KR20100087208A - 아연 또는 아연 합금 도금에 내식성 피막을 형성시키기 위한 표면 처리 수용액 및 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아연 또는 아연 합금 도금에 고내식성의, 늘어짐 얼룩·굄 얼룩이 없는 균일 외관으로, 두께의 불균일 불량을 일으키지 않는, 밀착성이 양호한 피막을 부여하기 위한 크롬이 없는 처리액 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 (a) 알칼리 금속 실리케이트(M2O·nSiO2(식 중 M은 알칼리 금속을 나타내고, n은 SiO2/M2O 몰비를 나타낸다)), (b) 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제 및 (c) 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 내식성 피막을 형성시키기 위한 표면 처리 수용액을 제공한다. 또, 본 발명은 아연 또는 아연 합금 도금 표면을, 상기 표면 처리 수용액에 접촉시키는 것을 포함하는, 아연 또는 아연 합금 도금 상에 고내식성 피막을 형성시키는 표면 처리 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 상기 표면 처리 수용액은, 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 6가 크롬이 없는 또는 완전히 크롬이 없는 화성 처리 피막 표면에 대해서도 사용할 수가 있다. 즉, 본 발명은 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면을, 상기 표면 처리 수용액에 접촉시키는 것을 포함하는, 아연 또는 아연 합금 도금 상에 고내식성 피막을 형성시키는 표면 처리 방법도 제공한다. 또, 본 발명은 아연 또는 아연 합금 도금 표면, 또는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면에 상기를 접촉시킴으로써 형성된 고내식성 피막을 제공한다.
Description
본 발명은 아연 도금 또는 아연 합금 도금의 방청 처리액 및 방청 처리 방법에 관한 것이다.
아연 및 아연 합금 도금은 강판 및 철강 부품 등의 방청 도금으로서 널리 사용되고 있지만, 아연의 희생 부식에 의한 백청을 발생시키고 내식성도 충분하지 않다. 그 때문에 아연 및 아연 합금 도금의 방청에 크로메이트 처리 등의 화성(化成) 처리가 행해져 오고 있었다. 그러나, 크로메이트 처리에 사용되는 6가 크롬은, 유효한 방식 효과가 있지만 독성이 강하고, 환경 및 인체에의 악영향 때문에 사용할 수 없게 되어 오고 있다.
6가 크롬을 함유하는 크로메이트 처리의 대체(代替)로서, 6가 크롬이 없는 또는 완전히 크롬이 없는 화성 처리나 코팅에 관한 많은 제안이 이루어져 오고 있고, 또 일부 실용화도 되어 있다. 그러나, 지금까지 제안되어 오고 있는 6가 크롬이 없는 또는 완전히 크롬이 없는 화성 처리나 코팅 방법에서는, 내식성, 외관, 균일성, 밀착성 등의 성능이 충분하지 않고, 또 작업성이나 작업 환경 등에도 문제가 있다.
또, 지금까지 보고되어 있는 규산(염) 화합물이나 실란 커플링제(silane coupling agent)의 단독 사용 또는 병용에 의한 코팅 방법의 경우(특허문헌 1~4), 처리액 중의 이들의 성분 농도가 높기 때문에, 피처리물의 오목한 부분이나 하부 등, 액 굄을 일으키기 쉬운 부분에 처리액 중의 성분이 잔존하여, 외관 불량(늘어짐 얼룩(sag stain) 발생, 불균일 외관 등), 두께의 불균일 불량을 일으킨다. 그래서, 이들 불량에의 대응이 요구되고 있다.
본 발명은 아연 또는 아연 합금 도금에 고내식성의, 늘어짐 얼룩(sag stain)·굄 얼룩(puddle stain)이 없는 균일 외관으로, 두께의 불균일 불량을 일으키지 않는, 밀착성이 양호한 피막을 부여하기 위한 크롬이 없는 처리액 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 열심히 검토한 결과, 아연 또는 아연 합금 도금에 특정의 성분을 함유하는 표면 처리 수용액을 사용함으로써, 아연 또는 아연 합금 도금 상에, 종래의 6가 크롬을 함유하는 크로메이트 처리 피막과 동등 이상의 내식성, 밀착성, 늘어짐 얼룩·굄 얼룩을 일으키지 않는 균일 외관을 가지고, 두께의 불균일 불량을 일으키지 않는, 양호한 성능을 가지는 피막을 형성할 수가 있다는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은 (a) 알칼리 금속 실리케이트(M2O·nSiO2(식 중 M은 알칼리 금속을 나타내고, n은 SiO2/M2O 몰비를 나타낸다)), (b) 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제 및 (c) 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 내식성 피막을 형성시키기 위한 표면 처리 수용액을 제공한다.
또, 본 발명은 아연 또는 아연 합금 도금 표면을 상기 표면 처리 수용액에 접촉시키는 것을 포함하는, 아연 또는 아연 합금 도금 상에 고내식성 피막을 형성시키는 표면 처리 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 표면 처리 수용액은, 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 6가 크롬이 없는 또는 완전히 크롬이 없는 화성 처리 피막 표면에 대해서도 사용할 수가 있다. 즉, 본 발명은 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면을 상기 표면 처리 수용액에 접촉시키는 것을 포함하는, 아연 또는 아연 합금 도금 상에 고내식성 피막을 형성시키는 표면 처리 방법도 제공한다.
또, 본 발명은 아연 또는 아연 합금 도금 표면, 또는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면에 상기를 접촉시킴으로써 형성된 고내식성 피막을 제공한다.
본 발명의 표면 처리 수용액은, 아연 또는 아연 합금 도금, 그들에 3가 크롬 화성 처리 또는 완전히 크롬이 없는 화성 처리 등의 화성 처리를 행한 것에 사용할 수가 있고, 본 발명의 표면 처리 수용액으로 처리를 행함으로써, 종래의 유해한 6가 크롬을 함유하는 크로메이트 처리 피막과 동등 이상의 내식성을 가지고, 늘어짐 얼룩·굄 얼룩이 없는 균일 외관으로, 두께의 불균일 불량을 일으키지 않는, 밀착성이 양호한 피막을 형성할 수가 있다. 그리고 본 발명의 표면 처리 방법은, 크로메이트 처리를 대신하는 6가 크롬을 함유하지 않는 방청 처리 방법으로서 유용하게 사용할 수가 있다.
본 발명의 아연 또는 아연 합금 도금 상에 내식성 피막을 형성시키기 위한 표면 처리 수용액은, (a) 알칼리 금속 실리케이트(M2O·nSiO2(식 중 M은 알칼리 금속을 나타내고, n은 SiO2/M2O 몰비를 나타낸다)), (b) 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제 및 (c) 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 표면 처리 수용액을 이용하여, 아연 도금 또는 아연 합금 도금 상에 직접 내식성 피막을 형성해도 좋고, 또는 아연 도금 또는 아연 합금 도금 상에 6가 크롬이 없는 3가 크롬 화성 처리 또는 완전히 크롬이 없는 화성 처리 등의 화성 처리를 행한 후에 내식성 피막을 형성해도 좋다. 여기서, 아연 합금 도금으로서는, 아연-니켈 합금 도금, 아연-철 합금 도금, 아연-코발트 합금 도금, 주석-아연 합금 도금 등의 아연을 함유하는 합금 도금을 들 수가 있다.
알칼리 금속 실리케이트(a)는 통상 M2O·nSiO2(식 중 M은 알칼리 금속을 나타내고, n은 SiO2/M2O 몰비를 나타낸다)로 표시된다. 알칼리 금속 실리케이트의 SiO2/M2O 몰비(n)는, 바람직하게는 0.5/1~5/1의 범위이고, 보다 바람직하게는 1/1~4.5/1의 범위이고, 더 바람직하게는 2/1~4/1의 범위이다. 알칼리 금속 실리케이트는, 바람직하게는 수산화리튬, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 콜로이덜 실리카(colloidal silica)를 혼합하여 얻어진다. 알칼리 금속 실리케이트의 SiO2/M2O 몰비(n)를 상기 범위로 함으로써, 처리제의 안정성 및 피막의 내식성을 양호하게 할 수가 있다. 알칼리 금속 실리케이트는 단독으로 또는 2종 이상 조합시켜 사용해도 좋다.
또, 상기 표면 처리 수용액 중의 알칼리 금속 실리케이트의 농도는, 바람직하게는 고형분 농도가 0.25~5중량%, 보다 바람직하게는 0.3~3중량%이다. 표면 처리 수용액 중의 알칼리 금속 실리케이트의 농도를 상기 범위로 함으로써, 피막의 내식성을 양호하게 하고, 늘어짐 얼룩·굄 얼룩을 방지하여 균일 외관을 얻을 수 있고, 두께의 불균일 불량을 방지할 수가 있다.
수용성 또는 수분산성 실란 커플링제(b)는 사용 농도에 있어서 물에 용해 또는 그 자신 안정적으로 현탁하는 것이면 특히 제한은 없다. 바람직한 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제로서는, 에폭시기, 아미노기, (메트)아크릴기, 비닐기 및 머캅토기로 이루어지는 군에서 선택되는 기를 가지는 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제를 들 수 있고, 단독으로 또는 2종 이상 조합시켜 사용해도 좋다.
바람직한 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제로서는, 예를 들면 하기 일반식으로 표시되는 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제를 들 수 있다.
또는
(식 중 X는 0~6의 정수이고, R1, R2 및 R3은 각각 C1~C6의 알킬기 또는 알콕시기이다. 또, M은 이하로부터 선택된다.
(1) M이 에폭시기인 경우:
또는
(식 중 Y는 1~6의 정수이다)
(2) M이 비닐기인 경우:
CH2=CH-
(3) M이 아미노기인 경우:
H2N-,
H2N-C2H4-NH-, 또는
3-페닐아미노기
(4) M이 메타크릴옥시기인 경우:
(5) M이 아크릴옥시기인 경우:
(6) M이 머캅토기인 경우:
HS- )
또, 상기 표면 처리 수용액 중의 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제의 농도는, 바람직하게는 0.05~3중량%이고, 보다 바람직하게는 0.15~1.5중량%이다. 표면 처리 수용액 중의 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제의 농도를 상기 범위로 함으로써, 내식성 및 밀착성을 양호하게 할 수가 있다.
수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물(c)은, 물에 용해 또는 그 자신 안정적으로 분산하는 것이면 특히 제한은 없지만, 바람직하게는 지방족 모노 또는 다가 알코올의 모노 또는 폴리글리시딜 에테르이다. 구체적으로는, 지방족 알킬의 치환기로서 (1) 2개 이상의 글리시딜 에테르기를 함유하든지, 또는 (2) 1개 이상의 수산기와 1개 이상의 글리시딜 에테르기를 함유하는 것이다. 바람직한 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물로서는, 글리시돌, 글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리프로필렌글리콜 디글리시딜 에테르, 소르비톨 폴리글리시딜 에테르 등을 들 수 있다. 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물은 단독으로 또는 2종 이상 조합시켜 사용해도 좋다.
상기 표면 처리 수용액 중의 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물의 농도는, 바람직하게는 0.05~3중량%, 보다 바람직하게는 0.15~1.5중량%이다. 표면 처리 수용액 중의 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물의 농도를 상기 범위로 함으로써, 내식성 및 밀착성을 양호하게 할 수가 있다. 본 발명에 있어서, 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물은 알칼리 금속 실리케이트를 균일하게 분산시키고, 알칼리 금속 실리케이트의 바인더(binder)로서 작용함으로써, 내식성 및 밀착성에 기여하고 있는 것이라고 추측된다.
본 발명의 상기 표면 처리 수용액에는, 수용성 또는 수현탁성(에멀젼 타입(emulsion type))의 유기 수지(d)를 더 함유시켜도 좋다. 수용성 또는 수현탁성의 유기 수지를 함유시키는 목적은 내식성의 향상 및 외관, 특히 광택의 향상이다. 수용성 또는 수현탁성의 유기 수지는, 바람직하게는 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 에폭시 수지로 이루어지는 군에서 선택된다. 수용성 또는 수현탁성의 유기 수지의 예로서는, 니치고모비닐(주)사제의 아크릴계 수지 LDM6316(스티렌·아크릴산 에스테르 공중합체), 다이이치공업제약(주)사제의 우레탄 수지 엘라스토론R, 쇼와바니쉬(주)제의 에폭시 수지 ST-58-2(변성 에폭시 수지) 등을 들 수 있다.
상기 표면 처리 수용액 중의 수용성 또는 수현탁성의 유기 수지의 농도는, 바람직하게는 0.25~5중량%, 보다 바람직하게는 0.3~3중량%이다. 수용성 또는 수현탁성의 유기 수지의 농도를 상기 범위로 함으로써, 내식성을 향상시키고, 외관, 특히 광택을 향상시킬 수가 있다. 또, 늘어짐 얼룩·굄 얼룩을 방지하여 균일 외관을 얻을 수 있고, 두께의 불균일 불량을 방지할 수가 있다.
본 발명의 상기 표면 처리 수용액의 pH는, 바람직하게는 4~12의 범위이고, 보다 바람직하게는 6~11의 범위이다. 또, 본 발명의 상기 표면 처리 수용액의 전고형분 농도는, 바람직하게는 0.35~15%의 범위이고, 보다 바람직하게는 0.6~9%의 범위이다. 본 발명의 상기 표면 처리 수용액은 종래의 처리 용액에 비해 낮은 고형분 농도로 고내식성 피막을 형성할 수가 있다.
본 발명의 아연 또는 아연 합금 도금 상에 고내식성 피막을 형성시키는 표면 처리 방법은, 아연 또는 아연 합금 도금 표면을, 또는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면을, 상기 표면 처리 수용액에 접촉시키는 것을 포함한다. 아연 또는 아연 합금 도금 표면을, 또는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면을, 상기 표면 처리 수용액에 접촉시키는 방법으로서는, 상기 표면 처리 수용액에 아연 또는 아연 합금 도금한 것 또는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 화성 처리 피막을 형성한 것을 침지하는 것이 일반적이다. 예를 들면, 10~80℃, 바람직하게는 20~50℃의 액온에서 10~600초 동안 침지하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30~120초 동안 침지한다. 또는, 아연 또는 아연 합금 도금 표면에, 또는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면에, 상기 표면 처리 수용액을 스프레이(spray) 처리해도 좋다.
본 발명의 상기 표면 처리 수용액에 침지, 또는 본 발명의 상기 표면 처리 수용액을 스프레이 처리한 물품은, 그 후 액 배출(liquid draining), 건조를 행하여 피막을 경화시킬 필요가 있다. 피막을 경화시키는 온도는, 바람직하게는 실온~150℃이고, 피막을 경화시키는 시간은, 실온에서 피막을 경화시키는 경우, 바람직하게는 30~60분간이고, 150℃에서 피막을 경화시키는 경우, 바람직하게는 5~10분간이다.
또한, 본 발명의 상기 표면 처리 수용액은 수개월의 장기에 걸쳐 보존 가능하다.
다음에 실시예에 의해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
(실시예 1~12 및 비교예 1~6)
니혼테스트페널주식회사제의 표준 시험판(냉간 압연 강판 JIS G 3141)의 70mm×100mm×0.8mm 사이즈(size)품을 시험편으로 하여, 표 1 및 2에 나타내는 아연 또는 아연 합금 도금과 화성 피막 처리를 행하였다. 각종 도금까지의 처리 공정은 이하와 같다.
침지 탈지(딥솔사제 PN-36)→수세→산세(300ml/l의 35% HCl 수용액에 침지)→수세→전해 세정(딥솔사제 NC-20)→수세→산활성(100ml/l의 35% HCl 수용액에 침지)→수세→도금
Zn: 징케이트욕 아연 도금(딥솔사제 NZ-98욕)
Zn-Ni: Zn-Ni 합금 도금(딥솔사제 IZ-250Y욕)
Zn-Fe: Zn-Fe 합금 도금(딥솔사제 FZ-270욕)
Zn+화성 처리: 징케이트욕 아연 도금 후에 3가 크롬 화성 처리(딥솔사제 ZT-444욕)
Zn-Ni+화성 처리: Zn-Ni 합금 도금 후에 3가 크롬 화성 처리(딥솔사제 IZ-264욕)
다음에, 표 1 및 2에 나타내는 (a) 알칼리 금속 실리케이트(M2O·nSiO2(식 중 M은 알칼리 금속을 나타내고, n은 SiO2/M2O 몰비를 나타낸다)), (b) 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제, (c) 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물 및 (d) 수용성 또는 수현탁성의 유기 수지를 포함하는 표면 처리 수용액에 상기 시험편을 침지하였다(30℃ 60초 동안). 이어서, 80℃에서 20분간 건조시켰다.
(비교예 7)
표면 처리 수용액에 의한 처리를 행하지 않은 외에는, 실시예 11과 마찬가지로 처리한 시험편을 제작하였다.
(마무리 외관(균일성))
마무리 외관(균일성)을 육안으로 평가하였다. 균일성이 양호한 것을 ○로 하고, 불균일한 것을 ×로 하였다.
(마무리 외관(광택))
마무리 외관(광택)을 육안으로 평가하였다. 광택이 매우 양호한 것을 ◎로 하고, 양호한 것을 ○로 하고, 나쁜 것을 ×로 하였다.
(염수 분무 시험)
내식성을 염수 분무 시험(JIS-Z-2371)에 의해 평가하였다. 240시간 백청 발생 없음을 ◎로 하고, 120시간 백청 발생 없음을 ○로 하고, 120시간 백청 발생 없음을 △로 하고, 24시간에서 백청 발생한 것을 ×로 하였다.
(밀착성)
1mm 간격으로 격자상으로 크로스컷(cross cut)을 하고, 그 후 테이프 박리 시험(셀로판 점착 테이프(JIS Z1522에 규정하는 폭 18mm의 것)를 사용)을 행하여, 피막 박리의 유무를 육안으로 관찰하였다. 양호한 것을 ○로 하고, 나쁜 것을 ×로 하였다.
(늘어짐 얼룩·굄 얼룩의 유무)
늘어짐 얼룩·굄 얼룩의 유무를 육안으로 평가하였다. 없는 것을 ○로 하고, 있는 것을 ×로 하였다.
(처리액의 안정성)
처리액을 유리병에 넣고, -5℃에서 3일간 및 45℃에서 4일간을 1사이클로 하여, 4사이클 방치 후의 분리, 겔화, 흐림, 침전 등의 발생의 유무를 관찰하였다. 양호한 것을 ○로 하고, 나쁜 것을 ×로 하였다.
Claims (11)
- (a) 알칼리 금속 실리케이트(M2O·nSiO2(식 중 M은 알칼리 금속을 나타내고, n은 SiO2/M2O 몰비를 나타낸다)),
(b) 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제, 및
(c) 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 내식성 피막을 형성시키기 위한 표면 처리 수용액. - 제1항에 있어서,
알칼리 금속 실리케이트의 SiO2/M2O 몰비(n)가 0.5/1~5/1의 범위인 것을 특징으로 하는 표면 처리 수용액. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
알칼리 금속 실리케이트의 알칼리 금속이 Li, Na 및 K으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 수용액. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물이 지방족 모노 또는 다가 알코올의 모노 또는 폴리글리시딜 에테르인 것을 특징으로 하는 표면 처리 수용액. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
수용성 또는 수분산성 실란 커플링제가 에폭시기, 아미노기, (메트)아크릴기, 비닐기 및 머캅토기로 이루어지는 군에서 선택되는 기를 가지는 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제인 것을 특징으로 하는 표면 처리 수용액. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
처리 수용액 중의 (a) 알칼리 금속 실리케이트의 농도가 0.25~5중량%이고, (b) 수용성 또는 수분산성 실란 커플링제의 농도가 0.05~3중량%이고, (c) 수용성 또는 수분산성 글리시딜 에테르 화합물의 농도가 0.05~3중량%인 것을 특징으로 하는 표면 처리 수용액. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
(d) 수용성 또는 수현탁성의 유기 수지를 0.25~5중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 수용액. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
유기 수지가 아크릴수지, 우레탄 수지 및 에폭시 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 수용액. - 아연 또는 아연 합금 도금 표면을, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항 기재의 표면 처리 수용액에 접촉시키는 것을 포함하는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 고내식성 피막을 형성시키는 표면 처리 방법.
- 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면을, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항 기재의 표면 처리 수용액에 접촉시키는 것을 포함하는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 고내식성 피막을 형성시키는 표면 처리 방법.
- 아연 또는 아연 합금 도금 표면, 또는 아연 또는 아연 합금 도금 상에 형성된 화성 처리 피막 표면에 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항 기재의 표면 처리 수용액을 접촉시킴으로써 형성된 고내식성 피막.
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