전착도장

전착도장 공정

전착도장(electro deposition coating, 電着塗裝)은 몸체를 전착 도료에 담가 외판은 물론 내부까지 균일하게 도장하는 공정이다. 금속 제품의 하도에 많이 쓰이는 도장법으로 전기영동 도장(electrophoresis coating)이라고도 한다.

개요

전착도장은 전착 성분을 함유하는 수성 도료(전착 도료)의 욕 안에 피도물을 담그고 통전하여 전기영동 현상과 물의 전해를 이용하여 전착 성분을 석출, 도장하는 방법이다. 전착 도료는 음으로 대전한 아니온형과 양으로 대전한 카티온형으로 구별된다. 현재는 카티온형의 에폭시 에멀션형 도료가 다량으로 사용되고 있다. 원리적으로 수용해형의 전색제도 사용할 수 있으나 실용적으로는 수분산형의 전색제가 바람직하다. 전착도장은 도료 용액에 전류를 흘려 양이온 입자는 음극으로 음이온 입자는 양극으로 이동하는 현상을 이용한 것이다. 전착 도장은 음이온(anionic) 전착도장과 양이온(cationic) 전착 도장이 있으며, 주로 하부 도장에 사용되지만 전기업계에서는 냉장고나 에어콘 컴프레서(compressor)의 외곽 도장 등 눈에 잘 띄지 않는 부분의 톱(top) 코팅 등에 사용된다. 요새는 원코트 전착이라 불리는 비교적 내후성이 좋은 아크릴 수지계의 전착도료도 개발되어 오디오 기기의 외곽 등과 같이 눈에 잘 띄는 부분의 톱(top) 코팅에도 적용이 기대되고 있다.

전착도장은 현재까지 알려진 도장방식 중 최첨단의 도장 방식이며 피도체에 전기전도성만 주어진다면 전부분에 균일하게 도장되기 때문에 고도의 방청성을 유지할 수 있다. 전착도장은 일반적인 도장방법과는 달리 저농도로 희석된 전착도료를 탱크에 채워 전도성이 있는 피도물에 전류를 흘려 균일하고 내수성 도막을 석출시키는 방법으로 도포량이 일정하여 도막의 흘러내림이 없어 도막에 의한 결함이 없고, 도료의 도착 효율이 우수하고 저농도의 도료 사용으로 경제적이다. 또한 수용성 도료이므로 내화성은 물론 악취, 유기용제 등에 의한 중독의 위험이 낮고 비교적 위생적이다.

원리

전착도장법은 수용성 도료조 속에 피도체를 양극 또는 음극으로 하여 침지 시키고 피도물과 그 대극 사이에 직류전류를 통해 피도물 표면에 전기적으로 도막을 부착시키는 것을 말한다. 전착도장법은 수중에 용해, 분산시킨 도료를 고형분 농도 8~20% 상태로 하여 탱크안에 넣은 후에 금속 피도장 물체를 담근 후에 피도장물과 탱크 내부에 설치한 전극 사이에 직류 전압을 가하면 물에 불용성인 도료가 석출되게 하는 것이다. 제품을 탱크에서 꺼내어서 전착되지 않은 도료는 물로 씻겨내고 건조로에서 가열경화 시켜서 도막을 형성시킨다.

전기반응

전기 분해

수용액 상에 전기 에너지를 가하여 비가역적 반응이 발생되는 현상으로 각각의 전극 즉, 음극과 양극에서 물은 수소와 산소로 분해되고, 전극의 계면에서 H + , OH- 를 형성하는 현상이다. 전극에 발생되는 가스는 결국 도막 석출을 저해하고, 외관 품질 등에 영향을 미침으로 적절한 전기 에너지 공급 방안을 강구 해야 한다.

전기 영동

수용액 상에 수 분산되어 있는 도료 입자( +전하)와 기타 전하를 띤 입자들은 전기장 아래서 반대 전하를 갖은 전극으로 이동하는 현상을 말한다.

전기 석출 및 전기 삼투

도료 입자는 전기영동에 의하여 음극으로 이동하여 음극에 도막이 석출된다. 석출된 도막은 전기 분해에 의해 형성된 OH- 와 반응하여 수용성 도막을 형성한다. H + 의 전하를 띤 도료 입자는 전극의 OH- 와 반응하여 H₂O 생성 키고 도막에서 탈수 반응되어 수 불용성 도막을 형성함으로써 전착도료의 전기 화학적 반응이 종결된다. 음극에 수불용성 도막과 액 도료가 같이 혼재하여 후공정으로 이동 수세를 한다. 이때 표면장력에 의하여 묻어 있는 도료의 제거, 회수하는데 단순한 물로서 수세 하여도 수 불용성 도막은 영향을 받지 않는 것이다.

양이온 전착도료의 전기 화학반응 이론(Electrochemical Reaction)

전착 구간

도막 이 석출된 제품은 미려한 외관과 도막 성능의 발휘를 위하여 아래의 공정을 거친 후 도막의 고유 성능을 갖게 된다.

전착 (Electro deposition, E-Coat, ELPO)

전착도장 Bath는 직류 전원을 공급하여 도막을 석출한다. 이때 공급되는 직류 고전압으로 특히 안전사고를 대비해야 하며 전, 후공정으로 누전방지를 위하여 철저한 절연은 필수이다. 누전 발생은 전처리 및 전착 외관 등의 불량을 유발한다.

UF 수세 구간 (Ultra Filtration Rinse Section)

전착 공정에서 전기화학 반응에 의하여 석출된 불용성 도막에 표면장력에 의하여 부착된 희석 도료가 존재하고 있다. 이렇게 표면장력에 의하여 부착된 희석 도료는 UF 수세 공정에서 제거하고 도료를 회수함으로써 도장 외관 품질 향상은 물론, 도료 비용 절감 및 친환경적 효과를 발휘하는 전착도장 구간의 주요 공정이다. 처리 제품의 특징에 따라 Spray 및 immersion 적절히 혼용하여 적용된다. UF #1 → UF #2 → UF #3 적용 시 95% 도료 회수가 가능하다.

순 수세 (Deionized Water Rinse) 및 경화(Cure) 공정

UF 수세 공정을 거친 도장 제품을 탈 이온 수(순수)로 수세함으로써 도막의 내식성을 향상시키고 도막 외관 품질을 증대 시킨다. 전착 도막의 성능 발휘를 위하여 규정 온도, 시간 하에서 건조를 실시하여 완성 도막을 형성한다.

특성

• 얇은 도막이면서도 방청력 우수하다.
• 화성 처리 피막의 용출이 없기 때문에 내식성에 기여한다.
• 금속의 용출이 없기 때문에 담색 마무리 가능하다.
• 균일 부착성이 음이온에 비해 우수하다.
• 음이온형에 비해 균일하고 부드러운 외관이 가능하다.
• 고온 가열이 필요하다.
• 내산 설비가 필요, 설비비용이 음이온형에 비해 높다.

장점

• 방청성이 뛰어나다.
• 복잡한 형상에서도 도막의 두께가 일정하다.
• 닫힌 단면에서의 마감성이 뛰어나다.
• 도착 효율이 좋아 도료의 유실이 적다.
• 표면의 패임, 기포 등의 불량이 적다.
• 수성 도료를 사용하기 때문에 안전성이 높고, 휘발성 유기화합물(VOC)도 적게 든다.

불량 유형, 원인, 해결방안

티, 먼지(Seeding)

티끌 모양의 도막 두드러짐.

원인

• 철판 소재의 티, 먼지 또는 화성피막 슬러지에 의해 발생 .
• 전착도장 직후 SETTING ZONE에서의 티, 먼지에 의해 발생.
• 전착 오븐에서 티, 먼지에 의해 발생.
• 욕액 MEQ 낮아 도료의 안정성 저하로 인해 발생.

해결 방안

• 각 공정별 조사를 통해 어디에서 발생하는지 파악한다.
• 파악된 공정의 청소를 실시한다.
• 청소후의 2차 오염이 되지 않도록 주의한다.
• 전착 욕액의 MEQ가 낮을 경우 069 신너를 추가 투입한다.

유분(Craters)

분화구 형태의 도막 함몰.

원인

• 기름(Oil)에 의한 오염, 기름의 Oil 표면장력이 전착도료보다 낮아 건조 시 전착 도막을 밀어냄.
• 안료(Pigment)의 양이 작을 때.

해결 방안

• 기름(Oil)에 의한 유분 발생시
  • 오염부위를 조사하여 추가 오염을 제거한다.
  • 전착조의 상층부 유분 제거 및 순환필터를 유분 필터로 교환한다.
  • 가능한 관리 범위 내에서 안료(Pigment)를 추가로 투입한다.
  • ZY0414(Anti- crater agent)를 투입한다.
• 안료(Pigment) 부족에 의한 유분 발생시
  • 안료(Pigment)를 관리 범위 내에서 추가로 투입한다.

도막 끓음

국부적으로 도막의 파괴 및 끓음.

원인

• 피도물에 알카리액의 오염에 의해 전착 도장 시 또는 건조로에서 끓으면서 발생.

해결 방안

• 전처리 공정 점검.
• 행거에서 전처리액 낙하 여부 점검 및 수세강화.

에어 포켓(Air pocket)

각진 부위의 모서리에 미전착됨.

원인

• 전착도장시 공기에 의해 공기막이 형성되어 전착 도장이 안됨.

해결 방안

• 행깅(Hanging) 방법 개선.
• 피도물의 구조 개선.

기포 자국

큰 구멍형태의 도막 함몰.

원인

• 도막내 기포가 건조전 빠져나가 발생 .

해결 방안

• ED 본조 내에 Air 혼입 발생 제거, 각종 순환펌프 및 배관 누수 부위 점검.
• 피도물 행깅 상태 점검, Overflow 낙폭 조정으로 본조 부유 Air 제거.

2차 흐름

피도물의 접합부위에서 흐름 자국의 도료 뭉침.

원인

• 접합부 및 복잡한 구조물의 틈새에 남아 있는 수세액이 오븐에서 온도 상승에 따른 열팽창에 의해 수세액이 빠져 나옴.

해결 방안

• 전착 본조의 욕액 NV Down.
• 각종 수세 강화(Spray, Dip, UF).
• Air blow 강화.
• 피도물의 구조 개선.

수세 불량

색상 불일치를 동반한 국부적 외관 불량.

원인

• 전착 도장후 수세전 전착 표면이 건조되어 외관 불량 발생.

해결 방안

• 전착 도장후 UF수세조 및 순수세의 노즐 상태 점검.

참고자료

• 〈전착도장〉, 《네이버 지식백과》
• 〈전착 도장(電着塗裝)〉, 《네이버 지식백과》
• 〈생산공정도〉, 《(주)화인알텍 FineAltech》
• 〈전착도장 원리, 장점, 단점〉, 《티스토리》, 2021-03-23
• 오에스씨엔텍, 〈전착도장의 이해〉, 《네이버 블로그》, 2016-03-07
• sunmyeong4815, 〈전착도장은 무엇인가요?〉, 《네이버 블로그》, 2019-02-04
• 싹퉁양퉤, 〈전착 도장 불량 유형,원인,해결방안 1편〉, 《네이버 블로그》, 2020-04-08

같이 보기

• 도료
• 도장
• 공정
• 금속
• 제품
• 하도
• 전류
• 음극
• 양극
• 양이온
• 음이온
• 전압
• 물
• 전기
• 에너지

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