KR101062441B1 - 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 칼라강판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판의 상도 도장층에 무늬 도장층을 스프레이건을 사용하여 다양한 색상의 도트무늬를 형성함과 동시에 내식성과 내구성이 우수한 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 칼라강판에 관한 것으로, 소지판 위에 크롬 도장층을 형성하고 이를 건조시키는 단계, 상기 크롬 도장층 위에 하도 도장층을 형성하고 이를 건조시키는 단계, 상기 하도 도장층 위에 상도 도장층을 형성하는 단계, 상기 상도 도장층이 건조되기 전, 그 표면에 상도 도장층 도료와 동일한 도료를 스프레이 코팅하여 무늬 도장층을 형성하는 단계 및 상기 상도 도장층과 무늬 도장층을 함께 가열건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하므로 상도 도장층과 무늬 도장층을 순차적으로 도장한 상태에서 함께 가열건조 시킬 수 있어 전체 생산공정이 간단하게 되고 생산비용은 절감되며 생산성은 극대화 될 수 있는 장점이 있다.

칼라강판, 상도 도장층, 무늬 도장층, 스프레이 코팅

Description

스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 칼라강판{ T he Method for manufacturing colored-steel sheet using spray coating and the colored-steel sheet manufactured by same}

본 발명은 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 칼라강판에 관한 것으로, 강판의 상도 도장층에 무늬 도장층을 스프레이건을 사용하여 다양한 색상의 도트무늬를 형성함과 동시에 내식성과 내구성이 우수한 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 칼라강판에 관한 것이다.

일반적으로, 강판 도장 방법은 제품 성형가공 후 도장하는 포스트 코팅 (Post-coating)방식과 성형가공 전에 도장하는 프리 코팅(Pre-coating)방식이 있다.

여기서, 프리 코팅방식으로 도장한 강판을 피씨엠 (Pre-coated Metal) 또는 칼라강판이라 하며, 이에 사용되는 도료를 피씨엠 도료라 한다.

이러한 칼라강판은 가전제품의 케이스, 건축물 내,외부 마감재 등의 여러 용도로 사용되고 있는 고부가가치 제품이다.

최근, 소비자의 요구에 맞추어 하나의 색상으로 도장되어 있는 칼라강판의 표면에 잉크를 사용하여 무늬층을 형성함으로써 미려한 외관과 함께 질감을 부여할 수 있도록 하는 인쇄 프린트 공정이 추가적으로 병합되고 있다.

이하, 도 1을 참조하여 종래에 따른 잉크를 사용한 인쇄 프린트공정에 대하여 설명한다.

도시한 바와 같이, 종래의 잉크 인쇄프린트 공정은 소지판(1)의 상부 표면에 크롬 도장층(2), 하도 도장층(3) 및 상도 도장층(4)을 순차적으로 형성한 후, 자연건조 타입의 제1 인쇄층(5), 제2 인쇄층(6) 및 제3 인쇄층(7)을 순차적으로 형성한 다음, 상기 인쇄층들은 보호하는 클리어층(8)으로 마감하는 구성으로 되어 있다.

그러나, 종래와 같이 칼라강판에 무늬 도장층을 형성하는 잉크 인쇄프린트 공정은 복잡한 구성으로 이루어진 인쇄 설비를 이용하여야 하며, 인쇄층을 형성하기 위한 도장횟수가 많을 뿐만 아니라 내후성 확보를 위해서는 무늬 인쇄표면 위에 반드시 상도를 도장해야 하는 단점이 있었다.

또한, 인쇄층을 형성하기 위해서는 상도 도장층을 건조시킨 이후 잉크 인쇄프린트 공정이 진행됨에 따라 인쇄층을 형성하기 위한 시간이 길어져 생산성이 크게 저하되는 문제점이 있었다.

아울러, 인쇄층은 상도 도장층과의 부착성을 높이기 위한 방안으로 클리어층이 추가적으로 도포됨에 따라 칼라강판의 생산원가가 올라갈뿐만 아니라 인쇄층을 형성하기 위한 도장공정이 많아지고, 그에 따라 불량율도 함께 증가함으로써 결국 생산단가가 높아지게되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 무늬 도장층에 대하여 잉크가 아닌 도료를 사용하므로써 클리어 도장층 없이 내식성과 내구성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 상도 도장층에 무늬 도장층을 형성하는 도장 과정을 간단히 함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 칼라강판에 형성되는 무늬층의 색상과 질감을 보다 선명하게 표현할 수 있음은 물론 공정의 단순화로 원가절감을 한 무늬가 있는 칼라강판을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법은 소지판 위에 크롬 도장층을 형성하고 이를 건조시키는 단계,

상기 크롬 도장층 위에 하도 도장층을 형성하고 이를 건조시키는 단계,

상기 하도 도장층 위에 상도 도장층을 형성하는 단계,

상기 상도 도장층이 건조되기 전, 그 표면에 상도 도장층 도료와 동일한 도료를 스프레이 코팅하여 무늬 도장층을 형성하는 단계, 및

상기 상도 도장층과 무늬 도장층을 함께 가열건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무늬 도장층을 형성하는 단계에서,

상기 스프레이 코팅은 스프레이 건을 사용하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 상도 도장층과 무늬 도장층에 대한 가열건조는 210 ~ 250℃ 온도에서 진행되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 상도 도장층과 무늬 도장층의 도료는,

폴리에스테르계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 알키드 수지 중 어느 하나를 택일하여 25~45 중량%로 하고, 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 25~45중량%, 안료 10~40중량% 및 첨가제를 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제조방법에 의해 제작된 칼라강판은,

소지판,

상기 소지판 위에 형성되는 크롬 도장층,

상기 크롬 도장층 위에 형성되는 하도 도장층,

상기 하도 도장층 위에 형성되는 상도 도장층,

상기 상도 도장층의 표면에 형성되는 무늬 도장층을 포함하되,

상기 무늬 도장층은 상기 상도 도장층의 표면으로부터 내측으로 싱크(sink)되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 상도 도장층과 무늬 도장층의 도료는,

폴리에스테르계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 알키드 수지 중 어느 하나를 택일하여 25~45 중량%로 하고, 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 25~45중량%, 안료 10~40중량% 및 첨가제를 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 무늬 도장층을 도료로 사용하며 내식성과 내구성이 기존 도료와 동일할 뿐만 아니라 상도 도장층과 무늬 도장층을 순차적으로 도장한 상태에서 함께 가열건조 시킬 수 있어 전체 생산공정이 간단하게 되고 생산비용은 절감되며 생산성은 극대화 될 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 무늬 도장층은 스프레이 건에 의해 도장됨으로써 다양한 크기와 형태를 갖는 도트 문늬를 형성할 수 있는 것이다.

특히, 클리어 도장층을 생략할 수 있으므로 무늬 도장층의 색상과 질감을 보다 선명하게 표현할 수 있고 칼라강판의 전체 단면 두께가 줄어드는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도 2 내지 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 칼라강판(1000)은 소지판(100), 상기 소지판(100)의 표면 위로 크롬 도장층(200), 하도 도장층(300), 상도 도장층(400) 및 무늬 도장층(500)이 순차적으로 적층된 구성을 갖는다.

먼저, 상기 소지판(100)은 통상의 연속도장공정에 사용되는 용융 아연도금강판으로써, 아연 50 ~ 55%에 알루미늄도금강판(수퍼갈륨강판) 또는 전기 아연도금강판이 45 ~ 50%의 혼합비로 형성된다.

여기서, 상기 소지판(100)은 아연도금강판으로 한정하여 적용하였으나 반드시 이에 한정하지 않는 가전제품의 케이스 또는 건축물 내,외부 마감재에 사용되는 다양한 강판류가 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 크롬 도장층(200)은 전술한 소지판(100)의 표면에 부착된 이물질을 제거함으로써, 상기 소지판(100)과 후술할 하도 도장층(300)간의 부착성을 높이기 위한 것으로, 알카리 탈지제로 세정하고 그 위에 크로메이트를 피막 처리하여 형성한다.

이러한 소지판(100)에 대한 크롬 도장층(200)을 형성하는 공정은 공지된 기 술로써 구체적인 기술내용에 대한 설명은 생략한다.

하도 도장층(300)은 상기 크롬 도장층(200)의 윗쪽에 형성되는 것으로, 후술할 상도 도장층(400)과 밀착성 및 내식성이 우수한 도료를 사용하도록 한다.

예컨대, 상기 하도 도장층(300)의 도료는 선형 폴리에스터 수지 20~30 중량%, 멜라민 수지3~5 중량%, 에폭시 수지 3~5 중량%, 공지의 안료 15~20 중량%, 분산제와 계면활성제 등의 첨가제 2~4 중량%, 방향족 탄화수소계 용제 35~40 중량%, 에스테르계 용제 8~10 중량%로 혼합된 구성으로할 수 있다.

이하, 본 발명의 특징적인 성분과 조성비를 갖는 상도 도장층(400) 및 무늬 도장층(500)의 도료에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 상도 도장층(400)은 전술한 하도 도장층(300)의 윗쪽에 형성되는 것으로, 통상의 코일 코팅(coil coating)용 도료로 사용되는 폴리에스테르계 수지를 주재료로 사용될 수 있다.

예컨대, 상기 상도 도장층(400)은 다음 표 1과 같이 구성될 수 있다.

구분	함량(무게비,%)
폴리에스테르계 수지	25 ~ 45
멜라민 수지	5 ~ 10
용제	25 ~ 45
안료	10 ~ 40
첨가제	잔부

즉, 상기 상도 도장층(400)의 도료는 폴리에스테르계 수지 25~45 중량%, 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 25~45중량%, 안료 10~40중량%, 기타 첨가제를 혼합하여 합계 100중량%로 구성하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 상도 도장층(400)의 구성 성분중 폴리에스테르계 수지(polyester resin)를 기본수지로 사용하는 것이 바람직하나, 상기 폴리에스테르계 수지는 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acryl resin) 또는 알키드 수지(alkyd resin) 중 어느 하나로 대체될 수도 있다.

아울러, 용제는 기본수지를 용이하게 용해시키는 역할로써, 방향족 탄화수소계, 방향족 나프타계, 이소부틸알콜계, 디프로필렌글리콜-모노에틸에테르 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

또한, 상기 안료는 상기 소지판에 색상을 입히는 것으로, 무기안료와 유기안료로 구분된다.

여기서, 무기안료에 사용되는 구체적인 색상은 산화철 RED, 산화철 ORANGE, 산화철 MEDIUM YELLOW, 산화철 YELLOW, 티타늄 디옥사이드 등이 있으며, 이 중 어느 하나만을 택일하여 사용하거나, 두 종류 이상을 적절히 혼합한 상태에서 사용할 수 있다.

상기 유기안료에 사용되는 구체적인 색상은 AZO CONDENSATION RED, QUINACRIDONE RED, 프탈로시아닌 GREEN, 프로탈로시아닌 BLUE, CARBONE BLACK 등이 있으며, 이 중 어느 하나만을 택일하여 사용하거나, 두 종류 이상을 적절히 혼합한 상태에서 사용할 수 있다.

계속해서, 첨가제는 색분리 안정제, 소포제, LEVELLING제, SLIP제, 산촉매를 3~5 중량% 내에서 적절히 혼합하여 사용한다.

한편, 무늬 도장층(500)은 전술한 상도 도장층(400)의 표면에 무늬를 나타내는 것으로, 상기 상도 도장층(400) 전체면에 대하여 소정의 직경을 갖는 도트 무늬가 골고루 분포될 수 있도록 스프레이 코팅(SPRAY COATING)방식에 의해 분사된다.

특히, 상기 무늬 도장층(500)은 전술한 상도 도장층(400)의 도료 성분 및 조성비와 동일한 것으로, 다만 상도 도장층(400)이 채택한 무기안료, 유기안료의 색상과 다른 색상의 안료를 사용하면 된다.

이 경우, 상기 상도 도장층(400)과 무늬 도장층(500)은 동일한 성분과 조성비를 갖으므로써, 상기 무늬 도장층(500)이 상도 도장층(400)으로부터 돌출되지 않고 동일 물성에 따른 싱킹(sinking)현상에 의해 표면을 매끄럽게 유지한 상태에서 무늬가 형성되게 된다.

이러한 상기 무늬 도장층(500)은 상도 도장층(400)이 건조되지 않은, 즉 상도 도장층(400)이 코팅된 직후 무늬 도장층(500)을 분사하는 상태로 도포시킨 이후 함께 가열건조 시키는 것으로, 상도 도장층(400)만을 경화시키기 위한 건조공정을 생략할 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 건조공정의 비용을 절감시킬 수 있다.

또한, 상기 무늬 도장층(500)의 폴리에스테르계 수지의 함량은 25~45 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 25 중량% 미만일 경우 가열경화에 대한 효과가 줄게 되며, 45중%를 초과할 경우에는 무늬(도트)의 직경만이 커지고 도료 전체의 물성이 전하된다.

또한, 상기 무늬 도장층(500)의 멜라민 수지는 상기 상도 도료층(400)에 형성되는 도트 무늬의 질감을 표현하는데 있어 가장 중요한 요소로써, 함량이 5중량% 이하일 경우 내용제성이 크게 저감되어 무늬형성에 문제점을 나타내며, 10중량% 이상일 경우 소지판의 가공성이 떨어질뿐만 아니라 무늬층이 안정적으로 고착화되지 못하는 현상이 발생하게 된다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 용융 아연도금강판으로 이루어진 소지판(100)의 표면에 부착된 이물질 제거를 위한 크롬 도장층(200)을 형성한다.

구체적으로, 상기 크롬 도장층(200)의 형성은 라인 스피드(line speed : 생산속도)를 따라 이송되는 소지판(100)에 롤 코팅(roll coating) 방식에 따라 크로메이트를 피막처리한 후 소정의 온도로 가열건조 시킨다.

다음, 상기 크롬 도장층(200)에 대한 건조공정이 완료되면, 그 상면으로 하도장층(300)을 형성한 후 다시 가열건조 시킨다.

상기 롤 코팅은, 도 5에 도시한 바와 같이, 도료가 저장되는 도장팬(L)과, 상기 도장팬(L)의 도료를 픽업하는 픽업롤(P)과, 소지판(100)을 이송시키는 백업롤(B)과, 상기 픽업롤(P)과 백업롤(B) 사이에 개재되는 어플리케이션롤(A)로 이루어진다.

또한, 상기 도장층(400)의 두께는 상기 어플리케이션롤(A)과 백업롤(B) 사이 공간을 조절함으로서 결정될 수 있다.

계속해서, 상기 소지판(100)에 하도 도장층(300)이 완료된 이후에는 상기 롤 코팅방식에 따라 상도 도장층(400)을 형성한다.

이어서, 상기 상도 도장층(400)이 도장된 후에는 이 도료가 마르기 전에 그 전체면에 대한 도트무늬를 형성하는 무늬 도장층(500)을 스프레이 코팅으로 도장 한다.

여기서, 스프레이 코팅은 통상의 분사장치에 의해 액체가 분무되는 스프레이 건(spray gun, S)이 사용된다.

그리고, 상기 스프레이 건(S)은 도 6에 도시한 바와 같이, 복수개가 사용가능하며 분사하는 각도, 높이 및 압력에 따라 다양한 크기와 색상무늬를 형성할 수 있다.

한편, 상기 소지판(100)에 대한 상도 도장층(400)과 무늬 도장층(500)이 함께 도장된 이후에는 건조로에서 가열건조 시킨다.

상기 상도 도장층(400)과 무늬 도장층(500)에 대한 가열건조는 210 ~ 250℃(더욱 바람직하게는 216 ~ 224℃) 온도에서 약 30초 이상 진행되는 것이 좋다.

즉, 상기 건조의 온도가 210℃ 이하이면 각 도장층(400,500)의 경화가 일정 시간내에 이루어지지 못하여 건조효율성이 저하되고, 250℃를 초과하게 되면 상도 도장층(400)의 과도한 건조로 인해 균열이 발생하고 밀착성이 저하되는 결함이 발생된다.

이와 같이 본 발명에 따르는 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법으로 제작된 칼라강판에 대한 무광 담색 도료의 연필경도, 밀착성 및 가공성, 내식성, 내후성, 내약품성 등을 평가한 결과를 [표 2]에 나타내었다

시험 항목		시험 방법	X-COLOR	관련 규격
광택		60˚GLOSS METER	17.0%	ASTM D523-89
MEK RUB		2㎏하중, Gauze	100회이상	ASTM D5402-93
PENCIL HARDNESS		미쯔비시 유니연필	2H	ASTM D3363-92a
C.E.T		100/100,6㎜	박리 없음	ASTM D3359-93
IMPACT		1/2"×50㎝×1㎏	박리 없음	ASTM D2794-93
T-BENDS	1T	180˚VISE, 상온	3점	ASTM D4145-83 ASTM D3794-94
	2T		4점
내비등수성		98℃, 1hr	Blister 없음
내비등수 후	C.E.T.	100℃×1hr⇒100/100,6㎜	3점 박리	NCCA 4.3.6	ASTM D3359-93
	IMPACT	100℃×1hr⇒1/2"×50㎝×1㎏	박리 없음		ASTM D2794-93
	가공성	180˚VISE, 상온 2T	3점		ASTM D3794-94
내약품성		20℃ 5% HCl , 24hrs spot test	양호
		20℃ 5% NaOH , 24hrs spot test	양호
내습성		98% 습도, 38℃, 500hrs(NO#8 blister↓)	양호	ASTM D-2247
내후성		QUV (500 hours)	chalk없음. 육안색차양호	ASTM D822
내식성		5% 염수, 35℃, 500hrs(NO#6 blister↓)	양호	ASTM B-117

상기 평가에 사용된 기본수지는 폴리에스터 수지를 채택하였으며, 연필경도는 Mitsubishi Uni Pencil 2kg 으로 수동 테스트한 결과이다.

상기 밀착성 및 가공성은 25℃에서 T-Bending 절곡시험 후 테이프(tape)로 박리 발생 여부를 측정한 것이며, 비등수 후 가공을 100℃에서 1시간 실시하여 박리여부를 확인한 것이다.

또한, 내식성은 5% NaCl로 500시간 SST(Salt Spray Test) 실시 후 평면 NO Blister 등의 도막 이상 여부를 확인한 것이다.

상기 내약품성은 5% HCl과 5% NaOH에 24시간 방치후 도막이상 여부를 확인한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 칼라강판에 무늬 도장층을 형성하는 잉크인쇄 프린트 공정을 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 칼라강판의 표면에 무늬 도장층을 형성한 단면도이다.

도 3은 도 2의 평면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 롤 코팅방식과 스프레이 코팅방식을 나타낸 개략도이다.

도 6은 도 5의 스프레이 코팅방식의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 소지판 200 : 크롬 도장층

300 : 하도 도장층 400 : 상도 도장층

500 : 무늬 도장층 S : 스프레이 건

Claims (6)

1. 칼라강판의 제조방법에 있어서,

   소지판 위에 크롬 도장층을 형성하고 이를 건조시키는 단계,

   상기 크롬 도장층 위에 하도 도장층을 형성하고 이를 건조시키는 단계,

   상기 하도 도장층 위에 상도 도장층을 형성하는 단계,

   상기 상도 도장층이 건조되기 전, 그 표면에 상도 도장층 도료와 동일한 도료를 스프레이 코팅하여 무늬 도장층을 형성하는 단계, 및

   상기 상도 도장층과 무늬 도장층을 함께 가열건조시키는 단계를 포함하며,

   상기 상도 도장층과 무늬 도장층의 도료는,

   폴리에스테르계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 알키드 수지 중 어느 하나를 택일하여 25~45 중량%로 하고, 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 25~45중량%, 안료 10~40중량% 및 첨가제를 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 무늬 도장층을 형성하는 단계에서,

   상기 스프레이 코팅은 스프레이 건을 사용하는 것을 특징으로 하는 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 상도 도장층과 무늬 도장층에 대한 가열건조는 210 ~ 250℃ 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 스프레이 코팅을 이용한 칼라강판의 제조방법.
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 것으로서,

   소지판,

   상기 소지판 위에 형성되는 크롬 도장층,

   상기 크롬 도장층 위에 형성되는 하도 도장층,

   상기 하도 도장층 위에 형성되는 상도 도장층,

   상기 상도 도장층의 표면에 형성되는 무늬 도장층을 포함하되,

   상기 무늬 도장층은 상기 상도 도장층의 표면으로부터 내측으로 싱크(sink)되어 있는 것을 특징으로 하는 칼라강판.
6. 제5항에 있어서,

   상기 상도 도장층과 무늬 도장층의 도료는,

   폴리에스테르계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 알키드 수지 중 어느 하나를 택일하여 25~45 중량%로 하고, 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 25~45중량%, 안료 10~40중량% 및 첨가제를 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 칼라강판.

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