KR101954615B1 - 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물 및 이를 이용한 도장 공법 - Google Patents

세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물 및 이를 이용한 도장 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 도장재 조성물 및 도장 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 도장재의 내구성 향상으로 도장회수 절감에 따른 유지보수 비용의 절감 효과가 가능하며, 무용제타입의 환경 친화적인 강재 및 콘크리트 도장재로 적용할 수 있도록 하고, 고내후성 실리콘 수지를 적용하여 탁월한 광택 유지와, 고내후성, 내오염성능 및 방식성을 향상시키며, 고기능성 세라믹 원료를 적용하여 내마모성을 향상시키도록 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물 및 이를 이용한 도장 공법에 관한 것이다.

Description

세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물 및 이를 이용한 도장 공법{STEEL MATERIALS USING CERAMIC COMPOSITION AND GLASS FLAKE AND CERAMIC COATING MATERIAL FOR CONCRETE STRUCTURE AND COATING METHOD USING THEREOF}
본 발명은 세라믹 도장재 조성물 및 도장 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 도장재의 내구성 향상으로 도장회수 절감에 따른 유지보수 비용의 절감 효과가 가능하며, 무용제타입의 환경 친화적인 강재 및 콘크리트 도장재로 적용할 수 있도록 하고, 고내후성 실리콘 수지를 적용하여 탁월한 광택 유지와, 고내후성, 내오염성능 및 방식성을 향상시키며, 고기능성 세라믹 원료를 적용하여 내마모성을 향상시키도록 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물 및 이를 이용한 도장 공법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 금속 및 콘크리트 구조물의 부식 및 침식을 방지하기 위하여, 부식을 유발하는 원소 또는 분자에 대한 확산 속도가 낮은 경화형 폴리머 수지 내에 이들 확산을 더욱 저지할 수 있는 세라믹계 충진재가 첨가된 코팅재가 많이 사용되어 왔다.
이러한 코팅재의 일례로, 국내 특허등록 제10-0982451호인 나노 플레이크를 이용한 방수 및 방식 세라믹 코팅제가 개시되어 있다.
상기 나노 플레이크를 이용한 방수 및 방식 세라믹 코팅제는 폴리머 수지, 경화제, 세라믹 분말, 및 충진재로서 층상 실리케이트와 판상 유리 플레이크를 함께 포함하고 있고, 상기 판상 유리 플레이크는 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 두께보다 작은 길이를 가지며 상기 코팅층의 코팅면에 대해 평행하게 배열되는 특성을 가지며, 첨가된 충진재가 코팅면에 평행하게 배열되어 우수한 방식 성능을 제공하고, 코팅층 내의 핀홀과 같은 결함의 발생을 방지하고, 코팅층 내에 첨가되는 무기질 재료의 함량을 낮춤으로써 밀도 감소 및 점도 감소에 의한 코팅층의 흐림 결함을 방지하여, 생산성의 증가 및 방식 코팅의 우수한 종합 성능을 제공할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 나노 플레이크를 이용한 방수 및 방식 세라믹 코팅제는 도장재의 내구성이 상대적으로 떨어져서 도장 회수가 증가하고, 이로 인해 유지보수 비용이 증대되고, 내후성과 내마모성이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.
국내 특허등록 제10-0982451호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도장재의 내구성 향상으로 도장회수 절감에 따른 유지보수 비용의 절감 효과가 가능하며, 무용제타입의 환경 친화적인 강재 및 콘크리트 도장재로 적용할 수 있도록 하고, 고내후성 실리콘 수지를 적용하여 탁월한 광택 유지와, 고내후성, 내오염성능 및 방식성을 향상시키며, 고기능성 세라믹 원료를 적용하여 내마모성을 향상시키도록 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물 및 이를 이용한 도장 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
강재 및 콘크리트용 구조물의 방수, 방식 코팅을 위한 조성물로서, 폴리머 수지, 세라믹 분말, 방청 안료, 탈크, 황산바륨, 소성 알루미나, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 희석제를 혼합한 주제와, 아민계 경화제, 세라믹 분말, 방청 안료, 탈크, 황산바륨, 소성 알루미나, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 가소제를 혼합한 경화제를 혼합하여 이루어지며, 상기 주제와 경화제가 부피 기준으로 1:1~5:1의 비율로 혼합되며, 상기 주제 중 상기 폴리머 수지와 상기 경화제 중의 아민계 경화제의 당량비가 1:1인 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 폴리머 수지는 무용제 실리콘 에폭시 혼성수지이고, 상기 주제 전체 중량을 기준으로 30~50중량%로 혼합된다.
여기에서 또한, 상기 세라믹 분말은 입도 분포가 0.2~50㎛ 범위의 실리콘카바이드, 이산화티탄, 탄산칼슘, 운모, 실리카중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 10~15중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 방청 안료는 입도 분포가 2.5~12㎛ 범위의 아연, 산화아연, 징크포스페이트, 징크플레이크, 징크포타슘크로메이트, 스트론튬 크로메이트, 광명단, 몰리브데이트, 포스페이트, 실리케이트, 인산아연중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~15중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 탈크는 입도 분포가 3.5~15㎛ 범위로 KC-5000C, KC-3000, KC-2000, KCM-6300, KCNAP-400(N), KCNAP-400, PG-600, MG-400, SG-400, SP-3000중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~10중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 황산바륨은 입도 분포가 2~10㎛ 범위로 KCB-01,KCB-02,KCB-03,KCB-07,KCB-8000, BSB-8000, BSP중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~10중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 소성 알루미나는 입도 분포가 1~10㎛ 범위로 KSA-S, KSA-SC, KSA-CF, CA-83F, CA-50F, SA-50D, SA-50DS, SA-SCSP, CA-5M중 선택된 어느 하나이고 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 3~7중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 층상 실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 운모(mica), 카올리나이트(kaolinite) 및 질석(vermiculate)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 입도 분포가 0.1~50㎛ 범위이며, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 3~7중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 판상 유리 플레이크는 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 3~7중량%로 혼합되며, 장축의 평균 길이가 15~55㎛이고, 두께가 0.1~0.5㎛이다.
여기에서 또, 상기 아민계 경화제는 상기 경화제 전체 중량을 기준으로 30~50중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 첨가제는 소포제, 분산제, 레벨링제, 침강 방지제 및 커플링제가 사용되고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 1~5중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 희석제는 반응성/비반응성 희석제로서, 상기 주제 전체 중량을 기준으로 5~15중량%로 혼합된다.
여기에서 또, 상기 가소제는 상기 경화제 전체 중량을 기준으로 5~15중량%로 혼합된다.
본 발명의 다른 특징은,
상기의 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물을 이용한 도장 공법에 있어서, 강재 및 콘크리트 구조물을 표면 처리한 후 50~100㎛ 두께로 각각 2회 도장을 실시하여, 조성물중 판상 유리 플레이크가 도장면에 대해 평행하게 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물 및 이를 이용한 도장 공법에 따르면, 도장재의 내구성 향상으로 도장회수 절감에 따른 유지보수 비용의 절감 효과가 가능하며, 무용제타입의 환경 친화적인 강재 및 콘크리트 도장재로 적용할 수 있도록 하고, 고내후성 실리콘 수지를 적용하여 내후성을 향상시키며, 고기능성 세라믹 원료를 적용하여 내마모성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발발명의 실험예에 따른 비교예 2의 코팅층의 단면 미세 조직을 주사 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발발명의 실험예에 따른 실시예 1의 코팅층의 단면 미세 조직을 주사 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물은 주제와, 경화제로 이루어지고, 주제와 경화제가 부피 기준으로 1:1 내지 5:1의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
먼저, 주제는 폴리머 수지, 세라믹 분말, 방청 안료, 탈크, 황산바륨, 소성 알루미나, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 희석제를 혼합한다.
그리고, 경화제는 아민계 경화제, 세라믹 분말, 방청 안료, 탈크, 황산바륨, 소성 알루미나, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 가소제를 혼합한다.
한편, 상기 폴리머 수지는 무용제 실리콘 에폭시 혼성수지이고, 주제 전체 중량을 기준으로 30~50중량%로 혼합되는 데, 30중량% 미만으로 혼합하는 경우에는 수지의 절대량이 부족하여 기지 재료(matrix)로서의 바인더 역할을 할 수 없어서 경화제와의 가교 결합시 가교 밀도가 떨어져 내산성, 내알칼리성과 같은 물성이 저하될 수 있으며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 흐름성이 증가하고 기타 성분의 함량이 부족하여 물성 및 작업성이 불량하게 될 수 있다.
아민계 경화제는 경화제 전체 중량을 기준으로 30~50중량%로 혼합되는 데, 상기의 조성 범위는 폴리머 수지와의 당량비를 바람직하게는 1:1로 맞추기 위한 적절한 비율로서, 한쪽 성분이 과량으로 존재할 경우에는 미반응된 과잉의 물질이 조성물 내에 잔존하여 건조가 느려지고 가교밀도가 낮아져 내수성, 내후성 등의 물성이 불량해질 수 있고, 30중량% 미만으로 혼합하는 경우에는 도막의 강도가 떨어질 수 있으며, 50중량%를 초과하는 경우에는 필요 이상으로 과량 투입된 결과로 미반응과 경화 지연 등의 문제점들이 발생되어 질 수 있다.
세라믹 분말은 입도 분포가 0.2~50㎛ 범위의 실리콘카바이드, 이산화티탄, 탄산칼슘, 운모, 실리카중 선택된 어느 하나이고, 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 10~15중량%로 혼합되는 데, 내구력 향상, 기계적 강도 보강, 작업성 향상 및 광택 조정의 역할을 하며, 10중량% 미만으로 혼합하는 경우에는 기계적 강도가 저하될 수 있고, 15중량%를 초과하는 경우에는 임계 안료 체적 농도를 초과하여 도료 제조가 곤란하고 도막 물성이 급격히 저하될 수 있다.
상기 방청 안료는 입도 분포가 2.5~12㎛ 범위의 아연, 산화아연, 징크포스페이트, 징크플레이크, 징크포타슘크로메이트, 스트론튬 크로메이트, 광명단, 몰리브데이트, 포스페이트, 실리케이트, 인산아연중 선택된 어느 하나이고, 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~15중량%로 혼합되는 데, 도료에서의 안료 성분으로 피도물을 부식으로부터 보호하는 방식효과를 발휘하는 안료이며, 색상과 은폐력 또한 부여하며, 5중량% 미만으로 혼합하는 경우에는 색상과 은폐력이 떨어지며, 부식방지 효과 또한 떨어질 수 있고, 15중량%를 초과하는 경우에는 색상과 은폐력, 부식방지 효과가 좋아지나 원재료의 원가 상승이 우려되며, 도막 표면의 매끄러운 외관을 저하시킬 수 있다.
상기 탈크는 입도 분포가 3.5~15㎛ 범위로 KC-5000C, KC-3000, KC-2000, KCM-6300, KCNAP-400(N), KCNAP-400, PG-600, MG-400, SG-400, SP-3000, M40중 선택된 어느 하나이고, 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~10중량%로 혼합되는 데, 도료에서 충진제 역할과 백색도, 전기절연성, 내열성, 화학안정성을 위한 것으로, 5중량% 미만으로 혼합하는 경우에는 백색도, 전기절연성, 내열성, 화학안정성이 저하될 수 있고, 10중량%를 초과하는 경우에는 다른 기능성 충진제의 함량 부족으로 내후성, 광택도, 칼라 구현이 저하될 수 있다.
상기 황산바륨은 입도 분포가 2~10㎛ 범위로 KCB-01, KCB-02, KCB-03, KCB-07, KCB-8000, BSB-8000, BSP중 선택된 어느 하나이고, 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~10중량%로 혼합되는 데, 도료에서 충진제 역할과 금속보호와 광택유지, 경도, 내마모성, 내후성 향상을 위한 것으로, 5중량% 미만으로 혼합하는 경우에는 금속보호와 광택유지 저하, 경도/내마모성/내후성이 저하될 수 있고, 10중량%를 초과하는 경우에는 다른 기능성 충진제의 함량 부족으로 내후성, 광택도, 칼라 구현 등의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 소성 알루미나는 입도 분포가 1~10㎛ 범위로 KSA-S, KSA-SC, KSA-CF, CA-83F, CA-50F, SA-50D, SA-50DS, SA-SCSP, CA-5M중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 3~7중량%로 혼합되는 데, 용융 온도가 높고 모스경도가 높은편이며, 전기저항력이 높고 산, 알칼리에 안정한 충진제로 사용되어지기 위한 것으로, 5중량% 미만으로 혼합하는 경우에는 내마모성, 전기저항성, 내약품성, 난연성이 저하될 수 있고, 10중량%를 초과하는 경우에는 다른 기능성 충진제의 함량 부족으로 내후성, 광택도, 칼라 구현 등의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 층상 실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 운모(mica), 카올리나이트(kaolinite) 및 질석(vermiculate)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 입도 분포가 0.1~50㎛ 범위이며, 폴리머 수지를 포함하는 조성물 내에서 단일층 내지 수십 층으로 구성된 판상 형태로 박리(exfoliation)되어 균일하게 분산되어 있는 것이 중요하기 때문에, 유기물로 인터칼레이션(intercalation) 처리된 유기 층상 실리케이트(organic silicates) 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 재료에 통상적인 고속/고온 교반, 초음파 분산법 등의 방법을 적용할 수도 있다.
그리고, 층상 실리케이트는 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 3~7중량%로 혼합되는 데, 3중량% 미만으로 포함하는 경우에는 충진재의 차단 효과를 발현하기 어려울 수 있고, 7중량%를 초과하는 경우에는 점도가 급격히 증가하여 도료 제조가 곤란하고 도막 물성이 급격히 저하될 수 있다.
상기 판상 유리 플레이크는 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 두께보다 작은 길이를 가지는 바, 장축의 평균 길이가 코팅층의 두께 대비 1/4 이하인 것이 바람직하다. 이로 인해, 앞서 설명한 바와 같은 종래기술에서 장축의 길이가 코팅층의 두께보다 커짐으로써 발생하는 문제점들을 해결할 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 판상 유리 플레이크는 장축의 평균 길이가 15~55㎛이고, 두께가 0.1~0.5㎛ 일 수 있다.
이러한 판상 유리 플레이크(glass flake)로는 유리 망목 형성제(network former)와 망목 수식제(network modifier)를 포함하는 유리 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유리 망목 형성제로는 바람직하게는 SiO2를 사용하고, 상기 망목 수식제로는 재료의 다양한 물리적 성질을 조절하기 위해 바람직하게는 Al2O3, B2O3, MgO, CaO, SrO, ZnO, Na2O, Li2O, K2O 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
판상 유리 플레이크는, 물, 수증기, 할로겐족 이온, 산 및 알칼리 이온 등의 확산 및 투과를 저지할 수 있고, 도막의 강도와 내마모성을 향상시켜 경화수축을 적게 함으로써 크랙 현상을 방지하는 특성을 가지는 것이 요구된다. 따라서, 유리 망목 형성제는 판상 유리 플레이크 전체 중량을 기준으로 50~70중량%이고, 상기 망목 수식제는 판상 유리 플레이크 전체 중량을 기준으로 30~50중량%의 조성 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
일례로, 망목 수식제는 판상 유리 플레이크 전체 중량을 기준으로 MgO+CaO+SrO+ZnO 5~35중량%, Li2O+Na2O+K2O 1~20중량% 및 Al2O3+B2O3 1~10중량%의 조성으로 이루어질 수 있다.
상기 판상 유리 플레이크는 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 3~7중량%로 혼합되는 데, 3중량% 미만으로 포함하는 경우에는 판상 유리 플레이크 고유의 기능을 제대로 발휘하기 어려울 수 있고, 7중량%를 초과하는 경우에는 점도가 상승하여 작업성이 불량해질 수 있다.
상기 첨가제는 도막의 형성, 도막 물성의 향상 및 작업성 향상을 위해 조성물에 포함되며, 여기에는 소포제, 분산제, 레벨링제, 침강방지제, 커플링제가 사용된다.
첨가제는 주제 전체 중량을 기준으로 2~5 중량%로 혼합되고, 경화제 전체 중량을 기준으로 1~5 중량%로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기의 범위보다 적은 양을 포함하는 경우에는 도막 및 작업성에 문제점이 발생할 수 있고, 상기의 범위를 초과하는 경우에는 도막에서의 크레이터링 발생 또는 도막의 열화 현상이 발생할 수 있다.
소포제로는 BYK-054, BYK-066N, BYK-A555, BYK-1790(독일 BYK사 제품), EFKA-SI 2008, EFKA-2040(독일 BASF사 제품) 중에서 1종 또는 그 이상을 사용할 수 있다.
분산제로는 DISPERBYK-110, DISPERBYK-182, DISPERBYK-2051, DISPERBYK-2264(독일 BYK사 제품), EFKA4330, EFKA-5044, EFKA-5220(독일 BASF사 제품) 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
레벨링제는 BYK-320, BYK-333, BYK-342, BYK-354, BYK-358N, Silclean 3700(독일 BYK사 제품), EFKA-3030, EFKA-3570, EFKA-3580, EFKA-3778(독일 BASF사 제품) 중에서 1종 또는 그 이상을 사용할 수 있다.
침강방지제로는 BYK-410, BYK-7410ET(독일 BYK사 제품) 중에서 1종 또는 그 이상을 사용할 수 있다.
커플링제로는 BYK-C8000(독일 BYK사 제품), XIAMETER OFS-6011, XIAMETER-6040(미국 Dowcorning사 제품), SILA ACE S-510(일본 Chisso사 제품) 중에서 1종 또는 그 이상을 사용할 수 있다.
상기 희석제는 점도를 조정하여 작업성을 향상시키고 도막 두께를 조절하며, 코팅 재료의 저장 안정성에 기여한다. 이러한 희석제로는 PG-207P(PPGDGE type), BGE(Butyl glycidyl ether), LGE(Aliphatic glycidyl ether), 1,6HDGE(1,6Hexanediol diglycidyl ether) 중에서 1종 또는 그 이상을 사용할 수 있다.
희석제는 주제의 전체 중량을 기준으로 5~15 중량%로 조성물 내에 포함되는 것이 바람직하다. 5 중량% 미만으로 포함하는 경우에는 희석 효과가 떨어져 점도가 높고 교반이 불가능해질 수 있으며, 15 중량부를 초과하는 경우에는 조성물의 점도가 지나치게 감소하여 도막 두께를 확보하기 곤란하고 부착성이 저하될 수 있다.
상기 가소제는 도막의 가소성을 부여하기 위한 것으로 DBP(디부틸프탈레이트), DOP(디옥틸프탈레이트), DIDP(디이오데실프탈레이트), DPGDB(디프로필렌글리콜디벤조에이트), ESBO(Epoxidized Soybean Oil), NEO-T,NEO-T3, NEO-S,PYROCIZER(애경유화), GL-100, GL-300(LG화학), DOTP(EASTMAN) 중에서 1종 또는 그 이상을 사용할 수 있다.
가소제는 경화제 전체 중량을 기준으로 5~15 중량%로 조성물 내에 혼합되는 것이 바람직한 데, 5 중량% 미만으로 포함하는 경우에는 도막의 가소성이 떨어져 굴곡성 저하로 인한 도막의 크랙이 발생되어 질 수 있으며, 15 중량%를 초과하는 경우에는 가소성은 좋아질 수 있으나 건조 지연과 도막 상부로의 가소제 마이그레이션 현상이 발생되어질 수 있다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 하며, 본 실험예는 가장 바람직한 실시형태를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위함이며, 본 발명의 범위가 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
먼저, 무용제 실리콘 에폭시 혼성수지(EVONIC SILIKOPON EF) 35중량%, 세라믹 분말(실리콘카바이드, 이산화티탄, 탄산칼슘, 운모, 실리카) 12중량%, 방청안료(SZP-391(Strontium Zinc Phosphosilicate)) 10중량%, 탈크(Finntalc M40(Mg-Silicate)) 8중량%, 황산바륨(BaSO4#325(Barium Sulfate)) 7중량%, 소성 알루미나(CA-50F(Calcined Alumina)) 5중량%, 층상 실리케이트(Sud Chemi 93A) 5중량%, 판상 유리 플레이크(Glass flake limited사의 Micronized glass flake) 5중량%, 첨가제(소포제(BYK-054,066N), 분산제(BYK-110), 레벨링제(BYK-320,358N), 침강방지제(BYK-410) 및 커플링제(BYK-C8000) 3중량% 및 희석제(반응성/비반응성 희석제, PG-207P, BGE) 10중량%를 혼합하여 주제를 제조하였다.
또한, 변성지환족아민(국도화학 KH-816, 818B, 820) 35중량%, 세라믹 분말(상동) 42중량%, 방청안료(상동) 10중량%, 탈크(상동) 8중량%, 황산바륨(상동) 7중량%, 소성 알루미나(상동) 5중량%, 층상 실리케이트(상동) 5중량%, 판상 유리 플레이크(상동) 5중량%, 첨가제(상동) 3중량% 및 가소제(DPGDB, ESBO) 10중량%를 혼합하여 경화제를 제조하였다.
<비교예 1>
층상 실리케이트와 판상 유리 플레이크를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 코팅용 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
층상 실리케이트를 첨가하지 않고, 판상 유리 플레이크를 주제와 경화제에 각각 10중량%씩 첨가한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 코팅용 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1, 비교예 1 및 2의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
구 분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비고
주제 무용제 실리콘 에폭시 혼성수지 35 35 35 EVONIC SILIKOPON EF
세라믹 분말 12 12 12 실리콘카바이드,이산화티탄,탄산칼슘,운모,실리카
방청안료 10 10 10 SZP-391(Strontium Zinc Phosphosilicate)
탈크 8 8 8 Finntalc M40(Mg-Silicate)
황산바륨 7 7 7 BaSO4#325(Barium Sulfate)
소성 알루미나 5 5 5 CA-50F(Calcined Alumina)
층상 실리케이트 5 0 10 Sud Chemi(93A)
판상 유리 플레이크 5 0 10 Glass flake limited(Micronized glass flake)
소포제 0.5 0.5 0.5 BYK-054,066N
분산제 1 1 1 BYK-110
레벨링제 0.5 0.5 0.5 BYK-320,358N
침강방지제 0.5 0.5 0.5 BYK-410
커플링제 0.5 0.5 0.5 BYK-C8000
반응성 희석제 10 10 10 PG-207P, BGE
경화제 변성지환족 아민 35 35 35 KH-816,818B,820
세라믹 분말 12 12 12 상동
방청안료 10 10 10 상동
탈크 8 8 8 상동
황산바륨 7 7 7 상동
소성 알루미나 5 5 5 상동
층상 실리케이트 5 0 0 상동
판상 유리플레이크 5 0 10 상동
소포제 0.5 0.5 0.5 상동
분산제 1 1 1 상동
경화촉진제 0.5 0.5 0.5 상동
침강방지제 0.5 0.5 0.5 상동
커플링제 0.5 0.5 0.5 상동
가소제 10 10 10 ESBO, DPGDB
<실험예 1>
상기 실시예 1 및 비교예 2의 조성물을 스프레이로 도장하여 철판의 소지면에 200㎛ 두께로 코팅하고, 상온에서 24시간 동안 경화시킨 후, 단면의 미세 조직을 주사 전자 현미경으로 관찰하였다. 비교예 2의 코팅층의 미세조직을 나타낸 것이 도 1이고, 실시예 1의 코팅층의 미세조직을 나타낸 것이 도 2이다.
도 1을 참조하면, 첨가된 판상 유리 플레이크의 일부가 코팅면에 평행하게 배열되어 있으나, 나머지는 코팅면에 수직으로 배열되어 있는 것을 볼 수 있다. 즉, 판상 첨가된 유리 플레이크가 불규칙하게 배열되어 있는 것을 볼 수 있는데, 이와 같은 불규칙한 유리 플레이크의 배열이 충진재의 차단 효과를 감소시킨다.
도 2를 참조하면, 첨가된 판상 유리 플레이크는 대부분 코팅면에 거의 평행하게 배열되어 판상 유리 플레이크의 단면만이 관찰되는 것을 볼 수 있고, 유리 플레이크 사이에서 관찰되는 흰색의 미세 구조가 층상 실리케이트의 충진제이다.
따라서, 층상 실리케이트 재료와 나노미터 크기의 판상 유리 플레이크를 혼합하여 충진제로 사용함으로써 유리플레이크를 코팅면에 평행하게 배열하는 효과를 얻게 된다.
<실험예 2>
상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 조성물을 실험예 1과 같은 방법으로 코팅한 후 코팅층의 기본 물성과 부착강도, 굴곡성, 충격성, 내마모성, 투습도, 저온ㅇ고온 반복시험, 염화물 이온 침투 저항성, 복합사이클 내식 저항성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
각 코팅제의 시편은 ASTM D4541-09의 시험법에 의하여 3.2㎜ 철판인 피도체에 코팅하여 상온에서 72시간 동안 경화시킨 후 도막의 부착강도를 측정하였고, 굴곡성, 충격성, 저온/고온 반복시험은 KS D8502, 내마모성은 ASTM D6040의 시험방법에 따라 시험하였다.
투습도는 MOCON사 투습도 측정 장치인 PERMATRANS-W Model 3/61을 사용하여 측정하였고, ASTM F-1249 규격에 정해진 방법에 따라 측정하였다. 내식성 실험은 복합사이클 내식성 시험법(KSM ISO 11997-1)에 의거하여 내식성능을 평가하였다.
항 목 실시예1 비교예1 비교예2 비 고
부착강도 12 10 9 MPa
굴곡성 양호 미세크랙 양호 1200~1500V
충격성 양호 양호 1㎠ 650g/2400mm
내마모성 42 78 61 CS17, 1kg, 1000cycle(mg loss)
투습도 1.6 305 12 g/㎡ day
저온ㅇ고온 반복 시험 양호 양호 양호 -30~70℃
염화물 이온 침투 저항성 0.0 305 8 coluombs
복합 사이클 내식 저항성 0.0% 3.8% 0.4% 300h x 50cycle
표 2를 참조하면, 비교예 2의 조성으로 제조된 코팅층은 비교예 1에 대비하여 수분 및 염소 이온 투과도의 현저한 감소가 얻어지는 것을 볼 수 있다. 이러한 현상은 수백 나노미터 두께의 유리 플레이크의 수분 차단 성능이 매우 뛰어나기 때문이다.
그러나, 실시예 1의 조성으로 제조된 코팅층의 수분 및 염소 이온 투과도는 비교예 2보다 더욱 감소하는 것을 볼 수 있다. 이와 같이 투과도가 획기적으로 감소하는 것은, 이들 이온의 확산에 대하여 첨가된 충진재가 코팅면에 평행하게 규칙적으로 배열되어 있어 코팅층을 통하여 수직으로 확산하는 물질에 대해서 효과적으로 차단하는 역할을 하기 때문이다.
또한, 투습도 및 염화물 이온 침투저항성의 감소 경향과 유사하게 내식 성능도 증가하는 것을 볼 수 있다. 즉, 코팅층에 평행하게 배열된 판상 유리 플레이크가 수분 및 부식을 유발하는 각종 이온에 대한 차단 저항성을 증가시키고, 이에 따라 코팅의 방수/내식 성능이 개선된다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (14)

  1. 강재 및 콘크리트용 구조물의 방수, 방식 코팅을 위한 조성물로서, 폴리머 수지, 세라믹 분말, 방청 안료, 탈크, 황산바륨, 소성 알루미나, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 희석제를 혼합한 주제와, 아민계 경화제, 세라믹 분말, 방청 안료, 탈크, 황산바륨, 소성 알루미나, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 가소제를 혼합한 경화제를 혼합하여 이루어지며,
    상기 주제와 경화제가 부피 기준으로 1:1~5:1의 비율로 혼합되며, 상기 주제 중 상기 폴리머 수지와 상기 경화제 중의 아민계 경화제의 당량비가 1:1이며,
    상기 방청 안료는,
    입도 분포가 2.5~12㎛ 범위의 아연, 산화아연, 징크포스페이트, 징크플레이크, 징크포타슘크로메이트, 스트론튬 크로메이트, 광명단, 몰리브데이트, 포스페이트, 실리케이트, 인산아연중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~15중량%로 혼합되고,
    상기 탈크는,
    입도 분포가 3.5~15㎛ 범위로 KC-5000C, KC-3000, KC-2000, KCM-6300, KCNAP-400(N), KCNAP-400, PG-600, MG-400, SG-400, SP-3000중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~10중량%로 혼합되며,
    상기 황산바륨은,
    입도 분포가 2~10㎛ 범위로 KCB-01, KCB-02, KCB-03, KCB-07, KCB-8000, BSB-8000, BSP중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 5~10중량%로 혼합되며,
    상기 소성 알루미나는,
    입도 분포가 1~10㎛ 범위로 KSA-S, KSA-SC, KSA-CF, CA-83F, CA-50F, SA-50D, SA-50DS, SA-SCSP, CA-5M중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 3~7중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 수지는,
    무용제 실리콘 에폭시 혼성수지이고, 상기 주제 전체 중량을 기준으로 30~50중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은,
    입도 분포가 0.2~50㎛ 범위의 실리콘카바이드, 이산화티탄, 탄산칼슘, 운모, 실리카중 선택된 어느 하나이고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 각각 10~15중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 층상 실리케이트는,
    몬모릴로나이트(montmorillonite), 운모(mica), 카올리나이트(kaolinite) 및 질석(vermiculate)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 입도 분포가 0.1~50㎛ 범위이며, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 3~7중량%로 혼합되는 것을 특징으로 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 판상 유리 플레이크는,
    상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 3~7중량%로 혼합되며, 장축의 평균 길이가 15~55㎛이고, 두께가 0.1~0.5㎛인 것을 특징으로 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 아민계 경화제는,
    상기 경화제 전체 중량을 기준으로 30~50중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제는,
    소포제, 분산제, 레벨링제, 침강 방지제 및 커플링제가 사용되고, 상기 주제 전체 중량 또는 경화제 전체 중량을 기준으로 1~5중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석제는,
    반응성/비반응성 희석제로서, 상기 주제 전체 중량을 기준으로 5~15중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 가소제는,
    상기 경화제 전체 중량을 기준으로 5~15중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물.
  14. 제 1 항의 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물을 이용한 도장 공법에 있어서,
    강재 및 콘크리트 구조물을 표면 처리한 후 50~100㎛ 두께로 각각 2회 도장을 실시하여, 조성물중 판상 유리 플레이크가 도장면에 대해 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 세라믹계 조성물과 유리 플레이크를 이용한 강재 및 콘크리트 구조물용 세라믹 도장재 조성물을 이용한 도장 공법.
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