KR102103537B1 - 기능성 코팅제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주제와 경화제로 이루어진 기능성 코팅제에 있어서, 상기 주제는 비스페놀 A 타입 에폭시 수지, 비스페놀 F 타입 에폭시 수지, 알킬 글리시딜 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산, 운모상 산화철, 및 이산화 티타늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기능성 코팅제에 관한 것이다.

Description

기능성 코팅제{FUNTIONAL COATING MATERIAL}
본 발명은 기능성 코팅제에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 수분이 있는 표면에도 코팅 가능한 고기능성 코팅제에 관한 것이다.
흔히 페인트라고 불리는 코팅제(도료)는 단순히 색을 입히기 위해 칠하는 것으로 생각하는 경우가 많다. 그러나 사실 코팅제(도료)는 첨단 과학기술이 살아 숨 쉬는 대표적인 종합 화학제품이다.
물체의 표면을 피복하여 그 물체를 보호하고 미화하는 것은 코팅제(도료) 뿐만 아니라 도금, 벽지, 타일 등이 있다. 그러나 코팅제(도료)가 이러한 재료와 다른 점은 물체의 표면을 피복하기가 간단하고 용이할 뿐만 아니라 피막의 갱신이 자유롭고 경제적이란 점이다. 또한 코팅제(도료)는 붓 도장 이외의 다른 방법으로도 도장하기 쉬우며 유동체이기 때문에 물체에 부착하여 도막을 형성하는 성능이 있어, 이렇게 형성된 도막은 그 종류에 따라 다르지만 일반적으로 기계적 강도가 크고 화학적인 면에도 안정하여 물체의 보호 및 미장의 목적을 이루는 특징이 있다.
21세기에 접어들어 융합화, 지능화 극한화 등 세가지 방향으로 연구가 깊게 진행되고 있으며, 기존의 범용 고분자를 이용한 단순한 코팅기술이 아닌 첨단 기술분야와의 접목을 통하여 기능성과 물성을 향상시켜 새로운 코팅제로의 발전이 이루어지고 있다.
기능성 코팅제의 개발은 해양플랜트의 도장 산업을 비롯해 자동차, 전기/전자, 토목/건축, 방위산업, 의료, 항공 및 최첨단 나노 등 타산업과의 융합 및 통합을 통해 동반 성장 시너지 효과를 높여 고부가가치 경제 산업으로 발전하기 위해 필요한 산업 분야이다. 기능성 코팅제는 표면의 부식이나 마모를 방지하기 위한 목적으로 많은 분야에서 사용되어 왔으며, 최근에는 내마모성, 내화, 난연, 항균, 방열, 스텔스 기능 및 전자파 차폐 등의 기능성을 가지는 재료로 그 활용성이 확대되고 있으며, 최근 도장 및 코팅 처리 기술의 발전에 따라 대상물의 표면 기능을 고도화하는 것이 가능해 내마모성 및 내식성 등의 기본 기능을 포함하여 광학적 기능, 전기기능, 전자기능, 기계적 기능, 물리적/화학적 기능 등 다양하고 새로운 기능을 부가함으로써 도장하고자 하는 제품의 고부가가치화에 공헌하고 있다.
기존의 표면코팅에서 공통적으로 중요하게 생각하는 것 중 하나가 표면처리와 잔존 습도관리 문제이다. 거의 모든 코팅제는 표면처리 후와 코팅층 사이에 반드시 공정상 유의해야 하는 것이 금속 표면에 이슬점(Dew point) 형성 방지를 위한 습도 조절(Control of humidity)이다. 금속 표면에 수분(Wet or Moisture)면이 조성되면 수분면에 의해 금속 모재면과 코팅층이 박리되는 현상이 생기게 된다. 따라서, 금속 표면에 수분(Wet or Moisture)면이 조성되지 않도록 하여 금속 모재면과 코팅층 혹은 1차 코팅층과 2차 코팅층과 같은 다중 코팅층 사이에서도 수분에 의한 박리현상이 없도록 하는 것이 표면코팅에서 매우 중요한 문제였다.
따라서, 기존의 거의 모든 코팅제는 수분면(Wet surface)에 코팅되지 않도록 상대습도, 이슬점, 기상조건 등을 제한하여 수분면이 생기지 않는 환경 하에서 시공하도록 되어 있다. 수분면은 코팅면에 심각한 데미지를 주기 때문에 각별히 유의하도록 규정하고 있으며 그동안 이러한 사항은 동종업계에서는 기본 숙지사항이자, 당연하다고 생각할 정도로 인식이 자리잡고 있었다.
이러한 기존의 코팅제를 사용하는 경우 우천시 코팅 시공이 불가능하여 시공기간이 길어지게 되는 문제가 있었으며, 지하 갱생관과 같이 수증기가 많은 환경에 놓여져 있는 지하설비나 배관외부와 같이 결로(Dew Condensation)현상이 빈번한 곳에도 적용하기 어려운 문제가 있었다.
또한, 기존의 코팅제의 경우 수분면에 시공하기 어렵기 때문에 표면처리 공법 중에서 고압수 세척에 의한 표면처리 공법을 사용하기 힘들고 연마재를 사용하여 기계적으로 표면처리를 시행하는 연마 블라스팅 표면처리 공법을 사용해야만 하였다. 그러나, 연마 블라스팅 표면처리 공법의 경우 여러 필수적인 장비와 작업시 발생되는 분진 등을 모아줄 집진기와 같은 환경설비가 필요하며, 사용된 연마재를 수거하여 별도로 산업폐기물로 처리해야 하므로, 부대설비비용, 산업폐기물 처리비용 등으로 인해 공정단가가 매우 높은 단점이 있고, 여러가지 설비들이 설치되기 힘든 곳에는 적용하기 힘든 문제도 있었다. 이에 비해 고압수 세척에 의한 표면처리 공법의 경우 물로 일정압력을 가하여 표면세척을 하므로, 연마재 블라스팅과 달리, 친환경적이며, 비교적 필요설비가 단순하고, 잔유물이 극히 적어 별도의 산업폐기물 처리가 없다. 또한, 공정시간이 매우 짧아지고 공정단가 현저히 적어 경제적 이익을 기대할수 있다. 하지만, 기존의 코팅제는 표면처리 후 잔류되는 수분으로 인해 금속표면과 코팅제와의 접착력에 악영향을 주므로 금속면을 충분히 건조해야만 했기 때문에 고압수 세첵에 의한 표면처리 공법의 장점을 극대화하지 못하는 문제가 있었다.
수분이 있는 면에도 직접 코팅 가능한 코팅제가 있다면, 수증기가 많은 환경이나 결로(Dew Condensation)현상이 빈번한 곳에서도 코팅 가능하게 되고, 고압수 세척에 의한 표면처리에 의해 공정시간 단축 및 공정단가 절감 가능하기 때문에 이점이 매우 많으나 기존의 코팅제는 수분이 있는 표면에서 접착강도가 현저하게 떨어져서 코팅층이 박리되었으므로 이를 보완하여 수분이 있는 면에서도 충분한 접착강도를 나타낼 수 있는 기능성 코팅제의 개발이 절실한 상황이다. 코팅제 업계에서는 접착강도가 적어도 3MPa 정도는 되어야 코팅제로서 효용이 있는 것으로 판단되고 있고 접착강도가 5MPa 이상이 되면 코팅제로서 충분한 접착강도를 가지는 것으로 판단되고 있으나, 기존의 코팅제는 수분이 있는 면에 접착 자체가 불가능하거나 접착되더라도 접착강도가 1MPa에도 못미치는 것이 대부분이었으므로 문제가 되고 있었다.
[특허문헌 1] 한국공개특허공보 제10-2006-0111825호
본 발명은 기존의 코팅제의 문제점을 해결하여, 수분을 함유한 표면에도 코팅 가능하며 상온에서 도포 및 경화가 이루어질 수 있는 친환경 기능성 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 하며, 구체적으로 수분을 함유한 표면에 대한 접착강도가 적어도 3MPa 이상인 기능성 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 주제와 경화제로 이루어진 기능성 코팅제에 있어서, 상기 주제는 비스페놀 A 타입 에폭시 수지; 비스페놀 F 타입 에폭시 수지; 알킬 글리시딜 에테르; 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산; 운모상 산화철; 및 이산화 티타늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기능성 코팅제를 제공한다.
상기 경화제는 벤질알콜; 아이소포론 디아민; 메타-크실렌-알파, 알파-디아민; 및 살리실산으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주제는 상기 비스페놀 A 타입 에폭시 수지는 10 내지 15 중량부; 비스페놀 F 타입 에폭시 수지는 6 내지 7 중량부; 알킬 글리시딜 에테르는 6 내지 7 중량부; 상기 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산은 0.25 내지 0.28 중량부; 및 상기 운모상 산화철은 64 내지 66 중량부; 상기 이산화 티타늄은 6 내지 7 중량부;로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 경화제는 상기 벤질알콜 35 내지 45 중량부; 상기 아이소포론 디아민 20 내지 30 중량부; 상기 메타-크실렌-알파, 알파-디아민 20 내지 30 중량부; 및 상기 살리실산 5 내지 15 중량부;로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제에 따르면 우천시나 지하설비와 같이 수증기가 많은 환경이나 결로(Dew Condensation)현상이 빈번한 곳에서도 수분이 있는 상태에서 바로 코팅할 수 있으므로 적용범위가 광범위해지고 코팅 시공 시간도 단축될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제에 따르면 코팅될 표면을 처리하는 경우에 있어서도 고압수 세척에 의한 표면처리 공법을 실시한 이후에 본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제로 바로 코팅 시공을 할 수 있으므로 단가가 비싼 연마 블라스팅 표면처리 공법을 실시할 필요가 없어지게 되어 공정단가를 절감할 수 있고 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제의 경우 100% 고형분의 무용제 타입(VOC's Free)으로 이루어져 있어서 친환경적이고 작업안전성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 비스페놀 A 타입 에폭시 수지의 구조를 도시하고 있다.
도 2는 비스페놀 F 타입 에폭시 수지의 구조를 도시하고 있다.
도 3은 알킬 글리시딜 에테르의 구조 및 제품 사진을 도시하고 있다.
도 4는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산의 구조 및 제품 사진을 도시하고 있다.
도 5는 벤질알콜의 구조 및 제품 사진을 도시하고 있다.
도 6은 아이소포론 디아민의 구조 및 제품 사진을 도시하고 있다.
도 7은 메타-크실렌-알파, 알파-디아민의 구조 및 제품 사진을 도시하고 있다.
도 8은 살리실산의 구조 및 제품 사진을 도시하고 있다.
도 9는 페이스트 믹서의 실시예를 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따라서, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이해하고 용이하게 실시하기 위해 본 발명의 바람직한 실시형태를 예시하기 위한 것이지, 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 당업자는 본 발명의 사상과 목적 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함을 인식할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제는 주제와 경화제로 이루어지며, 주제는 비스페놀 A 타입 에폭시 수지; 비스페놀 F 타입 에폭시 수지; 알킬 글리시딜 에테르; 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산; 운모상 산화철; 및 이산화 티타늄으로 이루어지고, 경화제는 벤질알콜; 아이소포론 디아민; 메타-크실렌-알파, 알파-디아민; 및 살리실산으로 이루어진다.
에폭시 수지(비스페놀 A 타입 에폭시 수지; 비스페놀 F 타입 에폭시 수지)
에폭시는 에폭시기가 반응하여 생기는 가교결합을 가진 가교고분자라고 정의된다. 분자 내에 에폭시기 2개 이상을 갖는 수지상 물질 및 에폭시기의 중합에 의해서 생긴 열경화성 수지이다. 에폭시수지는 비중 1.230~1.189이며, 굽힘강도·굳기 등 기계적 성질이 우수하다. 경화 시에 휘발성 물질의 발생 및 부피의 수축이 없고, 경화할 때는 재료면에 큰 접착력을 가진다. 가연성·내약품성이 크지만 강한 산과 강한 염기에는 약간 침식된다. 안료(顔料)를 첨가함으로써 마음대로 착색할 수 있고, 또 내일광성도 크다. 제품의 최고 사용온도는 섭씨 80도 정도로 낮다. 주형(注型)·매입(埋)·봉입(封入) 등 뛰어난 가공성을 보인다.
- 비스페놀(Bisphenol) A 타입 에폭시 수지
비스페놀 A 타입 에폭시 수지는 일반전기 전자전자용,접착,토목건축용 도료 및 중방식재료 등에 사용되고 있으며, 비스페놀 A 타입 에폭시 수지의 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 비스페놀 A 타입 에폭시 수지는 i) 경화제 및 변성제의 종류에 따라 다양한 물성을 얻을 수 있고, ii) 다른 열 경화성수지에 비해 경화수축이 적으며, iii) 강인성 및 고온특성이 우수하고, iv) 내약품성 및 내수성이 우수하며, v). Ether 결합은 회전이 가능하여 가소성을 가지고, vi) 수산기와 탄화수소의 규칙성으로 접착성이 큰 이점이 있다. 비스페놀 A 타입 에폭시 수지는 주제에서의 함량이 10 내지 15 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한의 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
- 비스페놀(Bisphenol) F 타입 에폭시 수지
비스페놀 F 타입 에폭시 수지는 비스페놀 A 타입 에폭시 수지와 비교시 점도가 낮으며 접착성이 높은 특성을 나타낸다. 따라서 비스페놀 F 타입 에폭시 수지는 일반적으로 저점도 또는 함침성이 필요한 곳에 많이 사용된다. 비스페놀 F 타입 에폭시 수지의 구조는 도 2에 도시된 바와 같으며 화물성,결정성,상용성,경화속도,열안정성등은 비스페놀 A 타입 에폭시 수지와 비슷하고, 저점도,고반응성 가소성 및 타수지와 상용성이 우수한 이점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 비스페놀 A 타입 에폭시 수지 및 상기 비스페놀 F 타입 에폭시 수지는 모두 100% 고형분의 무용제 타입(VOC's Free)의 수지로서 이루어져 있어서 친환경적이고 작업안전성이 향상되는 효과가 있다. 비스페놀 F 타입 에폭시 수지는 주제에서의 함량이 6 내지 7 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
알킬 글리시딜 에테르
C12-C14 알킬 글리시딜 에테르는 반응(경화제와의 반응) 희석제로서 비스페놀 A 타입 에폭시 수지의 디글리시딜 에테르의 점도를 낮춰주며, 벤젠 메탄올과 비슷한 효과를 나타낸다. 도 3의 (a)에는 알킬 글리시딜 에테르의 구조가 도시되어 있고, 도 3의 (b)에는 실제 사용된 알킬 글리시딜 에테르 제품의 사진이 나타나 있다. 알킬 글리시딜 에테르는 주제에서의 함량이 6 내지 7 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate, PMA)는 포토레지스트 및 반도체, LCD 등 전자용 용제, 산업용 세정제, 도료, 잉크용 용제, 접착제, 각종 수지 등에 사용되고 있는 친환경 용제로서, 도 4의 (a)에는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산의 구조가 도시되어 있고, 도 4의 (b)에는 실제 사용된 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산 제품의 사진이 나타나 있다. 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산은 주제에서의 함량이 0.25 내지 0.28 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
운모상 산화철(MIO, Micaceous Iron Oxide)
본 발명의 실시예에 따르면 무기물인 운모상 산화철이 주제에 함침된다. 중방식 도료에서 수분의 침투를 차폐하여 방청성을 부여하는 운모상 산화철 안료 MIO는 Fe2O3의 함량이 높은 적철광(hematite)에서 얻어지는 천연 광물로서 박막 형태인 라멜라(Lamella) 구조를 가지는 다크그레이(dark-grey)의 금속성 광택이 나는 플레이크(flake)이다. 이와 같은 플레이키 라멜라(Flaky lamella) 입자들은 표면에 평행으로 배열하여 도막을 강화하는 효과 뿐 아니라 수분이나 염분, 자외선과 같은 환경유해요소를 차단하는 장벽효과를 가진다. 본 발명의 실시예에서는 평균입도 100㎛의 운모상 산화철 분말을 선정하였다. MIO를 안료로 한 MIO 도료는 안료가 인편상(鱗片狀)이기 때문에 도료막 속에 나란히 늘어섬으로 인해 내수성을 증가시킨다는 점, 안료가 표면 밖으로 나와 까칠까칠한 면을 만듬으로써 겹친 도료막의 부착성이 좋아 층간 박리(剝離)의 염려가 없다는 점, 두껍게 칠할 수 있다는 점, 광반사 효과가 크다는 점, 내후성이 크다는 점 등의 특징이 있다. 운모상 산화철은 주제에서의 함량이 64 내지 66 중량부%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
이산화 티타늄(TiO2)
본 발명의 실시예에 따르면 무기물인 이산화 티타늄이 주제에 함침된다.이산화 티타늄은 은폐력이 커서 거의 모든 용매에 녹지 않으며, 굴절률이 매우 큰 이방성을 나타내고 산란성이 크다. 매우 안정적인 물질이어서 은폐력,내후성 및 열이나 빛에 대한 내변색성을 향상시킨다. 본 실시예에서는 평균입도 0.36㎛의 이산화 티타늄 분말을 선정하였다. 이산화 티타늄은 주제에서의 함량이 6 내지 7 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
벤질알콜(Benzyl alcohol)
벤질알콜(Benzyl alcohol)은 화학식 C6H5CH2OH로 분자량이 108.14의 방향족 알코올이다. 외관은 무색투명의 액체로 은은하고, 달콤한 냄새가 있다. 수용성이 낮아 물에 거의 분해되고, 알코올 및 에테르에도 녹이기 쉽다. 초산 등의 산과 반응하여 에스테르 화합물을 생성한다. 도 5의 (a)에는 벤질알콜의 구조가 도시되어 있고, 도 5의 (b)에는 실제 사용된 벤질알콜 제품의 사진이 나타나 있다. 벤질알콜은 경화제에서의 함량이 35 내지 45 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
아이소포론 디아민
아이소포론 디아민은 에폭시 도료의 경화제로서, 변성 지환족 아민으로서 저점도로 구성되어 있어 작업성 향상을 위해 사용된다. 특히 에폭시 수지와 반응하여 광택이 우수한 도막을 형성하여 광택 안정성이 우수하고 산, 알카리와 같은 화학성분에 강하여 내화학성을 요하는 곳에 많이 적용되며 물리적, 기계적 성능 우수한 특징을 갖는다. 도 6의 (a)에는 아이소포론 디아민의 구조가 도시되어 있고, 도 6의 (b)에는 실제 사용된 아이소폰 디아민 제품의 사진이 나타나 있다. 아이소포론 디아민은 경화제에서의 함량이 20 내지 30 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
메타-크실렌-알파, 알파-디아민
메타-크실렌-알파, 알파-디아민은 내수성 및 내화학성이 우수하며, 경화속도가 빠르다. 세부한 용도로는 에폭시 바닥재, 에폭시 중방식 도료, 풍력 발전기의 날개 쪽 등에 사용이 되며, 어덕션(Adduction)을 시키거나 또는 다른 경화제와 혼합하여 사용하기도 한다. 도 7의 (a)에는 메타-크실렌-알파, 알파-디아민의 구조가 도시되어 있고, 도 7의 (b)에는 실제 사용된 메타-크실렌-알파, 알파-디아민 제품의 사진이 나타나 있다. 메타-크실렌-알파, 알파-디아민은 경화제에서의 함량이 20 내지 30 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
살리실산
살리실산은 o-옥시벤조산에 해당하며, 화학식 C7H6O3. 분자량 138.12, 녹는점 섭씨 159도, 비중 1.443이고, 승화성이 있으며, 에테르나 에탄올 등 유기용매에 녹는다. 도 8의 (a)에는 살리실산의 구조가 도시되어 있고, 도 7의 (b)에는 실제 사용된 살리실산 제품의 사진이 나타나 있다. 살리실산은 경화제에서의 함량이 5 내지 15 중량%에서 기능성 코팅제가 월등한 접착성능을 발휘하도록 기여할 수 있으며 이를 벗어나서 지나치게 많거나 적게 함유된 경우 오히려 기능성 코팅제의 접착성능을 저하시킬 수 있다.
혼합설비
본 발명의 실시예에 따르면 기능성 코팅제를 구성하는 비스페놀 A 타입 에폭시 수지, 비스페놀 F 타입 에폭시 수지, 알킬 글리시딜 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산, 운모상 산화철, 이산화 티타늄으로 이루어진 주제와, 벤질알콜, 아이소포론 디아민, 메타-크실렌-알파, 알파-디아민, 및 살리실산으로 이루어진 경화제가 고르게 분산되도록 하면서 혼합하기 위하여 페이스트 믹서(paste mixer)를 사용하였다. 고점도의 혼합탈포 장치로 공전과 자전을 동시에 운전하여 원심력과 구심력, 그리고 마찰력을 이용하여 기존의 혼합장비에 있는 내부 임펠러(Impeller) 없이 믹싱과 기포제거가 가능하도록 제작된 장비이다. 도 9에는 페이스트 믹서의 실시예가 나타나 있다.
사전에 정해진 배합비율에 따라 각 소재를 계량하여 페이스트 믹서 전용용기에 혼입한다. 이 때 살리실산의 경우 잘 용해되지 않으므로 벤질알콜에 사전에 먼저 혼합(Pre-Mix) 해놓은 다음 페이스트 믹서의 전용용기에 혼입하는 것이 바람직하다.
배합 및 실험
먼저 의도적으로 녹(Rust)을 발생시킨 여러장의 금속판들을 장시간 수조의 물에 담궈 놓음으로써 금속판들이 수분을 충분히 머금을 수 있도록 준비시킨다.
그 다음, 아래의 배합비 A, B, C에 나타난 바와 같은 배합비로 주제와 경화제를 페이스트 믹서에서 혼합하여 기능성 코팅제를 제조한다. 살리실산의 경우 잘 용해되지 않으므로 벤질알콜에 사전에 먼저 혼합(Pre-Mix) 해놓은 다음 페이스트 믹서의 전용용기에 혼입하였으며, 1차로 페이스트 믹서의 속도(RPM)를 500으로 1분간 회전시킨 후, 2차로 RPM 1000으로 하여 30초간 회전시켰다. 지나치게 많은 시간을 회전시켜서 교반할 경우 무기물인 운모상 산화철이나 이산화 티타늄이 용기표면과 마찰하여 발열현상이 발생할수 있으므로 1차 1분 및 2차 30초를 초과하지 않도록 페이스트 믹서의 회전 시간을 조절하였다.
기능성 코팅제가 제조되면, 수조에 담궈 놓은 금속판들을 꺼내고 즉시 기능성 코팅제를 도포한 다음 24시간 동안 상온에서 경화시킨다.
24시간 동안 경화시킨 다음 접착강도를 측정한다. 접착강도의 시험규격은 ASTM D 4541이며, 시험기관은 한국화학융합시험연구원(KTR)으로 하였다. 코팅 업계에서는 적어도 3MPa 이상의 접착강도가 나타나야만 수분을 머금은 금속판에서 박리되지 않을 정도로 접착성능을 가지는 것으로 판단되며, 5MPa 이상의 접착강도가 나타나면 수분을 머금은 금속판에 대해 우수한 접착성능을 가지는 것으로 판단되고 있는 실정이다.
배합비 A
- 주제의 배합비
Figure 112019109279013-pat00001
- 경화제의 배합비
Figure 112019109279013-pat00002
배합비 B
- 주제의 배합비
Figure 112019109279013-pat00003
- 경화제의 배합비
Figure 112019109279013-pat00004
배합비 C
- 주제의 배합비
Figure 112019109279013-pat00005
- 경화제의 배합비
Figure 112019109279013-pat00006
상기와 같은 배합비로 한국화학융합시험연구원(KTR)에서 실시한 기능성 코팅제의 접착강도(ASTM D 4541) 실험을 한 결과는 아래의 표 1과 같다.
배합비 A 배합비 B 배합비 C
접착강도 3.5 MPa 4.5 MPa 5.5 MPa
적격여부 적격 적격 적격
상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 배합비 A, B, C로 배합된 기능성 코팅제들의 경우 상온에서 경화되며 수분을 함유하고 있는 녹슨 금속 표면에 대하여 모두 3MPa 이상의 접착강도를 가지는 것으로 나타났으며 접착성능은 배합비 C, B, A 순서로 성능이 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라 배합비 A, B, C로 배합된 기능성 코팅제의 경우 모두 수분을 함유하고 있는 금속 표면에 대하여 코팅제로서의 효용가치가 있음이 입증되었다. 특히, 배합비 C로 배합된 본 발명의 기능성 코팅제의 경우 수분을 함유한 금속 표면에 대하여 5MPa가 넘는 접착강도를 나타내어 배합비 A, B에 비해서도 현저하게 우수한 접착성능을 가진다.
따라서, 비스페놀 A 타입 에폭시 수지; 비스페놀 F 타입 에폭시 수지; 알킬 글리시딜 에테르; 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산; 운모상 산화철; 및 이산화 티타늄으로 이루어진 주제와, 벤질알콜; 아이소포론 디아민; 메타-크실렌-알파, 알파-디아민; 및 살리실산으로 이루어진 경화제로 구성된 본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제의 경우 수분이 있는 젖은 표면에 대해서도 충분히 코팅제로서 기능할 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제의 주제가 상기 비스페놀 A 타입 에폭시 수지는 10 내지 15 중량부; 비스페놀 F 타입 에폭시 수지는 6 내지 7 중량부; 알킬 글리시딜 에테르는 6 내지 7 중량부; 상기 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산은 0.25 내지 0.28 중량부; 및 상기 운모상 산화철은 64 내지 66 중량부; 상기 이산화 티타늄은 6 내지 7 중량부;로 이루어지고, 경화제가 상기 벤질알콜 35 내지 45 중량부; 상기 아이소포론 디아민 20 내지 30 중량부; 상기 메타-크실렌-알파, 알파-디아민 20 내지 30 중량부; 및 상기 살리실산 5 내지 15 중량부;로 이루어진 경우에 월등하게 우수한 접착강도를 나타낼 수 있는 효과가 있다.
아울러, 배합비 C의 기능성 코팅제에 대해서는 추가적인 실험을 통해 경화된 본 발명의 기능성 코팅제가 골고루 도포되어 있는지 건도막두께(Dry Film Thickness, DFT)를 측정하여 보았다. 그 측정결화는 아래의 표 2와 같이 나타났다.
Figure 112019109279013-pat00007
상기 표 2에 나타나 있는 바와 같이 건도막 두께측정결과, 배합비 C의 기능성 코팅제는 150~200㎛ 사이로 고른 두께를 보이고 있어, 고른 도포성을 가지고 있는 것으로 판단된다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제에 따르면 우천시나 지하설비와같이 수증기가 많은 환경이나 결로(Dew Condensation)현상이 빈번한 곳에서도 수분이 있는 상태에서 바로 코팅할 수 있으므로 적용범위가 광범위해지고 코팅 시공 시간도 단축될 수 있는 효과가 있다. 또한, 코팅될 표면을 처리하는 경우에 있어서도 고압수 세척에 의한 표면처리 공법을 실시한 이후에 본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제로 바로 코팅 시공을 할 수 있으므로 단가가 비싼 연마 블라스팅 표면처리 공법을 실시할 필요가 없어지게 되어 공정단가를 절감할 수 있고 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 코팅제의 경우 100% 고형분의 무용제 타입(VOC's Free)으로 이루어져 있어서 친환경적이고 작업안전성이 향상되는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (4)

  1. 주제와 경화제로 이루어진 기능성 코팅제에 있어서,
    상기 주제는 비스페놀 A 타입 에폭시 수지; 비스페놀 F 타입 에폭시 수지; 알킬 글리시딜 에테르; 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산; 운모상 산화철; 및 이산화 티타늄으로 이루어지고,
    상기 주제는 상기 비스페놀 A 타입 에폭시 수지는 10 내지 15 중량부; 비스페놀 F 타입 에폭시 수지는 6 내지 7 중량부; 알킬 글리시딜 에테르는 6 내지 7 중량부; 상기 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세트산은 0.25 내지 0.28 중량부; 상기 운모상 산화철은 64 내지 66 중량부; 및 상기 이산화 티타늄은 6 내지 7 중량부;로 이루어진 것을 특징으로 하는 기능성 코팅제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경화제는 벤질알콜; 아이소포론 디아민; 메타-크실렌-알파, 알파-디아민; 및 살리실산으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기능성 코팅제.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 경화제는 상기 벤질알콜 35 내지 45 중량부; 상기 아이소포론 디아민 20 내지 30 중량부; 상기 메타-크실렌-알파, 알파-디아민 20 내지 30 중량부; 및 상기 살리실산 5 내지 15 중량부;로 이루어진 것을 특징으로 하는 기능성 코팅제.
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