KR20020072578A - 금속 표면용 복합 보호 피막 - Google Patents

금속 표면용 복합 보호 피막 Download PDF

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KR20020072578A
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대너마크칼
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다우 글로벌 테크놀로지스 인크.
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Abstract

본 발명은 금속 파이프 또는 도관 제조시 사용되는 강과 같은 금속 기판용 복합 보호 피막을 제조하는 방법을 제공한다. 당해 피막은 편평한 금속 표면에 도포되는 경우, 립(rib) 모양의 강 파이프의 제조에 사용되는 것과 같은 냉간 성형방법을 통해 금속에 대한 결합을 유지한다.

Description

금속 표면용 복합 보호 피막{Composite protective coating for metal surfaces}
본 발명은 금속 표면용 보호 피막, 더욱 특히 냉간 성형을 통해 금속 표면에 대한 접착성을 유지하는 보호 피막에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 냉간 성형 가능한 보호된 금속 표면에 관한 것이다. 보다 더욱 특히, 본 발명은 보호 피막이 하나 이상의 주 평면 표면에 도포되어 있는 냉간 성형 가능한 금속 기판 및 당해 금속 기판으로부터 제조된 제품에 관한 것이다. 당해 제품은, 예를 들면, 각종 최종 제품에 사용되는 파이프 뿐만 아니라 와이어 및 케이블 제품을 포함한다.
금속 표면은 각종 공급원, 예를 들면, 수분, 공기 및 광범위한 각종 화합물에 의해 부식되기 쉽다. 이러한 부식성으로 인해 위생 또는 하수 시스템 및 산성 화합물을 포함하는 산업적 방법을 포함하는 다수의 용도에서 금속의 사용이 제한되는 경향이 있다.
금속 표면, 예를 들면, 금속 파이프의 내부면의 내부식성을 향상시키는 한 가지 방법은 콘크리트 라이너(concrete liner)를 사용하는 것이다. 당해 방법은 콘크리트가 금속 표면에 견고한 결합을 형성시킬 수 없기 때문에 제한된 경우에만 성공한다. 또한, 콘크리트는 균열이 발생하고 벗겨지고 금속 표면으로부터 분리되어 금속을 쉽게 노출시킨다. 또 다른 방법은 플라스틱 적층된 강(steel) 시트로부터의 금속 파이프 성형에 촛점을 둔다. 더블류씨아이 스틸 캄파니(WCI Steel Company)(미국 오하이오주 워런 소재)에서는 폴리-코트(Poly-CoatR)로 공지된 제품의 제조시 이 방법을 사용한다. 일반적으로, 먼저 시트상 강과 같은 적합한 금속 표면에 플라스틱 또는 중합체 물질, 예를 들면, 에틸렌/아크릴산(EAA) 공중합체 화합물로 충전된 카본 블랙을 적층시킨다. 이어서, 중합체 피복된 표면이 내부 파이프 벽을 형성하도록 적층물을 파이프로 전환시킨다. 전형적으로 중합체 피막의 두께는 0.10in(0.25cm) 이하이다.
미국 특허 제4,975,138호에는, 피복된 금속체의 성형방법이 기재되어 있다. 당해 방법은 순차적인 3단계를 포함한다. 제1 단계에서, 열가소성 접착층에 의해, 피복되지 않은 직물에 결합된 성형되지 않은 금속 기판을 포함하는 적층물을 제조한다. 제2 단계에서, 기판, 직물 및 열가소성 접착층 사이의 접착 상태를 유지하면서 적층물을 목적하는 형상으로 성형한다. 제3 단계에서, 직물에 피막을 도포한다. 적어도, 성형품의 내부 표면, 예를 들면, 내부 파이프 표면에 도포되는 경우, 당해 피막은 두께의 균일성이 부족한 경향이 있다. 최소 피막 두께를 보장하기 위해, 전형적으로 과량의 피막 물질을 사용하는데, 이 경우 비용이 상승하고 파이프 내의 유동 동력학적 면에서 방해될 수 있다.
미국 특허 제5,316,606호에는, 중합체 적층된 금속 파이프의 성형방법이 기재되어 있다. 당해 방법은 이의 하나 이상의 표면에 도포된 폴리에틸렌/아크릴산 혼합물 및 EAA 공중합체로 구성된 동시 압출된 중합체 층을 갖는 시트상 강을 사용하여 개시한다. 피복된 강 시트는 프로파일 성형기(profile former)를 통해 통과시켜 채널 및 이음매(seam) 부재를 성형한 후, 가열된 폴리에틸렌 라이너와 접촉시킨다. 가압시켜, 가열된 폴리에틸렌 라이너와 피복된 강 시트 사이를 접착시킨다. 당해 방법은 시트상 강을 파이프 영역(section)으로 성형함으로써 종결된다.
본 발명의 제1 양태는
에틸렌과 아크릴산과의 공중합체로 구성된 제1 층(1) 및 EAA 공중합체로 구성된 제2 층(2)(여기서, 제1 층은 금속 표면에 접착되어 있고, 제2 층은 제1 층에 접착되어 있다)을 포함하는, 금속 표면에 피막을 접착시키기 위한 내부 접착제 막(a),
내부 접착제 막의 제2 층에 인접하여 결합되어 있는 강화층(b) 및
EAA 공중합체로 구성된 제1 층(1) 및 EAA로 구성된 제2 층(2)(여기서, 제1 층은 강화층에 접착되어 있고, 제2 층은 제1 층에 접착되어 있다)을 포함하는, 강화층에 인접한 외부 접착제 막(c)을 포함하는, 금속 표면용 복합 보호 피막에 관한 것이다.
본 발명의 제2 양태는
하이드록시-페녹시에테르 중합체로 구성된 제1 층(1) 및 하이드록시-페녹시에테르 중합체로 구성된 제2 층(2)(여기서, 제1 층은 금속 표면에 접착되어 있고, 제2 층은 제1 층에 접착되어 있다)을 포함하는, 금속 표면에 피막을 접착시키기 위한 내부 접착제 막(a),
내부 접착제 막의 제2 층에 인접하여 결합되어 있는 강화층(b) 및
하이드록시-페녹시에테르 중합체로 구성된 제1 층(1) 및 하이드록시-페녹시에테르 중합체로 구성된 제2 층(2)(여기서, 제1 층은 강화층에 접착되어 있고, 제2 층은 제1 층에 접착되어 있다)을 포함하는, 강화층에 인접한 외부 접착제 막(c)을 포함하는, 금속 표면용 복합 보호 피막에 관한 것이다.
제1 양태 또는 제2 양태 중 어느 한 양태에서 복합 피막 중의 외부 접착제 막의 제1 층은 바람직하게는 표면 에너지가 외부 접착제 막의 제2 층의 표면 에너지를 초과한다. 제1 층을 코로나 방전에 노출시키거나, 화염 처리하거나 다른 통상적인 표면 개질을 수행하는 경우, 제1 층의 표면 에너지가 증가된다.
제3 양태에서, 본 발명은
금속 기판(a) 및
제1 양태 또는 제2 양태 중의 어느 한 양태의 복합 보호 피막(b)을 포함하는, 냉간 성형 가능한 피복된 금속체를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "내부 중합체(interpolymer)"는 둘 이상의 중합 가능한 단량체가 내부에서 중합된 중합체를 의미한다. 이로써, 내부 중합체는 공중합체(종종 두 가지 중합 가능한 단량체를 포함하는 것으로 생각됨), 삼원공중합체(세 가지 중합 가능한 단량체) 및 사원공중합체(네 가지 중합 가능한 단량체)를 포함한다. 용어 "공중합체" 및 "내부 중합체"는 본원 전반에 걸쳐서 상호 교환하여 사용할 수 있다.
본 발명의 복합 보호 피막은 3개 이상의 층을 포함한다. 간단한 언급하면, 당해 피막은 2개의 접착제 막, 즉 내부 접착제 막 및 외부 접착제 막 사이에 강화층이 삽입되어 있는 샌드위치(sandwich)이다.
내부 접착제 막은 바람직하게는 적어도 2개의 층, 즉 제1 층 또는 금속 접착층 및 제2 층 또는 내부 기재 층을 포함한다. 금속 접착층은 복합 피막을 금속 기판에 도포할 때, 복합 피막과 금속 기판 사이를 결합시킨다. 바람직하게는 금속 접착층은 전체 막 두께의 10 내지 50%, 바람직하게는 10 내지 30%, 더욱 바람직하게는 15 내지 25%를 구성한다. 단지 2개의 층을 사용하는 경우, 제2 층은 전체 막 두께와 금속 접착층 두께의 차이에 해당된다. 경우에 따라, 내부 기재 층 자체가 2개 이상의 층을 구성할 수 있다. 추가로, 제1 층이 명목상 금속 접착층이더라도, 제1층은 또한 다른 기판에 결합될 수 있다.
내부 접착제 막의 금속 접착층 및 기재 층은 둘 다 바람직하게는 에틸렌과 에틸렌성 불포화 카복실산과의 공중합체, 더욱 바람직하게는 EAA 공중합체를 포함한다. EAA 공중합체의 아크릴산 함량은 바람직하게는 전체 공중합체 중량의 3 내지 9중량%의 범위이다. 상기 범위를 벗어난 카복실산, 특히 아크릴산의 함량은, 상기 함량에 수반되는 특성 변경이 허용되는 한 사용할 수 있다. 추가로, 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고서 카복실산 함량을 변경시키면서 둘 이상의 공중합체의 혼합물을 사용할 수 있다.
내부 접착제 막의 제1 층 및 제2 층용으로 바람직한 중합체는 카복실 관능기를 함유하는 하나 이상의 공중합 가능한 공단량체와 에틸렌과의 내부 중합체 및 추가로 이의 유도체, 및 개질된 폴리올레핀 무수물을 포함한다. 적합한 중합체는 에틸렌성 불포화 카복실산(예를 들면, 아크릴산 또는 메타크릴산) 또는 이의 C1-4알킬 에스테르 1.0 내지 50.0중량%와 에틸렌과의 내부 중합체를 포함한다. 다른 적합한 중합체는 반응성 카복실산 무수물과 반응시켜 개질시킨, 상기 내부 중합체를 포함하는, 에틸렌 단독 중합체 및 내부 중합체를 포함한다. 또 다른 적합한 중합체는 에틸렌과 일산화탄소와의 공중합체를 포함한다. 단독 중합체의 예는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함한다. 다른 적합한 중합체는 열가소성 에폭시(페녹시) 수지라고도 하는 하이드록시-페녹시에테르 중합체를 포함한다. 특히 바람직한 공중합체는 EAA 공중합체, 더욱 특히, 아크릴산 함량이 공중합체 중량을 기준으로 하여 10중량% 이하인 EAA 공중합체를 포함한다.
본 발명을 실시하여 중합체 층(들)을 제조하는 데 사용하는 경우 바람직한 하이드록시-페녹시에테르 중합체는 화학식 I의 반복 단위를 갖는 하이드록시-관능성 폴리에테르(1), 화학식 II의 반복 단위를 갖는 아미드- 및 하이드록시메틸-관능화 폴리에테르(2), 화학식 IIIa 또는 IIIb의 반복 단위를 갖는 하이드록시-관능성 폴리(에테르 설폰아미드)(3), 독립적으로 화학식 IVa, IVb 및 IVc 중 하나의 반복 단위를 갖는 폴리(하이드록시 아미드 에테르)(4), 화학식 V의 반복 단위를 갖는 폴리(하이드록시 에스테르 에테르)(5), 화학식 VIa, VIb 및 VIc 중 하나의 반복 단위를 갖는 폴리(하이드록시 아미드 에테르)(6), 화학식 VII의 반복 단위를 갖는 폴리(하이드록시아미노 에테르)(7) 및 화학식 VIII의 반복 단위를 갖는 하이드록시-페녹시에테르 중합체(8)를 포함한다.
위의 화학식에서,
Ar은 각각 개별적으로 2가 방향족 잔기, 치환된 2가 방향족 잔기 또는 헤테로방향족 잔기이거나, 상이한 2가 방향족 잔기, 치환된 방향족 잔기 또는 헤테로방향족 잔기의 조합물이고,
R은 개별적으로 수소 또는 1가 하이드로카빌 잔기이고,
Ar1은 각각 2가 방향족 잔기이거나, 아미드 또는 하이드록시메틸 그룹을 갖는 2가 방향족 잔기의 조합물이고,
Ar2는 Ar과 동일하거나 상이하고, 개별적으로 2가 방향족 잔기, 치환된 방향족 잔기 또는 헤테로방향족 잔기이거나, 상이한 2가 방향족 잔기, 치환된 방향족 잔기 또는 헤테로방향족 잔기의 조합물이고,
R1은 개별적으로 우세한 하이드로카빌렌 잔기, 예를 들면, 2가 방향족 잔기, 치환된 2가 방향족 잔기, 2가 헤테로방향족 잔기, 2가 알키렌 잔기, 2가 치환된 알킬렌 잔기 또는 2가 헤테로알킬렌 잔기이거나, 당해 잔기들의 조합물이고,
R2는 개별적으로 1가 하이드로카빌 잔기이고,
A는 아민 잔기 또는 상이한 아민 잔기들의 조합물이고,
X는 아민, 아릴렌디옥시, 아릴렌디설폰아미도 또는 아릴렌디카복시 잔기이거나, 당해 잔기들의 조합물이고,
Ar3은 화학식,또는의 "카도" 잔기이고,
Y는 존재하지 않거나 공유결합 또는 연결 그룹(여기서, 적합한 연결 그룹은, 예를 들면, 산소원자, 황원자, 카보닐 그룹, 설포닐 그룹, 또는 메틸렌 그룹 또는유사한 연결 그룹이다)이고,
n은 10 내지 1000의 정수이고,
x는 0.01 내지 1.0이고,
y는 0 내지 0.5이다.
용어 "우세한 하이드로카빌렌"은 우세하게 탄화수소이지만 임의로 소량의 헤테로방향족 잔기, 예를 들면, 산소, 황, 이미노, 설포닐 및 설폭실을 함유하는 2가 라디칼을 의미한다.
화학식 I의 하이드록시-관능성 폴리에테르는, 예를 들면, 미국 특허 제5,164,472호 전문에 걸쳐 기재되어 있는 방법을 사용하여 디글리시딜 에테르 또는 디글리시딜 에테르들의 혼합물을 2가 페놀 또는 2가 페놀들의 혼합물을 반응시켜 제조할 수 있다. 또한, 하이드록시-관능성 폴리에테르는, 문헌에 기재된 바와 같이, 2가 페놀 또는 2가 페놀들의 혼합물과 에피할로하이드린을 반응시켜 제조한다[참조: Reinking, Barnabeo and Hale, the Journal of Applied Polymer Science, Volume 7, Page 2135(1963)].
화학식 II의 아미드- 및 하이드록시메틸-관능화 폴리에테르의 제조는, 예를 들면, 디글리시딜 에테르, 예를 들면, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르와, 펜던트 아미도, N-치환된 아미도 및/또는 하이드록시알킬 잔기, 예를 들면, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)아세트아미드 및 3,5-디하이드록시벤즈아미드와의 반응을 포함한다. 미국 특허 5,115,075호 및 미국 특허 제5,218,075호 모두 이러한 반응이 전문에 기재되어 있다.
일반적으로 에틸렌/카복실산 공중합체, 특히 EAA 공중합체가 바람직할 수 있는 반면, 내부 적찹제 막 중의 1개 또는 2개 층이 상이한 중합체를 포함 또는 함유하는 경우에도 적합한 결과를 수득할 수 있다. 이러한 상이한 중합체는 에틸렌/메타크릴산(EMAA) 공중합체, 에폭시 또는 그래프트된 올레핀 중합체, 특히 말레산 무수물(MAH) 그래프트된 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리에틸렌을 포함한다.
외부 접착제 막은 바람직하게는 내부 적찹제 막과 동일한 층 구조 및 조성을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 외부 접착제 막의 제1 층은 강화층에 대한 접착성을 향상시키기 위해 표면 처리하여 개질시킨다. 통상적인 장치 및 공정 파라미터를 사용하는 코로나 방전 처리는 만족스러운 결과를 제공한다. 코로나 방전 처리 대신에 화염 처리 또는 외부 접착제 막의 표면 에너지를 증가시키는 다른 기술을 사용할 수 있다. 숙련된 전문가는 당해 처리 또는 기술에 대한 통상적인 장치 및 파라미터를 쉽게 알 수 있다.
본 발명의 보호 피막의 내부 및 외부 접착제 층은 각종 첨가제를 포함할 수 있다. 당해 첨가제는 점착방지제, 항산화제, 안료, 예를 들면, 카본 블랙 또는 UV 안정화제를 포함한다. 이들 첨가제는 모두 당해 분야에 공지되어 있고 다수의 공급업체에서 시판중이다. 첨가제가 안료인 경우, 접착층, 바람직하게는 접착층의 기재 층에 안료를 도입하는 통상적인 수단을 사용할 수 있다. 예를 들면, 중합체성 담체 중의 안료 농축물을 사용할 수 있다.
내부 및 외부 접착제 층은 당해 분야에 공지된 임의의 기술을 사용하여 성형할 수 있다. 이러한 기술은 캐스팅(casting) 동시 압출 및 취입 막 동시 압출방법을 포함한다.
강화재는 적합하게는 임의의 직물, 편직물 또는 부직포를 포함한다. 이의 예는, 임의의 적합한 제직, 스티칭, 터프팅(tufting), 본딩, 스펀본딩 또는 니들링(needling) 기술을 사용하여 제조된 천연 섬유, 예를 들면, 면, 울, 레이온 및 셀룰로즈, 합성 중합체성 섬유, 예를 들면, 아라미드, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 사란, 폴리스티렌, 폴리아미드, 아크릴 또는 메타크릴, 및 무기 섬유, 예를 들면, 유리 섬유, 탄소, 강, 알루미늄, 스테인레스 강, 세라믹 또는 알루미나를 포함한다. 바람직한 직물은 부직 폴리에스테르이며, 여기서 파일(pile)은 니들-펀쳐(needle-puncture)에 의해 제조된다.
또한, 본 발명의 보호 피막은 우수한 내마모성을 제공한다. 보호 피막의 내마모성은 전체적인 성능 기준의 충족 여부를 결정하는 데 신중히 고려된다. 내마모성이 낮은 보호 피막은 내마모성이 높은 피막의 경우보다 더 즉시 신속하게 금속 표면으로부터 마모되어 제거되는 경향이 있다. 즉, 내마모성이 낮은 피막은 내마모성이 높은 피막보다 더 신속하게 분리되는 경향이 있다. 이는 또한 금속 표면을 노출시켜 결과적으로 금속 표면을 부식시킨다. 본 발명의 보호 피막은 금속 처리, 예를 들면, 아연 도금 또는 알루미늄화 및 유기 피막, 예를 들면, 아스팔트 및 중합체 개질된 아스팔트에 비해 개선된 내마모성을 제공한다. 이러한 개선은 실험실 규모의 시험, 예를 들면, ASTM(American Society for Testing and Materials) G-9 음극 탈결합(Cathodic Disbondment), ASTM 926 상 하중 마찰(Bedload Abrasion), 내충격성(Impact resistace), 동결해동 시험(Freeze Thaw Testing) 및 회전 디스크 노출(Rotating Disk Exposure)에 의해 입증할 수 있다.
본 발명의 보호 피막은 이상적으로는 금속 표면, 예를 들면, 강 보호용으로 적합하다. 보호 피막은, 임의의 특정 금속 표면 또는 제품으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 중합체 라이너와 일체식으로 성형된 금속 파이프용 보호 피막으로서 사용하기에 매우 적합하다. 미국 특허 제5,316,606호에 교시된 바와 같은, HDPE 라이너와 EAA 공중합체 및 폴리에틸렌/EAA 혼합물로 구성된 동시 압출된 박막과의 조합물 대신에 보호 피막을 사용할 수 있다.
강 기판을 도포한 후 파이프로 전환시키는 경우, 피복된 파이프의 육안 검사에 의하면, ASTM 762에 명시된 바와 같이 각도 90°에 걸쳐서 파이프 또는 다른 물체를 냉간 성형한 후, 복합 보호 피막과 기판 사이에 탈적층이 실질적으로 발생하지 않는다. 탈적층되는 경우, 탈적층은 피복된 파이프의 표면적의 10%를 초과하지 않는 것이 더욱 바람직하다. 탈적층된 표면적은 보다 더욱 바람직하게는 5%를 초과하지 않고, 훨씬 더욱 바람직하게는 2%를 초과하지 않는다.
미국 특허 제5,316,606호에는 금속 파이프 표면에 동시 압출된 박막을 도포한 후, 시트상 금속(강)에 골(corrugation) 또는 립(rib)을 롤 성형하는 방법이 교시되어 있다. 립 또는 골이 형성된 후, 및 나선형 권취 및 시트상 강의 파이프 영역으로의 성형 전 또는 이에 이어서, (박막에 비해) 비교적 두꺼운 HDPE 라이너를 당해 라이너에 도포한다.
본 발명의 보호 피막의 두께는 중합체-개질된 아스팔트 피막에 의해 제공되는 시간을 초과하는 시간 동안 금속 기판, 예를 들면, 시트상 강을 마모로부터 보호하기에 충분하다. HDPE 라이너와 같은 추가의 피막을 도포하기 위한 기재로서 사용하는 경우, 내마모성이 증가된다. 본 발명의 보호 피막의 두께는 적합하게는 0.010in(0.0025cm) 이상이다. 피막의 두께는 0.030in(0.076cm)만큼 두꺼울 수 있다. 더 두꺼운 피막을 사용할 수 있는 반면, 이들은 성능을 현저하게 증가시키지 않고 단지 피막의 비용만을 증가시킨다. 바람직하게는 두께는 0.011 내지 0.025in(0.028 내지 0.064cm), 바람직하게는 0.012 내지 0.020in(0.030 내지 0.051cm)의 범위이다. 예시된 성능은 피막 두께가 0.013 내지 0.015in(0.033 내지 0.038cm), 특히 0.014in(0.036cm)인 경우에 나타난다.
보호 피막은 금속 기판의 임의의 면 또는 전체 면에 도포할 수 있으며, 피복 면의 수는 목적하는 최종 용도에 따라 달라진다. 보호 피막(들)을 도포한 후, 피복된 금속 기판 또는 물체를 목적하는 형상으로 성형한다. 가장 바람직하게는, 금속은 시트 형태이고 보호 피막은 이후의 골 형성, 굴곡, 연신 또는 성형 공정에 영향을 미치지 않는다. 또한, 이러한 성형 공정은 바람직하게는 보호 피막의 일체성(integrity)에 영향을 미치지 않는다.
미국 특허 제4,791,800호에는 관련된 교시로서 스트립 재료로 립을 형성시켜 립 모양의 나선형 파이프를 제조하는 롤 성형방법 및 장치가 기재되어 있다. 수득된 파이프는 실질적으로 직각인 립에 의해 분리된 비교적 편평한 영역을 갖는다. 1개 또는 2개의 주 평면 표면이 본 발명의 보호 피막으로 피복되어 있는 시트형 금속 스트립 물질을 용이하게 당해 방법 및 장치를 사용하여, 립 모양의 나선형 파이프로 전환시킬 수 있다.
금속 기판의 두께는 적합하게는 0.064 내지 0.109in(1.6 내지 2.8mm)이다. 본 발명의 보호 피막은 또한 기판의 두께가 0.064in 미만인 경우 매우 양호하게 작용한다. 금속 기판에 보호 피막을 0.109in를 초과하는 두께로 도포하는 경우, 기판 두께 및 피복된 기판의 냉간 성형 또는 변형 정도에 따라 다양한 결과가 나타난다.
보호 피막이 많은 요구를 충족시키기에 충분할지라도, 경우에 따라, 통상적인 기술 및 장치, 예를 들면, 미국 특허 제4,838,317호의 제11열 제62행 내지 제12열 제39행에 교시되어 있는 바와 같은 회전 캐스팅, 또는 미국 특허 제5,316,606호의 제4열 제13행 내지 제5열 제41행에 교시되어 있는 바와 같은 예비처리 및 부식된 시트형 금속에 대한 용융 중합체의 압출방법을 사용하여 하나 이상의 통상적인 피복재, 예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌을 도포할 수 있다. 미국 특허 제4,838,317호 및 미국 특허 제5,316,606호의 교시 전체는 본원에 인용되어 있다. 다른 피복재는 수지 물질, 예를 들면, 역청(bitumen) 또는 추가의 물질, 예를 들면, 광물 응집체, 고무상 공중합체, 예를 들면, 블록 공중합체, 가소화제, 또는 오일, 및 섬유 충전제를 포함하는 조성물을 포함하는 아스팔트 조성물; 천연 또는 합성 락커(lacquer), 페인트 또는 광택제, 플라스티졸; 반응성 수지 성형 물질, 예를 들면, 에폭시, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등을 포함한다. 경우에 따라, 추가의 물질, 예를 들면, 충전제 또는 입상 고체를 당해 피막에 혼입시켜 표면의 바람직한 특성, 예를 들면, 내마모성, 내스키드성(skid resistance) 또는 텍스쳐(texture)를 제공할 수 있다. 추가의 적합한 피막은 포틀랜드 시멘트를 포함하는 피막 및 다른시멘트성 피막, 예를 들면, 콘크리트 및 플라스터를 포함한다. 바람직하게는, 피복재는 용융 피복재 속에 성형 완료된 금속체를 침지시키거나 그 위에 피복재를 분무하여 가열 용융물로서 도포된 역청 또는 아스팔트 물질을 포함한다.
아래의 실시예로 본 발명을 설명하지만, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 모든 부 및 백분율은 달리 언급하지 않는 한 중량을 기준으로 한다. 아라비아 숫자는 본 발명의 실시예(Ex)의 번호이며, 알파벳 문자는 비교 실시예(Comp Ex)를 나타낸다.
실시예 1
중량이 0.04oz/yd2(0.011kg/0.84m2)인 스펀본드 폴리에스테르 웹(web)[스트레이트 4.4데니어/필라멘트 섬유, 리메이(ReemayR) "SV" 등급 2004(크사멕스 인더스트리즈 인코포레이티드(Xamax Industries, Inc.))]을 2개의 분리된 2층 EAA 막 웹[DAF 625(더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company))] 사이에 개재하여 3층 웹 복합 구조물을 형성시킨다. 기재 층(막 웹 두께의 85%)과 표면 층(막 웹 두께의 15%)으로 이루어진 2층 막 웹의 각각의 두께는 6mil(0.15mm)이다.
기재 층은 EAA 공중합체(아크릴산 함량: 공중합체 중량을 기준으로 하여 5.5중량%) 96중량%, 점착방지 농축물[저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 캐리어 중의 이산화규소(SiO2), CN 734(사우쓰웨스트 케미칼(Southwest Chemical)] 2중량% 및 항산화제농축물{LDPE 85중량%, SiO215중량%, 및 LDPE와 SiO2[CN 734(사우쓰웨스트 케미칼)]의 합계 중량 백만부당 디-3급부틸(p-크레졸) 150부} 2중량% 및 EAA 공중합체, 점착방지 농축물 및 항산화제 농축물 100중량부당 흑색 착색제 농축물[사우쓰웨스트 1000(사우쓰웨스트 케미칼)] 11중량부(pbw)를 포함한다. 착색제 농축물은 LDPE 62.7중량%, 퍼니스 블랙(furnace black) 35.0중량%, 테트라키스(메틸렌 3,5-디-3급부틸-4-하이드록시하이드로시나메이트) 1.8중량% 및 디스테아릴티오디프로피오네이트 0.5중량%를 포함한다(여기서 모든 백분율은 농축물 중량을 기준으로 한다).
표면 층은 착색제 농축물을 포함하지 않는다는 것을 제외하고는, 조성이 기재 층의 조성과 동일하다.
하나의 막 웹(즉 외부 접착제 막)을 코로나 방전 처리하여, 처리된 외부 층을 수득한다. 다른 막 웹(즉 내부 접착제 막)은 이러한 처리를 하지 않는다.
외부 접착제 막의 코로나 처리된 표면 층과 내부 접찹제 막의 기재 층 사이에 폴리에스테르 웹이 존재하도록 웹을 조립하여 샌드위치를 제조한다. 가열된(160℃) 닙 롤 사이로 샌드위치, 즉 3층 웹 복합 구조물을 통과시켜 복합 보호 피막의 단일 밀 롤을 형성한다. 닙 롤이 샌드위치에 압력을 가하여 복합 피막의 형성을 촉진시킨다.
네오프렌 닙 롤러에 의해 가해진 압력(100lb/in2(689KPa))을 사용하여 400℉(204℃)의 온도로 예비가열한 세정 및 예비처리된 아연 도금 강 시트(12gauge 또는 0.109in(2.77mm))에 복합 보호 피막을 적층시킨다. 적층은 125ft/분(38.5m/분)의 라인 속도 및 410℉(210℃)의 온도에서 수행한다. 55℉(12.8℃)의 수욕에서 적층물을 퀀칭시킨다.
적층물을 직경이 48in(122cm)인, 립 모양의 골진 나선형 강 파이프로 냉간 성형한다. 본원에 전문이 인용된 미국 특허 제4,791,800호 및 둘 다 위에서 참고로 인용된 미국 특허 제4,838,317호 및 제5,316,606호는 모두, 립 모양의 골진 나선형 강 파이프의 제조방법이 교시되어 있다.
수득된 냉간 성형 파이프의 육안 검사에 의하면, 피막의 99%가 강 기판에 견고하게 결합되어 있는 것으로 보인다. 보통의 기계적 제거 수단은 피막에 거의 영향을 미치지 않는다. 대조적으로, 몇가지 통상적인 피막은 강 기판으로부터 90% 만큼의 탈적층이 일어나고 기계적 수단으로 용이하게 피막의 대부분이 제거된다.
실시예 2
실시예 1을 반복하되, 단, 두 가지 상이한 EAA 막 웹 두께를 사용하고 착색제 농축물의 양을 6pbw로 감소시키고 색상을 회색으로 변경하고 보호 피막의 성형방법을 변경하고 적층 조건을 변경한다. 하나의 EAA 막 웹은 두께가 8.0mil(0.20mm)이고 내부 적찹제 막으로서 기능한다. 또 다른 EAA 막 웹은 두께가 4.0mil(0.10mm)이고 외부 적찹제 막으로서 기능한다. 회색 착색제 농축물[암파세트(Ampacet) 19252(암파세트 코포레이션(Ampacet Corporation))]은 LDPE 49.0중량%, 이산화티탄 49.0중량%, 채널 블랙 1.0중량%, 울트라마린 블루 안료 0.6중량% 및 옥타데칸산 0.4중량%를 포함한다(여기서 모든 백분율은 농축물의 중량을기준으로 한다).
실시예 1에서와 같은 가열된 닙 롤을 사용하는 대신에 샌드위치를 조립하고 이것을 압반 프레스(platen press)에 놓고(25ton(22,727kg)), 1분 동안 가열(400℉(204℃))하여 복합 보호 피막의 형성을 촉진시킨다.
실시예 1에서와 같은 세정 및 예비처리된 아연 도금 강 시트에 복합 보호 피막을 적층시키되, 단 라인 속도를 25ft/분(7.6m/분)으로, 적층 온도를 400℉(204℃)으로 감소시킨다. 55℉(12.8℃)의 수욕에서 적층물을 퀀칭시킨다.
직사각형의 단일 립을 단일 롤 성형기를 사용하여 적층물로 냉간 성형한다. 다중 성형 다이를 사용하여 립을 서서히 보다 온화하게 형성시키는 표준 성형방법과 대조적으로, 단일 롤 성형기는 단일 성형 다이를 통해 신속하게 단일 통과시켜 직사각형 립을 성형한다.
수득된 냉간 성형 파이프의 육안 검사에 의하면, 피막의 98%가 강 기판에 견고하게 결합되어 있는 것으로 보인다. 보통의 기계적 제거 수단, 예를 들면, 스크레이퍼로 피막의 단지 10%만을 제거할 수 있다.
실시예 3
실시예 2를 반복하되, 단 스펀본드 폴리에스테르 웹의 중량을 0.50oz/yd2(0.014kg/0.84m2)[스트레이트 2.2데니어/필라멘트 섬유, 리메이 2250(크사멕스 인터스트리즈 인코포레이티드)]로 변경하고 실시예 1에서와 같은 2개의6.0mil(0.15mm) 막 웹을 사용한다. 수득된 냉간 성형 적층물의 육안 검사에 의하면, 실시예 1에서와 동일한 결과가 나타난다.
실시예 4
실시예 3을 반복하되, 단 스펀본드 폴리에스테르 웹 대신에 나일론 웹 물질[더마넷(ThermanetR)(콘웨드 플라스틱스(Conwed Plastics))]을 사용한다. 수득된 냉간 성형 적층물의 육안 검사에 의하면, 실시예 1에서와 동일한 결과가 나타난다. 적층물 표면은 나일론 웹 물질의 격자 패턴과 유사한 거친 텍스쳐를 갖는다.
금속 기판, 막 웹, 강화재, 적층 조건 및 냉간 성형 조건(이들 모두 본원에 기재되어 있다)을 변경하여 유사한 결과를 수득할 수 있다. 또한, 냉간 성형 적층물은, 본원에 기재된 기술을 사용하여 폴리에틸렌 층과 같은 추가의 피막을 도포하는 경우에 효과적인 기판으로서 작용한다.

Claims (13)

  1. 에틸렌과 아크릴산과의 공중합체로 구성된 제1 층(1) 및 에틸렌과 아크릴산과의 공중합체로 구성된 제2 층(2)(여기서, 제1 층은 금속 표면에 접착되어 있고, 제2 층은 제1 층에 접착되어 있다)을 포함하는, 금속 표면에 피막을 접착시키기 위한 내부 접착제 막(a),
    내부 접착제 막의 제2 층에 인접하여 결합되어 있는 강화층(b) 및
    에틸렌과 아크릴산과의 공중합체로 구성된 제1 층(1) 및 에틸렌과 아크릴산과의 공중합체로 구성된 제2 층(2)(여기서, 제1 층은 강화층에 접착되어 있고, 제2 층은 제1 층에 접착되어 있다)을 포함하는, 강화층에 인접한 외부 접착제 막(c)을 포함하는, 금속 표면용 복합 보호 피막.
  2. 제1항에 있어서, 외부 접착제 막의 제1 층이 코로나-처리된 층인, 금속 표면용 복합 보호 피막.
  3. 제1항에 있어서, 내부 접착제 막과 외부 접착제 막 각각의 제2 층이 착색제 농축물을 추가로 포함하는, 금속 표면용 복합 보호 피막.
  4. 제3항에 있어서, 착색제 농축물이 에틸렌과 아크릴산과의 공중합체, 폴리에틸렌 및 카본 블랙을 포함하는, 금속 표면용 복합 보호 피막.
  5. 제1항에 있어서, 강화층이 부직물을 포함하는, 금속 표면용 복합 보호 피막.
  6. 제5항에 있어서, 부직물이 스펀본드 폴리에스테르(spunbond polyester)인, 금속 표면용 복합 보호 피막.
  7. 하이드록시-페녹시에테르 중합체로 구성된 제1 층(1) 및 하이드록시-페녹시에테르 중합체로 구성된 제2 층(2)(여기서, 제1 층은 금속 표면에 접착되어 있고, 제2 층은 제1 층에 접착되어 있다)을 포함하는, 금속 표면에 피막을 접착시키기 위한 내부 접착제 막(a),
    내부 접착제 막의 제2 층에 인접하여 결합되어 있는 강화층(b) 및
    하이드록시-페녹시에테르 중합체로 구성된 제1 층(1) 및 하이드록시-페녹시에테르 중합체로 구성된 제2 층(2)(여기서, 제1 층은 강화층에 접착되어 있고, 제2 층은 제1 층에 접착되어 있다)을 포함하는, 강화층에 인접한 외부 접착제 막(c)을 포함하는, 금속 표면용 복합 보호 피막.
  8. 금속 기판(a) 및
    제1항의 금속 표면용 복합 보호 피막(b)을 포함하는, 냉간 성형 가능한 피복된 금속체.
  9. 제8항에 있어서, 금속 기판이 아연 도금된 강인, 냉간 성형 가능한 피복된 금속체.
  10. 제8항에 있어서, 금속 기판의 두께가 0.064 내지 0.109in(1.6 내지 2.8mm)인, 냉간 성형 가능한 피복된 금속체.
  11. 제8항에 있어서, ASTM 762에 명시된 바와 같이 각도 90°에 걸쳐서 냉간 성형된 후, 금속 기판과 금속 표면용 복합 보호 피막 사이에 탈적층이 실질적으로 발생하지 않는, 냉간 성형 가능한 피복된 금속체.
  12. 제11항에 있어서, 금속 표면용 복합 보호 피막의 10% 이하가 기판으로부터 탈적층되는, 냉간 성형 가능한 피복된 금속체.
  13. 금속 기판(a) 및
    제7항의 금속 표면용 복합 보호 피막(b)을 포함하는, 냉간 성형 가능한 피복된 금속체.
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