도장에 관한 이야기 2 - 페인트의 개요

도료와 도장 시스템

 

방청도료의 소지 보호 방식에 따른 분류

INHIBITIVE PROTECTION  소지면을 부동태(PASSIVE)화 시키는 방식.

BARRIER PROTECTION    소지면에 도달하는 물과 산소를 차단시키는 방식.

CATHODIC PROTECTION   자신을 희생시키며 보호하는 방식.

 

다중 도장방식이 요즘 추세인데 각 다른 목적으로 도장 시스템이 적용된다.

도장 시스템에 따른 분류

PRIMER   소지와의 좋은 부착성 및 방청 안료를 포함하고 있으며 중도와의 부착성이 우수해야 한다.

 

INTERMEDIATE COAT  PRIMER와의 부착성 및 도장에 살 오름 성 (HIGH BUILD, BODY)을 부여한다. 편상 안료(ALUMINIUM ETC.)는 도막에 방수성을 향상시키는데 사용된다.

 

TOP COAT   요구한 색상 및 광택을 제공하며 대기에 노출되어 자외선, 햇빛, 비 및 화학적 영향에 맞게 설계되어야 한다.

도료의 조성

BINDER

PIGMENTS

EXTENTERS

SOLVENTS

ADDITIVES

 

BINDER

 

주로 유기물로 되어있는 유연성을 가진 액상으로 안료를 서로 묶는 역할을 한다. 

 

도료의 건조/경화에 따른 분류

 

물리적 건조 도료 (PHYSICAL DRYING PAINT)

산화 건조형 도료   ( OXYDATIVE DRYING PAINT)     

화학적 경화형 도료 (CHEMICAL CURING PAINT)

 

PIGMENT

 

도료에 색상 광택 그리고 불투명성을 제공

OPAQUE PIGMENTS:

TITANIUM DIOXIDE  (백색)

COMPOUNDS OF CALCIUM  (적색, 황색)

COMPOUNDS OF IRON  (적색, 황색)

 

CORROSION INHIVITING PIGMENTS:

ZINC CHROMATE

ZINC PHOSPHATE

RED LEAD

 

LAMINAR PIGMENTS:

MICACEOUS IRON OXIDE (MIO)

ALUMINIUM FLAKES

GLASS FLAKES

 

EXTENDERS

 

고운 분말로 된 광물로서 도료 고유의 성질에 영향을 주지 않고 도막의 “몸”을 형성시키는 성분으로 백색, 회색이나 은폐력은 없다.

OXIDES, 주로 SILICA성분

CALCIUM CARBONATES  (CHALK)

ALUMINIUM SILICATES  (MICA)

MAGNESIUM SILICATES  (TALC)

 

SOLVENTS

 

도장이 완료된 후 휘발되는 성분으로 수지를 녹여서 도장 작업성을 원활하게 만드는 역할을 한다.

WHITE SPIRIT

XYLENE

TOLUENE

METHYL ETHYL KETON (MEK)

ACETONE

 

모든 용제가 모든 수지를 녹일 수 있는 것이 아니므로 수지와 잘 맞아야 한다.

SOLVENT : 수지를 녹임.

THINNER : 도료의 점도를 낮춤.

 

ISO 4618에 따른 용제의 정의 :

SOLVENT :  액상, 일반 건조 조건에서 휘발, 수지를 완전히 녹임.

DILUENT :  휘발성 액체, 조용제로서 SOLVENT 없이는 희석효과를 낼 수 없다.

THINNER :  휘발성 액체로 도료의 점도를 낮춤

 

ADDITIVES

 

첨가제는 종류별로 다른 목적으로 사용됨.

종류: 분산제, 침전 방지제, 피막 형성 방지제, 가소제, 소포제, 색 분리 방지제 등..

PAINT (도료 일반)

도료의 건조/경화에 따른 분류

물리적 건조형 도료 (PHYSICAL DRYING PAINT)

 

도료 속에 포함된 용제나 희석제의 증발로 건조되는 TYPE으로 빠른 건조를 위해 강한 휘발성 용제를 사용한다.

일반적으로 이 도료의 건조 도막은 자체에 사용된 용제에 다시 녹기에 후속 도장을 하면 기존 도막은 SOFT해지며 층간 부착성이 우수해진다.

이  같은 TYPE의 도료는 낮은 온도에서도 도장이 가능하며, 저온에서의 건조는 조건에 따라 느려진다.

종류  -  VINYL

         CHLORINATED RUBBER

         ACRYLICS

         COAL TAR

 

산화 건조형 도료 (OXIDATIVE DRYING PAINTS)

 

이 같은 도료의 건조는 대기 중의 산소와의 일종의 화학적 반응으로 이루어진다.

도장 후 도료 중의 SOLVENT가 증발된 뒤 대기 중의 산소와 수지가 반응하여 건조가 된다.

일반적으로 산화 건조형 도료는 일액형이며, 건조가 이루어진 후에는 자신의 용제에 의해 도막이 녹지 않으나 강한 용제는 도막에 LIFTING WRINKLING 같은 문제를 일으킬 수 있다.

건조 반응은 저온에서 느려지며 0℃ 이하에서도 도장이 가능하다.

종류  -  ALKYD PAINT,  LINSEED OIL PAINT, EPOXY ESTERS

 

화학적 경화 도료 (CHEMICAL CURING PAINT)

 

이 도료는 수지(주제)와 경화제(HARDNER)와의 화학적 반응으로 경화되며, 사용 전에 반드시 주제와 경화제를 혼합하여 사용해야 화학적 반응이 생긴다.

중요한 점은 혼합 시 반드시 제조사가 제시한 혼합비율을 따라야 하며 도장하기 바로 전에 혼합해야 한다(INDUCTION TIME :10~15 MIN).

도료의 경화가 성분들의 화학적인 반응과 용제 증발이 혼합한 뒤 바로 이루어지므로 일정한 시간 내에 사용해야 하는 가사시간(POTLIFE)이 중요하다.  

통상 이액형이나 삼액형 이며 경화된 후 도막이 조밀한 구조로 형성되면 자신의 용제에 녹지 않는다.

도료의 건조는 저온에서는 더욱 느려지며 특수하게 설계되지 않은 경우 EPOXY도료는 10℃ 이상에서, POLY URETHANE도료는 0℃ 이상에서 도장 가능하다.

동절기 사용 가능하도록 설계된 경우 0℃ 이하에서도 가능하다.

종류  -  EPOXY PAINTS

         EPOXY TAR

         POLY URETHANE

         POLY ESTERS 

도료의 종류

ALKYD PAINT

 

ACID와 ALCOHOL의 반응으로 만들어지며, 유장의 길이(OIL LENGTH)에 따라 분류된다.

보통 다른 성질을 부여하기 위해 다른 종류의 수지를 첨가하여 변성시킨 것이 주로 사용되는데 CHLORINATED RUBBER, VINYL, SILICONE이나 URETHANE이 사용된다.

 

용도

열악한 조건에 노출되지 않는 곳의 방청도료로 주로 사용된다.

ALKYD 도료는 비누화 현상(SAPONIFICATION)에 의해 물과 접촉하면 SOFT 해지므로 수선하 부에는 사용되지 않으며 용제나 기타 화학적 물질에 대한 내성이 매우 낮다. 그러나, 도장작업이 용이하며 옥외에서의 내구성이 우수하다.

비누화 현상 때문에 습한 조건하에서 GALVANIZED STEEL이나 ZINC-RICH 도장이 된 곳에는 사용하면 안 된다.

 

염화고무계 도료(CHLORINATED RUBBER PAINT) 

 

이 도료는 천연고무와 CHLORINE 간의 반응이나 합성으로 만들어진다.

도료 상의 수지로 사용되기도 하며 KETONE과 CHLORINATED HYDROCARBON 같은 AROMATIC HYDROCARBON에 녹는다.

용제의 증발로 건조가 이루어지며 건조과정에 화학적인 반응은 없다.

후속 도장이 되면 도료 속의 용제에 의해 다시 녹아서 부착이 용이하게 된다.

알루미늄 FLAKE 같은 안료를 첨가하면 BLOCK과 같은 작용을 해서 더욱 저항성이 강한 물성의 도료가 될 수 있다.

 

용도

이 도료는 CHEMICAL, MARINE, 그 외에도 광범위하게 사용되며 흔히 열가소성(THERMOPLASTIC) 도료라 부르는데 고온에서 SOFT 하며 저온에서는 더욱 단단해지는 성질을 가지고 있다.

대략 60℃ 이내의 범위 내에서 사용이 가능하며 더 고온의 온도에서는 도막의 파괴 및 문제가 생길 수 있다.

 

비닐계 도료 (VINYL PAINT)

 

비닐계 도료는 염화고무계 도료와 매우 밀접한 특성을 가지며 용제의 증발로 건조가 이루어진다.

수지는 화학적 합성으로 만들어지며 KETONE 같은 AROMATIC HYDROCARBON에 의해 녹는다.

이 도료는 상도에 함유된 용제에 의해 다시 녹으나 그 용제 저항성은 염화고무계 도료보다는 낫다.

도료 속의 고형분 함유량이 보통 30-35% 정도로 낮기에 규정된 도막을 얻기 위해서는 다중 도장이 필요하다.

 

용도

이 도료는 산업 전반에 널리 사용되고 있으며 내산성과 내알칼리성이 우수한 편이다

물이나 기름등에 대하여서도 내성이 우수하기에 이전에는 무기질 징크로 된 하도의 상도용으로 많이 이용이 되었으나 현재는 EPOXY/URETHANE도료가 많이 사용되고 있다

대략 60℃ 정도 이내에서 사용이 가능하며 고온에서의 사용은 위험할 수 있다. 

광택 보지 성은 나쁘며 햇빛에 의한 황변(YELLOWING)이 쉽게 생기는 단점이 있기에 옥외에서 마감 도장으로 사용 시 ACRYLIC으로 개량시킨 것을 주로 사용한다.

수선 하부에는 보통 VINYL TAR도료를 사용하는데 TAR성분은 비닐수지에 내수성 및 젖음성(WETTING)을 향상시키는 역할을 한다.

 

역청질 도료 (BITUMEN PAINTS)

 

이전에는 TANK에 많이 사용되었으나 요즘은 많이 사용되지 않는 도료이다.

 

에폭시 도료 (EPOXY PAINTS) 

 

에폭시 도료는 매우 단단하며 강한 도막을 형성하며 저항성도 우수한 도료이다.

PURE EPOXY와 MODIFIED EPOXY도료로 나누며 순수 에폭시(PURE EPOXY) 도료는 다시 무용제형(SOLVENT FREE), 용제형(SOLVENT BORNE), 수용성(WATER BORNE)으로 나눌 수 있다.

 

경화제(HARDNER)의 분류

*POLY AMINE

*POLY AMIDE , AMINE ADDUCTS

*ISO-CYANATE

 

POLY AMINE

단단하고 견고한 도막을 형성하고 내산성, 내알칼리성이 우수하다.

매우 강한 휘발성 및 반응성으로 짧은 가사시간과 경화시간을 가지는 것이 특징이며 대기 중의 습기와 도막의 CARBON DIOXIDE가 서로 반응할 경우 흔히 AMINE BRUSHING이라 부르는 AMINE CARBONATE가 형성되어 층간 부착에 영향을 미친다.

이때 부산물로 표면에 생기는 끈적끈적(TACKY)하며 하얗게 보이는 물질은 반드시 용제나 청수로 문질러 깨끗이 없애야 한다. 

 

POLYAMIDE

다소 작업성이 POLYAMINE보다는 용이하며 가사시간이나 혼합비도 긴 편이다.

주제와 경화제를 혼합하여 사용하기 전에 다소의 숙성 시간 (INDUCTION TIME)을 주어야 한다.

 

POLY ISOCYANATE

에폭시와 우레탄 도료에 같이 사용되며 화학적 반응이 보통 빠르기에 가사시간과 경화시간이 짧다.

 

에폭시 도료의 용도

에폭시 도료는 OFF-SHORE, ON-SHORE 등 매우 광범위하게 사용이 되며 장기간 동안 열악한 환경하에서도 우수한 물성을 보이는 도료이다.

매우 강한 화학적 내성을 지니고 있으나 옥외에 장기 폭로 시 햇빛에 의한 CHALKING이 생길 수 있기에 이 같은 경우 우레탄 도료로 마감 도장을 한다.

재도장이 될 경우 재도 장간에 INTERVAL이 있으므로 주의하며 만약 초과되었을 경우 도장 전 표면을 충분히 거칠게 만든 후 도장해야 한다.

 

콜타르 에폭시 도료 ( COAL TAR EPOXY PAINT)

 

에폭시를 COAL TAR을 첨가하여 변성시킨 이액형 도료로 유연성 및 내수성이 우수한 도료이다.

 

GOOD FLEXIBILITY

GOOD WATER RESISTANCE

 

용도

이 도료는 주로 수선 하부나 WATER BALLAST TANK의 발청용으로 이용되며 동시에 내화학 약품 성이 매우 강한 장점이 있다.

햇빛에 민감해서 폭로 시 CHALKING이 되어 쉽게 부서지는 문제가 있으며 색상이 단조롭다.

보다 밝은 색상으로 상도 도장 시 도료 속의 타르 성분이 상도속으로 분산되어 변색을 일으키는 “BLEEDING” 이 되는 문제가 있다.

도장은 주로 AIRLESSSPRAY로 하며 재도 장시간에 제한이 있다.

재도장은 반드시 주어진 DATA에 따라야 하며 초과 시에는 표면은 충분히 거칠게 만들어 주어야 한다.

 

에폭시 마스틱 / 우레탄 도료 (EPOXY MASTIC / POLYURETHANE PAINTS) 

 

이 도료는 높은 고형분(85-90%)을 함유한 이액형 도료로 보통 MIO나 ALUMINIUM을 함유하여 도료의 물성을 향상시킨다.

 

용도

마스틱은 이전에는 녹 보수성 도료(RUST TILERANT PAINT)로 알려져 있어 이는 녹 즉 발청이나 기타 이물질을 완전히 제거할 수 없는 조건에서도 도장이 가능하게 설계되었다는 의미로 완전히 발청 된 부위나 기름 위에 도장하여도 된다는 뜻이 아니다.

수리선의 MAINTENANCE 용이나 기타 요구되는 표면처리가 불가능한 곳에 도장하기 적합한 우수한 도료이다. 

 

무용제형 에폭시 도료 (SOLVENT EPOXY PAINTS)

 

보다 높은 도막을 얻기 위해 사용되는 매우 우수한 물성의 특수도료로써 도료 및 도장 시에 희석제를 사용하지 않고 특수한 장비로 도장하기에 환경 친화적인 도료라 할 수 있다.  

 

용도

청수탱크에 주로 사용되며 발라스트 탱크나 화물창에도 사용되기도 한다.

 

샵 프라이머 (SHOP PRIMER OR PREFABRICATION PRIMER)

 

강재 즉 철판이 조립되는 동안 일시적으로 방청성을 부여하기 위해 도장되는 프라이머로서 소지면을 BLAST CLEAN 하고 가열한 후 즉시 도장해야 하며 도막은 대략 15-18 MICRON정도의 박막이어야 한다.

왜냐면 프라이머 도막의 정도가 철판의 조립 동안 WELDING & CUTTING속도와 관련이 있기 때문이다.

이 프라이머의 주목적은 조립되는 기간 동안 옥외에서도 충분히 방청성을 부여해야 하기에 대략 발청이 보이기 적게는 6에서 12개월 동안 견뎌내야 한다.

 

IRON OXIDE SHOP PRIMER

 

POLYVINYLBUTYRAL(PVB) 또는 EPOXY수지를 주로 사용하며 색상은 보통 황색, 적색이다. 보통 6개월 정도의 방청성을 제공하며 자동화 시스템으로 도장된다.

 

ZINC RICH SHOP PRIMER

 

EPOXY 또는 ETHYLSILICATE 수지를 사용하며 색상은 회색 계열이다.

이 SHOP PRIMER는 15-20 MICRON의 박막으로 시공되며 물리적인 강도나 내구성에서 IRON OXIDE 도료보다 더 우수하다.

허나 이 도료는 용접 시 문제를 야기시키며 중금속 오염으로 인체 및 환경에 매우 유해하다.

 

ETCHING PRIMER

 

이 도료는 SHOP PRIMER와 관계는 있으나 특수한 목적으로 주로 사용되는 프라이머로 예전에는 소지면에 직접 사용되었으나 지금은 징크와 알루미늄 표면의 탈지용으로 주로 사용된다.

 

ZINC RICH PAINTS

 

ORGANIC ZINC RICH PAINTS

 

이 도료는 EPOXY 수지를 사용하며 현재 가장 많이 사용되는 도료로 ZINC에 의한 비누화 현상을 방지하기 위해 POLYURETHANE, VINYL 또는 염화고무 수지를 사용하기도 한다.

에폭시 수지는 도료에서 보호제(INSULATOR) 역할을 하며 사용 시 음극 보호적인 효과를 위해 도료에 보다 많은 양의 징크 성분이 사용된다.

 

ZINC ETHYLSILICATE PRIMERS

 

이액형 프라이머로 ZINC POWDER와 액상 수지로 된 도료를 사용 전 혼합하여 도장한다.

이 도료는 장기간 동안 소지면에 충분한 음극적 보호작용을 하며 내마모성도 상당히 우수하다.

다른 도료와는 다른 건조/경화 구조를 가지는데 경화 속도를 빠르게 하는데 온도 및 상대습도가 매우 중요하다.

프라이머 도장 후 몇 시간 동안 습기를 공급해야 하기에 경화의 가장 좋은 방법은 스팀을 이용하는 것이다.

상도를 도장하기 전에 완전히 경화가 되어야 하며 경화 정도를 판단하는 방법으로 MEK TEST 또는 COIN을 사용한 테스트가 많이 사용된다. 

ANTI-FOULING PAINTS

방오 도료의 주기능은 오염성 유기 물체가 선박의 외판에 붙지 못하게 하는 일이다. 오염은 신체를 거칠게 하여 그 결과로 물과의 마찰이 증가하여 연료 사용을 증가시키거나 선속을 떨어뜨리고 만다.

바다에 사는 종류들 중에서 헤엄을 치거나 조류를 따라 떠다니는 것들도 있으나 일생을 마치기 위해 달라붙을 단단한 표면을 찾아야 하는 종류들도 많다. 가능한 곳은 배 밑바닥을 포함하여 모두가 그 대상이 된다. 동물과 식물이 이렇게 붙는 일을 오염이라 부른다.

오염 (FOULING)

오염은 다 자란 종의 겉보기 크기에 따라 두 집단으로 분류된다.

- 거시 오염(MACROFOULING):여기에는 따개비, 관충(TUBE WORM) HYDROIDS, 연체동물 등의 동물과 파랑말, 흙색 말 등의 식물이 포함된다.

- 미소 오염(MICROFOULING): 여기에는 박테리아와 규조류가 포함된다.

 

오염물의 정도는 해수의 온도와 밀접한 관계가 있으며 열대지역은 해수에서는 더욱 심한 오염이 생긴다.  이같이 수선 하부에 생기는 오염을 막기 위해 방오 도료를 시공한다. 방오 도료에는 방오의 목적으로 방오제가 들어 있다. 방오제는㎍/cm/day 단위의 아주 낮은 용출 속도로 성장을 억제하거나 박멸할 수 있는 화학 물질이다

방오도료의 주요 독물은 과거 CUPROUS OXIDE와 TRIBUTYL TIN OXIDE (TBTO) 같은 유기화합물이 주로 사용되었으나 많은 나라에서 환경오염 문제로 인해 사용을 규제하는 추세이다.

방오도료의 종류

CONVENTIONAL (SOLUBLE MATRIX A/F PAINT)

송진 같은 천연수지를 사용하며 수지와 독물이 같이 점차적으로 해수에 용해된다.

 

LONG LIFE  (CONTACT A/F PAINTS)

이 도료는 불용해성(INSOLUBLE), 반용해성(SEMI SOLUBLE) 수지를 가지고 있다.

도료의 용해성 수지는 염화고무 또는 비닐수지로 해수 속에서 수지의 독물과 함께 도막으로부터 빠져나가고 수지의 불용해성 수지만이 도막의 골격을 형성하는 방식으로 150 MICRON의 A/F도막에서 16-24개월을 제공한다

 

SELF-POLISHING A/F PAINTS

유기금속적 중합체(ORGANOMETALLIC POLYMER) 수지와 TRIBUTYLTIN ACLYRATE COPOLYMER를 사용한 후막형 방오도료로 현재 가장 많이 사용되는 도료이다. 자기 마모형 방오도료로 오염물을 수지가 독물과 함께 점차적으로 깎여나가므로 수선 하부의 평면이 SMOOTH 해진다. 150 MICRON의 A/F도막에 3-5년의 SERVICE LIFE를 제공한다. 

 

ORGANIC TIN POLYMER의 환경규제

 

HYDROLYSIS의 중요성

HYDROLYZED TYPE의 A/F 도료는 표면 조도를 증가시키는 INSOLUBLE TYPE 또는 초기 표면 조도를 유지하는 HYDRATED TYPE의 도료와 달리 지속적으로 표면 조도를 감소, 연료 효율 증대 및 미관의 효과를 가져다 줄 뿐만 아니라 선속으로 POLISHING 되어 긴 시간 동안 방오 효과를 가져다준다. (INSOLUBLE TYPE:1년  HYDRATE TYPE: 2~3년, HYDROLYZED TYPE: 3년 이상)

 

이전까지만 해도 HYDROLYZED ORGANIC TIN POLYMER의 A/F 도료를 사용해 왔으나 2000년도부터 TBTO의 사용을 규제 2003년부터 TIN-FREE A/F SYSTEM만 사용해야 하며 이에 ORGANIC-POLYMER 대신 ORGANIC SILYL-POLYMER를 사용, 환경 친화적 도료를 적용하고 있다. 

PAINT PROPERTY-OSMOTIC BLISTERING

COATING 부착에 가장 큰 영향을 주는 것 중의 하나는 수분의 흡수와 유기막으로 수증기로의 침투이다. 페인트는 반투과성 막으로서 분자가 작은 용매는 투과시키나 분자가 큰 용질은 통과하지 못하며 농도 구배에 의해 침투 속도 즉, 삼투압이 결정된다.

이 요소들 모두 도막의 움직임과 소지면으로의 부착에 결정적인 역할을 한다.

작은 수분자들이 부착력을 떨어뜨리는 주요인 요소이다.

이 영향은 아래의 절차에 따른다.

1) 도막 속의 물 분자 흡수

2) 도막과 소지면 사이에 접한 수분의 함유

3) 소지면의 부식

4) 도막의 벗겨짐 부분 들뜸

 

PAINT로 흡수된 수증기의 양은 유성 페인트와 ALKYD는 EXPOXY와 POLYURETHAE의 2액형과 비교할 때 높은 수분 침투성을 가질 것이다.

부착 불량의 가장 일반적인 형태 중의 하나는 BLISTERING인데 COATING의 BLISTERING은 부착 손실의 한 단계로 간주된다.

삼투는 반투막을 통해 낮은 농도에서 높은 농도로의 수분이 옮겨가는 것이다.

이것은 이슬의 형성과 고습도막에서의 저장에서 수분의 침투에 시달리는 COATING에서의 중요한 현상이다. 소금 용해된 고농도와 저농도 지역에서의 외부로 막의 형성은 집중적인 지역이다.