CN103249866A - 具有改善的拉拔能力和良好的光泽度的黑色树脂钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有优异的拉拔能力和光泽度的黑色树脂钢板及其制造方法，尤其涉及一种对黑色树脂的摩擦系数进行调整以阻止由于树脂层的厚度减小而导致的树脂层的传递并由此改善了黑度和拉拔能力的黑色树脂钢板及其制造方法。

Description

具有改善的拉拔能力和良好的光泽度的黑色树脂钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种对黑色树脂的摩擦系数进行调整并由此解决了在形成薄的黑色树脂膜时耐蚀性降低的问题和在拉拔时的裂纹的问题的黑色树脂钢板及其制造方法。
背景技术
在近来制造商为减小用于诸如PDP、LCD、LED TV等家用电器的电子产品的内部材料和外部材料的厚度所进行的竞争之中，薄铁钢板正在快速地取代传统上已经用于内部材料和外部材料的注射成型的塑料制品。具体地讲，在外部材料的情况下，正在应用树脂涂覆的钢板，例如，其表面美观且被着色的黑色树脂钢板，从而能够在压制之后直接安装到产品上而无需另外上色。
典型地，树脂涂覆的钢板具有顶部涂层/底漆/镀锌钢板/底漆的结构，顶部涂层主要由聚酯树脂和三聚氰胺树脂构成且厚度为10～50μm，底漆层主要由丙烯酸聚氨酯酯树脂构成并且具有0.5～1.0μm的厚度。
这样的树脂涂覆的钢板可以在压制之后直接应用于外部材料而无需另外上色，由于顶部涂层的颜色在表面外观方面优选黑色（黑度=100-L*，L*=白度），所以生产出的这样的树脂涂覆的钢板具有大约75～98的黑度。
树脂膜的颜色通过主要由碳黑构成的颜料的特性和膜厚度特性来确定。随着黑色颜料的量的增加和膜厚度的增加，由于对光的吸收使得用肉眼观察到黑色，即，黑度增加。黑度（100-L*）为80或更大的情形被认为是“全黑”，黑度为80～50的情形被认为是“黑灰”，黑度为50或更小的情形被认为是“灰色”。树脂涂覆的钢板吸收/辐射热的能力可以根据基于在展现黑度的颜料中使用的涂料树脂的组成性能的黑度而提高。能够通过物体、热对流和辐射热的直接传热来进行传热，通过辐射热的吸收/辐射可以与黑度的增大成比例地增加。具体地讲，在用于图像显示器的后盖材料领域中，黑色（全黑）由于“美观因素”和“来自图像装置的发热”而是优选的。
为了增强顶部涂层与锌金属之间的可结合性，底漆层包括主要由丙烯酸聚氨酯酯构成的有机/无机复合膜。为了提高生产具有这种结构的树脂涂覆的钢板的连续工艺的生产率，有利的是减小顶部涂层的厚度。然而，随着顶部涂层（树脂层）的厚度的减小，镀锌层可能会被传递到黑色树脂的表面，从而不期望地减小了黑度并降低了耐蚀性。
发明内容
技术问题
因而在本发明中，本发明的发明人进行了集中充分的研究，旨在解决如在现有技术中所遇到的黑度和拉拔能力与树脂层的厚度的减小成比例地减小的问题。通过研究而开发出通过减小黑色树脂膜的摩擦系数而具有改善的黑度和拉拔能力的黑色树脂钢板。
因此，本发明的目的在于提供一种可以阻止由于树脂层的厚度减小导致的树脂层的传递且可以改善黑度和拉拔能力的黑色树脂钢板，并且还在于提供一种制造该黑色树脂钢板的方法。
解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种黑色树脂钢板，所述黑色树脂钢板包括：黑化层，形成在镀锌钢板的一个面上；黑色树脂膜，形成在黑化层上，并且包含黑色颜料且满足下面的式1。
[式1]
0.05≤X≤0.27
在式1中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm×50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数。
本发明的另一方面提供了一种制造黑色树脂钢板的方法，所述方法包括：在钢板上形成黑化层；在黑化层上形成满足下文的式1的黑色树脂膜。
本发明的有益效果
在根据本发明的黑色树脂钢板中，减小了黑色树脂膜的摩擦系数，由此阻止了由于黑色树脂膜的厚度的减小导致的镀锌层的传递，从而显著地改善了黑度并提高了拉拔能力和光泽度。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施例的黑色树脂钢板的示意性剖视图（1：一个面上的黑色树脂膜；2：黑化层；3：镀锌层；4：钢板；5：另一个面上的黑色树脂膜；6：蜡；7：蜡）。
具体实施方式
本发明涉及一种黑色树脂钢板，该黑色树脂钢板包括：黑化层，形成在镀锌钢板的一个面上；黑色树脂膜，形成在黑化层上，并且包含黑色颜料且满足下面的式1。
[式1]
0.05≤X≤0.27
在式1中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm×50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数。
下面详细地描述本发明。在本发明中，术语“黑度”是通过测量白度的值而得到的表明涂覆的膜的黑化程度的数值。基于CIE（国际照明委员会），白度是表面为白色的程度。CIE利用光的波长来定义颜色的标准指数。广泛地使用商业上开发出的色度计来监测表面的白度。在L*=100的情况下，示出的只有白颜色，在L*=0的情况下，示出的只有黑颜色。可以用100-L*表示黑度。
在本发明中，镀锌钢板可以为锌或锌合金镀覆的钢板，但不限于此。
在本发明中，为了阻止传递作用（transfer effect）（其是传统的树脂涂覆的钢板存在的问题），黑化层由通过这样的步骤获得的黑色膜构成：在钢板上涂敷包括10～20wt%的Ni2+、11～18wt%的Cl-、1～3.5wt%的有机酸以及余量为水的黑化溶液，从而钢板中的金属与溶液中的金属发生反应而在钢板的表面上沉积镍锌氧化物（其为包括重量比为Ni:Zn:O=25～75:2～25:20～70的Ni、Zn和O的金属氧化物）。
黑化层的厚度可以为0.05～5μm，优选地为0.1～3.0μm。
在本发明中，黑色树脂膜通过涂敷本领域中典型地使用的用于黑色树脂钢板的树脂组成物来形成，树脂组成物包括含有从由聚酯树脂、三聚氰胺树脂和它们的混合物组成的组中选择的一种或多种的主树脂。
这里，特定使用的是主要由聚酯树脂构成的黑色树脂膜，可以用环氧树脂、丙烯酰基树脂或醇酸树脂来代替聚酯树脂。
另外，基于100重量份的主树脂，用于形成黑色树脂膜的树脂组成物包括5～25重量份的黑色颜料，黑色颜料可以包括碳黑、碳纳米管或石墨等。
此外，用于树脂组成物的溶剂的作用是促进主树脂的溶解，其具体示例可以包括可单独使用或组合使用的芳烃、芳烃石脑油、异丁醇和双丙甘醇-一乙基醚。基于100重量份的主树脂，使用的溶剂的量可以为20～50重量份。
另外，除了主树脂、溶剂和黑色颜料之外，树脂组成物可以包括诸如颜料、色分稳定剂、消泡剂、均化剂、增滑剂、酸催化剂等的添加剂。
特别地，在本发明中，还可以向树脂组成物中添加蜡，从而为树脂层的表面赋予润滑性能。蜡的具体示例并不作特别限制，而包括可以以液体或固体的形式使用的诸如巴西棕榈蜡、小烛树蜡或羊毛蜡等天然蜡和诸如聚乙烯、聚丙烯、改性聚丙烯、石蜡、Sasol等的合成蜡。
基于100重量份的主树脂，使用的蜡的量可以为0.1～10重量份。如果添加过多的蜡，则膜会不期望地分离。
黑色树脂膜的厚度可以为0.5～25μm（优选地，1～10μm），这样在防止黑色降低的同时实现了薄膜的形成。
另外，在本发明中，与镀锌钢板的一个面的黑化层和黑色树脂膜相同的黑化层和黑色树脂膜还可以形成在镀锌钢板的另一个面上。另外，与一个面上的黑化层相同的黑化层和与一个面上的黑色树脂膜不同的黑色树脂膜还可以形成在另一个面上。与所述一个面上的黑色树脂膜不同的所述另一个面上的黑色树脂膜是暂时防锈的，可以对其使用任何树脂，只要该树脂是本领域中通常使用的即可，并且该树脂可以包括丙烯酸树脂，优选地为丙烯酸聚氨酯酯树脂。此外，基于100重量份的丙烯酸树脂，可以加入量为0.1～5重量份的蜡，蜡可以包括聚四氟乙烯类蜡、分散型巴西棕榈类蜡、液态聚乙烯类蜡等。与所述一个面上的黑色树脂膜不同的所述另一个面上的黑色树脂膜可以为0.1～1μm厚。
所述一个面上的黑色树脂膜满足下面的式1，所述另一个面上的黑色树脂膜可以满足下面的式2。
[式1]
0.05≤X≤0.27
在式1中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm×50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数。
[式2]
0.05≤X≤0.2
在式2中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm×50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数。
如上所述，根据本发明的黑色树脂钢板通过调整摩擦系数即使在黑色树脂膜的厚度减小时也可以具有70或更大的改进的黑度，并且根据本发明的黑色树脂钢板同样可以展现出优异的拉拔能力。
另外，本发明涉及一种制造黑色树脂钢板的方法，该方法包括：在钢板上形成黑化层；在黑化层上形成满足下面的式1的黑色树脂膜。
[式1]
0.05≤X≤0.27
在式1中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm×50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数。
在本发明中，黑化层为通过下述步骤形成的满足式1的黑色膜：涂敷包括10～20wt%的Ni2+、11～18wt%的Cl-、1～3.5wt%的有机酸以及余量为水的黑化溶液，从而钢板中的金属与溶液中的金属发生反应而在钢板的表面上形成金属氧化物。
这里，Ni2+是以金属氧化物的形式沉积在镀锌的钢板的表面上的取代物，并且在显示黑色的同时在表面上形成球形颗粒这方面起着重要的作用。
此外，Cl-用来提高反应性，有机酸的作用为增强溶液稳定性和膜的粘附力，有机酸可以包括但不限于从由乙酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、苯二甲酸和马来酸组成的组中选择的一种或多种。
除了上述组分之外，黑化溶液还可以包括其它添加剂，可以不受限制地使用任何添加剂，只要该添加剂可在本领域中可用于黑化溶液即可。
在镀锌的钢板上涂敷黑化溶液的情况下，溶液中的镍会发生与锌的置换反应，由此在钢板的表面上形成黑色的镍锌氧化物膜。
此外，可以利用浸入或涂覆来执行在钢板上涂敷黑化溶液的步骤，对涂覆没有特别地限制，涂覆可以包括已知的涂覆工艺，例如，棒式涂覆、浸涂、辊涂、幕涂、喷涂、狭缝式涂覆、凹版涂覆等。这样，可以在15～60℃执行该工艺3秒～2分钟。可以借助于本领域中使用的涂覆工艺在钢板的表面上涂敷树脂组成物来获得形成在黑化层上的黑色树脂膜。这样，对涂覆工艺没有特别地限制，涂覆工艺可以包括已知的工艺，例如，棒式涂覆、浸涂、辊涂、幕涂、喷涂、狭缝式涂覆、凹版涂覆、逆转涂覆等。涂覆温度并不受特别的限制。
用于本发明的方式
进行了阐述以对本发明进行举例说明而不被解释为限制本发明的以下示例可以对本发明提供更好的理解。
示例1：黑色树脂钢板的制造
使用镀覆量为20mg/m2的电镀锌钢板，在pH为1.2～1.3的条件下将钢板浸入在40℃的黑化溶液（Ni2+：15wt%，Cl-：15wt%，柠檬酸：1.5wt%，水：68.5wt%）中10秒钟，从而在钢板的两个面上形成黑化层（Ni：30wt%，Zn：10wt%，O：60wt%）（将黑化层形成为0.5μm的厚度）。在钢板的顶部上的黑化层上二辊式逆转涂覆包括含有聚酯树脂和三聚氰胺树脂的主树脂且包括100重量份的主树脂、10重量份的碳黑、30重量份的芳烃和2重量份的PTFE类蜡的树脂组成物，从而在钢板的一个面上形成黑色树脂膜（厚度为5μm）。
另外，利用二辊式逆转涂覆在黑化的钢板的底部上涂敷包括100重量份的丙烯酸聚氨酯树脂和1.5重量份的聚四氟乙烯类蜡的树脂组成物，从而在钢板的另一个面上形成黑色树脂膜（厚度为0.5μm）。
对比示例1
使用可从Nippon Steel Corporation（新日本制铁株式会社）购得的ZinkoteBlack（树脂膜为5μm）。
对比示例2
使用可从Posco购得的黑色树脂钢板（POSCO-BL05t，树脂膜为10μm）。
测试示例
1.黑度
使用色度计，100减去白度（L*）得到黑度。
2.拉拔能力（OT-弯曲）
为了评估拉拔能力，将样本切成25mm×100mm的尺寸，然后弯曲180度，从而顶部涂层的黑色树脂面向外，之后利用宏观彩色摄影术观察弯曲后的表面。
3.耐蚀性
基于美国材料与试验协会标准（ASTM-B117），通过测量在盐水喷雾室中在样本的表面上产生白锈所需的时间段来确定黑色树脂钢板的耐蚀性。
4.光泽度
通过测量反射光相对于入射光量的量来确定光泽度。当像镜子一样完全反射光的情形被设定为100以及没有反射的情形被设定为0时，在待测量的表面上以60度的入射角来测量被反射的光。在本测试中，使用的是按照ISO2813的光泽计。
5.摩擦系数
将样本切成150mm 50mm的尺寸，然后在负载为650kgf和速率为20mm/s的条件下对样本进行拉延珠试验，由此计算出其摩擦系数。
表1
示例1 对比示例1 对比示例2
黑色树脂膜厚度（μm） 5 5 10
光泽度/黑度 20/76 22/79 8/75
拉拔能力（OT-弯曲） 没有裂纹 裂纹 没有裂纹
耐蚀性（小时） >160 72 >160
摩擦系数（一个面/另一个面） 0.2/0.1 0.12/0.13 0.29/0.17
示例2～3和对比示例3～4
除了使用具有下面的表2中示出成分的黑化溶液之外，按照与示例1中的方式相同的方式来进行这些示例。
表2
Figure BDA00003306056800071
表3
Figure BDA00003306056800081
如从表1至表3所清楚的是，在根据本发明的黑色树脂钢板中，对黑色树脂膜的摩擦系数进行了调整，从而可以解决由减小树脂膜的厚度造成的问题。
虽然已经出于说明性的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替换。

Claims (14)

1.一种黑色树脂钢板，包括：
黑化层，形成在镀锌钢板的一个面上；以及
黑色树脂膜，形成在黑化层上，并且包含黑色颜料且满足下面的式1：
[式1]
0.05≤X≤0.27
其中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数。
2.如权利要求1所述的黑色树脂钢板，其中，黑化层包括镍锌氧化物。
3.如权利要求1所述的黑色树脂钢板，其中，黑化层的原子组成包括重量比为Ni:Zn:O=25～75:2～25:20～70的Ni、Zn和O。
4.如权利要求1所述的黑色树脂钢板，其中，黑化层具有0.05～5μm的厚度。
5.如权利要求1所述的黑色树脂钢板，其中，黑色树脂膜具有0.5～25μm的厚度。
6.如权利要求1所述的黑色树脂钢板，其中，黑度为70或更大。
7.如权利要求1所述的黑色树脂钢板，所述黑色树脂钢板包括形成在镀锌钢板的另一个面上的与镀锌钢板的所述一个面上的黑化层和黑色树脂膜相同的黑化层和黑色树脂膜。
8.如权利要求1所述的黑色树脂钢板，其中，所述黑色树脂钢板包括形成在镀锌钢板的另一个面上的黑化层和黑色树脂膜，其中，形成在镀锌钢板的所述另一个面上的黑化层与镀锌钢板的所述一个面上的黑化层相同，形成在镀锌钢板的所述另一个面上的黑色树脂膜与镀锌钢板的所述一个面上的黑色树脂膜不同。
9.如权利要求7或8所述的黑色树脂钢板，其中，黑色树脂膜还包括蜡。
10.如权利要求8所述的黑色树脂钢板，其中，所述另一个面上的黑色树脂膜具有0.1～1μm的厚度。
11.如权利要求8所述的黑色树脂钢板，其中，所述一个面上的黑色树脂膜满足下面的式1，所述另一个面上的黑色树脂膜满足下面的式2：
[式1]
0.05≤X≤0.27
其中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数；
[式2]
0.05≤X≤0.2
其中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm 50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数。
12.一种制造黑色树脂钢板的方法，包括：
在钢板上形成黑化层；以及
在黑化层上形成满足下面的式1的黑色树脂膜：
[式1]
0.05≤X≤0.27
其中，X为通过在包括650kgf的负载和20mm/s的速率的条件下对尺寸为150mm50mm的黑色树脂膜样本进行拉延珠试验计算出的摩擦系数。
13.如权利要求12所述的方法，其中，通过涂敷包括10～20wt%的Ni2+、11～18wt%的Cl-、1～3.5wt%的有机酸以及余量为水的黑化溶液来执行形成黑化层的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中，有机酸为从由乙酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、苯二甲酸和马来酸组成的组中选择的一种或多种。
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