KR100503561B1

KR100503561B1 - 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 도료 조성물 및 이를 이용한 산화알루미늄 피막 접착공법

Info

Publication number: KR100503561B1
Application number: KR1020040100831A
Authority: KR
Inventors: 한규택
Original assignee: 주식회사 삼주에스엠씨
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2005-07-26
Also published as: WO2006059872A1; CN100540738C; CN101194044A

Abstract

본 발명은 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 도료 조성물 및 이를 이용한 산화알루미늄 피막 접착공법에 관한 것으로서, 본 발명의 산화알루미늄 피막 접착공법은 (a) 아연(Zn) 0.2 내지 0.5중량%, 크롬(Cr) 0.3 내지 1.0중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1중량%, 인(P) 0.06 내지 0.15중량% 및 나머지 량의 알루미늄(Al)으로 이루어진 분말 혼합물을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 준비된 분말 혼합물을 접착수지에 균일하게 분산시키고, 철재 구조물 표면에 분사하여 피막을 형성하는 단계;를 포함한다. 본 발명의 접착공법은 상온에서도 간단하게 시공할 수 있는 경제적인 공법으로서, 철재 구조물 표면에 부착강도, 신장성, 내굴곡성 등의 물성이 우수한 내식 산화알루미늄 피막을 균일하게 형성하여 철재 구조물의 부식을 방지하고 내구성을 증진시키는데 효과적으로 사용될 수 있다.

Description

철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 도료 조성물 및 이를 이용한 산화알루미늄 피막 접착공법{Paint composition for preventing corrosion and improving long-term duability of iron structure and process for forming an aluminum oxide coating layer using the same}

본 발명은 철을 포함하는 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 도료 조성물 및 이를 이용한 산화알루미늄 피막 접착공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상온에서도 간단하게 시공할 수 있고, 물성이 우수한 내식 산화알루미늄 피막을 균일하게 형성할 수 있는 도료 조성물 및 이를 이용한 산화알루미늄 피막 접착공법에 관한 것이다.

일반적으로 철을 포함하는 이른바 철재 구조물은 대부분 대기 등의 부식환경에 노출되므로, 부식을 방지할 수 있도록 그 표면을 방식처리하는 방법이 사용되고 있다.

예를 들어, 철재 구조물 표면에 에폭시계, 비닐에스테르계, 불소수지계, 아크릴고무계, 염화고무계 등의 도료를 이용하여 피막을 형성하는 방법이 개발되었다. 그러나, 이들은 유기질계 도료이기 때문에 초기 성능은 우수하지만 열팽창계수나 신장률 등의 변형특성이 철재와 큰 차이를 나타낸다. 따라서, 시간이 경과함에 따라 형성된 피막이 철재 구조물로부터 탈락되어 접착강도가 저하되는 문제점이 있다. 특히, 에폭시계 도료는 수지 자체가 자외선에 의하여 쉽게 탈색되는 성질이 있으므로, 광에 노출되는 시간이 많은 실외 철재 구조물에는 적용하기 어려우며, 염화고무계 도료는 고무 성분의 탄성 저하에 따른 균열에 의하여 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

전술한 유기질계 도료의 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 알루미늄을 주재료로 하는 금속 혼합물 분말 함유 도료 조성물을 이용한 산화알루미늄 피막 접착공법을 제안하였다(대한민국 특허출원 제10-2002-21103호 참조). 상기 금속 혼합물 분말 함유 도료 조성물을 이용하면 부착강도, 신장성 등의 물성이 우수한 내식 알루미늄 피막을 형성할 수 있다. 그러나, 내식 알루미늄 피막을 더욱 균일하고 내구성 있게 형성할 수 있는 도로 조성물에 대한 요구는 계속되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 상온에서도 간단하게 시공할 수 있고, 철재 구조물 표면에 부착강도, 신장성, 내굴곡성 등의 물성이 우수한 내식 산화알루미늄 피막을 균일하게 형성하여 철재 구조물의 부식을 방지하고 내구성을 증진시키는데 효과적인 도료 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 도료 조성물을 이용한 산화알루미늄 피막 접착공법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 도료 조성물은 아연(Zn) 0.2 내지 0.5중량%, 크롬(Cr) 0.3 내지 1.0중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1중량%, 인(P) 0.06 내지 0.15중량% 및 나머지 량의 알루미늄(Al)으로 이루어진 분말 혼합물; 및상기 분말 혼합물이 균일하게 분산된 접착수지;로 구성된다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 산화알루미늄 피막 접착공법은 (a) 아연(Zn) 0.2 내지 0.5중량%, 크롬(Cr) 0.3 내지 1.0중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1중량%, 인(P) 0.06 내지 0.15중량% 및 나머지 량의 알루미늄(Al)으로 이루어진 분말 혼합물을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 준비된 분말 혼합물을 접착수지에 균일하게 분산시키고, 철재 구조물 표면에 분사하여 피막을 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 산화알루미늄 피막 접착공법으로 형성되는 금속 혼합물 피막의 두께는 1회 도포를 기준으로 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 도료 조성물 및 이를 이용한 산화알루미늄 피막 접착공법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 도료 조성물은 아연(Zn) 0.2 내지 0.5중량%, 크롬(Cr) 0.3 내지 1.0중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1중량%, 인(P) 0.06 내지 0.15중량% 및 나머지 량의 알루미늄(Al)으로 이루어진 분말 혼합물; 및 상기 분말 혼합물이 균일하게 분산된 접착수지;로 구성된다.

이미 알려진 바와 같이, 접착수지에 분산된 분말 혼합물의 주성분인 알루미늄은 철보다 반응성이 좋으므로, 철보다 먼저 산화되어 산화알루미늄(Al₂O₃) 피막을 형성한다. 산화알루미늄 피막은 산소 등 철재 구조물을 부식시킬 수 있는 외부환경과 철재 구조물의 접촉을 차단한다. 알루미늄 분말에 혼합된 적량의 아연, 크롬 및 니켈 성분은 피막의 내마모성과 내후성의 향상에 기여한다.

특히, 본 발명의 분말 혼합물에는 인(P)이 0.06 내지 0.15중량% 포함되는데, 첨가된 인은 전술한 금속 분말들이 접착수지에 균일하게 분산되도록 도움을 주며, 아울러 산화알루미늄 피막의 균일성과 견고성을 향상시키는 기능을 한다. 이에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

인을 포함한 분말 혼합물을 접착수지에 분산시키면, 인은 접착수지 내에 잔존하는 습기에 의해 산화하여 오산화인(P₂O₅)이 된다. 생성된 오산화인은 흡습성이 크므로, 접착수지에 잔존하는 습기를 흡수하여 피막의 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라, 계면활성제의 기능이 있어 분말 혼합물들이 접착수지에 균일하게 분산되도록 도움을 준다. 오산화인을 직접 분말 혼합물에 첨가하는 경우에는 접착수지와 혼합시 외부의 습기까지 흡수하여 피막의 물성을 오히려 저하시키는 문제점이 있어 바람직하지 않다. 인의 함량이 0.06중량% 미만이면 전술한 기능을 수행하기 어렵고, 인의 함량이 0.15중량%를 초과하면, 오히려 피막의 내구성을 저하시킬 우려가 있다.

본 발명의 도료 조성물에 분산되는 분말 혼합물에는 이산화규소를 주성분으로 하는 석영이나 규사 분말을 예를 들어 0.1 내지 0.5 중량% 더 투입하면, 형성되는 피막의 강도 등을 보강할 수 있다.

전술한 분말 혼합물들은 콘크리트 구조물 표면에 고착시킬 수 있도록 적절한 접착수지와 혼합시켜 균일하게 분산시킨 다음, 분사, 도포된다. 이러한 접착수지는 적용방법에 따라 점도를 조절하여 사용할 수 있는데, 접착성 및 탄성이 우수한 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 폴리우레탄 수지는 염화물 및 탄산가스에 대한 침투억제 성능이 우수하며, 내약품성, 수분 및 산소 등의 내침투성도 양호하다. 분말 혼합물과 접착수지와의 혼합비는 0.2:10 ~ 3:10 정도가 바람직하며 도포된 혼합물은 대기 중 상온에서 자연경화되어 피막이 형성되므로 매우 간단하고 경제적으로 시공할 수 있다. 형성되는 금속 혼합물 피막은 1회 도포를 기준으로 100㎛ 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직한데, 필요에 따라 이와 같은 피막층을 수회 적층하여 형성하거나, 본 발명에 따른 분말 혼합물 함유 조성물로 형성된 피막층과 접착수지만으로 이루어진 피막층을 교호로 수회 형성하므로서 더욱 강력한 피막층을 형성할 수도 있다.

이와 같이 분말 혼합물과 접착수지가 혼합되어 형성된 피막은 연성이 향상되어 철재(부식성이 있는 비철금속재를 포함하는 의미이다) 구조물의 수축, 팽창에 따른 내구성이 부여된다. 또한, 철재 구조물의 부식 원인인 염화물 이온, 아황산 가스, 수분, 산소 등의 침투에 대한 뛰어난 방호력을 보인다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

실시예 1

아연 0.3중량%, 크롬 0.5중량% 니켈 0.7중량%, 인 0.1중량% 및 알루미늄 97.8중량%의 비율로 이루어진 분말 혼합물과 폴리우레탄 수지를 1: 10의 비율로 혼합하고 실험 대상 물질 표면에 스프레이법으로 분사하여 도포한 다음, 상온에서 소정시간 방치하여 본 공법에 따른 35㎛ 두께의 산화알루미늄 피막을 형성하였다.

비교예 1

비교예는 본 출원인의 대한민국 특허출원 제10-2002-21103호에 기재된 조성물을 이용하였다.

망간 4.5중량%, 아연 0.3중량%, 크롬 0.2중량% 리늄 0.4중량% 및 알루미늄 94.6중량%의 비율로 이루어진 금속 혼합물 분말과 폴리우레탄 수지를 1: 10의 비율로 혼합하고 실험 대상 물질 표면에 스프레이법으로 분사하여 도포한 다음, 상온에서 소정시간 방치하여 35㎛ 두께의 산화알루미늄 피막을 형성하였다.

염해방지성능 평가

본 발명의 공법에 따라 형성된 산화알루미늄 피막의 시간 경과에 따른 염분침투 정도를 알아보기 위하여, 편의상 대한민국 특허출원 제10-2002-21103호에 기재된 방법을 사용하였다. 통상적인 포틀랜트 시멘트 콘크리트로 제작한 무 처리 시험편과 실시예 및 비교예에 따른 피막을 형성한 시험편으로 확산 셀을 제작하여 확산 셀에 대한 염분 침투 확산실험을 수행하였다. 확산셀에 직류전압 10V의 직류전압을 가한 후 경과시간에 따른 확산 셀 내부의 염분농도를 염분측정기(salt meter)로 측정하여 도 1에 나타냈다.

도 1에 나타난 바와 같이, 피막 처리하지 않는 콘크리트는 시간이 경과함에 따라 염분농도가 직선적으로 크게 증가한다. 그러나, 실시예 1에 따른 피막이 형성된 콘크리트는 매우 우수한 염분침투 방지능력이 있음을 알 수 있다. 한편, 비교예 1에 따른 피막이 형성된 콘크리트 역시 우수한 염분침투 방지능력을 보이나, 본 발명의 피막에는 미치지 못함을 알 수 있다.

피막의 부착강도 측정

본 발명에 따른 공법으로 형성된 산화알루미늄 피막의 부착강도를 확인하기 위하여 다음과 같은 시험을 실시하였다.

철재 구조물에 전술한 방법에 따른 실시예 1의 산화알루미늄 피막을 형성한 후 강재 부착물을 부착시켜 KS F 4715-01 및 JIS A 6910 규격에 따른 부착력 시험기를 사용하여 인장력을 가하는 방법으로 측정하였다. 산화알루미늄 피막의 접착강도는 35kgf/cm²정도로 높게 나타났다.

피막의 신장성 측정

본 발명의 공법에 의해 형성되는 산화알루미늄 피막의 신장율 특성을 확인하기 위하여 KS M 6518-96의 시험방법에 따라 측정하였으며, 본 발명의 공법에 의해 형성되는 산화알루미늄 피막의 신장율은 0.7㎜로 나타났으며, 그 이상에서는 산화알루미늄 피막이 절단되었다. 이는 본 공법에 의해 형성되는 산화알루미늄 피막이 적정 신장율을 갖추고 있다는 것을 의미한다.

전술한 물리적 성질 평가 외에도, 본 발명의 공법에 의해 형성되는 산화알루미늄 피막의 내굴곡성, 방수성, 내후성, 내열 및 내한성, 내약품성, 내충격성을 한국건자재시험연구원에 의뢰하여 평가한 결과 충분한 물성을 갖추고 있는 것으로 나타났으나, 자세한 기술은 생략한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 도료 조성물로 철재 구조물 표면에 형성된 산화알루미늄 피막은 부착강도, 신장성, 내굴곡성 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라, 피막이 균일하게 형성되고 내구성 또한 우수하여 철재 구조물의 보호에 효과적으로 사용될 수 있다.

도 1은 시간이 경과함에 따라 피막을 침투한 염분의 농도를 나타낸 그래프이다.

Claims

아연(Zn) 0.2 내지 0.5중량%, 크롬(Cr) 0.3 내지 1.0중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1중량%, 인(P) 0.06 내지 0.15중량% 및 나머지 량의 알루미늄(Al)으로 이루어진 분말 혼합물; 및

상기 분말 혼합물과 혼합된 액상의 접착수지;로 구성되되, 상기 분말 혼합물과 접착수지가 0.2:10 ~ 3:10의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 도료 조성물.
제1항에 있어서, 상기 접착수지는 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 도료 조성물.
(a) 아연(Zn) 0.2 내지 0.5중량%, 크롬(Cr) 0.3 내지 1.0중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 1중량%, 인(P) 0.06 내지 0.15중량% 및 나머지 량의 알루미늄(Al)으로 이루어진 분말 혼합물을 준비하는 단계; 및

(b) 상기 준비된 분말 혼합물을 액상의 접착수지와 0.2:10 ~ 3:10의 중량비로 혼합하고, 철재 구조물 표면에 분사하여 피막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 산화알루미늄 피막 접착공법.
제3항에 있어서, 상기 피막의 두께는 1회 도포를 기준으로 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 철재 구조물의 부식 방지 및 내구성 증진을 위한 산화알루미늄 피막 접착공법.