KR20070121303A - 제조성이 우수한 내후성강용 방청 피막 도료 및 그 제조방법 - Google Patents

제조성이 우수한 내후성강용 방청 피막 도료 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 강교량, 건물내외재, 방호 펜스 등에 사용되는 내후성강에 단 1회 도장을 함으로써 안정 산화 피막을 형성시켜 반영구적 방식 작용을 부여하며, 동시에 도료 제조성이 우수한 내후성강용 방청 피막 도료 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 도료에 포함되는 금속염의 입자 미세화를 위하여, 종래의 기계적 분쇄 방법 대신 금속염과 물과의 용해도 차이를 이용하는바, 금속염 입자 미세화에 필요한 시간과 노력을 크게 절감시킬 수 있는 것이 특징이다.
내후성강, 안정 산화 피막, 방청 피막

Description

제조성이 우수한 내후성강용 방청 피막 도료 및 그 제조 방법 {Paint Composition for Coated Steel with Good Productivity and Method for Producing the Same}
본 발명은 각종 강교량, 건물내외재, 방호펜스 등에 사용되는 내후성강에 단 1회 도장을 함으로써 안정 산화 피막을 형성하여 반영구적 방식 작용을 부여하며, 동시에 도료 저장성이 우수한 내후성강용 방청 피막 도료 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반 강구조물에 있어서 페인트 도장, 금속 도금 등 부식방지에 소요되는 높은 유지비를 절감하기 위해 방식 기법이 필요없는 내후성강이 크게 주목받고 있다. 내후성강은 일반 강재 조성에 소량의 크롬, 구리, 니켈 등의 합금 원소를 첨가한 것으로 아무 방식 처리 없이 대기 중에 노출되어도 강 표면에 치밀한 비정질의 산화 피막이 형성되고, 이 형성된 산화 피막층이 더 이상의 부식을 방지하는 보호막 역할을 하게끔 합금 설계한 내식성 강재이다.
따라서 내후성강은 별도의 방식 처리없이 무도장으로도 사용될 수 있어 유지 비를 절감할 수 있는 장점이 있다. 그러나 무도장으로 내후성강을 사용할 경우에는 안정적인 산화 피막의 형성에 시간이 다소 걸리고, 외관상 미적 특성이 다소 떨어지므로 도료 도장에 의한 방식 처리가 병행되기도 한다.
이처럼 현재 내후성강 사용시 방식 기법은 무도장(별도의 방식 기법 처리없이 무도장 사용)으로 사용되는 이외에도, 내후성강용 방청 피막 도료 도장 및 일반 페인트 도장 등 3가지로 구분되고, 이들중 무도장과 방청 피막 도료 도장법이 가장 많이 사용된다. 무도장의 경우 내후성강에 안정된 산화 피막이 형성되는 과정은 a) 일반강과 부식 진행 및 부식 정도가 동일한 초기 단계(1 - 2년 경과), b) 부식 산화층 내부에서 크롬, 구리, 니켈 등의 작용으로 치밀한 안정 산화 피막을 형성하기 시작하는 중간 단계(3 - 5년 경과), 및 c) 크롬, 구리, 니켈 등의 원소로 이루어진 치밀하고 안정한 암갈색의 산화 피막층을 형성하고 부식 진행이 거의 없는 안정 단계(5 - 10년 경과)로 구성된다.
그러나, 상술했듯이 이러한 내후성강이 무도장으로 대기중에 노출되어 안정된 산화 피막이 형성되기 위해서는 장기간이 소요되고, 철산화물이 유출되어 미적 외관을 해치며, 특정 환경 조건 하에서는 안정한 산화 피막의 형성이 어렵다는 문제점이 있다.
내후성강용 방청 피막 도료가 도장된 경우, 내후성강의 무도장 사용시 폭로 초기 단계에 발생하는 다갈색 녹물과 가루 등의 유출 철산화물의 발생이 억제되는 장점이 있다. 또한 내후성강 표면과 방청 피막 사이에 안정 산화 피막이 형성되며, 이후 방청 피막 자체는 서서히 풍화되어 제거됨으로서 내후성강 표면에는 안정 산화 피막만이 남게 되는 것이다.
이처럼 안정 산화 피막이 신속하고 안정적으로 형성되도록 하여, 내후성강을 별도의 재도장없이도 영구히 사용할 수 있도록 하는 것이 방청 피막 도료의 기능이다. 이와 같이 내후성강에 안정 산화 피막을 형성시키려면, 안정 산화 피막의 특성과 관련하여 방청 피막 도료에 몇가지 조건이 요구된다.
안정 산화 피막이란 내후성강 표면이 외부 산소 및 수분등에 의해 산화되어 강재에 함유된 합금 원소들이 농축된 단단하고 치밀한 산화층이다. 이러한 안정 산화 피막을 얻기 위해서는 방청 피막 도장층이 주위 대기층을 완전히 차단하면 안되고 적당량의 산소와 수분은 투과될 수 있어야 하며, 방청 피막 도료 중 안정 산화 피막의 형성을 촉진시킬 수 있는 금속염 성분들이 충분히 성능을 발휘하여 안정 산화 피막을 조기에 형성시킬 수 있어야 한다.
이러한 작용을 위하여 방청 피막은 안정 산화 피막의 조기 형성에 효과를 갖는 질산칼슘 및 금속의 황산염들이 강재 표면에 존재하도록 유지시키고, 안정 산화 피막의 형성 효과가 나타날 때까지 이들 물질이 강우와 결로에 의하여 외부로 유출되는 것을 막는 역할을 한다. 또한, 안정 산화 피막이 미처 형성되기 전에 외부로부터 부식을 가속시키는 물질이 강 표면으로 침입하는 것을 적당히 억제하는 장벽 효과도 방청 피막의 역할 중 하나이다.
그리고 확실한 안정 산화 피막을 얻기 위해 염소, 아황산가스 등의 부식성 이온의 침입은 차단시켜야 하며 방청 피막 내부에 안정 산화 피막 형성을 위한 방청 안료를 첨가시켜야 한다. 마지막으로 내후성강의 암갈색의 안정 산화 피막 색깔과 도료의 색깔이 비슷하여 미적 외관을 해치지 않아야 하며 도료의 대량 생산 제조성이 우수하여야 한다는 점도 역시 필요하다.
하지만, 일반적인 방청 피막 도료는 상기의 바람직한 요구 성능을 충족하기 어려운 것이 보통이다. 그 이유는 방청 피막 도료에 다량 함유되는 성분, 특히 금속염 성분에 기인한다. 내후성강 방청 피막 도료에는 일반 도료와는 달리, 다수의 금속염들이 함유되어 여러가지 물리 및 화학 작용을 함으로써 안정 산화 피막을 형성시킨다. 그러나 이러한 금속염들은 그 특성상 물성의 변화가 심하고 반응성이 높아, 어쩔 수 없이 도료 보관성 및 도료 제조성이 어려운 경우가 자주 발생하게 된다.
따라서 신속한 안정 산화 피막의 형성, 높은 안정성, 용이한 보관성 기타 성질이 우수한 방청 피막 도료의 제조 기술이 요구되는 실정이다.
일본 특공소 53-22530호에는 수지 피복에 의해 초기 부식을 억제하면서 보호성 녹을 형성시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 부식성이 심한 환경에서의 초기 부식의 억제가 불충분할 뿐만 아니라, 보호성 녹의 생성이 더디다는 문제점이 있다.
대한민국 특허공개공보 제 2002-0038890 호의 "내식성이 우수한 피복강용 피복 도료 및 이를 이용한 피복강의 제조방법"은 엄격한 부식 환경에 있어서도 조기에 고방식 녹층을 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 시공성 및 경제성이 우수한 표면처리를 행할 수 있다. 그러나 도료 성분 중 수지의 점도가 높고 또한 유기 용매의 휘발성이 높아 통상의 도료 보관 기간이 6 개월인데 반해 외부에 2 개월 이상 장기간 보관시 도료가 겔(gel)화 되어 사용을 못하는 경우가 발생하여 도료 저장성이 나쁘다는 문제가 있다.
대한민국 특허출원 2003-99573 호의 "저장성이 우수한 내후성강용 방청피막 도료"에서는 금속염 안료를 사용하여 초기에 안정 산화 피막을 형성시킬 수 있고 신나와 수지의 휘발성과 분자량을 조절하여 저장성이 향상시키는 기술을 제안하였다.
그러나, 상기 대한민국 특허출원에 기재된 발명에서는 피막 도료의 성분 중 안정 산화 피막을 형성하도록 해주는 금속염 안료의 바람직한 입도를 얻기 위하여 기계적 분쇄기를 이용한 직접적인 물리적 분쇄 방법을 사용했다. 일반적인 도료 내의 안료의 입자 크기 분포는 5 미크론(㎛) 미만으로 관리하는 것이 일반적이지만, 본 도료 제조에 사용되는 금속염 안료는 통상적인 입자 크기가 25 ~ 1000 미크론으로 거대하고, 또한 기계적 분쇄가 어려워 일반적인 분쇄 공정을 사용하면 금속염 안료를 사용하지 않은 경우보다 도료 제조에 5배 혹은 그 이상의 시간이 소요되므로 생산력이 나빠지는 한편 이러한 분쇄 공정에 의해 제조된 금속염 안료 역시 크기가 일정하지 않다는 단점이 있다.
본 발명은 내후성강 표면에 안정 산화 피막 형성을 가능케 하고, 기계적 분쇄가 어려운 금속염의 바람직한 입자크기를 간단한 방법으로 얻어 도료의 대량 생산 제조성을 좋게 하며 또한 폭로 초기 단계에서 철산화물의 유출 방지 및 내후성강 구조물의 외적 의장성 확보를 특징으로 하는 위한 방청 피막 형성용 도료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
상기의 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명자들이 연구를 거듭한 결과, 금속염의 기계적 분쇄 과정 및 기계적 분쇄에 드는 시간을 생략하면서도 매우 미세한 입자크기의 금속염 안료를 제조하는 방법 및 그러한 방법으로 제조된 금속염 안료를 포함하는 방청 피막 도료에 관한 발명을 하기에 이르렀다.
상술했듯이, 금속염 안료는 통상적인 입자 크기가 일반 무기질 안료보다 매우 큰 것이 일반적이다. 따라서 바람직한 크기로 안료 입자 크기를 조절하지 않으면, 그 큰 입자 크기로 인하여 도료 제조시 금속염 안료는 기타 무기질 안료보다 도료 내에서의 분산성이 매우 낮아지게 된다.
하지만 통상적인 입자 크기가 매우 크기 때문에 일반적으로 금속염 안료는 분산 공정에 많은 시간이 소요되었다. 도료에 사용되는 안료는 도료액 내에 균일하게 분포될 수 있는 분산성이 있어야 도료의 균일 성능이 보장되므로 안료의 분산성은 매우 중요하며, 이러한 이유에서 금속염 안료의 입자 크기를 효율적이고 빠르게 조절하는 방법이 요구되었다.
그런데 어떤 특정의 금속염 안료들은 물에 잘 녹는 친수성을 띤다. 이에 본 발명자들은 이러한 친수적인 금속염 안료들을 이용하여 금속염 안료의 입자 크기 조절을 매우 간단하고 빠르게 할 수 있는 공정을 개발하였다.
본 발명은 특정 금속염 안료들의 친수성을 이용하여
a) 친수성을 갖는 상기 금속염 안료들을 물에 용해시켜 수용액을 얻는 단계,
b) 상기 여러 금속염 안료들의 수용액을 혼합시켜 상기 금속염 안료들로부터 해리된 이온들을 서로 반응시키는 단계,
c) 상기 이온들간의 반응에 의해 새로 생성된 난용성의 금속염 안료를 석출시키는 단계, 및
d) 상기 난용성의 금속염 안료를 방청 피막 도료 내에 균일하게 분산시키는 단계를 포함하는,
금속염 안료의 기계적 분쇄 과정을 생략하면서도 우수한 입자 크기를 갖는 금속염 안료를 제조하는 방법 및 그러한 방법으로 제조된 금속염 안료를 포함하는 방청 피막 도료에 관한 것이다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
먼저 방청 피막 도료에 사용되는 금속염 안료의 첨가는, 상술한 바와 같이 금속염을 수용액 상태로 제공하여 다시 석출시키는 방식을 이용한다. 본 발명에서 사용되는 수용액은 질산칼슘, 황산알루미늄 및 1종 이상의 기타 황산금속염을 포함하는 금속염 안료를 물에 용해시킨 것이다. 상기 금속염은 각각 전체 방청 피막 도료를 기준으로, 질산칼슘은 0.1 ~ 6 중량%, 황산알루미늄은 0.1 ~ 3.6 중량% 및 기타 황산금속염은 0.5 ~ 5.4 중량%를 포함하고 있다. 또한, 상기 물은 0.2 ~ 7.5 중량%이며, 이는 상기 금속염 안료 첨가량에 대비해 10~ 50 중량부에 해당한다.
상기 수용액 중, 상기 질산칼슘은 내후성강 표면의 안정 산화 피막 형성에 필요한 칼슘 이온을 제공하는 촉진제로서 기능한다. 그리고 상기 황산알루미늄은 안정 산화 피막 형성에 필요한 황산 이온의 제공과 동시에 안정 산화 피막의 형성을 가속화시켜주는 역할을 담당한다. 마지막으로 기타 황산금속염은 황산알루미늄 을 제외한 황산니켈, 황산코발트, 황산크롬, 황산구리 및 황산철 등으로 이루어지는 군으로부터 단독 또는 2종 이상 선택하여 포함되는 친수성 금속염으로서, 황산알루미늄만으로는 부족할 수 있는 여분의 황산 이온을 제공하는데 사용된다.
또한, 상기 물은 초기에 상기 금속염 안료들을 용해시키며, 금속염 안료간의 반응에 의하여 형성된 난용성인 황산칼슘을 미세하게 석출시키기 위한 용도로 사용된다.
이러한 금속염 수용액에 수지, 솔벤트 및 첨가제를 포함시킴으로써 방청 피막 도료가 제조가능하다. 상기 수지는 완성된 도료의 보관성을 결정하는 점도가 10 ~ 30 cps 인 저점도 수지액이 바람직하다. 일반적으로 솔벤트는 증발이 쉽게 일 어나기 때문에 수지의 중량%를 정확하게 한정하는 것이 쉽지는 않지만, 대체로 60 ~ 80 중량%가 바람직하다.
또한, 상기 솔벤트는 조성물을 혼합시켜주는 솔벤트로서 크실렌(xylene) 6 ~ 9 중량% 및 고밀도 알코올계 10 ~ 15 중량%임이 바람직하다. 상기 첨가제는 필요에 따라 첨가 가능한 1종 이상의 첨가제로써 착색 안료, 체질 안료, 방청 안료, 분산제 및 산화 방지제 등으로 이루어지는 군으로부터 단독 또는 2종 이상 선택하여 첨가함이 바람직하다.
이러한 공정에 의할 때, 종래의 기술과 같은 금속염의 분쇄 공정이 생략됨에도, 신속하고 안정적인 방법으로 바람직한 입자 크기의 금속염 안료를 포함하는 방청 피막 도료를 효율적으로 제조할 수 있다.
상기 금속염 안료에는 질산칼슘, 황산알루미늄 및 기타 황산금속염이 포함된다. 그 중, 상기 질산칼슘은 부식환경 중에서 수분이 피복강 표면에 공급되면 방청 피막 중에 존재하는 상기 질산칼슘이 질산 이온과 칼슘 이온으로 해리하며, 황산알루미늄 및 기타 황산금속염은 황산 이온과 알루미늄 이온 및 기타 금속 이온으로 해리(용해 단계)하게 된다. 이렇게 해서 생성된 상기 칼슘 이온은 상기 황산 이온과 혼합되고 반응해서 황산칼슘을 형성(혼합 단계)하게 된다.
이때, 생성된 황산칼슘은 상기 질산칼슘, 상기 황산알루미늄 및 상기 기타 황산금속염과는 달리 물에 난용성인 특징을 갖는다. 따라서 상기 황산칼슘은 용해도의 차이에 의하여 수용액 외부로 석출(석출 단계)되어 나오게 된다.
이러한 과정을 통해 석출된 미세한 상기 황산칼슘은 방청 피막 도료 내부로 효과적으로 분산되어(분산 단계), 강재 표면에서 발생하는 부식 반응으로 형성된 옥시수산화철과 산화철이 주성분인 안정녹층(안정 산화 피막층) 중에 존재하는 공극부를 효율적으로 메워줌으로써, 상기 안정녹층의 치밀화 효과를 가져오게 된다.
상기 질산칼슘 비율이 0.1 중량% 미만이면 안정 산화 피막의 형성 효과가 없고, 6 중량% 를 초과하면 건조 후 방청 피막 경도가 높아져 방청 피막이 취약해지는 문제점이 발생한다.
그리고 상기 황산알루미늄은 상기 황산 이온의 공급 용도 이외에도, 상기 황산알루미늄에 포함된 알루미늄 원소가 안정 산화 피막인 α-FeOOH 형성을 가속시키고 철원자를 치환하여 안정 산화 피막을 극미세 조직으로 형성시키는 것을 도와주는 역할을 한다. 따라서 기타 황산금속염과는 별도로 구분하여 첨가할 필요가 있다. 황산알루미늄 함량이 0.1 중량% 보다 적으면 철원자 치환량이 적어 안정 산화 피막의 형성 효과가 적고, 황산알루미늄 함량이 3.6 중량% 보다 많으면 도료 제조시 도료의 점도가 높아져 겔(gel)화되므로 도료 제조가 불가하다.
마지막으로 상기 기타 황산금속염은 황산니켈, 황산코발트, 황산크롬, 황산 구리, 및 황산철로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 이들을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 금속 황산염 군은 상온에서 수분이 공급되면 금속 이온과 황산 이온으로 해리되는 친수성을 띤다.
상술한 것처럼, 해리한 황산 이온은 상기 칼슘 이온과 반응하여 물에 난용성인 황산칼슘을 생성함으로서 내후성강 표면의 부식 반응에 의해 생성된 옥시수산화철과 산화철을 주성분으로 하는 상기 안정녹층의 공극부를 메워준다. 이것에 의하여 상기 안정녹층의 치밀도가 향상되고 내식성 역시 향상되게 된다.
상기 기타 황산금속염이 0.5 중량% 미만이면 해리하는 황산 이온의 양이 적은 만큼 효과가 저하되고, 5.4 중량% 를 초과하는 경우, 건조된 수지액이 건조 이후에 매우 취약해지는 성질 때문에 안정 산화 피막이 형성되기 이전에 충격 등에 의한 방청 피막의 붕괴가 발생하거나 풍화에 의하여 상기의 효과를 얻을 수 없게 된다.
본 발명에 사용되는 금속염 안료를 물에 용해시키는 경우, 사용되는 물의 양은 0.2 ~ 7.5 중량%로 제한된다. 상기 물의 양은 금속염 안료의 첨가량 대비 10 ~ 50 중량부에 해당된다. 상기 물의 양이 0.2 중량% 미만이면 금속염 안료의 용해가 잘 이루어지지 않아 안정 산화 피막 형성 효과가 감소하게 되고, 7.5%를 초과하면 난용성인 수지액와 물이 서로 분리되어 도료의 성분간 혼합이 잘 이루어지지 않아 도료가 겔(gel)형태가 된다. 상기 물은 0.2 ~ 7.5 중량%로 첨가하게 되며, 원활한 도료 제조를 위해서는 전체 방청 피막 도료 대비 1.5 ~ 3.0 중량%임이 보다 바람직 하다.
본 발명에 포함되는 수지액의 경우, 상기 수지액에 사용되는 수지의 종류 및 성질은 완성된 도료 보관 저장성에 큰 영향을 미치는바, 수지액의 점도는 10 ~ 30 cps 가 바람직하다. 수지액의 점도가 10 cps 미만이면 너무 묽어서 도장성이 저하되고 방청 피막의 두께가 얇아지게 되어 안정 산화 피막의 형성 효과가 좋지 않으며, 30 cps 를 초과하는 경우에는 상기 도료를 상온에서 장기간 보관하는 경우, 대기 중의 수분이 금속염 및 수지액과 반응하여 도료를 겔(gel)화 시키게 되어 도료의 사용이 불가능해진다.
본 발명에 사용 가능한 수지의 종류에는 부틸랄계 수지 (바람직하게는 폴리비닐부티랄 수지) 이외에도 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 선택, 첨가할 수 있는 염화비닐계, 페놀계 등의 수지가 있다.
본 발명에 포함되는 용매의 경우, 상기 용매로는 아세트산부틸의 증발 속도를 100 으로 기준하여 증발 속도가 60 ~ 80 인 크실렌(xylene)과 고밀도 알코올계 (더욱 바람직하게는 프로필렌 글리콜 모노에틸에테르(PM))가 바람직하다. 증발 속도가 너무 빠르면 도장 스프레이 작업시 도료의 건조가 너무 빨라 방청 피막 표면에 박리가 진행될 위험이 있고, 너무 늦으면 도료의 건조가 늦어져서 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 본 발명에 필요에 의해 첨가될 수 있는 첨가제의 경우, 상기 내후성강 방청 피막 도료는 착색 안료, 체질 안료, 방청 안료, 분산제 및 산화 방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제가 포함될 수 있다.
여기에는 벵갈라 등의 착색 안료, 실리카 등의 체질 안료, 크롬산아연 등의 방청 안료, Antiterra-U 등의 분산제, 산화 방지제 등 알려진 1종 이상의 첨가제가 더 포함될 수 있다. 상기 첨가제 중 방청 안료는 부식 환경이 매우 엄격한 장소에서 사용할 때에는 방식성 조절의 의미에서 첨가해도 지장이 없으나, 방청 안료를 다량 첨가할 경우 방식성이 지나치게 좋아져서 안정 산화 피막의 형성 효과가 오히려 저해되는바, 그 첨가량은 10 중량% 미만으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 피막 도료 중의 질산칼슘, 금속의 황산염 및 기타 첨가제의 농도는 건조 고체화된 후의 농도를 의미한다. 피복 전에는 적당량의 용제에 의해 도장 작업에 적당한 점도로 조정하는데, 용제 또는 수분은 도장 후 자연 건조에 의해 증발하여 원하는 건조막 두께를 갖는 방청 피막이 형성된다.
본 발명은 표면에 상기 내후성강용 방청피막 도료가 건조 후의 막 두께 기준으로 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 가 되도록 도포된 내후성강을 포함한다.
이는 방청 피막의 건조막 두께가 1 ㎛ 보다 얇은 경우에는 장벽 효과가 낮아지고, 소지 강의 부식으로 인하여 나오는 철 이온의 유출을 완전히 막을 수 없어 강 표면으로부터 녹이 외부로 유출되는 유출 녹이 발생하며, 동시에 첨가한 질산칼 슘 및 금속의 황산염 성분도 유출되어 이들 유효 성분들의 효과를 얻을 수 없게 된며, 또한, 해염 입자 비래 환경에 있어서 염소 이온의 침투에 의한 과도한 부식이 발생할 수 있고 안정 산화 피막의 효과가 저해되는 문제점이 생길 수 있기 때문이다.
한편, 건조 후의 막 두께가 200 ㎛ 를 초과하면, 경제적으로 불리할 뿐만 아니라, 내층인 금속염 층에 대한 부식 장벽 효과가 지나치게 커져서 소지 금속면에서의 안정 산화 피막의 형성에 장시간이 소요된다. 이로 인하여 안정 산화 피막이 미처 형성되기 이전에 외부로부터의 충격 등의 발생으로 인하여 피막이 탈락될 수 있고, 그 부분으로부터 유기 수지 피막의 효과가 없는 현저한 부식이 진행될 가능성이 존재하는바, 건조막의 두께는 200 ㎛ 이하로 한다.
본 발명의 방청 피막 도료는 통상의 도장 방법이 모두 적용 가능하며, 예컨대 에어 스프레이, 에어레스 스프레이 또는 롤러 등 관용의 방법으로 피복이 가능하기 때문에 장소에 관계없이 시공이 가능하다. 또한, 1회의 도장 작업으로 효과가 얻어지기 때문에 경제성도 우수하다. 나아가 현지 도장이 가능하기 때문에 현지에서의 강재의 절단, 용접 등의 가공 이후에도 대응하기 용이한 장점이 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명할 것이나, 하기 실시예는 본 발명을 예시할 목적일 뿐 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 9, 및 비교예 1 : 방청 피막 도료의 제조
방청 피막 도료의 성분으로 금속염 안료로 질산칼슘, 황산알루미늄 및 황산니켈, 수지 및 솔벤트로 PVB BL-1-20A, 기타 첨가제를 이용한 이하 실시예를 설명한다.
방청 피막 도료 조성물 중 Antiterra-U (0.5 중량%), Hispalon420-20 (1.0 중량%), Halox SZP391 (1.1중량%), RIO S130 (0.5 중량%), Bayferrox303T (2.6 중량%), Ti02 R960 (0.44 중량%), BaSO4 (2.3 중량%)의 함량은 실시예 1 ~ 9 및 비교예 1에서 모두 동일하며, 다른 성분들은 표 1에 표시하였다. 상기 조성을 제외한 나머지 함량을 PVB BL-1-20A로 하였다.
금속염 종류 실 시 예(단위는 중량%) 비교예 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ca(No 3 ) 2 0.5 5.4 0.5 5.4 0.5 5.4 0.5 5.4 2.95 5.4
Al 2 (SO 4 ) 2 0.2 0.2 2 2 0.2 0.2 2 2 1.9 5(고형분말)*
NiSO 4 0.5 0.5 0.5 0.5 5.4 5.4 5.4 5.4 2.95 5.4
* 비교예 1 은 금속을 고형 분말로 사용하여 종래의 기계적 분쇄에 의함.
1) PVB BL-1-20A : 수지액 (애경공업㈜)은 수지액만을 기준으로, 프로필렌 글리콜 모노에틸에테르(PM) 48 중량%, 크실렌 32 중량% 및 PVB BL-1(폴리비닐부티랄 수지) 20 중량%로 이루어짐.
2) Antiterra-U : 분산제
3) Hispalon420-20 : 침강 방지제
4) Halox SZP391 : 인산-Al계 방청 안료
5) RIO S130, Bayferrox303T, TiO2 R960 : 채색 안료
실험 1 : 도료 분산성
상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 에서 제조된 도료 조성물을 상온에서 60일간 보관 후, 도료의 상태를 비교하였다.
입자 크기를 처리하는데 드는 시간(분) 최종 입자 크기
실시예 1 10 5미크론 미만
실시예 2 10 5미크론 미만
실시예 3 10 5미크론 미만
실시예 4 10 5미크론 미만
실시예 5 10 5미크론 미만
실시예 6 10 5미크론 미만
실시예 7 10 5미크론 미만
실시예 8 10 5미크론 미만
실시예 9 10 5미크론 미만
비교예 1 120 20미크론 미만
표 2에서 알 수 있듯이, 금속염 안료 입자들을 바람직한 입자 크기(5 미크론 미만)로 처리하는데 드는 시간은 금속염 안료 입자들을 수용액화시킨 후 석출시키는 방법에 의할 경우(실시예 1 내지 9), 10분만에 원하는 입자 크기를 얻을 수 있었다.
반면 종래에 사용된 기계적 분쇄 방법에 의할 경우(비교예 1), 분쇄하는데 약 120분의 시간이 걸렸으며 최종 입자 크기도 20미크론까지 나타나서 금속염 안료의 도료내 분산에 적합한 입자 크기를 얻는데 미흡한 것으로 보여진다.
따라서, 본 발명에 의할 경우 금속염 안료의 미세한 입자크기를 얻는데 종래의 기계적 분쇄 방법에 의하는 경우보다 최소 6 배 이상의 시간이 단축되며, 처리된 입자 크기 역시 매우 작아 공정이 상당히 효율적이며, 우수한 금속염 안료를 얻을 수 있게 된다.
실험 2 : 도료가 도포된 내후성강의 안정 산화 피막 상태 실험
상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 에서 제조된 도료 조성물을, 표면 녹을 제거하고 오일이나 기타 이물질이 없는 내후성 강판에 방청 피막 두께 20 미크론으로 에어 스프레이 도장을 하였다. 상기 시험편을 복합 부식 가속 실험(Cyclic Corrosion Test)을 20일 실시한 후, 시험편 표면을 육안 관찰을 통하여 비교하였다.
표면 녹 상태
실 시 예 1 △
실 시 예 2 △
실 시 예 3 ○
실 시 예 4 ○
실 시 예 5 △
실 시 예 6 ○
실 시 예 7 ○
실 시 예 8 ○
실 시 예 9 ○
비 교 예 1 △
주)
○ : 표면 검붉은 안정녹(안정 산화 피막) 형성
△ : 표면 붉은 녹 형성
표3에 의할 경우, 금속염 안료의 적절한 함량이 만족되는 경우(실시예 3, 4, 6, 7, 8 및 9)에는 내후성강의 표면에 검붉은 색상의 안정녹(안정 산화 피막)이 형성되어서 안정적으로 방식 처리가 이루어진다.
반면 금속염의 함량이 적정 범위를 벗어날 경우(실시예 1, 2, 5 및 비교예 1)에는 내후성강의 부식이 발생하고 붉은 녹이 외부로 유출되는 문제점이 발생한다.
살펴본 바와 같이, 본 발명은 도료 제조시 안료 분산 공정에 쓰이는 기존의 기계적 분쇄법을 개선한 것으로서, 금속염 안료를 물에 용해시키고 이 용액을 첨가하여 후공정에서 첨가되는 유기 용매와의 용해도 차이를 이용하여 금속염을 석출시킴으로서 미세한 안료 입자를 얻을 수 있는 도료 제조성이 우수한 내후성강용 안정 산화 피막 형성용 도료 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 금속염의 용해도 차이를 이용하여 특정 친수성 금속염 안료를 물에 용해시키는 단계, 녹인 액상을 혼합하여 이온간 반응을 유도하는 단계, 이온간 반응에 의해 석출된 난용성 금속염 안료를 분산시키는 단계를 포함하는 것이다. 이러한 방법에 의하여 기계적 분쇄 과정 및 기계적 분쇄에 드는 시간을 생략하면서도 금속염 안료의 크기를 미세하고 균일하게 만들어 도료 제조성과 안정 산화 피막 형성 성능을 향상시킬 수 있어서, 제조성이 우수한 방청 피막 도료 및 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 상기 도료를 도장한 내후성강은 시공성 및 경제성이 우수하여 강교량, 건물 내외재, 방호 펜스 등에 알맞게 사용 가능하다.

Claims (11)

  1. 금속염 안료로서 질산칼슘(Ca(NO3)2) 0.1 ~ 6 중량%, 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 0.1 ~ 3.6 중량% 및 1종 이상의 기타 황산금속염 0.5 ~ 5.4 중량%, 저점도 수지액 60 ~ 80 중량%, 솔벤트로서 크실렌 6 ~ 9 중량%, 고밀도 알코올 10 ~ 15 중량% 및 필요에 따라 첨가 가능한 1종 이상의 첨가제를 포함하는 내후성강용 방청 피막 도료의 제조 방법에 있어서,
    a) 상기 금속염 안료를 0.2 ~ 7.5 중량%의 물에 녹여 칼슘이온과 황산이온을 해리시키는 단계;
    b) 상기 금속염 안료가 용해된 수용액을 혼합시켜 상기 칼슘이온과 상기 황산이온을 서로 반응시키는 단계;
    c) 상기 칼슘이온과 황산이온이 반응하여 상기 수용액으로부터 난용성인 황산칼슘이 석출되는 단계; 및
    d) 석출된 상기 황산칼슘이 상기 안정 산화 피막의 형성 촉진제 내부에 분산되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 도료의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기타 황산금속염은 황산니켈, 황산코발트, 황산크 롬, 황산구리 및 황산철로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 친수성 황산금속염인 것을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 도료의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 저점도 수지액은 점도가 10 ~ 30 cps 이내인 부티랄계(butyral) 수지, 에폭시 수지 및 폐놀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 것임을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 도료의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 고밀도 알코올은 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르(PM)인 것을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 도료의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가제는 착색 안료로서 벵갈라, 체질 안료로서 실리카, 방청 안료로서 크롬산아연, 분산제로서 Antiterra-U, 침강방지제로서 Hispalon420-20 및 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 형성용 도료의 제조 방법.
  6. 전체 방청 피막 도료 중에,
    금속염 안료로서 질산칼슘(Ca(NO3)2) 0.1 ~ 6 중량%, 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 0.1 ~ 3.6 중량% 및 1종 이상의 기타 황산금속염 0.5 ~ 5.4 중량%를 0.2 ~ 7.5 중량%의 물에 용해시킨 후 상기 도료에 첨가하여 미세한 안료 입자로 석출 및 분산시킨 수용액;
    수지로서 점도가 10 ~ 30 cps 인 저점도 수지액 60 ~ 80 중량%,;
    솔벤트로서 크실렌(xylene) 6 ~ 9 중량% 및 고밀도 알코올 10 ~ 15 중량%; 및
    필요에 따라 첨가 가능한 1종 이상의 첨가제;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 제조성이 우수한 내후성강용 방청 피막 도료.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 1종 이상의 기타 황산금속염은 황산니켈, 황산코발트, 황산크롬, 황산구리 및 황산철로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 친수성 황산금속염인 것임을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 도료.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 저점도 수지액은 점도가 10 ~ 30 cps 이내인 부티랄계(butyral) 수지, 에폭시 수지 및 폐놀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종의 것임을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 도료.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 고밀도 알코올은 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르(PM)인 것을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 도료.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 첨가제는 착색 안료로서 벵갈라, 체질 안료로서 실리카, 방청 안료로서 크롬산아연, 분산제로서 Antiterra-U, 침강방지제로서 Hispalon420-20 및 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 내후성강용 방청 피막 도료.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 내후성강용 방청 피막 도료를 건조막 두께 기준으로 1 ~ 200 ㎛ 가 되도록 도포하여 형성된 방청 피막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 내후성강.
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