KR20160143188A - 고내열성 코팅제 조성물 - Google Patents

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KR20160143188A
KR20160143188A KR1020150079444A KR20150079444A KR20160143188A KR 20160143188 A KR20160143188 A KR 20160143188A KR 1020150079444 A KR1020150079444 A KR 1020150079444A KR 20150079444 A KR20150079444 A KR 20150079444A KR 20160143188 A KR20160143188 A KR 20160143188A
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Abstract

본 발명은 실리카 졸 55 내지 70중량%, 세라믹 분말 1 내지 10중량% 및 흑연 25 내지 35중량% 를 포함하고 상기 세라믹 분말과 실리카 졸은 중량비로 1 : 18 내지 1 : 35 인 고내열성 코팅제 조성물에 관한 것으로, 1700℃이상의 초극한 온도에서도 우수한 열충격 방호성 및 초고온 내열성을 지니고 용선, 용강 라들(L/D)의 지금부착방지 및 연와 스폴링 억제 효과가 뛰어나며 라들(L/D) 수명연장과 쇳물 비산방지를 통해 용선 유출사고예방 및 안전강화를 구현하고 비점착성, 경도, 부착성, 내습성, 내약품성, 내식성 및 내마모성 등이 뛰어나며 또한 유기용제를 전혀 함유하지 않아 환경오염을 방지하고 친환경적 효과를 구현할 수 있다.

Description

고내열성 코팅제 조성물{Composition for Coating Having High Heat-resistance}
본 발명은 고내열성 코팅제 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 실리카 졸 55 내지 70중량%, 세라믹 분말 1 내지 10중량% 및 흑연 25 내지 35중량%를 포함하고 상기 세라믹 분말과 실리카 졸은 중량비로 1 : 18 내지 1 : 35 인 고내열성 코팅제 조성물에 관한 것이다.
최근 탈황설비, 발전시설, 집진기, 소각로, 소각 보일러 또는 주조장치 로 등 다양한 산업설비 제조시, 금속 용탕의 이송이나 급탕, 지지 등을 실시하는 주탕 박스, 통, 지지 노 등 내부용재, 플로트나 스파우트, 핫 톱 링 및 트랜지션 플레이트 등의 부속 부재로 내열성 코팅제(도료)가 널리 사용되고 있다.
또한, 상기 내열성 코팅제는 특히, 제철, 철강 및 석유화학 등 특정 분야의 산업설비가 각 공정에서 고온의 열에 쉽게 노출되므로 노후화 및 열손실이 발생하기 쉽고 화재의 발생으로 인한 산업재해가 발생하기 쉬우므로, 상기 내열성 코팅제를 사용하여 상기 산업설비를 보호하게 된다.
또한, 실내건축에 사용되는 일반적인 페인트가 고온의 환경에서는 유독가스를 배출하여 화재 등 발생시 유독가스로 인한 인명사고를 야기하므로 상기 내열성 코팅제를 사용하여 유독가스의 발생을 방지하고 건축물의 손상을 최소화하게 된다.
이러한 내열성 코팅제는 주로 100℃ 이상의 고온을 유지하는 물체에 도포되어도 변색, 균열, 연화 또는 박리와 같은 도막의 파손이 정해진 기준 이하로 발생하게 한다. 이를 위한 안료로 알루미늄, 아연, 흑연, 주석, 카드뮴 분말 또는 석영이 사용되고 바인더로는 실리콘 수지 등이 사용되며 약 500℃에서 수 시간 견딜 수 있는 것으로 알려져 있다.
그러나, 종래의 내열성 코팅제는 그 온도 범위가 약 500℃에서 활용되는 한계가 있고 또한, 온도에 따른 피도물의 표면 변화에 대응이 어려울 뿐만 아니라, 내열성을 향상시키기 위하여 첨가된 유기화합물 또는 금속 화합물의 첨가로 인하여 고온에서 유해 물질을 발생시키는 등 중금속 오염에 의한 심각한 공해문제를 내포하고 있다.
특히, 철강산업 등 분야의 용선 L/D, 용강, 장입 L/D, 토페토카, 코크스 오븐도어(Oven door), OLC(Open Ladle Car) 및 기타 지금부착 방지 개소 등에 있어서 종래의 내열성 코팅제가 갖는 한계로 인해, 비산 발생으로 인한 환경오염 문제 및, 연와 스폴링이나 지금부착 등의 억제 필요성이 나날이 크게 증대되고 있다.
따라서, 이러한 문제점을 개선하여 초고온에서 열충격 방호성과 고내열성을 지니면서도 친환경적 성능을 지닌 코팅제 개발이 절실한 실정이나, 아직까지 이에 관하여 개시된 바를 찾아볼 수 없다. 관련 기술로는 KR2010-0091210, JP3262713 등이 있다.
본 발명의 목적은 1,700℃이상의 초극한 온도에서도 우수한 열충격 방호성 및 초고온 내열성을 지닌 고내열성 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 용선, 용강 라들(L/D)의 지금부착방지 및 연와 스폴링 억제 효과가 뛰어난 고내열성 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 라들(L/D) 수명연장과 쇳물 비산방지를 통해 용선 유출사고예방 및 안전강화를 구현하는 고내열성 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비점착성, 경도, 부착성, 내습성, 내약품성, 내식성 및 내마모성 등이 뛰어난 고내열성 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유기용제를 전혀 함유하지 않아 환경오염을 방지하고 친환경적 효과를 구현하는 고내열성 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 코팅제 조성물을 포함하는 성형품에 관한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은, 실리카 졸 55 내지 70중량%; 세라믹 분말 1 내지 10중량%; 및 흑연 25 내지 35중량%;를 포함하고, 상기 세라믹 분말과 실리카 졸은 중량비로 1 : 18 내지 1 : 35 인 고내열성 코팅제 조성물에 관한 것이다.
구체예에서, 상기 실리카 졸은 실리카에 산화칼륨, 인산 및 탄화규소가 배합될 수 있다.
구체예에서, 상기 실리카 졸은 산화칼륨 5 내지 15중량%, 인산 1 내지 15중량%, 탄화규소 5 내지 15중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 세라믹 분말의 평균입경은 1 내지 30㎛ 일 수 있다.
구체예에서, 상기 세라믹 분말과 흑연은 중량비로 1 : 8 내지 1 : 17 일 수 있다.
구체예에서, 상기 코팅제 조성물은 금속 규산염을 더 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 금속 규산염은 몬티셀라이트(CaMgSiO4), 규산 칼륨(K2SiO3), 규산 철(FeSiO3), 규산 나트륨(Na4SiO4), 알루미늄 실리케이트(Al2SiO3), 크롬 실리케이트(CrSiO3), 구리 실리케이트(CuSiO3) 및 규산 지르코늄(ZrSiO4) 등에서 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 코팅제 조성물은 산화방지제, 이형제, 충전제, 습윤제, 소포제, 부착증진제, 표면조정제, 얼룩방지제, 유연제, 활제, 상용화제, 안료, 염료, 무기물 첨가제, 커플링제, 충격보강제, 정전기방지제, 내마모제 및 항균제 등에서 1종 이상의 첨가제를 단독 또는 혼합하여 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 관점은 상기 고내열성 코팅제 조성물을 포함하는 성형품에 관한 것이다.
본 발명에 의한 고내열성 코팅제 조성물은 1,700℃이상의 초극한 온도에서도 우수한 열충격 방호성 및 초고온 내열성을 지니고 용선, 용강 라들(L/D)의 지금부착방지 및 연와 스폴링 억제 효과가 뛰어나며 라들(L/D) 수명연장과 쇳물 비산방지를 통해 용선 유출사고예방 및 안전강화를 구현하고 비점착성, 경도, 부착성, 내습성, 내약품성, 내식성 및 내마모성 등이 뛰어나며 또한 유기용제를 전혀 함유하지 않아 환경오염을 방지하고 친환경적 효과를 구현하는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
고내열성 코팅제 조성물
본 발명의 하나의 관점은 고내열성 코팅제 조성물에 관한 것이다.
상기 고내열성 코팅제 조성물은 모재에 도포되어 외부의 열원으로부터 모재를 보호하기 위한 것으로 무기질의 바인더인 실리카 졸과 세라믹 분말 및 흑연을 포함한다.
상기 고내열성 코팅제 조성물은 실리카 졸 55 내지 70중량%; 세라믹 분말 1 내지 10중량%; 및 흑연 25 내지 35중량%;를 포함하고, 상기 세라믹 분말과 실리카 졸은 중량비로 1 : 18 내지 1 : 35 이다.
이하, 본 발명을 구성하는 성분들을 상세히 설명한다.
(A) 실리카 졸
상기 실리카 졸(SiO2)은 분산 용매, pH, 크기 및 함량 등에 따라 여러 종류가 있으나 본 발명에서는 상기 고내열성 코팅제 조성물의 액상의 무기질 바인더로써 다양한 모재의 표면강도와 조직성을 증가시키고 내 마모성과 투명성을 증가시키기 위한 목적으로 포함될 수 있다.
상기 실리카 졸은 공지의 졸(sol) 형태로 통상적으로 알콜 또는 물 등에 분산된 것을 사용하나, 본 발명에서는 예를들어 분산매로 초순수 99.95 내지 99.97%의 물을 사용하여 분산시킬 수 있다. 이와 같이 휘발성 유기용제(VOCS)나 유기용매를 전혀 포함하지 않음으로써 환경오염을 방지하고 친환경 효과를 구현할 수 있다.
상기 실리카 졸은 그 크기(평균입경)가 5 내지 50㎚ 일 수 있고, 예를들어 10 내지 40㎚ 일 수 있다. 상기 실리카 졸이 5㎚ 보다 적으면 가격이 고가이고 반응중간에 응집이 일어날 수 있어 분산성과 안정성이 떨어지고, 반면 크기가 50㎚ 초과일 경우 분산성이 불량하고 코팅 후 질감이 좋지 않게되는 문제가 있다.
상기 실리카 졸은 다양한 모재와의 접착성을 높이기 위해 실리카에 산화칼륨, 인산 및 탄화규소를 배합할 수 있다. 상기 산화칼륨(potassium oxide)을 일정 비율로 배합하고 물과 혼합하여 수용액의 형태로 구비하되 일정량의 인산(phosphoric acid)을 첨가하여 상온에서도 쉽게 건조 또는 경화될 수 있도록 교반하여 포함할 수 있다. 이때, 상기 인산은 경화속도와 경화된 이후 도막의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 산화칼륨의 비율 조절을 통해 물성을 조절할 수 있고 상기 물의 첨가량에 따라 점도를 조절할 수도 있다.
일 구체예에서, 상기 실리카 졸은 실리카 졸 전체 100중량%에 대하여, 산화칼륨 5 내지 15중량%, 인산 1 내지 15중량%, 탄화규소 5 내지 15중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 실리카 졸은 산화칼륨 7 내지 10중량%, 인산 5 내지 10중량%, 탄화규소 7 내지 10중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 상기 함량 범위에서 실리카 졸 형성시, 상온에서 모재의 표면에 도막을 효과적으로 형성할 수 있고 세라믹 분말의 첨가에 의한 상기 코팅제 조성물의 비중 증가 및 접착성의 감소를 일정한 수준으로 조절할 수 있는 장점이 있다.
상기 실리카 졸은, 후술할 세라믹 분말과 혼합시, 세라믹 분말과 실리카 졸이 중량비 1 : 18 내지 1 : 35 로 포함될 수 있고, 예를들어 중량비 1 : 20 내지 1 : 32 로 포함될 수 있다. 상기 중량비 범위가 1 : 18 미만일 경우, 코팅제 조성물 형성시 모재의 표면강도와 조직성이 약화될 수 있고, 상기 중량비 범위가 1 : 35 초과일 경우 도막 형성시 코팅면 점착의 적절한 유지가 어려워지는 문제가 있다.
상기 실리카 졸은 고내열 코팅제 조성물 전체 100중량%에 대하여 55 내지 70중량%, 예를들어 60 내지 65중량% 포함될 수 있다. 상기 함량 범위가 55중량 미만일 경우 코팅제 조성물의 결합력 저하로 코팅면 강도가 약화되고, 70중량% 초과일 경우 코팅제의 표면이 거칠어지고 투명성이 떨어져 외관 시감 저하의 문제가 있다.
(B) 세라믹 분말
상기 세라믹 분말(Ceramic)은 세라믹 소재의 고형분으로 비중이 낮아 교반이 수월하고 고온에서 안정성을 높일 수 있으며, 초고온의 환경에서도 모재와의 접합력이 저하되지 않고 치밀한 계면층을 유지하여 다양한 모재를 효과적으로 보호할 수 있게하는 목적으로 포함될 수 있다.
상기 세라믹 분말은 공지의 세라믹 소재를 사용할 수 있고, 본 발명의 목적을 구현하는 것이라면 그 종류가 이에 제한되지 않는다. 일 구체예서, 상기 세라믹 분말은 버미큘라이트(vermiculite), 이산화티타늄(titanium dioxide) 및 지르콘(zircon) 등을 1종 이상 단독 또는 혼합하여 포함할 수 있다. 상기 세라믹 분말은 상기 버미큘라이트, 이산화티타늄 및 지르콘을 중량비 4 : 3 : 3 내지 5 : 3 : 2 비율로 혼합하여 포함할 수 있다. 상기 중량비로 혼합시, 세라믹 분말을 포함하는 코팅제 조성물이 상온 및 고온의 환경에서 모재와의 접착력을 향상시키고 높은 내열성이 유지할 수 있고, 초고온에서도 열충격 방호성, 내식성, 탄성 및 인장력이 우수한 장점이 있다.
상기 세라믹 분말의 평균입경은 1 내지 30㎛, 예를들어 10 내지 20㎛일 수 있다. 상기 평균입경 범위에서, 코팅제 조성물로 코팅시 모재와의 접합력이 저하되지 않고 최적의 상태로 초고온 상태에서도 치밀한 계면층을 유지할 수 있는 장점이 있다.
상기 세라믹 분말은, 전술한 실리카 졸과 혼합시, 실리카 졸과 세라믹 분말이 중량비 18 : 1 내지 35 : 1 로 포함될 수 있고, 예를들어 중량비 20 : 1 내지 32 : 1 로 포함될 수 있다. 상기 중량비 범위가 18 : 1 미만일 경우, 코팅제 조성물 형성시 모재의 표면강도와 조직성이 약화될 수 있고, 상기 중량비 범위가 35 : 1 초과일 경우 도막 형성시 코팅면 점착의 적절한 유지가 어려워지는 문제가 있다.
상기 세라믹 분말은 고내열 코팅제 조성물 전체 100중량%에 대하여 1 내지 10중량%, 예를들어 2 내지 7중량% 포함될 수 있다. 상기 함량 범위가 1중량 미만일 경우 외부의 열원에 대해 향상된 내열성을 가지기 어렵고 모재의 표면에 형성한 도막의 강도를 일정하게 유지하기 힘들며 코팅제 조성물의 결합력 저하로 코팅면 강도가 약화되고, 10중량% 초과일 경우 도포 작업시 일정한 점도 유지가 어려우며 코팅제의 표면이 거칠어지고 투명성이 떨어져 외관 시감 저하의 문제가 있다.
(C) 흑연
상기 흑연(Graphite)은 상기 실리카 졸 및 세라믹 분말의 혼합 교반 후 고온에서 열팽창 계수의 차이를 최소화하기 위하여 첨가되는 것으로, 상기 본 발명에 의한 코팅제 조성물의 열팽창 계수를 조절하여 초고온에서도 접착력 및 기밀성을 향상시키기 위한 목적으로 포함될 수 있다.
상기 흑연은 평균입경은 1㎛ 내지 10㎛, 예를들어 4㎛ 내지 7㎛ 일 수 있다. 상기 평균입경 범위에서, 열팽창계수의 적절한 조절이 가능하여 모재와의 접합력을 강화시키고 초고온에서도 치밀한 계면층을 유지할 수 있게 하는 효과가 있다.
상기 흑연은, 전술한 상기 세라믹 분말과 혼합시, 상기 세라믹 분말과 흑연이 중량비 1 : 8 내지 1 : 17 비율로 포함될 수 있고, 예를들어 중량비 1 : 12 내지 1 : 13 비율로 포함될 수 있다. 상기 중량비 범위에서 열팽창계수 구현이 적절하게 이루어져 코팅제 조성물 형성시 모재의 표면강도와 조직성을 증가시키고 도막 형성시 코팅면 점착을 최적으로 유지시킬 수 있다.
상기 흑연은 고내열 코팅제 조성물 전체 100중량%에 대하여 25 내지 35중량%, 예를들어 28 내지 33중량% 포함될 수 있다. 상기 함량 범위가 25중량 미만일 경우 효과적으로 열팽창계수를 조절하기 어려워 외부의 열원에 대해 향상된 내열성을 가지기 힘들고 모재 표면에 형성된 도막의 강도가 결합력 저하로 약화되는 문제가 있고, 35중량% 초과일 경우 물성은 우수하나 도포 작업시 도막의 형성을 저해하여 모재의 표면에 일정 자국이 남아 도포 작업을 번거롭게 하고 미관을 해치는 문제가 있다.
금속 규산염
상기 금속 규산염은 본 발명의 일 구체예에 의한 고내열성 코팅제 조성물의 목적 구현을 위해, 조성물 형성시 내화성, 혼화성, 접합력 및 표면 균일화 향상 등의 목적으로 더 포함될 수 있다.
상기 금속 규산염은 몬티셀라이트(CaMgSiO4), 규산 칼륨(K2SiO3), 규산 철(FeSiO3), 규산 나트륨(Na4SiO4), 알루미늄 실리케이트(Al2SiO3), 크롬 실리케이트(CrSiO3), 구리 실리케이트(CuSiO3) 및 규산 지르코늄(ZrSiO4) 등에서 단독 또는 혼합하여 포함될 수 있으나, 본 발명의 목적을 구현할 수 있는 것이라면 그 종류가 이에 제한되지 않는다.
예를들어, 상기 몬티셀라이트는 규칙적으로 배열된 단위입자의 큐빅(cubic) 형태 구조체로 초고온에서도 열충격, 방호성, 내식성, 탄성 및 내산화성이 우수한 장점이 있다. 예를들어, 상기 규산칼륨은 모재와의 접착성을 부여하기 위한 것으로 탄산염을 형성하지 않으므로 모재의 표면에 도포된 이후 백화현상(effloresce)이 발생되지 않고 고형분과의 혼화성이 높으며 내화성이 높아 외부의 열원으로부터 모재를 효율적으로 보호할 수 있다. 예를들어, 상기 규산 철(FeSiO3)는 수손(water damage)을 방지하기 위한 응고제(coagulating agent)로 사용될 수 있다. 예를들어, 상기 규산 나트륨(Na4SiO4)은 본원발명의 고내열성 코팅제 조성물에 내화성을 부여하며 바인더로서 이용될 수 있다. 바람직하게는 규산칼륨 또는 몬티셀라이트를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 몬티셀라이트를 포함할 수 있다.
상기 금속 규산염은 상기 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물 전체 100중량%에 대하여 1 내지 10중량%, 예를들어 3 내지 7중량% 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서 혼합시, 초고온에서도 열충격, 방호성, 부착성, 내습성, 내식성, 탄성 및 내산화성 등이 우수하고 모재와의 접합력이 우수한 장점이 있다.
용매
상기 용매는 본 발명의 일 구체예에 의한 고내열성 코팅제 조성물 형성시 혼화를 더욱 잘 진행하게 하고 액상의 실리카 졸을 유연하게 한다는 목적으로 포함될 수 있다.
상기 용매는 본 발명에서 분산매로 작용하는 것으로, 바람직하게는 초순수인 99.95 내지 99.97%의 물을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서 분산매로 상기 초순수의 물을 사용하고 기존의 휘발성 유기용제(VOCS)나 유기용매를 전혀 포함하지 않음으로써, 환경오염을 방지하고 친환경 효과를 구현할 수 있다.
상기 용매인 물은, 상기 고내열성 코팅제 조성물 전체 100중량%에 대하여, 0.1 내지 5중량% 포함될 수 있고, 예를들어 1 내지 3중량% 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서, 액상의 실리카 졸을 더욱 유연하게 하고 전체 반응 조성물의 혼화가 균일하게 잘 일어날 수 있는 효과가 있다.
첨가제
상기 첨가제는 전술한 성분 이외에 상기 고내열성 코팅제 조성물에 용도에 따라 소량 함량 범위로 첨가되고, 다양한 모재에 코팅제 코팅(도장)시 습윤성, 레벨링성, 부착성, 얼룩 방지 등을 향상시킬 목적으로 포함될 수 있다.
상기 첨가제로는 산화방지제, 이형제, 충전제, 습윤제, 소포제, 부착증진제, 표면조정제, 얼룩방지제, 유연제, 활제, 상용화제, 안료, 염료, 무기물 첨가제, 커플링제, 충격보강제, 정전기방지제, 내마모제 및 항균제 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상을 구현할 수 있는 것이라면 그 종류가 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 이들은 단독 또는 2종 이상 조합하여 적용될 수 있다.
상기 산화방지제는 페놀형, 포스파이트형, 티오에테르형, 또는 아민형 산화방지제 등을 사용할 있고, 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.01 내지 1.0중량% 로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 코팅시 산화방지 효과가 우수하다.
상기 이형제는 폴리에틸렌 왁스, 실리콘 오일, 스테아릴산의 금속염 등를 사용할 수 있고, 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.01 내지 1.0중량% 로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 코팅시 내화학성 및 접합력이 우수한 장점이 있다.
상기 충전제는 유리섬유, 탄소섬유, 실리카, 마이카 등을 사용할 수 있고, 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.01 내지 1.0중량% 로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 강도 및 내열성 등 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 습윤제는 코팅제 조성물의 표면장력을 조절하여 도장시 도막의 습윤성과 레벨링성을 향상시키기 위한 것으로, 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.1 내지 2중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 도막의 습윤성과 레벨링성 향상 효과가 있다.
상기 소포제는 도장시 발생되는 기포를 파괴함으로써 도막의 외관을 높여주는데, 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.1 내지 1.5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 도장시 기포 발생을 억제하여 외관을 좋게할 수 있다.
상기 부착증진제는 코팅제 조성물의 부착성을 증진시키기 위한 것으로, 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.5 내지 1중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 부착력 증진 효과가 있고 실버 산화 등을 방지할 수 있다.
상기 표면조정제는 코팅제 조성물의 표면장력을 조절하여 도장시 도막의 습윤성과 레벨링성을 향상시키기 위한 것으로, 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.1 내지 1.0중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 도막의 습윤성과 레벨링성 향상 효과가 있다.
상기 얼룩방지제는 도장시 안료, 특히 실버입자의 균일한 배열을 통해 도막 형성시 얼룩 발생을 억제하기 위한 것으로, 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 도막 형성시 얼룩 발생을 억제 효과가 있다.
상기 유연제는 건조된 도막 내에 크랙 발생을 완화시키기 위한 것으로 상기 고내열성 코팅제 조성물 중 0.1 내지 1.5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 건조 도막 내 크랙 발생을 완화하여 내 충격성 및 내 굴곡성을 좋게 할 수 있다.
상기 첨가제는 본 발명의 상기 고내열성 코팅제 조성물 전체 100중량%에 대하여 0.1 내지 5 중량% 포함될 수 있고, 예를들어 0.5 내지 2.5중량% 포함될 수 있다. 상기 함량범위에서 첨가시, 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물을 모재에 코팅시 습윤성, 레벨링성, 부착성 증대 및, 산화나 얼룩 방지 등 효과가 우수한 장점이 있다.
상기 고내열성 코팅제 조성물의 혼련방법은 당 분야에서 사용하는 것으로 한정하지 않으나 본 발명의 구성 성분과 첨가제 등을 드라이 블렌딩 후 가열 용융 혼련하는 방법을 적용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고내열성 코팅제 조성물은 상기 실리카 졸을 가열 용기에 투입하여 100 내지 150℃에서 30 내지 50분간 가열한 뒤 세라믹을 혼합하여 교반하고, 그 다음 상기 흑연을 혼합 후 30분 내지 90분 동안 교반하여 제조될 수 있다. 상기 온도 시간 범위에서 각 성분이 물리, 화학적으로 충분히 친화력을 유지할 수 있도록 혼련이 진행될 수 있다.
상기 각 성분들의 혼합에 의해 형성된, 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물은, 1700℃ 이상의 초극한 온도에서도 우수한 열충격 방호성 및 초고온 내열성을 지니고 용선, 용강 라들(L/D)의 지금부착방지 및 연와 스폴링 억제 효과가 뛰어나며 라들(L/D) 수명연장과 쇳물 비산방지를 통해 용선 유출사고예방 및 안전강화를 구현하고 비점착성, 경도, 부착성, 내습성, 내약품성, 내식성 및 내마모성 등이 뛰어나며 또한 유기용제를 전혀 함유하지 않아 환경오염을 방지하고 친환경적 효과를 구현하는 장점이 있다.
성형품
본 발명의 다른 하나의 관점인 성형품은 상기 고내열성 코팅제 조성물을 포함한다.
본 발명의 코팅제 조성물을 성형하여 성형품으로 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 철강, 제철 또는 화학 주조산업 성형 분야에서 일반적으로 사용되는 방법을 사용하여 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명의 고내열성 코팅제 조성물을 포함하는 성형품은 고내열성을 필요로 하는 부속 기재, 예를 들어 탈황설비, 발전시설, 집진기, 소각로, 소각 보일러 또는 주조장치 로 등 다양한 산업설비에서의 금속 용탕의 이송이나 급탕, 지지 등을 실시하는 주탕 박스, 통, 지지 노 등 내부용재, 플로트나 스파우트, 핫 톱 링 및 트랜지션 플레이트 등의 부속 기재로 활용될 수 있다.
본 발명에 의한 상기 고내열성 코팅제 조성물을 포함하는 성형품은 1700℃ 이상의 초극한 온도에서도 우수한 열충격 방호성 및 초고온 내열성을 지니고 용선, 용강 라들(L/D)의 지금부착방지 및 연와 스폴링 억제 효과가 뛰어나며 라들(L/D) 수명연장과 쇳물 비산방지를 통해 용선 유출사고예방 및 안전강화를 구현하고 비점착성, 경도, 부착성, 내습성, 내약품성, 내식성 및 내마모성 등이 뛰어나며 또한 유기용제를 전혀 함유하지 않아 환경오염을 방지하고 친환경적 효과를 구현하는 장점이 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예 및 비교예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
하기 표 1의 함량과 같이, 실리카 졸을 가열 용기에 투입하여 120℃에서 40분간 가열한 뒤 세라믹을 혼합하여 교반하고, 그후 흑연을 상기 혼합물에 투입하여 혼합 후 60분 동안 교반하여 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물을 제조하였다.
실시예 2 내지 3
하기 표 1의 함량으로 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물을 제조하였다.
비교예 1
하기 표 1의 함량과 같이, 실리카 졸, 세라믹 분말 및 흑연의 함량을 모두 벗어나게 하고 세라믹 분말과 실리카 졸의 중량비를 1 미만으로 하여 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물을 제조하였다.
비교예 2
하기 표 1의 함량과 같이, 실리카 졸과 흑연의 함량을 벗어나게 하여 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물을 제조하였다.
비교예 3
하기 표 1의 함량과 같이, 실리카 졸의 함량을 벗어나게 하고 세라믹 분말과 실리카 졸의 중량비를 10 미만으로 하여 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
성분
(중량%)		 (A)실리카 졸 65.0 64.0 63.0 22.0 75.0 53.0
(B)세라믹 분말 2.0 3.0 3.0 25.0 3.5 10.0
(C)흑연 30.0 31.0 32.0 50.0 19.5 35.0
금속 규산염 2.0 1.0 1.5 2.0 1.0 1.5
첨가제 1.0 1.0 0.5 1.0 1.0 0.5
합계 100 100 100 100 100 100
중량비 ( (A)/(B) ) 32.5 21.3 21.0 0.9 21.4 5.3
( (C)/(B) ) 15.0 10.3 10.7 2.0 5.6 3.5
실험예
상기 실시예 1 내지 3 및, 비교예 1 내지 3의 함량으로 제조된 코팅제 조성물을 모재의 표면에 코팅하여 성형품 시편을 완성하였고, 상기 성형품 시편의 물성을 측정하기 위해 하기와 같은 실험을 각 수행하여 하기 표 2의 결과를 수득하였다.
초고온 내열성 측정
1000℃ 이상의 고온로에서 매 분당 20℃로 승온하여 1700℃까지 가열한 후 로냉하여 성형품 시편의 표면을 평가하였다.
내열성 측정
통상적인 시험온도(230±2℃) 조건에서 72시간 방치 후 꺼내어 실온에서 1시간 방치 후 성형품 시편의 도막에 현저한 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택저하 등이 없는지, 부착성에 이상이 없는지 평가하였다.
열충격 방호성 측정
1500℃ 전기로에서 1시간 가열 후 상온으로 냉각시 성형품 시편의 코팅막 변형여부를 평가하였다.
경도 측정
KS M ISO 15184 규격에 의거하여, 경도측정용 연필과 연필긁기 시험기를 이용하여 성형품 시편의 도막 박리나 스크래치 상태를 평가하였다.
부착성 측정
ASTM D3359에 의거하여, 크로스 컷 테이프 테스트(cross cut tape test)를 시행하여 48시간 건조시킨 후 못이나 송곳 등으로 성형품 시편의 손상 정도를 평가하였다.
외관 측정
성형품의 시편의 변색, 광택저하, 내처짐(Sagging)성 Orange Peel 등 육안으로 식별 가능한 결함이 없는지 평가하였다.
내습성 측정
성형품 시편을 시험온도 및 상대습도가 50±2℃, 98±2%인 조건에서 240시간 방치 후, 꺼내어 1시간 방치 후, 도막에 현저한 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택저하 등이 없는지, 부착성에 이상이 없는지 등을 평가하였다.
내냉열 Cycle성 측정
성형품 시편을 ‘80±2℃, 95% RH에서 4h 방치하고 다음에 온도조건을 -40±2℃, 95% RH로 변경 후 4h 방치’하는 일련의 과정을 10회 반복하고, 이후에 실온 1h 방치 후 도막에 현저한 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택저하 등이 없는지, 부착성에 이상이 없는지를 평가하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
초고온
내열성		 표면 균일
(변형 X)		 표면 균일
(변형 X)		 표면 균일
(변형 X)		 표면불균일
(거칠어짐)		 심각
(크랙O)		 균 열
(크랙O)
내열성 양호 양호 양호 미흡 악화 미흡
열충격
방호성		 이상없음 이상없음 이상없음 미세균열 균열
(Crack)		 균열
(Crack)
경 도 9H 8H 9H 7H 6H 7H
부착성 계면구조
치밀		 양 호 치밀 악화
(균열심각)		 보통 저하
외 관 양호 양호 양호 미흡
(변색)		 악화
(퇴색)		 미흡
(변색)
내습성 양호 양호 양호 미흡 미흡 양호
내냉열
싸이클성		 양호 양호 양호 악화 미흡 미흡
물성측정 결과
본 발명에 의한 고내열성 코팅제 조성물의 물성측정 결과 상기 표 2의 결과를 얻었는 바, 이하에서 상술한다.
비교예 1을 보면, 실리카 졸, 세라믹 분말 및 흑연의 함량을 모두 벗어나게 하고 세라믹 분말과 실리카 졸의 중량비를 1 미만으로 하여 코팅제 조성물을 제조할 경우, 부착성이 저하되며 외관이 변색되며 경도도 약화수준이며 특히, 열팽창계수의 조절이 어려워져 초고온 내열성 및 열충격시 방호성이 낮아 표면이 불균일하고 심각한 수준의 크랙이 발생하는 등 초고온에서는 충분한 내열 효과가 발생하기 어려움을 알 수 있다.
또한, 비교예 2를 보면, 실리카 졸과 흑연의 함량을 벗어나게 하여 코팅제 조성물을 제조할 경우, 고온에서 내열성이 하락할 뿐만 아니라 열충격시 균열이 발생하고 외관이 퇴색되어 미관을 해침은 물론 내냉열싸이클성도 미흡한 수준으로 나타나 내식성이나 내마모성 등에 큰 결함이 내포되어 있음을 알 수 있다.
또한, 비교예 3을 보면, 실리카 졸의 함량을 벗어나게 하고 세라믹 분말과 실리카 졸의 중량비를 10 미만으로 하여 코팅제 조성물을 제조할 경우, 코팅제 조성물의 결합력 저하로 코팅면 강도가 약화되고 코팅제의 표면이 거칠어지며 투명성이 떨어져 외관 시감이 저하되며 특히 초고온 등 조건에서는 충분한 내열 효과가 발생하기 어려움을 알 수 있다.
반면, 본원발명의 실시예 1 내지 3을 보면, 고내열성 코팅제 조성물 전체 100중량%에 대하여, 각 성분을 일정 함량비로 포함함으로써, 접합력 향상에 따라 코팅면 강도가 상승되고 코팅제의 표면이 균일하게 안정되며 열변형에 대한 내성이 뛰어나고 특히 초고온에서의 내열성 및 열충격 방호 효과가 현저히 우수함을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 표 2를 통해, 실시예 1 내지 3과 같이 본 발명의 최적 구성비 조합을 따를 경우, 경도, 부착성, 외관, 내습성, 내냉열 싸이클성 뿐만 아니라 내산화성, 비점착성, 내약품성 및 내마모성 등도 우수하고 특히, 통상적인 온도에서의 내열성은 물론 초고온에서의 내열성 및 열충격 방호성 등 다양한 물성의 균형있는 향상이 가능함을 알 수 있다.
상기 실험 결과를 통해 알 수 있듯이 본 발명의 고내열성 코팅제 조성물은 액상의 실리카 졸, 고형분의 세라믹 분말 및 흑연을 포함하고 상기 상기 세라믹 분말과 실리카 졸을 최적 중량비로 혼합하는 구성을 취함으로써, 1700℃ 이상의 초극한 온도에서도 우수한 열충격 방호성 및 초고온 내열성을 지니고 용선, 용강 라들(L/D)의 지금부착방지 및 연와 스폴링 억제 효과가 뛰어나며 라들(L/D) 수명연장과 쇳물 비산방지를 통해 용선 유출사고예방 및 안전강화를 구현하고 부착성, 내습성, 내냉열싸이클성 및, 비점착성, 경도, 내약품성, 내식성, 내마모성 등이 뛰어나며 또한 유기용제를 전혀 함유하지 않아 환경오염을 방지하고 친환경적 효과를 구현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (9)

  1. 실리카 졸 55 내지 70중량%;
    세라믹 분말 1 내지 10중량%; 및
    흑연 25 내지 35중량%;
    를 포함하고,
    상기 세라믹 분말과 실리카 졸은 중량비로 1 : 18 내지 1 : 35 인, 고내열성 코팅제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 졸은 실리카에 산화칼륨, 인산 및 탄화규소가 배합된 것을 특징으로 하는, 고내열성 코팅제 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실리카 졸은 산화칼륨 5 내지 15중량%, 인산 1 내지 15중량%, 탄화규소 5 내지 15중량% 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내열성 코팅제 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 분말의 평균입경은 1 내지 30㎛ 인 것을 특징으로 하는, 고내열성 코팅제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 분말과 흑연은 중량비로 1 : 8 내지 1 : 17 인 것을 특징으로 하는, 고내열성 코팅제 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅제 조성물은 금속 규산염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내열성 코팅제 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 규산염은 몬티셀라이트(CaMgSiO4), 규산 칼륨(K2SiO3), 규산 철(FeSiO3), 규산 나트륨(Na4SiO4), 알루미늄 실리케이트(Al2SiO3), 크롬 실리케이트(CrSiO3), 구리 실리케이트(CuSiO3) 및 규산 지르코늄(ZrSiO4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내열성 코팅제 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅제 조성물은, 산화방지제, 이형제, 충전제, 습윤제, 소포제, 부착증진제, 표면조정제, 얼룩방지제, 유연제, 활제, 상용화제, 안료, 염료, 무기물 첨가제, 커플링제, 충격보강제, 정전기방지제, 내마모제 및 항균제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내열성 코팅제 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 고내열성 코팅제 조성물을 포함하는 성형품.
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