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전착도장(Electro-deposition Coating)은 전착용 수용성 도료 용액 중에 피도물을 양극 또는 음극으로 하여 침적시키고, 피도물과 그 대극 사이에 직류 전류를 통하여 피도물 표면에 전기적으로 도막을 석출시키는 도장방법으로서, 전기영동도장·전영도장·ED도장이라고도 하며, Electro Coating, Electro-phorectic Coating, Electrophoretic-deposition Coating 등으로도 불리워진다.
우리나라에서는 1978년부터 자동차 산업에 전착 도장 설비가 최초로 도입된 이래, 각 산업 분야에 착실한 성장을 계속하고 있다.

전착도장은 전기도금과 같은 방식으로 여러가지 조건을 정확하게 유지하는 것으로 도장막이 대체적으로 일정하게 됩니다.
이렇게 함으로써 대량생산의 자동화에 도움이 되며 품질이 좋은 도장이 됩니다.
단 이 경우의 도장기술은 종래와는 다르게 관리기술이라고 하는 것으로 되어 있으며 탱크 내의 도료는 장기간에 걸쳐 공급되면서 대량의 제품에 대해서 반복적으로 사용하게 되어 도료조성이 차이가 생기기 쉬우므로 여기에는 충분한 관리가 필요합니다.
도료에는 아니온형과 카티온형이 있으며 아니온형은 폴리에스테르, 폴리부타디엔계의 것으로 전착통이 어스되어 있습니다.
카티온형은 에폭시계의 도료로서 약산성이기 때문에 설비의 부식 대책이 필요하고 전착통도 절연되어 사용합니다.
전력량은 카티온형이 적으므로 사용하기에 편리합니다.
이 아니온형과 카티온형은 도장 조건이 다르기 때문에 각각의 조건에 알맞는 설비로 할 것이나 부식 대책 이외는 대체적으로 동일한 설비로 충분합니다.




 

전착도장은 전착도료 용액 중에 양극 또는 음극으로 침적한 피도물과 그 대극 사이에 직류 전류를 통하면 다음과 같은 현상이 동시에 일어나면서 피도물 표면에 전기적으로 도료가 전착하게 된다.

① 전기분해(Electrolysis)
전해질 용액 중에 직류전류를 통하면 양극과 음극에서 각각 방전하여 화학 분해가 일어나는데, 이러한 현상을 전기분해라 한다. 전착도장의 경우에도 이러한 전기분해가 일어나 양극과 음극에서 각각 이온을 방출하게 된다.

② 전기영동(Electro-Phoresis)
전해질 용액 속에서 콜로이드 상태로 분산된 입자에 전장을 주면 분산질의 해리 및 이온의 흡착등에 의해 전하를 가지게 되기 때문에, 반대전하를 띤 전극을 향하여 운동하는 현상이다. 수지 입자는 다량의 카르복실기를 갖고 유기 아민으로 중화되어 있는 염이기 때문에, 수중(水中)에서 해리한다.

③ 전기석출(Electro-Deposition)
양극과 음극으로 이동한 입자가 각각 반응하여 분자상태로 석출되는 현상이다.

④ 전기침투(Electro-Osmosis)
피도물의 금속면에 도막이 석출되고 그 형성된 도막은 다공질판과 같이 작용하여 탈수 현상이 일어나게 된다.

즉, 도막 속에 남아있는 수분이 통전 중에 전기 침투에 의하여 도막을 뚫고 용액 속으로 방출하게 되며, 이로 인하여 전착 후 세팅이 필요 없게 된다.
이와 같은 4가지 현상 중 전기분해 및 전기영동 현상은 주로 전극부근에서 일어나는 도료입자의 이동에 관계되며, 전기석출 및 전기침투현상은 주로 피도물 표면에 대한 부착에 관계되는 현상이다.
또한 전착도장은 그의 기본적인 전착기구로부터 음이온형과 양이온형으로 크게 나눌 수 있다




 

도료를 콜로이드 입자로 수중에 분산시켜 피도물에 도착시키는 전착도장의 원리로부터 알 수 있는 바와 같이 전착도장은 종래의 도장 방법에 비해 다음과 같은 특성을 가지고 있다.



  도료 탱크로부터 끌어 올렸을 때 도막은 이미 지촉 건조의 상태까지 건조되어 있기 때문에 세팅 등의 필요가 없어 도장 공정의 단축 및 합리화가 이루어진다.
  도포량이 일정하기 때문에 도막의 흐름이나 흘러내림 등의 도막 결함이 없다.
  휘발성 용제를 사용하지 않기 때문에 가열 등에 의한 용제 가스의 휘발이나 핀홀 현상이 없다.
  피도물 표면의 요철이나 모서리 부분 등에 관계없이 일정한 도막 두께가 얻어진다.
  상자 모양의 물건이나 탱크 모양의 물건이라도 내외부가 모두 동일하게 도장될 수 있을 뿐만 아니라 종래의 도장 방법으로는 곤란했던 철망이나 구조품 등도 도장이 가능하다.
  도막 두께는 전압, 전류, 시간 등에 의해 정확한 조절이 가능하기 때문에 품질이 일정한 도장을 행할 수 있다.
  도료의 도착 효율이 좋고(80~90%), 저점도 및 저농도의 도료를 사용하기 때문에 도료의 손실이 아주 적다
  수용성 도료이기 때문에 화재의 위험이 적으며, 불쾌한 냄새나 유기용제 등에 의한 중독의 위험성이 없기 때문에 위생적이다.
  도장의 완전 자동화가 가능하며, 도장하기 전에 탈수, 건조나 세팅 등을 필요로 하지 않기 때문에 적은 공간으로도 도장이 가능하며, 생산성이 높고 도장공의 수(2~3인만 필요)도 감축할 수 있다.
  균일부착성(Throwing Power성)이 우수하기 때문에 접합 부위 등이 있고 형상이 복잡하더라도 도장이 안되는 부분이 없어 완전 피복이 가능하다.
  UF장치(초여과장치)의 사용으로 도료의 회수가 가능하며 도료의 절약과 동시에 배수량도 최소한으로 줄일 수 있기 때문에 공해면에 있어서도 아주 우위에 있다.
  도장이 안되는 부분이 없이 완전 피복이 가능하기 때문에 방청력이 대단히 우수하다.
  종래의 도장 방법에 비하여 도료 손실이 적고 도면의 마무리 상태가 우수할 뿐 아니라 1회 도장으로도 마무리가 가능하다.
  피도물 표면에 유지 등이 다소 부착되어 있더라도 도막의 결함이 없이 잘 부착된다.
  도장 설비면이나 비용면에 있어서 자유도가 크다.


  비교적 많은 전력을 필요로 하며 설비비가 높고 관리가 어렵다.
  피도물이 도전성 물질이 아니면 도장이 곤란하다.
  피도물에 전압이 걸리기 때문에 하전장치, 절연장치 등이 필요하며 콘베이어나 행거(Hanger) 등이 복잡하게 된다.
  대형의 피도물일 경우에는 전극 단자의 부착이나 해체에 사람의 손이 필요하다.
  용액의 관리나 도료의 보급 등에 어느 정도의 지식을 갖춘 전문 기술자의 관리가 필요하다.
  금속에 대한 직접 도장에 한정되며 중복 도장이 불가능하다.
  전착도료의 조성을 충분히 고려하지 않으면 안된다.
  가열 온도가 높고 색의 교환이 곤란하다.
  저장량이 크기 때문에 턴오버(Turnover)등의 관리에 주의를 요한다.
  금속용출 등에 대한 공해 대책이 필요하다.

 

이상의 특성을 가진 전착도장은 도장 기술자의 경험이나 숙련 등에 상관없이 도장 조건을 설정함으로써 수치적으로 처리가 가능한 이점도 있다.




 

전착도장은 크게 나누어 전착하도 도장과 1회 마무리 도장이 있다.



 

하도(프라이머)의 기본적인 기능은 금속 피도면에 대한 소지보호와 중도 및 상도도장에 대한 밀착성과 마무리에 있는데, 이러한 하도로서의 기능을 발휘하기 위하여 현재 개발되어온 전착도장은 음이온형과 양이온형이 있다. 현재 시행되고 있는 전착도장은 대부분 양이온형 전착도장이며 이 두가지 전착도장에 관하여 소개하면 다음과 같다. 또한 음이온형과 양이온형 전착도장의 장치비교는 표 1-8과 같다.

① 양이온형 전착도장
이온형 전착도장과는 달리 음극에 석출되는 양이온형 전착도장은 그의 높은 방청성으로 인해 각광을 받고 있다. 양이온형 전착도장은 개발 된지 오래지 않으나 우수한 방청력 및 우수한 내치핑(Chipping) 등의 이점이 있기 때문에 전 세계적으로 사용하고 있으며 음이온형 전착도장을 하고 있는 도장라인에서도 양이온형 전착도장라인으로 교체하고 있다.

양이온형 전착도장의 특성은 다음과 같다.
a. 얇은 도막이면서도 방청성이 우수하다.
b. 화성 처리 피막의 용출이 없기 때문에 내식성에 기여한다.
c. 금속의 용출이 없기 때문에 담색 마무리가 가능하다
d. 균일 부착성이 음이온형에 비해 우수하다.
e. 음이온형 도료에 비해 균일하고 부드러운 외관을 얻을 수 있다.
f. 고온 가열이 필요하다.
g. 내산 설비가 필요하며, 설비비용이 음이온형 보다 비싸다.

② 음이온형 전착도장
음이온형 전착도장에 사용되는 전착도료는 말레인화 부가물이나 아크릴산 도입물을 수지로서 도입한 것이 대표적인 것이며 자동차 프라이머에 대해서는 유(油)의 말레인화물에 페놀 수지, 에폭시 수지 또는 말레인 수지 등의 가교제를 결합한 것이 많이 사용되어 왔다. 그러나 자동차 차체의 방청력 향상을 위하여 유(油)를 액상 폴리부타디엔으로 치환시킨 것이 대부분의 차체 도장에 적용되고 있다.

음이온형 전착도장의 특성은 다음과 같다.
a. 안정한 작업성의 품질이 얻어진다.
b. 설비, 비용면에서 자유도가 크다.
c. 제조면에서 수지의 합성이 용이하고 다양화될 수 있다.
d. 변색이나 소지 금속의 용출이 있으며 1회 도장의 마무리에 한계가 있다.



 

1회 마무리 전착도장은 자동차 부품, 프레하브 철골 부품과 같은 농색 전착도장(주로 흑색), 전기기기, 자동차 호일 등의 담채색 전착도장, 알루미늄 샤시 도장과 같은 투명 전착도장으로 크게 나누어진다.

① 농색 전착도장
농색 전착도장은 현재 주로 철강제품에 많이 사용되며, 사용 도료도 프라이머 도료와 거의 같은 종류의 계통이 많다.앞으로의 동향도 프라이머 도장과 같은 방향으로 진행될 것으로 전망된다.

② 담채색 전착도장
담채색 도장에 사용되는 도료는 주로 아미노-알키드계, 아미노-아크릴계 도료가 주로 사용되고 있으나, 일반적으로 음이온형 전착도장에서는 금속 이온의 용출 때문에 맑은 색을 보이기가 어렵다.

③ 투명 전착도장
투명 전착도장으로서는 알루미늄 샤쉬 공업에서는 표면 처리 공정 및 양극 산화의 도장 전처리 공정에서 다량의 산 또는 알칼리 용액을 사용하기 때문에 그 부착액에 의한 전착탱크의 오염과 재생 처리 문제, 수세 폐수 처리의 문제 등 공해 대책 면에 문제가 있다.




 

전착 공정형태로는 콘베어 시스템과 배치 시스템이 있는데, 이 두 시스템 사이에는 기본적으로 차이점이 있다. 배치 시스템의 경우에는 피도체가 호이스트 조작에 의해서 탱크 내로 투입되면서 도장되며, 이때 피도물을 탱크 속에 체류시킬 필요가 있다.
콘베이어 시스템에서는 피도체가 연속적인 콘베어에 의해 탱크 내를 이동하면서 도장된다.
배치 시스템은 이동속도가 2m/분 이하일 때 좋으며, 따라서 도장되는 피도체가 크고 총생산량이 비교적 적은 곳에 유리하다.
이러한 설비의 용량한계는 약 15~20사이클/시간이다. 전처리, 수세, 건조 등의 각 공정단계는 자동 칸막이 문으로 구분한다.

콘베이어 시스템은 콘베어에 균일한 부하가 걸리는 것이 가능하고 대량생산이 필요로 하는 곳에 추천된다.
전착탱크의 크기는 전착도장이 되는 피도체의 크기와 콘베어 속도, 필요한 도장시간 뿐 아니라 탱크 입출구의 경사에 따라 결정된다.

 

● 카티온형의 도장조건 예

고형분(NV)
18∼20%
pH
6.4∼6.7
전압
250V
통전시간
3분
쿨롱 효율
35㎎/쿨롱
부대재료
25㎝(파이프)
막 두께
20㎛
소부 온도
175℃×30분
경도
3H
턴 오버
1 T.O/월 이상

  도료의 조정법으로는 저중화 도료 공급법과 각막법이 있으며 각막법에서는 pH 자동관리나 극액의 전도도 관리를 합니다.
전착도장 장치로는 전착통, 도로 교반, 노과 장치, 온도조절장치, 도료공급장치, 전원-급전장치, 수세장치 이외에 한외 여과기가 필요합니다.
또한 대다수의 자동도장을 하기 위하여 트롤리 컨베이어 등의 반송 컨베이어와 열풍 등의 소부 건조로가 부속되어 있습니다.
전착통은 물품이 통내에 들어간 때에는 필요한 전극 간격이 확보되며 도료의 교반이 충분하게 실시할 수 있는 정도의 모양과 크기가 필요하나 도료량은 가급적 적게 하고 턴 오버를 짧게 하는 것이 좋습니다.
또한 밑부분에는 도료의 침전이 없게 고안하고 일반적으로 강판 용접 구조로 하며, 카티온형에서는 염화비닐이나 에폭시 등의 라이닝 도장을 하여 절연합니다.
교반은 통내 유속을 0.5m/sec 정도로 하고 표면 액류에서 1∼2m/sec으로 한다. 용해 불량으로 인한 트러블을 제거하기 위하여 라인 믹서를 사용한 자동공급을 실시합니다.
또한 통전 입조식이 일반적으로 액의 늘어뜨린 자국이나 주름살이 적습니다.
그리고 그 이외의 카티온형에서는 전극, 열교환기, 펌프, 노즐, 탱크, 필터 및 배관 등을 스테인레스 제품으로 하는 것이 많습니다.

● 아니온형 도장 설비의 예

< 도장조건>
고형분(NV)
10∼12%
pH
7.5~8.5
전압
250V
통전시간
25분
쿨롱 효율
12~15㎎/쿨롱
막 두께
20㎛
관리 온도
29~30℃
교반
8회/H

< 설비 시방의 예>
전착통
2조식 메인 10㎦, 서브 2㎦, 철판제
교반장치
펌프 650ℓ/min, 스트레이너, 카트리지 필터
온도조절장치
열교환기, 온수탱크, 자동온도 조절밸브, 지시 온도계, 800ℓ/min
펌프, 가열부하 170,000 kcal/H
도료공급장치
라인 믹서 200ℓ/min, 순환 펌프 200ℓ/min
전원장치
출력 250V-300A, 구리 바, 케이블
수세장치
수세조 철판제, 600ℓ 펌프부 순수세척 라이저 SUS 제품
UF장치
여과액 탱크 1,500ℓ, 펌프부 스파이럴 UF 유닛
트롤리 컨베이어
800∼2,000㎜/min 등



 

입고시 미확인된 불량품을 검사하여 불량제품이 작업공정에 투입되지 않도록 전수 선별하여 공정에 투입한다.

  • 탱크용량 : 1.5ton
  • 작업방법 : Spray
  • 목 적 : 소재(Part)에 묻은 각종 이물질 및 유분(프레스유, 방청유)제거
  • 관리온도 : 40~50℃

  • 성분 : 인산, 규산, 탄산소다
  • 온도 : 상온~ 50℃
  • 시간 : 1분 ~ 3분
  • 압력 : 1~1.2kg/㎠
  • 알칼리도 : 8~15point? 탱크용량 : 28ton
  • 작업방법 : Spray
  • 사용약품 : 알칼리 탈지제 (#543 A,B)
  • 목 적 : 소재(Part)에 묻은 각종 이물질 및 유분(프레스유, 방청유)제거
  • 관리온도 : 40~50℃

피도물 표면에 산화철 또는 수산화철로 인한 부동태화를 방지

  • 성분 : 인산, 규산, 탄산소다
  • 온도 : 상온~ 50℃
  • 시간 : 1분 ~ 3분
  • 압력 : 1~1.2kg/㎠
  • 알칼리도 : 8~15point
  • 탱크용량 : 28ton
  • 작업방법 : Dipping
  • 사용약품 : 알칼리 탈지제 (#543 A,B)
  • 목 적 : 소재(Part) 내외부에 묻은 각종 이물질 및 유분(프레스유, 방청유) 완전제거
  • 관리온도 : 50~60℃

피도물의 이물질 제거

  • 성분 : 인산, 규산, 탄산소다
  • 온도 : 40℃~50℃, 1회/8Hr 주기로 오염도 측정
  • 탱크용량 : 2ton
  • 작업방법 : Spray
  • 목 적 : 소재(Part)표면에 불순물 및 알칼리 성분을 제거하여 소재(Part)를 청결히 하기위함

철 표면을 활성화 시켜주는 처리로서 화합물이 철 표면에 흡착되어 피막 생성의 핵 역할

  • 성분 : 인산, 유산, 탄산소다
  • 온도 : 상온~ 20℃
  • 알칼리도 : 2.5~3point
  • 탱크용량 : 2ton
  • 작업방법 : Spray
  • 사용약품 : 순수, 표면조정제 (#P-Z)
  • 목 적 : 금속표면에 산화티타늄 등으로 표면을 미세하게 하여 양질의 결정피막을 얻기 위함

저온에서 피막을 생성시키며 내식성과 밀착성에 탁월한 성능유지.

  • 성분 : 인산, 산화아연, 질산, nico3
  • 온도 : 30℃~ 50℃
  • 농도관리 : 전산도, 유리산도, 촉진도
  • 탱크용량 : 28ton
  • 작업방법 : Dipping
  • 사용약품 : 인산아연 피막제 (#699DIMU), 촉진제 (#ACC 24)
  • 목 적 : 소재(Part)를 화학적으로 처리하여 금속표면에 불용성의 피막결정을 형성시키고 도막
    의 내구성 및 부착력과 공기중 산소와의 결합을 차단하여 내식력을 향상시킴
  • 관리온도 : 50~60℃

  • 탱크용량 : 2ton
  • 작업방법 : Spray
  • 목 적 : 소재(Part)표면에 불순물 및 화성피막액 성분을 제거하여 소재(Part)를 청결히 하기
    위함

  • 탱크용량 : 23ton
  • 작업방법 : Dipping
  • 목 적 : 소재(Part)표면에 불순물 및 화성피막액 성분을 완전히 제거하여 소재(Part)를 청결히
    하기 위함

  • 탱크용량 : 2ton
  • 작업방법 : Spray
  • 목 적 : 소재(Part)표면에 불순물을 완전히 제거하여 전착액의 노화를 방지하기 위함

  • 탱크용량 : 44ton
  • 작업방법 : Dipping
  • 사용도료 : KCC ED-5000
  • 목 적 : 수용성 도료에 피도물(양극 or 음극)을 침적시키고 피도물과 대극사이에 직류전류를
    통하여 피도물에 도막을 형성시킴
  • 관리온도 : 28~32℃

  • 탱크용량 : 2ton
  • 작업방법 : Spray
  • 목 적 : 외관향상 및 도료 회수

  • 탱크용량 : 28ton
  • 작업방법 : Dipping
  • 목 적 : 외관향상 및 도료 회수

  • 탱크용량 : 2ton
  • 작업방법 : Spray
  • 목 적 : 외관향상 및 도료 회수

  • 탱크용량 : 2ton
  • 작업방법 : Spray
  • 목 적 : 외관향상 및 피도물 표면의 수적 개선

  • 탱크용량 : 25분 이상
  • 작업방법 : 185℃
  • 사용연료 : 등류

전 공정을 통하여 도장 완료된 제품을 투입시 발견되지 않은 불량 또는 공정 불량 제품에 대하여 검사필증(순정부품 상표)을 부착하고 포장공정에 투입한다.

제품에 표면보호와 충격완화를 위한 밀폐형 (수축 Film 포장)