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KR102651687B1 - 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물과 이를 이용한 도장 강관 및 그 제조방법 - Google Patents

중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물과 이를 이용한 도장 강관 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102651687B1
KR102651687B1 KR1020230104298A KR20230104298A KR102651687B1 KR 102651687 B1 KR102651687 B1 KR 102651687B1 KR 1020230104298 A KR1020230104298 A KR 1020230104298A KR 20230104298 A KR20230104298 A KR 20230104298A KR 102651687 B1 KR102651687 B1 KR 102651687B1
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heavy
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이선규
정범희
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성은종합철강(주)
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Abstract

본 발명은 일회도포 시 500㎛ ~ 1200㎛ 도막두께로 후막도장이 가능하고, 부착성, 내충격성, 방청성 및 내마모성 등의 기계적 물성이 우수하며, 저장안정성도 우수한 상수도용 강관의 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물에 관한 것이며, 에폭시수지 100중량부에 대하여 콜로이드 실리카졸 1 ~ 30중량부, 계면활성제 1 ~ 10중량부를 포함하여 조성되는 주제와, 폴리아미드수지 및/또는 에폭시 변성 아민계 화합물을 포함하여 조성되는 경화제로 이루어지고, 상기 주제 대 경화제가 2:1∼5:1 비율로 조성된다.
본 발명에 따른 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물은 유기용제를 포함하고 있지 않으면서도 부착성이 우수하고 내충격성, 방청성 및 내마모성 등의 기계적 물성과 저장안정성도 우수한 특징이 있으며, 상수도용 강관에 두꺼운 도막을 형성할 수 있으므로 음용수 공급에 높은 위생안전성을 제공하는 효과를 나타낸다.
아울러, 강관의 외주면을 전처리와 가열, 1 내지 3차 도장하는 단계;
중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료를 제조하는 단계;
상기 제조된 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료로 강관의 내주면을 도장하는 단계; 를 포함하여 강관을 제조하는 것이 바람직하다.

Description

중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물과 이를 이용한 도장 강관 및 그 제조방법{An eco-friendly water-based epoxy type paint composition for heavy corrosion protection, a painted steel pipe using the same, and a manufacturing method thereof}
본 발명은 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물과 이를 이용한 도장 강관 및 그 제조방법에 관한 것이며, 구체적으로는 상수도용 강관의 방식에 적합한 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물과 이를 이용한 친환경 수성 에폭시 방식도료를 도장한 강관 및 그 제조방법으로 통하여 이루어지는 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물과 이를 이용한 도장 강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 세계적으로 지구온난화 문제에 대한 논의가 어느 때 보다 많은 이슈가 되고 있으며, 이슈 중의 하나로 대기환경 오염에 영향을 미치는 휘발성 유기화합물(VOC)의 배출에 대한 규제를 강화하고 있으므로 도료 산업분에서도 휘발성 유기화합물(VOC) 함량의 규제 등 친환경 도료에 대한 요구가 증가함에 따라 유성도료를 대체할 수 있는 수성도료에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
일반적으로 중방식 도료란 Heavy Duty Coating 또는 High Performance Coating이라는 단어로 사용되고 있으며 교량, 해상구조물, 발전설비, 각종 플랜트의 대형 구조물, 선박, 컨테이너 또는 심한 부식 환경에 놓여 있는 기타 철구조물을 부식으로부터 보호하기 위하여 기존의 도장 계보다 두꺼운 도막을 얻을 수 있는 도료 및 그 도장방법으로, 장기간에 걸쳐서 심한 부식 환경에 견딜 수 있는 방식 도장 시스템의 총칭을 말하는 것이다.
에폭시 도료의 경우 일반적인 도료 내지 도장에 있어서는 인체에 유해한 유기용매를 사용하지 않고 친환경적인 수성화에 도달하여 국내외 관련 시장의 규모가 꾸준히 성장하고 있지만 요구되는 물성이 불충분하여 이를 현장에 적용하기 어려운 것이 현실이며, 특히 중방식용 에폭시 도료에 있어서는 1회 도포 시 도막두께가 약 500㎛ 더나가 심지어 약1200㎛ 까지 후막도장이 가능한 수성 에폭시 도료가 요구되고 있으므로 중방식용 도료에 적용이 되지 못하고 있는 실정에 있다.
중방식용 도료와 관련하여 선행기술을 예로들면, 특허문헌 1에 이온수 40 ~ 60중량%, 아릴기 함유 반응성 유화제 0.05 ~ 0.5중량%, 공중합성 단량체 39.45 ~ 54.5중량% 및 히드라진유도체 0.5 ~ 5중량%를 함유하는 것으로서, 유화제를 포함하지 않는 상온 가교형 수성 아크릴 수지를, 이온수 55 ~ 85중량%, 산화아연 5 ~ 15중량%, 암모니아수 5 ~ 15중량% 및 암모늄염 5 ~ 15중량%를 함유한 용액에 100 : 3 ~ 20(중량비)의 비율로 메탈컴플렉스시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 친환경 초중방식 바인더 수지 조성물을 개시하고 있으며,
특허문헌 2에는 비스페놀 A형 액상 에폭시 수지, 비스페놀 F형 액상 에폭시 수지, 노볼락형 액상 에폭시 수지, 지환형 액상 에폭시 수지, 글리시딜 아민형 액상 에폭시 수지 중 선택된 어느 하나의 (A1)액상 에폭시 수지 15 ∼ 50중량%, (A2)물 10 ∼ 40중량%, (A3)수용성 경화제 12 ∼ 50중량%, (A4)부식억제제 1 ∼ 5중량%,자일렌과 트리메틸벤젠이 포함되어 있는 (A5)희석제 3 ∼ 10중량%;로 구성된 (A)무용제 타입 수용성 에폭시 수지와, (B1)수용성 아크릴 수지 55 ∼ 74중량%,3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필메틸디실란 중 선택된 어느 하나이상으로 이루어진 (B2)경화제 5 ∼ 9중량%,아크릴 단량체 78 ∼ 93중량%, 술포네이트 3 ∼ 9중량%, 알킬렌 옥사이드 3 ∼ 9중량%, 포스페이트 0.5 ∼ 5.0중량%로 구성된 (B3)오염방지제 4 ∼ 8중량%,(B4)물 10 ∼ 20중량%,(B5)수용성 아크릴계 접착제 5 ∼ 8중량%,(B6)폴리프로필렌 비드 1 ∼ 5 중량%로 구성된 (B)코팅제;로 이루어진 것에 특징이 있는 친환경 중방식 강재도료 조성물을 개시하고 있다.
또 특허문헌 3에 조성물 총 100 중량%에 대하여, 에폭시 수지 20 내지 40 중량%; 장석 35 내지 50 중량%; 아민 경화제 3 내지 20중량%; 및 용제 3 내지 10 중량%를 포함하고, 상기 아민 경화제는 조성물 총 100 중량%에 대하여 2.5 내지 15 중량%의 고리형 지방족 아민과 0.5 내지 5 중량%의 지방족 아민을 혼합한 혼합물인 중방식 도료 조성물을 개시하고 있다
본 발명의 발명자는 상수도용 강관의 방식에 적합하고 일회도포 시 500㎛ ~ 1200㎛ 도막두께로 후막도장이 가능한 친환경 수성 에폭시 도료를 제조하고 이를 이용하여 도장 강관 및 그 제조방법을 제공함으로써 본 발명을 완성하였다.
특허문헌1 ; 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0764081호 특허문헌2 ; 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1491459호 특허문헌3 ; 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1817849호 특허문헌4 ; 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1811372호
본 발명에서 해결하려는 과제는 상수도용 강관의 방식에 적합한 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물의 제공에 관한 것이며 보다 상세하게는 일회 도포시 500㎛ ~ 1200㎛ 도막두께로 후막도장이 가능하고, 부착성, 내충격성, 방청성 및 내마모성 등의 기계적 물성이 우수하며, 저장안정성도 우수한 상수도용 강관의 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물의 제공을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 다른 해결과제는, 도료를 이용하여 강관의 내주면을 도장함으로써, 환경친화적이며 도장층의 물성이 매우 우수한 중방식용 수성 에폭시 방식도료 조성물과 이를 이용한 도장 강관 및 강관의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제의 해결수단으로 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물은 에폭시수지, 콜로이드 실리카졸 및 계면활성제를 포함하여 조성되는 주제와, 폴리아미드수지 및/또는 에폭시 변성 아민계 화합물을 포함하여 조성되는 경화제로 이루어진다.
본 발명의 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물에 따른 일 실시형태는 에폭시수지 100중량부에 대하여 콜로이드 실리카졸 1 ~ 30중량부, 계면활성제 1 ~ 10중량부를 포함하여 조성되는 주제와, 폴리아미드수지 및/또는 에폭시 변성 아민계 화합물을 포함하여 조성되는 경화제로 이루어지고, 상기 주제 대 경화제가 2:1∼5:1 비율로 조성되는 것으로 이루어지며, 상기 주제에는 추가로 착색안료, 체질안료 방청안료가 조성되며 또 허용가능한 첨가제로 분산제, 표면조정제, pH조절제, 증점제, 소포제, 방청제, 자외선 흡수제, 산화 방지제가 조성된다.
본 발명에 따른 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물은 유기용제를 포함하고 있지 않으며, 상기 에폭시수지는 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 변성 에폭시 수지, 아크릴 변성 에폭시 수지, 이소시아네이트 변성 에폭시 수지, 고무 변성 에폭시 수지 및 폴리 알킬렌글리콜 변성 에폭시 수지로부터 선택되는 하나 이상의 성분으로 이루어진다.
본 발명에 따른 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물과 이를 코팅한 강관은 일회 도포시 500㎛ ~ 1200㎛ 도막두께로 후막도장이 가능하고, 유기용제를 포함하고 있지 않으면서도 부착성이 우수하고 내충격성, 방청성 및 내마모성 등의 기계적 물성과 저장안정성도 우수한 특징이 있으며, 상수도용 강관에 두꺼운 도막을 형성할 수 있으므로 음용수 공급에 높은 위생안전성을 제공하는 효과를 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 강관에 대한 바람직한 실시예를 나타낸 요부확대 사시도
도 2 는 본 발명의 강관에 대한 도장상태를 나타낸 요부확대 단면도
이하에서는 본 발명을 실시하기 위한 구체적 내용에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 아래 기재 내용 및 실시예의 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 콜로이드 실리카졸 1 ~ 30중량부, 계면활성제 1 ~ 10중량부를 포함하여 조성되는 주제와, 폴리아미드수지 및 에폭시 변성 아민계 화합물을 포함하여 조성되는 경화제로 이루어지고, 상기 주제 대 경화제가 2:1∼5:1의 비율로 조성되는 것으로 이루어진다.
본 발명의 주제 성분으로 조성하는 상기 에폭시 수지는 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 변성 에폭시 수지, 아크릴 변성 에폭시 수지, 이소시아네이트 변성 에폭시 수지, 고무 변성 에폭시 수지 및 폴리 알킬렌글리콜 변성 에폭시 수지로부터 선택되는 하나 이상의 성분으로 이루어지며, 비스페놀 A형 에폭시 수지와 폴리알킬렌글리콜 변성 에폭시 수지를 병용 사용하는 것이 도료 제조공정에서 적절한 점도를 형성하여 도료를 원활하게 제조할 수 있어 바람직하다.
또 상기 에폭시 수지는 에폭시 당량이 180 ~ 2100g/eq인 것이 바람직하며 상기 당량 범위보다 높으면 경도, 건조성, 내식성, 내수성은 향상되지만 점도가 상승되어 수분산성이 떨어질 수 있고, 상기 당량 범위에 미치지 못하면 수분산성은 향상되지만 최종 도막의 경도, 내수성, 내식성 및 건조성 등이 저하되는 문제점이 발생한다
본 발명에서 주제 성분으로 조성하는 상기 콜로이드 실리카졸은 실리카(SiO2) 미립자가 수중에서 콜로이드 상태를 형성하여 외관상 투명하거나 유백색을 띄고 있으며, 고형분 함량이 1 ~ 30중량%이고, 3 ~ 50㎚크기의 나노실리카로 이루어지며 알카리 이온이 제거된 산성 Type인 pH 2 ~ 6의 수용액으로 이루어진다.
본 발명에서 주제 성분으로 조성하는 상기 계면활성제는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제로부터 1이상이 선택되며, 또 탄소수 6 ~ 21 이내의 지방산을 sulfonation, sulfation, ethoxylation, amidation, esterification, quaternarization 등과 같은 합성기술을 사용하여 제조된 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 성분으로 이루어지며, ethoxylation으로 합성된 계면활성제가 보다 더 바람직하며, 폴리알킬렌옥사이드로 조절된 계면활성제를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 지방산으로 포화지방산은 키프릴산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라키드산, 베헨산, 리그노세르산, 세로토산 등을 예로 들 수 있고, 불포화지방산은 구조에 따라 시스와 트랜스로 구분하며 미리스톨레산, 팔미톨레산, 사피엔산, 올레산, 엘라이드산, 박센산, 리놀레산, 리노엘라이드산, 알파 리놀렌산, 아라키돈산, 에이코사펜타엔산, 에루크산, 도고사헥사엔산 등을 예로들 수 있으며 상기한 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 성분으로 이루어진다.
본 발명에서 경화제 성분은 폴리아미드수지 또는 에폭시 변성 아민계 화합물로 이루어지지만, 폴리아미드수지 및 에폭시 변성 아민계 화합물로 이루어지며, 에폭시 변성 아민계 화합물은 활성수소당량(AHEW)이 80 ~ 160g/eq이며, 바람직하게는 100 ~ 140g/eq이다.
본 발명의 상기 주제에는 추가로 착색안료, 체질안료 및 방청안료가 조성물 총 중량에 30 ~ 50중량%로 조성될 수 있으며, 또 첨가제로 분산제, 표면조정제, pH조절제, 증점제, 소포제, 방청제, 자외선 흡수제, 산화 방지제가 허용 가능한 범위 내에서 조성될 수 있다.
상기 착색안료는 은폐력을 확보하고, 도막에 색상을 부여하는 성분으로 카본블랙, 산화철, 이산화티탄을 예로 들 수 있으며, 상기 체질안료는 도막의 강도를 높이고 도막의 외관 특성 및 레올로지를 조절하는 성분으로 예를 들어, 탈크, 황산바륨, 탄산칼슘, 칼슘실리케이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
상기 방청안료는 제조된 도막에 방청성을 향상시키는 성분으로 예를 들어, 징크 포스페이트, 징크 포스페이트 하이드레이트, 알루미늄 포스페이트, 칼슘 하이드로겐 포스페이트, 징크-알루미늄 포스페이트, 스트론튬-징크 포스포실리케이트, 칼슘 포스페이트, 스트론튬 포스포실리케이트, 칼슘 보로실리케이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
또 상기 첨가제로 분산제, 표면조정제, pH조절제, 증점제, 소포제, 방청제, 자외선 흡수제, 산화 방지제는 통상적으로 수성 에폭시 도료 조성물에 사용할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으므로 구체적인 설명을 생략한다.
상술한 본 발명에 따른 중방식용 친환경 수성 에폭시 도료 조성물은 상온에서 야드(외부) 도장에 적용이 가능하고, 가사시간이 적절하여 작업성이 우수하며, 저장 안정성이 우수하고 또 도막은 부착성, 내충격성, 방청성 및 내마모성 등의 기계적 물성이 우수하다.
또 본 발명에 따른 중방식용 친환경 수성 에폭시 도료 조성물은 에어리스 도장, 기재에 붓 또는 롤러 등 통상의 방법을 이용하여 도장하고, 이어서 자연 건조시킴으로써 도막을 형성할 수 있다.
아래에서는 <실시예> 및 <시험예>를 통하여 본 발명에 따른 중방식용 친환경 수성 에폭시 도료 조성물에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
<실시예 1>
교반기, 온도계, 콘덴서, N2가스 공급장치가 설치된 4구 플라스크에 비이온 계면활성제(한농화성 Koremul-ESF-815) 3중량부를 투입한 다음, 교반하면서 승온하여 90℃로 1시간 유지하고, SiO2 함량 20중량%의 콜로이드실리카 졸(sw-20, Qingdao Jiyida Silica Gel Reagent Co 제품) 15중량부를 30분에 걸쳐 투입한 후, 교반하면서 90℃에서 3시간 동안 유지하면서 반응을 실시하였다.
별도로 준비된 교반기, 온도계, 콘덴서, N2가스 공급장치가 설치된 4구 플라스크에 YD-011(국도화학, 비스페놀 A형 에폭시) 100중량부를 투입하고 혼합 교반하면서 150℃로 승온하여 1시간 유지하고, 상기 반응물인 계면활성제로 개질한 콜로이드실리카 졸을 고속교반하면서 30분에 걸쳐 투입하고 투입 완료 후, 추가로 30분에 걸쳐 고속교반 작업을 실시하고 약 3시간에 걸쳐 서냉하여 수지중합물(1)를 제조하였다.
<실시예 2>
SiO2 함량 25중량%의 콜로이드실리카 졸(sw-20, Qingdao Jiyida Silica Gel Reagent Co 제품) 15중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 <실시예1>과 동일한 방법에 의해 수지중합물(2)를 제조하였다.
<실시예 3>
SiO2 함량 30중량%의 콜로이드실리카 졸(sw-20, Qingdao Jiyida Silica Gel Reagent Co 제품) 15중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 <실시예1>과 동일한 방법에 의해 수지중합물(3)를 제조하였다.
<비교예 1>
교반기, 온도계, 콘덴서, N2가스 공급장치가 설치된 4구 플라스크에 비이온 계면활성제(한농화성 Koremul-ESF-815) 6중량부를 투입한 후, 교반하면서 승온하여 90℃에서 1시간 유지하고, 이온수 12중량부를 30분에 걸쳐 투입한 후 혼합 교반하면서 승온하여 90℃에서 3시간 동안유지하면서 반응을 실시하였다.
별도로 준비된 교반기, 온도계, 콘덴서, N2가스 공급장치가 설치된 4구 플라스크에 YD-011(국도화학, 비스페놀 A형 에폭시) 100중량부를 투입하고 혼합 교반하면서 150℃로 승온하여 1시간 유지하고 상기 반응물인 계면활성제 함유 이온수 18중량부를 고속교반하면서 30분에 걸쳐 투입하고 투입 완료 후, 추가로 30분에 걸쳐 고속교반 작업을 실시하고 약 3시간에 걸쳐 서냉하여 수지중합물(4)을 얻었다.
<실시예 4> 내지 <실시예 6> 및 <비교예 2>
상기 <실시예 1> 내지 <실시예 3>과 <비교예 1>에서 제조한 수지중합물 각각을 이용하여 아래 [표 1]에 나타낸 바와같은 조성 및 비율에 따라 주제를 제조하고, 경화제로는 국도화학 제품인 KH816을 사용하며, 주제 대 경화제는 2:1∼5:1의 비율로 조성한다.
성분 조성비율(중량부)
실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 2
수지중합물(1) 100 - - -
수지중합물(2) - 100 -
수지중합물(3) - - 100
수지중합물(4) - - - 100
이산화티탄 35 35 35 35
키본블랙 2 2 2 2
탄산칼슘 35 35 35 35
습윤분산제 1 1 1 1
증점제 1 1 1 1
산화방지제 5.5 5.5 5.5 5.5
<시험예 1>
상기 <실시예 4> 내지 <실시예 6> 및 <비교예 2>에서 조제한 주제에 대하여 아래와같은 방법으로 저장안정성에 대하여 평가하고 그 결과를 아래 [표 2]로 나타내었다.
저장안정성 시험은 각각의 주제를 60℃에서 120시간 동안 방치한 후 증점, 안료의 침전 및 상분리를 육안으로 평가하였으며, 평가방법으로는 저장 후 점도 증가, 안료의 침전 및 상분리가 없는 경우 우수(◎), Soft한 침전으로 재혼합이 용이한 수준의 침전이 있는 경우 양호(○), Soft한 침전 및 일부 상분리가 있는 경우 보통(△), Hard한 침전인 재혼합이 어려운 수준의 침전이 발생한 경우 불량(×)으로 평가하였다.
구분 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 2
평가결과 ◎ ◎ ◎ ○
<시험예 2>
상기 <실시예 4> 내지 <실시예 6> 및 <비교예 2>에서 조제한 주제와 경화제로는 국도화학 제품인 KH816을 사용하고, 주제 대 경화제는 2:1∼5:1의 비율로 조성하여 아래와같은 시험항목 및 시험방법으로 각각의 도료 조성물에 대하여 시험하고 그 결과를 아래 [표 3]으로 나타내었으며, 모든 조건의 온도는 20℃를 기준, 도막 두께 : 500㎛ ±50으로 실시하였다.
-시험항목 및 시험방법-
-초기 내수성 : 도료 조성물을 CCIA(China container industry association) 수성 도장 사양에 의거하여, 표면 블라스 팅(SA 2.5) 전처리된 철제 시편 위에 spray 방법으로 도장한 뒤, 상온(25℃) 및 저온(5℃) 조건에서 1일간 건조 진행하였다. 건조된 시편을 청수수조에 변별확보 시까지(최소 1주일) 침지하여, 도막 표면의 러스트 (ASTM D610), 블리스터(ASTM D714) 발생 수준을 평가하였다.
-안티 새깅성(Anti-sagging) : 도료 조성물을 철제 시편에 Airless spray 방법으로 도장한 직후 도포된 도료를 수평 방향으로 긁어 경계선을 형성한 뒤, 시편을 지면과 수직 방향으로 상온(25℃)에서 방치하여 경계선 부위에서 도료가 흘러내리는 정도를 파악하였다. 구체적으로, 도료의 흐름이 없으면 1등급으로, 경계선 부위가 처진(Waving) 경우 2등급으로, 도료가 일부 흐른(Slight sagging) 경우 3등급으로, 도료의 흐름이 많은(Severe sagging) 경우 4등급으로, 도료의 흐름이 매우 심하여 경계선 부위가 완전히 중첩된(Collapsed) 경우 5등급으로 평가했다.
-외관 특성 : 도료 조성물을 CCIA(China container industry association) 수성 도장 사양에 의거하여 도장한 뒤, 실제 도장라인과 유사한 조건에서 건조시켜 형성된 도막 표면의 외관 수준을 평가하였다.
-녹(rust) 발생 : ASTM D610에 의거하여 육안으로 녹 발생의 크기 및 빈도 등 전체적인 발생 수준(%)을 측정하여 수치화한 값을 ASTM D610에 의거하여 방청성으로 평가하였다.
-수포(bilster) 발생 : ASTM D714에 의거하여 육안으로 수포 발생의 크기 및 빈도를 관찰하여 수치화한 값을 ASTM D714에 의거하여 방청성으로 평가하였다.
시험항목 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 2
초기 내수성 ◎ ◎ ◎ ○
안티 새깅성 1등급 1등급 1등급 1등급
외관 특성 ○ ◎ ◎ ○
녹 발생 ◎ ◎ ◎ ○
수포발생 ◎ ◎ ○ ○
<시험예 3>
상기 <시험예 2>와 동일하게 조성한 도료 조성물에 대하여 아래와 같은 시험항목 및 시험방법으로 각각의 도료조성물에 대하여 시험하고 그 결과를 아래 [표 4]로 나타내었으나.
-시험항목 및 시험방법-
-건조시간(hr) : 도료 조성물을 건조 도막 두께 450㎛가 되도록 도장하고 25℃ 또는 10℃에서 건조시키면서 ASTM D1640에 따라 건조 시간을 측정하였다.
-가사 시간(hr) : 도료 조성물을 혼합한 후 40℃에서 정치하면서 혼합된 도료의 점도 변화를 경시별로 측정하고, 점도(Zahn cup #3 기준)의 변화가 초기 점도의 10%를 초과하는 데 소요되는 시간을 가사 시간으로 하였다.
-부착성 : ASTM D3359 테이프 부착성 시험 방법에 의거하여 시편 도막에 칼로 2㎜X2㎜(가로X세로)의 정사각형 25개를 형성 한 후 상기 정사각형을 대상으로 테이프 접착성 시험한 후 박리된 정도를 측정하여 부착성을 평가하였다. 이때, 25개의 정사각형이 100% 온전히 붙어있는 경우 5B, 남은 정사각형이 95% 이상 100% 미만인 경우 4B, 85% 이상 95% 미만인 경우 3B, 65% 이상 85% 미만인 경우 2B, 35% 이상 65% 미만인 경우 1B, 35% 미만인 경우 0B로 평가하였다.
-내충격성 : ASTM D2794에 의거하여 무게 60lbs, 40lbs 또는 10lbs의 추를 시편의 전면(도료 도성물이 도포된 면)에 떨어뜨린 후 시편의 표면을 관찰하여 초기 전면 내충격성을 평가했다. 이때, 시편 표면에 크랙이 발생하지 않는 추의 무게를 초기 전면 내충격성으로 하였다. 또한, ASTM D2794에 의거하여 500g의 추를 10인치(inch) 이상 높이에서 시편의 후면(에폭시 도료 조성물이 도포되지 않은 면)에 떨어뜨린 후 도막 표면을 관찰하여 도막에 균일 및 박리가 발생하지 않는 최대 높이를 측정하여 초기 후면 내충격성으로 하였다. 높이가 높을수록 물성이 우수하다고 평가하였다.
시험항목 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 2
건조시간(hr) 15 18 18 11
가사 시간(hr) 65 60 60 33
부착성 4B 5B 5B 3B
내충격성 ○ ◎ ○ △
상기 [표 2] 내지 [표 4]에 나타난 바에 의해 본 발명에 따른 중방식용 친환경 수성 에폭시 도료 조성물이 <비교예 2>에 비하여 부착성, 내충격성, 방청성 및 내마모성 등의 기계적 물성과 저장안정성 등이 개선 내지 향상된 것을 알 수 있으며, 또 본 발명에 따른 중방식용 수성 에폭시 도료 조성물은 상수도용 강관에 두꺼운 도막을 형성할 수 있으므로 음용수 공급에 높은 위생안전성을 제공할 수 있는 것을 예측할 수가 있다고 하겠다.
이하, 이러한 방법을 통해 제조한 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료를 이용하여 도장 강관을 성형 및 그 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료를 제조하는 단계;
먼저, 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료를 제조한다. 상기 방식도료는 강관의 내주면은 물론, 외주면을 모두 도장하거나 어느 한 방향을 선택하여 도장하는 것이 가능하며, 내,외주면의 도장 두께는 제한하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 그 도장방법 역시 통상 공지된 방법에 따르는 것을 포함한다.
본 발명에서는 도장 강관의 외주면 역시 상기한 중방식용 수성 에폭시 방식 도료로써 도장할 수 있지만, 바람직하게는 별도로 에폭시, 폴리에틸렌 등을 이용하여 도장함으로써, 도장 강관의 물성을 높이고, 제조 비용을 절감하는 것이 바람직하다.
상기 도장 강관의 외주면을 도장하는 단계는, 상기 강관의 내주면을 도장하는 단계의 전 또는 후에 실시할 수 있으므로 그 순서를 제한하지 않는 것을 포함한다.
상기 제조된 중방식용 수성 에폭시 방식도료로 강관의 내주면을 도장하는 단계에서 강관을 한 방향으로 회전시키게 되며 한쪽 선단에서부터 설정된 속도로 이동하며 도장하게 되고, 강관의 회전을 정지시킨 후 다시 강관을 상기 회전방향과 반대방향으로 회전시키며 코팅한 반대방향으로 이동하면서 다시 한번 더 코팅하는 과정의 전 또는 후에 상기 강관의 외주면을 도장하는 단계를 더 포함하며;
그리고 상기 강관의 외주면을 도장하는 단계는,
상기 강관의 외주면을 전처리하는 과정과,
상기 전처리된 강관을 200∼300℃에서 30∼60분간 가열하는 과정과;
상기 가열된 강관의 외주면을 분말 에폭시(FBE)로 1차 도장하는 과정과;
상기 1차 도장된 강관의 외주면을 개질 폴리에틸렌으로 2차 도장하는 과정과;
상기 2차 도장된 강관의 외주면을 폴리에틸렌으로 3차 도장하는 과정을 포함하는 것이다.
먼저, 상기 강관 외주면을 전처리한다. 여기서, 상기 전처리는 외주면의 이물질을 제거하는 등의 과정을 의미하는바, 예시적으로 쇼트 블라스팅 등으로 강관에 산재된 이물질을 제거하는 것이다.
다음으로, 상기 전처리된 강관을 200~300℃에서 30∼60분간 가열함으로써, 강관의 잠열에 의해 피복재료, 즉 분말 에폭시, 개질 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 등이 용착될 수 있도록 한다.
상기 가열온도가 200℃ 미만이면 외주면에 도포되는 분체의 용해가 원활하게 진행되지 못하여 도장이 불량하게 되고, 300℃를 초과하면 분체가 용해되어 형성되는 도장층이 강관에서 흘러내리게 되는 등의 단점이 있으므로, 250℃에서 가열하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 강관의 가열은 통상적으로 널리 이용되는 가열관을 통해 가열하는 정도면 족하고, 상기 가열된 강관의 외주면을 분말 에폭시로 1차 도장한다.
본 발명에서 상기 분말 에폭시를 이용하는 1차 도장은 2차 및 2차 도장층의 접착력을 보완하기 위한 것이다.
다음으로, 상기 분말 에폭시의 도장이 완료되면, 다시 개질 폴리에틸렌을 이용하여 상기 1차 도장된 강관의 외주면을 2차 도장한다. 이때, 상기 개질 폴리에틸렌은 접착성이 강화된 분말 접착제의 형태로서, 상기 분말 에폭시 도장층과 후술될 폴리에틸렌 도장층과의 접착력 유지를 위한 것이다.
상기 2차 도장이 완료되면, 이에 다시 폴리에틸렌을 이용하여 3차 도장한다.
그리고 3차 도장이 완료되면, 상기 3차 도장된 강관의 양끝단인 도장하지 않는 부분으로부터 도장층을 제거하고, 이를 상온으로 냉각한다.
여기서, 상기 양 끝단의 도장을 제거 처리하는 과정 및 냉각 과정은 도장 강관의 제조시 충분히 공지된 사항이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 도장 방법 역시 이 기술이 속하는 분야에서는 일부 공지된 사항이 포함되어 있으므로, 그 방법 및 사용 장치를 제한하지 않는다.
또한, 본 발명은 상기 1차, 2차 및 3차에 걸쳐 형성되는 도장층의 두께는 제한하지 않으나, 외주면 전체에 형성된 도장층의 두께가 0.5~5mm가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 도장 강관은 도 1과 도 2에서와 같이, 도장 강관(10)을 형성하는 금속재질로 이루어진 강관(11)의 내주면은 중방식 친환경 수성 에폭시 도장층(20)이 형성되고, 외주면은 분말 에폭시(12), 개질 폴리에틸렌(13) 및 폴리에틸렌(14)의 3층 구조로 외주면 도장층(30)이 형성되어, 기용제를 포함하고 있지 않으면서도 부착성이 우수하고 내충격성, 방청성 및 내마모성 등의 기계적 물성과 저장안정성도 우수한 것이며, 상수도용 강관에 두꺼운 도막을 형성할 수 있으므로 음용수 공급에 높은 위생안전성을 제공하는 매우 뛰어난 효과를 제공하는 것이다.
상기 강관(11)의 내주면은 중방식 친환경 수성 에폭시 도장층(20)이 상기 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료를 사용하되.
주제에 경화제를 혼합하여 분사하는 것이 바람직하며, 강관의 내주면을 도장하는 단계에서 강관을 한 방향으로 회전하며 한쪽 선단에서 설정된 속도로 이동하며 1.5∼7.5분간 도장하고, 강관을 상기 회전방향과 반대방향으로 회전시키며 코팅한 반대방향으로 이동하면서 1.5∼7.5분간 코팅하는 과정을 포함하는 것이다.
상기 강관(11)은 용접 비드가 형성되어 있어서 이 부분에서 코팅이 정상적으로 이루어지지 못하고 핀홀이 발생하는 단점이 있으나 정방항과 반대방향으로 회전하면서 강관(11)을 들어갈때와 나올 때 반복 코팅함으로써 3∼15분간 코팅을 수행하는 것이다.
10 : 도장 강관 11 : 강관
12 : 분말 에폭시 13 : 개질 폴리에틸렌
14 : 폴리에틸렌 20 : 중방식 친환경 수성 에폭시 도장층
30 : 외주면 도장층

Claims (10)

  1. 에폭시수지 100중량부에 대하여 3 ~ 50㎚ 크기의 나노실리카로 이루어지며 알카리 이온이 제거된 산성 Type인 pH 2 ~ 6의 수용액의 콜로이드 실리카졸 1 ~ 30중량부, 계면활성제 1 ~ 10중량부를 포함하여 조성되는 주제와,
    폴리아미드수지 및/또는 활성수소당량(AHEW)이 80 ~ 160g/eq인 에폭시 변성 아민계 화합물을 포함하여 조성되는 경화제로 이루어지고,
    상기 주제 대 경화제가 2:1∼5:1 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 에폭시수지는 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 변성 에폭시 수지, 아크릴 변성 에폭시 수지, 이소시아네이트 변성 에폭시 수지, 고무 변성 에폭시 수지 및 폴리 알킬렌글리콜 변성 에폭시 수지로부터 선택되는 하나 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서, 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지와 폴리알킬렌글리콜 변성 에폭시 수지를 병용 사용하고, 에폭시 당량이 180 ~ 2100g/eq인 것을 특징으로 하는 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서 계면활성제는 탄소수는 6 ~ 21의 지방산을 sulfonation, sulfation, ethoxylation, amidation, esterification, quaternarization의 합성기술을 사용하여 제조된 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서, 주제에 추가하여 착색안료, 체질안료 및 방청안료가 조성물 총 중량에 30 ~ 50중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 하나 항에 기재된 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물로 도장되는 것을 특징으로 하는 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 도장 강관.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 조성물로 강관의 내주면을 도장하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 중방식용 친환경 수성 에폭시 방식도료 도장 강관의 제조방법.
  10. 삭제
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