KR20070106104A

KR20070106104A - 자외선 경화형 카티온 전착도료와 그 제조방법 및 도장방법

Info

Publication number: KR20070106104A
Application number: KR1020060038568A
Authority: KR
Inventors: 김병학
Original assignee: 주식회사 태영테크
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-01

Abstract

본 발명은 UV 경화형 카티온 전착도료와 그 제조방법 및 도장방법에 관한 것으로, UV 경화형 도료를 전착도장하여 자외선 조사에너지로 경화시켜 고온건조시에 발생하였던 경화시 수축성의 문제를 해결하고, 도막과 피도물의 밀착성을 향상시키며, 오븐건조에 따른 갈라짐 현상이나, 급경화에 따른 취성을 방지하고, 기존의 사용되었던 소재에 한정되지 아니하며 다양한 소재에 적용할 수 있는 것을 특징으로하는, 피도물을 침전탈지하는 제1 탈지공정과, 전해탈질하는 제2 탈지공정과, 증류수로 세척하는 제1 수세공정과, 중화시켜 활성화·균일화하는 제1 표면조정공정과, 증류수로 세척하는 제2 수세공정과 화성피막처리하는 제2 표면조정공정과 증류수로 세척하는 제3 수세공정과 증류수로 세척하는 제4 수세공정과 8.8중량% ~ 9.0중량%의 담황색의 점조액체로 60% ~ 62%의 가열잔분을 갖고 IPA(Iso-propyl alcohol)와 부칠셀로솔부(Butyl cellosolve)와 자일렌(Xylene)을 함유용제로 하며 22000mPa·s/25℃ ~ 28000mPa·s/25℃의 점도를 갖는 아크릴계합성수지와 4.4중량% ~ 4.6중량%의 담황색의 점조액체로 100%의 가열잔분을 갖는 아크릴계합성수지를 균일하게 교반시켜, 85중량% ~ 86중량%의 이온교환수를 조금씩 첨가하여 희석시키고, 0.95중량% ~ 0.97중량%의 IPA를 첨가하여, 1㎛ 카트리지필터(Cartridge Filter)에서 여과시키고, 규조토여과 시스템으로 정밀여과시킨 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도료를 이용하여 전착도장하는 전착도장공정과 상기 도장이 완료된 피도물을 증류수로 세척하는 제5 수세공정과 증류수로 세척하는 제6 수세공정과 증류수로 세척하는 제7 수세공정과 발수제에 침전시키는 제3 표면조정공정과, 상기 제3 표면조정공정이 완료된 피도물에서 표면의 수분을 이탈시키는 수절공정과, 예비 건조시키는 제1 건조공정과 자외선으로 경화건조시키는 제2 건조공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도료와 그 제조방법 및 도장방법에 관한 것이다.

카티온 전착도장, UV 경화형 도료

Description

자외선 경화형 카티온 전착도료와 그 제조방법 및 도장방법{a method for producing UV-curing cationic electroposition paint and spraying method}

도 1은 본 발명 UV 경화형 카티온 전착도료 제조방법의 순서도.

도 2는 UV 경화형 카티온 전착도장방법의 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

10 : 교반공정 20 : 희석공정

30 : IPA 첨가공정 40 : 제1 여과공정

50 : 제 2여과공정 S10 : 제1 탈지공정

S20 : 제2 탈지공정 S30 : 제1 수세공정

S40 : 제1 표면조정공정 S50 : 제2 수세공정

S60 : 제2 표면조정공정 S70 : 제3 수세공정

S80 : 제4 수세공정 S90 : 전착도장공정

S100 : 제5 수세공정 S110 : 제6 수세공정

S120 : 제7 수세공정 S130 : 제3 표면조정공정

S140 : 수절공정 S150 : 제1 건조공정

S160 : 제2 건조공정

본 발명은 아크릴계합성수지를 주성분으로 하는 두 가지의 도료를 소정의 비율로 혼합하여 조성된 UV 경화형 전착도료를 피도물에 전착도장하여 UV로 저온 건조시켜 도막을 경화시키고, 단시간에 도막의 경화가 이루어져 도장의 처리효율이 용이하며, 고온건조시에 발생하는 열부하를 비롯하여 갈라짐이나 경화시 수축되는 문제점을 해결하여 도막결함을 최소화할 수 있으며 다양한 소재에 전착도장을 시행할 수 있고, 피도물과 도막의 밀착성이 우수한 UV 경화형 카티온 전착도료와 그 제조방법 및 도장방법에 관한 것이다.

전착도장은 피도물과 탱크를 양 전극으로 하고 탱크내의 수용성 도료중에 전류를 통해서 피도물에 도막을 만드는 도장방법으로서, 그 과정은 금속도금과 유사 하다. 두터운 도막은 할 수 없지만 침지 도장이나 분무식 도장에 비해서 도장에 낭비가 없고, 공정의 자동화와 도료의 절약을 도모할 수 있는 장점이 있으며, 음이온 전착도장과 카티온 전착도장으로 구분한다.

상기 카티온 전착도장은, 복잡한 형상을 갖는 피도물이라도 세부까지 도장을 실시할 수 있고, 자동적이고 연속적으로 도장할 수 있는 특징에 따라 범용되고 있으며, 특히, 높은 방청성이 요구되는 언더코팅으로 널리 사용되고 있다. 또한, 카티온 전착도장은, 카티온 전착도료 조성물을 양극으로하고, 피도물을 음극으로 하여 침지시켜 전압을 가하여 줌으로써 행하여 진다. 이 도장 과정에서의 피막의 석출은 전기·화학적인 반응에 의한 것이며, 전압을 적용하여 피도물 표면에 도료 에 멀전 입자가 영동하고 석출되어 피막을 형성한다. 피도물 표면에 석출된 피막은 절연성을 가지므로, 도장과정에서, 피막의 석출이 진행하여 석출막의 막두께가 증가함에 따라, 막두께의 증가에 비례하여 피막의 전기저항은 커진다. 그 결과, 해당 부위에의 도료의 석출은 저하되고, 대신에 미석출 부위의 피막은 절연성을 가지므로, 도장과정에서, 피막의 석출이 진행하여 석출막의 막두께가 증가함에 따라, 막두께의 증가에 비례하여 피막의 전기저항이 커지게 되고, 이렇게 하여, 순차적으로 미피착부분에 도료 에멀전 입자가 피착하여 도장이 완성된다.

또한, 상기와 같은 카티온 전착도장은,일반적으로 언더코팅도장에 주로 사용되어, 방청 등을 주목적으로서 행하여지므로, 복잡한 구조를 갖는 피도물이라도, 모든 부분에서 그 피막의 막두께를 소정치 이상으로 해야하는 특징이 있으며, 카티온 전착도장에 있어서는 상술한 바와 같이 피도물 표면에 절연성의 피막이 순차적으로 형성되어가므로, 이론적으로는 무한한 균일전착성을 갖고 있어, 피도물의 모든 부분에 균일하게 피막을 형성할 수 있는 장점이 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 카티온 전착도장방법은 박판의 균일한 전착성을 얻을 수 없어, 미세한 두께를 갖는 도막을 얻기 힘들었고, 전착도료의 구성상 다량의 희석액을 함유하고 있어 수분의 건조를 위해 고온의 오븐에서 장시간 건조시켜 야 했으며, 이에 따라 도장표면에 균열이 발생하거나 도막의 경도가 커져 취성이 발생하는 경우가 빈번하였고, 상기와 같은 도막결함에 따라 도막의 수명이 단축되거나, 피도물과 도료간의 부착력이 저하되어 도장효율 감소하였으며, 고부가가치의 상품의 완성이 어렵게 되는 단점이 있었다.

따라서, UV 경화형 도료와 같은 저온에서도 속건조가 가능한 전착도료로 사용하여 전착도장하여 고온건조시에 발생되는 도장결함의 문제를 해결하여야 한다.

상기, UV 경화형 도료는 일반적으로 빛에너지를 이용하여 경화하는 도료로서, 자외선경화형도료는 불포화기(2중결합기)를 가지고 있는 폴리머(Polymer), 올리고머(Oligomer), 모노머(Monomer)와 자외선조사에 의해서 활성화한 광개시제를 주성분으로하고, 광개시제가 발생시키는 Radical이 불포화기를 가지고 있는 수지를 활성화시켜 Radical 중합이 이루져서 고분자화, 도막화가 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 Radical 반응은 공유결합이 절단된 결과 유리기(遊離基:자유라디칼)로 되는데, 이것의 재결합에 의해서 진행되는 반응을 말하고, 분리·전이(轉移)·첨가 ·중합 등 각종 반응이 유리기를 거쳐 진행된다.

또한, 자외선 경화도료로서 아주 단시간에 완전경화하며, UV조사 후, 수초에서 경화하고 도막화하는 특징이 있어, 생산효율이 양호하고, 설비면도 완성도가 높으며며, 저온경화가 이루어져 경화에 고열을 사용하지 않기 때문에 플라스틱이나 목재형태에 고온가열이 가능하지 않은 것이나 열용량이 큰 소재에 유용하게 사용된다. 또한, 자외선 경화도료는 1액형이 가능하기 때문에 가사시간의 걱정이 없고 취급이 간편하며, 가열이 부적당한 소재의 도장에 적절하고 열경화형도료에 비해서 경화에 필요한 에너지의 소비가 적고, 비교적 저 분자량의 Monomer등으로 구성되어 있으므로 용제사용량이 적거나, 대부분이 무용제형 도료로써 거의 100%가 도막성분이어서 친환경적이고, 공정시간이 단축됨에 따라 생산성이 크게 향상될 수 있으며, 경화도막은 고가교밀로 내용제성, 내오염성, 내약품성, 내마모성에 우수한 도막이 얻을 수 있다.

이에 따라, UV 경화형 도료를 사용하여 카티온 전착도장을 실시함으로써, UV 경화형 도료의 카티온 전착후, 전착된 UV 경화형 도료를 UV에 의해 저온에서 급속히 건조시킴에 따라 고온건조에서 발생할 수 있는 도막결함을 최소화 하고, 도장의 부착력이나 밀착성을 향상시키고, 친환경적이며 고부가가치 제품을 생산시킬 수 있는 UV 경화형 카티온 전착도료와 그 제조방법 및 도장방법의 보급이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 현상을 감안하여, UV 경화형 도료를 전착도장하여 자외선 조사에너지로 경화시켜 고온건조시에 발생하였던 경화시 수축성의 문제를 해결하고, 도막과 피도물의 밀착성을 향상시키며, 오븐건조에 따른 갈라짐 현상이나, 급경화에 따른 취성을 방지하고, 기존의 사용되었던 소재에 한정되지 아니하며 다양한 소재에 적용할 수 있으며, 무공해 친환경적인 UV 경화형 카티온 전착도료와 그 제조방법 및 도장방법의 제공을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 서로 다른 사양을 갖는 아크릴계합성수지를 균일하게 혼합하는 교반공정과 이온교환수를 조금씩 첨가하면서 희석하는 희석공정과, IPA를 첨가하는 IPA첨가공정과 카트리지필터에서 여과시키는 제1 여과공정과 규조토여과 시스템으로 정밀여과시키는 제2 여과공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도료 제조방법 및 상기와 같은 공정을 통해 완성되는 도료를 제공한다.

또한, 피도물을 침전탈지하는 제1 탈지공정과, 전해탈질하는 제2 탈지공정과, 증류수로 세척하는 제1 수세공정과, 중화시켜 활성화·균일화하는 제1 표면조정공정과, 증류수로 세척하는 제2 수세공정과 화성피막처리하는 제2 표면조정공정과 증류수로 세척하는 제3 수세공정과 증류수로 세척하는 제4 수세공정과 상기 UV 경화형 카티온 전착도료에 전착도장하는 전착도장공정과 상기 도장이 완료된 피도물을 증류수로 세척하는 제5 수세공정과 증류수로 세척하는 제6 수세공정과 증류수로 세척하는 제7 수세공정과 발수제에 침전시키는 제3 표면조정공정과, 상기 제3 표면조정공정이 완료된 피도물에서 표면의 수분을 이탈시키는 수절공정과, 예비 건조시키는 제1 건조공정과 자외선으로 경화건조시키는 제2 건조공정으로 전착도장하는 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도장 방법을 제공한다.

이하 첨부된 도면에 따라 본 발명의 구성과 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 도 1은 본 발명 UV 경화형 카티온 전착도료 제조방법의 순서도이고, 도 2는 UV 경화형 카티온 전착도장방법의 순서도이다.

본 발명의 UV 경화형 카티온 전착도료는 사양이 다른 두 종류의 아크릴계합성수지를 적정한 비율로 혼합하는 교반공정(10)과, 상기 교반시킨 혼합물질에 85중량% ~ 86중량%의 이온교환수를 조금씩 첨가하면서 희석하는 희석공정(20)과, 상기 희석시킨 혼합물질에 0.95중량% ~ 0.97중량%의 IPA를 첨가하는 IPA첨가공정(30)과, 상기 IPA가 첨가된 혼합물질을 1㎛ mesh 크기의 카트리지필터에서 여과시키는 제1 여과공정(40)과, 상기 제1 여과공정(40)이 완료된 IPA가 첨가된 혼합물질을 규조토여과 시스템으로 정밀여과시키는 제2 여과공정(50)으로 이루어 진다.

교반공정(10)은 8.8중량% ~ 9.0중량%의 담황색의 점조액체로 60% ~ 62%의 가열잔분을 갖고 IPA(Iso Propyl Alcohol)와 부칠세로솔부(Butyl Cellosolve)와 자일렌(Xylene)을 함유용제로 하며 22000mPa·s/25℃ ~ 28000mPa·s/25℃의 점도를 갖는 아크릴계합성수지와 4.4중량% ~ 4.6중량%의 담황색의 점조액체로 100%의 가열잔분을 갖는 아크릴계합성수지를 균일하게 혼합하는 공정으로서, 상기 아크릴계합성수지가 상기 범위보다 적게 들어가면 도료의 도막성이 저하되어 도장이 이루어 지지 않고, 피도물과 도료사이의 접착력이 저하되어 도막의 수면이 감소하며, 상기 범위보다 많이 들어가면 도료의 균형이 파괴되어 물성의 변화가 발생하게 되고 갈라짐이나 취성의 원인이 되므로 상기 지정된 기준치의 범위의 양을 준수하여 혼합한다.

상기 IPA(Iso Propyl Alcohol)은 화학식 (CH3)2CHOH. 프로판올의 이성질체이며, 녹는점은－89.5℃, 끓는점은 82.4℃, 비중은 0.7864이고 독특한 냄새가 나는 무색의 휘발성 액체로, 인화성이 있고, 다른 알코올을 비롯하여 물·에테르·아세톤이나 탄화수소계 용매에 대한 용해도가 크고 물과 이소프로판올은 공비혼합물(共沸混合物)을 만들므로, 증류에 의해 수분을 제거하여 순수한 것으로 만들 수는 없는 특징이 있다.

자일렌(xylene)은 크실롤·디메틸벤젠이라고도 하며 화학식으로 C6H4(CH3)2 이고, 벤젠고리에 메틸기 2개가 결합하고 있는 구조로, o-크실렌·m-크실렌·p-크 실렌의 3종의 이성질체(異性質體)가 있다. 무색의 액체로 분자량 106.17, 녹는점·끓는점·비중 등은 이성질체에 따라 다르게 나타나며, 어느 이성질체도 물에 녹지 않지만 에테르·벤젠 등의 유기용매와 잘 섞이는 성질이 있는 첨가물질로서 상기 IPA와 함께 용제의 기능을 한다.

부칠세로솔부(Butyl Cellosolve)는 C6H14O2의 화학식을 같는 액상의 화학물질로서, 인쇄잉크,염료,브레이크액,세제,농약용제에 주로 사용된다.

희석공정(20)은 상기 교반시킨 혼합물질에 85중량% ~ 86중량%의 이온교환수를 조금씩 첨가하면서 희석하여 묽기를 조절하는 공정으로서, 이온교환수의 첨가량이 85중량%가 되지 않으면 상대적으로 아크릴계합성수지의 비율이 증가되므로 도료의 균형이 깨져 물성의 변화가 발생하고 도막의 결함의 원인이 되며, 86중량%이상의 이온교환수가 첨가되면 상대적으로 아크릴계합성수지의 비율이 감소되어 농도가 감소되어 도료의 도막성이 감소하므로 85중량% ~ 86중량%의 이온교환수를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기, 이온교환수는 증류수라고도 하며 물을 가열했을 때 발생하는 수증기를 냉각시켜 탈염(脫鹽) 정제된 물을 말한다. 보통의 물, 즉 수돗물이나 우물물 등은 각종 유기물과 무기물을 함유하기 때문에 순수한 물이 아니므로 화학적 조작이나 의약품 등에서 순수한 물이 필요할 때 사용되며 증류수는 수돗물이나 우물물을 가열 ·비등시켜서 발생한 수증기를 냉각·응축시켜서 얻는다.

상기와 같은 성분들을 혼합시킬때 혼합비율에 이상이 발생하면 상기의 비율대로 다시 교반하여 사용하는 것이 바람직하다.

IPA첨가공정(30)은 상기 희석시킨 혼합물질에 0.95중량% ~ 0.97중량%의 IPA를 첨가시키는 공정으로서, IPA(Iso-Prapyl Alcohol)는 상기 설명한 바와 같이 이소프로필알콜을 의미하며, 신나 대용으로 사용되어 도장(塗裝)을 할 때 도료의 점성도(粘性度)를 낮추기 위해 사용하는 혼합용제이며, 화학식은 C3H8O 이고, 탈수제나 인쇄잉크용,필름,추출용제,전자부품세척제,의약용 으로 사용되고 있다.

제1 여과공정(40)은 상기 IPA가 첨가된 혼합물질을 1㎛ mesh 크기의 필터능력을 구비하고 이물질제거는 물론 중금속제거도 가능한 카트리지필터(Cartridge Filter)에서 여과시키는 공정으로서, 분순물을 걸러내고, 도료의 미립화를 하여 도막성능을 향상시키기 위한 공정이다.

제2 여과공정(50)은 상기 제1 여과공정(40)이 완료된 IPA가 첨가된 혼합물질을 규조토여과 시스템으로 정밀여과시키는 공정으로서, 도료내의 이물질을 제거하여 도막의 평활도를 증가시키고, 분순물질의 함유로 인해 도료의 성분이 변질되는 것을 방지 한다.

규조토(硅藻土)는 해수에서 생성된 것과 담수성의 것이 있으며, 양질의 것은 이산화규소 SiO2를 90% 이상 함유하고 있고,니트로글리세린 등과 같은 폭발제의 흡수제 및 촉매운반체·탈지제(脫脂劑)·흡착제 ·여과제·소성단열재·시멘트 혼화제·연마재 등으로 쓰이는 것을 특징으로 한다. 따라서, 규조토 여과기(硅藻土濾過器, diatomaceous earth filter)는 이러한 규조토의 성질을 이용하여 금광과 여포 등의 여재 표면에 규조토를 층 모양으로 부착시켜서 여과하는 프리코트 여과법과, 여과하는 액에 소량의 규조토를 혼입해 여과하는 보디피드 여과법이 있는데 본 발 명의 여과방법은 어느 하나에 한정되지 않는 것이 바람직하다.

상기와 같은 공정으로 완료된 UV 경화형 카티온 전착도료는 카티온 전착도장 공정을 통해 피도물에 도장되며, 도료의 보급시에는 상기 공정과는 다소 차이가 있는 공정으로 구성된 도료를 제공하며 아래에 보다 상세한 설명을 한다.

보급용 UV 경화형 카티온 전착도료의 제작공정은 15중량% ~ 17중량%의 담황색의 점조액체로 60% ~ 62%의 가열잔분을 갖고 IPA와 부칠세로솔부와 자일렌을 함유용제로 하며 22000mPa·s/25℃ ~ 28000mPa·s/25℃의 점도를 갖는 아크릴계합성수지와 8중량% ~ 9중량%의 담황색의 점조액체로 100%의 가열잔분을 갖는 아크릴계합성수지를 균일하게 혼합하는 교반공정과 상기 교반시킨 혼합물질에 1중량% ~ 1.5중량%의 자일렌을 조금씩 첨가하는 자일렌첨가공정과 상기 혼합물질을 72중량% ~ 75중량%의 UV 경화형 카티온 전착도료를 첨가하는 도료혼합공정과 상기 혼합된도료를 오바부로부터 여과기를 통하여 본조로 보내는 이송공정과 상기 이송공정이 완료된 혼합도료를 규조토여과 시스템으로 정밀여과시키는 여과공정으로 구성된다.

상기 자일렌첨가공정과 여과공정은 필요에 응하여 생략시킬 수 있으며 상기 오바부는 UV 경화형 카티온 전착도료와 혼합액을 혼합시키는 역할을 한다.

상기 UV 경화형 카티온 전착도료는 전착도장에 사용되고 있는 도료를 지칭하며 UV 경화형 카티온 전착도장이 진행되는 동안 도료가 부족하거나 도료의 공급이 필요할때, 보급하기 위해 제작하는 것을 목적으로 한다.

UV 경화형 카티온 전착도장은 피도물 표면을 침전탱크에 침전시키는 제1 탈지공정(S10)과, 상기 1차 탈지가 완료된 피도물을 전해시켜 탈지하는 제2 탈지공 정(S20)과, 상기 탈지된 피도물을 증류수로 세척하는 제1 수세공정(S30)과, 상기 제1 수세시킨 피도물을 중화시켜 활성화·균일화하는 제1 표면조정공정(S40)과, 상기 제1 표면조정시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제2 수세공정(S50)과, 상기 제2 수세시킨 피도물을 화성피막처리하여 전착도료와 피도물의 부착력을 강화시키는 제2 표면조정공정(S60)과, 상기 제2 표면조정시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제3 수세공정(S70)과, 상기 제3 수세시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제4 수세공정(S80)과, 상기 제4 수세시킨 피도물을 UV 경화형 카티온 전착도료에 전착도장하는 전착도장공정(S90)과, 상기 도장이 완료된 피도물을 증류수로 세척하는 제5 수세공정(S100)과, 상기 제5 수세시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제6 수세공정(S110)과, 상기 제6 수세시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제7 수세공정(S120)과, 상기 제7 수세시킨 피도물을 발수제에 침전시키는 제3 표면조정공정(S130)과, 상기 제3 표면조정공정(S130)이 완료된 피도물에서 표면의 수분을 이탈시키는 수절공정(S140)과, 상기 수절이 완료된 피도물을 45℃ ~ 63℃의 온도에서 10분 ~ 12분 동안 예비 건조시키는 제1 건조공정(S150)과, 상기 제1 건조가 완료된 피도물을 1000mj/㎠의 조사에너지와 360nm 흡수파장의 자외선으로 경화건조시키는 제2 건조공정(S160)으로 이루어 지고, 본 발명의 UV 경화형 카티온 전착도장방법은 UF(중공사막방식) 회수장치나 RO(역삼투압방식) 회수장치를 사용하지 않는 경우에 해당되는 것이 옳다.

제1 탈지공정(S10)은 피도물을 침전탱크에 침전시켜 표면의 이물질을 제거하는 공정으로, 침전탱크에 탈지제를 넣고, 필요에 따라 용제를 넣거나 이온교환수를 넣어 에멀전화 시키고, 피도물을 수침하여 세척함으로서 피도물 외벽에 부착된 기름성분을 피도물로부터 이탈시키는 공정이고, 필요에 따라 탈청제를 구비하여 탈청시키는 것을 특징으로 한다.

제2 탈지공정(S20)은 상기 1차 탈지가 완료된 피도물을 전해시켜 탈지하는공정으로서, 보다 순수한 피도물을 얻기 위해 전기분해를 이용하여 음극에서 발생하는 수소를 발생시켜 기름성분을 이탈시키는 방법으로, 전해액을 통과하는 피도물의 상하부에 음극 단자를 위치시키고, 연속적으로 이동되는 피도물의 상하부에 양극단자를 위치시키며, 상기 단자사이를 통과하는 피도물에 인접하는 단자의 전위가 전해액을 통해 선택적으로 피도물에 인가되도록 하는 회로를 형성함으로써 피도물의 탈지가 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 전해 탈지 방법을 사용할 수 있다.

상기 두 단계의 제1 탈지공정(S10)과 제2 탈지공정(S20)을 통해 금속 표면에 남아있는 프레스유, 방청유 등은 거의 모두 제거되며, 피도물의 사양과 상태에 따라 적합한 탈지제 및 탈지방법을 다양하게 적용시킬 수 있음은 물론이다.

제1 수세공정(S30)은 증류수를 이용하여 수세시키는 방법으로 탈지가 완료된 피도물의 표면을 청결히 하여 도료의 전착성을 향상시키고 표면의 평활도를 증진시키기 위하여 시행한다. 또한, 수세방법을 기계를 이용한 자동수세를 할 수 있고, 손수세를 할 수 있다.

제1 표면조정공정(S40)은 상기 제1 수세시킨 피도물을 중화시켜 활성화·균일화하는 공정으로서, 유산수용액이나 기타 여러가지 약액이나 방법을 선택하여 시행할 수 있으며 중화를 통해 전기·화학적으로 보다 안정적인 피도물의 상태를 유 지할 수 있어, 전착도장을 안정적으로 진행할 수 있다.

상기 중화반응은 산염기 반응이라고도 하며, 산의 특징으로서 H+, 염기의 특징으로서 OH-를 생각하면, H⁺+ OH- → H2O 라는 반응이 주체가 되며, 중화를 이러한 반응이며 암모니아(NH3)와 염화수소(HCl)에 의해서 염화암모늄(NH4Cl)을 생성하는 반응(NH3＋HCl → NH4Cl) 등도 포함된다. 일반적으로 중화란 중성으로 향하는 과정을 나타내고 있으며, 강한 산과 강한 염기에 의한 반응인 경우는 중성을 나타내는데, 그 밖의 경우에는 반드시 중성이 되는 것은 아니며, 수용액이 중성이 아닐 때 산 또는 염기를 가해서 중성으로 만드는 조작이나, 음양의 전기의 평균적 위치가 겹쳐지며, 외부에 전하의 영향이 나타나지 않을 때도 중화라는 말을 사용한다.

제2 수세공정(S50)은 상기 제1 표면조정공정(S40)이 완료된 피도물을 상기 제 1수세공정과 같이 증류수를 이용하여 수세시키는 방법으로 피도물의 표면을 청결히 하여 도료의 전착성을 향상시키고 표면의 평활도를 증진시키기 위하여 시행하며, 수세방법은 기계를 이용한 자동수세를 할 수 있고, 손수세를 할 수 있다.

제2 표면조정공정(S60)은 상기 제2 수세시킨 피도물을 화성피막처리하여 금속표면을 화성에 적합한 상태로 만드는 것을 말하며, 화성이란 금속표면에 피막제를 투입하여 인산염 피막을 형성시키는 과정이고 전착도료와 피도물의 부착력을 향상시키는 공정이며, 일반적인 처리조건은 표1에 나타내었고, 피도물의 종류에 따라 선택하여 화성피막처리를 할 수 있음은 물론이다.

	전해크로메이트처리	침지크로메이트처리
약제	크롬산염수용액	산성 크롬산염 수용액
약제농도	3% ~ 7%	2% ~ 5%
욕온	20℃ ~ 25℃	30℃ ~ 40℃
처리시간	0.5분 ~ 1.5분	1분 ~ 3분
처리방법	0.5 ~ 1.0A/d㎡ 전류밀도로 전해	요동침지

제3 수세공정(S70)은 상기 제2 표면조정공정(S60)이 완료된 피도물을 증류수를 이용하여 수세시키는 방법으로 피도물의 표면을 청결히 하여 도료의 전착성을 향상시키고 표면의 평활도를 증진시키기 위하여 시행하며, 수세방법은 기계를 이용한 자동수세를 할 수 있고, 손수세를 할 수 있다.

제 4 수세공정은 상기 제3 수세공정(S70)이 완료된 피도물을 증류수를 이용하여 수세시키는 방법으로 수세공정이 이루어 질수록 피도물 표면의 순도가 증가하여 도료의 전착성이 향상되고 표면의 평활도가 증가한다.

전착도장공정(S90)은 제4 수세시킨 피도물을 UV 경화형 카티온 전착도료에 카티온 전착도장하는 공정으로서, 상기 UV 경화형 카티온 전착도료는 8.8중량% ~ 9.0중량%의 담황색의 점조액체로 60% ~ 62%의 가열잔분을 갖고 IPA와 부칠세로솔부와 자일렌을 함유용제로 하며 22000mPa·s/25℃ ~ 28000mPa·s/25℃의 점도를 갖는 아크릴계합성수지와 4.4중량% ~ 4.6중량%의 담황색의 점조액체로 100%의 가열잔분을 갖는 아크릴계합성수지를 균일하게 교반시켜, 85중량% ~ 86중량%의 이온교환수를 조금씩 첨가하여 희석시키고, 0.95중량% ~ 0.97중량%의 IPA를 첨가하여, 1㎛ 카트리지필터에서 여과시키고, 규조토여과 시스템으로 정밀여과시킨 것을 사용한다.

전착도장(電着塗裝)은 피도물과 탱크를 양 전극으로 하고 탱크내의 수용성 도료중에 전류를 통해서 피도물에 도막을 만드는 도장방법으로 그 원리는 금속도금과 유사하며 두터운 도막은 할 수 없지만 침지도장이나 분무식 도장에 비해서 도장에 낭비가 없는 장점이 있고, 공정의 자동화, 도료의 절약도 도모할 수 있다. 또한, 전착도장은 음이온형과 양이온형이 있으며, 본 발명의 UV 경화형 카티온 전착도장 방법에서는 양이온 전착도장방법을 사용한다.

카티온 전착도장방법은 피도물을 (-)전극으로 연결하고, 도료탱크 자체를 (+)전극으로 연결하거나 (-)전극을 도료탱크 내에 설치하여 상기 도료탱크에 수용성 도료를 넣고 직류전류를 흘려보냄으로써 수중에 분산되어 있는 도료의 미립자와 피도물간에 전기적인 힘에 의한 인력이 작용하여 석출되어 도막이 형성되며, 실제 여러반응이 일어나지만 가장 주요한 전기영동반응, 전기분해반응, 전기석출반응, 전기삼투반응을 화학식과 함께 설명한다.

전기영동(electrophoresis)반응은 격막 물질을 미세한 입자로 만들어 액체 속에 혼탁시키고 직류전압을 가하면, 입자는 한쪽 극으로 이동하는 것을 의미하며 전기이동의 경우에는 액체가 이동하지 않고 고체가 이동하며, 본 발명에서는 (+)전극으로 하전된 도료입자나 교질입자가 전기적 영역에서 (-)전극으로 연결된 피도물로 이동하는 현상을 보인다.

전기분해(electrolysis)반응은 전해질 수용액 또는 용융염(溶融鹽) 등 이온전도체에 전류를 통과시켜서 화학반응을 일으키는 일을 의미하고, 음극과 양극에서 다음과 같은 반응이 일어난다.

Cathod(음극)

2H⁺ + 2e^- → H₂ ↑

2H₂O + 2e^- → H₂ ↑ + 2OH

Anode(양극)

2H₂O → 4H⁺ + O₂ ↑ + 4e^-

전기석출(electrodeposition)반응은 음극에 연결된 피도물에서 도막이 석출되는 반응으로써 화학식2 에 나타낸다.

~NR₂H⁺ + OH^_ → ~NR₂↓ + H₂O

전기삼투(electroosmosis)반응은 전기이동과 서로 반작용 관계가 있기 때문에 그 이동방향은 전기이동 때 액체의 이동방향과 반대이며, 전기삼투의 경우, 고체가 이동하지 못하고 액체가 이동하고, 본 발명에 있어서는 피도물에 부착된 도막은 높은 접착력과 전가저항을 나타내며 도막을 통한 고전압의 변화율은 전기적 삼투현상을 생성하는데, 즉 물과 음이온은 양극으로 이탈이 되어, 도막의 수분함량은 10%이하로 고농도화 되도록 하는 기능을 한다.

또한, 상기 전착도장공정(S90)은 20℃ ~ 30℃의 온도에서 20초 ~ 60초동안 융화시킨 UV 경화형 전착도료를 사용하며, 전착도장이 진행되는 동안 욕안의 온도는 20℃ ~ 30℃를 유지하며, 30V ~ 120V 의 전압으로, 30초 ~ 90초 동안 통전하여 전착시키는 것을 특징으로 한다.

상기 욕온의 기준치는 20℃ 미만일 경우에는 피도물에 전착되는 도막의 두께가 얇아지며, 온도가 30℃를 초과할 경우에는 반대로 도막의 두께가 두꺼워지고 도막의 평활도가 감소하게 되므로 20℃ ~ 30℃ 범위 내로지정한 것이고, 25℃를 권장하며, 상기 융화된 시간은 20초 ~ 60초로 범위를 정하였으나 30초가 가장 이상적이며 융화시간이 20초 미만일 경우에는 도막의 두께가 얇아지며 60초를 초과할 경우에는 반대로 도막의 두께가 두꺼워지고 도막의 평활도가 감소하게 되므로 20초 ~ 60초 범위내에서 융화시킨다. 또한, 전착이 진행되는 음극과 양극의 극간 거리는 100mm ~ 300mm내에서 이루어져야 하고, 150mm를 권장며 극간거리가 100mm보다 가까우면 스파크가 발생되고 300mm보다 멀면 분자의 이동시간이 오래 걸려 전착불량이 발생할 수 있으므로 지정된 극간내에서 전착공정이 진행되어야 하며, 본 발명의 전착도장의 적절한 도막의 두께는 10㎛ ~ 20㎛를 확보하는 것이 바람직하다.

또한, 사용전이나 사용이 완료된 전착액의 관리기준 및 관리방법에 대해 표2를 통해 상세히 설명한다.

관리기준			관리방법
항목	범위	기준	상한의 보정	하한의 보정
가열잔분(%)	9 ~ 11	10	이온교환수로 희석	도료보급
MEQ (milliequivalent)	22 ~ 38	31	음이온 교환처리/ UF-P 공정 제거	중화제(유산) 보급
IPA(%)	1.5 ~ 3.5	2.5	UF-P 공정 제거	직접보급
Butyl cellosolve(%)	1.5 ~ 2.5	2.0	UF-P 공정 제거	직접보급
용제키시렌(%)	0.5 ~ 0.1	0.3 ~ 0.5	오픈개방순환에 의한 증발	키시렌보급
pH	3.7 ~ 4.5	4.0	카티온 교환처리 / UF-P 제거	음이온 교환처리
전도도(㎲/cm)	300 ~ 500	400	카티온 또는 음이온 교환처리/ UF-P 공정 제거	도료, 유산보급
여과효과	양품내한도	양호	규조토 여과실시

또한, 같이 전착용액의 상태가 기준치를 유지하도록 관리하고 도장을 실시하는 것이 바람직하며, 관리작업은 용제를 정상적으로 첨가 및 보급하여 이루어 져야하며, UF장치를 사용하여 잡이온을 차지한 투과액을 계외에 폐기하여 투과액중의 용제량과 중화제(유산)량을 이온교환수와 함께 보충하는 것을 특징으로 한다.

제5 수세공정(S100)은 상기 전착도장이 완료된 피도물을 증류수로 세척하는 공정으로서, 도료 외의 이물질은 도막에서 이탈시키기 위한 공정이며 공정에서 건조가 용이하도록 하고 도막의 평활도를 증가시키기 위함이다.

제6 수세공정(S110)은 상기 제5 수세공정(S100)이 완료된 피도물을 증류수를 이용하여 수세시키는 것이고, 제7 수세공정(S120) 역시, 상기 제6 수세공정(S110)이 완료된 피도물을 증류수를 이용하여 수세시키는 것이고 수세공정을 반복하는 것은 불순물에 의한 도막결함을 최소화 하기 위함이며, 수세방법은 기계를 이용한 자동수세를 할 수 있고, 손수세를 할 수 있다.

제3 표면조정공정(S130)은 상기 제7 수세시킨 피도물을 발수제에 침전시키는공정으로서, 수제공정에 의해 도막에 함유된 수분을 금속히 제거할 수 있도록 하며, 필요에 따라 방수기능을 할 수 있다.

수절공정(S140)은 상기 제3 표면조정공정(S130)이 완료된 피도물에 표면의 수분을 이탈시키는 공정으로서, 원동력을 이용한 진동이나 회전력에 의해 이탈시키는 방법이 있고, 손으로 직접 피도물을 요동시켜 표면의 수분을 제거하는 방법이 있다.

제1 건조공정(S150)은 상기 수절공정(S140)이 완료된 피도물을 45℃ ~ 63℃의 온도에서 10분 ~ 12분 동안 예비건조 시키는 공정으로서, 상기와 같은 조건을 갖춘 예비건조장비에서 건조시킨다. 또한, 예비건조시키는 온도가 45℃보다 높으면 건조시간이 오래 걸리고 예비건조가 제대로 이루어 지지않아 도막의 농도가 낮아, 밀착이 이루어지지 않고 예비건조온도가 63℃보다 높으면 오히려 도막이 건조해져 갈라짐이나 과경화로 인한 취성이 발생할 수 있으므로 45℃ ~ 60℃ 범위내에서 예비건조시킨다. 또한 예비건조시키는 시간이 10분이 되지 않으면 예비건조가 제대로 이루어 지지않아 도막의 농도가 낮고, 예비건조시간이 12분보다 길어지면 오히려 도막이 건조해져 갈라짐이나 취성이 발생할 수 있으므로 10분 ~ 12분 동안만 예비건조시킨다.

제2 건조공정(S160)은 UV 조사에너지를 이용하여 도막을 경화시키고, 완전건조시키는 공정으로 360nm의 흡수파장을 갖는 1000mj/㎠의 조사에너지를 가하여 건조시키는 공정이다.

이때, 조사에너지가 1000mj/㎠보다 작으면 UV경화가 이루어 지지 않고, 도막가 피도물의 접착이 이루어지지 않으며 조사에너지량이 1000mj/㎠보다 크면 과경화되어 취성이 발생하거나 물성의 변화가 초래될 수 있으므로 1000mj/㎠의 조사에너지를 가하여 준다.

또한, 상기와 같은 UV 경화형 전착도료를 이용한 전착도장에 의해 니켈도금판을 피도물로하여 10㎛ ~ 15㎛의 두께로 UV 경화형 전착도장을 실시하고 20cm~ 30cm의 거리에서 4KW 고압수은램프로 UV를 조사시킨 결과 표3과 같은 도장막 성능의 결과를 얻을 수 있었다.

항목	평가	평가방법
연필경도(1)	3H	(1kg하중)상처가 인정되는 경도
연필경도(2)	5H	(1kg하중)도막이 파괴되는 경도
기반목밀착	100/100	JIS K - 5400 8.5 참조
내용제성	이상없음 이상없음 이상없음	아세톤(500g하중stroke마찰) 자일렌(도막파괴판정) IPA
내산성	이상없음	5% 유산, 48hrs, 25℃
내알칼리성	이상없음	5% NaOH, 48hrs, 25℃
내온수성(1)	이상없음	90℃이상, 4hrs
내온수성(2)	이상없음	40℃, 240hrs
내마모성	합격	사소(沙消)처리고무, 1kg하중, 10stroke, 바탕노출 없는것
내식성 CASS	이상없음	120hrs
내식성 SST	이상없음	240hrs

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 발명 청구 범위에 기재된 본 발명의 영역으로 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

본 발명의 UV 경화형 카티온 전착도료와 그 제조방법 및 도장방법은, 단시간에 도막의 경화와 건조가 이루어지기 때문에 도료의 처리효율이 양호하고, 저온에 서 급속히 건조가 이루어져 도료의 고온건조에서 발생할 수 있는 합성수지의 변형 및 갈라짐 등의 도막결함의 문제를 최소화 시킬 수 있으며, 오븐에서 고온건조 시킬때 발생하는 과열부하가 제거되어 경도의 증가에 의한 도막의 취성의 문제가 해결될 수 있다.

또한, UV경화형 도료를 이용한 카티온전착도장를 실시하여 욕안전성이 좋아 도료의 관리가 용이하고, 투명성·내식성이 우수하며, 고부가가치제품의 생산이 이루어 질 수 있으며, 도료의 경화시 도막의 수축이 작고 도료와 피도물 간의 밀착성이 향상되며, 플라스틱 도금이나 다이캐스팅 소재로 적용할 수 있고, 생산시간의 감소로 생산률을 증가시킬 수 있으며, 휘발성 용재의 사용을 최소화하여 그에 따른 환경오염을 배제하여 친환경적인 기능을 수행할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims

8.8중량% ~ 9.0중량%의 담황색의 점조액체로 60% ~ 62%의 가열잔분을 갖고 IPA(Iso-propyl alcohol)와 부칠셀로솔부(Butyl cellosolve)와 자일렌(Xylene)을 함유용제로 하며 22000mPa·s/25℃ ~ 28000mPa·s/25℃의 점도를 갖는 아크릴계합성수지와 4.4중량% ~ 4.6중량%의 담황색의 점조액체로 100%의 가열잔분을 갖는 아크릴계합성수지를 균일하게 혼합하는 교반공정;

상기 교반시킨 혼합물질에 85중량% ~ 86중량%의 이온교환수를 조금씩 첨가하면서 희석하는 희석공정;

상기 희석시킨 혼합물질에 0.95중량% ~ 0.97중량%의 IPA(Iso-propyl alcohol)를 첨가하는 IPA첨가공정;

상기 IPA가 첨가된 혼합물질을 1㎛ mesh 크기의 카트리지필터(Cartridge Filter)에서 여과시키는 제1 여과공정;

상기 제1 여과공정이 완료된 IPA가 첨가된 혼합물질을 규조토여과 시스템으로 정밀여과시키는 제2 여과공정; 으로 구성된 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도료 제조방법.
8.8중량% ~ 9.0중량%의 담황색의 점조액체로 60% ~ 62%의 가열잔분을 갖고 IPA(Iso-propyl alcohol)와 부칠세로솔부(Butyl cellosolve)와 자일렌(Xylene)을 함유용제로 하며 22000mPa·s/25℃ ~ 28000mPa·s/25℃의 점도를 갖는 아크릴계합 성수지와 4.4중량% ~ 4.6중량%의 담황색의 점조액체로 100%의 가열잔분을 갖는 아크릴계합성수지를 균일하게 교반시켜, 85중량% ~ 86중량%의 이온교환수를 조금씩 첨가하여 희석시키고, 0.95중량% ~ 0.97중량%의 IPA를 첨가하여, 1㎛ 카트리지필터에서 여과시키고, 규조토여과 시스템으로 정밀여과시킨 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도료.
피도물 표면을 침전탱크에 침전시키는 제1 탈지공정;

상기 1차 탈지가 완료된 피도물을 전해시켜 탈지하는 제2 탈지공정;

상기 탈지된 피도물을 증류수로 세척하는 제1 수세공정;

상기 제1 수세시킨 피도물을 중화시켜 활성화·균일화하는 제1 표면조정공정;

상기 제1 표면조정시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제2 수세공정;

상기 제2 수세시킨 피도물을 화성피막처리하여 전착도료와 피도물의 부착력을 강화시키는 제2 표면조정공정;

상기 제2 표면조정시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제3 수세공정;

상기 제3 수세시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제4 수세공정;

상기 제4 수세시킨 피도물을 UV 경화형 카티온 전착도료에 전착도장하는 전착도장공정;

상기 전착도장이 완료된 피도물을 증류수로 세척하는 제5 수세공정;

상기 제5 수세시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제6 수세공정;

상기 제6 수세시킨 피도물을 증류수로 세척하는 제7 수세공정;

상기 제7 수세시킨 피도물을 발수제에 침전시키는 제3 표면조정공정;

상기 제3 표면조정공정이 완료된 피도물에서 표면의 수분을 이탈시키는 수절공정;

상기 수절이 완료된 피도물을 45℃ ~ 63℃의 온도에서 10분 ~ 12분 동안 예비 건조시키는 제1 건조공정;

상기 제1 건조가 완료된 피도물을 1000mj/㎠의 조사에너지와 360nm 흡수파장의 자외선으로 경화건조시키는 제2 건조공정; 으로 양이온 전착도장하는 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도장 방법.
제 3항에 있어서, 상기 전착도장공정의 UV 경화형 카티온 전착도료는 8.8중량% ~ 9.0중량%의 담황색의 점조액체로 60% ~ 62%의 가열잔분을 갖고 IPA(Iso-propyl alcohol)와 부칠세로솔부(Butyl cellosolve)와 자일렌(Xylene)을 함유용제로 하며 22000mPa·s/25℃ ~ 28000mPa·s/25℃의 점도를 갖는 아크릴계합성수지와 4.4중량% ~ 4.6중량%의 담황색의 점조액체로 100%의 가열잔분을 갖는 아크릴계합성수지를 균일하게 교반시켜, 85중량% ~ 86중량%의 이온교환수를 조금씩 첨가하여 희석시키고, 0.95중량% ~ 0.97중량%의 IPA를 첨가하여, 1㎛ 카트리지필터에서 여과시키고, 규조토여과 시스템으로 정밀여과시킨 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도장 방법.
제 3항에 있어서, 상기 전착도장공정은 20℃ ~ 30℃의 온도에서 20초 ~ 60초동안 융화시킨 UV 경화형 전착도료를 사용하며, 전착도장이 진행되는 동안 욕안의 온도는 20℃ ~ 30℃를 유지하며, 30V ~ 120V 의 전압으로, 30초 ~ 90초 동안 통전하여 전착시키는 것을 특징으로 하는 UV 경화형 카티온 전착도장 방법.