KR101493951B1 - 저온 융착형 친환경 세라믹 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 바인더 없이 금속, 세라믹, 유리 등 모재에 직접 코팅하고 저온 융착이 가능한 친환경적 세라믹 코팅 조성물 및 이를 이용하여 제조된 내부식성, 내마모성 및 부착성이 우수한 코팅 제품에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 세라믹 코팅 조성물은 SiO₂ 50~70 중량부, Na₂O 0.1~15 중량부, K₂O 0.1~5 중량부, Al₂O₃ 5~20 중량부, Fe₂O₃ 0.1~3 중량부, BaO 0.1~3 중량부, 및 CaCO₃ 0.1~2 중량부를 혼합하여 소결한 후 분말로 제조된 제1원료; 및 SiO₂ 5~20 중량부 및 TiO₂ 0.1~20 중량부로 이루어지는 제2원료를 포함한다.

Description

저온 융착형 친환경 세라믹 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅 제품{ECO-FRIENDLY CERAMIC COATING COMPOSITION FOR LOW TEMPERATURE MELTING AND COATED PRODUCT USING THE SAME}

본 발명은 금속, 세라믹, 유리 등 모재에 직접 코팅하고 저온 융착이 가능하며 친환경적이고 인체에 무해한 세라믹 코팅 조성물 및 이를 이용하여 제조된 내부식성, 내마모성 및 부착성이 우수한 코팅 제품에 관한 것이다.

일반적으로, 실생활에서 이용되고 있는 컴퓨터, TV, 휴대폰 등과 같은 전자기기, 불판, 전기 오븐 등과 같은 가열 조리기구, 및 건축자재, 각종 산업용품에 대하여 제품의 물성 및 기능성을 향상시키기 위해 금속, 목재, 플라스틱 표면에 도료를 도포하는 다양한 코팅제가 사용되고 있다. 이러한 코팅제는 미관뿐만 아니라 내열, 내광, 내후, 내약품성, 방수, 방오, 제전, 도전, 제균, 촉감 개선 등 다양한 기능을 갖도록 개발되고 있으며, 적용되는 물품의 용도 또는 범위에 따라 식물성인 옻칠을 하거나 광물성인 황칠을 하거나 유기고분자 화합물을 사용하는 등 사용되는 원재료 및 코팅방법 역시 다양하다.

그 중 가장 대중적인 코팅 방법으로는 유기화합물 원료를 사용하는 도료도포를 들 수 있으나, 내열성이 낮고 코팅 피막 형성 후 시간이 지남에 따라 변질, 탈색 등이 나타나 유지보수 및 관리가 필요하다. 이에, 최근에는 이러한 문제에 대응하기 위해 높은 내열성과 내구성을 갖는 세라믹 코팅제가 주목받고 있으며, 세라믹 코팅액으로 코팅한 후 경화시키는 방법 등이 개발되었다.

구체적으로, 특허출원 제10-2006-0129942호는 상온 경화형 무기질계 세라믹 코팅제 조성물 및 그 제조방법을 개시하고 있으며 특허출원 제 10-2007-0070303호는 금속 표면용 세라믹 코팅제 및 이를 이용한 금속 표면의 세라믹 코팅 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나, 이들 특허문헌에 제시된 세라믹 코팅제는 실란계 수지, 혹은 에폭시 실란계 수지를 경화제로 하여 건조시켜서 모재에 화학적으로 세라믹 코팅층을 형성시키는 1액형 용제형 세라믹 코팅제로서 엄밀하게는 유기물이 포함된 무기세라믹 도료 혹은 코팅제라 할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 종래의 세라믹 코팅제는 100% 무기질 세라믹으로 이루어진 코팅제가 아니며, 코팅 피막 형성 후 일정한 시간의 경과 및 태양광이나 일교차 등에 의해 변질, 박리 등의 문제를 여전히 가지고 있으며, 알코올계, 톨루엔계, 메틸에틸케톤(MEK)등의 유독성 유기용제를 사용하거나 실란, 아크릴실리케이트, 실리콘 플루오르계 고분자 화합물 등의 유기 바인더류를 함유하고 있어 휘발성 유기 화합물과 같은 인체 유해 성분이 발생하는 문제가 있다.

뿐만 아니라 모재의 특성에 따라 하도층, 중도층, 상도층으로 코팅이 수반되고 있으며, 모재가 금속 혹은 콘크리트 등으로 이루어진 경우, 산화부식반응이 수반되어 수명 단축, 붕괴 등의 문제점이 발생하기 때문에 상기 문제점의 방지와 유지보수를 위하여 지속적인 도색관리가 필요하다.

이와 같이, 종래 개발된 세라믹 코팅제라고 칭하는 코팅제는 모두 실제로는 일반적인 유기합성 도료와 가까우며, 사용되는 유기 용제나 유기 바인더로 인해 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, 이하 'VOC'라 함)이 발생하여 환경에 악영향을 미치는 원인이 되고 있으므로 이를 대체할 수 있는 무기물 세라믹 코팅제의 개발이 요구된다. 특히, 가전 제품이나 핸드폰과 같이 소비자의 신체에 직접 접촉이 있는 전자 소재 분야나 음식물이 조리되는 가열 조리기구 등에는 인체친환경적인 무기물 세라믹 코팅제 또는 코팅방법의 개발이 요구된다.

그러나, 유기바인더를 사용하지 않고 모재에 무기물 세라믹 코팅층이 고착되도록 하기 위해서는 1100℃ 내지 1700℃로 유지되는 소결로를 통해서 소결시켜야 하나, 1100℃가 넘는 고온을 유지해야 하므로 이러한 온도를 견디기 위한 대형 소결로 또는 전기로의 건설이 필요하고 고온 소결로 인해 모재판이 녹거나 변형될 수 있어 모재의 선택의 폭이 좁고, 소결시간 또한 오래 걸리는 문제점이 있다.

한편, 일반적으로 사용되고 있는 코팅방법인 용사코팅의 경우, 단시간에 세라믹 입자를 가열, 가속, 용융, 충돌, 변형, 응고 및 냉각의 과정을 반복으로 세라믹 코팅을 수행하므로 코팅층의 형성속도가 빠르고 형성되는 피막의 두께 조절이 가능하나, 이 경우 코팅층의 형성은 모재와 유사한 경우나 모재가 결정성 세라믹으로 이루어져 있을 때에만 가능하고, 코팅층에 미용융 입자가 존재하여 표면의 요철이 발생하므로 표면 그라인딩 처리를 해야 하는 단점과 이에 따라 표면 광택이 사라지는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 코팅 작업을 보다 간편하게 할 수 있으면서도 물성을 유지하는 세라믹 코팅제 또는 코팅방법의 개발이 필요하다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 유기용제 및 유기결합제를 함유하지 않아 친환경적이고 인체에 무해하면서도 이를 적용하여 세라믹 코팅 제품을 제조할 때 모재에 직접 코팅하여 간단한 시공만으로도 기공이 없는 치밀하며 부착성이 뛰어나고 케미컬 부식이나 열부식이 없는 세라믹 코팅막을 형성할 수 있는 세라믹 코팅제 조성물을 개발하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 유기용제를 사용하지 않아 친환경적이며 유기바인더 없이도 낮은 열처리 온도에서도 융착이 가능하며 분체 코팅, 용사 코팅, 딥 코팅 등기존의 세라믹 코팅방법에 널리 사용될 수 있는 무기물 세라믹 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시간 경과에 따른 변질, 박리 문제를 해소할 수 있는 내부식성, 내마모성 및 부착력과 같은 물성이 우수한 코팅층을 갖는 친환경 세라믹 코팅 제품을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 간단한 시공만으로도 상기 우수한 물성을 나타내는 세라믹 코팅 조성물을 이용하여 선박, 철골 건축물 또는 콘크리트 건물을 보수하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 SiO₂ 50~70 중량부, Na₂O 0.1~15 중량부, K₂O 0.1~5 중량부, Al₂O₃ 5~25 중량부, Fe₂O₃ 0.1~3 중량부, BaO 0.1~3 중량부, 및 CaCO₃ 0.1~2 중량부를 혼합하여 소결한 후 분말로 제조된 제1원료; 및 SiO₂ 5~20 중량부 및 TiO₂ 0.1~20 중량부로 이루어지는 제2원료를 포함하는 저온 융착형 친환경 세라믹 코팅 조성물을 제공한다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 모재를 상기 세라믹 코팅 조성물로 코팅하여 제조된 내부식성, 내마모성 및 부착력이 우수한 친환경 세라믹 코팅 제품을 제공한다.

또다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 세라믹 코팅 조성물로 선박 또는 철골 건축물 혹은 콘크리트 건물의 보수가 필요한 부위를 도포하는 단계를 포함하는, 선박 또는 콘크리트 건물의 보수방법을 제공한다.

본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물은 기존의 도료나 세라믹 코팅액에서처럼 하도액, 상도액, 경화제와 같은 모재와의 부착용 결합제 등 일체의 유기화합물이 불필요하여 휘발성 유기 화합물의 배출이 없기 때문에 새집증후군, 환경오염의 염려가 발생하지 않는다. 또한 금속, 세라믹, 유리에 널리 사용이 가능하며, 코팅 전이나 코팅 완료 후 수행하던 모재의 표면 처리나 코팅층 표면의 그라인딩 과정이 불필요하여, 단 한번의 도장 및 열처리, 휴징만으로 기공이 없는 치밀하며 부착성이 뛰어나고 케미컬 부식이나 열부식이 없는 세라믹 코팅막을 형성할 수 있고 요철현상, 도막표면 거칠음 등의 문제점을 해소하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 융착형 세라믹 코팅 조성물의 제조과정 및 이를 이용하여 세라믹 코팅층을 형성하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저온 융착형 세라믹 코팅 조성물을 직접 도포하고 건조 및 휴징시킨 철판의 사진이다 (가로: 100mm, 세로: 100mm, 두께: 3mm).

이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 세라믹 코팅 조성물은 SiO₂ 50~70 중량부, Na₂O 0.1~15 중량부, K₂O 0.1~5 중량부, Al₂O₃ 5~25 중량부, Fe₂O₃ 0.1~3 중량부, BaO 0.1~3 중량부, 및 CaCO₃ 0.1~2 중량부를 혼합하여 소결한 후 분말로 제조된 제1원료; 및 SiO₂ 5~20 중량부 및 TiO₂ 0.1~20 중량부로 이루어지는 제2원료를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세라믹 코팅 조성물을 제조하기 위해서 먼저 제1원료를 준비한다 (S100). 상기 제1원료는 SiO₂ 50~70 중량부, Na₂O 0.1~15 중량부, K₂O 0.1~5 중량부, Al₂O₃ 5~25 중량부, Fe₂O₃ 0.1~3 중량부, BaO 0.1~3 중량부, 및 CaCO₃ 0.1~2 중량부를 혼합하여 소결한 후 분말로 제조하여 준비한다.

상기 단계(S100)에서, 상기 구성요소들을 혼합한 것을 열처리한 후 상온으로 냉각시켜 비정질 소결체 형태 또는 프릿(frit)을 제조할 수 있다. 상기 열처리는 900 내지 1800 ℃에서 30 분 내지 12 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 제1원료에 포함되는 구성성분들은 모두 비정질 소결체를 제조하기 위한 재료로서, 이후 완성된 세라믹 코팅 조성물을 적용시 용융온도 및 모재와의 부착성, 표면광택성, 비결정 등에 영향을 주므로 이에 미치는 구성성분 상호간의 작용을 고려하여 조성비를 결정한다.

상기 비정질 소결체는 통상의 분쇄과정을 거쳐서 분말로 제조하는데, 상기 분말 입자의 크기는 10 nm 내지 1 mm일 수 있으며, 이후 추가되는 제2원료와의 혼합 및 유동성을 고려할 때 0.8~150㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 제1원료에 SiO₂ 중량부 및 TiO₂ 0.1~20 중량부로 이루어진 제2원료를 혼합하여 세라믹 코팅 조성물을 제조한다. 이 경우, 상기 세라믹 코팅 조성물은 제1원료 70~90 중량% 및 제2원료 10~30 중량%를 포함할 수 있다. 제공되는 저온 융착형 세라믹 코팅재에 있어서 제1원료가 70 중량% 미만으로 포함될 경우, 코팅층 표면에 백화현상이 나타날 수 있으며, 90 중량%를 초과할 경우 표면이 불균일해져 성능이 떨어질 수 있다. 또한 제2원료가 10 중량% 미만으로 포함될 경우에는 코팅층 표면에 기공형성의 원인이 되며, 30 중량%를 초과하여 첨가되면 상기의 휴징온도에서 코팅재가 융착되지 않고 부스러지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 세라믹 코팅 조성물은 유기용제 및 유기결합제를 함유하지 않는다.

상기 제조된 세라믹 코팅 조성물은 분말 형태 또는 슬러리 상태로 제조하여 세라믹 코팅제로서 사용할 수 있다(S300). 이 경우, 기계적 합금화를 위해 밀링 처리를 할 수 있다. 구체적 일실시예로서, 상기 코팅 조성물을 습식밀링하고 건조시켜 분말로 제조할 수 있다. 습식밀링 공정은 건식밀링에 비해 배합된 원료의 분산 및 혼합이 더 용이하고 응집체와 응집체 사이의 기공이 발생할 가능성을 줄일 수 있어 건조할 때 밀도가 높은 구형 분말이나 치밀한 소결체의 형성이 가능한 장점이 있다. 또한, 상기 밀링 처리시 상기 혼합 분말 내의 각 구성성분의 분산을 용이하게 하고, 도막 형성시 균일성을 확보하기 위한 점도를 부가하기 위해 분산제를 투여할 수 있다. 분산제로는 통상의 탄산암모늄계 분산제를 사용할 수 있으며 0 내지 2 중량부로 첨가할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

상기 분말 형태의 세라믹 코팅제에서 분말 입자의 형상은 구형, 판형 또는 봉형 등 어떠한 형태여도 무방하나, 구형 분말인 것이 바람직하다.

다른 구체적 일실시예로서, 세라믹 코팅제는 상기와 같이 습식밀링을 거친 후 슬러리 상태로 제조하여 페이스트 상으로 제조하여 사용할 수도 있다. 예컨대, 이러한 세라믹 코팅제는 딥 코팅법의 세라믹 코팅액으로 바로 사용이 가능하다.

상기 제조된 저온 융착형 세라믹 코팅제를 준비된 모재에 도포하여 저온 소결하여 코팅층을 형성할 수 있다(S400).

본 발명에 따른 저온 융착형 세라믹 코팅 조성물을 사용하면 종래보다 저온에서 융착이 가능해지면서 모재의 선택의 폭이 넓어지는 장점이 있다. 종래에는 유기바인더가 첨가되지 않은 순수한 무기물 세라믹 코팅제를 코팅할 경우 모재에 코팅제가 고착되도록 하기 위해서는 1100℃ 내지 1700℃의 온도에서 소결시키는 단계를 거치기 때문에 이러한 온도를 견딜 수 있는 것만이 모재가 될 수 있었으나 본 발명의 세라믹 코팅 조성물은 유기바인더가 첨가되지 않은 무기물 세라믹만으로 구성되어 있음에도, 최저 용융온도인 600℃ 이하(기존 100% 무기물 조성의 용융온도는 780℃이상)에서도 소결이 가능하므로 납, 주석과 같이 저온에서 용융되는 금속이나 나무, 종이와 같이 연소되는 물질을 제외한 어떠한 금속, 유리, 세라믹 제품 등에 적용할 수 있다.

본 발명에서 초점으로 하는 무기물 세라믹 코팅제의 융착 온도는 종래 세라믹 코팅층이 모재에 부착되고 제반 물성을 확보하기 위해서는 1100℃ 이상이어야 했으나 본 발명의 경우 이보다 낮은 소결 온도인 450∼1050℃ 범위에서 소결이 가능하게 되었다. 구체적으로, 모재를 알루미늄판으로 하여 본 발명의 무기물 세라믹 코팅제를 적용할 경우 열처리온도는 450-550℃의 범위로서 450℃까지 낮출 수 있으며, 철판의 경우에는 600-850℃의 범위로서 600℃까지 낮출 수 있으며, 스테인레스판의 경우 800-1050℃의 범위로서 800℃까지 낮출 수 있다. 본 발명의 무기물 세라믹 코팅제를 적용할 경우 철판이나 스테인레스판 역시 상기 범위 아래의 온도, 예컨대 550℃에서 열처리가 가능하나 판의 경도 및 내식성의 개선 등 제반 물성을 함께 고려할 때 상기 범위가 바람직하다.

일 구체예로서 본 발명에 따른 저온 융착형 세라믹 코팅 조성물이 적용될 수 있는 모재는 철, 스테인레스, 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 몰리브덴, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 또한, 세라믹은 시멘트를 비롯하여 모든 세라믹 제품을 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 저온 융착형 세라믹 코팅 조성물을 적용하여 세라믹 코팅 제품을 제조할 경우, 종래 제조방법에 비해 작업이 매우 간편한 장점이 있다. 기존 세라믹을 제조할 때는 코팅층 형성 전 산화방지를 위한 피막처리 공정과 용사코팅, 분체 코팅이나 딥 코팅으로 코팅한 후 후공정인 그라인딩 공정이 필요하였다. 그러나, 본 발명의 저온 융착형 세라믹 코팅 조성물의 경우 모재에 직접 코팅한 후 건조하고 소부(열처리 또는 휴징처리)하여 상온에서 냉각시키면 되므로, 휴징 혹은 열처리 한번만으로 코팅층의 형성이 가능하고 그라인딩 공정이 불필요하며, 콘크리트, 금속 구조물에 직접 용융 융착되므로 구조물의 방수 및 산화방지를 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이러한 방법으로 제조하여도 종래 상온 경화형 코팅제나 세라믹 유약을 사용한 경우에 비해 광택성이나 부착력, 표면경도, 내부식성 등의 물성이 종래보다 더 우수함을 확인할 수 있었다 (표 1 및 표 2 참조). 이는 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물을 철 또는 콘크리트에 적용할 경우, 철 또는 콘크리트의 열팽창계수와 유사하도록 조성이 이루어져 있기 때문에 박리 현상이 발생하지 않고 양학적 결합인 알로이 현상에 따라 부착력이 향상되었기 때문인 것으로 보인다.

따라서, 상기 세라믹 코팅 조성물을 가열조리기기에 적용할 경우, 그동안 강도, 저렴한 비용, 재사용 측면에서 장점이 있었으나 공기중 산화부식성 때문에 반드시 산화피막처리가 필요했던 철 소재를 모재로서 사용할 수 있게 된다. 이 때, 별도의 산화피막처리를 하지 않고 직접 철판에 코팅한 경우에도 충분한 내화학성을 가지므로 향후 알루미늄판과 스테인레스판을 대체할 수 있을 것으로 보인다.

이와 같이 별다른 전처리나 후처리 작업없이 바로 적용이 가능하여 현장 적용성이 뛰어난 장점 때문에 유지보수작업이 필요한 선박이나 내후성에 취약한 콘크리트 건물의 부분적 유지 보수에 유용하게 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 세라믹 코팅 조성물의 코팅방법에는 제한이 없으며, 예컨대, 딥코팅법(dip coating), 스핀 코팅법(spin coating), 분체 코팅법, 스프레이 용사 코팅법(spray coating), 브러시법(brushing) 등 어떠한 방법으로 해도 무방하다. 본 발명의 코팅방법은 기판의 종류 및 형태 또는 원하는 코팅막의 두께에 따라서 적절하게 선택될 수 있으나, 보다 바람직하게, 본 발명에 따른 코팅제를 이용한 코팅층 형성 단계는 딥 코팅(dip coating), 스프레이 용사 코팅, 또는 분체 코팅에 의해 수행될 수 있다.

특히, 용사 코팅의 경우, 종래에는 코팅층이 모재와 유사한 경우나 모재가 세라믹으로 이루어져 있을 때에만 가능한 단점이 있었으나 본 발명에 따라 제조된 세라믹 코팅제를 이용할 경우 모재가 금속인 경우에도 용사코팅법을 사용하여 코팅할 수 있게 되었다. 또한 용사 코팅시 코팅층에 미용융 입자가 존재하여 표면의 요철이 발생하게 되므로 이를 제거하기 위해 표면 그라인딩 처리를 수행해야 하며 이 경우 표면 광택이 사라지는 문제가 있었는데, 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물을 적용하면 표면 그라인딩 처리가 불필요하여 표면 광택이 그대로 살아있는 코팅층을 얻을 수 있다.

본 발명의 세라믹 코팅 조성물은 가열 조리기구나, 제빵용 받침, 산업용 금형 코팅 등의 가열 용도뿐만 아니라 반도체, 전자재료, 건축용 내외장 패널 등에 적용될 수 있으며, 고열 환경이나 열악한 외부 환경에서도 내열성, 내구성, 부착강도, 고경도 등의 물성이 유지될 수 있다. 상기 가열 조리기구는 전기 및 가스 또는 마이크로웨이브를 이용하여 음식물을 가열하고 조리하는 조리기기일 수 있으며, 고기구이판, 냄비, 프라이팬, 전기오븐, 가스 오븐, 가스 쿡탑, 전기 쿡탑, 전기 프라이팬, 전기 그릴, 전기 밥솥, 전자 레인지, 토스터, 튀김기, 및 커피메이커로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 적절한 코팅 부위는 이들 주방조리기구에서 가열되거나, 음식물이 접촉되거나 조리 중 음식물이 비산하여 접촉할 수 있는 모든 부위가 될 수 있다. 예컨대, 주방조리기구의 일부를 코팅한 후 주방조리기구에 조립하거나 장착할 수 있다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 철판, 스테인레스판, 및 알루미늄판 중에서 선택된 하나의 모재에 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물로 코팅하여 제조된 세라믹 코팅 제품을 제공한다.

일실시예로서 조성물로 코팅을 한 후 750℃∼850℃에서 열처리하여 제조될 수 있으며, 제조된 코팅 제품의 코팅층의 두께는 20-20,000㎛일 수 있으며, 이는 코팅의 횟수, 모재의 크기, 또는 코팅방법에 따라 조절할 수 있다. 또한 제조된 코팅 제품의 코팅층의 표면 경도는 6.5 이상일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저온 융착형 세라믹 코팅 조성물을 직접 철판에 도포하고 건조 및 휴징시킨 코팅물의 사진이다 (가로: 100mm, 세로: 100mm, 두께: 3mm).

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 기술한 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물로 선박, 철골 건축물 또는 콘크리트 건물의 보수가 필요한 부위를 도포하는 단계를 포함하는, 선박, 철골 건축물 또는 콘크리트 건물의 보수방법을 제공할 수 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명은 보다 상세히 기술되며, 하기 실시예는 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 다양한 방법에 국한하지 않고 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

< 실시예 >

세라믹 코팅 조성물의 제조

본 발명의 저온 융착형 세라믹 코팅 조성물을 제조하기 위해, SiO₂ 68 중량부, Na₂O 10.5 중량부, K₂O 0.5 중량부, Al₂O₃ 17 중량부, Fe₂O₃ 1.7 중량부, BaO 0.3 중량부, CaCO₃ 2 중량부를 혼합시키고 900℃~1800℃에서 30분~12시간의 열처리 과정을 거쳐 소정의 비정질 소결체로 제조하고, 통상의 분쇄과정을 거쳐 0.8~150㎛의 분말로 분쇄하여 제1원료를 준비하였다. 상기와 같이 제조된 제1원료 분말에 SiO₂ 8 중량부 및 TiO₂ 4 중량부를 첨가하여 세라믹 코팅 조성물을 준비하였다. 이를 통상의 습식밀링 과정을 거친 후 건조시켜 세라믹 코팅용 구형분말 형태로 제조하였고, 또한 상기 습식밀링 후 제조된 슬러리를 건조시키지 않고 페이스트(paste) 상으로 직접 디핑용 세라믹 코팅액으로 제조하여 하기 실시예에서 사용하였다.

실시예 1

두께가 3mm이며 좌우 각각 100mm인 금속 판, 즉 철판을 준비하여 상기에서 제조된 저온 융착형 세라믹 코팅제로 코팅한 것과 상온 경화형 무기질계 세라믹 코팅제로 코팅막을 형성시켜 차이점을 조사하였다.

본 발명에 따른 저온 융착형 세라믹 코팅액에 디핑하여 150℃에서 5분간 건조시킨 후, 800℃의 전기가마에서 1분~2시간 동안 열처리 혹은 휴징하고 냉각하여 세라믹 코팅층을 형성시켰으며, 상온 경화형 무기질계 세라믹 코팅제를 사용한 코팅층은 알코올계를 용매로 사용하는 코팅제로서 상온에서 도포한 후 150℃에서 2시간 동안 경화시켜 코팅층을 형성시켰다.

제조된 두 가지 시험편에 대해 코팅층의 두께, 부착성, 용출성, 부식성, 및 표면경도를 조사하여 비교분석하였으며, 하기 표 1에 실시예 1에 따라 제조된 세라믹 코팅층과 종래의 상온 경화형 코팅제에 의한 코팅층의 특성 결과치를 비교하여 나타내었다.

부착성 시험은 단위면적당 탈착되는 힘을 측정하는 것으로서 KS M ISO 2409:2008의 시험법으로 시험하였고, 내식성을 조사하기 위한 용출성 시험은 KS D 9502:2009의 시험방법에 의해 염수속에 1000시간 동안 방치한 후 해당 코팅원소의 용출 유무를 측정한 결과이며, 표면경도 시험은 KS M 15184의 시험법에 따라 모스 경도를 측정하였다.

[표 1]

실시예 2

실시예 1과 같은 방식으로 두께가 3mm이며 좌우 각각 100mm인 금속 판, 즉 철판을 준비하여 본 발명으로 제조된 저온 융착형 세라믹 코팅제로 코팅한 것과 도자기에 사용되는 세라믹 유약을 코팅한 것을 800~1250℃에서 열처리하여 그 차이점을 비교하였다. 하기의 표 2에 실시예 2에 따라 제조된 세라믹 코팅층과 종래의 세라믹 유약에 의한 코팅층의 특성 결과치를 비교하여 나타내었으며, 물성 측정 방법은 상기 실시예 1과 같다.

[표 2]

상기와 같이 본 발명에 따른 세라믹 조성물을 철판에 화성처리 없이 직접 코팅하였으며, 휴징온도를 800℃로 하여 저온 융착시키고 코팅층에 대해 그라인딩과 같은 별도의 마감단계를 거치지 않고 제조한 결과, 코팅된 철판은 암갈색을 띠었으며 표면의 광택성이나 매끈한 정도가 우수한 것으로 나타났다 (도 2 참조).

물성의 측면에서도 상기 표 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 세라믹 코팅제를 적용하여 형성된 코팅층의 표면경도는 6.5로서 종래의 상온 경화형 무기질계 세라믹 코팅제보다 더 높아 우수한 내마모성 및 내스크래치성을 보였으며, 부착력은 11배 더 높게 나타났으며 염수에 1000시간 방치 후에도 유해물질이 용출되지 않아 내식성이 더 우수한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 표 2에서 보듯이, 종래의 도자기용 세라믹 유약의 경우는 본 발명과 동일한 휴징온도인 800℃에서는 전혀 부착력이 나타나지 않았으며 부착력을 갖거나 본원발명과 같은 정도의 표면경도를 갖도록 하기 위해서는 1250℃까지 휴징온도를 높여야만 하는 것으로 나타나 본원발명이 종래보다 저온 융착이 가능함을 알 수 있다. 부착력 면에서도 본원발명은 종래 세라믹 유약보다 더 높은 접착성을 보여 종래 세라믹 코팅 철판이 갖는 변질, 박리 문제를 해소할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 종래 세라믹 유약을 코팅한 경우, 융착온도가 800, 1000, 및 1250℃인 경우 모두에서 코팅재에 포함되어 있는 원소가 용출되는 것으로 나타나 내식성의 면에서도 본원발명의 무기질 세라믹 코팅 조성물이 더 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.

이러한 결과로 볼 때, 본 발명의 무기질 세라믹 코팅 조성물은 유기용제를 사용하지 않아 친환경적이며 유기바인더 없이도 낮은 열처리 온도에서 융착이 가능하고 화성처리나 마감작업을 거치지 않아 작업이 간편함에도 광택성, 부착력, 내식성, 내마모성 및 내스크래치성 등 물성 또한 우수한 것을 알 수 있다.

Claims (7)

1. SiO₂ 50~70 중량부, Na₂O 0.1~15 중량부, K₂O 0.1~5 중량부, Al₂O₃ 5~25 중량부, Fe₂O₃ 0.1~3 중량부, BaO 0.1~3 중량부, 및 CaCO₃ 0.1~2 중량부를 혼합하여 900℃∼1800℃에서 30분 내지 12시간의 열처리 과정을 거쳐 형성된 비정질 소결체를 분쇄하여 분말로 제조된 제1원료; 및
   SiO₂ 5~20 중량부 및 TiO₂ 0.1~20 중량부로 이루어지는 제2원료를 포함하되,
   유기용제 및 유기결합제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는, 저온 융착형 친환경 세라믹 코팅 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1원료의 분말의 직경은 0.8~150㎛인 것을 특징으로 하는 저온 융착형 친환경 세라믹 코팅 조성물.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 따른 세라믹 코팅 조성물로 코팅하여 600℃∼850℃에서 열처리하여 제조된, 부착력 및 내부식성이 우수한 친환경 세라믹 코팅 철판.
6. 제5항에 있어서,
   코팅층이 6.5 이상의 표면경도를 갖는 것을 특징으로 하는 부착력 및 내부식성이 우수한 친환경 세라믹 코팅 철판.
7. 제1항 또는 제2항에 따른 세라믹 코팅 조성물로 선박, 철골 건축물, 또는 콘크리트 건물의 보수가 필요한 부위를 도포하는 단계를 포함하는, 선박, 철골 건축물 또는 콘크리트 건물의 보수방법.

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