KR100380754B1 - 내식성이 향상된 지붕재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내식성이 향상된 금속 지붕재의 제조에 관한 것이며, 금속 지붕재의 원재료로 사용되는 아연도금강판 혹은 갈바륨강판과의 부착력이 우수하며, 또한 후속 피막 처리제인 바인더와의 접착력이 우수한 하도 코팅재료를 강판의 절단과 프레스 성형이 이루어진 후에 코팅하여 선 도장, 후 기계 가공의 공정 중에 발생하는 하도 도막의 결함에 의한 내식성의 저하를 개선하는 특징을 가지는 철제 지붕재의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

내식성이 향상된 지붕재의 제조 방법{A METHOD FOR MANUFACTURING STEEL ROOF WITH GOOD CORROSION RESISTANCE}

본 발명은 지붕재의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작업환경이 개선되면서 도장공정에 의한 결함이 없는 내식성이 향상된 강재 지붕재의 제조방법에 관한 것이다.

건축물의 지붕재로서 금속 지붕재는 기존의 지붕재를 대체하는 중요한 재료로 널리 이용되고 있는데, 그 가운데서도 철강재, 특히 용융 아연도금강판 혹은 아연/알루미늄 피복된 갈바륨(galvarium)강판이 지붕재로서 널리 상용되고 있다. 이러한 아연도금강판 혹은 갈바륨강판도 지붕재로서 사용될 때는 보통 그 표면을 도장처리하여 코팅 처리된 상태로 이용되고 있다. 지붕재로서 코팅 처리된 용융 아연도 강판이나 갈바륨 강판을 사용하는 이유는 강판의 표면에 처리된 아연이나 아연/알루미늄 피복의 내식성을 보완하기 위하여 이의 표면에 고분자 피복층을 형성시켜 내식성을 보완하기 위한 것이다. 고분자 피복층의 경우에 내식성은 균일한 피복의 형성과 이로 인한 부식 발생 물질의 차단효과에 의존하는 것이 보통이다.

지붕재로서 사용되는 코팅된 강판의 대표적인 예로서, 대한민국 공개특허제98-38308호에는 Al 55중량%, Zn 43.4중량%, Si 1.6중량%를 포함한 피복층이 형성된 갈바륨강판에 아크릴수지의 히드록실기 및 카르복실기와 멜라민수지중의 메톡시기와의 사이에 가교반응이 일어나 3차원 망상구조를 갖는 도장코팅층이 형성된 갈바륨강판이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 강판은 도장코팅층을 대체로 유성 도료로서 코팅하기 때문에 강판 소재를 제조할 때 도장 작업 환경이 유해하다는 단점이 있다.

한편, 코팅된 아연도금강판 혹은 갈바륨 강판을 원료로 한 지붕재의 제조공정을 살펴보면, 통상 강판을 먼저 일정 크기로 절단한 후, 절단된 강판을 프레스 성형에 의하여 일정한 형상의 지붕재로 가공한 다음, 그 지붕재 위에는 외부 질감을 내기 위한 석분(돌가루)의 부착을 위해 접착층을 처리하고, 석분을 부착하는 가공 공정을 거쳐 이루어진다.

그러나, 종래의 지붕재 제조공정에서는 선 도장된 아연도금강판 혹은 갈바륨강판을 사용하기 때문에, 우선 절단과정이나 프레스에 의한 형상 가공 또는 운송 등의 과정에서 이미 형성되어 있는 도장코팅층에 손상이 발생하기 쉽다는 단점이 있다. 특히, 프레스 가공시 가공을 많이 받아 부식에 취약한 부위에 손상 부위가 많이 발생하게 되는 경향이 있다. 이로 인해 프레스 성형이후에 처리되는 접착제층과 석분층에서, 석분층은 균일한 피복의 형성이 되지 않아서 내식성의 보완에는 별 도움이 되지 못하며, 또 접착제 층은 외부의 온도 변화를 겪으며 석분을 부착시키고 있어야 한다는 특성으로 인하여 유리전이 온도가 낮은 재료를 바인더를 사용하기 때문에 상온에서 연성을 가지게 되며, 따라서 내식성의 발휘를 위한 부식성 물질의 차단효과는 기대하기 힘들다. 따라서, 이런 경우에는 강판 표면 코팅의 결함은 표면의 석분층을 침투한 부식물질이 강판의 표면을 부식시킬 수 있다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 아연도 강판이나 갈바륨강판을 이용하여 지붕재를 제조할 때 발생되는 기존의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 지붕재의 제조공정 자체를 적절히 변경하는 한편 수용성 도료를 지붕재의 도장작업에 적절히 적용하므로써, 기존의 지붕재 제조시 필연적으로 발생하는 작업환경뿐만 아니라 도막의 결함과 이에 따른 내식성의 저하를 방지함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 강판을 도장한 후 이를 절단하여 성형하고, 성형된 강판 위에 석분을 도포한 다음, 건조함을 포함한 지붕재의 제조방법에 있어서,

상기 강판을 먼저 절단한 후 지붕재로 성형가공하고나서 성형가공된 지붕재를 수성계 도료로 도장한 다음, 석분을 도포하고 건조하는 내식성이 향상된 지붕재의 제조 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 강판은 아연도금강판 또는 갈바륨강판이다.

본 발명은 기존의 방법과는 달리, 상기 강판을 먼저 절단한 후 지붕재로 성형가공하고나서 성형가공된 지붕재를 도장함에 특징이 있다. 본 발명은 도장공정을강판의 절단, 성형공정이후에 행하므로써 절단 또는 성형가공에 따른 강판의 코팅층 손상을 사전에 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 성형된 지붕재의 도장을 보다 용이하게 하면서 유기계 도료 사용에 따른 작업환경을 개선하기 위해 지붕재의 도장시 수성계 도료를 사용하는 것이다.

통상 수성계 도료에 의한 도장에서 용제로 사용된 물의 표면장력이 유기용제에 비하여 크기 때문에 침적도장에 의하여 아연도금강판과 갈바륨강판의 표면에 결함의 발생이 없는 도막을 형성하는 것은 매우 어렵다. 이를 위해 수성계 도료를 사용함에 있어 도장 초기 및 용제 건조 과정에 발생하는 도막의 결함을 제어하기 위하여 도료의 표면 장력을 낮추도록 설계하고, 안료의 함량을 적절히 조절할 필요가 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 코팅 재료를 구성하는 원료 바인더 수지로는 수용성 아크릴 변성 알키드 수지에, 아크릴 수성 에멀젼 또는 에폭시 수성 에멀젼이 혼합되어 사용될 수 있다. 이때, 바인더의 수지 혼합량은 각각의 수지 고형분에 따라 변할 수 있지만, 바람직하게는 아크릴 변성 수용성 알키드 수지나 아크릴 수성 에멀젼 또는 에폭시 수성 에멀젼의 고형분이 각각 약 50%인 경우라면 상기 아크릴 변성 수용성 알키드 수지에 아크릴 수성 에멀젼 또는 에폭시 에멀젼을 5:1 내지 6 :1의 비율로 혼합한 바인더 수지를 사용하는 것이다. 상기한 범위보다 아크릴 변성 수용성 알키드 수지의 사용량이 많은 경우에는 후속 접착제와의 부착성에 문제가 발생하며, 아크릴 변성 수용성 알키드 수지의 사용량이 적은 경우에는 젖음성 저하에 따른 도막의 결함이 발생한다.

에멀젼 형태의 수지의 경우는 침적 도장에서 에멀젼 수지에 의한 강판 표면의 적심(surface wetting)이 원활하지 않기 때문에 도막이 형성될 때 결함이 생기기 쉬워서 단독으로 사용하는 것은 바람직하지 않으며, 수용성 수지와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 일단 수용액 상태의 도료가 강판의 표면을 적신 후 물이 휘발하는 과정에서 도막이 일정하게 유지되어야 하며, 물이 휘발하고 난 후의 도막의 상태가 최종적인 도막의 외관을 결정하게 된다.

또한, 본 발명의 도장방법은 침적도장이 바람직한데, 침적 도장 공정에서 발생하는 결함의 억제를 위하여 안료의 사용량 또한 조절하여야 한다. 본 발명의 경우 안료로는 산화철 등의 유색안료와 탈크 등의 체질안료가 이용될 수 있다. 이때, 그 사용량의 범위는 상기 수성계 도료에 대하여 약 35 - 45중량%가 바람직하다.

또한, 공정에 적합한 도료의 젖음성의 확보를 위하여 2-부톡시에탄올 또는 2-에톡시에탄올에 이소프로필알콜, 프로필알콜 또는 에틸알콜 중에서 적어도 1종 이상을 혼합한 용제를 사용하는 것이 필요하다. 그 사용량은 상기 수성계 도료에 약 15 - 25중량%를 함유하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 도막의 소부 경화에 사용되는 경화제로는 메톡시 메틸 멜라민, 에톡시 메틸 멜라민 및 부톡시 메틸 멜라민중에서 선택된 1종이 사용될 수 있으며, 부톡시 메틸 멜라민이 더욱 바람직하다.

이후, 상기 수성계 도료가 피복된 지붕재는 통상의 방법으로 그 지붕재 위에 접착제를 바르고 외관의 질감을 위해 석분를 도포한다.

그 다음, 건조공정은 130℃ - 150℃ 이상에서 5분 - 10분의 가열 소부 과정을 거치는 것으로 구성된다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

용융 아연도금강판을 일정 크기로 절단한 후, 지붕재로 프레스 성형한 성형한 다음, 수성계 도료에 침적하여 피복층을 형성하였다. 이때, 수성계 도료는 아크릴 변성 수용성 알키드 수지(고형분 50%) 및 에폭시 에멀젼(고형분 50%)을 5:1로 혼합한 바인더 수지 33중량%, 산화철과 탈크를 혼합한 안료 35중량% , 알콜기를 가지는 유기용제 20중량%, 부톡시 메틸 멜라민 5%를 포함한 도료를 사용하였다. 이후, 피복층이 형성된 지붕재를 150℃의 분위기 온도에서 약 5분간 소부하여 건조하였다. 이렇게 제조된 시험편을 관찰한 결과, 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 없는 도막이 성형되었다.

이렇게 제조된 지붕재 시험편을 이용하여 염수분무 시험(KS D 9502)으로 내식성을 평가하였다. 그 결과, 염수분무 1000시간에서 시험편에서 발청이 관찰되지 않는 양호한 결과를 나타내었다.

[실시예 2]

수성계 도료의 아크릴 변성 수용성 알키드 수지(고형분 50%) 및 에폭시 에멀젼(고형분 50%) 혼합물을 6 :1의 비율로 한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 없는 도막이 성형되었다.

[실시예 3]

안료로서 산화철과 탈크 혼합물의 사용량을 40중량%로 한 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 없는 도막이 성형되었다.

[실시예 4]

아크릴 변성 수용성 알키드 수지(고형분 50%) 및 에폭시 에멀젼(고형분 50%) 5:1의 비율로 혼합한 바인더 수지 30중량%, 안료로서 산화철과 탈크 혼합물 45중량%로 한 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 없는 도막이 성형되었다.

[실시예 5]

용융아연도금강판 대신 갈바륨강판을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 없는 도막이 성형되었다.

[실시예 6]

용융아연도금강판 대신 갈바륨강판을 사용한 것을 제외하고는 실시예2와 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 없는 도막이 성형되었다.

[실시예 7]

용융아연도금강판 대신 갈바륨강판을 사용한 것을 제외하고는 실시예3과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 없는 도막이 성형되었다.

[실시예 8]

용융아연도금강판 대신 갈바륨강판을 사용한 것을 제외하고는 실시예4와 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 없는 도막이 성형되었다.

[비교예 1]

용융 아연도금강판을 먼저 수성계 도료로 침적도장한 후, 일정 크기로 절단한 다음, 지붕재로 프레스 성형하였다. 이때, 수성계 도료는 아크릴 변성 수용성 알키드 수지(고형분 50%) 및 에폭시 에멀젼(고형분 50%) 4:1의 비율로 혼합한 바인더 수지 33중량%, 안료로서 산화철과 탈크 혼합물 40중량%, 알콜기를 가지는 유기용제 20중량%와 부톡시 메틸 멜라민 4.5중량% 혼합한 도료를 사용하였다. 이후, 피복층이 형성된 지붕재를 150℃의 분위기 온도에서 약 5분간 소부하여 건조하였다. 이렇게 제조된 시험편에 대하여 실시예1과 동일한 방법으로 관찰한 결과, 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 발생하였다.

[비교예 2]

수성계 도료의 아크릴 변성 수용성 알키드 수지(고형분 50%) 및 에폭시 에멀젼(고형분 50%) 바인더 혼합물을 5 :1의 비율로 하고, 안료로서 산화철과 탈크 혼합물의 사용량을 30중량%로 한 것을 제외하고는 비교예1과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 발생하였다.

[비교예 3]

아크릴 변성 수용성 알키드 수지(고형분 50%) 및 에폭시 에멀젼(고형분 50%) 4:1의 비율로 혼합한 바인더 수지 30중량%, 안료로서 산화철과 탈크 혼합물 50중량%, 알콜기를 가지는 유기용제 15중량%와 부톡시 메틸 멜라민 4중량% 혼합한 수성계 도료를 사용한 것을 제외하고는 비교예1과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 발생하였다.

[비교예 4]

안료로서 산화철과 탈크 혼합물의 사용량을 40중량%로 하고, 신나로 물을 사용한 것을 제외하고는 비교예2와 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 발생하였다.

[비교예 5]

용융아연도금강판 대신 갈바륨강판을 사용한 것을 제외하고는 비교예1과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 발생하였다.

[비교예 6]

용융아연도금강판 대신 갈바륨강판을 사용한 것을 제외하고는 비교예2와 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 발생하였다.

[비교예 7]

용융아연도금강판 대신 갈바륨강판을 사용한 것을 제외하고는 비교예3과 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 발생하였다.

[비교예 8]

용융아연도금강판 대신 갈바륨강판을 사용한 것을 제외하고는 비교예4와 동일한 방법으로 지붕재를 제조하고, 제조된 지붕재 시험편을 관찰한 결과 표면 젖음성을 원인으로 하는 도막의 결함이 발생하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기존의 도장 아연도금강판이나 도장 갈바륨강판을 사용하여 지붕재를 제조시 성형 기계 가공중에 필연적으로 발생하는 도막의 결함과 이로 인한 내식성의 저하를 최소화할 수 있으며, 또한 수용성 도료를 이용함으로서 유해 유기 용제의 발생을 억제하여 양호한 작업 환경을 조성할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 강판을 도장한 후 이를 절단하여 성형하고, 성형된 강판 위에 석분을 도포한 다음, 건조함을 포함한 지붕재의 제조방법에 있어서,

   상기 강판을 먼저 절단한 후 지붕재로 성형가공하고나서 성형가공된 지붕재를 수용성 아크릴 변성 알키드 수지에 아크릴 수성 수지 또는 에폭시 수성 에멀젼(수지와 에멀젼의 고형분이 50%일 때를 기준으로 하여) 5:1에서 6:1의 비율로 혼합한 바인더: 30~35중량%, 산화철과 탈크를 혼합한 안료: 35~45중량%, 2-부톡시에탄올 또는 2-에톡시에탄올에 이소프로필알콜, 프로필알콜 및 에틸알콜중 적어도 1종 이상 혼합한 용제: 15~25중량%, 메톡시 메틸 멜라민, 에톡시 메틸 멜라민 및 부톡시 메틸 멜라민중에서 선택된 1종의 경화제: 4~5중량%를 포함하여 조성되는 수성계 도료로 도장한 다음, 석분을 도포하고 건조함을 특징으로 하는 내식성이 향상된 지붕재의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 강판은 아연도금강판 또는 갈바륨강판임을 특징으로 하는 내식성이 향상된 지붕재의 제조 방법.
3. 삭제