KR101386202B1 - 입체적인 도트무늬의 칼라강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면 소지층; 전처리층; 베이스 도장층; 및 입체적인 도트(dot) 무늬층; 을 순차적으로 포함하고, 상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 총 중량에 있어서 분자량 10000~15000의 제 1 폴리에스테르계 수지 30~40중량% 및 분자량 8000~10000의 제 2 폴리에스테르계 수지 1~10중량%를 포함하는, 입체적인 도트무늬의 칼라 강판이 개시된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 소지층 위에 전처리층을 형성하는 단계; 상기 전처리층 상에 베이스 도장층을 형성하는 단계; 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 총 중량에 있어서 분자량 10000~15000의 제 1 폴리에스테르계 수지 30~40중량% 및 분자량 8000~10000의 제 2 폴리에스테르계 수지 1~10중량%를 포함하는, 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조방법이 개시된다.

Description

입체적인 도트무늬의 칼라강판 및 그 제조방법 {SOLID DOT-PATTERN COLOR STEELSHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 입체적인 도트 무늬층이 형성된 칼라강판에 관한 것으로, 더 상세하게는 프라이머로서의 기능을 겸비한 베이스 도장층 상에 도트 무늬층을 형성하여 생산성이 높고 다양한 색상의 도트무늬를 가짐과 동시에 부착성과 내 마모성이 우수한 칼라강판 및 그 제조방법에 대한 것이다.
일반적으로 강판 도장 방법은 제품 성형가공 후 도장하는 포스트 코팅(post-coating) 방식과 성형가공 전에 도장하는 프리 코팅(pre-coating) 방식이 있다. 여기서 프리 코팅 방식으로 도장한 강판을 칼라강판이라고 하며, 이에 사용되는 도료를 피씨엠(pre-coated metal) 도료라 한다.
이러한 칼라강판은 가전제품의 케이스나 각종 건축물의 내, 외장재로써 사용되는 등 다양한 용도로 활용되고 있으며, 이러한 칼라강판의 특성상 내식성, 내구성뿐만 아니라 높은 생산성과 우수한 심미성이 요구되고 있는바, 이에 대한 연구 개발이 활발히 이루어 지고 있다.
최근, 소비자의 요구에 맞추어 한가지 색상으로 도장되어 있는 칼라강판의 표면에 잉크를 사용하여 무늬층을 형성함으로써 미려한 외관과 함께 질감을 부여할 수 있도록 하는 인쇄 프린트 공정 또는 강판에 접착제를 사용하여 PET, PVC필름 등을 부착하는 공정이 추가적으로 병합되고 있다.
종래와 같이 잉크를 이용하여 칼라강판에 무늬층을 형성하는 인쇄프린트 공정은 복잡한 구성으로 이루어진 인쇄 설비를 이용하여야 하며, 인쇄층을 형성하기 위한 도장횟수가 많을 뿐만 아니라 내후성 확보를 위해서는 무늬 인쇄표면 위에 반드시 클리어 도료를 도장해야 하는 단점이 있었다.
인쇄층을 형성하기 위해서 다수의 인쇄프린트 공정이 진행됨에 따라 생산성이 크게 저하되며 클리어(CLEAR)층이 추가적으로 도포됨에 따라 칼라 강판의 생산원가가 올라갈 뿐만 아니라 그에 따라 불량률도 함께 증가하는 문제점이 있었다.
도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 도트무늬 칼라강판(100)의 경우 일반적으로 소지층(110) 상에 프라이머(primer) 도장층(130)과 베이스 도장층(140)으로 구성되어 있어 도장횟수가 많아 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 칼라강판의 상단에 도트 무늬층(150)을 형성하기 위하여 베이스 도료 도포 후 건조되기 전에 스프레이 코팅 공정을 진행함으로써(WET ON WET 방식) 도트 무늬층이 평면적으로 형성되어 입체감이 결여된 문제점이 있었다.
본 발명은 상기에 기술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면,
소지층; 전처리층; 베이스 도장층; 및 입체적인 도트(dot) 무늬층; 을 순차적으로 포함하고, 상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 도료의 총 중량에 있어서 분자량 10000~15000의 제 1 폴리에스테르계 수지 30~40중량% 및 분자량 8000~10000의 제 2 폴리에스테르계 수지 1~10중량%를 포함하는 입체적인 도트무늬의 칼라 강판이 개시된다.
상기 베이스 도장층 및 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 도료의 총 중량에 있어서 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 20~40중량%, 안료 10~40중량% 및 부착 증진제 1~10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 베이스 도장층 및 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 도료의 총 중량에 있어서 색분리 안정제, 소포제, 레벨링제, 표면 슬립제, 산촉매 및 소광제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 1~10중량% 더 포함 할 수 있다.
경우에 따라 상기 베이스 도장층의 멜라민 수지의 중량비는 상기 도트 무늬층의 멜라민 수지의 중량비보다 낮을 수 있다.
상기 도트 무늬층 상에 프린트층 또는 엠보스층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소지층 위에 전처리층을 형성하는 단계; 상기 전처리층 상에 베이스 도장층을 형성하는 단계; 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 도료의 총 중량에 있어서 분자량 10000~15000의 제 1 폴리에스테르계 수지 30~40중량% 및 분자량 8000~10000의 제 2 폴리에스테르계 수지 1~10중량%를 포함하는 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조방법이 개시된다.
상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 도료의 총 중량에 있어서 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 20~40중량%, 안료 10~40중량% 및 부착 증진제 1~10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 도료의 총 중량에 있어서 색분리 안정제, 소포제, 레벨링제, 표면 슬립제, 산촉매 및 소광제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 1~10중량% 더 포함할 수 있다.
경우에 따라 상기 베이스 도장층의 멜라민 수지의 중량비는 상기 도트 무늬층의 멜라민 수지의 중량비보다 낮을 수 있다.
또한 상기 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계는, 미리 정해진 주기로 진동 운동을 하는 스프레이 건(gun)을 사용할 수 있다.
상기 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계 이후에, 프린트층 또는 엠보스층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층으로 인하여 프라이머 도장층의 도장공정을 생략할 수 있으므로 생산 공정이 줄어들어 생산성이 향상되며, 또한 베이스 도장층이 건조된 후 도트 무늬층을 형성함으로써 입체감을 띄는 도트무늬 칼라강판의 제조가 가능하다. 이러한 칼라강판은 입체적인 도트무늬 문양을 통하여 외적으로 석재와 유사한 질감을 보유하며, 따라서 내, 외장재로서 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 도트무늬 칼라강판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적인 도트무늬 칼라강판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적인 도트무늬 칼라강판의 외관을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조 공정에 대한 개략도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 도트무늬 칼라강판의 제조 공정에 대한 개략도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 일 측면에 따른 입체적 도트무늬의 질감이 뛰어난 칼라강판에 대해 상술하고, 이어서 본 발명의 다른 측면에 따른 상기 입체적 도트무늬 칼라강판의 제조 방법에 대해 상술한다.
입체적 도트무늬 질감이 뛰어난 칼라강판
본 발명의 일측면에 따른 입체적 도트무늬 질감이 뛰어난 칼라강판으로써, 소지층; 전처리층; 베이스 도장층; 및 입체적인 도트(dot) 무늬층; 을 순차적으로 포함하고, 상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 도료의 총 중량에 있어서 분자량 10000~15000의 제 1 폴리에스테르계 수지 30~40중량% 및 분자량 8000~10000의 제 2 폴리에스테르계 수지 1~10중량%를 포함하는 입체적인 도트무늬의 칼라 강판이 개시된다.
도 2를 참고하여 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 칼라강판(200)은 소지층(210), 상기 소지층(210)의 표면 위로 전처리층(220), 상기 전처리층 상에 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240), 상기 베이스 도장층 상에 도트 무늬층(250)이 순차적으로 적층된 구성을 갖는다.
먼저, 상기 소지층(210)은 통상의 연속도장공정에 사용되는 용융 아연도금강판으로써, 아연 50~55%에 알루미늄도금강판(수퍼갈륨강판) 또는 용융도금강판(GI), 크롬(CR), 알루미늄(Al), 스테인리스(Stainless)등 다양한 소지를 사용할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 즉 상기 소지층(210)은 아연도금강판으로 한정되지 않으며, 가전제품의 케이스 또는 건축물 내, 외부 마감재에 사용되는 다양한 강판류가 적용될 수 있음은 물론이다.
한편, 전처리층(220)은 전술한 소지층(210)의 표면에 부착된 이물질을 제거함으로써, 상기 소지층(210)과 후술할 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240)간의 부착성을 높이기 위한 것으로, 알카리 탈지제로 세정하고 그 위에 크로메이트를 피막 처리하여 형성하고, 가전용으로 제조시 논크롬(Non-Cr) 처리도 가능하다. 크로메이트 처리는 크롬산 또는 중크롬산염을 주성분으로 하는 용액 속에 강판을 넣어 방청 피막을 입히는 것을 말한다. 최근 연구논문에 따르면 무기물들이 아닌 유기물을 사용하여 강판을 화성처리 하고자 하는 시도가 있고, 유기물질로서는 알콕시실란(Alkoxysilane)이 크로메이트와 인산염의 대체물질로서 등장하기도 하였다.
다음으로, 본 발명의 특징적인 성분과 조성비를 갖는 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240) 및 도트 무늬층(250)을 형성하는 도료에 대하여 상세히 설명한다.
일반적으로 칼라강판의 도장층을 구성하는 프라이머 도장층은 강판의 내구성을 높이고, 하단의 소지층과 상단의 도장층이 용이하게 달라 붙게 하기 위해 접착력이 좋은 표면을 만들어 주는 역할을 하며, 통상적으로 '하도'로 표현되기도 한다.
반면, 베이스 도장층은 최종적으로 칼라강판의 마감 표면을 정리하고 원하는 색감이나 광을 내는 등의 목적으로 도포되며, 통상적으로 '상도'로 표현되기도 한다.
그러나, 프라이머 도장층을 형성시킨 후 베이스 도장층을 형성시키는 공정을 모두 진행하는 경우, 생산성이 떨어지고 단가가 높아지며 불량률도 높아지는 문제가 있으므로, 본 발명의 일 측면에 따른 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층을 이용함으로써 전술한 문제점을 극복한다.
먼저, 상기 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240)은 전술한 전처리층(220)의 상단에 형성되는 것으로, 통상의 코일 코팅(coil coating)용 도료로 사용되는 폴리에스테르계 수지를 주재료로 사용한다. 다만 1회의 코팅으로 하도에게 요구되는 내식성, 부착성과 상도에게 요구되는 가공성 및 내후성을 한가지 도료로써 확보하기 위해 폴리에스테르계 원료의 함량을 조절하는 연구를 실시하였는데, 구체적으로 종래의 저분자량의 폴리에스테르 원료의 함량을 축소하고 고분자량의 폴리에스테르 원료의 함량을 높여서 상기와 같이 요구되는 특성을 충족시켰다.
따라서, 전술한 하도에게 요구되는 각종 특성을 부여 할 수 있도록 상이한 성질의 폴리에스테르계 수지를 혼합하여 사용하며, 여기에서 사용된 바와 같이, 제 1 폴리에스테르계 수지는 분자량: 10,000~15,000, 수산기값(OH VALUE): 30~40 ㎎KOH/g, 유리전이온도(Tg): 20~30　℃인 수지를 적용한다. 분자량이 큰 가지가 많은(BRANCHED) 수지로서 단량체들이 관능기를 2개이상 가지며, 사슬족 형태로 구성되어 있다.
상기 제 1 폴리에스테르계 수지의 경우 고분자이면서 상대적으로 수산기값이 높으며 하부층과의 부착성 및 내식성이 우수하며 단량체들의 구성이 사슬족으로 이루어짐에 따라 내후성이 아주 우수한 수지이다.
상기 제 1 폴리에스테르계 수지는 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240) 도료의 총 중량에 있어서, 30~40중량% 사용되는 주수지이다.
상기의 제 1 폴리에스테르계 수지가 30중량%보다 낮은 경우 전처리층과의 부착성이 불충분할 수 있고, 코팅 효과가 결핍될 수 있다. 40중량%보다 높은 경우 상대적으로 안료 중량이 낮아져 은폐력이 떨어지게 되므로 색상이 적절히 표현되지 않을 수 있으며, 고분자량의 중량이 많으면 도막의 경도를 저하시키는 원인이 되므로 상기 범위내에서 적절한 비율로 혼합하는 것이 중요하다.
여기에서 사용된 바와 같이, 제 2 폴리에스테르계 수지는 분자량: 8,000~10,000, 수산기값(OH VALUE): 15~25㎎KOH/g, 유리전이온도(Tg): 15~25℃인 수지를 적용한다. 상대적으로 제 1 폴리에스테르계 수지와 비교하여 분자량은 작지만 선형(LINEAR)의 구조를 가지고 있어, 일반적인 PCM도료의 상, 하도 기능 이상의 도막의 가공성 확보를 위하여 사용한다.
상기의 제 2 폴리에스테르계 수지는 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240) 도료의 총 중량에 있어서, 1~10중량% 사용되는 보조수지이다.
상기의 제 2 폴리에스테르계 수지가 1중량%보다 낮은 경우 도막의 경도가 낮아지는 문제가 발생하며, 10중량%보다 높은 경우 가공성이 저하되는 문제가 발생 할 수 있으므로, 상기 범위내에서 적절하게 포함시키는 것이 중요하다
한편, 도트 무늬층(250)은 상기 베이스 도장층(240)의 표면에 입체적 도트 무늬를 구현한 것으로, 상기 베이스 도장층(240) 전체면에 대하여 소정의 직경을 가지는 도트 무늬가 골고루 분포될 수 있도록 스프레이 코팅(SPRAY COATING) 방식에 의해 형성 될 수 있다.
특히, 상기 도트 무늬층(250)을 형성하는 도료는 전술한 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240)의 도료 성분 및 조성비와 유사한 것으로, 상기 베이스 도장층(240)이 채택한 무기안료, 유기안료의 색상과 다른 색상의 안료를 사용하면 된다. 반면, 도트무늬의 질감 및 부착성을 위해 멜라민 종류와 함량에서 차이가 있고, 도트 무늬의 퍼짐성을 위해 실리콘계열의 표면첨가제가 투입되는 것이 큰 차이점이다.
도트 무늬가 상기 베이스 도장층(240)에 퍼짐성이 좋게 하기 위해서 도트 무늬층(250)의 도료에는 표면장력을 낮추게 해주는 특수한 폴리실록산(polysiloxane) 계열의 첨가제를 투입한다. 폴리실록산은 화학구조에 의하여 액상도료의 표면의 표면장력을 크게 감소시킨다. 이는 표면장력을 낮추어 줄 뿐만 아니라, 슬립성도 부여됨으로서 도트 무늬의 질감을 아주 부드럽게 해준다. 도트 무늬가 잘 퍼지지 않을 경우 무늬 도장층의 끓음 발생 및 강판적재 시 도트 무늬로 인한 얼룩 및 표면손상이 발생 될 수 있기 때문에 퍼짐성 확보를 위해서 상기 첨가제를 적절히 사용 할 수 있다.
도료 제조시 사용되는 폴리실록산은 통상적으로 도장 작업성 및 도막의 레벨링성을 확보하여 도장 후 외관을 미려하게 하는 목적으로 사용하며, 최근에는 실리콘 성분의 함유로 인해 도료 자체의 표면 장력을 낮추어 도막의 퍼짐 현상을 자연스럽게 유도하는 기능을 한다. 원하는 제품의 성상에 따라 차이가 날 수 있지만 통상적으로 도료 전체 중량에 0.1 ~0.5% 중량을 사용한다.
상기 베이스 도장층 및 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 총 중량에 있어서 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 20~40중량%, 안료 10~40중량% 및 부착 증진제 1~10중량%를 더 포함 할 수 있다.
상기의 멜라민 경화수지의 종류는 가공성을 확보하기 위해 HMMM(Hexa methoxy methyl melamine) 타입의 멜라민과 부착성 향상을 위해 HMMM 타입에서 일부가 이미노(IMINO)기로 치환된 타입 2종류를 적용할 수 있다.
상기의 멜라민 경화수지의 경우 도료의 반응속도와 도막의 경화밀도를 조절하는 것으로 함량에 따라 반응속도 및 경화밀도를 조정할 수 있다. 5중량%보다 낮은 경우 최종 경화 도막의 경화 밀도가 떨어져 표면 경도가 낮아지거나, 경화가 되지 않을 수 있다. 반면 10중량%보다 높은 경우 도막이 너무 딱딱하게 형성되어 심한 가공에 도막 크랙이 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절한 비율로 혼합하는 것이 중요하다.
아울러, 여기에서 사용되는 용제는 기본수지를 용이하게 용해시키는 역할로써, 방향족 탄화수소계, 방향족 나프타계, 이소부틸알콜계, 케톤계, 디프로필렌글리콜-모노에틸에테르 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
상기의 용제는 도장 작업성에 따라 함량을 조절하는 것으로 작업성 외에 도막의 은폐력 및 외관에도 일정 부분 관여를 한다. 20중량%보다 낮은 경우 도장 작업성이 부족해지거나 도장 후의 외관이 미흡할 수 있으며, 40중량%보다 높은 경우 최종 도막색상의 은폐력이 저하되는 문제가 있으므로, 상기 범위내에서 적절한 비율로 혼합하는 것이 중요하다.
또한, 여기에서 사용되는 상기 안료는 무기안료와 유기안료로 구분되며, 베이스 도료의 내식성 확보를 위해 방청안료를 투입할 수 있다.
상기의 안료는 기본적으로 색상 및 은폐력 확보에 목적이 있으며 방청안료와 같이 내식성을 증가시키기 위한 용도로 사용되는 안료도 있다. 안료가 10중량%보다 낮은 경우 원하는 색상을 형성할 수 없거나, 은폐력 또는 경도가 저하되는 문제가 발생 할 수 있으며, 40중량%보다 높은 경우 원가 상승 및 도장 작업성, 가공성이 낮아지는 문제가 있으므로, 상기 범위내에서 적절한 비율로 혼합하는 것이 중요하다.
여기서, 무기안료에 사용되는 구체적인 색상은 산화철 RED, 산화철 ORANGE, 산화철 MEDIUM YELLOW, 산화철 YELLOW, 크롬YELLOW, 티타늄 다이옥사이드 등이 있으며, 이 중 어느 하나만을 택일하여 사용하거나, 두 종류 이상을 적절히 혼합한 상태에서 사용할 수 있으며, 색상은 이에 한정되지 않으며 다양한 형태로 적용 가능하다.
상기 유기안료에 사용되는 구체적인 색상은 AZO CONDENSATION RED, QUINACRIDONE RED, 프탈로시아닌 GREEN, 프탈로시아닌 BLUE, CARBONE BLACK 등이 있으며, 이 중 어느 하나만을 택일하여 사용하거나, 두 종류 이상을 적절히 혼합한 상태에서 사용할 수 있으며, 이 또한 이에 한정되지 않으며 다양한 형태로 적용 가능하다.
방청안료는 녹을 방지하기 위한　도장　중에서 안료가 전색제 중의　유지와 반응하여　금속 비누를 형성하거나 수분에 의해　분해하여 미알칼리성이 되거나, 금속　표면과 반응하여　부동태(passive state)를 만들거나 통기저항을 크게 하여 방식효과를 발휘하는 안료의 총칭으로서, 종래의 도트무늬 칼라강판(도 1)의 경우와 달리 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층 단독으로 내식성을 확보하는 것이 중요한 과제이므로 사산화삼연(Pb3O4 ), 징크크로메이트(Zinc Chromate), 스트론튬크로메이트(strontium chromate)외에도 다양한 계열의 방청안료와 함께 보조첨가제, 부식억제제 사용하여 종래 기술 이상의 내식성을 확보한다.
방청 보조제로 사용된 부식억제재는 소재표면에 부식억제층을 얇게 형성함으로써 외부의 수분침투 및 소재층에서 발생되는 수소가스를 억제 시켜 상기 베이스 도장층(240)에 우수한 내식성을 부여한다.
방청 보조제의 함량이 높을수록 방청성능과 정비례하는 것이 아니며, 일정 함량 이상이면 동일한 방청성을 부여할 수 있다. 다만, 과량 투입 시 내약품성과 작업성이 저하될 수 있으므로 방청안료와 혼용을 하되 투입 함량을 전체 1~5 중량% 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 이는 최적의 방청성과 내약품성, 작업성을 확보할 수 있게 한다.
또한, 종래의 도트무늬 칼라강판(도 1)과 달리 1회의 코팅만이 이루어지는 본 발명에 있어서 하부층(소지층 및 전처리층)과의 부착성을 우세하게 설계하기 위해 인산계열의 부착 증진제를 베이스 도장층 도료의 총 중량에 있어서 1~10중량% 투입하여 소지층(210) 및 전처리층(220)과의 부착성을 확보할 수 있다.
상기에서 적용한 인산계열의 부착증진제는 인산에폭시 계열과 인산에테르 계열 2종류이다. 즉 하부층(소지층 및 전처리층)의 무기성분과 베이스 도장층(240)의 유기성분을 부착증진제로 사용한 인산에폭시 및 인산에테르가 반응하여 강하게 결합해 주는 역할을 한다.
상기의 부착증진제의 경우 1중량% 보다 적은 경우 목표한 부착성의 효과를 기대할 수 없으며, 10중량% 보다 많이 투입되는 경우라도 부착성능이 그에 비례하여 증대 되지 않고, 과량 투입 시 저장 기간 중 도료 내 경화제 성분과 반응하여 도료의 뭉침 현상이 발생할 수 있다. 따라서 상기 범위 내에서 적절한 비율로 혼합하는 것이 중요하다.
다음으로 강판을 제조함에 있어 특정한 성능이나 일반적으로 요구되는 각종의 성질을 부여하기 위하여 상기 베이스 도장층(240) 및 도트 무늬층(250)을 형성하는 도료는, 도료 총 중량에 있어서 색분리 안정제, 소포제, 레벨링제, 표면 슬립제, 산촉매 및 소광제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 1~10중량% 더 포함 할 수 있다.
경우에 따라 상기 베이스 도장층의 멜라민 수지의 중량비는 상기 도트 무늬층의 멜라민 수지의 중량비보다 낮을 수 있다.
프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240)의 경우 건조 도장층의 경화도를 다소 낮게 설계 할 필요가 있다. 이는 도트 무늬층(250)의 무늬형성에 있어서 퍼짐성 및 부착성을 우세하게 하기 위함이다. 또한 도트 무늬층(250)의 멜라민 수지는 도트 무늬 형성에 있어서 질감을 표현하는데 있어 중요한 요소로서, 상기 베이스 도장층(240)의 멜라민 함량을 무늬 도장층의 멜라민 함량 보다 적게하여 도트 무늬층(250)의 도료가 보다 강하게 경화될 수 있도록 하여 도트 무늬의 질감확보 및 부착성을 확보할 수 있다.
상기 베이스 도장층(240)의 경우 HMMM 타입의 멜라민을 단독으로 사용하고, 도트 무늬층(250)의 경우 HMMM 타입과 일부가 이미노(IMINO)기로 치환된 타입 2가지를 함께 사용할 수 있다.
HMMM 타입과 이미노(IMINO)기로 치환된 타입은 반응할 수 있는 관능기의 유무에 차이가 있으며 아미노(IMINO)기는 반응을 할 수 있는 관능기 이다. 그러므로 아미노(IMINO) 관능기를 혼용하는 TYPE은 반응이 빠르고 좀 더 치밀한 도막을 형성할 수 있고 경도의 증대를 기대할 수 있다. 일반적으로 HMMM TYPE을 주로 경화제로 사용을 하며, 도트 무늬층의 경우 높은 도막두께로 인하여 반응속도 조절이 필요하며 도막의 경도 보완이 요구될 수 있다.
도트 무늬의 경우, 건조가 완료된 베이스 도장층(240) 위에 도장이 되므로 입체적인 질감을 구현할 수 있다.
상기의 베이스 도장층(240)의 두께는 10~15μm일 수 있으며, 상기의 도트 무늬층의 두께는 10~50μm일 수 있다.
상기 도트 무늬층 상에 프린트층 또는 엠보스층을 더 포함할 수 있다.
이러한 추가적인 가공을 통하여 외관이 더욱 화려하고, 보다 구체적으로 요구되는 패턴이나 문양을 형성할 수 있으므로 수요자의 취향을 충족시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 일측면에 따르면, 도트 무늬층을 도료로 사용하며 부착성, 내식성, 내마모성과 내구성이 기존 도료와 비교하여 우수할 뿐만 아니라 기존의 전처리층 상에 하도 도장을 하고 그 위에 다시 상도 도장을 하는 시스템을 하도와 상도 기능을 함께 하는 베이스 도장층만 형성함으로써 전체 생산공정이 간단하게 되고 생산비용은 절감되며 생산성은 극대화될 수 있는 장점이 있다.
입체적 도트무늬 질감이 뛰어난 칼라강판의 제조방법
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 입체적 도트무늬 질감이 뛰어난 칼라강판의 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조 공정에 대한 개략도이고, 도 5는 종래 기술에 따른 도트무늬 칼라강판의 제조 공정에 대한 개략도이다.
도 5를 참고하면, 종래 기술에 따른 도트무늬 칼라강판의 경우 전처리된 소지층이 생산라인을 따라 제 1 코터(510)을 통과함으로서 프라이머 도장층(130)이 형성되고, 상기 프라이머 도장층의 건조를 위해 제 1 오븐(520)을 통과하게 된다. 이후 건조된 강판이 제 2 코터(530)을 통과함으로서 베이스 도장층(140)이 상기 프라이머 도장층(130) 상에 형성되며, 상기 베이스 도장층이 건조되지 않은 상태에서(WET ON WET 방식) 스프레이 장치(540)를 통과함으로서 도트무늬층(150)이 형성된다. 이어서 상기 베이스 도장층과 도트무늬층은 제 2 오븐(550)을 통과하면서 건조된다.
반면 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적인 도트무늬 칼라강판은 전처리된 소지층이 생산라인을 따라 제 1 코터(410)를 통과함으로서 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층이(240)이 형성되고, 상기 칼라강판은 건조를 위해 제 1 오븐(420)을 통과하게 되며, 스프레이 장치(440)를 통과하면서 건조된 베이스 도장층 상에 도트무늬층(250)이 형성된다. 그리고 상기 도트 무늬층(250)은 제 2 오븐(450)을 통과하면서 건조된다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 제조공정의 경우 종래 기술과 비교하여 프라이머 도장층을 형성시키기 위한 코팅 공정을 거치지 않아도 되므로 1회의 코팅 공정이 줄어들게 된다. 따라서 전체 생산 공정이 간단하게 되어 생산비용은 절감되며 생산성은 극대화 될 수 있으며, 베이스 도장층(140)이 건조된 이후 도트 무늬층(150)을 형성하기 위한 공정이 진행되므로 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조가 가능하다.
상기 제조 공정은 도료가 저장되는 도장팬과 상기 도장팬의 도료를 픽업하는 픽업롤과 소지층(210)을 이송시키는 백업롤과 상기 픽업롤과 백업롤 상이에 개재되는 어플리케이션롤로 이루어 진다. 또한, 상기 베이스 도장층(240)의 두께는 상기 어플리케이션롤과 백업롤 사이 공간을 조절 함으로서 결정될 수 있다.
통상적으로 상기의 베이스 도장층(240)의 두께는 10~15μm일 수 있으며, 상기의 도트 무늬층의 두께는 10~50μm일 수 있다.
이를 위하여 소지층 위에 전처리층을 형성하는 단계; 상기 전처리층 상에 베이스 도장층을 형성하는 단계; 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 총 중량에 있어서 분자량 10000~15000의 제 1 폴리에스테르계 수지 30~40중량% 및 분자량 8000~10000의 제 2 폴리에스테르계 수지 1~10중량%를 포함하는 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조방법이 개시된다.
먼저, 특정한 금속 물질로 이루어진 소지층(210)의 표면에 부착된 이물질 제거를 위한 전처리층(220)을 형성한다. 이 경우 상기 소지층의 경우 아연 50~55%에 알루미늄도금강판(수퍼갈륨강판) 또는 용융도금강판(GI), 크롬(CR), 알루미늄(Al), 스테인리스(Stainless)등 다양한 소지를 사용할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 즉 상기 소지층(210)은 아연도금강판으로 한정되지 않으며, 가전제품의 케이스 또는 건축물 내, 외부 마감재에 사용되는 다양한 강판류가 적용될 수 있음은 물론이다.
이어서, 상기 전처리층(220)의 형성은 라인 스피드(line speed: 생산속도)를 따라 이송되는 소지층(210)에 롤 코팅(roll coating) 방식에 따라 전처리 공정을 거친 후 소정의 온도로 가열건조 시킨다. 상기 전처리층(220)은 전술한 소지층(210)의 표면에 부착된 이물질을 제거함으로써, 상기 소지층(210)과 후술할 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240)간의 부착성을 높이기 위한 것으로, 통상적으로는 알카리 탈지제로 세정하고 그 위에 크로메이트를 피막 처리하여 형성하고, 가전용으로 제조시 논크롬(Non-Cr) 처리도 가능하며 여러가지 형태의 전처리가 가능하다.
다음으로, 상기 전처리층(220)에 대한 건조공정이 완료되면, 그 상면으로 프라이머로서의 기능을 겸비하는 베이스 도장층(240)을 형성한 후 다시 가열 건조시킨다.
이어서, 상기 베이스 도장층(240)이 도장된 후에는 이 도료가 건조된 후에 그 전체 면에 대한 도트무늬를 형성하는 도트 무늬층(250)을 스프레이 코팅으로 도장 한다. 상기 베이스 도장층(240)에 대한 건조온도 PMT는 210~240℃이며 더욱 바람직하게는 210~224℃에서 20초 이상 가열할 수 있다.
이 경우 상기 베이스 도장층(240)의 건조가 완료된 후, 도트 무늬층(250)에 대한 도장 공장이 이어지게 되므로(WET ON DRY 방식), 베이스 도장층이 건조 되기 전에 도트 무늬층을 형성시키는 통상의 도장 형태와 달리 입체적인 질감을 가지는 도트 무늬층 형성이 가능하다.
상기 도트 무늬층(250)에 대한 PMT는 210 ~ 240℃이며 더욱 바람직하게는 216 ~ 232℃에서 30초 이상 가열할 수 있다.
즉, 상기 건조의 온도가 210℃ 보다 낮으면 상기 베이스 도장층(240)과 도트 무늬층(250)의 경화가 일정 시간내에 이루어지지 못하여 건조 효율성이 저하되고, 240℃를 초과하게 되면 상기 베이스 도장층(240)과 도트 무늬층(250)의 과도한 건조로 인해 균열이 발생하고 밀착성이 저하되는 결함이 발생하게 된다.
여기서 스프레이 코팅은 당해 분야에서 알려진 통상의 분사장치에 의해 액체가 분무되는 스프레이 건(spray gun)이 사용된다. 그리고 상기 스프레이 건은, 복수개가 사용가능하며 분사하는 각도, 높이 및 압력에 따라 다양한 크기와 색상무늬를 형성할 수 있다.
경우에 따라 판면 전체에 고른 무늬를 형성 시키기 위하여 상기 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계는, 미리 정해진 주기로 진동 운동을 하는 스프레이 건(gun)을 사용할 수 있다.
예를 들면, 도트 무늬층 도장을 위한 공정에 있어 상기 스프레이 건이 칼라강판 생산라인의 진행방향과 횡축 또는 그와 상이한 방향으로 분당 10~100회의 왕복이동을 하도록 설정하고, 스프레이 건의 토출압, 각도, 개수, 높이 등을 적절하게 조절하여 분사를 함으로써 도트무늬의 크기 및 패턴을 조정할 수 있으며 이로 인하여 다양한 도트무늬를 균일하게 형성시킬 수 있다.
상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 전술한 바와 같이 총 중량에 있어서 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 20~40중량%, 안료 10~40중량% 및 부착 증진제 1~10중량%를 더 포함 할 수 있다.
또한, 강판의 제조함에 있어 특정한 성능이나 일반적으로 요구되는 각종의 성질을 부여하기 위하여 상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는, 총 중량에 있어서 색분리 안정제, 소포제, 레벨링제, 표면 슬립제, 산촉매 및 소광제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 1~10중량% 더 포함할 수 있다.
베이스 도장층(240) 상에 도트 무늬층(250)의 형성에 있어서 퍼짐성 및 부착성을 우세하게 하기 위하여 경우에 따라 상기 베이스 도장층의 멜라민 수지의 중량비는 상기 도트 무늬층의 멜라민 수지의 중량비보다 낮을 수 있다.
외관이 더욱 화려하고, 보다 구체적으로 요구되는 패턴이나 문양을 형성하기 위하여 상기 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계 이후에, 프린트층 또는 엠보스층을 형성하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
상기와 같은 공정을 통하여, 종래의 공정과 달리 도료 코팅 과정이 줄어들어 생산성이 향상되고 비용을 감소 시킬 수 있으며, 상기 베이스 도장층(240)이 건조된 이후 도트 무늬층을 형성시키게 되므로(WET ON DRY 방식) 입체적 질감이 뛰어난 도트 무늬층을 가지는 칼라 강판의 제조가 가능하다.
이와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 입체적인 도트무늬의 칼라강판에 대한 무광 담색 도료의 연필경도, 밀착성 및 가공성, 내식성, 내후성, 내약품성 등을 평가한 결과를 [표 1]에 나타내었다
시험항목 시험방법 시험결과 관련규격
도막두께 (D.F.T) DJH 기기사용 (파괴식) BASE(15μm) +도트(10~50μm)
광택 60°GLOSS METER 20.0% ASTM D523-89
C.C.E.T 100/100 X 6mm 박리없음 ASTM D3359-93
IMPACT 1/2” X 50cm X 1kg 박리없음 ASTM D2794-93
MEK RUBBING 1kg하중, Gauze 100회 이상 ASTM D5402-93
T-BEND 1T 180°VISE, 상온, TAPPING 1.5점(50%박리) ASTM D4145-83
T-BEND 2T 180°VISE, 상온, TAPPING 3.5점( 1~2점박리) ASTM D3794-94
PENCIL HARDNESS MITSUBISHI UNI PENCIL 2H ASTM D3363-92a
내약품성(내산성) 20℃ X 5% HCl X 24HRS SPOT 미세변색
내약품성(내알카리성) 20℃ X 5% NaOH X 24HRS SPOT 미세변색
STICKING 60℃ X 15ton X 12HRS 9점 ASTM D3003-94
BLOCKING(광얼룩) 60℃ X 15ton X 12HRS 7점 ASTM D3003-94
내식성 5% 염수 X 35℃ X 500HRS
NO.6 BLISTER ↓, X cut 편측3mm		 양호 ASTM B-117
내후성 QUV(500HRS) 육안색차양호, CHALK없음 ASTM D822
도막두께 측정기기는 DJH기기를 사용하여 측정하였으며, 측정된 시편은 LINE PANEL로 진행 하였다.
베이스 도장층(240) 도료의 건조된 도막의 경우 규격이 15±2μm이며, 도트 무늬 건조도막의 경우 10~50μm사이에 진행된 것이다.
상기 C.C.E.T, IMPACT 및 가공성은 25℃에서 시험 후 테이프(tape)로 박리 발생 여부를 측정한 것이다. 이는 본 발명에 의한 입체적인 도트무늬 칼라강판의 도장 층간 밀착성을 확인할 수 있으며, 상기 결과를 통하여 양호한 밀착성능이 구현됨을 알 수 있다.
또한, 내식성은 5% NaCl로 500시간 SST(Salt Spray Test) 실시 후 X-CUT부위 및 평면 수포 발생 여부 등 도막 이상 여부를 확인한 것이다. 이는 본 발명에 의한 입체적인 도트무늬 칼라강판의 내식성을 확인할 수 있으며 상기 시험 결과를 통하여 내식성이 우수함을 알 수 있다.
상기 내약품성은 상온에서 5% HCl과 5% NaOH에 24시간 방치후 도막이상 여부를 확인한 것이다. 이는 대기 중의 산 및 염기 성분에 의한 도막의 저항성을 알 수 있으며 상기 테스트 결과에 의하여, 본 발명품은 알카리와 산성 물질에 대한 저항성이 강한 것을 알 수 있다.
STICKING 및 BLOCKING TEST의 경우 ASTM D3003-94에 의한 평가 방법으로 강판의 상단부분과 하단부분을 하중 및 온도 조건을 두어서 상단 도막 표면에 이상 여부를 관찰한 것이다. 이를 통하여, 본 발명에 의한 입체적인 도트무늬 칼라강판의 경우 열이나 외부적인 충격에도 매우 강한 것을 알 수 있다.
이상으로 전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 도트무늬의 칼라강판
110: 소지층
120: 전처리층
130: 프라이머 도장층
140: 베이스 도장층
150: 도트 무늬층
200: 입체적 도트무늬의 칼라강판
210: 소지층
220: 전처리층
240: 베이스 도장층
250: 도트 무늬층
400: 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적 도트무늬 칼라강판의 제조 설비
410: 제 1 코터(coater)
420: 제 1 오븐
440: 스프레이 장치
450: 제 2 오븐
500: 종래 기술에 따른 도트무늬 칼라강판의 제조 설비
510: 제 1 코터
520: 제 1 오븐
530: 제 2 코터
540: 스프레이 장치
550: 제 2 오븐

Claims (11)

  1. 소지강판;
    전처리층;
    베이스 도장층; 및
    입체적인 도트(dot) 무늬층; 을 순차적으로 포함하고,
    상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는,
    도료의 총 중량에 있어서 분자량 10000~15000의 제 1 폴리에스테르계 수지 30~40중량% 및 분자량 8000~10000의 제 2 폴리에스테르계 수지 1~10중량%를 포함하며,
    상기 도트 무늬층을 형성하는 도료가 폴리실록산계 첨가제를 더 포함하는, 입체적인 도트무늬의 칼라강판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는,
    도료의 총 중량에 있어서 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 20~40중량%, 안료 10~40중량% 및 부착 증진제 1~10중량%를 더 포함하는, 입체적인 도트무늬의 칼라강판.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는,
    도료의 총 중량에 있어서 색분리 안정제, 소포제, 레벨링제, 표면 슬립제, 산촉매 및 소광제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제 1~10중량%를 더 포함하는, 입체적인 도트무늬의 칼라강판.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 베이스 도장층의 멜라민 수지의 중량비는 상기 도트 무늬층의 멜라민 수지의 중량비보다 낮은, 입체적인 도트무늬의 칼라강판.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도트 무늬층 상에 프린트층 또는 엠보스층을 더 포함하는, 입체적인 도트무늬의 칼라강판.
  6. 소지강판 위에 전처리층을 형성하는 단계;
    상기 전처리층 상에 베이스 도장층을 형성하는 단계;
    건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트(dot) 무늬층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는,
    도료의 총 중량에 있어서 분자량 10000~15000의 제 1 폴리에스테르계 수지 30~40중량% 및 분자량 8000~10000의 제 2 폴리에스테르계 수지 1~10중량%를 포함하는, 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는,
    도료의 총 중량에 있어서 멜라민 수지 5~10중량%, 용제 20~40중량%, 안료 10~40중량% 및 부착 증진제 1~10중량%를 더 포함하는, 입체적인 도트무늬 칼라강판 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 베이스 도장층 및 상기 도트 무늬층을 형성하는 도료는,
    도료의 총 중량에 있어서 색분리 안정제, 소포제, 레벨링제, 표면 슬립제, 산촉매 및 소광제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제 1~10중량%를 더 포함하는, 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 베이스 도장층의 멜라민 수지의 중량비는 상기 도트 무늬층의 멜라민 수지의 중량비보다 낮은, 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조방법.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계는, 미리 정해진 주기로 진동 운동을 하는 스프레이 건을 사용하는, 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조방법.
  11. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 도장층 상에 스프레이 코팅으로 입체적인 도트 무늬층을 형성하는 단계 이후에, 프린트층 또는 엠보스층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 입체적인 도트무늬 칼라강판의 제조방법.
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