KR20120013387A

KR20120013387A - 도전성 금속도료 및 도전성 금속도료에 의한 방식방법 및 방식보수방법

Info

Publication number: KR20120013387A
Application number: KR1020117027218A
Authority: KR
Inventors: 파비니아 에이치 로메로; 요시코 니시지마; 하루오 하마키; 신지 사토; 타로 니키; 야스노리 모테기
Original assignee: 오일레스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2012-02-14
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: US9290670B2; KR101722793B1; EP2423268A4; JPWO2010123028A1; JP5698122B2; WO2010123028A1; EP2423268A1; CN102414280A; US20120114845A1

Abstract

설비의 제한이나 취급의 번거로움이 없고, 방식작용을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있는 범용성이 높은 도전성 금속도료를 제공한다. 유기계 수지성분과, 철에 대해서 희생방식반응을 나타내는 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 금속성분을 갖는 도전성 금속도료. 금속성분과 유기계 수지성분의 함유비율은 중량비로 98:2 내지 80:20인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 도전성 금속도료는 건축구조물 또는 토목구조물의 방식 및 기존 건축구조물 또는 토목구조물의 방식표면의 보수에 사용할 수 있다.

Description

도전성 금속도료 및 도전성 금속도료에 의한 방식방법 및 방식보수방법 {CONDUCTIVE METALLIC COATING MATERIAL, METHOD OF CORROSION PREVENTION WITH CONDUCTIVE METALLIC COATING MATERIAL, AND METHOD OF CORROSION-PREVENTIVE REPAIR THEREWITH}

본 발명은 부식 환경하에 있는 건축구조물 또는 토목구조물 등에 이용되는 강재용 방식도료 및 이 방식도료를 사용한 방식방법 및 방식보수방법에 관한 것이다.

종래부터 건축구조물이나 토목구조물에 이용되는 내구성을 갖는 방식방법으로서 사용되는 방법에는, 철소지와의 전위차를 이용하여 희생양극반응을 발생시켜서 방식하는 용융 아연도금, 무기계 아연도료, 유기계 아연도료에 의한 도장방법 외에 아연을 포함하는 금속용사법 등이 있다.

용융 아연도금은 건축구조물에서는 외장부분, 특히 지붕 등에 사용되고, 토목구조물에서는 강제 교량의 상부 구조체(박스형 거더)나 지지재, 나아가 가이드 레일이나 도로표지의 지주 등에 광범위하게 이용되고 있다.

그러나, 방식을 위해 널리 사용되는 용융 아연도금은 통상적으로 공장 내에 설치된 도금조에 침지시키는 공정이 취해지기 때문에, 조의 크기에 따라서 용융 아연도금을 시행하는 제품의 크기에 제한이 발생하고, 큰 것이 적용될 수 없는 결점이 있다. 또한 용융 아연도금조의 온도는 430℃ 내지 510℃이기 때문에, 도금되는 제품(강재)에 열에 의한 변형이 발생되어, 도금 후에 제품의 평탄성을 확보하기 위한 교정작업을 필요로 하는 경우가 있다. 그리고 교정작업에서는 도금표면의 깨짐이나 손상에도 주의를 기울여야만 했다.

또한 용융 아연도금은 일반적으로 사용되는 아연지금에 증류 아연을 이용하는 경우가 많으나, 이 증류 아연에 대해서는 함유하는 카드뮴이나 납이 아연과 함께 도금 혼입되는 것이 지적되며, 최근에 유럽에서 널리 확산되는 RoHS지령(Restricting the use Of Hazardous Subatances)에 의해 신중하게 사용하는 경향이 있다.

무기계 아연도료, 유기계 아연도료의 도장도 희생방식방법으로서 널리 사용되고 있다. 무기계의 도료는 부착력이 부족하기 때문에, 도포되는 제품(강재)과의 부착력 확보를 위해서 블라스트 등의 소지 조정을 세밀하게 관리하여 행할 필요가 있으며, 특히 아연도금과 동등한 방식성능을 기대하는 경우에는, 그 막 두께를 두껍게 하기 위해서 높은 부착력을 안정적으로 장기간 유지해야만 하는데, 이것을 달성하려면 많은 어려움이 수반된다. 이에 반해, 유기계 수지를 바인더로 한 유기계 아연도료를 사용하는 도장에서는, 무기계 아연도료를 사용하는 도장과 비교하여, 도포되는 제품(강재)과의 부착력을 양호하게 확보할 수 있다.

상기 아연을 포함하는 도료의 도장 외에, 예를 들어 일본 특개2005-126750호 공보에 나타낸 바와 같이, 철에 대해서 희생양극반응을 나타내는 금속재료인 아연, 알루미늄, 마그네슘 등을 용사하고, 그들로 이루어지는 용사금속피막을 모재 상에 형성시키는 기술이 있다. 이 경우의 용사금속은 모재인 철에 대해서 희생양극반응을 나타내면 되기 때문에, 사용하는 각 금속이 단체, 합금 또는 유사합금 중 어느 것이어도 양호하게 방식을 행할 수 있다.

희생양극반응을 나타내는 금속재료를 용사하여 방식하는 기술은 미리 블라스트나 파워 툴에 의해 표면처리한 제품 표면에, 용사용 건에 의해 용융시킨 금속을 고온으로 불어서 부착시키면 되므로, 상술한 용융 아연도금과 같이 제품의 온도가 고온이 되는 일도 없고, 모재의 열 변형을 바람직하게 방지할 수 있으며, 아울러 도금조의 크기에 따라서 시공하는 제품의 크기의 제한을 받는 일도 없다.

그러나, 용사기술이어도, 용사 건을 사용하여 용사하는 알루미늄이나 마그네슘의 용융 금속은 용사 표면에 대해서 바람직하게는 직각으로 불어서 부착시킬 필요가 있어, 용사 건이 들어가지 않는 좁은 부분이나, 용사용으로 필요한 가스류의 봄베나 전원을 가지고 들어갈 수 없는 시공현장에서의 작업은 어려웠다.

따라서 철의 희생방식의 범용적인 방법으로서는, 아연을 희생방식성분으로서 사용하는 방법이 널리 실시되어왔다. 그러나, 아연을 사용하려면, 전술한 바와 같이, 원료광에 납, 카드뮴이 혼재되기 때문에, 정제 등을 행하지 않으면 안 되는 문제가 있다. 또한 아연은 희생양극반응을 철소지에 대해서 조기에 방생시킬 수 있는 점에서는 바람직한 재료라고 말할 수 있으나, 그 반면 용출 속도가 빠르기 때문에 내구시간이 비교적 짧고, 장기간 안정적으로 희생양극반응을 유지하여 방식을 행하기 위해서는 빈번한 유지보수가 필요하다는 문제도 있었다. 그렇기 때문에, 아연에 필적할 정도의 충분한 희생방식반응을 나타내고, 내구성을 유지할 수 있는 다른 금속을 사용한 기술이 요구되어왔다.

일본 특개2007-146267호 공보에는 에어졸화시킨 희생방식성을 갖는 금속 또는 합금의 미립자를 강재 표면에 불어서 부착시킴으로써 형성시킨 피복막의 기술이 개시되고, 희생방식성을 갖는 금속 또는 합금으로서 아연, 알루미늄, 마그네슘 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다고 하고 있다.

그러나 일본 특개2007-146267호 공보는 에어졸화한 금속 또는 합금의 미립자를 방식 표면에 불어서 부착시켜서 강재 표면에 충돌시킴으로써 피복막을 형성시키는 기술이며, 에어졸용으로 분무용 설비(에어졸화실, 분급실, 분사 노즐, 가스 발생실, 성막실, 진공 펌프)가 필요하며, 나아가서 헬륨, 질소 등의 불활성 가스도 필요하여, 역시 현장시공에서 용이하게 피복막을 형성할 수 있는 것이 아니었다.

또한 에폭시 수지 100중량부에 아연 분말을 100 내지 900중량부 배합한 분체 도장(분체 베이킹 도장)용 조성물이 일본 특개평11-158415호 공보에 개시되어 있다. 이것은 어디까지나 분체 베이킹 도료를 제공하는 것으로, 이것도 전용 설비가 필요하게 되어 간이한 도장 시공은 불가능하다.

특허문헌 1 : 특개2005-126750호 공보 특허문헌 2 : 특개2007-146267호 공보 특허문헌 3 : 특개평11-158415호 공보

본 발명은 상기 종래기술의 문제를 감안하여, 용융 아연 도금조 등의 설비의 제한을 받지 않고, 용융 아연 도금처리에 의한 높은 온도의 입열에 의한 모재의 변형을 방지할 수 있고, 아연을 사용하지 않고도 아연과 동등 이상의 희생양극반응에 의한 모재의 방식작용을 발생시켜, 공장시공은 물론 현장시공에서도 큰 설비를 필요로 하지 않고 용이하게 도포할 수 있는 도전성 금속도료 및 이 도전성 금속도료에 의한 방식방법 및 방식보수방법을 제공한다.

[청구항 1에 기재한 발명]

청구항 1에 기재한 발명은, 철에 대해서 희생방식작용을 발생시키는 금속성분과 유기계 수지성분을 주성분으로서 포함하는 도전성 금속도료이며, 상기 금속성분으로서 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 금속도료를 제공한다.

(작용효과)

종래 희생방식작용을 발생시키는 금속으로서는 높은 희생방식반응을 나타내는 아연이 널리 사용되고 있었으나, 원료광에 포함되는 납, 카드뮴에 의한 환경오염의 문제, 방식성능의 내구성의 문제 등이 있었다. 본 발명은 아연을 사용하지 않고 알루미늄과 마그네슘 모두를 사용함으로써 아연에 필적하는 희생방식반응을 나타내고, 또한 방식성능이 높은 내구성을 나타내는 것을 발견하여, 이것을 이용한 희생방식도료를 제공하는 것이다.

도 1에 알루미늄, 마그네슘을 도포한 철소지의 크로스 커트부분에서의 희생방식반응의 개략을 모식적으로 도시했다. 마그네슘(Mg)의 희생방식반응의 반응속도는 아연에 필적할수록 빠르기 때문에, 철소지보다 조기에 용출되고(도 1(a)), 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘 등의 피막을 형성하여 철소지의 커버링을 행한다(도 1(b)). 철소지 자체도 약간 산화 용출되나, 마그네슘(Mg) 피막이 조기에 형성되어 철소지를 커버하기 때문에 철의 용출은 약간의 양만으로도 저지할 수 있다. 알루미늄(Al)은 마그네슘(Mg)과 비교하여 반응속도는 느리지만, 장시간 철 표면에서 보유되는 성질이 있다. 용출한 알루미늄(Al)은 산화 알루미늄 등의 피막을 형성하고, 철 표면과 그것을 덮는 마그네슘(Mg)을 더 덮도록 하여, 비교적 장기에 걸쳐서 이들을 보호한다(도 1(c)). 따라서, 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg)을 조합시켜서 금속성분으로 함으로써 높은 희생방식능을 갖고, 내구성을 갖는 도전성 금속도료를 얻는 것이 가능하게 된다.

본 발명은 희생방식방법으로서 유기계 수지성분으로 이루어지는 유기계 금속도료를 사용하는 것이며, 종래 사용되어온 용융 아연도금, 금속 용사와 비교하여 특수한 설비나 기재를 필요로 하지 않고, 브러시, 롤러, 주걱, 흙손 등으로의 도포가 가능하다. 그렇기 때문에, 종래의 용사를 시행하기 어려웠던 좁은 부위에서도 방식처리가 가능하게 된다.

[청구항 2에 기재한 발명]

청구항 2에 기재한 발명은 상기 금속성분으로서 알루미늄분과 마그네슘분의 혼합분, 알루미늄/마그네슘의 합금분, 또는 양자를 도료 중에 포함하는 청구항1에 기재한 도전성 금속도료를 제공한다.

(작용효과)

본 항에 기재한 금속도료는 상기 금속성분으로서 알루미늄, 마그네슘을 각각의 분체로서(혼합분으로서) 함유할 수도 있고, 알루미늄/마그네슘 합금분으로서 함유할 수도 있으며, 또한 상기 혼합분과 합금분을 혼합한 상태에서 함유할 수도 있다. 그러나, 알루미늄, 마그네슘 개개의 특성이 나타나기 쉽고, 제조 비용을 억제할 수 있는 이점이 있으므로 혼합분으로 하는 것이 보다 바람직하다.

알루미늄분, 마그네슘분은 입경이 작을수록 유기계 수지성분으로의 분산성을 양호하게 할 수 있고, 금속성분이 편석되지 않은 균일한 상태를 만들 수 있다. 또한 금속의 표면적이 커져서, 희생방식반응의 반응성이 높아진다. 그러나, 이들 금속분, 특히 마그네슘분은 인화성이 높기 때문에, 금속분의 입경을 너무 작게 하면 분진 폭발의 요인이 되어, 제조공정상 위험하다. 금속분의 입도는 상기 제조상의 문제가 발생하지 않는 범위에서 75메쉬 언더, 바람직하게는 100메쉬 언더, 보다 바람직하게는 200메쉬 언더로 한다.

[청구항 3에 기재한 발명]

청구항 3에 기재한 발명은, 상기 금속성분의 알루미늄과 마그네슘의 함유비율이 중량비로 5:95 내지 70:30인 청구항1 또는 2에 기재한 도전성 금속도료를 제공한다.

(작용효과)

도전성 금속도료 중에 포함되는 금속성분의 조성은 알루미늄과 마그네슘의 함유비율을 중량비로 5:95 내지 70:30으로 하는 것이 바람직하고, 또한 5:95 내지 50:50으로 하는 것이 보다 바람직하다. 전술한 바와 같이, 마그네슘은 반응성이 높고, 조기에 용출되는데 반해, 알루미늄은 비교적 안정성이 높기 때문에 마그네슘을 보다 많이 배합함으로써, 마그네슘의 높은 방식작용을 장시간 유지할 수 있다. 아울러, 알루미늄이 갖는 장기안정성도 발휘하기 위해서, 알루미늄의 함유량은 중량비로 5% 이상 배합하는 것이 바람직하다.

또한 예의 검토한 결과, 도전성 금속도료가 고도의 방식작용과 방식안정성 모두를 만족하는 알루미늄과 마그네슘의 함유비율은 중량비로 35:65 내지 15:85, 보다 바람직하게는 30:70 내지 15:85, 더 바람직하게는 30:70 내지 20:80인 것을 확인했다.

[청구항 4에 기재한 발명]

청구항 4에 기재한 발명은 상기 금속성분과 유기계 수지성분과의 경화시의 배합비율이 중량비로 98:2 내지 80:20인 청구항1에 기재한 도전성 금속도료를 제공한다.

(작용효과)

금속성분과 유기계 수지성분과의 배합비를 중량비로 98:2 내지 80:20으로 하여, 이 범위에서 적절히 조정함으로써, 본 발명에 따른 도전성 도료의 유동 정도를 원하는대로 조정할 수 있다. 사용하는 도료의 유동성에 의해, 작업 현장상황에 맞추어서 브러시칠, 롤러칠 또는 흙손칠 도포방법을 선택하고, 금속성분과 유기계 수지성분과의 배합비를 변경할 수 있다. 유기계 수지성분의 배합비가 중량비로 20을 초과하면, 금속성분의 표면의 대부분을 비도전성 수지성분이 피복하게 되어, 금속성분의 방식반응의 반응성을 충분히 발휘하기 어렵다. 도전성 금속도료의 금속성분의 특성을 보다 효율 좋게 발휘시키기 위해서는, 유기계 수지성분의 배합은 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하나, 유기계 수지성분이 중량비로 2미만이 되면, 유동성, 목적물에의 부착성은 얻어질 수 없게 되어, 도료로서의 기능을 달성하지 못하게 된다.

사용하는 유기계 수지성분에 대해서는 특히 점도가 낮은 것을 사용하면, 유기계 수지성분의 배합량을 2% 정도까지 감소시키는 것이 가능하게 되어, 도전성 금속도료의 금속성분의 특성을 보다 효율 좋게 발휘시킬 수 있다.

[청구항 5에 기재한 발명]

청구항 5에 기재한 발명은 철에 대해서 희생방식작용을 발생시키는 금속성분과 유기계 수지성분을 주성분으로서 포함하고, 상기 금속성분으로서 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 도전성 금속도료를 철로 이루어지는 건축구조물 또는 토목구조물에 도포하는 것을 특징으로 하는 도전성 금속도료에 의한 방식방법을 제공한다.

(작용효과)

알루미늄 및 마그네슘을 희생방식금속으로서 사용하는 도전성 금속도료를 도포하는 방식방법을 이용함으로써, 종래의 용융 아연도금이 불가능했던 거대한 고정건조물 등에 대해서도 직접 방식처리를 행할 수 있다. 또한 종래의 금속 용사가 어려웠던 협소한 부위나, 교량 등의 높은 장소에서의 현장작업 시에도 용이하게 방식처리를 행하는 것이 가능하게 되었다.

[청구항 6에 기재한 발명]

청구항 6에 기재한 발명은 철에 대해서 희생방식작용을 발생시키는 금속성분과 유기계 수지성분을 주성분으로서 포함하고, 상기 금속성분으로서 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 도전성 금속도료를 기존의 건축구조물 또는 토목구조물의 방식처리가 행해진 표면에 도포하는 것을 특징으로 하는 도전성 금속도료에 의한 방식보수방법을 제공한다.

(작용효과)

알루미늄 및 마그네슘을 희생방식금속으로서 사용하는 도전성 금속도료를 도포하는 방법을 이용함으로써, 고정된 건조물 등에서 이미 방식처리가 행해진 부위에 대해서 용이하게 보수작업을 행할 수 있다.

본 발명에 의한 도전성 금속도료에 의하면, 희생방식작용을 용이하게 발생시킬 수 있고, 아연에 의한 희생양극반응을 이용한 방청 사양과 비교하여, 동등 이상의 방식효과와 높은 내구성을 얻을 수 있음과 동시에, 협소한 부위에도 시공할 수 있어, 특별히 대규모의 공정이나 설비를 이용하지 않고 구조물의 방식처리를 실시할 수 있으며, 나아가 교량 등의 높은 장소에서의 현장작업 시에도 용이하게 시공할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 도전성 금속도료에서, 금속성분과 수지성분의 배합비율을 바꿈으로써, 실제의 시공 시에는 스프레이에 의한 도포, 브러시에 의한 도포, 롤러에 의한 도포 또는 흙손 작업 등의 도장방법을 선택하여, 사용형태에 맞추어서 적절히 상기 배합비율을 선택할 수 있다. 또한 도료의 유동성을 조정할 수 있기 때문에, 방식하는 부위에 깨짐이 있었던 경우, 그 깨진 부분을 충진하는 퍼티로서의 기능을 발휘시킬 수 있어, 광범위한 방식 도구로서 이용할 수 있다.

아울러, 본 발명에 의한 도전성 금속도료는 아연을 포함하지 않아, RoHS 지령에 의한 환경영향평가의 대상이 되지 않으므로, 사용 시에 특별한 조치를 필요로 하지 않고 안전성 관리의 부담이 적다.

도 1은 알루미늄, 마그네슘 함유도량이 철소지를 보호하는 기구를 도시한 모식도이다.
도 2는 카스 시험의 결과를 도시하는 사진이며, (a)는 실시예 4, (b)는 비교예 6이다.
도 3은 카스 시험의 평가시간 120시간의 결과를 도시하는 사진이다. 대응관계는 (a)는 비교예 13, (b)는 비교예 14, (c)는 실시예 8, (d)는 실시예 9, (e)는 실시예 12, (f)는 실시예 13, (g)는 실시예 14, (h)는 비교예 15이다.
도 4는 카스 시험의 평가시간 120시간의 결과를 도시하는 사진이다. 대응관계는 (a)는 비교예 16, (b)는 비교예 17, (c)는 실시예 15, (d)는 실시예 16, (e)는 실시예 19, (f)는 실시예 20, (g)는 실시예 21, (h)는 비교예 18이다.
도 5는 복합 사이클 시험의 평가시간 360시간의 결과를 도시하는 사진이다. 대응관계는 (a)는 비교예 13, (b)는 비교예 14, (c)는 실시예 8, (d)는 실시예 9, (e)는 실시예 10, (f)는 실시예 11, (g)는 실시예 12이다.
도 6은 복합 사이클 시험의 평가시간 360시간의 결과를 도시하는 사진이다. 대응관계는 (a)는 비교예 16, (b)는 비교예 17, (c)는 실시예 15, (d)는 실시예 16, (e)는 실시예 17, (f)는 실시예 18, (g)는 실시예 19이다.

본 발명은 철에 대해서 희생방식작용을 발생시키는 금속성분과 유기계 수지성분을 주성분으로서 포함하는 도전성 금속도료이다. 이 도료는 표면이 깨끗한 강재, 강판 외에, 도금이나 각종 도막이 형성된 강판 또는 강재에 대해서 그 방식용으로서 사용할 수도 있고, 표면이 깨끗한 강재 또는 강판에 행해진 프라이머 피막상에 본 발명의 도전성 금속도료의 피막을 형성할 수도 있다. 또한 방식보수를 목적으로 하는 경우, 본 발명의 도전성 금속도료를 도포하는 대상면의 도료성분에 한정은 없다.

본 발명의 도전성 금속도료는 철에 대해서 희생방식작용을 발생시키는 금속성분과 유기계 수지성분을 주성분으로서 포함하는데, 경화 시의 배합중량비율로 5% 정도 이하이면 후술하는 실시예에서 나타내는 경향에 어떠한 변화도 없으므로, 배합중량비율로 5% 정도 이하이면, 다른 금속성분, 바람직하게는 철보다 비금속, 예를 들어 아연 또는 아연ㆍ알루미늄합금을 배합할 수 있다.

본 발명에서는, 금속성분으로서 알루미늄과 마그네슘을 포함한다. 이들은 혼합분이어도 되고, 알루미늄/마그네슘 합금분으로서 함유할 수도 있으며, 또한 상기 혼합분과 합금분을 혼합한 상태로 함유할 수도 있는 것은 이미 언급한 바와 같다.

알루미늄과 마그네슘의 함유비율을 나타내는 중량비의 바람직한 범위도 이미 언급한 바와 같다.

본 발명에서의 유기계 수지성분으로서는 에폭시계 수지, 특히 2액 경화성 에폭시계 수지가 가장 바람직하다. 본 발명에서 이용하는 에폭시 수지로서는, 종래부터 도료 조성물에 사용되는 것이면 특별히 제한없이 각종 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 이와 같은 에폭시 수지로서는, 예를 들어 비스페놀A나, 비스페놀F, 비스페놀S, 노볼락계의 글리시딜 에테르형, 글리시딜 에스테르형, 글리시딜 아민형, 디시클로펜타디엔 골격형, 비스페놀형 등을 들 수 있다. 비용면과 성능의 균형으로부터 비스페놀A나 페놀F, 노볼락계가 바람직하다. 특히 용융 점도가 낮음으로 인해 비스페놀A를 주체로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 에폭시 수지의 당량은 통상적으로 600 내지 2000g/당량, 바람직하게는 600 내지 1500g/당량인 것이 적당하다. 경화제로서는, 종래부터 에폭시 수지함유 분체 도료조성물에서의 경화제로서 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않고, 각종 경화제를 사용할 수 있다. 이와 같은 경화제로서는, 예를 들어 DDM(디아미노디페닐메탄)과 같은 방향족 디아민이나, 지방족 아민과 지방족 디카르본산의 축합물, 폴리아미드아민, 디시안디아미드, 이미다졸 등의 아민계 경화제, 무수 테트라히드로프탈산, 무수 벤조페논테트라카르본산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로멜리트산, 트리멜리트산 에틸렌 글리콜의 축합물과 같은 산무수물류, 데칸디카르본산, 이소프탈산, 산말단 폴리에스테르 수지와 같은 산계 경화제, 삼불화 붕소 금속착체 등의 루이스산 금속착체류, 평균으로 1분자당 페놀성 수산기를 1.5개 이상 갖는 페놀계 화합물 등을 들 수 있다. 경화제는 에폭시 수지에 대해서 통상적으로 당량비로 0.2 이상이 되도록 사용하는 것이 적당하다.

본 발명의 도료에는, 종래부터 사용되는 안료를 적절히 배합할 수 있다. 이와 같은 안료로서는, 예를 들어 착색안료나 체질안료 등을 들 수 있다. 착색안료로서는, 예를 들어 산화티탄이나, 벵갈라, 산화철, 퀴나크리돈, 카본 블랙, 아조화합물, 디옥산, 스렌, 프탈로시아닌의 금속착체, 그 외의 금속염을 주로 하는 것을 열거할 수 있다. 체질안료로서는, 예를 들어 황산 바륨이나, 이산화규소, 탈크, 탄산칼슘, 티탄산 칼륨 위스커, 붕산 알루미늄 위스커, 규회석, 산화 알루미늄, 아스베스토, 세리믹 파우더 등을 열거할 수 있다. 또한 스트론튬 크로메이트 등의 방청 안료도 사용가능하다. 그 외의 첨가제도 배합할 수 있다. 그와 같은 첨가제로서는, 예를 들어 레벨링제나, 안료분산제, 칙소트로픽성 부여제, 표면장력 저하제 등을 사용할 수 있다. 이러한 종류의 안료나 첨가제는 경화 시의 배합중량비율로 3% 이하이면 배합할 수 있다.

본 발명에서 에폭시 수지 외에, 부착력, 금속성분의 분산이 바람직하면, 예를 들어 우레탄 수지, 아크릴 수지를 사용해도 되고, 또한 이들로부터 이루어지는 복합계 수지성분이어도 된다.

본 발명의 상기 금속성분과 상기 유기계 수지성분과의 경화 시의 배합비율로서는 중량비로 98:2 내지 80:20인 것이 바람직하다.

실시예

[시험예 1] 종래 기술과의 비교

본 발명에 따른 도전성 도료를 제조하고, 종래기술과 비교한 방식성능시험을 행했다. 표 1에 실시예 1 내지 7로서 본 발명에 따른 실시품의 조성, 조건을 나타냈다. 아울러, 종래기술을 포함시킨 비교예 1 내지 12의 검토조건을 나타냈다.

실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 4에 이용한 알루미늄과 마그네슘은 금속분의 상태로 모두 100메쉬 언더인 것을 사용하고, 유기계 수지로서는 2액성 에폭시계 수지(주제:변성 에폭시 수지, 경화제:변성 지방족 폴리아민)를 사용했다. 상기 알루미늄분과 마그네슘분의 혼합비율을 중량비율로 50:50(실시예 1 내지 4), 70:30(실시예 5), 95:5(비교예 1 내지 4)의 3단계로 한 금속성분을 만들고, 이 금속성분과 수지성분과의 혼합비율을 경화 시의 중량비율로 95:5 내지 85:15로 했다.

실시예 6 및 7에서, 알루미늄과 마그네슘의 비가 50:50이 되도록 조제한 100메쉬 언더 합금분을 금속성분으로 하고, 이 금속성분과 수지성분과의 혼합비율을 경화 시의 중량비율로 98:2 내지 98:3으로 했다.

상기 순서로 만든 각 도료를 사용하여, 이하의 순서에 따라서 방식시험을 행했다. 방식시험으로서는, 촉진시험인 카스 시험법(CASS TEST:Copper-Accelerated Acetic Acid Salt Spray Test)을 채용했다. 카스 시험의 조건은 JIS H 8502에 준거하고, 시험액은 초산 산성의 염화나트륨 용액에 염화 제2동(Ⅱ) 2수화물을 첨가한 용액(NaCl 50±5g/L, CuCl₂O. 205±0.015g/L, pH=3.1 내지 3.3(초산 산성)으로 하고, 시험조 내 온도를 50±2℃, 분무량을 1.5±0.5mL/h(80㎠)로 하고 평가시간을 92시간으로 했다. 또한 도중에 시험체 표면의 경과확인으로서 48시간, 72시간 각각의 시간에서 일단 카스 시험기로부터 시험체를 끄집어내어 표면관찰을 행했다.

카스 시험에 이용하는 시험체의 소지재료는 SPCC 강재(JIS G 3141 냉간압연강판 및 띠강)로 하고, 형상은 70㎜×150㎜×판 두께 1.6 ㎜로 했다. 도장면은 연삭재를 그릿으로 하여 블라스트 처리(ISO Sa 3.0의 소지 조정)하고, Sm/Rz비를 4.0이하로 했다. 소지 조정된 판면에의 도장은 만들어진 도료의 점도에 의해 적절히 브러시칠, 흙손칠로서 시공하고, 경화 시의 막 두께는 150 ㎛ 내지 360 ㎛를 목표로 하여 관리했다.

또한 시험체의 에지부분으로부터 카스 시험에 이용하는 부식액이 진입하는 것을 방지하기 위해서, 시험체의 이면 전체와 부식액 폭로면의 에지면으로부터 끝 폭 5㎜를 절연재로 양생했다. 절연재로서는 변성 에폭시 수지 프라이머를 막 두께 100㎛ 이상으로 도포했다.

각 시험체 부식액 폭로면에는 방식피막의 결손이나 흠집에 의한 부식진행상태를 관찰하기 위해서, JIS H 8502에 기재되어 있는 방법에 의해 피막면에 크로스 커트를 부여하여 시험에 이용했다.

비교예 5 내지 12는 시판된 희생양극반응을 이용한 방식도료인 유기계 아연 프라이머(일본페인트 주식회사 제품 "닛페징키 8000HB"(비교예 5 및 6)와, 유기계 아연 페인트(일본페인트 주식회사 제품 "닛페징키 메탈블루")(비교예 7 및 8)와, 상온 아연 도금제(Zn 함유량 95%, 에폭시계 수지 1액, 비교예 9 및 10)와, 아연 알루미늄(아연:50, 알루미늄:50) 용사(봉공처리 없음, 비교예 11 및 12)을 실시예와 동일하게 SPCC 강재에 도포하여 크로스 커트를 부여하고, 동일한 조건으로 카스 시험을 행했다. 또한 비교예의 도막의 막 두께는 통상적인 사용으로 상정되는 두께로 했다.

카스 시험의 평가는 눈으로 녹, 도장의 벗겨짐 등의 유무를 판정함으로써 행했다. 판정기준은 하기와 같다.

◎:녹이 전혀 보이지 않는다.

○:크로스 커트부의 일부에만 경미한 녹이 보여진다.

△:크로스 커트부에 전체적으로 경미한 녹이 보여진다.

×:크로스 커트부에 현저한 녹이 보여지거나, 또는 크로스 커트부와 크로스 커트부 이외에 걸쳐서 전체적으로 녹이 보여진다.

92시간 후의 시험결과는 표 1에 도시하는 바와 같다. 실시예 1 내지 4에 따른 알루미늄분 50wt%, 마그네슘분 50wt%로 혼합한 도료에서는 수지성분과의 혼합비율에 의존하지 않고 양호한 방식효과가 보여지고, 또한 알루미늄분 70wt%, 마그네슘분 30wt%로 혼합한 도료에서도 양호한 효과가 보여졌다. 한편, 비교예 1 내지 4에 따른 알루미늄분 95wt%, 마그네슘분 5wt%로 혼합한 도료에서는 48시간 후에는 크로스 커트부에 현저한 녹이 보여졌던 것으로 인해, 충분한 희생방식효과를 나타내기 위해서는, 도료의 금속성분 중에 5%를 초과하는 마그네슘을 배합해야 하는 것으로 판명되었다.

시험체No.	금속성분 중량비(wt%)		금속성분과 수지성분 비율(wt%)		하지처리	막 두께(㎛)	92시간 카스 시험평가
시험체No.	알루미늄분	마그네슘분	금속성분	수지성분(에폭시계)	하지처리	막 두께(㎛)	92시간 카스 시험평가
실시예 1	50	50	93.8	6.2	블라스트 처리	362	○
실시예 2	50	50	93.8	6.2	블라스트 처리	366	○ 내지 ◎
실시예 3	50	50	85.5	14.5	블라스트 처리	150	○
실시예 4	50	50	85.5	14.5	블라스트 처리	299	◎
실시예 5	70	30	95.0	5.0	블라스트 처리	163	○
실시예 6	알루미늄-마그네슘 합금분(50:50)		98.0	2.0	블라스트 처리	181	△ 내지 ○
실시예 7	알루미늄-마그네슘 합금분(50:50)		97.0	3.0	블라스트 처리	279	△
비교예 1	95	5	94.8	5.2	블라스트 처리	208	×
비교예 2	95	5	94.8	5.2	블라스트 처리	286	×
비교예 3	95	5	87.6	12.4	블라스트 처리	125	×
비교예 4	95	5	87.6	12.4	블라스트 처리	233	×
비교예 5	유기계 아연 프라이머		아연성분 70.0%		블라스트 처리	11	×
비교예 6	유기계 아연 프라이머		아연성분 70.0%		블라스트 처리	25	×
비교예 7	유기계 아연 페인트		아연성분 71.6%		블라스트 처리	73	△
비교예 8	유기계 아연 페인트		아연성분 71.6%		블라스트 처리	64	×
비교예 9	상온 아연도금(ZRC) 브러시칠		아연성분 95.0%		블라스트 처리	104	방청면 전역에 부풀음 발생
비교예 10	상온 아연도금(ZRC) 브러시칠		아연성분 95.0%		블라스트 처리	64	방청면 전역에 부풀음 발생
비교예 11	아연 알루미늄 용사		-		도전 프라이머 처리	149	방청면 전역에 부풀음 발생
비교예 12	아연 알루미늄 용사		-		도전 프라이머 처리	151	방청면 전역에 부풀음 발생

비교예 5 및 6으로서의 유기계 아연 프라이머, 비교예 7 및 8로서의 유기계 아연 페인트는 48시간에서는 비교적 양호했으나, 72시간 경과 후부터 크로스 커트부에 녹이 발생되어, 희생양극반응을 발생시키는 상황이 아니었다.

비교예 9 및 10으로서의 상온 아연 도금제는 부식액 폭로면 전체에 부풀은 혹이 발생되고, 표면에 다수의 요철이 발생되어, 크로스 커트부분의 희생양극반응을 확인할 수 있는 상태가 아니었다. 이것은 피막을 부식액이 투과하여 피막 아래의 철소지가 부식한 것으로 생각된다.

또한 비교예 11 및 12로서의 아연 알루미늄 용사의 시험체도 상기 상온과 동일하게, 부식액 폭로면 전체에 부풀은 혹이 발생되고, 표면에 다수의 요철이 발생되어, 크로스 커트부분의 희생양극반응을 확인할 수 있는 상태가 아니었으나, 이것은 용사 피막에 대해서 봉공처리를 행하지 않았기 때문에 부식액이 투과하여 피막 아래의 철소지가 부식한 것으로 생각된다. 어느 경우에나, 이들 비교예는 카스 시험조건을 클리어할 수 있었던 것이 아니라고 말할 수 있다.

도 2에 본 카스 시험에 이용한 시험체 중 양호한 방식성을 나타낸 실시예 4(알루미늄분 50wt%, 마그네슘분 50wt%로 혼합하고, 수지성분과의 혼합비율이 85.5wt%:14.5wt%인 것)와 비교예 6(유기계 아연 프라이머)의 92시간 경과 후의 상태를 나타낸다.

실시예 중 방식성이 양호했던 실시예 4의 크로스 커트부분의 단면에 대해서 주사형 전자현미경(SEM)에 의한 표면 관찰 및 표면원소 분석을 행했다. 그 결과를 모식적으로 나타내면, 도 1(c)에 도시하는 바와 같은 상태가 된다. 이에 의해, 철소지의 표면을 마그네슘, 알루미늄이 피복하도록 보호하고 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한 본 실시예, 비교예에 사용한 금속분의 입도는 100메쉬 언더인 것을 사용했으나, 유기계 수지성분 내에 균일하게 분산시킬 수 있으면 되고, 분산성과 안전성이 확보되면 다른 입도이어도 된다.

[시험예2] 금속성분에서의 알루미늄과 마그네슘의 함유비율의 검토

금속성분에서의 알루미늄과 마그네슘의 바람직한 함유비율을 검토하기 위해서, 금속의 함유비율이 다른 10종류의 금속혼합분을 마련하고, 유기계 수지성분을 15% 또는 10% 포함하는 도료를 조제했다. 알루미늄과 마그네슘은 금속분의 상태로 모두 100메쉬 언더인 것을 사용하고, 유기계 수지로서는 2액성 에폭시계 수지(주제:변성 에폭시 수지, 경화제:변성 지방족 폴리아민)를 사용했다. 실시예 8 내지 21, 비교예 13 내지 18의 금속성분의 함유비율(중량비율), 유기계 수지성분의 배합비율(경화 시의 중량비율)은 표 3에 도시하는 바와 같다.

실시예 8 내지 21, 비교예 13 내지 18의 도료에 대해서, 시험예 1과 동일한 블라스트 처리를 한 시험체에 경화 시의 막 두께가 약 100 내지 500 ㎛가 되도록 브러시칠 또는 흙손칠로 도장했다. 또한 시험체의 이면 전체와 부식액 폭로면의 에지면으로부터 끝 폭 5 ㎜를 절연재(변성 에폭시 수지 프라이머:막 두께 100 ㎛ 이상)로 양생했다. 또한 피막면에 크로스 커트(JIS H 8502:1999)를 부여하여 시험에 이용했다.

도장된 시험체 중, 실시예 8, 9, 12 내지 14, 15, 16, 19 내지 21 및 비교예 13 내지 18에 대해서는 카스 시험법, 실시예 8 내지 12, 15 내지 19 및 비교예 13, 14, 16 및 17에 대해서는 복합 사이클 시험법에 의한 방식시험에 이용했다. 카스 시험법과 복합 사이클 시험법 모두를 실시함으로써, 보다 복합적, 다면적으로 방식성능을 평가할 수 있다.

카스 시험법은 평가시간을 360시간으로 하고, 도중에 시험체 표면의 경과 확인으로서 24시간, 120시간 각각의 시간에서 일단 카스 시험기로부터 시험체를 끄집어 내어 표면관찰을 행했다. 평가시간 외에는 시험예 1과 동일한 조건에서 행했다. 카스 시험은 용융 아연도금의 평가에 많이 이용되는데, 용융 아연도금의 평가에 대해서는 96시간까지의 시험이 장려되고 있으며, 일반적으로는 96시간의 시험으로 시험체에 녹, 피막의 벗겨짐 등이 없으면 양호한 방식작용을 이루는 것으로 평가된다. 본 검토에서의 카스 시험은 용융 아연도금의 평가와 비교하여 높은 부하를 건 시험이라고 말할 수 있다.

복합 사이클 시험법은 JIS H 8502:1999에 준거하여, 표 2의 사이클을 반복함으로써 행했다. 염수는 염화 나트륨을 시험액 1L당 50±5 g/L이 되도록 용해하고, pH 6.5가 되도록 조제한 것을 사용했다. 복합 사이클 시험의 평가시간은 360시간(45사이클)으로 하고, 도중에 24시간(3사이클), 120시간(15사이클) 경과 시에도 표면관찰을 행했다.

항목	조건
1. 염수 분무 a) 온도(℃) b) NaCl 농도(g/L)	35±1 50±5
2. 건조 a) 온도(℃) b) 상대습도 %RH	60±1 20~30
3. 습윤 a) 온도(℃) b) 상대습도 %RH	50±1 95 이상
4. 1사이클의 시간 및 내용(h)	8 [염수 분무 2 건조 4 습윤 2] (각각의 이행시간을 포함함)
5. 이행시간(min)	분무로부터 건조 30 이내 건조로부터 습윤 15 이내 습윤으로부터 분무 30 이내

카스 시험, 복합 사이클 시험에서의 평가는 모두 눈으로 시험체의 녹, 도장의 벗겨짐 등의 유무를 판정함으로써 행했다. 또한 판정기준은 [시험예 1]과 동일하다. 실시예 8 내지 21, 비교예 13 내지 18의 카스 시험, 복합 사이클 시험의 결과를 표 3에 나타낸다. 또한 카스 시험 120시간의 각 시험체의 크로스 커트부분의 사진을 도 3 및 도 4에 나타내고, 복합 사이클 시험 360시간의 각 시험체의 크로스 커트부분의 사진을 도 5 및 도 6에 나타낸다.

시험체No.	금속성분 중량비(wt%)		금속성분과 수지성분 비율(wt%)		평균 막 두께(㎛)	카스 시험평가			복합 사이클 시험평가
시험체No.	알루미늄분	마그네슘분	금속성분	수지성분(에폭시계)	평균 막 두께(㎛)	24hr	120hr	360hr	24hr	120hr	360hr
비교예 13	0	100	85	15	344	◎	◎	◎	◎	◎	×~△
비교예 14	2	98	85	15	210	◎	◎	◎	◎	◎	×~△
실시예 8	5	95	85	15	200	◎	○~◎	○	◎	◎	×
실시예 9	10	90	85	15	204	○~◎	○~◎	○	◎	◎	×~△
실시예 10	15	85	85	15	232	-	-	-	◎	◎	×~△
실시예 11	20	80	85	15	178	-	-	-	◎	◎	△~○
실시예 12	25	75	85	15	222	○~◎	△~○	△	◎	◎	△~○
실시예 13	60	40	85	15	138	△	×	×	-	-	-
실시예 14	70	30	85	15	133	△	×	×	-	-	-
비교예 15	80	20	85	15	106	△	×	×	-	-	-
비교예 16	0	100	90	10	396	◎	◎	◎	◎	◎	×~△
비교예 17	2	98	90	10	476	◎	◎	◎	◎	◎	×~△
실시예 15	5	95	90	10	437	◎	◎	○~◎	◎	◎	×
실시예 16	10	90	90	10	387	◎	◎	○~◎	◎	◎	×~△
실시예 17	15	85	90	10	389	-	-	-	◎	◎	△
실시예 18	20	80	90	10	415	-	-	-	◎	◎	△~◎
실시예 19	25	75	90	10	500	◎	◎	◎	◎	◎	◎
실시예 20	60	40	90	10	230	○~◎	△	×	-	-	-
실시예 21	70	30	90	10	188	△	×	×	-	-	-
비교예 18	80	20	90	10	160	△	×	×	-	-	-

※"-"…데이터 없음

검토 결과, 마그네슘 함유량이 적은 실시예 13, 14 및 21에 대해서 카스 시험 개시 24시간 후부터 크로스 커트부분에 녹이 발생된 것으로 인해, 초기의 방식작용을 충분히 이루기 위해서는 금속성분 중에 마그네슘을 40을 초과하는 함유비율로 보다 많이 포함하는 도료가 적합한 것으로 판명되었다. 그러나, 장시간의 복합 사이클 시험에서 그 방식작용이 유지된 것은, 알루미늄을 보다 많이 포함하는 시험체(실시예 11, 12, 17 내지 19)였다.

본 검토의 결과로부터, 시험체 표면에는 이하의 현상이 일어나고 있는 것으로 추정된다. 도전성 도료를 도포한 철재는 산성비 등의 가혹한 조건에 노출된 경우, 마그네슘이 조기에 도막으로부터 용출되어 철재표면 전체에 피막을 형성하여, 그 방식작용을 이룬다. 마그네슘의 양이 적은 경우, 이 조기의 용출이 충분하지 않기 때문에, 철재의 보호가 불충분해지기 쉽다. 한편, 도포후 장기간이 경과됨에 따라서 마그네슘의 대부분이 용출되고, 그 철재 표면의 잔존량이 저하된다. 그러나, 알루미늄은 용출에 시간을 필요로 하는 것이므로, 장기간에 걸쳐서 철재 표면 전체에 피막을 형성한다. 알루미늄의 양이 적으면, 도포후 장기간이 경과됨에 따라서 철재 표면의 피막의 도전성이 저하되고, 충분한 방식효과를 이룰 수 없게 된다.

따라서, 도전성 금속도료의 금속성분 중의 알루미늄과 마그네슘의 함유비율은 이들 금속의 상기 특성을 충분히 이룰 수 있는 균형이 잡힌 비율로 하는 것이 바람직하다. 본 검토에 의해, 알루미늄과 마그네슘의 바람직한 함유비율은 25:75 내지 15:85인 것이 명백해졌다.

[시험예 3] 유기계 수지성분의 배합비율의 검토

도전성 금속도료 중의 유기계 수지성분의 바람직한 배합비율을 검토하기 위해서, 금속성분 중의 알루미늄과 마그네슘의 함유비율을 25:75로 하고, 금속성분과 유기계 수지성분의 배합비율을 건조 중량으로 90:10(실시예 22), 85:15(실시예 23), 80:20(실시예 24), 75:25(비교예 19), 10%(, 15, 20, 25, 30% 포함하는 도전성 금속도료를 조제했다. 실시예 22 내지 24, 비교예 19 및 20의 도료에 대해서 시험예 1과 동일한 블라스트 처리를 한 시험체에 경화 시의 막 두께가 300±50 ㎛이 되도록 브러시칠 또는 흙손칠로 도장했다.

각 시험체의 표면저항률을 병행평판전극법(HIOKI 전기 주식회사 제품 저항계 3541)을 사용하여 측정했다. 각 시험체의 표면저항률을 표 4에 나타냈다. 실시예 22 내지 24의 표면저항률은 60 내지 70 Ω로 낮은 값이 된 것에 반해, 비교예 19 및 20에서는 측정 불가능해질 정도로 높은 표면저항률을 나타냈다.

본 검토의 결과로부터, 금속도료가 충분한 도전성을 이루기 위해서는, 유기계 수지성분의 배합비율을 20%보다 낮게 하는 것이 바람직하다는 것이 명백해졌다.

시험체No.	금속성분 중량비(wt%)		금속성분과 수지성분 비율(wt%)		막 두께(㎛)	도전성
시험체No.	알루미늄분	마그네슘분	금속성분	수지성분(에폭시계)	막 두께(㎛)	표면저항률(Ω)
실시예 22	25	75	90	10	350	70.83
실시예 23	25	75	85	15	326	62.59
실시예 24	25	75	80	20	269	62.95
비교예 19	25	75	75	25	321	-
비교예 20	25	75	70	30	325	-

※"-"…저항값이 100 ㏁를 초과하기 때문에 측정 불가능

(기타)

도전성 금속도료의 방식성능은 피막의 막 두께에도 의존하는데, 실험의 결과로부터 150 ㎛ 이상, 특히 200 ㎛ 이상, 나아가서는 300 ㎛ 이상인 것이 바람직한 것으로 확인하고 있다. 통상적으로는 1500 ㎛ 이하로 된다.

한편, 상기에서는 유기계 수지로서 2액 경화성 에폭시를 사용했으나, 시판된 우레탄 수지 또는 아크릴 수지를 사용한 경우에도, 내구성이 약간 떨어지지만 거의 동일한 결과를 얻었다.

본 발명에 따른 도전성 도료는 부식환경하에 놓여지는 건축구조물 또는 토목구조물에 이용되는 강재용 방식도료로서 이용 가능함과 동시에, 차량, 강재 등의 방식처리를 필요로 하는 모든 분야, 대상물에서 이용 가능하다.

Claims

철에 대해서 희생방식작용을 발생시키는 금속성분과 유기계 수지성분을 주성분으로서 포함하는 도전성 금속도료이며, 상기 금속성분으로서 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 금속도료.
제1항에 있어서, 상기 금속성분으로서 알루미늄분과 마그네슘분의 혼합분, 알루미늄/마그네슘 합금분, 또는 양자를 도료 중에 포함하는 도전성 금속도료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속성분의 알루미늄과 마그네슘의 함유비율이 중량비로 5:95 내지 70:30인 도전성 금속도료.
제1항에 있어서, 상기 금속성분과 유기계 수지성분과의 경화시의 배합비율이 중량비로 98:2 내지 80:20인 도전성 금속도료.
철에 대해서 희생방식작용을 발생시키는 금속성분과 유기계 수지성분을 주성분으로서 포함하고, 상기 금속성분으로서 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 도전성 금속도료를 철로 이루어지는 건축구조물 또는 토목구조물에 도포하는 것을 특징으로 하는 도전성 금속도료에 의한 방식방법.
철에 대해서 희생방식작용을 발생시키는 금속성분과 유기계 수지성분을 주성분으로서 포함하고, 상기 금속성분으로서 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 도전성 금속도료를, 기존의 건축구조물 또는 토목구조물의 방식처리가 행해진 표면에 도포하는 것을 특징으로 하는 도전성 금속도료에 의한 방식보수방법.