KR20150063221A - 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전기아연도금층의 양면에 고내식성을 갖는 내지문 수지 조성물을 코팅하고, 가열 건조하여 내지문 수지층을 형성함으로써, 우수한 내식성 및 내마모성의 확보로 전기아연도금층의 도금 부착량의 저감시 발생될 수 있는 부식 문제를 미연에 방지할 수 있는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법은 (a) 베이스 강판의 양면에 전기아연도금층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 전기아연도금층의 양면에 폴리올레핀 수지, 폴리카보네이트 수지, 티타늄, 지르코늄 및 암모늄염 화합물 중 1종 이상을 포함하는 내식제, 가교제, 인산계 화합물, 실란 화합물, 수용성 폴리에틸렌 왁스 및 나머지 물로 이루어진 내지문 수지 조성물을 도포한 후, 가열 건조하여 내지문 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 및 그 제조 방법{ELECTROLYTIC GALVANIZED IRON WITH EXCELLENT ANIT-CORROSION AND ANTI-FINGER AND MEHTOD OF MAMUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전기아연도금강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기아연도금층의 양면에 고내식성을 갖는 내지문 수지 조성물을 코팅하고, 가열 건조하여 내지문 수지층을 형성함으로써, 우수한 내식성 및 내지문성의 확보로 전기아연도금층의 도금 부착량의 저감시 발생될 수 있는 부식 문제를 미연에 방지할 수 있는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차, 가전제품의 소재로 사용되는 전기아연도금강판은 도금층의 표면외관이 미려하도록 내식성, 내지문성 등이 요구된다. 따라서, 전기아연도금강판의 경우 일반적으로 인산염처리나 크로메이트처리 또는 유기수지 도포처리하여 내식성, 내지문성 등을 확보하게 된다.
특히, 전기아연도금강판은 가공 공정에서 작업장 내의 유기 물질이나 지문 등에 의해 강판 표면이 쉽게 오염되고, 오염된 부위는 강판의 내식성 및 도장성에 나쁜 영향을 미치게 되므로 이를 방지하기 위해 크로메이트 처리한 강판을 사용하게 된다.
그러나, 크로메이트 처리한 강판은 내식성, 내지문성 등은 우수하나, 인체에 유해한 크롬을 사용하므로, 인체에 장기간 접촉되거나 흡입되면 피부 알레르기 및 내장질환을 유발하게 된다. 따라서, 최근에는 크로메이트가 함유된 제품을 기피하는 움직임이 확산되고 있다.
특히, 최근 전세계적으로 아연 사용량의 증가에 따라 자원고갈이 예상됨에 따라 아연 사용량을 저감할 수 있으면서도 평판 또는 전단면 내식성을 보완하기 위하여 특화한 크롬프리(Cr-Free) 표면처리 조성물로 구성된 전기아연도금강판의 제조 방법을 개발하는 것이 무엇보다 시급한 상황이다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0074296호(2006.07.03. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 내식성, 내알카리성 및 내지문성이 우수한 금속표면처리 및 이를 이용하여 처리된 강판이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 전기아연도금층의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키고, 이에 따라 영향을 받는 평판 또는 전단면 내식성을 확보하기 위하여 특화된 크롬-프리 표면처리 조성물로 내지문 수지층을 형성함으로써, 우수한 내용제성, 내지문성, 내약품성, 내식성, 가공성, 윤활성 및 내흑변성을 확보할 수 있는 도금저감형 전기아연도금강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기아연도금층의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키는 대신, 무기조성물질의 함량을 증대하여 종래의 내지문 수지층과 동일 또는 유사한 성능을 확보할 수 있는 도금저감형 전기아연도금강판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법은 (a) 베이스 강판의 양면에 전기아연도금층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 전기아연도금층의 양면에 폴리올레핀 수지, 폴리카보네이트 수지, 티타늄, 지르코늄 및 암모늄염 화합물 중 1종 이상을 포함하는 내식제, 가교제, 인산계 화합물, 실란 화합물, 수용성 폴리에틸렌 왁스 및 나머지 물로 이루어진 내지문 수지 조성물을 도포한 후, 가열 건조하여 내지문 수지층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판은 베이스 강판; 상기 베이스 강판의 양면에 형성된 전기아연도금층; 및 상기 전기아연도금층의 양면에 형성된 내지문 수지층;을 포함하되, 상기 내지문 수지층은 폴리올레핀 수지, 폴리카보네이트 수지, 티타늄, 지르코늄 및 암모늄염 화합물 중 1종 이상을 포함하는 내식제, 가교제, 인산계 화합물, 실란 화합물, 수용성 폴리에틸렌 왁스 및 나머지 물로 이루어진 내지문 수지 조성물을 도포한 후, 가열 건조하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 및 그 제조 방법은 전기아연도금층의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키고, 이에 따라 영향을 받는 평판 또는 전단면 내식성을 확보하기 위하여 특화된 크롬-프리 표면처리 조성물로 내지문 수지층을 형성함으로써, 우수한 내용제성, 내지문성, 내약품성, 내식성, 가공성, 윤활성 및 내흑변성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 및 그 제조 방법은 전기아연도금층의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키는 대신, 무기조성물질의 함량을 증대하여 종래의 내지문 수지층과 동일 또는 유사한 성능을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기아연도금강판을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 SiO2를 폴리올레핀 수지에 도입하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기아연도금강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
전기아연도금강판
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기아연도금강판을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 전기아연도금강판(100)은 베이스 강판(120), 전기아연도금층(140) 및 내지문 수지층(160)을 포함한다.
베이스 강판(120)은 산세, 탈지 등의 공정을 통해 표면이 깨끗하게 처리된 상태의 냉연강판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전기아연도금층(140)은 베이스 강판(120)의 양면에 형성된다. 이러한 전기아연도금층(140)은 아연, 아연-니켈 등의 조성을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일반적인 전기아연도금강판의 경우에는 내식성 확보를 위해 대략 20 ~ 30g/m2의 도금 부착량으로 전기아연도금층을 형성하였으나, 본 발명에 따른 전기아연도금강판(100)의 경우에는 전기아연도금층(140)의 도금 부착량을 5 ~ 15g/m2로 절감할 수 있는데, 이는 고내식성을 갖는 내지문 수지층(160)을 적용한 데 기인한 것이라 볼 수 있다.
내지문 수지층(160)은 전기아연도금층(140)의 양면에 형성된다. 이러한 내지문 수지층(160)은 작업자의 지문이 남는 것을 방지하고, 또한 베이스 강판(120) 타면의 내화학성 등을 부여하는 역할을 한다.
이러한 내지문 수지층(160)은 0.9 ~ 1.1㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 내지문 수지층(160)의 두께가 0.9㎛ 미만일 경우에는 가공성은 향상되나, 내식성 및 부착력이 저하되는 문제를 유발할 수 있다. 반대로, 내지문 수지층(160)의 두께가 1.1㎛를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 도막 두께만을 증가시키는 요인으로 작용하며, 도막의 두께 증가로 가공성을 저하시키며 크랙을 유발할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 내지문 수지층(160)은 전기아연도금층(140)의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키는 대신, 무기조성물질의 함량을 증대하여 종래의 내지문 수지층과 동일 또는 유사한 성능을 갖는 유무기 복합 피복층으로 이루어진다.
이때, 내지문 수지층(160)은 폴리올레핀 수지, 폴리카보네이트 수지, 티타늄, 지르코늄 및 암모늄염 화합물 중 1종 이상을 포함하는 내식제, 가교제, 인산계 화합물, 실란 화합물, 수용성 폴리에틸렌 왁스 및 나머지 용매로 이루어진 내지문 수지 조성물을 도포한 후, 가열 건조하여 형성될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 내지문 수지 조성물은 폴리올레핀 수지 30 ~ 40 중량%, 폴리카보네이트 수지 : 10 ~ 20 중량%, 내식제 : 1 ~ 10 중량%, 가교제 : 1 ~ 3 중량%, 인산계 화합물 : 1 ~ 5 중량%, 실란 화합물 : 0.5 ~ 2.0 중량% 및 수용성 폴리에틸렌계 왁스 : 0.1 ~ 1.0 중량%로 이루어질 수 있다.
상기 성분들 외 나머지는 물로 이루어지며, 제조과정에서 불가피하게 혼입되는 불순물이 미량 포함될 수 있다.
폴리올레핀 수지
폴리올레핀 수지는 내지문 수지 조성물의 주 성분으로, 내지문 수지층(160)의 내화학성, 가공성, 내수성 및 내스크래칭성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다.
이러한 폴리올레핀 수지는 내지문 수지 조성물 전체 중량의 30 ~ 40 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 폴리올레핀 수지의 첨가량이 30 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 상기의 효과를 기대하기 어렵다. 반대로, 폴리올레핀 수지의 첨가량이 40 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용하므로, 경제적이지 못하다.
이때, 유기수지인 폴리올레핀은 에틸렌아크릴엑시드(EAA) 수지를 사용할 수 있는데, 이와 같이 에틸렌아크릴엑시드를 DMA 또는 TEA에 녹여 사용하는 방법은 종래의 방법이다. 내수성, 윤활성, 내용제성이 우수한 폴리올레핀 수지에 2차 합성을 실시하여 그 성능을 증가하는 방법으로는 실란의 합성방법이 있다.
아크릴계 실란, 비닐계 실란, 에폭시 실란 등에서 1종을 사용한다. 이러한 실란은 알콕시기와 같은 가수분해성기와 아크릴, 에폭시, 비닐 및 메캅토기와 같은 유기 관능기를 가지고 있어 레진(resin)등의 유기질 재료와 실리카, 유리, 금속 등의 무기질 재료간의 결합력 증대 및 밀착성 향상에 기인한다. 그러나, 그 양이 과대하면 점도증가 및 겔(GEL)화되기 쉽다. 첨가 합성시 유기피막의 성능향상은 밀착성, 내식성, 내알카리성, 내용제성 등이 있다.
다음으로, SiO2를 올레핀에 도입하는 방법이다.
도 2는 SiO2를 폴리올레핀 수지에 도입하는 방법을 설명하기 위한 모식도로, 이를 참조하면, 일반적인 방법으로는 올레핀, 실란, 콜로이드 실리카 혼합 반응시 겔(GEL) 현상이 일어난다. 이를 해결하기 위하여, 다중의 합성 방법이 필요하다. 실란을 합성한 폴리올레핀 수지(A)와 실리카를 합성한 폴리올레핀 수지(B)를 각각 별도로 안정화하여 다시 60 ~ 80℃에서 재합성을 실시할 수 있다. 이와 같은 제조 방법은 매우 번거로우나 구조적으로 안정하며, 우수한 내식성을 가진 폴리올레핀 수지를 얻을 수 있다. 이는 성분 각각의 부식억제 작용 밸런스(balance)가 현저히 좋아지는 지점이며, 피막 형성시 베이스 강판과의 반응에 대부분 참여하는 조건일 것이라 추정된다.
폴리카보네이트 수지
폴리카보네이트 수지의 경우 가격이 고가이나 내약품성이 매우 우수하며, 폴리올레핀과 병행하여 사용시 소량으로 원하는 물성을 확보하는 것이 가능해질 수 있다. 특히, 폴리카보네이트 수지로는 50,000 ~ 70,000의 평균 분자량을 갖는 견고하고 하드한 폴리카보네이트 우레탄을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 평균 분자량이 50,00 미만일 경우, 물성이 저하되는 문제가 있고, 평균 분자량이 70,00을 초과할 경우에는 저장성 저하, 점도 증가, 슬러지 발생 등의 원인으로 작용할 수 있다. 이러한 폴리카보네이트 수지는 내지문 수지층 전체 중량의 10 ~ 20 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
내식제
내식제는 경도 및 내식성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다.
특히, 내식제로는 티타늄, 지르코늄 및 암모늄염 화합물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 이러한 내식제는 내지문 수지층 전체 중량의 1 ~ 10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 내식제의 첨가량이 1 중량% 미만일 경우에는 고내식성을 확보하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 내식제의 첨가량이 10 중량%를 초과할 경우에는 도막 형성이 곤란해지거나, 도막의 부착성이 저하될 수 있다.
이러한 3가지 성분의 가교 내식 성분 중 1 ~ 2개의 가교 성분을 폴리올레핀 수지 및 폴리카보네이트 수지 중 어느 하나 이상과 미리 결합시켜 존재하게 하고, 다른 1 ~ 2 성분을 조제 액 내 존재하게 함으로써, 빠른 속도의 경화반응을 유도하여 열에 의해 쉽게 소지면과의 반응, 상호 결합하여 다차원의 불용성 피막을 형성하게 된다.
이때, 지르코늄은 물에 일반적인 조건에서 불용성이므로 지르코늄 불화 수소산(Zirconium hydro fluoric acid), 지르코늄 불화 암모늄(Zirconium ammonium fluoride)이나 졸 형태의 지르코늄 화합물을 사용한다. 이와 같은, 성분들은 알카리 분위기의 일반적인 수지와 직접 혼용시 쇽 현상이 발생할 수 있으므로 천천히 투입, 혹은 pH중화를 이용하여 슬러지(sludge)가 발생하지 않게 하는 것이 바람직하다. 이와 유사한 형식의 티타늄 화합물 역시 졸이나 물에 쉽게 가용할 수 있는 것을 사용하는 것이 좋다. 복합형의 무기 내식제 또는 경화제는 다층, 삼차원 망상 구조를 갖게 되며, 이로 인해 내식성의 충분한 향상을 기대할 수 있다.
가교제
가교제는 내지문 수지층의 조직을 치밀하게 하고, 강도를 증가시키는 역할을 한다. 이러한 가교제로는 카보드이미드, 블록이소시아네이트, 멜라민, 아지리딘, 에폭시 등에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 가교제는 내지문 수지 조성물 전체 중량의 1 ~ 3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 가교제의 첨가량이 1 중량% 미만일 경우에는 강도 증가 효과를 제대로 발휘하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 가교제의 첨가량이 3 중량%를 초과할 경우에는 그 첨가량에 비례하여 강도 증가 효과가 나타나지 않아서, 제조 비용만 상승시키는 결과를 초래할 수 있다.
인산계 화합물
인산계 화합물은 무기조성물을 아연, 철 표면에 반응하여 불용화시켜 표면 에칭성 및 도막의 부착력을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 인산계 화합물로는 인산, 인산 유도체, 인산암모늄, 아인산 등이 이용될 수 있다.
이때, 인산계 화합물은 내지문 수지 조성물 전체 중량의 1 ~ 5중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 인산계 화합물의 첨가량이 1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 인산계 화합물의 첨가량이 5중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용하므로, 경제적이지 못하다.
인산계 화합물을 첨가할 경우 크게 2가지 효과를 갖는다. 첫째로, 지르코늄과 티타늄만으로는 완전한 불용성 피막을 형성하지 못하며, 이를 확인하는 방법으로는 내식성이 있다. 피막 형성을 하지 못한 미반응 생성물이 오히려 내식성을 저하시키거나, 성능 향상에 저해하는 요인으로 작용하는 것을 확인하였다. 둘째로, 저장성에 있다. 인산계 화합물을 이용하여 지르코늄, 티타늄의 무기성분과 수지 성분과의 쇽 현상을 막기 위한 방법으로 인산을 사용하는 것이 바람직하다.
실란화합물
실란화합물은 부착 증진제의 역할을 한다. 이때, 본 발명에서 실란화합물은 알콕시(alkoxy) 그룹이 3개 이상으로, 가수분해후 안정화될 수 있는 실란을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 실란화합물로는 비닐트리메톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리이소프로폭시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시 실란, 2-글리시딜옥시프로필트리메톡시 실란, 2-글리시딜옥시프로필트리에톡시 실란, 2-아미노프로필트리에톡시 실란, 2-우레이도알킬트리에톡시 실란, 테트라에톡시실란 등이 있다. 이들 실란화합물은 단독으로 사용되거나 혹은 2종 이상 혼합 사용될 수 있다.
실란화합물은 본 발명에 따른 자기세정 도료 조성물 전체 중량의 1 ~ 10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실란화합물의 첨가량이 1 중량% 미만일 경우에는 폴리에스테르 수지와 충분한 결합을 형성하지 못하여 도막 형성에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 실란화합물의 첨가량이 10중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 열분해로 인한 유기가스 배출 우려가 있고, 또한 다량의 실란화합물 잔존으로 인하여 내수성이 저하될 수 있다.
수용성 폴리에틸렌 왁스
수용성 폴리에틸렌 왁스는 도막의 표면 슬립성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 수용성 폴리에틸렌 왁스는 마찰계수와 가공 흑화의 영향인자이나, 이는 폴리올레핀과 우레탄과도 영향을 받는다. 0.1이하의 마찰계수를 확보하기 위해서는 입경이 작고 분산도가 높은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 수용성 폴리에틸렌 왁스 대신, 폴리올레핀 왁스, 폴리에스테르 왁스, 불소계 왁스 등도 사용이 가능하나 수용성 폴리에틸렌 왁스에 비하여 마찰성능이 낮거나 내약품성이 저하되는 경우가 있을 뿐만 아니라, 다량으로 첨가시 뭉침 현상, 티 발생 등의 외관결함을 유발할 수 있다.
이러한 수용성 폴리에틸렌 왁스는 내지문 수지 조성물 전체 중량의 0.1 ~ 1.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 수용성 폴리에틸렌 왁스의 첨가량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 0.1 이하의 마찰계수를 확보하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 수용성 폴리에틸렌 왁스의 첨가량이 1.0 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 오히려 내식성을 저하시키는 문제를 유발할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판은 전기아연도금층의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키고, 이에 따라 영향을 받는 평판 또는 전단면 내식성을 확보하기 위하여 특화된 크롬-프리 표면처리 조성물로 내지문 수지층을 형성함으로써, 우수한 내용제성, 내지문성, 내약품성, 내식성, 가공성, 윤활성 및 내흑변성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판은 전기아연도금층의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키는 대신, 무기조성물질의 함량을 증대하여 종래의 내지문 수지층과 동일 또는 유사한 성능을 확보할 수 있다.
전기아연도금강판 제조 방법
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기아연도금강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 전기아연도금강판 제조 방법은 전기아연도금층 형성 단계(S210) 및 내지문 수지층 형성 단계(S220)를 포함한다.
전기아연도금층 형성
전기아연도금층 형성 단계(S210)에서는 베이스 강판의 양면에 전기아연도금층을 형성한다.
이러한 전기아연도금층은 아연, 아연-니켈 등의 조성을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일반적인 전기아연도금강판의 경우에는 내식성 확보를 위해 대략 20 ~ 30g/m2의 도금 부착량으로 전기아연도금층을 형성하였으나, 본 발명의 경우에는 전기아연도금층의 도금 부착량을 5 ~ 15g/m2로 절감할 수 있는데, 이는 고내식성을 갖는 내지문 수지층을 적용한 데 기인한 것이라 볼 수 있다.
내지문 수지층 형성
내지문 수지층 형성 단계(S220)에서는 전기아연도금층의 양면에 전술한 조성을 갖는 내지문 수지 조성물을 도포한 후, 가열 건조하여 내지문 수지층을 형성한다.
이때, 코팅은 스프레이-스퀴징(Spray Squeezing) 방식, 롤 코팅(Roll coating) 방식 및 침지(dipping) 방식 중 1종 이상의 방식으로 수행될 수 있다.
본 단계에서, 가열 건조는 가열 건조 온도(Peak Metal Temperture : PMT) : 140 ~ 180℃ 조건으로 5 ~ 10 초 동안 실시하는 것이 바람직하다. 가열 건조 온도가 140℃ 미만이거나, 가열 건조 시간이 5초 미만으로 실시될 경우에는 충분한 경화 반응이 이루어지지 못하여 물성 저하를 초래할 수 있다. 반대로, 가열 건조 온도가 180℃를 초과하거나, 가열 건조 시간이 10초를 초과하여 실시될 경우에는 이상 건조로 인하여, 도막 밀착성의 저하로 표면 품질의 저하를 가져올 수 있다. 이때, 가열 건조는 열풍가열 방식, 유도가열 방식 및 근적외선 가열 방식 중 1종 이상의 방식으로 실시하는 것이 바람직하다.
상기의 과정(S210 ~ S220)으로 제조되는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판은 전기아연도금층의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키고, 이에 따라 영향을 받는 평판 또는 전단면 내식성을 확보하기 위하여 특화된 크롬-프리 표면처리 조성물로 내지문 수지층을 형성함으로써, 우수한 내용제성, 내지문성, 내약품성, 내식성, 가공성, 윤활성 및 내흑변성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판은 전기아연도금층의 아연 함량을 대략 50% 이하로 감소시키는 대신, 무기조성물질의 함량을 증대하여 종래의 내지문 수지층과 동일 또는 유사한 성능을 확보할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편의 제조
표 1은 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1에 따른 시편의 내지문 수지 조성물을 나타낸 것이며, 잔량은 물이다.
이때, 실시예 1 ~ 7에 따른 시편들은 베이스 강판의 양면에 10g/m2의 도금 부착량으로 전기아연도금층을 형성한 후, 전기아연도금층의 양면에 표 1의 조성을 갖는 내지문 수지 조성물을 1.0㎛의 두께로 도포한 후, 210℃에서 5초 동안 가열 건조하는 것에 의해 수득하였다.
한편, 비교예 1에 따른 시편은 베이스 강판의 양면에 20g/m2의 도금 부착량으로 전기아연도금층을 형성한 후, 전기아연도금층의 양면에 표 1의 조성을 갖는 내지문 수지 조성물을 1.0㎛의 두께로 도포한 후, 210℃에서 5초 동안 가열 건조하는 것에 의해 수득하였다.
여기서, 냉연강판으로는 탈지(알칼리) 및 수세(distilled water)한 후, 80(가로)×150(세로)×0.8(두께)mm로 각각 절단한 것을 이용하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure pat00001

2. 물성 평가 방법
실시예 1 ~ 7 및 비교예 1에 따라 제조된 시편의 물성평가 방법은 다음과 같다.
(1) 평판 내식성
평판 내식성 평가는 시편의 표면에 중성 염수분무시험을 실시한 후 120 시간 후에 도막 박리, 들뜸, 도금면의 부식, 녹발생 유무 등을 확인하였다. 평가 기준은 다음과 같다.
우수(◎) : 백청발생 면적 5% 미만
양호(○) : 백청발생 면적 5% 이상 ~ 10% 미만
미흡(△) : 백청발생 면적 10% 이상 ~20% 미만
불량(X) : 백청 발생 면적 20% 이상
(2) 전단면 내식성
전단면 내식성은 KS D 9502(ASTM B-117)규정에 따라 5%, 35℃ NaCl 염수분무시험법으로 하였다. 이때 시험편 전단면은 위쪽만 피복하고 양 가장자리(Edge)는 피복하지 않았으며, 120시간 경과 후의 부식깊이를 측정하였다.
(3) 가공성
가공성은 T-bending 테스트를 실시하여 벤딩 반경 0mm에서 수지박리가 발생하였는지 여부로 다음과 같이 평가하였다.
양호(O) : 박리 없음
불량(X) : 박리 발생
(4) 내지문성
인공땀 성분을 표면에 0.05ml씩 5 포인트(pojnt)를 취한 후, 고온 고습(60℃, 습도 95%) 유지되는 챔버에서 48시간 유지 후 상온 2시간 방치 후에 흐르는 물에 의해 표면 클리닝(Cleaning)을 실시한 후에 백청 발생 및 심변색 여부를 관찰한다.
양호 (O) : ΔE = 2
불량 (X) : ΔE > 2
(5) 내용제성
내용제성 평가는 가제에 메킬에틸케톤(MEK)을 묻힌 후, 1kgf 힘으로 100회 러빙(rubbing) 왕복한 후, 수지 박리 및 부풀음 발생 여부로 다음과 같이 평가하였다.
양호(O) : 수지 박리 및 부풀음 발생 여부 없음
불량(X) : 수지 박리 또는 부풀음 발생
(6) 마찰계수
마찰계수는 시편을 150 × 40㎜로 절단한 후, 가장자리의 거친 표면을 제거한 다음 편면 마찰시험기를 이용하여 다이의 가압력 2400N, 마찰비드 이동 속도(Friction bead move speed) : 0.2mm/min로 100mm 길이에 하중을 가하여 측정하였다.
(7) 내흑변성
60℃, 95%의 항온항습조건에서 120시간 방한 후, 색차계를 이용하여 항온항습 처리 전과 후의 흑변값(△L)을 측정하여 비교하였다.
흑변값(△L)을 측정하여, 측정값이 작을수록 우수한 내흑변성을 나타낸다.
양호 (O) : ΔE = 3
불량 (X) : ΔE > 3
3. 물성 평가
표 2는 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1에 따른 시편들에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure pat00002
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예 1 ~ 7에 따른 시편들의 경우, 가공성, 내지문성 및 내용제성이 목표값을 모두 만족하는 것을 확인하였다.
정상아연 소재에 해당하는 비교예 1을 중심으로 하여, 각각 아연저감소재에 복합산화물을 계속하여 증대한 실시예 1 ~ 7의 경우, 평판 내식성은 특정량 이상에서 동등의 성능이 발휘되고, 전단면 내식성은 복합산화물의 함량이 최대함량에 가까울수록 좋다. 그러나, 무기 성분 티타늄입자나 지르코늄입자는 마찰 계수에 악영향을 주는 것으로 확인되었다. 암모늄염이 많을수록 소재표면 애칭활성도가 증가되어 내식성은 증가하나 역으로 아연 및 철과 반응하여 흑변을 유발하는 것을 확인하였다.
따라서, 마찰계수를 개선하기 위해서는 지르코늄, 티탄 화합물의 입경이 나노 파티클 사이즈일수록 마찰에 대한 작용이 적었으며, 암모늄염의 경우 일정량 이상으로 증대시키지 않고 고정시키는 것이 좋다는 것을 알아내었다.
위의 실험 결과를 토대로, 실시예 1 ~ 7에 따른 시편들의 경우, 비교예 1과 비교해 볼 때, 도금 부착량이 절반에 불과함에도 불구하고 우수한 내용제성, 내지문성, 내식성, 가공성 및 내흑변성을 갖는 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 전기아연도금강판 120 : 베이스 강판
140 : 전기아연도금층 160 : 내지문 수지층
S210 : 전기아연도금층 형성 단계
S220 : 내지문 수지층 형성 단계

Claims (12)

  1. (a) 베이스 강판의 양면에 전기아연도금층을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 전기아연도금층의 양면에 폴리올레핀 수지, 폴리카보네이트 수지, 티타늄, 지르코늄 및 암모늄염 화합물 중 1종 이상을 포함하는 내식제, 가교제, 인산계 화합물, 실란 화합물, 수용성 폴리에틸렌 왁스 및 나머지 물로 이루어진 내지문 수지 조성물을 도포한 후, 가열 건조하여 내지문 수지층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 전기아연도금층은 5 ~ 15g/m2의 도금 부착량으로 형성하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 내지문 수지 조성물은
    폴리올레핀 수지 30 ~ 40 중량%, 폴리카보네이트 수지 : 10 ~ 20 중량%, 내식제 : 1 ~ 10 중량%, 가교제 : 1 ~ 3 중량%, 인산계 화합물 : 1 ~ 5 중량%, 실란 화합물 : 0.5 ~ 2.0 중량%, 수용성 폴리에틸렌계 왁스 : 0.1 ~ 1.0 중량% 및 나머지 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트 수지는
    50,000 ~ 70,000의 평균 분자량을 갖는 폴리카보네이트 우레탄을 이용하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가교제는
    카보드이미드, 블록이소시아네이트, 멜라민, 아지리딘 및 에폭시 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 실란 화합물은
    비닐트리메톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리이소프로폭시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시 실란, 2-글리시딜옥시프로필트리메톡시 실란, 2-글리시딜옥시프로필트리에톡시 실란, 2-아미노프로필트리에톡시 실란, 2-우레이도알킬트리에톡시 실란 및 테트라에톡시실란 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 가열 건조는
    가열 건조 온도(Peak Metal Temperture : PMT) : 140 ~ 180℃ 조건으로 5 ~ 10 초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가열 건조는
    열풍가열 방식, 유도가열 방식 및 근적외선 가열 방식 중 1종 이상의 방식으로 실시하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판 제조 방법.
  9. 베이스 강판;
    상기 베이스 강판의 양면에 형성된 전기아연도금층; 및
    상기 전기아연도금층의 양면에 형성된 내지문 수지층;을 포함하되,
    상기 내지문 수지층은 폴리올레핀 수지, 폴리카보네이트 수지, 티타늄, 지르코늄 및 암모늄염 화합물 중 1종 이상을 포함하는 내식제, 가교제, 인산계 화합물, 실란 화합물, 수용성 폴리에틸렌 왁스 및 나머지 물로 이루어진 내지문 수지 조성물을 도포한 후, 가열 건조하여 형성된 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 내지문 수지 조성물은
    폴리올레핀 수지 30 ~ 40 중량%, 폴리카보네이트 수지 : 10 ~ 20 중량%, 내식제 : 1 ~ 10 중량%, 가교제 : 1 ~ 3 중량%, 인산계 화합물 : 1 ~ 5 중량%, 실란 화합물 : 0.5 ~ 2.0 중량%, 수용성 폴리에틸렌계 왁스 : 0.1 ~ 1.0 중량% 및 나머지 용매로 이루어진 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전기아연도금층은
    5 ~ 15g/m2의 도금 부착량을 갖는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 내지문 수지층은
    0.9 ~ 1.1㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내지문성이 우수한 전기아연도금강판.
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