도장에 관한 이야기 18 - 중방식 도료

중방식 도료

중방식 도료란 용어는 30여 년 전부터 Heavy Duty Coating 또는 High Performance Coating이라는 단어로 사용되어 왔으며 교량, 해상구조물, 발전설비, 각종 플랜트의 대형 구조물, 선박, 컨테이너 또는 심한 부식 환경에 놓여 있는 기타 철구조물을 부식으로부터 보호하기 위한 도료 및 그 도장방법으로, 장기간에 걸쳐서 심한 부식 환경에 견딜 수 있는 방식 도장 시스템의 총칭을 말하는 것이다.

 

1. 중방식도료 및 도장의 개념

위의 내용을 구체적으로 설명하자면

1) 해상, 해중, 수중, 해안 공업지역 등과 같이 심한 부식환경에 견딜 수 있는 도장 시스템.

2) 환경적으로나 경제적으로 보수 도장이 어려운 구조물에 대해 5년 이상 혹은 10년 이상의 견딤성을 가진 방식 도장 시스템

3) 기존의 도장 계보다 두꺼운 도막을 얻을 수 있는 도장 시스템

 

이상과 같이 고도의 방식성을 요구하는 중방식 도장 시스템에 사용되는 도료를 망라하여 중방식 도료라고 정의할 수 있다.

 

중방식 도료의 특징을 간단히 서술하면,

① 두꺼운 도막이 가능한 도료

② 내수성, 내염수성, 내산성, 내알칼리성 등이 우수한 도료

③ 자원절약, 저공해의 기능성을 가진 도료라고 설명할 수 있다.

 

즉, 높은 하늘을 비행하는 항공기의 동체 및 날개의 고속도 하에서 풍화로 인한 산화 및 침식작용으로부터 보호하기 위한 도료에서 지하의 파이프 라인의 부식 보호를 위한 도료에 이르기까지의 각종 도료를 총망라한 것으로, 해상, 해중, 수중, 해안, 공업지역과 같은 가혹한 부식환경에 처해 있는 해상구조물, 교량, 선박, 발전설비, 화학비료공장, 석유화학공장, 정유공장 등에 적용되는 도료를 말한다.

 

2. 도료의 구성

2-1. 수지

1. 도료의 기본적인 골격이며, 도료를 구성하는 각각의 수지 함량에 따라 도료의 특성 및 성능이 결정된다.

- 각 수지의 장, 단점 숙지 필요.

2. 천연 또는 합성된 고분자 화합물을 용제에 녹인 것.

3. 점성은 매우 높은 것부터 물에 가까운 것까지 다양.

4. 대부분 유기물로서, 가열하면 연화-> 유동-> 고화를 거쳐 타거나 탄화한다.

 

2-1-1. 수지의 기능

1) 안료를 도막에 균일하게 분포시키는 역할.

2) 도료를 피도체에 부착시키는 역할.

3) 화학적 성분이 도막 속으로 침투되는 현상을 방지.

4) 소지를 부식으로부터 보호하는 역할.

 

2-1-2. 수지 구분

 

2-1-3. 주요 수지의 종류 및 특성

2-2. 안료

1. 물, 용제 등에 용해되지 않는 색이 있는 분말.

- 염료 : 물에 용해되고 색이 있는 분말.

 

2. 무기안료와 유기안료로 구별.

 

3. 무기안료의 특성 :

아연, 티탄, 철, 납, 크롬의 화합물로서 내광성, 내열성이 우수하고 유기안료 대비 가격이 싸다.

 

4. 유기안료의 특성 :

- 염료를 물에 녹지 않는 금속 화합물의 형태로 바꾼 레이크가 대부분이며,

- 색이 선명하고 착색력이 우수,

- 내열성, 내광성이 열세. 가격이 비쌈.

 

2-2-1. 안료의 기능

1) 안료의 종류 :

a) 착색 안료 b) 체질 안료 c) 방청 안료 d) 내열 안료 e) 기타

2) 수지 보호 : 자외선 흡수/반사에 따른 수지구조 파괴 방지.

3) 부식 방지 : 방청도료에 있어서 크롬염, 광명단의 경우 부동태의 역할, 아연말이 고농도로 함유된 경우 음극 보호로서 철재의 부식을 방지.

4) 도막의 보강: 미분된 안료는 도막의 경도 및 인장강도 증진.

5) 흐름성 방지 : 도장 시 흐름 현상을 방지해 주며, 도료 보관 시 안료의 침강 현상을 방지.

 

2-2-1. 착색 안료

1. 정의 / 역할

1) 수지 바니쉬와 연육 시켜 도료에 색채를 갖도록 하기 위해 사용,

2) 물, 기름, 용제에 녹지 않고 햇볕에 견디는 색을 갖는 분말,

3) 무기안료와 유기안료로 구별.

 

2. 착색 안료의 종류

 

2-2-2. 체질 안료

1. 정의 / 역할

1) 천연석이나 백색 점토를 분쇄 또는 열처리 등으로 가공 후 분쇄한 것.

2) 분쇄 후 여과를 하여 입자를 고르게 한다.

3) 안료의 명칭은 원석의 산지, 조성, 가공법 등에 의해 붙인다.

 

2. 체질 안료의 기능 :

1) 도료 막을 보호하고 강한 성질을 준다.

2) 도료 막의 살 오름 성을 좋게 하여 평활성을 준다.

3) 마감상태에서 광택 소실 효과를 준다.

4) 연마를 쉽게 하는 효과를 준다.

5) 점성을 조정한다.

6) 가격을 인하 효과를 준다.

 

3. 체질 안료의 종류 :

- Talc, Calcium carbonate, Silica, Clay, Dolomite, Blanc fixe

 

2-2-3. 방청 안료

1. 정의 / 역할

1) 적당한 “화학 활성” 갖는 안료로서 주로 금속의 분말 또는 금속산화물, 염화물을 사용.

2) 물과 산소로부터 차단, 산화제를 사용하여 부동태화, 알칼리 분위기를 조성하여 철의 산화를 지연 또는 방지.

 

2. 방청 안료의 종류 및 기능

2-3. 첨가제

1. 정의 / 역할 :

도료 제조부터 도막으로서 내구력을 지속시키도록 각각의 단계에서 도료에 필요한 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 가해지는 보조적인 역할을 하는 물질.

 

2. 첨가제의 종류 및 역할

1) 분산제 : 안료를 수지중에 균일하게 안정한 상태로 분산.

- 침전 방지제 : 도료의 저장 중 안료의 침전을 방지.

- 흐름 방지제 : 도료가 흐르는 것을 방지.

 

2) 증점제 : 점도 증가

 

3) 피막 형성 방지제 : 용기 안에서 표면이 건조되어 피막이 형성되는 현상을 방지.

- 유성페인트, 프탈산 에나멜 등과 같이 건조유를 원료로 하는 것으로 공기와 닿으면 산화 중합으로 건조되는 도료에는 필수적인 첨가제임.

 

4) 가소제 : 도료에 유연성, 내구력, 내한성 부여.

- 락카계, 염화비닐계, 합성고무계, 에멀젼 도료 등.

 

5) 소포제 : 도료 제조 또는 도장 시 기포 발생 방지.

- 억포 효과, 파포 효과

 

6) 색 분리 방지제 : 도료의 저장중에 분산된 안료의 응집 / 변색되지 않도록 가하는것, 도장시 색분리 방지 목적.

 

7) 기타 :

가스 방지제, 대전방지제, 방부제, 건조제, 경화제, 자외선 흡수제, 유화제, 침투제, 열 안정제

 

2-4. 용제 (용제, 희석제)

1. 정의 / 역할 :

- 도료 제조 과정에서 수지를 녹이거나,

- 도료의 적용을 용이하게 하기 위해 쓰이는 액체.

 

2. 용제와 희석제

1) 희석제 : 복수의 용제를 혼합한 것으로 도장하기에 알맞도록 “도료를 묽게 하는 것”의 의미로 사용.

2) 용제 : “수지를 녹이는 것”의 의미로 사용.

 

3. 용제의 분류 ;

1) Aliphatic Hydrocarbon계 : Gasoline, Mineral sprit

2) Aromatic Hydrocarbon계 : Xylene, Toluene

3) Alcohol계 (-OH) : IPA, Methanol, Ethanol

4) Ester계 (-COO-) : Ethyl acetate, Butyl acetate, Cellosolve acetate

5) Ketone계 (-CO-) : Acetone, MIBK, MEK

6) 기타 : Glycol

 

3. 도료의 분류 방법

4. 도료의 건조, 경화 기구에 의한 분류

5. 중방식 도료에 요구되는 성질

1) 방청성, 내수성, 내습성이 좋을 것.

2) 내이온 성 투과성, 내산성, 내알칼리성이 좋을 것.

3) 물리적 성질이 우수할 것.

도막의 경도 및 탄성이 좋아야 하며, 충격이나 마찰에 따라 도막에 상처, 결함 등이 쉽기 때문에 물리적 성질이 우수.

4) 내후성, 내구성 좋을 것.

5) 보수도장성, 도장 작업성이 우수할 것.

6) 금속면이나 상도에 대한 밀착성이 우수할 것.

7) 두꺼운 도막이 가능할 것.

 

6. 도료의 종류

1. 아연말 도료 (Zinc Rich Paint)

1) 방식 원리/역할

- 이온화 경향이 다른 두 금속이 전해질 속에 공존할 경우 구분 전지 형성.

- 아연과 철이 전해질 속에 공존할 경우 아연 금속의 전자가 철 금속으로 이동하며, 아연 부식하여 철소지를 보호 원리를 이용한 도료

 

2) 도료 종류

a) 무기질 아연말 도료 (Inorganic zinc coating) : 수분 경화형

- Alkyl Silicate (후경화형) : 전색제, 경화 촉진제의 3액형도료.

- Alkali Silicate (자체 경화형) : 전색제, 아연말의 2액형수용성도료.

- Alkyl Silicate (자체 경화형) : 전색제, 아연말의 2액형 용제형 도료.

b) 유기질 아연말 도료 (Organic zinc coating) :

- 유기질 아연말 도료는 전색제에 따라 구별하며, 에폭시계 도료가 가장 범용으로 적용 중이다.

- Epoxy계, 열가소성 에폭시계, 염화고무계, 에폭시 에스테르계로 구별.

 

2. 염화고무계 도료 (Chlorinated Rubber paint)

1) 원리/역할

- 염화고무계 수지를 용제에 용해시킨 것을 전색제에 안료, 첨가제 혼합하여 제조.

- Brittle 하여 가소제로 에폭시 수지 사용

 

2) 도료 특성 :

- 건조가 빠르다, 층간 밀착성이 우수.

- 오염 환경 및 해양 환경에 우수한 내성.

- 비닐계 및 에폭시계 대비 물침투 및 산소투과성에 대한 내성이 우수.

 

3. 에폭시계 도료 (Epoxy paint)

1) 원리/역할

- 에폭시기 2개 이상 가진 화합물이 활성 수소기를 가진 경화제와 부가 중합해서 얻어진 고분자 화합물.

- 아민 경화형, 아마이드 경화형, 폴리 아마이드경화형 등.

 

2) 도료 특성 :

- 가혹한 중방식 환경에서 방식성, 경제성이 아주 우수하여 범용으로 적용.

- 도막이 견고하고 층간 밀착성이 우수, 후도막 도장 가능.

- 물, 약품, 오염 가스등에 대한 저항력이 가장 우수한 도료.

- 내후성 불량.

 

4. 폴리우레탄계 도료 (Polyurethane paint)

1) 원리/역할

분자 내 OH를 갖는 폴리에스테르류, 즉 아크릴 혹은 알키드 수지를 사용하고 경화제로 Poly-Isocyanate를 반응시키는 2액형도료.

 

2) 도료 특성 :

- 내후성 (자외선에 대한 내성)이 아주 우수.

- 장기간 광택 및 색상 유지.

- 오염 환경 및 해양 환경에 우수한 내성.

- 에폭시 대비 저온 작업성이 우수.

 

5. 탈수지계 도료 (Tar epoxy, Tar urethane, Vinyl tar)

1) 방식 원리/역할

Tar을 함유한 도료.

 

2) 도료 특성 :

- Tar을 함유하여 내해수성이 탁월.

- 도막 밀착성, 건조성, 작업성이 아주 우수하며, 도막이 유연함.

- 후도막 도장 가능.

- Tar bleeding 발생.

 

6. 염화비닐계 도료 (Chlorinated Vinyl paint)

1) 원리 / 역할

염화비닐수지를 초산 비닐, 프로피온산 비닐, 비닐알코올과 공중합후 용제에 용해시킨 전색제에 안료, 첨가제 혼합하여 제조.

 

2) 도료 특성 :

- 건조가 빠르고.

- 층간 밀착성 우수.

- 내수성, 내약품성, 내후성이 우수.

- 저온에서 작업성 열세.

 

7. 알키드계 도료 (Alkyd paint)

1) 원리 / 역할

- 다염기산 (프탈산)과 다가 알코올에서 합성.

- 비히클 조성으로 넓은 뜻의 유성도료, 합성수지, 조합 페인트라 칭한다.

- 1액형 도료로써 붓, Airless 도장이 용이.

 

2) 도료 특성 :

- 1액형 도료로써, 붓, Airless 도장 작업이 용이.

- 일반 환경에 대한 내후성 우수. 

- 기존 선박에 범용으로 적용.

- 건축, 토목, 주택 등 분야에서 많이 적용 중임.