KR101247332B1 - 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물에 관한 것으로서, 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 이루어지며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에, 체질안료를 더 포함하며, 상기 체질안료는 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래와 달리, 금속성분을 사용하지 않아, 가공성 및 내구성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 천연 제올라이트, 규조토 및 실리카를 최적의 비율로 혼합한 무기필러에 체질안료를 첨가함으로써, 수분침투를 효과적으로 방지하는 동시에, 수분을 직접 흡수하여, 해수에 접하는 철강구조물에서의 방식성을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물 및 그 제조방법 {SILICA BASED INORGANIC FILLER FOR HEAVY DUTY PAINT AND HEAVY DUTY PAINT COMPOSITION COMPRISING THEREOF AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중방식 코팅에 최적화된 무기필러를 이용하여, 수분의 침투를 효과적으로 방지하고, 동시에, 수분을 직접 흡수함으로써, 해수에 자주 접하는 철강구조물에서의 방식성을 현저히 향상시킨 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물에 관한 것이다.
산업이 발달함에 따라, 산업체로부터 배출되는 유독성 가스와 해마다 증가하는 자동차의 매연 및 기타 공해로 인하여 각종 철제 구조물은 심한 부식환경에 노출되어 있다. 예를 들어, 철제 구조물에서 발생하는 녹은 철제 구조물의 내구성 저하의 주된 요인이며, 가공된 금속이 자연계의 안정한 산화 화합물(원광석) 상태로 되돌아가려는 과정이다.
이러한 녹은 금속 표면에 녹 발생요인이 부착되어 발생하며, 이것은 수분이 금속의 산화 피막의 결정부분에 침투하여 금속을 용해시키고 수분에 용해된 산소가 금속을 산화시켜 발생한다. 또한, 철골에 도포된 도막의 부식은 주로 도막의 노화에 의한 경우가 많고, 그 노화는 매우 다양한 인자에 의존하기 때문에 복잡하게 진행된다. 그 중에서도 특히 상기 구조물들이 해수환경에 노출되었을 경우, 해수에 포함된 NaCl 성분(염분)은 가장 대표적으로 도막 부식의 원인이 될 뿐 아니라, 다른 노화작용을 촉진하기도 한다.
중방식 코팅(heavy duty coating)이란, 선박, 교량, 해상구조물, 발전설비, 각종 플랜트의 대형 구조물, 컨테이너 또는 기타 심한 부식환경, 특히 해수환경에 노출되어 있는 철제 구조물을 부식으로부터 보호하기 위하여 사용되는 도료 및 도장 또는 이를 코팅하기 위한 공법을 일컫는다.
일반적으로 각종 금속 또는 콘크리트 구조물의 부식 및 침식을 방지하기 위한 상기 중방식 코팅재료로서는, 주로 에폭시계 수지를 이용한 코팅제가 사용되어 왔으나, 상기와 같은 에폭시계 수지의 코팅제는 모재에 대한 강한 접착력과 내구력 향상과 함께 부식 및 침식 등을 방지하기 위하여 지르코늄, 아연 분말 등과 같은 금속성 필러를 첨가시키는데, 이와 같은 충진제들은 코팅 도막에서 완전한 층을 형성시키지 못하기 때문에 코팅 후 침식 및 부식으로부터 완전한 보호가 되지 않아 도막층과 금속 또는 콘크리트 구조물과의 접착력의 저하 등과 같은 문제점뿐만 아니라, 상기와 같이 종래의 코팅제에 금속성 필러 또는 불활성 필러 등과 같은 충진제를 첨가시킬 경우에는 코팅제에 함유된 충진제들에 의해 기계적 가공이나 작업성이 떨어지는 등의 문제점들도 발생하였다.
상기와 같은 문제점들을 해결하고자, 금속성 필러와 함께 불활성 필러를 첨가시킨 기술에 관한 특허로서, 대한민국 공개특허공보 특2000-0014966호에 실리카와 아연더스트를 사용하고, 대한민국 특허공보 제10-0395228호에 금속 분말, 알루미나, 실리카, 흄드 실리카 등을 사용한 기술들이 출원되었으나 상기와 같은 특허들은 충진제로서 금속성 필러와 불활성 필러를 함께 사용함에 따라, 상기 필러들의 열팽창계수가 서로 차이가 나므로, 모재의 표면으로부터 코팅 도막의 분리 현상이 일어나는 문제가 있어왔다.
이에, 내구성 및 가공성을 확보하면서도, 방식성을 향상시킬 수 있는 중방식 도료용 무기필러 및 중방식도료에 대한 개발이 요구되어 왔다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래와 달리, 금속성분을 사용하지 않아, 가공성 및 내구성을 현저히 향상시킨 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
종래와 달리, 규조토를 중방식 도료에 적용함으로써, 비용이 저렴하여 경제적이면서도, 종래 제올라이트 이상의 방식성능을 구현할 수 있는 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 천연 제올라이트, 규조토 및 실리카를 최적의 비율로 혼합한 무기필러에 체질안료를 첨가함으로써, 수분침투를 효과적으로 방지하는 동시에, 수분을 직접 흡수하여, 해수에 접하는 철강구조물에서의 방식성을 현저히 향상시킨 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 종래 중방식 도료에 비해, 저렴하면서도 우수한 성능을 구현할 수 있으며, 작업성 또한 용이하여, 경제적인 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 수분차단 및 흡착기능을 모두 가짐으로써, 이온의 이동 또한 차단할 수 있어 내식성이 우수할 뿐만 아니라, 작업성 및 내구성이 우수하여, 중방식 코팅에 최적화된 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중방식 도료용 실리카계 무기필러는, 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 이루어지며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 층상이중수산화물(LDH)을 더 포함하며, 상기 층상이중수산화물(LDH)은 Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H20로 표현되는 하이드로탈사이트(hydrotalcite)인 것을 특징으로 하며, 체질안료를 더 포함하며, 상기 체질안료는 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 체질안료는, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 3000 내지 4000중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물은, 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 이루어지며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러; 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 이루어진 체질안료; 에폭시수지로 이루어진 유기바인더; 및 부틸글리시딜에테르(Butyl Glycidyl Ether, BGE), 페닐글리시딜에테르(Phenyl Glycidyl Ether, PGE), 디부틸프탈레이트(DiButylPhthalate, DBP) 또는 디옥틸프탈레이트(DiOctylPhthalate, DOP) 중 적어도 하나를 포함하는 희석제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 유기바인더는, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 1000 내지 4000중량부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 체질안료는, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 3000 내지 4000중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 희석제는, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 2000 내지 5000중량부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 흐름방지제를 더 포함하며, 상기 흐름방지제는, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 200 내지 800중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물의 제조방법은, 에폭시수지로 이루어진 유기바인더와 희석제를 교반하여 혼합물을 제조하는 교반단계; 상기 혼합물에 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 구성된 무기필러 및 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 구성된 체질안료를 첨가하여 교반하여 중방식 도료조성물을 제조하는 도료조성물 제조단계; 상기 중방식 도료조성물에 아민경화제 및 경화촉진제를 첨가하여 혼합하는 경화단계; 상기 중방식 도료조성물의 기포를 제거하는 탈포단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 교반단계는, 교반기를 이용하여, 500 내지 1500RPM으로 교반하며, 상기 도료조성물 제조단계는, 교반기를 이용하여 1500 내지 2500RPM으로 교반하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 교반단계 및 상기 도료조성물 제조단계에서, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 유기바인더는 1000 내지 4000중량부, 상기 희석제는 2000 내지 5000중량부, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경화단계에서, 상기 아민경화제는 폴리옥시프로필렌-디아민이며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 아민경화제는 1500 내지 2500중량부, 상기 경화촉진제는 150 내지 250중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물에 따르면, 종래와 달리, 금속성분을 사용하지 않아, 가공성 및 내구성을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래와 달리, 규조토를 중방식 도료에 적용함으로써, 비용이 저렴하여 경제적이면서도, 종래 제올라이트 이상의 방식성능을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 천연 제올라이트, 규조토 및 실리카를 최적의 비율로 혼합한 무기필러에 체질안료를 첨가함으로써, 수분침투를 효과적으로 방지하는 동시에, 수분을 직접 흡수하여, 해수에 접하는 철강구조물에서의 방식성을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 종래 중방식 도료에 비해, 저렴하면서도 우수한 성능을 구현할 수 있으며, 작업성 또한 용이하여, 경제적인 장점이 있다.
또한, 수분차단 및 흡착기능을 모두 가짐으로써, 이온의 이동 또한 차단할 수 있어 내식성이 우수할 뿐만 아니라, 작업성 및 내구성이 우수하여, 중방식 코팅에 최적화된 성능을 발휘할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도
이하, 본 발명에 의한 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물 및 그 제조방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
먼저, 본 발명에 의한 중방식 도료용 실리카계 무기필러는, 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이들은 종래와 달리, 금속성분을 전혀 포함하지 않으면서도, 이들의 조합에 의해 필러로써, 내구성, 작업성이 향상될 뿐만 아니라, 방식성을 향상시키는 효과가 있다.
여기서, 제올라이트는 '비석(沸石)', 즉 끓는 돌이라고도 알려져 있으며, 일반적으로 규소알루미늄 산화물(Al2O3·SiO2,알루미나 실리카)을 총칭한다. 즉, 알루미나와 실리카를 어떤 비율로 혼합하는가에 따라 그 물성과 사용 용도가 많이 달라진다. 알루미나가 많아질수록 산도가 세지며, 고체산으로도 많이 사용된다. 제올라이트는 다른 실리케이트 결정에 비하여 기공이 크고, 이온 교환성이 우수하여 토양 개량제, 비료혼합제, 농약증량제 등의 농축수 공업 용도와 폐수처리제, 건조제, 세라믹 원료, 조경제, 건축제 및 크래킹 촉매, 합성연료제품 석유 화학용도로 널리 사용된다.
중방식 도료에 최적화된 천연제올라이트는, 이에 포함되어 있는 Ca+ 이온이, 해수 내의 Na+ 이온과 양이온 치환작용을 함으로써, 철강재료의 부식을 억제하는 작용과 함께, 수분을 흡수하여 철강재에 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 함으로써 부식을 억제한다.
또한, 상기 천연 제올라이트는 염분뿐 아니라, 수분을 함께 흡착함으로써, 결과적으로 외부의 염분 및 수분이 내부 금속층으로 이동하는 것을 차단하는 효과가 있다. 이처럼 수분 흡착을 극대화시키기 위해서, 상기 천연제올라이트와 수분 흡착에 효과가 있는 규조토 및 실리카 분말을 함께 혼합한다.
이렇게 수분을 필러가 직접 흡수함으로써, 이온의 이동 또한 차단하는 효과가 있다.
상기 천연 제올라이트는, 클리놉틸로라이트(Clinoptilolite), 애널사임(Analcime), 모더나이트(Modernite), 에리오나이트(Erionite) 또는 페리어라이트(Ferrierite) 중 적어도 하나인 것이 바람직하며, 비중은 1 내지 2, 공극률은 0.1 내지 0.5인 것이 수분흡착을 극대화하기 위해 바람직하다.
본 발명에서, 합성 제올라이트가 아닌 천연 제올라이트를 사용한 것은, 천연 제올라이트가 보다 비표면적이 넓고 수분흡수 효과가 뛰어남에도, 비용이 저렴하여 경제성이 높은 장점이 있기 때문이다.
또한, 상기 물질들의 함량은 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 상기 규조토는 200중량부, 상기 실리카는 400중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카의 함량비율이 상기 최적의 범위를 벗어나는 경우에는 방식효과가 현저히 저하되는 문제가 있으며, 전반적인 내구성 및 작업성 또한 떨어지는 문제가 있다.
또한, 상기 실리카는 분말형태인 것이 천연제올라이트 및 규조토와의 혼합이 용이하고, 그로 인한 효과를 향상시킬 수 있어 바람직하다.
여기에, 층상이중수산화물(Layered double hydroxides, 이하 'LDH'라 칭함)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 층상이중수산화물(LDH)은 Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H20로 표현되는 하이드로탈사이트(hydrotalcite)인 것이 가장 효과적이다.
상기 LDH는, 카올린(kaolin), Al2Si2O5 등의 다른 무기입자들의 구조가, 음이온 물질들이 적층된 상태에서 양이온 물질들이 층간 영역을 차지하는 것과는 달리, 일반식 [Mz+ 1-xM3+(x(OH)2]q+(Xn-)q/n·yH2O(여기서, M은 금속원소, X는 포괄적인 음이온 원소 또는 분자, 예를 들어 Cl, Br, 또는 NO3)로 이루어지며, 상기 양전하를 띤 물질들이 층상으로 적층되고, 음이온들이 층간 영역(interlayer region)에 배치되어 있는 독특한 구조를 띤 물질이다. 상기 LDH에 포함되어 있는 음이온(anion)들은 쉽게 치환될 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는, 이러한 LDH의 특징으로 이용하여, 해수 내에 포함되어 있는 Cl- 이온을 흡착할 수 있는 방법을 강구하였다.
특히, 상기 LDH 중에서도, Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H20로 표현되는 하이드로탈사이트(hydrotalcite)를 사용하였을 경우, Mg 및 Al 양이온 이중층 사이에 Cl- 이온이 흡착되는 성질을 보이는 것을 확인하여, 본 발명에 적용하였다.
즉, 앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 천연제올라이트를 이용하여 해수 내의 Na+ 이온을 흡착하고, LDH를 이용하여 Cl- 이온을 흡착함으로써, 양자를 조합할 경우, 해수 내에서 부식을 일으키는 주원인 중 하나인 NaCl성분(염분)을 도료 내에 효과적으로 흡착시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 중방식 도료용 실리카계 무기필러에, 체질안료를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 체질안료는 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다. 이는 방청특성을 더 향상시키기 위해 첨가된다.
이러한 마이카, 탈크 및 바라이트 입자가 포함됨으로써, 물 및 수증기의 도료 내로의 침투를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 이는 상기 수분흡착기능에, 수분침투방지기능을 보강함으로써, 이중으로 방청기능을 수행하여, 방청효과를 극대화할 수 있다.
이러한 체질안료는 완성된 도막의 건조시간 및 도료의 점도를 증가시킴으로써, 작업성을 증가시킬 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라, 도료 내부의 밀도를 증가시켜 발포팽창시 도막의 강도를 높여줌으로써, 도막의 갈라짐이나 부서짐을 방지하고, 도료의 내구성을 증가시키는 역할을 한다.
여기에 더하여, 용도에 따라, 착색을 위하여 물, 기름, 용제에 녹지 않고 일광에 견디는 색을 갖는 착색안료를 더 사용할 수도 있으며, 이러한 착색안료로는 카본블랙, 산화철, 카드뮴레드, 자폰레드, 산화티탄(TiO2) 중 어느 하나를 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 체질안료의 함량은, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 3000 내지 4000중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3300 내지 3700중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 3000중량부 미만인 경우에는 작업성, 내구성 및 방식성의 상승효과가 미미하며, 4000중량부를 초과하는 경우에는 오히려 수분흡착률이 저하되는 문제가 있다.
이처럼, 체질안료는 일차적으로 수분 또는 수증기를 차단하여 도료의 내구성을 증가시키며, 천연 제올라이트, 규조토 및 실리카로 이루어진 중방식 무기입자는 수분을 직접 흡수함으로써, 수분이 철제구조물로 이동하는 것을 차단함으로써, 해수에서의 방식효과를 극대화시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 의한 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물은, 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 이루어지며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러; 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 이루어진 체질안료; 에폭시수지로 이루어진 유기바인더;및 부틸글리시딜에테르(Butyl Glycidyl Ether, BGE), 페닐글리시딜에테르(Phenyl Glycidyl Ether, PGE), 디부틸프탈레이트(DiButylPhthalate, DBP) 또는 디옥틸프탈레이트(DiOctylPhthalate, DOP) 중 적어도 하나를 포함하는 희석제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 상기 체질안료는 앞서 설명한 바와 같다.
상기 유기바인더는 에폭시수지로 이루어지는 것이 본 발명에 가장 바람직하며, 이는 하도 또는 중도의 도료로 효과적으로 사용되며, 선박용 워터발라스트탱크나 선박외판 등의 해수환경에 접하는 철제구조물에서 특히 방청효과가 우수하다.
상기 유기바인더의 함량은, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 1000 내지 4000중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2000 내지 3000중량부, 가장 바람직하게는 2500중량부인 것이 효과적이다. 1000중량부 미만인 경우에는
또한, 상기 희석제는 부틸글리시딜에테르(Butyl Glycidyl Ether, BGE), 페닐글리시딜에테르(Phenyl Glycidyl Ether, PGE), 디부틸프탈레이트(DiButylPhthalate, DBP) 또는 디옥틸프탈레이트(DiOctylPhthalate, DOP) 중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 중방식 도료의 점도를 낮추고, 작업성을 용이하게 하면서도, 방식성, 내구성 등의 물성을 저하시키지 않는 장점이 있다.
상기 희석제의 함량은, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 2000 내지 5000중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3000 내지 4000중량부, 가장 바람직하게는 3500중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 2000중량부 미만인 경우에는 점도가 높아 작업성이 저하되는 문제가 있으며, 5000중량부를 초과하는 경우에는 과도하게 희석되어, 오히려 방식성, 내구성 등의 물성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 흐름방지제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 도료를 저장중에 여러 안료가 용기 밑면에 침전되는 것을 방지하기 위하여 첨가하는 첨가제이며, 도료가 흐르는 것을 방지하기 위해서 흐름방지제의 기능도 함께한다. 본 발명에서 사용되는 흐름방지제로는 공지의 물질들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 상품명 벤톤(Benton)을 사용할 수 있다.
흐름방지제의 함량은 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 200 내지 800중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 400 내지 600중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 200중량부 미만인 경우에는 침전 및 흐름방지효과가 현저히 저하되는 문제가 있으며, 800중량부를 초과하는 경우에는 도료의 저장성에 문제가 생겨 도료가 침강될 수 있다.
또한, 도료의 안정성 및 pH 조절을 위하여 사용되는 pH 조절제가 사용될 수 있는데, 이는 공지의 물질을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 암모니아, TEA(트리에틸아민), DMAE(디메틸아미노에탄올), 빙초산, 구연산 등을 사용할 수 있다. 증점제로서는 예를 들어 수분산성 아크릴에스텔-아크릴산 공중합체가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
또한, 이러한 첨가제로서 필요에 따라 레벨링제, 소포제, 가소제 등이 첨가될 수 있으며, 에폭시수지, 아크릴계 수지 등의 경화성 수지를 사용함에 따라 도료 조성물을 경화시키기 위한 경화제, 또는 경화촉진제가 더 포함될 수 있다. 이러한 첨가제는, 전체 조성물에 있어서 10 내지 45중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 40중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물의 제조방법은, 교반단계(S10), 도료조성물 제조단계(S20), 경화단계(S30) 및 탈포단계(S40)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 교반단계(S10)는 에폭시수지로 이루어진 유기바인더와 희석제를 교반하여 혼합물을 제조하는 단계이다. 이는 도료조성물의 기본이 되는 구성물질을 이하 필러와의 혼합이 용이하고 균일하게 될 수 있도록 점도 등을 조절하는 공정이다.
상기 교반단계(S10)는, 교반기를 이용하여, 500 내지 1500RPM으로 교반하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 800 내지 1200RPM으로 교반하는 것이 효과적이다. 500RPM미만인 경우에는 유기바인더와 희석제가 균일하게 혼합되기 어려우며, 교반시간 또한 과도하게 길어져 경제성이 저하되는 문제가 있으며, 1500RPM을 초과하는 경우에는 과도하게 빠른 속도로, 오히려 유기바인더와 희석제의 손상이 발생할 수 있는 문제가 있다.
교반시간은 20분 내지 50분인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30분인 것이 효과적이다. 20분 미만인 경우에는 충분히 혼합되지 않으며, 50분을 초과하는 경우에는 경제성이 저하되는 문제가 있다.
다음으로, 도료조성물 제조단계(S20)는 상기 혼합물에 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 구성된 무기필러 및 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 구성된 체질안료를 첨가하여 교반하여 중방식 도료조성물을 제조하는 단계이다. 이는 혼합물에 무기필러 및 체질안료를 첨가함으로써, 방식성능을 현저히 향상시키고, 내구성 또한 강화시키는 공정이다.
상기 교반단계(S10) 및 상기 도료조성물 제조단계(S20)에서, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 유기바인더는 1000 내지 4000중량부, 상기 희석제는 2000 내지 5000중량부, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 함량비율 등은 상기에서 설명한 바와 같다.
상기 도료조성물 제조단계(S20)는, 교반기를 이용하여, 1500 내지 2500RPM으로 교반하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1800 내지 2200RPM으로 교반하는 것이 효과적이다. 1500RPM미만인 경우에는 혼합물과 무기필러가 균일하게 혼합되기 어려우며, 교반시간 또한 과도하게 길어져 경제성이 저하되는 문제가 있으며, 2500RPM을 초과하는 경우에는 과도하게 빠른 속도로, 오히려 혼합물 및 무기필러의 손상이 발생할 수 있는 문제가 있다.
교반시간은 20분 내지 50분인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30분인 것이 효과적이다. 20분 미만인 경우에는 충분히 혼합되지 않으며, 50분을 초과하는 경우에는 경제성이 저하되는 문제가 있다.
다음으로, 경화단계(S30)는 상기 중방식 도료조성물에 아민경화제 및 경화촉진제를 첨가하여 혼합하는 단계이다. 이는 도료조성물에 경화성을 부여하여, 향후 도료를 해수와 접한 철재구조물에 코팅하는 경우에 용이하게 경화되어 방식도장을 형성하기 위한 공정이다.
상기 경화단계(S30)에서, 상기 아민경화제는 폴리옥시프로필렌-디아민이며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 아민경화제는 1500 내지 2500중량부, 상기 경화촉진제는 150 내지 250중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 아민경화제는 2000중량부, 상기 경화촉진제는 200중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 상기 함량범위를 벗어나는 경우에는 수분과 자주 접촉하는 해양 철재구조물에서 도장이 빨리 경화되지 않아, 충분한 방청기능을 발휘할 수 없는 문제가 발생하거나, 과도하게 빨리 경화되어, 작업성이 저하되는 문제가 있다.
마지막으로, 탈포단계(S50)는 상기 중방식 도료조성물의 기포를 제거하는 단계이다. 이는 교반작업 등으로 발생한 도료조성물 내의 기포를 제거함으로써, 도료가 효과적으로 철재구조물에 도장을 형성할 수 있도록 하기위한 공정이다.
탈포단계(S50)는 일반적인 기포제거공정을 사용해도 무방하다.
이하에서는 본 발명의 중방식 도료용 실리카계 무기필러 및 이를 포함하는 중방식 도료 조성물의 우수성에 대한 실험결과를 살펴보도록 한다.
특히, 부식성능의 우수성에 대해 입증하기 위하여, 본 발명의 중방식 도료 조성물이 코팅된 시편과 부식액을 일정시간 접촉시킨 후, 임피던스의 변화를 측정하여 방식성능을 측정하였다.
본 실험에서, 접촉시간에 따른 임피던스의 감소율이 작고, 상기 감소율의 시간에 따른 변화율이 작은 경우에, 방식성능이 우수하다.
임피던스 감소율(%) = [(초기 임피던스 측정치 - 시간경과 후 임피던스 측정치) / 초기 임피던스 측정치] * 100
본 발명에 사용된 실시예 및 비교예는 본 발명의 중방식 도료 조성물을 사용하되, 무기필러의 성분 및 함량만 변경하였다.
먼저, 실시예 1은 규조토만을 무기필러로 첨가하였으며, 실시예 2는 천연제올라이트, 규조토 및 실리카를 혼합하여 무기필러로 사용하며, 천연제올라이트 100중량부에 대하여, 규조토는 100중량부, 실리카는 50중량부 비율로 혼합하였고, 실시예 3은 천연제올라이트 100중량부에 대하여, 규조토는 500중량부, 실리카는 50중량부 비율로 혼합하였으며, 실시예 4는 천연제올라이트 100중량부에 대하여, 규조토는 100중량부, 실리카는 500중량부 비율로 혼합하였다.
반면에, 비교예 1은 본 발명에서 무기필러를 제외하였고, 비교예 2는 무기필러로 합성제올라이트만을 사용하였으며, 비교예 3은 무기필러로 천연제올라이트만을 사용하였다.
즉, 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~3의 무기필러의 성분 및 함량은 이하 <표 1>과 같다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
합성제올라이트 - - - - - 100 -
천연제올라이트 - 100 100 100 - - 100
규조토 100 100 500 100 - - -
실리카 - 50 50 500 - - -
* 함량은 제올라이트 100중량부 기준이며, 단위는 중량부임.
* 무기필러를 제외한 나머지는 본 발명의 중방식 도료 조성물과 동일함
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~3을 EIS방식을 이용하여, 방식성능을 측정한 실험결과는 이하 <표 2>와 같다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
7일후
감소율(%)		 68 64 63 60 79 73 71
10일후
감소율(%)		 70 66 66 62 86 74 72
15일후
감소율(%)		 71 69 67 63 90 76 73
상기 <표 2>에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 실시예 1~4가 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 1~3에 비해, 감소율이 최대 27% 적은 것으로 측정되었다. 이를 통해, 방식성능이 현저히 우수함을 알 수 있다.
특히, 본 발명에서 중방식 도료에 무기필러로서 규조토를 최초로 사용하였는데, 이렇게 중방식 도료에 규조토만을 무기필러로 사용하는 경우에도 제올라이트에 비해 방식성능이 향상됨을 알 수 있었는 바, 이를 통해, 규조토의 방식성능향샹효과를 입증하였다.
또한, 본 발명의 최적의 범위로 천연제올라이트와 규조토, 실리카를 혼합하는 경우에 방식성능을 극대화시킬 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 무기필러는 종래에 비해, 월등히 우수한 방식성능 개선효과가 있음을 알 수 있으며, 그 혼합비율 또한 임계적 의의를 가짐을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 규조토, 천연 제올라이트(Zeolite) 및 실리카를 포함하여 이루어지며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    층상이중수산화물(LDH)을 더 포함하며, 상기 층상이중수산화물(LDH)은 Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H20로 표현되는 하이드로탈사이트(hydrotalcite)인 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러
  4. 제 1항에 있어서,
    체질안료를 더 포함하며, 상기 체질안료는 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 체질안료는, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 3000 내지 4000중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러
  6. 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 이루어지며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러;
    마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 이루어진 체질안료;
    에폭시수지로 이루어진 유기바인더;및
    부틸글리시딜에테르(Butyl Glycidyl Ether, BGE), 페닐글리시딜에테르(Phenyl Glycidyl Ether, PGE), 디부틸프탈레이트(DiButylPhthalate, DBP) 또는 디옥틸프탈레이트(DiOctylPhthalate, DOP) 중 적어도 하나를 포함하는 희석제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유기바인더는, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 1000 내지 4000중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 체질안료는, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 3000 내지 4000중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물
  9. 에폭시수지로 이루어진 유기바인더와 희석제를 교반하여 혼합물을 제조하는 교반단계;
    상기 혼합물에 천연 제올라이트(Zeolite), 규조토 및 실리카를 포함하여 구성된 무기필러 및 마이카, 탈크 및 바라이트(baryte)를 포함하여 구성된 체질안료를 첨가하여 교반하여 중방식 도료조성물을 제조하는 도료조성물 제조단계;
    상기 중방식 도료조성물에 아민경화제 및 경화촉진제를 첨가하여 혼합하는 경화단계;
    상기 중방식 도료조성물의 기포를 제거하는 탈포단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물의 제조방법
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 교반단계는, 교반기를 이용하여, 500 내지 1500RPM으로 교반하며, 상기 도료조성물 제조단계는, 교반기를 이용하여 1500 내지 2500RPM으로 교반하는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물의 제조방법
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 교반단계 및 상기 도료조성물 제조단계에서, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 유기바인더는 1000 내지 4000중량부, 상기 희석제는 2000 내지 5000중량부, 상기 규조토는 100 내지 500중량부, 상기 실리카는 50 내지 500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물의 제조방법
  12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 경화단계에서, 상기 아민경화제는 폴리옥시프로필렌-디아민이며, 상기 천연 제올라이트 100중량부에 대하여, 상기 아민경화제는 1500 내지 2500중량부, 상기 경화촉진제는 150 내지 250중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중방식 도료용 실리카계 무기필러를 포함하는 중방식 도료 조성물의 제조방법
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