KR102614304B1 - 강교 및 강재 구조물의 표면 보수 보호용 불가사리 나노바이오 도료 조성물과 무용제형 친환경 중방식 도료를 이용한 구조물의 표면 신도장 방식 공법 - Google Patents
강교 및 강재 구조물의 표면 보수 보호용 불가사리 나노바이오 도료 조성물과 무용제형 친환경 중방식 도료를 이용한 구조물의 표면 신도장 방식 공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 강교 및 강재 구조물의 표면 보수 보호용 불가사리 나노바이오 도료 조성물과 무용제형 친환경 중방식 도료를 이용한 구조물의 표면 신도장 방식 공법에 관한 것으로서, 강재로 구성된 교량, 상하수도, 탱크, 강관파이프, 정수장, 철 구조물 등의 강재 구조물 표면에 나노화된 불가사리 추출물을 포함한 무용제 친환경 복합 도료를 도장하여 피도체와의 화학경화반응에 의해 부착성과 내부식성 및 방청력을 증가시키고, 하도, 중도 및 상도 도료 상호와의 화학경화반응에 의한 부착력 증대로 내수성, 내습성, 내마모성, 내후성, 방청성, 내염수성, 내약품성, 광택성 및 내구성을 향상시킴에 의해 구조물의 표면 도장 효과가 장기간 유지되어 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 갖는 강재 구조물의 신도장 방식 공법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 강교 및 강재 구조물의 표면 보수 보호용 불가사리 나노바이오 도료 조성물과 무용제형 친환경 중방식 도료를 이용한 구조물의 표면 신도장 방식 공법에 관한 것으로서, 강재로 구성된 교량, 상하수도, 탱크, 강관파이프, 정수장, 철 구조물 등의 강재 구조물 표면에 나노화된 불가사리 추출물을 포함한 무용제 친환경 복합 도료를 도장하여 피도체와의 화학경화반응에 의해 부착성과 내부식성 및 방청력을 증가시키고, 중도 및 상도 도료와의 화학경화반응에 의한 부착력 증대로 내수성, 내습성, 내마모성, 내후성, 방청성, 내염수성, 내약품성, 광택성 및 내구성을 향상시킴에 의해 구조물의 표면 도장 효과가 장기간 유지되어 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 갖는 강재 구조물의 새로운 도장 방식 공법에 관한 것이다.
일반적으로 토목 구조물이나 건축 구조물, 그 중에서도 교량, 상하수도, 탱크, 강관파이프, 정수장, 철 구조물 등의 강재 구조물와 같이 강재로 이루어진 구조물은 건설 후 염해나 물의 침투 등에 강도가 저하될 뿐만 아니라 시간 경과에 따라 내구성이 떨어져 사용 수명이 감소하게 된다. 특히 국내의 강교 및 강재 구조물은 건설된지 10년 ~ 15년 이상 된 것이 많고, 현재 신축으로 제작되고 있는 강교량, 강재 박스, 파이프, 철 구조물 등 강재 구조물의 경우 제작 및 용접 검사와 전처리 과정, 도장 검사 과정에서 심각한 문제가 있고, 이에 따라 구축 구조물 뿐만 아니라 신축 구조물에 있어 심각한 내구성 문제가 존재한다.
이러한 토목 또는 건축 구조물 중 강재 구조물의 내구성 저하를 감소시키기 위하여 구조물의 표면을 코팅제(도료)로 도장하는 것이 일반적이다.
한편, 종래의 코팅제(도료)는 아크릴계 수지 계열의 폴리머에 충전재를 혼합하여 사용해 왔는데, 모재에 대한 부착 강도나 내구성, 압축강도 등의 물성 면에서 충분하지 못한 면이 있었다.
한편, 대한민국 공개특허 제2008-0094427호는 철과 시멘트에 친화성이 높은 고로 슬래그를 충전재로 사용함으로써 피도체와의 부착성을 향상시키고 연성 수지를 첨가함으로써 유연성을 높여 피도체면과의 분리를 막아 내진동성을 높게 하며, 수산화알칼리금속을 경화제로 사용하여 경화속도를 낮춤으로써 피도체와의 밀착성을 높일 수 있는 기술을 제안한 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0937632호는 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 기술을 제안한 바 있다.
그러나, 종래의 코팅제(도료)는 내구성, 내화학성이 많이 개선된 장점이 있으나 피도체와의 부착강도 면에서는 개선의 필요성이 있고, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 부족하여 강재 구조물의 표면 보수 및 보호 효과가 충분하지 못한 면이 있었다.
또한, 기존의 도장 공법은 표면처리(블라스팅, 그라인딩)후 구조물의 용접결함이나 크랙 등과 심각한 구조물 결함을 보수하지 않고 바로 하도를 도장하는 공법이므로 임시 방편에 불과하였고 수명이 짧다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 강재로 구성된 교량, 상하수도, 탱크, 강관파이프, 정수장, 철 구조물 등의 강재 구조물 표면에 나노화된 불가사리 추출물을 포함한 무용제 친환경 복합 도료를 도장하여 피도체와의 화학경화반응에 의해 부착성과 내부식성 및 방청력을 증가시키고, 하도, 중도 및 상도 도료 상호간의 화학경화반응에 의한 부착력 증대로 내수성, 내습성, 내마모성, 내후성, 방청성, 내염수성, 내약품성, 광택성 및 내구성을 향상시킴에 의해 구조물의 표면 도장 효과가 장기간 유지되어 수명을 연장시킬 수 있는 새로운 방식의 강재 구조물 도장 방식 시공 공법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(a) 코팅 대상 구조물의 표면을 표면처리장치를 이용하여 표면 정리하는 단계;
(b) 상기 정리된 구조물에 용접 결함 부위 및 크랙 부위에 보수 용접 및 주입 보수를 실시하는 단계;
(c) 상기 정리된 구조물의 표면에 하도를 도포하는 단계;
(d) 상기 하도가 도포된 표면에 중도를 도포하는 단계; 및
(e) 상기 중도가 도포된 표면에 무용제 이액형 우레탄 도료로 구성된 상도를 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 하도 및 중도는 비스페놀에프계 에폭시 주제와 폴리아민 경화제 및 경화촉진제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강재 구조물의 표면 보수 보호 공법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비스페놀에프계 에폭시 주제는 비스페놀에프 에폭시 수지, 탈크, 에폭시 희석제, 에폭시 실란, 벤토나이트 및 불가사리 칼슘 추출물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 불가사리 칼슘 추출물은 내장을 제거한 불가사리 외피를 산 및 알콜에 차례로 침지하고 물에 침지한 상태에서 가열하여 추출물을 얻고 얻어진 추출물을 여과 및 건조하여 얻어진 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무용제 이액형 우레탄 도료는 아크릴 우레탄 수지, 실란, 왁스, 벤토나이트, 우레탄 촉진제, 분산제, 탄산칼슘 및 안료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 아크릴 우레탄 수지는 고형분이 80~90중량%인 아크릴릭폴리올 주제 및 이소시아네이트 경화제를 용매에서 반응시켜 얻어진 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강재 구조물 도장 방식 시공 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 먼저, 본 발명에서 사용되는 도료 조성물은 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수하여 강재 구조물의 표면 보호 효과가 우수하다.
2. 또한, 본 발명에 의하면 유기 용제나 중금속이 용출되지 않으므로 친환경적이고 지구온난화 방지에 기여할 수 있으며, 코팅 도막의 수명을 연장할 수 있으므로 강재 표면의 보호 효과가 장기간 유지될 수 있는 효과가 있다.
3. 또한, 강재 피도면에 적용시 열화 인자의 침입을 표면 단계에서 방지함으로써 표면 보호 시공 및 균열 보수 시공 등에 있어서 보호 및 보수 효과를 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.
4. 강재 구조물 표면에 나노화된 불가사리 추출물을 포함한 무용제 복합 도료를 도장하여 피도체와의 화학경화반응에 의해 부착성과 내부식성 및 방청력이 증대될 수 있고, 부착력 증대로 내수성, 내습성, 내마모성, 내후성, 방청성, 내염수성, 내약품성, 광택성 및 내구성이 향상될 수 있으며, 이로 의해 구조물의 표면 도장 효과가 장기간 유지되어 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
5. 또한, 표면처리 단계에서 고압의 블라스팅이나 강한 회전력의 그라인딩에 의해서 표면의 녹, 구도막, 이물질 등의 제거 과정에서 원래 제작단계에서 보수보강을 하지 못한 결함들을 보수 용접 및 주입 보수를 통해 최종적으로 보수 후 도장하는 시스템이므로 최종적으로 구조물의 내구 연한이 기존의 공법에 비해서 현격히 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명은 강재 구조물의 표면을 보호 및 보수하는 도료를 사용하여 친환경적이면서 피도체와의 결합성, 내수성, 내구성, 내약품성, 자외선 안정성 등의 성능이 우수하여 표면 보호 및 보수 효과를 장기간 유지할 수 있는 도장 시공 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는
(a) 코팅 대상 구조물의 표면을 표면처리장치를 이용하여 표면 정리하는 단계;
(b) 상기 정리된 구조물에 용접 결함 부위 및 크랙 부위에 보수 용접 및 주입 보수를 실시하는 단계;
(c) 상기 정리된 구조물의 표면에 하도를 도포하는 단계;
(d) 상기 하도가 도포된 표면에 중도를 도포하는 단계; 및
(e) 상기 중도가 도포된 표면에 무용제 이액형 우레탄 도료로 구성된 상도를 도포하는 단계;를 포함하여 구성된다.
이하에서는 상기 각 단계에 관하여 구체적으로 설명한다.
1. 표면처리단계
먼저, 강재 구조물 표면의 레이턴스(예: 수용성 용융염 등) 및 이물질을 선택적으로 제거하고, 분진 및 먼지 등을 제거하기 위한 것으로, 상기 레이턴스 및 이물질의 제거는 통상적인 샌드페이퍼 폴리싱, 블라스팅 또는 그라인딩 등과 같은 다양한 표면처리방법이 채택될 수 있다. 특히 레이턴스 제거시 습식 에어 그라인딩을 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그라인더 작업시 분진발생으로 인한 민원발생과 대기환경 문제를 미연에 예방할 수 있기 때문이다. 또한, 고압수 세척기를 사용하여 강재 구조물 표면의 분진 및 먼지 등을 제거할 수 있다. 이러한 고압 세척시 고압수 세척기를 사용하는데 압력범위는 500∼700bar인 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 세척 단계는 구조물의 오염 상태에 따라 생략할 수 있다.
이와 같은 방법으로, 구조물에 형성된 표면의 들뜸 도장이나 녹, 먼지, 유분과 같은 오염 물질을 표면 처리 장치를 이용하여 처리한다. 상기 표면 처리 장치는 고압수 세척기와 집진 장치가 구비된 것을 이용할 수 있으며, 도장의 들뜸이나 표면이 산화되어 발생된 녹, 표면의 이물질, 유분체 등의 탈락을 실시하여 작업의 편리성을 증대시킬 수 있다.
이어서, 상기 구조물 표면에 알칼리 회복제를 도포하고 방청제를 도포한다. 상기 알칼리 회복제는 예를 들어 실리케이트계 알칼리 회복제를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 리튬실리케이트계 알칼리 회복제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 방청제는 인삼염계 방청제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
2. 구조물의 결함 부위 보수
상기 정리된 구조물(강재 구조물)에 있어서, 용접 결함 부위 또는 크랙 발생 부위가 발견되면, 먼저 보수 용접을 실시하고 크랙 부위는 주입재를 이용하여 보수를 실시한다. 구체적으로 용접 불량 및 모서리 부분은 NACE 게 0178에 따라 보수용 용접 장비를 이용하여 가우징하고 부분용접을 실시한다. 이에 의해 구조물의 내구 연한을 획기적으로 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
3. 하도 도료 도포단계
상기 표면 처리가 완료된 표면에 하도 도료를 도포한다.
본 단계에서 사용되는 하도 도료는 구조물 표면의 내수성, 내구성을 향상시킴과 아울러, 이후 형성되는 도장 도료와 피도체인 구조물 표면과의 결합력을 강화하기 위해 사용된다.
본 발명에서 사용되는 하도 도료는 비스페놀에프계 에폭시 주제와 폴리아민 경화제 및 경화촉진제를 포함하되, 상기 비스페놀에프계 에폭시 주제는 비스페놀에프 에폭시 수지, 탈크, 에폭시 희석제, 에폭시 실란, 벤토나이트 및 불가사리 칼슘 추출물을 포함하여 구성되는 것을 사용한다.
상기 하도 도료는 수성 에폭시계 도료로서 비스페놀에프계 에폭시 주제와 아민계 경화제 및 물을 포함하여 이루어진 수성 에폭시계 도료를 사용한다.
구체적으로 상기 에폭시 주제는 비스페놀에프 에폭시 수지 20~40 중량부, 탈크 0.2~2.0 중량부, 에폭시 희석제 1~10 중량부, 에폭시 실란 0.1~5 중량부, 벤토나이트 0.2~2.0 중량부 및 불가사리 칼슘 추출물 0.2~6.0 중량부를 포함하며, 기타 분산제, 소포제, 증점제, 습윤제 등 첨가제를 필요에 따라 첨가할 수 있고, 물을 포함한다.
본 발명에서 에폭시 주제로 사용되는 상기 비스페놀에프 에폭시 수지는 기존 도료에서 주로 사용되던 비스페놀에이계 유성도료와 비교하여 VOC(휘발성 유기화합물)이 적고, 피도면과의 접착력 및 결합력이 강화될 수 있는 특징이 있다.
본 발명에서 상기 탈크는 도료의 내식성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 에폭시 희석제는 작업성을 향상시키는 작용을 하며, 기존에 사용되던 희석제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 에폭시 실란은 실란올 그룹이 에폭시 수지 성분과 화학적 경화반응을 촉진시키는 작용을 함으로써 피도면과의 결합력을 더욱 강화시키고 도막의 안정성을 향상시키는 작용을 한다.
본 발명에서 상기 벤토나이트는 고형분이 높은 구성 성분의 침강을 방지하고 작업성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 불가사리 칼슘 추출물은 나노화된 불가사리 칼슘 추출물로서 강재의 부식을 억제시키는 작용을 하며 내수성을 증대시키는 기능을 한다.
불가사리는 해저에 서식하는 극피동물로서, 번식력이 뛰어나고 해양 생태계에 천적이 없어 제거하기가 쉽지 않다. 우리 정부는 불가사리 수거 운동을 2000년 초부터 진행하고 있는데 연간 수거 비용이 20억 이상 발생하고 있는 상황이다.
이와 같이 수거되는 불가사리는 일부 화장품 용도로 사용되고는 있으나 많은 양은 그냥 방치되는 수준에 머물러 있으므로, 이를 자원으로 활용할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 이와 같이 해양에서 수거되는 다량의 불가사리를 토목 및 건축용 재료에 사용할 수 있는 방안을 제시한다.
본 발명에서 상기 나노화된 불가사리 칼슘 추출물은 내장을 제거한 불가사리 외피를 산 및 알콜에 차례로 침지하고 물에 침지한 상태에서 가열하여 추출물을 얻고 얻어진 추출물을 여과 및 건조하여 얻어진 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 먼저 내장을 제거한 불가사리 외피(껍질)을 산용액에 침지하고 이어서 알콜용액에 침지하여 독소를 제거한다. 이때 불가사리 외피는 적당한 크기로 절단하여 사용하는 것이 바람직하며, 산 농도는 약 10~20중량%의 농도를 사용하는 것이 바람직하고 침지 시간은 약 4~10시간이 적당하다.
또한 알콜로는 메탄올이나 에탄올을 사용할 수 있으며 침지시간은 1~5시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
불가사리 외피의 침지가 완료되면 이어서 물에 침지된 상태에서 가열한다.
불가사리 외피를 가열하면 분해물이 분리되기 시작하며, 일정 정도 농도 이상이 되면 하부에 가라앉는다.
이와 같은 침전물은 탄산칼슘이 약 20~40 중량%로 다량 함유된 침전물로서 불가사리에서 추출된 바이오 추출물이며, 구체적으로는 미세한 직경을 갖는 나노 바이오 추출물이라고 할 수 있다.
상기 불가사리 나노 바이오 추출물을 수세하고, 여과 및 건조하여 분말로 수득하며, 이를 본 발명에 따른 강재의 표면 보수 및 보호용 도료 조성물에 포함하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 불가사리 나노 바이오 추출물을 사용한 도료 조성물은 강재의 부식 억제 효과가 우수하고, 강재의 내수성, 내화학성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 에폭시 주제에는 첨가제가 포함될 수 있다. 첨가제로는 분산제, 소포제, 증점제, 습윤제 등 첨가제를 필요에 따라 첨가할 수 있다.
상기 분산제는 주제 혼합시 액상 내에서 구성성분을 분산시켜 균일성을 확보하기 위해 사용된다. 이러한 분산제로서는 비이온 타입 또는 음이온 타입 중에서 선택하여 사용될 수 있다.
상기 소포제는 주제의 기포를 억제하여 고른 도막을 형성하기 위해 사용되며 비이온계나 실리콘 계열의 소포제가 사용될 수 있다.
본 발명에서 습윤제는 재료에 친수성을 부여하여 수용성으로 이루어지는 수용성 에폭시 수지의 도막 형성이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 역할을 하며, 구체적으로는 히드록시에틸셀룰로오스계 습윤제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 경화제로는 폴리아민 경화제를 사용할 수 있으며, 경화촉진제로는 트리메틸아민을 사용할 수 있다.
이와 같은 주제, 아민 경화제 및 경화촉진제를 사용하여 강재 표면에 하도 도포함으로써 중도로 사용되는 에폭시 수지와의 화학적 경화 반응을 촉진할 수 있고 도료 간의 부탁력을 향상시켜 연결 고리형 중도(rink coating)를 실현할 수 있다.
상기 아민계 경화제는 상기 에폭시 주제 성분의 경화를 촉진하는 역할을 한다.
또한, 본 발명에서 상기 폴리아민 경화제는 상기 에폭시 주제 100 중량비 대비 30~100 중량부의 비율로 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 조성으로 얻어지는 하도 도료는 구조물 표면의 공극을 밀실하게 충진하고 팽창함으로써 이후 도포되는 중도 도료와의 접착 결합력을 강화할 수 있고 모재 보호기능이 우수하여 열화, 내수성, 내구성 등 물성을 향상시킬 수 있다.
4. 중도 도료 도포단계
상기 하도가 도포된 표면에 중도 도료를 도포한다.
상기 중도 도료로는 후도막형 무용제 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 중도 도료로 사용되는 후도막형 무용제 에폭시 수지는 상기 하도 도료와 동일한 조성을 갖는 도료를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 중도 도료에는 금속 나노입자를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 나노입자는 항균, 살균 기능과 공기 정화기능 및 탈취 기능을 갖는 동시에 미세 공극을 치밀하게 하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 금속 나노입자의 종류로는 은 나노입자, 금 나노입자, 백금 나노입자, 팔라듐 나노입자 및 구리 나노입자 등을 사용하거나, 이들의 조합으로 사용할 수도 있다. 본 발명에 사용되는 금속 나노입자의 크기는 입자의 평균 직경이 1 내지 100㎚인 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 중도 도료에는 발수제와 부식방지제를 더 포함할 수있다.
상기 발수제는 예를 들어 실란계 또는 실록산계 발수제를 사용할 수 있다.
상기 부식방지제는 중금속을 함유하지 않은 친환경적 재질인 바륨포스포실리케이트, 칼슘보로실리케이트 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 중도 도료에는 체질안료를 더 포함할 수있다.
본 발명에서, 상기 중도 도료는 스트라이프 코팅(stripe coating) 방법을 이용하여 취약 부위 붓도장으로 도장할 수 있고, 스프레이 방식으로 도장하여 피도체와의 화학경화반응을 촉진하도록 도장할 수 있다.
또한, 피도체의 도장시 정전기 및 충격에 의한 스파크 방지를위해 접지장치를 이용하여 접지를 이룬 상태에서 도장을 해야 하며, 에어리스 분무기를 이용하여 유체 정전기기 발생하여 분무기 건의 금속체로 흘러들어가 피도체의 금속면과 만나 스파크가 발생할 수 있으므로 접지를 이룬 상태에서 도장을 실시해야 한다.
또한, 분무기 건의 금속 부분과 도료 소스 연결 부위(니플)은 절연 장비에 의해 절연시킴으로써 스파크에 의한 화재 및 폭발 위험을 방지한 상태에서 도장을 수행하는 것이 바람직하다.
5. 상도 도료 도포단계
이어서, 상기 중도 도료가 경화, 양생된 후에 상기 중도 도료가 도포된 표면에 상도 도료를 도포한다.
본 발명에서 상기 상도 도료로는 무용제 이액형 우레탄 도료를 사용한다.
본 발명에서 상기 무용제 이액형 우레탄 도료는 아크릴 우레탄 수지, 실란, 왁스, 벤토나이트, 우레탄 촉진제, 분산제, 탄산칼슘 및 안료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 무용제 이액형 우레탄 도료를 이루는 아크릴 우레탄 수지는 아크릴릭 폴리올을 주제수지로 사용하고 이소시아네이트를 경화제 수지로 사용하여 용매(자일렌 또는 알리파틱 계열) 존재 하에 혼합시켜 반응시킴에 의해 얻어진다.
이때, 상기 아크릴릭 폴리올은 고형분이 80중량% 이상되는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로는 80~90 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
고형분이 높은 아크릴릭 폴리올을 사용함으로써 내구성, 내마모성 등의 물성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 무용제 이액형 우레탄 도료는 아크릴 우레탄 수지 20~40 중량부, 실란 15~30 중량부, 왁스 1~10 중량부, 벤토나이트 1~10 중량부, 우레탄 촉진제 0.1~5 중량부, 분산제 0.5~5 중량부, 탄산칼슘 1~20 중량부 및 안료 0.1~10 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 아크릴 우레탄 수지는 2-하이드록시에틸메타크릴산(2-HEMA : 2-hydroxyethyl methacrylate), 메타크릴산메틸(MMA : methyl methacrylate), n-부틸 아크릴레이트(n-BA : n-butyl acrylate) 및 아크릴산(AAc : acrylic acid) 중 선택된 어느 하나의 아크릴레이트 단량체 및 음이온 또는 비이온 유화제 및 개시제를 첨가하여 합성된 폴리우레탄 아크릴레이트 하이브리드 에멀젼을 사용할 수 있다.
상기 아크릴 우레탄 수지는 건조가 빠르고 외부 폭로조건에서도 우수한 내후성, 내구성, 자외선안정성을 나타내며 수용성으로 이루어져 있어 친환경적이다.
상기 실란은 도료의 접착력을 증진시키고, 도막의 내수성, 내구성을 향상시키기 위한 것으로서, 글리시독시프로필 메틸디에톡시 실란(Glycidoxy propyl methyldiethoxy silane), 감마메타아크릴옥시 프로필 트리에톡시실란(gamma-Methacryloxy propyl triethoxy silane), 감마글리시독시 프로필 트리에톡시 실란(gamma-Glycidoxypropyl trimethoxy silane), 감마아미노프로필 트리에톡시 실란(gamma-Amino propyl triethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(Vinyltrimethoxy silane) 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 왁스는 수지 자체의 특성과 함께 광택을 강화, 유지시키는 역할을 한다.
상기 벤토나이트는 구성 성분의 침강을 방지하고 작업성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 우레탄 촉진제는 아크릴릭 폴리올과 이소시아네티의 반응을 촉진하고 생성되는 아크릴 우레탄 수지의 물성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 분산제는 아크릴 우레탄 도료의 혼합시 액상 내에서 착색안료를 고르게 분산시켜 균일한 색상의 도막을 형성하기 위한 것으로, 본 발명에서는 비이온 타입의 폴리옥시알킬렌형 계면활성제 또는 음이온 타입의 폴리카르복실염계 계면활성제 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 탄산칼슘은 도료의 물리적 강도를 강화시키고 내구성, 내스크래치성을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 본 발명에서 상기 안료로는 체질안료를 사용할 수 있으며, 상기 체질안료는 아크릴 우레탄 도료의 색상발현을 위한 것으로서, 적색 산화철, 이산화티타늄, 황색 산화철, 카본블랙 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 상도 도료에는 상기 성분 외에 증점제, 소포제, 조용제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 조용제는 용제의 용해력을 높여 도막형상이 용이하도록 하기 위한 것으로서 텍사놀(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediolmonoisobutyrate), 초산부틸(N-Butyl Acetate), 부칠셀루솔브(2-Butoxyethanol) 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
이상의 방법으로 시공되는 강재 구조물의 표면 도장은 상기 상술된 친환경 도료 조성물을 사용함으로써 피도체인 강재 구조물 표면과의 결합력과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수하여 강재 구조물의 표면 보호 효과가 우수하다.
또한, 수용성으로서 유기 용제나 중금속이 용출되지 않으므로 친환경적이고 지구온난화 방지에 기여할 수 있으며, 도장의 수명을 연장할 수 있으므로 구조물 표면의 보호 효과가 장기간 유지될 수 있는 효과가 있다.
또한, 강재 피도면에 적용시 열화 인자의 침입을 표면 단계에서 방지함으로써 표면 보호 시공 및 균열 보수 시공 등에 있어서 보호 및 보수 효과를 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 표면처리 단계에서 고압의 블라스팅이나 강한 회전력의 그라인딩에 의해서 표면의 녹, 구도막, 이물질 등의 제거 과정에서 원래 제작단계에서 보수보강을 하지 못한 결함(예: 용접 불량 및 균열)들을 보수 용접 및 주입 보수를 통해 최종적으로 보수 후 도장할 수 있으므로 최종적으로 구조물의 내구 연한이 기존의 공법에 비해서 현저하기 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
(1) 표면처리작업 : 코팅 대상 강재 구조물의 표면을 표면처리장치(쇼트 블라스터)를 이용하여 바닥면의 표면 레이턴스 및 이물질을 진공청소기를 이용하여 제거하여 표면처리 작업을 실시하였다. 구조물의 열화 정도가 심한 경우에는 열화된 부분에 알칼리 회복제를 도포하고 방청제를 도포하였다.
(2) 구조물 결함 보수 : 상기 표면처리작업 후에 구조물의 결함 부위(예: 용접 불량 또는 크랙 발생 부위)가 발견되어 보수용접 장비를 이용하여 보수 용접하고 주입제를 이용한 주입 보수를 실시하였다.
(3) 하도 도포 : 상기 표면처리 작업이 실시된 표면에 하도 도료를 얇게 도포하였다. 상기 하도 도료는 비스페놀에프계 에폭시 주제와 폴리아민 경화제 및 경화촉진제를 포함한 것을 사용하였으며, 상기 비스페놀에프계 에폭시 주제는 비스페놀에프 에폭시 수지 30 중량부, 탈크 1.0 중량부, 에폭시 희석제 5 중량부, 에폭시 실란 3 중량부, 벤토나이트 1 중량부 및 불가사리 칼슘 추출물 5 중량부를 포함하여 구성되는 것을 사용하였다.
이때, 상기 불가사리 칼슘 추출물은 내장을 제거한 불가사리 외피를 절단하고 산 및 알콜에 차례로 각각 5시간, 3시간 침지하고, 이어서 물에 침지한 상태에서 가열하여 석출물(추출물)을 얻고 얻어진 추출물을 여과 및 건조하여 얻어진 불가사리 나노 바이오 추출물을 사용하였다.
(4) 중도 도포 : 상기 하도가 도포되고 경화된 표면에 상기 하도와 동일한 조성믈 갖는 중도 도료를 소정의 요구 두께로 후막 도포하였다.
이때, 도장은 스프레이 방식으로 도장했으며, 도장이 잘 되지 않는 취약 부위는 붓도장(stripe coating) 방법으로 도장하였다.
(5) 상도 도포 : 상기 하도가 도포되고 경화된 표면에 무용제 이액형 우레탄 도료를 이용하여 상도 도포하였다. 상기 무용제 이액형 우레탄 도료는 아크릴 우레탄 수지 30 중량부, 실란 20 중량부, 왁스 3 중량부, 벤토나이트 5 중량부, 우레탄 촉진제 2 중량부, 분산제 2.0 중량부, 탄산칼슘 5 중량부 및 체질안료 5 중량부와 기타 첨가제를 혼합하여 얻어진 무용제 이액형 우레탄 도료를 사용하여 상기 중도 도료가 도포된 표면에 소정의 요구 두께로 도포하였다.
이때, 상기 아크릴 우레탄 수지는 고형분이 약 85중량%인 아크릴릭폴리올 주제 및 이소시아네이트 경화제를 용매(자일렌)에서 반응시켜 얻어진 것을 사용으며, 도막의 총 두께는 약 250 ㎛가 유지되도록 도장하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 (3)의 하도 도포 없이 실시한 것만 다르다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 (4)의 중도 도포 없이 실시한 것만 다르다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 (5)의 상도 도료 도포 없이 실시한 것만 다르다.
성능 평가
1. 방청성, 부착강도, 내산성, 내굴곡성, 내수성 평가
실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따라 형성된 도막의 방청성, 부착강도, 내산성, 내굴곡성, 내수성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
샘플 | 방청성 (ASTM D610) |
부착강도 (KSM6715-01) (kgf/㎠) |
내산성 (KSMSI02812-1-02) |
내굴곡성 (KS M 5000-03, Φ10mm, 180°굴곡) |
내수성 (KSMSI02812-2-02) |
실시예 1 | 0.1% 이하 | 51 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 |
비교예 1 | 0.2% 이하 | 34 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 |
비교예 2 | 0.3% 이하 | 35 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 |
비교예 3 | 0.2% 이하 | 32 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 |
상기 표 1의 결과로부터 본 발명에서 제조되는 도료 조성물을 이용하여 강재 구조물 도장을 시공할 경우 부착강도에 우수한 특성이 있고, 기타 물성에 있어서도 우수한 결과를 보임을 확인할 수 있다.
2. 난연성, 내후성, 염화이온 침투저항성, 내충격성 평가
실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따라 형성된 도막의 난연성, 내후성, 염화이온 침투저항성, 내충격성을 평가하였다. (난연성은 UL94의 방법으로 평가하였고, 기타 물성은 KS F 4929(2010)의 방법으로 평가하였다)
평가 결과 난연성의 경우 모든 샘플에서 자기소화성을 나타내었고, 기타 물성에 있어서도 모든 샘플에서 적합하거나 이상없는 결과를 나타내었다.
이상의 실험 결과로부터, 본 발명에 따른 강재 표면 보호용 도료 조성물을 사용할 경우 우수한 기계적 물성과 화학적 특성 등 우수한 도장 물성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
Claims (5)
- (a) 코팅 대상 구조물의 표면을 표면처리장치를 이용하여 표면 정리하는 단계;
(b) 상기 정리된 구조물에 용접 결함 부위 및 크랙 부위에 보수 용접 및 주입 보수를 실시하는 단계;
(c) 상기 정리된 구조물의 표면에 하도를 도포하는 단계;
(d) 상기 하도가 도포된 표면에 중도를 도포하는 단계; 및
(e) 상기 중도가 도포된 표면에 무용제 이액형 우레탄 도료로 구성된 상도를 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 하도 및 중도는 비스페놀에프계 에폭시 주제와 폴리아민 경화제 및 경화촉진제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강재 구조물의 표면 보수 보호 공법으로서,
상기 무용제 이액형 우레탄 도료는 아크릴 우레탄 수지, 실란, 왁스, 벤토나이트, 우레탄 촉진제, 분산제, 탄산칼슘 및 안료를 포함하여 구성되며,
상기 아크릴 우레탄 수지는 고형분이 80~90중량%인 아크릴릭폴리올 주제 및 이소시아네이트 경화제를 용매에서 반응시켜 얻어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 강재 구조물의 표면 보수 보호 공법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 비스페놀에프계 에폭시 주제는 비스페놀에프 에폭시 수지, 탈크, 에폭시 희석제, 에폭시 실란, 벤토나이트 및 불가사리 칼슘 추출물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강재 구조물의 표면 보수 보호 공법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 불가사리 칼슘 추출물은 내장을 제거한 불가사리 외피를 산 및 알콜에 차례로 침지하고 물에 침지한 상태에서 가열하여 추출물을 얻고 얻어진 추출물을 여과 및 건조하여 얻어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 강재 구조물의 표면 보수 보호 공법.
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