PCM 역사 착색 도금 강판 동신 동국 제강 구 일신제강 동부 제강 도료 프라이머

[evision21]

1. PCM의 역사

연속 Coil Coating이 착상된 것은 45년 전 Hunter Engineering Co.에서 현재의 Coil Coating LIne의 원형으로서 1936년 처음으로 Venetian Blind에 연속 Roller Coating Line을 이용한 데서부터이다. (Joseph E Hunter) 최초의 Line은 Steel strip Coating Line으로 (2“의 폭 0.008”(0.2m/m)의 두께)현재의 것과 기본적으로는 비슷한 것이었다. 이 Line의 최대 Coil Weight는 약 100 1bs (45.5kg)가 한계로 최고의 Line Speed는 50ft/min(15m/min)이었다고 한다.

1948년이 되어 Venetian Blind의 Roating 장치는 개량되어 변속이 가능하여 고도로 도장 가능한 생산 Speed와 함께 폭의 넓이도 2“에서 5”, 8”, 12”로 차츰 넓어졌으며 따라서 이때까지 Spray 도장되던 많은 제품은 roll Coating이 되면서 시장이 넓어지기 시작하였다.

1948년이 되면서 Coil Coating 업계의 내용도 바뀌어 새로운 공업으로 발달하게 됐는데 즉 Coil Coating 업계의 내용도 바뀌어 새로운 공업으로 발달하게 됐는데 즉 Coil coating회사가 제작회사도 겸하게 되어 새로운 이용이나 각종 제품을 만들어 성형하므로서 그 이용의 가능성을 찾기 시작하고 기계에서도 기술적 개선과 함께 금속의 표면처리 관계, 도료관계, Coil 도장관계 등의 연구를 계속하여 30여년이 지난 지금에는 초신형 Coil Coating Line이 가동하게 되었다.

우리나라의 경우 1969년부터 검토되기 시작하여 한국 오리엔탈․메탈(주)에서 일본 오리엔탈․메탈(주)와 기술제휴하여 염화 Vinyl금속 적층판 제조 Line을 1970년 6월에 설치 완료하여 국내 최초로 생산 시판하기 시작하였으며 1972년 5월 부산 연합철강의 제1호 Line의 시운전이 성공됨으로써 국내 Coil Coating업계의 선구자적 역할을 다하여 시장 개척에 노력하여 10여년이 지난 지금에는 초대형 Line을 갖추게 되었다.

이에 잇달아서 1977년 5월에 동신특강(주)에서 Coil Coating Line을 설치생산 시판하기 시작하였고 1980년 말에 동진제강(주)도 이에 참여하여 초신형 Line을 설치함으로써 전국적으로 4Line이 가동되고 있는 실정이다.

한편 Coil Coating에 사용되는 도료는 주로 60~70% 이상이 건축자재로 사용되는 특수성, 즉 어떠한 성형작업에도 견딜 수 있는 Flexibility와 옥외에서의 내구성, 내후성등을 갖추어야 하는 것으로서 Amino-Alkyd, Vinyl Alkyd, Solution Type Vinyl, Dispersion Type Vinyl, Thermosetting Acrylic Polyester등이 대종을 이루어 왔고, 도료 기술의 급속한 발전에 따라 최근 새로운 도료 제품이 나오고 있는데 특히 기존 도료형에서 변형시켜 내구성, 내후성을 보강하면서 고급화된 것으로 Silicon-Alkyd, Silicone-Acrylic, Silicone-Polyester(Solvent형), Polyester(Water reducible) 불소수지 등이 있다.

우리나라의 경우 Coil Coating Line이 처음 도입 될 때가 주로 Thermosetting Acrylic의 도료가 주종을 이루면서 Solvent형의 Polyester가 대치품으로 등장하기 시작하는 때였음인지 당분간 Thermosetting Acrylic과 Polyester의 공존이 이루어졌고 1970년 후반기에 들어오면서 석유파동 등의 영향과 함께 Polyester계의 품질향상이 이루어지면서 1980년대에서는 Oil Free형 Polyester도료가 신 Line에서 주로 사용되게 되었다.

1980년에 접어들면서 세계적인 추세에 발맞추어 Coil Coating의 초내구성 강판의 요구가 대두되면서 Silicone Polyester 및 불소수지 도료를 이용한 Color 강판의 개발이 진행되어 이에 관한 도료연구가 현재 활발히 진행되고 있는 실정이다.

2. PCM(PRE COATES METAL)이란?

Pre Coates metal이란 Coil(현재 통상 아녀도 강판이 사용된다)에 미리 도장을 한 후 절단, 절곡, 압출 등의 가공을 하여 거물의 지붕, 벽, 사무용기 등의 용도에 맞는 제품으로 될 수 있는 것을 말하는데 Pre Coated Metals, Pre Finixhed metals, Pre Finishes Stock, Pre Costed Stock 등의 영어 용어가 있는데 적당한 용어가 없으나 대체적으로 착색아연도 강판이라는 것이 쓰여지고 있다.

Pre Coated metal은 도장을 자동적으로 Coil 또는 Sheet의 상태에서 도장한 재질을 가공하여 제품화하는 것이 가능하다는 점에서 제품의 생산공정을 변화시켰다는 성격을 가지고 있다. 종래의 아연철판을 사용하는 경우와 Pre Coated Metal을 사용하는 경우를 건물이 완성될 때까지의 공정의 차이를 보면 다음 그림과 같다.

(1) 종래의 아연철판을 사용하는 경우

(2) PCM을 사용하는 경우

PCM을 사용함으로써 어떠한 유리한 저미 있으며 어떻게 공정이 변화되는지를 상기 예로서 요약하여 보면 다음과 같다.

① 재료가 가공공정에 들어가 건물 완성까지의 기간이 단축된다. 이것은 도장공정이 단축되기 때문이며 건물의 시공이 완료되기 전에 도장을 할 경우 도료는 자연건조형 Enamel이나 Lacquer 정도이며 완전히 경화하는데 최소한 1~6일이 소요된다.

② 상온 건조형 도료는 통상 붓도장 또는 Spray(Air Spray 또는 Air Less Spray) 도장이기 때문에 공기중에 비산되면서 도료의 Loss 뿐만 아니라 주위를 오염시킨다.
PCM의 경우 조립 작업만 가능하다면 도장의 필요가 없으며 날씨에 좌우되는 것도 없다.

③ 미도장의 금속 재료와 달라 방청력이 뛰어나고 보관성 주의는 필요하여도 저장 가능시간 또는 재료로서의 재고기간을 길게 할 수 있다.

3. PCM용 도료의 요구성능

PCM용 도료는 가열 건조형 도료가 사용되며 PCM은 주로 건물의 지붕 및 외벽재로 사용되며 그 외에 사무용 기기, 샷타, 완구 등 광범위한 용도에 사용되므로 도료의 요구 도막 성능은 다음과 같은 시험에서 우수한 결과 수치가 얻어져야 한다.

(1) 굴곡성(가공성)
(2) 내충격성
(3) 밀착성
(4) 도막경도
(5) 도막의 내 Scratch성
(6) Erichsen Test
(7) 도막의 경면광택도
(8) 내마모성
(9) 내압축성
(10) 도막의 이차물성
(11) 도막의 용제 마모성
(12) 내염수 분무성
(13) 도막의 내습성
(14) 도막의 내열성
(15) 도막의 내후성
(16) 도막의 표면마찰성(미끄럼성)
(17) 도막의 두께
(18) 색 안정성
(19) 도료점도와 ROLL Coat 작업성
(20) 도료의 가열잔분과 도료 필요량
(21) 도막의 밀도(비중)
(22) 도료 및 도막의 일반특성

4. 도장 및 건조 조건

PCM용 도료를 도장할시 도료의 도막이 강판에 강력히 밀착되게 하기 위하여 도료를 도장하기 전에 표면처리를 행한다.
아연도 강판의 표면처리에는 인산아연염 처리 및 크롬산염 처리 등의 여러 가지 방법이 있으나 일반적으로 인산아연염의 화성처리를 하는 것이 현재의 실정이다.
이와 같은 표면 화성처리를 한 강판 위에 다음과 같은 종류의 도장 방법에 의해 도장 작업을 행한다.

(1) Natural coater를 사용한 Roller Coating방식
강판이 진행 방향과 Coating Roller의 회전 방향이 같은 경우로서 다음 그림과 같은 방식이다.

(2) Reverse Roll Coater를 사용한 방식
Natural Roll Coater와는 정반대로 강판의 진행방향과 Coating Roller의 회전 방향이 서로 다른 경우로서 다음 그림과 같은 방식이다.

상기와 같은 방향으로 도료를 도장한 후 견고한 도막을 형성하기 위하여 가열 건조시킨다. 가열건조 방법은 (1) 직접가열 방식 (2) 열풍 가열방식 등의 방법이 있으나 도료의 종류에 따른 약간의 가열 방법이 사용되고 있다.
건조 조건은 각 도료의 종류에 따라 온도와 시간의 차이가 있으며, 또한 사용하는 강판의 종류, 두께 및 Line Speed에 따라 큰 차이가 있다.
일반적인 우리나라의 PCM 생산공정에서는 강판두께 0.55m/m, Line Speed 약 60-70m/min일 경우 200-250℃(강판 표면온도), 1~2분 정도이다.
PCM의 제조공정도는 다음 그림과 같다.

<PCM의 제조 공정도>

Uncoiler Accumulater (1) 탈지 (2) 탕세 (3) 표면조성 (4) 피막화성 (5) 피막화성 (6) 수세 (7) 후처리 (8) 건조

5. PCM용 도료의 종류

PCM용 도료의 종류는 다음과 같은 것이 있다.

(1) Amino Alkyd 수지도료
Amino Alkyd과 Butyl화 Amino수지와의 혼합물을 주 도막형성요소로 하는 것으로 Alkyd수지는 변성유의 종류, 유장, 산이나 Alcohol의 종류, 합성 방법 등에 따라 많은 종류가 있으며 Amino수지 중에도 메라민, 요소 수지 등이 있어 여러 가지 Alcohol의 종류나 그 양에 따라 많은 종류가 있다.
그러나 어떠한 형의 Alkyd 도료일지라도 PCM용 도료로서는 가장 가격이 싸지만 제반 물성 및 성능면에서 좋지 않기 때문에 이면용 Service도료나 외벽용 이외 용도로 사용되고 있다.

(2) Epoxy 변성 Amino Alkyd 수지도료
Amino Alkyd 수지 도료의 결점은 약간 보완된 Type이지만 고온 가열 건조에 의한 황변 및 내후성에서 부족한 상태이므로 Service coat용의 이면용 도료나 특수한 표면 도장용에 사용되고 있다.

(3) Epoxy 수지도료
내약품성, 특히 내 Alkali성이 뛰어나며 밀착성이 좋은 반면 옥외 폭로에 대하여는 Chalking이 발생되기 쉽고 변색이 심할 분 아니라 고가이므로 하도용으로 많이 사용되고 있다.

(4) 열경화성 Acryl 수지도료는 제반 물성이 매우 우수하여 현재 건재용으로서 건물의 지붕, 외벽용 등의 외부용으로서 PCM용 도료의 주류를 점하고 있다.

(5) Oil Free Polyester 수지도료
지방산을 함유하고 있지 않은 도료로서 도막의 황변성이 적고, 도막의 열화가 적으며 열경화성 Acryl 수지도료와 대동소이한 성질을 갖고 있다. 내 Alkali성이 약하고 또 내용제성도 약간 떨어지지만 내후성, 가공성, 내식성은 열경화성 Acryl 수지와 등등 또는 그 이상이다.

(6) Silicone계 도료
Silicone 수지는 내열성, 내후성, 내화학성, 내불점착성이 뛰어나다. 그러나 200℃×60분의 고온장시간의 건조를 필요로 하기 때문에 단시간 건조라야 하는 Coil Coating용으로 적합하기 못하고 더욱이 가공성도 나쁘다. 그래서 Acryl수지, Oil Free Polyester 수지나 Alkyd수지로 변경시켜 사용한다.

(7) 불소수지도료
내후성, 내약품성, 내마모성, 가공성, 내열내한성이 극히 뛰어나서 가장 우수한 PCM용 도료이나 가격이 높고 가열 온도가 높으며 광택이 낮고 경도가 낮은 것이 결점이다.
아연도금면이나 철판면에 밀착이 좋지 못하여 적합한 Primer를 필요로 한다. 이 도료를 사용한 PCM을 외국에서는 초 내구성 강판이라고 하여 20년 이상을 보증한다.

(8) Vinyl Dispersion도료
일반적으로 Vinyl 도료라고 하며 Plastisol과 Organosol의 두가지 형태가 있다. 이 도료의 특징은 1회 Coatong에 100-300미크론이라는 두꺼운 도막 형성이 용이하다는 것이며 내용제성(Alcohol류 제외)을 제외한 기타 물성이 뛰어나 건축 외장용으로서 적합한 도료이다.
특수한 Primer를 사용하여야 하며 외관이 외장용과 내장용으로 구별하여 생산될 수 있는 특징이 있다.

6. PCM용 도료의 성능 비교

PCM용 도료의 성능을 비교하여 정리하면 다음과 같다.

1) Workability	1	2	2	1	1	2	2	1	2	2	2	2
2) 경화속도(60초 기준)	2	2	2	1	1	1	2	2	3	3	3	3
3) Metal temp(℉)	300	300	300	300	350	350	300	375	400	400	40	450
4) Overbaking(광택 및 변색도)	3	1	3	3	3	3	3	3	1	1	2	2
5) 열가소성, 열경화성	경	경	가	가	가	경	경	경	경	경	가	가
6) 도막경도	2	1	2	2	2	3	2	2	2	2	2	2
7) 밀착성	2	2	2	1	1	1	1	1	2	2	2	2
8) 내열성(광택 및 색)	2	2	2	3	3	3	3	2	1	1	2	2
9) Color retention	2	2	2	2	2	2	3	1	1	1	1	1
10) 내기스성	2	1	2	2	3	3	2	1	2	2	3	3
11) 광택(85이상)	1	1	2	1	4	4	2	1	1	1	3	4
12) 경시 가공성	4	2	2	1	1	1	3	2	3	3	1	1
13) 엠보스성	4	3	2	2	1	1	3	3	4	4	1	1
14) Coil 압착 저항성	2	2	2	2	2	3	2	2	2	2	2	2
15) 내마모성	3	2	2	2	1	1	2	2	2	2	1	1
16) 내오염성(세제 및 식품)	3	2	3	2	2	2	2	2	2	2	1	1
17) 내 Salt spray성	3	2	2	1	1	1	1	1	2	2	1	1
18) 내습성	2	2	2	1	1	1	2	1	2	2	1	1
19) 내용제성(지방족탄화수소)	2	2	2	2	1	1	1	1	2	2	1	1
20) 내용제성(방향족탄화수소)	2	2	3	4	3	3	1	2	2	2	1	1
21) 내용제성(Ketone류)	3	3	3	4	4	4	2	2	2	2	1	1
22) 산, 알칼리성(Spot test)	3	3	3	2	1	1	2	2	2	2	1	1
23) 일반 내식성	2	2	2	2	1	1	2	2	2	2	1	1
24) Enamel Type 내후성	2	2	3	2	1	1	4	2	1	1	1	1
25) Clear Type 내후성	3	3	3	4	4	4	4	2	2	2	1	1
26) 퇴색성	3	2	3	2	2	2	4	2	1	1	1	1
27) 단위면적당 도료 Cost	L	M	M	MH	L	L	MH	M	VH	VH	VH	VH

※ 평가기준
1. Excellent 2. Good 3. Fair 4. Poor
   Cost : 1 ft3-1 mil(25μ)당 건조도막 coat를 기준
        L : Low 0.65 cent 이하
     MH : Medium to High 0.85-0.10 cent
      VH : Very High 2.5 cent 이상
       M : Medium 0.65-0.85 cent
       H : High 1.10-25 cent

7. PCM의 도막결함

① Roll mark

형태 및 특징 : 일정한 pitch로 凹 또는 凸의 상처로서 이면은 거의 영향이 없다는 점에서 Dent와는 구별된다.

원인 : 금연·조대시 또는 도금이나 도장시의 각 Roll에 붙은 이물 및 Roll 자체의 상처가 판에 print된 것이다.

② Dent

형태 및 특징 : 한쪽면에서 눌려서 생겨난 凹상의 상처로 반대면 凸상으로 되어 있다.
상처의 경향은 길이 방향으로 Pitch가 있는 것과 없는 것이 있다.

원인 : 압연·도금·도장·전단시 등의 통판중에 Roll에 이물부착 또는 Coil 및 철판의 취급중에 부딪쳐 생긴 상처를 Dent이라고 한다.

③ Slip mark

형태 및 특징 : Coil의 도장방향으로 비교적 가늘고 평행의 긴 직선상의 결함으로 판의 편면에만 발생하는 경우가 많다.

원인 : 주로 판 이외의 물체가 스쳐 생긴 결함으로 다음의 요인이 있다.
         ① 각 Roll이 판의 Speed와 맞지 않아 판과 Roll이 서로 미끄러져 생긴다.
         ② 판이 부속설비와 이상접촉으로 긁혀 생긴다.

④ No-Coat
도장면중 판금폭에 걸쳐 일부 도장되지 않은 부분으로 Color 작업 사정에 따라 도장되지 않았거나 용접부 통과시 Coat Roll을 올리거나 기타 line 조정시 등에 발생

⑤ No-Paint
도장면일부에 도장이 되지 않고 색이 틀려 보이는 것으로 원판형상이나 표면의 오염등에 의한 불량, Coat Roll의 불량, Paint 공급의 부족 및 속도비의 부적정 등이 원인이다.

⑥ Color-difference
표준색판과 색이 맞지 않은 경우로 도료자체의 색이 맞지 않거나 Color 작업의 부적정, 도막두께, 소부조건의 불량, 등이 원인이 된다.

⑦ Floating(색 얼룩)
도장면에 색의 농담이 발생되어 부분적인 얼룩현상으로 되어 균일한 도장색이 나오지 않는 것.
Color 작업이나 설비 등의 부적정, 도료의 교반 부족, 도료농도의 부적당, 도막 두께의 얼룩, Roll 불량 등에 의하여 발생된다.

⑧ Solvent-Popping

도장면에 침으로 질러 놓은 것과 같이 곰보 상의 구멍이 생겨 잇는 것으로 원판의 면이 거칠거나 Color 작업이 부적당 도막 두게의 과다소부온도, Line-Speed의 부적정 등이 원인이다.

⑨ Bleeding

도장면의 도막이 얇아 Primer색, 또는 부지색이 비쳐보이는 작은 원형·타원형 선상의 凹한 현상을 말하며 도료자체의 결함, Roll 상에 이물질 부착, 도장변에 Thinner, 물 등이 떨어지거나 묻어 있을 때

⑩ 광택얼룩(Gloss floating)
도장광택얼룩이 발생하는 것으로 Color 작업의 부적정 소부온도, 냉각방법·도막후의 불균일 등이 원인으로 된다.

⑪ Running
도장면에 구둣솔 같은 것으로 찍어놓은 듯한 모양이 있는 것으로 도장점도가 맞지 않고 Coat Roll의 회전이 나쁠 때 나타난다.

⑫ Blocking

도장면이 압착에 의하여 도막이 다른 면에 묻어나는 것으로 도료자체의 결함이거나 Color작업의 부적정 취급상의 불량(압착

8. PCM용 도료의 향후전망

PCM(착색아연도강판)의 용도가 건물의 지붕, 외벽등에 주로 사용되는바 고도의 내구성 및 내후성을 요구하는 경향이 있는 실정에 비추어 PCM의 생명이 이에 사용되는 도료에 직결되기 때문에 외국의 경우 PCM용 도료가 고도의 내구성 및 내후성을 지닌 TYPE으로 전환하여 가는 경향이 높아가고 있다.

즉, 도료 TYPE이 열경화성 Acryl 수지 및 Oil Polyester에서 염화 Vinylsol도료, Silicone Polyester Type으로 바뀌어가고 더 나아가서 불소수지를 주체로 한 도료가 대두되면서 20년 보증의 초내구성 강판이 생산되기에 이르렀다.

우리나라에서도 국제적인 추세에 발맞추어 Silicone Polyester 및 불소수지 돌에 관한 연구가 활발히 진행중에 있으며 향후 이 계통의 도료를 사용한 초내구성 PCM이 생산되고 있다.