KR102166273B1 - 피도장물의 전착도장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 및 마그네슘 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어진 피도장물의 전착도장 방법에 있어서, 상기 피도장물을 열처리하는 단계; 열처리된 상기 피도장물의 표면을 표면 처리하는 단계; 표면 처리된 상기 피도장물을 수세하는 단계; 수세된 상기 피도장물을 건조하는 단계; 및 건조된 상기 피도장물에 전착도료를 사용하여 전착 도장하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리는, 상기 전착 단계에서 발생되는 열을 재이용하는 열교환기를 통해 상기 피도장물의 온도를 올려서 수행하며, 상기 수세는, 상기 피도장물을 수세할 수 있는 수세욕조에서 수행되며, 상기 수세욕조 내에는 수세 과정에서 발생한 자성 이물질을 제거하는 자석봉이 배치되어 있으며, 상기 건조는 에어 건조 장치를 이용하여 수행되며, 상기 에어 건조 장치는 마이크로파를 활용하는 마이크로 건조기를 포함하며, 상기 전착 도장은 상기 전착도료를 수용하고 있는 전착욕조에서 수행되며, 상기 전착도료는 음이온 아크릴 전착도료를 사용하고, 상기 음이온 아크릴 전착도료는 상기 전착욕조 내 배치되어 있는 교반장치에 의해 교반되며,상기 교반장치는 초음파 발생장치 및 펄스 발생장치를 포함하는 피도장물의 전착도장 방법에 관한 것이다.

Description

피도장물의 전착도장 방법{THE ELECTROPAINTING METHOD}

본 발명은 피도장물의 전착도장 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 알루미늄(합금)과 같은 금속소재는 가공성 및 내식성 등의 본래의 우수한 성지로 인해 다양한 용도로 많이 사용되고 있다. 그러나, 알루미늄(합금) 자체는 표면에 부동태막이 있어 내알카리성 물질에 의해서는 용이하게 부식되기 때문에 전착 도료를 피복하여 사용하는 것이 일반적이다.

이러한 금속소재의 표면에 미관(컬러) 및 내식성을 부여하여 자동차, 항공기 등의 이동수단과 가전 제품, 휴대폰, 모바일 기기 등의 전자제품으로 사용하기 위해 금속소재의 표면을 표면 처리하는 도장작업으로는 전착도장과 정전분체도장이 이용되나, 최근에는 도장 밀착성이 좋은 전착도장이 많이 이용되고 있다.

대부분의 전착도장은 자동차의 부품 등에 수행되고 있으며 이러한 자동차 부품의 형상 및 소재 등이 다양해지면서 전착도장시 표면에 물결무늬, 얼룩 등이 생기는 등 외관불량률이 높아 대량 생산에 적용하기 어려웠고, 이를 극복하기 위하여 다양한 연구가 수행되고 있다.

기존 전착 도장은 전착 도료를 사용하여 표면처리 후 수세과정을 거쳐 전착도장을 수행하는 일반적인 공정으로 이루어져 있으며, 공정에서 사용되는 전착 도료의 경우에는 다른 일반적인 도료와는 달리 도막 형성에 특수한 방법을 적용한 도료를 사용하는 것이 일반적이었다.

전착 도료 용액 중에 양극 또는 음극으로 침적한 피도물과 그 대극 사이에 직류 전류를 통하면 피도물 표면에 전기적으로 도료입자가 석출하게 됨으로써 균일하게 도막이 형성되기 때문에 고도의 방청성이 요구되는 자동차 부품과 가전분야 등에서 주목받고 있다.

이러한 전착 도료는 양이온 전착도료와 음이온 전착도료로 분류되는데, 양이온 전착도료는 피도체를 음극으로, 그 대극을 양극으로 하여 도장하는 도료로서 방청성이 뛰어나 보편화되어 있지만 옥외에 노출되는 제품에는 적용하는데 한계가 있다. 음이온 전착 도료는 피도체를 양극으로 하여 도장하는 도료로 내구성이 우수한 장점이 있어 최근 음이온 전착 도료 개발이 증가되고 있다.

현재, 음이온 전착 도료로, 예를 들어 아크릴 수지와 멜라민 수지로 구성되어 있는 음이온 전착 도료가 알려져 있으나, 상기 음이온 전착 도료는 자동차 부품, 전자가전 또는 핸드폰 등 다양한 소재에 적용할 만큼 충분한 내약품성, 밀착성 및 내식성을 만족시키지 못하고 있는 실정이다.

또한 기존 음이온 전착 도료를 활용한 피도장물의 일반적인 전착도장 방법으로는 시장에서 요구하는 친환경, 대량 생산 체계 및 수율 관리상 많은 어려움 및 기술적 한계가 발생한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0013396호 (2009년 02월 05일 공개)

본 발명의 목적은 피도장물의 전착도장 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 알루미늄 및 마그네슘 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어진 피도장물의 전착도장 방법에 있어서, 상기 피도장물을 열처리하는 단계; 열처리된 상기 피도장물의 표면을 표면 처리하는 단계; 표면 처리된 상기 피도장물을 수세하는 단계; 수세된 상기 피도장물을 건조하는 단계; 및 건조된 상기 피도장물에 전착도료를 사용하여 전착 도장하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리는, 상기 전착 단계에서 발생되는 열을 재이용하는 열교환기를 통해 상기 피도장물의 온도를 올려서 수행하며, 상기 수세는, 상기 피도장물을 수세할 수 있는 수세욕조에서 수행되며, 상기 수세욕조 내에는 수세 과정에서 발생한 자성 이물질을 제거하는 자석봉이 배치되어 있는 피도장물의 전착도장 방법을 제공하는 것이다.

상기 표면 처리에서는 에칭을 통해 상기 피도장물의 표면 거칠기를 증가시키고, 상기 에칭은 황산 및 무수크롬산을 포함하는 에칭액을 이용하여 수행하며, 상기 에칭액의 온도는 62℃ 내지 68℃로 유지하고, 3가 크롬의 농도를 35(g/L) 이하로 처리할 수 있다.

상기 건조는 에어 건조 장치를 이용하여 수행되며, 상기 에어 건조 장치는 뜨거운 공기를 불어넣는 송풍기, 에어 드라이기 및 마이크로파를 활용하는 마이크로파 건조기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 전착 도장은 상기 전착도료를 수용하고 있는 전착욕조에서 수행되며, 상기 전착도료는 음이온 아크릴 전착도료를 사용하고, 상기 음이온 아크릴 전착도료는 상기 전착욕조 내 배치되어 있는 교반장치에 의해 교반되며, 상기 교반장치는 초음파 발생장치 및 펄스 발생장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 피도장물의 전착도장 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 피도장물의 전착도장 방법을 나타낸 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공하는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면 상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.

먼저 본 발명에서 피도장물은 알루미늄 및 마그네슘 또는 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 알루미늄 및 마그네슘은 전기전도도가 스틸(steel) 보다 우수하며, 내산성, 내식성, 내약품성, 내후성 등의 내화학적 물성과 부착성, 내충격성, 굴곡성 사출 성형성 등의 기계적 물성이 우수하며, 다른 금속소재 또는 비금속소재와의 사용성이 우수하여 현재 널리 사용되고 있다.

본 발명에 따른 피도장물의 전착도장 방법에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 피도장물의 전착도장 방법을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 피도장물의 전착도장 방법은 크게 피도장물을 열처리하는 단계(S1), 피도장물의 표면을 표면 처리하는 단계(S2), 표면 처리된 피도장물을 수세하는 단계(S3), 수세된 피도장물을 건조하는 단계(S4) 및 건조된 피도장물에 전착도료를 사용하여 전착 도장하는 단계(S5)로 이루어진다.

(도시되어 있지는 않지만) 본 발명에 따른 피도장물의 전착도장 방법에서는 탈지 단계, 여액처리 단계, 후처리 단계, 최종 건조 단계를 더 포함할 수 있다.

탈지 단계는 피도장물을 열처리하기 전에 피도장물의 표면을 친수성화 시키며, 오염물 제거, 지문 제거, 유지 제거 및 변형 표면 제거를 통해 균일한 에칭 효과를 증대시키기 위한 공정이다.

여액처리 단계는 전착도장에서 발생되는 잔류도료를 회수하여, 폐기처분에 의한 도료 비용 증가 문제를 해결하기 위한 단계이며, 특히 대용량 설비에서의 원가절감 효과를 부여한다. 후처리 단계는 제품의 표면 안정화를 위하여 부여되는 단계이다.

건조로를 이용한 최종 건조 단계는 상온 ~ 140℃ 이하에서의 열처리가 가능한 건조로를 통해 피도장물에 내식성, 경도를 부여하는 공정이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 피도장물을 열처리하는 단계는 전착 단계에서 발생되는 열을 재이용할 수 있는 열교환기의 설치를 통해 피도장물의 온도를 올려주게 된다.(S1)

열교환기를 통한 피도장물에 대한 열처리는 아래와 같은 과정에 의해 수행된다. 먼저 피도장물을 전착 도장하는 단계에서는 벤젠(Benzene), 에틸 벤젠(Ethyl Benzene), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene) 등의 VOC(Volatile Organic Compounds)가 발생되며, 이를 제거하기 위한 시설이 반드시 필요하다.

본 발명은 위 내용과 같이 전착 도장 단계에서 발생되는 VOC (Volatile Organic Compounds)를 제거하기 위한 공정(활성탄 필터를 이용하여 VOC를 포집하고 이를 가열하여 포집된 VOC를 증발시킴)에서 발생되는 고온의 열을 활용하는 열교환기를 통해 피도장물에 대한 열처리를 수행하게 된다.

열교환기의 설치를 통해 온도가 올라가면 도료와의 혼합성이 향상되며, 도막의 광택도 부족이나 평활성 부족에 의한 도막 불량이 발생되지 않는다.

다음으로, 피도장물의 표면을 표면 처리하는 단계는 에칭을 통해 실시될 수 있다.(S2)

표면 거칠기 증가는 피도장물의 표면을 거칠게 만들어 전착 도장에 의한 도막 형성 시 계면박리를 최소화하기 위한 공정이다.

에칭을 통해 피도장물의 표면에 많은 홀을 생성시키며, 표면의 표면 장력을 낮추어 이후 공정의 효과를 증대시킨다.

에칭에서는 황산 및 무스크롬산을 포함하는 에칭액을 사용할 수 있으며, 무스크롬산의 농도는 300 내지 400(g/L) 또는 360 내지 400(g/L)일 수 있다.

에칭시 에칭액의 온도는 62℃ 내지 68℃일 수 있으며, 에칭시간(침적시간)은 5분 내지 15분일 수 있다.

균일한 에칭품질을 얻기 위해 에칭액 중의 3가 크롬의 농도는 35(g/L)이하 또는 40(g/L)이하로 관리될 수 있다.

표면 처리된 피도장물을 수세하는 단계(S3)에서는 다수의 피도장물을 수세할 수 있는 수세욕조에서 수행되며, 수세욕조 내에는 수세 과정에서 발생한 자성 이물질을 제거하는 자석봉을 포함하고 있다.

이러한 자석봉은 수세욕조 일단에 배치되어 있으며, 수세욕조 일단은 수세욕조 하부를 의미한다.

하부에 배치(설치)되어 있는 자석봉이 수세욕조 내 침적되어 있는 피도장물에서 배출하는 이물질(금속 이물질 등과 같은)을 자력의 힘으로 수집(포집) 또는 끌어당기게 되어 자성 이물질이 자석봉과 부착하게 된다.

본 발명의 일실시예에서는 이물질 제거 장치가 수세욕조 내부에 고정되어 있는 자석봉으로 표현되어 있으나, 다른 실시예에서의 이물질 제거장치는 회전 가능한 자석봉 및 수압에 의해 이물질을 제거할 수 있는 압축건 등이 사용될 수 있다.

다음으로 수세된 피도장물을 건조하는 단계에서는 에어 건조 장치를 이용하여 피도장물의 건조가 수행되며, 에어 건조 장치는 뜨거운 공기를 불어넣는 송풍기, 에어 드라이기 및 마이크로파를 활용하는 마이크로파 건조기가 포함된다.(S4)

송풍기 및 에어 드라이기는 피도장물에 직접적으로 뜨거운 공기를 불어넣게 되면서, 수세 단계에서 건조되지 않았던 피도장물을 빠른 시간 내에 건조시키게 된다.

마이크로파 건조기의 경우, 마그네트론에서 발진되는 마이크로파를 이용하게 되며, 피도장물에 마이크로파가 침투되어 닿는 전체 부분에서 운동 에너지가 열에너지로 변화되어 빠른 시간 내에 피도장물을 가열 및 건조시키게 된다.

또한 일반적인 건조뿐만 아니라 피도장물의 온도를 일정 부분 올려주는 가온역할을 수행함으로써, 다음 전착 단계에서의 도막 형성에도 도움을 주게 된다.

이후 피도장물에 고부가가치의 고급스러운 표면 선형성을 구현하기 위하여 건조된 피도장물에 전착도료를 사용하여 전착 도장하는 단계를 수행하게 된다.(S5)

전착 도장 공정은 피도장물 및 도료에 양극과 음극 전류를 흘려 이온입자가 이동하는 현상을 이용한 것이다. 전착 도장 공정은 피도물과 그 대극을 도료로 사용하여 직류전류를 통하게 하여 피도장물 표면에 전기적으로 도막을 형성하게 하는 도장 방법이다.

전착 도장 단계는 음이온 아크릴 전착도료를 수용하고 있는 전착욕조 내 피도물을 침적시키고, 피도장물과 그 대극 사이에 직류전류를 통하여 피도장물 표면에 전기적으로 도막을 석출시킨다.

여기서 음이온 아크릴 전착도료는 수용성 아크릴레이트계 음이온성 전착 도료 조성물을 의미하는 것으로, 친수성 음이온성 염기(salt group)를 포함하는 다관능성 광경화제 또는 멜라민 타입의 열경화제와 아크릴레이트계 전착수지를 주성분으로 하는 욕액 안정성과 안정적인 전착특성을 보유할 수 있는 도료 조성물을 포함한다.

음이온 아크릴 전착도료의 원활한 순환을 위하여, 전착욕조 내부에는 교반장치가 배치되어 있으며, 이러한 교반장치에 의해 음이온 아크릴 전착도료가 전착욕조 내에서 순환되면서 교반된다.

교반장치는 초음파 발생장치 및/또는 펄스 발생장치를 사용한다.

초음파 발생장치 및 펄스 발생장치는 전착욕조 내부에 배치되며, 전착욕조의 크기, 피도장물의 형태 및 전착욕조 내에서 침적되는 부피에 따라 배치되는 형태가 달라질 수 있다.

(도시되어 있지는 않지만) 초음파 발생장치는 다수의 저주파수 진동자 또는 고주파수 진동자를 병렬로 연결하여 한쪽 방향으로 초음파가 방사되도록 정렬되어 있을 수 있으며, 초음파 진동에 의해 음이온 아크릴 전착도료가 전착욕조 내에서 원활히 순화하며 교반된다. 또한 초음파 발생장치는 초음파 진동에 의한 전착도료의 교반뿐만 아니라, 피도장물에 붙어있는 오염물의 처리 및 유기물질의 분해에도 도움을 주게 되어 2차적인 세척 효과도 얻을 수 있다.

펄스 발생장치는 약 100A 이상 내지 약 1000A 이하의 대전류를 구형파 펄스 형태로 발생시켜 100마이크로초에서 1밀리 초까지의 범위에서 선택되는 적어도 어느 하나의 유효 지속 구간을 갖는 펄스를 발생시키며, 이러한 펄스에 의해 음이온 아크릴 전착도료가 전착욕조 내에서 원활히 순환하며 교반된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.

Claims (4)

1. 알루미늄 및 마그네슘 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어진 피도장물의 전착도장 방법에 있어서,
   상기 피도장물을 열처리하는 단계;
   열처리된 상기 피도장물의 표면을 표면 처리하는 단계;
   표면 처리된 상기 피도장물을 수세하는 단계;
   수세된 상기 피도장물을 건조하는 단계; 및
   건조된 상기 피도장물에 전착도료를 사용하여 전착 도장하는 단계;를 포함하며,
   상기 열처리는, 상기 전착 단계에서 발생되는 열을 재이용하는 열교환기를 통해 상기 피도장물의 온도를 올려서 수행하며,
   상기 수세는, 상기 피도장물을 수세할 수 있는 수세욕조에서 수행되며, 상기 수세욕조 내에는 수세 과정에서 발생한 자성 이물질을 제거하는 자석봉이 배치되어 있으며,
   상기 건조는 에어 건조 장치를 이용하여 수행되며,
   상기 에어 건조 장치는 마이크로파를 활용하는 마이크로 건조기를 포함하며,
   상기 전착 도장은 상기 전착도료를 수용하고 있는 전착욕조에서 수행되며, 상기 전착도료는 음이온 아크릴 전착도료를 사용하고,
   상기 음이온 아크릴 전착도료는 상기 전착욕조 내 배치되어 있는 교반장치에 의해 교반되며,
   상기 교반장치는 초음파 발생장치 및 펄스 발생장치를 포함하는 피도장물의 전착도장 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 표면 처리에서는 에칭을 통해 상기 피도장물의 표면 거칠기를 증가시키고,
   상기 에칭은 황산 및 무수크롬산을 포함하는 에칭액을 이용하여 수행하며,
   상기 에칭액의 온도는 62℃ 내지 68℃로 유지하고, 3가 크롬의 농도를 35(g/L) 이하로 처리하는 것을 특징으로 하는 피도장물의 전착도장 방법.
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