KR102359035B1 - 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 uv 도료 도장 방법 - Google Patents

은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 uv 도료 도장 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 원래 판재의 색상이 UV 도료 도장 후에 나타나지 않도록 은폐력이 획기적으로 향상되며, 더욱이 UV 도료에 의한 황변 현상이 획기적으로 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법을 제공하는 것으로서, UV 도료가 도포된 목 재질의 판재 바로 위에 폴리필름을 위치시키는 단계; 압착 롤러로 폴리필름을 압착하여 UV 도료를 균일하게 평탄화하는 단계; 및 상기 평탄화된 UV 도료 위를 LED UV 램프가 2열 이상의 열로 배열된 램프 라인이 지나가면서 경화시키는 단계; 를 포함하되, 상기 UV 도료는, 53~94 중량% 반응성 올리고머, 5~40 중량%의 가교제로서의 아크릴계 모노머 및 1~7 중량%의 광개시제가 혼합되어진 도료이며, 여기에 소량의 체질안료가 및 기타 첨가제가 첨가될 수 있으며, 상기 UV 도료는, 상기 반응성 올리고머, 아크릴계 모노머 및 광개시제의 혼합물에 대해, 백색 안료를 추가로 배합한 유색 도료로서, 전체 도료에서 백색안료의 함량은 10.5~16.5중량% 이고, 상기 경화시키는 단계에서, 상기 LED 램프의 파장은 360nm 내지 420nm 의 범위이고, UV 광량의 범위는 260~365mJ/㎠ 인 것을 특징으로 한다.

Description

은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법{METHOD FOR COATING A UV COATING MATERIAL ON A BOARD}
본 발명은 MDF와 같은 판재에 UV 경화성 도료를 도장하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 은폐력이 획기적으로 향상되어 어느 판재에나 적용가능하며 황변성 역시 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법에 관한 것이다.
MDF(Medium Density Fiberboard)란, 목질재료를 주원료로 하여 고온에서 해섬하여 얻은 목섬유(Wood Fiber)를 합성수지 접착제로 결합시켜 성형, 열압하여 만든 밀도 0.4-0.8g/cm3의 목질판상 제품이며 3.0mm에서 30mm 두께까지 생산이 가능하다.
이는 전 두께에 걸쳐 섬유분배가 균일하고 조직이 치밀하여 복잡한 기계가공작업을 면이나 측면의 파열없이 수행할 수 있으며, 따라서 MDF는 측면 모울딩이나 표면가공을 하는 테이블상판, 문짝, 서랍정면 등에 사용된다. 또한 면이 평활하고 견고하며 장식용필름이나 베니어 등을 오버레이 하거나 페인팅하는 데에도 매우 적합하다. 뛰어난 안정성과 기계가공성, 높은 강도 때문에 서랍측면이나 케비넷레일, 거울틀, 모울딩 등에 일반목재 대신 사용할 수 있다.
다만, 습기에 약하므로 필름 접착이나 도막 코팅 등의 방법으로 표면처리를 해 주어야 할 필요가 있다.
일반적으로, 이러한 MDF 판재의 표면도장방법으로는 폴리 필름을 코팅하는 방법과 커튼 코터 방식이 있으며, 최근에는 환경적인 요인 및 시간 경제적인 이유로 자외선 감응 도료를 사용하여 자외선 경화하는 방식이 주로 사용되고 있다.
먼저, 자외선 경화 커튼 코터 방식은, 자외선 감응 도료를 커튼식으로 판재에 흘려 보내고 자외선을 조사하여 경화하는 방식이며, 친환경적이기는 하나, 용융된 도료가 계속해서 흘러 나와야 하며 중단될 시에는 굳어져서 작업을 다시 재개하기에는 많은 시간이 소요되고, 따라서 소량다품종의 생산에는 적합하지 않다는 한계를 갖는다.
반면, 폴리 필름 코팅 방식은, 판재에 불포화폴리에스터, 촉진재 및 경화재가 적절히 혼합된 도료를 바르고, 그 위에 폴리 필름을 얹은 다음, 롤러로 밀어서 평활화한 후, 가열 혹은 자외선으로 경화시키는 방식이다.
종래의 이러한 MDF 판재의 표면도장방법으로 대한민국 특허 제733606호와 같은 것이 개시되어 있다. 이는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 목재, 철재, 아크릴, 유리 등의 자재(14)에 투명한 우레탄도료를 칠하는 하도칠단계 이후, 지지대(11)에 고정된 폴리필름(12)과 롤러(R)를 이용하여 자외선도료(13)를 자재(14)의 표면을 도장하는 표면도장방법으로서, 상기 하도칠단계가 이루어진 이후에, 목재, 철재, 아크릴, 유리의 자재표면에 부분적으로 자외선도료를 붓는 도료주입단계(S10); 상기 자외선도료가 부어진 상기 자재표면 상측으로 폴리필름을 덮는 필름준비단계(S20); 상기 필름준비단계 이후, 폴리필름의 상측으로 롤러를 위치시키고 상기 롤러를 롤링시키면서 자재표면에 부분적으로 부어진 자외선도료를 전체적으로 도장하는 자외선도료도장단계(S30); 상기 자외선도료도장단계 이후, 자외선도료가 도장된 자재표면에 자외선방출장치를 이용하여 자외선도료를 경화시키는 도료경화단계(S40); 상기 도료경화단계 이후, 폴리필름을 제거하여 표면도장을 완료시키는 표면도장완성단계(S50)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1 종래기술의 방법에 의하면, 커튼식 도장방식과 같은 설치비용이 비싼 방식을 사용하지 않아도 되면서, 자재에 자외선도료를 부은 후, 폴리필름을 자외선도료 상측으로 위치시키고 롤러를 롤링하는 작업만으로도 외부에 힘에 의해 받는 충격과 자재의 자체 상처에 의해 생성되는 홈에 자외선도료가 메워지며, 또한 롤러의 롤링에 의해 자외선도료가 압력을 받게 되어 자재표면에 도장되는 자외선도료가 일정한 높이로 도장됨으로써, 자재의 표면이 매끄러우면서도 광택이 나타나며 평평한 평면을 나타내는 장점이 있다. 아울러, 자외선도료의 낭비를 줄이고, 비교적 편평한 표면의 표면처리가 가능하다는 장점이 있다.
그러나, 상기 제1 종래기술에 의하면, 하도칠단계 이후에, 자재표면에 자외선도료를 붓는 도료주입단계와, 자재표면 상측으로 폴리필름을 덮는 필름준비단계와, 폴리필름의 상측으로 롤러를 위치 및 롤링시켜 자외선도료를 도장하는 자외선도료도장단계와, 자재표면에 자외선방출장치를 이용하여 자외선도료를 경화시키는 도료경화단계와, 도료경화단계 이후에 폴리필름을 제거하는 단계가 각각 이루어지므로, 공정이 길어지고, 많은 인력이 소요되며, 시간의 지체로 인하여 자연광에 의한 불필요한 불완전 경화로 인하여 찐득찐득한 느낌을 줄 수 있다는 문제점, 및 약간 휜 자재의 경우에는 자재와 도료 간의 완전밀착이 되지 않는다는 추가적인 문제점이 있었다.
이에 본 발명자는, 상기 제1 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 더욱 뛰어난 평활도 및 접착성을 갖도록 한, 판재에 자외선 경화형 도료를 이용한 전처리 후 필름을 접착하는 방법을 제안하였었는바, 이를 제2 종래기술로서 간단히 설명하면, 도 2에서 보는 바와 같이, 판재 표면에 프라이머를 소정 두께로 도포하는 프라이머 도포단계(S2); 상기 도포된 프라이머 코팅층 상에 열풍을 가하거나 자외선 조사를 하여 프라이머를 건조시키는 건조단계(S3); 상기 경화건조된 프라이머 층 상에 UV도료의 우드실라를 코팅하는 우드실라 도포단계(S4); 상기 도포된 우드실라를 UV경화하기 위한 자외선 조사단계(S5); 선처리 후의 표면에 우레탄접착제를 도포하는 우레탄접착제 도포단계(S9); 및 상기 우레탄접착제 도포단계(S9) 이후에 우레탄접착제가 도포된 하도면 상에 폴리 필름을 올려놓고 롤 프레스를 행하는 폴리필름 접착단계(S10); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프라이머 도포단계(S2) 이전에 소지연마 단계(S1)를 더 포함하며, 상기 자외선 조사단계(S5) 이후 및 상기 우레탄접착제 도포단계(S9) 이전에, 샌딩실라를 소정 두께로 도포하는 샌딩실라 도포단계(S6); 상기 도포된 샌딩실라를 UV경화하기 위한 자외선 조사단계(S7); 및 상기 소지연마 단계와 비슷하나, 좀더 미세한 샌딩이 이루어지는 하도샌딩단계(S8)를 더 포함하기도 한다.
그러나, 상기 제1 및 제2 종래기술 모두, 경화 속도에 문제가 있었으며, 더욱이 그로 인하여 환경적인 문제가 일부 있는바, 본 발명자는, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 한편으로는 제3 종래기술로서의 "친환경적 UV 도료 도장 방법"을 제안함과 거의 동시에, 다른 한편으로는 제4 종래기술로서의 "신속한 경화가 가능한 판재에의 LED UV 도료 도장 방법"을 제안하였다.
먼저, 본 발명자의 제3 종래기술로서의 "친환경적 UV 도료 도장 방법"에 대하여, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 3은 제3 종래기술로서의 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 제3 종래기술로서의 또다른 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법을 나타내는 순서도이다.
우선, 제3 종래기술로서의 판재에의 친환경적 UV 도료를 도장하는 제1 방법은, 도 3에서 보는 바와 같이, UV 도료 도포 단계(S3), 폴리 필름 부착 단계(S4), 표면 평탄화 단계(S5), 제1 자외선 조사 단계(S6), 폴리 필름 제거 단계(S7) 및 제2 자외선 조사단계(S8)을 포함한다.
전처리 공정을 거친 후, 처음 공정인 UV 경화형 도료 도포 단계(S3)는, 선 처리된 MDF 판재 상에 UV 경화형 도료를 도포하는 공정인바, 도포 방법은 주로 코팅 롤 방식이 사용되나 이외에도 커튼 코팅 방식이나 붓칠 방식 혹은 도료를 용기에 담아서 붓는 방식도 가능하다.
아울러, 이에 사용되는 UV 도료는, 53~94 중량% 반응성 올리고머, 5~40 중량%의 가교제로서의 아크릴계 모노머 및 1~7 중량%의 광개시제가 혼합되어진 도료이며, 여기에 소량의 체질안료가 및 기타 첨가제가 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 70~82 중량% 반응성 올리고머, 15~25 중량%의 아크릴계 모노머 및 3~5 중량%의 상의 광개시제가 혼합되어진 도료이며, 가장 바람직하게는, 76~80 중량% 반응성 올리고머, 16~20 중량%의 아크릴계 모노머 및 4 중량%의 광개시제가 혼합되어진 도료이다.
만약 상기 아크릴계 모노머가 5 중량%를 넘지 못하게 되면 도료의 점도가 너무 높아져서 평활화가 불가능할 수 있으며, 반대로 40 중량%를 초과하면 UV 경화 후에도 미반응 모노머가 많이 남아서 휘발성 유기화합물을 발산하게 되므로 친환경적이지 못하다는 문제점이 있게 된다. 한편, 광개시제는 7 중량%를 넘지 않는 것이 바람직한바, 7 중량%를 초과하게 되면 자연상태의 자외선에 의해 경화될 가능성이 있어 저장성도 좋지 않고 원하는 경화 단계 전에 미리 경화가 진행될 가능성이 있어 바람직하지 못하다. 광개시제는 적어도 360~420 nm 의 파장을 흡수하여 반응하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 아크릴계 모노머로는, 2-HEA (2-Hydroxyethyl Acrylate), IBOA (Isobornyl Acrylate), DPHA (Dipentaerythritol Hexylacrylate), TMPTA (Trimethylopropane Triacrylate), HDDA (1.6 Hexanediol Diacrylate), PETA (Pentaerythritol Triacrylate) 및 TPGDA (Tripropyleneglycol Diacrylate)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 모노머 혹은 하나 이상의 모노머의 혼합물이다. 참고로, 아크릴계 모노머 이외의 모노머를 사용하는 경우, 휘발성 혹은 방향성 유기화합물의 발생으로 인하여 친환경적이지 못하나, 약간의 스타이렌계 모노머(SM: Styrene)는 허용될 수 있다.
그 중에서, 특히 TPGDA (Tripropyleneglycol Diacrylate)가 친환경적이다.
더욱이, 상기 반응성 올리고머는, 불포화 다염기산을 함유한 다염기산과 다가 알콜의 축합 반응에 의해 얻어지는 불포화 폴리에스테르수지가 바람직하며, 반응성 희석제로서의 아크릴계 모노머는, 휘발성이 극히 낮은 2관능 이상의 작용기를 지닌 아크릴계 모노머가 바람직하다.
상기 2관능 이상의 아크릴계 모노머로는, TMPTA (Trimethylopropane Triacrylate), HDDA (1.6 Hexanediol Diacrylate), PETA (Pentaerythritol Triacrylate) 및 TPGDA (Tripropyleneglycol Diacrylate) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 아크릴계 모노머가 바람직하다.
그리고, 일반적인 UV경화 방식에 사용되는 광개시제는 분말상의 개시제를 Acetone, Methylene Cloride, Ethyl Acetate, 등의 유기용제에 30~50% 의 농도로 (바람직하게는 35~45%의 농도로) 녹여 사용되고 있으나, 이때 사용된 유기용제는 전량 휘발하지 못하고 차후 미량씩 방출되어 공기 질 오염의 원인을 제공하였다. 따라서 상기 관련기술에서의 광개시제는, 유기용제를 함유하지 않는 100% 액상의 개시제를 사용하거나, 분말상의 광개시제를 휘발성이 낮은 2관능 이상의 모노머(ex. TPGDA)에 용해하여 사용하였다. 유기 용제와 달리 2관능 모노머에는 상온에서 분말상 개시제가 용해되지 않으며, 60~80℃ 가온 범위에서 용해시킬 수 있다. 단관능 모노머를 사용할 경우 60~80℃에서 겔화할 수 있으며 도료의 저장 안정성 기간이 현저히 감소된다.
상기 관련기술에서의 UV 도료는, 상기 혼합물 100중량부에 대해, 색상에 따라 1~25중량부의 유색 안료 및 첨가제 1~2중량부를 추가로 배합할 수 있다.
다음, 폴리 필름 부착 단계(S4)는, 상기 MDF 판재에 UV 경화형 도료가 도포된 상태에서, PET 필름과 같은 폴리 필름을 부착하게 된다. PET 필름이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도료의 경화 후 제거하여 재사용하여야 하므로 자외선 투과성과 어느 정도의 내열성을 갖는 폴리 필름이면 가능하다.
계속해서, 표면 평탄화 단계(S5)는 상기 도포된 도료를 얇고 균일하게 펴기 위한 공정인바, 상기 폴리 필름 위로 롤러를 굴림으로써 이루어질 수 있다. 대략 상기 UV 도료 도포 단계에서 도포량을 ㎡ 당 120~250g 정도를 사용하는바, 따라서 본 공정에서 평탄화시 도막의 두께 역시 120~250 ㎛ 정도이면 바람직하다. 상기 도막의 두께가 너무 두꺼우면, 다음 공정에서 UV 경화시 자외선이 충분히 아래까지 침투하지 못하여 경화가 이루어질 수 없으므로, 바람직하지 않다.
한편, 롤 코팅 후 필름을 얹어 프레스 롤을 이용하여 도료가 균일하게 도포되게 누르고 저압UV 램프로 경화시키는 방식으로 롤 작업 시, 점도가 중요 요소인바, 롤 펌핑 작업성 및 필름 부착면의 가장자리로 흐르는 문제점을 보완할 수 있는 본 도료의 점도 기준은, 25℃에서 80~130 KU (KREB'S UNIT), 바람직하게는 90~100 KU 정도의 배합이 적정하다.
이후, 상술한 바와 같이, 도포된 UV 경화형 도료를 UV경화하기 위한 자외선 조사단계(S6)가 행하여지는바, 대략 320~450nm 파장 (바람직하게는, 360~420nm 파장)의 자외선을 바람직하게 30~120초간 조사한다.
바람직하게는, 본 제1 자외선 조사 단계에서의 조사는, 360~420 nm의 파장대에서 UV경화를 일으키는 필립스 사의 'TL 램프'가 바람직한바, 이는 바형 UV 램프의 단위 길이당 출력이 10~20 W/cm 정도인 (더 바람직하게는, 10 W/cm 정도인) 저압 램프이면 좋지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 일반적으로 UV는 320 nm에서 460nm 영역의 파장을 이야기하지만, 상기 관련기술의 UV조사장치는 석영관 안에 수은을 넣어서 전기적 자극을 주면 발생되는 360nm 파장을 이용해서 도료를 경화시키며, 더욱이 상기 관련기술의 램프는 420 nm의 장 파장을 같이 이용하는 방법인데 파장이 길면 에너지는 약하나 투과력이 좋아지므로, 투명의 도료 경화는 물론, 단번에 경화가 이루어지면서 유색의 알갱이가 있는 유색의 도료에도 적용가능하다는 추가적인 장점을 지니게 된다.
참고로, 장파장을 얻기 위해선 석영관 속에 할로겐 원소를 주입하여 전기적 자극을 주면 되며, 인듐과 갈륨을 함께 넣은 인듐갈륨 램프도 사용가능한바, 이것은 360nm 영역과 420nm 영역이 동시에 나와서 효율이 높다는 잇점이 있다.
추가적으로, 상기 관련기술의 UV 도막층은 상기 표면 평탄화 단계에 의해, 커튼 코터 방식에 비해 비교적 얇고 균일하게 형성할 수 있어 단일 공정으로도 경화가 가능하며, 한편으로는 UV 도료가 경화 전 공기와 만나면 산소와 반응하여 찐득찐득해지는 현상이 생기므로 종래에는 고압 램프를 사용하여 표면을 순간적으로 경화시켰다. 상기 관련기술에서는 UV 도료가 경화되기 전에 필름이 부착되므로 공기와 차단되어 저압 램프만 사용하더라도 이러한 'Tacky'해지는 현상을 방지할 수 있다.
더욱이, 저압 램프는 30~50℃ 정도의 상대적으로 저온에서도 경화되므로, 고가인 폴리 필름이 열에 손상되지 않으므로, 다음 공정에서 필름을 떼내어 재사용할 수 있게 된다는 장점도 지닌다.
상술한 바와 같이, 이후 행하여지는 폴리 필름 제거 단계(S7)에서는, 폴리 필름을 도막층으로부터 떼어낸다.
이후, 상술한 바와 같이, 필름이 벗겨진 상태에서 잔존하는 유기용매를 발산시키기 위하여 제2 자외선 조사단계(S8)가 행하여지는바, 대략 320~450nm 파장 (바람직하게는, 360~420nm 파장)의 자외선을 바람직하게 3~5초간 조사한다.
한편, 본 제2 자외선 조사 단계에서의 조사는, 중압 램프 내지 고압 램프를 사용하여도 되며, 주로 손톱에 바른 UV 도료를 미용실에서 겔화하는데 사용되는 소위 'Gel 램프' 가 중압 램프(30W/cm)에 해당하며, 고압 램프(80~120W/cm)는 '세명백트론' 사의 '고압수은 램프' 및 '인듐갈륨 램프'를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
이로써, 기존의 방식에 의하면 단위 시간당 단위 면적에서 4~6 mg/㎡·h 정도의 환경위해물질(tVOC)이 방출되었으나, 상기 관련기술에 의하면 0.05 mg/㎡·h 미만의 환경위해물질(tVOC)이 방출되면서, 평활도 및 균질성과 경화성이 뛰어난 MDF 표면처리가 가능하게 된다.
이후, 포장을 거친 표면처리된 MDF를 포장 및 출하한다.
다음, 상기 제3 종래기술로서의 판재에의 친환경적 UV 도료를 도장하는 제2 방법이 도 4를 참조하여 설명된다.
본 제2 방법의 친환경적 UV 도료를 도장하는 방법은, 다이렉트 롤링 단계(S1), 제3 자외선 조사 단계(S2), 콤비네이션 롤링 단계(S3'), 폴리 필름 부착 단계(S4), 표면 평탄화 단계(S5), 제1 자외선 조사 단계(S6), 폴리 필름 제거 단계(S7) 및 제2 자외선 조사단계(S8)을 포함하는바, 이하에서 각 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
전처리 공정 중의 하나인 UV 경화형 도료를 도포하는 제1 단계(S1)는, 다이렉트 방향의 코팅 롤을 사용하여 판재 상에 40~60g/㎡ 정도의 UV 도료를 도포하는바, 순방향으로 회전하는 코팅 롤을 사용하여 도포한다는 점을 제외하면, 제1 실시예 의 제1 단계(S3)와 유사하다.
이후, 상술한 바와 같이, 전처리 과정의 코팅된 UV 도료를 UV경화하기 위한 자외선 조사단계(S2)가 행하여지는바, 도포된 도막을 가건조시키는 중압에 GEL 램프를 사용하여 후속 도막과 혼화(부착)할 수 있도록 여지를 둔다.
이상의 제1 및 제2 단계는 전반적으로는 생략가능하나, 있음으로써 여러 겹으로 도막을 형성하게 되며, 결국 코팅된 도막의 두께를 두텁게 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, UV 도료가 부착이 되지 않는 소재의 패턴지, 예를 들면 LPM (Low Pressure Melamine)이나 HPM (High Pressure Melamine) 과 같은 소재의 시트지에 패턴이 형성된 패턴지를 MDF에 부착하기 위해, 부착력이 강한 프라이머를 사용한 도료를 제1 단계에서 도포 및 상기 패턴지를 부착 후 제2 단계에서 경화시킨 다음, 다음의 제3 단계 이후를 진행하는 것이 가능하게 된다.
다음 본 처리 공정인 콤비네이션 롤링 단계(S3')는, 제1 실시예 의 UV 경화형 도료 도포 단계(S3)와 유사하다. 다만, 본 콤비네이션 롤링 단계에서는, MDF 표면의 평활도를 더욱 증진시키기 위하여, 코팅 롤의 진행방향 (즉 코팅 방향) 을 판재 이동 방향과 동일한 방향으로 하는 다이렉트 롤링 후, 다시 코팅 롤의 진행방향 (즉 코팅 방향) 을 반대로 행하는 리버스 롤링을 함으로써, 양방향으로 UV 도료의 도포가 이루어지도록 하는 것이다. 이때, 다이렉트 롤링은 제1 실시예 에서와 같은 UV 경화형 도료 80~150 g/㎡ 정도를 롤링 도포하며, 리버스 롤링은 UV 경화형 도료 40~100 g/㎡ 정도를 (총 120~250 g/㎡ 정도를) 롤링 도포한다.
다음, 폴리 필름 부착 단계(S4), 표면 평탄화 단계(S5), 제1 자외선 조사 단계(S6), 폴리 필름 제거 단계(S7) 및 제2 자외선 조사단계(S8)는, 제1 실시예의 그것들과 동일하다.
이와 같은 상기 제2 방법에 따른 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법에 의하면, 제1 실시예 에 비해 더욱 균일하고 두터운 도막층의 형성이 가능하여진다.
이제, 상기 제4 종래기술에 따른 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법에 대하여, 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
상기 제4 종래기술에 관한 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법 역시, UV 도료 도포 단계(S3), 폴리 필름 부착 단계(S4), 표면 평탄화 단계(S5), 제1 자외선 조사 단계(S6) 및 폴리 필름 제거 단계(S7)를 포함하며, 각 단계는 도 3의 상기 제3 종래기술의 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법에서 보는 바와 같은 단계로 행하여진다.
다만, 상기 제4 종래기술의 방법의 경우, 상기 표면 평탄화 단계(S5) 및 제1 자외선 조사 단계(S6)는 동시에 이루어질 수 있고, 상기 제4 종래기술에서의 상기 UV 도료의 경우, 53~94 중량% 반응성 올리고머, 5~40 중량%의 가교제로서의 아크릴계 모노머 및 1~7 중량%의 광개시제가 혼합되어진 도료이며, 여기에 소량의 체질안료가 및 기타 첨가제가 첨가될 수 있다.
이때, 상기 광개시제는, 380~400nm 의 파장을 흡수하여 반응하는 것이 바람직한바, 특히 "DAROCURE TPO"나 "IRGACURE 819"를 사용하는 것이 적합하다.
아울러, 이때 사용되는 LED UV 램프는 380~400nm (바람직하게는 385~395nm, 더욱 바람직하게는 385nm 나 395nm) 의 파장을 발하는 LED UV 램프를 사용하며, 폴리 필름의 손상을 막기 위해서는 조사부위의 온도가 50℃를 넘지 않도록 한다.
LED UV 램프의 경우, 상기 TL 램프에 비해 발열량이 현저하게 작다는 장점이 있으며, 특정 파장대의 UV 만을 집중적으로 출력할 수 있어, 신속하고 확실하게 경화가 가능하다는 장점이 있으며, 다만 가격이 비싸고 조사각이 작다는 점 때문에, 일례로 10mm 폭을 갖는 LED UV 램프들을 횡으로 배열하되, 이들을 1열 혹은 2열로 배열하여 광 조사장치를 구성한 후, 이상의 광 조사장치를 20m/min 이하의 속도로 신속하게 이동시키면서 큐어링이 가능하다.
종래의 TL 램프나 Gel 램프와 같은 고압방전등의 경우에는 자외선과 함께 고열이 발생하여, 조사되는 부위의 온도가 50~80℃까지 이르는바, 일반적으로 50℃ 이상이면, 사용되는 폴리 필름이 쭈글쭈글되어 도장면이 고르지 못하고 고가의 필름이 재활용되지 못한다는 문제점이 있다. 반면, 상기 제4 종래기술에서 사용되는 LED UV 램프의 경우에는 1열 혹은 2열로 사용할 경우, 조사되는 부위의 온도가 40℃를 넘지 않게 되므로, 평편한 도막 표면이 형성 가능하고 고가의 폴리 필름을 여러번 재활용할 수 있으므로, 유리하다.
참고로, 상기 제4 종래기술에서 사용되는 LED UV 램프의 강도는 와트수가 높을수록 큐어링이 잘 되므로 바람직하나, 와트수가 높으면 가격이 급상승하므로, 대체로 20W/㎠ 이하 (즉, 2~20W/㎠, 바람직하게는 2~10W/㎠, 더 바람직하게는 4~8W/㎠, 가장 바람직하게는 6W/㎠) 의 세기를 갖는 폭 10mm 의 LED UV 램프열을 사용하며, 이들을 1열 혹은 2열로 평행하게 배열하여 사용한다. 3열 이상도 가능하나, 또한 3열 이상으로 집중 배열하면, 중앙부의 온도가 50℃ 이상 상승할 수 있어, 1열이나 2열이 바람직하다.
아울러, 상기 아크릴계 모노머 및 상기 반응성 올리고머는, 상기 제3 종래기술의 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법에서의 그것을 사용하면 되며, 다만, 본 제4 종래기술의 LED UV 램프를 사용하는 경우, UV 도료에 사용되는 상기 반응성 올리고머는, 불포화 다염기산을 함유한 다염기산과 다가 알콜의 축합 반응에 의해 얻어지는 불포화 폴리에스테르수지가 바람직하며, 반응성 희석제로서의 상기 아크릴계 모노머는, 휘발성이 극히 낮은 2관능 이상의 작용기를 지닌 아크릴계 모노머가 바람직하나, 다만 2-HEA (2-Hydroxy Ethyl Acrylate)의 경우에는 1관능 모노머이지만 반응성이 강하고 휘발성이 약하여 도막 유연성을 위하여 함께 사용되어져도 좋다.
상기 2관능 이상의 아크릴계 모노머로는, TMPTA (Trimethylopropane Triacrylate), HDDA (1.6 Hexanediol Diacrylate), PETA (Pentaerythritol Triacrylate) 및 TPGDA (Tripropyleneglycol Diacrylate) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 아크릴계 모노머가 바람직하다.
그리고, 상기 제4 종래기술에 사용되는 광개시제는, 분말상의 개시제를 휘발성이 낮은 2관능 이상의 모노머(특히 아크릴계 모노머, 혹은 TPGDA)에 30~50% 의 농도로 (바람직하게는, 35~45% 의 농도로) 녹여 사용하거나, 유기용제를 함유하지 않는 100% 액상의 개시제를 사용한다.
참고로, 상기 광개시제로서의 "DAROCURE TPO"는 모노 아킬 포스핀(MAPO)의 일종으로서 일례로 "Dipheny (2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide" 이고, "IRGACURE 819"는 비스 아킬 포스핀(BAPO)의 일종으로서 일례로 "Phosphine oxide, phenyl bis (2,4,6-trimethylbenzoyl)" 이며, 그들의 화학구조식을 도 10에 나타내었다.
상기 UV 도료는, 상기 혼합물 100중량부에 대해, 색상에 따라 1~25중량부의 유색 안료 및 첨가제 1~2중량부를 추가로 배합할 수 있다.
상기 제4 종래기술의 방법에서의 UV 램프는 파장의 폭이 매우 좁은 영역에 형성가능한 LED 램프를 사용하는 것이 바람직하며, 대략 360~420nm (바람직하게는 380~400nm, 더욱 바람직하게는 385nm 혹은 395nm) 파장의 자외선을 조사한다.
바람직하게는, 상기 자외선 조사 단계에서의 조사는, 여러 개의 LED UV 램프를 바형으로 배치하되, 바형 UV 램프의 단위 면적당 출력이 2~20 W/㎠ 정도인 (더 바람직하게는, 2~10 W/㎠ 정도인) LED UV 램프이면 좋다.
이후, 상기 도 3의, 상기 제3 종래기술의 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법에서 보는 바와 같이, 폴리 필름 제거 단계(S7) 및 필요에 따라 제2 자외선 조사단계(S8)가 행하여진 후, 포장을 거친 표면처리된 MDF를 포장 및 출하한다.
경우에 따라, 상기 도 4에서 보는 바와 같은 전처리 공정(S1, S2)이 행하여 지고 나서, 상기 UV 도료 도포 단계(S3)가 콤비네이션 롤링 단계(S3')로서 행하여 지기도 한다.
상기 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법의 보다 구체적인 실험예로서, 각 성분의 구성 성분 및 사용되는 LED 램프의 파장의 예는 다음과 같다.
참고로, 상기 UV 도료의 반응성 올리고머, 가교제로서의 아크릴계 모노머 및 광개시제의 혼합비는 점도 조절을 위해 상기 범위 내에서 적당히 변경가능하다.
따라서, 이와 같이 사실로 볼 때에, 광개시제로서 "DAROCURE TPO-50%"를 사용하고 여기에 380~400nm 파장의 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하는 경우에 바람직하며, 다만 황변현상을 염두에 두지 않는다면 광개시제로서 "IRGACURE 819-50%"를 사용하고 여기에 380~400nm 파장의 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하는 경우에도, 압착과 경화를 동시에 행할 수 있을 만큼의 단시간 내에 경화가 가능하였다.
상기 파장대를 벗어난 LED 자외선 램프나 다른 광개시제의 사용은 부적합함을 알 수 있었다.
이제, 상기 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 방법 및 장치에 대하여, 도 5 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 상기 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 장치의 개략도이고, 도 6 내지 도 8은 상기 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 장치 중 주요부의 측면도로서, 도 6은 자재를 지지 및 승강부에 위치시킨 상태의 측면도이고, 도 7은 자재를 상승시켜 폴리필름에 안착시킨 상태의 사시도이며, 도 8은 압착롤러로 평탄화 및 압착을 한 상태에서 경화를 시키는 상태의 측면도이다. 한편, 도 9는 상기 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 방법의 순서도이다.
먼저, 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 장치는, MDF 판재나 합판 혹은 철판과 같은 자재를 상기 제4 종래기술의 UV 도료 도장 장치로 유입시키기 위한 혹은 도장이 완성되어 포장까지 완료된 출하될 자재를 적재부(10)로 배출하기 위한 양 말단부의 유입단 및 배출단 테이블 리프터(1), 유입단 테이블 리프터로부터 코팅부로 자재를 이동시키는 유입 컨베이어(2), 포장부(9)에서 포장된 자재를 배출단 테이블 리프터(1)로 이송하는 배출 컨베이어(8), 그리고 상기 제4 종래기술의 주요부에 해당하는 콤비네이션 롤링부(5), 지지 및 승강부(6) 및 압착 및 경화부(7)를 포함하며, 이들 주요부의 전후나 중간에는 중간 컨베이어(4)를 필요로 한다. 필요에 따라, 전처리 단계로서, 다이렉트 롤링부(3) 및 1차 경화과정을 거칠 수 있다. 아울러, 상기 중간 컨베이어(4)는, 다이렉트 롤링부(3)와 콤비네이션 롤링부(5) 사이는 물론, 콤비네이션 롤링부(5)와 지지 및 승강부(6) 사이, 그리고 지지 및 승강부(6)와 배출 컨베이어(8) 사이에도 설치되어질 수 있다.
한편, 상기 제4 종래기술의 주요부인 지지 및 승강부(6)는, MDF와 같은 자재(64)를 안치하는 테이블(67)과, 테이블(67)을 지지하는 지지대(61)와, 테이블(67) 및 지지대(61)를 필요에 따라 승하강시키는 실린더(66)와, 상기 콤비네이션 롤링부(5)에 의해 자재 표면에 대충 도포된 자외선 도료(63)를 폴리필름(62)으로 덮은 상태에서 가압롤링에 의해 평탄화시키는 프레임(65)으로 구성되어진다.
다른 한편, 상기 제4 종래기술의 다른 주요부인 압착 및 경화부(7)는, 상기 테이블(67) 상에 안치된 자재(64)에 도포된 자외선 도료(63)를 폴리필름(62)으로 덮은 상태에서 평탄화시키는 압착롤러(75)와, 상기 압착롤러를 테이블 상에서 수평이동시키는 크레인(74)과, 상기 크레인에 또다른 지지체(78)에 의해 지지되며 압착롤러의 바로 뒤에서 평탄화된 자외선 도료를 압착된 상태에서 경화시키는 UV램프(76)와, 상기 크레인에 상기 지지체(78)에 의해 지지되며 상기 압착롤러(75)와 상기 UV램프(76)를 차광하는 차단막(77)과, 상기 크레인을 지지 및 이송하는 수단으로 구성된다. 일례로, 상기 지지 및 이송 수단은, 크레인을 지지하는 가로대(72) 및 가로대를 지지하는 세로대(71)와 상기 가로대에 설치되며 상기 크레인의 슬라이딩 롤러를 슬라이딩시키는 레일(73)로 구성되어질 수 있다.
이제, 상기 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 장치의 동작을 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 5에서 보는 바와 같이, 자재를 우측 단부의 테이블 리프터(1) 및 유입 컨베이어(2)를 통해 다이렉트 롤링부(3)로 공급한다. 다이렉트 롤링부(3)에서는 자재의 공급방향에 대해 순방향으로 회전하는 한 쌍의 롤러에 의해 수행되며, 부착을 증진지시기 위한 전처리 목적으로 수행되며, 기존의 전처리 방식과 동일하게 수행될 수 있다. 경우에 따라서는 생략될 수도 있다.
다음, UV 램프를 사용하여 전처리 경화시키며, 제1 중간 컨베이어(4)를 통해 콤비네이션 롤링부(5)로 이송되어 진다. 콤비네이션 롤링부(5)에서는, 자재의 공급방향에 대해 순방향으로 회전하면서 자재에 도료를 도포하는 한 쌍의 순방향 롤러와 역방향으로 회전하면서 자재에 도포된 도료를 평탄화하는 한 쌍의 역방향 롤러에 의해 수행되며, 제2 중간 컨베이어(4)를 통해, 상기 제4 종래기술의 주요부인 지지 및 승강부(6)로 이송되어진다.
한편, 바로 지지 및 승강부(6)로 이송되어진 상면에 도료(63)가 도포되어 있는 자재(64) 바로 위에는, 도 6에서 보는 바와 같이, 폴리필름(62)을 잡고 있는 사각 링 형태의 프레임(65)이 위치하며, 이때는 지지 및 승강부(6)가 하측에 위치하므로, 폴리필름(62)의 중앙부는 아래로 쳐져 있다.
이제, 지지 및 승강부(6)가 실린더(66)에 의해 상방향으로 상승하게 되면, 상면에 도료가 도포되어 있는 자재(64) 바로 위의 폴리필름이 상방향으로 볼록하게 되며 (도 7 참조), 이후, 도 8에서 보는 바와 같이, 압착 및 경화부(7)에 의해 UV 평탄화 및 경화가 동시에 이루어지게 된다.
즉, 압착 및 경화부(7)의 가로대(72)에 설치된 레일(73)을 따라 크레인(74)이 슬리이딩하면서, 압착 롤러(75)가 폴리필름(62)을 압착하게 됨에 따라, 자외선 도료(63)를 균일하게 누른 상태에서 UV램프(76)에 의해 자외선 경화가 이루어지므로, 자외선 도료가 균일하게 도장될 수 있음은 물론, 도료와 폴리필름 간의 기포 발생을 최대한 억제할 수 있게 된다.
더욱이, 자재의 크기가 대단히 큰 경우에는, MDF와 같은 자재의 경우 장시간 보관시 약간 휘어질 수 있는데, 종래의 경우에는 압착 롤링을 하여 자재 및 자외선 도료를 평탄화한 다음에 압착 롤링을 종료한 별도의 단계에서 경화를 시키게 되므로 이미 그 사이에 휜 MDF가 원위치하여 자외선 도료가 약간 뜬 상태에서 경화가 이루어지므로 휜 MDF 자재에는 불균일한 도막이 형성되는 현상이 있었으나, 상기 제4 종래기술의 장치 및 방법에 의하면, 압착 롤러가 도료 평탄화 및 자재를 압착한 상태에서 순간적으로 경화가 이루어지므로, 그러한 현상을 최대한 방지할 수 있다. 아울러, 자재 위에 자외선 도료를 도포하고 경화하기 전에 상당시간 방치시, 도료의 불완전 경화 현상은 물론, MDF의 경우에는 도료가 자재와 완전밀착이 되지 않는다는 도장 불량 현상의 문제점이 있었으나, 상기 제4 종래기술의 장치 및 방법에 의하면, 이러한 문제점도 최소화할 수 있게 된다.
이후, 자재(64)와 폴리필름(62)은 상호 이격되도록 상대운동을 하게 되고, 크레인(74)은 반대 방향으로 원위치하면서 다음 작업을 준비하게 되며, 도료 도장이 완료된 자재는 제3 중간 컨베이어(4)를 통해 배출 컨베이어(8)로 수평이동함으로써 배출되어 진다. 이후 포장부(9)에서 랩핑이 이루어지며, 마지막으로 자재를 좌측 단부의 테이블 리프터(1)를 통해 적재부(10)에 적재함으로써, 상기 제4 종래기술의 도료 도장이 완료된다.
필요시, 제3 중간 컨베이어(4) 및 배출 컨베이어(8) 단계에서, 폴리필름으로부터 벗어난 자재에 콜드 UV램프를 통해 후처리과정이 수행될 수 있는바, 이는 도장된 도료층에 남아 있을지 모르는 잔존 유기화합물을 날려 보내기 위함이다.
한편, 이와 같은 상기 제4 종래기술의 장치에 의해 도장이 이루어지기 위해서는, 양호한 자외선 경화가 이루어지는 것을 전제로 하여야 하는바, 본 발명자는 상술한 바와 같이 광개시제로서의 "DAROCURE TPO-50%" 혹은 "IRGACURE 819-50%"을 반응성 올리고마 및 아크릴계 모노머와 혼합한 자외선 도료를 사용하고, 여기에 380nm 내지 400nm 파장의 LED 자외선 램프를 조사함으로써, 충분히 의미가 있는 순간적인 경화가 가능하며, 압착롤링과 자외선 경화를 동시에 행할 수 있었다.
아울러, 상기 380nm 내지 400nm 파장의 LED 자외선 램프(76)를 2.4m 길이의 MDF(64) 위에서 조사하여 경화하되, 압착롤러(75) 및 2~20 W/㎠ (바람직하게는 2~10 W/㎠)의 강도를 갖는 LED 자외선 램프(76)를 지지체(78)에 의해 지지하는 크레인(74)을 일례로 10m/min의 속도로 상대이동시키면서 압착 및 경화하였다.
마지막으로, 상기 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9에서 보는 바와 같이, 자재가 우측 단부의 테이블 리프터(1) 및 유입 컨베이어(2)를 통해 다이렉트 롤링부(3)로 유입되면, 다이렉트 롤링부(3)에서는 자재의 공급방향에 대해 순방향으로 회전하는 한 쌍의 롤러에 의해 다이렉트 롤링 단계를 수행하며(S11), 다음, UV 램프를 사용하여 관련 기술과 같이 예비 자외선 조사 단계인 전처리 경화를 수행한다(S12).
이후, 제1 중간 컨베이어(4)를 통해 콤비네이션 롤링부(5)로 이송되어지면, 콤비네이션 롤링부(5)에서는, 한 쌍의 순방향 롤러는 자재의 공급방향에 대해 순방향으로 회전하면서 자재에 도료를 도포하며 한 쌍의 역방향 롤러는 역방향으로 회전하면서 자재에 도포된 도료를 평탄화하는 콤비네이션 롤링 단계를 수행한다(S13).
이후, 자재를, 제2 중간 컨베이어(4)를 통해, 상기 제4 종래기술의 주요부인 지지 및 승강부(6)로 이송하여, 승강용 테이블에 안착시킨 후(S14), 지지 및 승강부(6)를 자재(64) 바로 위에 위치하는 폴리필름(62) 위치까지 상승시킨다(S15). 참고로, 폴리필름(62)의 테두리부는 사각 테두리 형태의 프레임(65)에 고무줄과 같은 탄성수단으로 고정되는바, 따라서, 적당한 위치까지 승강용 테이블을 상승시키면, 자재 상의 폴리필름이 팽팽하게 접하게 된다. 즉, 지지 및 승강부(6)가 실린더(66)에 의해 상방향으로 상승하게 되면, 상면에 도료가 도포되어 있는 자재(64) 바로 위의 폴리필름이 상방향으로 볼록하게 되면서 팽팽하게 접하게 된다.
이후, 압착 및 경화부(7)의 가로대(72)에 설치된 레일(73)을 따라 크레인(74)이 슬리이딩하면서, 압착 롤러(75)가 폴리필름(62)을 압착하게 됨에 따라, 자외선 도료(63)를 균일하게 누른 상태에서, UV램프(76)에 의해 자외선 경화가 이루어지도록 한다(S16).
자외선 경화가 이루어진 후, 자재(64)와 폴리필름(62)은 상호 이격되도록 승강용 테이블을 하강시키고(S17), 도료 도장이 완료된 자재를 제3 중간 컨베이어(4)를 통해 배출 컨베이어(8)로 수평이동함으로써 배출시킨다(S18). 이후 포장부(9)에서 랩핑이 이루어지며, 자재를 좌측 단부의 테이블 리프터(1)를 통해 적재부(10)에 적재함으로써, 출하되도록 한다.
필요시, 상술한 바와 같이, 제3 중간 컨베이어(4) 및 배출 컨베이어(8) 단계에서, 폴리필름으로부터 벗어난 자재에 콜드 UV램프를 통해 후처리과정이 수행될 수 있다.
이와 같이, 상기 제4 종래기술의 경화 방법을 응용한 판재에의 UV 도료 도장 방법 및 장치에 의하면, 종래 8명이서 1조가 되어 도장 작업을 하여야 하는 환경에서, 1명만으로도 작업이 용이하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다. 더욱이, 압착 롤러로 폴리필름을 균일하게 누른 상태에서 바로 경화가 이루어짐으로써, 균일한 도장 및 기포 발생이 최소화되고 휘어짐이 최소화된 판재의 도장이 가능하게 된다.
결국 공정이 단순해지고 신속한 제조가 가능하며 필요한 인력을 최대한 줄일 수 있어, 제조원가를 줄일 수 있음은 물론, 시간이 지체됨에 따라 자연광에 의한 불완전 경화 현상이나 휜 MDF 자재에 불균일한 도막이 형성되는 도장 불량 현상을 방지할 수 있다
그러나, 상기 제3 및 제4 종래기술에 있어서 다소 미흡한 점은, 판재의 색상이 다양한바, 원래 판재의 색상이 UV 도료 도장 후에도 나타나므로 소비자에 따라 호불호가 가려지게 되고, 더욱이 UV 도료에 의한 황변 현상이 완전히 사라지지 않는다는 문제점 있었다. 물론, 유색 안료의 함량을 높이면 그러한 문제점이 어느 정도 개선 가능하겠지만, 유색 안료의 함량이 높아지게 되면 건조 불량이 일어나고 부착력이 떨어진다는 새로운 문제점이 발생하며, 더욱이 건조 불량 문제를 해결하고자 무조건 자외선 광을 세게 한다면 표면 온도가 높아져서 폴리 필름의 재사용이 어려워진다는 문제점도 있다. 따라서, 이러한 건조성 문제로 인하여, 본 발명자 역시, 유색 안료의 함량을 5% 이내로 사용하였었다.
그리고, 이러한 문제점들은 상기 제1 및 제2 종래기술에 있어서도 마찬가지로 존재하였었다.
대한민국 특허 제733606호(명칭 : 표면도장방법) 대한민국 특허 제1370054호(명칭 : 판재에 자외선 경화형 도료를 이용한 전처리 후 필름을 접착하는 방법) 대한민국 특허 제1426834호(명칭 : 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법) 대한민국 특허 제1461074호(명칭 : 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법)
본 발명자는, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 원래 판재의 색상이 UV 도료 도장 후에 나타나지 않도록 은폐력이 획기적으로 향상되며, 더욱이 UV 도료에 의한 황변 현상이 획기적으로 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법을 제공하는 것이다.
즉, 은폐력을 높인 상태에서 UV 유색도료를 경화시켜 바탕 소재의 색상에 상관없이 원하는 도막색상의 구현이 가능하며, 유색 안료 함량의 증가로 인한 도막의 황변성능을 개선하고, 색상 조색이 용이하여 이색현상을 개선하는, 그러면서도 건조 문제나 과열로 인한 문제점이 발생하지 않도록 하는, 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법은, UV 도료가 도포된 목 재질의 판재 바로 위에 폴리필름을 위치시키는 단계; 압착 롤러로 폴리필름을 압착하여 UV 도료를 균일하게 평탄화하는 단계; 및 상기 평탄화된 UV 도료 위를 LED UV 램프가 지나가면서 경화시키는 단계; 를 포함하되, 상기 UV 도료는, 53~94 중량% 반응성 올리고머, 5~40 중량%의 가교제로서의 아크릴계 모노머 및 1~7 중량%의 광개시제가 혼합되고 여기에 소량의 체질안료가 및 기타 첨가제가 첨가된 1차 혼합물에 대해, 백색 안료를 추가로 배합한 유색 도료로서, 상기 1차 혼합물과 백색안료의 함량비는 중량기준으로 89.5~83.5 : 10.5~16.5 이어서, 최종적인 상기 UV 도료에서 백색안료의 함량은 10.5~16.5중량% 이고, 상기 경화시키는 단계에서, 상기 LED 램프의 파장은 360nm 내지 420nm 의 범위이고, UV 광량의 범위는 260~365mJ/㎠ 인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 1차 혼합물과 백색안료의 함량비는 중량기준으로 88~85 : 12~15 이어서, 최종적인 상기 UV 도료에서 백색안료의 함량은 12~15중량% 이고, UV 광량의 범위는 280~350mJ/㎠ 인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 광개시제는 "DAROCURE TPO"나 "IRGACURE 819" 혹은 이들의 혼합물을 액상으로 만든 것이며, 상기 UV램프의 파장은 380nm 내지 400nm 의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 LED 램프의 파장은 385nm 내지 395nm 의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 광개시제는 "DAROCURE TPO"나 "IRGACURE 819" 혹은 이들의 혼합물을 액상으로 만든 것이며, 상기 아크릴계 모노머는, 2-HEA (2-Hydroxyethyl Acrylate), IBOA (Isobornyl Acrylate), DPHA (Dipentaerythritol Hexylacrylate), TMPTA (Trimethylopropane Triacrylate), HDDA (1.6 Hexanediol Diacrylate), PETA (Pentaerythritol Triacrylate) 및 TPGDA (Tripropyleneglycol Diacrylate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 모노머 혹은 2 이상의 모노머의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 광개시제는 "DAROCURE TPO"를 휘발성이 낮은 2관능 이상의 모노머에 30~50% 의 농도로 녹여 사용하거나, 유기용제를 함유하지 않는 100% 액상의 개시제인 것을 특징으로 한다.
가장 바람직하게는, 상기 LED 램프는, 5~20W/㎠ 짜리 LED 자외선 램프를 2열 이상의 열로 배열하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법에 따르면, 백색 안료의 함량을 높이되 그에 따라 광량을 증가시킴으로써, 도막의 은폐력을 높이면서도 부착력이 떨어지는 문제점을 해결하였으며, 더욱이 최고 발열 온도를 50℃ 이하로 유지함으로써 폴리 필름의 재사용도 가능하도록 하면서, 은폐력 향상에 따른 황변성 개선 효과도 가져올 수 있는바, 결국 높은 은폐력으로 소재의 색상에 무관하게 조색이 가능해진다는 추가적인 장점을 지니게 된다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 1a는 제1 종래기술의 판재 표면도장방법을 설명하는 순서도.
도 1b는 제1 종래기술의 판재 표면도장방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 제2 종래기술의 판재에 자외선 경화형 도료를 이용한 전처리 후 필름을 접착하는 방법을 나타내는 순서도.
도 3은 제3 종래기술의 친환경적 UV 도료 도장 방법을 나타내는 순서도.
도 4는 또다른 제3 종래기술의 친환경적 UV 도료 도장 방법을 나타내는 순서도.
도 5는 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 장치의 개략도.
도 6 내지 도 8은 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 장치 중 주요부의 측면도로서, 도 6은 자재를 지지 및 승강부에 위치시킨 상태의 측면도이고, 도 7은 자재를 상승시켜 폴리필름에 안착시킨 상태의 사시도이며, 도 8은 압착롤러로 평탄화 및 압착을 한 상태에서 경화를 시키는 상태의 측면도.
도 9는 제4 종래기술의 신속한 경화가 가능한 판재에의 UV 도료 도장 방법을 응용한 경화 공정을 단순화한 판재에의 UV 도료 도장 방법의 순서도.
도 10은 예시적인 광개시제들의 화학구조식.
도 11은 본 발명에서의 실험예2에 따른 황변성 시험 테스트 결과지 사진.
도 12는 본 발명에서의 실험예3에 따른 은폐력 육안 시험의 시편 사진.
이하, 첨부된 도 11 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예 를 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명에서의 실험예2에 따른 황변성 시험 테스트 결과지의 실제 사진이고, 도 12는 본 발명에서의 실험예3에 따른 은폐력 육안 시험의 시편 사진이다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우로서, 본 발명자의 선행 기술에 개시되어 있는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
먼저, 본 발명에 따른 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법 역시, UV 도료 도포 단계(S3), 폴리 필름 부착 단계(S4), 표면 평탄화 단계(S5), 제1 자외선 조사 단계(S6) 및 폴리 필름 제거 단계(S7)를 포함하며, 각 단계는 도 3의 본 발명자의 선행 특허에서의 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법에서 보는 바와 같은 단계로 행하여진다.
다만, 본 발명의 방법의 경우, 상기 표면 평탄화 단계(S5) 및 제1 자외선 조사 단계(S6)는 동시에 이루어질 수 있고, 본 발명에서의 상기 UV 도료의 경우, 53~94 중량% 반응성 올리고머, 5~40 중량%의 가교제로서의 아크릴계 모노머 및 1~7 중량%의 광개시제가 혼합되어 1차 혼합물이 만들어지고, 특히 상기 UV 도료에는 상당량의 백색 안료가 첨가되는바, 상기 아크릴계 모노머 및 반응성 올리고머의 일부를 백색안료 (일례로 TiO2)로 대체한 것을 사용하되, 상기 1차 혼합물과 백색안료를 89.5~83.5 : 10.5~16.5 중량비로 혼합하여, 상기 백색안료가 전체의 10.5∼16.5 중량%가 되도록 한다. 다만, 여기에 소량의 체질안료 및 기타 첨가제가 첨가될 수 있다.
예를들어, 백색안료 12% 도료는, "DAROCURE TPO-50%" ("DAROCURE TPO"를 TPGDA에 70℃에서 50%의 농도로 녹여 사용) 의 광개시제 4 중량부를, 반응성 올리고마(불포화 폴리에스테르수지) 72 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 12 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 12 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용할 수 있고, 15% 유색 도료는, "DAROCURE TPO-50%" ("DAROCURE TPO"를 TPGDA에 70℃에서 50%의 농도로 녹여 사용) 의 광개시제 4 중량부를, 반응성 올리고마(불포화 폴리에스테르수지) 70 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 11 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 15 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용할 수 있다.
이때, 상기 광개시제는, 360~420nm (바람직하게는 380~400nm, 더욱 바람직하게는 385nm 나 395nm) 의 파장을 흡수하여 반응하는 것이 바람직한바, 특히 "DAROCURE TPO"나 "IRGACURE 819"를 사용하는 것이 적합하며, 아울러, 이때 사용되는 LED UV 램프는 360~420nm (바람직하게는 380~400nm, 더욱 바람직하게는 385nm 나 395nm) 의 파장을 발하는 LED UV 램프를 사용하며, 폴리 필름의 손상을 막기 위해서는 조사부위의 온도가 55℃ (더 바람직하게는, 50℃) 를 넘지 않도록 한다.
특히, 본 발명에서 LED 자외선 램프의 강도는, 종래기술의 경우보다 상대적으로 높은 LED 자외선 램프를 사용하는 것이 필요하며, 일례로 필립스 사의 5~20W/㎠ 짜리 LED 자외선 램프를 3열로 붙여서 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
다만, 광량이 260∼365mJ/㎠ 의 광량을 갖도록 조사되며, 바람직하게는, 280∼350mJ/㎠ 의 광량을 갖도록 조사되어야 한다.
LED UV 램프의 경우, 상기 TL 램프에 비해 발열량이 현저하게 작다는 장점이 있으며, 특정 파장대의 UV 만을 집중적으로 출력할 수 있어, 신속하고 확실하게 경화가 가능하다는 장점이 있으며, 다만 가격이 비싸고 조사각이 작다는 점 때문에, 일례로 10mm 폭을 갖는 5~20W/㎠ 짜리 LED UV 램프들을 횡으로 배열하되, 바람직하게는 이들을 2열 혹은 3열로 배열하여 광 조사장치를 구성한 후, 도장면과 램프 간의 간격이 일례로 4.5cm가 되도록 하면서, 이상의 광 조사장치를 5~20m/min 이하의 속도로 신속하게 이동시키면서 큐어링이 가능하다. 광 조사장치의 속도를 늦추면 낮은 광도의 저압램프를 사용가능하여 폴리필름의 열변형을 막는데는 유리하지만, 생산성이 떨어지게 된다는 단점이 존재한다.
종래의 TL 램프나 Gel 램프와 같은 고압방전등의 경우에는 자외선과 함께 고열이 발생하여, 조사되는 부위의 온도가 50~80℃까지 이르는바, 일반적으로 50℃ 이상이면, 사용되는 폴리 필름이 쭈글쭈글되어 도장면이 고르지 못하고 고가의 필름이 재활용되지 못한다는 문제점이 있다. 반면, 본 발명에서 사용되는 LED UV 램프의 경우에는 5~20W/㎠ 짜리를 사용할 경우, 조사되는 부위의 온도가 50℃를 넘지 않게 되므로, 평편한 도막 표면이 형성 가능하고 고가의 폴리 필름을 여러번 재활용할 수 있으므로, 유리하다.
참고로, 본 발명에서 사용되는 LED UV 램프의 강도는 와트수가 높을수록 큐어링이 잘 되므로 바람직하나, 와트수가 높으면 가격이 급상승하므로, 대체로 5~20W/㎠ 정도의 세기를 갖는 폭 10mm 의 LED UV 램프열을 사용하며, 바람직하게는, 이들을 2열 혹은 3열로 평행하게 배열하여 사용한다. 그 이상도 가능하나, 너무 집중 배열하면, 중앙부의 온도가 50℃ 이상 상승할 수 있어, 2열이나 3열이 바람직하다.
아울러, 상기 아크릴계 모노머 및 상기 반응성 올리고머는, 상기 본 발명과 관련된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법에서의 그것을 사용하면 되며, 다만, 본 발명의 LED UV 램프를 사용하는 경우, UV 도료에 사용되는 상기 반응성 올리고머는, 불포화 다염기산을 함유한 다염기산과 다가 알콜의 축합 반응에 의해 얻어지는 불포화 폴리에스테르수지가 바람직하며, 건조성을 좋게 하기 위하여, 우레탄 아크릴레이트 수지를 혼용할 수 있다. 반응성 희석제로서의 상기 아크릴계 모노머는, 휘발성이 극히 낮은 2관능 이상의 작용기를 지닌 아크릴계 모노머가 바람직하나, 다만 2-HEA (2-Hydroxy Ethyl Acrylate)의 경우에는 1관능 모노머이지만 반응성이 강하고 휘발성이 약하여 도막 유연성을 위하여 함께 사용되어져도 좋다.
상기 2관능 이상의 아크릴계 모노머로는, TMPTA (Trimethylopropane Triacrylate), HDDA (1.6 Hexanediol Diacrylate), PETA (Pentaerythritol Triacrylate) 및 TPGDA (Tripropyleneglycol Diacrylate) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 아크릴계 모노머가 바람직하다.
그리고, 본 발명에 사용되는 광개시제는, 분말상의 개시제를 휘발성이 낮은 2관능 이상의 모노머(특히 아크릴계 모노머, 혹은 TPGDA)에 30~50% 의 농도로 (바람직하게는, 35~45% 의 농도로) 녹여 사용하거나, 유기용제를 함유하지 않는 100% 액상의 개시제를 사용한다.
참고로, 상기 광개시제로서의 "DAROCURE TPO"는 모노 아킬 포스핀(MAPO)의 일종으로서 일례로 "Dipheny (2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide" 이고, "IRGACURE 819"는 비스 아킬 포스핀(BAPO)의 일종으로서 일례로 "Phosphine oxide, phenyl bis (2,4,6-trimethylbenzoyl)" 이며, 그들의 화학구조식을 도 10에 나타내었다.
본 발명의 방법에서의 UV 램프는 파장의 폭이 매우 좁은 영역에 형성가능한 LED 램프를 사용하는 것이 바람직하며, 대략 360~420nm (바람직하게는 380~400nm, 더욱 바람직하게는 385nm 혹은 395nm) 파장의 자외선을 조사한다.
바람직하게는, 상기 자외선 조사 단계에서의 조사는, 여러 개의 LED UV 램프를 바형으로 배치하되, 바형 UV 램프의 단위 면적당 출력이 5~20 W/㎠ 정도인 LED UV 램프를 사용하면 좋다.
이후, 상기 도 3의, 본 발명과 관련된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법에서 보는 바와 같이, 폴리 필름 제거 단계(S7) 및 필요에 따라 제2 자외선 조사단계(S8)가 행하여진 후, 포장을 거친 표면처리된 MDF를 포장 및 출하한다. 제2 및 제3 자외선 조사 단계는, 이미 건조 과정 후에, 혹시 남아 있을 수도 있는 불순물 (미 경화분) 을 제거하기 위한 것이므로, 종전과 동일하게 발열량과 무관하게, LED램프를 다중열로 배열하거나 LED가 아닌 다른 종류의 중압 및 고압 램프를 사용하더라도 문제없다.
경우에 따라, 상기 도 4에서 보는 바와 같은 전처리 공정(S1, S2)이 행하여 지고 나서, 상기 UV 도료 도포 단계(S3)가 콤비네이션 롤링 단계(S3')로서 행하여 지기도 한다.
본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법의 보다 구체적인 실험예로서, UV 도료에서 백색안료의 함량 및 사용되는 LED 램프의 광량의 예는 다음과 같다.
참고로, 상기 UV 도료의 반응성 올리고머, 가교제로서의 아크릴계 모노머 및 광개시제의 혼합비는 점도 조절을 위해 상기 범위 내에서 적당히 변경가능하다.
(실시예 1-1 내지 1-2 및 비교예 1-1 내지 1-3)
이제, 본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법의 각종 실시예 및 비교예로서, 일례로 395nm 파장의 자외선 파장의 동일조건 하에서 백색 안료의 함량을 3% 간격으로 달리함과 동시에 그에 응하여 광량의 세기를 그에 따라 30~50mJ/㎠ 간격으로 달리하면서, 건조 및 황변성 불량 여부를 비교하여 보았다.
사용된 UV 도료는, 아크릴 모노머 및 반응성 올리고머의 일부를 TiO2 백색안료로 대체한 것을 사용하였다. 한편, 상기 UV 도료에는 상당량의 백색 안료가 첨가되는바, 상기 아크릴계 모노머 및 반응성 올리고머의 일부를 백색안료 (일례로 TiO2)로 대체한 것을 사용하되, 상기 백색안료가 전체의 10.5∼16.5 중량% (바람직하게는, 12∼15 중량%) 가 되도록 한다. 다만, 여기에 소량의 체질안료 및 기타 첨가제가 첨가될 수 있다. 예를들어, 백색안료 12% 도료는, 일례로 "DAROCURE TPO-50%" ("DAROCURE TPO"를 TPGDA에 70℃에서 50%의 농도로 녹여 사용) 의 광개시제 4 중량부를, 반응성 올리고마(불포화 폴리에스테르수지) 72 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 12 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 12 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용할 수 있고, 15% 유색 도료는, 일례로 "DAROCURE TPO-50%" ("DAROCURE TPO"를 TPGDA에 70℃에서 50%의 농도로 녹여 사용) 의 광개시제 4 중량부를, 반응성 올리고마(불포화 폴리에스테르수지) 70 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 11 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 15 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용할 수 있다.
실시예 1-1
"DAROCURE TPO-50%" ("DAROCURE TPO"를 TPGDA에 70℃에서 50%의 농도로 녹여 사용) 의 광개시제 4 중량부를, 반응성 올리고마(불포화 폴리에스테르수지) 72 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 12 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 12 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용하였다.
여기에 10mm 의 폭을 갖는 395nm 파장의 5~20W/㎠ 짜리 LED 자외선 램프를 사용하되, 바람직하게는 395nm 파장의 20W/㎠ 자외선 LED 램프를 2열 이상으로 붙여서 각각의 광량이 나오도록 사용하며, 더욱 바람직하게는 3열을 한 조로 하여 LED UV 조사하여 경화하되, 2.4m 길이의 MDF에 대해 280mJ/㎠ 의 광량을 갖도록 LED 자외선 램프를 30mm 폭으로 (일례로 10mm 폭의 LED 램프들을 3열로 배치하여) 10m/min의 속도로 상대이동시키면서 (도장면과 램프의 간격은 4.5cm에서) 경화하였다.
실시예 1-2
"DAROCURE TPO-50%" ("DAROCURE TPO"를 TPGDA에 70℃에서 50%의 농도로 녹여 사용) 의 광개시제 4 중량부를, 반응성 올리고마(불포화 폴리에스테르수지) 70 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 11 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 15 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용하였다.
실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하였다.
상기 본 발명의 실시예 1-1 내지 1-2와 대비되는 비교예로서, 각 성분의 구성 성분의 예는 다음과 같다.
비교예 1-1
"DAROCURE TPO-50%"의 광개시제 4중량부를, 반응성 올리고마 76 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 14 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 6 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용하였다.
실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하였다.
비교예 1-2
"DAROCURE TPO-50%"의 광개시제 4중량부를, 반응성 올리고마 74 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 13 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 9 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용하였다.
실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하였다.
비교예 1-3
"DAROCURE TPO-50%"의 광개시제 4중량부를, 반응성 올리고마 68 중량부 및 아크릴계 모노머(TPGDA) 10 중량부와 혼합하고, 다시 여기에 백색안료(TiO2) 18 중량부를 혼합한 자외선 도료를 사용하였다.
실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하였다.
(실시예 2-1 내지 2-2 및 비교예 2-1 내지 2-3)
이제, 본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법의 각종 실시예 및 비교예로서, 320mJ/㎠ 의 자외선 조사 광량의 동일조건 하에서 백색 안료의 함량을 3% 간격으로 달리하면서 건조 및 황변성 불량 여부를 비교하여 보았다.
실시예 2-1
실시예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를 실시예 1-1에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 320mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 다른 조건은 실시예 1-1과 동일하나, 건조 속도를 달리하거나 LED 램프의 광도를 달리하거나 혹은 LED 램프의 배열을 달리하여 램프의 광량이 실시예 1-1의 경우보다 한 단계 더 높아지도록 한다.
실시예 2-2
실시예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를 실시예 1-2에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 320mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 실시예 2-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
상기 본 발명의 실시예 2-1 내지 2-2와 대비되는 비교예로서, 각 성분의 구성 성분의 예는 다음과 같다.
비교예 2-1
비교예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를, 실시예 2-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 2-2
비교예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를, 실시예 2-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 2-3
비교예 1-3에서와 동일한 자외선 도료를, 실시예 2-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
(실시예 3-1 내지 3-2 및 비교예 3-1 내지 3-3)
이제, 본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법의 각종 실시예 및 비교예로서, 350mJ/㎠ 의 자외선 조사 광량의 동일조건 하에서 백색 안료의 함량을 3% 간격으로 달리하면서 건조 및 황변성 불량 여부를 비교하여 보았다.
실시예 3-1
실시예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를 실시예 1-1에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 350mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 다른 조건은 실시예 1-1 및 실시예 2-1과 동일하나, 건조 속도를 달리하거나 LED 램프의 광도를 달리하거나 혹은 LED 램프의 배열을 달리하여 램프의 광량이 실시예 2-1의 경우보다 한 단계 더 높아지도록 한다.
실시예 3-2
실시예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를 실시예 1-2에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 350mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 실시예 3-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
상기 본 발명의 실시예 3-1 내지 3-2와 대비되는 비교예로서, 각 성분의 구성 성분의 예는 다음과 같다.
비교예 3-1
비교예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를, 실시예 3-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 3-2
비교예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를, 실시예 3-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 3-3
비교예 1-3에서와 동일한 자외선 도료를, 실시예 3-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
(비교예 4-1 내지 4-5)
이제, 본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법의 실시예 1-1, 1-2, 비교예 1-1, 1-2 및 1-3에서와 각각 동일한 자외선 도료를, 자외선 조사 광량을 240mJ/㎠ 로 달리하면서 건조 및 황변성 불량 여부를 비교하여 보았다 (다른 조건은 동일함).
비교예 4-1
비교예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-1에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 240mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 다른 조건은 비교예 1-1과 동일하나, 건조 속도를 달리하거나 LED 램프의 광도를 달리하거나 혹은 LED 램프의 배열을 달리하여 램프의 광량이 비교예 1-1의 경우보다 한 단계 더 낮아지도록 한다.
비교예 4-2
비교예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-2에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 240mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 비교예 4-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 4-3
실시예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 4-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 4-4
실시예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 4-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 4-5
비교예 1-3에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 4-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
(비교예 5-1 내지 5-5)
이제, 본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법의 실시예 1-1, 1-2, 비교예 1-1, 1-2 및 1-3에서와 각각 동일한 자외선 도료를, 자외선 조사 광량을 200mJ/㎠ 로 달리하면서 건조 및 황변성 불량 여부를 비교하여 보았다 (다른 조건은 동일함).
비교예 5-1
비교예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-1에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 200mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 다른 조건은 비교예 1-1 및 비교예 4-1과 동일하나, 건조 속도를 달리하거나 LED 램프의 광도를 달리하거나 혹은 LED 램프의 배열을 달리하여 램프의 광량이 비교예 4-1의 경우보다 한 단계 더 낮아지도록 한다. 다만, 본 비교예에서는 광량이 실시예 1-1보다 더 감소하여야 하므로, 동일한 강도의 LED 램프라면 2열로 배열하여야 할 수도 있다.
비교예 5-2
비교예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-2에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 200mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 비교예 5-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 5-3
실시예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 5-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 5-4
실시예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 5-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 5-5
비교예 1-3에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 5-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
(비교예 6-1 내지 6-5)
이제, 본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법의 실시예 1-1, 1-2, 비교예 1-1, 1-2 및 1-3에서와 각각 동일한 자외선 도료를, 자외선 조사 광량을 150mJ/㎠ 로 달리하면서 건조 및 황변성 불량 여부를 비교하여 보았다 (다른 조건은 동일함).
비교예 6-1
비교예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-1에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 150mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 다른 조건은 비교예 1-1, 비교예 4-1 및 비교예 5-1과 동일하나, 건조 속도를 달리하거나 LED 램프의 광도를 달리하거나 혹은 LED 램프의 배열을 달리하여 램프의 광량이 비교예 5-1의 경우보다 한 단계 더 낮아지도록 한다.
비교예 6-2
비교예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-2에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 150mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 비교예 6-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 6-3
실시예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 6-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 6-4
실시예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 6-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 6-5
비교예 1-3에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 6-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
(비교예 7-1 내지 7-5)
이제, 본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법의 실시예 1-1, 1-2, 비교예 1-1, 1-2 및 1-3에서와 각각 동일한 자외선 도료를, 자외선 조사 광량을 100mJ/㎠ 로 달리하면서 건조 및 황변성 불량 여부를 비교하여 보았다 (다른 조건은 동일함).
비교예 7-1
비교예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-1에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 100mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 다른 조건은 비교예 6-1 등과 동일하나, 건조 속도를 달리하거나 LED 램프의 광도를 달리하거나 혹은 LED 램프의 배열을 달리하여 램프의 광량이 비교예 6-1의 경우보다 한 단계 더 낮아지도록 한다. 다만, 본 비교예에서는 광량이 실시예 1-1보다 훨씬 더 감소하여야 하므로, 동일한 강도의 LED 램프라면 1열이라도 족하다.
비교예 7-2
비교예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-2에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 100mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 비교예 7-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 7-3
실시예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 7-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 7-4
실시예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 7-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 7-5
비교예 1-3에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 7-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
(비교예 8-1 내지 8-5)
이제, 본 발명의 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 LED UV 도료 도장 방법의 실시예 1-1, 1-2, 비교예 1-1, 1-2 및 1-3에서와 각각 동일한 자외선 도료를, 자외선 조사 광량을 380mJ/㎠ 로 달리하면서 건조 및 황변성 불량 여부를 비교하여 보았다 (다른 조건은 동일함).
비교예 8-1
비교예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-1에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 380mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 다른 조건은 비교예 3-1과 동일하나, 건조 속도를 달리하거나 LED 램프의 광도를 달리하거나 혹은 LED 램프의 배열을 달리하여 램프의 광량이 비교예 3-1의 경우보다 한 단계 더 높아지도록 한다. 다만, 본 비교예에서는 광량이 실시예 1-1보다 더 증가하여야 하므로, 동일한 강도의 LED 램프라면 4열로 배열하여야 할 수도 있다.
비교예 8-2
비교예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를 비교예 1-2에서와 유사한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화하되, 다만 LED 자외선 램프의 광량이 380mJ/㎠ 로 되도록 조사한다. 즉, 비교예 8-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 8-3
실시예 1-1에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 8-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 8-4
실시예 1-2에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 8-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
비교예 8-5
비교예 1-3에서와 동일한 자외선 도료를, 비교예 8-1에서와 동일한 방식으로 LED 자외선 램프를 조사하여 경화한다.
<실험예1>
이제, 상기 실시예 및 비교예 들에 의해 도막 경화를 진행한 후, 은폐력 시험을 행하기 위한 전 단계로서, 395nm LED 램프의 광량과 백색안료 함량(중량%)에 따른 도막 경화 성능을 비교하였다.
시험조건은, 395nm 파장의 5~20W/㎠ 자외선 LED 램프를 사용하되 (바람직하게는 395nm 파장의 20W/㎠ 자외선 LED 램프를 2열 혹은 3열로 붙여서 각각의 광량이 나오도록 함), 도장면과 램프와의 거리를 4.5cm로 하면서, Line speed 를 12m/min 기준으로 하여 진행하였다.
상기 각 실시예 및 비교예 들의 방식에 따라. 백색안료 함량과 광량을 각각 달리하면서, 그에 따른 경화를 행한 도막에 대해, 건조 여부를 조사한 결과를 <표 1> 에 나타내었다.
Figure 112021082004427-pat00001
실험예1의 결과, 본 발명자가 기존에 고수하던 백색 안료 함량(5%)을 넘어서는 대부분의 구간 (백색안료 6% 이상) 에서, 도료 건조성이 양호한 실시예 는, 자외선 LED 광량이 240~380mJ/㎠ 인 구간이었으며 (<표 1>에서 황색 바탕색 구간), 그 이전 (200mJ/㎠ 이하의 구간) 에서는 대부분의 범위에서 건조 불량 (건조보통 및 미건조) 이 나타났다 (비교예 5-1 내지 5-5, 비교예 6-1 내지 6-5, 비교예 7-1 내지 7-5 참조).
다만, 자외선 LED 광량이 240mJ/㎠ 인 경우 (비교예 4-1 내지 4-5) 에서는, 일부 구간에서는 도료 건조성이 양호하였으나, 백색 안료 함량이 6% 및 9%인 경우에만 건조가 양호하였고, 백색 안료 함량이 12% 인 경우에도, 도료 건조성이 다소 미흡하였는바, 본 발명의 목적을 달성하기에 부족하였다.
한편, 광량이 세어짐에 따라 도막의 표면발열온도가 높아지게 되는바, 자외선 LED 광량이 380mJ/㎠ 인 경우 (비교예 8-1 내지 8-5), 표면발열온도가 55℃ 정도에서, 폴리 필름이 열변형되므로 표면이 쭈글쭈글해져서 도막 표면이 매끄럽지 않을뿐더러, 폴리 필름의 재사용시 평탄면을 만들기 어려워지는바, 본 발명의 실시예에서 제외하였다.
결국 본 발명의 목적을 달성하기에 적합한 자외선 LED 광량은 280~350mJ/㎠ 인 구간 (<표 1>에서 청색 바탕색 구간) 으로 정하였으며, 이에 기초하여 다시 은폐력 및 황변 성능을 실험하였다.
<실험예2>
상기 <실험예1>의 결과 위에서, 추가로 황변성 시험을 행하였는바, 395nm LED 램프를 사용하여 광량 280J/㎠ 인 경우 (실시예 1-1 내지 1-2 및 비교예 1-1 내지 1-3) 에 대해, 백색안료 함량에 대한 색차값을 측정하였다.
시험 방법은, 'KS M ISO 16474-3:2017' 규격에 따라서 시편에 자외선을 폭로하고 'EIT UV PRODUCT'사의 UVICURE®PLUSⅡ-UVA2(380~420nm) 기종의 광량측정기를 적용하여 황변성 측정을 행하였다. 참고로, 이 표준 (KS M ISO 16474-3) 은, 물질이 실제 최종 사용 환경에서 태양광 또는 유리창 유리를 통과한 태양광에 폭로될 때 물질의 내후성에 영향을 주는 조건을 재현하기 위해 설계된 장치 내부에서 도막을 형광 UV 램프, 열 및 수분에 폭로시키기 위한 방법에 대하여 규정하는바, 국가표준인증 통합정보시스템 홈페이지 (https://standard.go.kr/KSCI/standardIntro/ getStandardSearchView.do)에서 확인 가능하다.
상기 실시예 1-1 내지 1-2 및 비교예 1-1 내지 1-3에 따라 제작된 시편에 대해, 황변성을 조사한 결과를 <표 2> 에 나타내었다. 도 11은, 실험예2에 따른 황변성 시험 테스트 결과지의 실제 사진이다. 실제 시편(100)에서 dE 값(210)을 측정한 테스트 결과지(200)를, 왼쪽부터 비교예 1-1 (도 11의 (a) 참조), 비교예 1-2 (도 11의 (b) 참조), 실시예 1-1 (도 11의 (c) 참조) 및 실시예 1-2 (도 11의 (d) 참조)의 순서대로 나타내고 있다.
Figure 112021082004427-pat00002
비교예 1-1의 경우 (백색안료 6%) 에는 색차값이 4 이상으로 너무 컷으며, 비교예 1-2의 경우 (백색안료 9%) 에는 어느 정도 줄어들었으나, 색차값에 대한 임계적 효과는 비교예 1-2와 실시예 1-1 사이에서 나타남을 알 수 있었다. 즉, 실시예 1-1에서는 색차값이 제로에 근사하도록 현저하게 향상되었는바, 따라서, 본 발명에 따른 백색안료 함량의 하한값을 비교예 1-2와 실시예 1-1 의 중간값 (10.5중량%) 으로 정하였다.
한편, 비교예 1-3의 경우, 색차값은 제로에 가까왔으나, <실험예1>에서 보는 바와 같이, 건조가 미흡하였는바, 역시 실시예에서 제외하였다.
결국, 본 발명의 목적을 달성하기에 적합한 백색안료의 함량은 10.5~16.5중량% (더욱 바람직하게는, 12~15중량%) 이고, 광량의 범위는 260~365mJ/㎠ (더욱 바람직하게는, 280~350mJ/㎠) 범위에서, 최상의 은폐력을 유지한 상태에서 완전한 도막경화 성능을 발휘함을 알 수 있다.
<실험예3>
상기 <실험예2>와 마찬가지로, 395nm LED 램프를 사용하여 광량 280J/㎠ 인 경우 (실시예 1-1 내지 1-2 및 비교예 1-1 내지 1-2) 에 대해, 백색안료 함량에 대한 은폐력을 육안으로 검사하였다.
바탕색으로 검정색 바탕지(300) 위에, 상기 실시예 1-1 내지 1-2 및 비교예 1-1 내지 1-2에 따른 도막을 투명 아크릴판(500) 상에 형성한 후, 육안으로 바탕색이 어느 정도 비치는지를 관찰하였는바, 도 12에서 보는 바와 같이, 흰색 바탕지(400) 위에서는 차이가 없으나, 검정색 바탕지(300) 위에서는, 현저한 차이를 보여주고 있는바, 비교예 1-1 내지 1-2에 따른 도막에서는 검정색이 어느 정도 비쳐 보여서 은폐력이 상당히 떨어짐을 알 수 있으나 (도 12의 610, 620 참조), 실시예 1-1 내지 1-2에 따른 도막에서는 검정색이 거의 비치지 않아 은폐력이 월등히 개선되었음을 알 수 있다 (도 12의 630, 640 참조).
이상에서는 본 발명의 일 실시예 에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
(본 발명)
100 : 시편 200 : 테스트 결과지
300 : 검정색 바탕지 400 : 흰색 바탕지
500 : 아크릴판 610 ~ 640 : 도막
(제3 및 제4 종래기술)
1 : 테이블 리프터 2 : 유입 컨베이어
3 : 다이렉트 롤링부 4 : 중간 컨베이어
5 : 콤비네이션 롤링부 6 : 지지 및 승강부
7 : 압착 및 경화부 8 : 배출 컨베이어
9 : 포장부 10 : 적재부
61 : 지지대 62 : 폴리필름
63 : 자외선 도료 64 : 자재
65 : 프레임 66 : 실린더
67 : 테이블
71 : 세로대 72 : 가로대
73 : 레일 74 : 크레인
75 : 압착롤러 76 : UV램프
77 : 차단막 78 : 지지체
(제1 종래기술)
11: 지지대 12: 폴리필름
13: 자외선 도료 14: 자재
a : 고무줄 R : 롤러
T : 테이블

Claims (7)

  1. 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법으로서,
    UV 도료가 도포된 목 재질의 판재 바로 위에 폴리필름을 위치시키는 단계;
    압착 롤러로 폴리필름을 압착하여 UV 도료를 균일하게 평탄화하는 단계; 및
    상기 평탄화된 UV 도료 위를 LED UV 램프가 지나가면서 경화시키는 단계;
    를 포함하되,
    상기 UV 도료는, 53~94 중량% 반응성 올리고머, 5~40 중량%의 가교제로서의 아크릴계 모노머 및 1~7 중량%의 광개시제가 혼합되고 여기에 소량의 체질안료가 및 기타 첨가제가 첨가된 1차 혼합물에 대해, 백색 안료를 추가로 배합한 유색 도료로서, 상기 1차 혼합물과 백색안료의 함량비는 중량기준으로 88~85 : 12~15 이어서, 최종적인 상기 UV 도료에서 백색안료의 함량은 12~15중량% 이고,
    상기 경화시키는 단계에서, 상기 LED UV 램프의 파장은 385nm 내지 395nm 의 범위이고, UV 광량의 범위는 280~350mJ/㎠ 이며,
    상기 광개시제는 "DAROCURE TPO"나 "IRGACURE 819" 혹은 이들의 혼합물을 액상으로 만든 것이며,
    상기 아크릴계 모노머는, 2-HEA (2-Hydroxyethyl Acrylate), IBOA (Isobornyl Acrylate), DPHA (Dipentaerythritol Hexylacrylate), TMPTA (Trimethylopropane Triacrylate), HDDA (1.6 Hexanediol Diacrylate), PETA (Pentaerythritol Triacrylate) 및 TPGDA (Tripropyleneglycol Diacrylate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 모노머 혹은 2 이상의 모노머의 혼합물인 것을 특징으로 하는 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광개시제는 "DAROCURE TPO"를 휘발성이 낮은 2관능 이상의 모노머에 30~50% 의 농도로 녹여 사용하거나, 유기용제를 함유하지 않는 100% 액상의 개시제인 것을 특징으로 하는 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED UV 램프는, 5~20W/㎠ 짜리 LED UV 램프를 2열 이상의 열로 배열하여 사용하는 것을 특징으로 하는 은폐력이 향상되고 황변성이 개선된 판재에의 친환경적 UV 도료 도장 방법.
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Citations (6)

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KR100733606B1 (ko) 2007-04-02 2007-06-28 박인수 표면도장방법
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JP2020122078A (ja) * 2019-01-30 2020-08-13 中国塗料株式会社 紫外線硬化性塗料組成物、その硬化方法、及び硬化塗膜

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