KR20170107135A

KR20170107135A - 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조 방법

Info

Publication number: KR20170107135A
Application number: KR1020160030378A
Authority: KR
Inventors: 박종명; 박지훈; 송연균; 윤태호; 정호수
Original assignee: 주식회사 포스코; 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-09-25
Also published as: KR101899644B1

Abstract

본 발명은 열가소성 수지로 된 쉘의 내부에 코어 물질로서 탄화수소를 포함하는 코어 쉘 구조의 열 팽창 입자, 및 바인더 수지를 포함하는 코팅 용액을 준비하는 코팅 용액 준비 단계, 상기 코팅 용액을 강판 표면에 도포하는 도포 단계, 상기 코팅 용액을 열처리하여 단열 코팅층을 형성하는 열처리 단계, 및 상기 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법에 관한 것으로, 이에 따르면, 열 팽창 입자를 이용함으로써 박막 코팅을 적용하더라도 우수한 단열 특성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 롤투롤(Roll-to-roll) 방식으로 박막 코팅 형성이 가능하여 간편하고 경제적으로 단열 강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING COATED STEEL SHEET HAVING HEAT INSULATING PROPERTY}

본 발명은 자동차, 건축 자재, 가전 등에 사용될 수 있는 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조 방법에 관한 것이다.

고유가화 등으로 인한 에너지 비용이 증가됨으로써 산업 전반에 걸쳐 에너지 절약 기술에 대한 요구가 높아지고 있다.

강판은 값이 싸고 가공성이 우수하기 때문에 자동차, 건축 구조물, 전자제품 외장재 등에 널리 사용되고 있다. 그러나, 일반적으로 강판은 열전도율이 높아 열효율이 나쁘기 때문에, 에너지 절감 측면에서는 유리하지 못한 소재이다.

한편, 특허문헌 1 및 2와 같은 일반 산업용으로 개발된 단열 도료는 단순 중공 입자 및 단열 입자를 배합함으로써 제조된다. 상기 단열 도료는 강판 소재에 적용하더라도 충분한 단열 효과(낮은 열전도도)를 확보하기 어려우며, 충분한 단열 효과를 얻기 위해서는 도료의 코팅층이 약 500㎛ 이상으로 두꺼워야 한다. 그러나, 이렇게 두꺼운 코팅층은 가공성이 우수하지 못할 뿐만 아니라, 강판 생산의 롤투롤(roll-to-roll) 방법에서 코팅하기는 어려움이 있다.

단열 코팅층을 형성하는데 사용된 입자 내에 공기를 많이 포함할수록 우수한 단열 성능을 확보할 수 있다. 따라서, 높은 단열 성능을 확보하기 위해서는 사용되는 중공 형태의 단열 코팅 입자로서, 입자 사이즈가 크고, 두께가 얇은 것을 사용하는 것이 필요하다. 그러나, 이와 같은 단열 코팅 입자를 사용하여 충분한 단열 효과를 얻기 위해서는 코팅층이 500㎛ 이상의 후막이 되어야 하는 문제가 있다.

따라서, 충분한 단열성능을 확보함과 동시에, 대량생산이 가능한 단열 코팅 강판에 대해 지속적인 연구와 개발이 필요한 실정이다.

한국 등록특허 제10-0816085호 한국 등록특허 제10-0918085호

본 발명은 일 구현 예로서, 제조가 용이하며 단열 특성이 우수한 코팅 강판 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열가소성 수지로 된 쉘의 내부에 코어 물질로서 탄화수소를 포함하는 코어 쉘 구조의 열 팽창 입자, 및 바인더 수지를 포함하는 코팅 용액을 준비하는 코팅 용액 준비 단계, 상기 코팅 용액을 강판 표면에 도포하는 도포 단계, 상기 코팅 용액을 열처리하여 단열 코팅층을 형성하는 열처리 경화 단계, 및 상기 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법을 제공한다.

상기 열처리는 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창 온도(T) ±20℃의 온도 범위 내에서 수행할 수 있다.

상기 경화 단계는, 상기 코팅 용액을 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성하는 단계, 및 상기 반경화 코팅층을 완전 경화 열처리하여 경화 단열 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 반경화 열처리는 상기 코팅 용액의 경화 개시온도 이상이고, 상기 열 팽창 입자의 최대팽창온도(T) -20℃ 미만의 온도에서 수행할 수 있다.

상기 완전 경화 열처리는 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창 온도(T) ±20℃의 온도 범위 내에서 수행할 수 있다.

상기 반경화 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성할 수 있다.

상기 경화 단열 코팅층 및 탑 코팅층을 동시에 완전 경화 열처리할 수 있다.

상기 경화 단계는, 상기 코팅 용액을 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성하는 단계, 및 상기 반경화 코팅층에 자외선(Ultraviolet, UV)을 조사하여 경화 단열 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 반경화 열처리는 상기 코팅 용액의 경화 개시온도 이상이고, 상기 열팽창 입자의 최대팽창온도(T) -20℃ 미만의 온도에서 수행할 수 있다.

상기 반경화 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성할 수 있다.

상기 경화 단열 코팅층 및 탑 코팅층에 자외선을 조사하여 동시에 완전 경화시킬 수 있다.

상기 열 팽창 입자는 쉘이 아크릴로니트릴 수지, 아크릴로니트릴 공중합 수지 또는 스티렌 수지일 수 있다.

상기 열 팽창 입자는 최대 팽창 온도에서의 직경 사이즈가 20~1000㎛일 수 있다.

상기 열 팽창 입자는 코팅 용액의 고형분 전체 중량에 대하여 1 내지 20중량%로 포함될 수 있다.

상기 바인더 수지는 폴리에스터 수지, 폴리에폭시 수지, 불소 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 분산 수지, 알키드 수지, 아크릴계 에멀젼, 아크릭실리콘계 에멀젼, 우레탄계 에멀젼, 불소계 에멀젼, 실리콘 무기질계 수지, 실리카졸계 수지, 유기무기하이브리드 수지, UV 바인더 수지 및 아크릭 바인더 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 코팅 용액은 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창온도 ±20℃의 온도 범위 내에서 완전 경화될 수 있다.

본 발명에 따르면, 열 팽창 입자를 이용함으로써 박막 코팅을 적용하더라도 우수한 단열 특성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 롤투롤(Roll-to-roll) 방식으로 박막 코팅 형성이 가능하여 간편하고 경제적으로 단열 강판을 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 열 팽창 입자의 열 공급에 따른 팽창 및 수축 거동의 개념을 개략적으로 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 열 팽창 입자의 온도에 따른 부피 팽창 비율을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3은 단열 코팅층을 열처리 시 열 팽창 입자가 코팅층 두께보다 두껍게 팽창함으로 인하여 열 팽창 입자가 내/외부 편재된 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 단열 코팅 강판을 제조하는 방법의 일예로서, 단열 코팅층 표면에 탑 코팅층을 형성하는 개념을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 단열 코팅강판을 제조하는 방법의 일예로서, 코팅 용액을 반경화 열처리 및 완전 경화 열처리에 의해 단열 코팅층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 단열 코팅강판을 제조하는 방법의 일예로서, 코팅 용액을 반경화 열처리 및 UV 조사에 의해 단열 코팅층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7 및 8은 본 발명의 단열 코팅강판을 제조하는 공정 및 설비를 예시적으로 나타낸 개략적 도면이다.
도 9는 실시예 2에 의해 얻어진 코팅 강판의 단면을 SEM 촬영한 사진이다.
도 10은 열원 하에 시편의 뒷면에서 측정한 온도 변화를 측정한 온도 프로파일이다.
도 11는 실시예 8의 표면 및 절단 단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 12는 실시예 9의 표면 및 절단 단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 13은 비교예 4의 표면 및 절단 단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 14는 비교예 5의 표면 및 절단 단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 자동차, 건축 자재, 가전 등에 사용될 수 있는 단열 코팅 강판 제조 방법에 관한 것으로, 우수한 단열 특성을 확보하기 위해 중공 형태의 단열 코팅 입자의 크기를 열처리 중에 크게 팽창시킴으로써 입자 내의 공기 함유량을 증대시키고자 한다.

본 발명자들은 열에 의해서 팽창하는 특성을 갖는 열 팽창 입자를 단열 입자로 사용할 경우에 코팅층의 두께를 얇게 형성하더라도 종래의 단열 코팅 강판에서와 적어도 대등한 단열성을 확보할 수 있음을 확인하고 본 발명을 도출하게 되었다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 단열 특성이 우수한 강판을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 열 팽창 입자를 포함하는 코팅 용액을 준비하는 단계, 상기 코팅 용액을 강판 표면에 도포하는 단계, 상기 코팅 용액을 열처리하여 단열 코팅층을 형성하는 단계, 상기 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 열 팽창 입자(thermo-expandable microcapsule)는, 도 1에 나타난 바와 같이, 내부에 탄화수소(hydrocarbon)를 코어물질로 포함하며 열 가소성 수지(thermoplastic resin)의 쉘로 이루어진 중공 구조이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 상기 열 팽창 입자는 열을 받으면 입자의 쉘이 부드러워져 팽창 가능한 상태로 변화되고, 상기 내부의 탄화수소는 가스화되어 열 팽창 입자의 내부 압력을 증대시키고, 이에 의해 열 팽창 입자의 부피를 팽창하여 부풀어 오르게 한다. 다만, 여기서 더욱 열을 받아 온도가 열 팽창 입자의 최대 팽윤 온도를 넘어서게 되면, 내부의 탄화수소는 모두 외부로 빠져나가게 되고, 열에 의해서 쉘이 찌그러져 수축이 일어나게 된다. 이와 같은 열 팽창 입자의 온도에 따른 팽창 비율은 도 2에 나타내었는바, 이로부터 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 상기 열 팽창 입자의 팽창 특성을 이용하여 단열 특성을 확보할 수 있는 단열 코팅 강판을 제조하는 방법으로서, 상기 열 팽창 입자는 앞서 언급한 바와 같이, 열가소성 수지의 쉘과 그 내부에 탄화수소를 포함하는 입자를 의미한다.

상기 열 팽창 입자의 쉘을 구성하는 열가소성 수지는 열에 의해 팽창 가능한 것이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 아크릴로니트릴 공중합체, 염화 비닐리덴 또는 폴리스티렌 수지 등을 들 수 있다. 이러한 열 팽창 입자는 이를 포함하는 코팅층이 형성된 강판이 적용되는 적용처에서 요구되는 온도 범위에 따라 적절히 선택할 수 있다.

상기 열 팽창 입자의 내부에는 액상 탄화수소를 포함한다. 상기 탄화수소는 가해지는 열에 따라 열 팽창 입자의 내부에서 기화하여 열 팽창 입자의 내부 압력을 증가시키고, 이에 따라 열 팽창 입자의 쉘을 구성하는 열가소성 수지를 팽창시킨다. 이렇게 기화된 내부의 탄화수소 가스는 외부 열의 전달을 차단하여 단열 효과를 제공할 수 있다.

상기 열 팽창 입자는 내부에 포함되는 액상 탄화수소는 특별히 한정하지 않으나, 상온에서 액상으로 존재하다가 열을 받으면 기화하는 특성을 갖는 것이라면 적합하게 사용할 수 있으며, 예를 들어, 옥탄 등을 들 수 있다.

상기 열 팽창 입자는 최대 열 팽창 온도에서의 열 팽창 입자의 직경 사이즈는 특별히 한정하지 않는다. 도막 내의 열 팽창 입자의 크기는 경화시의 경화온도를 조절함으로써 제어할 수 있는바, 열 팽창 입자의 크기는 문제되지 않는다. 다만, 예를 들면, 20 내지 1000㎛인 것을 사용할 수 있다.

상기와 같은 열 팽창 입자를 포함하는 코팅 용액을 강판 표면에 코팅함으로써 강판의 단열성을 향상시킬 수 있다. 이때 강판 표면에 코팅되는 코팅 용액은 특별히 한정하지 않는다. 상기 코팅 용액은 수용성 또는 용재형일 수 있는 것으로 특별히 한정함이 없이 적용될 수 있다.

이때, 상기 열 팽창 입자는 상기 코팅 용액의 고형분 전체 중량에 대하여 1 내지 20중량%의 범위로 포함할 수 있다. 본 발명에서 달성하고자 하는 단열 특성을 확보하기 위해서 상기 열 팽창 입자의 함량은 1중량% 이상 포함되는 것이 바람직하나, 상기 코팅 용액의 고형분 총량에 대하여 열팽창 입자의 함량이 20중량%를 초과하게 되면 열 팽창 입자가 최대 팽창했을 때 코팅층 내 입자의 부피가 80%를 초과하게 되어, 그 결과 도막의 물성이 열위하게 된다.

상기 준비된 코팅 용액을 강판의 표면에 도포한다. 상기 강판은 자동차용, 가전용, 건축용 등 단열 코팅 강판이 적용될 수 있는 강판이면 어느 것이나 무방하며, 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니다.

상기 강판 상에 열 팽창 입자를 포함하는 코팅 용액을 도포함에 있어서, 그 도포 방법은 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 롤코팅, 스프레이, 침지 등 다양한 방법을 적용할 수 있으며, 고속 생산을 원하는 경우에는 롤 코팅법을 적용하여 강판 표면을 코팅할 수 있다.

상기 코팅은 코팅층의 두께가 10㎛ 이상일 수 있다. 본 발명의 단열 특성을 갖는 강판을 제조하기 위해서는 최소한 10㎛의 두께로 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 상한은 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 500, 300, 100 또는 70㎛일 수 있으나, 본 발명은 코팅층의 두께를 얇게 형성하더라도 단열 특성을 가질 수 있다는 점에서 40㎛ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 열 팽창 입자를 포함하는 코팅 조성물을 도포한 후에, 코팅층이 형성된 강판을 열처리하여 경화시킴으로써 단열 코팅층을 형성한다. 이때, 상기 열처리는 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창 온도 부근의 온도로 열처리하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창 온도(T) ±20℃의 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 온도 범위에서 열처리함으로써 강판 상에 형성되는 단열 코팅층의 단열 특성을 확보할 수 있다.

상기한 바와 같이, 도 1 및 도 2로부터, 열 팽창 입자의 최대 팽창 온도(T)를 기준으로, 너무 높은 열처리 온도에서는 오히려 수축이 발생하므로, 최대 팽창 온도(T) + 20℃를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 한편, 너무 낮은 열처리 온도에서는 충분한 단열 효과를 갖는 단열 코팅층의 확보가 어려우므로, 최대 팽창 온도(T)-20℃ 이상으로 열처리하는 것이 바람직하며, 최대 팽창 온도(T) -10℃ 이상으로 열처리하는 것이 보다 더 바람직하다.

따라서, 상기 열 팽창 입자의 쉘을 형성하는 열가소성 수지와 단열 코팅층의 바인더 수지의 열경화 온도는 유사한 범위인 것을 사용할 수 있다. 그러나, 경화온도는 통상 경화제의 선택에 따라 조절할 수 있는 것이라면 상기 바인더 수지의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 본 발명에서 적용할 수 있는 바인더 수지로는 예를 들어, 폴리에스터 수지, 폴리에폭시 수지, 불소 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 분산 수지(Acrylic dispersion), 알키드 수지, 아크릴계 에멀젼, 아크릭실리콘계 에멀젼, 우레탄계 에멀젼, 불소계 에멀젼, 실리콘 무기질계 수지, 실리카졸계 수지, 유기무기하이브리드 수지, 아크릭 모노머, 올리고머 등을 포함하는 UV 바인더 수지, MMA, MA와 같은 아크릭 바인더 수지 등을 들 수 있다. 상기 바인더 수지의 종류는 이에 특별히 제한되지 않으며 본 기술분야에서 사용하는 통상적인 바인더 수지를 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 열 팽창 입자를 포함하는 코팅 용액으로 형성된 코팅층을 열처리하여 열 팽창 입자를 팽창시키면서 단열 코팅층을 형성하는 경우에는 상기 열처리 공정 중에, 도 3에 나타난 바와 같이, 열 팽창 입자가 팽창하여 부피가 증가하게 된다. 이때, 열팽창 입자의 쉘을 이루는 열가소성 수지 종류에 따라서는 수배에서 수십배에 이르기까지 팽창할 수 있다. 이와 같은 팽창이 일어나는 경우에는 도 3에 개념적으로 나타낸 바와 같이, 열팽창 입자가 코팅층 두께보다 두껍게 팽창할 수 있으며, 상기 열팽창 입자가 코팅층 두께보다 두껍게 팽창하는 경우 단열 코팅층 내/외부에서 열 팽창입자가 편재된 형상을 가지는 문제점이 있다. 이로 인해, 열팽창 입자와 단열 코팅층 간의 접착력 저하를 초래하고, 결국 열팽창 입자의 탈락을 야기하여 단열 특성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다. 나아가, 열 경화 중에 단열 코팅층 내의 열팽창 입자가 급격히 열팽창함으로 인해 코팅층의 균열을 야기할 우려가 있다.

따라서, 상기 열 팽창 입자가 단열 코팅층의 두께보다 두껍게 팽창함으로 인하여 열 팽창 입자와 단열 코팅층 간의 접착력 저하 등의 문제점을 방지하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단열 코팅층의 상부에 탑 코팅층(top coating layer)을 형성할 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 탑 코팅을 단열 코팅층의 상층에 형성함으로써 열 팽창 입자를 포함한 코팅층의 탈락을 방지할 수 있다. 나아가, 이러한 탑 코트층은 외부의 스크래치 등으로부터 코팅 입자를 보호할 수 있으며, 또한, 단열 코팅 이후에, 예를 들어, 유색 도장 처리 등과 같은 다른 종류의 코팅이 행해질 경우 상부 코팅층과의 접착 능력을 증가시킬 수 있다.

한편, 상기 열 팽창 입자가 단열 코팅층의 두께보다 두껍게 팽창함으로 인하여 열 팽창 입자와 단열 코팅층 간의 접착력 저하 등의 문제점을 방지하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 코팅 용액을 열처리 시 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성한 후에, 상기 반경화 코팅층을 완전 경화 열처리하여 경화 단열 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 열 팽창 입자를 포함하는 코팅 용액을 강판 표면에 도포한 후에 상기 열 팽창 입자가 단열 코팅층 이상의 두께로 팽창하는 것을 방지하기 위하여 먼저 반경화시킨 후에 완전 경화를 위한 열처리를 수행함으로써 상기 열 팽창 입자가 내/외부 편재됨으로써 나타나는 문제점을 방지할 수 있다.

반경화 열처리에 대한 반경화 단열 코팅층 형성의 개념을 도 5에 대략적으로 나타내었다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 반경화 열처리에 의해 코팅층은 반경화 상태이므로 이후 완전 경화를 위하여 최대 팽창 온도 부근에서 열처리를 하더라도 열 팽창 입자의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 반경화 열처리한 경우 코팅 조성물은 100%로 완전 경화한 경우에 비하여 상대적으로 점탄성을 갖기 때문에 열 팽창 입자의 팽창 시 도막의 훼손을 줄일 수 있어 또한 바람직하다.

상기 반경화 열처리는 열 팽창 입자가 단열 코팅층 이상의 두께로 팽창하는 것을 방지하는 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어, 상기 코팅 용액의 경화 개시온도 이상이고, 상기 열팽창 입자의 최대팽창온도(T) -20℃ 미만의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 반경화 열처리 온도가 열 팽창 입자의 최대 열 팽창 온도(T)-20℃ 미만이면 열 팽창 입자가 단열 코팅층 이상의 두께로 팽창함으로 인하여 열 팽창 입자가 내/외부로 편재됨으로써 나타나는 문제점을 방지할 수 있다.

상기 코팅 용액의 경화 개시온도 이상이고, 상기 열팽창 입자의 최대팽창온도(T) -20℃ 미만의 온도 범위에서 반경화 열처리된 반경화 단열 코팅층은, 완전 경화된 단열 코팅층에 비하여, 경화도가 50~60%이다. 이때, 상기 반경화 단열 코팅층은 점도가 있는 끈적한 상태로, 완전 경화한 경우에 비하여 점탄성 높기 때문에 열 팽창 입자의 팽창 시 도막의 훼손을 줄일 수 있다.

강판 표면에 도포된 코팅 용액을 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성한 후에, 상기 반경화 단열 코팅층을 완전 경화하기 위한 완전 경화 열처리를 수행함으로써 단열 코팅층을 형성할 수 있다.

상기 완전 경화 열처리는, 열 팽창 입자의 최대 팽창 온도(T)를 기준으로, 너무 높은 열처리 온도에서는 오히려 수축이 발생하므로, 최대 팽창 온도(T) +20℃를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 한편, 너무 낮은 열처리 온도에서는 충분한 단열 효과를 갖는 단열 코팅층의 확보가 어려우므로, 최대 팽창 온도(T)-20℃ 이상으로 열처리하는 것이 바람직하며, 최대 팽창 온도(T)-10℃ 이상으로 열처리하는 것이 보다 더 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 열처리에 의해 단열 코팅층을 형성한 후에 탑 코팅층을 형성할 수 있음은 물론, 상기와 같이 반경화 열처리 후에 반경화 코팅층을 완전 경화 열처리하여 단열 코팅층을 형성한 경우에도 상기 단열 코팅층 상부에 탑 코팅층을 형성할 수 있다. 이와 같이 탑 코팅층을 형성함으로써, 단열 코팅층의 탈락을 방지할 수 있으며, 외부의 스크래치 등으로부터 코팅 입자를 보호할 수 있다. 나아가, 단열 코팅 이후에, 예를 들어, 유색 도장 처리 등과 같은 다른 종류의 코팅이 행해질 경우에 상부 코팅층과의 접착 능력을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 코팅 용액을 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성한 후에 상기 반경화 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성할 수 있다. 이후, 상기 반경화 단열 코팅층 및 탑 코팅층을 완전 경화 열처리할 수 있다.

이때, 상기 탑 코팅층은 특별히 한정하지 않으나, 열팽창 입자 포함하지 않는 것을 제외하고는 단열 코팅 용액과 동일한 조성의 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 탑 코팅층은 단열 코팅층의 바인더 수지와 동일한 종류의 수지를 포함하는 코팅 조성물로 탑 코팅층을 형성함으로써, 탑 코팅층 및 단열 코팅층 간의 결합력 향상을 도모할 수 있다.

상기 탑 코팅층의 두께는 상기 열팽창 입자의 노출 및 박리를 방지할 수 있는 정도라면 그 두께에 대하여는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 10㎛ 이상, 10㎛ 내지 50㎛, 10 내지 30㎛, 20 내지 40㎛, 10 내지 30㎛ 등 다양한 범위의 두께로 형성할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 팽창 입자가 단열 코팅층의 두께보다 두껍게 팽창함으로 인하여 열 팽창 입자와 단열 코팅층 간의 접착력 저하 등의 문제점을 방지하기 위하여, 상기 코팅 용액을 열처리 시 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성한 후에, 상기 반경화 코팅층에 자외선(UV)을 조사하여 완전 경화 단열 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 열 팽창 입자를 포함하는 코팅 용액을 강판 표면에 도포한 후에 상기 열 팽창 입자가 단열 코팅층 이상의 두께로 팽창하는 것을 방지하기 위하여 먼저 반경화시킨 후에 UV를 조사함으로써 상기 열 팽창 입자가 내/외부 편재됨으로써 나타나는 문제점을 방지할 수 있다.

UV 조사에 의한 단열 코팅층 형성의 개념을 도 6에 대략적으로 나타내었다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 반경화 열처리에 의해 열 팽창 입자는 팽창하며, 반경화 상태인 코팅층은 팽창된 열 팽창 입자의 이동을 억제하여 코팅층 상에 편재되는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 반경화 열처리한 경우 코팅 조성물은 100%로 완전 경화한 경우에 비하여 상대적으로 점탄성을 갖기 때문에 열 팽창 입자의 팽창 시 도막의 훼손을 줄일 수 있어 또한 바람직하다.

강판 표면에 도포된 코팅 용액을 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성한 후에, 상기 반경화 단열 코팅층에 자외선(UV)를 조사함으로써 완전 경화 단열 코팅층을 형성할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 열처리에 의해 단열 코팅층을 형성한 후에 탑 코팅층을 형성할 수 있음은 물론, 상기와 같이 반경화 열처리 후에 반경화 코팅층에 UV를 조사하여 완전 경화 단열 코팅층을 형성한 경우에도 상기 단열 코팅층 상부에 탑 코팅층을 형성할 수 있다. 이와 같이 탑 코팅층을 형성함으로써, 단열 코팅층의 탈락을 방지할 수 있으며, 외부의 스크래치 등으로부터 코팅 입자를 보호할 수 있다. 나아가, 단열 코팅 이후에, 예를 들어, 유색 도장 처리 등과 같은 다른 종류의 코팅이 행해질 경우에 상부 코팅층과의 접착 능력을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 코팅 용액을 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성한 후에 상기 반경화 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성할 수 있다. 이후, 상기 반경화 단열 코팅층 및 탑 코팅층에 UV를 조사하여 동시에 완전 경화시킬 수 있다.

한편, 상기 단열 코팅층 및 탑 코팅층에 포함되는 바인더 수지는 자외선 조사됨에 따라 완전 경화될 수 있으므로, 자외선 경화형 바인더 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 바인더 수지는 자외선에 의해 경화되는 것이라면 그 구체적인 종류는 특별히 제한하지 않는다.

한편, 본 발명의 단열 코팅층을 형성하는 코팅 용액에 있어서, 상기 코팅 용액에 포함되는 바인더 수지의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 상기와 같은 열처리 온도범위에서 열경화 가능한 것이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있다. 통상 수지의 열경화 온도는 수지의 열경화를 위해 사용되는 경화제의 경화온도에 영향을 받는 것이므로, 보다 바람직하게는 상기 경화제는 단열 코팅에 사용되는 열팽창 입자의 최대 팽창 온도(T)±20℃의 온도범위에서 경화특성을 갖는 것을 적합하게 사용할 수 있다.

상기 경화제는 단열 코팅 용액에 포함되는 열팽창 입자의 최대팽창온도(T)±20℃의 범위에서 경화 가능함은 물론, 상기 열팽창 입자의 최대팽창온도(T)-20℃ 미만의 온도에서 경화가 개시될 수 있는 것을 사용하는 것이 반경화하는데 바람직하다. 이로 인해, 상기 코팅 용액은 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창온도 ±20℃의 온도 범위 내에서 완전 경화될 수 있다.

상기 경화제로의 종류로는 상기와 같은 특성을 갖는 것이라면 적용할 수 있으며, 예를 들어, 아민계 경화제, 블록 이소시아네이트 경화제 등을 사용할 수 있으며, 공지되어 있거나 시판되는 다양한 경화제를 그 특성을 고려하여 적합하게 사용할 수 있다.

도 6에 강판 상에 본 발명의 단열 코팅층을 형성하는 공정을 대략적으로 나타내었다. 상기 단열 코팅층을 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않으나, 도 6에 나타난 바와 같이, 롤투롤(Roll-to-roll) 방식에 의하는 것이 단열 코팅 용액의 도포 후에 선택적인 반경화 열처리, 완전 경화 열처리 및 탑 코팅층 형성 등의 과정을 연속적으로 수행할 수 있으며, 이로 인해 단열코팅강판의 생산성을 향상시킬 수 있어 보다 바람직하다.

예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 따른 단열 코팅층을 롤투롤 방식에 의해 수행하는 공정을 도 7에 개략적으로 나타내었다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 코팅 용액을 강판 표면에 코팅하고(1st Roll coating) 반경화 열처리 또는 경화 열처리하여(1st baking) 단열 코팅층을 형성하고, 이어서 탑 코팅 조성물을 코팅한 후(2nd Roll coating) 열처리하여 경화(2nd baking)할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 강판의 표면에 단열 코팅층을 형성함에 있어서, 단열 코팅 조성물 중에 열팽창 입자를 포함시키되, 상기 코팅층 형성 중에 열팽창 입자를 열팽창된 상태로 코팅층을 형성함으로써 입자 내의 기체에 의한 단열 효과를 극대화할 수 있으며, 따라서, 코팅층의 두께를 얇게 형성하더라도 우수한 단열성을 확보할 수 있다.

즉, 본 발명의 열팽창 입자를 포함하지 않는 코팅 조성물로 형성한 단열 코팅층과 비교하여 동일한 두께일 때 본 발명에 의한 단열 코팅층에서 보다 우수한 효과를 얻을 수 있는 점에서 단열 효과를 향상시킬 수 있으며, 상대적으로 동일한 효과를 제공함에 있어서는 코팅층의 두께를 얇게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 열팽창 입자를 포함하는 단열 코팅층에 있어서는 소량의 열팽창 입자로도 단열 특성을 구현할 수 있다. 즉, 전체 고형분 중에 20% 정도의 열팽창 입자를 포함하는 것만으로도 열팽창 후에 약 80%의 부피를 차지하게 되어, 종래의 미리 성형된 입자를 투입하는 경우에 비하여 사용량 대비 단열 효율을 극대화할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따르면 선도장 강판에 적용하더라도 내식성 및 가공성을 유지하면서 단열성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예

1. 열 팽창 입자 유무에 따른 단열 특성 평가

[실시예 1]

ES955(SK 케미컬 社, skyborn ES955, M.W. 12,000, 폴리에스터 수지 고가공성 타입) 20g, 경화 온도가 180~250℃ 블록 이소시아네이트계 경화제(BL-7982, Bayer material Science Desmodour 社) 1.45g 및 경화 촉매인 디부틸틴 디라우레이트 0.1g, 용매인 K150(SK 케미컬 社)를 포함하고, 열 팽창 입자인 F190D(Matsumoto 社, 아크릴로니트릴 고분자수지 쉘 내에 옥탄을 함유하는 열팽창 입자. 최대 팽창온도: 210~220℃, 최대 팽창시 직경: 180-240㎛)를 6중량%(고형분 기준)로 포함하는 코팅 용액을 제조하였다.

상기 코팅 용액을 롤투롤 방식에 의해 아연도금강판(두께 0.6㎜) 표면에 15-40㎛의 두께로 도포하였다. 상기 코팅 용액이 도포된 강판을 215℃에서 열처리하여 60-200㎛의 팽윤후 두께를 갖는 단열 코팅층을 형성하였다.

상기 단열 코팅층 상에 ES955 20g, BL-7982 1.45g 및 디부틸틴 디라우레이트 0.1g, K150(용매)를 포함하는 탑 코팅 조성물을 두께 12-20㎛의 두께로 도포하였다. 상기 탑 코팅 조성물이 도포된 강판을 225에서 열처리하여 탑 코팅층이 형성된 단열 코팅 강판을 제조하였다.

이에 의해 형성된 강판의 단면을 SEM 사진으로 촬영하고, 그 결과를 도 8에 나타냈다.

[비교예 1]

실시예 1의 코팅 용액과 동일한 조성 및 성분을 갖되, 열 팽창 입자를 포함하지 않는 코팅 용액(solvent borne clear)을 제조하였다.

상기 코팅 용액을 롤투롤 방식에 의해 아연도금강판(두께 0.6㎜) 표면에 15-40㎛의 두께로 도포하고, 상기 코팅 용액이 도포된 강판을 220℃ 열처리하여 단열 코팅층을 형성하였다.

실시예 1 및 비교예 1에 대하여 단열특성을 확인하였다. 상기 단열 특성은 IR 램프를 열원으로 시편에 열을 가하여 시편의 온도를 높이면서, 그 시편의 뒷면에서 온도를 측정한 후 시간에 따른 온도 변화를 측정하여 그 결과 온도 프로파일을 도 9에 나타내었다.

도 9에 나타난 바와 같이 열 팽창 입자를 포함하는 실시예 1은 비교예 1에 비하여 단열 특성이 현저히 우수함을 확인했다.

2. 2-Baking step에 따른 밀착성 평가

[실시예 2 내지 7]

실시예 1의 코팅 용액 및 탑 코팅 조성물과 동일한 조성 및 성분을 갖되, F190D를 10중량%(고형분 기준)로 포함하는 코팅 용액을 제조하였다.

상기 코팅 용액을 롤투롤 방식에 의해 아연도금강판(두께 0.6㎜) 표면에 15-40㎛의 두께로 도포하고, 상기 코팅 용액이 도포된 강판을 반경화 열처리한 후 완전 경화 열처리하는 방법으로 단열 코팅층을 형성하였다. 이때, 반경화 열처리 온도 및 완전 경화 열처리 온도는 하기 표 1에 기재하였다.

이후 상기 단열 코팅층 상에 실시예 1과 같은 탑 코팅층을 형성하여 단열 코팅 강판을 제조하였다.

[비교예 2 및 3]

실시예 1의 코팅 용액 및 탑 코팅 조성물과 동일한 조성 및 성분을 갖되, F190D를 10중량%로 포함하는 코팅 용액을 제조하였다.

상기 코팅 용액을 롤투롤 방식에 의해 아연도금강판(두께 0.6㎜) 표면에 15-40㎛의 두께로 도포하고, 상기 코팅 용액이 도포된 강판을 하기 표 1에 기재된 온도로 열처리하여 단열 코팅층을 형성하였다.

구분.	경화 방법	열처리 온도(℃)	단열 코팅층 두께(㎛)	밀착성
실시예 2	유도박막가열	170 → 225	45~50	3B
실시예 3	유도박막가열	185 → 225	45~56	3B
실시예 4	유도박막가열	195 → 225	45~56	2B
실시예 5	열풍경화	170 → 225	40~50	4B
실시예 6	열풍경화	185 → 225	45~55	4B
실시예 7	열풍경화	195 → 225	53~63	4B
비교예 2	유도박막가열	220	55~75	0B
비교예 3	열풍경화	220	80~130	1B

도포 방법은 롤 코팅(Roll coating)을 모사하기 위해 바 코터(Bar coater)를 이용하였으며, #40 Bar를 이용하여 코팅을 적용하였다. 경화방법은 포스코에서 적용가능한 유도박막가열장치 (Induction oven) 과 포스코 강판에서 적용가능한 열풍경화장치(Heat convection oven) 2가지를 사용하였다.

열풍경화장치의 경우 분위기 온도를 250℃에서 1분간 경화하는 것으로 하되, PMT온도를 변화시킬 경우 Inverter를 이용하여, 경화온도를 낮추는 방식으로 실험하였다.

도막의 두께의 경우 Portable coating measurement (Dualscope FMP20)를 이용하여 측정하였다.

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 2-Step baking 법을 이용한 실시예 2 내지 7은 비교예 2 및 3에 비하여 도막 부착력이 현저히 우수함을 확인했다. 특히, 열풍경화장치를 이용하여 경화하는 경우 입자 팽창 시간이 충분하므로 4B 이상의 밀착성을 가짐을 확인했다.

3. 반경화 열처리 공정 및 UV 조사 공정에 따른 밀착성 평가

[실시예 8 및 9]

LR9000(BASF 社, 저점도의 이소시아네이트 아크릴레이트) 30g, ES955(SK 케미컬 社, skyborn ES955, M.W. 12,000, 폴리에스터 수지 고가공성 타입) 10g, HDDA(hexane-1,6-diol diacrylate) 3g, Irgacure-819(Ciba 社, Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide) 2g, Irgacure-184 (Ciba 社, 1-Hydroxy-cyclohexy-phenyl-ketone) 4g, 톨루엔 8g, F190D를 10중량%(고형분 기준)로 포함하는 코팅 용액을 제조하였다.

상기 코팅 용액을 롤투롤 방식에 의해 아연도금강판(두께 0.6㎜) 표면에 15-40㎛의 두께로 도포하고, 상기 코팅 용액이 도포된 강판을 반경화 열처리한 후 자외선(UV) 조사하는 방법으로 단열 코팅층을 형성하였다. 이때, 반경화 열처리 온도는 하기 표 2에 기재하였다.

[비교예 4 및 5]

상기 코팅 용액을 롤투롤 방식에 의해 아연도금강판(두께 0.6㎜) 표면에 15-40㎛의 두께로 도포하고, 상기 코팅 용액이 도포된 강판을 하기 표 2에 기재된 온도로 열처리하여 단열 코팅층을 형성하였다.

구분	경화 온도(℃)	UV 조사 여부	단열 코팅층 두께(㎛)	도막 박리 여부
실시예 8	195	O	45	X
실시예 9	215	O	80~100	X
비교예 4	195	X	30	O
비교예 5	215	X	25	O

도 11은 실시예 6의 표면 및 절단 단면을, 도 12는 실시예 9의 표면 및 절단 단면을, 도 13은 비교예 4의 표면 및 절단 단면을, 도 14는 비교예 5의 표면 및 절단 단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.

표 2 및 도 11 내지 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 반경화 열처리 및 자외선 조사 공정으로 경화된 실시예 8 및 9는 도막 박리가 일어나지 않아 막 부착력이 현저히 우수함을 확인했다. 반면, 비교예 4 및 5는 도막 박리가 일어남을 확인했다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

열가소성 수지로 된 쉘의 내부에 코어 물질로서 탄화수소를 포함하는 코어 쉘 구조의 열 팽창 입자, 및 바인더 수지를 포함하는 코팅 용액을 준비하는 코팅 용액 준비 단계;
상기 코팅 용액을 강판 표면에 도포하는 도포 단계;
상기 코팅 용액을 열처리하여 단열 코팅층을 형성하는 열처리 경화 단계; 및
상기 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성하는 단계
를 포함하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 열처리는 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창 온도(T) ±20℃의 온도 범위 내에서 수행하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 경화 단계는,
상기 코팅 용액을 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 반경화 코팅층을 완전 경화 열처리하여 경화 단열 코팅층을 형성하는 단계
를 포함하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 반경화 열처리는 상기 코팅 용액의 경화 개시온도 이상이고, 상기 열팽창 입자의 최대팽창온도(T) -20℃ 미만의 온도에서 수행하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 완전 경화 열처리는 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창 온도(T) ±20℃의 온도 범위 내에서 수행하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 반경화 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 경화 단열 코팅층 및 탑 코팅층을 동시에 완전 경화 열처리하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 경화 단계는,
상기 코팅 용액을 반경화 열처리하여 반경화 단열 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 반경화 코팅층에 자외선(Ultraviolet, UV)을 조사하여 경화 단열 코팅층을 형성하는 단계
를 포함하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 반경화 열처리는 상기 코팅 용액의 경화 개시온도 이상이고, 상기 열팽창 입자의 최대팽창온도(T) -20℃ 미만의 온도에서 수행하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 반경화 단열 코팅층 상에 탑 코팅층을 형성하는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 경화 단열 코팅층 및 탑 코팅층에 자외선을 조사하여 동시에 완전 경화시키는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 열 팽창 입자는 쉘이 아크릴로니트릴 수지, 아크릴로니트릴 공중합 수지 또는 스티렌 수지인, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 열 팽창 입자는 최대 팽창 온도에서의 직경 사이즈가 20~1000㎛인, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 열 팽창 입자는 코팅 용액의 고형분 전체 중량에 대하여 1 내지 20중량%로 포함되는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 바인더 수지는 폴리에스터 수지, 폴리에폭시 수지, 불소 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 분산 수지, 알키드 수지, 아크릴계 에멀젼, 아크릭실리콘계 에멀젼, 우레탄계 에멀젼, 불소계 에멀젼, 실리콘 무기질계 수지, 실리카졸계 수지, 유기무기하이브리드 수지, UV 바인더 수지 및 아크릭 바인더 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 용액은 상기 열 팽창 입자의 최대 팽창온도 ±20℃의 온도 범위 내에서 완전 경화되는, 단열 특성을 갖는 코팅 강판 제조방법.