KR0128135B1 - 유기피복강판용 피복처리조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가전용 유기피복강판용 피복처리조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 표면 외관이 미려하고, 내오염성, 내식성, 도료밀착성등이 우수한 강판제조용 피복처리조성물에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 총용액의 중량을 기준으로 아크릴수지 및 콜로이달 실리카로 구성된 고형분 10-30중량%와 용제로서 물 70-90중량%로 구성된 pH가 8-9인 롤코팅에 의해 피복되는 크로메이트 처리된 강판용 피복조성물에 있어서, 상기 고형분은 총 고형분 콜로이달 실리카 10-50중량%와 아크릴계 수지 50-90중량%로 조성되며, 상기 아크릴계 수지는 수지 총 중량 기준으로 입자크기가 0.06＠m -0.3＠m인 에멀션타입의 아크릴 수지 30-70중량%와 수평균 분자량이 5000-20,000인 수용성 타입의 아크릴 수지 30-70중량%로 조성됨을 특징으로하는 롤코팅에 의해 피복되는 크로메이트 처리된 강판용 피복조성물이 제공된다.

상기 본 발명의 피복처리조성물을 사용하여 가전용 유기피복강판을 처리함으로써 표면외관이 미려할 뿐만 아니라, 내오염성, 내식성, 도료밀착성등이 우수한 피막을 형성할 수 있으며, 제품의 품질이 향상되고 고속 롤코팅시에도 줄무늬가 형성되지 않는다.

Description

유기피복강판용 피복처리조성물

제1도는 유기피복강판 제조용 롤코터를 나타내는 사시도.

제2도는 각 피복조성물에 대한 온도 변화에 따른 용액의 점도변화를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 코팅롤2 : 픽업롤

3 : 백업률4 : 강판 표면에 형성된 줄무늬

5 : 코터팬에 담긴 처리용액6 : 코터팬

7 : 강판8 : 건조기

본 발명은 가전용 유기피복강판용 피복처리조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 표면 외관이 미려하고, 내오염성, 내식성, 도료밀착성등이 우수한 강판 제조용 피복처리 조성물에 관한 것이다.

가전용 유기피복강판은 크로메이트 처리된 아연도금강판상에 유기물과 무기물이 복합되어 결합된 피막을 형성시킨 강판으로서 주로 전자레인지, 비디오테이프레코더, 복사기 및 컴퓨터등의 내판 혹은 외판에 사용된다. 강판의 제반 특성이 우수하여 강판을 도장처리하지 않고 가공한 상태 그대로 조립하여 완제품을 생산하여도 우수한 제품을 생산할 수 있음으로 근래에 사용량이 증대되고 있으며, 내오염성, 내식성, 가공성뿐만 아니라, 전기스팟용접성 및 표면 외관이 중시되고 있다. 그러나 상기 언급한 내오염성, 내식성, 가공성과같은 기본적 특성과 표면외판 및 스팟용접성등은 서로 상반됨으로 상기 특성 모두를 만족시키는 완벽한 제품을 생산하는 것은 매우 어렵다. 이에 철강업체에서는 이를 해결하기 위해 많은 기술이 개발되고 있다. 예를들면 피막의 두께가 두꺼울수록 내오염성, 내식성 및 가공성은 개선되지만, 이에 따라 피막의 전기저항이 증대되어 전기 스팟용접성은 저하된다. 이에 반하여 피막의 두께가 얇을수록 용접은 잘되지만, 내오염성, 내식성 등이 저하된다. 따라서 상기 요구되는 특성을 고루 만족시키기위해 롤코더를 사용하여 목표 피막두께를 1㎛로 하고 피막두께 편차를 0.15㎛가 되도록 관리하는 기술이 공지되어 있다.

롤코팅에 사용되는 롤 코터는 제1도에 나타낸 바와같이 어프리케이터롤(이하 코팅롤이라한다)(1), 픽업롤(2) 및 처리용액(5)을 포함한 코터팬(6)으로 구성된다. 피처리재인 도금 강판(7)이 백업롤(3)에 붙어서 코터를 통과할때 강판은 회전하고 있는 코팅롤(1)과 접하게 된다. 이때 코팅롤(1)표면으로 픽업롤(2)을 매개체로 하여 코터팬의 용액(5)이 일정량 공급되며, 이 용액이 강판(7)에 전사되면서 코팅된다. 롤코팅에 의한 수지 도포방법은 각 롤의 회전수 및 롤 사이 및 롤과 강판 사이의 압력 조정에 의해 손쉽게 용액 도포량을 조절할 수 있는 장점이 있다. 그러나 일반적으로 롤 코팅은 코팅롤(1)의 속도가 강판의 이동속도에 비해 1-3배의 빠른 범위내에서 일정한 주속비로 작업되므로, 강판을 고속으로 생산할수록 롤의 회전수는 증가된다. 롤 코팅시 가장 큰 문제는 형성된 피막에 강판의 진행 방향으로 로우프 형태의 줄무늬(4)가 발생되어 외관이 손상되는 것으로 이것은 롤 회전시에 발생하는 원심력에 의해 롤 표면에 묻어있는 요액이 제1도와같이 롤의 원주방향으로 연속되어 모이게되고 이것이 강판(7)에 연속적으로 전사되어 줄무늬 형태로 피막 부착량의 차이가 유발되어 색상차가 발생되는 것으로 이러한 현상을 줄무늬 발생 혹은 로우핑 현상이라 한다. 특히 유기피복강판 제조시와 같이 도포된 용액량이 적은 코팅일수록 도포된 용액중의 용제가 빨리 증발되므로 용액자체의 퍼짐성 즉 레오로지(Rheology)특성이 저하됨으로써 줄무늬가 형성되어 표면외관이 손상된다. 이를 해결하기 위해서는 롤 회전시에 코팅롤에 줄무늬가 발생되는 것을 억제하여야 하며, 용액의 점도가 낮을수록 줄무늬가 적게 형성된다.

가전용 유기피복강판 제조방법 중 처리용액에 관한 것으로는 에폭시수지, 아크릴수지, 폴리에스테르수지 혹은 페놀수지의 혼합물을 이용하는 방법(일본 특허 공개, 소80-051032), 수용성 아크릴 수지를 도포하는 방법(일본 특허공개 소58-224175)등이 공지되어 있다. 상기 공지기술은 공통적으로 수용성 아크릴수지를 기본으로 하고, 경화제로 에폭시수지를 사용하고 있으며, 피막의 물성을 개선시키기위해 실리카를 첨가한다. 그러나 상기 수용성 아크릴 수지용액을 주성분으로 하는 코팅용액을 롤코팅으로 도포하는 경우, 수용성 수지용액의 작업성은 수지의 분자량에 의해 크게 좌우됨으로 다음과 같은 문제가 있는 것이다. 즉 분자량이 적을수록 용액의 점도가 낮아 롤 코팅성은 개선되지만 저분자량의 수지를 사용할수록 피막을 형성시키기 위해 고분자화 반응이 많이 일어나야 하므로 건조 온도 및 건조시간이 증대된다. 그러나 강판을 연속적으로 처리하는 처리설비의 능력에는 한계가 있으므로 지나치게 저분자량인 수지를 사용할 경우에는 피막이 충분히 경화되도록 강판의 라인속도(강판속도)를 감속시켜야 함으로 생산성이 떨어진다. 또한 수용성 수지의 분자량이 증대되면 별도의 고분자화 반응없이 피막물성이 우수한 강판을 제조할 수 있는 장점이 있지만 용액의 점도가 증가하여 피막에 줄무늬(로우핑현상)가 발생되기 쉽고 이 현상은 라인 속도가 증가할수록 심하게되므로 이를 방지하기 위해서는 강판 속도를 감속시켜 롤의 회전수를 줄여야 함으로 역시 생산성이 감소되는 문제가 있는 것이다.

수용성수지를 사용할때의 또 다른 문제점은 용액의 점도가 온도에 따라 민감하게 변화되므로 동절기의 용액의 점도가 하절기 보다 높아 계절별로 용액의 코팅성이 달라져 적정 작업 조건을 설정하기 어려운 문제가 있는 것이다.

이에 본 발명의 목적은 상기한 바와같은 문제를 해결한 표면외관이 미려할 뿐만 아니라 내오염성, 내식성, 도료밀착성등이 우수한 유기피복강판 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 총용액의 중량을 기준으로 아크릴수지 및 콜로이달 실리카로 구성된 고형분 10-30중량%와 용제로서 물 70-90중량%로 구성된 pH가 8-9인 롤코팅에 의해 피복되는 크로메이트 처리된 강판용 피복조성물에 있어서, 상기 고형분은 총 고형분 콜로이달 실리카 10-50중량%와 아크릴계 수지 50-90중량%로 조성되며, 상기 아크릴계 수지는 수지 총중량 기준으로 입자크기가 0.06㎛-0.3㎛인 에멀션타입의 아크릴수지 30-70중량%와 수평균 분자량이 5000-20,000인 수용성 타입의 아크릴 수지 30-70중량%로 조성된 롤코팅에 의해 피복되는 크로메이트 처리된 강판용 피복조성물이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

롤코팅에 의해 피복되는 크로메이트 처리된 강판용 피복처리조성물은 일반적으로 용제로서 물 70-90중량%와 고형분(비휘발분) 10-30중량%로 구성된다.

고형분 함량이 10중량%이하인 경우에는 적정 피막두께를 확보하기 위해서는 강판표면에 다량의 용액을 도포하여야 하며, 이와같이 처리할 경우 휘발시켜야 할 물의 양이 많아짐으로 고형분함량이 제한범위내인 용액에서의 적정건조 조건으로 건조시키는 경우에 비하여 피막이 충분히 형성되지 않아 피막의 물성이 저하되며, 충분히 경화시키기 위해서는 장시간 건조시켜야 함으로 생산성이 떨어진다. 고형분 함량이 30중량% 이상인 경우에는 용액으 점도가 지나치게 증대되어 작업성이 저하되며 줄무늬가 발생될 우려가 있다.

또한 통상적으로 상기 롤코팅에 의해 피복되는 크로메이트 처리된 강판용 피복처리조성물의 pH는 8-9가 되도록 조절된다. 일반적으로 에멀션 수지는 pH8-9에서 가장 안정하며 이 범위를 벗어나게 되면 용액제조후 시간이 경과함에 따라 에멀션 입자들이 서로 결합되어 성장하고 용액중 입자가 침강될 정도로 성장하면 층분리 현상이 나타나 용액의 성능이 떨어진다. 상기 pH 범위를 유지하는 방법으로는 상기의 pH 범위에서 안정한 콜로이달 실리카 및 실란커플링제를 사용하는 것이 중요하며 콜로이달 실리카로는 미국 듀폰(DuPont)사의 루독스 AM, LS, AS, TM, CL-X 일본 일산화학제(一産化學製)의 스노우텍스-씨(Snowtex-C)가 사용되며, 상기 실란커플링제로는 일본 신월화학제(信越化學製)의 케이비엠(KBM)-303, 403, 503, 903, 케이비이(KBE)-303, 403, 503, 903 케비등을 사용함으로써 용액 안정성이 개선된다.

상기 고형분은 총고형분 중량기준으로 콜로이달 실리카 10-50중량%와 아크릴수지 50-90 중량%로 조성되는 것이 바람직하다. 총고형분중 아클릴수지의 양이 50중량%이하인 경우에는 용액중 콜로이달 실리카의 양이 지나치게 많아 모든 콜로이달 실리카가 완전히 수지와 결합되지 못하여 내식성이 떨어지고, 콜로이달 실리카의 친수기가 증가하여 유기피복강판을 도장하여 사용하는 경우, 도료의 내수 밀착성이 감소되어 도막이 박리될 우려가 있다. 고형분중 아크릴 수지의 함량이 90중량% 이상인 경우에는 콜로이달 실리카의 내식성 향상효과가 부족하여 피막의 내식성이 감소하는 문제가 있다.

또한, 상기 고형분중 아크릴수지는 에멀션 아크릴수지 30-70중량%와 수용성 형태의 아크릴 수지 30-70중량%를 혼합하여 조성하는 것이 바람직하다.

용액중 에멀션 타입의 아크릴 수지를 총 수지의 30-70중량%가 되게 제한한 이유는 다음과 같다. 에멀션 타입의 수지는 수용성(물에 용해되어 존재하는 타입)과 비교하여 분자량이 200,000 정도로 매우 큰 거대 고분자 물질이지만 에멀션 입자사이의 인력이 약하여 용제인 물의 점도와 유사한 수준으로 점도가 낮아 롤코팅성이 우수한 장점이 있다. 그러나 피막을 형성하는 방법이 수용성 타입 수지의 피막형성기구인 고분자화 반응에 의하지 않고 용제가 휘발됨에 따라 강판 표면에 잔존한 입자들이 표면에너지를 감소시키기 위해 서로 합쳐지는 물리적힘에 의해 피막이 형성되므로 피막 구성물들 사이의 결합력이 수용성 타입의 수지에 비해 약하여 물에 대한 피막의 저항성이 약한 문제가 있다.

수용성 타입의 아크릴수지와 에멀션 타입의 아크릴수지를 혼합하여 사용함으로써 상기 에멀션 수지입자간의 약한 결합력이 개선되는데, 이는 수용성 수지에 풍부하게 존재하는 고분자화반응을 할 수 있는 관능기가 에멀션 입자 사이 혹은 실리카와 에멀션 입자사이에 가교역할을 하기 때문인 것으로 추정된다. 에멀션 타입의 수지가 70중량% 이상이고 수용성 타입의 수지가 30중량% 이하인 경우에는 에멀션 수지의 함량이 지나치게 커서 피막중의 콜로이달 실리카를 고정하지 못해 피막의 내식성이 저하되는 문제가 있다. 반면에 아크릴수지 중 에멀션 타입 아크릴수지의 함량이 30중량% 이하이고 수용성 타입 아크릴 수지의 함량이 70중량% 이상인 경우에는 용액의 점도가 높아 롤코팅시 줄무늬가 발생할 우려가 있으며 온도에 따른 점도 변화가 커서 롤코팅작업성이 저하되는 문제가 있다.

상기 에멀션 아크릴 수지로는 입자크기가 0.06-0.3㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 입자크기가 0.06㎛이하인 경우에는 입자크기가 너무 작아 균일한 수지를 제조하기 어려우며 또한 용액의 점도가 증가하여 롤코팅작업성이 저하될 우려가 있으며 0.3㎛ 이상인 경우에는 내식성이 떨어지는 문제가 관찰되었는데 이는 피막두께에 비해 에멀션 입자가 상대적으로 커서 미시적으로 볼 때 콜로이달 실리카의 입자 분포가 불균일해져 콜로이달 실리카의 방식효과가 충분히 발휘되지 않기 때문인 것으로 추정된다.

또한, 상기 수용성타입의 아크릴 수지로는 수평균 분자량이 5000-20000인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

수용성 타입의 아크릴 수지의 수평균 분자량이 5000이하인 경우에는 피막이 완전히 경화되지 않아 내식성이 저하되며, 20000이상인 경우에는 에멀션 수지를 상기 제한 범위내로 첨가 하더라도 용액의 점도가 높아 롤코팅 작업성이 저하된다.

또한, 본 발명의 피복 처리조성물에는 실란커플링제를 상기 고형분의 0.1-0.5중량%를 첨가할 수 있다. 실란커플링제를 첨가하지 않더라도 롤코팅 작업성에는 큰 문제가 없으나, 이를 사용함으로써 에멀션 형태의 수지를 혼합사용함에 따라 저하되는 구성 물질간의 결합력을 보상할 수 있다. 상기 실란커플링제의 함량이 0.1중량%이하인 경우에는 실란 커플링제가 콜로이달 실리카 입자들의 표면을 충분히 피복하지 못해 일부 콜로이달 실리카가 커플링제에 의해 수지와 결합되지 못하여 충분한 내식성을 나타내지 못하게 되며, 0.5중량% 이상인 경우에는 수지와 콜로이달 실리카가 응집되어 피막중 실리카가 불균일하게 분포됨으로 내식성이 저하된다.

통상적으로 상기 피복처리 조성물을 강판에 도포하는 방법으로는 2롤 타입 혹은 3롤 타입의 코터를 사용한 롤 코팅방법이 사용되며, 롤의 회전방향이 강판의 진행방향과 동일한 내츄럴 방식 혹은 양자의 운동방향이 서로 반대인 리버스 방식 모두 사용 가능하다. 용액을 도포한 후에 피막을 건조하는 방법으로는 건조과정에 의해 용제인 물이 모두 증발될 수 있는 조건이면 품질 성능이 우수한 강판을 제조할 수 있다. 2롤 타입의 코터를 내츄럴 방식으로 작동시켜 용액을 도포한 다음 강판 온도가 50-120℃ 정도 되도록 가열한 후 냉각하여 제품을 생산하는 것이 가장 간편하며 품질이 우수한 피막을 얻을 수 있는 가장 바람직한 방법이다. 또한 상기 본 발명의 피복처리 조성물에 에폭시타입의 경화제를 상기 용액의 총중량에 대해 (1-3)/30정도 첨가하면 용액의 수명이 용액 제조후 1개월 정도로 제한되는 문제는 있지만 용액중에서 에폭시수지와 아크릴 수지와의 경화반응이 서서히 진행하여 피막이 보다 충분히 경화되어 내식성등이 더욱 우수해지는 효과가 있어 제조용액을 1개월내에 전부 소진하여 사용할 수 있는 경우에는 에폭시타입의 경화제를 첨가하여 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

처리강판으로는 아연도금 부착량이 20/20 g/㎡, 크로메이트부착량이 10-15㎎/㎡인 크로 메이트처리된 전기아연도금강판을 사용하였다. 상기 강판상에 하기표 1과같은 조성으로된 비교예 1-14 및 발명예 1-6의 피복처리 조성물을 2롤 타입의 롤코터를 이용하여 강판의 진행방향과 롤의 회전방향이 동일한 내츄럴 코팅방식으로 도포한 후에 시편의 온도가 60℃가 되도록 열풍으로 가열 건조한 다음 냉각하여 시편을 제작하였다.

표1

상기 비교예 1-14 및 발명예 1-6의 조성으로된 피복처리 조성물로 피복처리된 시편에 대해 내식성, 도장성, 내오염성 및 표면외관을 측정하여 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

표2

비교예 1-4는 아크릴 수지와 콜로이달 실리카의 비율이 본 발명의 제한범위를 벗어난 것으로 비교예 1, 2는 피막중에 다량의 실리카가 존재하므로, 실리카의 친수기로 인해 도료밀착성이 저조하며 또한 내오염성도 불량하였다. 비교예 3-4는 콜로이달 실리카의 양이 부족하여 내식성이 저조함을 나타낸다. 비교예 5-6은 아크릴 수지중 에멀션 형태의 수지가 차지하는비율이 벗어난 것으로 수용성 타입의 아크릴 수지가 다량 첨가된 비교예 5는 내식성은 우수하나 표면에 줄무늬가 발생되어 강판 외관이 불량하였고, 에멀션타입의 아크릴수지가 다량 첨가된 비교예 6은 내식성이 불량하였다. 비교예 7-8은 실란 커플링제의 첨가량이 본 발명의 제한 범위를 벗어난 것으로, 모두 내식성이 부족하였다. 비교예 9-10은 에멀션 입자의 크기가 본 발명의 제한 범위를 벗어난 것으로, 입자가 작은 비교예 9는 표면에 미세한 줄무늬가 발생되었고, 입자가 큰 비교예 10은 내식성이 부족하였다. 비교예 11-12는 수용성 수지의 수평균분자량이 본 발명의 제한 범위를 벗어난 것으로, 분자량이 적은 비교예 11은 피막의 고분자화 반응이 충분치 않아 내식성이 매우 불량하였고 분자량이 큰 비교예 12는 용액의 점도가 높아 표면에 줄무늬가 발생되었다. 비교예 13-14는 용액의 고형분이 본 발명의 제한범위를 벗어난 것으로 고형분 함량이 적은 비교예 13은 피막 부착량이 적어 내오염성이 불량하였고, 고형분이 다량 첨가된 비교예 14는 용액의 점도가 높아 표면에 줄무늬가 발생되었다. 이에 반하여, 발명예 1-6은 모두 표면 외관, 내식성, 내오염성 및 도료밀착성이 우수하였다.

제2도는 비교예 2의 용액과 발명예 4의 용액에 대한 온도변화에 따른 용액의 점도변화를 측정함으로써 본 발명에서 제한한 범위로 에멀션 타입의 아크릴 수지와 수용성 타입의 아크릴 수지를 혼합사용함으로써 코팅성이 개선되는 효과를 예시한 것이다. 비교예 2의 용액은 0-40℃의 코팅작업장의 온도변화 범위내에서 용액의 롤코팅성이 변화될 정도의 범위인 10cps 이상 점도가 변화된 반면, 본 발명의 용액은 온도 변화에 따른 점도의 변화가 거의 없어 코팅성이 일정하고 양호함을 알 수 있었다.

상기한 바와같이 본 발명의 피복처리조성물을 사용하여 가전용 유기피복강판을 처리함으로써 표면외관이 미려할 뿐만 아니라, 내오염성, 내식성, 도료밀착성등이 우수한 피막을 형성할 수 있음으로, 제품의 품질이 향상되며, 고속 롤코팅시에도 줄무늬가 형성되지 않음으로 생산성 또한 향상된다.

Claims (2)

1. 총 용액의 중량을 기준으로 아크릴수지 및 콜로이달 실리카로 구성된 고형분 10-30중량%와 용제로서 물 70-90중량%로 구성된 pH가 8-9인 롤코팅에 의해 피복되는 크로메이트 처리된 강판용 피복조성물에 있어서, 상기 고형분은 총 고형분 중량기준으로 콜로이달 실리카 10-50중량%와 아크릴계 수지 50-90중량%로 조성되며, 상기 아크릴계 수지는 수지 총중량 기준으로 입자크기가 0.06㎛-0.3㎛인 에멀션타입의 아크릴수지 30-70중량%와 수평균 분자량이 5000-20,000인 수용성 타입의 아크릴 수지 30-70중량%로 조성됨을 특징으로하는 롤코팅에 의해 피복되는 크로메이트 처리된 강판용 피복조성물
2. 1항에 있어서, 나아가 상기 피복조성물은 고형분기준으로 0.1-0.5중량%의 실란커플링제를 포함함을 특징으로하는 피복 조성물.