KR101622853B1 - 칼라강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전처리층 생략이 가능한 하도 도료를 이용한 칼라강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 칼라강판은 강판 모재; 상기 강판 모재 상에, 안료를 포함하여 형성되며, 표면이 평탄한 상도층; 및 상기 상도층 상에 형성되며, 표면에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성된 투명 클리어층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

칼라강판 및 그 제조 방법 {COLOR STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 가전재 혹은 건재 등에 사용되는 칼라강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 매트(Matt) 타입 질감을 갖는 칼라강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

칼라강판은 세탁기 외판, 냉장고 등의 가전재나, 냉동시설, 식품가공시설 등의 건재에 많이 이용되고 있다.

칼라강판은 베이스 강판 표면에 전처리층, 하도층, 상도층을 순차로 형성하는 방법으로 제조되며, 통상 상도층에 목표하는 색상을 나타내는 안료가 포함된다.

매트(Matt) 타입 칼라강판은 표면에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성된 칼라강판을 의미한다. 미세한 양각의 요철 무늬는 비점이 상이한 2종 이상의 용제가 증발하면서 생긴 무늬이다. 보다 구체적으로는 비점이 낮은 용제가 먼저 증발하고, 비점이 높은 용제가 나중에 증발하는 점, 상도층 상부 부분의 경화속도가 하부 부분의 경화속도보다 더 빠른 점이 결합되어, 상도층 하부 부분의 수축 일그러짐을 상부 부분이 흡수하면서 상도층 표면에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성될 수 있다.

일반적인 Matt 타입 칼라강판의 경우, 상도층에서 미세한 양각의 요철 무늬가 형성된다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0095816호(2002.12.28. 공개)에 개시된 무늬 구조재 및 그 구조재의 생산방법과 접합공정이 있다.

본 발명의 하나의 목적은 투명 클리어층에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성된 칼라강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 칼라강판을 제조하는데 적합한 방법을 제공하는 것이다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 칼라강판은 강판 모재; 상기 강판 모재 상에, 안료를 포함하여 형성되며, 표면이 평탄한 상도층; 및 상기 상도층 상에 형성되며, 표면에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성된 투명 클리어층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 투명 클리어층은 폴리에스테르 및 멜라민을 포함하는 수지와, 안료와, 무늬형성제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무늬 형성제는 아민계 화합물, 실리카, 아크릴레이트계 화합물 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 투명 클리어층은 수지 100 중량부에 대하여, 안료 0.1~0.4중량부, 무늬 형성제 2~6중량부를 포함할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 칼라강판 제조 방법은 강판 모재 상에 안료를 포함하는 상도 도료로 표면이 평탄한 상도층을 형성하는 단계; 및 상기 상도층 상에 비점이 상이한 2종 이상의 용제를 포함하는 투명 클리어 도료를 도포한 후 건조하여, 표면에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성된 투명 클리어층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 투명 클리어 도료는 수지 100 중량부에 대하여, 안료 0.1~0.4중량부, 무늬 형성제 2~6중량부 및 용제 30~150중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 칼라강판 제조 방법에 의하면, 투명 클리어층에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성된다.

종래의 경우, 상도층에 이러한 요철 무늬가 형성됨으로써 색상의 제한이 있었으나, 본 발명의 경우, 투명 클리어층에 요철 무늬를 형성하므로, 종래와 같은 색상 제한이 없으며, 따라서 다양한 색상의 칼라강판 제조가 가능하다.

아울러, 본 발명에 따른 칼라강판은 상기의 Matt 질감 효과 이외에도 우수한 가공성, 내충격성, 도막경화도, 내식성을 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칼라강판의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 칼라강판의 표면 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 칼라강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칼라강판의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 도시된 칼라강판은 베이스 강판(101), 상도층(130) 및 투명 클리어층(140)을 포함한다. 또한 본 발명에 따른 칼라강판은 베이스 강판(101)과 상도층 사이에, 전처리층(110) 및 하도층(120) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

베이스 강판(101)은 대략 0.2~1mm 정도의 두께를 갖는 열연강판 또는 냉연강판일 수 있다.

베이스 강판(101)의 표면에는 내식성 향상을 위하여 도금층(102)이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 도금층은 아연, 알루미늄, 니켈 등을 포함하여 형성될 수 있다. 도금층이 형성된 강판의 예는 용융아연도금강판(GI 강판), 합금화용융아연도금강판(GA 강판), 전기아연도금강판(EG 강판) 등을 제시할 수 있다.

전처리층(110)은 내식성 향상 및 베이스 강판과 도료와의 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 전처리층은 강판 표면에 공지된 크롬형 또는 논크롬형 전처리제를 도포한 후, 강판온도 대략 80~120℃에서 3~7초 정도 열풍 건조하여 약 0.5~2㎛ 두께로 형될 수 있다.

하도층(120)은 공지된 하도 도료를 이용하여 형성될 수 있으며, 하도-상도 통합 도료 혹은 전처리-하도 통합 도료를 이용하여 1코팅 1베이킹 방식으로 형성될 수도 있다.

상도층(130)은 칼라강판의 색상 발현을 위하여 안료를 포함하며, 공지된 다양한 상도 도료로부터 형성될 수 있다. 상도 도료는 색상별, 수지 종류별 그 성분이 상이하다.

바람직한 상도 도료로, 폴리에스테르계 수지, 경화 수지, 안료, 용제 및 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 에폭시계 수지 중 1종 이상의 첨가 수지를 포함하고, 폴리에스테르계 수지, 경화 수지, 안료 및 첨가 수지 전체(상도 도료 고형분 전체) 100 중량%에 대하여, 폴리에스테르계 수지 40~60중량%, 경화 수지 2~15중량%, 안료 20~30중량%, 첨가 수지 10~20중량%를 포함하며, 나머지가 용제로 이루어지는 상도 도료를 제시할 수 있다.

상기 제시된 상도 도료에서 폴리에스테르계 수지, 경화 수지, 첨가 수지, 안료 및 용제의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.

폴리에스테르계 수지는 상도층 구성을 위한 주성분에 해당된다. 상기 폴리에스테르계 수지는 상도 도료 전체 중량의 40~60중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 폴리에스테르계 수지의 함량이 40중량% 미만일 경우, 상도 도료의 점도가 지나치게 낮아 도포 및 건조 공정이 용이하지 않을 수 있다. 반대로, 폴리에스테르계 수지의 함량이 60중량%를 초과하는 경우, 경화 특성이 떨어지거나, 균일 도포성이 저하될 수 있다.

경화 수지는 대표적으로 멜라민 수지를 제시할 수 있으며, 그외 공지된 경화 수지를 제한없이 이용할 수 있다. 상기 경화 수지는 상도 도료 전체 중량의 2~15중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 경화 수지의 함량이 2중량% 미만일 경우, 경화가 충분치 않거나 경화 시간이 지나치게 길어질 수 있다. 반대로, 경화 수지의 함량이 15중량%를 초과하는 경우, 미반응 경화 수지가 다량 잔존하여 도막 결함을 발생시킬 수 있다.

첨가 수지는 부착력 향상 및 강도 향상을 위하여 첨가되며, 본 발명에서는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 에폭시계 수지 중 1종 이상을 포함한다. 상기 첨가 수지는 상도 도료 전체 중량의 10~20중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 첨가 수지의 함량이 10중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 첨가 수지의 함량이 20중량%를 초과하는 경우, 용액 안정성이 저하될 수 있다.

안료는 원하는 색상에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 백색 안료로는 이산화티타늄(TiO₂)를 이용할 수 있고, 노란색 안료로는 크롬(Cr)을 이용할 수 있다. 또한 흑색 안료로는 카본 블랙을 이용할 수 있으며, 적색 안료로는 산화철을 이용할 수 있다. 또한, 이들 안료들을 단독으로 혹은 조합하여 사용함으로써 다양한 색상을 발휘할 수 있다. 그 외에 펄안료도 사용될 수 있다. 안료는 상도 도료 전체 중량의 20~30중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 안료의 첨가량이 20중량% 미만일 경우, 원하는 컬러를 충분히 나타내지 못할 수 있다. 반대로, 안료의 첨가량이 30중량%를 초과하는 경우, 내식성 등의 물성이 저하될 수 있다.

용제는 이소프로필알코올과 같은 알코올계 용제, 사이클로헥사논과 같은 케톤계 용제 등을 1종 이상 이용할 수 있다.

상도층을 형성하기 위하여, 상기 예와 같은 상도 도료를 도포한 후, 강판 온도 210~240℃에서 20~50초간 열풍건조하여 10~20㎛ 두께의 도막을 형성할 수 있다.

본 발명에서는 후술하는 클리어층(140)에서 Matt 질감을 주로 구현하는 바, 상도층(130)의 표면이 평평할 수 있다.

본 발명에서 투명 클리어층(140)의 경우, 광택 및 시안성 향상 등 일반적인 클리어층 이외에 표면에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성되어 있어 매트(Matt) 질감을 부여할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 투명 클리어층(140)은 수지 100 중량부에 대하여, 안료 0.1~0.4중량부, 무늬 형성제 2~6중량부 및 용제 30~150중량부를 포함하는 클리어 도료로부터 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에 이용되는 클리어 도료에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 이용되는 클리어 도료는 수지, 안료, 무늬 형성제 및 용제를 포함한다.

수지는 폴리에스테르 수지 및 멜라민 수지 혼합 수지를 이용할 수 있고, 이들간의 비율은 중량비로 대략 10:1 ~5:1 정도가 될 수 있다. 클리어 도료에서 이들 수지의 함량이 높을수록 가공성 및 부착성이 우수하다.

안료는 심미성, 광택 등 외관 향상에 기여한다. 상기 안료는 수지 100 중량부에 대하여 0.1~0.4중량부의 함량으로 첨가될 수 있다. 안료의 첨가량이 0.1중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 안료의 첨가량이 0.4중량부를 초과하는 경우 더 이상의 효과없이 상도층에서 발현되는 색상이 불분명해질 수 있다.

무늬 형성제는 무늬 형성이 원활히 이루어지는데 기여한다. 이러한 무늬 형성제는 아민계 화합물, 실리카, 아크릴레이트계 화합물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 무늬 형성제는 수지 100 중량부에 대하여 2~6중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 무늬 형성제의 함량이 2중량부 미만일 경우 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 무늬 형성제의 함량이 6중량부를 초과하는 경우, 더 이상의 효과없이 용액 안정성이 저하될 수 있다.

용제는 비점이 상이한 2종 이상을 포함하며, 예를 들어 비점이 대략 150℃ 정도인 사이클로헥사논(Cyclohexanone), 비점이 120~200℃로 비점 조절이 가능한 솔벤트 나프타(Solvent naphtha)를 이용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 낮은 비점을 갖는 용제가 먼저 증발하고 높은 비점을 갖는 용제가 나중에 증발하는 점과 클리어 도막 상부 부분의 경화속도가 하부 부분의 경화속도보다 더 빠른 점이 결합되어, 클리어 도막 하부 부분의 수축 일그러짐을 상부 부분이 흡수하면서 클리어층 표면에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성될 수 있다.

상기 용제는 수지 100중량부에 대하여, 30~150중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 용제 함량이 30중량부 미만이거나 150중량부를 초과하는 경우 점도가 너무 낮거나 높아서 도포 공정이 어려워질 수 있다.

클리어층은 대략 5~20㎛ 두께로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 클리어층은 클리어 도료를 도포 및 건조함으로써 형성될 수 있다. 건조는 210~240℃에서 20~50초동안 열풍 건조하는 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 건조 온도가 210℃ 미만이거나 20초 미만일 경우, 클리어 도료의 용제가 완전히 휘발되지 않아 도막의 소재 밀착성 및 가공성이 저하될 가능성이 있다. 반대로 건조가 240℃를 초과하거나 50초를 초과하는 경우, 클리어층에 균열이 생길 우려가 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 시편의 제조

실시예 1

용융아연도금강판 상에, 평평한 표면을 갖도록 15㎛ 두께의 상도층을 형성한 후, 2종의 용매를 포함하는 투명 클리어 도료를 사용하여 요철이 형성된 클리어층을 10㎛ 두께로 형성하였다.

상도 도료는 고형분에 폴리에스테르 수지 50중량부, 멜라민 수지 10중량부, 청색펄안료 25중량부, 아크릴 수지 15중량부 및 용제(중량비로, 물과 이소프로필알코올 1:1) 100중량부로 이루어졌다.

투명 클리어 도료는 수지(폴리에스테르:멜라민 중량비로 10:1) 100중량부, 안료로서 알루미늄 플레이크 0.2중량부, 아민 1.5중량부, 실리카 1.5중량부, 용제(사이클로 헥사논:솔벤트 나프타가 중량비로 1:1) 88중량부로 이루어졌다.

클리어 도료 도포 공정시 적용된 조건을 층의 성상을 표 1에 나타내었다.

[표 1]

2. 물성 평가 방법

실시예 1에 따라 제조된 칼라강판 시편의 물성평가 방법은 다음과 같다.

(1) 가공성

가공성은 T-bending 테스트를 실시하여 벤딩부위 반경이 시편 두께의 2배수에서 크랙이 발생하였는지 여부로 다음과 같이 평가하였다.

양호(O) : 크랙 발생 없음

불량(X) : 크랙 발생

(2) 도막 부착성 (밀착성)

도막 부착성은 도료가 도장된 평면 샘플위에 가로x세로 각 1mm의 간격으로 10줄씩 Cross cutting하여 1mm² 의 면적을 가진 정사각형 100점을 만든 후, 추가로 6mm 높이로 Cross cutting 평판부에 구형의 가공(에릭슨 가공)을 하고, 마지막으로 접착 테이프를 붙였다 땔 때 100점의 도막입자에 대한 박리 여부로 다음과 같이 평가 하였다.

양호(O) : Cross cutting부 도막 입자의 박리 없음

불량(X) : Cross cutting부 도막 입자의 박리 발생

(3) 내충격성

내충격성은 1/2Φ x 1kg x 500mm 조건으로 추를 낙하하여 표면 충격 후, 크랙이 발생하였는지 여부로 다음과 같이 평가하였다.

양호(O) : 크랙 발생 없음

불량(X) : 크랙 발생

(4) 도막경화도

도막경화도 평가는 가제에 MEK를 묻힌 후, 1kgf 힘으로 50회 rubbing 왕복한 후, 수지 박리 및 부풀음 발생 여부로 다음과 같이 평가하였다.

양호(O) : 수지 박리 및 부풀음이 발생되지 않음

불량(X) : 수지 박리 또는 부풀음 발생

(5) 내식성

내식성 평가는 시편에 X-cutting 후 500시간 중성 염수분무시험을 실시한 후 도막 박리 여부, 도금면의 부식 여부, 녹발생 유무, 블리스터 사이즈를 확인하였다. 평가 기준은 다음과 같다.

양호(O) : 도막 박리, 도금면의 부식 및 녹발생 없음, 블리스터 3mm 이하

불량(X) : 도막 박리, 들뜸, 도금면의 부식 또는 녹발생 있음, 블리스터 3mm 초과

3. 물성 평가 결과

상기 평가기준에 의거한 물성 평가 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

표 2를 참조하면, 클리어층에 Matt 질감을 부여한 실시예 1의 경우, 가공성, 밀착성, 내충격성, 도막경화도, X-cut 내식성 등 칼라강판에서 요하는 물성들을 만족하였다.

도 2는 실시예 1에 따라 제조된 칼라강판의 표면 사진이다.

도 2를 참조하면, 제조된 칼라강판의 경우, 평면에서 촬영한 관계로 미세한 양각 요철의 확인은 어렵지만, 전체적으로 펄이 가미된 청색 강판임을 볼 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

101 : 베이스 강판
102 : 도금층
110 : 전처리층
120 : 하도층
130 : 상도층
140 : 클리어층

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 강판 모재 상에 안료를 포함하는 상도 도료로 표면이 평탄한 상도층을 형성하는 단계; 및
   상기 상도층 상에 용제로 비점이 상이한 사이클로 헥사논 및 솔벤트 나프타를 포함하는 투명 클리어 도료를 도포한 후 건조하여, 표면에 미세한 양각의 요철 무늬가 형성된 투명 클리어층을 형성하는 단계;를 포함하고,
   상기 투명 클리어층은 폴리에스테르 및 멜라민을 10:1~5:1 중량비로 포함하는 수지와, 안료와, 무늬형성제를 포함하고,
   상기 투명 클리어 도료는 수지 100 중량부에 대하여, 안료 0.2~0.4중량부, 무늬 형성제 2~6중량부 및 용제 88~150중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라강판 제조 방법.
   
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,
   상기 투명 클리어층 형성 단계에서 건조는 PMT(Peak Metal Temperature) 210~240℃에서 20~50초동안 수행되는 것을 특징으로 하는 칼라강판 제조 방법.

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