KR20200082117A

KR20200082117A - 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법.

Info

Publication number: KR20200082117A
Application number: KR1020180172371A
Authority: KR
Inventors: 김효경; 맹종인
Original assignee: 김효경
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-08
Also published as: KR102155610B1

Abstract

본 발명은 스테인리스 판을 준비하는 단계, 상기 스테인리스 판에 자외선 경화용 도료를 이용하여 패턴을 도포하는 단계, 상기 패턴을 경화하여 패턴 층을 형성하는 단계, 상기 스테인리스 판의 표면에 니켈 도금 층을 형성하는 단계를 포함하는 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법에 관한 것으로서, 상기 니켈 도금 층이 형성되기 전의 스테인리스 판에 대한 상기 니켈 도금 층이 형성된 스테인리스 판의 HSL 색좌표에 따른 명도(lightness) 감소율은 20% 이하로서 니켈 도금 층 형성 후에도 컬러 패턴 및 스테인리스 판의 색감을 유지할 수 있도록 하는 효과를 나타낸다.

Description

스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법.{COATING METHOD OF COLOR PATTERN FOR STAINLESS PLATE}

본 발명은 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광고판 등에 사용되는 스테인리스 판의 표면에 컬러 패턴을 안정적으로 형성하기 위한 패턴 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 광고판은 설치 위치나 크기에 따라 플라스틱, 목재, 금속 소재 등으로 이루어진다. 이중 소형 광고판의 경우 금속 재질의 광택을 이용하기 위하여 스테인리스 재질로 이루어진 광고판이 제작되고 있다.

광고판은 프레임과 광고를 위한 정보가 인쇄되는 표시부로 이루어지는데, 상기 표시부가 플라스틱이나 목재 소재로 이루어지는 경우 원하는 색상과 패턴을 쉽게 인쇄할 수 있으나, 스테인리스 재질의 경우 패턴을 인쇄하는 잉크가 표면에 쉽게 흡착되지 않기 때문에 외부 충격에 의해 쉽게 벗겨지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 감안하여 스테인리스 재질의 표시부에 자외선 경화형 잉크로 패턴을 형성한 후 자외선을 조사하여 경화하는 방법을 이용하고 있으나, 이 경우 자외선 경화형 잉크가 경화될 때 스테인리스 표면과의 화학적 결합이 이루어지지 않기 때문에 결국 인쇄 패턴이 벗겨지며 인쇄 후 색 번짐이 발생하는 등의 문제점이 발생한다. 이를 해결하기 위하여 패턴을 인쇄한 스테인리스 표면에 보호층을 형성하는 방법을 이용할 수 있는데, 투명 수지 조성물을 이용한 보호층의 형성은 스테인리스와의 상용성의 문제로 용이하지 않으며, 도금 공정을 통해 보호층을 형성하는 경우 패턴의 고정은 가능하나 도금을 위한 금속 박막이 형성되면 패턴의 고유색이 변질되며 스테인리스 특유의 색감이 구현되지 않아 광고판으로서의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

스테인리스 표면에 도금하는 기술은 대한민국 등록특허공보 10-0240012호에 기재된 스테인리스 다이어프램 상에 Cu-Ni 박막을 스퍼터링으로 도금하는 공정이나 대한민국 등록특허공보 10-1287903호에 기재된 스테인리스로 형성된 중간층에 스퍼터링 또는 이온플레이팅법으로 세라믹 재질의 색상층을 도포하는 공정 등이 공지되어 있으나, 이는 광고판과 같이 스테인리스의 색감을 살리면서 도금하는 공정은 아니고 단순히 도금 층을 형성하기 위한 기술이다. 특히, 대한민국 등록특허공보 10-1287903호에 세라믹 재질로 색상층을 도포하는 점이 기재되어 있기는 하나, 이는 세라믹 층을 도포하여 단색의 색상을 구현할 뿐 하부의 스테인리스의 색감이 노출되도록 하고 있지 않으며, 다양한 색상의 패턴을 구현하기에는 어려운 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-0240012호 대한민국 등록특허공보 10-1287903호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 스테인리스 판의 표면에 컬러 패턴을 형성하고 이를 안정화시킬 수 있도록 도금 층을 형성하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 도금 층 형성 후에도 컬러 패턴 및 스테인리스의 색감을 유지할 수 있도록 하여 시각적 효과를 충분히 구현할 수 있는 컬러 패턴 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법은 스테인리스 판을 준비하는 단계, 상기 스테인리스 판에 자외선 경화형 잉크를 이용하여 패턴을 도포하는 단계, 상기 패턴을 경화하여 패턴 층을 형성하는 단계, 상기 스테인리스 판의 표면에 니켈 도금 층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 니켈 도금 층이 형성되기 전의 스테인리스 판에 대한 상기 니켈 도금 층이 형성된 스테인리스 판의 HSL 색좌표에 따른 명도(lightness) 감소율은 20% 이하인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 니켈 도금 층의 두께는 0.1 내지 10㎛일 수 있으며, 상기 스테인리스 판에 형성된 상기 패턴 층에 의해 정보를 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법에 따르면 스테인리스 판의 표면에 컬러 패턴을 형성하고 이를 안정화시킬 수 있도록 도금 층을 형성할 수 있다.

또한, 도금 층 형성 후에도 컬러 패턴 및 스테인리스의 색감을 유지할 수 있도록 하여 시각적 효과를 충분히 구현할 수 있는 효과를 나타낸다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법은 스테인리스 판을 준비하는 단계, 상기 스테인리스 판에 자외선 경화형 잉크를 이용하여 패턴을 도포하는 단계, 상기 패턴을 경화하여 패턴 층을 형성하는 단계, 상기 스테인리스 판의 표면에 니켈 도금 층을 형성하는 단계를 포함한다.

이러한 컬러 패턴 형성 및 니켈 도금 공정은 통상의 인쇄 공정 및 도금 공정과 동일한 것이나, 본 발명에서는 상기 도금 층이 상기 스테인리스 판 상에 형성된 컬러 패턴을 보호하면서도 상기 스테인리스 판의 고유의 색감을 저감시키지 않도록 하는 것을 그 목적으로 하고 있으므로, 이러한 목적을 달성하기 위하여 특유의 공정 조건에 따라 컬러 패턴을 형성하게 된다.

상기 스테인리스 판에 형성된 상기 패턴 층은 정보를 표시하는 표시부로서의 역할을 한다. 따라서 이러한 패턴 층이 형성된 스테인리스 판은 광고판이나 제품의 하우징 중 일부를 구성하여 정보를 표시하는 표시부로서 이용될 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해서는 상기 니켈 도금 층이 형성되기 전의 스테인리스 판에 대한 상기 니켈 도금 층이 형성된 스테인리스 판의 HSL 색좌표에 따른 명도(lightness) 감소율은 20% 이하가 되어야 한다. 상기 명도의 감소율이 너무 크면 스테인리스 고유의 금속 색감이 변하게 되어 시각적으로 스테인리스 재질임을 직감하기 어렵게 된다.

이는 본 발명의 스테인리스 판이 광고판의 표시부를 구성하기 위해 적용되는 경우, 상기 스테인리스 재질의 광고판은 광고 정보를 포함하는 패턴을 인쇄하는 표시부와 이를 지지하는 지지대, 벽면이나 바닥에 고정하기 위한 고정구로 이루어지며, 스테인리스 재질의 표시부는 금속 특유의 색감을 연출하여 광고판으로서의 시각적 효과를 향상시키는 것으로서, 그 색감이 변하게 되면 광고판으로서의 품질이 저하되게 된다.

상기 컬러 패턴을 형성하는 방법을 자세히 설명하면 이하와 같다.

우선 광고판의 표시부에 적합한 크기로 절단된 스테인리스 판의 표면에 이물질을 제거한다. 이를 위하여 상기 스테인리스 판의 표면에 쇼트볼을 쏘아 타격하여 이물질 제거하는데, 이 과정을 통해 표면의 이물질 제거와 함께 자외선 경화형 잉크를 도포할 때 잉크의 부착성이 향상되어 인쇄된 패턴의 번지는 현상을 억제할 수 있다.

다음으로 상기 스테인리스 판의 전처리를 수행하는데 이를 통해 잔여 이물질 제거뿐만 아니라 스테인리스 판의 색감과 광택을 향상시키게 된다. 이러한 전처리 공정은 탕세, 탈지, 수세 및 건조 공정을 순차적으로 1회 이상 반복 수행할 수 있으며, 이는 원료인 스테인리스 판의 종류나 상태에 따라 적절히 선택할 수 있는 것이다.

즉, 탕세 공정에서는 50 내지 60℃의 온수를 0.5 내지 1kgf/㎠의 압력으로 분사하여 이물질을 제거하며, 탈지 공정에서는 50 내지 60℃의 온수에 중성 계면활성제를 5~10%의 농도로 희석 혼합한 액상 세척제를 분사압력 1 내지 2kgf/㎠의 분사압력으로 스테인리스 판의 표면에 분사하게 된다. 이러한 탈지 공정을 거치면 표면에 잔존하는 유분이나 기타 이물질이 제거된다. 이후 수세 및 건조를 통해 표면의 전처리를 완료하게 된다.

상기와 같이 준비된 스테인리스 판의 표면에 자외선 경화형 잉크를 이용하여 패턴을 인쇄하게 된다.

이때 상기 자외선 경화형 잉크의 도포를 용이하게 하기 위하여 스테인리스 표면을 18~36% 농도의 황산을 포함하는 에칭액으로 에칭 처리할 수도 있다. 이러한 에칭 처리는 잉크의 도포 및 도금 층의 형성에는 유리한 효과를 나타내나 스테인리스의 색감이나 광택을 저하시킬 수 있으므로 필요한 경우에만 수행한다. 또한, 에칭액을 사용할 경우 중화 및 수세 공정이 필요하게 된다.

상기 자외선 경화형 잉크를 이용한 패턴의 인쇄는 통상의 인쇄방법에 따라 수행될 수 있다. 상기 자외선 경화형 잉크는 컬러 잉크로서 다양한 패턴을 상기 스테인리스 판의 표면에 인쇄할 수 있다.

또한, 인쇄 후 자외선을 30분 내지 1시간 동안 조사하면 경화할 수 있으므로 패턴 층이 형성되게 된다. 이러한 패턴 층은 스테인리스 판의 표면에서 쉽게 벗겨질 수 있기 때문에 상기 패턴 층이 경화된 후 곧바로 도금 층을 형성하는 것이 바람직하다.

일반적으로 스테인리스와 같이 비활성 표면에는 잉크가 화학흡착되지 못하기 때문에 이를 위하여 수지 조성물로 하도를 형성하게 되나, 하도 층을 형성할 경우 스테인리스 고유의 색감이나 광택이 사라지게 되므로 본 발명에서는 별도의 하도 층 형성 없이 컬러 패턴 층을 형성하게 된다.

일 실시예에서 상기 자외선 경화형 도료는 스프레이 방식으로 10 내지 20㎛의 두께로 도포한 후 적외선 램프로 적외선을 조사하여 표면온도 70 내지 80℃까지 상승시키고 열풍을 가하여 5 내지 10분 동안 용매를 제거한다. 이후 4,000 내지 6,000mJ/㎠의 광량으로 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화형 도료를 경화시킨다.

상기 패턴 층이 형성된 스테인리스 판은 무전해 니켈 도금을 통해 도금 층을 형성한다. 상기 니켈 도금을 위한 도금액으로는 황산니켈 또는 염화니켈을 사용할 수 있는데, 니켈염 형태로 사용되며, 니켈염의 양은 0.1 내지 10 g/ℓ인 것이 바람직하다.

또한, 상기 도금액은 환원제와 착화제를 포함하는데, 상기 환원제로는 차아인산(H₂PO₂), 차아인산나트륨(NaH₂PO₂·H₂O)과 같은 차아인산염, 디메틸아민보란, 트리메틸아민보란 및 히드라진을 사용할 수 있다. 상기 환원제의 양은 0.1 내지 10 g/ℓ인 것이 바람직하다.

또한, 착화제로는 말산, 숙신산, 락트산 및 시트르산 등의 카르복실산, 글리신, 알라닌, 이미노디아세트산, 알기닌 및 글루탐산 등의 아미노산을 사용할 수 있으며, 0.1 내지 10 g/ℓ의 범위에서 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 도금 층의 두께를 얇게 하면서도 균일한 도금 층의 형성을 통해 컬러 패턴의 보호층 역할을 하도록 해야 하기 때문에 상기 도금액에 안정화제를 더 첨가하게 된다. 상기 안정화제로는 통상적으로 수용성 납염이나 황 화합물이 사용되는데, 다양한 안정화제를 사용하여 실험한 결과 트리아졸 화합물을 사용하는 것이 효과적인 것으로 나타났다.

이러한 안정화제는 도금액의 안정성을 증가시키는 역할을 하나 안정화제의 성분이 적절하지 않은 경우 침착물의 변색을 유발하거나 불필요한 광택을 띄게 할 수 있으며, 스텝(step) 또는 스킵(skip) 도금을 유발하기 때문에 적절한 안정화제를 찾는 것이 필요하다.

본 발명에서 사용되는 안정화제로는 트리아졸의 염인 1,2,4-트리아졸레이트(1,2,4-triazolate) 또는 1,2,3-트리아졸레이트(1,2,3-triazolate)를 사용하고 있는데, 상기 안정화제는 0.1 내지 10 ㎎/ℓ의 함량으로 포함됨으로써 니켈 도금의 효율을 향상시키고 있다.

상기 도금 층의 형성은 스테인리스 판의 표면을 도금욕에 일정시간 침지함으로써 형성할 수 있다. 상기 도금욕의 온도는 욕의 안정성과 석출속도 등을 고려하여 결정하는데, 예컨대 30 내지 80℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 도금욕에 대한 침지 시간을 조정함으로써 도금 층의 두께를 적절히 조정할 수 있는데, 도금 층의 두께는 0.1 내지 10㎛인 것이 바람직하다.

상기 도금 층의 두께가 지나치게 얇으면 보호막으로서의 기능을 하지 못하며 지나치게 두꺼우면 스테인리스 판과 그 위에 인쇄된 패턴 층의 색감을 저감시키는 원인이 되므로 도금 층의 두께를 상기 범위 내가 되도록 공정 조건을 조절할 필요가 있다.

코팅 침착을 통한 상기 도금 층의 형성은 목적하는 두께까지 침착을 진행하거나 용액으로부터 금속 이온이 고갈될 때까지 침착하게 되는데, 침착 속도는 일반적으로 시간당 0.1 내지 15 mil(0.001 inch, 25 ㎛), 바람직하게는 0.1 내지 5 mil로 변하는 것으로 나타났다.

상기 도금 층의 도포로 인한 색감 저하 여부는 HSL 색 좌표에 따른 명도(lightness) 감소율로 판단하고 있다. 상기 HSL 색 좌표는 색상(hue), 채도(saturation), 및 명도(lightness)로 색 좌표를 표시하는데, 일반적인 스테인리스의 경우 색상, 채도, 명도가 각각 48°, 7%, 87%을 나타낸다. 상기 도금 층이 표면에 형성되는 경우 색상, 채도뿐만 아니라 명도가 두드러지게 감소하며, 명도의 감소율이 20%를 넘어서는 경우 금속 광택을 완전히 잃어 스테인리스 판 고유의 색감을 나타낼 수 없게 된다. 또한, 상기 명도의 감소율은 바람직하게는 10% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하가 되도록 하는 것이 좋다. 또한, 색상의 경우 1° 이상의 변화가 발생하며, 채도의 경우 5% 정도의 변화가 발생하는 경우에도 스테인리스 판 고유의 색감을 상실하기 때문에 수치 변화가 너무 작아 색감 저하 여부를 판단하는 기준으로 하기 어려운 문제가 있다.

따라서 상기 HSL 색 좌표에 따른 명도 감소율이 20% 이하, 바람직하게는 10% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하가 되도록 상기 도금 층을 형성해야 한다.

이를 위하여 도금액의 농도, 성분, 침착속도 등의 요소가 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 전술한 바와 같이 도금액을 구성하는 각 성분의 함량과 안정화제의 종류를 최적화하면서 침착속도를 0.1 내지 5 mil(0.001 inch, 25 ㎛) 정도로 조절할 때 최적화된 도금 층을 형성할 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법의 효과를 확인하기 위하여 다음과 같이 시편에 대한 평가를 실시하였다.

광고판에 일반적으로 사용되는 스테인리스 판을 10×10㎝ 크기로 절단하여 시편을 제조한 후 전처리 공정을 통해 이물질을 제거하고 건조하였다.

상기 시편의 표면에 자외선 경화형 도료로 1×1㎝ 크기의 직사각형 패턴을 인쇄하였다. 인쇄는 스프레이 방식으로 수행하였으며, 두께가 10 내지 20㎛이 되도록 도포하였다. 도료의 도포 후 적외선 램프로 적외선을 조사하여 표면온도 70 내지 80℃까지 상승시키면서 5분 간 열풍을 가하여 용매를 제거하였다. 이후 약 5,000mJ/㎠의 광량으로 자외선을 조사하여 경화하였다.

상기 패턴이 인쇄된 스테인리스 판을 무전해 니켈 도금하여 도금 층을 형성하였다. 도금액으로는 5g/ℓ의 염화니켈 수용액을 사용하였으며, 환원제로 차아인산나트륨(NaH₂PO₂·H₂O) 2g/ℓ, 착화제로 숙신산 0.1g/ℓ 및 안정화제로 1,2,4-트리아졸레이트 0.1g/ℓ를 포함하는 도금액을 사용하였다. 니켈 도금 층의 두께는 1±0.5㎛였으며, 침착속도는 0.8 mil 이었다(실시예 1).

또한, 비교를 위하여 실시예 1과 동일하게 스테인리스 판 시편에 컬러 패턴을 형성하되 도금액에 사용되는 안정화제로서 아세트산 납 0.1g/ℓ을 사용하였고, 니켈 도금 층의 두께는 1±0.5㎛였으며, 침착속도는 0.9 mil 이었다(비교예 1).

또한, 실시예 1과 동일한 방법으로 컬러 패턴을 형성하되 도금액의 농도를 조절하여 침착속도가 12 mil이며, 니켈 도금 층의 두께가 13±2㎛가 되도록 도금 층을 형성하였다(비교예 2).

상기 시편을 촬영한 영상을 색변환 프로그램을 이용하여 HSL 값을 구하였으며, 그 결과는 표 1과 같다. 표 1에서 스테인리스는 전처리 공정을 통해 이물질을 제거한 상태의 스테인리스를 촬영한 것이다.

	Hue(°)	Saturation(%)	Lightness(%)
스테인리스	48	7	87
실시예1	48	8	85
비교예1	49	13	74
비교예2	51	8	58

그 결과를 살펴보면, 실시예 1의 경우 스테인리스와 명도의 차이가 거의 없으며, 색상 및 채도의 변화도 적은 것으로 나타나 도금 층의 형성에도 불구하고 스테인리스 고유의 색감을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 이에 대하여, 비교예 1 및 2의 경우 도금 층의 형성에 의해 스테인리스의 색감이 어두워지는 것으로 나타났으며 금속 광택도 감소되어 색감이 유지되지 못하는 것으로 나타났다.

또한, 실시예 1, 비교예 1 및 2에서는 도금 층의 형성에 의해 패턴 층이 벗겨지거나 번지는 현상이 전혀 없는 것으로 나타나 도금 층이 보호 층의 역할을 하는 것을 확인할 수 있었다.

비록 본 발명이 상기에 언급된 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims

스테인리스 판을 준비하는 단계;
상기 스테인리스 판에 자외선 경화형 잉크를 이용하여 패턴을 도포하는 단계;
상기 패턴을 경화하여 패턴 층을 형성하는 단계;
상기 스테인리스 판의 표면에 니켈 도금 층을 형성하는 단계;
를 포함하는 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법에 있어서,
상기 니켈 도금 층이 형성되기 전의 스테인리스 판에 대한 상기 니켈 도금 층이 형성된 스테인리스 판의 HSL 색좌표에 따른 명도(lightness) 감소율은 20% 이하인 것을 특징으로 하는 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법.
청구항 1에 있어서,
상기 니켈 도금 층의 두께는 0.1 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법.
청구항 1에 있어서,
상기 스테인리스 판에 형성된 상기 패턴 층에 의해 정보를 표시하는 것을 특징으로 하는 스테인리스 판의 컬러 패턴 형성방법.