KR102039519B1 - 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관용 코팅조성물 제조방법, 이 방법을 이용하는 코팅강관 제조방법 및 이 방법으로 제조된 코팅강관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관용 코팅조성물 제조방법, 이 방법을 이용하는 코팅강관 제조방법 및 이 방법으로 제조된 코팅강관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관의 제1 코팅층에 금속과의 접착력 및 도료층과의 접착력이 우수한 아민계열 폴리머성분의 코팅하지용 피막제를 도포하고, 제2 코팅층에 방향족 아라미드로 구성되어 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성한 복합수지 조성물을 적용하고, 제3 코팅층에는 접착력을 보유한 접착성 폴리에틸렌을 코팅하고, 제4 코팅층에는 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 코팅하여 내식성, 내구성 및 내충격성이 우수한 다층 코팅강관을 제공하는 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관용 코팅조성물 제조방법, 이 방법을 이용하는 코팅강관 제조방법 및 이 방법으로 제조된 코팅강관에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 강관을 준비하는 단계와;
상기 강관에 아민계열 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제를 코팅하는 제1 코팅층을 마련하는 단계를 포함하고,
상기 제1 코팅층의 외측으로 아라미드와 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물을 코팅하는 제2 코팅층을 마련하는 단계를 포함하며,
상기 제1 코팅층의 피막제는,
순수를 처리조에 체운 후, 피막제를 투입해 고형분을 물로 희석하면서 처리조에 투입하며, 순수를 보충하여 처리조 수위를 맞추는 단계를 포함하는 방법으로 제조하고,
상기 제2 코팅층의 복합수지 조성물은,
아라미드와 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조된 것이다.

Description

아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관용 코팅조성물 제조방법, 이 방법을 이용하는 코팅강관 제조방법 및 이 방법으로 제조된 코팅강관{A method for producing a coating composition for a composite steel pipe containing an aromatic aramid after an amine-based polymer coating, a method for producing a coated steel pipe using the method, and a coated steel pipe produced by the method}

본 발명은 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관용 코팅조성물 제조방법, 이 방법을 이용하는 코팅강관 제조방법 및 이 방법으로 제조된 코팅강관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관의 제1 코팅층에 금속과의 접착력 및 도료층과의 접착력이 우수한 아민계열 폴리머성분의 코팅하지용 피막제를 도포하고, 제2 코팅층에 방향족 아라미드로 구성되어 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성한 복합수지 조성물을 적용하고, 제3 코팅층에는 접착력을 보유한 접착성 폴리에틸렌을 코팅하고, 제4 코팅층에는 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 코팅하여 내식성, 내구성 및 내충격성이 우수한 다층 코팅강관을 제공하는 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관용 코팅조성물 제조방법, 이 방법을 이용하는 코팅강관 제조방법 및 이 방법으로 제조된 코팅강관에 관한 것이다.

가스(가스관), 기름(송유관), 물(상수도관, 하수도관) 등의 수송에 사용하는 코팅강관으로는 압출식 폴리에틸렌 코팅강관이나 분말융착식 3층 코팅강관이 많이 적용되고 있다.

그러나, 이와 같은 코팅강관은 지중 매설공사 중 또는 매설공사 후에 코팅층의 일부가 물리적 외력이나 누전 등에 따른 스파크에 의하여 손상되어 부식이 유발되고, 작은 손상에도 부식이 확산되어 큰 부식으로 널리 전이되는 문제가 있다.

또한, 고전해질 환경의 토양이나 해양 등에서 사용하면 비교적 조기에 부식되어 수명이 단축되

는 문제가 있다.

한편, 철제에 대해서는 희생방식 도장이 많이 사용되고 있는바, 전기 전도성을 형성하기 위하여 소듐 실리케이트(sodium silicate)와 같은 무기질 바인더 등을 결합제로 이용하고 있으나, 이러한 무기질 바인더은 크랙이 쉽게 발생되고 내수성이 낮아서 장기간 사용하여야 하는 가스관, 수도관, 해양 설치 강관 등으로는 적합하지 않다.

또한, 아연, 마그네슘 등의 희생금속 분말도 2차 응집 입자가 분산되지 못한 상태 그대로 사용하기 때문에, 코팅층의 강도가 취약한 문제가 있다. 즉, 희생방식 효과는 기대할 수 있으나 물리적인 강도가 저하되는 문제가 있는 것이다.

이와 관련한 종래 특허기술로, 특허등록번호 제1040483호(내식성수지가 코팅된 저수용 강관 및 이를 이용한 다목적 용수 활용시스템)는, 불소수지와 실리콘수지 및 세라믹(나노크기의 활성화아연)이 코팅되는 강관과;

특허등록번호 제1825400호(나노 스케일 그래핀 제조방법, 그 방법에 의한 나노 스케일 그래핀, 이를 이용한 그래핀 복합 분체수지, 이를 코팅한 강관 및 강관말뚝, 그 제조방법)는 질화처리(온도가 500∼600℃) 고온처리에 이한 표면처리를 필요로 하고, 1차로 강재 표면 거칠기를 조정하며, 1차 계면층이 농도를 조정한 Zn, Cl, O, C를 포함하는 물질로 이루어진 후 3차 도막으로 에폭시수지계, 실리콘수지계, 염화고무계, 아크릴수지계, 불소수지계 및 우레테인수지계 등의 재료가 적용 가능하고, 이들 복수의 도료를 이용한 다층화도 가능하도록 하는 기술; 및

특허등록번호 제101561968호(그래핀과 희생금속을 포함하는 강관용 코팅물질 제조방법，이 방법을 이용하는 코팅강관 제조방법 및 이 방법으로 제조된 코팅강관)은 강도 향상, 부식 방지 등의 측면에서 유리한 코팅강관을 제조하기 위한 방법 및 이 방법을 이용하여 제조한 코팅강관 등을 제조하는 것이 제안되었다.

그러나 이러한 종래의 코팅강관은 강관의 외측으로 1, 2, 3 코팅층으로 이루어진 것을 제공하게 되므로 1, 2, 3 코팅층 간의 결합력은 매우 우수한 반면, 강관과 제1 코팅층 간의 접착력이 떨어져 코팅에 의한 강도 향상과 부식 방지 효과의 측면에서 매우 불리한 조건을 갖게 되는 결점이 있었다.

[문헌 1] 특허등록번호 제1561968호(2015. 10. 14. 등록) [문헌 2] 특허등록번호 제1825400호(2018. 01. 30. 등록) [문헌 3] 특허등록번호 제1040483호(2011. 06. 02. 등록) [문헌 4] 특허등록번호 제1001577호(2010. 12. 09. 등록)

따라서 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 해결과제는, 강관의 외면 제1 코팅층에 아민계열 폴리머성분의 피막제를 도포함으로써 금속관의 접착력 및 도료층과의 접착력이 우수한 코팅강관을 제조하기 위한 방법 및 이 방법을 이용하여 제조한 코팅강관 등을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 해결과제는, 제1 코팅층의 외측으로 방향족 아라미드로 구성되어 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성한 복합수지 조성물을 적용한 제2 코팅층으로 이루어진 코팅강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 해결과제는, 제2 코팅층의 외측으로 접착력을 보유한 접착성 폴리에틸렌을 코팅하여 제3 코팅층을 형성하고, 제3 코팅층의 외측에는 선형저밀도 폴리에틸렌으로 코팅하는 제4 코팅층을 제공하여 내식성, 내구성 및 내충격성이 우수한 다층 코팅강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 강관을 준비하는 단계와;
상기 강관에 아민계열 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제를 코팅하는 제1 코팅층을 마련하는 단계를 포함하고,
상기 제1 코팅층의 외측으로 아라미드와 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물을 코팅하는 제2 코팅층을 마련하는 단계를 포함하며,
상기 제1 코팅층의 피막제는,
순수를 처리조에 체운 후, 피막제를 투입해 고형분을 물로 희석하면서 처리조에 투입하며, 순수를 보충하여 처리조 수위를 맞추는 단계를 포함하는 방법으로 제조하고,
상기 제2 코팅층의 복합수지 조성물은,
아라미드와 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조된 것이다.

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본 발명은 강관의 외면 제1 코팅층에 아민계열 폴리머성분의 코팅하지용 피막제를 도포함으로써 강관과 도료층과의 접착력이 우수해 박리가 쉽게 일어나지 않는 코팅강관을 제조하기 위한 방법 및 이 방법을 이용하여 제조한 코팅강관 등을 제공하는 효과가 있는 것이다.

본 발명은 제1 코팅층의 외측으로 방향족 메타 아라미드로 구성되어 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성한 복합수지 조성물을 적용한 제2 코팅층으로 이루어져 활성화 물질을 혼합하여 코팅한 강관을 제공하는 효과가 있는 것이다.

본 발명은 제2 코팅층의 외측으로 접착력을 보유한 접착성 폴리에틸렌(극성기를 부여한 폴리에틸렌)을 코팅하여 접착력이 우수한 제3 코팅층을 형성하고, 제3 코팅층의 외측에는 선형저밀도 폴리에틸렌을 유동침적법으로 코팅하는 제4 코팅층을 제공하여 내식성, 내구성 및 내충격성이 우수한 다층 코팅강관을 제공하는 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 다층 코팅강관의 사시도
도 2 는 본 발명의 다층 코팅강관에 대한 코팅층을 나타낸 확대 단면도
도 3 은 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 나타낸 블럭도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하기 위하여 참조하는 도면에 있어서 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 과장되게 표현되어 있을 수 있다.

그리고, 본 발명의 설명에 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도나 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 다층 코팅강관의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 다층 코팅강관에 대한 코팅층을 나타낸 확대 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 다층 코팅강관(10)은, 금속재질로 이루어지며 강도와 기본 구성요소를 갖는 강관(11), 상기 강관(11)의 외경 상에 코팅되어 강관(11)과 제2 코팅층(13)의 접착력이 우수하도록 제공하는 제1코팅층(12), 제1코팅층(12) 상에 코팅된 제2 코팅층(13), 제2 코팅층(13) 상에 코팅된 제3 코팅층(14), 제3 코팅층(14) 상에 코팅된 제4 코팅층(15) 및 강관(11)의 내경 상에 코팅된 내면 코팅층(20)으로 구성된다.

여기에서, 제1 코팅층(12)은 금속과의 접착력 및 도료층과의 접착력이 우수한 아민계열 폴리머성분의 피복하지용 피막제로 이루어지고,

제2 코팅층(13)은 방향족 메타 아라미드(Meta Aramid)와 파라 아라미드(Para Aramid) 중 어느 하나로 구성되어 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성한 복합수지 조성물로 이루어지며,

제3 코팅층은(14)은 접착력을 보유한 폴리에틸렌수지(polyethylene resin)로 이루어진 접착성 폴리에틸렌수지층이고, 상기 접착성 폴리에틸렌은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET : polyethylene terephthalate)를 적용하는 것이 바람직하다.

제4 코팅층(15)은 내식성과 내구성 및 내충격성이 우수한 선형저밀도 폴리에틸렌수지(LLDPE)층으로 이루어지는 것이다.

이와 같은 다층 코팅강관(10)은 강관(11)을 준비하고, 준비된 강관(11)의 외주 상에 제1 코팅층(12), 제2 코팅층(13), 제3 코팅층(14) 및 제4 코팅층(15)을 순차적으로 코팅한 후, 강관(11)의 내주 상에 내면 코팅층(20)을 코팅하는 식으로 제조할 수 있다.

여기에서, 강관(11)으로는 표면에 잔존한 녹 및 오염물 등을 제거하는 내, 외부 표면처리가 이루어진 것을 적용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 강관(11)에 대한 내, 외부 표면처리에는 쇼트 블라스트(shot blast) 등의 블라스트법과 화학적처리법이 이용될 수 있다.

상기 블라스트법과 화학적처리법을 통해 표면 거칠기와 청정도를 규격에서 원하는 기준으로 작업을 실시하는 것이다.

이하에서는 강관용 코팅물질인 아민계 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제와, 방향족 아라미드와 열경화성수지는 에폭시 분체가 혼합된 복합수지 조성물과, 이를 제조하기 위한 방법, 제1, 2, 3, 4 코팅층(12, 13, 14, 15)과 내면 코팅층(20)을 형성하기 위한 방법(코팅방법)의 바람직한 실시예 및 시험결과 등을 살펴본다.

이하에서는 제1 코팅층(12)이 피복하지용 도포형 피막제인 것을 중심으로 살펴보기로 한다.

[피복하지용 도포형 피막제 제조방법]

본 피막제는 아민(Amine)계열 폴리머(Polymer)성분으로, 일공정형으로 소재에 도포 및 건조하여 소재의 도료 접착성을 확보하는 것이며, 건조 후 형성되는 0.1∼5㎛ 수준의 제1 코팅층(12)은 강관(11)과의 접착력이 우수할 뿐만 아니라, 제2 코팅층(13)과의 접착력도 우수하여, 도장하지처리제로서 기능이 탁월한 것이다.

상기 제1 코팅층(12)의 두께가 0.1㎛ 이하인 경우 강관(11)과 제2 코팅층(13)과의 접착력을 제공할 수 없어 피막제를 코팅하는 목적을 달성할 수 없으며, 두께가 5㎛ 이상인 경우에도 강관(11)과 제2 코팅층(13)과의 접착력을 충분하게 제공할 수 있지만, 원가의 소모가 발생하고 전체적으로 코팅 피막의 두께가 두꺼워지는 단점과 코팅두께를 균일하게 조절하는데 어려움이 있으므로 2㎛의 두께가 되도록 성형하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 폐수발생이 없고, 별도의 대기 방지시설을 요구하지 않으므로, 설비 코스트를 대폭 줄일 수 있는 것이다.

사용약제로는 피막제 일수 있으며, 점성이 있는 액상으로 고형분이 11∼19% 함유된 것이 바람직하다.

상기 피막제는 310∼350kg을 투입하는 것이 바람직하며, 고형분 측정기(OUAUS사 MB-35 또는 MB-45) 또는 유리샬레와 건조오븐(필요온도 : 170℃)을 필요로 한다.

더욱 구체적으로, 순수를 처리조에 40%를 체운 후, 고형분 4∼6%를 타겟으로 피막제를 333kg 투입하되;

액상의 점도가 높으므로 잔류량은 물로 희석하면서 처리조에 투입하며, 순수를 보충하여 처리조 수위를 1,000ℓ에 맞주고, 도장하지 막의 두께를 처리액의 고형분에 비례하므로 도장물성이 확보되는 수준으로 조정한다.

가공액 1,000ℓ를 기준으로 표준관리기준은 아래의 [표 1]과 같다.

표준관리기준

피막제	333kg	온 도	0∼40℃
고형분	5 ± 1 %	스프레이 시간	2 분
비 중	1.050 ± 0.1
농도조정방법	피막제	66kg으로 고형분 1% 상승
		66kg으로 비중 0.004 상승

[방향족 아라미드 등이 혼합된 무정전의 활성화 물질 제조방법]

제2 코팅층(13)을 구성하는 것이며, 아라미드는 메타 아라미드(Meta Aramid)와 파라 아라미드(Para Aramid) 중 어느 하나로 구성되고, 방향족 폴리아미드로써 우수한 고 내열성을 갖는 것이다.

상기 메타 아라미드(Meta Aramid)는 내열성의 성질을 가지며, 고 내열성이 우수해 단시간 내에 350℃, 연속 사용시는 210℃에서 사용이 가능하며, 그 이상의 온도에 노출되면 방염이나 내화 처리를 한 다른 제품과 달리, 탄화시에도 유독가스나 유해 물질을 배출하지 않는 친환경 제품으로 우수한 성질을 지닌다.

파라 아라미드(Para Aramid)는 고강도의 성능을 가지며 볼밀(ball mill)을 이용해 200∼300 메쉬의 크기를 갖도록 분말화 함으로써 사용하는 것이다.

상기 아라미드와 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성한 복합수지 조성물로 이루어지며,

방향족 아라미드가 혼합된 무정전의 활성화 물질로, 아라미드는 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물을 일정비율(활성화물질 중량비 8∼11% 와, 에폭시 중량비 89∼92%)로 동등한 분체혼합 믹서를 활용하여 활성화물질의 아라미드와 에폭시 분체를 균일하게 입도분포를 만들 수 있도록 볼밀(ball mill)로 가공할 수 있으며, 혼합된 복합수지 조성물은 유동침적방식 또는 스프레이 방식으로 코팅하는 것이 바람직하다.

상기 원료인 수지는, 아크릴(acrylic), 에틸렌 말레산무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA), EPDM(ethylene propylene terpolymers), 염화에틸렌(ethylene dichloride), 염화비닐(vinyl chloride), 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리우레아(polyurea), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리프로필렌(polypropylene) 등의 수지일 수 있고, 또는 이들 중에서 선택된 어느 둘 이상의 혼합물이거나 공중합체일 수 있다.

또는, 원료인 수지로는 열경화성수지인 저융점 고형 에폭시수지(low melting solid epoxy resin)를 이용할 수도있다. 예를 들어, 저융점 고형 에폭시수지 분말은 에폭시수지와 경화제(일례로, 디시안디아미드(dicyandiamide)일 수 있다.)를 혼합하여 제조한 분체도료일 수 있다. 이는 150℃ 이상의 온도에서만 가교경화 반응을 하는 것으로, 본 원료 혼합 단계에서는 가교경화 반응온도 미만의 온도로 용융하여 가교경화를 발생시키지 않고, 제2 코팅층(13)의 형성을 위한 코팅과정에서는 가교경화 반응온도 이상의 온도로 용융하여 가교경화를 발생시키는 식으로 이용할 수 있다.

이하에서 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 각 단계를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

[전처리 단계]

강관(11)의 표면에 잔존한 녹 및 오염물 등을 쇼트블라스팅, 화학적처리 중 어느 하나의 방법을 수행함으로써 원하는 표면의 거칠기와 청정도를 제공하는 전처리 단계(S10)를 수행하는 것이다.

[제1 코팅층의 형성단계]

전처리된 강관(11)의 외측으로 72∼85℃에서 탕세를 수행하며, 고형분이 11∼19%인 아민계 폴리머를 농도가 8∼11%가 되도록 물과 혼합하여 피막제를 제조하고 상온에서 코팅할 강관(11)을 1∼5rpm으로 회전시키면서 유동침적방식 또는 스프레이방식 중 어느 하나의 방법으로 0.1∼5㎛의 두께를 갖도록 코팅함으로써 제1 코팅층의 형성단계(S20)를 수행하는 것이다.

상기 윤활제를 도포한 후 최소 170℃에서 20분 건조하는 것이 바람직하다.

상기 피막제 침적 또는 스프레이 한 강관(11)에 충분히 액을 떨어뜨리고 건조시키며, 간접방식의 가스예열을 통하여 220∼280℃의 온도로 예열하여 최소 유지시간은 4∼6분을 확보해야 견고한 피막이 형성된다.

상기 제1 코팅층(12)은 매우 얇은 코팅층의 두께를 제공하더라도 제2 코팅층(13)의 도료와 강관(11)의 접착력이 매우 우수한 특징을 제공하는 것이다.

[제2 코팅층의 형성단계]

제1 코팅층(12)이 코팅된 후 간접방식의 가스예열을 통하여 230∼270℃의 온도로 예열하여 안정된 피막이 형성되도록 한다.

예열된 제1 코팅층(12)의 외측으로 아라미드와 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물을 활성화물질 중량비 8∼11% 와, 에폭시 중량비 89∼92%의 입도분포를 만들고 만들어진 복합수지 조성물은 유동침적방식 또는 스프레이 방식 중 어느 하나의 방법으로 60∼200㎛의 두께를 갖도록 제2 코팅층(13)이 형성되게 코팅하는 제2 코팅층의 형성단계(S30)를 수행하는 것이다.

[제3 코팅층의 형성단계]

제2 코팅층(13)이 코팅된 후 코팅된 상태를 그대로 유지하면서 강관(11)을 1∼5 rpm으로 회전시켜 극성기를 부여한 접착성 폴리에틸렌(polyethylene)을 유동침적법으로 155∼250㎛의 두께를 갖도록 제3 코팅층(14)이 형성되게 코팅하는 제3 코팅층의 형성단계(S40)를 수행하는 것이다.

[제4 코팅층의 형성단계]

제3 코팅층(14)이 코팅된 후 코팅된 상태를 그대로 유지하면서 강관(11)을 1∼5 rpm으로 회전시켜 저밀도 폴리에틸렌을 유동침적법으로 2.0∼4mm의 두께를 갖도록 제4 코팅층(15)이 형성되게 코팅하는 제4 코팅층의 형성단계(S50)를 수행하는 것이다.

상기 저밀도 폴리에틸렌은 폴리에틸렌수지 분말을 도포하여 용융시킴으로써 형성된다. 이러한 제4 코팅층(15)을 구성하는 저밀도 폴리에틸렌수지로는 선형저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE)을 적용하는 것을 바람직하다.

이와 같은 제4 코팅층(15)은 강관(11), 제1 코팅층(12), 제2 코팅층(13) 및 제3 코팅층(14)을 외부로부터 보호한다.

[내면 코팅층의 형성단계]

내면 코팅층(20)은 폴리에틸렌을 코팅하거나, 대한민국 등록특허공보 제10-0896468호에 제시된 방법으로 제조한 나노하이브리드복합수지 도료를 동 등록특허공보에 제시된 방법으로 도포함으로써 형성되는 내면 코팅층의 형성단계(S60)를 수행함으로써 적용될 수 있다.

참고로, 나노하이브리드복합수지 도료는 다음과 같은 은-알킬실록산 나노 젤 제조공정, 아미노산 나트륨칩 제조공정, 나노하이브리드복합수지 주재 제조공정 및 나노하이브리드복합수지 도료 제조공정을 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

1-1 은-알킬실록산 나노 젤 제조공정: 은(Ag)을 플루오르화수소산(HF)에 혼합 및 용해하여 은이온(Ag+)을 제조하는 단계와; 상기 은이온 제조단계에 의하여 제조된 은이온 용액을 알킬실록산수지(alkyl siloxane oligomer)와 혼합하여 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계와; 상기 알킬실록산수지의 실록산 결합을 개환시키는 단계에 의하여 얻은 반응물로부터 플루오르(F-) 및 플루오르화수소산(HF)을 1ppb 이하 및 수분(H2O)을 100ppm 이하로 증류 및 감압하여 정제하는 단계를 포함함

2 아미노산 나트륨칩 제조공정: 천연단백질 섬유소와 수산화나트륨을 반응시켜 아미노산 나트륨칩을 제조함

3 나노하이브리드복합수지 주재 제조공정: 에폭시 수지와 상기 은-알킬실록산 나노 젤과 상기 아미노산 나트륨칩를 혼합하여 반응시키는 단계와; 상기 반응의 종료 후, 아미노산 나트륨칩을 여과하는 단계를 포함함

4 나노하이브리드복합수지 도료 제조공정: 상기 나노하이브리드복합수지 주재와 경화제를 30 내지 50℃의 온도로 혼합하여 나노하이브리드복합수지 도료를 제조함

여기에서의 1-1 은-알킬실록산 나노 젤 제조공정은 다음과 같은 알킬실록산 나노 젤 제조공정으로 대체될 수 있다.

1-2 알킬실록산 나노 젤 제조공정: 플루오르산과 알킬실록산수지(alkyl siloxane oligomer)와 혼합하여 상기 알킬실록산수지의 실록산결합(Si-O)을 개환반응시키는 단계와; 상기 알킬실록산수지의 실록산결합을 개환시키는 단계에 의하여 얻은 반응물로부터 플루오르(F-) 및 플루오르화수소산(HF)을 1ppb 이하 및 수분(H2O)을 100ppm 이하로 증류 및 감압하여 정제하는 단계를 포함함

내면 코팅층(20)은 대한민국 등록특허공보 제10-1681251호에 제시된 방법으로 제조한 참숯함유 에폭시수지 도료를 동 등록특허공보에 제시된 방법으로 도포함으로써 형성되는 내면 코팅층의 형성단계(S60)를 수행함으로써 적용될 수 있다. 내경 코팅장치(50)에서 상기 강관의 내경에 에폭시 수지 55∼74.5 중량%, 경화제 15∼20 중량%, 충전제 10∼20 중량%, 참숯 0.5∼5 중량%로 이루어지는 에폭시 수지 코팅층(20)을 코팅하되;

상기 참숯은 굴참나무를 850∼1000℃의 열을 간접으로 가하여 탄소함량이 굴참나무 100 중량% 에 대하여 85∼96중량%가 되고, FT-IR 스펙트럼을 이용한 흑채대비 방사율 5∼20㎛에서 0.910∼0.919 W/㎡의 방사에너지를 보유하며 pH가 6.8∼9.5로 유지되는 1g당 100평의 단면적을 만들어내는 것이다.

강관(11)의 외측으로 제1, 2, 3, 4 코팅층(12, 13, 14, 15)을 코팅한 다층 코팅강관(10)의 음극박리실험 중 피막제를 코팅한 제1 코팅층(12)이 아민계열 폴리머 성분의 피복하지용으로 이루어지는 것과, 제2 코팅층(13)이 방향족 아라미드와 열경화성 에폭시수지 분체 복합수지 조성물로 이루어지는 음극박리실험을 수행하였다.

[음극박리실험]

이 실험은 음극분극에 노출되었들 때 피복의 박리손상에 대한 저항성을 평가하는 것이며, 시험편은 다층 코팅강관(10)에서 직접 시험할 수 없는 경우에는 다층 피복강관(10)으로부터 절단(cold cut)하여 채취한다.

시험절차는. 80×80mm 크기로 시험편을 절단하여 채취하고, 시험편의 피복두께측정 및 기록 후 핀홀을 검사하고 드릴로 시험편의 중앙에 지름 6mm의 구멍을 바탕의 금속이 나올 정도로 최대한 얇게 뚫는다.

전해조의 플라스틱관과 시험편을 불활성 접착제로 밀폐하고, 시험 후 전해질이 있는 전해조를 제거한 후 시험편을 수세 및 건조하며, 건조 후 피복이 없는 강 표면을 반지름 방향으로 60°씩 구분하여 표시한다(DIN;45°).

박리는 다층 파형강관(10)으로부터 쉽게 분리되는 피복 면적으로 정의하며, 구분된 60°등분마다 인위적 결함 끝단으로부터 박리된 피복면의 끝단까지 반지름 방향 길이를 결정한다.

실험결과는, 6개(DIN 8개) 각각의 박리 반지름 길이(mm)의 산술평균값으로 정의하며 mm단위의 정수 첫째자리로 수치 끝맺음을 하고, 6개(DIN 8개)의 실측값보다 큰 최대 박리 반지름은 기록되어야 한다.

이에 대한 결과를 아래의 [표 2]에 표기하였다.

음극박리실험 결과

규격	KS D3607(D3589) -3LPE	본원발명	CAN Z245.20-FBE	DIN 30670-3LPE
기준	평균 박리반지름 : 10mm(8mm)이하	최대 : 0mm	1.5V, 23℃, 28일: 최대 8.5mm	최대 박리반지름: 7mm 이하(3-layer 경우 적용)
	최대 박리반지금: 12.5mm(100mm)이하	-3.5V, 65℃, 48시간	3.5V, 65℃, 24시간: 최대 6.5mm	(23℃×8일) 또는 (60℃×2일)

상기 [표 2]를 통하여 KS D3607의 규격에 따른 기준으로 실험한 결과, 본원발명 강관(11)의 외면에 아민계열 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제를 코팅한 제1 코팅층(12)을 통하여 강관(11)과의 접착력 및 제2 코팅층(13)과 같은 도료층과의 접착력이 우수한 것을 확인할 수 있었고, 상기 제1 코팅층(12)의 외면으로 아라미드와 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물을 코팅한 제2 코팅층(13)을 통하여 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 조성물을 통하여 -3.5V의 전압과, 65℃의 온도조건에서 48시간을 경과한 경우에도 박리가 전혀 이루어지지 않음으로써 박리손상이 전혀 이루어지지 않는 효과를 확인할 수 있었다.

[충격실험]

이 시험은 일정한 온도에서 규정된 모양의 펀치를 일정한 높이에서 피복에 직접 떨어뜨린 충격으로 피복의 강도를 검증하는 것으로, 추의 지름은 25.4mm, 추의 무게는 300g, 낙하높이는 50cm로 내부표면이 매끄러우며 단단하고 변형되지 않는 강철, 알루미늄 또는 플라스틱으로 이루어진 수직 유도장치를 갖춘 낙하시험기에 적용된다.

시험절차는 다층 코팅강관(10) 중 본원발명 강관(11)의 외면에 아민계열 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제를 코팅한 제1 코팅층(12) 및 제2 코팅층(13) 만으로 구성된 시편을 단단하고 안정한 수평지지대위에 설치되어야 하며, 필요시 타성 감응를 줄일 수 있도록 내부도 지지되어야 하며, 충격시험을 하기 전에 결합 부위에서 충격시험이 이루어지는 것을 방지하기 위하여 핀홀 검사를 먼저 실시하고, 상온에서 1시간 건조, 50℃ 항온조 2시간 가열, 1시간 상온 방치 후 기준치인 1.5J이 아닌 8배가 큰 12J로 자유낙하 충격시험을 수행하였다,

이에 대한 실험결과는 아래의 [표 3]을 통하여 확인할 수 있다.

충격실험 결과

규격	KS D4317	CSA/CAN Z245.20	본원발명
기준	시편:150×70×2t(200㎛)	시편:250×25×6.4	시편:150×100×6t(500㎛)
	충격저항값: 1.5J	충격저항값: 1.5J	충격저항값: 12J
	충격변형에 따른 도막 갈라김, 벗겨짐이 없어야 함	충격변형에 따른 도막 갈라김, 벗겨짐이 없어야 함	시험후 5,000V 핀홀발생 없음

상기 [표 3]을 통하여 KS D4317의 규격에 따른 기준으로 실험한 결과, 본원발명의 강관(11)의 외면에 아민계열 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제을 코팅한 제1 코팅층(12)을 통하여 금속관의 접착력 및 도료층과의 접착력이 우수한 것을 확인할 수 있었고, 상기 제1 코팅층(12)의 외면으로 아라미드와 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물을 코팅한 제2 코팅층(13)을 통하여 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 조성물을 통하여 6 & 12J의 충격을 가한 경우에도 도막 갈라짐과 벗겨짐이 전혀 이루어지지 않음으로써 충격에 대한 저항력이 매우 우수한 효과를 확인할 수 있었다.

[내식성 시험]

실시예 1과 일반 3층 폴리에틸렌 코팅강관(비교예)의 1층 코팅층에 대하여 다음의 [표 4]와 같이 내식성시험인 장기물성시험(X-cut, 염수분무시험)을 실시하였다.

규격	KS D4317 부속서B	본원발명	비교 예
기준	시편:150×70×2t	시편:150×100×6t	시편:150×70×6t
	장기물성시험, 염수분무시험(X-cut) NaCl5%, 500시간	장기물성시험, 염수분무시험(X-cut) NaCl5%, 500시간	장기물성시험, 염수분무시험(X-cut) NaCl5%, 500시간
	편측 최대박리너비 2mm 이내(7등급 이상)	박리너비: 0mm(10등급)	박리너비 : 0.6mm(8등급)

살펴본 바와 같은 본 발명은 제1, 제2코팅층(14, 16) 등을 제조하는 데 무기질 고분자가 아닌 유기질 고분자를 사용하므로 물성의 저하를 방지할 수 있고, 제1과 제2코팅층(14, 16)이 그래핀에 의하여 전기 전도성을 가지므로 제1과 제2코팅층(14, 16) 또는 제2코팅층(16)의 희생금속에 전기 전도도를 형성시켜서 희생방식 효과를 일으킬 수 있으며, 그래핀의 우수한 전기 전도성으로 인하여 수지로서 유연성이 큰 유기질계 고분자를 적용하더라도 전기 전도성이 형성되므로 상대적으로 유연성이 적은 무기질계 재료를 적용함에 따른 크랙 발생 등으로 인하여 물성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 그래핀 특유의 고강도 물성으로 인하여 코팅층(14, 16, 18)의 강성을 보다 증가시킬 수 있고, 희생금속이 극미세입자로 분포, 복합되므로 희생방식 효과는 우수하면서 강도는 기존의 폴리에틸렌 코팅강관(일반 3층 폴리에틸렌 코팅강관)과 동등 이상으로 유지할 수 있다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예, 첨부된 도면 등에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

예를 들어, 위에서는 다층 코팅강관(10)의 제1, 제2, 제3 및 제4 코팅층(12, 13, 14, 15)이 각각 아민계열 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제, 아라미드와 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물, 접착성 폴리에틸렌 및 선형저밀도 폴리에틸렌층인 것으로 설명하였으나, 다층 코팅강관(10)은 제2 코팅층(13)의 외측으로 접착성 폴리에틸렌이 제외되고 강관(11)의 외측에 각각 아민계열 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제, 아라미드와 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물 및 선형저밀도 폴리에틸렌층이 차례로 코팅된 구성을 가질 수도 있다.

10 : 다층 코팅강관 11 : 강관
12 : 제1 코팅층 13 : 제2 코팅층
14 : 제3 코팅층 15 : 제4 코팅층
20 : 내면 코팅층

Claims (12)

1. 강관을 준비하는 단계와;
   상기 강관에 아민계열 폴리머 성분의 코팅하지용 피막제를 코팅하는 제1 코팅층을 마련하는 단계를 포함하고,
   상기 제1 코팅층의 외측으로 아라미드와 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합한 복합수지 조성물을 코팅하는 제2 코팅층을 마련하는 단계를 포함하며,
   상기 제1 코팅층의 피막제는,
   순수를 처리조에 체운 후, 피막제를 투입해 고형분을 물로 희석하면서 처리조에 투입하며, 순수를 보충하여 처리조 수위를 맞추는 단계를 포함하는 방법으로 제조하고,
   상기 제2 코팅층의 복합수지 조성물은,
   아라미드와 전기절연성 보유 및 내충격성이 우수한 물질과 내음극박리특성을 보유한 열경화성수지인 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조된,
   아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 코팅층의 피막제는, 아민(Amine)계열 폴리머(Polymer)성분으로, 고형분이 11∼19%인 폴리머를 농도가 8∼11%가 되도록 혼합하여 제조하고 스프레이 또는 유동침적방법 중 어느 하나의 방법으로 제조된,
   아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 코팅층의 피막제는,
   순수를 처리조에 40%를 체운 후, 피막제를 310∼350kg 투입해 고형분 4∼6%가 되도록 물로 희석하면서 처리조에 투입하며, 순수를 보충하여 처리조 수위를 1,000ℓ에 맞추는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관의 제조방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 코팅층의 복합수지 조성물은, 메타 아라미드(Meta Aramid)와 파라 아라미드(Para Aramid) 중 어느 하나로 구성되고, 방향족 폴리아미드로써 우수한 고 내열성을 갖는 아라미드는 열경화성수지인 에폭시 분체를 활성화물질 중량비 8∼11% 와, 에폭시 중량비 89∼92%로 동등한 분체혼합 믹서를 활용하여 활성화물질의 아라미드와 에폭시 분체를 균일하게 입도분포를 만들어 유동침적방법과 스프레이방법 중 어느 하나의 방법으로 제조된,
   아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관의 제조방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 코팅층에 접착력을 보유한 접착성 폴리에틸렌으로 제3 코팅층을 코팅하는 방법으로 제조된,
   아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관의 제조방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제3 코팅층에 선형저밀도폴리에틸렌으로 제4 코팅층을 코팅하여 내식성, 내구성 및 내충격성이 우수한 다층 코팅강관을 제공하는 방법으로 제조된,
   아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관의 제조방법.
   
7. 제 1항에 기재된 제조방법에 의하여 제조된,
   아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관.
   
8. 강관의 외측에 금속과의 접착력 및 도료층과의 접착력이 우수한 아민계 폴리머로 이루어진 코팅하지용 피막제를 도포하는 제1 코팅층과,
   상기 제1 코팅층의 외측에 방향족 아라미드와 에폭시 분체를 혼합 적용하여 조성한 복합수지 조성물을 코팅하는 제2 코팅층과,
   상기 제2 코팅층의 외측에 접착성 폴리에틸렌을 코팅하는 제3 코팅층과,
   상기 제3 코팅층의 외측에 선형 저밀도폴리에틸렌을 코팅하는 제4 코팅층으로 이루어지는 다층 코팅강관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1 코팅층은 아민(Amine)계열 폴리머(Polymer)성분으로, 고형분이 11∼19%인 폴리머를 농도가 8∼11%가 되도록 혼합하여 제조한 피막제를 0.1∼5㎛ 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관.
   
10. 제 8항에 있어서,
    상기 제2 코팅층은 아라미드로 구성되고, 방향족 폴리아미드로써 우수한 고 내열성을 갖는 아라미드는 열경화성수지인 에폭시 분체를 활성화물질 중량비 8∼11% 와, 에폭시 중량비 89∼92%로 동등한 분체혼합 믹서를 활용하여 활성화물질의 아라미드와 에폭시 분체를 균일하게 입도분포를 만들어 60∼200㎛의 두께로 코팅하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 제3 코팅층은 접착성 폴리에틸렌을 피복하고,
    상기 제4 코팅층은 선형저밀도 폴리에틸렌을 피복하여 강관의 외측에 4층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관.
    
12. 제 10항에 있어서,
    상기 아라미드는 메타 아라미드(Meta Aramid)와 파라 아라미드(Para Aramid) 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 아민계 폴리머 피막처리 후 방향족 아라미드가 함유된 복합 강관.

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