KR20230099371A - 철재구조물 보수용 방청테이프 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철재구조물 보수용 방청테이프 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 아연(Zn), 아연마그네슘합금(Zn2Mg, Zn11Mg2)을 포함하는 희생방식 금속과, 접착물질이 혼합된 혼합물을 이용하여 시트형상으로 제조되는 희생방식 접착시트와, 상기 희생방식 접착시트 상부에 부착되고, 외부의 환경요인으로부터 상기 희생방식 접착시트를 보호하는 외부보호시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 구조물 형상 및 설치 환경에 따라 보수작업에 필요한 인부와, 협소한 공간 등과 같이 방식처리 물자의 접근이 제한되는 곳에서도 부식 발생영역의 보수작업을 용이하게 시공할 수 있을 뿐 아니라 두께가 얇아지면서 사용상 편의성을 극대화할 수 있으며, 시공비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 구조물 형상 및 설치 환경에 따라 보수작업에 필요한 인부와, 협소한 공간 등과 같이 방식처리 물자의 접근이 제한되는 곳에서도 부식 발생영역의 보수작업을 용이하게 시공할 수 있을 뿐 아니라 두께가 얇아지면서 사용상 편의성을 극대화할 수 있으며, 시공비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 철재구조물 보수용 방청테이프 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조물 형상 및 설치 환경에 따라 보수작업에 필요한 인부와, 협소한 공간 등과 같이 방식처리 물자의 접근이 제한되는 곳에서도 부식 발생영역의 보수작업을 용이하게 시공할 수 있을 뿐 아니라 두께가 얇아지면서 사용상 편의성을 극대화할 수 있으며, 시공비용을 크게 절감할 수 있는 철재구조물 보수용 방청테이프 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 외부 환경에 노출된 철제 구조물들은 대기와 반응하여 산화되며, 특히 해안가의 경우 공기 중 염분으로 인해 산화가 촉진되어 철재구조물 및 산업 플랜트의 부식이 빠르게 진행된다.
이와 더불어 기술의 진보와 산업성장에 따라 대형 철재구조물과 대형 산업 플랜트가 증가하고 있어 이에 대한 유지보수 비용이 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
한편 일각에서는 철재구조물 및 산업플랜트는 부식발생을 최소화하기 위해 방식(防蝕)처리를 하여 사용하고 있으나, 부식방지에 한계가 있어 여전히 국부적으로 부식이 발생하고, 이를 처리하기 위한 보수비용이 증가하고 있다.
여기서, 부식 발생영역의 보수작업을 간략하게 살펴보면, 부식이 발생된 영역에서 부식생성물을 모두 제거한 다음 전기 도금, 금속의 피복, 도장 등의 방식(防蝕)처리를 하게 된다.
그러나, 기존의 방식(防蝕)처리를 수행하기 위해서는 특수 장비가 요구되고, 이를 작업하는데 상당한 시간이 소요되므로 보수작업에 소요되는 비용이 크게 증가하는 문제가 있었다.
나아가, 철재구조물 및 산업플랜트의 형상 및 설치 환경에 따라 보수작업에 필요한 인부와 방식처리 물자의 접근이 제한되는 문제로 인하여 보수작업이 매우 어려운 문제점이 있었다.
이러한 문제로 부식상태가 방치되는 경우 깊이 방향으로 부식이 진행되어 부분적인 파손이나, 구조물 붕괴와 같은 큰 사고를 유발 할 수 있기 때문에 해당 구조물의 일부 또는 전부를 교체해야 함으로써 보수작업에 막대한 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구조물 형상 및 설치 환경에 따라 보수작업에 필요한 인부와, 협소한 공간 등과 같이 방식처리 물자의 접근이 제한되는 곳에서도 부식 발생영역의 보수작업을 용이하게 시공할 수 있을 뿐 아니라 희생방식 금속과 접착물질을 혼합하여 하나의 접착시트를 형성함에 따라 두께가 얇아지면서 사용상 편의성을 극대화할 수 있으며, 시공비용을 크게 절감할 수 있는 철재구조물 보수용 방청테이프 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 아연(Zn), 아연마그네슘합금(Zn2Mg, Zn11Mg2)을 포함하는 희생방식 금속과, 접착물질이 혼합된 혼합물을 이용하여 시트형상으로 제조되는 희생방식 접착시트와, 상기 희생방식 접착시트 상부에 부착되고, 외부의 환경요인으로부터 상기 희생방식 접착시트를 보호하는 외부보호시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프를 제공한다.
그리고, 상기 접착물질은 부틸고무계 접착물질이 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 아연(Zn) 분말 및 아연마그네슘합금(Zn2Mg, Zn11Mg2) 분말은 0.1㎛ 내지 100㎛ 크기의 분말이 사용될 수 있다.
아울러, 상기 희생방식 접착시트는 마그네슘실리콘합금(Mg2Si)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 아연(Zn) 분말, 아연마그네슘합금(Zn2Mg, Zn11Mg2) 분말을 혼합하여 희생방식 금속을 제조하는 제1 단계와, 제조된 상기 희생방식 금속에 아소부틸고무와, 폴리피롤 및 전도성 블랙카본을 포함하는 접착물질을 투입하고, 이를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제2 단계와, 제조된 상기 혼합물을 시트형상으로 가공하여 희생방식 접착시트를 제조하는 제3 단계와, 상기 희생방식 접착시트 상부에 외부보호시트를 부착하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프의 제조방법을 제공한다.
그리고, 상기 혼합물은 70중량% 내지 95중량%의 접착물질과, 5중량% 내지 30중량%의 희생방식물질이 혼합된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 단계에서 마그네슘실리콘합금(Mg2Si)을 더 포함하여 상기 희생방식물질을 제조하되, 상기 희생방식물질은 50~96중량%의 아연(Zn)과, 2~30중량%의 마그네슘(Mg) 및 2~20중량%의 실리콘(Si)으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 구조물 형상 및 설치 환경에 따라 보수작업에 필요한 인부와, 협소한 공간 등과 같이 방식처리 물자의 접근이 제한되는 곳에서도 부식 발생영역의 보수작업을 용이하게 시공할 수 있을 뿐 아니라 두께가 얇아지면서 사용상 편의성을 극대화할 수 있으며, 시공비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프의 사시도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프의 단면도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프의 제조방법 순서도.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프의 단면도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프의 제조방법 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프의 사시도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프의 단면도이다.
도1 내지 도2에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프(1)는 희생방식 접착시트(10) 및 외부보호시트(20)를 포함하여 구성된다.
희생방식 접착시트(10)는 보수대상 철제구조물에 전기적으로 접촉될 수 있도록 전도성과 접착력을 갖는 재질로 형성된 접착물질과, 보수대상물의 산화를 억제하기 위한 희생방식 금속을 포함하고 시트형태로 제조될 수 있다. 이러한 희생방식 접착시트(10)는 보수하고자 하는 철재구조물의 일측에 부착되는 경우 희생방식 금속이 산화하면서 발생되는 전자가 모재에 전기적으로 접촉되어 모재의 산화를 억제하도록 하는 역할을 한다.
이때, 희생방식 접착시트(10)는 70중량% 내지 95중량%의 접착물질과 5중량% 내지 30중량%의 희생방식 금속이 혼합되어 시트형태로 제작될 수 있다. 이는 희생방식 금속의 함유량이 5중량% 미만인 경우 희생방식 효과가 미미하고, 희생방식 금속의 함유량이 30중량%를 초과하는 경우 점착력이 크게 저하되기 때문이다.
희생방식 금속은 아연(Zn)과 아연마그네슘함금(Zn2Mg, Zn11Mg2) 성분을 혼합한 혼합물이 사용될 수 있는데, 이때 소지철 대비 전기화학적 전위 값을 최소 50mV 낮게 설계해야 갈바닉 희생방식 효과를 가지게 된다.
아울러, 상기한 아연마그네슘합금은 Zn2Mg합금이 사용될 수 있는데, 보다 우수한 희생방식효과를 얻기 위해 Zn11Mg2 합금이 사용될 수 있다.
이에, 본 출원인은 마그네슘(Mg) 함량이 부식 결과에 어떤 영향을 미치는지 여부를 알아보기 위해 아래와 같은 실험을 실시하였다.
이 실험에서는 아연(Zn)에 마그네슘 함량을 달리한 시편을 고주파 진공용해를 통해 제조하여 준비하고, 이들 시편을 5% 염수에 30일동안 침지한 후 무게감량 결과를 살펴보았으며, 그 분석결과, 마그네슘 함량이 3중량% 내지 16중량%인 아연마그네슘의 내식성이 우수함을 알 수 있었다.
| 합금제조 | Zn 함량(wt.%) | Mg 함량(wt.%) | 합금상 |
| Zn | 99.99 | Zn | |
| ZnMg1.5 | 98.49 | 1.51 | Zn, Mg2Zn11 |
| ZnMg3 | 97.05 | 2.98 | Zn, MgZn2 |
| ZnMg6 | 94.03 | 5.97 | Zn, MgZn2 |
| ZnMg9 | 90.99 | 9.01 | Zn, MgZn2 |
| ZnMg12 | 88.04 | 11.96 | Zn, MgZn2 |
| ZnMg16 | 83.99 | 16.01 | MgZn2 |
| ZnMg32 | 67.98 | 32.02 | MgZn |
 |
| 5% 염수에 침지하여 30일 동안 아연마그네슘합금재의 부식시험 결과 |
이러한 희생방식층(20)의 반응상태를 살펴보면, 아연마그네슘합금 상에서 우선적으로 초기 용출이 발생(식1)하여 Mg 및 Zn의 양이온이 형성되며, 이때 표면에 존재하는 전자는 상대적 음극 역할을 하는 Zn 상에서 O2와의 결합을 통한 음극환원반응(식2)을 통해 소모되며, OH-생성에 기인한 국부적 pH 증가로 인해 초기 부식생성물의 안정적 형성이 가능하게 한다.
MgZn2 → Mg2+ + 2Zn2+ + 6e- (식1)
O2 + 4e- + 2H2O → 4OH-
(식2)
즉, Mg이 Mg(OH)2을 형성하여 ZnO를 치밀한 형태의 부식생성물로 알려져 있는 Simonkolleite로 변화시키고, 또한 MgO 부식생성물을 형성하여 희생방식체에서 생성되는 부식생성물의 열역학적 안정도를 높이는 데에 기여하는 방식으로 내식성을 향상시키게 된다.
한편, 혼합물을 제조하는 과정에서 마그네슘실리콘(Mg2Si)을 더 포함할 수 있다. 이러한 마그네슘실리콘합금(Mg2Si)은 부식거동에서 SiO2를 형성하여 국부적인 부식반응을 억제하는 역할을 한다. 그러나, 과도하게 첨가되면, 희생방식에 빠르게 소모되어 보호수명을 단축하는 문제가 발생된다.
Mg2Si → Si2+ + 2Mg2+ + 6e- (식3)
이에 본 실시예에 따른 혼합물은 50~96중량%의 아연(Zn)과, 2~20중량%의 마그네슘(Mg) 및 2~30중량%의 실리콘(Si)으로 이루어질 수 있으며, 마그네슘(Mg)의 경우 위와 같이 합금형태로 기타 성분과 혼합될 수 있다.
한편, 접착물질은 장시간 철재에 부착되는 부착력을 유지할 수 있도록 부틸고무계 접착물질이 적용될 수 있는데, 본 실시예에서는 우수한 접착력과 함께 전도성을 지닐 수 있도록 70~90중량% 아소부틸고무에 5~10% 폴리피롤(Ploypyrrole)과 5~20중량%의 전도성 블랙카본을 혼합하여 제조될 수 있다.
여기서, 폴리피롤(Ploypyrrole)은 아소부틸고무와 블랙카본이 용이하게 결합될 수 있도록 결합제의 기능을 수행하면서도 접착기능을 제공하기 위해 첨가되며, 블랙카본은 위에서 살펴본 바와 같이 희생방식 금속이 철재구조물의 산화를 억제할 수 있도록 희생방식 금속이 철재구조물에 전기적으로 접촉되도록 하는 역할을 한다.
외부보호시트(20)는 희생방식층의 상부에 부착되어 외부 환경요인으로부터 희생방식층(20)을 보호하는 것으로서, UV에 내구성이 강하고, 수분과 산소를 차단할 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이에 외부보호시트(20)(30)는 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리프로필렌(ploypropylen) 재질이 사용될 수 있는데, 상기한 희생방식 접착시트(10)를 외부 환경요인으로부터 충분히 보호할 수 있으면서도 사용편의성을 갖도록 너무 두껍지 않은 두께를 제공하기 위해 0.1~3mm의 두께로 형성될 수 있다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프(1)의 제조방법 순서도이다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 철재구조물 보수용 방청테이프(1)의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
이하 설명에서는 혼합물질이 아연(Zn), 아연마그네슘 합금(Zn2Mg, Zn11Mg2) 및 마그네슘실리콘합금(Mg2Si)성분을 혼합한 것으로 설명하도록 한다.
미리 준비된 아연(Zn) 분말과, 아연마그네슘합금(Zn2Mg, Zn11Mg2) 분말 및 마그네슘실리콘합금 분말(Mg2Si)을 교반하여 희생방식물질을 제조한다.(S10)
여기서, 희생방식물질은 결과적으로 50~96중량%의 아연(Zn)과, 2~20중량%의 마그네슘(Mg) 및 2~30중량%의 실리콘(Si)으로 이루어질 수 있으며, 이때, 0.1㎛ 내지 100㎛ 크기의 분말이 사용된다. 그 이유는 아연마그네슘합금의 경우 서로 응집되는 에너지가 높아 0.1um 이하의 분말을 사용하는 경우 물리적 분산에 어려움이 발생하기 때문이다.
이후 제조된 희생방식 금속에 접착물질을 투입하고, 이들을 혼합하여 혼합물을 취득하며,(S20) 취득한 혼합물을 가공하여 시트형상으로 제조한다.(S30)
이때, 혼합물은 위에서 언급한 바와 같이 70중량% 내지 95중량%의 접착물질과 5중량% 내지 30중량%의 희생방식 금속이 혼합되는 것이며, 여기서 접착물질은 70~90중량% 아소부틸고무에 5~10% 폴리피롤(Ploypyrrole)과 5~20중량%의 전도성 블랙카본을 혼합하여 취득할 수 있다.
다음, 희생방식 접착시트(10) 상부에 PP필름, 즉 외부보호시트(20)를 부착함으로써 방청테이프(1)를 제조한다.(S40)
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : 희생방식 접착시트
20 : 외부보호시트
Claims (8)
- 아연(Zn), 아연마그네슘합금(Zn2Mg, Zn11Mg2)을 포함하는 희생방식 금속과, 접착물질이 혼합된 혼합물을 이용하여 시트형상으로 제조되는 희생방식 접착시트와;
상기 희생방식 접착시트 상부에 부착되고, 외부의 환경요인으로부터 상기 희생방식 접착시트를 보호하는 외부보호시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 접착물질은 부틸고무계 접착물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 아연(Zn) 분말 및 아연마그네슘합금(Zn2Mg, Zn11Mg2) 분말은 0.1㎛ 내지 100㎛ 크기의 분말이 사용되는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 희생방식 접착시트는 마그네슘실리콘합금(Mg2Si)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프.
- 아연(Zn) 분말, 아연마그네슘합금(Zn2Mg, Zn11Mg2) 분말을 혼합하여 희생방식 금속을 제조하는 제1 단계와;
제조된 상기 희생방식 금속에 아소부틸고무와, 폴리피롤 및 전도성 블랙카본을 포함하는 접착물질을 투입하고, 이를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제2 단계와;
제조된 상기 혼합물을 시트형상으로 가공하여 희생방식 접착시트를 제조하는 제3 단계와;
상기 희생방식 접착시트 상부에 외부보호시트를 부착하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 혼합물은 70중량% 내지 95중량%의 접착물질과, 5중량% 내지 30중량%의 희생방식물질이 혼합된 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 단계에서 마그네슘실리콘합금(Mg2Si)을 더 포함하여 상기 희생방식물질을 제조하되,
상기 희생방식물질은 50~96중량%의 아연(Zn)과, 2~30중량%의 마그네슘(Mg) 및 2~20중량%의 실리콘(Si)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 접착물질은 70~90중량% 아소부틸고무에 5~10% 폴리피롤(Ploypyrrole)과 5~20중량%의 전도성 블랙카본이 혼합된 것을 특징으로 하는 철재구조물 보수용 방청테이프의 제조방법.
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