수분에 노출된 분체도료로 도장한 도막, 어떻게 무너지는가
핀홀·광택 저하부터 SST·침지·열충격·전기적 특성까지 — 단기 외관 불량과 장기 기능 열화의 메커니즘 완전 분석
Part 1에서는 수분이 분체도료 자체에 — 유동성, 대전, 도착 효율, 회수율에 — 어떤 피해를 입히는지를 다뤘습니다. 그러나 분체가 어떻게든 피도물에 도달했다고 해서 이야기가 끝나는 것은 아닙니다. 수분을 머금은 분체는 경화 오븐 안에서, 그리고 시간이 지나면서 도막 자체를 안에서부터 무너뜨립니다.
이 글은 크게 두가지로 불량 유형을 나누었습니다. 첫째는 단기 외관 불량 — 도장 직후 바로 보이는 핀홀, 크레이터, 광택 저하, 오렌지필입니다. 둘째는 장기 기능 열화 — 염수 분무 시험(SST), 침지 시험, 열충격, 그리고 전기적 특성에서 나타나는 누적 피해입니다. 외관은 멀쩡해도 장기 시험에서 불량이 발생하는 경우가 많기 때문에, 이 두가지 측면을 함께 보는 것이 좋습니다.
01 단기 외관 불량 — 핀홀·크레이터·광택 저하·오렌지필
수분이 포함된 분체로 도장한 도막은 경화 오븐 안에서 수분을 영향을 받기 시작합니다. 도료가 녹아서 필름을 형성하는 과정에서 잔류 수분이 증기로 변하면서 도막을 뚫고 빠져나가기 때문입니다. 이 과정에서 발생하는 외관 불량은 네 가지 형태로 나타낼 수 있습니다.
핀홀(Pinhole)과 핀팝(Pinpop) — 도막을 뚫고 나가는 수증기
분체가 경화 오븐에 들어가면 약 121~135°C(250~275°F) 구간에서 용융이 시작됩니다. 이때 분체 내부에 갇혀 있던 수분이 비등점(100°C)을 훨씬 넘어선 상태가 되어 격렬하게 증기로 팽창합니다. 도료가 아직 충분히 유동성을 갖기 전에 이 증기가 도막을 뚫고 나가면 핀홀이 생깁니다. 도료가 굳기 시작한 상태에서 뚫고 나가면 마치 화산이 분출한 것처럼 작은 분화구가 남는 핀팝(pinpop)이 됩니다.
수분 1 g이 100°C에서 증기가 될 때 부피는 약 1,700배로 팽창합니다. 도막 안에 갇힌 미세한 수분 한 방울이 1,700배 부피의 압력을 생성하는 셈입니다. 이 압력이 용융 도료의 표면 장력과 점도를 합한 저항을 초과하면 도막을 뚫고 분출합니다. 도료의 점도(η)가 낮을수록(즉 도료가 잘 흐를수록) 증기가 분출 후 분화구가 메워질 가능성이 높지만, 점도가 높거나 이미 가교(crosslinking)가 진행된 상태라면 분화구는 영구적으로 남습니다.
크레이터(Cratering) — 표면 장력 불균형이 만든 분화구
크레이터는 핀홀과 비슷해 보이지만 메커니즘이 다릅니다. 핀홀은 가스 분출의 결과이고, 크레이터는 표면 장력 차이로 도료가 덮지 못한 결과입니다. 표면에 분체도료보다 표면 장력이 낮은 물질(기름, 실리콘, 그리스 등)이 있으면, 용융된 도료가 그 부분을 덮지 못하고 주변으로 밀려나면서 둥근 분화구 형태가 됩니다.
그림. 분체도막 표면의 원형 크레터링 — 가운데에 원인 물질이 남아있는 경우가 많다. (출처: PowderKorea 크레터링 발생원인 글)
수분 자체가 크레이터의 직접 원인은 아니지만, 잔류 수분이 도료의 표면 장력을 국부적으로 교란하면 크레이터와 유사한 외관 결함이 발생할 수 있습니다. 따라서 크레이터가 발견되면 수분만이 아니라 공기 라인의 오일 오염, 전처리 잔류물 등을 종합적으로 점검해야 합니다. 크레이터의 메커니즘과 원인 물질 분석 방법(SEM/EDS 분석 포함)은 크레터링 발생원인 완벽 이해하기 글에서 자세히 다뤘습니다.
광택 저하(Gloss Reduction) — 도막 표면의 미세 거칠기
수분이 도막 내부에서 증기로 변하다가 완전히 분출하지 못하고 표면 근처에서 멈춘 경우, 도막 표면에 미세한 요철이 형성됩니다. 육안으로는 잘 안 보이지만 60° 광택계로 측정하면 정상 도막 대비 광택 값이 10~30% 떨어집니다. 같은 도료, 같은 도막 두께인데 광택이 들쭉날쭉하다면 수분 의심 신호입니다.
오렌지필(Orange Peel) — 흐름 불량의 가시화
수분이 도료의 점도와 흐름 특성을 교란하면 용융 단계에서 균일한 레벨링(leveling)이 일어나지 못합니다. 그 결과 도막 표면이 오렌지 껍질처럼 굴곡진 모양이 됩니다. 오렌지필은 도장 조건(전압, 거리, 도막 두께)에 의해서도 생기지만, 수분이 개입하면 정상 도장 조건에서도 발생합니다. 부품 사이의 오렌지필 패턴이 일관되지 않고 무작위로 나타난다면 수분이 원인일 가능성이 큽니다.
핀홀과 크레이터는 수분 외에도 가스 발생(degassing 불량), 기재 오염, 분체 자체의 휘발성 성분 등 다양한 원인이 있습니다. 외관 불량을 보고 바로 "수분 문제"라고 단정하기보다는, Part 1에서 다룬 분체 자체의 상태 점검(촉감, 유동화 상태)을 병행해야 합니다.
02 장기 내식성 — 염수 분무 시험(SST)에서의 조기 실패
도장 직후 외관이 멀쩡해 보여도 — 그리고 광택계 수치가 기준 안에 들어와도 — 도막 내부에 잔류한 미세한 수분은 장기 성능 시험에서 모습을 드러냅니다. 그 첫 번째 무대가 염수 분무 시험(Salt Spray Test, SST)입니다.
SST의 기본 원리와 표준
염수 분무 시험은 5% NaCl 수용액을 35°C에서 안개 형태로 분무하여 도막의 내식성을 가속 평가하는 시험입니다. 국제 표준은 ASTM B117과 ISO 9227이 가장 널리 쓰입니다. 도막에 X자 스크래치를 내고 정해진 시간(일반적으로 500h, 1,000h, 1,500h 등) 동안 노출 후 스크래치 주변의 부식 진행(scribe creep)과 블리스터(blister) 발생을 평가합니다.
수분이 SST 성능을 망치는 두 가지 경로
잔류 수분은 두 가지 경로로 SST 성능을 떨어뜨립니다.
경로 1: 도막-소재 계면의 부착력 저하. 분체 도장 시 잔류 수분이 도막-소재 계면에 갇히면, 경화 후에도 그 자리는 미세한 약점으로 남습니다. SST에서 염수가 도막의 미세 결함(핀홀, 크레이터 주변)으로 침투하면, 이 약한 계면을 따라 빠르게 박리가 확산됩니다. 정상 도막이 1,000h를 버틸 때 수분 영향을 받은 도막은 300~500h에서 박리가 시작되는 경우가 흔합니다.
경로 2: 도막 내부의 이온 전도 경로 형성. 잔류 수분이 도막 내부에 미세 채널을 만들어 두면, SST의 염소 이온(Cl⁻)이 이 채널을 따라 소재까지 빠르게 도달합니다. 도막의 차단(barrier) 기능 자체가 무력화되는 셈입니다.
| 분체 상태 (Part 1 단계 기준) | 스크래치 부식 확산(Scribe Creep) | 블리스터 발생 시점 | 예상 SST 합격 가능성 |
|---|---|---|---|
| 정상 분체 (기준) | 1.0x (기준) | 1,000h 이후 | 설계 기준 충족 |
| 경미 흡습 (1단계) | 1.1~1.3x | 700~1,000h | 대부분 충족, 일부 변동 |
| 중간 흡습 (2단계) | 1.5~2.0x | 400~700h | 기준 미달 가능성 높음 |
| 심각 흡습 (3단계) | 2.5x 이상 | 300h 이전 | 기준 미달 |
출처: 수치는 ASTM B117 시험 기반 일반 경향을 정리한 추정치이며, 실제 결과는 도료 종류·소재·도막 두께·전처리에 따라 크게 달라질 수 있습니다.
SST와 전처리의 관계는 다음 글에서 더 깊이 다룰 예정입니다 (인산아연 vs. 인산철 vs. 지르코늄 비교).
03 침지 시험(Immersion Test) — 블리스터링과 박리
침지 시험은 도장된 시편을 액체(증류수, 해수, 산성·알칼리성 용액 등)에 일정 시간 담가 도막의 내습성과 내약품성을 평가하는 시험입니다. 표준은 ISO 2812(액체 침지에 의한 도료의 저항성) 시리즈가 가장 널리 쓰입니다.
블리스터(Blister)가 생기는 메커니즘
도막이 액체에 침지되면 외부의 물 분자가 도막을 통해 천천히 확산해 들어옵니다. 정상 도막에서는 이 확산이 매우 느리고 균일하지만, 이미 잔류 수분이 있는 도막에서는 이 수분이 핵(nucleation site)이 되어 액체가 그 지점에 집중적으로 모입니다. 시간이 지나면 도막과 소재 사이에 물주머니가 형성되고, 도막이 부풀어 오릅니다. 이것이 블리스터(blister)입니다.
잔류 수분이 미네랄이나 이온성 첨가제와 함께 갇혀 있으면, 그 지점은 외부 침지액과 농도 차이가 발생합니다. 도막은 반투막 역할을 하므로 삼투압이 작용하여 외부 물이 그 지점으로 더 빠르게 끌려 들어옵니다. 블리스터는 시간에 비례해서 자라며, 한번 형성되면 도막 박리(delamination)의 출발점이 됩니다.
침지 시험에서 나타나는 패턴
정상 도막은 침지 후 ISO 4628-2의 블리스터 평가 기준(크기·밀도)에서 0(블리스터 없음) 또는 1(매우 소량)을 기록합니다. 수분 흡습 분체로 도장한 도막은 같은 침지 조건에서 ISO 4628-2의 3~5 등급(중간~심각 블리스터)으로 평가되는 경우가 많습니다. 외관상 멀쩡한 도막이 침지 48시간 만에 블리스터로 뒤덮이는 사례가 변압기 외부 폴리에스터 도막에서 종종 보고됩니다.
- 침지 시편은 가능하면 도장 후 7일 이상 숙성(curing) 후 시험
- 도장 직후 시편을 침지하면 미반응 가교 자리에 수분이 침투해 가짜 불량이 나올 수 있음
- 블리스터가 도막 전면에 균일하게 분포 → 분체 자체의 흡습 의심
- 블리스터가 특정 부위에만 집중 → 부분적 결로 또는 전처리 불량
04 열충격(Thermal Shock) — 잔류 수분이 만드는 크랙
열충격 시험은 도장된 시편을 고온과 저온 사이에서 급격히 반복 노출시켜 도막의 균열·박리 저항성을 평가하는 시험입니다. 도료의 내후성 시험에서 ISO 11341(인공 풍화), 그리고 더 가혹한 열충격 시험에서 IEC 60068-2-14 등이 활용됩니다.
열팽창 차이가 도막을 찢는다
도막 안에 잔류 수분이 갇혀 있는 상태에서 시편이 고온(예: 80°C)에 노출되면 수분이 증기로 팽창합니다. 다시 저온(예: −40°C)으로 떨어지면 수분이 얼면서 다시 한 번 부피가 변합니다. 이 팽창·수축 사이클을 도막은 견뎌야 하는데, 잔류 수분 자리는 미세한 기계적 약점이 되어 응력이 집중됩니다. 사이클이 반복되면 그 자리에서 미세 크랙(microcrack)이 시작됩니다.
도막의 열팽창 계수(CTE, Coefficient of Thermal Expansion)와 소재(특히 금속)의 열팽창 계수는 큰 차이가 있습니다. 정상 도막은 이 차이를 도료의 탄성으로 흡수합니다. 그러나 수분이 잔류한 도막은 부착력이 이미 떨어진 상태이므로, 이 열팽창 차이를 흡수하지 못하고 박리가 시작됩니다.
옥외 설치 변압기, LED 가로등 함체, 옥외 통신 함체처럼 일교차가 큰 환경에 노출되는 부품은 매일 작은 열충격을 받습니다. 수분 영향을 받은 도막은 정상 도막보다 훨씬 빠르게 열피로(thermal fatigue)에 의해 무너집니다. SST에서는 통과해도 실제 옥외 설치 후 1~2년 만에 크랙이 발견되는 경우가 이에 해당합니다.
05 전기적 특성의 열화 — BDV·CTI·절연 저항
여기서부터는 변압기, 전기 패널, 모터 하우징처럼 전기적 절연성이 핵심 기능인 부품의 이야기입니다. 외관 불량은 검사로 걸러낼 수 있지만, 전기적 특성의 열화는 외관으로 알 수 없어 더 위험합니다. 시험에서 통과한 제품이 현장 설치 후 절연 파괴를 일으키면 화재나 인명 사고로 이어집니다.
변압기 도장의 이중 구조 — 에폭시와 폴리에스터
변압기 도장은 부위에 따라 사용 분체가 다릅니다. 이 차이를 이해하면 수분이 어디에서 어떻게 위험한지가 명확해집니다.
- 코일(coil), 코어(core), 부싱(bushing) 등 절연 기능이 핵심인 부품
- 요구 특성: 높은 BDV, 낮은 누설 전류, 우수한 절연 저항
- 에폭시는 극성기(-OH, -NH)가 많아 수분 흡착에 취약
- 잔류 수분이 절연 성능에 직접 타격 → 가장 위험
- 변압기 외함, 방열판 외부 등 옥외 노출 부위
- 요구 특성: 내후성, 방식성, UV 안정성
- 폴리에스터는 상대적으로 소수성 → 흡습은 덜함
- 그러나 외부에 형성된 수분층이 절연 경로 형성 가능 (트래킹)
1. 절연 파괴 전압(Breakdown Voltage, BDV) — IEC 60243
BDV는 절연체가 견딜 수 있는 최대 전압입니다. 이 값을 초과하면 절연이 무너지면서 전기가 갑자기 통하며 아크(arc)가 발생되고 절연체가 파괴됩니다. 시험 표준은 IEC 60243-1 또는 ASTM D149가 쓰이며, 결과는 kV/mm 단위(유전 강도, dielectric strength)로 표현됩니다.
잔류 수분은 BDV에 두 가지 방향으로 타격을 줍니다. 첫째, 도막 내 수분 클러스터가 절연 약점이 되어 BDV가 떨어집니다. 둘째, 시간이 지나면서 수분이 천천히 이동하면서 BDV 값이 변동성(variability)이 커집니다. 시험 시점에는 통과했지만 1년 후 시험하면 떨어지는 패턴이 나타납니다.
2. 비교 트래킹 지수(CTI, Comparative Tracking Index) — IEC 60112
CTI는 절연체 표면에 액체(보통 KCl 수용액)가 떨어졌을 때, 절연 표면에서 전기가 흐르며 탄화 경로(carbon track)를 형성하는 현상 — 트래킹(tracking) — 을 평가하는 지수입니다. CTI 값이 높을수록 트래킹에 강합니다. 시험 표준은 IEC 60112입니다.
여기서 중요한 것은 폴리에스터 외부 도막입니다. 옥외 변압기 외함은 항상 습기, 비, 결로에 노출됩니다. 만약 외부 도막이 잔류 수분으로 인해 이미 표면 전도도가 높아진 상태라면, 외부에서 절연 경로가 형성되어 트래킹이 시작될 수 있습니다. 변압기 단자대 주변의 폴리에스터 도막이 검게 그을린 자국이 보인다면 트래킹의 흔적일 가능성이 큽니다.
3. 절연 저항(Insulation Resistance, IR) — IEC 60167 / ASTM D257
절연 저항은 절연체에 직류 전압을 인가했을 때 흐르는 미세 전류로부터 계산하는 저항값입니다. 단위는 보통 GΩ(기가옴) 또는 TΩ(테라옴) 수준입니다. 잔류 수분은 도막 내부에서 미세한 이온 전도 경로를 만들기 때문에, 정상 도막 대비 절연 저항이 한 자릿수 또는 두 자릿수 떨어질 수 있습니다.
| 분체 상태 | BDV (kV/mm) | CTI (V) | 절연 저항 (상대 비) |
|---|---|---|---|
| 정상 분체 (기준) | 20~25 (기준) | ≥ 600 (PLC 0) | 1.0 (기준) |
| 경미 흡습 | 17~22 (소폭 저하) | 400~600 | 0.5~0.8 |
| 중간 흡습 | 12~17 (눈에 띄는 저하) | 175~400 | 0.1~0.3 |
| 심각 흡습 | < 12 (기준 미달) | < 175 | < 0.05 |
출처: IEC 60243, IEC 60112, IEC 60167 시험 기반 일반적 경향 추정. 실제 값은 수지 등급·도막 두께·시험 환경에 따라 크게 달라집니다.
BDV 저하 → 변압기 절연 파괴 → 화재/감전 → 인명 사고. 일반 도장에서는 수분이 "품질 문제"지만, 전기 설비 도장에서는 안전 문제입니다.
06 종합 비교 매트릭스 — 흡습 단계별 시험 영향도
지금까지 본 시험 항목들을 흡습 단계별로 한눈에 정리합니다. Part 1의 3단계 모델을 기준으로 각 시험에서 어느 정도의 영향이 예상되는지를 표시했습니다.
| 시험 항목 | 정상 분체 | 경미 (1단계) | 중간 (2단계) | 심각 (3단계) |
|---|---|---|---|---|
| 외관 (핀홀·크레이터) | 기준 충족 | 미세 변동 | 눈에 띄는 결함 | 광범위 결함 |
| 광택·오렌지필 | 기준 충족 | 5~10% 저하 | 10~30% 저하 | 30% 이상 저하 |
| SST (ASTM B117) | 기준 시간 충족 | 10~30% 단축 | 50% 이상 단축 | 기준 미달 |
| 침지 시험 (ISO 2812) | 블리스터 없음 | 미세 블리스터 | 중간 블리스터 | 광범위 블리스터·박리 |
| 열충격 (IEC 60068-2-14) | 크랙 없음 | 변화 미미 | 미세 크랙 시작 | 크랙·박리 진행 |
| BDV (IEC 60243) | 기준 충족 | 소폭 저하 | 눈에 띄는 저하 | 기준 미달 위험 |
| CTI (IEC 60112) | PLC 0 | PLC 0~1 | PLC 2~3 | 트래킹 발생 |
| 절연 저항 (IEC 60167) | 기준 충족 | 20~50% 저하 | 한 자릿수 저하 | 두 자릿수 저하 |
이 표는 절대값이 아닌 상대적 경향입니다. 같은 흡습 단계라도 수지(에폭시/폴리에스터/하이브리드), 도막 두께, 전처리, 시험 조건에 따라 결과는 크게 달라집니다. 의사 결정의 1차 가이드로만 사용하시고, 중요한 공정은 반드시 실제 시험으로 검증하십시오.
07 현장 적용 포인트 & 품질 판정 기준
Part 1과 Part 2 전체를 통해 본 수분 관리의 원칙을 현장 적용 가능한 형태로 정리합니다.
- 예방이 우선: 비가역적 열화가 시작되면 되돌릴 방법이 없습니다. 보관 환경(18~25°C, RH 40~60%) 유지가 가장 비용 효율적인 대책입니다.
- 의심되면 시험 도장 먼저: 흡습이 의심되는 분체는 소량 시험 도장 후 도막 검사(육안, 광택, 가능하면 침지)를 거쳐 사용 여부를 결정합니다.
- 전기 설비 도장은 무조건 보수적으로: 의심스러우면 사용하지 않습니다. BDV/CTI/IR 시험 통과만으로 안전을 보장할 수 없습니다.
- 에폭시 분체 우선 관리: 에폭시 계열은 폴리에스터보다 흡습이 빠르고 영향이 큽니다. 변압기 내부 절연 분체는 가장 엄격한 관리 대상입니다.
- SST는 절대 시간이 아닌 상대 시간으로: 같은 라인에서 다른 시점에 시험한 결과 사이의 변동성이 커지면 분체 상태 점검 신호입니다.
- 외관 + 기능 동시 검사: 외관이 멀쩡해도 SST·BDV 등 기능 시험에서 떨어지면 안전 문제로 직결됩니다.
- 회수 분체 관리: 수분 의심 시 회수 비율을 일시적으로 낮추고 버진 분체 비율을 높입니다. PSD Part 2의 fines enrichment 섹션 참고.
- 오븐 효율 점검: 잔류 수분 제거의 마지막 보루는 경화 오븐입니다. 오븐 온도 분포와 dwell time이 도료 TDS 기준과 맞는지 정기 점검합니다.
Part 1에서 분체 자체의 변화를, Part 2에서 도막의 변화를 다뤘습니다. 두 글을 함께 읽으면 "수분이 분체도장의 처음부터 끝까지 어떻게 개입하는지" 전체 그림이 보입니다. 분체도장은 정전기, 화학, 열역학, 재료과학이 동시에 작동하는 공정입니다. 그리고 수분은 이 모든 영역에 동시에 영향을 미치는, 가장 보편적이면서 가장 과소평가되는 변수입니다.
다음 글에서는 전처리 방법 심화 비교(인산아연 vs. 인산철 vs. 지르코늄)를 다룰 예정입니다. 도장 품질의 또 다른 핵심 출발점인 전처리에서 어떤 선택이 어떤 결과로 이어지는지 살펴봅니다.
참고 문헌
- ASTM B117. Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus.
- ISO 9227. Corrosion tests in artificial atmospheres — Salt spray tests.
- ISO 2812-1, -2, -3, -4. Paints and varnishes — Determination of resistance to liquids.
- ISO 4628-2. Paints and varnishes — Evaluation of degradation of coatings — Part 2: Assessment of degree of blistering.
- ISO 11341. Paints and varnishes — Artificial weathering and exposure to artificial radiation.
- IEC 60068-2-14. Environmental testing — Part 2-14: Tests — Test N: Change of temperature.
- IEC 60243-1. Electric strength of insulating materials — Test methods — Part 1: Tests at power frequencies.
- ASTM D149. Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage and Dielectric Strength of Solid Electrical Insulating Materials at Commercial Power Frequencies.
- IEC 60112. Method for the determination of the proof and the comparative tracking indices of solid insulating materials.
- IEC 60167. Methods of test for the determination of the insulation resistance of solid insulating materials.
- ASTM D257. Standard Test Methods for DC Resistance or Conductance of Insulating Materials.
- Moisture Content of Powder Coatings — P2 InfoHouse, https://p2infohouse.org/ref/39/38193.pdf
- Water absorption behavior of a kind of epoxy powder coating — ResearchGate, https://www.researchgate.net/publication/288615273
- POLYMER-WATER INTERACTION STUDIES — NASA Technical Report, https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19850024098
- Experimental Evaluation of Polyester and Epoxy–Polyester Powder Coatings in Aggressive Media — MDPI Coatings, https://www.mdpi.com/2079-6412/8/3/98
- PowderKorea. (2026). 수분에 노출된 분체도료, 도장 전에 이미 망가진다 (Part 1). https://www.powderkorea.com/2026/05/moisture-powder-dynamics.html
- PowderKorea. (2026). 분체도료 입자 크기 분포(PSD) 완전 분석 Part 2. https://www.powderkorea.com/2026/05/psd-part-2.html
- PowderKorea. (2026). 패러데이 케이지 효과의 원리와 극복 전략. https://www.powderkorea.com/2026/05/paraday-cage-effect.html
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