KR102260780B1 - 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 도장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부, 아연(zinc) 10 ~ 20 중량부, 세라믹 충전재 20 ~30 중량부, 아마이드수지 20 ~ 30 중량부, 폴리에스테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 안료 5 ~ 20 중량부, 아민계 경화제 10 ~ 20 중량부, 실란 커플링제 10 ~ 20 중량부, 아크릴산 에스테르 공중합체 수지 10 ~ 20 중량부, 현무암 섬유 10 ~ 20 중량부, 폴리아크릴 섬유 10 ~ 20 중량부, 폴리아미드 섬유 10 ~ 20 중량부, 탄소섬유 10 ~ 20 중량부 포함하되, 상기 조성물은 전체 중량부 대비 황화주석 및 황화철, 황화안티몬, 황화몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 이상의 경도향상제 0.2 ~ 0.8 중량부 및 히드록시알킬키토산 0.2 ~ 0.8 중량부 더 첨가한 후, 상기 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물 및 피도물인 강교의 강재 구조물을 핸드그라인드나 샌드블러스르를 이용하여 도막의 부착력을 향상시키는 표면 조도가 35 ~ 65㎛가 되도록 표면처리 하는 단계 1; 상기 표면처리된 강재 구조물 표면에 고압세척기를 이용하여 먼지나 이물질을 제거하는 단계 2; 상기 먼지나 이물질이 제거된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부, 섬유 보강제 20 ~ 50 중량부, 폴리에스테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 안료 5 ~ 20 중량부, 아민계 경화제 10 ~ 20 중량부, 실란 커플링제 5 ~ 20 중량부, 아크릴산 에스테르 공중합체 수지 10 ~ 20 중량부 포함하되, 상기 섬유 보강제는 폴리올레핀 섬유, 현무암 섬유, 폴리아크릴 섬유, 폴리아미드 섬유, 탄소섬유에서 하나 이상 선택되어 이루어져 며, 길이가 0.01 ~ 2 mm이고, 직경이 5 ~ 20 ㎛ 인 것을 포함하고, 상기 조성물은 전체 100 중량부 대비 황화주석 및 황화철, 황화안티몬, 황화몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 이상의 경도향상제 0.2 ~ 0.8 중량부 및 히드록시알킬키토산 0.2 ~ 0.8 중량부 더 첨가한 후, 상기 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 프라이머 조성물을 강재의 표면에 도포하는 단계 3; 상기 프라이머 조성물이 도포된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부; 폴리에스터 수지 100 ~ 120 중량부; 알키드 수지 100 ~ 130 중량부; 분산 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (1) 110 ~ 130 중량부; 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (2) 20 ~ 30 중량부의 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 중도재 조성물을 상기 프라이머 조성물이 도포된 강재의 표면에 도포하는 단계 4; 상기 중도재 조성물이 도포된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 우레탄세라믹 수지 100 중량부, 분산제 0.5 중량부를 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 이상 분산교반하고, 상기 배합물에 차열안료로 백색안료 95 중량부 및 초콜릿색안료 5 중량부, 침강방지제 0.8 중량부 및 희석제 40 중량부를 투입하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 15분 정도 분산교반한 다음, 상기 배합물을 연화기에 투입하여 배합물 내의 안료입자경이 15 ㎛이하가 되도록 연화시키며, 상기 연화물에 촉매로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 1.5 중량부 및 우레탄 촉매 1.0 중량부, 폴리에스테르 수지 25 중량부, 레벨링제 1.0 중량부, 소포제 1.0 중량부, 희석제 2로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 2.5 중량부, 톨루엔 2.5 중량부를 교반기를 이용해 1,600 ~ 2,200 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 주제부를 제조하고, 폴리이소시아네이트 95 중량부, 수분흡수제 0.5 중량부, 희석제 3으로 필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 5 중량부, 부틸아세테이트 50 중량부, 메틸 이소부틸 케톤 15 중량부 및 톨루엔 55 중량부를 교반기를 이용해 1,500 ~ 2,000 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 경화제부를 제조한 후, 상기 제조된 주제부 및 경화제부를 2:1의 부피비로 1,500 rpm으로 10분간 교반하여 이루어진 상도재 조성물을 상기 중도재 조성물이 도포된 강재의 표면에 도포하는 단계 5; 및 상가 상도재 조성물 까지 도포가 끝난 후 10 ~ 12 시간 동안 양생 시켜 건조하는 단계 6;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물을 이용한 강재 구조물 도장 방법에 관한 것이다.

Description

강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 도장 방법{Eco-friendly paint composition for steel structure of steel bridge and method of painting steel structure using the same}

본 발명은 강교용 도료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관 교량, 강교 육교 등 강재 구조물의 표면에 프라이머 도료를 도포하여 강재 구조물과의 접착력을 증대시켜 내구성을 향상시키고, 피도물의 부식을 지연시키며, 중도용 및 상도용 도료를 사용하여 방수성, 내구성, 내후성, 내광성, 내오존성을 향상시켜 장기간 초기 도포 상태를 유지할 수 있는 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 도장 방법에 관한 것이다.

강교를 구성하는 강재나 강재 구조물은 염수나 물의 침투로 강도가 저하될 뿐만 아니라 부식되어 내구성이 떨어짐으로써 사용 수명이 감소 된다. 특히 바닷가에 축조되는 교량의 경우 염분의 침투를 많이 받아 심각한 내구성 저하가 일어난다.

이러한 강재나 강재구조물의 내구성 저하를 막기 위하여 강재나 강재구조물의 표면을 도장한다. 현재 많이 사용되고 있는 무기질 아연말 도료, 염화고무계 도료, 에폭시계 도료 등을 살펴보면 다음과 같다.

무기질 아연분말 도료는 아연 분말을 주방청제로 한 방청도료로서, 징크리치페인트로서 소량의 수지에 고농도의 아연분말이나 아연미세분말을 넣어서 만든 것이다.

염화 고무계 도료는 중방식 도료에 많이 사용되고 있는 염화고무계 도료는 건조 속도가 빠르고, 층간 밀착성이 우수하고 오염 및 해안 환경에 강하다. 특히 염화고무 도료는 우수한 도막 특성에 의해서 투수성 및 산소 투과성이 다른 도료 보다 탁월하여 컨테이너나 선박 등 철재 구조물의 도장에 유리하다.

에폭시계 도료는 에폭시계 방식도료는 각종 폴리 아민 화합물 특히, 지방족 폴리아민 화합물을 상온 경화용 에폭시 수지 경화제로 폭넓게 사용해왔다.

하지마, 상기와 같은 도료를 이용해 형성시킨 도막층은 내부식성, 내화학성, 내구성, 인장강도, 탄성 복원력 등의 특성이 우수하지 못하고, 수명이 짧아 도막층에 크랙과 부식이 쉽게 발생되어 노후화된 강관과 강재구조물은 구조적 안정성도 저하되지만, 수질을 오염시키는 원인이 된다.

한국 특허 제10-1779826호 한국 특허 제10-1881049호 한국 특허 제10-1792539호 한국 특허 제10-2010028호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강교를 구성하는 강관 등 강재 구조물의과의 접착력을 향상시켜줌으로써 내구성을 향상시키고, 피도물의 부식을 지연시키며, 내구성, 내광성, 내후성을 향상시키는 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 도장 방법을 제공한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부, 아연(zinc) 10 ~ 20 중량부, 세라믹 충전재 20 ~30 중량부, 아마이드수지 20 ~ 30 중량부, 폴리에스테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 안료 5 ~ 20 중량부, 아민계 경화제 10 ~ 20 중량부, 실란 커플링제 10 ~ 20 중량부, 아크릴산 에스테르 공중합체 수지 10 ~ 20 중량부, 현무암 섬유 10 ~ 20 중량부, 폴리아크릴 섬유 10 ~ 20 중량부, 폴리아미드 섬유 10 ~ 20 중량부, 탄소섬유 10 ~ 20 중량부 포함하되, 상기 조성물은 전체 중량부 대비 황화주석 및 황화철, 황화안티몬, 황화몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 이상의 경도향상제 0.2 ~ 0.8 중량부 및 히드록시알킬키토산 0.2 ~ 0.8 중량부 더 첨가한 후, 상기 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물을 제공하고, 또한, 피도물인 강교의 강재 구조물을 핸드그라인드나 샌드블러스르를 이용하여 도막의 부착력을 향상시키는 표면 조도가 35 ~ 65㎛가 되도록 표면처리 하는 단계 1; 상기 표면처리된 강재 구조물 표면에 고압세척기를 이용하여 먼지나 이물질을 제거하는 단계 2; 상기 먼지나 이물질이 제거된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부, 섬유 보강제 20 ~ 50 중량부, 폴리에스테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 안료 5 ~ 20 중량부, 아민계 경화제 10 ~ 20 중량부, 실란 커플링제 5 ~ 20 중량부, 아크릴산 에스테르 공중합체 수지 10 ~ 20 중량부 포함하되, 상기 섬유 보강제는 폴리올레핀 섬유, 현무암 섬유, 폴리아크릴 섬유, 폴리아미드 섬유, 탄소섬유에서 하나 이상 선택되어 이루어져 며, 길이가 0.01 ~ 2 mm이고, 직경이 5 ~ 20 ㎛ 인 것을 포함하고, 상기 조성물은 전체 100 중량부 대비 황화주석 및 황화철, 황화안티몬, 황화몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 이상의 경도향상제 0.2 ~ 0.8 중량부 및 히드록시알킬키토산 0.2 ~ 0.8 중량부 더 첨가한 후, 상기 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 프라이머 조성물을 강재의 표면에 도포하는 단계 3; 상기 프라이머 조성물이 도포된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부; 폴리에스터 수지 100 ~ 120 중량부; 알키드 수지 100 ~ 130 중량부; 분산 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (1) 110 ~ 130 중량부; 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (2) 20 ~ 30 중량부의 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 중도재 조성물을 상기 프라이머 조성물이 도포된 강재의 표면에 도포하는 단계 4; 상기 중도재 조성물이 도포된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 우레탄세라믹 수지 100 중량부, 분산제 0.5 중량부를 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 이상 분산교반하고, 상기 배합물에 차열안료로 백색안료 95 중량부 및 초콜릿색안료 5 중량부, 침강방지제 0.8 중량부 및 희석제 1로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 40 중량부를 투입하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 15분 정도 분산교반한 다음, 상기 배합물을 연화기에 투입하여 배합물 내의 안료입자경이 15 ㎛이하가 되도록 연화시키며, 상기 연화물에 촉매로 우레탄 촉매 1.0 중량부, 폴리에스테르 수지 25 중량부, 레벨링제 1.0 중량부, 소포제 1.0 중량부, 희석제 2로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 2.5 중량부, 톨루엔 2.5 중량부를 교반기를 이용해 1,600 ~ 2,200 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 주제부를 제조하고, 폴리이소시아네이트 95 중량부, 수분흡수제 0.5 중량부, 희석제 3으로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 5 중량부, 부틸아세테이트 50 중량부, 메틸 이소부틸 케톤 15 중량부 및 톨루엔 55 중량부를 교반기를 이용해 1,500 ~ 2,000 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 경화제부를 제조한 후, 상기 제조된 주제부 및 경화제부를 2:1의 부피비로 1,500 rpm으로 10분간 교반하여 이루어진 상도재 조성물을 상기 중도재 조성물이 도포된 강재의 표면에 도포하는 단계 5; 및 상가 상도재 조성물 까지 도포가 끝난 후 10 ~ 12 시간 동안 양생 시켜 건조하는 단계 6;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물을 이용한 강재 구조물 도장 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 강교를 구성하는 강재 구조물의 표면에 프라이머 도료를 도포하여 강재 구조물과의 접착력을 증새시키고, 강재 구조물의 내구성을 향상시켜며, 피도물의 부식을 지연시키고, 중도재 및 상도재 조성물을 이용하여 내구성, 내후성, 방수성, 내광성을 향상시켜 강재의 표면을 도료에 의해 장시간 보호할 수 있으므로 강재 구조물의 수명을 연장시킨다. 또한, 강재 구조물의 표면 보호를 통해 내구성 및 내부식성을 향상시키므로 수질 오염도 크게 감소하여 친환경적이다.

도 1은 본 발명에 따른 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물을 이용한 강재 구조물 도장 방법의 시공순서도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 도장 방법을 하기에 설명한다.

본 발명은 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부, 아연(zinc) 10 ~ 20 중량부, 세라믹 충전재 20 ~30 중량부, 아마이드수지 20 ~ 30 중량부, 폴리에스테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 안료 5 ~ 20 중량부, 아민계 경화제 10 ~ 20 중량부, 실란 커플링제 10 ~ 20 중량부, 아크릴산 에스테르 공중합체 수지 10 ~ 20 중량부, 현무암 섬유 10 ~ 20 중량부, 폴리아크릴 섬유 10 ~ 20 중량부, 폴리아미드 섬유 10 ~ 20 중량부, 탄소섬유 10 ~ 20 중량부를 포함하는 강재 표면 보호용 조성물에 관한 것이다.

강재 표면 보호용 도료 조성물은 철금속, 비철금속 등을 포함하는 금속 구조물의 표면에 도포되어 강재 구조물의 내부식성, 내수성, 내화학 저항성을 향상시킬 수 있으며, 표면 보호 도포층은 접착강도가 우수해 강재 구조물의 물성 변화를 장시간 안정적으로 방지할 수 있다.

본 발명은 강재 표면 보호용 도료 조성물을 강재 구조물의 표면에 도포한 다음 경화시켜 표면 보호 도포층을 형성시키는 단계를 포함하는 강재 구조물의 시공 방법을 제공한다.

강재 표면 보호용 도료 조성물은 에폭시 수지, 아크릴계 수지, 폴리에스테르 수지, 아민계 경화제, 실란 커플링제, 섬유 보강제 및 안료를 포함하며, 점도가 20 ~ 2000 cps 이다.

구체적으로, 에폭시 수지는 강재 구조물과 접착력이 우수하고, 경화 수축율이 낮아 기계적 강도가 우수한 표면 보호 도포층을 형성하는 기능을 한다.

에폭시 수지는 이소시아네이트 변성 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시, 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지 등을 포함하며, 에폭시 수지는 에폭시 당량(g/eq) 400 ~ 1,000인 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함할 수 있고, 에피클로로히드린(epichlorohydrin)과 비스페놀 A(bisphenolA)를 중합하여 제조하여 유연성과 내식성이 우수한 비스페놀 A형 에폭시 수지를 사용할 수 있다.

아크릴계 수지는 강재 표면 보호용 도료 조성물의 접착력을 향상시켜 박리 강도가 높은 표면 보호 도포층을 형성시키고, 이로 인해, 접착력, 내수성, 방식성 등의 특성이 향상된 표면 보호 도포층을 형성시키는 기능을 하며, 메타크릴레이트, 아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트 등의 아크릴 단량체를 이용해 제조한 것을 사용할 수 있다. 아크릴계 수지는 전술한 에폭시 수지와의 물성에 따른 결합력 향상을 위해서 글리시딜 메타크릴레이트와 메타크릴레이트를 각각 30:70의 중량비로 혼합하여 제조한 것을 사용할 수 있다.

아크릴계 수지는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 10 ~ 20 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 아크릴계 수지의 포함함량이 10 중량부 미만일 경우 강재 구조물과의 접착력이 떨어지고, 20 중량부를 초과할 경우 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

폴리에스테르 수지는 표면 보호 도포층과 강재 구조물과의 접착력과 내구성을 향상시키는 기능을 하며, 에틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜 등을 대표적인 예로 들 수 있다.

폴리에스테르 수지는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 20 ~ 50 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 에폭시 수지의 포함 함량이 20 중량부 미만일 경우 접착성과 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 50 중량부를 초과할 경우 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

아민계 경화제는 강재 표면 보호용 도료 조성물에 포함된 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지를 가교시키고 분자간 가교밀도를 증가시켜 경화시키는 역할을 하며, 알킬렌폴리아민, 폴리알킬렌폴리아민 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 아민계 경화제는 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 10 ~ 20 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 경화제의 포함 함량이 10 중량부 미만일 경우 에폭시 수지의 균일한 경화가 발생되지 않아 프라이머층의 기계적 물성이 저하되며, 20 중량부를 초과할 경우 강재 구조물과의 접착성과, 내구성 등의 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

실란 커플링제는 강재 표면 보호용 도료 조성물에 포함되는 에폭시 수지와 포함된 다양한 혼합물을 가교 시키고, 강재 구조물과의 접착력을 향상시키는 기능을 한다.

실란 커플링제는 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미토프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란 및 3-머캅토프로필트리에톡시실란 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

실란 커플링제는 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 10 ~ 20 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 실란 커플링제를 10 중량부 미만으로 포함할 경우, 강재 구조물과의 접착력이 떨어지고, 프라이머층의 기계적 물성이 저하되는 문제가 있으며, 20 중량부를 초과할 경우 방식성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

섬유 보강제는 강재 표면 보호용 도료 조성물에 포함된 고분자 수지와 구조적, 화학적으로 결합되어 물성이 복합화되며, 각각의 고유 물성보다 더욱 우수한 물성을 구현하는 역할을 하고, 이와 같이 섬유 보강제를 포함하는 강재 표면 보호용 도료 조성물은 인장특성과 기계적 물성이 강화되고, 장기 내구성이 우수한 표면 보호 도포층을 형성시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 섬유 보강제로 예를 들면, 현무암 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리아크릴 섬유, 폴리아미드섬유, 탄소섬유, 유리섬유 등을 들 수 있으며, 이들 중 현무암섬유를 사용한다.

현무암 섬유는 유해물질을 배출하지 않아 친환경적인 소재로서, 자연친화적일 뿐만 아니라 우수한 내화학 저항성, 고강도, 내열성, 내수성, 흡음성, 높은 원적외선 방사율을 나타내고, 850 ℃ 이상의 고온에서도 원형을 유지할 수 있어 강재표면 보호용 도료 조성물에 적용이 용이하다.

현무암 섬유는 전세계에 분포되어 있는 불활성 암석인 현무암을 그 원료로 하는 차세대 광물섬유(mineral fiber)로서 무기 섬유의 일종이며, 화산작용에 의하여 지구내부에 있는 마그마가 지표로 유출되어 급격히 냉각, 응고되어 형성된 화성암인 현무암 원광을 대략 1500 ℃의 온도에서 용융시켜 102.8 ~ 103 poise의 점도를 가지는 용융액에서 노즐을 통해 사용 용도에 따라 5 ~ 30 ㎛의 직경을 갖도록 초미세 섬유로 인발하여 만든 섬유를 의미한다.

현무암 섬유는 강재 표면 보호용 도료 조성물에 적용하기 위해서, 길이가 0.05 ~ 2 mm인것을 사용할 수 있고, 직경이 0.5 ~ 30 ㎛인 현무암 단섬유를 사용할 수 있으며, 상기 현무암 섬유는 절단기(chopping machine)를 이용해 현무암 섬유 로빙(roving)을 용도에 맞게 절단한 것을 사용한다.

현무암 섬유는 다른 고분자 수지와의 상용성을 증가시키고, 건조 후의 인장강도 등을 향상시키기 위해 3급 아민을 포함하는 블록공중합체로 표면에 도포층을 형성할 수 있다.

현무암 섬유에 형성되는 도포층은 다른 고분자 수지와 상기 현무암 섬유 간에 접촉되는 계면의 강도를 제어하기 위한 것으로, 특히 에폭시 수지와의 계면 접착력을 향상시키기 위해 관능성기가 도입된 히드록시 함유 단량체를 포함하는 도포제으로 구성된다.

본 발명에서 3급아민 함유 단량체의 예를 들면, 디메틸아미노에틸아크릴레이트, 디메틸아미노에틸메타크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상 혼합하여 사용하여도 무방하다.

또한 상기 3급아민 함유 단량체 이외에도 지방족기를 갖는 아크릴계 또는 메타크릴계 단량체를 더 도입하여 접착성을 증가시킨다. 지방족기를 갖는 아크릴계 또는 메타크릴계 단량체의 예로는 노말부틸아크릴레이트,노말부틸메타크릴레이트, 노말프로필메타크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 옥틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 이소보닐메타크릴레이트 등을 들 수 있고, 산기를 갖는 아크릴계 또는 메타크릴계 단량체의 예로는 아크릴산, 메타크릴산 등을 들 수 있으며, 수산기를 갖는 아크릴계 또는 메타크릴계 단량체의 예로는 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 4-히드록시부틸아크릴레이트, 4-히드록시부틸메타크릴레이트 등을 들 수 있다.

본 발명에서 3급아민 함유 단량체와 지방족기를 갖는 아크릴계 또는 메타크릴계 단량체의 조성비는 3급아민 함유 단량체 5 ~ 7 : 아크릴계 또는 메타크릴계 단량체 3 ~ 5 중량비로 첨가한다. 상기 범위를 벗어나는 경우 섬유보강재의 혼화특성이 저하될 수 있다.

도포제는 단량체들 이외에도 반응개시제, 유화제, 용매 등을 더 포함할 수 있으며, 이들의 예로는 소디움퍼설페이트, 쿠멘하이드로퍼옥사이드, 포타슘퍼설페이트, 암모니움퍼설페이트, 포타슘퍼망가네이트, 터셔리부틸하이드로퍼옥사이드, 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드 등의 수용성 과산화물 반응개시제나 노닐프로페닐에톡시에테르 술페이트의 암모늄염류, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 알릴 소듐설페이트의 에스테르류, 폴리옥시에틸렌 알릴 글리시딜 노닐 페닐에테르의 술폰산 에스테르류, 및 폴리옥시에틸렌 노닐 프로페닐 에테르의 술폰산 에스테르의 암모늄염류 등의 유화제를 포함할 수 있다.

본 발명에서 도포제는 먼저 3급아민 함유 단량체와 지방족기를 갖는 아크릴계 또는 메타크릴계 단량체를 정해진 조성비대로 용매와 함께 혼합하여 용액 상태로 만든 후, 여기에 상기 섬유 보강재를 투입하여 사이징(sizing)한다. 이때 상기 사이징 조건은 85 ~ 100℃에서 4 ~ 5시간 동안 교반하여 진행할 수 있다.

또한, 상기 도료 조성물은 마찰강도를 더욱 향상시키기 위해 하나 또는 복수의 실리콘 변성 페놀수지를 더 포함할 수도 있다.

실리콘 변성 페놀수지 제조에 사용되는 실리콘 모노머 및 올리고머로서는, 예컨대 메틸실리케이트, 에틸실리케이트, 테트라알콕시실레인, 알킬트라이알콕시실레인, 다이알킬다이알콕시실레인, 규산리튬, 규산나트륨, 규산칼륨, 메틸트라이프로판올암모늄실리케이트, 다이메틸다이프로판올암모늄실리케이트 등을 들 수 있으며, 구체적으로 테트라알콕시실레인 등에 있어서의 알킬기로서는, 예컨대 에틸기, 메틸기, 프로필기, 부틸기, 바이닐기및 페닐기 등을 들 수 있다. 또한, 테트라알콕시실레인 등에 있어서의 알콕시기로서는, 예컨대 메톡시기, 에톡시기 및 프로폭시기 등을 들 수 있다.

실리콘 변성 페놀수지는 전형적으로는 실리콘 화합물 및 페놀 화합물의 각각의 저분자량 물질(모노머나 올리고머)을 출발 원료로 하여 이들을 혼합 또는 중합 반응시키는 것에 의해 형성할 수 있다.

페놀 화합물의 예를 들면, 페놀, 브로모페놀, 나프톨, 크레졸, 티몰, 아닐리노페놀 등의 1가 페놀류; 피로카테킨(카테콜), 레조르신, 하이드로퀴논, 오르신, 우르시놀, 비스페놀 A, 바이나프톨 등의 2가 페놀류; 피로갈롤, 트라이히드록시벤조산, 플루오로글리신, 히드록시하이드로퀴논 등의 3가 페놀류를 들 수 있으며, 구체적으로 1500 ~ 5,000 정도의 분자량을 갖는 페놀 수지를 사용한다.

실리콘 변성 페놀 수지는 전체 페놀 화합물 100 중량부 당 10 ~ 50 중량부의 실리콘 화합물을 반응시켜 제조한다. 상기 범위를 벗어나는 경우 도막의 내마모성이 현저히 저하되거나, 방청성, 내식성이 떨어질수 있다. 또한 실리콘 변성 페놀 수지는 전체 도료 조성물 100 중량부 대비 3 ~ 5 중량부 포함하는 것이 내부식성, 방청성, 내마모성을 유지하면서 시공성을 떨어뜨리지 않는다.

또한, 도료 조성물은 시공 후에 습기나 기타 액체, 기체의 투과를 방지하고 내습성, 내구성, 내충격성, 내약품성 등의 내후성을 향상시키기 위해 충전재를 더 포함할 수 있다.

충전재는 주로 기계적, 화학적 물성을 향상시키기 위해 무기계 입자를 포함하는 것이 좋으며, 무기계 입자의 예를 들면, 지르코니아-실리카, 실리콘카바이드, 알루미나, 실리카, 산화아연(ZnO), 산화티타늄(TiO2)및 탄산칼슘(CaCO3) 등을 들 수 있다.

무기계 입자는 평균입경과 첨가량을 한정하는 것은 아니나, 평균입경은 10 ~ 2,000㎚, 첨가량은 전체 도료 조성물 100 중량부 대비 2 ~ 5 중량부인 것이 바람직하며, 상기 범위에서 조성물의 점도, 시공성에 영향을 주지 않으면서도 상기와 같은 기계적, 화학적 물성을 높일 수 있다.

또한, 도료 조성물은 도막의 표면경도를 더욱 높이기 위해 하나 이상의 경도향상제를 더 포함할 수도 있다.

경도향상제는 하나 또는 복수의 금속 황화물이나 탄화수소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 황화주석, 황화안티몬, 황화몰리브덴, 황화철 및 흑연에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 포함하는 것이 좋으며, 첨가량을 한정하지는 않으나, 전체 도료 조성물 100 중량부 대비 0.2 ~ 1 중량부 포함하는 것이 표면 경도를 높일수 있다. 여기에 상기 경도향상제는 상기 금속화합물 이외에 하나 또는 복수의 천연폴리머, 더욱 상세하게는 히드록시알킬키토산을 더 첨가할 수도 있다.

히드록시알킬키토산은 키토산을 히드록시알킬화(hydroxyalkylation)시켜 수득하는 것으로, 피막 형성능을 가지는 천연 폴리머이며, 상기 도료 조성물에 포함되는 여러 성분들이 용매 또는 매질에 자연스럽게 분산되도록 하며, 특히 섬유 보강재, 충전재와 다른 성분 간의 침강 분리를 효과적으로 억제하여 조성물의 표면 경도와 같은 물성을 높일 수 있으며, 이외에도 내산성, 내알칼리성과 같은 내부식성이 증가한다.

본 발명에서 히드록시알킬키토산의 예를 들면, 히드록시메틸키토산, 히드록시부틸키토산, 히드록시에틸키토산, 히드록시프로필키토산, 히드록시이소프로필키토산, 히드록시펜탄키토산, 히드록시헥산키토산, 히드록시에 틸히드록시프로필 키토산, 히드록시프로필히드록시부틸키토산, 디히드록시프로필키토산 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상 혼합하여 사용하여도 무방하다.

본 발명에서 히드록시알킬키토산은 키토산의 아미노기에 알킬렌옥사이드나 옥시란메탄올이 부가한 구조를 가지고 있고, 키토산과 알킬렌옥사이드, 또는, 옥시란메탄올을 반응시켜 제조한 것이 바람직하다. 그러나 본 발명에서 사용하는 히드록시알킬키토산은 이것에 한정되는 것이 아니라, 다른 방법으로 제조된 히드록시알킬키토산도 마찬가지로 사용할 수 있다. 또한, 상기의 알킬렌옥사이드나 옥시란메탄올은 단독으로 사용해도 좋고, 복수종을 혼합하여 사용해도 좋다.

키토산과 알킬렌옥사이드를 반응시키고, 본 발명에서 사용하는 히드록시알킬키토산을 제조하는 경우는, 예를 들면, 함수 이소프로필알코올 등에, 키토산을 교반 분산해 두고, 이것에 수산화나트륨과 부틸렌옥사이드를 첨가하고, 이어서 가열 교반하는 것에 의해서 히드록시부틸키토산을 얻을 수 있다. 또한, 키토산과 옥시란메탄올을 반응시키고, 본 발명에서 사용하는 글리세릴화 키토산을 제조하는 경우에는, 예를 들면, 함수 이소프로필알코올등에, 키토산을 교반 분산해 두고, 이것에 옥시란메탄올을 첨가하고, 이어서 가열 교반하는 것에 의해 글리세릴화 키토산을 얻을 수 있다.

본 발명에 이용하는 히드록시알킬키토산은, 탄소 필러의 분산성의 점으로부터, 히드록시알킬화도가 1 이상 4 이하의 범위의 히드록시알킬키토산이 적합하게 이용된다. 여기서, '히드록시알킬화도'란 알킬렌옥사이드 또는 옥시란메탄올의 키토산에의 부가율을 말한다. 즉, 본 발명에서는, 키토산을 구성하고 있는 피라노스환 1개(1몰) 당, 1몰 이상 4몰 이하인 것이 바람직하다. 이러한 히드록시알킬화도를 얻기 위해서는, 상기 방법을 실시하는 데 있어서, 키토산을 구성하는 피라노스환 1개(1몰)당 1.2몰 이상 10몰 이하의 알킬렌옥사이드 또는 옥시란메탄올을 가하여 반응하면 좋다. 사용하는 히드록시알킬키토산의 히드록시알킬화도가 0.5 미만이면, 탄소 필러 분산성, 분산 후의 슬러리 안정성의 점에서 불충분하고, 한편, 상기 히드록시알킬화도가 4를 넘어도 탄소 필러 분산성은 변하지 않기 때문에, 히드록시알킬화도를 그것보다 크게 하는 것은 비경제적이다.

또한, 본 발명에서는, 중량 평균 분자량이 3,000 이상 350,000 이하의 범위의 히드록시알킬키토산, 특히, 6,000이상 250,000 이하의 히드록시알킬키토산을 이용하는 것이 바람직하다. 중량 평균 분자량이 3,000 미만에서는, 탄소 필러의 분산성의 점에서 불충분하므로 바람직하지 않다. 한편, 중량 평균 분자량이 350,000을 넘으면, 분산제의 점도가 상승하고, 이것을 이용하여 슬러리 등의 분산액을 조제한 경우에, 분산액 중의 탄소 필러의 고형분 농도를 올리기 어려워진다.

히드록시알킬키토산은 전체 도료 조성물 100 중량부 대비 0.2 ~ 1 중량부 첨가한다. 0.2 중량부 미만 첨가하는 경우, 표면경도의 증가효과가 제대로 발현되지 않으며, 1 중량부 초과 첨가하는 경우, 조성물의 취성이 증가하여 기계적 물성이 상대적으로 하락할 수 있다.

이외에도 상기 조성물은 발명의 안료, 소포제, 증점제, 흐름성 향상제, 유동성 향상제, 분산제, 항균제, 충전재, 탈취제, 경화 보조제, 용제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 혼합물을 첨가제로 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서 상기 안료의 예를 들면 이산화티탄, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비 블루, 시아닌 블루 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 탈크, 장석, 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 이산화티탄, 탄산칼슘, 올라스토나이트(wollastonite) 또는 이들의 혼합물과 같이 인체 유해성분을 배출하지 않는 회백색의 세라믹 안료를 포함할 수 있다.

흐름성 향상제는 강재 표면 보호용 도료 조성물의 흐름성을 향상시키는 역할을 하며, 아크릴계 흐름성 향상제, 실리콘계 흐름성 향상제 등을 포함할 수 있다.

유동성 향상제의 예를 들면, 폴리프로필렌계 왁스, 친수성 또는 소수성의 실리카 등을 들 수 있으며, 분산제의 예를 들면 아미드계, 폴리프로필렌계, 올레핀계, 테프론계 왁스 등을 포함할 수 있다.

용제는 강재 표면 보호용 도료 조성물의 흐름성, 작업성, 분산성 등의 특성을 확보하기 위해 포함될 수 있으며, 메틸 알코올, 프로필 알코올, 이소프로필 알코올, 부틸 알코올, 에틸 알코올, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 클로로벤젠, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 테트라클로로에틸렌, 부틸아세트산, 부틸셀로솔브아세트산, 에틸아세트산, 메틸아세트산, 이소프로필아세트산, 메틸셀로솔브아세트산, 메틸에틸케톤, 아세톤 또는 이들의 혼합물등을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 강재 표면 보호용 도료 조성물을 강재 구조물의 표면에 도포한 다음 경화시켜 강재 구조물에 표면 보호 도포층을 형성시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 강재 표면 보호용 도료 조성물은 도료와 같은 액상 형태로 제조되어 강재 구조물의 표면에 스프레이 코칭(spray coating), 딥 코팅(dip coating), 그라비아 코팅(gravure coating) 또는 브러싱(brushing) 등과 같은 통상적인 방법을 이용해 코팅할 수 있으며, 25 ~ 40 ℃, 즉, 상온에서 20 ~ 60시간 동안 경화시켜 강재 구조물에 표면 보호 도포층을 형성시킬 수 있으며, 이와 같은 강재 표면 보호용 도료 조성물은 접착력 향상과 내후성을 강화시키기 위하여 사용되는 프라이머 고분자를 사용하지 않고도 접착강도가 우수한 표면 보호 도포층의 형성이 가능하다.

상기와 같은 방법으로 형성시킨 표면 보호 도포층은 0.02 ~ 10 mm의 평균 두께를 갖도록 강재 표면 보호용 도료 조성물을 도포할 수 있으며, 상기 표면 보호 도포층의 두께가 0.02 mm 미만일 경우 강재 구조물의 표면 보호 효과가 저감되는 문제가 발생할 수 있고, 10 mm를 초과하는 두께로 형성시킬 경우 기계적 강도가 저하되는문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는, 상기 표면 보호 도포층은 0.05 ~ 3 mm의 두께로 형성시킬 수 있다.

강재 구조물은 철제금속, 비철금속 등과 같은 소재를 이용하여 제조한 관체형상의 구조물과 판형상의 구조물을 모두 포함할 수 있으며, 상기 강재 구조물은 표면을 전처리한 다음 강재 표면 보호용 도료 조성물을 도포할 수 있다.

통상적으로 강재 구조물은 고온으로 가열한 다음 판형상 또는 관체형상을 갖도록 성형하여 제조되며, 이와 같은 방법으로 제조한 강재 구조물은 제조된 후 냉각되는 과정에서 수축이 발생하여 강재 구조물의 표면에 크랙(crack), 핀홀(pin hole) 등과 같은 미세 균열이 발생하게 된다. 상기와 같이 미세 균열이 형성된 강재 구조물은 표면이 거칠어지고, 균열 사이에 미생물 등이 쉽게 부착해 번식하여 스케일이나 이물질이 발생하기도 하며, 내부식성이 저하되는 특성을 나타내게 된다.

또한, 강재 표면 보호용 도료 조성물과 강재 구조물 간에 발생하는 접착력은 분자의 인력과 수소 결합이 중심이 되며, 이종 재료의 계면에서의 분자의 인력을 최대화하여 결합력을 강화시키기 위해서는 강재 구조물의 표면에 존재하는 이물질을 완전히 제거한 상태에서 강재 표면 보호용 도료 조성물을 도포한다.

따라서 본 발명에서는, 강재 표면 보호용 도료 조성물을 도포하기 전에 상기와 같은 강재 구조물을 전처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 강재 구조물을 전처리하여 표면에 잔존하는 이물질과 미세 균열 등을 제거해 표면 보호 도포층 생성에 저해를 주는 결함요소인 스케일이나 이물질을 제거할 수 있다.

전처리는 전기화학적 처리법, 산부식을 이용한 에칭법, 샌드블라스팅(sandblasting)법, 브러싱(brushing)법, 실리콘 코팅법, 프라이머(primer) 코팅법 또는 이들을 혼합한 방법을 대표적인 예로 들 수 있으며, 계면활성제와 연마제가 포함된 세정제로 강재 구조물의 표면을 세정하는 세정법을 사용할 수도 있다.

또한, 전처리는 금속 분말, 유기산, 무기산, 킬레이트제 또는 이들의 혼합물을 이용한 샌드블라스팅법을 이용해 수행할 수 있으며, 바람직하게는, 100 ~ 500 ㎛의 평균입자크기를 갖는 산화알루미늄 분말(Al2O3 powder)을 이용하고, 분말을 분사하는 압력과 처리 시간을 조절하여 수행할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 강재 표면 보호용 도료 조성물을 도포하기 전에 상기와 같이 1차 전처리한 강재 구조물의 표면에 형성되는 표면 보호 도포층의 접착력과 물성을 더욱 향상시키기 위해서, 강재 구조물을 1차 전처리한 다음 강재 구조물에 프라이머 조성물을 도포하여 표면에 프라이머층을 형성시키는 2차 전처리 단계를 추가로 포함할 수 있다.

프라이머층은 에폭시 수지와 상용성이 우수한 프라이머 조성물을 사용하여 강재 구조물의 표면에 형성된후 표면 보호 도포층 과의 결합력을 더욱 향상시키고, 내부식성 등의 특성을 더욱 강화시킬 수 있으며, 에폭시 수지와의 상용성이 우수한 프라이머 조성물이라면 제한받지 않고 사용할 수 있다.

예로서, 프라이머 조성물은 에폭시 수지 100 중량부, 실리콘 수지 20 ~ 50 중량부 및 충전제 5 ~ 30 중량부를 포함할 수 있다.

프라이머 조성물에 포함되는 에폭시 수지는 에폭시 당량 100 ~ 200인 비스페놀 F형 에폭시 수지를 포함할 수 있고, 상기 비스페놀 F형 에폭시 수지는 작업성, 내흐름성이 우수하고, 부착성, 내약품성, 내수성 등의 특성이 우수하다.

프라이머 조성물에 포함되는 실리콘 수지는 내오염성, 내후성, 내열성, 난연성, 전기적 특성, 발수성 등이 우수하며, 기계적 물성이 우수한 프라이머층을 형성시키는 역할을 하며, 실온에서 쉽게 경화되는 오르가노폴리실록산, 디오르가노폴리실록산, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 사용할 수 있다.

프라이머 조성물은 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 실리콘 수지를 20 ~ 50 중량부의 비율로 포함할수 있으며, 실리콘 수지의 포함함량이 20 중량부 미만일 경우 프라이머층에 충분한 물성 부여가 힘들고, 50 중량부를 초과할 경우 작업성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

프라이머 조성물에 포함되는 충전제는 강재 구조물의 표면에 형성된 균열 등의 틈을 매워 부식 발생을 억제하는 역할을 하며, 탈크, 벤토나이트, 장석, 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 이산화티탄, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 올라스토나이트(wollastonite) 또는 이들의 혼합물 등과 같은 내부식성 세라믹분말 입자를 대표적인 예로 들 수 있다. 상기 충전제는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 5 ~ 30 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 상기 충전제의 포함함량이 5 중량부 미만일 경우 균열 보수효과가 크지 않는 문제가 발생할 수 있고, 30 중량부를 초과할 경우 프라이머 조성물이 강재 구조물과의 접착성과, 내구성 등의 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 프라이머 조성물은 용제를 포함할 수 있으며, 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 5 ~ 200 중량부의 비율로 혼합할 수 있다.

또한, 프라이머 조성물은 부식 방지제, 소포제, 증점제, 분산제, 흐름방지제, 탈취제 또는 이들의 혼합물 등과 같은 첨가물을 추가로 포함하도록 구성할 수 있으며, 상기 첨가물은 각각 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 5 중량부의 비율로 혼합할 수 있고, 물성에 영향을 미치지 않는 범위로 포함시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 강재 구조물은 구조용 강재인 것이 바람직하며, 예를 들어 구조용 강재를 구분한 KS에 의거할 수 있으며, 구체적으로 일반 구조용 압연강재(KS D 3503), 용접 구조용 압연강재(KS D 3515), 용접 구조용 내후성 열간압연강재(KS D 3529), 교량 구조용 압연강재(KS D 3868) 등을 예로 들 수 있다.

구체적으로, 상기 강재는 냉연, 열연 강재, 스테인리스 스틸, 아연계 도금 강재, 아연-알루미늄 합금계 도금 강재, 아연-철계 도금 강재, 아연-마그네슘계 도금 강재, 알루미늄계 도금 강재 등의 강재를 들 수 있고, 이들을 적절하게 가공하여 얻어지는 가공재, 또한 이들의 재료를 적절하게 조합하여 얻어지는 조합재 등을 들 수 있다.

상기 아연계 도금 강재의 예로서는, 예를 들어 전기 아연 도금 강판, 용융 아연 도금 강판 등이, 아연알루미늄 도금 강재의 예로서는, 예를 들어 용융 아연-5％ 알루미늄 합금 도금 강판, 용융 55％ 알루미늄-아연합금 도금 강판 등을 들 수 있다.

본 발명에서 상기 강재는 조성물을 이용한 표면 처리 시공 전에 표면의 상태에 따라 이전에 시공된 도장이나, 녹, 먼지, 유분 등과 같은 오염물질을 표면처리장치로 제거할 수 있다.

강재는 표면의 상태에 따라 등급을 나누고, 이에 따라 표면 처리를 다르게 진행할 수 있다. 구체적으로 상기 등급은 SSPC-Vis 1 / ISO 8501-1 규격에 따라 육안으로 평가하되, 전면에 밀 스케일(Millscale, 흑피)이 단단히 덮여있고 녹이 없거나 아주 조금 있는 상태(A 등급), 철판 표면이 녹슬기 시작하고 Milscale이 떨어져 나가기 시작하는 상태(B 등급), Millscale이 완전히 녹으로 진행되었으며, 피팅(Pitting)은 없는 상태(C 등급), Millscale이 완전히 녹슬었고 Pitting이 넓게 퍼져 있는 상태(D 등급)로 나눌 수 있다.

표면처리장치는 고압세척기와 집진장치가 구비된 표면처리 장치를 이용함으로써, 도장의 들뜸이나 또는 강재표면이 산화되어 발생한 녹이나 강재 표면의 이물질, 유분체 등의 탈락을 보다 용이하게 실시하여 작업자의 작업의 용이성을 제공하게 된다.

표면처리가 완료된 강재는 비스페놀 F형 에폭시 수지 100 중량부, 실리콘 수지 30 중량부, 탈크 10중량부 및 이소프로필 알코올 20 중량부를 포함하는 프라이머 조성물을 도포한 다음 10 ~ 15시간 동안 경화시켜 강재의 표면에 프라이머층을 형성시킬 수 있다.

프라이머층이 형성된 강재의 표면에 에폭시 당량(g/eq) 450인 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부, 아크릴계 수지 15 중량부, 폴리에스테르 수지 30 중량부, 트리메틸헥사메틸렌디아민 경화제 15 중량부, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란 10 중량부, 현무암 섬유 30 중량부 및 비스무스 바나데이트 5 중량부, 분산제 1 중량부를 포함하는 강재 표면 보호용 도료 조성물을 더포한 다음 10 ~ 15시간 동안 경화시켜 강재의 표면에 표면 보호 도포층을 형성시킬 수 있으며, 이와 같은 표면 보호 도포층은 물성이 우수하며, 장시간 동안 박리되지 않아 교량용 강재 등의 용도로 쉽게 활용될 수 있다.

상기 조성물은 모두 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 이상 분산교반하여 제조한다.

또한 필요에 따라 상기 조성물이 도포된 표면에 중도재 및 상도재를 더 도포 한다. 이때 상기 상도 도포에 사용되는 조성물의 종류는 한정하지 않으나, 우레탄계, 세라믹계 우레탄, 실록산계, 불소 수지계, 수용성 우레탄계 등을 포함할 수 있다.

중도재 조성물을 하기에 설명한다. 중도재는 말 그대로 프라이머와 상도재 중간에 칠하는 재료를 의미하고, 1mm이상 두껍게 칠할때 적용된다.

중도재 조성물은 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부; 폴리에스터 수지 100 ~ 120 중량부; 알키드 수지 100 ~ 130 중량부; 분산 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (1) 110 ~ 130 중량부; 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (2) 20 ~ 30 중량부;를 포함한다.

상기 에폭시 수지는 수평균 분자량이 3000~5500이고, 유리전이온도가 25~50℃이며 산가가 5~20mgKOH/g일 수 있다. 상기 폴리에스터 수지 2는 수평균 분자량이 1500~3500이고, 유리전이온도가 -12~12℃이며 산가가 5~20mgKOH/g일 수 있다.

상기 멜라민 수지 (1)은 부톡시 멜라민 수지일 수 있다. 상기 멜라민 수지(2)는 메톡시 멜라민 수지일 수 있다.

상도재 조성물 하기에 설명한다.

우레탄세라믹 수지 100 ~ 120 중량부, 분산제 0.3 ~ 2 중량부, 차열안료 110 ~ 130 중량부, 침강방지제 0.3 ~ 2 중량부, 촉매 0.3 ~ 2 중량부 및 폴리에스테르 수지 15 ~ 45 중량부를 함유하는 주제부; 및 폴리이소시아네이트 120 ~ 150 중량부, 수분흡수제 0.3 ~ 2 중량부 및 희석제 150 ~ 180 중량부를 함유하는 경화제부를 포함하는 2액형의 상도재 조성물이다.

상도재 조성물 실시예

우레탄세라믹 수지 100 중량부, 분산제 0.5 중량부를 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 이상 분산교반하였다. 상기 배합물에 차열안료로 백색안료 95 중량부 및 초콜릿색안료 5 중량부, 침강방지제 0.8 중량부 및 희석제 1로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 40 중량부를 투입하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 15분 정도 분산교반한 다음, 상기 배합물을 연화기에 투입하여 배합물 내의 안료입자경이 15 ㎛이하가 되도록 연화시켰다. 상기 연화물에 촉매로 우레탄 촉매 1.0 중량부, 폴리에스테르 수지 25 중량부, 레벨링제 1.0 중량부, 소포제 1.0 중량부, 희석제 2로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 2.5 중량부, 톨루엔 2.5 중량부를 교반기를 이용해 1,600 ~ 2,200 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 주제부를 제조하였다.

또한, 폴리이소시아네이트 95 중량부, 수분흡수제 0.5 중량부, 희석제 3으로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 5 중량부, 부틸아세테이트 50 중량부, 메틸 이소부틸 케톤 15 중량부 및 톨루엔 55 중량부를 교반기를 이용해 1,500 ~ 2,000 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 경화제부를 제조하였다.

상기 제조된 주제부 및 경화제부를 2:1의 부피비로 1,500 rpm으로 10분간 교반하여 상재도 조성물을 제조하였다

본 발명에 따른 강재 구조물의 시공방법에 따르면, 철금속, 비철금속 등을 포함하는 강재 구조물에 강재 표면 보호용 도료 조성물을 표면에 도포하는 간단한 방법을 통해 강재 구조물의 내부식성, 내수성, 내화학 저항성을 향상시킬 수 있으며, 표면 보호 도포층은 접착강도가 우수해 강재 구조물의 물성 변화를 장시간 안정적으로 방지할 수 있다.

실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편의 물성을 다음과 같이 측정하였다.

- 내충격성 -

실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편을 KS F 4929(세라믹 메탈 함유 수지계 방수 방식제)에 의거하여 실험하였다. 구체적으로 실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편을 100㎜ ×100㎜ ×0.5㎜의 규격으로 강판에 도포하였으며, 완전히 건조된 시편에 300㎜의 높이에서 강구를 시편 위로 떨어뜨려 도막에 박리 또는 균열 발생의 유무를 하기와 같이 측정하였다.

- 내마모성 -

KS L 7103(공업용 글라스라이닝 기기 실험방법)에 따라 도포재의 내마모성을 평가하였다.

- 표면경도 -

JIS K 5400에 의거하여 미츠비시 연필(2H, 3H)을 이용 하여 연필 경도 시험기(Elcometer 3086, SCRATCH BOY)로시험 샘플을 시험하였다.

- 인장강도 -

실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편을 100㎜ ×100㎜ ×0.5㎜의 필름 형태로 경화한 후, 이를 인장시험기(Instron사)를 이용하여 시편에 외력을 가하고, 그 시편이 파괴될 때의 인장성능을 평가하였다.

- 내부식성 -

① 내산성 : 증류수에 시약용 황산(순도 95% 이상)을 10% 농도로 용해한 후 100㎜ ×100㎜ ×0.5㎜의 필름 형태로 제조된 시편에 대하여 약 1g을 떨어뜨리고 상온(20℃)에서 16시간 방치한 후 도막면의 변색, 부풀음, 박리 등을 파악하였다.

② 내알칼리성 : 증류수에 시약용 수산화나트륨(순도 98% 이상)을 10% 농도로 용해한 후 100㎜ ×100㎜ ×0.5㎜의 필름 형태로 제조된 시편에 대하여 약 1g을 떨어뜨리고 상온(20℃)에서 16시간 방치한 후 도막면의 변색, 부풀음, 박리 등을 파악하였다.

(실시예 1)

전처리 규격 ISO SA 2.5로 처리된 방청도료가 도포된 냉연강판(12 cm ×12 cm ×2.5 mm)의 표면에 비스페놀 F형에폭시 수지 100 중량부, 실리콘 수지 33 중량부, 아민계경화제 16 중량부, 충전제 10 중량부 및 이소프로필 알코올 22 중량부를 포함하는 프라이머 조성물을 도포한 다음 40시간 동안 경화시켜 표면에 건도 도막의 두께가 45 ~ 55 ㎛인 프라이머층을 형성시켰다.

이와는 별개로 길이가 3 mm이고, 직경이 5 ㎛인 현무암 단섬유을 자일렌(xylene) 용매에 55% 농도로 분산된 디메틸아미노에틸메타크릴레이트 용액에 침지시킨 후, 85℃의 온도에서 2.5시간 교반시켜 도포제가 현무암 섬유 표면에 부착되어 경화되도록 하였다.

프라이머층이 형성된 냉연강판의 표면에 에폭시 당량(g/eq) 450인 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부, 아크릴계 수지 20 중량부, 폴리에스테르 수지 35 중량부, 트리메틸헥사메틸렌디아민 경화제 20 중량부, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란 15 중량부, 현무암 섬유 25 중량부 및 비스무스 바나데이트 5 중량부, 분산제 1 중량부를 포함하는 강재 표면 보호용 도료 조성물을 도포한 다음 35시간 동안 경화시켜 냉연강판의 표면에 건도 도막의 두께가 480 ㎛인 표면 보호 도포층을 형성시켰다.

실시예 1의 물성 측정결과, 직접 충격에 의한 박리 면적이 45㎟를 이었고, 전체 면적 중 흠집이 발견되는 면적이 4% 였으며, 표면경도는 2H, 인장강도는 170kgf/㎠ 이었고, 도막 표면에 변식과 부풀음이 2개 있었고, 박리가 2개 있었다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에서 도료 조성물 제조시 레조르신 100 중량부, 에틸실리케이트 20 중량부, 다이뷰틸주석 1중량부 및 에탄올 800 중량부를 포함하는 혼합물로 반응시켜 제조된 실리콘 변성 페놀 수지를 전체 도료제 조성물 100 중량부 대비 5 중량부 더 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.

실시예 2의 물성 측정결과, 직접 충격에 의한 박리 면적이 40㎟ 이었고, 전체 면적 중 흠집이 발견되는 면적이 2.5% 이었으며, 표면경도는 3H, 인장강도는 175kgf/㎠ 이었고, 도면 표면에 변식이 하나 있었고, 부풀음이 2개 있었으며, 박리가 1개 있었다.

(실시예 3)

상기 실시예 2에서 도료 조성물 제조시 평균입경 500㎚의 산화티타늄을 전체 도료 조성물 100 중량부 대비 5 중량부 더 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.

실시예 2의 물성 측정결과, 직접 충격에 의한 박리 면적이 42㎟ 이었고, 전체 면적 중 흠집이 발견되는 면적이 2.3% 이었으며, 표면경도는 3H, 인장강도는 180kgf/㎠ 이었고, 도면 표면에 변식이 하나 있었고, 부풀음이 2개 있었으며, 박리가 1개 있었다.

(실시예 4)

상기 실시예 3에서 도료 조성물 제조시 황화몰리브덴을 전체 도료 조성물 100 중량부 대비 1.0 중량부 더첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.

실시예 4의 물성 측정결과, 직접 충격에 의한 박리 면적이 35㎟ 이었고, 전체 면적 중 흠집이 발견되는 면적이 0.5% 이었으며, 표면경도는 3.5H, 인장강도는 190kgf/㎠ 이었고, 도면 표면에 변식이 하나 있었고, 부풀음이 1개 있었으며, 박리가 1개 있었다.

(실시예 5)

상기 실시예 3에서 도료 조성물 제조시 히드록시프로필키토산을 전체 도료 조성물 100 중량부 대비 1.0 중량부 더 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.

실시예 5의 물성 측정결과, 직접 충격에 의한 박리 면적이 20㎟ 이었고, 전체 면적 중 흠집이 발견되는 면적이 0.3% 이었으며, 표면경도는 4H, 인장강도는 198kgf/㎠ 이었고, 도면 표면에 변식, 부풀음, 박리가 나타나지 않았다.

상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 도료 조성물은 부착강도가 높고 내충격성, 내마모성이 우수한 것을알 수 있다. 구체적으로 조성물에 실리콘 변성 페놀수지를 더 첨가한 실시예 2, 산화티타늄을 더 첨가한 실시예3은 실시예 1에 비해 표면경도와 인장강도가 소폭 상승하였으며, 황화몰리브덴이 더 첨가된 실시예 4는 내마모성이 향상되었으며, 히드록시프로필키토산이 더 첨가된 실시예 5는 내부식성이 가장 높았으며, 동시에 기계적인물성이 가장 향상된 것을 확인하였다.

전술한 바와 같은 조성물을 이용한 강교 도장 시공방법을 설명하면 다음과 같다.

단계 1. 표면처리 단계 : 피도물인 강교의 강재 구조물을 핸드그라인드나 샌드블러스르를 이용하여 도막의 부착력을 향상시키는 표면 조도가 35 ~ 65㎛가 되도록 표면처리 한다.

단계 2. 먼지 및 이물질 제거 단계 : 표면처리된 강재 구조물 표면에 고압세척기를 이용하여 먼지나 이물질을 제거한다.

단계 3. 프라이머 도포 단계 : 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부, 섬유 보강제 20 ~ 50 중량부, 폴리에스테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 안료 5 ~ 20 중량부, 아민계 경화제 10 ~ 20 중량부, 실란 커플링제 5 ~ 20 중량부, 아크릴산 에스테르 공중합체 수지 10 ~ 20 중량부 포함하되, 상기 섬유 보강제는 폴리올레핀 섬유, 현무암 섬유, 폴리아크릴 섬유, 폴리아미드 섬유, 탄소섬유에서 하나 이상 선택되어 이루어져 며, 길이가 0.01 ~ 2 mm이고, 직경이 5 ~ 20 ㎛ 인 것을 포함하고, 상기 조성물은 전체 100 중량부 대비 황화주석 및 황화철, 황화안티몬, 황화몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 이상의 경도향상제 0.2 ~ 0.8 중량부 및 히드록시알킬키토산 0.2 ~ 0.8 중량부 더 첨가한 후, 상기 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 것을 프라이머 조성물을 강재의 표면에 도포한다.

단계 4. 중도재 도포 단계 : 상기 프라이머 도포가 끝난 후 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부; 폴리에스터 수지 100 ~ 120 중량부; 알키드 수지 100 ~ 130 중량부; 분산 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (1) 110 ~ 130 중량부; 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (2) 20 ~ 30 중량부의 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 중도재 조성물을 상기 프라이머 조성물이 도포된 강재의 표면에 도포한다.

단계 5. 상도재 도포 단계 : 상기 중도재 도포가 끝난 후 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 우레탄세라믹 수지 100 ~ 120 중량부, 분산제 0.5 중량부를 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 이상 분산교반하고, 상기 배합물에 차열안료로 백색안료 95 중량부 및 초콜릿색안료 5 중량부, 침강방지제 0.8 중량부 및 희석제 40 중량부를 투입하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 15분 정도 분산교반한 다음, 상기 배합물을 연화기에 투입하여 배합물 내의 안료입자경이 15 ㎛이하가 되도록 연화시키며, 상기 연화물에 촉매로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 1.5 중량부 및 우레탄 촉매 1.0 중량부, 폴리에스테르 수지 25 중량부, 레벨링제 1.0 중량부, 소포제 1.0 중량부, 희석제 2로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 2.5 중량부, 톨루엔 2.5 중량부를 교반기를 이용해 1,600 ~ 2,200 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 주제부를 제조하고,

폴리이소시아네이트 95 중량부, 수분흡수제 0.5 중량부, 희석제 3으로 필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 5 중량부, 부틸아세테이트 50 중량부, 메틸 이소부틸 케톤 15 중량부 및 톨루엔 55 중량부를 교반기를 이용해 1,500 ~ 2,000 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 경화제부를 제조한 후,

상기 제조된 주제부 및 경화제부를 2:1의 부피비로 1,500 rpm으로 10분간 교반하여 이루어진 상도재 조성물을 상기 중도재 조성물이 도포된 강재의 표면에 도포한다.

단계 6. 양생 단계 : 상기 상도재 도포가 끝난 후 10 ~ 12 시간 동안 양생 시켜 건조한다.

Claims (2)

1. 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부, 아연(zinc) 10 ~ 20 중량부, 세라믹 충전재 20 ~30 중량부, 아마이드수지 20 ~ 30 중량부, 폴리에스테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 안료 5 ~ 20 중량부, 아민계 경화제 10 ~ 20 중량부, 실란 커플링제 10 ~ 20 중량부, 아크릴산 에스테르 공중합체 수지 10 ~ 20 중량부, 현무암 섬유 10 ~ 20 중량부, 폴리아크릴 섬유 10 ~ 20 중량부, 폴리아미드 섬유 10 ~ 20 중량부, 탄소섬유 10 ~ 20 중량부 포함하되, 상기 조성물은 전체 중량부 대비 황화주석 및 황화철, 황화안티몬, 황화몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 이상의 경도향상제 0.2 ~ 0.8 중량부 및 히드록시알킬키토산 0.2 ~ 0.8 중량부 더 첨가한 후, 상기 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물.
2. 피도물인 강교의 강재 구조물을 핸드그라인드나 샌드블러스르를 이용하여 도막의 부착력을 향상시키는 표면 조도가 35 ~ 65㎛가 되도록 표면처리 하는 단계 1;
   상기 표면처리된 강재 구조물 표면에 고압세척기를 이용하여 먼지나 이물질을 제거하는 단계 2;
   상기 먼지나 이물질이 제거된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부, 섬유 보강제 20 ~ 50 중량부, 폴리에스테르 수지 20 ~ 50 중량부 및 안료 5 ~ 20 중량부, 아민계 경화제 10 ~ 20 중량부, 실란 커플링제 5 ~ 20 중량부, 아크릴산 에스테르 공중합체 수지 10 ~ 20 중량부 포함하되, 상기 섬유 보강제는 폴리올레핀 섬유, 현무암 섬유, 폴리아크릴 섬유, 폴리아미드 섬유, 탄소섬유에서 하나 이상 선택되어 이루어져 며, 길이가 0.01 ~ 2 mm이고, 직경이 5 ~ 20 ㎛ 인 것을 포함하고, 상기 조성물은 전체 100 중량부 대비 황화주석 및 황화철, 황화안티몬, 황화몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 이상의 경도향상제 0.2 ~ 0.8 중량부 및 히드록시알킬키토산 0.2 ~ 0.8 중량부 더 첨가한 후, 상기 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 프라이머 조성물을 강재의 표면에 도포하는 단계 3;
   상기 프라이머 조성물이 도포된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 에폭시 수지 100 ~ 120 중량부; 폴리에스터 수지 100 ~ 120 중량부; 알키드 수지 100 ~ 130 중량부; 분산 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (1) 110 ~ 130 중량부; 및 경화제로 사용되는 멜라민 수지 (2) 20 ~ 30 중량부의 조성물을 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 ~ 40분간 분산교반하여 이루어진 중도재 조성물을 상기 프라이머 조성물이 도포된 강재의 표면에 도포하는 단계 4;
   상기 중도재 조성물이 도포된 강재 구조물 표면에 롤러나 분사식 도장기를 이용하여, 우레탄세라믹 수지 100 중량부, 분산제 0.5 중량부를 원통에 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 30분 이상 분산교반하고, 상기 배합물에 차열안료로 백색안료 95 중량부 및 초콜릿색안료 5 중량부, 침강방지제 0.8 중량부 및 희석제 1로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 40 중량부를 투입하여 1,600 ~ 2,200 rpm 으로 15분 정도 분산교반한 다음, 상기 배합물을 연화기에 투입하여 배합물 내의 안료입자경이 15 ㎛이하가 되도록 연화시키며, 상기 연화물에 촉매로 우레탄 촉매 1.0 중량부, 폴리에스테르 수지 25 중량부, 레벨링제 1.0 중량부, 소포제 1.0 중량부, 희석제 2로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 2.5 중량부, 톨루엔 2.5 중량부를 교반기를 이용해 1,600 ~ 2,200 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 주제부를 제조하고,
   폴리이소시아네이트 95 중량부, 수분흡수제 0.5 중량부, 희석제 3으로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 5 중량부, 부틸아세테이트 50 중량부, 메틸 이소부틸 케톤 15 중량부 및 톨루엔 55 중량부를 교반기를 이용해 1,500 ~ 2,000 rpm으로 15분 정도 분산교반하여 경화제부를 제조한 후,
   상기 제조된 주제부 및 경화제부를 2:1의 부피비로 1,500 rpm으로 10분간 교반하여 이루어진 상도재 조성물을 상기 중도재 조성물이 도포된 강재의 표면에 도포하는 단계 5; 및
   상가 상도재 조성물 까지 도포가 끝난 후 10 ~ 12 시간 동안 양생 시켜 건조하는 단계 6;
   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강교의 강재 구조물용 친환경 도료 조성물을 이용한 강재 구조물 도장 방법.

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