KR101463713B1 - 녹 치환성능을 지니는 강재용 프라이머 조성물 및 이를 이용한 강재의 도장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 녹 치환성능과 녹 방지 성능을 함께 지니는 강재 도장 방법에 관한 것으로, 강재 내의 이물질을 제거하기 위하여 세척, 그라인딩, 폴리싱 또는 이들의 조합을 포함한 표면 처리를 수행하는 단계; 상기 표면 처리된 강재 내부에 황산, 염산 또는 인산 중 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, 유기산, 킬레이트제, 합성수지, 부식방지제 및 용제를 포함하는 프라이머를 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계; 및 상기 프라이머층 표면에 우레아 또는 에폭시 수지 도료를 도포하여 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 강재 도장 방법에 관한 것이다.

Description

녹 치환성능을 지니는 강재용 프라이머 조성물 및 이를 이용한 강재의 도장 방법{PRIMER COMPOSITION FOR RUST SUBSTITUTION IN STEEL MATERIAL AND METHOD FOR COATING STEEL MATERIAL USING THE SAME}

본 발명은 녹 치환성능을 지니는 강재용 프라이머 조성물 및 이를 이용한 강재의 도장 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 철재구조로 이루어진 강재 표면의 녹 제거와 녹 발생 방지를 위한 신규한 조성물 및 이를 이용한 강재의 도장 방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량, 철탑, 해상구조물, 발전소, 각종 공장의 구조물, 선박 또는 기타 건축 구조물 등 다양한 분야에서 사용되고 있는 강재는 산소와 수분에 의하여 자연적으로 부식이 진행되며, 또한, 토양성분, 빗물, 해염, 해풍 등에 의한 염 또는 산성 물질에 의하여 부식의 진행이 가속화될 수 있어, 강재 표면의 녹 제거 및 녹 발생 방지를 위한 도장 방법의 연구 개발이 지속적 으로 요구되고 있다.

일반적으로 교량, 선박, 건축 구조물 등에 사용되고 있는 강재는 녹에 따른 내구성의 감소와 기능의 저하 등을 방지하기 위하여 중방식 도장 방식을 이용하여 강재 구조물의 부식을 방지하고 있다. 중방식 도장 방식이란 부식원인 인자가 많은 환경에 건설되는 강재 구조물에 적용되는 도장 방식으로서, 재도장 주기가 10년 이상 되는 두꺼운(150um 이상) 도장 방식이다.

하지만 현재까지의 중방식 도장 방법으로는 도장 후 시간의 경과에 따라 도장 도막의 균열로 인해 부식이 진행되고, 이로 인한 도료의 부착불량, 들뜸 및 부풀음 현상이 발생하는 문제가 있다. 또한 기존 도장이 형성된 상태에서 새로 도장을 하기 위해서는 상기 도막 균열로 인해 생성된 녹을 제거한 후 도장을 하여야 했기 때문에 많은 비용과 시간이 소모되는 실정이다.

이를 문제점을 해결하기 위해 강재 표면에서 발생되는 산화· 환원 반응을 실질적으로 제어하여 강재의 손상을 방지하고, 내구수명을 향상 시킬 수 있는 각종 액상형 화학 조성물에 관한 연구가 수행되고 있으나, 녹 제거 또는 녹 치환성능이 효율적이지 못하며, 또한 기존 액상형 녹제거제는 저점도 특성으로 인해 수평· 수직 구조의 강재 구조물 표면에 정상적으로 점착되지 못해, 녹 제거 효과 및 코팅 효과가 감소되어 이로 인해 정상적으로 녹 제거 및 녹 발생 방지 기능을 수행하기 어려운 문제점이 있었다.

한편, 본 발명의 기술이 속하는 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간략하게 설명하면, 한국등록특허 제1082698호(2011.11.04)에서는 금속의 산화피막 또는 녹 제거수, 상기 산화피막 또는 녹 제거수를 사용하는 금속의 산화피막 또는 녹 제거법에 관해 기재되어 있고, 또한 한국등록특허 제1295679호(2013.08.06)에서는 금속표면에 발생한 산화막 제거를 위하여, 원액 또는 용매에 하이드라진(Hydrazine) 화합물 또는 차인산계열 화합물을 0.2 ~ 20 w/v % 함유한 산화막 제거제에 대한 기술을 제시하고 있으며, 국공개특허 제2013-0117853호(21013.10.28)는 철 금속 함유 표면으로부터 녹의 제거 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 카복실산; 합성 헥토라이트 점토; 및 물;을 포함하는 조성물과 표면을 접속시키는 단계를 포함하는 철 금속 함유 표면으로부터 녹의 제거 방법에 관한 기술을 제시하고 있다.

그러나 상기 선행기술을 포함하는 종래기술에도 불구하고, 강재 표면의 녹 제거를 위한 신규한 조성물 및 이를 이용한 강재의 도장방법에 대한 연구의 필요성은 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해, 보다 개선된 특성을 가지는 녹 치환성능과 녹 방지성능을 함께 지니는 신규한 조성물을 이용하며 강재 표면에 이미 생성 되어있는 녹을 제거하는 것뿐만 아니라 지속적으로 강재 표면에 녹이 발생하는 것을 방지할 수 있는 새로운 강재 도장 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 강재 도장용 조성물로서, 현장에서 용이하게 프라이머층으로 사용할 수 있는 상기 녹 치환성능과 녹 방지 성능을 함께 포함하는 조성물을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 프라이머층 위에 에폭시 또는 우레아 Type의 도료를 이용하여 제1 보호층을 도장함으로써, 상기 프라이머층에 외부환경에 의한 데미지가 가해지는 것을 방지하여 강관 표면이 산화되는 조건을 최대한 배제시킬 수 있는, 녹치환 성능과 녹 방지 성능을 가지는 신규한 도막을 제공하도록 하는 데 또 다른 발명의 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법은, 표면의 이물질을 제거하기 위하여 세척, 그라인딩, 폴리싱 또는 이들의 조합을 포함한 표면 처리를 수행하는 단계; 상기 표면 처리된 강재 표면에 a) 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, b) 킬레이트제, c) 유기산, d) 합성수지, e) 점도 조절제 및 f) 유기 용제를 포함하는 프라이머용 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계; 및 상기 프라이머층 표면에 우레아 또는 에폭시 수지 도료를 도포하여 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법에 있어, 상기 프라이머용 조성물은 황산, 염산 또는 인산 중 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, 킬레이트제, 유기산 및 유기 용제의 혼합에 의해 얻어지는 녹 치환성능의 조성물; 및 합성수지, 점도 조절제 및 유기 용제의 혼합에 의해 얻어지는 녹 방지성능의 조성물;을 포함하며, 상기 녹 치환성능의 조성물과 녹 방지성능의 조성물은 3:1 내지 1:3 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법에서, 상기 녹 치환성능의 조성물은 황산, 염산 또는 인산중 어느 하나의 무기산을 포함하는 pH 1~3의 수용액 100 중량부를 기준으로, 킬레이트제 20~35 중량부, 유기산 10 ~ 25 중량부 및 용제 20~40 중량부를 포함하는 것을 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법에서, 상기 녹 방지성능의 조성물은 합성수지 100 중량부를 기준으로, 점도 조절제 5 ~ 40 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법에서, 상기 조성물 내 합성수지는 비닐수지인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법에서, 상기 킬레이트제는 에틸렌디아민 4아세트산(EDTA), 히드록시에틸리덴디포스폰산2나트륨, Gallic acid complex, Pyrrogallic acid, Gallotannic acid 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법에서, 상기 프라이머 조성물은 녹 방지 성능의 조성물로서 Mg 금속분말, Zn 금속분말, Al 금속분말 중에서 선택되는 어느 하나의 금속안료;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법에서, 상기 유기산은 옥살산, 시트르산, 글구콘산, 글리코산, 타르타르산, 숙신산, 말산, 말레산 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, 킬레이트제, 유기산 및 유기 용제의 혼합에 의해 얻어지는 녹 치환성능의 조성물; 및 합성수지, 점도 조절제 및 용제의 혼합에 의해 얻어지는 녹 방지성능의 조성물;을 포함하며, 상기 녹 치환성능의 조성물과 녹 방지성능의 조성물을 3:1 내지 1:3 중량비로 혼합함으로써 얻어지는 프라이머용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 프라이머용 조성물에서, 상기 녹 치환성능의 조성물은 황산, 염산 또는 인산중 어느 하나의 무기산을 포함하는 pH 1~3의 수용액 100 중량부를 기준으로, 킬레이트제 20~35 중량부, 유기산 10 ~ 25 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함하며, 상기 녹 방지성능의 조성물은 합성수지 100 중량부를 기준으로, 점도 조절제 5 ~ 40 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은상기 프라이머용 조성물이 도포된 프라이머층; 및 상기 프라이머층 표면에 우레아 또는 에폭시 수지 도료가 도포된 제1 보호층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 녹 제거 및 방지용 도막을 제공한다.

본 발명은 녹 치환성능과 녹 방지성능을 지니는 프라이머층을 이용한 도료를 강재 표면부에 도포함으로써, 강재 표면에 생성 되어있는 녹을 제거하는 것뿐만 아니라 향후에 강재 표면에 녹이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 도막의 내구성을 향상시켜 강재의 표면이 산화되는 조건에 노출되는 것을 최소화하며, 강재 표면에 도장된 도막의 부착불량, 들뜸 및 부풀음 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 강재 도장용 프라이머용 조성물은 프라이머층으로 사용할 수 있는 2액형태의 조성물을 혼합함으로써 현장에서 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법의 도장 순서에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 녹 치환성능을 지니는 프라이머층에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 도장 방법에 의한 복합 도막 구조에 대해 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 녹 치환성능 및 녹 방지성능을 지니는 조성물 및 이를 이용한 강재 도장 방법의 일 실시예를 설명한다.

본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다.

또한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우이거나, 본 발명을 설명하는 데 있어 반드시 필요한 것인 아닌 경우에는 그에 대한 상세한 설명을 생략하도록 한다.

본 발명은 강재 표면에 효과적으로 점착하여 녹 발생을 사전에 예방하고, 더불어 이미 생성 되어있는 녹을 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 조성물을 이용한 강재 도장 방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 도장 방법은 강재 표면의 이물질을 제거하기 위하여 세척, 그라인딩, 폴리싱 또는 이들의 조합을 포함한 표면 처리를 수행하는 단계; 상기 표면 처리된 강재 표면에 a) 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, b) 킬레이트제, c) 유기산, d) 합성수지, e) 점도 조절제 및 f) 유기 용제를 포함하는 프라이머용 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계; 및 상기 프라이머층 표면에 우레아 또는 에폭시 수지 도료를 도포하여 보호층을 형성하는 단계;를 포함한다.

이를 도 1 내지 도 3을 통해 보다 구체적으로 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재의 표면 도장 방법의 도장 순서에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.

또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 녹 치환성능 및 녹 방지성능을 지니는 프라이머층에 대해 설명하기 위한 예시도이다.

상기 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 강재의 표면 도장 방법은, 먼저 강재 표면(50)의 이물질을 제거하기 위해 위한 세척, 그라인딩, 폴리싱 또는 이들의 조합을 포함한 표면 처리를 수행한 후, 상기 강재 표면에 순서대로 프라이머층(10) 및 제1 보호층(20)을 형성하는 단계로 진행된다. 또한 상기 제1 보호층(20) 상부에 추가 보호층(30)을 형성하는 단계를 추가할 수도 있다.

1. 강재 표면 처리 단계

본 발명에서의 첫 번째 단계인, 상기 강재의 표면 처리 단계는 상기 프라이머층을 효과적으로 강재 표면(50)에 형성시킬 수 있으며, 또한 강재표면에 이미 생성된 녹이 가시적으로 보이는 정도로 크게 진행된 것을 물리적으로 제거하는 단계에 해당한다. 이를 위한 구체적인 방법은 이미 생성된 녹을 물리적으로 제거할 수 있는 것이면 그 종류에 제한되지 않고 사용될 수 있다.

일반적으로 강재는 표면이 산화되기 쉬운 철로 구성되어 있어 녹이 존재할 확률이 매우 높고, 녹이 발생한 부분은 이물질이 달라붙기 좋은 환경이 때문에 도장을 실시하기 전에 녹을 제거하는 과정을 거쳐야만 상기 프라이머층(10)을 강재 표면(50)에 효과적으로 점착시킬 수 있다.

상기 강재 표면의 녹과 이물질을 분리하는 과정은 그라인딩, 폴리싱 또는 이들의 조합을 포함한 방법을 사용하며, 상기 그라인딩 및 폴리싱은 각각 녹과 이물질을 강재의 표면에서 물리적으로 제거하는 방법이다. 상기 그라인딩 또는 폴리싱을 수행하여 녹과 이물질을 제거해낸 후에는, 상기 제거 과정 중 발생하는 철, 녹 및 이물질 찌꺼기는 강관(50) 표면에 프라이머층(10)을 형성하는 데 있어 방해가 될 수 있기 때문에 고압수를 이용하여 제거할 수 있다. 또한 상기 표면 처리 과정에서 발생하는 찌꺼기를 제거하는 방법은 반드시 고압수이어야 하는 것은 아니고 고압 콤프레셔 등에 의한 공기 등을 사용할 수 있다.

한편, 상기와 같이 강재 표면 처리 및 강재 표면 세척 단계를 수행하더라도, 강재 표면에는 미세량의 녹이 남아 있을 수 있다. 그러나 본 발명의 강재 도장 방법에서 강재 표면에 직접적으로 도포되는 상기 프라이머층은 향후 생성 가능한 녹의 발생을 방지할 뿐만 아니라 이미 생성되어 있는 녹을 제거할 수 있도록 구성되었기 때문에 상기 표면 처리를 수행하더라도 제거되지 않고 잔류하는 녹 성분을 상기 프라이머층에 의해 제거될 수 있다.

한편, 상기 표면 처리 후 남아있는 녹을 추가적으로 제거하기 위하여 산성 용액 및 분산제를 표면처리한 강재 표면에 다시 분사하거나 도포함으로써 화학적으로 잔류 녹의 제거 공정을 추가적으로 수행할 수도 있다.

2. 프라이머층 형성 단계

본 발명에서의 프라이머층은 기존의 강재 표면 도장용 녹 제거제가 가지고 있던 낮은 성능의 녹치환 효율, 점착 불량, 들뜸, 부풀음 현상, 녹 방지성능의 지속성 부족을 포함한 문제점을 해결할 수 있다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 강재의 표면 처리를 수행한 다음 단계로서 본 발명은 상기 표면 처리된 강재 표면에 a) 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, b) 킬레이트제, c) 유기산, d) 합성수지, e) 점도 조절제 및 f) 유기 용제를 포함하는 프라이머용 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계;를 포함한다.

즉, 상기 표면처리된 강재(50) 표면 전체에 프라이머용 조성물을 도포함으로써 프라이머층(10)을 형성한다.

여기서, 상기 프라이머용 조성물은 2액형 형태로 사용될 수 있다.

즉, 두 종류의 조성물(녹 치환성능의 조성물, 녹 방지성능의 조성물)을 각각 별도로 보관하여, 상기 프라이머용 조성물을 제조하기 위해 현장에서 상기 각각의 조성물을 혼합하여 사용하거나 또는 강재에 도포하기 전에 미리 프라이머용 조성물을 제조하고 이를 현장에서 바로 작업할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 녹 치환성능의 조성물은 황산, 염산 또는 인산 중 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, 유기산, 킬레이트제 및 유기 용제의 혼합에 의해 얻어질 수 있고, 상기 녹 방지성능의 조성물은 합성수지, 점도 조절제 및 유기 용제의 혼합에 의해 얻어질 수 있다.

이때, 녹 치환성능의 조성물과 녹 방지성능의 조성물의 배합비는 각각 3:1 내지 1:3 중량비로 혼합될 수 있다.

아래의 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프라이머층의 구성에 대해 나타낸 것이다.

표 1을 참조하여 더욱 상세하게 상기 프라이머층에 대해 설명한다.

상기와 표 1에 나타나 있는 바와 같이 본 발명의 프라이머용 조성물이 2액형으로 사용되어 현장에서 제조됨으로써, 미리 혼합하여 제조된 후에 장기간 보관으로 인해 발생할 수 있는, 상기 녹 치환 조성물에 포함된 산이 녹 방지 조성물에 포함된 부식방지제, 금속안료 및 점도 조절제와 반응하여 성능을 저하시키는 것을 방지할 수 있고, 또한 저장성 문제를 해소할 수 있다.

본 발명의 프라이머를 구성하는 2액형 조성물 중 녹 치환성능을 가지는 조성물은, 황산, 염산 또는 인산 중 어느 하나의 무기산을 포함하는 혼합물이 첨가된 pH 1~3의 수용액에 킬레이트제, 유기산 및 유기 용제를 혼합 후 교반하여 제조한다.

상기와 같이 제조되는 녹 치환성능 가지는 조성물의 조성비는, 황산, 염산 또는 인산중 어느 하나의 무기산을 포함하는 혼합물이 첨가된 pH 1~3의 수용액 100 중량부를 기준으로, 킬레이트제 20~35 중량부, 유기산 10 ~ 25 중량부 및 용제 20~200 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

상기 무기산은 수용액상태에서 양성자를 방출할 수 있어 산화철을 철 염 형태로 변환가능하여 산화철 성분을 제거할 수 있다.

또한, 상기 유기산은 무기산과 함께 사용됨으로써, 산화철의 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 이때 바람직한 유기산으로서는 말단이 카르복실기로 치환된 유기화합물이면 그 종류에 제한되지 않고 사용가능하며, 이 경우에 상기 유기산은 옥살산, 시트르산, 글구콘산, 글리코산, 타르타르산, 숙신산, 말산, 말레산 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

한편, 상기 킬레이트제는 녹성분인 철 이온(Fe)에 배위 결합할 수 있는 성분이면, 종류에 제한되지 않고 사용가능하며, 바람직하게는 에틸렌디아민 4아세트산(EDTA), 히드록시에틸리덴디포스폰산2나트륨, Gallic acid complex, Pyrrogallic acid, Gallotannic acid 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

또한 상기 녹 치환성능을 가지는 조성물내 포함되는 유기 용제는 케톤, 알코올 등의 용제를 사용할 수 있고, 케톤으로서는 시클로헥사논, 아세톤, 메틸에틸케톤 등이 사용가능하며, 알코올로서는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 부탄올 또는 이들의 혼합액 등이 사용가능하다.

또한, 본 발명의 녹 치환성능을 가지는 조성물은 상기 구성에 더불어 소포제, 반응개시제 및 계면활성제 중 어느 하나 이상을 선택적인 추가성분으로 포함할 수도 있다. 이 경우 녹 치환성능 가지는 조성물의 조성비는, 황산, 염산 또는 인산을 포함하는 혼합물이 첨가된 pH 1~3의 수용액 100 중량부를 기준으로, 소포제 1~2 중량부, 반응개시제 8~10 중량부 및 계면활성제 1~3 중량부 및 부식방지제 5~15 중량부 중에서 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 프라이머층을 형성하기 위한 2액형 조성물 중 또 다른 하나인 녹 방지성능을 가지는 조성물은 합성수지, 점도 조절제 및 유기 용제를 혼합하여 제조될 수 있다.

상기와 같이 제조되는 녹 방지성능을 가지는 조성물의 조성비는, 합성수지 100 중량부를 기준으로, 점도 조절제 5~40 중량부 및 유기 용제 20 ~ 200 중량부를 혼합하여 제조될 수 있다.

한편, 상기 부식방지제는 녹치환 성능을 가지는 조성물에 포함되지 않고 녹 방지 성능을 가지는 조성물에 포함되더라도 무방하다, 이경우에도 상기 부식방지제 의 함량은 합성수지 100 중량을 기준으로 5~15 중량부의 범위일 수 있다.

또한, 상기 부식방지제는 강재 표면에서 철의 부식을 방지하는 것으로, 크롬산염, 아질산염, 폴리규산염, 포스포네이트 등의 무기계 부식방지제, 금속 표면에 흡착되어 금속면을 피복하여 부식성 물질의 침입을 방지하는 유기계 부식방지제 등이 있으며, 바람직하게는 해수, 염수 등의 오염노출이 빈번하거나 또는 산의 존재시에도 사용가능한, 디메틸에탄올아민 등의 아민을 성분으로 하는 유기계 부식방지제를 사용할 수 있다.

상기 유기 용제의 함량은 녹 치환성능의 조성물에서의 경우에 황산, 염산 또는 인산중 어느 하나의 무기산을 포함하는 pH 1 ~ 3의 수용액 100 중량부를 기준으로, 20 ~ 200 중량부의 범위일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 150 중량부일 수 있다.

또한, 상기 녹 방지성능의 조성물의 경우에 합성수지 100 중량부를 기준으로 20 ~ 200 중량부의 범위일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 150 중량부일 수 있다.

상기 합성수지는 녹 방지성능을 가지는 조성물 내에서 바인더의 역할을 수행하는 것으로, 통상의 바인더 수지가 사용가능하나 바람직하게는 비닐수지, 석유수지, 폴리에스테르 등이 사용가능하며 바람직하게는 비닐 수지, 특히 친수성 또는 수용성 비닐수지가 사용가능하다.

상기 비닐 수지는 비닐기(基)를 함유하는 단위체를 중합시켜 얻는 고분자화합물의 총칭으로서 예시적으로, 염화비닐, 에틸렌, 아크릴로나이트릴, 스타이렌 등이 사용가능하며, 상기 친수성 또는 수용성 비닐수지로서 초산비닐 수지, 아크릴산 수지, 메타 아크릴산 수지, 비닐 에스테르 수지, 비닐할라이드-아크릴산 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리비닐 부티랄, 및 아크릴산알킬에스테르 수지, 메타아크릴산알킬에스테르 수지, 히드록시알킬 아크릴레이트 수지, 히드록시알킬 메타아크릴레이트 수지, 아크릴 아미드 수지, 비닐 피롤리돈 수지, 비닐 카프포락탐 수지, 비닐이미다졸 수지 등이 사용가능하다.

이때 사용되는 상기 합성수지는 수평균 분자량 기준으로 5,000 내지 100,000의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

또한 본 발명에서의 녹 방지성능을 가지는 조성물 내 유기 용제는 녹 치환성능을 가지는 조성물과 동일하거나 상이한 용제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 동일한 유기 용제를 사용할 수 있다.

또한, 상기 점도 조절제는 상기 얻어지는 프라이머용 조성물의 점도를 적당한 수준으로 조절함으로써, 강재 표면에 흘러내리지 않도록 하거나 또는 도포 시 고르게 도포될 수 있도록 하는 기능을 가지며, 예시적으로 에폭시, 카보폴, 나노 실리카, 벤톤, 클레이 등을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 녹 방지성능을 가지는 조성물에 금속안료를 선택적으로 추가할 수도 있다.

본 발명에서 상기 녹 방지성능을 가지는 조성물은 합성수지와 점도 조절제 및 유기용매의 조합에 의해 얻어지는 도막에 의해 외부로부터의 공기 또는 산화제의 침입을 방지함으로써, 녹 방지 성능을 가지게 되나, 상기 금속 안료를 포함함으로써 보다 효과적인 녹 방지 성능을 나타낼 수 있다.

상기 금속안료는 강재 내 표면의 녹 발생을 추가적으로 방지하는 역할을 수행하는 것으로, 이온화 에너지가 작은 금속을 희생 양극으로 사용하여 이온화 에너지가 큰 금속의 부식을 방지하는 원리를 이용하는 것이다. 즉, 본 발명의 프라이머에서 사용하는 금속안료는 강재의 재질인 철보다 이온화 경향이 큰 금속인 마그네슘(Mg) 금속분말, 아연(Zn) 금속분말, 알루미늄(Al) 금속분말 중에서 선택되는 어느 하나를 이용할 수 있고, 바람직하게는 상기 금속 안료성분으로서 아연 성분을 포함한 금속 안료성분을 사용할 수 있다.

또한, 상기 금속 안료는 강재 표면에 녹 스케일이 생성되는 것을 억제하는 동시에, 녹을 단단하게 결합시켜주는 탄산염광물의 용해도를 증가시켜 녹의 결합력을 약화시켜 강재 표면에 기생성 되어있는 녹 스케일을 제거할 수도 있다.

또한 본 발명에서 상기 녹 방지성능을 가지는 조성물에는 추가적인 성분으로 합성수지 100을 기준으로 2 내지 30 중량부의 점토 성분을 포함할 수 있다. 이 경우에 상기 점토 성분의 종류로서는 몬모릴로나이트, 헥토라이트, 일라이트, 벤토나이트 등이 사용가능하다.

본 발명에서는 상기와 같이, 녹 치환성능을 가지는 조성물과 녹 방지성능을 가지는 조성물은 2액형으로 사용될 수 있어 각각 분리하여 보관되며, 강재 내부 표면에 프라이머층을 형성할 때에 혼합하여 사용된다. 이때, 상기 녹 치환성능의 조성물과 녹 방지성능의 조성물의 배합비는 각각 1:3 내지 3:1 중량비로 혼합될 수 있다.

상기와 같이 혼합되어 배합된 프라이머용 조성물은 프라이머층을 형성하기 위해 강재 표면에 도포한다.

도 2에서는 상기 프라이머층이 도포된 강재의 구조를 도시하고 있다.

3. 제1 보호층 형성 단계

본 발명의 강재 도장 방법에서 강재 내 표면에 프라이머층(10)을 형성한 이후에, 상기 프라이머층 상부에 제1 보호층(20)을 형성할 수 있다. 상기 제1 보호층은 통상의 중방식 도료 및/또는 방수방식 도료를 사용하며, 본 발명에서는 에폭시 또는 우레아 도료를 도포할 수도 있다.

상기 제1 보호층은 강재 내 표면에 형성된 프라이머층이 유실되는 것을 방지하고, 외부조건으로부터 상기 프라이머층을 보호함으로써, 프라이머층의 녹 치환성능 및 녹 방지성능을 지속성을 보장하고, 프라이머 및 녹으로 인한 수질오염을 방지하기 위한 것이다.

이때 사용되는 보호층으로서 바람직하게는 에폭시 수지가 사용가능하다.

예시적으로 상기 에폭시 수지를 포함하는 보호층은 상기 프라이머층을 보호하는 에폭시 수지 30~50 wt%, 경화제 20~35 wt% 및 충전제 30~45 wt%의 조성물로 구성할 수 있고, 추가적으로 산화방지 기능을 가지는 아크릴 수지 성분을 포함할 수 있다.

한편, 상기 산화방지 기능을 가지는 아크릴 수지 성분은 불소 아크릴 수지성분을 포함할 수 있다.

예시적으로, 상기 불소 아크릴 수지는 2,2,2-트리플루오르에틸 아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl acrylate) 또는 2,2,2-트리플루오르에틸 메타아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate)중에서 선택되는 불소 함유 아크릴레이트 또는 불소 함유 메타아크릴레이트성분의 중합에 의해 얻어질 수 있다. 이 경우에 상기 불소 아크릴 수지는 불소함유 아크릴레이트 또는 불소함유 메타아크릴레이트 4-35wt%, 아크릴산 또는 이의 에스테르 모노머 25~50 wt%, 히드록시기를 포함하는 관능성 아크릴레이트 5~12wt%, 라디칼 중합개시제 1~2wt%를 혼합하고 중합함으로써 얻어질 수 있고, 이를 포함하는 보호층은 다양한 산화제 성분에 대한 내구성에 있어 개선된 효과를 가진다.

상기 보호층을 형성하기 위해서, 비스페놀 A 또는 비스페놀 F 에폭시 수지와 반응성희석제, 각종 기능성 충진제가 사용된 주제에 당량비 1 : 0.8 ~ 1 : 1.2 를 유지하며 경화제를 혼합한 후, 붓 또는 로울러, 에어리스 스프레이 기기를 이용하여 균일하게 도포한다.

상기 에폭시 방수층은 내산성, 내오존성을 요하는 환경이나 외부에 노출되어 내후성을 요하는 환경이 아닐시 중도 자체만으로 마감될 수 있으므로 KS D 8502에 만족하는 물성을 지니는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1 보호층에는 추가적으로 마그네슘, 알루미늄 또는 아연 성분 등의 금속안료를 포함함으로써, 상기 프라이머층의 녹 방지기능을 보완할 수도 있다.

4. 추가 보호층 형성 단계

본 발명의 강재(50)의 표면 도장 방법은, 상기 제1 보호층(20)의 상부에, 필요에 따라 추가 보호층(30)을 형성할 수도 있다. 상기 추가 보호층은 프라이머층의 상부에 형성된 제1 보호층을 보호하고, 2차적으로는 강재의 외부 산화조건에 대한 저항성 등을 향상시키거나 또는 사용자가 선택적으로 추가할 수 있는 기능을 도입하기 위한 용도로서 도입될 수 있다.

도 3에서는 상기 보호층을 포함하는 복합 도막 구조를 도시하고 있다. 상기 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 프라이머층(10) 표면에 우레아 또는 에폭시 수지 도료를 도포하여 제1 보호층(20)을 형성하고 이에 추가 보호층(30)을 형성함으로써 본 발명에서의 강재도장이 이루어질 수 있다.

또한 본 발명은 상기 프라이머층을 도포하기 위한 프라이머용 조성물을 제공할 수 있다.

이는 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, 킬레이트제, 유기산 및 유기 용제의 혼합에 의해 얻어지는 녹 치환성능의 조성물; 및 합성수지, 점도 조절제 및 용제의 혼합에 의해 얻어지는 녹 방지성능의 조성물;을 포함하며, 상기 녹 치환성능의 조성물과 녹 방지성능의 조성물을 3:1 내지 1:3 중량비로 혼합함으로써 얻어질 수 있다.

이 경우에, 앞서 기재된 바와 마찬가지로, 상기 녹 치환성능의 조성물은 황산, 염산 또는 인산중 어느 하나의 무기산을 포함하는 pH 1~3의 수용액 100 중량부를 기준으로, 킬레이트제 20~35 중량부, 유기산 10 ~ 25 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함하며, 상기 녹 방지성능의 조성물은 합성수지 100 중량부를 기준으로, 점도 조절제 5 ~ 40 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 프라이머용 조성물이 도포된 프라이머층; 및 상기 프라이머층 표면에 우레아 또는 에폭시 수지 도료가 도포된 제1 보호층;을 포함하는, 녹 제거 및 방지용 도막을 제공할 수 있다.

이는 본 발명에 따른 강재 도장 방법을 이용하여 강재 표면에 형성되는 도막으로서, 강재 표면에 생성 되어있는 녹을 제거하는 것뿐만 아니라 지속적으로 강재 표면에 녹이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 상기 도막의 내구성 및 방수성을 향상시켜 강재의 표면이 산화되는 조건에 노출되는 것을 최소화하며, 강재 표면에 도장된 도막의 부착불량, 들뜸 및 부풀음 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

- 실시예 -

이하 실시예를 통하여 본 발명 과정의 세부사항을 설명하고자 한다. 이는 본 발명에 관련된 대표적 예시로서, 이것만으로 본 발명의 적용 범위를 결코 제한할 수 없음을 밝히는 바이다.

1.강재 표면 처리 단계

상기 강재(50)의 표면처리로서 그라인딩 또는 폴리싱 과정을 수행하지 않고 고압수를 이용하여 세척함으로써 강관내 포함된 먼지, 표면의 유분 등 기타 이물질을 제거한 후 다음 공정을 진행하였다.

2. 프라이머층 형성 단계

- 녹 치환성능을 가지는 조성물 제조

pH 2의 농도의 염산 수용액 100g에 킬레이트제 EDTA(Ethylene Diamine Triacetic Acid) 25g을 혼합하고, 이에 유기산으로 옥살산 15g과 유기 용제로서 이소프로판올:에틸알코올 2:1(v/v) 의 혼합액 50 g을 가한다.

그 후, 계면활성제로서 DOW FAX 2A1(다우 케미컬) 2g을 가하여 분산한 후, 여기에 부식방지제로 DMCD(SK NJC) 7 g을 가하고 교반하여 녹 치환성능을 가지는 조성물을 제조한다.

- 녹 방지성능을 가지는 조성물 제조

비닐 수지 도로로 Polyvinyl butyral 계열의 Mowital B 30 H(non volitile conten 97.5 wt%, polyvinylalcohol 18-21 wt%, polyvinylacetate 1-4 wt%) 200g에 부식방지제로 DMCD(SK NJC) 20g을 가하고, 여기에 점도 조절용으로 카보폴 프리젤 20g, 유기 용제로서 상기 이소프로판올:에틸알코올 2:1(v/v) 혼합액 100g을 가하고 교반하여 녹 방지성능을 가지는 조성물을 제조한다.

- 상기와 같이 제조된 녹 치환성능을 가지는 조성물과 녹 방지 성능을 가지는 조성물을 혼합(중량비 1:2)하여 교반한 후, 이를 강재 내 표면부에 120㎛ 두께로 고르게 코팅한다.

3. 제1 보호층 형성단계

상기 프라이머층 상부에 에폭시 수지 40 wt%과 경화제 30 wt%, 충진제 30 wt%의 조성물로 구성된 무용제 에폭시 수지 도료를 균일하게 도포한다.

4. 녹 제거 및 방지 효과 실험

본 발명의 프라이머 조성물의 녹 제거 및 녹 방지 효과를 측정하기 위하여 습기가 높은 환경에서 3달 이상 방치함으로써, 충분히 녹이 슨 5cm X 5cm 크기의 시편(철)에 상기 실시예의 방법대로 프라이머층을 형성하여 도포하였다.

녹 제거 성능을 평가하기 위해서, 상기 프라이머층에 사용되는 조성물에 킬레이트제로서 에틸렌디아민 4아세트산(EDTA)(실시예 1), 히드록시에틸리덴디포스폰산2나트륨(실시예2), Gallic acid complex(실시예3), Pyrrogallic acid(실시예4)를 각각 25 g씩 혼합하여 프라이머용 조성물을 제조하여 도포한 후, 48시간 이후에 상기 시편을 프라이머 층을 제거한 후에 녹 제거 정도를 현미경으로 관찰하였고, 또한 비교예 1로서, 상기 무기산과 킬레이트제를 포함하지 않은 조성물을 제조하여 시편에 도포한 후 동일하게 관찰하여 결과를 아래 표 2에 도시하였다.

* 표면관찰에 따른 녹제거 효과 정도의 관능평가 : 미흡 > 보통 > 양호 > 우수 > 매우우수

또한, 유기산에 의한 녹 제거 성능을 평가하기 위해서, 상기 프라이머층에 사용되는 조성물에 혼합되는 유기산으로서 옥살산(실시예 1), 시트르산(실시예 5), 말레산(실시예 6)를 각각 사용하여 상기 실시예 1과 동일하게 실험하였을 때 녹 제거 성능을 평가하였고, 비교예 2로서 상기 유기산이 포함되지 않은 경우를 실험하여 아래 표 3에 상기 유기산 첨가에 따른 녹 제거 실험의 결과를 나타내었다.

* 표면관찰에 따른 녹제거 효과 정도의 관능평가 : 미흡 > 보통 > 양호 > 우수 > 매우우수

또한, 녹 방지 성능을 평가하기 위해서, 상기 프라이머층에 사용되는 조성물에 혼합되는 금속안료로 입자 크기가 1 내지 20 um의 마그네슘 금속안료, 아연 금속안료, 알루미늄 금속안료(마그네슘 금속안료, 아연 금속안료, 알루미늄 금속안료, 실시예 7 내지 9)를 각각 사용하여 녹 방지 성능 평가를 위한 프라이머 조성물을 제조하여 도포하고 3개월 이후에 상기 시편을 프라이머 층을 제거한 후에 녹 방지 정도를 현미경으로 관찰하였다.

또한 비교예 3로서 금속 성분이 미포함된 프라이머를 상기와 같이 시편에 도포하고 동일하게 관찰하였고, 아래 표 4에 상기 금속안료의 종류에 따른 녹 방지 실험의 결과를 나타내었다.

* 표면관찰에 따른 녹방지 효과 정도의 관능평가 : 미흡 > 보통 > 양호 > 우수 > 매우우수

녹제거 및 방지 성능: 상기 표 2 내지 표4에 나타난 것과 같이, 본 발명에 따른 녹 제거 및 방지용 프라이머 조성물은 각각의 비교예에서의 무기산 및 킬레이트제가 포함되지 않은 경우(비교예1), 유기산이 포함되지 않은 경우(비교예 2) 및금속안료가 포함되지 않은 경우(비교예 3)보다 개선된 효과를 나타내는 것을 보여준다.

5. 피막형성 평가

본 발명의 프라이머 조성물의 피막형성 부착력을 테스트하기 위하여 상기 실시예의 방법대로 프라이머층을 도포하되, 합성수지 100 중량부를 기준으로 점도 조절제 10, 20, 30 중량부를 포함(실시예 10 내지 12)하거나 또는 상기 점도 조절제를 포함하지 않은 프라이머(비교예 4)를 제조하여 도포한 후, 피막 부착력(피막이 완전히 형성된 후의 부착력)을 측정하였다.

상기 부착력을 측정하는 방법은, 프라이머를 충분히 경화 시킨 후 상부에 에폭시 접착제를 바르고 어테치먼트를 붙인 후, 만능재료 시험기(UTM)을 이용하여 어테치먼트를 당겨 박리 될 때의 힘을 측정한다(KSM　ISO 4624의 시험법을 따른다)

상기 표 5에서 볼 수 있는 바와 같이 피막의 부착력은 본 발명에서의 점도 조절제를 포함한 프라이머의 부착력이 우수한 것으로 나타났다.

6. 도막 염수분무 실험

본 발명의 프라이머층 및 제1보호층을 형성한 도막의 내식특성을 알아보기 위하여, 실시예 1 내지 4에 따른 프라이머층과 에폭시층에 의한 제1 보호층이 형성된 시편 표면에 도막을 형성한 후, 시편의 대각선 모서리를 따라 크로스컷을 하고 내염수 분무 시험을 실시하였다. (KSM ISO 11997-1 시험법을 따른다)

실험결과 본 발명의 도막 모두 720시간 이상의 중방식 특성을 나타내었다.

이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 프라이머층 20 : 제1 보호층
30 : 추가 보호층 50 : 강재 표면

Claims (11)

1. 강재 표면의 이물질을 제거하기 위하여 세척, 그라인딩, 폴리싱 또는 이들의 조합을 포함한 표면 처리를 수행하는 단계;
   상기 표면 처리된 강재 표면에 a) 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 어느 하나의 무기산을 포함하는 수용액, b) 킬레이트제, c) 유기산, d) 합성수지, e) 점도 조절제 및 f) 유기 용제를 포함하는 프라이머용 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계; 및
   상기 프라이머층 표면에 우레아 또는 에폭시 수지 도료를 도포하여 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 강재 도장 방법에 있어서,
   상기 프라이머용 조성물은 황산, 염산 또는 인산 중 어느 하나의 무기산을 포함하는 pH 1 ~ 3의 수용액과, 상기 수용액 100 중량부를 기준으로, 킬레이트제 20 ~ 35 중량부, 유기산 10 ~ 25 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함하는 녹 치환성능의 조성물; 및
   합성수지와, 상기 합성수지 100 중량부를 기준으로, 점도 조절제 5 ~ 40 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함하는 녹 방지성능의 조성물;을 3:1 내지 1:3 중량비로 혼합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는, 강재 도장 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 조성물 내 합성수지는 비닐수지인 것을 특징으로 하는 강재 도장 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 킬레이트제는 에틸렌디아민 4아세트산(EDTA), 히드록시에틸리덴디포스폰산2나트륨, Gallic acid complex, Pyrrogallic acid, Gallotannic acid 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 도장 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 프라이머 조성물은 녹 방지 성능의 조성물로서 Mg 금속분말, Zn 금속분말, Al 금속분말 중에서 선택되는 어느 하나의 금속안료;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 도장 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 유기산은 옥살산, 시트르산, 글구콘산, 글리코산, 타르타르산, 숙신산, 말산, 말레산 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 강재 도장 방법.
9. 황산, 염산 또는 인산 중 어느 하나의 무기산을 포함하는 pH 1 ~ 3의 수용액과, 상기 수용액 100 중량부를 기준으로, 킬레이트제 20 ~ 35 중량부, 유기산 10 ~ 25 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함하는 녹 치환성능의 조성물; 및
   합성수지와, 상기 합성수지 100 중량부를 기준으로, 점도 조절제 5 ~ 40 중량부 및 유기용제 20 ~ 200 중량부를 포함하는 녹 방지성능의 조성물;을 3:1 내지 1:3 중량비로 혼합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 프라이머용 조성물.
10. 삭제
11. 청구항 9의 프라이머용 조성물이 도포된 프라이머층; 및 상기 프라이머층 표면에 우레아 또는 에폭시 수지 도료가 도포된 제1 보호층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 녹 제거와 녹 방지 성능을 갖는 도막.

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