KR101561404B1

KR101561404B1 - 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101561404B1
Application number: KR1020150001889A
Authority: KR
Inventors: 박중철; 최영섭
Original assignee: 한국종합철관 (주); 주식회사 도화엔지니어링
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2015-10-16

Abstract

본 발명은 부식성이 강한 지역에 시공되거나 그러한 환경에 노출되는 구조물의 기초에 사용되는 강관말뚝의 부식을 방지하여 구조물의 안전성을 확보하고 수명을 연장할 수 있도록 한 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝 및 그 제조방법, 그 제조장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝에 있어서, 폴리이소시아네이트 프리폴리머와 폴리디메틸실록산 및 폴리카보네이트로 구성되는 A제; 및 폴리프로필렌글리콜계 중합체, 폴리카보네이트, 아크릴산에스테르계 중합체, 비닐계 단량체, 디에틸렌글리콜, 폴리디메틸실록산 오일, 1,3-프로판디올, 1,6-헥산디올, 하이드록시프로필β-사이클로덱스트린, 실란알디민-케타민, 옥사졸리딘, 항균제, 유화제, 가소제, 소포제, 산화방지제, 카본블랙을 포함하는 B제;로 이루어지는 2액형 도료를 강관말뚝의 외면에 도장하여서 된 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝 및 그 제조방법, 그 제조장치를 특징으로 한다.

Description

폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝 및 그 제조방법 {Polyurethane-coated type steel pipe piles for foundation work and manufacturing method thereof}

본 발명은 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 부식성이 강한 지역에 시공되거나 그러한 환경에 노출되는 구조물의 기초에 사용되는 강관말뚝의 부식을 방지하여 구조물의 안전성을 확보하고 수명을 연장할 수 있도록 한 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝 및 그 제조방법에 관한 것이다.

강관말뚝은 지중에 타입시공되므로 외면에 방식 도장을 하면 시공 중에 도막이 주변 토양과의 마찰로 인해 손상되어 방식 효과가 기대에 미치지 못하는 것으로 인식됨에 따라 방식 도장을 하지 않고, 그 대신에 부식에 의해 두께가 감소하는 것을 미리 감안하여 여유두께를 갖도록 설계하는 고전적인 방법이 현재도 많은 경우에 채택되고 있는 실정이다.

그러나, 부식여유두께를 감안할 경우 자재비와 시공비가 막대하게 낭비되는 문제가 있으며, 해양이나 해안에 시공되는 강관말뚝의 경우 해토 중 타입부분 이외에도 지상이나 해상에 노출 시공되는 경우가 많아 부식이 심각하게 발생함은 물론 외관을 고려하여야 하므로 부식을 방지하기 위한 수단이 강구되고 있다.

최근, 방식 기술의 발전에 따라 각종 방식도료에 의한 방식방법이나 전기방식방법들이 개발됨에 따라 국내의 경우 해양수산부에서는 '항만 및 어항 설계기준'을 제정하고 연안지역에 사용되는 강관말뚝의 방식방법들을 제시하고 있으며, 해외의 경우도 국내의 경우와 대동소이한데, 강관말뚝의 부식을 방지하기 위한 가장 경제적이고 효과적인 수단은 방식(防蝕) 도장에 의한 방법으로써, 도장에 사용하는 소재는 일반적인 액상 에폭시 수지 도료, 에폭시 수지에 세라믹이나 금속 분말류 또는 기타 광물질을 가미한 변성 에폭시 수지 도료, 혹은 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀계 수지 도료 등의 유기질 도료를 이용하여 도장하도록 제시는 하고 있으나 구체적인 도료 및 도막의 성능이나 도장 표준 등을 지정하지 않고 있으므로 강관말뚝 제조자는 물론 사용자도 그 적용에 있어서 어려움이 있는 실정이다.

즉, 수성 에폭시 기술(특허 KR 10- 0910983)의 경우 방식 도막의 물리·화학성능이 비교적 양호하나 피도장물과의 열팽창 및 진동에 의한 도막의 균열 및 박리 현상이 문제가 되어, 이를 개선하기 위하여 에폭시 수지와의 혼합 성분을 조정한 도료를 이용하여 하도층, 중도층 및 상도층을 중복 도장하되 도막의 두께가 최소 180㎛에서 최대 350㎛이 되도록 하는 기술이 개시(특허 KR 10-1264575) 되기도 하였으나, 그에 사용되는 도료들은 액상 에폭시 수지에 점도조절 및 재료의 분산성 향상을 목적으로 유기용제를 첨가하여 사용하는 기술이므로 도막의 경화시간이 기온에 따라 매우 큰 영향을 받을뿐더러 유기용제 휘발에 의한 환경문제도 뒤따른다.

또한, 상기의 액상 에폭시를 대체하기 위해 분말형태의 에폭시 수지에 금속 또는 세라믹 분말 등의 여러 첨가물을 혼합한 도료도 개시(특허 KR 10-1046264 및 KR 10-1001577) 되고 있지만 도장을 하기 이전과 이후에 대형 중량물인 강관말뚝 본체를 50~ 250℃ 또는 100~180℃로 가열하여야 하므로 에너지 낭비 및 제조원가 상승의 원인이 되며, 도막 두께도 50~150㎛ 또는 50~200㎛ 에 지나지 않으므로 도막의 부착성, 내충격성이나 내화학성도 본 발명에서 추구하는 도막의 성능에 비해 뒤떨어진다.

한편, 상기한 종래의 도장 기술 이외에도 강관말뚝 외면에 거푸집을 형성시키고, 강재표면과 거푸집 사이에 페트롤레이텀, 유기성 케미컬 재료 또는 모르타르 등을 주입하는 공법들이 있는데 각각의 공법에서 나타난 문제점을 해결하기 위한 수단으로 시멘트와 슬래그분말 등의 혼합분체와 에스테르 및 스티렌과 부타디엔 등의 공중합체를 포함하는 혼합액체를 서로 혼합한 부식방지제에 의한 방법이 개시(공개특허 10-2011-0023510)되고 있으나, 이 방법은 종래의 모르타르 주입공법에 비교했을 때는 투수성이나 흡수성 등이 우수하지만 본 발명에서 추구하는 도막의 성능에 비해 뒤떨어지며, 현장에서 시공하여야 하므로 영하의 기온에서는 시공이 곤란한 등의 일기의 제약을 받으므로 시공비 상승 및 공기 지연의 우려를 배제할 수 없다.

또한, 본 출원인의 특허 제10-1107671호는 와류충돌형 혼합모듈만을 사용하여 도료를 혼합한 다음 곧 바로 노즐팁을 통해서 분사도장작업을 하므로 잔류혼합도료 배출까지의 장치 내부에서 발생하는 압력손실이 그다지 크지 않아 청소용 유체를 압축공기로 할 수 있고, 폴리우레탄 수지 도료를 짧은 수간에 효율적으로 혼합하여 분사할 수 있는 수단을 제공하고 있지만 열형향 특성의 시험 결과에서 나타났듯이 미세한 원료 입자들의 충분한 혼합을 위해서는 개선이 되어야 하는 것으로 나타났다.

이를 감안하여 특허 제10-1441848호에서 개시된 도료분사장치의 도료혼합분사기에서는 분사하는 도료에 비해 점도가 높은 경우에 도료 구성 입자들이 더욱 미세하므로 와류충돌형 혼합모듈 이외에 추가로 2차도료혼합분사기를 사용하도록 하였는바, 이 경우에는 장치 내부에서 압력손실이 매우 크게 발생하게 되는 까닭에 원활한 도료혼합분사기 내부에 잔류되는 2액형 혼합도료를 압축공기만으로는 청소를 할 수 없는 단점이 있다.

즉, 도료분사장치에서 도장작업을 중단하고 혼합도료를 장치 외부로 배출하면 모듈본체 내부의 도료혼합실 내부로부터 도료 토출구를 포함한 분사장치 내부 통로에 잔류하는 혼합도료는 장치 외부로 배출이 되지만, 각각의 도료개폐접속핀의 끝부분으로부터 모듈본체 내부의 도료유입통로에 잔류하는 2액형도료는 도료혼합실을 고속으로 흐르는 압축공기의 기류의 영향을 받아 미세한 양이 도료혼합실로 빨려들어와 장치 내부의 완전한 청소를 방해하여 어느 정도의 시간이 경과 되면 흘러들어온 2액형도료가 서로 반응하여 장치 내부에 고착되기도 하고, 도장작업을 다시 개시할 때 정상적인 혼합도료의 분사에 앞서 미반응 도료가 분사되어 도막의 품질을 저하시키는 건스핏(GUN-SPIT) 현상의 원인이 되기도 하였다.

본 발명은 대기중에 노출되거나 부식성이 높은 환경에 시공되는 기초용 강관말뚝의 부식 현상이나 수명단축현상을 사전에 방지하기 위하여 폴리우레탄계 수지도료를 도장하여 방식 도막을 형성함에 있어, 방향족(Aromatic) 폴리우레탄 수지도료에 의한 방식 도막만으로도 충분히 그 성능을 발휘할 수 있도록 하는 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명은 2액형 폴리우레탄 수지도료를 강관말뚝 외면을 도료혼합분사기에 의해 도장함에 있어 기존 도료혼합분사기의 구조상 문제와 불안정한 작동에 의한 도막의 결함발생을 예방하고, 우수한 도막의 품질을 유지하기 위한 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝의 제조장치에 있다.

본 발명은 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝에 있어서, 폴리이소시아네이트 프리폴리머와 폴리디메틸실록산 및 폴리카보네이트로 구성되는 A제; 및 폴리프로필렌글리콜계 중합체, 폴리카보네이트, 아크릴산에스테르계 중합체, 비닐계 단량체, 디에틸렌글리콜, 폴리디메틸실록산 오일, 1,3-프로판디올, 1,6-헥산디올, 하이드록시프로필β-사이클로덱스트린, 실란알디민-케타민, 옥사졸리딘, 항균제, 유화제, 가소제, 소포제, 산화방지제, 카본블랙을 포함하는 B제;로 이루어지는 2액형 도료를 강관말뚝의 외면에 도장하여서 된 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝을 특징으로 한다.

상기 A제;는, 방향족 폴리이소시아네이트 프리폴리머(POLYISOCIANATE PREPOLYMER)를 80~98 중량%, 폴리디메틸실록산(PETHYLSILOXANE)을 1.0~10 중량% 폴리카보네이트(POLYCARBONATE)를 1.0~10 중량% 함유하는 중합체를 포함하고,

상기 B제;는, 폴리프로필렌 글리콜(POLYPROPHYLENE GLYCOL)계 중합체를 50~60 중량%, 폴리카보네이트(POLYCARBONATE)를 1.0~10중량%, 아크릴산에스테르 (ACRYLIC ACID ESTER)계 중합체 1.0~10중량%, 비닐계 단량체 1.0~10중량%, 디에틸렌 글리콜(DIETHYLENE GLYCOL) 1.0~10중량%, 1,6-헥산디올(HEXANEDIOR) 0.1~1.0중량%, 1,3-프로판디올(PROPANEDIOR) 0.1~1.0중량%, 폴리디메틸실록산(POLYDIMETHYLSILOXANE) 오일을 0.1~1.0 중량%, 하이드록시프로필(HYDROXYPROPYL)β-사이클로덱스트린(CYCLODEXTRIN)을 0.1~1.0 중량%, 반응 촉진 및 안정제로써 옥사졸리딘(OXAZOLIDIN) 1.0~5.0 중량%, 잠재성 경화제로써 실란알디민-케타민(SILANALDIMIN-KETAMINE) 0.1~1.0 중량%, 유화제 0.01~0.5중량%, 가소제 0.1~1.0 중량%, 소포제 0.1~5.0 중량%, 산화방지제 0.001~0.05 중량%, 카본블랙 0.5~2.0 중량% 를 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 A제와 B제의 혼합비는 체적비를 기준으로 1:1 이 되고, 점도는 실온에서 A제는 1,800~2,500 cps 범위이고, B제는 1,500~2,000 cps 범위에서 강관말뚝의 외면에 도장이 이루어지는 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝의 제조방법을 특징으로 한다.

상기 제 1항의 A제와 B제는 2액형 도료혼합분사기의 분사구를 통해서 분사되어 강관말뚝의 외면에 도장하되 상기 도료혼합분사기는, 상기 A제와 B제로 이루어진 도료의 혼합이 이루어지는 1차도료혼합부와, 상기 1차 혼합된 A제와 B제가 충분히 혼합되어 균일하게 분포되어 분사될 수 있도록 하는 2차도료혼합부와, 상기 1,2차도료혼합부 사이에 설치되어 혼합도료가 도료혼합실에 잔류되지 않고 청소가 이루어질 수 있도록 하는 청소용제 공급부로 이루어지는 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝의 제조장치를 특징으로 한다.

상기 1차도료혼합부는, 몸체 내의 중앙에 설치되는 1차도료혼합모듈과, 상기 1차도료혼합모듈 선단 내측에 형성되어 도료혼합이 이루어지도록 하는 도료혼합실과, 상기 1차도료혼합모듈의 양측에 각각 형성되어 두 종류의 A제와 B제의 도료가 도료혼합실로 유입될 수 있도록 형성되는 2개의 도료유입부와, 상기 1차도료혼합모듈의 중심부로 관통되게 설치되어 도료유입부의 출구를 개폐하고 도료혼합실의 잔류된 혼합도료를 도료토출통로의 청소용제 공급부와 인접한 부분까지 전진 이송시킬 수 있도록 하는 도료이송밀핀이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 청소용제 공급부는, 청소용 유체가 유입될 수 있도록 하는 연결관과, 상기 연결관과 연통되어 유체유입이 이루어지는 유체통로와, 상기 유체통로상에 설치되어 유체의 유입 및 차단이 이루어지도록 하는 개폐밸브와, 상기 유체통로의 출구는 1,2차도료혼합부 사이의 도료토출통로와 연통되게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 2차도료혼합부는, 도료토출통로 출구 방향에 결합되되 중공형 관체로 형성된 하우징과, 상기 하우징의 중공부에 삽입되어 고정설치되는 엘레멘트와, 상기 엘레멘트의 외주면 길이방향에 일정간격으로 직교로 형성되고 하우징의 내벽에 밀착되어 각각의 도료혼합공간을 갖도록 한 복수의 격벽과, 상기 복수의 격벽에는 서로 반대편에 형성되어 도료가 교합되어 유출되도록 형성한 도료교합통로와, 상기 엘레멘트의 입구측에 중심에서 외주면 방향으로 반기역자 형태로 형성된 유입안내구멍과, 상기 엘레멘트의 출구측에 외주면에서 중심방향으로 기역자 형태로 형성된 유출안내구멍을 거쳐 노즐팁이 장착된 분사구에서 분사가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 제조하는 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝은 해안이나 해양과 같이 부식성이 강한 시공 환경에서도 구조물의 내구성을 안정적으로 확보할 수 있고, 도막의 접착력, 충격저항, 내마성, 내화학성, 시공성 등의 성능이 우수하고 경제적인 효과가 있다.

또한, 본 발명은 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝의 제조시에 1,2차도료혼합부에 의해 미세한 도료입자들이 치밀하고 완전하게 혼합되도록 함과 아울러 도장이 완료된 후에는 도료혼합분사기 내부에 잔류되는 2액형 혼합도료를 완전 배출시킬 수 있도록 하는 수단으로 도막의 결함발생을 방지하고 우수한 도막의 품질을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝을 제조하기 위한 도료혼합분사기를 나타낸 전면도.
도 2는 본 발명의 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝을 제조하기 위한 도료혼합분사기를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝을 제조하기 위한 도료혼합분사기의 1차도료혼합부를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝을 제조하기 위한 도료혼합분사기의 1차도료혼합부를 일부 확대한 단면도.
도 5는 본 발명의 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝을 제조하기 위한 도료혼합분사기의 1차도료혼합부 및 청소용제 공급부를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝을 제조하기 위한 도료혼합분사기에서 1차도료혼합부의 도료이송밀핀을 도료혼합부의 전방으로 이송시킨 상태를 나타낸 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝을 제조하기 위한 도료혼합분사기에서 1차도료혼합부의 도료이송밀핀을 청소용제 공급부와 인접한 위치까지 전진된 상태를 나타낸 확대 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 해안이나 해상과 같이 부식성이 높은 환경에 사용되는 기초용 강관말뚝의 내구성 및 안전성 증대를 목적으로 높은 가교 밀도를 갖는 폴리우레탄 수지도료에 의한 방식 도막을 강관말뚝의 외면에 형성함으로써, 우수한 접착성을 가져 피도체를 장기간 부식으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 굴곡에 대한 저항성, 외부의 충격으로부터 보호할 수 있는 충격저항성, 화학물질에 대한 저항성, 자외선에 대한 안정성, 장기간 마모에 대한 저항성능 등을 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 폴리우레탄 수지 도료는, 폴리이소시아네이트 프리폴리머와 폴리디메틸실록산 및 폴리카보네이트로 구성되는 A제; 및, 폴리프로필렌글리콜계 중합체, 폴리카보네이트, 아크릴산에스테르계 중합체, 비닐계 단량체, 디에틸렌글리콜, 폴리디메틸실록산 오일, 1,3-프로판디올, 1,6-헥산디올, 하이드록시프로필β-사이클로덱스트린, 실란알디민-케타민, 옥사졸리딘, 항균제, 유화제, 가소제, 소포제, 산화방지제, 카본블랙을 포함하는 B제;로 이루어지는 2액형 도료를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 방식(防蝕) 도장을 하기 이전의 강관말뚝 본체는 강판이나 강대를 원통 형상으로 성형하고 연속으로 자동용접을 한 다음 소정의 길이로 절단하거나 용접을 해서 제조한다.

본 발명의 방향족 폴리우레탄 수지 도료는, 2가지 액체 재료(A제와 B제로 구분하되 이하에서 "2액형 도료"라 함)로 구성되고, 이 2액형 도료는 폴리우레탄 수지도료의 특성상 서로 혼합되면 급속하게 반응을 하여 경화가 진행되므로 각각 별도의 용기에 저장 후, 도장 작업을 할 때 전용도장장치 내부에서 피도장물 표면에 분사되기 직전에 혼합이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 우선 강관 외면에 도장된 폴리우레탄 도막의 품질 수준을 정하고, 그 품질 수준을 만족하고 유지할 수 있는 폴리우레탄 수지도료의 조성 성분을 제시한다.

먼저, 폴리우레탄 도막의 품질 수준을 정함에 있어, 기초용 강관말뚝의 시공 및 사용 환경에 부합하는 폴리우레탄 도막의 품질 수준을 규정하고 있는 사례가 국내외 문헌에 제시되어 있지 않으나 지중 매설 또는 지상 노출되는 배관용 강관에 대한 폴리우레탄 도막의 품질 수준을 규정한 사례는 국내외 문헌자료에 제시되어 있으므로 이를 참고하여 기초용 강관말뚝에 대한 폴리우레탄 도막의 품질 수준을 아래 표 1 과 같이 정하였다.

기초용 강관말뚝 외면 폴리우레탄 도막의 품질

품질 항목			품질 수준
물리적 성능	접착력		10.35 MPa 이상
	음극박리		박리 반경 10mm 이하
	내충격성		10 N-m 이상
	내마모성		마모량 80 mg/1,000회전 이하
	절연저항		홀리데이가 없을 것
	내굽힘성		3" Mandrel 에 이상없을 것
	흡수율		2% 이하
	경 도		SHORE D 65 이상
화학적 성능	내산성	10% H₂SO₄	30일간 침적 후 중량, 길이 또는 폭의 변화 5% 이하
	내염수성	30% NaCl
	내알칼리성	30% NaOH
	내유성	Diesel Oil

자료 1 : 한국상하수도협회 단체표준 SPS-KWWA M208-189 수도용 폴리우레탄 도장 강관 및 이형관

자료 2 : 미국수도협회 규격 ANSI/AWWA C222-08 POLYURETHANE COATINGS FOR THE INTERIOR AND EXTERIOR OF STEEL WATER PIPE AND FITTINGS

자료 3 : 일본수도강관협회규격 WSP 009-2004 수관교외면방식기준

본 발명에서는 상기한 표 1에서 정한 폴리우레탄 도막의 품질 수준을 안정적으로 만족하기 위하여 사용하는 폴리우레탄 수지도료의 조성을 개시하고, 그에 따라 제조된 폴리우레탄 수지도료를 사용하여 기초용 강관말뚝의 외면에 도장하는 방법에 대해서 개시한다.

본 발명의 폴리우레탄 수지도료를 구성하는 2가지 재료 중에서 A제는, 방향족 폴리이소시아네이트 프리폴리머(POLYISOCIANATE PREPOLYMER)를 80~98 중량% 함유하여 수지의 주된 골격을 이루게 하고, 도료와 금속 간의 접착성과 내충격성을 증진할 수 있게 하기 위하여 폴리디메틸실록산(PETHYLSILOXANE)을 1.0~10 중량% 함유하며, 염수나 기타 화학물질에 대한 저항성 및 자외선에 대한 안정성을 높이기 위해서 폴리카보네이트(POLYCARBONATE)를 1.0~10 중량% 함유하는 중합체로 한다.

그리고 B제는, 수지의 주요 골격을 이루면서 도료의 접착성, 내충격성 및 내화학성을 유지할 수 있도록 폴리프로필렌 글리콜(POLYPROPHYLENE GLYCOL)계 중합체를 50~60 중량% 함유하는 것으로 하고, 내화학성, 접착성, 자외선에 대한 안정성을 보완할 수 있도록 폴리카보네이트(POLYCARBONATE)를 1.0~10중량% 함유하며, 도료간의 접착성 및 자외선에 대한 안정성을 더욱 증진할 수 있도록 아크릴산에스테르 (ACRYLIC ACID ESTER)계 중합체 1.0~10중량% 및 비닐계 단량체 1.0~10중량%로 하고, 도료 분자간의 가교결합을 통해 도막의 강인성을 증진할 수 있도록 디에틸렌 글리콜(DIETHYLENE GLYCOL) 1.0~10중량%, 1,6-헥산디오르(HEXANEDIOR) 0.1~1.0중량%, 1,3-프로판디오르(PROPANEDIOR) 0.1~1.0중량% 를 첨가하며, 습윤 및 표면 조절제로써 폴리디메틸실록산(POLYDIMETHYLSILOXANE) 오일을 0.1~1.0 중량%, 안정화제로써 하이드록시프로필(HYDROXYPROPYL)β-사이클로덱스트린(CYCLODEXTRIN)을 0.1~1.0 중량% 를 함유하고, 반응 촉진 및 안정제로써 옥사졸리딘(OXAZOLIDIN) 1.0~5.0 중량%, 잠재성 경화제로써 실란알디민-케타민(SILANALDIMIN-KETAMINE) 0.1~1.0 중량%, 그 밖의 첨가제로써 유화제 0.01~0.5중량%, 가소제 0.1~1.0 중량%, 소포제 0.1~5.0 중량%, 산화방지제 0.001~0.05 중량% 을 포함하고, 자외선에 대한 안정성과 변색 방지를 위한 안료로써 카본블랙 0.5~2.0 중량% 를 함유하는 것으로 한다.

또한, 상기와 같은 조성으로 제조하는 폴리우레탄 수지도료의 A제와 B제의 혼합비는 체적비를 기준으로 1:1 이 되어야 하고, A제 및 B제 모두 환경 유해물질인 납계 경화촉진제나 아민계 화합물 또는 유기용제를 일체 함유하지 않아야 하며, 점도는 실온에서 A제는 1,800~2,500 cps 범위이고, B제는 1,500~2,000 cps 범위이며, 양측의 온도를 65℃로 올렸을 때 A제와 B제 모두 600~800 cps 범위의 점도를 유지하되 동일한 온도로 가열된 상태에서 양자 사이의 점도편차가 10%를 초과하지 않도록 함이 바람직하다.

기초용 강관말뚝 도장에 사용하는 상기의 폴리우레탄 수지 도료는 A제와 B제가 서로 혼합되면 수 초에서 수십 초 사이에 화학반응이 시작되어 경화되기 시작하므로 혼합된 도료를 분사하기 이전에 장치 내부에서 A제와 B제의 미세한 입자들이 서로 1:1의 비율로 충분히 혼합되어야 하고, 그렇게 혼합된 도료는 장치 내부에 정체됨이 없이 연속적으로 분사되어 피도장물인 강관말뚝 외면에 고르게 도장되어 도막을 형성할 수 있어야 한다.

상기한 폴리우레탄 수지도료의 충분한 혼합과 원활한 분사를 하기 위한 도료혼합분사기(A)는 A제와 B제로 이루어진 도료의 혼합이 이루어지는 1차도료혼합부(100)와, 상기 1차 혼합된 A제와 B제가 충분히 혼합되어 균일하게 분포되어 분사될 수 있도록 하는 2차도료혼합부(200)와, 상기 1,2차도료혼합부(100)(200) 사이에 설치되어 혼합도료가 도료혼합분사기(A)에 잔류되지 않고 청소가 이루어질 수 있도록 하는 청소용제 공급부(300)로 이루어져 있다.

상기 1차도료혼합부(100)는, 몸체(110)내의 중앙에 설치되는 1차도료혼합모듈(120)과, 상기 1차도료혼합모듈(120) 선단 내측에 형성되어 도료혼합이 이루어지도록 하는 도료혼합실(122)과, 상기 1차도료혼합모듈(120)의 양측에 각각 형성되어 두 종류의 A제와 B제의 도료가 도료혼합실(122)로 유입될 수 있도록 형성되는 2개의 도료유입부(140)와, 상기 1차도료혼합모듈(120)의 중심부로 관통되게 설치되어 도료유입부(140)의 출구를 개폐하고 도료혼합실(122)의 잔류된 혼합도료를 도료토출통로(160)의 청소용제 공급부(300)와 인접한 부분까지 전진 이송시킬 수 있도록 하는 도료이송밀핀(130)이 구비되어 있다.

상기 도료유입부(140)의 도료유입구(144)에는 도료개폐핀(146)이 구비되어 도료의 공급 및 차단이 이루어질 수 있도록 되어 있고, 도료유입구(144)와 연통되는 내측에 도료유입통로(142)가 구비되되 도면에 도시된 바와 같이 도료유입통로(142)는 와류작용이 용이하게 이루어질 수 있도록 직각 및 경사통로로 이루어짐과 아울러 도료혼합실(122)의 측벽에 출구가 이루어지는 형태로 구비함이 바람직하며, 상기 도료개폐핀(146)과 도료이송밀핀(130)은 각각의 실린더(150)에 의해 선택적으로 작동이 이루어지게 된다.

상기 청소용제 공급부(300)는, 1,2차도료혼합부(100)(200) 사이에 설치되어 도료혼합분사기(A)에 잔류되는 혼합도료를 청소하게 될 때 압축공기뿐만 아니라 세척용 용제로도 사용할 수 있도록 되어 있다.

이러한 청소용제 공급부(300)는 청소용 유체가 유입될 수 있도록 하는 연결관(310)과, 상기 연결관(310)과 연통되어 유체유입이 이루어지는 유체통로(320)와, 상기 유체통로(320)상에 설치되어 유체의 유입 및 차단이 이루어지도록 하는 개폐밸브(330)와, 상기 유체통로(320)의 출구는 1,2차도료혼합부(100)(200) 사이의 도료토출통로(160)와 연통되게 되어 있다.

상기와 같은 1차도료혼합부(100)는 강관말뚝의 외면에 도장작업을 개시하기 위하여 도료분사를 하는 경우에 도료이송밀핀(130)을 도료혼합실(122)의 후방으로 후진시키게 되면 도료혼합실(122)과 연통되는 양측 도료유입부(140)의 출구가 개방됨과 아울러 도료개폐핀(146)을 개방함으로써 A제와 B제가 양측의 도료유입부(140)를 통해 도료혼합실(122)에 유입되어 1차로 도료혼합이 이루어진 다음 도료토출통로(160)를 통해 2차도료혼합부(200)로 이송되어 2차도료혼합부(200)에서 2차 도료혼합되는 과정을 거쳐 분사구(400)의 노즐팁(410)으로 분사가 이루어져서 도장작업이 이루어지도록 하며, 이때 청소용제 공급부(300)의 유체통로(320)는 차단된 상태로 되어 있다.

그리고 본 발명의 도료혼합분사기에 의한 도장작업을 중단하는 경우, 도료이송밀핀(130)을 도료혼합실(122)의 전방으로 전진시켜 도료토출통로(160)의 청소용제 공급부(300)와 인접한 부분까지 전진시키게 되면 도료혼합실(122)의 양측에 형성된 도료유입부(140)의 출구는 도료이송밀핀(130)에 의해 차단되어 도료혼합실(122)에 도료유입이 되지 않도록 함과 아울러 도료혼합실(122)에 잔류된 혼합도료를 도료토출통로(160)의 청소용제 공급부(300)와 인접한 부분까지 밀어내게 되며, 이어서 청소용제 공급부(300)의 유체통로(320)를 개방하게 되면 연통되는 도료토출통로(160)로 청소용 유체가 고속으로 유입되면서 도료이송밀핀(130) 전방에 위치한 도료토출통로(160)와 2차도료혼합부(200)에 있는 잔류혼합도료를 분사구(400)의 노즐팁(410)을 배출시키는 청소가 이루어지게 되므로 도료혼합실(122)에 혼합도료가 잔류되어 경화되는 것을 방지하게 된다.

그리고 2차도료혼합부(200)는, 1차도료혼합부(100)에서 혼합된 도료가 도료토출통로(160)를 통해 2차도료혼합부(200)의 엘레멘트(element)(220)에 형성된 유입안내구멍(240)로 유입된 후 엘레멘트(220)의 외주면에 서로 반대쪽에 도료교합통로(250)를 갖도록 형성된 격벽(230)을 순차적으로 통과하면서 충돌혼합과 분산을 반복함으로써 도료의 혼합을 완전하게 할 수 있도록 함에 있다.

상기 2차도료혼합부(200)는 도료토출통로(160) 출구 방향에 결합되되 중공형 관체로 형성된 하우징(210)과, 상기 하우징(210)의 중공부에 삽입되어 고정설치되는 엘레멘트(220)와, 상기 엘레멘트(220)의 외주면 길이방향에 일정간격으로 직교로 형성되고 하우징(210)의 내벽에 밀착되어 각각의 도료혼합공간을 갖도록 한 복수의 격벽(230)과, 상기 복수의 격벽(230)에는 서로 반대편에 형성되어 도료가 교합되어 유출되도록 형성한 도료교합통로(250)와, 상기 엘레멘트(220)의 입구측에 중심에서 외주면 방향으로 반기역자 형태로 형성된 유입안내구멍(240)과, 상기 엘레멘트(220)의 출구측에 외주면에서 중심방향으로 기역자 형태로 형성된 유출안내구멍(260)으로 이루어져서 유입안내구멍(240)으로 유입된 도료가 복수의 격벽(230) 사이에 형성된 도료혼합공간에서 혼합되고 도료교합통로(250)를 통해 교합이 이루어진 다음 또 다른 도료혼합공간에서 혼합이 순차적으로 이루어지는 작용으로 도료의 충돌혼합과 분산을 반복함으로써 도료의 혼합을 완전하게 한다.

즉, 본 발명은 1차도료혼합부(100)에서 1차 혼합된 도료가 2차도료혼합부(200)의 유입안내구멍(240)으로 유입이 되면 엘레멘트(220)의 외주면에 형성된 복수의 격벽(230) 사이에 형성된 도료혼합공간을 거쳐 도료의 충돌혼합과 분산을 반복한 다음 유출안내구멍(260)을 통해 분사구(400)의 노즐팁(410)으로 분사가 이루어지도록 한다.

또한, 상기 엘레멘트(220)의 외경과 하우징(210)의 내경은 길이방향으로 100:(1.0~3.0)의 경사면을 이루도록 형성한다. 그 이유는, 우선 엘레멘트(220)의 외주면과 하우징(210)의 내주면이 경사면을 이루면 조립하였을 때 서로 완전 밀착되어 도료가 설계된 통로로만 원활히 유동하게 되고, 또한 주기적으로 2차도료혼합부(200) 내부에 부착된 도료 찌꺼기나 응고된 도료들을 청소하기 위해 엘레멘트(220)를 하우징(210)으로부터 용이하게 분리할 수 있도록 하기 위함이다. 기존의 믹서들은 이러한 경사가 없으므로 엘레멘트가 쉽게 빠지지 않아서 가스토치를 사용하여 믹서를 고온 가열하거나 과도한 타격을 가하므로 믹서 본체에 심한 변형이나 손상이 생겨서 더이상 사용이 곤란한 경우가 많다.

또한, 본 발명에 사용하는 2차도료혼합부(200)는 와류충돌형 혼합기에서 1차적으로 혼합된 도료가 엘레멘트(220) 입구의 구멍을 통해 유입된 다음 격벽 사이의 통로를 따라 분산과 충돌 혼합을 반복하는 2차 혼합 과정을 통해 미세한 입자들까지 완전히 혼합되도록 하는 구조이다. 조금 더 상세하게는 유입구멍의 지름과 격벽 사이의 도료 유동 단면적은 3.0~4.5 ㎟ 가 되도록 가공하는 것이 바람직한데 그러기 위해서는 원형 유입구멍의 지름을 2.0~2.4mm 로 하고 격벽 사이 사각 유동 통로의 변의 길이는 각각 1.8~2.2mm 의 정사각형 형태로 가공하는 것이 바람직한데, 이것은 강관말뚝의 호칭 지름 400㎜~1,200㎜ 인 제품의 도장 작업을 감안하여 혼합 도료의 분사압력이 약 150 kgf/㎠ 일 때를 기준으로 도료 분사량이 4~6 ℓ/min 정도가 도장작업속도로써 적정하므로 유동 단면을 통과하는 혼합도료의 속도가 10 m/sec ~ 15 m/sec 가 되도록 하여 장치 내부에서 도료가 고속으로 교축 충돌 혼합을 할 수 있도록 하기 위함이다. 만일 유동 단면적이 너무 작을 경우는 도료의 혼합은 조금 더 정교할 수 있지만 장치 내부의 압력 손실이 과다하게 되고 도료의 적정 분사속도에 미달할 수 있으며, 반대로 유동 단면적이 너무 과다할 경우는 적정 분사 압력 유지가 어렵고 과다한 도료 분사량과 속도로 인하여 소정 품질의 도막 형성에 문제가 될 수 있다. 또한 엘레멘트에 가공되는 격벽은 도료의 분산과 교축 충돌이 1 초 미만의 짧은 순간에 적어도 1,000 회에서 수 만회를 반복할 수 있도록 격벽의 수량을 10개~18개 정도를 구비하도록 하며,재질은 기계구조용 탄소강재나 스테인리스 강재를 기계 가공하여 제작하는 것이 바람직하지만 재질을 그것만으로 한정하지는 않고 내구성이나 경제성 등을 감안하여 변경이 가능함은 물론이다.

이러한 본 발명의 도료혼합분사기(A)는 1차도료혼합부(100)의 도료혼합실(122)에서 도료가 격렬한 와류를 일으키며 충돌혼합된 후, 다시 2차도료혼합부(200)에서 고속으로 충돌과 분산을 반복하면서 미세한 도료입자들이 치밀하고 완전하게 혼합되도록 함으로써 도막 내부에 미세한 미반응 도료들이 잠재하지 못하도록 하고 도료의 완전한 반응을 유도하여 도막의 접착성을 더욱 향상시킬 수 있도록 함과 아울러 도장이 완료된 후에는 도료혼합분사기(A) 내부에 잔류되는 2액형 혼합도료를 완전 배출시킬 수 있도록 하는 수단으로 도막의 결함발생을 방지하고 우수한 도막의 품질을 유지할 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

A : 도료혼합분사기 100 : 1차도료혼합부
110 : 몸체 120 : 도료혼합모듈
122: 도료혼합실 130 : 도료이송밀핀 140 : 도료유입부 142 : 도료유입통로 144 : 도료유입구 146 : 도료개폐핀
150 : 실린더 160 : 도료토출통로
200 : 2차도료혼합부 210 : 하우징 220 : 엘레멘트 230 : 격벽 240 : 유입안내구멍 250 : 도료교합통로 260 : 유출안내구멍 300 : 청소용제 공급부 310 : 연결관 320 : 유체통로 330 : 개폐밸브 400 : 분사구 410 : 노즐팁

Claims

폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝에 있어서,
폴리이소시아네이트 프리폴리머 80~98 중량%, 폴리디메틸실록산 1.0~10 중량%,폴리카보네이트 1.0~10 중량% 함유하는 중합체로 구성되는 A제; 및
폴리프로필렌 글리콜 중합체 50~60 중량%, 폴리카보네이트 1.0~10중량%, 아크릴산에스테르계 중합체 1.0~10중량%, 비닐계 단량체 1.0~10중량%, 디에틸렌 글리콜 1.0~10중량%, 1,6-헥산디올 0.1~1.0중량%, 1,3-프로판디올 0.1~1.0중량%, 폴리디메틸실록산 오일 0.1~1.0 중량%, 하이드록시프로필β-사이클로덱스트린 0.1~1.0 중량%, 반응 촉진 및 안정제로써 옥사졸리딘 1.0~5.0 중량%, 잠재성 경화제로써 실란알디민-케타민 0.1~1.0 중량%, 유화제 0.01~0.5중량%, 가소제 0.1~1.0 중량%, 소포제 0.1~5.0 중량%, 산화방지제 0.001~0.05 중량%, 카본블랙 0.5~2.0 중량% 를 함유하는 B제;로 이루어지는 2액형 도료를 포함하며,
상기 A제와 B제의 혼합비는 체적비를 기준으로 1:1 이 되고, 점도는 실온에서 A제는 1,800~2,500 cps 범위이고, B제는 1,500~2,000 cps 범위에서 강관말뚝의 외면에 도장이 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝.
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상기 제 1항의 A제와 B제는 2액형 도료혼합분사기의 분사구를 통해서 분사되어 강관말뚝의 외면에 도장하되
상기 도료혼합분사기는,
몸체(110)내의 중앙에 설치되는 1차도료혼합모듈(120)과, 상기 1차도료혼합모듈(120) 선단 내측에 형성되어 도료혼합이 이루어지도록 하는 도료혼합실(122)과, 상기 1차도료혼합모듈(120)의 양측에 각각 형성되어 두 종류의 A제와 B제의 도료가 도료혼합실(122)로 유입될 수 있도록 형성되는 2개의 도료유입부(140)와, 상기 1차도료혼합모듈(120)의 중심부로 관통되게 설치되어 도료유입부(140)의 출구를 개폐하고 도료혼합실(122)의 잔류된 혼합도료를 도료토출통로(160)의 청소용제 공급부(300)와 인접한 부분까지 전진 이송시킬 수 있도록 하는 도료이송밀핀(130)이 구비되어 있는 1차도료혼합부(100)와,
상기 1차 혼합된 A제와 B제가 충분히 혼합되어 균일하게 분포되어 분사될 수 있도록 하는 2차도료혼합부(200)와,
상기 1,2차도료혼합부(100)(200) 사이에 설치되어 혼합도료가 도료혼합실(122)에 잔류되지 않고 청소가 이루어질 수 있도록 하는 청소용제 공급부(300)를 구비하되 청소용 유체가 유입될 수 있도록 하는 연결관(310)과, 상기 연결관(310)과 연통되어 유체유입이 이루어지는 유체통로(320)와, 상기 유체통로(320)상에 설치되어 유체의 유입 및 차단이 이루어지도록 하는 개폐밸브(330)와, 상기 유체통로(320)의 출구는 1,2차도료혼합부(100)(200) 사이의 도료토출통로(160)와 연통되게 되어 있는 청소용제 공급부(300)를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 폴리우레탄 도장형 기초용 강관말뚝의 제조장치.
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