KR101787535B1 - 피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 도장강판 - Google Patents

피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 도장강판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 도장강판에 관한 것으로서, 색상을 부여하면서도 도막의 투명성이 유지되도록 하여 스테인리스재 표면의 헤어라인((Hair Line)과 메탈 질감이 외부로 잘 드러나도록 하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 주수지, 경화제, 안료, 용제, 첨가제를 포함하여 이루어져, 스테인리스 스틸 소재를 코팅하여 피씨엠(PCM: Pre-Coated Metal)용 유색코팅 스테인리스재 도장강판을 제조하기 위한 도료 조성물에 있어서, 상기 주수지로, OH가 0 ~ 6.0, 분자량(Mn)이 3,000 ~ 150,000, 유리전이온도(Tg)가 50 ~ 110℃인 아크릴 수지(Acrylic Resin)가, 전체 도료 조성물에 대해 15 ~ 35중량% 함유되고, 상기 안료로, 나노(Nano) 사이즈의 분산된 안료를 주성분으로 하는 컬러런트(Colorant)가 전체 도료 조성물에 대해 1.0 ~ 7.0 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.

Description

피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 도장강판{Coating Composition of Transparent Color-Painted Stainless Steel Sheet for Pre-Coating Metal and Stainless Steel Sheet Therof}
본 발명은 냉장고, 세탁기, 전자 레인지 등 각종 가전제품의 하우징을 제조하는데 사용되는 피씨엠(PCM: Pre-Coated Metal)용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 스테인리스재 도장강판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 아크릴 수지(Acrylic Resin)와 아미노(Amino)수지에 나노 사이즈의 분산된 안료를 주성분으로 하는 컬러런트(Colorant)를 사용함으로써, 색상을 부여하면서 도막의 투명성을 유지할 수 있고, 스테인리스 소재의 헤어라인(Hair Line) 질감 및 메탈(Metal) 질감이 외부로 잘 드러나도록 하며, 성형성 및 물성이 우수하여 가혹한 가공조건을 만족시킬 수 있는 피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 도장강판에 관한 것이다.
강판 도장 방식에는, 강판을 성형 가공한 후에 도장하는 포스트 코팅(Post-Coating) 방식과, 강판을 성형 가공하기 전에 먼저 도장을 하는 프리 코팅(Pre-Coating) 방식이 있다.
상기 포스트 코팅 방식은, 설비비가 저렴하고 소량 생산에 유리하지만 균일한 제품의 생산 및 대량 생산이 어렵다는 단점이 있다.
이에 비하여 프리 코팅 방식은, 균일한 제품을 생산할 수 있고 도료의 손실이 적으며 단시간 내에 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.
상기한 프리 코팅 방식으로 도장한 강판을 통상 피씨엠(Pre-Coated Metal) 강판이라 하고, 프리 코팅에 사용되는 도료를 피씨엠 도료라 부르고 있다.
상기한 피씨엠 도료에 의해 도장된 피씨엠 강판은, 도장 후에 별도의 가공 과정을 거치게 된다.
이에 따라 피씨엠 도료는, 우수한 가공성, 도막 경도, 밀착성, 내후성, 내식성, 경화성 등의 조건을 만족하여야 한다.
한편, 냉장고, 세탁기, 전자 레인지 등의 가전제품의 하우징 소재로는 스테인리스 스틸이 주로 사용되고 있으며, 특히 스테인리스 스틸 표면에 컬러 코팅을 한 피씨엠 도장강판이 널리 사용되고 있다.
그런데 종래의 피씨엠용 스테인리스재 도장강판은, 코팅 도막이 투명하지 않고 반투명 상태가 된다는 단점이 있다.
즉, 종래의 피씨엠 도료에 의하면 도막이 투명하지 않은 반투명 상태가 되어, 연마가공에 의해 형성된 스테인리스재 고유의 헤어라인(Hair Line) 질감과 메탈 질감이 외부로 표현되지 않는다는 문제점이 있다.
또한 종래의 피씨엠 도료에 의하면, 가전제품의 하우징 제조시 가혹한 성형조건 및 물성을 만족시키지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피씨엠용 스테인리스재 강판에 색상을 부여하면서도 도막의 투명성을 유지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 피씨엠용 스테인리스재 도장강판의 유색 코팅 도막이 투명성을 유지하도록 하여, 연마가공에 의해 형성된 미세한 헤어라인((Hair Line)과 메탈 질감이 외부로 잘 드러나도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 피씨엠용 스테인리스 도장강판으로 가전제품 하우징을 제조할 때 가혹한 성형조건을 만족시킬 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 피씨엠용 스테인리스 도장강판이 고가공성, 고경도의 기계적 물성을 유지할 수 있도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 주수지, 경화제, 안료, 용제, 첨가제를 포함하여 이루어져, 스테인리스 스틸 소재를 코팅하여 피씨엠(PCM: Pre-Coated Metal)용 유색코팅 스테인리스재 도장강판을 제조하기 위한 도료 조성물에 있어서, 상기 주수지로, OH가 0 ~ 6.0, 분자량(Mn)이 3,000 ~ 150,000, 유리전이온도(Tg)가 50 ~ 110℃인 아크릴 수지(Acrylic Resin)가, 전체 도료 조성물에 대해 15 ~ 35중량% 함유되고, 상기 안료로, 나노(Nano) 사이즈의 분산된 안료를 주성분으로 하는 컬러런트(Colorant)가 전체 도료 조성물에 대해 1.0 ~ 7.0 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 경화제로서, 고형분(NV: Non Volatile)이 98% 이상인 헥사메톡시메틸멜라민(Hexamethoxymethylmelamine)계 수지가 전체 도료 조성물에 대해 1.0 ~ 15.0 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경화제로서, 고형분이 80% 이상인 벤조구아나민(Benzoguanamine)이 전체 도료 조성물에 대해 1.0 ~ 15.0 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용제로서 지방족 하이드로카본계 또는 에스테르계 용제가 전체 도료 조성물에 대해 20 ~ 60 중량% 함유되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 피씨엠용 스테인리스재 도장강판에 색상을 부여하면서도 도막의 투명성을 유지하도록 함으로써, 투명한 유색 코팅층을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피씨엠용 스테인리스재 도장강판의 유색 코팅 도막이 투명성을 유지하게 되므로, 연마가공에 의해 형성된 스테인리스재 표면의 미세한 헤어라인((Hair Line) 및 메탈 질감이 외부로 잘 드러나도록 하는 효과가 있다.
또한, 냉장고, 세탁기, 전자 레인지 등 각종 가전제품의 하우징 제조시에 가혹한 성형조건을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 도막이 고가공성, 고경도의 기계적 물성을 유지할 수 있도록 하여 고품질의 피씨엠용 스테인리스재 도장강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 개략적인 단면도.
도 2는 헤어라인 처리된 스테인리스재에 본 발명에 따른 도료를 도장한 실물 사진.
도 3은 헤어라인 처리된 스테인리스재에 본 발명에 따른 도료를 도장한 강판을 사용하여 냉장고 도어로 성형한 실물 사진.
본 발명자들은 가전제품 하우징의 제조시 가혹한 성형조건을 만족시키고 투명성을 확보할 수 있는 피씨엠용 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물 개발을 위해 연구 노력한 결과, 색상을 부여하면서도 투명성을 유지할 수 있고, 스테린리스재 표면의 헤어라인 질감 및 메탈 질감이 외부로 잘 드러나도록 하는 유색 투명의 도료 조성물을 개발하게 되었다.
본 발명에 따른 피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물은, 주수지, 경화제, 안료, 용제, 첨가제를 포함하여 이루어져, 스테인리스 스틸 소재를 코팅하여 피씨엠(PCM: Pre-Coated Metal)용 유색코팅 스테인리스재 도장강판을 제조하기 위한 도료 조성물에 있어서, 상기 주수지로, OH가 0 ~ 6.0, 분자량(Mn)이 3,000 ~ 150,000, 유리전이온도(Tg)가 50 ~ 110℃인 아크릴 수지(Acrylic Resin)가, 전체 도료 조성물에 대해 15 ~ 35중량% 함유되고, 상기 안료로, 나노(Nano) 사이즈의 분산된 안료를 주성분으로 하는 컬러런트(Colorant)가 전체 도료 조성물에 대해 1.0 ~ 7.0 중량% 함유된다.
이에 따라 소지강판의 표면에 색상을 부여하면서도 도막의 투명성을 유지할 수 있어, 스테인리스재 표면의 헤어라인 및 메탈 질감이 외부로 표현되도록 할 수 있다.
또한 고가공성의 확보로 가전제품의 하우징 제조시 가혹한 성형조건을 만족키실 수 있고, 도막의 물성이 우수하여 고품질의 외관을 구현할 수가 있다.
여기서 상기 경화제로는, 고형분(NV: Non Volatile)이 98% 이상인 헥사메톡시메틸멜라민(Hexamethoxymethylmelamine)계 수지, 또는 고형분(NV: Non Volitile)이 80% 이상인 벤조구아나민(Benzoguanamine)이 전체 도료 조성물에 대해 1.0 ~ 15.0 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용제로는, 지방족 하이드로카본계 또는 에스테르계가 전체 도료 조성물에 대해 20 ~ 60 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 아크릴계 첨가제가 1.0 ~ 2.0 중량%, 왁스(WAX)가 0.01 ~ 0.5중량% 더 함유될 수도 있다.
이하 본 발명에 따른 도료 조성물의 각 성분에 대하여 설명한다.
<아크릴 수지(Acrylic Resin)>
본 발명에 사용되는 주수지는 아크릴 수지(Acrylic Resin)로서, OH가 0 ~ 6.0, 유리전이온도(Tg)가 50 ~ 110℃, 분자량(Mn)이 3,000 ~ 150,000인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴 수지의 분자량이 너무 작으면 가공시 굴곡 부위에서 도막 터짐 현상이 발생하고, 유리전이온도가 너무 낮으면 도막의 경도 저하가 나타나 도막이 물러지는 경향이 있다.
아래의 [표 1]은 본 발명에 적용한 아크릴 수지의 바람직한 물성치를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 아크릴 수지의 물성치
구 분 수지 성상 비 고
Solid 15 ~ 35%
OH Value 0 ~ 6.0
분자량 (Mn) 3,000 ~ 150,000
유리전이온도(Tg) 50 ~ 110℃
<경화제>
주수지인 아크릴 수지를 경화시키기 위한 경화제로서, 헥사메톡시메틸멜라민(Hexamethoxymethylmelamine)계 아미노(Amino) 수지 또는 벤조구아나민(Benzoguanamine)을 전체 도료 조성물에 대하여 1.0 ~15.0 중량% 함유시킨다.
상기 경화제의 함량이 전체 도료 조성물에 대하여 1.0 중량% 미만이면 경화가 저하되고, 15.0 중량%를 초과하면 도막의 굽힘성을 저하시키는 문제가 있다.
<안료>
본 발명에서의 안료는, 나노(Nano) Size의 분산된 안료를 주성분으로 하는 컬러런트(Colorant)를 사용하며 전체 도료 조성물에 대하여 1.0 ~ 7.0 중량% 함유시키는 것이 바람직하다.
<용제>
도료 조성물의 취급, 도장 작업 시의 특성 등을 고려하여 적당량의 유기 용제를 함유시킨다.
상기 유기용제로는 지방족 하이드로카본계 또는 에스테르계 용제를 전체 도료 조성물에 대하여 20 ~ 60 중량% 함유시키는 것이 바람직하다.
이하 본 발명에 따른 도료를 적용한 시험방법 및 시험결과에 대해 설명한다.
먼저, 0.5T의 스테인리스 강판을 KOH(탈지제)로 탈지하고, 전처리 도포 후 본 발명에 따른 도료를 건조도막두께 6.5㎛(하도 1.5㎛ 포함)가 되도록 물성 시험 시편을 작성하였다. .
아래의 [표 2]는 물성 시험 시편에 적용된 도료 조성물의 조성비를 나타낸 것이다.
물성 시험 시편에 적용된 도료 조성물의 조성비
구 분 조성비(중량%) 비 고
Acryl Resin 20 ~ 30
경화제
(Hexamethoxymethylmelamine)		 5 ~ 10
안료 4 ~ 7
용제 55 ~ 65
첨가제 1 ~ 2
이어서 시험 시편에 의해 아래 항목에 대한 도막의 물성을 평가하였다.
<도막 두께>
측정대상 부위의 도막을 제거하고 측정기로 소재 평면에 영점을 설정하였다. 이어서 표준판 두께를 세팅하고 도막 제거부위 근처에서 원방향으로 5회를 측정하여 평균치를 산정하였다.
<광택도>
광택 측정기에 측정하고자 하는 각도를 설정하고 표준판으로 값을 보정한 후, 시험판의 이물질을 제거하고 광택도를 측정하였다.
<연필경도>
연필경도 시험기에 시험판을 고정시키고, 연필은 심이 3㎜정도 노출되도록 깎고 끝부분이 평활하고 각이 날카롭게 되도록 하였다.
그리고 이 연필을 경도시험기에 약 45˚각도로 결속하고, 1㎏의 하중을 가하여 길이가 20㎜이상 되도록 선을 5회 반복하여 긋고, 시험부위를 지우개로 지운 후 육안으로 그 흔적을 관찰하였다.
<가공성>
EN 23270;1991 시험방법에 따라 바이스(Vise)를 이용하여 상온에서 2T로 T-Bending을 실시하였다. 이어서 투명 점착 테이프를 이용하여 대략 75mm의 길이의 테이프를 가공 부위에 붙였다가 0.5~1초 사이에 균일한 속도로 60°각도로 떼어내는 방식에 의해 가공성을 평가하였다.
<C.CT>
시험 시편의 도막면에 크로스 컷(Cross Cut)을 사용하여 1mm 간격으로 100개의 바둑판 무늬를 만들고, 도막을 닦은 후 25mm 셀로판 테이프를 밀착시켜 붙인 후 신속하게 반대방향(180˚)으로 떼어내어 도막이 테이프에 붙어서 떨어졌는가를 관찰하였다. 셀로판 테이프는 NZIBAN CELLOPHANE TAPE NO.1125를 사용하였다.
<C.E.T>
시험 시편의 도막면에 크로스 컷(Cross Cut)을 사용하여 1mm 간격으로 100개의 바둑판 무늬를 만들고, 에릭슨(Erichsen) 시험기로 1mm/sec의 길이까지 작동시켰다.
시험부의 도막에 셀로판 테이프를 밀착시켜 붙인 후 신속하게 반대방향(180˚)으로 떼어내어 도막의 박리 유무를 관찰하였다. 셀로판 테이프는 NZIBAN CELLOPHANE TAPE NO.1125를 사용하였다.
<임팩트(Impact)>
충격봉 지름 1/2inch(12.7mm), 낙하하중 1kg, 낙하높이 50cm의 조건에 따라 충격추를 낙하시킨 후, 변형부위의 균열 유무를 확인하였다. 또한 시험조건에 따라 셀로판 접착 테이프를 변형 부위에 부착한 후 신속하게 떼어내어 도막의 박리 유무를 관찰하였다.
<내오염성>
유성 매직(흑,청,적)을 도막에 도포한 후 30℃에서 24시간 경과 후 시험편의 이상 유무를 관찰하였다.
<내자외선성>
ASTM G154에 준하는 시험규격으로 24시간 동안 시험을 실시한 후 시험편의 색차를 측정하였다.
<내알칼리성>
시험편의 절단면을 시약 및 시험기간에 견딜 수 있는 테이프 또는 페인트로 완전히 보호하고, 비이커에 5% Na2CO3 시약을 넣고 시험편을 비이커와 접촉하지 않도록 24시간 동안 완전히 침적시키고, 시험편을 꺼내 물로 씻어 건조시킨 다음 이상 유무를 관찰하였다.
<내산성>
시험편의 절단면을 시약 및 시험기간에 견딜 수 있는 테이프 또는 페인트로 완전히 보호하고, 비이커에 5% CH3COOH 시약을 넣고 시험편을 비이커와 접촉하지 않도록 24시간 동안 완전히 침적시키고, 시험편을 꺼내 물로 씻어 건조시킨 다음 이상 유무를 관찰하였다.
<내비등수성>
내열탕 항온수조 온도를 98±2℃로 유지시킨 후, 항온수조에 시험편을 넣고 1시간 경과 후 꺼내어 물로 씻어서 도막의 이상 유무를 관찰하였다.
<내습성>
습윤시험기의 조건을 온도 40℃, 상대습도 95% 이상으로 맞추어 놓고, 시험편을 시료 고정대에 고정하여 240시간 동안 유지시킨 후 블리스터(Blister) 발생 정도를 관찰하였다.
<내식성>
ASTM D B1117에 준하는 염수분무시험규격으로 240시간 동안 시험을 실시하였다. 시험편의 절단면을 테이프로 봉하여 보호하고 평면부에 커터로 ×자 흠을 내고, 240시간 경과 후 시험편 평면부의 백청 및 블리스터(Blister) 발생 정도를 관찰하였다.
<Rubbing성>
먼저 거즈에 IPA 용액을 묻혀 1kg의 하중을 적용하여 상하로 도막면을 50회 문지른 후 도막의 이상 유무를 관찰하였다.
다음으로 물티슈를 사용하여 2~2.5kg의 하중을 적용하여 상하로 도막면을 50회 문지른 후 도막의 이상 유무를 관찰하였다.
<PE Bag성>
시험편과 PE Bag, 스티로폼의 크기를 70x150mm의 크기로 절단하고, 항온항습기 55℃, 상대습도 95%의 조건에서 2kg의 하중을 가하여 12시간 동안 유지시킨 후 이상 여부를 관찰하였다.
아래의 [표 3]은 상기 도막 물성 시험의 결과를 나타낸 것이다.
도막 물성 시험결과
구 분 시험 방법 물성 기준 도막 물성 비 고
도막두께(㎛) 도막두께 측정기 5 ~ 7㎛ 6.5
광택도 광택기 20°/ 60° 71 / 127
연필 경도 연필경도 시험기 F 이상 F
가공성 상온, 2T No Crack No Crack
C.CT 100/100 100/100 100/100
C.E.T. 6mm, 100/100 100/100 100/100
임팩트(Impact) ½inch,1kg,50cm No Crack No Crack
내오염성 시험 유성매직(흑,청,적),
30℃, 24hrs		 이상 없을 것 양 호
내자외선성 15W*20cm*24hrs △E =1.5이하 0.18
내약품성 5% Na2CO3 상온, 24hrs No Blister No Blister
5% CH3COOH No Blister
내비등수성 98± 2 ℃, 1hr 이상 없을 것 양 호
내습성 40℃, 95%, 240hrs 이상 없을 것 양 호
내식성 5% NaCl, 240hrs No Blister 양 호
Rubbing성 IPA IPA, 1kg, 50회 이상 없을 것 양 호
물티슈 2~2.5kg, 50회 양 호
PE Bag성 55℃, 95%,
2kg weight, 12hrs		 이상 없을 것 양 호
위 시험결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 도료 조성물에 의해 형성된 도막은 각종 물성 시험에서 양호한 결과를 나타내었다.
이에 따라 본 발명에 따른 도료 조성물에 의하면, 냉장고, 세탁기, 전자 레인지 등의 가전제품 하우징의 제조시 가혹한 가공조건을 만족시킬 수 있는 피씨엠용 스테인리스 도장강판을 제조할 수가 있다.
도 3은 본 발명에 따른 도료를 도포한 스테인리스 스틸을 사용하여 냉장고 도어로 성형한 제품 사진을 나타낸 것이다.
또한 본 발명에 따르면, 투명한 유색 코팅층을 구현할 수 있어, 연마가공에 의해 스테인리스재 표면에 형성된 헤어라인 질감 및 메탈 질감이 외부로 잘 드러나도록 할 수가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 도료를 도장한 스테인리스 스틸 소재의 표면 사진을 나타낸 것인데, 헤어라인의 질감이 그대로 표현되고 있음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
10: 소지강판
20: 전처리층
30: 하도 도막층
40: 상도 도막층
50: 배면층

Claims (6)

  1. 주수지와, 경화제와, 안료와, 용제와, 첨가제를 포함하여 이루어져, 스테인리스 스틸 소재를 코팅하여 피씨엠(PCM: Pre-Coated Metal)용 유색코팅 스테인리스재 도장강판을 제조하기 위한 도료 조성물에 있어서,
    상기 주수지로, OH가 0 ~ 6.0, 분자량(Mn)이 3,000 ~ 150,000, 유리전이온도(Tg)가 50 ~ 110℃인 아크릴 수지(Acrylic Resin)가, 전체 도료 조성물에 대해 15 ~ 35중량% 함유되고,
    상기 안료로, 나노(Nano) 사이즈의 분산된 안료를 포함하는 컬러런트(Colorant)가 전체 도료 조성물에 대해 1.0 ~ 7.0 중량% 함유되며,
    상기 경화제로, 고형분(NV: Non Volatile)이 98% 이상인 헥사메톡시메틸멜라민(Hexamethoxymethylmelamine)계 수지 또는 고형분이 80% 이상인 벤조구아나민(Benzoguanamine)이 전체 도료 조성물에 대해 1.0 ~ 15.0 중량% 함유되고,
    상기 용제로, 지방족 하이드로카본계 또는 에스테르계가 전체 도료 조성물에 대해 20 ~ 60 중량% 함유되 것을 특징으로 하는 피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판의 도료 조성물.
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  6. 제1항에 기재된 도료 조성물을 코팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 피씨엠용 투명 유색코팅 스테인리스재 도장강판.

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