JP5278931B2 - 省エネルギー型防食用金属塗膜組成物及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、防食コーティング剤に関し、より詳しくは、金属塗膜と防食塗膜の複合層を形成する防食コーティング剤に使用される省エネルギー型防食用金属塗膜組成物及びその製造方法に関する。

防食コーティング剤は、物体に塗装されて塗膜を形成し、物体を汚染又は腐食から保護する機能のコーティング剤であって、特に各産業分野で製造されている各種製品に組み付け又は結合される金属部品の外部表面を保護するための用途に広く用いられている。

防食コーティング剤は、一般に主防錆機能を有する金属粉末と、有機溶剤と、耐熱性、耐候性、熱安定性、防錆性などの特殊機能を与えるための各種の添加剤とを含んでいる。

このような防食コーティング剤は通常一つの被覆層を形成するが、特許文献１には、金属塗膜を形成し、その金属塗膜上に防食性塗膜を形成して二つの複合被覆層を形成する方法及びその組成物が開示されている。

すなわち、対象体上に金属メッキ層を形成し、金属メッキ層上に防食塗料用組成物を塗布して防食性塗膜を形成し、これを２８０℃〜３５０℃の高温で硬化させて複合メッキ層を形成する方法が開示されている。

このような方法は、２コーティング１ベーキング方法であって、従来の他の防食コーティング層の形成よりは優れた防食性を示すが、硬化温度が２８０〜３５０℃と非常に高いため、炭素排出が多く、エネルギーが多く消耗され、金属メッキ層が防食性塗膜に浸透して不良率が高く、且つ耐酸性及び耐食性が低下するという問題点を有する。

韓国特許第１０−０８４８６７１号明細書

本発明は、前述した問題点を解決するためのもので、その目的は、低温硬化が可能であって、製造の際に省エネルギー効果が高く、金属塗膜の粒子が防食塗膜に浸透しない防食用金属塗膜組成物を提供することにある。

本発明のある観点によれば、５〜１０μｍの粒子サイズを有し、アルミニウム、マグネシウム及びその合金よりなる群から選択される少なくとも一つの金属粉末と、ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート（Zirconium tetra-n-butanolate）、ジルコニウムブトキシド、イソプロピルチタネート、及びその混合物よりなる群から選択される第１ゾルゲル樹脂と、トリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、及びｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、及びその混合物よりなる群から選ばれる第２ゾルゲル樹脂と、溶媒とを含んでなることを特徴とする、金属塗膜組成物を提供する。

この際、前記金属粉末は１００〜１６０重量部、前記第１ゾルゲル樹脂は３５〜６０重量部、前記第２ゾルゲル樹脂は１６５〜２５０重量部、前記溶媒は６０〜９０重量部であることが好ましい。

また、前記金属粉末は、アルミニウムマグネシウム合金７０〜１００重量部とアルミニウム３０〜６０重量部から構成されることが好ましい。

また、前記第１ゾルゲル樹脂は、ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート２０〜３０重量部、ジルコニウムブトキシド１０〜２０重量部、及びイソプロピルチタネート５〜１０重量部から構成されることが好ましい。

また、前記第２ゾルゲル樹脂は、トリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート３０〜５０重量部、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン５０〜７０重量部、及びｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン５０〜７０重量部から構成されることが好ましい。

また、前記溶媒はアセトンであることが好ましい。

本発明の他の観点によれば、５〜１０μｍの粒子サイズを有する、アルミニウム、マグネシウム、及びその合金よりなる群から選ばれる金属粉末を、２〜３時間常温で溶媒に混合する金属粉末分散手順と、前記金属粉末分散手順の混合物に、ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート、ジルコニウムブトキシド、イソプロピルチタネート、及びその混合物よりなる群から選ばれる第１ゾルゲル樹脂を添加し、３〜５時間、３００〜４００ｒｐｍで攪拌する第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順と、前記第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順の混合物に、トリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、及びｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、及びその混合物よりなる群から選ばれる第２ゾルゲル樹脂を添加し、４〜７時間、１００〜２００ｒｐｍで攪拌する第２ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順とを含んでなる、省エネルギー型防食用金属塗膜組成物の製造方法を提供する。

この際、第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順における温度は１５〜２０℃に維持することが好ましい。

また、第２ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順における温度は１０〜１５℃に維持することが好ましい。

本発明の実施例に係る防食用金属塗膜組成物は、その上部に形成される防食性塗膜層に浸透しないため、耐食性、耐化学性、耐久性及び機械的強度などの物性に優れる効果がある。

また、本発明の一実施例に係る防食用金属塗膜組成物は、低温での硬化が可能であって、エネルギーを節減して環境汚染を減少させる効果がある。

本発明のある観点に係る防食用金属塗膜組成物は、金属粉末、ゾルゲル樹脂及び溶媒を含む。

金属粉末は、防食コーティング剤の防錆機能を与えるための主材料であって、アルミニウム、マグネシウム、及びアルミニウム−マグネシウム合金などの軽金属を使用する。この際、金属粉末の粒子サイズは５〜１０μｍであることが好ましい。これは、金属粉末の粒子サイズが５μｍ未満であれば、比表面積が大きくて粘度が上昇し、金属粉末の粒子サイズが１０μｍより大きければ、金属塗膜の上部に形成される防食性塗膜に浸透して耐酸性が低下するという問題点があるためである。

金属粉末は一般に球状であるが、各粒子が完全な球状ではない場合、粒子のサイズは粒子の内部を通過する最長の線分の長さと最短の線分の長さとの平均値で定義する。

また、粉末には、それぞれの粒子サイズの間には微細な差があるが、最も多く分布する粒子サイズ又は平均粒子サイズを粉末の粒子サイズとする。

金属粉末は１００〜１６０重量部で含まれることが好ましい。これは、金属粉末が１００重量部未満であれば耐熱性が低下し、金属粉末が１６０重量部より大きければ接着力が減少する問題点があるためである。

ゾルゲル樹脂は、ゾルゲル反応（Sol-Gel Reaction）で得られたゲル状樹脂をいう。ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート、ジルコニウムブトキシド、イソプロピルチタネート、トリ−（３−トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、及びその混合物よりなる群から少なくとも一つの物質が使用できる。

ゾルゲル樹脂は、金属粉末に対する結合力に優れるうえ、組織が緻密であって金属塗膜の構成物質が防食塗膜に浸透しないため、耐食性、耐酸性、耐熱性及び耐スクラッチ性に優れる。

ゾルゲル樹脂は１６５〜２５０重量部で含まれることが好ましく、より好ましくは、ゾルゲル樹脂を第１ゾルゲル樹脂と第２ゾルゲル樹脂に分離し、第１ゾルゲル樹脂としてはジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート２０〜３０重量部、ジルコニウムブトキシド１０〜２０重量部及びイソプロピルチタネート５〜１０重量部を用いて、全体的に第１ゾルゲル樹脂が３５〜６０重量部となるようにし、第２ゾルゲル樹脂としてはトリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート３０〜５０重量部、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン５０〜７０重量部及びｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン５０〜７０重量部を用いて、第２ゾルゲル樹脂が１３０〜１９０重量部となるようにすることが好ましい。

第１ゾルゲル樹脂である、ジルコニウム−ｎ−ブタノラート、ジルコニウムブトキシド及びイソプロピルチタネートの含量が前述の範囲から外れると、コーティングの際に微細な粒子が形成されるから、スプレーコーティングの際にノズル詰まり現象が発生するという問題点が生じるので、前記含量は重要な意味を持つ。

また、第２ゾルゲル樹脂である、トリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、及びｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランの含量が上述の範囲から外れると、金属粉末の均一な分散が行われないから、沈降現象が非常に激しくて、使用に困難さがある。

ゾルゲル樹脂は、非常に敏感であって、製造の際に順序や温度などによって安定性が低下すると、直ちにゲル化する現象が発生するので、ゲル化する傾向を反映して実験的に第１ゾルゲル樹脂と第２ゾルゲル樹脂に区別され、製造上、第１ゾルゲル樹脂と第２ゾルゲル樹脂の順に混合及び攪拌される。

溶媒は、制限されるものではないが、アセトン、ジプロピレングリコール、ブチルジグリコール、イソプロピルアルコールなどが使用でき、より好ましくはアセトンが使用できる。

一方、本発明の目的を達成するための防食用金属塗膜組成物は、消泡剤、分散剤、表面改質剤などの添加剤、又は硬化速度調節用有機溶媒をさらに含むことができる。前述した名称以外の他の添加剤を含んでもよい。例えば、消泡剤としてはシリコン変性ポリオキシプロピレン系消泡剤、分散剤としてはポリオキシエチレンエーテル系分散剤、表面改質剤としてはグリシドキシプロピルトリメトキシシラン系表面改質剤が使用できる。

本発明に係る防食用金属塗膜組成物は、上部に別途の防食塗膜が形成されて複合層構造のコーティング層の形成に使用される。この際、使用できる防食塗膜は、制限されないが、シラン変性エポキシ樹脂を含む防食塗膜組成物に適用されることが好ましい。シラン変性エポキシ樹脂を含む防食塗膜組成物の非制限的な例は、背景技術で説明した韓国特許第１０−０８４８６７１号に開示されている。

本発明の他の観点に係る防食用金属塗膜組成物の製造方法は、金属粉末分散手順、第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順、並びに第２ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順を含む。

まず、金属粉末分散手順は、粒子サイズ５〜１０μｍの金属粉末を溶媒に２〜３時間常温で混合する手順である。

次いで、第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順は、分散段階の混合物に第１ゾルゲル樹脂を添加して３〜５時間３００〜４００ｒｐｍで攪拌する手順であって、この際、温度は１５〜２０℃に維持することが好ましい。

次いで、第２ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順は、前述した第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順の混合物に第２ゾルゲル樹脂を添加して４〜７時間１００〜２００ｒｐｍで攪拌する手順であって、この際、温度は１０〜１５℃に維持することが好ましい。

製造の際に前述した混合時間、攪拌速度及び温度の範囲から外れると、ゾルゲル樹脂の安定性が低下して防食期間が顕著に減少するという問題点が発生する。例えば、ボルト、ナットなどの部品を浸漬工程で防食被覆処理する場合、少なくとも６週間は使用できるべきであるが、１週間しか使用できなくなるという問題点が発生する。

＜実施例１＞
粒子サイズ８μｍのアルミニウムマグネシウム合金９０重量部及び粒子サイズ８μｍのアルミニウム３５重量部にアセトン７０重量部を２時間常温で混合し、温度を１５℃に調節した後、ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート２９重量部、ジルコニウムブトキシド１５重量部、及びイソプロピルチタネート５重量部を添加して５時間、４００ｒｐｍで攪拌し、その後に、温度を１０℃、攪拌速度を１００ｒｐｍにそれぞれ低下した後、トリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート３５重量部、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン６０重量部、及びｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン５５重量部を添加して５時間攪拌し、防食用金属塗膜組成物を製造した。

この際、分子量３８４のジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート（ジルコニウムオキサイドの含量が２８％、ｎ−ブタノールの含量が１６％である）を使用し、分子量３８３のジルコニウムブトキシドを使用し、分子量２８４のイソプロピルチタネートを使用した。

また、分子量１３６．３のトリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート分子量２４８．４のγ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、分子量２５５．４のｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを使用した。

＜実施例２＞
ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラートを２０重量部とし、他は実施例１と同一の配合にして、防食用金属塗膜組成物を製造した。

＜製造例３＞
ジルコニウムブトキシドを１０重量部とし、他は実施例１と同一の配合にして、防食用金属塗膜組成物を製造した。

＜実施例４＞
金属粉末として、アルミニウムマグネシウム合金とアルミニウムの混合物を使用する代わりに、粒子サイズ８μｍのアルミニウム１２５重量部のみを使用した以外は、実施例１と同様にして、防食用金属塗膜組成物を製造した。

＜実施例５＞
第１ゾルゲル樹脂と第２ゾルゲル樹脂を順次入れる以外は、実施例１と同様の条件で混合及び攪拌して、防食用金属塗膜組成物を製造した。

＜比較例１＞
アルミニウムマグネシウムとして粒子サイズ１５μｍのものを使用した以外は、実施例１と同様にして、防食用金属塗膜組成物を製造した。

＜比較例２＞
アルミニウムマグネシウムとしてサイズ２０μｍのものを使用した以外は、実施例１と同様にして、防食用金属塗膜組成物を製造した。

＜比較例３＞
ゾルゲル樹脂の代わりにエポキシを使用した以外は、実施例１と同様にして、防食用金属塗膜組成物を製造した。

［実験例］
鋼鉄の表面に、前記実施例及び比較例で製造された防食用金属塗膜組成物をスプレー法で塗布した後、乾く前に、韓国特許第１０−０８４８６７１号（２００８．７．２８公告）の組成物であるシラン変性エポキシ樹脂系を用いてスプレーで塗布して厚さ２０〜２５μｍの複合防食性塗膜を形成し、耐酸性、密着性、耐水密着性、耐食性及び金属層の這い上がり現象を測定した。その結果を表１に示す。前記防食性塗膜は、いずれも１３０℃の温度で約１０分間硬化させたもので、具体的な方法は表１のとおりまとめた。

表１の実施例１、２及び３に示すように、本発明の複合コーティング組成物は、耐酸性、耐水密着性、耐食性などに優れるが、比較例１及び２の組成物で被覆された防食塗膜は全ての特性が非常に悪かった。これは金属粉末として使用されたアルミニウムマグネシウム合金の大きさ、ゾルゲル樹脂の特性、及び前述した組成物の比率などに起因するものと思われる。

以上、本発明の様々な実施例について説明したが、本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の概念を逸脱することなく変形を加えることが可能である。それらの変形は本発明の範囲に属する。

前述した発明に対する権利範囲は、以下の特許請求の範囲で定められるものであって、明細書本文の記載に拘束されない。特許請求の範囲と均等の範囲に属する変形と変更はいずれも本発明の範囲に属する。

Claims (7)

1. アルミニウム、マグネシウム及びその合金よりなる群から選ばれる少なくとも一つの金属粉末と、
   ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート、ジルコニウムブトキシド、イソプロピルチタネート、及びその混合物よりなる群から選択される第１ゾルゲル樹脂と、
   トリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、及びｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、及びその混合物よりなる群から選択される第２ゾルゲル樹脂と、
   溶媒とを含んでなり、
   前記金属粉末は１００〜１６０重量部、前記第１ゾルゲル樹脂は３５〜６０重量部、前記第２ゾルゲル樹脂は１６５〜２５０重量部、前記溶媒は６０〜９０重量部であり、
   前記金属粉末は、アルミニウムマグネシウム合金７０〜１００重量部とアルミニウム３０〜６０重量部とから構成される、省エネルギー型防食用金属塗膜組成物。
2. 前記第１ゾルゲル樹脂は、ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート２０〜３０重量部、ジルコニウムブトキシド１０〜２０重量部、及びイソプロピルチタネート５〜１０重量部から構成される、請求項１に記載の省エネルギー型防食用金属塗膜組成物。
3. 前記第２ゾルゲル樹脂は、トリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート３０〜５０重量部、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン５０〜７０重量部、及びｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン５０〜７０重量部から構成される、請求項２に記載の省エネルギー型防食用金属塗膜組成物。
4. 前記溶媒はアセトンである、請求項３に記載の省エネルギー型防食用金属塗膜組成物。
5. アルミニウム、マグネシウム、及びその合金よりなる群から選ばれる金属粉末を、溶媒に２〜３時間混合する金属粉末分散手順と、
   前記金属粉末分散手順の混合物に、ジルコニウムテトラ−ｎ−ブタノラート、ジルコニウムブトキシド、イソプロピルチタネート、及びその混合物よりなる群から選ばれる第１ゾルゲル樹脂を添加し、３〜５時間、３００〜４００ｒｐｍで攪拌する第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順と、
   前記第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順の混合物に、トリ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）イソシアヌレート、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、及びその混合物よりなる群から選ばれる第２ゾルゲル樹脂を添加し、４〜７時間、１００〜２００ｒｐｍで攪拌する第２ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順とを含んでなる、省エネルギー型防食用金属塗膜組成物の製造方法。
6. 前記第１ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順における温度は１５〜２０℃に維持する、請求項５に記載の省エネルギー型防食用金属塗膜組成物の製造方法。
7. 前記第２ゾルゲル樹脂混合及び攪拌手順における温度は１０〜１５℃に維持する、請求項６に記載の省エネルギー型防食用金属塗膜組成物の製造方法。