KR100655349B1 - 금속성 기재의 표면을 코팅하는 방법 - Google Patents
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Abstract
고-에너지의 NIR-방사선으로 예비-처리하고, 그 다음 분말 또는 액상 조성물을 코팅하고, 이어서 코팅 조성물을 건조 또는 경화시킨 금속 표면은 코팅에 대한 우수한 접착성 및 개선된 외양 및 성능을 나타내고, 본 방법은 비용면에서 보다 효과적이다.
분말 조성물, 액상 조성물, NIR-방사선, 건조, 경화, 접착성, 코팅
Description
본 발명은 기재 표면의 예비-처리를 포함하는, 분말 코팅재 또는 액상 코팅재로 금속성 기재를 코팅하는 방법에 관한 것이다.
표면의 장식용 또는 기능성 코팅을 제공하는 분말 코팅재의 사용은 환경 보호 관점에서 폭넓게 받아들여질 뿐만 아니라 방법의 경제적 고효율성 때문에 금속의 코팅에 널리 사용되고 있다. 수많은 분말 코팅 조성물들이 여러 용도로 개발되어 왔다. 분말 코팅재로 코팅하기 위한 공지의 방법은 코팅될 금속 표면이 고비용이 드는, 일반적으로 수성 예비-처리 공정을 거쳐야 한다. 상기 예비-처리없이는 분말 코팅층의 접착 및 부식 방지 효과가 불충분하다. 또한 금속 표면에 수성 또는 용매-함유 액상 코팅재를 도포하는 데도 상기 고비용의 예비-처리가 필요하다.
도포 후에, 분말 및 액상 코팅재를 근적외선 (NIR) 대역의 파장을 가진 방사선으로 경화시킬 수 있거나 건조 및 경화시킬 수 있다. 분말 코팅 분야에서, NIR-기술로 인해 분말 코팅의 용융 및 경화를 단일 가공 단계로서 수행될 수 있게 되었다(예를 들면, 문헌[K Baer, JOT 2/98, pp. 26 to 29] 및 WO 99/41323 참조). 전체 코팅층의 균일한 가열이 가능하다. 상기 NIR-경화 방법 역시 코팅 전에 기재 표면에 대한 고가의 예비-처리 방법을 필요로 한다.
강철 또는 알루미늄의 예비-처리는 일반적으로 수 단계 이상의 가공 단계로 구성된다. 우선 지방, 오일 또는 다른 불순물의 제거가 알칼리 세척에 의해, 예를 들면 침지 기술 또는 분무 기술을 사용하여 수행된다. 이어서 중간 린싱 후 표면에 무기 부식 방지층을 습식 화학 증착시킨다 (예를 들면 강철의 경우 인산염 처리 (phosphating), 알루미늄의 경우 크롬산 처리(chromatising)). 접착된 반응 화학 물질을 완전히 제거하기 위하여 담수 또는 탈염수로의 린싱 작업이 다시 필요하다. 젖은 금속 표면은, 코팅 결함을 피하기 위하여 완전히 건조한 후에 분말 또는 액상 코팅층을 순차적으로 도포해야 한다. 금속 표면의 분말 코팅을 위한 전형적인 예비-처리 방법은 예를 들면 문헌[T. Molz, Tagungsband der DFO-Pulverlacktagung, 23.-24.9.1996, pages 210 to 207]에 설명되어 있다.
분말 또는 액상 코팅재로 코팅하기 전의 금속 기재 또는 금속 성분에 대한 이 예비-처리 단계는 상당한 투자와 작업 비용이 드는 대형 침지 코팅 탱크 또는 분무용 캐빈을 필요로 한다. 상이한 반응 구역에서 사용된 화학 물질은 반드시 서로 엄격히 분리 관리되어야 하고, 예비-처리에 사용된 용액은 많은 비용을 들여 폐기 처리하여야 한다. 만약 예비-처리에서 결함이 발생한다면, 그 이후 코팅의 결함을 피할 수 없다.
<발명의 개요>
따라서 본 발명의 목적은 코팅재를 도포하기 전의 기재 표면에 대한 고가의 예비-처리가 필요하지 않는, 분말 또는 액상 코팅 조성물로 금속 표면을 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.
본 목적은 금속 표면을 NIR 대역의 고강도 방사선으로 조사(照射)하고, 이어 조사된 금속 표면에 분말 및(또는) 액상 코팅 조성물을 코팅하고, 그 다음 분말 또는 액상 코팅층을 건조 및(또는) 경화시키는 방법으로 달성된다.
본 방법은 또한 분말 코팅층 또는 액상 코팅층의 건조 및(또는) 경화가 바람직하게는 NIR-방사선 또는 UV-방사선, 보다 바람직하게는 NIR-방사선을 이용하여 달성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따라, 보통의 방법으로 예비-처리되지 않은 금속성 표면에 일반적으로 730 내지 1200 nm (근적외선) 범위의 파장으로 고강도의 NIR-방사선을 조사한다. 조사는 예를 들면 1 W/㎠ 초과, 바람직하게는 100 W/㎠ 초과의 강도로, 1 내지 60초, 보다 바람직하게는 1 내지 10초 범위의 시간에 걸쳐 수행될 수 있다. 일반적으로 NIR-예비-처리 시간은 0.5 내지 300초일 수 있다.
본 발명에 따라 금속 표면을 NIR-조사에 의해 예비-처리한 후에, 분말 또는 액상 코팅 조성물의 순차적 코팅을 경우에 따라 단일층 또는 다중층 코팅으로 수행할 수 있다. 이후의 코팅층의 건조 또는 경화는 코팅 산업계에 공지된 일반적인 방법으로 수행할 수 있다. 건조 또는 경화 방법은 바람직하게는 NIR-방사선 또는 UV-방사선, 보다 바람직하게는 NIR-방사선을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따라 처리된 금속성 표면은 예비-처리될 필요가 없다. 즉, 예를 들면 그리스 제거 및 패시베이션 (passivation) (예를 들면 인산염 처리, 크롬산 처리)과 같은 통상의 예비-처리 방법이 필요가 없다.
본 발명에 따라 처리된 금속 표면에서 그들의 기계적 불순물, 예를 들면 연마 분진, 보링 (boring) 및 밀링 파편, 액체 증발로 인한 녹 (flash rusting) 또는 먼지를 NIR-예비-처리 이전에 제거하는 것이 유리하다. 상기 불순물을 제거하기 위해, 공지된 기계적 방법, 예를 들면 브러싱, 진공 또는 공기 압축 제거 (스위핑, sweeping) 및 분사(噴砂)는 큰 입자의 불순물 또는 액체 증발로 인한 녹에 대해 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 고-에너지의 NIR-방사선을 조사한 결과로, 금속 표면이 가열될 수 있다. 그러한 가열은 이후의 분말 코팅 과정 또는 액상 코팅층의 도포에 부정적인 영향을 미치지 않고, 실제로는 놀랍게도 개선된 코팅 작업의 결과를 내었다.
예를 들면 본 발명에 따른 방법에서 예비-처리 단계에 적합한 할로겐 전등, 특히 고-성능 할로겐 전등을 NIR 광원으로 사용할 수 있다. 730 내지 1200 nm 의 최대 파장의 방출 스펙트럼을 가진 방사선 방출기가 적합하다.
UV-경화 분말 코팅 조성물 뿐만 아니라 열에 의해 가교 반응하는 조성물, 또는 수성 또는 용매-함유 액상 코팅 조성물로의 코팅을, 바람직하게는 금속 표면에 NIR-예비-처리를 한 직후에 수행한다. 필요하다면, 본 발명에 따른 예비-처리 시간과 이후의 코팅시간을 분리하는 것도 가능하다.
근본적으로, 모든 과정은 분말 코팅 조성물의 도포 및 액상 코팅 조성물의 도포에 적합하다. 분말 코팅 조성물의 경우는, 공지된 코로나 (corona) 방법 또는 방전 방법에서 사용된 정전 분무 기술이 특히 바람직하다. 또한 다른 공지된 분말 도포 방법, 예를 들면, 수성 현탁액 또는 "분말 슬러리"의 형태로 도포하는 것도 가능하다. 액상 코팅 조성물은 예를 들면 널리 공지된 침지 또는 분무의 방법에 의해 기재에 도포할 수 있다.
공지된 통상의 열에 의해 가교 반응하는 분말이 분말 코팅 조성물로서 사용될 수 있다. 이 경우, 분말 코팅재의 후속되는 경화를 위해 열 경화 방법은, 예를 들면, 대류식 오븐 또는 중파장 적외선 방사선을 이용한 가열 방법이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 예비-처리 후에, UV-방사선으로 경화될 수 있는 분말 코팅 조성물을 도포하는 것도 가능하다. 상기 분말 코팅재는 예를 들면 유럽 특허 출원 EP 제739922호, EP 제702067호, EP 제636660호에 설명되어 있다. NIR-예비-처리 직후에, UV-경화 분말 코팅재를 기재의 표면에 도포하고, UV-방사선에 의해 수 초내에 경화시킬 수 있다. NIR-예비-처리의 잔여 열은 추가의 열 공급 없이도 UV-분말 코팅재를 녹이고, 코팅층의 유동성을 얻는데 충분하다. 본 발명에 따른 이러한 또다른 방법은 극소량의 에너지를 소비하는 분말 코팅 과정의 가능성을 열었다.
NIR-방사선을 이용하여 경화시키기에 적합한 분말 코팅 조성물 또한 사용될 수 있다. 상기 분말 코팅재는 예를 들면 WO 99/41323에 설명되어 있다. 상기 분말 코팅재가 사용될 때, 도포한 직후에 NIR-방사선으로 분말 코팅층을 조사하여 그를 경화시키는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 이러한 경우, 분말은 처음에 용융된 다음 아주 단시간에 경화하여, 통상의 예비-처리와 비교할 때 분말 코팅재 경화 시간의 뚜렷한 단축도 가능하다.
바람직하게는 NIR-방사선 또는 UV-방사선, 보다 바람직하게는 NIR-방사선을 사용하여 경화시키는 데에 적합한 분말 코팅 조성물을 사용한다.
사용될 수 있는 액상 코팅재는 예를 들면 흔히 사용되고 당업자들에게 공지된, 그리고 자동차 산업 또는 산업 코팅 분야에서의 필러, 베이스코트 또는 탑코트 또는 클리어코트로 사용되는 기재 상의 단일층 또는 다중층의 유색 또는 무색 코팅으로 사용될 수 있는 수성 코팅 조성물 또는 용매-함유 코팅 조성물이다. 도포한 후에, 실온에서 장시간 동안 잘 공지된 방법에 의해서 건조시키거나, 경우에 따라 플래시 오프 시간 (flash-off time) 후에 고온에서 건조 또는 경화시킬 수 있다. 또한 고-에너지 방사선, 예를 들면 UV-방사선을 이용한 경화도 가능하다. 플래시 오프, 건조 또는 경화도 또한 예를 들면 NIR-방사선에의 노출로도 가능하다.
본 발명에 따른 방법으로 얻은 코팅, 특히 분말 코팅은 뛰어난 접착성, 우수한 내부식성 및 뛰어난 유동성을 지닌다. 처리되지 않은 금속 표면의 코팅시에 일반적으로 나타나는 크레이터, 피쉬아이 또는 접착 결함과 같은 코팅 결함은 본 발명에 따른 방법에 의해 피할 수 있다.
NIR-방사선으로 금속 표면을 예비-처리하는 본 발명의 방법은 투자비용, 에너지 및 작업 비용, 폐수와 폐기물을 상당량 감축시킬 수 있다. 지방 및 오일 잔여물 또는 다른 불순물, 예를 들면 지문과 같이 일반적으로 표면에 존재하는 유기 불순물은 본 발명에 따른 방법으로 제거되는데, 통상의 예비-처리 방법에서 예비-처리에 소요되는 10 내지 30분의 범위의 시간을 수 초로 단축시킬 수 있다. 특히, NIR-방사선을 이용한 코팅층의 경화와 함께 코팅, 특히 분말 코팅에 대한 매우 높 은 작업처리가 가능하다.
다음의 실시예는 본 발명을 설명한다:
<실시예 1>
강철 표면의 NIR-예비-처리 및 NIR-경화 분말 코팅재를 이용한 코팅
제조 과정 및 액체 증발로 인한 녹 방지 처리로 인하여 오일 및 지방으로 오염된 원통형 강철 튜브를 10초 동안 통상의 NIR-방사선 방출기 (출력 1000W)로 6 cm 떨어진 거리에서 회전시키며 조사하여, 표면이 100 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 가열되었다. NIR-분말 코팅재 DUROTHERM RAY-TEC NIR-9216 (DuPont Pulverlack GmbH ＆ Co. KG의 시판 제품)을 이 같은 방법으로 예비-처리된 표면에 도포하였고, 예열된 표면에서 코팅재는 용융되었다. 이어서 추가로 NIR-방사선 방출기로 8초 동안 분말 코팅층을 완전히 경화시켰다. 공극 및 기포가 없고, 기재 표면에 대한 뛰어난 접착성과, 다음의 특성을 가지는 균질한 유동성 표면이 얻어졌다.
| 접착성 시험 (DIN 53131) | 크로스 해치 O |
| 부식 시험 (DIN 50021) | 500시간 후, 표면 아래 녹 깊이 1 mm미만, 기포 없음 |
| 일정한 응축수 분위기 (DIN 50017) | 500시간 후, 표면 아래 녹 깊이 1 mm미만, 기포 없음 |
<비교 실시예 2>
NIR-경화 분말 코팅재를 이용한 미처리 강철 표면의 코팅
실시예 1과 유사하게 오일 및 지방으로 오염된 강철 튜브를 본 발명에 따른 예비-처리 없이 NIR-분말 코팅재 DUROTHERM RAY-TEC NIR-9216으로 코팅하고, 이어 18초 동안 출력 1000 W의 통상의 NIR -방사선 방출기로 6 cm 떨어진 거리에서 회전 시키며 조사하였다. 그 동안 분말 코팅 층의 용융 및 경화가 일어났다. 용융 과정 동안 표면에 기포가 생겼고, 불충분한 습윤으로 크레이터가 형성되었고, 어떤 부분에서는 넓은 지역에 걸쳐 습윤되지 않은 채로 있었다. 코팅 특성 시험은 다음의 결과를 제공하였다.
| 접착성 시험 (DIN 53131) | 크로스 해치 2 |
| 부식 시험 (DIN 50021) | 500시간 후. 표면 아래의 녹 깊이 4 mm 미만, 기포 등급 m2g2 |
| 일정한 응축수 분위기 (DIN 50017) | 500시간 후. 표면 아래의 녹 깊이 4 mm 미만, 기포 등급 m1g1 |
<실시예 3>
강철 표면의 NIR-예비-처리 및 분말 래커 (laquer) 코팅 및 대류 경화
제조 과정 및 액체 증발로 인한 녹 방지 처리로 인하여 오일 및 지방으로 오염된 원통형 강철판을 사용하였다. 강철판을 12초 동안 통상의 NIR-방사선 방출기 (출력 1000W)로 8 cm 떨어진 거리에서 조사하였다. 그 때문에 강철판의 표면이 열활성화되었고, 표면이 130 ℃의 온도로 가열되었다. 이어 강철판을 폴리에스테르/트리글리시딜이소시아누레이트 수지/경화 제계로 이루어진 베이스 위에 바탕에서 통상의 열활성 분말 코팅재를 코팅하고, 분말 코팅층을 15분 동안 200 ℃로 대류식 오븐에서 경화시켰다. 얻어진 코팅에 대한 분석은 다음의 결과를 제공하였다.
| 접착성 시험 (DIN 53131) | 크로스 해치 O |
| 부식 시험 (DIN 50021) | 500시간 후. 표면 아래의 녹 깊이 1 mm 미만, 기포 없음 |
| 일정한 응축수 분위기 (DIN 50017) | 500시간 후. 표면 아래의 녹 깊이 1 mm 미만, 기포 없음 |
<실시예 4>
알루미늄 표면의 NIR-예비-처리 및 수성 하도제를 이용한 코팅
창문 제작 분야에 사용되는 깨끗하지 않은 조건 하의 알루미늄 이형재를 1500 W의 출력을 가진 NIR-방사선 방출기로 5 cm 떨어진 곳에서 8 m/분의 컨베이어 속도로 조사하였다. 4 m의 냉각 거리를 이동한 뒤, 이형재 조각을 통상의 수성 하도제로 코팅하고, 이어서 10 cm 떨어진 거리에서 500 W의 출력을 가진 NIR-방사선 방출기로 건조시켰다. 통상적으로 예비-처리된 지지체에 하도제를 코팅하는 것에 상응하는 특성인 우수한 접착력을 가진 무공극 코팅이 얻어졌다.
<실시예 5>
NIR-예비-처리 및 UV-경화 분말 코팅재를 이용한 코팅
두께 약 12 mm의 회색 주형 철판에 10초 동안 1500 W 출력의 NIR-방사선 방출기로 5 cm 떨어진 곳에서 조사하였다. 철판의 표면이 130 ℃의 온도로 가열되었다. 이어 회색의 주조된 철판을 통상의 UV-경화 분말 코팅재 (UV-TEC UP-023-9490-0, DuPont Pulverlack GmbH ＆ Co. KG)로 코팅하였고, 통상의 IR-방사선 방출기로 용융시켰으며, 통상의 UV-방사선 방출기로 경화시켰다. 얻은 코팅은 표면 결점이 없었고, 지지체에 대한 우수한 접착력을 나타내었다.
Claims (8)
- (a) 고-에너지의 NIR-방사선으로 730 내지 1200 nm 범위의 파장에서, 1 W/㎠ 초과의 강도로 금속 표면을 예비-처리하는 단계; 및(b) 금속 표면에 분말 조성물 및 액상 조성물로 이루어진 군에서 선택된 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 금속 표면의 코팅 방법.
- 제1항에 있어서, 건조 및 경화시키기 위하여 NIR-방사선 또는 UV-방사선으로 코팅 조성물을 조사하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 코팅 조성물이 분말 조성물인 방법.
- 제1항에 있어서, 예비-처리 단계 (a)가 1 내지 60초 동안 지속되는 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (a)에 이어 바로 단계 (b)가 수행되는 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (a)가 금속 표면에 적용되는 유일한 예비-처리 공정인 방법.
- (a) 고-에너지의 NIR-방사선으로 730 내지 1200 nm 범위의 파장에서, 1 W/㎠ 초과의 강도로, 금속 표면을 예비-처리하는 단계; 및(b) 금속 표면에 분말 조성물 및 액상 조성물로 이루어진 군에서 선택된 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 코팅된 금속 표면.
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