KR102156906B1 - 방청 피막 - Google Patents

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Abstract

방청 피막에 대한 것으로, 철강 소재 표면에 위치하는 제1 피막 및 제1 피막 상에 위치하는 제2 피막을 포함하고, 상기 제1 피막은, 알루미늄 입자, 아연 입자, 및 무기 실리케이트 용매를 포함하는 제1 도료를 포함하고, 상기 제2 피막은, 나트륨-실리케이트계 제2 도료를 포함하는 것인 방청 피막을 제공할 수 있다.

Description

방청 피막 {ANTI-CORROSION COATING LAYER}
방청 피막에 대한 것이다.
일반적인 황산, 염산등 내산 분위기에서는 철강소재 보호를 위한 여러 코팅방법이 많이 쓰이고 있다.
주로 내산 유기코팅이 많이 쓰이고 있다. 테프론성분의 코팅이나 에폭시 코팅등이 주로 사용한다. 이러한 분야는 지금까지 수많은 연구가 이루어지고 있으며, 많은 기술이 상업화 되어 있다.
고온 분위기에서 철강소재를 보호하기 위한 코팅은 용사코팅, 무기코팅 등이 사용되고 있다. 그러나 고온 분위기와 내산 분위기가 합쳐진 고온-습식-내산 분위기에서의 철강소재의 부식 보호를 위한 방법은 매우 제한적이다.
모든 유기코팅은 고온에서 방식성능을 장기간 발휘하기가 힘들다.
고온에서 장기간 코팅막 형성이 가능한 고내후성 방청도료 등 무기코팅은 습식분위기에서 내산성능이 취약하다.
철강소재 대신 Cr, Ni계 합금 내식강을 사용하는 경우도 있으나 고가이고 용접 등 가공방법이 어려워 활용이 제한적이다.
또한 내식 재료를 녹여서 코팅하는 용사 코팅법이 있으나 고가의 장비가 필요하고 고온의 열이 필요하여 공정이 복잡하다.
선행문헌: 공개특허공보 제10-1981-0000661호(1981.06.16.)
따라서 본 발명자는 상온에서 스프레이 또는 붓칠이 가능하고 고온-습식-내산 분위기에서 철강소재를 부식으로부터 용이하게 보호할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 철강 소재 표면에 위치하는 제1 피막 및 제1 피막 상에 위치하는 제2 피막을 포함하고, 상기 제1 피막은, 알루미늄 입자, 아연 입자, 및 무기 실리케이트 용매를 포함하는 제1 도료를 포함하고, 상기 제2 피막은, 나트륨-실리케이트계 제2 도료를 포함하는 것인 방청 피막을 제공한다.
상기 제1 도료는, 알루미늄 입자 및 아연 입자를 포함하는 안료와 용매의 혼합비가 중량비로 70 : 30~90 : 10(안료:용매)일 수 있다.
상기 제1 도료는, 체질 안료를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 도료에서, 아연 입자 및 알루미늄 입자의 혼합비가 중량비로, 아연 입자 : 알루미늄 입자 = 80 : 20~60 : 40일 수 있다.
상기 제1 피막의 두께는 5-200㎛일 수 있다.
상기 제2 도료에서, 고형분의 함량은 30-50중량%일 수 있다.
상기 제2 도료에서, 상기 나트륨-실리케이트의 함량은 60-70 중량% 일 수 있다.
상기 제2 피막의 두께는 1-10㎛일 수 있다.
고온, 습식, 산성 조건에서도 장기간 유지할 수 있는 방청 피막을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 및 제2 피막의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 피막의 SEM 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
열교환기 등의 철강소재를 부식으로부터 보호하기 위해서는 고농도의 황산, 염산 분위기에서 철강소재를 보호해야 하고 또한 고온에서 피막의 장기 내구성이 유지되어야 한다.
이를 위해 본 발명은 철강소재에 무기 방청피막 처리액(제1 피막) 및 나트륨-실리케이트 (Na- silicate) 수지계 방청피막 처리액(제2 피막)을 순차로 도포하여 도장피막을 형성시킬 수 있다.
이로 인해 고온 산성분위기에서 철강소재를 사용할 때 부식발생을 막아 우수한 내식성을 갖는 내산 피막처리방법을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 철강소재 표면에 아연, 알루미늄 주성분으로 하는 안료 및 용매로 조성되는 무기 방청피막 처리액을 도포하여 제1 피막을 형성하는 단계; 및 상기 제1 피막 상에 Na-Silicate 방청피막 처리액을 도포하여 제2 피막을 형성시키는 단계를 포함하는 방법으로 수행될 수 있다.
제1 피막
제1 피막의 안료는 구형의 아연입자와 알루미늄 입자의 혼합분말이고; 상기 아연입자와 알루미늄 입자의 혼합비가 중량비로 80 : 20 ~ 60 : 40이고; 상기 아연입자 : 알루미늄 입자 크기비가 1 : 2.0~4.0이고; 상기 알루미늄 입자 크기가 40㎛이하이고; 그리고 상기 용매가 무기 실리케이트(silicate)로 이루어진 고 내후성 방청도료이다.
통상의 무기 아연도료는 크게 안료와 용매로 이루어지고, 상기 안료는 아연분말과 체질안료를 함유하게 되는데, 이 체질안료는 반드시 함유되어야 하는 것은 아니며, 상기 용매는 무기계 실리케이트로 이루어지고, 여기에 첨가제가 첨가될 수 있다.
체질 안료에 대해서는 후술하도록 한다.
본 발명은 상기 무기 아연도료를 구성하는 안료성분 중 아연분말을 아연입자와 알루미늄 입자의 혼합분말로 대체시킨 것에 그 특징이 있는 것이다.
도료에 있어서 안료량이 너무 많은 경우에는 방청도막에 기공이 많아져 방청효과가 떨어지고, 너무 적은 경우에는 아연의 희생방식 보호작용이 떨어져 방청효과가 감소하게 된다.
따라서, 상기 안료와 용매의 혼합비는 중량비로 통상, 70 : 30~90 : 10일 수 있다.
또한, 상기 안료에 첨가될 수 있는 체질 안료는 도료의 무게 조정 및 내식성을 향상시키는 작용을 하는 것으로서, 그 첨가량은 통상, 안료의 중량에 대하여 30% 이하, 바람직하게는 10-20%이며, 그 첨가량이 30% 이상인 경우에는 아연입자량이 상대적으로 적어 아연희생방식 보호작용이 떨어지게 되어 방청효과가 떨어지게 된다.
상기 체질안료의 대표적인 것으로는 Si, CaCO3　및 Al2SiO3　등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 첨가할 수 있다.
또한, 상기 용매에 첨가될 수 있는 첨가제로는 염산 수용액 등을 들 수 있는데, 이들 첨가제는 산촉매작용에 의해 도막건조를 촉진시키는 작용을 하는 성분으로, 그 첨가량은 1.0% 이하, 바람직하게는 0.2~0.4%이며, 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 겔 상태가 되어 도장 작업성이 나빠진다.
또한, 아연입자(분말)의 크기는 10㎛ 이하, 바람직하게는 2.5~7.0㎛이다.
상기 알루미늄 입자(분말)의 크기가 40㎛ 이상이 되면. 일반적으로 도장시 도막두께가 50-75㎛ 정도이므로 알루미늄 입자 1개의 직경이 도막두께와 같아지므로 도막내에 알미늄과 아연입자들이 치밀하지 못하고, 또한 도장이 잘 안되는 문제점이 있기 때문에 알루미늄 입자 크기는 40㎛ 이하, 바람직하게는 10-30㎛으로 관리하는 것이다.
또한, 아연분말과 알미늄분말의 혼합비는 혼합분말 중 아연분말의 비가 너무 높으면 아연 부식생성물이 쉽게 도막밖으로 빠져 용해되어 나가고 아연분말의 비가 너무 적으면 희생방식 효과가 적으므로 아연분말 : 알미늄분말은 중량비로 80 : 20~60 : 40으로 관리하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 아연분말 : 알미늄분말 크기비는 1 : 2~4로 선정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 고 내후성 방청도료의 방식원리를 설명하면 다음과 같다.
종래의 무기 아연도료가 심한 부식성 환경에서 아연의 희생방식작용으로 아연이 부식되어 아연부식생성물이 형성되면 도막이 파괴되어 더 이상의 방식작용을 못하는 것과는 달리 본 발명의 방청도료는 내식성과 전기전도도가 우수하고 아연분말 대비 입자크기가 2-4배인 알루미늄 분말을 첨가, 혼합함으로써 알루미늄 분말 사이에 아연입자가 골고루 존재하게 되므로 아연의 희생방식작용으로 생성되는 아연부식생성물이 밖으로 용해되어 빠져나오지 못하고 알루미늄 입자 사이에 축적되어 기공을 메구는 씰링(sealing) 작용을 하여 시간이 갈수록 도막이 더욱더 치밀하여져 장기 방식성능을 나타낸다.
따라서 본 발명 무기 아연-알루미늄 분말 혼합계 도료는 조기 방식원리는 아연의 희생방식작용이고 장기 방식원리는 알루미늄 입자 사이에 아연부식 생성물이 촉적되어 나타나는 씰링효과로 각종 부식성 인자들을 차란하는 보호막 역할임을 알 수 있다.
붓이나 스프레이 도장으로 5~200㎛ 미터의 두께로 도장하는 것이 좋다. 너무 얇으면 절대량이 부족해서 성능을 발휘하지 못하고 너무 두께우면 건조 시 내부 크랙이 발생할 수 있다.
제2 피막
제1층 피막을 형성한 후 그 위에 제2 피막을 형성할 수 있다.
구체적으로 도장액인 Na-silicate 계 처리액을 도포하여 제2 피막을 형성할 수 있다. Na-silicate계 처리액은 고형분이 30-50중량% (바람직하게는 43±2 중량%)이고, 용매는 물로 이루어 질 수 있다.
두께 1~10㎛의 박막으로 칠하는 것이 바람직하다. 과하게 도장시 응축력으로 마른진흙 크랙과 같은 (mud crack) 도막 갈라짐이 발생한다.
상기 도장액은 추가적으로 pH 조절제, 소포제, 증점제, 방청제, 방부제 등의 첨가제를 포함할 수 있다.
첨가제 성분 중 소포제는 표면장력을 낮추어 파포성을 높이며 공극에 상도도료가 습윤이 잘되게 도와주는 역할을 한다.
표면장력이 낮아지면서 기포의 표면이 더욱 잘 흩어지고 이는 결국 좁은 공간에 잘 흘러들어가는 기능을 하여 공극으로의 습윤성이 개선될 수 있다.
첨가제 성분 중 증점제는 혼합물의 균일성을 유지시키는데 사용되는 것으로 기타 첨가제의 뭉침을 방지하여 상도 물성을 일관 대게 유지하여 미도장 부분을 최소화 할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
통상적으로 열교환기 소재 부식실험은 한국전력 등에서 내산환경을 모사하는 방법으로 수행하였다.
Green death solution 부식용액 : Green death solution (27.5wt% H2SO4 + 0.36wt% HCl)
시험온도 및 시간 : 70℃ x 1hr
침적실험 조건 준용 (ASTM G31-72)
제1 피막 처리액은 하기 표 1과 같은 성분으로 준비하였다.
구분 성분 Zn:Al =
70:30		 Zn:Al =
80:20		 Zn:Al =
60:40
안료 중량 아연분말 62.19중량% 71.07 중량% 53.3 중량%
알루미늄 분말 26.65 중량% 17.77 중량% 35.54 중량%
체질안료 11.16 중량% 11.16 중량% 11.16 중량%
건조도막 중
안료용매 함량		 안료 (고형분 중 안료분 중량) 85.31 중량% 90 중량% 90 중량%
용매(고형분 중 수지분 중량) 14.69 중량% 10 중량% 10 중량%
제2 피막 처리액은 하기 표 2와 같은 성분으로 준비하였다.
물질명 구성비
Na-silicate(원료) 60~70중량%
증류수 25~35 중량%
pH조절제 0~0.2 중량%
소포제 0.2~1.0 중량%
증점제 0.2~1.0 중량%
방청제　 0.5~1.0 중량%
방부제 0~0.5 중량%
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 피막의 SEM 사진이다. 공극 내 입자들이 균일하게 위치하여 기공이 거의 없는 것을 알 수 있다.
실험예
다음과 같은 시편에 피막을 형성한 후 부식 실험을 수행하였다.
도료 성분 발명도장계1 발명도장계2 비교제 1 비교제2
시편설명 제 1층용 무기 방청피막처리액+ 제2층 Na-silicate
스프레이도장		 제 1층용 무기 방청피막처리액+ 제2층 Na-silicate
붓도장		 고질소 스텐레스 강 일반탄소강
침적실험 결과 표면 균일 표면 균일 심한 부식 심한부식
발명 도장계를 사용한 2개의 샘들은 침적 실험 결과 부식이 발생하지 않고 균일한 표면을 보였다.
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 (8)

  1. 철강 소재 표면에 위치하는 제1 피막 및 제1 피막 상에 위치하는 제2 피막을 포함하고,
    상기 제1 피막은, 알루미늄 입자, 아연 입자, 및 무기 실리케이트 용매를 포함하는 제1 도료를 포함하고,
    상기 제2 피막은, 나트륨-실리케이트계 제2 도료를 포함하고,
    상기 제1 도료에서, 아연 입자 및 알루미늄 입자의 혼합비가 중량비로, 아연 입자 : 알루미늄 입자 = 80 : 20 ~ 60 : 40 이고,
    상기 제1 도료는, 고형분 중 알루미늄 입자 및 아연 입자를 포함하는 안료분과 고형분 중 수지분의 혼합비가 중량비로 70 : 30 ~ 90 : 10(고형분 중 알루미늄 입자 및 아연 입자를 포함하는 안료분 : 고형분 중 수지분)이고,
    상기 알루미늄 입자, 및 아연 입자는 구형이고,
    상기 제2 도료에서,
    상기 나트륨-실리케이트의 함량은 60-70 중량%인 것인 방청 피막.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도료는, 체질 안료를 더 포함하는 것인 방청 피막.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피막의 두께는 5-200㎛인 것인 방청 피막.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도료에서,
    고형분의 함량은 30-50중량%인 것인 방청 피막.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피막의 두께는 1-10㎛인 것인 방청 피막.

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