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KR100816551B1 - 유·무기 복합체 도료 조성물, 상기 도료 조성물을 도포 및경화하여 제조된 구조물, 상기 도료 조성물의 경화방법 및상기 경화방법에 사용되는 이동식 프레임 장치 - Google Patents

유·무기 복합체 도료 조성물, 상기 도료 조성물을 도포 및경화하여 제조된 구조물, 상기 도료 조성물의 경화방법 및상기 경화방법에 사용되는 이동식 프레임 장치 Download PDF

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KR100816551B1
KR100816551B1 KR1020060074349A KR20060074349A KR100816551B1 KR 100816551 B1 KR100816551 B1 KR 100816551B1 KR 1020060074349 A KR1020060074349 A KR 1020060074349A KR 20060074349 A KR20060074349 A KR 20060074349A KR 100816551 B1 KR100816551 B1 KR 100816551B1
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이병승
박호근
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한국전력기술 주식회사
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Abstract

불소고무 (fluoro rubber) 100 중량부, 불소계 수지 5 내지 50 중량부, 수산제 5 내지 30 중량부, 판상형 물질과 비판상형 물질의 혼합물로 구성된 무기충전제 20 내지 150 중량부, 경화제 0.5 내지 5 중량부 및 경화촉진제 0.1 내지 3 중량부를 포함하는 유·무기 복합체 도료 조성물이 제공된다.
본 발명에 따른 도료 조성물은, 상기한 바와 같이, 도막접착력, 내열성, 냉열 충격성, 내산성, 내마모성, 내부식성이 향상되어, 탈황설비 등에서와 같이 고온, 고농도 산의 극한 부식 환경에서도 설비를 보호해주는 코팅제로서 효용이 크고, 따라서, 고온, 고농도의 산성 환경하에서 구조물의 부식에 의한 유지 보수 비용이 절감시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 도료 조성물을 근적외선을 사용하여 열경화시키는 경화방법으로 경화시키는 경우, 경화 속도가 빠르고, 고른 열조사가 가능하여 현장에서 직접 시공이 가능하기 때문에 산업시설 전반에 걸쳐서 적용 가능하다.
불소고무, 불소계 수지, 도료 조성물

Description

유·무기 복합체 도료 조성물, 상기 도료 조성물을 도포 및 경화하여 제조된 구조물, 상기 도료 조성물의 경화방법 및 상기 경화방법에 사용되는 이동식 프레임 장치{Organic and inorganic composite composition, a structure prepared by applying the composition thereto and hardening it, a method for hardening the composition and a portable frame device used in the method}
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 근적외선 램프가 고정된 이동식 프레임 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 상기 도 1에서의 근적외선 램프가 고정된 이동식 프레임 장치의 단면도이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
1... 근적외선 램프 2... 반사갓
3... 고정프레임
본 발명은 유·무기 복합체 도료 조성물, 상기 도료 조성물을 도포 및 경화하여 제조된 구조물, 상기 도료 조성물의 경화방법 및 상기 경화방법에 사용되는 이동식 프레임 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내열성, 냉열 충격성, 내산성이 향상되어, 탈황설비 등에서와 같이 고온, 고농도 산의 극한 부식 환경에서도 설비를 보호하여 유지 보수 비용을 절감시킬 수 있는 코팅제로서 유용한 유·무기 복합체 도료 조성물, 이를 도포 및 경화하여 제조된 구조물, 상기 도료 조성물의 경화방법 및 상기 경화방법에 사용되는 이동식 프레임 장치에 관한 것이다.
최근 여러 산업분야에 걸쳐 사용되어 지고 있는 중방식 도료 중, 내열, 내산성이 요구되어 있는 도료 수요가 점차 증가하고 있다. 기존에 적용되어 지고 있는 코팅제로는 에폭시계 및 불포화 폴리에스테르계 코팅제가 주로 사용되어 지고 있으나, 이러한 도료의 문제점은 고온 (150℃ 이상)에서의 내열성이나, 고온 환경에서의 내화학성이 낮아(예를 들면, 상기 기존의 노블락계 에폭시 도료 및 불포화 폴리에스테르계 도료는 100℃ 이하에서만 내산성을 갖는다), 그 적용이 불가능하다는 점이다. 따라서 이러한 문제점를 해결하기 위하여 고가의 금속 합금을 구조물로 사용하여 주기적으로 교체하고 있다.
내산성 수지로서는 현재까지 불소계열 수지가 가장 우수한 것으로 알려져 있으나 250℃ 이상의 고온에서 장시간의 열처리가 필요한 열경화형으로 탈황설비와 같은 대형 구조물에 시공이 불가능하며, 자연 경화형의 불소계 도료는 120℃ 고온의 강산성 분위기에서 지속적으로 사용될 수 있는 제품은 아직 개발되어 있지 못한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 우수한 내 열성, 내후성, 내유성, 내용제성 및 내약품성을 갖는 불소고무를 도료화하여 대형 구조물의 현장시공이 가능한 열경화형 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 도료 조성물을 도포 및 경화하여 제조된 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 도료 조성물을 경화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 도료 조성물을 경화하는 방법에 사용되는 이동식 프레임 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 불소고무 (fluoro rubber) 100 중량부, 불소계 수지 5 내지 50 중량부, 수산제 5 내지 30 중량부, 판상형 물질과 비판상형 물질의 혼합물로 구성된 무기충전제 20 내지 150 중량부, 경화제 0.5 내지 5 중량부 및 경화촉진제 0.1 내지 3 중량부를 포함하는 유·무기 복합체 도료 조성물을 제공한다.
상기 유·무기 복합체 도료 조성물은 불소고무 100 중량부 기준으로 유기 용매 100 내지 600 중량부 및 도료 첨가제 1 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 불소고무의 불소 함량이 전체 불소고무 중에서 67 중량% 내지 99.9 중량%이다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 불소고무는 -CH2-CH2-, -CH2- CH(CH3)-, -CF2-CH2-, -CF2-CF(CF3)- 및 -CF2-(ORF)CF-로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 반복단위를 포함하고, 이때, -CF2-CH2-, -CF2-CF(CF3)- 및 -CF2-(ORF)CF- 중 어느 하나를 반드시 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 불소계 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 퍼플루오로알콕시 수지 (PFA), 플루오리네이티드에틸렌프로필렌 수지 (FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌 수지 (ETFE) 및 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 무기 충전제를 구성하는 판상형 물질은 평균 입경이 30-300㎛이고, 인조 흑연, 마이카 및 글래스 플레이크로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이며, 비판상형 물질은 평균 입경이 15-40㎛인 황산바륨 및 이산화티탄로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 용제가 아세테이트계 용제 및 케톤계 용제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 본 발명에 의한 도료 조성물을 도포 및 경화하여 제조된 구조물을 제공한다.
상기 구조물은 탈황설비에서의 덕트, 굴뚝 내부, 배관, 흡수탑, 해수관, 집진설비 또는 열교환기 등일 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 본 발명에 따른 도료 조성물을 근적외선을 사용하여 열경화시키는 경화방법을 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 본 발명에 따른 경화방법에 사용되는 근적외선 램프가 고정된 이동식 프레임 장치로서, 순차적으로 또는 동시에 상기 도료 조성물을 건조 및 소성할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 이동식 프레임 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 도막접착력, 내열성, 냉열 충격성, 내산성, 내마모성, 내부식성이 향상되어, 탈황설비 등에서와 같이 고온, 고농도 산의 극한 부식 환경에서도 설비를 보호해주는 코팅제로서 효용이 크고, 따라서, 고온, 고농도의 산성 환경하에서 구조물의 부식에 의한 유지 보수 비용이 절감시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 도료 조성물을 근적외선을 사용하여 열경화시키는 경화방법으로 경화시키는 경우, 경화 속도가 빠르고, 고른 열조사가 가능하여 현장에서 직접 시공이 가능하기 때문에 산업시설 전반에 걸쳐서 적용 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물, 상기 도료 조성물을 도포 및 경화하여 제조된 구조물, 상기 도료 조성물의 경화방법 및 상기 경화방법에 사용되는 이동식 프레임 장치를 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 불소고무 100 중량부, 불소계 수지 5 내지 50 중량부, 수산제 5 내지 30 중량부, 판상형 물질과 비판상형 물질의 혼합물로 구성된 무기충전제 20 내지 150 중량부, 경화제 0.5 내지 5 중량부 및 경화촉진제 0.1 내지 3 중량부를 포함한다.
일반적으로, 불소고무는 분자 중에 불소 원자를 갖는 엘라스토머이고, 불소 계 아크릴레이트계, 비닐리덴플루오라이드계, 폴리에스테르플루오라이드계 등이 대표적인 것이다. 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 (바이톤A 등), 비닐리덴플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌 및 테트라플루오로에틸렌의 삼원공중합체 (바이톤B 또는 다이엘G501 등) 등이 있다. 이러한 불소고무의 장점은, 여러 종류의 고무 중에서도 가장 우수한 내열성, 내유성 및 내약품성을 갖는다. 즉, 내열성 면에 있어서, 200℃에서도 물성의 저하가 적고, 장시간의 사용에 견디며, 조건에 따라서는 300℃ 이상에서도 단시간이면 사용할 수 있다. 또한, 시차열곡선 (示差熱曲線)이나 가열감량 (加熱減量) 등으로부터, 다른 종류의 고무와 비하여 분해나 감량이 매우 적고, 내열성이 매우 좋은 것을 알 수 있다. 또한, 산, 알칼리 등 많은 약품에도 최고의 내식성을 가지고 있다. 이 밖에도 내용제성이나 내증기성이 개량된 것도 출현하고 있고, 앞으로도 더욱 뛰어난 내열성, 내한성, 내약품성을 갖는 고무가 나올 것이 예상되며, 이러한 불소고무들이 본 발명에 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 유·무기 복합체 도료 조성물에 사용되는 불소고무는 -CH2-CH2-, -CH2-CH(CH3)-, -CF2-CH2-, -CF2-CF(CF3)- 및 -CF2-(ORF)CF-로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 반복단위를 포함하고, 이때, -CF2-CH2-, -CF2-CF(CF3)- 및 -CF2-(ORF)CF- 중 어느 하나를 반드시 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 불소고무는 -CF2-CH2- 함유 공중합체이다.
바람직하게는, 상기 불소고무의 불소 함량은 전체 불소고무 중에서 67 중량% 내지 99.9 중량%이다. 더욱 바람직하게는, 67 중량% 내지 70 중량%이다. 불소 함량이 67 중량% 미만일 경우, 내화학성 및 내산성성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서, 불소계 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 퍼플루오로알콕시 수지 (PFA), 플루오리네이티드에틸렌프로필렌 수지 (FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌 수지 (ETFE) 및 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
바람직하게는 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서 불소계 수지의 함량은 불소고무 100 중량부 기준으로 5 중량부 내지 50 중량부이다. 불소계 수지 함량이 불소고무 100 중량부 기준으로 5 중량부 미만으로 포함하는 경우 내화학성 및 내산성이 감소하는 문제점이 있고, 50 중량부 초과하여 포함하는 경우 도막의 접착력 및 도막 강도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서, 수산제는 불소고무 가교반응에 참여하는 가교조제로서 산화아연, 산화마그네슘, 산화칼슘, 하이드로탈사이트, 수산화칼슘 및 산화납로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
바람직하게는 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서 수산제의 함량은 불소고무 100 중량부 기준으로 5 중량부 내지 30 중량부이다. 수산제 함량이 불소고무 100 중량부 기준으로 5 중량부 미만으로 포함하는 경우 충분한 가교가 이루어지지 않으며, 30 중량부 초과하여 포함하는 경우 내산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서, 무기충전제는 판상형 물 질과 비판상형 물질을 혼합하여 사용한다. 이러한 판상형 물질과 비판상형 물질을 혼합하여 첨가된 무기충전제는, 도막밀도를 증가시킬 뿐만 아니라, 산 용액의 도막 침투 속도를 현저히 저하시켜, 장기적인 부식방지 효과를 나타낸다.
본 발명에서 사용되어 지는 무기충전제 중 판상형 물질로는, 고온에서의 황산 침투를 최대한 억제하기 위한 것으로서, 인조흑연, 활석, 마이카, 글래스 플레이크 등의 판상형 안료의 예를 들 수 있다. 또한, 무기충전제 중 비판상형 물질로는 충전제의 밀폐효과를 극대화하기 위한 것으로, 내화학성이 우수한 황산바륨 및 이산화티탄 등의 비판상형 물질의 예를 들 수 있다. 이를 비판상형 물질을 판상형 물질과 함께 혼합하여 사용하여, 판상형 물질의 적층구조 사이의 기공을 채워줌으로써 도막의 치밀성이 더욱 향상되고, 그 결과 내침투성을 향상시킨다.
상기 판상형 물질의 평균 입경은, 바람직하게는 30-300㎛이며, 더욱 바람직하게는 100-180㎛이다. 판상형 물질의 평균 입경이 30㎛ 미만일 경우 판상형 입자효과의 감소로 인한 내산성이 저하되며, 300㎛ 초과할 경우 도료의 도장작업성이 저하된다. 또한, 상기 비판상형 물질은 판상형 물질 입자 간의 기공을 채울 수 있어야 한다. 이러한 비판상형 물질의 평균 입경은, 바람직하게는 15-40㎛이다. 비판상형 물질의 평균 입경이 15㎛ 미만일 경우 미세입자에 충진에 의한 판상형 효과가 저하되는 문제점이 있고, 40㎛ 초과할 경우 생성된 기공이 커져 도막의 치밀성이 저하되는 문제점이 있다.
바람직하게는 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서 무기 충전제의 함량은 불소고무 100 중량부 기준으로 20 중량부 내지 150 중량부이다. 무기 충전제의 함량이 불소고무 100 중량부 기준으로 20 중량부 미만으로 포함하는 경우 무기 충전제의 판상효과 저하로 내산성이 감소되는 문제점이 있고, 150 중량부 초과하여 포함하는 경우 무기 충전제의 과충전에 의한 도막 물리적 특성이 감소되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 경화제를 첨가하여 열경화성 물질로 경화시켜 사용될 수 있으며, 경화제에 따라서 그 물성을 다양하게 변화시킬 수 있다. 상기 경화제는 당업계에서 공지된 일반적인 여러 종류의 경화제가 사용 가능하다. 바람직하게는, 경화제는 페놀성 수산기를 2개 이상 가진 폴리올계 및 1개 이상의 수소 원자가 아미노기 화합물이다. 페놀성 수산기를 가진 경화제의 예로는 페놀수지, 비스페놀에이 또는 비스페놀에이에프가 있으며, 바람직하게는 불소가 포함된 비스페놀에이에프로서, 우수한 내열성 및 내산성 향상 효과를 가져온다.
바람직하게는 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서 경화제의 함량은 불소고무 100 중량부 기준으로 0.5 중량부 내지 5 중량부이다. 경화제의 함량이 불소고무 100 중량부 기준으로 0.5 중량부 미만으로 포함하는 경우 불소고무의 가교가 충분히 이루어 지지 않는 문제점이 있고, 5 중량부 초과하여 포함하는 경우 가교도가 떨어지거나 미반응된 가교제로 인하여 도막 특성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서, 경화촉진제는 도막의 경화속도를 제어하는 역할을 한다. 상기 경화촉진제는 암모늄염, 3급아민, 포스포늄염 등을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 3급 아민화합물이고, 이는 상기 열거된 경화촉진제 예 중에서 경화속도가 가장 빠르다.
바람직하게는 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서 경화촉진제의 함량은 불소고무 100 중량부 기준으로 0.1 중량부 내지 3 중량부이다. 경화촉진제의 함량이 불소고무 100 중량부 기준으로 0.1 중량부 미만으로 포함하는 경우 본 발명에서 요구하는 정도의 경화속도를 얻을 수 없는 문제점이 있고, 3 중량부 초과하여 포함하는 경우 도료의 가사시간이 짧아지는 문제점이 있다.
상기 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 유기 용매 및 기타 도료 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 용매는 아세테이트계 용제, 케톤계 용제 등일 수 있다. 구체적으로, 부틸아세테이트, 메틸이소부틸케톤 등일 수 있고, 상기 유기 용매들 중 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서 유기 용매의 함량은 불소고무 100 중량부 기준으로 100 중량부 내지 600 중량부이다. 유기 용매의 함량이 불소고무 100 중량부 기준으로 100 중량부 미만으로 포함하는 경우 고점도로 인한 도장 작업이 매우 어려워지는 문제점이 있고, 600 중량부 초과하여 포함하는 경우 도료의 저점도화에 의하여 무기충진제들의 침강 현상이 발생되는 문제점이 있다.
상기 기타 도료 첨가제는 불소고무의 접착증강제, 분산제, 레벨링제 등과 같이 당업계에 공지된 도료 첨가제일 수 있다.
접착증강제로는 안료의 표면개질 및 접착성 향상을 위한 에폭시 실란, 아미노 실란, 비닐 실란, 아크릴 실란 등이 사용되어질 수 있다. 바람직하게는, 본 발 명의 유·무기 복합체 도료 조성물에서 상기 접착증강제는 경화시스템에 참여할 수 있는 아미노 실란, 에폭실 실란 또는 이들의 혼합물이다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서, 상기 레벨링제는 도료를 피복할 때 평탄하고 매끄럽게 코팅될 수 있게 하기 위해 첨가되는 첨가제이다. 상기 레벨링제는 아크릴계, 실리콘계의 예를 들 수 있다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물에서, 상기 분산제는 도료 조성물의 각 구성성분의 분산이 잘 되게 한다. 상기 분산제는 DISPERBYK (BYK-Chemie 제조), BYK-P104 (BYK-Chemie 제조)의 예를 들 수 있다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 내열성, 냉열충격성, 내산성 및 내마모성이 향상된다. 특히, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 200℃ 이상의 온도에서도 견디는 불소고무 및 불소계 수지를 기초 수지로 하여 뛰어난 내열성을 갖는다. 또한, 무기충전제로서 판상형 물질과 비판상형 물질의 혼합물을 사용하는데, 판상형 물질은 부식의 원인이 되는 산성 용액의 침투 속도를 저하시키고, 비판상형 물질은 도막의 치밀성을 증진시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 100℃ 이상, 강산성 (약 pH 5 이하) 환경에서 운용되는 산업용, 특히 발전소 및 정유화학설비에서의 탈황설비 등 중방식 설비에 적용하기 매우 적합하다.
본 발명에 따른 도료 조성물은 당업계에서 공지된 방법으로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물의 제조방법의 일 예를 설명한다.
먼저, 유기 용매에 불소고무, 불소계 수지를 혼합기에 넣고 교반시켜 용해한 후, 분산제 및 레벨링제를 첨가하여 혼합한다. 수지가 완전히 혼합되면 판상형 물질 및 비판상형 물질의 혼합물인 무기 충전제를 첨가하여 완전히 분산될 때까지 교반하여 혼합하여 주제 조성물을 만든다. 여기에 경화제 및 경화촉진제를 혼합하여, 상기 본 발명에 따른 도료 조성물을 얻을 수 있다. 혼합시 사용할 수 있는 혼합 장치는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 슈퍼 믹서, 헨셀 믹서, 나우터 믹서 등의 스크류형 믹서, 프로쉐어 믹서, 리본형 배합기 등이 사용될 수 있다.
또한 본 발명에서는, 본 발명에 의한 유·무기 복합체 도료 조성물로써 피복하여 제조된 구조물을 제공한다. 상기 본 발명에 따른 구조물은 상기 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물을 도포 및 경화하여 제조한다. 도장 작업은 붓, 롤러, 스프레이 작업이 모두 가능하며, 1회 도장 두께는 50-80㎛으로 도포할 수 있고, 바람직하게는　20℃ 기준으로, 1-8 시간의 자연 건조 시간을 갖는다.
본 발명에 따른 도료 조성물로 피복될 수 있는 구조물이 특별히 한정되지 않고, 그 용도에 따라 임의의 공지된 구조물 또는 설비에 적용될 수 있다. 예를 들면, 탈황설비에서의 덕트, 굴뚝 내부, 배관, 흡수탑, 해수관, 집진설비, 열교환기 등이 있다. 특히, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 내산, 내열 효과가 우수하기 때문에, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물을 도포 및 경화하여 제조된 구조물은 산업용, 특히 발전소 또는 정유화학설비 등에 구비되어 있는 탈황설비에서 발생하는 강산성 환경에서 고온 (약 150℃ 이상) 및 노점 (약 80℃ 이하)의 온도가 반복되는 경우, 황산결노에 의한 노점부식을 방지하여 구조물 자체의 사용 수명이 연장되고, 아울러 유지 비용도 절감된다.
또한 본 발명에서는, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물을 근적외선을 사용하여 열경화시키는 경화방법을 제공한다. 상기 근적외선의 파장 범위는 0.76 내지 1.5㎛이다. 이하, 근적외선을 사용하여 열경화시키는 일 예를 설명한다.
본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물을 대상 구조물에 에어스프레이, 붓, 롤라 등의 일반적인 방법으로 도포한다.　　1회 코팅 두께는 50-80㎛로 도장하였고, 2차 도장은 상온 (25℃)에서 3 시간 이상의 건조 시간을 유지한 후 시행하였으며,　총 4회 코팅한다. 약 1.2 내지 약 1.4㎛의 단파장의 근적외선 램프로 300℃ 내지 400℃ 범위의 온도에서 3 내지 30 시간 동안 조사하여 경화시킨다.
또한 본 발명에서는, 상기 본 발명에 따른 경화방법에 사용되는 근적외선 램프가 고정된 이동식 프레임 장치로서, 순차적으로 또는 동시에 상기 도료 조성물을 건조 및 소성할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 이동식 프레임 장치를 제공한다.
종래 일반적으로 사용되는 도료 조성물을 경화시키는 경우, 경화시간 (약 200℃ × 약 60분 이상)이 오래 걸리는 단점이 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 도료 조성물의 경우 비교적 상온에서 완전건조가 잘 이루어지며, 낮은 온도 범위에서 단시간 내에 경화반응 (약 120℃ × 약 15분 이상)이 진행하는 특성이 있으므로, 근적외선 램프를 고정시킨 이동식 프레임 장치를 사용하여 단시간에 도막 경화를 이룰 수 있다. 상기 이동식 프레임 장치는, 바람직하게는 복수의 근적외선 램프를 소정의 간격을 두어 고정시킨 이동식 프레임 장치이다.
또한, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 현장 시공에서 사용하는 일반적인 방법으로 도포 및 경화될 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물을 현장 시공에 사용하는 방법의 일 예를 설명한다.
열원으로는 반사판이 부착된 복수 개의 근적외선 램프를 병렬로 장착한 이동식 프레임 장치를 사용할 수 있고, 이를 사용하여 근적외선이 도장면에 집중되도록 한다.
근적외선의 조사 거리가 도장면으로 가까워질수록 높은 온도로써 짧은 시간 동안에 경화가 이루어질 수 있으나, 지나치게 빠른 건조와 경화가 이루어질 경우,　도장 불량의 발생하기 쉽다. 따라서 조사 거리는 약 5분 동안 조사하는 것을 기준으로 할 때, 도장면의 모재 온도가 약 150℃가 되는 조건의 거리를 선정한다.
이때, 또한 작업공간의 확보, 적정 경화시간의 유지, 온도편차의 최소화 및 조사장치의 조작의 편리성을 아울러 고려하여 조사 거리를 선정할 수 있다.
경화 조건의 균일성을 위해서는 근적외선 조사 장치를 조사면적의 약 1/3 간격으로 이동시켜 도장면에 조사한다.
근적외선 조사 장치로 가열 경화 시, 일반 전기 히터 장치의 경우보다 경화 속도 면에서 더 높은 효율 특성을 갖고, 고른 열조사가 가능하여 도료 조성물 도막에서 발생되는 미경화와 같은 문제점들을 대폭 감소시킬 수 있다.
이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
비교예 1
노블락 에폭시 수지로서 YDCN-500 (국도화학 제조) 60 중량%에 도료 첨가제 (분산제로서 DISPERBYK (BYK-Chemie 제조)) 5중량%를 첨가한 후 무기 충전제로서 판상형 흑연, 마이카와 소량의 비판산형 황산바륨, 이산화티탄 35중량%를 넣어 분산시켜 주제 조성을 만들었다. 평가를 위한 경화 도막은 상기 주제 조성 100 중량부 기준으로 경화제 메타자일렌디아민 30중량부를 사용하여 제조하였다.
비교예 2
노블락 불포화 폴리에스테르 수지/841 (세원화성 제조) 65 중량%에 무기 충전제로서 판상형 흑연, 마이카와 소량의 비판산형 황산바륨, 이산화티탄 35 중량%를 넣어 분산시켜 주제 조성을 만들었다. 상기 주제 조성 100 중량부 기준으로 경화촉진제로서 코발트염 (세원화성 제조) 0.5 중량부 및 경화제로서 메틸에틸케톤퍼옥사이드 (MEKPO, 세원화성 제조) 1.5 중량부를 사용하였다.
실시예 1
불소계 복합체형 코팅제의 혼합 조성물로 유기 용매제인 부틸아세테이트 63 중량%에 분산제(DISPERBYK, BYK-Chemie 제조) 1 중량%, 불소고무 (바이톤 비) 15 중량%, 불소계 고분자 수지 PTFE 5 중량%를 첨가한 후, 무기 충전제로서 판상형 흑연, 마이카와 소량의 비판산형 황산바륨, 이산화티탄 14 중량%, 수산제로서 MgO 2 중량%를 넣어 분산시켜 주제 조성을 만들었다. 상기 주제 조성 100 중량부 기준으로 경화제로서 폴리올계인 비스페놀 에이에프 0.6 중량부 및 경화촉진제로서 3급아민 DBU (산아프로/일본 제조) 0.1 중량부를 사용하였다.
상기 비교예 1,2 및 실시예 1의 조성물 각각을 sus304에 코팅하였다.
먼저, 코팅되어지는 금속 표면은 유분, 습기를 블라스트 작업에 의해 녹, 불순물 등을 깨끗이 제거하였다.　 코팅 방법으로는 에어스프레이로 도포하였다.　　1회 코팅 두께는 80㎛로 도장하였고, 2차 도장은 상온 (25℃)에서 3시간 이상의 건조 시간을 유지한 후 시행하였으며,　총 4회 코팅하였다.
실험예 1
실시예 1의 불소계 복합체형 코팅제의 도장 후 도막 경화를 위하여 전기 히터 조사장치 TESS-810R (YL무역 제조)를 이용하여, 도장면이 150℃ 가 되도록 조사하며, 순차적으로 이동하여 유효조사면적이 1/3씩 겹쳐지도록 하여 균일한 열 경화가 이루어지도록 하였다.
실험예 2
먼저 도 1과 같이 근적외선 램프 4개를 약 10cm의 간격으로 고정시켜서 이동식 프레임 장치를 제조하였다. 상기 이동식 프레임 장치의 단면은 도 2에서와 같다.
실시예 1의 불소계 복합체형 코팅제의 도장 후 도면 1,2와 같은 근적외선 이동식 프레임 장치를 이용하여, 도장면이 150℃가 되도록 조사하며, 순차적으로 이동하였다. 이때, 유효조사면적이 1/3씩 겹쳐지도록 하여 균일한 열 경화가 이루어지도록 하였다.
[물성 측정]
실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 얻은 결과물에 대하여 다음과 같은 방법으로 여러 가지 물성을 측정하였다.
1) 내열성
내열성을 평가하기 위해, 초기 접착력부터 고온에 장시간 (0 시간 - 1000 시간) 방치하였을 때의 접착력의 변동을 측정하였다.
2) 냉열 충격성
냉열 충격성을 평가하기 위해, 저온 (-10℃) 및 고온 (130℃)에서 충격을 주었을 때의 도막 박리 및 파괴가 발생될 때까지의 횟수를 확인하여 표 2에 기재하였다.
3) 내산성
내산성을 평가하기 위해, 도료 조성물을 코팅한 시편을 황산 (40%)에 반 정도 침지하여 온도에 따른 도박의 파괴 및 부식의 발생시간을 기록한다.
4) 내마모성
ASTM D-3387에 의거 시험조건 H-22 wheel, 1000 gr.로 1000회 마모시 발생된무게 감소양을 표 2에 기록하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1,2에 대한 혼합 비율을 표 1에 나타내었다.
표 2에 표 1에서의 각 조성에 따른 도막 특성을 나타내었다.
표 3은 실시예 1 조성 도료의 경화 기구 시스템에 따른 실험예 1과 실험예 2에 대한 경화 효율특성과 열경화 후 미경화 부분을 나타내었다.
구분 성분 단위 비교예 1 비교예 2 실시예 1
불소고무(FKM) 바이톤 비 경화제 및 경화촉진제를 제외한 주제 조성 내에서의 중량% - - 15
노블락 에폭시 수지 YDCN-500 (국도화학 제조) 60 - -
노블락 불포화 폴리에스터 수지 841 (세원화성 제조) - 65 -
불소계 수지 PTFE - - 5
무기충전제 흑연, 석영, 마이카, 황산바륨, 이산화티탄 35 35 14
도료첨가제 (분산제, 레벨링제, 소포제) DISPERBYK (BYK-Chemie 제조) 5 - 1
수산제 MgO - - 2
유기 용매 메틸이소부틸케톤 - - 63
주제 총합 100 100 100
경화제 비스페놀에이에프 상기 주제 조성 100 중량부 기준으로한 중량부 - - 2
메타자일렌 디아민 - - 2
메틸에틸케톤퍼옥사이드(MEPKO, 세원화성 제조) - 1.5 -
경화촉진제 DBU (산아프로/일본 제조) - - 1
평가 항목 비교예 1 비교예 2 실시예 1
내열온도(℃) 120 140 200
냉열 충격성 (횟수) -20℃ 5회 박리 3회 박리 30회 이상 없음
160℃ 10회 박리 12회 박리 30회 이상 없음
내산성 (황산 침지) 80℃ 96 시간 부식 1000 시간 이상 1,000 시간 이상
120℃ 72 시간 부식 240 시간 부식 1,000 시간 이상
130℃ 12 시간 부식 90 시간 부식 1,000 시간 이상
내마모성 (tabor 마모) 감량 mg 150 110 43
항목 실험예 1 실험예 2
단위면적당 경화시간 m2/시간 3 10
미경화 발생 정도 미경화 부분/m2 6 0
근적외선 이동식 프레임 장치로 가열 경화 시, 일반 전기 히터 장치의 경우보다 경화 속도 면에서 더 높은 효율 특성을 갖고, 고른 열조사가 가능하여 미경화 부분이 발생하지 않았다.
비교예 1,2는 각각 탈황설비 및 각종 중방식 내산 도료의 대표적인 예인 에폭시계 도료 및 노블락 불포화 폴리에스테르계 도료를 사용한 조성물의 예이다.
하기 표 2에서 보듯이 본 발명에 따른 불소고무를 포함하는 유·무기 복합체 도료 조성물의 경우 에폭시나 불포화폴리에스테르가 분해가 시작되는 150℃ 이상의 부식조건에서도 사용가능함을 알 수 있으며, 고무 자체의 사용 가능온도가 -20℃에서 220℃까지 이므로 저온 및 고온에서 일반 중방식 도료들이 나타낼 수 없는 내충격성을 나타내고 있다.
무엇보다도 탈황덕트와 같은 설비들은 각종 탈연 분진에 의한 마모가 발생하는데 본 도료의 경우 고무 자체의 탄성으로 인한 내마모성이 우수함을 Tabor 내마모성 시험에 의하여 확인할 수 있었다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 유·무기 복합체 도료 조성물은 도막접착력, 내열성, 냉열 충격성, 내산성, 내마모성, 내부식성이 향상되어, 탈황설비 등에서와 같이 고온, 고농도 산의 극한 부식 환경에서도 설비를 보호해주는 코팅제로서 효용이 크고, 따라서, 고온 (100℃ 이상), 고농도의 산성 (pH 5 이하) 환경하에서 구조물의 부식에 의한 유지 보수 비용이 절감시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 도료 조성물을 근적외선을 사용하여 열경화시키는 경화방법으로 경화시키는 경우, 경화 속도가 빠르고, 고른 열조사가 가능하여 현장에서 직접 시공이 가능하기 때문에 산업시설 전반에 걸쳐서 적용 가능하다.

Claims (11)

  1. 불소고무 (fluoro rubber) 100 중량부, 불소계 수지 5 내지 50 중량부, 수산제 5 내지 30 중량부, 판상형 물질과 비판상형 물질의 혼합물로 구성된 무기충전제 20 내지 150 중량부, 경화제 0.5 내지 5 중량부 및 경화촉진제 0.1 내지 3 중량부를 포함하는 유·무기 복합체 도료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 불소고무 100 중량부 기준으로 유기 용매 100 내지 600 중량부 및 도료 첨가제 1 내지 10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 불소고무의 불소 함량이 전체 불소고무 중에서 67 중량% 내지 99.9 중량%인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불소고무는 -CH2-CH2-, -CH2-CH(CH3)-, -CF2-CH2-, -CF2-CF(CF3)- 및 -CF2-(ORF)CF-로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 반복단위를 포함하고, 이때, -CF2-CH2-, -CF2-CF(CF3)- 및 -CF2-(ORF)CF- 중 어느 하나를 반드시 포함하는 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 불소계 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 퍼플루오로알콕시 수지 (PFA), 플루오리네이티드에틸렌프로필렌 수지 (FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌 수지 (ETFE) 및 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 무기 충전제를 구성하는 판상형 물질은 평균 입경이 30-300㎛이고, 인조흑연, 활석, 마이카 및 글래스 플레이크로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이며, 비판상형 물질은 평균 입경이 15-40㎛인 황산바륨 및 이산화티탄로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
  7. 제2항에 있어서, 상기 유기 용매가 아세테이트계 용제 및 케톤계 용제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항의 어느 한 항에 따른 도료 조성물을 도포 및 경화하여 제조된 구조물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 구조물이 탈황설비에서의 덕트, 굴뚝내부, 배관, 흡수탑, 해수관, 집진설비 또는 열교환기인 것을 특징으로 하는 구조물.
  10. 제1항에 따른 도료 조성물을 근적외선을 사용하여 열경화시키는 경화방법.
  11. 제10항에 따른 경화방법에 사용되는 근적외선 램프가 고정된 이동식 프레임 장치로서, 순차적으로 또는 동시에 상기 도료 조성물을 건조 및 소성할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 이동식 프레임 장치.
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