KR101523847B1 - 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제 - Google Patents

알루미늄 금속 표면 친수화 처리제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등을 소재로 하는 금속재료 특히, 열교환기로서 사용하는 금속재료의 표면에 피막을 형성하여 우수한 친수성과 내식성을 갖도록 하는 친수화 처리제에 관한 것이다.
본 발명에 의한 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제는 금속염을 함유하는 단량체, 히드록시기를 함유하는 단량체 및 카르복실기를 함유하는 단량체가 혼합되고 중화된 공중합체(A)와, 아마이드기를 함유하는 단량체, 인산화합물이 함유된 단량체가 혼합되고 중화된 공중합체(B)를 각각 100:5~120의 비율로 혼합하여 구성된 친수성수지; 가교제; 및 계면활성제;가 혼합되어 구성된다.

Description

알루미늄 금속 표면 친수화 처리제 {Hydrophilizing agent for aluminum material}
본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등을 소재로 하는 금속재료 특히, 열교환기로서 사용하는 금속재료의 표면에 피막을 형성하여 우수한 친수성과 내식성을 갖도록 하는 친수화 처리제에 관한 것이다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금을 소재로 하는 열교환기는 냉각효과를 향상시키기 위해 표면에 많은 핀(fin)을 형성함으로써 열교환기의 표면적을 가능한 넓게 설계하고 있다. 또한, 열교환기의 소형화를 위해 핀의 간격이 극히 좁게 설계하고 있다.
이런 상황에서 증발기를 가동시켰을 때 대기중의 수분이 핀 표면에서 응축하게 되고, 친수성이 부족할 경우에는 핀 사이에 물방울에 의한 막힘(워터브릿지)이 발생하여 통기저항이 증대됨으로써 열교환 효율이 저하되고, 소음이 발생하며 물방울이 주변으로 비산하는 등의 여러 문제가 발생한다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면에 친수성을 부여하는 방법은 크게 무기화합물, 특히 콜로이드 상태의 실리카(SiO2)와 유기 수지를 이용한 유기-무기 복합 타입과, 실리카를 함유하지 않고 주로 유기 수지 성분으로 구성되는 유기 타입의 2종류가 사용되고 있다.
그러나 유기-무기 복합 타입의 친수화 처리제는 고도의 친수성 및 친수지속성을 제공하지만 도막에 잔존하는 실리카 성분에 의하여 가공시 금형의 내구성 저하를 초래하는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 히드로에틸셀룰로오즈(HEC)나 시클로메틸셀룰로오즈(CMC)와 같은 수용성 단량체를 가교시키는 방법을 이용한 유기 타입의 친수화 처리제가 도입되었지만 도막의 강도가 약하고 내수성이 취약하며 곰팡이나 세균의 번식을 촉진하여 악취가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 말단에 수산기(-OH), 카르복실기(-COOH), 니트릴기(-CN), 술폰산기(-SO3H) 등을 포함하는 아크릴계 단량체를 이용하여 제조된 유기 타입의 친수화 처리제는 도막의 강도가 강하여 우수한 내식성을 나타내지만 지속적인 친수성을 나타내지 못하는 문제점을 가지고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0117188호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 알루미늄, 알루미늄 합금 등을 소재로 하는 열교환기의 표면에 도장하여 피막을 형성시킴으로써 내식성은 물론이고 우수한 친수성과 친수지속성을 갖도록 하는 금속 표면 친수화 처리제를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제는 금속염을 함유하는 단량체, 히드록시기를 함유하는 단량체 및 카르복실기를 함유하는 단량체가 혼합되고 중화된 공중합체(A)와, 아마이드기를 함유하는 단량체, 인산화합물이 함유된 단량체가 혼합되고 중화된 공중합체(B)를 각각 100:5~120의 비율로 혼합하여 구성된 친수성수지; 가교제; 및 계면활성제;가 혼합되어 구성된다.
이때, 상기 공중합체(A)는 금속염을 함유하는 단량체 100~500중량부, 히드록시기를 함유하는 단량체 50~200중량부 및 카르복실기를 함유하는 단량체 20~150중량부가 혼합되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공중합체(B)는 아마이드기를 함유하는 단량체 50~300중량부, 인산화합물을 함유하는 단량체 50~400중량부를 혼합하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공중합체(A)와 공중합체(B)는 중량비로 각각 100:5~120의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속염을 함유하는 단량체는 말단의 관능기가 술폰산 염(-SO3X)으로 치환된 단량체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속염을 함유하는 단량체는 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산 소디움 염, 2-메타크릴록시에틸-1-술폰산 소디움 염, 3-아크릴록시에틸-1-술폰산 소디움 염 또는 비닐 술폰산 소디움 염 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히드록시기를 함유하는 단량체는 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트(2-HEMA), 2-히드록시 에틸 아크릴레이트(2-HEA), 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트(2HPMA), 2-히드록시 프로필 아크릴레이트(2-HPA), 2-히드록시 부틸 메타크릴레이트(2-HBMA), 2-히드록시 부틸 아크릴레이트(2-HBA), 4-히드록시 부틸 메타크릴레이트(4-HBMA), 4-히드록시 부틸 아크릴레이트(4-HBA), 2,3-디 히드록시 프로필 메타크릴레이트(2,3-DHPMA) 또는 2,3-디 히드록시 프로필 아크릴레이트(2,3-DHPA) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카르복실기를 함유하는 단량체는 아크릴 산, 메타크릴 산, 이타코닌 산 또는 말레인 산 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아마이드기를 함유하는 단량체는 아크릴 아마이드 또는 디 아세톤 아크릴 아마이드 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인산화합물을 함유하는 단량체는 2-메타크릴록시 에틸 포스페이트, 차아인산염 또는 아인산염 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가교제는 친수성수지 100중량부에 대하여 0.1~50중량부 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계면활성제는 친수성수지 100중량부에 대하여 0.05~20중량부 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계면활성제는 친수성 수지의 이온성과 동일한 이온성을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제는 우수한 초기친수성, 친수지속성, 가공유성, 내식성 및 성형가공성 등을 갖는 피막을 금속 표면에 형성시킬 수 있다.
이하 본 발명에 의한 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 친수화 처리제는 금속염을 함유하는 단량체(a), 히드록시기를 함유하는 단량체(b), 카르복실기를 함유하는 단량체(c)로 구성된 공중합체(A)와, 아마이드기를 함유하는 단량체(d), 인산 및 인산염 화합물이 함유된 단량체(e)로 구성된 공중합체(B)를 각각 염기성화합물로 중화시킨 후 이들 공중합체(A)와 공중합체(B)를 혼합하여 친수성수지를 형성하고, 상기 친수성수지에 가교제 및 계면활성제를 혼합하여 구성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 친수화 처리제는 각각 염기성화합물로 중화시킨 공중합체(A), 공중합체(B)가 혼합되는데, 공중합체(A)는 금속염을 함유하는 단량체(a) 100~500중량부에 대하여, 히드록시기를 함유하는 단량체(b) 50~200중량부와, 카르복실기를 함유하는 단량체(c) 20~150중량부가 혼합되어 구성된다.
상기와 같은 각각의 단량체(a), 단량체(b), 단량체(c)의 혼합범위를 벗어나 혼합되면 공중합체 합성시 합성이 안되거나, 너무 급격하게 합성이 되어 겔화가 되는 현상이 발생되므로 공중합체(A)는 금속염을 함유하는 단량체(a) 100~500중량부에 대하여, 히드록시기를 함유하는 단량체(b) 50~200중량부와, 카르복실기를 함유하는 단량체(c) 20~150중량부를 혼합한다.
더욱 바람직하게는 금속염을 함유하는 단량체(a) 150~300중량부에 대하여, 히드록시기를 함유하는 단량체(b) 50~100중량부, 카르복실기를 함유하는 단량체(c) 20~100중량부를 혼합하여 공중합체(A)를 구성하는 것이 가장 안정적인 공중합체 합성을 위해 바람직하다.
금속염을 함유하는 단량체(a)는 말단에 높은 친수성과 친수지속성을 나타내는 금속염을 함유하고 있어 알루미늄 또는 알루미늄 합금 금속재료로 된 열교환기 표면의 표면 장력을 높여 열교환기 표면에 생성되는 응축수의 접촉각을 낮추는 역할을 한다.
이와 같은 금속염을 함유한 단량체(a)로는 말단에 관능기가 술폰산 염(-SO3X)으로 치환된 단량체가 바람직하며 예를 들어 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산 소디움 염, 3-아크릴록시에틸-1-술폰산 소디움 염, 비닐 술폰산 소디움 염 등이 있고, 바람직하게는 2-아크릴아미도-2-메틸-프로판술폰산 소디움 염과 비닐 술폰산 소디움 염이 바람직하다.
히드록시기를 함유하는 단량체(b)는 가교성분과 반응하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금 금속재료에 대한 밀착성과 기계적 강도 등이 우수한 피막을 형성하게 한다.
이러한 히드록시기를 함유하는 단량체(b)로는 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트(2-HEMA), 2-히드록시 에틸 아크릴레이트(2-HEA), 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트(2HPMA), 2-히드록시 프로필 아크릴레이트(2-HPA), 2-히드록시 부틸 메타크릴레이트(2-HBMA), 2-히드록시 부틸 아크릴레이트(2-HBA), 4-히드록시 부틸 메타크릴레이트(4-HBMA), 4-히드록시 부틸 아크릴레이트(4-HBA), 2,3-디 히드록시 프로필 메타크릴레이트(2,3-DHPMA), 2,3-디 히드록시 프로필 아크릴레이트(2,3-DHPA) 등이 있다.
그 중에서도 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트(2-HEMA), 2-히드록시 에틸 아크릴레이트(2-HEA), 2,3-디 히드록시 프로필 메타크릴레이트(2,3-DHPMA), 2,3-디 히드록시 프로필 아크릴레이트(2,3-DHPA)등이 바람직하다.
카르복실기를 함유하는 단량체(c)는 음이온계에서 친수성을 향상시키는 특성이 있으며 유기아민계 화합물이나 알카리 금속의 수산화물과 부분중화 및 중화반응을 하여 친수성을 향상시킨다.
또한, 유기아민계 화합물과 부분중화 및 중화 반응물은 가교제로 사용되는 폴리글리시딜에테르와 반응하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금 금속재료 표면에 피막을 형성시켜 내 알카리성을 부여함과 동시에 윤활성을 향상시킨다. 한편 알카리 금속 수화물의 부분중화 및 중화 반응물은 피막에 가공성을 부여하며 친수성이 손실되지 않는 피막을 형성하는데 기여한다.
이와 같은 카르복실기를 함유하는 단량체(c)로는 아크릴 산, 메타크릴 산, 이타코닌 산, 말레인 산 등이 있으며 이중에서 아크릴 산, 메타크릴 산이 바람직하다.
상기와 같이 금속염을 함유하는 단량체(a), 히드록시기를 함유하는 단량체(b) 및 카르복실기를 함유하는 단량체(c)가 혼합되어 구성된 공중합체(A)의 평균 분자량은 3,000~60,000 바람직하게는 5,000~50,000이 바람직하다.
공중합체(A)의 평균분자량을 통해 공중합체의 합성 정도를 확인할 수 있는데 공중합체(A)의 평균분자량이 3,000~60,000인 경우 공중합체(A)의 합성이 제대로 이루어진 것으로 판단할 수 있다.
그리고 공중합체(A)의 중화정도는 pH=3.5~8.0 바람직하게는 pH=4.0~6.5 정도가 좋다.
중화정도인 pH가 3.5 미만이면 강산을 띄어 보관에 어려움이 있고, pH가 8.0을 초과하면 겔화가 진행될 수 있으므로 중화정도는 pH=3.5~8.0이 바람직하다.
공중합체(B)는 아마이드기를 함유하는 단량체(d) 50~300중량부, 인산 또는 인산염 화합물이 함유된 단량체(e) 50~400중량부가 혼합되어 구성된다.
상기와 같은 단량체(d) 및 단량체(e)의 혼합범위를 벗어나 혼합되면 공중합체 합성시 합성이 안되거나, 너무 급격하게 합성이 되어 겔화가 되는 현상이 발생하므로 공중합체(B)는 아마이드기를 함유하는 단량체(d) 50~300중량부, 인산 또는 인산염 화합물이 함유된 단량체(e) 50~400중량부를 혼합하여 구성한다.
더욱 바람직하게는 아마이드기를 함유하는 단량체(d) 100~250중량부, 인산 또는 인산염 화합물이 함유된 단량체(e) 100~300중량부를 혼합하여 공중합체(B)를 구성하는 것이 가장 안정적인 공중합체 합성을 위해 바람직하다.
아마이드기를 함유하는 단량체(d)는 아크릴 아마이드, 디 아세톤 아크릴 아마이드 등을 사용하고, 인산 또는 인산염이 함유된 단량체(e)는 2-메타크릴록시 에틸 포스페이트와 같은 인산화합물과 차아인산염, 아인산염과 같은 알카리 금속염을 사용한다.
상기와 같이 아마이드기를 함유한 단량체(d), 인산 또는 인산염 화합물를 함유한 단량체(e)가 혼합되어 구성된 공중합체(B)의 평균 분자량은 2,000~50,000이 좋고 바람직하게는 3,000~40,000이 좋다.
공중합체(B)의 평균분자량을 통해 공중합체의 합성 정도를 확인할 수 있는데 공중합체(B)의 평균분자량이 3,000~40,000인 경우 공중합체(B)의 합성이 제대로 이루어진 것으로 판단할 수 있다.
그리고 공중합체(B)의 중화정도(pH)는 3.5~8.0이 좋고, 바람직하게는 4.0~6.5가 좋다. 중화정도인 pH가 3.5 미만이면 강산을 띄어 보관에 어려움이 있고, pH가 8.0을 초과하면 겔화가 진행될 수 있으므로 중화정도는 pH=3.5~8.0이 바람직하다.
상기 공중합체(A)와 공중합체(B)를 부분중화 및 중화하는 염기성 화합물로는 유기아민계 화합물이나 알카리 금속 수산화물을 사용한다.
그리고 친수화 피막의 내수용해성을 더욱 향상시킬 목적으로 가교제를 사용한다.
본 발명의 친수화 처리제에 혼합하는 가교제로는 수용성의 유기계 가교제가 바람직하고, 폴리메틸올, 폴리글리시딘, 폴리아지리딜 화합물이나 알데히드류를 사용할 수 있다. 즉, 메틸올멜라민, 메틸올요소, 메틸올화 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 디아지리딜화 폴리에틸렌옥사이드, 글리옥잘, 푸르푸랄 등으로부터 선택할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜에테르를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 가교제는 찬수성수지 100중량부에 대해 0.1~50중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 가교제가 0.1중량부 미만으로 혼합되면 가교효과가 부족하고 50중량부를 초과하여 혼합되면 친수화 피막이 너무 단단해져서 취약해지기 쉽고, 가공성이나 금속재료와의 밀착성이 저하될 우려가 있다.
그리고 친수화 처리제를 사용하여 형성된 피막의 윤활성을 더욱 향상시키거나 처리제의 금속재료 표면에 대한 부착습윤성을 향상시키기 위해 계면활성제를 사용할 수 있다.
계면활성제는 비이온성, 음이온성, 양이온성, 양성 등 이온성에 관해 특별히 한정되지는 않지만 그것과 병용되는 친수성 수지의 이온성과 상반되는 이온성을 갖는 것을 사용하면 친수화 처리제의 안정성이 저해되기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 친수화 처리제에 첨가할 수 있는 계면활성제는 비이온성의 것으로서, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페틸에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 옥시에틸렌과 옥시프로필렌의 블록 폴리머(플루로닉), 소르비탄모노라우레이트, 소르비탄모노스테아레이트 등의 소르비탄 지방족 에스테르, 폴리옥시에틸렌라우레이트, 폴리옥시에틸렌스테아레이트, 폴리옥시에틸렌올레에이트 등의 폴리옥시에틸렌의 지방족 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌프로필렌글리콜알킬 페놀에테르 등이 있다.
음이온성 계면활성제로는 라우릴산나트륨, 스테아린산나트륨, 올레인산나트륨 등의 지방산염, 도데실황산나트륨 등의 알킬황산염, 알킬술포숙신산염, 디알킬술포숙신산염, 알케닐술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산염 등이 있다.
양이온성 계면활성제로는 스테아릴아민아세테이트 등의 알킬아민염, 스테아릴트리메틸암모늄 등의 4급 암모늄염, 라우릴베타인 등의 알킬베타인, 아민옥시드 등이 있다.
양성 계면활성제로는 알킬아미노프로피온산염, 알킬디메틸베타인 등을 들 수 있고, 또한 불소계 계면활성제, 실리콘계 계면활성제 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 음이온성 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 계면활성제는 친수성수지 100중량부에 대해 0.05~20중량부를 혼합하고, 바람직하게는 0.1~10중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
계면활성제가 0.05중량부 미만으로 혼합되면 형성된 친수화 피막의 윤활성이 충분히 발현되지 않고, 20중량부를 초과하여 혼합되면 피막과 금속재료의 밀착성이 저하된다.
본 발명에 의한 친수화 처리제의 실시예를 다음과 같이 제조한다.
공중합체(A)-①
교반기, 환류냉각기, 온도계, 적하장치가 부착된 4구 플라스크에 이온교환수 450중량부, 비닐 술폰산 소디움 염(Aldrich, 시약급) 250중량부, 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트 100중량부, 아크릴 산 50중량부를 투입하고 80℃로 승온하여 유지하면서 이온교환수 100중량부와 수용성 개시제인 암모니움 퍼 설페이트(Ammonium per sulfate) 1.2중량부를 혼합한 용액을 2시간 동안 적하하고, 2시간 동안 동 온도에서 유지반응을 한 다음, 이온교환수 50과 암모니움 퍼 설페이트 0.5중량부를 혼합한 용액을 일시에 투입하고 1시간 유지반응 하는 것을 반복한 후 상온으로 냉각하여 평균 분자량 30,000, 고형분 40.5%인 공중합체(A)-①을 얻었다.
공중합체(A)-②
공중합체(A)-①과 같은 제조 방법으로 이온교환수 450중량부, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산 소디움 염(일본, 동남합성주식회사제) 300중량부, 2-히드로 에틸 아크릴레이트 80중량부, 메타크릴 산 20중량부를 투입하고 80℃로 승온하여 유지하면서 이온교환수 100중량부와 수용성 개시제인 암모니움 퍼 설페이트 1.5중량부를 혼합한 용액을 2시간동안 적하 하고 2시간 동 온도에서 유지 반응을 한 다음 이온교환수 50중량부와 암모니움 퍼 설페이트 0.7중량부를 혼합한 용액을 일시에 투입하고 1시간 유지반응을 하는 것을 반복한 후 상온으로 냉각하여 평균 분자량 23,000, 고형분 40.3%인 공중합체(A)-②를 얻었다
공중합체(A)-③
공중합체(A)-①과 같은 제조 방법으로 이온교환수 450중량부, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산 소디움 염(일본, 동남합성주식회사제) 330중량부, 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트 50중량부, 아크릴 산 20중량부를 투입하고 80℃로 승온하여 유지하면서 이온교환수 100중량부과 수용성 개시제인 암모니움 퍼 설페이트 1.7중량부를 혼합한 용액을 2시간동안 적하 하고 2시간 동 온도에서 유지 반응을 한 다음 이온교환수 50중량부와 암모니움 퍼 설페이트 1.0중량부를 혼합한 용액을 일시에 투입하고 1시간 유지반응을 하는 것을 반복한 후 상온으로 냉각하여 평균 분자량 19,000, 고형분 40.6%인 공중합체(A)-③을 얻었다.
공중합체(B)-①
공중합체(A)-①과 같은 제조 장치가 부착된 반응기에 이온교환수 500중량부, 아크릴 아마이드 100중량부, 2-메타크릴록시 에틸 포스페이트 150중량부를 투입하고 80℃까지 승온, 유지하면서 내용물을 완전히 용해시킨 다음 이온교환수 100중량부와 수용성 개시제인 암모니움 퍼 설페이트 1.7중량부를 혼합한 용액을 1시간동안 적하 하고 1시간 동 온도에서 유지 반응을 한 다음 이온교환수 50중량부와 암모니움 퍼 설페이트 0.7중량부를 혼합한 용액을 일시에 투입하고 1시간 유지 반응을 하는 것을 반복한 후 상온으로 냉각하여 평균 분자량 42,000, 고형분 27.8%인 공중합체(B)-①을 얻었다.
공중합체(B)-②
공중합체(A)-①과 같은 제조 장치가 부착된 반응기에 이온교환수 500중량부, 디 아세톤 아크릴아마이드 125중량부, 2-메타아크릴록시 에틸 포스페이트 125중량부를 투입하고 80℃까지 승온, 유지하면서 내용물을 완전히 용해시킨 다음 이온교환수 100중량부와 수용성 개시제인 암모니움 퍼 설페이트 1.5중량부를 혼합한 용액을 1시간동안 적하 하고 1시간 동 온도에서 유지 반응을 한 다음 이온교환수 50중량부와 암모니움 퍼 설페이트 1.0중량부를 혼합한 용액을 일시에 투입하고 1시간 유지 반응을 하는 것을 반복한 후 상온으로 냉각하여 평균 분자량 40,000, 고형분 27.5%인 공중합체(B)-②를 얻었다.
공중합체(B)-③
공중합체(A)-①과 같은 제조 장치가 부착된 반응기에 이온교환수 500중량부, 아크릴 아마이드 80중량부, 2-메타크릴록시 에틸 포스페이트 170중량부를 투입하고 80℃까지 승온, 유지하면서 내용물을 완전히 용해시킨 다음 이온교환수 100중량부와 수용성 개시제인 암모니움 퍼 설페이트 2.0중량부를 혼합한 용액을 2시간동안 적하 하고 1시간 동 온도에서 유지 반응을 한 다음 이온교환수 50중량부와 암모니움 퍼 설페이트 1.5중량부를 혼합한 용액을 일시에 투입하고 1시간 유지 반응을 하는 것을 반복한 후 상온으로 냉각하여 평균 분자량 26,000, 고형분 28.0%인 공중합체(B)-③을 얻었다.
친수성수지
공중합체(A)와 공중합체(B)의 혼합에 의하여 제조되는 친수성수지는 상기와 같이 제조된 각각의 공중합체들(공중합체(A)-① 내지 공중합체(B)-③)을 디메틸 에탄올아민과 같은 유기아민계 화합물(x)이나 수산화나트륨(NaOH)과 같은 알카리금속 수산화물(y)로 pH를 3.5~8.0으로 조절한 다음 표 1과 같이 고형분으로 공중합체(A)와 공중합체(B)를 각각 중량비 100:30~120 비율 범위 이내의 비율로 혼합하여 친수성수지를 얻는다.
바람직하게는 고형분으로 공중합체(A)와 공중합체(B)를 각각 중량비 100:30~80의 비율이 바람직하다.
가교제-①
에포라이트 200E(일본, 공영사제), 폴리에틸렌글리콜(에틸렌글리콜 반복단위 n4) 디글리시딜에테르, 점도 30-50mpa.s, 에폭시당량 185-215의 무색 투명한 액체이다.
가교제-②
에포라이트 400E(일본, 공영사제), 폴리에틸렌글리콜(에틸렌글리콜 반복단위 n6) 디글리시딜에테르, 점도 55-75mpa.s, 에폭시당량 275-305의 무색 투명한 액체이다.
가교제-③
에포라이트 200P(일본, 공영사제), 폴리프로필렌글리콜(프로필렌글리콜 반복단위 n3) 디글리시딜에테르, 에폭시당량 200-240, 점도 20-55mpa.s의 무색 투명한 액체이다.
가교제-④
에포라이트 400P(일본, 공영사제), 폴리프로필렌글리콜(프로필렌글리콜 반복단위 n7) 디글리시딜에테르, 에폭시당량 320-360, 점도 20-70mpa.s의 무색 투명한 액체이다.
계면활성제
음이온 계면 활성제 Koremul 707SF(국산, 한농화성)
시험편제조
시험을 위해 사용되는 알루미늄 두께 0.1t의 시편을 사용하였다.
먼저 알루미늄 시편에 수용성 내식도료(건설화학공업, 웨트멜#8700 프라이머 Green)를 건조도막 0.8~1.2㎛ 두께로 도장하여 건조한 다음 각각의 실시예 및 비교예를 Bar Coater #4를 이용하여 도장한다.
도장된 시편을 분위기 온도가 250℃인 열풍건조로에서 약 15초 동안 건조시킨 후 건조된 도막량을 측정한 결과 건조도막 두께는 0.4~0.6㎛이다.
상기와 같이 제조된 각각의 시험편은 규정된 시험방법에 의하여 물성 시험을 하였으며 그 결과는 표 2와 같다.
1) 초기친수성 시험
시험편에 0.01cc의 물을 적하한 뒤 10초 후 적하액이 시험편과 이루는 접촉각을 측정한다.
◎ : 접촉각 10° 이하
○ : 접촉각 10°~20°
△: 접촉각 20°~30°
× : 접촉각 30° 이상
2) 친수지속성 시험
가공유성 시험이 완료된 시험편을 증류수에 10분간 침적 후 꺼내어 10분간 송풍 건조하는 것을 1cycle로 하고 300cycle 후 접촉각을 측정한다. (단, 100cycle 마다 시험에 사용되는 증류수를 교체한다.)
◎ : 접촉각 20° 이하,
○ : 접촉각 20°~30°
△: 접촉각 30°~40°
× : 접촉각 40° 이상
3) 가공유성 시험
가공유성 시험
시험편에 가공유인 Vapor Oil(G1-7B, 동호물산㈜)에 3분침적, 7분간 상온 방치, 220℃ 90초 건조 후 접촉각을 측정한다.
◎ : 접촉각 10° 이하
○ : 접촉각 10°~20°
△: 접촉각 20°~30°
× : 접촉각 30° 이상
4) 내식성 시험
시험편을 KS D 9502에 준하여 360시간 염수분무시험 후의 표면처리판의 부식발생 상태를 육안으로 평가한다.
◎ : 매우 양호
○ : 양 호
△ : 대체로 양호
× : 불량
5) 가공성 시험
시험편을 180°로 굴곡하여 굴곡면에서의 크랙 발생유무를 육안으로 평가한다.
◎ : 매우 양호
○ : 양 호
△ : 대체로 양호
× : 불량
Figure 112013105428615-pat00001
<본 발명의 실시예에 의한 친수화 처리제의 조성표>
Figure 112013105428615-pat00002
<본 발명의 실시예에 의한 친수화 처리제의 평가결과>
Figure 112013105428615-pat00003
<비교예의 친수화 처리제 조성표>
Figure 112013105428615-pat00004
<비교예의 친수화 처리제 평가결과>
상기 표 2 및 표 4에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 친수화 처리제를 이용하여 형성한 친수화 피막은 우수한 초기친수성, 찬수지속성, 가공유성, 내식성 및 성형 가공성이 우수한 반면에, 비교예의 친수화 피막에서는 일부의 성능이 불충분하고 실용상 요구되는 기능을 만족하지 못했다.
상기와 같이 본 발명에 의한 친수화 처리제는 금속재료에 적용함으로써 우수한 초기친수성, 친수지속성, 가공유성, 내식성 및 성형가공성 등을 갖는 친수화 피막을 형성시킬 수 있다.
이상, 본 발명에 의한 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제에 대해 설명하였다.
상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 금속염을 함유하는 단량체, 히드록시기를 함유하는 단량체 및 카르복실기를 함유하는 단량체가 혼합되고 중화된 공중합체(A)와,
    아마이드기를 함유하는 단량체, 인산화합물이 함유된 단량체가 혼합되고 중화된 공중합체(B)를 각각 100:21~120의 중량 비율로 혼합하여 구성된 친수성수지;
    가교제; 및
    계면활성제;가 혼합되어 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체(A)는 금속염을 함유하는 단량체 100~500중량부, 히드록시기를 함유하는 단량체 50~200중량부 및 카르복실기를 함유하는 단량체 20~150중량부가 혼합되어 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체(B)는 아마이드기를 함유하는 단량체 50~300중량부, 인산화합물을 함유하는 단량체 50~400중량부를 혼합하여 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속염을 함유하는 단량체는,
    말단의 관능기가 술폰산 염(-SO3X)으로 치환된 단량체인 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속염을 함유하는 단량체는,
    2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산 소디움 염, 2-메타크릴록시에틸-1-술폰산 소디움 염, 3-아크릴록시에틸-1-술폰산 소디움 염 또는 비닐 술폰산 소디움 염 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 히드록시기를 함유하는 단량체는,
    2-히드록시 에틸 메타크릴레이트(2-HEMA), 2-히드록시 에틸 아크릴레이트(2-HEA), 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트(2HPMA), 2-히드록시 프로필 아크릴레이트(2-HPA), 2-히드록시 부틸 메타크릴레이트(2-HBMA), 2-히드록시 부틸 아크릴레이트(2-HBA), 4-히드록시 부틸 메타크릴레이트(4-HBMA), 4-히드록시 부틸 아크릴레이트(4-HBA), 2,3-디 히드록시 프로필 메타크릴레이트(2,3-DHPMA) 또는 2,3-디 히드록시 프로필 아크릴레이트(2,3-DHPA) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 카르복실기를 함유하는 단량체는,
    아크릴 산, 메타크릴 산, 이타코닌 산 또는 말레인 산 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 아마이드기를 함유하는 단량체는,
    아크릴 아마이드 또는 디 아세톤 아크릴 아마이드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인산화합물을 함유하는 단량체는,
    2-메타크릴록시 에틸 포스페이트, 차아인산염 또는 아인산염 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는 친수성수지 100중량부에 대하여 0.1~50중량부 혼합되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 친수성수지 100중량부에 대하여 0.05~20중량부 혼합되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 친수성 수지의 이온성과 동일한 이온성을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 금속 표면 친수화 처리제.
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