WO2019132325A1 - 내슬립성이 우수한 금속 표면처리 조성물 및 이를 적용한 금속재 - Google Patents

내슬립성이 우수한 금속 표면처리 조성물 및 이를 적용한 금속재 Download PDF

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WO2019132325A1
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김명수
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Definitions

  • the present invention relates to a metal surface treatment composition excellent in slip resistance and a metal material to which the composition is applied.
  • a composition containing an ammonia fluoride component and a reaction controlling agent such as ammonium hydroxide are added, .
  • Japanese Laid-Open Patent Application No. 1994-279748, U.S. Patent No. 5,223,168, and Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1988-159278 disclose a method in which an aqueous hydrogen fluoride solution is used as a main component or an ammonia fluoride And an anti-skid agent in the form of an aqueous solution to which a surfactant is added.
  • slip resistant agent applied to slip resistance i.e., slip resistance
  • steel materials such as stainless steel sheets. Accordingly, there is a need for a technique for improving the slip resistance of the surface of steel material.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a metal surface treatment composition capable of securing not only physical properties such as corrosion resistance and workability of steel materials such as steel, .
  • a process for producing a zirconium compound which comprises: 10 to 30 parts by weight of a silane compound, 0.5 to 6 parts by weight of an organic acid, 0.1 to 3 parts by weight of a vanadium compound, 0.1 to 3 parts by weight of a magnesium compound, 0.5 to 5 parts by weight of a wax, A chromium free metal surface treatment composition is provided.
  • the wax may be a polypropylene-based wax.
  • the weight average molecular weight of the wax may range from 2,000 to 10,000.
  • the melting point of the wax may range from 130 to 160 ⁇ .
  • the organic acid may be at least one selected from formic acid, phosphoric acid and acetic acid.
  • the silane compound may be at least one selected from the group consisting of an epoxy silane and an amino silane.
  • the epoxy silane is selected from the group consisting of vinylmethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyl epoxysilane, vinyltriepoxysilane, 3-aminopropyltriepoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-methaglyoxypropyl (1,3-dimethylbutylidene) -3- (triepoxysilane) -1-propanamine and N, N-bis [3- Trimethoxysilyl) propyl] ethylenediamine.
  • amino-based silane is at least one selected from the group consisting of N- (? -Aminoethyl) -? - aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (? -Aminoethyl) -? - aminopropyltrimethoxysilane,? -Glycidoxypropyltriethoxy Silane, ⁇ -glycidoxytrimethyldimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltriethoxysilane ,?
  • the metal surface treatment composition may further contain 0.01 to 1 part by weight of an antifoaming agent and 1 to 2 parts by weight of a wetting agent.
  • the antifoaming agent may be N-methylethanolamine.
  • the wetting agent may be at least one selected from isopropyl alcohol, 2-ethyl-1-hexanol, 2-butoxyethanol, dipropylene glycol, ethylene glycol, n-propyl alcohol and propylene glycol.
  • a surface treated metallic material excellent in slip resistance including a coating layer which is a cured product of a metallic surface treatment composition.
  • the thickness of the coating layer may be 0.5 to 10 mu m.
  • the coefficient of friction of the coating layer may be 0.4 to 0.6.
  • the wax may be a polypropylene-based wax.
  • the weight average molecular weight of the wax may range from 2,000 to 10,000.
  • the melting point of the wax may range from 130 to 160 ⁇ .
  • the metal surface treatment composition may further contain 0.01 to 1 part by weight of an antifoaming agent and 1 to 2 parts by weight of a wetting agent.
  • the metallic material may be any one selected from a stainless steel plate, a galvanized steel plate, an aluminum plated steel plate, and an alloy plated steel plate.
  • the metal surface treatment composition of the present invention can ensure not only the required properties such as corrosion resistance and workability but also the slip resistance, thereby preventing the metallic material from slipping or coming off in processing, tube making and the like.
  • Fig. 1 shows the results of friction coefficient measurement of Example 1.
  • Fig. 2 shows the results of the friction coefficient measurement of Comparative Example 1.
  • the present invention relates to a metal surface treatment composition excellent in slip resistance and a metal material to which the composition is applied.
  • the metal surface treatment composition of the present invention comprises 10 to 30 parts by weight of a silane compound, 0.5 to 6 parts by weight of an organic acid, 0.1 to 3 parts by weight of a vanadium compound, 0.1 to 3 parts by weight of a magnesium compound, 0.5 to 5 parts by weight of a wax, . ≪ / RTI >
  • the silane compound is hydrolyzed in water to produce a siloxane bond.
  • the silane compound binds strongly to the metal material and binds various inorganic materials.
  • the silane compound is included for the purpose of improving the adhesion and corrosion resistance of the coating layer.
  • the silane compound is not limited thereto, but is preferably at least one selected from the group consisting of epoxy silane and amino silane, for example.
  • the epoxy silane may be selected from the group consisting of vinyl methoxy silane, vinyl trimethoxy silane, vinyl epoxysilane, vinyl triepoxy silane, 3-aminopropyltriepoxy silane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-methaglyoxypropyl N, N-bis [3- (3-dimethylbutylidene) -3- (triepoxysilane) -1-propanamine, (Trimethoxysilyl) propyl] ethylenediamine, and the like can be used, and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane can be preferably used.
  • the amino-based silane may be at least one selected from the group consisting of N- ( ⁇ -aminoethyl) - ⁇ -aminopropylmethyldimethoxysilane, N- ( ⁇ -aminoethyl) Methacryloxypropyltrimethoxysilane, gamma -glycidoxypropyltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane,? -Methacryloxypropyltrimethoxysilane,?
  • the content of the silane compound is preferably 10 to 30 parts by weight, more preferably 10 to 20 parts by weight.
  • the content of the silane compound is less than 10 parts by weight, the corrosion resistance and adhesiveness are poor.
  • the amount is more than 30 parts by weight, the solution stability is undesirably decreased.
  • the organic acid contained in the metal surface treatment composition of the present invention is a material necessary for improving the adhesion between the metal material and the coating layer and is not particularly limited.
  • the organic acid is at least one selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, and phosphoric acid desirable.
  • the content of the organic acid is preferably 0.5 to 6 parts by weight, and if the content of the organic acid is less than 0.5 parts by weight, the etchability may deteriorate. If the content is more than 6 parts by weight, stability of the solution and physical properties of the coating film may be poor.
  • the vanadium compound and the magnesium compound induce a chelate reaction to form a stable metal chelate compound.
  • the bonding force between the metal atom of the metal compound and the coating layer increases, and the corrosion resistance and adhesion of the coating film are improved.
  • the vanadium compound is selected from the group consisting of vanadyl acetylacetonate, vanadium pentoxide, metavanadic acid, ammonium metavanadate, sodium metavanadate, vanadium trichloride, vanadium trioxide, vanadium oxysulfate, vanadium oxyacetyl Acetate, vanadium acetylacetate and vanadium trichloride, and the like, preferably vanadyl acetylacetonate.
  • the content of the vanadium compound is preferably 0.1 to 3 parts by weight, and when the content of the vanadium compound is less than 0.1 parts by weight, the formation of the metal chelate compound is difficult. When the amount of the vanadium compound is less than 3 parts by weight, It becomes.
  • the magnesium compound may be magnesium oxide, magnesium sulfate, magnesium chloride, magnesium hydroxide or the like, preferably magnesium oxide.
  • the amount of the vanadium compound is less than 0.1 part by weight, the formation of the metal chelate compound is difficult.
  • the amount of the vanadium compound is less than 3 parts by weight, the unreacted metal compound remains, It becomes.
  • the metal surface treatment composition of the present invention comprises a wax.
  • a surface treated metallic material such as a steel sheet is used to introduce wax having a low melting point in order to improve workability and to improve surface slip of the coating film even at room temperature to impart lubricity.
  • the present invention aims at improving the slip resistance, the present invention uses a wax having a high melting point that does not have lubricity at room temperature and can increase friction characteristics. Thus, the slip property can be reduced and the friction coefficient can be increased.
  • the wax used in the metal surface treatment composition of the present invention is preferably a polypropylene wax.
  • the polypropylene-based wax may be one that is generally used in the art, for example, one or more selected from AQUACER 593 and AQUACER 597 of BYK Chemie.
  • the amount of the wax is preferably 0.5 to 5 parts by weight, more preferably 0.5 to 3 parts by weight. When the amount is less than 0.5 parts by weight, it is difficult to ensure the slip resistance with a high coefficient of friction. When the amount is more than 5 parts by weight, the slip resistance shows good results, but the coating film is unstable and the corrosion resistance may be poor.
  • the melting point of the wax is high, and more preferably, the melting point of the wax is 130 to 160 ° C.
  • the weight average molecular weight of the wax is preferably 2,000 to 10,000. If it is less than 2,000, it can be melted at a low temperature to improve the slip property. If it is more than 10,000, it may be miscible with the solution as polypropylene plastic particles rather than acting as a wax, and may be precipitated or removed at the interface with solution after solution drying.
  • the metal surface treatment composition may further include 0.01 to 1 part by weight of a defoaming agent and 1 to 2 parts by weight of a wetting agent.
  • the bubbles generated in the coating composition may occur at various stages of the process, and therefore, it is preferable to use a defoaming agent because it causes surface defects such as cratering of the coating layer or weakening of the strength of the coating layer.
  • a defoaming agent N-methylethanolamine may be used.
  • the content of the antifoaming agent is preferably 0.01 to 1 part by weight. If the content of the defoaming agent is less than 0.01 parts by weight, the effect of defoaming is insufficient. If the amount of the defoaming agent exceeds 1 part by weight, the corrosion resistance may deteriorate and the adhesion of the coating layer may be deteriorated.
  • Examples of the wetting agent to be added for improving the wetting property include isopropyl alcohol, 2-ethyl-1-hexanol, 2-butoxyethanol, dipropylene glycol, ethylene glycol, n-propyl alcohol, propylene glycol, Siloxane copolymer series can be used, and isopropyl alcohol can be preferably used.
  • the content of the wetting agent is preferably 1 to 2 parts by weight, and when the content of the wetting agent is less than 1 part by weight, the wettability improving effect is heated and the adhesion of the coating layer is lowered. When the content of the wetting agent is more than 2 parts by weight, It is economically undesirable.
  • the solvent used in the present invention is not particularly limited, but water, ethanol and the like can be used.
  • water and ethanol can be mixed and used. More preferably, 40 to 60 parts by weight of water, 10 to 20 parts by weight may be mixed.
  • a metal material comprising: And 10 to 30 parts by weight of a silane compound, 0.5 to 6 parts by weight of an organic acid, 0.1 to 3 parts by weight of a vanadium compound, 0.1 to 3 parts by weight of a magnesium compound, 0.2 to 7 parts by weight of a wax,
  • a surface treatment metal material having excellent slip resistance including a coating layer which is a cured product of a metal surface treatment composition.
  • the coating layer may include a silane-based compound, an organic acid, a vanadium compound, a magnesium compound, a wax, a defoaming agent, and a humectant in which the metal surface treatment composition of the present invention is cured.
  • the method for forming the coating layer is not limited thereto, and for example, one of roll coating, spray coating, slot coating, impregnation coating, curtain coating and the like can be selected.
  • the coating layer preferably has a thickness of 0.5 to 10 mu m. If the thickness of the coating layer is less than 0.5 ⁇ , the corrosion resistance becomes weak. On the other hand, if the thickness exceeds 10 ⁇ , the workability may be weak and the manufacturing cost may increase.
  • the metal surface treatment composition of the present invention comprises 0.5 to 5 parts by weight of a polypropylene wax having a high melting point so as not to be lubricated at room temperature but to increase friction characteristics. Accordingly, the surface treated metallic material according to the present invention may have a coefficient of friction of 0.4 or more, preferably 0.4 to 0.6, in the coating layer.
  • the surface treatment composition of the present invention can be applied to various metallic materials and is not particularly limited.
  • it can be used for a stainless steel plate, a galvanized steel plate, an aluminum plated steel plate, an alloy plated steel plate, And the slip property can be ensured, so that it is possible to prevent the metallic material from slipping or coming off in machining, tube making or the like.
  • a silane compound, an organic acid, a vanadium compound, a magnesium compound and a wax were added to a solvent and stirred to prepare a coating composition.
  • a mixture of water and ethanol was used as a solvent.
  • As the silane compound 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 3-aminopropyltriethoxysilane were used.
  • As the organic acid formic acid and phosphoric acid were used, vanadium acetylacetonate was used as the vanadium compound, and magnesium oxide was used as the magnesium compound.
  • the wax was polypropylene wax, AQUACER 593 and AQUACER 597 of BYK Chemie, Respectively.
  • the components and the contents contained in the composition were adjusted as shown in the following Tables 1 and 2 to prepare the surface treating compositions of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8. Thereafter, the coating compositions of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8 were coated to a thickness of 0.5 ⁇ on a galvanized steel sheet of 75 mm in width and 150 mm in length to form a coating layer.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Example 6
  • Amino-based silane 15 15 15 15 15 15 15 15 Vanadium compound 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
  • Formic acid 3 3 3 3 3 3 Polypropylene water-based wax (melting point: 160 ⁇ ⁇ , molecular weight: 10,000) 0.2 0.5 1.5 3 5 7
  • Example 7 Example 8
  • Example 9 Example 10
  • Example 12 Epoxy silane 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 Vanadium compound 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
  • Formic acid 3 3 3 3 3 3 Polypropylene water-based wax (melting point: 130 ⁇ ⁇ , molecular weight: 2000) 0.2 0.5 1.5 3 5 7
  • the corrosion resistance of the steel sheets coated with the coating compositions of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8 to a thickness of 0.5 ⁇ was evaluated by observing the initial rusting area by continuously spraying 5% of salt water at 35, 95% humidity for 72 hours.
  • the steel plate was cut into A4 size and the area of the friction TIP was adjusted to 2.9 cm x 3.9 cm, followed by applying a load of 600 kgf, drawing at a drawing speed of 1000 mm / min, and measuring the moving distance at 200 mm.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Example 6 Solution stability Good Good Good Good Good Microprecipitation Microprecipitation Corrosion resistance (72hr) White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 10% White Chung 30% Corrosion resistance after Ericsen test (48 hr) White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 30% White Chung 50% Coefficient of friction 0.25 0.53 0.5 0.47 0.51 0.5
  • Example 7 Example 8
  • Example 9 Example 10
  • Example 12 Solution stability Good Good Good Good Good Microprecipitation Corrosion resistance (72hr) White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 20% Corrosion resistance after Ericsen test (48 hr) White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 20% White Chung 50% Coefficient of friction 0.23 0.49 0.51 0.49 0.5 0.51
  • Comparative Example 1 (Cr solution) Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Comparative Example 5 Comparative Example 6 Comparative Example 7 Comparative Example 8 Solution stability Good Good Good Good Good Good Good Good Corrosion resistance (72hr) White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 50% 100% 100% 100% Corrosion resistance after Ericsen test (48 hr) White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% White Chung 0% 60% 100% 100% 100% Coefficient of friction 0.25 0.1386 0.13 0.12 0.098 0.088 0.09 0.09

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Abstract

실란계 화합물 10 내지 30 중량부, 유기산 0.5 내지 6 중량부, 바나듐화합물 0.1 내지 3 중량부, 마그네슘화합물 0.1 내지 3 중량부, 왁스 0.5 내지 3 중량부 및 잔부 용매를 포함하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 금속 표면처리 조성물은 내식성, 가공성 등의 요구물성뿐만 아니라 및 내슬립성을 확보할 수 있으므로, 가공, 조관 등에 있어서 금속재가 미끄러지거나 빠지는 현상을 방지할 수 있다.

Description

내슬립성이 우수한 금속 표면처리 조성물 및 이를 적용한 금속재
본 발명은 내슬립성이 우수한 금속 표면처리 조성물 및 이를 적용한 금속재에 관한 것이다.
일반적으로, 욕실이나 수영장 등의 벽면 또는 바닥 마감재로 사용되는 타일, 대리석 등의 표면의 미끄럼을 완화시키기 위해, 암모니아 플로라이드 성분이 포함된 조성물과 수산화암모늄 등 반응조절제를 추가함으로써 미끄럼 또는 슬립성을 방지하고 있다.
일본 공개특허 제 1994-279748호, 미국 특허 제 5,223,168호, 및 일본 공개특허 제 1988-159278호 등에는 상기와 같이 무기계 바닥재 표면의 미끄럼을 완화시키기 위하여 불화수소 수용액을 주성분으로 하거나, 또는 암모니아 플로라이드와 같은 불소염을 주성분으로 하고 여기에 계면활성제가 첨가된 수용액 형태의 미끄럼 방지제를 개시하고 있다.
그러나, 스테인리스 강판 등 철강 소재의 내슬립성을 확보하기 위해 상기와 같은 화학물질을 적용하는 경우, 용액안정성이 떨어지고, 내식성이 취약해지는 문제가 있다.
나아가, 철강 소재에 무기계 코팅이나 내식 코팅을 적용함에 있어서 소재 표면에 물이나 조관유 등의 가공유를 도입하는 경우, 소재 표면에 수막현상이 발생하여 미끄러짐이 더욱 심하게 발생한다. 이에 따라, 소재의 손상 및 미끄럼으로 인한 공정 지연이 발생하거나 심각한 안전 사고까지 발생 할 수 있다.
그러나, 스테인리스 강판 등 철강 소재에 내슬립성, 즉 미끄럼 방지를 위해 적용되는 미끄럼 방지제는 없는 상황이며, 이에 따라 철강 소재 표면의 내슬립성을 개선할 수 있는 기술에 대한 요구가 절실한 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
일본 공개특허 제 1994-279748호
미국 공개특허 제 5,223,168호
일본 등록특허 제 1988-159278호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 철강 등의 금속 소재의 내식성, 가공성 등의 물성뿐만 아니라 및 안정적인 내슬립성을 확보할 수 있는 금속 표면처리 조성물 및 이를 적용한 금속재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 실란계 화합물 10 내지 30 중량부, 유기산 0.5 내지 6 중량부, 바나듐화합물 0.1 내지 3 중량부, 마그네슘화합물 0.1 내지 3 중량부, 왁스 0.5 내지 5 중량부 및 잔부 용매를 포함하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물이 제공된다.
상기 왁스가 폴리프로필렌계 왁스일 수 있다.
상기 왁스의 중량평균 분자량이 2,000 내지 10,000 일 수 있다.
상기 왁스의 녹는점이 130 내지 160℃일 수 있다.
상기 유기산이 포름산, 인산 및 아세트산 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 실란계 화합물이 에폭시계 실란 및 아미노계 실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 에폭시계 실란이 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 비닐트리에폭시 실란, 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시 프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, 3-메르캅토프로필 트리메톡시 실란, N-(1,3-디메틸부틸리덴)-3-(트리에폭시 실란)-1-프로판아민 및 N,N-비스[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 아미노계 실란이 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노 프로필메틸디메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토 프로필트리에톡시실란, 3-아미노 프로필 트리에톡시 실란 및 N-[2-(비닐벤질아미노)에틸]-3-아미노프로필트리메톡시실란 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 표면 처리 조성물이 소포제 0.01 내지 1 중량부 및 습윤제 1 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 소포제가 N-메틸에탄올 아민일 수 있다.
상기 습윤제가 이소프로필알콜, 2-에틸-1-헥산올, 2-부톡시에탄올, 디프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜, n-프로필알콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, 금속재; 및 상기 금속재 상에 형성되며 실란계 화합물 10 내지 30 중량부, 유기산 0.5 내지 6 중량부, 바나듐화합물 0.1 내지 3 중량부, 마그네슘화합물 0.1 내지 3 중량부, 왁스 0.5 내지 3 중량부 및 잔부 용매를 포함하는 금속 표면 처리 조성물의 경화물인 코팅층을 포함하는 내슬립성이 우수한 표면 처리 금속재가 제공된다.
상기 코팅층의 두께가 0.5 내지 10㎛일 수 있다.
상기 코팅층의 마찰계수가 0.4 내지 0.6일 수 있다.
상기 왁스가 폴리프로필렌계 왁스일 수 있다.
상기 왁스의 중량평균 분자량이 2,000 내지 10,000 일 수 있다.
상기 왁스의 녹는점이 130 내지 160℃일 수 있다.
상기 금속 표면 처리 조성물이 소포제 0.01 내지 1 중량부 및 습윤제 1 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 금속재가 스테인리스 강판, 아연도금 강판, 알루미늄도금 강판 및 합금도금 강판 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 금속 표면처리 조성물은 내식성, 가공성 등의 요구물성뿐만 아니라 및 내슬립성을 확보할 수 있으므로, 가공, 조관 등에 있어서 금속재가 미끄러지거나 빠지는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 마찰계수 측정결과를 나타낸 것이다.
도 2는 비교예 1의 마찰계수 측정결과를 나타낸 것이다.
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 내슬립성이 우수한 금속 표면처리 조성물 및 이를 적용한 금속재에 관한 것이다.
본 발명의 금속 표면처리 조성물은, 실란계 화합물 10 내지 30 중량부, 유기산 0.5 내지 6 중량부, 바나듐화합물 0.1 내지 3 중량부, 마그네슘화합물 0.1 내지 3 중량부, 왁스 0.5 내지 5 중량부 및 잔부 용매를 포함할 수 있다.
상기 실란계 화합물은 물에 가수분해되어 실록사이드 결합을 생성하며 금속재와 강하게 결합함과 동시에 각종 무기물을 결합시켜 주는 바인더 역할을 수행하며, 코팅층의 밀착성, 내식성 등을 향상시키기 위한 목적에서 포함된다. 상기 실란계 화합물은 이로써 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 에폭시계 실란 및 아미노계 실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 에폭시계 실란은 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 비닐트리에폭시 실란, 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시 프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, 3-메르캅토프로필 트리메톡시 실란, N-(1,3-디메틸부틸리덴)-3-(트리에폭시 실란)-1-프로판아민, 및 N,N-비스[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민 등이 사용 가능하며 바람직하게는 3-글리시독시 프로필트리메톡시 실란을 사용할 수 있다.
또한, 상기 아미노계 실란은 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노 프로필메틸디메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토 프로필트리에톡시실란, 3-아미노 프로필 트리에톡시 실란 및 N-[2-(비닐벤질아미노)에틸]-3-아미노프로필트리메톡시실란등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 3-아미노 프로필 트리에톡시 실란을 사용할 수 있다.
상기 실란계 화합물의 함량은 10 내지 30 중량부인 것이 바람직하며, 10 내지 20 중량부인 것이 보다 바람직하다. 상기 실란계 화합물의 함량이 10 중량부 미만이면 내부식성 및 밀착성이 열위해지고, 30 중량부를 초과하면 용액안정성이 저하되어 바람직하지 않다.
본원발명의 금속 표면처리 조성물에 포함되는 유기산은 금속재와 코팅층 간의 밀착성을 향상시키기 위하여 필요한 물질로써, 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 포름산, 아세트산 및 인산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 유기산의 함량은 0.5 내지 6 중량부인 것이 바람직하며, 유기산의 함량이 0.5 중량부 미만이면 경우 에칭성이 열화될 수 있으며, 6 중량부 초과하면 용액의 안정성 및 도막의 물성이 열위해진다.
상기 바나듐 화합물 및 마그네슘화합물은 킬레이트 반응을 유도하여 안정한 금속 킬레이트 화합물을 형성하며, 이로 인해, 금속재의 금속원자와 코팅층의 결합력이 높아져 내식성 및 도막의 밀착성이 우수해지는 효과가 있다.
상기 바나듐화합물은 바나딜아세틸아세토네이트, 5산화바나듐, 메타바나딘산, 메타바나딘산암모늄, 메타바나딘산나트륨, 옥시3염화바나듐, 3산화바나듐, 이산화바나듐, 옥시황산바나듐, 바나듐옥시아세틸아세테이트, 바나듐아세틸아세테이트 및 3염화바나듐 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 바나딜아세틸아세토네이트일 수 있다. 상기 바나듐화합물의 함량은 0.1 내지 3 중량부인 것이 바람직하며, 바나듐화합물의 함량이 0.1 중량부 미만이면 금속 킬레이트 화합물의 형성이 어렵고, 3 중량부 초과하면 미반응 금속화합물이 잔존하여 용액의 물성이 열위해진다.
상기 마그네슘화합물은 산화마그네슘, 황산마그네슘, 염화마그네슘 및 수산화마그네슘 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 산화마그네슘을 사용할 수 있다. 상기 마그네슘화합물의 함량은 0.1 내지 3 중량부인 것이 바람직하며, 바나듐화합물의 함량이 0.1 중량부 미만이면 금속 킬레이트 화합물의 형성이 어렵고, 3 중량부 초과하면 미반응 금속화합물이 잔존하여 용액의 물성이 열위해진다.
본 발명의 금속 표면처리 조성물은 왁스를 포함한다. 통상적으로 강판 등, 표면처리 금속재는 가공성을 향상시키기 위해 녹는점이 낮은 왁스를 도입하며, 왁스가 상온에서도 도막의 표면 슬립을 개선시켜 윤활성을 부여하는 용도로 사용된다. 그러나 본 발명에서는 이와는 달리 내슬립성의 향상을 목적으로 하므로, 상온에서 윤활성을 가지지 않고, 마찰특성을 높여줄 수 있는 녹는점이 높은 왁스를 사용한다. 이에 따라, 슬립성을 감소시키고 마찰계수를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 금속 표면처리 조성물에 사용되는 왁스는 폴리프로필렌계 왁스인 것이 바람직하다. 폴리프로필렌계 왁스는 당 업계에서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 BYK Chemie사의 AQUACER 593 및 AQUACER 597중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 왁스는 0.5 내지 5 중량부인 것이 바람직하며 보다 바람직하게는 0.5 내지 3중량부일 수 있다. 0.5 중량부 미만인 경우 높은 마찰계수로 내슬립성의 확보가 어렵고, 5 중량부 초과의 경우, 내슬립성은 양호한 결과를 나타내지만 도막이 불안정하여 내식성이 불량일 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상온에서 윤활성을 가지지 않고, 마찰특성을 높여줄 수 있어야 하므로, 왁스의 녹는점이 높은 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 왁스의 녹는점은 130 내지 160℃일 수 있다.
상기 왁스의 중량평균분자량은 2,000 내지 10,000 인 것이 바람직하다. 2,000 미만이면, 저온에서 녹아서 슬립성을 향상시킬 수 있고, 10,000 초과 이면 왁스로서의 역할보다는 폴리프로필렌 플라스틱 입자로서 용액과 상용성이 떨어져 침전되거나 용액 건조후 용액과의 경계면에서 탈락 될 수 있다.
한편, 상기 금속 표면처리 조성물은 소포제 0.01 내지 1 중량부 및 습윤제 1 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다.
코팅 조성물에서 발생하는 기포는 공정의 여러 단계에서 발생할 수 있으며, 이로 인해 코팅층의 분화구 현상이나 강도를 약하게 하는 등의 표면결함을 일으키기 때문에 소포제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 소포제로는 N-메틸에탄올 아민을 사용할 수 있다. 상기 소포제의 함량은 0.01 내지 1 중량부인 것이 바람직하다. 상기 소포제의 함량이 0.01 중량부 미만이면 소포 효과가 미흡하며, 1 중량부 초과하면 내부식성 저하 및 코팅층의 부착력 저하의 원인이 된다.
또한, 젖음성(wetting) 향상을 위해 첨가되는 습윤제로는 이소프로필알콜, 2-에틸-1-헥산올, 2-부톡시에탄올, 디프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜, n-프로필알콜, 프로필렌글리콜 및 폴리이서 실록산 공중합체계열을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소프로필알콜을 사용할 수 있다. 상기 습윤제의 함량은 1 내지 2 중량부인 것이 바람직하고, 상기 습윤제의 함량이 1 중량부 미만이면 습윤성 향상 효과가 열위해지며 코팅층의 밀착력이 저하되고, 2 중량부 초과하면 물성이 저하되지 않으나 습윤성 향상의 효과 또한 없기 때문에 경제적으로 바람직하지 않다.
한편, 본 발명에서 사용되는 용매는 특별하게 한정하는 것은 아니나, 물, 에탄올 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 물 및 에탄올을 혼합하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 물 40 내지 60 중량부, 에탄올의 10 내지 20 중량부를 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속재; 및 상기 금속재 상에 형성되며 실란계 화합물 10 내지 30 중량부, 유기산 0.5 내지 6 중량부, 바나듐화합물 0.1 내지 3 중량부, 마그네슘화합물 0.1 내지 3 중량부, 왁스 0.2 내지 7 중량부 및 잔부 용매를 포함하는 금속 표면 처리 조성물의 경화물인 코팅층을 포함하는 내슬립성이 우수한 표면 처리 금속재가 제공될 수 있다.
상기 코팅층은 본원발명의 금속 표면 처리 조성물이 경화된 것으로, 실란계 화합물, 유기산, 바나듐화합물, 마그네슘화합물, 왁스, 소포제 및 습윤제를 포함할 수 있다. 상기 코팅층을 형성하는 방법은 이로써 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 롤코팅, 스프레이코팅, 슬롯코팅, 함침 코팅, 커튼코팅 등의 방법 중 하나를 선택할 수 있다.
상기 코팅층은 두께가 0.5 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 상기 코팅층의 두께가 0.5㎛ 미만이면 내부식성이 취약해지는 반면, 10㎛ 초과하면 가공성이 취약하고 또한 제조비용이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 금속 표면처리 조성물은 상온에서 윤활성을 가지지 않고, 마찰특성을 높여줄 수 있도록 녹는점이 높은 폴리프로필렌계 왁스를 0.5 내지 5 중량부 포함한다. 이에 따라 본 발명에 따른 표면 처리 금속재는 코팅층의 마찰계수가 0.4 이상이며, 바람직하게는 0.4 내지 0.6일 수 있다.
본 발명의 표면처리 조성물은 다양한 금속재에 적용될 수 있으며, 특별히 한정하는 것은 아니나 예를 들어, 스테인리스 강판, 아연도금 강판, 알루미늄도금 강판 및 합금도금 강판 등에 사용될 수 있고, 내식성, 가공성 등의 요구물성뿐만 아니라 및 내슬립성을 확보할 수 있으므로, 가공, 조관 등에 있어서 금속재가 미끄러지거나 빠지는 현상을 방지할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
용매에 실란계 화합물, 유기산, 바나듐 화합물, 마그네슘 화합물 및 왁스를 투입한 후 교반하여 코팅 조성물을 제조했으며, 용매로는 물 및 에탄올의 혼합물을 사용했다. 상기 실란계 화합물로는 3-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란과 3-아미노 프로필 트리에톡시 실란을 사용하였다. 또한, 상기 유기산으로는 포름산과 인산을, 상기 바나듐 화합물로는 바나딜아세틴아세토네이트를, 상기 마그네슘 화합물로는 산화마그네슘을 사용하였으며, 왁스는 폴리프로필렌계 왁스로 BYK Chemie사의 AQUACER 593 및 AQUACER 597를 사용하였다,
상기 조성물에 포함된 성분 및 함량을 하기 표 1 및 표 2에 기재된 바와 같이 조절하여 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 8의 표면처리 조성물을 제조했다. 이후 가로 75 mm, 세로 150mm의 아연도금 강판 상에 상기 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 8의 코팅 조성물을 0.5㎛ 두께로 코팅하여 코팅층을 형성했다.
(단위: 중량부) 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
에폭시계 실란 15 15 15 15 15 15
아미노계 실란 15 15 15 15 15 15
바나듐화합물 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
마그네슘화합물 2 2 2 2 2 2
인산 3 3 3 3 3 3
포름산 3 3 3 3 3 3
폴리프로필렌계 수성 왁스(녹는점:160℃, 분자량10000) 0.2 0.5 1.5 3 5 7
(단위: 중량부) 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12
에폭시계 실란 15 15 15 15 15 15
아미노계 실란 15 15 15 15 15 15
바나듐화합물 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
마그네슘화합물 2 2 2 2 2 2
인산 3 3 3 3 3 3
포름산 3 3 3 3 3 3
폴리프로필렌계 수성 왁스(녹는점:130℃, 분자량2000) 0.2 0.5 1.5 3 5 7
(단위: 중량부) 비교예1(Cr용액) 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8
에폭시계 실란 - 15 15 15 15 15 15 15
아미노계 실란 - 15 15 15 15 15 15 15
바나듐화합물 - 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
마그네슘화합물 - 2 2 2 2 2 2 2
인산 - 3 3 3 3 3 3 3
포름산 - 3 3 3 3 3 3 3
폴리에틸렌왁스(녹는점60~100℃,분자량 600~1500) - - 0.2 0.5 1.5 3 5 7
실험예
상기 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 8의 표면처리 조성물의 용액 안정성을 시험했다. 또한, 상기 표면처리 조성물의 경화물(코팅층)이 형성된 스테인리스 강판의 내식성, 에릭센(Erichsen) 시험 후 내식성 평가 및 마찰계수를 측정하고 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타냈다. 구체적인 실험 조건 및 평가방법은 아래와 같다.
1. 용액안정성
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 8의 표면처리 조성물을 40의 항온 장치 내에 1개월 동안 저장 한 후 조성물의 점도상승, 겔화 및 침전의 상태를 관찰하고 다음의 기준에 따라 평가했다.
- 양호: 용액의 점도상승, 겔화 및 침전 등의 변화 없음.
- 불량: 용액의 점도상승, 겔화 및 침전 등의 변화가 발생.
2. 내식성
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 8의 코팅 조성물을 0.5㎛ 두께로 코팅한 강판을 35, 95%의 습도에서 5%의 염수를 72hr 연속 분무하여 초기 방청 면적을 관찰하여 내식성을 평가하였다.
3. 에릭센 시험 후 내식성
상기 강판을 6mm로 에릭센 시험 후, 35, 95%의 습도에서 5%의 염수를 48hr 연속 분무하여 초기 방청 면적을 관찰하여 내식성을 평가하였다.
4. 마찰계수
마찰계수는 상기 강판을 A4 사이즈로 절단하여, 마찰 TIP의 면적을 2.9㎝ x 3.9㎝로 한 후, 600kgf 하중을 가하고 인발속도 1000mm/min으로 인발하여, 이동거리 200mm로 측정하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
용액안정성 양호 양호 양호 양호 미량침전 미량침전
내식성(72hr) 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 10% 백청 30%
에릭센 시험 후 내식성(48hr) 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 30% 백청 50%
마찰계수 0.25 0.53 0.5 0.47 0.51 0.5
실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12
용액안정성 양호 양호 양호 양호 양호 미량침전
내식성(72hr) 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 20%
에릭센 시험 후 내식성(48hr) 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 20% 백청 50%
마찰계수 0.23 0.49 0.51 0.49 0.5 0.51
비교예1(Cr 용액) 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8
용액안정성 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
내식성(72hr) 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 50% 백청 100% 백청 100% 백청 100%
에릭센 시험 후 내식성(48hr) 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 0% 백청 60% 백청 100% 백청 100% 백청 100%
마찰계수 0.25 0.1386 0.13 0.12 0.098 0.088 0.09 0.09
상기 표 4 내지 6 및 도1 및 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 표면처리 조성물이 코팅된 경우, 내식성 등의 요구물성이 우수할 뿐만 아니라, 마찰계수가 현저하게 증가한 것을 확인할 수 있다.
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 (19)

  1. 실란계 화합물 10 내지 30 중량부, 유기산 0.5 내지 6 중량부, 바나듐화합물 0.1 내지 3 중량부, 마그네슘화합물 0.1 내지 3 중량부, 왁스 0.5 내지 3 중량부 및 잔부 용매를 포함하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 왁스가 폴리프로필렌계 왁스인 것을 특징으로 하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 왁스의 중량평균 분자량이 2,000 내지 10,000인 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 왁스의 녹는점이 130 내지 160℃인 것을 특징으로 하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기산이 포름산, 인산 및 아세트산 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실란계 화합물이 에폭시계 실란 및 아미노계 실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에폭시계 실란이 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 비닐트리에폭시 실란, 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시 프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, 3-메르캅토프로필 트리메톡시 실란, N-(1,3-디메틸부틸리덴)-3-(트리에폭시 실란)-1-프로판아민 및 N,N-비스[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 아미노계 실란이 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노 프로필메틸디메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토 프로필트리에톡시실란, 3-아미노 프로필 트리에톡시 실란 및 N-[2-(비닐벤질아미노)에틸]-3-아미노프로필트리메톡시실란 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    소포제 0.01 내지 1 중량부 및 습윤제 1 내지 2 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 소포제가 N-메틸에탄올 아민인 것을 특징으로 하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 습윤제가 이소프로필알콜, 2-에틸-1-헥산올, 2-부톡시에탄올, 디프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜, n-프로필알콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 크롬 프리 금속 표면 처리 조성물.
  12. 금속재; 및
    상기 금속재 상에 형성되며 실란계 화합물 10 내지 30 중량부, 유기산 0.5 내지 6 중량부, 바나듐화합물 0.1 내지 3 중량부, 마그네슘화합물 0.1 내지 3 중량부, 왁스 0.5 내지 3 중량부 및 잔부 용매를 포함하는 금속 표면 처리 조성물의 경화물인 코팅층을 포함하는 내슬립성이 우수한 크롬 프리 표면 처리 금속재.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께가 0.5 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 내슬립성이 우수한 크롬 프리 표면 처리 금속재.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층의 마찰계수가 0.4 내지 0.6인 것을 특징으로 하는 내슬립성이 우수한 크롬 프리 표면 처리 금속재.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 왁스가 폴리프로필렌계 왁스인 것을 특징으로 하는 내슬립성이 우수한 크롬 프리 표면 처리 금속재.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 왁스의 중량평균 분자량이 2,000 내지 10,000인 것을 특징으로 하는 내슬립성이 우수한 크롬 프리 표면 처리 금속재.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 왁스의 녹는점이 130 내지 160℃인 것을 특징으로 하는 내슬립성이 우수한 크롬 프리 표면 처리 금속재.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 금속 표면 처리 조성물이 소포제 0.01 내지 1 중량부 및 습윤제 1 내지 2 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내슬립성이 우수한 크롬 프리 표면 처리 금속재.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 금속재가 스테인리스 강판, 아연도금 강판, 알루미늄도금 강판 및 합금도금강판 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내슬립성이 우수한 크롬 프리 표면 처리 금속재.
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