KR100502279B1 - 철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 그 코팅제 - Google Patents

철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 그 코팅제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 경우에 있어 콘크리트 내부에 있는 철근의 방청처리를 위한 철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 그 코팅제에 관한 것이다.
본 발명은 무기질 결합제(시멘트)와 유기계 결합제(재유화형 분말수지)를 혼합한 결합제에 첨가제로서 몰리브데이트계염과 아질산염을 혼합하여 사용함으로서 종전 보다 환경 친화적이고 장기적인 내구성을 유지하기 적합한 철근 방청용 분말형 코팅제 조성물 제조방법 및 그 코팅제를 제공하고자 하는 것으로, 본 발명에 따른 철근 방청용 분말형 코팅제 조성물 및 제조방법은 무기질 결합제와 유기계 결합제가 혼합되어 사용되는데 , 무기질 결합제로 시멘트가 45.5중량%, 무기 충진제인 규사가 51.65중량%, 유기계 결합제로서 재유화형 분말수지가 0.5중량%, 실리카흄이 0.5중량%, 소포제가 0.05중량%, 아질산염이 0.5중량%, 소디움몰리브데이트 수화물 분말이 1.0중량%, 유동화제를 0.3중량% 비로 제조되어지는 것에 특징이 있다.

Description

철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 그 코팅제{powder type anticorrosive paint coating materials for anticorrosive of steel bar in the concrete structure and it's manufacturing process}
본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 경우에 있어서 콘크리트 내부에 있는 철근의 방청처리를 위하여 사용할 수 있는 방청용 분말 코팅제에 관한 것이다.
일반적으로 철근 콘크리트 구조물에 사용되는 철근의 방청을 위하여 에폭시계의 합성수지 코팅제와 시멘트 페이스트등을 사용하고 있다.
그러나, 에폭시계 코팅제의 경우에는 방청력과 철근과의 부착력은 우수하지만 에폭시 코팅층과 콘크리트 모체와의 부착력이 문제가 되어 계면에서 탈락이 되어 부식이 촉진될 우려가 있고, 장기적으로 외부에 노출시 에폭시 코팅 처리되지 않은 철근이나 도막이 박리된 철근이 노출될 경우 전기 전도도 차이로 인하여 노출된 철근의 부식 속도가 급속하게 진행되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 시멘트 페이스트계 방청제의 경우 일반적으로 시멘트 자체의 강 알칼리성으로 인하여 철근 표면에 부동태 피막이 형성되지만 구조물이 처해 있는 열악한 환경에서 비롯된 각종 열화 인자(염소이온, 이산화탄소가스등)에 의하여 부동태 피막이 쉽게 파괴되는 문제점이 있다.
최근에는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 알칼리실리케이트(Li-Si)염 용액에 아질산염(아질산칼슘, 아질산 나트륨등)을 첨가하여 아질산 이온(NO2 -)이 콘크리트 공극을 통하여 확산되어 철근 표면에 도달, 부동태 피막을 형성하는 기술이 사용되고 있다.
그러나, 이 경우에는 아질산 이온(NO2 -)이 철근 표면까지 이동하기 위하여 수분이 동반되기 때문에 외부로부터 침투되는 수분을 차단하여 철근 표면에 접촉되지 않도록 하는 별도의 조치가 필요하다.
또한, 아질산 이온(NO2 -)은 환경에 유해한 이온으로써 다음의 반응기구를 통하여 2Fe++ + 2OH- + 2NO2 - → 2NO↑ + Fe2O3 + H2O 유해 가스인 NO가 생성되며, 이 NO가스는 물과 반응하여 질산(HNO3)가 생성되어 콘크리트 내의 pH를 오히려 감소시켜 콘크리트의 중성화를 촉진 할 수 있는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해소하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 무기질 결합제(시멘트)와 유기계 결합제(재유화형 분말수지)를 혼합한 결합제에 몰리브데이트계 수산화물과 소량의 아질산염을 사용하여 철근 표면에 부동태 피막을 형성함으로서 철근의 부식을 장기간 억제 할 수 있는 개량된 철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 그 코팅제를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적으로는 철근 및 콘크리트 모체와의 부착력을 개선시켜 부착력이 크게 향상된 철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 그 코팅제를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 그 코팅제는 무기질 결합제와 유기계 결합제가 혼합되어 사용되는 철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 이를 통해 제조된 조성물에 있어서, 무기질 결합제로 시멘트가 45.5중량%, 무기 충진제인 규사가 51.65중량%, 유기계 결합제로서 재유화형 분말수지가 0.5중량%, 실리카흄이 0.5중량%, 소포제가 0.05중량%, 아질산염이 0.5중량%, 소디움몰리브데이트수화물 분말이 1.0중량%, 유동화제를 0.3중량% 비로 제조되어지는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따른 철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법 및 그 코팅제는 첨가제로서 몰리브데이트계염과 아질산염을 혼합하여 사용함으로서 보다 친환경적이고 장기적인 내구성을 유지하도록 하였는데 이에 대하여는 이하에서 보다 상세히 설명되어질 것이다. 본 발명에서 사용하고 있는 용어는 당업자에게 널리 알려진 용어로 한국양회공업협회의 http://cement.or.kr/ 사이트에 기재된 "해외시멘트, 콘크리트 산업의 최근 동향 및 향후 전망"과 (사)한국콘크리트학회 "1999년 봄 학술발표회 논문집 1999권 58-63쪽" 및 "2001년 봄 학술회 논문집 Proceeding of the korea Concrete Institute, 2001권, 929-934쪽" 의 자료를 참조바랍니다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
일반적인 철근 표면의 부동태 피막 형성을 위해서는 Fe++이온을 쉽게 산화 시킬 수 있는 음이온을 가진 강염기의 용해성염을 필요로 하고 있으며, 이는 산화 수화 반응에 의한 pH 저하 방지를 위한 방안이기도 하다. 따라서 강한 부동태 피막의 형성은 각종 부식에 대한 저항성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 응력 부식 균열의 발생을 억제해 주는 것으로 보고되고 있어 가장 중요한 사항이라고 볼 수 있다.
여기에서 부동태 피막이 얼마나 강한가는 부동태 형성에 기여하는 첨가제에 의한 영향으로 설명할 수 있는데, 첨가되는 성분 중에 질소이온의 영향력이 몰리브덴이온과 공존 할 때에 상승효과가 나타난다는 연구 결과가 있어 이를 첨가제에 응용하였다.
보다 구체적으로, 질소이온와 몰리브덴이온의 상승효과에 의한 부동태 피막의 강화 효과는 다음과 같다. 질소이온 또는 몰리브덴이온이 재료 중에 단독으로 존재할 때에 내식성을 향상시키는 정도보다는 두 원소가 공존할 때 그 효과가 극대화되기 때문에 이를 질소이온와 몰리브덴이온의 상승효과라 하며, 이는 부동태 피막의 특성을 대폭 향상시키는 것으로 보고되어 있다.
즉, 질소이온 함량에 따라 몰리브덴이온 성분이 피막의 외층으로 이동하여 피막 외층에 농축되는 현상이 뚜렷하게 관찰되었음이 보고되었다.
도 1에서 보는 바와 같이 부동태 피막 층은 반대 저하를 갖는 2극으로 구성되며 피막 외층이 양이온 선택성, 내층이 음이온 선택성을 갖게 되면 내식성은 급격하게 증가되어 부식 환경이 매우 낮은 pH 영역일지라도 생성된 부동태 피막의 외층에는 OH- 이온이 과량 존재하여 부식 억제제 이온이 피막 외층에 생성되게 된다.
이렇게 피막 외측에 생성된 부식 억제제 이온(음이온)은 양이온 선택성이기 때문에 전기장에 의한 탈수소화 반응(OH- → H+ + O2-)으로 생성된 O 2- 이온이 음이온 선택성인 내층으로 이동하여 총 산화물량도 증가시켜 치밀하고 강한 부동태 피막을 형성하게 되어 내식성이 급격하게 상승되는 것이다.
도 1에 도시된 부동태 피막에 대한 2극성 모형도에서 도시된 바와 같은 원리를 이용한 부식 억제제가 혼합된 방청용 페이스트는 사용 전 물과 충분히 혼합하여 철근에 도포 함으로서 철근 표면에 매우 치밀한 부동태 피막을 만들 수 있기 때문에 염분으로 인한 부식뿐만 아니라 반복되는 응력에 의한 부식 문제에도 대응할 수 있기 때문에 장기적인 내구성을 확보하게 되었다.
앞에서 언급한 원리를 이용하여 개발된 신청 신기술의 방청용 분말 코팅제는 다음과 같은 원료와 기술효과를 갖도록 개발하고자 하였다.
구성원료 및 주요 기술내용
구성원료 주요기술내용 품질평가 항목
시멘트, 규사 ㆍ 수화반응ㆍ 골재크기조절ㆍ 배합비율 ·접착력·유동성
기능성 분체 ㆍ 잠재수경성ㆍ 입자크기 및 분포 ·접착력·유동성
첨가제(소포제, 증점제, 방청제 등) ㆍ 재유화성 고분자 수지ㆍ 내수성ㆍ 방청력ㆍ 부착력 ·항목별 평가
본 발명에서는 무기질 결합제(시멘트)와 유기계 결합제(재유화형 분말수지)를 혼합한 결합제에 첨가제로서 소디움몰리브데이트수화물과 아질산염을 혼합하여 사용함으로서 종전 보다 환경 친화적이고 장기적인 내구성을 유지할 수 있는 철근 방청용 분말형 코팅제 조성물을 제공하고자 하는 것으로, 본 발명에서 무기결합제로는 일반 포틀랜드시멘트나 백시멘트를 사용할 수 있으며, 무기질 충진제로서는 주성분이 SiO2인 규사를 배합하여 시멘트 수화반응시 발생하는 수산화 칼슘과 결합하는 반응을 유도하고, 또한 필러로서도 작용한다,
재유화형 수지 분말로서는 비닐아세테이트/아크릴레이트 공중합체, 스티렌/아크릴레이트 공중합체, 비닐아세테이트/비닐에스테르 공중합체 등이 사용될 수 있으며, 소포제로는 옥틸알코올, 시클로헥사놀, 에틸렌글리콜, 인산트리부틸 혹은 실리콘 에멀젼 등을 들 수 있다.
본 발명을 구현하기 위하여 여러가지 방법을 시도하여 본 결과 아래의 원료 및 조성으로 실시하는 것이 가장 결과가 좋았으며 아래에 본 발명의 실시예를 갖고 설명할 수 있다.
조성비(중량%)
원재료명 함량(g) 규 격 제조업체 상품명
시 멘 트 45.5 KSL 5210 한일시멘트 포틀랜드시멘트
규 사 51.65 #6 진성소재 진성규사
재유화형 분말수지(아크릴, 비닐, 공중합계) 0.5 Styrene-Acrylatecopolymer Wacker Vinapass LL564
실리카흄 0.5 90% 2㎜이하 케미콘 S10XID-90
소포제(agitan p803) 0.05 Munzing Chemie GMBH agitan p803
NaNO2 0.5 99% Qingdao hengchang sodium nitrite
소디움몰리브데이트수화물 1.0 98% TAIYO KDKO CO.,Ltd
유동화제 (peramin SMF 30) 0.3 멜라인계 케미콘 peramin SMF30
(실시예)
시멘트(한일시멘트 KS 5210) 45.5g, 규사(진성규사 #6) 51.65 g, 스티렌 아크릴계 재유화형 분말수지(VINNAPAS LL 564, Wacker) 0.5g, 실리카흄(SIOXD 90, 케미콘) 0.5g, 소포제(agitan P803, MUNZING CHEMIE GMBH) 0.05g, sodium nitrite(NaNO2 99%,Qingdao hengchang사)0.5g, 소디움몰리브데이트수화물 분말 1.0g, 멜라민 수지계 유동화제(peramin SMF30, 케미콘)0.3g을 넣고 분체 혼합기로 혼합한다.
본 발명의 무기질 결합제(시멘트)와 유기계 결합제(재유화형 분말수지)를 혼합한 결합제에 소디움몰리브데이트수화물과 소량의 아질산염을 사용함으로서 철근 표면에 부동태 피막을 형성시킴으로서 철근의 부식을 장기간 억제 할 수 있으며 또한, 본 발명의 조성물은 철근 및 콘크리트 모체와의 부착력이 크게 개선되기 때문에 기존의 코팅제를 사용하는 기술 보다 부착력이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 부동태 피막에 대한 2극성 모형도이다.

Claims (2)

  1. 무기질 결합제와 유기계 결합제가 혼합되어 콘크리트 건물에 사용되는 콘크리트 내부의 철근 방청용 분말형 코팅제 조성물에 있어서,
    상기 무기질 결합제로 시멘트가 45.5중량%, 무기 충진제인 규사가 51.65중량%, 상기 유기계 결합제로서 재유화형 분말수지가 0.5중량%, 실리카흄이 0.5중량%, 소포제가 0.05중량%, 아질산염이 0.5중량%, 소디움몰리브데이트수화물 분말이 1.0중량%, 유동화제를 0.3중량% 함유하여 제조된 것을 특징으로 하는 콘크리트 내부의 철근 방청용 분말형 코팅제.
  2. 무기질 결합제와 유기계 결합제가 혼합되어 콘크리트 건물에 사용되는 콘크리트 내부의 철근 방청용 분말형 코팅제 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 무기질 결합제로 시멘트 45.5중량%, 무기 충진제인 규사 51.65중량%를 먼저 혼합시키고, 상기 유기계 결합제로서 재유화형 분말수지가 0.5중량%, 실리카흄 0.5중량%, 소포제 0.05중량%, 아질산염 0.5중량%, 소디움몰리브데이트수화물 1.0중량%, 유동화제 0.3중량% 첨가 함유시켜 분체혼합기로 혼합·분쇄하여 얻는 콘크리트 내부의 철근 방청용 분말형 코팅제 제조방법.
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