KR100473286B1 - 용접가능한내부식성코팅조성물 - Google Patents

Abstract

아연에 기초한 내부식성 코팅이 개시된다. 코팅은 아연, 인화철, 및 규산염 대 칼륨의 몰 비가 4.1 대 6.0 인 규산 칼륨을 포함한다.

Description

용접 가능한 내부식성 코팅 조성물{CORROSION RESISTANT, WELDABLE COATING COMPOSITIONS}

본 발명은 용접에 지장이 없는 내부식성 코팅 조성물(anticorrosive coating composition)에 관한 것이다. 조성물은 아연(zinc), 인화철(iron phosphide) 및, 칼륨에 대해 높은 비율의 규산염(silicate)을 포함하는 규산 칼륨(potassium silicate) 수용액을 포함한다.

해양 및 산업 건설에서, 제작 전에 아연이 풍부한 프라이머(zinc-rich primer)로 강철을 미리 페인트칠하는 것이 보통 바람직하고, 이러한 많은 코팅 조성물이 알려져 있다. 이러한 많은 조성물은 에폭시 수지, 염소화 고무, 폴리스티렌 수지 또는 실리콘 수지와 같은 유기 수지 성분의 아연 분말을 포함한다. 이러한 유기 결합제를 기초로 한 코팅은 궁극적으로 용접해야 하는 강철을 코팅하는데 적합하지 않은데, 이것은 결합제가 용접의 열로 인해 분해되어, 코팅을 손상하고 접착력을 상실하도록 하기 때문이다.

유기 결합제를 기초로 한 코팅의 대안으로서, 무기 결합제를 기초로 한 아연 코팅이 또한 알려져 있다. 예를 들면, 슈트(Schutt)(미국 특허 제 3,620,784호)는 규산염 전색제(silicate vehicle)로 운반되는 아연 분말(zinc dust)을 포함하는 코팅 조성물을 개시한다. 슈트에 의해 개시되는 특별한 제제(formulation)는 날씨에 의한 마모, 균열(cracking), 잔금(crazing) 및 베이킹 전후 균일하지 못한 접착과 같이 무기 코팅에서 일반적으로 직면하는 많은 문제들을 피하는 것으로 나타나 있다.

그러나, 슈트가 주장한 바와 같이 도포되는 규산염 코팅의 물리적 특징과 관련된 문제를 극복하더라도, 여전히 규산염 전색제에서 아연 분말 프라이머로 코팅된 강철을 용접하는 문제와 직면할 것이다. 용접 중 증기 아연(vaporized zinc)은 용접 기초부에 침투해서, 다공성 용접부(porous weld)를 생성하며 갇혀있을 수 있다. 용접 전 아연이 완전히 휘발되도록 하기 위해서 용접 속도를 충분히 늦춰줌으로써 다공성 문제를 부분적으로 극복하는 것도 가능하다. 이러한 기술이 성공적일 때도, 용접 속도가 느려짐으로써 제작비용이 늘게 된다.

아연이 풍부한 프라이머에서 아연 부분은 적당한 입자 크기의 인화철로 치환될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 얻어진 아연 코팅 강철은 내부식성은 유지하면서 보다 쉽고 효율적으로 용접될 수 있다.

이러한 접근 방식의 예로서, 마키시마(Makishima)(미국 특허 제 4,011,088호)등은 규산 칼륨 또는 규산 암모늄인 결합제 5 내지 80%와, 아연 분말과 인화철 또는 아연 분말과 인화니켈의 안료 혼합물 20 내지 95%을 포함하는 내부식성 코팅 조성물을 제안했다. 규산 칼륨이 결합제로서 사용되는 실시예에서, 마키시마 등은 규산염 대 칼륨의 비율이 2.5 내지 4.0 이어야 한다고 지적하고 있다. 만일 몰(mole) 비가 2.5보다 작으면 막 형성 특성(film forming property)은 불충분하고, 몰 비가 4.0보다 크면 결합제의 안정성은 감소된다고 한다.

우수한 용접성과 함께 내구성이 있고 내부식성의 코팅을 제공하는 아연을 기초로 한 향상된 프라이머를 현재 개발했다. 더욱이, 조성물은 물을 기초로 한 것으로, 이에 따라 용매 기초 프라이머와 관련되는 환경 문제를 피한다.

본 발명은 (a) 35 내지 90 중량%의 아연과 10 내지 65 중량%의 인화철의 혼합물을 포함하는 8 내지 40 중량부의 안료와, (b) 2 내지 5 중량부인 화학식 K₂O·nSiO₂의 규산 칼륨(n= 4.1 내지 6.0)과, (c) 7 내지 12 중량부의 물을 포함하는 내부식성 코팅 조성물에 관한 것이다. 아연과 인화철은 2㎛ 내지 20㎛의 중간 입자 크기인 것이 바람직하고, 3 내지 8㎛의 중간 입자 사이즈인 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 조성물의 규산 칼륨에서 규산염 대 칼륨의 비는 4,5 대 6.0, 더 바람직하게는 5.3 대 6.0, 가장 바람직하게는 5.0 대 5.3이 될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 규산 리튬(Li₂O·pSiO₂)(p= 3.0 내지 8.0) 또는 규산 나트륨(Na₂O·nSiO₂)(m= 2.0 내지 4.0) 또는 이 둘의 조합물을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 또한 운모(mica)와 같은 충전제(filler)를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 본 발명은 (a) 23 내지 28 중량부의 안료와, (b) 3 내지 4 중량부의 규산 칼륨(n= 5.0 내지 5.5)과, (c) 9 내지 10 중량부의 물을 포함한다. 이러한 경우 안료는 45 내지 55 중량%의 아연과 45 내지 55 중량%의 인화철의 혼합물이다.

본 발명의 코팅 조성물은 (a) 아연-인화철 안료와, (b) 규산 칼륨 결합제와, (c) 적합한 유동학(rheology)을 제공하는 양의 물과 같은 세 가지 기본 요소를 포함한다. 조성물은 또한 섞일 수 있는 충전제와 염료(dye)를 포함할 수 있는데, 이 둘은 최종 조성물의 내구성과 용접성에 역효과를 주지 말아야 한다.

아연-인화철 염료는, 분말이나 박편(flake) 형태인 금속 아연과, 이와 거의 동일한 크기인 인화철 입자의 혼합물로 구성된다. 아연 분말(zinc dust)이 바람직하고, 이것을 쉽게 상업적으로 사용할 수 있다. 평균 입자 크기가 6 내지 7 미크론인 노쓰 어메리컨 옥사이드사(테네시주, 클락스빌시)의 UP6 아연 분말이 본 발명의 조성물에 적합하다는 것이 밝혀졌다. 인화철은 또한 상업적으로 구입 가능하고, 평균 입자 크기가 3 내지 5 마이크론인 옥시덴털 케미컬 코포레이션사(뉴욕주, 나이아가라 폴스)에서 구입할 수 있는 그레이드 2131 페로포스(등록상표)가 본 발명의 조성물에 매우 적합한 것으로 밝혀졌다. 페로포스(등록상표)는 주로 소량의 이산화규소(SiO₂)를 함유한 인화철(Fe₂P)이다. 페로포스(등록상표)의 제조와 구성에 관한 상세한 설명은, 미국 특허 제 3,562,124호(세 번째 단 45 라인에서 네 번째 단 33 라인을 참조)에서 또한 알 수 있으며, 이것의 전체적인 개시는 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.

부식에 대한 적절한 방어를 제공하기 위해서, 안료 중 아연의 중량비는 35%를 초과해야 하지만, 90%를 초과하게 되면 다공성 용접부가 생성될 수 있다. 아연과 인화철의 백분율이 상기 언급된 범위 내에서 유지되는 한, 다른 안료와 충전제가 본 발명의 조성물에 추가될 수 있다. 추가될 수 있는 충전제의 예는 규조토(diatomaceous earth), 벤토나이트 점토(bentonite clay), 고령토(kaolinite), 규회석(wollastonite), 활석(talc) 및 운모를 포함할 수 있다.

결합제는 이산화규소(silica) 대 산화 칼륨의 몰 비가 4.0보다 큰 규산 칼륨이다. 규산 칼륨의 수용액은 상업적으로 구입할 수 있고, 미국 특허 제 4,162,169호에 개시된 방법으로 제조되며, 상기 미국 특허의 전체 개시는 여기에 참조 내용으로 병합되었다. 폴리세트 케미컬 컴퍼니(뉴욕주, 미케닉빌시)로부터 상업적으로 구입할 수 있는 K-규산염(상표)은 본 발명의 조성물에 매우 적합하다는 것이 밝혀졌다. 이러한 물질은 물 속에서 있는 약 23-28 중량%의 규산 칼륨(즉, 23-28%의 고체 함량)으로, 규산염 대 칼륨의 몰 비는 약 5.2이다.

본 발명의 코팅 조성물 생성에 필요하지는 않지만, 다른 알칼리 금속 규산염이 결합제에 추가될 수 있다. 이와 관련해서, 규산 리튬(p= 3,0 내지 8.0인 Li₂O·pSiO₂)과 규산 나트륨(m= 2.5 내지 4.0인 Na₂O·mSiO₂) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 추가할 수 있다.

본 발명의 조성물은 고속 블렌더(blender)에서 3.17kg의 UP6 아연 분말을 3.17kg의 2131 페로포스(등록상표)(인화철)와 균일하게 혼합함으로써 제조된다. 균일한 혼합물은 3.31kg의 K-규산염(상표)(규산 칼륨)과 결합되고, 본 발명에 따른 3.78ℓ 의 균일한 혼합물을 생성하기 위해 교반된다.

상기 논의된 것처럼, 운모와 같은 충전제가 첨가된다면, 규산염 전색제와 혼합하기 전에 아연 및 인화철과 함께 혼합될 것이다. 이와 마찬가지로, 이 조성물에 규산 리튬 또는 규산 나트륨이 첨가된다면, 안료와 결합하기 전에 규산 칼륨 수성 전색제와 혼합될 것이다.

본 발명의 조성물이 도포되는 기재(substrate)는 통상적으로 금속이다. 실제, 본 발명의 조성물의 주요 이점인 용접성은 기재가 강철일 때 관찰할 수 있다. 강철 기재에 대해서, 일반적으로 기재는 코팅 도포 바로 전에 인산 또는 샌드 블라스팅(sand blasting)으로 청소한다. 코팅은 종래 수단을 이용해서 기재에 스프레잉, 브러싱 또는 롤링된다. 코팅은 잘 펴지고 균일하게 접착된다. 최종 코팅은 부식과 마멸에 견디고, 균열이 가거나 벗겨지지 않으며 어떤 날씨에도 잘 견딘다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 아연 코팅 강철은 내부식성은 유지하면서 보다 쉽고 효율적으로 용접될 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 내부식성 코팅 조성물(anticorrosive coating composition)로서,

   (a) 35내지 90 중량%의 아연과 10 내지 65 중량%의 인화철(iron phosphide)의 혼합물로 구성된 8 내지 40중량부의 안료와,

   (b) 2 내지 5 중량부인 화학식 K₂O·nSiO₂의 규산 칼륨(n= 4.1 내지 6.0)과,

   (c) 7 내지 12 중량부의 물로

   구성된, 내부식성 코팅 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 아연과 상기 인화철은 2㎛ 내지 20㎛사이의 중간 입자 크기인, 내부식성 코팅 조성물.
3. 제 2항에 있어서, 상기 아연과 인화철은 3㎛ 내지 8㎛ 사이의 중간 입자 크기인, 내부식성 코팅 조성물.
4. 제 1항에 있어서, n은 4.5 내지 6.0 인, 내부식성 코팅 조성물.
5. 제 1항에 있어서, n은 5.0 내지 6.0 인, 내부식성 코팅 조성물.
6. 제 1항에 있어서, n은 5.3 내지 6.0 인, 내부식성 코팅 조성물.
7. 제 1항에 있어서, n은 5.0 내지 5.3 인, 내부식성 코팅 조성물.
8. 제 1항에 있어서, p는 3.0 내지 8.0 인 규산 리튬(Li₂O·pSiO₂)을 더 포함하는, 내부식성 코팅 조성물.
9. 제 1항에 있어서, m은 2.0 내지 4.0 인 규산 나트륨(Na₂O·mSiO₂)을 더 포함하는, 내부식성 코팅 조성물.
10. 제 1항에 있어서, 충전제(filler)를 더 포함하는, 내부식성 코팅 조성물.
11. 제 10항에 있어서, 상기 충전제는 운모(mica)인, 내부식성 코팅 조성물.
12. 제 1항에 있어서,

    (a) 45 내지 55 중량%의 아연과 45 내지 55 중량%의 인화철의 혼합물로 구성된 23 내지 28 중량부의 안료와,

    (b) 3내지 4 중량부인 화학식 K₂O·nSiO₂의 규산 칼륨(n= 5.0 내지 5.5)과,

    (c) 9 내지 10 중량부의 물로

    구성된, 내부식성 코팅 조성물.