KR19990050184A - 방식 및 방열성이 우수한 아연계 무기도료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방식 및 방열성이 우수한 아연계 무기 도료에 관한 것으로,
구형 아연 분말:표면 젖음성을 저하시키는 유기 용제로 표면코팅된 판형 알루미늄 플레이크(Al flake)가 1:0.03-0.2의 중량비로 혼합된 안료와,
무기 실리케이트 용매 및 기타 필요로 하는 첨가제로 구성되고,
상기 안료와 무기 실리케이트 용매의 혼합 중량비는 85:15-95:5이며,
상기 아연 분말의 입자 크기는 2-7㎛이고,
상기 판형 알루미늄 플레이크의 입자 크기는 평균 길이 20-30×폭 5-10×두께 0.5㎛인 아연계 무기 도료가 제공된다.
본 발명에 의하면, 무기 아연-판형 알루미늄 플레이크 혼합 도료는 기존의 무기 아연 도료보다 백녹 및 적녹 발생에 있어서 장기간 우수한 성능을 나타내며, 도막의 방열 성능도 최고 20배이상 높아 결과적으로 각종 철강 구조물의 방식 기간을 연장하고 방열성을 높일 수 있다.

Description

방식 및 방열성이 우수한 아연계 무기 도료
본 발명은 각종 화학 내부 설비, 전력 시설 등의 철강 구조물에 사용되는 철강 재료용 방식 및 방열성 아연계 무기 도료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구형 아연 입자와 판형 알루미늄 플레이크 입자를 분리시킴으로써 방열성 및 방식성이 우수한 아연계 무기 도료에 관한 것이다.
산업 기계, 화학 설비, 전력 시설, 건축물등 각종 철강 구조물에 사용되는 철강 재료들은 그 표면 보호와 방식성을 향상시키기 위해 금속 표면에 페인트를 도포하는 페인트 도장 방법을 널리 채택하고 있다. 최근에는 도료의 주성분이 아연 분말과 무기질 실리케이트 용매로된 무기 아연 도료의 사용이 증가하고 있다.
무기 아연 도료는 일반적으로 안료와 용매로 구성되며, 안료는 평균 직경이 2-10㎛인 아연 분말과 기타 무기계 체질 안료로 구성되며 용매는 전도체인 무기 실리케이트이며 기타 물과 희석염산 등의 약간의 첨가제로 구성되어 있다. 그 중량비로는 대략 안료가 90% 그리고 용매 10%이다.
이러한 기존의 무기 아연 도료는 2가지 작용으로 철강 재료를 부식으로 부터 보호하는데, 첫째는 도료속에 포함되어 있는 아연 분말의 희생 양극 방식 작용에 의해 철강재의 부식을 제어하는 것이고, 둘째는 실리케이트 용매가 각종 부식성 인자들의 도막 침투를 막는 보호막 작용이다. 이러한 2가지 방식 작용으로 무기 아연 도료는 통상의 우수한 방식 성능을 나타낸다고 알려져 있다.
그러나 종래의 무기 아연 도료는 주로 도료의 성분중 아연 분말의 전기화학적 희생 방식 작용을 이용하여 방식성을 발휘하는 것이므로, 아연 분말 상호간 및 아연 분말과 철강 재료의 계면에서 아연 분말이 철강에 대해 양극 작용을 하는 전기 회로의 성립을 필요로 한다. 따라서 부식성 환경에서 시간이 흐를수록 아연 분말이 희생 방식 작용으로 부식되어감에 따라 아연 분말의 소모와 아연의 부식 생성물로 인한 아연 분말 상호간의 전기회로 단절로 인하여 아연의 희생 방식 성능이 떨어져 철강 재료에 대한 보호 작용을 장기간 할 수 없다.
또한 화학 공장 등의 매우 심한 부식성 환경에서는 아연 분말의 과다한 희생 방식 작용으로 발생하는 아연 부식 생성물이 부피 팽창을 일으키며 무기 아연도료 도막 내부에서 도막밖으로 빠져나와 결과적으로 도막을 파괴시키므로 각종 염소 이온, 아황산가스 등의 부식성 인자들의 침투를 막는 방식 작용을 장기간 하지 못하는 단점이 있다.
또한 무기 아연 도료위에 유기 도료를 상도로 피복하는 경우에는 상도인 유기도료 표면에 기포를 발생시키기도 한다. 따라서 일본 특허 제 61124506에서는 아연 입자를 판형으로 만들어 아연의 유효 표면적을 높여 희생 방식을 극대화하기도 했으나, 이또한 표면에 백녹이 필수적으로 발생하며, 국내 특허 출원 제 93-12388 "고내후성 방청 도료"에서는 이러한 기존의 무기 아연 도료의 단점을 개선하기 위하여 아연 분말과 아연 분말 대비 입자 크기가 2-4배인 상대적으로 거대한 알루미늄 분말을 혼합하여 아연의 부식 생성물이 도막밖으로 용출되어 빠져나오지 못하게 함으로써 장시간 도막의 손상을 방지하는 무기 아연-알루미늄 분말 혼합계 도료가 제시되었으나, 스프레이 도장시 거대한 알루미늄 안료 사이에 기공이 발생할 확률이 높고 이 부위로 부식성 이온이 침투하면 국부적인 적녹 현상이 발생하기도 한다.
또한 부식성 환경에서는 도막내 아연 부식 생성물들이 쌓여 아연 입자간의 전기적 회로가 단절되어 아연이 철강재에 대하여 충분한 희생 방식 보호를 하지 못하는 경우도 있다. 이러한 기존의 내식성 도료는 방열 성능이 없거나 매우 떨어진다.
이에 국내 출원 제 95-66216 "고내후성 아연계 방식, 방열 도료"에서 방열성을 부여하기 위한 수단으로 안료인 아연 분말을 아연 분말과 판형 알루미늄 분말로 대체함으로써 백녹 및 적녹 발생이 매우 적고 판형 알루미늄의 열반사성을 이용하여 방열성을 높인 내후성 방식ㆍ방열성 무기 아연-판형 알루미늄계 도료를 개시하고 있으나, 그 도막내에 아연 입자와 판형 알루미늄 입자가 무질서하기 뒤섞여 있어 열반사율이 떨어지며, 그 결과 방열성이 우수하지 못한 단점이 있다.
또한 현재 많이 사용되고 있는 은분계 방열 도료는 방열 성능은 우수하나 내식성이 떨어져 심한 부식 분위기하에서는 수명이 짧아 자주 도장을 하여야 하는 단점이 있다. 따라서 고내식성과 방열성을 동시에 갖춘 도료가 요구된다.
이에 본 발명의 목적은 판형 알루미늄 플레이크를 표면 젖음성을 저하시키는 유기 용제로 코팅시켜 판형 알루미늄 입자와 구형 아연 입자를 분리시킴으로써 판형 알루미늄의 열반사성을 이용한 방열성 및 아연 분말의 내식성을 갖는 아연계 무기 도료를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 방식 및 방열성 아연계 무기 도료 도포후의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1... 판형의 알루미늄 플레이크 입자
2... 구형 아연 입자 3... 실리케이트 용매
4... 강판
본 발명에 의하면,
구형 아연 분말:표면 젖음성을 저하시키는 유기 용제로 표면코팅된 판형 알루미늄 플레이크(Al flake)가 1:0.03-0.2의 중량비로 혼합된 안료와,
무기 실리케이트 용매 및 기타 필요로 하는 첨가제로 구성되고,
상기 안료와 무기 실리케이트 용매의 혼합 중량비는 85:15-95:5이며,
상기 아연 분말의 입자 크기는 2-7㎛이고,
상기 판형 알루미늄 플레이크의 입자 크기는 평균 길이 20-30×폭 5-10×두께 0.5㎛인 방식 및 방열성이 우수한 아연계 무기 도료가 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 상기 무기 아연 도료를 구성하는 안료 성분인 아연 분말을 아연 분말과 표면젖음성을 저하시키는 유기 용제로 코팅된 판형 알루미늄 플레이크의 혼합 분말로 대체함으로써 도장시 도막내의 알루미늄 플레이크 입자가 도막위에 떠있게 하여 반사율을 높이고 구형의 아연 분말은 저부에서 기존의 아연도료와 같은 내식성을 갖게 한다.
무기 아연 도료는 크게 안료와 용매로 구성되는데, 이중 안료는 아연 분말, 판형 알루미늄 플레이크와 체질 안료를 함유하게 된다.
여기서 체질 안료는 반드시 함유되어야 하는 것을 아니며, 상기 용매로는 무기계 실리케이트가 사용되고, 또한 첨가제를 첨가할 수 있다.
상기 아연 분말의 크기는 2-7㎛ 정도가 적절하다. 판형 알루미늄 플레이크(Al flake)는 크기 30㎛미만의 비늘 조각 형태로 만든 알미늄 페이스트(Al paste)형태로 상업적으로 쉽게 구할 수 있는 판형 알루미늄 분말을 일컫는 것으로, 통상적인 알루미늄 페이스트에는 알루미늄 플레이크 65%와 유기 용제 35%가 섞여 있다.
본 발명에서는 상기 유기 용제로서 알루미늄 플레이크의 표면 젖음성을 저하시키는 스테아르산을 사용하여 알루미늄 플레이크를 표면 코팅한다.
상기 판형 알루미늄 입자(분말)의 평균 크기가 크거나 길면 도장 효과가 떨어지므로, 평균 길이 20-30㎛, 폭 5-10㎛ 그리고 두께 0.5㎛ 정도의 크기인 것이 바람직하며, 평균 길이 30㎛, 폭 5㎛ 그리고 두께 0.5㎛의 크기가 보다 바람직하다.
안료중 판형 알루미늄 플레이크의 함량이 많게 되면 열반사성은 좋아지나, 판형 알루미늄 분말이 도막 상부에만 집중되어 상대적으로 용매 감소 효과를 가져와 도막 강도가 나빠지고 따라서 도막 박리성이 커지는 현상이 나타난다. 반대로 판형 알루미늄 플레이크 분말양이 너무 적으면 열반사성 효과가 없으므로 아연 분말을 1로 잡을 때, 상기 안료중 각 분말의 혼합 중량비는 구형 아연 분말:판형 알루미늄 분말이 1:0.03-0.2인 것이 바람직하다.
상기 안료에 첨가할 수 있는 체질 안료는 도막의 강도 보강 및 팽윤 효과 그리고 도장시 도료의 흐름을 방지하는 작용을 하는 것으로, 그 첨가량은 통상 도료의 중량을 기준으로 10중량% 이하, 바람직하게는 5-10중량%이다. 체질 안료의 첨가량이 적은 경우 상기 효과가 달성되지 않으며, 과량 첨가되면 방식 성능이 감소될 수 있다. 상기 체질 안료로는 산화 알루미늄, 탄산칼슘 및 실리카(Si) 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 첨가할 수 있다.
일반적으로 도료가 건조되었을 때 용매의 양이 너무 많은 경우에는 상대적으로 단위 부피당 안료량이 적어 희생 방식 보호와 씰링 작용이 떨어지고, 용매의 양이 너무 적으면 도막내 기공이 많아 수분, 산소 기타 부식성 이온들이 도막에 침투되기 쉽고 도막의 강도가 약해져 도막이 부서지기 쉬우므로 방식 성능이 감소된다. 따라서 통상의 건조 도막에서 안료와 용매의 혼합 중량비는 85:15-95:5인 것이 바람직하고, 중량비 90:10이 보다 바람직하다.
상기 안료를 용해시키는 용매는 무기계 실리케이트로 도막을 형성하는 기능을 하며, 안료와 쉽게 혼합되도록 액상으로 사용하는 것이 바람직하다.
그밖의 첨가제로는 산 촉매 작용을 하여 도막 건조를 촉진시키는 염산 용액을 도료의 총중량을 기준으로 0.2-0.4중량% 첨가할 수 있다.
이 염산 용액은 안료중의 아연과 반응하여 도막이 경화되도록 하나, 첨가량이 너무 많은 경우에는 겔 상태가 되어 도장 작업성이 나빠진다.
이하, 본 발명의 아연계 무기 방청 도료의 방식 및 방열 원리에 대하여 설명한다.
도 1은 구형의 아연 분말과 판형 알루미늄 플레이크를 아연 분말을 1로 했을 때, 아연:판형 알루미늄 플레이크 혼합 중량비가 1:0.03-0.2가 되도록 혼합한 혼합 분말을 안료로 무기계 실리케이트 용매(3)을 사용하여 제조한 무기 아연-판형 알루미늄 플레이크계 도료의 단면도이다.
강판(4)위에 판형 알루미늄 분말이 도막 상부에 존재하고 아연 입자가 도막 하부에 골고루 존재하여 치밀하게 배열됨으로써 도막 상부의 판형 알루미늄 분말이 매우 효과적인 열반사층을 형성하며, 도막 하부의 아연 입자들은 희생 방식 작용으로 피도물인 철강재를 보호하는 것을 알 수 있다. 또한 무기질 실리케이트 용매(3)는 전체 도막을 이루고 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예
하기표 1과 같은 조성으로 기존의 무기 아연 도료(비교예)와 본 발명의 도료(실시예 1-3)를 제조하였다.
도료 종류도료 성분 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
함량비(%) 함량비(%) 비율 함량비(%) 비율 함량비(%) 비율
안료에 대한 함량* 아연 분말 86 85 1 84 1 77 1
알루미늄 판형 플레이크 분말 - 4 0.05 9 0.11 15 0.2
체질 안료 14 11 7 8
건조도막중 안료:용매의 함량비* 안료 91.7 90.4 90.2 90.2
용매 8.3 9.6 9.8 9.8
*중량%
강판에 상기 도료를 60㎛ 두께로 칠하여 시편을 제작한 다음, 염수 분무 시험을 행하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
백녹 발생 시간(hr) 24 200 600 1000
적녹 발생 시간(hr) 1200 1500 1400 1300
상기표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 무기 아연-판형 알루미늄 플레이크 혼합 도료(실시예 1-3)는 기존의 무기 아연(비교예)보다 백녹 및 적녹 발생에 있어 매우 장시간동안 우수한 성능을 나타내며, 이에 따라 결과적으로 각종 철강 구조물의 방식 기간이 연장될 수 있다.
나아가 본 발명의 열반사도를 측정하기 위해 열반사도와 비례하는 것으로 알려진 빛 반사도를 실험하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
빛 반사도(광택성,GU) 0.9-1.0 3-4 10-12 15-20
상기 표 3에서 보듯이, 알루미늄 플레이크층이 열반사층을 형성하여 기존의 무기 아연 도료에 비하여 3-20배이상 우수한 빛반사성(방열성)을 나타냄을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 무기 아연-판형 알루미늄 플레이크 혼합 도료는 기존의 무기 아연 도료보다 백녹 및 적녹 발생에 있어서 장기간 우수한 성능을 나타내며, 도막의 방열 성능도 최고 20배이상 높아 결과적으로 각종 철강 구조물의 방식 기간을 연장하고 방열성을 높일 수 있다.

Claims (3)

  1. 구형 아연 분말:표면 젖음성을 저하시키는 유기 용제로 표면코팅된 판형 알루미늄 플레이크(Al flake)가 1:0.03-0.2의 중량비로 혼합된 안료와,
    무기 실리케이트 용매 및 기타 필요로 하는 첨가제로 구성되고,
    상기 안료와 무기 실리케이트 용매의 혼합 중량비는 85:15-95:5이며,
    상기 아연 분말의 입자 크기는 2-7㎛이고,
    상기 판형 알루미늄 플레이크의 입자 크기는 평균 길이 20-30×폭 5-10×두께 0.5㎛인 방식 및 방열성이 우수한 아연계 무기 도료
  2. 제1항에 있어서, 상기 판형 알루미늄 플레이크를 표면 코팅하는 유기 용제는 스테아르산임을 특징으로 하는 도료
  3. 제1항에 있어서, 상기 첨가제로는 산화알루미늄, 탄산칼슘 및 실리카로 부터 선택된 1종 이상의 체질 안료를 도료의 총중량을 기준으로 10중량% 이하로 첨가하며,
    산촉매제로서 염산 용액을 도료의 총중량을 기준으로 0.2-0.4중량% 첨가함을 특징으로 하는 도료
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KR20190085613A (ko) 2018-01-11 2019-07-19 한국화학연구원 내구성이 우수한 부식방지 도료조성물 제조방법

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