KR20130034469A

KR20130034469A - 나노 세라믹 코팅 강관

Info

Publication number: KR20130034469A
Application number: KR1020110098494A
Authority: KR
Inventors: 김성길; 최대원; 주낙형; 박종원
Original assignee: 주식회사 비앤비; 동양철관 주식회사
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-05
Also published as: KR101316649B1

Abstract

본 발명은 금속 및 콘크리트 구조물의 방식(anti-corrosion) 코팅용 조성물이 코팅된 세라믹 코팅 강관으로서, 폴리머 수지, 경화제, 세라믹 분말, 및 충진재로서 층상 실리케이트와 나노사이즈 판상 유리 플레이크를 포함하는 2성분계를 포함하고, 상기 나노사이즈 판상 유리 플레이크는 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 두께보다 작은 길이를 가지며, 상기 코팅층의 코팅면에 대해 평행하게 배열되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관을 제공한다.

Description

나노 세라믹 코팅 강관 {NANOSIZED CERAMIC COATING STEEL}

본 발명은 나노 세라믹 코팅 강관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 및 콘크리트 구조물의 방식(anti-corrosion) 코팅용 조성물이 코팅된 세라믹 코팅 강관으로서, 폴리머 수지, 경화제, 세라믹 분말, 및 충진재로서 층상 실리케이트와 나노사이즈 판상 유리 플레이크를 포함하는 2성분계를 포함하고, 상기 나노사이즈 판상 유리 플레이크는 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 두께보다 작은 길이를 가지며, 상기 코팅층의 코팅면에 대해 평행하게 배열되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관에 관한 것이다.

일반적으로 음용수, 생활하수나 공장폐수, 도로의 배수, 농업용수나 공업용수의 급수, 도시가스, 각종 유체의 이송을 위해 강관이 널리 사용된다.

이들 강관의 내외부는 녹 방지나 외부충격에 의한 손상을 방지하기 위하여 코팅제를 사용하여 피복을 하고 있다. 여기에 사용되는 코팅제는 부식 및 침식을 방지하기 위하여, 부식을 유발하는 원소 또는 분자에 대한 확산 속도가 낮은 경화형 폴리머 수지 내에 이들 확산을 더욱 저지할 수 있는 세라믹계 충진재가 첨가된 코팅제가 널리 사용되어 왔다.

이러한 부식은 대부분 수분(H₂O), 산소(O₂), 이산화탄소(CO₂), 할로겐족 원소(Cl, Br 등) 등의 침투에 의해 발생하고, 특히 산 또는 알칼리 이온, 오존 등의 성분에 의해 그 정도가 촉진된다. 이에 대해, 상기와 같이 세라믹계 충진재를 사용하는 경우, 이들 부식 유발 물질의 확산을 저지하게 된다. 즉, 충진재의 첨가는 부식 유발 물질의 확산 경로를 우회하게 하여 침투 길이를 증가시키기 때문에, 부식 유발 물질의 투과도를 감소시켜 이들 코팅제의 방식 성능이 개선된다.

상기와 같이 층상 세라믹 충진재가 첨가된 코팅층의 투과도(P)는, 하기 식 1에서와 같이, 기지 재료의 투과도(P₀)의 함수로 나타낼 수 있다

(1)

상기 식에서, ψ _f 는 충진재 분율이고, τ는 확산 경로의 구부러짐 정도를 나타내는 인자(tortuosity factor)이다.

코팅층에 평행하게 배열된 판상의 충진재를 가진 경우, 확산 경로의 구부러짐 정도를 나타내는 인자(τ)는 하기 식 2와 같이 주어진다.

(2)

상기 식에서, L은 판상 충진재의 장축 길이이고, W는 판상 충진재의 두께이다.

상기 식 1 및 2를 참조하면, 충진재를 포함하고 있는 코팅층을 통한 부식 유발 물질의 투과도는 폴리머 기지 자체의 투과도(P₀), 충진재의 분율(ψ _f ), 충진재의 종횡비(aspect ratio)(L/W)에 의하여 좌우되는 것임을 알 수 있다.

따라서, 코팅 재료의 방수 및 방식 성능을 증가시키기 위해서는 투과도가 낮은 폴리머 기지를 선정해야 하고, 종횡비가 큰 충진재의 첨가 분율을 증가시켜야 한다. 이에 따라, 수 내지 수십 나노 미터 두께를 가져 종횡비가 매우 높은 층상 실리케이트 재료를 폴리머 기지 내에 충진재로 사용한 내식 코팅층이 다양하게 제공되어 있다.

그러나, 상기 나노미터 두께의 층상 실리케이트 재료를 충진재로 사용한 코팅 재료는, 부식 유발 물질의 투과도가 폴리머 기지만을 사용한 코팅 재료에 비하여, 최대 10% 정도 감소하는 것에 그친 것으로 보고되고 있다. 이것은 층상 실리케이트 충진재가 1 마이크론 크기 정도의 도메인 내에서는 서로 같은 방향으로 배열되어 있으나, 이들 도메인이 코팅층 내에서 불규칙하게 배열되어 있어 충진재의 차단 효과가 떨어지기 때문인 것으로 알려져 있다. 즉, 코팅제 내에 첨가된 층상 실리케이트 재료가 불규칙적으로 배열되면 코팅면과 이루는 각도가 증가함에 따라 코팅층의 투과도 증가로 나타나게 된다.

따라서, 코팅층을 통한 부식 유발 물질의 투과도를 감소시켜 방식(anti-corrosion) 성능을 개선하기 위해서는, 첨가된 층상 충진재의 종횡비(L/W)가 수백 이상으로 커야 하며, 이들이 코팅면에 평행하게 배열되어야 한다. 그러나, 현재 사용 가능한 층상 실리케이트 재료의 종횡비는 대부분 6 내지 40 정도의 범위를 가지는 것이 일반적이며(E. Picard et al, Journal of Membrane Science 292:133-44(2007), 이들 재료를 코팅층과 평행한 방향으로 균일하게 배열하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

이와 관련하여, 판상형 충진재를 코팅층과 평행하게 배열하는 방법이 미국 등록특허 제4,443,503호에 개시되어 있다. 즉, 종횡비가 충분히 큰 판상형 유리 플레이크를 사용하여 코팅층과 평행하게 배열되도록 하는 방식이다. 이를 위해, 상기 특허에서는 판상형 충진재의 장축 길이가 코팅층의 두께와 유사하거나 더 길어야 하며, 이와 같은 큰 종횡비를 가지는 충진재를 사용한 코팅층은 기존의 충진재가 불규칙하게 배열된 코팅층에 비하여 현저하게 향상된 방식(anti-corrosion) 특성을 나타낸다.

그러나, 이와 같이 코팅층의 두께와 유사한 길이 또는 더 긴 길이를 갖는 충진재의 사용은 하기와 같은 몇 가지 문제점들을 가지고 있다.

첫째, 코팅층 표면으로 충진재가 돌출되거나, 코팅층이 평탄화(leveling) 되는 것을 충진재가 방해하여 코팅층 표면이 매끄럽지 못하게 된다. 따라서, 이와 같이 긴 길이의 충진재의 사용은 코팅층의 외관 불량을 유발하게 된다.

둘째, 코팅 과정에서 코팅층 내부에 기공 포획이 쉽게 일어나 핀홀(pin hole) 등의 결함이 많이 발생하게 된다. 대부분의 코팅층은 스프레이, 브러쉬, 어플리케이터 등을 사용하여 막을 형성하는 것이 일반적인데, 이 과정에서 기포가 코팅층 내에 발생 또는 포집된다. 이들 기포의 대부분은 부력에 의하여 코팅층 상부로 부유되어 제거되는 것이 일반적이다. 그러나, 충진재의 장축 길이가 증가하면 기포가 충진재에 의하여 포집될 확률이 증가하고, 이는 핀홀 등 코팅층의 결함 발생에 따른 성능 저하로 이어지게 된다.

마지막으로, 코팅층이 휘발성 물질을 함유하고 있을 경우, 이들 휘발성 물질이 외부로 확산되는 것이 충진재에 의하여 방해를 받게 되어 코팅층의 건조 및 경화 시간이 증가하게 된다. 이에 따라 코팅의 작업 시간이 증가하고, 이는 공정 비용의 증가로 이어지게 된다.

따라서, 부식 유발 물질의 투과도를 감소시키면서 상기의 문제점들을 초래하지 않는 코팅용 조성물 개발 및 이를 코팅한 강관에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 금속 및 콘크리트 구조물의 방식(anti-corrosion) 코팅용 조성물이 코팅된 세라믹 코팅 강관으로서, 상기 코팅제의 특성을 기반으로 강관에 적용하기 위한 작업성 및 강관으로서 요구되는 다양한 물성을 만족하는 나노 세라믹 강관으로 종래기술의 문제점을 해소할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 세라믹 코팅 강관은, 금속 및 콘크리트 구조물의 방식(anti-corrosion) 코팅용 조성물이 코팅된 세라믹 코팅 강관으로서, 폴리머 수지, 경화제, 세라믹 분말, 및 충진재로서 층상 실리케이트와 나노사이즈 판상 유리 플레이크를 포함하는 2성분계를 포함하고, 상기 나노사이즈 판상 유리 플레이크는 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 두께보다 작은 길이를 가지며, 상기 코팅층의 코팅면에 대해 평행하게 배열되는 특성을 갖는 코팅용 조성물이 코팅된 구조로 구성될 수 있다.

상기 코팅용 조성물을 사용하여 금속 및 콘크리트 구조물에 소정의 코팅층을 형성할 때, 코팅층의 두께보다 작은 길이를 가진 판상 유리 플레이크가 코팅층의 코팅면에 대해 평행하게 배열되는 이유는 명확하지 않다. 다만, 본 발명의 범주가 한정적으로 해석되지 않는 범위에서 다음과 같이 추측된다.

층상 실리케이트와 판상 유리 플레이크를 함께 첨가하면, 판상 유리 플레이크가 배열된 층들 사이에 위치한 층상 실리케이트의 구속 효과(constraining effect)에 의해, 상기와 같은 충진재의 규칙적인 배열 현상이 일어나는 것으로 생각된다. 구체적으로, 판상 유리 플레이크들 사이에 층상 실리케이트가 위치함으로써 판상 유리 플레이크의 움직임을 구속하게 되고, 그에 따라, 판상 유리 플레이크를 일정한 방향으로 배열하는 효과를 나타내는 것으로 예상된다.

이러한 현상은 충진재로서 층상 실리케이트를 사용하는 기술과 판상 유리 플레이크를 사용하는 기술이 각각 공지되어 있는 상황에서 전혀 예상하지 못한 현상으로서, 본 발명이 이들 종래기술들의 단순한 조합에 의해 얻어질 수는 없음을 입증한다.

상기 폴리머 수지는 부식을 유발하는 원소 또는 분자에 대한 확산 속도가 낮은 폴리머 수지라면 한정되지 않고 사용될 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 상기 폴리머 수지는 열가소성 에폭시 수지일 수 있다. 더욱 바람직하게는, CTBN(Carboxyl terminated polybutadiene acrylonitrile copolymer) 변성 에폭시 수지일 수 있다.

따라서, 상기 열가소성 에폭시 수지는 범용 열경화성 수지와는 달리 열가소성 에폭시 수지 자체의 점도가 낮기 때문에 코팅제의 점도가 낮아져서 비반응성 희석제가 필요하지 않으므로, 희석이나 녹일 필요 없는 무용제형(100%)으로 제조하기가 용이하고, 코팅제는 연성을 지니므로 내굴곡성과 내충격성이 우수한 장점이 있다.

상기 폴리머 수지는 조성물 전체 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 30% 중량% 미만으로 포함하는 경우에는 수지의 절대량이 부족하여 기지 재료(matrix)로서의 바인더 역할을 할 수 없어서 경화제와의 가교 결합시 가교 밀도가 떨어져 내산성, 내알칼리성과 같은 물성이 저하될 수 있으며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 흐름성이 증가하고 기타 성분의 함량이 부족하여 물성 및 작업성이 불량하게 될 수 있다.

상기 열가소성 에폭시 수지는 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 및 수첨 비스페놀 A형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

상기 경화제는 폴리머 수지가 상온에서 경화될 수 있도록 하는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 아민계 경화제일 수 있으며, 바람직하게는, 변성 치환족 아민일 수 있다.

상기 아민계 경화제는 조성물 전체 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기의 조성 범위는 폴리머 수지와의 당량비를 바람직하게는 1:1로 맞추기 위한 적절한 비율로서, 한쪽 성분이 과량으로 존재할 경우에는 미반응된 과잉의 물질이 조성물 내에 잔존하여 건조가 느려지고 가교밀도가 낮아져 내수성, 내후성 등의 물성이 불량해질 수 있다.

상기 세라믹 분말은 입도 분포가 0.2 내지 50 ㎛ 범위의 산화티탄, 탈크, 탄산칼슘, 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 세라믹 분말은 도료에서의 안료 성분으로 색상, 은폐력 부여, 내구력 향상, 기계적 강도 보강, 작업성 향상 및 광택 조정의 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 세라믹 분말은 조성물 전체 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%으로 포함될 수 있다. 10 중량% 미만으로 함유하는 경우에는 기계적 강도가 저하될 수 있고, 50 중량%를 초과하는 경우에는 임계 안료 체적 농도를 초과하여 도료제조가 곤란하고 도막 물성이 급격히 저하될 수 있다.

상기 층상 실리케이트는, 예들 들어, 몬모릴로나이트(montmorillonite), 운모(mica), 카올리나이트(kaolinite) 및 질석(vermiculate)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 바람직하게는 입도 분포가 0.1 내지 30 ㎛ 범위일 수 있다.

상기 판상 유리 플레이크는, 앞서 설명한 바와 같이, 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 두께보다 작은 길이를 가지는 바, 장축의 평균 길이가 코팅층의 두께 대비 1/4 이하인 것이 바람직하다. 이로 인해, 앞서 설명한 바와 같은 종래기술에서 장축의 길이가 코팅층의 두께보다 커짐으로써 발생하는 문제점들을 해결할 수 있다.

또한, 상기 판상 유리 플레이크는 조성물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 1 중량% 미만으로 포함하는 경우에는 판상 유리 플레이크 고유의 기능을 제대로 발휘하기 어려울 수 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 점도가 상승하여 작업성이 불량해질 수 있다. 더욱 바람직한 함량 범위는 2 내지 10 중량%일 수 있다.

상기 구조에서, 판상 유리 플레이크는 장축의 평균 길이가 10 내지 50 ㎛이고, 두께가 0.1 내지 0.5 ㎛일 수 있다

상기 층상 실리케이트는 폴리머 수지를 포함하는 조성물 내에서 단일층 내지 수십 층으로 구성된 판상 형태로 박리(exfoliation)되어 균일하게 분산되어 있는 것이 중요하기 때문에, 유기물로 인터칼레이션(intercalation) 처리된 유기 층상 실리케이트(organic silicates) 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

경우에 따라서는, 상기 재료에 통상적인 고속/고온 교반, 초음파 분산법 등의 방법을 적용할 수도 있다.

층상 실리게이트는 조성물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 1 중량% 미만으로 포함하는 경우에는 충진재의 차단 효과를 발현하기 어려울 수 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 점도가 급격히 증가하여 도료 제조가 곤란하고 도막 물성이 급격히 저하될 수 있다. 더욱 바람직한 함량 범위는 2 내지 7 중량%이다.

상기 코팅용 조성물은, (a) 폴리머 수지, 세라믹 분말, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 반응성 희석제를 혼합한 주제 성분; 및 (b) 아민계 경화제, 세라믹 분말, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 희석제를 혼합한 경화제;의 혼합물 형태일 수 있다.

상기 구조에서, 주제 성분(a)와 경화 성분(b)는 부피 기준으로 1:3 내지 3:1의 비율로 혼합되며, 주제 성분(a) 중의 폴리머 수지와 경화 성분(b) 중의 아민계 경화제의 당량비가 2:1일 수 있다. 이러한 범위는 주제 성분(a) 중의 폴리머 수지와 경화 성분(b) 중의 아민계 경화제의 당량비가 바람직하게는 1:1로 조절되는 범위에서 결정할 수 있다.

상기 첨가제는 도막의 형성, 도막 물성의 향상 및 작업성 향상을 위해 조성물에 포함되며, 여기에는 소포제, 분산제, 가소제, 증점제, 침강방지제, 접착증진제, 커플링제 등이 사용될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 첨가제는 주제 성분(a)의 전체 중량을 기준으로 2 내지 10 중량%, 및 경화 성분(b)의 전체 중량을 기준으로 1 내지 6 중량%로 조성물 내에 포함될 수 있다. 상기의 범위보다 적은 양을 포함하는 경우에는 도막 및 작업성에 문제점이 발생할 수 있고, 상기의 범위를 초과하는 경우에는 도막에서의 크레이터링 발생 또는 도막의 열화 현상이 발생할 수 있다.

상기 반응성 희석제는 점도를 조정하여 작업성을 향상시키고 도막 두께를 조절하며 코팅 재료의 저장 안정성에 기여한다. 이러한 희석제는 상기의 목적을 달성할 수 있는 물질이면 특별히 한정되지 않는다. 희석제로 사용될 수 있는 비제한적인 예로는, 부틸글리시딜에테르, 페닐그리시딜에테르, 지방족 글리시딜에테르(C₁₂~C₁₄) 등의 반응성 희석제를 들 수 있다.

상기 반응성 희석제는 주제 성분(a)과 경화 성분(b) 각각에, 각각의 중량을 기준으로 1 내지 15 중량%로 조성물 내에 포함될 수 있다. 1 중량% 미만으로 포함하는 경우에는 희석 효과가 떨어져 점도가 높고 교반이 불가능해질 수 있으며, 15 중량부를 초과하는 경우에는 조성물의 점도가 지나치게 감소하여 도막 두께를 확보하기 곤란하고 부착성이 저하될 수 있다.

상기 조성물에서, 주제 성분(a)와 경화 성분(b)에 모두 포함되는 세라믹 분말, 층상 실리케이트와 나노사이즈 판상 유리 플레이크, 첨가제, 희석제 등은 그것의 종류가 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 코팅층의 두께는 200 내지 500 ㎛일 수 있다. 이러한 코팅층은 앞서 설명한 바와 같이, 판상 유리 플레이크가 코팅면에 대해 평행하게 배열되어 있는 것을 특징을 갖는다.

1회 도장작업에서 얻을 수 있는 건조 코팅두께가 약 100 내지 500 ㎛이기 때문에, 상기 건조 코팅두께가 500 ㎛ 두께 범위보다 클 경우에는 코팅 두께가 두꺼워 내구성은 우수해지나 도장 작업 횟수가 늘어나 작업시간이 길어지기 때문에, 현장작업성과 생산성이 떨어지는 문제점이 발생하고, 상기 건조 코팅두께가 100 ㎛ 두께보다 작을 경우에는 작업시간이 단축되는 장점은 있으나 건조도막두께가 얇아 내구성과 방식성이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 두께가 100 ㎛ 미만일 경우에는 도막이 오랫동안 견디지 못하고 닳아 없어지기 때문에 수시로 도장을 다시 해야 하는 문제점이 발생한다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 나노 세라믹 코팅 강관은, 금속 및 콘크리트 구조물의 방식(anti-corrosion) 코팅용 조성물이 코팅되어 있고, 첨가된 충진재가 코팅면에 평행하게 배열되어 우수한 방식 성능을 제공하며, 코팅층 내의 핀홀과 같은 결함의 발생을 방지하고, 코팅층 내에 첨가되는 무기질 재료의 함량을 낮춤으로써 밀도 감소 및 점도 감소에 의한 코팅층의 흐림 결함을 방지하여, 생산성의 증가 및 방식 코팅의 우수한 종합 성능을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나노 세라믹 코팅제를 이용한 강관의 도장공정의 단계를 예시적으로 나타낸 흐름도이다;
도 2는 본 발명에 따른 나노 세라믹 코팅제를 이용한 강관을 제조하는 도장 장치의 측면 모식도이다;
도 3은 실시예 1의 코팅층의 단면 미세 조직을 주사 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.

이하에서는 실시예 등을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명에 따른 나노 세라믹 코팅제를 이용한 강관의 도장공정의 순서를 예시적으로 나타낸 흐름도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 나노 세라믹 코팅제를 이용한 강관을 제조하는 도장 장치의 측면 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 강관은 코팅 작업을 수행하기 위해 콘베이어에 이송 및 안착된다(S 100).

도장장치에는 나노 세라믹 코팅제(210) 및 나노 세라믹 코팅제(210)를 분사하도록 하기 위한 분사기(200)가 형성되어 있고, 나노 세라믹 코팅제(210)는 분사기(200)를 통하여 이송관(220)을 따라 이송된다.

또한, 이송관(220)으로 이송된 나노 세라믹 코팅제(210)는 분사노즐(230)을 통하여 분사되며, 쇼트 블라스팅이 수행된다(S 200).

여기서, 콘베이어에 안착된 강관 몸체부(100)에는 내/외측에 외부 코팅층(120) 및 내부 코팅층(110)이 형성되어 있고, 강관 몸체부(100)는 화살표 방향으로 회전 및 전/후 방향으로 이동되며 쇼트 블라스팅이 수행된다.

따라서, 강관 몸체부(100)의 내부 코팅층(110)은 분사노즐(230)을 통하여 분사되는 나노 세라믹 코팅제(210)에 의해 균일하게 코팅될 수 있다(S 300).

<실시예 1>

CTBN 변성 에폭시 수지(국도화학 KR-207, 에폭시 당량 190g/eq) 45 중량부, 세라믹 분말(산화티탄, 실리카, 탈크, 탄산칼슘, 마이카) 25 중량부, 층상 실리케이트(Southern Clay Products(Cloisite 93A)) 5 중량부, 나노사이즈 판상 유리 플레이크(Glass flake limitted사의 ECR glass flake) 10 중량부, 첨가제(소포제, 분산제, 가소제, 레벨링제, 증점제, 커플링제) 5 중량부 및 반응성 희석제 10 중량부를 혼합하여 주제 성분(a)을 제조하였다.

또한, 변성 지환족 아민(Air Products사의 Ancamine 2280) 50 중량부, 세라믹 분말(상동) 20 중량부, 층상 실리케이트(상동) 5 중량부, 나노사이즈 판상 유리 플레이크(상동) 10 중량부, 첨가제(소포제, 분산제, 가소제, 수분흡수제) 5 중량부 및 반응성 희석제 10 중량부를 혼합하여 경화 성분(b)를 제조하였다.

상기에서 각각 제조된 주제 성분(a)과 경화 성분(b)을 2:1(부피비)로 혼합하여 코팅용 조성물을 제조하였다.

<비교예 1>

층상 실리케이트와 나노사이즈 판상 유리 플레이크를 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅용 조성물을 제조하였다.

<비교예 2>

층상 실리케이트를 첨가하지 않고, 나노사이즈 판상 유리 플레이크를 주제 성분과 경화제에 각각 10 중량부씩 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅용 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1, 비교예 1 및 2의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.

		실시예 1	비교예 1	비교예 2	비고
주제 성분 (a)	에폭시 수지	45	45	45	국도화학 KR-207
	세라믹 분말	25	25	25	산화티탄, 실리카, 탈크, 탄산칼슘, 마이카
	층상 실리케이트	5	0	0	Southern Clay Products Cloisite 93A
	판상 유리 플레이크	10	0	10	Glass flake limited (ECR glass flake)
	첨가제	5	5	5	소포제, 분산제, 가소제, 레벨링제, 증점제, 커플링제
	희석제	10	10	10	반응성 희석제,
경화성분 (b)	변성 지환족 아민	50	50	50	Air Products Ancamine 2280
	세라믹 분말	20	20	20	상동
	층상 실리케이트	5	0	0	상동
	판상 유리 플레이크	10	0	10	상동
	첨가제	5	5	5	소포제, 분산제, 가소제, 수분흡수제
	희석제	10	10	10	상동

<실험예 1> 코팅면 미세구조

상기 실시예 1 및 비교예 2의 조성물을 도 1의 공정 순서에 따라 airless spray법으로 강판 기지상에 300 ㎛ 두께로 코팅하고, 상온에서 24 시간 동안 경화시킨 후, 단면의 미세 조직을 주사 전자 현미경으로 관찰하였다. 실시예 1의 코팅층의 미세조직이 도 3에 나타나 있다.

도 3을 참조하면, 첨가된 판상 유리 플레이크는 대부분 코팅면에 거의 평행하게 배열되어 판상 유리 플레이크의 단면만이 관찰되는 것을 볼 수 있고, 유리 플레이크 사이에서 관찰되는 흰색의 미세 구조가 층상 실리케이트 충진재이다.

따라서, 층상 실리케이트 재료와 나노미터 크기의 판상 유리 플레이크를 혼합하여 충진재로 사용함으로써 유리 플레이크를 코팅면에 평행하게 배열하는 효과를 얻게 된다.

<실험예 2> 방수/방식 성능 실험

상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 조성물을 실험예 1과 같은 방법으로 코팅한 후, 코팅층의 기본 물성과 투습도 및 내식성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

기본 물성 시험항목에서 핀홀시험은 NACE RP 0188, 굴곡성과 충격성은 KS D 8502, 접착성 시험은 ASTM D 4541, 내마모성는 ASTM D 4060의 시험방법에 따라 시험하였다.

투습도는 MOCON사 투습도 측정 장치인 PERMATRANS-W Model 3/61을 사용하여 ASTM F-1249 규격에 정해진 방법에 따라 측정하였다. 복합사이클 내식성 시험응 KSM ISO 11997-1의 시험방법에 의거하여 내식 성능을 평가하였다.

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비고
핀홀	양호	양호	양호
굴곡성	양호	미세 크랙	양호	1200~1500V
충격성	양호	양호	1㎠	650g/2400㎜
접착성	9.3	8.1	7.4	N/㎟
내마모성	44	75	63	Cs17,1kg, 1000cycles (㎎ loss)
투습도	1.2	310	13	g/m² day
복합 사이클 내식 저항성	0.0%	4.2%	0.5%	300 시간 50 싸이클

표 2를 참조하면, 비교예 2의 조성으로 제조된 코팅층은 비교예 1에 대비하여 수분의 투과도의 현저한 감소가 얻어지는 것을 볼 수 있다. 이러한 현상은 나노미터 두께의 유리 플레이크의 수분 차단 성능이 매우 뛰어나기 때문이다.

그러나, 실시예 1의 조성으로 제조된 코팅층의 수분 투과도는 비교예 2보다 더욱 감소하는 것을 볼 수 있다. 이와 같이 투과도가 획기적으로 감소하는 것은, 이들 이온의 확산에 대하여 첨가된 충진재가 코팅면에 평행하게 규칙적으로 배열되어 있어, 코팅층을 통하여 수직으로 확산하는 물질에 대해서 효과적으로 차단하는 역할을 하기 때문이다.

또한, 투습도의 감소 경향과 유사하게 내식 성능도 증가하는 것을 볼 수 있다. 즉, 코팅층에 평행하게 배열된 판상 유리 플레이크가 수분 및 부식을 유발하는 각종 이온에 대한 차단 저항성을 증가시키고, 코팅의 방수/내식 성능이 개선된다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조로 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims

금속 및 콘크리트 구조물의 방식(anti-corrosion) 코팅용 조성물이 코팅된 세라믹 코팅 강관으로서, 폴리머 수지, 경화제, 세라믹 분말, 및 충진재로서 층상 실리케이트와 나노사이즈 판상 유리 플레이크를 포함하는 2성분계를 포함하고, 상기 나노사이즈 판상 유리 플레이크는 조성물에 의해 형성되는 코팅층의 두께보다 작은 길이를 가지며, 상기 코팅층의 코팅면에 대해 평행하게 배열되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 수지는 열가소성 에폭시 수지이고, 조성물 전체 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 에폭시 수지는 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 및 수첨 비스페놀 A형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 경화제는 아민계 경화제이고, 조성물 전체 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 상기 세라믹 분말은 입도 분포가 0.2 내지 50 ㎛ 범위의 산화티탄, 탈크, 탄산칼슘, 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 조성물 전체 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 층상 실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 운모(mica), 카올리나이트(kaolinite) 및 질석(vermiculate)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 입도 분포가 0.1 내지 30 ㎛ 범위이며, 조성물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 판상 유리 플레이크는 장축의 평균 길이가 코팅층의 두께 대비 1/4 이하이고, 조성물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 7 항에 있어서, 상기 판상 유리 플레이크는 장축의 평균 길이가 10 내지 50 ㎛이고, 두께가 0.1 내지 0.5 ㎛인 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 층상 실리케이트는 유기물로 인터칼레이션(intercalation) 처리된 유기 층상 실리케이트(organic silicates) 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 재료는 고속/고온 교반 또는 초음파 분산법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 코팅용 조성물은, (a) 폴리머 수지, 세라믹 분말, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 반응성 희석제를 혼합한 주제 성분; 및 (b) 아민계 경화제, 세라믹 분말, 층상 실리케이트, 판상 유리 플레이크, 첨가제 및 희석제를 혼합한 경화제;의 혼합물 형태인 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 11 항에 있어서, 상기 주제 성분(a)와 경화 성분(b)는 부피 기준으로 1:3 내지 3:1의 비율로 혼합되며, 주제 성분(a) 중의 폴리머 수지와 경화 성분(b) 중의 아민계 경화제의 당량비가 2:1인 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 11 항에 있어서, 상기 반응성 희석제는 부틸글리시딜에테르, 페닐그리시딜에테르, 및 지방족 글리시딜에테르(C₁₂~C₁₄)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물이 코팅된 나노 세라믹 코팅 강관.
제 1 항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 200 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 나노 세라믹 코팅 강관.