KR100589737B1 - 투명성이 부여된 금속 소재의 칼라 코팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 소재의 칼라 코팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염료를 사용하면서 투명성을 향상시킴과 아울러 전착도장과 같은 정도의 내후성, 안정성을 얻을 수 있는 투명성이 부여된 금속의 칼라 코팅 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 광흡수성이 있는 안료 대신에 밝고 다양한 색상을 가진 염료를 사용하면서도 안료를 사용할 때와 같은 도장면의 안정성 및 내후성을 유지하고, 색감이 투명하도록 하여 전착도장의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있으며 경제성이 뛰어난 염료 중심의 투명성이 부여된 금속의 칼라 코팅 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 탈지, 화성피막, 수세등으로 이루어진 전처리 공정과, 코팅된 피도장물을 수세하고 건조시키는 후처리 공정을 포함하는 금속의 칼라 코팅 방법에 있어서,

상기한 전처리 공정 후 염료와 용이하게 결합되고 친유성을 띄는 그라인드 레진에 미세하게 분쇄된 염료 분말을 혼합하면서 교반하여 염료가 그라인드 레진에 둘러쌓여 오일릭 캡슐화되도록 하는 공정과,

상기한 그라인드 레진과 같은 양이온 또는 음이온 계열을 갖는 에폭시 수지와 순수를 1:2∼4 정도로 혼합하여 교반하는 공정과,

상기한 오일릭 캡슐화된 염료를 상기한 에폭시 수지와 순수가 혼합된 액체에 투입하여 오일릭 캡슐화된 염료가 균질화된 상태가 되도록 하는 공정과,

상기한 오일릭 캡슐화된 염료와 에폭시 수지 및 순수에 양극 또는 음극을 인가하고 코팅될 피도장물에 양극 또는 음극을 인가하여 전기 영동에 따라 오일릭 캡슐화된 염료가 피도장물에 코팅되도록 하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

전착도장, 금속코팅

Description

투명성이 부여된 금속 소재의 칼라 코팅 방법{COLOR COATING METHOD OF METAL THAT IS ENDOWED WITH TRANSPARENCY}

도1은 본 발명에 따른 투명성이 부여된 금속 소재의 칼라 코팅 방법을 도시한 플로우차트,

도2는 도1에서 본 공정에 따른 오일릭 캡슐화 및 균질화 공정을 도시한 플로우차트.

본 발명은 금속의 코팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염료를 사용하면서 투명성을 향상시킴과 아울러 아노다이징(알미늄의 양극산화 피막처리법),전착도장(자동차 등에 적용하는 도장기술)과 동등 이상의 물리 화학적 특성및 안정성을 얻을 수 있는 투명성이 부여된 금속 소재의 칼라 코팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 금속 소재의 표면을 처리하기 위해서는 소재의 특성과 제조 방법, 색상의 처리에 따라 전착도장, 아노다이징, 도금, 진공증착, 스프레이 도장, 페인팅 방법이 있으며, 최근에는 화학도장이라는 신기법이 개발되고 있다.

상기한 전착 도장은 피도물을 금속소재를 가공 성형한 다음, 소재 표면을 산 과 알카리로 수세 처리하고 소재표면의 안정과 화성피막을 조정한 후, 전착공정으로 표면의 내식성 등 기능을 강화하고, 여기에 3단계로 나누어 도료로 도장하고, 이를 가열 경화시켜 부여하고자 하는 색상과 도막의 요구 특성을 얻어내는 방법으로 자동차 전자제품 등에 널리 적용되고 있다.

또한 아노다이징은 알미늄 소재에 적용되는 알미늄 칼라 도장법으로,그 원리는 금속의 표면처리 방법의 기본이라고 할 수 있는 도금법의 반대 원리를 적용한 것으로, 알미늄 표면을 기초 처리한 다음,표면을 부식처리하고 여기에 양극산화피막법으로 처리 한 것으로, 내식성과 다양한 색상처리에 적용되고 있다.

도금법은 금속의 표면처리 기술로는 그 역사가 길며, 주로 기능강화에 역점을 두고 시행하는 것으로, 금도금, 은도금, 크롬도금 등등 특정한 색을 부여할 수 있으나, 다양한 색상을 위한 금속 도장방법으로 분류하기는 어렵다.

진공증착에 의한 방법은 한정된 용도에 사용되는 기술로 특정 색상을 가진 도료를 진공상태에서 금속표면에 증착시키는 방법이며, 페인팅방법은 기본적으로 적합하게 금속표면을 처리한 후, 조색이된 도료를 액상으로 칠하는 경우와, 스프레이식으로 분사하여 자연 건조하거나, 가열 건조로에 넣어 가열 건조하는 방법이다.

최근에 개발된 화학도장법은 전기화학에 기초를 두어, 도금방법과 기술의 접근성이 높은, 침지방식이며, 공정의 단순화로 경제성과 친환경성이 우수하다고 볼수 있으나, 다양한 색상과 요구되는 강한 도막 특성을 얻기에는 개선이 요구된다.

상기한 여러 도장방법 외 비슷한 공법이 있으나, 기본적인 원리에서는 크게 다르지 않으며,친환경적인 경우에도 일반적인 방법에 비교한 것에 지나지 않는다.

가장 다양한 색상을 낼수 있는 방법으로는 아노다이징법이라 할수 있겠으나,소재가 알미늄이어야 함으로 제조에 있어서 금형비와 소재가가 고가일 뿐만아니라 감성시대에 요구되는 투명감이 없다. 자동차 등에 적용하는 전착도장 방법으로는 주 색원이 안료인 점도 있지만,안료 특성인 은폐력이 매우 커 색상이 둔하고 투명감이 없으며, 도료의 전착효율도 높은편이 아니며, 작업 환경성도 좋지않다.

화학도장도 기술적 원리는 다양한 색상의 구현이 가능하나,투명감을 부여하지 못하며, 목표로하는 색상을 얻어내기 위해서는 색원의 배합에 대한 고도의 기술과 관리가 요구되므로 범용화에 어려움이 있다.

상기한 여러 방법들은 각각 특성이 있으며, 따라서 필요에 따라 제품제조에 선택적으로 적용되고 있으나, 다양한 색상과 감성시대의 소비자의 기호를 충족시키는데는 한계가 있었다.특히 패션제품용 금속부품, 악세사리, 고급문구류, 장난감,뿐만아니라, 각종 실내용품과 조명기기 등 물리화학적 특성과 기계적 특성,인체 안전성이 요구되는 각종 금속소재의 도장에 있어서 주로 아노다이징이나 전착도장이 주류를 이루고 있으며, 이러한 도장은 좋은 안료를 개발하고 우수한 수지를 선택/개발하는 것이 우수한 도장방법의 관건이라 할수있다

그러나, 상기한 바와 같이 안료를 중심으로 전착 도장을 실시하게 되면 상기한 안료의 특성상 은폐력(광흡수성)이 크기 때문에 색감이 불투명할 뿐만 아니라 색감이 어두워서 밝고 화사한 색을 나타낼 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 안료 대신에 밝고 다양한 색상을 가진 염료를 사용하면서도 안료를 사용할 때와 같은 도장면의 안정성 및 내후성을 유지하고, 색감이 투명하도록 하여 전착도장의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있으며 경제성이 뛰어난 염료 중심의 투명성이 부여된 금속의 칼라 코팅 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 탈지, 화성피막, 수세등으로 이루어진 전처리 공정과, 코팅된 피도장물을 수세하고 건조시키는 후처리 공정을 포함하는 금속의 칼라 코팅 방법에 있어서,

상기한 전처리 공정 후 염료와 용이하게 결합되고 친유성을 띄는 그라인드 레진에 미세하게 분쇄된 염료 분말을 혼합하면서 교반하여 염료가 그라인드 레진에 둘러쌓여 오일릭 캡슐화되도록 하는 공정과,

상기한 그라인드 레진과 같은 양이온 또는 음이온 계열을 갖는 에폭시 수지와 순수를 1:2∼4 정도로 혼합하여 교반하는 공정과,

상기한 오일릭 캡슐화된 염료를 상기한 에폭시 수지와 순수가 혼합된 액체에 투입하여 오일릭 캡슐화된 염료가 균질화된 상태가 되도록 하는 공정과,

상기한 오일릭 캡슐화된 염료와 에폭시 수지 및 순수에 양극 또는 음극을 인가하고 코팅될 피도장물에 양극 또는 음극을 인가하여 전기 영동에 따라 오일릭 캡슐화된 염료가 피도장물에 코팅되도록 하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 투명성이 부여된 금속의 칼라 코팅 방법을 도시한 플로우차트로서, 본 발명에 따른 칼라 코팅은 염료를 사용하여 투명성이 부여되어 도 막의 투명도, 색상의 다양화를 이룸과 아울러 아노다이징이나 전착도장 동등, 이상의 도막특성, 즉 물리 화학적 제반 특성이 뛰어난 도장면을 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 따른 금속의 칼라 코팅 공정을 설명하면, 칼라 코팅 공정전에 피도장물에 도장이 가장 효과적으로 이루어지고 이물질이 붙지 않도록 피도장물을 처리는 전처리 공정과, 전처리 공정을 거친 피도장물에 칼라코팅(수지로 감싸 침지조의 주 용매인 물에 분산되지 않도록 염료로 발색을 한 것으로 실시)을 실시하는 본공정과, 본 공정이 완료된 피도장물을 물로 세척하여 도막을 깨끗하게 하는 후처리 공정 및 도막을 가열 경화시켜 도막을 안정화시키고 출하하는 마무리 공정으로 이루어진다.

상기한 전처리 공정은 일반적인 전착 도장의 전처리 공정과 거의 동일한 공정을 사용하는 것인 바, 40-50℃로 피도장물을 가열하여 불순물 제거를 준비하는 탕세 공정과, 상기한 탕세 공정 후 알칼리성 탈지 약품을 준비함과 아울러 탈지 공정을 45-55℃로 승온시키면서 탈지액을 순환시켜 피도장물에 묻은 가공유등과 같은 성분을 제거하는 예비 탈지 공정과 피도장물을 탈지액에 침지시켜 초음파등으로 이물질을 제거하는 본 탈지 공정으로 이루어진 탈지 공정과, 상기한 탈지 공정 후 탈지액을 제거하는 수세 공정과, 표면 조정액을 사용하여 균일한 화성피막입자가 형성되도록 하는 표면 조정공정과, 인산아연계 화성피막 처리제를 40-45℃로 승온시켜 불용성 무기피막을 형성하는 화성피막 형성 공정과, 화성 피막에서 피도장물에 남아있는 산성분 및 금속이온을 제거하는 3 단계의 수세 공정과, 상기한 수세공정 후 순수로 세척하고 피도장물을 건조시키는 건조/세척 공정으로 이루어져 있다.

본 공정은 염료가 물 또는 유기용매에서 분산되지 않도록 염료를 오일릭 다이(Oilic Dye)화하고 이를 에폭시수지와 물이 1:2 - 4 정도로 혼합된 액상에 투입하며, 액상에 직류전기의 양극 또는 음극을 인가하고 피도장물에 양극 또는 음극을 인가하여 피도장물에 오일릭화된 염료가 전착되어 칼라 코팅되도록 한다.

여기서, 상기한 오일릭 다이화하는 공정을 보다 상세하게 설명하면, 선택된 염료(염료의 화학구조 및 특성을 파악하고 염료를 배합하여 원하는 색상을 나타내면서 안정성을 확보한 상태인 염료)를 매우 미세하게 분쇄한 후 상기한 염료 분말을 염료와 결합성이 양호한 그라인드 레진(Grind Resin;에폭시 수지 계열, 액체 상태)에 균일하게 분산/혼합시키게 된다.

상기한 그라인드 레진에 함유된 유기 용제는 알콜-케톤(Alcohol-Ketone) 계열을 사용되며, 상기한 유기 용제의 양은 최소화하여야 염료의 오일릭화를 저해하지 않도록 하게 된다.(용제의 양이 많으면 색상의 투명도가 저하된다)

상기한 염료 분말과 그라인드 레진의 분산/혼합은 상기한 그라인드 레진을 소정 크기의 교반 탱크에 넣은 후 염료 분말을 일정량씩 천천히 투입하면서 교반하게 되는 바, 그라인드 레진과 염료 분말이 혼합되면 수지계에서 유성화(Oilic Type)되어 분자단위 수준으로 분산/균질화가 이루어지는 것이다.

즉, 그라인드 레진이 친수성인 염료 분말과 잘 결합하는 수지이기 때문에 상기한 염료 분말과 수지가 용이하게 결합하게 되고, 결과적으로 유성화되어 염료가 오일에 의해 코팅된 것과 같은 상태가 되는 바, 소위 "Oilic Capsule"화된 염료 분말은 물에 염료가 쉽게 분산되거나 안정성이 저하되지 않게 된다.

여기서, 상기한 그라인드 레진은 염료와 잘 결합하는 에폭시 계열일 뿐만 아니라 양이온계 또는 음이온계에서 선택된 것을 사용하게 된다.

특히, 염료 분말이 수지에 코팅되어 오일릭 캡슐화되면 결과적으로 투명한 수지에 염료가 내재된 상태가 됨으로써, 투명성이 향상됨과 아울러 물에 분산 또는 확산되지 않는 염료가 되는 것이다.

이를 에폭시수지와 물이 1:2∼4 정도의 비율로 혼합되어 있는 탱크에 투입하게 된다.

여기서, 상기한 에폭시 수지는 오일릭 캡슐에 사용된 그라인드 레진과 동일계열(오일릭 캡슐에 사용된 그라인드 레진이 양이온계이면 에폭시 수지도 양이온계를 사용)의 에폭시 수지를 사용하게 되고, 물은 고도의 정수과정을 거쳐 거의 순수 수준의 물을 사용하게 된다.

그라인드 레진에 의해 오일릭 캡슐화되어 있는 염료를 에폭시 수지와 물이 혼합되어 있는 탱크에 투입하게 되면 상기한 그라인드 레진과 에폭시 수지가 동일이온계열이기 때문에 쉽게 균질화되고 오일릭 캡슐화를 파괴하지 않는 바, 상기한 물과 에폭시 수지와 오일릭 캡슐화된 염료가 균질하게 혼합된 상태를 유지하게 된다.

즉, 수지가 양이온계열이면 에폭시 수지도 양이온 계열을 사용하기 때문에 서로 반발에 의해 엉키거나 뭉치지 않게 되어 균일하게 혼합되어 있게 되는 것이다.

또한, 상기한 염료가 친수성이 아닌 친유성 계열의 수지에 의해 오일릭 캡슐 화되어 있기 때문에, 물에도 쉽게 분산되거나 확산되지 않게 됨으로써 칼라코팅이 가능하게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 물과 에폭시 수지와 오일릭 캡슐화된 염료가 혼합되어 있는 액체를 전기영동이론에 의해 도장을 하는 반응조에 투입함과 아울러 표면 장력 조정제(표면 장력 조정을 보다 약하게 조정함으로써, 전기영동이론에 의해 피착되는 도막의 두께를 보다 두껍게 얻을 수 있도록 하는 것)를 혼합하게 된다.

여기서, 상기한 도막의 두께에 영향을 주는 것은 통전시간, 도막물의 농도, 도막 용액의 온도, 전류조정, 도막용액의 전도도, 용제의 함량 등이고 전류와 통전 시간이 가장 큰 요인이다.)

표면장력조정제가 혼합되면 액체(에폭시 수지+오일릭 캡슐화된 염료+물)에 양극 또는 음극을 인가하고 피도장물에 양극 또는 음극을 인가하게 되는 바, 상기한 반응조 내부의 온도 및 PH 관리등은 일반적인 전착 도장과 동일하게 된다.

이 상태에서는 일반적인 전기영동이론에 의해 피도장물에 오일릭화 된 염료가 부착됨으로써 염료가 맺히는 것을 방지할 수 있게 되고, 도막의 두께는 10∼20미크론 두께가 되는 바, 표면장력조정제를 사용하지 않을 경우 2-8미크론 정도의 도막을 얻을 수 있게 되어 칼라 코팅의 투명감이 떨어지게 되고 도막이 얇아 도막 특성이 떨어지게 된다.

여기서, 오일릭화된 염료는 입자가 균일하고 색상을 다양하게 할 수 있으며 투명성을 제공하는 것이 용이하고, 물에 분산 및 확산되지 않으며 에폭시나 아크릴 수지에 균질화가 용이하기 때문에 전해상태에서 피도장물에 이온피막을 용이하게 형성함과 아울러 두께의 균일성도 쉽게 이룰 수 있게 된다.

피가공물에 도막이 형성되면 수세 및 마무리 공정인 160∼180℃정도의 열로 가열하는 소부 건조 공정을 통해 전착된 도막을 가열 경화시켜 안정화시키게 된다.

이렇게 얻어진 도막은 안료를 사용하는 전착도장과 마찬가지로 부착성과 광택 및 내후성과 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라 안료를 사용한 전착 도장이 갖지 못한 투명성 및 색상의 다양화를 얻을 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 염료를 사용하여 금속에 칼라 코팅을 할 때 염료가 물 또는 유기용제에 확산 및 분산되지 않도록 수지로 오일릭 캡슐화하고, 반응조에서 1회 코팅 작업으로 칼라 코팅의 유효한 도막 특성을 구현한 매우 경제적인 코팅 방법이며, 자동차 도장 수준의 물리화학적 특성, 내약품성, 기계적 특성을 얻으면서 색상의 투명도 및 다양화를 이룰 수 있어 각종 생활용품 및 악세서리, 패션제품의 금속부품류 등의 컬러화, 감성화에 따른 관련제품의 개발과 품질 고급화, 경쟁력 향상을 이룰 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 탈지, 화성피막, 수세등으로 이루어진 전처리 공정과, 코팅된 피도장물을 수세하고 건조시키는 후처리 공정을 포함하는 금속 소재의 칼라 코팅 방법에 있어서,

   상기한 전처리 공정 후 염료와 용이하게 결합되고 친유성을 띄는 그라인드 레진에 미세하게 분쇄된 염료 분말을 투입하면서 균질화시켜 염료가 그라인드 레진에 둘러쌓여 오일릭 캡슐화되도록 하는 공정과,

   상기한 그라인드 레진과 같은 양이온 또는 음이온 계열을 갖는 에폭시 수지와 순수를 1:2∼4 정도로 혼합하여 교반하는 공정과,

   상기한 오일릭 캡슐화된 염료를 상기한 에폭시 수지와 순수가 혼합된 액체에 투입하여 오일릭 캡슐화된 염료가 균질화된 상태가 되도록 하는 공정과,

   상기한 오일릭 캡슐화된 염료와 에폭시 수지 및 순수에 양극 또는 음극을 인가하고 코팅될 피도장물에 양극 또는 음극을 인가하여 전기 영동에 따라 오일릭 캡슐화된 염료가 피도장물에 코팅되도록 하는 것을 포함함을 특징으로 하는 투명성이 부여된 금속소재의 칼라 코팅 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기한 오일릭 캡슐화된 염료와 에폭시 수지와 순수가 투입 균질화된 반응조에 표면장력조정제를 첨가하여 피도장물에 코팅되는 도막의 두께가 10∼20미크론이 되며 코팅된 도막의 평활성과 균일성을 이루고 맺힘성을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 투명성이 부여된 금속소재의 칼라 코팅 방법.

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