도료의 종류별 특성

강재도장에 대한 공법심의자료 준비를 하면서, 도장에 대한 기본지식이 많이 부족하다는 것을 알았다.

애너멜계 도료, 락카계 도료, 아크릴계 도료는 직접 '모델링'취미를 통해 손으로 겪어본 터라 그 특성을 뼈저리게(?) 알고 있었지만, 강재도장에 대해서만큼은 별 소용없는 지식이었다.

해서 도료에 대한 자료를 검색하다가 좋은 블로그 글을 발견하여 여기에 인용해 본다.

 

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도료의 종류별 특성

 

알키드 도료 (Alkyd Paints)

 

Alkyd 수지의 구조

정의 : 다가산과 다가 알코올의 축합물을 고급 지방산으로 변성시킨 폴리에스테르 화합물

 

구조식 : 

CH2OOC-FA1

l

CHOOC-FA2

l

CH2OOC-FA3

l

( FA1, FA2, FA3 = 불포화지방산(이중결합))

 

~CH = CH – CH2 – CH =CH~ + O2

 

Alkyd 도료의 중요 첨가제

1. 피막 방지제(Anti-Skinning Agent)

   - 현상 : 도료 표면층 용제의 증발

             산화피막의 생성

   - 방지 : 고비점 용제 첨가

             공기의 내부 확산 방지

2. 건조제(Dryer)

   - 산화형 건조제 : 도막 표면에서 건조 촉진

                          Co, Fe, Mg 등

   - 중합형 건조제 : 도막 내부에서의 중합 촉진

                          Zr, Pb 등

   - 건조제는 산화형과 중합형 건조제의 배합이 중요

 

Alkyd 도료의 특성

장   점	단   점
도장 작업성 우수 1액형 도료 내후성이 우수 분산성이 좋다 재도장성이 좋다 Leveling성이 우수 광택 유지력이 우수 120℃까지 내열성	내약품성이 불량 (내알칼리성) 내수성에 제한적임 (침적 부위 불가) 내용제성이 불량 후도막화가 불가 CR도료에 부착력 불량 Zinc 도료 위에 도장 불가 (비누화 반응)

Alkyd 도료의 변성

변   성	목   적
Styrene 변성	건조 단축 작업성 불량 도막 강도
Silicone 변성	Gloss Retention 내열성
Urethane 변성	건조 단축 내수/내약품성 개량
Epoxy 변성	부착력 개량 내수/내약품성 개량 내후성 불량(황변)

 

 

 

염화고무 도료 (Chlorinated Rubber Paints)

 

염화고무 수지의 구조

Chlorinated Rubber (CR)	-(C10H18-XClX)n- x : 약 7 n : Grade에 따라 변화 Chlorine Content : 약 64%
Chlorinated Polyethylene (CPE)	-(C2H4-XClX)n- x : 약 1.7 n : Grade에 따라 변화

Chlorinated Rubber Paint의 특성

장   점	단   점
용제 증발형 도료 건조성이 우수 재도장성 우수 1액형 도료 내수성 우수 내약품성 우수 방청성 우수	내용제성 불량 High Solid화 불가 (SVR 30~40%) 분산성이 불량 열가소성 수지 70℃이상에서 Soft SIS Sa 2.5 이상 요구

Chlorinated Rubber의 변성

변   성	목   적
Alkyd 변성	Hardness Gloss Retention Solid Content
Acryl 변성	Gloss Retention 내광성 Low Coat

 

 

 

방오 도료 (Anti Fouling Paints)

 

방오도료란?

정의 : 선박의 운항 중 선체에 부착하여 선속의 감속에 따른 연료비 증가를 유발하는 

        해중 생물의 부착을 방지하기 위한 도료

 

Fouling 분류

   Macrofouling – 동물성

                       식물성

   Microfouling - Slime

 

Antifouling도료의 목적

1. 목적

   - Fouling의 감소 및 방지

   - 운항 중 연료 소모의 감소

   - Fouling의 도막 내 침투 방지 / 방식성 향상

 

2. Biocides의 종류

   - 무기 방오제 : 아산화동

            → 동물성에 효과적

   - 유기 방오제 : Pyriyhione계/ Borane계

            → 식물성에 효과적

 

방오도료의 용출 형태

• Conventional AF (Rosin)

• Insoluble Type (CR / Rosin ↓)

     - Contact Type

• Soluble Type (CR / Rosin ↑)

     - Hydration

     - Ablative

     - Erosion

     - Controlled Depletion Polymer

• SPC Type (Hydrolysis Type)

     - Tin Based Type

     - Tin Free Type

• Silicone Foul Release Type

 

방오도료 별 구성요소

• Conventional AF – Rosin, 아산화동

• Insoluble Type – Rosin, CR, Vinyl

                        아산화동

• Soluble Type – Rosin, CR, Vinyl

                      아산화동, 유기방오제

• SPC Type – Acrylate Copolymer,

                  아산화동, 유기방오제

• Silicone Foul Release Type – Silicone Resin

                                        1액형 / 3액형

 

방오도료의 선택 기준

1. 법적/환경규제

2. 배의 종류

3. 배의 속도

4. 운항지역/운항조건

5. Dry-docking Interval

   - Conventional AF : 1년

   - Insoluble AF : 2년

   - Hydration Type : 3 ~ 5년

   - Tin Free SPC AF : 5년

 

Tin Free AF의 비교

 

AF 도료의 용출 요인

1. Polymer/Binder의 구조와 성분

2. Water Sensitive Binder의 량

3. Water Sensitive Pigment의 량

4. Inert Pigments

5. Biocide의 종류

6. 첨가제의 종류

7. PVC (Pigment Volume Content)

 

AF도료의 용출 Mechanism

 

방오도료별 용출비

Hull Roughness

1. 영구적 Roughness

   - 용접선

   - Valve 개폐

   - 돌출부의 유무

 

2. 일시적 Roughness

   - 도막의 Flaking

   - Spray Dust

   - Cracking

   - Sagging

   - Fouling

 

 

 

에폭시 도료 (Epoxy Paints)

 

Epoxy Resin의 정의

 

 

- 분자당 1개 이상의 Oxirane rings( Epoxide groups )을 갖는 분자량 200 이상의 고분자 물질

- 열경화성 물질을 만들 수 있는 Epoxy Group을 갖고 있는 고분자 물질

 

Epoxy Resin의 구조

BPA Type Epoxy Resin

 

Epoxy Novolac Resin(Phenolic)

 

Epoxy Resin의 Adhesion & Cohesion

* 기본물성

- Primer : n-Value↑ → sec-Hydroxyl group ↑ → Adhesion ↑

ex) 고상 에폭시 수지 ( n = 2 )

- Top : n-Value ↓ → Epoxy group ↑ → Cohesion( Cross-linking density ) ↑

ex) 액상 에폭시 수지( n = 0.1 )

 

Epoxy 수지의 분자량에 따른 물성 변화

물   성	액상 고상
분자량 가소성 내충격성 압축강도 내약품성 부착성 가교 밀도	소          ->          대 소          ->          대 소          ->          대 대          <-          소 대          <-          소 소          ->          대 대          <-          소

 

Epoxy 도료의 경화제

• Polyamides:

      Normal epoxy paints

• Amine and amine adduct:

      Solvent free coatings

      Tank coating

• Isocyanates:

      Low temperature curing

      Reaction with -OH

 

Epoxy의 반응

경화 물성 비교

항 목	Polyamine      Polyamide       Polyamide Adduct
부착력 점도 분자량 내약품성 가소성 가사시간	열등                  →                      우수 저                     →                        고 소                     →                        대 우수                  →                       열등 열등                  →                       우수 단                     →                        장

경화제 별 특성

Type	장   점	단   점
Aliphatic  amine	실온 경화 Type 저온 경화 저점도	혼합비가 정확해야 함 독성이 있음 Amine Blushing
Aromatic  amine	내열성이 양호 내약품성이 우수	실온에서 Solid 건조가 늦다 가사시간이 짧다
Polyamide	실온 경화 type 독성이 낮다 기계적 물성이 우수	점도가 높다 내열성이 낮다 High Solid화가 어렵다
Amidoamine	휘발분이 적다 혼합비가 편리 도막 강도가 높다	내열성이 낮다 에폭시와의 상용성이 불량

 

Epoxy 도료 사용 시 주의사항

• 사용 전 혼합비에 따라 혼합사용

• 2액형 도료로 혼합 후 가사시간 내에 사용

• Amine Blushing 방지를 위해 경화제 Type에 따라 Induction time필요

• 과도막시 Crack 발생

• 적절한 환기가 필요

• 저온에서의 건조성 불량

• 지정된 신나를 사용(상용성 불량)

• 도장 Interval 준수(부착 불량)

• 내후성 불량으로 황변 발생

 

Epoxy 도료의 방식성

 

Barrier Effect : 수지 및 편상 안료

부착력 : OH기의 존재로 부착력 우수하여 Creep방지

 

Amine Blushing

 

원인 : Amines은 물과 Carbon dioxide의 접촉 시

Amine Carbamate(Amine Salt)를 형성

 

반응 Mechanism

R-NH2 + H2O + CO2  -> Amine Carbamate

 

영향 :

–Uncured Epoxy

–Tacky film                  ----->               부착 불량

–White stains

 

Epoxy 도료의 경화시간

 

Pure Epoxy 도료의 특징

장   점	단   점
화학결합에 의한 경화 내화학성 우수 부착력 우수 방청성 우수 기계적 물성 우수 내열성 : 120℃ 내용제성 우수 F.W.Tk에 사용 가능	내후성 불량(황변, Chalking) 저온 건조성 불량 도장 Interval 준수 2액형으로 사용 전 혼합

 

변성 Epoxy 도료의 특징

장   점	단   점
Flexibility가 우수 내수/내염수성 우수 내후성 개선	색상이 Dark 내열온도 저하 재도장 시 Bleeding 내약품성/내용제성 저하
Hot Blending : Phenol Epoxy Cold Blending : Tar Epoxy, Hydrocarbon Resin Vinyl Resin, Acryl Resin

 

Epoxy Mastic 도료

•개념 : 안료를 함유하지 않은 Clear 도료를 의미하였으나

현재는 방청성이 우수한 High Solid Type의 도료를

일컬음(SVR 80% 이상)

 

•목적 : Universal / Multi Purpose용으로 사용

 

•특징

- 피도체에 대한 Wetting성이 우수

- High Build와 High Solid(SVR 80% 이상)

- 저온 경화성이 우수( -5°C)

- 모든 도료의 상도 도장이 가능

(모든 하도 도료 위에 직접 도장 가능)

- Surface Tolerant

- 재도장 간격이 연장

- D.F.T. : 150 - 300 μm/coat.

 

도료별 Gloss Retention

 

 

 

폴리우레탄 도료 (Polyurethane Paints)

 

Urethane 도료의 구조

 

Isocyanate는 수분과 반응 시 이산화탄소 생성

R-NCO + H2O -> R-NH2 + CO2↑

 

Polyurethane 도료의 특징

장   점	단   점
내후성이 우수 Gloss Retention이 우수 내화학성 우수 내용제성 우수 저온 경화 가능	2액형 도료 도장 시 Bubble 등 유발 습기에 민감 가사시간이 짧다. 재도장 간격이 제한적임

 

 

 

징크 리치 도료 (Zinc Rich Paints)

 

Zinc Rich Primer의 분류

1. 분류

Type		건조 형태	Solvent
Type 1	A	Inorganic Post Curing	Water Soluble
	B	Inorganic Self Curing	Water Soluble
	C	Inorganic Self Curing	Solvent Soluble
Type 2		Organic

 

2. REQUIREMENTS

Characteristics		Inorganic	Organic
Total Solid	% by weight of paint	78	70
Pigment	% by weight of total solids	85	83
Total Zinc Dust	% by weight of pigment	87	93
Total Zinc Dust	% by weight of total solids	74	77

(SSPC-Paint 20에 따름)

 

Epoxy Zinc 도료의 특징

장   점	단   점
방청성 우수 부착력 우수 기계적 물성이 우수 Alkyd를 제외한 모든 도료 내열온도 120℃	저온건조 불량 도막두께 : 25~50 m 내산/내알칼리성 불량 (pH : 5 ~ 9)

 

Inorganic Zinc 도료의 특징

장   점	단   점
내용제성 우수 내열성 우수(400℃) 기계적 물성(내마모성, 내충격성 등)이 뛰어남 Blasted Steel에 부착력 우수 재도장성이 우수	건조에 습도가 요구 (60% 이상) 도막두께 : Max.100 m 후도막에서 Crack 발생 상도 도장 전 Mist Coat 필요 도장 조건이 까다로움 Shelf Life가 짧다.

 

Zinc rich paints의 물성 비교

항목	Inorganic Zinc	Epoxy Zinc
주요 성분	Ethyl Silicate Zinc	Epoxy Resin Zinc
액 형	2액형	2액형
표준 도막	65 ~ 75	65 ~ 75
부착성	양호	양호
내열성	400℃	150℃
표면처리	SIS Sa 2.5	SIS St 3
연필 경도	5H ~ 7H	B ~ H
상도 도장성	Mist Coat필요	직접 도장 가능

 

Inorganic Zinc도료의 종류와 특징

항목	수용성		용제형
	후경화형	자체 경화형	자체 경화형
Solvent	물	물	Alcohol
하지 처리	SIS Sa 3	SIS Sa 3	SIS Sa 2.5
후처리	경화액 필요	무	무
기상조건	5~50℃ 30~85% RH	5~50℃ 30~85% RH	0~50℃ 50~85% RH
취급 안정성	취급용이	취급용이	직접 가능
유기 도료와의 적합성	수세 필요	직접 가능	직접 가능
도장 후 내강우성	경화액 도포 전 내수성 없음	1일 후	3시간 후
내용제성	완전 건조 후	완전건조 후	48시간 후

 

Inorganic Zinc 도료의 도장방법

1. 건조방법 : 용제 증발 후 수분과 CO2의 흡수에 따라 가수분해 반응에 의하여 건조

2. 건조 불량 시 문제점 : 접착력 저하, 방청성 저하

3. 도장 시 검사항목 : 전처리, 도장 조건(온도, 습도), 도료의 혼합 상태, 후속 도장 간격

4. 후속 도장 시 주의사항

- Alkyd계 도료를 도장 시 지방산과의 검화 반응

- Mist Coat 도장

5. 경화 건조 확인 방법 : Rubbing Test, Coin Test

 

Inorganic Zinc 도막의 구조

• 따라서 Inorganic 도막의 기공을 메꾸어 주기 위한 Mist Coat가 필요함

Primer의 종류 및 특성

종 류	사용부위	도장 방법	DFT	수지 Type	사용 안료
Shop Primer	일시 방청용 -강판 저장	자동	13 ~ 18	Epoxy Ethyl Silicate	Zinc Dust Zinc Phosphate
Holding Primer	일시 방청용 -도장작업	수동	40 ~ 50	Epoxy CR	Zinc Phosphate
Wash Primer	비철금속의 부착력	자동 수동	5 ~ 10	PVB	Zinc Chromate

 

Shop Primer의 종류 및 특성

구분	Epoxy Zinc	Inorganic Zinc	Epoxy Non zinc	Polyvinyl Butyral
추천 DFT	15 ~ 20	13 ~ 18	20 ~ 25	5 ~ 10
방청성	Very good	Excellent	Good	Fair
내열성	Good	Excellent	Fair	Fair
용접성	No good	Excellent	No good	Fair
기계적 강도	Good	Excellent	Good	Good
재도장성	대체로 양호	제한적	대체로 양호	Good