KR102164564B1 - 불소 함유 강재 코팅제 조성물 및 이를 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법 - Google Patents

불소 함유 강재 코팅제 조성물 및 이를 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강 구조물(steel structures)의 보호 코팅을 위한 불소 함유 강재 코팅제 조성물에 있어서, 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올, 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA), 황산바륨, 알릴 이소티오시아네이트, 디메틸카보네이트, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 주제와; 중합성 이소시아네이트, 디메틸카보네이트, 첨가제 및 희석제를 혼합한 경화제를 혼합하여 이루어지고, 상기 주제와 경화제가 부피 기준으로 1:1 내지 5:1의 비율로 혼합되는 것이고; 상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올은 전체 폴리올의 55 내지 100 중량% 불소계 폴리올을 포함하는 것이고, 상기 불소계 폴리올은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 사용하여, 강 구조물의 표면을 보호하는 기능과 더불어 피도면과의 접착성과 내구성이 우수하고, 특히, 내화학성, 방수성, 염해 저항성, 내부식성, 내후성, 표면 강도, 내오염성 향상 효과를 갖는 불소 함유 강재 코팅제 조성물 및 이를 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112020094328394-pat00006

상기 식에서,
x는 3 내지 50이고;
Rf는 CF3, C2F5, CH2CF3 또는 CH2CF2CF3인 것이고;
R1은 -H, -CH3, -C2-C7 저급 알킬 또는 아릴임.

Description

불소 함유 강재 코팅제 조성물 및 이를 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법{FLUORINE-CONTAINING STEEL COATING COMPOSITION AND PROTECTION COATING METHOD FOR SURFACE OF STEEL STRUCTURES USING THE SAME}
본 발명은 강 구조물의 표면을 보호하는 기능과 더불어 피도면과의 접착성과 내구성이 우수하고, 특히, 내화학성, 방수성, 염해 저항성, 내부식성, 내후성, 표면 강도, 내오염성 향상 효과를 갖는 불소 함유 강재 코팅제 조성물 및 이를 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법에 관한 것이다.
강 구조물에서 발생하는 녹은 강 구조물의 내구성 저하의 주된 요인이며, 가공된 금속이 자연계의 안정한 산화 화합물(원광석) 상태로 되돌아가려는 과정이다. 이러한 녹은 금속 표면에 녹 발생요인이 부착되어 발생하며, 이것은 수분이 금속의 산화 피막의 결정부분에 침투하여 금속을 용해시키고 수분에 용해된 산소가 금속을 산화시켜 발생한다. 또한, 철골에 도포된 도막의 부식은 주로 도막의 노화에 의한 경우가 많고, 그 노화는 매우 다양한 인자에 의존하기 때문에 복잡하게 진행된다. 그중에서도 특히 상기 구조물들이 해수환경에 노출되었을 경우, 해수에 포함된 NaCl 성분(염분)은 가장 대표적으로 도막 부식의 원인이 될 뿐 아니라, 다른 노화작용을 촉진하기도 한다. 또한, 강재 부식을 촉진시키는 주된 영향 인자는 환경적인 요인으로서 대기 중의 오염 물질인 아황산가스(SO2), 황화수소(H2S), 해염 입자, 기상 인자인 온도 및 습도는 일반적으로 부식을 촉진시킨다.
이러한 강 구조물의 내구성 약화를 방지하기 위한 방법으로는 강 구조물의 표면에 흡수방지제 또는 코팅액을 도포하는 방법이 사용된다. 상기 흡수방지제를 사용하는 방법은 파라핀계 탄화수소 화합물 또는 지방산계 유지로 이루어진 흡수방지제를 사용하여왔으나 침투 깊이 확보가 용이치 않고 내구성 개선에 효과가 크지 않았다. 다른 방법으로 실리콘계 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올나 오일을 유기용제에 희석하여 제조된 발수제 또는 흡수방지제를 사용하였으나 용제의 특성상 유동적이어서 공해문제와 인체에 대한 악영향으로 인해 현재는 그 사용이 제한되고 있는 상황이다. 또한, 상기 코팅액으로는 기존에 아크릴계 수지 계열의 폴리머에 충전재를 혼합하여 사용해 왔는데, 모재인 강 구조물에 대한 부착 강도나 내구성, 압축강도 등의 물성 면에서 충분하지 못한 면이 있었다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-0937632호 등에서는 기존의 도료 조성물이 오염에 대한 저항성이 떨어지는 것을 해결하기 위하여 도막 표면에 대전 방지성 및 먼지 부착 방지성이 우수한 불소계 계면활성제를 첨가함으로써 내오염성과 함께 내약품성, 내곰팡이성을 향상시키는 코팅제에 관한 기술을 제안한 바 있다.
그러나 종래의 코팅제는 부착강도 면에서는 일부 진보된 면이 있으나, 내구성, 내화학성이 다소 부족하고 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 더욱 개선될 필요가 있었으며, 또한, 산성 환경에서의 내부식성 증대 기술과 관련해서는 추가 기술 개발의 필요성이 큰 상황이었다.
대한민국 등록특허 제10-0937632호 대한민국 등록특허 제10-1458744호 대한민국 등록특허 제10-1574685호 대한민국 등록특허 제10-1687672호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현 예는 강 구조물의 표면을 보호하는 기능과 더불어 피도면과의 접착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수하며, 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 내후성, 표면 강도, 내오염성 향상 효과를 갖는 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현 예는 강 구조물(steel structures)의 보호 코팅을 위한 불소 함유 강재 코팅제 조성물에 있어서, 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올, 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA), 황산바륨, 알릴 이소티오시아네이트, 디메틸카보네이트, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 주제와; 중합성 이소시아네이트, 디메틸카보네이트, 첨가제 및 희석제를 혼합한 경화제를 혼합하여 이루어지고, 상기 주제와 경화제가 부피 기준으로 1:1 내지 5:1의 비율로 혼합되는 것이고; 상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올은 전체 폴리올의 55 내지 100 중량% 불소계 폴리올을 포함하는 것이고, 상기 불소계 폴리올은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112020094328394-pat00001
상기 식에서,
x는 3 내지 50이고;
Rf는 CF3, C2F5, CH2CF3 또는 CH2CF2CF3인 것이고;
R1은 -H, -CH3, -C2-C7 저급 알킬 또는 아릴임.
상기 주제는 불화아파타이트를 더 포함하는 것이고; 상기 불화아파타이트는 베타형 인산삼칼슘과; 퍼플루오로데칼린, 메칠퍼플루오로부틸에텔, 메칠퍼플루오로이소부틸에텔 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 불소화합물을 1: 0.1 내지 1 중량비율로 혼합한 후; 상기 혼합물을 150 내지 170 ℃에서 5 내지 10 분간 유지하여 1단계 열처리한 후, 900 내지 1100℃로 상승시켜 10 내지 15 분간 유지하는 2단계 열처리하여 반응시킨 것을 사용할 수 있다.
상기 주제는 모노칼슘포스페이트 디하이드레이트 및 히알루론산 나트륨을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 중합성 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트를 포함하고, 이소시아네이토기를 2개 이상 갖는 1종 이상의 이소시아네이트인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 본 발명의 일 구현 예에 따른 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법으로서, 표면처리장비를 사용하여 강 구조물 표면의 먼지, 녹, 페인트, 흑피 또는 이물질을 제거하면서 흡입기 등으로 흡입하여 바탕면을 처리하는 단계; 상기 처리된 표면에 상기 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하여 양생하는 단계; 및 양생된 후 표면 마감제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하는 단계를 포함하는 것이고;
상기 표면 마감제 조성물은 주제와 경화제를 중량비 1:0.01 내지 0.3 비율로 혼합하여 사용하는 것이고, 상기 주제는 불소개질된 아크릴폴리올 수지(Fluoro modified Acryl Polyol), 불화아파타이트, 세피올라이트, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 것이고; 상기 경화제는 1,6-디이소시아네이토헥산 단량체(1,6-Diisocyanatohexane homopolymer) 및 희석제를 혼합한 것인 강 구조물의 표면보호 도장방법을 제공한다.
상기 불소개질된 아크릴폴리올 수지는 2.2.2-트리플루오르에틸 아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl acrylate), 2.2.2-트리플루오르에틸 메타아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 공중합시켜 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 불소 함유 강재 코팅제 조성물은 강 구조물 피도면과의 부착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수한 효과가 있다. 특히, 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 내후성 및 표면 강도 향상 효과를 가져 강 구조물의 표면 보호 효과가 우수하고 그 효과가 장기간 유지될 수 있는 효과가 있다.
따라서 상기 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법에 의하면, 강 구조물, 강교량, 강상판, 도로 시설 구조물 등 강재로 이루어진 구조물의 열화 및 부식, 방식 등을 방지함과 아울러, 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 이하의 실시 예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현 예는 강 구조물(steel structures)의 보호 코팅을 위한 불소 함유 강재 코팅제 조성물에 있어서, 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올, 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA), 황산바륨, 알릴 이소티오시아네이트, 디메틸카보네이트, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 주제와; 중합성 이소시아네이트, 디메틸카보네이트, 첨가제 및 희석제를 혼합한 경화제를 혼합하여 이루어지고, 상기 주제와 경화제가 부피 기준으로 1:1 내지 5:1의 비율로 혼합되는 것이고; 상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올은 전체 폴리올의 55 내지 100 중량% 불소계 폴리올을 포함하는 것이고, 상기 불소계 폴리올은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112020094328394-pat00002
상기 식에서,
x는 3 내지 50이고;
Rf는 CF3, C2F5, CH2CF3 또는 CH2CF2CF3인 것이고;
R1은 -H, -CH3, -C2-C7 저급 알킬 또는 아릴임.
이러한 본 발명의 일 구현 예에 따른 불소 함유 강재 코팅제 조성물은 주제로서 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올 100 중량부에 대하여, 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA) 10 내지 30 중량부, 황산바륨 50 내지 100 중량부, 알릴 이소티오시아네이트 10 내지 30 중량부, 디메틸카보네이트 1 내지 10 중량부, 안료 10 내지 20 중량부, 첨가제 1 내지 10 중량부 및 희석제 10 내지 30 중량부를 혼합한 것을 사용하여, 강 구조물 피도면과의 부착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수한 효과가 있는 것이다. 특히, 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 내후성 및 표면 강도 향상 효과를 가져 강 구조물의 표면 보호 효과가 우수하고 그 효과가 장기간 유지될 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로 상기 주제에 포함되는 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올은 상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올은 전체 폴리올의 55 내지 100 중량% 불소계 폴리올을 포함하는 것이고, 상기 불소계 폴리올은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020094328394-pat00003
상기 식에서,
x는 3 내지 50이고;
Rf는 CF3, C2F5, CH2CF3 또는 CH2CF2CF3인 것이고;
R1은 -H, -CH3, -C2-C7 저급 알킬 또는 아릴임.
상기 본 발명에서 사용할 수 있는 폴리올은 당분야에 공지된 폴리올을 사용할 수 있는 바 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 상기 폴리올의 비제한적인 예를들면, 폴리에스테르디올, 폴리에테르디올, 폴리카보네이트디올, 폴리카프로락톤디올, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜등의 폴리알킬렌글리콜, 및 아크릴폴리올 등을 사용할 수 있다. 특히, 상기 폴리올은 상대적으로 경도나 인장강도가 높아 내구성을 더욱 개선할 수 있는 폴리카보네이트 디올, 폴리카프로락톤 디올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리올은 가교도를 조절하여 강 구조물 피도면과의 부착성과 방수성, 내구성을 조절할 수 있도록 트리올류를 더 포함할 수 있다. 이러한 상기 트리올은 트리메틸올프로판, 폴리카프로락탐 트리올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 트리올류는 전체 폴리올의 5 내지 30 중량% 의 범위로 포함되어 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 폴리올은 600 내지 6000의 분자량을 가지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 내지 3000의 분자량을 갖는 것을 사용하여, 강 구조물 피도면과의 부착성과 내구성을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 불소계 폴리올은 전체 폴리올의 55 내지 100 중량%의 범위로 포함됨으로써, 강 구조물 피도면과의 부착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수한 효과가 있는 것이다. 특히, 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 내후성 및 표면 강도 향상 효과를 가져 강 구조물의 표면 보호 효과가 우수하고 그 효과가 장기간 유지될 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적인 상기 불소계 폴리올은 상기 화학식 1로 표시되는 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA)는 상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올와 함께 사용되어, 강 구조물 피도면과의 부착성 및 방수성이 우수하고, 특히, 내후성, 내오염성, 내화학성, 염해 저항성, 내수성, 내화성, 내열성, 내약품성 등의 내구성이 매우 개선되는 효과가 있다. 상기 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA)는 상기한 효과 및 작업성을 고려하여, 상기한 함량 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 황산바륨은 충전성, 내충격성, 및 내열성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 황산바륨은 상기한 효과 및 작업성을 고려하여, 상기한 함량 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 알릴 이소티오시아네이트는 강재의 산화를 방지하고, 항균작용을 발휘함으로써, 내화학성 및 방청성을 매우 개선하기 위하여 사용된다. 상기 알릴 이소티오시아네이트는 상기한 효과 및 작업성을 고려하여, 상기한 함량 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 안료는 불소 함유 강재 코팅제 조성물에 색상을 부여하여 미관을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 안료는 이산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철, 산화크롬(Cr2O3), 자색 산화철, 흑색 산화철, 카본블랙, 황산바륨 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 주제는 불화아파타이트를 더 포함하여, 도막의 강도, 내화학성 및 내마모성과 이에 따른 내구성을 개선할 뿐만 아니라, 도막의 내부식성을 획기적으로 개선할 수 있다.
이러한 상기 불화아파타이트는 베타형 인산삼칼슘과; 퍼플루오로데칼린, 메칠퍼플루오로부틸에텔, 메칠퍼플루오로이소부틸에텔 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 불소화합물을 1: 0.1 내지 1 중량비율로 혼합한 후; 상기 혼합물을 150 내지 170 ℃에서 5 내지 10 분간 유지하여 1단계 열처리한 후, 900 내지 1100℃로 상승시켜 10 내지 15 분간 유지하는 2단계 열처리하여 반응시킨 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
이러한 상기 불화아파타이트는 상기한 효과, 작업성 및 경제성을 고려하여, 상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올 100 중량부에 대하여, 5 내지 10 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 주제는 점도 조절을 용이하게 하고, 접착강도를 더욱 개선하며, 내화학성을 매우 개선시키기 위하여, 모노칼슘포스페이트 디하이드레이트 및 히알루론산 나트륨을 더 포함하는 것일 수 있다.
이러한 상기 모노칼슘포스페이트 디하이드레이트는 상기한 효과 및 경제성을 고려하여, 상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올 100 중량부에 대하여, 1 내지 5 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 히알루론산 나트륨은 상기한 효과, 작업성 및 경제성을 고려하여, 상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올 100 중량부에 대하여, 1 내지 5 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 불소 함유 강재 코팅제 조성물은 경화제로서 중합성 이소시아네이트 100 중량부에 대하여, 디메틸카보네이트 1 내지 10 중량부, 첨가제 10 내지 20 중량부 및 희석제 30 내지 90 중량부를 혼합한 것을 사용하여, 강 구조물 피도면과의 부착성과 내구성이 우수하고, 특히 신률, 도막강도, 내충격성, 내마모성, 방청성, 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수한 효과가 있는 것이다. 특히, 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 내후성 및 표면 강도 향상 효과를 가져 강 구조물의 표면 보호 효과가 우수하고 그 효과가 장기간 유지될 수 있는 효과가 있다.
상기 중합성 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트를 포함하고, 이소시아네이토기를 2개 이상 갖는 1종 이상의 이소시아네이트인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있는 것이다.
상기 방향족 이소시아네이트는, 방향환에 2개 이상의 이소시아네이토기가 직접 결합한 이소시아네이트이며, 또한, 2량체, 3량체, 예비중합체를 포함할 수 있다. 구체적으로는, 톨릴렌디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트 등을 들 수 있고, 1종 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트를 80 내지 100중량％가 되는 양으로 포함한다.
보다 구체적으로 상기 방향족 이소시아네이트는, 톨릴렌디이소시아네이트를 포함하는 것이 바람직하고, 톨릴렌디이소시아네이트로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
상기 톨릴렌디이소시아네이트는, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트로부터 선택되는 1종 이상의 이소시아네이트이다. 톨릴렌디이소시아네이트로서는, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 또는 2,4-톨릴렌디이소시아네이트와 2,6-톨릴렌디이소시아네이트의 혼합물을 들 수 있다. 이러한 상기 톨릴렌디이소시아네이트는, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트를 [0093] 포함하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 2,4-톨릴렌디이소시아네이트 단독, 또는 2,4-톨릴렌디이소시아네이트와 2,6-톨릴렌디이소시아네이트의 혼합물로서 사용할 수 있다. 그 혼합물을 사용하는 경우, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트와 2,6-톨릴렌디이소시아네이트의 혼합비가 1: 1 내지 1.5인 범위가 보다 바람직하다.
또한, 상기 방향족 이소시아네이트는, 상기 방향족 이소시아네이트 이외에, 이소시아네이토기를 2개 이상 갖는 이소시아네이트를 포함할 수도 있다. 그러한 이소시아네이트로서는, 지방족 이소시아네이트, 지환족 이소시아네이트, 복소환 이소시아네이트 등을 들 수 있다.
이때, 상기 지방족 이소시아네이트로서는, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 리신디이소시아네이토메틸에스테르, 리신트리이소시아네이트, m-크실릴렌이소시아네이트, α,α,α',α'-테트라메틸크실릴렌디이소시아네이트, 비스(이소시아네이토메틸)나프탈렌, 메시틸렌트리이소시아네이트, 비스(이소시아네이토메틸)술피드, 비스(이소시아네이토에틸)술피드, 비스(이소시아네이토메틸)디술피드, 비스(이소시아네이토에틸)디술피드, 비스(이소시아네이토메틸티오)메탄, 비스(이소시아네이토에틸티오)메탄, 비스(이소시아네이토에틸티오)에탄, 비스(이소시아네이토메틸티오)에탄 등을 들 수 있다.
또한, 상기 지환족 이소시아네이트로서는, 이소포론디이소시아네이트, 비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 시클로헥산디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 디시클로헥실디메틸메탄이소시아네이트, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 2,6-비스(이소시아네이토메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 3,8-비스(이소시아네이토메틸)트리시클로데칸, 3,9-비스(이소시아네이토메틸)트리시클로데칸, 4,8-비스(이소시아네이토메틸)트리시클로데칸, 4,9-비스(이소시아네이토메틸)트리시클로데칸 등을 들 수 있다.
또한, 상기 복소환 이소시아네이트로서는, 2,5-디이소시아네이토티오펜, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)티오펜, 2,5-디이소시아네이토테트라하이드로티오펜, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)테트라하이드로티오펜, 3,4-비스(이소시아네이토메틸)테트라하이드로티오펜, 2,5-디이소시아네이토-1,4-디티안, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)-1,4-디티안, 4,5-디이소시아네이토-1,3-디티올란, 4,5-비스(이소시아네이토메틸)-1,3-디티올란 등을 들 수 있다.
상기 주제 및 경화제에 포함되는 디메틸카보네이트는 내충격성, 내열성, 내구성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 톨루엔, 자일렌 등의 휘발성 유기용제를 대체할 있는 바람직한 희석제로 사용될 수 있는 바, 상기한 개선 효과를 고려하여, 상기한 함량 범위로 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 주제 및 경화제에 포함되는 첨가제는 경화촉진제, 반응개시제, 폴리아미드, 소포제 중에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 당분야에서 통상적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지는 않는다. 상기 경화 촉진제의 비제한적인 예로는 경화시간을 고려하여, 폴리에틸렌폴리아민, 테트라에틸렌펜타민, 폴리아미도아민 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 상기 반응개시제의 비제한적인 예로는 반응속도를 고려하여, 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, 디-터트-부틸 퍼옥사이드, 쿠밀 히드로퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴, 과산화수소, 과황산칼륨 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 폴리아미드는 유동성, 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하며, 부수적으로는 탁월한 응집력에 의해 수중 오염방지, 강 구조물의 철근 보호, 자기보수기능 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있다. 또한, 상기 기포를 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위한 소포제의 비제한적인 예로는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 사용할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제로는 디메틸실리콘유, 폴리오가노실록산, 플루오로실리콘유 등이 있다. 상기 지방산계 소포제로는 스테아린산, 올레인산 등이 있다. 상기 오일계 소포제로는 등유, 동식물유, 피마자유 등이 있다. 상기 에스테르계 소포제로는 솔리톨트리올레이트, 글리세롤모노리시놀레이트 등이 있다. 상기 옥시알킬렌계 소포제로는 폴리옥시알킬렌, 아세틸렌에테르류, 폴리옥시알킬렌지방산에스테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민 등이 있다. 상기 알콜계 소포제로는 글리콜(glycol) 등이 있다.
또한, 상기 주제 및 경화제에 포함되는 희석제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 에틸아세테이트, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란, 초산메틸, 아세토니트릴, 클로로포름, 염화메틸렌, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, N-메틸피롤리돈, 디프로필렌글리콜디메틸에테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 주제에 포함되는 희석제는 메틸에틸케톤 및 에틸아세테이트를 각각 2: 3의 중량비율로 혼합한 혼합 희석제를 사용하여 본 발명의 효과를 더욱 개선할 수 있다. 또한, 상기 경화제에 포함되는 희석제는 에틸아세테이트를 사용하여 본 발명의 효과를 더욱 개선할 수 있다
상기 주제와 경화제는 부피 기준으로 1:1 내지 5:1의 비율로 혼합함으로써, 상기한 본 발명의 효과를 더욱 개선할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 본 발명의 일 구현 예에 따른 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법으로서, 표면처리장비를 사용하여 강 구조물 표면의 먼지, 녹, 페인트, 흑피 또는 이물질을 제거하면서 흡입기 등으로 흡입하여 바탕면을 처리하는 단계; 상기 처리된 표면에 상기 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하여 양생하는 단계; 및 양생된 후 표면 마감제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하는 단계를 포함하는 것이고; 상기 표면 마감제 조성물은 주제와 경화제를 중량비 1:0.01 내지 0.3 비율로 혼합하여 사용하는 것이고, 상기 주제는 불소개질된 아크릴폴리올 수지(Fluoro modified Acryl Polyol), 불화아파타이트, 세피올라이트, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 것이고; 상기 경화제는 1,6-디이소시아네이토헥산 단량체(1,6-Diisocyanatohexane homopolymer) 및 희석제를 혼합한 것인 강 구조물의 표면보호 도장방법을 제공한다. 이로써, 불소 함유 강재 코팅제 조성물과의 접착력이 획기적으로 개선되어, 내후성, 내오존성, 내오염성, 자외선 저항성 등의 내구성을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
상기 강 구조물의 표면보호 도장방법은 표면 마감제 조성물을 도포하기 전, 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 프라이머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 프라이머층으로는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.
상기 강 구조물(steel structures)이라 함은 도로시설물, 가교, 강교, 강상판 등의 강재(steel)로 이루어진 모든 구조물을 포함하는 의미로 사용한다.
상기 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하여 양생하는 단계는 1회의 수행만으로도 본 발명의 효과를 충분히 제공할 수 있으나, 상기 단계를 1 내지 3회 수행함으로써, 본 발명의 효과를 더욱 개선할 수 있다. 보다 바람직하기로는 상기 단계를 2회 수행하는 것이 좋다.
상기 표면 마감제 조성물은 주제와 경화제를 중량비 1:0.01 내지 0.3 비율로 혼합하여 사용하는 것이고, 상기 주제는 불소개질된 아크릴폴리올 수지(Fluoro modified Acryl Polyol) 100 중량부에 대하여, 불화아파타이트 15 내지 25 중량부, 세피올라이트 1 내지 5 중량부, 안료 30 내지 50 중량부, 첨가제 1 내지 10 중량부 및 희석제 50 내지 90 중량부를 혼합한 것이고; 상기 경화제는 1,6-디이소시아네이토헥산 단량체(1,6-Diisocyanatohexane homopolymer) 100 중량부에 대하여, 희석제 80 내지 120 중량부를 혼합하는 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 표면 마감제 조성물에 포함되는 상기 불소개질된 아크릴폴리올 수지는 2.2.2-트리플루오르에틸 아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl acrylate), 2.2.2-트리플루오르에틸 메타아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 공중합시켜 제조되는 것을 사용하여, 내후성, 내오염성, 내수성, 내화성, 내약품성을 더욱 개선할 수 있다.
상기 표면 마감제 조성물에 포함되는 세피올라이트는 수분을 흡수하여 외부의 염분 및 수분이 내부 금속층으로 이동하는 것을 차단하여 강재의 부식을 억제하는 역할을 수행하는 것으로 도막의 친수성, 재료 분리 저항성 개선 성능 등을 고려하여, 상기한 함량 범위로 포함되는 것이 좋다.
이 밖에 상기 표면 마감제 조성물에 포함되는 불화아파타이트, 안료, 첨가제 및 희석제는 상기 불소 함유 강재 코팅제 조성물에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 불소 함유 강재 코팅제 조성물은 강 구조물 피도면과의 부착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수한 효과가 있다. 특히, 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 내후성 및 표면 강도 향상 효과를 가져 강 구조물의 표면 보호 효과가 우수하고 그 효과가 장기간 유지될 수 있는 효과가 있다.
따라서 상기 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법에 의하면, 강 구조물, 강교량, 강상판, 도로 시설 구조물 등 강재로 이루어진 구조물의 열화 및 부식, 방식 등을 방지함과 아울러, 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<실시예 1>
[화학식 2]
Figure 112020094328394-pat00004
상기 화학식 2로 표시되는 폴리올 78 중량%, 트리메틸올프로판 7 중량% 및 폴리카프로락톤 디올 15 중량%를 포함하는 폴리올 100 중량부에 대하여, 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA) 15 중량부, 황산바륨 95 중량부, 알릴 이소티오시아네이트 12 중량부, 불화아파타이트 8 중량부, 모노칼슘포스페이트 디하이드레이트 3 중량부, 히알루론산 나트륨 3 중량부, 디메틸카보네이트 4 중량부, 안료 18 중량부, 소포제 3 중량부 및 희석제(메틸에틸케톤 및 에틸아세테이트를 각각 2: 3의 중량비율로 혼합) 12 중량부를 혼합한 주제; 및 톨릴렌디이소시아네이트 87 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 10 중량% 및 이소포론디이소시아네이트 3 중량%를 포함하는 중합성 이소시아네이트 100 중량부에 대하여, 디메틸카보네이트 2 중량부, 소포제 14 중량부 및 희석제(에틸아세테이트) 55 중량부를 혼합한 경화제;를 부피 기준으로 2:1의 비율로 혼합함으로써, 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 제조하였다.
상기 불화아파타이트는 베타형 인산삼칼슘과; 퍼플루오로데칼린을 1: 0.1 내지 1 중량비율로 혼합한 후; 상기 혼합물을 150 ℃에서 10 분간 유지하여 1단계 열처리한 후, 1100℃로 상승시켜 15 분간 유지하는 2단계 열처리하여 반응시킨 것을 사용하였다.
<비교예 1>
트리메틸올프로판 12 중량% 및 폴리카프로락톤 디올 88 중량%를 포함하는 폴리올 100 중량부에 대하여, 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA) 15 중량부, 황산바륨 95 중량부, 디메틸카보네이트 4 중량부, 안료 18 중량부, 소포제 3 중량부 및 희석제(메틸에틸케톤 및 에틸아세테이트를 각각 2: 3의 중량비율로 혼합) 12 중량부를 혼합한 주제; 및 이소포론디이소시아네이트 100 중량부에 대하여, 디메틸카보네이트 2 중량부, 소포제 14 중량부 및 희석제(에틸아세테이트) 55 중량부를 혼합한 경화제;를 부피 기준으로 2:1의 비율로 혼합함으로써, 비교용 강재 코팅제 조성물을 제조하였다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 특성을 비교한 실험결과를 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예에 따라 제조된 불소 함유 강재 코팅제 조성물과 비교예에서 제조한 비교용 강재 코팅제 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 하기 표 1에 기재된 시험방법에 의하여 건조도막 상태, 용기내에서 상태, 비휘발분, 연화도, 광택, 건조시간, 가사시간, 용제 가용분중 불소 함유량 시험, 은폐율, 층간부착성, 유연성, 내산성, 내알칼리성, 냉열반복시험, 내충격성, 촉진내후성시험을 평가하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실기예 1 비교예 1 시험방법
건도막의 상태 이상없음 이상없음 KS M 5000 : 2014
용기내에서의 상태 이상없음 이상없음 KS M 5000 : 2014
비휘발분(주제, 중량 %) 60.1 55.2 KS M ISO 3251 : 2011
연화도(주제, N.S) 8 6.5 KS M ISO 1524 : 2011
광택(60°) 82 79.2 KS M ISO 2813 : 2013
건조시간(경화, h, 25℃) 1 2 KS M 5000 : 2014
가사시간(혼합, h, 20℃) 19 6 SPS-KPIC 5004-1757 : 2008
용제 가용분 중의 불소(주제, %) 21 18 SPS-KPIC 5004-1757 : 2008
은폐율(%) 98 94 KS M ISO 2814 : 1973
층간 부착성(중/상도) 이상없음 이상없음 KS M ISO 2409 : 2013
유연성 이상없음 이상없음 KS M ISO 1519 : 2011
내산성 이상없음 이상없음 SPS-KPIC 5004-1757 : 2008
내알칼리성 이상없음 이상없음 SPS-KPIC 5004-1757 : 2008
냉열반복시험 이상없음 이상없음 SPS-KPIC 5004-1757 : 2008
내충격성 이상없음 이상없음 KS M ISO 6272-2 : 2011
촉진내후성
(1,000 h)		 광택유지율(%) 96 93 KS M ISO 16474-3 : 2013
쵸킹 0 1 KS M ISO 4628-6 : 2011
상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 불소 함유 강재 코팅제 조성물의 성능은 비교예에서 제조한 비교용 강재 코팅제의 성능과 비교하여 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 강 구조물(steel structures)의 보호 코팅을 위한 불소 함유 강재 코팅제 조성물에 있어서,
    불소계 폴리올을 포함하는 폴리올, 트리플루오르 에틸 메타 아크릴레이트(TFEMA), 황산바륨, 알릴 이소티오시아네이트, 디메틸카보네이트, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 주제와; 중합성 이소시아네이트, 디메틸카보네이트, 첨가제 및 희석제를 혼합한 경화제를 혼합하여 이루어지고,
    상기 주제와 경화제가 부피 기준으로 1:1 내지 5:1의 비율로 혼합되는 것이고;
    상기 주제는 불화아파타이트, 모노칼슘포스페이트 디하이드레이트 및 히알루론산 나트륨을 더 포함하는 것이고;
    상기 불소계 폴리올을 포함하는 폴리올은 전체 폴리올의 55 내지 100 중량% 불소계 폴리올을 포함하는 것이고, 상기 불소계 폴리올은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 불소 함유 강재 코팅제 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112020094328394-pat00005

    상기 식에서,
    x는 3 내지 50이고;
    Rf는 CF3, C2F5, CH2CF3 또는 CH2CF2CF3인 것이고;
    R1은 -H, -CH3, -C2-C7 저급 알킬 또는 아릴임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불화아파타이트는 베타형 인산삼칼슘과; 퍼플루오로데칼린, 메칠퍼플루오로부틸에텔, 메칠퍼플루오로이소부틸에텔 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 불소화합물을 1: 0.1 내지 1 중량비율로 혼합한 후; 상기 혼합물을 150 내지 170 ℃에서 5 내지 10 분간 유지하여 1단계 열처리한 후, 900 내지 1100℃로 상승시켜 10 내지 15 분간 유지하는 2단계 열처리하여 반응시킨 것을 특징으로 하는 불소 함유 강재 코팅제 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합성 이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트를 포함하고, 이소시아네이토기를 2개 이상 갖는 1종 이상의 이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 불소 함유 강재 코팅제 조성물.
  5. 제 1항, 제 2항 및 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 이용하는 강 구조물의 표면 보호 도장방법으로서, 표면처리장비를 사용하여 강 구조물 표면의 먼지, 녹, 페인트, 흑피 또는 이물질을 제거하면서 흡입기로 흡입하여 바탕면을 처리하는 단계; 상기 처리된 표면에 상기 불소 함유 강재 코팅제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하여 양생하는 단계; 및 양생된 후 표면 마감제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하는 단계를 포함하는 것이고;
    상기 표면 마감제 조성물은 주제와 경화제를 중량비 1:0.01 내지 0.3 비율로 혼합하여 사용하는 것이고, 상기 주제는 불소개질된 아크릴폴리올 수지(Fluoro modified Acryl Polyol), 불화아파타이트, 세피올라이트, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 것이고; 상기 경화제는 1,6-디이소시아네이토헥산 단량체(1,6-Diisocyanatohexane monomer) 및 희석제를 혼합한 것을 특징으로 하는 강 구조물의 표면보호 도장방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 불소개질된 아크릴폴리올 수지는 2.2.2-트리플루오르에틸 아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl acrylate), 2.2.2-트리플루오르에틸 메타아크릴레이트(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 공중합시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 강 구조물의 표면보호 도장방법.





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