KR20020049923A - 표면 내스크래치성 및 제품가공후 표면외관이 우수한내지문용액 및 이를 이용한 내지문강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가전기기, 컴퓨터 등의 내외판용으로 사용되는 내지문강판의 제조방법 및 여기에 사용되는 내지문용액에 관한 것으로, 폴리에틸렌왁스에 불소수지를 첨가함으로써, 윤활성 및 내마모성을 향상시킨 내스크래치성 및 표면외관이 우수한 내지문용액 및 이를 이용한 내지문강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

에틸렌-아크릴 수지에 15~25phr의 실리카와 0.8~1.5phr의 실란커플링제가 투입된 주제용액; 분자량이 3500~6000이고 함량이 상기 주제용액의 함량대비 5~12phr인 에폭시 수지와 함량이 상기 주제용액의 함량대비 20~40phr인 실리카로 이루어진 경화제; 및 입자크기가 1㎛이하이고 그 함량이 상기 주제용액의 수지고형분대비 7~15wt%인 불소수지와 함량이 상기 주제용액의 수지고형분대비 3~5wt%인 폴리에틸렌으로 이루어진 왁스;를 포함하여 이루어지는 내지문용액 및 이를 이용한 내지문강판의 제조방법을, 그 기술적 요지로 한다.

Description

표면 내스크래치성 및 제품가공후 표면외관이 우수한 내지문용액 및 이를 이용한 내지문강판의 제조방법{A FINGER PRINTING RESISTANT STEEL SHEET WITH SUPERIOR SURFACE SCRATCH RESISTANCE AND APPEARANCE AFTER WORKING, AND A METHOD FOR MANUFACTURING IT}

본 발명은 가전기기, 컴퓨터 등의 내외판용으로 사용되는 내지문강판의 제조방법 및 여기에 사용되는 내지문용액에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내지문용액의 조성을 제어하여 윤활성 및 내마모성을 향상시킨 표면 내스크래치성 및 표면외관이 우수한 내지문용액 및 이를 이용한 내지문강판의 제조방법에 관한 것이다.

내지문 처리강판은 내식성, 내지문성, 내용제성 및 도장성이 우수하고 표면이 미려하여 가전기기,컴퓨터 등의 내외판용으로 다양하게 사용되고 있으며, 앞으로 그 용도가 더욱 넓혀질 전망이다.

한편, 고객사는 이제까지의 피막물성인 내식성, 내지문성, 내용제성 등의 기본적인 요구사항을 넘어 가공 취급시 표면의 스크래치발생을 억제하고 마찰계수를 감소시키며 성형후 가공부 표면에서의 흑화발생을 억제하는 등의 높은 품질수준을 요구하고 있다.

현재 생산중인 내지문 강판은, 아연도금강판 표면에 크로메이트처리를 실시한 후 박막의 수지코팅을 처리하여 제조된 제품으로써, 고객사의 각 가공공정 및 이송과정에서 스크레치가 발생할 뿐만 아니라 가공시 금형과의 마찰로 인해 가공부위가 검게 변색되는 품질문제점이 발생하고 있다. 이것은, 박막으로 수지피막된 내지문강판 표면이 금형과의 저항을 이겨내지 못하고 수지가 밀리면서 하지층인 아연도금층을 손상시켜서 미세 아연도금이 박리되어 수지와 뒤엉켜 표면이 검게 변화된 것이다. 이러한 흑화성 및 스크래치발생을 개선하기 위해서는 상부 수지층과 도금층을 결속시켜야 한다.

이에 관련된 기술로서, 대한민국 특허출원 제97-73554호에서는 수지층에 테프론계 왁스를 2~18phr 첨가하고, 실리카를 10~20phr첨가하여 슬립성을 향상시킴으로써 가공후 흑화성을 개선할 수 있는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이 경우 수지층 자체의 경도가 낮아 가혹한 조건하에서는 내스크래치성 및 내가공흑화성 확보에 다소 한계가 있다. 그리고, 테프론계만으로 구성되는 윤활왁스 사용은 내마모성은 우수하나, 저점도의 수성 코팅용액을 사용하는 현장의 라인특성상 비중차에 의해 사용에 제약이 수반된다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기한 종래 방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은, 폴리에틸렌왁스에 불소수지를 첨가함으로써, 윤활성 및 내마모성을 향상시킨 내스크래치성 및 표면외관이 우수한 내지문용액 및 이를 이용한 내지문강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1(a)는 입자가 큰 불소수지와 폴리에틸렌이 혼합된 상태를 나타내는 모식도이고, 도 1(b)는 입자가 작은 본 발명의 불소수지와 폴리에틸렌의 혼합상태를 나타내는 모식도

도 2(a),(b), 및 (c)는 비교재(c),(f), 및 발명재(a)에서 흑화발생유무를 나타내는 사진

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

에틸렌-아크릴 수지에 15~25phr의 실리카와 0.8~1.5phr의 실란커플링제가 투입된 주제용액;

분자량이 3500~6000이고 함량이 상기 주제용액의 함량대비 5~12phr인 에폭시 수지와 함량이 상기 주제용액의 함량대비 20~40phr인 실리카로 이루어진 경화제; 및

입자크기가 1㎛이하이고 그 함량이 상기 주제용액의 수지고형분대비 7~15wt%인 불소수지와 함량이 상기 주제용액의 수지고형분대비 3~5wt%인 폴리에틸렌으로 이루어진 왁스;를 포함하여 이루어지는 표면 내스크래치성 및 표면외관이 우수한내지문용액에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 전기아연도금강판에 크로메이트처리를 실시한 다음 수지도막두께가 1.2∼2.0㎛이 되도록 제 1항의 내지문용액을 도포하고 강판온도를 100∼160℃까지 소부하여 건조시키는 것을 포함하여 이루어지는 표면 내스크래치성 및 표면외관이 우수한 내지문강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

내지문강판은, 전기아연도금층에 박막의 수지처리를 한 제품으로서, 단단한 수지피복층은 외부의 압력에도 충분히 견딜 수 있어, 스크레치가 잘 일어나지 않도록 하고 하지층인 도금층을 보호해준다.

상기한 내지문강판의 제조에 사용되는 내지문용액은, 주제용액에 경화제, 왁스 등을 첨가하여 이루어지는데, 현재 사용되고 있는 내지문용액의 주제수지인 에틸렌-아크릴수지는 수지의 내식성과 부착성을 향상시키는 역할을 하기 때문에, 상기한 바와 같이, 내지문용액의 도포로 이루어지는 수지피막의 경도를 향상시켜 내스크레치성을 향상시키기 위해서는, 경화제의 종류와 함량을 조절해야 한다.

한편, 내지문용액을 도포하여 제조되는 내지문강판에서는 가공후 강판의 흑화가 발생할 수 있는데, 이것은 제품의 외관을 해치므로, 내지문용액 중 흑화방지역할을 하는 왁스의 성분을 적절히 조절할 필요가 있다.

이러한 관점에서, 본 발명의 발명자들은, 내지문용액의 성분을 적절히 제어하고 이를 이용해 도포량을 조정하면서 강판상에 수지피복층을 형성시켜, 내지문강판을 제조하고, 본 발명을 완성시킨 것이다.

이하, 본 발명의 내지문용액 및 내지문강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 주제용액으로는, 통상 사용되고 있는 것을 이용할 수 있는데, 바람직하게는 에틸렌-아크릴 수지에 15~25phr의 실리카와 0.8~1.5phr의 실란커플링제가 투입된 주제용액이 좋다.

다음, 경화제로는, 에폭시수지내에 실리카를 첨가 혼합시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 에폭시수지의 수평균 분자량은, 수지도막내에서 유리전이온도 및 도막의 경도에 영향을 미치는 요소로서, 3500~6000인 것이 바람직한데, 그 이유는, 상기 에폭시수지의 분자량이 3500 미만이면 경화제의 유리전이온도가 낮아서 가공후 스크레치와 흑화발생이 용이하고, 6000 이상이면 에폭시수지의 수용화가 어렵기 때문이다. 이와 같은 에폭시수지는, 상기 주제용액의 함량대비 5~12phr로 통상 첨가된다.

상기 경화제에 첨가되는 실리카는 무기질 실리카가 바람직하고, 그 함량은 상기 주제용액의 함량대비 20~40phr인 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 실리카의함량이 20ph미만이면 경화반응이 충분치 않아 내스크래치성의 확보가 곤란하며, 40phr를 초과할 경우엔 더 이상의 경도향상 효과가 없기 때문이다.

한편, 본 발명에서는 내흑화성 향상을 위하여, 불소수지와 폴리에틸렌으로 이루어지는 왁스를 사용하는데, 특징이 있다. 이 때, 상기 불소수지의 함량은, 상기 주제용액 중 수지의 고형분대비 7~15wt%로 하고, 상기 폴리에틸렌의 함량은 3~5wt%로 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 불소수지의 함량이 7wt% 미만이면, 수지표면에서의 슬립성이 약하여 가공후 흑화방지능이 보존되기 어렵고, 15wt% 이상이면 슬립성이 너무 우수하여 고객사가 내지문제품 가공후, 도장시 도막밀착성이 떨어지기 때문이다. 또한, 상기 불소수지는 입자크기가 1㎛이하인 것이 바람직한데, 그 이유는 도 1(a),(b)를 통해 설명할 수 있다. 도 1(a)는 폴리에틸렌왁스와 불소수지 왁스를 단순히 혼합한 것으로, 이 경우에는 표면윤활성은 우수하지만, 내흑화성 향상에는 한계가 있다. 그러나, 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 불소수지의 입자크기를 작게 하여 폴리에틸렌 왁스와 결합시키면, 결합된 입자가 커져서 부유효과(floating effect)와 볼 베어링효과(ball bearing effect)가 동시에 확보될 수 있다. 즉, 불소수지의 비교적 높은 비중을 고려하여 입자를 미세화 하고 비중이 0.95정도로 작은 폴리에틸렌 왁스에 결합시키면, 총 왁스의 비중이 1.0수준을 나타내어 수용성 수지용액상에서 최적 부유조건하 내마모성 및 윤활성을 발휘할 수 있게 되는 것이다. 이 때, 바람직한 불소수지의 입자크기가 1㎛ 이하인 이유는 다음과 같다. 즉, 수용성 수지용액은 표면장력과 점도를 동시에 갖고 있는데, 이속에서 비중이 높은 불소수지의 입자크기가 1㎛ 이하이면, 부력을 견딜 수 있어서 표면에 부유할 수 있기 되는 것이다.

한편, 상기 폴리에틸렌의 함량이 3wt% 미만이면 불소수지와 결합하여 슬립성을 발휘하는 효과가 떨어지며, 5wt% 이상일 경우엔 오히려 슬립성을 저해하기 때문이에 바람직하지 못하다.

상기와 같이 조성된 내지문용액을 크로메이트 처리된 전기아연도금강판에 도포한 다음, 강판온도를 기준으로 100∼160℃의 온도범위에서 소부하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 소부온도가 100℃미만이면 수지의 경화반응이 충분하지 못하여 도막의 물성이 저하되고, 160℃이상이면 경화반응은 더 이상 일어나지 않고 열량 손실이 그만큼 크기 때문이다.

이와 같이 하여 형성된 수지피막의 건조두께는, 가공후 흑화에 영향을 미치므로 적절히 제어해야 하는데, 그 이유는 다음과 같다. 즉, 전기아연도금층은 냉연강판의 평균조도인 0.8~1.2㎛를 그대로 보지하기 때문에, 이후 형성되는 수지층은, 이러한 조도를 완전히 덮을 수 있는 두께를 갖아야 하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 상기 수지피막의 건조두께를 1.2∼2.0㎛로 설정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 도막두께가 1.2㎛ 미만이면 도막두께가 얇아 하지인 전기아연도금층을 충분한 덮지 못하여 가공후 흑화가 발생하고, 2.0㎛ 이상이면 도막두께 증가에 따라 내흑학성에 영향이 없고, 오히려 용접성,전기저항성 등의 품질이 열화되기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

(실시예 1)

에틸렌-아크릴 수지를 100부 넣은 후, 수평균 분자량이 64인 20phr의 콜로이달 실리카, 1.2phr의 실란커프링제를 혼합한 용액을 75℃에서 3시간 동안 교반한 다음 냉각시켜 실리카변성 에틸렌-아크릴 수지를 주제용액으로 하였다.

상기 주제용액에 경화제로서 분자량이 4000인 에폭시수지 10phr과 하기 표 1과 같이 함량을 변화시킨 실리카를 첨가하고, 또한 3wt%의 폴리에틸렌왁스와 입자가 0.8㎛이고 함량이 12wt%인 불소수지 왁스를 혼합하여 첨가함으로써, 내지문용액을 제조하였다.

그 후, 아연도금부착량이 20 g/㎡로 도금된 후 10㎎/㎡의 크로메이트 처리가 된 강판에 상기에서 제조된 내지문 수지용액을 롤코팅 방법으로 도포한 다음, 강판온도를 130℃에서 소부한 후, 수냉시켜 건조수지 도막두께가 1.2㎛인 수지피복강판을 제조하였다. 그 후, 내스크래치성 및 가공후 내흑화성을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 내스크래치성 평가는, 아크릴판으로 직경 10㎜, 길이 100㎜인 원형 바(Bar)를 이용하여 손으로 힘껏 긁었을 때 스크래치가 발생하는 정도로서 평가하였는데, 그 기준은 다음과 같다.

◎: 수지도막의 긁힌 자국이 전혀 없음

○: 수지도막의 긁힌 자국이 아주 미세함

△: 수지도막의 긁힌 자국이 조금 심함

X : 수지도막의 긁힌 자국이 아주 심함

또한, 상기 가공후 내흑화성은, 편면 마찰시험후 마찰계수 측정전,후면의 백색도 차이를 서로 비교하였으며, 이때 마찰계수 측정은 시편을 45 ×300㎜로 절단한 다음 Draw Bead Test를 이용하여 산출하였고, Draw Bead 조건은 680㎏ 하중에 17㎜/s의 Speed 로 하였다. 평가방법은 다음과 같다.

◎: 마찰계수 측정 전,후의 백색도 색상 차이가 △L 0.5이하

○: 마찰계수 측정 전,후의 백색도 색상 차이가 △L 0.5~1.5

△: 마찰계수 측정 전,후의 백색도 색상 차이가 △L 1.5~3.5

X : 마찰계수 측정 전,후의 백색도 색상 차이가 △L 3.5이상

구분	경화제(phr)	품질평가
	에폭시	실리카	내스크래치성	마찰계수	내가공흑화성
비교재1	10	3	X	0.135	X
비교재2		5	X	0.131	△
비교재3		10	X	0.128	△
비교재4		12	△	0.124	○
비교재5		15	○	0.119	○
발명재1		20	◎	0.110	◎
발명재2		30	◎	0.106	◎
발명재3		40	◎	0.097	◎
비교재6		50	◎	0.101	○

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 경화제의 성분 중 에폭시수지와 결합되는 실리카의 함량이 20~40phr인 경우, 내스크래치성 및 내흑화성이 향상됨을 알 수 있다.

(실시예 2)

내지문용액 중 왁스조성에 따른 내스크래치성, 마찰계수, 및 내가공 흑화성을 알아보기 위하여, 상기 실시예 1의 주제용액에 경화제로서 분자량이 4000인 에폭시수지 10phr과 실리카 40phr을 첨가하고, 하기 표 2와 같이 왁스의 조성을 변화시켜 첨가하였다. 이 때, 불소수지의 입자크기는 0.8㎛였다.

이와 같이 하여 제조된 내지문 수지용액을 실시예 1과 동일한 방법으로 강판에 도포하여 내지문강판을 만들고, 실시예 1의 방법으로 품질을 평가하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

구분	왁스(wt%)	품질평가
	폴리에틸렌계	불소수지계	내스크래치성	마찰계수	내가공흑화성
비교재a	3	-	X	0.210	X
비교재b	5	-	△	0.194	X
비교재c	10	-	△	0.182	△
비교재d	15	-	△	0.173	△
비교재e	3	3	○	0.184	△
비교재f	3	5	○	0.132	○
발명재a	3	7	◎	0.115	◎
발명재b	3	10	◎	0.103	◎
발명재c	3	15	◎	0.096	◎
비교재g	3	20	◎	0.097	◎

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 왁스성분 중 불소수지의 함량이 7wt% 미만인 비교재(a)~(f)의 경우에는 내가공흑화성이 열위하였고, 15wt% 이상인 비교재(g)의 경우에는 마찰계수와 내가공흑화성의 개선 효과가 더 이상 확인되지 않았음을 알 수 있다.

한편, 도 2(a),(b),(c)에는, 상기 표 2의 비교재(c),(f)와 발명재(a)에 대한 내가공흑화성 평가결과가 나타나 있다. 즉, 도 2(a),(b)에 나타난 바와 같이, 비교재(c),(f)는 흑화가 발생된 부분이 확인되었고, 도 2(c)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 발명재(a)에서는 가공부위에 흑화가 발생되지 않을 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 고객사의 공정에 투입될 때 스크레치성과 가공후 흑화성이 방지되어 내지문강판의 품질을 한층 향상시킴으로써, 고객사의 불만해소 및 제품에 대한 신뢰도 향상에 상당히 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 에틸렌-아크릴 수지에 15~25phr의 실리카와 0.8~1.5phr의 실란커플링제가 투입된 주제용액;

   분자량이 3500~6000이고 함량이 상기 주제용액의 함량대비 5~12phr인 에폭시 수지와 함량이 상기 주제용액의 함량대비 20~40phr인 실리카로 이루어진 경화제; 및

   입자크기가 1㎛이하이고 그 함량이 상기 주제용액의 수지고형분대비 7~15wt%인 불소수지와 함량이 상기 주제용액의 수지고형분대비 3~5wt%인 폴리에틸렌으로 이루어진 왁스;를 포함하여 이루어지는 표면 내스크래치성 및 표면외관이 우수한 내지문용액
2. 전기아연도금강판에 크로메이트처리를 실시한 다음 수지도막두께가 1.2∼2.0㎛이 되도록 제 1항의 내지문용액을 도포하고 강판온도를 100∼160℃까지 소부하여 건조시키는 것을 포함하여 이루어지는 표면 내스크래치성 및 표면외관이 우수한 내지문강판의 제조방법