WO2017043938A1 - 수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법 - Google Patents

수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법 Download PDF

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WO2017043938A1
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antifouling paint
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하준수
최학렬
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주식회사 블루텍
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/16—Antifouling paints; Underwater paints

Definitions

  • the present invention relates to an antifouling paint of a submerged structure and a coating method using the same.
  • TBT Tri Butyl Tin
  • Tributi includes a metal salt containing metal ions such as zinc, copper, and silver, which are antifouling components, or a TBT-based prohibition of use in Korean Patent Publication No. 2008-0047589.
  • a technique is disclosed for a marine antifouling coating composition for a biocide functional antifouling paint in which various algae agents selected from the group consisting of ultin methacrylate copolymer, tributyltin oxide and combinations thereof are combined with an organic medium.
  • an antifouling paint and painting technology excluding TBT, a method of applying a thermoplastic coating to the surface of a metal medium in Korea Patent Publication No.
  • 1489640 discloses a maintenance-free composite antifouling coating layer for marine steel structures and its It is a technology related to the formation method.Anti-fouling is achieved by forming a fusion coating layer coating Zn-Al-Zr and an organic / inorganic hybrid layer on the surface of a base material such as a ship or offshore structure. A technique for simultaneously expressing low friction resistance is disclosed.
  • the conventional biocide (biocide) function-based antifouling mechanism is a type of self-wearing antifouling coating, the coating film is lost over time due to the durability is very low, there is a problem that must be repaired from time to time to increase various maintenance costs
  • Another type of antifouling technology is a paint that utilizes the hydrophobic properties of the paint as an antifouling function rather than a biocide function, and has a low impact on the marine ecosystem and a relatively strong durability. Functional supplementation is necessary due to the limitation of the coating application target for other materials such as concrete or wood, or the adhesive strength between the coating material and the binder.
  • the present invention is derived from the above requirements, the present invention provides an antifouling paint of the submerged structure and a coating method using the same, and the antifouling coating film formed product coated with the antifouling paint of the present invention compared to conventional products
  • the present invention was completed by confirming that the occurrence of fouling is small, the adherent organism can be easily peeled off from the surface of the product even when the fouling occurs, the adhesion of the coating film to the base material is excellent, and the wear resistance is improved over the conventional product.
  • the present invention provides an immersion structure or an antifouling paint outside the hull including an epoxy resin-based binder, a functional additive for controlling adhesion of marine organisms, a binder curing agent, and an auxiliary agent.
  • the present invention (a) epoxy-based paint by air-free mechanical pressure spray method at 10 ⁇ 20 °C under the condition that the nozzle diameter is 0.019 ⁇ 0.029 inches (inch) with respect to the base material, the injection pressure is 70 ⁇ 200kg / cm 2 Coating a bottom coat using a bottom coat;
  • step (b) after the undercoating step of step (a), drying for 6-8 hours;
  • the top coating using the antifouling paint of the present invention provides an antifouling coating method for the external immersion structure or hull, characterized in that it comprises a.
  • the present invention also provides a submerged structure or hull exterior coated with the coating method of the present invention.
  • the present invention relates to an antifouling paint of a submerged structure and a coating method using the same, and the antifouling paint of the present invention is environmentally friendly, with less occurrence of biofouling, and inevitably even when biofouling occurs. Since it can be easily peeled off, it is possible to easily remove the dirt to keep the surface of the base material clean.
  • 1 is a view showing the mechanism of action of the conventional biocide (biocide) functional antifouling paint.
  • FIG. 2 is a view showing the mechanism of action of the conventional hydrophobic surface-improving functional antifouling paint.
  • A, B, and C are shown by comparing the spherical ratio of the water particle shape with the decrease of the surface tension of the base material and the decrease of the adhesion surface with the increase of the base contact angle ⁇ .
  • 3 is a schematic view of an automatic coating device.
  • Figure 4 is the antifouling test results of the seawater immersion progress of the coating specimen.
  • FIG. 5 is a view showing a pressure paint supply brush for water coating.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the underwater painting work.
  • the present invention relates to an immersion structure comprising an epoxy resin binder, a functional additive for controlling adhesion of marine organisms, a binder hardener and an auxiliary agent, or an antifouling paint outside the hull, preferably an epoxy resin binder 55 to 65 It relates to an antifouling paint on the outside of the immersion structure or the hull comprising a weight%, 3 to 25% by weight functional additives for controlling the attachment of marine organisms, 5 to 10% by weight binder curing agent and 0.5 to 2.0% by weight of the auxiliary agent.
  • the functional additive for controlling the adhesion of the marine organism is preferably at least one selected from fluorine wax and polyethylene bead powder, and a preferred example of the fluorine wax is polytetrafluoroethylene (PTFE) -Modified Polyethylene Wax. It is not limited to this.
  • the epoxy resin binder is preferably a bisphenol A type or F type epoxy resin binder, and the binder hardener is triethylene tetramine (TETA) or an amine value of 300 to 400 mannishes. It is preferable that it is a base (Mannich-Base), but not limited to this, the triethylene tetraamine curing agent is used during the external (exposure) coating under normal atmospheric conditions, the amine value (amine value) 300 to 400 Phosphorous mannish-base curing agents are preferably used for coating in water, but not always limited thereto.
  • TETA triethylene tetramine
  • the adjuvant is a paint adjuvant that allows each component of the antifouling paint to maintain physical properties and maintain a simple physical mixing state in the same phase rather than a chemical bond, and may be a dispersant and an antifoaming agent, and are examples of preferred dispersants.
  • the BYK P-104S is supplied as a commodity, an example of a preferred antifoaming agent is BYK-065, but is not limited thereto.
  • the outer surface of the material or hull constituting the immersion structure is a base material of the antifouling paint, preferably made of any one material selected from iron, concrete, wood and fiber reinforced plastics (FRP), but is not limited thereto.
  • the antifouling paint outside the immersion structure or the hull according to the present invention has an effect of improving adhesion to the base material and abrasion resistance of the coating than when using an existing similar functional antifouling paint.
  • the existing similar functional antifouling paint there is an epoxy resin-based binder, but is not limited thereto.
  • the present invention (a) epoxy-based paint by air-free mechanical pressure spray method at 10 ⁇ 20 °C under the condition that the nozzle diameter is 0.019 ⁇ 0.029 inches (inch) with respect to the base material, the injection pressure is 70 ⁇ 200kg / cm 2 Coating a bottom coat using a bottom coat;
  • step (b) after the undercoating step of step (a), drying for 6-8 hours;
  • the top coating using the antifouling paint according to the present invention (top coat) relates to the antifouling coating method of the outer immersion structure or hull, characterized in that it comprises a. .
  • Table 1 is an example of the standard mixing composition ratio of the antifouling paint components according to the present invention, the base binder resin for binding of the epoxy coating (bottom coat) and antifouling functional components pre-painted on the base material is bisphenol-A type with excellent adhesion Or it mix
  • the thickness of the coating formed by the top coat is 150 ⁇ 300 ⁇ m, it is not limited to this, it is possible to adjust as much as the purpose.
  • the thickness of the coating is less than 150 ⁇ m, there may be a peeling phenomenon with the sewage, if it exceeds 300 ⁇ m, there is a disadvantage that it is difficult to paint uniformly as well as unnecessarily thick.
  • the spraying device is preferably an apparatus for automatically spraying along the base material while controlling the thickness of the coating, but is not limited thereto.
  • the coating for achieving the antifouling function using the antifouling paint formulated in the composition of Table 1 may be performed by a manual brush depending on the requirements of the material and the life of the base material, but basically the antifouling according to the present invention
  • Polyethylene bead powder that prevents the adhesion of marine organisms disclosed in Table 1 may be used alone, or as a functional additive, copper nitrous oxide (CuO), fluorine wax or filler (CaCO 3 ) may be added, and the fluorine wax Alternatively, when the filler (CaCO 3 ) is added, the content of polyethylene bead powder may be properly adjusted.
  • CuO copper nitrous oxide
  • fluorine wax or filler (CaCO 3 ) may be added, and the fluorine wax
  • the filler (CaCO 3 ) when the filler (CaCO 3 ) is added, the content of polyethylene bead powder may be properly adjusted.
  • polyethylene bead powder based on fluorine wax PTFE-Modified Polyethylene Wax
  • the coating method according to the coating method of the present invention is an on-site method (external), which is a conventional method of separating and lifting and repairing paint from a parent structure for an existing (exposed) coating method and a submerged existing structure in a new production product production process. (Exposure) coating) and in-site water coating which directly paints in the submerged state are possible.
  • composition content of antifouling paints according to the present invention Detail composition Composition ratio (wt%) bookbinder Epoxy Resin (Bis-Phenol A or F Type) 55-65 Functional additives Polyethylene Bead Powder (PE Powder) 3-25 Binder Curing Agent Outside coating: Hardener (Triethylene Tetramine) 5-10 Underwater coating: Hardener (Mannich-Base, Amine Value 300 ⁇ 400) 5-10 Supplements Dispersant (BYK P-104S) 0.5-1.0 Defoamer (BYK-065) 0.5-1.0
  • Underwater coating in the present invention unlike the case where the above-mentioned exposure coating targets the outdoor conditions within 85% of the relative humidity, it means that the painting is performed under the water immersion conditions saturated with water, the underwater coating is for existing facilities Since painting and maintenance, the adhesion of the existing antifouling coating surface is very low. Therefore, by sand blasting (sand blasting) method such as removing the sand or unnecessary deposits to make the surface homogeneous to a thickness of about 50 ⁇ 100 ⁇ m, it is preferable to perform the coating, but is not limited thereto.
  • an underwater coating apparatus capable of automatic control of paint inflow with a pressure paint storage tank, a painting brush, a connecting tube and a brush, as shown in FIG. It is not limited.
  • One example of the coating method of the present invention is carried out by the exposure coating method when the base material is a new product, the top coat coating the primer coating on the base material and the top coat coating the antifouling function coating in the same way as the existing antifouling coating
  • the automatic coating is carried out by a mobile spray nozzle for the base material mounted on the automatic coating device, and considering the composition of the antifouling functional paint to be used in the present invention, the adhesiveness with the antifouling paint
  • the undercoat is pre-painted with epoxy paint to be strengthened.
  • Top coat coating to perform the antifouling function is to dry at least 5 hours after the bottom coating at 10 ⁇ 20 °C, to replace the paint tank shown in Figure 3 with the antifouling paint and to perform the coating using a mobile coating system
  • the injection pump is applied by spraying without air using mechanical pressure.
  • the anti-fouling paint supplied through the paint conveying pressure cable is applied to the roller for painting while the underwater painting worker grabs the handle and performs the painting underwater.
  • the roller brush for underwater work rotates as the movement moves, and the connected sense of rotation is operated, so that the paint is automatically supplied through the material conveying pressure cable through the signal received by the sense of rotation cable. It can prevent the loss and can perform the painting work efficiently.
  • the most efficient optimum spraying condition for minimizing the roughness coefficient of the antifouling paint under the exposed coating conditions is 0.019 ⁇ 0.029inch of the nozzle size and 70 ⁇ 200kg / cm 2 ( 996-2,845 psi).
  • the top coat is best suited to the thickness of 150 ⁇ m which is achieved by one-time automatic coating method, and should be coated with a minimum thickness of 150 ⁇ m based on the dry thickness. Depending on the function and importance, the coating is carried out with a thickness of 200 ⁇ m ⁇ 300 ⁇ m. When the thickness of the coating film exceeds 150 ⁇ m two times the coating should be performed at this time, at least 6 hours of drying at 15 °C condition of the coating and the second coating should be carried out to form the most stable coating film.
  • the present invention also relates to a submerged structure or hull exterior coated with the coating method of the present invention.
  • Example 1 Coating film of ready-made products and according to the present invention Antifouling Physical properties of the paint film Adhesion and To wear Comparison test
  • Comparative tests were performed on the adhesion properties and wear resistance, which are physical properties of the coating films of the ready-made products 1 and 2 and the antifouling coating film according to the present invention.
  • Adhesion test was performed according to the ASTM-D4541 Dolly test method for the coated specimens, wear resistance was tested in accordance with ASTM-D4060-10.
  • the comparative test results of Example 1 are shown in Table 2, and the adhesion of the antifouling paint of the present invention was about 1120 psi, which is about 3.7 times of the ready-made product 1 and about 3.8 times of the ready-made product 2.
  • the wear amount of the antifouling paint of the present invention was 17 mg, about 37% of the ready-made product 1, and about 31% of the ready-made product 2, and physical properties of the adhesive and abrasion resistance were greatly enhanced.
  • Example 2 With a thickness of 150 ⁇ m and a top coat of 100 ⁇ m or 300 ⁇ m Painted When steel and wood specimens are immersed in seawater for a long time Antifouling Characteristic test
  • iron and wood specimens coated with a thickness of 100 ⁇ m or 300 ⁇ m on top of 150 ⁇ m respectively were immersed in seawater for a long time, and tested for antifouling properties.
  • the steel specimen coated with the antifouling paint according to the present invention with a thickness of 100 ⁇ m as a top coat showed partial peeling after about 58 days, but was coated with 300 ⁇ m. In both cases, both steel and wood remained steady. Therefore, it was confirmed that there is a problem that the top coat having a thickness of 100 ⁇ m has a relatively short time in charge of antifouling function.
  • CST Critical surface tension
  • the critical surface tension was measured using an equipment (model DCA-315) in an abbreviated manner using the Ethyl CellosolveFormamide mixture, which is a standard solution, in accordance with ASTM D2578-0.9 (Standard Test Method for Wetting Tension of Polyethylene and Polypropylene Films). Prepared in ratios of: 0, 75:25, 50:50, 25:75 and 1:99, and performed by the Special Sample Handling and Preparation / Single Sided Samples method.
  • CST critical surface tension

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Abstract

본 발명은 수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법에 관한 것으로, 상세하게는 에폭시 수지 계열의 바인더, 해양생물의 부착을 제어하는 기능성 첨가제, 바인더 경화제 및 보조제를 포함하는 수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법에 관한 것이다. 본 발명의 도료 및 도장 방법은 종래의 용출형 바이오사이드(biocide)를 이용하는 방오 도료보다 사용 수명이 길고, 표면 조도의 개선에 의한 해양생물의 부착을 제어하는 방오 도료에 비해서도 접착성과 내마모성이 개선된 것이다. 또한, 본 발명의 방오용 도료는 방오용 도료에 함유되는 성분에 의한 기능뿐만 아니라, 도장 방법에 의해 더욱 우수한 방오 성능을 발휘하는 것으로, 본 발명의 도장방법은 표면조도계수가 개선될 수 있는 균질한 도막의 형성을 위해, 응축수나 불순물의 유입이 없도록 공기 없이 분사하는 방식으로 도장을 수행하는 것이며, 기존 시설물의 유지보수를 위한 도장을 하는 경우, 시설물의 해체 없이 방오 도료의 성분 중에서 경화제의 대체만으로 수중에서 직접 도장하는 것이다. 수중도장 방법은 본 발명의 방오용 도료를 수중에서 압력식 도료 저장 탱크, 도장용 브러쉬, 연결튜브 및 브러쉬가 부착된 도료 유입의 자동 제어가 가능한 수중 도장 장치를 이용하여 도장하는 것이 특징이다.

Description

수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법
본 발명은 수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법에 관한 것이다.
화력발전소나 제철소와 같이 대규모 용수가 요구되는 산업들은 경제적인 용수확보를 위해 연안지역에 건설해 해수를 사용하게 되었고, 이들 용수의 유입과 배출을 위한 관이 수 km의 단위로 연안 수중에 설치됨에 따라 관에 부착된 따개비 등의 해양 생물부착(오손; fouling)에 의한 자재 부식과 마찰 저항에 따른 손실 예방을 위한 유지관리에 막대한 비용이 소모되고 있다. 다른 측면에서도 장기간 항해를 하는 선박의 경우에도 선박 하부가 침수된 상태로 유지됨에 따라 해양 생물부착이 발생하고 이에 따른 마찰에 의한 저항의 증가로 운항속도의 감소 또는 이에 상당하는 에너지 손실의 발생 등의 문제가 지속적으로 발생하고 있다. 선박의 경우, 6개월 내에 침수 면적 기준 150kg 파울링/m2의 오손이 발생하는 것으로 알려져 있고, 이러한 오손은 수리학적 마찰계수 증가(이동 저항의 증가)를 유발해 연료 소모가 약 40% 이상 증가하므로 유조선만을 고려하는 경우, 연간 약 72,000천톤/년의 추가적인 연료 소모가 발생해 연간 CO2는 약 210,000천톤, SO2는 5,600천톤이 발생하여 환경오염 유발 요인이 되고 있다.
이러한 해양 침수시설의 생물부착(오손; fouling)으로 인한 영향을 제어하기 위해 기능성 도료 중심의 다양한 기술이 개발 활용되었으나, 2003년 1월 이후 대표적인 방오 기능성 성분인 TBT(Tri Butyl Tin)의 환경적 위해성을 고려해 국제해양기구(IMO)에서 TBT 성분이 함유된 방오 도료의 사용을 제한하게 됨에 따라 최근 10여 년 간 친환경 방오 도료 중심의 대체 기술 시장이 급격히 확대되고 있다.
해양생태계 교란성 환경물질인 TBT를 함유한 방오 도료를 대체할 기능성 방오 도료 관련한 종래 기술은 ZnO나 CuO와 같은 바이오사이드(biocide) 기능이 있는 첨가제를 도료에 첨부해서 첨가제의 지속적인 방출에 의해 방오 기능을 수행하는 방오 기술(도 1)과 변형 실리콘과 같은 소수성 재질의 도료를 이용해 표면장력을 조정함으로써 오손을 예방하는 방오 기술(도 2)이 대표될 수 있다.
하지만, 전자의 경우는 낮은 접착 강도로 인한 불균질한 박리현상이 발생하여 유지관리 문제와 오손이 발생하면 코팅 처리면을 관입해 자재 내면으로 오손이 진행하게 되어 부식현상으로 발전하게 되므로 유지관리를 통해 정기적으로 오손을 제거하더라도 오손부위에 대한 보완 처리가 필요하고, 후자의 경우는 초기에는 소수성의 특성으로 오손의 발생은 상대적으로 지연은 되나 오손이 발생하면 일반 코팅 도료와 동일한 수준으로 방오 성능이 약화되는 것으로 알려져 있다.
생물부착(오손) 방지를 위한 종래 기술의 일례로는 한국공개특허 제2008-0047589호에 오손 방지성분인 아연, 구리 및 은 등의 금속이온을 포함한 금속염 또는 사용이 금지된 TBT계가 포함된 트리부티울틴 메타크릴레이트 공중합체, 트리부틸틴 옥사이드 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 다양한 살조제를 유기매질과 결합시킨 바이오사이드(biocide) 기능성 방오 도료에 관한 선박 오손 방지 코팅 조성물에 관한 기술이 개시되어 있으며, TBT를 배제한 방오 도료 및 도장 기술의 일례로 한국공개특허 제2008-0041252호에 금속 매체의 표면에 열가소성 코팅을 적용하는 기술로 매체 표면에 타이 코트(tie coat)를 적층하는 단계와 적층된 타이 코트 상에 열가소성 물질의 코트를 적층하는 단계를 포함하는 열가소성 코팅의 적용 방법으로 바인더로 에폭시계의 타이코트를 사용하고 경화제로 폴리아민을 사용해 청정표면을 제공하는 열가소성 탑 코트(top coat)로 처리되는 방오 도장 기술이 개시되어 있고, 한국등록특허 제1489640호에 해양 강구조물의 무보수 복합 방오 코팅층 및 이의 형성 방법에 관한 기술로, 선박이나 해양구조물 등의 모재 표면에 Zn-Al-Zr을 포함하는 금속용사층과 유/무기 하이브리드층을 코팅하는 융복합 코팅층을 형성해 해양생물의 부착방지를 통한 방오와 저마찰 저항을 동시에 발현하는 기술에 대해 개시하고 있다.
하지만, 종래의 바이오사이드(biocide) 기능 중심의 방오 메카니즘은 자기 마모성 방오 도장 유형으로, 시간 경과에 따라 도막이 소실되어 내구성이 매우 낮을 수밖에 없어 수시로 보수해야 하는 문제 등이 있어 각종 유지관리 비용을 증가시키고 있는 문제점이 있으며, 다른 유형의 방오 기술은 바이오사이드(biocide) 기능보다는 도료의 소수성적인 특성을 방오 기능으로 활용하는 도료로 해양생태계에 대한 영향이 적고 내구성도 상대적으로 강할 수 있으나, 선박과 같은 철 소재 외의 콘크리트나 목재와 같은 타 소재에 대한 코팅 적용 대상의 제한성이나 코팅 도료와 바인더와의 접착 강도 등의 문제로 인해 기능적 보완을 필요로 한다.
이와 같이 침수형 구조물의 오손으로 인한 문제 해소를 위해 다양한 노력이 시도되고 있으나, 아직까지는 본 발명의 수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법에 대한 기술이 언급된 바 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법을 제공하고, 본 발명의 방오용 도료를 도장한 방오 도막 형성 제품이 종래의 제품에 비해 오손 발생이 적고, 오손 발생 시에도 부착 생물을 제품 표면에서 쉽게 박리시킬 수 있으며, 도막의 모재에 대한 접착력이 우수하고, 내마모성이 종래 제품보다 증진되었다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 에폭시 수지 계열의 바인더, 해양생물의 부착을 제어하는 기능성 첨가제, 바인더 경화제 및 보조제를 포함하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료를 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 모재에 대하여 노즐 구경이 0.019~0.029인치(inch)이고, 분사압력이 70~200kg/cm2인 조건으로 10~20℃에서 공기 없는 기계압 분사방식으로 에폭시계 도료를 이용하여 하도 도장(bottom coat)하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)의 하도 도장 단계 이후에, 6~8시간 동안 건조하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b) 이후에, 본 발명의 방오용 도료를 이용하여 상도 도장(top coat)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도장 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 도장 방법으로 도장된 수침 구조물 또는 선체 외부를 제공한다.
본 발명은 수침 구조물의 방오용 도료 및 이를 이용하는 도장 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방오용 도료는 친환경적이면서, 생물부착(오손, bio-fouling) 발생이 적고, 필연적으로 생물 부착이 발생하는 경우에도 쉽게 박리가 가능하므로, 용이하게 오손을 제거하여 모재 표면을 깨끗한 상태를 유지할 수 있다.
또한, 수침 구조물의 유지관리 작업을 통해 부착 생물을 탈리시킨 후에도 수침 구조물의 표면이 초기 표면 특성을 최대한 유지할 수 있도록 모재 내면으로의 오손을 효과적으로 차단함으로써, 수침 구조물의 가용 수명을 연장시킬 수 있고, 유지관리 비용을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 바이오사이드(biocide) 기능성 방오 도료의 작용 기작을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 소수성 표면 개선형 기능성 방오 도료의 작용 기작을 나타낸 도면이다. A, B, C는 모재의 표면장력 감소에 따른 물입자 형상의 구형 비율과 모재 접촉각 θ의 증가됨에 따른 부착면의 감소를 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 자동 도장 장치의 개략도이다.
도 4는 도장 시편의 해수 침수 경과 별 방오 시험 결과이다.
도 5는 수중 도장을 위한 압력 도료 공급식 브러쉬를 나타낸 도면이다.
도 6은 수중 도장작업에 대한 개략도이다.
본 발명은 에폭시 수지 계열의 바인더, 해양생물의 부착을 제어하는 기능성 첨가제, 바인더 경화제 및 보조제를 포함하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료에 관한 것으로, 바람직하게는 에폭시 수지 계열의 바인더 55~65중량%, 해양생물의 부착을 제어하는 기능성 첨가제 3~25중량%, 바인더 경화제 5~10중량% 및 보조제 0.5~2.0중량%를 포함하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료에 관한 것이다. 상기 해양생물의 부착을 제어하는 기능성 첨가제는 불소 왁스 및 폴리에틸렌 비드 파우더(polyethylene bead powder) 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하며, 상기 불소 왁스의 바람직한 일례로는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)-Modified Polyethylene Wax 지만 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 에폭시 수지 계열의 바인더는 비스페놀 A 타입 또는 F 타입의 에폭시 수지 계열의 바인더인 것이 바람직하며, 상기 바인더 경화제는 트리에틸렌 테트라아민(triethylene tetramine; TETA) 또는 아민가(ammin value) 300~400의 만니쉬-염기(Mannich-Base)인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않고, 상기 트리에틸렌 테트라아민(triethylene tetramine) 경화제는 통상적인 대기 조건인 외부(노출) 도장 시에 사용하고, 아민가(amine value) 300 내지 400인 만니쉬-염기 경화제는 수중 도장 시에 사용하는 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
상기 보조제는 방오용 도료의 각 성분이 물리적 특성을 유지하고 화학적 결합이 아닌 동일한 상(phase)으로 단순 물리적 혼합 상태를 유지할 수 있도록 하는 도료 보조제로서, 분산제와 소포제일 수 있으며, 바람직한 분산제의 일례로는 상품으로 공급되고 있는 BYK P-104S가 있고, 바람직한 소포제의 일례로는 BYK-065가 있으나 이에 한정하지 않는다.
상기 수침 구조물을 구성하는 자재 또는 선체의 외부는 방오용 도료의 모재로서, 철, 콘크리트, 목재 및 FRP(fiber reinforced plastics) 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어진 것이 바람직하지만 이에 한정하는 것은 아니다. 본 발명에 따른 상기 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료는 기존 유사 기능성 방오 도료를 사용하는 경우보다 모재와의 접착력 및 도장의 내마모성이 증진된 효과가 있다. 기존 유사 기능성 방오 도료의 일례로는 에폭시 수지 계열의 바인더를 사용하는 것이 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 (a) 모재에 대하여 노즐 구경이 0.019~0.029인치(inch)이고, 분사압력이 70~200kg/cm2인 조건으로 10~20℃에서 공기 없는 기계압 분사방식으로 에폭시계 도료를 이용하여 하도 도장(bottom coat)하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)의 하도 도장 단계 이후에, 6~8시간 동안 건조하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b) 이후에, 본 발명에 따른 방오용 도료를 이용하여 상도 도장(top coat)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도장 방법에 관한 것이다.
상기 도장 방법에서, 방오용 도료와 모재의 접착성을 강화시키기 위하여, 에폭시계 도료를 하도 도장(bottom coat)하고, 본 발명에 따른 방오용 도료를 상도 도장(top coat)함으로써, 기존 방오 도료보다 우수한 방오 성능과 사용 수명이 연장된 방오 처리를 가능케 하는 것이다.
표 1은 본 발명에 따른 방오용 도료 성분들의 표준 혼합 조성비의 일례로, 모재에 사전 도장된 에폭시계 하도(bottom coat)와 방오 기능 성분의 결착을 위한 기본 바인더 수지는 접착력이 탁월한 비스페놀-A 타입 혹은 F타입의 에폭시계 수지를 도장의 상온 경화가 가능한 아민계 경화제류와 함께 배합하는 것이다.
상기 모재의 기능 또는 중요도에 따라, 상도 도장에 의해 형성된 도장의 두께가 150~300㎛가 되도록 도장하는 것이 바람직하고, 이에 한정하지 않고 목적에 따라 얼마든지 조절하는 것이 가능하다. 하지만, 도장의 두께가 150㎛ 미만인 경우, 하도와의 박리현상이 있을 수 있으며, 300㎛ 초과하는 경우, 불필요하게 두꺼울 뿐만 아니라 균질하게 도장하는 것이 어렵다는 단점이 있다.
상기 분사 장치는 도장의 두께를 제어하면서 모재를 따라 자동 분사하는 장치인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
표 1의 조성으로 배합된 방오용 도료를 이용해 방오 기능을 달성하기 위한 도장은 모재의 재질과 관리수명에 대한 요건에 따라 수동 브러쉬에 의한 도장이 수행될 수도 있으나, 기본적으로는 본 발명에 따른 방오 기능의 구현을 위해 치밀한 도장이 수행될 수 있도록 도 3에 개시한 바와 같은 자동 도장 설비나 기존 자동 제어식 스프레이 장치를 이용하여 외부 도장하는 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
표 1에 개시한 해양생물의 부착을 방지하는 폴리에틸렌 비드 파우더를 단독으로 사용하거나, 이외에 기능성 첨가제로, 아산화동(CuO), 불소왁스 또는 충진제(CaCO3)를 추가하여 사용할 수 있으며, 상기 불소 왁스 또는 충진제(CaCO3)를 추가할 경우, 폴리에틸렌 비드 파우더의 함량을 적절히 조절할 수 있다.
또한 기능성 첨가제로 불소왁스(PTFE-Modified Polyethylene Wax)를 베이스로 하여 폴리에틸렌 비드 파우더를 추가하여 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 도장 방법에 따른 도장은 신규 생산 제품 생산 공정에서의 외부(노출) 도장방법과 수침된 상태인 기존 구조물을 대상으로 모체 구조물에서 분리 인양해서 보수 도장하는 기존 방식인 on-site 방식(외부(노출) 도장)과 침수된 상태에서 직접 도장하는 in-site 방식의 수중 도장이 모두 가능한 것이다.
본 발명에 따른 방오 도료의 조성물 함량
세부 조성 조성비(중량%)
바인더 에폭시수지(Bis-Phenol A or F Type) 55~65
기능성 첨가제 폴리에틸렌 비드 파우다(PE Powder) 3~25
바인더경화제 외부도장시: 경화제(Triethylene Tetramine) 5~10
수중 도장시: 경화제(Mannich-Base, Amine Value 300~400) 5~10
보조제 분산제(BYK P-104S) 0.5~1.0
소포제(BYK-065) 0.5~1.0
본 발명에서의 수중 도장은 상기한 노출도장이 상대습도 85% 이내의 외기 조건을 대상으로 하는 경우와는 달리, 물로 포화된 수침조건에서 도장을 수행하는 것을 의미하며, 수중 도장은 기존 시설물에 대한 도장 및 유지보수하는 경우이므로, 기존 방오 도장 면의 접착력이 매우 낮은 상태이다. 따라서 샌드 블라스팅(sand blasting) 등의 방법으로 모래나 불필요한 부착물 등을 제거하여 표면을 약 50~100㎛의 두께로 균질하게 만든 후, 도장을 수행하는 것이 바람직하지만 이에 한정하는 것은 아니다. 이와 같이 방오 도장이 수중 도장인 경우, 도 6에 개시한 바와 같이 압력식 도료 저장 탱크, 도장용 브러쉬, 연결튜브 및 브러쉬가 부착된 도료 유입의 자동제어가 가능한 수중 도장 장치를 이용하는 것이 바람직하지만 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 도장방법의 일례는 모재가 신규 생산품인 경우 노출 도장 방식으로 수행되는데 기존 방오 도장과 동일하게 모재에 프라이머를 도장하는 하도(bottom coat) 도장과 방오기능 도료를 도장하는 상도(top coat) 도장 단계로 수행되며, 도 3에 개시한 바, 자동 도장 장치에 탑재된 모재를 대상으로 이동식 분사노즐에 의해 자동 도장이 수행되며 본 발명에 사용될 방오 기능 도료의 조성을 고려해 방오 도료와의 접착성이 강화되도록 하도를 에폭시계 도료로 사전 도장하는 것이다. 방오기능을 수행할 상도(top coat) 도장은 10~20℃에서 하도 도장 이후 최소 5시간의 건조 이후, 도 3에 개시한 도료탱크를 방오용 도료로 교체하고 이동식 도장시스템을 이용해 도장을 수행하는데 도장 표면에 조도계수에 영향을 줄 수 있는 공기방울이나 불순물의 유입을 예방하기 위해 분사펌프는 기계압을 이용한 공기없이 분사하는 방식으로 도장을 수행하는 것이다.
수중 도장의 경우는 도 5에 예시된 수중 도장용 브러쉬에 의해 수행되는데, 상세하게는 도료이송 압력케이블을 통해 공급되는 방오 도료를 수중 도색 작업자가 작업용 손잡이를 잡고 수중 도장을 수행하면서 도장을 위해 롤러를 움직임에 따라 수중작업용 롤러 브러쉬가 회전하고 연결된 회전센스가 작동함으로써 회전센스케이블에 의해 수신된 신호를 통해 도료 이송 압력케이블을 통해 도료가 자동적으로 공급됨으로써 수중 작업과정에서 발생할 수 있는 도료의 유실로 인한 손실을 예방하며 효율적으로 도장 작업을 수행할 수 있다.
다양한 시험을 통해 노출 도장 조건에서 방오 도료가 형성하는 도막의 조도계수를 최소화할 수 있는 가장 효율적인 최적 분사조건은 분사 온도 15℃에서 분사노즐 구경 0.019~0.029inch, 분사압력 70~200kg/cm2(996~2,845 psi)이다. 상도(top coat) 도막은 1회 자동 도장 방식에 의해 달성되는 도막 두께는 150㎛ 내외가 가장 적합하며, 건조 두께 기준 최소 150㎛의 두께로 도장해야 모재나 하도에서의 상도의 탈리가 없으며 모재의 기능과 중요도에 따라 200㎛~300㎛의 두께로 도장을 수행한다. 도막의 두께가 150㎛을 초과하는 경우 2회에 걸쳐 도장을 수행하여야 하는데 이때 도장의 15℃ 조건에서 최소 6시간의 건조를 수행하고 2차 도장을 수행하여야 가장 안정적인 도막이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 도장 방법으로 도장된 수침 구조물 또는 선체 외부에 관한 것이다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
실시예 1. 기성제품의 도막과 본 발명에 따른 방오 도료 도막의 물리적 특성인 피접착력과 내마모도에 대한 비교시험
기성제품 1 및 2의 도막과 본 발명에 따른 방오 도료 도막의 물리적 특성인 피접착력과 내마모도에 대해 비교시험을 수행하였다. 접착력시험은 도장처리된 시편들을 대상으로 ASTM-D4541 Dolly test 방법에 따라 평가하였고, 내마모도는 ASTM-D4060-10에 준하여 시험하였다. 본 실시예 1의 비교시험 결과를 표 2에 개시하였으며, 본 발명의 방오용 도료의 접착력은 약 1120psi로 나타났으며, 이는 기성제품 1의 약 3.7배이고, 기성제품 2의 약 3.8배이다. 본 발명의 방오용 도료의 마모량은 17mg으로 기성제품 1의 약 37% 수준이며, 기성제품 2의 약 31% 수준으로 부착성과 내마모성이 크게 강화된 물리적 특성이 확인되었다.
방오 도막의 물리적 특성 비교시험 결과
기성제품 1 기성제품 2 개발 제품
접착력 psi(kg/cm2) 305(21.4) 290(20.4) 1120(78.7)
마모량 mg 45 55 17
실시예 2. 하도 150㎛에 상도 100㎛ 또는 300㎛의 두께로 도장된 철재 및 목재 시편을 장기간 해수에 침수시킨 경우의 방오 특성 시험
본 발명의 물리적 특성이 시험된 방오 도료를 이용하여 각각 하도 150㎛에 상도 100㎛ 또는 300㎛의 두께로 도장된 철재 및 목재 시편을 장기간 해수에 침수시켜 방오 특성에 대한 시험을 수행하였다.
결과는 도 4에 개시한 바와 같이, 본 발명에 따른 방오용 도료를 상도로서 100㎛의 두께로 도막한 철재 시편은 약 58일 경과 후, 부분적인 박리현상이 나타났으나, 300㎛로 도막한 경우, 철재와 목재 모두 정상상태를 유지하는 것으로 나타났다. 따라서 100㎛의 두께의 상도는 방오 기능을 담당하는 시간이 비교적 짧다는 문제점이 있다는 것을 확인하였다.
이 후, 목재 시편은 82일에 오손(bio-fouling)이 발생(도 4의 c-2)하였고, 146일에는 철재에도 오손이 발생(도 4의 d-1)은 하였으나, 단순한 표면 세척만으로도 제거(도 4의 d-2)되는 표면 오손(fouling)이었고, 183일의 추가 수침시험에서 표면 오손(도 4의 e-1) 발생량은 증가하였으나, 단순 제거 작업만으로도 표면은 깨끗한 상태를 유지하고 있어 본 발명에 따른 방오 기능성 도료의 우수한 방오 성능을 확인하였다.
실시예 3. 임계표면장력 측정을 통한 생물의 부착성 평가
본 발명의 물리적 특성이 시험된 방오 도료를 이용하여 각각 하도 150㎛에 상도 100㎛로 도장된 철재 시편을 대상으로 수중의 생물 부착성에 대한 검토를 위해 임계표면장력(CST, Critical Surface Tension) 측정이 수행되었다.
임계표면장력의 측정은 장비(모델 DCA-315)를 사용해 액상의 표면 장력 표준 시험법인 ASTM D2578-0.9 (Standard Test Method for Wetting Tension of Polyethylene and Polypropylene Films)에 준하여 약식으로 표준액인 Ethyl CellosolveFormamide 혼합액을 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 및 1:99의 비로 제조하여, Special Sample Handling and Preparation/Single Sided Samples 방법으로 수행하였다.
시험결과, 기능성 첨가제로 폴리에틸렌 비드 파우더를 첨가한 시편과 첨가하지 않은 시편의 임계 표면 장력(CST) 값은 각각 32~37 Dyne/cm와 45~48 Dyne/cm로 분석되어 방오 도료의 기능성 첨가제로 사용된 폴리에틸렌 비드 파우더가 임계표면장력 감소에 기여하는 것으로 나타났다.
따라서, 폴리에틸렌 비드 파우더가 기능성 첨가제로 첨가된 경우, 표면장력이 낮아져, 도장된 표면에 따개비 등의 해양 생물의 부착이 어려우므로 방오 성능이 증진된 효과가 있는 것이다.
폴리에틸렌비드파우더 미첨가 폴리에틸렌비드파우더 첨가
임계표면장력 45~48 Dyne/cm 32~37 Dyne/cm

Claims (12)

  1. 에폭시 수지 계열의 바인더; 해양생물의 부착을 제어하는 기능성 첨가제; 바인더 경화제; 및 보조제;를 포함하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 해양생물의 부착을 제어하는 기능성 첨가제는 불소 왁스 및 폴리에틸렌 비드 파우더(polyethylene bead powder) 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료.
  3. 제1항에 있어서, 에폭시 수지 계열의 바인더 55~65중량%, 해양생물의 부착을 제어하는 기능성 첨가제 3~25중량%, 바인더 경화제 5~10중량% 및 보조제 0.5~2.0중량%를 포함하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바인더 경화제는 트리에틸렌 테트라아민(triethylene tetramine) 또는 아민가(amine value) 300~400인 만니쉬-염기인 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료.
  5. 제4항에 있어서, 상기 트리에틸렌 테트라아민(triethylene tetramine)은 외부 도장 시에 사용하고, 아민가(amine value) 300~400인 만니쉬-염기는 수중 도장 시에 사용하는 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보조제는 분산제 또는 소포제인 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수침 구조물 또는 선체의 외부는 철, 콘크리트, 목재 및 FRP 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료는 모재와의 접착력과 도막의 내마모성이 증진된 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도료.
  9. (a) 모재에 대하여 노즐 구경이 0.019~0.029인치(inch)이고, 분사압력이 70~200kg/cm2인 조건으로 10~20℃에서 공기 없는 기계압 분사방식으로 에폭시계 도료를 이용하여 하도 도장(bottom coat)하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)의 하도 도장 단계 이후에, 6~8시간 동안 건조하는 단계; 및
    (c) 상기 단계 (b) 이후에, 제1항의 방오용 도료를 이용하여 상도 도장(top coat)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도장 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 상도 도장에 의해 형성된 도막의 두께가 150~300㎛이 되도록 도장하는 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도장 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 방오 도장이 수중 도장인 경우, 압력식 도료 저장 탱크, 도장용 브러쉬, 연결튜브 및 브러쉬가 부착된 도료 유입의 제어가 가능한 수중 도장 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 수침 구조물 또는 선체 외부의 방오용 도장 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항의 도장 방법으로 도장된 수침 구조물 또는 선체 외부.
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