WO2015099498A1 - 발색 처리된 기재 및 이를 위한 기재의 발색 처리방법 - Google Patents

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WO2015099498A1
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정현주
유윤하
이정희
임옥희
조재동
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    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D

Definitions

  • the present invention relates to a color-treated substrate comprising magnesium and a method for color development of a substrate therefor.
  • Magnesium is a metal belonging to an ultra-light metal among practical metals, and has excellent wear resistance, is resistant to sunlight, and is environmentally friendly, but it is difficult to realize texture and various colors of metal.
  • the electrochemically extremely low metal is extremely active, if the color development is not performed, it is very quickly corroded in the air or in solution, and thus there are many difficulties in industrial application.
  • Patent No. 2011-0134769 proposes an anodic oxidation method in which gloss is applied to a surface of a substrate including magnesium by chemical polishing, and the surface is colored by anodizing the substrate in a basic electrolyte solution in which a pigment is dissolved.
  • the metal texture is realized on the surface of the substrate, but the metal texture is not inherent to magnesium, and it is difficult to realize various colors.
  • the color treatment is performed using the anodic oxidation method, not only an opaque oxide film is formed on the surface of the substrate, but also there is a problem in that it is not easy to implement a metal texture.
  • Another object of the present invention is to provide a method for treating color development of the substrate.
  • a matrix comprising magnesium; And a film formed on the matrix and containing a compound represented by the following Chemical Formula 1,
  • An average color coordinate deviation difference ( ⁇ L *, ⁇ a *, ⁇ b *) between each point provides a colored substrate that satisfies at least one condition of ⁇ L * ⁇ 0.6, ⁇ a * ⁇ 0.6, and ⁇ b * ⁇ 0.5:
  • M comprises one or more selected from the group consisting of Na, K, Mg, Ca and Ba,
  • n 1 or 2.
  • a method for treating color development of a substrate comprising immersing a matrix containing magnesium in a hydroxide solution.
  • the colored substrate according to the present invention can improve the homogeneity and corrosion resistance of the surface of the substrate by forming a film containing the compound represented by the formula (1) on the surface of the matrix containing magnesium, and uniformly color in a short time. Can be implemented. Therefore, the color-treated substrate can be usefully used in the field of electrical and electronic components such as building exterior materials, automobile interiors, especially mobile phone case parts using magnesium material.
  • 1 is an image showing a CIE color space.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a colored substrate including a film of a pattern structure.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a structure of a substrate including a pattern structure by further performing a step of immersion in a hydroxide solution before patterning on a matrix surface including magnesium.
  • A is a substrate having a immersion time of 10 minutes
  • B is a substrate having a immersion time of 170 minutes
  • C is a substrate having an immersion time of 240 minutes.
  • FIG. 5 is a photographic image of a substrate surface according to color development when corrosion resistance is evaluated in one embodiment: where A is a color untreated substrate and B is a color treated substrate.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a potentiodynamic polarization curve of a substrate according to color development and immersion time in one embodiment.
  • the terms "comprise” or “have” are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
  • color coordinates means coordinates in the CIE color space, which is a color value defined by the CIE (Communication International de l'Eclairage), and any position in the CIE color space is L *, a *, b * can be expressed as three coordinate values.
  • the a * value indicates whether the color with the corresponding color coordinates is pure red or pure green
  • the b * value indicates that the color with the corresponding color coordinates is pure yellow and It indicates which side is pure blue.
  • the a * value ranges from -a to + a
  • the maximum value of a * (a * max) represents pure magenta
  • the minimum value of a * (a * min) is pure green. (pure green).
  • the b * value ranges from -b to + b.
  • the maximum value of b * (b * max) represents pure yellow, and the minimum value of b * (b * min) represents pure blue.
  • a negative b * value means a pure yellow color
  • color deviation or “color coordinate deviation” means the distance between two colors in the CIE color space. That is, when the distance is far, the difference in color is great, and the distance is closer, which means that there is little difference in color, which can be expressed by ⁇ E * represented by Equation 5 below:
  • the "intentional pattern” means a shape that is deliberately and / or intentionally introduced into the surface according to the use of the substrate, wherein the shape has a form having no regularity and a form having regularity. It can contain everything.
  • the "wavelength conversion layer” is a layer for controlling the wavelength of the incident light by adjusting the reflection, refraction, scattering, diffraction, etc. of the light, and the light refracted and / or scattered in the film is additionally refracted in the top coat. And minimizing scattering and inducing light reflection to maintain the color developed by the film.
  • the unit “T” represents the thickness of the substrate including magnesium, and may be the same as the unit “mm”.
  • the present invention provides a color-treated substrate comprising magnesium and a method for color development of the substrate therefor.
  • the present invention proposes a color-treated substrate comprising magnesium according to the present invention and a method of treating the color of the substrate therefor.
  • the colored substrate according to the present invention can uniformly form a color within a short time by uniformly forming a film on the surface of the matrix containing magnesium, and can implement various colors according to the thickness of the formed film.
  • a matrix comprising magnesium; And a film formed on the matrix and containing a compound represented by the following Chemical Formula 1,
  • An average color coordinate deviation difference ( ⁇ L *, ⁇ a *, ⁇ b *) between each point provides a colored substrate that satisfies at least one condition of ⁇ L * ⁇ 0.6, ⁇ a * ⁇ 0.6, and ⁇ b * ⁇ 0.5:
  • M comprises one or more selected from the group consisting of Na, K, Mg, Ca and Ba,
  • n 1 or 2.
  • the color-treated substrate can satisfy two or more of the above conditions, and more specifically, all of the above conditions.
  • the color coordinates in the CIE color space for any three points present on the colored substrate according to the present invention were measured.
  • the color coordinate deviation satisfies all of the above conditions as ⁇ L * ⁇ 0.06, 0.23 ⁇ ⁇ a * ⁇ 0.31 and 0.01 ⁇ ⁇ b * ⁇ 0.21.
  • ⁇ E * derived from the measured values was 0.237 ⁇ ⁇ E * ⁇ 0.375, and it was confirmed that the deviation of the color coordinates was remarkably small. This means that the color of the color-treated magnesium according to the present invention is uniform (see Experimental Example 1).
  • the color embodied in the color-treated substrate is based on the principle of scattering and refraction of light incident on the surface, and is controlled on the surface of the substrate by controlling the scattering and refractive index of incident light through controlling the average thickness of the coating film uniformly formed on the surface of the substrate. Colors can be realized uniformly.
  • the matrix may be the same as the substrate before the color-treated substrate, and the matrix includes magnesium, and if the matrix can be used as a frame in the field of electrical and electronic products It is not limiting.
  • a magnesium substrate composed of magnesium; Stainless steel or titanium (Ti) substrate in the form of magnesium dispersed on the surface can be used.
  • the coating is not particularly limited in average thickness, but may be specifically 50 nm to 2 ⁇ m, more specifically 100 nm to 1 ⁇ m.
  • the coating may have a pattern structure that implements an intended pattern on a matrix containing magnesium, and the pattern may be implemented by an average thickness variation of the coating.
  • the coatings 102 and 202 include patterning regions 103 and 203 and non-patterning regions 104 and 204 of the coating.
  • the patterned regions 103 and 203 may have no thickness or a thin thickness on the matrix 101 and 201 to have a constant average thickness deviation from the non-patterned regions 104 and 204.
  • the pattern may be implemented due to the scattering and the refractive index difference of the incident light according to the average thickness deviation of the coating (102 and 202).
  • the average thickness deviation of the coating may satisfy the condition of Equation 1:
  • T 1 represents the film average thickness of the patterning area
  • T 2 represents the film average thickness of the non-patterned region.
  • the average thickness deviation of the coating may be 5 nm or more and less than 2.0 ⁇ m, more specifically, 5 nm to 100 nm; 50 nm to 0.5 ⁇ m; Or 0.5 ⁇ m or more and less than 2.0 ⁇ m.
  • the present invention can implement a pattern more medically by inducing a large color difference between the patterned area and the non-patterned area in the average thickness deviation range.
  • the color-treated substrate according to the present invention can be improved in corrosion resistance by including a film on the matrix.
  • the colored substrate may satisfy the following Equation 2 when evaluating corrosion resistance:
  • Corrosion Rate indicates the degree of corrosion of the color-treated substrate, measured by coincidence polarization test, at room temperature, 0.5 wt% saline, in mm / year.
  • the room temperature may be 25 ⁇ 2 °C.
  • the corrosion resistance of the substrate was evaluated by performing a polarization test at room temperature, 0.5% by weight saline on the colored substrate and the uncolored substrate.
  • the corrosion rate (Corr. Rate) was found to be 0.0004 to 0.0013 mm / year, while the corrosion degree of the untreated substrate was 0.4322 mm / year. From these results, it can be seen that the color-treated substrate according to the present invention has excellent corrosion resistance as compared with the color-untreated substrate by forming a film on the surface (see Experimental Examples 3 and 4).
  • the coating is not particularly limited as long as it can scatter and refract light incident on the surface.
  • the film is any one of sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and barium hydroxide (Ba (OH) 2 ). It may be more than, and more specifically may be magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ).
  • the film was found to have a 18.5 ⁇ 1.0 °, 38.0 ⁇ 1.0 °, 50.5 ⁇ 1.0 °, 58.5 ⁇ 1.0 °, a diffraction peak value of 62.0 ⁇ 1.0 ° and 68.5 ⁇ 1.0 ° is represented by 2 ⁇ .
  • the film formed on the surface of the substrate is composed of magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) having a brucite crystal form. From these results, it can be seen that the colored substrate according to the present invention contains magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) (see Experimental Example 2).
  • the colored substrate according to the present invention may further include a wavelength conversion layer and a top coat formed on the coating.
  • the wavelength converting layer may further minimize the refraction and scattering of the light refracted and / or scattered in the film, and may maintain the color developed by the film by inducing light reflection.
  • the wavelength conversion layer is aluminum (Al), chromium (Cr), titanium (Ti), gold (Au), molybdenum (Mo), silver (Ag), manganese (Mn), zirconium (Zr), palladium (Pd) ), Platinum (Pt), cobalt (Co), cadmium (Cd) or copper (Cu) may include one or more selected from the group consisting of metals and ions of the metal, specifically metal It may include chromium (Cr).
  • the metal may be in the form of metal particles, and may include various types of metal nitrides, metal oxides, metal carbides, and the like by reacting with nitrogen gas, ethane gas, oxygen gas, etc. during the wavelength conversion layer forming process.
  • the metal may be a continuous layer that is densely stacked on the film to completely cover the surface, or a discontinuous layer in which the metals are scattered on the film, but is not limited thereto.
  • the top coat may further include to improve scratch resistance and durability of the substrate surface including magnesium.
  • the clear coating agent forming the top coat is not particularly limited as long as it is a clear coating agent applicable to the metal coating. More specifically, a matte clear coating agent or a gloss / matte clear coating agent applicable to a metal coating is mentioned.
  • the color-treated substrate including the top coat may have a top coat peeling rate of 5% or less when evaluated at 35 ° C., 5 wt% saline spray treatment, and after 72 hours of adhesion evaluation.
  • a cross-cut tape test method was performed at 35 ° C., 5% saline, 72 hours later, on a colored treated substrate having a matt or glossy / matt topcoat.
  • the area of the peeled top coat was found to be 5% or less compared to the total area of the specimen. From these results, it can be seen that the substrate on which the top coat according to the present invention is formed has excellent adhesion between the color-treated substrate and the top coat (see Experimental Example 5).
  • a method for treating color development of a substrate comprising immersing a matrix containing magnesium in a hydroxide solution.
  • color can be realized by immersing a matrix containing magnesium in a hydroxide solution to uniformly form a film on the surface.
  • the hydroxide solution is not particularly limited as long as it is a solution containing a hydroxyl group (—OH group).
  • a solution in which one or more selected from the group consisting of NaOH, KOH, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 and Ba (OH) 2 is dissolved can be used.
  • the color development rate, color development and color uniformity according to the type of hydroxide solution was evaluated for the matrix containing magnesium.
  • the color development rate of the color is four times faster than in the case of using distilled water.
  • the color of the color developed on the surface is excellent, and the color to be implemented is uniform. From these results, it can be seen that when a solution in which a metal hydroxide such as NaOH is dissolved is used as a hydroxide solution, a film is formed on the surface of the matrix quickly and uniformly to realize color with excellent color development (see Experimental Example 1).
  • the manufacturing method according to the present invention can control the thickness of the film formed on the surface of the matrix according to the immersion conditions.
  • the matrix since the matrix has a different thermal conductivity according to the thickness, even if the thickness of the matrix is different, even if the matrix is immersed under the same conditions, the thickness of the film formed on the surface may be different. Therefore, it is preferable to control the thickness of the film by adjusting the immersion conditions according to the thickness of the matrix containing magnesium.
  • the concentration of the hydroxide solution is 1% to 80% by weight, more specifically 1% to 70% by weight; 5 wt% to 50 wt%; 10 wt% to 20 wt%; 1 wt% to 40 wt%; 30 wt% to 60 wt%; 15% to 45% by weight; 5 wt% to 20 wt%; Or 1% to 15% by weight.
  • the temperature of the hydroxide solution may be 90 °C to 200 °C, more specifically 100 °C to 150 °C, even more specifically 95 °C to 110 °C.
  • the immersion time may be 1 minute to 500 minutes, specifically 10 minutes to 90 minutes.
  • the present invention can implement various colors economically on the surface of the substrate in the above range, it is possible to prevent the reduction of the gloss inherent in the substrate due to the excessive increase in the film thickness.
  • the average thickness of the film formed on the surface of the substrate is increased, thereby changing the color developed on the surface.
  • the color implemented on the surface is switched according to the thickness of the film. Therefore, it can be seen that the color embodied on the surface of the substrate can be controlled by controlling the formation rate and average thickness of the coating film by adjusting the concentration, temperature and immersion time of the hydroxide solution immersing the matrix. (See Experimental Example 2) .
  • the concentration of the hydroxide solution satisfies the following Equations 3 and 4 independently of each other, and n may be performed by a method of an integer of 2 or more and 6 or less:
  • N 1 and N n refer to the concentration of the hydroxide solution in each step, and the unit is weight%.
  • the step of immersing in the hydroxide solution is a step of implementing a color by forming a film on the surface of the substrate containing magnesium, it is possible to adjust the color developed by controlling the thickness of the formed film.
  • the concentration of the hydroxide solution to immerse the matrix N 1 to N n specifically N 1 to N 6 ; N 1 to N 5 ; N 1 to N 4 ; N 1 to N 3 ;
  • the concentration of the hydroxide solution to immerse the matrix N 1 to N n specifically N 1 to N 6 ; N 1 to N 5 ; N 1 to N 4 ; N 1 to N 3 ;
  • fine color differences of colors implemented on the surface may be adjusted.
  • the step of immersing in the hydroxide solution may further comprise any one or more of the step of rinsing.
  • the surface pretreatment is a step of removing the contaminants remaining on the surface or polishing by treating the surface with an alkaline cleaning liquid before forming a film on the matrix.
  • the alkali cleaning liquid is not particularly limited as long as it is commonly used in the art for cleaning the surface of the metal, metal oxide or metal hydroxide.
  • the polishing may be performed by buffing, polishing, blasting or electropolishing, but is not limited thereto.
  • the film formation rate can be controlled by changing the surface energy and / or surface state of the surface, specifically, the microstructure of the surface. . That is, in the case of the matrix in which polishing has been performed, even if the coating is formed under the same conditions as the matrix in which polishing is not performed, the thickness of the coating formed on the surface of the matrix may be different, and thus, the color developed on the surface may be different. Can be.
  • the patterning is a step of inducing a patterned film to be formed when the hydroxide solution is immersed by patterning the matrix surface with a masking film before immersing the matrix in the hydroxide solution.
  • the patterning region 103 patterned with the masking film according to the patterning step does not form a film when the hydroxide solution is immersed, and the non-patterning region 104 is not patterned with the masking film. Since a silver film is formed and an average thickness deviation of the film is generated between them, a pattern can be realized due to a color difference generated on the surface.
  • the 'patterning region 203' also relatively compared to the 'non-patterning region 204'
  • a thin film may form a color by forming a film.
  • the color developed in the 'patterned region 203' may be different from the color of the 'non-patterned region 204'.
  • the masking film is not particularly limited as long as it is a masking film that can be patterned on the surface of the matrix, and specifically, when performing the step of dipping in a hydroxide solution, a releaseable heat-dissipating film having resistance to heat applied may be used.
  • the rinsing step is a step of removing the hydroxide solution remaining on the surface by rinsing the surface of the matrix after forming the film on the matrix, specifically after immersing the matrix in the hydroxide solution. In this step, it is possible to prevent the formation of additional film by the residual hydroxide solution by removing the hydroxide solution remaining on the matrix surface.
  • Specimens containing 1 cm ⁇ 1 cm ⁇ 0.4 T of magnesium were degreased by dipping in an alkaline cleaning solution, and the degreased specimens were immersed in 100 ° C., 10 wt.% NaOH solution for 40 minutes. Thereafter, the specimen was rinsed with distilled water and dried in a drying oven to prepare a color treated specimen.
  • Example 1 except that the magnesium specimen was immersed in 100 ° C., 10 wt.% NaOH solution for 40 minutes instead of 40 minutes, the same procedure as in Example 1 was carried out to prepare a yellow colored specimen. .
  • Example 1 Except for immersing the magnesium specimen in 100 °C, 10% by weight NaOH solution for 40 minutes in Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1 except for immersing for 55 minutes to prepare a purple colored specimen .
  • Example 1 Except for immersing the magnesium specimen in 100 °C, 10 wt% NaOH solution for 40 minutes in Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1 except for immersing for 80 minutes to prepare a green color-treated specimen .
  • a specimen containing 4 cm ⁇ 7 cm ⁇ 0.4 T of magnesium was degreased by dipping in an alkaline cleaning solution, and a masking film was attached to the degreased specimen. Thereafter, it was immersed in 100 ° C, 10 wt% NaOH solution for 20 minutes, rinsed with distilled water, and then dried in a drying oven to prepare a patterned color specimen. When the specimen was visually observed, it could be seen that the pattern was patterned on the surface.
  • Specimens containing 1 cm ⁇ 1 cm ⁇ 0.4 T of magnesium were degreased by dipping in an alkaline cleaning solution, and the degreased specimens were immersed in 100 ° C. and 10 wt.% NaOH solution for 50 minutes. Thereafter, the specimen was rinsed with distilled water, dried, coated with a liquid matt clear paint on the dried specimen, and dried at 120 ° C.-150 ° C. to prepare a matte clear coated specimen. At this time, the thickness of the coated matt clear is 5 ⁇ m or less.
  • Example 6 Except for immersing the magnesium specimen in 100 °C, 10% by weight NaOH solution for 50 minutes in Example 6 was carried out in the same manner as in Example 6 to prepare a matte clear coated color development specimen .
  • Example 6 Except for using the matte clear coating in Example 6, except that the glossy / matte clear coating was carried out in the same manner as in Example 6 to prepare a glossy / matte clear coated color specimens.
  • Example 1 instead of immersing the magnesium specimen in 100 °C, 10 wt% NaOH solution for 40 minutes in Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1 except for immersing in 100 °C, distilled water for the time shown in Table 1 To prepare a color-treated specimen.
  • Example 1 The color development power of the color-treated specimens prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was visually evaluated. Further, for the specimens of Examples 2 to 4 and Comparative Example 3, an arbitrary three point A to C present on each surface is selected, and the color coordinates in the CIE color space for the selected point are measured and averaged. The color coordinate deviation was calculated. In this case, the color coordinate deviation ⁇ E * was derived using Equation 5 below, and the results are shown in Table 2 below.
  • the specimens treated with NaOH aqueous solution as the hydroxide solution was the specimen using distilled water as the hydroxide solution.
  • the color development speed of the specimens was high. More specifically, the specimen of Example 1 treated with aqueous NaOH solution maintained the silver color, which is the color of the specimen, after 10 minutes of soaking, but after 30 minutes, it was found that yellow color developed.
  • the specimen of Comparative Example 1 which had an elapsed time of 40 minutes in the specimens of Comparative Examples 1 to 3 treated with distilled water, showed a slight difference in color compared to the untreated substrate due to a slight amount of color change on the surface.
  • the color of the specimen treated with NaOH aqueous solution color is uniform. More specifically, the specimen of Example 2, which was treated with NaOH aqueous solution, had color coordinate deviations of ⁇ L * ⁇ 0.06, 0.23 ⁇ ⁇ a * ⁇ 0.31, 0.01 ⁇ ⁇ b * ⁇ 0.21, and 0.237 for any three points present on the specimen. It was found that ⁇ E * ⁇ 0.375. In addition, the specimens of Examples 3 and 4 also had a color coordinate deviation of 0.02 ⁇ L * ⁇ 0.24, 0.09 ⁇ a * ⁇ 0.44, 0.03 ⁇ b * ⁇ 0.47 and 0.271 ⁇ E * ⁇ 0.630. Confirmed. However, in the specimen of Comparative Example 3, the color coordinate deviation was 2.25 ⁇ L * ⁇ 2.88, 0.79 ⁇ a * ⁇ 1.01, 3.11 ⁇ b * ⁇ 3.23 and 3.919 ⁇ E * ⁇ 4.40.
  • the color development of the substrate containing magnesium is not only effective in immersing it in a hydroxide solution containing NaOH, KOH, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2, etc. It can be seen that the color developed is also uniform.
  • Specimens containing 1 cm ⁇ 1 cm ⁇ 0.4 T of magnesium were degreased by dipping in an alkaline cleaning solution, and the degreased specimens were immersed in 100 ° C. and 10% by weight aqueous NaOH solution for 240 minutes. At this time, immediately after the specimen was immersed in an aqueous NaOH solution, the color developed at intervals of 5 to 10 minutes was visually evaluated. In addition, X-ray diffraction analysis and transmission electron microscopy (TEM) of the coating were performed on the specimen at 10, 170, and 240 minutes after immersion to confirm the composition and thickness of the coating formed on the surface of the specimen. It was. The results are shown in FIG.
  • the colored substrate according to the present invention was found to have a different color to develop depending on the time of immersion in the hydroxide solution. More specifically, when the uncolored silver specimen is immersed in the hydroxide solution, the color develops sequentially yellow, orange, red, purple, indigo and green after 30 minutes, and the color change is constant over time. It was found to have a cycle and repeat.
  • the average thickness of the film increases to about 200 nm, 600 nm and 900 nm, respectively, as the immersion time elapses.
  • the colored substrate according to the present invention is colored by including a film containing magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ).
  • Mg (OH) 2 magnesium hydroxide
  • the color-treated substrate according to the present invention is significantly improved corrosion resistance. More specifically, the untreated specimen was deteriorated due to salt corrosion and the specimen surface was not uniform even with the naked eye. On the other hand, in the color-treated test sample of Example 4 having a film formed on the surface, only a slight degree of discoloration proceeded, it was confirmed that surface deformation of the test piece was not generated but uniform.
  • the base material treated with the color development according to the present invention improves corrosion resistance by forming a film on the surface.
  • the density is 1.738 g / cm 3 .
  • the colored substrate according to the present invention is excellent in corrosion resistance.
  • the colored specimens had a corrosion degree of about 0.0004 to 0.0013 mm / yr. (Corr. Rate) and the corrosion degree gradually decreased as the color development time increased.
  • the corrosion degree was about 0.4322 mm / yr, and the corrosion degree was about 330 times higher than that of the color treated specimens.
  • the film formed on the surface of the color-treated substrate not only realizes color on the surface, but also plays a role in preventing corrosion of the matrix including magnesium.
  • Example 6 and Example 8 the experiment was performed under the same conditions as in Experimental Example 3 on the top coat-formed colored specimens, but after 72 hours of saline spraying, the surface corrosion resistance of the specimen; And the adhesion between the colored substrate and the top coat formed on the surface.
  • the adhesion was evaluated by the cross-cut tape test method. More specifically, after cutting the horizontal and vertical lines of 1 mm intervals cross each other using a knife on the coated top coat, the tape is firmly attached to the intersection of the horizontal and vertical lines, and the entire specimen is quickly peeled off. The adhesion was evaluated by measuring the area of the peeled top coat with respect to the area.
  • the color coated substrate having the top coat formed according to the present invention has excellent corrosion resistance and excellent adhesion between the color coated substrate and the top coat. More specifically, the specimens of Examples 6 and 8, in which matt or glossy / matt topcoats were formed, did not show surface deformation due to corrosion even after 72 hours of salt-free water. In addition, as a result of evaluation of adhesion to the specimens subjected to the corrosion resistance test, it was confirmed that the area of the top coat peeled off the tape is 5% or less of the total area of the top coat.
  • the color coated substrate having the top coat formed according to the present invention not only has excellent corrosion resistance, but also has excellent adhesion between the color treated substrate and the top coat.
  • the colored substrate according to the present invention the matrix containing magnesium is immersed in the hydroxide solution containing NaOH, KOH, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 and the like on the surface
  • the hydroxide solution containing NaOH, KOH, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 and the like on the surface
  • the color-treated substrate can be usefully used in the field of electrical and electronic components such as building exterior materials, automobile interiors, especially mobile phone case parts using magnesium material.
  • the colored substrate according to the present invention can improve the homogeneity and corrosion resistance of the surface of the substrate by forming a film containing the compound represented by the formula (1) on the surface of the matrix containing magnesium, and uniformly color in a short time. Can be implemented. Therefore, the color-treated substrate can be usefully used in the field of electrical and electronic components such as building exterior materials, automobile interiors, especially mobile phone case parts using magnesium material.

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Abstract

본 발명은 발색 처리된 기재 및 이를 위한 기재의 발색 처리방법에 관한 것으로, 상기 기재는, 기재 표면의 균질성 및 내식성을 향상시킬 수 있으며, 짧은 시간 내에 색상을 균일하게 구현할 수 있다. 따라서, 상기 발색 처리된 기재는, 마그네슘 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 폰 케이스 부품 등의 전기, 전자 부품재료 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

발색 처리된 기재 및 이를 위한 기재의 발색 처리방법
본 발명은 마그네슘을 포함하는 발색 처리된 기재 및 이를 위한 기재의 발색 처리방법에 관한 것이다.
마그네슘은 실용금속 중 초경량 금속에 속하는 금속으로, 내마모성이 우수하고, 햇빛에 강하며, 환경 친화적이나, 금속의 질감 및 다양한 색상구현이 어려운 문제가 있다. 또한, 전기화학적으로 가장 낮은 금속으로 극히 활성적이기 때문에 발색 처리가 이루어지지 않을 경우, 대기 중이나 용액 중에서 매우 빠르게 부식되므로, 산업에 응용하기엔 많은 어려움이 있다.
최근 산업 전반의 경량화 추세로 인하여 마그네슘 산업이 주목받고 있는 가운데, 모바일 폰 케이스 부품 등의 전기, 전자 부품재료 분야에서 금속 질감 외장재가 트렌드가 되면서 마그네슘의 이러한 문제점을 개선하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
그 결과, 대한민국 공개특허 제2011-0016750호는 마그네슘 합금으로 이루어진 기재의 표면에 금속 질감 구현 및 내부식성 확보를 위하여 금속 함유 물질을 건식 코팅한 후 졸겔 코팅하는 PVD-졸겔법을 제시하였으며, 대한민국 공개특허 제2011-0134769호는 화학 연마를 이용하여 마그네슘을 포함하는 기재의 표면에 광택을 부여하고, 안료가 용해된 염기성 전해액에 상기 기재를 양극 산화시켜 표면을 발색시키는 양극 산화법을 제시하였다.
그러나, 상기 PVD-졸겔법의 경우 기재 표면에 금속 질감은 구현되나, 마그네슘 고유의 금속질감이 아니며, 다양한 색상을 구현하기 어렵다는 문제가 있다. 또한, 양극 산화법을 이용하여 발색 처리할 경우, 기재 표면에는 불투명한 산화막이 형성될 뿐만 아니라, 금속 고유의 금속질감을 구현이 용이하지 않은 문제가 있다.
따라서, 마그네슘을 포함하는 기재의 실용화를 위해서는 상기 기재의 표면을 화학적, 전기화학적 또는 물리적으로 처리하여 내식 저항성을 향상시킴과 동시에 표면에 원하는 색상을 구현할 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있다.
이러한 상기 문제를 해결하기 위하여,
본 발명의 목적은 마그네슘을 포함하는 발색 처리된 기재를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 기재의 발색 처리방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 하나의 실시예에서,
마그네슘을 포함하는 매트릭스; 및 상기 매트릭스 상에 형성되고, 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 함유하는 피막을 포함하며,
상기 피막 상에 존재하는 임의의 영역(가로 1 cm 및 세로 1 cm)에 포함되는 임의의 3점은,
각 점들간의 평균 색좌표 편차차(ΔL*, Δa*, Δb*)가 ΔL*＜0.6, Δa*＜0.6 및 Δb*＜0.5 중 하나 이상의 조건을 만족하는 발색 처리된 기재를 제공한다:
[화학식 1]
M(OH)m
상기 화학식 1에서,
M은 Na, K, Mg, Ca 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
m은 1 또는 2이다.
또한, 본 발명은 다른 하나의 실시예에서,
마그네슘을 포함하는 매트릭스를 수산화 용액에 침지하는 단계를 포함하는 기재의 발색 처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발색 처리된 기재는, 마그네슘을 포함하는 매트릭스의 표면에 화학식 1로 나타내는 화합물을 함유하는 피막을 형성함으로써, 기재 표면의 균질성 및 내식성을 향상시킬 수 있으며, 짧은 시간 내에 색상을 균일하게 구현할 수 있다. 따라서, 상기 발색 처리된 기재는, 마그네슘 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 폰 케이스 부품 등의 전기, 전자 부품재료 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 CIE 색공간을 도시한 이미지이다.
도 2는 패턴 구조의 피막을 포함하는 발색 처리된 기재의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 마그네슘을 포함하는 매트릭스 표면에 패터닝하기 이전에, 수산화 용액에 침지하는 단계를 더 수행하여 패턴 구조를 포함하는 기재의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 하나의 실시예에서, 투과전자현미경을 이용하여 침지시간에 따른 피막의 두께를 측정한 이미지이다: 이때, A는 침지시간이 10분인 기재이고, B는 침지시간이 170분인 기재이며, C는 침지시간이 240분인 기재이다.
도 5는 하나의 실시예에서, 내부식성 평가 시, 발색 처리여부에 따른 기재 표면을 사진 촬영한 이미지이다: 이때, A는 발색 미처리된 기재이고, B는 발색 처리된 기재이다.
도 6은 하나의 실시예에서, 발색 처리 여부 및 침지시간에 따른 기재의 동전위분극 곡선(potentiodynamic polarization curve)을 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서, "색좌표"란, CIE(국제조명위원회, Commossion International de l'Eclairage)에서 규정한 색상 값인 CIE 색공간에서의 좌표를 의미하며, CIE 색공간에서의 임의의 위치는 L*, a*, b* 3가지 좌표값으로 표현될 수 있다.
여기서, L* 값은 밝기를 나타내는 것으로 L*=0 이면 흑색(black)을 나타내며, L*=100 이면 백색(white)을 나타낸다. 또한, a* 값은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 적색(pure magenta)과 순수한 녹색(pure green) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타내며, b* 값은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 황색(pure yellow)과 순수한 청색(pure blue) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타낸다.
구체적으로, 상기 a* 값은 -a 내지 +a의 범위를 가지며, a*의 최대값(a* max)은 순수한 적색(pure magenta)을 나타내며, a*의 최소값(a* min)은 순수한 녹색(pure green)을 나타낸다. 예를 들어, a* 값이 음수이면 순수한 녹색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 적색에 치우친 색상을 의미한다. a*=80와 a*=50를 비교하였을 때, a*=80이 a*=50보다 순수한 적색에 가깝게 위치함을 의미한다. 이와 더불어, 상기 b* 값은 -b 내지 +b의 범위를 가진다. b*의 최대값(b* max)은 순수한 황색(pure yellow)을 나타내며, b*의 최소값(b* min)은 순수한 청색(pure blue)을 나타낸다. 예를 들어, b* 값이 음수이면 순순한 황색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 청색에 치우친 색상을 의미한다. b*=50와 b*=20를 비교하였을 때, b*=80이 b*=50보다 순수한 황색에 가깝게 위치함을 의미한다.
또한, 본 발명에서, "색편차" 또는 "색좌표 편차"란, CIE 색공간에서의 두 색간의 거리를 의미한다. 즉, 거리가 멀면 색상의 차이가 크게 나는 것이고 거리가 가까울수록 색상의 차이가 거의 없다는 것을 의미하며, 이는 하기 수학식 5로 나타내는 ΔE*로 표시할 수 있다:
[수학식 5]
Figure PCTKR2014012920-appb-I000001
나아가, 본 발명에서, "의도된 문양"이란, 기재의 용도에 따라 표면에 계획적 및/또는 고의적으로 도입되는 모양을 의미하며, 이때 상기 모양은 규칙성을 갖지 않는 형태와 규칙성을 갖는 형태를 모두 포함할 수 있다.
이와 더불어, 본 발명에서 "파장변환층"이란, 광의 반사, 굴절, 산란, 회절 등을 조절하여 입사되는 광의 파장을 제어하는 층으로서, 피막에서 굴절 및/또는 산란된 광이 추가적으로 탑코트에서 굴절 및 산란하는 것을 최소화시키고, 광반사를 유도함으로써 피막에 의해 발색된 색상을 유지하는 역할을 수행할 수 있다.
마지막으로, 본 발명에서, 단위 "T"는, 마그네슘을 포함하는 기재의 두께를 나타내는 것으로서, 단위 "mm"와 동일할 수 있다.
본 발명은 마그네슘을 포함하는 발색 처리된 기재 및 이를 위한 기재의 발색 처리방법을 제공한다.
종래, 마그네슘을 포함하는 소재에 색상을 구현하는 방법으로는 금속 함유 물질이나 안료 등을 이용하여 소재 표면을 코팅하는 PVD-졸겔법, 양극 산화법 등이 알려져 있다. 그러나, 상기 방법들은 기재의 내구성을 감소시킬 수 있다. 또한, 소재 표면에 색상을 균일하게 구현하기 어려우며, 코팅되는 피막층이 쉽게 박리되어 신뢰성을 만족시키지 못하는 문제점이 있다. 특히, 상기 방법들은 금속 고유의 금속질감이 구현하지 못하므로, 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기·전자 부품소재 분야에서 활용이 어려운 문제가 있다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해서, 본 발명은 본 발명에 따른 마그네슘을 포함하는 발색 처리된 기재 및 이를 위한 기재의 발색 처리방법을 제안한다.
본 발명에 따른 발색 처리된 기재는 마그네슘을 포함하는 매트릭스 표면에 피막을 균일하게 형성시킴으로써 짧은 시간 내에 색상을 균일하게 구현할 수 있으며, 형성된 피막의 두께에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있다. 이와 더불어, 기재 표면의 균질성 및 내식성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 하나의 실시예에서,
마그네슘을 포함하는 매트릭스; 및 상기 매트릭스 상에 형성되고, 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 함유하는 피막을 포함하며,
상기 피막 상에 존재하는 임의의 영역(가로 1 cm 및 세로 1 cm)에 포함되는 임의의 3점은,
각 점들간의 평균 색좌표 편차차(ΔL*, Δa*, Δb*)가 ΔL*＜0.6, Δa*＜0.6 및 Δb*＜0.5 중 하나 이상의 조건을 만족하는 발색 처리된 기재를 제공한다:
[화학식 1]
M(OH)m
상기 화학식 1에서,
M은 Na, K, Mg, Ca 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
m은 1 또는 2이다.
구체적으로는 상기 발색 처리된 기재는, 상기 조건 중 2 이상을 만족시킬 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 조건을 모두 만족시킬 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재 상에 존재하는 임의의 3점에 대한 CIE 색공간에서의 색좌표를 측정하였다. 그 결과, 색좌표 편차는 ΔL*<0.06, 0.23≤Δa*<0.31 및 0.01≤Δb*<0.21로 상기 조건을 모두 만족하였다. 또한, 상기 측정값들로부터 도출되는 ΔE*는 0.237≤ΔE*<0.375로 색좌표의 편차가 현저히 적은 것으로 확인되었다. 이는 본 발명에 따른 발색 처리된 마그네슘의 색상이 균일한 것을 의미한다(실험예 1 참조).
상기 발색 처리된 기재에 구현되는 색상은 표면에 입사되는 빛의 산란 및 굴절 원리를 이용한 것으로서, 기재 표면에 균일하게 형성된 피막의 평균 두께 조절을 통하여 입사광의 산란 및 굴절률을 제어함으로써 기재 표면에 의도한 색상을 균일하게 구현할 수 있다.
이때, 상기 매트릭스는 발색 처리된 기재가 발색 처리되기 이전의 기재와 동일할 수 있으며, 상기 매트릭스로는 마그네슘을 포함하고, 전기·전자 제품소재 분야에서 프레임으로 사용될 수 있는 것이라면 그 종류나 형태를 특별히 제한하는 것은 아니다. 하나의 예로서, 마그네슘으로 구성되는 마그네슘 기재; 표면에 마그네슘이 분산된 형태의 스테인레스강 또는 티타늄(Ti) 기재 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 피막은 평균 두께를 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 50 nm 내지 2 μm, 보다 구체적으로는 100 nm 내지 1 μm일 수 있다.
나아가, 상기 피막은, 마그네슘을 포함하는 매트릭스 상에 의도된 문양을 구현하는 패턴 구조를 가질 수 있으며, 상기 문양은 피막의 평균 두께 편차에 의해 구현될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 피막(102 및 202)은 패터닝 영역(103 및 203)의 경우, 피막의 패터닝 영역(103 및 203)과 비패터닝 영역(104 및 204)을 포함하며, 상기 패터닝 영역(103 및 203)은 매트릭스(101 및 201) 상에 피막이 형성되지 않거나 얇은 두께로 형성되어 비패터닝 영역(104 및 204)과 일정한 평균 두께 편차를 가질 수 있다. 이때, 상기 문양은 피막(102 및 202)의 평균 두께 편차에 따른 입사광의 산란 및 굴절률 차이로 인하여 구현될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 피막의 평균 두께 편차는 하기 수학식 1의 조건을 만족할 수 있다:
[수학식 1]
5 nm ≤│T1-T2│〈 2.0 μm
상기 수학식 1에서,
T1은 패터닝 영역의 피막 평균 두께를 나타내고,
T2는 비패터닝 영역의 피막 평균 두께를 나타낸다.
구체적으로, 상기 피막의평균 두께 편차는 5 nm 이상 2.0 μm 미만일 수 있으며, 보다 구체적으로는, 5 nm 내지 100 nm; 50 nm 내지 0.5 μm; 또는 0.5 μm 이상 2.0 μm 미만일 수 있다. 본 발명은 상기 평균 두께 편차 범위에서, 패터닝 영역과 비패터닝 영역의 큰 색상차를 유도하여 보다 료과적으로 문양을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재는, 매트릭스 상에 피막을 포함함으로써 내부식성이 향상될 수 있다. 구체적으로, 상기 발색 처리된 기재는 내부식성 평가 시 하기 수학식 2를 만족할 수 있다:
[수학식 2]
부식도(Corr. Rate)≤ 0.01
상기 수학식 2에서,
부식도(Corr. Rate)는 상온, 0.5중량% 염수에서 동전위분극실험으로 측정된 발색 처리된 기재의 부식 정도를 나타내고, 단위는 mm/year이다. 여기서, 상온은 25±2℃ 일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 발색 처리된 기재와 발색 미처리된 기재를 대상으로, 상온, 0.5중량% 염수에서의 동전위분극시험을 수행하여 기재의 내식성을 평가하였다. 그 결과, 발색 처리된 기재의 경우, 부식도(Corr. Rate)는 0.0004 내지 0.0013 mm/year인 반면, 발색 미처리된 기재의 부식도는 0.4322 mm/year인 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재는 표면에 피막을 형성함으로써 발색 미처리된 기재와 대비하여 우수한 내부식성을 갖는 것을 알 수 있다(실험예 3 및 4 참조).
이때, 상기 피막은 표면에 입사되는 광을 산란 및 굴절시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 피막은, 소듐 수산화물(NaOH), 포타슘 수산화물(KOH), 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2), 칼슘 수산화물(Ca(OH)2) 및 바륨 수산화물(Ba(OH)2) 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로는 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2)일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 발색 처리된 기재에 포함된 피막의 X선 회절 분석을 수행하였다. 그 결과, 상기 피막은, 2θ로 표시되는 18.5±1.0°, 38.0±1.0°, 50.5±1.0°, 58.5±1.0°, 62.0±1.0° 및 68.5±1.0°의 회절 피크값을 갖는 것으로 확인되었다. 이는 기재 표면에 형성된 피막이 브루사이트(brucite) 결정형을 갖는 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2)로 구성됨을 의미한다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재는 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2)을 포함하는 것을 알 수 있다(실험예 2 참조).
또한, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재는 피막 상에 형성된 파장변환층 및 탑코트를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 파장변환층으로는 피막에서 굴절 및/또는 산란된 광이 추가적으로 탑코트에서 굴절 및 산란하는 것을 최소화시키고, 광반사를 유도함으로써 피막에 의해 발색된 색상을 유지할 수 있다면 그 종류나 형태는 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 파장변환층은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd) 또는 구리(Cu)를 포함하는 금속 및 상기 금속의 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 금속인 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속은, 금속 입자의 형태를 가질 수 있으며, 파장변환층 형성과정에서 질소 가스, 에탄 가스, 산소 가스 등과 반응하여 금속 질화물, 금속 산화물, 금속 탄화물 등의 다양한 형태를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 금속들이 피막 상에 빽빽하게 적층되어 표면을 완전히 덮는 연속층, 또는 피막 상에 금속들이 흩뿌려진 형태의 불연속층일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탑코트는 마그네슘을 포함하는 기재 표면의 내스크래치성 및 내구성을 향상시키기 위하여 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 탑코트를 형성하는 클리어 코팅제는 금속코팅에 적용 가능한 클리어 코팅제의 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 보다 구체적으로, 금속 코팅에 적용 가능한 무광 클리어 코팅제 또는 유광/무광 클리어 코팅제 등을 들 수 있다.
상기 탑코트를 포함하는 발색 처리된 기재는, 35℃, 5중량% 염수분무 처리하고, 72시간 경과 후 밀착성 평가하였을 경우, 5% 이하의 탑코트 박리율을 가질 수 있다.
하나의 실시예에서, 무광 또는 유광/무광 탑코트가 형성된 발색 처리된 기재를 대상으로 35℃, 5% 염수분무하고, 72시간 경과 후 크로스-컷 테이프 테스트 방법을 수행하였다. 그 결과, 박리된 탑코트의 면적은 시편 전체 면적과 대비하여 5% 이하인 것을 나타났다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 탑코트가 형성된 상기 기재는 발색 처리된 기재와 탑코트 사이의 밀착력이 우수한 것을 알 수 있다(실험예 5 참조).
한편, 본 발명은 다른 하나의 실시예에서,
마그네슘을 포함하는 매트릭스를 수산화 용액에 침지하는 단계를 포함하는 기재의 발색 처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 기재의 발색 처리방법은 마그네슘을 포함하는 매트릭스를 수산화 용액에 침지하여 표면에 피막을 균일하게 형성함으로써 색상을 구현할 수 있다.
이때, 상기 수산화 용액으로는, 수산화기(-OH기)를 포함하는 용액이라면 특별히 제한되지 않다. 구체적으로, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 및 Ba(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 용해된 용액을 사용할 수 있다.
하나의 실시예에서, 마그네슘을 포함하는 매트릭스를 대상으로 수산화 용액의 종류에 따른 발색속도, 발색력 및 색상 균일도를 평가하였다. 그 결과, 수산화 용액으로 NaOH가 용해된 수용액을 사용한 경우, 증류수를 사용한 경우와 대비하여 색상의 발색 속도가 4배 이상 빠른 것으로 확인되었다. 또한, 표면에 발색되는 색상의 발색력이 우수하고, 구현되는 색상이 균일한 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터, 수산화 용액으로서 NaOH 등의 금속 수산화물이 용해된 용액을 사용한 경우, 매트릭스 표면에 피막이 빠르고 균일하게 형성하여 뛰어난 발색력으로 색상을 구현할 수 있음을 알 수 있다(실험예 1 참조).
또한, 본 발명에 따른 제조방법은 침지조건에 따라 매트릭스 표면에 형성되는 피막의 두께를 제어할 수 있다. 여기서, 상기 매트릭스는 두께에 따라 열전도량이 상이하므로, 매트릭스의 두께가 다를 경우 동일한 조건 하에서 침지된 매트릭스일지라도 표면에 형성되는 피막의 두께가 상이할 수 있다. 따라서, 마그네슘을 포함하는 매트릭스의 두께에 따라 침지조건을 조절하여 피막의 두께를 제어하는 것이 바람직하다.
하나의 예로서, 마그네슘을 포함하는 매트릭스의 두께가 0.4 내지 0.7 T인 경우, 상기 수산화 용액의 농도는, 1 중량% 내지 80 중량%, 보다 구체적으로는 1 중량% 내지 70 중량%; 5 중량% 내지 50 중량%; 10 중량% 내지 20 중량%; 1 중량% 내지 40 중량%; 30 중량% 내지 60 중량%; 15 중량% 내지 45 중량%; 5 중량% 내지 20 중량%; 또는 1 중량% 내지 15 중량%일 수 있다. 이와 더불어, 상기 수산화 용액의 온도는 90℃ 내지 200℃, 보다 구체적으로 100℃ 내지 150℃, 보다 더 구체적으로 95℃ 내지 110℃일 수 있다. 아울러, 침지시간은 1분 내지 500분, 구체적으로는 10분 내지 90분일 수 있다. 본 발명은, 상기 범위에서 기재 표면에 경제적으로 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 피막 두께의 과도한 증가로 인한 기재 고유의 광택도 감소를 방지할 수 있다.
하나의 실시예에서, 매트릭스의 침지시간이 경과함에 따라 기재 표면에 형성되는 피막의 평균 두께가 증가되는 것을 알 수 있으며 이에 따라 표면에 발색되는 색상이 전환되는 것을 확인되었다. 이는 표면에 구현되는 색상이 피막의 두께에 따라 전환됨을 의미한다. 따라서, 기재 표면에 구현되는 색상은, 매트릭스를 침지시키는 수산화 용액의 농도, 온도 및 침지시간의 조절을 통하여 피막의 형성속도 및 평균 두께를 제어함으로써 조절 가능한 것을 알 수 있다.(실험예 2 참조).
나아가, 상기 수산화 용액에 침지하는 단계는,
N1 농도의 수산화 용액에서 침지하는 제1 침지 단계; 및
Nn 농도의 수산화 용액에서 침지하는 제n 침지 단계를 포함하며,
제1 및 제n 침지단계에서, 수산화 용액의 농도는 서로 독립적으로 하기 수학식 3 및 4를 만족하고, n은 2 이상 6 이하의 정수인 방법에 의해 수행될 수 있다:
[수학식 3]
8 ≤ N1 ≤ 25
[수학식 4]
│Nn-1-Nn│ > 3
상기 수학식 3 및 4에서,
N1 및 Nn은 각 단계별 수산화 용액의 농도를 의미하며, 단위는 중량%이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 수산화 용액에 침지하는 단계는 마그네슘을 포함하는 기재의 표면에 피막을 형성하여 색상을 구현하는 단계로서, 형성되는 피막의 두께 조절을 통하여 발색되는 색상을 조절할 수 있다. 이때, 상기 피막의 두께는 수산화 용액의 농도에 따라 제어가 가능하므로, 매트릭스를 침지시키는 수산화 용액의 농도를 N1 내지 Nn, 구체적으로 N1 내지 N6; N1 내지 N5; N1 내지 N4; N1 내지 N3; 또는 N1 내지 N2;로 세분화하여 순차적으로 침지하는 경우, 표면에 구현되는 색상의 미세한 색차를 조절할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기재의 발색 처리방법은,
수산화 용액에 침지하는 단계 이전에, 표면을 전처리하는 단계;
수산화 용액에 침지하는 단계 이전에, 매트릭스 표면을 마스킹 필름으로 패터닝하는 단계; 및
수산화 용액에 침지하는 단계 이후에, 린싱하는 단계 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 표면을 전처리하는 단계는, 매트릭스 상에 피막을 형성하기 이전에 표면을 알칼리 세정액으로 처리하여 표면에 잔류하는 오염 물질을 제거하거나, 연마를 수행하는 단계이다. 이때, 상기 알칼리 세정액으로는 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물의 표면을 세정을 위하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 연마는 버핑(buffing), 폴리싱(polishing), 블라스팅(blasting) 또는 전해연마 등에 의해 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 단계에서는 마그네슘을 포함하는 매트릭스 표면에 존재하는 오염 물질이나 스케일 등을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 표면의 표면에너지 및/또는 표면상태 구체적으로 표면의 미세 구조 변화를 통하여 피막 형성속도를 제어할 수 있다. 즉, 연마가 수행된 매트릭스의 경우, 연마가 수행되지 않은 매트릭스와 동일한 조건 하에서 피막을 형성한다 할지라도, 매트릭스 표면에 형성된 피막의 두께는 상이할 수 있으며, 이에 따라 표면에 발색되는 색상이 상이할 수 있다.
또한, 상기 패터닝하는 단계는, 매트릭스를 수산화 용액에 침지하기 이전에 매트릭스 표면을 마스킹 필름으로 패터닝하여 수산화 용액 침지 시, 패턴 구조의 피막이 형성되도록 유도하는 단계이다.
또 2를 참조하면, 상기 패터닝하는 단계에 따라 마스킹 필름으로 패터닝된 '패터닝 영역(103)'은 수산화 용액 침지 시 피막이 형성되지 않게 되고, 마스킹 필름으로 패터닝이 되지 않은 '비패터닝 영역(104)'은 피막이 형성되어 이들간 피막의 평균 두께 편차가 발생하므로, 표면에 발색되는 색상 차이로 인하여 문양을 구현할 수 있다.
이와 더불어, 상기 패터닝하는 단계 이전에 매트릭스를 수산화 용액에 침지하는 단계를 더 수행할 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 '패터닝 영역(203)'에도 '비패터닝 영역(204)'과 대비하여 상대적으로 얇은 두께의 피막이 형서함으로써 색상을 발색시킬 수 있으며, 이때, '패터닝 영역(203)'에서 발색되는 색상은 '비패터닝 영역(204)'의 색상과는 상이할 수 있다.
여기서, 상기 마스킹 필름은 매트릭스 표면에 패터닝이 가능한 마스킹 필름이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 수산화 용액에 침지하는 단계 수행 시, 가해지는 열에 대한 저항성을 갖는 이형 가능한 방열 필름 등을 사용할 수 있다.
나아가, 상기 린싱하는 단계는, 매트릭스에 피막을 형성하기 이후, 구체적으로 매트릭스를 수산화 용액에 침지하는 단계 이후에, 매트릭스 표면을 린싱함으로써 표면에 잔류하는 수산화 용액을 제거하는 단계이다. 이 단계에서는 매트릭스 표면에 잔류하는 수산화 용액을 제거함으로써 잔류 수산화 용액에 의한 추가적인 피막 형성을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1.
1 cm × 1 cm × 0.4 T의 마그네슘을 포함하는 시편을 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 용액에 40분간 침지하였다. 그 후, 상기 시편을 증류수로 린싱하고, 건조 오븐에서 건조시켜 발색 처리된 시편을 제조하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1에서 마그네슘 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 용액에 40분간 침지하는 대신에 30분간 침지하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 황색으로 발색 처리된 시편을 제조하였다.
실시예 3.
상기 실시예 1에서 마그네슘 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 용액에 40분간 침지하는 대신에 55분간 침지하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 자주색으로 발색 처리된 시편을 제조하였다.
실시예 4.
상기 실시예 1에서 마그네슘 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 용액에 40분간 침지하는 대신에 80분간 침지하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 녹색으로 발색 처리된 시편을 제조하였다.
실시예 5.
4 cm × 7 cm × 0.4 T의 마그네슘을 포함하는 시편을 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편에 마스킹 필름을 부착하였다. 그 후, 100℃, 10 중량% NaOH 용액에 20분간 침지하고, 증류수로 린싱한 다음, 건조 오븐에서 건조시켜 패터닝된 발색 시편을 제조하였다. 상기 시편을 육안으로 관찰할 경우, 표면에 문양이 패터닝된 것을 확인할 수 있었다.
실시예 6.
1 cm × 1 cm × 0.4 T의 마그네슘을 포함하는 시편을 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 용액에 50분간 침지하였다. 그 후, 상기 시편을 증류수로 린싱하고 건조시킨 다음, 건조된 시편에 액상인 무광 클리어 도료로 코팅하고 120℃ - 150℃ 오븐 건조하여 무광 클리어 코팅된 시편을 제조하였다. 이때, 코팅된 무광 클리어의 두께는 5 μm 이하이다.
실시예 7.
상기 실시예 6에서 마그네슘 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 용액에 50분간 침지하는 대신에 85분간 침지하는 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 수행하여 무광 클리어 코팅된 발색 시편을 제조하였다.
실시예 8.
상기 실시예 6에서 무광 클리어 코팅제를 사용하는 대신에 유광/무광 클리어 코팅제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 수행하여 유광/무광 클리어 코팅된 발색 시편을 제조하였다.
비교예 1 내지 비교예 3.
상기 실시예 1에서 마그네슘 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 용액에 40분간 침지하는 대신에 하기 표 1에 나타난 시간 동안 100℃, 증류수에 침지하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 발색 처리된 시편을 제조하였다.
표 1
침지시간
비교예 1 40분
비교예 2 1시간
비교예 3 2시간
실험예 1. 수산화 용액 종류에 따른 기재의 발색 효율 평가
수산화 용액으로서 사용되는 용액 종류에 따른 마그네슘을 포함하는 기재의 발색속도, 발색력 및 색상 균일도를 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조된 발색 처리된 시편의 발색력을 육안으로 평가하였다. 또한, 실시예 2 내지 실시예 4 및 비교예 3의 시편을 대상으로, 각 표면에 존재하는 임의의 3점 A 내지 C를 선정하고, 선정된 지점에 대한 CIE 색공간에서의 색좌표를 측정하여 평균 색좌표 편차를 구하였다. 이때, 색좌표 편차(ΔE*)는 하기 수학식 5를 이용하여 도출하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2014012920-appb-I000002
표 2
3 점 L* a* b* ΔL* Δa* Δb* ΔE*
실시예 2 A 66.92 6.04 28.96 - - - -
B 66.98 5.81 58.97 -0.06 0.23 -0.01 0.237908
C 66.92 5.73 59.17 0 0.31 -0.21 0.374433
실시예 3 A 47.66 7.67 -1.88 - - - -
B 47.61 8.02 -1.42 0.05 -0.35 -0.47 0.58547227
C 47.59 8.11 -1.43 0.07 -0.44 -0.45 0.6296476
실시예 4 A 57.82 -5.44 25.18 - - - -
B 57.84 -5.35 25.56 -0.02 -0.09 -0.38 0.391024
C 57.58 -5.17 25.15 0.24 -0.27 0.03 0.271662
비교예 3 A 44.58 7.46 20.13 - - - -
B 42.33 8.47 17.02 2.25 -1.01 3.11 3.919018
C 41.70 8.25 16.9 2.88 -0.79 3.23 4.399023
먼저, 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조된 발색 처리된 시편의 발색력을 육안으로 평가한 결과, 수산화 용액으로서 NaOH 수용액을 사용하여 표면을 처리한 시편이 수산화 용액으로서 증류수를 사용한 시편과 대비하여 시편의 발색 속도가 빠른 것으로 나타났다. 보다 구체적으로 NaOH 수용액으로 처리된 실시예 1의 시편은 침지 10분이 경과된 시점에서 시편 고유의 색상인 은색을 유지하였으나, 이후 30분이 경과된 시점에서 황색으로 발색하는 것으로 나타났다. 그러나, 증류수로 처리한 비교예 1 내지 비교예 3의 시편 중 침지 경과시간이 40분이었던 비교예 1의 시편은, 표면의 색상 변화량이 미미하여 발색 미처리된 기재와 비교하여 색상차가 크지 않은 것으로 나타났다. 또한, 침지 경과시간이 1시간이었던 비교예 2의 시편은 서서히 발색되어 황색이 발색되며, 침지 2시간이 경과된 비교예 3의 시편은 황색으로 발색되는 것으로 나타났으나, 발색된 색상의 발색력이 상기 실시예 1의 시편과 대비하여 현저히 떨어지는 것으로 확인되었다.
다음으로, 상기 표 2를 살펴보면, NaOH 수용액으로 발색 처리된 시편은 발색된 색상이 균일한 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, NaOH 수용액으로 발색 처리된 실시예 2의 시편은 시편 상에 존재하는 임의의 3 지점에 대한 색좌표 편차가 ΔL*<0.06, 0.23≤Δa*<0.31, 0.01≤Δb*<0.21 및 0.237≤ΔE*<0.375인 것으로 나타났다. 또한, 실시예 3 및 실시예 4의 시편 역시, 색좌표 편차가 0.02≤ΔL*<0.24, 0.09≤Δa*<0.44, 0.03≤Δb*<0.47 및 0.271≤ΔE*<0.630로 그 편차가 크지 않은 것으로 확인되었다. 그러나, 비교예 3의 시편은 색좌표 편차가 2.25≤ΔL*<2.88, 0.79≤Δa*<1.01, 3.11≤Δb*<3.23 및 3.919≤ΔE*<4.40으로 색좌표 편차가 큰 것으로 나타났다.
이러한 결과로부터, 마그네슘을 포함하는 기재의 발색 처리는 NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2 등을 포함하는 수산화 용액에 침지시키는 것이 효율이 뛰어날 뿐만 아니라, 발색되는 색상 또한 균일한 것을 알 수 있다.
실험예 2. 수산화 용액 침지시간에 따른 기재의 발색 평가
마그네슘을 포함하는 기재의 침지시간에 따른 발색도를 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
1 cm × 1 cm × 0.4 T의 마그네슘을 포함하는 시편을 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 수용액에 240분간 침지하였다. 이때, 상기 시편을 NaOH 수용액에 침지한 직후, 5 내지 10분 간격으로 발색되는 색상을 육안으로 평가하였다. 또한, 시편 표면에 생성된 피막의 성분 및 두께를 확인하기 위하여 침지 10분, 170분 및 240분이 경과된 시점의 시편을 대상으로, 피막의 X선 회절분석 및 투과전자현미경(TEM) 촬영을 수행하였다. 상기 결과는 도 4에 나타내었다.
본 발명에 따른 발색 처리된 기재는 수산화 용액에 침지하는 시간에 따라 발색되는 색상이 상이한 것으로 나타났다. 보다 구체적으로, 발색 처리 되지 않은 은색의 시편을 수산화 용액에 침지하면, 30분이 경과된 이후 황색, 주황색, 적색, 보라색, 남색 및 녹색으로 순차적으로 발색되며, 이러한 색상 변화는 시간이 경과됨에 따라 일정한 주기를 가지며 반복되는 것으로 나타났다.
또한, 10 중량% NaOH 수용액에 침지한 후, 10분, 170분 및 240분이 경과된 시편의 피막에 대한 X선 회절 결과, 세 시편의 피막 모두 2θ로 표시되는 18.5±1.0°, 38.0±1.0°, 50.5±1.0°, 58.5±1.0°, 62.0±1.0° 및 68.5±1.0°의 회절 피크값을 가져 브루사이트(brucite) 결정형의 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2)을 포함하는 것으로 확인되었다.
나아가, 도 4를 살펴보면 상기 피막의 평균 두께는 침지된 시간이 경과됨에 따라 각각 약 200 nm, 600 nm 및 900 nm로 증가하는 것을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재는 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2)을 함유하는 피막을 포함함으로써 발색되는 것을 알 수 있다. 또한, 마그네슘을 포함하는 기재의 침지시간에 따라 표면에 형성되는 피막의 두께를 제어할 수 있으며, 이를 통하여 발색되는 색상도 조절할 수 있음을 알 수 있다.
실험예 3. 발색 처리된 기재의 내부식성 평가 1
본 발명에 따른 발색 처리된 기재의 내부식성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
1 cm × 1 cm × 0.4 T의 마그네슘을 포함하는 발색 미처리된 시편, 및 실시예 4에서 발색 처리된 시편을 각각 염수분무 시험기(SST, Salt Spray Tester)를 이용하여 35℃에서 5 중량%의 염수를 고르게 분사하고, 942시간 경과 후의 시편 표면을 육안으로 평가하였다. 그 결과는 도 5에 나타내었다.
도 5를 살펴보면, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재는 내부식성이 현저히 개선되는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 발색 미처리된 시편은 염수로 인한 부식이 진행되어 육안으로도 시편 표면이 균일하지 못하고, 변형된 것으로 나타났다. 이에 반해, 표면에 피막이 형성된 실시예 4의 발색 처리된 시편은, 미미한 정도의 탈색이 진행되었을 뿐, 시편의 표면 변형은 발생되지 않고 균일한 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따라 발색 처리된 기재는 표면에 피막을 형성함으로써, 내부식성이 향상되는 것을 알 수 있다.
실험예 4. 발색 처리된 기재의 내부식성 평가 2
본 발명에 따른 발색 처리된 기재의 내부식성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
1 cm × 1 cm × 0.4 T의 마그네슘을 포함하는 발색 미처리된 시편과 발색 미처리된 상기 시편과 동일한 시편을 100℃, 10 중량% NaOH 수용액에 75분, 150분 및 230분간 각각 침지하여 얻은 시편을 준비하였다. 그 후, 준비된 시편을 0.5 중량% 염수에 침지한 상태에서 72시간이 경과되면, 발색 미처리된 시편과 발색 처리된 시편을 대상으로 동전위분극시험을 수행하였다. 측정된 동전위분극 곡선을 도 6에 나타내었으며, 동전위분극 곡선을 타펠 분석(Tafel analysis)하여, 각 시편들의 분극 곡선의 타펠 영역(±200 mV)에서 얻어지는 부식전류밀도(Icorr), 부식전위(Ecorr) 및 공식전위(Epit)를 구하였다. 또한, 하기 수학식 6을 이용하여 도출된 값들로부터 부식도(Corr. Rate)를 산출하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2014012920-appb-I000003
상기 수학식 6에서, E.W는 마그네슘 원자량/교환 전자수 = 24.305/2이고;
밀도는 1.738 g/cm3이다.
표 3
발색 미처리된 시편 발색 처리된 시편
75분 150분 230분
Icorr (μA/cm2) 19.298 0.055 0.025 0.019
Ecorr (VSCE) -1.492 -1.328 -1.318 -1.481
Epit (VSCE) - -1.135 -1.180 -1.437
Ecorr- Epit (V) - 0.193 0.138 0.044
부식도 (mm/yr) 0.4322 0.0013 0.0006 0.0004
표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재는 내부식성이 우수한 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 수산화 용액에 각각 75분, 150분 및 230분간 침지된 시편과 발색 미처리된 시편에 대한 동전위분극시험을 수행한 결과, 발색 처리된 시편은 약 0.0004 내지 0.0013 mm/yr의 부식도(Corr. rate)를 나타냈으며, 발색 처리시간이 길어질수록 부식도가 점차 감소하는 것으로 확인되었다. 반면, 발색 미처리된 시편의 경우, 부식도는 약 0.4322 mm/yr로서, 발색 처리된 시편과 대비하여 부식도가 약 330배 이상 높은 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 발색 처리된 기재의 표면에 형성된 피막이 표면에 색상을 구현할 뿐만 아니라, 마그네슘을 포함하는 매트릭스의 부식을 방지하는 역할을 함께 수행한다는 것을 알 수 있다.
실험예 5. 탑코트가 형성된 발색 처리된 기재의 물성 평가
탑코트가 형성된 발색 처리된 기재의 내부식성 및 밀착력을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
실시예 6 및 실시예 8에서 탑코트가 형성된 발색 처리된 시편을 대상으로, 상기 실험예 3과 동일한 조건으로 실험을 수행하되, 염수분무 72시간이 경과하면, 시편의 표면 내부식성; 및 발색 처리된 기재와 표면에 형성된 탑코트의 밀착력을 평가하였다. 이때, 상기 밀착력은 크로스-컷 테이프 테스트 방법으로 평가하였다. 보다 상세하게, 코팅된 탑코트에 칼을 이용하여 1 mm 간격의 가로 6선과 세로 6선이 서로 교차되는 커팅한 후, 가로선과 세로선의 교차점에 테이프를 견고하게 붙이고, 빠르게 떼어낼 때의 시편 전체 면적에 대한 박리된 탑코트의 면적을 측정하는 방법으로 밀착력을 평가하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 탑코트가 형성된 발색 처리된 기재는 내부식성이 우수하고, 발색 처리된 기재와 탑코트 사이의 밀착력이 뛰어난 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 무광 또는 유광/무광 탑코트가 형성된 실시예 6 및 실시예 8의 시편은 염무분수 72시간이 경과 후에도 부식으로 인한 표면 변형이 일어나지 않는 것으로 나타났다. 또한, 내부식성 시험이 수행된 시편에 대한 밀착력 평가 결과, 테이프에 박리되는 탑코트의 면적은 탑코트 전체 면적의 5% 이하인 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 탑코트가 형성된 발색 처리된 기재는 우수한 내부식성을 가질 뿐만 아니라, 발색 처리된 기재와 탑코트 간의 뛰어난 밀착력을 갖는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 발색 처리된 기재는, 마그네슘을 포함하는 매트릭스를 NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2 등을 포함하는 수산화 용액에 침지하여 표면에 피막을 형성함으로써, 표면의 균질성 및 내식성을 향상시킬 수 있으며, 짧은 시간 내에 색상을 균일하게 구현할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 상기 발색 처리된 기재는, 마그네슘 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 폰 케이스 부품 등의 전기, 전자 부품재료 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 발색 처리된 기재는, 마그네슘을 포함하는 매트릭스의 표면에 화학식 1로 나타내는 화합물을 함유하는 피막을 형성함으로써, 기재 표면의 균질성 및 내식성을 향상시킬 수 있으며, 짧은 시간 내에 색상을 균일하게 구현할 수 있다. 따라서, 상기 발색 처리된 기재는, 마그네슘 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 폰 케이스 부품 등의 전기, 전자 부품재료 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 마그네슘을 포함하는 매트릭스; 및 상기 매트릭스 상에 형성되고, 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 함유하는 피막을 포함하며,
    상기 피막 상에 존재하는 임의의 영역(가로 1 cm 및 세로 1 cm)에 포함되는 임의의 3점은,
    각 점들간의 평균 색좌표 편차차(ΔL*, Δa*, Δb*)가 ΔL*＜0.6, Δa*＜0.6 및 Δb*＜0.5 중 하나 이상의 조건을 만족하는 발색 처리된 기재:
    [화학식 1]
    M(OH)m
    상기 화학식 1에서,
    M은 Na, K, Mg, Ca 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
    m은 1 또는 2이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    피막의 평균 두께는, 1 내지 2 μm인 발색 처리된 기재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    피막은, 마그네슘을 포함하는 매트릭스 상에 의도된 문양을 구현하는 패턴 구조를 갖는 발색 처리된 기재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    문양은, 하기 수학식 1의 조건을 만족하는 피막의 평균 두께 편차에 의해 구현되는 발색 처리된 기재:
    [수학식 1]
    5 nm ≤｜T1-T2｜〈 2.0 μm
    상기 수학식 1에서,
    T1은 패터닝 영역의 피막 평균 두께를 나타내고,
    T2는 비패터닝 영역의 피막 평균 두께를 나타낸다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    내부식성 평가 시, 하기 수학식 2의 조건을 만족하는 발색 처리된 기재:
    [수학식 2]
    부식도(Corr. Rate) ≤ 0.01
    상기 수학식 2에서,
    부식도(Corr. Rate)는 0.5 중량% 염수에서 동전위분극실험으로 측정된 발색 처리된 기재의 부식 정도를 나타내고, 단위는 mm/year이다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    피막은, 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2)을 포함하는 발색 처리된 기재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    매트릭스는, 스테인레스강 또는 티타늄(Ti)을 더 포함하는 발색 처리된 기재.
  8. 제 1 항에 있어서,
    피막 상에 형성된 탑코트를 더 포함하는 발색 처리된 기재.
  9. 마그네슘을 포함하는 매트릭스를 수산화 용액에 침지하는 단계를 포함하는 기재의 발색 처리방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    수산화 용액은, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 및 Ba(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 기재의 발색 처리방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    수산화 용액의 농도는, 1 중량% 내지 80 중량%인 기재의 발색 처리방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    수산화 용액에 침지하는 단계는, 수산화 용액의 온도가 90℃ 내지 200℃인 범위에서, 1분 내지 500분 동안 수행하는 기재의 발색 처리방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    수산화 용액에 침지하는 단계 이전에, 표면을 전처리하는 단계;
    수산화 용액에 침지하는 단계 이전에, 매트릭스 표면을 마스킹 필름으로 패터닝하는 단계; 및
    수산화 용액에 침지하는 단계 이후에, 린싱하는 단계 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함하는 기재의 발색 처리방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    마스킹 필름으로 패터닝하는 단계 이전에,
    마그네슘을 포함하는 매트릭스를 수산화 용액에 침지하는 단계를 더 포함하는 기재의 발색 처리방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    마스킹 필름은, 이형 가능한 방열 필름인 기재의 발색 처리방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    수산화 용액에 침지하는 단계는,
    N1 농도의 수산화 용액에서 침지하는 제1 침지 단계; 및
    Nn 농도의 수산화 용액에서 침지하는 제n 침지 단계를 포함하며,
    제1 및 제n 침지단계에서, 수산화 용액의 농도는 서로 독립적으로 하기 수학식 3 및 4를 만족하고, n은 2 이상 6 이하의 정수인 기재의 발색 처리방법:
    [수학식 3]
    8 ≤ N1 ≤ 25
    [수학식 4]
    ｜Nn-1-Nn｜ > 3
    상기 수학식 3 및 4에서,
    N1 및 Nn은 각 단계별 수산화 용액의 농도를 의미하며, 단위는 중량%이다.
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