KR100876985B1

KR100876985B1 - 해양생물 미부착 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물 및그 방오층의 형성방법

Info

Publication number: KR100876985B1
Application number: KR1020080032156A
Authority: KR
Inventors: 김동규; 민원
Original assignee: 듀라케미 (주)
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-01-07

Abstract

본 발명은 해양생물 미부착 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물 및 그 방오층의 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주 사슬이 선형구조이며 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로서 방청 및 방수 기능을 동시에 갖는 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 방오코팅제를 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물의 표면에 도포하여 방오층을 형성함에 따라 염분으로부터 해양 및 항만구조물의 부식을 방지함으로써 수명 연장과 안전사고를 예방하는 한편, 해양생물과 이물질의 부착을 근원적으로 방지는 물론, 부착성과, 내충격성, 방오성이 현저히 증대될 수 있도록 하는 저마찰형 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물 및 그 방오층의 형성방법에 관한 것이다.

본 발명은 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물의 외부 면에 접착력을 향상시키는 프라이머와 실러코트, 상기 실러코트 위에 적층되어 방청 , 방오 및 해양생물의 부착을 방지하는 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물에 있어서, 상기 방오층은 10~20% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 프리폴리머용액과, 폴리옥시프로필렌디아민 42~48wt%, 중량평균 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 8~10wt%, 폴리디페닐트리아민 15~20wt%, 변성 아미노 실리콘수지 8~20wt%, 변성 불소수지 0.5~10wt%, 충진제 5~9wt%, 접착증진제 1~2wt%, 안료 1~2wt%로 이루어진 수지용액이 구비되고, 상기 프리폴리머용액과 수지용액을 1:1 부피 비율로 혼합 분사하여서 된 것에 특징이 있다.

또한, 본 발명은 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물의 외부 면에 방청, 방오 및 해양생물의 부착을 방지하는 방오층 형성방법에 있어서, 상기 해양 및 항만구조물 외부 면에 파워툴 및 샌드블라스트등으로 전처리하여 이물질을 제거하고 프라이머를 도포하는 전처리단계와 실러코트 도포단계, 상기 실러코트 도포단계 후, 폴리옥시프로필렌디아민 42~48wt%, 중량평균 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 8~10wt%, 폴리디페닐트리아민 15~20wt%, 변성 아미노 실리콘수지 8~20wt%, 변성 불소수지 0.5~10wt%, 충진제 5~9wt%, 접착증진제 1~2wt%, 안료 1~2wt%로 이루어진 수지용액을 압력 2,000psi 이상, 온도는 70~80℃ 조건하에서 1:1 부피 비율로 동시에 분사하는 저마찰형 방오 코팅제 분사단계와, 상기 방오 코팅제 분사단계 후, 경화시켜 해양 및 항만구조물 외부 면에 방오층을 형성하는 방오층 형성단계로 이루어지는 것에 특징이 있다.

Description

해양생물 미부착 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물 및 그 방오층의 형성방법{Ocean and harbor structure with anti-fouling layer which prevents oceanic life from sticking to and the forming method thereof}

본 발명은 해양생물 미부착 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물 및 그 방오층의 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주 사슬(main chain)이 선형(Linear)구조이며 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로서 방청 및 방수 기능을 동시에 갖는 저마찰형 방오코팅제를 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물의 표면에 도포하여 방오층을 형성함에 따라 염분으로부터 해양 및 항만구조물의 부식을 방지함으로써 수명 연장과 안전사고를 예방하며 특히 따개비, 파래 등 해양생물과 이물질의 부착을 근원적으로 방지함은 물론 부착성, 내충격성, 방오성이 현저히 증대될 수 있도록 하는 저마찰형 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물 및 그 방오층의 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 해양 및 항만구조물은 설치 후 일정시간이 경과하게 되면, 각종 침전물에 의한 부식과 간만조수대에서 발생하는 부식, 강 구조물의 물성이 변하여 나타나는 부식 등에 의해 구조물이 취약해지는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 상기의 해양 및 항만구조물을 보호하기 위해서 에폭시 방식, 테이프 방식, 전기방식 등이 주로 사용되고 있는 것이다.

여기서, 상기와 같은 에폭시 방식은 유기물질로 구성된 주제와 경화제로 조성된 중방식 도료로서 육상 일반시설물 등에는 널리 사용되어지고 있으나 해수와 같은 열악한 부식환경하에 놓여있는 해양 및 항만시설물에서는 극심한 부식환경으로 인하여 그 구성물질상 내구성이 현저히 떨어지고 있으며, 철재면에서의 접착력이 약하고 충격에 취약한 에폭시 도장은 구조용 강관의 항타시 도장부위가 균열이 발생되어 방식효과가 크게 저하되므로 강관 항타후 해수면 위에서 샌드 블라스트나 수공구에 의한 표면처리, 스프레이 방법이나 롤러 등을 이용한 도장을 하여 되는 것이다. 이 또한 방식효과가 저하되며, 표면의 거칠기 즉 해양생물 접착을 방지하는 기능이 전혀 없으므로 일정한 기간이 지나면 해양생물의 부착으로 인한 해양생물 의 강한 흡착력으로 인한 도막파괴, 과다한 해양생물 생육으로 도막파괴 및 해양 -항만구조물에 과도한 중량이 더하여져 해양 및 항만구조물 존립에도 영향을 미치게 된다.

또한, 테이프 방식은 기본자재를 페이스트, 테이프, PVC시트 혹은 FRP커버를 사용하며, 이 방식원리는 석유화학계열인 페트로라템, 탄닌산, 불활성실리카, 특수 발청 억제제가 포함된 컴파운드로 구성되어 있어서 이들 성분은 휘발, 경화되지 않는 성질을 갖고 있으므로 테이프로 금속 표면에 접착시키면 금속표면은 항상 점성을 유지하게 된다.

이는 수분, 공기, 전해질을 금속표면에 접촉을 차단하는 역할을 하지만 이 방식층을 보호하는 PVC시트 혹은 FRP커버에 해양생물이 부착하게 되어 해양생물 생육으로 과도한 중량이 더하여져 이 시트 및 커버류가 하중에 의하여 저절로 파괴되어 전체 방식 시스템에 문제를 발생시킨다.

또한, 상기의 전기 방식은 피방식체인 금속에 외부에서 인위적으로 방식전류를 유입시키면 전위가 높은 음극부에 전류가 유입되어 음극부의 전위가 차차 저하되다가 양극부의 전위가 가까워져서 결국 음극전위와 양극전위가 일치되고, 그 결과 금속 표면에 형성된 부식전류가 자연 소멸되고 부식이 정지되어 피방식체인 금속은 방식상태에 이르게 되는 것이다.

이러한 전기방식은 통상적으로 두 가지의 방법을 사용하는데 외부 전원법은 피방식체가 놓여 있는 지중이나 해수중에 외부전원용 전극을 설치하고 여기에 외부에서 직류전원의 (+)극을 연결하고 피방식체에는 (-)극을 접속시키는 방법이다.

이때, 전해질을 통해 양극에서 발생하는 방식전류가 피방식체에 유입됨으로써 방식이 이루어지는 방법이다.

또 다른 희생극식은 피방식체 보다 저전위의 금속을 피방식체에 직접 또는 도선으로 연결시키면 양금속간의 전지반응이 형성되고 저전위의 금속에서 금속이온이 용출되어 전류가 발생하는데, 그 발생전류를 방식전류로 이용하는 방법인데 저전위의 금속은 피방식체 대신 희생적으로 소모되어 피방식체가 방식되는 것이다.

그러나 상기의 에폭시 방식이나 테이프 방식, 전기 방식에 의해 방식 시공된 해상 구조물은 일정시간 경과 후에는 각종 원인에 의한 부식으로 보수공사를 하여야 하는 것인데, 전기한 에폭시 방식이나 테이프 방식, 전기 방식 등은 하기와 같은 문제점에 의해 신설 공사시와 같이 보수시에도 동일한 문제점을 갖게 되는 것이다.

먼저, 에폭시 방식은 해수에 대한 저항력이 약하여 방식수명이 단기간인데, 극심한 부식 환경 및 해양생물에 의해 도막이 들뜨거나 박리되어 시공 후 2~5년 정도의 방식 효과를 가져 올 뿐이며, 이 같은 수명은 재보수로 인한 경제적 손실과 구조물의 안전 및 기능 유지에 많은 문제점을 가져오는 것이며, 열악한 시공현장 환경으로 인한 시공이 제한되는데, 해수면에서의 바지선이나 고무보트 또는 간이로 제작한 부유선 위에서 인원 및 장비를 투입하여 시공해야 하는 공간적 제한과 조수간만으로 인한 시간적 제한이 있는 것이다.

이로 인하여 강재의 표면처리과정에서 녹제거 및 표면조도를 기대하기 어려울 뿐만 아니라 도장과정에서도 해풍으로 인한 해수가 강재표면에 계속 부착되어 도장재의 접착력 등 물성이 현저히 상실되어 방식효과가 크게 저하되는 문제점이있는 것이며, 보수 공사시 신설 공사시와 동일한 공사절차로 해상에서 기존 도료 및 녹을 제거하고 도장작업을 하여야 하는 어려움이 있는 것이다.

또한, 테이프 방식은, 적용범위가 제한되어 있으므로 해양에 설치된 강관파일에 있어서 비말대(splash zone)와 조수간만대(tidal zone)부위를 포함한 수상부위에 한정되며, 시트파일이나 강관파일이 연속적으로 연결된 시설물에는 테이프나 보호용 커버를 설치할 수 없으므로 시공이 불가능한 것이며, 보수할 부위의 확인이 곤란한 것인데, 설치 완료된 이후 외부의 물리적인 요인 및 해양생물의 과도한 생육으로 인한 하중에 의하여 커버가 깨져서 해수가 커버내부에 유입될 경우 육안 관찰에 의한 발견이 용이치 않으며, 이로 인한 방식효과의 저하를 가져오는 것이며, 과다한 초기 투자비에 의한 비경제적 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 주 사슬이 선형구조로서 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로 방청 및 방수 기능을 동시에 갖도록 하는 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 코팅제를 콘크리트의 교각이나 철재 강관과 같은 해양 및 항만구조물의 표면에 도포하여 방오층을 형성함에 따라 염분으로부터 해양 및 항만구조물의 부식을 방지하며 특히 해양생물 및 이물질이 부착되기 위한 최적의 표면에너지를 구현하여 각종 생물과 이물질의 부착을 근원적으로 방지함과 동시에 부착성과, 내충격성, 방오성이 현저히 증대됨으로써 해양 및 항만구조물의 수명 연장과 안전사고를 예방하고, 잦은 보수작업이 필요치 않아 유지 및 보수비용을 현저히 절감할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 내용에서와 같이 각종 생물과 이물질의 미부착의 원리는 본 발명의 방오층이 최적의 표면에너지(surface energy) 값을 갖는다. 펴면에너지란 열역학적으로 균일한 상태인 내부 분자들에 비해 물체표면이 갖게 되는 과잉에너지로 이 에너지의 크기는 다른 물체들과의 반응 정도를 나타낸다.

아래의 그래프1에서 보는 바와 같이 따개비를 비롯한 다른 해양생물들을 통한 실험에서 밝혀진 바에 따르면 이 정비례 관계는 표면에너지가 높은 경우에 성립하며 25mN/m에서 부착력이 최소가 되고 이보다 낮은 값에서는 공간에너지가 감소함에 따라 점차 부착력이 증가하는 반비례 관계인 것을 발견하였다.

(그래프 1) 표면에너지와 해양생물과의 접착력 관계

따라서 방오층은 공기 중 표면에너지의 값은 25mN/m 이며, 부착력의 최저점에 거의 동일한 값을 가져 따개비, 파래 등 해양생물의 미부착의 원리가 된다.

본 발명은 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물의 외벽 면에 접착력을 향상시키는 프라이머와 실러코트와, 상기 실러코트 위에 적층되어 방청, 방오 및 특히 해양생물의 부착을 방지하는 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물에 있어서, 상기 방오층은 10~20% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 프리폴리머용액과, 폴리옥시프로필렌디아민 42~48wt%, 중량평균 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 8~10wt%, 폴리디페닐트리아민 15~20wt%, 변성 아미노 실리콘수지 8~20wt%, 변성 불소수지 0.5~10wt%, 충진제 5~9wt%, 접착증진제 1~2wt%, 안료 1~2wt%로 이루어진 수지용액이 구비되고, 상기 프리폴리머용액과 수지용액을 1:1 부피 비율로 혼합 분사하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물의 외부 면에 방청, 방오 및 해양생물의 부착을 방지하는 방오층 형성방법에 있어서, 상기 해양 및 항만구조물 외부 면에 파워툴 및 샌드블라스트로 전처리하여 이물질을 제거하고 프라이머를 도포하는 전처리단계와 실러코트 도포단계와, 상기 실러코트 도포단계 후, 폴리옥시프로필렌디아민 42~48wt%, 중량평균 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 8~10wt%, 폴리디페닐트리아민 15~20wt%, 변성 아미노 실리콘수지 8~20wt%, 변성 불소수지 0.5~10wt%, 충진제 5~9wt%, 접착증진제 1~2wt%, 안료 1~2wt%로 이루어진 수지용액을 압력 2,000psi 이상, 온도는 70~80℃ 조건하에서 1:1 부피 비율로 동시에 분사하는 저마찰형 방오 코팅제 분사단계와, 상기 방오 코팅제 분사단계 후, 경화시켜 해양및 항만구조물 외부 면에 방오층을 형성하는 방오층 형성단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예로서 상기 전처리단계 후, 상기 해양 및 항만구조물 외부 면의 보수제를 도포하여 평탄화시키는 보수제 도포단계와, 상기 보수제 도포단계 후, 저마찰형 방오 코팅제와의 접착력을 향상시키기 위해 프라이머를 도포하는 프라이머 도포단계와 실러코트 도포단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 주 사슬이 선형구조로서 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로 방청 및 방수 기능을 동시에 갖도록 하는 저마찰형 코팅제를 콘크리트의 교각이나 철재 강관과 같은 해양 및 항만구조물의 표면에 도포하여 방오층을 형성함에 따라 염분으로부터 해양 및 항만구조물의 부식을 방지함으로써 수명 연장과 안전사고를 예방하며 특히 해양생물 및 이물질이 부착되기 위한 표면장력 보다 매우 낮게 되어 각종 생물과 이물질의 부착을 근원적으로 방지함과 동시에 부착성과, 내충격성, 방오성이 현저히 증대됨으로써 해양 및 항만구조물의 수명 연장과 안전사고를 예방하고, 잦은 보수작업이 필요치 않아 유지 및 보수 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1의 (가)는 해양 및 항만구조물을 바다에 설치하기 전에 본 발명의 방오층을 형성하는 공정순서도,

(나)는 (가)의 도포공정 순서에 의한 해양 및 항만구조물의 단면도.

도 2의 (가)는 해양 및 항만구조물이 바다에 설치되어 있는 상태에서 본 발명의 방오층을 형성하는 공정 순서도,

도 3a 및 도 3b는 해양 및 항만구조물의 보수작업을 위해 사용되는 케이슨장치로서 만조 및 간조시의 동작상태도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 해양 및 항만구조물

2, 2a : 프라이머

3 : 실러코트

4 : 방오층

5 : 보수제

100 : 케이슨장치

먼저, 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물에 방오층을 형성하기 위해 주 사슬이 선형구조로서 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아인 저마찰형 방오 코팅제의 조성물에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용되는 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 방오 코팅제의 조성물은 신율과 인장강도를 결정하는 경화제인 프리폴리머용액과, 방청 및 방수 기능을 동시에 가지며 표면장력이 매우 낮아 각종 해양생물과 이물질의 부착을 방지하는 수지용액으로 이루어진다.

상기 프리폴리머용액은 10~20% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 것으로서, 상기 프리폴리머용액은 전체 경도와 내후성, 신장율 등 물성을 좌우하는 재료로 N=C=O결합(이하 'NCO'라함)을 사용하였으며, NCO 함유량이 높아질수록 경화 후 도막의 경도는 높아지고, NCO 함유량이 낮아질수록 경화 후 도막의 경도는 낮아지는 것으로서, 본 발명의 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 방오층방청방수용 코팅제에서는 10~20중량% NCO HDI 또는 10~20중량% NCO IPDI를 사용한다.

상기 수지용액은 도막의 신율과 인장강도를 조절하기 위한 폴리옥시프로필렌디아민 42~48wt%와, 경화시간을 조정하기 위한 중량평균 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 8~10wt%와, 경화 물성 중 겔화 시간 즉, 경화시간을 조정하고 신율을 증가시켜 주는 폴리디페닐트리아민 15~20wt%와, 미끄럼성 및 방오성을 증가시켜 주는 반응성 변성 아미노 실리콘 수지(Reactive amino-modified silicone fluid) 8~20wt%와, 변성 불소수지(Amino-modified fluorinated resin) 0.5~10wt%와, 내마모성을 증가시켜 주는 충진제 5~9wt%와, 원료간의 혼합을 원활하고 도포시 소지와의 접착력을 증가시켜 주는 접착증진제 1~2wt%와, 색상을 나타내기 위한 안료 1~2wt%를 반응조 투입한 후, 200~300rpm의 속도를 유지하며 20~30분간 교반하여 균질화 함으로써 제조한다.

상기 수지용액에서 도막의 신율과 인장강도를 조절하기 위한 폴리옥시프로필렌디아민을 42wt% 미만으로 첨가되어 질 때에는 도막의 신율이 떨어지며, 48wt% 이상 초과되면 신율과 인장강도는 증가하지만 내마모성이 떨어져 내구성 저하를 초래함으로써 42~48wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 경화시간을 조정하기 위한 중량평균 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민은 8wt% 미만으로 첨가될 경우에는 경화시간이 길어지게 되며, 10wt% 이상 첨가시에는 경화시간이 너무 빠르게 되어 외관의 저하와 부착력의 저하 현상이 나타나게 됨으로써 8~10wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 경화물성 중 경화시간을 조절하고, 신율을 증가시켜주는 폴리디페닐트리아민은 폴리우레아 용액의 특성상 15wt% 미만으로 첨가시에는 표면에 끈적임이 남게 되고, 경화완료 이후에도 잔존하여 표면의 오염과 이물질의 접착이 잘되며, 내마모성이 저하되는 문제점이 있으며, 20wt% 이상 초과시에는 경화시간은 빠른 반면 경화 후 내구성이 저하되어 쉽게 끊어지거나 부서지게 되는 현상이 발생됨으로써 15~20wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 미끄럼성 및 방오성을 증가시켜 주는 반응성 변성 아미노 실리콘 수지는 8wt% 미만으로 첨가할 경우 미끄럼성 및 방오성이 저하되어 이물질이 근원적으로 부착되는 현상을 방지할 수 없으며, 20wt% 초과 첨가시에는 층간 접착력이 떨어지며 신장율 또한 감소하게 됨으로써 8~20wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 변성 불소 수지는 0.5wt% 미만으로 첨가할 경우 미끄럼성 및 방오성이 저하되어 이물질이 근원적으로 부착되는 현상을 방지할 수 없으며, 10wt% 초과 첨가시에는 층간 접착력이 떨어지며 신장율 또한 감소하게 됨으로써 0.5~10wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 내마모성을 증가시켜 주는 충진제는 나노 실리게이트(Nano Silicate)를 사용하며 5wt% 미만 첨가시에는 내마모성이 떨어지며, 9wt%이상의 경우 비중이 높아져 반응에 영향을 주게 되어 5~9wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 원료간의 혼합을 원활히 하고 소지와의 접착력을 증가시켜 주는 접착증진제는 무기물 성질과 유기물의 양쪽 특성을 가지고 있는 실란커플링제인 베타(3,4-에폭시싸이클로헥실), 에틸트리메톡시실란(β-(3,4- epoxycyclohexyl)ethyltrimethoysilane), 감마-글리시드옥시프로필 메톡시실란(Gamma-glycidoxypropyltrimethoxysilane), 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(Gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilane) 중에서 어느 하나를 택일하여 사용하며, 상기 실란커플링제가 1wt% 미만으로 첨가시에는 접착력의 저하가 일어나고, 2wt% 이상 첨가시에는 접착력은 증가하나 내마모성이 저하되는 현상이 발생되어 1~2wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 색상을 나타내기 위한 안료는 색상의 조건에 따라 여러 가지 색상의 안료가 첨가되나, 1wt% 미만으로 첨가시에는 색상이 은폐되어 나타나지 않게 되며, 통상적으로 1~2wt% 범위내에서 첨가할 경우 원하는 색상을 얻게 된다.

본 발명에 사용되는 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 방오층을 형성하는 저마찰형 방오도료의 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 조성물 함량비를 표 1에 나타내었다.

먼저, 실시예1 내지 실시예5는 수지용액의 구성 성분인 폴리옥시프로필렌디아민 43wt%, 중량평균 분자량 5,000 폴리에테르트리아민 9wt%, 변성 아미노 실리콘수지 15wt%,변성불소수지 5wt%, 폴리디페닐트리아민 17wt%, 안료 2wt%, 충진제 8wt%, 접착증진제 1wt%로 고정한 상태에서 프리폴리머용액의 NCO 함량을 10%, 15%, 20%로 변화시키면서 시편을 작성하고, 그 시편에 의해 부착성과, 내충격성, 방오성, 마찰저항성, 표면거칠기(Hull Roughness)를 측정하여 표 2에 나타내었다.

또한, 실시예4 및 실시예5는 수지용액의 구성 성분인 폴리옥시프로필렌디아민 42wt%, 48wt% 중량평균 분자량 5,000 폴리에테르트리아민 8wt%, 10wt%, 안료 2wt%, 충진제 8wt%, 접착증진제 1wt%로 고정한 상태에서 변성 아미노 실리콘수지 8wt%, 17wt%, 변성 불소수지 2wt%, 7wt%, 폴리디페닐트리아민 20wt%, 16wt% 혼합비율로 변화시킴과 동시에 프리폴리머용액의 NCO 함량을 15%, 20%로 변화시키면서 시편을 작성하고, 그 시편에 의해 부착성과, 내충격성, 방오성, 마찰저항성, 표면거칠기를 측정하여 표 2에 나타내었다.

(표 1) 실시예1 내지 5의 성분 혼합비율

폴리우레아	성 분	혼합비율(wt%)
폴리우레아	성 분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예1	비교예2
프리폴리머용액	NCO 이소포론 디이소시아네이트	100	100	100	100	100	기존 방오 도료(spc 도료)	수입 실리콘 도료
프리폴리머용액	NCO%(10~20%)	10%	20%	15%	20%	15%
수지용액	폴리옥시프로필렌디아민(42~48wt%)	43	43	43	48	42
	중량평균분자량5,000 폴리에테르트리아민(8~10wt%)	9	9	9	10	8
	변성 아미노 실리콘수지(8~20wt%)	15	15	15	8	17
	변성 불소수지(0.5~10wt%)	5	5	5	2	7
	폴리디페닐트리아민(15~20wt%)	17	17	17	20	15
	안료(1~2wt%)	2	2	2	2	2
	충진제(5~9wt%)	8	8	8	8	8
	접착증진제(1~2wt%)	1	1	1	1	1

상기와 같은 실시예1 내지 5에 의해 제조되며 본 발명에 사용되는 저마찰형 방오도료를 가로 및 세로 폭이 20 x 30cm, 두께 3mm의 철판에 1000㎛ 두께로 도막하여 엘코메터 애디션 돌리 테스트(elcometer adhesion dolly test)를 실행하여 부착성을 측정하고, 이와 동시에 듀폰 충격시험기를 사용하여 내충격성을 측정하였다.

(표 2) 실시예 1 내지 5와 비교예 1, 2의 부착성, 내충격성, 방오성, 마찰 저항성, 표면 거칠기의 측정 결과표.

측정항목	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예1	비교예2
부착성(N/mm²)	10	10	11	10	8	7	6
내충격성(1kg,50cm)	양호	양호	양호	양호	양호	양호	불량
방오성(12개월)	미부착	미부착	미부착	미부착	2% 미만부착	미부착	2%미만부착
마찰저항성( N/2(m/s) )	30	30	30	30	40	60	40
표면 거칠기(Hull Roughness)	10	10	10	10	21	90	30

상기 실시예1 내지 실시예5에서 보는 바와 같이 기존 방오도료(spc도료)와 수입 실리콘 도료인 비교예1, 2에 비해 부착성과, 내충격성, 방오성, 마찰저항성, 표면 거칠기가 월등히 우수한 것으로 측정되었으며, 실시예1내지 실시예3 에서와 같이 프리폴리머용액인 이소포론 디이소시아네이트의 10~20% NCO 범위내에서는 거의 차이가 없는 것으로 나타났다.

특히, 실시예4 및 실시예5에서와 같이 변성 아미노 실리콘수지의 첨가량이 많을수록 내충격성, 방오성, 마찰저항성, 표면 거칠기는 더욱 더 좋아지나 부착성이 저하됨을 알 수 있다.

또한, 실시예1 내지 실시예5에서 보는 바와 같이 부착성은 도료의 습윤성 및 퍼짐성을 좋게 하여 철판에 밀착 도포되도록 하여 부착력을 증진시키며 적정의 변성 아미노 실리콘 수지 용액과 접착증진제로 우수한 접착력을 나타내었다.

또한, 내충격성은 실시예1 내지 실시예5에서 보는 바와 같이 우수한 탄성력과 신율을 지니고 있어 내충격성이 뛰어남을 알 수 있으며, 실시예1, 2, 3, 5는 적정의 변성 아미노 실리콘수지 및 변성 불소수지로 거의 이물질이 붙지 않고, 일부 부착된 이물질도 쉽게 제거됨을 확인할 수 있고 각종 이물질도 전혀 부착되지 않는 것으로 나타났다.

또한, 마찰저항성은 표면 거칠기의 수치가 낮을수록 저항을 적게 받는 것으로 나타났으며, 표면 거칠기는 변성 아미노 실리콘 수지 용액이 15% 함량과 변성 불소 수지 용액이 5% 함량일 때 슬립성이 뛰어난 결과를 얻을 수 있었다.

이와 같이 본 발명의 방청방수용 코팅제는 지방족화합물계 폴리우레아로 구성함에 따라 황변현상과 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않으며, 도막의 물성변화가 발생되지 않음으로 인해 균열현상이 제거되어 방청, 방오제로서의 신뢰성을 극대화시킬 수 있다.

상기와 같은 조성물로 이루어지는 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 방오 코팅제를 이용하여 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물에 방오층을 형성과정을 도 1 내지 도 3에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1의 (가)는 해양 및 항만구조물을 바다에 설치하기 전에 방오층을 형성하는 공정 순서도이며, (나)는 (가)의 도포공정 순서에 의한 해양 및 항만구조물의 단면도로서, 해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물(1) 외벽 면에 파워툴(POWER TOOL) 및 샌드블라스트 등으로 전처리하여 이물질을 제거하고, 프라이머(2)를 도포하여 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 방오 코팅제와 해양 및 항만구조물(1) 외벽의 부착력을 증대시키기 위한 전처리단계(101)를 진행한다.

상기 전처리단계(101)에서 사용되는 프라이머는 통상적으로 사용되는 수중 및 습기경화형 에폭시수지 또는 우레탄계 수지로서 50~100㎛ 두께로 도포하며, 50㎛ 미만으로 도포할 경우 소지와 방오도료 간의 접착력이 저하되며, 100㎛ 이상 도포할 경우 소지와 방오도료 간의 접착력 강화의 효과를 더 이상 기대할 수 없는 반면에 경제성이 떨어지므로 50~100㎛ 범위내에서 도포하는 것이 바람직하다.

상기 전처리단계(101)가 완료되면 프라이머와 방오층과의 접착력 증진을 위해 실러코트(3)를 도포하는 실러코트 도포단계(102)를 수행한다.

여기서 상기 실러코트(3)는 우레탄 수지로서 50~100㎛ 두께로 도포하고, 50㎛ 미만으로 도포할 경우 프라이머와 방오층과의 접착력이 저하될 수 있으며, 100㎛ 이상 도포시에는 프라이머와 방오층과의 접착력을 더 이상 기대할 수 없고 경제성이 저하되므로 50~100㎛ 두께로 도포하는 것이 바람직하다.

상기 실러코트 도포단계(102)가 완료되면 해양 및 항만구조물(1)의 외부 면에 2액형 고압 스프레이 기기를 이용하여 압력 2,000psi 이상, 온도는 70~80℃ 조건하에서 도료의 신율과 인장강도를 결정하는 프리폴리머용액과, 표면장력의 저하와 표면 유동성을 향상시켜 이물질의 부착을 근원적으로 방지하고 방청, 방수기능을 동시에 갖는 수지용액을 1:1 부피 비율로 동시에 분사하는 방오 코팅제 분사단계(103)를 진행하게 된다.

상기 방오 코팅제 분사단계(103)에 의해 프리폴리머용액과 수지용액이 해양 및 항만구조물(1) 외벽 면에 1:1 부피 비율로 스프레이 분사되면 상기 프리폴리머용액과 수지용액이 혼합과 동시에 화학반응을 일으키면서 경화되어 해양 및 항만구조물(1) 외부 면에 방오층(4)을 형성하는 방오층 형성단계(104)를 진행하게 되며, 이러한 방오층(4)은 주 사슬이 선형구조이며 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로서 표면이 매우 매끄러워 이물질의 부착을 근원적으로 방지함은 물론, 방청, 방오의 역할을 동시에 수행하게 된다.

도 2의 (가)는 해양 및 항만구조물이 바다에 설치되어 있는 상태에서 방오층을 형성하는 공정 순서도이며, (나)는 (가)의 도포공정 순서에 의한 해양 및 항만구조물의 단면도로서, 먼저 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 본 출원인에 의해 선 출원된 수중 구조물 공사용 케이슨 장치(100)를 사용한다.

즉, 상기 수중 구조물 공사용 케이슨장치(100)는 두 개로 분리되어 해양 및 항만구조물(1)의 둘레 면을 감싼 상태로 설치되는 하우징(10)으로 구성되고, 이 하우징(10) 내의 작업공간(22)에 존재하는 해수를 외부로 빼내어 건식상태로 만든 다음 상기 작업공간(22)으로 작업자를 투입시켜 보수작업을 진행하게 된다.

상기의 케이슨장치(100)는 도 3a에서와 같이 만조시 수위(S)가 불어날 경우에는 제어부를 통해 밸브(26)를 구동시켜 밸러스트 탱크(24)내로 일정량의 해수를 유입시키도록 한다.

즉, 밸러스트 탱크(24)내로 유입된 해수를 통해 해양 및 항만구조물(1)에 설치된 하우징(10)은 해수가 가지는 무게로 인해 중량이 무거워져 부력을 낮출 수 있게 되며, 따라서 만조시 수위기 불어나더라도 부상하지 않게 된다.

한편, 도 3b에서와 같이 간조시 수위(S)가 줄어들 때에는 제어부를 통해 펌프(30)를 구동시켜 밸러스트 탱크(24)내에 저장되어 있는 해수를 외부로 배출시키게 되면, 하우징(10)은 배출되는 해수의 양만큼의 부력을 높여줄 수 있게 됨으로서 간조시 수위가 줄어들더라도 자제 중량으로 하강하지 않게 된다.

즉, 상기한 밸러스트 탱크(24)를 통해 하우징(10)의 부력을 조절토록 함으로서 수위(S)변화에 상관없이 해양 및 항만구조물(1)의 유지 및 보수하고자 하는 적재적소에 하우징(10)을 설치한 상태로 고정시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 해양 및 항만구조물(1)에 하우징(10)을 조립하기 위해서는 하우징(10)을 해양 및 항만구조물(1)까지 이동시켜야 하는데, 이때에는 밸러스트 탱크(24)내의 해수를 외부로 배출시켜 하우징(10)의 부력을 최대한 높여주게 되면 하우징(10)은 수면에 떠있게 됨으로서 크레인 등의 별도의 중장비를 사용치 않더라도 하우징(10)을 용이하게 이동시킬 수 있다.

이와 같이 케이슨장치(100)에 투입된 작업자는 해수가 제거된 해양 및 항만구조물(1)의 외부 면에 파워툴 및 샌드블라스트 등으로 전처리하여 이물질을 제거하고, 프라이머(2)를 도포하여 저마찰형 방오 코팅제와 해양 및 항만구조물(1) 외부의 부착력을 증대시키기 위한 전처리단계(101)를 진행한다.

상기 전처리단계(101)이 완료되면 전처리된 해양 및 항만구조물(1) 외부면에 보수제(5)를 도포하여 부분적으로 마모된 부분을 평탄화시킨 다음, 1~2시간 동안 경화시키는 키는 보수제 도포단계(101a)를 진행하게 되면 상기 전처리공정(101)에서 도포된 프라이머와 보수제(5)가 견고하게 접착되어 해양 및 항만구조물(1) 외벽 면에 고착된다.

상기 보수제 도포단계(101a)에서 사용되는 보수제(5)는 에폭시수지에 수중경화제인 폴리아민이 혼합된 통상의 보수제(5)를 사용하며 해양 및 항만구조물(1) 외벽 면의 손상 정도에 따라 보수제(5)의 도포 두께는 다를 수 있으나, 통상 1,000~2,000㎛ 범위내에서 도포할 경우 해양 및 항만구조물(1) 외부면의 손상 부분을 모두 충진하고 평탄화 할 수 있는 것으로 수차례의 시험결과 나타났다.

상기 보수제 도포단계(101a)가 완료되면 저마찰형 방오 코팅제와 보수제(5) 간에 부착력을 증대하기 위해 보수제(5) 상면에 프라이머(2a)를 도포하는 프라이머 도포단계(101b)를 진행하게 된다.

상기 프라이머 도포단계(101b)에서 사용되는 프라이머는 전술한 바와 같이 통상적으로 사용되는 수중 및 습기경화형 에폭시수지 또는 우레탄계 수지로서 50~100㎛ 두께로 도포하며, 50㎛ 미만으로 도포할 경우 소지와 방오도료 간의 접착력이 저하되며, 100㎛ 이상 도포할 경우 소지와 방오도료 간의 접착력 강화의 효과를 더 이상 기대할 수 없는 반면에 경제성이 떨어지므로 50~100㎛ 범위내에서 도포하는 것이 바람직하다.

상기 프라이머 도포단계(101b)가 완료되면 프라이머와 방오층과의 접착력 증진을 위해 실러코트(3)를 도포하는 실러코트 도포단계(102)를 수행한다.

상기 실러코트 도포단계(102)가 완료되면 2액형 고압 스프레이 기기를 이용하여 압력 2,000psi 이상, 온도는 70~80℃ 조건하에서 도료의 신율과 인장강도를 결정하는 프리폴리머용액과, 표면장력의 저하와 표면 유동성을 향상시켜 이물질의 부착을 근원적으로 방지하고 방청, 방수기능을 동시에 갖는 수지용액을 1:1 부피 비율로 동시에 분사하는 방오 코팅제 분사단계(103)를 진행하게 된다.

상기 방오 코팅제 분사단계(103)에 의해 프리폴리머용액과 수지용액이 해양 및 항만구조물(1) 외부 면에 1:1 부피 비율로 스프레이 분사되면 상기 프리폴리머용액과 수지용액이 혼합과 동시에 화학반응을 일으키면서 경화되어 해양 및 항만구조물(1) 외부면에 방오층(4)을 형성하는 방오층 형성단계(104)를 진행하게 되며, 이러한 방오층(4)은 주 사슬이 선형구조이며 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로서 표면이 매우 매끄러워 이물질의 부착을 근원적으로 방지함은 물론, 방청, 방수의 역할을 동시에 수행하게 된다.

상기와 같은 도 1 및 도 2의 과정을 통해 방오층(4)이 형성된 해양 및 항만구조물(1)은 상기 방오층(4)을 형성하는 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 방오 코팅제 조성물의 특성에 의해 해양 및 항만구조물(1)의 외부면이 매끄럽게 되어 표면장력 저하를 가져오게 됨에 따라 해양생물의 부착을 근원적으로 방지하는 한편, 해양생물이 부착되더라도 자중에 의해 떨어지게 된다.

또한, 도 1 및 도 2의 과정을 통해 방오층(4)이 형성된 해양 및 항만구조물(1)은 상기 방오층(4)을 형성하는 따개비, 파래 등 해양생물 미부착 방오 코팅제 조성물의 방청 및 방오 특성과 부착성, 내충격성이 매우 뛰어나 염분으로부터 해양 및 항만구조물의 부식을 방지함으로써 수명 연장과 안전사고를 예방하는 한편, 해양 및 항만구조물의 수명 연장과 안전사고를 예방하고, 잦은 보수작업이 필요치 않아 유지 및 보수비용을 현저히 절감할 수 있는 것이다.

Claims

해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물(1)의 외부 면에 접착력을 향상시키는 프라이머(2)와, 상기 프라이머(2)와 방오층에 접착력을 향상시키는 실러코트(3)와, 실러코트(3) 위에 적층되어 방청, 방오 및 해양생물의 부착을 방지하는 방오층(4)이 형성된 해양 및 항만구조물(1)에 있어서,

상기 방오층(4)은,

10~20% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 프리폴리머용액과,

폴리옥시프로필렌디아민 42~48wt%, 중량평균 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 8~10wt%, 폴리디페닐트리아민 15~20wt%, 변성 아미노 실리콘수지 8~20wt%, 변성 불소수지 0.5~10wt%, 충진제 5~9wt%, 접착증진제 1~2wt%, 안료 1~2wt%로 이루어진 수지용액이 구비되고,

상기 프리폴리머용액과 수지용액을 1:1 부피 비율로 혼합 분사하여서 된 것을 특징으로 하는 해양생물 미부착 방오층이 형성된 해양 및 항만구조물.
해상에서 교량을 지탱하는 콘크리트의 교각이나 철재강관과 같은 해양 및 항만구조물의 외부 면에 방청, 방오 및 해양생물의 부착을 방지하는 해양생물 미부착방오층 형성방법에 있어서,

상기 해양 및 항만구조물 외부 면에 파워툴 및 샌드블라스트 등으로 전처리하여 이물질을 제거하고 프라이머를 도포하는 전처리단계(101)와,

상기 전처리단계(101) 후, 프라이머와 방오층과의 접착력 증진을 위해 우레탄 수지를 50~100㎛ 두께로 도포하는 실러코트 도포단계(102)와,

상기 실러코트 도포단계(102) 후, 해양 및 항만구조물 외부 면에 10~20% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 프리폴리머용액과,

폴리옥시프로필렌디아민 42~48wt%, 중량평균 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 8~10wt%, 폴리디페닐트리아민 15~20wt%, 변성 아미노 실리콘수지 8~20wt%, 변성 불소수지 0.5~10wt%, 충진제 5~9wt%, 접착증진제 1~2wt%, 안료 1~2wt%로 이루어진 수지용액을 압력 2,000psi 이상, 온도는 70~80℃ 조건하에서 1:1 부피 비율로 동시에 분사하여 따개비, 파래 등 해양생물을 미부착시키는 방오 코팅제 분사단계(103)와,

상기 방오 코팅제 분사단계(103) 후, 경화시켜 해양 및 항만구조물 외부 면에 방오층을 형성하는 방오층 형성단계(104)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양 및 항만구조물의 해양생물 미부착 방오층 형성방법.
제2항에 있어서 상기 전처리단계(101) 후,

상기 해양 및 항만구조물 외부 면의 보수제를 도포하여 평탄화시키는 보수제 도포단계(101a)와,

상기 보수제 도포단계(101a) 후, 따개비, 파래 등 해양생물을 미부착시키는 방오 코팅제와의 접착력을 향상시키기 위해 프라이머를 도포하는 프라이머 도포단계(101b)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양 및 항만구조물의 해양생물 미부착 방오층 형성방법.