KR101417727B1 - 강재 보호용 코팅제의 제조 방법 및 그에 의해 제조되는 코팅제, 및 이를 이용한 시공 방법 - Google Patents

강재 보호용 코팅제의 제조 방법 및 그에 의해 제조되는 코팅제, 및 이를 이용한 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강재 표면을 도장하는 코팅제의 제조 방법 및 그에 의해 제조되는 강재 보호용 코팅제에 관한 것으로서, 구체적으로는 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 제조하고 이렇게 제조되는 변성 불포화 폴리에스테르 수지에 가교성 모노머, 수산화금속염, 및 세라믹 분말 혼합물을 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 강재 보호용 코팅제의 제조 방법 및 그에 의해 제조되는 코팅제를 제공한다.
본 발명에 따른 방법으로 제조되는 강재 보호용 코팅제는 강재와의 부착성이 뛰어나고, 내구성, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하며, 아울러 탈취, 항균, 항곰팡이성도 우수하고 원적외선 및 음이온 방출 효과도 뛰어나므로, 강재의 표면 보호 효과가 우수한 동시에 우수한 물성과 각종 기능성을 부여할 수 있다.

Description

강재 보호용 코팅제의 제조 방법 및 그에 의해 제조되는 코팅제, 및 이를 이용한 시공 방법{Preparation method of coating material for protecting steel and coating material prepared by the same, and construction method using the material}
본 발명은 강재 표면을 도장하여 보호하는 코팅제의 제조 방법 및 그에 의해 제조되는 코팅제에 관한 것으로서, 강재 표면을 보호하는 동시에 다양한 부가 기능을 갖는 기능성 코팅제를 제조하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 건축 구조물, 그 중에서도 강재로 이루어진 건축 구조물은 건설 후 염해나 물의 침투 등에 강도가 저하될 뿐만 아니라 시간 경과에 따라 내구성이 떨어져 사용 수명이 감소하게 된다. 특히 바닷가에 축조될 경우 염분의 침투를 받는 경우가 많으며 공장 폐수 지역이나 하수 지역에 축조될 경우에는 여러 화학 약품에 의한 침투를 받아 심각한 내구성 저하가 일어난다.
이러한 건축 구조물의 내구성 저하를 방지하기 위하여 강재 표면을 코팅제(도료)로 도장하는 것이 일반적이다.
한편, 종래의 강재 표면용 도료는 탄산칼슘, 유리섬유, 마이카(mica), 실리카 등의 충전재를 사용하여 왔는데 이러한 물질들은 단순한 도료의 감가와 증량을 위한 성분으로만 사용되었으며 도료의 접착성이나 내구성, 내마모성의 개선 등과 함께 기능성을 부여하기 위한 역할은 하지 못하였다.
한편, 대한민국 공개특허 제2008-0094427호는 철과 시멘트에 친화성이 높은 고로 슬래그를 충전재로 사용함으로써 피도체와의 접착성을 향상시키고 아크릴이나 우레탄 수지와 같은 연성 수지를 첨가함으로써 유연성을 높여 피도체면과의 분리를 막아 내진동성을 높게 하며, 수산화알칼리금속을 경화제로 사용하여 경화속도를 낮춤으로써 피도체와의 밀착성을 높일 수 있는 기술을 제안한 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제 0937632호는 기존의 강재용 도료 조성물이 오염에 대한 저항성이 떨어지는 것을 해결하기 위하여 도막 표면에 대전 방지성 및 먼지 부착 방지성이 우수한 불소계 계면활성제를 첨가함으로써 내오염성과 함께 내약품성, 내곰팡이성을 향상시키는 기술을 제안한 바 있다.
이와 같이 종래의 기술은 주로 도막의 접착성, 내구성과 함께 내오염성을 향상시키는 기술에 관해서만 주로 연구되어 왔다. 그러나, 도막은 실외 구조물에 사용될 경우에는 내수성 및 내후성이 우수해야 하고 실내 구조물에 사용될 경우에는 VOCs(voltile organic compounds)의 발생이 적어야 하며 건축 구조물로부터 발생되는 유해 성분이 구조물 내로 배출되어 거주자들의 건강을 해치는 것을 최소화할 필요가 있다. 기존 기술들에서는 이와 같은 특성을 부여하는 것에 관해서는 깊게 연구된 바가 없었다. 일부 기술에서는 도료에 황토, 숯, 맥반석 등과 같은 재료를 첨가하여 음이온 방출이나 실내 공기 정화 등의 기능을 부여하기 위한 기술들이 제안된 바는 있으나 실제는 그 기능성이 미약하여 실질적인 도움이 되지 못하는 기술이 대부분이었고 특히 실내 장식용 등으로만 사용되는 것이 대부분으로서 강재 표면 보호와 같은 성능을 부여하기 위한 기술에서는 이와 같은 기능성이 연구, 개발된 바가 없었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 강재 표면을 보호하는 기능과 더불어 피도면과의 접착성과 내구성이 우수하고, 특히 내후성과 내수성 및 표면 강도가 우수하여 표면 보호 효과가 장기간 유지되는 효과가 있으며, 도료 자체 및 피도체인 건축 구조물에서 발생하는 유해 물질을 흡수하고 항균작용 및 항곰팡이 작용을 하는 동시에 원적외선, 음이온 등 인체에 유익한 성분을 발생시킴으로써 혈액 순환 및 신진 대사 촉진 등의 기능적 효능을 갖는 기능성 코팅제를 제조하는 방법과 이 방법에 의해 제조되는 코팅제를 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 중간체를 얻는 단계;
상기 얻어진 중간체와 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 얻는 단계;
상기 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지와 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트를 반응시켜 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 얻는 단계; 및
상기 얻어진 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 가교성 모노머 10~35 중량부, 수산화금속염 0.1~10 중량부 및 정장석, 조장석 및 회장석으로 이루어진 세라믹 분말 혼합물 30~50 중량부를 혼합하여 조성물을 얻는 단계
를 포함하는 강재 보호용 코팅제의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
상기 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조되며, 점도가 5~15 poise(25℃, 부룩필드 점도계)이고 불휘발분이 70~80중량%이며, 산가가 3~15 mmKOH/g인 것을 특징으로 하는 강재 보호용 코팅제를 제공한다.
본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제의 제조 방법 및 이에 의해 제조되는 코팅제의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 우선, 코팅제(도료)와 건축 구조물의 피도체면 간의 접착력이 높고, 피도체면 코팅후 수축 또는 변형이 발생하지 않아 형태 안정성이 우수하다. 따라서 강재 표면의 보호 기능이 우수하다.
2. 또한, 내후성과 내수성 및 표면 강도가 우수하여, 장기간 사용에 따른 열화가 적어 수명을 연장시키는 효과가 있다.
3. 또한, 기능적 특성이 우수한 다공성의 세라믹 분말 혼합물을 사용함으로써 도료 자체 및 피도체인 건축 구조물에서 발생하는 유해 물질을 흡수하고 항균작용 및 항곰팡이 작용을 하는 동시에 원적외선, 음이온 등 신체에 유익한 성분을 발생시킴으로써 혈액 순환 및 신진 대사 촉진 등의 기능적 효능을 갖는다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제는 다음과 같은 순서로 제조된다. 즉
다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 중간체를 얻는 단계;
상기 얻어진 중간체와 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 얻는 단계;
상기 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지와 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트를 반응시켜 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 얻는 단계; 및
상기 얻어진 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 가교성 모노머 10~35 중량부, 수산화금속염 0.1~10 중량부 및 정장석, 조장석 및 회장석으로 이루어진 세라믹 분말 혼합물 30~50 중량부를 혼합하여 조성물을 얻는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 상기 변성 불포화 폴리에스테르는 주제로 사용되며 다음과 같은 순서로 제조된다. 즉 먼저, 다가 알코올과 다염기산을 축합 반응시켜 중간체를 제조하고, 상기 제조된 중간체와 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한 후, 상기 제조된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 상기 변성 불포화폴리에스테르에 가교성 모노머를 혼합하여 본 발명의 강재 표면 보호용 코팅제 조성물의 주제로 사용한다.
본 발명에서 상기 다가알코올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-부틸-2-에틸-1,3 프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,6-헥산 디올, 1,4-사이클로 헥산 디메틸올, 디하이드록시-2,2-디메틸 프로필 에스테르, 디에틸렌 글리콜, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 글리세린등 에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 다염기산은 포화 다염기산 및 불포화 다염기산의 혼합물을 사용한다. 상기 포화 다염기산은 메틸테트라히드로무수프탈산, 프탈산, 무수프탈산, 할로겐화무수프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 헥사히드로프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 헥사히드로테레프탈산, 헥사히드로이소프탈산, 호박산, 말론산, 글루타르산,아디핀산, 세바신산, 1,12-도데칸2산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산무수물, 4,4'-비페닐디카르복실에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 불포화 다염기산은 푸마르산, 말레산, 무수말레산, 이타콘산, 무수이타콘산, 테트라히드로프탈산, 무수테트라히드로프탈산, 테트라브로모무수프탈산, 테트라클로로무수프탈산, 무수헤트산(chlorendicacid) 및 무수하이믹산(himic acid)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 아민 화합물으로는 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트중에서 선택되어 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어지는 중간체는 구체적으로 다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 제조한다. 또한 반응 과정에서 매 시간 샘플링 60% (in SM)를 측정하여 반응정도를 확인하고 냉각하여, 가드너 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g인 중간체를 얻을 수 있다.
상기 중간체를 축합 반응할 때 150 ~ 200℃의 범위 내인 것이 겔화를 방지하는데 바람직하고, 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g 범위 내인 것이 건조성, 내수성, 부착성 면에서 바람직하다.
이어서 상기 합성된 중간체 100 중량부에 대하여 아민 화합물 0.1 ~ 10 중량부를 함유하는 반응물과 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 합성한다. 이때, 상기 아민 화합물의 함량이 0.1 중량부 미만이면, 생성되는 변성 불포화폴리에스테르 수지의 입자에 충분한 안정성을 부여하지 못하여 반응 후에 응고물이 생성될 우려가 있고, 10 중량부를 초과하면, 최종 물성에서 내수성이 저하되고, 경화도막이 깨지기 쉬운 우려가 있다.
이어서, 상기 합성된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한다. 이때, 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 상기 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부, 상기 트리메틸올프로판트리아크릴레이트는 15 ~ 25 중량부를 첨가하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 수 있다. 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 때 트리메틸올프로판트리아크릴레이트의 함량이 15 중량부 미만이거나 25 중량부를 초과하면, 내후성 및 표면경도가 떨어질 수 있고, 상기 펜타에리트리톨폴리아크릴레이트의 함량이 0.1 중량부 미만이면 가교성이 떨어져 표면경도가 떨어지고, 5 중량부를 초과하면 내후성 및 요변성이 떨어질 수 있다.
상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지는 점도 3 ~ 9 Poise (25℃, 브룩필드 점도계), 불휘발분 80 ~ 90 중량% 및 산가 5 ~ 13 ㎜KOH/g인 것이 바람직하다. 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지의 점도, 불휘발분, 산가의 범위가 상기의 범위일 때, 표면경도, 경화성, 내수성 및 요변성면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제는 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지와 가교성 모노머, 수산화금속염 및 세라믹 분말 혼합물을 혼합함으로써 제조된다.
상기 가교성 모노머는 변성 불포화폴리에스테르 수지와 반응하는 반응성 성분으로서 그 혼합비율은 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부 대비 가교성 모노머 10~35중량부로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 가교성 모노머의 함량이 10 중량부 미만이면 표면경도, 내열성 및 경화성이 떨어지고, 35 중량부를 초과하면 경화도막이 깨지기 쉽고 부착성 및 요변성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 상기 가교성 모노머는 스티렌, 아크롤로니트릴, 아크릴이미드, 디아세톤아크릴이미드, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 및 히드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 주제 성분의 경화를 촉진하기 위한 성분으로서 수산화금속염을 사용한다. 기존의 에폭시계 수지를 이용한 도료(코팅제) 조성물의 경우 경화제로서 폴리아미드 또는 아민류를 사용하였는데, 이 경우 응력이 크고 흡습성이 높으며 유연성이 낮아 시간이 경과함에 따라 피도체면과의 밀착성이 떨어지고 침투하는 산 성분을 중화시키는 내부 성분 부족으로 도료 자체는 물론 피도체의 장기 내구성을 확보하기 어려운 문제가 발생하였다.
본 발명에서는 주제 성분을 에폭시 수지로 사용하지 않고 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하였으며, 아민류 경화제를 사용하는 것이 아니라 수산화금속염을 경화제로 사용하는 것을 특징으로 한다. 수산화금속염은 상온 경화가 일어나므로 흡습성을 낮출 수 있으며, 수분면의 도색도 가능하다.
또한, 상기 수산화금속염은 피도체면과 화학적으로 반응하여 부착강도와 내구성을 더욱 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 강재 보호용 코팅제에는 상기 성분 외에 기존의 에폭시 수지, 예를 들어 비스페놀 A, 비스페놀 F계의 에폭시 수지도 더 포함될 수 있는데 그 사용량은 소량 적용하는 것이 바람직하고 구체적으로는 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 10 중량부 이하의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다. 상기 에폭시 수지의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 내수성 및 내후성 개선 효과가 크게 나지 않고 또한, 유해 성분의 방출을 방지하기 어려워지므로 상기 함량 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 수산화금속염의 종류로는 NaOH, KOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2 등을 예로 들 수 있다.
본 발명에서 상기 수산화금속염의 사용량은 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 0.1~10 중량부의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제는 상기 성분 외에 유해 성분 흡착 및 항균성 부여 등의 기능성을 제공하기 위하여 세라믹 분말을 추가로 포함하여 제조된다. 본 발명에서 사용되는 세라믹 분말은 정장석, 조장석 및 회장석으로 이루어진 분말 혼합물을 사용하며, 그 함량은 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 30~50 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 세라믹 분말 혼합물은 분말의 크기가 0.01~10 ㎛ 범위에 드는 것을 사용하는 것이 좋고, 각각의 혼합 비율은 정장석 30~50중량%, 조장석 20~40 중량% 및 회장석 10~30 중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 정장석 30~50중량%, 조장석 20~40 중량% 및 회장석 10~30 중량%로 이루어진 세라믹 분말 혼합물은 기존의 기능성 첨가제로 사용되던 황토, 숯, 맥반석 등에 비해 음이온 방출이나 실내 공기 정화력 및 인체 건강 증진 효과가 훨씬 탁월한 장점이 있으나 종래에는 이러한 성분을 도료(코팅제) 조성물에 포함시키는 연구가 진행된 적이 없다.
본 발명자들은 상기 정장석 30~50중량%, 조장석 20~40 중량% 및 회장석 10~30 중량%로 이루어진 세라믹 분말 혼합물이 미세한 미립자로 첨가될 경우, 유해 성분과 중금속을 무력화시키고 산성 체질을 알칼리성으로 바꿔주며, 세포를 활성화시켜 혈행을 좋게 하고 또한 항균 작용을 할 수 있음을 발견하였다. 또한, 코팅제 조성물에 포함될 경우에는 그 안정성이 확보될 수 있고 유효한 원적외선과 음이온을 다량 방출하며, 세포의 생리 작용을 활발하게 하고 열적인 에너지 복수가 뛰어나 모세혈관을 확장시켜 혈액 순환을 원활하게 함으로써 신진대사를 촉진시킬 수 있음을 발견하였으며, 이러한 성분들을 코팅제 조성물에 포함시킴으로써 동일한 효과를 가져올 수 있어 코팅제 조성물에 기능성을 부여할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 상기 제조 방법에 의해 얻어지는 강재 보호용 코팅제는 점도가 5~15 poise(25℃, 부룩필드 점도계)이고 불휘발분이 70~80중량%이며, 산가가 3~15 mmKOH/g인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제는 상기 정장석 30~50중량%, 조장석 20~40 중량% 및 회장석 10~30 중량%로 이루어진 세라믹 분말 혼합물을 포함함으로써 VOCs 등 환경 오염 물질의 방출을 차단할 수 있고, 인체에 유익한 원적외선과 음이온을 방출하는 동시에, 항균성, 항곰팡이성 등의 부수적 효과까지 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는 장시간 경과시 피도면과 도장면이 분리되는 것을 방지하기 위하여 연성 수지를 추가로 포함할 수 있다. 연성수지는 도장면의 유연성을 높여 접착성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 때 사용되는 연성 수지로서는 아크릴수지, 메타크릴수지, 우레탄수지, 페녹시수지, 스티렌수지, 천연고무, SBR, NBR 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 0.1~5.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 각종 첨가제를 포함될 수 있는데, 그 첨가제로 분산제, 증점제, 소포제, 안료, pH조절제, 동결방지제, 방부제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 첨가제는 주제 성분 100 중량부를 기준으로 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제는 내구성이 우수할 뿐만 아니라 내수성과 내후성 및 표면 강도도 우수하며, 원적외선 방사, 음이온 발생 효능이 우수하고 항균, 항곰팡이 기능을 구비한 정장석 30~50중량%, 조장석 20~40 중량% 및 회장석 10~30 중량%로 이루어진 세라믹 분말 혼합물을 사용하기 때문에 페인트의 독성을 억제할 수 있음은 물론, 항균성과 원적외선 및 음이온 효과로 인해 실내 악취를 제거할 수 있고 인체의 신진 대사를 활성화시키는 효과도 갖는다.
본 발명에 따른 상기 강재 보호용 코팅제는 1회 도장만으로도 내구성, 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 강재 보호용 코팅제는20~200g/m2로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
(제조예 1) 변성 불포화 폴리에스테르 수지 제조
질소가스 도입관, 교반장치, 온도계, 냉각콘덴서 및 비드데칸더, 적하깔대기가 장착된 5리터의 플라스크에 네오펜틸 글리콜 682g, 이소프탈산 493g을 넣고 질소가스 분위기에서 2시간에 걸쳐 165 ℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 2시간 유지하면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 제거 후 2시간에 걸쳐 재승온하여 서서히 교반, 승온하여 215℃로 승온 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링하여 고체 산가를 측정하고 고체 산가 2 ㎜KOH/g 도달시 반응을 중지시키고 100℃로 냉각하였다. 100℃에서 프로필렌글리콜 114g과 푸마르산 544g를 차례로 더 첨가하고 질소분위기에서 2시간에 걸쳐 165℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 1시간 유지시키면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 발생 후 3시간에 걸쳐 재승온하여 215℃까지 승온시킨 후 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링 60% (in SM)를 측정하여 반응정도를 확인하였다. 가드너 기포 점도 N, 산가 11 ㎜KOH/g 에서 냉각하여 중간체를 얻었다. 상기 플라스크에서 비드데칸터를 제거하고 적하 깔대기를 장착한 후 1,3-디아미노프로판 79g을 첨가하고, 90℃로 안정화시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하였다. 그 후 미리 준비된 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 59g 와 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 462g을 적하깔대기에 가한 후 2시간 동안 일정한 시간으로 중합에 주의하면서 적하하여, 점도 6 Poise, 불휘발분 85 중량%, 산가 9 ㎜KOH/g의 변성 불포화폴리에스테르 수지 67.7g을 합성하였다.
(제조예 2) 세라믹 분말 혼합물 제조
경북 문경산 천연 약돌 성분 중 정장석, 조장석 및 회장석을 분말화한 후 체로 걸러 0.01~10 ㎛의 분말만을 선별해 낸 후 40:30:30의 중량비로 혼합하여 세라믹 분말 혼합물을 얻었다.
(제조예 3) 강재 보호용 코팅제의 제조
상기 제조예 1에서 얻은 변성 불포화 폴리에스테르 100 중량부에 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3 중량부 및 메틸메타크릴레이트 11.9 중량부를 혼합하고, 상기 제조예 2에서 얻은 세라믹 분말 혼합물 41.5 중량부를 혼합한 다음, 다시 NaOH 2.5 중량부 및 Ca(OH)2 2.5 중량부를 균일하게 혼합하고 여기에 각종 첨가제를 추가하여 코팅제를 제조하였다.
(제조예 4) 강재 보호용 코팅제의 제조
상기 제조예 1에서 얻은 변성 불포화 폴리에스테르 100 중량부에 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3 중량부 및 메틸메타크릴레이트 11.9 중량부를 혼합하고, 상기 제조예 2에서 얻은 세라믹 분말 혼합물 41.5 중량부를 혼합한 다음, NaOH 2.5 중량부 및 Ca(OH)2 2.5 중량부를 균일하게 혼합하고 여기에 비스페놀 A 5.0 중량부와 각종 첨가제를 추가하여 코팅제를 제조하였다.
[실시예 1]
강재의 표면에 제조예 3에서 제조한 코팅제를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[실시예 2]
강재의 표면에 제조예 4에서 제조한 코팅제를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 시중에서 구입 가능한 일반 에폭시 수지 코팅제(Sikafloor사, 1004K)를 이용하여 강재 표면을 도장한 것만 다르게 하여 실시하였다.
성능 평가
1) 내후성 평가
ASTM G 155에 따라 400시간 측정하였다.
2) 표면 경도 평가
KS D 6711에 따라 연필경도를 측정하였다.
3) 내수성 평가
90℃ 열수에서 연속으로 표면 변형(균열, 블리스터 등)이 일어나는 시간을 측정하였다.
상기 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
내후성(백색) 표면경도 내수성
실시예 1 △E1.5 4H 500hr
실시예 2 △E1.2 3H 450hr
비교예 1 △E3.0 3H 360hr
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제를 사용하여 강재 표면을 도장한 경우 종래의 일반 에폭시계 도료를 사용한 경우에 비하여 내후성, 표면 경도 및 내수성이 현저하게 우수함을 확인할 수 있다.
4) 탈취율 시험
건물 내부에 본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제를 도장한 상태에서 여러 냄새를 제거하는 능력을 평가하기 위하여 가스검지관법을 이용하여 암모니아수 탈취능력 시험을 실시하였다. 시험방법은 KICM-FIR-1085를 이용하였으며 경과시간에 따른 암모니아수의 탈취율 시험 결과를 표 2에 나타내었다.
시간 탈취율(NH3)
실시예1 실시예2 비교예1
0분 - - -
30분 93.0 92.9 -
60분 94.1 95.0 -
90분 95.2 95.3 -
120분 95.5 95.9 -
위 결과에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제의 경우 탈취 효과가 매우 우수하고 시간에 따라 증가함을 알 수 있다. 그러나 비교예 1의 경우는 탈취 효과가 관측되지 않았다.
5) 항곰팡이 시험
본 항곰팡이 시험은 ASTMG-21의 방법을 이용하여 실시하였으며, 곰팡이 균주는 Aspergillus niger ATCC9642, Peniclium pinophilum ATCC11797 등의 포자를 채취하여 혼합 균주로 사용하였고 사용된 시편은 20×30×3mm로 하였다. 4주 후 도료 자체에서의 곰팡이 서식은 발견되지 않았고 시편 주변은 소량 곰팡이가 서식되는 것을 확인하였다. 이에 따라 본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제를 도포할 경우 도포면은 항곰팡이성이 있음을 확인할 수 있다.
6) 항균시험
본 항균시험은 제조예 3 및 제조예 4에서 얻은 강재 보호용 코팅제를 사용하여 KICM-FIR-1002 방법을 이용하여 실시하였으며, 균류로는 대장균(Escherichia coli 25922)과 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442)을 사용하였고 사용된 시편의 크기는 20×30×3mm로 하였다. 항균 시험에 대한 결과는 표 3에 나타내었다.
시험항목 시험결과
제조예3 제조예4
초기농도(CFU/40p) 24시간후 농도(CFU/40p) 세균감소율(%) 초기농도(CFU/40p) 24시간후 농도(CFU/40p) 세균감소율(%)
대장균에 대한 항균시험 blank 423 2500 - 423 2532 -
sample 423 23 95 423 21 96
녹농균에 대한 항균시험 blank 433 2890 - 433 2950 -
sample 433 400 0.3 433 410 0.2
위 결과로부터 본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제를 대장균과 녹농균에 적용시 대장균의 경우는 95% 이상의 세균 감소율을 보였고, 녹농균의 경우는 세균 증가가 진행되지 않음을 확인하여 항균성이 우수함으로 확인하였다.
7) 원적외선 복사율 및 복사 강도
본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제의 원적외선 복사율 및 복사 강도의 시험 방법은 KICM-FIR-1005를 이용하여 실시하였으며 그 결과는 표 4에 나타내었다.
시험항목 시험결과
제조예3 제조예4
원적외선 방출량(40℃) 방사율(5~20㎛) 0.933 0.939
방사에너지 3.85×102(W/m2) 3.92×102(W/m2)
8) 음이온 측정
본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제의 음이온 방출 시험 방법은 KICM-FIR-1042를 이용하여 실시하였으며 그 결과는 표 5에 나타내었다.
시험항목 시험결과
제조예3 제조예4
음이온(ION/cc) blank 75 75
sample 560 550
표 4 및 표 5의 결과로부터 본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제는 인체에 유익한 원적외선을 다량 복사함과 동시에 음이온 방출량도 크므로 이들을 이용하여 강재 표면을 도장하면 건강 증진에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 고효율의 원적외선 복사 효과를 갖는 세라믹 분말의 구조적 특성으로 인해 실내 습도 조절 기능을 가질 뿐만 아니라 시멘트로부터 발생하는 독성도 중화시키는 효과가 있다.
이상의 실험 결과로부터 본 발명에 따른 강재 보호용 코팅제는 강재와의 부착성이 뛰어나고, 내구성, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하며, 아울러 탈취/항균/항곰팡이성도 우수하고 원적외선 및 음이온 방출 효과도 뛰어나므로 강재의 표면 보호 효과가 우수한 동시에 각종 기능성을 부여할 수 있다.

Claims (6)

  1. 다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 중간체를 얻는 단계;
    상기 얻어진 중간체와 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 얻는 단계;
    상기 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지와 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트를 반응시켜 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 얻는 단계; 및
    상기 얻어진 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 가교성 모노머 10~35 중량부, 수산화금속염 0.1~10 중량부 및 정장석 30~50중량%, 조장석 20~40 중량% 및 회장석 10~30 중량%으로 이루어진 세라믹 분말 혼합물 30~50 중량부를 혼합하여 조성물을 얻는 단계
    를 포함하는 강재 보호용 코팅제의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 강재 보호용 코팅제의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 가교성 모노머는 스티렌, 아크롤로니트릴, 아크릴이미드, 디아세톤아크릴이미드, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 및 히드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 강재 보호용 코팅제의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 수산화금속염은 NaOH, KOH, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 강재 보호용 코팅제의 제조 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며, 점도가 5~15 poise(25℃, 부룩필드 점도계)이고 불휘발분이 70~80중량%이며, 산가가 3~15 mmKOH/g인 것을 특징으로 하는 강재 보호용 코팅제.
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