KR20100049944A

KR20100049944A - 금속표면처리용 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20100049944A
Application number: KR1020080108995A
Authority: KR
Inventors: 박찬섭
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2010-05-13
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: KR101182373B1

Abstract

본 발명은 실란커플링제 및 실리카를 포함하되, 상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자 및 실리카에 함유된 규소 원자의 중량비가 0.1 내지 0.5인 금속표면처리용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 내열성, 전도성, 내식성, 가공성 및 용액의 저장 안정성이 우수하고, 크롬 및 용제를 함유하지 않는 친환경적인 금속표면처리용 조성물 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

금속표면처리, 비크롬, 금속화합물, 내열성, 환경친화

Description

금속표면처리용 조성물 및 이의 제조방법{Composition for metal surface treatment and method for preparing thereof}

본 발명은 금속표면처리용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 아연으로 도금된 강철, 알루미늄 또는 스테인리스 등과 같은 금속재료는 건자재 및 자동차용 강판뿐만 아니라 가전제품용 금속자재 등에 대해 폭넓게 사용되고 있다.

그러나 이들 금속은 쉽게 부식되거나 오염되기 때문에 이를 방지하기 위해서 금속재료의 표면에 일정한 코팅처리를 수행함으로써 금속재료에 내부식성 또는 내오염성의 기능을 부여하였다.

종래 금속재료의 표면처리방법에는, 크로메이트처리, 윤활처리 또는 내지문 수지 처리 등이 이용되어 왔으며, 이 중에서 크로메이트처리는 저렴한 처리비용으로 강판에 우수한 내식성 및 도장성 등의 표면처리 특성을 부여하기 때문에 많이 이용되어 왔다.

그러나 상기 크로메이트처리에 사용되는 크롬은 대표적인 공해물질로서 인체 및 환경에 심각한 피해를 입힌다는 문제점이 있었는바, 전 세계적으로 크롬의 사용 을 규제하려는 조치가 이루어지고 있으며, 이에 따라 크롬의 사용은 곧 금지될 전망이다.

따라서 이러한 크롬을 배제한 환경친화적인 표면처리방법으로서, 윤활처리 또는 내지문 처리 등에 대한 개발 및 방법도 다수 제안되고 있으나, 이와 같은 방법은 내식성 및 전도성 등에 취약한 문제점이 있으며, 특히 수지 등의 유기물이 함유됨에 따라 내열성에 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전도성, 가공성 및 내열성 등의 우수한 물성을 가지며, 친환경적인 금속표면처리용 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 우수한 물성을 가지며, 친환경적인 금속표면처리용 조성물을 이용하여 표면 처리한 표면처리강판을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 우수한 물성을 가지며, 친환경적인 금속표면처리용 조성물의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 용접성 및 도장밀착성 등이 향상되도록 우수한 물성을 가지며, 친환경적인 금속표면처리용 조성물을 이용한 금속재료의 표면처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 실란커플링제 및 실리카를 포함하되, 상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자 및 실리카에 함유된 규소 원자의 중량비가 0.1 내지 0.5인 금속표면처리용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 금속 강판; 및 상기 금속 강판의 일면 또는 양면에 형성되고 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물을 함유하는 코팅층을 포함하는 금속 재료를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, a) 실란커플링제 및 실리카를 준비하는 단계; 및 b) 상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자(Si) 및 실리카에 함유된 규소 원자(Si)의 중량비가 0.1 내지 0.5가 되도록 상기 실란커플링제 및 실리카를 혼합하는 단계를 포함하는 금속표면처리용 조성물의 제조방법을 제공한다.

아울러, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물을 강판에 도포하는 단계; 및 상기 조성물이 도포된 강판을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속재료의 표면처리방법을 제공한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 금속표면처리용 조성물 및 이를 도포한 표면처리강판은 내열성, 전도성, 내식성, 가공성 및 용액의 저장안정성이 우수할 뿐 아니라 크롬 및 용제를 함유하지 않기 때문에 친환경적이라는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 금속표면처리용 조성물의 제조방법 및 금속표면처리용 조성물을 이용한 금속재료의 표면처리방법에 의하면, 우수한 물성 및 친환경성을 나타내는 금속표면처리용 조성물을 제조할 수 있을 뿐 아니라 이를 이용하여 금속재료의 표면처리작업 시에 요구되는 용접성 및 도장 밀착성 등도 함께 향상시킬 수 있다.

본 발명은 실란커플링제 및 실리카를 포함하되, 상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자(Si) 및 실리카에 함유된 규소 원자(Si)의 중량비가 0.1 내지 0.5인 금속표면처리용 조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 금속표면처리용 조성물에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 금속표면처리용 조성물은 실란커플링제 및 실리카를 포함하되, 상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자 및 실리카에 함유된 규소 원자의 중량비가 0.1 내지 0.5인 것이 바람직하며, 0.2 내지 0.4인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서 상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자 및 실리카에 함유된 규소 원자의 중량비는 실리카에 함유된 규소 원자의 중량에 대한 실란커플링제에 함유된 규소 원자의 중량의 중량비율을 의미한다.

실란커플링제에 함유된 규소 원자 및 실리카에 함유된 규소 원자의 중량비가 0.1 미만인 경우, 도막의 가교도가 떨어져 내식성 및 밀착성의 개선효과가 떨어진다는 문제점이 있으며, 0.5를 초과하는 경우, 유기물의 함량이 많아짐에 따라 내열성이 떨어지고, 가교도가 지나치게 증가하여 용액의 안정성이 떨어질 뿐 아니라 코팅성도 떨어진다는 문제점이 있다.

상기 실란커플링제는 소재와의 밀착성 및 내식성 등을 향상시켜주는 물질로서, 예를 들면, 에폭시기 또는 아미노기로부터 선택된 하나 이상의 관능기를 가지 는 실란커플링제 및 이들의 가수분해 축합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.

여기서, 실란커플링제의 가수분해 축합물이란, 실란커플링제를 가수분해 중합시킨 실란커플링제의 올리고머를 말한다.

보다 구체적인 예를 들면, 상기 실란커플링제는 γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메타글리옥시프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.

다만, 상기 실란커플링제가 상기 예시된 것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적에 따라 소재와의 밀착성 및 내식성 등을 향상시켜주는 실란커플링제 및 이들의 혼합물은 모두 포함할 수 있다.

한편, 상기 실리카는 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물의 가공성 및 내식성 향상시키는 역할을 하며, 예를 들면, 콜로이달 실리카, 흄드 실리카 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

여기서, 상기 실리카는 평균입경 5 내지 15nm의 콜로이달 실리카인 것이 바람직하다.

콜로이달 실리카의 평균입경은 소재의 종류 및 조도 등에 따라 달라질 수 있으나, 상기 콜로이달 실리카의 평균입경이 15nm를 초과하는 경우, 소재에 대한 베 리어(barrier) 효과가 떨어져 내식성 향상을 기대하기 어렵다는 문제점이 있고, 5nm 미만인 경우, 콜로이달 실리카의 가격이 크게 상승하여 경제적인 효과가 감소된다.

다만, 상기 실리카도 상기 예시된 것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적에 따라 가공성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 실리카는 모두 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물은 pH가 3 내지 6인 것이 바람직하고, 3.5 내지 5인 것이 보다 바람직하며, 4.0 내지 4.5인 것이 더욱 바람직하고, 4.1 내지 4.5인 것이 특히 바람직하다.

상기 조성물의 pH가 3 내지 6을 벗어나는 경우, 용액의 경화가 촉진되어 용액의 수명이 단축될 수 있다.

따라서 상기 조성물의 pH를 상기 수치범위로 조절하기 위한 첨가제를 첨가할 수 있는데, 상기 첨가제의 구체적인 예를 들면, 상기 조성물의 pH를 낮추기 위한 것으로서, 인산 또는 일인산암모늄을 사용할 수 있으며, 상기 조성물의 pH를 올리기 위한 것으로서, 삼인산암모늄 또는 묽은 암모니아수를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물은 바나듐 화합물, 지르코늄 화합물, 티타늄 화합물, 알루미늄 화합물 및 세륨 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속화합물을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

상기 금속화합물은 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물의 내식성을 개선하기 위한 것으로서, 구체적인 예를 들면, 상기 바나듐 화합물은 산화 바나듐, 암모늄메타바나데이트, 바나듐옥시아세틸아세토네이트, 바나듐아세틸아세토네이트 또 는 3염화바나듐일 수 있고, 상기 지르코늄 화합물은 질산지르코닐, 아세트산지르코닐, 탄산지르코닐암모늄 또는 지르코늄아세틸아세토네이트일 수 있고, 상기 티타늄 화합물은 황산 티타닐 또는 티탄락테이트일 수 있으며, 상기 알루미늄 화합물은 황산알루미늄 또는 질산알루미늄일 수 있고, 세륨 화합물은 질산세륨일 수 있다.

다만, 본 발명에 따른 금속화합물이 상기 예시된 금속화합물에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적에 따라 금속표면처리용 조성물의 내식성을 향상시킬 수 있는 다양한 금속화합물이 이에 포함될 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물은 상기 실란커플링제 5 내지 15 중량부, 실리카 5 내지 10 중량부, 및 금속화합물 0.5 내지 3 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 실란커플링제가 5 중량부 미만인 경우, 밀착성 및 내식성과 같은 물성향상 효과가 나타나기 어려우며, 15 중량부를 초과하는 경우, 내열성은 감소하고, 용액 안정성이 저하되며 내식성과 같은 물성향상 효과도 증가하지 않으므로 비경제적이다.

또한, 상기 실리카가 5 중량부 미만인 경우, 물성향상 효과가 부족하며 10 중량부를 초과하는 경우, 도막이 지나치게 강고해져 가공 시 부숴지기 쉽고 이로 인해 도막에 스크래치가 발생되어 내식성이 저하된다는 문제점이 있다.

나아가, 상기 금속화합물이 0.5 중량부 미만인 경우, 내식성을 충분히 향상시킬 수 없으며, 3 중량부를 초과하는 경우, 수성의 금속표면처리용 조성물의 용해도가 떨어지고 용액의 저장안정성이 악화될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물은 가공성 향상 및 자기 윤활성 부여를 위한 윤활제를 추가로 포함할 수 있다.

상기 윤활제는 예를 들면, 수용성 파라핀왁스, 올레핀왁스, 카나우바왁스, 폴리에틸렌왁스 및 폴리테트라플루오로에틸렌왁스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌왁스 및 폴리테트라플루오로에틸렌왁스의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 윤활제는 금속표면처리용 조성물에 1 내지 3 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 윤활제의 함량이 1 중량부 미만인 경우, 코팅도막의 윤활작용이 일어나지 못하므로 가공 및 성형성의 향상효과가 충분하지 못하며, 3 중량부를 초과하는 경우, 더 이상의 윤활효과가 발휘되지 않으므로 내식성 등의 요구성능 및 용액의 안정성이 저하될 수 있다는 문제가 있다.

한편, 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물은 물, 알코올, 에스테르 및 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 용제를 추가로 포함할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물은 상기와 같은 용제를 추가로 포함하는 수성 표면처리 조성물인 것이 바람직하며, 이와 같은 용제를 추가로 포함함에 따라 도막의 조막성 향상과 함께 견고한 도막을 형성할 수 있다.

나아가, 필요한 경우, 상기 금속표면처리용 조성물은 물성 향상을 위하여 경화제, 소포제 또는 웨팅제 등과 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

상기와 같은 조성으로 이루어진 본 발명에 따른 금속표면처리 조성물은 강판 에 우수한 내열성, 전도성, 내식성, 가공성 및 용액의 저장 안정성을 부여하며, 크롬을 함유하지 않기 때문에 친환경적이라는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 금속 강판; 및 상기 금속 강판의 일면 또는 양면에 형성되고 본 발명에 따른 금속표면처리용 조성물을 함유하는 코팅 층을 포함하는 금속재료에 관한 것이다.

여기서, 금속 강판은 자동차 재료, 가전제품, 건축재료 등의 용도로 이용되는 금속, 특정적으로 철판 등의 금속을 의미하는 것으로서, 이러한 목적으로 당업계에서 통상적으로 사용되는 강판이라면 어떠한 것이라도 무방하지만, 바람직하게는 냉연강판; 아연도금 강판, 아연니켈 도금강판, 아연철 도금강판, 아연티탄 도금강판, 아연마그네슘 도금강판, 아연망간 도금강판, 아연알루미늄 도금강판 등의 아연계 전기도금 강판; 용융도금강판; 알루미늄 도금강판; 또한 이들 도금층에 이종금속 또는 불순물로서, 예를 들면, 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 티탄, 알루미늄, 망간, 철, 마그네슘, 주석, 동 등을 함유한 도금 강판; 또한 이들 도금층에 실리카, 알루미나 등의 무기물을 분산시킨 도금강판; 또는 실리콘, 동, 마그네슘, 철, 망간, 티탄, 아연 등을 첨가한 알루미늄 합금판; 또는 인산염이 도포된 아연도금강판; 또는 열연강판을 사용할 수 있고, 필요에 따라 상기 도금 중에 2종류 이상을 순차적으로 처리한 다층 도금판을 사용할 수 있다.

또한, 상기 금속표면처리용 조성물이 함유된 코팅 층을 금속 강판에 도포하는 방법은 롤코우터법, 샤워스퀴즈법, 침적법 또는 스프레이법 등을 이용할 수 있 다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속표면처리 조성물을 함유하는 코팅 층을 포함하는 금속 재료는 크로메이트를 함유하지 않으므로 인체에 무해하며, 환경오염의 위험성을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

아울러, 상기 코팅 층의 건조 후 부착량은 0.5 내지 1.5 g/㎡인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 코팅 층의 건조 후 부착량이 0.5 g/㎡ 미만인 경우, 내식성 및 가공성 등이 감소될 우려가 있고, 1.5 g/㎡을 초과하면 전도성, 용접성 및 도장의 밀착성이 떨어질 우려가 있다.

또한, 본 발명은 a) 실란커플링제 및 실리카를 준비하는 단계; 및 b) 상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자(Si) 및 실리카에 함유된 규소 원자(Si)의 중량비가 0.1 내지 0.5가 되도록 상기 실란커플링제 및 실리카를 혼합하는 단계를 포함하는 금속표면처리용 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

단계 b)는 c) 상기 실란커플링제와 실리카를 교반하여 점도가 8.0 내지 10.0 cps인 혼합물을 제조하는 단계; 및 d) 상기 혼합물을 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

즉, 상기 실란커플링제와 실리카를 교반하여 가교 반응시키고, 상기 실란커플링제와 실리카를 혼합한 혼합물의 점도가 8.0 내지 10.0 cps가 될 때까지 교반을 지속하는 것이 바람직하며, 9.0 내지 10.0 cps가 될 때까지 교반을 지속하는 것이 보다 바람직하다.

여기서, 상기 혼합물의 점도가 10.0 cps를 초과한 후에 냉각을 시키게 되면, 용액의 점도를 제어하기가 어려워 용액의 안정성 및 코팅성이 열화될 우려가 있으며, 상기 혼합물의 점도가 8.0 cps 미만인 경우에 냉각을 시키게 되면, 용액의 가교가 불충분하여 내식성 등의 효과를 기대하기 어렵다.

또한, e) 단계 d)에서 냉각된 혼합물의 pH를 3 내지 6으로 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

나아가, f) 단계 e)에서 pH가 제어된 혼합물에 금속화합물 또는 윤활제를 포함하는 첨가제를 추가로 첨가하는 단계; 및 g) 단계 f)에서 얻어진 혼합물의 pH를 3 내지 6으로 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 혼합물의 pH는 상술한 바와 같이, 3.5 내지 5로 제어하는 것이 보다 바람직하며, 나아가 4.0 내지 4.5인 것이 더욱 바람직하고, 4.1 내지 4.5인 것이 특히 바람직하다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 금속표면처리용 조성물을 강판에 도포하는 단계; 및 상기 조성물이 도포된 강판을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속재료의 표면처리방법에 관한 것이다.

여기서, 상기 조성물은 0.5 내지 1.5 g/㎡의 건조 도막량으로 도포되는 것이 바람직하다.

상기 코팅 층의 건조 도막량이 0.5 g/㎡ 미만인 경우, 내식성 및 가공성 등 이 감소될 우려가 있고, 1.5 g/㎡을 초과하면 전도성, 용접성 및 도장의 밀착성이 떨어질 우려가 있다.

또한, 건조 온도는 80 내지 200℃인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 조성물을 코팅하고, 소부 시에 건조 온도가 80℃ 미만인 경우, 경화가 잘 이루어지지 않으므로 충분한 도막 형성이 이루어지지 않을 수 있다는 문제점이 있고, 200℃를 초과하는 경우에는 건조 후 금속재료의 냉각이 용이하지 않고, 도막의 탄화 발생 등과 같은 도막성분 결합의 변형으로 인해 전반적인 성능감소가 나타날 수 있다는 문제점이 있다.

이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

반응 용기에 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 125g과 평균입경이 5.5nm인 콜로이달 실리카를 배합하여 혼합액을 준비하고, 상기 혼합액 내에 실리콘(Si)의 함량이 0.2 중량부가 되도록 하여 교반 혼합하였다.

상기 혼합액의 점도가 9.5 cps가 된 후, 냉각수를 가동하여 용액의 온도가 40℃로 떨어뜨리고, 상기 혼합액을 포함하는 수성 표면처리 조성물의 총량이 900g이 되도록 물을 투입한 후 인산을 이용하여 pH를 4.3으로 조정하였다.

이어서 상기 수성 표면처리 조성물에 황산알루미늄 10g 및 폴리에틸렌 왁스 20g을 첨가하고, 상기 조성물의 총량이 1000g이 되도록 물을 더 투입한 후 최종 pH 가 4.3이 되도록 1인산암모늄을 첨가하여 1시간 동안 교반함으로써 수성 표면처리 조성물을 제조하였다.

이와 같이 제조된 수성 표면처리 조성물을 도금 부착량의 편면 기준이 20g/㎡인 전기아연도금강판에 건조 도막량이 1.0g/㎡가 되도록 바코팅하고 강판온도가 150℃가 될 때까지 건조한 후 공랭하여 표면 처리된 아연도금강판을 준비하였다.

[실시예 2~5 및 비교예 1~4]

실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 4는, 실란커플링제의 종류 및 첨가량, 실란커플링제와 콜로이달 실리카의 혼합액 내에 함유된 실리콘의 함량, 실란커플링제와 콜로이달 실리카의 혼합액의 최종 점도, 금속화합물과 윤활제의 종류 및 첨가량, 소부 온도 및 건조 도막량, 용액의 pH를 하기 표 1에 기재한 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수성 표면처리 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 표면 처리된 아연도금강판을 준비하였다.

구분		첨가량(중량%) 및 혼합물 내의 Si함량				점도 (cps)	pH	건조 온도(℃)	건조 도막량 (g/㎡)
구분		실란 커플링제	혼합물내의 Si함량	금속 화합물	윤활제	점도 (cps)	pH	건조 온도(℃)	건조 도막량 (g/㎡)
실 시 예	1	A1(12.5)	0.2	B1(1.0)	C1(2.0)	9.5	4.3	150	1.0
	2	A2(8.5)	0.3	B2(2.0)	C2(3.0)	9.1	4.5	120	1.2
	3	A4(10.0)	0.25	B4(1.5)	C1(1.0) C2(1.0)	9.8	4.1	90	0.8
	4	A3(15.0)	0.35	B3(3.0)	C2(1.5)	9.5	4.3	100	1.5
	5	A1(5.0) A2(7.5)	0.40	B2(1.0)	C1(2.0)	9.0	4.4	80	1.0
비 교 예	1	A1(15.0)	0.8	B3(1.0)	C2(1.0)	9.3	4.3	100	1.5
	2	A2(10.0)	0.1	-	C1(2.5)	9.4	4.5	80	0.5
	3	A3(7.5)	0.5	B4(2.0)	C1(1.0)	7.0	4.4	100	0.8
	4	A2(10.0)	0.4	B2(2.0)	C2(1.5)	9.4	8.0	150	0.8

주) 탈이온수 첨가량 : 잔량

A : 실란화합물

A1 : γ-글리시독시프로필트리메톡시실란

A2 : γ-아미노프로필트리에톡시실란

A3 : N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란

A4 : γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란

B : 금속화합물

B1 : 황산알루미늄

B2 : 질산세륨

B3 : 암모늄메타바나데이트

B4 : 이소프로필티타네이트

C : 윤활제

C1 : 폴리에틸렌왁스

C2 : 폴리테트라플루오로에틸렌왁스

상기와 같은 조건에 따라 제조된 수성 표면처리 조성물을 이용하여 코팅이 이루어진 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4의 강판에 대하여 내열성, 전도성, 내식성, 가공성 및 용액저장안정성을 평가하였다.

[실험예]

1. 내열성 테스트

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에 따라 표면 처리된 강판을 250℃의 온도에서 30분간 방치한 후, 전후의 색차변화를 측정하고, 색차변화의 정도에 따라 하기와 같이 분류하였다.

○ : 색차변화(ΔE) 3 미만

△ : 색차변화(ΔE) 3 내지 5

× : 색차변화(ΔE) 5 초과

2. 전도성 테스트

표면전기저항측정기(미츠비시화학㈜, 로레스타EP)를 이용하여 시험판 표면의 전기저항치를 측정하고, 표면전기저항값에 따라 하기와 같이 분류하였다.

○ : 표면전기저항값이 1Ω 이하

△ : 표면전기저항값이 1Ω 초과하는 경우가 간혹있음

× : 표면전기저항값이 1Ω 초과

3. 내식성 테스트

5%의 식염수를 35℃에서 피도물의 표면에 분무하고, 72시간 후의 백녹의 정도를 3 수준으로 평가하고, 평가 기준은 하기와 같이 분류하였다. 이 경우, 평가는 평면부에 대해서만 실시하였다.

○ : 부식이 전혀 없거나 아주 조금 백녹 발생(부식면적이 평가면적의 5% 이내)

△ : 약간 백녹 발생(부식면적이 평가면적의 5-10% 이내)

× : 다소 또는 많은 백녹 발생(부식면적이 평가면적의 10% 이상)

4. 가공성 테스트

트리보미터(Tribometer) 시험기를 이용하여 0.25㎏f/㎟의 하중에서 10회 왕복 후 시험편의 표면을 육안으로 관찰하여 평가하였다. 평가기준은 하기와 같다.

○ : 흑화발생이 거의 없음

△ : 평가부위에서 부분적으로 흑화 발생

× : 평가부위 전면 흑화 발생

5. 저장안정성 테스트

상기 제조한 수성 표면처리 조성물 용액을 40℃의 항온장치 내에서 2개월간 저장한 후 조성물의 점도상승, 분리, 침전 등의 상태를 관찰하였다. 평가기준은 하기와 같다.

○ : 조성물의 변화가 인정되지 않는다.

× : 조성물의 점도상승, 분리 또는 침전 등의 변화가 인정된다.

상기와 같은 다양한 물성 테스트에 따른 평가결과를 하기 표 2에 요약하였다. 하기 표 2를 참고하면, 본 발명에 의한 수성 표면처리 조성물을 표면 처리하여 코팅된 실시예 1 내지 5의 강판의 경우에는 내열성, 내식성, 가공성, 내열성 및 용액의 저장안정성이 모두 우수하게 나타났으며, 특히 가공성이 우수하게 나타났다.

그러나, 실란커플링제와 실리카의 혼합액 내에서 실리콘의 함량이 본 발명의 금속표면처리용 조성물에 따른 실리콘의 함량 범위를 벗어나서 보다 많이 함유된 비교예 1의 조성물로 코팅된 강판은 내열성 및 용액의 저장안정성이 열위하였다.

또한 금속화합물을 포함하지 않은 비교예 2의 조성물로 코팅된 강판은 내식성에 있어서 다소 부족한 면이 나타났고, 실란커플링제와 콜로이달 실리카를 혼합한 혼합액의 최종 점도가 본 발명의 금속표면처리용 조성물에 따른 혼합액의 점도 범위에 이르기 전에 교반을 중단하고 냉각시킨 비교예 3의 조성물로 코팅된 강판 및 본 발명의 금속표면처리용 조성물의 pH 범위를 벗어나서 보다 높은 pH값을 나타낸 비교예 4의 조성물로 코팅된 강판의 경우, 내식성이 불충분하게 나타났으며, 특히, 비교예 4의 조성물로 코팅된 강판은 용액의 저장안정성도 열위한 것으로 나타났다.

구분		내열성	전도성	내식성	가공성	용액안정성
실 시 예	1	○	○	○	○	○
	2	○	○	○	○	○
	3	○	○	○	○	○
	4	○	○	○	○	○
	5	○	○	○	○	○
비 교 예	1	×	○	○	○	△
	2	○	○	△	○	○
	3	○	○	×	○	○
	4	○	○	×	○	×

Claims

실란커플링제 및 실리카를 포함하되,

상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자 및 실리카에 함유된 규소 원자의 중량비가 0.1 내지 0.5인 금속표면처리용 조성물.
제 1항에 있어서,

실란커플링제는 에폭시기 또는 아미노기로부터 선택된 하나 이상의 관능기를 가지는 실란커플링제 및 이들의 가수분해 축합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
제 1항에 있어서,

실란커플링제는 γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메타글리옥시프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 및 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
제 1항에 있어서,

실리카는 흄드 실리카, 콜로이달 실리카, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
제 1항에 있어서,

실리카는 평균입경 5 내지 15nm의 콜로이달 실리카인 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
제 1항에 있어서,

pH가 3 내지 6인 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
제 1항에 있어서,

바나듐 화합물, 지르코늄 화합물, 티타늄 화합물, 알루미늄 화합물 및 세륨 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
제 7항에 있어서,

실란커플링제 5 내지 15 중량부, 실리카 5 내지 10 중량부 및 금속화합물 0.5 내지 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
제 1항에 있어서,

수용성 파라핀왁스, 올레핀왁스, 카나우바왁스, 폴리에틸렌왁스 및 폴리테트라플루오로에틸렌왁스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 윤활제 1 내지 3 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
제1항에 있어서,

물, 알코올, 에스테르 및 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 용제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물.
금속 강판; 및

상기 금속 강판의 일면 또는 양면에 형성되고 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 금속표면처리용 조성물을 함유하는 코팅 층을 포함하는 금속재료.
제 11항에 있어서,

금속 강판은 냉연강판; 아연도금강판; 아연계 전기도금강판; 용융아연도금강판; 알루미늄도금강판; 도금층에 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 티탄, 알루미늄, 망간, 철 마그네슘, 주석, 동 또는 이들의 혼합물인 불순물 또는 이종금속을 함유한 도금강판; 실리콘, 동 마그네슘, 철, 망간, 티탄, 아연 또는 이들의 혼합물을 첨가한 알루미늄 합금판; 인산염이 도포된 아연도금강판; 및 열연강판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속재료.
제 11항에 있어서,

코팅 층의 건조 후 부착량은 0.5 내지 1.5 g/㎡인 것을 특징으로 하는 금속재료.
a) 실란커플링제 및 실리카를 준비하는 단계; 및

b) 상기 실란커플링제에 함유된 규소 원자(Si) 및 실리카에 함유된 규소 원자(Si)의 중량비가 0.1 내지 0.5가 되도록 상기 실란커플링제 및 실리카를 혼합하는 단계를 포함하는 금속표면처리용 조성물의 제조방법.
제 14항에 있어서, 단계 b)는

c) 상기 실란커플링제와 실리카를 교반하여 점도가 8.0 내지 10.0 cps인 혼합물을 제조하는 단계; 및

d) 상기 혼합물을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물의 제조방법.
제 15항에 있어서,

e) 단계 d)에서 냉각된 혼합물의 pH를 3 내지 6으로 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물의 제조방법.
제 16항에 있어서,

f) 단계 e)에서 pH가 제어된 혼합물에 금속화합물 또는 윤활제를 포함하는 첨가제를 추가로 첨가하는 단계; 및

g) 단계 f)에서 얻어진 혼합물의 pH를 3 내지 6으로 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면처리용 조성물의 제조방법.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 강판에 도포하는 단계; 및 상기 조성물이 도포된 강판을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속재료의 표면처리방법.
제 18항에 있어서,

조성물은 0.5 내지 1.5 g/㎡의 건조 도막량으로 도포되는 것을 특징으로 하는 금속재료의 표면처리방법.
제 18항에 있어서,

건조 온도는 80 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 금속재료의 표면처리방법.