KR101932632B1

KR101932632B1 - 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101932632B1
Application number: KR1020160134083A
Authority: KR
Inventors: 김대식
Original assignee: 성화내진전착볼트 주식회사
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2018-12-27
Also published as: KR20180041847A

Abstract

본 발명은 수용성 전착도료 15 내지 25 중량%, 부틸셀로솔브 0.01 내지 3 중량%, 초산 0.01 내지 1 중량% 및 잔량의 순수를 함유하는 도료 조성물의 도막을 포함하는 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트 및 이의 제조방법{Full thread bolt applied with highly anticorrosive water-soluble electrophoretic painting and method for producing the bolt}

본 발명은 전산볼트(Full thread bolt) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 볼트는 6각형 또는 4각형 등의 형태를 가져서 스패너 등으로 회전시킬 수 있는 머리부와 체결된 후 너트가 끼워지는 나사부로 이루어져 있다. 그러나 그 용도에 따라 머리부 없이 볼트 전체에 나사산이 형성되어 있는 볼트가 있는데, 이를 전산볼트라 하며, 콘크리트 천장의 앙카볼트에 삽입되어 물체를 매달기 위해 사용되는 전산볼트를 달대볼트 또는 행거볼트라고도 한다.

전산볼트는 이를 사용함에 있어, 콘크리트 슬라브의 적정한 위치에 앙카를 박아넣고, 여기에 일정 길이가 유지되게 전산볼트의 일단을 체결한 상태에서 달대 등 각종 물체를 매달아 설치한 다음, 노출된 전산볼트의 타단에는 너트를 체결하여 설치된 물체가 고정되게 하는 것이다.

한편, 전착도장의 역사를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 1960년대 초반에 전착도장이 실용화되었다. 구체적으로, 1963년에 음이온 전착이 최초로 공업화되었고, 1965년에 일본에서 기술도입에 의해 공업화되었으며, 1970년에 자동차 차체 라인이 100% 음이온 전착화되었다. 이 시대에는 디핑(dipping) 도료의 단점을 극복하였다.

다음, 1960년대 중반에 UF(Ultra-Filtration)이 적용되었다. 구체적으로, 1965년에 전착공정에 UF가 최초로 적용되었고, 1970년에 UF의 급속한 보급이 이루어졌다. 이 시대에는 클로즈드 시스템(Closed System)으로 도료를 회수하였다.

다음, 1970년대 후반에는 양이온 전착도장이 등장하였다. 구체적으로, 1977년에 자동차 차체 라인의 하도로 채용되었고, 1986년에 세계 자동차 차체 라인의 100%가 양이온 전착화되었다. 이 시대에는 방청성이 강화되었다.

다음, 1990년대 중반에는 전착도료의 고기능화(환경보호, 자원절약)가 이루어졌다. 구체적으로, 1995년에 납-프리(Pb-free) 전착도료가 개발되었다. 이 시대에는 친환경(중금속 배제)을 추구하였다.

도 1은 전착도장의 개요를 나타낸 것으로, 전착도장은 직류 전류 작용 하에 전하를 갖는 고분자가 반대 전하의 전극으로 이동하고, 이 전극에서 물의 전기분해에 의한 pH의 변화로 고분자 석출이 일어나 비전도성 도막을 형성하는 방법이다.

전착도장의 원리를 살펴보면, 전기분해(Electrolysis)는 물의 전기분해로 양극판에서 이온을 방출하는 단계이고, 전기영동(Electrophoresis)은 전류에 의해 전착입자가 극판으로 이동하는 현상이며, 전기석출(Electrodeposition)은 전착입자가 극판의 표면에서 불용성 도막으로 석출되는 과정이고, 전기침투(Electroosmosis)는 전착도막이 다공질판과 같이 작용하여 물이 용액 속으로 방출되는 과정이다.

전착도장의 장점은 균일한 도포로 도막 흐름 발생을 배제하고, 복잡한 모양의 소재에 도장이 가능하며(내부 Box Area까지 도장 가능), 전압과 온도 및 시간 조정으로 도막 두께 설정이 가능하고, 수용성 도료로서 친환경 도료이며, 95% 이상의 높은 도착 효율로 도료 손실을 최소화하고, 자동화 설비로 대량 연속생산이 가능하다는 것이다.

전착도장의 단점은 초기 투자비가 발생하고, 도전성 피도체에만 적용 및 도장 가능하며, 다양한 컬러의 동시 적용이 불가하고, 도료 및 라인 관리에 전문적 지식이 필요하다는 것이다.

본 발명의 목적은 기존 전산볼트 대비 절연체 도막 형성으로 전기 안정성이 우수하고, 기존 전산볼트(전기아연, 용융아연) 대비 뛰어난 방청성(2-3배)이 확보되며, 코팅되는 제품은 수용성 도료로 친환경 제품(4대 중금속 미함유)이고, 전용 설비에서 생산되는 대량 생산체제가 확보되며, 기존 제품 대비 양호하고 우수한 외관이 확보되며, 균일한 도막 형성으로 품질 및 수치 안정화가 확보되는 전산볼트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 수용성 전착도료 15 내지 25 중량%, 부틸셀로솔브 0.01 내지 3 중량%, 초산 0.01 내지 1 중량% 및 잔량의 순수를 함유하는 도료 조성물의 도막을 포함하는 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트를 제공한다.

본 발명에서 수용성 전착도료는 안료액과 수지액의 2액형으로 구성되고, 안료액은 에폭시수지 30 내지 39 중량%, 안료 0.1 내지 10 중량%, 경화제 0.1 내지 10 중량% 및 잔량의 순수를 함유하며, 수지액은 에폭시수지 30 내지 35 중량%, 마이크로겔 0.1 내지 10 중량%, 개미산 0.1 내지 10 중량% 및 잔량의 순수를 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 전산볼트의 탈지, 수세, 표면조정, 인산염처리, 수세, 순수세 단계를 포함하는 전처리공정; 상술한 도료 조성물을 이용한 전착도장공정; 순수세, 한외여과 순수세를 포함하는 후처리공정; 및 건조공정을 포함하는 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 방법은 전체 공정에서 전산볼트를 행거에 자동으로 걸고 내려놓는 자동 로딩 및 언로딩 설비를 사용하고, 전착도장공정 및 후처리공정에서 한외여과장치 및 격막 중 적어도 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전산볼트는 기존 전산볼트 대비 절연체 도막 형성으로 전기 안정성이 우수하고, 기존 전산볼트(전기아연, 용융아연) 대비 뛰어난 방청성(2-3배)이 확보되며, 코팅되는 제품은 수용성 도료로 친환경 제품(4대 중금속 미함유)이고, 전용 설비에서 생산되는 대량 생산체제가 확보되며, 기존 제품 대비 양호하고 우수한 외관이 확보되며, 균일한 도막 형성으로 품질 및 수치 안정화가 확보될 수 있다.

도 1은 전착도장의 개요를 나타낸 것이다.
도 2는 전착도장 공정을 나타낸 것이다.
도 3은 전착 주요 설비로서 UF 장치를 나타낸 것이다.
도 4는 전착 주요 설비로서 격막을 나타낸 것이다.
도 5는 전착도장 시스템 종류를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트에 관한 것으로, 본 발명에서는 고방청과 고효율이 요구되는 자동차 도료의 핵심인 수용성 전착도료를 전산볼트의 특성에 맞게 그리고 색상 및 에지 커버(edge cover)에 맞게 도료를 사용한 것을 특징으로 한다. 색상은 시장에서 요구하는 밝은 회색일 수 있고, 전산볼트의 나사선의 방청성 확보를 위해 마이크로겔(micro gel)을 투입하여 나사선의 방청성을 확보할 수 있다. 아울러, 우수한 균일 전착성(throwing power) 도료 특성을 활용하여 제품 특성상 도막 편차를 최소화할 수 있도록 대응할 수 있다. 도료 특성상 도막 두께를 도장전압, 도료온도, 도장시간 등으로 자유롭게 시장에 요구되는 도막 두께로 자동 조절할 수 있다. 적용 도료는 수용성 에폭시수지를 기본으로 하는 도료로서, 약품성 및 물리적 특성이 우수한 도료이며, 색상을 구현하기 위해 안료는 방청성과 외관을 고려한 안료를 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트는 수용성 전착도료 15 내지 25 중량%, 부틸셀로솔브 0.01 내지 3 중량%, 초산 0.01 내지 1 중량% 및 잔량의 순수를 함유하는 도료 조성물의 도막을 포함할 수 있다. 즉, 전착 본조에는 적용도료가 15 내지 25 중량%로 함유되고, 소량의 부틸셀로솔브(3 중량% 이하)와 초산(1 중량% 이하)이 첨가되며, 나머지는 양질의 순수로 구성될 수 있다. 도막 두께는 특별히 제한되지 않고 필요에 따라 적절하게 설정할 수 있으며, 예를 들어 5 내지 50 ㎛, 바람직하게는 15 내지 25 ㎛일 수 있다.

수용성 전착도료는 안료액과 수지액의 2액형으로 구성되고, 안료액과 수지액은 각각 45 내지 55 중량% 및 33 내지 43 중량%의 주요 성분과 순수로 구성될 수 있다.

안료액은 에폭시수지 30 내지 39 중량%, 안료 0.1 내지 10 중량%, 경화제 0.1 내지 10 중량% 및 잔량의 순수를 함유할 수 있다. 즉, 안료액은 에폭시수지(30 내지 39 중량%)를 분산수지로 하고, 색상을 구현하기 위해 안료(산화아연, 카본블랙)를 첨가하며, 아울러 도장후 오븐에서의 경화를 위해 경화제가 사용될 수 있다. 에폭시수지로는 1종 또는 2종 이상의 에폭시수지를 사용할 수 있고, 예를 들어 에폭시수지 M6-0899, 에폭시수지 KE:2009-3-3796(Substituted propionic acid compds. with bisphenol A-epichlorohydrin polymer with substituted alkanol-TDI products) 등을 사용할 수 있다. 안료로는 산화아연, 카본블랙 등을 사용할 수 있다. 경화제로는 머캅탄계, 지방족 폴리아민계, 방향족 폴리아민계, 폴리아미도 아민계, 이미다졸계, 지방족 고리 아민계, 산무수물계 경화제 등을 사용할 수 있다. 또한, 안료액은 상술한 성분들 이외에, 카올린, 이산화티타늄(아나타제), 디부틸 산화주석 등을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 안료액은 에폭시수지 M6-0899 31 내지 32 중량%, 물 26 내지 27 중량%, 카올린 20 내지 21 중량%, 이산화티타늄 14 내지 15 중량%, 에폭시수지 KE:2009-3-3796 6 내지 7 중량%, 디부틸 산화주석 1 내지 2 중량%, 산화아연 0 내지 1 중량%, 카본블랙 0 내지 1 중량%를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안료액의 외관은 회색의 점성 액체, pH는 6.5 내지 7.5, 증기밀도는 ＞1(공기), 비중은 1.41±0.03, 점도는 65±10KU/25℃일 수 있다.

수지액은 에폭시수지 30 내지 35 중량%, 마이크로겔 0.1 내지 10 중량%, 개미산 0.1 내지 10 중량% 및 잔량의 순수를 함유할 수 있다. 즉, 수지액은 에폭시수지 30 내지 35 중량%를 기본으로 하고, 소량의 개미산과 마이크로겔을 함유하며, 나머지는 양질의 순수로 구성될 수 있다. 에폭시수지로는 1종 또는 2종 이상의 에폭시수지를 사용할 수 있고, 예를 들어 에폭시수지 KE:2010-3-4598{4,4'-(1-Methylethylidene)bisphenol reaction products with bisphenol A-epichlorohydrin polymer 2-ethylhexanoate, diethylenetriamine, 2-(methylamino)ethanol, 1,1'-methylenebis[4-isocyanatobenzene] and polyethylene glycol ether with bisphenol A (2:1)}, 에폭시수지 KE:2010-3-4595{Fatty acids, C18-unsatd., dimers, polymers with 4,4'-(1-methylethylidene)bisphenol, N-(2-aminoethyl)-1,2-ethanediamine polymer with methyloxirane and α-(oxiranylmethyl)-ω-(oxiranylmethoxy)poly[oxy(methyl-1,2-ethanediyl)]} 등을 사용할 수 있다. 마이크로겔은 예를 들어 가볍게 가교된 코어와 안정화 폴리머로서 수화성 캡슐 폴리머가 기초가 되는 2중 구조를 갖는 입경 0.1±0.05 마이크론 정도의 입자를 물에 분산시킨 것일 수 있다. 또한, 수지액은 상술한 성분들 이외에, 부틸셀로솔브, 아세트산 등을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 수지액은 물 62 내지 64 중량%, 에폭시수지 KE:2010-3-4598 25 내지 29 중량%, 에폭시수지 KE:2010-3-4595 2 내지 4 중량%, 마이크로겔 1 내지 3 중량%, 부틸셀로솔브 0.1 내지 0.5 중량%, 아세트산 0.1 내지 1 중량%, 개미산 0.1 내지 1 중량%, 기타 2 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수지액의 외관은 우유빛 액상, pH는 6.2 내지 7.2, 증기밀도는 ＞1(공기), 비중은 1.04±0.02, 점도는 100 cps 이하일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 전산볼트의 전착도장 및 설비를 설명한다.

본 발명에 따른 전산볼트의 제조방법은 전산볼트의 탈지, 수세, 표면조정, 인산염처리, 수세, 순수세 단계를 포함하는 전처리공정; 상술한 도료 조성물을 이용한 전착도장공정; 순수세, 한외여과(UF) 순수세를 포함하는 후처리공정; 및 건조공정을 포함한다.

도 2는 전착도장 공정을 나타낸 것으로, 자동차 바디(body) 라인의 공정(18개의 공정)과 동일 또는 유사한 공정을 통해 전산볼트 제품을 양산할 수 있다. 공정과 특징은 아래와 같이 크게 4가지로 구분될 수 있다.

첫째, 전체 공정에서 자동 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 설비를 사용하는데, 이 설비는 전산볼트를 행거에 자동으로 걸고 내려놓는 설비이다.

둘째, 전처리공정은 원하는 제품의 품질을 위해 적합한 표면처리공정을 하는 것으로, 도 2와 같이 탈지 - 수세 - 표면조정 - 인산염처리 - 수세 - 순수세 단계로 구성된다.

셋째, 전착 및 후처리공정은 방청성 및 외관을 위한 공정으로, 상술한 도료를 사용한다.

넷째, 건조공정은 도장된 제품을 경화하기 위한 공정이다.

특히, 전착공정 및 후처리공정에서 필연적으로 발생하는 폐수를 발생치 않게 하는 장치(UF 장치 및 격막)가 필요하다. 또한, 원하는 전산볼트의 균일한 품질을 확보하기 위해서는, 상기 공정과 설비가 확보 및 유지가 되어야 한다.

도 3은 전착 주요 설비로서 UF 장치를 나타낸 것으로, UF 장치는 반투막을 이용하여 고분자와 저분자를 분리하는 장치로서, 주로 물에 용해된 고분자 물질의 농축에 이용되고, 전착도장에서는 전착후 피도물로부터 수세된 전착도료를 회수하는 기능을 가짐으로써, 도료의 소모량을 줄인다. UF 장치의 종류에는 나선(Spiral)형 및 중공 섬유(Hollow Fiber)형이 있다.

도 4는 전착 주요 설비로서 격막(Anolyte Membranes)을 나타낸 것으로, 격막은 전기투석 원리에 의해 작용하고, UF와는 달리 압력이 필요 없으며, 추진력은 격막을 가로지르는 전기장에 의하고, 일정 전하만 가지는 이온을 투과하는 선택적 투과막(Anionic membrane)이며, 양이온 전착도료가 도장되면서 생성되는 산을 제거한다. 이때, 양극액의 pH는 2.0 내지 4.0, 전도도는 최소 400 ㎲/cm 이상, 극비는 약 1:4±1일 수 있다.

도 5는 전착도장 시스템(Batch system) 종류를 나타낸 것으로, A: 예비-탈지(Pre-degrease), B: 탈지(Degrease), C: 수세(Rinse), D: 표면조정(Activation), E: 인산염처리(Phosphatation), F: 부동태화(Passivation), G: 순수세(DIW) 등으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 전산볼트의 광택도는 50% 이상, 균일 전착성(throwing power)은 20 cm 이상, 부착력(cross cut)은 100/100, 변형능(Erichsen)은 5 mm 이상, 충격강도(Impact)는 500/50 g/cm 이상, 연필경도는 H 이상, 내염수분무성(5% NaCl, 35℃, 1000시간)은 편측 박리폭 3 mm 이하일 수 있다.

[실시예]

수용성 전착도료 20 중량%, 부틸셀로솔브 2 중량%, 초산 0.5 중량% 및 잔량의 순수를 함유하는 도료 조성물의 도막을 포함하는 전산볼트를 제조하였다. 수용성 전착도료는 안료액과 수지액의 2액형으로 구성되고, 안료액은 에폭시수지(M6-0899, KE:2009-3-3796) 38 중량%, 산화아연 1 중량%, 카본블랙 1 중량%, 아민계 경화제 7 중량% 및 잔량의 순수를 함유하였다. 수지액은 에폭시수지(KE:2010-3-4598, KE:2010-3-4595) 33 중량%, 마이크로겔(Additive-G, M608707, 입경 약 0.1 마이크론) 2 중량%, 개미산 0.5 중량% 및 잔량의 순수를 함유하였다.

전산볼트의 제조공정은 도 2와 같이 탈지, 수세, 표면조정, 인산염처리, 수세, 순수세로 구성되는 전처리공정; 상술한 도료 조성물을 이용한 전착도장공정; 순수세, UF 순수세로 구성되는 후처리공정; 및 건조공정(소부조건: 150℃, 20분)을 포함하였다. 전체 공정에서 자동 로딩 및 언로딩 설비를 사용하였고, 전착공정 및 후처리공정에서는 도 3의 UF 장치 및 도 4의 격막을 사용하였다.

[시험예]

실시예에서 제조한 전산볼트의 물성을 평가하였고, 그 결과는 다음과 같다.

시험 항목	단위	스펙(spec.)	비고
소부 조건	℃	150×20min	Metal Temp
도막 두께	㎛	15-25	도막 두께 측정기
외관		양호	육안
광택도	%	50↑	반사각 60도
Throwing Power	cm	20↑	Ford법
Cross Cut	1mm	100/100
Erichsen	mm	5↑
Impact	g/cm	500/50↑	Dupont식
연필경도		H↑	Mitsubish Unit.
내용제성		양호
내수성		양호	40℃×720hrs
내산성		양호	0.1N HCl, R.T×8hrs
내알칼리성		양호	0.1N NaOH, R.T×8hrs
내염수분무성		≤편측3.0mm	5% NaCl, 35℃×1000hrs

Claims

삭제
안료액 45 내지 55 중량%, 수지액 33 내지 43 중량% 및 잔량의 순수를 포함하는 2액형으로 구성된 수용성 전착도료 15 내지 25 중량%, 부틸셀로솔브 0.01 내지 3 중량%, 초산 0.01 내지 1 중량% 및 잔량의 순수를 함유하는 도료 조성물의 도막을 포함하며,
안료액은 에폭시수지 30 내지 39 중량%, 안료 0.1 내지 10 중량%, 경화제 0.1 내지 10 중량% 및 잔량의 순수를 함유하며,
수지액은 에폭시수지 30 내지 35 중량%, 마이크로겔 0.1 내지 10 중량%, 개미산 0.1 내지 10 중량% 및 잔량의 순수를 함유하고,
상기 안료액의 외관은 회색의 점성 액체이며, pH 6.5 내지 7.5, 증기밀도 1 초과(공기), 비중 1.41±0.03 및 점도 65±10KU/25℃이며,
상기 수지액의 외관은 우유빛 액상이고, pH 6.2 내지 7.2, 증기밀도 1 초과(공기), 비중 1.04±0.02 및 점도 100 cps 이하이고,
상기 도료 조성물의 도막이 형성된 전산볼트는 광택도는 50% 이상이며, 균일 전착성(throwing power)은 20 cm 이상이고, 변형능(Erichsen)은 5 mm 이상이며, 충격강도(Impact) 500/50 g/cm 이상이고, 연필경도가 H 이상이며 및 내염수분무성(5% NaCl, 35℃, 1000시간)이 편측 박리폭 3 mm 이하인 것을 특징으로 하는 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트.
삭제
전산볼트의 탈지, 수세, 표면조정, 인산염처리, 수세, 순수세 단계를 포함하는 전처리공정;
제2항의 도료 조성물을 이용한 전착도장공정;
순수세, 한외여과 순수세를 포함하는 후처리공정; 및
건조공정을 포함하며,
전체 공정에서 전산볼트를 행거에 자동으로 걸고 내려놓는 자동 로딩 및 언로딩 설비를 사용하고,
전착도장공정 및 후처리공정에서 한외여과장치 및 격막 중 적어도 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 고방청 수용성 전착도료 적용 전산볼트의 제조방법.