KR20210136577A - 구조용 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물 및 에폭시 수지 도막을 포함하는 탄소강 구조물 - Google Patents

구조용 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물 및 에폭시 수지 도막을 포함하는 탄소강 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대기환경에서 사용되고 있는 각종 교량, 건물, 사회인프라시설의 소재인 구조용 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물 및 상기 에폭시 수지조성물에 의해 형성된 도막을 포함하는 탄소강 구조물에 관한 것으로서, 에폭시 수지 30 내지 50중량%; 아민 경화제 20 내지 30중량%; 유기용매 16 내지 20중량% 및 금속황산염 5 내지 10중량%를 포함한다.

Description

구조용 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물 및 에폭시 수지 도막을 포함하는 탄소강 구조물{EPOXY RESIN FOR PAINTING A STRUCTURAL CARBON STEEL AND THE STRUCTURAL CARBON STEEL COMPRISING COATING LAYER THEREOF}
본 발명은 구조용 탄소강의 에폭시 수지조성물 및 상기 에폭시 수지조성물에 의한 도막을 포함하는 대기부식 저항성이 우수한 탄소강 구조물에 관한 것이다.
사회인프라시설의 소재로 구조용 탄소강이 널리 사용되고 있다. 이러한 구조용 탄소강은 대기 환경에서 쉽게 부식되는 특성을 가지고 있다. 탄소강의 부식은 사회인프라시설의 열화로 이어져 막대한 유지보수 비용을 초래하며, 더 나아가 사람의 안전과 생명에 심각한 피해를 일으킨다.
이러한 사회인프라시설의 대기 부식에 대한 방식(防蝕, Anti corrosion)을 위해 보편적으로 사용되고 있는 방법으로는 유기 및 무기 도료를 금속 소재 위에 도포하여 도장하는 방법이 있다. 이러한 도장은 물리적으로 외부의 부식성 물질을 차단하는 방어막 역할을 제공하는 것이다.
특히, 에폭시 도료가 금속소재에 대한 유기도료로서 널리 사용되고 있으며, 이러한 에폭시 도료에 의해 형성된 도막은 가혹한 대기 환경에서 우수한 접착력, 기계적 성질 및 내화학성을 제공한다.
하지만, 이러한 에폭시 도료도 건조 후 미세한 핀홀(pin hole)이 발생하며, 이를 통해 산소와 수분의 침투가 이루어져 에폭시 도막과 하부 금속 소재의 계면에서 녹이 형성되는 등, 부식이 발생하는 문제가 있다. 또한, 형성된 에폭시 도막은 대기환경에서 시간이 지남에 따라 열화가 발생하여 외부의 부식성 물질을 차단하는 특성이 저하된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 에폭시 도료에 부식방지 안료로서 납 및 6가 크롬 등을 첨가하여 내부식성을 향상시켜 왔으나, 납 및 6가 크롬을 포함한 일부 안료는 환경 및 인간 건강에 유해한 영향을 미치는 것으로서 그 사용이 제한되고 있다.
한편, 에폭시 도막은 유지보수 측면에서도 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 금속소재 표면에 형성된 에폭시 도막이 열화되어 기능을 수행할 수 없어 재도장이 필요한 경우, 열화된 에폭시 도막 및 탄소강 표면에 형성된 녹을 완전히 제거해야 한다. 그러나, 탄소강 표면의 녹을 완전히 제거하는 것은 매우 어려우며, 탄소강 표면에 형성된 녹을 완전히 제거하지 않고 재도장하는 경우, 잔류 녹의 산화환원 반응으로 인해 부식 속도가 가속되어 에폭시 도막의 수명이 단축되는 결과를 초래하다. 그 결과 유지보수 비용이 증가하게 된다.
대기환경에서 탄소강의 부식을 억제하는 가장 효율적인 것으로 알려진 방법으로는, 탄소강 표면에 열역학적으로 안정한 녹을 형성시키는 것이다. 이러한 안정한 녹은 대기환경에서 녹의 산화환원반응을 억제하여 녹의 성장속도를 억제시키고, 산소, 수분 그 외의 부식성 물질이 모재(母材)로 침투하는 것을 억제하여 탄소강이 용해되는 산화반응속도를 저감시킨다.
한편 이러한 안정한 녹을 이용한 강으로는 내후성강이 있다. Cu, Cr, Ni, P, Si, Mn과 같은 소량의 합금 원소를 첨가한 내후성강은 탄소강과 비교하여 대기환경에서 매우 우수한 내식성을 나타내는데, 내후성강의 이러한 우수한 내식성은 안정한 녹 층의 특성에 기인한다.
내후성강의 녹 층 성분은 탄소강과 동일하게 α-FeOOH, β-FeOOH, γ-FeOOH, Fe3O4 및 비정질 산화철로 구성된다. 그러나, 내후성강의 녹 층은 탄소강보다 열역학적으로 안정한 녹으로 알려진 α-FeOOH의 비율이 높은 등, 이들의 비율은 상이하다. 이 사실은, 내후성강에 첨가된 합금 원소, 구체적으로, 합금원소의 양이온이 녹의 결정구조를 변형시킨다는 것을 알 수 있다.
하지만, 내후성강은 비나 이슬과 같은 대기환경에서 형성된 전해질에 의해 합금 원소가 용해되기 때문에 안정한 녹인 α-FeOOH의 성장을 제어할 수 없으며, 초기에는 탄소강과 비슷한 부식 속도를 나타내며, 안정한 녹을 형성하기 까지는 5~10년의 비교적 긴 시간이 필요하다.
이뿐만 아니라, 내후성강의 안정한 녹 형성은 대기환경에 따라서 그 효과가 달라질 수도 있다. 예를 들어 주 합금원소인 Cr은 해양대기에서는 큰 효과가 없다고 알려져 있다. 또한, 탄소강의 기계적 특성, 작업 및 용접 능력과 비교해 낮다는 단점도 가지고 있다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하고 탄소강 표면에 안정한 녹 α-FeOOH의 성장을 촉진할 수 있는 새로운 방식법이 요구되고 있다.
본 발명은 단 1회의 도장을 함으로써도 안정한 녹을 탄소강 표면에 형성시켜 대기부식의 저항성 향상과 대기부식으로 의해 발생하는 유지보수비용의 절감에 우수한 에폭시 수지조성물 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
이에, 본 발명의 일 측면에 따르면, 대기환경에서 부식 저항성이 우수한 구조용 탄소강의 에폭시 도료, 그 제조방법 및 상기 도료에 의한 도막을 포함하는 단소강을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 통상의 연구자 또는 기술자라면 본 발명의 전반적인 내용으로부터 추가적인 과제를 이해하고 응용하는데 어려움이 없을 것이다.
본 발명은 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물을 제공하고자 하는 것으로서, 일 구현예에 따르면, 에폭시 수지 30 내지 50중량%; 아민 경화제 20 내지 30중량%; 유기용매 16 내지 20중량% 및 금속황산염 5 내지 10중량%를 포함하는 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 상기 유기용매는 자일렌 및 메틸에틸케톤의 혼합물이며, 수지조성물 전체 중량에 대하여, 자일렌(xylene) 5 내지 10중량% 및 메틸에틸케톤 7 내지 15중량% 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 자일렌과 메틸에틸케톤은 1:1.6 내지 2의 중량비로 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 에폭시 수지는 비스페놀 A, 비스페놀 B 및 노볼락으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 아민 경화제는 폴리아마이드 아민일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 금속황산염은 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)2), 황산구리(CuSO4) 및 황산니켈(NiSO4)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종일 수 있다.
본 발명은 다른 견지로서, 탄소강 구조물을 제공하며, 일 구현예에 따르면, 탄소강; 및 상기 탄소강 표면에 상기와 같은 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물로 형성된 30 내지 100㎛ 두께의 에폭시 수지 도막을 포함하는 탄소강 구조물을 제공한다.
본 발명은 다른 견지로서, 탄소강; 및 에폭시 수지 40 내지 45중량%, 경화제 40 내지 45중량% 및 금속황산염 10 내지 20중량%를 포함하는 에폭시 수지 도막을 포함하는 탄소강 구조물을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 상기 금속황산염은 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)2), 황산구리(CuSO4) 및 황산니켈(NiSO4)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 아민 경화제는 폴리아마이드 아민일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 에폭시 수지 도막은 30 내지 100㎛의 두께를 갖는다.
본 발명은 다른 견지로서, 탄소강; 및 상기 탄소강 표면에 에폭시 수지; 아민 경화제; 및 금속황산염을 포함하는 에폭시 수지 도막을 포함하고, SAE J2334에 따른 가속부식실험 50 사이클 후 전위가변기(Potentiostat)를 사용하여 0.5%NaCl + 0.1%CaCl2 + 0.075%NaHCO3의 혼합수용액에서 1시간동안 자연전위를 측정한 후 자연전위보다 ±200mV 범위에서 1mV/s 속도로 동전위분극한 후 타펠외삽법으로 측정된 부식전류밀도가 0.002 내지 0.0035mA/cm2 범위의 값을 갖는 것인 탄소강 구조물을 제공한다.
일 구현예에 따르면, X선 회절법에 의해 측정된 α-FeOOH의 질량분율이 29 내지 37% 범위의 값을 가질 수 있다.
본 발명은 또 다른 견지에 따르면, 탄소강; 및 상기 탄소강 표면에 에폭시 수지; 아민 경화제; 및 금속황산염을 포함하는 에폭시 수지 도막을 포함하고, SAE J2334에 따른 가속부식실험 70 사이클 후 전위가변기(Potentiostat)를 사용하여 0.5%NaCl + 0.1%CaCl2 + 0.075%NaHCO3의 혼합수용액에서 1시간동안 자연전위를 측정한 후 자연전위보다 ±200mV 범위에서 1mV/s 속도로 동전위분극한 후 타펠외삽법으로 측정된 부식전류밀도가 0.006 내지 0.0099mA/cm2 범위의 값을 갖는 것인 탄소강 구조물을 제공한다.
일 구현예에 따르면, X선 회절법에 의해 측정된 α-FeOOH의 질량분율이 32 내지 36% 범위의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 대기환경에서 사용되고 각종 교량, 건물, 사회인프라시설(가로등, 보안등, 버스승강장)의 소재인 구조용 탄소강의 표면에 단 1회의 도장을 함으로써도 안정한 녹을 탄소강 표면에 형성시켜 대기부식의 저항성 향상과 대기부식으로 의해 발생하는 유지보수비용의 절감을 기대할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 에폭시 도료의 제조방법이 편이하며, 사용방법 또한 통상적으로 사용되는 롤러 도장, 스프레이 도장과 같은 방법으로 쉽게 활용할 수 있다.
도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 에폭시 수지조성물로 형성된 도막을 포함하는 탄소강 시편에 대하여 SAE J2334에 따른 가속부식실험 후의 표면을 촬영한 사진으로서, (a) 내지 (d)는 순서대로 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 도막을 포함하는 시편의 표면을 나타낸다.
본 발명은 단 1회의 도장을 함으로써 안정한 녹을 탄소강 표면에 형성시켜 대기부식의 저항성 향상과 대기부식으로 의해 발생하는 유지보수비용의 절감에 우수한 에폭시 수지조성물, 그 제조방법 및 상기 에폭시 수지조성물에 의한 도막을 포함하는 구조용 탄소강을 제공하고자 한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 제공되는 에폭시 수지조성물은 에폭시 수지, 경화제, 유기용제 및 금속염을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 에폭시 수지는 도막을 형성하는 주제수지이다. 에폭시 수지는 산업지역이나 해안지역과 같은 대기환경이 가혹한 부식환경에서 구조용 탄소강의 부식을 저감하기 위해 사용되는 유기 코팅재료로서, 가격적인 측면은 물론, 내부식 특성 및 화학적 특성이 우수한 특성을 가지며, 특히, 탄소강에 대하여 우수한 접착력을 가지고 있어, 본 발명에서 바람직하게 적용할 수 있다.
본 발명에서 사용된 에폭시 수지는 비스페놀-A, 비스페놀-F, 및 노볼락(Novolac) 수지를 사용할 수 있으며, 이들을 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 상기 에폭시 수지에 일부 반응을 고려하여 분산제와 같은 부가화합물도 첨가하여 사용할 수 있다.
에폭시 수지는 수지조성물 전체 중량에 대하여 30 내지 50중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 에폭시 수지의 함량이 30중량% 미만이면 에폭시 도료의 내식성, 기계적 화학적 특성이 저하되는 현상이 나타날 수 있다. 한편, 에폭시 수지의 함량이 50중량%를 초과하면, 에폭시 수지조성물에 첨가되는 금속염과의 반응이 감소하여 구조용 탄소강 표면에 안정한 녹 생성을 저해할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지조성물은 경화제로 폴리아민, 아민 어덕트와 폴리아마이드 아민(Polyamido amine)을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴라아마이드 아민을 사용할 수 있다. 상기 폴리아마이드 아민을 경화제로 사용하는 것이 바람직한 이유로는 다음과 같은 점을 들 수 있다.
폴리아민과 비교하여 폴라아마이드 아민은 에폭시 도료와의 배합이 자유롭기 때문에 경화제로 보다 적합하게 사용할 수 있으며, 습기에 대한 저항성이 폴리아민계보다 높으며, 에폭시 도료와의 반응 발열이 폴리아민계와 비교해 낮은 장점이 있다. 나아가, 또 인체에 대한 독성이 거의 없고, 필요에 따라 작업 시간을 길게 가져갈 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 에폭시 수지조성물에 있어서, 상기 폴리아마이드 아민의 함량은 20 내지 30중량%의 범위로 포함할 수 있다. 상기 폴리아마이드 아민의 첨가량에 따라 에폭시 도료의 도장 작업시간이 큰 영향을 미치므로 상기의 범위에서 관리하는 것이 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지조성물은 유기용매를 포함한다. 상기 유기용매로는 부틸 아세테이트, 톨루엔, 에틸알코올, 메틸알코올, 이소프로필알코올, 자일렌과 메틸에틸케톤을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 자일렌과 메틸에틸케톤을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 자일렌으로는 o-자일렌, m-자일렌 및 p-자일렌의 3종의 이성질체 중 적어도 1종을 사용할 수 있으며, 상기 자일렌은 방향족화합물로서 특유의 냄새를 가지며, 무색의 가연성 액체로 존재한다. 특히 자일렌은 물에는 거의 녹지 않으며 에틸알코올 또는 에테르 등에 녹는다. 하지만 자일렌도 용해력이 크기 때문에 주로 용매로 사용된다. 이러한 자일렌이 용매로서 사용되면 도장의 광택의 효과도 볼 수 있다.
본 발명의 수지조성물에 있어서 자일렌의 함량은 5 내지 10중량%의 범위로 사용될 수 있다. 상기 자일렌의 함량이 5중량% 미만이면 초기 경화를 너무 늦추어 도료의 건조에 문제를 야기하며, 10중량%를 초과하면 초기 경화를 가속시켜 작업시간에 문제를 야기할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지조성물에 포함되는 다른 용매로 메틸에틸케톤을 또한 포함할 수 있다. 상기 메틸에틸케톤은 본 발명의 에폭시 수지조성물에 첨가되는 안료의 입자를 분산시키는 역할을 제공한다. 상기 메틸에틸케톤은 비극성 용매이고 저비점이며 화학적으로 매우 안정하며, 상온에서 가연성의 무색 액체로 존재한다.
본 발명의 수지조성물에 있어서, 메틸에틸케톤의 함량은 7 내지 15중량%의 범위로 포함될 수 있다. 메틸에틸케톤의 함량이 7중량% 미만인 경우에는 안료의 분산 효과가 충분하지 않으며, 또한, 초기경화의 지연을 야기할 수 있으며, 15중량%를 초과하는 경우에는 초기 경화를 가속시켜 작업시간에 문제를 준다.
본 발명에 있어서 상기 유기용매는 전체 수지조성물에 대하여 16 내지 20중량%의 함량으로 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 자일렌과 메틸에틸케톤을 1:1.6~2의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. 이러한 중량비는 증발 속도에 관한 것으로 상기 자일렌과 메틸에틸케톤의 혼합비가 상기 범위를 벗어나 자일렌 1에 대하여 메틸에틸케톤을 1.6 미만으로 포함하는 경우에는 증발 속도가 너무 느려 도료 건조 작업성이 떨어지는 문제가 있으며, 메틸에틸케톤을 2를 초과하여 혼합하는 경우에는 도료의 건조가 너무 빨라 도막이 박리될 문제가 있다.
본 발명의 에폭시 수지조성물은 금속염을 포함하며, 바람직하게는 상기 금속염으로 금속황산염을 포함할 수 있다. 상기 금속황산염은 상온에서 수분과 반응하여 금속이온과 황산이온(SO4 2-)으로 해리하는데, 상기 해리된 황산이온은 철의 부식과정에 기여할 수 있다. 구체적으로, 상기 황산이온은 식 (1)에 나타낸 바와 같이, 용해된 철 이온(Fe2+)과 반응하여 황산철 (FeSO4)을 생성한다.
Fe2+ + SO4 2- → FeSO4 식 (1)
또한, 상기 황산철은 가수분해 과정을 거쳐 식 (2)에 나타낸 바와 같이, 수산화철과 황산을 생성한다.
4FeSO4 + 6H2O + O2 → 4FeOOH + 4H2SO4 식 (2)
상기와 같은 부식과정에서 생성된 황산은 철의 부식을 가속시키며, 상기 해리된 금속이온은 수산화철과 반응하여, 앞서 설명한 내후성강과 같이 대기부식에 저항성이 높은 안정한 녹을 빠르게 형성한다.
이와 같이, 금속이온과 반응하여 형성된 안정한 녹은 치밀도가 매우 높고, 녹의 입자가 매우 작아 외부환경으로부터의 부식성 물질의 침투를 억제하여 구조용 탄소강의 대기부식에 대한 저항성을 향상시키는데 기여한다.
상기의 금속황산염으로는, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)2), 황산구리(CuSO4), 황산니켈(NiSO4) 황산아연(ZnSO4), 황산코발트(CoSO4), 황산주석(SnSO4) 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기의 금속황산염은 본 발명의 에폭시 수지조성물의 전체 중량에 대하여 5 내지 15중량%의 범위로 포함할 수 있다. 상기 금속황산염의 함량이 5중량% 미만이면 첨가량이 적어 상기한 바와 같은 효과를 충분히 발휘할 수 없고, 15중량%를 초과하면 빠른 시간 내에 도막의 열화가 발생될 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지조성물은 상기한 바와 같은 성분들 이외에도 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리에테르모노아민 계열 또는 폴리에테르디아민 계열 등의 분산제를 첨가할 수 있고, 또, 벤토나이트 계열 등의 침전방지제를 첨가할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지조성물은, 에폭시 수지에 금속염, 용매 및 경화제, 그리고, 필요에 따른 첨가제를 혼합함으로써 제조할 수 있는 것으로서, 혼합 순서에는 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 에폭시 수지조성물을 사용하여 구조용 탄소강 표면에 도장하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 사용되는 롤러 도장, 스프레이 도장 등과 같은 방법을 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 에폭시 수지조성물을 사용하는 경우에는 매우 편리한 방법으로 구조용 탄소강 표면에 도장하여 상온(20 내지 25℃)조건에서 약 24시간 건조하여 도막을 형성할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지조성물에 의해 구조용 탄소강 표면에 도막을 형성하는 경우, 대기 중으로부터 침투된 산소와 수분을 에폭시 도막 내의 금속염과 반응시켜 에폭시 도막과 탄소강 표면 사이의 계면에 부식 초기부터 안정한 녹을 형성시킬 수 있어, 구조용 탄소강의 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있다.
한편, 이미 대기환경에서 사용 중에 있는 녹슨 탄소강의 구조물에 대하여도 본 발명의 에폭시 수지조성물을 용이하게 적용할 수 있는데, 이는 본 발명의 에폭시 수지조성물이 이미 형성된 열역학적으로 불안정한 녹을 안정한 녹으로 변화시킬 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 에폭시 수지조성물을 사용하는 경우에는 1회 도장 작업으로 안정한 녹이 형성되면 추후의 유지보수 비용이 절감되기 때문에 경제적인 측면에서도 우수하다.
본 발명은 에폭시 수지조성물을 사용하여 도막을 형성함에 있어서는 충분한 내식성을 확보하는 측면에서 도막의 두께를, 건조도막 기준으로, 30 내지 70㎛ 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 도막은 에폭시 수지 40 내지 45중량%, 경화제 40 내지 45중량% 및 금속황산염 10 내지 20중량% 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 건조된 도막의 두께가 30㎛ 미만으로 얇게 도포되면, 에폭시 도료가 쉽게 열화되어 외부환경의 부식성 물질의 차단 효과가 낮아진다. 또한, 상기 열화된 에폭시 도료는 부식과정에서 탄소강에서 용해되는 철 이온과 금속염의 손실로 인해 안정한 녹의 형성에도 악영향을 미칠 수 있다.
반면에 도막 두께가 70㎛를 초과하는 경우에는 경제적인 측면에서 바람직하지 않음은 물론, 에폭시 수지조성물에 혼합된 금속염과 수분의 반응이 낮아지고, 이로 인해 탄소강 표면에 안정한 녹을 형성하는데 많은 시간이 소요될 수 있다. 이러한 경우, 탄소강 표면에 안정한 녹이 형성되는 것보다 에폭시 도료의 열화가 먼저 진행되어 도막이 먼저 탈락하는 현상이 발생할 우려도 있다.
상기와 같은 본 발명에서 제공하는 에폭시 수지조성물을 대기환경에서 사용되는 각종 교량, 건물, 사회인프라시설(가로등, 보안등, 버스승강장) 등의 소재인 구조용 탄소강의 도장하는 경우, 단 1회의 도장으로도 탄소가 표면에 안정한 녹을 형성시킬 수 있다. 이로 인해 구조용 탄소강에 대하여 대기부식에 대한 저항성을 향상시킬 수 있어, 통상적인 에폭시 도료와 비교하여 부식속도는 약 2 내지 3배 낮출 수 있으며, 구조용 탄소강 표면에 안정한 녹을 중량으로 약 1.5 내지 2배 정도 많은 양으로 형성시킬 수 있어, 대기부식 저항성을 향상시킬 수 있으며, 대기부식으로 의해 발생하는 유지보수 비용을 절감시킬 수 있다.
실시예
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 들어 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1
하기 표 1에 나타낸 조성을 갖는 탄소강을 준비하였다.
강종 합금성분 (중량%)
C Si Mn P S Fe
탄소강 0.1 이하 0.05이하 0.4이하 0.02이하 0.02이하 Bal.
표 2에 나타낸 바와 같은 성분을 표 2의 함량으로 혼합하여 에폭시 수지조성물을 제조한 후, 상기 탄소강 표면 위에 도포하고 상온 (20~25℃)조건에서 약 24시간 건조하여 50 ㎛ 두께의 도막을 형성하였다. 통상적으로 기계적인 특성을 고려하여 도막의 두께는 150 내지 300 ㎛의 두께가 적용되지만, 이러한 두께에서는 금속염과 수분의 반응이 낮아 탄소강 표면에 안정한 녹을 형성하는데 많은 시간이 소요되며, 안정한 녹을 형성하기 전에 도막의 열화가 먼저 발생하는 경우가 발생할 수도 있다고 판단된다,
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
에폭시수지 40 37 37 37
폴리아마이드아민 40 37 37 37
용제 자일렌 7 6 6 6
MEK 13 10 10 10
금속염 MgSO4·7H2O - 10 - -
Al2(SO4)3·18H2O - - 10 -
NiSO4·6H2O - - - 10
합계(중량%) 100 100 100 100
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1로부터 얻어진 에폭시 수지 도막이 형성된 탄소강에 대하여 SAE J2334에 의거하여 가속부식실험을 50사이클 및 70사이클로 수행한 후, 전위가변기(Potentiostat)를 사용하여 0.5%NaCl + 0.1%CaCl2 + 0.075%NaHCO3의 혼합수용액에서 1시간동안 자연전위를 측정한 후 자연전위보다 ±200mV 범위에서 1mV/s 속도로 동전위분극한 후 타펠외삽법으로 부식전류밀도(부식속도)를 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. 또한, 각 시편의 표면을 촬영하고, 얻어진 사진을 도 1에 나타내었다. 도 1의 (a) 내지 (d)는 비교예 1 및 실시예 1 내지 3에 따른 에폭시 수지 도막이 형성된 탄소강의 표면을 촬영한 사진이다.또한, 상기 가속부식실험 후의 시편에 대하여 X선 회절법(x-ray diffraction)으로 각각의 부식생성물의 피크를 조사한 후, 각 피크의 면적을 적분으로 계산하여 시편 표면에 형성된 안정한 녹인 α-FeOOH의 질량 분율을 측정하고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
부식전류밀도(mA/cm2) 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
50 사이클 0.00721 0.00296 0.00321 0.00206
70 사이클 0.01849 0.00603 0.00982 0.00843
상기 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 에폭시 수지조성물을 사용하여 형성된 도막을 갖는 실시예 1 내지 3의 탄소강은, 비교예 1에 비하여, 가속부식실험 후 낮은 부식전류밀도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 발명예 1 내지 3의 탄소강이 대기환경에서 높은 내부식성을 가짐을 나타낸다.이와 같은 결과로부터, 본 발명에서 제공하는 에폭시 수지조성물에 의해 형성된 도막 중에 포함된 황산금속염이 에폭시 수지 도막과 소재 금속인 탄소강의 접착성을 향상시켜주면서, 안정한 녹의 생성을 촉진시켜, 낮은 부식전류밀도에 기여한 것으로 보인다.
반면에, 비교예 1는 발명예들 보다 약 2 내지 3배 정도의 높은 부식전류밀도를 나타냄을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 탄소강 표면에 형성된 에폭시 도막의 방식 효과가 사라짐으로 인해 나타낸 결과로 판단된다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1은 발명예 1 내지 3과 비교하여, 탄소강 표면에 형성된 에폭시 도막이 부풀어져 있는데, 이는 에폭시 도막 내부의 탄소강 표면이 심하게 부식됨으로 인해 에폭시 도장과 소재 금속인 탄소강과 분리된 것을 관찰할 수 있다. 이와 같은 비교예 1의 탄소강의 부식은 녹의 산화환원 반응 촉진으로 인해 나타난 것으로 평가할 수 있다.
α-FeOOH의 질량분율(%) 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
50 사이클 24.3 36.6 33.8 29.1
70 사이클 26.1 34.4 32.2 32.1
상기 표 4에 나타낸 가속부식실험 후, X선 회절 정량분석 후 안정한 녹인 α-FeOOH 질량분율의 결과로부터, 비교예 1의 시편은 50 사이클과 70사이클에서 α-FeOOH가 약 24 내지 26%의 범위를 나타낸 반면, 실시예 1 내지 3의 시편은 α-FeOOH가 약 32 내지 36%로 비교적 높은 질량분율을 나타냄을 알 수 있다. 이러한 결과는 앞서 표 3과 밀접한 관계가 있는 것으로서, 안정한 녹 α-FeOOH가 부식전류밀도에 기여하는 것으로 평가할 수 있다. 따라서, 대기환경에서 사용되고 있는 각종 교량, 건물, 사회인프라시설의 소재인 구조용 탄소강에 대하여 본 발명에서 제공하는 에폭시 수지조성물을 사용하여 도막을 형성하는 경우에, 대기부식 과정에서 도막 내에 포함된 금속염의 작용에 의해 탄소강의 표면에 안정한 녹을 생성시킴으로써, 단 1회의 도장을 함으로써도 내부식성 향상 효과를 얻을 수 있다.

Claims (15)

  1. 에폭시 수지 30 내지 50중량%; 아민 경화제 20 내지 30중량%; 유기용매 16 내지 20중량% 및 금속황산염 5 내지 10중량%를 포함하는 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기용매는 자일렌 및 메틸에틸케톤의 혼합물이며, 수지조성물 전체 중량에 대하여, 자일렌(xylene) 5 내지 10중량% 및 메틸에틸케톤 7 내지 15중량% 포함하는 것인 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자일렌과 메틸에틸케톤은 1:1.6 내지 2의 중량비로 포함하는 것인 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물.
  4. 제1항에 있어서, 에폭시 수지는 비스페놀 A, 비스페놀 B 및 노볼락으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종인 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물.
  5. 제1항에 있어서 아민 경화제는 폴리아마이드 아민인 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속황산염은 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)2), 황산구리(CuSO4) 및 황산니켈(NiSO4)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종인 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물.
  7. 탄소강; 및
    상기 탄소강 표면에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 탄소강 도장용 에폭시 수지조성물로 형성된 30 내지 100㎛ 두께의 에폭시 수지 도막
    을 포함하는 탄소강 구조물.
  8. 탄소강; 및
    에폭시 수지 40 내지 45중량%; 아민 경화제 40 내지 45중량%; 및 금속황산염 10 내지 20중량%를 포함하는 에폭시 수지 도막
    을 포함하는 탄소강 구조물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속황산염은 황산마그네슘(MgSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)2), 황산구리(CuSO4) 및 황산니켈(NiSO4)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종인 탄소강 구조물.
  10. 제8항에 있어서 아민 경화제는 폴리아마이드 아민인 탄소강 구조물.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에폭시 수지 도막은 30 내지 100㎛의 두께를 갖는 것인 탄소강 구조물.
  12. 탄소강; 및 상기 탄소강 표면에 에폭시 수지; 아민 경화제; 및 금속황산염을 포함하는 에폭시 수지 도막을 포함하고,
    SAE J2334에 따른 가속부식실험 50 사이클 후 전위가변기(Potentiostat)를 사용하여 0.5%NaCl + 0.1%CaCl2 + 0.075%NaHCO3의 혼합수용액에서 1시간동안 자연전위를 측정한 후 자연전위보다 ±200mV 범위에서 1mV/s 속도로 동전위분극한 후 타펠외삽법으로 측정된 부식전류밀도가 0.002 내지 0.0035mA/cm2 범위의 값을 갖는 것인 탄소강 구조물.
  13. 제12항에 있어서, X선 회절법에 의해 측정된 α-FeOOH의 질량분율이 29 내지 37% 범위의 값을 갖는 것인 탄소강 구조물.
  14. 탄소강; 및 상기 탄소강 표면에 에폭시 수지; 아민 경화제; 및 금속황산염을 포함하는 에폭시 수지 도막을 포함하고,
    SAE J2334에 따른 가속부식실험 70 사이클 후 전위가변기(Potentiostat)를 사용하여 0.5%NaCl + 0.1%CaCl2 + 0.075%NaHCO3의 혼합수용액에서 1시간동안 자연전위를 측정한 후 자연전위보다 ±200mV 범위에서 1mV/s 속도로 동전위분극한 후 타펠외삽법으로 측정된 부식전류밀도가 0.006 내지 0.0099mA/cm2 범위의 값을 갖는 것인 탄소강 구조물.
  15. 제14항에 있어서, X선 회절법에 의해 측정된 α-FeOOH의 질량분율이 32 내지 36% 범위의 값을 갖는 것인 탄소강 구조물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09143246A (ja) * 1995-11-24 1997-06-03 Kansai Paint Co Ltd エポキシ樹脂及びこれを含む塗料組成物
KR20070121303A (ko) * 2006-06-22 2007-12-27 주식회사 포스코 제조성이 우수한 내후성강용 방청 피막 도료 및 그 제조방법
KR20180104753A (ko) * 2016-02-25 2018-09-21 주고꾸 도료 가부시키가이샤 방식도료 조성물, 방식도막, 방식도막 부착 기재 및 그의 제조방법

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