KR101568482B1 - 형광 안료가 봉입된 부식 감지용 코팅 조성물 및 및 이를 이용한 표면 처리 강판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부식제 및 형광 안료가 1:1~3의 중량비로 봉입된 부식 감지용 나노 캡슐; 및 주제 수지 조성물을 포함하는 부식 감지용 코팅 조성물 및 상기 부식 감지용 코팅 조성물이 표면의 일면 또는 양면에 코팅되어 부식 감지용 수지층이 형성된 표면 처리 강판을 제공한다.
본 발명의 부식 감지용 코팅 조성물을 사용함으로써, 강판의 표면이 부식되는 경우 코팅층의 나노 캡슐로부터 내부식제가 방출되어 강판의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 부식에 의해 코팅층의 나노캡슐로부터 형광 안료가 방출되는 경우, 자외선 등을 사용하는 경우에만 형광 안료를 확인할 수 있어 미관을 훼손시키지 않고 부식 발생지를 용이하게 확인할 수 있다.

Description

형광 안료가 봉입된 부식 감지용 코팅 조성물 및 및 이를 이용한 표면 처리 강판{COMPOSITION FOR CORROSION DETECTION COMPRISING THE NANO-CAPSULE CONTAINING FLUORESCENCE PIGMENT AND SURFACE TREATED STEEL SHEET THEREWITH}
본 발명은 형광 안료가 봉입된 부식 감지용 코팅 조성물 및 및 이를 이용한 표면 처리 강판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 형광 안료가 봉입된 상기 나노 캡슐을 강판에 코팅하는 경우 부식으로 인한 pH 변화에 의해 나노 캡슐 밖으로 형광 안료가 방출되어 강판의 부식을 감지할 수 있는 형광 안료가 봉입된 부식 감지용 코팅 조성물 및 및 이를 이용한 표면 처리 강판에 관한 것이다.
강판의 부식 방지를 위한 6가 크롬 보호 코팅을 대체할 수 있는 수단으로 스마트 보호 코팅(smart protective coating)이 대두되고 있다. 스마트 코팅은 종래 코팅의 주 목적인 방벽 보호(barrier protection)와 연계될 수 있는 능동적 보호 코팅이다. 능동적 부식 보호는 강판이 부식을 유발하는 기질과 접촉하여 주 코팅층이 손상될 때, 금속의 부식을 지연시키는 것을 목적으로 하는 것으로서, 코팅 물질은 코팅 보전 상태에서 변화가 있는 경우 능동적 복구 물질을 방출할 수 있다. 상기 능동적 복구 물질로는 내부식제 등을 들 수 있으며, 상기 내부식제와 같은 활성제가 전처리(pretreatment), 프라이머(primer) 및 탑코트(topcoat)와 같이 코팅 물질의 일 부분에 도입될 수 있다.
다만, 강판의 부식이 발생하는 경우 부식 발생지를 육안으로 판별하는 것은 용이하지 않다. 또한, 강판이 부식되는 경우 상기 내부식제와 함께 일반 염료가 방출되도록 하는 경우, 강판 표면 위로 염료가 흘러나와 미관을 해치기 쉽다. 따라서, 강판의 부식을 지연시킬 수 있으면서, 미관을 해치지 않고 부식 발생지를 용이하게 판별할 수 있는 수단이 요구되는 실정이다.
본 발명의 한 측면은 내부식제 및 형광 안료를 봉입시킨 나노 캡슐이 포함됨으로써, 강판의 부식을 방지할 뿐만 아니라 부식의 발생지를 용이하게 판별할 수 있는 부식 감지용 코팅 조성물 및 상기 조성물을 사용하여 표면 처리한 강판을 제공하고자 한다.
본 발명은 내부식제 및 형광 안료가 1:1~3의 중량비로 봉입된 부식 감지용 나노 캡슐; 및 주제 수지 조성물을 포함하는 부식 감지용 코팅 조성물을 제공하고자 한다.
상기 형광 안료는 희토류 금속 이온이 활성화된 스트론튬 알루미네이트(SrAl2O4) 또는 칼슘 알루미네이트(CaAl2O4)일 수 있다.
상기 내부식제는 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 에탄올아민 디부틸아민, 2-에틸헥실아민, 디에틸렌트리아민, 에틸렌디아민, 디에틸아민, 디메틸스테아릴아민, 옥틸아민, 인산 디부틸에스테르, 인산 부틸 에스테르, 인산 디-(2-에틸헥실) 에스테르 및 인산 2-에틸헥실 에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 부식 감지용 나노 캡슐은 조성물 고형분에 대해 20~60 중량%로 포함될 수 있다.
상기 주제 수지는 우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 에스테르 수지 및 올레핀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명은 또한 부식 감지용 코팅 조성물이 표면의 일면 또는 양면에 코팅되어 부식 감지용 수지층이 형성된 표면 처리 강판을 제공한다.
상기 부식 감지용 수지층의 두께는 1~10㎛일 수 있다.
상기 강판은 상기 강판은 전기아연도금 강판, Zn-Ni 합금화 전기아연도금 강판, Zn-Fe 합금화 전기아연도금 강판, 용융아연(GI) 강판, 또는 합금화 용융아연(GA) 강판일 수 있다.
본 발명의 부식 감지용 코팅 조성물을 사용함으로써, 강판의 표면이 부식되는 경우 코팅층의 나노 캡슐로부터 내부식제가 방출되어 강판의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 부식에 의해 코팅층의 나노캡슐로부터 형광 안료가 방출되는 경우, 자외선 등을 사용하는 경우에만 형광 안료를 확인할 수 있어 미관을 훼손시키지 않고 부식 발생지를 용이하게 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 내부식제 및 형광 안료가 1:1~3의 중량비로 봉입된 부식 감지용 나노 캡슐; 및 주제 수지 조성물을 포함하는 부식 감지용 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 나노 캡슐은 강판의 코팅제에 포함되는 경우 부식 과정에 따른 pH 변화에 반응하여 상기 내부식제 및 형광 안료가 외부로 방출되어 강판의 내식성을 향상시킴과 동시에 부식 발생지를 확인할 수 있다.
특별히 한정하지 않으나, 상기 부식 감지용 나노 캡슐에 봉입되는 내부식제 및 형광 안료의 중량비는 1:1~3일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우 부식 방지 효과와 형광 안료에 의한 부식 발생지 검출이 용이하지 않을 수 있다.
상기 부식 감지용 나노 캡슐에 봉입되는 형광 안료로는 특별히 한정하지 않으나, 황화아연, 황화아연카드뮴 화합물, 로다민, 오라민, 에오신, 우라닌, 호스핀, 올레인산염, 스테아린산염, 소듐레드레이크 C, 로다민텅스테이트 및 오라민텅스테이트 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 형광 안료는 단파장 가시광선이나 자외선보다도 단파장의 방사선·전자선이 닿으면 형광을 발하는 형광체 안료를 주체로 한 도료이다. 따라서, 부식이 발생하더라도 상기 형광 안료 때문에 미관을 훼손하지 않으며, 부식 발생 여부를 확인하기 위해 자외선 등을 강판에 조사하는 경우에만 식별할 수 있어 부식 발생 감지에 용이하다. 상기 안료뿐만 아니라 적외선 등 다른 파장에 반응하는 안료 역시 사용할 수 있다.
특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서 사용하는 나노 캡슐은 친수성 산 단량체를 포함하는 단량체로부터 중합된 코어 층 중합체 및 상기 코어를 둘러싸는 적어도 하나 이상의 셀 층 중합체를 포함하고, 상기 코어 층 중합체 내에 내부식제 및 형광 안료가 봉입된 것일 수 있다.
상기 친수성 산 단량체는 염기성 내부식제와 반응할 수 있는 반응기를 포함하면 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들어 에틸렌성 불포화 카르복실산. 불포화 카르복실산의 모노 알킬 에스테르 또는 비닐 벤조산 등을 사용할 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화 카르복실산은 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 이타콘산, 푸마르산, 말레인산을 포함하고, 상기 불포화 카르복실산의 모노 알킬 에스테르는 모노알킬 말레에이트, 모노알킬 푸마레이트, 모노알킬 이타코네이트를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
또한 상기 코어는 미셀(micelle)을 형성하는 구형 나노 입자로서, 산-염기 중화반응 또는 코어와의 친화력에 의해 코어 내부에 내부식제 및 형광 안료를 봉입하고, 코어를 둘러싸는 셀과의 친화성을 위해 양친매성 중합체인 것이 바람직하다. 따라서 상기 코어 층 중합체는 친수성 산 단량체 및 에틸렌성 불포화 단량체의 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화 단량체는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 스티렌, 메틸스티렌, 할로겐화 스티렌, 디비닐 벤젠과 같은 방향족 비닐 단량체; 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트 등과 같은 (메타)아크릴산 에스테르; 부타디엔, 이소프렌과 같은 디엔계 단량체; N-부톡시메틸(메타)아크릴아미드와 같은 (메타)아크릴아미드 및 그 유도체; 비닐 아세테이트와 같은 카르본산 비닐 에스테르; 염화비닐과 같은 할로겐화 비닐; 염화비닐리덴과 같은 할로겐화비닐리덴; 또는 비닐 피리딘을 사용할 수 있고, 상기 단량체는 2 종 이상 사용될 수 있다.
상기 코어는 내부식제 및 형광 안료가 봉입될 경우 팽윤이 일어날 수 있으므로, 내부식제 및 형관 안료 봉입 전의 코어의 직경은 80 nm 미만인 것이 바람직하다. 또한, 상기 내부식제가 봉입된 코어의 직경은 팽윤으로 인해 80 내지 300 nm일 수 있다.
상기 셀 중합체는 제조 과정 중에서 입자 형상을 유지할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어 셀 층 중합체는 친수성 산 단량체 및 에틸렌성 불포화 단량체의 공중합체인 중간층 중합체 및 상기 중간층 중합체를 둘러싸고 소수성 단량체로부터 중합된 외곽층 중합체의 2충 구조로 형성될 수 있고, 경우에 따라 보다 많은 기능 층을 포함할 수 있다.
상기 친수성 산 단량체 및 에틸렌성 불포화 단량체의 종류는 상술한 바와 같다. 한편 소수성 단량체는 예를 들어 스티렌, 메틸스티렌, 할로겐화 스티렌, 디비닐 벤젠과 같은 방향족 비닐 단량체; 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트 등과 같은 (메타)아크릴산 에스테르; 부타디엔, 이소프렌과 같은 디엔계 단량체; 비닐 아세테이트와 같은 카르본산 비닐 에스테르; 염화비닐과 같은 할로겐화 비닐; 염화비닐리덴과 같은 할로겐화비닐리덴; 또는 비닐 피리딘 등을 사용할　수 있다.
상기 내부식제는 코어의 산 단량체의 산 그룹(acid group)과 산-염기 중화반응 또는 파티셔닝을 통해 염의 형태로 코어 내부에 봉입될 수 있는 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 아민계 내부식제, 포스페이트계 내부식제 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 아민계 염기의 예로는 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 에탄올아민 디부틸아민, 2-에틸헥실아민, 디에틸렌트리아민, 에틸렌디아민, 디에틸아민, 디메틸스테아릴아민, 또는 옥틸아민 등을 사용할 수 있으며, 포스페이트계 내부식제의 예로는 인산 디부틸에스테르(phosphoric acid dibutyl ester), 인산 부틸 에스테르(phosphoric acid monobuty ester), 인산 디-(2-에틸헥실) 에스테르(phosphoric acid di-(2-ethylhexyl) ester), 인산 2-에틸헥실 에스테르(phosphoric acid 2-ethylhexyl ester) 등을 사용할 수 있다.
상기 부식 감지용 나노 캡슐은 조성물 고형분에 대해 20~60 중량%로 포함될 수 있다. 20 중량% 미만인 경우 내식성 효과 및 부식 감지 효과가 떨어질 수 있고, 60 중량%를 초과하면 주제 수지의 함량이 상대적으로 낮아져 도막의 치밀성이 떨어질 우려가 있다.
상기 주제 수지는 특별히 한정하지 않으나, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 에스테르 수지 및 올레핀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 수용성 레진으로 코팅하는 경우 물이 다량 함유되어 있기 때문에, 도막 두께가 두꺼울 경우 경화시 물이 다른 모노머보다 먼저 증발하면서 발생하는 기포 때문에 팝핑(popping) 현상이 일어나게 되는 문제점이 있다. 상기 주제 수지와 같은 UV 레진은 고형분이 100%이기 때문에, 수용성 레진에 비해 코팅 두께를 두껍게 할 수 있으므로, 상대적으로 도막 내에 포함되는 부식 억제제의 양을 증가시켜 부식 억제 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 또한 상기 부식 감지용 코팅 조성물이 표면의 일면 또는 양면에 코팅되어 부식 감지용 수지층이 형성된 표면 처리 강판을 제공한다. 본 발명의 부식 감지용 코팅 조성물이 코팅된 강판은 부식 과정에서 일어나는 pH의 변화에 반응하여 코팅 조성물에 포함된 나노 캡슐 내부의 내부식제 및 형광 안료가 강판 표면으로 방출되어 강판의 내식성을 향상시킴과 동시에 부식 발생지를 용이하게 감지할 수 있다.
상기 코팅 조성물의 코팅 방법은 특별히 제한되지 않으며, 롤 코터로 도포, 링거 롤(wringer roll)로 도포, 침지와 에어-나이프 와이핑(air-knife wiping)으로 도포, 바(bar) 코터로 도포, 분사 도포, 브러시 도포, 잉크젯 프린팅에 의해 조성물을 분사하여 도포하는 방법 등의 코팅 방법을 이용하여 강판에 코팅할 수 있다. 또한 도포 후 건조는 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다.
상기 부식 감지용 수지층의 두께는 특별히 한정하지 않으나 가공성 등의 문제가 있을 수 있으므로 1~10㎛로 할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 강판의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어 전기아연도금 강판, Zn-Ni 합금화 전기아연도금 강판, Zn-Fe 합금화 전기아연도금 강판, 용융아연(GI) 강판, 또는 합금화 용융아연(GA) 강판일 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (8)

  1. 내부식제 및 형광 안료가 1:1~3의 중량비로 봉입된 부식 감지용 나노 캡슐; 및 주제 수지 조성물을 포함하고,
    상기 형광 안료는 황화아연 및 황화아연카드뮴 화합물 중 어느 하나 이상인 부식 감지용 코팅 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 내부식제는 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 에탄올아민 디부틸아민, 2-에틸헥실아민, 디에틸렌트리아민, 에틸렌디아민, 디에틸아민, 디메틸스테아릴아민, 옥틸아민, 인산 디부틸에스테르, 인산 부틸 에스테르, 인산 디-(2-에틸헥실) 에스테르 및 인산 2-에틸헥실 에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 부식 감지용 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부식 감지용 나노 캡슐은 조성물 고형분에 대해 20~60 중량%로 포함되는 부식 감지용 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 주제 수지는 우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 에스테르 수지 및 올레핀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 부식 감지용 코팅 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 부식 감지용 코팅 조성물이 표면의 일면 또는 양면에 코팅되어 부식 감지용 수지층이 형성된 표면 처리 강판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 부식 감지용 수지층의 두께는 1~10㎛인 표면 처리 강판.
  8. 제6항에 있어서, 상기 강판은 전기아연도금 강판, Zn-Ni 합금화 전기아연도금 강판, Zn-Fe 합금화 전기아연도금 강판, 용융아연(GI) 강판, 또는 합금화 용융아연(GA) 강판인 표면 처리 강판.
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