KR20240045454A - 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물 - Google Patents
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Abstract
불안정한 적녹 표면에 직접 도장할 경우 도막의 성능이 현저히 감소하여 녹 제거가 필수이지만 시설물의 위치, 형상, 작업조건 및 환경오염 등의 제약으로 불가능하여 적녹을 제거하지 않고 효과적으로 보수도장을 수행하기 위해서는 불안전한 적녹의 안정화(안정화된 흑녹으로의 전환), 방청성 향상 및 상도도료와의 호환성이 확보되고 아울러 환경오염 및 지구온난화 방지에 도움이 되는 수성계 방청도료를 제공한다.
본 발명은 발청이 매우 심하여 기존 보수도장도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청하도도료 조성물에 관한 것으로 주 수지는 발청에 대한 녹안정화기능이 우수하고 다공성인 녹에 침투성이 양호한 수성아크릭인산수지를을 사용하고 방청성을 향상하기 위한 기능성방청안료인 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate), 알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate), 인산칼슘으로 코팅된 인산아연(Zinc Phosphate coated with calcium phosphate) 들을 사용하여 소기의 목적을 달성한다.
본 발명은 발청이 매우 심하여 기존 보수도장도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청하도도료 조성물에 관한 것으로 주 수지는 발청에 대한 녹안정화기능이 우수하고 다공성인 녹에 침투성이 양호한 수성아크릭인산수지를을 사용하고 방청성을 향상하기 위한 기능성방청안료인 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate), 알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate), 인산칼슘으로 코팅된 인산아연(Zinc Phosphate coated with calcium phosphate) 들을 사용하여 소기의 목적을 달성한다.
Description
본 발명은 발청이 매우 심하여 기존 보수도장도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 발청이 매우 심하여 기존 보수도장도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물에 관한 것으로 표 1과 같은 조건에 적용되는 것으로 기존의 도료 및 시공법으로 보수도장이 불가능하거나 품질확보가 불가능함을 알 수 있다. ( 표 1. 부식에 의한 피해 범위)
| 구분 | 부식피해 범위 |
| 전면 균열부식 |
금속 표면 전체에 걸쳐서 균일하게 1.0㎜(1,000㎛) 이상의 두께로 발생한 부식 |
| 국부부식 | 국부적으로 깊이 1.5mm 이상이며 지름 10mm 이상으로 발생한 부식 |
| 군집형태부식 | 군집형태로 두께 3.0mm 이상 혹은 모재 두께의 5% 이상의 부식 |
| 균열부식 | 응력 등의 특수조건에 의해 모재의 크랙에 의한 균열 부식 |
부식성 성분에 직접 도장할 경우 도막의 부착성 및 내식성이 감소하고 도막의 기능이 현저히 저하되며 녹 제거가 필수이지만 환경오염, 위치, 형상 등으로 도장이 불가능하여 고기능성 녹 전환제의 필요성이 요구된다
철의 부식은 양극에서의 산화 반응과 음극에서의 환원 반응 및 종합연속 반응을 통하여 녹 혹은 적녹(Fe(OH)3,Fe2O3)이 형성되는 것을 말하며, 적녹은 불안정하여 부식이 가속화되거나 계속 진행된다.
부식이 발생한 철 구조물은 내구성 감소, 강도 저하 등이 발생하여 구조물 본연의 기능을 상실하므로 페인트 도장을 통하여 보호하고 있지만, 발전시설물의 경우 부식환경이 가혹한 해안지대에 위치하고 있어 녹 발생이 내륙지역보다 빠르게 발생한다. 발전시설물의 유지관리를 위해 녹이 발생한 철 구조물을 정기적으로 보수도장을 시행하는데 보수도장의 품질확보를 위해서는 발생한 녹을 효과적으로 제거하는 것이 가장 중요한 공정이다.
일반적으로 녹을 효과적으로 제거하는 방법은 알칼리 및 산용액으로 처리 후 인산염처리를 하는 화학적 방법과 쇼트블라스트 혹은 샌드블라스트 등의 물리적 제거 방법이 있으나 발전시설물의 보수도장에는 환경오염 및 작업조건 등의 제약으로 적용하는 것이 불가능하다.
따라서 보수도장 시 사실상 녹 제거가 불가능한 발전시설물의 경우 녹 제거보다 녹을 안정화, 일반적으로 녹을 전환 시키는 전처리 공정이 경제적이고 친환경적인 효과적인 방법이다.
그중에서 철재 면에 인산염 피막처리는 금속의 도장 전처리 방식으로 오랫동안 현재까지도 유용하게 사용되는 방식으로 여기에 사용되는 염은 주로 아연, 칼슘, 철 등인데 도막은 인산아연, 인산칼슘, 인산철 등으로 이들의 방청성은 입증되어 도료용 방청안료로서도 인산아연과 인산칼슘은 유용하게 사용되고 있다.
일본 공개특허 제1993-320936호는 철강표면의 녹전환에 의한 방청처리에 관한 것으로 타닌산 수용액에 불소 화합물, 카르복실기 함유 화합물 및 습윤제를 배합하여 녹을 효과적으로 용해시키고 방청피막을 형성하는 것으로 발전시설물과 같은 현장 보수에서는 적용하기 어려움이 있다.
대한민국 특허 제10-1107795호는 금속 부식 방지를 위한 방청제에 관한 것으로서, 물과 이소프로필 알코올을 포함하는 에멀젼 수지 바인더와 타닌산 또는 갈산이 첨가된 초산 용액을 포함하는 녹 전환 용액의 혼합물을 방청제로 사용함으로써, 부식된 금속 표면에 사용하기 위해 전처리 공정이 필요하지 않고, 중방식용 도료의 하도 코팅제로 사용될 수 있는 효과가 있음을 개시하고 있으나 기존 어멜전 수지로서의 에폭시, 상도와의 호환성이 없어 보수 시 상도 용제에 의해 크랙 및 부풀음이 생겨 발전시설물에는 효과적이지 못하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발청이 매우 심하여 기존 보수도장도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청하도도료 조성물에 관한 것으로 기존의 도료 및 시공법으로 보수도장이 불가능하거나 품질확보가 불가능한 표 1과 같은 조건에 적용하여 녹의 안정화와 방청성 증대시켜 보수도장의 품질을 확보하고자 한다.
발청이 매우 심한 시설물의 보수도장에 있어 불안정한 적녹에 도장하는 하도 도료는 매우 중요하며 보수도장의 품질확보 및 성패를 좌우하는 것은 엄연한 사실이며, 본 발명은 이러한 목적 달성을 위한 하도 도료의 개발이며, 아울러 장기적인 방청성을 유지하기 위해서는 상도 도료로 추가 도장하는 것은 상식으로, 본 발명의 하도 도료의 상도 도료로는 일반적인 에폭시, 우레탄, 불소 등을 포함한 모든 상도 도료의 사용이 가능하게 하는 것이다.
따라서 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청하도 도료 조성물을 제공하는데 전체 혼합물 100중량%에 대하여 수성아크릭인산수지 60~70중량%, 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate) 5~15중량%, 알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate) 7~10중량%, 칼슘으로 코팅된 인산아연(Zinc Phosphate coated with Calcium) 10~15중량%, 분산제, 소포제, 습윤제 등의 첨가제들을 5~7중량%를 포함할 수 있다.
아크릭인산수지는 수성 아크릭수지 100중량%에 대하여 인산염수용액(Alkyl-Phosphate salt solution) 50~60중량%를 포함하며, 분산제, 계면활성제 등의 첨가제가 10~20중량%을 혼합하여 제조될 수 있다.
수성아크릭인산수지 제조에 사용하는 수성아크릭수지는 전제혼합물 100중량%에 대하여 에틸아크릴레이트 25~35중량%, 메틸메타아크릴레이트 25~35중량%, 아크릴아마이드 5~10중량%, 스타이렌모노머 5~10중량%, 메타크릴산 5~10중량%, 소포제, 습윤제 등을 포함하는 첨가제 5~10중량%을 포함할 수 있다.
인산염 수용액은 전체수용액 100중량%에 대하여 인산염이 40~50중량%인 수용액일 수 있다.
상기 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate) 방청안료는 평균 입도 5±1㎛ 일 수 있다.
알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate)는 개질처리된(Modification) Zn과 Ca를 포함한 방청안료를 사용하며 평균 입도 3.3㎛ 일 수 있다.
칼슘으로 코팅된 인산아연 (Zinc Phosphate coated with Calcium)은 7㎛(평균 입도)를 사용하며 칼슘분말(평균 입도 3.5㎛)을 인산아연(평균 입도 7㎛)에 코팅하여 사용할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성에 의하여 발청이 심한 부분에 보수도장이 가능하게 하는 효과를 갖는다.
도1은 발청이 심한 부분에 본 발명에 따른 도료로 보수도장을 한 예를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 녹안정화 기능이 우수한 수성아크릭인산수지를 사용하고 녹안정화 및 방청안료로 유용한 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate), 칼슘으로 코팅된 인산아연(Zinc Phosphate coated with Calcium) 등을 배합한다.
본 발명에 사용하는 수성아크릭인산수지는 녹안정화 기능이 양호한 것으로 이는 인산의 녹안정화 및 방청기능에 의함은 자명한 사실이며, 여기서 녹안정화란 일반적으로 적녹(적색발청)은 불안정한 상태로 계속 발청이 진행되며, 이를 인산 등의 녹전환제, 즉 안정화된 녹인 흑녹(검정색발청)으로 전환해 발청 진행을 중단시켜 녹을 안정화하는 것을 의미한다.
배합비는 수성 아크릭인산수지 60~70중량%, 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate) 5~15중량%, 알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate) 7~10중량%, 칼슘으로 코팅된 인산아연(Zinc Phosphate coated with Calcium) 10~15중량%, 분산제, 소포제, 습윤제 등의 첨가제들을 5~7중량%를 포함하는 방청도료 조성물을 제공한다.
본 발명에 사용하는 아크릭인산수지는 수성 아크릭수지 100중량%에 대하여 인산염수용액(Alkyl-Phosphate salt solution) 50~60중량%를 포함하며, 분산제, 계면활성제 등의 첨가제가 10~20중량%을 혼합하여 제조될 수 있다.
또한, 수성아크릭인산수지 제조에 사용하는 수성아크릭수지는 전제혼합물 100중량%에 대하여 에틸아크릴레이트 25~35중량%, 메틸메타아크릴레이트 25~35중량%, 아크릴아마이드 5~10중량%, 스타이렌모노머 5~10중량%, 메타크릴산 5~10중량%, 소포제, 습윤제 등을 포함하는 첨가제 5~10중량%을 포함한다.
인산염 수용액은 전체수용액 100중량%에 대하여 인산염이 40~50중량%인 수용액을 사용할 수 있다.
상기 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate) 방청안료는 평균 입도 5±1㎛ 인 것을 사용한다.
알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate)는 개질처리된(Modification) Zn과 Ca를 포함한 방청안료를 사용하며 평균 입도 3.3㎛ 인 것을 사용한다.
칼슘으로 코팅된 인산아연 (Zinc Phosphate coated with Calcium)은 7㎛(평균 입도)를 사용하며 인산아연(Zinc Phosphate)과 인산칼슘(Calcium Phosphate
)는 철재의 방청안료로 매우 유용하여 많이 사용되는 것은 자명한 사실로 본 발명에서는 칼슘분말(평균 입도 3.5㎛)을 인산아연(평균 입도 7㎛)에 코팅하여 사용하는데 그 이유는 다음과 같으며, 본 발명의 중요한 해결과제이기도 하다.
위에서 제시한 입도와 20%이상 차이나는 것을 사용하는 경우 혼합성이 매우 떨어지거나 보수후 내구성이 떨어질수 있기 때문에 가능한한 ±20% 범위내의 것을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 사용하는 수성아크릭인산수지와의 혼용성 및 저장 안정성에 있어 아연보다 칼슘이 양호하기 때문이며, 인산 아연의 방청성은 인산칼슘보다 철재에 더 유용하기 때문에 필요불가결하게 다량의 인산아연을 사용하기 위해 칼슘으로 코팅하여 사용한다. 코팅방법은 스핀코터, 스프레이코터 등의 방식으로 가능하다.
발청이 심한 적녹은 군집형태로 두께가 최대 50㎜까지 분포하기에 모재 표면까지 녹안정화 및 방청기능이 있는 하도 도료의 침투성이 매우 중요하다. 일반적으로 도료의 침투성은 도료의 점도와 매우 연관성이 많다. 점도가 묽을수록 미세한 다공성 적녹으로의 침투성은 양호함은 자명하나 시공 시의 흐름 현상, 새깅 등이 발생하며, 아울러 용제함량이 많고 고형분이 감소하여 도료의 성능을 저하하므로 소기의 목적을 달성할 수가 없다.
따라서 본 발명에서는 점도가 상대적으로 묽은 수성계수지를 사용하고 효과적인 방청기능을 위하여 첨가하는 기능성안료들도 점도 상승을 크게 유발하지 않는 안료 및 코팅 안료를 사용하여 도료의 점도를 수준으로 유지할 수 있었다.
기본수지는 수성아크릭수지에 인산수지를 사용 60~70중량%, 기능성방청안료인 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate), 5~15중량%, 알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate) 7~10중량%, 칼슘으로 코팅된 인산아연(Zinc Phosphate coated with Calcium) 10~15중량%, 분산제, 항거품제 등의 첨가제들을 5~7중량%를 포함하는 방청도료 조성물을 제공한다.
이하, 실시예와 함께 본 발명을 상세하게 설명한다.
실시예 1.
다음과 같은 조성비로 녹안정화 및 방청도료 조성물을 제조한다.
| 구분 | 구성 성분 | 조성비(%) | |
| 수지 | 수성아크릭인산수지 | 60~70 | |
| 안료 | 스트론튬 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate) | 5~15 | |
| 알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate) | 7~10 | ||
| 칼슘으로 코팅된 인산아연(Zinc Phosphate coated with Calcium) | 10~15 | ||
| 기타 | 기타 첨가제 | 5~7 |
참고예1
종래기술과의 비교분석을 위해 현재 발전시설물의 보수도장에 가장 보편적이고 많이 사용하고 있는 당사의 실리우레탄도료(특허 제0573492호, 보수도장용 기능성도료 조성물)를 참고예1로 하여 녹안정화기능 및 방청성을 포함한 제반 성능을 비교·분석하였으며, 그 결과는 표 3과 같다.(표 3. 기존 도료와의 비교분석)
*1. KS M ISO 2409 : 판정 방법 표 (0~5, 0일수록 밀착성 좋음)
2. 녹전환율 : 적녹이 흑녹으로 안정화되는 정도
3. 침투성 : 도료가 적녹에 스며들어 침투되는 정도(도료의 점도와 연관성이 큼)
4. 촉진내후성과 염수분무시험은 상도 도료로 당사의 실리우레탄을 도장한 시편을 사용
비교예 1.
녹이 발생한 금속물에 전체혼합물 100중량%에 대하여 수성아크릭인산수지 50중량%, 스트론툼 포스포실리케이트 15중량%, 알루미늄 트리포스페이트 10중량%, 칼슘으로 코팅된 인산아연 15중량%을 포함하는 혼합물을 금속물에 도포한 후 자연 건조한다. 전제 혼합물중 위에 제시한 조성물은 유효한 효과를 나타내기 위한 조성물이며 이외의 물질이 더미로 포함될 수 있다.
비교예 2.
녹이 발생한 금속물에 전체 혼합물 100중량%에 대하여 수성아크릭인산수지 70중량%, 스트론툼 포스포실리케이트 8중량%, 알루미늄 트리포스페이트 5중량%, 칼슘으로 코팅된 인산아연 8중량%를 포함하는 혼합물을 금속물에 도포한 후 자연 건조한다.전제 혼합물중 위에 제시한 조성물은 유효한 효과를 나타내기 위한 조성물이며 이외의 물질이 더미로 포함될 수 있다.
시험예 1.
내산성 : 금속물을 10% HCl에 24시간 침지한 후 피막의 균열, 박리를 확인한다.
내염수성 : 금속물을 5% NaCl에 24시간 침지한 후 피막의 균열, 박리를 확인한다.
| 구분 | 실시예1 | 참고예1 | 비교예1 | 비교예2 |
| 내산성 | ◎ | ○ | X | ○ |
| 내염수성 | ◎ | ◎ | △ | ○ |
(◎ : 이상 없음, ○ : 균열, △ : 박리, X : 균열 및 박리)
실시예1이 내산성과 내염수성이 모두 우수함을 알 수 있다.
시험예 2.
부착력 테스트 : 금속물을 완전건조 후 ASTM D335-87에 따라 정해진 규격의 Knife로 X자 형태로 절단, 절단면을 육안 또는 확대경을 사용하여 확인한다.
| 구분 | 실시예1 | 참고예1 | 비교예1 | 비교예2 |
| 부착력등급※ | 5A | 4A | 2A | 2A |
※ ASTM D3359 부착력등급에 따른 결과 상태
| 등 급 | 상 태 |
| 5A | 박리 또는 탈착 없음 |
| 4A | 절개면 또는 교차점을 따라 박리 또는 탈착 있음 |
| 3A | 절개면을 따라 양쪽으로 1.6㎜(1/16in.)까지 톱니 형태로 탈착 있음 |
| 2A | 절개면을 따라 양쪽으로 최대 3.2㎜(1/8in.)까지 톱니 형태로 탈착 있음 |
| 1A | 테이프 밑 X 영역의 대부분이 탈착 |
| 0A | X의 영역을 넘어서도 탈착 |
부착등급역시 실시예1이 가장우수함을 알 수 있다.
시험예 3.
상도도료와의 호환성
금속물을 완전건조 후 용제형 상도 도료를 적용하여 부풀음, 갈라짐, 크랙 등을 확인하여 방청도료와 상도도료와의 호환성을 육안 및 확대경으로 확인한다.
| 구분 | 실시예1 | 참고예1 | 비교예1 | 비교예2 |
| 호환성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
(◎ : 이상 없음, X : 부풀음, 갈라짐, 크랙 발생)
시험예 4.
방청효과 시험
시험예 1의 금속물을 해안가에 설치하여 약 한 달간(30일) 방치하여 녹 발생 여부를 확인하다. 10, 20, 30일 경과 후에 육안 또는 확대경으로 확인한다.
| 구분 | 실시예1 | 참고예! | 비교예1 | 비교예2 |
| 10일 후 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 20일 후 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 30일 후 | ◎ | △ | △ | △ |
(◎ : 이상 없음, △ : 점녹 발생, X : 전면 녹 발생)
30일 이후까지 이상없는 것은 실시예1 뿐임을 확인할 수 있다.
상기 시험결과를 참조하면 실시예와 참고예 비교예의 성능을 비교할 수 있다.
시험예와 같이 상도도료와의 호환성은 비슷한 수준이지만 부착력, 방청효과 및 내식성(내산성, 내염수성)에서 실시예 1이 방청도료로서 효과를 최대로 발휘한다는 것을 알 수 있다.
Claims (7)
- 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물로서, 전체 혼합물 100중량%에 대하여
수성아크릭인산수지 60~70중량%, 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate) 5~15중량%, 알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate) 7~10중량%, 칼슘으로 코팅된 인산아연(Zinc Phosphate coated with Calcium) 10~15중량%, 분산제, 소포제, 습윤제 등의 첨가제들을 5~7중량%를 포함하는, 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물
- 제1항에 있어서, 아크릭인산수지는 수성 아크릭수지 100중량%에 대하여 인산염수용액(Alkyl-Phosphate salt solution) 50~60중량%를 포함하며, 분산제, 계면활성제 등의 첨가제가 10~20중량%을 혼합하여 제조되는, 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물
- 제2항에 있어서, 수성아크릭인산수지 제조에 사용하는 수성아크릭수지는 전제혼합물 100중량%에 대하여 에틸아크릴레이트 25~35중량%, 메틸메타아크릴레이트 25~35중량%, 아크릴아마이드 5~10중량%, 스타이렌모노머 5~10중량%, 메타크릴산 5~10중량%, 소포제, 습윤제 등을 포함하는 첨가제 5~10중량%을 포함하는, 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물
- 제3항에 있어서, 인산염 수용액은 전체수용액 100중량%에 대하여 인산염이 40~50중량%인 수용액인, 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물
- 제4항에 있어서, 상기 스트론툼 포스포실리케이트(Strontium Phosphosilicate) 방청안료는 평균 입도 5±1㎛ 인, 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물
- 제5항에 있어서, 알루미늄 트리포스페이트(Aluminium triphosphate)는 개질처리된(Modification) Zn과 Ca를 포함한 방청안료를 사용하며 평균 입도 3.3㎛ 인, 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물
- 제6항에 있어서, 칼슘으로 코팅된 인산아연 (Zinc Phosphate coated with Calcium)은 7㎛(평균 입도)를 사용하며 칼슘분말(평균 입도 3.5㎛)을 인산아연(평균 입도 7㎛)에 코팅하여 사용하는, 발청이 매우 심하여 기존 보수도장 도료로 보수도장이 불가능한 발전시설물의 보수도장용 방청 도료 조성물
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|---|---|---|---|---|
| JPH05320936A (ja) | 1991-09-20 | 1993-12-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 鉄鋼表面の錆転化による防錆処理剤 |
| KR101107795B1 (ko) | 2009-06-29 | 2012-01-25 | 김선권 | 금속 부식 방지를 위한 방청제 및 그 제조방법 |
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