KR102106272B1 - 강판의 방청 도장 방법. - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강판의 방청 도장 방법에 관한 것으로서, 강판의 표면의 불순물 및 녹을 제거하는 전처리 공정, 상기 강판의 표면에 방청 코팅용 조성물로 도장하는 도장 공정, 상기 강판의 표면의 흠집을 제거하고 연마하는 마무리 공정을 포함하며, 상기 방청 코팅용 조성물은 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 티티늄 킬레이트 화합물 50 내지 60 중량부, 옥소 지르코늄 화합물 50 내지 60 중량부, 실란 커플링제 30 내지 40 중량부, 및 용매 100 내지 200 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강판의 방청 도장 방법.{Coating Composition for Interior in Automobile}
본 발명은 강판의 방청 도장 방법에 관한 것으로, 자동차 또는 건축자재로 사용되는 강판의 표면에 방청 코팅용 조성물을 사용하여 도장하는 방법에 관한 것이다.
자동차용 차체나 건축자재와 같은 외부 환경에 노출되는 용도로 사용되는 강판은 방청 도료를 사용하여 방청 도장함으로써 그 표면의 부식을 방지하고 있다. 이러한 방청 도장을 한 강판은 방청 성능의 유지시간이 짧아 이를 개선하기 위한 다양한 방청 방법이나 방청용 코팅액이 개발되고 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1084039호에서는 방청 코팅제로 도막을 형성한 강판 표면에 산 또는 알칼리 처리제를 사용하여 부동태 피막을 형성시켜 내식성을 향상시키는 방청 도장 방법이 개시되어 있으며, 대한민국 등록특허공보 10-0742909호에서는 강판의 표면에 2층의 수지 코팅을 하여 내식성, 성형성, 도장성 등을 향상시키는 방청 도장 방법이 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래기술의 도장 방법에서는 방청 도장을 위하여 복잡한 도장 공정을 실시하고 있으며, 도막의 방청 성능을 향상시키는 데에는 한계가 있어 시간이 경과하면 방청 도장을 다시 해야 하는 등의 불편이 있었다.
대한민국 등록특허공보 10-1084039호 대한민국 등록특허공보 10-0742909호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 1회 도장 공정으로 강판의 표면에 방청 도막을 형성할 수 있고, 방청 성능이 우수한 방청 도장 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 티타늄 화합물 및 지르코늄 화합물을 포함하는 방청 코팅용 조성물을 이용하여 방청 도장을 수행함으로써 방청 및 방오 성능이 향상되고 도막의 내구성이 우수한 방청 도장 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강판의 방청 도장 방법은 강판의 표면의 불순물 및 녹을 제거하는 전처리 공정, 상기 강판의 표면에 방청 코팅용 조성물로 도장하는 도장 공정, 상기 강판의 표면의 흠집을 제거하고 연마하는 마무리 공정을 포함하는 것으로서, 상기 방청 코팅용 조성물은 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 티티늄 킬레이트 화합물 50 내지 60 중량부, 옥소지르코늄 화합물 50 내지 60 중량부, 실란 커플링제 30 내지 40 중량부, 및 용매 100 내지 200 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 티타늄 알콕사이드 화합물은 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(3-아미노)페닐레이토(titanium 2, 2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato tris(3-amino)phenylato), 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(2-에틸렌디아미노)에틸레이토(titanium 2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato tris(2-ethylenediamino)ethylato), 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(트리에탄올아민)(titanium diisopropoxide bis(triethanolamine)), 티타늄 디부톡사이드 비스(에톡시에세토아세틸)(Titanium dibutoxide bis(ethoxyacetoacetyl)), 티타늄 디이소부톡사이드 비스(에톡시아세토아세틸)(titanium diisobutoxide bis(ethoxyacetoacetyl)), 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(에톡시아세토아세틸)(titanium diisopropoxy bis(ethoxyacetoacetyl)), 티타늄 에톡시 이소프로폭시 비스(2,4-펜탄디오네이트)(titanium ethoxy isopropoxy bis(2,4-pentanedionate)) 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 옥소지르코늄 화합물은 지르코닐 퍼클로레이트(zirconyl perchlorate), 지르코닐 옥살레이트 수화물(zirconyl oxalate hydrate), 옥소지르코늄 아세트산(oxozirconium acetic acid) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 방청 도장 방법은 1회 도장 공정으로 강판의 표면에 방청 도막을 형성할 수 있고, 방청 성능이 우수한 도장 작업을 수행하는 효과를 나타낸다.
또한, 티타늄 화합물 및 지르코늄 화합물을 포함하는 방청 코팅용 조성물을 이용하여 방청 도장을 수행함으로써 방청 및 방오 성능이 향상되고 도막의 내구성이 우수한 방청 도막을 형성할 수 있는 효과를 나타낸다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 강판의 방청 도장 방법은 강판의 표면의 불순물 및 녹을 제거하는 전처리 공정, 상기 강판의 표면에 방청 코팅용 조성물로 도장하는 도장 공정, 상기 강판의 표면의 흠집을 제거하고 연마하는 마무리 공정을 포함하는 것으로서, 상기 방청 코팅용 조성물은 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 티티늄 킬레이트 화합물 50 내지 60 중량부, 옥소지르코늄 화합물 50 내지 60 중량부, 실란 커플링제 30 내지 40 중량부, 및 용매 100 내지 200 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 강판은 자동차, 건축자재 등에 사용되는 일반적인 강판이라면 어떠한 것이라도 적용할 수 있으며, 특히, 자동차의 차체를 형성하는 강판에 적용할 수 있다.
상기 전처리 공정은 강판의 표면에 잔존하는 불순물 및 녹을 제거하기 위한 공정으로서, 통상적인 전처리 공정이라면 어떠한 것이라도 적용할 수 있다. 특히, 쇼트 블라스트에 의해 전처리 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 쇼트 블라스트로 전처리 공정을 수행하는 경우, 경질 입자를 압축 공기와 함께 강판의 표면에 분사하게 되는데, 이를 통해 스케일, 녹, 도막 등을 효율적으로 제거할 수 있으므로 적합한 방법이다.
상기 전처리 공정을 마친 강판의 표면에 방청 코팅용 조성물을 적용하여 도장 공정을 수행하게 된다. 상기 방청 코팅용 조성물로는 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 티티늄 킬레이트 화합물 50 내지 60 중량부, 옥소지르코늄 화합물 50 내지 60 중량부, 실란 커플링제 30 내지 40 중량부, 및 용매 100 내지 200 중량부를 포함하는 조성물을 적용하게 되는데, 이러한 조성물을 적용하면 다양한 재질의 강판에 대한 효율적인 방청 도막 형성이 가능하며 도막의 내구성, 방청 및 방오 성능이 향상된 방청 도막을 형성할 수 있다.
상기 수용성 아크릴 수지는 도막을 형성하기 위한 베이스 수지로서 수 평균 분자량이 20,000∼40,000이며, 유리전이온도가 30∼60℃인 수용성 아크릴 공중합 에멀젼을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 실란 커플링제는 강판의 표면에 대한 부착성을 향상시키고 방청 성능을 향상시키기 위하여 상시 수지에 부가되는 성분으로서, 통상적으로 사용되는 3-글리시드옥시프로필 트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(Vinyltriethoxysilane) 및 3-아미노프로필 트리메톡시실란(3-aminopropyl trimethoxysilane) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 방청 성능을 향상시키면서 동시에 방오 성능을 발현할 수 있도록 티타늄 및 지르코늄 성분을 부가하여 방청 도막을 형성하고 있다. 이를 위하여, 티티늄 킬레이트 화합물 및 옥소지르코늄 화합물을 부가하고 있다.
상기 티타늄 킬레이트 화합물은 가수분해되어 이산화티타늄 입자를 형성할 수 있는 티타늄 알콕사이드의 일종으로서, 특히 분자의 크기가 큰 화합물을 사용하면 도장 공정 후 가수분해에 의해 방청 도막을 형성할 때 기밀한 도막을 형성할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 티타늄 킬레이트 화합물로는 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(3-아미노)페닐레이토, 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(2-에틸렌디아미노)에틸레이토, 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(트리에탄올아민, 티타늄 디부톡사이드 비스(에톡시에세토아세틸), 티타늄 디이소부톡사이드 비스(에톡시아세토아세틸), 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(에톡시아세토아세틸), 티타늄 에톡시 이소프로폭시 비스(2,4-펜탄디오네이트) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
특히, 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(3-아미노)페닐레이토 또는 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(2-에틸렌디아미노)에틸레이토를 사용하면 방청 및 방오 효과면에서 유리한 것으로 나타났는데, 상기 티타늄 킬레이트 화합물은 화학식 1 및 2와 같이 3-아미노페닐레이토기나 2-에틸렌디아미노에틸레이토기와 같은 아미노기가 가수분해에 의해 분해되면서 티타늄 및 지르코늄 원자의 3차원 망상 구조를 형성할 뿐만 아니라 수용성 아크릴 수지와의 상용성도 우수한 것으로 파악되었다. 또한, 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(트리에탄올아민, 티타늄 디부톡사이드 비스(에톡시에세토아세틸), 티타늄 디이소부톡사이드 비스(에톡시아세토아세틸), 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(에톡시아세토아세틸), 티타늄 에톡시 이소프로폭시 비스(2,4-펜탄디오네이트) 등도 관능기의 크기가 상대적으로 큰 화합물로서 지르코늄 화합물과 배합할 때 균일한 3차원 망상 구조를 형성하는 특성을 나타내는 것으로 파악되었다.
[화학식 1]
Figure 112019124778575-pat00001
[화학식 2]
Figure 112019124778575-pat00002
또한, 상기 옥소지르코늄 화합물로는 지르코닐 퍼클로레이트, 지르코닐 옥살레이트 수화물, 또는 옥소지르코늄 아세트산 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이러한 옥소지르코늄 화합물은 용매 내에서 이온화 경향이 크기 때문에 상기 분자의 크기가 큰 티타늄 킬레이트 화합물과 혼합할 때 망상 구조를 형성하여 도막의 강도를 향상시키며 방청 성능을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.
또한, 상기 용매로는 티타늄 킬레이트 화합물, 옥소지르코늄 화합물 등을 용해할 수 있는 알코올 또는 알코올과 물의 혼합용매를 사용할 수 있다. 상기 알코올 용매로는 에탄올 또는 이소프로판올을 사용할 수 있으며, 혼합용매로 사용하는 경우 알코올과 물을 1:1 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방청 코팅용 조성물에는 필요에 따라 계면활성제(예를 들어, 알리파틱 포스페이트 에스테르), 폴리에틸렌파라핀 왁스, 폴리실록산계 표면조정제, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트계 안정제를 각각 1 내지 5 중량부 추가적으로 함유할 수 있다.
상기 도장 공정을 마친 강판은 표면의 흠집을 제거하고 연마하는 마무리 공정을 수행하게 된다. 상기 연마 공정은 전동 공구를 이용하거나 사포 작업 등을 통해 수행할 수 있다.
또한, 강판의 종류에 따라 2차 도장 작업을 할 수 있는데, 이때 상기 방청 코팅용 조성물을 사용하여 도장 작업을 하거나 다른 기능성 도료 조성물을 사용하여 도장 작업을 수행할 수 있다. 또한, 자동차의 강판의 경우 추가적인 도장 작업을 통해 표면 코팅 처리를 수행할 수도 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 더욱 상세하게 설명한다.
수용성 폴리우레탄 수지(PU-300, DPI사) 100 중량부에 대하여, 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(3-아미노)페닐레이토(Nanjin Capatue Chem사) 55 중량부, 지르코닐 옥살레이트 수화물(Nanjin Capatue Chem사) 55 중량부, 3-글리시드옥시프로필 트리메톡시실란 30 중량부, 및 이소프로판올과 물을 1:3으로 혼합한 혼합용매 150 중량부를 혼합하여 방청 코팅용 조성물을 제조하였다(실시예 1).
실시예 1과 동일하게 방청 코팅용 조성물을 제조하되 티타늄 화합물로서 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(2-에틸렌디아미노)에틸레이토, 지르코늄 화합물로는 지르코닐 퍼클로레이트를 사용하여 방청 코팅용 조성물을 제조하였다(실시예 2).
수용성 폴리우레탄 수지(PU-300, DPI사) 100 중량부에 대하여, 티타늄 이소프로폭사이드 55 중량부, 지르코늄 이소프로폭사이드 55 중량부, 3-글리시드옥시프로필 트리메톡시실란 30 중량부, 및 이소프로판올과 물을 1:4로 혼합한 혼합용매 150 중량부를 혼합하여 방청 코팅용 조성물을 제조하였다(비교예 1).
실시예 1과 동일하게 방청 코팅용 조성물을 제조하되 지르코닐 옥살레이트 수화물을 제외하고 방청 코팅용 조성물을 제조하였다(비교예 2).
실시예 1과 동일하게 방청 코팅용 조성물을 제조하되 티타늄 및 지르코늄 화합물을 사용하지 않고, 수용성 폴리우레탄 수지(PU-300, DPI사) 100 중량부에 대하여, 3-글리시드옥시프로필 트리메톡시실란 100 중량부, 및 이소프로판올과 물을 1:3으로 혼합한 혼합용매 150 중량부를 혼합하여 방청 코팅용 조성물을 제조하였다(비교예 3).
자동차용 아연 도금 강판(100×100×70㎜)을 쇼트 블라스트 처리하여 표면의 불순물을 제거하였다. 상기 강판에 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 따른 방청 코팅용 조성물을 스프레이 분사하여 건조도막의 두께가 25±2㎛가 되도록 도장 공정을 수행한 후 180℃에서 30분간 열처리하여 방청 도막을 형성하였다.
방청 도막이 형성된 강판(시편)에 대하여 도막의 밀착성, 방청성, 스프레이 작업성, 내화학성을 평가하였다.
밀착성은 ASTM D 3359에 따른 B-크로스 컷 테이프 테스트에 의해 평가하였다. 도막의 박리가 전혀 없는 경우는 A로 하여 10% 이상 박리 상태인 경우 B, 20% 이상 박리 상태인 경우 C, 30% 이상 박리 상태인 경우 D, 50% 이상 박리 상태인 경우 E 및 65% 이상 박리 상태인 경우를 F으로 평가하였다.
방청성은 KS D 9502에 따른 염수 분무 시험에 의해 평가하였다. 동일한 시편은 2매에 대하여 120시간 동안 35℃에서 5%의 염수를 분무하였고, 시편 2매 중 2매 모두에서 주름, 부풀음, 갈라짐 및 발청이 없는 경우 A, 시편 2매 중 1매에서 이상이 발생한 경우에는 B, 전부 이상이 있는 경우에는 C로 평가하였다.
스프레이 작업성은 KSM 5000의 시험방법 2412에 따라 평가하였다. 강판을 거의 수직으로 놓고 흐름(running), 흐림(fogging)등을 조사하고, 건조 후 더스팅(dusting), 반점, 색얼룩, 기포, 주름, 핀홀(pin-hole), 크래터링(분화구 모양), 백화(blushing) 등을 조사하여 아주 우수한 경우를 A, 우수한 경우를 B, 보통의 경우를 C, 나쁜 경우를 D로 평가하였다.
내화학성은 시편의 가장자리 부분을 파라핀 용융액에 담가 시편의 가장자리 부분 3㎜가 겹치도록 1차 파라핀층을 형성한 후, 다시 파라핀 용융액에 담가 가장자리 부분 5㎜가 겹치도록 2차 파라핀층을 형성한 후 1시간 방치하였다. 상기 1차 및 2차 파라핀층이 형성된 시편을 0.5% 황산 용액에 24시간 동안 침지한 후 이를 꺼내어 도막면을 관찰하였다. 갈라짐, 벗겨짐, 부풀음 및 발청이 없는 경우 A, 20% 미만의 면적에서 이상이 발생한 경우 B, 65% 이상의 면적에서 이상이 관찰된 경우 C로 평가하였다. 그 결과는 표 1과 같다.
평가항목 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3
밀착성 A A A B B
방청성 A A C B C
스프레이 도장성 A A A B B
내화학성 A A B B B
표 1의 결과를 참조하면, 실시예 1, 2의 경우 밀착성, 방청성, 스프레이 도장성, 내화학성이 우수한 방청 도막을 제조할 수 있는 것으로 나타났다. 이에 대하여 비교예 1에서 티타늄 화합물과 지르코늄 화합물로 통상의 알콕사이드 화합물을 적용한 경우에는 방청성 및 내화학성이 불충분한 결과를 얻었다. 이는 티타늄 알콕사이드와 지르코늄 알콕사이드를 동시에 함유하는 경우 불균일 혼합이 발생하기 때문에 이로 인해 도막의 물성이 저하되는 것으로 생각되었다. 또한, 비교예 2에서 지르코늄 화합물을 함유하지 않는 경우, 밀착성, 방청성, 스프레이 도장성, 내화학성이 모두 저하되는 것으로 나타났는데, 티타늄 화합물의 분자 크기가 지나치게 크기 때문에 단순 혼합으로는 오히려 도막의 물성을 저하시키며, 지르코늄 화합물이 혼합될 때 상승 효과를 나타내어 도막의 물성이 증가하는 경향을 시사하는 것이다. 또한, 실란 커플링제만을 사용한 비교예 3에서도 밀착성, 방청성, 도장성, 내화학성이 모두 불충분한 것으로 나타나 티타늄 화합물과 지르코늄 화합물을 함유함으로써 방청 도막의 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (3)

  1. 강판의 표면의 불순물 및 녹을 제거하는 전처리 공정:
    상기 강판의 표면에 방청 코팅용 조성물로 도장하는 도장 공정;
    상기 강판의 표면의 흠집을 제거하고 연마하는 마무리 공정;
    을 포함하며,
    상기 방청 코팅용 조성물은 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 티티늄 킬레이트 화합물 50 내지 60 중량부, 옥소 지르코늄 화합물 50 내지 60 중량부, 실란 커플링제 30 내지 40 중량부, 및 용매 100 내지 200 중량부를 포함하며,
    상기 티타늄 킬레이트 화합물은 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(3-아미노)페닐레이토 또는 티타늄 2,2(비스-2-프로펜올레이토메틸)부탄올레이토 트리스(2-에틸렌디아미노)에틸레이토이며,
    상기 옥소 지르코늄 화합물은 지르코닐 퍼클로레이트(zirconyl perchlorate), 지르코닐 옥살레이트 수화물(zirconyl oxalate hydrate), 옥소지르코늄 아세트산(oxozirconium acetic acid) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 강판의 방청 도장 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
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