KR101206197B1 - 도장강판의 오렌지 필 제거 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선 경화를 이용한 도장강판의 표면에 발생하는 오렌지 필을 제거하는 도장강판의 코팅 시스템 및 표면외관 개선방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 강판 위에 액상의 자외선 경화형 코팅용액을 코팅한 후, 코팅용액이 경화되기 전에 코팅용액 위에 투명필름을 부착하고, 투명필름과 코팅용액을 적정한 압력으로 밀착시킴으로써, 고점도의 자외선 경화형 코팅용액의 표면 불균일함을 개선하여 균일한 평활성을 갖도록 할 수 있다.

Description

도장강판의 오렌지 필 제거 시스템 및 방법{System and method for removing orange peel of coated steel sheet}

본 발명은 도장강판의 코팅 시스템 및 표면외관 개선방법에 관한 것으로, 특히 자외선 경화를 이용한 도장강판의 표면에 발생하는 오렌지 필을 제거하는 도장강판의 코팅 시스템 및 표면외관 개선방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 강판 위에 액상의 자외선 경화형 코팅용액을 코팅한 후, 코팅용액이 경화되기 전에 코팅용액 위에 투명필름을 부착하고, 투명필름과 코팅용액을 적정한 압력으로 밀착시킴으로써, 고점도의 자외선 경화형 코팅용액의 표면 불균일함을 개선하여 균일한 평활성을 갖도록 하는 도장강판의 코팅 시스템 및 표면외관 개선방법에 관한 것이다.

일반적으로 자외선 경화용 용액의 경우 용제를 사용하지 않기 때문에, 용액의 흐름성이 부족하여 도장 작업 후 도장강판의 표면에 오렌지 필이나 줄무늬가 발생하여 표면외관을 떨어뜨린다.

오렌지 필(orange peel)이란 평활한 금속판에 굽힘이나 드로잉 가공 등을 했을 경우 표면이 감귤 껍질과 같이 되는 것을 말한다.

이와 같이 도장 작업 후 도장강판의 표면에 발생하는 오렌지 필이나 줄무늬 등의 불균일한 표면외관은 제품의 품질을 좌우하는 중요한 인자이다. 특히, 고급 제품의 경우 표면외관은 더욱 중요시 되고 있다. 그리고 용제를 사용하지 않는 친환경적인 제품인 자외선 경화 코팅 제품의 경우, 특히나 용제의 사용이 제한되어 제품의 외관 제어가 어려운 상황이라서, 표면외관을 우수하게 유지하기가 어렵다는 문제가 있다.

용액에 코팅막의 흐름성을 좋게 해주는 첨가제를 부가하는 방법을 적용하기도 하나, 이 방법은 한계에 부딪칠 수 밖에 없다. 즉 많은 양의 첨가제를 도입함으로써 흐름성은 일부 개선되기는 하나, 도막의 물성을 저하시키고 과량의 첨가제는 오히려 불순물로 작용하여 제품으로서의 기능을 잃게 만든다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 액체상태의 불균일한 용액의 표면외관에 대하여 효과적으로 흐름성을 유지하면서 오렌지 필 및 줄무늬 등 기타 여러가지 표면 결함을 제거할 수 있도록, 용액의 첨가제를 도입하는 화학적인 방법보다는 액체상의 용액 층 위에 자외선의 투과가 가능한 투명필름을 얹어 표면외관을 제어하는 물리적인 방법을 도입함으로써, 도장강판 표면에 우수한 품질의 거울면을 부여할 수 있는 도장강판의 코팅 시스템 및 표면외관 개선방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시형태에 따른 도장강판의 코팅 시스템은 강판 위에 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅하는 코팅 수단; 코팅 수단 하류에 설치되고, 코팅 용액 위에 필름을 부착하는 필름 부착 수단; 필름 부착 수단과 연결되고, 필름을 압착시켜 코팅 용액과 필름을 밀착시키는 필름 압착 수단; 및 필름 압착 수단 하류에 설치되고, 자외선을 조사하여 코팅 용액을 경화시켜 도막을 형성하는 자외선 경화기를 포함한다.

본 발명의 제2실시형태에 따른 도장강판의 코팅 시스템은 강판 위에 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅하는 코팅 수단; 코팅 수단 하류에 설치되고, 코팅 용액 위에 필름을 부착하는 필름 부착 수단; 필름 부착 수단과 연결되고, 필름을 압착시켜 코팅 용액과 필름을 밀착시키는 필름 압착 수단; 필름 압착 수단 하류에 설치되고, 자외선을 조사하여 코팅 용액을 경화시켜 도막을 형성하는 자외선 경화기; 및 자외선 경화기 하류에 설치되고, 필름을 제거하는 필름 제거 수단을 포함한다.

또한, 본 발명의 제1실시형태에 따른 도장강판의 표면외관 개선방법은 강판 위에 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅하는 단계; 부착 수단을 이용하여 코팅 용액 위에 필름을 부착하는 단계; 압착 수단을 이용하여 필름을 압착시켜 코팅 용액과 필름을 밀착시키는 단계; 자외선을 조사하여 코팅 용액을 경화시켜 도막을 형성하는 단계; 및 제거 수단을 이용하여 필름을 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제2실시형태에 따른 도장강판의 표면외관 개선방법은 강판 위에 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅하는 단계; 부착 수단을 이용하여 코팅 용액 위에 필름을 부착하는 단계; 압착 수단을 이용하여 필름을 압착시켜 코팅 용액과 필름을 밀착시키는 단계; 및 자외선을 조사하여 코팅 용액을 경화시켜 도막을 형성하는 단계를 포함하며, 필름 제거하지 않고 보호필름으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 표면외관의 개선은 도장강판의 도막 표면에 발생하는 오렌지 필 및 줄무늬의 제거, 그리고 선영성을 개선을 포함한다. 선영성은 도장 후 도막의 평활성과 광택의 양자를 총칭하는 것으로, 선영성 측정장치를 이용하여 도막의 평활성 및 광택의 정도를 등급으로 매겨 수치화할 수도 있다.

본 발명에서 코팅 수단, 필름 부착 수단, 필름 압착 수단, 필름 제거 수단은 각각 코팅 롤, 필름 부착 롤, 필름 압착 롤, 필름 제거 롤인 것이 바람직하다.

본 발명에서 필름은 자외선 경화 시에 자외선이 투과될 수 있도록 투명필름인 것이 바람직하다. 본 발명에서 투명이란 광 투과율이 적어도 70% 이상, 바람직하게는 90% 이상인 것을 말한다.

본 발명에서 필름의 두께는 경제성 및 가공성 등을 고려하여 1 내지 150 ㎛인 것이 바람직하다.

본 발명에서 필름으로는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터, 폴리에틸렌(PE)과 같은 폴리올레핀 필름 등을 사용할 수 있다.

본 발명에서 필름 압착 수단은 코팅면과 필름층간의 정확한 부착을 위하여 고무 롤로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 도장강판의 도막 표면에 발생하는 오렌지 필 및 줄무늬를 제거하고 선영성을 개선할 수 있다.

본 발명에 따른 오렌지 필 제거 시스템은 일반 롤 코팅보다 미려한 표면을 제공한다. 또한, 비접촉식 코팅 방식인 커튼코팅이나 슬롯코팅 방식은 10 마이크로미터 이상의 후막에만 적용되었던 반면에, 본 발명에 따른 방식은 10 마이크로미터 미만의 박막에서도 고선영 고광택의 표면 도막을 형성하는데 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 필름 제거 방식의 오렌지 필 제거 시스템을 개략적으로 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 제2실시형태에 따라 도 1의 시스템에서 필름을 제거하지 않고 보호필름으로 사용하는 시스템을 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 오렌지 필이 제거되는 과정을 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명에 따라 필름 부착시의 오렌지 필 제거를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명 및 종래방식에 따른 도장강판 표면외관 품질을 비교한 사진이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 필름 제거 방식의 오렌지 필 제거 시스템을 개략적으로 도식화한 것으로, 밀착된 투명필름을 경화 후에 바로 제거하여 도장강판 제품만 코일로 만드는 시스템을 도식화한 것이다.

본 발명에서 코팅 시스템은 컨베이어 등을 이용하여 각 공정이 연속적으로 수행되는 연속 코팅 시스템일 수 있으며, 코팅될 철강 소재의 이동속도인 라인 속도(line speed)는 30 내지 140 mpm(meter per minute)일 수 있다.

도 1의 코팅 시스템은 코터 팬(10), 코팅 롤(20, 21), 필름 부착 롤(30), 필름 압착 롤(40, 41), 자외선 경화기(50) 및 필름 제거 롤(60, 61, 62)을 구비한다.

코터 팬(10)은 자외선 경화형 코팅액을 수용하는 역할을 하며, 바람직하게는 30 내지 60℃의 항온 코터 팬 시스템을 적용함으로써, 고점도 코팅 용액의 점도 강하 효과를 얻을 수 있고, 코팅용액의 안정적인 점도 유지가 가능하다.

코팅 롤(20, 21)은 적어도 2개 이상의 롤로 구성되며, 통상적으로는 픽업 롤 및 도포 롤로 구성되는 2롤 타입이나, 픽업 롤, 전이 롤, 도포 롤의 3롤 타입이 적용된다.

필름 부착 롤(30)은 코팅 롤(20, 21) 하류에 설치되어 코팅 용액(2) 위에 필름(3)을 부착하는 역할을 하며, 금속이나 고무 등으로 이루어질 수 있다.

필름 압착 롤(40, 41)은 필름 부착 롤(30)과 연결되어 코팅 용액(2)과 필름(3)을 밀착시키는 역할을 하며, 금속 등으로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 고무 롤로 이루어진다.

자외선 경화기(50)는 필름 압착 롤(40, 41) 하류에 설치되고 자외선 램프를 구비하여 자외선을 조사시킴으로써, 코팅 용액(2)을 경화시켜 도막(2a)을 형성시키는 역할을 한다. 자외선은 파장이 10 내지 400 nm인 전자기파의 총칭이다.

자외선 경화기(50)는 도면에 도시되지는 않았지만, 자외선 램프, 공기 유입구, 공기 배출구, 질소 유입구 등으로 구성된다.

자외선 경화기(50)는 복수의 행과 열로 배열되는 다수의 자외선 램프를 구비할 수 있으며, 예를 들어 5열의 무전극 타입 자외선 램프를 구비할 수 있다.

자외선 램프는 자외선을 조사하는 램프로서, 무전극 타입의 램프를 사용할 수 있다. 무전극 램프는 외부로부터의 전압이나 전류 인가용 전극이 없는 램프로서, 고효율, 고연색성의 특성을 가지고 있으며, 특히 일반 전구와는 달리 내부에 필라멘트가 없어 수명이 반영구적이다.

공기 유입구는 자외선 경화기(50) 설비를 냉각시키기 위해 공기가 유입되는 곳이고, 공기 배출구는 오염 물질을 방출하고 뜨거운 공기를 제거하는 역할을 하며, 질소 유입구는 질소 공급에 의한 산소 차단 장치로서, 이와 같은 질소 퍼지 시스템을 구축하여 산소 농도를 제어할 수 있다.

필름 제거 롤(60, 61, 62)은 자외선 경화기(50) 하류에 설치되어 도막(2a) 형성 후 필름(3)을 제거하는 역할을 하며, 금속이나 고무 등으로 이루어질 수 있다.

도 1의 코팅 시스템을 이용한 도장강판의 표면외관 개선방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 강판(1) 위에 자외선 경화형 코팅 용액(2)을 코팅한다. 구체적으로는 코터 팬(coater pan)(10)에 담긴 자외선 경화형 코팅용액(2)을 코팅 롤(20, 21)에 묻힌 후 강판(1) 위에 코팅한다.

피코팅재인 강판(1)으로는 전기아연도금강판(EG: Electro Galvanized Steel), 용융아연도금강판(GI: Galvanized Steel), 스테인리스 강판(STS: Stainless Steel) 등을 사용할 수 있으며, 철강 소재의 두께는 0.3 내지 3.0 mmT가 적당하다.

자외선 경화형 코팅 용액(2)은 도막 형성 주요소가 되는 중합성 이중결합을 가진 올리고머, 반응성 희석제 및 광중합 개시제를 포함하며, 경우에 따라 도막 형성 조요소가 되는 개질제, 첨가제 및 안료 등을 포함한다.

올리고머로는 에폭시계, 우레탄계, 폴리에스터계, 아크릴계 등을 사용할 수 있고, 반응성 희석제로는 단관능 모노머, 이관능 모노머, 다관능 모노머 등을 사용할 수 있으며, 광중합 개시제로는 아세토페논계, 벤지온 에스터계, 벤질 케톤계, 케톤계 등을 사용할 수 있다.

다음, 부착 롤(30)을 이용하여 코팅 용액(2) 위에 필름(3)을 부착한다.

필름(3)으로는 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터, 폴리에틸렌(PE)과 같은 폴리올레핀 필름 등을 사용할 수 있으며, 이들에 제한되는 것은 아니다.

특히, 자외선 경화기(50)를 통과하는 필름(3)은 반드시 자외선이 투과될 수 있도록, 광 투과율이 적어도 70% 이상, 바람직하게는 90% 이상인 투명한 필름이어야 한다.

필름(3)의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 통상적으로 150 ㎛ 이하의 필름을 적용하는 것이 경제성 측면 및 가공성 측면에서 유리하다.

다음, 압착 롤(40, 41)을 이용하여 필름(3)을 압착시켜 코팅 용액(2)과 필름(3)을 밀착시킨다.

압착 롤(40, 41)은 코팅면과 필름층간의 정확한 부착을 위하여 고무 롤로 이루어진 것이 바람직하다.

다음, 자외선을 조사하여 코팅 용액을 경화시켜 도막(2a)을 형성한다. 자외선 경화기(50)를 통과하면서 코팅용액층(2)은 고체상의 도막(2a)으로 경화가 이루어진다.

마지막으로, 도막(2a)의 경화 후 제거 롤(60, 61, 62)을 이용하여 형성된 도막(2a)에서 최종적으로 필름(3)을 제거한다.

도 1의 시스템은 투명필름(3)을 통해 자외선이 투과되기 때문에 코팅용액(2)을 경화시키는 데는 문제가 없고, 코팅용액(2)의 불균일함은 투명필름(3)으로 코팅용액(2)을 눌러줌으로써 해소될 수 있으며, 이에 따라 표면외관은 거울면의 평활성을 가지게 된다. 그리고 경화 후 완성된 도막(2a)과 필름(3)의 분리는 쉽게 이루어지는 장점을 가지고 있다.

도 2는 본 발명의 제2실시형태에 따라 도 1의 시스템에서 필름을 제거하지 않고 보호필름으로 사용하는 시스템을 도식화한 것이다.

도 2에서는 도 1과 동일한 시스템을 가지나, 균일한 도막 형성을 위해 사용한 필름(3)을 제거하지 않고, 그대로 코일로 감아서 균일한 도막 형성용 필름(3)이 도막(2a)에 대한 보호필름의 역할을 할 수 있게끔 한 시스템이다.

도 2에서는 도 1에서와 같이 자외선 경화기(50)를 통과하는 시점까지는 동일하다. 도 1에서는 자외선 경화기(50)를 통과하자 마자 필름(3)을 제거하였으나, 도 2에서는 필름(3)을 제거하지 않고 필름(3)이 붙어 있는 상태로 제품을 구성하는 것이 차별화된다. 이때 부착된 필름(3)은 도막(2a)의 평활성 유지 역할 및 경화 후 제품에 대한 보호필름으로서의 역할을 함께 한다.

도 3은 본 발명에 따라 오렌지 필이 제거되는 과정을 도식화한 것이다.

2롤 또는 3롤로 구성되는 코팅 롤(20, 21)을 이용하여 강판(1) 위에 자외선 경화형 코팅용액(2)을 코팅하면, 코팅용액(2)의 특성상 흐름성이 취약한 코팅면에는 오렌지 필(2b)이 발생한다.

이러한 오렌지 필(2b)을 제거하기 위해, 코팅된 코팅용액(2) 위에 폴리에스터 필름이나 폴리에틸렌 필름 등의 투명한 필름(3)을 부착한 후, 코팅면과 필름(3)간의 정확한 부착을 위하여 고무롤로 구성된 압축롤(40, 41)을 이용하여 밀착시킨다. 이렇게 압착 롤(40, 41)의 압력에 의해 필름(3)과 코팅용액층(2)을 밀착시킴으로써, 오렌지 필(2b)이 제거되고 평활한 표면이 얻어진다.

코팅용액(2)과 필름(3)은 밀착된 상태로 자외선 경화기(50)를 통과하게 되고, 자외선 조사에 의해 코팅용액(2)을 경화시켜 도막(2a)을 형성한다.

자외선 경화기(50)를 통과한 후 필름(3)을 제거함으로써, 강판(1) 위에 도막(2a)이 형성된 정상적인 제품이 구성된다.

도 4는 본 발명에 따라 필름 부착시의 오렌지 필 제거를 개략적으로 도시한 것이다.

강판(1) 위에 코팅된 직후, 자외선 경화형 코팅용액(2)의 표면에는 오렌지 필(2b)이 형성되는데, 코팅용액(2) 위에 필름(3)을 부착한 후, 압축롤(40, 41)에 통과시키면, 오렌지 필(2b)이 압착 롤(40, 41) 진입 직전부터 제거되기 시작하고, 압착 롤(40, 41)을 통과하면서 필름(3)과 코팅용액층(2)의 밀착에 의해 오렌지 필(2b)이 완전히 제거되면서 평활한 표면이 얻어짐을 확인할 수 있다.

[실시예 1]

코터 팬에 수용된 우레탄 아크릴레이트계 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅 롤에 묻힌 후, 두께는 1 mm의 아연도금강판 위에 코팅 용액을 코팅한 다음, 부착 롤을 이용하여 코팅 용액 위에 두께 100 ㎛, 광투과율 95%의 폴리에틸렌 투명필름을 부착한 후, 고무 롤로 이루어진 압착 롤을 이용하여 필름을 압착시켜 코팅 용액과 필름을 밀착시킨 다음, 자외선 경화기를 통과시켜 코팅 용액을 경화시킴으로써 도막을 형성한 후, 제거 롤을 이용하여 필름을 제거하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하되, 자외선 경화 후에 필름을 제거하지 않고 보호필름으로 사용하였다.

[비교예]

두께는 1 mm의 아연도금강판 위에 우레탄 아크릴레이트계 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅한 후, 자외선 경화기를 통과시켜 코팅 용액을 경화시킴으로써 도막을 형성하였다.

[시험예]

실시예 및 비교예에 따라 형성된 제품에 대하여 표면외관 품질을 시험하였으며, 그 결과는 표 1, 도 5 및 도 6과 같다. 오렌지 필, 롤마크(줄무늬) 및 선영성은 육안으로 관찰한 후 평가하였다.

	실시예 1	실시예 2	비교예
오렌지 필	양호	양호	불량(다수 발생)
롤마크(줄무늬)	양호	양호	보통(발생)
선영성	우수	우수	표면 흐림

도 5 및 도 6은 본 발명 및 종래방식에 따른 도장강판 표면외관 품질을 비교한 사진으로, 왼쪽의 사진은 실시예 제품이고, 가운데(도 5) 및 오른쪽 사진은 비교예 제품이다.

표 1 및 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 제품의 경우 오렌지 필과 롤마크가 제거되어 평활하고 또렷한 표면외관을 나타내었으나, 비교예 제품의 경우 오렌지 필과 롤마크가 다수 발생하여 표면외관이 현저히 저하되었다.

또한, 표 1 및 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 제품의 경우 선영성이 우수하여 선명한 표면외관을 나타내었으나, 비교예 제품의 경우 선영성이 떨어져서 표면이 흐리게 보였다.

1: 강판
2: 코팅 용액
2a: 도막
2b: 오렌지 필
3: 필름
10: 코터 팬
20, 21: 코팅 롤
30: 필름 부착 롤
40, 41: 필름 압착 롤
50: 자외선 경화기
60, 61, 62: 필름 제거 롤

Claims (11)

1. 강판 위에 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅하는 코팅 수단;
   상기 코팅 수단 하류에 설치되고, 상기 코팅 용액 위에 필름을 부착하는 필름 부착 수단;
   상기 필름을 압착시켜 상기 코팅 용액과 상기 필름을 밀착시키는 필름 압착 수단;
   상기 필름 압착 수단 하류에 설치되고, 자외선을 조사하여 상기 코팅 용액을 경화시켜 도막을 형성하는 자외선 경화기; 및
   상기 자외선 경화기 하류에 설치되고, 상기 필름을 제거하는 필름 제거 수단을 포함하는 도장강판의 코팅 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 코팅 수단, 필름 부착 수단 및 필름 압착 수단은 각각 코팅 롤, 필름 부착 롤 및 필름 압착 롤인 것을 특징으로 하는 도장강판의 코팅 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 필름 제거 수단은 필름 제거 롤인 것을 특징으로 하는 도장강판의 코팅 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 필름은 투명필름인 것을 특징으로 하는 도장강판의 코팅 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 필름의 두께는 1 내지 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 도장강판의 코팅 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 필름은 폴리에스터 또는 폴리올레핀 필름인 것을 특징으로 하는 도장강판의 코팅 시스템.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 필름 압착 수단은 고무 롤인 것을 특징으로 하는 도장강판의 코팅 시스템.
   
9. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 도장강판의 코팅 시스템을 이용하고,
   강판 위에 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅하는 단계;
   상기 코팅 용액 위에 필름을 부착하는 단계;
   상기 필름을 압착시켜 상기 코팅 용액과 상기 필름을 밀착시키는 단계; 및
   자외선을 조사하여 상기 코팅 용액을 경화시켜 도막을 형성하는 단계를 포함하는 도장강판의 표면외관 개선방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 자외선 경화 단계 이후 상기 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 도장강판의 표면외관 개선방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 자외선 경화 단계 이후 상기 필름을 제거하지 않고 보호필름으로 사용하는 것을 특징으로 하는 도장강판의 표면외관 개선방법.

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