KR101801619B1 - 기능성 및 내후성이 개선된 친환경 강재 보호제 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 표면 보호 마감 방법 - Google Patents

기능성 및 내후성이 개선된 친환경 강재 보호제 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 표면 보호 마감 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기능성 및 내구성이 개선된 친환경 강재 보호제 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 표면 보호 마감 방법에 관한 것이다. 본 발명의 친환경 강재 보호제 조성물은 개질 충전재 0.1∼50중량% 및 개질 혼화제 50∼99중량%를 포함하고, 상기 개질 충전재는 중질탄산칼슘 5∼98중량%, 보크사이트 0.1∼25중량%, 실리카분말 0.1∼20중량%, 지르코늄 0.1∼15중량%, 메탄인산염 0.01∼10중량% 및 산성백토 0.01∼10중량%를 포함한다. 본 발명에 의하면, 강 구조물과의 부착력이 우수하여 바탕면에서 쉽게 박리되거나 도장된 표면에서 쉽게 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물에 의하면 내굽힘성 및 내충격성이 우수하여 내구성을 향상시킴과 아울러 강 구조물의 부식, 자외선 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시킬 수 있다. 또한, 불연성과 방청 표면보호마감제의 기능을 함께 발현할 수 있음은 물론이고 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전한 친환경적인 효과가 있다.

Description

기능성 및 내후성이 개선된 친환경 강재 보호제 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 표면 보호 마감 방법{ECO-FRIENDLY STEEL PROTECTION COMPOSITION WITH IMPROVED FUNCTIONALITY AND WEATHERABILITY AND METHOD FOR PROTECTING SURFACE OF STEEL STRUCTURE THEREWITH}
본 발명은 강도, 자외선 저항성, 불연성, 내오염성, 내염해성, 내식성, 내약품성, 내후성, 내열성, 내구성 등이 우수하여 기능성 및 내후성이 개선된 친환경 강재 보호제 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 표면 보호 마감 방법에 관한 것이다.
강 구조물의 외부 환경적 요인에 의한 부식을 방지하는 방법으로서 도장 공법이 지속적으로 개발 및 발전하였으나 아직도 만족할만한 수준에 도달하지 못하여 보다 친환경적인 도장 공법에 대한 기술 개발이 절실하다.
구조물을 보수하여 기능 유지 및 사용수명을 연장하여 안전과 경제성을 확보하는 기술 중에 가장 효과적인 방법으로 구조물 표면에 방호 피막을 형성하는 도장 방법이 있는데, 기존에 사용하던 일반적인 표면보호재들은 기본적으로 요구되는 성능 외에 특수 성능들을 함께 충족하기는 어려운 실정이다. 기존 도장 방법에는 에폭시계, 우레탄계 및 아크릴계 수지 도료 등과 같은 유기계 성분으로 이루어진 도료가 주로 사용되는데, 유기계 성분으로 이루어진 도료의 경우는 가공성이 좋고 접착성 및 유연성이 우수하다는 장점이 있으나, 도막을 형성하는 유기물이 자외선, 오존이나 수분에 의한 열화가 쉽게 발생하여 내구성이 저하되며, 내열성이 낮고 기름과 같은 유기물질이 혼입되어 오염되기 쉬운 문제점이 있다.
한편, 오늘날 세계적인 환경보호 추세와 더불어 중금속이나 휘발성 유기화합물의 방출이 없는 친환경적인 무기질 바인더 도막제의 개발에 많은 연구가 진행되어오고 있는 실정이며, 종래의 유기바인더 도막제는 경화 시 휘발성 유기 화합물의 방출과 경화 후의 다양한 환경요소, 특히 산성비, 자동차 배기가스에 의한 질소산화물, 황산화물 및 해양환경에서의 염소이온 등에 의해 도막제가 열화되며, 자외선에 의한 황변현상, 갈라짐, 부풀어 오름 현상에 의해 사용수명이 빠르게 떨어져 내구성의 확보에 어려움이 대두되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1458744호(2014년 11월 05일 공고) 대한민국 등록특허 제10-1574685호(2015년 12월 04일 공고) 대한민국 등록특허 제10-1687672호(2016년 12월 19일 공고)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강도 및 내구성이 우수한 개질 충전재와 접착력, 내식성, 자외선 저항성, 내열성, 내구성이 우수한 개질 혼화제 등을 사용한 친환경 강재 보호제 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 표면 보호 마감 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 친환경 강재 보호제 조성물은 개질 충전재 0.1∼50중량% 및 개질 혼화제 50∼99중량%를 포함하고, 상기 개질 충전재는 개질 충전재 중량대비 중질탄산칼슘 5∼98중량%, 보크사이트 0.1∼25중량%, 실리카분말 0.1∼20중량%, 지르코늄 0.1∼15중량%, 메탄인산염 0.01∼10중량% 및 산성백토 0.01∼10중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 개질 혼화제는 개질 혼화제 중량대비 무용제 에폭시 30∼99중량%, 테트라메틸렌 글리콜 (tetramethylene glycol) 0.1∼25중량%, 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 0.1∼15중량%, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 0.01~10중량%, 비닐트리메톡시실란 0.01~10중량%, 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체 0.01∼10중량% 및 폴리아미드-이미드 0.01~10중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 개질 충전재는 산화알루미늄 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 개질 충전재는 티타늄옥사이드 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 개질 혼화제는 경화촉진제 0.01∼40중량%, 반응개시제 0.01∼20중량%, 폴리아클릴로니트릴 0.01∼10중량%, 안료 0.01~15중량%, 및 소포제 0.01∼10중량% 중 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 강 구조물의 표면 보호 마감 방법은 샌드블라스터, 워터블라스터 등으로 강 구조물의 녹, 이물질 등을 제거하는 단계; 상기 제거된 부위의 홈, 스크레치 등을 퍼티재로 도포하여 평탄하도록 바탕면을 처리하는 단계; 상기 처리된 바탕면에 표면강화제층을 형성하는 단계; 상기 표면강화제층 상부에 상기 친환경 강재 보호제 조성물을 도포하여 양생하는 단계; 및 양생된 후 표면 보호 마감제 조성물을 도포하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 표면 보호 마감제 조성물은 주제 : 경화제를 중량비로 1 : 0.01~0.6 비율로 혼합하여 이루어진다.
상기 표면 보호 마감제 조성물의 주제는 표면 보호 마감제 조성물 중량 대비 수성 실리카졸 25~90중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체 1~30중량%, 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 1~30중량%, 탄산바륨 분산액 0.01~10중량%, 이산화티탄 분산액 0.01~10중량%, 세륨 분산액 0.01~10중량% 및 징크옥사이드 분산액 0.01~10중량%를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 표면 보호 마감제 조성물의 경화제는 메틸에텔디메틸실란, 감마글리시독시프로필메톡시 실란, 트리메톡시카프릴리실란, 트리에톡시카프릴리실란, 디클로로실란, 스테아록시트리메틸실란, 프로필메틸실란, 트리메틸클로로 실란, 이메틸클로로 실란, 메틸트리클로로 실란 및 아민계 화합물 (예컨대, 아닐린, 메틸아닐린, 에틸아닐린, 디에틸아닐린, 벤젠아민, 디페닐아민, 트리페닐아민)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 표면 보호 마감제 조성물은 수용성 불소계 표면 보호 마감제와 병용될 수 있다.
본 발명에 의하면 강 구조물, 강교량, 복상판, 도로 시설 구조물 등 강재로 이루어진 구조물의 부식, 방식 등을 방지함과 아울러, 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명의 기능성 및 내후성이 개선된 친환경 강재 보호제 조성물에 의하면 강 구조물과의 부착력이 우수하여 바탕면에서 쉽게 박리되거나 도장된 표면에서 쉽게 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물에 의하면 내굽힘성 및 내충격성이 우수하여 내구성을 향상시킴과 아울러 강 구조물의 부식, 자외선 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시킬 수 있다. 또한, 불연성과 방청 표면보호마감제의 기능을 함께 발현할 수 있음은 물론이고 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전한 친환경적인 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 친환경 강재 보호제 조성물은 개질 충전재 0.1∼50중량% 및 개질 혼화제 50∼99중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 개질 충전재는 강도, 내후성, 내식성, 불연성, 내구성 등을 높이기 위한 것으로서, 상기 개질 충전재에 대하여 중질탄산칼슘 5∼98중량%, 보크사이트 0.1∼25중량%, 실리카분말 0.1∼20중량%, 지르코늄 0.1∼15중량%, 메탄인산염 0.01∼10중량% 및 산성백토 0.01∼10중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 중질탄산칼슘은 충전성, 내충격성, 보온성 및 내화성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 중질탄산칼슘은 상기 개질 충전재에 대하여 5~98 중량%함유되는 것이 바람직하며, 상기 중질탄산칼슘의 함량이 98중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하되고, 상기 중질탄산칼슘의 함량이 5중량%미만이면 작업성은 개선되나 내충격성, 보온성 및 내화성 개선효과가 미약할 수 있다.
상기 보크사이트는 담회색, 회황갈색 등을 띠며, 강도, 내마모성, 내화성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 보크사이트는 상기 개질 충전재에 대하여 0.1∼25중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 보크사이트의 함량이 25중량%를 초과하면 내마모성 및 내화성은 개선되나 작업성이 저하될 수 있고, 상기 보크사이트의 함량이 0.1중량% 미만이면 작업성은 개선되나 내마모성 및 내화성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 실리카분말은 내열성, 내충격성, 내약품성 등을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 실리카분말은 상기 개질 충전재에 대하여 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 실리카분말의 함량이 20중량%을 초과하면 내열성, 내충격성, 내약품성은 개선되나 작업성이 저하될 수 있고, 상기 실리카분말의 함량이 0.1중량% 미만이면 성능 개선효과가 미약할 수 있다.
상기 지르코늄은 강도, 내화성 및 내식성 등의 역할을 위해 사용할 수 있다. 상기 지르코늄은 상기 개질 충전재에 대하여 0.1∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지르코늄의 중량비가 증가하면 강도, 내식, 방오, 방부 성능을 나타내며, 상기 지르코늄의 함량이 0.1중량% 미만일 경우 강도, 내화성 및 내식성 성능 효과가 미약할 수 있고, 상기 지르코늄의 함량이 15중량%를 초과할 경우에는 강도 발현이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 메탄인산염은 방청 효과를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 메탄인산염은 상기 개질 충전재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메탄인산염의 중량비가 증가하면 방청 효과를 나타내며, 상기 메탄인산염의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 방청 효과가 미약할 수 있고, 상기 메탄인산염의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 성능은 개선되나 강도 자하가 발생할 수 있다.
상기 산성백토는 흡착성능으로 재료분리 저항성 및 내수성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 산성백토는 상기 개질 충전재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 산성백토의 함량이 10중량%를 초과하면 내수성 및 재료분리저항성 개선되나 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있고, 상기 산성백토의 함량이 0.01중량% 미만이면 내수성 및 재료분리 저항성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 개질 충전재는 산화알루미늄을 더 포함할 수 있다. 상기 산화알루미늄은 내열성 및 내식성을 개선하기 위해 포함될 수 있다. 상기 산화 알루미늄은 상기 개질 충전재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화 알루미늄 분말의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 산화 알루미늄의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
또한, 상기 개질 충전재는 티타늄옥사이드를 더 포함할 수 있다. 상기 티타늄옥사이드는 자외선 저항성을 개선하기 위하여 포함될 수 있다. 상기 티타늄옥사이드는 상기 개질 충전재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 티타늄옥사이드의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 티타늄옥사이드의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 성능 개선 효과는 뚜렷하나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 개질 혼화제는 친환경 강재 보호제 조성물에 대하여 50∼99중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 개질 혼화제의 함량이 99중량%를 초과하면 점도가 낮아져 재료 분리가 발생되기 쉽고, 가격경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고, 상기 개질 혼화제의 함량이 50중량% 미만이면 가사시간, 작업성, 인성, 강도, 접착력, 내식성, 자외선 저항성, 내오염성, 내약품성, 내열성 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 개질 혼화제는 상기 개질 혼화제에 대하여 무용제 에폭시 30∼99중량%, 테트라메틸렌 글리콜 0.1∼25중량%, 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 0.1∼15중량%, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 0.01~10중량%, 비닐트리메톡시실란 0.01~10중량%, 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체 0.01∼10중량% 및 폴리아미드-이미드 0.01~10중량%를 포함할 수 있다.
상기 무용제 에폭시는 강도 및 부착력을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 무용제 에폭시는 상기 개질 혼화제에 대하여 30∼99중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 무용제 에폭시의 함량이 30중량% 미만일 경우에는 무기물 간의 결합력, 부착력 및 내구성 개선의 효과가 미약하고, 상기 무용제 에폭시의 함량이 99중량%를 초과하는 경우에는 더 이상의 부착력 및 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵다.
상기 테트라메틸렌 글리콜은 내가수분해성, 내마모성, 내약품성 등의 내구성을 증진시키기 위해 사용된다. 상기 테트라메틸렌 글리콜은 상기 개질 혼화제에 대하여 0.1∼25중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 테트라메틸렌 글리콜 의 함량이 25중량%를 초과하면 성능은 개선되나 재료분리가 발생하기 쉽고, 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 테트라메틸렌 글리콜의 함량이 0.1중량% 미만이면 내구성 및 강도 개선효과가 미약할 수 있다.
상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체는 강도, 내약품성, 내유성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체는 상기 개질 혼화제에 대하여 0.1∼15중량%가 혼입되는 것이 바람직한데, 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체의 함량이 15중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하되고, 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리클로로트리플루오로에틸렌은 조성물의 내식성, 내열성, 내충격성 및 전기적 성질을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리클로로트리플루오로에틸렌은 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 혼입되는 것이 바람직한데, 상기 폴리클로로트리플루오로에틸렌의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어지고, 상기 폴리클로로트리플루오로에틸렌의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 비닐트리메톡시실란은 반응성, 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 비닐트리메톡시실란은 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 혼입되는 것이 바람직한데, 상기 비닐트리메톡시실란의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하되고, 상기 비닐트리메톡시실란의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체는 점성 조절, 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체는 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점성이 높아져 작업성이 저하될 수 있으며, 상기 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성은 개선되나 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리아미드-이미드는 접착력을 증가하고 접착강도, 내마모성, 내열성, 내약품성 등을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리아미드-이미드는 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 폴리아미드-이미드의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리아미드-이미드의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 개질 혼화제는 경화 촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화 촉진제로는 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 메타페닐렌디아민, 폴리아미드아민, 테트라에틸렌펜타민 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 상기 경화 촉진제는 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01∼40중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 경화촉진제의 함량이 0.01중량% 미만이면 반응속도가 저하되어 경화시간이 늦어지며, 상기 경화촉진제의 함량이 40중량%를 초과하면 경화시간이 빨라져 작업성이 저하될 수 있다.
상기 개질 혼화제는 실시예로서 반응개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 반응개시제로는 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, 디-터트-부틸 퍼옥사이드, 쿠밀 히드로퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴, 과산화수소 및 과황산칼륨 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01∼20중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 반응개시제 함량이 20중량%를 초과하면 반응속도가 빨라져 작업성이 저하되고, 상기 반응개시제 함량이 0.01중량%미만이면 반응속도가 늦어져 성능발현 효과가 저하된다.
상기 개질 혼화제는 폴리아크릴로니트릴를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리아크릴로니트릴는 내충격성, 내열성, 전기전도성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 폴리아크릴로니트릴는 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리아크릴로니트릴의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있고, 상기 폴리아크릴로니트릴의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 개질 혼화제는 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 안료는 이산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철, 산화크롬(Cr2O3), 자색 산화철, 흑색 산화철, 카본블랙, 황산바륨 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 안료는 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01~15중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 개질 혼화제는 기포를 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위한 소포제를 더 포함할 수 있다. 상기 소포제는 상기 개질 혼화제 내의 기포를 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용한다. 또한, 상기 소포제가 개질 혼화제에 첨가되면 공기연행 효과를 부여하여 작업성 및 가사시간을 향상시킬 수 있다. 상기 소포제는 상기 개질 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 소포제로는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 사용할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제로는 디메틸실리콘유, 폴리오가노실록산, 플루오로실리콘유 등이 있다. 상기 지방산계 소포제로는 스테아린산, 올레인산 등이 있다. 상기 오일계 소포제로는 등유, 동식물유, 피마자유 등이 있다. 상기 에스테르계 소포제로는 솔리톨트리올레이트, 글리세롤모노리시놀레이트 등이 있다. 상기 옥시알킬렌계 소포제로는 폴리옥시알킬렌, 아세틸렌에테르류, 폴리옥시알킬렌지방산에스테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민 등이 있다. 상기 알콜계 소포제로는 글리콜(glycol) 등이 있다.
한편, 본 발명은 내후성, 자외선 저항성, 내오염성, 셀프크리닝, 불연성 등을 개선하기 위해서 표면 보호 마감제 조성물을 제안한다.
상기 표면 보호 마감제 조성물은 주제 : 경화제를 중량비로 1 : 0.01~0.6 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 표면 보호 마감제 조성물의 주제는 실리카졸 25~90중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체 1~30중량%, 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 1~30중량%, 탄산바륨 분산액 0.01~10중량%, 이산화티탄 분산액 0.01~10중량%, 세륨 분산액 0.01~10중량% 및 징크옥사이드 분산액 0.01~10중량%을 함유하는 것이 바람직하다.
상기 수성 실리카졸은 UV저항성, 소수성, 발수성, 내수성, 난연성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 수성 실리카졸은 상기 표면 보호 마감제 조성물에 대하여 25~90중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 수성 실리카졸의 함량이 90중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 수성 실리카졸의 함량이 25중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체는 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체는 상기 표면 보호 마감제 조성물에 대하여 1~30중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체의 함량이 30중량%를 초과하면 강도 및 내구성은 개선되나 점도가 낮아져 재료분리가 발생되기 쉬우며, 상기 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체의 함량이 1중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체는 내후성, 내오염성, 내수성, 내약품성 등을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체는 상기 표면 보호 마감제 조성물에 대하여 1~30중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체의 함량이 30중량%를 초과하면 내후성, 내오염성, 내수성, 내약품성은 개선되나 가격 경쟁력이 저하되며, 상기 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체의 함량이 1중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 탄산바륨 분산액은 내마모성, 내식성, 난연성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 탄산바륨 분산액은 상기 표면 보호 마감제 조성물에 대하여 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 탄산바륨 분산액의 함량이 10중량%를 초과하면 내마모성, 내식성 및 난연성은 개선되나 작업성이 저하되며, 상기 탄산마그네슘 분산액의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 이산화티탄 분산액은 내오염성, 은폐력을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 이산화티탄 분산액은 상기 표면 보호 마감제 조성물에 대하여 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 이산화티탄 분산액의 함량이 10중량%를 초과하면 내오염성 및 은폐력은 개선되나 작업성이 저하되며, 상기 이산화티탄 분산액의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 세륨 분산액은 내식성, 내열성, 강도 등을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 세륨 분산액은 상기 표면 보호 마감제 조성물에 대하여 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 세륨 분산액의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하되며, 상기 세륨 분산액의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 징크옥사이드 분산액은 자외선 저항성, 응집 방지성 등을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 징크옥사이드 분산액은 상기 표면 보호 마감제 조성물에 대하여 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 징크옥사이드 분산액의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하되며, 상기 세륨 분산액의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 표면 보호 마감제 조성물의 경화제는 메틸에텔디메틸실란, 감마글리시독시프로필메톡시 실란, 트리메톡시카프릴리실란, 트리에톡시카프릴리실란, 디클로로실란, 스테아록시트리메틸실란, 프로필메틸실란, 트리메틸클로로 실란, 이메틸클로로 실란, 메틸트리클로로 실란 및 아민계 화합물 (예컨대, 아닐린, 메틸아닐린, 에틸아닐린, 디에틸아닐린, 벤젠아민, 디페닐아민, 트리페닐아민)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 친환경 강재 보호제 조성물 및 상기 표면 보호 마감제 조성물의 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 친환경 강재 보호제 조성물은 개질 충전재 0.1∼50중량% 및 개질 혼화제 50∼99중량%를 강제식 믹서나 연속식 믹서로 소정시간(예컨대, 1∼10분) 동안 믹싱하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 표면 보호 마감제 조성물은 주제 : 경화제를 중량비로 1 : 0.01~0.6 비율로 혼합하여 형성할 수 있다. 상기 표면 보호 마감제 조성물의 주제는 실리카졸 25~90중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체 1~30중량%, 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 1~30중량%, 탄산바륨 분산액 0.01~10중량%, 이산화티탄 분산액 0.01~10중량%, 세륨 분산액 0.01~10중량% 및 징크옥사이드 분산액 0.01~10중량%를 반응기에서 소정온도(예컨대 상온 ~ 65℃)에서 소정시간(예컨대, 2 ~ 24시간) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하, 상술한 친환경 강재 보호제 조성물을 이용한 강구조물의 표면 보호 마감 방법을 제시한다.
여기서 강 구조물(steel structures)이라 함은 도로시설물, 가교, 강교, 복공판 등의 강재(steel)로 이루어진 모든 구조물을 포함하는 의미로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강 구조물의 표면 보호 마감 방법은 샌드블라스터, 워터블라스터 등으로 강 구조물의 녹, 이물질 등을 제거하는 단계; 상기 제거된 부위의 홈, 스크레치 등을 퍼티재로 도포하여 평탄하도록 바탕면을 처리하는 단계; 상기 처리된 바탕면에 표면강화제층을 형성하는 단계; 상기 표면강화제층 상부에 상기 친환경 강재 보호제 조성물을 도포하여 양생하는 단계; 및 양생된 후 표면 보호 마감제 조성물을 도포하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 퍼티재는 폴리우레탄, 에폭시수지 등으로 탄성을 가지는 재료를 사용하여 강 구조물의 수축 팽창에 따른 미세 균열이 발생 시 이러한 망상균열 혹은 미세 균열을 보수함과 동시에 초기 소성 균열 발생을 방지할 수 있다.
상기 표면강화제층은 징크를 혼입한 에폭시수지 또는 폴리 우레탄을 선택한 것을 도포함으로써 형성할 수 있다.
상기 표면 보호 마감제 조성물은 수용성 불소계 표면 보호 마감제와 병용하여 사용될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 친환경 강재 보호제 조성물 및 표면 보호 마감제 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시한다.
<친환경 강재 보호제 조성물>
<실시예 1>
개질 충전재 10중량% 및 개질 혼화제 90중량%를 첨가하여 2분간 강제식 믹서로 교반하여 친환경 강재 보호제 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 개질 충전재는 중질탄산칼슘 50중량%, 보크사이트 15중량%, 실리카분말 10중량%, 지르코늄 10중량%, 메탄인산염 5중량%, 산성백토 5중량%, 산화알루미늄 중량% 및 티타늄옥사이드 중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 개질 혼화제는 무용제 에폭시 50중량%, 테트라메틸렌 글리콜 3중량%, 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 2중량%, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 2중량%, 비닐트리메톡시실란 2중량%, 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체 2중량%, 폴리아미드-이미드 2중량%, 경화 촉진제 25중량%, 반응개시제 0.5중량%, 폴리아크릴로니트릴 0.5중량%, 안료 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 사용하였다. 상기 경화 촉진제는 디에틸렌트리아민을 사용하였다. 상기 반응개시제는 벤조일 퍼옥사이드를 사용하였다. 상기 안료는 산화티탄을 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘 오일계 소포제를 사용하였다.
<실시예 2>
개질 충전재 10중량% 및 개질 혼화제 90중량%를 첨가하여 2분간 강제식 믹서로 교반하여 친환경 강재 보호제 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 개질 충전재는 중질탄산칼슘 50중량%, 보크사이트 15중량%, 실리카분말 10중량%, 지르코늄 10중량%, 메탄인산염 5중량%, 산성백토 5중량%, 산화알루미늄 중량% 및 티타늄옥사이드 중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 개질 혼화제는 무용제 에폭시 44중량%, 테트라메틸렌 글리콜 4중량%, 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 3중량%, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 3중량%, 비닐트리메톡시실란 3중량%, 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체 3중량%, 폴리아미드-이미드 3중량%, 경화 촉진제 25중량%, 반응개시제 0.5중량%, 폴리아크릴로니트릴 0.5중량%, 안료 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 사용하였다. 상기 경화 촉진제는 디에틸렌트리아민을 사용하였다. 상기 반응개시제는 벤조일 퍼옥사이드를 사용하였다. 상기 안료는 산화티탄을 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘 오일계 소포제를 사용하였다.
<실시예 3>
개질 충전재 10중량% 및 개질 혼화제 90중량%를 첨가하여 2분간 강제식 믹서로 교반하여 친환경 강재 보호제 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 개질 충전재는 중질탄산칼슘 50중량%, 보크사이트 15중량%, 실리카분말 10중량%, 지르코늄 10중량%, 메탄인산염 5중량%, 산성백토 5중량%, 산화알루미늄 중량% 및 티타늄옥사이드 중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 개질 혼화제는 무용제 에폭시 38중량%, 테트라메틸렌 글리콜 45중량%, 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 4중량%, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 4중량%, 비닐트리메톡시실란 4중량%, 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체 4중량%, 폴리아미드-이미드 4중량%, 경화 촉진제 25중량%, 반응개시제 0.5중량%, 폴리아크릴로니트릴 0.5중량%, 안료 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 사용하였다. 상기 경화 촉진제는 디에틸렌트리아민을 사용하였다. 상기 반응개시제는 벤조일 퍼옥사이드를 사용하였다. 상기 안료는 산화티탄을 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘 오일계 소포제를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예 1을 제시한 것이다.
<비교예 1>
중질탄산칼슘 20중량% 및 무용제 에폭시 80중량%를 첨가하여 2분간 강제식 믹서로 교반하여 코팅제 조성물을 제조하였다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 친환경 강재 보호제 조성물과 비교예에서 제조한 코팅제 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여 위에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 친환경 강재 보호제 조성물과 비교예 1에 의하여 제조된 코팅제 조성물을 에폭시계 도료 (SPS-KIPC 5002-1755)에 의하여 건조도막 상태, 용기내에서의 상태, 혼합성, 비중(주제), 비휘발분, 건조시간, 가사시간, 흐름성 시험을 수행하였고, 우레탄 도료 (SPS-KIPC 5003-1756)에 의해 촉진내후성 시험을 수행하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
건조 도막의 상태 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
용기내에서의 상태 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
색상 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
비중(주제) 1.35 1.35 1.35 1.3
주도(주제, KU) 93 93 93 90
비휘발분(주제, 중량 %) 83.5 83.5 83.5 80
건조시간(경화, h, 25 ℃) 13 13 13 15
가사시간(혼합, h, 20℃) 6 6 6 5
흐름성(혼합, ㎛) 565 575 580 515
촉진 내후성(300h, (%)) 92.5 93.5 95.5 90.5
상기 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 친환경 강재 보호제 조성물의 성능은 비교예 1에 따라 제조된 코팅제 조성물에 비하여 우수하였다.
<표면 보호 마감제 조성물>
<실시예 4>
표면 보호 마감제 조성물의 주제와 경화제를 중량비로 8 : 2 비율로 혼합하여 표면 보호 마감제 조성물을 제조하였다. 이때 주제는 수성 실리카졸 77.5중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체 5중량%, 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 5중량%, 탄산바륨 분산액 5중량%, 이산화티탄 분산액 2.5중량% 및 세륨 분산액 2.5중량% 및 징크옥사이드 분산액 2.5중량%를 반응기에 투입하여 50℃에 4시간 동안 충분히 교반하여 주제를 제조하였다. 상기 제조된 주제를 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 경화제와 에탄올 혼합용액을 20㎖／min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하여 표면 보호 마감제 조성물을 제조하였다. 이때, 경화제는 메틸에텔디메틸실란을 사용하였다.
<실시예 5>
표면 보호 마감제 조성물의 주제와 경화제를 중량비로 8 : 2 비율로 혼합하여 표면 보호 마감제 조성물을 제조하였다. 이때 주제는 수성 실리카졸 65중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체 7중량%, 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 7중량%, 탄산바륨 분산액 6중량%, 이산화티탄 분산액 5중량% 및 세륨 분산액 5중량% 및 징크옥사이드 분산액 5중량%를 반응기에 투입하여 50℃에 4시간 동안 충분히 교반하여 주제를 제조하였다. 상기 제조된 주제를 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 경화제와 에탄올 혼합용액을 20㎖／min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하여 표면 보호 마감제 조성물을 제조하였다. 이때, 경화제는 메틸에텔디메틸실란을 사용하였다.
<실시예 6>
표면 보호 마감제 조성물의 주제와 경화제를 중량비로 8 : 2 비율로 혼합하여 표면 보호 마감제 조성물을 제조하였다. 이때 주제는 수성 실리카졸 53중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체 9중량%, 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 9중량%, 탄산바륨 분산액 8중량%, 이산화티탄 분산액 7중량% 및 세륨 분산액 7중량% 및 징크옥사이드 7중량%를 반응기에 투입하여 50℃에 4시간 동안 충분히 교반하여 주제를 제조하였다. 상기 제조된 주제를 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 경화제와 에탄올 혼합용액을 20㎖／min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하여 표면 보호 마감제 조성물을 제조하였다. 이때, 경화제는 메틸에텔디메틸실란을 사용하였다.
<시험예 2>
실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 표면 보호 마감제 조성물의 물성을 파악하기 위하여 제조된 표면 보호 마감제 조성물을 세라믹계 방식 도료 (SPS-KPIC 5009-1762)에 의하여 용기내에서 상태, 건조시간, 가사시간, 흐름성, 부피고형분, 비중(주제), 주도, 연화도, 염수분무시험을 수행하여 각각의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 4 실시예 5 실시예 6
용기내에서의 상태 이상없음 이상없음 이상없음
비중(주제) 1.39 1.42 1.45
주도(주제, KU) 96 96 96
부피고형분(혼합, %) 64 66 67
연화도(주제, NS) 5 5 5
건조시간(경화, h, 25℃) 5 5 5
가사시간(혼합, h, 20℃) 3 3 3
흐름성(혼합, ㎛) 267 264 260
염수분무시험(168h) 이상없음 이상없음 이상없음
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 표면 보호 마감제 조성물은 기준을 상회하는 성능이 월등히 높았다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (7)

  1. 친환경 강재 보호제 조성물로서,
    개질 충전재 0.1∼50중량% 및 개질 혼화제 50∼99중량%를 포함하고,
    상기 개질 충전재는 개질 충전재 중량대비 중질탄산칼슘 5∼98중량%, 보크사이트 0.1∼25중량%, 실리카분말 0.1∼20중량%, 지르코늄 0.1∼15중량%, 메탄인산염 0.01∼10중량% 및 산성백토 0.01∼10중량%를 포함하여 이루어지고,
    상기 개질 혼화제는 개질 혼화제 중량대비 무용제 에폭시 30∼99중량%, 테트라메틸렌 글리콜 (tetramethylene glycol) 0.1∼25중량%, 스티렌-메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 0.1∼15중량%, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 0.01~10중량%, 비닐트리메톡시실란 0.01~10중량%, 에틸렌-메타크릴레이트산 공중합체 0.01∼10중량% 및 폴리아미드-이미드 0.01~10중량%를 포함하는
    것을 특징으로 하는 친환경 강재 보호제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개질 충전재는 산화알루미늄 0.01∼10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 강재 보호제 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개질 충전재는 티타늄옥사이드 0.01∼10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 강재 보호제 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개질 혼화제는 경화촉진제 0.01∼40중량%, 반응개시제 0.01∼20중량%, 폴리아클릴로니트릴 0.01∼10중량%, 안료 0.01~15중량%, 및 소포제 0.01∼10중량% 중 선택된 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 강재 보호제 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 친환경 강재 보호제 조성물을 이용한 강 구조물의 표면 보호 마감 방법으로서,
    강 구조물의 녹 또는 이물질을 제거하는 단계;
    상기 제거된 부위의 홈 또는 스크레치를 퍼티재로 도포하여 평탄하도록 바탕면을 처리하는 단계;
    상기 처리된 바탕면에 표면강화제층을 형성하는 단계;
    상기 표면강화제층 상부에 상기 친환경 강재 보호제 조성물을 도포하여 양생하는 단계; 및
    양생된 후 표면 보호 마감제 조성물을 도포하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 강 구조물의 표면 보호 마감 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 표면 보호 마감제 조성물은 주제 : 경화제를 중량비로 1 : 0.01~0.6 비율로 혼합한 것으로서,
    상기 표면 보호 마감제 조성물의 주제는, 표면 보호 마감제 조성물 중량 대비 수성 실리카졸 25~90중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체 1~30중량%, 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 1~30중량%, 탄산바륨 분산액 0.01~10중량%, 이산화티탄 분산액 0.01~10중량%, 세륨 분산액 0.01~10중량% 및 징크옥사이드 분산액 0.01~10중량%을 함유하여 이루어지고,
    상기 표면 보호 마감제 조성물의 경화제는 메틸에텔디메틸실란, 감마글리시독시프로필메톡시 실란, 트리메톡시카프릴리실란, 트리에톡시카프릴리실란, 디클로로실란, 스테아록시트리메틸실란, 프로필메틸실란, 트리메틸클로로 실란, 이메틸클로로 실란, 메틸트리클로로 실란 및 아민계 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어지는
    것을 특징으로 하는 강 구조물의 표면 보호 마감 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 표면 보호 마감제 조성물은 수용성 불소계 표면 보호 마감제를 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는 강 구조물의 표면 보호 마감 방법.
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