KR101173931B1

KR101173931B1 - 하이브리드 세라믹 코팅제를 이용한 금속 표면의 처리 방법

Info

Publication number: KR101173931B1
Application number: KR1020120057086A
Authority: KR
Inventors: 최병술; 최병은
Original assignee: 주식회사 미로
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-08-14

Abstract

본 발명은 하이브리드 세라믹 코팅제를 이용한 금속의 표면 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 금속 재료의 표면을 하이브리드 세라믹 코팅제 및 펄 재료로 코팅하여 내식성 및 내염성을 강화하고 반사효과를 높임으로써 내구성이 증대된 금속 표면을 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 금속의 표면 처리 방법에 의하면 금속 또는 시설물의 표면의 염해방지능 및 내부식성이 강화되어 내구성이 증가하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 빗물에 의해 시설물 표면에 부착된 오염물질의 제거가 용이하고, 특히 바닷물에 의한 내부식성이 강해 해변가 및 겨울철 결빙구간에 매우 유용한 효과를 갖는다. 뿐만 아니라 도료에 펄 재료를 혼합하여 사용함으로써 야간에 반사효과를 높여 시설물의 안전성을 기할 수 있다. 또 본 발명은 내식성으로 인해 내구성이 향상되고 이로 인해 시설물의 교체 시기를 늦춰 관리비용을 절감할 수 있다.

Description

하이브리드 세라믹 코팅제를 이용한 금속 표면의 처리 방법{Process for treating surface of metal with hybrid ceramic coating}

본 발명은 하이브리드 세라믹 코팅제를 이용한 금속의 표면 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 금속 재료의 표면을 하이브리드 세라믹 코팅제 및 펄 재료로 코팅하여 내식성 및 내염성을 강화하고 반사효과를 높임으로써 내구성이 증대된 금속 표면을 제공하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 실외에 설치되는 시설물, 특히 도로 표지판이나 가드레일, 공장 시설물, 취수로 설비, 선박, 해양구조물, 건설장비, 교량, 건물외장제 등은 산성비 또는 공기 중의 오염물질에 의해 쉽게 부식되는 단점을 갖는다.

따라서 상당 기간 이를 방치하면 부식되거나 훼손되어 빠른 교체로 인한 설치비의 증가는 물론 관리비가 증가하는 것이어서 이를 개선하기 위한 노력이 필요하다.

이러한 시설물들은 부식을 방지하기 위해서 지금까지는 주로 표면에 아연 도금처리 하여 부식을 최소화하고 있으나, 상기한 아연 도금의 경우 아연이 철보다 먼저 부식되도록 함으로써 철판을 보호하는 것일 뿐이고, 눈에 잘 띄지 않을 뿐 아연이 부식되고 있는 것이며, 아연의 부식이 완료되면 곧바로 철판의 부식이 진행되어 결과적으로 내구성이 현저히 약해지는 등의 단점을 갖게 된다.

특히, 도로의 노변 또는 중앙분리대로 설치되는 가드레일은 자동차의 주행중에 일어나는 사고 등으로 인해 발생하는 차량의 충격을 최소화하거나 도로 밖으로 나가지 않도록 하여 2차적인 사고 등을 방지하는 기능을 하는 것이나, 이 역시 아연 도금하고 있다.

따라서 최근 가드레일의 표면에 유리섬유나 플라스틱을 피복하거나, 공개특허 10-2006-0045223호와 같이 가드레일 표면에 수지바인더를 도포하고 도포된 수지바인더가 경화되기 이전에 수지바인더 상부에 유리 비드를 분사하고 경화시켜 유리 비드 돌기가 형성되는 코팅면을 포함하도록 함으로써 가드레일의 부식을 최소화하기 위한 기술들이 개발되고 있다.

그러나 종래 유리섬유와 플라스틱, 무기물, 유기물, 수지바인더, 유리 비드와 같은 가드레일 피복성분들은 각각의 특성이 달라 보다 효과적인 부식방지를 위해서는 각각 특성이 다른 이종(異種)의 성분을 반복 피복 하여야하는 단점을 갖는 것이고, 이로 인해 작업이 번거롭고 작업비용에 대한 부담과 관리비용이 증가하는 단점을 갖게 된다.

공개특허공보 제10-2006-0045223호(2006.05.17) 등록특허공보 제10-0853696호(2008.08.18)

본 발명들은 종래의 방법에 따른 문제점들을 해소하고, 내부식성 및 내염해성, 재귀반사특성 등 기능성이 뛰어난 산업 소재를 개발하기 위해 예의 연구한 결과, 후술하는 바와 같은 금속의 표면 처리 방법에 의해 목적하는 기능성이 제공될 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명은 일면에 있어서,
a) 금속 재료의 표면 상에 분체 도장을 하는 단계,
b) 상기 도장 처리된 표면을 200 ℃ ~ 250 ℃에서 40분 내지 60분 동안 열처리 단계,
c) 상기 열처리 후, 온도가 40℃로 식을 무렵 금속 재료의 표면을 600 ~ 1,000 메쉬의 흠집이 형성되도록 샌딩처리하는 단계,
d) 상기 처리된 표면을 우레탄 신너로 깨끗이 세척하는 단계,
e) 상기 세척된 표면에 하이브리드 세라믹 코팅액과 펄 소재를 20~50:1의 중량비로 혼합하여 균일하게 코팅하는 단계,
f) 상기 코팅된 금속 재료를 80~150℃의 온도에서 40~80 분 동안 건조시키는 단계, 및
g) 상기 건조 후 주변 온도를 서서히 낮추어 줌으로써 상기 코팅물이 금속 표면에 융착이 잘 되게 하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 표면처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

삭제

본 발명에 따른 금속의 표면 처리 방법에 의하면 금속 또는 시설물의 표면의 염해방지능 및 내부식성이 강화되어 내구성이 증가하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 빗물에 의해 시설물 표면에 부착된 오염물질의 제거가 용이하고, 특히 바닷물에 의한 내부식성이 강해 해변가 및 겨울철 결빙구간에 매우 유용한 효과를 갖는다. 뿐만 아니라 도료에 펄 재료를 혼합하여 사용함으로써 야간에 반사효과를 높여 시설물의 안전성을 기할 수 있다. 또 본 발명은 내식성으로 인해 내구성이 향상되고 이로 인해 시설물의 교체 시기를 늦춰 관리비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 금속 표면의 처리 단계의 일례를 나타낸 개략도.

본 발명은, 일면에 있어서,
a) 금속 재료의 표면 상에 분체 도장을 하는 단계,
b) 상기 도장 처리된 표면을 200 ℃ ~ 250 ℃에서 40분 내지 60분 동안 열처리 단계,
c) 상기 열처리 후, 온도가 40℃로 식을 무렵 금속 재료의 표면을 600 ~ 1,000 메쉬의 흠집이 형성되도록 샌딩처리하는 단계,
d) 상기 처리된 표면을 우레탄 신너로 깨끗이 세척하는 단계,
e) 상기 세척된 표면에 하이브리드 세라믹 코팅액과 펄 소재를 20~50:1의 중량비로 혼합하여 균일하게 코팅하는 단계,
f) 상기 코팅된 금속 재료를 80~150℃의 온도에서 40~80 분 동안 건조시키는 단계, 및
g) 상기 건조후 주변 온도를 서서히 낮추어 줌으로써 상기 코팅물이 금속 표면에 융착이 잘 되게 하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 표면처리 방법을 제공한다.

삭제

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 금속 표면의 처리 방법의 일례를 나타낸 개략도이다. 이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본원 발명에 따른 금속의 표면 처리 방법은 크게 분체 도장 단계(S100), 열처리 단계(S200), 샌딩 처리 단계(S300), 세척 단계(S400), 도포 단계(S500), 건조 단계(S600), 및 융착 촉진 단계(S700)로 구성된다.

분체 도장 단계(S100)에서는 금속 재료의 표면 상에 분체 도장을 하는 단계로서 먼저 금속 재료의 표면에 분체 도료를 이용하여 도장을 한다.

상기 단계에서 사용되는 분체 도료는 열경화성 또는 열가소성 분체 에폭시 수지 또는 폴리에스테르 수지 또는 아크릴계 수지 및 경화제로 구성되며 여기에 필요에 따라서 촉매, 레벨링제(leveling agent), 습윤제(wetting agent), 부착증진제(adhesion promotor), 광안정제(ultraviolet stabilizer)제 및 착색제(colorant) 등을 포함시킬 수 있으며 이들의 배합물을 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후 압출공정을 거쳐 적당한 입자 크기로 분쇄하여 사용하거나 상업적으로 구매하여 사용할 수 있다. 이와 같은 분체도료 조성물은 보통 코로나 정전 도장에 의한 스프레이 방식에 의해 금속 표면에 도포하고, 140~180℃에서 10~20 분 동안 경화시키는 것이 좋다.

열처리 단계(S200)에서는 분체 도장된 금속 재로를 200 ℃ ~ 250 ℃에서 40분 내지 60 분 동안, 바람직하게는 220℃에서 50분 동안 열처리하는 것이 좋다.

이어서, 샌딩 처리 단계(S300)에서는 열처리 후, 온도가 40℃ 내외로 식을 무렵 금속 재료의 표면을 600 ~ 1,000 메쉬의 흠집이 형성되도록 샌딩 처리한다.

세척 단계(S400)에서는 샌딩 처리된 표면을 우레탄 신너(thinner)로 깨끗이 세척한다.

도포 단계(S500)에서는 하이브리드 세라믹 코팅액과 펄 소재를 주변 사용 환경에 따라 20~50:1의 중량비로 혼합하여 균일하게 도포한다. 이 때 세라믹 코팅액과 펄 소재는 필요에 따라 상기 범위 내에서 배합비율을 조정할 수 있다.

본원 발명에서 사용된 하이브리드 세라믹 코팅제는 상온에서 티이오에스(TEOS, Tetraethylorthosilicate) : 아연 아세테이트(Zinc acetate) : 에탄올(ethanol) : H2O : HCl = 1 : 0.01~5 : 1~4 : 1~8 : 0.01~5의 몰비로 혼합하고 교반하여 pH 3~4의 투명한 쏠(sol)을 얻는 단계와, 상기 쏠에 유기단량체인 글리시돌(Glycidol)을 전체 중량비의 0.01~10wt% 첨가하고, 축합촉매제로서 H₂SO₄을 전체 중량의 0.001~5wt% 가하여 50~80℃에서 2시간 동안 반응시키는 단계에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 이 때 각 성분의 몰(mole)비는 TEOS를 기준으로 하며, 교반은 4시간 정도가 바람직하다. 이러한 하이브리드 세라믹 코팅제는 (주)필스톤의 solbic^ⓡ-SM25의 상품명으로 상업적으로 입수 가능하다.

한편, 본 발명에 사용되는 펄 재료는 이산화티탄 코팅된 천연 또는 합성 마이카로서 그 자체로도 안료로 사용되고 있으며, 등록특허공보 제10-0853696호(2008.0818)에 개시된 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 펄 재료는 예를 들면, 충북 소재, (주)시큐브에서 상업적으로 입수가능하다.

건조 단계(S600)에서는 상기 코팅된 금속 재료를 80~150℃의 온도에서 40~80 분 동안, 바람직하게는 120℃의 온도에서 60분 동안 건조시키는 것이 좋다.

융착 촉진 단계(S700)에서는 상기 건조시 주변 온도를 강제로 또는 자연적으로 서서히 낮추어 줌으로써 상기 코팅물이 표면에 융착이 잘 되게 한다.

<실시예>

이하, 본 발명은 다음의 대표적인 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명되나, 본 발명이 이들 실시예에 의해 어떤 식으로든 제한되는 것은 아니다.

100 x 200 x 2 mm의 강철판의 표면을 EX8700 분체 도료를 사용하여 스프레이건으로 분체 도장하고 230℃에서 50분 동안 열처리하였다. 상기 열처리 후, 온도가 40℃로 되었을 때 강철 표면을 800 메쉬로 균일하게 샌딩처리하였다. 이어서, 샌딩 처리된 표면을 우레탄 신너로 깨끗이 세척하고, 하이브리드 세라믹 코팅액과 펄 소재를 25:1의 중량비로 혼합하여 균일하게 도포하였다. 하이브리드 세라믹 코팅제는 (주)필스톤의 상온 경화형 solbic^ⓡ-SM25A 80중량% 와 solbic^ⓡ-SM25B 20 중량%를 혼합하여 사용하였다. 펄 재료는 (주)시큐브에서 구매한 것을 사용하였다. N800S: 진주안료(천연 마이카 기질) +이산화티탄 코팅한 것; N901D: 진주안료(합성 마이카 기질) +이산화티탄 코팅한 것; N901P: 진주안료(합성 마이카 기질) + 이산화티탄 코팅한 것이다. 상기 코팅된 강철판을 120℃의 온도에서 60분 동안 건조시키고, 주변 온도를 서서히 낮추어 상기 코팅물이 강철 표면에 융착이 잘 되게 하여 갈바늄 세트를 제조하고 이들의 물리적 특성을 통상적인 시험방법에 의해 시험하였다. 이들 시험 결과는 다음의 표에 나타낸 바와 같다.

시험항목	시험 재료(갈바늄)
	세라믹코팅제+펄 1	세라믹 코팅제 + 펄 2	세라믹 코팅제 +펄 3
염수분무시험	◎	◎	◎
가속분무시험	○	○	○
내습성	○	○	○
촉진내후성	○	○	○
재귀반사성	◎	◎	◎
발수성	○	○	○
부착성	○	○	○
내오염성	◎	◎	◎

위 실험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본원 발명에 따라 처리된 금속 표면은 양호한 경우는 ○로 표기하고, 매우 양호한 경우에는 ◎로 표기하였는 바, 특히 내염성 및 내오염성이 양호하고, 재귀반사성이 뛰어나 특히 야간에 설치되는 구조물에 바람직하게 사용될 수 있다.

이처럼 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

Claims

a) 금속 재료의 표면 상에 분체 도장을 하는 단계,
b) 상기 도장 처리된 표면을 200 ℃ ~ 250 ℃에서 40분 내지 60분 동안 열처리 단계,
c) 상기 열처리 후, 온도가 40℃로 식을 무렵 금속 재료의 표면을 600 ~ 1,000 메쉬의 흠집이 형성되도록 샌딩처리하는 단계,
d) 상기 처리된 표면을 우레탄 신너로 깨끗이 세척하는 단계,
e) 상기 세척된 표면에 하이브리드 세라믹 코팅액과 펄 소재를 20~50:1의 중량비로 혼합하여 균일하게 코팅하는 단계,
f) 상기 코팅된 금속 재료를 80~150℃의 온도에서 40~80 분 동안 건조시키는 단계, 및
g) 상기 건조후 주변 온도를 서서히 낮추어 줌으로써 상기 코팅물이 금속 표면에 융착이 잘 되게 하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 표면처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 하이브리드 세라믹 코팅제는
상온에서 티이오에스(TEOS, Tetraethylorthosilicate) : 아연 아세테이트(Zinc acetate) : 에탄올(ethanol) : H₂O : HCl = 1 : 0.01~5 : 1~4 : 1~8 : 0.01~5의 몰비로 혼합하고 교반하여 pH 3~4의 투명한 쏠(sol)을 얻는 단계와,
상기 쏠에 유기단량체인 글리시돌(Glycidol)을 전체 중량비의 0.01 ~ 10 wt% 첨가하고, 축합제로서 H₂SO₄을 전체 중량의 0.001 ~ 5 wt% 가하여 50 ~ 80 ℃에서 2시간 동안 반응시키는 단계
에 의해 제조된 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 펄 재료는 이산화티탄 코팅된 합성 또는 천연 마이카인 것인 방법.