KR950010590B1 - 표면 보호 공법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

표면 보호 공법

제 1 도는 이 발명 실시예의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

X : 철판 A : 하도층

B : 도막층 C : 실라층

D : 톱층

이 발명은 철판, 철골, 알루미늄판, 교량, 교각, 탱크, 지붕, 배관, 계단 콘트리트면 등의 표면 보호 공법에 관한 것이다.

아는 바와 같이, 녹의 발생이나 손상을 방지하기 위하여 표면에 도장을 한다.

이 도장에 사용되는 도료는, 최근 대폭 개선된 것으로 합성 고분자계 수지용제형으로부터 불소계, 아크릴 실리콘계, 에폭시계, 기타 내구성을 특징으로 하는 반응 경화형 등 여러 종류가 있으나, 어는 것이나 도막 두께가 얇아서, 그 두께는 0.1mm 정도 이하이다. 이 때문에 모래와 같은 비래물에 의하여 표층도막이 손상하여 절연까지 다다르면 거기서부터 녹이 발생한다.

이와 같이 외부 충격, 마모등의 자극에 대한 저항성이 부족하다. 또 유기용제는 인체에 해롭고 인화성이 있어서 취급이 어렵다. 또 유기물이기 때문에 자외선(태양 광선), 오존, NOx, SOx 등의 영향을 받아 시간이 경과함에 따라 도막의 열화, 도막의 고화가 일어난다. 착색제도 일반적으로는 유기질계 착색제가 많이 사용되기 때문에, 퇴색, 변색의 진행도 현저하다. 따라서 방청효과도 약해져 외적 조건에 따라서는 3~5년 경과하면 녹이 발생하여 재도장이 필요하게 된다. 재도장을 위한 비용은 비계 설치, 피도체 표면 처리를 포함하여 처음 도장비용보다 많이 드는 것이 현실이다.

또, 종래 철면의 녹방지, 부식 방지 방법으로서 납계 화합물, 크롬계 화합물, 아연, 분말 등과 같은 방청재료를, 예를들면 합성수지 등의 전착제(바인더)와 혼합한 녹방지 도료에 의한 코팅이 가장 일반적으로 채용되고 있다.

그렇지만 이것들은 일반적으로 용제형이어서 안전, 자원절약, 위생 등의 면에서 문제가 많다. 그리고 사용되는 바인더가 유기물질이기 때문에 방청효과도 떨어지고, 외적 조건에 따라서는 3~5년 지나면 녹이 발생하여 재도장이 필요하게 된다. 또 도막 두께도 대개 0.1mm 이하로 얇기 때문에, 내마모성에 문제를 일으키는 경우도 있다.

한편, 이들 유기질계 방청 도료 이외에도 여러종류의 방청방법이 제안되어 채용되고 있다. 예를들면 철파이프에는 시멘트 몰타르를 피복하여 시멘트의 알칼리 분위기로 철면을 부동태화하는 방법도 행하여지고 있으나 시멘트 몰타르만으로는 철면에서의 부착력이 부족하고, 건조 수축에 따른 균열의 발생, 기계적 강도, 내마모성의 부족 때문에 그 용도는 매우 제한되고 있다.

이러한 결점을 개선하기 위하여, 시멘트 몰타르에, 이것에 이것과 친화력을 갖는 합성수지 에멀젼을 첨가한 폴리머 시멘트 몰타르를 철면에 도포하는 방청방법도 행하여지고 있으나 내수성, 부착성, 방수성, 투기성 등에 문제점이 있다.

이 발명은 부착력 및 내충격성이 우수하고, 상온에서 가고(强固)한 도막을 형성하여 우수한 방청력, 표면보호력을 갖는 표면 보호층을 신속하게 경제적으로 형성하는 표면 보호 공법의 제공을 과제로 하는 것이다.

이 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서 복수의 재료를 뿜어붙이기법 또는 솔질의 병용(倂用)에 의해 여러겹(積層)으로 하여, 각 재료의 특성을 살리고 각 재료의 결점을 서로 보완하는 보호층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 표면보호 공법이다.

즉, 이 발명은 뿜어붙이기만으로, 또는 솔질과의 병용으로 보호층을 형성시키는 것으로서, 보호층은 하도층(A), 도막층(B)(폴리머 시멘트 몰타르층), 실라층(C) 및 톱층(D)로 이루어진다. 하도층(A)의 형성에는 합성수지 고분자 에멀전(PAE) 폴리아클리산 에스테르에 환상지방산염(環狀脂肪散鹽)과 0.3mm 이하 정도의 골재를 혼합한 것을 주재로 하여, 여기에 통상의 증점제, 소포제, 분산제, 안료 등을 배합한 프라이머를 사용하며, 도막층(B)의 형성에는 시멘트에 증점제, 유동화제, 소포제, 섬유, 안료, 골재 등을 배합한 분체와 합성 고분자 에멀전(PAE) 폴리아크릴산 에스테르로 된 복합 재료를 사용하며, 실라층(C)의 형성에는 합성고분자 에멀전(PAE) 폴리아크릴산 에스테르를 사용하며, 톱층(D)의 형성에는 아크릴계 합성고분자 에멀전(투명) 또는 실리콘아크릴계 도료를 사용한다.

즉 4층으로 이루어진 전체 도막두께는 1.7mm 이하, 건조 후 실제 1.3mm 정도로 하고, 폴리머 시멘트 몰타르중의 수지고형분은 5% 이상(중량비)으로 하는 것이 좋다.

착색에는 통상의 무기계 소성 안료만을 사용하고 유기계는 일체 사용치 않는다. 따라서 산뜻한 미관성이 풍부하다고는 할 수 없다. 미관성이 요구되는 경우에는 유기, 무기 복합체 수지 도료인 실리콘아크릴계(내구성, 내오염성이 불소수지에 필적함) 도료를 톱층에 사용하여 마무리하는 방법을 채용한다.

하도층(A)는 녹방지용으로서, 금속, 콘트리크면 등과 강력한 부착력을 가지며 사용 재료를 구성하는 환상 지방산염이 방청 효과를 발휘하며, 또한 골재는 다음 공정에 부착되는 피복층의 부착력을 향상시킨다.

도막층(B)는 2회 뿜어붙이기에 의해 1.2~1.6mm의 도막 두께를 형성하여, 사용 재료중의 시멘트가 갖는 장점인 장기 강도, 내구성을 살리고, 시멘트의 결점인 곡강도, 치밀성, 저수축성, 방수성, 부착성, 방염성, 방청성 등은 배합된 합성 고분자 폴리머가 보완한다. 그리고 도막층을 2층으로 하는 것은 1개층 뿜어붙이기만으로는 수화 생성물, 수분 증발등으로 반드시 핀홀이 생성하여, 방청력 등에 악영향을 미치기 때문에, 이를 방지하기 위한 것이다.

실라층(C)는 도막층(B)를 2층으로 하여도 핀혼, 기공, 모세관이 남을 수 있기 때문에 그 위에 치밀한 실라층(C)를 형성하여 방수성, 방청성을 향상시킨 것으로서, 이 시공에 의해 수중의 산소, 염소 이온 또는 공기가 피도체까지 도달하지 못하는 치밀한 조직 구조가 형성된다.

또 톱층(D)는 실라층(C) 자체에 생성된 핀홀을 메워 내오염성을 향상시키는 작용을 한다.

첨부도면은 이 발명의 실시예를 나타낸 것으로서 X는 피보호물인 철판, A는 하도층, B는 도막층, C는 실라층, D는 톱층이다.

하도층(A)(프라이머)는 합성 고분자 에멀전(PAE) 폴리아크릴산 에스테르에 방청효과를 강화하는 방청제로서 환상 지방산염을 배합하고, 다음 공정에서 뿜어붙이기로 형성되는 도막층(B)의 부착력을 향상시키기 위해 0.3mm 이하 크기의 골재를 배합하고, 증점제, 소포제, 분사제, 안료 등을 배합한 것으로서 시공은 뿜어붙이기 붓, 롤러 등으로 행한다.

철판(X)의 표면에 하도층(A)를 도포한 것은, 염수 분무 시험 결과를 추정하면, 약 2년 간의 방청 효과를 가지며, 또, 강력한 부착력을 발휘한다.

도막층(B)는 시멘트에 증점제, 유동화제, 소포제, 섬유, 안료, 골재 등을 배합한 본체와 합성 고분자 에멀전(PAE) 폴리아크릴산 에스테르로 이루어진 폴리머 시멘트계 복합 재료를 뿜어붙이기로 형성시킨 층으로서, 도막 두께는 2회의 뿜어붙이기에 의해 1.2~1.6mm로 한다.

이 도막층(B)는 시멘트가 갖는 장점인 장기 강도, 내구성을 살리고 시멘트의 결점인 곡강도, 치밀성, 방수성, 부착성, 방염성, 방청성 등을 합성고분자 폴리머로 보완한 것이다.

실시예에서 2회 뿜기로 한 것은 뿜어붙이기, 바름붙이기를 막론하고 수화생성물, 수분 증발 등으로 반드시 핀홀이 생성하고, 이것이 방청력 등에 현저히 악영향을 주기 때문에 2회 뿜어불이기를 하여 2층으로 하고 있다.

하도층(A)의 건조후, 도막층(B)를 형성하기 위하여 처음 뿜어붙이기를 한 경우 통상 핀홀이 발생한다. 그러나 2회의 뿜어붙이기에 의해 2층으로 하면 핀홀의 바로 위에 핀홀이 중첩될 가능성은 극히 적어지며, 제 1 층의 핀홀은 메워지기 때문에 핀홀에 의한 녹 발생의 우려가 없어진다.

실라층(C)는 합성고분자 에멀전(PAE) 폴리아크릴산 에스테르를 사용하여 붐어붙이기 또는 붓도장으로 형성한다.

도막층(B)에는 핀홀, 기포, 모세관이 어느 정도 존재하기 때문에 실리층(C)를 형성하여 치밀한 도막을 형성하여, 방수성, 방청성을 향상시킨다.

이와 같이 수치를 핀홀 등에 함침시켜 메우는 공법을 채용함으로써 수분중의 산소, 염소이온 또는 공기가 철면까지 도달하지 못하도록 치밀한 조직구조를 형성시킨다.

톱층(D)는 뿜어붙이기에 의해 형성되고 그 재료로서는 아래 2개의 재료중 하나를 사용한다.

① 아크릴계 합성고부자 에멀전(투명)

② 실리콘아크릴계 도료

톱층(D)는 실라층(C)에 생성된 핀홀을 메워 내오염성을 향상시킨다.

이 발명에 의한 보호층의 착색에는 통상 무기계 소성 안료만을 사용하고 유기색소는 일체 사용치 않는다. 따라서 산뜻한 미관성이 풍부하다고는 할 수 없다. 미관성이 요구되는 경우에는 유기, 무기 복합수지 도료인 실리콘 아크릴계(내구성, 내오염성이 불소수지에 필적함) 도료를 톱층으로 하여 마무리 하는 방법을 채용한다.

철판(X)의 표면 위에 형성된 보호층의 전체 도막 두께는 실제 1.3~1.5mm로 하고, 합성고분자 에멀전(PAE) 폴리아크릴산 에스테르를 사용하여 폴리머 시멘트 몰타르중의 수지고형분을 5% 이상으로 함으로써, 우수한 내구성과 장기간에 걸친 방청성 효과를 갖는 한편, 외적인 충격과 마모등의 자극에 대한 저항성을 갖는 무기질계 표면 보호층이 되었다.

이 발명은, 이와 같이 재료를 사용하여 여러 층으로 하므로써, 각각의 층을 형성하는 재료 특성(장점)을 살리고, 결점을 보완하는 적층방법을 이용하고 더욱이 작업 능률을 올리기 위해 뿜어붙이기법으로 하고, 그 위에 연이어 적층 공사를 가능하게 한 것이 특징이다.

다음에, 이 발명의 실시예에서 사용한 재료와 시험 결과에 대해 기술한다.

시험결과는 시공 공정으로 1개층으로 마무리한 것부터 4개층으로 마무리한 것까지 각각에 대해 염수 분우에 따른 경시적인 녹발생 상황의 변화를 관찰하고 조사한 것이다.

이 발명의 실시예에서 프라이머(A)를 구성하는 원료와 그 배합 예를 나타내면 표 1과 같다. 즉, 각각의 원료및 배합 예는 부착력 방청력을 최대한 발휘할 수 있도록 원재료의 선택과 적절한 배합의 검토를 행한것이다.

[표 1]

이 발명의 실시예에서 도막층(B)를 구성하는 원재료의 배합과 그 혼합조건을 나타내면 표 2와 같다, 즉 각각의 원재료 및 배합 예는 장기 강도, 내구성 및 곡강도,치밀성, 부착성 , 내충격성을 최대한 발휘할 수 있도록 원재료의 선택과 적절한 배합의 검토를 행한 것이다.

온도 40℃, 습도 100%의 습기함 내에 시험체를 매달고 가습기로 3% 식염수와 1% 황산소다수의 혼합액을 분무시켜 경시적인 녹발생 상황을 관찰하였다.

[표 2]

이 실시예의 공시체 성형방법을 아래에 나타내었다.

시험관의 크기는 80×1601㎜의 보통 철판으로 하였다.

철판에 프라이머를 붓으로 도포했다. 도포량은 0.1kg/㎡로 하였다.

프라이머가 건조된 후, 1회째의 혼합물을 와이더-분무기(W-77)로 뿜어 붙였다. 도포량은 1.5kg/㎡로 하였다.

혼합물의 혼합은 1000RPM의 고속 핸드 믹서를 이용하고, 미량 성분을 용해시키기 위해 90초간 혼합 하였다.

혼합물의 뿜어 붙이기는 분무기를 이용하고, 분무기의 구경은 1.2mm 공기압은 5kgf/㎡로 하였다.

2회째의 혼합물을 연이어서 첫번째와 같은 방법으로 뿜어붙이기를 하였다.

혼합물이 건조된 후, 실라를 붓으로 도포했다. 도포량은 0.07kg/㎡로 하였다.

실리가 건조된 후, 톱을 붓으로 도포했다. 아크릴계 및 실리콘·아크릴계 도포량은 0.07kg/㎡로 하였다.

양생 기간은 2주간으로 하고, 시험을 개시하였다.

본 발명의 실시예의 시험결과를 나타내면 표 3에 나타낸 바와 같다.

[표 3]

공정을 1개층 내지 3개층으로 단축한 것은, 어느 것이나, 녹 발생이 확인되었다. 4개층으로 한 시험체에는 녹발생이 보이지 않았다.

4번 시료와 같이 3개층으로 마무리한 경우, 실라에 주름이 있고 또 뿜어붙이기의 마무리 상태가 약간 울퉁불퉁하기 때문에 먼지 등이 부착하고 오염이 매우 심하여 시공을 실패하였다.

또, 100℃ 가열에 의한 수증기로 분무한 경우, 3개층으로 마무리한 것은 실라부분에 부풀음이 나타났지만, 4개층 마무리한 경우에는 발생하지 않았다.

이와 같이 4번째 층에 내오염성 실라로 톱을 씌우는 것은 매우 중요한 공정이다. 또한, 도막층(B) 위에 톱층(D)(아크릴, 실콘아크릴)만으로 마무리하여 공정의 간략화를 시도하였으나, 예상대로 방청력이 떨어지는 것으로 판명되었다. 배합면에서는, 시멘트 양이 많으면 균열이 발생하고 도막이 두꺼우면 그것이 현저 해진다. 또 섬유를 혼입하지 않으면 흘러내리므로, 두꺼운 도막에는 섬유가 필요하다.

골재는 연속 입도로 하여 공극을 적게 하였다. 또 합성고분자 에멀전의 수지 고형분이 5%(중량비) 이하인 1% 및 3%에서는 녹이 발생하여 방청력이 부족하였지만, 5%에서는 방청력이 충분하다는 것이 확인되었다. 또, 5~7% 수준까지는 뿜어붙이기 작업이 양호하였지만, 7% 이상 10% 사이에서는 합성 고분자 에멀전이 농도가 진해지기 때문에 뿜어붙이기가 되지 않았다.

이와 같이 복수 재료를 사용하여 여러층으로 하므로써 각각의 층을 형성하는 재료 특성(장범)을 살리고 결점을 보완하는 적층방법을 이용하고 더욱 작업능률를 높이기 의해 뿜어붙이기법으로, 연이은 적층 공사(각 공정 간격시간(1) 프라이머 뿜어붙이기 후 간격 시간 : 30분, (2) 믹스터 1회 뿜어붙이기, 덜마른 상태에서 연이은 믹스처 2회째 뿜어붙이기 후 간격 시간 : 2시간, (3) 실라 뿜어붙이기 후 간격 시간 : 1시간, (4) 톱 뿜어붙이기가 가능하다는 것을 판명했다.

다음은 에멀전의 종류 및 수지 고형부를 변화시킨 경우의 녹발생 상태에 대해 기술한다.

표 4는 에멀전의 종류에 관하여, 아크릴계, EVE계, PVA VEOVA계 및 수지 고형분에 대해서는 중량비 1,3,5(%)로 각각 변화시킨 경우의 염수 분무에 따른 경시적인 녹발생 상황의 변화를 관찰하고 조사한 것이다.

또, 비교를 위해, 프라이머(방청제 첨가, 방청제 미첨가) 및 일반 시판 3층 도료의 경우에 대해서도 같이 기록하였다.

즉 혼합물의 분체 배합, 혼합 조건, 뿜어붙이기에 의하 시공 방법 및 프라이머 처리방법, 염수 분무 시험 방법, 시료체 형성방법 및 양성 시간은 앞에서 기술한 경우와 같다.

[표 4]

이 시험 결과에 나타난 바와 같이, 비교용 아크릴계 에멀전, 비교용 EVA계 에멀젼, 비교용 PVA VEOVA계 에멀전 및 이 발명 방법에 의한 수지 고형분 1%, 3% 및 방청제 미첨가, 방첨제 첨가 프라이머만의 처리, 일반시판 3층 도료에서는 어느 것이나 녹발생이 확인되었다.

또, 합성고분자 에멀전의 수지 고형분이 5% 이하인 1% 및 3%에서는 녹이 발생하며 방청력이 부족하였지만 5%에서는 방청력이 충분함을 확인하였다.

또, 5~7%에서는 뿜어붙이기 작업이 양호하였으나 7~10%에서는 합성 고분자 에멀전의 농도가 매우 진해지기 때문에 뿜어붙이기가 되지 않았다.

이와 같이 합성 고분자 에멀전으로서 (PAE) 폴리아크릴산 에스테르를 사용하는 한편, 폴리머 시멘트 몰타르 중의 수지 고형분은 5% 이상으로 하는 것이 우수한 내구성과 장기간에 걸친 방청 효과를 발휘하는 데에 가장 적합한 재료임이 판명되었다.

다음으로 온수 침적과 옥외 폭로를 반복한 후의 녹발생 상황 및 부착 강도에 관한 시험결과에 대해서 기술한다.

이 시험은 이 발명 방법의 도막층(B)의 도막두께를 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.5mm, 3.0mm로 한 경우, 온수 침적과 옥외 폭로를 반복한 후의 녹발생 상황 및 부착 강도에 대해 조사한 것으로 그 결과를 표 5에 나타냈다.

[표 5]

온수(90℃)에 24시간 담금 후, 24시간 옥외 폭로의 반복시행을 6개월간 계속하고 시험체 표면의 녹 발생 상황을 관찰하였다.

단, 부착 강도 시험 및 낙하 시험은 시험 개시후 5개월 경과시점에서 행하였다.

낙하시험 조건은 시험체를 1m의 높이로부터 콘크리트 바닥에 20회 낙하시켰을때의 도막 상태를 확인하였다.

역시 도막층(B) 분체 배합, 혼합 조건, 뿜어붙이기에 의한 시공 공법 및 프라이머 처리 방법은 앞에서 기술한 경우와 마찬가지이다.

시험판 80×160×1mm와 같은 두께 1mm 철판의 녹에 의한 붕괴 소요기간은 조건에 따라서 아래와 같다.

① 옥외 방치에서는 10년 정도.

② 옥외의 다습한 상태(NaCl 없음)에서는 5~6년 정도.

③ 하루중 야간 상시 다습(습도 95% 이상)조건과 NaCl 분무 상태에서는 6개월.

④ 고온(100℃ 이하) 다습~상온 건조의 반복 조건에서는 6개월.

⑤ 고온(100℃ 이하) 다습~ 상온 건조, NaCl 존재하에서의 반복에서는 3개월.

[표 6]

상기 시험예에서는 도막두께 0.5mm, 1.0mm는 각각 4개월 5개월 정도에서 녹발생이 확인되었다. 또 그 이상에서는 도막 표면에는 녹 발생이 보이지 않고 반대편 철면의 부서짐, 모서리 부분의 부식 등이 확이되었다. 이와 같은 결과에 근거하고, 경제성, 시공성, 물성을 감안하여 도막 두께를 1.5mm로 했다.

양생 6개월에, 반대편 철면이 부서지는 상태에서도 도막 표면에는 녹 발생 현상이 나타나지 않는 것으로 보아, 이 도막의 방청력이 10년 간은 지속할 것으로 추정된다.

앞에서 설명한 이 발명의 실시예로 보통 포틀랜드 시멘트/일본 표준사=1/3, 물시멘트비=85%의 시멘트 몰타르(비교예)와의 모든 특성을 비교하면 표 7과 같다.

[표 7]

일반적으로 사용되는 도료의 방청 효과는 외적조건에 따라 다르지만 3~5년 이내이므로, 이 가간이 지나면 녹이 발생하여 재도장이 필요하게 된다.

본 발명의 적층 도막 공법에 의한 방청력은 10년간 지속하므로서 일반 도료의 2~3배의 방청 효과를 가지므로 재도장의 주기를 1~2회 줄일 수 있다.

또한 재도장 공사비중 15% 정도가 재료·시공비, 85%가 비계 설치·표면 처리비이므로, 실제 재도장 공사비는 최초 도장 공사비보다 많이 증가한다.

따라서 1회 도장을 줄일 수 있다면 그 절감액은 상당하다.

일본 방청기술협회의 조사에 따르면 방청을 위해서 GNP의 약 5%, 2조 5천억엔이 1년간 사용되고 있다는 통계가 있으며, 또 동경 대학 마스꼬(增子 ) 교수에 따르면 일본 내에서 1분에 1톤, 연간 50만톤의 철이 녹슬고 있다고 계산, 보고하고 있다.

그러므로 재도장의 주기를 1~2회 줄일 수 있는 것은 커다란 잇점이다.

이상과 같이 이 발명에 의한 표면 보호 공법은 피보호물과의 부착력이 강하고, 내구성과 내충격성이 우수하고, 장기간에 걸친 방청효과를 갖는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 피보호 표면에 0.3mm 이하 크기의 골재를 함유한 바인더 수지로 된 하도층(A), 시멘트에 바인더 수지 및 증점제, 유동화제를 배합한 도막층(B), 실라층(C), 및 톱층(D)를 순차적으로 형상한 것을 특징으로 하는 표면 보호 공법.
2. 도막층(B)를 2개층으로 한 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항의 표면 보호 공법.
3. 바인더 수지로서 폴리아크릴산 에스테르를 사용한 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항 기재의 표면 보호 공법.