KR20120014124A - 방청 및 저마찰 코팅재 - Google Patents

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Abstract

방청 코팅재는 중합체성 수지에 현탁된 부식 억제 무기 성분, 또는 무기 및 유기 부식 억제 성분의 배합물을 함유한다. 내식성 조성물은 중합체성 수지 잔여물(remainder)에 현탁된, 무기 성분의 염 및 부식 억제제로서의 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염(PCAS)을 포함한다. 상기 코팅재는, 항공기 패스너, 예를 들면, 너트 및 볼트, 나사, 리벳 및 슬리브 시스템(sleeved system)을 포함하는 항공기 패스너 부품을 비제한적으로 포함하는 금속 부품에 도포할 수 있다.

Description

방청 및 저마찰 코팅재 {Anti-corrosion and low friction coating}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2009년 3월 13일자 출원된 미국 가특허원 제61/160,176호를 근거로 하고 이로부터의 우선권을 청구하며 이의 전문은 본 명세서에 참조로 인용된다.
기술분야
본 발명은, 안료(예를 들면, 금속 안료)를 함유하는 코팅재 및 이들에 의해 코팅된 패스너 및 기타 부품들을 포함하는, 보호 코팅재 및 이들에 의해 코팅된 패스너(fastener) 및 기타 표면들, 예를 들면, 부식 또는 열화(deterioration)로부터, 예를 들면, 구조적 부식 또는 열화로부터, 함께 조립된 2개의 상이한 금속들 중의 하나 또는 둘 다를 보호할 수 있는 상기 코팅재 및 패스너에 관한 것이다.
상기 코팅재는 다수의 상이한 금속 및 금속들의 조합과 함께 사용되기 위해 도포될 수 있다. 이들은 특히 티탄의 코팅재에 도포될 수 있다. 특별한 도포는, 항공기의 알루미늄 구조물 등에 통상적으로 사용되는 티탄 패스너에 관한 것이다. 이들은 항공기의 티탄 패스너 및 알루미늄 구조물 중의 하나 또는 둘 다를 보호하는데 유용하다.
항공기의 구조물과 같은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 구조물을 티탄 또는 티탄 합금의 고강도 패스너와 조립하는 것이 통상적으로 실행된다. 상기 조립체들에 존재하는 전기-화학 커플링 효과로 인한 갈바니 작용(galvanic action)이 종종 알루미늄이나 티탄 부재 또는 둘 다의 바람직하지 못한 부식을 유발하는 것으로 널리 공지되어 있다. 알루미늄은, 젖는 경우, 티탄과 접촉시 갈바니적으로 유도된 부식 공격(galvanically induced corrosive attack)의 경향을 갖는 것으로 공지되어 있다. 더욱이, 이들 구조물의 부식 감수성은, 빈번히 직면하는 거친 염수 또는 산성 환경에 의해 증가되고 있다. 상기 패스너가 항공기 산업에 통상적으로 사용되는 바와 같은 억지끼워맞춤식(interference-fit type)인 경우, 상기 패스너 상의 코팅재가 강제 피팅 작업(force fitting operation)을 견디기에 충분히 강하고 부착성이어야 한다는 사실에 의해, 문제가 추가로 열화된다. 상기 코팅재는 또한 저항력을 차단하도록 유지되어야 한다.
따라서, 다수의 방책이 상기 갈바니 부식을 감소시키거나 제거하기 위해 제안되었으며, 이들 중, 상기 패스너를 카드뮴 또는 알루미늄으로 도금하는 것; 티탄 패스너를 스틸로 대체하는 것; 상기 패스너를 유기 또는 무기 코팅재로 코팅하는 것; 설치 과정에서 습윤 프라이머 또는 탄성중합체성 실란트를 사용하는 것; 및 상기 패스너 또는 구조적 외관을 페인트(예를 들면, 크롬산아연 타입)로 코팅하는 것이 있다. 몇몇 금속의 인산염, 몰리브덴산염 및 규산염, 예를 들면, 규산나트륨과, 몰리브덴산아연, 인산아연 및 산화아연을 포함하는 아연 염을 포함하는 화학물질이 또한 부식 억제제(corrosion inhibitor)로서 효과적인 것으로 밝혀졌다. 상기 물질들은 각종 메카니즘에 의해, 예를 들면, 금속성 기판 위에 전기적으로 비전도성인 분자 층을 형성시키고, 상기 코팅재의 투과성을 감소시키고, 상기 금속성 기판 위에 내약품성 화합물을 형성시키거나, 또는 상기 코팅재를 소수성으로 만듦으로써 수계(water-borne) 부식 물질이 기판에 도달되는 것을 방지함으로써, 부식을 방지하는 것으로 사료된다.
지금까지 사용된 코팅재 및 부식 억제제의 몇몇 타입은 완전한 보호를 제공하지 못함, 부적절한 인성 또는 부착성, 및 과도한 비용과 같은 문제점을 나타낸다. 심지어 항공기 산업에서 가장 광범위하게 사용되는 코팅재 및 실란트, 즉 카드뮴 도금, 유기 및 무기 코팅재 및 실란트가 완전히 만족스럽지 못하다. 상기 유기 및 무기 타입 코팅재는 통상적으로, 실질적인 부식 보호를 제공하지 못하면서 염과 습기 등에 대해 수동적인 물리적 장벽으로서 작용한다. 카드뮴 도금된 패스너 및 습식 설치물은 알루미늄 구조물의 부식 억제에 있어서 상당한 성공을 발견하였음에도 불구하고, 상기 설치물은 기타 바람직하지 못한 한계, 예를 들면, 카드뮴과 직접 접촉시 티탄 및 고강도 스틸에 대한 취성 효과(embrittling effect)를 갖는다. 습식 설치물은 바람직하지 못한 높은 비용의 조립체를 부과하며 생산 적응력 문제 등을 나타낸다.
크롬산염은 페인트, 실란트 및 코킹(caulking) 화합물과 같은 코팅재의 부식 억제시 부식 억제제로서 광범위하게 사용되어 왔다. 항공우주 산업에서 통상적으로 사용되는 부식 억제제는 6가 크롬의 알칼리 토금속 및 아연 염을 포함하며, 이는 또한 부식 억제 조성물의 부착 특성을 증대시킬 수 있다. 크롬산스트론튬을 함유하는 코팅재에서의 화학적 부식 억제 작용의 일반적인 이론은, 상기 크롬산염이 물의 존재하에 그리고 갈바니 전위에 대해 상이한 2개 물질들 사이에서 산화 반응을 일으킨다는 것이다. 이 반응에 의해 통상적으로, 내부식성 금속 합금(예를 들면, 티탄)으로 제조된 패스너가 접촉하는 알루미늄의 표면 위에 산화물 층이 형성된다. 이 산화물 층은 상호작용하는 물질들 사이에서 갈바니 부식의 전개를 수동적으로 방해한다. 그러나, 상기 크롬산염은 독성인 것으로 여겨질 수 있으며, 부식 억제 코팅재에서의 크롬산염의 계속적인 이용은 건강 및 환경의 위험을 나타낼 수 있다.
항공우주 산업에 사용되는 기계적으로 잠기는(mechanically locked) 내측 나사선(internally threaded) 패스너의 표면 손상 형태에 있어서의 박마(galling)가 또한 통상적인 문제점이다. 상기 박마는 통상적으로, 본래 표면 위의 돌출부들의 거시적이고 대개 국소화된 거칠기 및 생성에 의해 구별되는, 슬라이딩 고체 부품들 사이에서 일어나며, 상기 박마는 종종 소성 유동이나 물질 전달 또는 둘 다를 포함한다.
발명의 요약
간단히, 일반적으로, 본 발명은 크롬산염을 함유하지 않지만 비교 가능한 크롬산염 함유 코팅재만큼 부식 방지에 효과적인 것으로 여겨지는 항공기 패스너 및 기타 부품들과 표면들에 도포되는 내식성(corrosion resistant) 코팅재를 위해 제공된다.
따라서, 본 발명의 하나의 측면은, 아연과 칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 양이온과 규산염, 인산염, 탄산염 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온으로부터 형성된 무기 성분의 염 약 4 내지 8중량%, 및 부식 억제제로서의 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염(PCAS) 약 2 내지 15중량%, 및 잔여물(remainder) 약 10 내지 40중량%(여기서, 상기 염 및 PCAS는 상기 잔여물에 현탁된다)를 포함하는 내식성 조성물을 함유하는 코팅재로 코팅된 부품을 위해 제공된다. 하나의 예에서, 상기 잔여물은 다른 유사한 중합체성 수지(예를 들면, 수계 중합체성 수지)가 적합할 수 있음에도 불구하고, 페놀-포름알데히드 열경화성 수지와 같은 수지를 포함한다. 상기 잔여물은 이황화몰리브덴, 알루미늄, 폴리프로필렌 또는 이들의 배합물과 같은 안료를 추가로 포함할 수 있다. 상기 잔여물은 또한 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 상기 내식성 조성물은, 휘발성 용매 캐리어(이는, 상기 혼합물에 액체 경점성(consistency)을 제공하지만 목적하는 코팅재를 제조하기 위해 도포한 후에 신속한 건조를 제공한다)에 용해시킴으로써, 도포를 위해 제조된다. 예를 들면, 상기 캐리어 용매는 약 40 내지 90중량%일 수 있다. 그 다음에, 상기 조성물은 부품 및 기타 표면들의 코팅을 위해 사용될 수 있다. 상기 용매 캐리어가 증발되거나 그렇지 않으면 더 이상 존재하지 않는 경우, 상기 코팅재의 원소들이 이들 각각의 상대적 농도로 존재한다. 따라서, 상기 조성물로 코팅된 부품 또는 기타 표면들은 코팅 조성물을 가지며, 이의 성분은 상기 휘발성 용매 없이 이들 각각의 상대적 농도로 존재한다.
또 다른 예에서, 부품은, 아연과 칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 양이온, 및 규산염, 인산염, 탄산염 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온으로부터 형성된 무기 성분의 염 약 4 내지 8중량%, 및 부식 억제제로서의 PCAS 약 2 내지 15중량%, 및 잔여물 약 10 내지 40중량%(여기서, 상기 염 및 PCAS는 상기 잔여물에 현탁되며, 약 40 내지 90중량%가 모두 용매에 용해되거나 분산된다)로 필수적으로 이루어진 내식성 조성물을 함유하는 코팅재로 코팅될 수 있다. 하나의 예에서, 상기 잔여물은, 기타 중합체성 수지 또는 이것과 기타 수지들의 혼합물이 사용될 수 있음에도 불구하고, 페놀-포름알데히드 열경화성 수지와 같은 수지를 포함한다. 또한, 예를 들면, 수계 중합체성 수지와 같은 기타 수지들이 적합할 수 있다. 상기 잔여물은 이황화몰리브덴, 알루미늄, 폴리프로필렌 또는 이들의 배합물과 같은 안료를 추가로 포함할 수 있다. 상기 잔여물은 또한 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 상기 내식성 조성물은, 휘발성 용매 캐리어(이는, 상기 혼합물에 액체 경점성을 제공하지만, 목적하는 코팅재를 제조하기 위해 도포한 후에 신속한 건조를 제공한다)에 용해시킴으로써, 도포를 위해 제조된다. 추가의 예에서, 상기 PCAS는 약 2 내지 10중량%, 다른 예에서는 약 3 내지 5중량%로 존재할 수 있으며, 약 4중량%로 존재할 수 있다. 그 다음에, 상기 조성물은 부품 및 기타 표면들을 코팅하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 예들 중 임의의 하나에서, 상기 PCAS 중의 알콕시는 메톡시- 또는 에톡시-일 수 있다. 또한, 카복실산은 헵탄산, 옥타데칸산, 도데칸산 또는 벤조산일 수 있다. 하나의 예에서, 상기 PCAS는 폴리(3-암모늄프로필에톡시실록산)도데칸산 염이다. 상기 알콕시 및 카복실산은, 염 및 잔여물 및 적합한 용매의 배합물에서, 상기 조성물이 항공기용 패스너 및 기타 부품의 코팅 분야의 숙련가에게 공지된 방식으로의 분무, 침지 또는 브러싱에 의한 부식 억제 코팅을 위한 부품 또는 표면에 도포될 수 있도록, 선택될 수 있다.
상기 코팅 조성물의 부식 억제제로서의 알칼리성 PCAS의 사용은, 이전의 모든 코팅 조성물의 요건에 부합되는 것으로 사료되는 수동적 내식성 성능을 유발한다. 또한, 상기 코팅 조성물의 마찰 특성은 PCAS의 부가에 의해 증대되며, 본 발명의 조성물로 코팅된 패스너에 대해 수행된 시험에 따르면, 본 발명의 코팅 조성물의 사용으로 일반적으로 박마가 현저히 감소된다. 또한, 예를 들면, 인산아연과 같은 무기 염 성분과 함께, 상기 코팅 조성물에서 부식 억제제로서의 알칼리성 PCAS를 사용하면, 금속 수산화물 층(예를 들면, 수산화아연)이 생성되며, 이는 패스너와 알루미늄 부재의 접촉시 활성 장벽으로서 작용한다. 알칼리성 PCAS의 유기 분자는, 상기 분자에서의 활성 아민으로 인한 표면 결합을 통해 그 자체를 패스너에 의해 배향시키는 것으로 밝혀졌다. 이러한 방식에서, 상기 분자의 소수성 탄소 주쇄는, 그 자체를 패스너의 금속 표면으로부터 멀리 배향시킴으로써, 패스너가 알루미늄 프레이밍(framing)에 놓이는 경우, 이 배향이 수산화아연 단위의 형성과 함께 작용하고, 갈바니 부식 효과가 감소되도록 물 분자의 침투를 막는 소수성 층을 생성하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따르는 코팅 조성물로 코팅된 항공기 부품은 양호한 윤활성 및 비교적 낮은 마찰력을 가짐으로써, 상기 코팅 조성물이 억지끼워맞춤식 패스너, 나사선 시스템(threaded system) 및 기타 타입의 패스너 시스템에 특히 적합하다. 더욱이, 상기 코팅재는 패스너 부품(예를 들면, 너트와 볼트, 나사, 리벳 및 슬리브 시스템(sleeved system))과 같은 금속에 대한 도포에 특히 채택될 수 있다. 상기 코팅재는 또한 기타 타입의 부품, 예를 들면, 동 또는 스테인리스 스틸 부시, 스테인리스 스틸 핀, 와셔(washer), 또는 박마, 시징(seizing) 또는 프레팅(fretting) 목적에 도포되는 부품을 코팅하는데 사용하기에 바람직하다.
본 발명의 이들 및 다른 측면과 이점은 하기의 상세한 설명 및 본 발명의 특성의 예로서 예시되는 첨부된 도면으로부터 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 보호 코팅재에 의해 코팅된 패스너의 사시도(isometric view)이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2에 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 보호 코팅재에 의해 코팅된 자동-잠금 너트(self-locking nut)와 조립된 볼트의 측면 정면도이다.
도 4는 도 3의 라인 4-4에 따라 취한 단면도이다.
도 5는 토크/장력(torque/tension) 시험용의 워크피스(work piece) 제품의 조립체 및 자동-잠금 너트로 조립된 볼트의 투시 단면도이다.
발명의 상세한 설명
갈바니 작용으로 인한 항공기의 패스너 조립체의 부식은 상기 패스너를 내식성 물질(예를 들면, 카드뮴 또는 알루미늄)로 도금하여 해결하였고, 부식 억제제로서의 인산염, 몰리브덴산염, 규산염 및 크롬산염을 포함하는 유기 또는 무기 코팅재에 의한 상기 패스너의 코팅은 종종 완전한 보호, 및 적절한 인성과 부착성을 제공하지 못한다. 크롬산염이 부식 억제 코팅재에서 부식 억제제로서 공업 표준으로서 사용되고 있지만, 상기 크롬산염은 독성일 수 있어, 크롬산염계 부식 억제 코팅재의 사용을 중단하는 것이 바람직하다.
도면에 예시된 바와 같이, 방청 코팅재가 패스너 위에 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 방청 코팅재는 항공기 프레임에 통상적으로 사용되는 타입, 예를 들면, 내식성 물질의 외부 코팅을 갖는 통상적인 리벳 타입의 패스너에 의해 실행될 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 패스너는 상기 언급한 타입일 수 있는 생크(shank)(10) 및 헤드(11)(이들은 모두 고체 금속이다)를 포함하며, 상기 리벳의 전체 표면은 본 발명에 따라 제공되는 보호 내식성 코팅재(12)에 의해 코팅된다. 상기 리벳은 통상적으로 억지끼워맞춤식이어서, 상기 생크에서 코팅재(12)의 외부 표면 직경은, 예를 들면, 프레싱(pressing) 또는 햄머링(hammering)에 의해 강제적인 시트 또는 다른 구조 물질의 구멍 직경보다 다소 더 크다. 이러한 구멍으로의 리벳의 강제 맞춤(forcing)은 코팅시 큰 마찰 응력을 생성한다. 상기 내식성 코팅재는 또한, 이러한 마모성 응력을 방해하기 위해 윤활 효과를 제공할 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 방청 코팅은, 항공기 프레임에 통상적으로 사용되는 타입의 패스너, 조합되어 사용되는 통상적인 나사선 너트(20) 및 나사선 볼트(22)에 의해 실행될 수 있으며, 상기 너트 및 볼트는, 예를 들면, 내식성 물질의 코팅이 다른 유사한 항공기 패스너 부품(예를 들면, 나사, 슬리브 시스템 또는 리벳)에 대해 제공될 수 있음에도 불구하고, 내식성 물질의 외부 코팅재(24)을 갖는다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 볼트는 상기 언급한 타입일 수 있는 생크(26) 및 헤드(28)(이들은 모두 고체 금속이다)를 포함하며, 상기 볼트와 너트의 전체 표면은 본 명세서에 기술된 보호 내식성 코팅재에 의해 코팅된다. 상기 내식성 코팅재는 또한, 너트 및 볼트의 각각의 나사선들 사이에서의 박마 효과를 감소시키기 위해 윤활 효과를 제공할 수 있다.
상기 패스너의 코팅에 유용한 본 명세서에 기술된 것과 같은 코팅 혼합물은 무기 성분의 염 약 4 내지 8중량%, 및 부식 억제제로서의 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염(PCAS) 약 2 내지 15중량%로 이루어진 내식성 조성물을 필수적으로 함유한다. 다른 예에서, 상기 PCAS는 약 2 내지 10중량%로, 다른 예로는 약 3 내지 5중량%로 존재할 수 있으며, 4중량%로 존재할 수 있다. PCAS의 예에서, 상기 알콕시는 메톡시- 또는 에톡시-일 수 있고, 상기 카복실산은 헵탄산, 옥타데칸산, 도데칸산 또는 벤조산일 수 있다. 하나의 예에서, 상기 PCAS는 본 명세서에 기술된 바와 같은 농도로 존재하는 폴리(3-암모늄프로필에톡시실록산)도데칸산 염이다. 상기 무기 염 성분은 아연과 칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 양이온, 및 규산염, 인산염, 탄산염 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온으로부터 형성된다. 이들 성분은 다른 재료를 또한 포함할 수 있는 내식성 조성물의 잔여물을 형성하는 페놀-포름알데히드 열경화성 수지에 현탁된다. 상기 잔여물은, 예를 들면, 이황화몰리브덴, 알루미늄, 폴리프로필렌 또는 이들의 배합물과 같은 안료를 추가로 포함할 수 있다. 상기 잔여물은 약 10 내지 40중량%로 존재한다. 상기 내식성 조성물은 통상적으로 약 40 내지 90중량%의 휘발성 용매 캐리어(이는, 상기 혼합물에 액체 경점성을 제공하지만 도포한 후에 신속한 건조를 제공한다)에 용해 또는 분산된다.
상기 무기 성분은 입자 크기가 10마이크론 이하여야 하며, 여기서, 상기 코팅재 두께는, 많은 패스너의 경우에서와 같이, 0.0001인치 미만으로 조절되어야 한다. 상기 안료는 표준 밀링 기술에 따라 코팅재로 밀링되어야 한다.
상기 양태 각각에 있어서, 상기 부식 억제 성분은 페놀-포름알데히드 열경화성 수지에 현탁되며, 이는, 상기 혼합물에 액체 경점성을 제공하지만 도포한 후 신속한 건조를 제공하는 휘발성 용매 캐리어에 용해된다. 상기 혼합물은 표준 페인트 혼합 기술에 따라 철저하고 균일하게 혼합되어야 한다. 상기 용매는 저분자량 알킬 알코올(예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필 또는 이소프로필 알코올) 또는 유사한 용매, 예를 들면, 메틸 에틸 케톤 또는 휘발성 용매 범위의 석유 증류물(예를 들면, 크실렌 또는 톨루엔), 또는 이들 용매 중의 2개 이상의 혼합물)일 수 있다. 다수의 도포를 위해, 폴리테트라플루오로에틸렌이 코팅재에 또한 포함될 수 있다.
수지 및 용매의 혼합물에 대한 부식 억제 성분들의 비는 약 6 내지 23중량%의 범위일 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌이 사용되는 경우, 상기 비는 수지 및 용매 혼합물의 약 1 내지 10중량%의 범위일 수 있다. 사용된 용매 캐리어의 양은, 상기 캐리어가 분무, 침지 또는 브러싱 등에 의해 도포되는 지의 여부에 따라, 목적하는 유동성 정도를 제공하기에 충분해야 한다.
코팅재를 도포하는 바람직한 방법은, 침지 또는 브러싱이 대신 사용될 수 있음에도 불구하고, 분무에 의한 것이다. 캐리어 용매의 휘발성으로 인해, 상기 용매는 빨리 건조되어 고형화된다. 상기 코팅재는 패스너에 도포된 후 베이킹한다. 패스너에 상기 코팅재를 도포할 때, 패스너 상의 고형화된 코팅재의 두께는 0.0002 내지 0.0005인치로 유지될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 두께 조절은 적절한 나사 핏을 보장하기 위한 나사선 패스너의 경우 및 항공기 특성 간섭 타입 또는 비-간섭 타입 패스너의 경우에 특히 중요하고 바람직하다. 억지끼워맞춤식 패스너는 통상적으로 이들의 직경을 조여지는 구조 부재를 통해 구멍의 것보다 다소 더 크게 만듦으로써 제조된다. 패스너 부품용 구멍을 통한 상기 패스너 부품의 강제 맞춤은 통상적으로 패스너 부품의 코팅 표면의 마모를 유발하고, 패스너 부품이 강제로 맞춰지는 구멍 및 주위의 작업 중인 제품 구조 표면에 손상을 일으킬 수 있다. 이들 발명에 따라 도포되는 내식성 코팅재가 종종 코팅재 분해를 방지하고, 패스너 부품에 대한 코팅재의 부착 유지를 돕기 위해 패스너 부품을 윤활시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
표면에서 건조된 코팅재는 패스너 부재(예를 들면, 너트 및/또는 볼트, 리벳 등)와 같은 금속 표면, 또는 다른 금속 부품이나 구조물의 금속 표면 위에 존재할 수 있다. 상기 건조된 코팅재 또는 건조된 필름은 건조 필름에 5 내지 30중량%의 PCAS 비를 가질 수 있다. 다른 예에서, 10 내지 20중량%, 다른 예로 16중량%로 존재한다. 상기 코팅재는 약 15 내지 30중량%의 무기 성분의 염과, 잔여량의 잔여물을 가질 수 있다. 상기 잔여물은, 예를 들면, 상기 코팅재의 약 55 내지 80중량%일 수 있다. 상기 잔여물은 본 명세서에 기술된 성분 중의 어느 하나로 구성될 수 있다.
실시예
부식 시험 결과
각종 부식 억제제(1-크롬산스트론튬, 2-BTTSA + BTTSA 아민 + 염 혼합물, 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염(PCAS) + 염 혼합물)를 갖는 3개의 내식성 코팅재가 티탄 패스너를 코팅하기 위해 사용되며, 이는 조립체를 형성하기 위해 알루미늄 합금 블록에 삽입된다. 각각의 조립체는 500시간 동안 중성 염 분무 시험(5% 염화나트륨 용액)에 노출시킨다. 5% 염화나트륨 용액을 ASTMB117 표준에 따라 95℉에서 염 분무 챔버의 조립체에 분무한다. 500시간 노출 후, 상기 조립체를 따로 꺼내고, 패스너와 접하는 알루미늄 표면을 부식 공격(피트(pit))에 대해 검사한다. 결과가 하기 표 1에 제시되어 있다:
부식 억제제 % 부식 억제제 부식 피트 갯수
크롬산스트론튬 2.5 없음
BTTSA + BTTSA 아민 + 염 혼합물 4 + 4 + 4 없음
PCAS + 염 혼합물 2 내지 15 + 4 없음
새로운 방청 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염 부식 억제제의 부가는, 선행의 크롬산염-부재 코팅재와 동등한 내식성 성능을 유지하는 능력을 가능하게 한다.
토크/장력 시험 결과
토크/장력 시험은 나사선 패스너 조립체의 마찰 성능을 평가하기 위해 패스너 공업에서 통상적으로 사용된다. 이 시험을 위해 사용되는 장치는 도 5에 예시되어 있다.
잠김 토크(locking torque) 및 마찰계수는 자동 잠금 너트와 조립된 볼트에서 측정한다. 이 시험은 상기 조립체에서 장력을 측정할 수 있는 하중 셀(load cell)(32)로의 볼트의 설치로 이루어지며, 장치는 토크를 측정할 수 있는 너트에 회전을 도포하기 위해 사용된다. 상기 장치를 사용하여, 셀 위에서 너트의 접촉을 갖기 전에 반응 토크를 측정하며, 반응 토크의 최대값을 잠김 토크라 부른다.
상기 너트가 조립체와 접촉되는 경우, 상기 표적 설치 토크를 도포하고, 볼트의 장력을 기록한다. 따라서, 이들 2개 측정치는 너트와 볼트 사이에서 마찰계수를 측정할 수 있도록 한다.
각종 부식 억제제를 함유하는 코팅재는 하기 표 2의 결과에 제시된 바와 같이 시험한다.
부식 억제제
(볼트 위의 코팅재)		 크롬산스트론튬 크롬산스트론튬 PCAS + 염 혼합물
부식 억제제
(너트 위의 코팅재)		 BTTSA + BTTSA 아민 +
염 혼합물		 PCAS + 염 혼합물 PCAS + 염 혼합물
1회의 조임 사이클 후
잠김 토크 (N.m)		 6.37 6.63 6.47
2회의 조임 사이클 후
잠김 토크 (N.m)		 7.51 7.58 5.94
3회의 조임 사이클 후
잠김 토크 (N.m)		 10.04 10.82 7.35
1회의 조임 사이클 후
마찰계수		 0.092 0.089 0.084
2회의 조임 사이클 후
마찰계수		 0.085 0.083 0.078
3회의 조임 사이클 후
마찰계수		 0.087 0.091 0.080
너트 및 볼트에 도포시, 부식 억제제로서의 PCAS를 포함하는 본 발명의 코팅 조성물로부터 형성된 새로운 방청 코팅재가 선행의 코팅재 제형보다 잠김 토크에 대해 더 양호한 내마모성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. PCAS의 도포는 부품에 사용시 및, 또한 서로 접하는 인접 표면, 예를 들면, 너트 및 볼트에 사용시 마찰계수를 감소시킴을 알 수 있다. 동적 마찰계수는 서로에 대해 움직이는 부품(예를 들면, 너트 및 볼트)의 경우 감소된다. 카복실산 쇄는 표면 사이에 마찰계수의 감소에 기여한다. 마찰계수의 감소는 박마의 감소에 기여한다.
부식 억제제로서의 PCAS를 포함하는 본 발명의 방청 코팅 조성물은 상호작용하는 물질들 사이에 갈바니 부식의 전개를 방해하는 부식에 대한 통상적인 수동적 장벽을 제공할 뿐만 아니라, 패스너와 알루미늄 부재의 결합시 활성 장벽을 제공함을 이해해야 하는데, 이는, 본 발명의 방청 코팅 조성물에 사용되는 알칼리성 PCAS의 유기 분자가, 당해 분자의 활성 아민으로 인한 표면 결합을 통해 패스너에 대해 자체 배향됨으로써, 상기 분자의 소수성 탄소 골격이 패스너의 금속 표면으로부터 멀리 자체 배향되는 것으로 밝혀졌기 때문이다. 패스너가 알루미늄 프레이밍에 위치하면, 이 배향은 수산화아연 단위의 형성과 함께 작용하고, 갈바니 부식 효과가 감소하도록 물 분자의 침투를 방해하는 소수성 층을 생성한다. 또한, 상기 알칼리성 PCAS는 수지(예를 들면, 페놀-포름알데히드 수지)와 거의 반응하지 않으며, 상기 알칼리성 PCAS의 사용은 생성물의 안정성 및 저장 수명을 촉진하도록 한다.
본 명세서에 기술된 코팅재가 패스너에 대한 코팅재로서의 용도에 대해 특별한 참조로 기술되었지만, 상기 코팅재는 패스너로 제한되지 않고, 일반적으로 부식 보호 및 윤활을 필요로 하는 기타 표면들, 예를 들면, 고온 기구 스틸 또는 합금 스틸로 제조된 기타 부품에 도포될 수 있다. 마찬가지로, 패스너에 통상적으로 도포되는 것만큼 얇은 코팅재를 항상 도포할 필요는 없으며, 더 두꺼운 코팅재가 다른 도포를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 특별한 형태가 예시되고 기술되었지만, 각종 변형이 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고 수행될 수 있음이 전술한 것으로부터 분명해 질 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의한 것을 제외하고는 한정시키고자 하지 않는다.

Claims (39)

  1. 내식성(corrosion resistant) 조성물을 함유하는 외부 방청용 코팅재(exterior anti-corrosion coating)를 갖는 부품에 있어서, 도포되는 상기 내식성 조성물이
    아연과 칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 양이온과 규산염, 인산염, 탄산염 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온으로부터 형성된 무기 성분의 염 약 4 내지 8중량% 및
    부식 억제제(corrosion inhibitor)로서의 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염 약 2 내지 15중량%를 포함하며,
    상기 무기 성분의 염 및 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염은 중합체성 수지를 포함하는 잔여물(remainder)에 현탁되고, 상기 생성된 코팅재는 건조되고 베이킹되는, 개선점.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잔여물이 폴리테트라플루오로에틸렌을 추가로 포함하는, 개선점.
  3. 제1항에 있어서, 상기 잔여물이 이황화몰리브덴, 알루미늄, 폴리프로필렌 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 안료를 추가로 포함하는, 개선점.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내식성 조성물이 휘발성 용매 캐리어에 용해되는, 개선점.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무기 성분의 염이 10마이크론 이하의 입자 크기를 갖는, 개선점.
  6. 제1항에 있어서, 상기 내식성 조성물이 휘발성 용매 캐리어에 용해되고, 상기 부품의 외부 코팅재가 건조되고 베이킹되는, 개선점.
  7. 제1항에 있어서, 상기 부품이 패스너(fastener)를 포함하는, 개선점.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중합체성 수지가 페놀-포름알데히드 열경화성 수지를 포함하는, 개선점.
  9. 제1항에 있어서, 상기 중합체성 수지가 수계(water based) 중합체성 수지를 포함하는, 개선점.
  10. 아연과 칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 양이온과 규산염, 인산염, 탄산염 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온으로부터 형성된 무기 성분의 염 약 4 내지 8중량%, 및 부식 억제제로서의 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염 약 2 내지 15중량%를 포함하는 내식성 코팅재를 제공하는 단계;
    중합체성 수지를 포함하는 잔여물에 상기 무기 성분의 염, 및 상기 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염을 현탁시켜 방청 코팅재를 형성하는 단계;
    상기 방청 코팅재를 부품에 도포하는 단계 및
    상기 부품 위의 상기 방청 코팅재를 건조 및 베이킹시키는 단계를 포함하는, 잠금 시스템(fastening system)의 부품 상에 방청 코팅재를 제공하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 잔여물에 현탁시키는 것이, 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 잔여물에 현탁시키는 것을 포함하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 잔여물에 현탁시키는 것이, 이황화몰리브덴, 알루미늄, 폴리프로필렌 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 안료를 포함하는 잔여물에 현탁시키는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서, 도포 전에 휘발성 용매 캐리어에 용해된 상기 내식성 조성물을 제공하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 무기 성분의 염을 제공하는 것이, 입자 크기가 10마이크론 이하인 무기 성분의 염을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 잔여물 중의 상기 현탁액이 휘발성 용매 캐리어에 용해되고, 상기 용액이 상기 부품에 도포되고, 상기 부품의 상기 코팅재가 건조 및 베이킹되는, 방법.
  16. 제10항에 있어서, 부품에 상기 방청 코팅재를 도포하는 것이 패스너에 코팅재를 도포하는 것을 포함하는, 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 중합체성 수지를 포함하는 잔여물에 상기 무기 성분의 염 및 상기 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염을 현탁하는 것이, 페놀-포름알데히드 열경화성 수지를 포함하는 잔여물에 상기 무기 성분의 염 및 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염을 현탁하는 것을 포함하는, 방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 중합체성 수지를 포함하는 잔여물에 상기 무기 성분의 염 및 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염을 현탁하는 것이, 수계 중합체성 수지를 포함하는 잔여물에 상기 무기 성분의 염 및 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염을 현탁하는 것을 포함하는, 방법.
  19. 제10항에 있어서, 내식성 코팅재를 제공하는 것이, 약 3 내지 5중량%의 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 내식성 코팅재를 제공하는 것이, 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염의 제공을 포함하며, 이때 상기 알콕시는 메톡시- 및 에톡시-의 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 내식성 코팅재를 제공하는 것이, 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염의 제공을 포함하며, 이때 상기 카복실산은 헵탄산, 옥타데칸산, 도데칸산 또는 벤조산의 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  22. 제10항에 있어서, 내식성 코팅재를 제공하는 것이, 약 2 내지 15중량%의 폴리(3-암모늄프로필에톡시실록산)도데칸산 염을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 내식성 코팅재를 제공하는 것이, 약 3 내지 5중량%의 폴리(3-암모늄프로필에톡시실록산)도데칸산 염을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
  24. 아연과 칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 양이온과 규산염, 인산염, 탄산염 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온으로부터 형성된 무기 성분의 염 4 내지 8중량%;
    부식 억제제로서의 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염 2 내지 15중량% 및
    캐리어 용매 40 내지 90중량%로 필수적으로 이루어지고,
    상기 무기 성분의 염 및 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염은, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 안료(이는 이황화몰리브덴, 알루미늄, 폴리프로필렌 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다)를 갖는 중합체성 수지인 잔여물 10 내지 40중량%에 현탁되는, 내식성 조성물.
  25. 제24항에 있어서, 상기 캐리어 용매가 휘발성 용매 캐리어인, 조성물.
  26. 제24항에 있어서, 상기 캐리어 용매가 저분자량 알코올 또는 메틸에틸케톤인, 조성물.
  27. 제24항에 있어서, 상기 무기 성분의 염이 10마이크론 이하의 입자 크기를 갖는, 조성물.
  28. 제24항에 있어서, 상기 중합체성 수지가 페놀-포름알데히드 열경화성 수지를 포함하는, 조성물.
  29. 제24항에 있어서, 상기 중합체성 수지가 수계 중합체성 수지를 포함하는, 조성물.
  30. 표면을 갖는 금속 패스너 부재(fastener element), 및
    상기 금속 부재 표면 위의 코팅재(여기서, 상기 코팅재는 아연과 칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 양이온과 규산염, 인산염, 탄산염 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온으로부터 형성된 무기 성분의 염 약 15 내지 30중량%, 부식 억제제로서의 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염 5 내지 30중량%를 포함하고, 상기 무기 성분의 염 및 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염은 중합체성 수지를 포함하는 잔여물 55 내지 80중량% 중에 존재한다)를 포함하는, 코팅된 금속 패스너 부재.
  31. 제30항에 있어서, 상기 패스너 부재가 너트 및 볼트 중의 하나인, 부재.
  32. 제30항에 있어서, 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염이 10 내지 20중량%로 존재하는, 부재.
  33. 제30항에 있어서, 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염이 5 내지 30중량%의 폴리(3-암모늄프로필에톡시실록산)도데칸산 염인, 부재.
  34. 제30항에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌을 추가로 포함하는, 부재.
  35. 제30항에 있어서, 이황화몰리브덴, 알루미늄, 폴리프로필렌 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 안료를 추가로 포함하는, 부재.
  36. 제30항에 있어서, 아연과 칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 양이온과 규산염, 인산염, 탄산염 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온으로부터 형성된 무기 성분의 염 약 15 내지 30중량%, 부식 억제제로서의 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염 5 내지 30중량%를 포함하고, 상기 무기 성분의 염 및 상기 알칼리성 폴리(3-암모늄프로필알콕시실록산)카복실산 염은 중합체성 수지를 포함하는 잔여물 55 내지 80중량% 중에 존재하는 코팅재를 갖는 상보적(complimentary) 패스너 부재에 맞물리는(engaged), 부재.
  37. 본 명세서에 기술된 바와 같은 코팅재로 코팅된 금속 표면.
  38. 본 명세서에 기술된 바와 같은 코팅재로 코팅된 너트 및 볼트.
  39. 본 명세서에 기술된 바와 같은 조성물을 갖는 코팅재의 도포에 의한 금속 표면의 보호 방법.
KR1020117024014A 2009-03-13 2010-03-12 방청 및 저마찰 코팅재 KR101747673B1 (ko)

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