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KR101461711B1 - 표면처리용 수지조성물 및 이를 이용한 표면처리강판 - Google Patents

표면처리용 수지조성물 및 이를 이용한 표면처리강판 Download PDF

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KR101461711B1
KR101461711B1 KR1020120079013A KR20120079013A KR101461711B1 KR 101461711 B1 KR101461711 B1 KR 101461711B1 KR 1020120079013 A KR1020120079013 A KR 1020120079013A KR 20120079013 A KR20120079013 A KR 20120079013A KR 101461711 B1 KR101461711 B1 KR 101461711B1
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resin
wax
steel sheet
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adiabatic
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김종국
최양호
김종상
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 가전용 전자제품 또는 건자재 등에 적용되는 표면처리강판 및 상기 강판에 코팅층을 형성할 수 있는 수지조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 단열 안료 분산체 5~60 중량%, 수성 유기수지 30~90 중량%, 부착증진제 1~10 중량%, 왁스 0.1~5 중량% 및 가교제 0.15~30 중량%를 포함하는 수지조성물이고, 상기 수지조성물은 단열성이 우수한 수지도막층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 수지도막층이 형성된 표면처리강판은 가정용 외판으로 사용하기에 적합하다.

Description

표면처리용 수지조성물 및 이를 이용한 표면처리강판 {COATING SOLUTION COMPOSITION AND SURFACE TREATED STEEL SHEET THEREWITH}
본 발명은 가전용 전자제품 또는 건자재 등에 적용되는 표면처리강판 및 상기 강판에 코팅층을 형성할 수 있는 수지조성물에 관한 것이다.
최근 들어, 유가 상승 등의 이유로 모든 산업분야에서 에너지 효율 향상에 대한 관심이 부쩍 높아지고 있다. 특히 산업계의 변화가 빠른 가전 시장에서는 작은 정도의 에너지 효율성 향상만으로도 정부의 에너지 절감 시책에 따른 지원 등을 받을 수 있는 등 큰 파급효과가 발생함에 따라 에너지 효율성을 향상시키기 위한 많은 노력을 기울이고 있다.
한편, 전자제품 중 냉장고는 냉장고 내부의 냉기와 외부의 온기가 서로 열을 주고받는 열전달이 일어나는데, 이는 냉장고 단열층을 구성하고 있는 강판과 내부의 플라스틱을 통한 전도를 통해 발생한다. 이와 같은 열전달의 발생으로 냉장고 내부의 온도가 쉽게 올라가게 되며, 상승된 온도를 낮추기 위해 전력소모가 발생하면서 에너지 효율이 낮아지게 된다.
따라서, 냉장고의 에너지 효율을 향상시키기 위해서는 냉장고의 단열성을 향상시킴이 필요하며, 이는 단열층의 열전도율을 최소화시킴으로써 구현될 수 있다.
기존의 냉장고 업체에서는 단열층을 구성하고 있는 부위에서 내부 플라스틱이나 중간층 폴리우레탄 폼 등의 단열성을 향상시켜 에너지 효율을 높여왔다.
현재, 냉장고용 외판으로는 PCM(Pre-coated metal) 도장강판 등이 적용되고 있으며, 이와 같이 가정용 제품에 사용되는 코팅강판에 대해 단열성을 향상시키기 위한 기술에 관해서는 아직 발표된 바 없다.
다만, 건자재용 제품에서는 적용되는 도료 중 상변화 물질 등을 포함한 차열도료를 적용한 차열강판 등이 개발되어 일부 적용되고 있다. 건자재용 차열도료는 대부분 상변화 물질을 포함하여 낮 동안 건물이 받은 에너지를 상변화 물질이 고체에서 액체로 상변이를 일으키며 잠열로 흡수하고 있다가, 해가지면 다시 고체로 상변이를 일으키면서 잠열을 배출하므로, 낮과 밤에 생기는 건물의 온도차를 줄이는 효과가 있다. 그러나, 이러한 건자재용 차열도료는 상변이 물질의 입자 크기가 커 상대적으로 박막 형태로 코팅하는 가전용 코팅강판에 적용할 경우 외관이 불량해지며, 가전제품은 대부분 실내에서 사용하므로 낮ㆍ밤에 따른 온도차이가 크지 않으므로 그 효과가 미미하게 된다.
본 발명의 일 측면은 단열성이 향상된 표면처리강판에 사용될 수 있는 표면처리용 수지조성물, 단열성이 향상된 표면처리강판 및 그 제조방법에 대해 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 단열 안료 분산체 5~60 중량%, 수성 유기수지 30~90 중량%, 부착증진제 1~10 중량%, 왁스 0.1~5 중량% 및 가교제 0.15~30 중량%를 포함하는 표면처리용 수지조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판; 및 상기 소지강판의 1면 또는 양면에 상기의 표면처리용 수지조성물로 형성된 수지도막층을 포함하는 단열성이 우수한 표면처리강판을 제공한다.
본 발명에서 제공하는 표면처리용 수지조성물을 코팅하여 수지도막층을 형성한 표면처리강판은 단열성뿐만 아니라, 도막 밀착성, 밴딩성, 윤활성, 내식성 및 의장성도 우수하게 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 표면처리강판은 가전용 외판으로 사용하기에 적합하며, 특히 높은 열전도도를 요구하는 냉장고용 외판으로서 매우 적합하다.
도 1은 본 발명에 따른 수지도막층이 형성된 표면처리강판의 측면도를 나타낸 것이다.
도 2는 수지도막층과 소지강판 사이에 하도도막층이 형성된 표면처리강판의 측면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 표면처리용 수지조성물 내에 함유된 단열 안료 입자를 전자주사 현미경을 관찰한 이미지이다.
본 발명자들은 가전제품에 적용되는 코팅강판에 있어서, 우수한 단열성을 갖는 표면처리강판을 도출해내기 위해 깊이 연구한 결과, 본 발명에서 제안하는 수지조성물로 수지도막층을 형성하는 경우 단열성이 우수한 표면처리강판을 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명의 일 측면인 표면처리용 수지조성물에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 표면처리용 수지조성물은 단열 안료 분산체 5~60 중량%, 수성 유기수지 30~90 중량%, 부착증진제 1~10 중량%, 왁스 0.1~5 중량% 및 가교제 0.15~30 중량%로 조성될 수 있다.
[단열 안료 분산체]
단열 안료 분산체는 강판의 단열성을 향상시키는 역할을 하는 물질로서, 본 발명에서는 5~60 중량%로 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 표면처리용 수지조성물에 있어서, 상기 단열 안료 분산체의 함유량이 5 중량% 미만일 경우에는 단열성을 저하시킬 우려가 있으며, 반면 60 중량%를 초과할 경우에는 용액안정성, 내식성 및 의장성을 저하시키는 문제가 있다.
상기 단열 안료 분산체는 60~97 중량%의 수성 유기수지, 1~30 중량%의 단열 안료 입자 및 0.05~15 중량%의 안료 분산제를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 단열 안료 입자는 균일한 분산 및 안정을 위해 안료 분산제에 분산시킬 시, 통상적인 용액 교반 방식 보다는 밀링(milling)이라고 하는 별도의 분산 과정을 이용함이 바람직하다.
밀링(milling)은 밀링 머신으로 밀링 커터를 사용하여 분쇄하고자 하는 물질을 절삭하는 가공법으로서, 일반적으로 볼밀(ball mill)을 이용한다.
상기와 같은 밀링 공정시 단열 안료 입자에 적절한 유동성을 제공하기 위해 수성 유기수지를 첨가함이 바람직하다. 이때, 수성 유기수지의 함량이 60 중량% 미만이면 밀링 작업시 충분한 유동성의 확보가 어려워 분산작업이 불가하며, 반면 97 중량%를 초과할 경우에는 단열성을 저하시킬 우려가 있으므로, 60~97 중량%로 첨가됨이 바람직하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 수성 유기수지는 단열 안료 입자를 잘 분산시킬 수 있는 수성 유기수지라면 제한 없이 사용할 수 있으므로 구체적인 종류는 한정되는 것은 아니나, 예컨대 수분산 우레탄 수지, 수분산 아크릴 수지, 수용성 에폭시, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 적용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 수분산 우레탄 수지를 적용할 수 있다.
또한, 상기 단열 안료 분산체에 포함되는 단열 안료 입자는 단열성 확보를 위해 1~30 중량%로 함유됨이 바람직하다. 단열 안료 입자의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 단열성의 확보가 어려우며, 반면 30 중량%를 초과하여 과다하게 첨가할 경우에는 분산을 위한 밀링 공정에 무리가 가해져 작업이 곤란해질 수 있다. 또한, 밀링 공정이 가능하다 하더라도 단열 안료 입자를 과량 포함하는 단열 안료 분산체로 수지조성물로 제조하는 경우에는 용액 안정성을 저하시키고, 표면처리강판의 의장성을 저하시킬 우려가 있다. 상기의 함량 범위로 단열 안료 분산체에 포함된 단열 안료 입자를 전자주사현미경으로 관찰하여 도 3에 나타내었다.
본 발명에서 사용될 수 있는 단열 안료 입자의 구체적인 종류는 한정되는 것은 아니나, 예컨대 실리카 에어젤, 타티타니아 에어젤, 카본에어젤 및 알루미나 에어젤로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 적용할 수 있다.
이때, 단열 안료 입자의 평균 기공율과 평균 입자크기는 특별히 제한되는 것은 아니나, 80~99.9%의 기공율을 갖고 0.5~50μm의 평균 입자크기를 갖는 것을 사용하는 것이 분산성과 단열성 확보 등에서 바람직하다. 이때, 기공율은 하기의 수학식 1을 통해 계산될 수 있으며, 여기서 ρ AG 는 입자(에어젤)의 밀도, ρ Solid 는 입자(에어젤)을 제조하기 전 벌크 물질의 밀도를 나타낸다.
단열 안료 입자의 기공율이 80% 미만일 경우에는 단열성 및 분산성이 저하되며, 반면 기공율이 99.9%를 초과할 경우에는 의장성과 단열성이 저하될 수 있으며 제조과정에서 지나치게 많은 비용이 소요될 수 있다. 또한, 단열 안료 입자의 평균 입자크기가 0.5μm 미만일 경우에는 단열성 확보가 어려우며, 반면 50μm를 초과할 경우에는 강판의 의장성을 저하시킬 우려가 있다.
[수학식 1]
Figure 112012057935859-pat00001

상기 단열 안료 입자를 분산시키기 위한 안료 분산제는 단열 안료 입자의 분산성 및 용액 안정성을 향상시키기 위해, 0.05~15중량%로 단열 안료 분산체에 포함함이 바람직하다. 안료 분산제의 함량이 0.05 중량% 미만 또는 15 중량%를 초과할 경우에는 단열 안료 입자의 분산성 및 용액 안정성을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 안료 분산제의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 적용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112012057935859-pat00002
여기서, R1은 수소원자 또는 탄소를 1 내지 10개 포함하는 알킬기, R2는 탄소를 1 내지 10개 포함하는 알킬기, 상기 R1 및 R2의 알킬기에 포함되는 탄소의 총 수는 15개 이하이고, R3는 -OH, -ONa, -OK, -COOH, -COONa, -COOK, -COO-Na4 +, -SO3H, -SO3Na, -SO3K, -SO3 -Na4 +, -PO3H2, -HPO3Na, -HPO3K, -PO3Na2, -PO3K2 및 -SO2NHCOA로 이루어진 군에서 선택된 하나의 작용기를 나타내고, 상기 작용기에서 A는 알킬기 또는 페닐기를 나타낸다.
상기 화학식 1에서 R1 및 R2 각각의 알킬기에 포함되는 탄소 수가 10개 이상이거나, R1 및 R2 알킬기에 포함되는 탄소의 총수가 15개를 초과할 경우에는 안료의 분산 안정성 및 용액 안정성을 저하시킬 수 있다.
본 발명에 따른 단열 안료 분산체는 단열성이 우수한 단열 안료 입자와 상기 단열 안료 입자의 분산 안정성을 향상시킬 수 있는 안료 분산제 및 안료의 분산시 유동성을 증가시킬 수 있는 수성 유기수지를 포함하고 있으므로, 이와 같이 구성되는 단열 안료 분산체를 수지조성물에 포함할 경우 수지조성물의 용액 안정성을 확보할 수 있으며, 또한 이를 강판에 코팅하는 경우에는 단열성을 우수하게 향상시킬 수 있다.
[수성 유기수지]
수성 유기수지는 강판의 의장성, 내식성 및 도막 밀착성을 향상시키기 위해 첨가하는 성분이지만, 상기 단열 안료 분산체 제조시에는 안료 입자의 유동성 향상을 위해 첨가될 수 있다.
본 발명의 표면처리용 수지조성물 제조시 첨가되는 수성 유기수지는 30~90 중량%로 포함함이 바람직하다. 상기 수성 유기수지의 함유량이 30 중량% 미만일 경우에는 상술한 효과를 얻기 어려우며, 반면 90 중량%를 초과할 경우에는 수지조성물의 단열성을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 수성 유기수지의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 상기에서도 언급한 바와 같이 수분산 우레탄 수지, 수분산 아크릴 수지, 수용성 에폭시, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 적용할 수 있다.
[부착증진제]
부착증진제는 강판의 도막 밀착성 및 밴딩성을 향상시키는 역할을 하는 물질로서, 본 발명의 표면처리용 수지조성물에는 1~10 중량%로 포함됨이 바람직하다. 상기 부착증진제의 함유량이 1 중량% 미만일 경우에는 상술한 효과를 얻기 어려우며, 반면 10 중량%를 초과할 경우에는 수지조성물의 단열성을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 부착증진제의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 비닐 트리에톡시 실란, 2-글리실 옥시 프로필 트리메톡시실란, 3-글리실 옥시프로필메틸 디메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시 실란 및 4-아미노프로필 트리에톡시 실란으로 이루어지는 실란계 커플링제, 티타늄 아세틸 아세토네이트, 이소-부톡시 티타늄 에틸 아세토 아세테이트, 테트라 이소프로필 티타네이트 및 테트라 노말 부틸 티타네이트로 이루어지는 티타늄계 커플링제, 테트라 노말-프로필 지르코네이트, 테트라 노말-부틸 지르코네이트, 트리에탄올 아민 지르코네이트 및 헥사플루오로 지르코네이트로 이루어지는 지르코늄계 커플링제, 헥사암모늄 헵타 몰리브데이트 테트라하이드레이트 인산염, 에폭시 포함 인산염 및 중인산 알루미늄으로 이루어지는 인산계 커플링제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 적용할 수 있다.
[왁스]
왁스는 강판의 윤활성을 향상시키는 역할을 하는 물질로서, 본 발명의 표면처리용 수지조성물에는 0.1~5 중량%로 포함됨이 바람직하다. 상기 왁스의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 강판의 윤활성을 충분히 향상시키기 어려우며, 반면 5 중량%를 초과할 경우에는 수지조성물의 도막 밀착성을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 왁스의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 칸델릴라(Candelilla) 왁스, 카나우바(Carnauba) 왁스, 캐스터 왁스, 에스팔토 왁스, 오우리큐리 왁스, 베이베리 왁스, 조조바 왁스, 라이스브랜 왁스, 소이 왁스 등의 식물성 왁스군과 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 피셔-트롭스 왁스, 아마이드 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 폴리올레핀 왁스 및 이들의 변성 왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 적용할 수 있다.
[가교제]
가교제는 강판의 경화도 및 내식성을 향상시키는 역할을 하는 물질로서, 본 발명의 표면처리용 수지조성물에는 0.15~30 중량%로 포함됨이 바람직하다. 상기 가교제의 함량이 0.15 중량% 미만일 경우에는 강판의 미경화가 발생하거나 내식성이 저하될 우려가 있으며, 반면 30 중량%를 초과할 경우에는 강판의 경화가 과도하게 일어나 강판의 밴딩성이 저하될 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 가교제의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 멜라민계 가교제, 이소시아네이트계 가교제, 아지리딘계 가교제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 적용할 수 있다.
상기의 본 발명의 표면처리용 수지조성물은 상기 성분들 이외에 추가적으로 촉매를 포함할 수 있으며, 상기 촉매는 강판의 경화속도를 향상시키기 위한 목적으로 첨가할 수 있다.
이때, 촉매는 3 중량% 이하로 첨가됨이 바람직하며, 촉매의 함량이 3 중량%를 초과할 경우 경화속도 효과가 포화되며, 오히려 용액 안정성을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 촉매의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 파라톨루엔 설포닉애시드, 알키드벤젠 설포닉애시드, 아세틸아세톤, 벤질 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 표면처리강판에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 표면처리강판은 소지강판, 상기 소지강판의 1면 또는 양면에 단열 안료 분산체, 수성 유기수지, 부착증진제, 왁스 및 가교제로 이루어진 표면처리용 수지조성물을 도포하여 형성된 수지도막층이 형성된 것이다 (도 1 참조).
상기 표면처리강판은 소지강판과 수지도막층 사이에 하도도막을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 소지강판은 특별히 한정되는 것은 아니며, 어떠한 강판을 적용하여도 본 발명에는 영향이 없으나, 바람직하게는 가전용 외판에 적용가능한 도금강판을 사용함이 바람직하다. 보다 바람직하게는 아연계 또는 아연합금계 도금층을 포함하는 도금강판 일 수 있다.
본 발명에 따른 표면처리용 수지조성물을 이용하여 소지강판 위에 수지도막층을 형성할 시, 강판 건조 후의 수지도막층 두께는 5 내지 30 μm로 형성시키는 것이 바람직하다. 수지도막층의 두께가 5μm 미만일 경우에는 강판의 내식성, 의장성 및 단열성이 저하될 수 있으며, 반면 30μm를 초과할 경우에는 강판의 의장성 및 밴딩성이 저하될 수 있다.
상기 표면처리용 수지조성물은 본 발명의 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 방법으로 소지강판의 1면(전면 또는 후면) 또는 양면에 코팅하여 수지도막층을 형성할 수 있다.
코팅방법으로는 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, 우선 믹싱(mixing) 탱크에서 원하는 조성물을 투입하고, 이를 충분히 교반한 후 순환배관을 통해 코터팬(coater pan)까지 이송시키고, 코터팬에서 롤코터(roll coater)로 강판 위에 조성물을 도포하게 된다.
코팅된 표면처리용 수지조성물의 건조시에도 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 방법으로 행할 수 있으며, 예컨대 열풍 가열방식, 적외선 가열방식 또는 유도 가열방식 등의 방법이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 표면처리용 수지조성물을 소지강판 상에 코팅한 후 상기 강판을 건조할 시 건조조건은, 실사용된 수지조성물을 구성하는 성분들에 적합하도록 변경하여 설계될 수 있으나, 다만 건조 후의 수지도막층이 5~30μm의 두께로 형성되도록 건조됨이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 표면처리강판은 강판과 강판 상에 형성되는 수지도막층의 밀착성을 더 부여하기 위해 소지강판과 수지도막층 사이에 하도도막층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 하도도막층은 상술한 바와 같이 강판과 수지도막층의 밀착성을 증대시키기 위한 것으로, 수지도막층 형성 여부에 상관없이 소지강판의 전면(상부) 또는 후면(하부) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 도 2에 나타낸 바와 같이 소지강판의 전면(상부)에 하도도막층이 형성되고, 상기 하도도막층의 상부에 수지도막층을 형성시킬 수 있다.
이때, 하도도막층은 강판과 수지도막층의 밀착성을 향상시킬 수 있는 통상의 수지 조성물로 형성될 수 있으므로, 구체적으로 한정하지는 않는다. 예를들면, 유기계 수지와 무기계 수지를 혼합한 유-무기 수지계를 이용할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 표면처리강판은 우수한 단열성을 나타내며, 이와 더불어 의장성, 내식성, 도막 밀착성, 윤활성, 밴딩성 및 도금성 등이 우수하다.
더욱이, 본 발명에 따른 표면처리강판은 기존의 PCM 도장강판에 비해 박막 도막이 형성됨에도 불구하고 우수한 단열 특성을 보인다. 따라서, 본 발명에 따른 표면처리강판은 가전용 외판용 특히, 냉장고용 외판으로 사용되고 있는 PCM 도장강판 대신에 적용하기에 적합하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
실시예 Ⅰ. 단열 안료 분산체 조성에 따른 효과 분석
1. 단열 안료 분산체 제조
단열 안료 분산체 제조시 용액 내에서 안정적인 분산 안정성을 갖고, 적절한 입자 크기를 조절하기 위해 밀링(milling) 공정을 적용하여 제조하였다.
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 분산용 수성 유기수지, 단열 안료 입자 및 안료 분산제를 혼합한 용액에 지르코니아 볼을 첨가한 후 볼 밀에서 3500rpm으로 2시간 동안 밀링 공정을 실시하여 각각의 단열 안료 분산체를 제조하였다. 이후, 제조된 단열 안료 분산체 내의 단열 안료 입자의 크기를 Malvern Zetasizer Nano ZS로 측정하고, 그 평균입경을 하기 표 1에 함께 나타내었다.
이때, 분산용 수성 유기수지로는 폴리우레탄 수지 Sancure 898(Lubrizol), 단열 안료 입자로는 실리카 에어겔 IC 3100(CABOT 사), 안료 분산제로는 Surfonyl TG(Air products 사)를 사용하였다.
구분
분산용 수성 유기수지 단열 안료 입자 안료 분산제
함량
(중량%)
평균입경
(μm)
기공율
(%)
함량
(중량%)
R1
C개수
R2
C개수
함량
(중량%)
발명분산체1 70 2.4 99.0 25 4 1 5
발명분산체2 75 26.0 99.1 23 4 8 2
발명분산체3 62 6.5 99.1 27 6 5 11
발명분산체4 85 9.8 82.0 13 4 5 2
발명분산체5 92 14.0 97.4 7 5 1 1
발명분산체6 88 42.0 98.9 10 8 3 2
발명분산체7 79 29.4 88.3 18 4 1 3
발명분산체8 86 33.0 99.8 13 6 5 1
발명분산체9 92 5.4 99.1 6 4 4 2
발명분산체10 97 13.1 83.0 2.5 3 6 0.5
발명분산체11 93 37.9 94.5 6 5 3 1
발명분산체12 91 14.1 99.0 8 7 4 1
발명분산체13 89 23.0 98.5 9 9 3 2
발명분산체14 87 13.1 88.0 11 4 3 2
발명분산체15 88 27.2 96.0 9 1 5 3
비교분산체1 35 5.4 99.0 63 4 6 2
비교분산체2 100 - - - - - -
비교분산체3 91 0.3 99.1 7 5 5 2
비교분산체4 97 0.1 82.0 2 7 3 1
비교분산체5 92 76.0 97.4 7 5 8 1
비교분산체6 91 39.3 65.0 5 2 3 4
비교분산체7 89 13.3 27.0 18 4 1 3
비교분산체8 58 23.4 99.8 36 6 1 6
비교분산체9 88 7.6 99.1 6 3 5 6
비교분산체10 89 14.0 98.5 9 9 8 2
비교분산체11 85 42.0 88.0 11 4 12 4
2. 표면처리용 수지조성물 제조
상기 표 1의 조성을 갖는 각각의 단열 안료 분산체 15 중량%, 수성 유기수지 66 중량%, 부착증진제 1.5 중량%, 왁스 2.4 중량%, 가교제 14 중량% 및 촉매 1.1 중량%를 상온에서 교반하여 수지조성물을 제조하였다.
이때, 단열 안료 분산체는 상기에서 제조된 분산체들을 사용하였으며, 수성 유기수지로는 폴리우레탄 수지 Sancure 898(Lubrizol), 부착증진제로는 Tyzor-LA(DuPont 사), 왁스로는 AquaslipTM 952(BYK 사), 가교제로는 Cymel 303(CYTEC 사), 촉매로는 Nacure 2547(King 사)을 사용하였다.
3. 표면처리강판 제조
표면처리강판을 제조함에 있어서, 소지강판으로서 편면 아연 부착량이 20g/m2으로 아연도금되고, 강판의 두께가 0.45mm인 전기아연도금강판(electro galvanized steel, EG)을 이용하였다.
상기 전기아연도금강판의 도금층 상부에 상기에서 제조한 각각의 표면처리용 수지조성물을 롤 코터를 이용하여 균일하게 코팅한 후 유도가열로에서 182℃(PMT)로 5초간 건조 및 경화시켜 표면처리강판을 제조하였다.
이때, 건조 후 강판에 형성되는 수지도막층의 두께가 16μm로 형성되도록 하였다.
4. 물성 측정
상기에서 제조한 각각의 표면처리강판의 물성을 측정하여 단열 안료 분산체 조성에 따른 효과를 관찰하였다.
제조된 각각의 표면처리강판의 도막 밀착성, 밴딩성, 윤활성, 내식성, 의장성 및 단열성을 측정하고, 각각의 수지조성물의 용액 안정성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
도막 밀착성 관찰을 위해, 상기에서 제조된 각각의 표면처리강판을 150cm*75cm(가로*세로)의 크기로 재단하여 시편을 제조한 후, 상기 시편의 표면을 크로스 컷 가이드(cross cut guide)를 이용하여 1mm의 간격으로 가로 및 세로 각각 100개의 칸이 형성되도록 줄을 그은 후, 상기 100개의 칸이 형성된 부분을 에릭슨(erichsen) 시험기를 이용하여 6mm의 높이로 밀어올리고, 상기 밀어올린 부분에 박리 테이프(NB-1, Ichiban 사)를 부착한 후 떼어내면서 에릭슨 부분이 박리되는지 여부를 관찰하였다. 이때, 도막 밀착성의 평가 기준은 표면 박리가 없는 경우; ○, 표면 박리가 100개 중 1~3개인 경우; △, 표면 박리가 100개 중 3개를 초과하는 경우; ×로 나타내었다.
밴딩성 관찰을 위해, 각각의 표면처리강판을 OT 밴딩한 후 접힌 면을 확대 관찰하였다. 이때, 밴딩성 평가 기준은 0%, 10%, 20% 인장 후 OT 밴딩 및 테이프 박리 후 크랙 발생이 없는 경우; ○, 0% 인장 후 OT 밴딩 및 테이프 박리시에는 크랙 발생이 없으나, 10%, 20% 인장 후 OT 밴딩 및 테이프 박리시 부분 크랙 발생이 있는 경우; △, 0%, 10%, 20% 인장 후 OT 밴딩 및 테이프 박리시 부분 크랙 또는 전체 크랙이 발생하는 경우; ×로 나타내었다.
윤활성 측정을 위해, CETR(Center for Tribology Inc.) USA의 UMT-2MT를 이용하여 각 표면처리강판의 표면 마찰계수(μm)를 측정하였다. 이때, 윤활성 평가 기준은 마찰계수가 0.25 미만일 경우; ○, 마찰계수가 0.25 이상 0.4 미만인 경우; △, 마찰계수가 0.4 이상인 경우; ×로 나타내었다.
내식성 측정을 위해, 각각의 표면처리강판으로부터 시편을 제작하여 JIS-Z2371에 준하는 염수분무시험을 144 시간 동안 행한 후 발청 정도를 평가하였다. 이때, 내식성 평가 기준은 백청 발생이 5% 미만인 경우; ○, 백청 발생이 5% 이상 20% 미만인 경우; △, 백청 발생이 20% 이상인 경우; ×로 나타내었다.
의장성 측정을 위해, 각각의 표면처리강판의 표면 결함을 육안 및 현미경으로 관찰하였다. 이때, 의장성 평가 기준은 육안 및 현미경으로 10배 확대하여 관찰시 뚜렷한 결함이 없는 경우; ○, 육안으로 관찰시에는 뚜렷한 결함이 없으나 현미경으로 10배 확대하여 관찰시 색의 변화 또는 부분 박리가 발생한 경우; △, 육안으로 관찰시 뚜렷한 결함이 보이는 경우; ×로 나타내었다.
단열성 측정을 위해, LFA447(Netzsch 사, 독일)을 이용하여 각각의 표면처리강판의 열전도도를 측정하였다. 이때, 단열성 평가 기준은 열전도도가 28W/m·k 미만인 경우; ○, 열전도도가 28W/m·k 이상 35W/m·k 미만인 경우; △, 열전도도가 35W/m·k 이상인 경우; ×로 나타내었다.
용액 안정성 측정을 위해, 각각의 표면처리용 수지조성물을 제조한 직후 각 조성물의 초기 점도(Vi)를 측정한 후, 상기 조성물을 25℃로 냉각시켜 냉각 후의 점도(VI)를 측정하여 하기의 수학식 2로 점도 차를 측정하였다. 이때, 용액 안정성 평가 기준은 ΔV가 20% 미만이거나 육안 관찰시 겔화 현상이 나타나지 않는 경우; ○, ΔV가 20% 이상이거나 육안 관찰시 겔화 현상이 나타나는 경우; ×로 나타내었다.
[수학식 2]
ΔV = (VI - Vi)/Vi × 100
표면처리강판 도막
밀착성
밴딩성 윤활성 내식성 의장성 단열성 용액 안정성
(수지조성물)
발명강1
발명강2
발명강3
발명강4
발명강5
발명강6
발명강7
발명강8
발명강9
발명강10
발명강11
발명강12
발명강13
발명강14
발명강15
비교강1 × × × × × ×
비교강2 × × ×
비교강3 × × ×
비교강4 × × ×
비교강5 × × × × × ×
비교강6 × ×
비교강7 × × ×
비교강8 × × × × ×
비교강9 × × × ×
비교강10 × × ×
비교강11 × × ×
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 바를 만족하는 단열 안료 분산체를 이용하여 표면처리용 수지조성물을 제조하고 이를 강판에 코팅하여 수지도막층을 형성하는 경우, 모든 물성에서 우수한 결과를 보였다.
이에 반면, 본 발명에서 제안하는 바를 만족하지 않는 경우, 즉 분산용 수성 유기수지의 함량, 단열 안료의 함량, 기공율 및 평균 입경, 분산제의 알킬기에 포함되는 탄소의 개수 및 분산제의 함량 중 적어도 하나의 조건을 만족하지 않는 경우에는, 적어도 2개 이상의 물성이 불량함을 확인하였다.
상기의 결과를 통해, 본 발명에 따른 표면처리용 수지조성물을 제조하기 위한 단열 안료 분산체는 본 발명에서 제안하는 함량 범위 또는 조건들을 모두 만족하여야 하며, 이를 통해 제조된 표면처리용 수지조성물을 이용하여 표면처리강판을 제조할 경우 우수한 물성을 확보할 수 있다.
실시예 Ⅱ. 표면처리용 수지조성물 함량에 따른 효과 분석
1. 표면처리용 수지조성물 제조
하기 표 3에 나타낸 함량 조성(중량%)을 갖는 단열 안료 분산체(A), 수성 유기수지(B), 부착증진제(C), 왁스(D), 가교제(E) 및 촉매(F)를 상온에서 교반하여 수지조성물(발명조성물 1 내지 15 및 비교조성물 1 내지 11)을 제조하였다.
이때, 단열 안료 분산체는 상기에서 제조된 발명분산체1(표 1 참조)을 사용하였으며, 수성 유기수지로는 폴리우레탄 수지 Sancure 898(Lubrizol), 부착증진제로는 Tyzor-LA(DuPont 사), 왁스로는 AquaslipTM 952(BYK 사), 가교제로는 Cymel 303(CYTEC 사), 촉매로는 Nacure 2547(King 사)을 사용하였다.
구분 A B C D E F
함량 함량 함량 함량 함량 함량
발명조성물1 15 66 1.5 2.4 14.0 1.1
발명조성물2 42 46 1.8 0.5 9.2 0.5
발명조성물3 51 42 1.2 0.4 5.0 0.4
발명조성물4 48 45 1.2 0.6 4.2 1.0
발명조성물5 6 81 2.3 0.8 9.5 0.4
발명조성물6 28 61 4.0 0.8 6.0 0.2
발명조성물7 31 59 3.0 0.8 6.0 0.2
발명조성물8 44 47 2.2 0.8 6.0 -
발명조성물9 52 39 1.0 0.2 7.8 -
발명조성물10 28 58 1.4 0.5 11.6 0.5
발명조성물11 18 73 1.2 1.0 6.7 0.1
발명조성물12 37 52 2.0 1.2 7.0 0.8
발명조성물13 33 49 8.6 1.2 7.6 0.6
비교조성물1 27.0 34.0 5.8 1.4 31.0 0.8
비교조성물2 28.0 51.0 3.2 0.5 13.1 4.2
비교조성물3 60.0 21.0 8.1 0.9 9.1 0.9
비교조성물4 16.5 69.0 1.1 6.5 6.7 0.2
비교조성물5 2.4 91.5 1.1 0.1 4.9 -
비교조성물6 27.0 59.0 0.1 0.8 12.6 0.5
비교조성물7 29.0 60.0 0.3 2.1 8.2 0.4
비교조성물8 41.0 39.0 14.0 0.8 5.0 0.2
비교조성물9 34.7 42.0 5.4 4.1 7.6 6.2
비교조성물10 53.0 37.5 2.0 - 7.1 0.4
비교조성물11 3.5 78.0 2.6 1.1 14.0 0.8
비교조성물12 74.0 18.0 1.2 0.8 5.5 0.5
비교조성물13 32.0 47.3 4.1 7.2 8.8 0.6
비교조성물14 33.0 61.0 2.3 1.3 0.1 2.3
비교조성물15 64.0 30.0 1.1 0.1 4.8 -
2. 표면처리강판 제조
표면처리강판을 제조함에 있어서, 상기 실시예 Ⅰ에서와 동일한 전기아연도금강판을 이용하여 상기 표 3의 조성으로 제조한 각각의 표면처리용 수지조성물을 동일 방법으로 코팅한 후 건조 및 경화하여 수지도금층을 형성시킨 표면처리강판을 제조하였다. 이때, 건조 후 강판에 형성되는 수지도막층의 두께가 16μm로 형성되도록 하였다.
3. 물성 측정
상기에서 제조한 각각의 표면처리강판의 물성을 측정하여 표면처리용 수지조성물의 함량 조성에 따른 효과를 관찰하였다.
제조된 각각의 표면처리강판의 도막 밀착성, 밴딩성, 윤활성, 내식성, 의장성 및 단열성과 수지조성물의 용액 안정성을 측정하였으며, 측정방법은 상기 실시예 Ⅰ에서와 동일하게 적용하였으며, 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
표면처리강판 도막
밀착성
밴딩성 윤활성 내식성 의장성 단열성 용액 안정성
(수지조성물)
발명강16
발명강17
발명강18
발명강19
발명강20
발명강21
발명강22
발명강23
발명강24
발명강25
발명강26
발명강27
발명강28
비교강12 × ×
비교강13 × × ×
비교강14 × × × ×
비교강15 × × × ×
비교강16 × ×
비교강17 × × ×
비교강18 × × ×
비교강19 × × ×
비교강20 × × ×
비교강21 × ×
비교강22 × ×
비교강23 × × × × × ×
비교강24 × × ×
비교강25 × × × × ×
비교강26 × × × × ×
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 바를 만족하는 표면처리용 수지조성물을 강판에 코팅하여 수지도막층을 형성하는 경우, 모든 물성에서 우수한 결과를 보였다.
이에 반면, 본 발명에서 제안하는 바를 만족하지 않는 경우, 즉 표면처리용 수지조성물 제조시 포함되는 단열 안료 분산체, 수성 유기수지, 부착증진제, 왁스, 가교제 및 촉매의 함량 범위 중 적어도 하나의 조건을 만족하지 않는 경우에는, 적어도 2개 이상의 물성이 불량함을 확인하였다.
상기의 결과를 통해, 본 발명에 따른 표면처리용 수지조성물을 제조시 본 발명에서 제안하는 함량 범위를 모두 만족하여야 하며, 이를 통해 제조된 표면처리용 수지조성물을 이용하여 표면처리강판을 제조할 경우 우수한 물성을 확보할 수 있다.
실시예 Ⅲ. 수지도막층 두께에 따른 효과 분석
1. 표면처리강판 제조
표면처리강판을 제조함에 있어서, 상기 실시예 Ⅰ에서와 동일한 전기아연도금강판을 이용하였다.
상기 전기아연도금강판 상부에 상기 실시예 Ⅱ에서 제조한 표면처리용 수지조성물 중 발명조성물1을 이용하여 동일한 방법으로 코팅한 후 건조 및 경화하여 수지도금층을 형성시킨 표면처리강판을 제조하였다. 이때, 강판에 형성되는 수지도막층의 두께를 변화시켜 제조하였으며, 각 표면처리강판의 두께는 하기 표 5에 나타내었다.
구분 수지도막층 두께(μm)
발명강29 16
발명강30 14
발명강31 21
발명강32 7
발명강33 26
발명강34 17
비교강27 2.8
비교강28 4.1
비교강29 38
비교강30 1.5
비교강31 3.3
비교강32 42
2. 물성 측정
상기에서 제조된 각각의 표면처리강판의 물성을 측정하여 수지도막층의 두께에 따른 효과를 관찰하였다.
제조된 각각의 표면처리강판의 밴딩성, 내식성, 의장성 및 단열성을 측정하였으며, 측정방법은 상기 실시예 Ⅰ에서와 동일하게 적용하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구분 밴딩성 내식성 의장성 단열성
발명강29
발명강30
발명강31
발명강32
발명강33
발명강34
비교강27 × × × ×
비교강28 × × ×
비교강29 × ×
비교강30 × × × ×
비교강31 × × ×
비교강32 × ×
상기 표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 표면처리용 수지조성물을 이용하여 강판 상에 수지도막층을 형성할 시, 본 발명에서 제안하는 두께 범위를 만족하도록 형성하는 경우에는, 모든 물성이 우수함을 확인하였다.
이에 반면, 본 발명에서 제안하는 바를 만족하지 않는 경우, 즉 형성된 수지도막층의 두께가 5~30μm를 만족하지 않는 경우에는, 적어도 2개 이상의 물성이 불량함을 확인하였다.
상기의 결과를 통해, 본 발명에 따른 표면처리용 수지조성물을 이용하여 강판 상에 수지도막층을 형성할시 본 발명에서 제안하는 두께 범위를 만족하도록 형성시켜야 하며, 이와 같이 수지도막층을 형성하여 표면처리강판을 제조할 경우 우수한 물성을 확보할 수 있다.
1: 수지도막층
2: 소지강판
3: 하도도막층

Claims (11)

  1. 단열 안료 분산체 5~60 중량%, 수성 유기수지 30~90 중량%, 부착증진제 1~10 중량%, 왁스 0.1~5 중량% 및 가교제 0.15~30 중량%를 포함하고,
    상기 단열 안료 분산체는 수성 유기수지 60~97 중량%, 단열 안료 입자 1~30 중량% 및 안료 분산제 0.05~15 중량%를 포함하는 표면처리용 수지조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 표면처리용 수지조성물은 추가로 촉매를 3 중량% 이하로 포함하고,
    상기 촉매는 파라톨루엔 설포닉애시드, 알키드벤젠 설포닉애시드, 아세틸아세톤, 벤질 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 표면처리용 수지조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단열 안료 분산체에 포함되는 수성 유기수지는 수분산 우레탄 수지, 수분산 아크릴 수지, 수용성 에폭시, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지고,
    상기 단열 안료 입자는 실리카 에어젤, 타티타니아 에어젤, 카본에어젤 및 알루미나 에어젤로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지고,
    상기 안료 분산제는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물로 이루어진 표면처리용 수지조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112014053887325-pat00003

    여기서, R1은 수소원자 또는 탄소를 1 내지 10개 포함하는 알킬기, R2는 탄소를 1 내지 10개 포함하는 알킬기, 상기 R1 및 R2의 알킬기에 포함되는 탄소의 총 수는 15개 이하이고, R3는 -OH, -ONa, -OK, -COOH, -COONa, -COOK, -COO-Na4 +, -SO3H, -SO3Na, -SO3K, -SO3 -Na4 +, -PO3H2, -HPO3Na, -HPO3K, -PO3Na2, -PO3K2 및 -SO2NHCOA로 이루어진 군에서 선택된 하나의 작용기를 나타내고, 상기 작용기에서 A는 알킬기 또는 페닐기를 나타낸다.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 표면처리용 수지조성물에 포함되는 수성 유기수지는 수분산 우레탄 수지, 수분산 아크릴 수지, 수용성 에폭시, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 아미노 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 표면처리용 수지조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 부착증진제는 비닐 트리에톡시 실란, 2-글리실 옥시 프로필 트리메톡시실란, 3-글리실 옥시프로필메틸 디메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시 실란 및 4-아미노프로필 트리에톡시 실란으로 이루어지는 실란계 커플링제, 티타늄 아세틸 아세토네이트, 이소-부톡시 티타늄 에틸 아세토 아세테이트, 테트라 이소프로필 티타네이트 및 테트라 노말 부틸 티타네이트로 이루어지는 티타늄계 커플링제, 테트라 노말-프로필 지르코네이트, 테트라 노말-부틸 지르코네이트, 트리에탄올 아민 지르코네이트 및 헥사플루오로 지르코네이트로 이루어지는 지르코늄계 커플링제, 헥사암모늄 헵타 몰리브데이트 테트라하이드레이트 인산염, 에폭시 포함 인산염 및 중인산 알루미늄으로 이루어지는 인산계 커플링제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 표면처리용 수지조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 왁스는 칸델릴라(Candelilla) 왁스, 카나우바(Carnauba) 왁스, 캐스터 왁스, 에스팔토 왁스, 오우리큐리 왁스, 베이베리 왁스, 조조바 왁스, 라이스브랜 왁스 및 소이 왁스로 이루어진 식물성 왁스군과 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 피셔-트롭스 왁스, 아마이드 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 폴리올레핀 왁스 및 이들의 변성 왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 표면처리용 수지조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 가교제는 멜라민계 가교제, 이소시아네이트계 가교제, 아지리딘계 가교제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 표면처리용 수지조성물.
  9. 소지강판; 및 상기 소지강판의 1면 또는 양면에 단열 안료 분산체 5~60 중량%, 수성 유기수지 30~90 중량%, 부착증진제 1~10 중량%, 왁스 0.1~5 중량% 및 가교제 0.15~30 중량%를 포함하고,
    상기 단열 안료 분산체는 수성 유기수지 60~97 중량%, 단열 안료 입자 1~30 중량% 및 안료 분산제 0.05~15 중량%를 포함하는 표면처리용 수지조성물로 형성된 수지도막층을 포함하는 단열성이 우수한 표면처리강판.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 수지도막층은 5 내지 30 μm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 단열성이 우수한 표면처리강판.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 표면처리강판은 소지강판과 수지도막층 사이에 하도도막층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열성이 우수한 표면처리강판.
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