JP2014503686A - 改良された加工性及び良好な光沢度を備える黒色樹脂鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、加工性及び光沢度に優れた黒色樹脂鋼板及びその製造方法に関し、さらに詳細には、黒色樹脂被膜の摩擦係数を調節し、樹脂層の薄膜化による転写効果を遮断することによって、黒色度と加工性が向上した黒色樹脂鋼板及びその製造方法に関する。

Description

本発明は、黒色樹脂被膜の摩擦係数が調節され、それによって、薄膜黒色樹脂の形成時に発生する耐食性低減、及び加工時のクラック発生の問題点が解決された黒色樹脂鋼板及びその製造方法に関する。

最近、家電メーカ間のＰＤＰ、ＬＣＤ、ＬＥＤテレビなどの家電用電子製品の内・外装材の薄形化競争に伴い、前記内・外装材の素材として従来使用されてきたプラスチック射出物が鉄鋼薄板材によって急激に置き換えられている。特に、外装材の場合、追加的な塗装工程なしにプレス加工後にすぐ製品に装着することができるようにするために、美麗で且つ色付けされた表面を有している黒色樹脂鋼板のような樹脂被覆鋼板などが適用されている。

樹脂被覆鋼板は、通常の場合、上塗り／下塗り／亜鉛メッキ鋼板／下塗りの構造で組成されており、上塗り層は、ポリエステル樹脂とメラミン樹脂を主成分として１０〜５０μｍの厚さを有し、下塗り層は、アクリルウレタンエステル樹脂を主成分として０．５〜１．０μｍの厚さを有する。

このような樹脂被覆鋼板は、追加塗装工程なしにプレス加工後にすぐ外装材に適用可能であり、上塗り層は、表面外観上、黒色（黒色度＝１００−Ｌ＊、Ｌ＊＝白色度）が好まれ、黒色度７５〜９８を有するにように生産されている。

樹脂被膜の色感は、カーボンブラックを主成分とする顔料の特性と被膜厚さの特性によって決定される。黒い顔料成分が多く添加されるほど、及び被膜の厚さが厚いほど、光の吸収によって目視で黒く感じるようになり、即ち、黒色度が向上する。通常、黒色度（１００−Ｌ＊）値が８０以上の場合、「リアルブラック」とされ、８０〜５０は「ブラックグレー」とされ、５０以下は「グレー」とされる。黒色度を表現する顔料の成分に基づき、塗料樹脂の組成特性上、樹脂被覆鋼板の黒色度に依存して、熱を吸収／放熱する能力が増加するようになる。熱を伝達する方法は、物体を通じた直接熱伝達、熱対流、放射熱に区分されることができ、黒色度が増加するほど、放射熱による吸収／放熱性が増加する。特に映像家電用バックカバー（Ｂａｃｋ−Ｃｏｖｅｒ）素材分野において「審美眼的要素」と「映像機器からの熱放出」特性によって、黒色（リアルブラック）が好まれる。

下塗り層は、上塗り層と亜鉛金属間の結合力を増加させるために、アクリルウレタンエステル成分から主として成る有機／無機複合被膜層を含む。このような構造の樹脂被覆鋼板を生産する連続工程プロセス上で生産性を増加させるためには、上塗り層の厚さを減少させることが有利であるが、上塗り層（樹脂層）の厚さが薄膜化されるにつれて、素地の亜鉛メッキ層が黒色樹脂表面に転写され、黒色度と耐食性が劣化する問題が発生する。

これより、本発明者は、前述したような樹脂層が薄膜化されるほど発生する黒色度と加工性低減問題を解決するために研究努力した結果、黒色樹脂被膜の摩擦係数を低く調節することによって、黒色度と加工性が改善された黒色樹脂鋼板を開発し、本発明を完成した。

したがって、本発明の目的は、樹脂層の薄膜化による転写効果を遮断し、黒色度と加工性が向上した黒色樹脂鋼板及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、
亜鉛メッキ鋼板の一面に形成された黒化処理層と；
黒化処理層上に形成され、黒色顔料を含有し、下記一般式１を満たす黒色樹脂被膜と；を含む黒色樹脂鋼板を提供する：
［一般式１］
０．０５≦Ｘ≦０．２７
前記一般式１で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験（Ｄｒａｗ Ｂｅａｄ Ｔｅｓｔ）に付して算出した摩擦係数を意味する。

また、本発明の他の態様は、
鋼板上に前記一般式１を満たす黒化処理層を形成する段階と；
前記黒化処理層上に樹脂層を形成する段階と；
を含む黒色樹脂鋼板の製造方法を提供する。

本発明による黒色樹脂鋼板は、黒色樹脂被膜の摩擦係数を減少させて、黒色樹脂被膜の薄膜化による亜鉛メッキ層の転写効果を遮断し、黒色度低減を顕著に改善することができ、加工性及び光沢度を向上させることができる。

本発明の一実施態様による黒色樹脂鋼板の断面模式図を示すものである。

本発明は、
亜鉛メッキ鋼板の一面に形成された黒化処理層と；
黒化処理層上に形成され、黒色顔料を含有し、下記一般式１を満たす黒色樹脂被膜と；を含む黒色樹脂鋼板に関する：
［一般式１］
０．０５≦Ｘ≦０．２７
前記一般式１で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験（Ｄｒａｗ Ｂｅａｄ Ｔｅｓｔ）に付して算出した摩擦係数を意味する。

このような本発明をさらに詳しく説明すれば、次の通りである。
本発明において、用語「黒色度」というのは、コーティングされた被膜の黒い程度を数値化したものであって、白色光を樹脂表面に入射させて反射して出る光の波長を分析し、波長の反射／吸収程度を１〜１００で数値化して（通常、Ｌ＊で表記）示す値を言う。Ｌ＊＝１００の場合、完全白色を示し、Ｌ＊＝０の場合、完全黒色を示し、黒色度というのは、１００−Ｌ＊で表記することができる。

本発明において、前記亜鉛メッキ鋼板は、亜鉛または亜鉛系合金メッキ鋼板であることができ、これに制限されない。

本発明において、前記黒化処理層は、従来樹脂被覆鋼板の問題点である転写効果を遮断するために、Ｎｉ^２＋ １０〜２０ｗｔ％、Ｃｌ⁻ １１〜１８ｗｔ％、有機酸 １〜３．５ｗｔ％及び残部としての水を含んでなる黒化処理溶液を鋼板に塗布して、鋼板表面に鋼板の金属と前記溶液内の金属が互いに反応して析出されたニッケル−亜鉛酸化物が形成された黒色被膜（Ｎｉ：Ｚｎ：Ｏ＝２５〜７５：２〜２５：２０〜７０の重量比で含んでなる金属酸化物）からなる。

前記黒化処理層の厚さは、０．０５〜５μｍであってよく、０．１〜３．０μｍが好ましい。

本発明において、前記黒色樹脂被膜は、通常、当業界で使用する黒色樹脂鋼板用の樹脂組成物を塗布することによって形成されたものであって、前記樹脂組成物は、ポリエステル系樹脂、メラミン系樹脂及びこれらの混合物よりなる群から選択された１つ以上を含有する主剤樹脂を含む。

ここで、前記黒色樹脂被膜の構成成分のうちポリエステル系樹脂（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｒｅｓｉｎ）を基本樹脂として使用することが好ましいが、前記ポリエステル系樹脂は、エポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ）、アクリル樹脂（ａｃｒｙｌ ｒｅｓｉｎ）またはアルキド樹脂（ａｌｋｙｄ ｒｅｓｉｎ）のうちいずれか１つに代替されることもできる。

また、前記黒色樹脂被膜形成のための樹脂組成物は黒色顔料を主剤樹脂１００重量部に対して５〜２５重量部で含み、前記黒色顔料としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、黒鉛などを含むことができる。

さらに、前記樹脂組成物に使用される溶剤は、主剤樹脂を容易に溶解させる役目をし、例としては、芳香族炭化水素系、芳香族ナフサ系、イソブチルアルコール系、ジプロピレングリコール−モノエチルエーテルなどが含まれ、これらは単独または混合して使用されることができる。溶媒は、主剤樹脂１００重量部に基づき２０〜２５重量部で使用され得る。

続いて、前記樹脂組成物は、主剤樹脂、溶剤、黒色顔料以外に、顔料、色分離安定剤、消泡剤、レーベリング剤、スリップ剤、酸触媒などの添加剤を適切に混合して使用することができる。

特に、本発明においては、前記樹脂層の表面に潤滑性を付与する役目を行うために前記樹脂組成物にワックスをさらに含むことができる。前記ワックスの具体的な種類は、特に限定されず、例えば、 カルナウバ（ｃａｒｎａｕｂａ）、カンデリラ（Ｃａｎｄｅｌｉｌｌａ）、ウール（Ｗｏｏｌ）などの天然ワックス、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、変性ポリプロピレン、パラフィン、サソールなどの合成ワックスを液状あるいは固状形態で使用可能である。

前記ワックスは、主剤樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部を含むことが好ましい。ワックスを過量使用する場合には、被膜層の分離現象が発生する問題を惹起させる。

前記黒色樹脂被膜の厚さは、０．５〜２５μｍ（好ましくは、１〜１０μｍ）であって、黒色度が低下することなく、薄膜化を達成することができる。

本発明は、また、前記亜鉛メッキ鋼板の他面に一面と同一の黒化処理層及び黒色樹脂被膜をさらに形成することを含む。また、前記亜鉛メッキ鋼板の他面に一面と同一の黒化処理層及び一面と異なる黒色樹脂被膜をさらに形成することを含む。前記一面と異なる他面の黒色樹脂被膜は、臨時防錆用であり、当分野で通常的に使用する樹脂ならいずれも可能であるが、アクリル系樹脂、好ましくは、アクリルウレタンエステル樹脂を使用することが好ましい。前記アクリル系樹脂１００重量部に対してワックス０．１〜５重量部をさらに含むことができ、前記ワックスは、テフロン（登録商標）系ワックス、分散処理されたカルナウバ系ワックス、液状ポリエチレン系ワックスなどが好ましい。前記一面と異なる他面の黒色樹脂被膜は、０．１〜１μｍであることができる。

また、前記一面の黒色樹脂被膜は、下記一般式１を満たし、他面の黒色樹脂被膜は、下記一般式２を満たすことがさらに好ましい：
［一般式１］
０．０５≦Ｘ≦０．２７
前記一般式１で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重に２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験（Ｄｒａｗ Ｂｅａｄ Ｔｅｓｔ）で算出した摩擦係数を意味する；
［一般式２］
０．０５≦Ｘ≦０．２
前記一般式２で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験（Ｄｒａｗ Ｂｅａｄ Ｔｅｓｔ）に付して算出した摩擦係数を意味する。

このように、本発明の黒色樹脂鋼板は、黒色樹脂被膜が薄膜化されても、摩擦係数を調節することによって、黒色度７０以上に改善することができ、優れた加工性を示すことができる。

本発明は、また、
鋼板上に黒化処理層を形成する段階と；
前記黒化処理層上に下記一般式１を満たす黒色樹脂被膜を形成する段階と；
を含むことを特徴とする黒色樹脂鋼板の製造方法に関する：
［一般式１］
０．０５≦Ｘ≦０．２７
前記一般式１で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験（Ｄｒａｗ Ｂｅａｄ Ｔｅｓｔ）に付して算出した摩擦係数を意味する。

本発明において、前記黒化処理層は、Ｎｉ^２＋ １０〜２０ｗｔ％、Ｃｌ⁻ １１〜１８ｗｔ％、有機酸 １〜３．５ｗｔ％及び残部としての水を含んでなる黒化処理溶液を塗布して、鋼板の表面上で鋼板の金属と前記溶液内の金属を互いに反応させて、金属酸化物を生成させることによって形成される、前記一般式１を満たす黒色被膜である。

ここで、Ｎｉ^２＋は、亜鉛メッキ鋼板表面上で金属酸化物の形態で置換析出されて、表面に球形粒子を形成しながら黒色を示す重要な役目を行う。

さらにＣｌ⁻は、反応性向上のために使用され、及び前記有機酸は、溶液安定性と被膜の接着力増加の役目をし、酢酸、クエン酸、酒石酸、りんご酸、シュウ酸、フタル酸及びマレイン酸よりなる郡から選択された１種以上を含むことができるが、これに制限されない。

前記黒化処理溶液は、前記成分以外にその他添加剤を追加することができ、前記添加剤は、当分野において黒色処理溶液に使用することができる添加剤ならいずれも可能である。

前記黒色処理溶液が亜鉛メッキ鋼板に塗布される場合、溶液中のニッケルが亜鉛と置換反応し、鋼板の表面上に黒色のニッケル−亜鉛−酸化被膜物を形成するようになる。

黒色処理溶液を鋼板に塗布する方法としては、浸漬法またはコーティング法があり、コーティング法は、特に制限されず、公知のコーティング法、例えばバーコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、カーテンコーティング、スプレイコーティング、スリットコーティング、グラビアコーティングなどを使用することができる。この際、１５〜６０℃で３秒〜２分間処理することが好ましい。前記黒色処理層上の黒色樹脂被膜は、前記樹脂組成物を当分野において使用するコーティング方法で鋼板の表面に塗布して形成させることができる。塗布時に使用されるコーティング方法は、特に制限されず、公知のコーティング方法、例えばバーコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、カーテンコーティング、スプレイコーティング、スリットコーティング、グラビアコーティング、リバースコーティングなどを使用することができる。この際、コーティング温度は、特に限定されるものではない。

以下、本発明を実施例によってさらに詳しく説明する。但し、下記の実施例は、発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記実施例によって制限されるものではない。

［実施例１：黒色樹脂鋼板の製造］
メッキ付着量が２０ｍｇ／ｍ^２の電気亜鉛メッキ鋼板を使用し、ｐＨ １．２〜１．３の条件の下で前記鋼板を黒化処理溶液(Ni²⁺: 15wt%, Cl^-: 15 wt%, クエン酸: 1.5 wt%, 水: 68.5 wt%) に４０℃で１０秒間浸漬し、鋼板の両面に黒化処理層（Ｎｉ：３０重量％、Ｚｎ：１０重量％、Ｏ：６０重量％）を形成した（厚さ０．５μｍ）。鋼板の上面の黒化処理層上にポリエステル樹脂とメラミン樹脂が主剤樹脂であり、主剤樹脂１００重量部に対してカーボンブラック１０重量部及びＰＴＦＥ系ワックス２重量部, 芳香族炭化水素系 30重量部 を含む樹脂組成物を２段ロールリバースコーティングし、鋼板の一面の黒色樹脂被膜（厚さ５μｍ）を形成した。

黒化処理した鋼板の下面にアクリルウレタン樹脂１００重量部に対してテフロン系ワックス１．５重量部を含む樹脂組成物を塗布し、２段ロールでリバースコーティングすることによって、鋼板の他面の黒色樹脂被膜（厚さ０．５μｍ）を形成した。

［比較例１］
新日本製鉄で生産中のＺｉｎｋｏｔｅＢｌａｃｋ（樹脂被膜５μｍ）を使用した。

［比較例２］
ポスコで生産中の黒色樹脂鋼板（ＰＯＳＣＯ−ＢＬ ０５ｔ、樹脂被膜１０μｍ）を使用した。

＜試験例＞
１．黒色度
色差計を利用して１００を基準として測定した白色度（Ｌ＊）値を引いた値を黒色度とした。

２．加工性（ＯＴ−Ｂｅｎｄｉｎｇ）
加工性評価のために２５ｘ１００ｍｍサイズの試験片を切断し、最表面の黒色樹脂の上塗り面が外側に向かうようにして１８０度折った後、折り曲げた表面をマクロカラー写真で観察した。

３．耐食性
黒色樹脂鋼板の耐食性は、米国材料試験協会規格（ＡＳＴＭ−Ｂ１１７）に基づいて塩水噴霧チャンバ内で試験片の表面に白錆が発生するときまでの時間を測定した。

４．光沢度
光沢度は、入射光量に対する反射光量を測定することによって求めた。鏡のように光が完全に反射される場合を１００に設定し、反射が全然ない場合を０と設定し、測定しようとする面の入射角度を６０゜にして反射光を測定した。本実験では、ＩＳＯ ２８１３規格に基づいて製造された光沢度測定器を使用した。

５．摩擦係数
試験片を１５０×５０ｍｍに切断した後、ドロービード試験（Ｄｒａｗ Ｂｅａｄ Ｔｅｓｔ）を利用して摩擦係数を算出し、ドロービード条件は、６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度とした。

［実施例２〜３及び比較例３〜４］
黒化処理溶液の組成を、下記表２のように調節したことを除き、前記実施例１と同様に実施した。

前記表１〜３から明らかなように、本発明による黒色樹脂鋼板は、黒色樹脂被膜の摩擦係数が調節されており、それによって、樹脂被膜の薄膜化によって発生する問題点を解決することができた。

１ 一面の黒色樹脂被膜
２ 黒化処理層
３ 亜鉛メッキ層
４ 鋼板
５ 他面の黒色樹脂被膜
６、７ ワックス

Claims (14)

1. 亜鉛メッキ鋼板の一面に形成された黒化処理層と；
   黒化処理層上に形成され、黒色顔料を含有し、下記一般式１を満たす黒色樹脂被膜と；
   を含むことを特徴とする黒色樹脂鋼板：
   ［一般式１］
   ０．０５≦Ｘ≦０．２７
   前記一般式１で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験に付して算出した摩擦係数を意味する。
2. 前記黒化処理層が、ニッケル−亜鉛酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の黒色樹脂鋼板。
3. 前記黒化処理層が、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｏを、Ｎｉ：Ｚｎ：Ｏ＝２５〜７５：２〜２５：２０〜７０の重量比で含んでなることを特徴とする請求項１に記載の黒色樹脂鋼板。
4. 前記黒化処理層が、０．０５〜５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の黒色樹脂鋼板。
5. 前記黒色樹脂被膜が、０．５〜２５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の黒色樹脂鋼板。
6. 黒色度が７０以上であることを特徴とする請求項１に記載の黒色樹脂鋼板。
7. 亜鉛メッキ鋼板の他面上に該一面上に形成されたものと同一の黒化処理層及び黒色樹脂被膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の黒色樹脂鋼板。
8. 亜鉛メッキ鋼板の他面上に該一面上に形成されたものと同一の黒化処理層及び該一面上に形成されたものと異なる黒色樹脂被膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の黒色樹脂鋼板。
9. 前記黒色樹脂被膜がワックスをさらに含むことを特徴とする請求項７または８に記載の黒色樹脂鋼板。
10. 前記他面の黒色樹脂被膜が、０．１〜１μｍの厚さを有することを特徴とする請求項８に記載の黒色樹脂鋼板。
11. 前記一面の黒色樹脂被膜が、下記一般式１を満たし、他面の黒色樹脂被膜が、下記一般式２を満たすことを特徴とする請求項８に記載の黒色樹脂鋼板：
    ［一般式１］
    ０．０５≦Ｘ≦０．２７
    前記一般式１で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験に付して算出した摩擦係数を意味する；
    ［一般式２］
    ０．０５≦Ｘ≦０．２
    前記一般式２で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験に付して算出した摩擦係数を意味する。
12. 鋼板上に黒化処理層を形成する段階と；
    前記黒化処理層上に下記一般式１を満たす黒色樹脂被膜を形成する段階と；
    を含むことを特徴とする黒色樹脂鋼板の製造方法：
    ［一般式１］
    ０．０５≦Ｘ≦０．２７
    前記一般式１で、Ｘは、黒色樹脂被膜試験片１５０×５０ｍｍを６５０kgｆ荷重で２０ｍｍ／ｓの速度条件下でドロービード試験に付して算出した摩擦係数を意味する。
13. Ｎｉ^２＋ １０〜２０ｗｔ％、Ｃｌ⁻ １１〜１８ｗｔ％、有機酸 １〜３．５ｗｔ％及び残部としての水を含んでなる黒化処理溶液を塗布し、黒化処理層を形成することを特徴とする請求項１２に記載の黒色樹脂鋼板の製造方法。
14. 前記有機酸が、酢酸、クエン酸、酒石酸、りんご酸、シュウ酸、フタル酸及びマレイン酸よりなる群から選択された１つ以上であることを特徴とする請求項１３に記載の黒色樹脂鋼板の製造方法。

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