KR102455558B1 - 열대차 열풍을 이용한 강제 경화형 친환경 나노 무기세라믹 도료 및 그 도장 방법 - Google Patents

열대차 열풍을 이용한 강제 경화형 친환경 나노 무기세라믹 도료 및 그 도장 방법 Download PDF

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Abstract

판넬, 자동차 등 표면 도장을 할 때는 열풍으로 강제 경화시키는 공정을 보유하고 있지만 건설 분야의 현장 도장은 열풍으로 강제 경화시키는 도장공법이 없다. 무기세라믹 도료를 강제 경화시키면 (1) 경도가 높아져 내마모성이 증대하는 효과 (2) 상온경화시 공기가 15일 이상이나 강제경화시 2-3일 정도 경화되어 공정일수가 단축됨에 따른 경제성 효과가 있다.
도장은 도색이 수반되고 도색은 무기계 안료 보다 유기계 안료 대부분이며 유기계 안료는 주차장일 경우 바닥면색과 주차선색은 차량바퀴와 직접접촉 및 마찰에 의해 마모되어 색이 바래진다.
하도,중도, 상도의 도장에서 상도인 무기세라믹코팅전 중도에서 주차장 바닥면색과 주차선 색을 미리 도장하고 상도 도장은 나노투명무기세라믹으로 코팅하면 바닥면색과 주차선색의 수명은 나노투명무기 세라믹도료의 수명이 되어 휘발성 유기오염물질 및 도료가 절감되어 친환경적으로 도장하는 공법이 된다.
나노투명 무기세라믹도료는 유기용매로 에탄올을 사용하여 대기오염과 실내공기질을 개선할 수 있다.

Description

열대차 열풍을 이용한 강제 경화형 친환경 나노 무기세라믹 도료 및 그 도장 방법 {forced convection curing type and eco-friendly nano inorganic coating and coating method with using high air from electric heater fan}
본 발명은 복합 실란을 이용한 무기 세라믹 도료 및 도장공법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 철재, 콘크리트등 기재의 표면에 복합 실란과 나노 콜로이드실리카, 나노 무기파우더로, 등을 포함시킴으로서 내마모성, 내부식성 및 내열특성 등 기재 특성을 향상시키는 무기세라믹 도료 및 이를 열대차의 열풍 200-250℃을 이용하여 나노세라믹도료의 졸상태를 겔상태로 단시간에 경화시키는 도장을 마감하는 도장공법과 주차장일 경우 바닥면색과 주차선 색을 중도에 코팅하고 상도에는 나노투명 무기세라믹 도료로 도장하는 방법에 관한 것이다.
콘크리트 및 철재 도료는 유기계와 무기계로 구분 될 수 있으며 유기계 도료는 자외선 열화, 강도 저하, 내마모성 저하 등 성능이 무기계도료에 비해 나쁘며 안료는 유기계이므로 열화 및 내마모성 약하여 자주 도장을 해야하는 것을 극복하기 위해 무기계 도료와 도장공법을 개발하여 적용하고 있다.
무기세라믹 도료는 실란과 나노 콜로이드실리카,나노 파우더 등 함유하고 있어 졸상태에서 겔 상태(경화)로 되어짐에 따라 콜로이드 실리카 의 무기적인 특성인 내부식성,내마모성,내화학성 등의 특징을 갖게 된다.
무기세라믹 도료는 내부식성, 내약품성, 내마모성, 내열특성 및 고경도와 같은 우수한 물성을 지니고 있으므로, 구조재료, 보호용 코팅재료 같은 분야에서 활발하게 활용되어 지고 있다. 실란과 나노 콜로이드 실리카 등을 함유한 제품들은 전술한 바와 같이 우수한 물성을 지니는 전기 전자 및 정보 재료로도 널리 사용되고 있으며 연구도 활발히 진행되고 있다.
무기세라믹 도료는 도장 후 상온경화 즉, 실온에서 경화시간이 15일이상 장시간이 요구됨으로서 공기단축 및 건설비용을 절감하기 위해서 상온경화 보다 강제경화가 요구되고 있으며 강제경화를 통해 휘발성 물질을 신속히 제거함으로서 쾌적한 환경을 조성할 수 있다. 무기세라믹도료는 유기용매로 이소프로필알콜, 메탄올 등 휘발성유기물질을 사용하고 있으므로 대기오염물질을 저감하거나 친환경유기용매로 대체되어야 한다.
상온경화는 도장의 경도를 높이는데 한계가 있으므로 이로 인하여 내마모성을 약화시킬 수 있어 경도를 높일 수 있는 고온의 강제 경화가 요구되고 있다. 또한, 강제 경화에 적합한 조성비를 가진 실란, 콜로이드 실리카 및 나노 무기파우더, 알코올, 등 함유된 무기세라믹 도료가 필요하다.
발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 도장 공법으로 강제경화를 하기 위한 수단으로 200-250 ℃ 열풍을 발생시키는 열대차와 이에 적합한 하도,중도,상도인 무기세라믹 도료를 제공하는 것이다.
상온경화는 15-20일 동안 진행하는 동안에 가수분해및 축합반응과정에서 생성하고 유기용매인 메탄올,이소프로필알코올 등 휘발성 유기오염물질이 적은 농도로 장기간 배출되면서 경도는 강제경화보다 떨어지는 단점이 있다.
미세먼지 및 휘발성유기오염물질에 의한 대기오염은 대도시지역이 심각하고 이를 해결하는 문제는 전 산업에서 친환경 제품과 친환경 공정을 개발해야 하는 것이고 무기세라믹 도료분야는 친환경 유기용매를 사용하거나 도장 수명이 장수명화하여 빈번한 도장을 하는 것을 방지하는 것이다.
친환경 나노무기세라믹은 유기용매로 휘발성유기물질로 구분되지 않는 에탄올을 사용하고 친환경 유기용매인 아세톤이나 DMC(디메틸카보네이트)로 치환하여 제품을 제조하는 것이다.
주차장일 경우 주차선과 바닥색이 차량바퀴의 마찰에 의해 마모됨으로 빈번히 재도장을 해야 하고 이를 통한 휘발성 유기오염 물질이 배출되기도 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 강제 경화를 하기 위한 열풍을 발생시키는 열대차의 열풍 온도, 접촉시간과 열풍온도에 적합하고 휘발성물질인 메탄올,이소프로필알콜 농도가 적거나 휘발성물질이나 독성이 없는 에탄올인 유기용매를 사용하여 제조된 친환경 무기세라믹 도료 조성물인 것이다.
도장방법은 콘크리트 면정리(연삭 또는 연마 작업 및 청소),퍼티 작업,하도 처리 (아크릴, 또는 Epoxy),중도 작업,친환경 자연 경화형 세라믹 도포,열대차를 이용하여 200℃~250℃ 열풍 소부 경화 촉진,양생의 과정을 거친다.
주차장의 주차선과 바닥의 색은 보통 유기안료만를 사용함으로서 차량바퀴의 마찰에 의한 마모가 쉽게 되는 것이다. 중도에 바닥색과 주차선 색을 도장 한 후 이들 색을 보호하는 기능을 가진 나노 무기세라믹 투명 도료를 상도로 사용하여 내마모성 특성으로 색의 수명과 나노무기세라믹 도료의 수명 동일하게 함으로서 휘발성 오염물질 발생을 억제 하는 기술인 것이다.
친환경 나노무기세라믹 도료는 제조공정시 휘발성유기오염물질인 이소프로필알콜,메탄올 등을 사용했더라도 제조 후 친환경 유기용매인 아세톤이나 DMC(디메틸카보네이트)로 치환하여 제품을 제조하는 것이다.
나노무기세라믹도료는 축중합 반응된 상태를 폴리실록산이라 불리우고 이를 진공증발기를 통해 저급알콜인 이소프로필알콜,메탄올 등은 제거하고 친환경 유기용매인 아세톤이나 DMC(디메틸카보네이트)로 치환하여 제품을 제조하는 것이다.
본 발명은 강제경화를 할 수 있는 고온 열풍의 열대차를 이용하고 이에 적합한 무기세라믹 도료는 공기단축을 통한 건설비 절감을 통한 경쟁력 확보와 고온 열풍으로 고경도의 도막을 형성하여 내마모성을 증대시켜 도장 수명을 10년에서 20년까지 장수명화 할 수 있다. 또한, 무기세라믹도료로 도장을 마감하더라도 바닥색과 주차장선색은 세라믹이 아니기에 마모에 따른 빈번한 도색으로 인한 휘발성 유기물질이 실내공기 및 대기를 오염시킬 수 있으며 이는 휘발성 유기물질이면서 미세먼지 역할하는 대기오염 물질이다.
이를 방지하기 위해 중도에 주차장 바닥색과 주차선색을 도색한 후 상도에 나노투명무기세라믹으로 코팅함으로서 도색 마모에 따른 휘발성유기물질이면서 미세먼지인 대기오염물질을 원천적으로 방지할 수 있다.
삭제
나노무기세라믹도료 합성시 유기용매인 이소프로필알콜,또는 메탄올을 사용하더라도 친환경 유기용매인 아세톤 또는 DMC(디메틸카보네이트)로 치환하여 사용하게 되면 친환경 나노무기세라믹이 된다.
도 1은 바닥면 열대차 열풍기이며 열대차 열풍기기는 조작부, 열풍발생부, 이동부로 구성되어 있고 각 부 명칭은 ① 송풍기모터,② 열풍토출구, ③ 온도측정기,④ 송풍속도조절기,⑤ 대차속도조절기 이다. 열증발부는 3.5 Kw용량 열선 설치하고 열풍 입사되는 바닥표면의 온도차가 1℃ 이하로 유지하도록 배열한다.
도 2는 바닥면의 나노 투명 무기 세라믹 코팅제를 강제 경화시키는 열대차열풍기를 나타낸 도면이다.
도 3은 수직면 열대차 열풍기이며 조작부,열풍발생부,이동부로 구분되고, 각 부 명칭은 ① 1 모터,② 2 모터,③ 계기판,④ 열풍토출구,⑤ 송풍구 이다.
도 4는 수직면의 나노 투명 무기세라믹 코팅제를 강제 경화시키는 열대차 열풍기를 나타낸 도면이다.
무기세라믹코팅제는 상온경화시 15일에서 20일까지 서서히 졸상태에서 겔상태로 진행되는 동안에 유기용매로 사용되었던 이소프로판올 또는 메탄올이 증발되어 휘발성 유기오염 물질로 대기오염물질을 발생시킨다.
주차장 바닥일 경우는 바닥면색과 주차선색이 차량 출입에 따른 차량바퀴의 마찰에 의해 손상되어 미관을 훼손하고 재도장하는 빈도가 많다. 재도장은 휘발성 유기오염물질을 발생시킨다.이를 극복하기 하기위해 일반적으로 하도,중도,상도의 도장에서 상도에 주차장바닥면 색과 주차선색을 도장하는 것 대신에 중도에서 주차장바닥면색과 주차선색을 도장한 후 그 표면위에 내마모성을 가진 고경도 나노투명 무기세라믹을 코팅하여 차량바퀴 마찰에 의한 마모를 최소화시켜 도막의 수명을 장수명화하는 것이다. 결국 바닥면색과 주차선색의 수명은 나노 투명 무기 세라믹 코팅제와 적어도 동일하며 그 수명은 10년에서 20년이 될 것으로 예상한다.
나노 무기세라믹 도료는 투명한 코팅제로서 콜로이드 실리카 크기는 100-300 nm 크기를 가지며 무기질 파우더도 100-300 nm 크기를 가진다. 사용되는 실란은 메틸 트리에톡시실란,디메틸디에톡시실란, 페닐트리에톡시 실란, 테트라에톡시실란 중에서 선택된 하나 또는 2이상 인 실란 10내지 30 중량%, 100-300μ크기의 콜로이드실리카 10내지 30 중량%, 100-300nm크기의 무기파우더 5내지 25중량%,에탄올 3내지 10중량%, 산성촉매인 초산, 염산, 아세틸아세토네이트 중 하나 1내지5 중량%,기타 첨가제 5내지10 중량% 비율로 혼합된 것이다.
나노 투명 무기 세라믹코팅제는 유기용매로 에탄올을 사용할 수 있으므로 휘발성유기오염물질을 발생시키지 않는 친환경 나노 무기세라믹 도료인 것이다.
무기세라믹 코팅은 일반적으로 상온경화에 의해 졸상태에서 겔상태로 경화시키는 방법으로 사용하면 경도를 높게 할 수 없는 단점이 있기에 강제경화 방법 중 열대차 열풍기의 열풍온도 200-250℃로 도장면을 경화시키면 고경도의 도막을 형성 할 수 있다.
실시예 1 실험의 예는 연필경도계로 측정한 상온경화와 강제 경화의 자료
경도 연필경도
시간 1일 3일 7일 14일 30일
상온경화 3H 4H 5H 6H 7H
강제경화 5H 7H 8H 9H 9H
강제경화는 나노무기세라믹코딩제의 경도를 증가시키는 역할을 하고 경도가 높아짐에 따라 내마모성이 증가한다. 내마모성을 주기위하여 열대차 열풍발생기에서 나오는 열풍 200-250℃로 도포된 나노 무기세라믹 코팅제와 접촉시간은 코팅 두께 및 설정된 경도에 따라 다르며 대략 1-60 초이다.
실시예2 무기세라믹도장후 시간경과에 따른 상온경화와 강제경화의 내마모량 변화
시간 1일 3일 7일 14일 30일 비고
상온경화 41mg 35mg 30mg 28mg 25mg
강제경화 27mg 20mg 20mg 20mg 20mg
내마모량 (ASTM 4060:2007 휠 : CS-10 ,하중: 1000gram,회전수:1000회/분)
실시예 3 무기세라믹도료 광택(60도) 상온경화 및 강제경화 비교자료
시간 1일 3일 7일 14일 30일 비고
상온경화 40 45 48 51 55
강제경화 51 55 60 60 60
하도는 무기세라믹 , 아크릴수지 또는 에폭시 수지 중 하나를 선택하고 중도는 아크릴 수지를 사용하고 주차장 바닥색과 주차선색을 선정하여 도색한다.
S110 : 송풍기팬
S120 : 온풍토출구
S130 : 온도계
S140 : 온도조절
S150 : 대차속도조절계
S210 : 송풍팬 수직이동모터
S220 : 1마력열대차동력모터
S230 : 제어반
S240 : 온풍 토출구
S250 : 송풍팬

Claims (4)

  1. 철구조물 또는 콘크리트 구조물 표면을 연삭 또는 연마 후 청소하여 면정리하는 단계;
    상기 면 정리 후 퍼티 작업단계;
    상기 퍼티 작업 후에 하도, 중도, 상도 처리하는 도장 단계,
    여기서, 하도는 무기세라믹, 또는 에폭시 수지를 처리하고, 중도는 바탕색 및 선색을 도색하며, 상도는 나노 무기 세라믹 코팅제로 코팅하며; 및
    상기 처리된 도장면을 열대차 열풍기로 200℃열풍, 접촉시간 1-60 초로 강제 경화하여 고경도의 도막을 형성하는 단계;
    를 포함하는 철구조물 또는 콘크리트 구조물의 도장 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노 무기 세라믹 코팅제는 100-300 nm 크기의 콜로이드 실리카 10 ~ 30중량%, 100-300 nm 크기의 무기파우더 5 ~ 25중량%, 메틸 트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 테트라에톡시실란 중에서 선택된 하나 또는 2 이상인 실란 10 ~ 30 중량%, 에탄올 3 ~ 10 중량%, 초산, 염산, 아세틸아세토네이트 중 어느 하나인 산성촉매 1 ~ 5 중량%, 첨가제 5 ~10 중량% 을 포함하는 것을 특징으로 하는 철구조물 또는 콘크리트 구조물의 도장 방법.
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