KR101371583B1 - Method for manufacturing stone chip coated steel tile - Google Patents

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KR101371583B1
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이장목
유형웅
정재호
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Abstract

According to the present invention, the method for manufacturing a metal roof tile coated with a mineral matter includes: a step of forming a metal base plate by using a metal plate material (a); a step of forming a mineral coating layer on a surface of a metal base plate by attaching a mineral matter to a surface of the metal base plate coated with a primer adhesive (b); a step of coating the mineral coating layer with a top coating adhesive (c); and a step of curing the mineral coating layer formed on the base plate by heating the mineral coating layer (d). The primer adhesive is an aqueous acrylic-based adhesive including 2-Ethyl hexyl acrylate (2-EHA) and Methyl Metha Acrylate (MMA) as a main monomer, surfactants, and half of N-Methylol acrylamide (N-MAM-P) and Phosphate group as a functional monomer. The top coating adhesive is an aqueous acrylic-based adhesive including Styrene as a main monomer, Butyl acrylate (BA) and Acrylonitrile (AN), and half of N-Methylol acrylamide (N-MAM-P) as a functional monomer. the present invention can manufacture a metal roof tile to have excellent quality and long service life by using the primer adhesive and the top coating adhesive with excellent properties. [Reference numerals] (S10) Forming a metal base plate; (S20) Attaching a mineral matter to a metal base plate using primer adhesive; (S30) Applying top coating adhesive on a mineral coating layer formed on the metal base plate; (S40) Heating and curing the mineral coating layer coated with the top coating adhesive

Description

광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법{Method for manufacturing stone chip coated steel tile}Method for manufacturing metal tile coated with minerals {Method for manufacturing stone chip coated steel tile}

본 발명은 금속 기와의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 돌가루 등의 광물질이 접착액을 통해 금속 베이스판에 코팅되어 이루어진 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a metal roof, and more particularly, to a method of manufacturing a metal roof coated with a mineral formed by coating a metal base plate with a mineral such as stone powder.

금속 기와는 주택 등의 지붕 마감에 사용하는 건축자재이다. 이러한 금속 기와는 금속판을 기와 또는 이에 가까운 모양으로 접어 굽혀 금속 베이스판을 마련하고, 이에 방식 도장을 한 후 표면에는 광물질 입자를 코팅하여 제조한다.Metal roof tile is a building material used for finishing roofs of houses. The metal tile is manufactured by folding a metal plate into a shape of or close to a tile to form a metal base plate, and coating the anticorrosive coating on the surface with mineral particles.

금속 기와 이외에 지붕 마감에 사용하는 건축자재로는 전통기와(오지기와)와 아스팔트 슁글이 있다. 오지기와는 점토를 건조하여 약 1,200℃의 고열로 구워낸 것으로, 심한 기후 변화에도 변형이 거의 없으며, 높은 에너지 효율을 갖는다는 장점이 있다. 그러나 오지기와는 무겁고 깨지기 쉬우며, 제조 비용이 높은 단점이 있다. 아스팔트 슁글은 아스팔트 펠트에 아스팔트를 침투시킨 후 무기질 유리섬유로 융화시켜 안료로 광물성 가루 또는 채색 돌입자를 입힌 지붕재이다. 아스팔트 슁글은 중심부의 유리 섬유 매트의 강도 부족과 컬링(curling), 크래킹(cracking), 스플리팅(splitting) 등에 의해 구부러지거나 째지는 문제가 있다. 또한 외부 온도변화에 따른 수축팽창 능력 상실과 태양열과 온도 변화에 따른 경화현상으로 깨지기 쉽다. 더욱이, 오지기와나 아스팔트 슁글은 내구연한이 짧고, 보수하거나 교체할 때 환경 폐기물의 발생 등으로 인해 폐기물 처리의 어려움이 있다.In addition to the metal roof, the building materials used for finishing the roof include traditional roof tiles and asphalt shingle. Ojigiwa is made by drying clay and baking it at a high temperature of about 1,200 ℃. It has virtually no deformation even in severe climate change and has high energy efficiency. However, there is a disadvantage that the tile is heavy, fragile, and expensive to manufacture. Asphalt shingle is a roofing material in which asphalt is impregnated in asphalt felt and then melted with inorganic glass fiber, and pigmented with mineral powder or colored rut. The asphalt shingle has a problem of bending or rolling due to lack of strength of the glass fiber mat at the center and curling, cracking, splitting, and the like. Also, it is fragile due to loss of shrinkage expansion ability due to external temperature change and hardening phenomenon due to solar heat and temperature change. Furthermore, the tillage and asphalt shingle have a short durability and are difficult to dispose of due to the generation of environmental waste when repairing or replacing.

이러한 기존 지붕재의 단점으로 인해 최근의 지붕재 시장에서는 리사이클링이 가능하고 친환경적이며 내구연한이 20년 이상으로 긴 금속 기와에 대한 관심이 커지고 있다. 또한 금속 기와는 경제적이면서도 내구성 및 시공성이 좋아 세계적으로 그 시장규모가 매년 20% 이상씩 증가하고 있고, 국내에서도 최근 전원주택의 보급 증가와 함께 판매가 증가하고 있는 추세이다. 이러한 금속 기와는 대한민국 공개실용신안공보 제2010-0001625호(2010. 02. 06. 공개) 등에 개시되어 있다.Due to the shortcomings of the existing roofing materials, in the recent roofing materials market, there is a growing interest in long metal roof tiles that can be recycled, environment-friendly and durable for more than 20 years. In addition, the metal tile is economical, durable, and easy to construct, and its market size is increasing by more than 20% every year in the world. In Korea, sales are increasing with the recent increase in the number of rural homes. Such metal tiles are disclosed in Korean Unexamined Utility Model Publication No. 2010-0001625 (published on Feb. 06, 2010).

통상적으로 금속 기와는 강판을 프레스 등을 이용하여 기와형상으로 성형하고, 접착액을 이용하여 금속 베이스판에 돌가루 등의 광물질을 코팅한 후, 이를 고온에서 큐어링(curing)하여 완성한다. 광물질을 금속 베이스판에 접착할 때 하도 접착액과 상도 접착액이 이용되는데, 하도 접착액은 금속 베이스판에 도포되어 광물질을 금속 베이스판에 부착하고, 상도 접착액은 하도 접착액에 의해 금속 베이스판에 부착된 광물질을 덮어 이를 잡아준다.Typically, the metal tile is formed into a tile shape using a press or the like, and coated with a mineral base such as stone powder on the metal base plate using an adhesive solution, and then cured at a high temperature to finish it. When the mineral material is adhered to the metal base plate, the undercoat adhesive and the topcoat adhesive are used. The undercoat adhesive is applied to the metal base plate to attach the mineral to the metal base plate. Cover and hold the mineral on the plate.

금속 기와의 제조에 있어서, 상도 접착액은 광물질 코팅층을 구성하는 불균일한 광물질 입자 사이의 미세한 부분까지 도포되지 못하기 쉽다. 상도 접착액이 도포되지 못한 광물질 입자 사이의 미세한 부분으로 수분이 침투하면, 하도 접착액은 충전제와 배합하여 사용하므로 충전제가 수분을 흡수하게 되어 금속 베이스판과 접착액 사이의 계면이 발생하게 된다. 그리고 금속 베이스판과 접착액 사이의 계면이 발생한 후 기온 차이에 의해 금속 기와의 수축팽창 현상이 반복되면, 금속 베이스판과 접착액 사이의 경계면이 분리되어 금속 베이스판에서 광물질 코팅층이 박리되는 문제가 발생하게 된다.In the manufacture of metal tiles, the top coat liquid is not easily applied to the minute portions between the uneven mineral particles constituting the mineral coating layer. When moisture penetrates into the minute portions between the mineral particles that are not coated with the top coat adhesive, the bottom coat adhesive is used in combination with the filler, so that the filler absorbs the moisture and an interface between the metal base plate and the adhesive liquid occurs. When the expansion and contraction phenomenon between the metal base plate and the adhesive liquid is repeated due to the temperature difference after the interface between the metal base plate and the adhesive liquid occurs, the interface between the metal base plate and the adhesive liquid is separated and the mineral coating layer is peeled off from the metal base plate. Will occur.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광물질로 이루어진 광물질 코팅층을 금속 베이스판에 안정적으로 형성함으로써 제품의 품질을 향상시키고, 에너지 소비량을 줄여 제조 비용을 절감할 수 있는 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to stably form a mineral coating layer made of a mineral on a metal base plate to improve the quality of the product, and to reduce the energy consumption to reduce the manufacturing cost It is to provide a method for producing the coated metal tile.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법은, (a) 금속 판재를 이용하여 금속 베이스판을 성형하는 단계와, (b) 상기 금속 베이스판의 표면에 하도 접착액을 도포하고 이에 광물질을 부착하여 상기 금속 베이스판의 표면에 광물질 코팅층을 형성하는 단계와, (c) 상기 광물질 코팅층 위에 상도 접착액을 도포하는 단계와, (d) 상기 금속 베이스판에 형성된 상기 광물질 코팅층을 열을 가하여 큐어링하는 단계를 포함하고, 상기 하도 접착액은 주 모노머로 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA;2-Ethyl hexyl acrylate) 및 MMA(Methyl Metha Acrylate)와, 계면활성제와, 기능성 모노머로 N-MAM-P(N-Methylol acrylamide, 50%) 및 인산염기(Phosphate group) 함유 모노머를 포함하는 수성 아크릴계 접착액이고, 상기 상도 접착액은 주 모노머로 스티렌(Styrene), BA(Butyl acrylate) 및 AA(Acrylic acid)와, 기능성 모노머로 N-MAM-P(N-Methylol acrylamide, 50%)를 포함하는 수성 아크릴계 접착액이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a metal tile coated with minerals, comprising the steps of: (a) forming a metal base plate using a metal plate, and (b) adhering to the surface of the metal base plate. Forming a mineral coating layer on the surface of the metal base plate by applying a liquid and attaching a mineral thereto; (c) applying a top coat adhesive solution on the mineral coating layer; and (d) the metal base plate. And curing the mineral coating layer by applying heat, wherein the undercoat adhesive includes 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA; 2-Ethyl hexyl acrylate) and MMA (Methyl Metha Acrylate) as a main monomer, and a surfactant. And, an aqueous acrylic adhesive liquid containing N-MAM-P (N-Methylol acrylamide, 50%) and a phosphate group-containing monomer as a functional monomer, and the top coating liquid is styrene (Styrene) as a main monomer. BA (Bu tyl acrylate) and AA (Acrylic acid), and an aqueous acrylic adhesive liquid containing N-MAM-P (N-Methylol acrylamide, 50%) as a functional monomer.

상기 (d) 단계의 큐어링 공정에서 상기 큐어링 온도를 50℃에서 5분간 유지한 후, 70℃에서 120분간 유지하였다가, 140℃에서 10분간 유지하여 상기 광물질 코팅층을 큐어링하는 것이 바람직하다.In the curing process of step (d), the curing temperature is maintained at 50 ° C. for 5 minutes, then at 70 ° C. for 120 minutes, and then at 140 ° C. for 10 minutes to cure the mineral coating layer. .

본 발명에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법은 주 모노머인 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2-EHA), 메틸 메타크릴레이트(MMA)와 내열성 및 응집력을 향상시키는 관능기 모노머인 아크릴산(AA), 가교도를 향상시키는 N-메틸올 아크릴아마이드(N-MAM-P), 첨가제인 멜라민계 수지를 함유하여 종래의 하도 접착액에 비해 접착력, 안정성, 촉진내후성, 내습성 및 내열성이 우수한 하도 접착액과, 비이온 계면활성제와, 아크릴산(AA)과 이타콘산(IA)과, 불소계 발수제를 함유하여 종래의 하도 접착액에 비해 백탁도, 광물질 손실, 촉진내후성, 내습성 및 발수성이 우수한 상도 접착액을 이용하여 금속 베이스판에 광물질을 코팅함으로써, 품질이 우수하고 수명이 긴 금속 기와를 제조할 수 있다.The method for producing a mineral-coated metal tile according to the present invention includes 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA) and methyl methacrylate (MMA), which are main monomers, and acrylic acid (AA), which is a functional monomer that improves heat resistance and cohesion. , An N-methylol acrylamide (N-MAM-P) that improves the degree of crosslinking, and a melamine-based resin that is an additive, and has an excellent adhesive strength, stability, accelerated weather resistance, moisture resistance, and heat resistance compared to conventional undercoat adhesives. And a non-ionic surfactant, acrylic acid (AA), itaconic acid (IA), and a fluorine-based water repellent, and have a white turbidity, mineral loss, accelerated weather resistance, moisture resistance, and water repellency compared to conventional undercoat adhesives. By coating a mineral material on the metal base plate by using, it is possible to produce a metal tile with excellent quality and long life.

또한 본 발명에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법은 개선된 하도 접착액 및 상도 접착액을 이용하고, 종래에 비해 낮은 큐어링 온도에서 단축된 시간 동안 금속 베이스판에 코팅된 광물질을 큐어링함으로써, 종래에 비해 제품의 품질은 향상시키면서, 큐어링 공정에서의 에너지 소비량을 크게 줄여 제조비용을 줄일 수 있다.In addition, the method of manufacturing a mineral coated metal tile according to the present invention uses an improved undercoat adhesive and a topcoat adhesive, and cures the mineral coated on the metal base plate for a shorter time at a lower curing temperature than in the prior art. By doing so, the quality of the product can be improved compared to the conventional one, and the energy consumption in the curing process can be greatly reduced, thereby reducing the manufacturing cost.

또한 본 발명에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법은 큐어링 공정에서 전기, 등유, LPG 등의 연료를 적게 사용함으로써, 제조시 탄소나 환경 오염물질의 배출량을 줄일 수 있어 친환경적이다.In addition, the manufacturing method of the metal tile coated with the mineral material according to the present invention is environmentally friendly by reducing the emission of carbon or environmental pollutants during manufacturing by using less fuel such as electricity, kerosene, LPG in the curing process.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법을 이용한 금속 기와 제조 공정을 단계별로 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 큐어링 공정에서의 큐어링 온도 제어 프로그램을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법의 큐어링 공정에서의 최적화된 큐어링 온도 제어 프로그램을 나타낸 것이다.
도 4는 수집한 현장 시공 금속 기와 샘플들의 평균 마모감량을 통해 도출한 금속 기와의 시공년수에 따른 마모감량 변화 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 도 4의 그래프로부터 추정한 금속 기와의 시공년수에 따른 마모감량 변화 그래프를 나타낸 것이다.
도 6은 표면 광물질 손실량 테스트를 통해 도출한 촉진열화 시간에 따른 금속 기와의 마모감량 변화 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 KS L 1001에 의한 마모 테스트에 이용되는 내마모시험기를 나타낸 것이다.
도 8은 도 7에 나타낸 내마모시험기를 이용한 내마모 테스트를 통해 획득한 데이터로부터 도출한 촉진열화 시간에 따른 마모감량 변화 그래프를 나타낸 것이다.
도 9는 현장 시공 샘플의 설치년수에 따른 마모감량 변화와 내마모 테스트를 통해 획득한 설치년수에 따른 마모감량 변화 사이의 상관성 분석 그래프를 나타낸 것이다.
1 illustrates a step of manufacturing a metal tile using a method of manufacturing a metal tile coated with a mineral according to an embodiment of the present invention.
2 shows a curing temperature control program in a conventional curing process.
Figure 3 shows an optimized curing temperature control program in the curing process of the manufacturing method of the mineral-coated metal tile according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the wear loss change graph according to the number of years of construction of the metal roof derived from the average wear loss of the collected on-site construction metal tiles and samples.
FIG. 5 is a graph illustrating a change in wear loss according to the number of construction years of metal tiles estimated from the graph of FIG. 4.
FIG. 6 shows a graph showing a change in wear loss of metal tiles according to accelerated deterioration time derived through surface mineral loss test.
Figure 7 shows the wear resistance tester used in the wear test by KS L 1001.
FIG. 8 is a graph showing a change in wear loss according to accelerated deterioration time derived from data obtained through abrasion resistance test using the abrasion resistance tester shown in FIG. 7.
Figure 9 shows a graph of the correlation analysis between the change in wear loss according to the years of installation of the field construction sample and the change in wear loss according to the years of installation obtained through the wear test.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a method of manufacturing a metal tile coated with a mineral according to the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.In describing the present invention, the sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated or simplified for clarity and convenience of explanation. In addition, terms that are specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. These terms are to be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the contents throughout the present specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법을 이용한 금속 기와 제조 공정을 단계별로 나타낸 것이다.1 illustrates a step of manufacturing a metal tile using a method of manufacturing a metal tile coated with a mineral according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법은, 금속 베이스판 성형 공정(S10)과, 하도 접착액을 이용한 광물질 부착 공정(S20)과, 금속 베이스판 표면에 형성된 광물질 코팅층에 대한 상도액 도포 공정(S30)과, 상도액이 도포된 광물질 코팅층에 열을 가하여 큐어링 공정(S40)을 포함한다. 큐어링 공정은 접착액을 경화시키는 공정으로, 접착액은 가열을 통해 분자와 분자간에 공유 결합이나 이온 결합처럼 완전한 화학 결합이 형성되는 가교 반응이 진행됨으로써 경화하게 된다. 금속 베이스판은 갈바륨(알루미늄 55% + 아연 45%) 도금 강판 등의 금속 판재를 프레스 가공하여 제조하고, 광물질로는 화산석 돌가루에 안료로 색상을 입힌 돌가루 등이 이용될 수 있다.As shown in FIG. 1, a method of manufacturing a metal tile coated with a mineral according to an embodiment of the present invention includes a metal base plate forming step (S10), a mineral attaching step (S20) using a bottom coating liquid, and a metal. The coating liquid coating process (S30) for the mineral coating layer formed on the surface of the base plate, and the curing process (S40) by applying heat to the mineral coating layer coated with the coating liquid. Curing process is a process of curing the adhesive liquid, the adhesive liquid is cured by a cross-linking reaction that forms a complete chemical bond, such as a covalent bond or an ionic bond between molecules and molecules through heating. The metal base plate is manufactured by pressing a metal plate such as galvalume (aluminum 55% + 45% zinc) plated steel sheet, and as the mineral material, stone powder coated with a pigment of volcanic stone powder may be used.

광물질이 코팅된 금속 기와에 있어서, 지붕이나 건축물의 외벽에 시공된 후 광물질 코팅층의 박리 여부가 제품의 품질을 평가하는데 중요한 평가 요소가 된다. 광물질을 금속 베이스판 표면에 안정적으로 부착하기 위해서는 접착액의 사용과 큐어링 공정이 중요하다. 본 발명에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법은 광물질을 금속 베이스판 표면에 부착하는 하도 접착액 및 상도 접착액에 대한 개선과 함께, 큐어링 공정을 개선함으로써 제품의 품질을 향상시키고, 제품에 대한 신뢰도를 높이며, 제조비용을 줄일 수 있다.In mineral coated metal roof tiles, whether or not the mineral coating layer is peeled off after being applied to a roof or an exterior wall of a building is an important evaluation factor in evaluating the quality of a product. In order to stably attach the mineral to the surface of the metal base plate, the use of an adhesive liquid and a curing process are important. According to the present invention, a method of manufacturing a metal-coated mineral tile according to the present invention improves the quality of a product by improving a curing process, together with an improvement on an undercoat adhesive and a topcoat adhesive for attaching a mineral to a metal base plate surface. It can increase the reliability and reduce the manufacturing cost.

앞서 설명한 것과 같이, 광물질을 금속 베이스판에 부착하는 접착액으로는 하도 접착액과 상도 접착액이 있다. 하도 접착액은 금속 베이스판의 표면에 도포되어 광물질을 금속 베이스판에 고정하는 것이므로, 금속 베이스판과 광물질과의 강한 접착력이 요구되며, 고온에서 경화되는 특성을 갖춰야 한다. 상도 접착액은 광물질의 이탈 방지 및 내수성 향상을 위한 것이므로, 광물질과의 접착성 및 내수성이 요구되고, 혹한, 혹서 등의 외부환경에 의해 변하지 않는 특성을 가져야 한다.As described above, the adhesive liquid for attaching the mineral to the metal base plate includes a bottom coat adhesive liquid and a top coat adhesive liquid. Since the adhesive solution is applied to the surface of the metal base plate to fix the mineral to the metal base plate, a strong adhesive force between the metal base plate and the mineral is required, and should have a property of curing at high temperature. Since the top coat adhesive is for preventing the separation of minerals and improving the water resistance, adhesion and water resistance with the minerals are required, and the top adhesive liquid must have a characteristic that does not change with external environments such as cold and cold.

먼저, 하도 접착액은 금속 베이스판과 광물질과의 강한 접착력이 중요한 요구 물성이므로, 건조시 표면으로 노출되어 물성에 악영향을 미치는 계면활성제의 종류와 적절한 함유량의 선택, 접착력을 좌우하는 아크릴계 주 모노머(Monomer)의 선택, 소량이 적용되는 것이나 건조 시간과 경화도 및 내열성, 접착력에 영향을 주는 기능성 모노머, 관능기 모노머 및 첨가제의 선택과 적용이 중요하다.First, since the base adhesive has strong adhesive strength between the metal base plate and the mineral, it is an important physical property. Therefore, an acrylic main monomer which determines the type and appropriate content of the surfactant which is exposed to the surface during drying and adversely affects the physical properties ( It is important to select monomers, to apply small amounts, but to select and apply functional monomers, functional monomers and additives that affect drying time, degree of cure, heat resistance and adhesion.

이종 소재 간의 결합력은 화학적 전기 음성도(극성), 표면장력 등의 차이에 의해 영향을 받게 된다. 강판재는 일반적으로 극성을 가진 물질이므로 접착에 적용되는 수성 에멀젼 접착액이 무극성일 경우 극성의 접착액에 비해 접착력은 감소된다. 본 출원인은 하도 접착액에 극성을 띠게 하여 금속나 유리 등과 무기물질에 접착력을 높여주는 인산염기(Phosphate group)를 함유한 극성을 갖는 기능성 아크릴 모노머를 적용하였다. 이와 함께, 하도 접착액을 구성하는 성분의 종류와 조성비를 적절히 선택하여 다양한 조성의 하도 접착액 샘플을 제조하고, 제조된 하도 접착액 샘플에 대해 다양한 테스트를 함으로써, 낮은 온도에서 작용하면서 높은 접착력을 발휘하는 최적의 조성비를 갖는 하도 접착액을 개발하였다.Cohesion between dissimilar materials is affected by differences in chemical electronegativity (polarity) and surface tension. Since the steel plate is generally a material having a polarity, when the aqueous emulsion adhesive applied to the adhesive is nonpolar, the adhesive strength is reduced compared to the polar adhesive. Applicant has applied a functional acrylic monomer having a polarity containing a phosphate group (Phosphate group) to improve the adhesion to the metal, glass, and inorganic materials by making the polarizer to the polarizer. In addition, by appropriately selecting the type and composition ratio of the components constituting the undercoat adhesive solution to prepare a sample of the undercoat adhesive of various compositions, by performing a variety of tests on the prepared undercoat adhesive sample, the high adhesion force while working at a low temperature An undercoat adhesive liquid having an optimum composition ratio exerted was developed.

상도 접착액의 경우는 하도 접착액 위에 광물질이 도포된 후 광물질의 이탈 방지 및 내수성 향상을 위해 적용되는 접착액이다. 이러한 상도 접착액은 광물질과의 접착성 및 내수성이 높고, 수분, 혹한, 혹서 등의 외부환경에 의한 광물질의 이탈과 백탁 현상이 없는 특성을 가져야 한다.In the case of the top coat adhesive, after the mineral is coated on the bottom coat, the adhesive is applied to prevent the separation of the mineral and to improve the water resistance. Such top coat adhesives should have high adhesiveness and water resistance to minerals, and have no characteristic of leaving and turbidity of minerals due to external environment such as moisture, cold and heat.

여기에서, 백탁 현상이란, 금속 외장재 표면에 부착된 광물질의 색상이 부분적으로 흰색으로 변형되는 현상으로, 금속 기와의 미관을 저해하는 요인이 된다. 백탁 현상은 상도 접착액인 수성 에멀젼 접착액에 물과 아크릴 모노머의 분산 중합을 위해 반드시 적용되는 저분자 물질인 계면활성제가 건조 후 표면으로 노출되어, 외부의 수분과 접촉하게 되면서 발생하게 된다. 또한 이러한 영향으로 상도 접착액이 부분적으로 접착력을 상실하여 광물질의 손실량이 증가하게 된다. 따라서, 상도 접착액의 제조에 있어서, 내수성, 내후성 및 광물질과의 접착성을 향상시킬 수 있는 아크릴 모노머를 선별하고 그 함량을 결정하는 것이 무엇보다도 중요하다. 아울러, 내후성이 우수한 발수제 등을 첨가하여 표면장력을 감소시킴으로써 수분과의 접촉을 방지해 백탁 현상 방지 및 접착력을 향상시킬 필요가 있다.Here, the clouding phenomenon is a phenomenon in which the color of the mineral substance adhering to the surface of the metal packaging material is partially deformed to white, which is a factor that inhibits the aesthetics of the metal group. The clouding phenomenon occurs when a surfactant, which is a low molecular material necessarily applied for dispersion polymerization of water and an acrylic monomer, is exposed to the surface after drying in an aqueous emulsion adhesive liquid, which is a top coat adhesive liquid, and comes into contact with external moisture. In addition, due to this effect, the top coat adhesive partially loses the adhesive strength, thereby increasing the amount of mineral loss. Therefore, in the production of a top coat adhesive liquid, it is important to select an acrylic monomer capable of improving water resistance, weather resistance and adhesion to minerals and to determine the content thereof. In addition, by adding a water-repellent agent and the like excellent in weather resistance to reduce the surface tension it is necessary to prevent contact with moisture to improve the prevention of turbidity and adhesion.

본 출원인은 상도 접착액을 구성하는 구성 성분의 종류와 조성비를 적절히 선택하여 다양한 조성의 상도 접착액 샘플을 제조하고, 제조된 상도 접착액 샘플에 대해 다양한 테스트를 수행한 후, 내수성 및 내한성이 우수하고, 친환경적인 수성 아크릴계 상도 접착액을 개발하였다.Applicant prepared a top coat adhesive sample of various compositions by appropriately selecting the type and composition ratio of the components constituting the top coat adhesive liquid, and after performing various tests on the prepared top adhesive liquid sample, excellent water resistance and cold resistance And, an environmentally friendly aqueous acrylic topcoat adhesive was developed.

하도 접착액 샘플과 상도 접착액 샘플은 에멀젼 라디칼 중합을 이용하여 제조하였다. 라디칼 중합은 크게 벌크 중합, 용액 중합, 에멀젼 중합, 현탁 중합의 4가지 형태로 분류된다. 이 중에서 에멀젼 중합방식은 물, 아크릴 모노머(oil), 개시제, 계면활성제를 사용한 열 중합에 의한 방식으로, 물과 아크릴 모노머를 분리시키지 않고 입자 형태로 분산해 입자 내에서 중합품인 접착액을 제조하는 방법이다. 따라서, 다른 중합방식과 달리 물을 기본 베이스로 하므로, 폭발의 위험성이 없고, 인체에 무해한 친환경적이다.The bottom coat liquid sample and the top coat liquid sample were prepared using emulsion radical polymerization. Radical polymerization is largely classified into four types: bulk polymerization, solution polymerization, emulsion polymerization and suspension polymerization. Among them, the emulsion polymerization method is a method of thermal polymerization using water, an acrylic monomer (oil), an initiator, and a surfactant, and disperses water and an acrylic monomer in the form of particles without separating them to prepare an adhesive liquid which is a polymerized product in the particles. That's how. Therefore, unlike other polymerization methods, since the base is water, there is no risk of explosion, and it is environmentally friendly, harmless to human body.

하도 접착액 샘플의 제조 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다. 2ℓ 5구 플라스크에 증류수를 넣고 교반하면서, 유화조에 증류수와 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2-EHA), 부틸 아크릴레이트(BA), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 스틸렌(SM)의 아크릴산 에스테르계 모노머와 카르복시기를 함유한 모노머인 아크릴산(AA), 메타크릴산(MAA)과 기능성 모노머, 중합장소인 미셀(Micell)이라는 입자 형성을 위해 계면활성제를 넣고 고속 교반하여 유화액을 제조하였다. 제조된 유화액을 증류수를 넣고 교반하고 있는 2ℓ 5구 플라스크에 과황산암모늄(Ammonium persulfate) 및 아황산수소나트륨(Sodium bisulfite)의 중합 개시제와 함께 80 ∼ 84℃ 온도에서 약 3시간 Tapping 중합한 후, 2시간 숙성 중합하였다. 숙성 이후 온도를 40℃ 이하로 냉각하고 산도 조절을 위해 수산화암모늄(NH4OH)를 투입 교반 후 제품 물성 및 안정성 향상을 위해 소포제 및 첨가제를 더하여 수성 아크릴계의 하도 접착액을 제조하였다.The manufacturing process of the undercoat adhesive sample is briefly described as follows. Distilled water was added to a 2-liter five-necked flask and stirred while distilled water and 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA), butyl acrylate (BA), methyl methacrylate (MMA), and styrene (SM) acrylate ester system In order to form particles of acrylic acid (AA), methacrylic acid (MAA), which are monomers containing monomers and carboxyl groups, and functional monomers, micelles (Micell), which are polymerization sites, a surfactant was added and stirred at a high speed to prepare an emulsion. The prepared emulsion was mixed with distilled water in a 2-liter five-necked flask with a polymerization initiator of ammonium persulfate and sodium bisulfite at 80 to 84 ° C. for about 3 hours, and then The polymerization was time aging. After aging, the temperature was cooled to 40 ° C. or lower, and ammonium hydroxide (NH 4 OH) was added to adjust the acidity. After stirring, an antifoaming agent and an additive were added to improve product properties and stability to prepare an aqueous acrylic coating solution.

아래의 [표1]은 제조한 접착액 샘플들에 대한 구성 성분 및 조성비를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the components and composition ratios for the prepared adhesive solution samples.

Figure 112012076920876-pat00001
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상술한 것과 같이 접착액 샘플을 제조한 후, 낮은 온도에서 작용하면서 높은 접착력을 발휘하는 하도 접착액의 최적의 조성비를 찾기 위해 위의 [표1]에 나타낸 하도 접착액 샘플들에 대해 Lab 테스트를 진행하였다. Lab 테스트는 최대한 모듈 생산 공정과 유사하게 진행하였다. 즉, 제조된 하도 접착액 샘플 각각에 접착력 및 작업성을 위해 부여되는 탄산칼슘, 안료, 페인트를 [표2]에 나타낸 것과 같이 생산 공정과 같은 양을 첨가하여 배합한 후, 금속 기와용 금속 베이스판에 광물질을 부착하여 테스트 샘플들을 제조하고 이들에 대해 물성 비교 실험을 하였다.After preparing the adhesive sample as described above, Lab test was performed on the samples of the bottom coat adhesive shown in Table 1 above to find the optimum composition ratio of the bottom coat adhesive that exhibits high adhesion while operating at low temperature. Proceeded. Lab testing proceeded as closely as possible to the module production process. That is, calcium carbonate, pigment, and paint, which are given for adhesion and workability, are added to each prepared undercoating solution sample by adding the same amount as in the production process as shown in Table 2, and then a metal base for metal tile. Test samples were prepared by attaching minerals to the plates and comparing them with physical properties.

Figure 112012076920876-pat00002
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구체적인 물성 비교 실험은 다음과 같은 방법으로 진행되었다. 100℃ 건조 온도에서 30분 건조하고 5분마다 건조 온도를 10℃씩 상승시켜 160℃에서 30분 동안 경화시킨 후, 약 80℃의 끓는 물에 1시간 동안 담갔다가 금속편으로 긁어 접착력을 비교하였다. 또한 건조로의 원료 절감 및 경화시간 단축의 개선을 위해 130℃ ∼ 140℃로 가교 온도를 낮추어 접착력을 비교하였다.Specific physical property comparison experiment was carried out in the following way. After drying for 30 minutes at a drying temperature of 100 ℃ and curing the drying temperature for 30 minutes at 160 ℃ by increasing the drying temperature by 5 ℃ every 5 minutes, soaked in boiling water of about 80 ℃ for 1 hour and scraped with a metal piece to compare the adhesive strength. In addition, the crosslinking temperature was lowered from 130 ° C. to 140 ° C. in order to reduce raw materials and shorten the curing time of the drying furnace.

테스트 결과, 접착력에 크게 관여하는 주 모노머인 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2-EHA), 메틸 메타크릴레이트(MMA)와 내열성 및 응집력을 향상시키는 관능기 모노머인 아크릴산(AA), 가교도를 향상시키는 N-메틸올 아크릴아마이드(N-MAM-P)를 적용한 하도 접착액 샘플들은 기존품과 비교할 때, 금속 베이스판과 광물질과의 접착력이 보다 우수하였으나 응집력이 좋지 못하여 금속편으로 긁을시 응집 파괴되는 현상이 발생하였다. 응집력 개선을 위해 주 모노머로 부틸 아크릴레이트(BA), 스틸렌(SM)와 메타크릴산(MMA)를 적용한 경우, 응집력은 좋으나, 접착력이 좋지 못한 것으로 나타났다.The test results showed that 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA), methyl methacrylate (MMA), the main monomers that are highly involved in adhesion, and acrylic acid (AA), a functional monomer that improves heat resistance and cohesion, and N, which improves the degree of crosslinking -Samples of the adhesive coating solution using methylol acrylamide (N-MAM-P) had better adhesion between the metal base plate and the mineral compared to the conventional products, but the cohesiveness was not good, causing cohesive failure when scratched with metal pieces. Occurred. When butyl acrylate (BA), styrene (SM) and methacrylic acid (MMA) were used as main monomers to improve cohesion, cohesion was good, but the adhesion was poor.

결과적으로, 접착력 및 응집력 개선을 위해 모노머인 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA)를 20%, 메틸 메타크릴레이트(MMA)를 22% 내외로 조절하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다. 또한 관능기 모노머로 메타크릴산(MAA)보다는 아크릴산(AA)를 단독으로 사용하되, 아크릴산(AA)은 점도 상승 및 중합 발열을 고려하여 그 함량은 1 ~ 2% 내외로 적용하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다. 계면활성제의 경우, 3% 이상 적용할 때 입자사이즈가 작아져 건조성 및 내수성이 나빠지므로, 경시 안정성을 고려하여 2.5% 이내로 적용하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다. 또한 상대적으로 낮은 온도에서 가교가 이루어지는 가교 모노머인 모노머-b를 적용하는 경우, 가교 온도는 다소 개선되나 중합도가 떨어져 내열시 접착력이 좋지 못하고, 함유량 증량(2% 이상)시 점도 상승의 단점이 나타나, N-메틸올 아크릴아마이드(N-MAM-P)를 1.5 % 내외로 적용하는 것이 안정성 및 접착력에 있어 유리한 것으로 평가되었다.As a result, it was evaluated that it is desirable to adjust the monomer 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA) to 20% and methyl methacrylate (MMA) to around 22% to improve adhesion and cohesion. In addition, acrylic acid (AA) is used alone as methacrylic acid (MAA) as the functional monomer, but it is evaluated that acrylic acid (AA) is preferably applied in an amount of 1 to 2% in consideration of viscosity increase and polymerization exotherm. . In the case of the surfactant, when the particle size is 3% or more, the particle size decreases and the drying property and the water resistance deteriorate. Therefore, it is evaluated that the application is within 2.5% in consideration of the stability over time. In addition, when the monomer-b, which is a crosslinking monomer which crosslinks at a relatively low temperature, is applied, the crosslinking temperature is slightly improved, but the degree of polymerization is poor, and thus the adhesive strength is not good at heat resistance, and the viscosity increases when the content is increased (2% or more). It was evaluated that the application of N-methylol acrylamide (N-MAM-P) at about 1.5% was advantageous in terms of stability and adhesion.

또한 접착력 향상을 위해 인산염기를 함유한 모노머-a를 적용한 경우, 접착력이 향상되지만, 경시 점도 상승 및 미셀(Micell) 입자의 파괴로 제품의 안정성을 저해하므로 그 함유량을 0.5 % 이내로 제한하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다. 또한 멜라민계 수지(Melamine resin)를 첨가제로 사용하는 경우, 그 함유량을 증가하면 낮은 가교온도(140℃)에서도 양호한 접착력 나타내나, 과량 사용시에는 표면이 너무 딱딱해져 광물손실의 문제가 발생하므로, 그 함유량을 1.5% 이내로 제한하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다.In addition, when the monomer-a containing the phosphate group is applied to improve the adhesion, the adhesion is improved, but it is preferable to limit the content to within 0.5% because the stability of the product is impaired due to the increase in viscosity over time and the destruction of micelles. Was evaluated. In addition, when melamine resin is used as an additive, increasing its content shows good adhesion even at low crosslinking temperature (140 ℃), but when used excessively, the surface becomes too hard, causing problems of mineral loss. It was evaluated that it was desirable to limit the content to within 1.5%.

최종 평가 결과는 아래의 [표3]으로 요약될 수 있다. 아래 [표3]에서 접착력은 금속 베이스판과 하도 접착액 샘플 간의 접착력을 나타내고, 가교온도는 가교 반응이 일어난 하도 접착액 샘플의 응집성 정도를 나타낸다. 안정성은 140℃에서 가교 반응시킨 후의 테스트 샘플의 안정성으로, 가교 반응 후 테스트 샘플의 부풀어 오름 현상이 있는지 없는지를 나타낸다.The final evaluation results can be summarized in Table 3 below. In the following [Table 3], the adhesive force represents the adhesive force between the metal base plate and the undercoating adhesive sample, and the crosslinking temperature represents the degree of cohesion of the adhesive sample under the crosslinking reaction. Stability is the stability of the test sample after the crosslinking reaction at 140 ° C., which indicates whether there is a swelling phenomenon of the test sample after the crosslinking reaction.

Figure 112012076920876-pat00003
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(× : 불량, △ : 중간, ○ : 양호, ◎ : 매우 양호)(×: poor, △: medium, ○: good, ◎: very good)

[표3]을 보면, 하도 접착액 샘플 #8이 하도 접착액으로의 가장 우수한 특성을 갖는 것으로 나타났다. 즉, 바람직한 하도 접착액은 증류수 52.1%, 계면활성제인 Anion(소듐라우릴설페이트; Sodium lauryl sulfate)과 Nonion(엔피 불포함 유형; NP free type)이 각각 2.0% 및 0.4%, 개시제로 APS(Ammonium persulfate)와 SBS(Sodium metabisulfate)가 각각 0.2% 및 0.1%, 주 모노머로 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA; 2-Ethyl hexyl acrylate) 및 메틸메타크릴레이트(MMA; Methyl Metha Acrylate)가 각각 19.4% 및 21.3%, 기능성 모노머로 엔-메틸올아크릴아미드-피(N-MAM-P; N-Methylol acrylamide, 50%)와 Monomer-a가 각각 1.5% 및 0.5%, 관능기 모노머로 아크릴산(AA; Acrylic acid)가 1.5%, 소포제가 0.1%, 수산화암모늄(NH4OH)이 0.8%, 첨가제가 1% 함유된 아크릴계 접착액이다. 여기에서, 기능성 모노머인 모노머-a는 인산염기(Phosphate group) 함유 모노머로, 인산염기는 아크릴 모노머에 극성을 띠게 하여 금속나 유리 등과 무기물질에 접착력을 높여주는 역할을 한다. 그리고 첨가제는 멜라민계 수지(Melamine resin)로, 이는 가교 온도를 낮추었을 때 접착제와 금속 베이스판의 접착력을 강화시키고 접착제의 표면강도를 강화시켜주는 역할을 한다.Table 3 shows that the undercoat adhesive sample # 8 has the most excellent properties as the undercoat adhesive. That is, the preferred undercoating solution is 52.1% of distilled water, 2.0% and 0.4% of Anion (Sodium lauryl sulfate) and Nonion (NP free type), which are surfactants, and APS (Ammonium persulfate) as an initiator, respectively. ) And SBS (Sodium metabisulfate) were 0.2% and 0.1%, respectively, and 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA; 2-Ethyl hexyl acrylate) and methyl methacrylate (MMA) were 19.4 as main monomers, respectively. % And 21.3%, N-MAM-P (N-Methylol acrylamide, 50%) as functional monomer and 1.5% and 0.5% as Monomer-a, respectively, and acrylic acid (AA; Acrylic acid) is 1.5%, antifoaming agent 0.1%, ammonium hydroxide (NH 4 OH) 0.8%, additives containing 1% acrylic adhesive. Herein, the monomer-a, which is a functional monomer, is a phosphate group-containing monomer, and the phosphate group has a polarity to the acrylic monomer, thereby increasing adhesion to metals, glass, and inorganic materials. And the additive is melamine resin (Melamine resin), which serves to strengthen the adhesive strength of the adhesive and the metal base plate and lower the surface strength of the adhesive when the crosslinking temperature is lowered.

또한 각 하도 접착액 샘플들에 대한 촉진내후성 테스트, 내습성 테스트 및 내열성는 테스트 결과, 하도 접착액 샘플 #8은 다른 샘플들에 비해 양호한 성능을 갖는 것으로 나타났다.In addition, the accelerated weathering test, the moisture resistance test, and the heat resistance test for each coat of adhesive samples showed that the coat of the sample # 8 had better performance than the other samples.

촉진내후성 시험은 UV램프 등의 인공 광원과 온도, 습도 조건 조절에 의한 가혹한 환경조건을 구현하여 재료의 열화를 보다 빠르게 진행시켜 제품의 환경에 대한 저항성능을 검증하는 시험으로, 제조된 하도 접착액 샘플들의 촉진내후성 테스트에는 한국산업표준 KS F 4751에 규정된 방법이 이용되었다. 즉, 선샤인 카본 아크 내후성시험기(Sunshine Carbon Arc Weathermeter)를 사용하여 테스트 샘플들을 블랙 패널 온도 63±3℃에서 300∼700nm 파장영역의 빛을 방사조도 255±10%W/㎡ 로 지속적으로 조사하였는데, 이때 102분 빛 조사 후 18분 동안 물 분사 및 빛 조사를 동시에 진행하는 방법으로 빛 조사가 이루어졌다. 시험 후 결과 판정은 시험 전후의 시료의 변색, 균열, 부풀음 발생 유무를 육안으로 확인하는 방법으로 진행되었다.Accelerated weathering test is a test for verifying the product's environmental resistance performance by rapidly deteriorating materials by realizing harsh environmental conditions by controlling artificial light sources such as UV lamps and temperature and humidity conditions. For the accelerated weathering test of the samples, the method specified in Korean Industrial Standard KS F 4751 was used. That is, the test samples were continuously irradiated with light in the wavelength range of 300 to 700 nm at a black panel temperature of 63 ± 3 ° C. using a sunshine ± 255% ± 10% W / m 2 using a Sunshine Carbon Arc Weathermeter. At this time, the light irradiation was performed by simultaneously performing a water spray and light irradiation for 18 minutes after 102 minutes light irradiation. After the test, the result was judged by visually confirming whether the sample was discolored, cracked, or swollen before and after the test.

내습성 테스트는 온도 및 습도를 조절하여 고온·고습 상태에서 제품의 내수성능과 백탁에 대한 저항성 등을 점검할 수 있는 테스트로 앞의 촉진내후성 시험과 동일하게 한국산업표준 KS F 4751에 규정된 방법을 적용하여 평가를 실시하였다. 평가는 테스트 샘플을 온도 49±1℃, 상대습도 95% 이상의 항온·항습기 내에 평가시간 동안 수용시킨 후, 시험 전후 샘플의 변색, 균열, 부풀음 발생 유무를 육안으로 확인하는 방법으로 실시하였다.Moisture resistance test is a test to check the water resistance of the product and the resistance to turbidity under high temperature and humidity conditions by controlling temperature and humidity. The method specified in Korean Industrial Standard KS F 4751 is the same as the accelerated weathering test. Evaluation was carried out by applying. The evaluation was carried out by accommodating the test sample in a constant temperature / humidity temperature of 49 ± 1 ° C. and a relative humidity of 95% or more for the evaluation time, and then visually confirming whether the sample was discolored, cracked, or swollen.

내열성능 테스트는 건축외장재에서는 필수적인 평가인 고온에 대한 저항능력을 점검할 수 있는 테스트로, 열풍건조기 속에 샘플을 평가시간 동안 수용시킨 후 시험 전·후 시료의 변색, 균열, 부풀음 발생 유무를 육안으로 확인하였다.The heat resistance test is a test to check the resistance to high temperature, which is an essential evaluation in building exterior materials, and after accepting the sample in the hot air dryer for the evaluation time, visually inspecting whether the sample is discolored, cracked, or swollen before and after the test. Confirmed.

이하에서는, 친환경적인 수성 아크릴계 상도 접착액의 개발 과정에 대하여 설명한다.Hereinafter, the development process of an environmentally friendly aqueous acrylic top coat adhesive liquid will be described.

최적의 성분과 조성비를 찾아내기 위한 상도 접착액 샘플의 제조 과정은 상술한 하도 접착액 샘플의 제조 과정과 유사한 것으로, 2ℓ 5구 플라스크에 증류수를 넣고 교반하면서, 동시에 유화조에 증류수와 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2-EHA), 부틸 아크릴레이트(BA), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 스틸렌(SM), 아크릴로니트릴(AN)의 아크릴산 에스테르계 모노머를 2종 이상, 관능기인 카르복시기를 함유한 모너머인 아크릴산(AA), 이타콘산(IA)등과 일부 기능성 가교 모노머 그리고 계면활성제를 넣고 고속 교반하여, 유화액을 제조하였다. 제조된 유화액을 2ℓ 5구 플라스크에 과황산암모늄(Ammonium persulfate) 및 아황산수소나트륨(Sodium bisulfite)의 중합 개시제와 함께 80 ∼ 84℃ 온도에서 약 3시간 Tapping 열 중합한 후, 2 ~ 3시간 동안 숙성하고, 냉각하여 수산화암모늄(NH4OH)과 폴리에스테르계 소포제 및 첨가제를 사용하여 수성 아크릴계 접착액을 제조하였다.The process of preparing the top coat adhesive sample to find the optimum component and composition ratio is similar to the process of preparing the bottom coat adhesive sample described above. Distilled water and 2-ethylhexyl are added to the emulsification tank while stirring with distilled water in a 2-liter 5-neck flask. 2 or more types of acrylic ester monomers of acrylate (2-EHA), butyl acrylate (BA), methyl methacrylate (MMA), styrene (SM) and acrylonitrile (AN), containing a carboxyl group which is a functional group The acrylic acid (AA), itaconic acid (IA), etc. which are a monomer, some functional crosslinking monomers, and surfactant were added, and the mixture was stirred at high speed to prepare an emulsion. The prepared emulsion was thermally polymerized in a 2 L five-neck flask with a polymerization initiator of ammonium persulfate and sodium bisulfite at a temperature of 80 to 84 ° C. for about 3 hours, and then aged for 2 to 3 hours. After cooling, an aqueous acrylic adhesive liquid was prepared using ammonium hydroxide (NH 4 OH), a polyester antifoaming agent, and an additive.

상도 접착액은 금속 베이스판과 광물질의 부착 손실을 방지하기 위해 하도 접착액으로 고정된 광물질 위에 도포된다. 따라서, 상도 접착액은 금속 기와가 옥외 설치시 외부 환경의 영향을 가장 많이 받게 되며, 접착액 자체의 응집력이 우수하여 내후성에 강하고, 습기에 백탁 현상이 없어야 한다.  The top coat adhesive is applied over the mineral fixed with the bottom coat adhesive to prevent the loss of adhesion of the metal base plate and the mineral. Therefore, the top coat adhesive is most likely to be affected by the external environment when the metal tile is installed outdoors, the cohesive force of the adhesive solution itself is excellent in the weather resistance, there should be no clouding phenomenon in the moisture.

아래의 [표4]는 제조한 접착액 샘플들에 대한 구성 성분 및 조성비를 나타낸 것이다.Table 4 below shows the constituents and composition ratios for the prepared adhesive solution samples.

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상술한 것과 같이 상도 접착액 샘플을 제조한 후, 응집력이 우수하여 내후성에 강하고 습기에 백탁 현상이 잘 발생하지 않는 상도 접착액의 최적의 조성비를 찾기 위해 위의 [표4]에 나타낸 상도 접착액 샘플들에 대해 물성 테스트를 진행하였다. 상도 접착액의 물성 테스트를 위해 금속 기와용 금속 베이스판에 하도 접착액을 이용하여 광물질을 부착하고, 그 위에 상도 접착액 샘플을 분무기로 20cm의 거리를 두고 2번 분사하여 도포하였다. 여기에서 금속 베이스판으로는 갈바륨 강판(용융 55%알루미늄 아연 합금 도금 강판, KS D 3770)을 이용하였고, 광물질로는 화산석에 안료를 착색시킨 돌가루를 이용하였으며, 하도 접착액으로는 아크릴계 수용성 바인더를 이용하였다.After preparing the top coat adhesive sample as described above, the top coat adhesive shown in Table 4 above to find the optimal composition ratio of the top coat adhesive which is excellent in cohesion and strong in weather resistance and hardly cloudy due to moisture. Physical property tests were performed on the samples. To test the physical properties of the top coat adhesive, a mineral material was attached to the metal base plate for metal tile using the bottom coat adhesive, and the top coat adhesive sample was sprayed twice at a distance of 20 cm with an atomizer. In this case, a galvalume steel sheet (melted 55% aluminum zinc alloy plated steel sheet, KS D 3770) was used as the metal base plate, and mineral powder was used as the stone powder colored with volcanic stone. Was used.

그리고 이렇게 만들어진 테스트 샘플을 140℃로 5분 또는 160℃로 4분 동안 건조한 후 상온에서 수돗물에 1 ~ 2일 담가 처리하였다. 이후, 각 테스트 샘플에 대한 광물질의 손실 및 백탁 유무를 기존 제품과 비교 실험하고, 냉온 테스트로 -20℃에서 24시간 방치 후 상온에서 광물질의 손실 및 백탁 유무를 비교 실험하였다.The test sample thus made was dried at 140 ° C. for 5 minutes or 160 ° C. for 4 minutes and then soaked in tap water for 1 to 2 days at room temperature. Thereafter, the loss of minerals and turbidity of each test sample were compared with the existing products, and the loss of minerals and cloudiness at room temperature were compared after experiments at -20 ° C for 24 hours in a cold test.

테스트 결과, 백탁 현상 및 광물질 손실을 비교시 계면활성제의 경우 Anion의 적용보다는 Nonion 단독으로 소량 적용하는 것이 백탁도가 낮았으나, 함유량이 너무 적을시 미셀(Micell) 입자의 수가 부족하여 제품의 불안정성을 가져와 그 함유량을 0.8 ∼ 1.5% 내외로 제한하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다. 접착력 및 가교도를 좋게 하기 위해 적용된 기능성 모노머와 관능기 모노머의 경우, 기능성 모노머는 N-메틸올 아크릴아마이드(N-MAM-P) 2% 내외, 관능기 모노머는 아크릴산(AA)의 단독 적용보다는 이타콘산(IA)을 50%로 혼용하여 1% 내외로 사용하는 것이 접착력, 백탁 현상 및 Gelation 없이 안정적이고 물성이 양호한 제품을 형성하는데 유리한 것으로 평가되었다.As a result of the test, when comparing the turbidity phenomenon and mineral loss, the application of the surfactant to the nonion alone was less than the application of Anion, but when the content was too small, the amount of micelle particles was insufficient. It was evaluated that it was desirable to limit the content to about 0.8 to 1.5%. In the case of functional monomers and functional monomers applied to improve adhesion and crosslinking degree, the functional monomers are about 2% of N-methylol acrylamide (N-MAM-P), and the functional monomers are itaconic acid (AA) rather than the application of acrylic acid (AA) alone. The use of IA) in a mixture of 50% and 1% was considered to be advantageous in forming a stable and good product without adhesion, cloudiness and gelation.

또한 접착력 및 내수성에 가장 크게 영향을 미치는 주 모노머는 일반적으로 건조성 및 작업성을 고려하여 35% 내외로 적용하는 것이 바람직하고, 스틸렌(SM)이 메틸 메타크릴레이트(MMA)보다 내수성이 우수한 것으로 나타났고, 부틸 아크릴레이트(BA)과 아크릴로니트릴(AN)의 양을 증가시킬수록 응집력 및 접착력이 향상되어 백탁 현상이 줄어드는 것으로 나타났다. 그러나 너무 많은 부칠아크릴레이트(BA)의 증량은 중합시 Gelation 및 안정성이 좋지 않은 원인이 되어 그 함유량을 17 ~ 19% 정도로 제한하는 것이 바람직하고, 아크릴로니트릴(AN)의 증량 역시 접착력을 상실하는 원인이 되어 그 함유량을 7 ∼ 8% 정도로 제한하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다.In addition, the main monomer that most affects the adhesion and water resistance is generally applied at about 35% in consideration of drying and workability, and styrene (SM) is more water-resistant than methyl methacrylate (MMA). As the amount of butyl acrylate (BA) and acrylonitrile (AN) was increased, cohesive force and adhesion were improved, resulting in less turbidity. However, too much butyl acrylate (BA) is the cause of poor gelation and stability during polymerization, the content is preferably limited to about 17 ~ 19%, and the increase of acrylonitrile (AN) also loses adhesion It was evaluated that it was preferable to cause it and to limit the content to about 7-8%.

또한 유리전이온도(Tg)가 낮으면 Tacky가 우수하여 초기 접착력은 양호하나 경시 접착력이 낮고, 유리전이온도(Tg)가 너무 높을 경우 내한성이 좋지 못해 백탁현상이 발생할 수 있어, 경시 접착력 향상 및 내한성을 고려할 때 유리전이온도(Tg)는 4 ~ 5℃ 정도로 조절되는 것이 바람직한 것으로 평가되었다. 입자사이즈는 건조성에 따른 접착력 차를 고려하여 0.1 ~ 0.2㎛ 정도로 하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다.In addition, if the glass transition temperature (Tg) is low, Tacky is excellent, and the initial adhesive strength is good, but the adhesive strength is low over time, and if the glass transition temperature (Tg) is too high, the cold resistance may not be good, so that the turbidity may occur. Considering the glass transition temperature (Tg) was evaluated to be preferably adjusted to about 4 ~ 5 ℃. It was evaluated that the particle size is preferably about 0.1 to 0.2 µm in consideration of the difference in adhesive strength depending on the dryness.

또한 내수성, 내후성 및 표면 접촉각을 향상시키기 위해 첨가제로 불소계 발수제를 첨가함으로써, 표면 장력을 낮추어 옥외 설치시 발수성(수분의 흡착 방지)을 향상시킬 수 있는 것으로 평가되었다. 발수 첨가제는 발수성을 향상시키나, 접착력 및 내열성 저하의 원인이 되고, 제품 단가를 높이므로, 그 함유량을 1.5% 정도로 제한하는 것이 바람직한 것으로 평가되었다.  In addition, by adding a fluorine-based water repellent as an additive to improve water resistance, weather resistance and surface contact angle, it was evaluated that the surface tension can be lowered to improve water repellency (prevention of moisture absorption) during outdoor installation. Although a water repellent additive improves water repellency, it causes the fall of adhesive force and heat resistance, and raises a product cost, it was evaluated that it is desirable to restrict the content to about 1.5%.

또한, 고형분 수율 및 미반응에 의해 잔류된 아크릴 모노머에 의해 발생되는 아크릴 제품의 냄새 개선을 위해 중합완료 후 숙성시간을 증대함으로써, 고형분 수율 증가와 함께 기존 샘플과 비교시 냄새 문제의 개선이 이루어지고, 백탁 현상의 감소 및 접착력 향상의 효과를 얻을 수 있었다.In addition, by increasing the aging time after the completion of the polymerization in order to improve the odor of the acrylic product caused by the acrylic monomer remaining due to the solid content yield and unreacted, the solid matter yield is increased and the odor problem is improved compared to the existing sample In addition, the effect of reducing the cloudiness and improving the adhesive strength was obtained.

최종 평가 결과는 아래의 [표5]에 나타낸 것과 같다.The final evaluation result is shown in [Table 5] below.

Figure 112012076920876-pat00005
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(× : 불량, △ : 중간, ○ : 양호, ◎ : 매우 양호)(×: poor, △: medium, ○: good, ◎: very good)

[표5]에 나타낸 것과 같이, 각각의 상도 접착액 샘플에 대한 테스트 결과, 비이온 계면활성제가 단독으로 함유되고, 아크릴산(AA)과 이타콘산(IA)이 혼용 적용되고, 유리전이 온도(Tg)가 4 ~ 5℃이며, 숙성시간을 연장하여 제조한 테스트 샘플 #10이 상도 접착액으로의 가장 우수한 물성을 갖는 것으로 나타났다. 구체적으로, 테스트 샘플 #10은 증류수 59.2%, 계면활성제인 Nonion(NP free type)을 0.9%, 개시제로 APS(Ammonium persulfate)와 SBS(Sodium metabisulfate)를 각각 0.2% 및 0.1%, 주 모노머로 스티렌(Styrene), BA(Butyl acrylate) 및 AN(Acrylonitrile)을 각각 9.2%, 17.7%, 8.0%, 기능성 모노머로 N-MAM-P(N-Methylol acrylamide, 50%) 1.6%, 관능기 모노머로 AA(Acrylic acid) 및 IA(Itaconic acid)를 각각 0.4%씩, 소포제를 0.1%, 수산화암모늄(NH4OH)을 0.6%, 첨가제로 불소계 발수제를 1.5% 함유한 것이다.As shown in Table 5, the test results for each of the top coat adhesive samples contained only a nonionic surfactant, mixed use of acrylic acid (AA) and itaconic acid (IA), and a glass transition temperature (Tg). ) Is 4 ~ 5 ℃, test sample # 10 prepared by extending the maturation time was found to have the best physical properties to the top coat adhesive liquid. Specifically, test sample # 10 was 59.2% of distilled water, 0.9% of nonion (NP free type) as a surfactant, 0.2% and 0.1% of APS (Ammonium persulfate) and SBS (Sodium metabisulfate) as an initiator, and styrene as a main monomer, respectively. (Styrene), BA (Butyl acrylate) and AN (Acrylonitrile) 9.2%, 17.7%, 8.0%, respectively, functional monomers N-MAM-P (N-Methylol acrylamide, 50%) 1.6%, functional monomers AA ( 0.4% of acrylic acid) and IA (Itaconic acid), 0.1% of antifoam, 0.6% of ammonium hydroxide (NH 4 OH), and 1.5% of fluorine-based water repellent as an additive.

또한 각 상도 접착액 샘플들에 대한 촉진내후성 테스트, 내습성 테스트 및 발수성 테스트 결과, 상도 접착액 샘플 #10은 다른 샘플들에 비해 양호한 성능을 갖는 것으로 나타났다.In addition, the accelerated weather resistance test, the moisture resistance test, and the water repellency test for each of the top coat adhesive samples showed that the top coat adhesive sample # 10 had better performance than the other samples.

촉진내후성 테스트 및 내습성 테스트는 상술한 하도 접착액 샘플의 촉진내후성 테스트 및 내습성 테스트와 동일한 방법으로 실시되었다. 발수성의 좋고 나쁨은 물에 잘 젖지 않는 것과 쉽게 젖는 것의 차이라 할 수 있다. 발수성은 샘플의 표면에 맺히는 물방울의 접촉각 크기로 평가될 수 있다. 물방울의 접촉각이 클수록 물방울은 샘플의 표면에서 쉽게 흘러 떨어지는데, 일반적으로 물방울의 접촉각이 100°를 넘으면 발수성 좋다고 평가된다. 접촉각시험기(KYOWA Dropmaster 500)를 사용하여 한국산업표준 KS L 2110에 규정하는 물방울법을 적용한 발수성 테스트 결과, 종래의 상도 접착액을 적용한 테스트 샘플은 접촉각이 60°~ 70°로 나타났으나, 상도 접착액 샘플 #10을 적용한 테스트 샘플은 접촉각이 90°이상으로 나타나는 것으로 확인되었다.The accelerated weather resistance test and the moisture resistance test were carried out in the same manner as the accelerated weather resistance test and the moisture resistance test of the undercoat adhesive sample described above. The good or bad water repellency is the difference between poor wetness and easy wetness. Water repellency can be assessed by the contact angle size of the droplets forming on the surface of the sample. The larger the contact angle of the water droplets, the easier the water droplets flow off the surface of the sample. Generally, when the contact angle of the water droplets exceeds 100 °, the water repellency is evaluated to be good. As a result of the water repellency test using the contact angle tester (KYOWA Dropmaster 500) applying the water droplet method specified in the KS L 2110, the contact sample of the conventional top coat adhesive was found to have a contact angle of 60 ° to 70 °. The test sample to which the adhesive liquid sample # 10 was applied was found to have a contact angle of 90 ° or more.

본 출원인은 상술한 것과 같이 금속 기와의 품질을 높일 수 있는 하도 접착액 및 상도 접착액의 개발과 함께, 금속 기와의 제조 공정 중 큐어링 공정을 개선하여 제조 비용을 줄일 수 있는 방법을 찾아내었다. 큐어링 공정에 대한 개선은 낮은 온도에서 반응하는 접착액의 개발과 함께, 근본적으로는 광물질의 접착력을 일정 수준 이상으로 유지하면서 큐어링 온도를 낮추고 큐어링 시간을 줄이는 것이다. 광물질의 접착력을 일정 수준 이상으로 유지하면서 큐어링 온도를 낮추고 큐어링 시간을 줄이기 위해서는 시간에 따른 최적화된 큐어링 온도 제어가 필요하다.As described above, the present applicant has developed a method for reducing the manufacturing cost by improving the curing process during the manufacturing process of the metal tile with the development of the base coat liquid and the top coat liquid which can improve the quality of the metal tile. Improvements to the curing process, along with the development of adhesive solutions that react at low temperatures, are essentially lowering the curing temperature and reducing curing time while maintaining the adhesion of minerals above a certain level. Optimized curing temperature control over time is required to lower the curing temperature and reduce the curing time while maintaining the adhesion of minerals above a certain level.

이를 위해 상술한 것과 같이 새로 개발한 하도 접착액(하도 접착액 샘플 #8에 해당) 및 상도 접착액(상도 접착액 샘플 #10에 해당함)을 이용하여 금속 기와 테스트 샘플을 제조하였다. 금속 기와 테스트 샘플의 금속 베이스판으로는 갈바늄 강판을 이용하였다.For this purpose, a metal tile test sample was prepared using the newly developed undercoat adhesive solution (corresponding to the undercoat adhesive sample # 8) and the top coat adhesive solution (corresponding to the topcoat adhesive sample # 10) as described above. A galvanium steel sheet was used as the metal base plate of the metal tile and the test sample.

구체적으로, 하도 접착액 샘플 #8(50kg)에 탄산칼슘(10kg), 증점제(1kg) 및 안료(0.2kg)을 섞고, 이렇게 혼합된 접착액을 이용하여 금속 베이스판(340㎜ × 457㎜)에 광물질(화산석 돌가루에 안료로 색상을 입힌 돌가루)을 코팅하고, 그 위에 상도 접착액 샘플 #10을 도포하여 금속 기와 테스트 샘플을 제조하였다.Specifically, calcium carbonate (10 kg), a thickener (1 kg) and a pigment (0.2 kg) were mixed with the undercoat adhesive sample # 8 (50 kg), and the metal base plate (340 mm × 457 mm) was prepared using the mixed adhesive solution. The mineral (coated stone colored with pigment on volcanic stone powder) was coated on it, and a top coat adhesive sample # 10 was applied thereon to prepare a metal tile test sample.

이렇게 제조한 금속 기와 테스트 샘플을 도 2에 나타낸 것과 같은 기존의 큐어링 온도 제어 프로그램에 따라 큐어링한 후, 80℃ 물에서 1시간 정도 담갔다가 광물질 코팅층의 박리 여부를 확인한 결과, 부분적인 부풀어 오르는 현상이 100장 중 80장 발생하였다. 이러한 문제는 접착액이 건조될 때 표면 부분이 급속히 건조되어 발생하는 것으로 분석되었다.The metal groups and test samples thus prepared were cured according to the existing curing temperature control program as shown in FIG. 2, and then immersed in water at 80 ° C. for about 1 hour, and then confirmed whether the mineral coating layer was peeled off, resulting in partial swelling. 80 out of 100 cases occurred. This problem was analyzed to occur due to the rapid drying of the surface portion when the adhesive liquid dries.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 큐어링 온도 제어 프로그램을 도 3에 나타낸 것과 같이 개선하였다. 이러한 큐어링 온도 제어 프로그램은 상승시간을 기존 보다 늘리고 정체 기간을 줄여 갑작스런 온도 상승을 억제한 것이다. 이러한 새로운 큐어링 온도 제어 프로그램에 따라 동일한 금속 기와 테스트 샘플을 큐어링한 후, 80℃ 물에서 1시간 정도 담갔다가 광물질 코팅층의 박리 여부를 확인한 결과, 부분적인 부풀어 오르는 현상이 발생하지 않았다.In order to solve this problem, the applicant has improved the curing temperature control program as shown in FIG. 3. This curing temperature control program suppresses the sudden rise in temperature by increasing the rise time and reducing the stall period. According to this new curing temperature control program, the same metal groups and test samples were cured, and then immersed in water at 80 ° C. for about 1 hour, and then confirmed whether the mineral coating layer was peeled off.

이와 같이, 본 발명은 큐어링 온도 제어 프로그램을 개선하여 종래에 비해 낮은 큐어링 온도에서 단축된 시간 동안 금속 베이스판에 코팅된 광물질을 큐어링함으로써, 큐어링 공정에서의 에너지 소비량을 크게 줄일 수 있다.As such, the present invention improves the curing temperature control program to cure minerals coated on the metal base plate for a shorter time at lower curing temperatures than in the prior art, thereby greatly reducing energy consumption in the curing process. .

본 출원인은 새로 개발된 하도 접착액(하도 접착액 샘플 #8에 해당) 및 상도 접착액(상도 접착액 샘플 #10에 해당함)과 새로운 큐어링 온도 제어 프로그램을 이용하여 샘플 금속 기와를 제조하고, 이에 대한 물성 테스트(촉진내후성, 내습성, 내열성능, 표면 광물질 손실량, 내산성 및 내알칼리성, 냉온반복 테스트)를 실시하였다. 금속 기와의 제조에 이용된 금속 베이스판으로는 갈바늄 강판을 이용하였고, 금속 베이스판에 코팅된 광물질로는 화산석 돌가루에 안료로 색상을 입힌 돌가루를 이용하였다.Applicant manufactures sample metal roof tiles using newly developed undercoat adhesive (corresponding to undercoat adhesive sample # 8) and topcoat adhesive (corresponding to topcoat adhesive sample # 10) and a new curing temperature control program. Physical property tests (promoting weather resistance, moisture resistance, heat resistance, surface mineral loss amount, acid resistance and alkali resistance, cold and hot repeated tests) were conducted. Galvanium steel sheet was used as a metal base plate used in the manufacture of metal roof tiles, and as a mineral material coated on the metal base plate, volcanic stone powder was colored with pigments.

물성 테스트 중에서 촉진내후성 테스트(한국산업표준 KS F 4751), 내습성 테스트(한국산업표준 KS F 4751), 내열성능 테스트(한국산업표준 KS F 4751)는 상술한 접착액의 평가와 동일한 방법으로 수행되었다. 이러한 테스트 결과, 촉진내후성(1,700시간)은 이상없는 것으로, 내습성(1,500시간)은 이상없는 것으로, 내열성(500분)은 이상없는 것으로 나타났다.Among the physical property tests, the accelerated weather resistance test (Korean Industrial Standard KS F 4751), the moisture resistance test (Korean Industrial Standard KS F 4751), and the thermal performance test (Korean Industrial Standard KS F 4751) are performed in the same manner as the evaluation of the adhesive solution described above. It became. As a result of this test, the accelerated weather resistance (1,700 hours) was not abnormal, the moisture resistance (1,500 hours) was not abnormal, and the heat resistance (500 minutes) was not abnormal.

표면 광물질 손실량 테스트는 시료의 표면을 부드러운 솔 등으로 떨어낸 후 질량을 측정하고, 시료의 표면을 위로 하여 표면 광물질 손실량 시험기에 장착하고 시료의 표면 위를 2,300±5g의 시험용 철제 솔로 왕복 50회/min 정도의 속도로 문지른 후, 시험체의 표면에서 분리된 광물질을 제거한 후 질량을 측정하여 시험 전에 측정한 질량과의 차이를 평가하는 테스트이다. 이러한 테스트는 한국산업표준 KS F 4751에 명시되어 있는 방법으로 강판과 광물질의 부착력을 물리적으로 평가할 수 있다. 3개의 샘플에 대한 테스트 결과, 샘플 금속 기와의 표면 광물질 손실량은 0.27g, 0.25g, 0.24g으로 종래에 비해 작은 것으로 확인되었다.The surface mineral loss test is carried out by dropping the surface of the sample with a soft brush, etc., and then measuring the mass.The surface mineral loss tester is mounted on the surface mineral loss tester with the surface of the sample up, and 50 round trips / s with a 2,300 ± 5g test iron brush on the surface of the sample. After rubbing at a speed of min, remove the separated minerals from the surface of the test object and measure the mass to evaluate the difference from the mass measured before the test. These tests can be used to physically assess the adhesion between steel and minerals by the method specified in KS F 4751. As a result of testing on three samples, the amount of surface mineral loss of the sample metal tile was 0.27g, 0.25g and 0.24g, which was smaller than the conventional one.

내산성 및 내알칼리성 테스트는 금속 기와의 광물질 코팅층과 후면 강판의 화학적 저항성을 평가하는 테스트로, 그 테스트 방법은 다음과 같다. 먼저, 금속 기와 위에 상하가 개방된 폴리에틸렌제 링을 올려놓고 그 안에 산성액 또는 알칼리액을 1/2 이상 채우고 유리판으로 개방된 상단을 덮은 후 20±2℃의 온도에서 평가시간 동안 방치한다. 내산성 테스트에서 산성액으로는 2% 황산수용액이 이용되었고, 내알칼리성 테스트에서 알칼리액으로는 포화석회수가 이용되었다. 이후, 폴리에틸렌제 링을 제거하고, 금속 기와 표면을 물로 살짝 씻어 실내에 1시간 방치한 후 육안으로 표면을 검사하여 광물질 및 금속 베이스판의 변색 및 박리 유무를 확인한다. 테스트 결과(KS F 4751), 샘플 금속 기와는 내산성(120시간)과 내알칼리성(120시간)에 이상이 없는 것으로 나타났다.Acid and alkali resistance test is a test for evaluating the chemical resistance of the metal coating mineral coating layer and the back steel sheet, the test method is as follows. First, a polyethylene ring having an open top and bottom on a metal tile is placed therein, and an acidic or alkaline liquid is filled therein at least 1/2, the top of which is opened with a glass plate is covered, and then left to stand at an evaluation time of 20 ± 2 ° C. 2% sulfuric acid solution was used as acid solution in acid resistance test and saturated lime water was used as alkaline solution in alkali resistance test. Thereafter, the polyethylene ring is removed, the metal group and the surface are washed with water and left in the room for 1 hour, and then the surface is visually inspected to check the discoloration and peeling of the mineral and the metal base plate. As a result of the test (KS F 4751), the sample metal tile was found to have no abnormality in acid resistance (120 hours) and alkali resistance (120 hours).

냉온반복 테스트는 가열과 냉각이 되풀이됨으로써 발생하는 열피로 현상을 발생시켜 제품의 손상 정도를 평가하는 테스트로, 한국산업표준 KS F 5602의 시험방법을 준용하여 아래 [표6]의 조건을 1사이클로 반복 테스트하여 시험전후 시료의 광물질의 떨어짐 및 변색, 균열, 부풀음 발생 여부를 확인하였다.The cold and cold repetition test is a test to evaluate the degree of damage of the product by generating thermal fatigue caused by repeated heating and cooling.The test conditions of [Table 6] below are applied to one cycle using the test method of KS F 5602. The test was repeated to determine whether the minerals in the sample fell and changed color, cracks, and swelling before and after the test.

Figure 112012076920876-pat00006
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냉온반복 테스트(1,200시간, 50사이클) 결과는 이상없는 것으로 나타났다.The cold and hot test (1,200 hours, 50 cycles) showed no abnormality.

한편, 금속 기와의 고장 원인 중 제품의 수명과 가장 밀접하게 관련되고 수명예측에 용이하게 적용될 수 있는 요인은 표면 광물질 손실량이다. 본 출원인은 이에 착안하여, 다양한 환경적 요소로 인해 발생되는 광물질의 손실과 제품 수명과의 연관성을 마모에 의한 제품의 무게감량에 초점을 두어 수명 평가 방법을 설계하였다.On the other hand, the most closely related to the life of the product among the causes of the failure of the metal tile and the factor that can be easily applied to the life expectancy is the amount of surface mineral loss. Applicant has designed the life assessment method by focusing on the weight loss of the product due to wear and the correlation between the loss of minerals caused by various environmental factors and product life.

이를 위해 먼저, 국내에서 확보할 수 있는 연도별 실제 시공 금속 기와 샘플을 수거하여 그 제품이 실제 생산되었을 당시 생산 롯트 단위무게를 파악하고 실제 채취한 샘플의 단위무게와 비교하여 예상 평균마모감량에 대한 변화추이를 측정하였다. 그리고 기존 금속 기와와 개선된 금속 기와 시료를 앞서 설명한 촉진내후성 테스트와 동일한 조건의 촉진열화를 일정한 시간대별로 실시한 후, 실제 시공된 제품의 무게감량 추이와 비슷한 감량변화를 줄 수 있는 일정한 형태의 마모실험을 추가로 실시하여 실제 상황과 촉진열화 테스트에 의한 단축된 수명과의 상관관계 분석을 통해 개선 금속 기와의 수명을 예측하였다.To this end, first of all, the actual construction metals and samples for each year can be collected, and the production lot unit weight was identified when the product was actually produced, and compared with the unit weight of the sample actually collected. The change trend was measured. After the accelerated deterioration of the existing metal tile and the improved metal tile and the sample under the same conditions as the accelerated weathering test described above at regular time intervals, a certain form of abrasion test was performed to change the weight loss similar to the weight loss trend of the actual product. In addition, the lifespan of the improved metal roof tiles was predicted through correlation analysis between the actual situation and the shortened life span by the accelerated deterioration test.

실제 시공 금속 기와 샘플로는 2002년 ~ 2009년 사이에 시공된 것을 선택하여 3건 이상의 현장 샘플을 수집하였다. 수집 샘플의 생산 초기 단위무게를 정확하게 파악할 수는 없으나, 그 샘플들의 일련번호를 통해 생산 당시 생산 롯트 단위무게(g/㎡)의 대표값을 알 수 있으므로, 그 데이터들을 이용하여 수집 샘플의 초기 단위무게(g/㎡)를 추정하였다. 그리고 수집 샘플들의 실제 무게를 반복 측정하여 연도별 수집 샘플의 평균 단위무게(g/㎡) 측정하고, 초기 단위무게에 실제 샘플의 단위무게를 빼주어 평균 마모감량(g/㎡) 값을 구하였다. 그렇게 구한 실제 현장 샘플의 연도별 평균 마모 감량값은 아래의 [표7]에 나타낸 것과 같다.More than three field samples were collected from actual construction metal tiles and samples selected between 2002 and 2009. Although the initial unit weight of the collected sample cannot be accurately determined, the representative number of the production lot unit weight (g / m 2) at the time of production can be known from the serial numbers of the samples. The weight (g / m 2) was estimated. The actual weight of the collected samples was repeatedly measured to measure the average unit weight (g / ㎡) of the collected samples by year, and the average wear loss (g / ㎡) was obtained by subtracting the unit weight of the actual sample from the initial unit weight. . The average wear reduction values for each year of the actual field samples thus obtained are shown in Table 7 below.

Figure 112012076920876-pat00007
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여러 번의 반복 측정 결과 현장 샘플들의 연도별 마모감량이 도 4에 나타낸 그래프와 같은 것으로 나타났다. 도 4의 그래프를 보면 설치 연수가 증가할수록 마모감량이 꾸준히 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고 도 4의 그래프에 나타난 변화 추이를 바탕으로 “실제 제품이 계속해서 고장없이 설치 연수에 따라 일정하게 그 무게가 감소한다”라는 가정 하에 이후의 변화를 분석하여 도 5와 같은 그래프를 도출하였고, 이를 통해 아래의 [표8]과 같이 연도별 마모감량을 예상할 수 있었다.Several repeated measurements showed that the yearly wear loss of the field samples is the same as the graph shown in FIG. 4. Looking at the graph of Figure 4 it can be seen that the wear loss is steadily increased as the number of installation years increases. On the basis of the change trend shown in the graph of FIG. 4, a graph as shown in FIG. 5 was derived by analyzing the subsequent change under the assumption that “the actual product continuously decreases its weight according to the number of years of installation without failure”. Through this, the wear loss by year can be expected as shown in [Table 8] below.

Figure 112012076920876-pat00008
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실제 금속 기와를 옥외에 시공하고 세월이 흐름에 따라 발생할 수 있는 문제를 평가하기 위해 촉진열화 실험과 마모실험을 결합한 내환경성 실험을 실시하였다. 그 이유는 KS F 2274의 촉진열화 실험만으로는 마모조건을 구현할 수 없기 때문에 실제 조건과 최대한 비슷하게 실험조건을 모사하기 위해 마모실험을 추가한 것이다. 금속 기와의 내환경성 실험은 KS F 2274에 제시되어 있는 개방 불꽃 카본-아크 램프에 의한 광조사와 물 분무가 혼합된 촉진열화 실험과 KS F 4751에 제시되어 있는 표면 광물질 손실량 실험, KS L 1001에 제시되어 있는 마모실험을 병행하여 실시한 뒤, 실제 마모감량으로 추정한 예상 데이터와 비교하는 방법으로 진행하였다.In order to evaluate the problems that may occur due to the construction of real metal roof tiles outdoors, an environmental resistance test that combines accelerated deterioration and abrasion tests was conducted. The reason is that the accelerated deterioration test of KS F 2274 alone can not realize the wear condition, so the wear test was added to simulate the test condition as closely as possible. Environmental resistance tests of metal roofs were carried out in the accelerated deterioration test of light irradiation and water spray by the open flame carbon-arc lamp presented in KS F 2274, and the surface mineral loss test presented in KS F 4751, KS L 1001. The presented wear tests were conducted in parallel, and then compared with the expected data estimated by the actual wear loss.

먼저 기존 제품과 개선 제품을 촉진열화시켜 100시간 단위로 샘플링한 뒤 표면 광물질 손실량 실험을 실시하였다. 그 결과 도 6에 나타낸 그래프와 같이 실제 예상 마모감량과는 차이가 있었다. 마모시 사용되는 솔의 무게가 너무 무거워 촉진열화가 500시간 이상 되었을 때 마모가 급격히 증가하는 현상이 나타났다. 이 실험에서 마모솔의 무게를 변화시켜가며 실험하기가 용이하지 않으므로, 이후의 마모실험은 KS L 1001에 규정된 연삭재를 사용한 내마모시험으로 진행하였다.First, accelerated deterioration of existing and improved products was sampled every 100 hours, and then surface mineral loss experiments were conducted. As a result, as shown in the graph shown in Figure 6 there was a difference from the actual expected wear loss. The weight of the sole used during wear was so heavy that abrasion increased rapidly after more than 500 hours of accelerated deterioration. Since it is not easy to experiment by changing the weight of the wear brush in this experiment, the subsequent abrasion test was carried out by abrasion resistance test using the abrasive material specified in KS L 1001.

KS L 1001 의 마모실험은 도 7에 나타낸 것과 같은 내마모시험기를 사용하여 1,100mm 높이에서 KS L 6508에 규정된 탄화규소 연삭재(C, 입도 20번)를 샘플에 낙하시켜 제품의 마모를 유도하는 것으로, 낙하시키는 연삭재의 양에 따라 마모량을 조절할 수 있다. 연삭재 양을 5kg씩 변화를 주면서 실험한 결과, 연삭재의 양을 15kg을 사용했을 때 실제 마모감량 데이터와 가장 유사한 변화를 보였으며, 그 결과 아래의 [표9]와 같은 마모감량 값을 얻을 수 있었다.The abrasion test of KS L 1001 was carried out by dropping the silicon carbide abrasive (C, particle size 20) specified in KS L 6508 at a height of 1,100 mm using a wear tester as shown in FIG. By doing so, the amount of wear can be adjusted in accordance with the amount of the abrasive to be dropped. As a result of experiment by changing the amount of grinding material by 5kg, when the amount of grinding material was used 15kg, the change was the most similar to the actual wear loss data. As a result, the wear loss value as shown in [Table 9] can be obtained. there was.

Figure 112012076920876-pat00009
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그리고 이러한 데이터를 기초로 도 8과 같은 촉진열화 시간에 따른 마모감량변화 그래프를 도출하였다. 도 8의 그래프를 보면, 기존 금속기와 대비 개선 금속기와의 신뢰성 향상을 명확하게 알 수 있다. 촉진열화 초기에는 뚜렷하게 나타나지 않지만 촉진열화 500시간 이후 그 차이가 분명함을 알 수 있다. 이는 기존 제품의 경우 촉진열화 500시간 이후 급속히 악화되는 것을 의미하며, 실제 700시간을 전 후로 변색 등의 고장이 발생하는 것을 볼 때 실제 마모감량 데이터와 촉진열화와 마모실험 후 마모감량의 데이터 간의 상관성 비교가 충분히 신뢰성이 있다고 판단할 수 있다. 실제로 현장 설치제품의 설치년수와 촉진열화 시간을 마모감량을 기준으로 상관성을 분석해본 결과 도 9과 같이 선형적으로 나타났으며, 결정계수 값이 0.99로 1에 근접한 값을 보였다.And based on these data, the wear loss change graph according to the accelerated deterioration time as shown in FIG. Looking at the graph of Figure 8, it can be clearly seen that the improvement of the reliability of the improved metal group compared to the existing metal group. Although it is not apparent at the early stage of accelerated degradation, the difference is apparent after 500 hours of accelerated degradation. This means that the existing product rapidly deteriorates after 500 hours of accelerated deterioration. When a failure such as discoloration occurs around 700 hours before and after the actual deterioration, the correlation between actual wear loss data and wear loss data after accelerated deterioration and wear test It can be determined that the comparison is sufficiently reliable. In fact, as a result of analyzing the correlation between the years of installation and the accelerated deterioration time based on the wear loss, the result was linear as shown in FIG. 9, and the coefficient of determination was 0.99, which is close to 1.

이러한 분석을 근거로 기존 금속 기와와 본 발명에 의한 제조방법을 통해 제조된 개선 금속 기와의 수명을 추정해 보면, 기존 제품의 경우 촉진열화 테스트에서 700시간을 전후하여 변색 등의 고장이 발생하였지만, 개선 제품의 경우는 1,300시간 이상까지 고장이 발생하지 않는 것으로 평가되었다. 촉진열화 700시간의 기존제품은 약 15년 미만의 수명을, 그리고 촉진열화 1,300시간의 개선제품은 약 25년 이상의 수명을 가지는 것으로 추정된다. 결론적으로 본 연구를 통해 10년 이상의 수명이 증가한 것으로 나타났다.On the basis of this analysis, the lifespan of the existing metal roof tiles and the improved metal roof tiles manufactured by the manufacturing method according to the present invention was estimated. In the case of the existing products, failures such as discoloration occurred after about 700 hours in the accelerated deterioration test. In the case of the product, it was evaluated that no failure occurred for more than 1,300 hours. It is estimated that existing products of 700 hours of accelerated degradation have a lifespan of less than 15 years, and 1,300 hours of improved degradation have a lifespan of about 25 years or more. In conclusion, this study found that life expectancy increased by more than 10 years.

상술한 것과 같이, 본 발명에 의한 광물질 접착용 하도 접착액은 주 모노머인 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2-EHA), 메틸 메타크릴레이트(MMA)와 내열성 및 응집력을 향상시키는 관능기 모노머인 아크릴산(AA), 가교도를 향상시키는 N-메틸올아크릴아마이드(N-MAM-P), 첨가제인 멜라민계 수지를 함유한 것으로, 종래의 하도 접착액에 비해 접착력, 안정성, 촉진내후성, 내습성 및 내열성 등 하도 접착액에 요구되는 필요한 전반적인 물성이 우수하다.As described above, the coating solution for mineral adhesion according to the present invention is 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA) and methyl methacrylate (MMA), which are main monomers, and acrylic acid, which is a functional monomer that improves heat resistance and cohesion. AA), N-methylol acrylamide (N-MAM-P), which improves the degree of crosslinking, and a melamine-based resin as an additive, and have adhesive strength, stability, accelerated weather resistance, moisture resistance, heat resistance, etc. The overall required physical properties required for the adhesive coating are excellent.

또한 본 발명에 의한 광물질 접착용 상도 접착액은 비이온 계면활성제와, 아크릴산(AA)과 이타콘산(IA)과, 불소계 발수제를 함유한 것으로, 종래의 하도 접착액에 비해 백탁도, 광물질 손실, 촉진내후성, 내습성 및 발수성 등 상도 접착액에 요구되는 필요한 전반적인 물성이 우수하다.In addition, the top coat liquid for adhesion of minerals according to the present invention contains a nonionic surfactant, acrylic acid (AA), itaconic acid (IA), and a fluorine-based water repellent, and has a higher turbidity, mineral loss, Excellent overall physical properties required for top coat adhesives such as accelerated weather resistance, moisture resistance and water repellency.

또한 본 발명에 의한 광물질이 코팅된 금속 기와의 제조방법은 개선된 하도 접착액 및 상도 접착액을 이용하고, 종래에 비해 낮은 큐어링 온도에서 단축된 시간 동안 금속 베이스판에 코팅된 광물질을 큐어링함으로써, 종래에 비해 제품의 품질은 향상시키면서, 큐어링 공정에서의 에너지 소비량을 크게 줄여 제조비용을 줄일 수 있다.In addition, the method of manufacturing a mineral coated metal tile according to the present invention uses an improved undercoat adhesive and a topcoat adhesive, and cures the mineral coated on the metal base plate for a shorter time at a lower curing temperature than in the prior art. By doing so, the quality of the product can be improved compared to the conventional one, and the energy consumption in the curing process can be greatly reduced, thereby reducing the manufacturing cost.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다. The embodiments of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, these modifications and variations are intended to fall within the scope of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

Claims (9)

(a) 금속 판재를 이용하여 금속 베이스판을 성형하는 단계;
(b) 상기 금속 베이스판의 표면에 하도 접착액을 도포하고 이에 광물질을 부착하여 상기 금속 베이스판의 표면에 광물질 코팅층을 형성하는 단계;
(c) 상기 광물질 코팅층 위에 상도 접착액을 도포하는 단계; 및
(d) 상기 금속 베이스판에 형성된 상기 광물질 코팅층을 열을 가하여 큐어링하는 단계;를 포함하고,
상기 하도 접착액은 주 모노머로 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA; 2-Ethyl hexyl acrylate) 및 메틸메타크릴레이트(MMA; Methyl Metha Acrylate)와, 계면활성제와, 기능성 모노머로 엔-메틸올아크릴아미드-피(N-MAM-P; N-Methylol acrylamide, 50%) 및 인산염기(Phosphate group) 함유 모노머를 포함하는 수성 아크릴계 접착액이고,
상기 상도 접착액은 주 모노머로 스티렌(Styrene), 부틸아크릴레이트(BA; Butyl acrylate) 및 아크릴로니트릴(AN; Acrylonitrile)와, 기능성 모노머로 엔-메틸올아크릴아미드-피(N-MAM-P; N-Methylol acrylamide, 50%)를 포함하는 수성 아크릴계 접착액이고,
상기 하도 접착액은 관능기 모노머로 아크릴산(AA; Acrylic acid)와, 첨가제로 멜라민계 수지(Melamine resin)를 더 포함하며,
상기 상도 접착액은 관능기 모노머로 아크릴산(AA; Acrylic acid) 및 이타콘산(IA; Itaconic acid)와, 첨가제로 불소계 발수제를 더 포함하고,
상기 (d) 단계의 큐어링 공정에서 상기 큐어링 온도를 상온에서 50℃까지 25분 동안 상승시키고, 50℃에서 5분간 유지한 후, 50℃에서 70℃까지 25분 동안 상승시키며, 70℃에서 120분간 유지하였다가, 70℃에서 140℃까지 25분 동안 상승시키고, 140℃에서 10분간 유지하여 상기 광물질 코팅층을 큐어링하는 것을 특징으로 하는 금속 기와의 제조방법.
(a) forming a metal base plate using the metal plate;
(b) forming a mineral coating layer on the surface of the metal base plate by applying an undercoat adhesive to the surface of the metal base plate and attaching a mineral to it;
(c) applying a top coat adhesive on the mineral coating layer; And
and (d) curing the mineral coating layer formed on the metal base plate by applying heat.
The bottom coating liquid is 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA; 2-Ethyl hexyl acrylate) and methyl methacrylate (MMA) as a main monomer, a surfactant, and en-methylol as a functional monomer. It is an aqueous acrylic adhesive liquid containing acrylamide (N-MAM-P; N-Methylol acrylamide, 50%) and a phosphate group-containing monomer,
The top coat liquid is Styrene, Butyl acrylate (BA) and Acrylonitrile (AN) as the main monomer, and N-MAM-P as the functional monomer. It is an aqueous acrylic adhesive liquid containing N-Methylol acrylamide, 50%),
The undercoat adhesive further includes acrylic acid (AA) as a functional monomer and a melamine resin as an additive,
The upper adhesive liquid further includes acrylic acid (AA; Acrylic acid) and itaconic acid (IA) as functional monomers, and a fluorine-based water repellent as an additive.
In the curing process of step (d), the curing temperature is increased to 25 ° C. for 25 minutes at room temperature, and maintained at 50 ° C. for 5 minutes, and then increased to 25 ° C. from 50 ° C. to 70 ° C., at 70 ° C. Maintaining for 120 minutes, and then raised for 25 minutes from 70 ℃ to 140 ℃, and 10 minutes at 140 ℃ to cure the mineral coating layer, characterized in that the metal roof.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 관능기 모노머의 함유량은 1 ~ 2%이고, 상기 첨가제의 함유량은 1.5% 이하인 것을 특징으로 하는 금속 기와의 제조방법.
The method of claim 1,
The content of the functional group monomer is 1 to 2%, and the content of the additive is 1.5% or less.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 관능기 모노머의 함유량은 1%내외이고, 상기 첨가제의 함유량은 1.5% 내외인 것을 특징으로 하는 금속 기와의 제조방법.
The method of claim 1,
Content of the said functional group monomer is about 1%, and the content of the said additive is about 1.5%, The manufacturing method of the metal tile.
제 1 항에 있어서,
상기 하도 접착액의 계면활성제는 소듐라우릴설페이트(Sodium lauryl sulfate) 및 엔피 불포함 유형(NP free type)이 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 기와의 제조방법.
The method of claim 1,
The surfactant of the undercoat adhesive is sodium lauryl sulfate (Sodium lauryl sulfate) and the method of producing a metal tile, characterized in that the mixture is made of a free type (NP free type).
제 1 항에 있어서,
상기 상도 접착액의 계면활성제는 엔피 불포함 유형(NP free type)인 것을 특징으로 하는 금속 기와의 제조방법.
The method of claim 1,
The surfactant of the top coat adhesive is a method of producing a metal tile, characterized in that the NP free type (NP free type).
삭제delete 삭제delete
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