KR101264575B1 - 중방식 도막 - Google Patents

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KR101264575B1
KR101264575B1 KR1020120116165A KR20120116165A KR101264575B1 KR 101264575 B1 KR101264575 B1 KR 101264575B1 KR 1020120116165 A KR1020120116165 A KR 1020120116165A KR 20120116165 A KR20120116165 A KR 20120116165A KR 101264575 B1 KR101264575 B1 KR 101264575B1
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Abstract

본 발명의 중방식 도막은 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올; 이산화티타늄, 이산화규소, 망간, 마그네슘, 알루미늄 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 편상구조의 금속 박편분말; 산화아연, 인듐틴옥사이드, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 안티몬틴옥사이드, 카올린, 2산화실리카, 3산화알루미나, 3산화몰리브덴, 5산화니오브, 5산화 바나듐, 텅스텐 브론즈 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 세라믹 나노분말;로 구성되어 정방형의 격자구조로 이루어짐을 특징으로 하는 상도층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중방식 도막{FILM COMPOSITION FOR HEAVY DUTY COATING}
본 발명은 열팽창률이 적은 세라믹 나노입자, 금속 박편분말이 포함되어 밀실한 정방형 격자구조의 상도층을 제공하여 내식성, 내굴곡성, 내균열성 등이 우수하도록 하며, 부착력이 우수한 하도층을 제공하여 구도막의 처리에 있어 경제적이고, 다중층에 공기층이 형성된 광물성안료가 배합된 중도층을 제공하여 외부하중에 대한 흡수층을 형성함으로써 구조적 안정성을 배가시킨 중방식 도막에 관한 것이다.
국가경제의 성장과 사회간접자본의 확충으로 임해공업단지 및 해안항만 지역의 중요 구조물의 내구성 증진과 경제성 확보를 위한 방식대책이 필요 하게 된다.
이에, 종래의 기술들은 내산성, 내알칼리성, 내염수성 등의 내화학성의 성능(특허 10-0910983) 만을 강조하여, 기후(온도)변화로 인한 구조체의 팽창률을 수렴하 지 못하여, 도막의 균열 및 박리박락 현상이 발생하게 된다.( 콘크리트 구조물에 비해 철재(강교)구조물의 진동이 크기 때문에 진동에 의한 도장과 피도면의 부착력에 영향을 받는다. )
또한, 기존도료의 도장재는 광택, 기계적 물성이 급격하게 변하여 도막에서 수지가 안료간 입자공간을 충분히 메우지 못하게 된다. 즉, 도막층에서 안료입자간의 공극을 충분히 메울수 있는 구조를 가지지 못한다.
또한, 철재(강교)구조물의 재도장을 위한 기존도장공법의 경우 표면처리가 표면적의 95%이상까지 보이는 모든 이물질의 제거를 요구하기 때문에 도심지에서는 교통체증 유발, 해안·산간지역에서는 환경문제를 일으킬 수 있다.
또한, 기존 도장공법의 경우 외부하중 작용시 그 충격을 흡수할 수 있는 구조가 제시되지 않아 시공후 균열 등 구조적 안정성이 저하되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 10-0910983
본 발명은, 상기 과제의 해결을 위한 것으로서, 밀실한 구조에 기해 철의 부식인자를 차단(barrier)하며, 부식반응을 억제(inhibitor)할 수 있고, 피도장체인 철재 구조물의 열에 의한 수축 및 팽창에 대한 저항성이 있으며, 구도막의 처리공정이 간단하여 시공경제면에서 유리하고, 외부하중에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 중방식 도막을 제공하고자 함이다.
상기과제를 해결하기 위한 본 발명의 중방식 도막은 이산화티타늄, 이산화규소, 망간, 마그네슘, 알루미늄 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 편상구조의 금속 박편분말; 산화아연, 지르코늄, 인듐틴옥사이드, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 안티몬틴옥사이드, 카올린, 2산화실리카, 3산화알루미나, 3산화몰리브덴, 5산화니오브, 5산화 바나듐, 텅스텐 브론즈 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 나노분말; 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올;로 구성되어 정방형의 격자구조로 이루어지는 상도층을 포함하는 것에 특징이 있다.
즉 본 발명은 광물성 안료로 편상구조의 금속 박편분말을 혼합하되, 여기에 세라믹 나노분말을 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올과 혼합토록 함으로써 편상구조에 나노입자가 충진되어 정방형의 격자구조(큐브구조)가 형성되도록 하여 철의 부식인자를 차단하며, 부식반응을 억제할 수 있도록 방식성을 부여하여 방청효과를 구조적으로 증진시키도록 함에 특징이 있으며, 또한 열차단성의 세라믹 나노분말을 배합하도록 함에 의해 철재(강교) 구조물(피도장체)의 수축 및 팽창을 제어할 수 있으므로 도막의 균열을 방지할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.
이에 더하여 본 발명에서는 피도장체 상부로서 상기 상도층 하부에 하도층이 더 구성되도록 함이 타당한 바, 상기 하도층은 에폭시수지, 지방족화합물 부틸 셀로솔브, 운모, 탈크, 징크메탈, 알루미늄 분말을 포함하는 주제와, 폴리아마이드를 포함하는 경화제로 구성됨에 특징이 있다.
즉 상기 하도층의 경우 피도장체 및 상도층과의 접착력이 우수한 바, 도장 후 상도층의 들뜸 등 부착력 저하요소를 제거하며, 구도막의 완전한 제거 없이도 도장이 가능하여 용이한 도장공정이 가능하도록 함에 특징이 있다.
여기서 상기 금속 박편분말은 1 내지 40㎛의 입경을 가지며, 상기 나노분말은 40 내지 250㎚의 입경을 갖도록 하는 것이 타당한 바, 이는 상기 금속 박편분말이 각 입자마다 기본적인 배열은 같으나, 방향이 다르고 입자와 입자사이에 존재하는 단위 면적당 입계가 많을수록 강한 기계적 성질을 띠게 하는 경향을 나타내는 바, 편상구조의 프레임 역할을 하도록 하며, 이러한 편상구조의 프레임에 미세한 세라믹 나노분말을 충진시키도록 함으써 도막이 밀실한 정방형 구조가 형성되도록 하기 위함이다.
한편 바람직하게는 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올 100중량부에 대해 금속 박편분말 25 내지 35중량부, 세라믹 나노분말 10 내지 20중량부로 배합됨이 타당하다.
또한, 상기 하도층 주제는, 에폭시수지 100중량부에 대해 지방족화합물 부틸 셀로솔브를 3 내지 7 중량부, 운모 5 내지 10 중량부, 탈크 30 내지 40 중량부, 징크메탈 25 내지 35중량부 및 알루미늄 분말 25 내지 35중량부로 배합됨이 타당하다.
한편 본 발명은 바람직하게 상기 하도층 및 상기 상도층 사이에 상도층의 결합을 촉진시키며, 외부충격 등에 대한 보호층으로서 중도층이 더 구성될 수 있다.
상기 중도층은 에폭시수지 100중량부에 대해 디옥틸프탈레이트 1 내지 5 중량부, 이산화티타늄 15 내지 20중량부, 이산화아연 5 내지 15중량부, 글리시딜에스테르 5 내지 25중량부, 실리카 20 내지 30중량부, 탈크 15 내지 20중량부, 크실렌 5 내지 10 중량부가 배합됨에 특징이 있다.
본 발명에 의한 중방식 도막은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 이산화티타늄, 이산화규소, 망간, 마그네슘, 알루미늄 등 금속박편(flake)분말로 구성된 편상구조의 틈새를 세라믹 나노분말이 충진됨으로써 정방형으로 내구성 및 내식성이 우수한 도막을 형성하여 철의 부식인자를 차단(barrier)하며, 부식반응을 억제(inhibitor)하여 구조물의 내구연한을 증대시키는 장점이 있다.
둘째, 금속 박편분말에 산화아연, 지르코늄 등 열차단성 나노분말이 충진됨에 의해 도막에서 열을 차단시킴으로써 피도막체의 열에 의한 수축 및 팽창을 제어할 수 있으므로 도막의 내균열성, 내굴곡성이 우수한 장점이 있다.
셋째, 접착력이 우수한 하도층을 게재함으로써 수공구나 동력공구를 이용하여 오래된 구도막을 간단히 처리한 상태에서도 기존 철재(강교)구조물의 재도장이 가능하므로, 공정이 용이하고, 공기가 단축되어 교통체증 유발 및 환경훼손의 문제를 최소화 시킬 수 있는 장점이 있다.
넷째, 하도층과 상도층 사이에 상호간의 부착력을 증진시키면서 외부충격에 대한 하중을 흡수할 수 있는 중도층을 더 구성할 수 있어 도막의 구조적 안정성을 도모할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 중방식 도막에 의한 도막의 측단면도이다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시 예에 한정되지는 않는다.
본 발명의 중방식 도막은 도 1에서 보는 바와 같이 정방형의 밀실한 격자구조를 형성케 하는 상도층(110), 부착력이 우수한 하도층(130) 및 상기 상도층(110) 및 상기 하도층(130) 간의 부착력을 강화하면서 외부충격에 대한 하중을 흡수할 수 있도록 하는 중도층(120)을 제시한다.
우선 상기 상도층(110)은 먼저, 주제로 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올 수지가 배합된다.
상기 상도층(110)은 편상구조의 금속 박편분말에 세라믹 나노분말을 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올과 혼합토록 함으로써 편상구조의 프레임에 나노입자가 충진되어 정방형의 격자구조(큐브구조)가 형성되도록 하는 것으로, 그 조성은 편상구조의 금속 박편분말로 이산화티타늄, 이산화규소, 망간, 마그네슘, 알루미늄 중 하나 또는 둘이상의 혼합물이 제시된다. 이러한 편상구조의 금속 박편분말은 기계적 강성이 우수하여 프레임으로서 기능을 한다.
또한, 세라믹 나노분말로 산화아연, 지르코늄, 인듐틴옥사이드, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 안티몬틴옥사이드, 카올린, 2산화실리카, 3산화알루미나, 3산화몰리브덴, 5산화니오브, 5산화 바나듐, 텅스텐 브론즈 중 하나 또는 둘이상의 혼합물이 제시된다.
상기 세라믹 나노분말의 경우는 상기에서도 언급한 바와 같이 편상구조의 금속 박편분말에 의해 형성되는 프레임에 충진됨으로써 정방형의 격자구조가 완성되도록 하는 것이다. 즉 밀실한 도막구조를 제공함으로써 방청 등이 우수하도록 하는 것이다.
특히 상기 세라믹 나노분말은 열팽창계수가 낮아 열차단 기능을 도막에 부여하기 위한 것으로, 이렇게 세라믹 나노분말이 배합됨으로써 피도막체로 열전달을 차단하여 피도막체의 열에 의한 수축 및 팽창을 제어하게 되는 것이다.
여기서 지르코늄은 자외선 등에 의해 철재(강교) 구조물 표면의 온도가 상승하여 산화나 노화현상이 가속화되는 것을 방지하기 위해 열 차단을 위해 배합되는 것이다. 또한, 3산화알루미나는 상기 지르코늄과 같이 열분산효과를 위해 배합되는 것이며, 산화아연, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 카올린 등의 경우도 자외선 등을 차단시킴으로써 전도열을 차단하여 피도막체로 열전달을 차단시키기 위해 배합되는 것이다.
여기서 상기 금속 박편분말은 1 내지 40㎛의 입경을 가지도록 한정하는 것이 타당하다. 이와 같이 한정하는 이유는 이보다 작은 입경을 가지는 경우 충분한 프레임으로서 기능이 미미하며, 이를 초과하는 경우는 비중이 너무 커져서 분산성이 저하되어 비균일한 물성이 발현될 수 있으므로 이와 같이 한정하는 것이다.
또한, 상기 세라믹 나노분말은 40 내지 250㎚의 입경을 가지도록 한정하는 것이 타당하다. 여기서 세라믹 나노분말이 40㎚ 미만일 경우에는 평균 입도의 분포가 너무 낮아 가격이 고가이므로 비경제적인 문제가 있으며, 250㎚를 초과할 경우에는 평균 입도의 분포가 커서 상기 금속 박편분말에 형성되는 편상 간 공극을 제대로 충진하지 못하여 밀실한 구조를 저해하게 되므로 이와 같이 한정한다.
한편 상기와 같은 조성물에 의한 상도층(110)은 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올 100중량부에 대해 금속 박편분말 25 내지 35중량부, 세라믹 나노분말 10 내지 20중량부로 배합됨이 타당하다.
여기서 세라믹 나노분말이 10중량부 미만인 경우에는 상기 금속 박편분말에 충분한 충진이 가능하지 않으며, 특히 열차단의 기능이 미미하게 발현되는 문제가 있으며, 20중량부를 초과하는 경우에는 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 타 성분의 반응을 저해하여 물성이 전반적으로 저하되고, 오히려 도막의 신율의 저하로 도막에 크랙발생 등 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에 이와 같이 한정한다.
한편 본 발명에 있어 하도층(130)은 에폭시수지, 지방족화합물 부틸 셀로솔브, 운모, 탈크, 징크메탈, 알루미늄 분말을 포함하는 주제와, 폴리아마이드를 포함하는 경화제로 구성됨에 특징이 있다.
상기 주제는, 에폭시수지 100중량부에 대해 지방족화합물 부틸 셀로솔브를 3 내지 7 중량부, 운모 5 내지 10 중량부, 탈크 30 내지 40 중량부, 징크메탈 25 내지 35중량부 및 알루미늄 분말 25 내지 35중량부로 배합됨이 타당하다.
상기 지방족화합물 부틸 셀로솔브는 용제로서 사용되는 것으로, 그 배합량을 3 내지 7중량부로 한정하는 것이 에폭시 수지 용해 및 기타 조성의 분산에도 효과적이다.
상기 징크메탈의 경우는 안료로 사용되는데, 이온화 경향이 철보다 크므로 전자를 더 빨리 방출하여 철이 산화되는 것을 방지한다. 또한 상기 운모, 탈크는 안료로서 하도층의 경도를 증진시키는 역할을 한다.
상기와 같이 안료로 사용되는 징크메탈, 운모, 탈크 및 알루미늄 분말은 상기에서 언급한 바와 같은 조성비로 한정하여 배합되는 것이 타당한 바, 이는 한정범위 미만에서는 방청 및 경도증진 효과가 미미하며, 한정범위를 초과하는 경우는 분산이 제대로 이루어지지 않아 부착력을 오히려 저하시키므로 이와 같이 한정한다.
상기 하도층(130)에서 주제와 경화제의 혼합비는 부피비 6:1 내지 6.5:1이 바람직하다. 혼합 중량비가 상기의 범위를 만족하는 경우, 철재구조물과 강한 결합을 형성하며, 우수한 방청기능을 발휘한다.
즉 상기 하도층(130)에는 에폭시수지의 강력한 부착력과 징크메탈에 의한 우수한 방청기능 및 운모, 탈크의 경화반응이 상호상승 작용을 발휘하기 때문에 철재 구조물에 뛰어난 부착력과 우수한 방청기능이 발휘되도록 하는 것이다.
한편 본 발명에서는 바람직하게 상기 하도층(130) 및 상기 상도층(110) 사이에 상도층(110)의 결합을 촉진시키며, 외부충격 등에 대한 보호층으로서 중도층(120)이 더 구성되도록 할 수 있다.
상기 중도층(120)은 에폭시수지 100중량부에 대해 디옥틸프탈레이트 1 내지 5 중량부, 이산화티타늄 15 내지 20중량부, 이산화아연 5 내지 15중량부, 글리시딜에스테르 5 내지 25중량부, 실리카 20 내지 30중량부, 탈크 15 내지 20중량부, 크실렌 5 내지 10 중량부를 포함하여 배합됨을 특징으로 한다.
상기 중도층(120)에 있어 주제는 에폭시 외에 디옥틸프탈레이트가 포함됨으로써 방식, 방청은 물론 경화시 하도층(130) 방향으로 에폭시수지가 위치하게 되며, 상도층(110) 방향으로 비중이 작은 디옥틸프탈레이트가 위치하도록 하여 다중층이 형성되도록 하는 것이다. 또한, 상기 중도층(120)에는 글리시딜에스테르가 함유됨으로써 점도 및 반응성이 조절되는 것이다.
또한 상기 중도층(120)의 경우도 안료로 인산화티타늄, 이산화아연, 탈크가 배합되며, 특히 상기 중도층(120)에는 실리카가 배합된다. 실리카는 공기를 포함하는 미분형태인 것으로, 내부에 공기를 포함함에 따라 배합된 상태에서 각각의 입자 사이에 공기층이 형성되도록 함으로써 충격을 흡수하는 기능을 하게 되는 것이다.
즉 상기 중도층(120)은 에폭시 및 디옥틸프탈레이트에 의해 형성되는 다중층 구조에 내부에 공기층을 형성하는 실리카가 내재됨으로써 하도층(130) 및 상도층(110) 간의 결합을 촉진함은 물론 외부하중에 대한 흡수층을 형성함으로써 도막의 구조적 안정성을 배가시키게 되는 것이다.
한편 본 발명은 상기 중방식 도막의 시공(도장)공법이 제시되고 있는 바, 우선 철재 구조물에서 수공구나 동력공구를 이용하여 오래된 구도막을 처리하는 과정을 거친다. 이 경우 상기에서 언급한 바와 같이 하도층(130)이 녹에 대한 침투성이 우수하여 녹중에 침투하기 쉽고, 금속과의 결합력이 우수하여 부착력이 뛰어나기 때문에 철재 구조물 표면의 느슨한 흑피와 녹 등만을 완전히 제거하여 오래된 구도막을 간단히 처리한 후 금속표면의 온도가 이슬점보다 3℃ 이상인 상태에서, 녹이 발생되기 전에 이하에서 설명할 하도층(130)을 도포한다. 이렇게 본 발명은 간단한 구도막의 처리만으로 도장이 가능하므로 비용 및 시간 면에서 경제적이다.
그 다음으로 하도층(130)을 도포한다. 상기 하도층(130)은 주제로 에폭시수지 100중량부에 대해 지방족화합물 부틸 셀로솔브를 3 내지 7 중량부, 운모 5 내지 10 중량부, 탈크 30 내지 40 중량부, 징크메탈 25 내지 35중량부 및 알루미늄 분말 25 내지 35중량부에 경화제로 폴리아마이드를 포함하는 경화제를 부피비 6:1 내지 6.5:1이 되도록 배합하여 도막두께가 60㎛ 내지 120㎛로 도장한 후 6℃ 내지 49℃에서 4시간 내지 24시간 경화 시키도록 한다. 상기 하도층(130)에는 상기 조성 외에도 마그네사이트, 부틸알코올, 톨루엔, 크실렌 등을 이용하여 점도조절 및 재료의 분산성을 향상시킬 수 있음은 당연하다.
그 다음으로 상기 하도층(130)의 상부에 상기 중도층(120)을 도포한다. 상기 중도층(120)은 상기에서 언급한 바와 같이 에폭시수지 100중량부에 대해 디옥틸프탈레이트 1 내지 5 중량부, 이산화티타늄 15 내지 20중량부, 이산화아연 5 내지 15중량부, 글리시딜에스테르 5 내지 25중량부, 실리카 20 내지 30중량부, 탈크 15 내지 20중량부, 크실렌 5 내지 10 중량부를 포함하여 배합됨을 특징으로 한다. 상기 중도층(120)에도 소포제, 점도조절제, 접착증진제 등의 첨가가 가능함은 당연하며, 상기 중도층(120)은 80㎛~150㎛로 도포하여 하도층(130)과 상도층(110) 사이에서 중간단계의 도막으로 사용됨은 물론 외부하중에 대한 충격흡수층으로서 기능도 수행하게 되는 것이다.
그 다음으로 상기 중도층(120)의 상부에 상기 상도층(110)을 도포한다. 상기 상도층(110)은 이산화티타늄, 이산화규소, 망간, 마그네슘, 알루미늄 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 편상구조의 금속 박편분말과, 산화아연, 지르코늄, 인듐틴옥사이드, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 안티몬틴옥사이드, 카올린, 2산화실리카, 3산화알루미나, 3산화몰리브덴, 5산화니오브, 5산화 바나듐, 텅스텐 브론즈 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 세라믹 나노분말과 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올로 배합됨을 특징으로 하는 바, 상기 상도층(110)은 폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올 100중량부에 대해 금속 박편분말 25 내지 35중량부, 세라믹 나노분말 10 내지 20중량부로 배합됨을 특징으로 하고, 금속 박편분말은 1~40㎛의 입도, 세라믹 나노분말은 40~250㎚의 입도로 하여 배합하며, 상기 상도층(110)에 의해 형성되는 도막두께는 40㎛ 내지 80㎛로 도장한 후 6℃ 내지 49℃에서 4시간 내지 12시간 경화시키는 공정을 거쳐 완성하게 된다.
110 : 상도층 120 : 중도층
130 : 하도층

Claims (7)

  1. 상도층 및 하도층을 포함하되,
    상기 상도층은,
    폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올;
    이산화티타늄, 이산화규소, 망간, 마그네슘, 알루미늄 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 편상구조의 금속 박편분말;
    산화아연, 인듐틴옥사이드, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 안티몬틴옥사이드, 카올린, 2산화실리카, 3산화알루미나, 3산화몰리브덴, 5산화니오브, 5산화 바나듐, 텅스텐 브론즈 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 세라믹 나노분말;
    로 구성되어 정방형의 격자구조로 이루어짐을 특징으로 하고,
    상기 하도층은,
    에폭시수지, 지방족화합물 부틸 셀로솔브, 운모, 탈크, 징크메탈, 알루미늄 분말로 구성됨을 특징으로 하는 중방식 도막.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 박편분말은 1 내지 40㎛의 입경을 가지며, 상기 세라믹 나노분말은 40 내지 250㎚의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 중방식 도막.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상도층은,
    폴리에스테르 변성 아크릴 폴리올 100중량부에 대해 금속 박편분말 25 내지 35중량부, 세라믹 나노분말 10 내지 20중량부로 배합됨을 특징으로 하는 중방식 도막.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 하도층은,
    에폭시수지 100중량부에 대해 지방족화합물 부틸 셀로솔브를 3 내지 7 중량부, 운모 5 내지 10 중량부, 탈크 30 내지 40 중량부, 징크메탈 25 내지 35중량부 및 알루미늄 분말 25 내지 35중량부로 배합됨을 특징으로 하는 중방식 도막.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 상도층과 상기 하도층 사이에는 중도층이 게재되되,
    상기 중도층은,
    에폭시수지 100중량부에 대해 디옥틸프탈레이트 1 내지 5 중량부, 이산화티타늄 15 내지 20중량부, 이산화아연 5 내지 15중량부, 글리시딜에스테르 5 내지 25중량부, 실리카 20 내지 30중량부, 탈크 15 내지 20중량부, 크실렌 5 내지 10 중량부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 중방식 도막.
  7. 삭제
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