KR100896468B1 - 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법. - Google Patents

나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법. Download PDF

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조종수
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웰텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 은(Ag)을 플루오르화수소산(HF)에 혼합 및 용해하여, 은이온(Ag+)을 제조하는 단계와, 알킬실록산수지(Alkyl siloxane oligomer)와 상기 은이온(Ag+)을 제조하는 단계에 의하여 제조된 은이온(Ag+) 용액을 혼합하여, 상기 알킬실록산수지의 실록산 결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계와, 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환시키는 단계에 의하여 얻어진 반응물로부터 플루오르(F-) 및 플루오르화수소산(HF)을 1 ppb이하 및 수분(H2O)을 100 ppm이하로 증류 및 감압하여 정제하는 단계를 포함하는 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정과; 천연단백질 섬유소와 수산화나트륨을 반응시켜 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정과; 에폭시 수지와 상기 은-알킬실록산 나노 젤과 상기 아미노산 나트륨칩를 혼합하여 반응시키는 단계와, 상기 반응이 종료된 후, 아미노산 나트륨칩을 여과하여 제거하는 단계를 포함하는 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정과; 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 30 ~ 50℃의 온도로 혼합하여 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법이다.
금속관, 도료, 나노하이브리드복합수지.

Description

나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법.{Method of producing nanohybrid resin paints and method of producing metal pipes coverd with nanohybrid resin paints}
본 발명은 도료가 도포된 금속관의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법에 관한 것이다.
최근 수돗물 시설의 노후 및 소재의 용출로 인한 음용수의 안전에 대한 우려가 커지고 있으며, 수돗물 이송용 금속관이나 저장 탱크의 내부 면에서 불순물 용출 등으로 인한 수도물의 오염은 장기적이고 지속적이라는 데서 심각한 문제점의 하나로 대두되고 있다.
특히 방식성, 내구성 측면에서 필수적으로 처리 해야만 하는 금속관의 내부 수지 코팅에 의한 2차 오염은 환경호르몬 등의 심각한 부작용을 일으킬 수도 있다는 의심이 일게 되면서 중요한 문제로 대두되고 있다.
또한 이러한 상황에 따라 각 국가의 먹는 물 환경 기준은 그 규제의 강도가 날로 높아지고 있으며, 당해 업자들은 이에 따른 인체 유해성 및 내구성에 대한 연구 개발을 많이 하고 있다.
종래에 액상 에폭시 수지를 이용한 수도 금속관 내부의 코팅 방법은 대한민국 특허출원 10-1994-0000100(무용제 액상 에폭시 코팅 강관과 그 제조방법)와 같이 무용제 에폭시를 코팅하여 수도용 금속관으로 제조하는 방법이 있으나, 이는 무용제 타입으로 신너에 의한 독성제거 및 환경오염은 저감시켰다고 볼 수 있으나, 비스페놀-A 등의 환경호르몬 측면에 관한 문제나 장기적인 내구성에 대해서는 해결하지 못하고 있다.
이에 따라 발전된 제조방법이 대한민국 특허출원 10-2007-0100810(물탱크, 강관 및 밸브 등 수도용 기자재 내면용으로 나노 은을 포함한 ＢＰＡ Ｆｒｅｅ Ｔｙｐｅ의 무용제 에폭시 도료 조성물 제조방법과 그 조성물)은 비스페놀-A의 환경호르몬 문제의 해결과 은나노를 첨가하여 항균성을 형성시킨 발전된 제조방법이라고 평가할 수 있으나, 일반적으로 에폭시 수지에 함유되어 검출되는 독성물질인 포름알데히드와 잔류 모노머(비스페놀류 및 에피클로로히드린 등)의 제거가 충분히 이루어지지 않았으며, 또한 초내후성 및 초소수기를 형성시키지 못하여 장기 사용에 한계가 있으며 노후 침식이 조기 발생하여 음용수에 용출될 우려가 남아있다.
본 발명은 잔류 유해물질 제거, 장기 사용성, 내수성, 수중 내마모성, 항균성 등이 우수한 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공한다.
또, 본 발명은 본질이 초소수성, 초내후성, 인체무해 성질인 알킬실록산수지를 나노젤로 제조하고, 액상에폭시수지와 나노하이브리드하여 초소수성을 형성시켜 내수성, 수중 내마모성, 수중생물 부착저감성 등이 우수한 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공한다.
또, 본 발명은 은을 나노 단위로 분포시켜 항균성을 형성시켜 수도관 물탱크 등의 내부면에 세균서식을 저감시키고 세균막(BIO FILM)의 형성을 줄일 수 있는 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공한다.
또, 본 발명은 단백질 섬유의 저분자량 단백질과 불순물을 펜톤시약으로 정제하고 폴리펩티드결합을 수산화나트륨으로 일부 개열하여 아미노산 나트륨 칩으로 제조하고, 액상 수지와 반응시켜 포름알데히드 및 중금속, 잔류 모노머 등을 제거하여 위생성이 우수한 인체 친화적인 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브 리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공한다.
또, 본 발명은 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 혼합하기 위하여 주입할 때, 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제의 미리 계산된 주입량을 효과적으로 동시에 주입할 수 있으며, 또한, 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 적정한 온도로 혼합함으로서써, 금속관에 도포되는 나노하이브리드복합수지 도료의 기능을 더욱 향상시킬 수 있는 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공한다.
삭제
본 발명의 일구현예에 따른 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법은 은(Ag)을 플루오르화수소산(HF)에 혼합 및 용해하여, 은이온(Ag+)을 제조하는 단계와, 알킬실록산수지(Alkyl siloxane oligomer)와 상기 은이온(Ag+)을 제조하는 단계에 의하여 제조된 은이온(Ag+) 용액을 혼합하여, 상기 알킬실록산수지의 실록산 결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계와, 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환시키는 단계에 의하여 얻어진 반응물로부터 플루오르(F-) 및 플루오르화수소산(HF)을 1ppb이하 및 수분(H2O)을 100ppm이하로 증류 및 감압하여 정제하는 단계를 포함하는 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정과; 천연단백질 섬유소와 수산화나트륨을 반응시켜 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정과; 에폭시 수지와 상기 은-알킬실록산 나노 젤과 상기 아미노산 나트륨칩를 혼합하여 반응시키는 단계와, 상기 반응이 종료된 후, 아미노산 나트륨칩을 여과하여 제거하는 단계를 포함하는 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정과; 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 30 ~ 50℃의 온도로 혼합하여 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정에서, 상기 나노하이브리드복합수지 주재 및 상기 경화제를 각각 펌핑할 수 있도록 구성되는 한쌍의 펌프하우징과; 상기 각 펌프 하우징 내에서 왕복운동하면서 펌핑력을 발생시키는 펌프 피스톤과; 상기 각 펌프 하우징의 외부에서 상기 펌프 피스톤에 연결되는 각각의 피스톤 로드와; 상기 복수의 피스톤 로드에 모두 연결되고, 일단부가 주변 고정 구조물에 지지 포인트를 중심으로 회전 가능하게 지지되는 펌핑 바와; 상기 펌핑 바를 상기 지지 포인트를 중심으로 회전 왕복운동시킴으로써 상기 각 피스톤 로드 및 펌프 피스톤을 왕복 운동시키는 펌핑 구동기구를 포함하는 관 코팅제 공급용 펌핑 장치를 이용하여 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 상기 경화제를 공급하고, 상기 나노하이브리드복합수지 주재 및 상기 경화제를 혼합하는 것이 바람직하다.
또, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정에서 알킬실록산수지는 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이고, 그 무게평균분자량이 500 ~ 20,000인 것이 바람직하다.
화학식 1
Figure 112008080840787-pat00001
R은 메틸기, 페닐기, 비닐기 또는 플루오르알킬기 중 선택된 1종.
화학식 2
Figure 112008080840787-pat00002
R은 메틸기, 페닐기, 비닐기 또는 플루오르알킬기 중 선택된 1종.
또, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정의 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계는 10 ~ 150℃의 온도에서, 1 ~ 120 시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정의 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계는 알킬실록산수지(Alkyl siloxane oligomer)와 상기 은이온(Ag+) 용액을 혼합할 때 플루오르화수소산(HF)을 더 첨가할 수도 있다.
또, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정의 정제하는 단계는 10 ~ 100℃의 온도에서, 0.95 ~ 0.70 기압으로 정제시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정에서 제조된 상기 은-알킬실록산 나노 젤은 그 입자의 크기가 1 ~ 10nm인 것이 바람직하다.
또, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정에서 형성된 나노 은입자의 함량은 1,000 ~ 300,000 ppm인 것이 바람직하다.
또, 상기 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정에서 상기 천연단백질 섬유소는 동물의 모(毛), 동물의 표피 및 난각막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
또, 상기 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정은 상기 천연단백질 섬유소에 과산화수소 수용액 및 황산철(Ⅱ)을 혼합하여 천연단백질 섬유소의 불순물을 제거하는 단계와, 수산화나트륨을 첨가하여 반응시키는 단계와, 상기 최종 반응물을 건조시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또, 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정에 의해 제조된 상기 아미노산 나트륨칩은 그 입자의 크기가 0.5 ~ 10mm인 것이 바람직하다.
또, 상기 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정에서 에폭시 수지 100중량부에 대하여 은-알킬실록산 나노 젤 1 ~ 100 중량부 및 아미노산 나트륨칩 0.1 ~ 10 중량부를 혼합하여 반응시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정에서 상기 에폭시 수지는 비스페놀 F계 에폭시 수지인 것이 바람직하다.
또, 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정에서 상기 나노하이 브리드복합수지 주재 100 중량부에 대하여 경화제 5 ~ 100 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
또, 상기 경화제는 폴리아미드 아민(Polyamideamine) 또는 아민인 것이 바람직하고, 특히, 폴리아미드아민은 아민가(mgKOH/g)가 150 ~ 500 및 점도(cps at 25℃)가 800 ~ 2,000이고, 아민은 아민가(mgKOH/g)가 300 ~ 700 및 점도(cps at 25 ℃)가 1,000 ~ 8,000인 것으로 함으로서, 본 발명의 나노하이브리드복합수지 도료를 적절한 속도로 경화시키고, 경화도를 더욱 향상시킬 수 있어 더욱 바람직하다.
본 발명의 또다른 일구현예인 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법은 상술한 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법에 의하여 제조된 나노하이브리드복합수지 도료를 금속관의 내주면에 도포하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 금속관의 내주면에 도포하는 공정은 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 2 ~ 15 kg/cm2의 압력으로 스프레이 도포하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 금속관의 내주면에 도포되는 나노하이브리드복합수지 도료층의 두께는 0.1 ~ 2㎜인 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 일구현예인 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법은 상기 금속관의 내주면에 도포하는 공정의 전 또는 후에, 금속관 외주면 코팅공정을 포함하며, 금속관 외주면 코팅공정은, 금속관 외주면의 이물질 제거를 위한 전처리 공정; 금속관을 60 ~ 300℃에서 가열하는 가열공정; 금속관 외주면에 분말 에폭시(FBE)를 도장하는 1차 코팅공정; 개질 폴리에틸렌을 도장하는 2차 코팅공정; 폴리에틸렌을 도장하는 3차 코팅공정; 용접부인 끝단을 처리하는 공정; 및 코팅층의 온도를 상온으로 냉각시키는 냉각공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 1차 코팅공정, 2차 코팅공정 및 3차 코팅공정을 거친 금속관 외주면의 코팅층이 0.5 ~ 5㎜이 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 잔류 유해물질 제거, 장기 사용성, 내수성, 수중 내마모성, 항균성 등이 우수한 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공한다.
또, 본 발명은 본질이 초소수성, 초내후성, 인체무해 성질인 알킬실록산수지를 나노젤로 제조하고, 액상에폭시수지와 나노하이브리드하여 초소수성을 형성시켜 내수성, 수중 내마모성, 수중생물 부착저감성 등이 우수한 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공하였다.
또, 본 발명은 은을 나노 단위로 분포시켜 항균성을 형성시켜 수도관 물탱크 등의 내부면에 세균서식을 저감시키고 세균막(BIO FILM)의 형성을 줄일 수 있는 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공하였다.
또, 본 발명은 단백질 섬유의 저분자량 단백질과 불순물을 펜톤시약으로 정제하고 폴리펩티드결합을 수산화나트륨으로 일부 개열하여 아미노산 나트륨 칩으로 제조하고, 액상 수지와 반응시켜 포름알데히드 및 중금속, 잔류 모노머 등을 제거하여 위생성이 우수한 인체 친화적인 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공하였다.
또, 본 발명은 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 혼합하기 위하여 주입할 때, 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제의 미리 계산된 주입량을 효과적으로 동시에 주입할 수 있는 장치를 이용함으로서, 금속관에 도포되는 나노하이브리드복합수지 도료의 기능을 더욱 향상시킬 수 있는 나노하이브리드복합수지 도료 및 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법을 제공하였다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법의 제조공정도를 나타낸 것이다.
일단, 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정(P10)을 수행한다.
먼저, 은(Ag)을 플루오르화수소산(HF)에 혼합 및 용해하여 은이온(Ag+)을 제조하는 단계(S11)을 통하여, 은이온 용액을 제조한다. 즉, 은이온 용액에는 은이온(Ag+)과 수소(H+) 및 플루오르(F-)가 해리된 상태로 존재하게 되는 것이다.
그리고, 알킬실록산수지(Alkyl siloxane oligomer)와 상기 은이온 용액을 혼합하여, 상기 알킬실록산수지의 실록산 결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계(S12)를 통하여 플루오르수소산(HF)의 해리이온에 의하여 알킬실록산수지의 일부 실록산 결합(Si-O)을 개환하는 반응(예를 들면, 하기 반응식 1과 같은 반응)에 의하여 초미세나노입자인 은-알킬실록산 나노 젤, 바람직하게는 1 ~ 10nm 크기의 은-알킬실록산 나노 젤를 형성할 수 있는 것이다.
반응식 1
Figure 112009015930090-pat00003

R은 메틸기, 페닐기, 비닐기 또는 플루오르알킬기 중 선택된 1종.
알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계(S12)는 10 ~ 150℃의 온도에서, 1 ~ 120 시간 동안 반응시킴으로서, 알킬실록산수지의 개환반응을 더욱 촉진시키고, 은-알킬실록산 나노 젤의 입자크기를 더욱 더 작게 형성할 수 있는 것이다.
이 때, 알킬실록산수지 100중량부에 대하여 은이온 용액을 1 내지 10중량부를 첨가하는 것이 바람직하고, 또, 필요에 따라서는 플루오르화수소산(HF)를 10 내지 200중량부를 더 첨가할 수도 있다.
여기에서, 알킬실록산 수지는 상기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종이상이고, 그 무게평균분자량이 500 ~ 20,000인 것이 바람직하다. 알킬실록산수지는 무기질의 물성과 유기질의 물성이 잘 겸비된 소재로서, 근본적으로 초내후성, 초소수성 및 넓은 사용 온도범위(-100 ~ 150℃) 등의 특성을 갖는 기능성 소재이다. 이와 같은 알킬실록산수지는 액상의 에폭시수지와 혼합이 불가능 고체칩상 수지로서, 실록산 결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계(S12)를 통하여 알킬실록산수지를 초미세나노입자(바람직하게는 1 ~ 10nm의 크기)로 제조함으로써, 초미세나노입자의 순수 고형분은 유지되면서도 액상의 에폭시수지와 혼합이 용이하도록 할 수 있는 것이다. 또, 이온상태의 은(Ag+)이 알킬실록산 나노 젤 내에 분산된 상태에서 나노 금속 입자로 석출될 때, 응집하지 못하도록 은 입자를 점착 고정하여 은을 극미세나노입자로 유지시켜주는 담체 역할도 하는 것이다.
여기에서, 은(Ag)은 나노 입자로 분포되어 항균성을 제공하는 재료로서, 플루오르화수소산에 용해되어 은이온(Ag+)이 되어 실록산 나노 젤의 점착 질에 분포되고, 후단계인 정제시키는 단계(S13)을 통하여 용해인자로서 해리 이온인 H+와 F- 및 이온환경인 H2O가 제거되면서 극미세나노입자인 은(Ag) 금속입자로 석출되면서 실록산 나노 젤 내에 분포되는 것이다. 이 때, 석출 시 은(Ag) 입자들은 응집반응을 일으킬 수 있으나, 알킬실록산 나노 젤의 점착성에 고정되어 응집하지 못하고, 나노 입자 상태를 유지하면서, 알킬실록산 나노 젤의 내부에 전체적으로 골고루 분포되어 은-알킬실록산 나노 젤을 형성하는 것이다. 즉, 은-알킬실록산 나노 젤의 은(Ag) 성분이 수도용 금속관 등의 경화도막에서 항균성을 제공함으로써, 도막 표면의 세균 막(Bio film)의 형성을 저감시킬 수 있는 것이다.
여기에서, 플루오르화수소산(HF)은 분해반응 촉매로서 은(Ag)을 용해하여 은이온(Ag+)화를 형성하고, 고체의 알킬실록산수지의 실록산 결합(Si-O)의 일부를 개환하여 나노 입자 젤화하는 분해제이다. 또한, 알킬실록산수지를 개환 후, 실록산 사슬(Si-O)에 해리 수소이온(H+)이 결합하여 실란올(Si-OH)을 형성하여, 후 공정에서 에폭시기 및 경화제와의 반응성을 유효하게 해주는 작용을 한다.
다음으로, 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환시키는 단계(S12)에 의하여 얻어진 반응물로부터 플루오르(F-) 및 플루오르화수소산(HF)을 1 ppb이하 및 수분(H2O)을 100 ppm이하로 증류 및 감압하여 정제하는 단계(S13)를 통하여 이온상태의 은(Ag+)을 극미세나노입자인 은(Ag) 금속입자로 석출시킴으로써, 최종적으로 순수 고형분(함수량 약 0.01% 이하)의 은-알킬실록산 나노 젤을 제조할 수 있는 것이다.
이 때, 정제하는 단계(S13)는 10 ~ 100℃의 온도에서, 0.95 ~ 0.70 기압으로 정제시킴으로서, 플루오르(F-) 및 플루오르화수소산(HF) 및 수분(H2O)을 더욱 빨리 정제시킬 수 있는 것이다.
은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정(P10)을 통하여 제조된 은-알킬실록산 나노 젤의 나노 은입자의 함량은 1,000 ~ 300,000 ppm인 것이 바람직하다. 즉, 1,000 ppm 이상으로 제조함으로서 금속관의 표면에 도포되었을 때 더욱 강한 항균성을 제공할 수 있는 것이고, 300,000 ppm 이하로 함으로서 은의 특성인 흑변 및 수중 용출 등이 되지 않도록 할 수 있는 것이다.
이와 같이 제조된 은-알킬실록산 나노 젤은 약 30 ~ 50℃의 온도로 가열함에 의하여 저점도로 변화가 가능하여 액상의 에폭시수지와 혼합, 교반 및 스프레이 도포 등이 가능할 정도로 유동성을 가질 수 있게 된다.
은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정(P10)을 수행하는 것과는 별도로 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정(P20)을 수행한다. 즉, 천연단백질 섬유소와 수산화나트륨을 반응시켜 아미노산 나트륨칩을 제조하는 것이다.
여기에서, 천연단백질 섬유소는 케라틴, 콜라겐 등의 성분이 풍부한 동물의 모(毛), 동물의 표피 및 난각막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
이러한 천연단백질 섬유소를 유해물질 제거용으로 사용하기 위하여 유기물 분해제로서 펜톤시약 즉, 과산화수소 수용액 및 황산철(Ⅱ)을 혼합하여 천연단백질 섬유소의 불순물을 제거하는 단계(S21)와, 수산화나트륨을 첨가하여 반응시키는 단계(S22)와, 상기 최종 반응물을 건조시키는 단계(S23)를 포함하는 것이 바람직하다.
여기에서, 펜톤시약은 유기물 분해제로서, 과산화수소에 촉매로서 황산철(Ⅱ)을 첨가하고 교반하면 하이드록시 라디칼(·OH)이 형성되고, 하이드록시 라디칼은 저 분자량의 단백질 및 기타 불순물을 분해 정제하는 작용을 하는 것이다.
여기에서, 수산화나트륨은 단백질 섬유소의 폴리펩티드 또는 단백질 3차 결합을 수산화나트륨으로 알칼리 개열하여 아미노산화하여 아미노산 나트륨칩을 형성하는 역할을 한다. 또, 후공정에서 액상 에폭시 수지에 혼합하면 잔류 모노머인 비스페놀류와 에피클로로히드린의 에폭시 고분자 반응을 진행시켜 잔류모노머를 제거할 수 있는 것이다.
또, 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정(P20)에 의해 제조된 아미노산 나트륨칩은 그 입자의 크기가 0.5 ~ 10mm인 것이 바람직하다. 즉, 0.5mm 이상으로 함으로써 여과 효율을 향상시킬 수 있고, 10mm 이하로 함으로서 입자크기의 분포도를 적정하게 할 수 있는 것이다. 더욱 바람직하게는 2~5mm로 할 수 있다.
은-알킬실록산 나노젤을 제조하는 공정(P10) 및 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정(P20)을 수행한 후에는 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정(P30)을 수행한다.
즉, 에폭시 수지와 상기 은-알킬실록산 나노 젤과 상기 아미노산 나트륨칩를 혼합하여 반응시키는 단계(S31)와, 상기 반응이 종료된 후, 아미노산 나트륨칩을 여과하여 제거하는 단계(S32)를 포함하여 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 것이다.
여기에서, 에폭시 수지는 에폭시 수지 분자 내에 에폭시기를 2개 이상을 갖는 무게평균분자량이 300 ~ 4,000인 비스페놀-F 형 또는 비스페놀-A형(화학식3), 노블락(Novolac) 형(화학식4), 방향족 아민형(화학식5,6), 지환 형(화학식7,8) 에폭시 수지 중 어느 것이나 사용할 수 있으나 가장 바람직하게는 비스페놀-F 형 무용제 액상 에폭시 수지를 사용한다. 이러한 에폭시수지는 금속에 대한 부착력이 우수하고 경도가 높으며 무용제 타입으로 고형 분이 높아 후막 형성이 가능한 소재이다. 본 발명에서는 알킬실록산수지와 하이브리드 또는 공중합체가 형성되는 주원료 중 하나이며, 또한 아미노산나트륨 칩에 의하여 잔류 모노머 등의 유해물질이 제거되어 인체 안전한 소재로 발전되어 사용된다.
화학식 3
Figure 112008080840787-pat00004
화학식 4
Figure 112008080840787-pat00005
화학식 5
Figure 112008080840787-pat00006
화학식 6
Figure 112008080840787-pat00007
화학식 7
Figure 112008080840787-pat00008
화학식 8
Figure 112008080840787-pat00009
여기에서, 에폭시 수지와 은-알킬실록산 나노 젤과 아미노산 나트륨칩을 혼합하여 반응시키는 단계(S31)를 통하여 액상의 에폭시수지 내에 존재하는 잔류모노머인 비스페놀, 에피클로로히드린 등을 아미노산 나트륨칩과의 반응(예를 들어 반응식 2)에 의한 에폭시 고분자 반응으로 소멸시킬 수 있고, 불원적으로 유입될 수 있는 중금속 역시 단백질의 카르복시 관능기와의 반응(예를 들어 반응식 3)에 의하여 흡착제거할 수 있다.
반응식 2
Figure 112009015930090-pat00010

R은 H 또는 CH3.
반응식 3
Figure 112008080840787-pat00011
또, 상기 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정에서 에폭시 수지 100중량부에 대하여 은-알킬실록산 나노 젤 1 ~ 100 중량부 및 아미노산 나트륨칩 0.1 ~ 10 중량부를 혼합하여 반응시키는 것이 바람직하다.
즉, 은-알킬실록산 나노 젤을 1중량부 이상으로 함으로서, 은에 의한 항균성 및 알킬실록산 나노입자에 의한 경화반응을 향상시킬 수 있고, 100중량부 이하로 함으로서 경제성을 도모할 수 있는 것이고, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 중량부로 할 수 있다. 또, 아미노산 나트륨칩을 0.1중량부 이상으로 함으로서, 에폭시 수지의 잔류모노머 및 중금속 등의 제거효과를 더욱 향상시킬 수 있고, 10 중량부 이하로 함으로써 경제성을 도모할 수 있는 것이고, 더욱 바람직하게는 4 ~ 6 중량부로 할 수 있다.
또, 에폭시 수지와 상기 은-알킬실록산 나노 젤과 상기 아미노산 나트륨 칩을 혼합하여 반응시키는 단계(S31)에서는 액상의 에폭시수지와 은-알킬실록산 나노 젤을 먼저 혼합하고, 아미노산 나트륨칩을 혼합하여 10 ~ 90℃의 온도에서 1 ~ 48시간 교반하여 접촉식으로 반응시키는 방법으로 할 수도 있고, 비접촉식 반응으로서 반응기의 상단에 아미노산 나트륨칩을 집중 설치하고 50 ~ 90℃의 온도로 1 ~ 48시간 증류 흡착시키는 방법으로 할 수도 있다. 접촉식 반응의 경우에는 액상의 에폭시수지 내에 존재하는 잔류모노머인 비스페놀, 에피클로로히드린 등을 소멸 및 중금속 흡착 제거 등의 효과에 있어서 비접촉식 반응의 경우보다 탁월하다. 즉, 비접촉식 반응의 경우는 중금속 흡착제거 효과가 미비할 수 있는 것이다.
이렇게 제조된 나노하이브리드복합수지 주재는 아미노산 나트륨칩에 의하여 잔류 모노머 및 중금속 등이 제거된 액상의 에폭시수지 및 은-알킬실록산 나노젤을 포함하여 구성될 수 있는 것이다.
다음으로, 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 30 ~ 50℃의 온도로 혼합하여 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정(P40)을 수행한다. 즉, 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 약 30 ~ 50℃의 온도로 혼합함으로써, 거의 순수 고형분 조성의 상기 나노하이브리드수지 주재가 저온상태에서(30℃ 미만) 도장하기 어려운 고점도이나 가온에(30~50℃) 따라 유동성이 좋아져 나노하이브리드복합수지 도료로서 혼합, 교반, 스프레이, 도포 등이 가능하도록 할 수 있는 것이다.
또, 상기 나노하이브리드복합수지 주재 100 중량부에 대하여 경화제 5 ~ 100 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
여기에서, 경화제는 폴리아미드 아민 또는 아민인 것이 바람직하다.
특히, 폴리아미드아민은 아민가(mgKOH/g)가 150 ~ 500 및 점도(cps at 25℃)가 800 ~ 2,000이고, 아민은 아민가(mgKOH/g)가 300 ~ 700 및 점도(cps at 25 ℃)가 1,000 ~ 8,000인 것으로 함으로서, 본 발명의 나노하이브리드복합수지 도료를 적절한 속도로 경화시키고, 경화도를 더욱 향상시킬 수 있어 더욱 바람직하다.
여기에서, 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 30 ~ 50℃의 온도로 혼합하면, 나노하이브리드복합수지 주재에 포함되어 있는 은-알킬실록산 나노 젤은 관능성 실란올(Si-OH)이 풍부한 구조체로서 에폭시 수지와 경화제의 가교반응에서 유효한 화학적 결합반응(예를 들면 반응식 4 내지 6과 같은 연쇄반응)이 서서히 진행되면서 에폭시실록산 공중합체로 하이브리드되는 것이다.
반응식 4
Figure 112009015930090-pat00029

R'3N은 3차아민.
반응식 5
Figure 112009015930090-pat00030

R'3N은 3차아민이고, R은 메틸기, 페닐기, 비닐기 또는 플루오르알킬기 중 선택된 1종.
반응식 6
Figure 112009015930090-pat00014

R은 메틸기, 페닐기, 비닐기 또는 플루오르알킬기 중 선택된 1종.
또, 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정(P40)에서, 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 혼합할 때, 하기에서 상세히 설명하는 관 코팅제 공급용 펌핑 장치를 이용하여 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 상기 경화제를 공급하여, 상기 나노하이브리드복합수지 주재 및 상기 경화제를 혼합하는 것이 바람직하다.
즉, 나노하이브리드복합수지 주재 및 상기 경화제를 각각 펌핑할 수 있도록 구성되는 한쌍의 펌프하우징과; 상기 각 펌프 하우징 내에서 왕복운동하면서 펌핑력을 발생시키는 펌프 피스톤과; 상기 각 펌프 하우징의 외부에서 상기 펌프 피스톤에 연결되는 각각의 피스톤 로드와; 상기 복수의 피스톤 로드에 모두 연결되고, 일단부가 주변 고정 구조물에 지지 포인트를 중심으로 회전 가능하게 지지되는 펌핑 바와; 상기 펌핑 바를 상기 지지 포인트를 중심으로 회전 왕복운동시킴으로써 상기 각 피스톤 로드 및 펌프 피스톤을 왕복 운동시키는 펌핑 구동기구를 포함하는 관 코팅제 공급용 펌핑 장치를 이용하여 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 상기 경화제를 공급하고, 상기 나노하이브리드복합수지 주재 및 상기 경화제를 혼합하는 것이 바람직하다.
또, 거의 순수 고형분 조성의 상기 나노하이브리드복합수지 주재가 저온상태에서(30℃이하) 도장하기 어려운 고점도이나 가온에(30~50℃) 따라 유동성이 좋아지는 점을 고려하여, 나노하이브리드복합수지 주재 및 경화제의 저장부 및 펌프하우징의 온도를 30 ~ 50℃로 유지함으로서 나노하이브리드복합수지 도료의 혼합 및 교반을 적절하게 할 수 있고, 후공정인 금속관 내부의 도포 공정에 스프레이 도포가 가능하도록 할 수 있는 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관 코팅제 공급용 펌핑 장치가 포함된 코팅제 공급 장치가 도시된 측면도 및 개략적인 평면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 코팅제 공급 장치는 프레임(1) 위에 코팅제 저장부(10), 펌핑부(30), 유압 제공부(50)가 순서대로 설치된다.
프레임(1)은 그 상부에 상기 각각의 구성 부분을 지지할 수 있도록 구성된 것으로서, 도 3에서와 같이 그 하부에 바퀴(5)를 설치하는 경우에 대차 프레임을 구성하면서, 강관의 내부에 투입되어 강관을 따라 이동하면서 강관의 내면을 코팅할 수 있도록 구성된다.
이러한 프레임(1)의 상부에 구성되는 코팅제 저장부(10), 펌핑부(30), 유압 제공부(50)에 대하여 자세히 설명한다.
먼저, 코팅제 저장부(10)는 나노하이브리드복합수지 주재가 저장되는 주재 저장탱크(11)와 경화제가 저장되는 경화제 저장탱크(13)로 구성된다. 도 3에서 주재 저장탱크(11)와 경화제 저장탱크(13)는 각각 두 개씩 설치된 구성을 보여준다.
이때, 주재 저장탱크(11)가 경화제 저장탱크(13) 보다 크게 형성되는 것이 일반적이므로, 두 가지 저장탱크(11, 13)의 설치 면적을 최소화하기 위해 주재 저장탱크(11) 및 경화제 저장탱크(13)를 각각 대각선 방향으로 설치하는 것이 바람직하다.
이러한 두 종류의 저장탱크(11, 13)는 나노하이브리드복합수지 주재 또는 경화제를 투입할 수 있도록 상부에 뚜껑(11a, 13a)이 구성되고, 하부에는 주재 또는 경화제가 배출되는 배출구(11b, 13b)가 각각 구성된다.
상기 주재 저장탱크(11)는 통상 코팅제의 주재가 에폭시 수지 등의 주성분에 각종 첨가제들이 혼합되어 사용되므로, 이를 혼합하기 위한 교반장치가 설치된다. 교반 장치는 탱크 뚜껑(11a)의 상부에 설치된 교반 모터(15)와 이 교반 모터(15)에 의해 주재 저장탱크(11) 내에서 회전하는 교반 날개(17)로 이루어질 수 있다.
이와 같이 주재 저장탱크(11)의 뚜껑(11a)에는 상당한 하중을 갖는 교반 모터(15) 및 교반 날개(17)가 설치되므로, 뚜껑(11a)의 개방이 쉽지 않을 수 있다. 따라서 주재 저장탱크(11)의 측면(상기 프레임(1)에 지지하는 것도 가능)에 지지되는 개폐 가이드(20)를 설치하여, 뚜껑(11a)을 상기 개폐 가이드(20)를 따라 상하 이동시키면서 개방시킬 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 뚜껑(11a)이 개방된 후에 하중에 의해 너무 급속하게 닫히게 되면, 안전사고가 발생할 수 있으므로, 이를 예방하기 위해 상기 개폐 가이드(20)를 서행 닫힘 구조로 구성하여, 개방후에는 천천히 닫히도록 구성하는 것이 바람직하다.
개폐 가이드(20)는, 도 5에서와 같이, 주재 저장탱크(11)의 측면에 설치된 원통형 구조의 가이드 파이프(21)와, 이 가이드 파이프(21)에 상하 이동가능하게 삽입되고 상부에 수평암(22)이 연결되어 뚜껑(11a)에 연결되는 가이드 봉(23)과, 상기 가이드 파이프(21) 내에서 상기 가이드 봉(23)이 서서히 이동하도록 힘을 제공하는 완충 부재(미도시)로 이루어진다.
여기서 완충 부재는 일반적으로 널리 사용되고 있는 압축 코일 스프링을 이용할 수 있다. 압축 코일 스프링을 이용하게 되면, 주재 저장탱크(11)에 뚜껑(11a)을 고정하여 잠그는 장치를 해제하게 되면, 코일 스프링의 탄성력에 의해 가이드 봉(23)이 상승하게 되면서 뚜껑(11a)이 열리게 되고, 작업자가 뚜껑을 누리게 되면 코일 스프링을 탄성력을 이기고 뚜껑(11a)이 서서히 하강하면서 닫힐 수 있게 된다.
이러한 개폐 가이드(20)는 쇽업서버 등에 널리 이용되는 오리피스 구조를 이 용하여 유체의 이동을 지연시킴으로써 뚜껑(11a)의 열림 및 닫힘 작동이 서서히 이루어지도록 구성하는 것도 가능하고, 필요에 따라서는 유압을 이용하여 자동으로 개폐되게 구성하는 것도 가능하다.
한편, 상기와 같이 주재 저장탱크(11)와 경화제 저장탱크(13) 두 쌍으로 이루어지는 코팅제 저장부(10)는 도 1에서와 같이 탱크 외곽에 펜스 구조물(19)을 설치하여 탱크 등을 보호할 수 있도록 구성할 수 있다.
다음, 상기 펌핑부(30)는, 상기 주재 저장탱크(11)와 경화제 저장탱크(13)에 저장된 주재와 경화제를 주재 펌프(P1)와 경화제 펌프(P2)를 이용하여 주재와 경화제의 설정 혼합 비율로 동시에 펌핑(pumping)하여 공급할 수 있도록 구성된다.
이러한 펌핑부(30)의 구체적인 구성에 대하여, 도 6을 참고하여, 자세히 설명한다. 도 6은 도 2의 A-A 선 방향에서 본 펌핑부의 구성을 나타낸다.
펌핑부(30)는, 크게 프레임(1)의 상부에 설치되는 펌프 지지대(31)와, 이 펌프 지지대(31)에 설치된 주재 펌프(P1)와 경화제 펌프(P2)로 이루어진다.
상기 펌프 지지대(31)는 수직 지지대(32)와 수평 지지대(33)로 이루어져, 펌핑부(30)를 구성하는 주요 부품들을 지지할 수 있도록 구성된다.
상기 주재 펌프(P1)와 경화제 펌프(P2)는 상기 주재 저장탱크(11)와 경화제 저장탱크(13)에 저장된 주재와 경화제를 펌핑하여 공급할 수 있도록 구성된 것으로서, 본 실시예의 도면에서는 주재 펌프(P1)와 경화제 펌프(P2)가 하나의 쌍을 이루도록 나란히 설치되는데, 상기 주재 저장탱크(11)와 경화제 저장탱크(13)가 두 개씩 설치됨에 따라 펌프도 전체적으로 두 쌍이 설치된 구성(도 3 참조)을 예시한다.
주재 펌프(P1)와 경화제 펌프(P2)는 동일한 구성으로 이루어질 수 있는 바, 펌프의 기본 구성에 대하여 먼저 설명하고, 두 펌프(P1, P2)의 연동 구조에 대하여 설명한다.
펌프는 도면에서와 같이 수직으로 세워진 상태에서 상기 펌프 지지대(31)의 수평 지지대(33)에 지지봉(34)을 통해서 고정 설치되는 펌프 하우징(35)이 구비된다.
펌프 하우징(35)은 상하 방향으로 길게 배치되고, 하단부에 주재 또는 경화제가 유입될 수 있는 펌프 유입구(35a)가 위치되고, 상부에 주재 또는 경화제가 토출되는 펌프 토출구(35b)가 위치된다. 이러한 펌프 하우징(35)의 구성은 실시 조건에 따라 배치 구조는 물론 펌프 유입구(35a) 또는 펌프 토출구(35b)의 위치를 다양하게 변경하여 실시 가능함은 물론이다.
상기 각 펌프 하우징(35) 내에는 왕복운동하면서 펌핑력을 발생시키는 펌프 피스톤(미도시)이 구비된다. 일반적으로 펌프 피스톤이 펌프 하우징(35) 내에 삽입되어 왕복 운동하는 구조는 널리 공지된 구성으로서, 도면에서는 펌프 피스톤에 대한 도시는 생략하였다.
상기 펌프 피스톤의 상단부에는 피스톤 로드(36, 37)가 연결된다. 피스톤 로드(36, 37)는 펌프 하우징(35)의 외부로 나와 있는 상태에서 후술할 펌핑 바(40)에 연결된다.
이와 같이 구성된 주재 펌프(P1)와 경화제 펌프(P2)는, 하나의 펌핑 구동기구(45)에 의해 작동되도록 구성되는데, 이러한 작동이 가능하도록 하는 두 펌프(P1, P2)의 연동 구조에 대하여 설명한다.
두 펌프(P1, P2)의 연동 구조는 하나의 펌핑 바(40)와 이 펌핑 바(40)를 상하 이동시키는 펌핑 구동기구(45)를 통해 이루어진다.
상기 펌핑 바(40)는 두 펌프(P1, P2)의 피스톤 로드(36, 37)에 모두 연결되고, 한쪽 끝단부(도면에서 오른쪽)는 주변 고정 구조물인 펌프 지지대(31)에 회전 가능하게 지지된 상태에서 상기 펌핑 구동기구(45)의 작동에 따라 상하로 회전 작동되면서 두 펌프(P1, P2)의 피스톤 로드(36, 37)를 왕복 운동시키도록 구성된다.
여기서, 상기 펌프 지지대(31)에는 상기 펌핑 바(40)의 한쪽 끝단부(이하 '일단부'라 함)(41)를 회전 가능하게 지지하기 위한 지지 브래킷(38)이 설치되는 것이 바람직한 바, 지지 브래킷(38)에 대하여 설명한다.
도면에서 지지 브래킷(38)은 수평 지지대(33)에서 하측으로 이어지게 설치된 구조를 보여주고 있다. 이 지지 브래킷(38)의 하단부는 상기 펌핑 바(40)의 일단부(41)가 회전 가능하게 결합될 수 있도록 홀이 형성된다.
특히, 상기 지지 브래킷(38)은 수평 방향으로 복수의 부분에서 상기 펌핑 바(40)의 일단부(41)가 결합되는 부분이 구성된다. 즉, 지지 브래킷(38)의 펌핑 바(40)의 회전을 지지하는 지지 포인트(S)를 복수개 형성하는 것이다. 이는 두 개의 펌프(P1, P2)의 토출량 비율에 따라 펌핑 바(40)의 지지 위치를 변경하여, 주재와 경화제의 혼합비를 적절하게 조절하기 위해서이다. 이에 대한 구체적인 작동 설명은 도 7a 내지 도 8b를 참조하여 아래에서 다시 설명한다.
도면에서 지지 브래킷(38)은 펌프 지지대(31)에 브래킷 형태로 고정된 상태를 보여주고 있으나, 실시 조건에 따라서는 지지 브래킷(38)이 펌프 지지대(31)에 대하여 수평 방향으로 이동가능하게 설치하는 것도 가능하다. 이 경우 주재와 경화제의 혼합비를 선형적으로 다양하게 설정할 수 있다. 이때, 지지 브래킷(38)과 펌프 프레임(1) 사이에는 지지 브래킷(38)의 위치가 고정되게 하는 고정장치가 구비되어야 함은 물론이다. 이러한 고정장치는 고정핀 또는 고정 클램프 등 공지에 고정수단을 다양하게 이용할 수 있으므로 이에 대한 도면 표시 및 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 상기 지지 브래킷에 결합되는 지지 포인트의 위치를 변경할 경우에, 펌핑 바(40)도 그에 맞는 길이로 이루어진 것을 사용하여야 함은 물론이다.
상기 펌핑 바(40)의 다른 쪽 끝단부(이하 '타단부'라 함)(42)는 두 개의 펌프(P1, P2) 중 펌핑량이 상대적으로 많은 펌프(P1)의 피스톤 로드(36)가 연결되고, 펌핑 바(40)의 중간 부분에는 펌핑량이 상대적으로 적은 펌프(P2)의 피스톤 로드(37)가 연결된다.
이는 두 펌프(P1, P2)의 펌핑량을 달리하여, 주재와 경화제가 적정 비율로 혼합하기 위한 것으로서, 통상 코팅제에서 주재가 경화제보다 많은 양이 투입되어 혼합되므로, 펌핑 바(40)의 타단부(42)에는 주재 펌프(P1)의 피스톤 로드(36)가 연결되고, 가운데 부분에는 경화제 펌프(P2)의 피스톤 로드(37)가 연결된다.
펌핑 바(40)와 두 피스톤 로드(36, 37)의 연결부는 연결 핀(43) 등을 통해서 상호 결합되는데, 이 연결핀(43)이 관통하는 피스톤 로드(36, 37)의 결합부는 상하 로 직선 운동을 하게 되고, 펌핑 바(40)의 결합부는 지지 포인트(S)를 중심으로 원 운동을 하게 되므로, 두 결합부의 운동 방향에 차이가 발생한다. 따라서 상기 연결핀(43)이 결합되는 두 결합부에는 운동 방향의 차이에 따른 변위를 흡수할 수 있는 구조로 이루어져야 한다.
이를 위해, 피스톤 로드(36, 37)와 펌핑 바(40)가 연결 핀(43)을 통해 상호 연결될 때, 이 연결 핀(43)이 통과하는 핀 홀 중 적어도 어느 한쪽 홀은 연결 핀(43)과의 유격 공간이 형성되도록 타원형 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 피스톤 로드(36, 37)가 상하 방향으로 왕복 운동할 경우에, 피스톤 로드(36, 37)의 상하 방향의 이동량은 항상 설정된 데로 정확하게 움직여야 하므로, 도면에서와 같이 핀 홀(44)의 수직 방향으로는 연결 핀(43)과의 유격이 최소화되도록 타원 단지름이 위치되고, 핀 홀(44)의 수평 방향으로는 유격 공간을 갖도록 타원의 장지름이 위치되게 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 도면들에서는 상기와 같은 핀 홀(44)이 펌핑 바(40)에 형성된 구조를 보여주고 있다.
이와 같이 연결된 펌핑 바(40)를 비롯해, 각 펌프(P1, P2)의 피스톤 로드(36, 37)를 왕복 운동시키는 펌핑 구동기구(45)에 대하여 설명한다.
펌핑 구동기구(45)는 피스톤 로드(36, 37) 중 어느 하나에 직접 연결하는 방식 또는 펌핑 바(40)에 직접 연결되는 방식 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
본 실시예의 도면에서는 펌핑 바(40)의 타단부(42)가 주재 펌프(P1)의 피스톤 로드(36)에 연결되어 주재 펌프(P1)의 피스톤 로드(36)를 상하 왕복 운동시킴으로써 펌핑 바(40) 및 경화제 펌프(P2)의 피스톤 로드(37)를 동시에 상하 왕복 운동시킬 수 있도록 구성된 예시를 보여준다.
이와 같이, 펌핑 구동기구(45)를 주재 펌프(P1)의 피스톤 로드(36)에 직접 연결되는 방식으로 구성하게 되면, 펌핑 바(40)의 회전 중심 즉, 지지 포인트(S)로부터 가장 먼 쪽에서 피스톤 로드(36)를 상하 구동하게 되므로, 지렛대 원리에 의해 상대적으로 작은 힘으로 주재 펌프(P1)와 경화제 펌프(P2)를 동시에 구동할 수 있게 된다.
펌핑 구동기구(45)는 직선 왕복 운동력을 발생시켜 피스톤 로드(36)를 직선 이동시킬 수 있는 구성이면, 다양하게 채택하여 구성할 수 있는데, 바람직하게는 상기 피스톤 로드(36)와 직접 연결되어 피스톤 로드(36)를 왕복 운동시키는 유압 실린더(46)로 구성되는 것이 좋다. 이 경우, 도면에서와 같이 주재 펌프(P1)측 피스톤 로드(36)가 펌핑 바(40)와 연결된 부분의 상측 부분까지 연장되어 그 상단부에 상기 유압 실린더(46)의 피스톤 로드(47)가 연결되게 구성되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 유압 실린더(46)도 펌프 지지대(31)의 상부에 고정되게 설치되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 유압 제공부(50)는, 위에서 설명한 펌핑부(30)의 유압 실린더(46) 등에 유압을 제공하기 위해 구성된 부분으로서, 프레임(1)의 앞쪽에 배치되어 구성된다.
이러한 유압 제공부(50)는 통상의 유압 발생 및 제공 장치와 같이, 전동 모 터 및 유압 펌프(52), 유압 탱크(54) 등으로 구성된다. 물론 유압 공급력을 조절하도록 하는 각종 밸브류와 제어 콘트롤러(55) 등도 함께 설치될 수 있음은 당연하다.
이제, 상기한 바와 같이 구성되는 한 쌍의 펌프 작동 및 두 펌프(P1, P2)의 토출량비 설정에 대하여 설명한다.
도 7a와 도 7b는 펌핑 바(40)의 일단부(41)가 경화제 펌프(P2) 쪽에 더 가까운 전방 지지 포인트(S1)에 결합된 상태에서 두 펌프의 작동 상태를 보여주는 도면이고, 도 8a와 도 8b는 펌핑 바(40)의 일단부(41)가 경화제 펌프(P2)에서 더 먼 쪽인 후방 지지 포인트(S2)에 결합된 상태에서 펌프의 작동 상태를 보여주는 도면이다.
먼저, 펌핑 바(40)의 일단부(41)가 어느 지지 포인트(S)에 지지되어 있더라도, 펌핑 바(40)가 지지 포인트(S)를 중심으로 회전하게 되므로, 지지 포인트(S)로부터 먼 쪽에 결합된 피스톤 로드(36)의 상하 이동량(D1, D3)이 가운데 결합된 피스톤 로드(37)의 상하 이동량(D2, D4) 보다 커지게 된다. 따라서 펌핑 바(40)의 타단부(42)에 결합된 주재 펌프(P1)의 피스톤 로드(36)의 이동량(D1, D3)이 펌핑 바(40)의 중간부분에 결합된 피스톤 로드(37)의 이동량(D2, D4) 보다 커지게 되므로, 동일 용량의 펌프를 사용할 경우에 주재 펌프(P1) 쪽의 펌핑량이 경화제 펌프(P2) 쪽의 펌핑량보다 커지게 되는 것이다.
결국, 이와 같이 한 점의 지지 포인트(S)를 중심으로 회전하는 펌핑 바(40)를 이용하여 두 펌프(P1, P2)를 동시에 구동하게 되면, 하나의 유압 실린더(46)를 이용하여 주재는 상대적으로 많은 양을 공급하고, 경화제는 상대적으로 적은 양을 공급하면서, 설정된 적정 비율로 정확하게 공급할 수 있게 된다. 또한, 유압 실린더(46)가 주재 펌프(P1) 쪽의 피스톤 로드(36)에 연결되어 두 피스톤 로드(36, 37)를 왕복 운동시키게 됨에 따라 작은 힘으로 두 펌프(P1, P2)를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
본 발명은 또한 위에서 언급한 장점 외에 주재와 경화제의 혼합비를 필요에 따라 변경할 수 있도록 구성되는데, 이는 펌핑 바(40)의 회전 중심인 지지 포인트(S)의 변경을 통해서 가능하게 된다.
유압 실린더(46)가 동일한 변위로 직선 이동하는 경우에, 주재 펌프(P1)쪽의 피스톤 로드(36)의 상하 이동량(D1, D3)은 펌핑 바(40)의 지지 포인트(S)에 상관없이 항상 동일하지만, 경화제 펌프(P2) 쪽의 피스톤 로드(37)는 지지 포인트(S)가 펌프에서 멀어질수록 상하 이동량(D2, D4)은 커지게 된다. 이는 역으로 경화제 펌프(P2) 쪽의 피스톤 로드(37)가 회전 중심으로부터 멀어지게 됨으로 그만큼 상하 이동량은 커지게 되는 것이다.
도면을 통해 확인해보면, 도 8a와 도 8b에서와 같이 후방 지지 포인트(S2)에 펌핑 바(40)가 결합된 경우에, 도 7a 및 도 7b에서와 같이 전방 지지 포인트(S1)에 펌핑 바(40)가 결합된 경우보다 경화제 펌프(P2) 쪽의 피스톤 로드(37)의 이동량이 커지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 8b의 경화제 펌프(P2) 쪽의 피스톤 로드(37)의 이동량(D4)이 도 7b의 경화제 펌프(P2) 쪽의 피스톤 로드(37)의 이동량(D2) 보 다 커지게 되는 것이다.
따라서, 주재에 대해 경화제의 혼합비를 높이기 위해서는 펌핑 바(40)의 지지 포인트(S)를 후방 쪽으로 이동시키고, 주재에 대해 경화제의 혼합비를 낮추기 위해서는 펌핑 바(40)의 지지 포인트(S)를 전방 쪽으로 이동시킴으로써, 주재와 경화제의 혼합비를 필요에 따라 적절하게 변경하여 공급할 수 있게 된다.
다음으로, 이렇게 제조된 나노하이브리드복합수지 도료를 금속관의 내부에 도포하는 나노하이브리드복합수지 도료를 도포하는 공정(P50)을 수행함으로서, 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관을 제조할 수 있다.
상기 나노하이브리드복합수지 도료를 금속관의 내부에 도포하는 방법은 통상의 도료를 도포하는 일반적인 방법, 즉, 에어리스 스프레이(airless spray), 에어스프레이(air spray), 롤러(roller), 브러쉬(brush) 등의 방법을 적용할 수 있으나, 바람직하게는 나노하이브리드복합수지 도료를 2 ~ 15 kg/cm2의 압력으로 스프레이 도포하는 것이 바람직하다. 즉, 도포 압력이 2kg/cm2이하는 압력이 너무 낮아 고점도의 본 발명 나노하이브리드복합수지 도료를 도장할 수 없으며, 15이하로 함으로써 경제성을 도모할 수 있다. 더욱 바람직하게는 7 ~ 12kg/cm2로 할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 장 점은 다음과 같다.
에폭시 수지의 제조시 고분자 반응에서 미세하게 잔류하는 잔류모노머(FREE MONOMER)인 에피클로로히드린, 비스페놀류 및 포름알데히드 와 중금속 등은 적은 량이지만 그 독성이 대단히 크고, 특히 비스페놀류는 환경호르몬으로서 내분비교란물질이며, 에피클로로히드린은 독성이 강하고 액체가 피부로 흡수되고 증기는 점막 질을 침해하며 장기적으로 노출되면 만성피로, 위장질환 등을 일으키는 것으로 보고되어 있다. 또한 포름알데히드는 발암 물질이며, 직접적으로 첨가하지는 않지만 중금속의 불원 유입에 대비하여야 한다. 이와 같은 독성물질들을 본 발명에서는 아미노산 나트륨 칩을 이용한 흡착 반응을 통하여 제거할 수 있어 인체친화성이 향상되었다.
또, 초내후성, 초소수 성의 대표적인 소재이며, 인체 무해 소재인 알킬실록산 수지의 나노하이브리드하여 나노 젤로 제조하여 금속관의 도포막이 내수성, 내후성 등이 증가하여 수중 훼손율이 낮고 노화가 늦어 장기간 사용하여도 음용수에 쉽게 도막이 용출되지 않는 장점이 있다.
또, 장기간 사용시 음용수용 금속관의 내면에 세균이 서식하고 세균 막이 형성되어 비위생적인 도면이 발생할 우려가 있는 것에 대하여, 본 발명에서는 은을 나노 단위로 도막에 형성시켜 우수한 항균성이 형성되어 세균 막의 형성을 저감시 킬 수 있다.
본 발명에서 순수 고형분의 나노 젤화 방법을 발명함으로서 순수 고형분의 액상 수지를 얻었고, 이를 역시 순수 고형분 액상수지인 에폭시수지와 하이브리드하여 금속관의 표면에 도포함으로서, 휘발성유기화합물이 포함되지 않는 인체친화적인 우수한 물성의 금속관의 제조가 가능하였다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시형태로서 따른 금속관의 외주면 코팅 공정을 설명한다. 금속관의 외주면 코팅 공정은 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 도포하는 공정(P50)의 전 또는 후에 실시할 수 있다. 또, 본 발명의 금속관은 그 외주면을 상기의 코팅용 조성물을 사용하여 코팅할 수도 있으며, 공지된 3층의 코팅층을 포함하도록 할 수도 있다.
즉, 금속관을 가열로에서 가열을 행하며, 이 때 가열온도는 코팅을 행하고자 하는 코팅제가 금속관의 표면에서 용융되고 밀착코팅이 이루어질 수 있는 온도, 즉 통상 코팅용 분말의 용융온도보다 높게 가열되며, 60~300℃, 보다 바람직하게는 230±20℃에서 가열하는 공정을 거친다.
상기와 같이 가열공정을 거친 후에는 금속관의 표면에 코팅용 분말을 도포하여 코팅층을 형성하며, 이렇게 금속관의 표면에 코팅이 완료된 금속관은 용접부로 할 수 있는 끝단을 처리하고, 냉각수조에 담그거나 금속관에 냉각수를 분사시키는 등의 방법으로 금속관을 강제적으로 냉각시킨다. 이와 같이 금속관을 강제적으로 냉각시키는 이유는 금속관 표면의 피막 조직이 치밀하면서 두께가 균일한 피막을 형성시키기 위함이다.
이 때 상기 금속관의 외주면에 형성되는 코팅층은 3층으로 구성되며, 이를 위하여 금속관 외주면에 분말 에폭시(FBE; Fusion Bonded Epoxy)를 도장하여 제1코팅층을 형성하는 1차 코팅공정; 상기 제1코팅층 일면에 개질 폴리에틸렌 분말로 제2코팅층을 형성하는 2차 코팅공정; 상기 제2코팅층 위에 제3코팅층으로서 폴리에틸렌 분말을 도장하는 3차 코팅공정을 순차적으로 행할 수 있다.
상기 코팅공정을 보다 구체적으로 설명하면, 분말 에폭시, 접착성이 좋은 개질 폴리에틸렌 분말, 폴리에틸렌 분말이 담긴 침적조를 순차적으로 마련하고, 균일하게 소정온도로 가열된 금속관을 회전시키면서 상기 침적조에 순차적으로 담갔다가 꺼낸다. 이와 같은 공정이 수행되고 나면 금속관의 외주면에는 가열된 열에 의하여 분말에폭시가 용융상태로 되면서 금속관 외주면에 접착되어 제1코팅층을 형성한다. 이는 용융상태의 분말에폭시가 경화되면서 금속관의 외주면과 접착되는 것이며, 이 때 접착은 물리적으로 접착됨과 아울러 2차 수산기의 극성 그룹을 가진 분말 에폭시가 금속관 표면과 수소결합을 함으로써 탁월한 접착력을 갖게 된다.
이와 같이 형성된 제1코팅층 표면에 상기와 같이 개질 폴리에틸렌 분말을 균일하게 코팅되면서 제2코팅층을 형성하게 되는데, 금속관에 남아있는 열에 의하여 개질 폴리에틸렌 분말이 녹으면서 코팅되면서 분말에폭시와 충분히 반응하게 된다.
이후 제2코팅층 표면에 상기와 같이 폴리에틸렌 분말을 코팅하여 제3코팅층을 형성한다. 이 때 역시 금속관이 갖고 있던 열에 의하여 폴리에틸렌 분말은 녹으면서 부착 및 코팅된다. 이상 설명한 3층으로 코팅하는 코팅 공정은 5분 이내에 마무리되는바, 가열된 금속관의 온도는 가열된 상태가 거의 그대로 유지되어 3층까지 용착 코팅층을 형성하는데 지장이 없다.
이와 같이 3차까지의 코팅공정을 거친 관 외주면의 코팅층은 0.5~5㎜인 것이 관의 표면을 보호함에 있어 바람직하다.
한편, 금속관 외주면의 3층 코팅 방식은 상기와 같은 침적 방식 이외에, 금속관 주위에 코팅 분말을 분사 또는 낙하시켜 코팅하는 방법도 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
<실시예 1>
금속관의 외주면 코팅 공정을 다음과 같이 먼저 수행한 금속관을 준비한다.
미리 준비된 금속관을 250℃의 가열로에서 가열한 후, 금속관 외주면에 분말 에폭시를 4~5kg 분사하여 용착 코팅하였으며, 온도를 유지하면서 개질 폴리에틸렌 분말을 10~11kg을 분사하여 용착 코팅하였다. 이후 온도를 유지하면서 폴리에틸렌 분말을 36~38kg을 분사하여 용착 코팅하였다. 다음 냉각수를 분사하여 상온으로 냉 각시켜 코팅층을 경화시켰으며, 경화 후 코팅층의 두께는 2~3mm였다.
은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정(P10)
은이온을 제조하는 단계(S11)로서, 은(Ag) 10중량부를 플루오르화수소산(HF)(40%) 40중량부에 용해하여 은이온 용액(Ag+ 함량 200,000ppm)을 제조한다.
실록산결합을 개환시키는 단계(S12)로서, 알킬실록산수지인 메틸실록산(무게평균분자량 2,000) 70 중량부에 은이온 용액 30중량부와 플루오르화수소산(HF)(40%) 15중량부를 첨가하고 30℃의 온도에서 48시간 동안 반응시켜, 실록산 결합을 개환시킨다.
정제하는 단계(S13)로서, 55℃의 온도에서 0.95기압으로 감압하여 잔류 성분인 플루오르(F-) 및 플루오르화수소산(HF)을 1ppb 이하, 수분(H2O)은 100ppm 이하로 정제하여, 고형분 99.9%이상, 평균입자크기가 5nm인 은-알킬실록산 나노젤(Ag 60,000ppm)을 제조하였다.
아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정(P20)
천연단백질 섬유소의 불순물을 제거하는 단계(S21)로서 난각막 100중량부에 과산화수소 1% 수용액 300중량부 및 황산철 0.01중량부를 첨가 혼합하고 30℃의 온도에서 2시간 방치하였다.
수산화나트륨과 반응시키는 단계(S23)로서, 수산화나트륨(40%) 수용액을 3중량부 첨가 혼합하여 1시간 동안 반응시켰고, 최종반응물을 건조시키는 단계(S23)로서 최종반응물을 건조하여 함수량 약 3%인 아미노산 나트륨 칩을 제조하였다.
나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정(P30)
에폭시수지와 은-알킬실록산 나노 젤과 아미노산 나트륨칩을 혼합하여 반응시키는 단계(S31)로서, 액상 에폭시수지(화학식 9의 비스페놀F계의 에폭시수지로서 무게평균분자량 580, 고형분 98%) 100중량부에 은-알킬실록산 나노 젤을(Ag 60,000ppm) 10 중량부를 첨가 혼합하고, 여기에 아미노산 나트륨칩 2.2중량부를 첨가하고 60℃에서 24시간 교반하여 반응시켰다.
화학식 9
Figure 112008080840787-pat00015
여과하는 단계(S32)로서, 나노하이브리드복합수지 주재와 아미노산 나트륨칩 반응물로부터 아미노산 나트륨칩을 여과하여 나노하이브리드 수지(고형분 99.9%)를 완성하였다.
나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정(P40)
금속관 코팅제 공급용 펌핑장치의 저장탱크(11, 13)에 각각 나노하이브리드복합수지 주재 및 경화제(폴리아미드아민 / 아민가 387mgKOH/g / 점도(at 25℃) 1,850 cps)를 투입 저장하면서, 온도를 약 45℃로 유지하고, 나노하이브리드복합수지 주재 100중량부에 대하여 경화제를 50중량부 투입되도록 펌핑바(40)의 지지포인트(S)가 설계된 펌핑바에 의하여 주재펌프(P1)와 경화제 펌프(P2)를 이용하여 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 혼합조에 투입하여 약 45℃의 온도를 유지하며 교반하여, 나노하이브리드복합수지 도료(Ag 4,000ppm)를 제조하였다.
나노하이브리드복합수지 도료를 도포하는 공정(P50)
금속관의 내부를 블라스트 (Cleanef, SIS Sa 2 1/2)처리하고 도료 스프레이 장치를 이용하여 금속관의 내부에 7kg/㎠의 에어압력으로 스프레이 도포하여 400㎛의 후막을 도포하고, 7일간 상온 경화시켜 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관을 제조하였다.
실시 예 2
실시 예 1과 모두 동일하나 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정(P30)의 에폭시수지와 은-알킬실록산 나노젤과 아미노산 나트륨칩을 혼합하여 반응시키는 단계(S31)에서 은-알킬실록산 나노 젤의 양을 5중량부로 감량 제조하였다.
실시 예 3
실시예2와 모두 동일하나 은-알킬실록산 나노 젤의 양을 20중량부로 증량 제조하였다.
실시 예 4
실시예2와 모두 동일하나 은-알킬실록산 나노 젤의 양을 40중량부로 증량 제조하였다.
실시 예 5
실시예2와 모두 동일하나 은-알킬실록산 나노 젤의 양을 60중량부로 증량 제조하였다.
실시 예 6
실시 예 1과 모두 동일하나 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정(P20)에서 난각막을 양모로 변경 제조하였다.
실시 예 7
실시 예 1과 모두 동일하나 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정(P20)에서 난각막을 우피로 변경 제조하였다.
비교예 1
종래의 액상 에폭시 도료(제품명 : 슈퍼폭시 / 제조사 : 삼화페인트)를 금속관의 내부에 도포하여 제조하였다.
본 발명의 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에 대하여 성능시험을 아래와 같이 시행하였으며, 그 결과는 표 1 내지 4와 같다.
[항균성능 실험/ JIS Z 2801 준용]
상기 실시 예 1 ~ 7에서 얻어진 나노하이브리드복합수지 도료와 비교 예 1의 일반 무용제 액상 에폭시 도료의 항균성을 실험하였다.
- 시 험 방 법-
사용공시균주 : 균주 1 황색포도상구균 - Staphylococcus aureus (ATCC 6538P)
균주 2 대장균 - Escherichia coli (ATCC 8739)
표준피복필름 : Stomacher 400 POLY-BAG
시험조건 : 시험균액을 35±1℃, RH 90±5 %에서 24 시간 정치 배양 후 균수 측정
시료 표면적 : 25㎠
Figure 112008080840787-pat00016
[용출시험/대한민국 수도 법 시행령 제30조 수도용 자재 위생안전 기준 / 일부 항목 비교 시험]
상기 실시 예 1, 3, 7에서 얻어진 나노하이브리드복합수지 도료와 비교 예 1의 일반 무용제 액상 에폭시 도료의 유해 물질 용출 시험을 하였다.
시험항목 단위 위생안전기준 분석 장비 시험 방법 비교예1 실시예1 실시예3 실시예7
포름알데히드 mg/L 0.008 이하 LC-UV 먹는물 감시항목운영지침 0.023 불검출 불검출 불검출
에피클로로히드린 mg/L 0.01 Pt-GC-MS EPA524.2 0.02 불검출 불검출 불검출
페놀류 mg/L 0.005 GC-MS 분광광도법 or Auto Analyezr 0.003 불검출 불검출 불검출
납 mg/L 0.005 ICP-MS 먹는물 공정시험법 불검출 불검출 불검출 불검출
카드뮴 mg/L 0.0005 ICP-MS 먹는물 공정시험법 불검출 불검출 불검출 불검출
비소 mg/L 0.005 ICP-MS 먹는물 공정시험법 불검출 불검출 불검출 불검출
수은 mg/L 0.0001 수은분석기 먹는물 공정시험법 불검출 불검출 불검출 불검출
[휘발성유기화합물(VOCs) 방출 시험]
상기 실시 예 1~7에서 얻어진 나노하이브리드복합수지 도료와 비교 예 1의 일반 무용제 액상 에폭시 도료의 휘발성유기화합물(VOCs) 방출 시험을 하였다. 각 시료를 1 m3의 철판 6면 체 박스 공간 내부에 벽체 4면을 200㎛의 두께로 도장 한 후 상온에서 7일간 상부 오픈 방치 후 상부 밀폐 24시간 후에 총 휘발성유기화합물을 측정하였다.
도장 후의 증가율을 확인하기 위하여 도장 전 시험 박스 내부를 미리 측정 후 표시하였다.
오차범위 : ±5%
시험항목 시료 단위 시험장비 측정치 도장 전 / 후
총 휘발성유기화합물 (TVOCs) 비교예 1 ppb PpbRAE/PCM7240 152 / 3200
실시예 1 ppb PpbRAE/PCM7240 148 / 160
실시예 2 ppb PpbRAE/PCM7240 136 / 172
실시예 3 ppb PpbRAE/PCM7240 150 / 150
실시예 4 ppb PpbRAE/PCM7240 155 / 157
실시예 5 ppb PpbRAE/PCM7240 147 / 145
실시예 6 ppb PpbRAE/PCM7240 148 / 150
실시예 7 ppb PpbRAE/PCM7240 151 / 153
[도료 특성 및 도막 물성 시험]
상기 실시 예 1~7에서 얻어진 나노하이브리드복합수지 도료와 비교 예 1의 일반 무용제 액상 에폭시 도료의 도료 특성 및 도막 물성 시험을 하였다.
-내산성 시험 : HCl 10%/25℃ 240시간 침지
-내알카리성 시험 : NaOH 10%/25℃ 240시간 침지
-용기내의 상태 : 덩어리가 없고 균일하게 분산됨
-도장 작업성(Airless Spray) : 건조도막 두께를 300~400㎛으로 도장하여 평활한 도막이 얻어질 것
-부착성 : Pull-off Strength of Coatings Using Protable Adhesion Testers (ASTM D4541), 80㎏f/㎠ 이상
-내충격성 : 듀폰식 충격시험기로 1/2″×500g×30㎝ 균열이 생기지 않는 상태
-내염수분무성 : 10%-NaCI, 35℃×1,000시간 분무, 도막에 이상이 없고 부착성이 양호한 상태
-도료 저장 안정성 : 40℃ / 3개월 및 점도 측정 시 점도변화 5% 이내의 상태
-도막 시험은 도장 후 7일간 상온 방치 후 사용
구분/항목 비교예 1 실시예1 실시예 2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
비중 1.52 1.47 1.49 1.43 1.41 138 1.46 1.47
불휘발분(%) 96.5 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9
점도(25℃, ku) Paste Paste Paste Paste Paste Paste Paste Paste
점도(40℃, ku) 135 122 127 120 115 110 125 124
용기내에서의 상태 ⊙ ● ● ● ● ● ● ●
지촉건조(20℃) 4 3 3 3 2 2 3 3
경화건조(20℃) 14시간 12시간 13시간 12 11 10 12 12
흐름성(원액, ㎛) 1300 1200 1200 1100 1100 1000 1200 1200
도장 작업성 (Airless) ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
연필경도(UNI) HB H HB H H H H H
부착성(Cross-Cut) ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙
부착성(Pull-off test, ㎏f/㎠) 115 115 115 115 110 110 115 115
내충격성 ⊙ ● ● ● ● ● ● ●
내산성( ⊙ ⊙ ⊙ ● ● ● ⊙ ⊙
내알칼리성 ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙
내염수분무성 ⊙ ⊙ ⊙ ● ● ● ⊙ ⊙
(● : 매우양호, ⊙ : 양호, ○: 보통, △ : 부족, x : 불량)
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 제조공정도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관 코팅제 공급용 펌핑 장치가 포함된 코팅제 공급 장치가 도시된 도면으로서, 도 2은 측면도, 도 3는 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관 코팅제 공급용 펌핑 장치가 포함된 코팅제 공급 장치가 강관 내부에 투입된 상태를 보인 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 코팅제 공급 장치에서 주제 저장탱크의 개폐 가이드를 보인 상세도.
도 6은 도 2의 A-A 선 방향에서 본 펌핑 장치의 구성도.
도 7a 내지 도 8b는 펌핑 장치의 작동 상태를 나타내는 도면들로서, 도 7a와 도 7b는 펌핑 바가 전방 지지 포인트에 지지된 상태의 도면, 도 8a와 도 8b는 펌핑 바가 후방 지지 포인트에 지지된 상태의 도면이다.

Claims (19)

  1. 은(Ag)을 플루오르화수소산(HF)에 혼합 및 용해하여, 은이온(Ag+)을 제조하는 단계와, 알킬실록산수지(Alkyl siloxane oligomer)와, 상기 은이온(Ag+)을 제조하는 단계에 의하여 제조된 은이온(Ag+) 용액을 혼합하여, 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계와, 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환시키는 단계에 의하여 얻어진 반응물로부터 플루오르(F-) 및 플루오르화수소산(HF)을 1 ppb이하 및 수분(H2O)을 100 ppm이하로 증류 및 감압하여 정제하는 단계를 포함하는 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정과;
    천연단백질 섬유소와 수산화나트륨을 반응시켜 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정과;
    에폭시 수지와 상기 은-알킬실록산 나노 젤과 상기 아미노산 나트륨칩를 혼합하여 반응시키는 단계와, 상기 반응이 종료된 후, 아미노산 나트륨칩을 여과하는 단계를 포함하는 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정과;
    상기 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 30 ~ 50℃의 온도로 혼합하여 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정을 포함하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정에서,
    상기 나노하이브리드복합수지 주재 및 상기 경화제를 각각 펌핑할 수 있도록 구성되는 한쌍의 펌프하우징과; 상기 각 펌프 하우징 내에서 왕복운동하면서 펌핑력을 발생시키는 펌프 피스톤과; 상기 각 펌프 하우징의 외부에서 상기 펌프 피스톤에 연결되는 각각의 피스톤 로드와; 상기 복수의 피스톤 로드에 모두 연결되고, 일단부가 주변 고정 구조물에 지지 포인트를 중심으로 회전 가능하게 지지되는 펌핑 바와; 상기 펌핑 바를 상기 지지 포인트를 중심으로 회전 왕복운동시킴으로써 상기 각 피스톤 로드 및 펌프 피스톤을 왕복 운동시키는 펌핑 구동기구를 포함하는 관 코팅제 공급용 펌핑 장치를 이용하여 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 상기 경화제를 공급하고, 상기 나노하이브리드복합수지 주재 및 상기 경화제를 혼합하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정에서 알킬실록산수지는 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이고, 그 무게평균분자량이 500 ~ 20,000인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
    화학식 1
    Figure 112009015930090-pat00017
    R은 메틸기, 페닐기, 비닐기 또는 플루오르알킬기 중 선택된 1종.
    화학식 2
    Figure 112009015930090-pat00018
    R은 메틸기, 페닐기, 비닐기 또는 플루오르알킬기 중 선택된 1종.
  4. 제1항에 있어서, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정의 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계는 10 ~ 150℃의 온도에서, 1 ~ 120 시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정의 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계는 알킬실록산수지(Alkyl siloxane oligomer)와, 상기 은이온(Ag+) 용액을 혼합할 때 플루오르화수소산을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정의 정제하는 단계는 10 ~ 100℃의 온도에서, 0.95 ~ 0.7 기압으로 정제시키는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정에서 상기 은-알킬실록산 나노 젤의 입자 크기가 1 ~ 10nm인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 은-알킬실록산 나노 젤을 제조하는 공정에서 형성된 나노 은입자의 함량이 1,000 ~ 300,000 ppm인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정에서 상기 천연단백질 섬유소는 동물의 모(毛), 동물의 표피 및 난각막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정은 상기 천연단백질 섬유소에 과산화수소 수용액 및 황산철(Ⅱ)을 혼합하여 천연단백질 섬유소의 불순물을 제거하는 단계와, 수산화나트륨을 첨가하여 반응시키는 단계와, 상기 최종 반응물을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 아미노산 나트륨칩을 제조하는 공정에 의해 제조된 상기 아미노산 나트륨칩은 그 입자의 크기가 0.5 ~ 10mm인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정에서 에폭시 수지 100중량부에 대하여 은-알킬실록산 나노 젤 1 ~ 100 중량부 및 아미노산 나트륨칩 0.1 ~ 10 중량부를 혼합하여 반응시키는 것을특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 나노하이브리드복합수지 주재를 제조하는 공정에서 상기 에폭시 수지는 비스페놀 F계 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 제조하는 공정에서 상기 나노하이브리드복합수지 주재 100 중량부에 대하여 경화제 10 ~ 100 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 경화제는 폴리아미드아민 또는 3급 아민인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료의 제조방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 나노하이브리드복합수지 도료를 금속관의 내주면에 2 ~ 15 kg/cm2의 압력으로 도포하는 나노하이브리드복합수지 도료를 도포하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 도포하는 공정에서 상기 금속관의 내주면에 도포되는 나노하이브리드복합수지 도료의 두께는 0.1 ~ 2㎜인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 나노하이브리드복합수지 도료를 도포하는 공정의 전 또는 후에 금속관 외주면 코팅공정을 포함하며,
    금속관 외주면 코팅공정은,
    금속관 외주면의 이물질 제거를 위한 전처리 공정;
    금속관을 60~300℃에서 가열하는 가열공정;
    금속관 외주면에 분말 에폭시(FBE)를 도장하는 1차 코팅공정;
    개질 폴리에틸렌을 도장하는 2차 코팅공정;
    폴리에틸렌을 도장하는 3차 코팅공정;
    용접부인 끝단을 처리하는 공정; 및
    코팅층의 온도를 상온으로 냉각시키는 냉각공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 금속관 외주면에 코팅하는 공정에서 1차 코팅공정, 2차 코팅공정 및 3차 코팅공정을 거친 금속관 외주면의 코팅층이 0.5~5㎜이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드복합수지 도료가 도포된 금속관의 제조방법.
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