[스크랩] 21세기 도장시스템의 주역 수용성 무기 도료의 실체와 전망

21세기 도장시스템의 주역 수용성 무기 도료의 실체와 전망

비아그라가 성의 대 혁명이라면 수성용 무기 도료는 꿈의 도장 시스템 시대를 여는 첨단 도장재료라고 말할 수 있다.

사실 도료는 인간역사와 같이 해 왔다고 해도 과언이 아닐 정도로 인간 생활과 밀접한 관계를 이어 왔는데 지금까지 사용되어 오는 유기도료는 예외 없이 인체에 유해한 환경 물질을 배출함으로써 최근 선진국들을 위시해서 많은 개발도상국들까지 유기도료의 사용을 규제하기에 이르렀다. 그런데 일부 선진국들이 유기도료의 환경오염문제를 국제적으로 여론화하면서 이의 사용을 적극적으로 규제하는 데는 또 다른 저의가 숨어 있다고 보는 것은 이들 나라들은 이미 오래 전부터 환경오염과는 무관한 수성용 무기도료의 개발을 추진해 왔고 또 지금은 꿈의 소재라고 말할 수 있는 수준의 첨단도료를 내어 놓고 이를 여러 분야에 적용을 넓혀 가고 있기 때문이다.

한 예로 미국은 이미 20년 이전부터 실용화해 우주왕복선과 군함, 항공기, 특수 차량 등의 부식방지와 냉․난방의 단열 목적으로 적용해 오고 있으며 이웃 일본에서는 유기 도료가 갖는 도료로서의 요구 조건을 한층 능가하는 수용성 무기도료를 개발하여 부식성이 강한 염해지역의 철 구조물, 갑문 그리고 고속철도의 터널과 대형 건축물 등에 부식방지와 방수 목적으로 널리 적용하는 것 등이다.

이렇게 상대적으로 앞서서 수용성 무기 도료를 개발한 나라들이 유기도료 사용을 규제하는 운동에 앞장서고 있기 때문에 나는 이들 국가들이 순수한 환경 보존 차원을 넘어 첨단도료 제조기술을 선점했을 때 예상할 수 있는 국익까지 노리고 있지 않나 하고 생각하게 되었다.

그러나 한 가지 분명한 사실은 수용성 무기도료가 환경오염 문제가 없다는 것과 또 도료로서의 기능면에서 유기도료를 훨씬 능가함과 동시에 여러 가지 유용한 특수 기능까지 보유하고 있다는 것이다.

이런 가운데 최근 국내에서도 수 개의 전문 업체가 다년간의 연구를 거쳐 고성능의 무기도료를 개발, 생산해 내고 있으며 그 중 일부는 이미 관련 정부 기관으로부터 신기술로서 인증도 받고 있으나 아직까지도 우리 사회의 부식, 방식에 대한 인식부족으로 이를 제대로 활용하지 못하고 있는 실정이다.

우리도 선진국들과 같이 무기도료에 대한 평가는 기존의 유기도료와의 상대평가를 실시하여 상대적으로 기능이 우수하고 또 경제성이 있을 때는 정책적으로 사용을 권장해 나감이 마땅하나 아직까지는 그렇지 못한 것이 현실이다. 선진국의 첨단 기술의 수입과 적용이 국내관련 산업에 피해를 준다는 사고방식을 버릴 때 우리사회도 진정한 국제화가 가능하다고 본다. 만약 첨단 수용성 무기질 도료가 국내의 고질적인 부식문제를 경제적으로 해결함이 증명되어 그 적용규모가 늘어나면, 우수한 한민족은 짧은 기간에 최고 품질의 제품을 개발하는 능력을 갖고 있기 때문에, 나는 국내․외에서 개발된 첨단 무기도료의 성능평가 및 경제성 평가를 정부 차원에서 실시하고 또 적극 보급하길 건의한다.

□ 수용성 무기 도료란?

유기도료가 석유화학제품인 유기질 수지를 바탕으로 하고 여기에 여러가지 성분의 안료와 첨가물을 혼합한 도료라 할 때 수용성 무기 도료란 수용성 무기 수지를 바탕으로 한 도료를 말한다.

즉, 도막을 형성하는 바인더가 생물체의 변신인 유기화학제품인가 아니면 수용성 무기질인가에 따라 유․무기 도료가 구분된다는 것이다. 여기서 기존 유기도료의 큰 장점은 초기 접착성이 우수하다는 것인데, 이러한 장점 못지 않게 단점도 갖고 있다. 예로서 내후성, 내열성, 내약품성, 내마모성 등이 상대적으로 무기도료에 비해 떨어진다는 것이다.

이런 가운데 유기도료의 용재가 건조과정에서 휘발성 환경오염 물질(VOC)을 방출하기 때문에, 이들 문제점을 해결할 수 있는 수용성 무기도료의 개발은 필연적이라 말할 수 있다.

지금 국․내외에서 개발, 보급되고 있는 일부 무기도료의 설명서에서 공개적으로 내어놓고 있는 제조공정과 도막 메커니즘 그리고 도막 형성과정에서의 화학반응식을 예로 들어 소개하면 다음과 같다.

□ 수용성 무기 고분자 수지 바인더 제조공정

금속 알콕사이드 화합물을 베이스로 하고 여기에 물, 용매, 촉매제를 이용하여 Sol-Gel 법으로 -Si-O-로 구성된 선형(線型) 궤상 구조의 바인더를 제작하는 공법이 널리 적용되며, 최근에는 무기질을 나노상의 미립자로 만들어 액상화하는 공정도 소개되고 있다. 이는 국․내외에서 기 개발된 무기도료의 설명서에서 공개한 바인더 제조 공정이지만 무기질의 종류와 특성이 너무나 다양하기 때문에 더 많은 제조 공정이 앞으로도 계속 발표될 것으로 전망된다.

□ 제라머에서 개발된 수용성 무기도료

(1) 강제 방식용

무기질계, 통기성, 친수성 아연계 코팅제

Zn(OH)2 + SiO2 → ZnSiO3 + H2O

(2) 콘크리트 중성화 방지제

콘크리트 용 통기성, 친수성(투습성)중성화 방지제(상온반응)

Ca(OH)2 + SiO2 → CaSiO3 + H2O

(3) 요업제용 코팅제

불연성의 고내 후, 고경도 친수성 막(고온처리)

Ca(OH)2 + SiO2 → CaSiO3 + H2O

□ 친수성, 통기성 중방식 무기도막의 방식 특성

(I)I : 방식전류

유기수지도막		유기수지도막
징크 primer		징크 primer
철 판	(I)	철 판

(A)(전해액) (B)

철 표면에 징크리치 primer를 도장하고 그 위에 유기 수지도막을 한 (A)의 경우와 친수, 통기성 무기수지도막을 한 (B) 간의 방식 특성은 그림에서 나타낸 바와 같이 절연성의 유기도막 시스템 (A)는 primer에서 극히 일부의 방식전류를 철 표면에 공급 하는데 비해 (B)에서는 무기도막 전 면에서 방식전류를 공급 할 수 있다.

이러한 무기도막 시스템의 방식 특성은 도막 파손부에 대해서 징크 primer 전체가 음극방식의 양극으로 작동할 수 있다는 것을 의미하는데 이는 초기 도장은 물론이고 표면처리가 어려운 부위에 대한 보수도장에서도 유기도료에 비해 유리하다는 것을 말해준다.

수지도료		HCX
Zn primer		Zn primer
철		철

E=-0.200~-0.30E=-1.03~-1.05

<중방식 도료의 표면전위 비교>

□ 유기 도료와 무기 도료의 특성 비교

아래 자료는 비점착 실란트계 코팅제로서 한국신기술 인증을 획득한 제라머의 도장시스템과 기존의 불소수지 도장 시스템에 대한 국내 공인기관 시험성적표와 일본의 대표적 무기도료(수용성 상온경화형 세라믹 코팅제)시리즈 자료에서 발췌 비교한 것이다.

구분	측정기준	무기도료	유기도료
경도	1Kgf 힘으로 10mm, 5회 반복	9H이상	1~2H
점착성	Cross cat 10×10mm, Tape	100/100	100/100
내열성	400℃, 2시간	변화없슴	연소
내알카리성	5% Na2CO3/24시간 침적	변화없슴	박리
내산성	5% Ha2SO3/24시간 침적	변화없슴	변색, 박리
내용제성	Xylene, MIBK, MEK/24시간	변화없슴	박리
내비등수	98。±2℃/2시간	변화없슴	박리
내충격성	500g 강구, 30cm 낙화	이상무	이상무
환경오염	VOC 발생	없슴	많음
경화	경화온도(℃)	상온~180℃	상온~230℃
가격	유기도료가격 기준	1~1.2	1
내구성	중방석도장에서 유기도료 기준	2이상	1
경제성	유기도료기준	1.5배 이상	1

□ 분석 및 전망

무기 고분자 수지(예:-Si-O-Si-)는 일반 유기도료의 탄소-탄소 결합(-C-C-)에 비해 높은 결합에너지와 긴거리 그리고 큰 결합각을 갖고 있기 때문에 내열성, 내후성, 내한성, 내화학성, 표면경도, 내마모성, 내수성 등에서 상대적으로 우수한 기능을 나타낸다. 이러한 무기 바인더에 규소(Si), 티탄(Ti) 지르코늄(Zr) 등을 합성할 때는 초고온에서도 견딜 수 있는 난연성 도막도 제조 가능한 것이다. 또한 유-무기의 장점을 서로 보완하는 유-무기 복합박막(有-無機 複合薄膜) 제조 기술이 일반화 될 때는 전기, 전자 기계 등 전 분야에서 요구하는 응용기술도 다양하게 개발할 수 있는데 현재도 여러 가지 특수 기능을 가진 도료가 개발되고 있다. 예로서, 단열, 기계보수, 불연, 전자파 흡수, 적외선 방출, 음이온 발생 및 내항균성 도막제 등이 있다.

특히, 중방식 도장 분야에선 무기도료가 이미 내구성, 내충격성, 비점착성, 방식성 등에서 기존의 유기도료에 비해 월등히 우수하며, 또 경제성까지 검증됨으로서 선진국들은 부식성이 강한 염해지역의 철 구조물과 선박의 중방식 도장으로 그리고 방오도료로의 적용을 점차 확대해 가고 있다. 이웃 일본에서는 현재 실용되고 있는 무기도료의 특허기술이 12개가 공개되어 있음을 볼 때 앞으로 무기도료의 발전 전망은 무한할 것으로 본다.

□ 결 론

부식으로 인한 경제적 손실액이 GNP의 5%에 육박하는 시점에서 선진국들은 첨단 방식기술인 무기계 도장 시스템으로 전환하며 부식 손실을 절감시키고 있다.

수용성 무기도장 시스템은 기존의 유기도장 시스템에 비해 도료로서의 기능도 우수하면서, 환경오염 물질을 발생하지 않음으로 해서 앞으론 선진국들을 필두로 기존의 유기 도장 시스템은 수용성 무기도장 시스템으로 대치할 것으로 전망한다.

따라서 국내의 도장 관련 국가 기관에선 국․내외서 개발 적용되고 있는 무기계 첨단 중방식 도료에 대한 정밀 성능 시험을 거쳐 기능과 경제성 면에서 기존의 유기도장 시스템에 비해 상대적으로 우수하다고 판단이 될 때는, 선진국들과 같이 주요 건축 및 시설물에 이의 적용을 활성화 시켜야 마땅하다.

지금 국내에서도 선진국의 첨단 기술을 능가하는 수용성 무기 도료가 개발되어 성능시험을 거쳐 일부 교량, 배관, 공장 시설물에 적용하는 단계에 와있다. 이러한 고성능의 무기 도료는 앞으로 국내의 부식문제를 경제적으로 해결함과 동시에 수출 상품으로서 국익에 크게 이바지 할 것으로 전망된다.

출처 : 전국도장연합

글쓴이 : 도헌단장 원글보기

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