KR101984653B1 - 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법 - Google Patents

볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101984653B1
KR101984653B1 KR1020160167659A KR20160167659A KR101984653B1 KR 101984653 B1 KR101984653 B1 KR 101984653B1 KR 1020160167659 A KR1020160167659 A KR 1020160167659A KR 20160167659 A KR20160167659 A KR 20160167659A KR 101984653 B1 KR101984653 B1 KR 101984653B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bolt
coating
acid
composition
carbon nanotubes
Prior art date
Application number
KR1020160167659A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180066619A (ko
Inventor
박종원
Original Assignee
주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코, 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020160167659A priority Critical patent/KR101984653B1/ko
Publication of KR20180066619A publication Critical patent/KR20180066619A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101984653B1 publication Critical patent/KR101984653B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/08—Anti-corrosive paints
    • C09D5/10—Anti-corrosive paints containing metal dust
    • C09D5/106—Anti-corrosive paints containing metal dust containing Zn
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/007—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/041—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/04—Thixotropic paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/20—Diluents or solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C09D7/62—Additives non-macromolecular inorganic modified by treatment with other compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/80—Processes for incorporating ingredients

Abstract

본 발명은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물, 아연 입자 함유 첨가제 및 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함하는 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법에 관한 것이다.

Description

볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법{Bolt coating composition and the coating method of bolt}
본 발명은 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법에 관한 것이다.
최근 철강사를 중심으로 기존의 냉연강판 및 아연도금강판 대비 내식성이 7배 내지 20배 이상 향상된 삼원계 합금도금강판의 상용화가 활발하게 진행되고 있다. 건축용 내외장재, 자동차, 가전 및 산업계의 다양한 수요에 맞추어 이러한 고내식성 합금도금강판은 그 사용량이 급격하게 증가되는 추세이다.
이러한 고내식성 강재는 건축용 내외장재 등에 적용될 경우 다양한 형태로 가공되고, 구조물 형성시 볼트에 의해 체결된다. 기존 냉연 강판의 경우 크로메이트 처리 볼트로 체결하였고, 아연 도금 강판의 경우 내식성이 좀더 향상된 전기아연도금 볼트를 적용하였으며, 스테인레스 판재의 경우 스테인레스 볼트를 사용하여 강판의 내식성을 보완하였다.
그러나 삼원계 합금도금강판의 경우 그 상용화가 비교적 최근에 이루어졌으며, 삼원계 합금도금강판에 적합한 체결 부품이 개발되지 못하였다. 기존의 전기 아연 도금 볼트를 사용할 경우는 강판에 대비하여 상대적으로 매우 낮은 내식성을 가지고 있으므로, 볼트를 중심으로 급격하게 부식이 진행되어 전체 구조물의 내구성을 심각하게 저하시키는 문제가 있다. 또한, 스테인레스 볼트를 적용할 경우 내식성의 문제는 없으나, 매우 고가이므로 구조물 전체 가격의 상승이 불가피하다.
따라서 기존 아연도금강판 대비 7배의 내식성을 가지는 삼원계 합금도금강판와 유사한 내식성을 가지며, 스테인레스 볼트 대비 경제성을 확보할 수 있는 고내식성 볼트의 제조가 요구된다.
본 실시예들은 고내식성 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 코팅용 조성물은, 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물, 아연 입자 함유 첨가제 및 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함할 수 있다.
상기 산 처리된 탄소나노튜브는, 탄소나노튜브를 질산, 황산 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나로 표면 처리한 것일 수 있다.
상기 산 처리된 탄소 나노 튜브의 함량은, 상기 볼트 코팅용 조성물을 기준으로 0.01 중량% 내지 1.5 중량% 범위일 수 있다.
상기 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물은 3- 글리시독시프로필메틸디에톡시실란일 수 있다.
상기 아연 입자는, 평균 입경이 4 ㎛ 내지 6 ㎛ 범위인 제1 아연 입자, 그리고 단축이 2 ㎛ 이하이고, 장축이 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위인 제2 아연 입자를 포함할 수 있다.
상기 볼트 코팅용 조성물은 아세톤을 더 포함할 수 있다.
상기 볼트 코팅용 조성물은 질산을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 볼트의 코팅 방법은 볼트 코팅용 조성물을 준비하는 단계, 상기 볼트 코팅용 조성물 내부에 볼트를 침지시키는 단계 및 상기 침지된 볼트를 경화시키는 단계를 포함하고, 상기 볼트 코팅용 조성물은, 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물, 아연 입자 함유 첨가제 및 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 산 처리된 탄소 나노 튜브는, 탄소 나노 튜브를 질산, 황산 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나에 첨가하여 100rpm 내지 300rpm으로 교반한 후 pH가 6 내지 8 범위가 되도록 수세한 후 건조하여 제조된 것일 수 있다.
상기 볼트 코팅용 조성물 내부에 볼트를 침지시키는 단계는, 회전 코팅 장치를 이용하여 2800 rpm 내지 3200 rpm으로 수행될 수 있다.
상기 침지된 볼트의 경화는 200도 내지 220도의 온도에서 2분 내지 4분동안 수행될 수 있다.
상기 코팅 방법에 의해 볼트에 코팅되는 코팅막의 두께는 30 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 코팅용 조성물은 우수한 내부식성 및 내마모성을 가지며, 따라서 이러한 코팅용 조성물로 볼트를 코팅하는 경우 볼트의 내부식성 및 반복 체결성이 현저히 향상된다.
도 1a는 산 처리되지 않은 탄소 나노 튜브의 표면 SEM 사진이다.
도 1b 및 도 1c는 각각 산 처리된 탄소 나노 튜브의 표면 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 1에 따라 볼트 코팅용 조성물이 코팅된 볼트의 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1 따른 코팅층을 확대하여 나타낸 이미지이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 코팅된 볼트에 대하여 반복 체결 및 내식성 테스트를 수행하고 그 결과를 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
고내식성 볼트를 구현하기 위한 볼트 코팅용 조성물은 고내식성을 가지면서도 너트와의 반복 체결을 고려하여 마찰 및 마모에 우수한 특성을 가져야 한다. 또한, 볼트 모재와의 밀착성을 유지하면서도 내구성을 확보해야 한다.
본 발명의 발명자들은 볼트 코팅용 조성물의 내마모성 및 내식성을 향상시키기 위하여 연구를 거듭한 결과, 바인더 및 첨가제 외에 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함하는 경우, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 실시예에서 바인더는 볼트 모재와의 밀착성을 향상시키는 기능을 하고, 첨가제는 내식성을 향상시킬 수 있으며, 산 처리된 탄소 나노 튜브는 볼트 코팅용 조성물을 이용하여 형성된 코팅 피막의 표면 경도를 향상시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 코팅용 조성물은, 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물, 아연 함유 첨가제 및 산 처리된 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 코팅용 조성물의 각 구성에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물은 바인더로서 볼트 모재와의 밀착성을 향상시키는 기능을 한다.
본 실시예에서, 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물은, 예를 들면, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, GPTMS)일 수 있다. 구체적으로, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란의 에폭시기는 모재와의 밀착력을 높여주는 기능을 한다. 또한, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란의 실란기의 Si-O-Si 결합은 유기물 대비 표면 경도가 우수하여 코팅물의 표면 경도를 개선한다.
다음으로, 아연 입자 함유 첨가제는 볼트 코팅용 조성물의 내식성을 향상시킬 수 있다. 이때, 아연 입자는, 평균 입경이 4 ㎛ 내지 6 ㎛ 범위인 제1 아연 입자와 단축이 2 ㎛ 이하이고, 장축이 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위인 제2 아연 입자를 동시에 포함할 수 있다. 이와 같이 다양한 크기의 제1 아연 입자 및 제2 아연 입자를 모두 포함하기 때문에 한 가지 형태의 입자만 포함되는 경우에 비하여 내식성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 볼트 코팅용 조성물에서 상기 아연 입자 함유 첨가제의 함량은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물 100 중량부를 기준으로 60 중량부 내지 80 중량부일 수 있다. 아연 입자 함유 첨가제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 충분한 내부식성을 가지면서도 코팅성이 우수한 볼트 코팅용 조성물을 얻을 수 있다.
다음으로, 본 실시예의 볼트 코팅용 조성물은, 이를 이용하여 형성된 코팅 피막의 표면 경도를 향상시키기 위하여, 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함한다.
산 처리된 탄소 나노 튜브를 볼트 코팅용 조성물에 포함시키기 위해서는 전술한 바인더와 첨가제와의 결합 및 분산이 매우 중요하다.
일반적으로 탄소 나노 튜브(carbon nanotube, CNT)는 벽을 이루고 있는 벽의 수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT), 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT) 및 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube)로 구분된다. 이러한 탄소 나노 튜브(carbon nanotube, CNT)는 외벽이 불활성 C-H 결합의 의해 소수성을 띠고 있으며, 반데르발스 힘 때문에 응집하려는 경향이 있어 복합재료 내에서 분산이 어렵다. 즉, 통상의 탄소 나노 튜브를 볼트용 코팅 조성물에 포함시키는 경우 바인더와의 낮은 결합력 때문에 코팅 조성물의 효과에 악영향을 미친다. 이를 해결하기 위한 다양한 분산 기술이 연구되고 있으나, 본 발명의 발명자들은 강산 처리법을 도입하여 볼트용 코팅 조성물 내에서 균일한 분산성을 가지면서도 우수한 물성을 나타낼 수 있도록 최적화를 시도하였다.
도 1a 내지 도 1c에는 산 처리되지 않은 탄소 나노 튜브의 표면 SEM 사진, 8M의 질산 용액으로 산 처리된 탄소 나노 튜브의 표면 SEM 사진, 황산 및 질산 혼합 용액(부피비, 3:1)으로 산 처리된 탄소 나노 튜브의 표면 SEM 사진을 순서대로 나타내었다.
도 1a을 참고하면, 산 처리되지 않은 탄소 나노 튜브는 반데르발스 힘에 의한 강한 결합력으로 응집되어 있는 것을 관찰할 수 있다.
그러나, 도 1b 및 도 1c를 참고하면, 산 처리된 탄소 나노 튜브는 표면이 거칠어지고 길이가 짧아진 것이 관찰되었다. 또한, 산처리 농도가 짙어질수록 산 처리된 탄소 난노 튜브의 표면이 보다 거칠어짐을 확인할 수 있었으며, 질산으로 처리한 경우(도 1b) 보다 황산 및 질산 혼합 용액으로 처리한 경우(도 1c), 산 처리된 탄소 나노 튜브의 표면에 더 많은 손상을 주어 길이가 짧아진 것을 확인하였다. 이는 강산으로 처리하였을 때 탄소 나노 튜브의 표면에 산소 관능기가 도입된 결과라고 사료된다.
이에 따라 본 실시예에서는 질산, 황산 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나로 표면 처리한 탄소 나노 튜브를 볼트 코팅용 조성물에 포함시킴으로써 바인더 및 첨가제와의 우수한 분산성을 확보함과 동시에 볼트 코팅용 조성물의 내마모성을 향상시켰다. 탄소 나노 튜브로는, 예를 들면, 다중벽 탄소나노튜브로, 길이는 10㎛ 내지 20㎛이고, 직경은 약 10nm 정도의 것을 사용할 수 있다.
상기 산 처리된 탄소 나노 튜브의 함량은, 상기 볼트 코팅용 조성물을 기준으로 0.01 중량% 내지 1.5 중량% 범위일 수 있다. 산 처리된 탄소 나노 튜브의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 볼트 코팅용 조성물의 내마모성을 개선 효과가 미밈하고, 1.5 중량%를 초과하는 경우 코팅성이 저하되어 코팅 피막 형성이 어려울 수 있다.
한편, 본 실시예의 볼트 코팅용 조성물은 용제로서 아세톤을 추가로 포함할 수 있다. 이때 아세톤의 함량은 바인더로 사용되는 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란의 함량에 대하여 1배 내지 3배의 몰 비로 포함될 수 있다.
볼트 코팅용 조성물은 촉매로서 질산을 추가로 포함할 수 있다. 이때 포함되는 질산의 농도는 약 0.1N(노르말 농도)일 수 있다. 이때 질산의 함량은 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란의 함량에 대하여 0.002 내지 0.01의 몰비로 포함될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트의 코팅 방법을 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 볼트의 코팅 방법은, 볼트 코팅용 조성물을 준비하는 단계, 상기 볼트 코팅용 조성물 내부에 볼트를 침지시키는 단계 및 상기 침지된 볼트를 경화시키는 단계를 포함한다. 이때, 상기 볼트 코팅용 조성물로 전술한 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물, 아연 입자 함유 첨가제 및 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것을 사용한다.
먼저, 볼트 코팅용 조성물을 준비하는 단계에 대하여 설명한다. 본 단계에서 제조된 볼트 코팅용 조성물은 앞서 설명한 볼트 코팅용 조성물과 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대한 자세한 설명은 전술한 것과 동일하므로 생략하기로 한다.
다만, 상기 볼트 코팅용 조성물에서 산 처리된 탄소 나노 튜브는, 예를 들면, 하기와 같은 방법으로 얻을 수 있다.
즉, 산 처리된 탄소 나노 튜브의 제조 방법은, 탄소 나노 튜브를 질산, 황산 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 용액에 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물은 100rpm 내지 300rpm으로 교반하는 단계, 상기 교반된 혼합물을 여과한 후 중성 pH가 되도록 수세하는 단계 및 상기 수세된 혼합물을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
탄소 나노 튜브를 산 용액에 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계는, 예를 들면, 7몰 내지 9몰 정도의 질산 용액에 혼합하거나, 황산 및 질산을 3:1 정도의 부피비로 혼합한 용액에 탄소 나노 튜브를 투입하는 방법으로 수행될 수 있다.
다음으로, 교반은 교반기를 이용하여 6 내지 15시간 동안 수행할 수 있다. 또한, 교반된 혼합물의 여과는, 예를 들면, PTFE 멤브레인 필터를 이용하여 수행할 수 있으며, 중성 pH가 되도록 수세하는 단계는, 예를 들면, pH가 6 내지 8 범위가 되도록 증류수를 이용하여 수행할 수 있다.
다음으로, 수세 후에는 진공 오븐 등을 이용하여 80도 내지 100도에서 10 내지 15시간 동안 건조함으로써 산 처리된 탄소 나노 튜브를 얻을 수 있다.
다음, 볼트의 코팅 방법은 먼저, 전술한 볼트 코팅용 조성물 내부에 볼트를 침지시킨다. 이때 침지는, 예를 들면, 회전 코팅 장치(dip spin coater)를 이용하여 이루어질 수 있다. 회전 코팅 장치는 탱크에 코팅 조성물이 담긴 상태에서 피코팅물을 탱크 내부로 침전시켜 피코팅물을 도포하고, 일정 시간 도포되면 피코팅물을 꺼내서 회전시켜 피코팅물 표면에 과다하게 도포된 코팅액을 제거하는 장치이다. 이때 회전 rpm은 약 2800 rpm 내지 3200 rpm사이일 수 있다.
다음, 상기 침지된 볼트를 경화시킨다. 볼트 겉면에는 코팅액 조성물이 경화되지 않은 채 묻어 있으며, 따라서 이를 경화시켜 볼트에 고정시킨다. 이때 볼트의 경화는 200°C 내지 220°C 의 온도에서 2분 내지 4분동안 수행될 수 있다.
상기 코팅 방법에 의해 볼트에 코팅되는 코팅막의 두께는 약 30 ㎛ 내지 50 ㎛사이일 수 있다. 상기 두께는 볼트의 내식성을 충분히 개선하면서도, 마찰 및 마모에 의해 손상되지 않고, 볼트와 결합 대상간의 결합력을 유지하기에 적절한 수치 범위이다.
그러면 이하에서 본 발명의 일 실시예에 의해 코팅된 볼트의 내식성 개선 효과에 대하여 설명한다.
실시예 1
(1) 볼트용 코팅 조성물의 제조
CCVD(catalytic carbon vapor deposition)공법으로 합성된 순도 90% 이상의 다중벽 CNT (TMC100-10, nano solution Co., Korea)를 준비하였다. CNT의 길이는 15㎛이고, 직경은 10nm였다.
상기 CNT를 황산 및 질산 혼합 용액(혼합비: 3:1)에 첨가하고 교반기를 이용하여 200rpm으로 10시간 동안 교반하였다. 이 후, PTFE 맴브레인 필터에 여과하여 증류수로 시료의 pH가 7이 될 때까지 수세한 다음 진공오븐 90도에서 12시간 동안 건조하여 산 처리된 CNT를 제조하였다.
한편, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란(GPTMS) 1몰, 아세톤 1.5몰, 0.1N의 질산 0.005몰을 첨가하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 기준으로 70 중량부가 되도록 첨가제를 포함시키고 상온에서 24시간 교반하여 졸겔 코팅 용액을 제조하였다. 이때, 첨가제는 평균 입경 5㎛인 제1 아연 입자와, 단축 1㎛, 장축 30㎛인 제2 아연 입자를 사용하였다.
상기 졸겔 코팅 용액에 상기 산 처리된 CNT를 분산시켜 볼트용 코팅 조성물을 제조하였다.
(2) 코팅된 볼트의 제조
M-12 규격의 볼트를 준비하여 (1)에서 제조한 볼트용 코팅 조성물을 코팅하였다. 코팅은 회전 코팅 장치 (Dip spin coater)를 사용하여 3000rpm으로 실시하고, 경화는 210도에서 3분 동안 수행하였다.
도 2는 상기와 같은 방법으로 볼트 코팅용 조성물이 코팅된 볼트의 단면을 나타낸 것이다. 도 2를 참고하면, 볼트의 나사산의 골과 산 부분에서 코팅이 균일한 두께로 이루어져 있음을 확인할 수 있었다.
도 3은 코팅층을 확대하여 나타낸 이미지이다. 도 3을 참고하면, 코팅층에서 첨가제로 첨가되었던 아연 입자들이 코팅층 내에서 균일하게 분산되어 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 입자 크기가 약 크기가 4 ㎛ 내지 6 ㎛ 사이인 제1 아연 입자들과, 단축이 2 ㎛ 이하, 장축이 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛인 제2 아연 입자들이 균일하게 코팅층 내에 포함되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 1
통상의 전기 도금 방법으로 코팅된 M-12 규격의 전기 아연 도금 볼트를 준비하였다.
비교예 2
(1) 볼트용 코팅 조성물의 제조
3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란(GPTMS) 1몰, 아세톤 1.5몰, 0.1N의 질산 0.005몰을 첨가하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 기준으로 70 중량부가 되도록 첨가제를 포함시키고 상온에서 24시간 교반하여 볼트용 코팅 조성물을 제조하였다. 이때, 첨가제는 평균 입경 5㎛인 제1 아연 입자와, 단축 1㎛, 장축 30㎛인 제2 아연 입자를 사용하였다.
(2) 코팅된 볼트의 제조
M-12 규격의 볼트를 준비하여 (1)에서 제조한 볼트용 코팅 조성물을 코팅하였다. 코팅은 회전 코팅 장치 (Dip spin coater)를 사용하여 3000rpm으로 실시하고, 경화는 210도에서 3분 동안 수행하였다.
실험예 1 - 반복 체결성 및 내식성 테스트
실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 코팅된 볼트에 대하여 반복 체결성 및 내식성 테스트를 진행하였다. 즉, 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 코팅된 볼트를 이용하여 토크랜치(20kgf)로 20회 반복 체결한 후 내식성 테스트를 위한 시험편을 제조하였다. 내식성 테스트는 제조된 시험편에 소금물을 분사하고 840 시간 경과 후 외관을 관찰하는 방법으로 수행하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 가장 중앙에는 실시예 1에 따라 코팅된 볼트가 위치하고, 우측에는 비교예 1에 따라 코팅된 볼트가 위치하며, 좌측에는 비교예 2에 따라 코팅된 볼트가 위치한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 비교예 1에 따라 전기 아연 도금 볼트는 전면에서 녹이 발생하고, 비교예 2에 따라 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함하지 않는 조성물을 이용하여 코팅된 볼트는 일부에 녹이 발생한 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 실시예 1에 따라 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함하는 조성물을 이용하여 코팅된 볼트에는 전혀 녹이 발생하지 않았다.
따라서 본 발명의 일 실시예와 같이 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물, 아연 함유 첨가제 및 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함하는 볼트 코팅용 조성물을 및 이를 이용하여 코팅된 조성물은 개선된 내부식성을 가짐과 동시에 반복 체결에 대한 안정성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물;
    아연 입자 함유 첨가제; 및
    산 처리된 탄소 나노 튜브
    를 포함하는 볼트 코팅용 조성물이되,
    상기 아연 입자는 크기가 다른 제1 아연 입자와 제2 아연 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트 코팅용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산 처리된 탄소나노튜브는,
    탄소나노튜브를 질산, 황산 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나로 표면 처리한 것인 볼트 코팅용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산 처리된 탄소 나노 튜브의 함량은,
    상기 볼트 코팅용 조성물을 기준으로 0.01 중량% 내지 1.5 중량% 범위인 볼트 코팅용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물은 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란인 볼트 코팅용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아연 입자는,
    평균 입경이 4 ㎛ 내지 6 ㎛ 범위인 제1 아연 입자, 그리고
    단축이 2 ㎛ 이하이고, 장축이 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위인 제2 아연 입자를 포함하는 볼트 코팅용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 볼트 코팅용 조성물은 아세톤을 더 포함하는 볼트 코팅용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 볼트 코팅용 조성물은 질산을 더 포함하는 볼트 코팅용 조성물.
  8. 볼트 코팅용 조성물을 준비하는 단계;
    상기 볼트 코팅용 조성물 내부에 볼트를 침지시키는 단계; 및
    상기 침지된 볼트를 경화시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 볼트 코팅용 조성물은,
    에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물, 아연 입자 함유 첨가제 및 산 처리된 탄소 나노 튜브를 포함하는 것인 볼트의 코팅 방법이되,
    상기 아연 입자는 크기가 다른 제1 아연 입자와 제2 아연 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트의 코팅 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 산 처리된 탄소 나노 튜브는,
    탄소 나노 튜브를 질산, 황산 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 용액에 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물은 100rpm 내지 300rpm으로 교반하는 단계;
    상기 교반된 혼합물을 여과한 후 pH가 6 내지 8 범위가 되도록 수세하는 단계; 및
    상기 수세된 혼합물을 건조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 것인 볼트의 코팅 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 볼트 코팅용 조성물 내부에 볼트를 침지시키는 단계는,
    회전 코팅 장치를 이용하여 2800 rpm 내지 3200 rpm으로 수행되는 볼트의 코팅 방법.
  11. 제8항에서,
    상기 침지된 볼트의 경화는,
    200˚C 내지 220˚C의 온도에서 2분 내지 4분동안 수행되는 볼트의 코팅 방법.
  12. 제8항에서,
    상기 코팅 방법에 의해 볼트에 코팅되는 코팅막의 두께는 30 ㎛ 내지 50 ㎛범위인 볼트의 코팅 방법.
KR1020160167659A 2016-12-09 2016-12-09 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법 KR101984653B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160167659A KR101984653B1 (ko) 2016-12-09 2016-12-09 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160167659A KR101984653B1 (ko) 2016-12-09 2016-12-09 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180066619A KR20180066619A (ko) 2018-06-19
KR101984653B1 true KR101984653B1 (ko) 2019-05-31

Family

ID=62790499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160167659A KR101984653B1 (ko) 2016-12-09 2016-12-09 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101984653B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102355237B1 (ko) * 2020-06-15 2022-02-28 대성볼트 (주) 스테인레스 스틸 연결구 및 결합구의 부식, 스크래치 방지를 위한 탄소 나노코팅 형성방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011508089A (ja) * 2007-12-27 2011-03-10 ポスコ 炭素ナノチューブを含有する鋼板の表面処理組成物、これを用いた金属の表面処理方法及びこれを用いて表面処理された電気伝導性に優れた鋼板
WO2015132366A1 (en) * 2014-03-05 2015-09-11 Hempel A/S Anti-corrosive zinc primer coating compositions

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1068085A (ja) * 1996-08-28 1998-03-10 Nippon Rasupaato:Kk 鉄素地用塗料又は鉄素地の表面処理方法又は締結部品の表面処理方法
JP5190235B2 (ja) * 2006-09-08 2013-04-24 新日鐵住金株式会社 破砕面を有する高耐食性防錆塗料用Ｚｎ合金粒子、その製造方法、高耐食性防錆塗料、高耐食性鉄鋼材料および鋼構造物
KR101409403B1 (ko) * 2012-05-31 2014-06-20 한양대학교 에리카산학협력단 금속재료에 탄소나노튜브를 포함하는 코팅층을 형성하는 방법 및 이 코팅층을 갖는 금속재료

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011508089A (ja) * 2007-12-27 2011-03-10 ポスコ 炭素ナノチューブを含有する鋼板の表面処理組成物、これを用いた金属の表面処理方法及びこれを用いて表面処理された電気伝導性に優れた鋼板
WO2015132366A1 (en) * 2014-03-05 2015-09-11 Hempel A/S Anti-corrosive zinc primer coating compositions

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180066619A (ko) 2018-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vinodhini et al. Evaluation of corrosion protection performance and mechanical properties of epoxy-triazole/graphene oxide nanocomposite coatings on mild steel
CN101643607B (zh) 聚苯胺改性金属陶瓷纳米涂料及其制备方法
US8871300B2 (en) Method for making carbon nanotube based composite
Muhammad et al. Enhancing the corrosion resistance of Q235 mild steel by incorporating poly (dopamine) modified h-BN nanosheets on zinc phosphate-silane coating
KR101453221B1 (ko) 나노금속-판상흑연 복합체 및 이의 제조방법
CN109943169B (zh) 一种纳米复合海洋防腐涂料及其制备方法
Li et al. Pulse electrodeposition and corrosion behavior of Ni–W/MWCNT nanocomposite coatings
JP2018526531A (ja) 金属コーティング及びその製造方法
JP2009523909A (ja) 基体の防食のための配列、その製造方法及びベルト車
Liang et al. Trilaminar structure hydrophobic graphene oxide decorated organosilane composite coatings for corrosion protection
Arulvel et al. Electroless nickel–phosphorus coating on crab shell particles and its characterization
Parhizkar et al. Enhancement of the corrosion protection properties of a hybrid sol-gel based silane film through impregnation of functionalized graphene oxide nanosheets
Ranganatha et al. Fabrication and electrochemical characterization of Zn–halloysite nanotubes composite coatings
KR101984653B1 (ko) 볼트 코팅용 조성물 및 이를 이용한 볼트의 코팅 방법
CN111732849B (zh) 具有自修复性能的vpc纳米复合材料及其涂层的制备方法
Chen et al. Preparation of Ni/graphene hydrophobic composite coating with micro-nano binary structure by poly-dopamine modification
US20150292104A1 (en) Method for preparing of composition for metal surface-treatment, steel sheet surface treated with the composition, and method for manufacturing the steel sheet
Vinodhini et al. Effects of carbon nanotubes-based composites on the corrosion protection and mechanical properties of polymer coating in chloride environment
Xavier A study on the improvement of dielectric, anticorrosive and mechanical properties of newly synthesized epoxy coatings containing silanized CNTs-TiS2 nanocomposites for aerospace and automotive applications
Sheng et al. Synergistic effect of 2D/0D mixed graphitic carbon nitride/Fe 2 O 3 on the excellent corrosion behavior of epoxy-based waterborne coatings
Chakraborty et al. Synthesis and characterization of MWCNT reinforced nano-crystalline copper coating from a highly basic bath through pulsed electrodeposition
CN111057421A (zh) 一种沿海地区一次设备的石墨烯金属防腐涂料及制备方法
Ergul et al. Electroless nickel–phosphorus and cobalt–phosphorus coatings on multi-walled carbon nanotubes
Xavier et al. Carbon nanotube‐based polymer nanocomposites: Evaluation of barrier, hydrophobic, and mechanical properties for aerospace applications
JP2008214667A (ja) 亜鉛−ナノカーボン複合めっき物およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant