KR101950495B1 - 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제 - Google Patents

금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 재질의 물품 표면에 코팅되어 물품의 내식성, 내열성, 표면경도 및 내화학성을 증대시키는 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제에 관한 것으로서, 보다 상세하면 금속의 표면을 산화시키는 흑착화 조절제, 내식성을 향상시키는 탄닌산 및 금속의 내식성, 내열성, 표면경도 및 내화학성을 향상시키는 금속 화합물을 포함한 코팅제에 관한 것이다.

Description

금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제{Coating agent for forming rust-preventive coating layer of metal}
본 발명은 금속 재질의 물품 표면에 코팅되어 물품의 내식성, 내열성, 표면경도 및 내화학성을 증대시키는 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제에 관한 것으로서, 보다 상세하면 금속의 표면을 산화시키는 흑착화 조절제, 내식성을 향상시키는 탄닌산 및 금속의 내식성, 내열성, 표면경도 및 내화학성을 향상시키는 금속 화합물을 포함한 코팅제에 관한 분야이다.
녹(rust)은 금속의 표면에 생기는 부식생성물의 총칭으로, 금속 재질의 물품에서 발생하는 녹은 금속 재질의 물품의 내구성 저하의 주된 요인이다. 이러한 녹은 금속 표면에 녹 발생요인이 부착되어 발생하며, 이것은 수분이 금속의 산화 피막의 결정부분에 침투하여 금속을 용해시키고 수분에 용해된 산소가 금속을 산화시켜 발생한다.
금속 재질의 물품의 부식에 따른 내구성의 감소, 기능의 저하 등을 방지하고 내구 연한을 연장하기 위해 금속 재질의 물품의 표면을 코팅제로 도장하여 보호하는 방법을 일반적으로 이용한다. 이때 이용하는 코팅제 중, 방청 코팅제는 공기, 물, 이산화탄소 등이 금속 표면과 접촉하여 화학적으로 철을 포함하는 금속 재질의 물품에 녹이 발생하는 것을 방지하기 위하여 도장되는 코팅제를 말한다
일반적으로, 방청용 코팅제는 교량, 해상 구조물, 원자력 발전소, 각종 플랜트의 대형 구조물, 선박, 컨테이너 등, 금속 재질의 물품의 부식을 방지하기 위하여 사용되며, 방청용 코팅제의 코팅으로 형성된 방청막은 장기간에 걸쳐 심한 부식 환경에 견딜 수 있어야 한다, 또한, 이러한 방청막은 공기나 수분을 통과시키지 않고 부착성이 좋으며, 균열이 발생하지 않고, 내후성 및 내구성에 문제가 없어야 한다.
기존의 방청용 코팅제는 일반적으로 유기계 수지 및 유기용제를 사용하고 있다. 방청용 코팅제에 이용되는 유기용제는 대부분 휘발성 화합물(VOC, Volatile Organic Compounds) 및 포름알데히드 등 독성 물질이므로, 인체 내부에 흡수될 경우, 중추신경계에 영향을 가하여 작업자 또는 사용자의 건강을 위협하는 요소로 작용한다. 또한, 방청용 코팅제는 크롬 또는 납 등과 같은 중금속을 함유하는 광명단(사산화삼납, Red lead), 크롬산아연(Zinc chromate), 시안화납(lead cyanide), 크롬산스트론튬(Strontium chromate) 등을 포함하고 있는 경우가 많아 인체에 유해할 뿐만 아니라 환경오염의 원인이 되고 있다.
다음은 금속의 방청용 코팅제에 관한 대표적인 종래기술이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0029291호는 방청용 코팅 조성물에 관한 것으로서, 알루미늄 플레이크(flake), 아연 플레이크, 실리카계 무기 바인더, 유기 바인더 및 금속 킬레이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하였고, 크롬을 사용하지 않아 환경오염을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.
하지만 상기 종래기술에 의한 코팅 조성물은 아크릴계, 에폭시계 또는 우레탄계 유기 바인더를 포함하는 구성을 하기 때문에, 유기 바인더의 손상으로 인한 코팅층의 방청성이 급격하게 저하될 수 있는 우려가 있기 때문에, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0029291호(2011.03.23.) 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0058488호(2004.07.05.) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0000913호(2011.01.06.) 대한민국 등록특허공보 제10-1658372호(2016.09.12.)
본 발명은 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 코팅제는 내식성을 주되게 발휘하는 6가크롬이 포함되는 구성을 하기 때문에, 인체 및 환경에 악영향을 끼치는 문제가 발생하였고;
또한 상기 6가크롬을 대체하기 위하여 3가크롬이 포함된 코팅제가 제시되었으나, 상기 3가크롬을 포함하는 코팅제 역시 6가크롬이 완전히 제거되지 않을 상태이므로, 그에 따른 인체 및 환경에 악영향을 끼치는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
금속의 표면에 방청 코팅층을 형성시키는 코팅제에 있어서,
상기 코팅제는, 용매인 증류수 100중량부에 대하여, 상기 금속 표면을 산화시키는 흑착화 조절제 5~20중량부, 탄닌산 5~10중량부 및 금속 화합물 3~10중량부를 포함하여 구성되는 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제를 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제는 6가크롬이 전혀 포함되지 않아 인체 및 환경에 유해하지 않은 효과를 얻을 수 있고;
흑착화 조절제를 통하여 피코팅되는 금속의 표면을 산화시켜 금속의 표면에 산화물코팅층이 형성될 수 있도록 하고, 상기 탄닌산을 통하여 산화물코팅층의 방청성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예 1과 종래기술에 의한 비교예에 의하여 제조된 코팅제로 표면 처리된 볼트의 염수분무 시험 결과를 나타내는 사진.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 1, 3에 의하여 제조된 코팅제로 표면 처리된 플레이트의 내열 시험 결과를 나타내는 사진.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예 3, 4에 의하여 제조된 코팅제로 표면 처리된 플레이트의 열충격 시험 결과를 나타내는 사진.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예 1, 5, 6과 종래기술에 의한 비교예에 의하여 제조된 코팅제로 표면 처리된 볼트의 내산성 시험 결과를 나타내는 사진.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예 1, 2에 의하여 제조된 코팅제의 장기 보관 상태를 나타내는 사진.
본 발명은 금속 재질의 물품 표면에 코팅되어 물품의 내식성, 내열성, 표면경도 및 내화학성을 증대시키는 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제에 관한 것으로서, 금속의 표면에 방청 코팅층을 형성시키는 코팅제에 있어서, 상기 코팅제는, 용매인 증류수 100중량부에 대하여, 상기 금속 표면을 산화시키는 흑착화 조절제 5~20중량부, 탄닌산 5~10중량부 및 금속 화합물 3~10중량부를 포함하여 구성되는 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 5를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명에 의한 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제(이하, ‘코팅제’라 칭함.)는 금속의 표면에 처리되어 금속의 방청성 비롯하여 내구성을 향상시키기 위한 용도로 사용된다.
또한 본 발명에 의하여 표면 코팅되는 금속 재질의 물품은 일반적인 금속 가공물에 해당하는 다양한 종류의 것이 될 수 있고, 금속 재질의 종류 역시 다양한 종류의 것이 될 수 있으며, 이하, 본 발명은 아연 또는 아연 합금 재질의 볼트를 피코팅물로 하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
즉, 본 발명에 의한 코팅제는 거시적으로 용매인 증류수, 흑착화 조절제, 탄닌산 및 금속 화합물을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 용매인 증류수는 코팅제에 포함되는 조성물을 용해시키기 위한 구성으로서, 일반적인 증류수를 사용할 수 있다.
또한 상기 흑착화 조절제는 피코팅물의 표면을 산화시켜, 피코팅물의 표면에 산화물이 형성될 수 있도록 함으로써 산화물에 의하여 피코팅물의 표면에 형성된 산화물코팅층(방청 코팅층)에 의한 방청성이 발휘될 수 있도록 하는 구성이다.
즉, 상기 흑착화 조절제는 금속 재질의 피코팅물 표면을 산화시킬 수 있을 정도의 산성을 가지는 물질로 구성되고, 바람직하게는 질산, 인산 또는 염산 중 어느 하나 이상의 조성물로 구성될 수 있다.
이때, 상기 종류의 흑착화 조절제에 의하여 산화되는 피코팅물의 표면은 산화의 정도에 따라 표면의 흑색으로의 변화가 달라지게 된다. 보다 상세하면 피코팅물 표면의 산화정도가 클수록 피코팅물의 표면은 더욱 검은색을 가지게 된다.
아울러 상기 흑착화 조절제는 pH는 1.0~3.0을 가지도록 구성되는 것이 바람직한데, 이때, 흑착화 조절제의 pH가 1.0 미만이면 피코팅물 표면의 산화정도가 지나치게 커서 피코팅물 표면이 지나치게 빠르고 두껍게 산화되어, 산화물에 의하여 형성된 산화물코팅층이 피코팅물에서 박리되고, 그 결과 방청성이 오히려 감소될 우려가 있고, pH가 3.0을 초과하면 피코팅물 표면의 산화정도가 미흡하여 흑착화가 일어나지 않을 우려가 있으므로, 흑착화 조절제의 pH는 상기 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.
더불어 흑착화 조절제는 상기 종류의 산성 조성물이 단독으로 사용되거나 복수 조성물이 적절한 조성비를 이루며 혼합되는 구성을 할 수도 있고, 바람직하게는 질산 25~65중량%, 염산 5~45중량% 및 인산 25~65중량%가 혼합되는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 조성의 흑착화 조절제는 산소 음이온을 포함하는 질산과 산소 음이온을 미포함하는 염산이 혼합되는 구성을 하기 때문에, 질산에 의한 산화력과 염산에 의한 착이온을 포함하는 염 생성 특징을 동시에 실현시킬 수 있어서, 주되게는 피코팅물의 흑착화 현상을 유도함과 동시에 피코팅물의 표면에 형성된 산화물을 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있고, 인산에 의한 흑착화 현상 유도와 내식성 증대 효과를 증대시킬 수 있는 효과를 실현시킬 수 있다.
이때, 상기 인산은 산성을 가지기 때문에 흑착화 조절제에 포함되어 피코팅물의 표면을 산화시키는 기능을 가짐과 동시에 흑착화 조절제에 의한 피코팅물의 산화시에 인산염을 생성시키고, 상기 인산염은 피코팅물 표면에 형성된 산화물코팅층에 포함되어 산화물코팅층의 내식성을 증대시키는 기능을 발휘한다.
아울러 상기 질산, 염산 및 인산은 당업자의 판단에 따라 적절한 조성비를 가지며 흑착화 조절제를 구성을 할 수 있고, 바람직하게는 질산 25~65중량%, 염산 5~45중량% 및 인산 25~65중량%의 조성비를 가질 수 있다.
이때, 상기 질산이 흑착화 조절제에 25중량% 미만으로 혼합되면 질산에 의한 피코팅물 표면의 산화력이 다소 미흡해지고, 65중량%를 초과하면 질산의 조성이 과다하여 피코팅물의 표면이 지나치게 산화되어 피코팅물 표면의 일부가 박리되는 문제가 발생하기 때문에, 질산은 상기 범위의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
또한 상기 염산 역시 흑착화 조절제에 5중량% 미만으로 혼합되면 염산에 의한 피코팅물 표면의 산화력이 다소 미흡해짐과 동시에 염산에 의한 산화물의 안정화 증대 효과가 다소 미흡해지는 우려가 있고, 45중량%를 초과하면 염산의 조성이 과다하여 피코팅물의 표면이 지나치게 산화되어 피코팅물 표면의 일부가 박리되는 문제가 발생하기 때문에, 염산은 상기 범위의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 인산이 흑착화 조절제에 25중량% 미만으로 혼합되면 인산에 의한 피코팅물 표면의 산화력이 다소 미흡해짐과 동시에 인산염의 생성이 다소 미흡하여 피코팅물 표면의 산화력이 미흡해지고 산화코팅층의 내식성 증대 효과가 다소 미흡해지며, 65중량%를 초과하면, 과도하게 생성된 인산염에 의하여 산화물코팅층이 피코팅층에서 쉽게 박리될 우려가 있기 때문에, 인산을 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
상기와 연관하여, 상기 구성을 하는 흑착화 조절제는 코팅제에 포함되는 증류수 100중량부에 대하여 5~20중량부의 조성비로 포함되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 흑착화 조절제가 5중량부 미만으로 코팅제에 포함되면, 피코팅물 표면의 산화성이 미흡해짐과 동시에 산화물코팅층의 형성이 미흡해지는 우려가 있고, 20중량부를 초과하면 흑착화 조절제의 산성이 지나치게 커져 피코팅물의 강도가 약해지고, 피코팅물의 표면에 산화코팅층이 지나치게 두껍게 형성되어 산화코팅물이 쉽게 박리되고 피코팅물의 표면 강도가 감소할 우려 있기 때문에, 흑착화 조절제는 상기 범위 내의 조성비로 코팅제에 혼합되는 것이 바람직하다.
또한 탄닌산은 산화물코팅층의 내식성을 증대시키고, 하기 금속 화합물이 산화물코팅층에 견고히 고착될 수 있도록 하며, 산화물코팅층이 보다 밀착성 있게 피코팅물의 표면에 코팅될 수 있도록 하는 구성으로서, 코팅제에 포함되는 증류수 100중량부에 대하여 5~10중량부의 조성비로 혼합되는 구성을 한다.
즉, 상기 탄닌산은 다가의 페놀을 포함하는 식물성분으로서, 다양한 식물에 존재하고 화학구조는 명확하지 않지만 일반적으로 타닌은 쉽게 산화되면서 금속과 반응하여 착염을 형성하는 성질을 가지는 것으로 알려져 있고, 본 발명에 있어서도 산화물코팅층에 금속과 반응하여 생성된 착염을 포함시켜 산화물코팅층이 내식성을 가질 수 있도록 한다.
아울러 상기 탄닌산은 다양한 종류의 것을 이용할 수 있지만 페놀카르본산이 포함된 가수분해형 탄닌산을 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 구성의 페놀카르복시산이 포함된 가수분해형 탄닌산은 코팅제의 용매인 증류수에 대한 탄닌산의 가용성을 확보할 수 있음과 동시에, 산화물코팅층이 보다 밀착성 있게 피코팅물의 표면에 코팅될 수 있도록 하는 효과를 실현시킬 수 있다.
또한 상기 탄닌산은 코팅제에 포함되는 증류수 100중량부에 대하여, 5~10중량부의 조성비로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 탄닌산이 5중량부 미만으로 코팅제에 포함되면 탄닌산에 의한 내식성 증대 효과, 금속 화합물의 고착성 증대 효과 및 피코팅물 표면에 대한 산화물코팅층의 밀착성 증대 효과가 다소 미흡해지는 우려가 있고, 10중량부를 초과하면 탄닌산이 과도하게 포함되어 상기 흑착화 조절제의 의한 피코팅물 표면의 산화력은 오히려 감소할 우려가 있기 때문에, 탄닌산은 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
더불어 일반적인 탄닌산은 1,000~1,600의 저분자량을 가지는데, 본 발명은 코팅제에 탄닌산을 가교시키는 탄닌산 가교제가 더 포함되는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 탄닌산 가교제는 유기물인 탄닌산을 가교시켜 고분화될 수 있도록 함으로써, 방청성을 향상시킬 수 있도록 하는 구성이다. 또한 상기 탄닌산 가교제는 아미노기, 히드록시기 또는 카르복실기 등을 가지는 것을 이용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 H2N-R-OH, HOOC-R-Si, HOOC-R-OH, HOOC-R-NH2, HO-R-OH, HOOC-R-COOH, H2N-R-NH2 등을 가지는 것을 이용할 수 있다.
이때, 상기 탄닌산 가교제는 코팅제에 포함되는 증류수 100중량부에 대하여 5~10중량부의 조성비로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 상기 탄닌산의 조성비의 80%이상에서 동일한 조성비를 가지도록 구성될 수 있다.
또한 상기 금속 화합물은 산화물코팅층의 내식성을 증대시키기 위한 구성으로서, 당업자의 판단에 따라 다양한 종류의 것을 이용할 수 있고, 상기 피코팅물이 아연 또는 아연 합금 재질의 것으로 구성되는 경우에는, 알루미늄 화합물, 티탄 화합물, 바나듐 화합물, 망간 화합물, 안티몬 화합물, 몰리브덴 화합물 또는 텅스텐 화합물 중 어느 하나 이상의 것을 이용할 수 있다.
구체적으로, 상기 알루미늄 화합물은 염화 알루미늄, 알루미늄 황산염, 초산 알루미늄 또는 황산 염화알루미늄 등을 이용할 수 있고, 상기 티탄 화합물은 염화티타늄을 이용할 수 있으며, 상기 바나듐 화합물은 메타바나듐산 암모늄, 메타바나듐산 나트륨, 황산 바나듐 등을 이용할 수 있으며, 상기 망간 화합물은 황산망간, 염화망간, 질산망간, 아세테이트망간 등을 이용할 수 있으며, 상기 안티몬 화합물은 주석산, 주석산안티모니칼륨, 안티모닐나트륨, 삼염화안티몬 등을 이용할 수 있으며, 몰리브덴 화합물은 몰리브덴산암모늄, 몰리브덴산나트륨 등을 이용할 수 있으며, 상기 텅스텐 화합물은 텅스텐산암모늄, 텅스텐산나트륨 등을 이용할 수 있다.
더불어 상기 금속 화합물은 코팅제에 포함되는 증류수 100중량부에 대하여, 3~10중량부의 조성비로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 금속 화합물이 3중량부 미만으로 포함되면 금속 화합물의 조성이 미흡하여 금속 화합물에 의한 내식성 증대 효과가 다소 미흡해지고, 10중량부를 초과하면 금속 화합물의 조성이 과다하여 산화물코팅층에서 금속 화합물 입자가 쉽게 떨어져 나오는 문제가 발생하므로, 금속 화합물은 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명에 의한 코팅제는 코팅제에 포함된 증류수 100중량부에 대하여, 과망간산칼륨 1~5중량부를 더 포함하는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 과망간산칼륨은 코팅제에 포함되어 살균효과를 발휘하여, 코팅제에 포함되는 탄닌산의 변질을 방지시키는 효과를 발휘한다.
이때, 상기 과망간산칼륨은 코팅제에 포함되는 증류수 100중량부에 대하여, 1~5중량부의 조성비로 포함되는 것이 바람직한데, 과망간산칼륨의 조성비는 탄닌산의 조성비와 비례하여 코팅제에 포함된다. 더불어 과망간산칼륨이 1중량부 미만으로 포함되면 과망간산칼륨에 의한 탄닌산의 부폐방지 효과가 다소 미흡해지고, 5중량부를 초과하여 포함되면 과도하게 포함된 과망간산칼륨에 의한 강력한 산화력으로 인하여 상기 흑착화 조절제의 산화력이 저하되는 문제가 발생하므로, 과망간산칼륨은 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 코팅제는 코팅제에 포함된 증류수 100중량부에 대하여, 실세스퀴옥산 5~15중량부를 더 포함하는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 실세스퀴옥산은 다면체 구조를 가지고 있으므로 열을 흡수하면 Si-O-Si 결합의 열 진동이 발생한다. 따라서 본 발명에 의한 코팅제에 의하여 표면 코팅된 피코팅물에 열이 가해질 경우, 피코팅물에 열이 전달되기 이전에 실세스퀴옥산의 구조가 내열성을 발휘할 뿐만 아니라 열을 흡수하여 피코팅물의 가열을 감소시킬 수 있는 효과를 실현시킬 수 있다.
아울러 상기 실세스퀴옥산은 산화물코팅층의 표면경도를 향상시켜, 피코팅물의 내구성을 증대시키는 효과를 발휘한다. 일반적으로 실세스퀴옥산은 실리카 구조의 말단에 유기 관능기가 결합되어 있으므로 다른 성분들과의 상용성이 떨어지는 문제가 있다. 이에 대하여, 본 발명은 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 구조의 실세스퀴옥산을 적용하여 말단의 OH기에 의한 상용성을 향상시키면서 NCO기와 탄닌산의 상용성을 통하여 코팅제에 실세스퀴옥산이 균일하게 분산되어 결합이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
Figure 112018033208492-pat00001
Figure 112018033208492-pat00002
또한 상기 실세스퀴옥산은 코팅제에 포함되는 증류수 100중량부에 대하여 5~15중량부의 조성비로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 실세스퀴옥산이 5중량부 미만으로 포함되면 실세스퀴옥산에 의한 열차단 효과와 표면경도 증대효과가 다소 미흡해지고, 15중량부를 초과하면 과도하게 포함된 실세스퀴옥산에 의하여 흑착화 조절제에 의한 피코팅물 표면의 산화력은 오히려 감소할 우려가 있기 때문에, 실세스퀴옥산은 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명에 의한 코팅제는 코팅제에 포함된 증류수 100중량부에 대하여, 스페릴라이트 3~7중량부를 더 포함하는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 스페릴라이트는 황철석(pyrite)과 같은 등축정계인 금속광택의 백색 광물로서, 백금(Pt)과 비소(As)로 구성되어 있고, 상기 흑착화 조절제에 의한 피코팅물 표면의 산화시에 촉매제의 역할을 하여, 피코팅물 표면의 산화속도를 빠르게 유도할 수 있는 효과를 발휘한다.
이때, 상기 스페릴라이트가 증류수 100중량부에 대하여, 3중량부 미만으로 포함되면 스페릴라이트에 의한 피코팅물 표면의 산화속도 증대 효과가 다소 미흡해지고, 7중량부를 초과하면 과도하게 포함된 스페릴라이트 입자(바람직하게는 3~10nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.)가 산화물코팅층에 다량 내입되어 산화물코팅층의 강도가 저하되는 문제가 발생하므로, 스페릴라이트는 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 코팅제는 코팅제에 상기 스페릴라이트가 포함되는 경우, 상기 스페릴라이트 100중량부에 대하여, 탄탈라이트 10~20중량부를 더 포함하는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 탄탈라이트는 산에 의해서도 쉽게 산화되지 않는 탄탈(Ta)을 다량 포함하여, 산화물코팅층의 내산성을 증대시키는 효과를 발휘한다.
이때, 상기 탄탈라이트가 스페릴라이트 100중량부에 대하여, 10중량부 미만으로 포함되면 탄탈라이트에 의한 산화물코팅층의 내산성 증대 효과가 다소 미흡해지고, 20중량부를 초과하면 스페릴라이트와 더불어 탄탈라이트 입자(바람직하게는 3~10nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.)가 산화물코팅층에 다량 내입되어 산화물코팅층의 강도가 저하되는 문제가 발생하므로, 탄탈라이트는 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 구성을 하는 본 발명에 의한 코팅제는 다양한 방식으로 피코팅물의 표면에 코팅되는 구성을 할 수 있고, 바람직하게는 딥핑방식으로 피코팅물을 코팅할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 코팅제가 수용된 수조에 피코팅물을 일정시간 함침시킨 후 건져내어 수세하고 건조함으로써 피코팅물의 표면 코팅 처리가 가능하다.
구체적으로, 상기 코팅제는 수조에 수요된 상태로 코팅제의 활성화 향상을 위하여 40~50℃로 가열되는 상태를 유지하고, 상기 상태의 코팅제에 피코팅물을 30~70초간 함침시킴으로써 피코팅물의 표면 코팅을 완료할 수 있다. 이후 피코팅물의 표면에 형성된 산화물코팅층에 잔류하는 강산성의 흑착화 조절제, 탄닌산, 금속 화합물, 과망간산칼륨, 실세스퀴옥산, 스페릴라이트 입자 및 탄탈라이트 입자를 제거하기 위하여 피코팅물을 복수 회 수세하고, 자연건조 또는 열건조를 통하여 산화물코팅층 표면의 수분을 제거함으로써 코팅처리를 완료할 수 있다.
다음은 본 발명의 바람직한 실시예 및 공지 기술에 의한 비교예를 이용한 시험이다.
시험을 위하여 하기의 표 1과 같은 조성으로 코팅제를 제조하였고, 제조된 코팅제 각각을 수조에 수용시킨 후 45℃로 지속 가열하며 아연 합금 재질로 만들어진 볼트 또는 플레이트의 표면을 코팅처리하여, 각 실시예에 의한 시편을 제작하였다.
이때, POSS 1은 화학식 1의 실세스퀴옥산, POSS 2는 화학식 2의 실세스퀴옥산이다.
또한 공지 기술에 의한 비교예 1은 웨이콘(Weicon)사의 크롬 스프레이를 아연 합금 볼트 또는 플레이트의 표면에 스프레이하여 시편을 제작하였다.
Figure 112018033208492-pat00003
상기의 표 1에는 기재되지 않았으나, 볼트의 표면에 형성된 산화물코팅층의 두께가 30nm를 이루는 것을 기준하여, 실시예 5에 의한 코팅제에 의하여 표면 처리되는 볼트는 수조 함침 이후 약 40초가 소요되었고, 실시예 1에 의한 코팅제에 의하여 표면 처리된 볼트는 수조 함침 이후 약 52초의 시간이 소요되었다. 상기는 실시예 5의 코팅제에 포함된 스페릴라이트의 촉매 작용에 의한 결과로 유추된다.
[시험 1] 염수분무 시험
실시예 1에 의한 코팅제로 표면 처리한 볼트 시편 및 비교예 1에 의한 볼트 시편에, 35℃의 온도에서 6%의 농도 및 pH 7.0를 가지는 염수(Salt water)를 1kg/㎠의 압력으로 36시간 동안 분사하고, 5일 후 표면 상태 변화를 육안으로 확인한 결과, 도 1과 같이 실시예 1에 의한 코팅제로 코팅된 볼트의 표면 상태는 거의 변화 없었으나, 비교예에 의한 코팅제로 코팅된 볼트의 표면에는 부식이 발생한 것을 확인하였다.
또한 상기의 결과를 통하여 본 발명의 실시예 1에 의한 코팅제가 공지의 코팅제보다 방청성이 더 우수한 것을 확인할 수 있었다.
[시험 2] 내열 시험
실시예 1에 의한 코팅제로 표면 처리한 플레이트 시편 및 실시예 3에 의한 코팅제로 표면 처리한 플레이트 시편을 250℃의 온도로 8시간 동안 열을 가한 후 표면 상태 변화를 육안으로 확인한 결과, 도 2와 같이 실시예 3에 의한 코팅제로 코팅된 플레이트의 표면 상태가 실시예 1에 의한 코팅제로 코팅된 플레이트보다 표면 상태가 양호한 것으로 확인되었다. 상기는 실시예 3에 의한 코팅제에 더 포함된 화학식 1에 의한 실세스퀴옥산이 내열성을 발휘하였음을 시사하는 결과이다.
[시험 3] 열충격 시험
실시예 3에 의한 코팅제로 표면 처리한 플레이트 시편 및 실시예 4에 의한 코팅제로 표면 처리한 플레이트 시편을, 액화질소에 함침시킴으로써 -196℃의 온도에서 20분간, 건조기에 수용시킴으로써 100℃의 온도에서 20분간씩 순환 노출시켜, 표면 상태 변화를 육안으로 확인한 결과, 도 3과 같이 실시예 3, 4에 의한 코팅제로 코팅된 플레이트 모두의 표면 상태가 양호한 것을 확인할 수 있었다. 상기는 실시예 3, 4에 의한 코팅제는 화학식 1, 2에 의한 실세스퀴옥산이 포함되어, 급격한 열의 변화에 대한 내구성도 우수함을 시사하는 결과이다.
[시험 4] 내산성 시험
실시예 1, 5, 6 및 비교예 각각에 의한 코팅제로 표면 처리한 각각의 볼트를 35%의 농도를 가지는 염산에 8시간 함침시킨 후 표면 상태 변화를 육안으로 확인한 결과, 도 4와 같이 비교예에 의한 코팅제가 처리된 볼트의 표면은 매우 심함 부식상태를 가졌고, 실시예 1, 5, 6에 의한 볼트는 표면이 거의 부식되지 않았음을 확인하였다.
다만, 실시예 6에 의한 코팅제로 코팅된 볼트의 표면 상태는 실시예 1, 5에 의한 코팅제로 코팅된 볼트들보다 더 미려한 상태를 가지는 것을 확인할 수 있었고, 이는 실시예 6에 의한 코팅제에 포함된 탄탈라이트에 의한 내산성 증대 효과를 시사하는 결과이다.
[시험 5] 표면경도 시험
실시예 1, 3, 4에 의한 각각의 코팅제로 표면 처리한 플레이트를 KS M ISO 15184:2013에 의한 시험방법으로 내스크래치성 시험을 한 결과, 실시예 1에 의한 코팅제가 코팅된 플레이트는 5H의 연필 경도에 표면에 약간의 미세한 균열이 발생하였지만, 실시예 3, 4에 의한 코팅제가 코팅된 플레이트는 5H의 연필 경도에 균열이 전혀 발생하지 않았다. 이는 실시예 3, 4에 의한 코팅제에 포함된 실세스퀴옥산에 의한 표면경도 증대 효과를 시사하는 결과이다.
아울러 상기 실시예 1에 의한 코팅제, 실시예 2에 의한 코팅제를 시약장에 6개월 보관한 결과, 도 5와 같이 실시예 1에 의한 코팅제는 탄닌산의 변질이 시작되어 옅은 갈색을 띠었으나, 실시예 2에 의한 코팅제는 탄닌산의 변질이 거의 일어나지 않아 본연의 색을 유지하였다. 이는 실시예 2에 의한 코팅제에 포함된 과망간산칼륨에 의한 살균성 향상 효과를 시사하는 결과이다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 금속의 표면에 방청 코팅층을 형성시키는 코팅제에 있어서,
    상기 코팅제는,
    용매인 증류수 100중량부에 대하여, 상기 금속 표면을 산화시키는 흑착화 조절제 5~20중량부, 탄닌산 5~10중량부 및 금속 화합물 3~10중량부를 포함하여 구성되고,
    상기 코팅제는 상기 증류수 100중량부에 대하여, 실세스퀴옥산 5~15중량부를 더 포함하여 구성되며,
    상기 실세스퀴옥산은,
    [화학식1]
    Figure 112019001982734-pat00009

    또는
    [화학식2]
    Figure 112019001982734-pat00010

    중 어느 하나의 것으로 표시되는 구조의 것으로 구성되며,
    상기 코팅제는 상기 증류수 100중량부에 대하여, 스페릴라이트 3~7중량부를 더 포함하여 구성되며,
    상기 코팅제는 상기 스페릴라이트 100중량부에 대하여, 탄탈라이트 10~20중량부를 더 포함하는 구성되는 것을 특징으로 하는 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흑착화 조절제는,
    질산 25~65중량%, 염산 5~45중량% 및 인산 25~65중량%가 혼합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅제는,
    상기 증류수 100중량부에 대하여, 과망간산칼륨 1~5중량부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속의 방청 코팅층 형성용 코팅제.
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