KR20080061731A - Low temperature curable cr-free pretreatment solution for organic coated steels, method for preparing pretreatment layer using the pretreatment solution, pretreatment layer prepared by the method and steel sheet comprising the pretreatment layer - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 크롬프리 전처리층을 포함하는 수지피복 강판의 측단면 개념도이다.1 is a side cross-sectional conceptual view of a resin coated steel sheet including a chromium-free pretreatment layer.
본 발명은 수지피복 강판용 저온소부형 크롬프리 전처리 용액 조성물, 그 조성물을 이용한 전처리층 제조 방법, 그 제조방법에 의한 전처리층 및 그 전처리층을 포함하는 강판에 관한 것으로, 우레탄계 수지 및 아크릴계 수지의 혼합물, 알킬화 멜라민 경화제, 아민계 유기 티타네이트 및 아민계 유기 지르코네이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 유기-금속 산화물, 콜로이달 실리카 및 금속 실리케이트 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 실리케이트 혼 합물 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 표면 처리용 수지 용액 조성물, 상기 조성물을 이용한 전처리층 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 전처리층 및 상기 전처리층을 포함하는 수지피복 강판에 관한 것이다.The present invention relates to a low-temperature small-type chromium-free pretreatment solution composition for a resin coated steel sheet, a method for preparing a pretreatment layer using the composition, a pretreatment layer by the preparation method, and a steel sheet including the pretreatment layer, and a mixture of a urethane-based resin and an acrylic resin. At least one silicate mixture selected from the group consisting of at least one organo-metal oxide selected from the group consisting of alkylated melamine curing agents, amine-based organic titanates and amine-based organic zirconates, colloidal silica and metal silicate compounds And a resin solution composition for surface treatment of a steel sheet comprising a solvent, a method for preparing a pretreatment layer using the composition, a pretreatment layer prepared by the method, and a resin coated steel sheet comprising the pretreatment layer.
일반적으로 수지를 강판에 직접 피복하는 경우 강판과 수지층과의 친화력 저하로 인하여 내식성 및 수지 밀착성이 저하되므로 강판과 수지를 밀착시키기 위해 수지피복 전 도금강판 상부에 전처리층의 처리가 필요하다. 이러한 전처리층의 요구 특성으로는 내식성, 수지 밀착성, 강판 밀착성 및 용접성 등의 물성이 요구되며, 현재의 환경규제 추세에 따른 크롬프리 전처리층의 적용이 요구된다. 크롬, 납, 수은, 카드뮴 등의 중금속은 인체에 유해하며 자동차 및 가정용 강판에 중금속 물질이 함유되는 것에 대해 유럽연합 및 일본 등을 중심으로 규제가 진행되고 있으며, 특히 6가 크롬은 인체에 유해한 물질로 알려져 있다. 따라서, 이들 유해 중금속을 함유하지 않는 환경 친화형 수지피복 강판이 요구되고 있다. In general, when the resin is directly coated on the steel sheet, corrosion resistance and resin adhesion decrease due to a decrease in the affinity between the steel sheet and the resin layer, so that the pretreatment layer is required to be coated on the plated steel sheet before the resin coating to closely adhere the steel sheet and the resin. The required properties of the pretreatment layer require physical properties such as corrosion resistance, resin adhesion, steel sheet adhesion, and weldability, and application of a chromium-free pretreatment layer according to current environmental regulations. Heavy metals such as chromium, lead, mercury, and cadmium are harmful to the human body, and regulations on heavy metals in automobile and household steel sheets are being regulated mainly in the European Union and Japan. Especially, hexavalent chromium is harmful to humans. Known as Therefore, there is a need for an environmentally friendly resin coated steel sheet that does not contain these harmful heavy metals.
현재 유럽 등에서 개발된 프리실드 강판용 전처리 용액은 PMT 80℃의 저온소부 무수세형(no-rinse)으로 대부분 산성 용액이며 화학적 불안정성에 기인하여 2액형으로 구성되며, 제조 전 생산라인에서 혼합되어 사용되고 있다. 또한, 본 발명자의 대한민국 출원번호 제2005-0067392호에 제시된 조성물의 경우 아크릴 또는 에폭시 수지, 벤토나이트계 나노클레이 분말, 멜라민계 경화제, 실리케이트, 유기 Ti 또는 Zr 산화물을 함유하고 있으나, 에폭시 수지의 개환 반응이 필요함에 따라 약 80℃ 이하의 온도에서 건조는 가능하나 수지의 경화반응은 220℃ 이상의 고온에서 완료되므로 BH강판 등의 저온 소부가 요구되는 강재에는 사용이 어렵다는 문제점이 있다. At present, the pre-treatment solution for pre-shielded steel sheet developed in Europe, etc., is a low temperature rinse (no-rinse) of PMT 80 ° C. It is mostly an acid solution and is composed of two components due to chemical instability, and is mixed and used in a production line before manufacturing. In addition, the composition of the present inventors Korean application No. 2005-0067392 contains an acrylic or epoxy resin, bentonite-based nanoclay powder, melamine-based curing agent, silicate, organic Ti or Zr oxide, but the ring-opening reaction of the epoxy resin As necessary, drying is possible at a temperature of about 80 ° C. or less, but since the curing reaction of the resin is completed at a high temperature of 220 ° C. or higher, there is a problem in that it is difficult to use for steel materials requiring low temperature baking such as BH steel sheets.
수지피복 강판 제조 시 저온소부 하게 되면 소부 시 철판에 공급되는 열량을 절감하고 생산 시 일정한 건조로 길이 하에 생산효율을 증대시킴으로서 수지피복 강판의 제조원가를 떨어뜨릴 뿐 아니라 그 열에 의해 물성, 즉 인장 강도와 연신율이 차이나는 강판에 고강도 및 경량화를 야기할 수 있으므로, 저온소부형 크롬프리 전처리 용액 조성물 및 이를 이용하여 제조한 수지피복 강판이 요구된다.Low temperature baking during resin coated steel sheet reduces the amount of heat supplied to the steel sheet during baking and increases the production efficiency under a certain drying furnace length during production, and not only reduces the manufacturing cost of the resin coated steel sheet but also results in physical properties, namely tensile strength and Since high strength and light weight may be caused in steel sheets having different elongation, there is a need for a low temperature sintered chromium-free pretreatment solution composition and a resin coated steel sheet prepared using the same.
따라서, 본 발명의 목적은 우레탄계 수지 및 아크릴계 수지의 혼합물, 알킬화 멜라민 경화제, 아민계 유기 티타네이트 및 아민계 유기 지르코네이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 유기-금속 산화물, 콜로이달 실리카 및 금속 실리케이트 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 실리케이트 혼합물 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 표면 처리용 수지 용액 조성물을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is at least one organic-metal oxide, colloidal silica and metal selected from the group consisting of a mixture of urethane-based and acrylic resins, alkylated melamine curing agents, amine-based organic titanates and amine-based organic zirconates It is to provide a resin solution composition for surface treatment of a steel sheet comprising at least one silicate mixture and a solvent selected from the group consisting of silicate compounds.
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용한 전처리층의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for producing a pretreatment layer using the composition.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 전처리층을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a pretreatment layer prepared by the above production method.
본 발명의 다른 목적은 상기 전처리층을 포함하는 수지피복 강판을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a resin coated steel sheet including the pretreatment layer.
본 발명의 일 견지에 의하면, 우레탄계 수지 및 아크릴계 수지의 혼합물, 알킬화 멜라민 경화제, 아민계 유기 티타네이트 및 아민계 유기 지르코네이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 유기-금속 산화물, 콜로이달 실리카 및 금속 실리케이트 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 실리케이트 혼합물 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 표면 처리용 수지 용액 조성물이 제공된다. According to one aspect of the invention, at least one organic-metal oxide selected from the group consisting of a mixture of a urethane resin and an acrylic resin, an alkylated melamine curing agent, an amine organic titanate and an amine organic zirconate, colloidal silica and Provided is a resin solution composition for surface treatment of a steel sheet comprising at least one silicate mixture selected from the group consisting of metal silicate compounds and a solvent.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 용액 조성물을 건조 도막 두께가 0.05~1.5 μm이 되도록 냉연강판, 아연 또는 아연합금 도금 강판에 도포하고, 60 ~ 160℃로 소부한 후, 공냉 또는 수냉하는 수지피복 강판 전처리층 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, the solution composition is applied to a cold rolled steel sheet, zinc or zinc alloy plated steel sheet so that the dry coating thickness is 0.05 ~ 1.5 μm, baked at 60 ~ 160 ℃, then air-cooled or water-cooled resin coating Provided is a method for producing a steel sheet pretreatment layer.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 방법에 의해 제조된 전처리층이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a pretreatment layer produced by the above method is provided.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 전처리층을 포함하는 수지피복 강판이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a resin coated steel sheet including the pretreatment layer is provided.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
수지피복 강판의 물성은 주로 전처리층과 수지층에 의해 큰 영향을 받는다. 수지피복 강판의 하층부를 구성하는 전처리층 피막은 부식 인자에 대한 차폐효과로 수지피복 강판의 내식성을 확보하고 강판과의 밀착력 확보 및 상부 수지층과의 밀착력 확보 효과로 인하여 내식성을 향상시키고 가공시 수지층의 탈막을 방지하는 역할을 하므로 전처리층이 이러한 요구특성을 확보하지 못하면 수지피복 강판에서 의도하는 내식성과 가공성 같은 물성이 달성되지 않는다. 또한 강판 상층부에 있는 수지층은 부식 인자에 대한 1차적인 차폐효과 및 하층 전처리층의 급격한 용출이나 소실을 방지하는 차폐효과로 인하여 수지피복 강판의 내식성을 확보하며 강판의 요구 품질이나 색상 등을 부여하는 역할을 한다. Physical properties of the resin coated steel sheet are mainly affected by the pretreatment layer and the resin layer. The pretreatment layer coating constituting the lower layer of the resin coated steel sheet has the effect of shielding against corrosion factors to secure the corrosion resistance of the resin coated steel sheet, to secure the adhesion to the steel sheet, and to secure the adhesion to the upper resin layer. Since the pretreatment layer does not secure such required characteristics, it does not achieve the intended corrosion resistance and workability of the resin coated steel sheet. In addition, the resin layer in the upper part of the steel plate ensures the corrosion resistance of the resin coated steel sheet and gives the required quality or color of the steel sheet due to the primary shielding effect against corrosion factors and the shielding effect to prevent sudden dissolution or loss of the lower pretreatment layer. It plays a role.
전처리층 피막이 상기 열거한 밀착력 확보에 유리한 구조를 가지기 위해서 전처리층 수지용액 조성물에는 수분산성 아크릴계 수지 및 우레탄계 수지가 각각 1:3 내지 3:1의 중량비로 전체 용액의 1~20 중량%가 되게 첨가한다. 이들 수지는 피막을 구성하고 있는 수지의 구조가 수산기(-OH) 등의 친수성 기를 가지므로 상부에 수지층 도장에 유리하며 타 첨가제를 결합시켜주는 바인더 역할을 한다. In order for the pretreatment layer coating to have an advantageous structure to secure the above-mentioned adhesion, the water-dispersible acrylic resin and the urethane resin were added to 1 to 20% by weight of the total solution in a weight ratio of 1: 3 to 3: 1, respectively. do. These resins have a hydrophilic group such as hydroxyl (-OH) constituting the coating film is advantageous for painting the resin layer on the top and serves as a binder that combines other additives.
상기 아크릴계 수지는 수평균분자량이 20,000~50,000인 수지가 사용될 수 있다. 아크릴 수지의 수평균분자량이 20,000 미만이면 경화제인 멜라민수지와의 반응 하기보다 메틸화 아민계 티타네이트 등과 반응하여 수지의 침강이 발생하게 되거나 도막이 너무 치밀하게 되어 탈막되기 쉽고, 수평균분자량이 50,000 이상인 경우 조성물의 점도가 상승하여 균일한 피막형성이 어려우며 건조 온도가 상승하여 생산 시 작업성이 저하되며 생산설비의 청소비용이 증가할 뿐만 아니라 160℃ 이하의 온도에서 경화되기 어렵다. 또한 적정한 점도를 가지기 위한 분자량을 가지는 것이 경제적으로 유리하다. 또한, 아크릴계 수지는 n-부틸 아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, n-부틸 메타아크릴레이트, 에틸렌 아크릴레이트 단량체로 구성된 그룹으로부터 선택된 일종의 단량체로 제조될 수 있다. The acrylic resin may be a resin having a number average molecular weight of 20,000 ~ 50,000. When the number average molecular weight of the acrylic resin is less than 20,000, it is more likely to react with the methylated amine titanate or the like than to react with the melamine resin, which is a curing agent, to cause sedimentation of the resin or to make the coating film too dense and easily to be removed, and the number average molecular weight is 50,000 or more. As the viscosity of the composition rises, it is difficult to form a uniform film and the drying temperature rises, resulting in poor workability during production, increasing the cleaning cost of the production equipment, and hardening at a temperature below 160 ° C. It is also economically advantageous to have a molecular weight to have a suitable viscosity. In addition, the acrylic resin may be made of a kind of monomer selected from the group consisting of n-butyl acrylate, methyl methacrylate, n-butyl methacrylate, and ethylene acrylate monomers.
또한 상기 우레탄계 수지의 분자량은 50,000 내지 100,000인 것이 바람직하다. 상기 우레탄계 수지의 분자량이 50,000 이하이면 가공성의 향상효과가 없고, 100,000 이상이면 용액의 안정성이 감소하는 문제가 있다. 또한, 우레탄계 수지는 이소포렌 디이소시아네이트, 아디픽산, 다가알코올로 구성된 그룹으로부터 선택된 일종으로 제조될 수 있다. In addition, the molecular weight of the urethane-based resin is preferably 50,000 to 100,000. If the molecular weight of the urethane-based resin is 50,000 or less, there is no effect of improving the workability, and if it is 100,000 or more, there is a problem that the stability of the solution decreases. In addition, the urethane-based resin may be prepared in one kind selected from the group consisting of isophorene diisocyanate, adipic acid, polyhydric alcohol.
원활한 작업성을 확보하기 위해서 수지는 단독으로 사용하기보다는 물 또는 알콜에 10~40 중량% 로 분산된 것을 사용하는 것이 바람직하다. In order to ensure smooth workability, it is preferable to use a resin dispersed in water or alcohol at 10 to 40% by weight rather than being used alone.
상기 아크릴 또는 우레탄 수지에 대한 경화제로는 멜라민 수지가 사용될 수 있다. 멜라민 수지는 특히 말단이 메틸기로 치환된 멜라민-포름알데히드 수지가 사 용되는 것이 바람직하며 0.1~5.0 중량%로 투입된다. 경화제 함량이 0.1 중량% 미만이면 도막의 경화반응이 충분치 않아 원하는 물성을 확보할 수가 없게 되고 5.0 중량%를 초과하면 추가 첨가에 의한 경화반응 증대 효과가 없을 뿐만 아니라 다량 투입된 경화제는 자체 축합 반응을 통하여 오히려 용액 안정성과 수지 피막의 물성을 저하시킬 우려가 있다. 특히 상기의 경화제는 수지 함량 대비 10~20 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. Melamine resin may be used as a curing agent for the acrylic or urethane resin. The melamine resin is particularly preferably a melamine-formaldehyde resin whose terminal is substituted with a methyl group, and is added at 0.1 to 5.0% by weight. If the content of the curing agent is less than 0.1% by weight, the curing reaction of the coating film may not be sufficient to secure the desired physical properties. If the content of the curing agent exceeds 5.0% by weight, there is no effect of increasing the curing reaction by additional addition. Rather, there exists a possibility of reducing solution stability and the physical property of a resin film. In particular, the curing agent is preferably added in 10 to 20% by weight relative to the resin content.
내식성 및 소지 강판과의 밀착성을 향상시키기 위해 pH 7.0 이상인, 바람직하게는 pH 7.0-10.0인 콜로이달 실리카 및 금속 실리케이트 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 실리케이트가 1.0~25.0 중량%로 첨가된다. 상기 금속 실리케이트 화합물은 바람직하게는 Li 또는 Na이며, 제조된 수지는 pH 8의 약알카리성으로 pH 5 이하의 콜로이달 실리카 사용 시 염 생성에 의한 용액 겔화가 발생하므로, pH 7~10의 콜로이달 실리카를 사용하는 것이 침강이 발생하지 않고 안정적이어서 바람직하다. 1.0 중량% 이하에서는 밀착성 및 내식성의 향상이 없고 건조 온도의 하강 효과가 없으며, 25.0 중량%를 초과하더라도 실리카 투입에 의한 내식성 및 밀착성 향상의 효과가 없고 작업 중 롤 표면 등에 묻어 원하는 수지 피복 강판용 전처리층을 제조하기 어렵기 때문이다. 이들 실리케이트 화합물은 물 또는 알콜에 10~30 중량% 정도로 분산된 것을 사용하는 것이 분산성 측면에서 바람직하다.At least one silicate selected from the group consisting of colloidal silica and metal silicate compounds having a pH of 7.0 or more, preferably pH 7.0-10.0, is added in an amount of 1.0 to 25.0% by weight to improve the corrosion resistance and adhesion to the steel sheet. The metal silicate compound is preferably Li or Na, and the prepared resin is weakly alkaline at pH 8, and thus solution gelling occurs due to salt formation when colloidal silica having a pH of 5 or less is used. Thus, colloidal silica having a pH of 7 to 10 It is preferable to use because it is stable without sedimentation occurring. If it is 1.0 wt% or less, there is no improvement of adhesion and corrosion resistance, there is no effect of lowering the drying temperature, and even if it exceeds 25.0 wt%, there is no effect of improving corrosion resistance and adhesion due to silica addition, and it is buried in the roll surface during work, and the desired pretreatment layer for resin coated steel sheet This is because it is difficult to manufacture. It is preferable to use these silicate compounds dispersed in water or alcohol at about 10 to 30% by weight in terms of dispersibility.
상기 용액 조성물에 0.1~10.0 중량%로 투입되는 아민계 유기 티타네이트 및 아민계 유기 지르코네이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 유기-금속산화물은 콜로이달 실리카의 결합력을 향상시키는 촉매 역할을 하며 자체적으로 내식성 및 용접성 향상에도 기여한다. 바람직하게는 상기 아민계 유기 티타네이트는 메틸화 아민 티타네이트이며, 아민계 유기 지르코네이트는 메틸화 아민 지르코네이트이다. 상기의 유기-금속화합물은 0.1 중량% 이하에서는 실리카 결합 촉매 역할을 기대할 수 없으며, 10.0 중량% 이상 투입되어도 촉매 역할 및 내식성 향상에 영향이 없고 용액 겔화가 일어날 수 있으며 원가가 크게 상승한다. 이들 화합물은 물 내에 40~60 중량% 정도로 분산된 것을 사용하는 것이 바람직하다. At least one organo-metal oxide selected from the group consisting of amine organic titanate and amine organic zirconate added to the solution composition in an amount of 0.1 to 10.0% by weight serves as a catalyst for improving the binding force of colloidal silica. It also contributes to improved corrosion resistance and weldability. Preferably the amine organic titanate is methylated amine titanate and the amine organic zirconate is methylated amine zirconate. The organo-metallic compound may not be expected to act as a silica bonding catalyst at 0.1 wt% or less, and even when added at 10.0 wt% or more, it does not affect the role of the catalyst and the improvement of corrosion resistance, solution gelation may occur, and the cost is greatly increased. It is preferable to use these compounds disperse | distributed about 40 to 60 weight% in water.
바람직하게는 전처리층의 내식성 향상을 위하여 벤토나이트계 및 몬테로나이트계로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 수분산성 나노클레이를 첨가할 수 있다. 상기의 나노클레이는 높은 알칼리성을 가지며 물을 들이마시면 체적의 수배 이상으로 팽창해 강력한 점성을 발휘하고 장시간 방치해도 침전이 없으며, 매끈매끈한 막을 만들기 쉬운 성질을 갖고 있어 페인트 또는 코팅제로서 이용되고 있다. 이러한 나노클레이 수분산체는 규산-알루미늄-규산의 3중 판상 구조를 이루고 있으므로 산소나 이산화탄소, 염소화합물 등의 가스 또는 유기 용제 등에 대한 소재의 차단기능성을 향상시켜 우수한 내식성을 달성할 수 있게 되며 아울러 강한 흡습성을 가지므로 전체 용액의 분산성 또한 향상시켜 준다. Preferably, at least one water dispersible nanoclay selected from the group consisting of bentonite and monteronite may be added to improve the corrosion resistance of the pretreatment layer. The nanoclay has high alkalinity, expands to more than several times its volume by inhalation of water, exhibits strong viscosity, has no precipitation even when left for a long time, and is used as a paint or coating agent because it has a property of making a smooth film. Since the nanoclay aqueous dispersion has a triple plate-like structure of silicate-aluminum-silicate, it is possible to achieve excellent corrosion resistance by improving the blocking function of materials against gases such as oxygen, carbon dioxide, chlorine compounds or organic solvents. The hygroscopicity also improves the dispersibility of the entire solution.
상기 나노클레이는 전체 용액에 대해 0.05~5.0중량%가 사용되며, 다만 나노클레이 자체를 용액과 혼합하는 경우에는 분산이 어려우므로 효과적인 분산을 위해 물100 중량부 당 나노클레이 0.5~15 중량부를 물에 분산시켜 사용할 수 있다. 즉, 나노클레이를 용액 내에 바로 첨가하면 나노클레이가 액상 성분을 흡수하여 점도가 급격히 상승되고 용액 응고 현상이 발생할 수 있으므로 물 또는 알콜에 미리 분산시킨 용액을 투입하는 것이 바람직하다. 나노클레이의 함량이 0.05 중량% 이하로 사용하면 차폐효과 미비로 인하여 내부식성 향상에 큰 효과가 없고, 5.0 중량% 이상 사용하면 전체 용액의 점도가 크게 상승하고, 소부 후 전처리 피막의 경도가 상승하여 도막 부풀음 현상을 유발하며, 피막이 불균일해지며, 불완전하게 피복된 반점이 발생하며, 상층부 수지와의 밀착력을 저하시켜 탈막 되기 때문에 바람직하지 않다. 상기 나노클레이는 단독으로 분산시키거나, 용제 100 중량부 당 0.5~2.0중량부의 2-아미노-2-메틸-1-프로파놀로 박리시킨 용액을 투입하는 것이 바람직하며, 2-아미노-2-메틸-1-프로파놀은 나노클레이 수용액의 분산 촉매 효과를 나타내고, 1.0 중량% 이상의 나노클레이를 물에 분산시킬 때 분산 용액의 안정성을 향상시킨다.The nanoclay is 0.05 ~ 5.0% by weight based on the total solution, but when the nanoclay itself is mixed with the solution is difficult to disperse 0.5-15 parts by weight of nanoclay per 100 parts by weight of water for effective dispersion It can be used by dispersing. That is, if the nanoclay is added directly to the solution, the nanoclay absorbs the liquid component, the viscosity may be rapidly increased, and solution coagulation may occur. Therefore, it is preferable to add a solution previously dispersed in water or alcohol. If the content of nanoclay is less than 0.05% by weight, there is no significant effect on the improvement of corrosion resistance due to insufficient shielding effect. If the content is more than 5.0% by weight, the viscosity of the whole solution is greatly increased, and the hardness of the pretreatment film is increased after baking. It is not preferable because it causes coating swelling, uneven coating, incompletely coated spots, and desquamation by lowering adhesion to the upper resin. It is preferable to disperse | distribute the said nanoclay independently, or to inject the solution which peeled off with 0.5-2.0 weight part of 2-amino-2-methyl-1- propanols per 100 weight part of solvents, and 2-amino-2-methyl -1-propanol exhibits the dispersion catalyst effect of the nanoclay aqueous solution and improves the stability of the dispersion solution when dispersing 1.0 wt% or more of nanoclay in water.
선택적으로 상기 수지 용액 조성물의 젖음(wetting)성을 향상시키기 위해 , 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산 및 수산화 카르복실산 에스테르로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 분산제, 또는 용액의 교반 중 또는 코터팬에서 교반에 의해 형성된 기포를 제거하기 위한 실록산계 소포제가 선택적으로 첨가될 수 있다. 이들 첨가제는 분산제 및 소포체로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 일종일 수 있으며, 전체 용액에 대해 각각 0.1~3.0 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 분산제 또는 소포제가 0.1 중량% 이하이면 용액의 분산 효과가 미비하여 젖음성이 없고 소포 작용이 충분하지 않아 기포가 작업 중 롤 등에 전사되어 강판 표면에 미도장되는 현상이 발생하기 쉽고, 3.0 중량% 이상 투입되면 용액의 젖음성이 과도하게 증가하여 전처리 용액 코팅 시 부착량 조절이 어렵고 과량의 소포제에 의한 용액 안정성이 저하된다. Optionally at least one dispersant selected from the group consisting of polyether modified polydimethylsiloxanes and hydroxylated carboxylic acid esters, or agitation of the solution or in a coater pan to improve the wetting of the resin solution composition A siloxane antifoaming agent for removing the bubbles formed by the can be optionally added. These additives may be at least one kind selected from the group consisting of dispersants and vesicles, and are preferably added in an amount of 0.1 to 3.0% by weight based on the total solution. When the dispersing agent or the antifoaming agent is 0.1 wt% or less, the dispersion effect of the solution is inadequate, so that there is no wettability and the defoaming effect is insufficient, so bubbles are easily transferred to the roll or the like during the operation and unpainted on the surface of the steel sheet. When the wettability of the solution is excessively increased, it is difficult to control the amount of adhesion during coating of the pretreatment solution, and the solution stability due to the excessive antifoaming agent is lowered.
또한, 상기 수지 용액의 분산과 속건성을 위하여 알코올을 주용제인 물에 대하여 1~20 중량%로 첨가할 수 있다. 상기 알코올은 용액의 건조를 빨리 일어나게 하고, 물과 함께 용액에 용매로 작용하여 분산을 도와준다. 그러나 20 중량% 이상을 첨가할 경우에는 알코올의 증발에 의해 용액의 고형분이 급격히 상승하여 코팅 작업성이 저하되고 용제의 증발 속도가 빨라져 도막에 크레이터를 형성하는 등의 악영향을 준다. 상기의 알코올은 에탄올, 이소프로판올, 부틸알코올 등에서 선택된 1종 이상의 알코올이 혼합되어 사용될 수 있다. In addition, in order to disperse and quick-dry the resin solution, alcohol may be added in an amount of 1 to 20 wt% based on water, which is the main solvent. The alcohol causes the solution to dry quickly and acts as a solvent in the solution with water to aid dispersion. However, when more than 20% by weight is added, the solid content of the solution is rapidly increased due to the evaporation of alcohol, thereby decreasing the coating workability and increasing the evaporation rate of the solvent, thereby adversely affecting the formation of craters in the coating film. The alcohol may be used by mixing one or more alcohols selected from ethanol, isopropanol, butyl alcohol, and the like.
본 발명에 의하면 상기 수지 조성물을 이용한 수지피복 강판 전처리층의 제조방법이 제공된다. According to the present invention, a method for producing a resin coated steel sheet pretreatment layer using the resin composition is provided.
냉연강판 또는 아연도금강판 위에 본 발명의 수지 조성물을 도포함으로써 내 식성, 밀착성 및 용접성이 우수한 수지 피복 강판용 전처리 피막층이 제조된다.By applying the resin composition of this invention on a cold rolled steel plate or a galvanized steel sheet, the pre-processed film layer for resin coated steel sheets which is excellent in corrosion resistance, adhesiveness, and weldability is manufactured.
도금강판으로는 아연도금강판 혹은 아연합금 도금 강판이 사용될 수 있다. 소지 강판에 아연을 또는 아연에 철이나 니켈, 코발트 등과 같은 다른 금속을 혼합한 아연합금을 도금하는 방법으로는 전기도금, 용융도금 및 진공증착 등의 다양한 방법이 사용 가능하다. As the plated steel sheet, a galvanized steel sheet or a zinc alloy plated steel sheet may be used. Various methods such as electroplating, hot-dip plating, and vacuum deposition may be used as a method of plating a zinc alloy mixed with zinc on a steel sheet or zinc and other metals such as iron, nickel, and cobalt.
상기 도금강판에 본 발명의 수지 조성물을 건조 도막의 두께가 0.05~1.5㎛이 되도록 도포한 후 60~160℃의 강판 온도로 소부 후 공냉 또는 수냉시킨다. 건조 도막의 두께가 0.05 ㎛미만일 경우에는 내식성, 수지 밀착성 등이 저하되며, 1.5㎛을 초과하는 경우에는 용접성을 감소시키고 생산비가 상승한다. The resin composition of the present invention is coated on the plated steel sheet so that the dry coating film has a thickness of 0.05 to 1.5 µm, and then fired or cooled by baking at a steel sheet temperature of 60 to 160 ° C. If the thickness of the dry coating film is less than 0.05 µm, corrosion resistance, resin adhesiveness, and the like are lowered. If it exceeds 1.5 µm, the weldability is reduced and the production cost is increased.
상기 성분들로 구성된 용액의 전체 고형분 함량은 5~20%로 유지하는 것이 바람직하다. 고형분이 5% 이하에서는 원하는 건조 피막의 두께를 얻기 위한 습도막의 두께가 증가하여 건조 과정에서 원활한 건조가 이루어지지 않아 균일한 표면을 얻기 힘들고 건조 온도가 상승해야 하는 단점이 있으며, 고형분이 20% 이상인 경우 용액의 침강 속도가 증가하여 용액 안정성이 저하될 수 있고 과부착되는 현상이 발생하여 부착량을 조절하기 어렵다. The total solids content of the solution consisting of the above components is preferably maintained at 5-20%. If the solid content is 5% or less, the thickness of the humidity film for obtaining the desired dry film thickness is increased, so that smooth drying is not achieved during the drying process, so that it is difficult to obtain a uniform surface and the drying temperature must be increased. In this case, the sedimentation rate of the solution increases, so that the stability of the solution may decrease, and the phenomenon of over-attachment may occur, making it difficult to control the amount of adhesion.
본 발명의 수지 용액 조성물은 유-무기 복합성분으로 구성된 프리실드 강판용 전처리층 제조에 사용되는 것으로 본 발명의 수지 용액 조성물에 의해 제조된 전처리층은 수지성분의 내식성, 수지밀착성을 향상시키고 건조 온도 저감 효과를 가지며, 실리카에 의해 내식성, 밀착성이 향상되고, 나노클레이의 차단 효과에 의해 내식성 향상 및 용액안정성이 확보되며, 유기 Ti 성분에 의해 내식성, 용접성이 향상되고 부착량 분석의 용이하다. 또한, 커플링제에 의해 소지강판과의 밀착력이 확보되며, 분산제에 의해 코팅 작업의 용이성 및 수지 도장성이 구현된다.The resin solution composition of the present invention is used to prepare a pretreatment layer for a preshielded steel sheet composed of an organic-inorganic composite component. The pretreatment layer prepared by the resin solution composition of the present invention improves the corrosion resistance and resin adhesion of the resin component and reduces the drying temperature. It has an effect, and corrosion resistance and adhesiveness improve by silica, corrosion resistance improvement and solution stability are ensured by the nanoclay blocking effect, corrosion resistance and weldability are improved by organic Ti component, and adhesion amount analysis is easy. In addition, the coupling agent ensures adhesion to the base steel sheet, the dispersing agent facilitates the coating operation and resin coating properties.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples do not limit the present invention.
<실시예 1> <Example 1>
본 실시예에서는 아크릴 수지, 우레탄 수지의 함량 및 분자량, 경화제의 함량 변화에 따른 수지용액의 용액안정성, 수지 코팅물의 물성을 평가하였다. In this example, the solution stability of the resin solution and the physical properties of the resin coating were evaluated according to the content and molecular weight of the acrylic resin and urethane resin, and the content of the curing agent.
아크릴 모노머인 n-부틸 아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, n-부틸 메타아크릴레이트, 에틸렌 아크릴레이트 단량체로 구성된 그룹으로부터 선택된 일종의 단량체로부터 수평균분자량이 30,000인 아크릴계 수지를 제조하였다. 우레탄계 모노머인 이소포렌 디이소시아네이트, 아디핀산, 다가알코올로 구성된 그룹으로부터 선택된 일종의 단량체로 수평균분자량이 80,000인 우레탄계 수지를 제조하였다. 경화제는 알킬화 멜라민 포름알데히드 경화제 (Cytek사 Cymel 308)를 사용하였다. 이때 아크릴계 수지 및 우레탄계 수지의 비율과 함량, 경화제의 함량을 조절하여 품 질특성을 평가하였다. 본 실시예 1의 함량은 물과 알코올을 제외한 고형분의 용액 중 총 중량%를 나타낸다.An acrylic resin having a number average molecular weight of 30,000 was prepared from a kind of monomer selected from the group consisting of n-butyl acrylate, methyl methacrylate, n-butyl methacrylate and ethylene acrylate monomers. A urethane-based resin having a number average molecular weight of 80,000 was prepared as a kind of monomer selected from the group consisting of urethane-based isophorene diisocyanate, adipic acid, and polyhydric alcohol. The curing agent used an alkylated melamine formaldehyde curing agent (Cytek Corporation Cymel 308). At this time, the quality characteristics were evaluated by adjusting the ratio and content of the acrylic resin and urethane resin, and the content of the curing agent. The content of Example 1 represents the total weight percentage in the solution of solids except water and alcohol.
실시예 1의 첨가제로는 콜로이달 실리카 (Nissan chemical사의 스노우텍스-40) 10 중량%, 아민계 유기 티타네이트(Dupont사 Tyzor TE®) 5 중량%. 물에 분산된 벤토나이트계 나노클레이 분말 0.1 중량%, 실록산계 분산제 (Ciba사 EFKA 3580) 0.5중량% 를 각각 첨가하였다. 표면처리 조성물의 고형분 농도는 약 15 중량%가 되도록 하였다. 참고로 고형분을 제외한 나머지 주성분은 물을 사용하였으며, 알코올류 용제로 물 대비 에탄올 5 중량%를 첨가하여 발명예 1-11 및 비교예 1-12의 용액 조성물을 제조하였다. Examples of the additive of Example 1 were 10% by weight of colloidal silica (Snowtex-40 from Nissan Chemical), 5% by weight of amine organic titanate (Tyzor TE® from Dupont). 0.1 wt% of bentonite-based nanoclay powder dispersed in water and 0.5 wt% of siloxane-based dispersant (Ciba EFKA 3580) were added, respectively. Solid content concentration of the surface treatment composition was about 15% by weight. For reference, water was used as the main ingredient except solids, and 5 wt% of ethanol relative to water was added as an alcohol solvent to prepare solution compositions of Inventive Examples 1-11 and Comparative Examples 1-12.
그 후, 상기 용액 조성물에 대한 용액 안정성, 내식성, 용접성, 수지도장 후 밀착성 및 가공성을 평가하였다.Thereafter, solution stability, corrosion resistance, weldability, post-adhesion adhesion and processability to the solution composition were evaluated.
용액 안정성은 실제 사용할 수 있는 충분한 시간을 고려하여 상온에서 7일 경과 후 침전물의 부피 분율 및 상온에서 30일 동안 경과 후 용액 조성물에서의 겔 형성 유무에 따라 평가하였다. Solution stability was evaluated according to the volume fraction of the precipitate after 7 days at room temperature and the presence of gel formation in the solution composition after 30 days at room temperature in consideration of sufficient time to be actually used.
침전물이 발생하지 않고 겔이 형성되지 않는 경우를 ◎, 침전물이 2 vol% 이상 발생하거나 겔이 형성되는 경우를 △, 침전물이 5 vol % 이상 발생하고 겔이 형 성되는 경우를 X 로 나타내었다. ◎ a case where no precipitate is formed and no gel is formed, △ when a precipitate is generated at 2 vol% or more, or △, a precipitate is generated at 5 vol% and a gel is formed.
내식성 및 용접성은 40~60g/m2의 도금 부착량으로 제조된 두께가 0.65~0.75mm인 전기아연 도금 및 아연합금화 도금 강판에 상기 수지 조성물을 각각 0.2 ㎛의 건조 피막 두께가 되도록 바코터(Bar coater)를 이용하여 도포한 후 90℃의 강판온도에서 소부한 다음 공냉하여 시편을 제조하였다.Corrosion resistance and weldability of the bar coater to the dry coating thickness of 0.2㎛ each of the resin composition on the electro-galvanized and zinc-alloy plated steel sheet having a thickness of 0.65 ~ 0.75mm prepared with a coating weight of 40 ~ 60g / m 2 ), And then baked at 90 ° C steel plate temperature and then cooled to prepare a specimen.
내식성은 염수분무시험기 (SST : Saltwater Spray Tester)를 이용하여 35℃에서 실시한 후 경과 시간에 따른 백청 및 적청 5% 이상 발생 시간을 측정하여 부식상태를 조사하였으며, 평가기준은 다음과 같다. Corrosion resistance was investigated by using a salt water spray tester (SST) at 35 ° C and the occurrence time of corrosion of more than 5% of white blue and red blue according to the elapsed time was investigated.
◎ : 적청발생 : 96 시간 이상, 백청발생 48 시간 이상 ◎: Red blue color: Over 96 hours, White blue color over 48 hours
○ : 적청발생 : 72~96 시간, 백청발생 24~48 시간 ○: Red Blue: 72 ~ 96 hours, White Blue 24 ~ 48 hours
□ : 적청발생 : 48~72 시간, 백청발생 12~24 시간 □: Red blue: 48 ~ 72 hours, White blue 12 ~ 24 hours
△ : 적청발생 : 24~48 시간, 백청발생 12 시간 이내 △: Red blue occurrence: 24 ~ 48 hours, White blue occurrence within 12 hours
× : 적청발생 : 24시간 이내 ×: Red blue: within 24 hours
용접성을 평가하기 위해 AC 공압식 점 용접기를 사용하여 용접전류 8kA에서 가압력 250kgf, 통전시간 16 사이클의 조건으로 각 시편을 용접하였다. 용접 전극으로는 Cu-Cr합금의 RWMA Class II를 사용하였다. 용접성은 연속 타점성으로 평가 하였다. 평가용 시편은 길이 80mm, 너비 20mm로 절단된 시편 두 장을 끝에서 20mm되는 지점까지 겹친 후, 겹친 부위의 가운데에 한 점 용접을 한 후 인장시험기를 이용해 용접부가 떨어지는 타점 수를 조사하였다. 이 타점 수를 연속 타점 수로 하여 평가하였으며, 평가기준은 다음과 같다. In order to evaluate the weldability, each specimen was welded using an AC pneumatic spot welding machine under a pressurization of 250 kgf and an energization time of 16 cycles at a welding current of 8 kA. RWMA Class II of Cu—Cr alloy was used as the welding electrode. Weldability was evaluated by continuous RBI. The test specimens were overlapped to the point of 20mm from the end of the two specimens cut to 80mm in length, 20mm in width, one point welding in the middle of the overlapping area and then the number of spots of the weld drop by the tensile tester was investigated. The RBI was evaluated as the number of consecutive RBIs and the evaluation criteria are as follows.
◎ : 연속 타점 수 1,200 이상 ◎: More than 1,200 consecutive RBIs
○ : 연속 타점 수 1,000~1,200 ○: Number of consecutive RBI 1,000 ~ 1,200
□ : 연속 타점 수 800~1,000 □: Number of consecutive RBI 800 ~ 1,000
△ : 연속 타점 수 800 이하 △: 800 or less consecutive RBIs
× : 용접 불가 ×: No welding
수지 밀착성을 평가하기 위해 제조된 전처리층 상부에 프리실드 수지 용액 (범우화학 POS-sealed 제품, 이하 '프리실드 수지'라 함)을 바코터를 이용하여 건조 피막의 두께가 2.5~4.5㎛ 두께가 되도록 코팅한 뒤 150~280℃에서 소부한 후 수냉하고 건조한 시편을 30mm X 50mm 크기로 채취하여 비등 수에 30분간 침지한 후 건조시켜 스카치 테이프(Scotch Tape)를 사용하여 박리 정도를 측정하였다. 테이프에 묻어나온 수지의 정도에 따라 평가하였으며, 평가 기준은 다음과 같다. Using a bar coater, a pre-shielded resin solution (Bumwoo Chemical POS-sealed product, hereinafter referred to as 'pre-shielded resin') was placed on top of the pretreatment layer prepared to evaluate resin adhesion. After coating so as to be baked at 150 ~ 280 ℃, the water-cooled and dried specimens were taken in a size of 30mm X 50mm, immersed in boiling water for 30 minutes and dried to measure the degree of peeling using a Scotch Tape. The evaluation was performed according to the degree of resin buried in the tape, the evaluation criteria are as follows.
◎ : Tape면에 박리가 전혀 없음 ◎: No stripping on tape surface
□ : Tape면에 면적 비 대비 5% 이내의 박리 발생 □: Peeling within 5% of area ratio
△ : Tape면에 면적 비 대비 5% 이상의 박리 발생 △: 박리 5% or more peeling occurred on the surface of tape
× : Tape면에 전면 박리 발생 ×: All surfaces peeled off the tape surface
가공성은 지름이 95mm 인 원형의 시편을 채취하여 25mm의 높이로 컵을 성형한 후 가공이 가장 심하게 된 측면부분을 스카치 테이프를 이용하여 박리면적으로 평가하였으며, 평가 기준은 다음과 같다. Machinability was evaluated by peeling a circular specimen with a diameter of 95mm, forming a cup with a height of 25mm, and then using a scotch tape on the side of the side with the most severe processing. The evaluation criteria are as follows.
◎ : Tape면에 박리가 전혀 없음 ◎: No stripping on tape surface
□ : Tape면에 면적 비 대비 5% 이내의 박리 발생 □: Peeling within 5% of area ratio
△ : Tape면에 면적 비 대비 5% 이상의 박리 발생 △: 박리 5% or more peeling occurred on the surface of tape
[표1]Table 1
<실시예 2><Example 2>
실시예 1의 발명예 4에 나타난 아크릴수지, 우레탄 수지. 멜라민 경화제의 조성에, 콜로이달 실리카, 메틸화 아민계 티타네이트, 분산제, 벤토나이트계 나노클레이의 함량을 변화시켜 표 2에 나타낸 함량으로 각각 배합하여, 비교예 13~29 및 발명예 12~17의 수지 조성물을 제조한 후 이들 첨가제의 함량변화에 따른 용액안정성을 평가하였고, 비교예 13~29 및 발명예 12~17의 수지 조성물을 상기 실시예 1과 같은 방법으로 강판에 코팅한 후, 내식성, 가공 후 밀착성, 수지밀착성 및 용 접성에 대하여 평가하였다 Acrylic resin and urethane resin shown in Inventive Example 4 of Example 1. To the composition of the melamine curing agent, the content of colloidal silica, methylated amine titanate, dispersant, and bentonite-based nanoclays were changed and blended in the amounts shown in Table 2, respectively. After preparing the composition, the solution stability according to the change of the content of these additives was evaluated. After that, the adhesion, resin adhesion and weldability were evaluated.
용액안정성, 내식성, 용접성, 수지 밀착성 및 가공성은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하였다. Solution stability, corrosion resistance, weldability, resin adhesiveness and workability were evaluated in the same manner as in Example 1.
[표 2]TABLE 2
<실시예 3><Example 3>
본 실시예에서는 상기 실시예 2의 발명예 13의 조성에 의해 제조된 용액을 두께가 0.7mm인 40~60g/m2의 도금 부착량으로 아연합금도금 또는 전기도금 된 강판 인 소지강판에 상기 수지 조성물을 하기 표 3에 나타낸 소부 온도 및 건조 도막 두께로 수지 코팅한 후, 비교재 및 발명재를 이용하여 내식성, 용접성, 수지 밀착성 및 가공성을 평가하였다. In the present embodiment, the resin composition is prepared on the base steel sheet, which is a zinc alloy plated or electroplated steel plate with a coating weight of 40 to 60 g / m 2 having a thickness of 0.7 mm. After the resin coating at the baking temperature and dry coating film thickness shown in Table 3, using the comparative material and the invention material, the corrosion resistance, weldability, resin adhesion and workability were evaluated.
[표 3]TABLE 3
본 발명의 용액 조성물 및 전처리층 제조방법으로 제조되는 냉연 강판, 아연도금 강판 혹은 아연합금 도금 강판의 수지피복 강판용 전처리 도막은 아크릴 수지와 우레탄 수지의 혼합에 의해 자체적으로 우수한 용액안정성, 내식성을 가지며, 상부에 수지피복 처리 후 우수한 용접성, 수지 밀착성 및 가공성을 나타내는 것으로, 자동차 차제 중 후미진 곳이나, 헴(Hem) 부위와 같이 인산염 피막 혹은 전착도막을 형성하기 어려운 부위에 사용하는 프리실드 강판 및 기타 수지피복 강판의 전처리층에 사용하기 적합하다. The pretreatment coating film for the resin coated steel sheet of the cold rolled steel sheet, galvanized steel sheet or zinc alloy plated steel sheet produced by the solution composition and the pretreatment layer manufacturing method of the present invention has excellent solution stability and corrosion resistance by mixing acrylic resin and urethane resin, It shows excellent weldability, resin adhesiveness and workability after resin coating on the upper part, and is a pre-shielded steel plate used for the part where it is difficult to form phosphate coating or electrodeposition coating film such as the rear part of automobile body or the heme It is suitable for use in the pretreatment layer of resin coated steel sheets.
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