KR102082958B1 - 경제성이 우수한 용융아연도금 부분방지제 및 이의 제조방법 - Google Patents

경제성이 우수한 용융아연도금 부분방지제 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 용융아연도금 부분방지제는, Polyester diol이 혼합 교반된 Toluene에 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate) 및 DMBA(Dimethylol butanoic acid를 차례로 반응시켜 제조된 바인더에, 탄산칼슘과 이산화티타늄, 알루미늄 옥사이드 및 암모늄 폴리포스페이트를 포함하는 무기 필러가 혼합 분산된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종전 기술 대비 저가의 소재를 적용하여 경제적으로 이용 가능토록 함으로써 산업상 이용가능성을 더욱 높이는 효과가 있다. 또한, 용융아연도금 시 단순한 평판뿐만 아니라 나사산이 있는 볼트 등 구조가 복잡한 부품에서도 효율적으로 도금이 방지되는 효과를 갖는다.

Description

경제성이 우수한 용융아연도금 부분방지제 및 이의 제조방법{A partial inhibitor of hot dip galvanizing and manufacturing method thereof}
본 발명은 용융아연도금 부분방지제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융아연도금 시, 피도금체에서 용접이 필요한 부분에 아연이 도금되는 것을 방지하기 위해 해당 부위에 도포하는 방식으로 적용되는 경제적인 도금방지용 도포제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
철강재를 대기중에 두면, 산화되어 녹이 발생하기 때문에 이를 방지하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다.
이 때, 철강재에 녹이 발생하는 것을 방지하기 위한 기술 중 하나가 아연용융도금으로, 아연용융도금은 아연을 녹인 조에 철강재를 담그는 공정을 의미하며, 아연용융도금이 되어 아연도금층과 철강재를 가진 아연도금철강이라고 부르기도 한다. 아연도금강판의 문제점 중 하나는 아연도금이 되어 있는 상태에서 용접을 할 경우 작업자가 용접 작업을 하기 곤란한 정도의 매우 유독한 가스와 냄새가 발생하여 인체에 유해하며 아연의 비등점이 낮아 제품의 용접불량이 높아지게 되는 점이 대두되었다.
이러한 문제점으로 인해 종래에는 용접할 부분을 그라인더로 아연이 도금된 부분을 벗겨내어 사용하고 있으나 이 자체가 비용과 공수가 많이 드는 작업공정이며 플랜지처럼 정밀가공 제품에 대해서는 적용할 수가 없는 공정이다.
또한, 아연도금철강의 용접이 수행될 부위의 아연도금층을 박리하기 위한 다른 방법으로, 아연도금철강의 철강재와 아연도금층 사이에 테이프나 페인트의 중간층을 두어 중간층에 도금된 아연도금층을 간편하게 벗겨내서 박리하는 방법이 있는데, 이는 아연도금철강을 제조할 때, 철강재를 아연을 녹인 조에 담그는 공정에서 중간층을 이루고 있던 테이프나 페인트가 아연을 녹인 조의 온도(약 430 내지 500도)를 견디지 못하고 철강재에서 분리되거나 분해되어버리는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한국등록특허 제10-0956026호는 아연도금강판의 레이저 용접방법에 있어서, 상호 겹치기 용접할 각각의 아연도금강판 상에 그 용접선을 따라 전도용접구간의 레이저빔으로 아연도금층을 태워서 제거하여 도금제거면을 형성하는 제1단계, 상기 각 아연도금강판의 도금제거면이 서로 대응하도록 각각의 아연도금강판을 겹쳐서 지그상에 로딩하는 제2단계, 상기 제2단계에서 서로 겹쳐진 아연도금강판의 그 용접선을 따라 키홀용접구간의 레이저빔으로 레이저 용접작업을 진행하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아연도금강판의 레이저 용접방법을 개시하였다.
그러나 종래기술은 아연도금강판의 용접이 수행될 부위의 아연도금층을 레이저빔으로 태워서 박리함으로써, 아연도금강판의 용접이 수행될 부위의 철강재에 아연도금층이 태워진 부산물이 존재하여 이러한 부산물을 제거하는 공정이 더 수행되어야 되는 문제점이 있었다.
또한 Polycarbonate계 우레탄 바인더에 Polytetrafluoroethylene 및 Molybdenum Disulphide계 합성물을 이형제로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법이 제시되었다. 하지만 이경우 Polytetrafluoroethylene 및 Molybdenum Disulphide는 대단히 고가의 원재료로 대중적으로 사용하기에 곤란하며 볼트 및 복합성형물의 경우 도금방지율이 낮은 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0956026호 (2010.04.27.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 용융아연도금 시, 용접부에 도금을 방지할 수 있는 도포제 형태의 도금방지제 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히 본 출원인의 종전 기술과 대비하여, 평판뿐만 아니라 나사산이 있는 볼트 등 구조가 복잡한 부품에서도 도금방지효과가 높은 도금방지제를 제공한다.
또한 저가의 원료를 적용하여 경제적으로 활용되도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 용융아연도금 부분방지제 제조방법은, Polyester계 우레탄 바인더를 제조하는 제 1 단계; 상기 바인더와 탄산칼슘과 이산화티타늄 및 알루미늄 옥사이드를 포함하는 무기 필러를 혼합하는 제 2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때 상기 무기 필러는, 비할로겐계 난연제인 암모늄 폴리포스페이트를 추가로 포함하여, 용융아연조 침적시 순간적인 발화 발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 단계는, Toluene에 Polyester diol을 투입 후 교반하는 제 1-1 단계; 상기 제 1-1 단계의 혼합물에 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate)를 투입하여 프리폴리머 반응시키는 제 1-2 단계; 상기 제 1-2 단계의 혼합물에 DMBA(Dimethylol butanoic acid를 투입하여 교차폴리머 반응시키는 제 1-3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 제 2 단계는, 상기 바인더 제1 중량과 상기 무기 필러를 혼합한 후 분산시켜 분산액을 제조하는 제 2-1 단계와, 상기 분산액에 상기 바인더 제2 중량과 용매를 추가하여 혼합한 후 분산시켜 용융아연도금 부분방지제를 제조하는 2-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 용융아연도금 부분방지제는, Polyester diol이 혼합 교반된 Toluene에 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate) 및 DMBA(Dimethylol butanoic acid를 차례로 반응시켜 제조된 바인더에, 탄산칼슘과 이산화티타늄, 알루미늄 옥사이드 및 암모늄 폴리포스페이트를 포함하는 무기 필러가 혼합 분산된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 용융아연도금 부분방지제 및 이의 제조방법은, 종전 기술 대비 저가의 소재를 적용하여 경제적으로 이용 가능토록 함으로써 산업상 이용가능성을 더욱 높이는 효과가 있다.
또한, 용융아연도금 시 단순한 평판뿐만 아니라 나사산이 있는 볼트 등 구조가 복잡한 부품에서도 효율적으로 도금이 방지되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 용융아연도금 부분방지제 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용융아연도금 부분방지제 제조방법의 각 단계를 구체적으로 나타낸 상세 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 용융아연도금 부분방지제는, Polyester diol이 혼합 교반된 Toluene에 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate) 및 DMBA(Dimethylol butanoic acid를 차례로 반응시켜 제조된 바인더에, 탄산칼슘과 이산화티타늄, 알루미늄 옥사이드 및 암모늄 폴리포스페이트를 포함하는 무기 필러가 혼합 분산된 형태로 제공된다.
상기 용융아연도금 부분방지제의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 바인더를 제조하는 제 1 단계(S10) 및 상기 바인더와 이형제를 혼합하는 제 2 단계(S20)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 제 1 단계(S10)에서는, 금속에 대한 부착력과 이형물질에 대한 고정화 능력을 최대한 증가시키기 위하여 우레탄 바인더를 합성한다.
본 발명의 상기 바인더는, 금속과의 부착성이 뛰어나야 하고, 고체 이형물질에 대한 고정화능력을 최대화해야하며, 산세척과정에서 변화가 없어야 한다. 상술한 물성을 만족시키기 위하여 본 발명에서 적용한 폴리올은 아래 [화학식 1]의 폴리에스테르계이며, 이소시아네이트는 아래 [화학식 2]를 가지는 4,4,'-methylendiisocyanate가 적용되었고, 금속과의 부착성 증진을 위하여 DMBA(Dimethyolbutanoicacid)를 병용하였다.
[화학식 1]
Figure 112019010978010-pat00001
[화학식 2]
Figure 112019010978010-pat00002
구체적으로, 상기 제 1 단계(S10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1-1 단계(S11) 내지 제 1-3 단계(S13)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 제 1-1 단계(S11)는, Toluene에 고체의 Polyester diol을 투입 후 교반하여 용해하는 단계이다.
구체적으로, 상기 제 1-1 단계(S11)에서는, 환류냉각기가 설치된 반응기를 이용하여 상기 Toluene 및 Polyester diol을 교반한다. 이 때 상기 Toluene은 용제로 사용되고 고형분인 상기 Polyester diol을 점차적으로 투입하며 교반을 실시한다.
이 때 상기 Polyester diol은 고형분으로서 전체 중량 대비 30 내지 40wt%를 갖는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는, 상기 Toluene 64wt%와 Polyester diol 36wt%가 되도록 한다.
다음으로, 상기 제 1-2 단계(S12)는, 상기 제 1-1 단계(S11)의 혼합물에 Methylene diphenyl diisocyanate(MDI)를 투입하여 프리폴리머 형태로 반응시킨다. 상기 Methylene diphenyl diisocyanate는 이하에서 MDI로 언급한다.
구체적으로, 용제에 교반시킨 상기 Polyester diol 1mol에 대하여 상기 MDI 1.5mol을 투입하면 반응열에 의해 온도가 상승된다. 80~85℃를 50분~70분 동안 유지하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 프리폴리머 반응이 효과적으로 충분히 진행될 수 있다.
다음으로, 상기 제 1-3 단계(S13)는, 상기 제 1-2 단계(S12)의 혼합물에 Dimethylol butanoic acid(DMBA)를 투입하여 교차폴리머 형태로 반응시킴으로써 최종적인 바인더를 제조한다. 상기 Dimethylol butanoic acid는 이하에서 DMBA로 언급한다.
구체적으로, 상기 제 1-3 단계(S13)는, 상기 프리폴리머에 상기 DMBA를 반응시켜 교차 폴리머를 형성하는데, 이 때 상기 DMBA는 상기 Polyester diol 1mol에 대하여 0.5mol을 적용하는 것이 바람직하며, 80~85℃에서 4시간 반응시킨다. 상기 제 1-3 단계(S13)에서는 선택적으로, 상기 MDI를 추가로 소량 투입하며 반응이 완결되도록 유도할 수 있다.
상기 제 1-1 단계(S11) 내지 제 1-3 단계(S13)를 통해 [화학식 3]과 같은 Polyester diol계 우레탄이 합성되고, 이는 바인더로서 적합한 물성을 갖는다. 이 때 상기 바인더는, 고형분 34%, 점도 1500 CPS/25℃로 형성되는 것이 유리하다.
[화학식 3]
Figure 112019010978010-pat00003
다음으로, 상기 제 2 단계(S20)는, 상기 제 1 단계(S10)에서 합성된 Polyester계 우레탄 바인더에 무기 필러를 혼합한다.
이 때 상기 무기 필러는, 기본적으로 탄산칼슘과 이산화티타늄 및 알루미늄 옥사이드를 포함하도록 구성되며, 각 물질들의 중량비는 필요에 따라 다양하게 적용할 수 있음은 물론이다.
탄산칼슘은 탄산염 광물을 파,분쇄하여 얻어지는 중질 탄산칼슘과 화학적 침전반응을 통해 얻어지는 경질 (침강성)탄산칼슘으로 분리되며 물리적 성질과 가공성 및 단가가 저렴하여 플라스틱 가공 산업 및 화학공업에 널리 사용되고 있다. 본 발명에서는 원가 경쟁력 재고를 위하여 침강성 탄산칼슘을 적용하였다.
TiO2로 표현되는 이산화티타늄은 자외선 차단제 및 화장품 등으로 쓰이며 흰색의 도료로서 널리 쓰인다. 은폐력이 크고, 거의 모든 용매에 녹지 않으며 매우 안정한 물질이다. 알루미늄 옥사이드는 2,072도의 높은 녹는점을 가지는 물질로서 비교적 저가로 유통된다.
추가적으로, 상기 무기 필러는 용융아연조 침적 시 순간적인 발화 발생을 방지하기 위하여 비할로겐계 난연제인 암모늄 폴리포스페이트를 포함할 수 있다. 즉, 상기 암모늄 폴리포스페이트를 포함함으로써, 용융아연조에 침적시 용융아연도금 방지제 피막이 순간적으로 발화되어 도금하고자 하는 부위의 아연층이 검게 그을리는 현상을 방지할 수 있어 더욱 안정적으로 적용할 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 제 2 단계(S20)는 상기 무기 필러를 상기 바인더에 안정적으로 혼합 분산 및 안착시키기 위하여, 두 단계로 구분하여 분산을 실시한다.
제 2-1 단계는 상기 바인더 제1 중량과 상기 무기 필러를 혼합한 후 분산시켜 분산액을 제조하는 단계이고, 제 2-2 단계는 상기 분산액에 상기 바인더 제2 중량과 용매를 추가하여 혼합한 후 분산시켜 최종적으로 용융아연도금 부분방지제를 제조하는 단계이다. 이 때 각 단계는 0.3 내지 0.5mm의 지르코니아 비드를 활용하여 2시간 가량 나노밀링 방식으로 혼합시킴으로써 분산효율을 더욱 극대화시키는 것이 바람직하다.
상기 각 단계에서의 조성비를 설명하면, 상기 제 2-1 단계에서는 전체 100wt%대하여 ① 제 1 단계에서 합성한 바인더 27.7wt%(제1 중량)와 ② 상기 탄산칼슘과 이산화티타늄, 알루미늄 옥사이드 및 암모늄 폴리포스페이트를 포함하는 무기 필러 50wt%, ③ 분산액 2wt% 및 ④ 용매(바람직하게는 Xylene) 20.3wt%를 혼합하여 적용한다.
그 다음, 상기 제 2-2 단계에서는 ① 상기 제 2-1 단계에서 혼합 분산된 분산액 62wt%와 ② 제 1 단계에서 합성한 바인더 32.6wt%(제2 중량), ③ 용매(바람직하게는 Xylene) 5.2wt%, ④ 소포제 0.1wt% 및 ⑤ 레벨링제 0.1wt%를 혼합하여 적용한다.
상기 조성비는 각 물질들의 물리적, 화학적 특성을 고려하여 본 출원인이 수행한 다수의 실험을 통해 산출된 것으로, 필요에 따라 일정 수준의 가감이 가능함은 물론이다. 또한, 상기 분산제, 소포제, 레벨링제의 종류 및 중량비는 선택적으로 요구되는 물성특성에 따라 제어될 수 있다.
상술한 과정을 통해 생성된 용융아연도금 부분방지제 시제품의 물성 테스트를 진행한 결과를 아래 표에 나타내었다.
항목 목표치 측정치 비고
점도 2,000이하 1,500
고형분 50%이상 50.1 110*3Hr
내산성 양호 양호 25% 10min
부착성 양호 양호 ASTM D3359
상기 표에 기재된 바와 같이, 본 발명의 용융아연도금 부분방지제는 점도, 고형분, 내산성, 부착성 부문에서 모두 목표치 이상의 측정치를 나타내어, 실제 현장 적용 시 효과적으로 작용할 수 있음이 증명되었다. 또한, 내열성이 강한 저가의 무기 필러를 적용함으로써 제조 단가를 낮출 수 있어 산업상 이용가능성이 극대화될 것으로 기대된다.
본 발명에 따른 용융아연도금 부분방지제 및 이의 제조방법에 대한 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
S10: 제 1 단계
S11: 제 1-1 단계
S12: 제 1-2 단계
S13: 제 1-3 단계
S20: 제 2 단계
S21: 제 2-1 단계
S22: 제 2-2 단계

Claims (5)

  1. Polyester계 우레탄 바인더를 제조하는 제 1 단계;
    상기 바인더에 탄산칼슘과 이산화티타늄 및 알루미늄 옥사이드를 포함하는 무기 필러를 혼합하는 제 2 단계;를 포함하되,
    상기 제 1 단계는,
    64wt%의 Toluene에 36wt%의 Polyester diol을 투입 후 교반하는 제 1-1 단계와, 상기 제 1-1 단계의 혼합물에 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate)를 투입함에 따른 반응열로 온도를 80 내지 85℃로 상승시켜 50 내지 70분간 유지하여 프리폴리머 형태로 반응시키는 제 1-2 단계 및, 상기 제 1-2 단계의 혼합물에 DMBA(Dimethylol butanoic acid를 투입함에 따른 반응열로 온도를 80 내지 85℃로 상승시켜 4시간동안 교차폴리머 형태로 반응시키는 제 1-3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융아연도금 부분방지제 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 필러는,
    비할로겐계 난연제인 암모늄 폴리포스페이트를 추가로 포함하여, 용융아연조 침적시 순간적인 발화 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는, 용융아연도금 부분방지제 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    전체 100wt%에 대하여, 27.7wt%의 상기 바인더와, 50wt%의 상기 무기 필러 및, 20.3wt%의 용매를 포함한 재료를 혼합한 후 분산시켜 분산액을 제조하는 제 2-1 단계와,
    전체 100wt%에 대하여, 62wt%의 상기 분산액과, 32.6wt%의 상기 바인더 및, 5.2wt%의 용매를 포함한 재료를 혼합한 후 분산시켜 용융아연도금 부분방지제를 제조하는 2-2 단계를 포함하되,
    상기 제 2-1 단계와 상기 제 2-2 단계의 분산은,
    0.3 내지 0.5mm 의 지르코니아 비드를 활용하여 2시간동안 나노밀링 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 용융아연도금 부분방지제 제조방법.
  5. 삭제
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