KR101275819B1 - 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물 및 이를 이용한 강판 제조방법 및 그 강판 - Google Patents

강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물 및 이를 이용한 강판 제조방법 및 그 강판 Download PDF

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Abstract

열경화성 잉크를 적용하여 잉크 자체의 물성이 우수하여 잉크를 보호하기 위한 클리어 도장처리가 필요 없으며, 무늬와 베이스의 광택차이로 인하여 평면적인 입체질감을 형성하는 것이 가능한 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물 및 이를 이용한 강판 제조방법 및 그 강판에 관한 것이다.

Description

강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물 및 이를 이용한 강판 제조방법 및 그 강판{Thermocuring Ink Composition for Printing Steel Sheet, Method of Preparing Steel Sheet Using the Same, and Steel Sheet}
본 발명은 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물 및 이를 이용한 강판 제조방법 및 그 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열경화성 잉크를 적용하여 잉크 자체의 물성이 우수하여 잉크를 보호하기 위한 클리어 도장처리가 필요 없으며, 무늬와 베이스의 광택차이로 인하여 평면적인 입체질감을 형성하는 것이 가능한 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물 및 이를 이용한 강판 제조방법 및 그 강판에 관한 것이다.
현재 내·외장형의 건자재용 또는 가전제품 등에 사용되어 온 소재에 시각적, 미적 변화를 주기 위하여 강판 표면에 여러 가지 패턴과 칼라를 적용하여 수요자의 다양한 요구에 대응하기 위한 시도가 계속되고 있다.
이를 위한 방법 중의 하나로서 무늬의 광택과 베이스의 광택차이를 이용하여 무늬를 형성한 강판이 제조되고 있다. 이는 실크스크린 강판이 대표적인 것으로, 이 강판은 일반 코일 코팅(COIL COATING) 프린트 강판에서 나타낼 수 없었던 외관을 나타낼 수 있었다.
그러나 실크스크린은 도장방식이 시트형이어서 생산성이 낮기 때문에 원가나, 생산성에 있어서 불리한 조건을 갖는다는 문제점이 있었다.
또한, 지금까지 코일코팅 프린트 강판은 자연 건조형 잉크를 사용하여 왔기 때문에 프린트 잉크의 물성이 매우 취약하여 별도의 클리어 도장을 필요로 하였다. 이러한 클리어 도장은 잉크의 취약한 스크래치성, 밀착성, 가공성 등을 보완하는 효과는 있으나, 클리어 도장이 강판의 광택에 지대한 영향을 미쳐서 프린트된 잉크 무늬의 광택과 도료 베이스 광택의 차이가 없어 강판 전체가 일정한 광택을 띄게 된다. 이에 따라 강판의 입체감이 떨어지는 프린트 강판이 생산될 수 밖에 없는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
잉크자체의 물성이 우수하여 별도의 클리어 도장공정을 수행하지 않아도 되고, 지촉건조성이 우수하여 브라이드 롤의 오염을 방지할 수 있는 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기한 열경화성 잉크조성물을 코일 코팅식 연속 제조라인에 도입하여 강판의 대량생산이 가능하고, 클리어 도장공정을 생략함에 따라 발생되는 무늬와 베이스 사이의 광택차이를 통해 입체적이고 특색 있는 강판 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 클리어 도장이 형성되지 않아 발생되는 무늬와 베이스 사이의 광택차이를 통해 평면적인 입체질감을 형성하여 외관이 미려한 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,
전체 잉크조성물을 기준으로 폴리에스테르 수지 40~50중량%, 경화수지 5~10중량%, 소광제 5~10중량%, 용제 20~45중량%, 경화촉진제 0.5~2중량%, 잔부는 첨가제를 포함하는 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 제공한다.
또한, 상기 폴리에스테르 수지는 중량평균 분자량이 9000~15000이고, 유리전이온도가 20~25℃이며, OH 값이 15~40이다.
또한, 상기 용제는 방향족 탄화수소계, 글리콜 에스테르계, 글리콜 에테르계, 알코올계 용제 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 케톤계 용제를 혼합하여 사용하되, 상기 케톤계 용제가 전체 용제 총 중량을 기준으로 95중량%이상 포함된다.
또한, 상기 케톤계 용제는 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논이 3.5:1~3.5:2의 중량비로 혼합된 것을 사용한다.
또한, 소지강판 또는 도금층이 형성된 소지강판에 도막과의 층간 부착성 및 내식성을 부여하기 위한 전처리층, 하도 도막층, 베이스 도막층이 순차적으로 형성되고, 상기 베이스 도막층 상에 중량평균 분자량이 9000~15000이고, 유리전이온도가 20~25℃이며, OH 값이 15~40인 폴리에스테르 수지 40~50중량%, 경화수지 5~10중량%, 소광제 5~10중량%, 용제 20~45중량%, 경화촉진제 0.5~2중량%, 잔부는 첨가제를 포함하는 열경화성 잉크조성물이 공급되어 인쇄롤에 의해 무늬가 프린트되어 브라이드 롤을 통과한 뒤, PMT 220~240℃에서 가열 및 건조하여 프린트층을 형성시키는 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용한 강판 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 베이스 도막층은 폴리에스테르, 변성폴리에스테르, 하이폴리머 폴리에스테르, 실리콘, 불소 타입, 아크릴우레탄 중에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 혼합물인 베이스 도료가 하도 도막층상에 도장되고, PMT(peat metal temperature) 190~200℃에서 베이킹하는 것이다.
아울러, 상기 강판 제조방법은 코일 코팅 기술을 이용하는 것이다.
또한, 소지강판 또는 도금층이 형성된 소지강판에 전처리층, 베이스 도막층이 순차적으로 형성되고, 상기 베이스 도막층 상에 중량평균 분자량이 9000~15000이고, 유리전이온도가 20~25℃이며, OH 값이 15~40인 폴리에스테르 수지 40~50중량%, 경화수지 5~10중량%, 소광제 5~10중량%, 용제 20~45중량%, 경화촉진제 0.5~2중량%, 잔부는 첨가제를 포함하는 열경화성 잉크조성물에 의해 무늬가 형성되는 프린트층을 포함하는 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용하여 프린팅된 강판을 제공한다.
또한, 상기 용제는 방향족 탄화수소계, 글리콜 에스테르계, 글리콜 에테르계, 알코올계 용제 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 케톤계 용제를 혼합하여 사용하되, 상기 케톤계 용제가 전체 용제 총 중량을 기준으로 95중량%이상 포함되며, 상기 케톤계 용제는 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논이 3.5:1~3.5:2의 중량비로 혼합된 것을 사용한다.
또한, 상기 전처리층과 베이스 도막층 사이에 하도 도막층이 더 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물은 기존 자연경화형 잉크에서 열경화형 잉크로 전환함에 따라 발생되는 지촉건조성의 저하와 이로 인한 브라이드롤의 오염을 방지할 수 있는 열경화형 잉크조성물로, 경화수지 및 경화촉진제의 사용과 더불어 높은 OH값을 갖음에 따라 잉크보호를 위한 별도의 클리어 도장처리를 수행하지 않아도 내스크래치성, 내구력이 강화된 물성을 갖고, 소광제와 용제를 적절히 사용함에 따라 지촉건조성을 높여 잉크 프린팅시 브라이드롤의 오염을 방지하는 효과를 갖는다.
또한, 열경화성 잉크조성물로 형성된 프린트층은 소광제와 휘발성이 우수한 용제로 인하여 높은 지촉건조성을 갖고 있어 잉크 프린트 영역과 오븐 사이에 존재하는 브라이드 롤의 오염을 방지할 수 있고, 경화촉진제와 경화수지의 사용으로 향상된 잉크자체의 물성으로 인하여 별도의 클리어 도장층을 형성시키지 않아도 자체적인 스크래치성이나 내구력에 의해 프린트 층이 보호될 수 있어 공정을 단축시킬 수 있으며, 대량생산이 가능하다는 효과를 갖는다.
또한, 상기와 같은 열경화성 잉크조성물로 프린트된 강판의 프린트층은 물성자체가 우수하여 클리어 도장을 생략할 수 있으므로 바탕이 되는 베이스 도막층과 무늬를 형성하는 프린트층 간의 광택 차이로 무늬가 보다 선명하게 나타날 수 있고 평면적인 입체질감을 형성할 수 있어 더욱 미려한 외관을 갖는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 강판 프린팅용 열경화성 잉크 조성물을 이용하여 프린팅된 강판을 나타낸 단면도.
이하에서는 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 강판 프린팅용 열경화성 잉크 조성물은 전체 잉크조성물을 기준으로 폴리에스테르 수지 40~50중량%, 경화수지 5~10중량%, 소광제 5~10중량%, 용제 20~45중량%, 경화촉진제 0.5~2중량%, 잔부는 첨가제를 포함하는 것으로, 이러한 열경화성 잉크 조성물은 건축자재나 가전제품에 사용되는 강판의 미려한 외관 형성을 위하여 무늬를 프린트하기 위한 잉크 조성물이다.
상기 폴리에스테르 수지는 본 발명에 따른 열경화성 잉크조성물의 주 수지로서, 중량평균 분자량이 9000~15000이고, 유리전이온도가 20~25℃이며, OH 값이 15~40인 것이 바람직하게 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 이러한 폴리에스테르계 수지가 2~3종이 혼합되어 사용될 수 있다.
이때 상기 OH 값이 15~40인 것은 잉크 자체의 물성을 확보하기 위한 것으로, 만약 상기 OH 값이 15 미만이면, 경화도 및 물성확보가 충분하지 못할 수 있고, 40을 초과하게 되면 가공성이 떨어질 수 있다.
만약 상기 폴리에스테르 수지가 전체 잉크조성물 기준으로 40중량% 미만이면, 가공성 등 전반적인 물성 발휘가 어렵고, 50중량%를 초과하면, 착색력, 은폐력 및 도막 밀착성을 저하시킬 수 있다.
아울러 상기 경화수지는 주수지로 사용되는 폴리에스테르 수지성분과 도막을 형성하기 위한 가교제로 사용되는 것으로, 상기 경화수지로서 멜라민 수지나 이소시아네이트 수지 또는 에폭시 수지가 사용되거나, 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 특히 멜라민 수지가 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 경화수지로 사용되는 멜라민 수지는 메톡시기를 함유하는 멜라민 수지가 산 촉매와 함께 사용되는 경우 경화반응 속도가 빠르고, 도막의 가공성이 우수한 특성을 갖고 있어 본 발명에 적용시 도막의 내구성과 가공성 등과 같은 강판의 물성향상 효과가 우수하므로 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
이 외에 아미노기 또는 부톡시기를 함유하는 멜라민 수지도 도막의 경도 등에서 유리한 물성을 가지므로 사용가능하기는 하나, 산 촉매를 사용하는 경우 메톡시 멜라민 수지에 비하여 고온 소부시 반응속도가 다소 느리고, 가공성이 저하되기 때문에 상기한 메톡시기를 함유하는 멜라민 수지를 사용하는 것이 좋다.
한편, 상기 경화수지는 5~10중량%가 사용되는데, 만약 경화수지의 함량이 5중량% 미만일 경우 경화도가 너무 낮아질 수 있고, 10중량%를 초과하는 경우 물성은 크게 관계없으나, 가격과 용제 증발이 낮아져 작업시 어려움이 발생될 수 있다.
본 발명에 사용되는 경화촉진제는 폴리에스테르와 경화수지와의 가교를 촉진시켜 도막의 치밀도를 올려주기 위하여 사용되는 것으로, p-톨루엔 술폰산(p-TSA), 디노닐나프탈렌 술폰산(DNNSA), 디나프탈렌 디술폰산(DNNDSA) 또는 플루오로 술폰산 중에서 선택된 술폰산을 아민 또는 에폭시로 중화시킨 것을 사용할 수 있으며, 우레탄 가교결합을 위해 Tin촉매(DBTDL)가 사용될 수도 있다.
이러한 경화촉진제는 전체 잉크 조성물에 대하여 0.5~2중량% 범위로 함유시킬 수 있는데, 0.5중량% 미만이면 경화촉진에 도움을 주기 어렵고, 2중량%를 초과하는 경우 물성은 크게 향상되지 않으나, 작업성이 떨어질 수 있다.
상기와 같이 높은 OH값을 갖는 폴리에스테르 수지와, 경화수지, 경화촉진제가 포함됨에 따라 본 발명의 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물은 잉크 자체의 물성이 확보되어 스크래치성이나 내구력 등이 향상됨에 따라 강판에 프린트 시 프린트된 잉크를 보호하기 위하여 클리어 도장을 할 필요가 없다.
한편, 본 발명에 따른 열경화성 잉크조성물은 상기와 같이 높은 OH값과 경화수지로 인하여 건조성이 떨어질 수 있는데, 이와 같이 건조성이 떨어지면, 잉크 조성물을 강판에 프린트한 뒤에 브라이드 롤을 통과하고 오븐을 통과시키는 프린트 과정에서 브라이드 통과 시 인쇄된 잉크조성물의 지촉 건조성이 떨어져 브라이드롤을 오염시키고, 이로 인하여 프린트된 무늬가 의도한 데로 형성되지 않을 수 있다.
이에 본 발명에서는 상기한 소광제와 용제를 더 포함하게 된다. 이러한 소광제와 용제는 잉크조성물의 지촉건조성을 최대한 높이기 위한 것으로, 이는 얼마나 신속하게 지촉건조성이 발현되어 오븐을 통과한 뒤, 물질 본래의 물성을 갖을 수 있도록 하기 위한 본 발명의 중요한 요소이다. 이와 같은 소광제와 용제는 하기의 중량% 범위로 함유됨에 따라 지촉건조성이 높아져 브라이드 롤을 통과할 때에 브라이드 롤의 오염성을 줄여준다.
이때 상기 소광제로는 실리카가 바람직하게 사용될 수 있으며, 이외에 공지의 다른 소광제도 사용가능하다. 또한, 상기 소광제는 전체 잉크조성물에 5~10중량% 함유되는 것이 바람직한데, 만약 5중량% 미만으로 함유되는 경우 지촉건조성이 충분히 향상되기 어렵고, 10중량%를 초과하는 경우 지촉건조성의 향상과 관계없이 사용량만 증대되어 효율적이지 못하다.
아울러 상기 용제는 유기용제가 사용되는 것으로, 상기 용제는 방향족 탄화수소계, 글리콜 에스테르계, 글리콜 에테르계, 알코올계 용제 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 케톤계 용제를 혼합한 것이 사용될 수 있다. 특히 상기 케톤계 용제가 전체 용제 총 중량을 기준으로 95중량% 이상 포함된 것이 보다 바람직하게 사용될 수 있으며, 더 구체적으로는 상기 케톤계 용제가 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논이 3.5:1~3.5:2의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
만약 메틸에틸케톤이 상기 비율보다 많이 포함되는 경우 지촉 건조성은 향상되나 용제가 너무 빨리 휘발되어 잉크의 농도가 점점 진해져 색상이 변하고, 인쇄도중 잉크가 말라버려 티가 발생할 수 있다. 반대로 상기 비율보다 적게 포함되는 경우 충분한 지촉건조성이 확보되지 않을 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 용제는 전체 잉크조성물에 20~45중량%가 포함됨에 따라 충분한 지촉성을 가지면서도 용제의 빠른 휘발로 인한 색상변화나 잉크의 말라버림을 방지할 수 있다.
상기한 구성에 더하여 본 발명은 첨가제를 더 함유하고 있다. 상기 첨가제로는 안료, 레벨링제, 소포제, 왁스 등으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 안료는 색상을 부여하기 위한 것으로, 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. 안료로서 유기안료, 무기안료, 체질안료 및 메탈릭 안료, 펄안료 등이 다양하게 사용될 수 있으며, 그 함량은 색상에 따라 잉크 조성물의 물성에 영향을 주지 않는 범위 내에서 적절하게 조절하여 포함될 수 있으며, 안료가 전혀 첨가되지 않아 투명으로도 사용가능하다.
또한, 상기 레벨링제와 소포제는 도막 평활성을 유지하고 도장 작업시 소포성 향상을 위한 것으로, 쿠수모토 케미칼사의 디스파론 L-1980, 디스파론 L-1984, 디스파론 AP-30, BYK사의 BYK356, BYK410, DAM 사의 URAD DD27 등을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 전체 잉크 조성물에 대하여 각각 0.5~1중량%로 사용될 수 있다.
상기 왁스는 도막 표면의 슬립성을 개선하고, 더불어 녹는점에 의한 무늬 형성에도 영향을 줄 수 있는 것으로, 마이크로 파우다사의 MP22, M300과 랑코사의 PP1340, PP1350 등을 사용할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물은 기존 자연경화형 잉크에서 열경화형 잉크로 전환함에 따라 발생되는 지촉건조성의 저하와 이로 인한 브라이드롤의 오염을 방지할 수 있는 열경화형 잉크조성물로, 경화수지 및 경화촉진제의 사용과 더불어 높은 OH값을 갖음에 따라 잉크보호를 위한 별도의 클리어 도장처리를 수행하지 않아도 내스크래치성, 내구력이 강화된 물성을 갖고, 소광제와 용제를 적절히 사용함에 따라 지촉건조성을 높여 잉크 프린팅시 브라이드롤의 오염을 방지하는 효과를 갖는다.
이와 같은 효과를 갖는 본 발명의 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용하여 강판을 제조하는 방법은 다음과 같다.
PCM(Pre coated metal)용 연속 생산라인 공정에서, 소지강판 또는 도금층이 형성된 소지강판에 도막과의 층간 부착성 및 내식성을 부여하기 위한 전처리층, 하도 도막층, 베이스 도막층이 순차적으로 형성되고, 상기 베이스 도막층 상에 전체 잉크조성물 기준으로 폴리에스테르 수지 40~50중량%, 경화수지 5~10중량%, 소광제 5~10중량%, 용제 20~45중량%, 경화촉진제 0.5~2중량%, 잔부는 첨가제를 포함하는 열경화성 잉크조성물이 공급되어 인쇄롤에 의해 무늬가 프린트되어 브라이드 롤을 통과한 뒤, PMT 220~240℃에서 가열 및 건조하여 프린트층을 형성시킴으로써 수행가능하다. 이때 상기 폴리에스테르 수지는 중량평균 분자량이 9000~15000이고, 유리전이온도가 20~25℃이며, OH 값이 15~40이다.
이때 상기 프린트층은 0.1~2um으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 경화수지는 폴리에스테르 수지 성분과 도막형성을 위한 가교제로 사용되는 것으로, 메톡시기를 함유하는 멜라민 수지가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 소광제는 잉크조성물의 지촉건조성을 확보하기 위한 것으로, 실리카가 바람직하게 사용될 수 있다. 아울러 상기 용제도 소광제와 더불어 지촉건조성을 높이기 위한 유기용제로서 방향족 탄화수소계, 글리콜 에스테르계, 글리콜 에테르계, 알코올계 용제 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 케톤계 용제를 혼합하여 사용하되, 상기 케톤계 용제가 전체 용제 총 중량을 기준으로 95중량%이상 포함되는 것을 특징으로 하며, 특히 상기 케톤계 용제는 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논을 3.5:1~3.5:2의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것이 높은 지촉건조성을 갖으면서도 지나치게 빠른 휘발로 인하여 잉크가 마르거나 농도가 진해져 색상이 변화되는 것을 방지할 수 있어 좋다.
상기 경화촉진제는 폴리에스테르와 경화수지의 가교를 촉진시켜 도막의 치밀도를 올려주기 위하여 사용되는 것으로, 그 예시는 전술한 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물과 동일하다.
상기와 같은 열경화성 잉크조성물로 형성된 프린트층은 소광제와 휘발성이 우수한 용제로 인하여 높은 지촉건조성을 갖고 있어 잉크 프린트 영역과 오븐 사이에 존재하는 브라이드 롤의 오염을 방지할 수 있고, 경화촉진제와 경화수지의 사용으로 향상된 잉크자체의 물성으로 인하여 별도의 클리어 도장층을 형성시키지 않아도 자체적인 스크래치성이나 내구력에 의해 프린트 층이 보호될 수 있어 제조공정을 단축시키는 효과가 있으며, 생산성이 좋아 대량생산이 가능하다.
한편, 상기 베이스 도막층은 잉크프린트 후 잉크와의 부착성을 높이기 위하여 필요한 부분으로, 상기 베이스 도막층은 폴리에스테르, 변성폴리에스테르, 하이폴리머 폴리에스테르, 실리콘, 불소 타입, 아크릴우레탄 등의 베이스 도료가 사용될 수 있으며, 도막두께는 10~25um으로 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 도장조건이나 무늬의 안정성에서 유리하기 때문으로 더욱 바람직하기로는 20um이 좋다.
아울러 상기 베이스 도막층은 롤코팅, 커틀플로워 코팅, 스프레이 코팅 등을 통해 도장될 수 있으며, 이때 소부조건은 190~200℃가 베이스 도료 소부시 미 반응기를 남겨두어 잉크 프린트 후 잉크와의 부착성을 높일 수 있어 바람직하다.
또한, 열경화성 잉크작업에 있어서, 브라이드롤의 오염성을 방지하는 것이 중요한데, 베이스 도료의 PMT를 기존의 232~244℃가 아닌 190~200℃에서 베이킹함에 따라 베이스도료와 잉크조성물의 부착력을 높여주어 브라이드롤에 잉크가 오염되는 것을 막아주고, 낮은 PMT로 인해 베이스도료의 택기성이 잉크와의 접착력을 더욱 증가시켜 물성적으로 잉크와 화학적 결합을 할 수 있는 여지를 남기므로, 잉크 코팅 후 물리적 결합뿐만 아니라 화학적 결합까지 이루어져 더욱 부착력이 우수해질 수 있다.
본 발명에서는 지촉 건조성이 매우 중요한 역할을 한다. 일반 코일 코팅 프린트 라인(Coil coating Print Line)의 경우에는 코일 형상으로 존재하는 금속판재에 하도, 중도, 프린트, 상도의 코팅과정을 거치게 되는데 상기 프린트와 상도 코팅 공정 사이에 스트립의 텐션(tension)을 잡아 주는 브라이드롤이 반드시 적용되어야 한다. 이 과정에 있어서 프린트 잉크의 지촉건조성이 느리면 브라이드롤에 오염을 발생시켜서 제품에 이상이 생기고 라인 상에 문제를 일으키게 될 수 있다. 따라서 연속라인으로 된 코일 코팅 프린트 라인에서는 반드시 본 발명에서와 같이 지촉건조성이 우수한 열경화성 잉크가 필요하다.
도 1은 본 발명에 따른 강판 프린팅용 열경화성 잉크 조성물을 이용하여 프린팅된 강판을 나타낸 단면도이다. 이를 참고로 하여 본 발명의 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용하여 프린트된 강판에 대하여 살펴보기로 한다.
본 발명의 강판은 소지강판(10) 또는 도금층이 형성된 소지강판(10), 전처리층(20), 베이스 도막층(40), 프린트층(50)을 포함한다.
먼저, 상기 소지강판(10)은 금속판체 자체이거나 그 위에 도금층으로써 아연-알루미늄-실리카 합금 용융도금강판, 또는 전기 및 용융아연도금처리한 도금강판과 같은 도금층이 형성된 소지강판(10)이 적용가능하다.
상기 전처리층(20)은 도막과 소지강판 사이의 층간 부착성 및 기본 내식성을 부여하기 위한 것으로, 인산피막, 크로메이트, 논(non)-크롬메이트 등과 같은 공지된 화성피작처리가 수행될 수 있다.
아울러 상기 베이스 도막층(40)은 바탕이 되는 부분으로, 폴리에스테르, 변성폴리에스테르, 하이폴리머 폴리에스테르, 실리콘, 불소 타입, 아크릴우레탄 등의 베이스 도료가 사용될 수 있으며, 도막두께는 10~25um으로 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 도장조건이나 무늬의 안정성에서 유리하기 때문으로 더욱 바람직하기로는 20um이 좋다.
아울러 상기 베이스 도막층은 롤코팅, 커틀플로워 코팅, 스프레이 코팅 등을 통해 도장될 수 있으며, 이때 소부조건은 190~200℃가 베이스 도료 소부시 미 반응기를 남겨두어 잉크 프린트 후 잉크와의 부착성을 높일 수 있어 바람직하다.
또한, 열경화성 잉크작업에 있어서, 브라이드롤의 오염성을 방지하는 것이 중요한데, 베이스 도료의 PMT를 기존의 232~244℃가 아닌 190~200℃에서 베이킹함에 따라 베이스도료와 잉크조성물의 부착력을 높여주어 브라이드롤에 잉크가 오염되는 것을 막아주고, 낮은 PMT로 인해 베이스도료의 택기성이 잉크와의 접착력을 더욱 증가시켜 물성적으로 잉크와 화학적 결합을 할 수 있는 여지를 남기므로, 잉크 코팅 후 물리적 결합뿐만 아니라 화학적 결합까지 이루어져 더욱 부착력이 우수해질 수 있다.
아울러 본 발명의 요부인 상기 프린트층(50)은 베이스 도막층 상에 무늬가 인쇄되어 형성되는 것으로, 전체 잉크조성물 기준으로 폴리에스테르 수지 40~50중량%, 경화수지 5~10중량%, 소광제 5~10중량%, 용제 20~45중량%, 경화촉진제 0.5~2중량%, 잔부는 첨가제를 포함하는 열경화성 잉크조성물에 의해 무늬가 형성될 수 있다. 이때 상기 폴리에스테르 수지는 중량평균 분자량이 9000~15000이고, 유리전이온도가 20~25℃이며, OH 값이 15~40이다.
여기서 폴리에스테르 수지, 경화수지, 소광제, 용제, 경화촉진제, 첨가제에 대한 기재는 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
상기와 같은 열경화성 잉크조성물로 프린트된 무늬는 물성자체가 우수하여 별도의 클리어 도장이 형성되지 않아도 된다. 이에 따라 바탕이 되는 베이스 도막층과 무늬를 형성하는 프린트층 간의 광택에서 차이가 발생하게 된다. 이에 따라 무늬가 보다 선명하게 나타날 수 있고 평면적인 입체질감을 형성할 수 있어 더욱 미려한 외관을 갖는 강판이 형성될 수 있다.
한편, 상기 전처리층(20)과 베이스 도막층(40) 사이에 하도 도막층(30)이 더 형성될 수도 있다.
상기 하도 도막층(30)은 강판표면과 베이스 도막층의 층간 부착성, 도막경도, 내약품성, 내식성 등에 영향을 주는 인자로, 도료로서 에폭시계 또는 에폭시변성폴리에스테르계 하도, PCM용 폴리에스테르계 하도, 또는 이를 변성한 계의 하도를 사용할 수 있으며, 가전 및 건재용의 용도 및 적용소지에 따라 상업적으로 시판되는 PCM용 하도를 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 상기한 하도 도막층의 도료에는 내식성 부여를 위하여 기존의 독성 방청안료 외에 세계적 추세인 환경규제에 맞추어 무독성 방청안료를 적용하여 선택적으로 사용할 수 있다.
이러한 하도 도막층은 건조도막두께가 3~8um인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 4~6um인 것이 좋다. 이는 건조 도막의 두께가 3um미만인 경우 방청성 및 부착력이 떨어질 수 있고, 8um초과한 경우 표면 외관 불량 및 경제성이 떨어질 수 있기 때문이다.
아울러 이러한 하도 도막층은 롤코팅방식이나 PCM강판에 사용되는 커튼플로워방식을 통해 도장될 수 있으며, 소부조건은 연속 라인에서 PMT 180~230℃되도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 하도 도막층이 형성됨에 따라 내식성, 베이스 도막층과의 부착성이 강화되는 것 이외에 연신율을 부여하여 소재와 베이스 도막층 사이 계면에서 충분한 완충작용을 하게 함으로써 가공시 발생되는 소재의 균열이 베이스 도막층까지 발전되지 않고 하도 도막층에서 흡수되는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠으나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
＜제조예 1 내지 제조예 4>
폴리에스테르 수지의 OH 값과 유리전이온도의 차이에 따른 물성을 확인하기 위하여 폴리에스테르 수지(주수지), 경화수지, 경화촉진제, 실리카(소광제), 용제, 안료, 기타 첨가제를 하기 표 1에서와 같은 함량비로 블랜딩하여 열경화성 잉크조성물을 제조하였으며, 하기 표 2에는 폴리에스테르 수지의 성상을 나타내었다. 이때 상기 폴리에스테르 수지는 대한 페인트 자체 수지, 경화수지는 멜라민 303, 실리카는 syloid 244, 용제는 Cyclohexanone(C.H) 및 메틸에틸케톤(MEK), 경화촉진제는 Nacure 5225, 기타 첨가제는 레벨링제, 소포제 등을 사용하였다.
제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4
폴리에스테르수지(주수지) 45 45 45 45
경화수지 - 7 7 7
안료 - - - -
실리카(소광제) 7 7 7 7
용제 47.5 39 39 39
경화촉진제 - 1.5 1.5 1.5
기타 첨가제 0.5 0.5 0.5 0.5
합계 100 100 100 100
제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4
OH값 5 5 30 45
분자량 17000 17000 12000 12000
Tg 60 60 23 23
<실험예 1>
상기 제조예 1 내지 제조예 4에서 제조된 열경화성 잉크조성물의 물성을 평가하기 위하여 소지강판에 전처리를 하고, 하도를 5um로 도장하여 224℃에서 소부하여 하도처리를 수행한 다음 중도를 15um도장하고 200℃에서 소부하여 베이스 도막처리를 한 뒤에 제조예 1 내지 제조예 4의 잉크 조성물로 인쇄한 후 232℃로 소부하여 시편을 제조하고, 도막경화도, 가공성, 연필경도, IMPACT, ERICHSEN, 지촉건조성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4
도막경화도(MEK RUB.) 2회 2회 30회 이상 30회이상
가공성 0T ○ ○ ○ ○
연필경도 ○ ○ ○ ○
IMPACT ○ ○ ○ ○
ERICHSEN ○ ○ ○ ○
지촉건조성 ○ △ ×△ ×
○: 양호, △: 보통, ×: 불량
- 도막경화도(MEK RUB.): 헝겊에 MEK를 충분히 적신후 1Kg압력으로 도막을 문지르며, 왕복을 1회로 수행하였다.
- 가공성: T 굽힙, Square cupping 후 균열상태
- 연필경도: 일본의 미쓰시사 제품인 '유니펜슬'을 사용
- IMPACT: 1/2φ×1㎏×50㎝
- ERICHSEN: 1mm 간격으로 100×100으로 크로스 컷한 후 6mm erichsen하여 테이핑한다.
- 지촉건조성: 잉크 조성물을 프린팅한 후 10초 후에 잉크 프린트 면과 롤을 압착시켜 묻어 나오는 정도를 확인한다.
표 3에 보여지는 바와 같이 기존의 자연건조형 잉크는 제조예 1에 보여지는 바와 같이 연필경도가 불량하고, OH 값이 낮은 제조예 2의 경우 도막경화도가 약한 것을 알 수 있다. 그에 반하여 본 발명에서 제시한 OH 값 범위에 포함되는 제조예 3 및 제조예 4의 경우 도막경화도, 가공성, 연필경도, IMPACT, ERICHSEN에서 모두 우수한 물성을 보이는 것을 확인하였다. 다만, 지촉건조성이 다소 떨어짐을 확인할 수 있었다.
<비교예 1 내지 5 및 실시예 1 내지 실시예 2>　
용제와 실리카, 경화수지를 표 4와 같은 함량비로 첨가한 것을 제외하고는 실험예 1에서 물성이 우수하였던 제조예 3과 동일한 성분 및 함량을 사용하여 열경화성 잉크조성물을 제조하였다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 실시예 1 실시예 2
경화수지 7 7 3 12 7 7 7
실리카 - 7 7 7 7 7 7
용제
 MEK 35 - - - 23 33 43
C.H 15 45 45 45 22 12 2
<실험예 2>
비교예 1 내지 비교예 5 및 실시예 1 내지 실시예 2 의 잉크 조성물로 프린트한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하고, 도막경화도, 가공성, 연필경도, IMPACT, ERICHSEN, 지촉건조성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 평가방법은 실험예 1과 동일하다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 실시예 1 실시예 2
도막경화도
(MEK RUB.)		 30회이상 30회이상 5회 30회이상 30회이상 30회이상 30회이상
가공성 0T ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
연필경도 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
IMPACT ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
ERICHSEN ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
지촉건조성 × × △ ×× ×△ ○ ○○
상기 표 5에서 알 수 있듯이 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논이 혼합된 용제일지라도, 소광제인 실리카가 미첨가된 경우 비교예 1의 결과와 같이 지촉건조성이 향상되지 못함을 알 수 있다. 아울러 용제로서 싸이클로헥사논만 사용되거나 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논과의 혼합비율이 본 발명에서 제시한 범위를 벗어날 경우 지촉건조성이 충분히 향상되기 어려움을 비교예 2 내지 비교예 5를 통해 알 수 있다. 반면, 본원발명에서 제시한 함량범위를 만족하는 실시예 1의 경우 전체적인 물성이 우수하게 나타남을 알 수 있다.
다만, 실시예 2는 전체적인 물성이 우수하기는 하고, 지촉건조성이 매우 우수하기는 하나, 메틸에틸케톤의 과도한 사용으로 인하여 잉크가 지나치게 빨리 휘발됨에 따라 도장전 인쇄롤에서 잉크가 말라 굳어지는 일이 발생되었다. 따라서 본발명에서 제시한 것과 같이 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논의 중량비가 3.5:1~3.5:2가 되도록하는 것이 좋다.
<비교예 6 내지 비교예 8>
용제에서 메틸에틸케톤 대신 표 6과 같이 다른 유기용매를 사용하였다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 성분 및 함량비로 열경화성 잉크조성물을 제조하였다.
비교예 6 비교예 7 비교예 8
용제 톨루엔 33 - -
셀로솔브아세테이트 - 33 -
K150 - - 33
싸이클로헥사논 12 12 12
<실험예 3>
실시예 1 및 비교예 6 내지 비교예 8의 열경화성 잉크조성물로 프린트한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하고, 도막경화도, 가공성, 연필경도, IMPACT, ERICHSEN, 지촉건조성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다. 평가방법은 실험예 1과 동일하다.
실시예 1 비교예 6 비교예 7 비교예 8
도막경화도(MEK RUB.) 30회 이상 30회 이상 30회 이상 30회 이상
가공성0T ○ ○ ○ ○
연필경도 ○ ○ ○ ○
IMPACT ○ ○ ○ ○
ERICHSEN ○ ○ ○ ○
지촉건조성 ○ △× × ×
상기 표 7에 보여지는 바와 같이 용제 사용시 본 발명에서 제시한 메틸케틸에톤이 아닌 다른 유기용매를 사용하는 비교예 6 내지 비교예 8의 경우 지촉건조성이 실시예 1에 비하여 떨어짐을 알 수 있었다.
즉 본 발명의 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물은 도막경화도, 가공성, 경도, IMPACT, ERICHSEN 등의 물성이 우수하면서도, 지촉건조성이 우수함을 확인할 수 있었으며, 연속 생산라인에 도입하여 프린팅시 브라이드롤에 잉크가 묻어 오염되는 것을 방지할 수 있고, 자체의 물성이 우수하기 때문에 별도의 클리어 도막을 형성할 필요가 없음을 확인할 수 있다.
10: 소지강판 20: 전처리층
30: 하도 도막층 40: 베이스도막층
50: 프린트층

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 소지강판 또는 도금층이 형성된 소지강판에 도막과의 층간 부착성 및 내식성을 부여하기 위한 전처리층, 하도 도막층, 베이스 도막층을 순차적으로 형성하는 단계; 및
    상기 베이스 도막층 상에 전체 잉크조성물을 기준으로 폴리에스테르 수지 40~50중량%, 경화수지 5~10중량%, 소광제 5~10중량%, 용제 20~45중량%, 경화촉진제 0.5~2중량%, 잔부는 첨가제를 포함하는 열경화성 잉크조성물을 공급하여 인쇄롤에 의해 무늬를 프린트하여 브라이드 롤을 통과시킨 다음, PMT 220~240℃에서 가열 및 건조하여 프린트층을 형성시키는 단계;를 포함하고,
    상기 폴리에스테르 수지는 중량평균 분자량이 9000~15000이고, 유리전이온도가 20~25℃이며, OH 값이 15~40이고,
    상기 용제는 방향족 탄화수소계, 글리콜 에스테르계, 글리콜 에테르계, 알코올계 용제 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 케톤계 용제를 혼합하여 사용하되, 상기 케톤계 용제가 전체 용제 총 중량을 기준으로 95중량%이상 포함되며,
    상기 케톤계 용제는 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논이 3.5:1~3.5:2의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것인,
    강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용한 강판 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스 도막층은 폴리에스테르, 변성폴리에스테르, 하이폴리머 폴리에스테르, 실리콘, 불소 타입, 아크릴우레탄 중에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 혼합물인 베이스 도료가 하도 도막층상에 도장되고, PMT(peat metal temperature) 180~220℃에서 베이킹하는, 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용한 강판 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    코일 코팅 라인 상에서 이루어지는, 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용한 강판 제조방법.
  8. 소지강판 또는 도금층이 형성된 소지강판에 전처리층, 베이스 도막층이 순차적으로 형성되어 있고,
    상기 베이스 도막층 상에 전체 잉크조성물을 기준으로 폴리에스테르 수지 40~50중량%, 경화수지 5~10중량%, 소광제 5~10중량%, 용제 20~45중량%, 경화촉진제 0.5~2중량%, 잔부는 첨가제를 포함하는 열경화성 잉크조성물에 의해 무늬가 형성되는 프린트층을 포함하고,
    상기 폴리에스테르 수지는 중량평균 분자량이 9000~15000이고, 유리전이온도가 20~25℃이며, OH 값이 15~40이고,
    상기 용제는 방향족 탄화수소계, 글리콜 에스테르계, 글리콜 에테르계, 알코올계 용제 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 케톤계 용제를 혼합하여 사용하되, 상기 케톤계 용제가 전체 용제 총 중량을 기준으로 95중량%이상 포함되며,
    상기 케톤계 용제는 메틸에틸케톤과 싸이클로헥사논이 3.5:1~3.5:2의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것인,
    강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용하여 프린팅된 강판.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전처리층과 베이스 도막층 사이에 하도도막층이 더 형성된, 강판 프린팅용 열경화성 잉크조성물을 이용하여 프린팅된 강판.
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