KR101233507B1 - 수용성 크롬프리 표면처리 조성물 및, 이를 이용한 아연도금강판의 제조방법 및 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판 - Google Patents

수용성 크롬프리 표면처리 조성물 및, 이를 이용한 아연도금강판의 제조방법 및 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수용성 크롬프리 표면처리 조성물 및, 이를 이용한 아연도금강판의 제조방법 및 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판에 관한 것이다. 본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, (A) 실리카 변성수지 40~60 중량%, (B) 가교제 1~3 중량%, (C) 내식제 5~15 중량%, (D) 카본나노튜브 1~10 중량%, (E) 알루미늄 페이스트 0.5~1 중량% , (F) 왁스 0.1~1 중량%, (G) 용매 잔량을 포함한다.
본 발명은 친환경 수성 타입으로 도막 두께가 얇으면서도 우수한 열전도성, 방열성, 내식성, 내화학성, 내흑변성, 윤활성을 확보하므로 환경 친화적인 제품을 제공할 수 있을 뿐 아니라 전자부품 소재로도 널리 이용할 수 있는 이점이 있다.

Description

수용성 크롬프리 표면처리 조성물 및, 이를 이용한 아연도금강판의 제조방법 및 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판{Cr-Free surface treatment compositions, and method for producing galvanized steel sheet using thereof, and galvanized steel sheet}
본 발명은 수용성 크롬프리 표면처리 조성물 및, 이를 이용한 아연도금강판의 제조방법 및 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전도성, 내지문성, 내화학성, 내식성, 가공성, 내흑변성, 방열성 등이 우수한 친환경 수용성 크롬프리 표면처리 조성물, 이를 이용한 아연도금강판의 제조방법 및 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판에 관한 것이다.
최근 IT산업의 급속한 발전으로 영상 가전의 고성능화, 경량화, 소형화가 이루어지면서 IT 기기 내부회로에서 발생하는 발열량은 증가하고 있다.
발열량 증가는 기기 내부온도를 상승시켜 반도체 소자의 오작동을 일으키고 부품의 수명저하를 초래한다. 또한, 열교환율이 떨어져 소비 전력 증가가 발생하고 열에 의한 LED용 아연도금강판 소자의 소재 뒤틀림 현상도 발생하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 상기 소재를 알루미늄, 스테인레스 스틸, 구리 등을 사용하고 있지만, 이들 금속은 높은 반사율로 인해 방열 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이를 보완하기 위하여 티타니아(Titania) 등 동일 적외선 파장에서 열방사율이 뛰어난 안료를 고분자 수지와 혼합하여 금속 표면 처리를 하는 방법을 적용하고 있으나, 이들은 도막이 충분히 두꺼워야 방열 효율을 확보할 수 있고, 이에 따른 제조비의 증가 및 전기 저항성 증가로 인한 EMI 차폐기능 부적합 등 실용화하는데 어려움이 있다.
또, 다른 대안으로 알루미늄 판재가 거론되고 있다. 하지만 알루미늄 판재는 가격이 높고 소재 확보 차원에서 생산량의 한계성이 있는 문제점이 있다.
또한 기존의 방열기능을 갖는 강판은 도막층의 두께가 3㎛ 이상으로 도포시에만 내지문 물성 및 방열성을 얻을 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 친환경 수성 타입으로, 도막 두께가 얇으면서도 투명한 외관, 내지문성, 내화학성, 내식성, 가공성, 윤활성, 내흑변성, 열전도성, 방열성 등의 물성을 확보할 수 있는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물 및, 이를 이용한 아연도금강판의 제조방법 및 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, (A) 실리카 변성수지 40~60 중량% (B) 가교제 1~3 중량% (C) 내식제 5~15 중량% (D) 카본나노튜브 1~10 중량% (E) 알루미늄 페이스트 0.5~1 중량% (F) 왁스 0.1~1 중량% (G) 용매 잔량을 포함한다.
상기 (A) 실리카 변성수지는 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합한 주제수지와, 실리카가 혼합된 것이고, 상기 주제수지와 실리카는 30:1 내지 30:5의 중량비로 혼합된다.
상기 주제수지는 분자량이 20,000~60,000이다.
상기 (B) 가교제는 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물 중 1종 이상을 포함한다.
상기 티타늄 화합물은 티타늄 킬레이트, 티타늄 아세틸아세토네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상이다.
상기 지르코늄 화합물은 지르코늄 킬레이트, 지르코늄 아세틸아세토네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상이다.
상기 (C) 내식제는 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상과, 제1인산암모늄, 제2인산암모늄, 제3인산암모늄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 혼합한 인산계 화합물이다.
상기 (D) 카본나노튜브는 음전하 및 양전하로 하전된 그룹으로부터 선택된 1종이고, 평균입경이 5~20nm이다.
상기 (E) 알루미늄 페이스트는 알루미늄 표면에 친수성 아크릴 계열의 유기 고분자로 표면 개질된 수용성 알루미늄이다.
상기 (F) 왁스는 폴리올레핀 왁스, 폴리에스테르 왁스 및 폴리에틸렌 왁스로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종이다.
상기 조성물은 상기 조성물 총 중량에 대하여 0.5~2 중량%의 실란 화합물을 더 포함한다.
상기 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종이다.
상기 수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 아연도금강판의 양면 또는 일면에 건조도막 두께가 0.5~1.5㎛가 되도록 코팅하는 단계와, 상기 코팅 후 상기 아연도금강판을 130~200℃로 소부 건조하는 단계를 포함한다.
상기 수용성 크롬프리 표면처리 조성물의 도막층이 아연도금강판의 양면 또는 일면에 형성되고, 상기 도막층은 건조도막 두께가 0.5~1.5㎛이다.
본 발명의 수용성 크롬프리 표면처리 조성물은 인체에 유해한 크롬을 함유하지 않는 친환경 친수성 타입으로 내식성, 내화학성, 내흑변성, 가공성, 방열성 등의 물성 확보 효과가 우수하다.
특히, 수용성 크롬프리 표면처리 조성물의 도막층을 갖는 강판은 건조 후의 도막 두께가 0.5~1.5㎛로 얇으면서도 우수한 열전도성, 방열성, 내식성, 내화학성, 내흑변성, 윤활성을 갖는다. 따라서, 고가의 알루미늄 판재를 대체하는 저가용 열전도성 강판으로 LED, TV, 모니터 등의 열원이 장착된 제품의 버젤플레이트(BEZEL PLATE) 및 전자부품 소재로 널리 이용할 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판의 바람직한 실시예를 보인 도.
이하, 본 발명에 의한 수용성 크롬프리 표면처리 조성물, 이를 이용한 아연도금강판의 제조방법 및 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 수용성 크롬프리 표면처리 조성물은 우수한 열전도성, 방열성, 내식성, 가공성, 윤활성, 내흑변성을 부여하며 크롬을 함유하지 않는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이다.
수용성 크롬프리 표면처리 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여 (A)실리카 변성수지 40~60 중량%, (B) 가교제 1~3 중량%, (C) 내식제 5~15 중량%, (D) 카본나노튜브 1~10 중량%, (E) 알루미늄 페이스트 0.5~1 중량%, (F) 왁스 0.1~1 중량%, (G) 용매 잔량을 포함한다.
(A) 실리카 변성수지는 내식성 향상을 위한 것이다.
실리카 변성수지는 주제수지와 실리카가 30:1 내지 30:5의 중량비로 혼합된 것이다. 주제수지와 실리카는 상기 중량비로 혼합되면, 코어-쉴(Core-Sheel) 유무기 하이브리드 방식으로 합성이 이루어져 수지입자 사이의 공극을 실리카가 메우는 치밀한 망상구조를 이루게 되어 내구성이 증가하고 도막의 물성이 향상된다.
또한, 다양한 폴리디아민 가교제를 사용하여 수지간의 내부 가교력을 증대시켜 도막의 경도 물성이 향상된다.
주제수지와 실리카의 중량비에서 실리카의 함량이 중요한데, 주제수지 30에 대한 실리카의 함량이 1 미만 또는 5 중량비를 초과하면 아연도금강판 기재 사용시 내식성의 향상 효과가 급격히 저하된다.
주제수지는 특별히 제한된 것은 아니나, 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합한 것이 사용될 수 있다.
주제수지는 분자량이 20,000~60,000인 것을 사용한다. 바람직하게는 폴리올레핀 수지의 경우 분자량이 20,000~25,000인 것을 사용하고, 폴리에스테르 수지와 폴리카보네이트 수지의 경우 분자량이 5,000~60,000인 것을 사용한다. 주제수지는 적정 분자량 미만이거나 초과하면 도막 물성 및 용액의 안정성이 저하된다.
실리카 변성수지는 조성물 총 중량에 대하여 40~60 중량%로 포함된다. 실리카 변성수지는 40 중량% 미만이면 내식성 향상 효과가 미비하고, 60 중량%를 초과하면 희석제인 용매의 함량이 낮아져 유동성이 낮아지게 되므로 균일한 도막층 형성이 어려울 수 있다.
(B) 가교제는 경화촉진 및 고내식성 확보를 위해 사용된다.
가교제는 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용된다.
티타늄 화합물은 티타늄 킬레이트, 티타늄 아세틸아세토네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 지르코늄 화합물은 지르코늄 킬레이트, 지르코늄 아세틸아세토네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
가교제는 조성물 총 중량에 대하여 1~3 중량%로 포함된다. 가교제는 1 중량% 미만이면 상술한 효과를 기대하기 어렵고, 3 중량%를 초과하면 가교 촉진 적정 사용량을 초과하여 더 이상의 물성개선 효과가 없고 용액 안정성이 저하된다.
(C) 내식제는 내식성 향상을 위한 것이다.
내식제는 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상과, 제1인산암모늄, 제2인산암모늄, 제3인산암모늄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 혼합한 인산계 화합물일 수 있다.
내식제는 조성물 총 중량에 대하여 5~15 중량%로 포함된다. 내식제는 5 중량% 미만이면 내식성 향상 효과가 미비하고 15 중량%를 초과하면 흑변이 증가하여 물성저하를 초래한다.
(D) 카본나노튜브는 열전도성 향상을 위한 것이다.
카본나노튜브는 열전도도가 높아 열 방출이 용이하며 고온에서도 잘 견딘다. 또한 전기전도도가 높으며, 다른 화합물과 반응을 잘 하지 않아 매우 안정적이다.
카본나노튜브는 음전하와 양전하로 하전된 것을 사용할 수 있다.
카본나노튜브는 평균입경이 5~20nm인 것을 사용하고, 분산은 기계적 분산이 아닌 강산(질산,황산)을 이용한 화학적 분산을 이용한다. 분산도와 열전도도 및 전기전도도는 비례하고, 분산도는 카본나노튜브의 길이와 카본나노튜브 표면에 붙어있는 음전하(COO-) 및 양전하(NH3 +)관능기수로 조절한다.
카본나노튜브의 양전하는 음전하상에서 1.6-헥산디아민, 1.2-시클로헥산디아민, 1.4-시클로헥산디아민으로 구성된 그룹 중 1종 이상을 이용하여 양전하화 시킬 수 있다. 카본나노튜브는 음전하 대비 양전하의 분산도와 열전도도가 높다.
카본나노튜브는 평균입경이 5nm미만이면 합성이 용이하지 않고, 20nm를 초과하면 분산도와 열전도도에 문제가 있다.
카본나노튜브는 조성물 총 중량에 대하여 1~10 중량%로 포함된다. 카본나노튜브는 1 중량% 미만이면 열전도성 향상 효과가 미비하고, 10 중량%를 초과하면 외관이 어두워지는 문제가 있다.
(E) 알루미늄 페이스트는 수용성으로 열전도도를 촉진시키기 위한 것이다. 알루미늄 페이스트는 알루미늄 표면에 친수성 아크릴 계열의 유기 고분자로 표면 개질된 수용성 알루미늄일 수 있다.
알루미늄 페이스트는 조성물 총 중량에 대하여 0.5~1 중량%로 포함된다. 알루미늄 페이스트는 0.5 중량% 미만이면 열전도도 개선효과가 미비하고, 1 중량%를 초과하면 외관 결함 문제가 있다.
(F) 왁스는 윤활성 부여를 위한 것이다.
왁스는 폴리올레핀 왁스, 폴리에스테르 왁스 및 폴리에틸렌 왁스로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종일 수 있다. 왁스는 적정 중량%로 배합시 윤활성, 가공성 향상 효과를 가진다.
왁스는 조성물 총 중량에 대하여 0.1~1 중량%로 포함된다. 왁스는 0.1 중량% 미만이면 윤활성, 가공성 향상 효과가 없고, 1 중량%를 초과하면 왁스 함량 증가에 따른 용액 안정성이 저하된다.
(G) 용매 잔량을 포함한다.
용매로는 물, 유기 용매 등을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 물을 사용한다. 물은 수지들을 희석시키기 위해 사용하는 것으로서, 탈이온수 또는 증류수를 의미한다.
한편, 본 발명의 수용성 크롬프리 표면처리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 0.5~2 중량%의 실란 화합물을 더 포함할 수 있다.
실란 화합물은 유기와 무기의 커플링 역할을 하여 내부 가교력을 증대시켜 도막을 견고하게 한다.
실란 화합물로는 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.
실란 화합물은 0.5 중량% 미만이면 가교력 증대 효과가 미비하고, 2 중량%를 초과하면 물과의 빠른 가수분해현상으로 인하여 도막의 결합이 깨지거나 수지의 응집현상을 초래하여 저장안정성이 저하된다.
이러한 본 발명의 수용성 크롬프리 표면처리 조성물은 아연도금강판의 제조에 이용될 수 있다.
수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 이용한 아연도금강판의 제조방법은, 상술한 조성을 갖는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 아연도금강판에 건조도막 두께가 0.5~1.5㎛가 되도록 코팅하는 단계와, 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판을 130~200℃로 소부 건조하는 단계를 포함한다. 그리고 건조 후에는 공냉 또는 수냉한다.
도막 부착량은 0.5㎛ 미만이면 가공성, 내식성, 방열성 등의 물성저하가 발생하고 1.5㎛를 초과하면 전기전도성이 열위해지며 도막 밀착성이 저하된다.
소부 건조 온도는 130℃ 미만이면 건조가 충분하지 않아 도막 형성에 의한 충분한 효과를 기대하기 어려워 내식성, 가공성, 내흑변성 등의 물성확보가 어렵고, 200℃를 초과하면 건조 후 냉각이 용이하지 않고 도막의 탄화 발생 및 도막성분 결합의 변형이 발생할 수 있다.
수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 아연도금강판의 표면에 코팅하는 방법은 샤워링에 의해 샤워시킨 후에 롤에서 처리제를 짜내는 방법, 표면처리 조성물에 침지시키는 방법, 전해처리법, 표면처리 조성물을 도포하는 방법 등이 사용될 수 있다.
소부 건조는 열풍 가열방식 또는 유도가열 및 근 적외선 방식을 사용할 수 있다.
제조된 아연도금강판은 양면 또는 일면에 수용성 크롬프리 표면처리 조성물의 도막층이 형성되고, 도막층은 건조 도막 두께가 0.5~1.5㎛이다. 아연도금강판의 일면에 수용성 크롬프리 표면처리 조성물의 도막층이 형성된 경우, 타면에는 유기계 또는 무기계 타입의 피막층을 형성할 수 있다.
도 1의 (a)는 아연도금강판의 양면에 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 경우이고, 도 1의 (b) 및 (c)는 아연도금강판의 일면에는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅되고 반대되는 타면에는 유기계 또는 무기계 타입의 피막층이 형성된 경우이다.
상술한 코팅구조를 갖는 아연도금강판은 열전도성, 내지문성, 내화학성, 가공성, 밀착성, 내식성, 내흑변성, 윤활성, 방열성이 우수하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 : 수용성 크롬프리 표면처리 조성물의 제조]
아래 표 1의 조성물을 고속교반기로 500rpm 속도로 1시간 교반하여 제조하였다. 주제수지로는 폴리올레핀과 폴리카보네이트 혼합수지를 사용하고, 가교제로 티타늄 킬레이트, 내식제로 3인산암모늄, 왁스로 폴리에틸렌 왁스, 실란 화합물로 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란을 사용하였다.
[ 제조예 : 수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 이용한 아연도금강판 제조]
편면 도금량이 20g/㎡로 양면에 아연도금된 아연도금강판(두께:0.8nm)을 도장 기재로 사용하였으며, 수용성 크롬프리 표면처리 조성물은 아연도금강판의 양면에 건조도막 두께 0.7~0.9㎛로 코팅하고, 건조 온도(PMT)를 160℃로 건조시켰다.
하기의 표 1에 기재된 성분과 함량을 혼합하여 수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 제조하였다.
실험 12는 수용성 아크릴 우레탄으로 구성된 자사 전기아연도금 내지문 강판이고, 실험 13은 아크릴로 구성된 A사 전기아연도금 내지문 강판이며, 실험 14는 아크릴 우레탄으로 구성된 B사의 전기아연도금 내지문 강판이고, 실험 15는 알루미늄 판재이다.(주제수지:실리카가 표 1의 비율로 혼합된 실리카 변성수지는 45 중량%를 사용하였다.)
(단위:중량%, 잔량:탈이온수)
구분 실리카
변성수지
(주제수지:실리카)		 가교제 내식제 카본
나노튜브
음전하		 카본
나노튜브
양전하		 알루미늄
페이스트		 왁스 실란
화합물		 건조도막 두께
(㎛)
실험1 30:1 1 10 1 - 0.5 1 - 0.9
실험2 30:2 1 10 1 - 0.5 1 - 0.9
실험3 30:3 1 10 1 - 0.5 1 - 0.9
실험4 30:5 1 10 1 - 0.5 1 - 0.9
실험5 30:1 1 10 2 - 0.5 1 - 0.9
실험6 30:1 1 10 9 - 0.5 1 - 0.9
실험7 30:1 1 10 10 - 0.5 1 - 0.9
실험8 30:1 1 10 - 2 0.5 1 0.6 0.9
실험9 30:1 1 10 - 2 1 1 0.6 0.9
실험10 30:1 1 10 - 2 1 1 0.4 0.9
실험11 30:1 1 10 - 2 1 1 2.1 0.9
실험12 아크릴-우레탄 1 10 - - - 1 - 1.3
실험13 아크릴 1 10 - - - 1 - 1.2
실험14 아크릴-우레탄 1 10 - - - 1 - 1.5
실험15 알루미늄 판재
실험16 30:1 1 1 1 - 1 1 - 0.9
실험17 30:1 1 4 1 - 1 1 - 0.9
실험18 30:1 1 16 1 - 1 1 - 0.9
실험19 30:0.5 0.5 10 1 - 1 1 - 0.9
실험20 30:6 3 10 1 - 1 1 - 0.9
실험21 30:1 4 10 1 - 1 1 - 0.9
하기의 표 2에 표 1의 수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 아연도금강판의 양면에 도포하고 건조하여 내지문 물성, 열전도성, 방열성 등의 물성평가 결과를 나타내었다.
구분 내식성 내화학성 내흑변성 가공성 백색도 열전도도
(K)		 열전도성
(△T,℃)		 방열성 액안정성 비고
실험1 ○ ○ △L:1.1 ○ L:74 65 -1 -0.5 ○ 발명예
실험2 ◎ ◎ △L:1.2 ○ L:74 65 -1 -0.5 ○ 발명예
실험3 ◎ ◎ △L:1.2 ○ L:74 65 -1 -0.5 ○ 발명예
실험4 ○ ○ △L:1.2 ○ L:74 65 -1 -0.5 ○ 발명예
실험5 ◎ ◎ △L:1.2 ○ L:72 68 -1 -0.5 ○ 발명예
실험6 ○ ○ △L:1.1 ○ L:71 68 -1 -0.5 ○ 발명예
실험7 ○ ○ △L:1.1 ○ L:70 68 -1 -0.5 ○ 발명예
실험8 ◎ ◎ △L:1.2 ○ L:72 70 -3 -1 ○ 발명예
실험9 ◎ ◎ △L:1.2 ○ L:72 72 -3 -1 ○ 발명예
실험10 ◎ ◎ △L:1.2 ○ L:72 72 -3 -1 ○ 발명예
실험11 ◎ ◎ △L:1.2 ○ L:72 72 -3 -1 × 비교예
실험12 ○ ○ △L:1.7 ○ L:78 58 0 0 ○ 비교예
실험13 ○ △ △L:1.8 ○ L:77 57 0 0 ○ 비교예
실험14 ○ × △L:1.9 ○ L:77 58 0 0 ○ 비교예
실험15 × × △L:1.3 - L:90 117 -6 1 ○ 비교예
실험16 △ ◎ △L:1.2 ○ L:74 65 -1 1 ○ 비교예
실험17 ○ ◎ △L:1.2 ○ L:74 65 -1 0.5 ○ 비교예
실험18 △ ◎ △L:1.8 ○ L:74 65 -1 0.5 ○ 비교예
실험19 △ △ △L:1.4 ○ L:74 65 -1 0.5 ○ 비교예
실험20 △ ◎ △L:1.2 ○ L:74 65 -1 0.5 ○ 비교예
실험21 ◎ ◎ △L:1.2 ○ L:74 65 -1 0.5 × 비교예
[물성 평가 방법 및 평가 기준]
1. 내식성
평판 내식성은 ASTM B117에 규정한 방법에 의해 염수분무 실험을 통하여 강판의 내식성을 측정하고, 평점은 5% 백청 발생까지의 시간으로 평가하였다.
[평가 기준]
우수(◎):144시간 후 백청 발생 면적 5% 미만
양호(○):120시간 후 백청 발생 면적 5% 미만
미흡(△):96~120시간 후 백청 발생 면적 5% 미만
불량(×):72~96시간 후 백청 발생 면적 5% 미만
2. 내화학성
내화학성은 L4460 강알카리 탈지제로 60℃ 2min 알카리후 평판 내식성은 ASTM B117에 규정한 방법에 의해 염수분무 실험을 통하여 강판의 내식성을 측정하고, 평점은 백청 발생 면적으로 평가하였다.
[평가 기준]
우수(◎):백청 발생 면적 5% 미만
양호(○):백청 발생 면적 5~10%
미흡(△):백청 발생 면적 10~20%
불량(×):백청 발생 면적 20% 이상
3. 내흑변성
상기 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판을 70×150nm 사이즈로 시편 제작 후 60℃, 95%의 항온항습조건에서 120hr 방치. 색차계를 이용하여 항온항습 처리 전 후 흑변값(△L)을 측정하여 비교하였다.
[평가 기준]
흑변값(△L)을 측정하여, 측정값이 작을수록 우수한 내흑변성을 나타낸다.
4. 가공성
상기 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판 표면에 6mm 에릭슨(Erichen) 및 OT-Bendign 가공 후 스카치 테이프로 도막을 박리시켰을 때 테이프에 박리되어 나오는 도막의 여부로 가공 밀착성을 평가하였다.
[평가 기준]
양호(○):박리 없음, 불량(×):박리
5. 백색도
상기 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판의 백색 정도를 표현하는 수치로 L값으로 표현한다.
[평가 기준]
외관의 투명한 정도를 판단하는데 요구되는 수치는 L=70 이상으로 정한다.
6. 열전도도
열전도도는 상기 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판 내의 각 점에서 단위 면적과 온도차이에 따른 시간당 흐르는 열량을 측정하고, 단위는 K(열전도도)=W(열량)/m(단위길이)·K(온도차이)이다. 측정은 레이져섬광법으로 측정하였고, 소재 밀도, 비열, 열확산 계수 값을 토대로 열전도도(K)를 계산하였다.
[평가 기준]
K값이 높을수록 열전도도가 높다.
7. 열전도성
LED온도의 감소량을 측정함으로써 열전도성을 측정하였다. 일정한 시간(예를 들어, 2시간) 동안 열원(LED)를 작동시킨 후, LED, 압출바, 소재의 온도 변화를 측정함으로써 실시한다. 측정 위치는 LED에 5EA, 압출바에 3EA, 강판에 12EA로서 총 20군데로 구성하였다.
[평가 기준]
LED 온도가 낮게 측정될수록 열전도성이 우수하다.
8. 방열성
방열성은 열 흡수 및 방출 능력 측정을 위해 방열성 측정 장치 내부에 일정한 열원을 유지시키면서 시간에 따른 내부 온도 변화를 측정함으로써 실시하였다.
[평가 기준]
내부온도가 낮게 측정될수록 방열성이 우수하다.
9. 액안정성
액안정성은 용액제조 후 항온조 50℃에서 용액의 응집현상 여부를 관찰하였다.
[평가 기준]
양호(○):응집현상 없음, 불량(X):응집현상 없음
표 1 및 표 2에 의하면, 실험1 내지 실험11의 수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 사용하여 아연도금강판에 0.5~1.5㎛ 도막 두께를 갖는 도막층을 형성하는 경우, 내식성, 내화학성, 내흑변성, 가공성, 열전도도, 방열성 등의 물성이 우수하다. 다만, 실험11의 경우 실란 화합물 함량 초과로 액안정성이 불량하였다.
실험1 내지 실험11은, 실험12 내지 실험14의 자사 전기아연도금 내지문 강판, A사 전기아연도금 내지문 강판, B사의 전기아연도금 내지문 강판에 대비하여 우수한 물성 특성을 갖고, 열전도도가 높으며, LED온도를 최대 -3℃정도 감소시킴에 따라 열전도성도 우수하다.
실험15는 LED TV의 버젤플레이트(BEZEL PLATE)용으로 사용되는 알루미늄 판재로서 높은 열전도도를 가지고 있어 실험12 내지 실험14에 대비하여 -6℃의 열전도성을 나타낸 반면, 내식성, 내화학성은 열위하였다.
실험1 내지 실험11의 아연도금강판은 실험15의 알루미늄 판재에 비해 열전도성에서 낮은 온도 감소 효과를 보이나, 실험12 내지 실험14에 비해서는 우수하였다.
그외, 내식제의 함량이 기준 범위에 미달하거나 초과하는 실험16 내지 실험18은 내식성, 방열성 등이 열위하였으며, 실리카 변성수지에서 주제수지와 실리카의 함량이 기준 범위를 만족하지 않는 실험19, 실험20의 경우도 내식성, 방열성 등이 열위하였다. 실험20은 가교제 함량 초과로 액안정성이 불량하였다.
이를 통해, 본 발명이 고가의 알루미늄 판재를 대체하는 저가용 열전도성 강판으로 LED, TV, 모니터 등의 열원이 장착된 제품의 버젤플레이트로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

Claims (14)

  1. 조성물 총 중량에 대하여,
    (A) 실리카 변성수지 40~60 중량%
    (B) 가교제 1~3 중량%
    (C) 내식제 5~15 중량%
    (D) 카본나노튜브 1~10 중량%
    (E) 알루미늄 페이스트 0.5~1 중량%
    (F) 왁스 0.1~1 중량%
    (G) 용매 잔량을 포함하며,
    상기 (C) 내식제는 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상과, 제1인산암모늄, 제2인산암모늄, 제3인산암모늄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 혼합한 인산계 화합물인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (A) 실리카 변성수지는
    폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합한 주제수지와, 실리카가 혼합된 것이고,
    상기 주제수지와 실리카는 30:1 내지 30:5의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주제수지는 분자량이 20,000~60,000인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 (B) 가교제는 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 티타늄 화합물은 티타늄 킬레이트, 티타늄 아세틸아세토네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 지르코늄 화합물은 지르코늄 킬레이트, 지르코늄 아세틸아세토네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 (D) 카본나노튜브는 음전하 및 양전하로 하전된 그룹으로부터 선택된 1종이고, 평균입경이 5~20nm인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 (E) 알루미늄 페이스트는 알루미늄 표면에 친수성 아크릴 계열의 유기 고분자로 표면 개질된 수용성 알루미늄인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 (F) 왁스는 폴리올레핀 왁스, 폴리에스테르 왁스 및 폴리에틸렌 왁스로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은
    상기 조성물 총 중량에 대하여 0.5~2 중량%의 실란 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물.
  13. 청구항 1 내지 청구항 6, 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 아연도금강판의 양면 또는 일면에 건조도막 두께가 0.5~1.5㎛가 되도록 코팅하는 단계와,
    상기 코팅 후 상기 아연도금강판을 130~200℃로 소부 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물을 이용한 아연도금강판의 제조방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 6, 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 수용성 크롬프리 표면처리 조성물의 도막층이 아연도금강판의 양면 또는 일면에 형성되고,
    상기 도막층은 건조도막 두께가 0.5~1.5㎛인 것을 특징으로 하는 수용성 크롬프리 표면처리 조성물이 코팅된 아연도금강판.
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