의해 얻어지는 유기물과 무기물의 중간에 위치한 중합체이다. 이를 Silicon이라 부른다. 수지상물, 유상물, Rubber상물이 있지만 도료용으로서 수지상물의 초기축합물을 용제에 용해해서 사용한다.

무색투명, 무색반투명, 담황색투명이 도료로 사용된다. 온도에 대해 극히 민감하여 ( -20℃ - 260℃) 내수성이 우수하고 유성바니스에 비해 흡수율이 1/3 - 1/5정도로 적고 내수성, 연성이 크다.

불활성으로서 내후성, 내이온성, 내약품성이 크다. 구조중 무기성의 Si-O-Si결합의 양자를 병용하기 때문에 비상히 내열성, 내후성, 전기절록성이 우수하지만 고가이다.

알킷드수지와 병용해서 상온건조형 혹은 가열형으로 사용 메라민수지, 에폭시, 아크릭수지와 혼합하여 내열성을 요구하는 스토브에 가장 많이 사용한다. 내열도료는 배합성 전색제의 비가 보통 도료에 비해 1/3정도(10 - 15%)가 가장 좋다. 내열도료는 150 -200℃에서 1시간 혹은 260℃에서 20분정도 소부하여 사용한다.

< 용 도 >

내열도료, 내약품성도료, 전기색록도료, 접착제 그외 시리콘계등 Oil은 발수제, 소포제, 이형제, 시리콘고무등 기타 계면활성제도 중요한 것이다.

(18) 폴리아마이드수지 (Poly Amide Resin)

< 성 질 >

분자중에 (-CO - NH - )인 아미드기를 갖은 고분자로서 나이론이 그 대표적 폴리아미드지만 현재 도료에 사용되는 것은 폴리아미드와 디아민산의 결합에 의해서 얻어지는 수지이다. 종류는 고형, 액형, 용제형의 수지가 있다.

이것은 분자내 활성아미노기를 갖고 있고 Amide가는 300 - 400정도이다. 아민가와 산가가 높은 것은 반응성이 높은 (산성도가 강한 안료에도 부적당)것은 에폭시수지의 경화제로 사용하고 아민가가 낮은 것은 주로 직소트로픽 성질을 주는 목적에 사용한다. 수지는 알킷드, 로진, 페놀, 마레인산수지, 초화면 등과 상용성이 좋고 알콜, 세루솔브등에 용해하지만 방향족계용제와 벼용하여 사용하면 경제적이다. 케톤, 에스텔에는 녹지 않는다. 연화점 90 - 150℃이고 에폭시수지의 경화제, 포리아민 보다도 가사시간(Pot Life)가 길고 도막성능도 좋다. 경화속도는 온도가 높으면 빠르다. 그러나 내약품성, 내용제성이 나쁘다.

에폭시수지에 대한 포리아마이드 비율이 많으면 연성이 큰 도막을 얻지만 경화속도는 양자 큰 차이가 없다. 알킷드수지등에 10 - 40% 혼합하면 직소트로픽 성질을 준다.

< 용 도 >

세로판잉크, 구라비아잉크, 알미늄박용 도료, 방부제, 프라스틱용도료, 접착제

(19) 염화고무 (Chlorinated Rubber)

< 성 질 >

생고무를 중합해葡서 분자량이 낮은 것을 용액으로 염소가스를 통하면 염화고무가 생성된다. 염화고무는 염소화도에 의해 성질이 다르므로 결합 염소 40%전후 것은 고무상으로 유연성이 있고 불안정하며 54%가 되면 연성을 잃고 견고한 탄성이 없다. 67 - 68%가 되면 안정성이 있고 화학약품에 대하여 저항성이 좋고 69%이상이면 염화고무의 특성응? 잃는다. 백색분말로서 여러 종류의 점도를 갖고 있다. 내약품성, 내염모성, 내충격성이 좋고 135℃에서 가열분해된다.

방향족계용제, 케톤, 에스텔, 세루솔브에 용해되고 지방족계용제, 알콜에 녹지 않고 미네랄스피릿드는 희석용제로 사용한다.

로진, 구마론, 페놀, 염화비닐, 석유수지, 장유성알킷드수지와 상용성이 있다. 中油性알킷드는 일부 상용성이 좋고, 短油性알킷드는 상용성이 없다. 천연적으로 내약품성, 무기산 알카리, 부식성가스, 염수등에 침투가 안된다. 防 성, 내약품성을 요구하는 곳에는 염소화가스제를 사용한다. 도막의 광택, 작업성을 개량키 위해서 알킷드와 병용, 그것에 의해 알킷드수지의 건조성, 내약품성 개량 염화고무의 부착성도 개량시킨다. 가스나 약품의 영향을 받는 장소의 보호, 방식도료 단독의 도막은 단단해지는 경향이 있기 때문에 염화파라핀, 염화페놀, DOP, TCP, Epoxy화 대두유 등의 가소제를 병용하는 경우가 많다. 100 - 150℃에서 분해가 일어나 염소가 일어나므로 취급주의해야 한다.

< 용 도 >

내산도료, 내알카리성도료, 防火도료, 콘크리트용 도료, 도료용도료, 합판도료, 잉크, 접착제, 선저도료

(20) 합성수지에말죤

< 성 질>

유백색의 액체로서 물에 대한 친화력이 커서 경제적이다. 일반적으로 용액형 비닐수지에 비해서 분자량이 크고 유성에말죤에 비해 기계적 경도나 화학약품에 대한 저항력이 크다. 입자는 1 - 5?, 0.5 - 1.5?, 0.25?이하 3가지 형으로 분류한다. 입자의 직경이 적으면 투명도막의 내수성이 증가하지만 사용목적에 따라 적당한 직경의 것이 사용되어야 한다. 전하는 일반적으로 음이온 또는 비이온성이다. 에말죤 성질은 호모포리마및 Copolymr, 서로 다른 보호콜로이드형, 분자량, 분자량분포에 따라 결정된다.

분산계의 입자는 일반적으로 고형입자지만 도막형성시 상온에서 입자간의 융착이 얼마나 균일한 연속피막이 이루어지는 것이 필요함으로 이것은 입자의 점성계수와 관계있고 가소제를 첨가하면 에말죤 입자에 가소성이 흡착해서 다음에 내장되어서 점성계수가 증가 내부가소화딘 것은 안정성, 내수성이 증가한다.

에말죤은 내알카리성, 내 성 등이 좋지만 문제점은 저온에서 동결을 일으켜서 에말죤을 파괴시키는 것과 도막의 부식이 일어나기 쉽다. 이것에 대해서는 적당한 동결방지제(에칠렌그리콜, 부칠세루솔브등)와 부식방지제(안식향산, 포르말린, 암모니아수)를 첨가해서 사용한다.

에말죤 종류로서는 초산비닐에말죤, 아크릭에말죤, 스치렌부타디엔에말죤, 염화비닐-염화비닐리덴에말죤 등이 있다.

1) 초산비닐에말죤(Vinyl Acetate Emulsion)

< 성 질 >

호모포리마와 코포리마이다. 호모포리마는 주로 내부용에 사용하지만 아크릭산에스델, 마레인산 디부칠 등을 사용한 Copolymer는 외부에서도 사용한다.

pH는 일반적으로 산성쪽이나 특징은 아크릭에말죤이나 스치렌부타디엔 에말죤에 비해서 安價이지만 도막의 내수성, 내세척성, 내후성이 나쁘다.

2) 아크릭에말죤 (Acrylic Emulsion)

< 성 질 >

아크릭산에스텔, 스치렌, 비닐아세테이트 등 Copolymer가 일반적으로 사용되고 있다.

아크릭산에스텔의 알콜의 탄소수가 증가하고 포리마의 신장도가 증가하여 연화점이 낮다. 도막의 평골성, 부착성, 내수성, 내약품성, 내세척성, 내후성, 보색성이 좋지만 다른 에말죤보다 가격이 비싸다.

3) 스치렌 부타디엔 에말죤 (Styrene Butadiene Emulsion)

< 성 질 >

내수성, 내알카리성은 좋지만 내자외선이 나쁘다. 초산비닐바사택크, 비닐에스텔 공중합에말죤은 아크릭에말죤과 동등하게 냉동안정성 도막의 내수성, 내알카리성, 내세척성, 내후성이 좋다.

합성수지의 일반적 성질과 용도를 살펴보면

< 용 도 >

콘크리트계내외벽의 수성에말죤도료, 접착제(Binder)

< 초산비닐에말죤 수지제조법(WT%) >

< 제조방법 >

①,②,⑤를 가마에 넣고 용해한 다음 ③,④를 넣고 ⑥을 서서히 첨가하면서 온도를 75℃에 고정시킨다.

30 - 1시간 반응후 냉각한다.

최후 pH를 조정한다.

< 아크릭 에말죤 수지제조법 (wt%) >

ⓐ * 7.5% 하이드록실에칠 세루로스 150

(HEC-BC-15)

① ⓑ ** 레베놀 W_Z 22.5

ⓒ 중탄산 소다 0.2

ⓓ H₂O 65

② *** 모노마 혼합물 20

③ 과유산 카륨 0.5

물 22.5

④ 모노마 혼합물 180

⑤ 과유산 카륨 0.3

물 12.5

⑥ 10% 암모니아수 2.5

-------------------------------------------------

375

초산 비닐모노마 140

아크릭산 2에칠헥실 30

아크릭산 부칠 30

-------------------------------------------------

200

* 日曺油化 KK제품 (일본)

** 花王석건 KK제품(비이온 찰성제)

*** 모노아 혼합물

< 제조방법 >

ⓐ ①을 넣고 내부온도 80℃전후로 가열교반해서 완전히 혼합용해시킨다.

ⓑ ①이 완전히 용해되면 내부온도 65℃로 낮추고 ②③을 넣는다.

ⓒ ②③을 가한후 내부온도를 서서히 ��승시켜 72℃ 전후로 한다.

ⓓ 소정의 온도에 도달하면 ④⑤를 적하를 시작해서 3 - 4시간으로 적하시켜 완료한다.(이때 중합온도 72℃에 유지)

ⓔ 적하완료후 내부를 76 - 80℃정도로 올려 1시간 30분 가열한다.

ⓕ 가열완료후 내부온도 40℃전후로 낮추어서 ⑥을 첨가해서 pH를 조정하여 중합을 완료시킨다.

ⓖ 그후 포장한다.

(21) 수용성수지(Water Soluble Resin)

< 성 질 >

수용성수지는 일반적으로 알킷드수용성, 페놀수용성, 아미노수용성, 아크릭수용성 등이 있다.

1) 알킷드 수용성수지

다염기산으로서 2 - 3관능기를 이용해서 수지화로 반응을 시켜 산가 50 - 100에서 정지한 것이다. 이들은 암모니아 또는 휘발성 아민중에 중화해서 수용화된 것으로서 수용성 아미노수지 또는 수용성 페놀수지와 혼합해서 많이 사용한다.

2) 아미노알킷드 수용성수지

100 - 150℃ 비교적 저온으로 가장 많이 사용한다. 전착도장, 차체푸라이마에 이용된다.

3) 페놀알킷드수용성수지

고온에서(150 - 170℃) 건조시키고 도막의 황변성은 있지만 내수성, 내약품성이 좋기 때문에 하도도료로서 많이 사용한다.

4) 아미노아크릭 수용성수지

150℃에서 건조되면 내후성, 내변색성이나 가격이 비싸다. 수용성도료는 화기위험, 위생적이고 독성이 없다. 광택이 좋으나 내알카리성이 현저히 나쁘고 0℃에서 저장성이 불량하면 도장상의 기술이 뒤따른다.

< 용 도 >

전착도료, 무공해 도료