KR102164573B1 - 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법 - Google Patents

강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물로서, 개질 충전재 2 내지 60 중량% 및 성능 개질제 40 내지 98 중량%를 포함하고, 상기 개질 충전재는 개질 충전재 중량대비 황산바륨 25 내지 75 중량%, 버미큘라이트(vermiculite) 15 내지 55 중량%, 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 나노 세라믹 분말 1 내지 25 중량%, 에트린자이트(Ettringite) 0.1 내지 10 중량% 및 삼인산소다(Na3PO4) 0.1 내지 10 중량%를 포함하고; 상기 성능 개질제는 성능 개질제 중량대비 세라믹 함유 폴리우레탄 수지 30 내지 60 중량%, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체 10 내지 45 중량%, 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체 10 내지 45 중량%, 실리콘아크릴 수지 5 내지 30 중량%, 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르 5 내지 30 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 0.1 내지 10 중량%, 폴리이미다졸 0.1 내지 10 중량% 및 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란 0.1 내지 10 중량%를 포함하여, 강 구조물 표면을 강화하고 친환경적이면서도 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하여 내후성, 표면경도, 강도, 내부식성, 내열성, 내구성 등의 특성을 향상시킬 수 있고, 장기적으로 강 구조물 의 열화 및 부식을 방지할 수 있는 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법에 관한 것이다.

Description

강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법{STEEL PAINTING COMPOSITION FOR SURFACE OF STEEL STRUCTURES AND REPAIRING AND COATING METHOD FOR SURFACE OF STEEL STRUCTURES USING THE SAME}
본 발명은 내후성, 표면경도, 강도, 내부식성, 내열성, 내구성 등이 우수하고, 특히, 내후성, 표면경도, 내부식성이 현저하게 향상된 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법에 관한 것이다.
일반적으로 철을 포함하는 철구조물은 대부분 부식환경에 노출되므로, 내구성을 증진시키기 위하여 철구조물 표면에 부식방지 처리를 하는 것이 일반화되어 있다. 철구조물의 부식이란 녹(rust) 혹은 적청(Fe(OH)3 및 Fe2O3)이 발생함을 말하는데, 이들의 생성 원인은 공기 중의 산소(O2), 수분(H2O) 등이라고 볼 수 있다. 이러한 부식은 오염된 대기, 매연, 해수의 염분, 산성비, 화학물질(산, 알칼리 및 염) 등에 의해서 가속화되는 경향이 있다.
상기와 같은 철구조물의 부식을 억제하기 위한 방법으로는, 반응 억제 기능으로 물이 금속에 닿으면 부동태화하는 광명단, 크롬산 아연 등의 방청 안료를 사용하거나, 부식의 원인이 되는 물 또는 공기의 유입을 차단(barrier)하는 기능을 하는 알루미늄 또는 운모상 산화철 등의 편상 방청안료를 사용하거나, 혹은 음극 방식으로 철보다 이온화 경향이 큰 징크 등의 금속안료를 이용하는 희생 양극법(Sacrificial anode) 등이 사용되고 있다.
또한, 강 구조물의 표면온도는 여름철 직사광선을 받을 경우 60℃ 이상이 되는 경우도 많기 때문에 기존 강 구조물의 열팽창계수(약 11 Strain, 1℃당 11×10-6의 변화가 있음)와 가능한 가까운 재료로서 일체화 거동을 할 수 있는 표면보호제가 필요하다.
강 구조물의 외부 환경적 요인에 의한 부식을 방지하는 방법으로서 도장 공법이 지속적으로 개발 및 발전하였으나 아직도 만족할만한 수준에 도달하지 못하여 보다 친환경적인 도장 공법에 대한 기술 개발이 절실하다.
종래의 기술들은 내산성, 내알칼리성, 내염수성 등의 내화학성의 성능만을 강조하여, 기후(온도)변화로 인한 구조체의 팽창률을 수렴하지 못하여, 도막의 균열 및 박리박락 현상이 발생하게 된다. 특히, 철재(강교)구조물의 진동이 크기 때문에, 진동에 의해 강 구조물에 시공된 도장과 피도면의 부착력에 영향을 받는다. 또한, 기존 도료의 표면 보호재는 광택, 기계적 물성이 급격하게 변하여 도막에서 수지가 안료 간 입자공간을 충분히 메우지 못하게 된다. 즉, 도막층에서 안료 입자 간의 공극을 충분히 메울 수 있는 구조를 갖지 못한다.
그러나 오늘날 세계적인 환경보호 추세와 더불어 중금속이나 휘발성 유기화합물의 방출이 없는 친환경적인 무기질 바인더 도막제의 개발에 많은 연구가 진행되어오고 있는 실정이며, 종래의 유기바인더 도막제는 경화시 휘발성 유기 화합물의 방출과 경화 후의 다양한 환경요소, 특히 산성비, 자동차 배기가스에 의한 질소산화물, 황산화물 및 해양환경에서의 염소이온 등에 의해 도막제가 열화되며, 자외선에 의한 황변현상, 갈라짐, 부풀어 오름 현상에 의해 사용수명이 빠르게 떨어져 내구성의 확보에 어려움이 대두되고 있는 실정이다.
대한민국등록특허 제10-1209079호 대한민국등록특허 제10-0503561호 대한민국등록특허 제10-1491459호 대한민국등록특허 제10-1559573호
본 발명의 일 구현 예는 강 구조물 표면을 강화하고 친환경적이면서도 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하여 내후성, 표면경도, 강도, 내부식성, 내열성, 내구성 등의 특성을 향상시킬 수 있고; 장기적으로 강 구조물 의 열화 및 부식을 방지할 수 있는 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 이용한 강 구조물의 보수도장공법을 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 표면보호용 강재 도장재 조성물로서, 개질 충전재 2 내지 60 중량% 및 성능 개질제 40 내지 98 중량%를 포함하고, 상기 개질 충전재는 개질 충전재 중량대비 황산바륨 25 내지 75 중량%, 버미큘라이트(vermiculite) 15 내지 55 중량%, 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 나노 세라믹 분말 1 내지 25 중량%, 에트린자이트(Ettringite) 0.1 내지 10 중량% 및 삼인산소다(Na3PO4) 0.1 내지 10 중량%를 포함하고; 상기 성능 개질제는 성능 개질제 중량대비 세라믹 함유 폴리우레탄 수지 30 내지 60 중량%, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체 10 내지 45 중량%, 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체 10 내지 45 중량%, 실리콘아크릴 수지 5 내지 30 중량%, 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르 5 내지 30 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 0.1 내지 10 중량%, 폴리이미다졸 0.1 내지 10 중량% 및 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 제공한다.
상기 개질 충전재는 티탄산바륨칼슘(BaCaTiO3) 0.1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것이고, 상기 성능 개질제는 알릴 이소티오시아네이트 0.1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 나노 세라믹 분말은 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 그래핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노카본의 표면을; 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노 세라믹으로 코팅한 것이고, 상기 나노카본은 평균 직경이 1 내지 100 nm인 것이고, 상기 나노 세라믹 코팅층은 코팅 두께가 1 내지 50 nm인 것일 수 있다.
상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지는 나노 세라믹 분말이 분산된 폴리올 조성물을 유기용제에서 디이소시아네이트 화합물과 반응시켜 제조되는 것이고,
상기 나노 세라믹 분말은 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 그래핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노카본의 표면을;
질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노 세라믹으로 코팅한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 이용하는 강 구조물의 보수도장공법으로서, 표면처리장비를 사용하여 강 구조물 표면의 먼지, 녹, 페인트, 흑피 또는 이물질을 제거하면서 흡입기 등으로 흡입하여 바탕면을 처리하는 단계; 상기 처리된 표면에 상기 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하여 양생하는 단계; 및 양생된 후, 표면보호강화 코팅제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하는 단계를 포함하는 것이고; 상기 표면보호강화 코팅제 조성물은 주제와 경화제가 중량비로 1 : 0.1 내지 0.3 비율로 혼합하여 제조되고; 상기 주제는 아크릴폴리올 수지(Acryl Polyol), 나노 세라믹 분말, 폴리아크릴아미드, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 것이고; 상기 경화제는 1,6-디이소시아네이토헥산 단량체(1,6-Diisocyanatohexane monomer) 및 희석제를 혼합한 것이고; 상기 나노 세라믹 분말은 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 강 구조물의 보수도장공법을 제공한다.
상기 아크릴폴리올 수지는 수산기 함유 단량체 15 내지 40중량%과, 메타크릴레이트계 단량체 10 내지 30중량%과, 아크릴레이트계 단량체 3 내지 20중량%과, 잔량의 방향족 단량체가 투입되어 생성된 아크릴 수지를 공중합시켜 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법에 의하면, 강 구조물, 강교량, 강상판, 도로 시설 구조물 등 강재로 이루어진 구조물의 표면을 강화하고 친환경적이면서도 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하여 내후성, 표면경도, 강도, 내부식성, 내열성, 내구성 등의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물은 강 구조물과의 부착력이 매우 우수하고, 도막의 표면경도가 매우 우수하여 바탕면에서 쉽게 박리되거나 도장된 표면에서 쉽게 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 내후성, 표면경도, 강도, 내부식성, 내열성 및 내구성을 향상시킴과 아울러 강 구조물의 부식 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 더욱 증진시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법에 의하면, 장기적으로 강 구조물 의 열화 및 부식을 방지할 수 있고, 아울러, 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도장시 대기중으로 휘발성 유기화합물(VOCs)의 배출을 방지하여 환경오염을 줄일 수 있고, 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전한 친환경적인 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 이하의 실시예는 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 표면보호용 강재 도장재 조성물로서, 개질 충전재 2 내지 60 중량% 및 성능 개질제 40 내지 98 중량%를 포함하고, 상기 개질 충전재는 개질 충전재 중량대비 황산바륨 25 내지 75 중량%, 버미큘라이트(vermiculite) 15 내지 55 중량%, 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 나노 세라믹 분말 1 내지 25 중량%, 에트린자이트(Ettringite) 0.1 내지 10 중량% 및 삼인산소다(Na3PO4) 0.1 내지 10 중량%를 포함하고; 상기 성능 개질제는 성능 개질제 중량대비 세라믹 함유 폴리우레탄 수지 30 내지 60 중량%, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체 10 내지 45 중량%, 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체 10 내지 45 중량%, 실리콘아크릴 수지 5 내지 30 중량%, 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르 5 내지 30 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 0.1 내지 10 중량%, 폴리이미다졸 0.1 내지 10 중량% 및 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물은 개질 충전재 2 내지 60 중량% 및 성능 개질제 40 내지 98 중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 개질 충전재는 개질 충전재 중량대비 황산바륨 25 내지 75 중량%, 버미큘라이트(vermiculite) 15 내지 55 중량%, 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 나노 세라믹 분말 1 내지 25 중량%, 에트린자이트(Ettringite) 0.1 내지 10 중량% 및 삼인산소다(Na3PO4) 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 황산바륨은 상기 개질 충전재의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 충진제 역할과 금속보호, 경도, 내마모성, 내후성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 황산바륨은 상기 개질 충전재에 대하여 25 내지 75 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 황산바륨의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 황산바륨의 함량이 너무 많으면, 다른 개질 충전재 성분의 함량 부족으로 내후성, 경도 등의 기계적 물성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 버미큘라이트(vermiculite)는 상기 개질 충전재의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 경량화 및 내열성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 버미큘라이트(vermiculite)는 상기 개질 충전재에 대하여 15 내지 55 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 버미큘라이트(vermiculite)의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 버미큘라이트(vermiculite)의 함량이 너무 많으면, 작업성 및 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 나노 세라믹 분말은 상기 개질 충전재의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 경량화와 동시에 치밀하고 경도가 높은 표면을 형성함으로써, 내습성, 내구성, 내후성, 내충격성, 내약품성, 내열성을 개선하기 위해 사용된다. 보다 바람직하기로는 탄화질화티타늄(TiCN) 및 질화알루미늄티타늄(TiAlN)을 1:1 중량비율로 혼합한 나노 세라믹 분말을 사용하여, 상기한 효과가 더욱 개선될 뿐만 아니라, 인성이 개선되는 효과가 있다. 상기 나노 세라믹 분말은 평균 직경이 1 내지 300 nm인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다. 상기 나노 세라믹 분말은 상기 개질 충전재에 대하여 1 내지 25 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 나노 세라믹 분말의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 나노 세라믹 분말의 함량이 너무 많으면, 제조 원가가 높아져 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 나노 세라믹 분말은 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 그래핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노카본의 표면을; 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노 세라믹으로 코팅한 것을 사용함으로써, 상기한 효과를 더욱 개선할 뿐만 아니라, 강재 표면의 계면 접착력이 더욱 향상되어 내구성, 내후성이 더욱 향상되는 효과가 있다. 이때, 상기 코팅은 당분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 화학적 기상증착법(CVD), 물리적 기상증착법(PVD) 등을 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 나노카본은 평균 직경이 1 내지 100 nm인 것을 사용하고, 상기 나노 세라믹 코팅층은 코팅 두께가 1 내지 50 nm인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 에트린자이트(Ettringite)는 칼슘설포알루미네이트계 광물의 하나로, 다량의 물 분자를 함유하는 막대상의 고팽창성 수화물로서, 상기 개질 충전재의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 치밀하고 경도가 높은 표면을 형성함으로써, 강도, 내구성 및 내후성을 개선하기 위해 사용된다. 또한, 중금속 흡착능이 뛰어나, 친환경적인 효과가 있다. 상기 에트린자이트(Ettringite)는 가열 용기에 6몰에 해당되는 수산화칼슘[Ca(OH)2] 또는 산화칼슘(CaO)을 공급한 후 물을 공급하여 슬러리(Slurry)화 하고, 다른 용기에 1몰에 해당되는 황산알루미늄(Aluminium sulfate)을 용해한 다음 이를 슬러리화된 수산화칼슘 내지는 산화칼슘에 용해된 황산알루미늄 용액에 공급하고, 50 내지 70 ℃의 수욕 조건에서 30분 이상 가열, 건조, 분쇄한 침상구조의 에트린자이트 분말을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다. 상기 에트린자이트(Ettringite)는 상기 개질 충전재에 대하여 0.1 내지 10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 에트린자이트(Ettringite)의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 에트린자이트(Ettringite)의 함량이 너무 많으면, 다른 개질 충전재 성분의 함량 부족으로 내후성, 내구성 등의 기계적 물성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 삼인산소다(Na3PO4)는 상기 개질 충전재의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 내부식성, 내후성 및 내구성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 삼인산소다(Na3PO4)는 상기 개질 충전재에 대하여 0.1 내지 10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 삼인산소다(Na3PO4)의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 삼인산소다(Na3PO4)의 함량이 너무 많으면, 다른 개질 충전재 성분의 함량 부족으로 내후성, 경도 등의 기계적 물성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 개질 충전재는 상기 개질 충전재의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 표면경도, 내마모성 및 내화성을 더욱 개선하기 위하여, 티탄산바륨칼슘(BaCaTiO3) 0.1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 티탄산바륨칼슘은 평균 입경이 15 내지 30 nm이고, 비표면적이 30 내지 100 m2/g이고, (Ba＋Ca)/Ti 몰비가 0.994 내지 1.004인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다. 상기 티탄산바륨칼슘(BaCaTiO3)의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 티탄산바륨칼슘(BaCaTiO3)의 함량이 너무 많으면, 작업성이 떨어지거나 제조 원가가 높아져 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
상기 성능 개질제는 본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물에 대하여 40 내지 98 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 성능 개질제의 함량이 너무 많으면 점도가 낮아져 재료 분리가 발생되기 쉽고, 가격경쟁력이 저하될 수 있다. 또한, 상기 성능 개질제의 함량이 너무 적으면 가사시간, 작업성, 신률, 유동성, 강도, 접착력, 내부식성, 내열성 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 성능 개질제는 성능 개질제 중량대비 세라믹 함유 폴리우레탄 수지 30 내지 60 중량%, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체 10 내지 45 중량%, 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체 10 내지 45 중량%, 실리콘아크릴 수지 5 내지 30 중량%, 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르 5 내지 30 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 0.1 내지 10 중량%, 폴리이미다졸 0.1 내지 10 중량% 및 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란 0.1 내지 10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지는 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 강도 및 부착력을 개선하고, 내마모성, 내약품성 등의 내구성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지는 나노 세라믹 분말이 분산된 폴리올 조성물을 유기용제에서 디이소시아네이트 화합물과 반응시켜 제조되는 것이고, 상기 나노 세라믹 분말은 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 그래핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노카본의 표면을; 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노 세라믹으로 코팅한 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 나노 세라믹 분말이 분산된 폴리올 조성물은 나노 세라믹 분말 5 내지 40 중량%를 폴리올에 분산시킨 후, 볼밀링을 수행함으로써 제조될 수 있다.
이때, 상기 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.
또한, 상기 폴리올은 가교도를 조절하여 부착력과 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 나노 세라믹 분말은 상기 개질 충전재의 나노 세라믹 분말에 관하여 설명한 바과 동일하다.
또한, 상기 유기용제는 당업계에서 공지된 통상의 유기용제를 선택적으로 사용할 수 있으며, 예를 들어 벤젠, 톨루엔, 에틸아세테이트, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란, 초산메틸, 아세토니트릴, 클로로포름, 염화메틸렌, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, N-메틸피롤리돈, 디프로필렌글리콜디메틸에테르 등이 있으며, 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 유기용제는 무독성 유기용제인 디프로필렌글리콜디메틸에테르를 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 디이소시아네이트는 당분야에 공지된 디이소시아네이트를 사용할 수 있는 바 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 상기 디이소시아네이트는 방향족 이소시아네이트를 포함하고, 이소시아네이토기를 2개 이상 갖는 1종 이상의 이소시아네이트인 것을 사용하여 강 구조물 피도면과의 부착성과 내구성을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
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 세라믹 함유 폴리우레탄 수지는 상기 성능 개질제에 대하여 30 내지 60 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지의 함량이 너무 많으면, 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체는 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 접착력, 인장강도, 재료분리저항성, 내부식성, 내약품성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체는 상기 성능 개질제에 대하여 10 내지 45 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체의 함량이 너무 많으면, 작업성이 저하되거나, 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체는 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 접착강도, 인장강도, 내마모성, 내열성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체는 폴리비닐실라잔의 부피비율이 0.3 내지 0.5인 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 블록공중합체를 사용함으로써, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다. 상기 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체는 상기 성능 개질제에 대하여 10 내지 45 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체의 함량이 너무 많으면, 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
상기 실리콘아크릴 수지는 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 접착강도, 방수성, 내약품성, 내부식성을 개선하기 위해 사용된다. 보다 구체적으로 상기 실리콘아크릴 수지는 독일 테고사의 TEGO RAD 2500 제품을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다. 상기 실리콘아크릴 수지는 상기 성능 개질제에 대하여 5 내지 30 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 실리콘아크릴 수지의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 실리콘아크릴 수지의 함량이 너무 많으면, 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르는 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 접착강도, 내마모성, 내부식성 등의 내구성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르는 상기 성능 개질제에 대하여 5 내지 30 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르의 함량이 너무 많으면, 작업성이 저하되거나, 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리메틸메타크릴레이트는 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 접착강도, 재료분리저항성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 상기 성능 개질제에 대하여 0.1 내지 10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리메틸메타크릴레이트의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리메틸메타크릴레이트의 함량이 너무 많으면, 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리이미다졸은 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 접착강도, 내마모성, 내열성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 폴리이미다졸은 상기 성능 개질제에 대하여 0.1 내지 10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리이미다졸의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리이미다졸의 함량이 너무 많으면, 작업성이 저하되거나, 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
상기 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란은 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 접착강도, 방수성, 내마모성, 내약품성 등의 내구성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란은 상기 성능 개질제에 대하여 0.1 내지 10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란의 함량이 너무 많으면, 작업성이 저하되거나, 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
상기 성능 개질제는 상기 성능 개질제의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 접착강도를 더욱 개선하며, 내산성, 내화학성, 항균성을 매우 개선시키기 위하여, 알릴 이소티오시아네이트 0.1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 알릴 이소티오시아네이트의 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 알릴 이소티오시아네이트의 함량이 너무 많으면, 가격경쟁력이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 성능 개질제는 경화촉진제, 반응개시제, 폴리비닐알코올, 안료, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 경화 촉진제로는 이소시아네이트계, 아지리딘계, 카보디이미드계 경화촉진제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 경화 촉진제는 상기 성능 개질제에 대하여 0.01 내지 5 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 경화촉진제의 함량이 너무 적으면, 경화시간이 늦어질 수 있고, 상기 경화촉진제의 함량이 너무 많으면, 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 반응개시제로는 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, 디-터트-부틸 퍼옥사이드, 쿠밀 히드로퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴, 과산화수소, 과황산칼륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 반응개시제는 상기 성능 개질제에 대하여 0.01 내지 5 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 반응개시제의 함량이 너무 적으면, 반응속도가 늦어져 성능발현 효과가 저하될 수 있고, 상기 반응개시제의 함량이 너무 많으면, 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 폴리비닐알코올은 유동성 및 재료분리 방지성을 부여하고, 탁월한 응집력에 의해 수중 오염방지, 강 구조물 의 철근 보호, 자기보수기능 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있다. 상기 폴리비닐알코올은 상기 성능 개질제에 대하여 0.01 내지 5 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐알코올 함량이 너무 적으면, 상기한 개선효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리비닐알코올 함량이 너무 많으면, 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 안료는 색상을 부여하여 미관을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 안료는 이산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철, 산화크롬(Cr2O3), 자색 산화철, 흑색 산화철, 카본블랙, 황산바륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 안료는 상기 성능 개질제에 대하여 0.01 내지 5 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소포제는 상기 성능 개질제 내의 기포를 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용한다. 또한, 상기 소포제가 성능 개질제에 첨가되면 공기연행 효과를 부여하여 작업성 및 가사시간을 향상시킬 수 있다. 상기 소포제는 상기 성능 개질제에 대하여 0.01 내지 5 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 소포제로는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이때, 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.
이하, 본 발명의 바람직한 일 구현 예에 따른 상기 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물의 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물은 개질 충전재 2 내지 60 중량% 및 성능 개질제 40 내지 98 중량%를 교반봉이나 교반기를 사용하여 3 내지 5분 동안 충분히 저어 섞음으로써 조성물을 균일한 상태로 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 이용하는 강 구조물의 보수도장공법을 제공한다.
상기 강 구조물(steel structures)이라 함은 강 구조물 뿐만 아니라, 강교량, 강상판, 도로 시설 구조물 등의 강재(steel)로 이루어진 모든 구조물을 포함하는 의미로 사용한다.
상기 본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 이용하는 강 구조물의 보수도장공법은 표면처리장비를 사용하여 강 구조물 표면의 먼지, 녹, 페인트, 흑피 또는 이물질을 제거하면서 흡입기 등으로 흡입하여 바탕면을 처리하는 단계; 상기 처리된 표면에 상기 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하여 양생하는 단계; 및 양생된 후, 표면보호강화 코팅제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 강 구조물의 보수도장공법은 표면보호강화 코팅제 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 표면보호용 강재 도장재 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.
또한, 상기 표면보호강화 코팅제 조성물은 내후성, 내오염성, 자외선 저항성 등을 개선하기 위한 것으로, 상기 표면보호강화 코팅제 조성물은 주제와 경화제가 중량비로 1 : 0.1 내지 0.3 비율로 혼합하여 제조되고; 상기 주제는 아크릴폴리올 수지(Acryl Polyol) 100 중량부에 대하여, 나노 세라믹 분말 15 내지 25 중량부, 폴리아크릴아미드 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 monomer) 100 중량부에 대하여, 희석제 80 내지 120 중량부를 혼합하는 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 나노 세라믹 분말은 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 아크릴폴리올 수지는 수산기 함유 단량체 15 내지 40중량%과, 메타크릴레이트계 단량체 10 내지 30중량%과, 아크릴레이트계 단량체 3 내지 20중량%과, 잔량의 방향족 단량체가 투입되어 생성된 아크릴 수지를 공중합시켜 제조되는 것을 사용하여, 내후성, 내오염성, 내수성, 내화성, 내약품성을 더욱 개선할 수 있다.
이때, 상기 수산기 함유 단량체는 당분야에서 일반적으로 알려진 것으로, 그종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를들면, 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트, 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 프로필 아크릴레이트, 4-히드록시 부틸 아크릴레이트, 2-히드록시 3-페녹시 프로필 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 메타크릴레이트계 단량체는 당분야에서 일반적으로 알려진 것으로, 그종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를들면, 메틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, i-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 이소보닐 메티크릴레이트, 2-에틸 헥실 메타크릴레이트, 이소데실 메타크릴레이트, n-라우릴메타크릴레이트, n-스테아릴 메타크릴레이트, 싸이클로헥실 메타크릴레이트, 2-페녹시 에틸 메타크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 아크릴레이트계 단량체는 당분야에서 일반적으로 알려진 것으로, 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를들면, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, i-부틸 아크릴레이트, 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 이소아밀 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 부톡시 에틸 아크릴레이트, 페녹시 에틸 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 방향족 단량체는 당분야에서 일반적으로 알려진 것으로, 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를들면, 스티렌 단량체를 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 폴리아크릴아미드는 분산성, 접착성을 더욱 개선하기 위하여 사용되는 것으로, 상기한 효과를 고려하여 상기 함량 범위로 포함되는 것이 좋다.
이 밖에 상기 표면보호강화 코팅제 조성물에 포함되는 나노 세라믹 분말, 안료는 상기 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물에서 설명한 바와 같다.
또한, 상기 주제 및 경화제에 포함되는 첨가제는 경화촉진제, 반응개시제, 소포제 중에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이러한 경화촉진제, 반응개시제, 소포제는 상기 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물에서 설명한 바와 같다.
또한, 상기 주제 및 경화제에 포함되는 희석제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 자일렌, 톨루엔, 벤질알코올, 메틸에틸케톤, 메탄올, 이소프로필알코올, n-부틸 알코올, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법에 의하면, 강 구조물, 강교량, 강상판, 도로 시설 구조물 등 강재로 이루어진 구조물의 표면을 강화하고 친환경적이면서도 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하여 내후성, 표면경도, 강도, 내부식성, 내열성, 내구성 등의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물은 강 구조물과의 부착력이 매우 우수하고, 도막의 표면경도가 매우 우수하여 바탕면에서 쉽게 박리되거나 도장된 표면에서 쉽게 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 내후성, 표면경도, 강도, 내부식성, 내열성 및 내구성을 향상시킴과 아울러 강 구조물의 부식 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 더욱 증진시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 구현 예에 따른 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물 및 이를 이용한 강 구조물의 보수도장공법에 의하면, 장기적으로 강 구조물 의 열화 및 부식을 방지할 수 있고, 아울러, 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도장시 대기중으로 휘발성 유기화합물(VOCs)의 배출을 방지하여 환경오염을 줄일 수 있고, 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전한 친환경적인 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<실시예 1> 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물
개질 충전재 32 중량% 및 성능 개질제 68 중량%를 교반기를 사용하여 5분 동안 충분히 저어 섞음으로써 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 개질 충전재는 황산바륨 52 중량%, 버미큘라이트(vermiculite) 22 중량%, 탄화티타늄(TiC, 평균 직경: 약 58 nm) 및 탄화질화티타늄(TiCN, 평균 직경: 약 93 nm)을 1:1 중량비율로 혼합한 것인 나노 세라믹 분말 18 중량%, 에트린자이트(Ettringite) 5 중량% 및 삼인산소다(Na3PO4) 3 중량%를 혼합하여 사용하고; 상기 성능 개질제는 세라믹 함유 폴리우레탄 수지 42 중량%, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체 21 중량%, 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체 17 중량%, 실리콘아크릴 수지 8 중량%, 폴리옥시에틸렌노닐페닐 에테르 7 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 2 중량%, 폴리이미다졸 2 중량% 및 아미노메틸디실란 1 중량%를 사용하였다.
이때, 상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지는 탄소나노튜브(평균 직경: 약 57 nm)의 표면을 약 45 nm 두께의 탄화질화티타늄(TiCN)으로 코팅한 나노 세라믹 분말 10 중량%를 폴리올(폴리에틸렌글리콜 72 중량%, 트리메틸올프로판 28 중량%)에 분산시킨 후, 볼밀링을 수행한, 폴리올 조성물을 유기용제(디프로필렌글리콜디메틸에테르)에서 디이소시아네이트 화합물(2,4-톨릴렌디이소시아네이트 83 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 5 중량%, 이소포론디이소시아네이트 7 중량%, 2,5-디이소시아네이토티오펜 5 중량%의 혼합)과 반응시켜 제조된 것을 사용하였다.
<실시예 2> 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물
개질 충전재 32 중량% 및 성능 개질제 68 중량%를 교반기를 사용하여 5분 동안 충분히 저어 섞음으로써 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 개질 충전재는 황산바륨 46 중량%, 버미큘라이트(vermiculite) 26 중량%, 탄화질화티타늄(TiCN, 평균 직경: 약 93 nm) 및 질화알루미늄티타늄(TiAlN 평균 직경: 약 74 nm)을 1:1 중량비율로 혼합한 것인 나노 세라믹 분말 21 중량%, 에트린자이트(Ettringite) 2 중량%, 삼인산소다(Na3PO4) 3 중량% 및 티탄산바륨칼슘(BaCaTiO3) 2 중량%를 혼합하여 사용하고; 상기 성능 개질제는 세라믹 함유 폴리우레탄 수지 36 중량%, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체 25 중량%, 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체 21 중량%, 실리콘아크릴 수지 7 중량%, 폴리옥시에틸렌노닐페닐 에테르 5 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 1.5 중량%, 폴리이미다졸 0.5 중량%, 아미노프로필디실란 1 중량%, 알릴 이소티오시아네이트 0.5 중량%, 경화촉진제 0.5 중량%, 반응개시제 0.5 중량%, 폴리비닐알코올 0.5 중량%, 안료 0.5 중량% 및 소포제 0.5 중량%를 사용하였다.
이때, 상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지는 탄소나노튜브(평균 직경: 약 57 nm)의 표면을 약 45 nm 두께의 탄화질화티타늄(TiCN)으로 코팅한 나노 세라믹 분말 10 중량%를 폴리올(폴리에틸렌글리콜 72 중량%, 트리메틸올프로판 28 중량%)에 분산시킨 후, 볼밀링을 수행한, 폴리올 조성물을 유기용제(디프로필렌글리콜디메틸에테르)에서 디이소시아네이트 화합물(2,4-톨릴렌디이소시아네이트 83 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 5 중량%, 이소포론디이소시아네이트 7 중량%, 2,5-디이소시아네이토티오펜 5 중량%의 혼합)과 반응시켜 제조된 것을 사용하였다. 또한, 상기 경화 촉진제는 이소시아네이트계 경화촉진제를 사용하였다. 상기 반응개시제는 벤조일 퍼옥사이드를 사용하였다. 상기 안료는 산화티탄을 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘 오일계 소포제를 사용하였다.
<실시예 3> 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물
개질 충전재 38 중량% 및 성능 개질제 62 중량%를 교반기를 사용하여 5분 동안 충분히 저어 섞음으로써 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 개질 충전재는 황산바륨 46 중량%, 버미큘라이트(vermiculite) 26 중량%, 나노 세라믹 분말 21 중량%, 에트린자이트(Ettringite) 2 중량%, 삼인산소다(Na3PO4) 3 중량% 및 티탄산바륨칼슘(BaCaTiO3) 2 중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 나노 세라믹 분말은 탄소나노튜브(평균 직경: 약 57 nm)의 표면을 약 45 nm 두께의 탄화질화티타늄(TiCN)으로 코팅한 것과; 탄소나노튜브(평균 직경: 약 57 nm)의 표면을 약 48 nm 두께의 질화알루미늄티타늄(TiAlN)으로 코팅한 것을 1:1 중량비율로 혼합한 것을 사용하였다.
상기 성능 개질제는 세라믹 함유 폴리우레탄 수지 28 중량%, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체 27 중량%, 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체 21 중량%, 실리콘아크릴 수지(독일 테고사의 TEGO RAD 2500) 9 중량%, 폴리옥시에틸렌노닐페닐 에테르 5 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 2 중량%, 폴리이미다졸 1 중량%, 아미노프로필디실란 1 중량%, 알릴 이소티오시아네이트 0.5 중량%, 경화촉진제 0.5 중량%, 반응개시제 0.5 중량%, 폴리비닐알코올 0.5 중량%, 안료 0.5 중량% 및 소포제 0.5 중량%를 사용하였다.
이때, 상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지는 탄소나노튜브(평균 직경: 약 57 nm)의 표면을 약 45 nm 두께의 탄화질화티타늄(TiCN)으로 코팅한 나노 세라믹 분말 10 중량%를 폴리올(폴리에틸렌글리콜 72 중량%, 트리메틸올프로판 28 중량%)에 분산시킨 후, 볼밀링을 수행한 후, 상기 폴리올 조성물을 유기용제(디프로필렌글리콜디메틸에테르)에서 디이소시아네이트 화합물(2,4-톨릴렌디이소시아네이트 83 중량%, 헥사메틸렌디이소시아네이트 5 중량%, 이소포론디이소시아네이트 7 중량%, 2,5-디이소시아네이토티오펜 5 중량%의 혼합)과 반응시켜 제조된 것을 사용하였다. 또한, 상기 경화 촉진제는 이소시아네이트계 경화촉진제를 사용하였다. 상기 반응개시제는 벤조일 퍼옥사이드를 사용하였다. 상기 안료는 산화티탄을 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘 오일계 소포제를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시 예들과 비교할 수 있는 비교예 1을 제시한다.
<비교예 1>
황산바륨 38 중량% 및 폴리우레탄 수지 62 중량%를 교반기를 사용하여 5분 동안 충분히 저어 섞음으로써 비교용 도장재 조성물을 제조하였다.
아래의 시험 예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물과 비교예1에서 제조한 비교용 도장재 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 하기 표 1에 기재된 시험방법에 의하여 용기내에서의 상태, 건조시간, 가사시간, 흐름성 시험, 부피고형분, 비중, 주도, 연화도, 염수분무시험을 수행하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 시험방법
용기내에서 상태 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 KS M 5000-2011
건조시간(경화, h, 25 ℃) 11 9 10 22 KS M 5000-2511
KS M 5000-2512
가사시간(혼합, h, 20 ℃) 7 6 7 11 KS M ISO 9514
흐름성(혼합, μm) 302 311 316 259 KS M ISO 16862
부피고형분(혼합,%) 89 90 88 68 KS M ISO 3233
비중(주제)(25°/25℃) 1.4 1.4 1.4 1.3 KS M ISO 2811-1
주도(주제, KU)(25°/25℃) 98 97 98 95 KS M 5000-2122
연화도(주제, NS) 6 7 7 5 KS M 5000-2141
염수분무시험(168h) 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 KS D 9502
상기 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물의 성능은 비교예 1에 따라 제조된 도장재 조성물에 비하여 우수한 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 4> 표면보호강화 코팅제 조성물
표면보호강화 코팅제 조성물로서 주제와 경화제를 중량비로 1:0.2 비율로 혼합하여 사용하였다.
이때, 상기 주제는 아크릴폴리올 수지(Acryl Polyol) 100 중량부에 대하여, 나노 세라믹 분말 21 중량부, 폴리아크릴아미드 3 중량부, 안료 45 중량부, 경화촉진제(폴리에틸렌폴리아민) 7 중량부 및 희석제(메틸에틸케톤 및 에틸아세테이트 2: 3중량비율로 혼합) 55 중량부를 혼합한 것이고; 상기 경화제는 1,6-디이소시아네이토헥산 단량체(1,6-Diisocyanatohexane homopolymer) 100 중량부에 대하여, 희석제(에틸아세테이트) 90 중량부를 혼합하는 것을 사용하여, 교반기를 사용하여 5분 동안 충분히 저어 섞음으로써 표면보호강화 코팅제 조성물을 제조하였다.
상기 아크릴폴리올 수지는 수산기 함유 단량체(2-히드록시 에틸 메타크릴레이트) 18중량%과, 메타크릴레이트계 단량체(t-부틸 메타크릴레이트) 22중량%과, 아크릴레이트계 단량체(페녹시 에틸 아크릴레이트) 11중량%과, 잔량의 방향족 단량체(스티렌 단량체)가 투입되어 생성된 아크릴 수지를 공중합시켜 제조되는 것을 사용하였다.
상기 나노 세라믹 분말은 탄소나노튜브(평균 직경: 약 57 nm)의 표면을 약 45 nm 두께의 탄화질화티타늄(TiCN)으로 코팅한 것과; 탄소나노튜브(평균 직경: 약 57 nm)의 표면을 약 48 nm 두께의 질화알루미늄티타늄(TiAlN)으로 코팅한 것을 1:1 중량비율로 혼합한 것을 사용하였다.
<시험예 2>
실시예 4에 따라 제조된 표면보호강화 코팅제 조성물의 물성을 파악하기 위하여 하기 표 2에 기재된 시험방법에 의하여 건조도막 상태, 용기내에서 상태, 색상, 비휘발분, 연화도, 광택, 건조시간, 흐름성, 은폐율, 내알칼리성, 내산성, 촉진내후성 시험을 수행하여 각각의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 4 시험방법
건조도막 상태 이상없음 KS M 5000-2421
용기내에서 상태 이상없음 KS M 5000-2011
색상 이상없음 KS M 5000-3011
비휘발분(주제, 중량%) 88 KS M ISO 3251
연화도(주제, NS) 7 KS M 5000-2141
광택(60°) 79 KS M ISO 2813
건조시간(경화, h, 25 ℃) 5 KS M 5000-2511
KS M 5000-2512
흐름성(혼합, μm) 188 KS M ISO 16862
은폐율(%) 백색 92 KS M ISO 2814
기타색
(백색을 제외한 나머지색)		 93
내알칼리성 이상없음 KS M ISO 2812-1
내산성 이상없음 KS M ISO 2812-1
촉진내후성(300h, 광택유지율(%)) 92 KS M ISO 11507
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시 예 4에 따라 제조된 표면보호강화 코팅제 조성물은 기준을 상회하는 성능이 월등히 높았다.
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 실시 예는 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 표면보호용 강재 도장재 조성물로서, 개질 충전재 2 내지 60 중량% 및 성능 개질제 40 내지 98 중량%를 포함하고,
    상기 개질 충전재는 개질 충전재 중량대비
    황산바륨 25 내지 75 중량%, 버미큘라이트(vermiculite) 15 내지 55 중량%, 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 나노 세라믹 분말 1 내지 25 중량%, 에트린자이트(Ettringite) 0.1 내지 10 중량% 및 삼인산소다(Na3PO4) 0.1 내지 10 중량%를 포함하고,
    상기 성능 개질제는 성능 개질제 중량대비
    나노 세라믹 분말 함유 폴리우레탄 수지 30 내지 60 중량%, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체 10 내지 45 중량%, 폴리스티렌-폴리비닐실라잔 공중합체 10 내지 45 중량%, 실리콘아크릴 수지 5 내지 30 중량%, 폴리옥시에틸렌(C1 내지 20의 알킬)페닐 에테르 5 내지 30 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 0.1 내지 10 중량%, 폴리이미다졸 0.1 내지 10 중량% 및 아미노(C1 내지 20의 알킬)디실란 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 것이고,
    상기 나노 세라믹 분말은 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 그래핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노카본의 표면을;
    질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노 세라믹으로 코팅한 것이고,
    상기 나노카본은 평균 직경이 1 내지 100 nm인 것이고, 상기 나노 세라믹 코팅층은 코팅 두께가 1 내지 50 nm인 것을 특징으로 하는 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개질 충전재는 티탄산바륨칼슘(BaCaTiO3) 0.1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것이고,
    상기 성능 개질제는 알릴 이소티오시아네이트 0.1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 함유 폴리우레탄 수지는 나노 세라믹 분말이 분산된 폴리올 조성물을 유기용제에서 디이소시아네이트 화합물과 반응시켜 제조되는 것이고,
    상기 나노 세라믹 분말은 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 그래핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노카본의 표면을;
    질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노 세라믹으로 코팅한 것을 특징으로 하는 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물.
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중에서 선택되는 어느 한항에 기재된 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 이용하는 강 구조물의 보수도장공법으로서,
    표면처리장비를 사용하여 강 구조물 표면의 먼지, 녹, 페인트, 흑피 또는 이물질을 제거하면서 흡입기로 흡입하여 바탕면을 처리하는 단계; 상기 처리된 표면에 상기 강 구조물 표면보호용 강재 도장재 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하여 양생하는 단계; 및 양생된 후, 표면보호강화 코팅제 조성물을 붓, 롤러 또는 에어스프레이로 도포하는 단계를 포함하는 것이고;
    상기 표면보호강화 코팅제 조성물은 주제와 경화제가 중량비로 1 : 0.1 내지 0.3 비율로 혼합하여 제조되고;
    상기 주제는 아크릴폴리올 수지(Acryl Polyol), 나노 세라믹 분말, 폴리아크릴아미드, 안료, 첨가제 및 희석제를 혼합한 것이고;
    상기 경화제는 1,6-디이소시아네이토헥산 단량체(1,6-Diisocyanatohexane monomer) 및 희석제를 혼합한 것이고;
    상기 나노 세라믹 분말은 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 구조물의 보수도장공법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 아크릴폴리올 수지는
    수산기 함유 단량체 15 내지 40중량%과, 메타크릴레이트계 단량체 10 내지 30중량%과, 아크릴레이트계 단량체 3 내지 20중량%과, 잔량의 방향족 단량체가 투입되어 생성된 아크릴 수지를 공중합시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 강 구조물의 보수도장공법.


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