KR101221839B1 - 아연도금 강판 표면처리 조성물 및 이를 이용한 표면처리 방법 - Google Patents

아연도금 강판 표면처리 조성물 및 이를 이용한 표면처리 방법 Download PDF

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Abstract

아연도금 강판용 표면처리 조성물은 수분산 폴리올레핀 수지, 실리콘(Si) 변성 수분산 폴리올레핀 수지, 수분산 폴리우레탄 수지, 수분산 아크릭 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 주제 수지와 멜라민계 경화제가 10:1-5중량비로 배합된 혼합 수지 10 내지 60중량%; 방열안료 5 내지 20중량%; 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸, 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기 금속졸 3 내지 20중량%; 유기금속 착화합물 2 내지 10중량%; 방청제 1 내지 5중량% 및 여분의 물을 포함하는 조성을 갖는다. 아연도금 공정이 수행된 강판의 표면에 광택성, 방열성, 내식성 내 흑변성 및 밀착성이 향상된 코팅 박막을 형성할 수 있다.

Description

아연도금 강판 표면처리 조성물 및 이를 이용한 표면처리 방법{Surface Treating Composition and Surface Treating Method Using The Same}
본 발명은 아연도금 강판 표면처리 조성물 및 이를 이용한 표면처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방열성이 우수한 아연도금 강판을 확보하기 위한 표면처리 조성물 및 이를 이용한 아연도금 강판의 표면처리 방법에 관한 것이다.
근 전자기기의 고성능화, 소형화 및 고기능화에 따라 전자부품 회로 의 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 사용함으로써 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 형성하므로 써 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 해야 하므로 제조비가 증가하며, 전기적 저항이 증가하는 문제가 있다. 전자기기로부터 발생하는 전자기파를 방지하기 위해서는 정전기 어스(earth)성이 필요하므로 강판표면의 양호한 전기 전도성을 필요로 한다.
또한, 최근에 표면전기전도성과 전자기파 차폐성을 가진 강판을 제조하기 위해 강판 표면처리 조성물에 Ni, Cu 와 같은 고가의 금속 분말을 첨가하여 사용하는 방법이 이용된다. 그러나, 이러한 기술은 제조비용이 높고 프레스 가공시 스트레치가 발생하는 단점이 있다. 또한, 최근에 Zn-Ni 강판표면을 흑화 처리를 한 다음에 수지 조성물로 코팅한 방열성 강판이 제시되어 있으나, 미려한 표면을 얻기가 쉽지 않고 내식성 및 우수한 표면 전도성을 얻는데 한계가 있다.
또한 아연도금 강판에 방열성을 부여하기 위해 수지 조성물 10-60중량부, 카본 블랙 및 카본 나노튜브로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종의 안료 1~10중량부 및 소광제 1~10 중량부 및 용매를 포함하는 방열수지 조성물에 대한 기술이 대한민국 등록특허 제10-0804934호에서 개시되었다. 상술한 특허의 PCM강판 system으로 약 150 내지 280℃의 고온에서 건조공정을 수행하고, 방열 도막을 형성하기 위해 형성하기 위해 사용되는 표면처리 조성물의 사용량이 5000~20000mg/㎡ 조건을 갖는다. 또한, 실질적으로 강판에 방열성능만을 부여할 뿐 아연도금 강판의 표면처리 조성물에서 요구되는 내지문성, 내용제성, 백색도(L값), 내 스크레치성을 갖는 도막의 형성에 한계를 갖는다.
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본 발명의 목적은 이러한 문제점을 극복하기 위해 착안된 것으로 아연도금 강판의 표면처리 공정시 적용되어 상기 아연도금 강판의 광택성, 방열성, 내식성 내 흑변성 및 내 스크레치성을 모두 확보할 수 있는 코팅박막을 형성하기 위한 아연도금 강판용 표면처리 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 문제점을 극복하기 위해 착안된 것으로 상술한 표면처리 조성물을 이용한 도막량이 1600mg/㎡ 이하임에도 불구하고 아연도금 강판의 광택성, 방열성, 내식성 내흑변성 및 밀착성이 향상된 코팅박막을 형성하기 위한 표면처리 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아연도금 강판용 표면처리 조성물은 수분산 폴리올레핀 수지, 실리콘(Si) 변성 수분산 폴리올레핀 수지, 수분산 폴리우레탄 수지, 수분산 아크릭 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 주제 수지와 멜라민계 경화제가 10:1-5중량비로 배합된 혼합 수지 10 내지 60중량%; 방열안료 5 내지 20중량%; 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸, 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기 금속졸 3 내지 20중량%; 유기금속 착화합물 2 내지 10중량%; 방청제 1 내지 5중량% 및 여분의 물을 포함하는 조성을 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 방열 안료는 2 내지 10㎛의 평균 입자 크기를 갖는 카본 블랙, 그라파이트, 카본 나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유기 금속 착화물은 실란계 커플링제, 티타늄계 커플링제 및 지르코늄계 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 실란계 커플링제로는 비닐 트리에톡시 실란, 3-글리실옥시프로필 트리메톡시실란, 3-글리실옥시프로필 트리에톡시실란, 3-글리실옥시프로필메틸 디메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시 실란, 3-아미노프로필 트리메톡시 실란, 3-아미노프로필 트리에톡시 실란 및 이들의 혼합물등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 티타늄계 커플링제로는 티타늄 아세틸 아세토네이트, 이소-부톡시 티타늄 에틸 아세토 아세테이트, 테트라 이소프로필 티타네이트, 테트라 노말 부틸 티타네이트로등을 포함할 수 있다. 지르코늄계 커플링제로는 테트라 노말-프로필 지르코네이트, 테트라 노말-부틸 지르코네이트, 트리에탄올 아민 지르코네이트, 헥사플루오로 지르코네이트 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 무기 금속졸의 금속 입자는 5 내지 30㎚의 사이즈를 갖는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 방청제는 인산계 방청제, 알루미늄염계 방청제, 몰리브덴염계 방청제, 불소계 방청제, 바나듐염계 방청제, 세륨염계 방청제 및 셀레늄염계 방청제 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 도금아연강판의 표면처리 방법에 있어서, 표면처리 조성물을 아연도금 강판의 표면에 코팅하는 단계 및 상기 아연도금 강판에 코팅된 표면처리 조성물을 건조시켜 코팅 박막을 형성하는 단계를 수행하되, 상기 표면처리 조성물은 상기 표면처리 조성물은 수분산 폴리올레핀 수지, 실리콘(Si) 변성 수분산 폴리올레핀 수지, 수분산 폴리우레탄 수지, 수분산 아크릭 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 주제 수지와 멜라민계 경화제가 10:1-5중량비로 배합된 혼합 수지 10 내지 60중량%; 방열안료 5 내지 20중량%; 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸, 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기 금속졸 3 내지 20중량%; 유기금속 착화합물 2 내지 10중량% 방청제 1 내지 5중량% 및 여분의 물을 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 표면처리 조성물을 상기 전기아연도금 강판의 표면에 500 내지 1600mg/㎡의 도막량으로 코팅할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 표면처리 조성물은 알코올계 또는 글리콜계 유기용매 1 내지 10 중량%를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 아연도금 강판용 표면처리 조성물은 아연도금 공정이 수행된 강판의 표면에 광택성, 방열성, 내식성 내 흑변성 및 밀착성이 향상된 코팅 박막을 형성하기 위한 표면처리 조성물이다.
상기 표면처리 조성물은 약 1600mg/㎡이하의 도막량으로 상기 아연도금 강판에 도장되어 상대적으로 얇은 코팅박막을 형성함에도 불구하고 기존의 사용된 표면처리 조성물로 형성된 코팅박막에 비해 우수한 방열성, 내식성. 내지문성, 백색도, 내용제성 및 내스크레치성 등이 우수한 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 표면처리 조성물을 이용한 표면처리 방법은 상기 아연도금 강판에 상술한 효과를 부여할 뿐 아니라 아연도금 강판에 우수한 광택성이 유지될 수 있도록 하여 별도의 광택성을 부여하는 도장 공정이 요구되지 않는 장점을 갖는다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 아연도금 강판용 표면처리 조성물 및 이를 이용한 표면처리 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 아연도금 강판용 표면처리 조성물을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아연도금 강판용의 표면처리 조성물은 주제 수지와 경화제 혼합된 혼합 수지, 방열안료, 무기 금속졸, 유기금속 착화합물, 방청제 및 물을 포함하는 조성을 가질 수 있다.
상술한 조성을 갖는 아연도금 강판용 표면처리 조성물은 아연도금 강판의 표면에 코팅되어 상기 아연도금 강판의 방열성, 내식성, 내용제성, 내스크레치성 및 광택성 등의 특성을 모두 확보하기 위한 코팅박막을 형성하는 동시에 형성되는 코팅 박막의 밀착성을 증가시킬 수 있는 다 기능성 표면처리 조성물이라 할 수 있다.
본 실시예에 따른 아연도금 강판의 표면처리 조성물에 적용되는 혼합 수지는 적어도 한 종류의 주제 수지와 경화제가 10: 1 내지 5중량비로 배합된 수지가 사용될 수 있다.
상기 주제 수지의 예로서는 수분산 폴리올레핀 수지, 실리콘(Si) 변성 수분산 폴리올레핀 수지, 수분산 폴리우레탄 수지, 수분산 아크릭 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지 등의 수지 등을 들 수 있다. 상기 주상기 혼합수지에 사용된 경화제로 멜라민계, 카보디이미드계, 블록이소시아네이트계, 아지리딘계, 옥사졸린계, 포스페이트계로 구성되는 그룹으로 최소 일종 이상의 경화제가 사용될 수 있다. 상기 멜라민 경화제는 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 아연도금 강판용 표면처리 조성물에서 주제 수지와 경화제는 주제 수지: 멜라민계 경화제가 10: 1 내지 5, 바람직하게는 10:2 내지 4중량비로 배합된 혼합 수지로서 본 발명의 표면처리 조성물 100중량%에 대해 10 내지60중량%가 사용될 수 있다. 주제 수지와 멜라민계 경화제의 배합비가 10:1-5중량비를 벗어나면, 치밀한 코팅박막이 형성되지 않아 형성되는 코팅박막의 물성이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 주제수지와 멜라민계 경화제가 혼합된 혼합수지의 함량이 10중량% 미만이면, 코팅박막이 형성된 아연도금 강판의 내식성, 가공성의 향상효과가 좋지 않고, 그 함량이 60중량%를 초과하면 수지의 함량이 너무 높아 점도가 높아져 코팅박막의 물성이 저하되는 동시에 표면 전도성이 저하되는 문제점이 발생하여 바람직하지 않다. 따라서, 상기 혼합 수지는 아연도금 강판용 표면처리 조성물 전체 중량의 10 내지 60중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 15 내지 50중량%로 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 아연도금 강판용 표면처리 조성물에 적용되는 방열안료의 예로서는 2 내지 10㎛의 평균 입자 크기를 갖는 카본 블랙, 그라파이트, 카본 나노튜브, 그래핀 등을 들 수 있다. 상기 안료는 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 일 예로서, 카본블랙 또는 카본나노튜브의 예로는 Colombia Chemicals사 CONDUCTEXㄾ 7055 Ultra, SigmaAldrich사 Multi-walled Carbon Nanotube 등을 사용할 수 있다. 상기 안료는 평균 입자직경이 2~10㎛ 인 것이 바람직하다. 평균 입자직경이 2㎛미만일 경우 안료의 분산이 용이하지 않고, 10㎛를 초과하면 점도가 상승하는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 실시예에서 적용되는 방열 안료는 2 내지 10㎛의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 아연도금 강판용 표면처리 조성물에 적용되는 방열 안료의 함량이 5중량% 미만일 경우 충분한 흡열 및/또는 방열특성을 확보하기 어려운 문제점이 있고, 그 함량이 20중량%를 초과하는 경우는 조성물의 점도가 높아지고 내용제성 및 도막 밀착성이 저하되는 문제점이 발생된다. 따라서, 상기 방열 안료는 아연도금 강판용 표면처리 조성물 전체 중량의 5 내지 20중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 8 내지 15중량%를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 아연도금 강판용 표면처리 조성물에 적용되는 무기 금속졸은 상기 아연도금 강판용 표면처리 조성물이 아연도금강판과의 밀착성을 향상시켜 내식성능을 향상시키는 성분으로서 상기 무기 금속졸 예로서는 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸, 지르코니아졸 등을 들 수 있다.
상기 무기 금속졸은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 무기성분은 입자 크기가 5 내지 30㎚인 것이 바람직하다. 입자 크기가 5㎚ 이하인 경우에는 내수성이 저하되는 문제가 있고, 30㎚를 초과하면 금속표면처리제의 부착량이 낮을 경우 금속 졸 사이의 공극이 형성되어 피막표면의 결함을 형성하므로 내식성이 저하하는 단점이 있다.
일 예로서, 상기 무기 금속졸 중에서 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 금속졸 함량이 3중량% 미만이면, 코팅박막이 형성된 아연도금 강판의 내식성, 가공성의 향상효과가 좋지 않고, 그 함량이 20중량%를 초과하면 표면처리 도막층의 광택성이 저하되는 동시에 내식성이 저하하는 문제점이 발생하여 바람직하지 않다. 따라서, 상기 무기 금속졸는 아연도금 강판용 표면처리 조성물 전체 중량의 3 내지 20중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 5 내지 15중량%로 포함하는 것이 보다 바람직하다
또한, 본 발명의 아연도금 강판용 표면처리 조성물에 적용되는 유기 금속 착화물은 표면처리용액 내 유기수지 성분과 무기금속졸과의 결합을 도모하여 내식성 및 소재 밀착성 등의 우수한 물성을 나타내는 유ㆍ무기 하이브리드 시스템을 형성하며, 또한 유기 금속 착화합물은 아연도금강판과의 축합반응 및 수소결합 형성에 의하여 아연도금 강판의 표면과 커플링되어 형성되는 코팅 박막의 밀착력을 향상시켜 강판의 내식성을 증대시키기 위해 사용된다. 상기 유기 금속 착화물 예로서는 실란계 커플링제, 티타늄계 커플링제 및 지르코늄계 커플링제 등을 들 수 있다. 상기 무기 금속졸은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 유기 금속 착화합물은 실란계 커플링제, 티타늄계 커플링제, 지르코늄계 커플링제 등을 포함할 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
일 예로서, 상기 유기 금속 착화합물 중에서 실란계 커플링제는 실리카를 포함하는 유기금속화합물로 비닐 트리에톡시 실란, 3-글리실옥시프로필 트리메톡시실란, 3-글리실옥시프로필 트리에톡시실란, 3-글리실옥시프로필메틸 디메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시 실란, 3-아미노프로필 트리메톡시 실란, 3-아미노프로필 트리에톡시 실란 등이 사용될 수 있다.
상기 티타늄계 커플링제는 티탄을 포함하는 유기금속화합물로 티타늄 아세틸 아세토네이트, 이소-부톡시 티타늄 에틸 아세토 아세테이트, 테트라 이소프로필 티타네이트,테트라 노말 부틸 티타네이트 등이 사용될 수 있다.
상기 지르코늄계 커플링제는 지르코늄을 포함하는 유기금속화합물로 테트라 노말-프로필 지르코네이트, 테트라 노말-부틸 지르코네이트, 트리에탄올 아민 지르코네이트 등이 사용될 수 있다.
상기 아연도금 강판의 표면처리 조성물에 적용되는 유기금속 착화합물은 표면처리 조성물 총량을 기준으로 할 때 그 사용량이 2.0 중량% 이하일 경우 바람직한 유ㆍ무기 하이브리드 시스템을 형성하지 못하여 물성이 저하되는 문제점을 갖기 때문에 바람직하지 못하고, 만약 이의 사용량이 10중량%를 초과할 경우 용액의 저장 중 안정성이 저하되는 문제점을 갖기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 아연도금 강판의 표면처리 조성물에 적용되는 유기금속 착화합물 2.0 내지 10중량% 범위로 사용되는 것이 바람직하고, 3.0 내지 8중량% 범위로 사용되는 것이 보다 바람직하다.
상기 아연도금 강판의 표면처리 조성물에 적용되는 방청제는 표면처리 조성물 총량을 기준으로 할 때 그 사용량이 1.0 중량% 이하일 경우 표면처리 조성물의 방청능력이 저하되는 문제점을 갖기 때문에 바람직하지 못하고, 만약 이의 사용량이 5중량%를 초과할 경우 표면처리 조성물의 저장 안정성이 저하되는 문제점을 갖기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 아연도금 강판의 표면처리 조성물에 적용되는 방청제는 1.0 내지 5중량% 범위로 사용되는 것이 바람직하고, 1.0 내지 3중량% 범위로 사용되는 것이 보다 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 방청제는 인산계 방청제, 알루미늄염계 방청제, 몰리브덴염계 방청제, 불소계 방청제, 바나듐염계 방청제, 세륨염계 방청제 및 셀레늄염계 방청제등이 사용될 수 있고, 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 실시예에 따른 아연도금 강판의 표면처리 조성물에 적용되는 물은 표면처리제 조성물을 구성하는 각 성분들의 농도를 설정하기 위한 용매로 사용되며, 100 중량%를 기준으로 상기 표면처리제에 적용되는 구성요소들을 제외한 그 여분이 사용되는 것이 바람직하다. 용매의 함량에 따라 아연도금 강판의 표면처리 조성물의 점도가 조절되며, 용매의 양은 특히, 한정하는 것은 아니며, 이 기술분야의 기술자는 통상적으로 사용되는 기술에 따라 그 함량도 적절히 조절할 수 있어 용매의 함량은 이로서 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 아연도금 강판의 표면처리 조성물은 주제와 경화제가 혼합된 혼합수지, 방열 안료, 무기 금속졸, 유기금속 착화물, 방청제, 유기용매 및 물을 포함하는 조성을 갖고 바람직하게는 혼합 수지 10 내지 60중량%, 방열안료 5 내지 20중량%, 무기 금속졸 3 내지 20중량%, 유기금속 착화합물 2 내지 10중량%, 방청제 1 내지 5중량%, 유기 용매 1 내지 10중량% 및 잔부 물을 포함하는 조성을 가질 수 있다. 본 실시예의 아연도금 강판용 표면처리 조성물에 적용되는 혼합수지, 방열 안료, 무기 금속졸, 유기 금속 착화물의 구체적인 설명은 본 발명의 상세한 설명에 개시되어 있어 중복을 피하기 위해 생략한다. 상기 유기 용매로 알코올계 또는 글리콜계 유기용매가 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시에에 따른 표면처리 조성물을 사용하여 아연도금 강판의 표면 처리하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 아연도금 강판에 본 발명에 따른 아연도금 강판용 표면처리 조성물을 약 500 내지 1600mg/㎡의 도막량으로 코팅한다. 본 실시예에서 적용되는 표면처리 조성물은 수분산 폴리올레핀 수지, 실리콘(Si) 변성된 수분산 폴리올레핀 수지, 수분산 우레탄 수지, 수용성 폴리에스테르 수지 및 수분산 아크릭 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 주제 수지와 멜라민계 경화제가 10:1-5중량비로 배합된 혼합 수지 10 내지 60중량%; 방열안료 5 내지 20중량%; 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸, 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기 금속졸 3 내지 20중량%; 유기금속 착화합물 2 내지 10중량%; 방청제 1 내지 5중량% 및 여분의 물을 포함하는 조성을 가질 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 위에서 상세히 설명하였기에 생략한다.
상기 아연도금 강판으로는 용융 아연도금 강판(GI, galvanizing steel), 합금화 용융 아연도금 강판(GA, galvannealed steel) 및 전기아연 도금강판(electrogalvanized steel)등이 사용될 수 있다.
상기 아연도금 강판에 도포되는 아연도금 강판용 표면처리 조성물의 도막량이 500mg/㎡ 미만일 경우 내식성과 방열성능이 저하되는 문제점이 있고, 그 도막량이 1600mg/㎡을 초과할 경우 강판의 전도성이 저하하는 문제점이 발생한다.
상기 표면처리 조성물은 강판의 일면 혹은 양면에 도포될 수 있다. 도포는 이로써 한정되는 것은 아니며, 어떠한 통상적인 방법으로 행할 수 있으며, 예를들어, 바-코터 혹은 롤 코우터 방법이 사용될 수 있다.
아연도금 강판에 아연도금 강판용 표면처리 조성물을 도포한 후, 도포된 아연도금 강판용 표면처리 조성물을 건조시킴으로서 아연도금 강판의 표면에 방열성 및 내지문성을 갖는 코팅박막이 형성된다. 건조는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 열풍가열방식 혹은 유도가열방식으로 행할 수 있다.
또한, 상기 아연도금 강판용 표면처리 조성물의 코팅 후, 저온 경화 가능한 것으로, 건조온도는 PMT(Peak metal temperature)온도로 100~180℃에서 건조하는 것이 바람직하다. 100℃ 미만에서는 도막의 가교가 충분히 이뤄지지 않아, 내식성, 내용제성, 내알칼리성, 및 내용제성이 불량하게 된다. 상기 방열 수지 조성물은 PMT 180℃에서 충분히 건조되므로 더 이상의 온도증가는 비경제적이며, 더 높은 240℃ 이상에서는 코팅 후 높은 열에 의하여 상기 금속표면처리 조성물로 구성된 필름에 열화로 인한 갈라짐이 발생하여 내식성, 밀착성 및 가공성이 불량하게 된다.
상기 본 발명에 의한 방열 수지 조성물 및 처리방법으로 처리된 강판은 일면 혹은 양면에 방열성 및 내지문 특성을 갖는 코팅 박막이 형성된다. 구체적으로는 상기 코팅 박막은 500~1600mg/㎡의 두께를 갖고, 바람직하게는 800~1400mg/㎡의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 아연도금 강판용 표면처리 조성물로 형성된 코팅 박막은 크롬이 함유되어 있지 않으며, 방열성, 가공성, 특히 내식성, 내용제성, 도막밀착성, 내스크레치성 및 광택이 우수한 것이다.
이하, 본 발명의 구체적이고 바람직한 평가실험들을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
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<평가실험 1>
실리콘(Si)변성 수분산 폴리올레핀수지 40 중량부; (b) 열전도성 및 방열성이 우수한 방열안료 30 중량부; (c) 실리카 졸 10 중량부(영일화성사 YGS-30); (d) 인산아연 방청제 5 중량부(Halox사 Halox 430); (e) 유기금속 착화합물 10 중량부(Dupont사 Tyzor TE); (f) 가교제 5 중량부(Cytec사 Cymel 325) 및 잔량의 물을 기본배합으로 하고, 표 1에 개시된 열전도성 및 열복사성이 우수한 방열안료의 종류와 사용량을 변화시켜 표면처리제를 제조하였다. 이후, 편면 아연 부착량이 각각 20g/㎡인 전기아연도금강판 (판두께 0.8mm)을 원판으로 하고, 그 표면에 기본조성에 표 1에 나타낸 것과 같이 열전도성 및 열복사성이 우수한 방열안료 종류(표 1의 A, B, C, D)의 함량비율을 변화시키면서 제조된 표면 처리제를 바-코터를 이용해서 건조 후 도막 두께가 1500mg/㎡ 되도록 코팅하고, PMT 150℃ 에서 건조하여 표면처리강판을 제조한 후 방열성 및 전기전도성을 평가하였다
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본 평가실험들에서 사용된 열전도성 및 열복사성이 우수한 물질의 제조업체와 종류는 다음과 같다. Carbon Black: Colombia Chemicals사 CONDUCTEXㄾ 7055 Ultra, 평균입자크기 42nm; Graphite: SigmaAldrich사 Platelet nanofibers, 99% carbon basis, 길이 0.5~5.0㎛, 지름 50~250nm; CNT: SigmaAldrich사 Multi-walled Carbon Nanotube, 길이 5~20㎛, 지름 20~50nm; Graphene: XG-Science사 M-5, 두께 5-8nm, 지름 20~50nm 제조된 시험편을 방열온도 평가장치를 이용하여 LED 모듈의 온도를 측정하여 열전도성 및 열복사성이 우수한 물질을 포함하지 않는 경우의 LED 모듈의 온도 대비 -5℃ 이상의 방열 효과가 나타나는 경우를 우수(○), -4 ~ -3℃의 방열 효과가 나타나는 경우를 양호(△), -2 ~ 0℃의 방열 효과가 나타나는 경우를 불량(X)으로 평가하였으며, Mitsubishi Chemical사의 Loresta GP (ESP Probe)를 이용하여 전기전도성을 측정하였으며, 표면저항이 0.1mΩ 이하를 양호(○), 0.1mΩ 이상을 불량(X)으로 평가하였다. 백색도는 색차계 (Gretagmacbeth ColorEyeㄾXTH)를 이용하여 L 값을 측정하여 L > 65을 우수(○), 65 > L > 60을 양호(△), L < 65를 불량(X)으로 평가하였다. 건조도막의 광택은 광택기(BYK-Gardner사 Micro-gloss meter)를 이용하여 측정하여 G > 20%을 우수(○), 20% < G < 10%를 양호(△), G < 10%을 불량(X)으로 평가하였다. 하기 표 1에서 C/B : Carbon Black ; GrP : Graphite ; CNT : Carbon Nanotube ; GrPhe : Graphene을 나타낸다.
[표 1]
Figure 112012099305003-pat00001
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<평가실험 2>
평가실험 1을 통하여 얻은 결과를 토대로 평가예 1-31의 조성에 해당하는 방열성, 백색도 및 광택성이 우수한 금속 표면처리 조성물을 기준으로 표 2에 개시된 바와과 같이 주수지의 종류와 멜라민 경화수지의 비율을 변화시키면서 내식성, 내알칼리성, 알칼리탈지 후 내식성 및 가공부 내식성이 우수한 금속 표면처리 조성물 제조하였다. 사용된 주수지와 경화수지의 특징은 다음과 같다. 주 수지는 수분산 폴리에스터 수지(DSM사 Uradil SZ255G3Z, NV:65%); 수분산 우레탄 수지(Alberdingk Boley사 Alerdink U 933, NV 30%); 수분산 폴리올레핀 수지; 실리콘(Si)변성 수분산 폴리올레핀수지; 수분산 아크릭 수지; 가교수지는 멜라민 수지(Cytec사 Cymel 325, NV:80%)
금속 표면처리 조성물의 기본 조성은 평가예에서 언급된 실시예들의 기본 배합에서 주 수지를 고형분 대비 동량으로 대체하였다. 편면 아연도금 부착량이 각각 20g/㎡이며 두께가 0.8mm인 전기아연도금강판의 표면에 바-코터를 이용하여 상기의 조성물의 건조도막 두께가 1500mg/㎡ 이 되도록 코팅하고 PMT 150℃의 조건으로 경화한 후 내식성, 내알칼리성, 알칼리탈지 후 내식성 및 가공성을 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 방열성은 평가실험 1에서와 동일하게 평가하였으며, 이하 각 특성에 대한 평가기준은 다음과 같다.
(1) 내식성 평가
Salt Spray Tester에서 5% 염수를 35℃에서 72시간 분무한 후 백청이 발생한 면적을 관찰하여 10% 이상의 백청이 발생하였을 경우 불량 (X), 5%이상 10%미만의 백청이 발생하였을 경우 양호(△), 5% 미만의 백청이 발생하였을 경우 우수(○)로 평가하였다.
(2) 내알칼리성 평가
Nihon Parkerizing사의 FC-L4460 탈지제 2%를 용해한 수용액을 온도 60℃로 유지한 후 표면처리된 강판을 2분간 침지 후 흐르는 물로 세척하고 건조한 후 탈지 전, 후의 색차 (△E)를 비교하였다. △E < 1.0 인 경우 우수(○), 1.0 < △E < 2.0인 경우 양호(△), △E > 2.0 인 경우 불량(X)으로 평가하였다.
(3) 알칼리 탈지 후 내식성 평가
Nihon Parkerizing사의 FC-L4460 탈지제 2%를 용해한 수용액을 온도 60℃로 유지한 후 표면처리된 강판을 2분간 침지 후 흐르는 물로 세척하고 건조한 후 Salt Spray Tester에서 5% 염수를 35℃에서 48시간 분무한 후 백청이 발생한 면적을 관찰하여 10% 이상의 백청이 발생하였을 경우 불량 (X), 10% 미만 5%이상의 백청이 발생하였을 경우 양호(△), 5% 미만의 백청이 발생하였을 경우 우수(○)로 평가하였다.
(4)가공성 평가
표면처리된 강판의 표면에 Cross cut guide를 이용하여, 날카로운 칼로 가로 세로의 격자 형태로 100개의 칸을 1mm 간격으로 긋고, 격자로 그어진 부분을 Erichsen tester를 이용하여 6mm 높이로 밀어 올리고, 밀어 올린 부위에 스카치테이프(Ichiban사 NB-1)를 부착한 후 떼어내어 떨어진 면의 상태를 관찰하여 평가하였다. 표면에서 떨어진 부분이 없는 경우 양호(○), 박리가 발생한 경우 불량(X)으로 평가하였다.
(5)내약품성 평가
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표면처리된 강판의 표면에 Ethyl alcohol을 적신거즈를 1kg하중으로 왕복 10회 Rubbing한 후 Rubbing전, 후의 색차가 2.0 이하인 경우 우수(○), 2.0 이상 3.0미만인 경우 양호(△), 3.0이상인 경우 불량(X)으로 평가하였다.
[표 2]
Figure 112012099305003-pat00002
▶ GrP : Graphite ; GrPhe : Graphene
<평가실험 3>
상기 평가예 2-2에서 사용한 표면처리용액 조성물을 편면 아연 부착량 20g/㎡으로 양면이 아연 도금된 전기아연도금 강판에 바-코터를 이용하여 건조도막 두께 및 경화온도를 변화시켜 방열내지문수지층을 형성하여 물성 평가를 수행한 실험 결과가 다음 표 3에 개시되어 있다.
[표 3]
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Figure 112012099305003-pat00003
상기 표 3에서 알 수 있듯이, 평가예 3-2, 평가예 3-3, 평가예 3-7, 평가예 3-8, 평가예 3-12, 평가예 3-13의 결과에서 수지 부착량 및 경화온도가 본 발명의 규정을 만족하는 방열내지문 강판은 우수한 방열성, 전기전도도, 내식성 및 가공성이 모두 우수함을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 평가 실험예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 500 mg/㎡ 내지 1600mg/㎡의 도막량으로 전기아연도금 강판에 코팅되고, 100 내지 180℃의 온도조건에서 건조되어도 광택성, 방열성, 내식성 내 흑변성 및 밀착성이 우수한 코팅 박막을 형성하는 전기아연도금 강판용 표면처리 조성물에 관한 것으로서,
    수분산 폴리올레핀 수지, 실리콘(Si) 변성 수분산 폴리올레핀 수지, 수분산 폴리우레탄 수지, 수분산 아크릭 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 주제 수지와 멜라민계 경화제가 10: 2 내지 4 중량비로 배합된 혼합 수지 15 내지 50중량%;
    2 내지 10㎛의 평균 입자 크기를 갖고, 그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀로 이루어진 군에서 선택된 적어도 둘을 포함하는 방열안료 8 내지 15중량%;
    5 내지 30㎚의 평균입자크기를 갖는 금속입자를 포함하며, 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸, 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기 금속졸 5 내지 15중량%;
    실란계 커플링제, 티타늄계 커플링제 및 지르코늄계 커플링제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함 유기금속 착화합물 3 내지 8중량%;
    방청제 1 내지 5중량%; 및
    여분의 물을 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 전기아연도금 강판용 표면처리 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 실란계 커플링제로는 비닐 트리에톡시 실란, 2-글리실 옥시 프로필 트리메톡시실란, 3-글리실 옥시프로필메틸 디메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시 실란, 4-아미노프로필 트리에톡시 실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 티타늄계 커플링제로는 티타늄 아세틸 아세토네이트, 이소-부톡시 티타늄 에틸 아세토 아세테이트, 테트라 이소프로필 티타네이트, 테트라 노말 부틸 티타네이트로 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 지르코늄계 커플링제로는 테트라 노말-프로필 지르코네이트, 테트라 노말-부틸 지르코네이트, 트리에탄올 아민 지르코네이트, 헥사플루오로 지르코네이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 알코올계 또는 글리콜계 유기용매를 1 내지 10 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강판의 표면처리 조성물.
  8. 삭제
  9. 표면처리 조성물을 아연도금 강판의 표면에 500 mg/㎡ 내지 1600mg/㎡의 도막량으로 코팅하는 단계; 및
    상기 아연도금 강판에 코팅된 표면처리 조성물을 100 내지 180℃의 온도에서 건조시켜 코팅 박막을 형성하는 단계를 수행하되,
    상기 표면처리 조성물은 수분산 폴리올레핀 수지, 실리콘(Si) 변성 수분산 폴리올레핀 수지, 수분산 폴리우레탄 수지, 수분산 아크릭 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 주제 수지와 멜라민계 경화제가 10: 2 내지 4 중량비로 배합된 혼합 수지 15 내지 50중량%; 2 내지 10㎛의 평균 입자 크기를 갖고, 그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀로 이루어진 군에서 선택된 적어도 둘을 포함하는 방열안료 8 내지 15중량%; 5 내지 30㎚의 평균입자크기를 갖는 금속입자를 포함하며, 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸, 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 무기 금속졸 5 내지 15중량%; 실란계 커플링제, 티타늄계 커플링제 및 지르코늄계 커플링제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함 유기금속 착화합물 3 내지 8중량%; 방청제 1 내지 5중량%; 및 여분의 물을 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 아연도금 강판의 표면처리 방법.
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