KR102020274B1 - Pcm 칼라강판의 제조시스템 및 이를 이용한 pcm 칼라강판의 제조방법 - Google Patents

Pcm 칼라강판의 제조시스템 및 이를 이용한 pcm 칼라강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포하는 코팅부; 및 도포된 상기 광경화성 도료 조성물과 접촉하여 미리 정해진 패턴을 부여하는 외면을 포함하는 광투과성 롤 및 상기 광투과성 롤을 통과하는 상기 강판 기재를 향해 UV를 조사하는 광원을 포함하는 가압경화부;를 포함하는 PCM 칼라강판의 제조시스템을 제공한다.

Description

PCM 칼라강판의 제조시스템 및 이를 이용한 PCM 칼라강판의 제조방법{A SYSTEM AND A METHOD FOR MANUFACTURING PRE-COATED METAL COLOR STEEL SHEETS}
본 발명은 미리 정해진 패턴이 형성된 광투과성 롤을 이용하여 PCM 칼라강판의 최외면을 이루는 도막의 패터닝 및 광경화를 동시에 수행할 수 있는 PCM 칼라강판의 제조시스템 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 강판 도장방식에는 포스트코팅(Post-Coating) 방식과 프리코팅(Pre-Coating) 방식이 있는데, 전자인 포스트코팅 방식은 강판을 성형 가공한 후에 도장하는 방식이고, 후자인 프리코팅 방식은 강판을 성형 가공 전에 도장하는 방식이다.
상기 포스트코팅 방식은 설비가 저렴하고 소량 생산에 유리하나, 균일한 제품의 생산 및 대량 생산이 어렵다는 단점이 있어, 프리코팅 방식으로 도장한 강판, 즉 PCM(Pre-Coated Metal) 강판이 널리 사용되고 있다. 일반적으로 PCM 강판은 건자재나 가전제품 등에 이용되기 때문에 칼라 및 입체질감이 요구되어, 이에 대한 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
이와 관련하여, 종래 PCM 칼라강판에 적용되는 상도 도막용 도료는 열경화성 도료 조성물을 사용하였으나, 열경화성 도료 조성물로는 고선영성 등의 미려한 외관을 구현할 수 없다.
한편, 자외선 경화성 도료 조성물을 이용하여 PCM 칼라강판의 상도 도막을 형성하는 방법이 제안되었으나, 자외선 경화성 도료 조성물은 용제를 사용하지 않으므로 도료의 흐름성이 낮아 도장 후 도막 표면에 불필요한 요철이 생성될 수 있고, 필요한 수준의 외관 물성을 구현하기 어려운 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 레벨링 구간을 포함하여 미려한 외관을 구현할 수 있으나, 상당히 긴 공정 구간이 요구되고 경화 시 물성 향상을 위해서 질소 분위기 하에서 진행해야 하며 기타 부자재가 요구되어 제조단가가 높아지는 문제가 있다.
따라서, 도장 작업 시 필름 등의 부자재를 사용하지 않고도 이물질을 포함하지 않아 제조단가를 저감할 수 있고, 공정효율을 향상시킬 수 있으며, 강판의 표면에 고선영성을 구현할 수 있는 PCM 칼라강판의 제조시스템의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부자재의 사용을 최소화하여 제조단가를 절감하고 생산성을 향상시키며, 강판의 표면에 고선영성을 구현할 수 있는 PCM 칼라강판의 제조시스템 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포하는 코팅부; 및 도포된 상기 광경화성 도료 조성물과 접촉하여 미리 정해진 패턴을 부여하는 외면을 포함하는 광투과성 롤 및 상기 광투과성 롤을 통과하는 상기 강판 기재를 향해 UV를 조사하는 광원을 포함하는 가압경화부;를 포함하는 PCM 칼라강판의 제조시스템을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 강판 기재가 소지강판, 전처리층 및 하나 이상의 도막을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 코팅부가 롤 코터(Coater), 바(Bar) 코터, 스프레이 코터 및 그라비아 코터로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광경화성 도료 조성물이 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머 40~80중량%, (메타)아크릴레이트 모노머 5~45중량%, 광개시제 3~9중량% 및 부착증진제 2~6중량%를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광원이 상기 광투과성 롤의 상부에 위치할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광투과성 롤이 내부에 빈 공간을 구비한 원통형(tubular)이고, 상기 광원이 상기 빈 공간에서 상기 강판 기재의 이동 방향에 대해 수직으로 배열될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광투과성 롤이 강화유리, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광투과성 롤의 상기 외면이 강화유리로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광원에서 조사되는 상기 UV의 에너지 밀도가 500~3,000 mJ/㎠일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은, (a) 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포하는 단계; 및 (b) 광투과성 롤을 이용하여 도포된 상기 광경화성 도료 조성물을 가압하여 미리 정해진 패턴을 부여함과 동시에 상기 광투과성 롤을 통과하는 상기 강판 기재를 향해 UV를 조사하여 상기 광경화성 도료 조성물을 경화하는 단계;를 포함하는, PCM 칼라강판의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 강판 기재가 소지강판, 전처리층 및 하나 이상의 도막을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 도포가 롤 코터(Coater), 바(Bar) 코터, 스프레이 코터 및 그라비아 코터로 이루어진 군에서 선택된 하나에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광경화성 도료 조성물이 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머 40~80중량%, (메타)아크릴레이트 모노머 5~45중량%, 광개시제, 3~9중량% 및 부착증진제 2~6중량%를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광투과성 롤이 강화유리, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광투과성 롤의 상기 외면이 강화유리로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 UV의 에너지 밀도가 500~3,000 mJ/㎠일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PCM 칼라강판의 제조시스템 및 그 제조방법은 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포하면서, 미리 정해진 패턴이 형성된 광투과성 롤을 이용하여 PCM 칼라강판의 최외면을 이루는 도막의 패터닝 및 광경화를 동시에 수행하여, 강판의 표면에 미려한 입체패턴 및 고선영성을 효과적으로 구현할 수 있다. 또한, 추가적인 공정 및 부자재의 사용을 최소화함으로써, 제조단가를 저감시킬 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원이 광투과성 롤의 내부에 위치하여 UV를 조사하는 가압경화부를 포함한 PCM 칼라강판의 제조시스템을 도식화한 것이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원이 광투과성 롤의 상부에 위치하여 UV를 조사하는 가압경화부를 포함한 PCM 칼라강판의 제조시스템을 도식화한 것이다.
도 3은 도 1에 완전경화부를 추가로 포함한 제조시스템을 도식화한 것이다.
도 4은 도 2에 완전경화부를 추가로 포함한 제조시스템을 도식화한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
PCM 칼라강판의 제조시스템
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCM 칼라강판의 제조시스템을 도식화한 것이다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 측면은 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포하는 코팅부(110); 및 도포된 상기 광경화성 도료 조성물과 접촉하여 미리 정해진 패턴을 부여하는 외면을 포함하는 광투과성 롤(122) 및 상기 광투과성 롤(122)을 통과하는 상기 강판 기재를 향해 UV를 조사하는 광원(121)을 포함하는 가압경화부(120);를 포함하는 PCM 칼라강판의 제조시스템을 제공한다.
상기 코팅부(110)는 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포할 수 있다. 상기 코팅부(110)는 롤 코터(Coater), 바(Bar) 코터, 스프레이 코터, 및 그라비아 코터로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 작업 환경, 공정 속도, 최종 제품의 용도 등을 고려하여 코터의 종류를 선택할 수 있다.
상기 강판 기재는 소지강판, 전처리층, 및 하나 이상의 도막을 포함할 수 있다.
상기 소지강판은, 예를 들어, 아연-알루미늄-실리카 합금도금 강판, 전기/용융아연도금 강판 등의 아연 또는 아연합금 도금층이 형성된 도금 강판일 수 있고, 그 외에도 구리판, 알루미늄판, 스테인레스 원판 등도 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전처리층은 상기 소지강판 상에 형성될 수 있고, 상기 소지강판의 표면에 부착된 이물질을 제거함으로써, 상기 소지강판과 도막층 간의 부착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 전처리층은 알칼리 탈지제로 세정되고 그 위에 크로메이트를 피막처리하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 논크롬(Non-Cr) 처리할 수 있다.
상기 크로메이트 처리를 위하여 크롬산 또는 중크롬산염을 주성분으로 하는 용액 속에 강판을 넣어 방청 피막을 형성할 수 있고, 크로메이트와 인산염의 대체물질로 알콕시실란(alkoxysilane)을 사용할 수도 있다.
상기 하나 이상의 도막은 전처리층 상에 형성될 수 있고, 필요 및 역할에 따라, 단일 도막 또는 복수의 도막으로 형성될 수 있다.
일반적으로 칼라강판의 도막은 필요에 따라 하도, 중도, 및 상도 도막으로 구성될 수 있으며, 상기 하도 도막은 강판의 내구성을 높이고, 하부의 전처리된 소지강판과 상부의 도막의 계면의 결합력을 증가시켜 도장의 용이성을 제고할 수 있으며, 통상적으로 '프라이머'라고 표현되기도 한다.
상기 하도 도막은 폴리에스테르계 프라이머, 에폭시계 프라이머, 아크릴계 프라이머 또는 이의 변성계를 사용할 수 있고, 상업적으로 구득가능한 폴리에스테르계 프라이머로는 고려화학의 YP500 시리즈, 건설화학의 8600시리즈, 삼화페인트의 화인코트 P-331, 시그마 삼성 코팅의 K004 시리즈가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하도 도막은 일반적인 내식성, 상부 도막과의 부착성을 제공할 뿐만 아니라, 소지강판과 상부 도막 간 계면에서 완충 역할을 하므로 가공 시 발생되는 소재의 균열이 상부 도막까지 전달되지 않고, 하도 도막에서 흡수되도록 할 수 있다. 상기 하도 도막에 사용되는 안료는 내식성의 문제로 방청 안료를 일부 사용하고, 상도 도막과 마찬가지로 PCM 도료에 사용될 수 있는 유기 및 무기 안료를 용도에 맞게 선택할 수 있다.
상기 중도 도막은 하이폴리머 도료를 도포하여 형성될 수 있다. 상기 하이폴리머 도료는 예를 들어, 분자량이 8,000~20,000이고, 유리전이온도(Tg)가 10~60℃, 수산기가 10~100㎎KOH/g, 산가 1~10㎎KOH/g의 하이폴리머 폴리에스테르 수지로 이루어진 주수지에 메톡시기를 갖는 메틸에테르화 멜라민 수지로 이루어진 경화용 수지, 경화 촉매, 용매, 안료 및 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 광경화성 도료 조성물은 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머 40~80중량%, (메타)아크릴레이트 모노머 5~45중량%, 광개시제, 3~9중량%, 및 부착증진제 2~6중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 40~70중량%, 15~45중량%, 4~9중량% 및 2~6중량%일 수 있다.
구체적으로, 상기 광개시제는 외면 광개시제 및 내면 광개시제로 구분될 수 있으며, 3~9중량% 및 0.5~2중량%일 수 있다.
일반적으로 광경화성 도료 조성물은 중합성 이중결합을 가진 올리고머를 포함할 수 있고, 상기 올리고머는 우레탄아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴아크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
상기 광개시제는 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 2,2-디메톡시-2-페닐-아세토페논, 벤즈알데히드, 안트라퀴논, 2-메틸아세토페논, 4-클로로벤조페논, 4,4'-디메톡시벤조페논, 벤조인프로필에테르, 벤조인에틸에테르, 1-(4-이소프로필페놀)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, 티오잔톤, 벤조페논, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다. 상업용 광개시제로는 Irgacure184, 651, 500, 819, 907, 1800(시바가이기) 등과 Darocure 1116, 1173(머크), Lucirine LR8728(바스프), Micure HP-8, TPO, CP-4, BK-6(미원상사) 등이 사용될 수 있으나, 상기 광개시제는 표면 및 속경화 광개시제로 분류될 수 있으며, 종류는 하나 이상 선택될 수 있고, 동일하거나 상이할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 광경화성 도료 조성물은 필요에 따라 반응성 희석제를 더 포함할 수 있다. 상기 반응성 희석제로는 단관능성, 이관능성, 또는 다관능성 모노머를 사용할 수 있다.
상기 단관능성 모노머는 디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, t-옥틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸(메타)아크릴레이트, N-비닐카프로락탐, N-비닐피롤리돈, 이소부톡시(메타)아크릴아마이드, 디아세톤(메타)아크릴아마이드, 보닐(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 트리사이클로데카닐(메타)아크릴레이트, 디사이클로펜타닐(메타)아크릴레이트, 디사이클로펜타디엔(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 사이크로헥실(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 에폭시디에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 부톡시에틸(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴(메타)아크릴레이트, 스티어릴(메타)아크릴레이트, 옥타데실(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 도데실(메타)아크릴레이트, 이소데실(메타)아크릴레이트, 노닐(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소아밀(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
또한, 상기 광경화성 도료 조성물은 산화방지제, 광흡수제, 광안정제, 실란커플링제, 열중합금지제, 유기안료, 무기안료, 평활제, 분산제, 및 소포제 중 1 이상의 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
한편, 상기 PCM 칼라강판의 제조시스템은 가압경화부(120)를 포함할 수 있다. 상기 가압경화부(120)는 광투과성 롤(122) 및 광원(121)을 포함하여 강판 기재 상에 도포된 상기 광경화성 도료 조성물을 상기 광투과성 롤(122)로 가압하는 동시에 상기 광투과성 롤(122)의 상부에 위치한 광원(121)에 의해 상기 광경화성 도료 조성물에 UV를 조사하여 상기 광경화성 도료 조성물을 가압경화시킬 수 있다.
또한, 상기 광투과성 롤(122)은 내부에 빈 공간을 구비한 원통형일 수 있고, 상기 광원(121)이 상기 빈 공간에서 상기 강판 기재의 이동 방향에 대해 수직으로 배열될 수 있다. 상기 원통형은 내부에 빈 공간을 구비하고, 회전을 하면서 광원(121)을 조사할 수 있는 형태이면 가능하다.
상기와 같이, 광경화성 도료 조성물의 도포 직후에 상기 광투과성 롤(122)에 의한 가압 및 광원(121)에 의한 경화가 동시에 진행되는 경우, 산소 기포 및 이물질 등의 유입을 방지할 수 있고, 이에 따라, 미려한 외관, 즉, 고선영성의 외관을 구현할 수 있다.
상기 광투과성 롤(122)은 강화유리, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 광투과성 롤의 코어부는 폴리카보네이트로 이루어질 수 있고, 외면(외주면)은 강화유리로 이루어질 수 있고, 이 때, 상기 광투과성 롤을 경량화하여 시스템 구동 시 가해지는 부하를 경감시킬 수 있다.
상기 강화유리는 크게 열강화유리 및 화학강화유리로 이루어지며, 상기 열강화유리는 일반유리를 고온에서 열처리한 뒤 바람을 이용하여 급속히 냉각시켜 제조한 것으로, 가시광 영역의 투과율이 90% 이상으로 일반유리와 같으나, 내충격성 및 내열성이 우수하다. 강도는 일반유리에 비해 약 4~5배 높아 파손율이 낮아 유리 파편으로 인한 피해를 최소화할 수 있다. 또한, 200℃의 온도 변화에도 견딜 수 있는 우수한 내열성으로 안전하게 작업을 진행할 수 있다. 다만, 열강화유리 이용 시, 광경화는 가시광선 영역의 LED로 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 화학강화유리는 통상 특수유리라고도 불리우며, 일반유리의 서냉온도 이하인 약 500℃로 유지되고 있는 알칼리염 용융액 속에 일반유리를 수 시간 담궈두면, 유리 내부에 있는 알칼리 이온과 용융액의 알칼리 이온 간의 교환이 이루어져 유리 표면에 압축응력을 형성시켜 제조하는 것으로, 열강화유리에 비해 내열성, 내스크래치, 자체폭발의 발생이 없으며, 투과율 또한 우수하다. 강도는 일반유리에 비해 약 10배, 열강화유리에 비해 약 2배 높아 파손율이 낮고 한계를 초과한 충격을 받아 파손되더라도 끝이 날카롭지 않은 작은 입자로 부서져 유리 파편으로 인한 피해를 최소화할 수 있다. 또한 강도가 우수하여, 복잡한 패턴을 상기 광투과성 롤(122)의 외면에 미리 정해진 복잡한 패턴을 우수하게 패터닝 할 수 있으며, 바람직하게 상기 강화유리는 화학강화유리일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학강화유리 제조 시, 강화염으로는 질산염이 사용되며, 알칼리 질산염이 유리의 전이점 이하에서 용융하는데 유리할 수 있다. 질산염은 주로 타 알칼리염과 혼합하여 사용하는경우 화학강화유리를 보다 높은 강도로 얻을 수 있다. 바람직하게는 상기 알칼리는 나트륨 또는 칼륨일 수 있다.
상기 광투과성 롤(122)의 최외면이 화학강화유리로 이루어질 경우, 입체 패턴, 입체 질감, 색감을 형성하여, 상기 강판 기재 상에 패턴을 전사할 수 있고, 상기 광투과성 롤(122)에 의한 입체 질감 색감을 더욱 선명하게 구현할 수 있다.
상기 광투과성 롤(122)의 최외면은 화학강화유리로 이루어질 수 있으며, 상기 화학강화유리에 미리 정해진 패턴을 강판의 표면에 전사되며, 패터닝 및 광경화를 동시에 수행함으로써, 강판의 표면에 미려한 입체패턴 및 고선영성을 효과적으로 구현할 수 있다.
한편, 상기 가압경화 시, 가압하는 롤의 투과율은 가장 중요한 인자이다. 따라서, 상기 광투과성 롤(122)의 종류는 공정 시 작업 온도, 가압 정도, 구현하고자 하는 물성 등에 따라 선택될 수 있다.
또한, 상기 광원(121)에서 조사되는 상기 UV는 수은 UV램프, 메탈 UV램프, UV-LED 등이 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 상기 메탈 UV램프는 상기 수은 UV램프에 비해 두꺼운 물질의 경화 및 투과력이 높은 장파장을 조사할 수 있으며, 상기 UV-LED는 고가의 비용 및 내열성에서 다소 약하지만, 상기 램프 등 보다 높은 수명, 공간활용의 편이, 현저히 작은 열손상 및 초고강도의 UV를 방출하는 등의 장점이 있다.
또한, 상기 광원(121)에서 조사되는 상기 UV의 에너지 밀도가 500mJ/㎠ 내지 3000 mJ/㎠일 수 있다. 상기 에너지 밀도가 500mJ/㎠ 미만이면 도료 조성물이 충분하게 경화되지 않아 이물질이 유입될 수 있어 선영성을 저하될 수 있고, 3000 mJ/㎠ 초과이면 에너지 효율이 저하될 수 있다.
한편, 상기 제조시스템은 상기 광투과성 롤(122)의 후단에 완전경화부(130)을 더 포함함으로써(도 3 및 도 4), 상기 광투과성 롤(122)에 의해 가압 및 1차 경화된 도막에 한번 더 UV를 조사하여 상기 도막을 완전 경화시킬 수 있다.
상기 추가 조사 시, 상기 완전경화부(130)의 광원(121)인 UV를 1000mJ/㎠ 내지 2000 mJ/㎠의 에너지 밀도로 조사할 수 있고, 상기 에너지 밀도가 1000mJ/㎠ 미만이면 도료 조성물이 충분하게 경화되지 않아 선영성을 저하될 수 있고, 2000 mJ/㎠ 초과이면 제조단가가 상승할 수 있다.
상기 가압경화부(120)에 의해 상기 광경화성 도료 조성물을 가압과 동시에 경화함으로써 제조된 PCM 칼라강판은 후속 공정 또는 필름 합지, 제거 등의 부자재 이용을 최소화하면서도 고선영성의 미려한 외관을 구현할 수 있다. 특히, 종래 PCM 칼라강판의 표면에 발생하는 오렌지 필 등의 불량을 제거하기 위해 필름의 합지 및 제거를 수반하는 제조시스템과 방법이 제안되었으나, 본 발명의 상기 제조시스템은 광투과성 롤(122)을 이용하여 도막을 가압함으로써, 강화유리, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합으로 이루어진 광투과성 롤(122)이 그대로 도막의 표면에 전이되어 우수한 평활도 및 그에 따른 선영성을 구현할 수 있다.
PCM 칼라강판의 제조방법
본 발명의 다른 일 측면은, (a) 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포하는 단계; 및 (b) 광투과성 롤(122)을 이용하여 도포된 상기 광경화성 도료 조성물을 가압하여 미리 정해진 패턴을 부여함과 동시에 상기 광투과성 롤(122)을 통과하는 상기 강판 기재를 향해 UV를 조사하여 상기 광경화성 도료 조성물을 경화하는 단계;를 포함하는, PCM 칼라강판의 제조방법을 제공한다.
즉, 상기 PCM 칼라강판이 가압과 동시에 경화하는 단계를 포함하여 제조됨으로써, 추가 공정 및 부자재의 이용 없이 고선영성의 우수한 외관을 구현할 수 있다.
상기 강판 기재는 소지강판, 전처리층 및 하나 이상의 도막을 포함할 수 있고, 상기 소지강판, 전처리층 및 하나 이상의 도막의 역할, 조성, 및 그 종류 등에 관해서는 전술한 것과 같다.
상기 (a) 단계에서 상기 도포가 롤 코터(Coater), 바(Bar) 코터, 스프레이 코터, 및 그라비아 코터로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 상기 코터의 역할 및 그 종류 등에 관해서는 전술한 것과 같다.
상기 PCM 칼라강판의 제조방법이 연속식 공정으로 수행될 수 있다.
종래 시트(sheet)방식과 같은 불연속식 공정에 의할 경우, 일정 크기를 가지는 판형 소지강판을 컨베이어(conveyor) 시스템을 이용한 코팅 공정 라인에 배열하고, 각 공정 단계에서 상기 판형 소지강판을 코팅 및 건조함으로써 시트(Sheet) 형태의 칼라강판을 제조할 수 있다. 다만, 상기 불연속식 공정은, 각 시트간 간격에 비례하여 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 제품 보관 시 저장 효율성 및 제품 출하 시 운송 효율성이 저하될 수 있다.
반면, 연속식 공정의 경우, 일정 크기를 가지도록 각각 분리되지 않고 연속적으로 이어지는 형태의 소지강판이 연속 라인의 각 공정 설비 또는 단계를 통과하게 되고, 완성된 제품은 롤(roll) 형태로 권취되어 보관될 수 있다. 따라서, 연속식 공정은 종래 불연속식 공정에 비해 생산성이 우수하고, 저장 효율성 및 운송 효율성 등을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 광경화성 도료 조성물이 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머 40~80중량%, (메타)아크릴레이트 모노머 5~45중량%, 광개시제, 3~9중량%, 및 부착증진제 2~6중량%를 포함할 수 있고, 구체적으로, 광개시제는 표면 및 속경화 광개시제로 구성되어 있으며, 함량은 3~9중량% 및 0.5~2중량%일 수 있으며, 상기 포함하는 구성의 종류는 전술한 것과 같다.
상기 (b) 단계에서 도포된 상기 광경화성 도료 조성물이 광투과성 롤(122)로 가압되는 동시에 UV에 의해 경화될 수 있고, 상기 광투과성 롤(122)이 화학강화유리 또는 폴리카보네이트로 이루어질 수 있으며, 상기 화학강화유리 및 폴리카보네이트의 역할 및 구현할 수 있는 효과는 전술한 것과 같다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 UV를 500mJ/㎠ 내지 3000 mJ/㎠의 에너지 밀도로 조사할 수 있고, 상기 에너지 밀도가 500mJ/㎠ 미만이면 도료 조성물이 충분하게 경화되지 않아 이물질이 유입될 수 있어 선영성을 저하될 수 있고, 3000 mJ/㎠ 초과이면 제조단가가 상승할 수 있다.
상기 (b) 단계 이후, UV를 추가 조사하는 완전경화부(130)를 포함할 수 있다.
상기 추가 조사 시, 상기 완전경화부(130)에서 조사하는 광원(121)인 UV를 1000mJ/㎠ 내지 2000 mJ/㎠의 에너지 밀도로 조사할 수 있고, 상기 에너지 밀도가 1000mJ/㎠ 미만이면 도료 조성물이 충분하게 경화되지 않아 선영성을 저하될 수 있고, 2000 mJ/㎠ 초과이면 제조단가가 상승할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
하기 실시예 및 비교예의 속경화 광개시제의 함량은 우레탄 아크릴레이트프리폴리머, 아크릴레이트 모노머, 표면 광개시제, 부착증진제 및 첨가제 100중량%를 기준으로 한 것이다.
실시예 1
롤 코터를 이용하여 강판 기재 상에 우레탄 아크릴레이트 프리폴리머 70중량%, 아크릴레이트 모노머 15중량%, 표면 광개시제 6중량%, 속경화 광개시제 1중량%, 부착증진제 4중량% 및 첨가제 5중량%를 포함하는 광경화성 도료 조성물을 도포하고, 내부에 빈 공간을 구비한 원통형의 화학강화유리 롤로 가압하는 동시에 에너지 밀도가 2500 J/㎠인 UV를 상기 화학강화유리 롤 상부에서 조사하여 가압 경화시켜, PCM 칼라강판을 제조하였다. 상기 화학강화유리 롤으로는, 외면(외주면)에 양각 및 음각을 포함하는 미리 정해진 패턴이 형성되어 있는 것을 사용하였다.
실시예 2
상기 광원이 화학강화유리 롤 내부 빈 공간에 위치하여 강판 기재의 이동방향에 대해 수직으로 조사한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PCM 칼라강판을 제조하였다.
실시예 3
광투과형 롤의 코어부가 폴리카보네이트로 이루어져 있고, 외면(외주면)은 화학강화유리로 이루어진 롤로 광경화성 도료 조성물을 가압한 것을 제외하면, 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 PCM 칼라강판을 제조하였다.
실시예 4
UV 대신 가시광선 영역의 LED를 조사하고, 광투과형 롤의 외면(외주면)은 열강화유리로 이루어진 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 PCM 칼라강판을 제조하였다.
비교예 1
광투과형 롤 대신 고무 롤로 광경화성 도료 조성물을 가압한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PCM 칼라강판을 제조하였다. 상기 고무 롤으로는, 외면(외주면)에 양각 및 음각을 포함하는 미리 정해진 패턴이 형성되어 있는 것을 사용하였다.
실시예 5
광투과형 롤의 코어부가 화학강화유리로 이루어져 있고, 외면(외주면)은 폴리카보네이트로 이루어진 롤로 광경화성 도료 조성물을 가압한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PCM 칼라강판을 제조하였다.
비교예 3
경화 시 에너지 밀도가 300 J/㎠인 UV를 조사한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PCM 칼라강판을 제조하였다.
비교예 4
경화 시 에너지 밀도가 4000 J/㎠인 UV를 조사한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PCM 칼라강판을 제조하였다.
비교예 5
화학강화유리 롤로 가압 후에 순차적으로 UV 조사한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PCM 칼라강판을 제조하였다.
실험예 1: PCM 칼라강판의 물성 평가
상기 PCM 칼라강판에 대해 아래의 방법에 따라 그 성능을 측정 또는 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
-선영성: DOI로 측정 결과 초기값(0~100)
-입체무늬 선명도: PCM 칼라강판의 외관을 육안으로 관찰하여 입체패턴의 선명도를 평가함
-소포성: 건조 도막에서의 기포 발생 여부 및 외관을 육안으로 파악함
-가공성: 상온(20℃)에서 T banding하여 가공 부위에 크랙 발생 여부를 평가함
-부착성: 1㎜ 간격, 가로X세로로 10칸을 칼로 그은 후, 스카치 테이프로 완전 밀착 후, 순간 박리하여 도막의 박리 유무를 확인함
-내스크래치성: 손톱으로 도막 표면을 긁었을 경우, 표면의 경도 및 slip에 의해 도막 표면의 찰과 마찰이 발생하지 않는 정도를 육안으로 파악함
-작업성: 현장 롤코팅 시 픽업(pick up) 성능으로 파악함
-내약품성: 5% NaCl, 5% HCl용액에서 240hrs 후, 도막의 외관 상태를 파악함
성능지표 실시예 1 실시예 2 실시예
3		 실시예 4 비교예 1 실시예 5 비교예 3 비교예
4		 비교예
5
선영성 84 85 88 82 60 78 65 68 63
입체무늬 선명도 ◎ ◎ ◎ ◎ × ○ × △ ×
소포성 ◎ ◎ ◎ ○ × ○ × △ △
가공성 ◎ ◎ ◎ ◎ × △ × ○ ○
부착성 ◎ ◎ ◎ ○ × △ △ △ △
내스크래치성 ◎ ◎ ◎ ◎ × ◎ ○ × △
작업성 ◎ ◎ ◎ ◎ × △ ○ × ○
내약품성 ◎ ◎ ◎ ○ × ○ ◎ △ ○
(상대적 평가기준: ◎ 우수, ○ 양호, △ 보통, × 불량)
상기 표 1를 참조하면, 실시예 1 내지 4에 따른 PCM 칼라강판은 비교예에 비해 모든 물성이 우수한 것으로 나타났고, 특히, 상기 광원이 화학강화유리 롤 내부 빈 공간에 위치하여 강판 기재의 이동방향에 대해 수직으로 조사한 실시예 3의 선영성 및 물성이 가장 우수하게 구현되었다.
반면, 광투과성 롤이 아닌 고무 롤로 가압한 비교예 1 경우에는 경화가 제대로 이뤄지지 못해 선영성 및 기타 물성이 불량한 것으로 나타났으며, 상기 화학강화유리 롤이 지나간 후 경화를 한 비교에 5의 경우에는, 선영성 및 기타 물성이 다소 불량한 것으로 나타났고, 경화 시 에너지 밀도가 작거나 필요 이상으로 큰(비교예 3, 4)경우에는 전체적인 물성이 저하되었다. 또한, 광투과성 롤 외면이 폴리카보네이트로 이루어진(실시예 5) 경우에는 롤 외면이 화학강화유리 롤(실시예 3)에 비해 선영성 및 기타 물성이 다소 불량하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 코팅부
120: 가압경화부
130: 완전경화부
121: 광원
122: 광투과성 롤

Claims (16)

  1. 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포하는 코팅부; 및
    도포된 상기 광경화성 도료 조성물과 접촉하여 미리 정해진 패턴을 부여하는 외면을 포함하는 광투과성 롤 및 상기 광투과성 롤을 통과하는 상기 강판 기재를 향해 UV를 조사하는 광원을 포함하는 가압경화부;를 포함하고,
    상기 광투과성 롤의 코어부가 강화유리로 이루어지고, 외면이 폴리카보네이트로 이루어지며,
    상기 가압경화부는 중력 방향으로 상기 광경화성 도료 조성물을 가압하는, PCM 칼라강판의 제조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강판 기재가 소지강판, 전처리층 및 하나 이상의 도막을 포함하는, PCM 칼라강판의 제조시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅부가 롤 코터(Coater), 바(Bar) 코터, 스프레이 코터 및 그라비아 코터로 이루어진 군에서 선택된 하나인, PCM 칼라강판의 제조시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광경화성 도료 조성물이 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머 40~80중량%, (메타)아크릴레이트 모노머 5~45중량%, 광개시제 3~9중량% 및 부착증진제 2~6중량%를 포함하는, PCM 칼라강판의 제조시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원이 상기 광투과성 롤의 상부에 위치하는, PCM 칼라강판의 제조시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광투과성 롤이 내부에 빈 공간을 구비한 원통형(tubular)이고,
    상기 광원이 상기 빈 공간에서 상기 강판 기재의 이동 방향에 대해 수직으로 배열된, PCM 칼라강판의 제조시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원에서 조사되는 상기 UV의 에너지 밀도가 500~3,000 mJ/㎠인, PCM 칼라강판의 제조시스템.
  10. (a) 강판 기재 상에 광경화성 도료 조성물을 도포하는 단계; 및
    (b) 코어부가 강화유리로 이루어지고, 외면이 폴리카보네이트로 이루어진 광투과성 롤을 이용하여 도포된 상기 광경화성 도료 조성물을 중력 방향으로 가압하여 미리 정해진 패턴을 부여함과 동시에 상기 광투과성 롤을 통과하는 상기 강판 기재를 향해 UV를 조사하여 상기 광경화성 도료 조성물을 경화하는 단계;를 포함하는, PCM 칼라강판의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 강판 기재가 소지강판, 전처리층 및 하나 이상의 도막을 포함하는, PCM 칼라강판의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 도포가 롤 코터(Coater), 바(Bar) 코터, 스프레이 코터 및 그라비아 코터로 이루어진 군에서 선택된 하나에 의해 수행되는, PCM 칼라강판의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광경화성 도료 조성물이 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머 40~80중량%, (메타)아크릴레이트 모노머 5~45중량%, 광개시제, 3~9중량% 및 부착증진제 2~6중량%를 포함하는, PCM 칼라강판의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제10항에 있어서,
    상기 UV의 에너지 밀도가 500~3,000 mJ/㎠인, PCM 칼라강판의 제조방법.
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