KR20220041446A - 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판 - Google Patents

내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판 Download PDF

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윤혜정
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Abstract

내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판이 제공된다.
본 발명의 착색 Zn-Mg-Al 도금강판은, 소지강판; 상기 소지강판상에 형성된, 자체 중량%로 Mg: 1~2%, Al: 1~2%, 잔여 Zn 및 블가피한 불순물로 이루어진 Zn-Mg-Al 도금층; 및 상기 Zn-Mg-Al 도금층상에 형성된, 2~4㎛ 두께의 착색 도막층을 포함하고, 상기 착색 도막층은, 자체 중량%로, PUD수지 41~50%, Acryl Emulsion: 20~30%, 자외선 흡수제 및 안정제: 5~8%, 안료: 5~10%, WAX: 1~ 3%, 방청제: 1~5%, 기타 첨가제 6% 이하를 포함하여 조성됨을 특징으로 한다.

Description

내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판{Colored Zn-Mg-Al plated steel plate with excellent weatherability and UV stability}
본 발명은 건재 및 가전용 등으로 사용될 수 있는 표면 착색된 Zn-Mg-Al 도금강판의 관한 것으로, 보다 상세하게는 장기간 동안 안정된 색조를 유지하는 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판에 관한 것이다.
건재 및 가전용으로는 미소둔강판(Full Hard)에 도금 및 컬러공정을 거쳐 색상 및 디자인을 부여한 강판, 이른바 PCM 컬러강판이 통상적으로 사용되고 있다.
상기 PCM 컬러강판의 제조를 위해서는, 연속도금라인(CGL)에서 Full Hard를 베이스로 하는 도금강판을 제조하고, 이를 운송하여 칼라강판 설비(CCL)를 이용해 표면에 도장 처리까지 해야 하므로, 제조 특성상 공정수 및 운송비 증가가 수반된다는 문제점이 있다.
이에 따라 최근 상기 PCM 컬러강판의 경제성을 고려해 CGL라인의 후처리 공정에서 착색 도막을 형성한 착색도금강판을 개발하였다.
한편 미려한 외관을 중요시하는 PCM 컬러강판의 경우 일반적으로 색차 관리가 중요 Parameter에 속한다. 그런데 Zn-Mg-Al의 도금층을 갖는 착색도금강판의 경우, 내식성 향상을 목적으로 함유한 Mg의 영향으로 인해 시간 경과 시 도금층 표면 흑화 현상에 의한 소재의 색 변화가 표면에 드러나며 색차를 유발시켜 색차 관리가 용이하지 못하다는 문제가 있었다 .
따라서 본 발명은 건재 및 가전용 PCM 컬러강판과 유사한 표면 외관 및 시간 경과에 따른 색조 변화뿐만 아니라 공정 최소화를 통해 제조 비용이 절감된 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은,
소지강판;
상기 소지강판상에 형성된, 자체 중량%로 Mg: 1~2%, Al: 1~2%, 잔여 Zn 및 블가피한 불순물로 이루어진 Zn-Mg-Al 도금층; 및
상기 Zn-Mg--Al 도금층상에 형성된, 2~4㎛ 두께의 착색 도막층을 포함하고,
상기 착색 도막층은, 자체 중량%로, PUD수지 41~50%, Acryl Emulsion: 20~30%, 자외선 흡수제 및 안정제: 5~8%, 안료: 5~10%, WAX: 1~ 3%, 방청제: 1~5%, 기타 첨가제 6% 이하를 포함하여 조성됨을 특징으로 하는 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판에 관한 것이다.
상기 착색 도막층은 2500~3500㎎/㎡의 부착량으로 형성될 수 있다.
상기 표면 착색 도막층 형성을 위한 용액은, 상온 25℃기준 점도가 12~14sec, 비중이 1.04~1.08, 고형분이 22~ 28% 그리고 pH가 8~9인 것이 바람직하다.
상술한 구성의 본 발명에 따르면, CGL라인에서 열연강판을 산세, 압연하여 제조된 Full Hard의 일면 또는 양면 Zn-Mg-Al 도금층을 형성하고, CGL라인 후단의 후처리 COATER 설비에서 내후성 및 내광성 향상을 목적으로 첨가한 수지 및 안료 등을 함유한 용액을 도금층 표면에 적정량 도포하여 도막두께 2~4㎛의 착색 도막층을 형성함으로써, PCM 컬러강판 대비 미려한 표면 외관과 장기간에 걸쳐 색조 변화를 유지할 수 있는 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판을 효과적으로 제공할 수 있다.
도 1은 착색 도금강판의 단면을 나타내는 그림으로서, (a)는 종래 통상적인 컬러강판 제조공정을 거쳐 하도, 중도, 상도의 구조를 가진 컬러 PCM 강판을, 그리고 (b)는 본 발명에 따른 CGL라인 후단의 후처리 공정에서 착색 후처리 용액을 표면에 도포하여 착색 도막층이 형성된 착색 도금강판을 나타낸다.
이하, PUD, Acryl emulsion 수지와 고내후성 및 고내광성 안료를 포함하는 내후성이 우수한 본 발명의 착색 도막이 형성된 도금강판을 설명한다.
도 1은 착색 도금강판의 단면을 나타내는 그림으로서, (a)는 종래 하도, 중도, 상도의 구조를 가진 컬러 PCM 강판을, (b)는 본 발명에 따른 CGL라인 후단의 후처리 공정에서 착색 후처리 용액을 표면에 도포하여 착색 도막층을 나타낸다. 구체적으로, 도 1(a)에서 도면 부호 1은 소지강판, 3은 합금층, 5는 Zn-Mg-Al 도금층, 7은 하도(Primer), 9는 중도 그리고 13은 상도를 나타낸다. 그리고 도 1(b)에서 도면 부호 110은 소지강판, 130은 합금층, 150은 Zn-Mg-Al 도금층 그리고 170은 착색 도막층을 나타낸다.
도 1(b)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 착색 도금강판은 하도, 중도 및 상도로 이루어진 착색 도막층 구조를 갖는 종래 착색 도금강판에 비하여, 그 구조가 단순할 뿐만 아니라 이에 따른 생산성을 제고할 수 있다.
이러한 본 발명의 착색 도금강판은, 소지강판; 상기 소지강판상에 형성된, 자체 중량%로 Mg: 1~2%, Al: 1~2%, 잔여 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어진 Zn-Mg--Al 도금층; 및 상기 Zn-Mg-Al 도금층상에 형성된, 2~4㎛ 두께의 착색 도막층을 포함하고, 상기 착색 도막층은, 자체 중량%로, PUD수지 41~50%, Acryl Emulsion: 20~30%, 자외선 흡수제 및 안정제: 5~8%, 안료: 5~10%, WAX: 1~3%, 방청제: 1~5%, 기타 첨가제 6% 이하를 포함하여 조성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 착색 Zn-Mg-Al 도금강판은, CGL라인에서 압연 등을 통하여 제조된 Full Hard(즉,소지강판)의 일면 또는 양면에 Zn-Mg-Al 도금층을 형성하고, CGL라인 후단의 후처리 Coater 설비에서 착색 도막층을 형성할 수 있다.
먼저, 본 발명의 착색 도금강판은 소지강판을 포함한다. 본 발명에서는 이러한 소지강판으로서 통상의 열연강판 및 냉연강판을 사용할 수 있으며, 그 강 조성성분에 제한되지 않는다.
또한 본 발명의 착색 도금강판은, 상기 소지강판상에 형성된, 자체 중량%로 Mg: 1~2%, Al: 1~2%, 잔여 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어진 Zn-Mg-Al 도금층을 포함한다.
이러한 Zn-Mg-Al 도금층은 CGL라인에서 용융도금욕에 소지강판을 침지한 후, 배출시킴으로써 원하는 두께의 도금층을 확보할 수 있다. 이때, 사용될 수 있는 도금욕 조성은, 중량%로, Mg: 1~2%, Al: 1~2%, 잔여 Zn 및 기타 소지강판으로부터 용출된 Fe와 불가피한 불순물로 조성될 수 있다.
이때, 본 발명은 구체적인 용융도금층 형성방법에 제한되지 않으며, 잘 알려진 다양한 방법을 이용할 수 있다.
그리고 상기 Zn-Mg-Al 도금층을 형성을 위한 도금부착량을 양면기준 60~220g/㎡로 제어함이 바람직하다. 만일 도금부착량이 60g/㎡미만일 경우, Zn-Mg-Al 도금강판의 장점인 우수한 내식성의 물성을 만족하기 어렵다. 반면에 도금량이 220g/㎡을 초과할 경우, 과도한 도금량으로 인해 가공성이 열위해 질 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기 형성된 Zn-Mg-Al 도금층과 소지강판 사이에 형성된 합금층을 포함할 수도 있다. 이러한 합금층은 소지강판과 Zn-Mg-Al 도금층의 반응으로 형성된다.
또한 본 발명의 착색 도금강판은, 상기 Zn-Mg-Al 도금층상에 형성된 2~4㎛ 두께의 착색 도막층을 포함한다.
여기에서, 상기 착색 도막층은, 자체 중량%로, PUD수지 41~50%, Acryl Emulsion: 20~30%, 자외선 흡수제 및 안정제: 5~8%, 안료: 5~10%, WAX: 1~ 3%, 방청제: 1~5%, 기타 첨가제 6% 이하를 포함하여 조성된다.
본 발명의 착색 도막층은 내후성 및 내광성 향상을 위해, PUD, Acryl Emulsion 수지, 자외선 흡수제 및 안정제를 포함한다.
상기 PUD수지의 경우, 기준 미만으로 첨가 시 소재에 대한 부착력이 감소하며, 기준을 초과하여 함유될 경우, 내습 및 냉열 사이클에서 Blister 현상을 초래하게 된다. 그리고 Acryl Emulsion 수지의 경우, 기준 범위를 벗어나게 되면 입자 분포가 불균일해지며 저장성이 떨어질 수 있다.
상기 자외선 흡수제 및 안정제의 경우, UV-A 범위를 흡수하여 자외선에 의한 색상 변화를 막아준다. 하이드록시페닐트리아진계(Hydroxyphenyltriazine) 혹은 하이드로시페닐벤조트리아졸계(Hydroxyphenylbenzotriazole) 세바캐트계(Sebacat)등이 사용될 수 있으며, 기준 미만으로 첨가되면 칼라 변색 문제가 발생하고, 기준 초과로 첨가되면, 도료의 점도 상승으로 작업성이 떨어진다.
또한 본 발명의 착색 도막층은 안료를 포함한다.
상기 안료는 고내후성 및 고내광성의 CICPs(Complex Inorganic Color Pigments)계 안료를 사용한다. 색상에 따라 Cobalt Aluminate Blue, Chrome Anitmony Tianium Yellow 등을 사용하며, 5~10% 함유 시 첨가 안료 대비 색상 구현에 대한 효율성이 높다.
또한 본 발명의 착색 도막층은 PE 불소변성 WAX를 1~3% 범위로 함유할 수 있다. 만일 상기 PE 불소변성 WAX 함량이 1% 미만이면 가공 과정에서 표면마찰계수 증가로 인한 스크래치의 원인이 될 수 있으며, 3%를 초과하면 과도한 슬립성에 의한 가공 시 Roll이 헛돌아 미끄러지는 현상을 초래할 수 있다.
또한 본 발명의 착색 도막층은 방청제로서 Chromium 화합물을 1~5%를 포함할 수 있다. 상기 Chromium 화합물은 도금 표면과 도막 사이의 내식성 향상에 영향을 주며, 예컨대 Chromium trioxide나 Chromium oxide와 같은 Cr 화합물을 11~5% 함유시키는 것이 바람직하다. Cr 화합물의 함량이 1% 미만이면 내식성이 떨어져 방청제로서의 역할을 제대로 하지 못하며, 5%를 초과하면 내식성은 좋아지지만 도금강판 표면에 형성된 착색 도막에 Cr 성분 함량이 높아져 인체나 환경에 치명적이다.
나아가, 본 발명의 착색 도막층은 기포제거, 도료 안정성 및 작업성 등을 확보하기 위하여 첨가제를 이용할 수 있다. 예컨데, 기포제거를 위한 Polysiloxane, Polyestersiloxane과 같은 소포제와, 도료 안정성 및 작업성 확보를 위한 Titanium type의 금속 킬레이트제 등의 기타 첨가제를 이용할 수 있으며, 이들 첨가제의 총 함량은 6% 이하인 것이 목표하는 내식성, 내습성, 색상 등의 물성 발현에 유익한 영향을 줄 수 있다.
그리고 본 발명에서는 상기 착색 도막층의 두께는 2 내지 4㎛로 관리하는 것이 내식성, 가공성, 내후성 등의 목표하는 물성 구현을 위해 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 착색 도막층은 미려한 외관 및 색조 유지를 위해 그 부착량을 2500~3500㎎/㎡로 유지하는 것을 바람직하다. Mg 함유 용융아연도금강판의 경우 제품 특성상, 도금강판 제조상 발생하는 흑점(Black Spot)과 제조 후 발생하는 흑변(Darkening)등의 품질 이슈가 발생 가능한데, 이는 표면 착색 시 색조 변화 및 외관 불량의 문제를 야기시킨다. 보다 구체적으로, 흑점 발생의 경우 흑점 부위 주위에 도막 미형성으로 인한 외관 불량을 유발시킬 수 있으며, 흑변의 경우 베이스 메탈의 흑화 현상으로 인해 착색된 표면 또한 색조 변화가 관찰될 수 있다.
따라서 이점을 고려하여, 본 발명에서는 상기 착색 도막층의 부착량을 2500~3500㎎/㎡로 제한한다. 만일 해당 부착량이 기준 보다 낮을 시 소재 은폐성 저하로 인한 상기 품질 이슈의 발생 가능성이 높으며, 부착량이 기준 보다 높을 시 미건조로 인해 가공 과정 중 스크래치, 박리의 원인이 될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 표면 착색 도막층 형성을 위한 용액은, 상온 25℃기준 점도가 12~14sec, 비중이 1.04~1.08, 고형분이 22~ 28% 그리고 pH가 8~9인 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
(실시예 1)
소지 F/H(0.7tx1219㎜)표면에 중량%로 Al: 1.5 내지 1.8%, Mg:1.5% 내지 1.8%와 Zn 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 포함하는 도금층을 220g/㎡(양면 기준) 부하여 Zn-Mg-Al 도금강판을 제조하였다. 이어, 상기 Zn-Mg-Al 도금강판상에, 자체 중량%로, PUD수지 48%, Acryl Emulsion 27%, 자외선 흡수제 및 안정제 6%, CICPs(Complex Inorganic Color Pigments)계 안료 8%, WAX 2%, 방청제로서 Chromium 화합물 3%, 기타 소포제등 첨가제 6%를 포함하는 착색 용액을 하기 표 1과 같이, 부착량을 달리하여 도포함으로써 그 표면에 착색 도막층이 형선된 착색 Zn-Mg-Al 도금강판을 각각 제조하였다.
이렇게 제조된 각각의 착색 도금강판에 대하여 내식성, 내습성, 내후성 등 의 물성들을 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 한편 이때 구체적인 물성 평가 기준은 아래와 같으며, 평가는 치수 70x150㎜의 시편에 대하여 진행하였다.
(1)부착량
부착량은 생산 시 IRD 기기를 이용하여 평가하였고, 이후 습식 도막 부착량 분석법을 이용하여 재확인하였다.
(2)외관
외관은 후처리 Coater 설비의 롤로 인한 롤매 발생 유무로 평가하였다. 롤매는 작업방향 선상으로 발생하는데, 롤매의 선명도에 따라 육안 기준으로, ◎는 롤매 없음, ○는 일부 롤매 관찰(식별성 낮음), △는 롤매 관찰 되나 미세함, ×는 전면부 롤매 발생(식별성 높음)으로 평가했다.
(3)도막 밀착성
평판 밀착성은 CCT(Cross Cut Test)로 평가하였으며, 상기 평가법은 표면에 커터칼로 1mm 간격으로 교차되게 그어 눈금칸 100目을 만든 후, 3M 투명 테이프를 압착시켰다 수직방향으로 떼어내는 방법이다. 100目 중 박리 되지 않은 칸 수를 표기하였다.
가공부 밀착성은 상기 CCT 평가법에서 눈금칸 100目을 만들고 6mm Erichsen Test를 진행한 후 해당 부위에 3M 투명 테이프를 압착시키고 떼어내었을 때 박리되지 않은 칸 수를 표기하였다.
(4) 내식성
KS D 9502(염수분무시험)에 준거하여 500hrs 수행하며 백청 발생 유무를 관찰했다. ◎는 변화 없음, ○는 백청 면적 5％ 미만, △는 백청 면적 10％ 이상 50%미만, ×는 전면부 백청 발생을 나타낸다.
(5) 내후성
자외선 형광등 조사시험 500hrs 수행 후 색차 변화를 관찰하였다. ΔE≤3을 만족 시 ◎, ΔE가 4이하 시 ○, ΔE가 5이하 시 △, 그리고 ΔE가 6 이상 시 ×로 평가하였다.
(6) 내습성
50℃, 90% 환경에서 120Hrs 이후 색차계로 실험 전 후 측정값이 ΔE≤3을 만족 시 , ΔE가 4이하 , ΔE가 5이하 , ΔE가 6이상 으로 평가하였다.
상기 판단에서, 전체 기준에 준거하여 ◎는 우수, ○는 양호, △는 기준 미달 그리고 ×는 불량으로 판단하였다.
항목 부착량(㎎/㎡)
비교예1
2000		 발명예1
2500		 발명예2
3000		 발명예3
3500		 비교예2
4000
외관 △ ○ ○ ○ ○
도막 밀착성 평판 50/100 100/100 100/100 100/100 50/100
가공부 10/100 100/100 100/100 100/100 20/100
내식성 ○ ◎ ◎ ◎ ◎
내후성 △ ○(4.7) ○(3.7) ○(3.3) ○(3.2)
내습성 △ ◎ ◎ ◎ ◎
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 착색 도막 부착량이 2000㎎/㎡인 비교예 1은 평가 대부분 양호하지 못한 결과 값을 나타내고 있으며, 특히, 부착량 저하로 소재의 은폐성이 떨어져 내습성, 내후성 평가 후 베이스 메탈의 흑변 현상으로 인한 도금층 표면의 색 변화가 표면으로 드러나 색조 변화가 발생했다.
또한 부착량 4000㎎/㎡인 비교예 2는 부착량이 높이 올라가 Induction Oven 구간에서 미건조로 인한 도막층 형성이 올바르게 되지 않아 가공성이 떨어졌고, 그 외 항목의 평과 결과는 동등 수준임을 보여주고 있다.
이에 반하여, 부착량 2500 내지 3500㎎/㎡의 본 발명예 1-3의 경우 모두 양호하는 평가 결과를 보였으며, 목표로 한 미려한 표면 외관 및 장기간에 걸친 내후성이 모두 확보되었음을 알 수 있다.
(실시예 2)
상기 실시예 1에서 제조된 샘플과 동일 크기를 갖는 도금강판의 표면에 종래 CCL공정으로 자체 중량%로, 세라믹 수지 50%, 폴리에스테르수지 10%, 멜라민 수지 5%, 소포제 1%, 탄화수소계 용제 10%, Alcohol계 용제 7%, 및 조색제 7% 등을 포함하는 도료를 도장하여 도막 두께 3㎛의 PCM 컬러강판을 제조하였다. 이렇게 제조된 PCM 칼러강판의 샘플에 대한 외관, 도막 밀착성, 내식성, 내후성 및 내습성을 실시예 1과 같은 기준으로 평가하여, 그 결과를 실시예 1의 발명예 3과 대비하여 하기 표 2에 나타내었다.
항목 종래예 발명예3
외관 ◎ ○
도막 밀착성 평판 100/100 100/100
가공부 100/100100/100
내식성 ◎ ◎
내후성 ◎(2.74) ○(3.3)
내습성 ◎ ◎
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 종래 예와 비교하여 발명예3은 대부분의 항목에서는 모두 동등 수준임을 보여주고 있다. 보다 구체적으로, 본 발명예 3이 외관 및 내후성 항목에서 종래 예 대비 미세한 물성 저하가 관찰되었으나, 이는 크게 영향을 미치지 않는 수준이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 소지강판;
    상기 소지강판상에 형성된, 자체 중량%로 Mg: 1~2%, Al: 1~2%, 잔여 Zn 및 블가피한 불순물로 이루어진 Zn-Mg-Al 도금층; 및
    상기 Zn-Mg-Al 도금층상에 형성된, 2~4㎛ 두께의 착색 도막층을 포함하고,
    상기 착색 도막층은, 자체 중량%로, PUD수지 41~50%, Acryl Emulsion: 20~30%, 자외선 흡수제 및 안정제: 5~8%, 안료: 5~10%, WAX: 1~ 3%, 방청제: 1~5%, 기타 첨가제 6% 이하를 포함하여 조성됨을 특징으로 하는 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 착색 도막층은 2500~3500㎎/㎡의 부착량으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 Zn-Mg-Al 도금층은 양면기준 60~220g/㎡의 부착량으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 소지강판과 Zn-Mg-Al 도금층 사이에는 합금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 착색 도막층 형성을 위한 용액은, 상온 25℃기준 점도가 12~14sec, 비중이 1.04~1.08, 고형분이 22~ 28% 그리고 pH가 8~9인 것을 특징으로 하는 내후성 및 내광성이 우수한 착색 Zn-Mg-Al 도금강판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116239811A (zh) * 2023-03-03 2023-06-09 长沙荣思达科技有限公司 一种户外高耐候功能膜及制备方法

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