KR102305281B1

KR102305281B1 - 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법

Info

Publication number: KR102305281B1
Application number: KR1020180135843A
Authority: KR
Inventors: 정헌석; 정영복; 신하식; 김병기; 장정국
Original assignee: 메탈페이스 주식회사
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2021-09-28
Also published as: KR20200052644A

Abstract

개시된 내용은 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실란을 가수분해하는 가수분해단계, 아연 플레이크 슬러리에 상기 가수분해단계를 통해 가수분해된 실란을 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 밀링하는 밀링단계 및 상기 밀링단계를 통해 밀링된 혼합물을 탈수하고 건조하는 탈수건조단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 제조되는 친수성 아연 플레이크는 실란 코팅층이 형성되어 수계형 도료나 코팅액 내에서 산화반응이 억제되며, 분산성과 저장안정성이 향상되고, 철과 같은 금속재료에 적용했을 때 아연의 전기화학적인 방식기능은 그대로 유지되면서 수용액 내에서 안정적으로 분산 또는 저장될 수 있다.

Description

실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF HYDROPHILIC ZINC FLAKE USING SILANE COUPLING REACTION}

개시된 내용은 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실란 코팅층이 형성되어 수계형 도료나 코팅액 내에서 산화반응이 억제되며, 분산성과 저장안정성이 향상되고, 철과 같은 금속재료에 적용했을 때 아연의 전기화학적인 방식기능은 그대로 유지되면서 수용액 내에서 안정적으로 분산 또는 저장될 수 있는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법에 관한 것이다.

1974년 미국에서 최초로 개발된 수용성 크롬산-아연분말의 피막처리법은 높은 내식성과 소재밀착성으로 전기 및 용융아연도금을 대신해 오늘날 다양한 산업 분야에 적용되고 있다. 국내에서는 1982년부터 도입되어 자동차 부품 및 볼트, 너트 및 호스클립과 같은 훼스너(fastener) 부품과 전기전자, 건축용 재료 등 많은 분야에 적용되고 있다.

주로 마무리 공정에 포함되는 표면처리 기술은 표면물성 및 내구성, 외관을 결정하는 중요한 공정으로, 특히 자동차의 경우 도금 및 도장비율이 약 10%를 이르고 있으며, 자동차 부품산업 및 기계 산업에서 표면처리기술 및 금속안료 분말의 고도화는 최종산업의 품질향상과 직결되는 중요한 기술요소다.

수용성 크롬산-아연분말 코팅제에 사용되는 가장 중요한 안료는 산화되지 않은 편상아연분말(Zinc flake powder)인데, 편상아연분말은 평균입도가 4 내지 6㎛의 구형(Round type)의 아연더스트(Zinc dust)를 밀링(milling) 가공하여 제조한다. 아연의 경우 철보다 빠른 이온화경향서열에 있는 금속으로 철 표면에 도포될 경우 전기화학적으로 양극이 되어 산화되며(희생양극기능) 이를 통해 철의 부식을 막아주는 역할을 하는데, 이러한 금속 아연분말의 희생양극기능에 의한 방식성능은 가격 및 효과 측면에서 대체가 불가능한 소재로 오랜 기간 방식소재로서 널리 활용되고 있다.

수용성 크롬산-아연분말 코팅제는 방식이 요구되는 부품 표면에 10㎛ 이하의 박막으로 얇게 코팅하여 사용하는데, 이러한 제품은 전기아연 도금에 비하여 내식성능이 20%이상 향상되면서 비용은 10%이상 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.

또한, 다량의 폐수가 발생하는 기존의 도금법에 비해 페수발생량이 적고, 수용성코팅제로서 VOC(휘발성유기화합물) 등 환경오염물 발생량도 현저히 감소시킬 수 있는 제품으로, 2010년 이후 도금법을 대체하여 자동차부품 중 약 270여 부품과, 세탁기, 냉장고, TV 등 가전부품 등에 폭넓게 사용되고 있으며, 건축 및 토목용 설비부품 등에 대해서도 이와 같은 방식코팅 처리가 널리 시행되고 있다.

수용성 방청도료는 유성도료에 비해 대기환경이나 작업자의 안전 등의 이유로 많은 장점을 가지고 있는 분야지만 수용성 방청도료의 주요 원료인 아연분말의 경우 물(수분)과 산화 반응을 통해 저장안정성이 저하되는 특성이 있다. 따라서 현재까지 아연을 이용한 방식도료 또는 코팅액은 주로 유성(solvent base) 도료 또는 유·수성 혼합 코팅액이 많이 사용되고 있었는데, 최근 VOC 문제, 작업자의 안전성 확보 문제 등과 같은 환경적인 문제로 인해 수용성 방식도료 또는 수용성 코팅액에 대한 수요가 점차 높아지고 있다. 더욱이 최근 구형(spherical) 아연 분말에 비해 표면적이 넓고 구조적으로 방청 효과가 높은 편상형(flake) 아연분말을 안료로 사용하여 수용성 방청도료 또는 수용성 방식코팅액을 생산하는 회사가 점차 늘어나고 있다. 그러나 이와 같은 수계(water bone)도료 또는 코팅액에 사용하기 위해서는 금속 아연분말과 물의 반응에 의한 수소가스 발생으로 인한 저장안정성 저하, 도막 불량 및 부착성능 저하 문제 등이 개선되어야 한다.

한국특허등록 제10-1797116호(2017.11.07)

개시된 내용은 실란 코팅층이 형성되어 수계형 도료나 코팅액 내에서 산화반응이 억제되며, 분산성과 저장안정성이 향상되고, 철과 같은 금속재료에 적용했을 때 아연의 전기화학적인 방식기능은 그대로 유지되면서 수용액 내에서 안정적으로 분산 또는 저장될 수 있는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법을 제공하는 것이다.

하나의 일 실시예로서 이 개시의 내용은 실란을 가수분해하는 가수분해단계, 아연 슬러리에 상기 가수분해단계를 통해 가수분해된 실란을 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 밀링하는 밀링단계 및 상기 밀링단계를 통해 밀링된 혼합물을 탈수하고 건조하는 탈수건조단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법에 대해 기술하고 있다.

바람직하기로는, 상기 가수분해단계는 에탄올 100 중량부에 실란 1 내지 6 중량부를 혼합하고, 30 내지 70℃의 온도와 100 내지 150rpm의 속도로 10 내지 60분 동안 이루어질 수 있다.

더 바람직하기로는, 상기 실란은 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리메톡시 실란, 트리 메틸 플로오루 실란, 트리에틸실란, 에틸트리 메틸 실란, 트리아이소프로필 실란, 3-아미노 프로필 트리 에톡시 실란, 3-아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 3-아미노 프로필 메틸 디 에톡시 실란, 3-아미노 프로필 메틸 디 메톡시 실란, 아미노 에틸 아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 디 에틸 아미노 메틸 트리 에톡시 실란, 디 에틸 아미노 메틸 트리 에톡시 실란, 디 에틸 아미노 프로필 트리 에톡시 실란, N-(N-부틸)-3-아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 3-글로시독시 프로필 트리 메톡시 실란, 3-글로시독시 프로필 메틸 디 에틸 실란, 3-글로시독시 프로필 메틸 디 메톡시 실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸 트리 메톡시 실란, 3-메르캅토 프로필 트리 메톡시 실란, 3-메르캅도 프로필 트리 에톡시 실란, 3-메르캅토 프로필메틸 디메톡시 실란, 테트라 메톡시 실란 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

더욱 바람직하기로는, 상기 원료혼합단계는 상기 아연 슬러리에 혼합된 아연 100 중량부 대비 상기 가수분해단계를 통해 가수분해된 실란 1 내지 3 중량부를 혼합하고, 200 내지 500rpm의 속도로 20 내지 30분 동안 교반하여 이루어질 수 있다.

더욱 더 바람직하기로는, 상기 아연 슬러리는 알코올 100 중량부에 아연분말 25 내지 50 중량부를 혼합하여 제조될 수 있다.

더욱 더 바람직하기로는, 상기 밀링단계는 고에너지 볼밀을 이용하여 1000 내지 2000rpm의 속도로 60 내지 180분 동안 이루어질 수 있다.

더욱 더 바람직하기로는, 상기 탈수건조단계는 상기 밀링단계를 통해 밀링된 혼합물을 탈수하고 진공건조하여 수분 함량을 0.3 질량% 이하로 조절할 수 있다.

이상에서와 같은 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법은 실란 코팅층이 형성되어 수계형 도료나 코팅액 내에서 산화반응이 억제되며, 분산성과 저장안정성이 향상되고, 철과 같은 금속재료에 적용했을 때 아연의 전기화학적인 방식기능은 그대로 유지되면서 수용액 내에서 안정적으로 분산 또는 저장될 수 있는 아연 플레이크를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 개시된 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 아연의 표면에 실란 코팅층이 형성되는 실란 커플링 과정을 나타낸 그림이다.
도 3은 상방치환법을 이용한 수소가스 측정 장치를 나타낸 그림이다.
도 4는 개시된 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 성분들의 수소가스 발생억제 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 상기 제조예 2를 통해 제조된 친수성 아연 플레이크의 표면에 형성된 실란코팅층의 두께를 투과전자 현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 6은 원형의 아연분말과 편상의 아연분말의 모습을 주사전자 현미경(SEM)d으로 촬영하여 나타낸 사진이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

개시된 내용은 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법에 관한 것으로, 실란을 가수분해하는 가수분해단계(S101), 아연 슬러리에 상기 가수분해단계를 통해 가수분해된 실란을 혼합하는 원료혼합단계(S103), 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 밀링하는 밀링단계(S105) 및 상기 밀링단계(S105)를 통해 밀링된 혼합물을 탈수하고 건조하는 탈수건조단계(S107)로 이루어진다.

상기 가수분해단계(S101)는 실란을 가수분해하는 단계로, 에탄올 100 중량부에 실란 1 내지 6 중량부를 혼합하고, 30 내지 70℃의 온도와 100 내지 150rpm의 속도로 10 내지 60분 동안 가수분해하는 단계로, 이때, 상기 실란의 함량은 에탄올 100 중량부 대비 1 내지 6 중량부가 함유될 수 있으나, 1 내지 3 중량부를 함유하는 것이 더욱 바람직하고, 반응온도는 30 내지 70℃의 온도로 이루어질 수 있으나, 가수분해의 속도, 후속반응에 의한 손실 등을 고려하면 50 내지 60℃로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 교반속도는 100 내지 150rpm의 속도로 이루어지는데, 교반속도가 100rpm미만이면 실란의 가수분해 반응효율이 저하되며, 교반속도가 150rpm을 초과하게 되면 후속반응에 의한 부반응물의 생성률이 증가한다.

이때, 상기 실란은 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리메톡시 실란, 트리 메틸 플로오루 실란, 트리에틸실란, 에틸트리 메틸 실란, 트리아이소프로필 실란, 3-아미노 프로필 트리 에톡시 실란, 3-아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 3-아미노 프로필 메틸 디 에톡시 실란, 3-아미노 프로필 메틸 디 메톡시 실란, 아미노 에틸 아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 디 에틸 아미노 메틸 트리 에톡시 실란, 디 에틸 아미노 메틸 트리 에톡시 실란, 디 에틸 아미노 프로필 트리 에톡시 실란, N-(N-부틸)-3-아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 3-글로시독시 프로필 트리 메톡시 실란, 3-글로시독시 프로필 메틸 디 에틸 실란, 3-글로시독시 프로필 메틸 디 메톡시 실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸 트리 메톡시 실란, 3-메르캅토 프로필 트리 메톡시 실란, 3-메르캅도 프로필 트리 에톡시 실란, 3-메르캅토 프로필메틸 디메톡시 실란, 테트라 메톡시 실란 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란이나 3-글리시독시프로필 트리메톡시 실란으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

상기 원료혼합단계(S103)는 아연 슬러리에 상기 가수분해단계(S101)를 통해 가수분해된 실란을 혼합하는 단계로, 상기 아연 슬러리에 혼합된 아연 100 중량부 대비 상기 가수분해단계(S101)를 통해 가수분해된 실란 1 내지 3 중량부를 혼합하고, 200 내지 500rpm의 속도로 20 내지 30분 동안 교반하여 이루어지는데, 아연 슬러리에 함유된 아연분말의 표면에 상기 가수분해단계(S101)를 통해 가수분해된 실란이 충분히 wetting 될 수 있도록 교반하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 교반속도가 200rpm 미만이거나 교반시간이 20분 미만이면 아연 슬러리에 함유된 아연분말의 표면에 상기 가수분해단계(S101)를 통해 가수분해된 실란이 충분히 wetting되지 못하고, 상기 교반속도가 500rpm을 초과하거나 교반시간이 30분을 초과하게 되면 과량의 기포 발생으로 인해 공정에 장애가 발생할 수 있으며 공정효율이 감소된다.

또한, 상기 아연 슬러리는 편상아연분말 제조에서 요구되는 재료의 유동성과 양산화를 위해 원료인 아연분말(zinc dust)을 알코올 등과 같은 용제와 혼합하여 슬러리 상태로 제조하여 사용하는데, 알코올 100 중량부에 아연분말 25 내지 50 중량부를 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다.

상기 밀링단계(S105)는 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 밀링하는 단계로, 볼밀을 이용하여 1000 내지 2000rpm의 속도로 60 내지 180분 동안 이루어지는데, 상기와 같은 과정으로 이루어지는 밀링단계(S105)를 거치면 아연 슬러지에 함유된 아연의 표면에 커플랑 반응을 통해 실란 코팅층이 50 나노미터 이하로 균일하게 형성된 아연 플레이크를 제공할 수 있다.

이때, 상기 밀링은 Attrition mill, High energy ball mill, Jet mill 등 다양한 milling 장비를 이용하여 이루어질 수 있는데, 수평형 고에너지 볼밀(high energy ball mill)을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

수평형 고에너지 볼밀은 장비가격, 운용의 편리성 등으로 현재 금속분말 가공에 있어서 가장 널리 사용되고 있는 장비이며, 특히 일반 ball mill에 비해 회전속도(원심력에 의한 압력)가 높고, Attrition mill에 비하여 수율이 높다. 그리고 jet mill, Zoz mill 등에 비하여 장비가격 및 부대비용이 저렴하고 수평형으로 인하여 편상화 가공면적이 넓고, 생산시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 상기 밀링단계(S105)에서의 회전속도는 1000 내지 2000rpm으로 이루어지며, 1400 내지 1800rpm의 속도로 고속교반하는 것이 더욱 바람직한데, 상기 회전속도가 1000rpm 미만이면 실란 코팅층의 두께가 100nm 이상으로 형성될 수 있으며, 회전속도가 2000rpm을 초과하게 되면 실란 코팅층의 형성이 어려워진다.

또한, 상기 밀링단계(S105)의 시간은 60 내지 180분 동안 이루어지며, 90 내지 120분 동안 이루어지는 것이 더욱 바람직한데, 상기 밀링단계(S105)의 시간이 60분 미만이면 아연 플레이크의 제조 수율이 낮아지며, 상기 밀링단계(S105)의 시간이 180분을 초과하게 되면 mill 내부 온도 및 압력 상승으로 인해 원료의 점도가 지나치게 증가하여 재료 간의 응집현상이 발생하게 된다.

아연의 표면에 실란 코팅층이 형성되는 실란 커플링 과정을 아래 도 2에 나타내었다. 아래 도 2에 나타낸 것처럼, 가수분해가 완료된 실란의 실리콘 관능기(X. silicon functional group)는 금속재료인 아연 표면의 수산기(surface hydroxyl group)와 결합하고, 유기관능기(organo functional group)는 수용액 내에 유기바인더 성분과 결합하여 수용액 내에서 안정적인 상태를 유지한다. 이와 같이 금속표면에 커플링반응을 통한 실란 코팅층의 형성을 통해 아연분말의 산화반응을 억제할 수 있고, 수용성 바인더와 혼합 후 건조도막이 형성되었을 때 철소재 표면에서 금속아연 고유의 희생양극기능에 의한 전기화학적 방식기능을 수행할 수 있게 된다.

또한, 수용성 도료 및 코팅액 내에서 금속인 아연분말에 친수성을 부여하기 위해서는 실란과 금속 아연 분말 표면간의 커플링 반응을 적절히 유도해야 하는데, 일반적으로 금속 아연분말(Zinc dust)은 철(Fe)로 된 소재의 표면에 코팅될 경우 아연의 희생양극기능을 통하여 전기화학적인 방식성능을 갖는다. 그러나 수용성 도료 또는 코팅제에 안료로 적용될 경우 아래 반응식 1과 같이 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 산화되면서 다량의 수소가스(H₂ gas)를 발생시킨다. 수용성 도료 또는 코팅액 내에서 금속인 아연분말(zinc dust)의 산화반응으로 인해 저장안정성 저하, 핀홀부식, 부착력저하 및 브리스트(blister) 발생 등 많은 문제점이 유발되는데, 이러한 아연분말 안료의 특성으로 인해 현재까지 아연분말을 이용한 완전한 수용성 방식도료 또는 코팅액은 전무한 실정이다.

따라서, 개시된 내용에서는 이러한 문제의 해결을 위해 형태적으로 방식성능이 아연분말(zinc dust)에 비하여 우수한 편상아연(Zinc flake)분말 제조 공정 중에 실란을 첨가하고, milling 가공 중 고속교반을 통해 아연표면에서 실란의 커플링 반응을 유도함으로서 50 나노미터 이하의 실란 박막코팅 편상아연분말을 제공할 수 있다. 이러한 실란 코팅된 편상아연분말 제조를 통하여 수계형 도료 또는 코팅액 내에서 아연의 산화반응을 지연 또는 억제 시키고, 편상아연의 분산성 및 저장안정성을 높일 수 있다. 또한 50 나노미터 이하의 친수성 실란 코팅층을 형성하여 철의 표면에 적용했을 때, 아연의 전기화학적인 방식기능은 그대로 유지되면서, 수용액 내에서 안정적으로 분산 또는 저장될 수 있는 수용성 방식코팅액을 제공할 수 있게 된다.

<반응식 1> 수용액 내에서의 아연의 산화반응

(g)

상기 탈수건조단계(S107)는 상기 밀링단계(S105)를 통해 밀링된 혼합물을 탈수하고 건조하는 단계로, 상기 밀링단계(S105)를 통해 밀링된 혼합물을 탈수하고 진공건조하여 수분 함량을 0.3질량% 이하로 조절하는 단계다.

이하에서는, 개시된 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 친수성 아연 플레이크의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<제조예 1> 가수분해된 실란의 제조

에탄올 100 중량부에 실란{2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란} 3.5 중량부를 혼합하고, 50℃의 온도와 125rpm의 속도로 35분 동안 교반하여 가수분해된 실란을 제조하였다.

<제조예 2> 친수성 아연 플레이크의 제조

아연 슬러리(알코올 100 중량부 및 아연분말 37.5 중량부)에 혼합된 아연 100 중량부 대비 상기 제조예 1을 통해 제조된 가수분해된 실란 1 중량부를 혼합하여 제조된 혼합물을 350rpm의 속도로 25분 동안 교반하고, 교반된 혼합물을 수평형 고에너지 볼밀을 이용하여 1500rpm의 속도로 115분 동안 밀링하는 커플링 반응을 통해 아연의 표면에 실란 코팅층을 형성하고, 실란 코팅층이 형성된 아연이 함유되어 있는 혼합물을 탈수하고 진공건조 장치에 투입하고 건조하여 친수성 아연 플레이크를 제조하였다.

<제조예 3> 친수성 아연 플레이크의 제조

상기 제조예 2와 동일하게 진행하되, 가수분해된 실란 3 중량부를 혼합하여 친수성 아연 플레이크를 제조하였다.

<실시예 1>

에탄올 60 중량%, 증류수 10 중량% 및 상기 제조예 2를 통해 제조된 친수성 아연 플레이크 30 중량%를 혼합하여 혼합물을 제조하였다.

<실시예 2>

에탄올 60 중량%, 증류수 10 중량% 및 상기 제조예 3을 통해 제조된 친수성 아연 플레이크 30 중량%를 혼합하여 혼합물을 제조하였다.

<비교예 1>

증류수.

<비교예 2>

에탄올 60중량%, 증류수 10 중량% 및 아연 플레이크 30 중량%를 혼합하여 혼합물을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 성분들의 수소가스 발생억제 효과를 측정하여 아래 도 4에 나타내었다.

{단, 수소가스 발생억제 효과는 상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 성분들을 아래 도 3과 같이 설치된 상방치환법을 이용한 수소가스 측정 장치를 통해 시간의 경과에 따른 수소가스 발생량을 측정하는 방법을 이용하였다.

이때, 실험은 각각 상온(25℃) 및 고온(60℃)에서 실험하였으며, 고온에서 수소발생량의 실험은 재료가 혼합되는 삼각플라스크를 항온수조에 담그고, 항온수조의 온도를 60℃로 세팅한 후 진행하였다. 이와 같은 상온 및 고온에서의 수소발생량 측정 실험을 통하여 아연 플레이크가 혼합된 수용성 방식코팅액의 저장환경에 따른 수소가스 저감 효율을 평가하였다. 수소 가스의 경우 물에 대한 용해도가 낮고 공기보다 가벼운 기체로서 상방치환법에 의한 부피측정이 가능하고, 수소 가스 포집 용기는 메스실린더 등을 이용하여 시간의 경과에 따른 부피측정이 용이하도록 하였다.}

아래 도 4에 나타낸 것처럼, 상온(25℃)에서의 측정결과 실시예 1의 경우 비교예 2에 비하여 수소가스가 50 내지 80% 저감되는 것을 알 수 있다.

또한, 아연 플레이크가 함유되지 않은 비교예 1에 비해 실시예 1 내지 2의 경우 약 10% 내외의 수소가스 발생량을 나타냄으로서 수용액 내에서 안정적인 저장성을 나타내는 것을 알 수 있다.

또한, 고온(60℃) 조건의 경우 실란이 코팅되지 않은 비교예 2에 비해 실시예 1의 경우 65%, 실시예 2의 경우 72%까지 수소가스 발생량을 저감되는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 제조예 2를 통해 제조된 친수성 아연 플레이크의 표면에 형성된 실란코팅층의 두께를 투과전자 현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)으로 촬영하여 아래 도 5에 나타내었다.

아래 도 5에 나타낸 것처럼, 개시된 실시예 1을 통해 제조된 친수성 아연 플레이크는 실란 코팅층이 20 내지 50 나노미터 이내로 균일하게 코팅되어 있는 것을 알 수 있다.

따라서, 개시된 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법은 실란 코팅층이 형성되어 수계형 도료나 코팅액 내에서 산화반응이 억제되며, 분산성과 저장안정성이 향상되고, 철과 같은 금속재료에 적용했을 때 아연의 전기화학적인 방식기능은 그대로 유지되면서 수용액 내에서 안정적으로 분산 또는 저장될 수 있는 아연 플레이크를 제공할 수 있다.

S101 ; 가수분해단계
S103 ; 원료혼합단계
S105 ; 밀링단계
S107 ; 탈수건조단계

Claims

실란을 가수분해하는 가수분해단계;
아연 슬러리에 상기 가수분해단계를 통해 가수분해된 실란을 혼합하는 원료혼합단계;
상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 밀링하는 밀링단계; 및
상기 밀링단계를 통해 밀링된 혼합물을 탈수하고 건조하는 탈수건조단계;로 이루어지고,
상기 밀링단계는 고에너지 볼밀을 이용하여 1000 내지 2000rpm의 속도로 60 내지 180분 동안 이루어지고, 상기 아연의 표면에서 상기 아연과 상기 가수분해된 실란의 커플링 반응을 유도하는 것을 특징으로 하는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가수분해단계는 에탄올 100 중량부에 실란 1 내지 6 중량부를 혼합하고, 30 내지 70℃의 온도와 100 내지 150rpm의 속도로 10 내지 60분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 실란은 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리메톡시 실란, 트리 메틸 플로오루 실란, 트리에틸실란, 에틸트리 메틸 실란, 트리아이소프로필 실란, 3-아미노 프로필 트리 에톡시 실란, 3-아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 3-아미노 프로필 메틸 디 에톡시 실란, 3-아미노 프로필 메틸 디 메톡시 실란, 아미노 에틸 아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 디 에틸 아미노 메틸 트리 에톡시 실란, 디 에틸 아미노 메틸 트리 에톡시 실란, 디 에틸 아미노 프로필 트리 에톡시 실란, N-(N-부틸)-3-아미노 프로필 트리 메톡시 실란, 3-글로시독시 프로필 트리 메톡시 실란, 3-글로시독시 프로필 메틸 디 에틸 실란, 3-글로시독시 프로필 메틸 디 메톡시 실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸 트리 메톡시 실란, 3-메르캅토 프로필 트리 메톡시 실란, 3-메르캅도 프로필 트리 에톡시 실란, 3-메르캅토 프로필메틸 디메톡시 실란, 테트라 메톡시 실란 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 원료혼합단계는 상기 아연 슬러리에 혼합된 아연 100 중량부 대비 상기 가수분해단계를 통해 가수분해된 실란 1 내지 3 중량부를 혼합하고, 200 내지 500rpm의 속도로 20 내지 30분 동안 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 아연 슬러리는 알코올 100 중량부에 아연분말 25 내지 50 중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 탈수건조단계는 상기 밀링단계를 통해 밀링된 혼합물을 탈수하고 진공건조하여 수분 함량을 0.3 질량% 이하로 조절하는 것을 특징으로 하는 실란 커플링 반응을 이용한 친수성 아연 플레이크의 제조방법.