환경 보호 시대와 코팅 산업의 변화 속에서 친환경 코팅 개발은 기업에게 필수적인 선택이 되었습니다. 하지만 친환경 코팅은 수성 코팅에만 국한되지 않습니다. 기업들이 수성 코팅 개발에 서두르면 제품 균질성이 불가피하게 발생합니다. 수성 코팅 외에도 하이솔리드 코팅, 무용제 코팅, 분체 코팅 또한 친환경적인 선택이며, 코팅 산업의 핵심 개발 방향이 되어야 합니다. 한 연구 보고서에 따르면, 아시아 태평양 지역은 2017년부터 2022년까지 분체 코팅 시장의 규모와 가치 측면에서 가장 높은 성장을 경험할 것으로 예상됩니다. 분체 코팅 기술은 수요 중심의 시장을 충족하기 위해 빠르게 발전하고 있습니다. 시장의 힘에 힘입어 코팅에 다양한 분체 재료를 적용하는 연구가 점점 더 중요해지고 있습니다.
I. 분말 코팅 개요
1. 분체도료 소개
분체 도료는 1950년대에 100% 고형분 함량과 휘발성 유기 화합물(VOC)이 없는 친환경적인 대안으로 시작되었습니다. 분체 도료는 에너지 절약, 오염 감소, 간편한 가공, 산업 자동화 용이성, 그리고 탁월한 코팅 성능 등 여러 가지 장점을 제공합니다.
분말 코팅은 다음의 조합으로 만들어집니다. 폴리머, 안료, 필러, 첨가제를 함유하고 있습니다. 휘발성 용제를 방출하지 않아 친환경적이며 탁월한 생태 보호 효과를 제공합니다. 분체 도료는 한 번의 도포로 더 두꺼운 층을 형성하여 생산 효율을 높입니다. 또한 뛰어난 기계적 특성, 내화학성, 그리고 고품질 마감을 제공합니다. 분체 도료를 사용하면 최대 99%의 높은 활용률을 통해 에너지와 자원을 절약할 수 있습니다. 이 코팅은 안전하게 사용할 수 있으며 경제적으로도 효율적입니다. 용제가 없는 솔루션인 분체 도료는 경제성(economy), 환경 보호(environmental protection), 효율성(efficiency), 그리고 탁월한 성능(excellent performance)이라는 전 세계적으로 널리 알려진 "4E" 원칙을 준수합니다.
2. 분말 코팅 시장 개요
가전제품과 경차 수요가 증가함에 따라 분체 도료 수요도 증가하고 있습니다. 선진국과 신흥국 단말 산업 모두에서 수요가 증가하면서 분체 도료 시장 성장에 기여했습니다. 시장조사기관 마켓츠앤마켓츠에 따르면, 세계 분체 도료 시장은 2022년까지 1조 4,349억 달러 규모에 이를 것으로 예상되며, 2017년부터 2022년까지 연평균 성장률(CAGR)은 6조 7,510억 달러에 달할 것으로 예상됩니다.
급속한 도시화와 주택, 건설, 자동차 산업의 성장 등 여러 요인으로 인해 중국의 분체 도료 수요는 다른 어떤 나라보다 빠르게 증가했습니다. 2016년 중국의 분체 도료 산업 생산량은 207만 톤에 달하여 세계 최대 분체 도료 시장이 되었습니다.
그림 1: 2009년부터 2016년까지 중국 분말 코팅 산업 생산량 변화(단위: 만톤)
생산량 측면에서, 분체 도료는 현재 중국 전체 도료 생산량에서 약 11%를 차지합니다. "제13차 5개년 계획"에 따르면, 도료 산업의 총 생산량은 2020년까지 약 2,200만 톤으로 증가할 것으로 예상됩니다. 이 중 비용 효율적이고 친환경적인 도료는 총 생산량의 57%를 차지할 것으로 예상됩니다. 2020년까지 분체 도료의 비중은 약 18%로 증가하여 약 400만 톤에 이를 것으로 예상됩니다. 분체 도료의 급속한 발전은 분체 필러 수요 증가를 견인할 것으로 예상됩니다.
II. 분말 코팅에 다양한 분말 재료의 적용 분석
코팅에 사용되는 필러는 비용 절감뿐만 아니라 코팅 제품의 성능을 크게 향상시킵니다. 예를 들어, 필러는 코팅의 내마모성, 내긁힘성, 내식성, 내습성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 용융 평탄화 공정에서 코팅의 처짐을 줄이는 데에도 도움이 됩니다.
분체 도료용 필러를 선택할 때는 밀도, 분산 성능, 입자 크기 분포, 순도 등의 요소를 고려해야 합니다. 일반적으로 필러의 밀도가 높을수록 분체 도료에 도포되는 면적이 줄어듭니다. 입자가 클수록 작은 입자보다 분산성이 더 좋습니다. 필러는 안료와 같은 분체 조성물의 다른 성분과 반응하지 않도록 화학적으로 불활성이어야 하며, 색상은 가능한 한 흰색에 가까워야 합니다. 분체 도료에 일반적으로 사용되는 분체 재료로는 탄산칼슘, 황산바륨, 활석, 운모 분말, 카올린, 실리카, 규회석 등이 있습니다.
1. 분말 코팅에 탄산칼슘을 적용
탄산칼슘은 경질 탄산칼슘(침전 탄산칼슘)과 중질 탄산칼슘의 두 가지 형태로 제공됩니다. 종류에 관계없이 탄산칼슘의 입자 크기는 코팅의 광택에 상당한 영향을 미칩니다. 그러나 탄산칼슘은 내후성이 낮기 때문에 일반적으로 옥외용으로는 권장되지 않습니다.
분체 도료에서 중질 탄산칼슘은 여러 가지 용도로 사용됩니다. 이산화티타늄과 유색 안료를 부분적으로 대체하고, 경질 탄산칼슘과 침전 황산바륨을 대체하며, 부식을 방지하고, 방청 안료를 부분적으로 대체할 수 있습니다.
실내 건축용 페인트에 중질 탄산칼슘을 단독으로 사용하거나 탈크 파우더와 함께 사용할 수 있습니다. 탈크에 비해 탄산칼슘은 분말화 속도를 줄이고, 밝은 색상의 페인트 색상 유지력을 향상시키며, 곰팡이 방지 기능을 향상시킵니다. 그러나 내산성이 약해 외부 코팅에는 사용하기가 제한적입니다.
반면, 경질 탄산칼슘은 입자 크기가 작고, 입자 크기 분포가 좁으며, 오일 흡수율과 광택도가 더 높습니다. 특히 최대의 무광 효과가 요구되는 분야에 유용합니다.
2. 분말 코팅에 황산 바륨을 적용
코팅에 사용되는 황산바륨은 천연과 합성의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 천연 형태는 중정석 분말이라고 하며, 합성 형태는 침전 황산바륨이라고 합니다.
분체 도료에서 침전 황산바륨은 도료의 평활도와 광택 유지력을 향상시키고 착색제와의 상용성이 우수합니다. 또한, 분무 공정에서 이상적인 도료 두께를 확보하여 높은 분체 도료 효율을 보장합니다.
중정석 분말은 높은 코팅 강도, 충진력, 그리고 화학적 불활성을 요구하는 산업용 프라이머와 자동차 중간 코팅에 주로 사용됩니다. 또한, 더 높은 광택이 필요한 상도 코팅에도 사용됩니다. 높은 굴절률(1.637) 덕분에 미세 중정석 분말은 반투명 백색 안료로 작용할 수 있어 코팅에 사용되는 이산화티타늄의 일부를 대체하는 데 매우 적합합니다.
3. 분말 코팅에 마이카 분말의 적용
운모 분말은 복합 규산염으로 구성되어 있으며, 비늘 모양의 입자를 가지고 있습니다. 우수한 내열성, 내산성 및 내알칼리성, 그리고 분체 도료의 용융 유동성에 미치는 영향으로 높은 평가를 받고 있습니다. 운모 분말은 내열 및 단열 분체 도료에 널리 사용되며, 텍스처 분체 도료의 필러로도 사용될 수 있습니다.
운모 중 세리사이트는 카올린과 유사한 화학 구조를 가지고 있으며, 운모 광물과 점토 광물의 특성을 모두 갖추고 있습니다. 코팅에 적용하면 내후성과 투수성을 크게 향상시키고, 접착력과 강도를 강화하며, 코팅의 전반적인 외관을 개선할 수 있습니다. 또한, 염료 입자가 세리사이트 분말의 격자 간층으로 쉽게 침투하여 시간이 지나도 선명한 색상을 유지하는 데 도움이 됩니다. 또한 세리사이트 분말은 항조류 및 항곰팡이 특성을 지니고 있어 코팅에 적합한 다기능 필러로, 비용 대비 성능이 매우 뛰어납니다.
4. 분말 코팅에 활석 분말을 적용
함수 규산마그네슘으로도 알려진 활석 분말은 활석 광석에서 직접 분쇄됩니다. 입자는 바늘 모양의 결정으로, 기름진 느낌, 부드러운 질감, 낮은 마모성을 지닙니다. 활석은 우수한 현탁성과 분산성을 지니며, 약간의 틱소트로피성을 가지고 있어 분체 도료의 용융 유동성에 상당한 영향을 미칩니다. 텍스처 파우더에 자주 사용됩니다.
활석은 비용 효율적인 재료이지만, 몇 가지 단점으로 인해 사용이 제한됩니다. 예를 들어, 높은 오일 흡수율을 가지고 있어 오일 흡수율이 낮아야 하는 경우, 오일 흡수율이 낮은 중정석 분말과 같은 필러와 함께 사용해야 합니다. 또한, 내마모성이 상대적으로 낮기 때문에 높은 내마모성이 요구되는 경우 다른 필러를 첨가해야 합니다. 다른 비금속 광물을 함유한 활석은 불순물 광물이 산성비와 같은 산과 반응하기 쉽기 때문에 높은 내후성이 요구되는 외장 코팅에는 적합하지 않습니다. 또한, 활석은 무광택 특성을 가지고 있어 일반적으로 고광택 코팅에는 사용하지 않습니다.
5. 분말 코팅에 대한 실리카의 적용
실리카의 일종인 다공성 분말 석영은 안전성이 인정되어 난연성 코팅, 방수 코팅, 부식 방지 코팅 등 분체 도료에 널리 사용됩니다. 다공성 분말 석영은 가격이 저렴하여 분체 도료의 전체 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 황산바륨을 대체하여 가용성 바륨 함량을 줄이고 환경 보호 기준을 충족하는 데에도 도움이 됩니다.
또한, 흄드 실리카는 분체 도료에서 풀림 방지제 및 고결 방지제로 널리 사용됩니다. 흄드 실리카는 다기능성 체색 안료이며 도료의 효과적인 유동 조절제입니다. 액상 도료에서는 증점, 요변성, 처짐 방지, 그리고 가장자리 커버 등의 기능을 수행합니다. 분체 도료에서는 분체의 유동성을 향상시켜 응집을 방지하고 유동화를 촉진합니다.
6. 분말 코팅에 카올린을 적용
카올린은 분체 도료에 사용되어 요변성과 침전 방지성을 향상시킵니다. 소성 카올린은 유동 특성에 영향을 미치지 않으면서도, 탤컴 파우더와 유사하게 무광 효과를 부여하고, 은폐력을 높이며, 백색도를 향상시킬 수 있습니다.
카올린은 일반적으로 수분 흡수율이 높아 코팅의 틱소트로피(thixotropy)를 향상시키거나 소수성 코팅을 제조하는 데 적합하지 않습니다. 카올린의 입자 크기는 0.2~1μm입니다. 입자가 큰 카올린은 수분 흡수율이 낮고 무광택 효과가 더 좋은 반면, 입자가 작은 카올린(1μm 미만)은 반광택 코팅 및 내부 코팅에 적합합니다.
카올린은 소성 카올린과 수세 카올린으로 나눌 수 있습니다. 일반적으로 소성 카올린은 수세 카올린에 비해 오일 흡수율, 불투명도, 다공성, 경도, 그리고 광택이 더 높습니다.
7. 분말 코팅에 중공 유리 미세구체의 적용
중공 유리 미세구형체는 가볍고, 부피가 크고, 열전도도가 낮고, 압축 강도가 높고, 절연성이 뛰어나고, 내식성이 뛰어나고, 독성이 없고, 분산성이 좋고, 유동성이 좋으며, 안정성이 뛰어난 등 여러 가지 장점을 제공하는 작고 중공 구형 분말입니다.
분말 코팅에서 중공 유리 미세구체는 다음과 같은 역할을 합니다.
1) 단열성: 중공 유리 미세구의 내부는 진공 또는 희박 가스로 채워져 있어 에폭시 수지와 밀도 및 열전도도 차이를 형성합니다. 이러한 특성으로 인해 우수한 단열성을 제공하며, 고온 내성 분체 도료에 이상적입니다.
2) 향상된 물리적 및 기계적 특성: 이러한 미세구는 분체 도료의 경도와 강성을 증가시킬 수 있습니다. 그러나 미세구의 표면 처리 방식에 따라 내충격성이 저하될 수 있습니다. 적절한 커플링제를 사용하면 이러한 내충격성 저하를 완화할 수 있습니다.
3) 낮은 오일 흡수율: 중공 유리 미세구의 오일 흡수율은 모델에 따라 100g당 7mg에서 50mg 사이입니다. 이러한 낮은 오일 흡수율은 제품 내 필러 함량을 증가시켜 전체 비용을 효과적으로 절감합니다.
8. 분말 코팅에 대한 울라스토나이트의 적용
규회석의 주성분은 규산칼슘으로, 밀도는 2.9 g/cm³, 굴절률은 1.63, 오일 흡수율은 30-50%입니다. 바늘 모양의 구조와 뛰어난 밝기를 자랑합니다.
분체 도료에는 천연 규회석 분말이 일반적으로 사용됩니다. 천연 규회석을 가공하여 백색 안료의 일부를 대체하는 체색 안료 역할을 하여 도막 두께를 향상시키고 도료 비용을 절감합니다. 우수한 전도성 덕분에 규회석은 에폭시 절연 분체 도료에 자주 사용됩니다. 또한, 백색의 바늘 모양 구조는 분체 도료의 굽힘 및 인장 특성을 향상시킵니다.
III. 분말 코팅용 분말 충전재의 개발 동향
1. 분말 충전재의 표면 처리
모든 분체 도료 필러는 극성을 띠며, 분체 도료 수지 또한 극성이 매우 높습니다. 이로 인해 두 필러 간의 상용성이 떨어져 도료의 가공 및 성능에 악영향을 미칠 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 물리적 방법(표면 코팅 및 흡착 등)이나 화학적 방법(표면 치환, 가수분해, 중합, 그래프팅 등)을 통해 분체 필러를 처리하는 것이 필요한 경우가 많습니다. 이러한 처리는 응집체의 입자 크기를 크게 줄이거나 시스템의 유동성을 개선하여 가공 성능, 표면 품질(광택 및 색상 밝기 등), 그리고 도료의 기계적 강도를 향상시킵니다.
2. 분말 충전재의 미세화
분체 도료 수지와 필러의 비율이 일정하게 유지될 때, 필러 입자 크기가 작을수록 코팅의 표면 성능과 기계적 특성이 향상됩니다. 필러 입자 크기를 이산화티타늄과 유사한 범위(0.2~0.5μm)로 줄이면, 제형 내 응집체를 분리하여 더욱 효과적인 분산 중심을 형성하고 이산화티타늄의 은폐력을 향상시킬 수 있습니다. 이것이 미분화된 필러의 공간 분리 원리입니다. 마찬가지로, 미분화된 필러는 필요한 안료의 양을 줄여 효율을 향상시킬 수 있습니다.
3. 파우더 필러 나노기술
일반적으로 사용되는 나노소재로는 나노 이산화규소, 나노 이산화티타늄, 나노 탄산칼슘 등이 있습니다. 보고서에 따르면 나노 이산화티타늄은 코팅의 투명성, 기계적 특성, 그리고 자외선 흡수력을 향상시킵니다. 특히 자동차 바니시에 유용하며, 분체 도료의 내후성을 크게 향상시킵니다. 그러나 나노소재는 표면 활성도가 매우 높은 매우 미세한 입자이기 때문에 응집 및 응집되기 쉽습니다. 따라서 나노필러의 표면 처리, 적절한 첨가 방법, 분산 장비, 그리고 최적의 사용량은 분체 도료에 성공적으로 적용하는 데 매우 중요합니다. 분체 도료 배합을 설계할 때는 최상의 결과를 얻기 위해 제품 성능 요건에 따라 다양한 필러를 선택해야 합니다.
4. 분말 코팅 필러의 기능화
기능성 분체 도료의 개발 동향은 특정 부위의 도료의 물리적, 화학적, 기계적 특성을 개선하거나 새로운 기능을 도입하는 데 중점을 두고 있습니다. 예를 들어, 카올린과 규회석 분말은 전기 절연 분체 도료를 만드는 데 사용되어 전기 절연성을 향상시키면서 비용을 절감합니다. 수산화알루미늄과 수산화마그네슘은 난연성을 가지고 있어 난연성 분체 도료를 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 필러는 또한 유동학을 제어하고, 접착력을 향상시키며, 광택을 조절하고, 은폐력을 강화하는 데에도 도움이 됩니다. 따라서 분체 도료 필러의 초점은 단순한 비용 절감에서 벗어나, 분체 도료 산업의 변화하는 요구를 충족하기 위해 저비용으로 우수한 성능을 가진 새로운 필러를 개발하는 더욱 기능성 있는 연구로 전환되고 있습니다.
결론
의 성장 가루 코팅 시장은 친환경적이고 고성능 코팅 솔루션으로의 광범위한 전환을 반영합니다. 업계가 지속가능성을 추구함에 따라, 분체 도료는 에너지 효율, 비용 효율성, 그리고 생태적 영향 측면에서 상당한 이점을 제공하는 매력적인 대안을 제시합니다. 혁신적인 분체 충전재와 코팅 기술의 지속적인 개발로 이 산업의 미래는 밝아 보입니다.
