KR101292346B1 - 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리우레탄, 세라믹, 트리에탄올아민 티탄산염, 포타슘, 트리프로필렌글리콜 n-부틸 에테르, 폴리에테르 변성 디메틸 폴리실록산, 암모니아수, 물을 포함하여 이루어지는 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물로서, 상기 철근 표면 처리용 용액 조성물은 환경 및 인체에 유해한 크롬 등의 중금속을 함유하지 않아 친환경적이고, 염수 처리에 대해 우수한 내식성을 나타내고, 철근의 기계적 성질을 저하시키지 않는 기술적 특징이 있다.

Description

철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물{surface treating composition for corrosion resistance improvement of steel reinforcement}

본 발명은 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환경 및 인체에 유해한 크롬 등의 중금속을 함유하지 않아 친환경적이고, 염수 처리에 대해 우수한 내식성을 가지면서 철근의 기계적 성질을 저하시키지 않는 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물에 관한 것이다.

통상적으로 철근의 부식을 방지하기 위하여 크롬[Cr(VI)]을 주성분으로 하는 크로메이트(chromate) 코팅 처리가 일반적으로 실시되고 있으며, 상기 크로메이트 방청 코팅 처리는 크게 2가지로 분류할 수 있다. 하나는 수지 처리로 수지층의 방식기능을 보완하고 강판에 대한 밀착성을 향상시키기 위한 방법이고, 또 다른 방법은 반응형 크로메이트 처리로서 전해형(electrolytic reaction type)과 분무형(spary reaction type) 처리가 있다.

이러한 반응형 크로메이트 코팅 방법은 코팅량이 크롬 5~80㎎/㎡으로 강판의 방청요구 특성에 따라 다양하게 처리하고 있는데, 주로 무도장 강판의 내식성을 강화하기 위해서 처리한다. 상기 크로메이트는 값이 싸고 내식성이 우수하여 오랫동안 사용되어 왔으나, 오늘날 후두암 등을 일으키는 1급 발암물질로 알려져 있으며, 국제적으로 환경유해 물질로 그 사용을 규제하고 있다. 유럽연합을 중심으로 한 세계 각국에서는 납(Pb), 카드늄(Cd), 수은(Hg) 등과 함께 크롬에 대한 사용을 규제하고 있는데, 이전에는 제조 및 공정배출을 규제하였으나 최근에는 최종제품에 대해서도 규제하고 있다.

한편, 자동차에 관한 폐차조례(EVL: end of life cycle)에서는 상기 금속에 대한 전면규제를 시행하고 있으며, 전기 및 전자기기에 관한 RoHS(restriction of hazardous substance) 규정에서는 상기 환경부하 물질이 포함되어 있는 제품의 폐기를 전면 금지하는 규제를 시행하고 있다. 따라서 현재 전세계적으로 건축, 가전 및 자동차용으로 크롬을 사용하지 않는 부식 방지제, 즉 방청제의 개발에 부심하고 있다.

이와 같이 크롬을 포함하지 않는 방청제의 개발은 오래전부터 다양한 각도에서 시행되어 왔다. 그 제조방법으로는 고분자 수지를 이용하는 방법과 크롬과 동족인 몰리브덴을 이용하는 방법, 부동태 피막, 실리카를 이용하는 방법, 유기물의 피막에 대한 연구 등이 진행되어 왔다. 최근에는 지르코늄 및 티타늄 화합물 혹은 실란 커플링제를 이용하여 내식성을 보강하기 위한 많은 방청제가 개발되고 있다.

그러나 이들은 크로메이트 피막에 비하여 부착량이 많아야 하고, 보호막(barrier) 특성과 자기수복성(self-healing)이 떨어지며, 내식성도 불충분하기 때문에 크로메이트 대체용으로는 실용화되는데 제약 요인이 많다. 특히 수지를 기본으로 한 유기계 방청제는 코팅층이 부도체인 관계로 전기 전도성이 낮으므로 용접성이 좋지 않아 가전 및 자동차 부품용으로 사용에 제한을 받고 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하는 수단으로서 무기계 방청제의 개발이 요구되고 있다. 그러나 종래의 무기계 방청코팅은 내식성과 내화학성이 취약하므로, 이를 해결하는 수단으로 무기계 방청성분과 잘 결합하는 고분자 수지를 적정량 첨가한 유-무기계 방청 코팅 조성물을 사용하고 있으나, 경화 온도가 높고 전기 전도성 및 용액 안정성이 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 국제적으로 사용규제 대상인 크롬을 함유하는 공정인 크로메이트 공정 처리에 따른 종래의 방식에서 벗어나, 기존 무기계 방청액에 비해 우수한 내식성, 내열성, 용액 안정성을 가지는 철근 부식 방지용 표면 처리 용액의 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 폴리우레탄, 세라믹, 트리에탄올아민 티탄산염, 포타슘, 트리프로필렌글리콜 n-부틸 에테르, 폴리에테르 변성 디메틸 폴리실록산, 암모니아수, 물을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 크로메이트제를 사용하지 않으므로 친환경적이고, 철근에의 부착력이 우수하여 철근의 부식을 효과적으로 방지할 수 있으며, 또한 강한 내열성을 가지고 있어 냉각상과 번들링 사이의 공랭시에 철근의 표면처리가 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 철근 부식 방지용 표면 처리 용액 조성물을 철근의 표면에 도포했을 때의 중성염수분무시험을 보여주고 있는 시험 성적서이다.
도 2a와 도 2b는 도 1에서 도시하고 있는 시험성적서의 결과를 보여주고 있는 각 테스트 결과이다.
도 3a는 본 발명의 철근 부식 방지용 표면 처리 용액 조성물을 처리했을 때의 철근 표면을 SEM 200배로 확대한 사진이고, 도 3b는 본 발명의 용액 조성물을 처리하지 않을 때의 철근 표면을 SEM 200배로 확대한 사진이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명에서는 철근, 바람직하게는 스케일층이 얇고 결함을 다수 포함하는 수냉 철근의 부식에 취약한 부분, 특히 스케일층 위, 스케일 박리부, 결함부 등을 포함하는 철근의 표면 전체에 도포 및 건조하여 비정질 실리콘 막을 형성하여 외부의 부식 환경과 철근 표면을 차단시켜 철근의 부식을 효과적으로 방지할 수 있는 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물을 구현하고자 한다.

또한, 본 발명은 철근에의 부착력이 우수할 뿐 아니라 냉각상과 번들링 사이의 공냉되는 철근의 표면 온도에도 강한 내성을 가지고 있으며, 종래의 크로메이트 방식으로 처리된 철근 제품보다 내식성이 매우 우수한 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물을 제시한다.

본 발명은 조성물 총중량에 대하여,

(1) 폴리우레탄(Polyurethane) 5중량%;

(2) 세라믹(ceramic) 10중량%;

(3) 방청첨가제인 트리에탄올아민 티탄산염(triethanolamine titanate: TE) 1중량%;

(4) 커플링제의 하나인 포타슘(potassium: GF82) 2중량%;

(5) 용해물질의 하나인 트리프로필렌글리콜 n-부틸 에테르(tripropylene glycol n-butyl ether: TPnB) 1중량%;

(6) 폴리에테르 변성 디메틸 폴리실록산(polyether modified dimethyl polysiloxzn: 346) 1중량%;

(7) 암모니아수(NH₄OH) 0.4중량%;

(8) 물(H₂O) 79.6중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물을 제시한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 철근 표면 처리용 용액의 조성물 중에서 세라믹은 내열성 및 내식성을 부여하기 위하여 필요하며, 상기 세라믹은 SiO₂, Al₂O₃ 등으로 구성되어 있다. 또한 상기 세라믹은 여러 가지를 들 수 있으나, 입자 직경이 1~15㎛, 바람직하게는 3~10㎛인 나노입자 크기의 세라믹이 이상적이다. 상기 입자 직경이 15㎛를 초과하는 나노세라믹, 특히 15~50㎛인 나노세라믹을 사용할 경우 용액 조성물을 제조하는 과정에서 용액 조성물의 성상이 불안정하고, 특히 용액 조성물 내에 미세한 입자가 발생하고, 용액이 겔화되는 현상이 방생할 수 있다. 그러나 입자 직경(결정크기)이 3~10㎛인 나노세라믹을 이용하는 경우, 용액 안정성이 안정하여 철근의 내식성 향상에 결정적인 역할을 하는 것이다.

상기 세라믹의 함량은 특별히 한정하지 않으나, 바람직하게는 전체 조성물 총 중량에 대하여 5~15중량% 정도이다. 상기 세라믹이 전체 총 중량에 대하여 5중량% 미만 포함되는 경우 양호한 내식성을 확보하기 어렵고, 15중량%를 초과하여 포함되는 경우 내식성은 향상되나 저장 안정성 및 용액의 성상이 불량해지는, 즉 겔화되는 문제점이 있으므로 바람직하지 않다. 본 발명에서는 세라믹의 함량을 10중량%로 함으로써 가장 이상적인 철근 표면 처리용 용액을 제조할 수 있었다.

위와 같은 조성물들로 이루어진 본 발명은 표면 처리 용액 조성물 100중량%에 대하여 폴리우레탄 5중량%, 세라믹 10중량%, 트리에탄올아민 티탄산염 1중량%, 포타슘 2중량%, 트리프로필렌글리콜 n-부틸 에테르 1중량%, 폴리에테르 변성 디메틸 폴리실록산 1중량%, 암모니아수 0.4중량%, 물 79.6중량%를 혼합하여 철근 표면 처리용 용액 조성물을 제조하였다.

한편, 상기한 바와 같은 조성물로 이루어진 본 발명의 철근 표면 처리용 용액 조성물의 특성을 알아보기 위해 하기 설명된 실험 방법에 따라 시험하였으며, 각 평가 기준에 의거 평가하였다.

{용액 안정성 시험}

각각의 조성물을 밀봉하여 30일간 보관 후 용액 상태를 측정하여 평가하였다.(○: 이상없음, ×: 층 분리 현상)

{도막 물성 시험}

1. 피막 부착량: 철근 시편을 지름 6cm로 준비하여 무게를 측정하고 한쪽 면을 탭핑(tapping)하여 다른쪽 면을 탈지하여 피막을 벗겨내고 다시 무게를 측정하여 도막 량을 측정한 결과 표1과 같았다.

	본 발명의 조성물						시험법
	1	2	3	4	5	평균
부착량 (mg)	21.3	20.6	20.9	21.7	21.1	21.1	ASTM D7378
	비교예
	1	2	3	4	5	평균
부착량 (mg)	15.6	16.1	16.7	15.9	16.9	16.2

2. 외관: 도장된 시편의 외관이 이물질 및 미도장 부위 없이 양호한지 평가하였다. 도장이 양호하게 된 경우 유백색이 되었다.

{염수 분무에 대한 내식성}

미도포 철근과, 본 발명의 실시예의 조성물로 이루어진 용액을 도포한 철근 시편을 KS D 9502에 의거한 염수 분무 시험을 시행하여 녹의 발생을 평가하였다.

본 발명의 실시예를 도포한 철근 시편은 염수를 분무하고 2.5시간 경과 후, 미도포 철근은 염수를 분무하고 1시간 경과 후 철근 표면을 촬영하였다. 상기 중성염수분무시험의 결과는 도 1과 도 2a 및 도 2b에 구체적으로 나타내었다. 또한 도 3a에서는 본 발명의 철근 부식 방지용 표면 처리 용액 조성물을 처리했을 때의 철근 표면을 SEM 200배로 확대한 사진으로 나타내었고, 도 3b에서는 본 발명의 용액 조성물을 처리하지 않을 때의 철근 표면을 SEM 200배로 확대한 사진으로 나타내었다.

상기 시편들의 내부식 특성의 변화를 알아보기 위해, 전자화학적 임피던스 분광기로 임피던스를 측정하고, 얻어진 임피던스 측정값으로부터 전하이동 저항값을 계산한 결과 표2와 같았다.

	본 발명의 조성물						시험법
	1	2	3	4	5	평균
저항값 (Mohm)	1.03	1.08	1.11	1.06	1.04	1.06	ASTM D1003
	비교예
	1	2	3	4	5	평균
저항값 (Mohm)	0.76	0.81	0.90	0.78	0.84	0.82

{기계적 물성}

한편 상기 시편의 기계적 물성인 신장성 및 굽힘성을 관련규격에 따라 측정하여, 본 발명의 조성물을 시편에 처리한 후 철근의 기계적 성질이 변화하는지 여부를 확한 결과 표3 및 표4와 같았다.

	본 발명의 조성물						시험법
	1	2	3	4	5	평균
신장성 (mm/100kgf)	11.6	10.9	11..4	11.0	11.8	11.3	ASTM D638
	비교예
	1	2	3	4	5	평균
신장성 (mm/100kgf)	10.5	10.8	9.8	10.2	11.2	10.5

	본 발명의 조성물						시험법
	1	2	3	4	5	평균
굽힘성 (mm/10kgf)	5.6	5.2	5.8	5.1	5.9	5.5	ASTM D790
	비교예
	1	2	3	4	5	평균
굽힘성 (mm/10kgf)	4.7	5.1	4.9	4.8	5.2	5.0

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상기의 시험 결과와 같이 본 발명의 철근 표면 처리용 용액 조성물은 용액 안정성이 좋았으며, 철근에 대한 부착성이 뛰어났고, 염수에 대한 철근 부식 방지 능력이 탁월했으며, 이의 도포가 철근의 기계적 성질에 영향을 미치지 않았고, 도포에 의한 외관 또한 매끄러운 것을 확인할 수 있었다.

Claims (2)

1. 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물에 있어서,
   폴리우레탄, 세라믹, 트리에탄올아민 티탄산염, 포타슘, 트리프로필렌글리콜 n-부틸 에테르, 폴리에테르 변성 디메틸 폴리실록산, 암모니아수, 물을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 폴리우레탄 5중량%;
   상기 세라믹 10중량%;
   상기 트리에탄올아민 티탄산염 1중량%;
   상기 포타슘 2중량%;
   상기 트리프로필렌글리콜 n-부틸 에테르 1중량%;
   상기 폴리에테르 변성 디메틸 폴리실록산 1중량%;
   상기 암모니아수 0.4중량%;
   상기 물 79.6중량%를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 철근 내식성 향상을 위한 표면 처리 용액의 조성물.
   

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