KR0160485B1

KR0160485B1 - 금속재표면의 칼라코팅방법

Info

Publication number: KR0160485B1
Application number: KR1019950015935A
Authority: KR
Inventors: 김광순
Original assignee: 김광순; 주식회사한국하우톤
Priority date: 1995-06-15
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR970001601A

Abstract

금속재 표면을 도금처리하는 것으로, 내식성, 내구성이 낮고, 칼라 발현이 지극히 제한되고 있으며, 칼라 착색은 도료를 사용하나, 내식성, 내구성이 도금의수준에 못미치고 있다.

본 발명은 변성아크릴 수지와 멜라민 수지를 가교화한 것을 이용하여 전착코팅하고 염료 착색후 고운 소성 처리하여 발색하므로 내구성, 내식성, 광택성 등이 도금의 수준이면서도 다양한 색상을 원하는 대로 표현할 수 있게 되었다.

Description

금속재표면의 칼라코팅방법

본 발명은 금속재표면을원하는 색상으로 칼라코팅하는 방법에 관한 것이다.

각종 건축내장재, 조명기구, 가전제품 등의 금속제품 표면을 금, 은, 동, 크롬, 아연 등을 이용하여 코팅처리(도금처리)하는 것은 변색방지, 내식성형상, 장식성향상, 절연성 향상 등을 꾀하기 위한 것이다.

이상의 금속재를 이용한 도금의 문제는 내화학성(내식성)이 낮으며, 산화반응에 의한 변색이 빠름은 물론 색상이 극히 제한된다는 것이다.

특히, 미세한 홈이 있는 경우에 도금이 거의 않된다는 단점이 있는 것이다.

본 발명은 이같은 단점을 개선하고자 제안된 것으로서 모재의 표면을 가공한 후 투명수지를 코팅처리하고 이곳에 염료를 흡착시켜 줌으로써 우수한 평활성과 도금과 같은 효과를 내는 동시에 보다 안정된 내화학성을 갖도록 금속재표면의 칼라코팅방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.

이하 본 발명을 구체적인 제조공정과 구체적인 실시예를 통하여 설명한다.

본 발명은 피도체 표면 전처리공정, 전착코팅공정, 염색공정 및 건조공정으로 이루어지며 이들을 각 공정별로 설명하면 다음과 같다.

1. 피도체 전처리공정

우선 금속재질의 피도체 표면에 부착된 각종 이물질의 제거와 평활도 확보 및 밀착성 향상을 위하여 표면을 다음과 같이 처리한다.

1) 알카리 초음파처리

초음파 발생수조에 넣고 50∼80℃의 기온하에서 1∼5분간 처리한다.

이때에 깊이 패인 피도체의 홈이나 미소부품의 표면부에 있는 지질로 구성된 이물질 등이 제거된다.

용제로는 유기용매(예, 트리클로로에틸렌, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 또는 이들의 유도체)에 탄산소다 3∼5중량%, 인산소다 2∼3중량%, 가성소다 1∼2중량%, 표면활성제 0.1∼3.0중량%(바람직하기로는 0.2∼3중량%)가 첨가된 수용성 용매가 알맞다.

2) 전해탈지

알카리 초음파처리된 피도체를 가성소다 0.2∼0.5중량%, 인산소다 1∼1.5중량%, 탄산소다 1∼1.5중량%, 계면활성제 0.2∼0.05중량%가 배합된 수용성 용매에 담근 다음 음극탈지로는 니켈, 스테인레스, 알루미늄 또는 황동을 사용하고, 양극탈지는 아연 및 아연다이캐스팅을 사용하며, 음극탈지의 경우에는 전해밀도 5∼10Am/dm²로 양극탈지의 경우에는 2~5Am/dm²로 30초∼60초 동안 처리한다.

이경우 양극에서는 산소 기체로 유지 등이 산화제거되며, 음극에서는 수소 기체에 의하여 유지 등이 부상 제거된다.

3) 산처리

알카리 탈지나 전해탈지를 할 경우 피도체에는 미세하나마 산화피막 및 부동태 피막이 남아 있어 도금의 밀착성을 나쁘게 하므로 이를 제거하고자 황상, 염산 등을 5∼20% 첨가하여 부동태 상태의 것을 제거한다. 침지시간은 30초∼60초가 적당하다.

4) 황산동 도금

니켈 도금을 위한 하지도금으로서 평활성 향상과, 흠을 없애주기 위한 것이다.

황산동 15∼30중량%와 황산 4∼10중량%로 되는 원료를 수용액화하여 15∼30℃(바람직하기로는 15∼25℃)로 5∼20분간 음극전류 1∼10Am/dm², 양극전류밀도 0.5∼5Am/dm², 로 피도체의 표면에 동도금을 하여준다.

5) 광택의 니켈도금

황산니켈 24∼45중량%, 염화니켈 3.8∼6중량%, 그리고 붕산 3∼5중량%를 배합한 수용액 내의 40∼60℃로 10∼40분간 음극전류밀도 1∼10Am/dm²로 처리하여 표면전체의 두께를 균일화하고 소지에 광택을 내게 한다. 이 경우에 양극은 니켈판이다. 그리고 도금을 하면서 에어블로어로 블로우잉(작업조의 하부에서 공기를 불어 액을 유동시켜 주는 통상의 방법)하여 도금층이 양호하게 형성되도록 한다.

2. 전착코팅공정

1) 수제

니켈도금이 끝난것에 순수(純水; 정화된 깨끗한 물)를 가하여 1∼5분간 탕세 처리한 후 다시 초음파로 1∼5분간 세척한다. 작업조의 상태에 따라 수산화암모늄을 가하여 처리할 수도 있다.

그리고, 수세조의 전도도가 100㎲ 이하 일때 까지 수세하며 에어블로우나 노즐을 설치하여 블로우잉하여 수세효과를 높일 수 있다.

2) 전착전처리

부틸셀로솔브를 약 0.1∼10% 정도 함유한 수용액에서 15∼30℃로 중성(pH7∼8)을 유지하면서 30초 내지 1분간 침지시켜 준다.

3) 전착 코팅액의 합성

전해조의 내부에 다음 구조식의 멜라민 수지(I)와 변성아크릴 수지(II)의 혼합용액을 담고 술폰산(sulfonic acid) 무기산촉매(0.1∼2중량%)로 가교화시켜 다음 구조식의 가교중합체(III)만든다.

이 때, 멜라민 수지(I)와 변성아크릴 수지(II)는 20:80∼40:60중량%를 산촉매하여 가교중합체(III)를 만드는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용한 변성아크릴 수지(II)는 구조식에 나타나듯이 양단에 활성기인 히드록시기(∼OH) 카르복실기(∼COOH)를 노출시켜준 것이다.

4) 전착코팅

상기한 수지성분을 10∼15%의 순수와 1∼2%의 유화제로 수지를 고르게 유화시켜 준 다음 목적한 피도체를 양극에 걸고 전류밀도 40∼100Am/dm²(바람직하기로는 40∼50Am/dm²)로 30초∼180초 동안 전착코팅시켜 준다.

5. 염료착색공정

이상의 공정을 거쳐 생산된 피도체의 수지피막은 아크릴수지가 함유된 구조이므로 염료를 용해한 수용액에 침지시켜 원하는 발색 효과를 얻을 수 있다.

사용 가능한 도료로서 일반적으로 아크릴수지 염색에 사용될 수 있는 것은 어느 것이나 사용 가능하며 원하는 발색 상태에 따라 적절히 선택한다.

용제로는 부틸셀로솔브, 아세톤, 벤질 알콜, 이염화에틸렌 중의 어느 하나 또는 그 혼합물이며, 분산제는 아니온계 계면활성제가 된다.

염료의 농도는 10∼40% 종도가 적당하며 pH7∼8사이로 관리되도록 NaOH로 수시 보정한다.

침지시간은 약 1~3분 정도가 알맞으며 착색시간에 따라 색상을 조절할 수 있다.

침지가 끝난 것은 수세수의 온도가 10∼30℃로 하여 3∼5회 세척후 최종적으로는 온도 50∼60℃의 온도로 처리하여 준다.

4. 경화공정

수세가 끝난 것은 140∼160℃의 온도로 유지되는 오븐 내에서 30∼50분간 방치하여 수지의 경화를 유도한다.

이상의 공정에 의거하면 본 발명의 수지 코팅면은 내후성과 착색성 및 투명성이 우수한 아크릴수지와 내구성이 탁월한 멜라민 수지가 가교화된 것으로서 탁월한 색상과 내구성을 나타낸다.

본 발명의 공정에 의거한 구체적인 제조예는 다음과 같다.

[제조실시예 1]

1. 피도체 전처리

1x10x10cm(두께x가로x세로)의 철재판을 취하여 1리터의 물에 탄산소다 30g, 인산소다 20g, 가성소다 7g, 계면활성제 3g을 넣은 수용액내에서 60℃로 3분간 초음파 발진 처리하였다.

철재판을 음극에 걸고 가성소다 3g, 인산소다 10g, 탄산소다 10g, 표면활성제 0.5g을 녹인 알카리 수용액에 침지시킨 후, 10Am/dm²의 전해밀도로 1분간 통전한다.

이어서 황산 10% 수용액으로 30초간 침지후, 황산동 200g, 황산 100㎖이 함유된 1리터의 수용액안에서 음극에 철재판을 걸고 10Am/dm²로 10분간 처리하면 갈색동도금이 도착된다.

이어서 황산니켈 350g, 염화니켈 50g, 붕산 40g을 1리터 수용액에 용해후 음극에 황동도금 철재판을 걸고 전류밀도 5Am/dm²로 25분간 처리하여 니켈도금을 입힌다.

2. 전착코팅

상기한 전처리가 끝난 것을 50∼60℃의 온도에서 3분간 수세 후, 30℃로 낮추어 초음파를 발진시켜 주고, 25만Ω-cm 이상의 순수로 상온에서 5분간 탕에서 에어블로우잉하여 수세한다.

수세가 끝난 것을 에스테르 용제 5㎖가 배합된 용기에서 pH7∼8이 되도록 암모니아수로 조정하면서 진착처리한다.

1) 전착 수지용액 특성치

수지용액은 다음식의 멜라민 수지와 변성아크릴 수지를 30대 70의 비로 배합하여 촉매량의 술폰산을 넣고 반응시켜 준 것이다.

2) 전착수지용액 작업조건

3) 전착수지용액 전착 특성치

전착수지용액의 용제 부족시에는 부틸셀로솔브로 보충한다.

① 전착설비

정류기 : 삼상 직류의 펄스 편차가 5% 미만인 정류기를 사용한다.

② 대극 : 재질 SUS316

대극면적 : 처리물 면적의 25%

대극재질로서 순철이나 크롬계 철은 좋지 않으며, 대극 면적의 크기는 작업시 과전류로 인한 전차불량을 막기 위한 것이다.

③ 울트라 필터

펌프압력 : 2∼5㎏/㎡, 50ℓ/min, 여액유출량 : 7ℓ/HR

탱크 1000ℓ에 대하여 1개 설치한다.

④ 정밀 도료 순환 펌프 용량 : 액흐름 속도 : 2∼4회/시간

[전착의 기구]

1. 음이온 전착코팅 개요

수지 에멀젼 또는 고산가 수지의 알카리 염과 같은 수지 수용액으로 된 전착욕 속에 2개의 전극을 침지하여 직류전원을 연결하고 양극 사이에 전류차를 준 경우 아노드 전착 현상을 나타낸다.

이 경우 욕조 또는 전극 계면에서 일어나고 있는 모든 반응의 기구는 매우 복잡하다.

ㄱ. 전기영동(Electrophoresis)

ㄴ. 전기분해(Electrolysis)

ㄷ. 양극 위에서의 수지의 응고 석출(Deposition)

ㄹ. 전기 삼투(Electrosmosis)

2. 음이온계

전착에 있어서 도막의 형성

피도물을 전착에 침지하여 전류를 통하면 도료가 석출한다.

일반적으로 석출한 도료의 NV는 80% 전후이고, 나머지는 수분, 용제 및 약간의 중화제를 함유하고 전착 직후의 도편을 수세해서 관찰하면 샌드페이퍼 상의 거칠은 면을 하고 있다.

이 석출막을 가열하면 막의 점도가 낮아져 유동하므로 최종적으로는 평활한 평면을 형성한다.

그것과 동시에 수지의 경화가 시작되고 가교한 강인한 도막을 형성한다.

이상의 반응과 같이 전해조의 양극부에서 변성아크릴 수지와 멜라민 수지로 되는 공중합수지가 피도체의 표면에 적착되는 것이다.

3. 발색공정

상기한 공정을 거쳐 생성된 피도체의 표면은 경화되기전 수지층이 불투명하게 전착된 상태로서 염색도료를 침투시켜 원하는 발색을 유도한다.

본 발명에서 사용되는 염료로는 분산염료, 직접염료, 반응성 염료 등 일반적으로 수지 착색에 사용될 수 있는 것은 어느 것이나 사용 가능하다. 용제로는 아세톤, 벤질알콜 이염화에틸렌 등이며 분산제로는 아니온계 계면활성제가 좋다. 염료의 농도는 10∼40%로 조절하는 것이 우수한 결과를 주며, 알카리성으로 관리토록 염기로 수시 보정한다. 침지시간은 약 1∼3분 정도가 알맞고 피도체에 코팅된 수지층 두께에 따라 적절히 조절한다.

침지후에는 50∼60℃에서 수세 처리한다.

4. 피막형성공정

수세가 끝난 것은 140∼160℃의 온도로 유지되는 오븐내에서 10∼30분정도 방치하면 목적한 바의 발색 코팅된 피도체가 얻어진다.

[제조실시예 2,3,4]

제조실시예 2는 제조실시예 1과 동일 공정과 재료로 하되 피도체를 알루미늄판으로 사용하였다.

제조실시예 3은 제조실시예 1과 동일 공정과 재료로 하되 피도체를 스테인레스판으로 사용하였다.

제조실시예 4는 제조실시예 1과 동일 공정과 재료로 하되 피도체를 니켈 도금판을 사용하였다.

그리고, 제조실시예 2,3,4의 결과는 다음표 1에 기재된 바와 같다.

[제조실시예 5(철재, 클리어 코팅제품)]

상기한 제조실시예 1의 공정과 재료를 사용하되, 최종의 발색공정을 생략하여 준 것을 생산한 다음, 경도, 내식성, 광택도, 내충격성 및 러빙테스트(rubbing test)를 하였다.

[제조실시예 6,7,8,9]

제조실시예 6은 상기한 제조실시예 4와 동일한 공정과 재료를 사용하되, 피도체로 스테인레스를 이용하여 스테인레스판 클리어 코팅제품을 얻었다.

제조실시예 7은 상기한 제조실시예 4와 동일한 공정과 재료를 사용하되, 피도체로 알루미늄판을 이용하여 알루미늄판 클리어 코팅제품을 얻었다.

제조실시예 8은 상기한 제조실시예 4와 동일한 공정과 재료를 사용하되, 피도체로 니켈도금판을 사용하여 니켈도금판 클리어 코팅제품을 얻었다.

제조실시예 9는 상기한 제조실시예 4와 동일한 공정과 재료를 사용하되, 피도체로 금도금판을 사용하여 금도금판 클리어 코팅제품을 얻었다.

그리고, 제조실시예 6,7,8,9에 대한 테스트 결과는 표2와 같으며, 경도는 연필의 경도 정도이고, 내식성은 5% 염화나트륨 수용액에서 35℃를 유지시켜 침지한 것이며, 광택도는 독일BYK사의 라보트론(Labotron)을 이용하여 60℃ 경사시 반사율을 본 것이며, 러빙 테스트는 아세톤 용재를 바른 후, 공지의 거즈를 부착한 것으로 일정압을 가하면서 20회 이상 문질러 준 것이다. 그리고, 내충격성은 500g의 추를 일정 높이에서 자유낙하시켜 시편에 충돌시켜 얻은 결과이다.

[비교실시예 1,2,3,4]

비교실시예 1은 제조실시예 1과 동일한 공정을 행하되 멜라민 수지 대신에 에폭시 수지를 30중량% 배합하여 준 것을 사용하였다.

비교실시예 2는 제조실시예 1과 동일한 공정을 행하되 변성아크릴 수지 대신에 히드록시기가 노출된 알키드 수지를 70중량% 배합하여 준 것을 사용하였다.

비교실시예 3은 제조실시예 1과 동일한 공정을 행하되 변성아크릴 수지 대신에 에폭시 수지를 20중량% 배합하여 준 것을 사용하였다.

비교실시예 4는 제조실시예 1과 동일한 공정을 행하되 변성아크릴 수지를 20중량%, 멜라민 수지를 80%, 사용하여 준 것을 사용하였다.

그리고, 비교실시예 1,2,3,4에 대한 시험 결과는 다음 표3과 같다.

이상의 비교실시예의 결과에 나타나듯이 본 발명의 공정을 사용한 것과 달리, 경도, 내식성, 광택도가 현저히 떨어짐을 알 수 있다.

Claims

금속재질의 피도체를 금속재질의 피도체를 50∼80℃의 알카리용액내에서 초음파로 1∼5분간 처리한 것을 전해밀도 2∼10Am/dm²로 30초∼60초 동안 전해처리후 산세하며, 산세된 것을 황산동 15∼30중량%의 수용액에서 15∼25℃로 5∼20분간 0.5∼10Am/dm²로 동도금하고, 황산니켈 24∼45중량%, 염화니켈 3.8∼6중량%, 붕산 3∼5중량%로 되는 도금액에서 다시 40∼60℃로 10∼40분간 1∼10Am/dm²로 니켈도금처리하는 피도체 전처리공정; 전처리 완료된 것을 수수로 1∼5분간 탕세 처리한 후 초음파로 1∼5분간 수세하여 중화시킨 것을 다음 구조식의 멜라민 수지(I)와 변성아크릴 수지(II)의 20:80 ∼ 40:60중량%를 산촉매하여 다음 구조식의가교중합체(III)를 만들고, 이것을 10∼15%의 순수와 1∼2%의 유화제로 유화시킨 후, 양극에 피도체를 걸고 전해밀도 40∼100Am/dm²로 30초∼180초 동안 전착코팅하여 주는 전착코팅공정; 전착코팅된 것을 10∼40% 농도의 약 알카리염료 수용액에 침지하여 1∼3분간 염료가 침투되도록 하는 염료착색공정; 착색된 것을 수세후 140∼160℃의 온도에서 열경화하는 경화공정으로 구성되는 금속재료면 칼라코팅방법.
제1항에 있어서, 전처리용 알카리용액이 탄산소다 3∼5중량%, 인산소다 2∼3중량%, 가성소다 1∼2중량%, 표면활성제 02.∼3중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속재표면의 칼라코팅방법.
제1항에 있어서, 염료착색공정에서 사용되는 용제는 부틸셀로솔브, 아세톤, 벤질 알콜, 이염화에틸렌 중의어느 하나 또는 그 혼합물이며, 분산제는 아니온계 계면활성제인 것을 특징으로 하는 금속재표면의 칼라코팅방법.
제1항에 있어서, 염료착색공정후 수세시 물온도가 초기에 10∼30℃에서 최종적으로 50∼60℃로 되는 것을 특징으로 하는 금속재표면의 칼라코팅방법.