KR20030043192A - 내화학성이 우수한 무기세라믹 코팅제 및 그 제조방법 - Google Patents

내화학성이 우수한 무기세라믹 코팅제 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내화학성이 우수한 무기세라믹코팅제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 다염기산 100중량부에 다가알콜 1 내지 10중량부를 첨가하여 에스테르화 반응을 진행시키는 단계와; 생성된 반응물을 냉각시키는 단계와; 분자량 조절을 위해 중합방지제를 첨가하는 단계와; 금속산화물을 첨가하는 단계와; 혼합물을 교반하는 단계와; 균질화하는 단계를 포함하여 구성되고, 본 발명에 따라 제조된 하기 화학식 1과 같이 표시되는 무기세라믹 코팅제를 화학약품에 노출될 수 있는 장치 및 설비 표면에 도포하여 사용함으로써, 산, 알칼리에 대한 내식성이 우수하고, 도포 작업이 용이하여 설비비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

내화학성이 우수한 무기세라믹 코팅제 및 그 제조방법{Inorganic seramic coating agent having chemical-proof and a preparing method thereof}
본 발명은 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무기산화물 복합체에 금속산화물을 첨가하여 제조함으로써 고온에서 내식성이 우수할 뿐만 아니라 기계적 강도 및 절연성이 우수하고 작업성이 용이한 무기 세라믹 코팅제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
산업이 발전할수록 석유화학산업분야를 비롯한 화학물질을 취급하는 산업계는 사용되는 화학물질들의 독성이 점점 강해지는데 따른 문제점들이 발생하고 있는데, 예를 들어 독성이 강한 화학약품을 취급하는 운송차량, 콘베이어 라인, 수송용배관내부는 물론 화학반응조, 산처리 설비, 오폐수처리장, 도금조, 전해조, 도금라인 등은 늘 강한 화학물질에 노출되어 있어, 일정시간이 지나면 그 내부가 부식되거나 훼손되어 주기적인 교체가 요구됨으로써 생산자 및 취급자에게 생산설비 비용의 부담이 가중되고 있다. 나아가, 이러한 문제는 앞서 예시한 분야 외에도 발전소의 탈황설비, 취수로 설비, 선박, 해양구조물을 비롯하여 대기오염으로 인한 건설분야의 건설장비, 교량, 건물외장제도 훼손되고 있어 이들을 개선할 수 있는 노력이 요구되고 있는 실정이다.
종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상온에서 약산에 내구성을 부여할 수 있는 염화비닐 계통의 도료를 코팅제로 사용하였으나 온도가 60℃ 정도만 되어도 그 실효성이 없었고, 이를 보완하기 위하여 테프론 판으로 라이닝 하거나 특수고무로 라이닝하는 방법을 채택하였으나 이러한 방법들은 비용이 고가인 문제점이 있어 범용화되지는 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종래 방식도료보다 고온에서 내화학성이 우수하고 기계적 강도 및 접착성이 우수하며 작업성이 용이하여 효과가 우수할 뿐만 아니라 산업설비에 따른 비용을 절감할 수 있는 무기세라믹 코팅제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 내화학성이 우수한 세라믹 코팅제의 제조방법은,
반응용기에 다염기산과 다가알콜을 혼합한 후 불활성 가스를 주입하여 발생한 산소를 제거하는 단계와; 200℃온도에서 에스테르화 반응을 진행하여 불포화 에스테르 중합물을 수득하여 냉각하는 단계와; 중합방지제를 첨가하여 분자량을 조절하는 단계와; 금속산화물을 첨가하는 단계와; 교반 및 분산단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 다염기산은 무수마린산(maleic acid, C4H2O3)과 프탈릭안하이드라이드(Phthalic Anhydride, C8H4O3)를 1:1의 비율로 혼합한 것으로, 이들은 제품의 건조성, 광택, 경도, 내후성 및 내수성을 부여하는 역할을 하게된다.
다염기산에 첨가되는 다가알콜은 프로필렌글리콜(Propylene Glycol), 디프로필렌글리콜(Dipropylene Glycol), 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol) 또는 디에틸렌글리콜(Diethylene Glycol)로 구성되는 군으로부터 선택된 1종이상으로 다염기산 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부의 비율로 첨가하여 중합물의 점도를 조절한다.
상기의 비율로 반응기에 다염기산과 다가알콜을 넣은 후 중합과정 중 온도를 가하는 단계에서 중합용기내에 산소가 포함되면 산화물이 생성되므로 산소를 추출하기 위하여 아르곤(Ar) 또는 질소(N)와 같은 불활성 가스를 주입하여 산소를 제거하고 200℃ 내외로 가열하여 축합중합(에스테르화 반응, Esterification)을 한 후 냉각한다. 이때, 냉각은 반용용기 외부를 둘러싸고 있는 냉각수 라인에 냉수를 통과시키는 방법으로 행하고, 본 발명을 위해 특별히 제한되는 것은 아니다.
이어서, 반응기의 온도가 약 25℃ 내지 30℃의 범위로 떨어지면, 중합물의 반응을 중지하고 분자량의 조절을 위하여 중합방지제를 첨가한다. 본 발명에서 사용되는 중합방지제로는 스티렌 모노머(styrene mononer)가 바람직하고, 중합물 100중량부에 대하여 약 1 내지 1O 중량부의 비율로 첨가한다. 만일 중합방지제의 함량이 1중량부 미만인 경우에는 중합반응의 지연 및 억제의 효과가 떨어지고, 10중량부를 초과하는 경우에는 분자량이 너무 작아지는 문제점이 있다.
중합이 정지된 중합물에 금속산화물을 첨가하는데, 본 발명에 따른 금속산화물은 Al2O310 내지 30중량부, Cr2O310 내지 30중량부, SiO21 내지 10중량부의 함량으로 첨가된다. 이때, Al2O3첨가량이 10중량부 미만, Cr2O3의 함량이 10중량부 및 SiO2의 함량이 1중량부 미만인 경우에는 최종 생성물의 탁도가 저하되고, 3가지 금속산화물의 합의 함량이 70중량부를 초과하는 경우에는 전체 코팅제의 접착력이 저하되는 단점이 있다. 또한, 필요에 따라 무기 세라믹 코팅제의 탁도를 조절하기 하기 위하여 TiO2를 30중량부 첨가할 수 있다.
금속산화물을 혼합한 후 교반은 교반기에 의해 400 내지 500rpm의 속도로 약 30분간 내지 1시간동안 행하고, 3본 롤을 통과시켜 금속 산화물의 덩어리진 부분을 골고루 분산시켜준다.
본 발명에 따른 무기 세라믹코팅제는 아래 화학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, n=1 내지 6 이다.
아래에서 본 발명에 의한 무기 세라믹 코팅제를 이용하여 제품에 도포(장)하는 방법을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 도포(장)할 제품의 표면에 묻어 있는 유분, 습기 및 블래스트(BLAST)에 의해 녹, 불순물 등을 깨끗이 제거한다.
본 발명에 의한 무기 코팅제100에 경화제로 메틸에틸케톤(Methyl Ethyl Keton)-옥사이드 및 경화촉진제 디메틸 아니린을 온도에 따라 표1의 비율로 혼합한다. 이때, 경화시 산소에 의한 경화저해를 막기 위해 왁스를 5중량부 첨가하여 경화를 원활하게 할 수 있다.
경화특성
온도(℃) 겔화시간(분) 촉진제(중량부) 경화제(중량부)
15 30 0.7 1.0
20 1.0 1.0
15 1.5 1.5
25 30 0.5 1.0
25 0.7 1.0
15 1.0 1.0
30 25 0.5 1.0
15 0.7 1.0
10 1.0 1.0
약 5 내지 50℃의 온도, 85%이하 습도 조건에서 에어스프레이, 에어레스 스프레이, 붓, 롤라 등을 이용하여 일반적인 도포방법으로 도포한다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하면 아래와 같고, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니며, 특허청구의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명의 기술이 속하는 분야의 당업자에 의해 변형될 수 있음은 자명하다.
실시예 1
반응용기에 무수마린산(maleic acid, C4H2O3) 3kg과 프탈릭안하이드라이드 (Phthalic Anhydride, C8H4O3) 3kg을 첨가한 후 여기에 에틸렌글리콜 600g를 넣고 불활성가스 아르곤을 주입하여 산소를 제거한다. 반응용기의 온도를 200℃로 상승시키고 에스테르화 반응을 1시간 동안 진행시킨다. 반응이 거의 완료되면, 냉각라인을 통해 냉각수를 통과시켜 반응용기를 25℃까지 냉각시키고, 중합정지 및 분자량 조절을 위해 스티렌 모노머 600g을 주입한다. 이어서, 금속산화물 Al2O3600g, Cr2O3600g, SiO260g을 첨가하여 400rpm 으로 교반하고 3본 롤밀을 통과시켜 골고루 분산시킨다.
실시예 2
반응용기에 무수마린산(maleic acid, C4H2O3) 4kg과 프탈릭안하이드라이드(Phthalic Anhydride, C8H4O3) 4kg을 첨가한 후 여기에 디프로필렌글리콜 1kg를 넣고 불활성가스 아르곤을 주입한 후 발생한 산소를 제거한다.반응용기의 온도를 200℃로 상승시키고 에스테르화 반응을 1시간동안 진행시킨다. 반응이 거의 완료되면, 냉각라인을 통해 냉각수를 통과시켜 반응용기를 25℃까지 냉각시키고, 중합방지를 위해 스티렌 모노머1kg을 주입한다. 이어서, 금속산화물 Al2O32kg, Cr2O32kg, SiO21.6kg을 첨가하여 400rpm 으로 교반하고 3본 롤밀을 통과시켜 골고루 분산시킨다.
실시예 3
반응용기에 무수마린산(maleic acid, C4H2O3) 5kg과 프탈릭안하이드라이드(Phthalic Anhydride, C8H4O3)5kg을 첨가한 후 여기에 디프로필렌글리콜 1kg를 넣고 불활성가스 질소를 주입한 후 발생한 산소를 제거한다. 반응용기의 온도를 200℃로 상승시키고 에스테르화 반응을 1시간동안 진행시킨다. 반응이 거의 완료되면, 냉각라인을 통해 냉각수를 통과시켜 반응용기를 25℃까지 냉각시키고, 중합방지를 위해 스티렌 모노머 2kg을 주입한다. 이어서, 금속산화물 Al2O33kg, Cr2O33kg, SiO21kg을 첨가하여 400rpm으로 교반하고 3본 롤밀을 통과시켜 골고루 분산시킨다.
본 발명에 의해 생성된 무기 세라믹 코팅제의 기본물성 및 온도에 따른 물성은 각각 표2 및 3과 같고, 화학약품에 대한 내약품성 시험온도는 표4와 같다.
기본물성
분석항목 단위 검사방법 측정치
외관 회색, 군청색
점도 POISE KSM3305 1.7-2.4
산가 KOH㎖/g " 10이하
겔화시간(25℃) min " 10-25
비중 g/㎤ " 1.2
BARCOL 경도 - ASTM D 2583 37
열변형온도 ℃ ASTM D 648 104
온도에 따른 기계적물성
온도 굴곡강도(kg/㎟) 굴곡탄성율(kg/㎟) 인장강도(kg/㎟) 인장탄성율(kg/㎟)
25 23.1 865 18.8 471
38 25.0 872 18.1 428
52 25.4 900 18.7 366
65 24.8 865 17.9 372
80 23.4 830 17.9 344
93 22.0 752 15.6 344
107 18.7 626 15.2 323
화학약품에 대한 내약품 시험 온도(℃)
약품종류 농도 내열시험온도
황산 5 99
10 99
25 99
50 82
70 82
아황산 75 49
80 NR
vaper 99
all 38
염산 10 99
35 99
질산암모늄 all 82
염화암모늄 all 99
빙초산 all NR
아황산암모늄 sat'd 66
질산 5 66
인산 8 99
*NR : 사용불가
*all : sat'd 포함하여 100%이상 가능
이상에서 살펴본 바와 같이, 본원발명에 의한 무기 세라믹 코팅제를 독성이 강한 화학약품을 취급하거나 사용하는 설비에 일반적인 방법으로 사용되는 도포방식으로 표면처리에 사용함으로써, 내화학성이 우수할 뿐만 아니라 기계적 강도 역시 우수하여 설비의 잦은 교체에 따른 비용절감의 효과가 우수한 잇점을 갖는다.

Claims (10)

  1. 다염기산 100중량부에 다가알콜 1 내지 10중량부를 첨가하여 에스테르화 반응을 진행시키는 단계와; 생성된 반응물을 냉각시키는 단계와; 분자량 조절을 위해 중합방지제를 첨가하는 단계와; 금속산화물을 첨가하는 단계와; 혼합물을 교반하는 단계와; 균질화하는 단계를 포함하여 구성되는 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다염기산은 무수마린산(maleic acid, C4H2O3)과 프탈릭안하이드라이드(Phthalic Anhydride, C8H4O3)가 1:1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는, 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다가알콜은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는, 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분자량 조절을 위한 중합방지제는 스티렌 모노머인 것을 특징으로 하는, 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 다염기산 100중량부에 대하여 Al2O310 내지 30중량부, Cr2O310 내지 30중량부, SiO21 내지 10중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는, 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제의 제조방법.
  6. 다염기산 100중량부에 다가알콜 1 내지 10중량부를 첨가하여 에스테르화 반응을 진행시키는 단계와; 생성된 반응물을 냉각시키는 단계와; 분자량 조절을 위해 중합방지제를 첨가하는 단계와; 금속산화물을 첨가하는 단계와; 혼합물을 교반하는 단계와; 균질화하는 단계를 포함하여 구성되는 방법에 의해 제조되고, 하기 화학식 1과 같이 표시되는 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제.
    <화학식 1>
    여기서, n=1 내지 6 이다.
  7. 제6항에 있어서, 상기 다염기산은 무수마린산(maleic acid, C4H2O3)와 프탈릭안하이드라이드(Phthalic Anhydride, C8H4O3)가 1:1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는, 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제.
  8. 제6항에 있어서, 상기 다가알콜은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는, 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제.
  9. 제6항에 있어서, 상기 분자량 조절을 위한 중합방지제는 스티렌 모노머인 것을 특징으로 하는, 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제.
  10. 제6항에 있어서, 상기 금속산화물은 다염기산 100중량부에 대하여 Al2O310 내지 30중량부, Cr2O310 내지 30중량부, SiO21 내지 10중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는, 내화학성이 우수한 무기 세라믹 코팅제.
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