KR101708794B1

KR101708794B1 - 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액, 그 코팅용액을 이용한 코팅층의 제조방법

Info

Publication number: KR101708794B1
Application number: KR1020150121803A
Authority: KR
Inventors: 이주형; 이주영; 준 황; 이용규
Original assignee: 주식회사 제이엘서피스
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-03-09
Also published as: WO2017039118A1

Abstract

본 발명은 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액, 그 코팅용액을 이용한 코팅층의 제조방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅용액은 (3-아미노프로필)트리에톡실란 11 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 65 ~ 75 중량 %, 스테아르산 4 ~ 6 중량% 및 테트라에톡시실란 9 ~15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 포함하여, 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경성을 동시에 만족할 수 이는 효과를 갖는다.

Description

마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액, 그 코팅용액을 이용한 코팅층의 제조방법{Stability of friction factor, anti-corrosion and eco-friendly coating solution, production method of coating layer by using this coating solution}

본 발명은 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액, 그 코팅용액을 이용한 코팅층의 제조방법에 대한 것이다.

현재 산업현장에서 가장 많이 쓰이는 금속은 철(Fe)을 포함하는 철재 구조물로서 대부분 자연환경(눈, 비, 염분, 온도, 습도, 산소 등) 속에 노출되므로 내식성 및 내구성을 증진시키기 위한 녹 발생 방지 표면처리를 하는 것이 일반적이다.

철을 포함하는 구조물의 부식은 공기 중의 산소, 수분을 만나 Fe(OH)₃와 Fe₂O₃을 생성하는데 이는 공기 중의 다른 화학물질인 매연, 해수의 염분, 산성비로 인해 가속화되는 경우가 대부분이다.

최근 자동차 부식으로 인한 대규모리콜, 해양플랜트 산업의 성장으로 내구성/내식성을 향상을 위한 표면처리기술의 필요가 급증되고 있고, 부식은 외관뿐만 아니라 강도 및 수명이 줄어 안전사고와 직결되게 된다.

도 1은 부식이 발생된 자동차와, 암세포를 모식적으로 나타낸 사진을 도시한 것이다. 리고, 도 2는 종래 녹이 발생된 용융아연도금볼트의 사진을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 부식은 발생되는 순간 모든 것을 파괴할 수 있다는 점에서 암새포(암세포)와 유사점을 가지게 된다.

이러한 부식을 유발하는 외부환경을 차단하기 위해 대표적인 표면도금 방식으로는 아연도금이 광범위한 분야에서 금속을 부식으로부터 보호하기 위해 활용되고 있다. 아연도금은 음극 방식으로 철보다 이온화 경향이 크기 때문에 희생 양극 보호 특성도 있다.

하지만 아연도금 자체로는 아연 산화물이 많이 발생되며, 자체적인 내식성이 낮기 때문에 거의 대부분은 후처리 과정을 통해 화학적으로 안정되도록 처리해준다. 후처리로 주로 이용되고 있는 방법은 크로메이트, 인산염 처리 등이 있다. 크로메이트 공정은 6가 크롬(Cr⁶ ⁺)을 사용하는데 이는 치명적인 독성 및 환경오염으로 인하여 6가 크롬 사용에 대한 규제가 강화되고 있기 때문에 이에 대한 대체 방안이 필요한 실정이다.

2000년 9월 유럽 연합은 ELV(End of Life Vehicle Directive)를 발족시켜 자동차 부품들의 코팅에 있어 유독성 중금속(Pb, Cd, Hg 및 6가 Cr 등)제한을 제시하였다. 또한 유럽연합은 2006년 7월 1일부터 자국으로 수입되는 모든 전자기기제품에 대한 특정 유해물질의 사용을 금지하도록 지침을 발표하였다.

이에 따라 6가 크롬 표면처리 코팅용액의 대체방법으로는 많은 기술이 개발되었으며 다양한 시도가 진행되어 오고 있다. 다양한 대체방법 중 3가 크롬을 이용한 크로메이트 코팅용액이 현재까지는 효과적인 방안으로 떠오르고 있으나 내식성, 가격경쟁, 사용자의 편의성 등이 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있다.

도 3은 중금속 6가 크롬에 중독된 손가락 사진을 도시한 것이고, 도 4는 발암물질에 의해 암이 생성된 환자의 사진을 도시한 것이다.

이러한 부식을 방지하기 위한 코팅방법, 용액으로서 종래 대한민국 공개특허 제10-2015-0075001호(내식성 및 내흑변성이 우수한 표면처리 용액 및 이를 이용하여 표면처리된 Zn-Al-Mg 합금도금 강판의 제조방법)에서는 아연-알루미늄-마그네슘 합금 강판에 우수한 내식성을 제공하기 위한 표면처리 용액 제조방법에 관한 것으로 우수한 내식성을 보유함과 동시에 고온 다습한 분위기에서도 피막 표면이 검게 변하지 않는 내흑변성이 향상되었지만, 환경규제물질인 크롬을 사용하였기 때문에 세계적인 환경규제 추세에 맞지 않는 방향이므로 바람직하지 않다.

또한, 종래 대한민국 등록특허 제1209079호(친환경 수용성 방청도료 조성물 및 이를 이용한 철재 구조물의 친환경 부식방지 도장공법)에서는 친환경 수용성 방청도료 조성물 및 도장공법에 관한 것으로 철재 구조물에 친환경적으로 내식성, 내화학성, 내구성을 부여할 수 있는 수용성 도료에 관한 것이다. 수용성 에폭시계 수지를 혼합하여 사용함으로써 우수한 내식성을 제공하였지만, 도막 두께가 50 ~ 75㎛로 매우 두껍기 때문에 파스너류 제품에는 사용이 제한적이고 적용분야가 한정적이다. 또한 도료 도포 후 경화시간이 8시간 이상 걸리기 때문에 생산성이 매우 낮다.

그리고, 종래 대한민국 등록특허 제0579989호(토오크 안정제)에서는 변성 알키드 수지와 수분산성 계면활성제와 수성안료를 일정 성분비로 혼합하여 볼트, 너트, 스크류의 조립시 안정된 체결력을 제공하는 안정제에 관한 것이다. 하지만 안정제로 인한 마찰계수의 편차는 14%에 만족하였다. 이는 매우 높은 편차이므로 공정적용에는 부적합하며 따라서 본 발명에서는 1~2%에 만족하는 수준으로 안정제를 개발하고자 하였다.

대한민국 공개특허 제2015-0075001호 대한민국 등록특허 제1209079호 대한민국 등록특허 제0579989호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 마찰계수의 높은 안정성 및 고내식성 친환경 표면처리 용액을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 아연도금 된 금속모재에 가장 적합하며 내식성 및 화학적, 마찰계수 안정성을 증가시키기 때문에 관련 분야(볼트, 너트, 각종 파스너, 강판 등)에서 매우 유용하게 적용될 수 있는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액, 그 코팅용액을 이용한 코팅층의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 표면처리 코팅용액에 있어서, (3-아미노프로필)트리에톡실란, 디프로필렌글리콜, 스테아르산 및 테트라에톡시실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액으로서 달성될 수 있다.

또한, 제1목적에 있어서, (3-아미노프로필)트리에톡실란 5 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 50 ~ 75 중량 %, 스테아르산 1 ~ 6 중량% 및 테트라에톡시실란 8 ~15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 제1목적에 있어서, 바람직하게는, (3-아미노프로필)트리에톡실란 11 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 65 ~ 75 중량 %, 스테아르산 4 ~ 6 중량% 및 테트라에톡시실란 9 ~15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 표면처리 코팅용액에 있어서, (3-아미노프로필)트리에톡실란, 디프로필렌글리콜, 스테아르산, 테트라에톡시실란, 테트라뷰틸티타네이트 및 테트라이소프로필티타네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액으로서 달성될 수 있다.

또한, 제2목적에 있어서, (3-아미노프로필)트리에톡실란 5 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 50 ~ 75 중량 %, 스테아르산 1 ~ 6 중량%, 테트라에톡시실란 8 ~15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 제2목적에 있어서, 바람직하게는, (3-아미노프로필)트리에톡실란 11 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 65 ~ 75 중량 %, 스테아르산 4 ~ 6 중량% 및 테트라에톡시실란 9 ~15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 코팅층 제조방법에 있어서, 코팅층을 생성할 표면처리의 대상이 되는 금속 모재 표면을 세척하는 단계; 상기 모재를 제4항에 따른 코팅용액이 저장된 용기에 침지시키는 단계; 상기 용기에서 상기 모재를 꺼내어 탈수시켜 상기 코팅용액을 균일하게 도포시키는 단계; 및 상기 모재를 건조 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법으로서 달성될 수 있다.

그리고, 제3목적에 있어서, 상기 세척하는 단계는, 아세톤 초음파 세척에 의해 상기 모재 표면의 이물질을 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제3목적에 있어서, 상기 침지시키는 단계는, 상기 모재를 디핑(Dipping)방식으로 상기 코팅용액에 3 ~ 5초 동안 침지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 제3목적에 있어서, 상기 도포시키는 단계는, 탈수수단을 200 ~ 1000rpm으로 회전시켜 10 ~ 20초 동안 탈수시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제3목적에 있어서, 상기 코팅층을 형성시키는 단계는, 15 ~ 35분 동안 100 ~ 130℃에서 건조 경화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 제3목적에 있어서, 상기 코팅층을 형성시키는 단계 후에, 60℃ 미만의 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제3목적에 있어서, 상기 코팅용액은, (3-아미노프로필)트리에톡실란 5 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 50 ~ 75 중량 %, 스테아르산 1 ~ 6 중량%, 테트라에톡시실란 8 ~15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 제3목적에 있어서, 바람직하게, 상기 코팅용액은, (3-아미노프로필)트리에톡실란 11 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 65 ~ 75 중량 %, 스테아르산 4 ~ 6 중량% 및 테트라에톡시실란 9 ~ 15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층에 있어서, 앞서 언급한 제3목적에 따른 제조방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 표면처리 코팅용액, 그 코팅용액을 이용한 코팅층의 제조방법은, 마찰계수의 높은 안정성 및 고내식성이며 친환경성을 갖는 효과를 갖는다.

또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 아연도금된 금속모재에 가장 적합하며 내식성 및 화학적, 마찰계수 안정성을 증가시키기 때문에 관련 분야(볼트, 너트, 각종 파스너, 강판 등)에서 매우 유용하게 적용될 수 있는 장점을 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 부식이 발생된 자동차와, 암세포를 모식적으로 나타낸 사진,
도 2는 종래 녹이 발생된 용융아연도금볼트의 사진,
도 3은 중금속 6가 크롬에 중독된 손가락 사진,
도 4는 발암물질에 의해 암이 생성된 환자의 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 코팅용액의 비율표,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법의 블록도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법의 흐름도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 코팅용액에 의해 제조된 코팅층의 부착력 및 내식성 테스트 결과,
도 9a는 종래 용융아연도금볼트의 E-SEM 분석 사진,
도 9b는 본 발명의 실시예5에 따른 코팅용액으로 표면처리된 아연기반표면처리볼트의 E-SEM 분석 사진,
도 10은 종래 용융아연도금볼트와, 본 발명의 실시예 5에 따른 코팅용액으로 표면처리된 아연기반표면처리볼트의 EDX 원소분석 결과표,
도 11a는 종래 용융아연도금볼트의 염수분무시험 1900시간 후의 사진,
도 11b는 본 발명의 실시예5에 따른 코팅용액으로 표면처리된 아연기반표면처리볼트의 염수분무시험 1900시간 후의 사진,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 코팅용액으로 표면처리된 아연기반표면처리볼트의 마찰계수 분석 결과표를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

< 실시예에 따른 친환경 코팅용액의 구성>

본 발명의 실시예에 따른 표면처리 코팅용액은, (3-아미노프로필)트리에톡실란, 디프로필렌글리콜, 스테아르산, 테트라에톡시실란, 테트라뷰틸티타네이트 및 테트라이소프로필티타네이트를 포함하여, 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경성을 모두 만족하게 된다.

구체적으로 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액은, (3-아미노프로필)트리에톡실란 5 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 50 ~ 75 중량 %, 스테아르산 1 ~ 6 중량%, 테트라에톡시실란 8 ~15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 포함하여 구성된다.

보다 바람직하게는, (3-아미노프로필)트리에톡실란 13 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 65 ~ 75 중량 %, 스테아르산 4 ~ 6 중량% 및 테트라에톡시실란 13 ~15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 포함하여 구성된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 코팅용액의 비율표를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에서는, (3-아미노프로필)트리에톡실란 5 ~ 7 중량%, 디프로필렌글리콜 50 ~ 55 중량%, 스테아르산 1 ~ 2 중량% 및 테트라에톡시실란 8 ~ 9 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 구성됨을 알 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에서는, (3-아미노프로필)트리에톡실란 7 ~ 10 중량%, 디프로필렌글리콜 55 ~ 60 중량%, 스테아르산 2 ~ 3 중량% 및 테트라에톡시실란 9 ~ 10 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0 초과 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 구성됨을 알 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 3에서는, (3-아미노프로필)트리에톡실란 10 ~ 13 중량%, 디프로필렌글리콜 60 ~ 65 중량%, 스테아르산 3 ~ 4 중량% 및 테트라에톡시실란 9 ~ 10 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0 초과 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 구성됨을 알 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 4에서는, (3-아미노프로필)트리에톡실란 13 ~ 15 중량%, 디프로필렌글리콜 65 ~ 70 중량%, 스테아르산 4 ~ 5 중량% 및 테트라에톡시실란 11 ~ 13 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0 초과 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 구성됨을 알 수 있다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 5에서는, (3-아미노프로필)트리에톡실란 15 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 70 ~ 75 중량%, 스테아르산 5 ~ 6 중량% 및 테트라에톡시실란 13 ~ 15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0 초과 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 구성됨을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 친환경 금속표면 코팅용액은 최근 RoHS(유해물질사용규제)의 환경적인 문제를 대비할 수 있는 크로메이트 등을 대체하는 기술로 환경적, 경제적 문제를 개선시킬 수 있는 방향을 제시하게 된다.

본 발명의 친환경 금속표면 코팅용액은 R’Si(OR)3의 구조를 가지고 있는 실란 계열 화합물로 주로 이루어져 있으며 마그네슘 합금, 철강, 아연으로 표면처리 된 금속 등 다양한 금속위에 피막을 형성함으로써 우수한 내식성을 제공하고 그 중 아연으로 표면처리 된 금속이 가장 적합하다.

본 발명의 실시예에 따른 친환경 금속표면 코팅용액의 성능은 금속 표면 위에 실란 화합물의 피막 형성 메커니즘으로 Si-O-M 결합 형성과 Si-O-Si의 결합에 의한 촘촘한 자가조립 피막을 형성하여 외부 환경의 부식 인자로부터 모재를 보호함으로써 우수한 내식성을 제공한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 코팅용액과 금속모재사이의 강한 접착력을 제공하기 위해서는 (3-아미노프로필) 트리에톡실란이 가장 바람직한 역할을 한다. 그리고, 안정적인 피막을 형성시키기 위해 테트라에톡시실란이 가장 바람직하다.

또한, 내식성 증가 첨가제로서는 테트라뷰틸티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트와 스테아르산이 혼합되었으며, 용제로서는 디프로필렌글리콜의 조합이 가장 우수한 내식성 성능을 보여준다.

<코팅층 제조방법>

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 금속표면 코팅층의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 이러한 코팅층은 앞서 언급한 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 것이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 금속표면 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법의 블록도를 도시한 것이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 금속표면 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 코팅층 제조방법은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 코팅층을 생성할 표면처리의 대상이 되는 금속 모재 표면을 세척하는 단계(S1)와, 세척된 모재를 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 친환경 금속표면 코팅용액이 저장된 용기에 침지시키는 단계(S2)와, 용기에서 모재를 꺼내어 탈수시켜 코팅용액을 균일하게 도포시키는 단계(S3)와, 모재를 건조 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계(S4)를 포함하고 있음을 알 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 코팅층을 생성시키기 위한 본 발명의 실시예에 따른 코팅용액은, (3-아미노프로필)트리에톡실란 5 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 50 ~ 75 중량 %, 스테아르산 1 ~ 6 중량%, 테트라에톡시실란 8 ~15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0초과 ~ 0.5 중량%를 포함하고 있다.

보다 바람직하게, 본 발명의 실시예에 따른 코팅용액은, (3-아미노프로필)트리에톡실란 11 ~ 17 중량%, 디프로필렌글리콜 65 ~ 75 중량 %, 스테아르산 4 ~ 6 중량% 및 테트라에톡시실란 9 ~15 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 0.5 ~ 1 중량% 및 테트라이소프로필티타네이트 0 초과 ~ 0.5 중량%를 포함하고 있다.

또한, 세척하는 단계는, 전처리 과정으로서, 아연도금된 모재 표면의 이물질을 제거하기 위하여 아세톤 초음파 세척을 약 1분간 진행하게 된다.

또한, 침지시키는 단계에서는 세척된 모재에 코팅용액을 코팅하기 위하여, 디핑(Dipping)방식으로 모재를 코팅용액에 3 ~ 5초 동안 침지시키게 된다.

그리고, 도포시키는 단계에서는, 탈수수단을 200 ~ 1000rpm 사이에서 각 모재에 적합한 rpm으로 회전시켜 약 15초 동안 탈수시켜 골고루 도포시켜 주게 된다.

또한, 코팅층을 형성시키는 단계에서는, 코팅용액을 도포한 후, 약 15 ~ 35분 동안 약 100 ~ 130℃에서 건조 경화시켜 코팅층을 형성시키게 된다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 코팅과정은 대량생산 적용에 용이하며 쉽게 실시할 수 있기 때문에 공장부지 진입 및 작업자 효율이 우수한 장점이 있다.

또한, 코팅층을 형성시키는 단계 후에, 별도의 특별한 후처리가 필요하지 않으며, 건저 경화된 완제품을 60℃ 미만의 온도로 냉각시켜 준다.

<실험 데이터>

이하에서는 본 발명의 실시예 1,2,3,4,5에 따라 제조된 코팅용액을 이용하여 생성된 코팅층에 대한 부착성능, 내식성, 표면분석, 표면성분분석, 마찰계수 분석 실험데이터 결과에 대해 설명하도록 한다.

본 실험에서 사용한 혼합 분말 재료로서 스테아르산(Stearic acid)과 에탄올은 삼전순약공업(주)에서 구입하였고, (3-아미노프로필)트리에톡실란, 테트라에톡시실란은 이성소재에서 구입하였고, 디프로필렌 글리콜은 ㈜SKC에서 구입하였고, 테트라뷰틸티타네이트는 시그마 알드리치에서 구입하였고, 테트라이소프로필티타네이트는 ㈜유피씨코퍼레이션에서 구매하여 실험을 진행하였다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 코팅제품의 코팅층 부착력을 테스트하기 위하여 ASTM D 3002, D 3359에 의거하여 진행하였다. 성능 등급은 ASTM class 5B ~ 1B로 평가되며 5B로 갈수록 떨어진 면적이 작아지며 부착성이 우수함을 나타낸다.

◎: ASTM class 5B

○: ASTM class 4B

△: ASTM class 3B

×: ASTM class 1, 2B

또한, 염수분무시험 분석은 표준화된 방법으로 KS D 9502에 의거하여 진행하였으며 이 규격은 5% NaCl 용액을 35℃로 분무, 챔버 내 온도는 35℃로 유지하여 내식성 실험을 진행한다. 염수분무시험 1,000시간 경과 후 적철발생면적의 비율로 내식성 성능을 평가하였다.

◎: 적청발생면적 0% 이하

○: 적청발생면적 5% 이하

△: 적청발생면적 15% 이하

×: 적청발생면적 15% 이상

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 코팅용액에 의해 제조된 코팅층의 부착력 및 내식성 테스트 결과를 도시한 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 코팅용액 조성 범위 조건에 따른 실시예 1에 따른 코팅용액_1 ~ 실시예 5에 따른 코팅용액_5의 부착력 성능은 코팅용액_1 코팅을 제외하고 우수한 부착성능을 보여주고 있음을 알 수 있다. 그 중 코팅용액_4와 코팅용액_5의 부착성능이 가장 우수한 품질을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 코팅용액 내식성 성능 측정 결과는 실시예 1 내지 3에 따른 코팅용액_1 ~ 3은 염수분무시험 1,000시간 후 전체면적의 5%이하의 적청발생률을 보여주었고 반면, 실시예 4 내지 5에 따른 코팅용액_4와 코팅용액_5는 전체면적의 0%이하 적청발생률을 보여주어 우수한 내식성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 실험데이터에서는 코팅표면의 형태학적 변화를 관찰하였다. 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따른 친환경 코팅용액으로 표면처리 후 표면의 형태학적 변화를 관찰하기 위하여 E-SEM으로 정밀분석하였다.

도 9a는 종래 용융아연도금볼트의 E-SEM 분석 사진을 도시한 것이다. 그리고, 도 9b는 본 발명의 실시예 5에 따른 코팅용액(코팅용액_5)으로 표면처리된 아연기반표면처리볼트의 E-SEM 분석 사진을 도시한 것이다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 1,000배의 배율로 표면이미지를 확인하였으며 코팅용액_5로 표면처리한 제품에서 코팅 전과 비교하였을 때 촘촘하고 균일한 코팅표면이 형성되었음을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 실험데이터에서는 코팅표면의 성분을 분석하였다. 본 발명의 실시예에 따른 친환경 코팅용액으로 표면처리 후 코팅층 표면의 성분을 확인하기 위하여 EDX를 통하여 성분분석 하였다. 도 10은 종래 용융아연도금볼트와, 본 발명의 실시예 5에 따른 코팅용액_5으로 표면처리된 아연기반표면처리볼트의 EDX 원소분석 결과표를 도시한 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 코팅용액의 성분인 Si 함량이 코팅용액_5로 표면처리된 용융아연도금 볼트에서 9.52%가 검출되었으며 이를 통하여 코팅용액의 피막형성 효과를 확인할 수 있었다.

또한, 도 11a는 종래 용융아연도금볼트의 염수분무시험 1900시간 후의 사진을 도시한 것이다. 그리고, 도 11b는 본 발명의 실시예5에 따른 코팅용액으로 표면처리된 아연기반표면처리볼트의 염수분무시험 1900시간 후의 사진을 도시한 것이다.

도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 친환경 코팅용액으로 표면처리 후 내식성 분석을 위하여 염수분무시험 1,900시간 동안 관찰하였다. 표면처리 하지 않은 Control 제품의 경우 다량의 적녹이 검출된 반면 실시예 5에 따른 코팅용액_5로 표면처리된 제품에서는 적녹이 발견되지 않음으로 우수한 내식성을 확인할 수 있었다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 코팅용액으로 표면처리된 아연기반표면처리볼트의 마찰계수 분석 결과표를 도시한 것이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 마찰계수(k)는 T=kDN의 식(T=토크, D=호칭경, N=축력)으로 얻어지며 본 발명의 실시예 1~5에 따른 코팅용액으로 인해 마찰계수가 안정적으로 유지되면서 편차가 적은 것을 확인할 수 있었다. 그 중 실시예 5에 따른 코팅용액_5가 가장 낮은 마찰계수 편차를 보여줌으로써 안정제로써 매우 만족스러운 결과를 보여주었다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

표면처리 코팅용액에 있어서,
11 ~ 17 중량%의 (3-아미노프로필)트리에톡시실란;
65 ~ 75 중량%의 디프로필렌글리콜;
4 ~ 6 중량%의 스테아르산;
9 ~ 15 중량%의 테트라에톡시실란;
0.5 ~ 1 중량%의 테트라뷰틸티타네이트; 및
0초과 ~ 0.5 중량%의 테트라이소프로필티타네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액.
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코팅층 제조방법에 있어서,
코팅층을 생성할 표면처리의 대상이 되는 금속 모재 표면을 세척하는 단계;
상기 모재를 제1항에 따른 코팅용액이 저장된 용기에 침지시키는 단계;
상기 용기에서 상기 모재를 꺼내어 탈수시켜 상기 코팅용액을 균일하게 도포시키는 단계; 및
상기 모재를 건조 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 세척하는 단계는,
아세톤 초음파 세척에 의해 상기 모재 표면의 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 침지시키는 단계는,
상기 모재를 디핑(Dipping)방식으로 상기 코팅용액에 3 ~ 5초 동안 침지시키는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법.
제 9항에 있어서,
상기 도포시키는 단계는,
탈수수단을 200 ~ 1000rpm으로 회전시켜 10 ~ 20초 동안 탈수시키는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 코팅층을 형성시키는 단계는,
15 ~ 35분 동안 100 ~ 130℃에서 건조 경화시키는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 코팅층을 형성시키는 단계 후에,
60℃ 미만의 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층 제조방법.
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표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층에 있어서,
제 7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰계수 안정성, 내식성 및 친환경 표면처리 코팅용액을 이용한 코팅층.