KR100816523B1 - 도금강판용 피복 조성물 - Google Patents

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Abstract

도금강판용 피복 조성물은 나노실리카 1 내지 5 중량%, 실란 1 내지 5 중량%, 산도 조절제 0.1 내지 1 중량%, 수용성 용제 1 내지 10 중량%, 금속 방청제 0.01 내지 0.05 중량%, 첨가제 0.1 내지 0.25 중량% 및 여분의 물을 포함한다. 상기 도금강판용 피복 조성물은 크롬을 포함하지 않음으로써 작업자에게 유해하지 않을 뿐만 아니라, 내식성, 내습성, 내열성 등이 우수한 도막을 형성함으로써, 도금강판의 품질을 개선하고 활용도를 높일 수 있다.
나노실리카, 도금강판

Description

도금강판용 피복 조성물{COATING COMPOSITION FOR PLATED STEEL}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 피복 조성물의 실란과 나노 실리카의 결합을 나타내는 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 피복 조성물과 도금강판의 결합을 나타내는 개념도이다.
본 발명은 도금강판용 피복 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작업자에게 유해하지 않으며, 도막의 물성을 개선할 수 있는 도금강판용 피복 조성물에 관한 것이다.
알루미늄-아연 또는 알루미늄 합금도금강판은 다른 도금강판에 비하여 내열성이 좋아 내열성이 필요로 하는 분야에서 많이 사용되어져 왔다. 특히, 주사형 브라운관의 경우에 안전성을 위하여 브라운관의 테두리에 알루미늄-아연 또는 알루미늄 합금도금강판을 밴드 형태로 고정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 하지만, 상기 알루미늄 도금강판의 보관 및 가공 과정에서 쉽게 부식이 일어나거나 지문에 의한 상품의 품질이 저하되는 문제가 있다.
또한, 브라운관에 밴드를 체결할 때 전지저항의 방법으로 온도가 400℃이상 올라가는데, 여기서 유해 성분이 기화하여 작업자에게 악영향을 줄 염려가 있으며, 밴드의 형상이 변형될 수 있다.
상기와 같은 문제의 해결 방안으로 크로메이트 처리의 방법이 널리 행하여져 왔지만 크롬의 인체 유해성과 환경 문제로 인하여 새로운 표면처리가 요구되어져 왔다.
본 발명과 관련된 종래의 표면처리 기술로는 대한민국 특허 공개번호(10-2005-0069304)에 나노실리케이트와 에폭시 실란을 이용하여 크로메이트된 아연-니켈 강판에 적용하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 방법은 크로메이트가 되어 있어 유해성이 존재하며 일반 도금강판에 비하여 가격이 비싼 아연-니켈 강판을 사용하므로 경제적이지 못하다.
대한민국 특허 공개번호(10-2004-0026022)에는 실리콘 수지와 콜로이달 실리카 및 나노실리케이트와 실리콘 레벨링제를 첨가하여 작업성을 향상하여 크로메이트된 아연계 합금도금강판에 적용하는 방법이 개시되어 있다. 하지만 이 기술 역시 크로메이트된 강판에서의 코팅을 특징으로 하여 유해성이 있으며 건조작업의 온도 200℃이상으로 너무 높아서 에너지 효율 면에서 문제점이 있다.
대한민국 특허 공개번호(10-2004-0016893)에는 아연계 도금강판 표면에 산화물 미립자 및 인산 또는 인산화합물을 함유하는 복합산화물 피막을 형성한 후 상기 피막 위에 스트레이트 실리콘수지 피막을 형성하는 표면처리강판에 대하여 개시되어 있다. 이 기술에서는 크로메이트를 사용하지 않고 복합산화물 피막을 형성하기 때문에 환경 유해성에서는 문제가 없을 수 있으나 이중의 코팅이 필요하기 때문에 생산비용이 증가하게 된다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 작업자에게 유해하지 않으며, 도막의 물성을 개선할 수 있는 도금강판용 피복 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 도금강판용 피복 조성물은 나노실리카 1 내지 5 중량%, 실란 1 내지 5 중량%, 산도 조절제 0.1 내지 1 중량%, 수용성 용제 1 내지 10 중량%, 금속 방청제 0.01 내지 0.05 중량%, 첨가제 0.1 내지 0.25 중량% 및 여분의 물을 포함한다.
상기 나노실리카는 콜로이달 형태로 미립화되어 물에 안정화되며, 미립자의 직경이 5 내지 20nm일 수 있다.
예를 들어, 상기 실란은 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 3-메타아크릴옥시 트리메톡시실란, 2-글리시딜옥시프로필 트리메톡시실란, 2-아미노프로필 트리에톡시실란 및 2-우레이도알킬 트리에톡시실란으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 산도 조절제는 아세트산, 포름산, 라틱산, 글리코닉산 및 인산으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 수용성 용제는 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 2-메톡시 프로판올 및 2- 부톡시 에탄올로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 방청제는 황원자를 포함할 수 있으며, 구체적으로 암모늄 설페이트, 티오우레아, 머캅토아세트산 및 폴리설파이드로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 소포제, 평활제 및 실리콘 왁스로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 소포제의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 0.01 내지 0.05 중량%이고, 상기 평활제의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 0.05 내지 0.1 중량%이고, 상기 실리콘 왁스의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 0.05 내지 0.1 중량%일 수 있다.
이상에서 설명한 바에 따르면, 도금강판용 피복 조성물은 크롬을 포함하지 않음으로써 작업자에게 유해하지 않을 뿐만 아니라, 내식성, 내습성, 내열성 등이 우수한 도막을 형성함으로써, 도금강판의 품질을 개선하고 활용도를 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 피복 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도금강판용 피복 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 피복 조성물은 나노실리카 약 1 내지 약 5 중량%, 실란 약 1 내지 약 5 중량%, 산도 조절제 약 0.1 내지 약 1 중량%, 수용성 용제 약 1 내지 약 10 중량%, 금속 방청제 약 0.01 내지 약 0.05 중량%, 첨가제 약 0.1 내지 약 0.25 중량% 및 여분의 물을 포함한다.
상기 나노실리카는 콜로이달 형태로 미립화되어 안정화 되어 있는 상태로 미립자의 직경은 약 5 내지 약 20nm일 수 있다. 상기 나노실리카의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 내식성이 저하될 수 있으며, 5 중량%를 초과하는 경우, 도막 형성이 어렵고, 강판에 대한 부착성이 저하될 수 있다.
상기 실란은 쉽게 물에 의해 가수분해가 가능하고 알콕시 그룹이 3개 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 사용 가능한 실란의 예로서는 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 3-메타아크릴옥시 트리메톡시실란, 2-글리시딜옥시프로필 트리메톡시실란, 2-아미노프로필 트리에톡시실란, 2-우레이도알킬 트리에톡시실란 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 실란의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 나노실리카와 결합이 형성되지 않아, 도막의 형성이 어려우며, 5 중량%를 초과하는 경우, 후공정에서 열분해로 인한 유기 가스가 배출될 염려가 있으며, 실란올이 잔존하여 도막의 내수성이 저하될 수 있다.
상기 산도 조절제로는 아세트산, 포름산, 라틱산, 글리코닉산 등과 같은 유기산과 인산 등과 같은 무기산을 예로 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 산도 조절제는 강판의 부식을 최소화하면서 실란의 가수분해를 도와주고 가수 분해된 실란의 저장안정성을 향상시켜주는 역할을 할 수 있다. 상기 산도 조절제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, 실란의 가수분해 시간이 증가하게 되어 제조시간이 길어지고 가수 분해된 실란의 안정성이 떨어질 수 있으며, 1 중량%를 초과하는 경우, 산에 의한 강판의 부식이 발생할 수 있으며, 실 란의 가수분해 속도가 과도하게 증가하여 반응의 제어가 어렵다.
상기 수용성 용제로는 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 2-메톡시프로판올, 2-부톡시에탄올 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 수용성 용제는 실란의 물에 대한 상용성과 가수분해성, 처리제의 강판 젖음성을 향상시키고 도막의 건조속도를 빠르게 하는 작용을 할 수 있다. 상기 수용성 용제의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 실란의 물에 대한 상용성이 저하될 수 있고, 실란의 가수분해 반응이 느려질 수 있으며, 10 중량%를 초과하는 경우, 휘발 성분의 증가로 인한 화재와 폭발의 염려가 있다.
상기 금속 방청제는 도막의 내식성을 향상시킬 수 있으며, 금속양이온과의 반응성이 좋은 황원자를 함유하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 암모늄 설페이트, 티오우레아, 머캅토아세트산, 폴리설파이드 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 황원자 함유 화합물은 고온에서 합금도금강판의 금속 양이온과 결합하여 안정한 황화합물을 형성함으로써 도막의 내식성을 향상시킬 수 있다. 상기 금속 방청제의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 내식성이 저하될 수 있으며, 0.05 중량%를 초과하는 경우, 황화합물 특유의 냄새가 발생하거나, 금속양이온과 반응하지 못한 미반응 황화합물에 의해 도막의 내수성이 저하될 수 있다.
상기 첨가제는 소포제, 평활제 ,실리콘 왁스 등을 포함할 수 있다. 상기 소포제는 도막을 형성하는 과정에서 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 상기 소포제의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 약 0.01 내지 약 0.05중량%인 것이 바 람직하다. 상기 평활제는 도막의 균일한 형성을 도우며, 상기 평활제의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 약 0.05 내지 약 0.1 중량%인 것이 바람직하다. 상기 실리콘 왁스는 피복 조성물의 윤활성을 개선하고 도막간의 접착을 방지할 수 있으며, 상기 실리콘 왁스의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 약 0.05 내지 약 0.1중량%인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 피복 조성물의 실란과 나노 실리카의 결합을 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 피복 조성물과 도금강판의 결합을 나타내는 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가수분해된 실란의 히드록시기와 나노실리카가 결합하고 나노실리카와 결합된 실란의 일부 히드록시기가 도금강판의 표면의 금속과 결합을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 피복 조성물은 크롬을 포함하지 않음으로써 작업자에게 유해하지 않을 뿐만 아니라, 내식성, 내습성, 내열성 등이 우수한 도막을 형성함으로써, 도금강판의 품질을 개선하고 활용도를 높일 수 있다.
이하에서는 구체적인, 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 피복 조성물을 설명하기로 한다.
실시예 및 비교예
하기의 표 1의 조성에 따라 실시예 1 내지 3, 비교예 1 및 2의 도금강판용 피복 조성물을 준비하였다.
표 1 (단위 : 중량%)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
KBM1003 KBM403 KBM503 아세트산(98%) 인산(85%) 물 SNOWTEX-OUP(고형분 20%) LUDOX SK(고형분 30%) LUDOX SM(고형분 30%) 암모늄설파이트 티오우레아 BYK-333 BYK-024 BYK-331 3 - - 0.3 - 76.49 20 - - 0.01 - 0.05 0.05 0.1 - 4 - - 0.4 80.38 - 15 - - 0.02 0.05 0.05 0.1 - - 4 0.4 - 80.74 - - 15 - 0.02 0.05 0.05 0.1 3 - - 0.3 - 56.48 40 - - - 0.02 0.05 0.05 0.1 - 8 - 0.2 0.4 71.19 20 - - 0.01 - 0.05 0.05 0.1
합 계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
표 1에서, KBM1003, KBM403 및 KBM 503(이상 제품명, 신에츠사, 일본)은 각각 실란 화합물이고, SNOWTEX-OUP(제품명, 닛산케미컬, 일본), LUDOX SK 및 LUDOX SM(이상 제품명, 그레이스, 미국)은 나노실리카이다. BYK-333, BYK-024 및 BYK-331(이상 제품명, BYK, 독일)은 각각 소포제, 평활제, 실리콘 왁스이다.
실험예 - 도막의 물성 평가
실시예 1 내지 3, 비교예 1 및 2 각각의 도금강판용 피복 조성물을 알루미늄-아연 도금강판에 도포하여 도막을 형성하고, 각 도막의 내식성, 내습성 및 내열성을 측정하고 평가하여 하기의 표 2에 나타내었다. 각 도막의 내식성, 내습성 및 내열성은 다음의 기준에 따라 2단계 평가법(◎ : 양호, X : 불량)에 의해 평가하였다.
각 도막의 내식성을 평가하기 위하여 각 도막에 5% NaCl 용액을 약 35℃에서 연속분무시험하여 발청(백청 및 흑청, 적청) 면적 기준 5%이내일 경우 양호, 5%이상이면 불량으로 평가하였다.
각 도막의 내습성을 평가하기 위하여 각 도막이 맞닿도록 하고 약 10 내지 50kgfcm의 조건으로 압력으로 준 상태에서 약 50℃, 약 95%의 습도 조건에서 120시간 동안 유지한 후, 각 도막의 색차 변화를 색차계를 사용하여 측정하여 △E≤2이면 양호, △E>2이면 불량으로 평가하였다.
각 도막의 내열성을 평가하기 위하여 각 도막을 유도가열로에서 약 5초 동안 약 400 내지 약600℃로 가열한 후, 표면에 갈라짐이 없으면 양호, 갈라짐이 발생하면 불량으로 평가하였다.
표 2
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내식성 X X
내습성 X
내열성 X
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 3의 도금강판용 피복 조성물을 이용하여 형성된 도막의 내식성, 내습성 및 내열성이 비교예 1 및 2의 도금강판용 피복 조성물을 이용하여 형성된 도막보다 우수함을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 도금강판용 피복 조성물은 크롬을 포함하지 않음으로써 작업자에게 유해하지 않을 뿐만 아니라, 내식성, 내습성, 내열성 등이 우수한 도막을 형성함으로써, 도금강판의 품질을 개선하고 활용도를 높일 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참 조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 나노실리카 1 내지 5 중량%;
    비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 3-메타아크릴옥시 트리메톡시실란, 2-글리시딜옥시프로필 트리메톡시실란, 2-아미노프로필 트리에톡시실란 및 2-우레이도알킬 트리에톡시실란으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 실란 1 내지 5 중량%;
    산도 조절제 0.1 내지 1 중량%;
    수용성 용제 1 내지 10 중량%;
    금속 방청제 0.01 내지 0.05 중량%;
    첨가제 0.1 내지 0.25 중량%; 및
    여분의 물을 포함하는 도금강판용 피복 조성물.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 나노실리카는 콜로이달 형태로 미립화되어 물에 안정화되며, 미립자의 직경이 5 내지 20nm인 것을 특징으로 하는 도금강판용 피복 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 산도 조절제는 아세트산, 포름산, 라틱산, 글리코닉 산 및 인산으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금강판용 피복 조성물.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 수용성 용제는 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 2-메톡시 프로판올 및 2-부톡시 에탄올로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금강판용 피복 조성물.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 금속 방청제는 황원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금강판용 피복 조성물.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 금속 방청제는 암모늄 설페이트, 티오우레아, 머캅토아세트산 및 폴리설파이드로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금강판용 피복 조성물.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 첨가제는 소포제, 평활제 및 실리콘 왁스로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 소포제의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 0.01 내지 0.05 중량%이고, 상기 평활제의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 0.05 내지 0.1 중량%이고, 상기 실리콘 왁스의 함량은 전체 피복 조성물에 대하여 0.05 내지 0.1 중량%인 것을 특징으로 하는 도금강판용 피복 조성물.
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