KR100604991B1 - 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법 - Google Patents

강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법은, 강판 표면의 이물질을 제거하는 단계와, 코팅력을 높이도록 이물질이 제거된 강판에 표면처리하는 단계와, 표면처리된 강판을 220 ~ 250℃로 예열한 후 에폭시계 코폴리머 코팅제를 코팅하는 단계로 이루어지되, 상기 에폭시계 코폴리머 코팅제는 에폭시계 바인더 45 ~ 70 중량%와 금속산화물 안료 20 ~ 30중량%와 첨가제 1 ~ 8중량%를 포함하는 에폭시 코팅제를 사용하여 코팅하므로, 내산내부식성, 계면밀착성, 내마모성 및 내열충격성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법{Coating Method Using Copolymer for steel plate}
도1은 본 발명에 의한 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법의 공정도,
도2는 본 발명의 코팅공정에서 사용되는 정전 스프레이 코팅방법의 설명도,
도3은 본 발명의 코팅공정에서 사용되는 유동침지법의 설명도,
도4는 본 발명의 코팅공정에서 사용되는 정전 유동침지법의 설명도,
도5는 본 발명의 코팅방법이 적용된 평판형의 코팅강판의 사시도,
도6은 본 발명의 코팅방법이 적용된 물결모양의 코팅강판의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20 : 코팅강판 12, 22 : 강판
14, 24 : 코팅층
본 발명은 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탈황설비에 사용되어 내식성이 요구되는 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법에 관한 것이다.
일반적으로 석탄과 중유를 주연료로 사용하는 발전소 등의 탈황설비의 열교환기를 통과하는 배기가스는 온도가 높을 뿐만 아니라 부식과 침식성이 강한 NOx, SOx 등의 가스와 높은 습기를 함유하고 있으므로, 열교환기의 강판은 높은 내식성을 요구하고 있다.
종래 탈황설비의 열교환기용 강판에는 일반적으로 에나멜 코팅이나 PFA, FEP 라이닝을 하여 왔으나, 에나멜이 코팅된 강판은 부식성이 강한 증기와 액체로 인하여 코팅층 내부의 핀홀(Pinhole)에 의한 부식과 진동에 의한 도막의 크랙이 쉽게 발생하는 경향이 있으며, 폴리머(Polymer)인 PFA나 FEP를 라이닝한 강판은 사용 중에 인장력에 의한 라이닝 도막의 균열과 도막의 낮은 경도로 인해 외부충격에 쉽게 찢어지고 이로 인해 부식을 가중시켜 내구성이 낮다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같이 종래 에나멜 코팅이나 폴리머를 라이닝한 강판의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 소재에 표면처리를 하고 에폭시 코팅제를 적용하여 내산내부식성, 계면밀착성, 내마모성 및 내열충격성을 향상시키는 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법은, 강판 표면의 이물질을 제거하는 단계와, 코팅력을 높이도록 이물질이 제거된 강판에 표면처리하는 단계와, 표면처리된 강판을 220 ~ 250℃로 예열한 후 에폭시계 코폴리머 코팅제를 코 팅하는 단계로 이루어지되, 상기 에폭시계 코폴리머 코팅제는 에폭시계 바인더 45 ~ 70 중량%와 금속산화물 안료 20 ~ 30중량%와 첨가제 1 ~ 8중량%를 포함하는 에폭시 코팅제를 사용하여 코팅하는 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시계 바인더는 Bis-phenol A type 에폭시와 실리콘 변성 에폭시 중의 적어도 하나를 사용하고, 상기 금속산화물 안료는 실리카(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3)와 산화마그네슘(MgO)과 산화지르코늄(ZrO2)와 산화티탄(TiO2)과 세라믹 카본으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 안료를 사용한다.
상기 첨가제는 Nonyl Phenol ethoxylate와 Non-ionic fluoro polymer surfactant 등의 평활제와, 폴리아미드 수지와 디아미노페닐 메탄, Diethyltriamine, ethylene tetramine 등의 경화제로 되어 있다.
상기 강판에 표면처리하는 단계에서 표면처리는, 연마제를 강판 표면에 분사하여 요철을 만들거나, 인산아연 피막처리를 하여 요철을 만든다.
상기 표면처리된 강판에 에폭시계 코폴리머 코팅제를 코팅하는 단계에서 코팅은, 강판을 예열한 후 정전스프레이 코팅법이나 유동침지 코팅법이나 정전유동침지 코팅법 중의 하나의 방법으로 코팅한다.
상기 에폭시계 코폴리머 코팅제를 코팅한 후에는 190 ~250℃의 온도에서 3분 ~ 18분간 가열하여 소성한 후 냉각한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
본 발명의 에폭시계 코폴리머 코팅방법은 도1에 도시한 바와 같이, 강판의 표면에 묻어 있는 이물질을 제거하는 단계(S10)과, 코팅력을 높이도록 이물질이 제거된 강판을 표면처리하는 단계(S20)와, 소재를 예열하는 단계(S30)와, 예열된 강판의 표면에 에폭시계 코폴리머 코팅제를 코팅하는 단계(S40)와, 강판에 코팅된 코팅층을 소성하는 단계(S50) 및 냉각하는 단계(S60)로 이루어진다.
본 발명의 에폭시계 코폴리머 코팅방법은 일반적인 강판에 적용가능하지만, 본 실시예에서는 탈황설비의 열교환기용 냉연강판에 코팅되는 경우를 예로 들어 설명한다.
탈황설비에 사용되는 열교환기용 냉연강판은 탄소 0.004중량% 이하, 망간 0.25중량% 이하, 인 0.040중량% 이하, 유황 0.040중량% 이하의 강으로서 그 항복강도는 21kg/㎟ 이상이다.
상기 이물질을 제거하는 단계(S10)에서는, 톨루엔, Xylene 등의 용제(solvent)를 사용하여 강판의 표면에 묻어 있는 기름, 때, 녹 등을 제거하는 한편 유분, 흙, 수분 등이 없도록 깨끗이 한다.
상기 표면처리하는 단계(S20)에서는, SSPC-SP10, SIS 055900 Sa 21/2, BS4332 2급에 준하여 연마제를 강판 표면에 분사하여 요철을 만들거나, 강판 표면에 인산아연 피막처리를 하여 요철을 만든다. 인산아연 피막처리는 공지의 화학적 표면처리방법으로 많이 사용되는 방법으로서 피막된 층의 피막 무게는 1 ~ 2 g/㎡ 으로 한다. 이와같이 강판의 표면에 요철을 만드는 피막처리를 하게 되면 코팅제의 코팅력을 높일 수 있게 된다.
상기 표면처리를 한 강판은 220 ~ 250℃로 예열하는 단계(S30)를 거쳐, 정전스프레이 코팅법이나 유동침지법이나 정전 유동침지법 중의 하나의 방법으로 에폭시계 코폴리머 코팅제를 그 표면에 코팅하게 된다(S40). 코팅 도막의 두께는 300㎛ ~ 700㎛로 하는 것이 바람직하다.
상기 에폭시계 코폴리머 코팅제로서는 에폭시계 바인더 45 ~ 70 중량%와 금속산화물 안료 20 ~ 30중량%와 첨가제 1 ~ 8중량%를 포함하는 에폭시 코팅제를 사용한다.
상기 에폭시계 바인더는 Bis-phenol A type 에폭시, 실리콘 변성 에폭시 등이 사용되고, 상기 금속산화물 안료는 실리카(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 산화티탄(TiO2), 세라믹 카본 등이 사용된다.
상기 첨가제는 Nonyl Phenol ethoxylate와 Non-ionic fluoro polymer surfactant 등의 평활제와, 폴리아미드 수지와 디아미노페닐 메탄, Diethyltriamine, ethylene tetramine 등의 경화제로 되어 있다.
본 발명에 사용되는 에폭시 코팅제인 상기 에폭시계 코폴리머 코팅제는 다음과 같은 방법으로 제조된다.
1) 에폭시계 바인더(Bis-phenol A type 에폭시, 실리콘 변성 에폭시 등)와, 금속산화물 안료(실리카, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화지르코늄, 산화티탄, 세라믹 카본 등)와, 첨가제(평활제, 경화제)을 평량하여 혼합용기에 투입하여 혼합기에 걸어 균일하게 혼합한다.
상기 금속산화물 안료는, 실리카 10 ~ 15중량%, 산화알루미늄 2 ~ 10 중량%, 산화마그네슘 2 ~ 5중량%, 산화지르코늄 3 ~ 8 중량%, 산화티탄 10 ~ 20 중량%, 세라믹 카본 5 ~ 10 중량%의 함량을 사용용도에 따라 첨가량을 달리하는데, 위의 범위보다 높으면, 도막에 크랙이 발생하고 접착력 저하로 내산성과 내구성이 약해지며 경도가 높아 외부 충격에 쉽게 떨어지는 현상이 발생하며, 위의 범위보다 낮으면, 도막의 은폐력이 떨어지고 경도가 약해지게 된다.
상기 첨가제는 코팅제 전체에 대해 1 ~ 8 중량%가 바람직하며 1 ~ 5 중량 %가 가장 바람직하다.
2) 상기 에폭시계 바인더와 금속산화물 안료와 첨가제를 균일하게 혼합한 뒤, 용융하여 용융압축기(Extruder)를 통하여 압출시켜 냉각판을 통과시켜 냉각하여 소정의 크기로 분쇄한 다음, 더욱 미세하게 분쇄하여 분체화하여 걸름공정을 통하여 균일한 크기의 입자로 분류한다.
상기한 바와 같이 제조된 에폭시계 코폴리머 코팅제를 다양한 코팅법에 의해 코팅단계(S40)에서 예열된 강판에 코팅한 후, 190 ~ 250℃의 온도에서 3분 ~ 18분간 가열하여 소성한 후 냉각하면 코팅이 완료된다.
상기 정전스프레이 코팅법은 도2에 도시한 바와 같이, 도장스프레이 건에서 도료입자(코팅제 입자)에 전하를 걸어 주며 전하를 지닌 도료입자는 접지를 통해 하전된 피도물에 전기적 인력에 의해 이동하며 방전에 의하여 도막층을 형성하는 코팅법이다. 상기 정전스프레이 코팅후에는 190 ~ 250℃에서 10 ~ 15분간 소성한다.
상기 유동침지법은 도3에 도시한 바와 같이, 도장용기에 도료(코팅제)를 넣은 후 다공판을 통해 공기를 불어 넣어 분체를 유동시킨 상태에서 미리 예열된 소재를 집어 넣어 도장하는 코팅법이다. 상기 유동침지후에는190 ~ 250℃에서 3분간 소성한다.
그리고, 정전 유동침지법은 도4에 도시한 바와 같이, 유동침지법과 유사한 방법으로서, 예비 가열대신 정전기를 이동하여 부착시키는 방법으로서, 시트상태의 평면피도물을 도장하는데 적합한 코팅법이다.
이와 같은 본 발명의 에폭시계 코폴리머 코팅방법은 도5에 도시한 바와 같이 평판형의 강판(12)에 코팅층(14)을 형성하여 코팅강판(10)을 제조하거나, 도6에 도시한 바와 같이 물결모양의 강판(22)에 코팅층(24)을 형성하여 코팅강판(20)을 제조할 수 있으며, 열교환기용 튜브에도 본 발명의 에폭시계 코폴리머 코팅방법을 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 에폭시계 코폴리머 코팅방법에 대해 상기 원료(에폭시계 바인더, 금속산화물 안료, 평활제, 경화제)의 배합비에 따른 에폭시계 코폴리머 코팅제(에폭시 코팅제)를 상기 코팅방법에 따라 냉연강판 또는 열교환기의 냉연강판 소재에 코팅하여 그 코팅도막의 특성을 비교 시험한 예를 구체적으로 설명한다.
이하의 실시예에서는 에폭시계 바인더는 Bis-phenol A type 에폭시, 실리콘 변성 에폭시를 동일한 양으로 혼합하여 첨가하고, 평활제는 Nonyl Phenol ethoxylate와 Non-ionic fluoro polymer surfactant을 동일한 양으로 혼합하여 첨가하며, 경화제는 폴리아미드 수지와 디아미노페닐 메탄, Diethyltriamine, ethylene tetramine을 동일한 양으로 혼합하여 첨가하고, 금속산화물 안료는 실리카 10 ~ 15중량%, 산화알루미늄 2 ~ 10 중량%, 산화마그네슘 2 ~ 5중량%, 산화지르코늄 3 ~ 8 중량%, 산화티탄 10 ~ 20 중량%, 세라믹 카본 5 ~ 10 중량%의 각 중간치를 비율에 따라 혼합하여 첨가하여 사용하였다.
[실시예 1]
금속산화물 안료 10 중량%, 에폭시계 바인더 50 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 포함하는 에폭시계 코팅제를 사용하여 일반 냉연강판에 코팅하였다.
[실시예 2]
금속산화물 안료 15 중량%, 에폭시계 바인더 50 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 포함하는 에폭시계 코팅제를 사용하여 일반 냉연강판에 코팅하였다.
[실시예 3]
금속산화물 안료 20 중량%, 에폭시계 바인더 50 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시 코팅제를 사용하여 일반 냉연강판에 코팅하였다.
[실시예 4]
금속산화물 안료 23 중량%, 에폭시계 바인더 50 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 일반 냉연강판에 코팅하였다.
[실시예 5]
금속산화물 안료 25 중량%, 에폭시계 바인더 50 중량%, 평활제 5 중량%, 경 화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 일반 냉연강판에 코팅하였다.
[실시예 6]
금속산화물 안료 30 중량%, 에폭시계 바인더 50 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 일반 냉연강판에 코팅하였다.
하기 [표 1] 은 상기 실시예 1 ~ 실시예 6에 따라 일반 냉연강판에 코팅한 도막의 물성을 시험한 결과를 나타낸다.
[표 1]
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
은폐력 X △ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
경도 H 3H 4H 4H 4H 4H
접착력 100/100 100/100 100/100 100/100 96/100 85/100
내충격성 Ｏ Ｏ △ △ X X
내화학성 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ X X
[실시예 7]
금속산화물 안료 23 중량%, 에폭시계 바인더 40 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 열교환기의 냉연강판 소재에 코팅하였다.
[실시예 8]
금속산화물 안료 25 중량%, 에폭시계 바인더 40 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 열교환기의 냉연강판 소재에 코팅하였다.
[실시예 9]
금속산화물 안료 23 중량%, 에폭시계 바인더 50 중량%, 평활제 5 중량%, 경 화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 열교환기의 냉연강판 소재에 코팅하였다.
[실시예 10]
금속산화물 안료 25 중량%, 에폭시계 바인더 50 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 열교환기의 냉연강판 소재에 코팅하였다.
[실시예 11]
금속산화물 안료 23 중량%, 에폭시계 바인더 60 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 열교환기의 냉연강판 소재에 코팅하였다.
[실시예 12]
금속산화물 안료 25 중량%, 에폭시계 바인더 60 중량%, 평활제 5 중량%, 경화제 0.1 몰비를 혼합한 에폭시계 코팅제를 사용하여 열교환기의 냉연강판 소재에 코팅하였다.
하기 [표 2]는 상기 실시예 7 ~ 실시예 12에 따라 열교환기의 냉연강판 소재에 코팅한 도막의 특성을 시험한 결과를 나타낸다.
[표 2]
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12
접착성 100/100 100/100 100/100 100/100 100/100 100/100
경도 4H 4H 4H 4H 3H 3H
기공도 5~10 5~10 2~5 2~5 1~3 1~3
내후성 △ △ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
상기 실시예에서 보는 바와 같이 코팅 도막의 접착성, 경도, 기공도 및 내후 성을 비교하여 볼 때 실시예 9 ~ 12가 사용하기에 우수함을 알 수 있다.
하기 [표 3]은 본 발명의 상기 실시예 9 ~ 12와 종래 에나멜 코팅의 물성을 시험한 결과를 나타내는데, 본 발명의 실시예가 종래 에나멜 코팅에 비해 도막의 내충격성, 기공도 , 내화학성이 매우 우수하여 열교환기의 수명을 오래 유지할 수 있음을 알 수 있다.
[표 3]
시험항목 시험방법 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12 에나멜 코팅
도막두께 도막측정기 300~350㎛ 300~350㎛ 300~350㎛ 300~350㎛ 300~350㎛
경도 Mitsubishi uni 4H 4H 3H 3H 9H 이상
기공도 측정면적:30 x 35㎠ 1000W 직류: 10개 이하 2~5 2~5 1~3 1~3 10~15
굴곡성 ERECHSEN 시험기 6mm 이하 양호 양호 양호 양호 X
충격성 1/2" * 500gr DUPONT 500g/50cm 이상 500g/50cm 이상 500g/50cm 이상 500g/50cm 이상 500g/50cm 이하
밀착성 CROSS-CUT (2mm) 100/100 100/100 100/100 100/100 100/100
평활성 육안판정 양호 양호 양호 양호 양호
내알카리성 5% NaOH(20℃) 500HR 500HR 500HR 500HR 100HR 부식발생
내산성 5% HSO(20%) 500HR 500HR 500HR 500HR 100HR 부식발생
내수성 수도물 (20℃) 1000HR 1000HR 1000HR 1000HR 1000HR
내습성 45℃,100%RH 1000HR 1000HR 1000HR 1000HR -
내염수성 35℃,5%NaCl, 분무시험, 500시간 0mm 0mm 0mm 0mm -
내오염성 매직잉크, 2시간 △ △ Ｏ Ｏ -
내열탕성 98℃, 2시간 양호 양호 양호 양호 -
촉진내후성 ATLAS WEAHEROMETER 1000시간 양호 1000시간 양호 1000시간 양호 1000시간 양호 -
내열성 230℃, 10시간 양호 양호 양호 양호 -
본 발명에 의한 강판의 에폭시계 코콜리머 코팅방법에 의하면, 코팅층의 밀도와 모재와 도료의 밀착성을 높이고 열팽창계수와 코팅층 내부의 잔류응력을 최소화하여 내산부식성, 계면밀착성, 내마모성 및 내열충격성이 향상되어, 특히 탈황설비의 열교환기용 냉연강판에 적용하여 내구성과 경제성이 우수한 열교환기 재료로 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 강판 표면의 이물질을 제거하는 단계와,
    코팅력을 높이도록 이물질이 제거된 강판에 표면처리하는 단계와,
    표면처리된 강판을 220 ~ 250℃로 예열한 후 에폭시계 코폴리머 코팅제를 코팅하는 단계로 이루어지고,
    상기 에폭시계 코폴리머 코팅제는 에폭시계 바인더 45 ~ 70중량%와 금속산화물 안료 20 ~ 30중량%와 첨가제 1 ~ 8중량%를 포함하는 에폭시계 코팅제를 사용하되,
    상기 에폭시계 바인더는, Bis-phenol A Type 에폭시와 실리콘 변성 에폭시 중의 적어도 하나는 사용하고,
    상기 금속산화물 안료는, 실리카(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3)과 산화마그네슘(MgO)과 산화지르코늄(ZrO2)과 산화티탄(TiO2)과 세라믹 카본으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 안료를 사용하며,
    상기 첨가제는, Nonyl Phenol ethoxylate와 Non-ionic fluoro polymer surfactant 중의 적어도 하나와, 폴리아미드 수지와 디아미노페닐 메탄과 Diethyltriamine과 ethylene tetramine 중의 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 강판에 표면처리하는 단계에서 표면처리는, 연마제를 강판 표면에 분사하여 요철을 만드는 것을 특징으로 하는 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법,
  4. 제2항에 있어서,
    상기 강판에 표면처리하는 단계에서 표면처리는, 강판 표면에 인산아연 피막처리를 하여 요철을 만드는 것을 특징으로 하는 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법.
  5. 제2항에 있어서
    상기 에폭시계 코폴리머 코팅제를 코팅한 후에는 190 ~ 250℃의 온도에서 3분 ~ 18분간 가열하여 소성한 후 냉각하는 것을 특징으로 하는 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 금속산화물 안료는에폭시계 코폴리머 코팅제 전체량에 대해, 실리카는 10 ~ 15중량%, 산화알루미늄은 2 ~ 10 중량%, 산화마그네슘은 2 ~ 5중량%, 산화지르코늄은 3 ~ 8 중량%, 산화티탄은 10 ~ 20 중량%, 세라믹 카본은 5 ~ 10 중량%의 함량 범위 내에서 사용하는 것을 특징으로 하는 강판의 에폭시계 코폴리머 코팅방법.
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