상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크와 옻액 혼합액의 실크스크린 인쇄를 이용한 금속시트의 코팅방법은, 금속시트의 표면에 대한 전처리 공정, 잉크와 옻액 혼합액의 실크스크린 인쇄에 의한 인쇄공정, 인쇄된 금속시트의 건조공정, 여과된 옻액 및 니스(varnish) 혼합액을 이용하여 상기 금속시트에 도포하는 도포공정 및 도포된 금속시트의 건조공정을 포함하여 구성되는 옻액 혼합액을 이용한 금속시트의 코팅방법에 관한 것이다. 이때, 상기 건조공정을 거친 옻칠 코팅된 금속시트에 PMMA(polymethyl methacrylate) 및 MMA(methyl methacrylate)를 함유하는 락카(lacquer)의 도포공정 및 상기 락카로 도포된 금속시트의 건조공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 적용되는 금속시트에는 티타늄강, 스테인레스강, 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 금속류가 가능하며, 알루미늄인 것이 바람직하다. 상기 금속시트는 표면연마하여 수세된 0.3 ~ 2 ㎜의 두께를 지닌다. 상기 금속시트의 표면에 대한 전처리 공정은, 물리적인 방법, 화학적인 방법 및 프라이머 등의 방법으로 구분할 수 있다. 물리적인 방법은 샌드블라스트, 쇼트블라스트, 드라이아이스블라스트, 헤어라인, 바이브레이션 등이 있다. 화학적인 방법은 알루미늄 증착, 양극산화피막, 전해착색과 모든 시험에서 최종 세척하는 알칼리 탈지 등이 있다.
프라이머 처리는 프라스틱과 같은 무기질 도료와의 접착이 불가능한 경우 사용하며, 열기기나 각종 장식 및 표지의 목적으로 하는 실크스크린 인쇄를 하도록 사용한다. 상기와 같은 전처리 공정은 인쇄시의 접착력을 증대시키고, 내식성을 증대시키기 위한 것으로서, 본 발명에 있어서는 크로메이트 처리를 통해 소재산화를 방지시키도록 하는 양극산화피막 처리가 가장 바람직하다.
상기 전처리된 금속시트에 잉크와 옻액 혼합액의 실크스크린 인쇄에 의한 인 쇄공정은, 다양한 색상과 디자인을 표현할 수 있는 잉크 5 ~ 95 중량%를 여과된 옻액 95 ~ 5 중량%와 혼합하여 금속시트에 실크 스크린 인쇄방식에 의해 인쇄하는 것이 바람직하다. 특히 잉크의 혼합에 의해 정도가 증가되므로 옵셋 인쇄방식은 적합하지 않다. 이때 사용되는 실크스크린용 잉크의 종류에는 특별한 제한을 두지 않으며, 바람직하게는 잉크의 원료가 되는 안료분말을 사용한다.
상기 인쇄공정 이후에 바로 30분 내지 90분 동안 150 ~ 200℃에서 건조하는 건조공정을 수행한다.
상기 인쇄공정 및 건조공정을 거친 금속시트에의 옻칠 도포공정은, 옻액 및 니스(varnish) 혼합액을 준비한 다음, 이를 상기 금속시트에 도포하는 공정이다.
본 발명에 사용되는 옻은 한국산, 중국산, 일본산, 동남아산 등의 산지에 구애를 받지 않으며, 이들 옻액은 산지에 따라 다소 조성에 차이를 나타내지만 모두 적용될 수 있다. 본 발명에 사용되는 옻액은 여과지로 여과하여 불순물을 제거한 후에 사용하며, 상기 여과된 옻액 95 ~ 98 중량% 및 니스 2 ~ 5 중량%를 포함하는 혼합액을 제조하여 이용한다. 상기 준비된 옻액 및 니스 혼합액은 이에 한정하는 것은 아니나 실크스크린 인쇄방식에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 상기 옻액 및 니스 혼합액의 도포 이후에 바로 30분 내지 90분 동안 130 ~ 180℃에서 건조하는 건조공정을 수행한다.
이때, 광택의 증가 및 내후성을 강화하기 위해, 상기 건조공정을 거친 옻칠된 금속시트에 PMMA(polymethyl methacrylate) 및 MMA(methyl methacrylate)를 함유하는 락카(lacquer)의 도포공정 및 상기 락카로 도포된 금속시트의 건조공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
PMMA는 MMA 모노머를 주원료로 하는 아크릴 수지로, 본 발명에 있어서 PMMA 및 MMA를 함유하는 혼합물은 락카 전체 중량 대비 95 ~ 99 중량% 이며, 이때 PMMA 및 MMA의 첨가비는 PMMA : MMA 가 5 ~ 8 : 5 ~ 2 인 것이 바람직하며, PMMA : MMA 가 6 : 4 인 것이 투명성 및 물성이 우수하여 가장 바람직하다.
상기 락카 혼합물은 이에 한정하는 것은 아니나 실크스크린 인쇄방식에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 상기 락카 혼합물의 도포 이후에 바로 30분 내지 90분동안 80 ~ 120℃에서 건조하는 건조공정을 수행한다. 상기 각 단계에서 건조시의 온도는 옻칠 경화시에 도포층의 갈라짐, 벗겨짐 등의 제거 및 접착력 증가를 위한 최적의 온도 조건이다.
상기의 방법에 의해 제조된 금속시트는 도 2에 도시된 바와 같이, 하부로부터 금속시트(10), 프라이머 도포층(20), 잉크 및 옻액 혼합액의 디자인 프린팅층(30), 옻칠코팅층(40), 락카코팅층(50)의 순으로 구성되어 있다.
또한, 본 발명은 금속 시트의 표면에 대한 전처리 공정, 잉크와 옻액 혼합액의 실크스크린 인쇄에 의한 인쇄공정, 인쇄된 금속시트의 건조공정, 여과된 옻액 및 락카 혼합액을 이용하여 상기 금속시트에 도포하는 도포공정 및 도포된 금속시트의 건조공정을 포함하여 구성되는 잉크와 옻액 혼합액의 실크스크린 인쇄를 이용한 금속시트의 코팅방법을 제공한다.
이때, 금속시트의 표면에 대한 전처리 공정, 잉크와 옻액 혼합액의 실크스크 린 인쇄에 의한 인쇄공정 및 인쇄된 금속시트의 건조공정은 상기와 동일한 공정을 거친다.
상기 인쇄공정 및 건조공정을 거친 금속시트에 옻액 및 락카 혼합액을 도포하는 도포공정을 수행한다. 이때 사용되는 옻액은 여과지로 여과하여 사용하며, 상기 여과된 옻액 5 ~ 90 중량% 및 락카 혼합액 95 ~ 10 중량%를 포함하는 혼합액을 제조하여 이용한다. 옻액의 함량이 높고 락카의 함량이 낮을수록 표면의 광택은 낮아지며 색상이 진해지나, 옻액의 함량이 낮고 락카의 함량이 높을수록 표면의 광택은 높아지고 색상은 밝아진다. 따라서, 소비자의 기호도에 맞는 다양한 광택과 색상을 지닌 코팅처리가 가능하다.
이때, 상기 옻액에 대해 니스 5 중량%를 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 준비된 옻액 및 락카 혼합액은 이에 한정하는 것은 아니나 실크스크린 인쇄방식에 의해 도포하는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명에 있어서 PMMA 및 MMA를 함유하는 락카 혼합액은 도포되는 혼합물 전체 중량대비 20 ~ 80 중량% 이며, PMMA : MMA가 5 ~ 8 : 5 ~ 2의 비율로 혼합되는 것이 바람직하며, PMMA : MMA 가 6 : 4 인 것이 투명성 및 물성이 우수하여 가장 바람직하다.
상기 옻액 및 락카 혼합액의 도포 이후에 바로 30분 내지 90분 동안 150 ~ 180℃에서 건조하는 건조공정을 수행한다. 상기 각 단계에서 건조시의 온도는 옻칠 경화시에 도포층의 갈라짐, 벗겨짐 등의 제거 및 접착력 증가를 위한 최적의 온도 조건이다.
상기의 방법에 의해 제조된 금속시트는 도 5에 도시된 바와 같이, 하부로부터 금속시트(10), 프라이머 도포층(20), 잉크 및 옻액 혼합액의 디자인 프린팅층(30), 옻액 및 락카 혼합액 코팅층(40')의 순으로 구성되어 있다.
이하, 본 발명의 구성을 실시예 및 시험예를 통하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 권리범위는 하기 실시예 및 시험예에 의하여 본 발명의 청구범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 옻칠을 이용한 금속시트의 코팅
도 1은 본 발명에 의한 잉크와 옻액 혼합액의 실크스크린 인쇄를 이용한 금속시트의 코팅방법에 대한 일실시예의 공정도이며, 구체적으로 본 발명에서는 0.5 ㎜ 두께 0.25 ~ 0.30㎏의 알루미늄 시트(H-26, 알코아사)를 표면연마하고 수세하였다. 이후, 상기 알루미늄 시트에 1.5 ~ 2.5㎛ 두께의 산화피막을 형성하기 위해 탈지제로 표면청정을 한 다음, 크로메이트(chromate)를 물에 희석한 산성용액 2 ㎏을 전처리로 사용하였다.
이후, 금속용 블랙잉크(스웨덴 크롬트릭사) 50 중량% 와 옻액 50 중량%의 혼합액 및 금속용 블루잉크(스웨덴 크롬트릭사) 50 중량% 와 옻액 50 중량%의 혼합액으로 상기 알루미늄 시트에 각각 실크스크린 인쇄한 다음, 박스오븐(box oven)기(태양전기)에서 160℃, 1시간 동안 건조하였다.
중국산 생옻을 300메쉬 여과지로 여과한 다음, 여과된 옻 전체 중량대비 5 중량%의 니스를 혼합한 혼합액을 제조한 후, 상기 혼합액을 실크스크린에 의해 상기 인쇄된 알루미늄 시트에 1.5 ~ 2.5㎛ 두께로 도포한 다음, 박스오븐기에서 160 ℃, 1시간 동안 건조하였다.
실시예 2. 옻칠을 이용한 금속시트의 코팅 후 락카의 도포
상기 실시예 1의 공정을 거친 옻칠이 도포된 알루미늄 시트에 PMMA 및 MMA가 6 : 4 로 혼합된 혼합액을 포함하는 락카(plex6788, ROHM 사)를 실크스크린에 의해 도포한 다음, 박스오븐기에서 100℃, 1시간 동안 건조하여 옻칠이 코팅된 알루미늄 시트를 제조하였다(도 3의 A 및 B).
실시예 3. 옻액 및 락카 혼합액을 이용한 금속시트의 코팅
도 4는 본 발명에 의한 잉크와 옻액 혼합액의 실크스크린 인쇄를 이용한 금속시트의 코팅방법에 대한 또 다른 실시예의 공정도이며, 구체적으로 본 발명에서는 0.5 ㎜ 두께 0.25 ~ 0.30㎏의 알루미늄 시트(H-26, 알코아사)를 표면연마하고 수세하였다. 이후, 상기 알루미늄 시트에 1.5 ~ 2.5㎛ 두께의 산화피막을 형성하기 위해 탈지제로 표면청정을 한 다음, 크로메이트(chromate)를 물에 희석한 산성용액 2 ㎏을 전처리로 사용하였다.
이후, 실크스크린 인쇄를 통해 금속용 레드잉크(스웨덴 크롬트릭사) 50 중량% 와 옻액 50 중량%의 혼합액, 금속용 실버잉크(스웨덴 크롬트릭사) 50 중량% 와 옻액 50 중량%의 혼합액, 금속용 화이트잉크(스웨덴 크롬트릭사) 50 중량% 와 옻액 50 중량%의 혼합액 및 금속용 옐로우잉크(스웨덴 크롬트릭사) 50 중량% 와 옻액 50 중량%의 혼합액으로 상기 알루미늄 시트에 각각 인쇄한 다음, 박스오븐(box oven)기(태양전기)에서 160℃, 1시간 동안 건조하였다.
생옻을 300메쉬 여과지로 여과한 다음, 여과된 옻 전체 중량대비 5 중량%의 니스를 혼합한 옻액을 제조한 후, 상기 옻액 10 중량% 및 PMMA 및 MMA(plex6788, ROHM 사)가 6 : 4 로 혼합된 락카 혼합액 90 중량%의 혼합액을 제조한 다음, 실크스크린에 의해 상기 인쇄된 알루미늄 시트에 1.5 ~ 2.5㎛ 두께로 도포하고, 박스오븐기에서 160℃, 1시간 동안 건조하여 옻 혼합액으로 코팅된 알루미늄 시트를 제조하였다(도 6의 A, B, C 및 D 참조).
시험예 1. 경도 및 광택의 측정
상기 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 알루미늄시트의 옻칠도막의 두께, 경도 및 광택을 포함한 도막처리의 물성을 측정하였다.
이때, 경도는 JIS D 0202.8.10에 따른 연필 경도로 평가하였으며, 광택은 BYK사의 광택계로 입사각 60도로 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 |
두께 |
경도 |
광택 |
1 |
2.25㎛ |
4H |
68% |
2 |
2.25㎛ |
4H |
80% |
3 |
2.25㎛ |
4H |
85% |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 옻칠도막의 두께에 비해 경도 및 광택이 우수한 알루미늄 시트의 대량생산이 가능하였다.
시험예 2. 전자파 흡수율 시험
본 발명자들은 상기 실시예 2에서 제조된 알루미늄 시트를 이용하여 핸드폰 케이스를 제작한 다음, 시중에 유통되고 있는 A 및 B 업체의 핸드폰케이스와 전자파 흡수율을 하기 표 2의 조건에 따라 (주)현대교정인증기술원에 의뢰하여 수행하였다.
시험환경 |
매질의 전기적 특성 |
피시험기기의 조건 |
시험장 온도 |
21.4℃ |
상대유전율 |
40.22 |
시험신호 |
PCS |
상대습도 |
54% |
전도도 |
1.352 S m-1 |
전도전력 |
Max. Power |
|
|
밀도 |
1.3 ㎏ m-3 |
|
|
피시험기기 동작상태 |
CALL MODE에서 최대송신상태 |
주파수 |
출력(dBm) |
시험조건 |
시험위치 |
전자파흡수율 (W/㎏) |
MHz |
채널 |
|
1751.25 |
25 |
23.0 dBm |
A사 케이스 |
접촉위치(좌) |
0.760 |
B사 케이스 |
접촉위치(좌) |
0.849 |
실시예 2 케이스 |
접촉위치(좌) |
0.097 |
그 결과, 상기 표 3에서 나타나는 바와 같이 3가지 모두 전자파 노출기준인 1.6 W/㎏ 이하의 전자파 흡수율을 나타내었으나, 본 발명의 방법에 의해 제조된 알루미늄 시트를 이용하여 제작한 핸드폰 케이스의 경우 0.097의 가장 우수한 전자파 흡수율을 나타냄을 확인하였다.
시험예 3. 원적외선 방사효과 시험
본 발명자들은 상기 실시예 2에서 제조된 알루미늄 시트에서 방출되는 원적외선 방사율을 한국원적외선응용평가연구원(KIFA)에 의뢰하여 수행하였다.
구체적으로, 37℃에서 FT-IR 스펙트로미터(spectrometer)를 이용한 흑체(black body) 대비 측정한 결과 하기 표 4와 같은 우수한 원적외선 방사율을 나타냄을 확인할 수 있었다.
방사율 (5 ~ 20㎛) |
방사에너지 (W/㎡·㎛, 37℃) |
0.853 |
3.34 x 102 |
시험예 4. 항균효과 시험
본 발명자들은 상기 실시예 2에서 제조된 알루미늄 시트에 대한 항균시험을 한국화학시험연구원에 의뢰하여 수행하였다. 이때 사용된 시험균주는 대장균(Escherichia coli) ATCC 8739 및 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus) ATCC 6538이다.
시험항목 |
시료 |
결과치 |
시험방법 |
E. coli
|
A |
3.6 x 105 CFU/시편 |
ZIS Z 2801:2000 |
B |
1.3 x 107 CFU/시편 |
|
C |
< 10 CFU/시편 |
항균활성값 |
6.1 이상 |
S. aureus
|
A |
2.0 x 105 CFU/시편 |
ZIS Z 2801:2000 |
B |
3.3 x 105 CFU/시편 |
|
C |
< 10 CFU/시편 |
|
항균활성값 |
4.5 이상 |
|
이때, A는 대조시편의 초기균수(평균치)이고, B는 24시간 배양후 대조시편의 균주(평균치)이며, C는 24시간 배양후 본 발명에 따라 제조된 폴리에틸렌 터프탈레이트 수지에서의 균수(평균치)를 나타낸 것이며, 항균활성값(log(B/C))은 log(B/A)에서 log(C/A)을 뺀 수치이다.
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 옻칠 코팅된 금속시트에서 우수한 항균활성이 나타남을 확인할 수 있었다.
상술한 실시예, 시험예 및 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위 뿐만이 아니라 청구범위와 함께 균등범위를 포함하여 판단되어야 한다.