KR101459361B1 - 다중 적층 컬러강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 적층 컬러강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가전제품의 외형 판재, 건축용 내외장재 등에 사용되는 컬러 코팅된 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 한 번의 코팅-경화 공정으로 다중 피막층을 형성할 수 있는 다중 적층 컬러강판의 제조방법을 제공한다.

Description

다중 적층 컬러강판의 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING MULTI-LAMINATED COLOR STEEL SHEET}

본 발명은 다중 적층 컬러강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가전제품의 외형 판재, 건축용 내외장재 등에 사용되는 컬러 코팅된 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

통상, 연속적으로 생산되는 코일형 컬러코팅 강판은 소지강판과 도료의 밀착성을 높이기 위하여 소지강판 표면에 화성처리 코팅을 한 후 건조시키고, 그 위에 도료 색상의 선명성과 물성을 확보하기 위해 하도, 즉 프라이머를 도포하여 경화시킨 다음, 최종 색상을 구현하기 위해 상도를 도포하여 경화시키는 과정을 통해 제조하고 있다.

이와 같이 제조되는 컬러강판은 롤러 형태의 코팅기법을 이용하여 접촉식으로 표면에 색상을 부여하므로 운전이 쉬우며, 범용기술에 해당되어 다양한 컬러 코팅을 위해 설비를 여러 형태로 변형하는 것이 용이하다는 장점이 있다.

그러나, 한 번의 코팅과 한 번의 경화과정을 반복적으로 시행하여 고기능성 제품을 생산하기 위해서는 설비의 구성이 많아지게 되어 제조비용이 상승하고, 조업구간이 길어지게 되어 공장의 규모가 커져야 하는 문제점이 있다.

더욱이, 표면 디자인의 다양성과 비정형 무늬에 의한 화려한 표면처리의 품질이 요구되는 경우 또는 가혹한 조건에 적용되어야 하는 경우에는 3~10회 이상의 코팅 및 경화 공정이 요구되므로, 상술한 기술적 문제점이 더욱 부각될 것이다.

본 발명의 일 측면은, 표면외관이 미려한 컬러강판을 제공함에 있어서, 작업 공정의 단순화로 생산성이 향상됨과 동시에 제조비용을 절감할 수 있는 컬러강판의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 컬러강판의 제조방법으로서,

소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판의 일면 또는 양면에 화성처리층을 형성하는 단계; 상기 화성처리층이 형성된 소지강판의 일면에 2층 이상의 다중 피막층을 형성하는 단계; 상기 다중 피막층이 형성된 소지강판을 경화 처리하는 단계; 상기 경화 처리된 소지강판 표면에 인쇄, 홀로그램 및 메탈릭 중 1종 이상의 컬러코팅층을 형성하는 단계 및 상기 컬러코팅층 표면에 투명(클리어) 도막층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 다중 피막층은 다중 수지막 생성기를 이용하여 비접촉식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 종래 코팅-경화 공정의 반복적 실시를 위해 다수의 설비 및 넓은 공간을 크게 절감할 수 있으며, 이에 따라 제조비용이 저하되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 단순화된 공정으로부터 기존과 동일한 다중 적층 구조의 컬러강판을 구현할 수 있으므로, 컬러강판의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 품질저하가 없는 안정적인 제품의 생산이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면으로부터 다중 적층 컬러강판을 제조하는 공정의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 측면에 따라 다중 수지막 생성기를 이용하여 다중 피막층을 형성하는 공정의 모식도를 나타낸 것이다.

통상, 다중 적층구조의 컬러강판은 코팅-경화 공정의 반복적인 실시를 통해 제조되는데, 이를 위해서는 다수의 공정 설비가 필요하고, 이러한 설비를 갖출만한 넓은 공간이 요구됨에 따라, 제조비용이 상승하고 긴 조업시간으로 인해 생산성이 저하되는 문제가 있어왔다.

이에, 본 발명자들은 다중 적층구조의 컬러강판을 보다 용이하게 제조하기 위해 깊이 연구한 결과, 다중 수지막 생성기를 이용하여 연속적인 공정으로 소지강판을 코팅하는 경우 한 번의 코팅-경화 공정으로 다중 피막층을 형성할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명의 일 측면인 다중 적층 컬러강판의 제조방법에 대하여, 그것의 일례를 도시하고 있는 도 1과 더불어 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에서 제공하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법은, 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판의 일면 또는 양면에 화성처리층을 형성하는 단계; 상기 화성처리층이 형성된 소지강판의 일면에 2층 이상의 다중 피막층을 형성하는 단계; 상기 다중 피막층이 형성된 소지강판을 경화 처리하는 단계; 상기 경화 처리된 소지강판 표면에 인쇄, 홀로그램 및 메탈릭 중 1종 이상의 컬러코팅층을 형성하는 단계 및 상기 컬러코팅층 표면에 투명(클리어) 도막층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 다중 피막층은 다중 수지막 생성기를 이용하여 비접촉식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

먼저, 소지강판을 준비하는 단계에 있어서, 상기 소지강판은 본 발명에서는 그 소재를 특별히 한정하지 아니하며, 통상의 연속 컬러도장공정에서 사용되는 어떠한 소재도 적용 가능하다. 예컨대, 탄소 강판, 비탄소 강판 및 스테인리스 강판 등을 포함할 수 있다.

또한, 상기 소지강판은 강판의 내식성 및 도장성 측면을 고려하여 금속 코팅층을 형성시킨 도금강판을 사용하는 것도 바람직하다.

이때, 상기 도금강판이 전기도금 방식에 의해 제조된 경우, 상기 전기도금 방식에 의해 형성된 도금층은 Zn, Al, Mg, Sn, Ti, Cr, Cu, Pb, W, Zr 중 하나 이상의 성분을 포함하며, 강판의 양면 또는 편면에 형성된 것이 바람직하다. 상기 전기도금 방식에 의한 도금강판의 경우, 미려한 표면품질을 확보할 수 있는 효과가 있다.

더불어, 상기 금속 판재는 경량화 및 고강도, 고가공성 측면을 고려하여 비탄소 강판을 사용할 수도 있는데, 이때 상기 비탄소 강판은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 성분 중 하나 이상의 성분을 주로 함유하는 강판인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은, 소지강판에 일면 또는 양면에 화성처리층을 형성하는 단계는 크롬(Cr) 또는 크롬-프리(Cr-free) 고내식성 화성처리액을 도포 및 건조함으로써 형성할 수 있다.

도 1을 참조하여 설명하면, 소지강판(1)의 전면 또는 전/후면에 화성처리코터(2),(3)를 이용하여 화성처리액을 도포하고, 후속되는 열풍건조기(4)에서 건조하여 최종적으로 화성처리층을 형성할 수 있으며, 건조 후 형성되는 화성처리층의 두께는 도포된 화성처리액의 건조 및 형성되는 적층 구조의 상·하부층과의 밀착성을 고려할 때 1.0~4.0μm인 것이 바람직하다.

이때, 상기 화성처리층을 소지강판에 형성하는 이유는, 상면의 경우 후술할 다중 피막층과의 밀착성을 높이기 위함이며, 하면은 역시 후술한 기본도막(박코팅)층과의 밀착성을 높이기 위함이다.

상기에 의해 화성처리층이 형성된 소지강판 표면에 본 발명에서 의도하는 다중 피막층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 다중 피막층은 2층 이상으로 구성되는 피막층을 의미하며, 예컨대 하도 도막층/상도 도막층으로 이루어진 피막층일 수 있다.

상기 다중 피막층을 형성하는 구성은 본 발명의 가장 핵심이 되는 구성에 해당되는 단계로서, 기존 하도 도막층과 상도 도막층을 각각 순차적으로 형성하는 공정을 한 번의 공정으로 실시한다는 측면에서 그 의미가 있는 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명에서는 다중 피막층 형성을 위해 다중 수지막 생성기(5)를 이용하여 비접촉식으로 형성함에 그 특징이 있으며, 이때 2 종류 이상의 도료를 2 이상으로 분할된 노즐로부터 각각 압출되어 동시에 적층되어 다중 피막층이 형성될 수 있는 것이다.

한편, 다중 피막층 형성을 위해 화성처리된 소지강판이 다중 수지막 생성기의 측면에서 이송될 경우, 공기가 유체점성에 의해 화성처리된 표면을 따라 이동하는 현상 즉, 코안다 효과(Coanda effect)가 발생되며, 이는 다중 피막 처리 공정 중에 화성처리된 강판과 도료 사이에 혼입되어 기포발생과 같은 불량을 발생시킨다.

따라서, 혼입되는 공기를 제거하기 위한 진공 박스(53)가 다중 수지막 생성기(5)에 구비되는 것이 바람직하며, 이때 진공 박스의 분위기는 760Torr 미만인 것이 바람직하다. 진공 박스 내 분위기가 760Torr 이상이면 대기압보다 높게 형성되어 공기를 밀어내게 되므로 발생된 기포를 제거하는 효과가 없게 된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 다중 피막층 형성에 사용되는 다중 수지막 형성기는 상·하부에 위치한 노즐립(51),(52)과 진공 박스(53), 심(seam)(54)으로 구성되며, 상기 하부 노즐립과 심 사이에는 하부 피막 도료 노즐(55)이 위치하고, 상부 노즐립과 심 사이에는 상부 피막 도료 노즐(56)이 위치하는 구조로 이루어져 있다.

즉, 강판의 폭방향으로 동일한 두께의 피막이 형성되도록 정밀한 분출 노즐(55),(56)이 구비되어 있고, 도 3에 나타낸 바와 같이 강판이 이송되면서 상기 노즐로부터 연속적으로 도료가 압출되어 코팅되는 방식으로부터 다중 피막층을 형성할 수 있고, 이때 도료를 강판의 폭보다 넓게 하여 압출시킬 수 있으므로 강판의 가장자리까지 완전하게 코팅되도록 할 수 있다.

이때, 노즐로부터 압출되는 도료의 압력과 강판이 이송되는 속도를 조절함으로써 피막의 두께를 제어할 수 있다. 본 발명에서는 다중 적층구조에서의 상·하부층과의 밀착성을 고려하여 건조피막두께로 하부 피막층(예컨대, 하부 도막층)은 1~50μm, 상부 피막층(예컨대, 상부 도막층)은 1~350μm의 두께로 형성시킴이 바람직하다.

상기에 따라 2 종류 이상의 도료의 압출이 완료되면, 연속적인 공정을 통해 이를 경화시키는 것이 바람직하다.

이때, 경화 공정에 적용 가능한 수단은 온도를 제어할 수 있는 건조장치(9)라면 특별히 한정하지 아니하나, 예컨대 적외선을 이용한 IR 히터(Infrared Ray Heater), 인덕션 히터(Induction Heater), 열풍오븐(Dry Oven) 등의 열원을 제어할 수 있는 장치인 것이 바람직하다.

상술한 장치를 이용하여 베이킹 처리시, 100~400℃에서 행하는 것이 바람직하다. 베이킹 처리 온도가 100℃ 미만이면 상기 상도 도막층이 완전히 건조되지 아니할 우려가 있으며, 반면 400℃를 초과하게 되면 수지 물질의 변형이 이루어져 도막층의 변형과 훼손이 우려될 수 있으므로 바람직하지 못하다.

상기 다중 피막층의 형성이 완료되면, 고객사의 요구에 따라 컬러코팅을 실시하여 목적하는 컬러코팅층을 형성할 수 있다.

예컨대, 인쇄, 홀로그램 및 메탈릭 중 1종 이상의 컬러코팅층을 형성시킬 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법에 따르면, 상기 컬러코팅층 상부에 투명(클리어) 도막층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것도 바람직하다. 상기 투명(클리어) 도막층은 코팅 무늬 표면의 보호 및 내측 성분의 물성 확보가 가능토록 하기 위함이다.

이때, 상기 투명(클리어)도막층의 형성은 롤코팅 방법을 이용하여 유광 또는 무광 도료가 도포되고 건조되는 단계를 포함하며, 상기 유광 도료는 광택계로 60° 입사각 기준 광택도가 70% 이상이며, 상기 무광 도료는 광택계로 60° 입사각 기준 광택도가 10~30%인 것이 바람직하다. 이때의 광택도는 현재 시판 중인 제품의 표준치나 그 이상으로 얻는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법에 따르면, 상기 화성처리층이 형성된 소지강판의 하면에 기본도막(박코팅)층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것도 바람직하다. 상기 기본도막(박코팅)층의 형성은, 컬러강판 하면의 미관 형성 및 긁힘 방지를 위함이다.

한편, 상기의 본 발명의 일 측면에서 제공하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법을 구현하는 하나의 바람직한 수단으로서, 하기 설명하는 제조장치를 적용할 수도 있다. 하기에서 제공하는 제조장치에 대한 설명을 통해, 본 발명의 사상은 더욱 구체화될 수 있을 것이다. 단, 하기의 제조장치는 본 발명에 적용 가능한 수단 중 하나의 예시에 불과한 것일 뿐, 그에 의해 상술한 제조방법이 결코 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법에 적용 가능한 다중 적층 코팅 장치의 일예를 통해, 판재 스트립이 다단으로 피막층이 형성되는 과정을 도시한 그림이다.

상기 도 1을 통해, 판재 스트립(1)이 도료와의 밀착성 및 내식성을 향상시키기 위한 목적으로 화성처리 구간인 케미컬 코터(2),(3)로 인입되어 수요가의 요구에 따라 크롬(Cr) 또는 크롬-프리(Cr-free) 약품처리를 실시한 후, 화성처리된 표면을 열풍건조기(4)에 통과시켜 표면을 건조시킨다. 이후, 다중 수지막 생성기(5)에 인입하여 하도 즉, 프라이머와 상도 도료가 동시에 적층되어 다중 피막층을 형성시킨 후, 오븐(9)을 통해 곧바로 경화처리된다. 이후, 수요가의 요구에 따라 원하는 컬러코팅을 실시한 후 경화 처리하여 최종 제품으로 생성되거나, 추가적인 코팅장치를 통해 클리어 층을 적층하여 내구성을 확보할 수 있다.

(1)... 소지강판 (substrate)
(2)... 상부 화성처리코터 (top chemi-coater)
(3)... 하부 화성처리코터 (bottom chemi-coater)
(4)... 열풍건조기 (hot air dryer)
(5)... 다중 수지막 형성기
(6)... 제1 백업롤 (#1 backup roll)
(7)... 제2 백업롤 (#2 backup roll)
(8)... 캐치팬 (catch pan)
(9)... 건조장치 (oven)
(51)... 상부 노즐립 (top nozzle lip)
(52)... 하부 노즐립 (bottom nozzle lip)
(53)... 진공 박스 (vaccum box)
(54)... 심 (seam)
(55)... 하부 피막 도료 노즐 (top paint nozzle)
(56)... 상부 피막 도료 노즐 (bottom paint nozzle)

Claims (6)

1. 컬러강판의 제조방법으로서,
   소지강판을 준비하는 단계;
   상기 소지강판의 일면 또는 양면에 화성처리층을 형성하는 단계;
   상기 화성처리층이 형성된 소지강판의 일면에 2층 이상의 다중 피막층을 형성하는 단계;
   상기 다중 피막층이 형성된 소지강판을 경화 처리하는 단계;
   상기 경화 처리된 소지강판 표면에 인쇄, 홀로그램 및 메탈릭 중 1종 이상의 컬러코팅층을 형성하는 단계 및
   상기 컬러코팅층 표면에 클리어 도막층을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 다중 피막층은 다중 수지막 생성기를 이용하여 비접촉식으로 형성하고, 상기 다중 수지막 생성기는 전단에 진공 박스를 포함하고, 상기 진공 박스의 내부 분위기는 760torr 미만인 것을 특징으로 하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다중 피막층을 형성하는 단계는 2 종류 이상의 도료를 동시에 적층하는 것을 특징으로 하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 2 종류 이상 도료의 적층은 2 이상으로 분할된 노즐로부터 각각 압출되어 적층되는 다중 적층 컬러강판의 제조방법.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 경화 처리하는 단계는 100~400℃로 실시되는 다중 적층 컬러강판의 제조방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 화성처리층이 형성된 소지강판의 다중 피막층이 형성된 면의 반대쪽 면에 박코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 다중 적층 컬러강판의 제조방법.

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