KR101500236B1 - 무결함 도장강판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강판의 적어도 일면에 중심부 사이의 거리가 직경의 평균 1/5 내지 3/5 되도록 다수의 잉크방울을 중첩시켜 연속된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 무결함 도장강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 무결함 도장강판에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 도막에 오렌지 필 또는 롤 마크가 발생하지 않으므로 결함의 제로화가 가능하며, 우수한 광택 및 선영성을 갖는 도장강판을 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 도막에 발생하는 결함을 제로화하여 도장강판의 광택 및 선영성을 향상시킨 무결함 도장강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
강판의 표면처리기술 가운데, 수지 또는 도료 등을 피복하는 도장기술의 경우 강판의 방청성, 내식성, 가공성 등의 물성 향상은 물론 표면 외관 향상, 윤활성 부여 등에 주요한 목적이 있다. 도장방법으로는 코일상태의 강판을 풀어 제조 라인을 따라 롤 코팅하는 방식과 합성수지를 분체로 만들어 강판 표면에 칠하고 고온으로 용융하는 분체도장하는 방법이 주로 활용되고 있다.
다만, 분체도장의 경우 작업속도가 느리므로 대량 및 고속생산이 요구되는 제철공장에서는 주로 롤 코팅 방식의 도장을 적용하고 있다. 또한 철강의 경우 연속작업이 필수이므로 롤 코팅외의 작업은 불가하다. 그러나 기존의 롤 코팅방식에 의하면, 장시간 작업시 롤과 롤 또는 롤과 강판 사이의 마찰로 인하여 용액의 온도가 높아지게 되고, 이로 인해 용액의 점도 상승과 도막 두께의 변화가 발생하게 된다. 그 결과 줄무늬로 표현되는 롤 마크의 생성 또는 도막 결함 발생이 매우 빈번하게 일어난다. 즉, 롤 코팅에 의하면 도 1과 같은 제품 결함이 발생하게 된다.
도장 강판의 선영성과 관련하여 종래기술인 대한민국 공개특허 제2007-0032538호에서는 전자선 경화도료 조성물을 피복하여 도장강판의 선영성을 부여하는 방법을 개시하고 있고, 대한민국 공개특허 제2013-0074848호에서 수평균 분자량(Mn)이 6,000 내지 25,000인 폴리에스테르 수지, 백색 안료 및 멜라민 수지를 포함하는 백색 도장용 수지 조성물을 이용하여 강판의 광택도 및 선영성을 향상시키는 기술을 개시하고 있다.
하지만, 상기 종래기술은 도장되는 유기물을 통한 선영성 향상에 한정된 기술일뿐 롤과 강판 사이의 접촉으로 인한 롤 마크 생성 및 도막 결함은 근본적으로 해결하지 못하고 있다. 롤 코팅 방식이 아닌 방법으로 강판을 표면처리하는 기술로는 종래기술 가운데, 잉크젯 방식을 채택하고 있는 일본 공개특허 제2009-214097호 및 제2009-274341호가 존재한다.
그러나 상기 특허문헌에는 강판에 패턴이나 디자인을 인쇄하는 기술에 관한 것으로 강판 표면의 임의의 위치에서 도료의 배합비나 종류의 변경 또는 도막 두께를 변경시키기 위한 기술을 개시하고 있을 뿐이다. 즉, 강판 표면에 발생하는 롤 마크 생성의 억제 또는 표면 광택 및 선영성의 향상과는 연관성이 떨어진다.
도막에 발생하는 롤 마크 현상을 근본적으로 해소하여 결함을 제로화 하고, 나아가 도장강판의 광택 및 선영성을 확보하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는 강판의 적어도 일면에 중심부 사이의 거리가 직경의 평균 1/5 내지 3/5 되도록 다수의 잉크방울을 중첩시켜 연속된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 무결함 도장강판의 제조방법이다.
상기 잉크방울은 1 내지 50pico liter의 토출량을 갖는 것이 바람직하다.
상기 잉크방울은 강판표면에서 잉크돌기를 형성하되, 이 때 상기 잉크돌기는 강판 표면과 50°이내의 접촉각을 이루는 것이 바람직하다.
한편, 상기 잉크는 수지조성물을 포함하고,
상기 수지조성물은 주제수지로 폴리에스테르계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 알키드 수지를 포함한 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수지조성물은 아크릴계 올리고머, 아크릴계 모노머 또는 이들의 혼합물 가운데 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예는 강판; 및 상기 강판의 적어도 일면에 1mm2당 150 내지 3000개의 잉크 돌기가 서로 중첩되어 형성된 코팅층을 포함한 무결함 도장강판이다.
상기 코팅층은 잉크 돌기가 중첩된 부분에서 발생한 골의 깊이가 평균 1㎛이내일 수 있고,
상기 코팅층은 웨이브스캔(Wave scan)측정 기준 LW 35이하 및 SW 35이하의 선영성을 가지는 것이 바람직하다.
롤코팅 원리와 전혀 다른 방식으로 도장이 가능하므로 롤마크와 같은 도장결함의 발생을 방지할 수 있고, 그에 따라 도막 결함의 제로화가 가능하다. 나아가 우수한 광택 및 선영성을 갖는 도장강판을 제조할 수 있다.
도 1은 일반 롤코팅 도장 작업에 의해 발생한 롤 마크를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 강판 표면에 도막을 형성하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 강판 표면에 도막을 형성하는 과정을 나타낸 측면 모식도이다.
도 4는 잉크돌기의 토출량이 과도한 경우 발생하는 오렌지필 현상을 나타낸 측면 모식도이다.
도 5는 강판 표면에 형성된 돌기의 접촉각에 따른 잉크 도막의 표면상태를 나타낸 측면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 강판 표면에 도막을 형성하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 강판 표면에 도막을 형성하는 과정을 나타낸 측면 모식도이다.
도 4는 잉크돌기의 토출량이 과도한 경우 발생하는 오렌지필 현상을 나타낸 측면 모식도이다.
도 5는 강판 표면에 형성된 돌기의 접촉각에 따른 잉크 도막의 표면상태를 나타낸 측면 모식도이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 하기 도 2 내지 3과 같이 강판(1)의 적어도 일면(4)에 중심부 사이의 거리가 직경의 평균 1/5 내지 3/5 되도록 다수의 잉크(3)방울을 중첩시켜 연속된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 무결함 도장강판의 제조방법을 제공할 수 있다. 강판의 도장공정은 연속적으로 이루어지며 코팅층이 형성됨과 동시에 건조될 수 있는 환경에서 작업이 이루어진다. 이 때, 잉크방울을 서로 중첩시키지 않는 경우, 미코팅부가 존재하게 되어 내식성 및 기타 도막 물성이 취약해 질 수 있다. 따라서 잉크방울을 중첩시켜 미코팅부 없이 연속된 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 잉크방울은 강판 표면에서 순간적으로 돌기를 형성하지만 돌기의 형성과 동시에 중첩부위가 혼합되므로 돌기의 형상은 사라지고 연속된 코팅층을 형성할 수 있게 된다. 이 때, 잉크의 중첩을 제어하지 못하면 코팅층에 돌기 형상이 잔존하게 되고 그 결과 돌출부에 의한 골(100)이 형성될 수 있다. 이에 따라 코팅층의 평활도가 낮아지고 오렌지필 현상이 발생할 수 있다. 따라서 잉크방울은 중심부 사이의 거리가 직경의 평균 1/5 내지 3/5이 되도록 중첩되는 것이 바람직하다. 중심부 사이의 거리가 직경의 평균 1/5 미만일 경우 잉크가 과량 중첩되므로 두께 제어가 용이하지 못하고, 3/5 초과할 경우 잉크의 중첩 정도가 미미하여 코팅층에 발생한 골의 깊이가 깊게 형성될 수 있다.
상기 코팅층은 강판을 이동시키면서 형성할 수도 있고, 노즐이 구비된 프린트 헤드(20)를 이동시키며 형성할 수도 있으며 강판과 프린트 헤드를 서로 반대방향으로 이동시키며 형성할 수도 있다. 이에 한정되지 않으나, 강판을 이동하는 경우라면 강판의 이동속도는 바람직하게 10 내지 150m/min일 수 있다. 상기 강판의 이동속도가 10m/min 미만으로 느릴 경우에는 잉크가 과량 중첩되어 코팅층 두께 제어가 용이하지 않고, 150m/min 미만일 경우에는 속도가 빨라 잉크방울의 배치간격이 넓어지므로 미코팅부가 발생 될 수 있다. 즉, 상기 범위 내의 속도로 도장 작업을 진행할 경우 잉크방울을 중심부 사이의 거리가 직경의 평균 1/5 내지 3/5이 되도록 용이하게 중첩시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 잉크방울은 1 내지 50pico liter의 토출량으로 토출될 수 있고, 보다 바람직하게는 1 내지 30pico liter의 양으로 토출될 수 있다. 잉크의 토출량이 50pico liter 초과할 경우 도 4와 같이 돌기의 크기가 크기 때문에 중첩을 이루더라도 오렌지 필(Orange peel) 현상이 나타날 수 있고, 코팅층의 두께 제어가 용이하지 않을 수 있다. 또한, 잉크의 토출량이 1pico liter 미만일 경우 코팅층의 평활도는 보다 우수해 질 수 있으나 분사되는 잉크의 양이 너무 작아 잉크 방울을 중심부 사이의 거리가 직경의 평균 1/5 내지 3/5이 되도록 겹치는 것이 매우 까다로워 질 수 있다. 다만, 상기 범위 내에서는 잉크의 토출량이 적을수록 평활도가 우수해지고 코팅층이 매끄럽게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 잉크방울에 의해 순간적으로 강판 표면에 형성된 돌기는 강판 표면과 50°이하의 접촉각을 이루는 것이 바람직하다. 도장 작업 환경 특성상 코팅과 동시에 건조가 이루어지는데, 하기 도 5의 (a) 및 (b)와 같이 접촉각이 50°을 초과할 경우엔 잉크방울이 돌기 형상을 유지하므로 오렌지필 발생가능성이 높다. 즉, 잉크의 흐름성 및 강판 표면 대한 젖음성이 낮아 코팅층의 평활도가 떨어질 수 있다. 반면, 하기 도 5의 (c)와 같이 접촉각이 50°이하일 경우, 잉크의 흐름성이 우수하여 돌기가 완만하게 형성되므로 코팅층이 비교적 매끈하게 형성될 수 있다. 이 때, 접촉각은 낮을수록 코팅층의 평활도를 보다 향상시킬 수 있다.
접촉각은 피착제인 강판 표면장력을 조절하여 제어할 수도 있고, 잉크 조성비를 조절하여 제어할 수도 있다. 이에, 접촉각을 형성하는 방법은 한정하지 않는다. 다만 상기 범위내에서는 피착체와의 젖음성을 높여주기 위해서는 접촉각을 최소화하는 것이 바람직하다.
상기 강판은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 철판, 알루미늄판, 마그네슘판. 아연판 등의 금속강판, 바람직하게는 냉연강판; 아연도금 강판; 아연니켈 도금강판, 아연철 도금강판, 아연티탄 도금강판, 아연마그네슘 도금강판, 아연망간 도금강판, 아연알루미늄 도금강판, 아연알루미늄마그네슘 도금강판 등의 아연계 도금 강판; 알루미늄계 도금강판; 또한 이들 도금층에 이종금속 또는 불순물로서, 예를 들면, 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 티탄, 알루미늄, 망간, 철, 마그네슘, 주석 및 구리 등으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종을 포함하는 도금 강판; 상기 도금층에 실리카 및 알루미나 등으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종의 무기물을 분산시킨 도금강판; 실리콘, 구리, 마그네슘, 철, 망간, 티탄, 및 아연 등으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종이 첨가된 알루미늄 합금판; 또는 인산염이 도포된 아연도금강판; 또는 열연강판이 사용될 수 있다. 필요에 따라 상기 도금 중에 2종류 이상을 순차적으로 처리한 다층 도금 금속판이 또한 사용될 수 있다. 나아가 선 도장처리된 강판을 사용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 잉크는 수지조성물을 포함하고, 상기 수지조성물은 주제수지로 폴리에스테르계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 알키드 수지를 포함한 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 당 분야에서 통상적으로 사용하는 수지로서 잉크를 조성물로 적합한 것이라면 특별히 제한하지 않는다. 이 때, 상기 수지 조성물은 아크릴계 올리고머, 아크릴계 모노머 또는 이들의 혼합물 가운데 적어도 하나를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 강판; 및 상기 강판의 적어도 일면에 1mm2당 150 내지 3000개의 잉크 돌기가 서로 중첩되어 형성된 코팅층을 포함한 무결함 도장강판을 제공할 수 있다. 상기 잉크 돌기는 1 내지 70pico liter 의 토출량을 갖는 잉크방울이 중심부 사이의 거리가 직경의 평균 1/5 내지 3/5이 되도록 중첩되어 형성된 것일 수 있다. 따라서 돌기의 수가 1mm2당 150 미만일 경우 중심부 사이 거리가 직경의 평균 3/5에 미치지 못한 결과이므로 골의 깊이가 깊어 오렌지 필로 나타나게 되고, 돌기 수가 1mm2당 3000 이상일 경우 과량중첩된 결과이므로 코팅층의 두께가 불균일할 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 코팅층은 잉크 돌기가 중첩된 부분에서 발생한 골의 깊이가 평균 1㎛이내일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.5㎛이내 일 수 있으며, 가장 바람직하게는 0에 가까운 것일 수 있다. 돌기의 골의 깊이가 1㎛를 초과할 경우 오렌지필 현상이 나타나게 되고, 0에 가까울수록 오렌지필 현상은 사라지며 선영성과 광택이 향상될 수 있다.
상기 무결함 도장강판의 코팅층은 잉크 돌기의 중첩으로 형성되므로 롤에 의한 줄무늬가 전혀 발생하지 않을 수 있다. 다만, 기기적으로 선영성을 측정할 경우, 상기 무결함 도장강판은 웨이브스캔(Wave scan) 측정 기준 LW 35이하 및 SW 35이하의 선영성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위 내에서는 강판의 광택 및 선영성이 매우 우수하게 나타나며 상기 범위를 초과할 경우 도장표면의 상태는 오렌지 필로 판단될 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
미세노즐이 구비된 잉크젯 프린트에 아연도금강판을 70 내지 130m/min의 속도로 통과시키면서 도장작업을 수행하였다. 이 때, 사용한 잉크는 UV 잉크로서 그 조성은 다음과 같았다.
-HDDA(1.6-Hexanediol diacrylate): 45중량%
-TPGDA(Tripropylene glycol diacrylate): 35중량%
-TMPTA(Trimethyolpropan triacrylate): 10중량%
-a-Aminoketone (Irgacure 907): 7중량%
-Bis acryl phophine (Irgacure 819): 3중량%
또한, 잉크젯을 이용한 도장작업 후 도장강판의 표면상태는 선영성 측정기(웨이브 스캔, wave scan)를 이용하여 측정하였다. 선영성을 측정하기 위하여 1x10cm의 시편 표면에 20°의 각으로 빛을 조사하고 3750개의 점을 스캔한 후 0.1 내지 1.2 mm 단위의 short wave(SW) 및 1.2 내지 12mm 단위의 long wave(LW)를 각각 측정하였다. 이 때, 0(good)에서부터 100(bad)까지의 등급을 기준으로 SW와 LW값이 모두 35 이하인 경우 선영성이 양호한 것으로 이 외의 것은 오렌지 필로 판단하였다.
잉크젯 프린트를 이용한 강판 도장작업의 최적 조건을 확인하기 위하여 우선, 잉크의 토출량을 최소 1pico liter부터 최대 120pico liter까지 조절하면서 강판의 표면 도장 상태를 확인하였다. 이 때, 잉크 토출량에 따라서 강판 표면에서 형성되는 잉크 돌기의 중심부 사이 간격이 직경의 3/5를 유지할 수 있도록 노즐의 간격과 강판의 속도를 제어하였다. 잉크의 토출량에 따른 표면상태는 하기 표 1과 같았다.
| 구분 | 잉크토출량 (pico liter) | 표면상태 |
| 실시예 1 | 1 | 양호 |
| 실시예 2 | 3 | 양호 |
| 실시예 3 | 5 | 양호 |
| 실시예 4 | 10 | 양호 |
| 실시예 5 | 20 | 양호 |
| 실시예 6 | 30 | 양호 |
| 실시예 7 | 50 | 양호 |
| 비교예 1 | 80 | 불량(오렌지 필) |
| 비교예 2 | 100 | 불량(오렌지 필) |
| 비교예 3 | 120 | 불량(오렌지 필) |
상기 결과에 따르면, 잉크젯 프린트기를 이용한 강판의 도장시 잉크의 토출량은 50pico liter 이하가 적절하다는 것을 알 수 있다. 상기 실험을 통해 토출량이 50pico liter를 초과한 비교예 1 내지 3의 경우 강판 표면에 오렌지 필(peel)형태의 돌기가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 토출된 잉크방울 양이 많아질수록 코팅층 두께 제어가 어려워지고, 도 4와 같이 잉크방울의 형상이 그대로 유지되어 나타나는 현상으로 파악되었다.
실시예 2
이어서, 잉크를 토출량이 30pico liter이 되도록 설정한 후, 표면장력이 서로 다른 여러 종류의 강판에 상기 잉크를 떨어뜨려 강판과 잉크방울이 이루는 접촉각을 조사하였다. 그 가운데 접촉각이 하기 표 2와 같이 나타난 강판 6종류를 선택하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도장작업을 진행하였다. 그 결과 접촉각에 따른 강판의 표면 도장상태는 하기 표 2와 같았다.
| 구분 | 접촉각 (°) | 표면상태 |
| 실시예 8 | 15 | 양호 |
| 실시예 9 | 35 | 양호 |
| 실시예 10 | 50 | 양호 |
| 비교예 4 | 70 | 불량(오렌지 필) |
| 비교예 5 | 100 | 불량(오렌지 필) |
| 비교예 6 | 120 | 불량(오렌지 필) |
상시 결과를 통하여, 강판 표면과 잉크방울의 접촉각은 50°이하가 바람직함을 알 수 있었다. 접촉각이 그 이상으로 큰 비교예 4 내지 6의 경우, 강판에 대한 잉크방울의 젖음성이 떨어지므로 표면 도장층에 다수의 골로 표현되고 결과적으로 도 5의 (a) 및 (b)와 같이 오렌지 필 현상이 나타났다.
1: 강판 3: 잉크
4: 강판표면 20: 잉크젯 프린트 헤드부
100: 오렌지 필 형상으로 발생한 잉크 돌기 사이의 골
4: 강판표면 20: 잉크젯 프린트 헤드부
100: 오렌지 필 형상으로 발생한 잉크 돌기 사이의 골
Claims (8)
- 강판의 적어도 일면에 다수의 잉크방울 중 어느 하나의 잉크방울 및 인접한 잉크방울의 중심부 사이의 거리가 잉크방울 평균 직경의 1/5 내지 3/5이 되도록 인접한 잉크방울을 중첩시켜 연속된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 무결함 도장강판의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 잉크방울은 1 내지 50pico liter의 토출량을 갖는 무결함 도장강판의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 잉크방울은 강판표면에서 잉크돌기를 형성하고,
상기 잉크돌기는 강판 표면과 50°이하의 접촉각을 이루는 무결함 도장강판의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 잉크는 수지조성물을 포함하고,
상기 수지조성물은 주제수지로 폴리에스테르계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 알키드 수지를 포함한 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 무결함 도장강판의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 수지조성물은 아크릴계 올리고머, 아크릴계 모노머 또는 이들의 혼합물 가운데 적어도 하나를 포함하는 무결함 도장강판의 제조방법.
- 강판; 및
상기 강판의 적어도 일면에 1mm2당 150 내지 3000개의 인접한 잉크 돌기가 서로 중첩되어 형성된 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 상기 인접한 잉크 돌기가 중첩된 부분에서 발생한 골의 평균 깊이가 1㎛ 이내인 무결함 도장강판.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서, 상기 코팅층은 웨이브스캔(Wave scan)측정 기준 LW 35이하 및 SW 35이하의 선영성을 가진 무결함 도장강판.
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| US11364729B2 (en) * | 2018-02-26 | 2022-06-21 | Bke-Machines International Sa | Tracing on a metal sheet intended for use in sheet metal work |
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-
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