KR101981988B1 - 파울링 억제효과를 가지는 하이브리드 코팅 및 이의 제조방법 - Google Patents

파울링 억제효과를 가지는 하이브리드 코팅 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파울링을 억제할 수 있는 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 바람직하게 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅은 티타늄 알콕사이드 및 유기 실리콘 알콕사이드를 혼합하여 졸-겔법으로 형성하며, 원전 냉각수 중의 철산화물(마그네타이트)과 반발력이 존재하여 파울링 억제효과를 가지는 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅을 포함할 수 있다. 본 발명의 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅은 원전배관계통의 표면 전위를 조절함으로써 원전 기기 및 배관 표면에서의 파울링 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

Description

파울링 억제효과를 가지는 하이브리드 코팅 및 이의 제조방법{HYBRIDE COATING WITH ANTI-FOULING EFFECT, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 파울링을 억제할 수 있는 유무기 하이브리드 코팅 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 바람직하게는 졸-겔법에 의한 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅방법 및 이를 통한 배관 표면침착의 방지법에 관한 것이다.
파울링(fouling, 표면침착) 현상은 도 1에 도시한 바와 같이 유체와 접하고 있는 기재의 표면이 유체 내 포함되어 있는 성분의 침전물에 덮여 오염되는 현상을 통칭한다.
특히 원전 계통의 배관 내부에 파울링 현상이 발생할 경우, 튜브시트와 전열관 사이 틈새 혹은 관판(tube plate)과 전열관 사이 틈새에 끼여 전열관의 부식(stress corrosion cracking) 및 수위 불안정을 유발할 수 있으며, 또한 증기발생기 전열관의 부식생성물 파울링에 의해 열전달 효율이 크게 감소하는 등 불량한 상태를 야기시킬 수 있다. 프랑스 EDF의 보고에 의하면 표면 침착된 부식생성물에 의해 전열관의 열전달 효율이 10% 정도 떨어진 경험 사례가 있었다. 그 밖에도, 파울링 현상은 벤츄리 유량계, 밸브 등에 침착하여 계측 오류, 유로 방해를 유발하기도 한다.
마그네타이트(magnetite, Fe3O4) 등과 같은 철산화물은 파울링을 일으키는 주요 부식생성 불순물로 주로 알려져 있으며, 원전 계통의 표면으로부터 떨어져 나와 냉각수 등의 유체에 분산되어 배관 내부나 전열관을 오염시킬 수 있다.
따라서, 이러한 파울링 현상을 억제하기 위해, 안티-파울링 폴리쉬 등을 기재 표면에 코팅하는 기술들이 개시되어있다. 특히, 부식 생성물의 제타 포텐셜(제타전위, 입자 표면 전위, zeta potential)와 반발할 수 있는 물질을 배관 내부 등 기재 표면에 코팅하는 종래 기술들로 TiO2 분말을 원전 계통의 표면에 도포하는 기술, CVD법으로 코팅을 제조하여 파울링을 억제하는 기술(A novel fouling mitigation method for jet pump inlet mixers) 등이 개시되어 있다.
그러나, TiO2 분말 도포 방법은 분말이 계통 표면에 균일하게 분포하지 못하는 문제가 있고, CVD법은 진공 공정으로 규모가 큰 부품의 코팅에 문제가 있었다.
이에 본 발명자들은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하고자 원전 계통에 부유하는 콜로이드성 철산화물(Fe3O4)의 입자표면전위와 전기적으로 반발력을 가지는 유무기 하이브리드 세라믹 코팅을 배관 표면에 졸-겔법으로 형성시킴으로써 파울링 현상을 억제할 수 있는 기술을 개발하여 본 발명에 이르렀다.
A novel fouling mitigation method for jet pump inlet mixers (공개일: 2008.07.14.)
본 발명의 목적은 원전환경에서 배관 내부 등 기재 표면에 형성되어 파울링 현상을 억제할 수 있는 유무기 하이브리드 코팅을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 졸-겔법을 활용하여 상온, 대기 중에서 코팅 공정을 수행하여 값싸고, 효과적인 하이브리드 코팅의 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅은 20 내지 310 ℃, pH 5.4 내지 7.4 범위에서의 표면 전위(제타-포텐셜)가 산화철(마그네타이트)와 반발력을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하이브리드 코팅은 TiO2와 SiO2를 1:0.01 내지 1:13.2 몰비율로 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 코팅은 200 nm 내지 4 ㎛ 두께로 형성될 수 있으며, 관로는 원자력용 관로를 포함할 수 있다. 또한, 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅은 20 내지 310 ℃, pH 5.4 내지 7.4 범위에서의 표면 전위를 +4 mV 내지 -4 mV 범위로 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅의 형성방법은 티타늄 알콕사이드와 유기 실리콘 알콕사이드를 혼합한 제1혼합용액을 제조하는 단계; 염산, 황산, 질산, 아세트산, 카르복실산 및 이들이 하나 이상 혼합된 혼합산으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 산(acid)을 포함하는 제2혼합용액을 제조하는 단계; 제1혼합용액에 제2혼합용액을 침적하여 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액을 제조하는 단계; 및 코팅을 수행할 시편을 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액에 담지하여 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제1혼합용액은 티타늄 알콕사이드 및 유기 실리콘 알콕사이드를 1:0.01 내지 1:13.2 몰비율로 혼합하는 것일 수 있다. 바람직하게 티타늄 알콕사이드는 티타늄 이소프로폭사이드, 티타늄 테트라에톡사이드(TTE, titanium tetraethoxide), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(TTIP, titanium tetraisopropoxide), 티타늄 테트라부톡사이드(TTB, titanium tetrabutoxide), 테트라부틸-오르쏘티타네이트(TBOT, tetrabutylorthotitanate) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나이며, 유기 실리콘 알콕사이드는 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS, tetramethylorthosilicate), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethylorthosilicate), 테트라프로필오르쏘실리케이트(TPOS, tetrapropylorthosilicate), 테트라노말부틸오르쏘실리케이트(TBOS, tetr-n-butylorthosilicate), 감마-메타크릴옥시 프로필트리메톡시실란(MAPTS, γ-methacryloxy propyltrimethoxysilane) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액은 제1혼합용액과 제2혼합용액을 15:1 내지 10:1 무게 비율로 포함하는 것일 수 있고, TiO2-SiO2 하이브리드 코팅을 제조하는 단계 이후에 추가로 100 내지 300℃에서의 열처리 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 코팅을 통해 원전환경에서 배관 등 기재 표면과 유체에 포함된 부식산화물, 특히 산화철(마그네타이트)과의 사이에서 표면 전위 측면에서 반발력을 유도하여 배관 표면에서의 파울링 현상을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 파울링 현상에 기인한 다양한 원전 성능 저하 및 열화를 근본적으로 예방하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 파울링 현상의 사진이다.
도 2는 마그네타이트와 TiO2의 표면 전위를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 파울링 현상을 실시할 수 있는 장치의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예 1의 수행 전후 사진이다.
도 5는 비교예를 사용한 본 발명의 실험예 2의 SEM 및 EDS 결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1을 사용한 실험예 2의 SEM 및 EDS 결과이다.
도 7은 본 발명의 실험예 3에 따른 파울링 두께의 결과이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 기술범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅은 20 내지 310 ℃, pH 5.4 내지 7.4 범위에서의 표면 전위(제타-포텐셜, Zeta potential)가 마그네타이트(magnetite), 특히 마그네타이트 내 산화철(Fe3O4) 성분과 반발력을 가지는 것을 특징으로 한다. 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅은 20 내지 310 ℃, pH 5.4 내지 7.4 범위에서의 표면 전위를 +4 mV 내지 -4 mV 범위로 가지는 것일 수 있다. 이와 같이 본 발명의 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅은 원전 환경 또는 이와 유사한 환경조건에서 제타 전위가 산화철의 제타 전위와 반대 전하를 나타냄으로써, 관로 표면에 산화철이 부착되어 침착하는 도 1과 같은 파울링 현상을 억제할 수 있다.
도 2는 고온 조건에서의 마그네타이트와 TiO2의 표면 전위를 나타낸 문헌(EPRI report TR-101256)에 기재된 그래프이다. 공지된 바와 같이, 일정 조건 범위에서 금속산화물 간 표면전위 측면에서 반발력이 발생할 수 있으며, 이를 이용하여 파울링 억제 코팅을 제안할 수 있다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 일반적인 TiO2 코팅 보다, 유무기 하이브리드 코팅을 제안함으로써 보다 코팅효과를 높이고, 파울링 효과 또한 향상시키는 발명을 구상하게 되었다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, TiO2의 전구체는 티타늄 이소프로폭사이드, 티타늄 테트라에톡사이드(TTE, titanium tetraethoxide), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(TTIP, titanium tetraisopropoxide), 티타늄 테트라부톡사이드(TTB, titanium tetrabutoxide), 테트라부틸-오르쏘티타네이트(TBOT, tetrabutylorthotitanate) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나이며, SiO2의 전구체는 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS, tetramethylorthosilicate), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethylorthosilicate), 테트라프로필오르쏘실리케이트(TPOS, tetrapropylorthosilicate), 테트라노말부틸오르쏘실리케이트(TBOS, tetr-n-butylorthosilicate), 감마-메타크릴옥시 프로필트리메톡시실란(MAPTS, γ-methacryloxy propyltrimethoxysilane) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
TiO2 전구체와 SiO2 전구체는 1:0.01 내지 1:13.2 몰비율로 혼합하여 제조되는 것일 수 있으며, 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅은 TiO2와 SiO2를 1:0.01 내지 1:13.2 몰비율로 포함하는 조성을 가질 수 있다. 바람직하게 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅은 TiO2와 SiO2를 1:0.25 내지 1:10의 몰비율로 포함할 수 있고, 보다 바람직하게 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅은 TiO2와 SiO2를 1:0.41 내지 1:10의 몰비율로 포함할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 TiO2와 SiO2를 1:1 내지 1:5의 몰비율로 포함할 수 있다. 상기와 같은 TiO2와 SiO2의 성분비를 벗어날 경우, 마그네이트와의 제타 포텐셜 반발에 의한 파울링 억제 효과가 저감될 수 있다.
하이브리드 코팅은 200 nm 내지 4 ㎛ 두께로 형성될 수 있다. 코팅 두께가 200 nm 미만일 경우, 파울링 억제 효과가 저감될 수 있으며, 4 ㎛ 두께를 초과할 경우에는 관극 내외경의 두께를 조절하는데 어려움이 발생할 수 있다. 관로는 원자력용 관로를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 냉각수 취수관로, 회처리용배관, 용수공급배관, 순환수 펌프관로, 케이블관로, 냉매유입관, 스팀관로, 및 해수계통 관로 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 하이브리드 코팅은 상기한 관극의 종류에만 한정되어 적용하지는 않으며, 유체 내에서 파울링이 발생할 수 있는 기재는 어느 것이나 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 코팅을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 하이브리드 코팅은 티타늄 알콕사이드 및 실리콘 알콕사이드를 포함하는 하이브리드 코팅 용액을 이용한 졸-겔 공정을 통하여 제조할 수 있다. 졸-겔 공정은 금속 알콕사이드(alkoxide, M(OR)n, M:금속원자, OR:알콕사이드 그룹)의 가수분해 및 축합반응을 이용해서 비교적 저온에서 세라믹을 제조하는 공정으로, 낮은 온도에서 반응시킴으로써 열에 약한 유기 고분자의 변성을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 다성분계의 세라믹 제조에 있어서도 액상 상태에서 혼합됨에 따라 높은 화학적 균일성을 가질 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅의 형성방법은 티타늄 알콕사이드와 유기 실리콘 알콕사이드를 혼합한 제1혼합용액을 제조하는 단계; 염산, 황산, 질산, 아세트산, 카르복실산 및 이들이 하나 이상 혼합된 혼합산으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 산(acid)을 포함하는 제2혼합용액을 제조하는 단계; 제1혼합용액에 제2혼합용액을 침적하여 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액을 제조하는 단계; 및 코팅을 수행할 시편을 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액에 담지하여 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 티타늄 알콕사이드는 티타늄 이소프로폭사이드, 티타늄 테트라에톡사이드(TTE, titanium tetraethoxide), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(TTIP, titanium tetraisopropoxide), 티타늄 테트라부톡사이드(TTB, titanium tetrabutoxide), 테트라부틸-오르쏘티타네이트(TBOT, tetrabutylorthotitanate) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나이며, 유기 실리콘 알콕사이드는 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS, tetramethylorthosilicate), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethylorthosilicate), 테트라프로필오르쏘실리케이트(TPOS, tetrapropylorthosilicate), 테트라노말부틸오르쏘실리케이트(TBOS, tetr-n-butylorthosilicate), 감마-메타크릴옥시 프로필트리메톡시실란(MAPTS, γ-methacryloxy propyltrimethoxysilane) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제1혼합용액은 티타늄 알콕사이드 및 유기 실리콘 알콕사이드를 1:0.01 내지 1:13.2 몰비율로 혼합하는 것일 수 있다. 바람직하게 티타늄 알콕사이드와 유기 실리콘 알콕사이드는 1:0.25 내지 1:10의 몰비율로 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게 티타늄 알콕사이드와 유기 실리콘 알콕사이드는 1:0.41 내지 1:10의 몰비율로 포함할 수 있고, 보다 더 바람직하게는 티타늄 알콕사이드와 유기 실리콘 알콕사이드를 1:1 내지 1:5의 몰비율로 포함할 수 있다. 상기와 같은 티타늄 알콕사이드와 유기 실리콘 알콕사이드의 성분비를 벗어날 경우, 졸-겔 공정이 원활히 수행되지 않을 수 있으며, 그 결과 마그네이트와의 제타 포텐셜 반발에 의한 파울링 억제 효과가 저감될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액은 제1혼합용액과 제2혼합용액을 15:1 내지 10:1 무게 비율로 포함하는 것일 수 있다. 상기 비율을 벗어날 경우, TiO2-SiO2 하이브리드 코팅액에 적합한 pH를 맞추기 어려울 수 있다.
그 밖에도 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅을 제조하는 단계에서 코팅 시간과 온도는 시편의 크기에 따라 조절할 수 있으나, 상온에서 30분 내지 24시간 동안 딥-코팅시키는 방법을 주로 사용할 수 있다. TiO2-SiO2 하이브리드 코팅의 두께는 코팅 시간과 온도, pH와 코팅액의 양 등을 조절함으로써 조정할 수 있다.
또한, TiO2-SiO2 하이브리드 코팅을 제조하는 단계 이후에 추가로 100 내지 300℃에서의 열처리 공정을 더 포함함으로써 하이브리드 코팅의 견고성을 향상시키고, 유체 내에서 부착력을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예 1]
티타늄 알콕사이드 TBOT(tetrabutylorthotitanate, 분자량:340.32 g/mol, TCl)와 실리콘 알콕사이드 MAPTS(γ-methacryloxy propyltrimethoxysilane, 분자량:240.32 g/mol, Aldrich)를 1:0.25 몰비로 혼합한 용액 26 ml를 에탄올(분자량:46.07 g/mol, 순도 99 %, Merck) 100 ml에 넣어 교반시켜 혼합용액 1을 제조하였다. 증류수(1.8 ml)와 에탄올, 그리고 염산(분자량:36.5 g/mol, SHOWA)을 각각 4:5:0.01 몰비율로 혼합하여 혼합용액 2를 제조하였다. 혼합용액 1에 혼합용액 2를 한 방울씩 첨가하면서 2시간 동안 교반하여 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액을 제조하였다.
하이브리드 코팅용액을 상용화 된 SUS 316L 시편에 딥코팅시켜 하이브리드 코팅시편을 제조하였다. 시편은 입도 #100 내지 #2000으로 연마하고, 1.0 ㎛ 알루미나(Al2O3) 분말을 사용하여 정밀연마하였다. 연마 후 시편의 잔류불순물을 제거하기 위해 아세톤 용액에서 30분간 초음파 세척하여 전처리하였다.
딥코팅의 하강-상승속도는 3.36 mm/sec로 하였다. 시편은 15분간 용액에 침지(dipping)시킨 후, 상승시켜 코팅한 후, 50 ℃에서 15분간 건조시켰다. 이러한 과정을 3회 반복한 후 코팅시편을 200 ℃에서 1시간동안 열처리하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 같이 연마 및 세척과정을 통해 전처리 한 상용화 된 SUS 316L 시편을 별도의 코팅용액 처리 없이 준비하여 비교하였다.
[실험예 1] 코팅에 대한 파울링 억제 성능 시험
일반 수돗물을 30 L 수조에 저장한 후, 스케일 부착 가속시험을 위해 산화철 분말(Fe3O4, 마그네타이트, Aldrich, 평균 입경 30 내지 40 nm) 50 ppm을 저장조에 분산시킨 후, 도 3의 스케일 감시 장치에 24시간 연속적으로 공급하면서 스케일 감시장비 센서부에 코팅시편을 부착하여 스케일 감시 시험을 하였다.
실시예 1(SUS 316L에 TBOT:MPATS=1:0.25 하이브리드 코팅) 및 비교예 1(SUS 316L)의 시편을 이용하여 실험하였으며, 별도의 폴리싱은 실시하지 않았다. 스케일 감시 시험 결과는 도 4 및 하기 표 1에 나타내었다. 시편은 센서의 발열부에 각각 2개씩 부착하였으며, 코팅시편은 SUS 와이어로 고정하였다.
조건 실험전(mg) 실험후(mg) 무게변화(mg)
비교예 1-1 코팅없음 764.0 764.4 0.4
비교예 1-2 코팅없음 768.6 768.8 0.2
실시예 1-1 TiO2-SiO2 하이브리드코팅(1:0.25) 773.8 773.7 -0.1
실시예 1-2 TiO2-SiO2 하이브리드코팅(1:0.25) 770.8 770.5 -0.3
상기 표 1과 같이, 실시예 1의 스케일 감시시험 결과, 실험 이후 무게가 오히려 줄어들었으며, 이는 유체이 유속에 의한 표면 침식에 발생한 결과로 산화철에 의한 파울링이 형성되지 않은 것으로 보인다. 이에 반해 비교예 1의 스케일 감시시험 결과, 산화철의 표면침착에 의해 24시간 후 시편의 무게가 증가한 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 2] 마그네타이트 분산 스케일 감시시험 후 SEM, EDS 분석
상기 실험예 1의 마그네타이트 분산 스케일 감시시험 이후 실시예 1 및 비교예 1의 시편 표면의 형상 및 이온분포를 각각 SEM과 EDS로 분석한 결과를 도 5 내지 6에 나타내었다.
도 5의 결과와 같이 비교예 1의 시편은 마그네타이트 분산 스케일 감시시험 이후 철 원자와 산소 원자의 함량이 전체 시편 표면의 원자 대비 각각 33.61%, 42.52% 포함되어 있는 것을 확인할 수 있었고, 도 6의 결과에서는 실시예 1의 시편에 마그네타이트 분산 스케일 감시시험을 수행한 이후 철 원자와 산소 원자의 함량이 전체 시편 표면의 원자량 대비 각각 28.12%, 42.53%씩 포함되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 비교예 1 및 실시예 1의 시편 표면에 침착되는 물질은 주로 산화철(Fe3O4)을 주성분으로 하는 마그네타이트(magnetite)로 판단되었다.
[실험예 3] 마그네타이트 분산 스케일 감시시험 후 TEM 분석
상기 실험예 1의 마그네타이트 분산 스케일 감시시험 이후 실시예 1 및 비교예 1의 시편 표면에 침적된 불순물층을 TEM으로 분석한 결과를 도 7과 하기 표 2에 나타내었다.
실험 전 파울링층 두께(㎛) 실험 후 파울링층 두께(㎛)
실시예 1 0 4.8
비교예 1 0 15.9
도 7의 결과와 같이, 코팅을 실시하지 않은 비교예 1의 경우에는 15.9 ㎛ 두께의 침적층이 형성되었으나, 실시예 1과 같이 하이브리드 코팅을 형성시킨 시편의 경우에는 4.8 ㎛ 두께의 침적층만 형성되어 약 70 % 정도 침적량이 감소한 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 20 내지 310 ℃, pH 5.4 내지 7.4 범위에서의 표면 전위가 산화철과 반발력을 가지는 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 파울링 억제 코팅제는 상기 TiO2와 상기 SiO2를 1:0.01 내지 1:13.2 몰비율로 포함하는 것인 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 파울링 억제 코팅제는 200 nm 내지 4 ㎛ 두께로 형성되는 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관로는 원자력용 관로를 포함하는 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅제.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅제로 제조한 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅막의 표면 전위는 +4 mV 내지 -4 mV 범위인 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅제.
  6. 티타늄 알콕사이드와 유기 실리콘 알콕사이드를 혼합한 제1혼합용액을 제조하는 단계;
    염산, 황산, 질산, 아세트산, 카르복실산 및 이들이 하나 이상 혼합된 혼합산으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 산(acid)을 포함하는 제2혼합용액을 제조하는 단계;
    상기 제1혼합용액에 상기 제2혼합용액을 침적하여 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액을 제조하는 단계; 및
    코팅을 수행할 시편을 상기 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액에 담지하여 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅을 제조하는 단계;
    를 포함하는 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅의 형성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1혼합용액은 티타늄 알콕사이드 및 유기 실리콘 알콕사이드를 1:0.01 내지 1:13.2 몰비율로 혼합하는 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅 의 형성방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 티타늄 알콕사이드는 티타늄 이소프로폭사이드, 티타늄 테트라에톡사이드(TTE, titanium tetraethoxide), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(TTIP, titanium tetraisopropoxide), 티타늄 테트라부톡사이드(TTB, titanium tetrabutoxide), 테트라부틸-오르쏘티타네이트(TBOT, tetrabutylorthotitanate) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나이며,
    상기 유기 실리콘 알콕사이드는 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS, tetramethylorthosilicate), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethylorthosilicate), 테트라프로필오르쏘실리케이트(TPOS, tetrapropylorthosilicate), 테트라노말부틸오르쏘실리케이트(TBOS, tetr-n-butylorthosilicate), 감마-메타크릴옥시 프로필트리메톡시실란(MAPTS, γ-methacryloxy propyltrimethoxysilane) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나인 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅의 형성방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅용액은 상기 제1혼합용액과 상기 제2혼합용액을 15:1 내지 10:1 무게 비율로 포함하는 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅의 형성방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 TiO2-SiO2 하이브리드 코팅을 제조하는 단계 이후에 추가로 100 내지 300℃에서의 열처리 공정을 더 포함하는 관로용 TiO2-SiO2 하이브리드 파울링 억제 코팅의 형성방법.
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