에나멜 조성물, 및 에나멜 처리된 시트 금속으로 성형된부품의 제조방법

에나멜 조성물, 및 에나멜 처리된 시트 금속으로 성형된 부품의 제조방법 {ENAMELLING COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING A PART FORMED FROM ENAMELLED SHEET METAL}

에나멜 처리된 시트 금속으로 성형된 부품의 생산에 사용되는 전통적인 방법은 주로 다음의 작업으로 이루어진다:

- 평평한 시트 금속 부품을 드로잉(drawing), 벤딩(bending) 또는 코일링 (coiling) 등의 방법으로 성형한다.

- 성형된 시트 금속에서 그리스와 더러움을 제거하고, 경우에 따라 인산염피복과 니켈 도금 등과 같은 표면 처리 과정을 밟는다.

- 정전식 분무기 등을 이용해서, 준비된 시트 금속 부품에 분말 에나멜 프리트 (frit)를 한 층 도포한다.

- 에나멜 프리트를 유리화 하기 위해 에나멜 처리된 부품을 굽는다.

이러한 전통적인 방법에는 몇 가지 단점이 있다. 먼저, 이 방법을 사용하게 되면 일정한 형태를 갖춘 시트 금속 부품이 에나멜 처리공에 의해 그리스 제거, 더러움 제거, 인산염피복과 같은 사전 처리가 반드시 되어야 한다는 점이다. 또한, 평평한 시트 금속은 비교적 간단하고 신속하게 사전처리될 수 있어서 연속적인 사전 처리가 가능하지만, 일정한 형태를 갖춘 시트 금속 부품을 사전 처리하는 데에는 훨씬 복잡하고 더 많은 시간을 필요로 한다.

뿐만 아니라, 현재의 기술을 이용하여 평평한 시트 금속에 연속적이고 매우 규칙적인 방식으로 (이는 에나멜층의 두께가 매우 일정할 수 있도록 해준다), 즉 신속하게 에나멜 조성물을 입힐 수 있지만, 일정한 형태를 갖추고 있는 시트 금속 부품에 에나멜 조성물을 입히는 것은 더욱 복잡하고, 더 많은 시간을 필요로 하며, 에나멜 층의 두께를 일정하게 유지하기 어렵다.

이미 전통적인 에나멜 처리 기술의 단점을 보완하고자하는 노력이 실시되어 왔다.

US-A-5,325,580에는 에나멜 처리된 시트 금속으로 만든 부품 생산 제조 방법이 기재되어 있다. 상기 문헌은 다음의 방법을 기재하고 있다:

- 부품을 성형하기 전에, 강철 시트 금속에 롤러를 이용하여 조성물을 한 겹 입히는데, 이 조성물은 폴리머 결합제 용매 내부에 분산되어 있는 에나멜 프리트를 포함한다. 그 다음에, 코팅된 조성물을 건조시키거나 (용매의 증발) 또는 굽는다.

- 경우에 따라서는 이러한 조성물을 두 겹 입히기도 하는데, 이때 조성물을 한 겹 입히고, 코팅된 조성물을 건조시키거나 구운 다음에 한 겹 더 입힌다.

- 조성물이 코팅된 시트 금속을 생산되어질 부품의 형태로 만든다.

- 그 다음, 조성물이 코팅되고 일정한 형태를 갖추고 있는 시트 금속 부품을섭씨 560도에서 850도에서 굽는데, 이는 폴리머 결합제를 가열하고 에나멜 프리트를 유리화하기 위한 것이다.

이미 알려진 에나멜 처리 기술에 비해서 US-A-5,325,580에 기재되어 있는 기술은 여러가지 장점을 가지고 있다. 특히, 이 신기술을 이용하면 평평한 시트 금속 뿐 아니라 이미 성형된 시트 금속에도 에나멜 조성물을 입힐 수 있다.

그리고, 에나멜 조성물이 입혀진 평평한 시트 금속은 에나멜 처리공에게 공급된다; 따라서 에나멜 처리공은 더 이상 시트 금속을 사전처리를 할 필요가 없을 것이다.

그렇지만, US-A-5,325,580에 따르면, 이 기술을 이용할 경우 평평한 시트 금속에 액상 에나멜 조성물을 바르기 때문에 많은 양의 용매가 증발되거나 소각되게 된다.

상기 명세서에서 기재된 에나멜 조성물에 포함된 폴리머 결합제는 열가소성 폴리머이거나 열경화성 수지일 수 있다. 열가소성 폴리머를 포함하는 조성물을 이용한 코팅(유리화하기 위해 가열하기 전에)은 아주 안정적이지는 않다 (특히, 내용매성이 떨어진다). 따라서, 열경화성 수지를 포함하는 조성물이 선호되는데, 이 수지가 보다 안정성 있는 코팅을 가능하게 해주고 성형작업에 대한 내성도 더 강하기 때문이다. 그렇지만, 특히 US-A-5,325,580에 기재되어 있는 열경화성 수지를 주성분으로 하는 액상 에나멜 조성물은 상온에서 불안정하다. 조성물 중 용해되어 있는 열경화성 수지의 성분은 성분들끼리 서로 반응하는 경항이 있을 뿐 아니라, 실온에서도 반응을 하는데, 이는 점착성의 변화를 야기하고, 점착성의 변화는 특히롤러를 이용하여 코팅할 경우에, 조성물 적용 조건을 빈번하게 조절하도록 한다.

본 발명은 에나멜 조성물과 에나멜 처리된 시트 금속으로 만든 부품을 생산하기 위한 제조 방법에 관련된 것이다.

도 1은 자기유도 방식 오븐에 코팅된 철강 밴드를 통과시킴으로써 교차 결합을 위한 가열처리의 열프로파일을 나타낸다.

도 2는 평면 샘플과 교차 결합된 조성물로 코팅된 이미 성형된 샘플의 연속 컨베이어 타입 오븐에서의 열 프로파일은 나타낸다.

그러므로 본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 해결한 에나멜 처리방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 에나멜 프리트와 열경화성 수지를 포함하는 에나멜 조성물을 제공하는 것으로, 이 조성물은, 요약하자면 분말 형태이며, 이 열경화성 수지는 용매를 필요로 기재 않는다.

상기 조성물의 정의에 있어서, 열경화성 수지 또는 그 성분들이 분명히 "용매"로 간주될 수는 없다는 것을 이해해야만 한다.

본 발명에 따르면, 조성물은 원칙적으로 용매가 없다. 여기서 "요약하자면 용매가 없는" 이라는 표현을 쓴 것은 예를 들면, 열경화성 수지 또는 수지의 구성물 중 하나의 내부에 소량 또는 극소량의 용매가 포함되어 있어서, 조성물이 소량의 용매를 포함할 수 있다는 사실을 고려하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기의 열경화성 수지는 다음 성분들을 포함하는 것이 바람직하다:

- 교차 결합이 가능한 하나 이상의 폴리머

- 교차 결합이 가능한 하나 이상의 폴리머를 교차 결합시키기에 알맞으며, 교차 결합이 가능한 하나 이상의 폴리머를 교차 결합시키기에 충분한 양의 하나 이상의 교차 결합제

- 교차 결합이 가능한 하나 이상의 폴리머와 하나 이상의 교차 결합제 사이의 교차 결합 반응을 촉진시키기에 충분한 양의 하나 이상의 촉진제.

또한, 조성물에 포함되어 있는 열경화성 수지는 일반적으로 분말 페인트 조성물에 사용되는 열경화성 수지 중에서 선택 할 수 있다.

이 수지에 포함되어 있는 교차 결합이 가능한 폴리머는 특히 에폭시, 폴리에스테르 또는 아크릴 타입의 교차 결합이 가능 폴리머 중에서 선택 할 수 있다.

교차 결합이 가능한 폴리머의 반응물들과 반응하면서 결합을 일으키는 결합제(또는 응고제)는 일반적으로 결합할 폴리머에 따라, 좀 더 자세히 말하자면, 폴리머의 반응물들의 성질에 따라 선택할 수 있다. 교차 결합이 가능한 폴리머와 교차 결합제 간의 비율은 일반적으로 사용된 물질의 특성과 원하는 교차 결합 비율에 따라 결정된다.

조성물 내부에 들어가는 하나 이상의 촉진제는 조성물 내부에 함유된 결합이 가능한 폴리머와 결합제에 따라 결정된다. 왜냐하면 촉진제가 이 물질들 사이의 반응을 촉진시켜야 하기 때문이다.

성분들(하나 이상의 결합이 가능한 폴리머, 결합제 그리고 촉진제) 사이의 비율은 (앞으로 기술할) 조성물 제조 과정에서 교차 결합 반응이 아주 약해지지 않도록, 그리고 조성물을 사용할 때, 교차 결합을 일으키고자 하는 순간에 교차 결합이 신속하고 충분하도록 결정되어야 한다.

열경화성 수지는 적어도 하나 이상의 표면조정제 (leveling agent)를 포함하는 것이 바람직하다. 표면이 잘 조정되고, 시트 금속 위에 형성된 용해된 피막이 좋은 외관을 갖게 하는데 기여하는 표면조정제는 분말 페인트 분야에서 흔히 쓰이는 표면 조정제 중에서 선택할 수 있다. 표면조정제는 특히 폴리아크릴산염 (polyacrylate)을 주성분으로 한다.

열경화성 수지는 교차 결합 중에 형성된 휘발성 생성물을 제거하는 데 적합한 탈기제(degassing agent)를 하나 이상 포함하고 있는 것이 바람직하다. 바늘구멍과 같은 결함의 형성을 막기 위해 사용되는 탈기제는 분말 페이트 분야에서 흔히 쓰이는 탈기제 중에서 선택할 수 있고, 벤젠으로 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 조성물은 또한 하나 이상의 윤활제를 포함한다. 윤활제는 특히 폴리에틸렌계 왁스나 산화 폴리에틸렌 왁스 그리고 에틸렌-비닐 아세테이트 저분자 코폴리머(ethylene-vinyl acetate copolymer) 또는 에틸렌-아크릴산 저분자 코폴리머 (ethylene-acrylic acid copolymer) 중에서 선택될 수 있다. 조성물에 이러한 윤활제를 소량(예를 들면, 약 1중량%) 혼합하면 교차 결합된 피막이 도포된 시트 금속을 성형하는 것이 용이하다. 이 피막은 본 발명에 따른 조성물의 첫 단계에서 얻어진 것이다. 시트 금속을 성형하는데 있어서 심한 변형(예를 들면, 강도높은 드로잉을 통한 성형시)이 필연적으로 동반될 때, 조성물 내부에 있는 이러한 윤활유는 특히 교차 결합된 피막이 분해될 위험을 줄여주는 데 유용하게 쓰인다.

본 발명에 따른 조성물은 조성물 총중량과 비교하여, 적어도 에나멜 프리트 50중량%를 포함한다. 그러나, 적어도 70중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다.

에나멜 프리트는 조성물중 포함되어 있기 때문에, 아무런 처리도 하지 않은 시트 금속을 성형한 후 에나멜을 입힐 때, 시트 금속에 에나멜 처리를 하기 위해사용되는 에나멜 프리트를 사용할 수 있다.

전통적인 방식으로 시트 금속을 에나멜 처리 하기 위해서 일반적으로 제1 형 에나멜 프리트를 사용한다. 이는 "그라운드 코트(ground coat)"라고 불리는 기본 에나멜을 형성하기 위한 것으로, 금속 접촉부에 일차적으로 점착성 있는 층을 형성하도록 되어 있다. 제2 형의 에나멜 프리트는 마무리 에나멜층(덮개층)을 형성하기 위해 사용되는 것으로, 일반적으로 불투명하거나, 백색이거나 또 다른 색상을 띠고 있다; 상기 타입의 에나멜 프리트는 본 발명에 적합한 조성물을 제조하는데 사용될 수 있고, 이 조성물은 제1 또는 제2의 에나멜층을 형성하기 위해 사용되도록 되어 있다.

하기 표는 예로서 프리트의 일반적인 조성물을 나타내고 있다:

표 1. 금속 접촉부에 제1 점착층 형성용 기본 에나멜

표 2. 성형 전 또는 후에 입혀지는 표면층용 백색 에나멜

조성물에 포함된 에나멜 프리트는 입도 분포를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, (EN 10209 표준에 따라서) 40nm의 체로 거르고 나면 과도하게 큰 입자는 전체 부피 (volume)의 10% 이하 (예를 들면 6% 에서 10% 사이)가 되는 것을 볼 수 있다.

본 발명에 따른 조성물은 전체적으로 고운 분말로 이루어져 있어야 한다. Coulter 타입의 기계로 측정한 입도 분포 그래프의 최고점이 균등하거나 100nm 이하에 위치하는 것이 유리하기 때문이다. 그러나 최고점이 균등하거나 80 nm 이하에 위치하는 것이 바람직하다.

또 다른 본 발명의 목적은 상기 에나멜 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다. 제조 과정은 다음의 절차로 진행된다:

- 분말 형태의 에나멜 프리트와 분말 또는 과립 (알갱이) 형태의 열경화성 수지를 혼합한다.

- 열경화성 수지의 융해온도 보다 높고 교차 결합이 이루어지는 온도 보다 낮은 온도에서 이 혼합물을 구으면서 반죽한다.

- 뜨거울 때 반죽한 혼합물을 열경화성 수지가 유리질로 변하는 온도 보다 낮은 온도에서 냉각시킨다.

- 냉각되고 응고된 혼합물은 가루로 변형시킨다.

조성물의 성분들을 뜨거울 때 반죽하는 것은 수지 내부 프리트 에나멜의 미세하면서 규칙적인 분산을 얻기 위한 것을 목적으로 한다. 이러한 분산을 갖는 에나멜 분말 입자는 수지로 씌워져 있다.

혼합물은 수지 내부 에나멜 프리트의 만족스러운 분산을 얻기 위해서 열경화성 수지가 충분히 액화되는 온도에서 반죽되어야 하지만, 이 온도에서 교차 결합은 거의 일어나지 않거나, 일어나지 않는다. 어떤 조성물의 경우, 예를 들어, 180℃ 이상에서 교차 결합 반응이 강하게 일어나지 않으면, 130℃와 140℃ 사이에서 반죽할 것이다.

열경화성 수지의 용융점 보다 높은 온도에서 혼합물을 가열하고 반죽하는 작업을 가열된 사출기에서 편리하게 할 수 있다.

실시예에 따르면, 열경화성 수지의 용융점 보다 높은 온도에서 가열되고 반죽된 혼합물은 냉각된 롤러를 사용하여 얇은 판으로 만들어지고, 여기서 얻어진 냉각된 얇은 판은 압착과 제분 작업에 의해 가루로 변형된다.

본 발명은 또한 프리트 에나멜과 열경화성 수지를 포함하는 조성물을 입힌 시트 금속 제조방법을 목적으로 한다. 본 방법에 따르면, 상기와 같이 시트 금속의 두 면 중 적어도 한 면에 분말 에나멜 조성물을 한 층 입힌다. 그 후, 이 층은 조성물 내에 포함되어 있는 열경화성 수지를 교차 결합 가능하게 하는 시간과 온도로가열된다.

가열 효과로 인하여, 분말 조성물의 층은 액체화되고, 연속적인 피막으로 변형된다. 계속적으로 가열하게 되면 조성물 내에 포함되어 있는 수지는 교차 결합을 일으킨다.

시트 금속의 두 면 중 적어도 한 면에 상기 분말 조성물을 한 층 입히고, 이 층의 열경화성 수지가 교차 결합을 일으키도록 한 후, 경우에 따라서는 본 발명에 적합한 새로운 분말 조성물 층을 상기 시트 금속의 두 면 중 적어도 한 면에 입힐 수 있다. 이 새로운 층은 이 층의 열경화성 수지의 교차 결합을 가능하게 하는 온도와 시간 동안 가열된다.

이 방법은 다양하게 변형되어 적용될 수 있다. 응용의 예 중 하나에 따르면, 우선 본 발명에 적합한 분말 에나멜 조성물을 아무 처리도 않된 시트 금속의 두 면에 한 층 입힌 다음, 이 층은 교차 결합을 일으킬 수 있도록 가열된다. 이때 조성물은 "그라운드 코트" (에나멜) 프리트를 포함하고 있다. 그리고 나서, 본 발명에 따른 새로운 분말 조성물 층을 시트 금속의 두 면 중 한 면에 입히고, 이 층은 교차 결합을 일으킬 수 있도록 가열된다. 이 때 조성물은 "커버 코트" (에나멜) 프리트를 포함하고 있다.

정전식 방식을 통해서 시트 금속 위에 분말 조성물을 하나 이상의 층을 입히는 것이 좋다.

시트 금속 밴드에 연속적으로 이 조성물을 입히기 위해서, 경우에 따라서는 정전식 분무기 같이 일반적으로 분말을 도포하는데 사용되는 방법을 이용할 수 있다.

그러나, 본 발명의 바람직한 응용 방법에 따르면, 연속적으로 분말을 도포하기 위해서 US 4,795,339, US 5,279,863 또는 BE 9800367에 기재된 방법 중 하나와 같은 일반적인 전개 방법 사용할 수 있다.

본 발명에 따라서 시트 금속에 분말 조성물의 제1 층을 도포하기 전에, 이 시트 금속의 그리스를 제거해야 한다.

분말 조성물을 한 층 입히기 전에, 경우에 따라서는 그리스를 제거한 시트 금속에, 더러움 제거, 부동태화 처리(금속의 표면에 피막을 씌우는 것), 니켈 도금 등과 같은 하나 이상의 전처리를 할 수 있다.

일반적으로, 그리스를 제거한 시트 금속에 비결정질 인산염 피복등의 인산염피복 처리를 하는 것이 좋고, 이것으로 충분하다.

시트 금속에 입힌 상기 분말 조성물을 가열하는 것은 이 층의 열경화성 수지를 교차 결합시키기 위한 것으로, 조성물 층은 시트 금속이 하나 이상의 건조실을 통과하면서 가열된다. 그렇지만, 실시예에 따르면, 하나 이상의 자기유도 방식 오븐에 상기 시트 금속을 통과시키면서 가열하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 에나멜 처리된 시트 금속으로 만든 부품을 생산하기 위한 제조 방법을 목적으로 한다. 이 방법에 따르면,

- 먼저, 상기 방법에 따라 (또는 이 방법의 응용 방법 중 하나에 따라), 에나멜 프리트와 열경화성 수지를 포함하는(교차 결합된) 조성물이 도포된 시트 금속을 제조한다.

- 교차 결합된 상기 조성물이 도포된 시트 금속을 생산할 부품의 형태로 성형한다.

- 교차 결합된 폴리머를 완벽하게 열분해 시키기에 적합한 조건에서 성형 부품을 굽는다. 열분해를 위해 가열하는 동안, 조성물 내에 포함된 프리트를 유리화시킬 수 있는 온도보다 낮은 온도를 유지해야 한다.

- 에나멜을 유리화 시키기 위해 적합한 온도까지 온도를 높이면서 부품을 계속해서 가열한다.

- 에나멜 처리된 부품을 냉각시킨다.

상기 교차 결합된 조성물이 도포된 시트 금속을 성형한 후, 교차 결합된 폴리머를 열분해하기 위해서 이 부품을 가열하기 전에, 경우에 따라서는 성형 부품의 적어도 한 면에 분말 에나멜 프리트를 한층 입힐 수 있다.

본 발명에 적합한 방법에 따라 이미 성형되고 유리화된 에나멜이 도포된 시트 금속 부품이 생산되었을 때, 이 부품의 두 면 중 적어도 한 면에 새로운 에나멜 층을 도포할 수 있다.

이는 분말 에나멜 프리트 층을 (예를 들면 정전식 분무기를 이용해서) 이 부품의 두 면 중 적어도 한 면에 도포함으로써 가능하다. 이 에나멜 프리트를 다시 입힌 부품을 이 에나멜 층이 유리화 되기에 적합한 온도까지 가열한다. 그런 후에, 생산된 에나멜 처리된 부품을 냉각시킨다.

에나멜 처리된 시트 금속으로 만든 부품 생산 방법에서, 상기의 교차 결합된 조성물이 도포된 시트 금속의 형태는 특히 드로잉, 벤딩 또는 코일링의 방법과 같은 일반적인 시트 금속 성형방법을 통해 이루어질 수 있다.

성형된 부품을 가열하는 것과 관련해서, 유리화 단계는 열분해 단계로부터 분리되는 것이 중요하다. 사실, 열분해는 에나멜 프리트의 유리질화 온도보다 낮은 온도에서 끝나야 한다. 그러기 위해서, 경우에 따라, 온도 상승 프로파일에서 에나멜 프리트의 유리화가 시작되지 않은 채(약 15 내지 60초) 열분해가 완료될 수 있는 온도 (예를 들면 400℃에서 500℃)의 단계를 예상할 수 있다. 가열 오븐 내부나 오븐의 가열 구역에, 이 단계에 부합하는 산화력 있는 공기를 보존(유지)할 필요가 있다. 이는 탄화된 물질의 연소를 용이하게 하기 위한 것이다.

앞서 기술한 내용에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 방법은 에나멜 처리된 부품의 생산을 위한 것으로 수많은 방식으로 응용해서 사용할 수 있다.

에나멜 처리된 시트 금속으로 만들어진 부품의 생산 공정 전체가 하나의 동일한 장소 (예를 들면 동일 아뜰리에 또는 공장)에서 이루어질 수 있다. 그렇지만, 이 경우에 공정의 연속 단계는 적어도 두 개 이상의 별개의 장소에서 이루어진다. 예를 들면, 공정의 초반부, 다시 말해서 교차 결합된 에나멜 조성물이 도포된(아직 성형되지 않은) 시트 금속 제작은 압연 롤러를 거친 뒤에, 제철소나 제철소 부근에서 이루어질 수 있다.

교차 결합된 조성물이 입혀진 시트 금속은 (쌓아올린 감겨진 판의 형태로) 사용자 (예를 들면 가전 부품 또는 위생설비 제작자)에게 넘겨진다. 제작자는 조성물이 도포된 판을 성형하는 공정부터, 성형되고, 에나멜 층이 유리화 되어 있는 시트 금속으로 부품을 만드는 공정을 담당한다.

본 발명에 적합한 기술을 이용해서, 시트 금속에 하나 이상의 에나멜층을 도포할 수 있다.

대부분의 경우에, 에나멜을 두 층으로 입힌다. 즉, "그라운드"와 "커버"를 입힌다. 그렇지만, 경우에 따라서 에나멜을 두 층 이상으로 입힐 수 있다. 예를 들면 세 번, 즉 " 그라운드"를 두 번 입히고, 마지막으로 "커버"를 입힐 수 있다.

본 발명에 따라 시트 금속의 형태를 만들기 전에, 평면시트 금속에 분말 조성물 형태로 된 (그라운드 코트에 해당되는) 제1 층을 항상 입힌다.

본 발명에 따르면 분말 조성물의 제2 층은 그라운드 코트 또는 커버 코트로, 경우에 따라서는 제1 층을 교차 결합시키기 위해 가열한 후, 그리고 형성되기 전에 입힐 수 있다.

평면시트 금속에 제2 층을 도포한 후, 제2 층에 포함되어 있는 열경화성 수지를 교차결합이 가능한 시간과 온도에서 제2 층을 가열한다. 시트 금속을 성형한 후, 경우에 따라 새로운 에나멜층 (커버 코트)을 도포할 수 있는데, 폴리머를 열분해하고, 시트 금속을 성형하기 전에 도포된 에나멜층 (또는 에나멜층들)을 유리화하기 위해 시트 금속을 가열하기 전이나 후에 이루어진다. 시트 금속을 성형한 후 시트 금속에 도포할 수 있는 모든 새로운 에나멜층은 하나의 에나멜 프리트층으로만 이루어져야 한다는 것이 중요하다. 사실, 이 단계에서는 본 발명에 따른 분말 조성물을 사용할 이유가 없다. 왜냐하면 이미 성형되어 있기 때문이다.

전통적인 에나멜 처리 공정(에나멜 프리트를 이용해서 전처리된 부품을 에나멜 처리하는 것)과 비교해 볼 때, 본 발명에 따른 방법은 사용자(에나멜공)가 더이상 시트 금속에 사전 처리를 할 필요가 없다는 장점이 있다. 또한 평면시트 금속에 에나멜 조성물을 입히는 것이 이미 형성된 부품에 에나멜 프리트를 입히는 것보다 훨씬 쉽고 시간도 훨씬 덜 걸린다. 본 발명에 따른 방법을 이용하면 연속적으로 에나멜 조성물을 도포할 수 있는데, 이로 인해 매우 일정한 두께의 에나멜 층을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 기술은 종래의 기술, 즉 폴리머 결합제 용액에 현탁 상태로 떠있는 에나멜 프리트를 포함하는 액상 조성물을 시트 금속에 도포하는 기술에 비해서 훨씬 많은 장점을 제공한다.

에나멜 조성물이 용매를 포함하지 않는다는 점은 본 발명에 따른 기술의 큰 장점이다. 과거에 널리 알려진 기술의 경우, 유기 용매를 포함하는 액상 조성물을 사용하는데, 이때 많은 양의 용매(에나멜 처리된 표면 m ² 당 50㎖ 내지 100㎖ 정도)가 증발되거나 소각되게 된다.

또한 분말 조성물을 사용하면 액상 조성물을 사용할 때보다 조성물을 훨씬 더 두껍게 바를 수 있다. 액상 조성물을 사용할 경우, 조성물을 두 겹 발라야 하고, 각각의 층을 교차 결합을 위해 가열한다. 조성물을 두 겹 바르는 것은 교차 결합을 위해 각각의 층을 가열한 후에, 유리화된 에나멜의 두께가 충분해지도록 하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 분말 조성물을 이용하게 되면 시트 금속의 조성물을 한 층만 도포해도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 분말 조성물을 제조하는 것이 액상 에나멜 조성물을 제조하는 것보다 더 쉽고, 분말 조성물을 준비할 때 분산제, 침전 방지제 또는 거품 방지제를 조성물 안에 혼합할 필요가 없다.

본 발명에 따른 분말 조성물의 에나멜 프리트 함랑은 액상 에나멜 조성물의 함량보다 훨씬 높다.

하기 실시예를 통해 본 발명의 기타 특징들이나 장점들을 볼 수 있다.

실시예 1, 2, 3 및 4

실시예 1 내지 4에서 사용되는 부품들

- 시트 금속 :

각각의 실시예에서 사용되는 시트 금속은 DC04EK타입(유럽 표준 EN 10209)의 냉각 압연된 시트 금속이다. 반드시 이러한 타입의 강철을 선택해야만 하는 것이 아니라, 수많은 다른 타입의 시트 금속(예를 들면DC01EK 또는 DC06EK 타입의 강철)도 사용할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 실시예 1, 2 및 3에서, 0.80㎜의 두께의 시트 금속이, 실시예 4에서는 0.45㎜의 시트 금속이 사용되었다.

- 수지 :

네 개의 각각의 예에서, 에나멜 조성물은 다음과 같이 구성된 열경화성 수지와 같은 분말 수지를 포함한다. 수지의 성분들간의 비율은 제제화된 수지의 총중량과 비교하여 백분률(%)로 나타나 있다.

90.88%:카르복실 말단을 갖고 있는 공업용 폴리에스테르 수지 ;

UCB사의 Crylcoat 441?

6.84%교차 결합제: TGIC (triglycidyl isocyanurate):

Ciba-Geigy 사의 Araldite PT 810?

0.08%촉진제: 포스포늄 할로겐화물(halide phosphonium) 족에서 선 택된다.

1.63%표면 조정제: 무수규산 (이산화규소)에 흡착된 액상 아크릴 수

지: Resiflow PV5

0.57%탈기제: 벤젠

- 에나멜 프리트 :

그라운드 코트 프리트: PEMCO사의 GR 타입.

이 에나멜 프리트는 미세한 가루로 되어 있다. 그 결과 (EN 10209 표준에 의거하여) 40㎛의 체로 에나멜 프리트를 거르고 나면 과도하게 큰 입자는 전체 부피 (volume)의 6% 내지 10%의 범위임을 볼 수 있다.

에나멜 처리된 성형 부품의 생산

1. 강금속 시트 금속 기재 (에나멜 조성물이 도포될 기재)의 제조

알칼리를 이용하여 강금속 시트 금속의 그리스를 제거하고 (Chemetall 사의 Parcolne 305C?공업용 용액 사용), 증류수로 헹구고, 그리고 철에 비결정질인 인산피복염처리(Chemetall 사의 Bonderite 901?용액 사용)를 한다.

2. 에나멜 조성물 제조

폴리에스테르 수지를 건조한 상태에서, 다음의 표시된 비율로 (조성물 총중량과 비교한 중량%로 나타냄), 첨가제 (교차 결합제, 촉진제, 표면 조정제, 탈기제, 및 경우에 따라 윤활제)와 에나멜 프리트 (미세 분말 형태)와 혼합한다.

실시예 3에 따르면 조성물에 포함되는 윤활제는 폴리에틸렌 왁스이다.

이 혼합물을 가열된 사출기 안으로 옮긴다. 사출기 안에서, 혼합물을 먼저 수지와 여러 가지 첨가제 (에나멜 프리트 제외)의 용융점까지 가열한다. 사출기 안에서 구성물이 완벽하게 균질해지도록 조성물을 반죽하고 혼합한 다음 사출한다.

반죽한 것 같은 부품을 사출기에서 나오면서 냉각된 롤러 사이에서 얇은 판으로 만들어지고, 이를 통해서 얇은 판을 얻을 수 있다. 이 판은 냉각된 컨베이어벨트를 통해서 이동되는데, 이 벨트는 혼합물의 온도를 떨어뜨리고 응고시킨다. 그런 다음, 응고된 재료를 압착시키고 얇은 조각 ("칩 (chip)")으로 변형시킨다. 이 조각들은 구멍이 뚫려 있는 제분기를 통해 미세한 가루로 만들어지고, 이렇게 제분된 가루들은 체에 걸러진다.

이렇게 해서 얻어진 고운 분말의 특징은 다음과 같다:

- 에나멜 프리트를 80중량% 포함하고 있는 조성물에 (실시예 2, 3 및 4) 300g/㎡ 침전물을 넣고 교차결합 되도록 가열하여 분말의 두께가 약 250㎛가 되도록한다.

- 250㎛의 두께는 유기물을 완전히 열분해하고 에나멜 프리트를 유리화한 후에 약 100㎛로 줄어든다.

3. 기재(substrate)에 에나멜 조성물 도포

실시예 1, 2 및 3의 경우에는, 실험실에서 기재에 300g/㎡의 코팅을 얻기까지 "Corona" ?타입의 정전식 분무기를 이용하여 기재들 중 한 면에 에나멜 조성물을 도포한다.

실시예 4에서는 BE 9800367에 기재되어 있는 바와 같이 연속적으로 분말을 도포하는 방법을 이용하여, 기재면 중 한 면에, 시범열 (ligne pilote)에, 에나멜 조성물을 입힌다. 이 때에도 300g/㎡의 코팅을 얻을 수 있다.

4. 코팅의 교차 결합

실시예 1, 2 및 3에서, 100초간 330℃의 건조실에서 교차 결합을 위한 가열 작업을 한다. 교차 결합을 위해 가열된 판은 최고 250℃까지 올라간다.

실시예 4에서 첨부된 도 1에 나타나 있는 열 프로파일에 따라서, 일련의 자기유도 방식 오븐에 코팅된 철강 밴드를 통과시킴으로써 교차 결합을 위한 가열처리한다. 교차 결합을 위해 가열된 판은 최고 250℃까지 올라가는 데, 이 온도는 약24초간 유지된다.

5. 성형

각 실시예에서, 이후 설명할 평가 테스트를 얻기 위해서 평평한 샘플을 드로잉하거나 벤딩한다.

6. 가열에 의한 열분해- 가열에 의한 유리화

각 실시예에서, 평면 샘플과 교차 결합된 조성물로 코팅된 이미 성형된 샘플을 실온에서 연속 컨베이어 타입의 오븐에 통과시킨다. 연속 컨베이어 타입의 오븐에는 연기 통풍기가 갖추어져 있다. 이 가열의 열 프로파일은 첨부된 도2의 차트에 나타나 있다.

약 450 ℃까지 가열하면 코팅된 유기 구성물(수지와 그 외의 유기 구성물)이 열분해 된다. 이 온도는 온도의 상승 프로파일에서 약 30초간 유지되는데 이는 온도가 다시 상승하기 전에 열분해를 끝내기 위해서이다.

에나멜 프리트를 유리화시키기 위해서, 온도는 최고 약 850℃까지 상승하는데, 이 온도는 약 1분간 유지된다.

평가 테스트

에나멜 처리 및 성형 부품을 제조하는 여러 단계에서 샘플을 평가하였다. 이 테스트에 대해서는 앞으로 정의할 것이며, 테스트의 결과 (네개의 예의 샘플에 대한)는 표에 나타내었다.

1. 제조 단계 후 도포된는 에나멜 조성물에 대한 테스트: 분말의 입도 분포 곡선. 분말의 입도 분포 곡선은 Coulter ?기계로 측정한다. 곡선의 최고점에서 측정된 값을 결과표에서 나타내었다.

2. 교차 결합된 에나멜 조성물을 입힌 시트 금속 테스트

2.1. 코팅 표면의 마찰 특성:

"점진적인 마찰"이라고 불리는 방법에 따라서 코팅면의 마찰 계수를 측정한다.

마찰 계수 측정은 이동 수레와 측정 도구 사이에 놓여 있는 샘플을 0.2 m/min의 일정한 속도로 이동시키기 위해 필요한 힘을 측정하는 것으로 이루어진다. 샘플은 제동력의 증가를 위해 300에서 600kg의 무게를 갖는다. 마찰 계수는 구동력과 제동력 사이의 비율이다. 일반적으로 마찰 계수는 필요한 제동력의 값 범위에서안정성을 띤다.

2.2. 코팅의 균열 및 층분리에 대한 내성

2.2.1. (국제 표준 ISO 1519에 근거하여) 벤딩 한 후에: 원뿔 형태로 180℃에서만 벤딩한다. 선반은 최소 0㎜로 벤딩된다. 얻어진 결과를 "T"로 표시할 수 있는데, 이는 시트 금속의 두께에 대한 벤딩된 선반의 비이다. "T"에서의 값은 한계를 정할 수 있게 한다. 한계값에 도달하면, 벤딩 부분에서 코팅의 균열이 발생하고 부착력(adhesion)이 없어짐을 알 수 있다.

2.2.2. (국제 표준 ISO 1520에 따라서) Erichsen (에릭슨) 테스트기를 이용하여 7㎜로 시트 금속을 드로잉 한 후, 발생 가능한 균열이 일어났는지 또는 부착력이 없어졌는지 육안검사로 확인하였다.

2.2.3. (표준 ECCA (유럽 코일 코팅 협회) T5에 따라) 충격에 대한 내구력테스트를 할 때 신속하게 변형이 나타난 후, 충격 에너지가 최고값 (inch.pound를 kg.cm 로 전환시킨)에 이르는 것을 볼 수 있다. 이 값에서 (a) 균열이 일어나거나 (b) 부착력이 없어지는 현상이 일어나지 않음을 볼 수 있다.

2.3. (국제 표준 ISO 1518에 따라서) "Clemen" 법에 따라, 흠에 대한 저항: 바늘(모양의 것)이 코팅을 통과해서 금속에 도달 수 있도록 해주는 최소의 압력하중(g)을 알 수 있다.

2.4. (국제 표준 ISO 2409에 따라서) 바둑판 모양(quadrillage) 테스트 후에 부착력 측정: 수직으로 2㎜간격으로 일련의 흠을 그린다 (trace). 흠이 있는 구역에 접착테이프를 붙인 다음, 테이프를 떼어낸다. 0 (절단된 면의 가장자리는 완벽하게 매끄럽고, 어떠한 바둑판 모양의 정사각형도 분리되지 않는다)과 4 (코팅이 큰 밴드에서 절단된 면의 가장자리를 따라 분리된다. 혹은 몇 개의 정사각형이 부분적으로 또는 완전히 분리된다. 한 면의 35% 이상 65%까지 영향을 받는다.) 사이의 값에서 층 분리가 일어 날 수 있음을 표시한다.

2.5. 내용매성: 코팅의 교차 결합 정도를 특징화할 수 있게 한다. 에틸 메틸 케톤이 스며들어 있는 친수성 면 조각을 코팅된 표면에 20번 연속적으로 왕복 운동 (AR) 하면서 문지른다. 이 마찰로 인해서 코팅이 벗겨질 수 있음을 확인할 수 있다.

3. 에나멜 처리된 표면의 유리화를 위해 가열한 뒤에 표면에 대한 테스트

3.1. 표면의 외관: 흠의 유무를 확인할 수 있는 유리화

3.2. "손톱 자국"의 존재:

에나멜 코팅된 강철을 습기 있는 곳에서 고온에서 가열하면 철의 산화작용이 일어나고 수소 원자가 발생한다. 이 수소는 용해도의 증가에 따라 강철에 스며든다. 유리화된 에나멜 층은 철강 부품에 수소를 가두면서 급속히 응고된다. 정상온도로 돌아간 후에는, 용해도의 감소로 인해 철강 부품은 수소포화 상태가 된다.

수소의 확산성은 주변 온도에 큰 영향을 받는다. 수소는 분자(H ₂ )의 형태로 철강 부품의 모든 미완성된 부분에, 특히 에나멜-철강 경계면에 축적된다.

가스(H ₂ )의 압력이 국소적으로 매우 클 때, 반원형의 에나멜 급변이 일어나는데, 이것은 모형을 만들 반죽에 난 손톱 자국과 비슷하다. 이런 이유에서 이것을 "손톱 자국"이라고 부른다.

3.3. (유럽 표준 EN 10209에 따라서) 충격에 대한 내구력을 테스트 한 후의 기재(substrate)의 에나멜 부착성: 높이는 테스트할 시트 금속의 두께 (최소 두께 0,6 ㎜)에 따르므로, 1.5㎏ 중량이 감소하면 에나멜 처리된 시트 금속은 급속하게 변형된다. 에나멜의 부착력은 테스트를 거친 에나멜 시트 금속이 받은 충격과 참고 사진의 양상을 비교하여 평가된다. 이때 5 단계의 스케일을 얻게 되는데, 충격을 받은 표면이 완벽하게 에나멜로 재코팅된 경우 "1"로 표시되므로 (완벽한 부착의 경우로부터 "5"까지, "5"는 충격을 받은 표면이 벗겨져 있는 경우를 표시). 에나멜/시트 금속 제작은 완벽하다 (부착력이 좋지 않은 경우). 이 테스트는 실시예 4의 샘플들은 0.45㎜의 두께를 가진 시트 금속이므로 실시하지 않았다.