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KR101403179B1 - 표면처리강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

표면처리강판 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR101403179B1
KR101403179B1 KR1020120154281A KR20120154281A KR101403179B1 KR 101403179 B1 KR101403179 B1 KR 101403179B1 KR 1020120154281 A KR1020120154281 A KR 1020120154281A KR 20120154281 A KR20120154281 A KR 20120154281A KR 101403179 B1 KR101403179 B1 KR 101403179B1
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KR
South Korea
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steel sheet
graphene
resin
polymer resin
base steel
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KR1020120154281A
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김중규
윤현주
유혜진
김종상
정용균
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주식회사 포스코
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Publication date
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Priority to JP2015550311A priority patent/JP6171026B2/ja
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Abstract

본 발명은 표면처리강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내식성과 열전도성이 우수한 표면처리강판에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 전기전도성 등의 물성이 매우 우수한 그래핀(graphene)을 포함하는 고분자 수지 조성물을 소지강판 표면에 코팅함으로써 고분자 수지 조성물에 의한 내식성뿐만 아니라, 그래핀 고유의 특성도 우수하게 확보할 수 있는 표면처리강판을 제공할 수 있다.

Description

표면처리강판 및 이의 제조방법 {SURFACE TREATED STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 표면처리강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내식성과 열전도성이 우수한 표면처리강판에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 차체 등에 적용되는 강판은 자동차사에서 차체를 조립한 후 인산염 처리와 도장을 거친다. 이때 조립된 자체 중 강판이 겹치는 부위가 여러 곳 발생하게 되는데, 이 겹쳐진 부위에는 인산염이나 도료가 침입하기 어려워 내식성이 취약해지는 문제점이 있다.
종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 강판이 겹쳐지는 부위에 실링(sealing) 처리하여 부식인자가 그 부위에 접근하는 것을 차단하는 방안이 적용된 바 있었다. 그러나, 이는 최종 제품의 생산성 하락과 함께 원가상승을 유발하는 문제가 있어, 결국 실링 처리를 배제하면서 내식성이 우수한 표면처리강판이 요구되고 있는 실정이다.
최근에는, 실링 처리를 생략한 표면처리강판으로서 소지강판 상에 유기피막을 도포한 강판에 대해 많은 연구가 이루어지고 있으며, 실제로 일정 두께의 유기피막층을 갖는 표면처리강판이 상용화되고 있다.
이러한 유기피막층을 갖는 표면처리강판은 인산염이나 도장처리가 되지 않는 부위에서도 내식성을 확보할 수 있다는 장점이 있으나, 두꺼운 유기피막층으로 인해 전기저항용접시 용접성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 내식성을 우수하게 확보하면서도, 이후의 전기저항용접시에도 우수한 용접성을 갖는 표면처리강판이 요구되고 있다.
본 발명의 일 측면은, 내식성뿐만 아니라 높은 열전도성으로 용접성이 우수하게 확보된 표면처리강판 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 소지강판 및 상기 소지강판 상부에 그래핀을 함유하는 고분자 수지층을 포함하고, 상기 그래핀은 상기 고분자 수지층 내에서 배열되어 있는 것인 표면처리강판을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판 상부에 그래핀을 함유하는 고분자 수지 조성물을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 소지강판을 건조 및 경화시켜 그래핀을 함유하는 고분자 수지층을 형성시키는 단계를 포함하고, 상기 건조시 상기 코팅된 소지강판 하부에서 전기장 또는 자기장을 인가하여, 상기 고분자 수지층 내에서 상기 그래핀 배열되도록 하는 표면처리강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 소지강판 상에 그래핀을 함유하는 고분자 수지층을 형성시킴으로써 기존의 유기피막 처리 등에 비해 내식성을 보다 우수하게 확보할 수 있으며, 열전도성도 동시에 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 하나의 측면에 따르면, 균일하고 일정한 두께의 그래핀을 포함하는 고분자 수지층을 포함하는 표면처리된 강판이 제조될 수 있다.
본 발명자들은 자동차 자체 등에 적용되는 표면처리강판에 있어서, 기존의 표면처리강판에 비해 내식성이 우수하고, 이후의 전기저항용접시 용접성도 확보할 수 있는 표면처리강판을 도출해내기 위해 깊이 연구한 결과, 전기전도도, 기계적 강도 등의 물성이 매우 우수한 그래핀(graphene)을 포함하는 고분자 수지조성물을 강판 표면에 도포하여 일정 두께를 갖도록 할 경우 균일하게 형성된 그래핀(graphene)에 의해 내식성, 열전도성뿐만 아니라 그래핀이 갖는 여러 고유 물성들도 동시에 확보할 수 있는 표면처리강판을 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
그래핀(Graphene)은 탄소 원자로 이루어지고, 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막으로서, 탄소가 육각형의 형태로 연결된 벌집모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 강도와 전기전도성, 열전도성, 전기적 성질 등의 물성이 매우 우수하다고 알려져 있다.
현재, 산업계 등의 여러 분야에서는 이러한 그래핀의 물성을 활용한 연구들이 많이 진행되고 있으며, 일 예로서 기판 등에 용액 기반으로 한 그래핀 용액을 코팅하는 기술들이 응용되고 있다. 하지만, 용액 기반으로 그래핀을 코팅하는 기술은 간단한 방법으로도 그래핀을 코팅할 수 있다는 장점이 있지만, 이에 반해 그래핀 쉬트(sheet)들이 일정한 방향으로 균일하게 코팅되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 그래핀을 소지강판과 수지층의 계면 부근 또는 수지층의 표층 부근에서 배열시킴으로써 상술한 문제점을 해결하면서, 신규한 개념의 표면처리강판을 제안한다.
즉, 본 발명의 발명자들의 연구결과에 따르면 그래핀은 탄소계 재료로서 SP2 구조로 육각형의 탄소원자로 판상 구조를 이루고 있기 때문에, 냉연강판 표면에 형성된 미세한 스케일의 성장을 효과적으로 억제할 수 있으며, 치밀한 구조의 그래핀층에 의해 부식환경에서도 수분 등의 투과를 효과적으로 차단할 수 있으므로 내식성을 부여할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 내식성과 열전도성이 우수한 표면처리강판으로서, 소지강판 및 상기 소지강판 상부에 그래핀을 함유하는 고분자 수지층을 포함하고, 상기 그래핀은 상기 고분자 수지층 내에서 방향을 갖고 배열되어 있는 표면처리강판을 제안한다.
이때, 상기 소지강판 상부에 형성되는 그래핀을 함유하는 고분자 수지층의 평균 두께는 0.5~5.0μm인 것이 바람직하며, 1~3μm의 평균 두께를 갖는 것이 보다 바람직하다. 소지강판의 상부에 형성되는 그래핀을 함유하는 고분자 수지층의 평균 두께가 0.5μm 미만으로 형성되면 상기 고분자 수지층 상에 함유된 그래핀의 함량이 충분하지 못하여 그래핀 고유의 특성을 부여하기 어려울 뿐만 아니라, 고분자 수지층 자체의 내식특성도 확보하기 어려운 문제가 있다. 반면, 그래핀을 함유하는 고분자 수지층의 평균 두께가 5.0μm를 초과하여 너무 두껍게 형성될 경우에는 그래핀에 의한 특성은 충분히 확보가 가능하지만, 고분자 수지층 자체가 불균일하게 형성될 우려가 있으며, 이후의 가공시에도 가공도가 저하될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.
본 발명의 유리한 표면처리강판을 제조하는 방법으로는, 소지강판 상부에 그래핀을 포함하는 고분자 수지층을 형성할 수 있는 방법이라면 특별히 제한하지 않는다. 다만, 통상적으로 도출해 낼 수 있는 바와 같이 그래핀 용액을 미리 제조한 후 제조된 그래핀 용액을 소지강판의 표면에 층을 이루도록 도포하는 방법 등이 있을 수 있으나, 이러한 방법들은 공정의 효율성 또는 부착강도 등에 문제가 있을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 측면은 그래핀 쉬트(sheet)를 소지강판 상에서 균일한 방향을 갖도록 코팅할 수 있는 바람직한 방법을 제안한다. 즉, 본 발명에서는 그래핀을 함유하는 고분자 수지조성물을 소지강판 표면에 코팅함에 있어서, 전자기장(전기장 또는 자기장)을 이용하여 상기 조성물 내에 함유되어 있는 그래핀 쉬트(sheet)들을 고분자 수지층 내에서 방향을 갖도록 배열시킴으로써 소지강판과의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 발명자들의 연구결과에 따르면 그래핀의 에지(edge) 부분에 존재하는 수산기(OH)는 용해도(solubility)가 높아 용액공정을 이용할 경우 대면적 박막의 형성이 가능하며, 그래핀의 수산기(OH)를 균일하게 배열시킴으로써 소지강판과의 밀착성을 향상시킬 수 있으며, 더불어 그래핀 고유의 특성을 유효하게 부여할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
이하에서는 본 발명 일 측면에 따른 표면처리강판의 제조방법의 구체적인 일 구현례를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 구현례에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 구현례를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하, 본 발명의 일 측면인 그래핀을 포함하는 고분자 수지층을 포함하는 표면처리강판의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 표면상에 그래핀을 포함하는 고분자 수지층이 형성된 표면처리강판을 제조하기 위한 바람직한 일 예로서, 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판 상부에 그래핀을 함유하는 고분자 수지 조성물을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 소지강판을 건조 및 경화시키는 단계를 포함하고, 상기 건조시 상기 코팅된 소지강판 하부에서 전기장 또는 자기장을 인가하는 것을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 표면처리강판 제조방법에 적용되는 소지강판은 특별히 한정되지는 않으며, 일반적인 철강재 또는 비철강재일 수 있다.
상술한 바와 같이 소지강판이 준비되면, 이 소지강판 상부에 그래핀을 함유하는 고분자 수지 조성물을 코팅할 수 있다.
이때, 사용되는 그래핀을 함유하는 고분자 수지 조성물은 통상의 고분자 수지 조성물에 그래핀이 함유된 조성물로서, 상기 고분자 수지 조성물은 통상적으로 사용되는 바인더 수지라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 에스테르 수지 및 올레핀 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지를 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 우레탄 수지를 사용할 수 있다. 상기 고분자 수지 조성물은 상기 바인더 수지 이외에도 경화제, 내식향상제 등을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 바인더 수지는 전체 수지 조성물 중량부 기준으로 10~90 중량부를 사용함이 바람직한데, 이때 10중량부 미만이면 부식이온의 침투에 대한 바인더 수지, 예컨대 우레탄 수지의 내염수성 및 화학물질의 침투에 대한 내약품성이 발휘되지 않아 내화학성 및 내알칼리성이 저하된다. 이로 인해, pH 10 이상의 알칼리 용액으로 60℃에서 5분간 탈지할 경우 수지 피막이 변색 또는 박리되는 문제가 있다. 반면, 90중량부를 초과하면 엉김 현상에 의한 용액 안정성이 저하될 뿐만 아니라 가격이 상승하여 경제적인 측면에서 불리한 단점이 있다. 따라서, 전체 수지 조성물 내 바인더 수지는 전체 수지 조성물 중량부 기준으로 10~90 중량부로 포함함이 바람직하며, 잔부는 물로 이루어질 수 있다.
상기 바인더 수지로서 사용될 수 있는 우레탄 수지는 내수성, 내약품성, 내산성 및 내알칼리성이 강하고, 이에 의해 형성된 도막(塗膜)은 부드러우면서도 강하기 때문에, 강판이나 알루미늄 판 등에 도장하여 표면의 긁힘을 방지하는데에 사용되거나, 내화학성을 부여하기 위해 널리 사용된다. 따라서, 이러한 목적으로 사용되는 당업계의 통상적인 우레탄 수지라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다. 다만, 이러한 우레탄 수지는 단독으로 사용될 경우 부드러우면서도 강한 성질을 구현하는데에 한계가 있으므로, 본 발명에서는 우레탄 수지로서 연질 우레탄계 수지 및 경질 우레탄계 수지를 혼합한 형태로서 사용할 수 있다.
이러할 경우, 연질 우레탄계 수지는 우레탄 수지의 고형분 농도를 기준으로 5~95 중량부로 함유됨이 바람직한데, 상기 연질 우레탄계 수지의 고형분 농도가 5중량부 미만이면 가공성은 향상되나 내열성 및 내수열화성이 저하되고, 반면 95중량부를 초과하게 되면 가공성 향상에 더 이상의 효과가 없고, 오히려 내식성이 크게 저하되는 문제가 있다.
상기 연질 우레탄계 수지로는 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 폴리에틸렌 변성 폴리우레탄 수지 등과 같은 이소포렌 디이소시아네이트, 이염기산 및 다가알코올로부터 제조되는 폴리우레탄 수지 또는 아크릴-우레탄 수지, 폴리에틸렌-아크릴 변성 폴리우레탄 수지 등과 같은 아크릴 폴리올 또는 폴리이소시아네이트로부터 제조되는 폴리우레탄 수지를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 다가알코올로서는 아크릴 폴리올, 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 폴리올레핀계 폴리올 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 연질 우레탄계 수지의 분자량은 5,000 내지 300,000인 것이 바람직한데, 분자량이 5,000 미만이면 가공성이 크게 저하되고, 반면 300,000을 초과하게 되면 용액의 안정성이 감소하는 문제가 있다.
또한, 경질 우레탄계 수지는 폴리카프로락톤 폴리올 또는 폴리카보네이트폴리올과 디이소시아네이트, 특히 파라페닐렌디이소시아네이트로부터 제조된 폴리우레탄 수지 또는 4,4'-비스(ω-히드록시알킬렌옥시)비페닐과 메틸-2,6-디이소시아네이트헥사노에이트로부터 제조되는 폴리우레탄 수지 또는 아세탈 결합을 갖는 폴리우레탄수지 등이 사용될 수 있으며, 이때 상기 경질 우레탄계 수지의 분자량은 200,000 내지 2,000,000인 것이 바람직하다. 상기 경질 우레탄계 수지의 분자량이 200,000 미만이면 가공성의 향상효과가 없고, 2,000,000 초과하면 용액의 안정성이 감소하며 수지용액의 점도가 상승하여 작업성을 저하시키는 문제가 있다. 이러한 경질 우레탄계 수지는 건조필름 제조시 쇼어(Shore)A 경도가 40 내지 90인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 쇼어A 경도가 40 미만이면 가공성 향상에 효과가 없고, 반면 90을 초과하면 도막, 수지층이 너무 단단해져서 가공시 파쇄되기 때문에 가공성 향상에 효과가 없으므로, 상기 범위의 경도를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 상기 바인더 수지로서 아크릴 수지를 이용할 수도 있으며, 상기 아크릴 수지는 내고온고습성과 내한성 및 가공성이 우수하며 가격이 저렴하기 때문에 금속 표면처리 용도로 널리 사용한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 아크릴 수지로는 수용화 가능한 정도의 카르복실기를 포함하는 통상의 단량체 조성으로 합성된 아크릴계 수지가 사용될 수 있다. 이때, 아크릴계 수지 단량체로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, 노르말부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트 또는 히드록시부틸(메타)아크릴레이트를 사용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 아크릴 수지의 분자량은 50,000 내지 2,000,000인 것이 바람직한데, 상기 아크릴 수지의 분자량이 50,000 미만이면 가공성의 향상효과가 없고, 반면 2,000,000을 초과하는 경우에는 용액의 안정성이 감소하며, 수지용액의 점도가 상승하여 작업성을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 상기 바인더 수지로서 에폭시 수지를 이용할 수도 있으며, 상기 에폭시 수지는 부착성, 내식성, 상도 도장성 등이 우수하여 금속 소재의 피복재에 널리 사용되고 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 에폭시 수지는 비스페놀 A형 수지, 비스페놀 F형 수지 및 노볼락 수지 등을 사용할 수 있다.
상기 에폭시 수지의 분자량은 500 내지 25,000인 것이 바람직한데, 상기 에폭시 수지의 분자량이 500 미만이면 가교 밀도가 높아져 가공성 확보가 어렵고, 반면 25,000을 초과하게 되면 수용화가 어렵고, 경화피막의 가교 밀도가 감소됨에 따라 내식성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 바인더 수지로서 에스테르 수지를 이용할 수도 있으며, 상기 에스테르 수지는 경화성이 우수하고 내약품성, 내열성, 가소성이 우수하며 유기물과의 부착성이 우수하여 금속 표면처리재로 널리 사용되고 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 에스테르 수지는 무수말레인산, 이소프탈산, 테레프탈산, 테트라하이드로무수프탈산, 메틸테트라히드로무수프탈산, 아디핀산, 피밀산으로부터 제조되는 폴리에스테르 수지 또는 에틸렌글리콜 변성 에스테르 수지, 프로필렌글리콜 변성 에스테르 수지, 네오펜틸글리콜 변성 에스테르 수지를 사용할 수 있다.
상기 에스테르 수지의 분자량은 2,000 내지 20,000인 것이 바람직한데, 상기 에스테르 수지의 분자량이 2,000 미만이면 가교 밀도 상승으로 가공성이 취약해지고, 반면 20,000을 초과하게 되면 가격이 상승할 뿐만 아니라, 가교 밀도 상승으로 인해 내염수성이 취약해지고, 내식성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 바인더 수지로서 올레핀 수지를 이용할 수도 있으며, 상기 올레핀 수지는 내수성, 내산성 및 내염수성이 강하고 도막이 강하기 때문에 금속 표면처리 후 도장면의 긁힘을 방지하는데 효과가 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 올레핀 수지는 수용성 폴리올레핀 수지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌, 비닐 변성 폴리에틸렌 수지, 폴리비닐부틸렌 수지, 염화비닐 공중합체 수지, 초산비닐 공중합체 수지 또는 폴리비닐알콜 수지를 사용할 수 있다.
상기 올레핀 수지의 분자량은 50,000 내지 2,000,000인 것이 바람직한데, 상기 올레핀 수지의 분자량이 50,000 미만이면 가교 밀도가 높아져 가공성 확보가 어려우며, 반면 분자량이 2,000,000을 초과하면 수용화가 어렵고, 수지의 침강이 발생하며, 경화 피막의 가교 밀도가 감소되어 내식성이 저하되는 문제가 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 그래핀을 함유하는 고분자 수지 조성물은 상기한 바인더 수지를 포함하여 이루어진 고분자 수지 조성물에 0.01~20중량%의 그래핀, 보다 바람직하게는 0.1~20중량%의 그래핀이 포함된 조성물인 것이 바람직하다.
상기에서 고분자 수지 조성물은 소지강판의 내식성 확보에 유리한 역할을 하며, 상기 고분자 수지 조성물 내 그래핀은 그래핀 고유의 특성을 소지강판 상에 부여하기 위한 것으로서, 상기 그래핀에 의해 소지강판은 내식성뿐만 아니라 열전도성도 우수하게 확보할 수 있으므로, 가공시 용접성을 확보할 수 있다.
상술한 바와 같이, 그래핀 고유의 특성을 소지강판 상에 부여하기 위해서는 소지강판 코팅을 위한 고분자 수지 조성물 내에 일정량의 그래핀이 함유되어야할 것이고, 이때 분말 상태의 그래핀을 첨가한 후 고분자 수지 조성물과 혼합시킴이 바람직하다.
이때, 상기한 고분자 수지 조성물에 포함되는 그래핀은 0.01~20중량%로 함유됨이 바람직한데, 이때, 그래핀의 함량이 0.01중량% 미만이면 목적으로 하는 그래핀 물성의 확보가 미미하고, 반면 그 함량이 20중량%를 초과하게 되면 그래핀 물성을 확보하는데에는 문제가 없으나, 많은 양의 그래핀이 소지강판 표면에서 균일하게 코팅되지 못할 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.
이와 같은 그래핀을 포함하는 고분자 수지 조성물을 소지강판 상부에 코팅하는 방법으로는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 바-코터, 롤 코터 또는 커튼 코터 등의 방법이 사용될 수 있다. 일 예로서, 롤 코터를 이용하는 롤 코팅 방법을 적용할 경우, 먼저 믹싱(mixing) 탱크에서 코팅하고자 하는 조성물, 본 발명에서는 그래핀 용액을 투입하고, 이를 충분히 교반한 후 순환배관을 통해 코터팬(coater pan)까지 이송시키고, 코터팬에서 롤코터(roll coater)로 도금층 위에 조성물을 코팅하게 된다.
소지강판 상에 상기한 그래핀을 포함하는 고분자 수지 조성물의 코팅이 완료되면, 이를 건조 및 경화시킴이 바람직하다. 이때 건조 방법으로는 본 기술분야에서 일반적으로 알려져 있는 방법으로 행할 수 있으며, 예컨대 열풍 가열방식, 적외선 가열방식 또는 유도 가열방식 등의 방법이 사용될 수 있다. 그리고 나서, 코팅된 용액이 층(layer)으로 단단히 굳어지도록 충분히 경화시킴이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 상기 코팅된 소지강판을 건조시킴과 동시에 코팅된 소지강판 하부에서 전기장 또는 자기장을 가해줄 수 있다.
이와 같이, 코팅된 소지강판을 건조함과 동시에 전기장 또는 자기장을 가해주는 것은 코팅된 용액 즉, 고분자 수지 조성물 내에 함유된 그래핀의 밀착력을 향상시키기 위함이다. 보다 구체적으로, 그래핀이 함유된 고분자 수지 조성물을 소지강판 상에 코팅한 직후, 그래핀은 균일하게 배열되어 있지 않고 고분자 수지 조성물 상에 분산되어 있는 형태일 것이다. 이러한 그래핀은 에지(edge) 부분에 작용기(수산기(OH))를 포함하고 있는데, 여기에 전기장 또는 자기장을 인가하게 되면 그래핀의 작용기들을 끌어당기거나 밀어낼 수 있으며, 이로 인해 분산되어 있는 그래핀을 소지강판과 수지 조성물의 계면 즉, 코팅된 고분자 수지 조성물 내에서 하부 또는 상부에 밀집시킬 수 있다.
일 예로서, 코팅된 소지강판을 건조함과 동시에 -200~+200V(0은 제외)의 전압을 인가할 수 있다. 그래핀의 OH기들은 -전하를 띄고 있으므로, 상기 소지강판에 +전압을 인가해주면 상기 그래핀의 OH기들이 소지강판 방향으로 배열하게 되고, -전압을 인가해주면 상기 그래핀의 OH기들이 소지강판 반대 방향으로 배열하게 됨에 따라 밀착력을 향상시킬 수 있는 것이다. 이때, 그래핀은 판상(sheet)으로 존재하거나 농축된층을 형성하여 존재할 수 있으며, 이중 판상(sheet)으로 존재하는 경우 그래핀 고유의 특성을 가장 유리하게 부여하는데에 바람직한 형태이다.
상술한 효과를 얻기 위해서 소지강판에 가해주는 전압은 적용되는 소지강판에 따라 달라질 수 있으므로 특별히 한정되지는 않지만, 바람직하게는 -200~+200V(0은 제외) 범위 내에서 전압을 인가해줄 수 있다.
따라서, 그래핀을 포함하는 수지 조성물을 소지강판 상에 도포한 후, 이를 건조함에 있어서 -200~0 미만V의 전압을 가해주었다면 이후 형성된 고분자 수지층 내 그래핀은 소지강판의 반대 방향 즉, 상기 고분자 수지층의 표층을 향하여 존재할 것이고, 0 초과~+200V의 전압을 가해주었다면 이후 형성된 고분자 수지층 내 그래핀은 소지강판 방향 즉, 상기 고분자자 수지층의 하부를 향하여 존재할 것이다.
따라서, 상술한 바와 같이 코팅된 소지강판을 건조함과 동시에 전압을 가해주기 위해서는 DC 전압 장치가 구축되어 있는 건조 장치를 이용함이 바람직할 것이다.
상기 본 발명의 일 구현례에 의해 제조된 표면처리강판은 우수한 내식성뿐만 아니라, 그래핀의 고유 특성 즉, 열전도성 등의 특성도 우수하게 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 표면처리강판에 추후 공정으로서 용접을 적용할 경우 용접성도 확보할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기하는 실시예는 예시를 통하여 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
일반 탄소강을 소지강판으로 하여, 상기 소지강판에 바인더로서 폴리우레탄 수지를 함유하는 고분자 수지 조성물에 1중량%의 그래핀이 함유된 용액을 바-코터(Bar-coater)로 코팅한 후, 상기 코팅된 소지강판을 열풍 가열방식으로 건조시키면서 상기 소지강판 하부에서 -200, 0 또는 +200V의 전압을 가해주면서 표면처리된 강판을 제조하였다.
상기 가해준 전압을 달리하여 제조된 각각의 표면처리강판에서 소지강판과 그래핀을 포함하는 고분자 수지층간의 밀착력을 평가하기 위해서, 상기 각각의 표면처리강판을 가로방향 ×, 세로방향 1mm 간격으로 10번 Cross Hatch Cut을 실시한 후, 테이프를 붙였다 떼어내는 방법으로 밀착력 평가를 실시한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
밀착력을 평가하는 기준은 100개의 정사각형 부위에서 테이프에 고분자 수지층이 얼마나 떼어져 나오는지를 평가하였다. 이때, 밀착력이 좋아 수지층이 벗겨지지 않은 경우에는 100/100, 밀착력이 나빠서 수지층이 다 벗겨진 경우에는 0/100으로 평가하였다.
또한, 상기 각각의 표면처리강판에 대하여 내식성을 함께 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
내식성 평가는 제조된 강판을 염수 분무시험으로 평가하였으며, 백청 발생면적이 시편 표면적의 5%가 될 때까지의 경과 시간으로 평가하였다.
인가 전압 -200V 0v +200V
밀착력 평가 90/100 95/100 100/100
내식성 평가 72Hr 48Hr 72Hr
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 그래핀을 포함하는 고분자 수지 조성물을 소지강판 상에 도포한 후, 상기 소지강판에 전압을 인가해줄 경우, 소지강판과 수지층간의 밀착성뿐만 아니라, 내식성이 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 소지강판 및 상기 소지강판 상부에 그래핀을 함유하는 고분자 수지층을 포함하고, 상기 그래핀은 상기 고분자 수지층 내에서 소지강판을 향하거나 고분자 수지층의 표층을 향하여 배열되어 있는 것인 표면처리강판.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 그래핀은 상기 고분자 수지층 내에서 농축된 층으로 존재하거나, 판상(sheet)으로 존재하는 표면처리강판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 그래핀을 함유하는 고분자 수지층은 평균 두께 0.5~5.0μm인 것을 특징으로 하는 표면처리강판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 그래핀을 함유하는 고분자 수지층은 바인더 수지로 우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 에스테르 수지 및 올레핀 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 전체 수지 조성물 중량부 대비 10~90 중량부로 포함하고, 잔부 물로 이루어진 고분자 수지 조성물에 0.01~20중량%의 그래핀을 포함하는 조성물로 이루어진 표면처리강판.
  6. 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판 상부에 그래핀을 함유하는 고분자 수지 조성물을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 소지강판을 건조 및 경화시켜 그래핀을 함유하는 고분자 수지층을 형성시키는 단계를 포함하고,
    상기 건조시 상기 코팅된 소지강판 하부에서 -200~200V(0은 제외)의 전압을 인가하여, 상기 고분자 수지층 내에서 상기 그래핀이 배열되도록 하는 표면처리강판의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 그래핀을 함유하는 고분자 수지 조성물은 바인더 수지로 우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 에스테르 수지 및 올레핀 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 전체 수지 조성물 중량부 대비 10~90 중량부로 포함하고, 잔부 물로 이루어진 고분자 수지 조성물에 0.01~20중량%의 그래핀을 포함하는 조성물인 표면처리강판의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 건조시 상기 코팅된 소지강판 하부에서 -200~0 미만V의 전압을 인가한 후 경화시키면 상기 그래핀이 고분자 수지층 내에서 표층을 향하여 존재하는 표면처리강판의 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 건조시 상기 코팅된 소지강판 하부에서 0 초과~+200V의 전압을 인가한 후 경화시키면 상기 그래핀이 고분자 수지층 내에서 소지강판을 향하여 존재하는 표면처리강판의 제조방법.
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