KR102167639B1

KR102167639B1 - 불연성 도장강판 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102167639B1
Application number: KR1020170180323A
Authority: KR
Inventors: 이경황; 박종원
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2020-10-19
Anticipated expiration: 2037-12-26
Also published as: KR20190078430A; WO2019132397A1

Abstract

본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도금강판은, 강판, 상기 강판의 적어도 일면 상에 존재하는 도금층, 상기 도금층에 존재하는 요철부, 상기 요철부 상에 존재하는 하도층, 및 상기 하도층 상에 존재하는 불연성 세라믹 상도층을 포함하고, 상기 하도층은 수용성 폴리우레탄 수지를 포함하는 불연성 도장강판을 제공한다.

Description

불연성 도장강판 및 이의 제조방법 {INCOMBUSTIBLE COATED STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

불연성 도장 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 건축용 내장재 및 외장재가 요구하는 우수한 물성을 갖는 불연성 도장 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

칼라강판은 건자재, 가전제품 및 자동차 부품 등으로 그 수요가 증가하고 있다. 한편, 건축물의 마감재료로 적용되는 칼라강판은 건축물의 구조안전에 관한 방화 규정의 기준이 강화됨에 따라 불연성 또는 난연성의 기준이 강화되었다.

창고 건축물에 샌드위치 패널 시공 시 불에 잘 타지 않는 난연 재질의 마감자재 의무 사용 범위가 기존 ‘3000㎡ 이상’에서 ‘600㎡ 이상’으로 강화되었다. 또한, 필로티 구조의 천장 구조에 난연 성능 기준 이상의 마감재료를 사용하도록 하는 근거 규정이 마련되었다. 나아가, 화재확산 방지 구조 설치 시 건축물 외벽 마감재료로 준불연 재료 대신 난연 재료가 사용 가능한 대상을, 고층 건출물에서 시행령이 정하는 6층 이상의 건축물까지 확대 적용하도록 개정되었다.

또한, 건축물 마감재료로 이용되는 칼라강판의 난연성과 관련된 새로운 법안이 신설되었다. 구체적으로, 철판과 심재로 이루어진 복합자재의 경우, 용융아연도금강판 상에 일반용으로서 전면도장의 횟수는 2회 이상, 및 도금량은 제곱미터당 180g 이상이고, 철판 두께는 도금(鍍金) 후 도장(塗裝) 전을 기준으로 0.5㎜ 이상이어야 한다는 법안이 신설됐다(건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준 제4조제3항, 2016년 1월 1일부터 시행). 다만, 신규 법안에서 칼라강판의 도막 두께는 화재 확산 방지의 목적에 따라 20㎛ 이상이어야 한다는 두께 규정이 빠짐에 따라, 칼라강판의 얇은 도료 두께로 칼라 구현은 물론 기존의 내식성, 내후성 및 기타 물성과 함께 난연성을 확보하는 기술이 중요하게 되었다.

세라믹 유색 도료는 우수한 경도, 내후성, 내지문성 등의 우수한 특성이 있지만, 가공성에 취약하다는 단점이 있다. 세라믹 유색 도료는 두께가 두꺼울수록 가공성 확보가 어려우며, 건조 공정 중에 코팅층 표면에 미세한 균열을 발생시켜 내후성 및 기밀성을 저해하는 특징이 있다. 또한, 세라믹 유색 도료에 칼라 구현을 위해 금속 산화물 안료를 첨가하는 경우 물성이 저하됨은 물론 다양한 색상 구현이 어렵다는 단점이 있다.

불연성 도장 강판은 하도층의 부착성을 확보하기 위해 전처리 피막처리 공정을 포함하는 도장공정을 갖고 있다. 또한, 안료가 다량 함유되어 유색을 갖는 불소수지는 소재 강판의 우수한 내식성과 내후성을 확보하는 것이 가능하지만, 투명한 불소수지는 내후성과 내식성이 감소되는 단점을 갖고 있다.

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한국공개특허공보 제10-2010-0119099호 (2010.11.09. 공개)

본 발명은 건축용 내장재 및 외장재가 요구하는 우수한 가공성, 하도층과의 부착성, 내스크레치성을 제공함은 물론 불연성을 갖는 도장강판, 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판은, 강판, 상기 강판의 적어도 일면 상에 존재하는 도금층, 상기 도금층에 존재하는 요철부, 상기 요철부 상에 존재하는 하도층, 및 상기 하도층 상에 존재하는 불연성 세라믹 상도층을 포함하고, 상기 하도층은 수용성 폴리우레탄 수지를 포함하는 것일 수 있다.

상기 요철부는 표면조도(Ra)가 0.2 초과 1.5 이하인 것일 수 있다.

상기 요철부를 포함하는 도금층은 두께가 2㎛ 초과 15㎛ 이하인 것일 수 있다.

상기 하도층은 두께가 3㎛이상 및 10㎛ 이하인 것일 수 있다.

상기 하도층은 우레탄 고형분 20 내지 30중량%를 포함하는 것일 수 있다.

상기 하도층은 안료 0 초과 및 3.5 이하 중량%를 포함하는 것일 수 있다. 상기 하도층은 반투명 코팅층인 것일 수 있다.

상기 불연성 세라믹 상도층은 투명 코팅층인 것일 수 있다.

상기 불연성 세라믹 상도층은 두께가 3 내지 10㎛인 것일 수 있다.

상기 불연성 세라믹 상도층은 세라믹 고형분 15 내지 30중량%를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판이 제조방법은, 강판을 준비하는 단계, 상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계, 상기 도금층 표면을 기계 가공하여 요철부를 형성하는 단계, 상기 요철부 상에 하도층을 형성하는 단계, 및 상기 하도층 상에 불연성 세라믹 상도층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 하도층은 수용성 폴리우레탄 수지를 포함하는 것일 수 있다.

상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계는 도금층을 5 내지 25㎛ 두께로 형성하는 것일 수 있다.

상기 도금층 표면을 기계 가공하는 단계는 도금층 표면조도(Ra)가 0.2 초과 1.5 이하로 조절하는 것일 수 있다.

상기 도금층 표면을 기계 가공하는 단계는 도금층 표면을 세정단계 및 세정된 도금층을 건조하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 세정된 도금층을 건조하는 단계는 도금층 표면을 열풍으로 건조하는 것일 수 있다.

상기 요철부 상에 하도층을 형성하는 단계는 수용성 폴리우레탄 수지를 포함하는 하도층 도료 조성물을 제조하는 단계, 상기 하도층 도료 조성물을 요철부 상에 도포하는 단계, 및 도포된 하도층 도료를 건조하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

상기 하도층 도료 조성물은 이소시아네이트 (isocyanate)류 10 내지 40 중량%, 폴리올(Polyol)류 1.5 내지 5.0중량%, 가교제 0.1중량% 이하, 및 잔부 물을 포함하는 것일 수 있다.

상기 하도층 도료 조성물은 안료 0 초과 및 3.5 이하 중량%를 더 포함하는 것일 수 있다.

도포된 하도층 도료를 건조하는 단계는 하도층 표면의 최고 온도(PMT: Peak Metal Temperature)가 200 내지 250℃인 온도조건에서 건조하는 것일 수 있다.

불연성 세라믹 상도층을 형성시키는 단계는 세라믹 상도층 도료 조성물을 제조하는 단계, 하도층 상에 상기 세라믹 상도층 도료 조성물을 도포하는 단계, 및 세라믹 상도층 도료 조성물이 도포된 강판을 건조하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

상기 세라믹 상도층 도료 조성물은 금속산화물 나노졸 5 내지 50중량%, 실란 48 내지 69중량%, 산도조절제 0.01 내지 1.0중량%, 증점제 0.5 내지 3.0중량%, 소광제 0.1 내지 3.0중량%, 및 잔부 용매를 포함하는 것일 수 있다.

상기 금속산화물은 실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아, 산화마그네슘, 및 산화아연으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.

상기 금속산화물은 평균 직경이 5 내지 20㎚ 것일 수 있다.

상기 실란은 아미노 실란 및 알콕시 실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것일 수 있다.

상기 실란은 비닐 트리메톡시 실란(Vinyl trimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(Vinyl triethoxy silane), 비닐 트리이소프로폭시 실란(Vinyltri-isopropoxy silane), 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시 실란(3-methacryloxypropyl trimethoxy silane), 2-글리시딜옥시 프로필 트리메톡시 실란(2-Glycidyloxy propyl trimethoxy silane), 2-글리시딜옥시 프로필 트리에톡시 실란(2-Glycidyloxy propyl triethoxy silane), 2-아미노프로필 트리에톡시 실란(2-aminopropyl triethoxy silane), 2-우레이도알킬 트리에톡시 실란(2-ureidoalkyltriethoxy silane), 테트라에톡시 실란(tetraethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 테트라에톡시 실란(Tetraethoxy silane), N-베타-아미노에틸-감마-아미노프로필트리메톡시 실란(N-beta-(Aminoethyl)-gammaaminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시 실란(3-aminopropyltriethoxy silane), 트리에톡시페닐 실란(Triethoxyphenyl silane), 및 트리메톡시페닐 실란(Trimethoxyphenyl silane)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것일 수 있다.

상기 산도조절제는 유기산 및 유-무기산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.

상기 세라믹 상도층 도료 조성물이 도포된 강판을 건조하는 단계는 세라믹 상도층 표면의 최고 온도(PMT: Peak Metal Temperature)가 240 내지 280℃ 인 온도조건에서 건조하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 건축용 내장재 및 외장재가 요구하는 우수한 가공성, 내식성, 내스크레치성을 제공함은 물론 불연성을 갖는 도장강판, 및 그 제조방법을 제공한다.

또한, 하도층과의 부착성을 향상시킴으로써, 하도층과의 밀착성을 향상시킬 수 있고 전처리 공정을 생락 가능하여, 공정 간소화가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판의 제조방법에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 실시예 1에서 제조된 불연성 도장강판 단면의 SEM 이미지이다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에서, 단수 형태의 문구들은 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다. 예를 들어, 혼합은 배합과 동일한 의미로 사용된다.

명세서 전체에서 '투명'은 빛투과율이 100% ~ 95% 범위 인 것을 의미하고, '반투명'은 빛투과율이 94% ~ 30% 범위인 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판을 설명한다.

불연성 도장강판

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이며, 강판(1), 도금층(2), 요철부(3), 하도층(4), 및 불연성 세라믹 상도층(5)이 순차적으로 적층된 불연성 도장강판을 도시한다.

상기 강판은 냉연재 소재일 수 있으며 강판의 두께는 0.4 내지 2.0mm일 수 있다. 강판의 두께가 얇은 경우 건축용 내장재 및 외장재로 적용하기에 곤란하고, 두꺼우면 선도장 강판으로서의 활용이 제한될 수 있다.

상기 도금층은 아연도금층, 알루미늄도금층, 아연-알루미늄 합금 도금층, 아연-마그네슘합금 도금층, 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 도금층 또는 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금층 일 수 있다.

특히, 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금층은 고내식성의 특성을 가지며, 절단면과 가공부의 내식성이 우수하고, 배면의 도장층을 형성하지 않거나 얇게 형성하더라도 우수한 내식특성을 가진다는 장점이 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도금강판은, 도금층 표면에 요철부를 포함할 수 있다. 상기 요철부는 기계가공을 통하여 도금층의 표면조도를 향상시킨 것일 수 있다.

통상적으로 강판상에 칼라 도막을 형성하는 경우 하도와 도금층간의 부착성 확보를 위해 도금층 상에는 인산피막층, 크로메이트, 또는 논(non)-크로메이트 화성피막층 등을 처리를 거친다.

본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도금강판은, 도금층의 표면 조도를 향상시킨 요철부를 포함하고, 하도층을 친수성 수용성 폴리우레탄을 적용함으로서 충분한 부착성을 확보할 수 있다. 또한, 요철부 상에 반투명 하도층 및 투명 상도층을 포함함으로써, 요철부의 가공된 표면을 시각적으로 노출시키는 반투명 칼라 도장강판을 구현 가능하다.

상기 하도층은 수용성 폴리우레탄을 포함하여 도금층과의 부착성이 우수하다.

상기 요철부는 도금층의 표면적을 향상 시킬 수 있고, 수용성 폴리 우레탄을 포함하는 하도층은 도금층과의 부착성이 향상 시킬 수 있다, 따라서, 도금층과 하도층의 밀착성이 향상되며, 종래의 전처리 공정(화성처리, 크로메이트 처리 등)의 공정을 생략할 수 있으므로, 공정 간소화 및 가공성이 향상될 수 있다.

상기 요철부는 표면조도(Ra)가 0.2 초과 및 1.5 이하일 수 있다. 구체적으로 0.2 내지 1.0, 0.3 내지 0.7 , 0.2 내지 0.5일 수 있다. 표면 조도가 큰 경우 요구 물성 확보를 위해 도금층 및 요철부 상에 형성하는 하도층을 두껍게 형성하여야 하고, 결과적으로 도장 강판이 두꺼워질 수 있다. 표면 조도가 작은 경우 하도층과의 밀착성이 저하되며, 가공된 표면이 육안으로 용이하게 인식되지 않아 외관성이 떨어질 수 있다.

상기 도금층상에 형성된 요철부는 일정한 패턴을 가지는 것일 수 있으며, 이러한 요철부 패턴은 요철부 상부에 반투명 하도층과, 투명 세라믹 상도층을 형성함으로써, 요철부 패턴은 외부에 시각적으로 노출될 수 있다.

상기 요철부를 포함하는 도금층은 두께가 2㎛ 초과 15㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로 5㎛ 내지 15㎛, 또는 7㎛ 내지 15㎛일 수 있다. 상기 두께는 도금층의 표면 가공하여 요철부를 형성한 후 남아있는 도금층의 두께를 의미한다. 상기 두께가 두꺼운 경우 균열 발생 및 밀착성 저하에 의하여 도장 강판의 품질이 저하될 수 있으며, 얇은 경우 표면 및 절단면 등의 내식특성이 열위한 문제가 발생할 수 있다.

상기 하도층은 수용성 폴리우레탄을 포함할 수 있다.

상기 수용성 폴리우레탄은 이소시아네이트(-NCO)와 알코올(-OH)간의 반응에 의해 생성된 것일 수 있으며, 수용성 폴리우레탄 수지에는 하도층의 색상 구현을 위하며, 안료, 단분자 실란, 또는 방청제 등이 더 포함될 수 있다.

상기 하도층은 우레탄 고형분 20 내지 30중량%, 및 안료 0 이상 및 3.5 이하 중량%를 포함할 수 있다.

상기 우레탄 고형분의 함량이 적은 경우 도료 조성물의 점도가 낮아 하도층 두께 조절이 어려울 수 있으며, 함량이 많은 경우 점도가 높아 도포가 용이하지 않으며, 하도층 두께가 불균일하게 형성될 수 있다.

안료 함량에 따라 하도층 색상의 선명도 및 투명도를 조절할 수 있으며, 안료를 포함하지 않는 경우 백색을 띄는 반투명 하도층을 형성할 수 있다. 또한, 안료 함량이 많은 경우 투명도가 저하될 수 있다

상기 하도층은 두께가 5㎛이상 및 10㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로 3 ㎛ 내지 7㎛일 수 있다. 상기 하도층의 두께가 얇은 경우 건축용 물성 확보가 어려울 수 있으며, 두께가 두꺼운 경우 화재 발생시 유해가스 발생량이 증가하며, 수용성 폴리우레탄 도료는 연속 칼라도장 공정에서 10㎛초과의 도막을 형성하기 어려울 수 있다. 즉, 상기 범위를 만족하는 경우 건축용 내장재 및 외장재 물성을 만족할 수 있을 뿐만 아니라, 색상 구현이 용이하고, 연소시 유해가스 방출을 최소화 할 수 있다.

수용성 폴리우레탄 수지를 포함하는 하도층은 반투명 코팅층일 수 있으며, 색상 구현을 위하여 첨가되는 물질에 의하여 반투명 칼라 코팅층을 형성할 수 있다.

세라믹 유색 도료에 칼라 구현을 위하여 금속 산화물 안료를 첨가하는 경우 물성이 저하되고 다양한 색상 구현이 어렵다는 문제가 있었으나, 본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판은 칼라 하도층 상에 투명한 세라믹 상도층을 형성함으로써, 세라믹 상도층 및 세라믹 상도층 도료 조성물의 물성 저하없이 다양한 색상 구현이 가능하다.

상기 불연성 세라믹 상도층은 세라믹 고형분 15 내지 30중량%를 포함할 수 있다. 상기 세라믹 고형분 함량이 적은 경우 내스크레치성 및 경도 등의 물성이 저하될 수 있으며, 함량이 많은 경우 가공도가 저하되고, 크렉 발생 확률이 높아지며, 균일한 도막 형성이 어렵고, 투명도가 저하될 수 있다.

상기 불연성 세라믹 상도층은 세라믹 성분으로 이루어졌으며, 투명한 코팅층을 형성할 수 있다.

상기 불연성 세라믹 상도층은 높은 표면 경도를 가지며, 건축용 내장재 및 가구로 사용되는 경우 내스크레치성이 우수한 특징을 갖는다.

즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판은, 세라믹 상도층에 의해 우수한 표면강도, 내스크레치성, 내후성, 및 불연성을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 투명 세라믹 상도층의 경우 칼라도장 코팅층의 색상이 그대로 구현하는 동시에 화재 발생 시 화염으로부터 칼라 하도층을 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판은 세라믹 상도층을 투명층으로 형성하고 하도층을 반투명성 칼라 하도층으로 형성하는 경우 용이하게 반투명 칼라 도장강판을 구현 가능하다.

상기 불연성 세라믹 상도층은 금속산화물 나노졸(nano sol), 실란, 산도조절제, 첨가제 및 용매를 포함하는 세라믹 상도층 도료 조성물을 졸-겔 반응시킨 후 건조시켜 형성될 수 있다. 이와 같은 졸-겔 반응으로 얻어진 불연성 세라믹 상도층은 무기물과 유기물의 중간 성격을 지닌 혼성 복합 코팅층을 형성한다. 따라서, 무기물을 단독으로 사용하는 경우 발생할 수 있는 취성적인 단점을 해소할 수 있다. 또한, 유기물 첨가를 통해 유연성을 갖게 됨으로써 코팅강판의 가공 시 다양한 형상으로 가공할 수 있는 가공성이 뛰어난 장점이 있다.

상기 불연성 세라믹 상도층의 두께는 3㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 구체적으로 5㎛ 내지 8㎛ 또는 4㎛ 내지 7㎛ 일 수 있다. 두께가 얇은 경우 내지문성, 내후성, 경도 등과 같은 건자재용 강판이 요구하는 물성이 열위해질 수 있으며, 화재 발생시 화염으로부터 하도층을 보호하는 성능이 부족할 수 있다. 두께가 두꺼운 경우 도장 강판의 제품화를 위한 성형 및 가공 시 균열 발생 가능성이 커지므로, 제조된 도장강판의 물성 및 특성을 저하시킬 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 하도층 및 도금층이 형성된 강판면의 배면 상에 도금층, 수용성 폴리우레탄 코팅층 및/또는 세라믹 코팅층을 형성할 수 있으며, 상기 배면 세라믹 코팅층은 2㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 배면 세라믹 코팅층이 상기 두께범위를 만족하는 경우 충분한 건재용 마감재로서의 내식성을 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 반투명 불연성 칼라 도장강판의 단면층의 SEM 이미지이다. 도 3(a)에서 강판의 일면 상에 대략 14.7㎛ 두께의 요철부가 존재하는 도금층, 5.1㎛의 수용성 폴리우레탄 하도층, 6.8㎛의 투명 세라믹 상도층이 순차적으로 적층된 것을 확인할 수 있다. 도 3(b)는 상기 강판의 타면의 단면층의 SEM 이미지이다. 상기 강판의 타면상에 도금층 및 5㎛의 후면 세라믹층이 순차적으로 적층되어 있다.

이하, 불연성 도장강판의 제조방법에 대하여 설명한다. 앞서 불연성 도장강판에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

불연성 도장강판의 제조방법

본 발명의 일 구현예에 따른 불연성 도장강판 제조방법은, 강판을 준비하는 단계, 상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계, 상기 도금층 표면을 기계 가공하여 요철부를 형성하는 단계, 상기 요철부 상에 하도층을 형성하는 단계, 및 상기 하도층 상에 불연성 세라믹 상도층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 하도층은 수용성 폴리우레탄 수지를 포함하는 불연성 도장 강판 제조방법을 제공한다.

상기 강판은 두께가 0.4 내지 2.0mm 인 냉연재 소재 일 수 있다.

상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계는 도금층 두께를 5㎛ 내지 25㎛로 형성하는 것일 수 있다. 도금층 두께가 상기 얇으면 요철부 형성시 도금층이 제거되어 소지층의 노출에 의해 품질이 저하될 수 있으며, 두꺼운 경우 제품 가공시 도금층 균열 발생 가능성이 높아지므로, 제조된 강판의 품질이 저하될 수 있다.

상기 도금층 표면을 기계 가공하여 요철부를 형성하는 단계는 도금층 표면조도(Ra)가 0.2 초과 1.5 이하로 조절하는 것일 수 있다.

구체적으로, 도금층 표면을 소재의 길이 방향으로 연속적으로 가공하는 방법으로 하부에 위치한 지지롤 상에 소재를 거치하고, 상부에서 연마지를 이용하여 연속적으로 표면을 가공하는 방법으로 가공할 수 있으며, 이러한 과정을 통해 도금층의 표면조도가 향상된 요철부를 형성하는 것일 수 있다.

상기 도금층 표면을 기계 가공하여 요철부를 형성하는 단계는 표면을 가공하여 일정한 패턴을 갖는 요철부를 형성하는 것일 수 있다.

상기 도금층 표면을 기계 가공하는 단계는 도금층 표면을 세정단계 및 세정된 도금층을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 도금층 표면 세정은 알칼리 탈지제를 이용하여 수행할 수 있다. 그러나 세정 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 적절한 방법을 선택하여 수행할 수 있다.

상기 세정된 도금층을 건조하는 단계는 도금층 표면에 수분을 충분히 제거되도록 압축 공기와 열풍을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 통상적인 건조 방법에 의하여 수행할 수 있다.

상기 요철부 상에 하도층을 형성하는 단계는 수용성 폴리우레탄 수지를 포함하는 하도층 도료 조성물을 제조하는 단계, 상기 하도층 도료 조성물을 요철부 상에 도포하는 단계, 및 도포된 하도층 도료를 건조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 하도층 도료 조성물은 이소시아네이트 (isocyanate)류 10 내지 40 중량%, 폴리올(Polyol)류 1.5 내지 5.0중량%, 가교제 0.1중량% 이하, 안료 0 내지 3.5 중량% 및 잔부 물을 포함할 수 있다.

구체적으로 이소시아네이트 (isocyanate)류 15 내지 25 중량%, 폴리올(Polyol)류 2.0 내지 3.0중량%, 안료 1 내지 1.5 중량%, 잔부 물일 수 있다. 상기 물은 이온수일 수 있다. 상기 성분 함량 범위를 만족하지 못하는 경우 수용성 폴리우레탄 입자가 잘 형성되지 않을 수 있으며, 건재로서 요구되는 하도층 물성이 저하될 수 있다

상기 가교제의 함량이 적은 경우 폴리우레탄 입자형성이 부족할 수 있고, 많은 경우 겔화하여 점도가 상승하고 고형화될 수 있다.

상기 물의 함량이 적은 경우 조성물의 혼합이 균일하게 이루어지지 못할 수 있으며, 함량이 많은 경우 건조시간이 증가되어 제조 공정의 효율성이 저하되고, 도료 조성물의 점도가 낮아 하도층 두께 조절이 어려울 수 있다.

안료 함량에 따라 하도층 색상의 선명도 및 투명도를 조절할 수 있으며, 안료를 포함하지 않는 경우 백색을 띄는 반투명 하도층을 형성할 수 있다. 또한, 안료 함량이 많은 경우 투명도가 저하될 수 있다,

도포된 하도층 도료를 건조하는 단계는 도금 소재 하도층 표면의 최고 온도(PMT: Peak Metal Temperature)가 200~250℃인 온도조건에서 수행할 수 있다.

상기 온도가 낮은 경우 도막이 충분히 형성되지 않고 하도층의 부착력이 감소하며, 공정설비 등에 점착될 수 있고, 상도 공정의 도료조에 혼입하여 오염을 유발시킬 수 있고, 건조 시간이 길어져 공정 효율이 감소할 수 있으며, 온도가 높은 경우 도막의 과경화에 의해 열화되어 도막의 물성이 저하될 수 있다.

불연성 세라믹 상도층을 형성시키는 단계는 세라믹 상도층 도료 조성물을 제조하는 단계, 하도층 상에 상기 세라믹 상도층 도료 조성물을 도포하는 단계, 및 세라믹 상도층 도료 조성물이 도포된 강판을 건조하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 불연성 세라믹 상도층의 두께는 3㎛ 내지 10㎛으로 형성되는 것일 수 있다.

불연성 세라믹 상도층을 형성시키는 단계는 상기 불연성 세라믹 상도층 도료 조성물을 하도층 상에 도포하여 하도의 관능기와 세라믹 도료의 실란을 화학적 결합 반응시킨 후, 건조하는 단계를 통해 형성될 수 있다.

상기 세라믹 상도층 도료 조성물은 금속산화물 나노졸 5~50중량%, 실란 48~69중량%, 산도조절제 0.01~1.0중량%, 증점제 0.5~3.0중량%, 소광제 0.1~3.0중량%, 및 잔부 용매를 포함할 수 있다.

상기 금속산화물 나노졸(nano sol)은 무기 나노졸의 일종으로, 상기 실란과 화학적 결합을 통해 세라믹 투명 코팅층의 경도, 내약품성 및 내열성 향상에 기여할 수 있다.

상기 금속산화물 나노졸의 함량은 5 내지 50중량%일 수 있다. 구체적으로, 10 내지 40중량%, 15 내지 35중량%, 10 내지 30중량%일 수 있다. 금속산화물 나노졸의 함량이 적은 경우 실란과의 충분한 결합을 유도하기 어려운 문제가 발생할 수 있어, 상도층의 표면 경도가 감소하고, 내열성 및 내약품성이 저하될 수 있다. 금속산화물 나노졸의 함량이 많은 경우 실란과 결합되지 않은 금속산화물이 상기 불연성 세라믹 상도층에 잔존하게 되어, 도막 형성이 저하 및 하도층과의 부착성이 저하될 수 있다.

상기 나노졸에 포함된 금속산화물은 실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아, 산화마그네슘, 및 산화아연으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 금속산화물은 평균 직경이 5~20㎚일 수 있다. 상기 금속산화물의 직경이 큰 경우 도장된 강판의 표면조도가 증가하여 미려함이 떨어지고 쉽게 침전되어 도료 내에서 불균일하게 분포할 수 있고 , 작은 경우 금속 산화물 간의 뭉침 현상으로 인하여 도료 내에서 불균일하게 분산될 수 있다.

상기 실란은 아미노 실란 및 알콕시 실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 구체적으로 상기 실란은 가수분해 후 안정화될 수 있는 실란일 수 있다. 예를 들어, 비닐 트리메톡시 실란(Vinyl trimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(Vinyl triethoxy silane), 비닐 트리이소프로폭시 실란(Vinyltri-isopropoxy silane), 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시 실란(3-methacryloxypropyl trimethoxy silane), 2-글리시딜옥시 프로필 트리메톡시 실란(2-Glycidyloxy propyl trimethoxy silane), 2-글리시딜옥시 프로필 트리에톡시 실란(2-Glycidyloxy propyl triethoxy silane), 2-아미노프로필 트리에톡시 실란(2-aminopropyl triethoxy silane), 2-우레이도알킬 트리에톡시 실란(2-ureidoalkyltriethoxy silane), 테트라에톡시 실란(tetraethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 테트라에톡시 실란(Tetraethoxy silane), N-베타-아미노에틸-감마-아미노프로필트리메톡시 실란(N-beta-(Aminoethyl)-gammaaminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시 실란(3-aminopropyltriethoxy silane), 트리에톡시페닐 실란(Triethoxyphenyl silane), 및 트리메톡시페닐 실란(Trimethoxyphenyl silane)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 실란의 함량은 48 내지 69중량%일 수 있으며, 실란의 함량이 적은 경우 금속산화물 나노졸과의 충분한 결합 형성이 어려워 도막 형성이 저해될 수 있으며, 실란의 함량이 많은 경우 열분해로 인한 유기가스 배출 우려가 있고, 다량의 실란올이 상도층에 잔존함으로 인해 불연성 세라믹 상도층의 내수용성, 내수 밀착성, 내약품성이 저하될 수 있다.

상기 산도조절제는 실란의 가수분해를 도와주면서 실란의 안정성을 향상시켜주는 역할을 하는 것으로, 아세트산, 포름산, 라틱산, 글리코닉산 등의 유기산 및 황산, 질산, 염산, 불산 등의 유-무기산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 산도조절제의 함량은 0.01 내지 1.0 중량%일 수 있으며, 산도 조절제의 함량이 적은 경우 가수분해 시간의 증가로 코팅액의 저장성이 저하될 수 있으며, 산도 조절제의 함량이 많은 경우 강판의 부식이 발생하고 분자량 제어가 어려울 수 있다.

상기 증점제는 세라믹 상도층 도료 조성물의 점도를 조절하여 작업성을 향상시키고, 소광제의 침전을 방지하는 역할을 하는 것으로, 그 함량은 0.5 내지 3.0중량%일 수 있다. 상기 증점제의 함량이 적은 경우 도료 조성물의 점도가 낮아 작업성이 저하될 수 있으며, 증점제의 함량이 많은 경우 도료 조성물의 안정성 및 내약품성이 저하될 수 있다.

상기 소광제는 광택 조절 및 도막의 경도를 향상시키는 역할을 하는 것으로, 그 함량은 0.1 내지 3.0 중량%일 수 있다. 상기 소광제의 함량이 적은 경우 광택 조절 및 도막의 경도 향상이 어려울 수 있으며, 소광제의 함량이 많은 경우 상도층의 광택 저하 및 균열 발생의 원인이 될 수 있다.

상기 용매는 상기 실란의 물에 대한 상용성과 가수분해성, 처리제의 웨팅(wetting)성, 건조 속도를 조절하는 역할을 할 수 있다. 상기 용매는 수용성 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들어 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 2-메톡시프로판올, 및 2-부톡시에탄올로 구성된 군에서 선택된 1이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 용매는 세라믹 상도층 도료 조성물 전체 중량의 0.1 내지 25중량%로 첨가될 수 있으며, 구체적으로 0.1 내지 10중량% 일 수 있다. 상기 용매 함량이 적은 경우 세라믹 상도층 도료 조성물의 저장성이 저하될 수 있고, 용매 함량이 많은 경우 코팅액의 안정성 및 점도가 저하될 수 있다.

상기 세라믹 상도층 도료 조성물이 도포된 강판을 건조하는 단계는 세라믹 상도층 표면의 최고 온도(PMT: Peak Metal Temperature)가 240~280℃인 온도조건에서 수행할 수 있다. 상기 온도가 낮은 경우 도막 형성이 불충분하여 도막 특성이 열위해지고 소재간 접촉시 점착될수 있고, 건조 시간이 길어져 공정 효율이 감소할 수 있으며, 온도가 높은 경우 도막의 미세균열이 발생하여 도막 특성이 저하될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 불연성 도장 강판 제조

강판으로는 0.84㎜두께의 PosMAC^®강판을 준비하고, 상기 강판에는 두께가 25㎛인 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금층이 형성되어 있다. 상기 도금층을 표면 연마기를 이용하여 표면 가공하여 표면조도가 대략 Ra 0.45인 요철부를 형성하였다. 이후 요철부가 존재하는 도금층을 알칼리 탈지제를 이용하여 표면을 세정하고 열풍 공급을 통해 건조하였다.

이소시아네이트 (isocyanate)류 25중량%, 폴리올(Polyol)류 3.5중량%, 가교제 0.05중량% 및 잔부 물을 포함하는 하도층 도료 조성물을 제조하여, pH 8.5로 조정하였다. 상기 하도층 도료 조성물을 요철부 상에 철강의 칼라도장강판 제조법인 연속도장공정의 롤 코팅법으로 도포하고, PMT 235℃ 약 1분간 열풍 건조하여 5㎛ 두께의 하도층을 형성하였다.

실리콘산화물 나노졸 30중량%, 실란(비닐 트리메톡시 실란) 50중량%, 산도조절제(질산) 0.05중량%, 증점제(Carboxymethyl cellulose) 1.5중량%, 소광제(실리카) 1.0중량%, 및 잔부 용매(에탄올)를 포함하는 세라믹 상도층 도료 조성물을 제조한 후, 도료 조성물을 하도층 상에 도포하여 하도의 관능기와 세라믹 도료의 실란 화학적 결합 반응시킨 후, PMT 260℃ 온도에서 1분간 열풍 건조하여 8㎛ 두께의 투명한 불연성 실리콘 상도층을 형성하여, 불연성 세라믹 도장강판을 제조하였다.

실험예 : 도장강판의 물성 평가

상기 실시예 1에서 제조된 도장강판의 물성 평가 실험을 수행하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

	TEST ITEMS		SPEC.	시험 결과 (KTR 공인시험성적서)
1	연필 경도 (ASTM D 3363-05)		Hardness is HB more (B < HB < F < H..)	6H
2	가 공 성	Erichsen test (KS M ISO 1520)	도막의 박리 (㎜)	10.2
3		충격성 (KS D 3520)	도막의 박리 없을 것	이상 없음
4		굴곡성 (2T) ASTM D 4145	도막의 박리 없을 것	이상 없음
5	MEK Rubbing (50회) ASTM D 5402		도막의 박리, 흔적 없을 것	이상 없음
6	내식성 (240h) (ASTM B 117)		백청 발생 없을 것	이상 없음
6	내식성 (240h) (ASTM B 117)		X-cut 편측 2㎜이하 백청 발생	이상 없음
7	내습성 (240h, △E) (ASTM D 2247)		이상 없을 것 (ΔE <2.0)	6.1
8	내알칼리성 (5%NaOHⅹ24h) (ASTM D 1308)		이상 없을 것	이상 없음
9	내산성 (5%CH3COOHⅹ24h) (ASTM D1308)		이상 없을 것	이상 없음
10	내비등수용성 (90℃ⅹ30min.) (KS D 8308)		도막 박리 및 색상 변색 없을 것	이상 없음
11	내용제성 (23℃ⅹ24h)		도막의 박리 없을 것	이상 없음
12	내열성 (170℃ⅹ3h, △E) (KS M ISO 3248)		ΔE ≤ 4.0	7.6
13	불연성 (KS F ISO 1182) (KS F 2271)		최고온도와 최종평형온도차 (K): 20K를 초과하지 않을 것 질량 감소율 (%): 30% 이하 평균행동정지시간 (min.:s): 9min 이상	2.9K 0.1% 14:55

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1 강판
2 도금층
3 요철부
4 하도층
5 상도층

Claims

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강판을 준비하는 단계,
상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계,
상기 도금층 표면을 기계 가공하여 요철부를 형성하는 단계,
상기 요철부 상에 하도층을 형성하는 단계, 및
상기 하도층 상에 불연성 세라믹 상도층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 하도층은 수용성 폴리우레탄 수지를 포함하고,
상기 요철부 상에 하도층을 형성하는 단계는
수용성 폴리우레탄 수지를 포함하는 하도층 도료 조성물을 제조하는 단계,
상기 하도층 도료 조성물을 요철부 상에 도포하는 단계, 및
도포된 하도층 도료를 건조하는 단계를 포함하고,
상기 하도층 도료 조성물은
이소시아네이트 (isocyanate)류 10 내지 40 중량%, 폴리올(Polyol)류 1.5 내지 5.0중량%, 가교제 0.1중량% 이하, 및 잔부 물을 포함하고,
도포된 하도층 도료를 건조하는 단계는
하도층 표면의 최고 온도(PMT: Peak Metal Temperature)가 200 내지 250℃인 온도조건에서 건조하고,
상기 불연성 세라믹 상도층을 형성하는 단계는
세라믹 상도층 도료 조성물을 하도층 상에 도포하여 세라믹 상도층 표면의 최고 온도(PMT: Peak Metal Temperature)가 240 내지 280℃인 온도조건으로 건조를 수행하는 것이고,
상기 세라믹 상도층 도료 조성물은 금속산화물 나노졸 5 내지 50중량%, 실란 48 내지 69중량%, 산도조절제 0.01 내지 1.0중량%, 증점제 0.5 내지 3.0중량%, 소광제 0.1 내지 3.0중량%, 및 잔부 용매를 포함하고,
상기 세라믹 상도층을 형성하는 단계에서 건조 후 수득되는 불연성 세라믹 상도층의 두께는 3 내지 10㎛인 것인
불연성 도장강판의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계는
도금층을 5 내지 25㎛ 두께로 형성하는 것인,
불연성 도장강판의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 도금층 표면을 기계 가공하는 단계는
도금층 표면조도(Ra)가 0.2 초과 1.5 이하로 조절하는 것인,
불연성 도장강판의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 도금층 표면을 기계 가공하는 단계는
도금층 표면을 세정단계 및
세정된 도금층을 건조하는 단계를 더 포함하는
불연성 도장강판의 제조방법.
제 14항에 있어서,
상기 세정된 도금층을 건조하는 단계는
도금층 표면을 열풍으로 건조하는 것인,
불연성 도장강판의 제조방법.
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제 11항에 있어서,
상기 하도층 도료 조성물은
안료를 0 초과 및 3.5 중량% 더 포함하는 것인
불연성 도장강판의 제조방법.
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제 11항에 있어서,
상기 금속산화물은
실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아, 산화마그네슘, 및 산화아연으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는
불연성 도장강판의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 금속산화물은
평균 직경이 5 내지 20㎚
불연성 도장강판의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 실란은
아미노 실란 및 알콕시 실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인
불연성 도장강판의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 실란은
비닐 트리메톡시 실란(Vinyl trimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(Vinyl triethoxy silane), 비닐 트리이소프로폭시 실란(Vinyltri-isopropoxy silane), 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시 실란(3-methacryloxypropyl trimethoxy silane), 2-글리시딜옥시 프로필 트리메톡시 실란(2-Glycidyloxy propyl trimethoxy silane), 2-글리시딜옥시 프로필 트리에톡시 실란(2-Glycidyloxy propyl triethoxy silane), 2-아미노프로필 트리에톡시 실란(2-aminopropyl triethoxy silane), 2-우레이도알킬 트리에톡시 실란(2-ureidoalkyltriethoxy silane), 테트라에톡시 실란(tetraethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), N-베타-아미노에틸-감마-아미노프로필트리메톡시 실란(N-beta-(Aminoethyl)-gammaaminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시 실란(3-aminopropyltriethoxy silane), 트리에톡시페닐 실란(Triethoxyphenyl silane), 및 트리메톡시페닐 실란(Trimethoxyphenyl silane)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인
불연성 도장강판의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 산도조절제는
유기산 및 유-무기산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것인,
불연성 도장강판의 제조방법.
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