[분체도료]외장용 분체도료: 폴리에스터 분체도료 알아보기(polyester powdercoating)


폴리에스터분체도료는 외장용 파우더코팅으로 매우 많이 사용되는 분체도료입니다.

건축, 가구, 가전 등 여러분야에서 사용되어지며, 외부에 설치되는 피도물(UV에 노출되는)에 주로 사용이 됩니다.

기본적으로 폴리에스터수지(폴리에스테르수지)를 사용하는 분체도료는 좋은 색발현성과 광택, 그리고 가장 중요한 내후성이 우수합니다.

도료를 구분할 때는 크게 수지의 종류 또는 경화제의 종류로 구분합니다.

폴리에스터수지를 사용한 도료를

폴리에스터수지의 종류에 따라서 구분을 하면,
Acid-functional Polyester Hydroxyl-functional Polyester
로 구분할 수 있습니다.

Acid-functional Polyester는 카르복실산기(carboxylic acid, -COOH)를 가지고 있습니다.
Hydroxyl-functional Polyester는 알콜기(alcohol, -OH)를 가지고 있습니다.

각 수지의 종류, 수지의 작용기(functional)에 따라서 경화제(crosslinker)를 사용하게 되는데, 폴리에스터분체수지의 경우는 보통 3가지의 경화제를 사용합니다.

 폴리에스터 경화제 종류에 따라서 구분을 하면,


  • TGIC(TriGlycidylIsoCyanurate)
  • TGIC-free
  • 이소시아네이트(isocyanate)

로 구분을 할 수 있습니다.

한국에서는 주로 TGIC폴리에스터도료, TGIC-free폴리에스터도료를 많이 사용합니다.

이소시아네이트(isocyanate)를 사용하는 폴리에스터우레탄분체도료는 국내에서는 많이 사용하지 않습니다. 또한, 폴리에스터수지를 이소시아네이트와 결합하기에 폴리우레탄분체도료로 따로 분류를 합니다. 폴리우레탄분체도료는 다음에 포스팅에 나눠서 설명하도록 하겠습니다.

따라서 TGIC폴리에스터분체도료와 TGIC-free폴리에스터분체도료에 대해서 자세히 알아보고, 각각이 가지고 있는 장점과 단점에 대해서 알아보도록 하겠습니다.


TGIC폴리에스터분체도료


폴리에스터분체도료 중 TGIC를 경화제로 사용하는 도료를 TGIC타입 폴리에스터분체도료, TGIC폴리에스터분체도료, 폴리에스터TGIC 등으로 부릅니다.

TGIC는 분체도료에 쓰이는 경화제로 널리 알려진 경화제(crosslinking agent)로 폴리에스터 수지의 카르복실기(carboxyl functional)와 반응하며, 뛰어난 내후성을 발휘합니다.


폴리에스터 경화제 TGIC
TGIC(TriGlycidylIsoCyanurate, C12H15N3O6)

TGIC는 다른 에폭시반응기를 가진 경화제보다 높은 반응성을 가지고 있기 때문에 분체도료에서 사용시 아주 뛰어난 내후성을 가지게 됩니다. 또한 내후성과 더불어서 내황변성(yellowing resistance)과 좋은 유연성(flexibility)의 필름을 형성합니다.

TGIC의 장점은 TGIC와 폴리에스터가 부가반응(addition reaction)을 하는 동안 부산물(by-products)이 발생하지 않고, 위 그림에서 보이듯이 TGIC는 세개의 반응기(trifunctional)를 가지고 있기 때문에 더욱 복잡한 결합(branched network formation)이 가능하다는 것입니다.

외장용 분체도료로 폴리에스터수지에 뛰어난 내후성을 갖게 해주는 TGIC경화제도 단점이 있습니다.


바로TGIC경화제의 유해성입니다.


TGIC는 유전자변형(mutagen), 장기손상 등으로 유해물질로 구분되어 있으며, 중국, 유럽 등의 국가에서는 TGIC사용을 금지하고 있습니다.

자세한 내용은 아래 링크로 참조 부탁드립니다.
링크: TGIC(트리글리시딜 이소시아누레이트) 유해성과 취급방법

이런 TGIC의 유해성 때문에 국내의 도료제조사도 TGIC보다 TGIC-free분체도료에 관심을 갖고 개발, 생산하고 있습니다.



TGIC-free폴리에스터분체도료


TGIC를 대체하기 위해 개발된 TGIC-free분체도료는 TGIC-free폴리에스터분체도료, 폴리에스터프리미드타입, 프리미드폴리에스터분체도료 등의 이름으로 불리고 있습니다.

프리미드(Primid)는 TGIC-free분체도료에 사용되는 경화제 제품명입니다.

TGIC-free의 폴리에스터분체도료에 사용되는 경화제는 'β-hydroxyalkylamide'로 역시 폴리에스터의 산반응기(acid functional)와 반응을 합니다. β-hydroxyalkylamide를 줄여서 β-HAA 또는 HAA타입 경화제 등으로 부르게도 합니다. β-HAA는 TGIC의 유해성 문제로 1972년 롬앤하스(Rohm&Hass, 미국)이라는 화학회사에서 개발되었습니다.

TGIC-free폴리에스터도료에 사용되는 대표적인 경화제는 'Primid XL-552', 'Primid QM-1260' 등이 있습니다.


폴리에스터 경화제 primid xl-552
TGIC-free경화제 'Primid XL-552'

TGIC-free분체도료도 TGIC분체도료와 마찬가지로 뛰어난 내후성과 외관 그리고 좋은 도막 유연성을 가지고 있습니다.
이렇듯, TGIC폴리에스터와 유사한 도막성능을 가지고 있지만, TGIC대비 몇가지 집고가야될 단점이 있습니다.


TGIC-free폴리에스터분체도료의 단점


먼저 Primid와 폴리에스터수지의 결합이 에스테르화 반응(esterification)이라는 것입니다.
위에 그림과 같이 Primid는 4개의 하이드록실 반응기(tetrafunctional)를 가지고 있습니다. 때문에 결합반응에서 훌륭한 복잡한 결합을 얻을 수 있지만, Primid하나당 반응시 부산물(by-product)로 물분자(H2O)가 4개씩 발생이 됩니다.

분체도료를 만들 때, 이렇게 생긴 물분자는 수증기(가스)로 경화과정 중에 도막에서 빠져나가도록 배합을 디자인합니다. 하지만, 이런 물분자는 도막의 핀홀을 발생시킬 수 있고, 특히 도료가 뭉치거나, 고도막으로 시공된 부위에서는 핀홀과 함께 도막이 흐르는 현상이 발생될 수 있습니다.

또한 'β-hydroxyalkyl amide'는 이름처럼 'amide'를 가지고 있기 때문에 고온의 소부과정에서 황변현상이 발생할 수 있습니다.

위 두가지 단점은 TGIC도료를 TGIC-free도료로 변경할 때 미리 고려해야 되는 사항으로 도료변경 전에 라인트라이얼(line-trial)을 통해서 도료와 피도물에 맞는 소부조건(건조로조건)과 스프레이작업성 조정 등의 조치가 필요합니다.

또한 내수성 측면에서 TGIC분체도료보다 TGIC-free분체도료가 미감한 측면이 있기 때문에 피도물이 사용될 환경을 고려한 도장시스템 선정도 필요하겠습니다.