KR101242899B1 - 도금 도장 복합강판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도금 도장 복합강판에 관한 것으로, 일면에는 도금층이 형성되고, 타면에는 도금층이 형성되지 않도록 도금저지 성분을 갖는 도료가 도장된 도장층이 형성된다. 본 발명은 도장공정을 단축시킬 수 있고, 도금 또는 도장되는 물질에 따라 다양한 특성의 강판으로 활용이 가능하며 또한, 도장층 제거가 용이하여 편면 용융도금강판으로도 활용이 가능한 이점이 있다.
Description
본 발명은 도금 도장 복합강판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일면에는 도금층이 형성되고 타면에는 도금층 없이 도장층만 형성되게 한 도금 도장 복합강판에 관한 것이다.
철은 지구에서 가장 흔한 금속으로 쉽고 값싸게 얻을 수 있어 활용범위가 넓다. 이러한 철은 여러가지 목적을 위해 대부분 얇은 판재의 형태인 강판으로 사용되는데, 대기 중에서 쉽게 부식되므로 부식과 녹 발생 방지를 목적으로 철 표면에 피막을 만드는 도금 공정이 수행된다.
도금 공정에서 금속은 희생방식을 활용한 아연이 가장 많이 사용되고 있으며, 아연-알루미늄 합금 도금, 알루미늄 도금도 많이 사용된다.
도금의 방식은 전기도금 방법과 용융도금 방법이 있다.
전기도금 방법은 효율의 문제로 주로 아연도금에만 한정되므로 대부분의 도금제품은 용융도금을 실시하게 된다. 그러나, 강판을 용융도금 하는 경우에는 강판의 양면이 도금되므로 용도상 한면은 도금이 필요하지 않은 경우라도 양면이 도금되어 낭비가 발생된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용도상 한면에만 도금층을 형성하는 것이 가능하도록 일면에는 도금층이 형성되고 타면에는 도금층 없이 도장층만 형성되도록 한 도금 도장 복합강판을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 일면에는 도금층이 형성되고, 타면에는 도금층이 없이 도장층이 형성된다.
상기 도장층은 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지, 부틸레이트 멜라민 수지, 블랙안료, 마이카, 실리카 성분을 포함한다.
상기 도장층은 건조도막 두께가 2~10㎛이다.
상기 도장층을 형성하는 도료는 도료 총 중량에 대하여 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 30~55 중량부; 부틸레이트 멜라민 수지 5~15 중량부; 아이론 옥사이드 블랙안료 10~30 중량부; 마이카 5~15 중량부; 실리카 1~5 중량부; 폴리 아크릴레이트 수지 0.3~2 중량부; 및 상기 도료 총 중량인 100 중량부가 되도록 하는 잔량의 용제를 포함한다.
본 발명은 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지를 주성분으로 하는 도료를 이용하여 강판의 일면에 도장층을 형성함으로써 도금층이 형성되지 않도록 하는 것이 가능하다. 따라서, 일면에는 도금층이 형성되고, 타면에는 도금층 없이 도장층만 형성된 도금 도장 복합강판의 제조가 가능하다.
이 경우 철과 도장층의 밀착성이 우수하여 도장을 위한 별도의 전처리를 요구하지 않는다. 따라서, 도장공정을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 도금 도장 복합강판은 기계적 연마에 의해 도장층의 제거가 가능하다. 따라서, 다양한 특성의 강판으로 활용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 도금 도장 복합강판을 제조하는 순서를 보인 개략도.
도 2의 (a)는 비교예 1의 도장층을 보인 사진이고, (b)는 실시예 1의 도장층을 보인 사진.
도 2의 (a)는 비교예 1의 도장층을 보인 사진이고, (b)는 실시예 1의 도장층을 보인 사진.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 도금 도장 복합강판은 일면에는 도금층이 형성되고, 타면에는 도금층이 형성되지 않도록 도금저지 성분을 갖는 도료가 도장된 도장층이 형성된다.
구체적으로, 도금 공정 이전에 도금을 원하지 않는 면에 도장을 실시하고 도금 공정을 수행하여 도장되지 않은 면에만 도금이 되도록 하는 것이다.
도금 공정은 용융 도금 공정을 채용한다. 용융 도금의 경우 강판이 용융 도금액에 담궈졌다가 나오게 된다. 따라서 도장층은 용융 도금액이 묻지 않아야 하며, 고온의 열에 견딜 수 있는 내열성도 요구된다. 내열성은 고온의 열에 견딜수 있는 성질을 의미하는 것으로, 용융 도금 공정이 도금 전에 강판의 기계적 성질 및 강판 표면의 환원분위기 유지를 위해 고온의 열처리를 실시하므로 요구되는 것이다.
물론, 도금 공정 후 도장을 수행하여 도금층 상부에 도장층을 형성할 수도 있다. 이 경우 내식성 확보에는 효과적이나, 도장층만으로도 내식성 방지 효과가 충분한 경우 원가적 손실을 감수해야 한다. 또한, 도장층은 철 보다는 도금층과 밀착성이 열위하므로 이를 개선하기 위해 도장 전 별도의 전처리를 해야하는 공정이 추가되는 문제점도 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같은 도장, 도금 순서에 의해 일면에는 도금층이 형성되고, 타면에는 도금층 없이 도장층이 형성된 도장 도금 복합강판을 제조한다.
도장층의 성분은 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지, 부틸레이트 멜라민 수지, 블랙안료, 마이카, 실리카를 포함한다.
구체적으로, 도장층은 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지, 부틸레이트 멜라민 수지, 블랙안료, 마이카, 실리카를 포함하는 도료에 의해 형성된다.
여기서, 도장층의 주성분은 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지이다. 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지의 Si성분이 도막의 표면장력을 낮추어 도금되는 물질들이 도장층에 달라붙지 못하도록 한다. 따라서 도금층 없이 도장층이 형성된 도장 도금 복합강판의 제조가 가능하다.
도장층을 형성하는 도료는, 도료 총 중량에 대하여
실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 30~55 중량부, 부틸레이트 멜라민 수지 5~15 중량부, 아이론 옥사이드 블랙안료 10~30 중량부, 마이카 5~15 중량부, 실리카 1~5 중량부 및 전체 도료 총 중량인 100 중량부가 되도록 하는 잔량의 용제를 포함한다. 이때, 전체 도료 총 중량인 100 중량부가 되도록 하는 잔량의 용제는 10~20 중량부이다.
도료에는 안료 분산을 위하여 폴리 아크릴레이트 수지가 더 포함된다. 폴리 아크릴레이트 수지는 도료 총 중량에 대하여 0.3~2 중량부 범위로 포함된다.
도료는 용융 도금액의 저지성이 우수한 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지에 경화를 위한 멜라민 수지, 내열성을 부여하는 무기안료를 배합한 것으로, 용융 도금액의 부착 저지 효과가 우수하다.
도장층은 건조도막 두께가 2~10㎛이다. 건조도막 두께는 2㎛ 미만이면 도금 저지 효과가 충분하지 않아 원하는 목적을 달성하기 어렵고, 10㎛를 초과하면 도료의 밀착성이 떨어져 도금공정의 롤 통과시 박리가 발생하게 된다.
도료를 이루는 구성 성분들의 기능 및 함량의 한정이유에 대해 설명한다.
1.실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지
실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지는 도료의 주성분이다. 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지는 내열성이 우수하고 슬립성이 뛰어나며, 용융 도금액의 저지성이 우수하다.
실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지는 에폭시 관능기, 폴리에스테르 반응기, 실리콘 반응기를 가진다. 에폭시 관능기에 의해 내용제성, 밀착성이 우수하고, 폴리에스테르 반응기에 의해 굴곡성이 우수하며, 실리콘 반응기에 의해 슬립성과 내열성이 우수하다.
실리콘 폴리에스테르는 비스페놀 A와 에피클로로 하이드린의 축합반응에서 만들어진 수지이다.
보다 상세하게는, 실리콘 폴리에스테르는 비스페놀 A와 에피클로로 하이드린의 축합반응에서 만들어진 수지에 아미노실란[NH2(CH)2NH-R-SI(OCH3)3], 그리시딜 알킬 실란[(CH2-CH-O)CH2O-R-Si(CH3)3], 아민과 염기산으로 반응 개환이 가능한 유기실란 중 선택된 1종 이상을 반응시켜 폴리에폭시의 중간체인 프리포릴머를 합성한다.
이 후 이 프리포릴머에 하이와 같은 단량체들과 합성을 이루어 개환반응된 폴리에폭시폴리올(-OH기 포함), 비스페놀A변성 에칠렌 옥사이드인 다가알콜, 일반 다가알콜(EG,1.6-HD,NPG,DEG), 염기산인 세바식산, HHPA, TPA, PhAn 중 선택된 1종 이상으로 폴리에스테르 반응시켜 합성하여 제조한다.
실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지는 30 중량부 미만이면 내열성이 저하되고, 55 중량부를 초과하면 안료의 분산이 나빠지고 경화 부족현상이 발생하게 된다.
2.부틸레이트 멜라민 수지
부틸레이트 멜라민 수지는 경화수지이다.
부틸레이트 멜라민 수지는 반응성과 가교밀도를 극대화 시킬수 있도록, 고형분이 60%인 부틸레이트 멜라민 수지를 사용한다.
부틸레이트 멜라민 수지는 5 중량부 미만이면 도막의 경화가 잘 이루어지지 않고, 15 중량부를 초과하면 경화가 과도하여 도막이 딱딱해져 도장성이 나빠지고 가공성이 저하된다.
3.무기안료
무기안료는 도막의 색상을 부여하고, 도막의 내열성과 경도를 향상시키며, 광택을 조절하기 위해 함유된다. 무기안료는 블랙안료, 마이카, 실리카 3가지를 사용한다.
블랙안료는 아이론 옥사이드 블랙안료를 사용한다. 아이론 옥사이드 블랙안료는 도료의 색상을 부여하고 내열성을 높이기 위한 것이다. 아이론 옥사이드는 블랙안료는 아이론 옥사이드를 주성분으로 한다. 아이론 옥사이드 블랙안료는 10 중량부 미만이면 내열성이 저하되고 30 중량부를 초과하면 가공성과 작업성이 나빠진다.
마이카는 내열성과 도료의 고형분을 높이는 체질안료로 함유된다. 마이카는 마이크로 마이카를 사용한다. 마이카는 5 중량부 미만이면 내열성이 저하되고, 15 중량부를 초과하면 도장성이 나빠진다.
실리카는 도막의 광택을 저하시키기 위한 소광제로 함유된다. 실리카는 단위 무게당 표면적이 넓어서 상대적으로 흡유량이 크기 때문에 소광제 역할을 한다. 실리카의 함유량에 따라 도막의 광택이 조절되며, 실리카는 1 중량부 미만이면 광택이 높아 작업성 및 도막의 경도가 저하되고, 5 중량부를 초과하면 가공성이 나빠진다.
4. 폴리 아크릴레이트 수지
폴리 아크릴레이트 수지는 상기 도료의 안료들을 분산시키기 위하여 분산제로 사용된다. 폴리 아크릴레이트 수지는 0.3 중량부 미만이면 안료의 분산이 잘 되지 않아 도료의 침강이 발생하고, 2 중량부 이상이면 실리콘 폴리에스테리 에폭시 수지와의 상용성이 나빠져 크레이터 등의 외관 결함이 발생하게 된다.
5. 용제
용제는 상술한 폴리에스테르 에폭시 수지, 멜라민 수지, 무기안료를 용해하기 위한 것이다. 용제는 10 중량부 미만이면 도료(도료)의 유동성 확보가 어려워 균일한 도막 두께 확보가 어렵고, 20 중량부를 초과하면 도포성이 저하된다. 이때, 용제의 함량은 전체 도료 총 중량인 100 중량부가 되도록 하는 잔량의 용제이다.
한편, 도금 도장 복합강판의 제조방법은 상술한 도료를 강판의 일면에 도장하여 도장층을 형성하는 도장단계와, 도장층 형성 후 용융 도금욕에 상기 강판을 침적하여 도금 공정을 수행함으로써 도금층을 형성하는 도금단계를 포함한다.
도장단계에서, 도료는 건조도막 두께가 2~10㎛이 되도록 강판에 도장을 수행한다.
도료의 도장은 도금단계의 열처리 공정 이전에 실시한다. 이는 열처리 공정 중 도료가 경화되도록 하기 위함이다. 또한, 도료의 도장을 실시한 후 다른 도금 공정에 투입하는 것도 가능하다. 단, 다른 도금 공정에 투입하는 경우에는 완전 경화를 위하여 강판의 표면온도가 200℃이상이 되도록 가열해야 한다.
도금 단계에서, 도금은 도금욕에 강판을 침지하여 표면에 도금 조성물을 피복하는 것으로 일반적인 용융 도금 공정을 채택하면 된다.
도료는 용융아연 도금강판, 합금화 용융아연 도금강판, 아연-알루미늄 합금 도금강판, 알루미늄 도금강판 등 다양한 도금강판에 적용가능하다.
제조된 도장 도금 복합강판은 도금, 도장되는 물질의 특성에 따라 다양한 특성을 갖는 강판으로 제조가 가능하며, 도장된 면은 도금층이 없이 도장층만 형성되므로 밀착성 향상과 함께 도장공정 또한 단축시킬 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 제조된 도금 도장 복합강판은 도장층을 제거한 후 편면용융 도금강판으로 사용가능하다. 이 경우 도장층을 약품을 이용한 화학적 방법이나 연마를 이용한 기계적 방법에 의해 제거한다.
그러나 화학적인 방법은 도료에 대해서만 선택적으로 적용하기가 어려울 뿐만 아니라 작업도 위험하다. 따라서 기계적으로 연마를 하는 것이 타당하다. 기계적인 연마는 브러쉬(Brush)나 벨트(Belt) 연마재를 이용하여 연속적으로 강판의 도료를 제거하게 된다. 이 경우 도장층은 도장층을 형성한 도료의 특성상 연마에 의해서도 쉽게 제거된다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의해 상세히 설명한다.
그러나 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예와 비교예에 의해 한정되는 것은 아니다.
시험예 1: 도장층의 도금 저지성 및 박리성 실험
표 1과 같은 도료 성분 및 도막 두께(또는 도포량)으로 강판의 일면을 도장한 후 용융 도금욕에 침지하여 도금 도장 복합강판을 제조하였다. 이 후, 도장층의 도금 저지성과 기계적 연마에 의한 박리성 등의 물성평가 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
[도장층의 도금 저지성 평가 기준]
○: 도장층에 용융 도금액의 부착이 없음.
△: 도장층에 용융 도금액의 부착이 일부분 있음.
X: 도장층에 융용 도금액의 부착이 전면에 있음.
[도장층 박리성 평가 기준]_기계적 연마에 의한 박리 정도 측정
○: 전면적으로 도장층이 박리됨.
△: 부분적으로 도장층이 박리 안됨.
X: 전체적으로 도장층이 박리 안됨.
| 도료 성분 |
도장층 도막 두께 또는 도료 도포량 |
도장층도금 저지성 |
도장층 박리성 |
비고 |
| MgO 10g, 물유리 10g, NaOH 4g H3BO3 6g, TiO2 3g |
50g/㎡ | △ | X | 비교예1 |
| Mg(OH)2 14g, K2SiO2 6g, KOH 6g H3BO3 5g, TiO2 4g |
50g/㎡ | △ | X | 비교예2 |
| MgO 2.5g, Mg(OH)2 10.5g, Na2OSiO2 4g NaOH 5g, H3BO3 7g, Ti(OH)4 6g |
50g/㎡ | △ | X | 비교예3 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 35 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 10 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 30 중량부 마이크로 마이카 10 중량부 실리카 4 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 1 중량부 용제 10 중량부 |
1㎛ | △ | ○ | 비교예4 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 35 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 10 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 30 중량부 마이크로 마이카 10 중량부 실리카 4 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 1 중량부 용제 10 중량부 |
4㎛ | ○ | ○ | 실시예1 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 35 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 10 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 30 중량부 마이크로 마이카 10 중량부 실리카 4 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 1 중량부 용제 10 중량부 |
10㎛ | ○ | ○ | 실시예2 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 35 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 10 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 30 중량부 마이크로 마이카 10 중량부 실리카 4 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 1 중량부 용제 10 중량부 |
15㎛ | △ | △ | 비교예5 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 45 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 15 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 15 중량부 마이크로 마이카 10 중량부 실리카 5 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 0.5 중량부 용제 9.5 중량부 |
4㎛ | ○ | ○ | 실시예3 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 25 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 15 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 30 중량부 마이크로 마이카 15 중량부 실리카 5 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 2 중량부 용제 8 중량부 |
4㎛ | △ | ○ | 비교예6 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 35 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 15 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 10 중량부 마이크로 마이카 15 중량부 실리카 5 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 2 중량부 용제 18 중량부 |
6㎛ | ○ | ○ | 실시예4 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 40 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 20 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 15 중량부 마이크로 마이카 10 중량부 실리카 4 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 1 중량부 용제 10 중량부 |
6㎛ | ○ | △ | 비교예7 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 60 중량부 부틸레이트 멜라민 수지 10 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 10 중량부 마이크로 마이카 5 중량부 실리카 5 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 0.5 중량부 용제 9.5 중량부 |
6㎛ | △ | ○ | 비교예8 |
| 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 45중량부 부틸레이트 멜라민 수지 3 중량부 아이론 옥사이드 블랙안료 15 중량부 마이크로 마이카 15 중량부 실리카 5 중량부 폴리 아크릴레이트 수지 분산제 1 중량부 용제 16 중량부 |
6㎛ | △ | ○ | 비교예9 |
상기 표 1에 나타난 결과와 같이, 본 발명의 도료를 사용하여 강판 표면에 2~10㎛ 도막두께를 갖는 도장층을 형성하는 경우 도금 저지성이 우수하여 도장 도금 복합강판의 제조가 가능함을 알 수 있다. 또한, 기계적 연마에 의한 도장층의 박리성도 우수한 것을 확인하였다.
비교예 1 내지 비교예 3은 도장층의 용융 도금액 부착 저지 효과가 미흡하고 도포 두께가 두껍고 단단하여 최종적으로 도장층의 제거가 어려웠다.
특히, 비교예 1의 경우 물유리 계통의 무기계 성분들이 많아 도장층의 박리성이 낮았다.
비교예 6은 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지의 함량이 낮아 도장층에 용융 도금액의 부착이 일부분 있었다.
비교예 7은 부틸레이트 멜라민 수지의 함량이 높아 도장층의 제거가 어려웠다. 이는 경화가 과도하여 도막이 딱딱해진 때문이다.
비교예 8은 실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지의 함량이 높아 도장층에 용융 도금액의 부착이 일부분 있었다. 이는 도료의 분산이 나빠지고 경화가 부족한 현상 때문이다.
비교예 9는 부틸레이트 멜라민 수지의 함량이 높아 도장층의 도금 저지성이 나빴다. 이는 도막의 경화가 잘 이루어지지 않았기 때문이다.
참고로, 표 1의 폴리 아크릴레이트 수지 분산제는 폴리 아크릴레이트 수지를 의미한다.
도 2의 (a)에는 비교예 1의 도장층을 보인 사진이 도시되어 있고, (b)는 실시예 1의 도장층 사진이 도시되어 있다.(A는 도료(도장층)이고, B는 도금물질(도금액)이다.)
도 2에 도시된 바에 의하면, 비교예 1의 경우 도장층에 용융 도금액의 부착이 전면에 있고, 실시예 1의 경우 도장층에 용융 도금액의 부착이 없이 도장층만 형성되었다.
상기 실험 결과에 의하면, 일면에는 도금층이 형성되고 타면에는 도금층이 형성되지 않도록 도장층만 형성된 도금 도장 복합강판의 제조가 가능하다. 또한, 도금 도장 복합강판의 도장층은 기계적 연마에 의해서 쉽게 제거가 가능하다
따라서 본 발명은 도장 공정을 단축시킬 수 있으며, 다양한 특성의 강판 제조가 가능함을 알 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
Claims (4)
- 삭제
- 일면에는 도금층이 형성되고,
타면에는 도금층이 없이 도장층만 형성되며,
상기 도장층은
실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지, 부틸레이트 멜라민 수지, 블랙안료, 마이카, 실리카 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 도장 복합강판. - 청구항 2에 있어서,
상기 도장층은
건조도막 두께가 2~10㎛인 것을 특징으로 하는 도금 도장 복합강판. - 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 도장층을 형성하는 도료는
도료 총 중량에 대하여
실리콘 폴리에스테르 에폭시 수지 30~55 중량부;
부틸레이트 멜라민 수지 5~15 중량부;
아이론 옥사이드 블랙안료 10~30 중량부;
마이카 5~15 중량부;
실리카 1~5 중량부;
폴리 아크릴레이트 수지 0.3~2 중량부; 및
상기 도료 총 중량인 100 중량부가 되도록 하는 잔량의 용제
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금 도장 복합강판.
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