KR20150112516A - 칼라강판용 하도 도료 및 이를 이용한 칼라강판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전처리층 생략이 가능한 하도 도료 및 이를 이용한 칼라강판 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 하도 도료는 고형분과 용제를 포함하고, 상기 고형분이 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 산화규소 15~40중량부 및 티오우레아(Thiourea) 1.5~7.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

칼라강판용 하도 도료 및 이를 이용한 칼라강판 제조 방법 {PRIMER FOR COLOR STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING COLOR STEEL SHEET USING THE SAME}

본 발명은 가전재 혹은 건재 등에 사용되는 칼라강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전처리층이 생략이 가능한 하도 도료 및 이를 이용한 칼라강판 제조 방법에 관한 것이다.

칼라강판은 세탁기 외판, 냉장고 등의 가전재나 냉동시설, 식품가공시설 등 건재 등에 많이 이용되고 있다.

칼라강판은 강판 표면에 전처리층, 하도층, 상도층을 순차로 형성하는 방법으로 제조되며, 통상 상도층에 목표하는 색상을 나타내는 안료가 포함된다.

전처리층은 크롬을 포함하는 전처리제 혹은 크롬을 포함하지 않는 전처리제가 있으며, 환경 규제 강화로 인하여 크롬형 전처리제 사용이 감소하는 추세에 있다. 그러나, 크롬을 포함하지 않는(Cr-free) 전처리제의 경우 내식성이 충분치 못한 단점이 있다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0025223호(2007.03.08. 공개)에 개시된 가전용 칼라강판 및 그의 제조방법이 있다. 상기 문헌에 개시된 칼라강판의 경우, 아연 또는 아연합금 도금층이 형성된 소지 강판 상에, 논(non)-크롬산염 전처리층, 하도 도막층 및 상도 도막층이 형성되어 있거나, 혹은 상기 상도 도막층 상에 클리어 도막층이 추가로 형성되어 있다.

본 발명의 하나의 목적은 전처리층 생략이 가능한 하도 도료를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 하도 도료를 이용하여 전처리층이 생략된 2코팅 칼라강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 칼라강판용 하도 도료는 고형분과 용제를 포함하고, 상기 고형분이 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 산화규소 15~40중량부 및 티오우레아(Thiourea) 1.5~7.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 용제는 상기 고형분 중량의 3~7배 포함될 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 칼라강판 제조 방법은 베이스 강판 상에 고형분과 용제를 포함하고, 상기 고형분이 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 산화규소 15~40중량부 및 티오우레아(Thiourea) 1.5~7.5중량부를 포함하는 하도 도료를 도포한 후 건조하여, 하도층을 형성하는 단계; 및 상기 하도층 상에 안료를 포함하는 상도 도료를 도포한 후 건조하여, 상도층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 용제는, 상기 고형분 중량의 3~7배 포함될 수 있다.

또한, 상기 방법은, 상기 상도층 상에 클리어 도료를 도포한 후 건조하여, 클리어층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 하도층은, 0.5~2㎛의 두께로 형성될 수 있다.

또한, 상기 하도층 형성 단계의 건조는, 80~120℃에서 3~7초동안 열풍 건조하는 방식으로 수행될 수 있다.

또한, 상기 베이스 강판은 아연을 포함하는 도금층이 형성된 강판일 수 있다.

본 발명에 따른 칼라강판 제조 방법은 우수한 내식성 및 부착성을 통하여 전처리층의 생략이 가능한 하도 도료를 이용함으로써, 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 이에 따라 칼라강판 제조 비용을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 칼라강판은 전처리층 생략에도 불구하고, 우수한 가공성, 내충격성, 도막경화도, 내식성을 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 칼라강판의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법으로 제조된 칼라강판의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.

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 발명에 따른 칼라강판용 하도 도료 및 이를 이용한 칼라강판 제조 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

칼라강판용 하도 도료

본 발명에 따른 칼라강판용 하도 도료는 고형분과 용제를 포함한다. 이때, 고형분은 폴리우레탄, 산화규소 및 티오우레아를 포함한다. 또한, 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 산화규소 15~40중량부 및 티오우레아(Thiourea) 1.5~7.5중량부가 포함된다.

폴리우레탄

폴리우레탄은 내화학성 및 부착성 확보에 기여한다.

이러한 폴리우레탄은 후술하는 산화규소와 더불어 내식성, 내화학성 확보에 기여하고, 또한 티오우레아와 더불어 부착성 확보에 기여함으로써, 칼라강판에서의 전처리층 및 하도층 기능을 모두 수행할 수 있다.

산화규소(SiO ₂ )

산화규소(SiO₂)는 내식성 및 방청성 향상에 기여한다.

상기 산화규소의 첨가량은 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 15~40중량부인 것이 바람직하다. 산화규소의 첨가량이 15중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 산화규소의 첨가량이 40중량부를 초과하는 경우, 부착성, 가공성 등 물성이 저하될 수 있다.

티오우레아(Thiourea)

티오우레아(Thiourea)는 부착성 증진에 기여한다.

상기 티오우레아의 첨가량은 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 1.5~7.5중량부인 것이 바람직하다. 티오우레아의 첨가량이 1.5중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 티오우레아의 첨가량이 7.5중량부를 초과하는 경우, 내식성, 용액 안정성 등이 저하되는 문제점이 있다.

용제

용제는 점도 조절을 통하여 도포성을 확보하기 위한 것으로, 이소프로필알코올과 같은 알코올계 용제, 사이클로헥사논과 같은 케톤계 용제, 물 등을 1종 이상 이용할 수 있다.

용제는 고형분 중량의 3~7배 포함되는 것이 도포성 측면에서 바람직하며, 고형분 중량의 대략 5배 포함되는 것이 보다 바람직하다.

칼라강판 제조 방법

본 발명에 따른 칼라강판 제조 방법은 하도층 형성 단계 및 상도층 형성 단계를 포함한다.

베이스 강판(301)은 대략 0.2~1mm 정도의 두께를 갖는 강판이 이용될 수 있다.

베이스 강판(301)은 열연강판, 냉연강판 어느 것이라도 이용할 수 있으며, 표면에는 내식성 향상을 위하여 아연을 포함하는 도금층이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 강판은 용융아연도금강판(GI 강판), 합금화용융아연도금강판(GA 강판), 전기아연도금강판(EG 강판) 등이 될 수 있다.

하도층 형성 단계에서는 베이스 강판(301) 상에, 전술한 하도 도료를 도포한 후 건조하여, 하도층을 형성한다. 하도층은 칼라강판의 내식성을 향상시키고, 베이스 강판에의 젖음성, 상도층의 밀착성을 확보하는 역할을 한다.

상기 하도층은 0.5~2㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 하도층의 두께가 0.5㎛ 미만일 경우, 내식성 확보가 어렵고, 상도층의 밀착성이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 하도층의 두께가 2㎛를 초과하는 경우, 더 이상의 효과 없이 도료 사용량만 증가할 수 있다.

하도층 형성 단계에서, 건조는 80~120℃에서 3~7초동안 열풍 건조하는 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 건조 온도가 80℃ 미만이거나 3초 미만일 경우, 하도 도료의 용제가 완전히 휘발되지 않아 도막의 소재 밀착성 및 가공성이 저하될 가능성이 있다. 반대로 건조가 120℃를 초과하거나 7초를 초과하는 경우, 상도층과의 계면 밀착성이 저하될 수 있다.

상도층 형성 단계에서는 하도층 상에, 이산화티타늄과 같은 안료를 포함하는 상도 도료를 도포한 후 건조하여 상도층을 형성한다.

상도층 건조는 대략 210~240℃에서 20~50초 정도 열풍건조하는 방식으로 수행될 수 있다.

상도층은 대략 13~20㎛ 두께로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

상도 도료는 공지된 것을 제한없이 이용할 수 있다. 다만, 부착성 및 내식성 등의 측면에서, 폴리에스테르계 수지, 경화 수지, 안료, 용제 및 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 에폭시계 수지 중 1종 이상의 첨가 수지를 포함하고, 폴리에스테르계 수지, 경화 수지, 안료, 첨가 수지 및 안료 전체(이하 상도 도료 전체) 100 중량%에 대하여, 폴리에스테르계 수지 40~50중량%, 경화 수지 2~10중량%, 안료 20~30중량%, 첨가 수지 10~20중량% 및 나머지 용제로 이루어지는 상도 도료를 이용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 제시된 상도 도료에서 폴리에스테르계 수지, 경화 수지, 첨가 수지, 안료 및 용제의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.

폴리에스테르계 수지는 상도층 구성을 위한 주성분에 해당된다. 상기 폴리에스테르계 수지는 상도 도료 전체 중량의 40~50중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 폴리에스테르계 수지의 함량이 40중량% 미만일 경우, 상도 도료의 점도가 지나치게 낮아 도포 및 건조 공정이 용이하지 않을 수 있다. 반대로, 폴리에스테르계 수지의 함량이 50중량%를 초과하는 경우, 경화 특성이 떨어지거나, 균일 도포성이 저하될 수 있다.

경화 수지는 대표적으로 멜라민 수지를 제시할 수 있으며, 그외 공지된 경화 수지를 제한없이 이용할 수 있다. 상기 경화 수지는 상도 도료 전체 중량의 2~10중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 경화 수지의 함량이 2중량% 미만일 경우, 경화가 충분치 않거나 경화 시간이 지나치게 길어질 수 있다. 반대로, 경화 수지의 함량이 10중량%를 초과하는 경우, 미반응 경화 수지가 다량 잔존하여 도막 결함을 발생시킬 수 있다.

첨가 수지는 부착력 향상 및 강도 향상을 위하여 첨가되며, 본 발명에서는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 에폭시계 수지 중 1종 이상을 포함한다. 상기 첨가 수지는 상도 도료 전체 중량의 10~20중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 첨가 수지의 함량이 10중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 첨가 수지의 함량이 20중량%를 초과하는 경우, 용액 안정성이 저하될 수 있다.

안료는 원하는 색상에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 백색 안료로는 이산화티타늄(TiO₂)를 이용할 수 있고, 노란색 안료로는 크롬(Cr)을 이용할 수 있다. 또한 흑색 안료로는 카본 블랙을 이용할 수 있으며, 적색 안료로는 산화철을 이용할 수 있다. 따라서, 이들 안료들을 단독으로 혹은 조합하여 사용함으로써 다양한 색상을 발휘할 수 있다. 안료는 상도 도료 전체 중량의 20~30중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 안료의 첨가량이 20중량% 미만일 경우, 원하는 컬러를 충분히 나타내지 못할 수 있다. 반대로, 안료의 첨가량이 30중량%를 초과하는 경우, 내식성 등의 물성이 저하될 수 있다.

용제는 하도 도료에서 사용되는 용제와 마찬가지로, 이소프로필알코올과 같은 알코올계 용제, 사이클로헥사논과 같은 케톤계 용제, 물 등을 1종 이상 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 칼라강판의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 상기 방법으로 제시된 칼라강판의 경우, 도금층(102)이 형성된 강판(101) 상에 하도층(120) 및 상도층(130)이 순차 형성된 구조를 갖는다.

한편, 상기 상도층 형성 단계 이후에는 필요에 따라서, 바람직한 예로 가전용 칼라강판을 제조할 때 표면 광택 및 시안성 향상을 목적으로, 클리어층 형성 단계를 더 포함할 수 있다.

클리어층 형성 단계에서는 상도층 상에 클리어 도료를 도포한 후 대략 70~100℃에서 건조하여, 클리어층을 형성한다. 이용되는 클리어 도료는 폴리에스테르계 클리어 도료 등 공지된 다양한 클리어 도료를 이용하여 형성할 수 있다.

클리어층은 대략 5~15㎛ 두께로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법으로 제조된 칼라강판의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 상기 방법으로 제시된 칼라강판의 경우, 도금층(202)이 형성된 강판(201) 상에 하도층(220), 상도층(230) 및 클리어층(240)이 순차 형성된 구조를 갖는다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 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

실시예 1

용융아연도금강판 상에, 고형분과 용제(중량비로, 이소프로필알콜과 사이클로헥사논 1:1)를 중량비로 1:5로 포함하고, 고형분이, 폴리우레탄 100중량부, 산화규소 25중량부 및 티오우레아 4.0중량부로 이루어진 하도 도료를 도포한 후 강판 온도 110℃에서 5초동안 열풍 건조하여, 약 1.0㎛ 두께의 하도층을 형성하였다.

이후, 폴리에스테르 수지 45중량부, 멜라민 수지 5중량부, TiO₂ 분말 20중량부, 첨가 수지(중량비로, 우레탄 수지와 에폭시 수지 1:1) 15중량부 및 용제(중량비로, 이소프로필알콜과 사이클로헥사논 1:1) 15중량부로 이루어진 상도 도료를 도포한 후, 220℃에서 30초동안 열풍 건조하여, 약 15㎛ 두께의 상도층을 형성하였다.

실시예 2

전기아연도금강판 상에, 고형분과 용제(중량비로, 이소프로필알콜과 사이클로헥사논 1:1)를 중량비로 1:4로 포함하고, 고형분이, 폴리우레탄 100중량부, 산화규소 15중량부 및 티오우레아 6.0중량부로 이루어진 하도 도료를 도포한 후 강판 온도 100℃에서 6초동안 열풍 건조하여, 약 1.5㎛ 두께의 하도층을 형성하였다.

이후, 실시예 1과 동일한 조건으로 상도층을 형성하였다.

비교예 1

용융아연도금강판 상에, 3가 크로메이트 처리제를 도포한 후 강판 온도 80℃에서 열풍 건조하여 약 2㎛ 두께의 전처리층을 형성한 후, 폴리에스테르 프라이머를 도포한 후 강판 온도 약 220℃에서 열풍 건조하여 약 4㎛ 두께의 하도층을 형성하였다.

이후, 실시예 1과 동일한 조건으로 상도층을 형성하였다.

비교예 2

용융아연도금강판 상에, 고형분과 용제(중량비로, 이소프로필알콜과 사이클로헥사논 1:1)를 중량비로 1:5로 포함하고, 고형분이, 폴리우레탄 100중량부, 산화규소 10중량부 및 티오우레아 4.0중량부로 이루어진 하도 도료를 도포한 후 강판 온도 110℃에서 5초동안 열풍 건조하여, 약 1.0㎛ 두께의 하도층을 형성하였다.

이후, 실시예 1과 동일한 조건으로 상도층을 형성하였다.

비교예 3

용융아연도금강판 상에, 고형분과 용제(중량비로, 이소프로필알콜과 사이클로헥사논 1:1)를 중량비로 1:5로 포함하고, 고형분이, 폴리우레탄 100중량부, 산화규소 25중량부 및 티오우레아 1.0중량부로 이루어진 하도 도료를 도포한 후 강판 온도 110℃에서 5초동안 열풍 건조하여, 약 1.0㎛ 두께의 하도층을 형성하였다.

이후, 실시예 1과 동일한 조건으로 상도층을 형성하였다.

2. 물성 평가 방법

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 따라 제조된 칼라강판 시편의 물성평가 방법은 다음과 같다.

(1) 가공성

가공성은 T-bending 테스트를 실시하여 벤딩부위 반경이 시편 두께의 2배수에서 크랙이 발생하였는지 여부로 다음과 같이 평가하였다.

양호(O) : 크랙 발생 없음

불량(X) : 크랙 발생

(2) 도막 부착성 (밀착성)

도막 부착성은 도료가 도장된 평면 샘플위에 가로x세로 각 1mm의 간격으로 10줄씩 Cross cutting하여 1mm² 의 면적을 가진 정사각형 100점을 만든 후, 추가로 6mm 높이로 Cross cutting 평판부에 구형의 가공(에릭슨 가공)을 하고, 마지막으로 접착 테이프를 붙였다 땔 때 100점의 도막입자에 대한 박리 여부로 다음과 같이 평가 하였다.

양호(O) : Cross cutting부 도막 입자의 박리 없음

불량(X) : Cross cutting부 도막 입자의 박리 발생

(3) 내충격성

내충격성은 1/2Φ x 1kg x 500mm 조건으로 추를 낙하하여 표면 충격 후, 크랙이 발생하였는지 여부로 다음과 같이 평가하였다.

양호(O) : 크랙 발생 없음

불량(X) : 크랙 발생

(4) 도막경화도

도막경화도 평가는 가제에 MEK를 묻힌 후, 1kgf 힘으로 50회 rubbing 왕복한 후, 수지 박리 및 부풀음 발생 여부로 다음과 같이 평가하였다.

양호(O) : 수지 박리 및 부풀음이 발생되지 않음

불량(X) : 수지 박리 또는 부풀음 발생

(5) 내식성

내식성 평가는 시편에 X-cutting 후 500시간 중성 염수분무시험을 실시한 후 도막 박리 여부, 도금면의 부식 여부, 녹발생 유무, 블리스터 사이즈를 확인하였다. 평가 기준은 다음과 같다.

양호(O) : 도막 박리, 도금면의 부식 및 녹발생 없음, 블리스터 3mm 이하

불량(X) : 도막 박리, 들뜸, 도금면의 부식 또는 녹발생 있음, 블리스터 3mm 초과

3. 물성 평가 결과

상기 평가기준에 의거한 물성 평가 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

표 1을 참조하면, 본 발명에서 제시한 조건을 만족하는 실시예 1~2에 따른 시편의 경우, 모든 테스트에서 합격점을 나타내었다.

비교예 1에 따른 칼라강판 시편의 경우에도 모든 테스트에서 합격점을 나타내었으나, 비교예 1의 경우 전처리층과 하도층을 별도 형성하고, 그 두께(전처리층+하도층)도 실시예 1~2에 따른 시편의 하도층에 비하여 상대적으로 두꺼운 점에서 효율이 낮다고 볼 수 있다.

한편, 산화 규소의 첨가량이 불충분한 비교예 2에 따른 강판 시편의 경우, 내식성이 상대적으로 낮았으며, 티오우레아 첨가량이 불충분한 비교예 3에 따른 강판 시편의 경우, 밀착성이 다소 불충분하였다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

101, 201 : 강판
102, 202 : 도금층
120, 220 : 하도층
130, 230 : 상도층
240 : 클리어층

Claims (8)

1. 고형분과 용제를 포함하고, 상기 고형분이 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 산화규소 15~40중량부 및 티오우레아(Thiourea) 1.5~7.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라강판용 하도 도료.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 용제는 상기 고형분 중량의 3~7배 포함되는 것을 특징으로 하는 칼라강판용 하도 도료.
   
3. 베이스 강판 상에 고형분과 용제를 포함하고, 상기 고형분이 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 산화규소 15~40중량부 및 티오우레아(Thiourea) 1.5~7.5중량부를 포함하는 하도 도료를 도포한 후 건조하여, 하도층을 형성하는 단계; 및
   상기 하도층 상에 안료를 포함하는 상도 도료를 도포한 후 건조하여, 상도층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라강판 제조 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 용제는, 상기 고형분 중량의 3~7배 포함되는 것을 특징으로 하는 칼라강판 제조 방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 칼라강판 제조 방법은, 상기 상도층 상에 클리어 도료를 도포한 후 건조하여, 클리어층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라강판 제조 방법.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 하도층은, 0.5~2㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라강판 제조 방법.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 하도층 형성 단계의 건조는, 80~120℃에서 3~7초동안 열풍 건조하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 칼라강판 제조 방법.
   
8. 제3항에 있어서,
   상기 베이스 강판은, 아연을 포함하는 도금층이 형성된 강판인 것을 특징으로 하는 칼라강판 제조 방법.

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