KR100380746B1 - 내방청유성,내열성및식별성이우수한유기피복강판용착색제,이를함유하는유기용액및이를이용한유기피복강판제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 아연-니켈 합금도금강판에 도포되는 유기피복 수지용 착색제, 이를 함유하는 유기피복 수지용액 및 이를 이용한 유기피복강판의 제조방법에 관한 것으로,

착색제의 총 중량을 기준으로 적색 아조계 유기 안료 30∼50중량%, 표면건조 방지제 0.1∼2중량%, 비이온성계 계면활성제 0.5∼1.5중량%, 동결방지제 10∼30중량% 및 고형분 함량을 조절하기 위한 순수로 조성된 도포형 크로메이트 처리된 전기 아연-니켈 합금 도금강판에 도포되는 수지용액용 착색제,

이를 함유하는 수평균분자량이 400∼4,000인 물에 유화시킨 에폭시 수지를 3∼50phr가 되도록 첨가된 아크릴, 에테르, 에스테르 혹은 카보네이트-디올을 주사슬로 하고 양말단에 우레탄 결합을 갖는 우레탄 수지 주제용액, 전체수지 함량대비 멜라민 수지 5∼80phr, 전체수지함량 대비 pH 8∼10.5인 콜로이달 실리카 12∼30phr 및 전체 수지함량 대비 크롬산 나트륨 10phr로 조성된 유기피복강판용 수지용액과 착색제를 함유하는 유기피복강판용 수지용액의 총중량을 기준으로 본 발명의 착색제 0.5∼2중량%을 함유하는 유기피복 강판용 착색제 함유 수지용액, 그리고 상기 착색제 함유 유기피복강판용 수지용액을 크로메이트 처리된 전기 아연-니켈 도금강판에 건조피막 두께가 0.5∼3.0㎛가 되도록 도포하고 140∼200℃의 온도로 소부처리하는 유기피복강판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 유기 피복강판용 착색제 용액은 식별성이 우수한 것으로 이를 강판에 표면도포시 도포된 면의 구별이 용이하며, 우수한 용액안정성으로 인하여 수지용액과 혼합한 후에도 장시간 보관할 수 있고, 본발명의 착색제를 함유하는 수지용액으로 처리된 강판은 우수한 내방청유 침지성 및 내열성으로 인하여 착색제에 의한 유기피복 강판의 품질저하가 감소되는 것이다.

Description

내방청유성, 내열성 및 식별성이 우수한 유기피복강판용 착색제, 이를 함유하는 유기용액 및 이를 이용한 유기피복강판제조방법.{COLORING AGENT HAVING EXCELLENT ANTI-OIL, AND ANTI-HEAT PROPERTY FOR ORGANIC COATED STEEL SHEET, ORGANIC SOLUTION CONT AINING THE SAME AND A METHOD FOR PREPARING ORGANIC COATED STEEL SHEET BY USING THE ORGAIN SOLUTION}

본 발명은 전기 아연-니켈 합금도금강판에 도포되는 유기피복 수지용 착색제, 이를 함유하는 유기피복 수지용액 및 이를 이용한 유기피복강판의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 내방청유성, 내열성 및 식별성이 우수한 유기피복수지용 착색제, 이를 함유하는 유기피복 수지용액 및 이를 이용한 유기피복강판의 제조방법에 관한 것이다.

유기피복강판은 고부식 저항성이 요구되는 부위나 전착도장이 곤란한 접침 부위등에 주로 사용되며 양면 또는 편면으로 코팅되어 수요자에게 공급되게 된다. 이 경우 특히 편면 유기 코팅의 경우에서 자동차사와 같은 수요자 가공공정도중 유기 코팅면과 미코팅면의 구별이 필요하게 된다. 편면 유기코팅의 경우는 수지처리된 부분이 차체의 내면으로 들어가게 되고 수지가 도포되지 않은 부분(아연-니켈합금 전기도금면)은 외면쪽으로 향하게 되는데 만약 상기와 같은 강판의 부위가 서로 바뀌는 경우 내식성이 필요한 내면의 접힘 부위에서 기능을 발휘할 수 없게 되며 반대로 유기코팅면과 전기도금면의 전착도막두께 차이로 인한 외면의 도장 선영성 저하가 발생하게 된다. 이러한 이유로 인하여 유기코팅면과 전기도금면의 구별이 반드시 필요하게 되는데 방청유 도포의 경우에서는 육안으로 코팅면을 구별하기가 어렵게 되며 특히 자동차사의 실라인 공정시는 주로 밝은 나트륨 조명하에서 작업공정이 행하여지며, 이 경우 유기코팅면과 미유기 코팅면을 작업자가 육안으로 구별하기가 더욱 어렵게 되는 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하고자 본 발명자들은 기출원된 대한민국 특허출원 제 96-39090 및 96-72566호의 유기피복 수지용액내에 강한 색상을 발휘할 수 있는 착색제를 투여하여 강판 도포시 색상을 나타내게 함으로써 미유기 코팅면과의 구별을 용이하게 한 바 있다. 그러나, 상기 발명에 사용된 착색제는 색상의 선명도가 떨어져 수요자의 실라인 공정에서 작업자의 식별이 어렵다는 지적으로 인해 보조수단으로 유기피복 강판 생산시 유성잉크 펜으로 유기코팅면에 선을 그어주고 이를 통하여 코팅면을 보다 쉽게 알아보도록 사용된다.

그러나 이와 같은 잉크펜에 의한 선표시는 착색제와 잉크펜의 이중사용으로 인한 원가상승 및 작업공정에 부하를 초래하므로 바람직하지 않은 것이다. 또한, 상기와 같은 목적의 유기피복 강판용 착색제는 이의 첨가로 인한 타물성 즉, 용액안정성, 내식성, 도장성에 악영향을 주지 않아야 하며 방청유 도포시 녹아나지 않으며 고온소부 과정에서의 변성이 없어야 한다.

따라서 본 발명자들은 색상의 선명도가 뛰어나 식별성이 우수하고 우수한 내방청유성 및 내열성을 갖는 착색제를 투입한 유기 피복 용액을 제조하게 되었다.

이에 본 발명의 목적은 색상의 선명도가 뛰어나 우수한 식별성을 갖는 착색제 용액을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내방청유성 및 내열성이 우수한 착색제 용액을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 의한 착색제를 함유하는 유기피복 수지용액을 제공하는 것이다.

나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 의한 착색제를 함유하는 수지용액을 이용한 유기피복강판 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 있어서,

착색제의 총 중량을 기준으로 적색 아조계 유기 안료 30∼50중량%, 표면건조 방지제 0.1∼2중량%, 비이온성계 계면활성제 0.5∼1.5중량%, 동결방지제 10∼30중량% 및 고형분 함량을 조절하기 위한 순수로 조성된 도포되는 수지용액용 착색제가 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 있어서,

(1) 수평균분자량이 400∼4,000인 물에 유화시킨 에폭시 수지가 3∼50phr로 첨가된 아크릴, 에테르, 에스테르 혹은 카보네이트-디올을 주사슬로 하고 양말단에우레탄 결합을 갖는 우레탄 수지 주제용액, 전체수지 함량대비 멜라민 수지 5∼80phr, 전체수지함량 대비 pH 8∼10.5인 콜로이달 실리카 12∼30phr 및 전체 수지함량 대비 크롬산 나트륨 10phr로 조성된 유기피복강판용 수지용액 ,및

(2)착색제를 함유하는 유기피복강판용 수지용액의 총중량을 기준으로 본 발명에 의한 착색제 0.5∼2중량%,로 조성된 유기 피복 강판용 착색제 함유 수지용액이 제공된다.

본 발명의 또 다른 견지에 있어서,

크로메이트 처리된 전기 아연-니켈 도금강판에 본 발명에 의한 착색제를 함유하는 유기피복 강판용 수지용액을 건조피막 두께가 0.5∼3.0㎛가 되도록 도포하는 단계; 및

상기 유기피복 강판용 착색제 함유 수지용액이 도포된 강판을 140∼200℃의 온도로 소부처리하는 단계;

로 이루어짐을 특징으로 하는 유기피복강판 제조방법이 제조된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 견지에 있어서, 안료, 표면건조방지제, 비이온성계 계면활성제, 동결방지제 및 순수(純水)로 조성되는 식별성이 우수하며, 내방청유성 및 내열성을 갖는 도금강판에 도포되는 수지용액용 착색제가 제공된다.

상기 본 발명에 의한 도금강판에 사용되는 수지용액용 착색제는 적색 아조계 유기 안료를 주성분으로 한다.

본 발명에서 착색제의 색상은 강한 조명하에서의 실라인 작업시 작업자의 식별이 가장 용이한 색상인 적색으로 선택하였으며 색상의 선명도가 우수하고 수용성 수지용액에 투입하는 경우 용액 안정성이 우수한 아조계 유기 안료가 사용된다.

상기 적색 아조계 유기 안료는 착색제의 총중량을 기준으로 30∼50중량%로 다른 성분과 혼합된다. 안료의 함량이 30중량% 이하인 경우에는 수지용액에 목표로 하는 식별성의 확보를 위한 착색제 용액을 다량 투입하여야 함으로 제조공정의 부하를 초래하며, 50중량% 이상인 경우에는 착색제의 점도가 상승하여 작업성 및 용액안정성이 저하된다.

표면건조 방지제는 보관중 착색제 표면이 경화되어 굳는 현상으로 인한 용액저장성의 열화를 방지하기 위한 목적으로 투여하는 것으로써 착색제의 총중량을 기준으로 0.1∼2중량%의 수준으로 첨가된다. 표면건조 방지제의 함량이 0.1중량% 이하인 경우에는 표면건조 방지제를 첨가하더라도 표면경화 방지효과가 떨어지며 2중량% 이상으로 첨가하는 경우에는 안료의 안정적인 분산을 저해하여 용액안정성이 저하된다.

비이온성 계면활성제는 안료의 안정적인 분산을 위하여 첨가되며, 착색제의 총중량을 기준으로 0.5∼1.5중량%의 수준으로 첨가된다. 착색제중 비이온성 계면활성제의 함량이 0.5중량%이하인 경우에는 안료의 안정적인 분산이 어려워 착색제용액에서 안료가 침전되며, 1.5중량% 이상인 경우에는 도막형성후 도장성이 열화되는 등의 품질저하를 가져온다.

동결방지제는 겨울철 또는 저온보관시 착색제 용액의 동결을 방지하기 위해 첨가되는 것으로 영하 20℃까지의 온도에서 동결현상이 일어나지 않는 것을 착색제품질의 목표로 한다. 동결 방지제는 순수와 혼합하여 사용하며, 착색제의 총중량을 기준으로 동결방지제는 10∼30중량%의 양으로 첨가된다. 동결방지제의 함량이 10중량%이하인 경우에는 동결방지 성능을 충분히 나타내지 않으며, 30중량% 이상인 경우에는 오히려 용액안정성이 저하된다.

한편, 순수를 첨가하여 착색제 용액중 고형분의 양을 조절한다. 고형분의 양을 약 40∼60중량%가 되도록 조절한다. 고형분은 대부분 안료에 의한 것이며, 상기한 바와 같이 그 함량이 40중량%이하인 경우에는 그 효과를 나타내지 못하여 60중량%이상인 경우에는 점도가 상승되는 문제가 있는 것이다. 본 발명의 착색제는 용제를 사용하지 않는 수용성착색제이다.

상기한 바와 같은 조성으로된 착색제를 강판에 적용하는 경우, 착색제는 수지용액과의 혼합물로 강판에 적용된다.

본 발명에 의한 착색제와 혼합되는 유기피복 수지용액은 기출원된 대한민국 특허 제 96-72566에 개시되어 있는 유기피복 수지용액이다.

수평균분자량이 400∼4,000인 물에 유화시킨 에폭시 수지가 3∼50phr로 첨가된 아크릴, 에테르, 에스테르 혹은 카보네이트-디올을 주사슬로 하고 양말단에 우레탄 결합을 갖는 우레탄 수지 주제용액, 전체수지 함량대비 멜라민 수지 5∼80phr, 전체수지함량 대비 pH 8∼10.5인 콜로이달 실리카 12∼30phr 및 전체 수지함량 대비 크롬산 나트륨 10phr,로된 유기피복강판용 수지용액이다.

본 발명에 사용되는 수지는 아크릴, 에테르, 에스테르 혹은 카보네이트-디올수지의 양말단에 우레탄결합을 우레탄수지이다. 상기 수지용액에 수평균분자량이400 ~ 4,000인 물에 유화시킨 에폭시수지를 3~50phr로 첨가하여 주제용액으로 사용한다. 이때 에폭시수지 분자량이 4,000이상이면 물에 의한 분산이 어려워 수성 에폭시 수지제조가 어렵게 되며, 반대로 400이하이면 저온 열건조에 의한 가교반응이 어렵게 된다.

그리고 유화된 에폭시수지함량은 우레탄수지대비 3 ~50phr로 투입되는데 3phr이하가 되면 건조도막내에 에폭시 함량이 너무 적어 내화학성 및 전착도장성이 열화하고 50phr이상이 되면 건조도막내에 에폭시 함량이 많게 되어 광택도가 저하하게 된다.

상기와 같이 배합된 에폭시 우레탄 수지에 경화제로는 멜라민수지가 첨가된다.

상기 멜라민 수지는 주제용액수지 함량대비 5~80phr로 첨가된다. 5phr 이하의 경우 경화제 함량이 너무 적어 원하는 물성(내식성, 내화학성등)확보가 곤란하며 80phr이상의 경우는 용액안정성이 떨어질 뿐만아니라 투입에 따른 물성향상 효과가 없기 때문이다.

물성향상제로는 실리카가 첨가된다. 즉, 콜로이달 실리카를 첨가함으로써 수지도막형성시 내식성이 향상된다. 또한, 수지가 수성인 점을 감안하여 콜로이달 상태가 좋으며 특히 콜로이달 실리카의 안정성이 pH에 상당히 민감하기 때문에 수지용액의 pH에 따라 적정한 것을 사용하여야 하며 본발명에 사용되는 수지용액에서는 pH 8~10.5 정도의 것을 사용하는 것이 좋다. 콜로이달 실리카의 함량은 수지함량대비 12 ~ 30phr이 적당한데 12phr이하의 경우 원하는 내식성의 효과가 불충분하고30phr이상에서는 실리카 투입에 의한 물성향상 효과가 없기 때문이다.

또한, 내식성을 향상시키기 위해 크롬산 나트륨이 수지용액에 전체수지함량 대비 10phr로 첨가된다. 10phr을 초과하면 피막의 내수성이 취약하고 및 6가크롬이 용출될 수 있기 때문이다.

이와같은 수지용액에 본 발명에 의한 착색제는 착색제를 함유하는 유기피복강판용 수지용액의 총고형분 중량을 기준으로 0.5∼2중량%로 첨가된다.

수지용액에 첨가되는 착색제의 양이 0.5중량%이하인 경우에는 색상의 선명도 저하로 인하여 식별성이 떨어지며, 2중량%이상인 경우에는 수지용액을 강판에 적용하여 도막을 형성한 후, 도막표면의 안료가 수지에 의해 견고하게 결합되지 않으므로 용제에 의한 박리가 발생하여 도장품질에 악영향을 주게된다.

특히 본 발명의 착색제는 착색제와 혼합되는 우레탄-에폭시수지와 같은 수용성 착색제이며, 착색제의 pH 및 착색제중의 함유되어 있는 성분의 특정한 양 등에 의해 상기 우레탄-에폭시 유기피복강판용 수지용액과의 상용성이 우수한 것이다.

상기한 바와 같이 조성된 본원 발명에 의한 착색제를 함유하는 유기피복 수지용액을 소지강판에 도포함으로써 유기피복강판이 제조된다. 소지강판을 특정한 강판으로 한정하는 것은 아니나, 본 발명에서는 크로메이트 처리된 아연도금강판을 소지강판으로 사용한다. 유기피복 수지용액은 건조피막의 두께가 0.5∼3.0㎛가 되도록 소지강판에 도포한다. 건조피막의 두께가 0.5㎛이하인 경우에는 피막두께가 얇아 충분한 내화학성등의 물성을 확보하기 어려우며, 3.0㎛이상인 경우에는 피막두께가 증대되어 수요자가 가공시 도막이 박리되며, 박리된 부위에서의 내식성이저하되기 때문이다.

상기한 바와 같이 소지강판에 유기피복 수지용액을 도포한 다음, 도포된 유기피복 수지용액을 140∼200℃의 온도로 소부처리한다. 140℃이하의 온도에서는 수지 경화반응이 충분치 않아 내화학성 저하등의 문제가 발생하며, 200℃ 이상의 온도에서는 열용량 증가에 의한 제조비 상승과 함께 하지 크로메이트층에 미세한 균열이 발생하여 내식성이 저하된다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

실시예 1

착색제용액의 안료, 계면활성제, 표면건조 방지제 및 동결방지제로서 각각 하기 표 1a에 기재된 성분을 하기표 1a에 기재된 양으로 혼합하였으며 잔부로는 순수를 첨가함으로써 고형분함량을 조절하여 발명재 및 비교재 1∼5의 착색제 용액을 제조하였다.

수지용액은 에테르 결합을 갖는 우레탄수지용액에 수평균분자량이 3,000인 물에 유화시킨 에폭시수지를 우레탄 수지대비 20phr로 첨가하여 우레탄-에폭시수지 주제용액을 제조하였다. 그 후 상기 주제용액에 전체수지 함량대비 멜라민수지 15phr, pH 8∼10.5인 콜로이달 실리카 20phr 및 크롬산나트륨 10phr을 첨가하여 제조하였다.

[표 1a]

이와 같이 제조한 발명재 및 비교재 1∼5의 착색제 용액을 상기 제조된 수지용액에 각각 0.8중량%의 양을 첨가하여 착색제가 함유된 도금강판용 수지용액을 제조하였다.

그 후 착색제를 함유하는 도금강판용 수지용액을 도금부착량이 30/30 g/m²인 전기아연-니켈 합금 전기도금 강판위에 도포형 크로메이트 부착량이 약 50mg/m²으로 처리된 시편을 사용하여 건조 후 피막두께가 1㎛가 되도록 도포하여 시편을 제작하였다.

이와 같이 제조된 각 시편의 상온 및 50℃에서의 용액안정성, 표면외관, 내방청유성 및 내열성으로 품질을 평가하여 그 결과를 하기 표 1b에 나타내었다.

<품질평가 방법>

1. 상온에서의 용액안정성은 용액의 층분리 혹은 침전발생여부로 확인하였다. 용액이 층분리되거나 혹은 침전물이 발생하면 용액안정성이 불량한 것이다. 50℃에서의 용액안정성은 용액의 점도로써 측정하였다. 즉, 초기에는 거의 점도변화가 없으나 시간이 경화함에 따라 용액이 겔화되고 어느 시점에서 갑자기 점도가 증대한다. 이 시점까지의 기간이 오래일수록 용액안정성이 우수한 것이다.

2. 표면외관은 육안관찰하였다.

3. 내방청유성은 방청유 침지후 30일 경화 전후의 표면색상차(ΔE)를 측정하여 평가하였다.

4. 내열성은 열풍가열로를 사용하여 170℃에서 75분간 가열한 후의 표면상태 및 색상변화를 측정하였다.

[표 1b]

◎: 우수, ○: 양호, △:열화, ×:불량

상기한 바와 같이 본 발명의 착색제 조성으로된 착색제를 함유하는 유기 수지용액으로 강판을 처리하는 경우, 용액안정성 및 표면외관이 우수하며, 방청유에 침지시 그리고 고온에서 색변화가 적은 것으로 우수한 내방청유성 및 내열성을 나타낸다. 그러나, 본 발명에 의한 첨가제에 사용되는 다른 성분을 사용하거나 혹은 성분의 함량을 본 발명의 첨가량 범위보다 적게 혹은 과다하게 첨가된 발명예 1∼5에서는 용액안정성, 표면외관, 내방청유성 또는 내열성이 본 발명의 착색제를 사용한 경우에 비하여 저조한 것이다.

실시예 2

각기 다른 색상을 나타내는 안료를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 방법 및 실시예 1중 발명재의 제조에 사용된 성분 및 양으로 계면활성제, 표면건조방지제, 동결방지제 및 잔부 물을 혼합하여 착색제(발명액 및 비교액 A∼D), 이를 각각 함유하는 유기수지용액 및 시편을 제작하고 유기용액을 강판에 도포한 후, 색상 및 실라인 식별성을 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

<품질평가 방법>

색상은 색도계를 사용하여 색차를 측정하였으며, 높은 적색도를 나타내는 것이 바람직한 것이다. 실라인 식별성은 각각 상기한 바와 같이 제조한 시편을 실라인에 적용하여 육안관찰하였다.

[표 2]

◎: 우수, ○: 양호, △:열화, ×:불량

상기 표에서 알수 있는 바와 같이, 적색아조계열의 안료를 사용한 발명재의 경우가 높은 적색도를 나타냈으며, 실라인하에서 방청유를 도포한 후 나트륨 조명하에서의 식별성이 가장 우수하였다.

본 발명의 유기 피복강판용 착색제 용액은 식별성이 우수한 것으로 이를 강판에 편면도포시 도포된 면의 구별이 용이하며, 우수한 용액안정성으로 인하여 수지용액과 혼합한 후에도 장시간 보관할 수 있다. 또한, 본발명의 착색제를 함유하는 수지용액으로 처리된 강판은 우수한 내방청유 침지성 및 내열성으로 인하여 착색제에 의한 유기피복 강판의 품질저하가 감소되는 것이다.

Claims (3)

1. 착색제의 총 중량을 기준으로 적색 아조계 유기 안료 30∼50중량%, 표면건조 방지제 0.1∼2중량%, 비이온성계 계면활성제 0.5∼1.5중량%, 동결방지제 10∼30중량% 및 고형분 함량을 조절하기 위한 순수로 조성된 도금강판에 도포되는 수지용액용 착색제.
2. 수평균분자량이 400∼4,000인 물에 유화시킨 에폭시 수지가 우레탄 수지대비 3∼50phr로 첨가된 아크릴, 에테르, 에스테르 혹은 카보네이트-디올을 주사슬로 하고 양말단에 우레탄 결합을 갖는 우레탄 수지 주제용액, 전체수지 함량대비 멜라민 수지 5∼80phr, 전체수지함량 대비 pH 8∼10.5인 콜로이달 실리카 12∼30phr 및 전체 수지함량 대비 크롬산 나트륨 10phr를 포함하여 이루어지는 유기피복강판용 수지용액에 있어서,

   착색제의 총 중량을 기준으로 적색 아조계 유기 안료 30∼50중량%, 표면건조 방지제 0.1∼2중량%, 비이온성계 계면활성제 0.5∼1.5중량%, 동결방지제 10∼30중량% 및 고형분 함량을 조절하기 위한 순수로 조성되는 착색제를 수지용액중 총고형분의 중량을 기준으로 0.5∼2중량%를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 유기 피복 강판용 착색제 함유 수지용액.
3. 크로메이트 처리된 전기 아연-니켈 도금강판에 청구항 2의 유기 피복 강판용착색제 함유 수지용액을 건조피막 두께가 0.5∼3.0㎛가 되도록 도포하는 단계; 및

   상기 유기피복 강판용 착색제 함유 수지용액이 도포된 강판을 140∼200℃의 온도로 소부처리하는 단계;

   로 이루어짐을 특징으로 하는 유기피복강판 제조방법.