KR20130073545A - 표면조도가 있는 방사선 투과필름 적층공정을 이용한 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법 - Google Patents

표면조도가 있는 방사선 투과필름 적층공정을 이용한 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면조도가 있는 방사선 투과필름 적층공정을 이용한 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법에 관한 것으로, 금속재 위에 방사선 경화형 코팅 용액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 상기 코팅층 위에 표면요철이 있는 방사선 투과필름을 적층하여 방사선 투과필름의 표면요철을 코팅층에 전사하는 단계; 방사선을 조사하여 상기 코팅층을 경화시키는 단계; 및 상기 방사선 투과필름을 제거하는 단계를 포함하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법을 제공한다.

Description

표면조도가 있는 방사선 투과필름 적층공정을 이용한 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법{Method for producing coated metal sheet using radioactive rays penetrating film with surface roughness}
본 발명은 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면조도가 있는 방사선 투과필름 적층공정을 이용하여 코팅층을 소광시키는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법에 관한 것이다.
방사선 경화형 코일코팅 금속재를 건자재 등의 무광형 제품에 적용하기 위해서는 기존 고광택의 방사선 코팅층을 소광시키는 기술이 필수적이다. 코팅 금속재의 코팅층을 소광시키기 위해서, 왁스나 실리카와 같은 소광용 첨가제를 방사선 코팅 용액에 투입하거나, 근적외선 (NIR: Near Infra Red)등의 열원을 조사함으로써, 소광효과를 극대화시키는 기술이 개발되어 있다. 그러나, 소광용 첨가제 및 NIR(열) 조사에 의한 소광방법을 연속 코일코팅에 적용하기에는 아래와 같은 문제점이 있다.
첫째, 소광용 첨가제에 의해 코팅층의 물성(내알칼리성 등)이 저하될 수 있다. 둘째, NIR 등의 열원을 조사함에 따라 UV 코팅층에 황변현상이 발생할 수 있다. 셋째, 구형의 소광용 첨가제를 올리고머-모노머로 구성된 방사선 코팅용액에 첨가하여 롤(Roll) 코팅시 기존 고분자로 구성된 코팅용액과는 달리 픽업(pickup)성 저하로 소광력에 한계가 있을 수 있다. 넷째, 고속 코일 코팅 시 NIR 조사량/소광제 부상 효과 저하로 소광력이 저하될 수 있다. 이러한 이유로 고속 코일코팅의 연속작업시 방사선 경화형 코팅층의 소광력을 확보할 수 있는 신기술 확보가 필수적이다.
대한민국 특허 등록 제362247호에서는 도장 강판의 표면에 입체무늬를 형성시키기 위해 상도 도막층을 요철무늬가 새겨져 있는 엠보스롤로 압하 처리하는 그라비아 전사 도장 강판의 제조방법이 개시되어 있으나, 이 특허에서는 소광효과를 얻기 위해서가 아니라 입체무늬 외관효과를 얻기 위해서 요철무늬를 형성하며, 요철무늬의 형성도 통상의 엠보싱을 통해 이루어진다.
대한민국 특허 등록 제513824호에서는 실리콘 변성수지 및 탄산칼슘 분말을 포함하는 도료 조성물이 도장된 도장 강판이 개시되어 있으나, 이 특허에서는 실리콘 변성수지에 의해서 소광효과를 얻기 때문에 소광력에 한계가 있다.
본 발명의 목적은 코팅층의 물성 저하 및 황변현상 없이 우수한 소광력을 갖는 방사선 경화형 코팅 금속재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 금속재 위에 방사선 경화형 코팅 용액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 상기 코팅층 위에 표면요철이 있는 방사선 투과필름을 적층하고 압착하여 방사선 투과필름의 표면요철을 코팅층에 전사하는 단계; 및 방사선을 조사하여 상기 코팅층을 경화시키는 단계를 포함하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법은 상기 코팅층을 경화시키는 단계 이후, 상기 방사선 투과필름을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 다른 물성의 저하 없이 원하는 소광효과를 얻을 수 있도록, 표면요철의 조도는 Ra(산술평균조도)의 경우 0.1 내지 1 ㎛, Rz(10점 평균조도)의 경우 0.1 내지 10 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 Ra의 경우 0.3 내지 0.8 ㎛, Rz의 경우 1 내지 10 ㎛이다. 표면요철의 Rz값은 코팅층 두께 대비 50% 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 40%이다.
본 발명에서 충분한 소광효과를 얻을 수 있도록, 코팅층의 경화 후 광택도는 60도 광택기 기준 60% 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 50%이다.
본 발명에서 방사선 투과필름은 방사선을 투과해야 하는데, 예를 들어 자외선을 사용할 경우 300 nm 내지 400 nm의 파장대 영역에서 광 투과율이 80% 이상, 특히 90% 이상인 투명필름을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌(PE) 필름 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 방사선 투과필름의 제거가 용이하도록, 방사선 투과필름에는 이형제가 코팅되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상술한 방법에 따라 제조되며, 조도가 Ra의 경우 0.1 내지 1 ㎛, Rz의 경우 0.1 내지 10 ㎛인 표면요철이 형성되고, 광택도가 광택기 60도 기준 60% 이하인 코팅층을 포함하는 방사선 경화형 코팅 금속재를 제공한다.
본 발명에 따라 연속 코일 코팅의 고속조업에서 방사선 경화형 코팅층의 물성 및 표면품질 저하없이 안정된 소광력을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조공정도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조공정도로서, 코팅층 형성단계, 필름 적층단계, 경화단계, 필름 제거단계로 구성된다.
본 발명에서 코팅 시스템은 철강코일 소재의 연속코팅 시스템으로, 코팅될 코일소재의 이동속도인 라인 속도(line speed)는 20 내지 140 mpm(meter per minute)일 수 있다. 코팅 시스템은 코터 팬, 코팅 롤, 필름 부착 롤, 필름 압착 롤(40), 방사선 경화기 및 필름 제거 롤 등을 구비할 수 있다.
먼저, 금속재(10) 위에 방사선 경화형 코팅 용액을 코팅하여 액상의 코팅층(20)을 형성한다. 구체적으로는 코터 팬(coater pan)에 담긴 방사선 경화형 코팅용액을 코팅 롤에 묻힌 후 금속재(10) 위에 코팅한다.
방사선으로는 자외선, 근적외선, 전자빔(EB) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 자외선을 사용할 수 있다.
피코팅재인 금속재(10)로는 강판(steel), 마그네슘, 알루미늄 등의 금속 스트립(strip) 등을 사용할 수 있고, 강판으로는 전기아연도금강판(EG: Electro Galvanized Steel), 용융아연도금강판(GI: Galvanized Steel), 스테인리스 강판(STS: Stainless Steel) 및 상기 EG, GI, STS 소재 위에 칼라 도장된 소재 등을 사용할 수 있으며, 철강 소재의 두께는 0.3 내지 3.0 mmT가 적당하다.
코팅층(20)을 형성하는 방사선 경화형 코팅 용액은 도막 형성 주요소가 되는 중합성 이중결합을 가진 올리고머, 반응성 희석제 및 광중합 개시제 등으로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라 도막 형성 조요소가 되는 개질제, 첨가제 및 안료 등을 포함할 수 있다.
올리고머로는 에폭시계, 우레탄계, 폴리에스터계, 아크릴계 등을 사용할 수 있고, 반응성 희석제로는 단관능 모노머, 이관능 모노머, 다관능 모노머 등을 사용할 수 있으며, 광중합 개시제로는 아세토페논계, 벤지온 에스터계, 벤질 케톤계, 케톤계 등을 사용할 수 있다.
코터 팬은 방사선 경화형 코팅 용액을 수용하는 역할을 하며, 바람직하게는 30 내지 60℃의 항온 코터팬 시스템을 적용함으로써, 고점도 코팅 용액의 점도 강하 효과를 얻을 수 있고, 코팅용액의 안정적인 점도 유지가 가능하다.
코팅 롤은 적어도 2개 이상의 롤로 구성될 수 있으며, 통상적으로는 픽업 롤 및 도포 롤로 구성되는 2롤 타입이나, 픽업 롤, 전이 롤, 도포 롤의 3롤 타입이 적용될 수 있다.
다음, 상기 코팅층(20) 위에 표면요철(31)이 있는 방사선 투과필름(30)을 적층하여 방사선 투과필름(30)의 표면요철을 코팅층(20)에 전사한다.
방사선 투과필름(30)으로는 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터, 폴리에틸렌(PE)과 같은 폴리올레핀 필름 등을 사용할 수 있다. PET 필름의 경우 약간 딱딱한 성질이 있으므로, 표면요철(31)의 전사가 잘 이루어질 수 있다.
특히, 방사선 경화기를 통과하는 방사선 투과필름(30)은 반드시 방사선이 투과될 수 있어야 하는데, 예를 들어 자외선을 사용할 경우 광 투과율이 300 nm 내지 400 nm의 파장대 영역에서 적어도 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상인 투명한 필름이어야 한다.
방사선 투과필름(30)의 두께는 특별히 제한되지 않고, 통상적으로 350 ㎛ 이하의 필름을 사용하나, 투과율, 경제성 및 가공성 등을 종합적으로 감안할 경우 필름 두께는 20 내지 150 ㎛가 적절하다.
방사선 투과필름(30)의 일면에는 코팅층(20)에 전사시킬 표면요철(31)이 형성되어 있는데, 이 표면요철(31)의 조도는 Ra의 경우 0.1 내지 1 ㎛, Rz의 경우 0.1 내지 10 ㎛이고, 표면요철(31)의 두께는 코팅층(20) 두께 대비 50% 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 Ra의 경우 0.3 내지 0.8 ㎛, Rz의 경우 1 내지 10 ㎛이고, 표면요철의 Rz값은 코팅층 두께 대비 1 내지 40%이다. 표면요철(31)의 조도나 두께가 너무 작으면 충분한 소광효과를 얻기가 어렵고, 너무 크면 다른 물성에 영향을 미칠 수 있다. 표면요철을 갖는 PET 필름의 예로는 SKC의 SD 시리즈, 제일필름의 XZ 시리즈 등을 들 수 있다.
방사선 투과필름(30)의 표면요철(31)이 형성된 표면에는 방사선 투과필름(30)의 제거가 용이하도록, 이형제가 코팅되는 것이 바람직하다. 이형제란 성형품 또는 적층품이 형 또는 판 등에 점착되는 것을 방지하고 용이하게 떨어질 수 있도록 하는 것을 의미하며, 이형제로는 예를 들어 실리콘, 활석분, 왁스, 스테아린산염 등을 사용할 수 있다.
방사선 투과필름(30)은 부착 롤 등을 이용하여 코팅층(20) 위에 적층시킬 수 있으며, 압착 롤(40)을 이용하여 코팅층(20)과 방사선 투과필름(30)을 압착시킴으로써 표면요철(31)을 코팅층(20)에 전사시킬 수 있다.
필름 부착 롤은 코팅 롤 후단에 설치될 수 있고, 하나 또는 복수의 롤로 구성될 수 있으며, 금속이나 고무 등으로 이루어질 수 있다. 필름 압착 롤(40)은 필름 부착 롤과 연결될 수 있고, 하나 또는 복수의 롤로 구성될 수 있으며, 금속이나 고무 등으로 이루어질 수 있다.
다음, 방사선을 조사하여 상기 코팅층(20)을 경화시켜 도막을 형성한다. 방사선 경화기를 통과하면서 액상의 코팅층(20)은 경화되어 고체상의 코팅층(50)이 되며, 경화된 코팅층(50)의 표면에는 방사선 투과필름(30)으로부터 전사된 표면요철(51)이 형성된다.
방사선 경화기는 필름 압착 롤(40) 후단에 설치될 수 있고, 방사선 램프를 구비하여 방사선을 조사시킴으로써, 코팅 용액을 경화시켜 도막을 형성시키는 역할을 한다.
방사선 경화기는 방사선 램프, 공기 유입구, 공기 배출구, 질소 유입구 등으로 구성될 수 있고, 램프의 경우 복수의 행과 열로 배열되는 다수의 방사선 램프를 구비할 수 있으며, 예를 들어 5열의 무전극 타입 방사선 램프를 구비할 수 있다.
방사선 램프는 방사선을 조사하는 램프로서, 무전극 타입의 램프를 사용할 수 있다. 무전극 램프는 외부로부터의 전압이나 전류 인가용 전극이 없는 램프로서, 고효율, 고연색성의 특성을 가지고 있으며, 특히 일반 전구와는 달리 내부에 필라멘트가 없어 수명이 반영구적이다.
공기 유입구는 방사선 경화기 설비를 냉각시키기 위해 공기가 유입되는 곳이고, 공기 배출구는 오염 물질을 방출하고 뜨거운 공기를 제거하는 역할을 하며, 질소 유입구는 질소 공급에 의한 산소 차단 장치로서, 이와 같은 질소 퍼지 시스템을 구축하여 산소 농도를 제어할 수 있다.
마지막으로, 상기 방사선 투과필름(30)을 제거한다. 방사선 투과필름(30)의 제거는 필름 제거 롤을 이용하여 수행할 수 있다.
필름 제거 롤은 방사선 경화기 후단에 설치될 수 있고, 하나 또는 복수의 롤로 구성될 수 있으며, 금속이나 고무 등으로 이루어질 수 있다.
경화된 고상의 코팅층(50), 즉 도막은 표면에 방사선 투과필름(30)으로부터 전사된 표면요철(51)을 갖는다.
경화 후 코팅층(50)의 광택도는 60도 광택기 기준 60% 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 50%이다. 광택도는 유리를 100으로 할 때 상대적인 빛의 반사량으로 나타낼 수 있다.
전술한 바와 같이, 방사선 투과필름(30)에 이형제를 코팅함으로써, 형성된 도막으로부터 방사선 투과필름(30)을 용이하게 제거할 수 있다.
이와 같이, 표면요철이 있는 방사선 투과필름을 고광택 방사선 경화형 코팅액이 도포된 소재에 압착한 후, 방사선을 조사하여 경화된 도막층을 제조한 다음, 방사선 투과필름을 제거하면, 경화된 도막층 표면에 일정한 조도를 갖는 표면요철이 형성되어 빛의 난반사에 의한 소광효과를 발생시킨다.
[실시예]
코터 팬에 수용된 우레탄 아크릴레이트계 자외선 경화형 코팅 용액을 코팅 롤에 묻힌 후, 두께 0.5 mm 내지 1 mm의 아연도금강판 위에 코팅 용액을 두께 20 내지 30 ㎛로 코팅한 다음, 부착 롤을 이용하여 코팅 용액 위에 자외선 투과필름으로서 두께 100 ㎛, 광투과율 95%, 조도 Ra 0.5 ㎛, Rz 10 ㎛의 PET 투명필름을 부착한 후, 압착 롤을 이용하여 필름을 압착시켜 코팅 용액과 필름을 밀착시킨 다음, 자외선 경화기를 통과시켜 코팅 용액을 경화시킴으로써 도막을 형성한 후, 제거 롤을 이용하여 필름을 제거하였다.
[비교예 1]
실리카계 소광용 첨가제를 투입하여 도막을 형성하였다.
[비교예 2]
실리카계 소광용 첨가제를 투입한 후 자외선 경화 전 근적외선을 조사하여 도막에 소광효과를 부여하였다.
[시험예]
실시예 및 비교예에 따라 형성된 제품에 대하여, 소광력, 황변현상 등을 시험하였으며, 그 결과는 표 1과 같다. 소광력은 광택도로 나타내었고(광택기 60도 기준), 황변현상은 육안으로 관찰한 후 평가하였다.
실시예 비교예 1 비교예 2
광택도(%) 30 80 70
황변현상 없음 없음 발생
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 표면에 요철을 형성시킴으로써 황변현상 없이 우수한 소광효과를 얻을 수 있었다.
그러나, 비교예 1의 경우 소광용 첨가제의 픽업성 저하로 소광력에 한계가 있었으며, 비교예 2의 경우에는 근적외선 조사에 의해 황변현상이 발생하였다.
10: 금속재
20: 액상 코팅층
30: 방사선 투과필름
31, 51: 표면요철
40: 압착롤
50: 고상 코팅층

Claims (11)

  1. 금속재 위에 방사선 경화형 코팅 용액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 코팅층 위에 표면요철이 있는 방사선 투과필름을 적층하고 압착하여 방사선 투과필름의 표면요철을 코팅층에 전사하는 단계; 및
    방사선을 조사하여 상기 코팅층을 경화시키는 단계를 포함하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층을 경화시키는 단계 이후, 상기 방사선 투과필름을 제거하는 단계를 더 포함하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 투과 필름에 형성된 표면요철의 조도는 Ra(산술평균조도)의 경우 0.1 내지 1 ㎛, Rz(10점 평균조도)의 경우 0.1 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층의 경화 후 광택도는 60도 광택기 기준 1 내지 60%인 것을 특징으로 하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 투과필름의 투과율은 300 nm 내지 400 nm의 파장대 영역에서 80 내지 100%인 것을 특징으로 하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 투과필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌(PE)인 것을 특징으로 하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 투과필름에는 이형제가 표면처리된 것을 특징으로 하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 투과필름의 두께는 20 내지 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 방사선 경화형 코팅 금속재의 제조방법.
  9. 조도가 Ra(산술평균조도)의 경우 0.1 내지 1 ㎛, Rz(10점 평균조도)의 경우 0.1 내지 10 ㎛인 표면요철이 형성된 코팅층을 포함하는 방사선 경화형 코팅 금속재.
  10. 제9항에 있어서,
    코팅층의 광택도는 60도 광택기 기준 1 내지 60%인 것을 특징으로 하는 방사선 경화형 코팅 금속재.
  11. 제9항에 있어서,
    표면요철의 Rz 값은 코팅층 두께 대비 0.1 내지 50%인 것을 특징으로 하는 방사선 경화형 코팅 금속재.
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