KR100312121B1 - 윤활수지용액을 이용한 수지피복 용융아연 도금강판의 제조방법 - Google Patents

윤활수지용액을 이용한 수지피복 용융아연 도금강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 윤활수지용액을 이용하여 가공성이 우수한 수지피복 용융아연도금 강판의 제조방법에 관한 것으로 녹는점이 125℃인 폴리에틸렌계 왁스와 녹는점이 62℃인 비극성 관능기 치환폴리에틸렌계 왁스를 배합비 1:1로 혼합한 왁스용액을 에스테르-우레탄 수지용액에 경화제로 이민-에스테르계 수지를 1-3phr의 함랑으로 투여하고, 용액고형분이 10∼20%되게 순수를 넣어 조정한 후, 암모니아수를 투여하여 폐하가 9∼10이 되게한 다음 이 제조한 용액에 클로이달실리카를 용액량의 10∼15% 정도로 투입한 후 왁스용액을 주제 고형분 대비 10∼20phr의 함량으로 투여한 용액에 투여하여 제조한 윤활수지용액을 도포형 크로메이트처리된 용융아연도금강판상에 건조피막 부착량 기준으로 약 0.7∼2.0 마이크로미터의 두께로 도포한 후 120∼180℃의 강판온도에서 소부시켜서 된 것이다.

Description

윤활수지용액을 이용한 수지피복 용융아연 도금강판의 제조방법
본 발명은 윤활수지용액을 이용하여 가공성이 우수한 수지피복 용융아연도금 강판의 제조방법에 관한 것으로 특히 윤활수지 용액의 안정성, 강판과의 도포성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 윤활수지용액을 사용하여 용융아연도금 강판의 표면을 피복시켜 수지피복 용융아연 도금강판을 제조하고자 하는 것이다.
일반적으로 용융아연도금강판은 후막 아연도금층의 회생방식에 의한 소지강판의 내식성향상을 목적으로 가전용 및 건자재의 용도로 개발되었으며, 환경문제 해결 및 공정 단순화의 필요성에 따라 근래에는 윤활유 도포 및 탈지공정을 생략할수 있는 윤활강판의 개발이 91년 부터 일본의 고로5개사에서 이루어져 전기아연도금강판 뿐만 아니라 용융아연도금강판의 표면 피복에 이용되고 있다.
전기아연도금 윤활피복강판과 용융아연도금 윤활피복강판은 가공성과 내식성 등의 성질로 인하여 차별화하여 생산, 공급되고 있으며 전기도금외 경우는 옥내의 가전용 제품에 주로 사용되는 반면 용융도금 강판은 옥외용 가전제품 자판기 등에 사용되고 있다.
이와같이 수지피복강판은 그 용도에 따라 세분화하여 생산되고 고객사의 납기에 맞게 생산되므로 월별로 수일간만 생산하고 코터팬에 남은 용액은 폐기처분하고 있는 실정이다.
이러한 용액폐기는 용액 원가부담 및 폐용액 처리비용과 아울러 환경오염 등의 여러 가지 문제점을 야기시키게 되므로 시간경과에 따른 용액 노화현상을 개선해야할 필요성이 있다.
수지용액은 주로 코터를 이용한 코팅방법을 통하여 강판상에 도포되게 되는데 이 경우 용액의 강판 도포성은 표면외관 및 도막 접착력에 중요하게 영향을 미친다.
또한, 전기도금강판과는 달리 용융도금강판의 경우 두꺼운 아연도금층으로 인하여 수요자의 심가공시 가공부의 도금면 손상으로 가공부위의 표면 결함과 동시에 이 부위에서 내식성이 열화하는 문제점을 가지고 있으며 첨가된 윤활수지용액을 이용하여 이러한 문제점을 개선하고 있으나 이러한 왁스 첨가로 인해 앞서의 도포성 및 접착력은 떨어지게 되므로 이의 조절을 위한 많은 연구가 진행되고 있다.
따라서 본 발명은 용융도금강판을 소재로한 윤활강판에서 용액안정성을 증가시키고 왁스첨가로 인한 용액의 도포성 및 접착력감소를 개선하면서 윤활강판 본래의 목적인 가공성을 유지할수 있는 용액을 발명하고자 하고 있다.
이와같은 목적을 갖는 본 발명은 용융아연도금강판의 표면을 내식성이 우수한 도포형 크로메이트용액으로 처리하여 열경화시키고 그 상층부에 클로이달 실리카 및 윤활제를 함유한 수지를 도포하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
도1은 저융점 왁스와 고융점왁스의 혼합을 중 저융점 왁스의 양에 따른 마찰계수와의 관계를 나타내는 그래프
본 발명의 수지용액에서 강판에의 도포성은 용액의 젖음성에 주로 영향을 받으며 용액이 강판에 균일하게 도포되지 않을 경우 표면결함 및 내식성의 열화와 함께 도막의 접착력에도 악영향을 미치게 된다.
젖음성 증가에 따른 접착력 증가는 흡착이론에 따르는 것으로서 두물질이 매우 가까이 접근하면 반데르 바알스 힘이나 수소결합이 생성되어 접착강도가 증가하게 되는데, 이와같이 두 물질이 가까이 접근하는 과정을 젖음성이라고 하며, 젖음성 정도는 열역학적 관점에서 두 물질의 표면에너지가 같거나 극성이 비슷할 경우 최대가 된다.
본 발명에서는 수지와의 계면을 이루는 크로메이트층과 극성의 차이가 가장적은 에스테르-우레탄 수지용액을 주제로 하고 극성이 큰 클로이탈 실리카를 10-15%정도 투여하였으며, 극성의 차이가 큰 폴리에틸렌계 왁스의 투여량을 10∼20phr로 조정함으로써 우수한 도포성을 확보하였다.
아울러 왁스의 투여량을 증가시키지 않으면서 윤활수지 본래의 목적인 가공성을 확보하기 위하여 녹는점이 낮은 폴리에틸렌계 왁스와 녹는점이 높게 조정된 폴리에틸렌계의 두가지 왁스를 혼합하여 투여하였는데 이를 통해 왁스의 함량이 증가하지 않고도 도막의 표면마찰 특성을 유지할수 있다.
용액 안정성의 향상을 위하여서는 경화제와 혼합후 수지의 반응성을 줄여야 하는데, 반응성이 줄어들 경우 도막강도 및 내화학성에 악영향을 미칠수 있으므로 에스테르-우레탄 수지와 적절한 반응성을 가지는 이민에스테르계 수지를 경화제로 사용하고 투여량을 1-3phr로 하여 수지와의 반응성을 조절함으로서 우수한 용액안정성을 가지도록 하였다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
수지용액은 크게 주제, 경화제 및 첨가제로 구성되어지며, 주제용액은 에스테르-우레탄수지를 고형분이 10∼20%되게하여 첨가제를 투입하여 제조한다.
고형분이 10%이하일 경우는 도막형성이 어렵게되며 반대로 20%이상으로 높을 경우 도막두께의 상승과 함께 표면외관이 열화하게 된다.
수지용액에 사용되는 경화제는 이민에스테르 수지를 주제고형분 대비 1∼3phr의 양으로 준비하여 주제용액에 혼합하여 사용한다.
경화제의 양은 수지의 경화반응 속도와 밀접한 관련이 있으며 이러한 수지의 경화반응으로 인한 용액내 비상용성 증가로 인해 용액의 겔화 및 슬러지발생으로 용액안정성이 떨어지게 된다.
경화제인 이민테스테르의 양이 1phr보다 작은 경우 경화반응이 충분히 일어나지 않음으로 도막의 경도가 약화되어 내화학성이 저하하며 반대로 3phr보다 많은 경우는 용액안정성이 열화하게 된다.
또한, 폐하차이에서 오는 용액 겔화를 방지하기 위해 암모니아수를 이용하여 폐하를 9∼10로 되게 조정한다.
이와같이 폐하를 조정하는 것은 내식성 향상 목적으로 투여하는 클로이탈 실리카의 경우 용액의 폐하에 따라 입자들 간의 하전이 파괴되어 입자들끼리 서로 엉겨붙음으로서 용액의 점도가 증가되거나 슬러지가 생성되는 등 용액안정성이 저하하기 때문에 용액과의 폐하를 유사하게 맞추어 주어야 한다.
투입되는 클로이탈 실리카의 양은 전체용액량 기준으로 10∼15% 정도가 적당한데 소량 투입의 경우는 내식성 향상 효과가 적으며 반대로 과량 투입시는 용액안정성이 열화하게 된다.
윤활제로 첨가되는 왁스는 일반적인 폴리에틸렌계 왁스의 단독첨가로는 소량첨가에 의한 표면마찰특성 개선의 효과가 적으므로 본 발명에서는 녹는점이 125℃인 폴리에틸렌계 왁스와 비이온성 관능기로 치환된 녹는점이 62℃인 폴리에틸렌계 왁스를 배합비 1:1의 비율로 혼합하여 용액안정성 및 도포성 개선 목적의 왁스량 감소에 따른 가공성 열화를 방지하였다.
왁스배합비는 표면마찰계수 측정결과 가장 우수한 마찰특성을 보이는 배합비로 결정하였는데 배합비가 1:1인 경우에 있어서 마찰계수값이 가장 적게 나타났다. 이와같이 주제,경화제 및 첨가제인 왁스와 클로이탈 실리카를 투여하여 제조된 용액을 도금부착량이 60/60∼120/120g/m2(전면/후면)이고 크롬부착량이 30∼100mg/m2으로 크로메이트 처리된 용융아연도금강판 표면에 건조피막 두께가 0.7∼2.0마이크로미터의 두께로 바코더를 이용하여 도포한 후 120∼180℃의 강판온도에서 소부한 다음 수냉시켜 윤활수지피복 강판을 제조한다.
크롬부착량은 윤활수지피복강판의 내식성과 밀접한 관계를 보이며 크롬부착량이 30mg/m2이하인 경우 충분한 내식성을 기대할수 없으며 100mg/m2이상인 경우는 도막밀착성 및 가공성이 연화하기 때문이다.
수지의 건조피막 두께를 0.7∼2.0 마이크로미터로 한 것은 도막두께가 0.7이하인 경우는 충분한 도막물성 확보가 어려우며 2.0이상인 경우는 가공시 도막박리현상으로 내식성에 악영향을 미치기 때문이다.
또한 강판온도를 120∼180℃로 하는 것은 소부온도가 120℃이하인 경우 수지의 경화반응이 충분하게 일어나지 않으며 180℃이상에서는 소지강판의 재질변화와 함께 베이크하드닝 강판의 성질을 보존할수 없기 때문이다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예1]
에스테르-우레탄 수지용액에 경화제로 이민-에스테르계 수지를 1∼3phr의 함량으로 투여하고 용액고형분이 10∼20%되게 순수를 넣어 조정한 후 암모니아수를 투여하여 폐하가 9∼10으로 되게한다.
상기와 같이 제조한 용액에 클로이달 실리카를 용액량의 10∼15% 정도로 투입한 수지용액을 하기 표1과 같이 제조하였다. 비교재로는 각각의 주제용액을 아크릴-우레탄, 에테르-우레탄, 폴리카보네이트 다이올, 선형 폴리에틸렌수지로 변화시키고 상기의 경화제 및 첨가제를 동일하게 투여한 용액을 제조하였다.
제조된 용액의 표면접촉각 측정을 위해서는 클레스판 표면을 아세톤으로 완전히 탈지하여 충분히 건조시킨 후 각 용액을 시리지로 채취하여 유리판 표면에 방울로 떨어뜨려 용액방울과 유리판 사이의 각도를 측정하였다.
접촉각 측성은 표면접촉각 측각기(contact angle gonimeter)를 이용하여 용액별로 각각 5회 측정한 후 그 평균값을 구하였다.
하기 표1에서 보는 바와같이 에스테르-우레탄 수지의 경우가 표면접촉각이 가장 작고 선형 폴리에틸렌 수지의 경우가 가장 큰 표면접촉각을 나타내고 있는데 폴리에틸렌수지의 경우는 분자사슬이 길고 선형의 구조를 취하고 있으므로 비극성의 성질이 강함으로 인해 극성인 유리기판 표면과 차이가 크므로 접촉각이 크게 나타난다.
하기 표1의 결과로부터 극성의 성질이 큰 강판상 도포의 경우 발명재인 에스테르-우레탄 수지가 강판에의 젖음성이 가장 우수하며 실제 도포성에 있어서도 탁월한 성능을 나타내었으며 이는 표면 접촉각 측정의 결과와 일치하고 있다.
용 액 구 분 표면접촉각(°) 도포성
1차 2차 3차 4차 5차 평균
발명재 에스테르-우레탄수지 ◎
70 69 69.8 68 69.4 69.2
비교재A 아크릴-우레탄수지 △
83 80 79.2 79.2 78.6 80
비교재B 에테르-우레탄수지 74.4 76.4 76.2 76.4 77 76.1 ○
비교재C 폴리카보네이트다이올 수지 81 80 80.8 81.2 80.4 80.7 △
비교재D 선형 폴리에틸렌수지 90.6 92.4 90 93 92 91.9 ×
◎ : 우수 ○ : 양호 △ : 보통 × : 열화
[실시예2]
녹는점이 120℃인 폴리에틸렌계 왁스와 녹는점이 62℃인 비극성 관능기 치한 폴리에틸렌계 왁스 배합비 1:1로 혼합하고, 상기 표1의 발명재 및 비교재에 각각 주제고형분 대비 10∼20phr의 함량으로 투여하여 용액을 제조하고, 이 용액을 도금부착량이 60/60∼120/120g/m2(전면/후면)이고, 크롬부착량이 30∼70mg/m2으로 크로메이트 처리된 용융아연도금강판 표면에 건조피막 두께가 0.7∼2.0마이크로미터의 두께로 바코터를 이용하여 도포한 후 120∼180℃의 강판온도에서 소부한 다음 수냉시켜 윤활수지피복 강판을 제조하였다.
또한, 비교재로서 녹는점이 100℃정도인 폴리에틸렌계 왁스를 상기 표1의 발명재 및 비교재에 앞서의 함량과 동일하게 투여해 용액을 제조하고 동일조건으로 도포하여 윤활수지피복강판을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 윤활수지피복 용융아연도금강판에 대하여 드로우비드 시험기를 이용한 마찰계수 측정시험을 행하였다.
하기 표2의 결과에서 나타난 바와같이 두가지 타입의 왁스를 혼합하여 사용한 경우 왁스 단독첨가에 비해 표면마찰계수가 적은 값을 보여 우수한 가공성을 나타냄을 알수 있다.
이것은 녹는점이 다른 두가지 왁스는 분자량 및 물성에 있어서 각각의 특성을 가지며 이 두가지 왁스를 혼합할 경우 상호 보완적인 역할을 함으로 인해 왁스 단독첨가에 비해 우수한 표면마찰특성을 발휘할 수 있기 때문인데 도1에서 나타낸 바와같이 녹는점이 낮은 왁스와 높은 왁스를 1:1의 배합비로 혼합한 경우 표면마찰계수가 가장 낮은 값을 보여 가공성이 우수함을 알수 있다.
용 액 구 분 마찰개수(μ)
비교재 발명재
발명재 에스테르-우레탄수지 0.172 0.090
비교재A 아크릴-우레탄수지 0.187 0.107
비교재B 에테르-우레탄수지 0.190 0.104
비교재C 폴리카보네이트다이올 수지 0.180 0.106
비교재D 선형 폴리에틸렌수지 0.194 0.100
[실시예3]
하기 표3은 에스테르-우레탄 수지를 주제용액으로 하고 첨가제인 클로이달 실리카와 왁스를 앞서의 표1,2와 같이 투여한 용액에 대하여 경화제의 종류 및 함량을 변화시키면서 용액안정성 및 내화학성을 측정한 것이다.
용액안정성은 시간경과에 따른 점도변화를 측정하여 용액점도가 급격히 상승하는 시점을 겔화되는 것으로 잡고 아울러 슬러지 발생을 육안관찰하였다.
또한, 내화학성은 제조된 용액을 상기 표2에서와 동일한 조건으로 도포하여 윤활수지피복강판을 제조하고 메틸에틸케톤 용액을 10회정도 문지른 후 표면박리 정도를 평가하였다.
하기 표3의 결과에서 나타난 바와같이 이민-에스테르 수지를 1-3phr정도 투입한 경우 우수한 용액안정성과 내화학성을 확보할수 있는 반면, 이소시아네이트 수지와 에폭시 수지의 경우는 용액안정성이 떨어지는 것으로 나타났으며, 이민에스테르의 양이 적은경우는 충분한 경화가 일어나지 않아 내화학성이 떨어지는 반면, 많은 경우는 반응속도의 증가로 인해 용액안정성이 떨어지는 것으로 나타났다.
정화제구분 용액안정성 내화학성
발명재 이민에스테르(1∼3phr) 80일 이상 ◎
비교재A 이소시이네이트(1∼3phr) 60일 ◎
비교재B 에폭시(1∼3phr) 50일 ◎
비교재C 이민에스테르(0.5phr) 80일 이상 △
비교재D 이민에스테르(4phr) 60일 ◎
◎ : 우수 ○ : 양호 △ : 보통 × : 열화
이상과 같은 본 발명은 에스테르-우레탄 수지에 경화제로 이민에스테르 수시를 투여하고, 콜로이달실리카와 녹는점이 상이한 두가지 왁스를 혼합하여 투여한 윤활수지용액을 사용하여 용융아연도금강판을 제조하는 경우 우수한 용액안정성, 가공성 및 도포성을 확보하여 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 녹는점이 125℃인 폴리에틸렌계 왁스와 녹는점이 62℃인 비극성 관능기 치환폴리에틸렌계 왁스를 배합비 1:1로 혼합한 왁스용액을 에스테르-우레탄 수지용액에 경화제로 이민-에스테르계 수지를 1-3phr의 함랑으로 투여하고, 용액고형분이 10∼20%되게 순수를 넣어 조정한 후, 암모니아수를 투여하여 폐하가 9∼10이 되게한 다음 이 제조한 용액에 클로이달실리카를 용액량의 10∼15% 정도로 투입한 후 왁스용액을 주제 고형분 대비 10∼20phr의 함량으로 투여한 용액에 투여하여 제조한 윤활수지용액을 도포형 크로메이트처리된 용융아연도금강판상에 건조피막 부착량 기준으로 약 0.7∼2.0 마이크로미터의 두께로 도포한 후 120∼180℃의 강판온도에서 소부시켜서 됨을 특징으로 하는 윤활수지용액을 이용한 수지피복 용융아연도금강판의 제조방법.
KR1019970033363A 1997-07-18 1997-07-18 윤활수지용액을 이용한 수지피복 용융아연 도금강판의 제조방법 KR100312121B1 (ko)

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