부식 환경에 따른 유기도막의 노화과정 및 전기화학특성 연구

Abstract

산업의 발달로 공업지대와 해안지역의 개발이 적극적으로 추진되면서 이 지역에 세워진 철강 구조물의 방식에 대한 중요성이 대두되고 있다. 따라서 철강 구조물의 부식을 방지하기 위한 여러 방법들이 제안되고 있으나 그 중에서 도장에 의한 방식법이 가장 널리 이용된다. 이는 도장되는 물체의 구조나 크기에 상관없이 대상물에 대한 도장의 적용이 가능하고 또한 노화된 도막을 적절한 표면처리 후에 재도장함으로써 새로운 방식도막으로 대상물을 보호 할 수 있어 거의 반영구적으로 방식효과를 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 고분자 물질로 구성된 유기도막은 주위 환경의 복합적인 부식 인자에 의해 시간이 경과함에 따라 자연스럽게 노화되어 본연의 기능을 상실하게 된다. 그러므로 본 연구에서는 해안환경, 공업지대, Hygrothemal stress와 같은 대표적인 부식 환경에 놓인 유기도막의 노화과정 및 방식기구를 보다 상세히 연구하기 위하여 전기화학적 교류 임피던스법을 이용하여 정량적으로 방식성능 변화 및 노화과정을 monitoring하였다. 또한 부식 환경에 놓인 유기도막의 내후성을 평가하기 위하여 AFM(Atomic Force Microscopy)을 이용하여 도막 표면의 Topography와 Roughness 변화에 초점을 맞추어 도막의 표면 상태에 따른 방식성능 변화를 연구하였고 DSC(Differential Scanning Calorimetry)을 이용하여 노화에 따른 도막의 Tg 변화를 측정하여 다른 부식 환경 하에서 도막의 free volume 및 가교밀도 변화를 추론하여 도막의 방식성능과의 상관관계를 연구하였다. 사용된 시험편은 150 x 70 x 2.5(mm)의 HR 강판으로 도장 전에 알칼리 탈지 후 Grit Blasting 처리하여 조도를 형성하였고 초음파 세척을 통해 미세 이물질을 제거한 후에 Auto Spray를 이용하여 도장 시방서에 명시된 조건으로 도장하였다. 사용된 도료는 현재 중방식분야에서 많이 사용되는 에폭시, 우레탄 도료로 하도는 에폭시 도막을 75㎛. 상도는 에폭시, 우레탄 도막을 각각 50㎛ 내외로 도장하였다. 도막 노화 시험인 NORSOK M501 Cyclic Test, Prohesion Test, Hygrothemal stress Test를 이용하여 지정된 주기를 따라 EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 통해 도막의 방식성능 및 노화거동을 monitoring하였고 AFM과 DSC를 이용하여 도막의 표면상태 및 Tg변화를 관찰하였다. 서로 다른 부식 환경에서 측정된 유기도막의 전기화학특성 변화와 도막의 Topography 및 Tg변화에 따라 부식인자에 대한 도막의 장벽특성 감소경향을 관찰할 수 있었으며 그에 따른 도막의 방식성능과의 상관관계를 확인할 수 있었다.

Protective coatings play an important role in the protection of metallic structures against corrosive environment. The main function of anticorrosive coating is to prevent corrosive agents, such as water or oxygen and ion from contacting the underlying metal substrate. Therefore, study of ageing of organic coating and anti-corrosion properties is very important for prevention of metal structures. In the study, ageing process and protective properties of organic coating were studied using EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy), AFM (Atomic Force Microscope) and DSC (Differential Scanning Calorimetry) in the representative corrosive environments. Also the correlation among protective property and change of roughness and Tg of organic coatings was studied. The used specimens were produced two different coating systems. First coating system was coated two epoxy coating of BPA -TYPE and second coating system was composed of epoxy coating and Polyurethane coating. In order to ageing of coating layer, accelerated tests (NORSOK M501, Prohesion, Hygrothermal stress test) were applied to all specimens. Then, the specimens were measured electrochemical properties, roughness of surface and Tg according to designed period. The results of experiment showed that the impedance of epoxy system steadily decreased with change of surface roughness and Tg. In the urethane system, the impedance hardly decreased but the correlation trend of change of roughness and Tg was similar to epoxy system. So, it was found that the correlations among the results of EIS, AFM and DSC were evidence in the evaluation of degradation and protective property of organic coating.