KR102140600B1 - 소재의 광택도가 발현되는 2-코트 2-베이크에 의한 피씨엠 강판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2C-2B 법에 의해 제조된 PCM(Pre Coated Metal) 강판에 대한 것으로서, 도금강판; 및 상기 도금강판의 적어도 일면에 형성된 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 순차적으로 투명 전처리층, 투명 베이스 클리어 도장층, 잉크 도장층 및 톱 클리어 도장층으로 이루어지며, 상기 투명 전처리 층은 지르코늄 및 티타늄을 포함하는 금속 방청제; 실리카; 및 티타늄계 커플링제, 지르코늄계 커플링제 및 실란계 커플링제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 커플링제를 포함하는 크롬프리 전처리층인 프리코팅 강판을 제공한다.

Description

소재의 광택도가 발현되는 2-코트 2-베이크에 의한 피씨엠 강판{PCM STEEL SHEET HAVIGN EXCELLENT GLOSSINESS}

본 발명은 PCM(Pre Coated Metal) 강판에 대한 것으로서, 특히 2C-2B 법에 의해 제조된 강판에 대한 것이다.

기존 프리-코티드 금속(Pre-Coated Metal, PCM) 강판 제품은 냉연강판(Colled Rolled Steel Sheet, CR), 전기아연도금강판(Electrolytic Galvanized Iron, EGI), 용융아연도금강판(Hot-Dip Galvanized Steel Sheet, GI), AL(Aluminium) 등의 소재 위에 도장하는 방식으로 얻어진 강판이다.

이러한 PCM 강판은 도 1에 나타낸 바와 같이, 도금강판 상에 전처리(전처리층)를 수행한 후에 프라이머 코팅(프라이머층)을 수행하고, 베이스 클리어 도장(베이스 도장층), 잉크도장 및 톱 클리어 도장을 포함하는 구조를 갖는다. 이러한 종래의 PCM 강판은 프라이머 코팅, 베이스 클리어 도장 및 톱 클리어 도장을 수행하고, 각 코팅 후에 소성하는 단계를 포함하는 3C-3B(3 coating 3 baking) 방식에 의해 제조된다. 이러한 3C-3B 방식에 의한 PCM 강판에 있어서는 많은 코팅 및 소성 공정을 포함하여, PCM 강판의 제조공정이 복잡하다.

한편, PCM 강판은 일반적으로 도장 후에는 적용된 소재의 표면 특성을 육안으로 확인할 수 없다. 즉, PCB 강판에 적용되는 상기 프라이머 코팅은 전처리층에 의해 강판과 밀착되며, 프라이머 코팅층에 의해 상부의 베이스 클리어 도장과의 밀착성을 제공한다. 이때, 상기 프라이머층은 내식성을 제공하기 위해 포함되는 것으로서, 원하는 내식성을 구현하기 위해서는 프라이머층의 적용이 반드시 요구되었다.

한편, 이러한 프라이머층의 적용을 위해서는 강판과의 견고한 밀착성이 요구되며, 이러한 밀착성을 위해 전처리층을 형성할 필요가 있다. 이러한 전처리 층은 통상 안료를 사용하고 있는데, 이 경우 이후의 프라이머층, 베이스 클리어 도장층, 잉크 도장층 등을 투명하게 형성하더라도 소재가 가지고 있는 고유의 광택도가 외부로 발현되는 것을 차단하게 된다. 이에, 금속과 같은 재질감을 부여하기 위해 베이스 클리어 도장층 등의 이후의 층을 형성함에 있어서 광택을 부여하기 위한 금속 성분을 포함해야 할 필요가 있다.

또한, 이러한 안료는 상기와 같은 강판 표면에 색상을 부여하는 기능을 수행함은 물론, PCM 강판에 대하여 밀착성 및 내식성을 향상시키는 역할을 또한 수행한다. 따라서, 상기 전처리 층을 형성함에 있어서 안료를 포함하지 않는 경우에는 안료 이외의 다른 필러, 예를 들어, 밀착성 및 내식성을 보완하기 위한 첨가제의 사용이 요구되는데, 이러한 첨가제들은 전처리 층의 투명도를 저하하여 투명도를 확보할 수 없고, 또 이로 인해 강판이 가지고 있는 고유의 광택도를 외부로 표현할 수 없다.

소재 강판이 가지고 있는 고유의 광택도를 활용하는 경우에는 광택 부여를 위한 광택제를 첨가하는 경우에 비하여 보다 심미감을 향상시킬 수 있어, 강판의 고품질화를 도모할 수 있다.

이에, 2C-2B 공정에 의한 PCM 강판을 제조함으로써 공정을 단순화하는 방법으로의 개선이 요구되나, 아직, 강판에 대한 내식성 및 강판과 도장층과의 밀착성을 만족시키는 PCM 강판 및 그 제조방법은 소개되지 못하고 있다.

더 나아가, 소재인 강판의 광택도 등의 특성이 도장 후에도 육안을 확인할 수 있는 PCM 강판에 대하여도 개시된 바 없다.

본 발명자들은 PCM 강판에 있어서, 종래 3C-3B 방법에 의해 제조되는 PCM 강판에서 포함되는 프라이머층을 생략하면서도 소재와의 밀착성이 우수하여 도료의 박리 문제를 방지할 수 있고, 또한, 내식성이 우수한 PCM 강판을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 일 구현예로서, 2C-2B 방법에 의한 PCM 강판의 제조에 적용되는 소재의 특성을 도장 후에도 확인할 수 있는 강판을 제공하고자 한다.

본 발명은 프리코팅 강판에 대한 것으로서, 상기 프리코팅강판은 도금강판; 및 상기 도금강판의 적어도 일면에 형성된 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 순차적으로 투명 전처리층, 투명 베이스 클리어 도장층, 잉크 도장층 및 톱 클리어 도장층으로 이루어지며, 상기 투명 전처리 층은 지르코늄 및 티타늄으로부터 선택되는 금속을 포함하는 금속 방청제; 실리카; 티타늄계 커플링제, 지르코늄계 커플링제 및 실란계 커플링제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 커플링제; 및 아크릴 수지 및 실리카 변성 아크릴 수지로부터 선택되는 수지를 포함한다. 상기 투명 전처리층은 금속방청제 0.5 내지 1중량%, 실리카 10 내지 15중량%, 커플링제 0.5 내지 3중량% 및 잔부 수지를 포함한다.

상기 투명 전처리층은 40 내지 80㎎/㎡의 부착량을 갖는다.

상기 투명 베이스 클리어 도장층은 폴리에스테르 수지, 상기 폴리에스테르 수지 100중량부 기준으로, 픽업 개선제 0.1 내지 0.5중량부, 레벨링제 1.0 내지 2.5중량부, 에폭시 수지 1.0 내지 3.0중량부, 경화제 10 내지 15중량부 및 산촉매 1 내지 3중량부를 포함하는 것일 수 있다.

상기 투명 베이스 클리어 도장층은 12 내지 18㎛의 두께 범위를 갖는 것일 수 있다.

상기 폴리에스테르 수지는 중량평균분자량이 22,000 내지 25,000이고, 유리전이온도(Tg)가 50-55℃이며, OH 당량수(OH value, OHv)가 5-10인 것이 바람직하다.

상기 잉크 도장층은 1800 내지 28,000의 중량평균 분자량을 갖는 폴리에스테르 수지, 상기 폴리에스테르 수지 100중량부를 기준으로 안료 5 내지 10중량부를 포함하며, 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 2C-2B 공정에 의해 PCM 강판을 제조할 수 있어, 제조공정을 단순화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 프라이머층을 포함하지 않고, 전처리층에서 안료를 사용하지 않음으로써 강판의 광택도를 도장 후에도 육안으로 확인할 수 있어 보다 미려한 PCM 강판을 얻을 수 있다.

나아가, 프라이머 층을 포함하지 않고도 소재와 도료간의 우수한 밀착성을 확보할 수 있음은 물론, 내식성을 발현할 수 있다.

도 1은 종래의 3C-3B 공정에 의해 제조되는 PCM 강판의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 2C-2B 공정에 의해 제조되는 PCM 강판의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용된 전처리 층이 소재 도금강판과 베이스 코팅층 간에 작용하는 메커니즘을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 전처리층을 갖는 강판의 가공성을 테스트한 시편의 표면을 촬영한 사진이다.
도 5는 실시예에 따른 전처리층을 갖는 강판의 내약품성을 테스트한 시편의 표면을 촬영한 사진이다.
도 6은 비교예 및 실시예에 따른 전처리층을 갖는 강판의 내식성을 테스트한 시편의 표면을 촬영한 사진이다.

본 발명은 PCM(Pre Coated Metal) 강판에 대한 것으로서, 특히 2C-2B 법에 의해 제조된 강판에 대한 것으로서, 본 발명의 PCM 강판은 도금강판 표면에 전처리층을 형성하고, 상기 전처리 층 상에 프라이머층을 형성함이 없이, 수지 도장층을 형성한다.

일반적으로 강판 표면에 수지 도장층을 형성함에 있어서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 도금강판 표면에 강판과 도장층과의 밀착성을 향상시키기 위해 전처리층과 프라이머층을 형성하고, 상기 프라이머층 상에 도장층을 형성한다. 상기 전처리층은 강판에 대한 밀착성을 향상시키기 위한 것이고, 상기 프라이머 층은 강판 상에 형성된 전처리층과 도장층과의 견고한 밀착성을 제공하며, 또한 내식성을 제공한다.

그러나, 이와 같이 이와 같이 프라이머 층을 포함하는 경우에는 내식성을 향상시키는 데에는 기여하지만, 공정이 복잡하고, 이러한 프라이머층의 형성을 위해 강판과 프라이머층 사이의 전처리층에 밀착성 향상을 위하여 안료를 첨가할 필요가 있다. 상기 전처리 층에 안료를 포함하는 경우에는 강판이 가지고 있는 고유의 광택도가 외부로 발현되는 것을 차단하게 되며, 이로 인해 프라이머 층 또는 상부의 수지 도장층에 광택성 부여하여 고휘도를 달성하기 위해 별도의 금속 분말 또는 마이카 등을 첨가할 필요가 있다.

한편, 상기 프라이머를 포함하지 않는 경우에는 내식성이 저하되게 되며, 이로 인해 2C 2B 공정에 의해 PCM 강판을 제조하는 경우 통상적으로 2C 2B 공정을 2회 적용하여 코팅층을 두껍게 형성함으로써 내식성을 확보하는 등의 방법이 적용되고 있는 실정이다.

한편, 소재의 광택도를 도장 후에도 발현시키고자 상기 전처리 층에 안료를 포함하지 않는 경우에는 프라이머 또는 수지 도장과의 밀착성이 저하하게 되며, 또한 내식성이 저하하는 문제가 있다. 나아가, 이러한 밀착성 및 내식성 저하를 방지하기 위해서는 다른 첨가제를 첨가해야 하나, 이 경우 추가되는 첨가제로 인해 투명도가 저하하게 되어 투명 전처리층을 구현한다고 할 수 없다.

이와 같이, 프라이머를 포함하는 경우에는 연쇄적인 작용으로 인해 고투명도를 구현하여 소재의 광택을 도장 후에도 발현시키는 것이 용이하지 않다. 또한, 전처리 층에 안료를 포함하지 않는 경우에도 밀착성과 내식성을 확보하면서 고투명성을 달성하기가 용이하지 않아, 소재의 광택을 이용하기가 어렵다.

이에, 본 발명은 프라이머를 포함하지 않도록 하여 2C 2B 공법에 의한 PCM 강판을 제조하는 기술을 제공하고자 한다. 구체적으로, 본 발명 일구현예로서의 PCM 강판은 도 2에 나타낸 바와 같이, 도금강판 소재 표면에 전처리 층, 투명 베이스 클리어 도장층, 나노 잉크 도장층 및 톱 클리어 도장층을 포함한다.

본 발명은 종래 프라이머층이 제공하는 밀착성 및 내식성 향상의 기능을 전처리 층이 발현하면서도 안료를 포함하지 않아 고투명성을 달성할 수 있는 전처리층을 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 전처리 층은 금속 방청제, 실리카, 커플링제 및 수지를 포함하는 크롬프리 전처리층이다.

본 발명의 전처리 층은 실리카를 포함한다. 상기 실리카는 소지 도금강판의 표면에 위치하여 도금강판 표면을 덮어 피막을 형성하면서 견고하게 소지 강판과 밀착하게 되며, 이로 인해 강판에 대한 내식성 및 내약품성을 제공한다.

상기 실리카는 나노 사이즈의 입경을 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 실리카의 입자 사이즈는 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 5 내지 15㎚의 사이즈를 갖는 것이 실리카 입자 간의 공백을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 표면에 공극이 발생하는 것을 방지할 수 있어 바람직하다.

상기 실리카는 10 내지 15중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 10중량% 미만으로 포함하는 경우에는 강판 표면에 피막이 충분히 형성될 수 없어 내식성 및 내약품성을 제공하기에 충분하지 않으며, 15중량%를 초과하는 경우에는 물성 향상이 더 이상 향상 되어지지 않는 문제가 있는바, 상기 범위로 포함하는 것이 바람직하다.

상기 금속 방청제는 전처리층에서 내식성을 제공하기 위한 것으로서, 다가금속이온 화합물을 사용한다. 상기 다가 금속이온은 상기 강판 표면에 위치하는 실리카 분말의 입자 사이의 공극을 메워 강판에 대한 내약품성 및 내식성을 향상시키는 역할을 제공한다. 상기 다가 금속이온 화합물은 티타늄 화합물 또는 지르코늄 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 티타늄 화합물 및 지르코늄 화합물을 혼합하여 사용할 수 있으며, 혼합 사용시에 가공성, 내식성 등의 물성을 향상시키는 데 보다 바람직하다.

상기 다가 금속이온 화합물은 고형분 함량 기준으로 0.5 내지 1중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 0.5중량% 미만으로 포함하는 경우에는 내식성을 확보할 수 없으며 1중량%를 초과하는 경우에는 용액안정성을 저해하는 문제가 있는바, 상기 범위로 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전처리 층은 커플링제를 포함한다. 상기 커플링제는 실리카와 전처리 층의 상부에 형성되는 베이스 도장층 간을 가교결합하여 강판과 베이스 도장층간의 밀착성을 제공하며, 이로 인해 베이스 도장층의 내구성 및 경화도를 향상시켜, 강판에 대한 내식성을 제공한다. 상기 커플링제로는 Ti계 가교제, Si계 가교제 또는 Si 커플링제를 사용할 수 있으며, 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있다. 상기 커플링제는 0.5 내지 3중량%의 함량으로 포함할 수 있다.

본 발명의 전처리 층은 주재로서 잔부 함량의 수지를 포함한다. 상기 수지는 특별히 한정하지 않으나, 아크릴 수지 및 실리카 변성 아크릴 수지 등을 들 수 있다. 상기 수지는 소재와의 밀착성을 제공하며, 전처리층 조성성분의 바인더로서 기능한다.

본 발명의 전처리 층이 소지 도금강판에 대한 관계를 도 3에 개념적으로 나타내었다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 실리카가 소지 도금 강판의 표면에 밀착하고, 상기 실리카 입자 간에 다가 금속이온이 충진되는 형태로 피막을 형성하여 강판에 대한 견교한 밀착을 발현하면서, 내식성을 제공한다. 또한, 가교제는 실리카 입자 및 상부에 형성되는 베이스 도장과의 사이에 가교결합하여 강판과 도장층과의 견고한 밀착성을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 전처리층이 형성된 PCM 강판은 프라이머층을 포함하지 않고도 강판과 베이스 도장층과의 밀착성을 향상시킬 수 있으며, 우수한 내식성 및 내약품성을 제공한다. 또한, 본 발명의 전처리층은 내부에 안료를 포함하지 않음으로써 소지 도금강판의 광택도를 외부로 발현할 수 있어, 그 광택도를 활용할 수 있다. 따라서, 고휘도 발현을 위해 별도의 광택 부여를 위한 첨가제를 사용할 필요가 없다.

상기 전처리층은 도금강판 표면에 상기 전처리층의 조성을 갖는 전처리 조성물을 도포한 후에 건조함으로써 형성할 수 있다. 상기 도포는 특별히 한정하지 않는 것으로서, 롤 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법에 의해 적용할 수 있다.

상기 전처리 조성물은 상기 소지 도금강판 표면에 형성된 전처리층의 조성을 갖는 고형분과 용매를 포함하는 것으로서, 상기 용매는 이소프로필알코올, 또는 에탄올 등을 들 수 있다.

상기 전처리 조성물을 도금강판 표면에 적용한 후에 강판을 건조함으로써 전처리 층을 형성할 수 있다. 상기 건조는 특별히 한정하지 않으나, 인덕션, 열풍오븐, NIR오븐 등의 설비를 이용하여 수행할 수 있으며, 80 내지 100℃의 온도범위에서 건조할 수 있다.

상기 전처리층은 건조 후에 40 내지 80㎎/㎡의 부착량을 갖는 것이 바람직하다. 40㎎/㎡ 미만인 경우에는 내식성이 충분하지 못하며, 80㎎/㎡를 초과하는 경우에는 가공성이 저하하는 문제가 있는바, 상기 범위의 부착량을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 PCM 강판은 상기 전처리층 상에 투명 베이스 클리어 도장층을 포함한다. 상기 투명 베이스 클리어 도장층은 폴리에스테르 수지를 주제수지로 포함하고, 픽업 개선제, 레벨링제, 에폭시 수지, 경화제 및 산촉매를 포함한다.

상기 투명 베이스 클리어 도장층은 주제수지로서 선형의 폴리에스테르 수지를 사용한다. 본 발명은 프라이머가 없는 2코팅 도장시스템을 제공하고자 하는 것으로서, 소재 표면에 바로 베이스 도료가 도장되므로, 소재와 베이스 도료간의 부착성 측면에 우수한 수지를 사용할 필요가 있다. 상기 선형의 폴리에스테르 수지는 소재에 대한 높은 부착성을 확보할 수 있는 것이어서, 본 발명에서 사용하기에 바람직하다.

상기 폴리에스테르 수지는 22000 내지 25000 범위의 중량평균분자량을 가지며, 또한, 상기 폴리에스테르 수지는 50-55℃의 유리전이온도(Tg)를 갖는 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 분자량이 높고, 유리전이온도가 높은 수지를 적용하는 것이 프라이머 없이도 상기 전처리 층에 대한 우수한 부착성을 구현할 수 있어 바람직하다. 또한, 상기 폴리에스테르 수지는 OHv(OH value)가 5-10인 것을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 투명 베이스 클리어 도장층은 픽업 개선제를 포함한다. 상기 픽업 개선제로는 일반적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있는 것으로서 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 흄드 실리카(fumed silica (Aerosil)), 실리카 등을 사용할 수 있다.

상기 픽업 개선제는 상기 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.5중량부의 범위로 포함할 수 있다. 상기 픽업개선제는 픽업 롤에 상기 베이스 도장층 형성을 위한 조성물을 묻히는 특성을 향상시키고자 하는 것으로서, 그 함량이 높을수록 픽업성 개선에 바람직하나, 과량 포함되는 경우에는 기포의 과다발생, 도막의 헤이지성이 발생하는 등 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 함량 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 투명 베이스 클리어 도장층은 레벨링제를 또한 포함한다. 상기 레벨링제는 일반적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있는 것으로서 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 아크릴 타입의 첨가제를 사용할 수 있다. 상기 레벨링제는 상기 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여 1.0 내지 2.5중량부의 범위로 포함할 수 있다. 상기 레벨링제는 아크릴타입의 첨가제로서 함유량이 많을수록 주수지와의 상용성이 저하할 수 있어, 외관에 크레이터(crater)가 발생하거나, 픽업성이 저하하는 등의 결함의 우려가 있다. 한편, 그 함량이 적으면 기포 발생, 외관 레벨링성 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에, 상기와 같은 함량 범위로 레벨링제를 투입하는 것이 바람직하다.

본 발명의 투명 베이스 클리어 도장층은 에폭시 수지를 포함한다. 상기 에폭시 수지는 투명 베이스 클리어 도장층에 대하여 부착성 증대, 내약품성 개선의 목적을 갖는 것으로서, 상기 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여 1.0 내지 3.0중량부의 범위로 포함할 수 있다. 상기 에폭시 수지는 함량이 많을수록 가공성이 저하되는 경향이 있는바, 상기 범위로 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 투명 베이스 클리어 도장층은 경화제로서 아민 경화제를 포함한다. 상기 아민 경화제로는 특별히 한정하지 않으나, 멜라민을 들 수 있다. 상기 아민 경화제는 폴리에스테르 수지 100중량부 기준으로 10 내지 15중량부의 범위로 포함하는 것이 주수지와 최적의 경화밀도를 구현하는데 적합하다.

본 발명의 투명 베이스 클리어 도장층은 산 촉매를 또한 포함한다. 상기 산촉매는 도막 경화시 가교반응에 대한 촉매로 작용하며, 도막 경화를 촉진한다. 상기 산촉매로는 술폰산을 사용할 수 있다. 산촉매의 투입량은 아민 경화제 함량에 따라 조절할 수 있는 것으로서 특별히 한정하지 않으나, 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부의 함량으로 포함할 수 있다.

상기 투명 베이스 클리어 도장용 조성물은 용제를 포함한다. 상기 용제는 일반적으로 사용되는 용제를 적용할 수 있는 것으로서, 예를 들어, 케톤류, 탄화수소류 또는 에스테르류의 용제를 사용할 수 있다. 상기 용제는 도막 외관 및 포핑성(POPPING)을 고려하여 적절한 비율로 사용할 수 있다. 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 고형분과 용제는 35 내지 45:55 내지 65의 중량비로 혼합할 수 있다.

상기 투명 베이스 클리어 도장층은 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만 롤 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법에 의해 베이스 도장용 조성물을 상기 전처리층이 형성된 강판 표면에 도포하여 코팅할 수 있다.

상기 투명 베이스 클리어 도장용 조성물을 도포한 후에, 상기 강판을 오븐에서 베이킹(baking)함으로써 형성할 수 있다. 이때, 상기 베이킹 온도는 용제의 비점 및 도료의 비점에 따라 다소 차이가 있겠으나, 210~216℃의 범위에서 수행할 수 있다.

이때, 상기 베이스 도장은 12 내지 18㎛의 두께 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 두께가 얇아진다는 것은 소재를 보호할 수 있는 배리어층의 두께가 barrier 층이 얇아진다는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 베이스 도장의 두께가 12㎛ 미만의 두께를 갖는 경우에는 도막으로 인해 얻을 수 있는 특성, 예를 들어, 가공성, 내약품성, 내후성, 내구성 등의 물성이 약화되어 바람직하지 않다.

한편, 도막은 두께가 두꺼울수록 우수한 물성을 확보할 수 있으나, 18㎛를 초과하여 지나치게 두꺼우면 기포 발생 및 경화속도 차이로 인해 솔벤트 등에 의해 발생되는 도막 끓음 현상(popping 현상)이 발생하기 쉬우며, 이로 인해 도막 표면에 홀이 발생하기 쉬워 바람직하지 않다.

본 발명에 의해 형성된 상기 투명 베이스 클리어 도장층은 투명한 것이 바람직하다. 투명한 도장층을 형성함으로써 전처리층을 투명하게 형성함으로써 소재의 광택도를 외부에서 육안으로 확인할 수 있게 되었으므로, 상기 베이스 도장층도 투명으로 형성함으로써 그 소재의 광택도를 그대로 발현시킬 수 있다.

본 발명은 상기 베이스 도장층의 표면에 잉크 도장층을 포함한다. 상기 잉크 도장층은 수지 및 안료를 포함한다.

이때, 상기 수지는 폴리에스테르 수지를 사용할 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 1800 이상, 보다 바람직하게는 1800 내지 28,000의 중량평균분자량을 갖는 것을 사용할 수 있다.

상기 잉크에 포함되는 안료는 강판 표면에 색상을 부여하기 위한 것으로서, 필요에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 다만, 상기 안료는 나노사이즈의 안료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 안료는 0.3 내지 0.4㎛의 입자사이즈를 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 나노 사이즈의 안료를 사용함으로써 고채도의 색상을 구현할 수 있으며, 양산시에 채터마크(chatter mark) 발생을 억제할 수 있음은 물론, 고광택을 제공할 수 있다.

상기 안료는 상기 수지 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부의 함량을 포함할 수 있으며, 5중량부 미만으로 포함하는 경우에는 색상 발현이 충분하지 않으며, 10중량부를 초과하는 경우에는 선영성이 떨어지는 문제가 있다.

나아가, 상기 잉크 도장층은 필요에 따라 분산제, 습윤제 및 침강방지제 등을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 잉크 도장층은 잉크젯 프린트 등의 방법을 통해 상기 베이스 도장층의 표면에 프린팅하여 형성할 수 있다. 이를 위해 상기와 같은 잉크 도장층을 형성하기 위한 잉크 조성물은 상기와 같은 조성에 용제를 더 포함한다. 상기 용제는 사이클로헥사논, Kocosol과 같은 고비점 방향족 탄화수소류 등을 사용할 수 있다.

상기 용제는 용제 함량이 50 내지 70중량%가 되도록 포함될 수 있다. 상기 용제 함량이 50중량% 미만인 경우에는 작업성의 문제가 있으며, 70중량%를 초과하는 경우에는 색상발현의 문제가 있다.

상기 잉크 도장층은 1 내지 10㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 잉크 도장층은 안료를 포함하나, 상기와 같이 얇게 형성되기 때문에, 투명 전처리층 및 투명 베이스 도장층의 형성으로 인해 외부로 발현되는 소재의 광택도가 여전히 외부로 발현될 수 있다. 이에 의해 색상을 갖는 잉크 도장층은 색상을 가지면서도 고휘도를 갖는다.

이때, 상기 잉크 도장층은 필요에 따라서 다양한 패턴을 형성할 수 있다. 이때, 형성된 패턴은 소재 자체의 고광택 특성으로 인해 강판의 심미감을 배가시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 PCM 강판은 투명한 톱 클리어 도장층을 더 포함할 수 있다. 상기 톱 클리어 도장층은 상기 형성된 잉크 도장층을 보호할 수 있으며, 나아가, 이에 의해 PCM 강판에서의 질감, 광택 등을 조절할 수 있다. 상기 톱 클리어 도장층은 폴리에스테르 수지, 픽업 개선제, 레벨링제, 경화제 및 산촉매를 포함할 수 있다.

상기 톱 클리어 도장층에 적용되는 각 조성성분, 함량 및 톱 클리어 도장층을 형성하는 방법 등은 특별히 모순되지 않는 한 상기 투명 베이스 클리어 도장층에 대하여 적용된 것을 그대로 적용할 수 있는 것으로서, 동일한 사항에 대하여는 편의상 생략한다.

실시예

이하, 실시예를 들어, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 일 예로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

고형분 함량 기준으로, 금속방청제로서 티타늄 테트라 이소프로필옥사이드의 Ti화합물 0.8중량%, 평균 입자사이즈가 12nm인 실리카 12중량%, 실란커플링제로 비닐트리메톡시실란 2중량% 및 잔부 아크릴 수지를 용매로서 에탄올에 투입하여 혼합하고(고형분과 용매의 중량비는 20:80이다.), 투명 전처리층 형성용 코팅 조성물을 제조하였다.

폴리에스테르 수지(Mw 23000, Tg 53℃, OHv 8), 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여, 픽업개선제로서 실리카를 0.3중량부, 레벨링제로서 비이온계 아크릴 공중합체 2중량부, 에폭시 수지 2중량부, 경화제로서 멜라민 12중량부 및 산촉매로서 술폰산 1.5중량부를 혼합하고, 이를 에스테르 용매와 혼합하여 투명 베이스 클리어 도장층 형성용 코팅 조성물을 제조하였다. 고형분과 용매의 혼합비는 고형분 40에 용매 60의 중량비로 하였다.

폴리에스테르 수지(Mw 15000), 상기 폴리에스테르 수지 100중량부를 기준으로, 안료(0.3-0.4㎛의 입경) 7중량부를 혼합하고, 용매로서 사이클로헥사논과 혼합하여 잉크 도장층 형성용 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 용매는 고형분과 용매의 혼합비는 고형분 40에 용매 60의 중량비로 하였다.

폴리에스테르 수지(Mw 23000, Tg 53℃, OHv 8), 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여, 픽업개선제로서 실리카를 0.3중량부, 레벨링제로서 비이온계 아크릴 공중합체 2중량부, 경화제로서 멜라민 12중량부 및 산촉매로서 술폰산 1.5중량부를 혼합하고, 이를 에스테르 용매와 혼합하여 투명 베이스 클리어 도장층 형성용 코팅 조성물을 제조하였다. 고형분과 용매의 혼합비는 고형분 40에 용매 60의 중량비로 하였다.

아연도금강판(GI) 표면 상에 상기 투명 전처리층 형성용 코팅 조성물을 롤코팅법으로 도포한 후 85℃로 열풍 건조하였다(건조 후 부착량 약 60㎎/㎡). 그 후 상기 투명 베이스 클리어 도장층 형성용 코팅 조성물을 상기 투명 전처리층 상에 롤 코팅법으로 도포(건조 후 도막 두께 16㎛)한 후, 215℃의 오븐으로 베이킹하여 투명 전처리층을 형성하였다.

상기 투명 전처리층 상에 상기 제조된 잉크 도장층 형성용 코팅 조성물을 스프레이 코팅하여 건도 후 두께 5㎛의 잉크 도장층을 형성하였다. 나아가, 상기 잉크 도장층 상에 롤 코팅법으로 도포(건조 후 도막 두께 16㎛)한 후, 215℃의 오븐으로 베이킹하여 투명 전처리층을 형성하였다.

품질 평가

상기와 같은 방법에 의해 2C 2B 도장 강판(발명재)을 제조하였다. 제조된 2C 2B 도장 강판에 대하여 가공성, 내약품성, 내식성, 내습성을 평가하였다. 비교를 위하여, 포스코강판에서 제조 판매되는 3C3B 도장강판(비교재)에 대하여도 동일한 테스트를 수행하였다.

1. 가공성

실시예에서 얻어진 발명재와 비교재에 대하여 EN 13523-7 굽힘 가공 시험법에 따라 가공성 테스트를 수행하였다. 구체적으로는 다음과 같다.

EN 23270;1991에 따라 습도 (50±5)%, 온도 (23±2)℃에서 75×150㎜ 사이즈의 시편에 대하여 EN규격 2T(국내/ASTM- 4T) 및 EN규격 4T(국내/ASTM- 8T)의 조건으로 벤딩한다. Vice를 이용하여 1~2초 사이에 180도 T-벤딩을 한다. 투명 점착테이프를 이용하여 대략 75mm의 길이의 테이프를 가공 부위에 붙였다가 0.5~1초 사이에 균일한 속도로 60도 각도로 떼어낸다(테이프 점착 강도: 폭 25mm당 10N). 10배 확대경으로 박리 및 크랙 발생 여부를 확인하고, 합격 여부를 판정한다.

합격 기준

EN규격 2T(국내/ASTM- 4T): 박리 없음.

EN규격 4T(국내/ASTM- 8T): 크랙 없음.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 발명재는 2C2B의 코팅층을 가짐에도 불구하고, 3C3B의 코팅층인 비교재와 비교하여 동등한 수준의 가공 품질을 가짐을 알 수 있다.

2. 내약품성

75×150㎜ 사이즈의 시편에 대하여 절단면을 완전히 밀봉한 후 23±2℃의 온도 및 65±20%의 습도 조건하에서 시약(5% NaOH)이 담긴 비이커 내에 시편을 침적하였다. 침적 후 24시간 후에 시편을 꺼내어 물로 씻어 건조시켰다.

시약으로 5% NaOH 수용액이 담긴 유리컵 입구에 시편을 덮어 밀착시키고, 시약이 시편에 접촉하도록 유리컵을 뒤집었다. (상기 유리컵 입구의 테두리에는 시편과 밀착시켜 용액이 배출되는 것을 방지하기 위해 왁스가 도포되어 있다.) 이 상태로 24시간 방치하였다.

상기 시약과 접촉한 시편의 표면을 육안으로 확인하여 도막의 박리, 부풀음, 등 외관변화에 대해서 육안 관찰하였다. 상기 시편 표면을 촬영하여 도 5에 나타내었다.

관찰 결과, 시편의 표면에 도막의 블리스터 발생이 없는 경우 및 블리스터 발생이 있더라도 블리스터 사이즈가 No. 8F 수준까지는 합격으로 판정한다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 및 비교예의 시편 표면에는 어떠한 블리스터의 발생 흔적을 발견할 수 없었는바, 내약품성이 우수함을 확인할 수 있었다. (시편에서 원형의 테두리는 시편과 유리컵의 밀착을 위한 왁스로 인한 것이다.)

3. 내식성

발명재 및 비교재의 70㎝×150㎝ 시편 표면에 커터칼을 사용하여 X자 형태로 강판 표면의 코팅층을 커팅한 후, 스프레이 염수 테스트를 수행하였다. 5% NaCl의 염수를 분무하여 1000시간 후 강판 표면을 육안으로 관찰하여 녹 발생 또는 블리스터 발생 여부를 확인하였다. 염수분무 1000시간 후의 시편을 촬영하고, 이를 도 6에 나타내었다.

도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 발명재는 육안상 특별한 블리스터 발생을 관찰할 수 없으나, 비교재는 커팅 부위에 블리스터(Blister)가 부분적으로 발생함을 알 수 있다.

Claims (9)

1. 도금강판; 및 상기 도금강판의 적어도 일면에 형성된 코팅층을 포함하며,
   상기 코팅층은 순차적으로 투명 전처리층, 투명 베이스 클리어 도장층, 잉크 도장층 및 톱 클리어 도장층으로 이루어지며,
   상기 투명 전처리 층은 지르코늄 및 티타늄으로부터 선택되는 금속을 포함하는 금속 방청제; 실리카; 및 티타늄계 커플링제, 지르코늄계 커플링제 및 실란계 커플링제로부터 선택되는 적어도 하나의 커플링제; 아크릴 수지 및 실리카 변성 아크릴 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 수지를 포함하고, 40 내지 80㎎/㎡의 부착량을 갖는 크롬프리 전처리층인 프리코팅 강판.
2. 제1항에 있어서, 상기 투명 전처리층은 금속방청제 0.5 내지 1중량%, 실리카 10 내지 15중량%, 커플링제 0.5 내지 3중량% 및 잔부 수지를 포함하는 것인 프리코팅 강판.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 투명 베이스 클리어 도장층은 폴리에스테르 수지, 상기 폴리에스테르 수지 100중량부 기준으로 픽업 개선제 0.1 내지 0.5중량부, 레벨링제 1.0 내지 2.5중량부, 에폭시 수지 1.0 내지 3.0중량부, 경화제 10 내지 15중량부 및 산촉매 1 내지 3중량부를 포함하는 것인 프리코팅 강판.
5. 제1항에 있어서, 상기 투명 베이스 클리어 도장층은 12 내지 18㎛의 두께를 갖는 것인 프리코팅 강판.
6. 제1항에 있어서, 상기 잉크 도장층은 수지 및 상기 수지 100중량부를 기준으로 0.3 내지 0.4㎛ 입자의 안료 5 내지 10중량부를 포함하는 것인 프리코팅 강판.
7. 제1항에 있어서, 상기 잉크 도장층은 1 내지 10㎛의 두께를 갖는 것인 프리코팅 강판.
8. 제1항에 있어서, 상기 톱 클리어 도장층은 폴리에스테르 수지, 상기 폴리에스테르 수지 100중량부 기준으로 픽업 개선제 0.1 내지 0.5중량부, 레벨링제 1.0 내지 2.5중량부, 경화제 10 내지 15중량부 및 산촉매 1 내지 3중량부를 포함하는 것인 프리코팅 강판.
9. 제4항 또는 제8항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지는 중량평균분자량이 22,000-25,000이고, 유리전이온도(Tg)가 50-55℃이며, OH 당량수(OH value, OHv)가 5-10인 것인 프리코팅 강판.

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