KR20180103582A - 무기 징크 도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 소재의 부식을 방지하기 위한 도장 과정에서 사용되는 무기 징크 도료 조성물에 관한 것이다.

Description

무기 징크 도료 조성물{INORGANIC ZINC COATING COMPOSITION}
본 발명은 금속 소재의 도장 과정에서 방청 도료로 사용되는 무기 징크 도료 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 도장이라 함은 심미적인 기능뿐만 아니라 소재를 보호하고자 하는 목적을 갖는다. 이와 관련하여 금속 소재의 보호를 위해 금속 소재의 부식을 방지할 수 있는 다양한 방청 도료가 개발되고 있다.
상기 방청 도료로는 방청 성능이 우수한 무기 징크 도료가 주로 사용되고 있다. 그런데 상기 무기 징크 도료는 휘발성 유기 화합물을 방출하는 유기 용매를 다량으로 포함하고 있어 친환경적이지 못하고 인체에 유해한 문제점이 있다.
이에 따라 친환경적인 무기 징크 도료의 개발이 다양하게 이루어지고 있으나, 방청성, 부착성 등의 물성을 요구되는 수준으로 나타내지 못하고 있는 실정이다.
대한민국공개특허 제2006-0121322호
본 발명은 방청성, 부착성이 우수하면서도 친환경적인 무기 징크 도료 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은, 알칼리계 실리케이트 및 알킬계 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실리케이트 30 내지 50 중량부, 징크 분말(zinc dust) 40 내지 60 중량부, 증점제 0.1 내지 5 중량부, 및 용매 1 내지 5 중량부를 포함하는 무기 징크 도료 조성물을 제공한다.
상기 알칼리계 실리케이트는 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 루비듐 실리케이트, 세슘 실리케이트, 베릴륨 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 스트론튬 실리케이트, 바륨 실리케이트 및 라듐 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 알킬계 실리케이트는 테트라메틸오르토실리케이트, 테트라에틸오르토실리케이트, 테트라-n-프로필오르토실리케이트, 테트라-i-프로필오르토실리케이트, 테트라-n-부틸오르토실리케이트 및 테트라-sec-부틸오르토실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 실리케이트는 평균 입자 크기(D50)가 5 내지 50 ㎚일 수 있다.
상기 징크 분말은 평균 입자 크기(D50)가 1 내지 10 ㎛일 수 있다.
상기 증점제는 셀룰로오스계 화합물일 수 있다.
상기 용매는 물, 알코올계 용매, 에스테르계 용매 및 케톤계 용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
이러한 본 발명의 무기 징크 도료 조성물은 안정제, 소포제, 레벨링제 및 습윤제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제 0.1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 무기 징크 도료 조성물은 휘발성 유기 화합물을 유발하는 유기 화합물을 최소화하여 친환경적이다. 또한 본 발명의 무기 징크 도료 조성물을 금속 소재에 프라이머 도장할 경우 방청성, 부착성, 용접성 등이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명의 무기 징크 도료 조성물은 실리케이트, 징크 분말(zinc dust), 증점제, 및 용매를 포함한다.
본 발명의 무기 징크 도료 조성물에 포함되는 실리케이트는 바인더 역할과 더불어 징크 분말의 분산성을 높이는 역할을 한다. 이러한 실리케이트는 알칼리계 실리케이트 및 알킬계 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 알칼리계 실리케이트는 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 루비듐 실리케이트, 세슘 실리케이트, 베릴륨 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 스트론튬 실리케이트, 바륨 실리케이트 및 라듐 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 알킬계 실리케이트는 테트라메틸오르토실리케이트, 테트라에틸오르토실리케이트, 테트라-n-프로필오르토실리케이트, 테트라-i-프로필오르토실리케이트, 테트라-n-부틸오르토실리케이트 및 테트라-sec-부틸오르토실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 실리케이트의 평균 입자 크기(D50)는 5 내지 50 ㎚일 수 있다. 상기 실리케이트의 평균 입자 크기가 5 ㎚ 미만일 경우에는 무기 징크 도료 조성물의 저장안정성이 저하될 수 있고, 50 ㎚를 초과할 경우에는 도막의 방청성이 열세해질 수 있다.
이러한 실리케이트의 함량은 무기 징크 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 30 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 실리케이트의 함량이 30 중량부 미만일 경우에는 도막의 부착성 및 내구성이 저하될 수 있고, 50 중량부를 초과할 경우에는 금속 소재에 대한 부착력 대비 수지 자체의 결합력이 과도하게 높아져 도막이 박리될 수 있다.
본 발명의 무기 징크 도료 조성물에 포함되는 징크 분말은 도막의 방청성을 높이는 역할을 한다. 이러한 징크 분말은 총 금속 징크 함량(metal zinc content)이 95 중량% 이상인 징크 분말일 수 있다.
상기 징크 분말의 평균 입자 크기(D50)는 1 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 징크 분말의 평균 입자 크기가 1 ㎛ 미만일 경우에는 무기 징크 도료 조성물의 저장안정성이 저하될 수 있고, 10 ㎛를 초과할 경우에는 도막의 방청성이 열세해질 수 있다.
이러한 징크 분말의 함량은 무기 징크 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 40 내지 60 중량부일 수 있다. 상기 징크 분말의 함량이 40 중량부 미만일 경우에는 도막의 방청성이 저하될 수 있고, 60 중량부를 초과할 경우에는 도막의 열저항성이 저하되어 용접 작업 시 위험성이 높아질 수 있다.
여기서 상기 실리케이트와 상기 징크 분말의 혼합 비율은 1:0.9 내지 1.5의 중량비일 수 있다. 상기 실리케이트와 상기 징크 분말의 혼합 비율이 상기 중량비 범위를 벗어날 경우 도막의 부착성 저하, 경화 도막의 균열에 의한 크랙 발생, 무기 징크 도료 조성물의 저장안정성 저하 등이 유발될 수 있다.
본 발명의 무기 징크 도료 조성물에 포함되는 증점제는 도막 형성 시 도막의 표면 장력이 제어되도록 무기 징크 도료 조성물의 점도를 높이는 역할을 한다. 이러한 증점제는 셀룰로오스계 화합물일 수 있다. 구체적으로 상기 셀룰로오스계 화합물은 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 또는 카르복시메틸셀룰로오스일 수 있고, 이를 단독 또는 혼합 사용할 수 있다.
이러한 증점제의 함량은 무기 징크 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 증점제의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 무기 징크 도료 조성물의 점도를 높이는 효과를 얻기 어려울 수 있고, 5 중량부를 초과할 경우에는 도막의 표면장력이 과도하게 높아지거나 무기 징크 도료 조성물의 무화불량이 유발될 수 있다.
본 발명의 무기 징크 도료 조성물에 포함되는 용매는 무기 징크 도료 조성물의 분산성(구체적으로 실리케이트의 분산성)을 높이는 역할을 한다. 이러한 용매는 물, 알코올계 용매, 아세테이트계 용매 및 케톤계 용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 알코올계 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 1-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, t-부탄올, 2-메틸-1-프로판올, 1-펜탄올, 1-헥산올, 1-헵탄올, 4-헵탄올, 1-옥탄올, 1-노닐알코올, 1-데칸올, 1-도데칸올, 또는 메톡시프로판올일 수 있고, 이를 단독 또는 혼합 사용할 수 있다.
상기 아세테이트계 용매는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 또는 부틸셀로솔브 아세테이트일 수 있고, 이를 단독 또는 혼합 사용할 수 있다.
상기 케톤계 용매는 메틸 에틸 케톤, 또는 메틸 이소 부틸 케톤일 수 있고, 이를 단독 또는 혼합 사용할 수 있다.
이와 같은 용매의 함량은 무기 징크 도료 조성물 100 중량부를 기준으로, 1 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 용매의 함량이 1 중량부 미만이면 무기 징크 도료 조성물의 분산성이 저하될 수 있고, 5 중량부를 초과하면 불량 도막이 형성되거나 도막 형성에 장시간이 소비될 수 있다.
한편, 본 발명의 무기 징크 도료 조성물은 도막의 물성을 높이기 위해 안정제, 소포제, 레벨링제 및 습윤제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 안정제는 실리케이트의 수분산 안정성을 향상시켜 무기 징크 도료 조성물의 저장안정성을 높이고 도막 형성 시 가사시간을 확보할 수 있도록 하는 역할을 한다. 이러한 안정제는 통상적으로 공지된 성분을 사용할 수 있다.
상기 소포제는 도막에 기포가 형성되는 것을 제어하는 역할을 한다. 이러한 소포제는 통상적으로 공지된 성분을 사용할 수 있다.
상기 레벨링제는 도막의 평활성을 높이는 역할을 한다. 이러한 레벨링제는 통상적으로 공지된 성분을 사용할 수 있다.
상기 습윤제는 도막에 함유된 수분을 제어하는 역할을 한다. 이러한 습윤제는 통상적으로 공지된 성분을 사용할 수 있다.
이와 같은 첨가제의 함량은 도막의 물성을 고려할 때, 무기 징크 도료 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부일 수 있다.
상술한 본 발명의 무기 징크 도료 조성물은 종래의 무기 징크 도료 조성물의 분산성을 확보하기 위해 사용되던 유기 용매 대신에 알칼리계 실리케이트 또는 알킬계 실리케이트를 포함하여 휘발성 유기 화합물을 유발하는 유기 용매의 함유를 최소화할 수 있기 때문에 무기 징크 도료 조성물의 친환경성을 확보할 수 있다.
또한 알칼리계 실리케이트 또는 알킬계 실리케이트와 징크 분말의 반응에 의해 형성된 도막이 금속 소재와 높은 결합력을 나타내기 때문에 본 발명의 무기 징크 도료 조성물을 금속 소재에 도포할 경우 방청성 및 부착성이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
녹이 슬지 않는 용기에 용매 3g과 셀룰로오스계 화합물 1g을 순서대로 넣고 1시간 동안 교반하였다. 다음, 안정제 0.5g과 알칼리계 실리케이트 40g을 순서대로 첨가하고 1시간 동안 교반하였다. 그 다음, 징크 분말 55.5g을 첨가하고 혼합하여 수성 무기 징크 도료 조성물을 제조하였다. 사용된 각 성분의 조성은 하기 표 1과 같다.
[ 실시예 2 내지 3]
하기 표 1의 조성을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 수성 무기 징크 도료 조성물을 제조하였다.
[ 비교예 1]
하기 표 1의 조성을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 수성 무기 징크 도료 조성물을 제조하였다.
조성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
용매 물(H2O) 3 3 3 3
증점제 Hydroxypropylcellulose
(Nippon soda社, HPC-H)		 1 1 1 7
알칼리계 실리케이트 Lithium poly Silicate
(Grace Davison)		 40 35.5 45 55
징크 분말
(Zinc dust)		 Zinc ZD-57 55.5 60 50.5 34.5
안정제 Potassium chromate
(OCI社)		 0.5 0.5 0.5 0.5
합계(단위: g) 100 100 100 100
[ 실험예 1]
실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 수성 무기 징크 도료 조성물을 1.5T 냉간 압연 강판에 에어리스 도장한 후, 23±2℃의 온도 및 50±10%의 상대습도 조건의 건조실에서 7일 동안 건조시켜 두께가 15 ㎛인 도막을 형성하였다. 이때 건조실 내부의 환기를 실시하면서 도막면에 강한 바람이 직접 닿지 않게 하였다.
형성된 도막에 대한 물성을 다음과 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1. 방청성: ASTM B117에 의거하여 평가하였고, 평가판정은 ASTM D714의 수포와 녹 발생빈도 판정법을 따랐다.
2. 부착성: ASTM D522에 의거하여 평가하였다(Knife로 도막 제거시 박리되는 정도를 육안으로 판단).
3. 용접성: ISO 17652-2에 의거하여 평가하였다(Pore-tendency test: 용접 파단면의 기공의 면적이 적을수록 우수한 것으로 판단).
항목 시험방법 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
방청성 수포 ASTM B117 미발생 미발생 미발생 발생(4D)
녹발생 10 10 9 5
편측 0 mm 0 mm 0 mm 1 mm
부착성 ASTM D522 매우 양호 양호 매우 양호 양호
용접성 ISO 17652-2 1.8 % 3.5% 1.5% 2.2 %
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 무기 징크 도료 조성물은 비교예 1의 무기 징크 도료 조성물에 비해 방청성, 부착성, 용접성이 우수한 것을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. 알칼리계 실리케이트 및 알킬계 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실리케이트 30 내지 50 중량부;
    징크 분말(zinc dust) 40 내지 60 중량부;
    증점제 0.1 내지 5 중량부; 및
    용매 1 내지 5 중량부;를 포함하는 무기 징크 도료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 알칼리계 실리케이트는 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 루비듐 실리케이트, 세슘 실리케이트, 베릴륨 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 스트론튬 실리케이트, 바륨 실리케이트 및 라듐 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 무기 징크 도료 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 알킬계 실리케이트는 테트라메틸오르토실리케이트, 테트라에틸오르토실리케이트, 테트라-n-프로필오르토실리케이트, 테트라-i-프로필오르토실리케이트, 테트라-n-부틸오르토실리케이트 및 테트라-sec-부틸오르토실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 무기 징크 도료 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리케이트는 평균 입자 크기(D50)가 5 내지 50 ㎚인 것인 무기 징크 도료 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 징크 분말은 평균 입자 크기(D50)가 1 내지 10 ㎛인 것인 무기 징크 도료 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 증점제는 셀룰로오스계 화합물인 것인 무기 징크 도료 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 용매는 물, 알코올계 용매, 아세테이트계 용매 및 케톤계 용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 무기 징크 도료 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    안정제, 소포제, 레벨링제 및 습윤제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제 0.1 내지 5 중량부;를 더 포함하는 것인 무기 징크 도료 조성물.
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