KR101581935B1 - 우수한 강도 및 강인성을 갖는 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 강도 및 강인성을 갖는 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물과 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고관능기 폴리올 25~35 중량%, 식물성 오일 유래 폴리올 5~15 중량%, 폴리옥시 프로필렌아민 25~35 중량%, 가교제 25~35 중량%, 안료 5~15 중량%, 첨가제 5~8 중량%로 구성된 주제부와, 헥사 메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(HDT), 이소포론 디이소시아네이트 (Isophorone Diisocyanate, IPDI), 시클로헥실메탄 디이소시아네이트(Cyclohexylmethane diisocyanate, H12MDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 및 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI) 중에서 선택된 1종 이상이 혼합된 이소시아네이트 혼합물 75~80 중량%와, 폴리올 또는 폴리아민 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 20~25 중량%로 이루어지는 경화제부를 포함하고, 상기 주제부와 경화제부가 1:1의 부피비로 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
상기 본 발명의 상수도관, 공업 용수관, 하수도관, 해수취수관, 가스관, 송유관, 오폐수관 및 오수관 등의 강관 및 콘크리트 흄관등에 사용하여 강인성, 내마모성 등 물리적 저항성 및 내구성을 향상시키고, 아민혼합물과 이소시아네이트의 급속한 반응성을 이용하여 작업성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

우수한 강도 및 강인성을 갖는 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물 및 이를 이용한 시공방법{PAINT COMPOSITION FOR COATING PIPELINE AND CONCRETE PIPE HAVING SUPERIOR STRENGTH, AND CONSTRUCTION METHOD USING THEREOF}
본 발명은 우수한 강도 및 강인성을 갖는 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물과 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상수도관, 공업 용수관, 하수도관, 해수취수관, 가스관, 송유관, 오폐수관 및 오수관 등에 사용되는 강관 및 콘크리트 수조 등과 같은 흄관 등에 사용하여 강인성, 내마모성, 충격강도 등의 내구성을 향상시키고, 고관능기 폴리올과 폴리옥시프로필렌 아민을 주 원료로 사용함으로써 장기저장안정성과 작업성을 향상시키는 친환경적인 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물과 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 상수도관, 공업 용수관, 하수도관 등의 강관 구조물, 콘크리트 수조 등과 같은 흄관 및 선저면, 해양 구조물 등은 물에 의하여 높은 수압, 유속, 와류, 물의 낙하 등에 의한 물리적으로 마모, 침식이 쉽게 일어날 수 있고, 화학적으로도 염수, 탄산 등에 의한 부식 등의 쉽게 일어날 수 있는 환경에 노출되어 수질을 오염시키는 문제를 일으킨다. 또한 해양 구조물에는 선박, 어망, 수중생물 등 각종 오염물질이 부착된다. 특히, 부착된 각종 오염물질은 선박의 효율적인 운행을 방해하며, 각종 오염물질로 인한 해양 구조물의 부식이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 강관, 콘크리트 흄관 및 해양 구조물의 피착면에 도장 재료를 코팅하는 보수작업이 요구되고 있다. 일반적으로는 아스팔트, 콜탄에나멜, 에폭시 수지, 폴리우레아, 폴리우레탄 등을 도장재료로 사용하고 있다. 그러나 이러한 물질을 이용할 경우, 내구성, 내수성, 내식성, 내약품성, 접착력 및 내마모성의 특성이 떨어져, 토양오염 및 수질오염을 야기하는 문제점이 발생하게 된다.
특히 에폭시 수지를 사용할 경우, 신장율이 적어 모체에 대한 균열추종성이 부족하고, 도장 작업 후 건조시간이 길어져 시공성이 떨어질 뿐 만 아니라, 벤젠과 톨루엔 등의 성분이 함유된 용제를 사용하기 때문에 용출시 환경오염 등의 문제점이 발생하게 된다.
따라서 최근에는 폴리우레아 수지 조성물을 이용한 내마모성, 강인성, 접착성능이 우수한 친환경적인 도장 재료가 널리 이용되고 있다.
이러한 폴리우레아는 분자구조 내에 우레아 결합을 갖고 있는 고분자 화합물로, 일반적으로 사슬 확장자와 낮은 분자량을 갖는 디아민류와 합성되어 우레아 단위체를 만든다. 따라서 폴리우레아는 선택된 물질이나 분자량, 또는 반응되는 비율 등의 기타 다양한 요소에 의하여 그 성질이 폭넓게 변화되어 나타난다. 즉, 그 성질이 부스러지기 쉬운 물질에서 단단한 물질 또는 부드러운 물질, 더 나아가서는 어떤 점성을 갖는 물질로 변화가 가능하다. 특히 폴리우레아의 경우에는 지방산의 아미드 에스테르 결합이 혼합된 결합을 가지므로 고온에서의 성질은 이들 폴리에스테르계와 폴리아미드계의 중간적 성질을 가지고 있다.
그러나 일반적으로 폴리우레아는 합성고무와 같은 엘라스토머 성질을 가지므로 유연성 및 신율 등의 좋은 특성을 보유하지만, 분자 내 옥시에테르의 반복구조와 현재 상용중인 원료의 제한성 때문에 강도 및 강인성에 대한 특성부여가 어렵다는 문제점이 있다.
이에, 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고관능기 폴리올과 식물성 오일 유래 폴리올 및 아민 혼합물을 혼합하여 폴리우레아의 강도 및 강인성이 개선된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
또한, 상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리올과 아민 혼합물 및 이소시아네이트의 급속한 반응성을 이용하여 시공성이 탁월한 강관 도장용 도료 조성물을 이용한 시공방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면 본 발명은,
고관능기 폴리올 25~35 중량%, 식물성 오일 유래 폴리올 5~15 중량%, 폴리옥시 프로필렌아민 25~35 중량%, 가교제 25~35 중량%, 안료 5~15 중량%, 첨가제 5~15 중량%로 구성된 주제부와,
헥사 메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(HDT), 이소포론 디이소시아네이트 (Isophorone Diisocyanate, IPDI), 시클로헥실메탄 디이소시아네이트(Cyclohexylmethane diisocyanate, H12MDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 및 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI) 중에서 선택된 1종 이상이 혼합된 이소시아네이트 혼합물 75~80 중량%와, 폴리올 또는 폴리아민 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 20~25 중량%로 이루어지는 경화제부를 포함하고,
상기 주제부와 경화제부가 1:1의 부피비로 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물에 관한 것이다.
바람직하게는, 상기 고관능기 폴리올은 수산기가(hydroxyl value)가 350~550 mgKOH/g이고, 관능기(Functionality)가 6개인 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올(Sorbitol Base Polyether Polyol)인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 식물성 오일 유래 폴리올은, 대두유, 피마자유, 유채유, 면실유, 팜유, 자트로피유 및 해바라기유 중에서 선택된 1종 이상의 식물성 오일 유래의 에스테르화물인 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는, 상기 식물성 오일 유래 폴리올은 트리글리세라이드(Triglyceride)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면 본 발명은,
강관, 콘크리트 흄관 및 해양 구조물의 시공 방법에 있어서, 쇼트 또는 그리트를 이용하여 피착면의 이물질을 제거하는 전처리 단계; 고압 에어장치를 이용하여 상기 전처리한 피착면의 이물질을 제거하는 고압전처리단계; 및 상기 고압 전처리한 피착면에 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물에서 주제부와 경화제부를 혼합하여 스프레이 방법으로 도포하는 단계를 포함하고, 상기 혼합 시 액 온도를 50~80℃로 하고, 스프레이 분사 시 압력을 1500~2500 psi로 하는 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물을 이용한 시공방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물은 우수한 강도 및 강인성을 부여해주는 기능을 가진 고관능기 폴리올과 이소시아네이트 및 아민 혼합물의 중합반응을 통해 형성된 폴리 우레아를 이용한 견고한 도막을 형성할 수 있어, 상수도관, 공업용수관, 하수도관 등의 강관 및 콘크리트 흄관에 사용하여 내수성, 내화학성, 내염수성과 같은 우수한 화학적 특성은 물론 부착강도, 충격강도, 내마모성 및 내구성 등의 우수한 기계적 물성을 나타내는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물은 식물성 오일을 개질하여 얻어지는 다양한 폴리올을 원료로써 포함함과 아울러, 본질적으로 무용제성이며, 제조시 산업폐기물의 생성을 최소화할 수 있다. 그리고 생산 잔여물의 분해에 따른 재활용이 가능하므로 높은 환경친화성을 가지며 도장 작업과정 및 도장 후에도 휘발성 유기 화합물이나 환경 호르몬, 그리고 잔류 중금속의 문제를 줄임으로써 인체에 무해한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물을 이용한 시공방법은 고관능기 폴리올과 폴리옥시프로필렌 아민을 주 원료로 사용함으로써 장기저장 안정성과 작업성을 향상시키고 무용제형으로 위생상 안전한 용수 공급용 강관 및 콘크리트 흄관을 제공할 수 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 고관능기 폴리올과 식물성 오일 유래 폴리올 및 아민 혼합물의 중합반응을 통해, 폴리우레아의 강도 및 강인성이 개선된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물과 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
일 양태로서 본 발명은, 고관능기 폴리올 25~35 중량%, 식물성 오일 유래 폴리올 5~15 중량%, 폴리옥시 프로필렌아민 25~35 중량%, 가교제 25~35 중량%, 안료 5~15 중량%, 첨가제 5~15 중량%로 구성된 주제부와,
헥사 메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(HDT), 이소포론 디이소시아네이트 (Isophorone Diisocyanate, IPDI), 시클로헥실메탄 디이소시아네이트(Cyclohexylmethane diisocyanate, H12MDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 및 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI) 중에서 선택된 1종 이상이 혼합된 이소시아네이트 혼합물 75~80 중량%와, 폴리올 또는 폴리아민 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 20~25 중량%로 이루어지는 경화제부를 포함하고,
상기 주제부와 경화제부가 1:1의 부피비로 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 주제부는 고관능기 폴리올 25~35 중량%, 식물성 오일 유래 폴리올 5~15 중량%, 폴리옥시프로필렌 아민 25~35 중량%, 가교제 25~35 중량%, 안료 5~15 중량%, 첨가제 5~15 중량%로 구성되는 혼합물로 이루어진다.
상기 주제부 중 고관능기 폴리올은 관능기의 수가 많아짐에 따라, 친수성의 수산기와 소수성의 탄화수소기가 규칙적으로 배열되어 가교결합력을 높여줌으로써 경도가 커지고 건조성이 향상되어 우수한 강도 및 강인성을 부여할 수 있다. 바람직하게는 상기 고관능기 폴리올의 함량은 25 내지 35 중량%로 포함하도록 한다. 상기 고관능기 폴리올 함량이 25 중량% 미만일 경우, 강도 및 강인성 효과가 미비하고, 35 중량%를 초과하는 경우, 도료의 점도상승으로 인해 시공성이 저하되어 원하는 물성의 도료 조성물을 제조할 수 없기 때문에 바람직하지 못하다.
이 때, 상기 고관능기 폴리올로는 관능기가 6개인 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올(Sorbitol Base Polyether Polyol)이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 고관능기 폴리올은 수산기가(Hydroxyl Value)가 350~550 mgKOH/g인 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 구체적으로 금호석유화학 사의 PPG-482를 사용하였다.
상기 주제부 중 식물성 오일 유래 폴리올은, 경화 후 도막의 표면이 매끄러워 강관이나 콘크리트 흄관 내,외부의 유체이동을 원활하게 할 수 있도록 첨가되는 것이다. 바람직하게는 상기 식물성 오일 유래 폴리올의 함량은 5 내지 15 중량%로 포함하도록 한다. 상기 식물성 오일 유래 폴리올의 함량이 5 중량% 미만일 경우, 매끄러운 도막 표면을 얻기 힘들고, 15 중량%를 초과할 경우에도 상대적으로 다른 조성물의 함량이 적어짐으로써 원하고자 하는 도료를 만들 수 없기 때문에 바람직하지 못하다.
이 때, 상기 식물성 오일 유래 폴리올은 대두유, 피마자유, 유채유, 면실유, 팜유, 자트로피유 및 해바라기유 중에서 선택된 1종 이상의 식물성 오일 유래의 에스테르화물일 수 있다. 이 때, 상기 식물성 오일 유래 폴리올은 트리글리세라이드(Triglyceride)로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 피마자유 유래의 에스테르화물을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 구체적으로 Desmophen 1150, Desmophen 1145를 1:1로 혼합하여 사용하였다.
또한, 상기 주제부 중 폴리옥시프로필렌 아민은 폴리우레아의 신장율을 증가시키기 위하여 첨가되는 것으로, 신장력이 향상됨에 따라 모체 균열에 대한 저항성을 증가시키게 된다. 이 때, 바람직하게는 상기 폴리옥시프로필렌 아민은 중량 25 내지 35 중량%을 포함하도록 한다. 상기 폴리옥시프로필렌 아민의 함량이 25 중량% 미만일 경우, 도료의 내충격성 및 내마모성이 저하되고, 35 중량%를 초과할 경우, 내마모성이 떨어져 내구성 저하를 초래하고, 상대적으로 다른 조성물의 함량이 적어짐으로써 원하고자 하는 도료를 만들 수 없기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 상기 폴리옥시프로필렌 아민은 중량평균 분자량이 200~5000인 폴리옥시프로필렌 디아민 또는 폴리옥시프로필렌 트리아민 중에서 선택되는 1종 이상의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 폴리옥시프로필렌 디아민 15~25 중량%와 폴리옥시프로필렌 트리아민 5~10 중량%를 혼합하여 형성된 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, huntsman사의 Jeffamine 시리즈(Jeffamine T-5000, Jeffamine D-230, Jeffamine D-400, Jeffamine D-2000) 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명 도료 조성물의 겔화 시간(Gel time)을 조절하는데 기여하는 가교제(Cross-linking agent)는 사슬 연장제로 사용되는 방향족계 또는 지환족계의 아민 화합물이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 반응성이 낮은 2-functional diamine류 사용이 적당하다. 그 중에서도 디에틸톨루엔 디아민과 메틸렌 부틸아닐린 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다. 자세하게는 1차 아민은 상기 폴리우레아 도료의 겔화 시간을 단축시킬 수 있고, 2차 아민은 상기 도료의 겔화 시간을 연장시킬 수 있다.
이 때, 상기 가교제의 함량은 25 내지 35 중량%로 포함되도록 한다. 가교제의 함량이 25 중량% 미만인 경우에는 사슬 연장제로의 효과가 미비하여 기계적 물성의 향상을 기대하기가 어렵기 때문에 바람직하지 못하고, 35 중량%를 초과하는 경우에는 지나친 경도 향상 및 신장율의 저하를 초래하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 안료는 본 발명 도료 조성물의 색상을 부여하기 위한 것으로 5 내지 15 중량%를 사용하는 것이 바람직하지만 소비자의 요구나 제조자의 필요에 따라 상기의 범위에만 반드시 한정되지 아니하고 적절히 조절될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 첨가제는 통상적으로 도장용 도료의 조성물에 사용되는 UV-안정제, 접착증진제 등을 5 내지 15 중량% 범위 내에서 혼합 또는 단독 사용한다. 바람직하게는 5 내지 8 중량% 범위내에서 사용될 수 있다. UV 안정제의 예를 구체적으로 들면 Ciba사의 티누빈 571(Tinuvin 571, 이상 제품명)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 UV 안정제는 자외선에 의한 조기 열화 현상을 방지하며, 2 내지 4 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 UV 안정제의 첨가량이 2 중량% 미만인 경우에는 자외선에 의한 조기 열화 현상의 방지 효과가 저하되고, UV 안정제의 첨가량이 4 중량%를 초과할 경우에는 자외선에 의한 조기 열화 방지 효과는 더 이상 향상되지 않는 반면 코팅제 조성물의 다른 물성을 저하시킬 우려가 있다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 접착증진제는 소재에 대한 도료 조성물의 부착력 보강 및 강도를 보강하는 역할을 하며, 3 내지 4 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 접착증진제의 첨가량이 3 중량% 미만인 경우에는 도료조성물과 강관, 콘크리트 흄관 및 해양 구조물의 피착면과의 접착력이 더 이상 현저히 향상되지 않고, 4 중량%를 초과할 경우에는 도료 조성물의 다른 물성을 저하시킬 우려가 있기 때문에 바람직하지 못하다. 구체적으로 Momentive사의 실란 화합물인 Silquest A-187을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 경화제부는 헥사 메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(HDT), 이소포론 디이소시아네이트 (Isophorone Diisocyanate, IPDI), 시클로헥실메탄 디이소시아네이트(Cyclohexylmethane diisocyanate, H12MDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 및 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI) 중에서 선택된 1종 이상이 혼합된 이소시아네이트 혼합물 75~80 중량%에 대하여, 폴리올 또는 폴리아민 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 20~25 중량%를 혼합하고, 반응온도 60~120 ℃에서 3~5시간 유지시켜 제조하되, NCO함량이 15~25 중량%이고, 점도는 200~2000 cps/25 ℃ 인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 주제부와 경화제부가 1:1의 부피비로 혼합되도록 한다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 경화제부 중 폴리올은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜 및 폴리이소프렌 글리콜 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에서 폴리올은 폴리 프로필렌 글리콜 1000~4000의 수 평균 분자량인 것을 사용할 수 있다. 특히, 2000 이상의 수 평균 분자량의 것을 사용하는 것이 바람직하나, 사용 용도에 따라 2000 보다 작은 수 평균 분자량의 폴리올을 사용하여도 지장이 없다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 경화제부 중 폴리아민은 폴리옥시프로필렌 디아민 또는 폴리옥시프로필렌 트리아민 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. 여기서 상기 폴리아민은 본 발명에서 제시된 폴리아민 이외에도 폴리옥시알킬렌 폴리아민 군 중 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 상기 본 발명의 우수한 강도 및 강인성을 갖는 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물은 2액형 도료 조성물로, 고관능기 폴리올과, 식물성 오일 유래 폴리올, 폴리옥시프로필렌 아민, 가교체, 안료, 첨가제 등이 혼합된 주제부와, 이소시아네이트 혼합물과 폴리올 또는 폴리아민 혼합물을 반응시켜 얻은 경화제부를 1:1로 혼합하여 완성되고, 아민 혼합물과 이소시아네이트의 급속한 반응성을 이용하여 시공성을 향상시킬 수 있으므로 상수도관, 공업 용수관, 하수도관, 해수취수관, 가스관, 송유관, 오폐수관 및 오수관 등의 강관 및 콘크리트 흄관 구조물 등에 사용될 수 있다.
다른 양태로서 본 발명은 강관, 콘크리트 흄관 및 해양 구조물의 시공 방법에 있어서, 쇼트 또는 그리트를 이용하여 피착면의 이물질을 제거하는 전처리 단계; 고압 에어장치를 이용하여 상기 전처리한 피착면의 이물질을 제거하는 고압전처리단계; 및 상기 고압 전처리한 피착면에 상기 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물에서 주제부와 경화제부를 혼합하여 스프레이 방법으로 도포하는 단계를 포함하고, 상기 혼합 시 액 온도를 50~80℃로 하고, 스프레이 분사 시 압력을 1500~2500 psi로 하는 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물을 이용한 시공방법에 관한 것이다.
작업공정을 구체적으로 살펴보면, 강관 및 콘크리트 흄관 구조물의 피착면에 스케일, 녹, 레이턴스 등의 이물질을 제거하는 전처리 단계를 거친다. 다음으로 강관 및 콘크리트 흄관 구조물을 고압 에어장치를 이용하여 상기 전처리한 피착면의 이물질을 제거함으로써 피착면을 완벽하게 전처리할 수 있도록 한다. 이 때, 상기 전처리한 피착면에 때에 따라서는 프라이머를 도포하는 단계가 있을 수 있으며, 이 단계에서는 강관 및 콘크리트 흄관 구조물의 피착면에 파공부위가 있는지 확인하고, 실링제로 메우는 보수하는 단계가 더 포함될 수 있다. 그리고 상기 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물을 스프레이 방법으로 도포하여 완성한다.
본 발명에 따른 시공에서 2액형 고온 고압의 스프레이 기기의 조건은 다음과 같다. 주제부와 경화제부를 혼합 충돌시의 스프레이 기기의 압력은 1500 내지 2500 psi로 유지하는 것이 바람직하다. 압력이 1500 psi 보다 낮아질 경우에는 혼합 불량으로 미경화가 발생하여 물성 저하의 문제점이 있고, 압력이 2500psi 보다 높아질 경우 평활하고 균일한 도장면을 얻을 수 없어 바람직하지 못하다.
한편, 혼합 충돌시의 주제부와 경화제부의 액 온도는 50 내지 80℃로 유지하는 것이 바람직하다. 온도가 50 ℃ 이하가 될 경우에는 혼합 불량의 문제점이 생기고, 온도가 80 ℃ 이상이 되면 주제와 경화제의 반응속도가 빨라져 평활한 도장면을 얻을 수 없기 때문에 바람직하지 못하다.
통상의 우레탄, 에폭시계 도료는 2액형의 제품으로 주제와 경화제를 정확한 양으로 배합하여 충분히 혼합하여야 하며, 이를 준수하지 못하거나 특히 작업 조건에 따라 미 경화로 인한 물성저하를 초래하며 특히 동절기에는 건조시간이 24시간 이상 소요되는 문제점이 있었다. 하지만 본 발명에 따른 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물을 이용하여 시공할 경우, 아민 혼합물과 이소시아네이트의 급속한 반응성을 이용하여 경화시간이 수분 이내로 짧아 작업시간이 단축되고, 용출의 우려가 없어 보다 친환경적인 강관 및 콘크리트 흄관 구조물을 제공할 수 있다. 또한 기존의 도료 조성물에 비해 기계적 물성이 현저히 향상될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예와 비교예를 들어 상세히 설명하기로 하나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
먼저 경화제를 제조하기 위하여 메틸렌 디페닐 디이소이아네이트(MDI) 75.1중량%와 폴리프로필렌 글리콜 PP-2000 24.9 중량%를 혼합하여 반응온도 80 ~ 90 ℃에서 3시간 유지시켜 NCO 함량이 21 %인 경화제를 제조하였다.
다음으로 수지 혼합물을 제조한다. 여기서 고관능기 폴리올은 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올(금호석유화학 사의 PPG-482)을 29 중량%로 사용하였다. 또한 식물성 오일 유래 폴리올(Bayer사의 Desmophen 1150와 Desmophen 1145를 1:1의 무게비로 혼합)을 7 중량%로 사용하였다. 폴리옥시프로필렌 디아민 D-2000 18 중량%와 폴리옥시프로필렌 트리아민 T-5000 7 중량%, 폴리옥시프로필렌 디아민 D-230 2 중량%를 함유한 폴리옥시프로필렌 혼합물 27 중량%를 얻었다. 그리고 디에틸톨루엔 디아민 10 중량%와 메틸렌 부틸아닐린 17 중량%을 포함한 가교제 27 중량%를 제조하고 혼합하였다. 안료 TiO2 5 중량%, 첨가제로서 UV Absorber (Ciba사의 Tinuvin 571) 2 중량%와 접착증진제(Momentive사의 Silquest A-187) 3 중량%를 혼합하여 사용하였다.
실시예 2
먼저 경화제를 제조하기 위하여 메틸렌 디페닐 디이소이아네이트(MDI) 76.8 중량%와 폴리프로필렌 글리콜 PP-3000 11.6 중량%, 폴리프로필렌 글리콜 PP-4000 11.6 중량%를 혼합하여 반응온도 80 ~ 90℃에서 3시간 유지시켜 NCO 함량이 21%인 경화제를 제조하였다.
다음으로 수지 혼합물을 제조한다. 여기서 고관능기 폴리올은 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올(금호석유화학 사의 PPG-482)을 27 중량%로 사용하였다. 또한 식물성 오일 유래 폴리올(Bayer사의 Desmophen 1150와 Desmophen 1145를 1:1의 무게비로 혼합)을 9 중량%로 사용하였다. 폴리옥시프로필렌 디아민 D-2000 17 중량%와 폴리옥시프로필렌 트리아민 T-5000 10 중량%, 폴리옥시프로필렌 디아민 D-400 2 중량%를 함유한 폴리옥시프로필렌 혼합물 29 중량%를 얻었다. 그리고 디에틸톨루엔 디아민 7 중량%와 메틸렌 부틸아닐린 18 중량%을 포함한 가교제 25 중량%를 제조하고 혼합하였다. 안료 TiO2 5 중량%, 첨가제로서 UV Absorber (Ciba사의 Tinuvin 571) 2 중량%와 접착증진제(Momentive사의 Silquest A-187) 3 중량%를 혼합하여 사용하였다.
실시예 3
먼저 경화제를 제조하기 위하여 메틸렌 디페닐 디이소이아네이트(MDI) 75 중량%와 폴리프로필렌 글리콜 PP-4000 25 중량%를 혼합하여 반응온도 80 ~ 90℃에서 3시간 유지시켜 NCO 함량이 21.5%인 경화제를 제조하였다.
다음으로 수지 혼합물을 제조한다. 여기서 고관능기 폴리올은 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올(금호석유화학 사의 PPG-482)을 25 중량%로 사용하였다. 또한 식물성 오일 유래 폴리올(Bayer사의 Desmophen 1150와 Desmophen 1145를 1:1의 무게비로 혼합)을 10 중량%로 사용하였다. 폴리옥시프로필렌 디아민 D-2000 17 중량%와 폴리옥시프로필렌 트리아민 T-5000 5 중량%, 폴리옥시프로필렌 디아민 D-400 5 중량%를 함유한 폴리옥시프로필렌 혼합물 27 중량%를 얻었다. 그리고 디에틸톨루엔 디아민 11 중량%와 메틸렌 부틸아닐린 17 중량%을 포함한 가교제 28 중량%를 제조하고 혼합하였다. 안료 TiO2 5 중량%, 첨가제로서 UV Absorber (Ciba사의 Tinuvin 571) 2 중량%와 접착증진제(Momentive사의 Silquest A-187) 3 중량%를 혼합하여 사용하였다.
비교예 1
먼저 경화제를 제조하기 위하여 메틸렌 디페닐 디이소이아네이트(MDI) 76.8 중량%와 폴리프로필렌 글리콜 PP-3000 11.6 중량%, 폴리프로필렌 글리콜 PP-4000 11.6 중량%를 혼합하여 반응온도 80 ~ 90℃에서 3시간 유지시켜 NCO 함량이 22%인 경화제를 제조하였다.
다음으로 수지 혼합물을 제조한다. 여기서 고관능기 폴리올은 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올(금호석유화학 사의 PPG-482)을 18 중량%로 사용하였다. 또한 식물성 오일 유래 폴리올(Bayer사의 Desmophen 1150와 Desmophen 1145를 1:1의 무게비로 혼합)을 10 중량%로 사용하였다. 폴리옥시프로필렌 디아민 D-2000 20 중량%와 폴리옥시프로필렌 트리아민 T-5000 8 중량%, 폴리옥시프로필렌 디아민 D-400 5 중량%를 함유한 폴리옥시프로필렌 혼합물 33 중량%를 얻었다. 그리고 가교제 디에틸톨루엔 디아민 29 중량%, 안료 TiO2 5 중량%, 첨가제로서 UV Absorber (Ciba사의 Tinuvin 571) 2 중량%와 접착증진제(Momentive사의 Silquest A-187) 3 중량%를 혼합하여 사용하였다.
비교예 2
먼저 경화제를 제조하기 위하여 메틸렌 디페닐 디이소이아네이트(MDI) 72 중량%와 폴리프로필렌 글리콜 PP-2000 28 중량%를 혼합하여 반응온도 80 ~ 90℃에서 3시간 유지시켜 NCO 함량이 20%인 경화제를 제조하였다.
다음으로 수지 혼합물을 제조한다. 여기서 고관능기 폴리올은 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올(금호석유화학 사의 PPG-482)을 35 중량%로 사용하였다. 또한 식물성 오일 유래 폴리올(Bayer사의 Desmophen 1150와 Desmophen 1145를 1:1의 무게비로 혼합)을 4 중량%로 사용하였다. 폴리옥시프로필렌 디아민 D-2000 12 중량%와 폴리옥시프로필렌 디아민 D-230 5 중량%를 함유한 폴리옥시프로필렌 혼합물 27 중량%를 얻었다. 그리고 디에틸톨루엔 디아민 16 중량%와 메틸렌 부틸아닐린 18 중량%을 포함한 가교제 34 중량%를 제조하고 혼합하였다. 안료 TiO2 5 중량%, 첨가제로서 UV Absorber (Ciba사의 Tinuvin 571) 2 중량%와 접착증진제(Momentive사의 Silquest A-187) 3 중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 실시예 1 내지 상기 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2에 대한 상세 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
항 목 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2







주 제
 고관능기 polyol 29 27 25 18 35
식물성 오일 유래 polyol 7 9 10 10 4

Polyoxypropylene
Amine		 D-2000 18 17 17 20 12
T-5000 7 10 5 8 -
D-230 2 - - - 5
D-400 - 2 5 5 -

가교제
(Chain Extender)		 Diethyl Toluene Diamine 10 7 11 29 16
4,4'-methylene Bis[N-sec-butylaniline] 17 18 17 - 18
Pigment 안료 (TiO2) 5 5 5 5 5
첨 가 제 UV안정제 2 2 2 2 2
접착 증진제 3 3 3 3 3
합 계 100 100 100 100 100



경 화 제
 MDI 75.1 76.8 75 76.8 72
PP-2000 24.9 - - - 28
PP-3000 - 11.6 - 11.6 -
PP-4000 - 11.6 25 11.6 -
합계 100 100 100 100 100
반응온도 80~90℃ 80~90℃ 80~90℃ 80~90℃ 80~90℃
반응시간 3시간 3시간 3시간 3시간 3시간
NCO% 21 22 21.5 22 20
<도료 조성물의 물성 시험>
실시예 1 내지 3, 비교예 1, 2에서 제조된 도료 조성물의 물성을 하기 시험 방법에 의하여 측정하였다.
이 때, 스프레이 도장방법은 다음의 조건으로 수행하였다.
- 도장기계 : Gusmer 사의 폴리우레아 전용 도장기계 사용
- 스프레이시 액의 온도 : 65℃
- 스프레이 분사시의 압력 : 2000psi
1. 부착강도 시험
전처리 된 철 시편에 상기 실시예 1~3 및 비교 1, 2에서 제조한 각각의 도료 조성물을 스프레이 도포한 다음 접착불량으로 인한 도막의 박리현상이 있는지 여부를 검토하였다.
( ◎ : 양호 , △ : 보통 , X : 불량 )
2. 내마모성 - 테이버 마모시험법
상기 실시예 1~3 및 비교예 1, 2에서 제조한 각각의 도료 조성물을 도포한 시편을 제작한 후, 회전하는 원판에 시편을 고정 시킨 후, 시편의 위를 자유로 회전하는 마모륜을 일정한 하중을 압부하여 마모시켜 마모현상이 있는지 여부를 검토하였다.
( CS-17 : 마모륜의 종류 , 1Kg :마모륜의 무게, 1,000회 : 회전수)
( ◎ : 양호 , △ : 보통 , X : 불량 )
3. 내충격성
상기 실시예 1~3 및 비교예 1, 2에서 제조한 각각의 도료 조성물을 도포한 시편을 제작한 후, 300 mm 의 높이에서 강구를 시편위에 떨어뜨린 후, 도막에 박리 또는 균열 발생 유무를 검토하였다.
( ◎ : 양호 , △ : 보통 , X : 불량 )
4. 굽힘성
상기 실시예 1~3 및 비교예 1, 2에서 제조한 각각의 도료 조성물을 도포한 시편을 제작한 후, 시편을 구부린 후 도막에 박리 또는 균열 발생 유무를 검토하였다.
( ◎ : 양호 , △ : 보통 , X : 불량 )
5. 용출시험
상기 실시예 1~3 및 비교예 1, 2에서 제조한 각각의 도료 조성물을 도포한 시편을 제작한 후, 수도용 자재 및 제품의 위생안전기준 공정시험방법에 준해서 용출시험을 하였다.
( ◎ : 양호 , △ : 보통 , X : 불량 )
<도료조성물의 물성 시험 결과>
도료조성물의 물성 시험에 따른 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
부착강도 ◎ ◎ ◎ △ ◎
내마모성 ◎ ◎ ◎ ◎ △
내충격성 ◎ ◎ ◎ △ X
굽힘성 ◎ ◎ ◎ ◎ X
용출시험 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 또는 비교예의 도료조성물은 일정 정도 양호한 물성을 나타내지만, 특히 실시예 1 내지 실시예 3의 도료조성물의 경우, 부착 강도, 내마모성, 내충격성, 굽힘성 시험 모두에서 우수한 물성을 나타내었다. 또한 실시예 1 내지 실시예 3의 경우에는 용출 시험에도 우수한 물성을 나타내어, 본 발명의 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물이 수도용 자재 및 제품의 위생안전기준 공정시험방법에 준하여, 현저하게 우수한 물성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 1은 부착강도가 다소 실시예 1 내지 3과 비교하여 낮은 것으로 나타났고, 비교예 2의 경우에는 내마모성, 내충격성, 굽힘성 등의 내구성이 저하된 결과를 확인할 수 있었다.
따라서 이상의 시험결과로부터 본 발명에 따른 도료 조성물은 경도, 인장강도를 비롯한 여러 물성에서 강인성, 내마모성이 우수하고 용출의 우려가 극히 없는 우수한 강도를 지니는 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물이라는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 고관능기 폴리올 25~35 중량%, 식물성 오일 유래 폴리올 5~15 중량%, 폴리옥시 프로필렌아민 25~35 중량%, 가교제 25~35 중량%, 안료 5~15 중량%, 첨가제 5~15 중량%로 구성된 주제부와,
    헥사 메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(HDT), 이소포론 디이소시아네이트 (Isophorone Diisocyanate, IPDI), 시클로헥실메탄 디이소시아네이트(Cyclohexylmethane diisocyanate, H12MDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 및 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI) 중에서 선택된 1종 이상이 혼합된 이소시아네이트 혼합물 75~80 중량%와, 폴리올 또는 폴리아민 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 20~25 중량%로 이루어지는 경화제부를 포함하고,
    상기 주제부와 경화제부가 1:1의 부피비로 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하며,
    상기 고관능기 폴리올은 수산기가(hydroxyl value)가 350~550 mgKOH/g이고 점도가 35,000~55,000 cps이며, 관능기(Functionality)가 6개인 솔비톨 베이스 폴리에테르 폴리올(Sorbitol Base Polyether Polyol)인 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식물성 오일 유래 폴리올은, 대두유, 피마자유, 유채유, 면실유, 팜유, 자트로피유 및 해바라기유 중에서 선택된 1종 이상의 식물성 오일 유래의 에스테르화물인 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 식물성 오일 유래 폴리올은 트리글리세라이드(Triglyceride)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물.
  5. 강관, 콘크리트 흄관 및 해양 구조물의 시공 방법에 있어서,
    쇼트 또는 그리트를 이용하여 피착면의 이물질을 제거하는 전처리 단계;
    고압 에어장치를 이용하여 상기 전처리한 피착면의 이물질을 제거하는 고압전처리단계; 및
    상기 고압 전처리한 피착면에 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 도료 조성물에서 주제부와 경화제부를 혼합하여 스프레이 방법으로 도포하는 단계를 포함하고,
    상기 혼합 시 액 온도를 50~80℃로 하고, 스프레이 분사 시 압력을 1500~2500 psi로 하는 것을 특징으로 하는, 강도 및 강인성이 향상된 강관 및 콘크리트 흄관 도장용 도료 조성물을 이용한 시공방법.
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