KR100804934B1 - 방열특성이 우수한 방열수지 조성물, 이를 이용한 강판처리방법 및 이에 따라 처리된 강판 - Google Patents

방열특성이 우수한 방열수지 조성물, 이를 이용한 강판처리방법 및 이에 따라 처리된 강판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열성, 가공성, 내식성, 내용제성, 도막밀착성 및 광택이 우수하며, 크롬을 함유하지 않는 것으로 아연도금강판의 표면처리에 이용되는 방열수지 조성물, 이를 이용한 아연도금강판 처리방법 및 이에 따라 처리된 아연도금강판에 관한 것이다. 방열수지 조성물 100중량부에 대하여, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지, 불소수지, 페놀 수지, 아크릴 수지 및 폴리카르보네이트 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종 이상의 주제 수지: 멜라민계 경화제가 10:2-7중량비로 배합된 수지 조성물 10-60중량부, 카본 블랙 및 카본 나노튜브로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종의 안료 1~10중량부 및 소광제 1~10 중량부 및 잔부 용매를 포함하여 이루어지는 방열수지 조성물이 제공된다.또한, 강판에 본 발명에 의한 방열수지 조성물을 건조도막 두께가 3~30㎛이 되도록 도포하고 이를 건조하는 방열 수지 조성물로 강판을 처리하는 방법 및 이에 따라 처리된 강판이 제공된다. 본 발명의 수지 코팅처리된 강판은 수지두께가 얇으면서도 우수한 흡열, 방열특성을 나타내며, 내식성, 프레스 가공성 및 표면전기 전도성 및 내용제성이 우수하고, 크롬 성분을 포함하지 않아 환경친화적이다.
흑색수지, 방열성, 카본블랙, 실리카

Description

방열특성이 우수한 방열수지 조성물, 이를 이용한 강판처리방법 및 이에 따라 처리된 강판 {Excellent Heat-Dissipating Black Resin Composition, Method For Treating a Steel Sheet Using The Same and Steel Sheet Treated Thereby}
도 1은 본 발명에 의한 흑색 방열수지 강판의 측단면도이며,
도 2은 발명예 16, 비교예 3 내지 5의 강판에 대한 방열온도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이며,
도 3는 실시예에서 사용된 흡열 및 방열성 시험장치를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
a.... 박스를 구성하는 스티로폼 b.... 히타
c.... 알루미늄 호일 d.... 온도측정계
e.... 측정시료 f.... 복사방지용 알루미늄 판
본 발명은 방열성, 가공성 및 내식성이 우수한 방열수지 조성물, 이를 이용한 강판 처리방법 및 이에 따라 처리된 강판에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 방열성, 가공성, 내식성, 내용제성, 도막밀착성 및 광택이 우수하며, 크롬을 함유하지 않는 것으로 아연도금강판의 표면처리에 이용되는 방열수지 조성물, 이를 이용한 아연도금강판 처리방법 및 이에 따라 처리된 아연도금강판에 관한 것이다.
최근 전자기기의 고성능화, 소형화 및 고기능화에 따라 전자부품 회로 에서의 발열량이 증가함에 따라 기기의 내부온도가 상승하여 반도체 소자의 오작동, 저항체 부품의 특성변화 및 부품의 수명이 저하되는 문제를 수반한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방열대책으로 다양한 기술이 적용되고 있다. 방열판, 팬 및 파이프 등이 이용되고 있으나 최근에는 방열성이 우수한 재료를 사용함으로서 상당한 장점과 효과를 얻고 있다.
상기의 관점에서 강판에 흡열 및/또는 방열특성을 부여하는 시도가 이루어지고 있다. 즉, 카본블랙 혹은 티타니아와 같은 적외선 파장영역에서 열방사율이 우수한 안료를 고분자수지에 혼합하여 강판에 도막을 형성하므로써 강판에 흡열 및/또는 방열특성을 부여하는 기술이 시도되고 있다. 이러한 방법은 박스 형태의 강판을 사용하는 기기에 적용한다면 효과적으로 내부의 열을 외부로 방출하는 것이 가능해진다.
이러한 방법들을 사용할 경우 우수한 흡열 및/또는 방열특성을 얻기 위해서는 안료가 다량 포함되어야 하며, 이로 인하여 도막 두께를 두껍게 해야하므로 제조비가 증가하며, 전기적 저항이 증가하는 문제가 있다. 전자기기로부터 발생하는 전자기파를 방지하기 위해서는 정전기 어스(earth)성이 필요하므로 강판표면의 양호한 전기전도성을 필요로 한다.
또한, 최근에 표면전기전도성과 전자기파 차폐성을 가진 강판을 제조하기위해 강판 표면처리 수지조성물에 Ni, Cu 와 같은 고가의 금속분말을 첨가하여 사용하는 방법이 이용된다. 그러나, 이러한 기술은 제조비용이 높고 프레스 가공시 스크레치가 발생하는 단점이 있다. 또한, 최근에 Zn-Ni 강판표면을 흑화처리를 한 다음에 수지조성물로 코팅한 방열성 강판이 제시되어 있으나, 미려한 표면을 얻기가 쉽지 않고 내식성 및 우수한 표면전도성을 얻는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명의 목적은 우수한 방열성, 가공성, 내식성, 내용제성, 도막밀착성 및 광택을 나타내며, 크롬을 함유하지 않는 것으로 강판의 표면처리에 이용되는 방열수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 본 발명의 방열수지 조성물로 강판의 표면을 처 리하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 본 발명에 의한 방법으로 처리된 우수한 방열성, 가공성, 내식성, 내용제성, 도막밀착성 및 광택을 나타내며 크롬을 함유하지 않은 수지처리된 강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 있어서,
방열수지 조성물 100중량부에 대하여, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지, 불소수지, 페놀 수지, 아크릴 수지 및 폴리카르보네이트 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종 이상의 주제 수지: 멜라민계 경화제가 10:2-7중량비로 배합된 수지 조성물 10-60중량부, 카본 블랙 및 카본 나노튜브로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종의 안료 1~10중량부 및 소광제 1~10 중량부 및 잔부 용매를 포함하여 이루어지는 방열수지 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면,
강판에 본 발명에 의한 방열수지 조성물을 건조도막 두께가 3~30㎛이 되도록 도포하는 단계; 및
강판에 도포된 방열수지 조성물을 건조하는 단계;
를 포함하는 방열 수지 조성물로 강판을 처리하는 방법이 제공된다.
나아가, 본 발명의 또 다른 견지에 의하면,
본 발명의 방열 수지 조성물로된 건조도막 두께가 3~30㎛인 방열수지층을 갖는 강판이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 방열 수지 조성물은 강판에 우수한 방열성, 가공성, 내식성, 내용제성, 도막밀착성 및 광택을 부여하도록 강판의 표면처리에 사용되는 것으로, 크롬을 함유하지 않는 것으로 다음과 같이 배합된다. 특히, 본 발명의 방열 수지 조성물에 의한 상기와 같은 물성은 특히 선정된 수지 및 멜라민계 경화제를 함께 사용함에 기인하는 것이다.
본 발명의 방열수지 조성물에 사용될 수 있는 주제 수지로는, 이로써 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를들어, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지, 불소수지, 페놀 수지, 아크릴 수지 및 폴리카르보네이트 수지를 포함할 수 있다. 상기 주제수지는 일종 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 주제수지로는 분자량 2000~20000인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 분자량이 2000미만이면 도막의 내용제성이 불충분하고 분자량이 20000을 초과하면 용 액의 안정성이 불충분하므로 바람직하지 않다.
경화제로는 멜라민계 경화제가 사용될 수 있으며, 예로는 이로써 한정하는 것으로 아니지만, 멜라민, 부톡시메틸 멜라민, 헥사메톡시메틸 멜라민 및 트리메톡시메틸 멜라민을 포함할 수 있다. 상기 멜라민계 경화제는 단독으로 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
본 발명의 방열수지 조성물에서 주제 수지와 경화제는 주제 수지:멜라민계 경화제가 10:2-7, 바람직하게는 10:3-5중량비로 배합된 수지 조성물로 방열수지 조성물 100중량부에 대해 10-60중량부로 배합될 수 있다. 주제수지와 멜라민계 경화제의 배합비가 10:2-7중량비를 벗어나면, 치밀한 피막이 형성되지 않아 도막의 물성이 저하된다.
상기 주제수지와 멜라민계 경화제로된 수지 조성물의 함량이 10중량부 미만이면, 내식성, 가공성의 향상효과가 부족하며, 60중량부를 초과하면 수지의 함량이 너무 높아 점도가 높아지고, 표면전도성이 저하되고 또한, 점도가 높아져 도막의 물성이 저하되므로 바람직하지 않다.
본 발명의 방열수지 조성물에 첨가되는 안료인 카본블랙 및/또는 카본나노튜브는 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 1~10중량부, 바람직하게는 3~7중량부로 배합될 수 있다. 안료가 1 중량부 미만으로 첨가되면, 충분한 흡열 및/또는 방열특성을 얻기 어렵고, 10중량부를 초과하는 경우에는 용액의 점도가 높아지고 내용제성 및 도막밀착성이 저하되어 물성이 저하된다.
본 발명의 흑색 방열수지 조성물에 첨가되는 안료인 카본블랙 및/또는 카본나노튜브의 예로는, 대구사(Degussa, 독일)의 프린텍스(Printex)TM , ㈜한국카본블랙 사의 하이블랙(Highblack) TM 등을 들 수 있다. 상기 안료는 단독으로 혹은 다른 종류를 혼합하여 함께 사용할 수 도 있다.
상기 안료는 평균 입자직경이 10~30nm 인 것이 바람직하다. 평균 입자직경이 10nm미만이면, 분산이 용이하지 않으며, 30nm를 초과하면 점도가 지나치게 상승하는 점에서 바람직하지 않다.
본 발명의 방열수지 조성물에 첨가되는 소광제는 이로써 한정하는 것으로 아니지만, 실리카, 산화마그네슘, 지르코니아, 알루미나 및 티타니아를 포함할 수 있다. 상기 소광제는 일종 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 소광제는 평균 입자크기는 10㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 평균 입자크기가 10㎛을 초과하면 도막의 물성이 나빠진다. 소광제는 평균 입자크 기 10㎛ 이하의 것으로 이보다 작은 어떠한 크기의 소광제도 본 발명의 조성물에 사용하기에 적합하므로 소광제의 평균 입자크기의 하한선을 특히 한정하는 것은 아니다.
소광제는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 1~10중량부로 배합될 수 있다. 소광제 함량이 1중량부 미만이면, 가전기기에서 바람직한 범위의 광택을 얻을 수 없으며, 10중량부를 초과하면 광택이 너무 낮아 미려한 특성을 얻기가 어렵다.
본 발명에 의한 방열수지 조성물은 상기, 주제수지, 멜라민계 경화제, 안료 및 소광제 뿐만 아니라, 방열수지 조성물을 사용하여 처리된 강판의 물성을 더욱 개선하기 위해, 필요에 따라, 가교촉진 화합물, 왁스, 경화촉매, 안료응집 방지제, 소포제, 인산염계 첨가제, 실란화합물등의 첨가제를 최소 일종 이상 포함하도록 배합될 수 있다.
가교촉진 화합물은 방열수지 조성물의 경화를 촉진하고 도막의 내식성을 유지 및 향상시키기 위해 필요에 따라 첨가될 수 있는 것으로, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 티타늄 화합물 및/또는 지르코늄 화합물이 사용될 수 있다.
상기 티타늄 화합물의 예로는 이로써 한정되는 것을 아니지만, 이소프로필디 트리에탄올아미노 티타네이트, 락틱산 티타늄킬레이트 및 티타늄 아세틸아세토네이트를 포함할 수 있다. 상기 지르코늄 화합물의 예로는 지르코늄 락테이트, 지르코늄 아세틸아세토네이트 및 지르코늄 트리에탄올아미네이트를 포함할 수 있다. 가교 촉진 화합물로는 상기한 티타늄 화합물 및/또는 지르코늄 화합물이 단독으로 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 가교촉진 화합물은 본 발명의 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 최고 5중량부, 바람직하게는 0.5~5중량부로 사용될 수 있다. 5중량부를 초과하면 경화촉진 화합물의 사용양 증대에 따른 더 이상의 물성개선 효과를 기대하기 어렵고 제조가격이 상승될 뿐이므로 바람직하지 않다. 가교촉진 화합물은 임의적인 성분으로 배합량의 하한선이 한정되는 것은 아니지만, 가교촉진 화합물 첨가에 따른 충분한 경화촉진 및 고내식성을 확보하기 위해서는 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 0.5중량부 이상으로 배합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 흑색 방열수지 조성물에는 자기 윤활성을 부여하기 위해 윤활용 왁스가 첨가될 수 있다. 왁스로는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 폴리올레핀 왁스, 에스테르 왁스 및 폴리에틸렌 왁스를 포함할 수 있다. 상기 왁스는 단독으로 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 왁스로는 입경이 0.1~2.0㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 왁스 입 경이 0.1㎛미만이면 윤활성이 부족하여 바람직하지 않으며, 2.0㎛를 초과하면 용액의 안정성이 떨어져 바람직하지 않다.
상기 왁스는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 5중량부 이하로 배합될 수 있다. 왁스의 함량이 5중량부를 초과하면 왁스의 함량증대에 따른 더 이상의 윤활 증대 효과가 발휘되지 않으며, 오히려 요구되는 내식성 및 용액 저장안정성이 저하되는 등의 문제가 있다. 왁스는 임의적인 성분으로 배합량의 하한선이 한정되는 것은 아니지만, 왁스 첨가에 따른 충분한 코팅도막의 윤활성이 확보되고 가공 및 성형성 향상효과가 발현되도록 하기 위해서는 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 0.1중량부 이상으로 배합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 흑색 방열수지 조성물에는 경화촉매가 첨가될 수 있다. 촉매로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 도데실벤젠술폰산 및 파라톨루엔술폰산을 포함할 수 있다. 상기 촉매는 일종 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. 촉매는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 최고 5중량부로 배합될 수 있다. 촉매함량이 5중량부를 초과하면 수지 조성물의 용액안정성이 저하되므로 바람직하지 않다. 경화촉매는 임의적인 성분으로 배합량의 하한선이 한정되는 것은 아니지만, 경화촉매 첨가에 따른 충분한 경화반응 촉매성능을 나타내어 수지조성물 피막이 완전히 코팅되도록 하기 위해서는 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 0.1중량부 이상으로 배합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 방열수지 조성물에는 안료 응집방지 분산제가 필요에 따라 첨가될 수 있다. 분산제로는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, BYK Chemie사의 상품명 BYK-170을 포함할 수 있다.
상기 안료 응집방지 분산제는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 최고 2중량부로 배합될 수 있다. 안료 응집방지 분산제 함량이 2중량부를 초과하면 강판상에 형성된 수지 조성물 도막의 물성이 저하되므로 바람직하지 않다. 안료 응집방지 분산제는 임의적인 성분으로 배합량의 하한선이 한정되는 것은 아니지만, 첨가에 따른 충분한 안료 분산 효과를 나타내도록 하기 위해서는 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 0.1중량부 이상으로 배합되는 것이 바람직하다.
상기 방열수지 조성물에 기포 제거를 위해 소포제가 또한 필요에 따라 첨가될 수 있다. 소포제로는 N-메틸에탄올아민, N-에틸에탄올아민 및 N-메틸프로판올아민이 사용될 수 있으며, 이들은 단독 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 소포제는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 최고 2중량부로 배합될 수 있다. 소포제의 함량이 2중량부를 초과하면 코팅강판의 표면품질이 저하되므로 바람직하지 않다. 소포제는 임의적인 성분으로 배합량의 하한선이 한정되는 것은 아니지만, 첨가에 따른 충분한 기포제거 효과를 나타내도록 방열수지 조성물 100중 량부에 대하여 0.1중량부 이상으로 배합되는 것이 바람직하다.
상기 방열수지 조성물에 실리카, 알루미나등 세라믹 분말의 사용으로 증가되는 알카리도를 억제하고 내용제성과 저장안정성을 향상시키기 위해 인산염계 첨가제가 필요에 따라 첨가될 수 있다.
인산염계 첨가제로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 인산아연, 인산마그네슘 등을 포함할 수 있으며, 이들은 일종 혹은 2종 이상의 혼합물로 함께 사용될 수 있다.
상기 인산염계 첨가제는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 최고 2중량부로 배합될 수 있다. 인산염계 첨가제의 함량이 2중량부를 초과하면 산도가 너무 강하여 방열수지 조성물의 응집현상이 발생하여 안정적인 저장성이 문제시 될 수 있다. 인산염계 첨가제는 임의적인 성분으로 배합량의 하한선이 한정되는 것은 아니지만, 충분한 알칼리도 저하효과를 나타내도록 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 0.1중량부 이상으로 배합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 흑색 방열수지 조성물에는 필요에 따라 실란화합물이 첨가될 수 있다. 실란화합물은 도막을 견고하게 하며, 광택도를 향상시키는 작용을 한다. 실란화합물은 이에 한정되는 것은 아니나, 예를들어, 3-아미노프로필트리에폭시 실 란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 및 γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란 등을 포함할 수 있다. 상기 실란화합물은 단독으로 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 실란화합물은 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 최고 2중량부로 배합될 수 있다. 실란화합물의 함량이 2중량부를 초과하면 미반응 실라화합물이 도막내에 잔존하여 도막의 물성이 나빠지고 수지의 응집현상이 발생하여 저장안정성이 문제될 수 있다. 실란화합물은 임의적인 성분으로 배합량의 하한선이 한정되는 것은 아니지만, 첨가에 따른 충분한 광택도 및 견고한 도막이 형성되도록 하기 위해서는 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 0.1중량부 이상으로 배합되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 방열수지 조성물에서 잔부는 용매이며 용매로는 톨루엔, 솔벤트 나프타, 셀로솔브, 셀로솔브 아세테이트(cellosolve acetate), 부틸 셀로솔브등이 사용될 수 있다. 상기 용매는 일종 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
용매의 함량에 따라 방열수지 조성물의 점도가 조절되며, 용매의 양은 특히, 한정하는 것은 아니며, 이 기술분야의 기술자는 이 기술분야에서 통상적으로 사용되는 기술에 따라 그 함량도 적절히 조절할 수 있다. 용매의 함량은 이로서 한정되는 것은 아니나, 예를들어, 포드 컵(Ford Cup) #4에서 배출되는데 20~100초가 소요되는 정도의 점도가 되는 양으로 조절될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 방열 수지 조성물을 이용한 강판 처리방법에 대하여 설명한다.
먼저, 강판에 상기 본 발명에 의한 방열수지 조성물을 건조도막 두께가 3~30㎛, 바람직하게는 5~20㎛이 되도록 도포한다. 강판에 대한 방열수지 조성물이 건조도막 두께가 3㎛ 미만이 되도록 도포되면 도막의 내용제성과 방열성이 나쁘고, 30㎛을 초과하면 제조원가가 높아져 바람직하지 않다.
강판으로는 아연도금강판, 구체적으로는 용융 아연도금 강판(GI, galvanizing steel), 합금화 용융 아연도금 강판(GA, galvannealed steel) 및 전기아연 도금강판(electrogalvanized steel)등이 사용될 수 있다. 방청처리된 강판이 또한, 본 발명에 의한 방열 수지조성물로 처리될 수 있다.
상기 본 발명의 방열수지 조성물은 강판의 일면 혹은 양면에 도포될 수 있다. 도포는 이로써 한정되는 것은 아니며, 어떠한 통상적인 방법으로 행할 수 있으며, 예를들어, 바-코터 혹은 롤코우터 방법이 사용될 수 있다.
강판에 방열수지 조성물을 도포한 후, 도포된 방열수지 조성물을 건조시켜 강판이 본 발명의 방열 수지 조성물로 처리되며 따라서 강판위에 방열수지 코팅층이 형성된다. 건조는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 열풍가열방식 혹은 유도가열방식으로 행할 수 있다.
열풍가열 방식인 경우 160~340℃ 분위기 온도에서 10~50초 동안 건조를 행할 수 있다. 온도가 160℃미만이면 경화시간이 너무 길고, 340℃를 초과하면 오븐의 성능을 초과해 바람직하지 않다. 또한, 상기 온도범위에서 10~50초 동안 건조시키면 도포된 조성물이 충분히 건조된다. 건조시간이 10초 미만이면 충분히 건조되지 않으며, 50초를 초과하여 건조시키는 것은 비경제적이다.
유도가열 방식인 경우, 주파수 범위 5~50MHz, 전력 3~15KW 으로 1~10초 동안 건조를 행할 수 있다. 주파수 범위 5~50MHz, 전력 3~15KW 및 건조시간 1~10초를 벗어나면 도포된 조성물이 충분히 건조되지 않거나, 경화시간이 길어지거나, 경제적이지 못한 문제가 있는 것으로 상기 주파수범위, 전력 및 건조시간 범위로 건조하는 것이 바람직하다.
상기 방열조성물의 코팅 후, 저온 경화가능한 것으로, 건조온도는 PMT(Peak metal temperature)온도로 150-280℃의 온도에서 건조하는 것이 바람직하다. 150℃ 미만에서는 충분한 건조에 장시간이 요구되며, 280℃도 정도면 충분히 건조되므로 더 이상의 온도증가는 비경제적이다.
상기 본 발명에 의한 방열 수지 조성물 및 처리방법으로 처리된 강판은 일면 혹은 양면에 박막의 방열수지 코팅층, 구체적으로는 건조도막 두께 3~30㎛, 바람직하게는 5~20㎛의 본 발명에 의한 방열수지 조성물로된 피막이 형성된 것으로, 상기 피막은 크롬이 함유되어 있지 않으며, 방열성, 가공성, 특히, 프레스 가공성, 내식성, 내용제성, 도막밀착성 및 광택이 우수한 것이다.
도 1에 본 발명에 의한 흑색 방열수지 강판의 측단면도를 나타내었다. 이로써 한정하는 것은 아니지만, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 강판은 강판 양면에 아연도금층이 형성되고 아연도금층의 양면에 본 발명의 흑색 방열수지 조성물로된 수지코팅층이 형성된 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 피막이 형성된 강판에서 우수한 흡열 및/또는 방열 특성을 나타내며, 특히 피막이 흑색을 띌수록 우수한 흡열 및/또는 방열특성을 나타낸다. 본 발명의 강판은 외관이 미려한 고급 가전용 아연도금 강판으로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 실시예에 사용되는 아연도금 강판
편면 도금량 20g/m2 로 양면에 아연도금된 전기아연 도금강판 (electrogalvanized steel, EG)을 사용하였다.
2. 방열수지 조성물 및 시편의 제조
방열 조성물 100중량부에 대하여 주제수지와 멜라민계 경화제를 10:4 중량비로 혼합한 수지 조성물, 카본블랙, 소광제, 티타네이트를 각각 하기 표 1의 함량으로 배합하였다. 또한, 기타 첨가제로서, 방열수지 조성물 100중량부에 대하여 폴리에틸렌 왁스 1중량부; 경화촉매인 파라톨루엔 술폰산 2 중량부; BYK chemie사의 BYK-170TM 안료응집 방지제 0.5중량부; N-메틸에탄올아민 소포제 0.5중량부; 인산염계 첨가제로서 인산아연0.5중량부; 실란화합물로서 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 1 중량부을 첨가하고, 지르코니아 볼을 넣고 고속교반기로 3000rpm의 속도로 30분간 교반하여 흑색 방열수지 조성물을 제조하였다. 상기 주제수지로는 폴리에스테르 수지를 사용하였다. 소광제로는 실리카와 티타니아를 9:1중량비로 혼합하여 사용하였으며, 소광제로 사용된 실리카 및 티타니아는 평균입자크기가 3-10㎛인 것을 사용하였다. 멜라민계 경화제로는 트리메톡시메틸 멜라민을 사용하였다. 사용된 폴리에틸렌 왁스의 평균입자 크기는 약 0.5-1.5㎛이었으며, 안료로 사용된 카본블랙은 평균 입자직경이 약 15-25㎚인 것을 사용하였다.
한편, 방열수지 조성물은 용매로 신나(셀로솔브 아세테이트)를 사용하여 포드 컵(Ford Cup #4, DIN 53211)에서 배출시 약 30~60초의 시간이 소요되는 점도가 되도록 배합하였다.
그 후, 상기 제조된 발명예 및 비교예의 방열수지 조성물을 상기 강판의 일면에 건조도막두께가 8㎛가 되도록 바-코팅하고, PMT 200℃로 건조시켜 조성물로 처리된 방열강판 시편을 제조하였다.
하기 표 1에 발명예의 수지 조성물의 조성을 나타내었다. 하기 표 1의 조성은 방열수지 조성물 100 중량부를 기준으로 표시하였다. 첨가물을 제외한 나머지는 용제인 신나이다.
비교예 1로는 A사의 전기아연도금강판(두께 0.5mm, 도금량 편면 20g/㎡, 코팅층은 폴리에스테르 수지 및 실리카 소광제를 포함함. 수지코팅층 두께는 23㎛임), 비교예 2로는 B사에서 시판되는 강판(두께 0.5mm, 편면 아연도금량 20g/㎡, 코팅층은 폴리에스테르 수지, 실리카 소광제 및 Ni금속 분말등을 포함함, 코팅층 두께는
9㎛임), 비교예 3으로는 C사의 내지문강판(수지 도포량 1000mg/㎡), 비교예 4로는 D사에서 판매되는 PDP TV 판넬로 사용되는 용융아연도금강판(Al중량% 포함. 갈바늄(Galvalume)강판, 편면 도금량 60g/㎡), 비교예 5로는 D사에서 판매되는 알루미늄 강판이 사용되었다.
[표 1]
Figure 112006097277406-pat00001
3. 물성평가
하기 조건으로 상기 발명예 및 비교예의 강판의 성능을 평가하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
1) 흡열 및 방열특성
흡열 및 방열특성 평가는 도 2의 시험장치를 제작하여 측정하였다. 도 2의 시험장치는 외장이 스치로폼(a)으로 이루어지면, 스치로폼의 내부에는 알루미늄 호일(c)로 라인드(lined)되고, 시험장치희 바닥 중앙부에 히터(b)를 놓았다. 히터(b)상부에는 복사방지용 알루미늄 판(f)을 놓았다. 히터(b)와 시험장치 상단 사이의 가운데 부분에 도 2에 도시한 바와 같이 온도측정계(d)가 히타(b) 가운데에 위치하도록 설치하였다. 측정하고자 하는 시편을 개구된 시험장치의 윗부분에 놓고 박스의 내부 온도 변화를 측정하였다. 시험장치의 크기는 200 x 200 x 200mm였다.
상기 제조된 흑색 방열강판 시편을 가로x세로(200x200mm)크기의 시편으로 만든 후 측정장치의 개구된 윗면에 부착시키고 밀봉하였다. 방열온도는 코팅처리하지 않은 상기 EG 강판에 대한 코팅강판의 내부 온도차이(ㅿT)를 계산하여 평가하였다.
또한, 도 3에 발명예 16, 비교예 3 내지 5의 강판에 대한 방열온도를 측정한 그래프를 나타내었다. 도 2에서 알 수 있듯이, 발명예 16의 강판이 비교예 3 내지 5의 강판에 비하여 우수한 방열특성을 나타냄을 알 수 있다.
2) 가공성
상기 방열 코팅 강판 표면에 1mm 간격으로 바둑판 형태의 눈금을 100개 만든 다음 Ericsen가공 6mm 후 스카치 테이프로 도막을 박리시켰을 때 테이프에 박리되어 나오는 도막의 개수로 도막의 밀착성을 평가하였다.
[평가기준]
우수 ; 박리없음, 양호 ; 박리율 5% 미만, 불량 ; 박리율 5% 이상.
3) 내식성
평판내식성은 ASTM B117에 규정한 방법에 의해 염수분무 실험을 행한 후 방열코팅강판의 내식성을 측정하고, 평점은 5% 백청 발생까지의 시간으로 평가하였다. 다음 기준에 의해 평가하였다.
[평가기준]
우수 : 120시간 후 백청발생 면적 5% 미만,
양호 : 72-120시간 후 백청 발생 면적 5% 미만,
미흡 : 48-72시간 후 백청 발생 면적 5% 미만,
불량 : 48시간 후 백청 발생 면적 5% 이상
가공부 내식성은 시편을 X-cut 부위에 대한 염수분무실험 후, 블리스터(Blister) 발생 폭으로 평가하였다.
[평가기준]
우수 : 2mm 미만, 양호 : 3~5mm, 불량 : 5mm 이상
4) 도막밀착성
ASTM D3359에서 규정한 방법에 의거하여 흑색 방열수지 코팅강판 시편을 50℃의 증류수에 넣고 240Hrs 동안 침지한 다음 건조시킨다. 이 시편의 도막표면에 1mm 간격으로 바둑판 형태의 눈금을 100개 만든 다음 스카치 테이프로 도막을 박리시켰을 때 테이프에 박리되어 나오는 도막의 개수로 도막의 밀착성을 평가하였다.
[평가기준]
우수 : 도막 박리수 0개, 양호 : 도막 박리수 1~3개,
불량 : 도막 박리수 4개 이상
5) 내용제성
흑색 방열강판을 50x100mm 크기로 시편을 만든 후 메틸 에틸 케톤 또는 아세톤을 적신 가제로 문지를 때 도막이 박리될 때까지의 횟수(약 1Kgf의 힘)로 판정했다.
[평가기준] 우수 : 20회 이상, 양호 : 10~20회, 미흡: 5~10회,
불량 : 5회 이하
6) 전기전도성
표면전기전도도는 LORESTA GP(미씨비씨㈜) 4침법으로 측정하였고, 80x150mm 시편을 9회 반복 측정하여 평균값으로 평가하였다.
[평가기준] 우수 : 10㏁ 이하, 양호 : 10~100㏁, 불량 : 1000㏁ 이상
7) 내지문성
내지문성은 코팅강판을 인공 지문액에 5초간 침지한 후 색차변화(△E)를 측정하여 평가하였다.
[평가기준]우수:ΔΕ≤0.5, 양호:0.5≤ΔΕ≤2.0,불량:ΔΕ≥2.0
8) 용액안정성
본 발명의 방열 수지 조성물을 60℃의 항온 장치 내에 2주간 저장 한 후의 조성물의 점도상승, 겔화 및 침전의 상태를 관찰하고, 다음 기준에 따라 평가한다.
[평가기준]
우수 : 조성물의 점도상승, 겔화 및 침전 등의 변화가 없음,
양호 : 조성물의 5% 이내의 점도 상승의 변화만 관찰됨,
불량 : 조성물의 5% 이상의 점도상승, 겔화 및 침전 등의 변화가 일어남.
[표 2] 물성평가 결과
Figure 112006097277406-pat00002
본 발명에 의한 방법으로 처리된 강판은 저온 경화가능한 뿐만 아니라, 박막 코팅층임에도 불구하고, 다른 비교예에 비하여 우수한 방열특성을 나타낸다.
또한, 본 발명의 방법으로 강판처리시 유도가열에 의한 급속가열에서도 우수한 도막물성을 나타내었다.
비교예 1의 강판은 후막형 흑색수지 강판으로 도막물성은 우수하나 표면 전기 전도성이 저조하였다. 비교예 2는 혼입한 금속입자로 인하여 프레스 가공시 도막에 스크래치가 발생되며, 내용제성이 나쁜 단점이 있다. 비교예 3은 전기아연도금 강판에 부착량 1~2g/m2 의 내지문 수지코팅 강판으로 전혀 코팅처리하지 않은 상기 EG 강판에 비해 2℃의 온도 감소 효과를 나타내었다.
비교예 4은 PDP TV 부품으로 사용되는 갈바륨 강판으로 방열특성은 내지문 강판과 유사한 경향을 나타내지만 내식성이 나쁜 단점이 있다.
비교예 5는 PDP TV부품용으로 사용되는 알루미늄 강판으로 표면에서 열반사 특성으로 인하여 내지문 강판에 비해 -4℃(EG 강판에 비하여는 -2℃의 방열특성)의 방열특성을 나타내었다.
반면, 발명예 3, 4, 14 및 17의 경우 10℃의 내부온도 감소 효과를 나타내었다. PDP용으로 사용되는 알루미늄 강판에 비해 12℃의 우수한 방열특성을 나타내었다. 그림 2에 비교예 3의 내지문 강판, 비교예 4의 갈바륨 소재와 비교예 5의 알루미늄 소재 및 본 발명예 4의 방열강판의 방열특성을 그래프로 나타내었다.
본 발명에 따라 제공되는 흑색 방열수지 조성물로 코팅처리된 아연도금 강판 은 기존의 방열수지 조성물에 비해 수지두께가 얇으면서도 우수한 흡, 방열특성을 나타내며, 내식성, 프레스 가공성, 표면전기 전도성 및 내용제성이 우수하고, 크롬 성분을 포함하지 않아 환경 친화적이다.

Claims (27)

  1. 방열수지 조성물 100중량부에 대하여, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지, 불소수지, 페놀 수지, 아크릴 수지 및 폴리카르보네이트 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종 이상의 주제 수지: 멜라민계 경화제가 10:2-7중량비로 배합된 수지 조성물 10-60중량부, 카본 블랙 및 카본 나노튜브로 구성되는 그룹으로부터 선택된 평균입자 직경이 10-30nm인 최소 일종의 안료 1~10중량부 및 입자크기가 소광제 1~10 중량부 및 잔부 용매를 포함하여 이루어지며, 상기 수지는 분자량이 2,000 내지 20,000이며, 강판에 3~30㎛의 건조도막 두께의 방열수지 코팅층 형성에 사용되는 방열수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 멜라민계 경화제는 멜라민, 부톡시메틸 멜라민, 헥사메톡시메틸 멜라민 및 트리메톡시메틸 멜라민으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 주제수지와 멜라민계 경화제의 혼합비율은 10:3~5임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 소광제는 실리카, 산화마그네슘, 지르코니아, 알루미나 및 티타니아로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종 이상임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 추가로 가교촉진 화합물, 왁스, 경화촉매, 안료응집 방지제, 소포제, 인산염계 첨가제 및 실란화합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종 이상을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 가교촉진 화합물은 지르코늄 화합물 및 티타늄 화합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 일종임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 티타늄 화합물은 이소프로필디트리에탄올아미노 티타네이트, 락틱산 티타늄킬레이트 및 티타늄 아세틸아세토네이트로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 지르코늄 화합물은 지르코늄 락테이트, 지르코늄 아세틸아세토네이트 및 지르코늄 트리에탄올아미네이트로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 가교촉진 화합물은 방열수지 조성물 100 중량부에 대하여 5중량부 이하로 배합됨을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 왁스는 폴리올레핀 왁스, 에스테르 왁스 및 폴리에틸렌 왁스로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 왁스는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 5중량부 이하로 배합됨을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  14. 제 7항에 있어서, 상기 경화촉매는 도데실벤젠술폰산, 파라톨루엔술폰산 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  15. 제 7항에 있어서, 상기 경화촉매는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 5중량부 이하로 배합됨을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  16. 제 7항에 있어서, 상기 안료 응집방지 분산제는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 2중량부 이하로 배합됨을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  17. 제 7항에 있어서, 상기 소포제는 N-메틸에탄올아민임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  18. 제 7항에 있어서, 상기 소포제는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 2중량부 이하로 배합됨을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  19. 제 7항에 있어서, 상기 인산염계 첨가제는 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 2중량부 이하로 배합됨을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  20. 제 7항에 있어서, 상기 인산염계 첨가제는 인산아연 및 인산마그네슘을 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종 이상임을 특징으로 하는 방열수지 조성물
  21. 제 7항에 있어서, 상기 실란화합물은 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 및 γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상임을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  22. 제 7항에 있어서, 상기 실란화합물은 방열 수지 조성물 100중량부에 대하여 2중량부 이하로 배합됨을 특징으로 하는 방열수지 조성물.
  23. 강판에 청구항 1항의 방열수지 조성물을 건조도막 두께가 3~30㎛이 되도록 도포하는 단계;
    강판에 도포된 방열수지 조성물을 건조하여 방열수지 코팅층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 방열 수지 조성물로 강판을 처리하는 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 강판은 용융 아연도금 강판(GI, galvanizing steel), 합금화 용융 아연도금 강판(GA, galvannealed steel), 전기아연 도금강판(EG, electrogalvanized steel) 및 방청처리된 강판으로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 건조하는 단계는 150-280℃의 PMT(Peak Metal Temperature)에서 행함을 특징으로하는 방법.
  26. 방열수지 조성물 100중량부에 대하여, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리우레탄 수지, 불소수지, 페놀 수지, 아크릴 수지 및 폴리카르보네이트 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종 이상의 주제 수지: 멜라민계 경화제가 10:2-7중량비로 배합된 수지 조성물 10-60중량부, 카본 블랙 및 카본 나노튜브로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종의 안료 1~10중량부 및 소광제 1~10 중량부 및 잔부 용매를 포함하여 이루어지는 방열수지 조성물로된 형성된 건조도막 두께가 3~30㎛인 방열수지 코팅층을 갖는 강판.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 강판은 용융 아연도금 강판(GI, galvanizing steel), 합금화 용융 아연도금 강판(GA, galvannealed steel), 전기아연 도금강판(EG, electrogalvanized steel) 및 방청처리된 강판으로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 강판.
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