KR20000029479A - 내식용코팅물질 - Google Patents

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KR20000029479A
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Abstract

본 발명은 3 내지 30중량%의 단량체성 및/또는 중합체성, 금속이 없거나 또는 금속을 함유하는 킬레이트 형성 화합물, (ii) 10 내지 80중량%의 하이드록사이드 이온을 결합하는 물질, 및 (iii) 5 내지 65중량%의 탄소계 전도성 안료를 포함하는, 내식성 코팅 물질용 배합물에 관한 것이다.

Description

내식용 코팅 물질{Anti-corrosion Coating Material}
금속 제품은 금속, 무기 또는 유기 보호 코팅으로 이들을 피복시켜 부식에 대해 보호될 수 있다. 특히 유기 보호 코팅에는 부식 보호능을 증가시키기 위해 특정한 안료 및/또는 충전제가 제공된다. 이들 첨가제는 적연, 아연 크로메이트, 아연 포스페이트, 활석, 흑연 및 운모를 포함한다. 다르게는, 무기 안료 및 충전제와 혼합하여 또는 단독으로 내식 안료로서 유기 화합물을 이용하는 것이 가능하다. 이런 유기 화합물의 예는 벤지딘 포스페이트, 벤지딘 몰리브데이트, 벤지딘 헥사시아노페레이트, 유기 포스폰산 및 아르손 산, 및 방향족 및 지방족 카복실 산 둘 모두, 및 이들의 염, 예를 들면 벤조에이트 및 라우레이트이다.
이들의 독성 및/또는 발암성 때문에, 매우 효과적인 납 안료 및 크로메이트 안료는 더 이상 부식 보호를 위해 사용될 수 없다. 이제까지 사용된 안료중에서, 아연 포스페이트 및 아연 테르라보레이트는 비교적 매우 낮은 활성을 갖는다. 아연 염은 예를 들면 철의 경우 초기에는 하기 반응식 1 및 2와 같이 물질 부식을 필요로 한 후, 형성된 OH-이온과 함께 낮은 용해도를 갖는 염기성 착체를 형성한다:
Fe --＞Fe2++ 2e-
1/2O2+ H2O + 2e---＞2OH-
이들 착체는 물질 표면에 단단히 점착되거나 또는 부식 억제 하도제의 흠에 침전되어 이 흠을 막는다. 이의 선행조건은 먼저 상응하는 아연 염이 적절한 안료 부피 농도로 존재해야하고 물에 대한 용해도 때문에 용해되지않아야하고, 두 번째로 코팅 또는 인접한 부식성 매질에 다른 착화 종이 없어야하는 것이다. 결과적으로, 아연 염 안료는 종종 실패하고/하거나 종래의 활성 안료인 적연 및 아연 크로메이트보다 활성이 현저히 떨어진다.
제 DD 281 427 호로부터 금속 프탈로시아닌이 철상의 코팅 물질중의 내식성 안료로서 매우 우수한 결과를 나타냄이 공지되어있다. 이들은 순수한 안료 및 전도성 담체와 혼합 두가지 경우에 모두 효과를 나타낸다.
개선된 배합물이 제 EP 0 675 173 호에 개시되어있으며, 이들은 금속 프탈로시아닌, 전도성 성분, 하이드록사이드 이온과 결합하는 성분 및 소엽형 안료로 구성되어있다. 이 혼합의 단점은 소엽형 안료로 인해 코팅 물질이 매우 다공성이 된다는 것이다. 결과적으로 코팅을 오염시키는 물이 금속 표면에 접근하는데 방해를 받지않아서 부식이 촉진된다.
따라서, 부식하기쉬운 금속상에 하도제 코팅으로 사용될 수 있고 납 및 크로메이트 안료의 보호 효과와 동일한 내식 활성을 나타내는, 납 및 크로메이트가 없는 아연 배합물이 필요하다.
본 발명은 내식용 코팅 물질로 사용되는 납 및 크로메이트가 없는 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 통상적인 결합제를 기본으로하는 코팅 배합물에 혼입될 수 있고, 광범위한 금속 기재, 특히 철 물질의 표면상의 하도제로서 납 및 크로메이트 안료의 보호 효과와 필적할만한 내식성을 갖는 배합물을 제공하는 것이다. 이 안료 배합물은 대기 노출하에서뿐만 아니라 폭기된 수성 매질에서도 명확한 내식성을 갖는 것을 필요로한다.
이 목적은 (i) 하기 화학식 I 또는 II의 단량체성 및/또는 중합성, 금속이 없거나 금속을 함유하는 킬레이트 형성 화합물 3 내지 30중량%, (ii) 하이드록사이드 이온을 결합하는 물질 10 내지 80중량%, 및 (iii) 탄소계 전도성 안료 5 내지 65중량%를 포함하는 배합물에 의해서 본 발명에 따라 해결된다:
상기 식에서,
A 및 B는 각각 독립적으로 S, Se, O 및 N과 같은 이종원자 및 또한 아릴, 알킬 또는 할로 기 또는 산소-, 질소- 또는 황-함유 기를 부가적인 치환체로서 함유할 수 있는 방향족 또는 지환족 라디칼이고,
R1, R2, R3및 R4는 H 원자 또는 알킬 라디칼이고,
Me는 Cu, Fe, Ni, Co, Mn, Bi, Sn, Zn 또는 H2이다.
사용되는 킬레이트 착체 화합물 (i)은 화학식 I 및 II의 상기 언급된 화합물, 바람직하게는 프탈로시아닌, 테트라아릴포르피린 및 테트라아자아눌렌이다. 프탈로시아닌중에서는, 금속 프탈로시아닌 및 특히 철 프탈로시아닌이 바람직하다. 화합물 I 및 II에서 알킬은 바람직하게는 탄소수 1 내지 18의 직쇄 또는 분지된 알킬이고, 이때 하나이상의 CH2기는 또한 2개의 O 원자가 인접하지않는 방식으로 -CO-, -O-, -S-, -COO-, -O-CO-로 치환될 수 있다. 할로겐은 바람직하게는 브롬 또는 염소이다.
금속 프탈로시아닌에 의해 발생하는 높은 제조 비용의 문제는 흑연과 같은 전도성 담체 물질에 이 활성 성분을 사용함으로써 해결될 수 있고, 이에 의해 실제로 훨씬 적은 양의 금속 프탈로시아닌 활성 물질을 이용하여 동일하거나 심지어 더 큰 내식 효과를 수득할 수 있다.
킬레이트 착체 화합물은 3 내지 30중량%, 바람직하게는 15 내지 25중량%의 비율로 본 발명의 배합물에 존재한다. 킬레이트 착체 화합물은 산소를 환원시켜, 물에 용해시키고, 연속 기공으로 침투하여 금속 기재로 내려가는 코팅에서의 흠을 생성시켜, 노출된 기재를 표면안정화시킨다. 동시에, 산소의 환원은 하기 반응식 3에 따른 하이드록사이드 이온을 생성시킨다:
O2+ 2 H2O + 4e---＞4 OH-
이들 하이드록사이드 이온은 본 발명의 배합물의 성분 (ii)에 결합된다.
하이드록사이드 이온을 결합하는 물질 (ii)로서 포스페이트, 특히 메타포스페이트, 비- 및 트리포스페이트, 실리카 겔, 실리케이트, 알루모실리케이트, 방해석, 및 OH-이온과 비용해성 염기성 염 또는 착체 화합물을 형성하는 모든 비용해성 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면 Ca[SiO3]는 하이드록사이드 이온을 흡수하여 Ca3(OH)2[Si4O10]을 형성한다.
강 기재상의 유기 코팅의 탈적층화에 해롭지않은 것으로 간주되는 6 내지 8.5 범위로 인접한 수성 매질의 pH를 유지시키는 완충제 시스템을 화합물의 표면에 형성하는 화합물을 사용하는 것이 또한 가능하다:
R-COO-+ H2O ↔ R-COOH + OH-
산소가 환원되었을 때 형성된 하이드록사이드 이온을 결합하는 칼슘 메타포스페이트를 이용하는 것이 바람직하다.
하이드록사이드 이온을 결합하는 물질은 10 내지 80중량%, 바람직하게는 40 내지 60중량%의 비율로서 본 발명의 배합물에 존재한다.
또다른 양태에서는, 본 발명의 배합물은 탄소를 기준으로 5 내지 65중량%, 바람직하게는 15 내지 55중량%의 전도성 안료를 추가로 포함한다. 전도성 안료는 전도성, 탄소 함유 코팅으로 피복되어있는 담체 물질로 구성되거나, 또는 안료는 예를 들면 카본 블랙, 흑연 또는 불소 도핑된 흑연의 경우 전도성 물질 만으로 형성될 수 있다. 적합한 담체 물질은 운모, 바륨 설페이트, 유리 플레이크, 실리카 또는 티탄 디옥사이드이다.
적합한 전도성 코팅은 탄소 함유 산화금속 코팅이다. 전도성 안료는 바람직하게는 30㎛ 미만의 입자 크기를 갖고 입자의 형태는 중요하지않다. 전도성 안료는 바람직하게는 소엽형 또는 구형이다. 본 발명의 배합물에서, 전도성 안료는 또한 2개이상의 상이한 안료의 혼합물을 포함할 수 있다.
전도성 안료는 또한 본 발명의 배합물의 전기 전도성을 보증하는데, 이는 산화의 촉매적 환원에 필요하다.
산소 환원동안 생성되는 하이드록사이드 이온의 결합은 필름 아래의 부식(철 물질의 경우, 하부부식)이 없도록 금속 기재로부터 코팅이 탈적층화되는 것을 방지한다.
본 발명의 배합물은 실제 필요성을 만족시키는 분쇄 분말도로 샌드 밀 또는 비드 밀, 볼 밀 및 롤 밀과 같은 안료 및 코팅 산업에서 통상적인 기계를 이용하여 개별적인 성분으로부터 제조되고, 통상적인 결합제를 기본으로하는 코팅 배합물에 분산된다. 다르게는, 개별적인 성분은 결합제에 순차적으로 분산될 수 있다. 이런 결합제는 알키드 수지, 폴리우레탄, 염화 고무 또는 멜라민 수지이고, 이는 코팅 배합물중에 35 내지 55중량%의 양으로 존재한다.
또한, 코팅 배합물은 모든 통상적인 보조제 및 충전제를 포함할 수 있다. 특히 건조제, 분산제, 평준화제, 침강방지제, 커플링제 또는 틱소트로피제를 언급할 수 있다. 또한, 용매는 10 내지 20중량%의 비율로 배합물에 존재할 수 있다. 본원에서, 용매는 특정한 결합제에 능숙하게 일치되어야만한다. 통상적인 용매는 부틸 아세테이트, 크실렌 및 120 내지 180℃ 범위의 융점을 갖는 파라핀성 탄화수소 혼합물이다.
본 발명의 배합물은 매우 광범위한 금속 기재, 특히 철 물질의 표면에 하도제로서 도포되는 코팅 배합물로서 사용된다. 일단 필름 형성이 완료되면 하도제는 대기 노출 또는 폭기된 수성 매질에 노출시 명확한 내식성으로 주목할만하다.
본 발명의 배합물은 내식성에 대한 모든 필요조건을 만족시킨다.
본 발명의 배합물은 코팅 물질의 평준화 또는 필름 형성성을 부여하지는 않지만, 대신 균일성을 부여하고, 특히 노화 방지 코팅이 금속 기재에 단단하게 점착하고 높은 차단막 활성을 갖게하며; 더욱이 멀티코팅 시스템을 구축하기위한 생성된 하도제의 과페인트성을 한정하지않고, 특히 기계적 영향을 통해 생성되는 코팅중의 공극 또는 흠에서 수성 매질에 노출시 금속 표면을 표면안정화시킬 수 있고, 따라서 필름아래에서의 부식(철 물질의 경우, 하부부식)을 방지할 수 있다.
본 발명의 배합물의 또다른 장점은 아연 포스페이트를 포함하는 코팅 배합물에서조차 사용될 수 있고, 게다가 생성된 하도제는 아연 크로메이트로 안료화된 것들보다도 내식성이 더 우수하다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하고자함이지 한정하고자하는 것이 아니다.
실시예 1
철 프탈로시아닌 6.3중량%
흑연 9.4중량%
Ca m-포스페이트 12.6중량%
아연 포스페이트(호페이트) 6.3중량%
60% 크실렌중의 수지 용액(공기 및 열 건조된 짧은 오일 알키드 수지) 48.8중량%
부틸 아세테이트/크실렌 = 3:1 15.1중량%
건조제 및 보조제: 망간 옥토에이트(BP 케미칼스) 1.5중량%
실시예 2
철 프탈로시아닌 4.4중량%
카본 블랙(프린텍스(Printex) L, 데구사(Degussa)) 4.4 중량%
Ca m-포스페이트 17.5중량%
Zn m-포스페이트 8.7중량%
60% 크실렌중의 수지 용액(공기 및 열 건조된 짧은 오일 알키드 수지) 48.7중량%
부틸 아세테이트 + 셀솔(Shellsol) D(탄화수소 혼합물) 14.6중량%
건조제 및 보조제: 빅(Byk, FRG)의 Byk 410 1.7중량%
실시예 3
철 프탈로시아닌 6.05중량%
불소 도핑된 흑연 8.06 중량%
Ca m-포스페이트 15.09중량%
아연 화이트(White) 6.05중량%
실시예 1에서의 수지 용액 47.82중량%
부틸 아세테이트/크실렌 = 3:1 14.36중량%
건조제 및 보조제:미스크트로크너(Mischtrockner, 혼합 건조기) 1D(FRG, 뒤셀도르프의 게브뤼더 보르셔스(Gebruder Borchers)의 납 및 코발트의 합성 이소카복실산 염) 1.57중량%
비교 실시예 1
아연 포스페이트 7.20중량%
아연 화이트(산화 아연) 11.63중량%
미세탈크 N 6.19중량%
베이페록스(Bayferrox) 140(붉은 산화철) 13.36중량%
블랑 픽세(Blanc fixe)(샤흐트레벤(Sachtleben)의 BaSO4) 6.19중량%
실시예 1에서의 수지 용액 41.64중량%
부틸 아세테이트/크실렌 = 3:1 12.50중량%
건조제 및 보조제: FRG 뒤셀도르프의 게브뤼더 보르셔스의 솔리겐(Soligen) 코발트 6(나프텐산) 1.29중량%
비교 실시예 2
아연 옐로우(아연 크로메이트) 7.63중량%
아연 화이트 11.63중량%
미세탈크 AT1 6.19중량%
베이페록스 140 13.36중량%
블랑 픽세 6.19중량%
실시예 1에서의 수지 용액 42.21중량%
부틸 아세테이트/크실렌 = 3:1 12.50중량%
건조제 및 보조제: FRG 함브루크, 아브샤겐(Abshagen)의바륨 시카톨 1.29중량%
비교 실시예 3(제 EP 0 675 173 호의 실시예 5)
철 프탈로시아닌 7.13중량%
미나텍(Minatec) 30CM(FRG, 메르크 카가아아(Merck KGaA) 제품,TiO2/운모 + SiO2+ (Sb, Sn)2O 7.14중량%
운모 3.56중량%
Ca m-포스페이트 14.26중량%
아연 포스페이트 7.10중량%
수지 용액 플렉시검(Plexigum) PM 685(FRG, 야거(Jager)의 크실렌중의 아크릴 수지) 42.47중량%
쉘솔(Shellsol) A/크실렌 = 3:1 17.51중량%
건조제 및 보조제: FRG 함브루크 아브샤겐의 아코 바륨 옥토에이트 0.83중량%
본 발명의 배합물은 코팅 산업에서 통상적인 혼합 및 분산 기술에 의해 결합제 시스템으로 혼입되고, 입자 분말도는 20㎛ 미만이다. 특정한 결합제에 적절한 희석제는 본 발명의 배합물을 이용한 코팅 물질에 가공에 필요한 점도를 제공하다. 이들 희석제, 통상적으로 부틸 아세테이트, 크실렌, 및 120 내지 180℃의 비등점 범위를 갖는 파라핀성 탄화수소를 포함하는 희석제는 당분야에 숙련된 이에 의해 문헌[Karsten's Lackrohstofftabellen(Tables of coatings raw materials), Vincentz-Verlag]에서 발견될 수 있다. 3가지 코팅 물질은 이 방식으로 제조되고 통상의 제조된 강으로 구성된 금속 시료 패널을 피복하기위해 사용되었다. 이들 시료 패널은 하기 시험을 거치고, 동시에 3가지 기준 시스템과 비교된다: 아연 포스페이트를 포함하는 코팅, 아연 크로메이트를 포함하는 코팅 및 가장 밀접한 종래 문헌(제 EP 0 675 173 호의 실시예 5).
내식 시험의 결과
a) DIN 53166에 따른 옥외 노출
12달동안 옥외에서 저장한 후에, 기준 시스템 I 또는 II로 코팅된 시료에 새긴 표식은 2 내지 3㎜ 정도의 작은 부풀음으로 밀접하게 둘러싸이지만, 본 발명의 안료 조합을 포함하는 코팅의 경우 어디에서도 부풀음이 없었다.
b) MACHU 시험
증류수 1ℓ당 50g의 NaCl, 10㎖의 빙초산, 5g의 30% 과산화수소 용액의 용액(매일 제조)에 40℃에서 8시간동안 및 실온에서 건조한 공기에 16시간동안 번갈아 노출시킨다.
변수 세트는 노출을 8회 반복한후 코팅을 떼어낸후의 DIN 53209에 따른 코팅의 부풀음 정도 및 총 표면적의 비율로서의 부식 영역이었다.
코팅 부풀음 정도 부식된 영역의 비율(%)
기준 시스템 I m3/g3 42
기준 시스템 II m4/g4 60
기준 시스템 III m1/g1 5
실시예 1 0/0 ＜1
실시예 2 0/0 ＜1
실시예 3 m1/g1＜1
c) VDA(독일 자동차 제조협회) 621-415에 따른 교차 기후 시험
교차 기후 노출을 9회 반복한 후에, 3개의 기준 시스템은 그 위치에서 3㎜까지의 새김 하부부식을 나타내지만, 본 발명에 따른 시료상에서는 명확하게 확인되지않는다(1㎜ 미만).
결과는 본 발명의 배합물을 이용하는 철 물질의 표면상에 생성된 보호성 코팅이 기준 시스템보다 부식에 대해 훨씬 우수한 보호를 생성한다.
실시예 4
a) 알루미늄 및 고온 침지-아연 도금된 강 기재에서 실시예 1에 따른 배합물을 이용하여 생성된 코팅(80㎛의 총 코팅 두께의 2개의 코팅)은 DIN 53166에 따라 12달동안 옥외 내후된 후에 새긴 곳 근처 또는 시료 표면의 나머지에서 부풀음 또는 탈적층 현상을 나타내지않는다.
실시예 1 비교 실시예 3
물에 노출되지않음 8 내지 10 4 내지 7 MPa
증류수에 연속 9시간 침지한 후 7 내지 14 5 내지 12 MPa
분열은 주로 기재와 코팅 사이의 상 경계가 아닌 코팅 그 자체내부에서 일어난다(응집성 분열).
본 발명의 안료 배합물을 포함하는 코팅 물질은 결과적으로 철 물질에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 적절한 결합제를 선택하면 다른 부식성 금속에 효과적인 부식 방지 목적으로 사용될 수 있다.
b) 코팅 필름을 통한 물의 투과(다공성)
실시예 1 비교 실시예 3
물에 노출시키지않음 3.5·10-6 0.9·10-6
증류수에 9시간동안 연속 침지시킴 4.5 1.7·10-6
유리 코팅 필름 g·d-1·㎝-1단위의 6·10-6(알키드 수지 시스템)

Claims (8)

  1. (i) 3 내지 30중량%의 하기 화학식 I 또는 II의 단량체성 및/또는 중합체성, 금속이 없거나 또는 금속을 함유하는 킬레이트 형성 화합물,
    (ii) 10 내지 80중량%의 하이드록사이드 이온을 결합하는 물질, 및
    (ii) 5 내지 65중량%의 탄소계 전도성 안료를 포함함을 특징으로하는 내식성 코팅 물질용 배합물:
    화학식 I
    화학식 II
    상기 식에서,
    A 및 B는 각각 독립적으로 S, Se, O 및 N과 같은 이종원자 및 또한 아릴, 알킬 또는 할로 기 또는 산소-, 질소- 또는 황-함유 기를 부가적인 치환체로서 함유할 수 있는 방향족 또는 지환족 라디칼이고,
    R1, R2, R3및 R4는 H 원자 또는 알킬 라디칼이고,
    Me는 Cu, Fe, Ni, Co, Mn, Bi, Sn, Zn 또는 H2이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    킬레이트 형성 화합물이 프탈로시아닌임을 특징으로하는 배합물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    프탈로시아닌이 금속 프탈로시아닌임을 특징으로하는 배합물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    금속 프탈로시아닌이 철 프탈로시아닌임을 특징으로하는 배합물.
  5. 제 2 항에 있어서,
    금속 프탈로시아닌이 전도성 담체에 적용됨을 특징으로하는 배합물.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    전도성 안료가 카본 블랙, 흑연 또는 불소-도핑된 흑연임을 특징으로하는 배합물.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    하이드록사이드 이온을 결합하는 물질이 포스페이트임을 특징으로하는 배합물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항의 배합물을 포함하는 내식성 코팅 물질.
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