경화공정을 단순화한 컬러강판의 제조방법{Manufacturing Method of Color Steel Sheet Simplifying Baking Process}

본 발명은 경화공정을 단순화한 컬러강판의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 접촉식 롤 코팅에 의해 금속 판재에 속건성의 하도 도료를 코팅한 후, 하도 도료의 경화공정을 거치지 않고 비접촉식 코팅방식에 의해 바로 상도 도료를 코팅함으로써, 생산공정을 단순화하여 원가를 절감하고 생산성을 향상시키며, 경화공정시 발생하는 이산화탄소의 배출량을 줄일 수 있는 컬러강판의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 컬러강판 제조방식은, 금속 강판 소재를 탈지처리하는 전처리 공정 및 크롬을 도포하는 화성처리 공정을 통하여 금속 강판과 도료의 밀착성을 높이고, 물성과 내식성을 확보하기 위해 하도 도료(Primer)를 도포하여 경화시킨 후, 그 위에 상도 도료를 코팅하고 다시 경화시킴으로써, 원하는 물성과 디자인을 구현하고 있다.

즉, 종래의 컬러강판은, 도 1에 도시된 바와 같이, 하도 코팅, 하도 경화, 상도 코팅, 상도 경화를 반복하여 컬러강판을 제조한다.

상기한 코팅(Coating) 및 경화(Baking)는 2 Coating 2 Baking 방식이 일반적이지만, 3 Coaing 3 Baking, 또는 4 Coating 4 Baking 방식이 사용되기도 한다.

상기한 종래의 컬러강판 제조방식은, 롤 코팅(Roll Coating) 기법을 이용한 접촉식 코팅방식에 의해 강판의 표면에 색상을 부여하는 방식으로서, 작업이 용이하다는 장점이 있다.

그러나 상기한 종래의 컬러강판 제조방식은, 도료의 코팅 과정과 경화공정을 반복해야 하므로, 제조설비 비용이 증가하게 되어 원가가 상승되는 문제점이 있다.

특히, 도료를 경화(Baking)시키는 시간이 많이 소요되어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 경화에 필요한 에너지 소비가 증가하게 되고, 경화 시에 발생하는 이산화탄소의 배출량이 증가하게 되어 환경오염이 가중된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 컬러 강판 제조공정을 단순화하여 설비비용 및 원가를 절감하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 도료를 오븐에서 경화시키는 시간을 단축하여 생산성을 향상시키는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 경화에 필요한 에너지를 절감하고, 경화 시에 발생하는 이산화탄소의 배출량을 감소시켜 환경오염을 최대한 방지하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 경화공정을 생략하면서도 경화공정을 거친 강판과 동등한 물성을 갖는 컬러강판을 제조하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 금속 판재를 탈지하는 전처리 단계(S10)와; 금속 판재의 양면에 크롬을 도포하는 단계(S20)와; 하도 도료를 도포하는 단계(S30)와; 상도 도료를 도포하는 단계(S40);를 포함하여 이루어지는 컬러강판의 제조방법에 있어서, 상기 하도 도료를 도포하는 단계(S30)는, 접촉식 롤 코팅방식에 의해 속건성 하도 도료가 도포되고, 상기 하도 도료를 도포하는 단계(S30) 이후에 경화공정을 거치지 않고 바로 상도 도료를 코팅하며, 상기 상도 도료는 비접촉식 코팅 기기에 의해 도포된 후 오븐에서 경화처리되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 속건성 하도 도료는, 폴리에스테르 수지의 평균 분자량(Mn)이 15,000~30,000이고, 고형분이 40~50%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 속건성 하도 도료의 도막 두께는 4~6㎛인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비 접촉식 상도 도료 코팅용 상도 도료는, 폴리에스테르 수지의 평균 분자량(Mn)이 5,000~15,000이고, 유리전이온도(Tg)가 10~60℃인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상도 도료의 도막 두께는 13~17㎛인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상도 도료에는 하도 도료보다 용제를 10~20% 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비접촉식 코팅 기기에 의한 상도 코팅시, 금속 판재의 코팅 표면과 비접촉식 코팅기기 간의 간격은 20~300㎛인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하도 도료와 상도 도료는, 오븐에서 230~250℃의 범위에서 함께 경화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 컬러 강판 제조공정을 단순화하여 설비비용 및 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도료를 경화시키는 시간을 단축함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 경화에 필요한 에너지를 절감하고, 경화 시에 발생하는 이산화탄소의 배출량을 감소시켜 환경오염을 최대한 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 경화공정을 생략하면서도 경화공정을 거친 강판과 동등한 물성을 갖는 컬러강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 종래기술에 따른 2 Coating 2 Baking 방식에 의해 제조된 컬러강판의 개략적인 단면도.
도 2는, 본 발명에 따른 2 Coating 1 Baking 방식에 의해 제조된 컬러강판의 개략적인 단면도.
도 3은, 본 발명에 따른 컬러강판 제조공정을 나타낸 흐름도.

이하, 본 발명에 따른 컬러강판 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 컬러강판의 제조방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 금속 판재를 탈지하는 전처리 단계(S10)와; 금속 판재의 양면에 크롬을 도포하는 단계(S20)와; 하도 도료를 도포하는 단계(S30)와; 상도 도료를 도포하는 단계(S40);를 포함하여 이루어지는 컬러강판의 제조방법에 있어서, 상기 하도 도료를 도포하는 단계(S30)는, 접촉식 롤 코팅방식에 의해 속건성 하도 도료가 도포되고, 상기 하도 도료를 도포하는 단계(S30) 이후에 경화공정을 거치지 않고 바로 상도 도료를 코팅하며, 상기 상도 도료는 비접촉식 코팅 기기에 의해 도포된 후 오븐(도시 생략)에서 경화처리 된다.

상기 금속 판재는 통상의 컬러강판 제조공정에서 사용되는 어떠한 금속 판재도 적용이 가능하다. 예를 들면, 탄소 강판, 비탄소 강판, 스테인레스 강판이 사용될 수 있다.

또한, 상기 속건성(速乾性) 하도 도료는, 폴리에스테르 수지의 평균 분자량(Mn)이 15,000~30,000이고, 고형분이 40~50%인 것이 바람직하다.

상기 폴리에스테르 수지의 분자량이 15,000 미만이면 물성에 문제가 생길 수 있고, 분자량이 30,000를 초과하면 고형분 함량이 높아져 바람직하지 않다.

상기 속건성 하도 도료는, 기존의 접촉식 롤 코팅 방식에서 사용하는 하도 도료의 수지 성분인 폴리에스테르(-OH)기 Type을 변경한 것으로서, 첨가제를 통하여 금속 판재와 도료와의 밀착성을 증진시킨 것이다.

상기 속건성 하도 도료의 주 성분은, 폴리에스테르(-OH)기를 포함한 수지 약 30~70 중량%를 포함하며, 반응기가 상대적으로 적은 수지를 사용하여 상도 도료와 혼용되는 것을 방지한다.

또한, 하도 도료층은, 경화제인 멜라민계 수지를 0.1~20 중량% 첨가하여 도료간의 부착력을 향상시키는 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 성분과 조성비는 변화될 수 있다.

한편, 상기 하도 도료에 들어가는 방청안료는 용도에 따라 성분이 조금씩 변경될 수 있다.

예를 들면, 건축용도로 쓰이는 강판의 하도 도료는 6가 Cr인 Cr-Yellow 성분을 첨가하여 방청성을 향상시키고, 가전용도로 쓰이는 강판의 하도 도료에는 Non-Yellow 성분을 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 속건성 하도 도료의 도막 두께는 4~6㎛인 것이 바람직하다.

상기 하도 도료의 도막 두께가 4㎛ 미만이면 상도 도료와의 부착력이 저하되고 외관이 불량하게 되며, 하도 도료의 도막 두께가 6㎛ 이상이면 경화가 지연되게 된다.

한편, 본 발명에 따른 상도 도료로는, 폴리에스테르(Polyester) 수지, 멜라민(Melamine) 경화제, 아크릴(Acryl)수지의 첨가제를 포함한다.

또한, 비접촉식 코팅방식에 사용되는 상도 도료의 폴리에스테르 수지의 수평균 분자량(Mn)은 5,00~15,000인 것이 바람직하다.

상기 분자량이 5,000 미만인 경우에는, 하도 도료와의 부착력이 충분하지 않아 하도 도료와 상도 도료 사이의 층이 경화 시에 쉽게 박리될 우려가 있다.

또한 상기 분자량이 15,000을 초과하는 경우에는, 경화 및 고형분이 높아져 도막층에서 용제가 휘발되지 않을 가능성이 높아지게 된다.

따라서 상도 도료의 폴리에스터 수지의 수평균 분자량(Mn)은 5,000~15,000인 것이 바람직하다.

또한, 비접촉식 도포방식에 의해 도포되는 상도 도료의 도막 두께는 13~17㎛인 것이 바람직하다.

만일 상도 도료의 도막 두께가 13㎛ 미만으로 형성되면 외관의 색상과 물성에 문제가 발생할 가능성이 높고, 도막 두께가 17㎛를 초과하게 되면 가공성이 저하된다.

따라서 상기 상도 도료의 도막 두께는 13~17㎛의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상도 도료의 점도는, 하도 도료의 점도보다 30~40% 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하며, 이를 위해 상도 도료에는 하도 도료보다 용제를 10~20% 더 첨가하는 것이 바람직하다.

만약, 비접촉식 상도 코팅에 사용되는 도료에 용제가 10% 미만으로 첨가될 경우에는 경화가 어렵게 되고, 20%를 초과하여 첨가될 경우에는 도막두께가 형성되지 않을 우려가 있다.

또한, 비접촉식 코팅기기를 사용하여 상도 도료를 코팅할 때에는, 하도 도료가 아직 경화되지 않은 상태이기 때문에, 하도 도료와 비접촉식 코팅기기 간의 간격을 적절히 조절하는 것이 중요하다.

이때, 금속 판재의 코팅 표면과 비접촉식 코팅기기 간의 간격은 20~300㎛인 것이 바람직하다.

상기 간격이 20㎛ 일 경우에는 코팅기기에 의해 도막이 손상될 우려가 있고, 300㎛ 이상이 되면 도막 표면이 불균일해질 우려가 있다.

따라서 비접촉식 상도 코팅시, 금속 판재의 코팅 표면과 코팅기기 간의 간격은 20~300㎛를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 비접촉식 코팅기기로는, 다이 형식, 나이프 형식, 면형성 방식 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 하도 도료와 상도 도료는, 오븐에서 230~250℃의 범위에서 함께 경화된다.

이하 본 발명에 따른 컬러강판의 제조과정을 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저, 금속 판재를 탈지 처리한 후(S10), 금속 판재의 양면에 크롬을 도포한다(S20).

이어서 본 발명에 따른 속건성 하도 도료를 사용하여 접촉식 롤 코팅방식으로 하도 도료를 코팅한다(S30).

이어서 하도 도료의 경화 공정을 거치지 않고, 비접촉식 코팅 방식으로 상도 도료를 바로 코팅한다(S40).

그리고 하도 도료 및 상도 도막층을 오븐에서 경화시키면(S50), 본 발명에 따른 컬러강판의 제조가 완료된다.

본 발명에 의하면, 속건성의 하도 도료를 코팅한 후 이를 경화시키지 않고 바로 상도 도료를 코팅한 다음, 하도 도료 및 상도 도료를 동시에 오븐에서 경화시킬 수가 있다.

이에 따라 하도 코팅 후 오븐에서의 경화공정을 생략할 수 있으므로, 연속 제조라인에서 하도 오븐을 생략할 수가 있다.

이로써 컬러강판의 제조공정을 단순화하여 설비비 및 원가를 절감할 수가 있다.

또한, 도료를 경화시키는 시간을 단축함으로써 생산성을 향상시킬 수가 있고, 오븐에서 경화시키기 위한 에너지를 절감할 수 있으며, 경화 공정시 발생하는 이산화탄소의 배출량을 감소시킬 수가 있다.

<실험예>

이하, 본 발명의 실험예를 설명한다.

금속 판재를 탈지 및 화성처리 한 후 접촉식의 롤 코팅방식에 의해 하도 도막을 형성하고, 하도 도막층의 경화공정을 생략한 다음, 비접촉식 코팅방식에 의해 상도 도막을 형성하였다.

하도 도료를 코팅할 때에는 롤 코터(Roll Coater)를 이용한 기존의 접촉식 롤 코팅방식을 사용하였고, 상도 도료를 코팅할 때에는 비접촉식 코팅방식을 이용하여 금속 판재와의 간격을 조절하면서 도포하였다.

아래의 [표 1] 은 이러한 코팅 방식에 의한 도막 두께의 외관을 평가한 것이다.

실험 결과, 하도 도막층은 4 ~ 6㎛ 범위에서, 상도 도막층은 13 ~ 17㎛에서 외관이 양호한 결과를 나타내었다.

하도 도막층과 상도 도막층을 모두 형성한 후에는 오븐에서 경화시켰다. 아래의 [표 2]는 경화온도에 대한 평가를 나타낸 것이다.

실험 결과, 경화 온도가 230~250℃일 경우 외관이 양호한 것으로 나타났다.

<비교예>

한편, 종래의 접촉식 롤 코팅 방식(2 Coating + 2 Baking 방식)에 의해 제조된 컬러강판과, 본 발명에 따른 접촉식 롤 코팅 및 비접촉식 코팅방식(2 Coating + 1 Baking 방식)에 의해 제조된 컬러강판의 물성을 비교해 보았다.

시편은 본 출원인 포스코 강판 제품의 '건재 PGS 강판'을 사용하였다.

먼저 밀착성 평가는 CCET(Cross Cutting Erichsen Test/Erichen(4mm) taping)를 사용하였으며, 박리가 전혀 발생하지 않은 경우에 밀착성이 우수한 것으로 평가하였다.

내비등수성 평가는, 항온수조 온도를 100℃로 유지시키고 컬러강판 시편을 넣고 1시간 동안 실험하였을 ‹š, 도막에 기포가 생기지 않은 것을 양호한 것으로 평가하였다.

가공성 평가는 T-벤딩 평가에 의하였으며, 2T 기준 크랙이 발생하지 않은 경우에 가공성이 우수한 것으로 평가하였다.

아래의 [표 3]은 그 실험결과를 나타낸 것이다.

위 실험결과에서 알 수 있듯이, 본원발명과 종래기술 모두, 밀착성, 내비등수성 및 가공성에서 우수한 결과를 나타내었다.

이는 본 발명이 하도 도료의 경화공정을 생략하였음에도(2 Coating + 1 Baking 방식), 물성 면에서는 하도 도료를 오븐에서 경화시키는 종래의 경우(2 Coating + 2 Baking 방식)와 동등한 물성을 얻을 수 있음을 보여주는 것이다.

결과적으로 본 발명에 의하면 하도 도료의 경화공정을 생략하면서도 종래와 동등한 수준의 컬러강판을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.