KR101893581B1 - 열 감응성 색상변화를 나타내는 불소수지 표면코팅방법 - Google Patents

열 감응성 색상변화를 나타내는 불소수지 표면코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 변화에 따라 색상이 변하는 열 변색 안료조성물을 포함하는 불소수지 하도코팅 조성물과 온도 변화에 따라 색상이 변하지 않아서 상기 하도코팅 조성물의 색상과 대비되는 조색 안료조성물을 포함하는 불소수지 상도코팅 조성물을 금속기재의 표면에 순차적으로 코팅하여, 표면온도의 변화를 시각적으로 나타낼 수 있는 불소수지 표면코팅방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법으로 코팅된 설비나 기구 등은 가열된 상태를 시각적으로 명확하게 구분할 수 있어서 접촉에 의한 인체의 열 손상을 방지할 수 있으며, 금속표면과 하도코팅층 및 하도코팅층과 상도코팅층 간의 결착력이 우수하여 쉽게 벗겨지지 않으므로 장기간 사용하여도 열 감응성 색상변화 기능을 유지할 수 있다.

Description

열 감응성 색상변화를 나타내는 불소수지 표면코팅방법{Surface Coating Method Exhibiting Thermo-responsive Color Change with Flouride Resin}
본 발명은 온도 변화에 따라 색상이 변하는 열 변색 안료조성물(thermochromic pigment composition)을 포함하는 불소수지 하도코팅 조성물(fluoride resin primer coating composition)과 온도 변화에 따라 색상이 변하지 않아서 상기 하도코팅 조성물의 색상과 대비되는 조색 안료조성물(coloring pigment composition)을 포함하는 불소수지 상도코팅 조성물(fluoride resin top coating composition)을 금속기재의 표면에 순차적으로 코팅하여, 표면온도의 변화를 시각적으로 나타낼 수 있는 불소수지 표면코팅방법에 관한 것이다.
각종 화학 공장의 배관, 굴뚝 등의 시설물은 제품생산시 발생하는 열 및 오작동시 발생하는 열로 인해 시설물 표면을 보호하는 도료 및 도막 층이 열에 의한 변형 및 열화되는 단점이 있어서 시설의 노후 및 작업자들의 안전을 위협하는 문제가 상존하고 있다.
따라서 파이프 등 배관의 과열시 이를 시각적으로 알려줄 필요가 있으며, 또한 냄비, 프라이팬 등의 각종 주방기구와 다리미와 같은 가열기기 등 열을 가하는 기구에 있어서도 기구표면의 열 변화를 시각적으로 나타냄으로써 사용자의 안전을 도모하고 적정 사용온도의 도달을 확인하도록 하여 사용자의 작업 편리성을 증대시킬 필요성이 제기되고 있다.
이와 같이 열에 감응하여 색상변화를 나타내도록 하는 방법으로서, 통상 열 변색 안료(감온안료 또는 시온안료라고도 함)를 기구 표면에 코팅하여 가열온도에 따라 기구의 표면색상이 변하게 함으로써 가열상태를 사용자가 육안으로 확인하고 온도를 인지할 수 있도록 하는 방안이 상용화되어 있으며, 주로 조리기구 제품에 많이 상품화되어 있다.
조리기구의 표면 코팅처리는 하도코팅, 중도코팅, 상도코팅 등의 방법으로 진행되거나 불소수지 코팅, 세라믹 코팅, 테프론 코팅, 티타늄 코팅 등의 코팅재료로 시행되는 방법이 일반적이며, 대표적으로 기구 표면에 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)으로 대표되는 불소수지 도료를 코팅하는 방법이 많이 이용되고 있다.
이러한 코팅막에 열 변화를 시각적으로 나타내는 열 변색 안료를 포함하기 위해서는 열 변색 안료가 고온에서 반복사용하여도 기능이 유지되고 불소수지와 함께 기재에 견고히 결합하여야 하며, 주방기구에 사용할 경우 위생적으로 안전하여야 한다.
열 변색 안료를 포함하는 코팅조성물을 기구표면에 코팅하는 방법으로서, 한국공개특허공보 제2016-0092193호에 알루미늄이나 알루미늄 합금, 스테인리스스틸 합금, 아연용융도금 강판, 알루미늄 용융도금 강판, 티타늄 강판 등의 금속소재 표면에 2액형 열 변색 조성물을 코팅처리하여 고경도와 우수한 난연성, 내마모성, 내열성, 내오염성, 내구성 등의 기능을 부가한 색상 변색 조리기구가 제안되었다.
상기 발명은 무기안료, 알콕시실란 또는 알코올, 물을 포함하는 A액(알루미늄규산염, 지르코늄 또는 칼슘, 제1 시온안료를 더 포함할 수 있음)과 시온안료, 수산화알루미늄 및/또는 실리카알루미나, 알콕시실란 또는 알코올, 물을 포함하는 B액(구리분말을 더 포함할 수 있음)을 배합하여 여과한 후 예열된 조리기구에 코팅 처리하고 250~350 ℃에서 경화시켜 색상 변색 조리기구를 제조한다.
상기의 열 변색 조성물에서 시온안료는 가역성 시온안료를 사용하고 A액과 B액에 포함되는 나머지 성분은 각각 물리화학적 특성을 개선하거나 내구성, 난연성, 열전도율, 조성성분 간의 결합성, 경화성, 반응성 향상을 위해 혼합된다.
상기 발명은 조성물의 각 성분이 가지는 특성을 이용하여 우수한 코팅품질을 갖는 색상 변색 조리기구를 제조할 수 있으나, 무기안료, 알콕시실란 또는 알코올, 물, 시온안료, 수산화알루미늄 및/또는 실리카알루미나로 구성되는 각 성분 간의 결착력과 조성물과 조리기구 표면과의 결착력이 충분치 못하여 사용 중 크랙이 발생하거나 코팅도막이 분리되어 그 기능을 상실하는 단점이 있다.
열 변색 코팅방법의 다른 예로서, 한국등록특허공보 제1591653호에는 내열성 세라믹 코팅성분, 제1 열 변색안료, 항균물질, 원적외선 방사물질 및 음이온 방출물질로 이루어진 제1 코팅제를 조리기구의 조리면 표면에 도포하여 제1 도포층을 형성하고, 상기 제1 도포층 상부에 제2 열 변색안료로 이루어진 제2 코팅제를 도포하여 제2 도포층을 형성하며, 상기 제2 도포층과 동일한 색상을 나타내는 내열성 안료를 제2 도포층의 일부에 도포하여 표준색상부를 형성한 다음 제2 도포층 및 표준색상부의 상부에 투명 내열성 세라믹 코팅제를 도포하여 탑도포층을 형성하는 열 변색 코팅제 도포방법이 제안되었다.
상기 발명은 가열된 조리기구의 색상변화를 표준색상과 비교하여 가열상태를 시각적으로 명확하게 구분하도록 하는데, 제1 열 변색안료는 연한 노란색이고 제2 열 변색안료는 제1 열 변색안료의 색상보다 진한 노란색을 띠며, 표준색상부의 내열성 안료는 제2 열 변색안료의 초기색상과 동일한 색상이나 가열에 의해서도 변색되지 않아서 조리용기의 가열된 상태 또는 냉각 정도를 명확하게 인식할 수 있도록 하였다.
상기 발명은 열에 변색되는 안료와 열에 변색되지 않는 안료를 조합하여 가열상태를 명확하게 비교할 수 있으나, 열에 변색되는 안료는 그 종류와 색상이 한정되어 있고 또한 열에 변색되는 안료와 열에 변색되지 않는 안료의 초기색상을 동일하게 조절하여야 하므로, 결국 조리기구 표면에 표현할 수 있는 색상 종류는 매우 한정될 수밖에 없다.
더불어, 세라믹 성분, 안료, 항균물질, 원적외선 방사물질, 음이온 방출물질 등 입자로 구성되는 각 성분 간의 결착력, 조리기구 표면과 도포층 간 및 각 도포층 간의 결착력이 충분치 않아서 상기 발명 또한 반복 사용 중에 코팅 도막이 벗겨지는 문제가 발생하며, 이를 탑도포층으로 방지하고자 하여도 세라믹 성분으로 구성되는 탑도포층 또한 스크래치와 같은 표면손상이 발생할 경우 쉽게 떨어져 나가므로 장기간 사용시 코팅 도막이 벗겨지는 문제를 해소하지는 못한다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 온도변화에 따른 열 변색 특성과 내열 특성이 우수하면서 철재 및 비철 금속 등의 금속기재와 견고히 결착하여 장기간 반복사용시 그 기능이 저하되지 않도록 하는 불소수지 표면코팅방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 온도에 따라 색상이 변하는 열 변색 안료 20~50 중량%와 잔량의 물로 구성되는 열 변색 안료조성물을 준비하는 단계; 온도에 따라 색상이 변하지 않는 조색 안료 20~50 중량%와 잔량의 물로 구성되는 조색 안료조성물을 준비하는 단계; 불소수지 20~50 중량%, 물 15~50 중량%, 상기 열 변색 안료조성물 5~30 중량% 및 상기 조색 안료조성물 5~30 중량%를 혼합하여 하도코팅 조성물을 제조하는 단계; 불소수지 20~50 중량%, 물 15~50 중량%, 상기 조색 안료조성물 10~40 중량%를 혼합하여 상도코팅 조성물을 제조하는 단계; 금속기재를 30~70 ℃로 예열하고 상기 하도코팅 조성물을 건조도막 두께 5~30 ㎛로 코팅하여 하도코팅층을 형성시킨 후 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 1차 건조하는 단계; 상기 1차 건조된 금속기재의 하도코팅층 일부분에 상기 상도코팅 조성물을 건조도막 두께 5~30 ㎛로 코팅하여 상도코팅층을 형성시킨 후 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 2차 건조하는 단계; 및 상기 2차 건조된 금속기재를 350~450 ℃의 온도로 5~30 분간 3차 건조하는 단계;를 포함하는 불소수지 표면코팅방법을 제공한다.
이때, 상기 열 변색 안료조성물과 조색 안료조성물은 분산제 3~10 중량%와 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌설파이드, 폴리아릴에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리우레탄 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 부착증진제 5~20 중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열 변색 안료는 산화철 레드, 수산화철 옐로우, 산화크로뮴 그린 및 코발트 알루미네이트 블루로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나이고, 상기 조색 안료는 카본블랙, 페릴렌 레드, 망간 페라이트 블랙, 구리 크로마이트 블랙 및 비스무스 바나데이트 옐로우로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 하도코팅 조성물과 상도코팅 조성물은 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌설파이드, 폴리아릴에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리우레탄 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 부착증진제 4~15 중량%와 계면활성화제, 레벨링제 및 소포제로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 첨가제 1~5 중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물과 상도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물은 서로 다른 색상이고, 하도코팅 조성물에 포함되는 열 변색 안료조성물과 조색 안료조성물은 서로 동일·유사한 색상이며, 열 변색 안료조성물은 가열에 의해 상도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물과 동일·유사한 색상을 나타내는 것이 바람직하며, 상기 하도코팅 조성물 중 열 변색 안료조성물을 제외하고 불소수지, 물 및 조색 안료조성물을 혼합하여 추가 상도코팅 조성물을 제조한 다음, 상기 추가 상도코팅 조성물을 상기 상도코팅층과 서로 겹치지 않게 하도코팅층의 일부분에 코팅하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 1차 건조하는 단계의 금속기재를 예열하는 과정과 하도코팅 조성물을 코팅하는 과정 사이에, 예열된 금속기재에 불소수지계 프라이머 도료를 5~30 ㎛ 두께로 프라이머 코팅하고 200~250 ℃의 온도로 5~30 분간 예비 건조하는 단계;가 추가되며, 상기 2차 건조하는 단계와 3차 건조하는 단계 사이에, 2차 건조된 금속기재에 불소수지계 프라이머 도료를 5~30 ㎛으로 탑코팅하고 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 중간 건조하는 단계;가 추가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법으로 코팅된 설비나 기구 등은 가열된 상태를 시각적으로 명확하게 구분할 수 있어서 접촉에 의한 인체의 열 손상을 방지할 수 있으며, 금속표면과 하도코팅층 및 하도코팅층과 상도코팅층 간의 결착력이 우수하여 쉽게 벗겨지지 않으므로 장기간 사용하여도 열 감응성 색상변화 기능을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법으로 코팅된 강판의 열 변색 특성을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 방법으로 코팅된 주방기구의 열 변색 특성을 보여주는 사진이다.
본 발명의 표면코팅방법은 시설물, 배관, 강판, 주방기구, 가열기기 등의 표면온도 변화를 시각적으로 나타내도록 하기 위하여, 금속소재의 표면온도 변화에 따라 색상 변화를 나타내는 열 변색 안료조성물을 포함하는 불소수지 하도코팅 조성물을 금속기재 표면에 코팅하고 그 위에 온도 변화에 의해 색상 변화를 나타내지 않으면서 상기 하도코팅 조성물의 색상과 대비될 수 있는 조색 안료조성물을 포함하는 불소수지 상도코팅 조성물을 부분적으로 코팅하는 과정으로 이루어진다.
좀 더 상세하게는, 상기 하도코팅 조성물은 코팅조성물의 기본수지인 불소수지와 온도에 따라 색상이 변하는 1종 이상의 가역성 열 변색 안료조성물과 온도에 따라 색상 변화가 없는 1종 이상의 조색 안료조성물을 포함하고, 상도코팅 조성물은 불소수지와 1종 이상의 조색 안료조성물을 포함한다.
본 발명의 기본수지인 불소수지는 뛰어난 비점착성, 내약품성을 가지고 있어서 코팅재료로서 많이 사용되고 있으며, 불소수지를 금속기재(基材)상에 코팅하는 방법으로서 블라스트(blast)와 같은 방법으로 표면조면처리(surface roughing treatment)한 기재상에 하도코팅을 실시하여 하도 도료를 먼저 견고히 접착시킨 후 하도 도료에 불소수지를 결착하거나 기재 표면에 미세 요철을 형성하고 상기 형성된 요철에 불소수지가 침투하여 기재와 불소수지를 물리적으로 접착시키는 방법 등이 이용되고 있다.
본 발명에 사용되는 불소수지는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐디플루오라이드((polyvinyl difluoride), 불화에틸렌프로필렌 공중합체(fluorinated ethylene propylene copolymer), 퍼풀루오로알콕시 수지(perfluoroalkoxy resin) 중에서 선택될 수 있으며, 1종 또는 2종 이상을 혼용하는 것도 가능하다.
상기 열 변색 안료조성물과 조색 안료조성물은 열 변색 안료 또는 조색 안료가 20~50 중량% 농도로 함유된 수용액으로서, 여기에 분산제 3~10 중량%와 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌설파이드(polyethylene sulfide), 폴리아릴에테르케톤(polyaryl ether ketone), 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone), 폴리우레탄(polyurethane) 및 폴리아미드이미드(polyamide-imide) 수지 중에서 선정된 1종 이상의 부착증진제 5~20 중량%를 더 포함할 수 있으며, 상기 안료조성물을 바스켓밀(basket mill), 펄밀(perl mill), 비드밀(bead mill), 3-롤밀(3-roll mill) 등을 사용하여 입도 25 ㎛ 이하로 밀링하여 제조할 수 있다.
상기 열 변색 안료로서 80~250 ℃ 범위의 온도 변화에 의해 외관 색상이 변하는 가역성 안료를 사용할 수 있고 산화철 레드(iron oxide red), 수산화철 옐로우(iron hydroxide yellow), 산화크로뮴 그린(chromium oxide green), 코발트 알루미네이트 블루(cobalt aluminate blue) 등 온도에 의해 색상이 변하는 안료라면 그 종류에 제한되지 않는다.
상기 조색 안료로서 80~250 ℃ 범위의 온도에서 색상이 변하지 않는 안료를 사용할 수 있고 카본블랙(carbon black), 페릴렌 레드(perylene red), 망간 페라이트 블랙(manganese ferrite black), 구리 크로마이트 블랙(copper chromite black), 비스무스 바나데이트 옐로우(bismuth vanadate yellow) 등 온도에 의해 외관 색상이 변하지 않는 안료라면 그 종류에 제한되지 않는다.
열 변색 특성이 있는 본 발명의 하도코팅 조성물은 불소수지 20~50 중량%, 물 15~50 중량%, 상기 열 변색 안료조성물 5~30 중량% 및 상기 조색 안료조성물 5~30 중량%를 포함하며, 여기에 상기 부착증진제 4~15 중량%와 계면활성화제, 레벨링제, 소포제 등의 첨가제 1~5 중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 온도변화에 의해 변색되지 않는 본 발명의 상도코팅 조성물은 불소수지 20~50 중량%, 물 15~50 중량%, 상기 조색 안료조성물 10~40 중량%를 포함하며, 여기에 상기 부착증진제 4~15 중량%와 계면활성화제, 레벨링제, 소포제 등의 첨가제 1~5 중량%를 더 포함할 수 있다.
온도 변화에 따른 색상 변화를 사용자가 시각적으로 명확히 인지하기 위해서는 가열 전·후 동일·유사한 색상에서 구분된 색상으로, 또는 구분된 색상에서 동일·유사한 색상으로 변화되도록 하여, 색상 농도 변화의 차이가 아닌 동일/구분의 변화를 나타내도록 하는 것이 가장 바람직하나, 열 변색 안료는 조색 안료에 비하여 종류에 따른 색상과 특성이 한정되므로 가열 전 또는 가열 후에 조색 안료와 동일·유사한 색상을 표현하는 것이 용이하지 않다.
이에, 본 발명에서는 가열 전 또는 가열 후 하도코팅과 상도코팅이 용이하게 동일·유사한 색상을 나타내도록 하기 위하여, 상기와 같이 열 변색 특성을 부여하는 하도코팅 조성물에 열 변색 안료와 함께 조색 안료조성물을 혼합한다.
즉, 하도코팅 조성물과 상도코팅 조성물에 동일한 조색 안료조성물을 포함시켜 하도코팅과 상도코팅이 용이하게 동일한 색상을 나타내도록 하며, 예를 들어 열 변색 안료로서 상온에서 색상을 띄고 가열에 의해 색상이 엷어지거나 없어지는 종류를 사용할 경우 하도코팅과 상도코팅이 상온에서는 색상이 구분되고 가열되면 색상이 동일해지며, 열 변색 안료로서 상온에서 색상이 엷거나 무색이고 가열에 의해 색상이 짙어지는 종류를 사용할 경우 하도코팅과 상도코팅이 상온에서는 색상이 동일·유사하고 가열되면 색상이 구분되므로 가열 상태를 쉽게 구분할 수 있다.
또한, 열 변색 안료가 상온과 가열된 상태에서 모두 색상을 띌 경우에도 하도코팅 조성물의 열 변색 안료와 조색 안료조성물의 배합을 통하여 색상을 다양하게 조색(mixing colors)할 수 있어서 가열 전 또는 가열 후 상도코팅 조성물과 동일한 색상을 나타내도록 하는 것이 좀 더 용이해진다.
상기와 같이 하도코팅 조성물과 상도코팅 조성물이 준비되면, 먼저 금속기재를 30~70 ℃로 예열한 후 상기 하도코팅 조성물을 건조도막 두께 5~30 ㎛로 코팅하여 하도코팅층을 형성하고 열풍건조로에서 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 1차 건조한 다음 상온으로 냉각한다.
다음은 상기 냉각된 금속기재의 하도코팅층 일부분에 하도코팅층의 색상과 대비가 되도록 상도코팅 조성물을 건조도막 두께 5~30 ㎛로 코팅하여 상도코팅층을 형성하고 열풍건조로에서 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 2차 건조한 다음, 계속해서 350~450 ℃의 온도로 5~30 분간 3차 건조하여 금속기재 표면에 열에 의한 색상 변화 특성을 부여한다.
상기 하도코팅 조성물과 상도코팅 조성물은 에어스프레이(air spray), 롤코터(roll coater), 바코터(bar coater), 스크린프린터(screen printer), 스탬프프린터(stamp printer) 등의 코팅장치를 사용하여 코팅할 수 있고, 하도코팅층의 색상과 대비가 되도록 하도코팅층을 각종 문양, 글씨, 그림, 기호, 선(line) 등의 형태로 코팅할 수 있다.
또한, 상온에서는 하도코팅층과 상도코팅층의 색상이 구분되고 가열에 의해 하도코팅층의 색상이 상도코팅층의 색상과 동일·유사하게 변화하여 서로 구분되지 않도록 하거나, 또는 상온에서는 하도코팅층과 상도코팅층의 색상이 동일·유사하여 구분되지 않고 가열에 의해 하도코팅층의 색상이 변화하여 상도코팅층과 구분되도록 코팅할 수 있다.
본 발명은 코팅된 금속기재의 가열된 정도를 나타낼 수 있으며, 이를 위하여 하도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물(ⅰ)과 상도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물(ⅱ)이 서로 다른 색상을 가지도록 하고, 하도코팅 조성물에 포함되는 열 변색 안료조성물과 조색 안료조성물(ⅰ)은 동일·유사한 색상을 가지도록 하며, 열 변색 안료조성물은 가열에 의해 상도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물(ⅱ)의 색상과 동일·유사한 색상을 나타내는 종류를 사용한다.
즉, 상온에서는 하도코팅 조성물의 색상(조색 안료조성물(ⅰ)과 열 변색 안료조성물의 색상)과 상도코팅 조성물의 색상(조색 안료조성물(ⅱ)의 색상) 간에 색상 차이를 나타내고 가열온도가 높아질수록 색상 차이가 점차 줄어들어 결국에는 서로 동일·유사한 색상을 나타내므로, 사용자는 반복사용에 따른 경험상 하도코팅층과 상도코팅층 간의 색상 차이를 보고 금속기재의 온도를 가늠할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 코팅된 금속기재의 가열된 정도를 좀 더 명확히 나타낼 수 있으며, 상기와 같이 서로 동일·유사한 색상의 열 변색 안료조성물과 조색 안료조성물(ⅰ)을 포함하는 하도코팅 조성물과, 상기 열 변색 안료조성물과 다른 색상의 조색 안료조성물(ⅱ)을 포함하는 상도코팅 조성물(Ⅱ) 외에, 상기 하도코팅 조성물 중 열 변색 안료조성물을 제외한 조색 안료조성물(ⅰ)을 포함하는 상도코팅 조성물(Ⅰ)을 준비한 다음, 하도코팅층 위에 상기 상도코팅 조성물(Ⅰ)과 상도코팅 조성물(Ⅱ)을 서로 겹치지 않게 부분적으로 상도코팅하여 2 개의 상도코팅층을 형성시킨다.
상기와 같이 코팅하면, 상온에서 하도코팅층은 조색 안료조성물(ⅱ)을 포함하는 상도코팅 조성물(Ⅱ)의 상도코팅층과 구분된 색상을 나타내고, 조색 안료조성물(ⅰ)을 포함하는 상도코팅 조성물(Ⅰ)의 추가 상도코팅층과 동일한 색상을 나타내며, 가열에 의해 하도코팅층은 추가 상도코팅층의 색상에서 점차 상도코팅층의 색상으로 변하게 된다.
이때, 상도코팅층과 추가 상도코팅층의 색상은 가열에 의해 변하지 않고 하도코팅층의 색상은 가열온도에 따라 상도코팅층 색상과 추가 상도코팅층 색상 사이의 특정 색상을 나타내므로, 하도코팅층의 색상을 인접한 상도코팅층과 추가 상도코팅층의 색상과 비교하면 금속기재가 대략 어느 온도로 가열되었는지 가늠할 수 있다.
하도코팅층이 가열되어 상도코팅층의 색상과 동일해지는 온도를 미리 상도코팅층에 숫자로 표기해두면 하도코팅층의 변화된 색상을 보고 대략 금속기재의 가열온도를 대략 짐작할 수 있고, 더불어 상도코팅 조성물(Ⅱ)의 조색 안료조성물(ⅱ)의 색상을 달리하거나 조색 안료조성물(ⅱ) 중의 조색 안료 농도를 달리하여 색상 차이가 있는 여러 개의 상도코팅 조성물(Ⅱ)을 준비한 후 이들 모두를 하도코팅층 위에 서로 겹치지 않게 부분적으로 상도코팅하고, 상기와 같이 하도코팅층이 가열되어 각각의 상도코팅층의 색상과 동일해지는 온도를 각 상도코팅층마다 표기하면 금속기재가 가열된 현재온도를 좀 더 정확히 감지할 수 있다.
본 발명의 표면코팅방법은 시설물, 배관, 강판, 주방기구, 가열기기 등 모든 종류의 금속기재에 적용될 수 있으나, 고온으로 반복 가열·냉각되는 주방기구, 가열기기 등은 금속기재와 하도코팅층 간의 결착력 및 하도코팅층과 상도코팅층 간의 결착력을 좀 더 보강하여 장기간 반복사용시 코팅층이 벗겨지지 않도록 할 필요가 있다.
이를 위하여, 상기 하도코팅 전에 먼저 예열된 금속기재 표면에 불소수지계 프라이머(primer) 도료를 5~30 ㎛ 두께로 프라이머 코팅(primer coating)한 다음 열풍건조로에서 200~250 ℃의 온도로 5~30 분간 예비 건조하고 상온으로 냉각한 후 하도코팅하며, 더불어 상기 2차 건조된 금속기재를 냉각시킨 후 하도코팅층과 상도코팅층 표면에 불소수지계 프라이머 도료를 5~30 ㎛으로 탑코팅(top coating)하고 열풍건조로에서 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 중간 건조한 다음, 계속해서 3차 건조하여 냉각시키는 것이 바람직하다.
상기 프라이머 도료는 물체 표면을 부식이나 물리적인 충격으로부터 보호하고 이후의 도장이 원활하게 이루어지도록 하기 위해 물체 표면에 처음 도장하는 도료 또는 최종 도장 후에 물체의 표면 보호를 위하여 도장하는 도료로서, 시중에 유통되는 제품을 구입하여 사용하거나 종래의 공지된 제조방법을 이용하여 직접 제조할 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이, 불소수지 하도코팅층과 금속기재 사이에 불소수지계 프라이머 코팅층을 개재시켜 하도코팅층과 금속기재가 견고히 결착되도록 하고, 불소수지 하도코팅층과 여기에 부분 코팅된 불소수지 상도코팅층을 불소수지계 프라이머 코팅층으로 덮어씌우듯이 코팅하여 상도코팅층이 하도코팅층으로부터 떨어지지 않도록 함으로써 고온에서 장기간 반복사용하여도 코팅층이 쉽게 벗겨지지 않는다.
또한, 시설물, 배관, 강판, 주방기구, 가열기기 등 금속기재의 모든 대상물에 적용할 수 있어서 열 변색 특성으로 인한 코팅도막의 색상 변화를 통하여 작업자에게 열의 변화를 시각적으로 알려주므로 화상에 의한 인체 손상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 시험예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1> 열 변색 안료조성물 제조
불소수지 하도코팅 조성물에 사용되는 열 변색 안료조성물을 제조하기 위하여, 먼저 1500 ㎖의 비이커에 물 495 g을 넣고 교반기로 80~100 rpm으로 서서히 교반하면서 분산제인 Disperbyk 181(BYK사, 독일) 50 g, 열 변색 안료인 산화철(Bayferrox 110M, LANXESS사, 독일) 355 g 및 부착증진제인 폴리에틸렌설파이드(Veradel PESU, Solvay사, 벨기에) 100 g을 20 분간 서서히 투입하였다.
이어서 교반속도를 500 rpm 으로 상승시키고 30 분간 고속 교반하여 열 변색 안료조성물을 균일하게 교반한 후 바스켓밀을 사용하여 600 rpm으로 3 시간 밀링작업을 실시하여, 고형분 45.5 중량%, 입도 20 ㎛의 열 변색 안료조성물 1000 g을 제조하였다.
<실시예 2> 조색 안료조성물-1 제조
불소수지 하도코팅 조성물에 사용되는 조색 안료조성물-1을 제조하기 위하여, 1500 ㎖의 비이커에 물 650 g을 넣고 교반기로 80~100 rpm으로 서서히 교반하면서 분산제인 Disperbyk 181(BYK사, 독일) 50 g, 조색 안료인 페릴렌 레드(Paliogen Red K3580, BASF사, 독일) 200 g, 부착증진제인 폴리에틸렌설파이드(Veradel PESU, Solvay사, 벨기에) 100 g을 20 분간 서서히 투입하였다.
이어서 교반속도를 500 rpm 으로 상승시키고 30 분간 고속 교반하여 조색 안료조성물-1을 균일하게 교반한 후 바스켓밀을 사용하여 600 rpm으로 3 시간 밀링작업을 실시하여, 고형분 30 중량%, 입도 20 ㎛의 조색 안료조성물-1 1000 g을 제조하였다.
<실시예 3> 조색 안료조성물-2 제조
불소수지 상도코팅 조성물에 사용되는 조색 안료조성물-2를 제조하기 위하여, 1500 ㎖의 비이커에 물 466 g을 넣고 교반기로 80~100 rpm으로 서서히 교반하면서 분산제인 Disperbyk 181(BYK사, 독일) 40 g과 Tego wet 510(Evonik사, 독일) 10 g, 조색 안료인 망간 페라이트 블랙(Black 444, Shepherd Color Company, 미국) 384 g, 부착증진제인 폴리에틸렌 설파이드(Veradel PESU, Solvay사, 벨기에) 100 g을 20 분간 서서히 투입하였다.
이어서 교반속도를 500 rpm 으로 상승시키고 30 분간 고속 교반하여 조색 안료조성물-2를 균일하게 교반한 후 바스켓밀을 사용하여 600 rpm으로 3 시간 밀링작업을 실시하여, 고형분 48.4 중량%, 입도 20 ㎛인 조색 안료조성물-2 1000 g을 제조하였다.
<실시예 4> 하도코팅 조성물 제조
열 변색 특성이 있는 불소수지 하도코팅 조성물을 제조하기 위하여, 1500 ㎖의 비이커에 물 206 g을 넣고 교반기로 80~100 rpm으로 서서히 교반하면서 계면활성제인 Surfynol 104(Air Products사, 미국) 9 g, 소포제인 BYK 011(BYK사, 독일) 5 g을 투입하고 계속 교반하였다.
10 분 경과 후 상기 실시예 1에서 제조된 열 변색 안료조성물 200 g과 실시예 2에서 제조된 조색 안료조성물-1 130 g을 투입하고 계속 교반하였으며, 다시 10 분 경과 후 불소수지인 폴리테트라플루오로에틸렌(DISP 30, DuPont사, 미국) 400 g을 투입하고 계속 교반하였다.
다시 10 분 경과 후 부착증진제인 폴리우레탄(Acrysol RM-8W, DOW Chemical사, 미국) 50 g을 투입하여 90 rpm으로 10 분간 교반한 다음 300 rpm으로 1 시간 교반하여 고형분 38 중량%, 점도 1200 cps의 하도코팅 조성물 1000 g을 제조하였다.
<실시예 5> 상도코팅 조성물 제조
열 변화에 의해 변색되지 않는 불소수지 상도코팅 조성물을 제조하기 위하여, 1500 ㎖의 비이커에 물 181 g을 넣고 교반기로 80~100 rpm으로 서서히 교반하면서 계면활성제인 Surfynol 104(Air Products사, 미국) 9 g, 레벨링제인 BYK 346(BYK사, 독일) 15 g, 소포제인 BYK 020(BYK사, 독일) 5 g을 투입하고 계속 교반하였다.
10 분 경과 후 상기 실시예 2에서 제조된 조색 안료조성물-1 145 g과 실시예 3에서 제조된 조색 안료조성물-2 200 g을 투입하고 계속 교반하였으며, 다시 10 분 경과 후 폴리테트라플루오로에틸렌(DISP 30, DuPont사, 미국) 400 g을 투입하고 계속 교반하였다.
다시 10 분 경과 후 부착증진제인 폴리우레탄(Acrysol RM-8W, DOW Chemical사, 미국) 45 g을 투입하여 90 rpm으로 10 분간 교반한 다음 300 rpm으로 1 시간 교반하여 고형분 39 중량%, 점도 1200 cps의 상도코팅 조성물 1000 g을 제조하였다.
<실시예 6> 강판 표면코팅
난크로메이트(non chromate) 전처리된 아연도강판(G.I.)을 70 ℃로 예열한 다음, 상기 실시예 4에서 제조된 하도코팅 조성물을 물로 희석하여 점도 18"(Jahn Cup #4)로 조정하고 이를 노즐 구멍 2.0 ㎜의 에어스프레이를 사용하여 300 ㎪의 압력으로 상기 아연도강판에 분사하여 건조도막 두께 15~20 ㎛로 하도코팅하였다.
상기 하도코팅된 강판을 열풍건조로에서 150 ℃의 온도로 10 분간 1차 건조하고 상온으로 냉각한 다음 강판의 코팅면 반쪽에 마스킹테이프를 붙였다.
상기 실시예 5에서 제조된 상도코팅 조성물을 물로 희석하여 점도 18"(Jahn Cup #4)로 조정하고 이를 노즐 구멍 2.0 ㎜의 에어스프레이를 사용하여 300 ㎪의 압력으로 상기 냉각시킨 강판의 마스킹테이프를 붙이지 않은 면에 분사하여 건조도막 두께 15~20 ㎛로 상도코팅하였다.
상기 도장한 강판에서 마스킹테이프를 제거한 후 열풍건조로에서 150 ℃의 온도로 10 분간 2차 건조하고 계속해서 400 ℃의 온도로 10 분간 3차 건조하여 열 감응성 색상변화를 나타내는 불소수지 코팅층이 형성된 강판을 제조하였다.
<실시예 7> 주방기구 표면코팅
알루미늄 재질의 프라이팬 금속기재를 70 ℃로 예열한 다음 불소수지계 프라이머 도료(DYFLON PR 8278 Black, 대영케미칼주식회사, 한국)를 노즐 구멍 2.0 ㎜의 에어스프레이를 사용하여 300 ㎪의 압력으로 상기 프라이팬 금속기재에 분사하여 건조도막 두께 15~20 ㎛로 프라이머 코팅하고 열풍건조로에서 230 ℃의 온도로 10 분간 예비 건조한 후 상온으로 냉각하였다.
상기 실시예 4에서 제조된 하도코팅 조성물을 물로 희석하여 점도 18"(Jahn Cup #4)로 조정하고 이를 노즐 구멍 2.0 ㎜의 에어스프레이를 사용하여 300 ㎪의 압력으로 상기 프라이머 코팅된 금속기재에 분사하여 건조도막 두께 5~10 ㎛로 하도코팅하였다.
상기 하도코팅된 금속기재를 열풍건조로에서 150 ℃의 온도로 10 분간 1차 건조하고 상온으로 냉각한 다음 강판의 코팅면 반쪽에 마스킹테이프를 붙였다.
상기 실시예 5에서 제조된 상도코팅 조성물을 물로 희석하여 점도 18"(Jahn Cup #4)로 조정하고 이를 노즐 구멍 2.0 ㎜의 에어스프레이를 사용하여 300 ㎪의 압력으로 상기 금속기재의 마스킹테이프를 붙이지 않은 면에 분사하여 건조도막 두께 5~10 ㎛로 상도코팅하였다.
상기 도장한 금속기재에서 마스킹테이프를 제거한 후 열풍건조로에서 150 ℃의 온도로 10 분간 2차 건조하고 냉각한 다음 기재 면에 불소수지계 프라이머 도료(DYFLON TOP 8857 M Clear, 대영케미칼주식회사, 한국)를 노즐 구멍 2.0 ㎜의 에어스프레이를 사용하여 300 ㎪의 압력으로 분사하여 건조도막 두께 15~20 ㎛으로 탑코팅하였으며, 이를 열풍건조로에서 150 ℃의 온도로 10 분간 중간 건조하고 계속해서 400 ℃의 온도로 10 분간 3차 건조하여 열 감응성 색상변화를 나타내는 불소수지 코팅층이 형성된 주방기구(프라이팬)를 제조하였다.
<시험예> 도막 물성의 평가
상기 실시예 6 및 7에서 제조된 코팅 강판 및 주방기구(프라이팬)의 열 변색 특성을 도 1 및 도 2에 도시하였으며, 도 1과 도 2의 코팅 강판과 주방기구는 상온에서 서로 다른 색상을 나타내었으나(A, C) 각각 213 ℃(B), 230 ℃(D)로 가열되었을 때 하도코팅층과 상도코팅층의 색상이 동일한 색상을 나타내어, 본 발명에 따른 표면코팅방법이 표면온도의 변화를 시각적으로 나타내는 효과가 우수함을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 6 및 7의 코팅 강판과 주방기구의 도막 물성을 분석하여 하기 표 1에 나타내었고, 분석방법은 하기와 같다.
- 내열성: 코팅된 기재를 400 ℃까지 가열한 후 다시 상온으로 냉각시키는 실험을 10 회 반복한 후 상온에서 색상의 변화가 없는지 여부 확인
- 부착성: 코팅된 기재 위에 칼을 사용하여 1 ㎜ 간격으로 격자선 100 개를 형성시키고 셀로판테이프를 붙인 후 떼어내어 도막의 박리 여부 확인
- 내충격성: DUPONT 충격성 시험기를 사용하여 50 ㎝ 높이에서 500 g의 추를 낙하한 후 도막의 파괴 및 박리 여부 확인
- 내염수분무성: 염수분무기 내에서 72 시간 폭로 후 도막의 침식 여부 확인
- 내산성: 10 % 농도의 초산 용액을 코팅면 위에 떨어뜨리고 캡을 씌운 후 상온에서 24 시간 경과 후 도막의 침식 여부 확인.
- 내광성: QUV 촉진 내후성 실험기(accerated weathering tester)에 1000 시간 폭로 후 도막의 색상변화와 광택변화를 평가
물성실험결과
시험항목 실시예 6 실시예 7 비고
내열성 ○ ○ 400 ℃
부착성 ○ ○ 1 ㎜ 격자선 100 개
내충격성 ○ ○ DUPONT 충격성 시험기
(50 ㎝, 500 g)
내염수분무성 ○ ○ 염수분무기(72 시간)
내산성 ○ ○ 10 % 초산 용액, 24 시간
내광성 색상변화 ○ ○ QUV(1000 시간)
광택변화 ○ ○
○: 이상 없음(양호), △: 미세한 균열 또는 미미한 부식(보통), ×:현격한 도막의 색 변화, 균열, 박리(불량)
상기 도 1, 2 및 표 1의 결과를 보면, 열 변색 특성과 내열성의 열적 특성 외에 부착성, 내충격성, 내염수분무성, 내산성, 내광성 등의 물리화학적, 광학적 물성이 모두 양호한 결과를 나타내어, 본 발명의 불소수지 표면코팅방법이 금속소재의 표면온도 변화에 따라 색상 변화를 나타내도록 하면서 설비나 기구가 요구하는 제반 물성을 만족시킬 수 있을 것으로 판단된다.
A:25 ℃의 코팅 강판, B:213 ℃의 코팅 강판, C:25 ℃의 코팅 프라이팬, D:230 ℃의 코팅 프라이팬

Claims (7)

  1. 온도에 따라 색상이 변하는 열 변색 안료 20~50 중량%와 잔량의 물로 구성되는 열 변색 안료조성물을 준비하는 단계;
    온도에 따라 색상이 변하지 않는 조색 안료 20~50 중량%와 잔량의 물로 구성되는 조색 안료조성물을 준비하는 단계;
    불소수지 20~50 중량%, 물 15~50 중량%, 상기 열 변색 안료조성물 5~30 중량% 및 상기 조색 안료조성물 5~30 중량%를 혼합하여 하도코팅 조성물을 제조하는 단계;
    불소수지 20~50 중량%, 물 15~50 중량%, 상기 조색 안료조성물 10~40 중량%를 혼합하여 상도코팅 조성물을 제조하는 단계;
    금속기재를 30~70 ℃로 예열하고 상기 하도코팅 조성물을 건조도막 두께 5~30 ㎛로 코팅하여 하도코팅층을 형성시킨 후 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 1차 건조하는 단계;
    상기 1차 건조된 금속기재의 하도코팅층 일부분에 상기 상도코팅 조성물을 건조도막 두께 5~30 ㎛로 코팅하여 상도코팅층을 형성시킨 후 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 2차 건조하는 단계; 및
    상기 2차 건조된 금속기재를 350~450 ℃의 온도로 5~30 분간 3차 건조하는 단계;를 포함하는 불소수지 표면코팅방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 변색 안료조성물과 조색 안료조성물은 분산제 3~10 중량%와 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌설파이드, 폴리아릴에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리우레탄 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 부착증진제 5~20 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불소수지 표면코팅방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 변색 안료는 산화철 레드, 수산화철 옐로우, 산화크로뮴 그린 및 코발트 알루미네이트 블루로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나이고,
    상기 조색 안료는 카본블랙, 페릴렌 레드, 망간 페라이트 블랙, 구리 크로마이트 블랙 및 비스무스 바나데이트 옐로우로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 불소수지 표면코팅방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하도코팅 조성물과 상도코팅 조성물은 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌설파이드, 폴리아릴에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리우레탄 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 부착증진제 4~15 중량%와 계면활성화제, 레벨링제 및 소포제로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 첨가제 1~5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불소수지 표면코팅방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물과 상도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물은 서로 다른 색상이고, 하도코팅 조성물에 포함되는 열 변색 안료조성물과 조색 안료조성물은 서로 동일·유사한 색상이며, 열 변색 안료조성물은 가열에 의해 상도코팅 조성물에 포함되는 조색 안료조성물과 동일·유사한 색상을 나타내는 것을 특징으로 하는 불소수지 표면코팅방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 하도코팅 조성물 중 열 변색 안료조성물을 제외하고 불소수지, 물 및 조색 안료조성물을 혼합하여 추가 상도코팅 조성물을 제조한 다음, 상기 추가 상도코팅 조성물을 상기 상도코팅층과 서로 겹치지 않게 하도코팅층의 일부분에 코팅하는 것을 특징으로 하는 불소수지 표면코팅방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 건조하는 단계의 금속기재를 예열하는 과정과 하도코팅 조성물을 코팅하는 과정 사이에, 예열된 금속기재에 불소수지계 프라이머 도료를 5~30 ㎛ 두께로 프라이머 코팅하고 200~250 ℃의 온도로 5~30 분간 예비 건조하는 단계;가 추가되며,
    상기 2차 건조하는 단계와 3차 건조하는 단계 사이에, 2차 건조된 금속기재에 불소수지계 프라이머 도료를 5~30 ㎛으로 탑코팅하고 100~150 ℃의 온도로 5~30 분간 중간 건조하는 단계;가 추가되는 것을 특징으로 하는 불소수지 표면코팅방법.
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