KR101378096B1 - 전처리용 방청 프라이머 도료 및 이를 이용한 도막 형성방법 - Google Patents

전처리용 방청 프라이머 도료 및 이를 이용한 도막 형성방법 Download PDF

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Abstract

전처리용 방청 프라이머 도료는 주제 및 경화제가 혼합되는 2액형 도료 조성물이다. 주제는 평균입자크기가 0.1 내지 10㎛ 범위인 징크파우더 30 내지 70 중량%, 오르가노 실리콘 모노머 0.1 내지 2.0 중량%, 증점제 0.1 내지 2.0 중량% 및 여분의 유기 용제를 포함하는 조성을 갖는다. 경화제는 실록산계 결합체 25 내지 45 중량%, 유기 용제 50 내지 70 중량%, 산촉매 0.05 내지 0.3 중량% 및 여분의 물을 포함하여 이루어진다. 상기 도료로 형성된 도막은 얇은 건조 도막 두께로 형성이 가능하여 강재 표면에 대한 밀착성이 우수한 특성을 갖는 동시에 도막으로서 막이 치밀하여 우수한 방청성을 갖는다.

Description

전처리용 방청 프라이머 도료 및 이를 이용한 도막 형성방법{pre-construction Anti-corrosive Primer Paint and forming the coating layer using the same}
본 발명은 방청 프라이머 도료 및 이를 이용한 도막 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막 도장에 의해서도 우수한 물성을 발휘하는 것이 가능한 전처리용 방청 프라이머 도료 및 이를 이용한 방청 프라이머 코팅도막 형성방법에 관한 것이다.
전처리용 프라이머(pre-construction primer)는 일반적으로는 숍프라이머(shop primer)라고 불리며, 조립용 프라이머(prefabrication primer) 또는 1차 방청 프라이머(first anti-corrosive primer) 라고도 불리는 도료이다. 이는 철강 구조물이 조립전 및 건설 중에, 또한 야적 및 보관하는 동안에 대기 조건에 노출되고, 이렇게 노출되는 동안 강재가 부식되는 것을 피하기 위해 원자재인 강재에 코팅하여 부식을 방지하도록 하는 도료이다.
일반적으로 전처리용 프라이머는 전처리용 프라이머 자동화 도장 라인에서 자동화 에어리스 스프레이를 사용하여 도장된다. 도장하기 전에는 강재의 예열 그리고 밀스케일 및 부식 물질을 제거하고 표면 조도를 형성하기 위해 숏 블라스팅(shot blasting) 표면 처리를 실시하며 도장 후에는 가열 건조 부스를 통과한 후 적재된다.
이러한 전처리용 프라이머에는 워시 프라이머(wash primer), 에폭시 징크릿치 프라이머(epoxy zinc-rich shop primer), 에폭시 논징크 프라이머(epoxy non-zinc shop primer), 무기질 실리케이트 징크릿치 프라이머(inorganic silicate zinc-rich shop primer) 등이 있다. 이들 중에서 상업적으로 많이 사용되는 숍프라이머는 무기질 실리케이트 숍프라이머이며 무기질 실리케이트 숍프라이머는 주제와 경화제의 2액형으로 구성된다. 주제는 각종 용제에 징크파우더(zinc powder, 아연말)를 포함하고 경화제는 미리 예비 가수분해된 테트라 알킬 오쏘 실리케이트(tetra alkyl ortho silicate)를 주성분으로 포함한다.
무기질 실리케이트 징크릿치 숍프라이머는 도장후 DFT(dry film thickness, 건조 도막 두께)가 약 15 내지 20㎛ 의 얇은 막으로 도장되고 용접시에 발생하는 용접가스의 양이 적어 용접 비드(weld bead)에 피트나 블로우 홀 등의 결함 발생을 억제할 수 있으므로 우수한 용접성을 갖는 도료이다.
무기질 실리케이트 징크릿치 숍프라이머는 물성 유지를 위해 건조 도막 두께 약 15 내지 20㎛ 정도로 도장 할 경우, 도장된 도료에 의해 단위면적(m2)당 발생하는 VOC는 평균 약 48 g/m2 으로 VOC 배출량이 많은 도료 중의 하나이다. 최근에는 친환경적 도료에 대한 요구가 점점 높아지고 있어서 조선소에서 적용되는 선박용 도료로부터 일반 도료까지 VOC의 배출량을 감축해야 하는 상황이다. 무기질 실리케이트 징크릿치 숍프라이머의 경우 현재보다 도막 두께를 줄이는 것으로 VOC 배출량을 감축할 수 있다. 그러나 도막 두께의 저하는 건조 도막 중의 아연 함량이 반비례적으로 저하되는 결과를 가져오므로 이는 방청성 저하를 초래한다.
본 발명의 목적은 이러한 요구에 초점을 맞춘 것으로 VOC 배출량을 억제할 수 있으며 도막 형상시 양호한 물성을 발휘할 수 있어 경제적인 전처리용 방청 프라이머 도료를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 도료를 이용하여 건조 도막 두께를 일반적인 적용 두께 대비 최대 50% 이하로 감소, VOC 배출량 또한 감소 및 우수한 강도와 방청성을 갖는 방청 프라이머 코팅도막의 형성방법을 제공하데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 위한 본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료는 평균입자크기가 0.1 내지 10㎛ 범위인 징크파우더 30 내지 70 중량%, 오르가노 실리콘 모노머 0.1 내지 2.0 중량%, 증점제 0.1 내지 2.0 중량% 및 여분의 유기용제를 포함하는 주제와 실록산계 결합체 25 내지 45 중량%, 산 촉매 0.05 내지 0.3중량%, 물 3 내지 7중량% 및 여분의 유기용제를 포함하는 경화제가 혼합된 조성을 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 징크파우더는 약 1 내지 5㎛의 평균입자크기를 갖는 것을 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 오르가노 실리콘 모노머는 가수분해 그룹으로서 메톡시기 또는 에톡시기를 포함하며, 유기관능기 그룹으로 탄소수가 1 내지 8개인 페닐 알킬기, 클로로 알킬기, 알킬기, 에테르기, 에스테르기, 에폭시기, 아민기, 우레탄기, 설퍼, 알키드기, 비닐기 및 아크릴레이트기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 오르가노 실리콘 모노머는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시 실란 및 3-글리시독시-프로필트리메톡시실란 중에서 적어도 하나일 수 있다.
일 실시에에 있어서, 상기 실록산 결합체는 테트라메틸 오쏘 실리케이트, 테트라에틸 오쏘 실리케이트, 테트라-n-프로필 오쏘 실리케이트, 테트라-i-프로필 오쏘 실리케이트, 테트라-n-부틸 오쏘 실리케이트, 에틸 폴리실리케이트, 메틸 트리메톡시 실란 및 메틸 트리에폭시 실란으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 알킬실리케이트 화합물에, 유기관능기로서 오르가노 실리콘 모노머, 폴리에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에스테르 및 폴리알키드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 변성된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 오르가노 실리콘 모노머의 유기관능기 그룹은 상기 징크파우더를 중심으로 상기 실록산계 결합체와 결합할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도막을 형성하기 위해서는 평균입자크기가 0.1 내지 10㎛ 범위인 징크파우더 30 내지 70 중량%, 오르가노 실리콘 모노머 0.1 내지 2.0 중량%, 증점제 0.1 내지 2.0 중량% 및 여분의 용제를 포함하는 주제를 마련하는 단계; 실록산계 결합체 25 내지 45 중량%, 산 촉매 0.05 내지 0.3중량%, 물 3 내지 7중량% 및 여분의 유기용제를 포함하는 경화제를 마련하는 단계; 상기 주제와 경화제를 1: 0.3 내지 0.8의 비율로 혼합하여 방청 프라이머 도료를 마련하는 단계; 및 상기 방청 프라이머 도료를 코팅 대상체 상에 코팅하여 방청 프라이머 코팅막을 형성하는 단계를 수행함으로서 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 전처리용 방청 프라이머 도료 및 이를 이용한 도막 형성방법은 약 5 내지 10㎛ 수준의 얇은 건조 도막 두께로 도장하여도 방청 물성 등이 양호한 도막을 형성할 수 있기 때문에 도막의 두께 감소에 따라 VOC 배출량을 감축할 수 있다. 따라서, 전처리용 방청 프라이머 도료는 친환경 적인 도료이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 전처리용 방청 프라이머 도료는 실록산계 결합체의 강재 부착력을 높이고 도막 내에서 실록산계 결합체와 징크파우더의 부착력을 향상시키며 아연의 표면적을 높여 주기 때문에 형성된 도막은 방청 물성이 양호하게 발휘된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전처리용 방청 프라이머 도료에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
전처리용 방청 프라이머 도료
본 발명에 따른 상기 전처리용 방청 프라이머 도료는 박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치 전처리용 프라이머 도료로서 주제 및 경화제를 포함하는 2액형으로 구성된다. 일 예로서, 본 발명에 따른 전처리용 방청 프라이머 도료는 주제와 경화제가 1: 0.3 내지 0.8의 비율로 혼합된 조성을 갖고, 바람직하게는 1:0.4의 비율로 혼합된 조성을 갖는다.
상기 전처리용 방청 프라이머 도료에서 주제는 박막 도장에서 음극 보호 방식을 발휘할 수 있는 징크파우더를 포함하되 표면적을 극대화 하는 것이 가능한 징크파우더, 상기 징크파우더와의 흡착이 용이하며 사용되는 용제와 상용성이 우수하여 징크파우더의 분산을 효과적으로 할 수 있는 오르가노 실리콘 모노머와, 징크파우더를 효과적으로 도료 내에 균일하게 머무를 수 있게 만들어 주는 증점제 및 용제를 포함하여 이루어진다. 구체적으로 상기 전처리용 방청 프라이머 도료에서 주제는 평균입자크기가 0.1 내지 10㎛ 범위를 갖는 징크파우더 30 내지 70 중량%, 오르가노 실리콘 모노머 0.1 내지 2.0 중량%, 증점제 0.1 내지 2.0 중량% 및 여분의 유기 용제(약 26 내지 66 중량%)를 포함한다.
전처리용 방청 프라이머 도료에서 경화제는 부착성과 강재 밀착성을 높일 수 있는 변성 무기질 실리케이트 수지인 실록산계 결합체와 가수분해를 돕기 위해 투입되는 산촉매 및 물과 용제를 포함한다. 구체적으로 상기 경화제는 변성 무기질 실리케이트 수지인 실록산계 결합체가 25 내지 45 중량%, 산 촉매 0.05 내지 0.3중량%, 물 3 내지 7중량%의 물 및 여분의 유기용제를 포함하는 조성을 갖는다.
상술한 바와 같은 조성을 갖는 주제와 경화제가 혼합된 전처리용 방청 프라이머 도료는 형성하고자 하는 방청도막의 치밀성과 부착성이 우수하므로 DFT(dry film thickness) 약 5 내지 10㎛의 두께로도 우수한 방청성을 발취할 수 있으며 도막 두께 절감에 따른 용접성 향상을 가져올 수 있다. 또한 전처리용 방청 프라이머 도료를 사용하여 도막을 형성하면 적은 양의 도료를 사용해도 우수한 도막을 형성할 수 있으므로 도포에 수반되는 VOC 배출량을 약 50% 정도 감소시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리용 방청 프라이머 도료에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료에 포함되는 각 성분에 대하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전처리용 방청 프라이머 도료에서 주제에는 징크파우더가 포함된다. 징크파우더는 아연말이라고도 불리며 도막 중에 다량 존재하여 강재의 부식을 억제하는 자기 희생 방식의 방청 안료로 사용된다. 일반적으로 사용되는 징크파우더가 예외 없이 사용될 수 있으며 구체적으로는 평균입자크기가 0.1 내지 10㎛ 범위인 것이 사용되며, 보다 바람직하게는 1 내지 5㎛의 입차크기의 징크파우더를 사용한다. 이러한 평균입자크기를 갖는 징크파우더는 도막 안에서 징크파우더의 표면적을 최대화하여 방청성을 극대화 할 수 있기 때문이다. 평균입자크기는 박막 도장에서는 작을수록 유리하나 0.1㎛ 보다 작으면 제조비용이 증가하고 평균 입자경의 균일한 제어가 어렵다는 단점이 있으므로 0.1㎛ 보다는 크게 하는 것이 좋다.
본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료는 5 내지 10㎛ 건조 도막 두께로 도장될 수 있다는 것을 감안하면 박막도장에서도 음극 보호 방식을 극대화하기 위하여 도막 내에서 넓은 표면적을 발휘할 수 있는 크기로서 징크파우더는 평균입자크기가 1 내지 5㎛ 범위인 것이 더욱 바람직하다.
상기 징크파우더는 주제 조성물 총량을 기준으로 할 때 30 내지 70 중량% 범위로 사용한다. 이는 만약 상기 징크파우더의 사용량이 30 중량% 미만이면 음극보호방식 효과가 떨어져 바람직하지 못하고 만약 70 중량%를 초과하면 강재면 부착력이 떨어질 수 있으므로 바람직하지 못하기 때문이다.
본 발명에 따른 전처리용 방청 프라이머 도료에서 주제에는 오르가노 실리콘 모노머를 포함한다. 징크파우더와 실록산계 결합체가 결합하기 전에 징크파우더 표면에 징크와 상용성이 우수한 오르가노 실리콘 모노머가 적용됨으로써 가수분해되어 징크 파우더 표면에 흡착함으로서 접착 프로모터로서 작용한다. 더불어 오르가노 실리콘 모노머에 포함된 알콕시 그룹은 징크 표면과 반응하여 실록산계 결합체에 상용성이 좋은 알코올을 생성한다. 또한, 오르가노 실리콘 모노머에 포함된 유기 그룹 R은 사용되는 유기용제와 상용성이 뛰어난 종류를 선택함으로써 유기 용제 내에서 징크파우더의 균일한 분산을 극대화시킬 수 있다.
본 실시예에서는 분산제를 사용하지 않지만, 오르가노 실리콘 모노머가 분산제의 기능을 갖는다. 분산제의 경우 징크파우더를 균일하게 분산시키기 위해서 사용되며 유기분자로 구성되어 있어서 용접 가스의 발생량이 많아질 수 있으나 본 발명에서 사용되는 오르가노 실리콘 모노머는 경우 유기 성분이 적어 분산제에 의해 발생하는 용접가스의 양을 줄일 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 소량의 유기 그룹 R은 실록산계 결합체와 징크 파우더를 Zn을 중심으로 결합함으로써 실록산계 결합체의 단점인 강재 표면과의 밀착성을 증가시킴으로 박막에서 더 우수한 부착성과 방청성을 모두 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료의 주제에 적용되는 오르가노 실리콘 모노머는 유기 용제 내에서 징크파우더 Zn의 표면과 가수분해성 그룹은 메톡시나 에톡시기이며, 유기 관능기 R은 페닐 알킬 (C=1 내지 8), 클로로 알킬, 에테르, 에스테르, 에폭시, 아민, 우레탄, 설퍼, 알키드, 비닐, 아크릴레이트 등을 들 수 있다.
구체적으로, 다양한 오르가노 실리콘 모노머가 적용될 수 있으나 적용되는 용제를 고려하면 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시 실란이나 3-글리시독시-프로필트리메톡시 실란이 바람직하게 사용될 수 있다.
오르가노 실리콘 모노머의 사용량은 주제 총량을 기준으로 할 때 0.1 내지 2.0 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 이의 사용량이 0.1 중량% 미만이면 징크파우더의 표면과 흡착하여 반응할 수 있는 오르가노 실리콘 모노머의 양이 적어 바람직하지 못하고 만약 이의 사용량이 2.0 중량% 보다 많으면 내수성이 떨어질 수 있으므로 바람직하지 못하기 때문이다.
본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료의 주제에 적용되는 증점제는 징크파우더가 효과적으로 도료 내에 균일하게 머무를 수 있도록 해주는 역할을 한다. 증점제는 용접성을 고려하여 소량을 적용하는데 징크파우더의 연속된 균일상을 보상해 주게 된다. 구체적으로는 히드록시프로필 셀룰로우즈가 바람직하게 적용된다.
증점제의 사용량은 주제 총량을 기준으로 할 때 0.1 내지 2.0 중량% 범위가 되도록 한다. 만약 증점제의 사용량이 0.1 중량% 보다 적으면 징크파우더의 침전이 발생할 수 있어 바람직하지 못하고 만약 2.0 중량%를 초과하면 용접성에 영향을 줄 수 있으므로 바람직하지 못하기 때문이다.
또한, 본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료의 경화제에 적용되는 실록산계 결합체는 소지와의 밀착성을 증진시킬 수 있도록 유기 관능기를 포함한 수지를 일부 치환시킨 변성된 무기질 실리케이트 수지를 사용한다.
알킬 실리케이트로서 테트라메틸 오쏘 실리케이트, 테트라에틸 오쏘 실리케이트, 테트라-n-프로필 오쏘 실리케이트, 테트라-i-프로필 오쏘 실리케이트, 테트라-n-부틸 오쏘 실리케이트, 에틸 폴리실리케이트, 메틸 트리메톡시실란, 메틸 트리에폭시 실란 등을 예로 들 수 있다.
이 중 테트라에틸 오쏘 실리케이트의 초기 축합물인 에틸 실리케이트가 사용되며, 바람직하게는 에틸실리케이트 40이 사용될 수 있다. 에틸 실리케이트를 가수분해하여 축합한 수지는 강재 표면과 밀착성이 떨어지는 점과 경도가 높아 깨진다는 단점을 가지고 있다.
에틸 실리케이트를 가수분해하여 축합 반응한 수지를 사용하는 것과는 달리 부착성과 강재 밀착성을 극대화시키는 특성을 부여하기 위하여 극소량의 유기 관능기를 포함한 수지를 일부 치환시킨 무기질 실리케이트 수지를 사용하였다. 여기에 사용되는 유기 관능기는 오가노 실리콘 모노머, 폴리에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에스테르, 폴리알키드 등을 일부 치환시킨 무기질 수지를 사용할 수 있다. 오가노 실리콘 모노머의 오가노 관능기는 페닐 알킬 (C=1 내지 8), 클로로 알킬, 에테르, 에스테르, 에폭시, 아민, 우레탄, 설퍼, 알키드, 비닐, 아크릴레이트 등이 사용될 수 있다.
실록산계 결합체는 징크파우더와 직접 결합하기도 하지만 동시에 징크파우더를 중심으로 오르가노 실리콘 모노머와 결합하여 효과를 극대화 할 수 있는 치환제를 선택하도록 한다. 더욱 자세하게, 주제에 적용되는 오르가노 실리콘 모노머로 3-글리시독시-프로필트리메톡시 실란을 사용하면 실록산계 결합체의 치환제로는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시 실란을 사용하여 강재와 부착이 양호하면서도 도막내의 가교밀도를 높이는 것이다.
실록산계 결합체는 경화제 총량을 기준으로 할 때 25 내지 45 중량% 범위로 사용하도록 한다. 만약 실록산계 결합체의 사용량이 25 중량% 보다 적으면 강재면에 대한 부착력이 떨어질 수 있으므로 바람직하지 못하고 만약 실록산계 결합체의 사용량이 45 중량% 보다 많으면 도막면에 머드 크렉이 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료의 경화제에 적용되는 산 촉매는 가수분해 반응을 촉진 시키는데 사용되며 동시에 도막 강도 강화 역할을 한다. 산 촉매제의 예로서는 염산, 붕산, 황산 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있다. 본 실시예에 적용되는 산 촉매는 경화제 총량을 기준으로 할 때 그 사용량이 0.05 내지 0.3중량% 범위로 사용하도록 한다. 만약 그 사용량이 0.05중량% 보다 적으면 가수분해 반응이 지연되어 결국 도막강도가 떨어질 수 있으며 0.3중량% 보다 많으면 가수분해 반응이 도료의 저장 중 매우 촉진되어 겔화가 발생할 수 있다.
본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료의 경화제에 적용되는 물은 실록산계 결합체의 하이브리드 메탈(징크)실리케이트의 형성을 위한 가수분해 반응 용으로 사용된다. 본 실시예에 적용되는 물의 사용량은 경화제 총량을 기준으로 할 때 3내지 7중량% 범위로 사용하도록 한다. 만약 그 사용량이 3중량% 보다 적으면 실록산계 결합체는 충분히 가수분해 반응을 할 수 없어 도막기능이 저하되며, 7중량%를 초과할 경우 가수분해 반응이 빨라 도료 사용 전, 즉 저장 기간 중 겔화가 발생할 수 있다.
본 발명의 전처리용 방청 프라이머 도료에 사용되는 유기용제로는 알코올계, 방향족계, 케톤계, 에스테르계, 글리콜계 등의 용제를 사용할 수 있다. 알코올계 용제의 예로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 부탄올 등이 있으며 방향족계 용제로는 자일렌, 톨루엔 등이 있으며 케톤계 용제로는 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논 등이 있으며, 글리콜계 용제로는 프로필렌글리콜 모노메틸에텔, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등이 있다. 이들 용제는 단독 또는 둘이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 유기용제는 주제 내에서는 주제의 제조를 위해 사용되는 각 성분의 함량을 제외한 잔량이 되도록 하며, 경화제 내에서는 경화제의 제조를 위해 사용되는 각 성분의 함량을 제외한 잔량이 되도록 사용될 수 있다.
전처리용 방청 프라이머 도료에 추가적으로 사용가능한 첨가제로서는 침강방지제 및 요변성 부여제가 사용될 수 있다. 첨가제의 예로서는 벤토나이트계, 산화폴리에틸렌계, 폴리아마이드계, 실리카퓸계, 셀룰로우즈계, 고분자 블록 공중합체, 아크릴계 공중합체 등을 들 수 있으며, 용접성의 영향을 고려하여 최소화하여 투입될 수 있다.
바람직하게는 용접성의 영향을 최소화하기 위하여 적은 첨가량으로 징크파우더가 포함된 페이스트에서 비중이 7.1 인 징크파우더의 침강을 방지하고 도료 전체의 요변성을 효과적으로 부여할 수 있는 첨가제는 셀룰로우즈계 및 벤토나이트계 등이 있으며 셀룰로우즈는 에틸 셀룰로우즈(EC), 히드록시에틸 셀룰로우즈(HEC), 히드록시프로필 셀룰로우즈(HPC) 등이 있다. 이들 첨가제는 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예, 평가예를 들어 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명이 실시예들로만 한정되는 것이 아님이 이해되어야만 한다.
전처리용 방청 프라이머 코팅도막 형성방법
본 실시예에 따른 전처리용 방청 프라이머 코팅도막은 하기에서 설명한 단계를 순차적으로 수행함으로서 형성될 수 있다.
구체적으로 방청 프라이머 코팅도막을 형성하기 위해서는 먼저 평균입자크기가 0.1 내지 10㎛ 범위인 징크파우더 30 내지 70 중량%, 오르가노 실리콘 모노머 0.1 내지 2.0 중량%, 증점제 0.1 내지 2.0 중량% 및 여분의 용제를 포함하는 방청 프라이머 코팅 도료용 주제를 마련한다.
일 예로서, 상기 주제에 적용되는 징크파우더는 1 내지 5㎛의 평균입자 크기를 갖는 것이 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오르가노 실리콘 모노머는 가수분해 그룹으로서 메톡시기 또는 에톡시기를 포함하며, 유기관능기 그룹으로 탄소수가 1 내지 8개인 페닐 알킬기, 클로로 알킬기, 알킬기, 에테르기, 에스테르기, 에폭시기, 아민기, 우레탄기, 설퍼, 알키드기, 비닐기 및 아크릴레이트기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 구테적으로 상기 오르가노 실리콘 모노머는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시 실란 및 3-글리시독시-프로필트리메톡시실란 중에서 적어도 하나가 사용될 수 있다. 상기 전처리용 방청 프라이머 도료용 주제 및 이에 적용되는 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 전처리용 방청 프라이머 도료에서 상세히 설명하였기에 생략한다.
이어서, 실록산계 결합체 25 내지 45 중량%, 산산 촉매 0.05 내지 0.3중량%, 물 3 내지 7중량%% 및 여분의 유기용제를 포함하는 경화제를 마련한다.
일 예로서, 상기 경화제에 적용되는 실록산 결합체는 테트라메틸 오쏘 실리케이트, 테트라에틸 오쏘 실리케이트, 테트라-n-프로필 오쏘 실리케이트, 테트라-i-프로필 오쏘 실리케이트, 테트라-n-부틸 오쏘 실리케이트, 에틸 폴리실리케이트, 메틸 트리메톡시 실란 및 메틸 트리에폭시 실란으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 알킬실리케이트 화합물에, 유기관능기로서 오르가노 실리콘 모노머, 폴리에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에스테르 및 폴리알키드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 변성된 것일 수 있다. 상기 전처리용 방청 프라이머 도료용 경화제 및 이에 적용되는 구성 요소에 대한 구체적인 설명 또한 상술한 코팅 도료에서 상세히 설명하였기에 생략한다.
이어서, 상기 주제와 경화제를 1: 0.3 내지 0.8의 비율로 혼합하여 전처리용 방청 프라이머 도료를 마련 이후 상기 전처리용 방청 프라이머 도료를 코팅 대상체 상에 코팅하여 전처리용 방청 프라이머 코팅도막을 형성한다.
상술한 방법으로 형성된 전처리용 방청 프라이머 코팅도막은 상술한 바와 같은 조성을 갖는 주제와 경화제가 혼합된 전처리용 방청 프라이머 도료를 이용하여 형성됨으로 인해 방청도막의 치밀성과 부착성이 우수하므로 DFT(dry film thickness) 약 5 내지 10㎛의 두께로 형성되어도 우수한 방청성을 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 도막 두께 절감에 따른 용접성 우수한 성능을 갖는다. 상술한 도막 형성방법은 상기 전처리용 방청 프라이머 도료를 적은 양을 사용하여도 우수한 특성을 도막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 VOC 배출량을 기존의 도막 형성방법 대비 약 50% 정도 감소시킬 수 있다.
<실시예 1>
[표 1]
Figure 112012037036624-pat00001
상기 표 1에 나타난 바와 같은 성분 및 함량으로 징크파우더, 오르가노 실리콘 모노머, 증점제 및 세 가지 종류의 유기용제를 사용하여 주제를 제조하였다. 상기 표 1에 나타난 바와 같은 성분 및 함량으로 실록산계 결합체, 산촉매, 물 및 두 가지 종류의 용제를 사용하여 경화제를 제조하였다. 이후, 상기 주제와 경화제를 약 1:0.4의 비율로 혼합하여 실시예 1의 박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치의 전처리용 방청 프라이머 도료를 제조하였다.
상기 표 1에서, 징크파우더는 한창산업의 Zinc Dust 550을 사용하였으며, 오르가노 실리콘 모노머로서는 다우 코닝사의 Silane Z-6040을 사용하였다. 증점제로서는 Element 사의 Bentone #27을 사용하였고 실록산계 결합체로서는 노루 R&C 의 나노실리케이트를 사용하였다.
<실시예 2>
[표 2]
Figure 112012037036624-pat00002
상기 표 2에 나타난 바와 같은 성분 및 함량을 적용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2의 박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치의 전처리용 방청 프라이머 도료를 제조하였다. 상기 표 2에서, 징크파우더는 한창산업의 Zinc Dust EF를 사용하였으며, 오르가노 실리콘 모노머로서는 다우 코닝사의 Silane Z-6040을 사용하였다. 증점제로서는 Aqualon 사의 Krucel H를 사용하였고 실록산계 결합체로서는 노루 R&C 의 나노실리케이트를 사용하였다.
<비교예 1>
[표 3]
Figure 112012037036624-pat00003
상기 표 3에 나타난 바와 같은 성분 및 함량을 적용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 무기질 실리케이트 징크릿치 전처리용 프라이머 도료를 제조하였다.
<비교예 2>
[표 4]
Figure 112012037036624-pat00004
상기 표 4에 나타난 바와 같은 성분 및 함량을 적용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 2의 무기질 실리케이트 징크릿치 전처리용 프라이머 도료를 제조하였다.
<비교예 3>
[표 5]
Figure 112012037036624-pat00005
상기 표 5에 나타난 바와 같은 성분 및 함량으로 박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치의 전처리용 방청 프라이머 도료를 제조하였다.
<평가예>
이상과 같은 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 도료를 사용하여 제조된 도막에 대하여 성능을 평가하였다. 평가 항목은 건조도막의 염수분무 테스트, 건조도막의 옥외폭로 테스트, 건조도막의 부착강도 테스트 등이다. 각 테스트 항목별로 테스트 방법 및 결과는 다음과 같다.
건조도막의 염수분무 테스트
건조된 도막의 방청성을 측정하기 위하여 KS D 9502에 따라 염수분무 테스트(salt spray test) 후 녹발생 정도를 비교 측정하며 녹 발생 정도 평가는 ASTM D610에 준하여 실시하였다. 결과를 표 6에 나타내었다.
[표 6]
Figure 112012037036624-pat00006
- 시편의 녹슨 면적 평가 (ASTM D610) 기준은 다음과 같다.
10점: 0.01% 이하, 9점: 0.01% 초과 0.03% 이하, 8점: 0.03% 초과 0.1% 이하, 7점: 0.1% 초과 0.3% 이하, 6점: 0.3% 초과 1.0% 이하, 5점: 1.0% 초과 3.0% 이하, 4점: 3.0% 초과 10.0% 이하, 3점: 10.0% 초과 16.0% 이하, 2점: 16.0% 초과 33.0% 이하, 1점: 33.0% 초과 50.0% 이하, 0점: 50.0% 초과(ASTM D610)
상기 표 6에서, DFT 는 건조도막 두께를 나타낸다. 그리고 SST 100h는 염수분무시험, Salt Spray Test 100 시간, SST 200h는 염수분무시험, Salt Spray Test 200 시간, SST 300h는 염수분무시험, Salt Spray Test 300 시간을 나타낸다.
상기 표 6에 나타난 결과를 보면 실시예 1 및 2에 따른 박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치의 전처리용 방청 프라이머 도료를 사용하여 형성된 도막은 비교예 1 내지 3에 따른 무기질 실리케이트 전처리용 프라이머 도료를 사용하여 형성된 도막에 비해 두께가 반 이하로 얇지만 내염수성이 우수하여 박막으로 형성된 도막에서도 우수한 방청 효과를 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.
건조 도막의 옥외 폭로 테스트
건조된 도막의 옥외 폭로시 방청성을 측정하기 위하여 KSM 5000-3241에 따라 옥외 폭로후 녹발생 정도를 측정하였으며 폭로 기간은 10 개월 이었다. 녹 발생정도 측정 방법은 건조도막의 내염수성 테스트와 동일한 ASTM D610 에 따라 평가하였으며 결과는 표 7에 나타내었다.
<표 7>
Figure 112012037036624-pat00007
상기 표 7에 나타난 결과를 보면, 실시예 1 및 2에 따른 박막형 무박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치의 전처리용 방청 프라이머 도료를 사용하여 형성된 도막은 비교예 1 내지 3에 따른 무기질 실리케이트 징크릿치 전처리용 프라이머 도료를 사용하여 형성된 도막에 비하여 50% 이하 두께로 도막을 형성하여도 옥외 폭로시 방청 효과가 우수한 도막을 형성함을 확인할 수 있다.
건조도막의 부착 강도 테스트
강재 표면을 SSPC SP-10 으로 표면처리후 강재면에서의 부착성을 확인하기 위하여 ASTM D4541에 따라 부착력 평가를 실시하였다. 그 결과를 표 8에 나타내었다.
[표 8]
Figure 112012037036624-pat00008
상기 표 8에 개시된 결과를 보면 실시예 1 및 2에 따른 박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치의 전처리용 방청 프라이머 도료를 사용하여 형성된 도막은 비교예 1 내지 3에 따른 무기질 실리케이트 징크릿치 전처리용 프라이머 도료를 사용하여 형성된 도막에 비하여 50% 이하의 두께를 갖는 도막에서도 강재 표면에 우수한 부착력을 갖는 도막을 형성함을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 실록산 결합체의 강재 부착력을 극대화하고 도막 내에서는 오르가노 실리콘 모노머를 통해서 실록산 결합체와 징크파우더 입자와의 부착력을 향상시키며 적정한 평균입자크기 및 균일한 분산을 통하여 아연의 표면적을 높일 수 있는 1차 방청 프라이머 즉, 박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치의 전처리용 방청 프라이머 도료는 기존의 무기질 실리케이트 징크릿치 숍프라이머에 비해 50% 이하의 도막 두께에서도 더 우수한 방청성과 부착성을 발휘할 수 있는 도막의 형성하는 것이 확인되었다.
따라서 실시예 1 및 2에 따른 도료는 각종 강재에 건조도막두께 5 내지 10㎛의 도막두께로 도장될 수 있고 이에 따라 VOC 배출량을 50% 정도 감축할 수 있으며 동시에 경제적인 효과를 가져올 수 있는 도막을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 전처리용 프라이머 도료를 사용하여 도막을 형성하면 5 내지 10㎛ 의 얇은 건조 도막 두께로 형성이 가능하다. 이는 강재 표면에 대한 밀착성이 우수한 도막으로서 막이 치밀하여 두께가 얇아도 우수한 방청성을 발휘한다. 결국 박막형 무기질 실리케이트 징크 릿치의 전처리용 방청 프라이머 도료는 양호한 물성을 발휘하기 위하여 무기질 징크릿치 전처리용 프라이머 도료를 15 내지 20㎛ 두께로 도장시에는 단위면적(m2) 당 평균 약 48 g/m2의 VOC가 배출되나 본 발명에 따른 박막형 도료로 5 내지 10㎛ 의 얇은 건조 도막 두께로 도장하면 단위면적(m2) 당 평균 약 24 g/m2의 VOC가 배출됨에 따라 VOC 배출량을 50% 정도로 절감할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 평균입자크기가 1 내지 5㎛ 범위인 징크파우더 30 내지 70 중량%, 오르가노 실리콘 모노머 0.1 내지 2.0 중량%, 증점제 0.1 내지 2.0 중량% 및 여분의 유기용제를 포함하는 주제; 및
    실록산계 결합체 25 내지 45 중량%, 산 촉매 0.05 내지 0.3중량%, 물 3 내지 7중량% 및 여분의 유기용제를 포함하는 경화제가 혼합된 전처리용 방청 프라이머 도료.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 오르가노 실리콘 모노머는 가수분해 그룹으로서 메톡시기 또는 에톡시기를 포함하며, 유기관능기 그룹으로 탄소수가 1 내지 8개인 페닐 알킬기, 클로로 알킬기, 알킬기, 에테르기, 에스테르기, 에폭시기, 아민기, 우레탄기, 설퍼, 알키드기, 비닐기 및 아크릴레이트기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전처리용 방청 프라이머 도료.
  4. 제3항에 있어서, 상기 오르가노 실리콘 모노머의 유기관능기 그룹은 상기 징크파우더를 중심으로 상기 실록산계 결합체와 결합하는 것을 특징으로 하는 전처리용 방청 프라이머 도료.
  5. 제1항에 있어서, 상기 주제와 경화제는 1: 0.3 내지 0.8의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 전처리용 방청 프라이머 도료.
  6. 제1항에 있어서, 상기 오르가노 실리콘 모노머는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시 실란 및 3-글리시독시-프로필트리메톡시실란 중에서 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전처리용 방청 프라이머 도료.
  7. 제1항에 있어서, 상기 실록산 결합체는 테트라메틸 오쏘 실리케이트, 테트라에틸 오쏘 실리케이트, 테트라-n-프로필 오쏘 실리케이트, 테트라-i-프로필 오쏘 실리케이트, 테트라-n-부틸 오쏘 실리케이트, 에틸 폴리실리케이트, 메틸 트리메톡시 실란 및 메틸 트리에폭시 실란으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 알킬실리케이트 화합물에, 유기관능기로서 오르가노 실리콘 모노머, 폴리에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에스테르 및 폴리알키드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나가 변성된 것임을 특징으로 하는 전처리용 방청 프라이머 도료.
  8. 평균입자크기가 0.1 내지 10㎛ 범위인 징크파우더 30 내지 70 중량%, 오르가노 실리콘 모노머 0.1 내지 2.0 중량%, 증점제 0.1 내지 2.0 중량% 및 여분의 용제를 포함하는 주제를 마련하는 단계;
    실록산계 결합체 25 내지 45 중량%, 산 촉매 0.05 내지 0.3중량%, 물 3 내지 7중량% 및 여분의 유기용제를 포함하는 경화제를 마련하는 단계;
    상기 주제와 경화제를 1: 0.3 내지 0.8의 비율로 혼합하여 방청 프라이머 도료를 마련하는 단계; 및
    상기 방청 프라이머 도료를 코팅 대상체 상에 코팅하여 방청 프라이머 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 방청 프라이머 코팅도막 형성방법.

KR1020120049147A 2012-05-09 2012-05-09 전처리용 방청 프라이머 도료 및 이를 이용한 도막 형성방법 KR101378096B1 (ko)

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