KR0122345B1 - 윤활성 및 용접성이 우수한 표면처리강판용 수지용액 및 이를 이용한 표면처리강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판에 윤활성이 우수한 수용성 수지를 도포하므로서, 수요가 가공시 가공유의 사용이 필요치 않아 탈지공정의 생략을 가능케하고 제품의 용접시 용접성이 우수하도록 하는 수지용액 및 이를 이용한 표면 처리강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열경화성 수용성 에폭시계 수지고형분 100중량부를 기준으로 파라핀계 왁스, 올레핀계 왁스 및 폴리에틸렌계 왁스중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 윤활제 : 3-25중량부; 1종 또는 2종 이상의 금속염 : 0.5-10중량부; 및 아미노수지계, 이소시안계 및 요소수지계 중에서 선택된 1종의 경화세 : 4-35중량부를 포함하여 조성되는 윤활성 및 용접성이 우수한 표면처리강판용 수지용액 및 이 용액을 강판에 도포하여 표면처리강판을 제조하는 방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

윤활성 및 용접성이 우수한 표면처리강판용 수지용액 및 이를 이용한 표면처리강판의 제조방법

제1도는 발명용액을 도포한 표면처리강판의 피막두께에 따른 품질특성의 변화를 나타내는 그래프.

본 발명은 가전, 건재 또는 자동차등에 사용되는 표면처리강판에 도포되는 수지용액 및 이 수지용액을 이용한 표면처리강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강판을 프레스 가공시 윤활성을 부여하고 또한 용접시 강판의 용접성이 우수하도록 하는 수지용액 및 이 수지용액을 도포하여 표면처리강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 가전, 건재, 자동차 등의 내식성이 요구되는 용도에 많이 사용되고 있는 아연 또는 아연합금계 전기도금강판은 일정기간 유통 및 보관중에 녹발생 방지를 억제하기 위해 통상 방청유를 도포하여 코일 또는 강판상태로 출하되고 수요가의 가공공정을 거치게 된다. 이때, 수요가 가공공정중에 프레스가공시 크랙발생을 방지하고 가공성을 높이기 위하여 고점도의 가공유(윤활유)를 사용하게 되는데, 도유작업시 가공유 비산에 의한 작업환경의 문제점, 차공정인 탈지시 탈지불량에 의한 화성처리성 저하 및 도장불량등의 발생소지가 있고, 특히, 탈지에 사용되는 유기용제는 작업장의 환경오염뿐 아니라 대기 오존층 파괴라는 환경문제를 야기시키는 원인이 되고 있다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 수지용액 자체에 윤활특성을 부여하여 프레스가공성을 높이는 방법들을 개발하였는데, 예를 들면, 일본 특개평 5-138120호에 제시된 바에 의하면 열경화성 용제계 수지를 골격으로 하는 윤활용액으로 처리된 아연도금강판에 제조방법이 제안되어 있다. 이외에도 일본 특개평 4-130189, 평 4-44840, 평 3-71836 및 3-16726호등에 제시된 바에 의하면 강판의 윤활특성을 부여하기 위한 윤활용액이 제안되어 있다.

그런, 상기 방법들은 용제계 수지 또는 범용의 수지들을 사용함에 따라 첨가제와의 상용성 뿐만 아니라 화재위험성, 작업환경의 열화 및 용제휘발에 따른 공해문제를 여전히 감소시킬 수 없는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로 강판에 윤활성이 우수한 수용성 수지를 도포하므로서, 수요가 가공시 가공유의 사용이 필요치 않아 탈지공정의 생략을 가능케하고 제품의 용접시 용접성이 우수하도록 하는 수지용액 및 이를 이용한 표면 처리강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은, 열경화성 수용성 에폭시계 수지고형분 100중량부를 기준으로 파라핀계 왁스 올레핀계 왁스 및 폴리에틸렌계 왁스중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 윤활제 : 3-25중량부; 1종 또는 2종 이상의 금속염; 0.5-10중량부; 및 아미노수지계, 이소시안계 및 요소수지계 중에서 선택된 1종의 경화제; 4-35중량부를 포함하여 조성되는 윤활성 및 용접성이 우수한 표면처리강판용 수지용액에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 수지용액을 강판에 도포한 후, 140-200℃의 온도에서 소부(baking)하여 건조피막 두께가 0.5∼4.0㎛가 되도록 하는 윤활성 및 용접성이 우수한 표면처리강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 수지용액에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용되는 수지는 열경화성 수성 에폭시계 수지로 바람직하게는 에폭시 그라프트 아크릴레이트이고, 그 수지구성은 에폭시부와 아클리부가 중량비로 1 : 1-5인 것을 사용한다. 이때, 주쇄를 이루는 에폭시는 분자량이 1000-5000인 비스페놀형을 사용함이 바람직하며, 아크릴부는 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, 에틸라크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 스티렌을 2종 또는 그 이상의 조합으로 구성된 것을 사용한다. 또한 중합개시제로는 벤조일퍼옥사이드를 적량 사용한다.

만일 열경화성 수성 에폭시 그라프트 아크릴레이트 수지합성에 사용되는 에폭시 올리고머의 분자량이 1000 이하일 경우와 아크릴부가 에폭시부 1에 대해 5 이상일 경우는 수지피막의 경도가 너무 높아 피막이 쉽게 부서지는 단점이 있고, 에폭시 분자량이 5000 이상일 경우와 아크릴부가 1 이하의 작은 범위에서는 수용화가 용이치 못한 단점이 발생됨으로 에폭시올리고머는 분자량이 1000-5000 미만의 것을 사용하며, 에폭시부와 아크릴부의 비가 1 : 1-5를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 수지합성시의 용제는 합성반응물의 고형비가 55-65wt% 정도를 유지하도록 가능한 적은 량을 사용하는데, 사용되는 주용제는 메틸에틸케톤, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 메틸이소부틸케톤 등으로 1종 또는 혼합사용한다. 그러나 이 반응생성물 그 자체로서는 수용화가 불가함으로 다음과정으로 수용화를 위한 중화단계를 거치게 되는데, 디메틸에탄올아민, 트리에틸아민, 암모니아수등의 중화제를 용액내에 첨가한다. 중화반응 완료후 반응생성물을 순수로 희석하여 수지고형분이 10-35wt%인 수지용액을 제조한다. 이때, 수지고형분이 10wt% 미만일 경우는 첨가제와의 상용성 및 용액안정성이 저하되고, 35wt% 이상일 경우는 수시합성시 잔존하는 용제함량의 비중이 상대적으로 증가하게 됨으로 수용화의 의미가 미흡해지기 때문에 가급적 35wt% 이상은 사용을 배제하는 것이 바람직하다.

한편, 수지용액내 경화제 첨가이전에 자기 윤활성을 보유할 수 있도록 상기 수성 수지용액에 윤활제를 1종 또는 2종 이상 혼합첨가하는데, 이때 사용되는 윤활제는 파라핀계 왁스(융점 55-70℃), 올레핀계 왁스(융점 75-110℃), 폴리에틸렌계 왁스(융점 100-125℃)등을 들 수 있으며, 윤활제 첨가량은 상기 수지고형분 대비 3-25중량부를 사용함이 바람직하다. 만일 윤활제 첨가량이 수지고형분에 대해 3중량부 미만의 경우에는 충분한 윤활작용이 발휘되지 않고, 25중량부 이상의 첨가범위에서는 윤활성능이 그 이상 발휘되지 못할 뿐더러 윤활수지피복강판의 요구성능이 오히려 저하되고 용액안정성이 떨어지는 등의 문제점이 나타나게 된다.

또한, 수지도포에 따른 용접성 저하를 막기 위해 수지내에 금속염을 1종 내지 2종 이상 혼합 첨가하는데, 이때 사용되는 금속염은 니켈, 구리, 망간, 마그네슘염등을 들 수 있다. 그리고, 상기 금속염은 수지고형분 대비 0.5-10중량부 첨가하는 것이 바람직한데, 그 이유는 금속염 첨가량이 0.5중량부 이하일 경우 용접성 향상 효과가 나타나지 않고, 10중량부 이상일 경우 용액의 안정성이 저하하고 용접성에 대한 더 이상의 효과가 기대되지 않기 때문이다. 또한, 상기 금속염은 수지내에 곧 바로 넣을 경우 침전이 형성되므로 사전에 시트릭산으로 마스킹 해 주는 것이 바람직하다.

마지막으로 본 발명 수지용액은 열에 의한 경화반응이 수행되도록 경화제를 첨가하는데, 이때 사용되는 경화제는 아미노수지계, 이소시안계, 요소수지계등으로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종을 사용할 수 있고, 경화제 종류 및 첨가량은 윤활피복 강판의 요구물성에 따라 상이할 수 있으나, 사용량의 범위는 상기 수지 고형분에 대해 4-35중량부 정도가 바람직하다.

만일, 경화제함량이 수지고형분에 대비 4중량부 미만일 경우에는 충분한 경화가 수행되지 않고, 35중량부 이상일 경우에서는 부반응으로 경화제가 상호결합이 발생되는 등 과다한 경화반응이 이루어져 피막이 부서지기 쉽고 강판에의 접착력이 충분하지 않아 물성저하의 원인이 된다.

이하, 본 발명에 따른 수지용액을 이용한 표면처리강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기와 같이 제조된 수지용액은 통상적으로 크로메이트 처리된 표면처리강판위에 도포하여 표면처리 강판을 제조하게 되는데, 이때, 140-200℃ 온도범위에서 소부시키고, 도막두께는 건조후 피막두께 0.5-4.0㎛로 하는 것이 바람직하다.

만일 상기 수지용액을 강판에 도포 후 140℃ 이하에서 소부하는 경우 수지의 경화반응이 충분히 일어나지 않아 도막의 물성저하가 일어나며, 200℃ 이상에서는 과소부되어 피막의 박리원인이 될 가능성이 커지므로 소부온도는 140-200℃로 관리되는 것이 바람직하다.

그리고, 소부후 건조피막두께는 0.5㎛ 이하로 관리될 경우, 가공성이 크게 저하되어 아연계 도금강판의 경우 흑연발생원인으로 작용하며, 4㎛ 이상의 경우 용접성의 저하를 가져오므로 도막두께는 0.5-4.0㎛이내로 관리하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 에폭시그라프트 아크릴레이트 수지에 주화제로는 아미노수지계인 싸이멜 385를 윤활제로는 올레핀 왁스와 폴리에틸렌 왁스를 첨가하고, 교반을 충분히 행한 후 시트락산으로 마스킹된 니켈 설페이트 용액을 첨가하여 수지용액을 제조하였다.

이후, 크롬부착량 40mg/m², 아연도금부착량 20.20g/m², 두께 0.8mm의 크로메이트 처리된 전기아연도금 강판을 소지강판으로 하여, 상기 강판에 상기 제조된 수지용액을 롤 코터를 이용하여 도포한 다음, 가열건조로에서 하기 표 1과 같은 소부온도로 소부를 행하여 건조피막 두께를 1.2㎛로 제조하였으며 표면처리된 강판에 대하여 품질특성을 평가하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 강판의 품질 특성평가중 마찰계수는 드로오비드 테스틱(Drawbead Tester)에 의한 상온하에서의 동마찰계수를 측정하였는데, 이때 마찰계수는 수치가 작을 수록 윤활성이 우수한 값을 나타내게 된다. 아래의 수치기준으로 특성을 비교하였다.

또한 가공성 평가는 박판 종합시험기기로서 가공비(Drawing Ratio)1.96으로 컵성형시 각 시편의 최대 블랭크 홀딩코스(BHF-Blank Holding Force)를 측정하여 다음과 같이 평가하였다.

그리고, 용접성 평가는 공압식 교류 스폿용접기를 이용하여 연속타점수를 측정하였는데, 이때 용접전극은 Cu-Cr계 합금의 캡형으로 가압력을 250kgf, 초기가압을 20싸이클, 통전시간을 15싸이클의 조건으로 시험을 실시하여 용접부의 인장시험을 행하여 적정기준치 이내의 값을 확보하는 연속타점수를 아래의 기준에 의해 비교하였다.

[표 1]

＊ 윤활제 및 금속염은 수지고형분 대비 중량부

상기 표 1에 나타난 바와같이, 윤활제의 첨가량이 수지고형분 대비 3% 미만인 경우(비교예 1)윤활제의 첨가효과가 거의 나타나지 않고, 과량으로 첨가시(비교예 2)는 윤활성능의 효과는 있으나 용접성의 저하 및 용액안정성의 저하를 가져오게 됨을 알 수 있다. 또한 금속염의 경우 0.3%의 미량 첨가시(비교예 3) 용접성의 확보가 불가한 것으로 나타났으며, 과량으로 첨가시(비교예 4) 용접성은 우수하나 용액의 안정성이 저하되어 슬러지등이 생기게 되는 단점이 나타나게 되어 실사용시 제약을 받게 된다. 한편, 소부온도의 경우 저온으로 처리시(비교예 5) 수지의 충분한 경화가 일어나지 않아 가공성이 저하되는 현상을 보이며 고온으로 처리(비교예 6)에는 가공시 일부피막이 박리되는 현상이 나타나게 됨을 알 수 있다.

이에 반하여, 본 발명의 조건범위를 만족하는 용액을 사용하여 적정 소부온도로 처리된 경우(발명예 1-9)에는, 윤활성 뿐만아니라 용접성이 우수함을 알 수 있다.

(실시예 2)

수지부착량에 따른 가공성 및 용접성을 살펴보기 위하여 실시예 1의 발명예(6)과 같은 조건으로 하되, 피막두께를 0.5-5㎛로 변화시키면서 표면처리강판을 제조하고, 상기 강판에 대하여 가공성 및 용접성을 평가하여 그 결과를 제1도에 나타내었다.

제1도에 나타난 바와같이, 수지피막부착량이 0.5㎛ 이하인 경우 가공성의 저하와 함께 흑변이 발생하여 표면외관이 불량한 것으로 나타났으며, 부착량이 5㎛의 후막일 경우 수지피막의 영향으로 용접성이 일부 저하되는 경향이 나타나게 된다.

반면에, 본 발명의 조건범위인 0.5-4.0㎛의 피막두께를 갖는 경우에는 용접성 및 가공성이 양호하게 나타남을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 강판을 가공시 윤활성이 우수하도록 수용성 수지에 윤활제를 첨가하고 용접 사용시 용접성이 우수하도록 금속염을 첨가하므로서, 이 수지 용액을 크로메이트 강판에 도포하여 제조된 표면처리강판의 프레스가공성 및 용접성을 향상시킬 뿐만아니라 가공유 사용이 필요치 않아 탈지공정이 생략될 수 있고, 또한 환경오염문제를 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 열경화성 수용성 에폭시계 수지고형분 100중량부를 기준으로 파라핀계 왁스, 올레핀계 왁스 및 폴리에틸렌계 왁스 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 윤활제; 3-25중량부; 니켈, 구리, 망간, 마그네슘염에서 선택된 1가지 이상의 금속염으로써 시트르산으로 마스킹된 금속염 : 0.5-10중량부; 및 아미노수지계, 이소시안계 및 요소수지계중에서 선택된 1종의 경화제 : 4-35중량부를 포함하여 조성됨을 특징으로 하는 윤활성 및 용접성이 우수한 표면처리강판용 수지용액.
2. 제1항에 있어서, 상기 열경화성 수용성 에폭시계 수지는 수용성 에폭시 그라프트 아크릴레이트이고, 그 수지의 에폭시부와 아크릴부가 중량비로 1 : 1-5가 되도록 구성되고, 상기 에폭시는 분자량이 1000-5000인 비스페놀형임을 특징으로 하는 수지용액.
3. 특허청구 제1항의 용액을 강판에 도포한 후, 140-200℃의 온도에서 소부하여 건조피막 두께가 0.5-4.0㎛가 되도록 함을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 윤활성 및 용접성이 우수한 표면처리강판의 제조방법.