KR100676538B1 - 내구성 금속 재료 - Google Patents

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존헨리 파르손
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코러스 유케이 리미티드
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Abstract

본 발명은 반짝이는 미적 외관을 가진 부식-저항성 금속성 재료를 제공한다. 상기 재료는 UV-경화된 수지의 상부층을 포함하는 실질적으로 투명한 필름을 구성되는 표면 코팅이 결합되는 부동태화된 강철 기질로 구성되는데, 상기 수지는 내구성 긁힘-저항성 표면을 제공한다. 또한, 본 발명은 이런 재료를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 재료는 주방과 세탁소와 같은 습기, 열기, 부식 환경에 특히 적합하다.

Description

내구성 금속 재료{DURABLE METALLIC MATERIALS}
본 발명은 특히, 세탁소와 주방의 기구 및 부속물의 제조에 사용하는데 적합한 내구성 금속 재료에 관한다.
강철은 가정 및 호텔/레스토랑 모두에서 주방과 세탁소의 기구 및 부속물의 케이스 또는 골격에 대한 기초를 제공하는데 사용되고 있다. 하지만, 반복적으로 습기, 열기 또는 부식 환경에 노출되는 강철의 표면은 쉽게 흠집이 나거나, 더럽혀지거나 또는 부식될 수 있다.
이런 문제를 해결하기 위하여, 강철은 상대적으로 불활성이고 습기, 열기 또는 부식 환경에 영향을 받지않는 내구성 플라스틱 재료로 코팅한다. 이런 플라스틱은 일반적으로 고광택의 백색 외관을 제공한다. 대안으로, 대략 5% 원색 변동 및 금속성 효과로 구성되는 다른 착색 외관을 제공할 수 있다.
연마된 금속성 표면의 반짝이는 모습은 청결함의 척도로서, 음식을 조리하고 저장하며 접시와 주방용기를 세척하는 주방 또는 옷을 세탁하고 보관하는 세탁소에서 매우 바람직하다.
특히, 음식을 조리하는 주방에서 조리기 표면과 주방용기는 음식물 입자, 또는 음식물 조리 영역이나 음식물에 오염물을 전달하는 미생물을 존속시킬 만큼 큰 갈라진 틈이나 흠을 현저한 비율로 보유하지 않는 것이 중요하다. 따라서, 용이하게 세척할 수 있는 매끄러운 긁힘-저항성(scratch resistance) 표면을 가진 기구 및/또는 용기를 제공하는 것이 매우 바람직하다.
반짝이고 연마된 금속성 표면은 공지된 것으로, 이런 표면은 스테인레스 강철 형태로 제공된다. 연마된 이런 강철은 매우 바람직한 미적 외관을 제공하긴 하지만, 상당한 제조 비용이 소요된다. 이에 더하여, 이런 강철은 종종 끈적거리는 손가락 또는 물에 의해 쉽게 흔적이 남는다. 흔적-저항성 코팅으로 스테인레스 강철을 적층함으로써 이런 흔적 문제를 완화하려는 시도가 있어 왔다. 하지만, 이는 이미 값비싼 제품의 가격을 가중시킬 뿐만 아니라, 이런 적층물은 습기, 열기 또는 부식 환경에서 박리(delamination)되는 경향이 있는 것으로 확인되었다. 이는 표준 검사 과정으로 확인할 수 있는데, 여기서 적층물은 상기 유형의 환경과 유사하도록 세정액에서 끓인다. 또한, 적층된 표면의 긁힘-저항성은 고객의 기대를 충족시키지 못한다.
아연 또는 유사한 음극 보호 장치로 코팅하여 탄소-기초 강철에 부식-저항성을 제공하는 것이 가능하지만, 이런 처리는 강철의 미적 외관에 영향을 주게 되고, 생성된 표면은 외관상 분명치 않거나 또는 광택이 없다. 미적 매력의 상실은 반짝이는 금속성 표면, 다시 말하면 알루미늄에 증착되는 직물구조의 폴리에스테르 필름을 이용하여 교정할 수 있지만, 이런 교정은 잠재적으로 박리 문제를 초래한다.
본 발명에 따라, 고성능 금속성 재료를 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 다음과 같이 구성된다:
(i) 160℃ 내지 210℃에서 금속성 기질을 유도성 가열하고;
(ii) 실질적으로 투명한 필름, 결합제 하부층, UV-경화성 수지 상부층으로 구성되는 다층 복합 필름을 압출성형하고;
(iii) 금속성 기질의 코팅된 표면과 결합제의 결합을 개시하는데 충분한 압력하에 (ii) 단계의 복합 필름을 (i) 단계의 가열된 산물에 도포하고;
(iv) 금속성 기질의 코팅된 표면과 결합제의 결합을 실질적으로 완결하는데 충분한 시간동안 180℃ 내지 240℃로 (iii) 단계의 산물을 재가열한다.
에폭시 또는 아크릴 수지로 구성될 수 있는 UV-경화성 수지는 복합 재료에 매끄럽고 실질적으로 투명한 긁힘-저항성의 외부표면을 제공한다. 긁힘-저항성 표면의 성능은 하나 또는 복수의 약물, 예를 들면 미네랄 충진제 또는 표면의 긁힘-저항성을 증가시키는 유기 혹은 무기 슬립제(slip agent)를 첨가하여 향상시킬 수 있다.
선택적으로, 표면 코팅의 임의의 구성성분층에 착색제를 첨가하여 상이한 미적 외관을 제공할 수도 있다. 바람직하게는, 이런 착색제는 표면 코팅의 도포동안 첨가한다. 착색제는 케톤 또는 다른 방향족이나 지방족 탄화수소와 같은 염료 또는 색소 형태로 제공할 수 있다. 바람직하게는, 착색제는 복합 필름의 제조동안 액체 UV 수지와 혼합하고, 상기 UV 수지는 투명한 필름에 롤코팅하고 경화시킨다. 착색은 생성된 라미네이트(laminate)의 표면에 나타나는 패턴 또는 사진효과로 제공할 수도 있다.
기질과 표면 코팅을 상승된 온도까지 재가열하면, 결합제의 효과적인 2차 용해를 제공하는데, 이는 결합 기전을 향상시키고 기질의 전체 표면에 개선된 결합을 제공한다. 가급적, 이런 재가열은 표면 코팅의 용해, 뒤틀림 또는 착색이 시작되는 온도미만의 최대 온도에서 1 내지 10초동안 실시한다.
표면 코팅의 구성성분층은 결합제는 다른 구성성분의 융점미만 온도에서 용해되고, 투명층은 UV 경화된 수지의 융점미만 온도에서 용해되도록 선택한다.
본 발명에 따라 만들어진 금속성 물질에서, 라미네이트의 부식은 일반적으로 노출된 금속 표면, 특히 다중층 재료의 모서리에 국한된다. 결합된 중합체 코팅은 임의의 필름내부 부식에 대한 보호를 제공하고, 따라서 장식용 표면에 대한 임의의 손상 또는 부식을 예방한다.
본원의 발명자들은 이런 2단계 과정으로 제공되는 특별한 결합이 기존의 유사한 재료보다 훨씬 강력한 부식-저항성을 고성능 금속성 재료에 제공한다는 것을 발견하였다. 상기 재료는 쉽게 보관할 수 있고, 다양한 디자인의 기구 또는 부속물을 수용하는 복합 형태로 성형할 수 있고, 세탁소와 주방에서 일반적으로 발견되는 습기, 열기, 부식 환경에서 효과적인 부식-저항성을 보이는 매끄러운 외관을 가진다.
본 공정으로 만들 수 있는 다른 응용 제품에는 사무용 가구 또는 차 인테리어를 위한 내구성 미적 재료가 포함된다. 이런 응용에서, 다양한 착색 효과, 예를 들면 연마된 나무 효과를 표면 코팅에 제공할 수도 있다.
바람직하게는, (i) 단계의 가열 과정은 대략 180℃ 내지 210℃ 온도에서 실 시한다. 바람직하게는, (iv) 단계의 가열 과정은 대략 200℃ 내지 230℃, 가장 바람직하게는 210℃ 내지 230℃에서 실시한다.
다른 측면에서, 본 발명은 다음과 같이 구성되는 고성능 금속성 재료를 제공한다: UV-경화성 수지 상부층, 실질적으로 투명한 필름, 결합제 하부층으로 구성되는 표면 코팅이 결합되는 금속성 기질, 여기서 하부층이 금속성 기질의 표면에 결합된다.
UV-경화된 수지에 적합한 물질에는 에폭시와 아크릴 수지가 포함된다. 투명한 필름은 압출성형가능한 물질, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC), 가장 바람직하게는 PET로 구성된다. 투명층은 무연신 또는 이축연신(biaxially-oriented)일 수 있다.
결합제는 중합성으로, 바람직하게는 비결정질이나 결정질 형태 또는 이들 형태가 조합된 폴리에스테르 또는 폴리올레핀이다. 특히 바람직한 결합제는 동시-압출성형된 폴리에스테르 공중합체다.
선택적으로, 금속성 기질은 좀더 많은 미적 또는 부식-저항성 표면을 제공하기 위하여, 예로써 전해 부동태화(passivation) 기술로 사전-처리할 수도 있다. 이런 부동태화 기술의 활용은 금속/중합체 결합의 내구성을 상당히 향상시킨다.
본 발명에 따른 금속성 재료는 이전에 음이온으로 보호된 강철에서만 경험할 수 있었던 특징적인 성능을 보이면서도, 이들 강철과는 달리 제조 비용이 저렴하고 매끈하고 미적인 외관을 나타낸다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 구체적으로 기술하는데, 도1 은 본 발명에 따라 크롬/크롬 옥사이드 부동태화된 강철 스트립의 표면에 투명한 중합체 코팅을 도포하기 위한 일반적인 장치를 도시한다.
도시된 장치에는 0.05 내지 0.5mm 두께의 부동태화된 강철 스트립(2)의 코일(1)이 포함되는데, 상기 스트립은 축압기(3)를 통과한 이후 롤러에 의해 코팅 체임버(5)로 이동한다. 스트립(2)은 체임버(5)에 들어가면서 유도가열장치(6)를 통과하는데, 상기 유도가열장치는 스트립을 대략 200℃ 온도까지 가열시킨다. 가열장치(6)아래에 2개의 이중반전 롤러(7)가 위치한다. 상기 롤러는 연마된 또는 매끄러운 표면을 보유할 수 있다. 이런 마무리는 크롬 또는 크롬 코팅된 롤러를 이용하여 달성할 수 있다. 대안으로, 경질 고무(예, VITON) 롤러 또는 경질 고무 표면을 가진 롤러를 이용할 수도 있다.
UV-경화된 에폭시 수지로 구성되는 상부층이 부가된 투명한 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(9)의 코일(8)은 코팅 체임버(5)내에 위치한다. 중합체 필름(9)의 두께는 바람직하게는 5 내지 100 미크론(micron)이고, UV-경화된 수지 코팅의 두께는 대략 3 미크론이다. 복합 중합체와 UV-경화된 수지의 일반적 두께는 15 내지 25 미크론이다.
각 필름은 결합층으로 한 측면을 코팅한다. 결합층은 강철 기질과 접촉시키기 원하는 필름의 측면에 위치시킨다. 결합층은 폴리올레핀 또는 폴리에스테르와 같은 다수의 실질적으로 투명한 중합체중 한가지로 구성된다.
투명한 필름(9)은 일련의 인장과 퍼짐 롤러(11)를 포함하는 라미네이터(laminator)에 의해 가열된 스트립 방향으로 이동하는데, 상기 롤러(11)는 필름(9)과 스트립간의 인터페이스에 주름, 스트레스 라인, 흠이 생기지 않도록 담보한다.
필름층의 강철 스트립에 대한 결합은 롤러(7)에 의해 실행된다. 롤러 결합이후, 적층된 스트립(10)은 결합층의 용해를 완결하기 위하여 대략 200℃ 내지 230℃ 온도에서 2차 가열로(4)를 통과시킨다. 재가열 온도는 필름을 용해시키지 않으면서 결합층을 용해시킬 만큼 충분히 높은 온도로 선택한다. 스트립의 상승된 온도는 결합 과정을 완결할 만큼 충분한 기간동안 핫 존(4a)에서 유지시킨다.
이후, 적층된 스트립(10)은 축압기(12)를 통하여 코일성형기(14)로 이동시킨다. 코팅 체임버(5)내에 일부 강제 냉각 수단, 예를 들면 냉각 탱크(46)를 제공할 수도 있다.
이런 방법으로 만들어진 적층 스트립은 일반적으로, 0.05 내지 0.5mm 두께의 강철 기질, 대략 2 미크론 두께의 투명한 결합층, 10 내지 100 미크론 두께의 투명한 폴리에틸렌 테레프탈레이트층, 1 내지 5 미크론 두께의 UV-경화된 수지의 상부층으로 구성된다.

Claims (14)

  1. 고성능 금속성 재료를 제조하는 방법에 있어서, 다음과 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 방법:
    (i) 160℃ 내지 210℃에서 금속성 기질의 유도성 가열단계;
    (ii) 실질적으로 투명한 필름, 결합제 하부층, UV-경화된 수지 상부층으로 구성되는 다층 복합 필름을 압출성형하는 단계;
    (iii) 금속성 기질의 코팅된 표면과 결합제의 결합을 개시하는데 충분한 압력하에 (ii) 단계의 복합 필름을 (i) 단계의 가열된 산물에 도포하는 단계;
    (iv) 금속성 기질(metallic substrate)의 코팅된 표면과 결합제의 결합을 실질적으로 완결하는데 충분한 시간동안 180℃ 내지 240℃로 (iii) 단계의 산물을 재가열하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, (ii) 단계에서 UV-경화된 수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, UV-경화된 수지는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 3 항중 어느 한 항에 있어서, 경화된 UV 수지의 긁힘-저항성을 개선하기 위한 약물을 UV 수지에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, (ii) 단계의 표면 코팅의 하나 또는 복수의 구성성분에 착색제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 압력은 고무 립 롤러로 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 다음과 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 고성능 금속성 재료:
    UV-경화된 수지 상부층, 실질적으로 투명한 필름, 결합제 하부층으로 구성되는 표면 코팅이 결합되는 금속성 기질, 여기서 하부층은 금속성 기질의 표면에 결합함.
  8. 제 7 항에 있어서, UV-경화된 수지는 경화된 수지에서 긁힘-저항성을 개선시키기 위한 약물을 함유하는 것을 특징으로 하는 고성능 금속성 재료.
  9. 제 7 항 또는 8 항에 있어서, UV-경화된 수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 고성능 금속성 재료.
  10. 제 7 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, UV-경화된 수지는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 고성능 금속성 재료.
  11. 제 7 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 투명한 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 고성능 금속성 재료.
  12. 제 7 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 결합제는 동시-압출성형된 폴리에스테르 공중합체인 것을 특징으로 하는 고성능 금속성 재료.
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