KR100331344B1 - 이온전도제,전기화학적활성금속의음극방식시스템및이에따라방식처리된구조물 - Google Patents

Abstract

이온 전도성 작용제는 양극 용해되기 쉬운 금속의 부동태를 감소시키기 위한 수단을 구비한다. 이온 전도성 작용제(30)는 부식으로 부터의 보호 대상 금속(60)과 소모되어 음극 피복을 제공하는 금속(20) 사이에 배치된다. 상기 2개의 금속간 전기적 연결부(80)는 갈바닉 회로를 완성한다. 부동태 감소 수단은 소모 대상 금속 이온을 위한 복합 작용제(40)이거나, 혹은 양극 금속의 용해가 계속적으로 이루어지도록 하는 이온 전도성 매체의 능력에 영향을 미치는 이온의흐름을 제한하기 위한 막일 수 있다. 이온 전도성 작용제 및 그 작용제를 사용하는 음극 피복 시스템은 부식 환경에 노출되어 있는 교량, 고속도로, 주차 시설, 발코니 등과 같은 콘크리트 구조물의 보강봉을 음극 피복시키기 위한 갈바닉 회로에 특히 적합하다.

Description

이온 전도제, 전기화학적 활성 금속의 음극 방식 시스템 및 이에 따라 방식 처리된 구조물

토목 공학 분야에서 전기화학적 활성 금속(galvanically active metal)의 산화에 의한 부식 작용으로 야기되는 경제적 손실은 결코 낮게 평가할 수 없다. 교량, 주차장, 발코니 및 그 밖의 보강 콘크리트 구조물은 그 콘크리트 구조물 내의 보강 금속의 부식에 기인하는 취약 구조에 언제나 민감하다.

부식되지 않은 보강 봉보다 큰 부피를 차지하는 부식된 보강 봉(bar 혹은 rebar)에 의해 일정 상황에서 취약 구조가 초래된다. 부식된 봉이 차지하는 큰 체적은 콘크리트 내에 응력을 발생시켜 크랙을 유발한다. 크랙은 콘크리트의 체적에 침투한 염분에 추가적으로 노출되어 부식이 더 일어나게 한다. 부식의 악순환, 응력, 크랙은 상기 구조의 파괴에 이를 때까지 가속된다.

콘크리트 보강 금속 구조물의 취약화를 방지하기 위해, 콘크리트 구조물 내의 보강 봉을 음극 방식하기 위한 희생용의 전기화학적 활성 금속/접착제 양극 테이프 시스템 기술이 개발되었다. 이러한 양극 테이프 시스템은 통상 감압식 접착제인 이온 전도제에 의해 콘크리트에 고착되는 실질적으로 아연과 철 성분을 갖는 보강 금속 봉을 전기적으로 연결시킴으로써 형성된 갈바니 회로(galvanic circuit)내에서 아연과 같은 금속을 희생시키도록 구성된다. 그러나, 이 시스템에서는 보강 봉의 음극 방식이 아연 금속의 희생이 완료되기 이전에 중지되는 결점이 존재한다. 음극 방식 시스템의 유효 수명은 금속의 두께에 의존하며, 음극 방식이 중단되지 않는 한 10-20 년 동안 방식 효과가 지속될 수 있다.

미국 특허 제5,183,694호에는 염화물 이온과 같은 루이스 강염기 및/또는 10 이하로의 pH 감소에 의해 발생하는 부식과 대기중의 이산화탄소가 콘크리트에 침투하여 발생하는 콘크리트의 탄화에 의한 부식에 대한 보강 콘크리트의 부식 억제에 대한 전반적인 논의가 개재된 바 있다.

미국 특허 제5,225,058호에서는 음극 방식의 효과에 대해 또 다른 논의가 있었으며, 여기서는 예응력 상태의 콘크리트 구조물 내의 고장력강이 보강 시스템에 의해 보호되는 경우의 수소 취성에 대한 문제점을 다루고 있다.

미국 특허 제4,095,015호에는 착화제를 양극 또는 음극으로 공급하여 조작/상 계면의 억제 또는 부동태화를 억제하는 갈바니 1차 전지가 개시되어 있다.

유럽 특허 제0 180 431호에는 부식성 재료로 이루어진 모재 표면을 갖는 물체에 대해 개시되어 있는 데, 모재 표면은 전기 전도성을 갖는 고체 매트릭스로 이루어지고 적어도 루이스 염기와 1종 이상의 수용성 브론스테드산(Bronsted acid)간의 반응에 의해 형성되는 내식 조성의 밀착 보호층으로 되어 있으며, 여기서 매트릭스는 원소 금속 또는 그 합금에 결합되며, 상기 매트릭스와 금속은 각각 전해질과 희생 양극으로서 사용된다.

본 발명은 이온 전도제(ionically conductive agent), 전기화학적 활성 금속(galvanically active metal)의 음극 방식(防蝕) 시스템 및 상기 전도제를 이용한 음극 방식 방법, 그리고 그것들을 이용한 방식 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 이온 전도제를 사용한 본 발명의 음극 방식 시스템의 횡단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예의 이온 전도제를 사용한 본 발명의 음극 방식 시스템의 횡단면도이다.

도 3은 pH 11에서의 아연에 대한 전류-전압 사이클에 대한 그래프로서, 본 발명에 따른 이온 전도제에 착화제를 사용했을 때의 개선을 보여주고 있다.

도 4는 pH 11에서의 아연에 대한 전류-전압 사이클에 대한 그래프로서, 본 발명에 따른 이온 전도제에 착화제를 사용했을 때의 개선을 보여주고 있다.

[실시예]

방식 대상 금속

본 발명은 아무런 조치가 없었을 경우 주변의 부식 작용에 민감한 금속을 방식시키기 위한 구성을 취한다. 주변 분위기는 공기, 토양, 담수 혹은 염수, 기타 자연 발생적이거나 인위적인 부식 환경에 노출될 수 있다.

방식 대상 금속은 비금속 또는 금속 조성의 구조물 내에 삽입될 수 있다.

방식 대상 금속은 기타 화합물을 전혀 포함하지 않는 구조물일 수 있다. 금속이 주변의 부식 환경에 직접 노출되는 경우, 양극 용해되는 금속의 부동태를 감소시키기 위한 수단을 필요로 하는 일이 없이 이온 전도성 매체에 직접 접촉될 수 있다.

방식 대상 금속의 비한정적 예시로서, 도로용 콘크리트, 주차장, 교량, 발코니를 갖춘 콘크리트 빌딩에 매립되는 금속 보강 봉 혹은 메쉬(mesh) , 파이프라인과 터널과 터널 입구와 배수거(渠)와 같은 땅속에 매립된 금속 구조물, 교각과 파이프라인과 드릴링 플랫폼과 기타 해상 구조물과 같이 담수 혹은 해수에 접촉되어 있는 콘크리트 내에 매립된 금속 구조물, 조각상(statue)과 교량과 노출된 철 구조물과 같이 공기에 노출된 금속 구조물, 차량의 본체 패널과 차대와 머플러와 같이 부식에 특히 민감한 금속 구조물 등이 포함된다.

방식 대상 금속은 통상적으로 철과, 염분 특히, 염소 이온에 의한 부식되기쉬운 강 및 그 합금을 포함하는 다양한 형태이다. 특히, 본 발명에 따라 콘크리트에 매립된 철 보강 봉["rebar(리바아)"]의 부식을 방지할 수 있다.

상기 리바아(rebar)는 콘크리트를 붓기 전에 2개 이상의 층이 성형 틀에 놓여진다. 이러한 리바아 층들은 금속 와이어 혹은 스트랩을 사용하여 층 내에서 기계적으로 연결된다(이로써 층 내에서 전기적으로도 연결된다). 이러한 층들은 마찬가지로 적어도 한 위치에서 연결된다(이로써 층 사이의 전기적 연결도 이루어진다) 외부 환경으로부터 염분이 콘크리트의 노출면으로 침투하여 그 위치에서 리바아의 피복을 파괴하여 부식을 초래한다. 부식된 지점과 부식되지 않은 지점간에 생긴 pH 차이로 인하여 부식 지점의 부식이 가속화한다. 부식된 리바아는 부식되지 않은 리바아보다 큰 체적을 차지하게 된다. 부식된 리바아가 점유한 큰 체적은 콘크리트 내에 응력을 발생시켜 균열을 유발한다. 균열로 인해 보다 많은 콘크리트 표면이 콘크리트 용적을 파고드는 염분에 노출됨으로써 부식이 더 발생하게 된다. 부식, 응력, 균열 발생의 악순환은 구조물의 파괴에 이를 때까지 가속된다.

방식 대상 금속은 어떠한 3차원 형태의 콘크리트 주형 내에도 매립될 수 있다. 본 발명의 작용은 콘크리트내의 리바아를 방식하는 데 특히 적합한데, 그것은 본 발명의 이온 전도제가 pH가 7 이상, 통상적으로는 13 정도인 콘크리트에 접촉되어 있는 이온 전도성 매체를 통해 양극 용해되는 금속의 부동태를 감소시키도록 작용하기 때문이다.

희생 금속

양극 용해되는 전기화학적 활성 금속은 방식 대상 금속에 의존한다. 본 발명에 따라 선택된 전기화학적 활성 금속은 방식 대상 금속 보다 용해 포텐셜이 높아야 한다. 예로써, 본 발명의 시스템에 의해 방식되는 금속이 철인 경우, 마그네슘, 알루미늄, 아연 등은 본 발명에 사용되는 전기화학적 활성 금속으로서 받아들여질 수 있다. 상기 3가지 금속 중에 아연이 특히 바람직하다.

전기화학적 활성 금속은 순수 금속이나 혹은 그 합금일 수 있으며, 이때 상기 합금내의 적어도 하나 이상의 금속의 용해 포텐셜은 방식 대상 금속 보다 크다.

전기화학적 활성 금속은 플레이트로서 자체 지지될 수 있거나 불활성의 기재에 적층 혹은 코팅될 수 있다. 전기화학적 활성 금속은 단속적인 스트립으로 방식 대상 구조물 위에 연속적으로 배치되고, 그 두께는 균일하거나 불균일할 수 있다. 전기화학적 활성 금속의 모든 치수는 방식 대상 구조물의 입체 구조에 따른다.

전기화학적 금속의 두께는 본 발명에 따른 시스템에서의 음극 방식의 지속 시간을 조절한다. 전기화학적 활성 금속은 방식 대상 금속을 희생 금속에 전기적으로 연결하여 형성되는 갈바니 회로가 완성되면 금속이 이온 전도제에 용해됨으로써 희생된다.

콘크리트내의 리바아를 음극 방식시키는 바람직한 실시예에서, 전기화학적 활성 금속은 아연이며, 그 두께는 약 0.1 ∼ 5 mm이며, gage #38 ∼ 6로 시판되고 있다. 상기 전기화학적 금속은 두께가 0.5 ∼ 2.5 mm인 것이 바람직하며, 그 두께에서 상기 금속은 방식 대상 구조물의 형태를 형성하거나 적층하는 데 비교적 용이한 박판(foil) 형태이므로 gage #18인 것이 바람직하다. 음극 방식을 지속시키는 두께에는 상한이 없으며 단지 시스템이 방식 대상 구조물에 접촉되도록 하는 실제적인 한계만이 존재한다. 시스템을 교환하기까지는 구조물에 대해 약 10년간의 방식 효과가 지속되는 것이 바람직하다.

선택적으로, 전기화학적 활성 금속 혹은 그 합금은 요구되는 음극 방식 기간에 필요한 두께에 따라, 폴리올레핀 필름 같은 불활성 기재에 도포되거나, 잉크나 도료 중에 함유되거나, 잉크나 도료로서 도포되거나, 금속의 퇴적(deposition)에 의해 도포될 수 있다.

선택적으로, 미적인 필요성과 음극 방식 시스템의 부가적인 방식을 위해 음극 방식 시스템은 방식 대상 구조물에 매립되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 시스템은 희생 금속의 노출된 표면을 에폭시 도료 같은 밀봉 도료로 도장하는 것에 의해 주변 분위기로 부터 방식될 수 있다.

이온 전도제

본 발명의 이온 전도제에는 이온 전도성 매체와, 양극 용해되는 금속의 부동태를 감소시키기 위한 수단이 포함된다.

상기 이온 전도성 매체는 이온 전하를 전달할 수 있다면 어떤 매체라도 관계없다. 이온 전도성 매체는 반응성이 양호하고, 치수 안정성이 있고, 방식 대상 금속의 표면 혹은 그 금속이 매립되는 구조물에 실질적으로 접촉할 수 있는 것이 좋다. 이온 전도성 매체는 희생 금속과도 잘 맞는 것이다.

이온 전도제는 갈바니 회로의 양극과 음극간의 작용제로서 사용되며, 양극 표면에 부동태층이 형성되는 것을 억제한다. 갈바니 회로의 음극은 방식 대상 금속이고 양극은 용해를 통해 희생되는 금속이다.

이온 전도성 매체의 비한정적 예시로서 고무질, 히드로겔, 친수성의 감압식 접착제와 같은 천연 및 합성의 탄성 중합체(彈性重合體, elastomer) 등이 있다.

이온 전도성 및 구조와의 적합성 모두가 얻어지도록 본 발명의 이온 전도성 매체는 히드로겔인 것이 바람직하다.

본 발명의 히드로겔 이온 전도성 매체의 비한정적 예시로서, 폴리아크릴 산, 폴리(메타)아크릴 산, 폴리알킬렌 산화물, 폴리비닐 알코올, 폴리(N-비닐 락탐), 폴리아크릴아미드, 폴리(메타)아크릴아미드, 그리고 미국 특허 제5,270,358호에 개시된 하이드로콜로이드와 팽창 작용제로 이루어진 겔(gel) 등이 포함된다.

본 발명의 이온 전도성 매체는 이온 전도성이면서 친수성의 감압식 접착제인 것이 특히 바람직하다. 친수성 감압식 접착제의 비한정적 예시로서, 미국 특허 제 4,524,087; 4,539,996; 4,554,924; 4,848,353호(이상 Engel에게 허여); 5,225,473호(Duan에게 허여): 5,276,079호(Duan 등에게 허여); 유럽 특허 공보 제0 542 294 Al(3M에게 허여) 등에 개시된 이온 전도성의 감압식 접착제 조성물과, 미국 재발행 특허 제31,454호(Hymes에게 허여); 4,391,278호(Cahalan에게 허여); 4,699,146; 4,750,482호(이상 Sieverding에게 허여): 4,635,642호 등에 개시된 접착제가 포함된다.

본 발명은 미국 오하이오 위클리프 소재 루브리졸사(社) 제조의 염 형태의 아크릴아미도-2-메틸 프로판 술폰산("AMPS")으로 되어 있는 감압식 폴리머 접착제 또는 미국 특허 제4,848,353호(Engel)에 개시된 N-비닐-피롤리돈/아크릴 산 감압식 공중합체 접착제를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

선택적으로, 상기 매체에 튼튼한 막이나 다른 보강재를 제공함으로써 이온 전도성 매체에 치수 안정성을 제공할 수 있다. 튼튼한 막의 비한정적 예시로서 전술한 Engel의 특허에서 무용매 처리에 의한 접착제 형성에 사용되는 것이 개시되어 있다.

또한 선택적으로, 일정량의 전해질을 매체에 첨가함으로써 이온 전도성 매체에 이온 전도도를 증가시킬 수도 있다. 알칼리 금속의 할로겐 염은 통상 매체의 약 10 중량% 미만으로 포함되는 것이 좋다. 또, 상기 Engel 특허와 Duan 특허에서는 친수성의 감압식 접착제에 사용될 수 있는 전해질이 개시되어 있는데, 특히 바람직한 전해질로써 LiCl이 있다.

양극 용해되는 금속의 부동태를 감소시키기 위한 수단

본 발명의 일 실시예에서, 부동태 감소를 위한 수단은 전기화학적 활성 금속의 이온을 희생 금속으로부터 방식 대상 금속으로 전달하는 것을 촉진하는 금속 착화제이다. 그러한 착화제는 상용되는 것으로, 양극 용해되는 금속의 부동태를 감소시키는 데에도 유용하다.

이러한 착화제들은 상기 반응식 1에 따라 부동태 층을 형성하게 되는 전기화학적 활성 금속의 석출을 방지한다. 부동태 층의 형성은 갈바니 회로의 전류 흐름을 조기에 차단한다.

본 발명의 이온 전도제에 유용한 착화제들은 양호한 분산 작용을 갖거나 그렇지 않으면 이온 전도성 매체를 통해 전기화학적 활성 이온의 전달을 조절하도록 하는 방식으로 이온 전도성 매체에 용해되는 착화제이다. 일부 착화제들은 동일한금속 이온에 대해 착화제의 여러 부분에서 다수의 착화 작용이 행해지도록 하는 적절한 크기를 갖는다. 다른 착화제들은 전기화학적 활성 금속 이온에 대한 착물화 작용이 한 곳에서 행해진다.

착화제들은 확산이 자유로운 분자성 착화제와 이온 전도성 매체에 잔류하는 폴리머 착화제로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다.

크기가 작은 착화제의 비한정적 예시에는, 에틸렌디아민 테트라아세트 산 및 그 염류(鹽類)(집합적으로 "EDTA"), NaCN 및 KCN 과 같은 시안화 화합물, NaSCN 및 KSCN 과 같은 티오시아네이트(thiocyanate) 화합물 등이 있다.

중합체 착화제의 비한정적 예시로서, 폴리(비닐 아민), 폴리(알릴 아민), 폴리(알킬렌 아민), 폴리(에틸렌이민)("PEI"), 폴리(비닐 피리딘), 폴리(비닐 피롤), 폴리(N-비닐 락탐), 폴리(알킬렌 산화물)가 있다.

이러한 착화제들 중 PEI는 상업적 유용성과, 낮은 가격과, 보강 콘크리트의 구조물의 pH에 부합하는 pH 범위에서의 착물화 능과, 수용액 형태로서의 유용성과, 이온 전도성 매체에 사용되는 바람직한 친수성의 감압식 접착제와의 비반응성과, 갈바니 회로의 수명이 지속되는 동안 유지되는 전기화학적 안정성 등의 이유로 현재 바람직하게 사용되는 작용제이다.

착화제들은 용해된 금속에 대한 착화제로서 사용되도록 어떠한 유효 중량 %로도 이온 전도성 매체에 첨가될 수 있으며, 이온 전도성 매체의 약 1 - 15 중량 % 정도가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 약 3 ∼ 6 중량% 정도이다.

전술한 바와 같이, 착화제는 금속의 용해로 형성된 금속 이온을 안정화시킴으로써 희생 금속의 부동태를 감소시킨다, 그러한 안정화 작용은 금속 이온의 용해 작용과, 희생 금속의 표면 혹은 그 근처에서 부동태층이 형성되는 것을 방지하는 작용 모두를 포함한다.

이온 선택성 박막

본 발명의 제2 실시예에서는 양극 용해되는 희생 금속의 부동태를 감소시키는 수단이 이온 전도성 매체의 전기화학적 활성 금속 이온과 무관하다. 제2 실시예는 오히려 방식 대상 금속과 희생 금속 사이의 계면에 계속적으로 작용하는 이온 전도성 매체의 pH를 유지시키는데 관한 것이다. 이온 선택성 박막에서는, 부동태 층을 형성시킬 수도 있는 석출 현상 없이 금속의 용해가 진행될 수 있는 범위에서 이온 전도성 매체의 pH가 유지되도록 수산화 이온의 흐름이 억제되며, 그렇지 않은 경우 이온 전도성 매체의 적당한 pH가 변화된다. 선택적으로, 이온 전도성 매체의 pH를 유지시키는 수소 이온의 흐름을 억제할 수도 있다.

이온 전도성 매체가 다른 pH를 갖는 구조물에 실질적으로 접촉하여 반응하는 감압식 접착제인 경우, 감압식 접착제의 pH는 상기 구조물과 접착제 사이의 OH^-와 H⁺이온 교환에 의해 변화한다.

자연 발생적인 pH가 약 12-13 에 이르는 콘크리트 내에 매립된 금속을 방식하기 위한 바람직한 실시예에서, 수산화 이온이 상기 콘크리트로부터 회생 금속 쪽으로 흐르는 것을 방지하기 위해 이온 전도성 매체에 박막을 채용할 수 있다. 역으로, 수소 이온이 희생 금속으로부터 방식 대상 금속 쪽으로 흐르는 것을 방지할 수있다. 상기 2가지 형태의 막에 있어서, 이온 전도성 매체의 pH를 유지시키는 목적은 석출된 금속 수산화물의 부동태층 형성 저지를 유지하는 것은 물론, 전기화학적 활성 금속의 이온으로의 용해와 갈바니 회로에서의 이온 전하의 전달도 촉진하는 것이다.

이온 선택성 박막은 OH^-혹은 H⁺이온 이외에도 희생 금속 이온이 투과할 수 있는 어떤 종류의 박막일 수도 있다. 막은 이온 전도성 매체에서 화학적으로 안정되고, 치수가 안정되며, 전도성이 높고, 그렇지 않은 경우 음극 방식, 전기 도금, 전지 등에 사용되는 갈바니 회로에서의 열화에 저항하는 내성을 갖는 것이 바람직하다.

막은 OH^-와 H⁺이온 모두에 불투과성이고 그 밖의 다른 이온들에게는 투과성을 갖는 어떤 종류의 막일 수도 있다.

수산화물 장벽 박막은 이온 종속 그룹을 갖는 친수성의 중합체성 또는 다공질의 이온 교환 막으로 형성될 수 있다. 그러한 막의 비한정 예시로서는 카르복실, 술폰, 술폰아미드, 포스폰(phosphonic), 혹은 나이트레이트(nitrate) 그룹 등을 갖는 박막이 포함된다. 그러한 막들은 쉽게 입수할 수 있다.

본 발명에 유용한 수산화물 장벽 박막의 비한정적 예시로서, RAI 리써치사 제품인 RAI^TM양이온 교환 막, 또는 미국 델라웨어 윌밍톤에 소재하는 E.I.DuPont 제품인 Nafion^TM박막 등이 있으며, 이들 박막 모두는 뉴욕 이스트 암허스트에 소재하는 Electrosynthesis에서 구입할 수 있다.

수소 이온 장벽 박막은 친수성, 중합체인 막이고, 아민과 같은 종속 그룹을 박막일 수 있다.

보강 콘크리트의 음극 방식

본 발명의 바람직한 사용례는 보강 콘크리트, 특히 그러한 콘크리트에 삽입된 리바아(rebar)를 음극 방식시키는 것이다. 당업자들이 잘 알고 있는 바와 같이, 철제 리바아를 음극 방식시키기 위해 희생 아연 양극을 콘크리트 구조물에 사용함으로써 갈바니 회로를 만들어낼 수 있다. 이온 전도성 접착제는 음극 방식을 위해 그러한 희생 아연 양극을 콘크리트 구조물에 부착시키는데 사용될 수 있다.

기존 접착제의 주요 문제점은 아연과 접착제 사이의 아연 전극의 부동태를 촉진하는 아연 산화 반응에 의한 생성물이 형성되어 기본적으로 수명이 짧다는 점이다. 아연 전극의 부동태는 알칼리성 pH 상태에서 형성되는 수산화아연과 산화아연과 같은 불용성 생성물의 형성에 기인한다.

본 발명을 통해, 통상적인 콘크리트의 pH가 11-13 사이의 범위에 있기 때문에 접착제가 콘크리트에 가해진 이후 접착제의 pH는 약 4로부터 상승하여 100시간 이내에 대략 콘크리트의 pH로까지 상승할 것임을 알 수 있다. 이러한 고유의 pH 상승으로 인해, 상기 반응식 1에 따른 부동태층의 형성은 양극 용해되는 금속의 부동태층의 형성을 감소시키기 위해 제공된 수단이 없다면 피할 수가 없게 된다.

전술한 바와 같이, 양극 용해되는 금속의 부동태층 형성을 감소시키기 위한 이러한 수단에 대한 선택적 실시예가 존재한다. 도 1 및 도 2는 이러한 선택적 실시예를 나타내고 있다.

도 1에서, 전술한 착화제를 전기화학적 전도 매체에 용해 혹은 분산시킴으로써 부동태화 감소 수단이 제공된다.

도 1은 보강 콘크리트의 음극 방식을 위한 시스템(10)을 나타내고 있다. 시스템(10)에는 아연층(20)이 포함되어 있다. 희생 층(20)은 착화제(40)가 분산 혹은 용해되어 있는 감압식 이온 전도성 접착제(30)에 접촉된다. 전도성 접착제(30)는 기계적으로 연결된 2개 층의 리바아(60)가 삽입되어 있는 콘크리트(50)에 접촉하고 있다. 단부(70)로부터 삐져나온 부분은 전기적 연결부(80)로서, 보강 봉(60)을 희생 층(20)에 전기적으로 연결시킨다. 갈바니 회로는 리바아(60)로부터 연결부(80)를 통해 희생 층(20)으로 이어져 이루어지고, 이 희생층(20)으로부터 보강 봉(60)쪽으로의 이온 이동에 의해 완성된다. 착화제(40)가 없으면, 수산화아연은 접착제(30)와 접촉하는 층(20)의 표면(25)에 또는 그 근처에 형성된다. 상기 표면(25) 또는 그 근처에 수산화아연이 연속적으로 형성된 후에, 갈바니 회로는 리바아(60)를 부식 효과로부터 보호하도록 설계된 층(20)이 소모되기 이전에 그 작용을 멈추게 된다.

선택적으로, 낮은 전도성을 갖는 콘크리트 내 리바아의 방식을 증진시키기 위해, 갈바니 회로에서 낮은 전도성을 갖는 콘크리트에 적당한 전류 밀도를 부여하도록 전력 공급 장치(90)가 리바아(60)와 층(20) 사이의 연결부(80)에 도입될 수 있다. 낮은 전도성은 춥고 건조한 날씨에 나타난다. 춥고 건조한 날씨에도 콘크리트 구조물은 고속 도로, 주차장 등에서의 염분 살포에 의해 발생되는 부식으로부터보호될 필요가 있다. 부식은 온도 및 습도의 상승에 따라 증가한다. 덥고 습한 날씨에서의 음극 방식은 선택 사항인 전력 공급 장치(90)를 필요로 하지 않을 수 있지만, 습하고 더운 환경, 특히 해수 근처에 위치하는 교량, 발코니, 기타 콘크리트 구조물에 있어서는 똑같이 유용하다.

제1 실시예에서, 희생 층(20)의 두께는 약 0.58 mm이고, 접착제(30)의 두께는 약 1.3 mm이며, 테이프 형태나 다른 적층 구조로 적용되거나 연속적으로 적용될 수 있다.

바람직한 음극 방식의 수명과 요구되는 주기적 피복의 반복에 따라, 여러 가지 금속 두께의 테이프가 노출된 콘크리트 표면을 덮도록 박판 혹은 랩(wrap)의 형태로 콘크리트 구조물에 제공될 수 있다.

특정 이론에 국한되는 일이 없이, 약 0.25 mm 두께의 층(20)을 갖추고 착화제(40)를 갖춘 매체(30) 형태로 되어 있는 본 발명의 이온 전도제는 약 1.1 × 10^-3mA/cm²의 전류 밀도로 콘크리트(50)에 매립된 리바아(60) 층에 약 10년간의 음극 방식을 제공할 수 있다. 최대의 유효 보호를 보장하기 위해 보강 콘크리트의 모든 부분을 본 발명의 음극 방식 시스템으로 덮는 것이 바람직하다.

도 2는 부동태화 감소 수단으로서 이온 선택성 박막을 채용하는 본 발명의 제2 실시예를 나타내고 있다.

시스템(100)은 도 1의 층(20)에 상응하는 층(120)을 구비하며, 이 층(120)은 이온 선택성 박막(140)에 의해 2개의 부분(130a, 130b)으로 분리된 이온 전도성 매체(130)로 이루어진 이온 전도제에 접촉되어 있다. 이온 전도성 매체(130b)는 2개 층의 리바아(160)가 삽입되어 있는 콘크리트(150)와 접촉하고 있다. 단부(170)로 부터 삐져나온 부분은 리바아(160)와 층(120) 사이의 전기적 연결부(180)이다. 선택적으로, 콘크리트의 전도성이 낮은 경우에 전력 공급 장치(190)가 부가될 수 있다. 전력이 공급됨으로써 전류 밀도를 유지하는데 충분한 범위를 기대할 수 있다.

이온 전도성 매체(130)내에 있는 막(140)의 위치는 제한이 없다. 그러나 막(140)은 수산화물 이온이 콘크리트(150)로부터 이온 전도성 매체(130a)로 흐르는 것을 최소화시키기 위해 콘크리트(150)에 매우 인접하게 배치되어야 하는 것이 바람직하다.

동일하거나 유사한 감압식 접착제가 양쪽 층(130a)(130b)에 사용되는 것이 바람직하지만, 이온 전도성, pH , 기타 특성이 상이한 다른 종류의 감압식 접착제를 층 사이(130a와 130b)에 마련할 수 있다.

전지 및 전기도금

본 발명의 용도는 아연/알칼리 전지 같은 알칼리성 수용액과, 다른 금속에의 아연 전기 도금으로 확장된다. 양 경우에 있어서, 아연 표면상에 부동태층이 형성되는 것을 최소화시키는 것은 중요한데, 그렇지 않은 경우 아연 양극의 용해가 방해를 받는다. 알칼리성 용액에서, 부동태 거동은 아연 양극의 고유 특성이다. 전류 밀도가 Zn(OH)²와 ZnO 의 형성을 유발하는 한계치보다 높은 경우, 아연 양극의 초기 용해에는 언제나 부동태가 수반된다. 따라서, 전술한 착화제를 사용하여 부동태를 감소시키는 수단을 사용할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였으며, 이하의 실시예를 통하여 본 발명의 예기치 않은 장점에 대해 설명하고자 한다.

실시예

실시예 1 - 0.95 M NaCl 용액 내에서 아연의 주기적 전압-전류 측정

주기적 전압 전류 측정은 3개의 구획으로 된 유리셀과 PARC 273A 포텐쇼스태트/갈바노스태트(Potentiostat/Galvanostat)를 사용하여 측정하였다. 인디아나 웨스트 라파예트에 소재하는 Bioanalytical Systems 사에서 입수할 수 있는 Kel-F^TM플라스틱 차폐물 내에 내장된 0.08 cm²의 아연 디스크를 작업 전극으로 사용하였다. 기준 전극과 상대 전극으로는 각각 표준 염화 제1 수은 전극(SCE)과 백금 와이어를 사용하였다. 0.95 M의 NaCl 수용액을 기초 용액으로 선정하였고 용액의 pH는 NaOH 혹은 HCl로 조절하였다. 실험은 공기 분위기에서 상온(22℃)으로 수행하였다. 주기적 전압 전류치는 개방 회로 포텐셜에서 출발하는 포텐셜을 5 mV/s의 속도로 스캐닝하여 얻었다. 도 3과 도 4는 서로 다른 pH 11과 pH 13에서 PEI 를 포함한 용액과 포함하지 않은 용액 사이의 결과를 비교한 것이다.

상기 PEI(분자량 60,000 Daltons)는 수용액 총중량에서 5 중량 % 정도의 양으로 첨가되었다. PEI는 알드리치 케미칼사에서 입수 가능한 것이다.

PEI를 첨가하지 않은 용액에서, 아연 금속이 Zn²⁺과 전자로 용해되는 것에 관련하여 전류가 약 -0.90 V 와 pH 11에서 급격하게 증가되는 것이 관찰된 한편,pH 13에서는 상기 반응식 1에서 설명된 반응과 관련하여 단지 소폭의 전류 상승 단계가 -1.2 V 와 -1.4 V 사이의 전위에서 관찰되었는데, 이것은 아연 전극이 pH 13에서 용해된 직후에 부동태화되었음을 가리킨다. 그러나, PEI가 첨가된 용액에서는 아연의 용해 거동이 급격하게 변화되었다. pH 11에서는 급격한 전류 증가 이외에도 커다란 비대칭 전류 피크가 PEI 첨가 용액에서 발견되었다. PEI 첨가 용액에서의 부가 피크는 PEI와 생성된 Zn²⁺의 강력한 상호 작용의 결과이다. pH 13에서는 PEI 첨가 용액에서 -1.2 V 와 -1.4 V 사이에서의 커다란 비대칭 피크와 -0.8 V에서의 전류의 급격한 증가 모두가 관찰되었으며, 이는 아연 전극이 PEI 의 존재로 인해 이 pH에서 더 이상 부동태화되지 않는다는 것을 나타낸다. PEI를 사용함으로써 얻어지는 다음의 2가지 장점이 확실하게 증명되었다;

(i) 착화제는 아연 용해 반응이 보다 음의 전위(아연은 통상적으로 전지와 음극 방식 시스템에서 음극 전극으로 사용되기 때문에 전위가 보다 음(陰)을 나타낼 때 효율이 더욱 좋아진다)에서 광범위하게 일어나게 해준다.

(ii) 착화제는 pH 13에서 아연의 부동태화 과정을 억제한다.

실시예 2 - 0.1 N NaOH 를 함유한 0.95 M NaCl 용액에서 단락 회로(short circuit) 테스트

한 조각의 아연 박판과 강 박판을 플라스틱 비이커 내에 있는 0.1 N NaOH를 함유한 0.95 M NaCl 용액에 담그었다. 용액에는 5 중량 %의 PEI가 첨가되어 있다. 2개의 박판 모두 서로 나란하고 6 cm의 상호 간격을 두고 분리되어 있다. 2개의 박판 사이를 전기적으로 연결시킨 후에 시스템을 일주일간 관찰하였다. PEI를 함유하는 용액에 있어, 일주일간 지속된 테스트가 진행되는 동안 강 박판에서는 기포가 발생했는데, 이는 광범위한 전류 흐름이 일어났음을 나타낸다. 가스는 수소라고 추측될 수 있다. 전 테스트가 진행되는 동안 용액은 여전히 깨끗하였다.

비교를 위해, PEI를 첨가하지 않은 0.1N NaOH 함유 0.95M NaCl 용액을 대상으로 하여 실험을 반복 수행하였다. PEI를 첨가하지 않은 용액에서는 기포가 발생하지 않았으며, 이는 전류 흐름이 소폭으로 일어났음을 나타낸다.

일주일간의 테스트 이후에 아연 전극과 용액 내에는 상당량의 백색 석출물이 생성되었다. 백색 석출물은 불용성 Zn(OH)²의 형성과 연관된 것으로 추측될 수 있었다. PEI 첨가 용액과 PEI 비첨가 용액에 대한 이러한 비교 실시예를 통해 PEI는 아연 용해 반응 속도를 증가시키고 반응 생성물을 용해시킨다는 것이 분명하게 증명되었다.

비교예 3과 실시예 4 - 40℃, 80% 상대 습도의 습한 챔버에서의 콘크리트 블록에 대한 테스트

감압식 접착제에 착화제가 포함된 실시예 4에서 도 1에 따른 구성에서의 이온 전도제는 비교예 3의 착화제를 포함하지 않는 감압식 이온 전도성 접착제와 비교되었다. 2가지 경우 모두, 한 조각의 아연 박편(8.84 cm², 두께 0.5 mm)을 이하 설명하는 접착제 중의 하나를 사용하여 콘크리트 블록에 부착하였다.

비교예 3의 접착제는 1.265 g의 KCl을 50%의 아크릴아미도-2-메틸-프로판술폰 산, 나트륨 염 용액("AMPS")의 50 % 수용액(미국 오하이오 위클리프에 소재하는 루브리졸 사의 제품인 2405 용액으로써 구입 가능) 30.00 g에 용해시킨 후에, 이어서 30.16 g의 글리세린, 0.06 g 의 N,N'-메틸렌에비스아크릴아미드, 0.06 g의 2,2-디메톡시-2-페닐-아세토페논, 0.48 g의 아크릴 산을 첨가하여 마련하였다. 0.4 mm 두께의 폴리(테트라플르오로에틸렌) 가스켓 셀(cell), 2개의 유리판, 실리콘 처리된 2개의 폴리에스터 릴리스 필름(두께 0.05 mm)을 조립하여 클램프로 서로 고정시켰다. 용액은 질소 세정되고 주사기에 의해 0.4cm 두께로 조립된 셀안으로 주입되었다. 그 이후에 1.2 mW/cm²의 평균 강도로 20 W 350 nm의 주사광(실바니아 사에서 구입 가능한 Model F20T12 350BL)을 30분 동안 용액에 조사하였다.

실시예 4의 접착제는 24.25g의 AMPS(비교예 3의 것)에 1.02 g의 KCl을 용해시킨 후, 24.25 g의 글리세린, 0.048 g의 N,N'-메틸렌에비스아크릴아미드, 0.048 g의 2,2-디메톡시-2-페닐-아세토페논, 0.384 g의 아크릴 산, 및 5.01g의 PEI 용액(알드리치 케미칼사의 분자량 60,000 Daltons의 50% 수용액)을 첨가하여 준비하였다. 용액은 비교예 3과 동일한 방법으로 중합화하였다.

비교예 3과 실시예 4의 접착제를 준비한 후에, 아연 박편과 접착제의 수명을 테스트하기 위해 이들 각각을 아연 박편과 콘크리트 테스트 블록에 접착하였다.

콘크리트 테스트 블록은 길이가 25.4cm, 폭이 15.24cm, 높이가 12.7cm이고 4개의 리바아가 내장된 것이다. 리바아는 콘크리트 내의 길이가 25.4 cm이고, 콘크리트 외측으로 6cm 정도 연장되었다. 콘크리트 테스트 블록의 5개 측면은 상부면만이 대기에 노출되고 나머지는 노출되지 않도록 하기 위해 에폭시 도료로 밀봉하였다. 콘크리트의 상부 6.35 cm에는 3.6 Kg/m³(6 lbs./yd³)의 염화물(콘크리트에 약 4Kg 정도의 NaCl이 섞인 형태로 제공됨)이 있었다. 콘크리트의 하부 6.35 cm에는 염화물이 섞여 있지 않았다. 리바아들은 콘크리트 내에서 약 5.08 cm간격으로 된 2열의 리바아가 약 7.62 cm 간격의 리바아 칼럼으로 배열되도록 구성되었다. 리바아의 제1 열은 콘크리트의 상반부에, 제2 열은 콘크리트의 하반부에 배치되었다. 리바아의 상부 열은 아연판이 부착된 콘크리트 블록의 상부로부터 3.81 cm 거리에 있었다.

리바아들은 도료를 벗겨낸 리바아의 단부면에 #14 gage의 구리 와이어를 접합시킴으로써 서로 전기적으로 연결되었다. 각기 예시된 아연 박판과 접착제에 대한 수명 테스트를 보조하기 위해, 전지 테스터(매크로사 제품)를 사용하였으며, 테스터 채널의 양극 단자를 아연 전극에 부착하고 음극 단자를 전기 연결된 리바아 세트에 연결시킴으로써 음극 방식 시스템에 에너지를 부여하였다.

시스템은 시스템의 전압 강하가 10 V에 도달될 때까지 1 mA의 전류로 충전되었다. 통과된 총 전하가 측정되었다.

PEI 착화제를 첨가한 실시예 4에서 통과한 총 전하는 38.7 mA-Hrs/cm²(실제 음극 방식 시스템을 위해서는 1.1 × 10^-3mA/cm²의 전류 밀도가 존재해야 한다고 가정했을 때 약 4.1년의 유효 수명을 기대할 수 있는 것으로 평가됨)인 것으로 측정 되었다.

PEI 착화제를 첨가하지 않은 비교예 3에서 통과된 총 전하는 28.7 mA-Hrs/cm²(실제 음극 방식 시스템을 위해서는 1.1 × 10^-3mA/cm²의 전류 밀도가 존재해야 한다고 가정했을 때 약 3.0 년의 유효 수명을 기대할 수 있는 것으로 평가됨)인 것으로 측정되었다.

이러한 직접적인 비교를 통해, 양극 용해되기 쉬운 금속의 부동태화 감소 수단으로서 PEI 착화제를 사용함으로써 음극 방식 시스템의 유효한 수명이 36% 정도 증가되었다는 것을 알 수 있었다.

실시예 5 - 5% NaCl을 함유한 0.1N KOH 용액의 테스트

양이온 교환 박막(일렉트롤리시스사 제품 RAI 1010)이 5% NaCl을 함유한 0.1 N KOH 용액을 담고 있는 유리셀의 측면 개방구(7 cm²)에서 O-링으로 밀봉되었다. 작은 조각의 PROMEON^TM이온 전도성 접착제(미네소타 미니아폴리스 소재 메드트로닉사 제품으로 두께가 0.43 mm)를 박막에 도포하고 그 접착제에 아연 박판(1 cm², 두께는 0.10 mm)을 부착하였다. 아연 박판을 양극으로 하고 많은 부분이 용액에 잠겨있는 백금 코팅된 티타늄 메쉬를 음극으로 하여, 실시예 3 및 4에서 쓰인 전지 테스터를 사용하여 상기 셀을 5 mA의 전류 밀도로 충전하였다. 27.5 mA-Hrs의 총 전하가 통과된 이후에 셀 전체에 걸친 전압 강하는 10 V에 달했다. 이 정도의 전하량은 1 mA/ft²혹은 1.1 × 10^-3mA/cm²의 전류 밀도가 실제 생산 시스템에 필요하다고 가정했을 때 3년간의 수명에 해당하는 것이다. 박막의 용액 측에서는 다량의 백색 석출물이 발견되었지만 접착제 측에서는 석출물이 관찰되지 않았다. 이것은 아연 산화 반응 생성물이 접착제로부터 막을 통해 실제로 전달되었음을 나타낸다.

비교예 6과 실시예 7 - 40 ℃와 80 % 상대 습도의 습한 챔버에 놓인 콘크리트 블록에 대한 테스트

양극 용해되기 쉬운 금속의 부동태화 감소 수단으로서 박막을 갖추고 있거나 갖추고 있지 않은 감압식 이온 전도성 접착제를 준비하였다.

비교예 6에서는 작은 조각의 아연 박판(7.7 cm2, 두께 0.5 mm)을 실시예 3 및 4에서 설명된 바와 같은 콘크리트 테스트 블록에 실시예 5에서 설명한 Promeon^TM접착제를 사용하여 부착하였다. 시스템은 아연 박판을 양극으로 하고 콘크리트 내의 리바아를 음극으로 하는 실시예 3 및 4에서와 같이 시스템의 전압 강하가 10 V에 이를 때까지 1 mA의 전류 밀도로 충전되었다.

비교예 6에서는 통과 전하는 9.18 mA-Hrs/cm²(실제 음극 방식 시스템을 위해서는 1.1 x 10^-3mA/cm²의 전류 밀도가 존재해야 한다고 가정했을 때 약 0.97 년의 유효 수명을 기대할 수 있는 것으로 평가됨)인 것으로 측정되었다.

실험은 실시예 5의 박막이 접착제에 포함되는 점을 제외하고 실시예 7에서도 반복되었다. 실시예 7에서는 통과 전하가 29.4 mA-Hrs/cm²(실제 음극 방식 시스템을 위해서는 1.1 × 10^-3mA/cm²의 전류 밀도가 존재해야 한다고 가정했을 때 약 2.11년의 유효 수명을 기대할 수 있는 것으로 평가됨)인 것으로 측정되었다.

이러한 직접적인 비교를 통해, 양극 용해되기 쉬운 금속의 부동태 감소 수단으로서 박막을 사용함으로써 음극 방식 시스템의 유효한 수명이 217 % 정도 증가되었다는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 전술된 실시예에 국한되지 않는다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위와 그 등가물에 미친다.

본 발명은 음극 방식에 있어서의 조기 중단 문제점의 원인과 그 해결책 모두에 관한 것이다. 본 발명에서 상기 음극 방식 조기 중단의 문제점은 아연 금속을 희생시키도록 설계된 갈바니 회로에서의 전류 흐름을 방해하는 비전도성 부동태 층이 갈바니 회로에서 아연과 그 아연이 접촉하는 매개층에 형성되는 것에 기인한다는 것을 알 수 있다. 부동태층이 완전히 형성되면, 아연 금속의 용해는 중단되어 음극 방식이 중단된다.

많은 전기화학 시스템에서 아연 금속의 용해 반응은 주위의 pH에 의존한다. pH가 대략 7보다 낮고 4-6 사이에 있을 때, 아연의 용해는 부동태층이 거의 형성되지 않고 진행된다.

pH 가 대략 7이상일 때, 아연의 용해는 다음의 반응식 1에 따라 발생한다:

반응식 1

이 경우, 수산화아연은 그 용해도 한계를 초과하여 석출된다. 이렇게 석출된 수산화아연은 부동태 층을 형성하여 아연 금속의 용해가 멈춰지고 또한 전류 이동 및 음극 방식이 중단된다.

본 발명은 부동태층이 형성되게 하는 조건들을 최소화시킴으로써 이 문제를해결한다. 상기 문제점에 대한 해결책에 사용되는 하나의 방법으로는 재료의 pH를 감소시켜, 부동태 층의 형성이 최소화되는 약 4-6의 pH에서 아연 금속을 용해시키는 것이다. 다른 방법으로는 부동태층이 될 수 있는 어떠한 석출물도 용해시키는 것이다.

본 발명은 이온 전도성 매체와 그 매체와 관계되어 양극 용해되는 금속의 부동태를 감소시키는 수단을 구비하고 있는 전기화학적 시스템에서의 전기화학적 활성 금속을 위한 이온 전도제를 제공한다.

상기 이온 전도제는 다른 재료와 접촉하는 이온 전도층 형태의 고체로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전도제는 전기 도금욕에 사용될 수 있는 액체 형태일 수도 있다.

본 발명의 일 측면에서, 양극 용해되는 금속의 부동태를 감소시키는 수단은 착화제를 사용함으로써 금속의 연속적 용해가 용이하게 이루어지도록 하고, 그렇지 않은 경우에 이온 전도성 매체와 접촉하는 금속 상에 부동태 층을 형성하게 될 금속 수산화물의 석출을 방지한다.

본 발명의 이온 전도제는 다양한 알칼리성 분위기에서 아연 용해 반응의 양극 활동을 촉진하는 방법을 제공한다. 이들 분위기의 비한정적 예시로서는, (1)아연 알칼리 전지와 아연 전기 도금욕에 사용되는 것과 같은 알칼리성 수용액과, (2) 콘크리트 구조물 내의 금속 보강 봉의 음극 방식을 위한 아연/접착제 양극 테이프 시스템에 사용되는 것과 같은 이온 전도성 히드로겔(hydrogel) 혹은 이온 전도성 감압식 접착제 등이 있다.

콘크리트는 자연 상태에서 약 11-13 의 pH 를 가질 수 있기 때문에 그 콘크리트에 접촉하는 어떤 테이프 시스템에서의 pH도 변화시킬 수 있는 가능성이 있다. 또한, 테이프 시스템의 pH는 수산화아연이 석출되어 부동태 층을 형성할 수 있는 범위로 변화될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 양극 용해되는 금속의 부동태를 감소시키는 수단은 희생 금속의 용해에 적합한 이온 전도성 매체의 pH를 유지하기 위해 이온 전도성 매체에서 OH^-혹은 H⁺의 교환을 억제하는 이온 선택성 박막(ion selective membrane)을 사용한다. pH의 변화로 인하여 이온 전도성 매체의 지속적인 양극 용해 지원 능력이 감소될 수 있다.

따라서, 일 실시예에서, 이온 전도성 매체와 접촉하는 금속의 부동태화 감소 수단은 금속 이온 착화제이며, 본 발명의 제2 실시예에서 상기 수단은 상기 장벽 박막이며, 이 박막은 그 일 측으로부터 다른 측의 이온 전도성 매체의 OH^-혹은 H⁺의 바람직하지 않은 교환을 억제하는 것이다.

본 발명의 다른 측면에서, 전기화학적 활성 금속을 부식으로부터 음극 보호하기 위한 시스템은 전술한 이온 전도제와, 방식되는 전기화학적 활성 금속 보다 용해 포텐셜이 높은 희생용 전기화학적 활성 금속층과, 상기 이온 전도제 접촉층과, 그리고 음극 방식 대상의 상기 전기화학적 활성 금속과 상기 희생용의 전기화학적 활성 금속 사이의 전기적 연결부로 이루어진다.

본 발명의 다른 측면에서, 전기화학적 활성 금속의 용해를 통해 구조물을 방식하는 방법은 전술한 이온 전도제를 사용한다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 방식 대상의 구조물 또는 장치는 전술된 이온 전도제를 사용하는 전술된 방법 혹은 시스템을 사용한다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 이온 전도제에 사용된 이온 전도성 매체는 방식 대상의 전기화학적 활성 금속의 구조물에 직접 적용될 수 있다. 본 발명은 주변의 부식성 분위기에 직접 노출되어 있고 시스템에 의해 방식되는 전기화학적 활성 금속의 구조물을 제공하며, 그 구조물은 전기화학적 활성 금속 구조물에 접촉하는 이온 전도성 매체와, 방식 대상의 전기화학적 활성 금속 보다 용해 포텐셜이 높은 희생용 전기화학적 활성 금속층과, 상기 이온 전도제 접촉층과, 그리고 음극 방식 대상의 상기 전기화학적 활성 금속과 상기 희생용의 전기화학적 활성 금속 사이의 전기적 연결부로 이루어진다.

본 발명의 특징은 희생용 전기화학적 활성 금속이 고갈될 때까지 지속적으로 작용하는 갈바니 회로를 채용하여 방식 대상 금속을 보유하는 구조물을 음극 방식시키는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 방식 대상 금속이 pH 가 약 7 보다 높은 구조물 내에 매립되어 부식되기 쉬운 구조물의 부식을 방지하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 희생용의 전기화학적 활성 금속을 사용하여, 환경 내에서 부식되기 쉬우며 구조물 내에 매립되지 않는 방식 대상 금속을 음극 방식시키는 시스템에 대한 것이다.

본 발명의 다른 특징은 전기도금 욕의 양극에 부동태층이 형성되는 것을 방지하기 위해 알칼리성 수용액의 이온 전도제를 사용하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 알칼리성 전지의 양극에 부동태충이 형성되는 것을 방지하기 위해 본 발명에 따른 이온 전도제를 사용하는 것이다.

본 발명의 장점은 갈바니 회로의 양극의 표면에 부동태층이 형성되는 것을 최소화함으로써 희생 대상 금속이 음극 방식에 최대한 사용되도록 하는 본 발명의 이온 전도제에 대한 것이다.

본 발명의 다른 장점은 고장력강과 압축 응력 상태의 콘크리트 구조물에 사용될 수 있는 갈바니 회로에 본 발명의 이온 전도제를 사용하는 것으로, 본 발명의 이온 전도제를 사용하지 않았을 경우 구조물을 전력 시스템에 의해 방식할 때 수소 취성에 의해 야기될 수 있는 잠재적 위험을 수반하지 않도록 하는 것에 관한 것이다.

도면의 간단한 설명에 이어, 본 발명의 실시예에 대해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 사용례는 보강 콘크리트, 그 중에서도 특히 그러한 콘크리트에 삽입된 리바아를 음극 방식시키는 것이며, 또한 아연/알칼리성 전지 같은 알칼리성 수용액과, 다른 금속으로의 아연 전기 도금에도 유용하다.

Claims (3)

1. 전기화학적 시스템에서 전기화학적 활성 희생 금속의 이온 전도제로서,

   (a) 착화제가 내부에 분산 또는 용해되어 있는 친수성 및 이온 전도성의 감압식 접착제 층을 구비하며,

   상기 착화제는 폴리(비닐 아민), 폴리(알릴 아민), 폴리(알킬렌 아민), 폴리(에틸렌이민), 폴리비닐 피리딘, 폴리(비닐 피롤), 폴리(N-비닐 락탐), 폴리(알킬렌 산화물) 및 이들의 화합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 이온 전도제.
2. 전기화학적 활성 금속의 음극 방식(防蝕) 시스템으로서,

   (a) 제1항에 따른 이온 전도제와;

   (b) 방식 대상인 전기화학적 활성 금속보다 용해 포텐셜이 크고, 상기 이온 전도제 층과 접촉하는 전기화학적 활성 희생 금속층과;

   (c) 상기 전기화학적 활성 희생 금속층과 상기 방식 대상인 전기화학적 활성 금속 간의 전기적 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 음극 방식 시스템.
3. 제2항에 따른 음극 방식 시스템에 의해 방식 처리된 것을 특징으로 하는 구조물.