KR101117520B1 - 알루미늄 하도장재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크롬산 및 인산 등이 주성분인 산성계 바인더에 알루미늄 분말을 혼합한 슬러리로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄 하도장재 조성물에 관한 것으로, 모재 금속에 대한 전기적 활성에 의한 알루미늄이 주성분인 세라믹 하도 도막층을 형성시켜 내식성 및 내열성을 향상시키고 상도 도막층과의 접착력을 향상시켜 철재 등의 금속재의 열적 산화나 부식 방지의 특성이 우수하여 고온의 열에 의해 쉽게 부식되는 금속소재의 부품에 적용시킬 수 있는 것이 장점이다.

알루미늄, 하도장재, 산성계 바인더, 실리카 분말, 옥틸페놀에톡시레이트, 기포억제제, 산화마그네슘 분말, 크롬산, 인산, 탄산마그네슘 분말, 과산화수소수

Description

알루미늄 하도장재 조성물{ALUMINUM BASE COATING AGENT COMPOSIT}

본 발명은 알루미늄 하도장재 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크롬산 및 인산 등이 주성분인 산성계 바인더에 알루미늄 분말을 혼합한 슬러리로 이루어진 방청도료의 하도장재 조성물로서, 모재 금속에 대한 전기적 활성에 의한 알루미늄이 주성분인 세라믹 피막층을 형성시켜 내식성 및 내열성을 향상시키고 상도 도막층과의 접착력을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 알루미늄 하도장재 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 고온의 열을 받는 각종 기계장치의 부분품이나 또는 석유 정제플랜트, 금속 정제플랜트, 식품화학공장 플랜트 등과 같은 구조물에 적용되는 금속소재는 각종 화학적 특성을 가진 부식조건과 고온의 열에 의해 쉽게 금속소재가 부식되므로 부식방지를 위한 처리를 한다.

상기와 같은 경우 부식환경으로부터 구조물을 보호하기 위한 방안으로 다양 한 부식방지법의 개발 등이 요구되고 있으며, 일반적인 금속 표면의 부식을 방지하기 위한 방법으로는 금속표면을 균일화 하고 부분적인 전위차를 적게하는 표면처리방법이나 국부전지중 양극 또는 음극 중 어느 것 이든지 하나의 반응을 억제시키는 전기방식이나 또는 금속표면에 전기저항이 높은 피막을 입히는 피막코팅법이 있으며, 이와같은 부식방지 이론에 따라 강재의 부식을 방지할 목적으로 도장하는 도료를 특히 방식 도료라고 한다.

이러한 방식도료는 주로 음극 방식의 원리를 적용시킨 도료로서, 모재 금속에 대한 전기적 활성을 부여하여 알루미늄금속이 일반적으로 철보다 이온화 경향이 높아 두 금속이 전해질 속에 공존할 경우 국부 전지를 형성하여 전자가 알루미늄(양극)에서 철(음극)로 흐르게 되고, 알루미늄(양극)이 부식 당함과 동시에 철(음극)은 보호를 받아 방식특성을 나타내는 원리이다.

한편, 상기와 같이 알루미늄 금속을 사용한 도료에 대한 기술들이 특허 출원된 현황을 살펴보면, 국내 등록특허공보 제0305728호에 금속표면에 크롬과 알루미늄을 동시에 코팅함에 있어서, 확산코팅용 분말은 알루미늄 분말, 알루미늄 분말과 반응하여 크롬을 생성하는 크롬 산화물 분말과, 상기의 반응에 의하여 생성된 크롬과 여분의 알루미늄을 활성화시키는 활성제 분말 및 응결방지용 충전제로 구성된 것을 특징으로 하는 코팅용 분말 조성물이 알려져 있지만 상기와 같은 특허의 경우에는 상도용으로 코팅용 분말 조성물에 코팅시키고자 하는 부품 소재를 넣고 800~1,200℃의 고온에서 1~30시간 동안 가열하여 금속 표면을 코팅시킴으로써, 에너지의 소비량이 과다하게 소비되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위한 본 발명은 크롬산 및 인산 등이 주성분인 산성계 바인더에 알루미늄 분말을 혼합한 슬러리로 이루어진 하도장재 조성물로서, 모재 금속에 대한 전기적 활성에 의해 알루미늄 피막을 형성시켜 내식성 및 내열성을 향상시키고 상도 도막층과의 접착력을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 알루미늄 하도장재 조성물을 제공함을 과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 산성계 바인더 100 중량부와;

알루미늄 분말 170~190 중량부, 실리카 분말 8~10 중량부, 옥틸페놀에톡시레이트 0.2~0.3 중량부 및 기포억제제 1.0~1.2 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄 하도장재 조성물을 과제 해결 수단으로 한다.

그리고 상기 산성계 바인더는 정제수 100 중량부, 산화마그네슘 분말 2.5~3.5 중량부, 크롬산 12~16 중량부, 인산 40~50 중량부, 탄산마그네슘 분말 8~9 중량부 및 35% 과산화수소수 0.8~1.2 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명은 모재 금속에 대한 전기적 활성에 의한 알루미늄이 주성분인 세라믹 하도 피막층을 형성시켜 내식성 및 내열성을 향상시키고 상도 도막층과의 접착력을 향상시켜 철재 등의 금속재의 열적 산화나 부식 방지의 특성이 우수하여 고온의 열에 의해 쉽게 부식되는 금속소재의 부품에 적용시킬 수 있는 것이 장점이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하며, 발명의 실시를 위한 구체적인 내용의 설명에서 일반적인 알루미늄 하도장재 조성물 제조분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 언급은 간략히 하거나 생략하였다.

본 발명의 특징에 의하면, 아래의 내용과 같은 구성성분을 갖는 본 발명에 따른 알루미늄 하도장재 조성물은 모재 금속에 대한 전기적 활성을 부여하여 알루미늄금속이 일반적으로 철보다 이온화 경향이 높아 두 금속이 전해질 속에 공존할 경우 국부 전지를 형성하여 전자가 알루미늄(양극)에서 철(음극)로 흐르게 되고, 알루미늄(양극)이 부식 당함과 동시에 철(음극)은 보호를 받아 방식특성을 나타내는 원리를 적용시킨 하도재인 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 하도장재 조성물은 모재 금속에 형성된 알루미늄이 주성분인 세라믹 피막형성에 의해 내식성 및 내열성이 우수하고, 상도 도막층과의 접착력이 우수하다.

본 발명에 따른 알루미늄 하도장재 조성물은 산성계 바인더 100 중량부와;

알루미늄 분말 170~190 중량부, 실리카 분말 8~10 중량부, 옥틸페놀에톡시레이트 0.2~0.3 중량부 및 기포억제제 1.0~1.2 중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 산성계 바인더는 금속 표면에 세라믹 하도 도막층을 형성시켜 금속이 부식되는 것을 방지하는 작용을 한다.

그리고 상기 산성계 바인더는 정제수 100 중량부, 산화마그네슘 분말 2.5~3.5 중량부, 크롬산 12~16 중량부, 인산 40~50 중량부, 탄산마그네슘 분말 8~9 중량부 및 35% 과산화수소수 0.8~1.2 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다

본 발명에서 사용하는 정제수는 알루미늄 하도장재 조성물의 주성분이 고형분으로 이를 분산시키기 위한 목적으로 사용하며, 정제수의 혼합량이 부족할 경우 코팅 피막층의 두께가 불균일하거나 또는 작업성이 떨어지며, 정제수의 혼합량이 과다할 경우 코팅 피막층이 제대로 형성되지 않을 우려가 있다.

상기 정제수는 가능한 물 속에 함유된 각종 화합물이나 이온들이 산화마그네슘, 크롬산 등과 반응하지 않도록 물속에 함유된 각종 화합물이나 이온들을 제거한 증류수나 또는 이온교환막을 거친 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 산화마그네슘 분말은 인산의 존재하에 알루미늄 또는 크롬산과 반응하여 세라믹 하도 도막층을 형성시켜 내식성을 향상시키는 작용을 하며, 산화마그네슘 분말의 혼합량은 2.5~3.5 중량부인 것이 바람직하다. 산화마그네슘 분말의 혼합량이 2.5 중량부 미만이 될 경우에는 세라믹 피막층이 충분히 형성되지 아니하여부식성이 저하하고, 산화마그네슘 분말의 혼합량이 3.5 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 크롬산, 알루미늄의 혼합량이 부족하여 코팅피막층이 충분히 형성되지 않을 우려가 있다.

상기 산화마그네슘 분말은 세라믹 코팅 피막층의 형성에 적합한 크기인 10~100 nm의 평균 직경을 갖는 구형분말을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 크롬산은 정제수에 용해되어 산화마그네슘, 탄산마그네슘 또는 알루미늄과 반응하여 형성시킨 코팅 피막층에 의해 금속 표면의 내식성을 향상시키는 작용을 하며, 크롬산의 혼합량은 12~16 중량부인 것이 바람직하다. 크롬산의 혼합량이 12 중량부 미만인 경우에는 내식성이 저하할 우려가 있고, 크롬산의 혼합량이 16 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 산화마그네슘, 탄산마그네슘 또는 알루미늄의 혼합량이 부족하여 코팅피막층이 충분히 형성되지 않을 우려가 있다.

또한 인산은 알루미늄, 산화마그네슘, 탄산마그네슘 또는 크롬산 등의 반응을 촉진시키는 작용을 하며, 인산 혼합량은 40~50 중량부인 것이 바람직하다. 인산 혼합량이 40 중량부 미만인 경우에는 상기 화합물들이 충분히 반응하지 아니하여 세라믹 하도 도막층이 제대로 형성되지 않을 우려가 있고, 인산의 혼합량이 50 중량부를 초과할 경우에는 인산의 과다 혼합으로 인해 크롬산 등에 영향을 주어 세라믹 하도 도막층의 형성에 도리어 방해가 될 우려가 있다.

본 발명에서 사용하는 인산은 순도 80~90%인 것이 바람직하며, 인산의 순도에 따라 첨가하는 인산의 양은 변화되어 질 수 있다.

그리고 본 발명에서 상기 탄산마그네슘 분말은 인산의 존재하에 알루미늄 또는 크롬산과 반응하여 세라믹 하도 도막층을 형성시켜 내식성을 향상시키는 작용을 하며, 탄산마그네슘 분말의 혼합량은 8~9 중량부인 것이 바람직하다. 탄산마그네슘 분말의 혼합량이 8 중량부 미만이 될 경우에는 세라믹 피막층이 충분히 형성되지 아니하여부식성이 저하하고, 탄산마그네슘 분말의 혼합량이 9 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 크롬산, 알루미늄의 혼합량이 부족하여 코팅피막층이 충분히 형성되지 않을 우려가 있다.

상기 탄산마그네슘 분말은 세라믹 코팅 피막층의 형성에 적합한 크기인 10~100 nm의 평균 직경을 갖는 구형분말을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 35% 과산화수소수는 탄산마그네슘, 산화마그네슘 등을 환원시키는 작용을 하며, 35% 과산화수소수의 혼합량이 0.8 중량부 미만이 될 경우에는 탄산마그네슘, 산화마그네슘 등의 충분히 환원되지 아니하여 알루미늄과의 반응성이 저하하여 세라믹층이 제대로 형성되지 않을 우려가 있고, 35% 과산화수소수의 혼합량이 1.2 중량부를 초과할 경우에는 특별히 그 효과가 현저히 나타나지 않는다.

그리고 본 발명에서 산성계 바인더와 혼합하는 첨가제를 설명하면 아래의 내용과 같다.

그리고 본 발명에서 상기 알루미늄 분말은 산화마그네슘 또는 탄산마그네슘 및 크롬산과 반응하여 크롬산마그네슘(MgCrO₄?8H₂O), 중크롬산알루미늄(Al₂O₃ 2CrPO₄ 8H₂O 또는 Al₂O₃ 8CrPO₄ 4H₂O) 등의 세라믹 코팅 피막층을 형성시켜 내식성을 향상시키는 작용을 하며, 알루미늄 분말의 혼합량은 170~190 중량부인 것이 바람직하다. 알루미늄 분말의 혼합량이 170 중량부 미만이 될 경우에는 금속 표면에 형성되는 세라믹 코팅 피막층의 두께가 얇아 내식성이 저하할 우려가 있고, 알루미늄 분말의 혼합량이 190 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 산화마그네슘 또는 크롬산이 포함된 산성계 바인더의 혼합량이 적어짐에 따라 도리어 세라믹 코팅 피막 층이 제대로 형성되지 아니하여 내식성이 저하할 우려가 있다.

또한 상기 알루미늄 분말은 세라믹 하도 도막층의 형성에 적합한 크기인 4.5~5.5 ㎛의 평균 직경을 갖는 구형분말을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 실리카 분말은 알루미늄 세라믹 코팅 하도 도막층을 금속 표면에 고정시키는 매개물로서 접착제 및 바인더의 작용을 하고, 세라믹 하도 도막층의 표면을 평탄화하는 작용을 한다.

본 발명에서 실리카 분말의 혼합량은 8~10 중량부인 것이 바람직하며, 실리카 혼합량이 8 중량부 미만이 될 경우에는 세라믹 하도 도막층의 접착력이 저하할 우려가 있고, 실리카의 혼합량이 10 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 옥틸페놀에톡시레이트 등의 혼합량이 적어짐에 따라 하도 세라믹 하도 도막층의 물성이 저하할 우려가 있다.

그리고 상기 정제수는 조성물의 각 성분들이 원활하게 혼합될 수 있도록 0.5~1.0 중량부를 첨가하여 혼합시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 옥틸페놀에톡시레이트(Octyl Phenol Ethoxylate)는 수성 액체 바인더 조성물의 산화를 방지하는 산화방지제로서, 옥틸페놀에톡시레이트의 혼합량은 2.5~3.0 중량부인 것이 바람직하다. 옥틸페놀에톡시레이트의 혼합량이 2.5 중량부 미만이 될 경우에는 알루미늄 하도장재 조성물 내의 콜로이달 실리카 등이 산화될 우려가 있고, 옥틸페놀에톡시레이트의 혼합량이 3.0 중량부를 초과할 경우에는 특별히 산화방지의 효과에 영향을 미치지 않는다.

또한 본 발명에서 기포억제제는 조성물을 제조할 때나 또는 도장시에 기포가 발생하는 것을 방지하기 위하여 첨가하는 첨가제로서, 기포억제제의 혼합량은 1.0~1.2 중량부인 것이 바람직하다. 기포억제제의 혼합량이 1.0 중량부 미만이 될 경우에는 기포의 발생이 제대로 억제되지 않을 우려가 있고, 기포억제제의 혼합량이 1.2 중량부를 초과할 경우에는 기포 억제의 효과가 더 이상 향상되지 않고, 세라믹 하도 도막층의 물성에 나쁜 영향을 미칠 우려가 있다.

본 발명에서 사용가능한 기포억제제는 통상적으로 사용하는 비이온계 계면활성제인 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 알루미늄 하도장재 조성물을 이용한 코팅방법을 설명하면 아래의 내용과 같다.

본 발명에 따른 알루미늄 하도장재 조성물은 일반적인 유기용제나 합성수지를 전혀 사용하지 않은 무기성 하도장재 조성물로서, 사용 전에 교반기를 사용하여 균질하게 혼합하여 사용한다.

그리고 상기 알루미늄 하도장재 조성물은 금속 표면의 코팅작업시에는 코팅하고자 하는 금속 표면을 알칼리 세척 또는 열세척 등으로 잘 세척한 다음 산화알루미늄 연마제로 샌딩처리한 금속을 대상으로 dip/spin 방식에 의해 알루미늄 하도장재 조성물 내에 도장시키고자 하는 금속 소재의 부분품을 10~20 초간 침지시켜 도장작업을 한다.

상기 도장 작업은 알루미늄 하도장재 조성물로부터 피도체가 침지된 바스켓을 제거 후 코팅이 셋업될 수 있도록 5~20초를 허용하고, 그 후 최고 400rpm으로 양방향으로 10~20초간 회전시켜 피도체의 파여진 곳이나 구멍이 있는 부품은 내부 틈새에 몰린 도장을 제거하기 위해 3방향으로 회전시키며, 회전시간 매개변수는 그것들이 장비, 적재, 부품 형태가 다양하기 때문에 경험으로서 결정한다.

도장작업을 완료한 피도체는 예열된 가열로 내에 장입시킨 다음 330~350℃의 온도로 30~60 분간 열을 가하여 세라믹 하도 도막층을 경화시킨다.

따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 하도장재 조성물을 사용하여 상기의 방법에 따라 피도체에 세라믹 하도 도막층을 형성시킴으로써, 모재 금속에 대한 전기적 활성에 의한 알루미늄이 주성분인 세라믹 하도 피막층을 형성시켜 내식성 및 내열 성을 향상시키고 상도 도막층과의 접착력을 향상시켜 철재 등의 금속재의 열적 산화나 부식 방지의 특성이 우수하여 고온의 열에 의해 쉽게 부식되는 금속소재의 부품에 적용시킬 수 있는 것이 장점이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 특히 본 발명은 알루미늄 하도장재 조성물 분야의 전반적인 공정에 적용이 가능한 것임을 밝혀둔다.

1. 알루미늄 하도장재 조성물의 제조

(실시예 1)

산성계 바인더 100 중량부와, 알루미늄 분말 170 중량부, 실리카 분말 8 중량부, 옥틸페놀에톡시레이트 0.2 중량부 및 기포억제제 1.0 중량부로 이루어진 알루미늄 하도장재 조성물을 제조하였다.

그리고 상기 산성계 바인더는 정제수 100 중량부, 산화마그네슘 분말 3.5 중량부, 크롬산 16 중량부, 85% 인산 50 중량부, 탄산마그네슘 9 중량부 및 35% 과산화수소수 1.2 중량부로 이루어진 것을 것을 사용하였다.

(실시예 2)

산성계 바인더 100 중량부와, 알루미늄 분말 190 중량부, 실리카 분말 10 중량부, 옥틸페놀에톡시레이트 0.3 중량부 및 기포억제제 1.2 중량부로 이루어진 알루미늄 하도장재 조성물을 제조하였다.

그리고 상기 산성계 바인더는 정제수 100 중량부, 산화마그네슘 분말 2.5 중량부, 크롬산 12 중량부, 85% 인산 40 중량부, 탄산마그네슘 8 중량부 및 35% 과산화수소수 0.8 중량부로 이루어진 것을 것을 사용하였다.

(비교예 1)

상기 실시예 1과 동일한 조성비를 갖는 알루미늄 하도장재 조성물을 제조하되, 산성계 바인더는 크롬산이 함유되지 않은 것을 사용하였다.

(비교예 2)

상기 실시예 2와 동일한 조성비를 갖는 알루미늄 하도장재 조성물을 제조하되, 산성계 바인더는 산화마그네슘 분말 및 탄산마그네슘 분말이 함유되지 않은 것을 사용하였다.

2. 시험편 제작

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 조성물을 교반기를 사용하여 균질화시킨 다음 강판 시험편(60×80×1.0mm)을 제작하고, 전처리한 다음 dip/spin 방식에 의해 알루미늄 하도장재 조성물 내에 도장시키고자 하는 시험편의 부분품을 20 초간 침지시킨 다음 코팅이 셋업될 수 있도록 10초를 허용하고, 그 후 최고 400rpm으로 양방향으로 20초간 회전시킨 후 예열된 가열로 내에 장입시킨 다음 350℃의 온도로 30 분간 열을 가하여 50~80㎛의 세라믹 하도 도막층(건조기준)을 경화시킨다.

3. 알루미늄 하도장재 조성물의 평가

상기 2의 방법에 따라 제작한 시험편을 사용하여 내식성, 내열성 및 전기전도도를 시험한 결과는 아래 [표 1]의 내용과 같다.

시험항목	실시예		비교예
	1	2	1	2
내식성1 ) (레이팅넘버RN)	10	10	9	9.3
내열성2) (레이팅넘버RN)	10	10	8	9
전기전도도3 ) (Ω)	0.1	0.1	1.3	1.5

주 1) 시편 도장후 염수분무시험기(5%염화나트륨수용액)에서 5,000시간 경과 후 상태를 관찰함

2) 시편 도장후 500℃ 열풍건조로에서 1시간 동안 내열처리하고 상온 냉각후 염수분무시험기(5%염화나트륨수용액)에서 5,000시간 경과 후 상태를 관찰함

3) 전기전도도계를 사용하여 시험편에 접촉시켜 측정함

상기 [표 1]의 내용에 의하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 조성물을 사용하여 세라믹 하도 도막층을 형성시킨 시험편은 비교예 1, 2의 시험편에 비해 내식성, 내열성 및 전기전도도의 성능 평가에서 모두 우수한 것으로 평가되었다.

상기에서 전기전도도는 도막의 전기저항을 측정하는 방법으로 상이한 종류의 금속을 연결한 연결부위의 전기적 전도성을 알아보는 시험에서 전류를 지속적으로 연결부위에 흐르게 하고 회로 전체에서 전압의 하강을 측정한 결과 도막층에 함유된 알루미늄 입자가 치밀한 경우 전류의 흐름이 좋기 때문에 낮은 저항값을 나타내며, 치밀한 도막층에 의해 내식성, 내열성의 성능이 좋아지게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 하도장재 조성물을 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 산성계 바인더 100 중량부와;

   알루미늄 분말 170~190 중량부, 실리카 분말 8~10 중량부, 옥틸페놀에톡시레이트 0.2~0.3 중량부 및 기포억제제 1.0~1.2 중량부로 이루어지되,

   상기 산성계 바인더는 정제수 100 중량부, 산화마그네슘 분말 2.5~3.5 중량부, 크롬산 12~16 중량부, 인산 40~50 중량부, 탄산마그네슘 분말 8~9 중량부 및 35% 과산화수소수 0.8~1.2 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄 하도장재 조성물.
3. 삭제
4. 제 2항에 있어서,

   상기 산화마그네슘 분말과 탄산마그네슘 분말은 10~100 nm의 평균 직경을 갖는 구형분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 하도장재 조성물.