전착도료

전착도장 공정

전착도료(Electrophoretic Painting, 電着塗料)는 수용성 수지 도료를 넣은 욕수조 내에 전극과 도장되는 재료를 넣고 직류 전압을 걸어 전기영동에 의해 도장을 할 때 쓰는 도료다.

개요

전착도료는 전기 분해에 의해 전극에 도료를 전착하는 과정이다. 전착도장은 수용성 수지도료를 넣은 욕수조 내에 전극과 도장되는 재료를 넣고, 직류전압을 걸어 전기영동에 의해 도장하는 방법을 말한다. 전착도장의 이점은 도장 효율, 밀착성, 방청력, 도막 균일, 도료 손실, 도장 시간, 화재 위험 등이 있지만 설비비가 많이 들고, 전력소비량이 큰 결점이 있다. 도장되는 재료가 양극의 경우를 어니온(Anion) 전착도장, 음극의 경우를 카티온(Cation) 전착도장이라고 한다. 자동차 보디의 하부 도장은 카티온 전착도장이 많고, 어니온 전착도장보다도 방청력이 뛰어나다. 전착도장은 1963년 미국의 포드가 자동차 차체의 하도도장에 채용한 이래 급속히 전세계의 자동차 공업에 파급되었다. 수용성 수지 도료의 일반적인 장점 이외에 자동화에 의한 에너지 절약, 대량생산, 도료의 부착성이 우수하며 방식성의 향상 및 도막의 균일화 등의 장점 때문에 현재에는 차체 외에도 자동차 부품, 전기기기, 건자재, 철제가구 등 각종 금속 제품의 라인도장에 채용되고 있다. 전착 도막의 원리는 전기도금의 원리와 같은 형태로 물에 분산한 비히클 폴리머에 전하를 주어 상대되는 극성의 피도물 표면으로 영동하여 석출되도록 만든 도장방법이다. 초기에는 침적도료 욕제 중의 피도물을 양극으로 한 음이온형(Anionic) 전착도장이 대부분이 였으나 방식성이 더 우수한 양이온(Cationic) 전착도장으로 급속히 전환되고 있다. 양이온형 전착도장법은 아민기와 같은 염기를 갖는 합성수지(예를 들면 에폭시 수지에 2급 아민을 반응시킨 것, 말레인화 수지의 산무누수물에 디아민을 반응시킨 것 등)를 유기산 또는 무기산에 중화한 수용성 혹은 콜로이드 디스퍼션 수지를 비히클 폴리머로 한다. 가교제로는 블록화된 이소시아네이트(Blocked isocyanate) 유도체를 사용한 것도 있다.

전착도료는 2000년대에 들어오면서 고도의 방청성 및 외관성의 요구에 응하기 위해 개량이 진행되어 왔고 산화지르코늄계의 신 화성처리에 대한 적합성이 중요한 요구사항이 되고 있다. 신 화성처리는 종래의 인산아연 처리에 비해, 처리층의 두께가 수십 분의 1로 매우 얇고, 종래의 전착도료를 신 화성처리에 도장했을 경우에는 균일 전착성이 저하되는 큰 과제가 있다. 신 화성처리에 대응한 새로운 전착도료가 개발되어 채용이 확대되고 있다. 또한, 환경 대응 면에서, 북미에서는 HAPs(유해 대기 오염물질)에 해당하지 않는 용제로 전환이 시작되고 있다. 유럽에서는 경화촉매로 디부틸주석계 화합물을 사용하고 있었지만, 라벨 표시의무의 변경이나 규제 강화에 따라, 비주석계 화합물에의 변환이 진행되고 있다.

구성

수지	도막을 주로 형성한다.	아민변성 에폭시 수지 등
경화제	전착된 수지의 사슬을 서로 결합시켜 분자량을 증가, 도막성능 물성을 향상시킨다.	블록이소시안네이트(BI)
안료	수지와 함께 도막을 형성하고 방청, 착색, 내후, 도막 물성의 제어 등을 담당한다.	체질안료, 착색안료 등
용제	수지의 수용성을 도와준다. 경화시 도막의 유동성을 조절한다.	셀로솔브류
첨가제	수지를 수용화시키기 위한 중화산, 그 외 도장 작업성, 도막 성능 등의 향상을 휘한 첨가 재료.	빙초산(중화산)
순수	도료액의 용매, 도료입자의 분산매

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현대, 기아차는 '고 내부 침투성 박막 전착 도료'가 2013년 제31주차 IR52 장영실상을 수상했다. 자동차 도장(페인트를 칠하는 것)은 차체 내부에 녹이 스는 것을 방지하기 위해 욕조에 담그는 전착, 차체 외부를 보호하기 위한 중도(중간칠 과정), 실제 외부에 색깔을 표현하는 컬러베이스, 컬러를 보호하는 클리어(clear) 등 단계를 거친다. 전착 단계에서는 페인트 입자가 효율적으로 붙을 수 있도록 전기장을 형성시켜 도료를 입힌다. 이때 전착 도장을 하는 목적인 차체 내부 녹 방지를 위한 페인트 칠뿐만 아니라 외판에도 도장이 되면서 전착 도료가 불필요하게 낭비되는 단점이 있다. 외판은 중도 과정에서 다시 페인트를 칠하기 때문에 가능하면 전착 과정에서 도료를 두껍게 칠할 필요가 없다. 현대, 기아차는 외판 도장에는 도료를 최대한 적게 사용하면서도 내부 녹 방지 기능은 탁월하게 수행할 수 있는 새로운 도료를 개발했다. 기존에는 외판과 내판 도장 두께 비율이 약 2대1 수준으로 외판이 20㎛이면 내판은 10㎛ 정도였다. 이 기술을 이용하면 외판과 내판 비율을 약 4대3 수준인 외판 15~16㎛에 내판은 약 10㎛로 외판 도막 두께를 약 5~6㎛ 줄일 수 있다. 일본 도요타에서도 전착도장 기술을 개발했지만 이 제품에 비해 경제성은 떨어지는 것으로 알려졌다. 현대ㆍ기아차는 이번 제품 개발로 전착도장 과정에서 연간 150억 원 정도 비용 절감 효과와 신개념 도료를 통한 생산성 증대로 2015년까지 매출 1200억 원 증가를 기대하고 있다.

참고자료

• 〈전착 도료〉, 《네이버 지식백과》
• 〈전착도료〉, 《네이버 국어사전》
• 〈전착 도료 뜻〉, 《표준어국어대사전》
• ssonsssonsssons, 〈기타수지도료 - 수용성, 전착도료〉, 《네이버 블로그》, 2016-07-16
• 〈전착도료 교육자료〉, 《도장통》, 2017-05-18
• 김미연 기자, 〈현대기아차 / '자동차 전착 도장용 페인트'〉, 《매일경제》, 2013-08-05

같이 보기

• 도료
• 재료
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