KR102033457B1 - 선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 이용한 선도장강판 제조 방법 - Google Patents

선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 이용한 선도장강판 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선도장강판용 광경화형 도료 조성물 및 이를 이용한 선도장강판 제조 방법에 관한 것으로, 선도장강판용 광경화형 도료 조성물은 양이온 광개시제 3~5 중량부; 에폭시 화합물 60~70 중량부; 옥세탄 화합물 25~35 중량부; 및 레벨링제 1~2 중량부;를 포함하고, 그로 인해 부착성과 가공성이 우수하면서도 상도층 도막의 표면물성이 우수한 선도장강판용 도료 조성물을 제조하는 기술과 선도장강판의 제조시 선도장강판의 품질과 생산성을 향상시키는 기술을 제공한다.
본 발명에 의하면, 도료와 강판간의 부착성이 우수하고 가공성이 뛰어나며, 본 발명이 적용된 상도층 도막은 경도, 내스크래치성, 내약품성, 내황변성 등의 표면물성이 우수한 효과가 있다.

Description

선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 이용한 선도장강판 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PRE-COATED METAL USING PHOTO-CURABLE COMPOSITION FOR PRE-COATED METAL}
본 발명은 선도장강판용 광경화형 도료 조성물 및 이를 이용한 선도장강판 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선도장강판(Pre-coated metal, PCM)이란 강판을 성형 가공하기 전에 미리 도장을 하는 선도장(pre coating) 방식에 의해 제조된 강판을 의미한다. 선도장강판은 강판을 성형 및 가공한 후에 도장을 하는 후도장(post coating) 방식에 비해 단시간 내에 대량 생산이 가능하고, 균일한 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다.
그런데, 선도장강판은 선도장 후가공의 공정이 수행되므로 선도장강판의 제조시에 사용되는 도료는 후도장 방식에 사용되는 도료에 비해 높은 수준의 후가공성이 요구된다. 이와 관련하여, 대한민국 등록특허공보 제10-1735419호에는 "피씨엠 컬러 강판용 도료 조성물 및 이에 의해 제조된 피씨엠 컬러 강판" 기술에 대해 제시된 바 있다.
현재 주로 출시되는 선도장강판은 고선영성의 칼라 강판을 구현하고, PCM용 도료 및 강판 간의 부착성과 상도층의 도막 물성을 일정 수준 이상 확보하기 위해 폴리에스테르-멜라민 타입(polyester-melamine type)의 도료를 하도층(base coat)으로 적용하여 강판을 유색 코팅하고, 하도층 위에는 투명한 라디칼 타입(radical type)의 도료를 적용하여 상도층(top coat)을 형성하였다.
하지만, 이러한 종래의 제조 공정은 강판 위에 하도층 및 상도층을 구현하기 위해 두 번의 코팅 공정이 반드시 필요할뿐더러, 가공성이 떨어지며 상도 물성도 좋지 않았기 때문에 강판과의 부착성과 가공성이 우수하면서도 상도층 도막의 표면물성인 경도, 내약품성, 내황변성 등이 우수하고, 생산성이 기존에 비해 향상된 선도장강판 제조 기술의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부착성과 가공성이 우수하면서도 상도층 도막의 표면물성이 우수한 선도장강판용 도료 조성물을 제조하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 선도장강판의 제조시 선도장강판의 품질과 생산성을 향상시키는 기술을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 과제로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 또 다른 기술적 과제들은 후술할 내용으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 선도장강판용 광경화형 도료 조성물은 양이온 광개시제 3~5 중량부; 에폭시 화합물 60~70 중량부; 옥세탄 화합물 25~35 중량부; 및 레벨링제 1~2 중량부;를 포함할 수 있다.
여기서, 에폭시 화합물은 지환족 에폭시 화합물로 마련될 수 있다.
또한, 지환족 에폭시 화합물은 분자 내에 적어도 1개의 지환식 에폭시기를 갖도록 마련될 수 있다.
그리고, 옥세탄 화합물은 분자 내에 적어도 1개의 옥세탄 고리를 갖도록 마련될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 태양으로 선도장강판 제조 방법은 전술한 선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 기재의 표면에 코팅하는 코팅 단계; 및 상기 코팅 단계에서 형성된 코팅막을 경화시키는 경화 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 기재는 선도장강판(Pre-Coated Metal)으로 마련될 수 있다.
또한, 코팅 단계에서는 상기 기재의 표면에 15~25㎛의 도막 두께로 코팅막을 형성할 수 있다.
그리고, 경화 단계에서는 상기 코팅막에 800~1200mJ/㎠의 광량으로 자외선을 조사할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 도료와 강판간의 부착성이 우수하고 가공성이 뛰어나며, 본 발명이 적용된 상도층 도막은 경도, 내스크래치성, 내약품성, 내황변성 등의 표면물성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자외선 조사에 의해 코팅 도막의 신속한 경화가 가능하며, 기재 위에 유색코팅용 하도층의 형성을 생략하고 상도층을 단독 형성하는 것만으로도 유색코팅층을 구현하는 것이 가능하다.
기존의 라디칼 코팅층에 직접 유색안료를 적용하기에는 각각의 색상들이 흡수하는 빛의 파장이 달라 색상별로 경화시키기가 어려운 문제가 있었기 때문에 유색안료를 라디칼 타입의 코팅제와 함께 혼합하여 광경화하는 것이 제한되었다. 즉, 기존의 선도장강판은 유색코팅층을 구현하기 위해서 유색안료를 포함하는 하도층을 코팅하는 과정이 반드시 선행되어야 했다.
하지만, 본 발명은 양이온 광중합 반응을 이용하여 선도장강판을 제조함에 따라, 자외선 조사 후에도 열에 의해 후경화 반응을 일으켜 기본적인 경화성이 우수하고, 산소에 의한 경화 저해가 없기 때문에 표면 경화성이 뛰어나므로 2중의 코팅층을 형성하지 않고 1회의 코팅만으로도 선도장강판의 표면에 고선영성(high image clarity)을 갖는 유색층을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명은 하도층과 상도층을 포함하던 선도장강판 제조방식에 비해 제조공정이 간소화되고, 단시간 내에 대량 생산이 가능하므로 생산성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선도장강판의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다른 의미를 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정은 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다. 즉, 본 명세서에 기술된 방법의 각 단계는 명세서 상에서 달리 언급되거나 문맥상 명백히 상충되지 않는 한 임의의 순서로 적절하게 실시될 수 있다.
<선도장강판용 광경화형 도료 조성물에 대한 설명>
본 발명의 일 실시예에 따른 선도장강판용 광경화형 도료 조성물은 양이온 광개시제, 에폭시 화합물, 옥세탄 화합물 및 레벨링제를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 양이온 광개시제는 자외선에 노출되었을 때 양이온을 발생시켜 중합을 개시하는 화합물이며, 사용될 수 있는 양이온 광개시제의 종류로는 안티모네이트, 포스페이트 및 요오드 타입으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 마련될 수 있으나, 이에 국한되지 않으며, 공지된 다른 양이온성 광개시제 종류를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 일 실시예에서 상업적으로 이용 가능한 양이온 광개시제의 예로는 UVI-6976(Tianjin Zhongxin사), UVI-792(Tetrachem사), IC-250(BASF사), MIOHOTO TPIP(Miwon commericial사), MIPHOTO TMS(Miwon commericial사), IHT-PI 432(IHT사) 등을 사용할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
그리고, 일 실시예에 따른 양이온 광개시제의 함량은 전체 도료 조성물의 총 중량을 기준으로, 3~5 중량부로 적용될 수 있다.
구체적인 예로서, 양이온 광개시제의 함량은 약 3 중량부, 약 4 중량부 또는 약 5 중량부로 마련될 수 있다. 또한, 양이온 광개시제의 함량은 상기 수치 중 하나 이상 및 상기 수치 중 하나 이하의 범위가 될 수 있다.
예를 들어, 양이온 광개시제의 함량 범위는 약 3 중량부 내지 약 4 중량부, 약 4 중량부 내지 약 5 중량부 또는 약 3 중량부 내지 약 5 중량부의 범위로 마련될 수 있다. 일 실시예에 따른 양이온 광개시제는 상기의 범위에서 코팅 도막의 경화성, 내광성, 부착성을 우수한 수준으로 유지할 수 있다.
만일, 양이온 광개시제가 3 중량부 미만일 경우에는 도막의 경화성이 떨어지는 문제가 생기고, 5 중량부를 초과하면 내광성이 저하되고, 강판과 도막 간의 부착성이 떨어질 우려가 있어서 양이온 광개시제의 함량은 전술한 범위 이내에서 실시되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서 에폭시 화합물은 분자 내에 1개 이상의 에폭시기를 갖는 화합물이며, 단량체(monomer), 올리고머(oligomer), 중합체(polymer) 또는 수지(resin) 형태의 화합물들을 모두 포함하는 개념이다.
일 실시예에 따른 에폭시 화합물은 분자 내에 적어도 1개의 지환식 에폭시기를 갖는 지환족 에폭시 화합물로 마련될 수 있다. 여기서, 지환식 에폭시기는 1개의 산소 원자를 경유하며, 지환족 고리의 2개의 탄소 원자의 결합에 의해 형성된 에폭시기를 의미한다.
일 예로, 지환식 에폭시기는 에폭시화된 C5 내지 C20의 시클로알킬기로 적용될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 일 실시예에 의해 제조된 선도장강판용 광경화형 도료 조성물은 에폭시 화합물로 지환족 에폭시 화합물을 적용함으로써, 자외선 경화시 일어나는 도막의 수축률을 감소시켜 도막과 강판 간의 부착성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 일 실시예에서 사용될 수 있는 지환족 에폭시 화합물의 종류로는 3,4-에폭시시클로헥실메틸 3,4-에폭시시클로헥산 카르복실레이트(3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexane Carboxylate), 3,4-에폭시시클로헥실메틸 메타크릴레이트(3,4-Epoxycyclohexylmethyl methacrylate) 및 비스(3,4-에폭시시클로헥실메틸) 아디페이트(Bis(3,4-Epoxycyclohexylmethyl) Adipate)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 적용될 수 있다.
그리고, 일 실시예에서 상업적으로 이용 가능한 지환족 에폭시 화합물의 예로는 TTA21LP(Tetrachem사), TTA26(Tetrachem사), TTA15(Tetrachem사), CEL 2021P(DAICEL Chemical사), TTA2083(Tetrachem사), UVR-6110(Dow Chemical사), UVR-6992(Dow Chemical사) 등을 사용할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
아울러, 일 실시예에 따른 지환족 에폭시 화합물의 함량은 전체 도료 조성물의 총중량을 기준으로, 60~70 중량부로 적용될 수 있다.
구체적인 예로, 지환족 에폭시 화합물의 함량은 약 60 중량부, 약 61 중량부, 약 62 중량부, 약 63 중량부, 약 64 중량부, 약 65 중량부, 약 66 중량부, 약 67 중량부, 약 68 중량부, 약 69 중량부 또는 약 70 중량부로 마련될 수 있다. 또한, 지환족 에폭시 화합물의 함량은 상기 수치 중 하나 이상 및 상기 수치 중 하나 이하의 범위로 적용될 수 있다.
예를 들어, 지환족 에폭시 화합물의 함량 범위는 약 60 중량부 내지 약 64 중량부, 약 65 중량부 내지 약 70 중량부 또는 약 60 중량부 내지 약 70 중량부의 범위로 마련될 수 있다. 일 실시예에 따른 지환족 에폭시 화합물은 상기의 범위에서 강판과의 부착성 및 상도층의 표면물성(일 예로, 경도, 내약품성, 내황변성 등)을 우수한 수준으로 유지할 수 있다.
만일, 지환족 에폭시 화합물이 60 중량부 미만일 경우에는 강판과 도막 간의 부착성이 떨어지고, 70 중량부를 초과할 경우에는 경도, 내약품성, 내황변성이 저하될 우려가 있으므로 전술한 범위 이내에서 적용되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서 옥세탄 화합물은 분자 내에 적어도 1개의 옥세탄 고리를 갖는 화합물을 의미한다. 옥세탄 화합물은 전체 도료 조성물의 점도를 낮게 조절함으로써, 기재의 표면에 도료가 코팅될 때, 박막 수준의 도막 두께를 갖는 코팅층을 형성할 수 있다.
그리고, 일 실시예에서 사용될 수 있는 옥세탄 화합물의 종류로는 비스[1-에틸(3-옥세타닐)]메틸 에테르(bis[1-Ethyl(3-oxetanyl)]methyl ether), (1,3-비스〔(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시〕벤젠, 1,2-비스〔(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시〕벤젠 및 4,4'-비스〔(3-에틸옥세탄-3-일)메톡시〕비페닐)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 마련될 수 있다.
아울러, 일 실시예에서 상업적으로 이용 가능한 옥세탄 화합물의 예로는 OXT-221(동아합성사), OXT-101(동아합성사), OXT-121(동아합성사), S-221(SYNASIA사), M-102(TOAGOSEI사), M-113(TOAGOSEI사), M-208(TOAGOSEI사), M-215(TOAGOSEI사) 등을 사용할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
또한, 일 실시예에 따른 옥세탄 화합물의 함량은 전체 도료 조성물의 총 중량을 기준으로, 25~35 중량부로 적용될 수 있다.
구체적인 예로서, 옥세탄 화합물의 함량은 약 25 중량부, 약 26 중량부, 약 27 중량부, 약 28 중량부, 약 29 중량부, 약 30 중량부, 약 31 중량부, 약 32 중량부, 약 33 중량부, 약 34 중량부 또는 약 35 중량부로 마련될 수 있다. 그리고, 옥세탄 화합물의 함량은 상기 수치 중 하나 이상 및 상기 수치 중 하나 이하의 범위로 적용될 수 있다.
예를 들어, 옥세탄 화합물의 함량 범위는 약 25 중량부 내지 약 30 중량부, 약 31 중량부 내지 약 35 중량부 또는 약 25 중량부 내지 약 35 중량부의 범위로 마련될 수 있다. 일 실시예에 따른 옥세탄 화합물은 상기의 범위에서 강판과의 부착성 및 상도층의 표면물성(일 예로, 경도, 내약품성, 내황변성 등)을 우수한 수준으로 유지할 수 있다.
만일, 옥세탄 화합물이 25 중량부 미만일 경우에는 도료 조성물의 점도를 조절하기가 까다로워 도막 두께 조절이 어렵고, 35 중량부를 초과할 경우에는 도료의 제조 단가가 상승하고, 상도층의 표면 물성인 경도, 내약품성, 내황변성이 떨어지는 문제가 발생하므로 전술한 범위 이내에서 적용되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서 레벨링제는 코팅 도막의 평활성과 내스크래치성을 향상시키며, 도료의 작업성과 도막의 평활성을 적정 수준으로 유지할 수 있다. 일 실시예에서 사용될 수 있는 레벨링제의 종류로는 실리콘, 폴리디메틸실록산, 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산, 폴리 메틸 알킬실록산 등의 실리콘계 레벨링제를 적용하는 것이 도막의 평활성을 우수한 수준으로 유지하는 측면에서 바람직하다.
또한, 일 실시예에서 상업적으로 이용 가능한 실리콘계 레벨링제의 예로는 BYK사의 Byk-300, Byk-306, Byk-320, Byk-322, Byk-331, Byk-347, Byk-349, Byk-3500, Byk-3530, Byk-3570 등을 사용할 수 있다. 레벨링제는 Byk-300 및 Byk-3530 중 적어도 하나를 적용하는 것이 도막 평활성의 향상면에서 보다 바람직하다.
그리고, 일 실시예에 따른 레벨링제의 함량은 전체 도료 조성물의 총 중량을 기준으로, 1~2 중량부로 적용될 수 있다.
구체적인 예로, 레벨링제의 함량은 약 1 중량부, 약 1.5 중량부 또는 약 2 중량부로 마련될 수 있다. 또한, 레벨링제의 함량은 상기 수치 중 하나 이상 및 상기 수치 중 하나 이하의 범위가 될 수 있다.
예를 들어, 레벨링제의 함량 범위는 약 1 중량부 내지 약 1.5 중량부, 약 1.5 중량부 내지 약 2 중량부 또는 약 1 중량부 내지 약 2 중량부의 범위로 마련될 수 있다. 일 실시예에 따른 레벨링제는 상기의 범위에서 표면 웨팅(wetting)성과 부착성을 우수한 수준으로 유지할 수 있다.
만일, 레벨링제가 1 중량부 미만일 경우에는 도료의 표면 웨팅성이 떨어지는 문제점이 발생하며, 2 중량부를 초과하는 경우에는 표면외관이 떨어지고, 강판과의 부착성이 저하될 우려가 있으므로 레벨링제의 함량은 전술한 범위 이내에서 적용되는 것이 바람직하다.
<선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 이용한 선도장강판의 제조 방법에 대한 설명>
본 발명의 일 실시예에 따른 선도장강판의 제조 방법에 대하여 도1에 도시된 흐름도를 따라 설명하되, 편의상 순서를 붙여 설명하기로 한다.
1. 코팅 단계<S101>
본 단계에서는 전술한 선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 기재의 표면에 코팅하는 과정이 진행될 수 있다. 일 실시예에 따른 코팅 단계시 코팅이 이루어지는 기재의 종류로는 선도장강판이 적용될 수 있다.
또한, 본 단계에서는 선도장강판의 표면에 15~25㎛의 도막 두께로 코팅막을 형성할 수 있다.
구체적인 예로, 선도장강판의 표면에 코팅되는 도막의 두께는 약 15㎛, 약 16㎛, 약 17㎛, 약 18㎛, 약 19㎛, 약 20㎛, 약 21㎛, 약 22㎛, 약 23㎛, 약 24㎛ 또는 약 25㎛로 적용될 수 있다. 또한, 코팅 도막의 두께는 상기 수치 중 하나 이상 및 상기 수치 중 하나 이하의 범위로 적용될 수 있다.
예를 들어, 선도장강판에 코팅되는 도막 두께의 범위는 약 15㎛ 내지 약 20㎛, 약 20㎛ 내지 약 25㎛ 또는 약 15㎛ 내지 약 25㎛의 범위로 마련될 수 있다. 일 실시예에 따른 코팅 도막의 두께는 상기의 범위 내에서 도막의 경화성 및 표면물성을 우수한 수준으로 유지할 수 있다.
만일, 본 단계에서 코팅되는 도막의 두께가 15㎛ 미만일 경우에는 미경화로 인해 도막의 표면물성인 경도와 내약품성이 저하될 우려가 있고, 25㎛를 초과할 경우에는 부착성과 내황변성이 떨어질 수 있으므로 전술한 범위 이내에서 실시되는 것이 바람직하다.
한편, 본 단계에서 수행되는 코팅방법은 기재 위에 도료를 코팅하여 코팅층을 형성하는 방법이라면 특정한 방법에 국한되지 않으나, 코일로 말려진 형태의 강판을 코팅할 때는 작업성 향상 측면에서 롤투롤 코팅 방식을 적용하는 것이 바람직하다.
2. 경화 단계<S102>
본 단계에서는 단계 S101에서 형성된 코팅막을 경화시키는 과정이 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 단계에서는 코팅막에 800~1200mJ/㎠의 광량으로 자외선을 조사하여 코팅막을 경화시킬 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 코팅막에 조사되는 자외선의 광량은 약 800mJ/㎠, 약 900mJ/㎠, 약 1000mJ/㎠, 약 1100mJ/㎠ 또는 약 1200mJ/㎠로 적용될 수 있다, 또한, 자외선의 광량은 상기 수치 중 하나 이상 및 상기 수치 중 하나 이하의 범위로 적용될 수 있다.
예를 들어, 코팅막에 조사되는 자외선의 광량의 범위는 약 800mJ/㎠ 내지 약 900mJ/㎠, 약 900mJ/㎠ 내지 약 1000mJ/㎠, 약 1000mJ/㎠ 내지 약 1100mJ/㎠, 약 1100mJ/㎠ 내지 약 1200mJ/㎠ 또는 약 800mJ/㎠ 내지 1200mJ/㎠의 범위로 마련될 수 있다. 일 실시예에 따른 자외선의 광량 범위는 상기의 범위 내에서 도막의 경화성과 표면물성을 우수한 수준으로 유지할 수 있다.
만일, 본 단계에서 조사되는 자외선의 광량이 800mJ/㎠ 미만일 경우에는 미경화가 발생하여 도막의 표면물성이 저하될 우려가 있고, 1200mJ/㎠를 초과할 경우에는 도막의 신율 저하로 인해 도막 표면에 크랙이 발생할 수 있으므로 전술한 범위 이내에서 실시되는 것이 바람직하다.
이하에서는 구체적인 실시예 및 실험예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하기 실시예 및 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예시에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 이에 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
1. 선도장강판용 광경화형 도료 조성물의 제조
하기 표1에서와 같은 조성으로 혼합하되, 1L의 용기에 하기 표1에 기재된 함량(단위: g)으로 각 양이온 광개시제, 에폭시 화합물, 옥세탄 화합물, 레벨링제를 배합하고, 1시간 동안 교반한 뒤, 선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 완성하였다.
성 분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
1양이온 광개시제 3 4 3 5 2 5 6
2에폭시 화합물 65 70 60 64 59 71 70
3옥세탄 화합물 30.5 25 35 30 36 24 24
4레벨링제 1.5 1 2 1 3 0 0

주)
1: 양이온 광개시제 - 안티모네이트(UVI-6976, Tianjin Zhongxin사)
2: 에폭시 화합물 - 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexane Carboxylate(TTA-21LP, Tetrachem사)
3: 옥세탄 화합물 - bis[1-Ethyl(3-oxetanyl)]methyl ether(OXT-221, 동아합성사)
4: 레벨링제 - 폴리디메틸실록산(BYK-3500, BYK사)
2.시험용 시편의 제작
5cm X 10cm 크기의 아연강판에 표1과 같은 조성으로 제조한 코팅 조성물을 스프레이를 이용하여 도막의 두께가 20㎛가 되도록 각각 도포하였다. 그 후, 자외선 조사 장치(수은 램프)를 이용하여 산소 조건 하에서 800mJ/㎠의 광량으로 수초간 도막을 경화시켜 시험용 시편을 제조하였다.
3.시험 및 평가 방법
상기와 같이 제작된 시험용 시편에 대해서는 하기 기재된 방법을 통하여 경화성, 부착성, 가공성, 경도, 내약품성 및 내황변성을 평가하여, 그 결과를 표2에 나타내었다.
실험환경 조건
실험환경, 즉 실험을 행하는 장소는 온도 20±2℃, 습도 65±5%(이하 '실온'이라 함)에서 일광의 직사가 없고 가스, 증기, 먼지 및 통풍이 매우 적은 장소로 하고, 실험 시편은 원칙적으로 도장 후 72시간 이상 방치된 것을 실험에 사용하였다.
경화성 평가
경화된 시험용 시편의 도막을 손톱으로 긁어 손톱 스크래치가 발생하는지 여부를 확인하였다. 손톱 스크래치가 발생하면 경화성 불량, 발생하지 않으면 양호로 평가하였다.
부착성 평가
경화된 시험용 시편의 도막에 크로스 컷팅(Cross Cutting) 테스트 방법을 실시하였으며, 이때 유리 테이프를 사용하였다. 즉, 시편에 형성된 막 또는 층을 1mm*1mm 크기로 100개의 바둑판 모양의 절편으로 절단하고, 절편 상에 유리 테이프를 부착한 후, 떼어낼 때 떨어지는 절편의 개수를 측정하여 부착성을 평가하였다.
가공성 평가
가공성 평가는 밀링바이스를 이용하여 평가하였다. 즉, 코팅된 시편을 반으로 접어서 그 사이에 다른 코팅된 시편을 넣고, 밀링바이스에 끼워서 압착한 후에 반으로 접힌 시편의 표면에 크랙이 발생하는지 여부를 확인하였다.
이때, 반으로 접힌 코팅 시편 사이에 다른 시편 하나가 들어가서 크랙이 발생할 경우에는 1T, 두개가 들어가서 크랙이 발생하면 2T, 세개가 들어가서 크랙이 발생하면 3T로 표기하였다. 반으로 접힌 코팅 시편 사이에 들어가는 시편의 개수가 적을수록 반으로 접히는 코팅 시편이 더 많이 구부러질 수 있기 때문에 표기된 숫자가 낮을수록 코팅 시편의 가공성(유연성)이 좋다고 평가하였다.
경도 평가
경도 평가는 미쓰비시 연필을 사용해 45°경사, 1Kg 하중을 적용하여 2cm 이동시 도막의 이상 여부를 평가하였다. 5회 평가시 5회 모두 스크래치가 없을 때의 최대 연필경도값을 기록하였다.
내약품성 평가
제조된 시험용 시편을 5% NaOH 용액에 침적하고 24시간 후에 꺼내어 도막의 이상 여부를 평가하였다.
내황변성 평가
제조된 시험용 시편을 W-O-M(Weather-O-meter) 기기에 투입하고, 300시간 동안 시편을 방치한 후에 △E값(내황변성 수치)을 측정하였다. 측정된 내황변성 수치가 작을수록 내황변성이 우수한 것으로 판단하였다.
W-O-M 기기의 세부 설정 조건은 하기와 같다.
Radiant Exposure : 84mJ/㎡
Assessment : Gray scale 3
Intensity of irradiation : 65.5 W/㎡(300~400nm)
4.시험용 시편의 추가 제작 및 물성 평가
5cm X 10cm 크기의 아연강판에 [표 1]의 실시예 1과 같은 조성으로 제조한 코팅 조성물을 스프레이를 이용하여 각각 도포한 후, 자외선 조사 장치(수은 램프)를 이용하여 산소 조건 하에서 일정 광량으로 수초간 조사하여 도막을 경화시켜 시험용 시편을 제조하였다. 시편 제조시 구체적인 자외선 광량 및 코팅 도막의 두께는 하기 표3 내지 표9에 기재된 수치대로 설정되었고, 전술한 물성 평가 방법에 의거하여 각 시편의 물성 평가 결과를 표3 내지 표9에 기재하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
경화성 양호 양호 양호 양호 미경화 양호 양호
부착성 100/100 100/100 100/100 100/100 80/100 100/100 95/100
가공성 2T 2T 2T 2T 1T 3T 3T
경 도(연필경도) F F F F 2B F F
내약품성 양호 양호 양호 양호 불량 양호 양호
내황변성 1.59 1.62 1.50 1.68 1.9 2.53 2.92
표2에 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4는 도막의 표면물성인 경도, 경화성(내스크래치성), 내약품성, 내황변성이 우수할 뿐만 아니라 강판과의 부착성이 우수하고 가공성(유연성) 또한 우수한 것으로 확인할 수 있다.
아울러, 비교예 1 내지 3의 실험 결과를 통해서, 도료 조성물에 포함된 각 성분의 함량이 성분별 투입량 범위를 초과하거나 미만일 경우에는 도막의 표면물성이나 부착성, 가공성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.
UV광량 700mJ/㎠
도막두께 실험예1
(14㎛)
실험예2
(15㎛)
실험예3
(20㎛)
실험예4
(25㎛)
실험예5
(26㎛)
경화성 미경화 미경화 미경화 양호 양호
부착성 40/100 55/100 70/100 100/100 100/100
가공성 2T 2T 2T 2T 2T
경 도(연필경도) 2B 2B 2B B B
내약품성 불량 불량 불량 양호 양호
내황변성 2.01 1.92 1.89 2.03 2.12
UV광량 800mJ/㎠
도막두께 실험예6
(14㎛)
실험예7
(15㎛)
실험예8
(20㎛)
실험예9
(25㎛)
실험예10
(26㎛)
경화성 미경화 양호 양호 양호 양호
부착성 95/100 100/100 100/100 100/100 99/100
가공성 2T 2T 2T 2T 2T
경 도(연필경도) B F F F F
내약품성 불량 양호 양호 양호 양호
내황변성 1.97 1.57 1.59 1.62 1.85
UV광량 900mJ/㎠
도막두께 실험예11
(14㎛)
실험예12
(15㎛)
실험예13
(20㎛)
실험예14
(25㎛)
실험예15
(26㎛)
경화성 미경화 양호 양호 양호 양호
부착성 98/100 100/100 100/100 100/100 100/100
가공성 2T 2T 2T 2T 2T
경 도(연필경도) B F F F F
내약품성 불량 양호 양호 양호 양호
내황변성 1.93 1.60 1.62 1.63 1.90
UV광량 1000mJ/㎠
도막두께 실험예16
(14㎛)
실험예17
(15㎛)
실험예18
(20㎛)
실험예19
(25㎛)
실험예20
(26㎛)
경화성 양호 양호 양호 양호 양호
부착성 99/100 100/100 100/100 100/100 100/100
가공성 2T 2T 2T 2T 2T
경 도(연필경도) HB F F F F
내약품성 양호 양호 양호 양호 양호
내황변성 1.59 1.60 1.63 1.65 1.93
UV광량 1100mJ/㎠
도막두께 실험예21
(14㎛)
실험예22
(15㎛)
실험예23
(20㎛)
실험예24
(25㎛)
실험예25
(26㎛)
경화성 양호 양호 양호 양호 양호
부착성 100/100 100/100 100/100 100/100 100/100
가공성 2T 2T 2T 2T 3T
경 도(연필경도) HB F F F F
내약품성 양호 양호 양호 양호 양호
내황변성 1.62 1.58 1.65 1.53 2.03
UV광량 1200mJ/㎠
도막두께 실험예26
(14㎛)
실험예27
(15㎛)
실험예28
(20㎛)
실험예29
(25㎛)
실험예30
(26㎛)
경화성 양호 양호 양호 양호 양호
부착성 100/100 100/100 100/100 100/100 98/100
가공성 2T 2T 2T 2T 3T
경 도(연필경도) HB F F F F
내약품성 양호 양호 양호 양호 양호
내황변성 1.65 1.57 1.62 1.68 2.12
UV광량 1300mJ/㎠
도막두께 실험예31
(14㎛)
실험예32
(15㎛)
실험예33
(20㎛)
실험예34
(25㎛)
실험예35
(26㎛)
경화성 양호 양호 양호 양호 양호
부착성 100/100 100/100 100/100 100/100 93/100
가공성 2T 2T 2T 2T 3T
경 도(연필경도) HB F F F F
내약품성 양호 양호 양호 양호 양호
내황변성 1.70 1.82 1.85 1.98 2.35
표3 내지 표9에 기재된 바와 같이, 다수의 실험예들 중에 본 발명의 광량 범위인 800~1200mJ/㎠와 도막 두께 범위인 15~25㎛를 만족하는 실험예들의 표면물성, 부착성 및 가공성은 전술한 광량범위와 도막 두께 범위를 벗어난 다른 실험예들에 비해 전반적으로 우수한 물성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
결국, 본 발명은 도료와 강판간의 부착성이 우수하고 가공성이 뛰어나며, 본 발명이 적용된 상도층 도막은 경도, 내스크래치성, 내약품성, 내황변성 등의 표면물성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자외선 조사에 의해 코팅 도막의 신속한 경화가 가능하며, 기재 위에 유색코팅용 하도층의 형성을 생략하고 상도층을 단독 형성하는 것만으로도 유색코팅층을 구현하는 것이 가능하므로 본 발명은 하도층과 상도층을 포함하던 선도장강판 제조방식에 비해 제조공정이 간소화되고, 단시간 내에 대량 생산이 가능하고, 생산성이 향상되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 기존에 사용되던 유색 하도층의 소부경화와 라디칼 상도층의 자외선 경화의 2차 코팅 방식을 단층 코팅 방식인 양이온 광경화 방식으로 대체함으로써, 도료의 부착성, 가공성, 경도, 내약품성, 내황변성이 우수하면서도 신속한 경화가 가능하다. 따라서, 2차에 걸쳐 코팅이 이루어지던 기존의 경화 방식에 비해 에너지를 절감할 수 있으며, 생산효율이 우수한 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 하도층 형성에 따른 소부경화 공정이 생략됨에 따라, 하도층의 건조시간을 절감하고, 별도의 소부경화 시설을 필요로 하지 않으므로 설비 비용이나 장비 운용비용을 절감하는 효과가 있다.
일반적으로, 경도와 가공성(예를 들어, 유연성)은 서로 상반되는 물성이기 때문에 어느 한쪽의 물성을 향상시키려면 다른 쪽의 물성은 떨어질 수 밖에 없고, 경도와 가공성을 동시에 만족시키는 도료를 제조하는 것은 매우 어려운 일이나, 본 발명의 일 실시예에서는 양이온 광개시제 3~5 중량부, 에폭시 화합물 60~70 중량부, 옥세탄 화합물 25~35 중량부 및 레벨링제 1~2 중량부를 포함하는 선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 제조하고, 제조된 조성물을 이용하여 기재의 표면에 15~25㎛의 도막 두께로 코팅막을 형성하고, 형성된 코팅막에 800~1200mJ/㎠의 광량으로 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 도막의 표면물성(일 예로, 경도, 내스크래치성, 내약품성, 내황변성)과 부착성 및 가공성이 모두 우수한 선도장강판을 제조할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등개념으로 이해되어져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 기재의 표면에 코팅하는 코팅 단계; 및
    상기 코팅 단계에서 형성된 코팅막을 경화시키는 경화 단계;를 포함하고,
    상기 기재는 선도장강판(Pre-Coated Metal)이고,
    상기 코팅 단계에서는 상기 기재의 표면에 21~25㎛의 도막 두께로 코팅막을 형성하고,
    상기 경화 단계에서는 상기 코팅막에 800~1200mJ/㎠의 광량으로 자외선을 조사하고,
    상기 선도장강판용 광경화형 도료 조성물은
    양이온 광개시제 3~5 중량부;
    에폭시 화합물 61~70 중량부;
    옥세탄 화합물 25~35 중량부; 및
    레벨링제 1~2 중량부;를 포함하고,
    상기 에폭시 화합물은 지환족 에폭시 화합물로 마련되고,
    상기 지환족 에폭시 화합물은 분자 내에 적어도 1개의 지환식 에폭시기를 가지며,
    상기 옥세탄 화합물은 분자 내에 적어도 1개의 옥세탄 고리를 갖는 것을 특징으로 하는
    선도장강판용 광경화형 도료 조성물을 이용한 선도장강판 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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