KR101301210B1

KR101301210B1 - 철재표면을 수분산성의 세라믹도료로 표면처리하는 방법

Info

Publication number: KR101301210B1
Application number: KR1020110029310A
Authority: KR
Inventors: 권성우
Original assignee: (주)디포유건업
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2013-09-10
Also published as: KR20120111050A

Abstract

철재표면을 수분산성의 세라믹도료로 표면처리하는 방법에 관한 것으로 구체적으로는 전처리한 철재표면에 탄닌산을 포함하는 고분화합물로 하도 처리하므로서 철재표면에 밀착되어 일체화되어 있는 제2 산화철(Fe₂O₃)을 극히 안정된 흑체산화철인(ferrosoferric oxide)인 제3 산화철(Fe₃O₄)로 전환시킴과 동시에 하도 피막층을 형성시키고 하도층위에 방청기능을 갖는 수분산성 세라믹코팅층으로 중도층을 형성시키며 중도층위에 메칠메톡시실란 및 콜로이달실리카로 구성된 침투성의 무기질 표면처리제를 코팅하여 상기 세라믹도료층의 미세한 공극에 침투시킴과 동시에 상도층을 형성시키므로서 일광, 공기, 수분, 열 및 산에 안정성을 갖게되어 우수한 물성확보와 내구성을 갖일 수 있는 철재표면을 수분산성의 세라믹도료로 표면처리하는 방법에 관한 것이다.

Description

철재표면을 수분산성의 세라믹도료로 표면처리하는 방법{the method of treating steel surface with seramic coatings of water-dispersion}

본 발명은 철재표면을 수분산성의 세라믹도료로 표면처리하는 방법에 관한 것으로 구체적으로는 전처리한 철재표면에 탄닌산을 포함하는 고분화합물로 하도 처리하므로서 철재표면에 밀착되어 일체화되어 있는 제2 산화철(Fe₂O₃)을 극히 안정된 흑체산화철인(ferrosoferric oxide)인 제3 산화철(Fe₃O₄)로 전환시킴과 동시에 하도 피막층을 형성시키고 하도층위에 방청기능을 갖는 수분산성 세라믹코팅층으로 중도층을 형성시키며 중도층위에 메칠메톡시실란 및 콜로이달실리카로 구성된 침투성의 무기질 표면처리제를 코팅하여 상기 세라믹도료층의 미세한 공극에 침투시킴과 동시에 상도층을 형성시키므로서 일광, 공기, 수분, 열 및 산에 안정성을 갖게되어 우수한 물성확보와 내구성을 갖일 수 있는 철재표면을 수분산성의 세라믹도료로 표면처리하는 방법에 관한 것이다.

철재(금속재)의 표면처리방법으로 종래방법으로는 신제품의 철재판, 각종 빔 및 코일 등에는 방청을 위하여 인산염 피막을 형성하기도 하지만 더이상의 표면처리로서 하도, 중도, 상도를 하기 위해서는 피처리물 표면에 부착된 인산염 처리액이 제거되지 않으면 내식성의 열화를 초래하고 전착도장에서는 전착도료의 오염을 초래하기도 한다. 이러한 내용에서 도장 전처리로서의 인산염처리는 세척공정, 화성공정, 후세척공정, 물빼기공정을 거쳐야 하고 금속표면은 금속자체가 노출되어 있는것 같이 보이지만 실제로는 재료의 보존환경이나 가공의 종류에 따라 여러가지 부착물이나 변질물층이 그 표면을 덮고 있으며 그리고 금속재료를 공기중에 방치하면 비록 짧은 시간이라도 공기중에 분산되어 있는 먼지나 유지분이 표면에 부착되어 오염층을 만들게 되고 가공에 사용한 기계유, 녹 발생을 방지하기 위하여 도포한 방청유가 부착되게 된다. 따라서 이와 같은 상태로 도장한다면 도막층 아래에서 녹이 진행되어 녹이 점점 커지면서 도막에 부풀음이나 균열을 일으키게 되어 도막을 파괴하는 원인이 되기 때문에 금속도장에서는 금속표면에 묻어있거나 생성된 이물질을 완전히 제거함과 동시에 도막의 층하에서 산화에 의한 녹이 발생하지 못하게 내식성이 있는 피막까지 제거시킬 필요가 있으므로 탈지공정이 필요하게 된다. 탈지공정은 가솔린이나 솔벤트나프사, 트리클로로에티렌용제로 씻어내거나 물에 적시어 기름을 제거하는 용제탈지가 있고 크시렌, 나프사 등의 용제에 유화활성제를 넣거나 물에 녹여 유제로 한 것을 가열하여 사용하는 에멀젼탈지방법이 있으며 동물성유지 등을 수산화나트륨, 탄산나트륨수용액을 사용하는 알카리탈지방법이 있고 상술한 탈지방법보다 우수한 탈지효과를 얻을 수 있는 방법으로 일반적으로 80~90℃ 알카리용액에서 행하며 고탄소강 경우는 피도물을 음극으로 하면 음극에 발생하는 수소가스가 고탄소강(철재)에 일부가 흡수되어 수소취성을 일으키므로 피도물을 양극으로 하는 전해탈지법이 있다. 연속해서 제청공정이 행해지며 제청방법은 물리적인 제청, 기계적인 제청, 화학적인 제청이 있으며, 물리적 제청은 치밀하게 붙은 밀스케일이나 두꺼운 붉은 녹을 제거시키는데 많이 사용되는 스크레이퍼제청, 와이어브러시제청, 연마지에머리크로스제청 등이 있다.

기계적 제청방법으로서는 연소재료를 처리면에 두드려 그 충격으로 표면연소를 실시하는 블라스트방법이 있다.

그밖에 화학적인 제청은 일반적으로 산은 철의 산화물을 녹이는 작용으로 철 녹에 사용되고 있으며 산은 철 바탕의 일부를 녹여 수소가스를 발생하고 수소가스의 기계적 힘과 함께 녹을 철면으로부터 벗기는 작용을 하며 사용되는 산의 종류로는 염산, 황산, 인산, 질산, 불산 등이 있고 사용방법은 일정농도의 수용액으로 하여 가온된 상태에서 산 세척하므로서 녹을 제거할 수 있다.

이상에서와 같이 금속 특히 철재의 표면처리에 있어서는, 상기와 같은 전처리공정의 일부 또는 전부를 거친 것이 일반적이라 할 수 있고, 이와 같은 전처리를 거친 표면에 하도로서는 유성바니시를 전색제로한 오일프라이머 전색제에 랙커를 사용한 랙커프라이머(laguer primer) 도료중에 징크크로메이트를 배합하여 징크크로메이트의 방정효과를 이용한 징크크로메이트프라이머, 광명단프라이머, 징크더스트프라이머(zinc dust primer), 각종 합성수지를 전색제한 합성수지프라이머 등을 하도로 사용한다. 하도연마가 끝나면 표면의 요철, 홈, 용접부위 또는 판금부족 등으로 생기는 표면의 홈을 퍼티로 도포하여 평활하게 할 필요가 있다. 퍼티(putty)에는 콜드사이즈나 유성페놀수지, 바니시를 주성분으로 하는 유성바니시에 아연화, 연백 등을 넣어 반죽시킨 오일퍼티가 있고 랙커를 전색제로하여 아연화 카오린, 변성마레인산수지 등을 넣어 반죽시킨 랙커퍼티가 있으며 불포화폴리에스테르와 스티렌모노머를 전색제로 하고 여기에 티탄화이트, 미분말무슈규산, 안료를 첨가반죽시킨 폴리에스텔퍼티 그리고 아미노알키드수지를 전색제로한 열경화형의 퍼티로서 아미노알키드퍼티 등 있다. 퍼티 갈기가 끝나면 도막면의 평활도를 조정하던가 외적충격에서 하지를 보호시킨다거나 상도시 상도 도료용제의 침투를 막기 위하여 퍼티나 프라이머를 보호하는 목적으로 오일서피서(surfacer), 랙커서피서, 아미노알키트서피서로 중도로 도포한다.

중도 도장이 끝난 후 도장면 마지막 도장공정으로서 상도를 실시한다. 상도는 소위도료의 도장으로 유성도료, 랙커도료, 합성수지의 열가소성수지도료나 열경화성수지도료를 도장하는 공정으로 마무리되는 상도 공정이다.

금속 특히 철재의 표면처리(도장처리)는 상술한 공정범위에서 전체적으로 채택하거나 선택적으로 채택하여 도장공정을 실시하게 되고 상기와 같은 공정을 실질적으로 적용한 종래기술의 예를 들면,

국내공개특허공보(공개번호 제10-2007-47888호)에는 "고분자 화합물과 도료 및 이들을 이용한 금속소재의 도장방법"이 게시되어 있으며 기술내용은 금속소재를 세척하는 단계와, 하이드록시기 및 카르복실기 중에서 어느 하나와 인산기를 포함하는 고분자화합물을 이용하여 세척된 금속소재를 전처리하는 단계와, 전처리된 금속소재에 알데히드기를 포함하는 도료를 분산하는 단계 및 금속소재를 건조시키는 단계를 포함하는 금속소재의 도장방법에 관한 것이라 할 수 있다.

이와 같은 도장방법은 하도와 상도로 도장처리 하는 방법으로 상도에서 사용하는 수지재료로서 알데히드기를 갖는 아크릴멜라민계수지와 실리콘계수지를 포함하고 여기에 용재로서 톨루엔, 부탄올, 푸로필렌글리콜 모노메틸-에테르아세테이트 및 자일렌으로 사용하고 있어 앞에서 사용되는 수지들은 내열성이 약하고 쉽게 연소되므로 화재의 위험성이 있고 톨루엔과 자이렌과 같은 용제는 흡입 또는 접촉시 독성이 있으며 폭발성이 있는 물질들로 친환경적이 되지 못한다.

국내등록특허공보(등록번호 제10-203940호)에는 "중합체로 도장된 금속표면체"에 관한 기술내용이 소개되고 있으며, 이는 금속파이프표면에 에폭시수지층 및 폴리프로피렌계의 결합제층을 형성하고 그 위에 상도로서 폴리프로피렌, 폴리아미드 중에서 선택되는 하나의 열가소성 중합체가 코팅된 금속표면체(금속파이프)로서 특히 금속파이프표면의 도장층은 열 차단성과 보온성이 있어야하고 내열성이 강해야하나 이와 같은 기능은 기대할 수 없다.

철재표면처리에 있어서, 철재표면에 밀착 일체화되어 있는 산화철(Fe₂O₃)을 제거시킬 필요없이 탄닌산을 포함하는 아크릴계 고분자화합물을 하도로 도장하므로서 산화철(Fe₂O₃)을 극히 안정된 철흑으로 전환시켜 흑철의 피막을 형성시킴과 동시에 하도층을 형성하므로서 전처리공정을 용이하게 간편화할 수 있게 함과 동시에 철재 표피조직을 우수하게 보강할 수 있게하며 하도층위에 무기질세라믹계원료를 주원료로 하는 수경성 세라믹도료 조성물을 도포하여 중도층을 형성하고 상도로서 실란계 침투형 무기질 표면처리제를 도포하여 중도층인 세라믹도료의 요철이나 공극에 깊히 침투시키므로서 철재의 방청기능을 더욱 향상시키고 우수한 내마모성, 내수성, 내약품성, 내열성 및 보온성을 확보할 수 있고 전 표면처리용의 물질 등이 인체에 무해한 무기질로 구성되는 철재표면을 수분산성 세라믹도료로 표면처리하는 방법을 제공함에 목적을 두고 있다.

철재표면에 들떠있는 절갈색산화철((Fe₂O₃) 및 유분 및 오물들을 제거하고 철재표면에 밀착되어 일체화되어 있는 산화철을 제거하지 않은 상태에서 탄닌산을 포함하는 아크릴계 고분자화합물을 도포하여 철재표면에 밀착일체화된 산화철(Fe₂O₃)을 흑체산화철인 제3 산화철(Fe₃O₄)로 전환시켜 흑체산화철의 피막과 함께 하도를 형성시킨 상태에서 견운모, 규사, 석회, CSA시멘트, 슬래그, 탄산칼슘, 프라이애쉬, 마이크로실리카, 백시멘트, AE재(아크릴모노머), 멜라민 셀루로즈, 소포제, 안료로서 구성된 조성물로 형성시킨 중도층위에 메칠메톡시실란을 졸ㆍ겔(solㆍgel) 법으로 가수분해한 고분자화합물로 상도처리하므로서 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다.

본 발명은 유지를 주원료로 사용되는 유성도료나 용제와 합성수지를 사용하여 합성수지와는 달리 표면처리에 사용되는 재료가 무기질계의 수분산성 세라믹도료 및 인체에 무해한 수분산성고분자 물결로 구성되어 있어 친환경적이라 할 수 있고 수분산성 세라믹도료에는 견운모를 포함하는 무기물질로 인해 원적외선 방사기능, 항균성, 탈취성을 확보할 수 있어 인체에 유익하고 위생적이라 할 수 있으며, 또한 표면처리 도장층이 알카리성으로 유지되므로 철재표면의 방청성을 높힐 수 있고 또한 표면처리 도장층은 우수한 내수성, 내마모성, 내열성, 열차단성, 보온성, 방음성을 확보할 수 있는 철재표면을 수분산성의 세라믹도료로 표면처리하는 방법이라 할 수 있다.

본 발명 철재표면의 표면처리방법을 단계별로 구체적으로 설명하면 아래와 같다.

철재표면에 있는 유분, 스케일, 슬라임(slime) 인산염 기타 오물을 제거하고 철재표면에 밀착되어 일체화되어 있는 산화철(Fe₂O₃)이 제거되지 않은 상태에서 탄닌산을 포함하는 아크릴계 고분자화합물을 분무도포하여 산화철(Fe₂O₃)을 흑체산화철(ferrosoferric oxide)인 제3 산화철(Fe₃O₄)로 전환시켜 흑체산화철을 포함하는 하도피막층을 형성하는 단계,

상기 흑체산화철 피막을 포함하는 하도층위에 무기질계 원료를 주성분으로 하는 수경성도료 세라믹조성물몰탈을 500㎛~1500㎛두께로 도포하여 중도층을 형성시키는 단계,

중도층위에 메칠메톡시실란 및 콜로이달실리카(colloida silica)를 졸ㆍ겔 법으로 가수분해한 고분자 화합물을 침투시켜 상도처리하는 단계를 포함하는 철재표면층의 산화 및 부식방지를 위한 표면처리방법이라 할 수 있다.

상기 철재표면층의 표면처리방법(도장방법)의 전처리단계에서 인산염, 기타 오물, 슬라임은 물세척으로 제거하고 스케일 등은 철재부러싱 등으로 제거하며, 유분은 트리클로로에탄 등으로 제거한 후 블라스팅방법으로 철재표면조정을 하게되며 이때 철재표면에 밀착되어 일체화되어 있는 산화철은 남게되는 정도의 전처리로서 산ㆍ알카리세정 등은 실시하지 않는다.

하도로 탄닌산을 포함하는 아크릴계 고분자화합물을 전처리된 철재표면에 도장하면 철재표면에 있는 녹(Fe₂O₃)으로 침투하면서 산화철(Fe₂O₃)의 발생을 중지시키고 잔여산화철을 극히 안정된 과산화철인 흑체산화철(Fe₃O₄)로 전환시킨 동시에 흑체산화철의 피막과 함께 하도층을 형성하므로서 철재의 표피조직을 강력하게 보강하게 된다. 흑체산화철(ferrosoferric oxide)은 비중 5.18, 융점 1538℃로서 강산에는 침식당하나 물을 비롯한 유기용제에는 극히 안전하고 공기나 부식성 가스와도 반응하지 않는다.

그밖에도 탄닌산을 포함하는 아크릴계 고분자화합물은 중량비로 탄닌산 30%에 아크릴산아크릴네이트, 아크릴미반응단량체, 아크릴산 중에서 선택되는 하나 이상의 아크릴계 고분자화합물 70%를 동량의 물에 분산시킨 분산액이라 할 수 있다.

또한 중도로서 수경성 도료조성물은 중량비로 견운모분말 15~35%, 규사 20~30%, 석회(CaO) 3%, CSA시멘트 3~5%, 고로슬래그 2~5%, 탄산칼슘 10~20wt%, 프라이애쉬 4%, 마이크로실리카 5%, 백시멘트 3%, AE재(아크릴모노머) 8~13%, 멜라민 0.45%, 셀루로즈 0.05%, 소포제 0.5%, 산화티타늄 2%로 조성된 수경화성도료 조성물로서 여기에서 조성물을 구성하는 견운모는 백운모와 일라이트(결정가운데 H₂O에 의한 알카리의 치환이 큰 운모 광물의 총칭) 중간에 있는 광물로 조성이 복잡하기 때문에 상변화도 복잡한 광물로서 그 기능을 알아보면 다음 표(1),(2),(3)에서와 같이 원적외선 방사율, 항균성, 탈취성이 우수한 광물이다.

견운모(운기석) 소정분말의 원적외선 방사율.

시료명 ＼ 구분	원적외선방사율 (5~20㎛)	방사에너지 (W/㎡ㆍ㎛, 40℃)
견운모(운기석)	0.92	3.70 × 10²

비고)

1) 본 시험은 40℃에서 시험하였으며 FT-IR Spectrometer를 이용한 Black Body 대비 측정결과임.

2) 한국건자재시험연구원에서 실시한 시험성적서임.

그밖의 견운모(운기석)분말의 항균성 및 탈취성 시험결과는 각각 표(2) 및 표(3)과 같다.

견운모(운기석)의 항균성 시험성적서.

균종＼시험항목	시료구분	초기농도 (개/㎖)	24시간 후 농도 (개/㎖)	세균감소율 (%)
대장균에 의한 항균시험	Blank	271	496	-
대장균에 의한 항균시험	운기석	271	285	44.7
녹농균에 의한 항균시험	Blank	244	401	-
녹농균에 의한 항균시험	운기석	244	212	47.1

(주) 1) Blank : 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것임.

2) 배지상의 균수는 희석배수를 곱하여 산출한 것임.

3) 시험방법 : KICM-FIR-1003

4) 사용균주

Escherichia coli ATCC 25922

Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442

견운모(운기석)분말의 탈취성 시험분석표.

시험항목	경과시간 (분)	Blank 농도 (ppm)	시료농도 (ppm)	탈 취 율 (%)
탈취시험	초기	500	500	-
	30	480	130	73
	60	470	90	81
	90	450	70	84
	120	440	60	86

(주) Blank : 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것임.

1) 시험방법 : KICM-FIR-1004

2) 시험가스명 : 암모니아

3) 가스농도측정 : 가스검지관

그밖에 조성물로서 석회는 고화제로서 견운모 분말과 반응하고 반응생성물은 그 입자표면에 극히 미세한 활성의 겔(C-S-H)을 형성하며 이 겔은 수화광물로서 점점 경화되어가며 이렇게 형성된 반응생성물들은 견운모 분말입자들을 서로 연결시켜주는 역할을 하게되고 CSA시멘트는 칼슘설포알루미네이트(calcium sulpho aluminate)로서 석회석, 알루미네이트광물, 석고 등을 혼합분쇄한 재료를 1300℃에서 약 2~3시간 정도 소성한후 공기 중에서 급냉하여 제조한 시멘트로서 아우인 광물의 결정구조와 매우 유사하기 때문에 아우인이라고도 부르며 분자식은 C₄A₃S(3CaOㆍ3Al₂O₃ㆍCaSO₄)이고 이는 본 발명의 중도조성물로 사용되는 백시멘트나 견운모의 분말 및 수화물과 반응하여 바늘모양의 결정구조를 가진 에트린쟈이트를 생성하는데 이 과정에서 간극의 치밀화와 3차원적 팽창이 발생하므로 중도조성물의 건조수축시 발생하는 응력을 완충시키므로서 균열을 방지할 수 있다.

또 용융슬래그는 급냉에 의하여 결정이 될 틈이 없이 결정화 에너지를 내부에 보존하여 유리상태가 된다.

이와 같은 처리에 의하여 슬래그는 잠재수경성을 가지며, 본 발명 중도조성물인 석회, 시멘트 등의 알카리에 의한 자극작용에 의하여 수경성을 발휘한다.

슬래그가 물과 혼합할 때 초기수화반응은 시멘트가 유도하지만 슬래그는 시멘트보다 수화반응이 훨씬 느리기 때문에 장기강도의 발현과 내구성이 크고 슬래그의 수화반응은 시멘트에 비해 겔형상이므로 시멘트 페이스트의 조밀함을 증대시킨다.

그리고 마이크로 실리카는 중도조성물로 사용할 경우 강도의 감소 없이 마이크로실리카의 단위 사용량당 3~4배의 시멘트를 대체할 수 있고 바름재의 구조에 채움기능과 시멘트의 수화반응 촉진재의 역할을 하며 마이크로실리카는 입자의 크기가 수 ㎛이하의 구형입자이므로 간극을 매우는 역할을 한다.

한편 시멘트 수화반응에서 포졸란반응은 수산화칼슘이 필요한데 마이크로실리카가 없는 경우에 수산화칼슘은 큰 덩어리로 존재하며 적은 입자에 비교적 강하게 붙어있어 다음 단계로의 화학반응이 저해 된다.

마이크로실리카가 존재하는 경우에는 마이크로실리카가 이 수산화칼슘 덩어리를 잘게 부수는 역할을 하여 수산화칼슘이 포졸란반응에 좀더 활발하게 참여할 수 있도록 함으로써 전체적인 수화반응을 촉진시킬 수 있다.

프라이애쉬는 주로 혼합시멘트용으로 첨가되는 재료로서 물을 첨가하면 시멘트와 반응하여 경화성을 나타내고 이는 시멘트에 새로운 특징을 부여하기 위하여 첨가되고 첨가시에는 수경화성뿐만 아니라 시멘트가 갖고 있는 여러가지 결점을 보완할 수 있는데 시멘트의 풍화에 대한 저항성, 가소성, 응결중의 수축현상방지, 인장강도증대 화학적 저항성 등을 들 수 있고 값싼 재료로 경제성도 중요시되고 있다.

AE재(ari entraiming)인 아크릴모노머는 시멘트 자체가 강도가 좋으나 가소성이 적고 응결한 다음 수축이 크며 강화된 다음 탄성이 적으므로 이러한 시멘트의 가소성과 수축을 보완하기 위해 석회석(CaCO₃)과 함께 첨가되며 아크릴모노머는 접착성과 방수성이 뛰어나며 특히 미장시 가소성이 크고 작업성이 좋으며 이러한 성질이 일정시간 유지되므로 작업하기 쉽고 도막의 팽창과 수축으로 발생하는 잔류응력을 완화시킨다.

그밖에도 아크릴모노머는 중도조성물의 하나인 멜라민과 함께 강력한 방수성을 가지며 백화현상방지, 우수한 접착력을 나타낸다.

또한 셀루로스(Cellulose)는 멜라민과 함께 우수한 접착력을 나타내고 유동화제로서의 기능을 가지므로 작업성을 개선할 수 있으며 소포제로서 실리콘오일은 몰탈제조시 생성되는 가스나 수화반응시에 팽창을 억제하여 팽창에서 수축의 차이를 줄일 수 있고 산화티탄은 백색안료로서 밝은 색상을 얻기 위함이다.

그밖에 특징적인 것은 본 발명 바름재의 주성분이면서 특수기능을 갖게하는 견운모분말을 1100℃까지 소성처리한 후 결정석출 시간을 주지 않고 급냉시켜 분쇄하므로서 결정화 에너지를 보존하므로서 잠재수경성을 갖게 한 분말을 사용한다.

또한 본 발명 바름재의 조성비는 우선 견운모 소성분말의 원적외선 방사기능, 항균성, 탈취성 등 특수기능의 효과적인 범위와 바름재로서의 일반적인 기능인 강도, 내구성, 무기물의 효과적인 수경화반응 이에 따른 응결후의 치밀성의 상태, 수축의 정도, 그리고 유기물첨가제에 따른 방수성, 접착성, 가소성에 따른 작업성 등을 고려하고 첨가되는 각 조성물 상호간의 보완효과 내지는 상승효과 등 전체적인 효과를 감안한 적절한 조성비라 할 수 있다.

이상의 바름재 조성물의 시공은 용도에 따라 약간의 차이는 있지만 바름재 조성물 총중량에 대하여 물 0.5~0.7배 범위로 첨가하여 몰탈을 제조하고 이를 스프레이, 슬로건, 마블린, 에어콤프레샤 등으로 도장할 수 있고 물과 혼합후 5시간 이내에 사용해야 한다.

그밖에 주의사항은 가능한 한 4℃이하에서 시공하지 말아야하며 시공한 후 6시간 내에 습기에 방치하지 말아야하고 바름재 조성물분말은 포장으로부터 개봉후 30일 이내로 전부 사용해야하며 유효기간은 제조일로부터 60일 이내로 해야하며 다른 종류의 도료와 함께 사용할 수 없으며 유기용제와 함께 사용해서도 안 된다.

이상과 같은 수경화성 몰탈조성물로 형성된 중도층은 각종 광물질 미세분말 및 무기질 미세분말로된 세라믹계의 도장층이므로 열에 의한 팽창이나 수축률이 크지는 않으나 철재와는 차이가 있다. 그러나 본 세라믹계 도장층은 미세한 공극을 8%이상 포함하고 탄닌산을 포함하는 아크릴계 고분자 화합물로 주성분을 이루는 하도층은 탄성을 갖게되므로 철재표면과 중도층의 팽창수축으로 발생하는 전단응력을 중도층 자체의 완충기능과 함께 하도층이 완충시킨다.

또한 이와 같은 중도층은 종래 유성도료나 합성수지도료에서와 같이 유지나 용제를 사용하므로서 발생하는 공해발생요인이 없고 친환경적이라 할 수 있으며 내열성과 열차단성에 의한 보온성도 부여된다. 상도는 메칠메톡시실란을 졸ㆍ겔 법으로 가수분해한 고분자 화합물로 도장하므로서 형성되는 상도층이며, 메칠메톡시실란 및 콜로이달실리카를 졸ㆍ겔 기법으로 가분해한 고분자화합물이란 중량비로 메칠메톡시실란 15%, 콜로이달실리카 5%를 정제수 80%에 첨가하여 졸 또는 겔화시킨 분산용액이라 할 수 있다.

2중 결합의 관능기를 갖는 실란계는 카프링(coupling)기능이 있어 합성수지와 같은 유기재료와 금속, 유리, 모래 등의 무기질재료를 강력하게 결합하는 카프링기능을 갖고있고 침투성이 우수하며 무기침투제로서도 효과가 크며 강력한 접착력을 발휘하게 된다. 이와 같은 기능 때문에 중도층에 도장할 경우 각종 무기물분말로 형성된 세라믹 중도층의 공극과 조직속에 깊히 침투하므로서 조직의 치밀도를 높혀 철재의 방충기능을 향상시킴은 물론 우수한 내수성, 내마모성, 내열성, 내화학성, 내오염성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 표면처리에 있어서 하도층의 두께는 10~20㎛범위이고 중도층의 두께는 0.5mm~1.5mm범위가 좋고 상도층의 두께는 10㎛범위가 일반적이라 할 수 있으나 내열성, 보온성이 요구되는 경우에 중도층은 그 이상의 두께로 도포할 수도 있다.

이상의 본 발명에 의한 철재표면 처리방법의 적용분야는 강재구조물의 중방식 및 보수보강을 위한 표면처리에도 적용할 수 있으며, 그밖에 물탱크 내부, 기름탱크 내부, 댐 취수시설, 양배수장 등의 수리시설물 그리고 가스탱크, 냉동창고, 식품공장, 제철소, 발전소, 화학공장, 소각로시설, 열이동관로 및 연도 등의 산업시설물에 적용할 수 있으며, 그밖에도 배수갑문, 항만, 인공어초, 등대, 접안시설, 구조물, 기초강관파일 등의 해양구조물과 교량상판, 가드레일, 가로등, 건축물외벽, 선박내부 등에 적용할 수 있으며 이와 같은 시설물이나 구조물들은 방청은 물론 내수성, 내화학성, 내오염성, 항균성, 단열성, 방염, 내화, 염해방지, 갑각류 서식방지기능, 보온, 방음 및 탈취성들이 요구되고 있는 적용분야로서 이와 같은 기능을 충족시킬 수 있는 표면처리공법이라 할 수 있다.

상기 본 발명에 의한 철재표면의 표면처리방법 다시말하면, 철재표면의 도장방법에 있어서 하도, 중도, 상도의 각각의 성능과 효과를 측정한 결과 표(4),(5),(6),(7)을 얻었다.

녹전환 방청제(하도)의 시험결과표.

시험항목	기 준	시험결과	시험방법
철근의 염수침지시험	부식이 안될 것	부식 없음	KS F 2561
철근의 부식촉진시험	방청율 95% 이상	100%	KS F 2561
5% 염수 안정시험	-	300시간 이상 없음	ASTM B 117
접착강도(kgf/㎠)	-	17.9	KS F 4929

※ 본 실험결과는 한국건자재 시험연구원 결과임.

(주) 평판 철재표면을 본 발명에 의한 방법으로 전 처리하여 두께 20㎛로 하도한 시료로 시험한 결과이다.

세라믹 바름재(중도)의 시험결과표. (1) 물리적 성능 시험결과표.

시험항목	품질기준	시험결과	시험방법
굽힘성	균열과 박리가 없을 것.	이상 없음	KS D 8502
충격성	직접충격에 의한 박리면적이 3㎠이하이고 간접충격에 박리가 없을 것.	이상 없음	KS D 8502
저온, 고온반복	균열과 박리가 없을 것.	이상 없음	KS D 8502
부착강도	150(N/㎠)이상.	252(N/㎠)	KS F 4919
내수성	시험한 도막은 주름이 없고, 다시 유화 되거나 변화가 없어야됨.	이상 없음	KS M 5000
흡수량	물속 24시간 침적경과 후 침적전과 후의 편차가 0.4g이하여야 한다.	0.2g	KS F 4919
난연성	난연 1급의 표면시험에 합격할 것.	1급	KS F 2271
열전도율	W/(M.K)	0.097	KS L 9016

(2) 화학적 성능 시험결과표.

시험항목	품질기준	시험결과	시험방법
내염수성	5% Nacl 용액에 72시간 침전시 녹과 부풀음이 없을 것.	이상 없음	KS M 5000
내알카리성	수산화나트륨용액(5W/V%)에 168시간 침지시 이상 없어야 한다.	이상 없음	KS M 5307
내산성	수산화나트륨용액(5W/V%)에 168시간 침지시 이상 없어야 한다.	이상 없음	KS M 5307
냄새, 맛	무취, 무미이어야 함.	이상 없음	KS D 8502

(주) 상기 시험성적결과는 표(1)의 하도층위에 수경화성 도료조성물(세라믹도료조성물)을 1mm두께로 도장하여 중도층을 형성시킨 시료로 시험한 결과이다.

실란계 침투형 무기질 표면처리제 시험결과.

시험항목	결 과	시험방법
연필경도	6H	KS M ISO 15184
내마모성(mg) [CS-17,500g, 500회전]	19	ASTM D 4060
내산성 [5g H₂SO₄, 24h)	이상 없음	KS M ISO 2812
부착강도(N/㎠)	1007	KS M ISO 4624
에피클로히드린(mg/ℓ)	검출 안됨	KS D 8502
톨루엔디이소시아네이트(mg/ℓ)	검출 안됨	KS D 8502

※ 본 시험결과는 한국건자재 시험연구원 결과임.

(주) 상기 시험성적결과는 표(1)의 하도층과 중도층으로 적층된 도료적층층 위에 메칠메톡시실란을 졸 법으로 가수분해한 고분자 화합물을 사용하여 10㎛의 상도층을 형성시킨 시료로 시험한 결과이다.

이상의 철재표면 표면처리방법의 도장층과 기존의 합성수지계의 도장방법에 의한 도장층의 특성을 비교하면 일반적으로 표(8)로 요약할 수 있다.

본 발명 도장층과 기존 합성수지계의 도장층의 특징비교.

구 분	본 발명 도장층	기존 합성수지계 도장층
접착력	반영구적인 강력한 접착력	시간경과에 따라 접착력 저하
내 충격성	충격 흡수가능	충격에 의한 균열발생
pH	강 알칼리성으로 녹 방지효과 (pH : 12~13)	중성~산성으로 강재부식우려 (pH : 6~8)
수축팽창율	미세기포에 의한 신축흡수기능	수축팽창율이 매우 크다
내수성	무기계 재료이므로 내수성 우수	수분 및 습기에 의한 모재와 박리현상발생
내 화학성	해수, 염분, 황산 및 벤젠 등에 강함	일반적으로 내약품성이 강하지만 세라믹보다 떨어짐
작업 안전성	무독성 재료이므로 작업안정성이 뛰어남	유독성이 강하며 유독가스가 발생
내 오염성	세라믹의 항균성능, 음이온발생으로 스케일 적게발생	박리에 의한 오염, 훼손이 심하고 스케일, 곰팡이 등이 발생
작업성	습한곳, 밀폐된공간 시공용이, 작업시간 단축	유독성 가스발생으로 통풍, 환기시설 필요하며 습한 곳 시공 난이
유지보수성	기존 도막위 부분보수가 용이함	부분보수 가능하나 보수성능 저하
경제성	국산 무기계 재료사용으로 원가 저렴	수지재료의 수입으로 원가 상승요인발생

Claims

철재표면을 전처리한후 탄닌산 30중량%에 아크릴산 아크릴레이트, 아크릴미반은 단량체, 아크릴산 중에서 선택되는 하나 이상의 아크릴계 고분자 화합물 70중량%를 첨가해서 된 조성물을 동일중량의 물에 분산시킨 수분산액을 철재표면에 코팅하여 하도층을 형성하고 그 위에 무기질세라믹원료를 주성분으로 하는 수경성 세라믹 도료조성물 몰탈을 500㎛~1500㎛두께로 코팅하여 중도층을 형성하고, 중도층위에 메칠메톡시 실란 15중량% 및 콜로이달 실리카 5중량%를 정제수 80중량%에 첨가하여 졸 또는 겔화시킨 수분산액을 코팅하여 상도층을 형성해서 됨을 특징으로 하는 수분산성의 세라믹도료로 표면처리하는 방법.
청구항 제1항에 있어서, 수경성 세라믹 도료조성물은 중량비로 견운모분말 15~35%, 규사 20~30%, 석회 3%, CSA시멘트 3~5%, 고로슬래그 2~5%, 탄산칼슘 10~20wt%, 프라이애쉬 4%, 마이크로실리카 5%, 백시멘트 3%, 아크릴모노머 8~13%, 멜라민 0.45%, 셀루로즈 0.05%, 소포제 0.5%, 산화티타늄 2%로 조성된 수경성 세라믹 도료조성물임을 특징으로 하는 수분산성의 세라믹도료로 표면 처리하는 방법.
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