KR20110025489A - 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극산화 봉공 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콩과작물의 추출물을 이용하여 봉공처리하므로, 인체에 무해한 친환경 알루미늄 제품을 생산할 수 있도록 한 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법에 관한 것이다.

이를 위해, 알루미늄 제품의 표면을 양극 산화처리한 후, 착색 과정을 거쳐 봉공처리하는 방법에 있어서, 착색된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 콩과작물 추출물을 유효성분으로 하는 건욕액에 침적하여 봉공처리하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따라, 산화피막과 착색공정을 거친 알루미늄 제품을 콩과작물의 하나인 콩의 추출물을 유효성분으로 한 건욕액에 침적하여 봉공처리함으로써, 봉공처리된 알루미늄 제품의 내구성, 내식성 및 내광성을 확보할 수 있고, 인체에 무해한 친환경 알루미늄 제품의 생산이 가능한 효과도 있다.

콩과작물, 콩, 알루미늄, 피막, 착색, 봉공.

Description

콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법{SEALING METHOD OF ALUMINUM BY USING SOYBEAN SUBSTANCE}

본 발명은 봉공 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피막 및 착색된 알루미늄 제품 표면에 콩과작물의 추출물을 이용하여 봉공처리하므로, 인체에 무해한 친환경 알루미늄 제품을 생산할 수 있도록 한 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 알루미늄을 양극으로 하여 일정한 전해액에서 적정조건으로 분극을 시킬 경우, 자연피막보다 두꺼운 양극 산화피막이 생성되는데, 이를 양극산화 피막처리라 한다.

이와 같은, 알루미늄 표면처리 과정에서 어느 공정도 소홀히 할 수 없으나, 특히 산화피막 형성공정에서 부주의나 편차가 생기면 제품에 직접적인 영향을 받을 뿐만 아니라, 그 다음 공정인 착색공정이나 봉공처리에도 큰 영향을 주게 되므로, 이 산화피막 형성공정은 대단히 중요한 공정에 해당된다.

한편, 알루미늄 표면에 산화피막을 형성하는 양극산화처리방법에는 여러 가지 방법이 있는데, 주로 사용되는 방법은 방식성이 우수하고 치밀한 산화피막을 얻 을 수 있는 수산법, 황산법, 크롬산법 등을 들 수 있다.

여기서, 수산법은 산화피막을 형성하고자 하는 알루미늄 제품을 H₂C₂O₄ 수산용액에 넣고, 직류, 교류 또는 직류에 교류를 동시에 보내면서 산화피막을 형성하는 방법으로, 전류 효율이 좋고 통전량에 비례하여 산화피막의 두께가 증가하게 된다.

그리고, 황산법은 알루미늄 제품을 황산액에 넣고 교류를 보내면서 산화피막을 형성하는 것으로, 황산의 농도가 낮을수록 피막이 단단하게 형성되며, 가격이 싸므로 널리 이용되고 있다.

또한, 크롬산법은 산화크롬수용액에 알루미늄 제품을 넣고 교류를 보내면서 산화피막을 형성하는 것으로, 내마모성은 작으나 내식성이 대단히 크다.

상기한 방법들로 알루미늄의 표면에 양극산화처리를 실시하여 산화피막을 형성하는 과정에서 시간의 변화를 주면 색조를 조절할 수 있게 되지만, 시간의 조절을 통해 얻어지는 산화피막의 색조는 엷은 색조에서 짙은 색조로, 예를 들면 엷은 브론즈색에서 흑색으로 변화하는 단일계통의 색상만이 얻어지는 단점이 있다.

위의 공정에 따라 형성된 아노다이징은 내광성과 내식성을 목적으로 기공을 막아주는 봉공처리를 해야 하는데, 봉공처리의 방법은 수화봉공처리, 금속염 봉공처리, 유기물 봉공처리, 도장에 의한 봉공처리 등의 방법 등 여러 가지 방법이 적용된다.

이 중, 수화봉공처리는 양극산화처리에 의해 형성된 AL₂O₃가 베마이트로 변 화하는 경우 결정수를 포함하는 것에 의해 체적이 팽창해서 미세공이 막히는 것으로, 탕 침적방식과, 증기 봉공방식으로 나뉘어진다.

탕 침적방식은 순수 물이 80℃ 이상이 되어야 하며, PH는 4.0 이상이 적당한데, 근래에는 순수물에 촉진제를 넣기 때문에 온도는 65~70℃ 에서도 잘 이루어진다. 그리고, 촉진제로는 주로 니켈 성분이 사용되는데, 시중에서 판매되는 상품으로는 아루마이드 실과와 H-298이라는 제품들이 있다.

이러한, 촉진제의 투입량은 실라가 5g/L 정도이고, H-298은 40ml/L 정도가 적당하며, 침적시간은 두 가지 모두 300초 이상이면 피막 15㎛까지는 충분하다.

그리고, 증기 봉공방식은 양극산화 후 수세하여 3~5㎏/㎤의 수증기에 20분 정도 유치해 봉공하는 방식으로, 이 방법의 장점은 반응이 빠르고, 물의 PH 등의 영향을 받지 않으며, 안정된 막을 얻을 수 있고, 내식성이 우수하며, 착색된 색이 침적방식보다 변색이 적다.

반면, 이 방법의 단점은 설비비용이 많이 들고, 연속작업을 하는 경우 봉공에서 끊어질 수 있으며, 피막이 두꺼우면 크랙이 생길 수 있고, 리벳트 가공한 곳에 잔류한 전해액이 유출해 얼룩이 발생하기 쉬운 문제가 있다.

따라서, 봉공처리 방법으로 주로 사용되는 방식은 열탕에 촉진제를 넣어 침적하는 방식이며, 이같은 탕 침적방식이 모든 면에서 부작용이 적다.

그러나, 상기한 탕 침적방식에 촉진제로 사용되는 니켈 및 그 화합물은 인체에 치명적인 금속이기 때문에 작업자의 건강을 심각하게 해칠 수 있는 문제가 있고, 이로 인해 상기한 니켈 및 그 화합물을 유해물질로 규정하는 논의가 활발히 진 행되고 있는 실정에 있다.

즉, 동물 실험결과등을 통해서 니켈 화합물은 사람의 코와 폐에 암을 유발한다는 확실한 증거가 있어 인체 발암성 물질로 분류되고 있고, 또한 니켈 화합물에 의한 급성 반응으로 점막자극, 접촉성 피부염, 알러지성 피부염이 발생할 수 있으며, 또 니켈 화합물에 노출되면 천식이 일어날 수 있는 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 피막 및 착색된 알루미늄 제품 표면에 콩과작물의 추출물을 이용하여 봉공처리하므로, 인체에 무해한 친환경 알루미늄 제품을 생산할 수 있도록 한 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 알루미늄 제품의 표면을 양극 산화처리한 후, 착색 과정을 거쳐 봉공처리하는 방법에 있어서, 착색된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 콩과작물 추출물을 유효성분으로 하는 건욕액에 침적하여 봉공처리하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 산화피막과 착색공정을 거친 알루미늄 제품을 콩과작물의 하나인 콩의 추출물을 유효성분으로 한 건욕액에 침적하여 봉공처리함으로써, 봉공처리된 알루미늄 제품의 내구성, 내식성 및 내광성을 확보할 수 있고, 인체에 무해한 친환경 알루미늄 제품의 생산이 가능하여 유아용기구 및 내외장 건축자재, 주방기기, 가전제품, 그리고 피부 접촉이 많은 휴대폰 케이스 등에 다양하게 적용 가능한 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 봉공처리 이전에 피막 형성된 알루미늄 표면에 착색이 이루어진 형태의 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1을 통해 착색된 알루미늄 표면에 콩과작물을 이용하여 봉공처리된 형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

본 발명의 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법은, 알루미늄 또는 알루미늄합금을 양극 산화처리하여 다공질형 산화 피막층을 형성하는 단계와, 상기 다공질형 산화 피막층이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 천연염료에 착색하여 염색 및 착색처리하는 단계와, 착색된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 콩과작물 추출물을 유효성분으로 하는 건욕액에 침적하여 봉공처리하는 단계로 이루어진다.

여기서, 상기 봉공처리하는 단계는, 다시 콩과작물 추출물을 추출하는 단계와, 건욕액을 확보하는 단계와, 침적단계로 이루어진다.

구체적으로 살펴보면, 물과 콩과작물을 1:1의 중량비율로 혼합하고, 이를 대략 13~17시간 정도 불린다. 그리고, 물에 불려진 콩과작물에 상당량의 물을 더 혼합한 후, 중불에서 가열하고, 거품이 생겨 넘칠 때 약불로 1시간 더 가열한다. 이 후, 콩과작물의 건더기를 걸러내어 콩과작물 추출물을 추출한다.

그리고, 물에 대해 콩과작물 추출물 10~15중량%를 혼합한 후, 60~85℃의 온도로 가열하여 건욕액을 확보한다.

또한, 착색된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 착색된 색상에 따라 침적시간을 달리 하여 건욕액에 침적한다. 여기서, 침적시간은 6~10분을 진행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 콩과작물 추출물은 인체에 무해한 콩과작물이 사용 가능한 것으로, 청대콩, 껍질콩, 강낭콩, 서리태, 서목태, 완두콩, 작두콩, 백태 등의 모든 콩의 종류가 사용될 수 있으며, 특히 이와 같은 콩과작물 중에서도 그 열매 내부에 들어 있는 콩 종자의 추출물을 유효성분으로 사용하게 된다.

상기 본 발명의 콩과작물을 이용한 알루미늄의 양극화 봉공 처리방법을 자세하게 설명하면 다음과 같다.

[다공질형 산화 피막층 형성단계]

염료의 흡착량과 흡착력을 증대시키기 위해 알루미늄 또는 알루미늄합금을 황산, 수산, 크롬산, 인산 등의 산성수용액 속에서 양극산화처리하면 다수의 미세공을 갖는 다공질형 산화피막층을 형성한다.

한편, 연질 아노다이징 피막은 1A/dm² 에서 1분에 약 0.28미르론 오르며, 구리함유 재질(2000 계열)은 피막속도가 느리다.

알루미늄 산화 피막층을 염색 처리시 미세공을 갖지 않은 베리어형 보다는 다수의 미세공을 갖는 다공질형 산화 피막층이 염료 흡착량 및 흡착령이 증가하여 염색 염료의 흡착 내구성이 우수하다.

따라서, 본 발명에서는 알루미늄과 염색 염료간의 양호한 흡착 내구성을 얻기 위하여 알루미늄을 다공질형 산화 피막층으로 양극 산화 처리한다.

[천연염료 착색단계]

염료농도 0.1~30g/L, 60℃의 염색액에 침적하여 착색하고, 착색처리시간은 통상 10~30분을 처리한다.

염료로는 수용성 염료와 유용성 염료를 사용할 수 있는데, 본 출원인에 의해 선출원 발명된 특허 출원번호 제2008-56918호의 "천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법"에 개시된 염료를 사용할 수도 있다.

그리고, 대부분 염료의 PH는 5.0~7.0 범위이고, 상기 PH를 낮출 때에는 아세트산을, 높일 때에는 희석한 수산화나트륨이나 아세트산나트륨을 사용한다.

[봉공처리 단계]

염색 및 착색 처리된 알루미늄 제품의 내구성을 향상시키기 위해 콩에서 추출한 추출물을 유효성분으로 하는 건욕액에 상기 알루미늄 제품을 침적하여 봉공(실링)처리를 하는 것으로, 세부적인 내용은 다음과 같다.

먼저, 콩의 종자 1㎏에 물 1ℓ를 넣고, 15시간 정도 불린다.

그리고, 상기와 같이 불린 콩에 물 20ℓ를 넣고 중불에서 가열하고, 거품이 생겨 넘칠 때에 약불로 1시간 더 가열한다. 이 후, 채반을 통해 콩 건더기를 걸러내어 콩 추출물을 추출한다.

이처럼, 추출된 추출물 100㎖ 당 물 1ℓ를 넣고, 이를 70℃까지 가열하여 건욕액을 확보한다.

이때, 건욕액 제조에 사용되는 물은 Na⁺Cl^- 성분이 검출되지 않는 순수한 물이나 증류수를 사용하는 것이 적절하다. 그리고, 건욕액의 추출물 농도가 10% 이하일 때에는 봉공처리 시간이 너무 길어져 생산성이 없고, 15%이상의 고농도에서는 알루미늄 제품 표면에 콩 성분의 추출물이 묻어 나와 제품 건조 후 일일이 표면을 닦아 주어야 하는 문제가 있어, 건용액의 콩 추출물 농도는 10~15% 가 되도록 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 건욕액 제조시 가열온도는 60℃ 이하인 경우 봉공작업 초기에 착색된 염료가 탈색되어 구현하고자 하는 색상과 달리 생산되며, 85℃ 이상의 고온에서는 제품의 표면에 얼룩이 생기게 되므로, 건욕액 제조시 가열온도는 60~85℃가 바람직하다.

아울러, 이처럼 착색된 알루미늄 제품은 깨끗하게 세척한 후 건욕액에 침적하여, 알루미늄 제품 표면에 봉공처리를 하게 된다.

여기서, 상기 알루미늄 제품에 착색된 색상이 백색계열이나 연한 파스톤텔계열인 경우에는 대략 6분의 착색시간을 적용하고, 적색, 청색, 보라색계열의 색상인 경우에는 대략 8분의 착색시간을 적용하며, 흑색계열의 색상인 경우에는 대략 10분의 착색시간을 적용하는 것이 적절하다.

상기 본 발명의 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공처리방법은 기존의 봉공처리 방법과 피막을 형성하고 착색하는 단계까지는 유사하나, 콩을 이용한 봉공처리시 콩 추출물의 농도, 건욕액 제조시 가열온도, 봉공처리시간 등의 조정을 통해 이상적인 봉공처리를 수행할 수 있고, 이로 인해 알루미늄 제품 표면에 내식성 및 내구성, 내광성이 향상된 봉공 처리작업의 공정 표준화를 이룬 것이다.

즉, 본 발명은 알루미늄 피막에 봉공 처리하여 피막 내구성 강화를 증대시키는 기술적 과제와, 천연 봉공처리를 통해 인체의 무해한 친환경 알루미늄 제품의 봉공 처리방법을 개발한 것이다.

이하, 실시예를 통하여 좀 더 상세히 설명한다.

실시예 1

IT 및 가전 부품(휴대폰, PMP, PDA, 디지털카메라, 오디오 부품 등)용 알루미늄 제품을 20% 황산 수용액에서 액온도 25℃, 15V 교류전류로 40분동안 아노다이징 처리하여 피막두께 12㎛로 다공질의 산화막을 형성한 후, 골드착색을 하여 시편을 준비하고, 건욕된 10% 콩 추출물에 70℃에서 6분간 침적 봉공처리한 결과, 염수분무시험 1000시간 이상의 내식성과 120일 이상의 자연방치 상태에서도 우수한 내구성을 보였다.

실시예 2

상기 실시예1과 동일한 알루미늄 제품에 20% 황산 수용액에서 액온도 25℃, 15V 교류전류로 60분동안 아노다이징 처리하여 피막두께 15㎛로 다공질의 산화막을 형성한 후, 본 출원인에 의해 선출원 발명된 특허 출원번호 제2008-56918호의 천연염료 락을 이용하여 적색 염료로 착색하고, 10% 콩 추출물에 70℃에서 8분간 침적 봉공처리한 결과, 염수분무시험에서 1000시간 이상의 내식성과 120일 이상의 자연방치 상태에서도 우수한 내구성을 보였다.

실시예 3

상기 실시예1과 동일한 알루미늄 제품에 20% 황산 수용액에서 액온도 25℃, 15V 교류전류로 1시간 10분동안 아노다이징 처리하여 피막두께 17㎛로 다공질의 산화막을 형성한 후, 흑색염료로 착색하고 10% 콩 추출물에 70℃에서 10분간 침적 봉공처리한 결과, 실시예1과 실시예2의 제품과 동일한 내구성과 내식성을 나타내었다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 봉공처리 이전에 피막 형성된 알루미늄 표면에 착색이 이루어진 형태의 개략 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 착색된 알루미늄 표면에 콩과작물을 이용하여 봉공처리된 형태의 개략 단면도.

Claims (5)

1. 알루미늄 제품의 표면을 양극 산화처리한 후, 착색 과정을 거쳐 봉공처리하는 방법에 있어서,

   착색된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 콩과작물 추출물을 유효성분으로 하는 건욕액에 침적하여 봉공처리하는 것을 특징으로 하는 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 봉공처리는,

   물에 콩과작물을 불려 가열한 후, 콩과작물의 건더기를 걸러내어 콩과작물 추출물을 추출하는 단계와;

   물에 대해 콩과작물 추출물 10~15중량%를 혼합한 후, 60~85℃의 온도로 가열하여 건욕액을 확보하는 단계와;

   착색된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 착색된 색상에 따라 침적시간을 달리 하여 건욕액에 침적하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 추출단계에서는 콩과작물과 물을 1:1의 중량비율로 혼합하여 불린 후, 물에 불려진 콩과작물에 물을 혼합하고 중불에서 가열하여 거품이 생겨 넘칠 때 약불로 1시간 더 가열하는 것을 특징으로 하는 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 침적시간은 6~10분을 침적하는 것을 특징으로 하는 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 콩과작물 추출물은 콩 종자의 추출물인 것을 특징으로 하는 콩과작물을 이용한 알루미늄 양극화 봉공 처리방법.

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