KR102282056B1 - 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제 - Google Patents

수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제에 관한 것으로써, 수분면에도 코팅이 가능할 뿐만 아니라 수분면에도 코팅가능 코팅제, 상온도포/경화가 가능하며, 기계적 강도가 높고, 무용제 타입(VOC’Free)의 친환경적인 복합기능을 갖는 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제는 젖은 금속 수분면에도 코팅 가능(Wet Surface Tolerant)하며 수분면에 영향없이 피도면에 접착 및 경화가 될 뿐만 아니라, 세라믹 복합재료 코팅제(Ceramic Composite Coating for Mechanical strength)로써 세라믹 분말을 상기 수분면 코팅 가능한 범위내에서 최대한 혼합함으로써, 기계적 강도가 우수하며, 무용제 타입(VOC’Free)의 친환경적 코팅제이므로 친환경적이다.

Description

수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제{Wet tolerant high functional ceramic composite coating material}
본 발명은 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제에 관한 것으로써, 수분면에도 코팅이 가능할 뿐만 아니라 수분면에도 코팅가능 코팅제, 상온도포/경화가 가능하며, 기계적 강도가 높고, 무용제 타입(VOC’Free)의 친환경적인 복합기능을 갖는 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제에 관한 것이다.
21세기에 접어들어 융합화, 지능화 극한화 등 세가지 방향으로 연구가 깊게 진행되고 있다. 즉 기존의 범용 고분자를 이용한 단순한 코팅기술이 아닌 첨단 기술분야와의 접목을 통하여 기능성과 물성을 향상시켜 새로운 코팅제로의 발전이 이루어지고 있다. 그러나 현재 우리나라는 기존의 코팅기술에서 진전이 이루어지지 못하고 있어 선진국 수준의 기능성 코팅소재 개발이나 다기능성을 지닌 신소재의 개발에 원천기술이 개발이 되지 않고 있다.
기능성 코팅 소재는 일상용품으로부터 건축, 자동차, 조선 및 메카산업 등에 기초 및 핵심소재를 공급하는 산업이며, 미래성장 동력 발전의 견인차 역할을 하는 산업이다, 기능성 도료는 친환경적이며 광학적 및 열적기능을 가지는 도료로 물리화학적 도료로 분류되며, 내마모성, 내화, 난연, 단열, 방열, 방식, 전자파 차폐, 항균 등의 기능을 갖고 있어 기계, 전기전자, 조선, 건설, 의료, 항공, 자동차 부품 산업 등에 사용되고 있다.
기능성 코팅 소재 개발은 해양플랜트의 도장 산업을 비롯해 자동차, 전기/전자, 토목/건축, 방위산업, 의료, 항공 및 최첨단 나노 등 타산업과의 융합 및 통합을 통해 동반 성장 시너지 효과를 높여 고부가가치 경제 산업으로 발전하기 위해 필요한 산업 분야이다.
기능성 코팅 소재는 표면의 부식이나 마모를 방지하기 위한 목적으로 많은 분야에서 사용되어 왔으며, 최근에는 내마모성, 내화, 난연, 항균, 방열, 스텔스 기능 및 전자파 차폐 등의 기능성을 가지는 재료로 그 활용성이 확대되고 있으며, 최근 도장 및 코팅 처리 기술의 발전에 따라 대상물의 표면 기능을 고도화하는 것이 가능해 내마모성 및 내식성 등의 기본 기능을 포함하여 광학적 기능, 전기기능, 전자기능, 기계적 기능, 물리화학적 기능 등 다양하고 새로운 기능을 부가함으로써 도장하고자 하는 제품의 고부가가치화에 공헌하고 있다.
기존의 재료들을 가지고 새로운 특성을 가지는 물질을 제조하는 대표적인 방법으로 기존의 여러 가지 재료들을 혼합하여 복합체로 만드는 방법이다. 가장 흔한 예로 유기고분자에 무기 충진물을 혼합시켜 기계적 물성을 증가시키는 방법이 있다. 이러한 유기물과 무기물의 복합체 형성은 주로 유기 고분자로 대표되는 유기물질의 우수한 유연성, 가공성, 인성 등의 특성과 세라믹으로 대표되는 무기물의 우수한 강도, 내열성 등을 조합함으로서 새로운 특성의 물질을 개발하는데 있어 아주 유용한 방법이다.
이러한 방법은 금속이 가지지 못하는 내부식(Corrosion-resistance)은 물론 강도, 내마모성, 내화학성 등을 금속설비에 적용 할 수 있는 기술로 이용가치는 매우 높다. 이러한 기능성 코팅제는 종래의 일반유기도료, (금속/세라믹)용사, 도금, 피착형 라이닝(Tile, Rubber, FRP) 등과는 다른 타입으로 내구성, 작업성, 보수성, 경제성이 우수하며, 기존의 용사, 용접, 도금 기술과는 전혀 다른 도포형으로 열가공, 열처리가 필요 없는 코팅시공과 보수가 매우 용이하다.
이러한 기능성 코팅제는 종래의 일반유기도료, (금속/세라믹)용사, 도금, 피착형 라이닝(Tile, Rubber, FRP) 등과는 다른 타입으로 내구성, 작업성, 보수성, 경제성이 우수하며, 기존의 용사, 용접, 도금 기술과는 전혀 다른 도포형으로 열가공, 열처리가 필요 없는 코팅시공과 보수가 매우 용이하다.
그러나, 이러한 분류의 코팅 제품은 국외 제품이 대부분을 차지하고 있으며, 국내에서 생산되고 있는 제품은 시장점유율이 매우 낮고, 국외제품은 고가(高價)이므로, 도포형 고기능성 코팅소재에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.
한국공개특허 제2014-0138400호(2014.12.04.)
본 발명자들은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하고 물리적 특성 및 기능성이 개선된 코팅제를 개발하기 위하여 예의 연구하던 중, 후술하는 바와 같이 유기물인 고분자 수지와 무기물인 세라믹 강화제를 최적의 비율로 배합할 경우 수분면에도 코팅이 가능할 뿐만 아니라 수분면에도 코팅가능 코팅제, 상온도포/경화가 가능하며, 기계적 강도가 높고, 무용제 타입(VOC’Free)의 친환경적인 복합기능을 갖는 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제의 제공이 가능함을 밝혀내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은, 일면에 있어서, 수분면에도 코팅이 가능할 뿐만 아니라 수분면에도 코팅가능 코팅제, 상온도포/경화가 가능하며, 기계적 강도가 높고, 무용제 타입(VOC’Free)의 친환경적인 복합기능을 갖는 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제 및 그의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적은, 추가의 일면에 있어서, 복합 소재로 이루어진 유기물과 세라믹 강화제 조성을 이용하여 최적의 비율로 배합함으로써 접착강도, 내마모 등과 같은 기계적 강도를 개선할 수 있고, 경제적인 방식으로 고기능성 배관용 코팅제 조성물 및 이를 이용한 배관용 코팅제의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
위와 같은 본 발명의 목적은
비스페놀 A 에폭시 45~55 중량부, 비스페놀 F 에폭시 20~30 중량부, C12-14 알킬글리시딜 에테르 20~25 중량부, 실리콘 카바이드 80~90 중량부, 알루미늄 옥사이드 5~9 중량부, 이산화티타늄 4~7 중량부, 흄드 실리카 1~3 중량부를 포함하는 주제; 및
벤질알콜 75~85 중량부, 메타-크실렌-알파, 알파-디아민 45~55 중량부, 아이소포론 디아민 45~55 중량부 및 살릭실산 15~25 중량부를 포함하는 경화제;로 이루어진 것을 특징으로 하는 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제는 젖은 금속 수분면에도 코팅 가능(Wet Surface Tolerant)하며 수분면에 영향없이 피도면에 접착 및 경화가 될 뿐만 아니라, 세라믹 복합재료 코팅제(Ceramic Composite Coating for Mechanical strength)로써 세라믹 분말을 상기 수분면 코팅 가능한 범위내에서 최대한 혼합함으로써, 기계적 강도가 우수하며, 무용제 타입(VOC’Free)의 친환경적 코팅제이므로 친환경적이다.
따라서, 본 발명에 의하여 작업성, 생산성, 경제성을 고려한 재료선정기술을 포함하는 제조공정기술 표준을 제공할 수 있으며, 또한, 국내시장에서 국외선진기술 제품이 과점인 현 시장에서, 독자적인 국산기술로 개발함으로써 고가의 국외선진기술 제품대비 대등한 성능과 함께 저렴한 생산 원가로 공급이 가능하여 수입대체 및 생산판로 및 매출증대에 도움이 될 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명에 따른 고기능성 배관용 코팅제 조성물을 이용한 Waterjet Cleaning 전 후를 비교한 사진이다.
본 발명은, 일면에 있어서,
비스페놀 A 에폭시 45~55 중량부, 비스페놀 F 에폭시 20~30 중량부, C12-14 알킬글리시딜 에테르 20~25 중량부, 실리콘 카바이드 80~90 중량부, 알루미늄 옥사이드 5~9 중량부, 이산화티타늄 4~7 중량부, 흄드 실리카 1~3 중량부를 포함하는 주제; 및
벤질알콜 75~85 중량부, 메타-크실렌-알파, 알파-디아민 45~55 중량부, 아이소포론 디아민 45~55 중량부 및 살릭실산 15~25 중량부를 포함하는 경화제;로 이루어진 것을 특징으로 하는 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제를 제공한다.
본 발명에 따른 세라믹 복합 재료 코팅제는 (수분면) 접착강도 19.5 MPa(국제 기준 5 MPa 이상), 인장강도 29.9 MPa(국제 기준 20 MPa 이상), 굴곡강도 55.8 MPa(국제 기준 30 MPa 이상), 마모량 12mg(국제 기준 50mg 이하)의 물성을 가짐으로써 상수도 시설, 발전시설, 각종 산업시설, 민간시설 등의 방식 코팅의 목적으로 효율적으로 이용될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제에 대하여 첨부된 도면을 참고로 하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있으며, 특정 실시예들은 상세한 설명에서 구체적으로 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해서 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제는 주제로서 비스페놀 A 에폭시, 비스페놀 F 에폭시, C12-14 알킬글리시딜 에테르, 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 이산화티타늄, 흄드 실리카를 포함하고, 경화제로서 벤질알콜, 메타-크실렌-알파,알파-디아민, 아이소포론 디아민 및 살릭실산을 포함한다.
(1) 유기물
본 발명에 따른 고기능성 코팅제의 기재는 에폭시 수지로, 성분 분석 결과를 토대로 하여 목표로 하는 성능지표에 도달할수 있도록 설정하였으며, 국내 수지제조사인 K사의 에폭시 수지를 바람직하게 사용할 수 있다. 이 수지는 100% 고형분 타입으로 무용제 타입이다. 100% 고형분 타입의 수지는 도료시장에서의 친환경, 작업안전 등이 지속적으로 강화됨에 따라 본 발명에 적합하게 이용될 수 있다. 성분 분석 결과에 따라 에폭시 수지는 비스페놀 A와 비스페놀 F 타입의 수지를 선정하였으며, C12-14 알킬 글리시딜 에테르를 기본으로 하며, 이외 미량의 2성분을 추가하였다. 경화제는 벤질알콜, 메타-크실렌-알파,알파-디아민, 아이소포론 디아민, 살릭실산을 주성분으로 하였다.
○ 에폭시 수지
에폭시는 에폭시기가 반응하여 생기는 가교결합을 가진 가교고분자라고 정의된다. 분자 내에 에폭시기 2개 이상을 갖는 수지상 물질 및 에폭시기의 중합에 의해서 생긴 열경화성 수지이다. 굽힘강도·굳기 등 기계적 성질이 우수하고 경화 시에 휘발성 물질의 발생 및 부피의 수축이 없고, 경화할 때는 재료면에서 큰 접착력을 가진다.
그 중 비스페놀 A 타입 에폭시 수지는 다음의 화확식 1의 구조를 갖는 것을 바람직하게 사용할 수 있고, 알칼리 존재하에서 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 반응을 통해 얻어지는데, 일반적인 용도 뿐만 아니라, 저점도, 고순도, 저결정성 등의 다양한 제품들로 개발되어지지고, 토목, 건축, 접착 등의 분야에도 사용된다. 이는 경화제 및 변성제의 종류에 따라 다양한 물성을 얻을 수 있고, 다른 열 경화성수지에 비해 경화수축이 적으며, 강인성 및 고온특성이 우수하고 내약품성 및 내수성이 우수하며, Ether 결합은 회전이 가능하여 가소성을 가지고, 수산기와 탄화수소의 규칙성으로 접착성이 크다는 이점이 있다.
상기 비스페놀 A 에폭시는 본 발명의 조성물에서 주제의 전체 중량을 기준으로 45~55 중량부로 사용되는 것이 바람직하고, 이는 기능성 코팅제가 월등한의 접착 성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 상기 범위를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
Figure 112020140129834-pat00001
한편, 비스페놀 F 타입 에폭시 수지는 다음의 화학식 2의 구조를 같는 것으로써, Bisphenol A형과 같은 저점도의 액상 에폭시 수지이고, 일반적인 비스페놀 A형 수지에 비하여 저점도이므로, 작업성이나 유동성이 우수하여 반응성 희석제의 첨가량을 감소 시킬 수 있다. 상기 비스페놀 F 에폭시는 본 발명에 따른 주제의 전체 중량을 기준으로 20~30 중량부로 사용되는 것이 바람직하고, 상기 범위를 벗어나게 되면 타수지와 상용성이 낮게 될 우려가 있다.
Figure 112020140129834-pat00002
- 알킬 글리시딜 에테르
C12-C14 알킬 글리시딜 에테르는 반응(경화제와의 반응) 희석제로서 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르의 점도를 낮춰주며, 벤젠 메탄올 효과와 비슷하다. 알킬 글리시딜 에테르는 주제의 전체 중량을 기준으로 함량이 20 ~25 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
- 벤질알콜
벤질알콜(Benzyl alcohol)은 화학식 C6H5CH2OH로 분자량이 108.14의 방향족 알코올이다. 외관은 무색투명의 액체로 은은하고, 달콤한 냄새가 있다. 수용성이 낮아 물에 거의 분해되고, 알코올 및 에테르에도 녹이기 쉽다. 초산 등의 산과 반응하여 에스테르 화합물을 생성한다. 상기 벤질알콜은 본 발명의 경화제의 전체 중량을 기준으로 75~85 중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
- 메타-크실렌-알파,알파-디아민
메타-크실렌-알파,알파-디아민은 내수성 및 내화학성이 우수하며, 경화속도가 빠르다. 세부한 용도로는 에폭시 바닥재, 에폭시 중방식 도료, 풍력 발전기의 날개 쪽 등에 사용이 되며, Adduction을 시키거나 또는 다른 경화제와 혼합하여 사용하기도 한다. 상기 메타-크실렌-알파,알파-디아민은 경화제의 전체 중량을 기준으로 45~55 중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
- 아이소포론 디아민
아이소포론 디아민은 에폭시 도료의 경화제로서, 변성 지환족 아민으로서 저점도로 구성되어 있어 작업성 향상을 위해 사용된다. 특히 에폭시 수지와 반응하여 광택이 우수한 도막을 형성하여 광택 안정성이 우수하고 산, 알카리와 같은 화학성분에 강하여 내화학성을 요하는 곳에 많이 적용되며 물리적, 기계적 성능 우수한 특징을 갖는다. 상기 아이소포론 디아민은 경화제의 전체 중량을 기준으로 45~55 중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
- 살리실산
o-옥시벤조산에 해당하고, 화학식 C7H6O3을 가지며 분자량이 138.12이고, 녹는점은 159℃이며, 비중은 1.443이다. 승화성이 있고, 에테르·에탄올 등 유기용매에 녹는다. 상기 살릭실산의 함량은 경화제의 전체 중량을 기준으로 15~25 중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
- 기타, 첨가제로서 소포제 등을 사용할 수 있다.
기타 첨가제로는 코팅제의 제조에서부터 경화(건조)되어 내구력이 지속시킬 때까지 각각의 단계에서 코팅제에 필요한 기능을 충분히 발휘할수 있도록 가하여지는 보조적인 역할을 하며, 기능에 따라 여러 가지 첨가제가 있다.
(2) 무기물
예비 성분분석 결과에 따라 무기물은 세라믹계의 실리콘 카바이드(SiC), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2), 흄드실리카(SiO2) 등을 주성분으로 하였으며, 이들 성분은 모두 주제에 함침시켜 제조하는 것이 바람직하다.
- 실리콘 카바이드(화학식 SiC, 탄화규소, Silicon Carbide)
다이아몬드 다음으로 단단한 강인한 소재로 순수한 것은 무색 투명한 육각판상(六角板狀) 결정으로, 녹는점 2,700℃ 이상이고, 2,200℃에서 승화한다. 보통은 불순물로 인해서 갈색 또는 흑색 결정이다. 아주 단단하며, 굳기[硬度]는 루비와 다이아몬드의 중간 정도이다. 물·산에 녹지 않는다. 화학적으로 극히 비활성이지만, 공기 중에서 1,750℃로 가열하면 급속히 산화된다. 본 발명에서는 평균입도 14㎛의 분말을 사용하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 상기 실리콘 카바이드는 본 발명에 따른 주제의 전체 중량을 기준으로 80~90 중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
- 알루미늄 옥사이드(화학식 Al2O3, 산화알루니늄 또는 알루미나, Aluminum Oxide )
산소와 알루미늄의 화합물로서 알루미나라고도 한다. 화학식 Al2O3, 분자량 101.94, 녹는점 2090℃.녹는점이 높고 굳은 무색의 결정 가루로서 알루미늄을 만드는 원료이다. 강옥은 천연에서 나는 순수한 알루미나이고 루비·사파이어는 불순물로 인해 붉은색·푸른색을 띤 알루미나이다. 보크사이트의 주성분으로서도 산출된다. 물에 녹지 않고, 양성(兩性) 산화물이지만 세게 열하면 산에도 녹지 않는다. 알루미늄 전해용, 촉매, 촉매 담체, 연마재 외에도 IC 패키지, 세라믹스 배선판에 두루 쓰인다. 본 발명에서는 평균입도 1㎛ 분말을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 알루미늄 옥사이드는 본 발명의 주제의 중량을 기준으로 5~9 중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
- 흄드 실리카(화학식 SiO2, 이산화규소, Silicon Dioxide)
하얀색의 매우 가벼운 분말로 무정형의 이산화규소로 기본입자가 극히 작고 구형의 형태이며 넓은 표면 적과 특유의 표면특성, 그리고 고순도의 규소화합물로서 여러 산 업분야에서 다양하게 응용되고 있다. 불꽃에서의 가수분해 반응조건에 의해서 결정되는데 반응물의 속도와 불꽃의 온도에 따라 달라진다. 본 발명에서는 구형의 기본입자의 평균직경은 7~40nm의 극히 작은 크기를 가지고 넓은 표면적을 가지며 그 값은 50 ~ 400m2/g의 범위 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 흄드 실리카는 본 발명에 따른 조성물의 주제의 중량을 기준으로 1~3 중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다.
- 이산화 티타늄(화학식 TiO2, 이산화티탄, Titanium Dioxide )
이산화티타늄은 은폐력이 커서 거의 모든 용매에 녹지 않으며, 굴절률이 매우 큰 이방성을 나타내고 산란성이 크다. 매우 안정적인 물질이어서 비독성, 은폐력, 내후성 및 열이나 빛에 대한 내변색성을 향상시킨다. 본 발명의 조성물에 있어서는 평균 입도 0.36㎛의 분말을 선정하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 이산화티타늄은 본 발명에 따른 주제의 전체 중량을 기준으로 4~7 중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 주제와 경화제의 배합비는 중량을 기준으로 3.5~4.4:1이 바람직할 수 있다.
국내외 거의 모든 코팅제는 수분면(Wet surface)에 코팅되지 않도록 상대습도, 이슬점, 기상조건 등을 제한하여 회피 시공하도록 되어 있다. 이는 코팅면에 심각한 데미지를 주기 때문에 각별히 유의하도록 규정하고 있다. 그동안 이러한 사항은 동종업계에서는 기본 숙지사항이자, 당연하다고 생각할 정도로 인식이 자리잡고 있었다. 하지만, 이러한 사항을 극복한 코팅재료라면 상당한 기술적, 경제적으로 이득은 크다고 할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 성분 및 조성비을 채택함으로써, 1) 상시 습한 환경에서 코팅시공이 가능하다는 이점을 제공한다. 수분면에서 코팅이 가능하다는 것은 수증기 많은 설비나 결로(Dew Condensation)현상이 빈번한곳에 매우 적절하다. 이런 환경에 놓인 대표적인 곳이 상수도 갱생관이라 할수 있다. 갱생관은 매설된 후 16∼20년 이상된 노후관을 표면처리 후 재코팅하여 갱생시킨 관으로 각 광역상수도 중심으로 수돗물 질을 향상과 부식에 의한 누수를 방지하기 위해 현재도 대단위로 진행 중이다. 이러한 관은 대부분 매설 되어져있고 크기도 다양하여 자동화 설비를 도입한다해도 코팅전까지 자연적인 습기를 막기에는 애로사항이 크고, 진행속도가 느릴 수밖에 없다. 이 같은 경우, 습도제어 필요없는 수분면에도 도포가 가능한 코팅제라면, 기본적 표면처리 후 제습, 이슬점,상대습도과 함께 우천(Rain)과 같은 날씨에도 시공중단이 없이 시행할수 있어 시공속도는 대단히 빨라지게 할수 있다. 2) 또한, 표면에 결로가 빈번한 배관외부, 축축한 지하설비에도 적용이 가능하게 된다. 수분면에 적용가능한 코팅제는 또 다른 의미로 종래의 코팅제들이 고수하던 표면처리 공법 중 연마 블라스팅을 대체할 수 있다는 것을 의미한다. 실제, 해외 기술로 개발되어 제품화된 대표적인 영국 C사 제품의 경우, 수분면에 적용 가능한 점과 여러 가지 표면처리 공법 중 연마 블라스팅을 대신 해 고압수세척을 한 후 곧바로 젖은 표면에 적용가능한 점을 내세워 시판 중이다. 이는 적용 코팅제가 수분면에 적용 가능하다는 점이 크게 작용하였기에 가능한 기술로 점쳐진다.
기존의 주류를 이루던 연마 블라스팅 표면처리에 비해 고압수 표면처리는 여러 가지 장점을 가지고 있지만, 수세척 이후, 코팅공정을 수행하기 위해서는 완전 건조가 필요하여 기피하게 된 점을 가만한다면, 새로운 전환을 맞이할수 있게 되어, 아래와 같이 시공 난해성 극복 및 친환경적, 경제적, 시공능률도 상당수 향상시킬수 있다.
본 발명에 따른 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제는 젖은 금속 수분면에도 코팅 가능(Wet Surface Tolerant)하며 수분면에 영향없이 피도면에 접착 및 경화가 될 뿐만 아니라, 세라믹 복합재료 코팅제(Ceramic Composite Coating for Mechanical strength)로써 세라믹 분말을 상기 수분면 코팅 가능한 범위내에서 최대한 혼합함으로써, 기계적 강도가 우수하며, 무용제 타입(VOC’Free)의 친환경적 코팅제이므로 친환경적이다.
따라서 기존의 해외 수입에 의존하던 기능성 코팅제를 국산화함으로서 수입대체 효과, 국내 신시장개척 및 역수출 효과로 대외 경쟁력을 향상시킬 수 있고, 해외 의존 기술인 기능성 코팅제 제조기술을 획득하여 고가의 수입품을 국내 보급과 동시에 본 기술을 바탕으로 다양한 다품종으로 개량하여 고부가가치의 상품을 출시할 수 있는 기술력을 높인 제품으로써, 방식코팅(상수도 시설, 발전시설, 각종 산업시설, 민간시설 등)의 목적으로 효율적으로 이용될 수 있다.
<실시예>
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명인 복합소재를 이용한 고기능성 배관용 코팅제 제조방법을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 코팅제의 제조
(1) 혼합설비
Paste Mixer를 사용하였으며, 고점도의 혼합탈포 장치로 공전과 자전을 동시에 운전하여 원심력과 구심력, 그리고 마찰력을 이용하여 기존의 혼합장비에 있는 내부 Impeller 없이 믹싱과 기포제거가 가능하도록 제작된 장비이다.
(2) 성분 배합
사전 성분 분석결과와 재료성질에 따라 아래와 같이 기준 배합비(표 1:주제, 표 2: 경화제)를 설정하고 실험에 임하였고, Paste Mixer의 규격용기 크기와 실험요건을 맞추어 중량을 조절하였다.
설계 유기물 무기물　 합계
비스페놀 A
에폭시		 비스페놀 F
에폭시		 알킬
글리시딜
에테르		 소포제 실리콘
카바이드		 알루
미늄 옥사이드		 이산화
티타늄		 흄드
실리카
중량
(g)		 50 25 23 2 85 7 6 2 200
중량
비율
(%)		 25 12.5 11.5 1 42.5 3.5 3 1 100
설계 유기물 합계
벤질알콜 아이소포론 디아민 메타-크실렌-알파, 알파-디아민 살리실산
중량
(g)		 80 50 50 20 200
중량
비율
(%)		 40 25 25 10 100
(3) 배합방법
사전에 정해놓은 실험 배합비율로 각 소재를 계량하여 페이스트 믹서(Paste Mixer) 전용용기에 혼입하였으며, 1차로 RPM을 500으로 5분간 회전시킨 후, 2차로 RPM 1000으로 하여 2분간 회전시켰다. 지나친 많은 시간은 시험물의 무기물이 용기표면과 마찰하여, 고열의 발열현상이 발생할수 있어 지양하였다. 경화제의 경우, 살리실산이 잘 용해되지 않으므로, 벤질 알콜에 먼저 사전 혼합(Pre-Mix)하였다. 상기 주제 및 경화제 혼합비는 4:1이었다.
상기 실시예 1의 제품을 이용하여 성능시험을 위해 시험편 제작을 한 다음, 한국화학융합시험연구원(KTR)에 의뢰하여 후속 실험을 수행하였다.
시험예 1: 기계강도 시험
상기 실시예 1의 제품과 수입제품과의 기계강도를 알아보기 위해 각 시험규격에 따라, 동등한 조건하에 시편을 제작하여, 공인시험기관인 한국화학융합시험연구원(KTR)에 의뢰하여 성능을 측정하였다. 수입제품 대비, 기계적 성능이 어느 정도인지, 동등조건하에서 시편을 제작하여 의뢰하였다(인장강도 시편: 시험규격 : ASTM D638, 굴곡강도 시편: 시험규격 : ASTM D790, 마모 시편: 시험규격 : ASTM D4060).
① 인장강도 시험결과
공인시험결과, 수입제품은 17.1MPa이며, 실시예 1의 제품은 29.9MPa으로 수입품에 비해 월등한 성능을 보였다.
② 굴곡강도 시험결과
공인시험결과, 수입제품은 30.7 MPa이며, 실시예 1의 제품은 55.8MPa으로 수입품에 비해 굴곡강도 역시 월등한 성능을 보였다.
③ 마모량 시험결과
공인시험결과, 마모량이 수입제품은 94mg이며, 실시예 1의 제품은 12mg으로 수입품에 비해 내마모성이 월등한 성능을 보였다.
시험예 2: 접착강도 시험
① 녹(Rust)이 있고, 아무런 표면처리 없이 젖어있는 금속판 실험
배합비로 복합재료를 실험제조하여 미리 준비한 의도적으로 녹(Rust)을 발생시킨 금속판(Steel)을 장시간 수조 물에 담그고, 아무런 표면처리를 하지 않은 금속시편을 충분히 젖은 상태로 수분(젖은)을 머금은 금속판에 꺼내어 즉시 도포하여 도포성과 접착강도를 실험하였다. 접착강도 실험결과, 도포성에는 문제가 없으며, 아무런 표면처리도 하지 않은 녹슬고 젖어있는 금속면임에도 불과하고, 접착강도가, 6.65 MPa 이상으로 매우 양호한 시험결과를 보였다.
② 녹(Rust)이 있고, 아무런 표면처리 없이 수중에서 금속판 롤러로 도포실험
좀 더 극악한 수중에서 롤러로 도포한 다음, 접착강도를 측정하였으며, 수입제품과도 비교하였다. 실험결과, 수입품은 5.12 MPa 이상이고, 실시예의 시료도 5.05 이상으로 대등하게 성능 시험결과를 보였다.
시험예 3: 표면 처리에 따른 도막 성능 평가
Blasting 시편과 녹 발생 시편에 Waterjet Cleaning(젖은 시편, 건조 시편) 후 붓으로 도장하여 도장시험편의 부착강도를 한국화학융합시험연구원에 2020.10.28일에 의뢰하여 2020.11.26까지 시험하였다. 시험 방법은 다음과 같다. 표면 세정도 평가(NACE/SSPC), 도막두께(KS M ISO 2808 : 2007), 부착강도(KS M ISO 4624 : 2016) 규격에 따라서 시험하였다. 시험편의 재질 및 규격은 다음과 같다. Steel / 200 mm × 100 mm × 10 mm, 15 ea.
시험 결과, NACE/SSPC에 따라 Blasting 시편의 도막 두께(μm)는 표 3과 같다.
Figure 112020140129834-pat00003
NACE/SSPC에 따라 Waterjet Cleaning 후 건조한 표면에 도장한 시편의 도막 두께는 표 4 및 도 1과 같다. 도 1은 Waterjet Cleaning 전 후를 비교한 사진이다.
Figure 112020140129834-pat00004
NACE/SSPC에 따라 Waterjet Cleaning 후 젖은 표면에 도장한 시편의 도막 두께는 표 5와 같다.
Figure 112020140129834-pat00005
NACE/SSPC Blasting 에 따라 후 도장한 시편의 부착 시험 결과는 표 6과 같다.
Figure 112020140129834-pat00006
NACE/SSPC에 따라 Waterjet Cleaning 후 건조한 표면에 도장한 시편의 부착 시험 결과는 표 7와 같다.
Figure 112020140129834-pat00007
NACE/SSPC에 따라 Waterjet Cleaning 후 젖은 표면에 도장한 시편의 부착시험 결과는 표 8과 같다.
Figure 112020140129834-pat00008
상기 표 1 내지 6의 결과로 부터, 본 발명의 성능 지표는 외국 제품에 비하여 상당히 우수하였으며, 이를 정리하면 다음의 표 9와 같다.
< 주요 성능지표 개요 >
주요 성능지표 단위 최종
개발목표 		성능평가
결과 		달성
여부 		세계최고
수준
(보유기업/보유국) 		가중치
(%) 		측정기관
1. 접착강도
(젖은 수분면)		 MPa 5 MPa 이상 19.5 MPa O 8 MPa
(A사, 영국)		 40 한국화학융합
시험연구원
2. 인장강도 MPa 20 MPa 이상 29.9 MPa O 46MPa
(B사, 미국)		 20 한국화학융합
시험연구원
3. 굴곡강도 MPa 30 MPa 이상 55.8 MPa O 75 MPa
(B사, 미국)		 20 한국화학융합
시험연구원
4. 마모 mg 50 mg 이하 12 mg O 28 mg
(B사, 미국)		 20 한국화학융합
시험연구원
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

  1. 비스페놀 A 에폭시 45~55 중량부, 비스페놀 F 에폭시 20~30 중량부, C12-14 알킬글리시딜 에테르 20~25 중량부, 실리콘 카바이드 80~90 중량부, 알루미늄 옥사이드 5~9 중량부, 이산화티타늄 4~7 중량부, 흄드 실리카 1~3 중량부를 포함하는 주제; 및
    벤질알콜 75~85 중량부, 메타-크실렌-알파, 알파-디아민 45~55 중량부, 아이소포론 디아민 45~55 중량부 및 살릭실산 15~25 중량부를 포함하는 경화제;로 이루어진 것을 특징으로 하는 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    무기물 성분들은 주제에 함침시킨 것을 특징으로 하는 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 주제와 경화제의 배합비는 중량을 기준으로 3.5~4.4:1인 것을 특징으로 하는 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 카바이드는 평균 입도 14㎛의 분말이고, 상기 알루미늄 옥사이드는 평균입도 1㎛ 분말이며, 상기 흄드 실리카는 7~40nm의 평균 직경을 가지는 구형 입자이고, 상기 이산화티타늄은 평균 입도 0.36㎛의 분말인 것을 특징으로 하는 수분면에 적용가능한 고기능성 세라믹 복합재료 코팅제.
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