KR101316778B1 - 용융아연도금제품용 일시 방청 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 아연도금제품용 일시 방청용으로 사용되거나 고려되고 있는 방청방법이 갖는 환경오염 유발이나 낮은 방청특성의 문제점을 개선하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 용융아연도금제품용 일시 방청용 조성물은, 알카리금속 실리케이트와 유기계 실리코네이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

용융아연도금제품용 일시 방청 조성물 {TEMPORARY ANTI-CORROSION COMPOSITION FOR HOT DIP GALVANIZED ARTICLES}

본 발명은 크롬-프리타입의 용융아연도금제품용 친환경 일시 방청 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 용융아연도금제품의 일시 방청용으로 사용되어 온 크로메이트 처리법이나 기타 표면처리법이 갖는 인체 유해성, 환경오염유발, 낮은 방청성능 또는 낮은 경제성 등의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 알카리금속 실리케이트와 유기계 실리코네이트 화합물을 동시에 포함시켜 양 성분의 시너지 효과를 통해 기존의 크로메이트 처리에 비해 방청성능을 크게 개선할 수 있고, 용융아연도금 후 냉각공정 중에 표면처리를 할 수 있어 경제적으로도 유리한 일시 방청 조성물에 관한 것이다.

용융아연도금은 뛰어난 방식효과는 물론 경제성도 우수하여 구조물의 방청대책으로 가장 일반화되어 있는 방청방법 중 하나이다. 용융아연도금을 하게 되면 희생적 방식특성이 있는 아연이 철과 합금층을 이루며 견고히 부착되기 때문에 치밀한 보호피막을 형성하여, 대기, 토양, 물 또는 콘크리트 중에서 대단히 우수한 내식성을 나타내며, 내구성, 경제성 및 작업성 등 거의 모든 분야에서 우수한 특성을 가지므로 널리 사용되고 있다.

한편, 현재 용융아연도금 업체들은 용융아연도금 공정을 통해 용융도금을 행한 제품을 발암성이 있는 6가 크롬화합물이 소량 투입된 수냉각조에 침지시켜 냉각과 동시에 크로메이트 처리가 되도록 한다. 이러한 크로메이트 처리를 하지 않게 되면 용융아연도금된 제품의 보관 및 유통 과정에 상품성을 떨어뜨리는 백화현상이 발생할 수 있기 때문에 크로메이트 처리가 일반적으로 행해지고 있으며, 크로메이트 표면처리로 일시적인 방청이 가능하다.

그런데, 크로메이트 처리에 사용되는 6가 크롬은, 1 ~ 2g의 크롬산으로도 인체에 후두암을 유발하거나 사람을 사망하게 할 수 있을 정도로 유독한 화합물이다. 또한, 강한 산화력으로 인해 위장염, 피부염, 궤양 등을 일으킬 수 있으며, 기화하기 쉬워 소화관, 폐, 피부를 통해 체내에 흡수될 경우 폐암의 원인이 되기도 한다. 이러한 6가 크롬이 지하수나 강으로 유입될 경우 치명적인 환경오염 문제가 발생하기 때문에 6가 크롬에 의한 크로메이트 처리공정을 계속 유지해서는 안 된다는 것이 세계적인 견해이다.

이에 따라 전 세계적으로 6가 크롬을 유독물질로 분류하고, 수질 및 작업장 내 6가 크롬 농도에 대한 규제를 행하고 있다. 또한 EU는 2006년부터 RoHS를 도입 전기전자제품 내 6가 크롬의 사용을 제한하고 있으며, ELV법을 통해 6가 크롬이 함유된 자동차의 수입을 전면금지하고 있어 기존에 6가 크롬으로 표면처리를 행하던 모든 자동차 부품에도 새로운 표면처리가 요구되고 있는 실정이다.

이와 같이 유해한 6가 크롬을 이용한 크로메이트 처리를 대체하기 위한 일환으로 3가 크로메이트 처리가 상용화되어 사용되고 있다. 그런데, 3가 크로메이트는 고온이나 산화성 분위기에서 6가 크롬으로 산화되는 문제가 있으며, 별도의 건조공정이 필요하여 경제성이 떨어지는 단점도 있다.

일시 방청을 위한 다른 방법으로, 도금 후 표면에 바니시(varnish)나 방청유를 코팅하여 방청성을 부여하는 방법이 있는데, 바니시나 방청유을 도포하는 경우에는 6가 크롬을 사용하는 경우에 비해 인체에 대한 유해성은 낮으나 별도의 도포공정 및 건조공정 등이 필요하여 경제성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 미국특허 제5068134호에는 용융아연도금의 백화방지를 위한 목적으로, 용융아연도금후 행해지는 냉각공정에 사용되는 냉각수에 알카리금속 실리케이트를 투입하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 냉각수에 알카리금속 실리케이트를 첨가하는 방법만으로는 방청성이 충분하지 않아 제품의 보관 및 유통 과정에서 상품성이 저하되는 백화현상의 발생을 막는데 한계가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 용융아연도금제품용 일시 방청법 또는 재료의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 크롬을 포함하지 않아 친환경적이면서도 기존의 크로메이트 처리법에 비해 방청효과가 크게 개선된 일시 방청용 조성물을 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 별도의 도포 및 건조 공정 없이 용융아연도금 공정 중에 표면처리를 할 수 있어 경제적인 표면처리가 가능한 용융아연도금제품용 일시 방청용 조성물을 제공하는 것이다.

알카리금속 실리케이트 화합물은 용융아연도금층 표면에 피막을 형성하여 배리어(barrier) 역할을 함으로써 아연의 부식을 일시적으로 지연시키는 방청효과를 나타낸다. 또한 알카리금속 실리케이트 화합물을 고온의 용융아연도금제품이 냉각공정에 적용할 경우 도금된 제품표면의 높은 온도로 인해 어느 정도의 탈수반응이 일어나게 되어 제품의 표면에 형성되는 실리케이트 피막의 내수성은 향상되며, 이는 방청특성의 개선으로 이어진다. 그러나 실리케이트 피막 단독으로는 전술한 바와 같이 방청성능이 충분하지 않은 문제가 있다. 본 발명자는 통상 발수제로 사용되는 유기계 실리코네이트 화합물을 알칼리금속 실리케이트 화합물과 동시에 적용하게 되면, 유기계 실리코네이트 화합물이 실리케이트 피막형성에 참여하여 형성된 피막의 치밀도를 높임과 동시에 피막에 우수한 발수성능을 부여하여 방청특성을 크게 개선시킴을 알고 본 발명을 완성하였다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 알카리금속 실리케이트와 유기계 실리코네이트 화합물을 포함하는 용융아연도금제품용 일시 방청용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 용융아연도금제품용 일시 방청용 조성물에 있어서, 상기 조성물 중, 알칼리금속 실리케이트와 유기계 실리코네이트 화합물의 중량비율을 1:9 ~ 9:1로 유지하는 것이 양 성분의 시너지 효과를 높여 방청특성을 보다 개선할 수 있기 때문에 바람직하며, 3:7 ~ 7:3으로 유지하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 용융아연도금제품용 일시 방청용 조성물에 있어서, 상기 알칼리금속 실리케이트로는, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트 및 리튬 실리케이트 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 용융아연도금제품용 일시 방청용 조성물에 있어서, 상기 유기계 실리코네이트 화합물은, 소듐 메틸 실리코네이트, 포타슘 메틸 실리코네이트, 소듐 에틸 실리코네이트 및 포타슘 에틸 실리코네이트 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 용융아연도금제품용 일시 방청용 조성물에 있어서, 상기 조성물은 알카리금속 실리케이트 40% 수용액: 10 ~ 90중량%, 유기계 실리코네이트 화합물 40% 수용액: 90 ~ 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 용융아연도금제품용 일시 방청 조성물은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 알카리금속 실리케이트 화합물의 피막 형성시 유기계 실리코네이트 화합물이 작용하여 치밀도가 높은 피막을 형성하고 동시에 발수성능을 높여, 기존의 6가 크로메이트 표면처리에 비해 월등하게 개선된 방청성능을 얻을 수 있다.

둘째, 크롬을 포함하지 않는 크롬-프리 타입이므로 인체에 대한 유해성이 적고 친환경적이다.

셋째, 기존의 6가 크롬을 이용한 크로메이트 처리공정과 동일하게 용융아연도금 후 냉각공정에 사용되는 냉각수에 투입하여, 용융아연도금제품의 냉각과 동시에 피막을 형성하기 때문에, 별도의 도포공정, 건조공정, 수세공정 등이 필요 없어 공정수가 절감되어 경제적이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일시 방청 조성물을 적용한 제품의 염수분무시험 결과를 나타내는 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 포타슘 실리케이트 용액(상품명, PS-1326, 포타슘 실리케이트 40% 수용액)과 포타슘 메틸 실리코네이트 용액(상품명, Z-6778, 포타슘 메틸 실리코네이트 40% 수용액)을 혼합하여 용융아연도금강판용 일시 방청액을 준비하였다.

이와 같이 준비한 일시 방청액을 냉각수에 투입하는데, 투입량은 냉각수 중량의 3%가 되도록 하였다.

그리고, 450℃ 정도의 용융아연도금조에서 용융아연도금된 강판 시편을 본 발명의 실시예에 따른 일시 방청액이 투입된 냉각조로 침지시켜 냉각시킨 후 꺼내어 상온에서 건조시키는 방법을 통해 용융아연도금 시편의 표면에 방청용 피막이 형성되도록 하였다.

이와 같이 건조된 시편을 염수분무시험을 통해 기존의 일시 방청법을 사용한 시편과 대비하여 방청성능을 비교 평가하였다. 염수분무시험은 KS D 9502에 규정된 방법으로 35℃에서 5% NaCl 수용액을 분무하는 방법을 사용하였으며, 방청성능의 비교평가는 시편 면적의 5% 정도가 백화되는 시간을 비교하는 방법을 사용하였으며, 도 1은 본 발명의 실시예에 따라 준비한 시편의 염수분무시험시 백화현상이 발생하는 과정을 관찰한 것이다.

하기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 일시 방청액 조성물을 부착한 용융아연도금강판 시편의 염수분무시험 결과를 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 일시 방청액 조성물을 적용한 용융아연도금강판 시편의 염수분무시험 결과

실시예	1	2	3	4	5
포타슘 실리케이트 용액 (중량%)	90	70	50	30	10
포타슘 메틸 실리코네이트 용액 (중량%)	10	30	50	70	90
5% 백화발생시간 (시간)	24	36	45	43	18

상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 일시 방청액의 조성물 중, 포타슘 실리케이트 용액과 포타슘 메틸 실리코네이트 용액의 비율을 9:1에서 1:9로 변화시킴에 따라, 방청성능도 차이가 있는데, 방청성능은 포타슘 실리케이트 용액:포타슘 메틸 실리코네이트 용액의 비율이 7:3 ~ 3:7의 범위에 있을 때, 방청성능이 가장 우수해짐을 알 수 있다.

하기 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 일시 방청액 조성물과 대비하기 위한 비교예로서, 용융아연도금강판 시편의 표면에 포타슘 실리케이트 또는 포타슘 메틸 실리코네이트만을 단독으로 부착한 경우와, 종래 사용되어 왔던 무수크롬산을 사용하여 용융아연도금 강판 시편에 일시 보호 피막을 형성한 적용 조건을 나타낸 것이다.

비교예에 따른 일시 방청 조성물을 적용 방법

비교예	1	2	3
포타슘 실리케이트 (중량%)	100
포타슘 메틸 실리코네이트 (중량%)		100
무수크롬산			냉각수의 0.3중량%

상기 표 2와 같이 일시 방청 조성물을 적용한 용융아연도금강판 시편을 상기 본 발명의 실시예와 동일하게 KS D 9502에 규정된 방법으로 35℃에서 5% NaCl 수용액을 분무하여 5% 백화가 일어나는 시간을 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

본 발명의 실시예와 비교예에 따른 일시 방청 조성물을 적용한 염수분무시험 결과

종류	실시예					비교예
No.	1	2	3	4	5	1	2	3
5% 백화발생시간	24	36	45	43	18	6	3	8

상기 표 3에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 일시 방청액 조성물을 적용한 실시예 No.1 ~ No.5 모두 기존의 크로메이트 처리예(비교예 No.3) 대비 방청성능이 크게 개선되었음을 알 수 있다.

또한, 포타슘 실리케이트를 단독으로 적용한 경우(비교예 No.1) 및 포타슘 메틸 실리코네이트를 단독으로 적용한 경우(비교예 No.2)에 비해서도 월등하게 방청성능이 우수하다.

즉, 본 발명의 실시예를 통해 알카리메탈 실리케이트와 유기계 실리코네이트 화합물을 동시에 적용할 경우 단독으로 적용하는 경우에 비해 시너지 효과가 발생하여 방청성이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.

크롬을 포함하지 않는 친환경적인 제품이며, 기존의 6가 크롬 화합물처럼 추가의 후속공정(도포공정, 건조공정, 수세공정 등)이 필요없이 냉각수에 투입하여 냉각과 동시에 우수한 방청효과를 낼 수 있다.

Claims (6)

1. 알카리금속 실리케이트와 유기계 실리코네이트 화합물을 포함하는 용융아연도금제품용 일시 방청 조성물로,
   상기 조성물은 알카리금속 실리케이트 40% 수용액 10 ~ 90중량%, 유기계 실리코네이트 화합물 40% 수용액 90 ~ 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융아연도금제품용 일시 방청 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 조성물 중, 알칼리금속 실리케이트와 유기계 실리코네이트 화합물의 중량비율은 1:9 ~ 9:1인 것을 특징으로 하는 용융아연도금제품용 일시 방청 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 조성물 중, 알칼리금속 실리케이트와 유기계 실리코네이트 화합물의 중량비율은 3:7 ~ 7:3인 것을 특징으로 하는 용융아연도금제품용 일시 방청 조성물.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 알칼리금속 실리케이트는, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트 및 리튬실리케이트 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 용융아연도금제품용 일시 방청 조성물.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유기계 실리코네이트 화합물은, 소듐 메틸 실리코네이트, 포타슘 메틸 실리코네이트, 소듐 에틸 실리코네이트 및 포타슘 에틸 실리코네이트 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 용융아연도금제품용 일시 방청 조성물.
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