KR100787720B1 - 크롬프리 착색 표면처리 조성물 및 이를 피복한 도금강판의제조방법 - Google Patents

크롬프리 착색 표면처리 조성물 및 이를 피복한 도금강판의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유해물질인 Cr을 배제한 크롬프리(Cr-Free) 착색 표면처리 조성물 및 이를 피복한 아연계 및 알루미늄계 도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 표면처리 조성물 100중량을 기준으로 폴리우레탄 수지 15~20 중량부, 은폐안료로 이산화티탄 1~5중량부, 착색안료로 산화철계 안료를 1~2중량부, 크롬프리(Cr-Free) 화합물로 유기티타늄 화합물을 1~2중량부, 나머지는 물로 구성된 표면처리 조성물 및 이 조성물을 1.0~3.0g/m2의 건조부착량으로 도포하고 80~140℃ 가 되도록 건조하는 크롬프리 착색 표면처리 조성물 및 이를 피복한 아연계 및 알루미늄계 도금강판의 제조방법이 제공된다.
크롬프리(Cr-Free), 착색, 표면처리 조성물, 도금강판

Description

크롬프리 착색 표면처리 조성물 및 이를 피복한 도금강판의 제조방법{Cr-free color coating material for metal coated steel sheet and a process for producing Cr-free color coated steel sheet using the coating material}
본 발명은 가전용이나 건자재용으로 사용되는 표면처리강판에 관한 것으로, 그 중에서도 크롬프리(Cr-Free) 착색 표면처리 조성물 및 이를 이용한 아연계 및 알루미늄계 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 색분리가 없는 균일한 색상을 가지며 사용 바인더로는 수성계의 폴리우레탄 수지를 사용하고, 또한 환경 및 인체에 유해한 크롬을 사용하지 않은 코팅제로서, 일액형으로 사용되는 도금강판에 코팅하는 크롬프리(Cr-Free) 착색 표면처리 조성물 및 이 조성물을 도장한 착색도장강판의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 도금강판의 착색을 위해서 크롬화합물이 함유된 아크릴 에멀젼에 상용품으로 나오는 칼라런트 색상을 단순히 혼합하여 색상 및 내식성을 나타내는 방법을 사용하였다.
그러나 이러한 기술은 분산도가 낮은 칼라런트를 단순히 혼합하므로 1~3㎛의 박막 두께로 코팅되는 착색코팅제의 외관에 불균일한 색상 표현과 충분한 평활성을 나타내지 않는다. 또한, 칼라런트에 포함되어 있는 다량의 분산제로 인하여 내식성과 내흑변성에 영향을 주고, 롤코팅 후 줄무늬와 같은 현상이 있었다. 또한, 인체 및 환경에 유해한 6가 Cr을 함유하고 있어 최근 전세계적으로 그 심각성이 크게 부각되고 환경규제에 대한 요구가 심해지면서, Cr의 사용 제한이 증가하고 있고, 이에 따라 6가 Cr이 함유되지 않은 소위 말하는 크롬프리타입(Cr-Free type)의 처리용액의 제조가 필요하게 되었다.
크롬프리형태의 착색 도장강판으로 프라이머 및 상도로 구성되는 2층 형태의 도장강판에 관한 연구결과가 있으나, 이는 2층 형태로 도장되고, 두께 또한 10~20㎛수준으로 매우 두꺼워 공정상으로나 비용상으로 경제성이 부족하였다.
따라서, 본 발명은 상기 기술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유해물질인 크롬 대신에 친환경적인 크롬프리(Cr-Free) 화합물을 사용하여 내식성을 나타내는 착색 코팅용 조성물을 제공하고 이를 코팅하여 균일한 입도와 색상을 갖는 아연계 및 알루미늄계 도금강판을 제조하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 종래에 Cr을 함유한 아크릴에 멀 죤 사용을 지양하고, 폴리우레탄 수지로 대체하였으며, Cr기능을 대체하기 위하여 이산화티탄(TiO2)와 같은 유기티타늄화합물을 사용하였다. 또한 색상을 내기 위하여 종래의 칼라런트를 혼합하는 방식이 아닌 안료의 수지 중에서의 분산방법을 사용하였다. 본 발명 조성물에서의 색상은 은폐안료인 상기 이산화티탄(TiO2 백색)과 착색안료인 산화철계 안료를 혼합한 것으로 나타난다. 좀더 구체적으로 설명하면, 본 발명은 표면처리 조성물 100중량을 기준으로 폴리우레탄 수지 15~25중량부, 은폐안료로 이산화티탄 1~5중량부, 착색안료로 산화철계 안료를 1~2중량부, 크롬프리(Cr-Free) 화합물로 유기티타늄 화합물을 1~2중량부, 나머지는 물로 구성된 것을 특징으로 하는 착색 코팅용 조성물을 제공하고, 이 조성물을 1.0~3.0g/m2의 건조부착량으로 도포하고 80~140℃ 가 되도록 건조한 아연계 및 알루미늄계 도금강판의 제조방법을 제공하도록 한 것이다. 본 발명 조성물이 가진 특성은 색 분리가 없는 균일하고 매끄러운 색상을 얻는다는 것이다. 또한 크롬이 없지만 Cr대체방법을 사용한 결과 크롬함유 제품에 버금가는 내식성을 가질 수 있고, 더우기 폴리우레탄 수지에 의한 우수한 가공성, 유연성, 내화학성을 가질 수있게 한다.
본 발명의 착색 코팅용 조성물로서의 폴리우레탄 수지는 폴리에스터 계열의 우레탄 수지로 무황변형이며, 분산제 없이도 산화철계와 이산화티탄등의 안료 분산성이 우수하다. 폴리우레탄 수지의 함량은 15~25중량부로 15중량부 미만이면 내식성과 내수성에 문제가 있고 25중량부 초과이면 도막의 건조성이 불량해지고 내식성 등의 효과가 포화 되는데다 제조원가가 상승하므로 바람직하지 않다.
본 발명에서는 은폐안료인 이산화티탄(TiO2)으로 박막의 도막 두께부의 은폐를 목적으로 사용하였다. 사용 범위는 전체성분에 대하여 1~5중량부로 사용한다. 1중량부 미만이면 박막에서 효과적인 은폐가 나오지 않기 때문이다. 또한 5중량부 초과되면 안료량이 많아져 내수성등이 저하되므로 바람직하지 않다.
착색용 안료의 함량은 전체성분에 대하여 1~2중량부로 사용한다. 착색용 안료는 은폐용 안료인 흰색 이외의 안료를 사용하여 다양한 색상으로 착색을 하기 위한 것으로 산화철의 주요 색상인 적색(Fe2O3), 황색(FeO), 흑색(Fe3O4)과 코발트청을 적절히 조합하여 만들어 낼 수 있다. 상기 착색용 안료는 1 중량부 미만이면 원하는 색상을 표현하기에 부족하고, 2중량부를 초과하면 안료에 의한 내수성과 가공성, 내화학성등의 물성이 저하되어 바람직하지 않다. 상기 안료를 전체 폴리우레탄 수지중의 일부를 이용하여 다이노밀 또는 링밀등에 의해 입도(NS)기준으로 7이상 분산시켜 사용한다. 여기에서 입도기준 숫자 단위는 노스표준(North Standard) 기준에 따른 것으로, 통상 안료의 크기가 10~20㎛ 범위의 것을 말하며, 입도기준 7이상의 미세 입자로 분산하면 분산효과가 좋아지게 된다. 본 발명에서는 분산성을 더욱 향상시키기 위하여 또한, 주로 산성을 나타내는 반응기인 COOH기를 이용하여 수지의 산가를 조절하고, 수지의 원료가 되는 폴리올 성분에 분산성이 양호한 반응기를 포함시켰다.
방청제로는 논크롬화합물(Non-Cr 化合物)을 사용하는데, 일반적인 크롬화합물의 대체재로서 유기티타늄 화합물을 사용한다. 유기티타늄화합물로는 테트라이소프로필 티탄산염(tetraisopropyl titanate), 테트라-n-부틸-티탄산염, 테트라키스(tetrakis)(2-에틸-헥실)티탄산염, 디에타놀아민 킬레이트(diethanolamine chelate)아세틸아세트산염 킬레이트(acetylacetonate chelate), 에틸아세트산염 킬 레이트, 트리에타놀아민 킬레이트(triethanolamine chealate), 젖산킬레이트암모늄염(lactic acid chealate ammonium salt)등으로 되는 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종이상의 물질을 혼합하여 사용한다. 유기티타늄화합물은 조성물 전체성분중 1~2중량부를 사용하며, 1중량부 미만이면 내식성을 충분히 얻을 수 없으며, 2중량부 초과이면 초기 내수성 저하와 내식성 효과의 포화로 재료비 상승에 의한 경쟁력이 없게 되어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 착색용 코팅제를 사용함으로써, 크롬함유 에멀젼 처리제에 비하여 균일한 외관과 색상을 가지고 내식성, 내수성, 내약품성등이 우수한 도막을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 방청제로 크롬을 사용하지 않으므로 환경 친화적인 처리제를 만들 수 있게 된다.
한편, 본 발명상의 표면처리 용액조성물을 강판등의 표면에 코팅함에 있어서는 이 조성물을 용액의 점도와 고형분에 따라 주로 롤 코팅(roll coating)과 분사 스퀴징(spray-squeezing) 방식으로 코팅하는 것으로 이루어져 왔으며, 건조방법에 있어서는 이 조성물을 1.0~3.0g/m2의 건조부착량으로 도금강판의 표면에 도포하고 이 도금강판의 표면온도가 80℃~140℃되도록 열풍에 의하거나, 유도가열에 의한 방법이 주로 사용되어 왔으며, 최근 들어 근적외선 방사(NIR)에 의한 근적외선 방사가열에 의한 건조방법이 증가하고 있는 추세이다. 여기에서 강판표면온도가 80℃미만에서는 소부건조 상태가 불량해져서 건조가 불완전하게 되며, 140℃초과시에는 수지자체의 결합력이 약해져 표면불량 되기 쉽고 변색이 되기 쉽다. 1.0g/m2미만의 건조부착량으로 도포 되면, 내식성이 떨어지고 스크랫치에 약하게 되어 소기의 효과를 얻기 어렵고, 3.0g/m2을 초과하면 표면처리 효과가 포화되어 비경제적일 뿐 아니라 강판표면도 건조되기 어렵게 된다.
본 발명을 설명하기 위하여 수지, 안료 및 방청제의 함량에 따른 코팅시험 결과를 비교하면 다음과 같다.
실시예
판 두께 1.0mm인 용융도금강판에 표 1. 에 기재된 비율로 구성되는 상기 본 발명 금속표면 코팅용액 조성물을 각 각 2g/m2로 코팅하고, 110℃의 오븐을 통과하여 소부 건조시켜 후처리된 도금강판을 제조하였고, 이에 따른 물성 평가 결과를 역시 표 1에 나타내었다. 단, 여기에서 방청제로서는 미국 듀폰사의 Tyzor 시리즈로 된 전술한 티탄산염을 모두 동등한 비율로 혼합한 것을 사용하였고, 산화철로서는 후술할 표 2의 황색, 적색, 흑색 산화철의 비율로 혼합된(실시예 1 ; 1배수, 실시예 2는 2배수)것을 사용하였다.
표 1
Figure 112006052656767-pat00001
위 표1에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명을 적용한 실시예는 비교예 1, 2 대비 우수한 물성을 나타내었고, 기존의 Cr을 함유한 비교예 3에 비해서도 내식성, 내약품성등에서도 동등한 물성을 나타내었다.
이는 본 발명에서 설정한 작업조건하에서 수성계 우레탄 수지 일부에 색상을 나타내는 안료를 분산기를 이용하여 사용하므로 매우 균일한 입도와 색상을 나타내기 때문인 것으로 나타났다.
한편, 착색 강판의 색상을 나타내기 위하여 이산화티탄과, 산화철계 안료를 적절한 구성비율로 혼합한 것을, 아래에 일례로서 표 2 및 표 3으로 나타내었다.
표 2
(단위;중량부)
Figure 112006052656767-pat00002
표 3
Figure 112006052656767-pat00003
(여기에서 L: 명도 a: 색상도(-로 커질수록 녹색, +로 커질수록 적색), b:색상도(-로 커질수록 청색, +로 커질수록 황색)
표 2는 본 발명 실시예 1에 실시한 안료구성비율을 나타낸다.
표 3은 비율변화에 따른 안료구성으로 제조된 착색강판의 색상의 변화를 나타낸 것이다. 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이 표 1 및 표 2의 안료배합율을 가변시키면 색상조절이 가능한 것을 알 수 있다.
본 발명에 의하여 물성이 우수한 수성계 우레탄 수지 일부에 색상을 나타내는 안료를 분산기를 이용하여 사용하고 전술한 바와 같이 적정안료의 종류를 적정 비율로 조절하여 사용하므로써 매우 균일한 입도와 소정의 색상을 나타낼 수 있게 되고 유해물질인 Cr대신 친환경적인 크롬프리(Cr free) 화합물을 사용하여 이루어지는 표면처리조성물을 도금강판에 피복하므로 내식성과 양호한 수분산성으로 균일한 색상과 입도를 가진 표면처리조성물로 피복되는 도금강판을 얻을 수 있게 되었다.

Claims (3)

  1. 도금강판의 후처리에 사용되는 크롬프리(Cr-Free) 표면처리 조성물로서, 조성물 100중량부를 기준으로 폴리우레탄 수지 15~20 중량부, 은폐안료로 이산화티탄 1~5중량부, 착색안료로 산화철계 안료를 1~2중량부, 크롬프리(Cr-Free) 화합물로 유기티타늄 화합물을 1~2중량부, 나머지는 물로 구성되고, 또한 상기 이산화티탄과, 산화철계 안료는 이들 안료 상호 구성비율에 따라 달라지는 특정 색상을 갖도록 한 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 크롬프리 착색 표면처리 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 안료는 각기 전체 폴리우레탄 수지 중의 일부를 이용하여 다이노밀 또는 링밀을 이용하여 입도에 관한 노스표준(North Standard) 입도기준 7이상 미세 분산시켜 사용하고, 상기 수지원료가 되는 폴리올 성분에 분산성이 양호한 반응기를 포함시켜서 사용하는 것을 특징으로 하는 크롬프리 착색 표면처리 조성물.
  3. 제 1항에 기재된 상기 크롬프리 착색 표면처리 조성물을 1.0~3.0g/m2의 건조부착량으로 도포하고 이 도금강판의 표면온도가 80~140℃ 가 되도록 열풍, 유도가 열 또는 NIR(Near InfraRed) 방식에 의해 건조하는 방법으로 후처리 하여 제조한 것을 특징으로 하는 도금강판의 제조방법.
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