KR100428561B1 - 도장강판 하지용 전처리 조성물 - Google Patents

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Abstract

크롬이 전혀 함유되지 않은 친환경적인 도금강판의 하지처리 조성물이 제공된다.
이는 실란 0.1-5wt%, 유기금속 0.1-0.6wt%, 인산 0.1-0.6wt% 및 잔부 물을 기본으로 하고, 이에 몰리브데이트 또는 몰리브데이트와 바나데이트가 첨가되거나, 나아가 아크릴계 수기가 첨가된 것이다. 이는 크롬이 전혀 함유되지 않은 것으로, 인체에 무해하고 작업환경이 우수하며, 환경공해를 유발하지 않는다. 또한 본 발명의 전처리 조성물로 전처리하여 제조한 도장강판은 제품특성이 우수할 뿐 아니라, 환경친화적인 제품으로서 각종 건축용, 냉장고, 세탁기 등 가전용 기기 및 복사기, 패시밀리, 컴퓨터등 사무기기용등의 내장재 및 외장재로 광범위하게 사용가능하다.

Description

도장강판 하지용 전처리 조성물{Pretreatment Composition for Painted Steel Sheets}
본 발명은 도장강판의 하지용 전처리 조성물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 크롬을 함유하지 않는 도장강판의 하지처리시 사용되는 환경친화적인 전처리 조성물에 관한 것이다.
도장강판이란 일반적으로 냉연강판(Steel)이나 아연도금강판(Galvanized steel)을 기판으로 하고, 기판의 도장성, 밀착성 및 내식성 등을 증대시키기 위하여 크로메이트 전처리를 실시하고, 그 위에 도료인 하도(Primer coating) 및 상도(Top coating)를 처리한 강판을 말한다. 이러한 도장강판은 주로 건축자재용, 가전용 및 사무기기용으로 사용된다. 그러나 기존의 크로메이트 전처리기술은 용액으로 크롬산을 포함하고 있는데, 이러한 크롬산은 인체에 유독하여 암을 유발하며 환경공해를 유발하기 때문에, 사용상에 많은 단점을 가지고 있다.
따라서, 최근에는 이러한 크로메이트의 문제점을 개선하기 위하여 크롬산이 포함되지 않은 무-크롬(Non-chromate) 표면처리 기술이 개발되고 있으며, 그 예로는 미국특허 제 5026440, 5283299, 5868820, 5711996 및 4656097을 들수 있다.
이에 본 발명의 목적은 크롬이 전혀 함유되지 않은 친환경적인 도금강판의 하지처리에 사용되는 전처리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하지처리용 전처리 조성물로 냉연강판이나 아연도금강판을 전처리한 후 하도 및 상도 코팅을 하여 만든 제품이 종래의 크로메이트 처리된 도장강판 제품과 동등수준의 품질특성을 나타내는 도장강판의 하지처리용 전처리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면,
조성물의 중량을 기준으로 메톡시 실란 0.1-5wt%, 수용성 유기 티타네이트 0.1-0.6wt%, 인산 0.1-0.6wt% 및 잔부 물로 구성되는 도금강판 하지용 전처리 조성물을 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면,
조성물의 중량을 기준으로 메톡시 실란 0.1-5wt%, 수용성 유기 티타네이트 0.1-0.4wt%, 인산 0.1-0.4wt%, 몰리브데이트 0.1-0.5 및 잔부 물로 구성되는 도금강판 하지용 전처리 조성물을 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 도장강판 하지용 전처리 조성물은 인체 및 환경에 유해한 크롬이 전혀 함유되지 않은 것으로 인체 및 환경에 무해할 뿐만 아니라 이를 이용하여 전처리 한 후, 이이서 하도코팅(Primer Coating) 및 상도코팅(Top Coating)하여 제조한 도장강판은 종래의 크로메이트 용액으로 전처리된 강판과 동등한 수준의 도장성, 밀착성 및 내식성등의 물성을 나타낸다. 본 발명의 도장강판 전처리 조성물은 또한, 인체에 무해하고 친환경적인 것으로 이를 이용하는 경우 작업환경 또한 양호한 것이다.
본 발명의 일 견지에 따른 도장강판 전처리 조성물은 조성물의 중량을 기준으로 메톡시 실란 0.1-5wt%, 수용성 유기 티타네이트 0.1-0.6wt%, 인산 0.1-0.6wt% 및 잔부 물로 구성된다(이하, '제 1 조성물'이라 한다.).
메톡시 실란은 기판과 도막층과의 밀착성을 증가시키는 것으로, 코팅된 피막의 건조과정중에 수화반응과 축합반응에 의하여 히드록시기가 금속등의 기판에 수소결합하게 되며, 유기 작용기는 유기물인 하도코팅(primer)과 결합한다.
메톡시 실란은 용액안정성 및 품질특성을 고려하여 조성물의 중량을 기준으로0.1-5wt%로 사용되다.
구조식 Ti(OR)4의 수용성 유기 티타네이트는 수화반응에 의해 금속 기판 표면에 연속되는 -O-Ti-O- 고리를 형성하여 코팅의 밀착성 및 내식성을 증가시킨다. 수용성 유기 티타네이트의 첨가량은 조성물의 중량을 기준으로 0.1-0.6중량%이다. Dupont사의 TYZOR?이 바람직한 수용성 유기 티타네이트이다.
인산은 전처리 과정중에 금속 기판의 표면을 에칭하는 역할을 함으로 기판 표면에잔존할 수 있는 불순물을 제거하는 역할을 하며, 기판의 조도를 개선하여 밀착성 또한 증가시키는 역할을 한다. 인산은 조성물의 중량을 기준으로 0.1-0.6w%로 첨가된다.
유기금속 및 인산의 함량이 상기 하한치보다 적으면 밀착성, 가공성, 내비등수성 및 내식성등이 불량하며, 첨가량이 상한치보다 많으면 용액안정성이 떨어진다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 도장강판 전처리 조성물은 조성물의 중량을 기준으로 실란 0.1-5wt%, 수용성 유기 티타네이트 0.1-0.4wt%, 인산 0.1-0.4wt%, 몰리브데이트 0.1-0.5wt% 및 잔부 물로 구성되며, 이하 제 2 조성물이라한다.
제 1 조성물과 같은 조성으로된 전처리 조성물에 몰리브데이트를 첨가함으로써 도장강판의 전처리에서 요구되는 내식성이 더욱 증대되고, 수용성 유기티타네이트를안정화하여 용액한정성을 증대시킨다. 몰리브데이트로는 Na3PO4·12MoO3이 사용된다.
제 2 조성물은 몰리브데이트가 첨가됨에 각 성분의 조성비가 제 1 조성물과는 조금상이하나, 각 성분은 상기 제 1조성물과 동일한 이유로 상기 범위로 배합된다.
각 성분의 함량이 하한치보다 적으면 밀착성, 가공성, 내비등수성 및 내식성 측면에서 불량하게 나타나며, 상한치보다 많이 첨가되면 용액안정성이 떨어진다.
상기 제 1 조성물 또는 제 2조성물에 수용성 바나데이트를 첨가함으로써 내식성이 보다 더 증대된다. 이하, 제 1조성물에 바나데이트가 첨가된 조성물을 제 3조성물 그리고 제 2조성물에 바나데이트가 첨가됨 조성물을 제 4조성물이하 한다. 수용성 바나데이트는 전체 조성물의 용액안정성을 약화시키지 않는 범위에서 첨가량이 증대함에 따라 내식성을 증대시킨다. 수용성 바나데이트로는 물에 용해되어 바나듐이온을 발생하는 어떠한 수용성 바나데이트가 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것으로 아니지만, 그 예로는 NaVO3및 KVO3를 들 수 있다. 바나데이트는 최대 물 중량의 약 0.1 중량%로 첨가된다. 이보다 많은 양으로 첨가되면 용액안정성이 떨어진다.
나아가, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전처리 조성물 각각에 수용성 또는 에멀젼타입의 아크릴계 수지를 첨가하여 도장강판 하지용 전처리 조성물의 피막량을 증가시킬수 있다.
물성은 상기 아크릴계 수지 첨가량에 크게 영향을 받지 않으나, 품질특성을 고려하여 아크릴계 수지는 상기 각 조성물에 최대 물 중량의 약 5wt%로 첨가된다.
상기 본 발명의 전처리 조성물은 어떠한 일반적인 코팅방법으로 도장강판의 하지 전처리에 사용되어 우수한 밀착성, 가공성, 내비등수성 및 내식성등 하지 전처리에서 요구되는 물성을 나타낸다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 이로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
<실시예>
하기 표 1 내지 4의 조성으로된 도장강판 하지용 전처리 용액을 각각 제조하였다.
표 1의 발명예 (1)∼(8) 및 비교예 (1)∼(5)에서는 물, 실란, 유기금속 및 인산으로된 전처리 용액의 물성을 평가하였다. 각 성분은 조성물의 중량을 기준으로 하여 첨가하였다.
표 2의 발명예 (9)∼(15) 및 비교예 (6)∼(7)에서는 물, 실란, 유기금속, 인산 및 소디움 포스몰리브데이트로된 전처리 용액의 물성을 평가하였다.
표 3의 발명예 (16)∼(18) 및 비교예 (9)에서는 물, 실란, 유기금속, 인산, 소디움포스몰리브데이트 및 바나데이트로된 전처리 용액의 물성을 평가하였다.
표 4의 발명예 (19)∼(23) 및 비교예 (10)에서는 물, 실란, 유기금속, 인산, 소디움 포스몰리브데이트, 바나데이트 및 아크릴계 수지로된 전처리 용액의 물성을 평가하였다.
각각의 전처리 용액을 롤 코팅기(Roll Coater)를 이용하여 아연도금강판 위에 도포하고, 강판의 표면온도가 70℃가 되도록 건조로를 이용하여 도포된 피막을 건조시켰다.
전처리한 시험편에 곧 이어서 폴리에스테르계 도료로 하도(Primer coating)코팅하고 열풍 건조로에서 강판 표면온도 216℃로 건조시켜 건조 두께가 5㎛인 하도막을 형성하였다.
본 실험에서 하도로는 국내 도료업체인 DCC(대한코일코팅)의 무-크롬(Cr-free) 하도 코팅제를 사용하였다. 그러나, KCC(고려화학), AK(애경공업), SH(삼화페인트), SFC(삼성정밀화학) 제품들도 이용가능한 것이다.
그 후, 마지막으로 상도(Top coating)코팅하고 열풍 건조로에서 강판 표면온도 224℃로 건조시켜 건조 두께가 15㎛인 상도막을 형성하였다. 상도로는 폴리에스테르 도료를 사용하였다. 그러나, 기타 하이폴리머 폴리에스테르, 에폭시, 테프론등의 수지를 사용하여도 우수한 특성을 나타냄으로 상도 코팅의 종류를 제한하는 것은 아니다.
전처리, 하도 및 상도를 마친 도장강판 시편의 용액안정성, 밀착성, 가공성, 내비등수 및 내식성을 평가하여 하기 표 1 내지 4에 나타내었다.
1) 용액안정성은 제조된 용액을 3개월간 상온 공기중에서 노출시킨 후, 용액의 겔화현상 혹은 층 분리가 발생하거나, 침전물이 생성되면 ×로, 용액이 안정하면 ○으로 표시하였다.
2) 밀착성은 KS M 5981의 '도료의 밀착성 시험방법'에 의거 실시하였는데, 시편에 칼을 가지고, 1mm 간격으로 11개의 평행선을 그어 1㎠ 안에 100개의 네모난 눈금이 되도록 바둑판 모양의 선을 그은 후, 밀착성 시험 테이프를 이용하여 도막층의 박리정도를 평가하였다. 도막의 벗겨짐이 전혀 발생하지 않으면 10점, 박리면적이 5% 이내이면 8점, 5∼15%이면 6점, 15∼35%이면 4점, 35∼65%이면 2점, 65%이상이면 0점으로 구분하였다.
3) 가공성시험은 KS B 0804의 '금속의 재료굽힘 시험방법'에 의거 실시하였는데, 시험편 사이에 동일한 두께를 가지는 강판을 2장 끼운 상태에서, 프레스 기기를 이용하여 시험편을 완전히 밀착시킨 2T 벤딩(bending) 시험편의 가공된 부분에 밀착성 시험 테이프를 이용하여 도막층의 박리정도를 평가하였다. 가공성 평가는 1(불량)에서 5(양호)로 5등급을 구분하였는데, 도막의 박리가 전혀 일어나지 않으면 5점이고, 도막이 완전히 벗겨지면 1점으로 하였다.
4) 내비등수 시험은 시험편을 100℃의 끓는 물에 1시간 동안 담근 후, 밀착성 시험과 동일하게 KS M 5981의 '도료의 밀착성 시험방법'에 의거 실시하였다. 도막의 벗겨짐이 전혀 발생하지 않으면 10점, 박리면적이 5% 이내이면 8점, 5∼15%이면 6점, 15∼35%이면 4점, 35∼65%이면 2점, 65%이상이면 0점으로 구분하였다.
5) 내식성 시험은 10×15cm 크기의 시편 표면에 칼을 가지고 45도 각도로 2개의 선을 Cross-cut되게 그은 후, KS D9502의 염수분무 시험방법에 의거, 35℃의 온도에서 5% NaCl농도의 염수를 500시간 동안 분무시킨 후, Cross-cut 부위를 중심으로 Blister폭을 mm단위로 측정하여 평가하였다.
구분 실란(wt%) O-Ti(wt%) 인산(wt%) 품질특성
용액안정성 밀착성 가공성 내비등수성 내식성
발명예1 0.5 0.2 0.1 ○ 8 3 8 2
발명예2 0.5 0.2 0.3 ○ 10 3 8 2
발명예3 0.5 0.2 0.6 ○ 8 3 8 2
발명예4 0.5 0.1 0.3 ○ 8 3 8 2
발명예5 0.5 0.4 0.3 ○ 10 3 8 2
발명예6 0.5 0.6 0.3 ○ 10 3 8 2
발명예7 0.1 0.2 0.3 ○ 10 3 8 2
발명예8 3 0.2 0.3 ○ 10 3 8 2
비교예1 0.5 0.2 0 ○ 4 2 4 5
비교예2 0.5 0.2 0.8 × - - - -
비교예3 0.5 0 0.3 ○ 4 1 4 10
비교예4 0.5 0.8 0.3 × - - - -
비교예5 0 0.2 0.3 ○ 4 2 4 10
구분 실란(wt%) O-Ti(wt%) 인산(wt%) Mo(wt%) 품질특성
용액안정성 밀착성 가공성 내비등수성 내식성
발명예9 0.5 0.2 0.2 0.1 ○ 10 4 8 1
발명예10 0.5 0.2 0.2 0.2 ○ 10 4 8 1
발명예11 0.5 0.2 0.2 0.5 ○ 8 3 8 0
발명예12 0.5 0.2 0.1 0.2 ○ 10 4 8 1
발명예13 0.5 0.2 0.4 0.2 ○ 8 3 8 1
발명예14 0.5 0.1 0.2 0.2 ○ 8 3 8 1
발명예15 0.5 0.4 0.2 0.2 ○ 8 3 8 1
비교예6 0.5 0.2 0.2 0.6 × - - - -
비교예7 0.5 0.2 0.5 0.2 × - - - -
비교예8 0.5 0.5 0.2 0.2 × - - - -
구분 실란(wt%) O-Ti(wt%) 인산(wt%) Mo(wt%) V(wt%) 품질특성
용액안정성 밀착성 가공성 내비등수성 내식성
발명예16 0.5 0.2 0.2 0.2 0.02 ○ 10 4 8 0
발명예17 0.5 0.2 0.2 0.2 0.1 ○ 8 4 8 0
발명예18 0.5 0.2 0.2 0 0.05 ○ 8 4 8 1
비교예9 0.5 0.2 0.2 0.2 0.2 × - - - -
구분 실란(wt%) O-Ti(wt%) 인산(wt%) Mo(wt%) NaVO3(wt%) 수지*(wt%) 품질특성
용액안정성 밀착성 가공성 내비등수성 내식성
발명예19 0.5 0.2 0.2 0 0 2 ○ 10 4 8 0
발명예20 0.5 0.2 0.2 0.2 0 2 ○ 8 4 8 0
발명예21 0.5 0.2 0.2 0 0.05 2 ○ 8 4 8 0
발명예22 0.5 0.2 0.2 0.2 0.05 2 ○ 8 4 8 0
발명예23 0.5 0.2 0.2 0.2 0.05 5 ○ 8 4 8 0
비교예10 0.5 0.2 0.2 0.2 0.05 7 ○ 6 4 6 3
* 수용성 아크릴 수지
본 발명의 크롬을 함유하지 않는 도장강판의 전처리 용액은 용액 속에 크롬이 전혀 함유되지 않은 것으로, 인체에 무해하고 작업환경이 우수하며, 환경공해를 유발하지 않는다. 또한 본 발명의 전처리 조성물로 전처리하여 제조한 도장강판은 제품특성이 우수할 뿐 아니라, 환경친화적인 제품으로서 각종 건축용, 냉장고, 세탁기 등 가전용 기기 및 복사기, 팩시밀리, 컴퓨터등 사무기기용등의 내장재 및 외장재로 광범위하게 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 조성물의 중량을 기준으로 메톡시 실란 0.1-5wt%, 수용성 유기 티타네이트 0.1-0.6wt%, 인산 0.1-0.6wt% 및 잔부 물로 구성되는 도금강판 하지용 전처리 조성물.
  2. 조성물의 중량을 기준으로 메톡시 실란 0.1-5wt%, 수용성 유기 티타네이트 0.1-0.4wt%, 인산 0.1-0.4wt%, 몰리브데이트 0.1-0.5 및 잔부 물로 구성되는 도금강판 하지용 전처리 조성물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 몰리브데이트는 Na3PO4·12MoO3임을 특징으로 하는 전처리 조성물.
  4. 제 1항 내지 3항중 어느 한항에 있어서, 나아가 수용성 바나데이트를 조성물의 중량을 기준으로 최대 0.1wt%로 포함함을 특징으로 하는 전처리 조성물.
  5. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 나아가 수성 아크릴계 수지를 조성물의 중량을 기준으로 최대 5wt%로 포함함을 특징으로 하는 전처리 조성물.
  6. 제 4항에 있어서, 나아가 수성 아크릴계 수지를 조성물의 중량을 기준으로 최대 5wt%로 포함함을 특징으로 하는 전처리 조성물.
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