KR100395228B1

KR100395228B1 - 저온 및 급속경화성의 에폭시 수지를 이용한 토목, 건축구조물용 보수제

Info

Publication number: KR100395228B1
Application number: KR10-2000-0025554A
Authority: KR
Inventors: 윤정현
Original assignee: 오션씨엔씨 주식회사
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2003-08-21
Also published as: KR20010104120A

Abstract

본 발명은 각종 토목·건축 구조물의 긴급을 요하는 균열부위에 적용되어 보수와 성형봉합 및 원형복원을 위해 충진 및 보수용으로 제공될 수 있도록 금속성 필라의 혼합체 또는 불활성 무기질 분체의 혼합조성물로 이루어진 폴리메르캅탄(Polymercaptane) 경화형 에폭시 수지를 이용한 보수제에 관한 것인데, 이를 위하여 본 발명은 에폭시 당량 175-195인 에폭시 수지 10-30중량%, 에폭시 당량 180-210인 에폭시 수지 10-30중량%, 금속성 필라로서 금속분말 30중량%, 불활성필라로서 알루미나(Al₂O₃) 10중량% 및 실리카(SiO₂) 20중량%를 포함하는 기본제와; 폴리메르캅탄 30-40중량%, 메타크실렌디아민(C₈H₁₂N₂) 0.5중량%, 디메칠 아미노 메칠 페놀(DMP-30) 3-5중량%, 금속분말 20중량%, 알루미나 12-18중량%, 실리카 10-15중량%, 흄드 실리카 3-4중량% 및 탈크 10중량%를 포함하는 경화제를 일정한 배합비로 혼합하여 얻어진 것임을 그 특징으로 한다.

Description

저온 및 급속경화성의 에폭시 수지를 이용한 토목, 건축구조물용 보수제{.}

본 발명은 각종 토목·건축 구조물의 긴급을 요하는 균열부위에 적용되어 보수와 성형봉합 및 원형복원을 위해 충진 및 보수용으로 제공되는 보수제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지상 및 수중 구조물의 균열 보수에 적합하도록 금속성 필라 또는 불활성 무기질 분체를 포함하는 폴리메르캅탄(Ploy mercaptane) 경화형 에폭시 수지를 이용한 보수제에 관한 것이다.

일반적으로, 해상의 교량이나 잔교 등 각종 토목·건축 구조물은 내구연한의 도래와 외부의 환경변화 및 충격, 그리고 열화현상에 의해 철재 및 콘크리트 표면이 부식되어 균열(크랙)이 유발되는 등 구조물의 내력에 심각한 손상이 야기될 수 있어 이를 방지하기 위한 수단으로 에폭시 수지를 이용한 각종 보수·보강공법이 안출되어 왔다.

통상, 철재 및 콘크리트 구조물에 균열이 발생하면 상기 균열부위에 소정의 충진제를 충입하여 보수하는데, 이때 수중의 구조물에 있어서는 강도면에서 비교적 약한 우레탄 수지를 이용하고, 중간의 단열재 등에 있어서는 공간이 형성된 2중 구조물의 균열부위를 커팅처리한 후 씰링제로서 표면처리를 수행함이 보편적이다.

이때, 사용되는 보수 충진제로는 비스페놀 A계 고분자 수지 75-95%, 반응성 단분자 희석제 25-5%를 60-80℃에서 합성반응시킨 주제와; 변성 지방족 50-90%, 지방족 아민 15-3%, 준 반응성 희석제 15-3%, 비스페놀계 A계 수지 20-4%를 50-70℃에서 합성반응시킨 경화제로 마련되며, 이와 같이 제공되는 주제와 경화제는 대개의 경우 2:1에서 4:1의 배합비를 갖는데, 그 경화반응식은 다음 반응식 1과 같다.

[반응식 1]

그러나, 이때 사용되는 보수 충진제는 수중경화가 가능한 원료와 응집력을 부여할 수 있는 원료가 전혀 첨가되어 있지 않으므로 수중 구조물에는 현실적으로 이를 적용하기가 매우 곤란하였다.

즉, 피착물의 수분이 건조되어야 한다는 전제 조건이 충족되어야하므로 과다한 시간 및 경비가 소요된다는 문제점을 포함하고 있는 것이다.

이와 함께,로 표시되는 에폭시 래디칼과 RNH₂로 표현되는 아민 화합물과의 반응에 의해 형성되는 에폭시계 접착제는 경화속도가 매우 늦어 긴급 보수가 필요한 곳에는 전혀 사용될 수 없었고, 유기용매를 함유하고 있어 환경오염의 또 다른 원인을 제공한다.

아울러, 주제와 경화제가 일정한 비율에 의해 별도의 용기에 포장된 채 혼합되는 관계로 그 혼합비율이 일정하지 않아 기대되는 표준성능을 적절히 발휘할 수 없었고, 주제인 에폭시 수지와 아민류, 메르캅탄 및 이소시아네이트가 혼합되어 경화되어가는 과정에서 가사시간(可使時間 혹은 Pot Life로 통칭되며, 더 이상 사용할 수 없는 상태(Gellation)까지의 소요시간을 의미)이 경과되어 버리는 등 불완전한 결과가 초래되었다.

또한, 상온에서 속 경화목적으로 사용되는 페놀 변성 아민종류의 경화제는 페놀 고유의 악취와 자극성이 강해 시공시 작업자에게 매우 유해하며, 특히 수중작업시에는 강한 독성을 유발시킨다.

더욱이, 일반적인 필라, 즉 탈크나 탄산칼슘 등의 사용에 따라 경화물의 내마모성 및 내구력이 저하됨은 물론 내열안정성이 현저히 낮아져 접착부위가 60℃ 전후의 열을 받았을 때 열가소성으로 인해 형태변화를 수반한다는 치명적인 결함 역시 수반하는 것이다.

따라서, 본 발명에 의한 토목·건축 구조물 보수제는 무 용제형의 에폭시 수지와 메르캅탄 화학물인 에폭시 수지와의 저온 급속반응성을 이용하여 에폭시 수지의 내화학적 성질과 가공성 및 접착성을 살리고, 피착제의 기능을 살리기 위해 모재와 동일 성질의 금속성 분말, 세라믹성 알루미나 규산질 분말 등의 화학적 안정성 및 내열성이 우수한 물질을 배합 분산하여 주제와 경화제로 분리된 것을 단일한 포장상태로 제조하여 계량시의 정확성이 항상적으로 유지될 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 영하의 온도에서도 급속한 경화작용이 유발되어 긴급한 보수가 필요한 곳에 즉시 사용될 수 있도록 함에도 있으며,

본 발명의 또 다른 목적은 시공이 용이해짐에 따라 별도의 작업수단을 필요로 하지 않고, 상온에서 30-60분 이내에 균열부위의 기계적 성형이나 원형복원이 충분히 가능토록 함에도 있다.

상기의 목적은 반 고체상태로 2성분 1포장되어 에폭시 저온 속경화성의 접착성 물질인 폴리메르캅탄의 특성을 이용한 에폭시 보수제로 달성될 수 있는데, 이 보수제는 에폭시 당량 175-195인 에폭시 수지 10-30중량%, 에폭시 당량 180-210인 에폭시 수지 10-30중량%, 금속성 필라로서 금속분말 30중량%, 불활성 필라로서 알루미나 10중량% 및 실리카 20중량%를 포함하는 기본제와; 폴리메르캅탄 30-40중량%, 메타크실렌디아민(C₈H₁₂N₂) 0.5중량%, 디메칠 아미노 메칠 페놀(DMP-30) 3-5중량%, 금속분말 20중량%,알루미나 12-18중량%, 실리카 10-15중량%, 흄드 실리카 3-4중량% 및 탈크 10중량%를 포함하는 경화제를 일정한 배합비로 혼합한 폴리메르캅탄 경화형 에폭시 조성물로 이루어짐을 특징으로 한다.

이때, 상기 금속분말로는 Zn, Fe, Ni 및 W 중에서 선택하여 혼합한 물질을 사용할 수 있을 것이다.

본 발명은 이하에서 구체적으로 설명되는 실시예를 통해 그 양호한 재현성을 확인하여 볼 수 있다.

본 발명은 완전한 무 용제형으로 설계되며, 특히 본 발명에 경화제로서 적용되는 폴리 메르캅탄은 염화비닐 안정제의 원료로서 주로 에폭시 수지의 경화제나 혹은 합성수지의 개질제 및 반응촉진제로 사용되는데, 3급 아민과 같은 염기성 촉매의 존재하에서 에폭시기와 신속히 부가반응하여 -20℃의 저온에서도 1반응이 용이한 메르캅토(Mercapto)기(-SH)를 1분자 내에 2개 이상을 가지는 중합물로서, 3급 아민과 메르캅탄 반응계에서 Zn, Fe, Cu등의 금속과 공기중의 산소에 의한 영향으로 피막이 형성될 수 있음으로 본 발명은 구현하기 위해서는 제조 공정중 적절히 산소가 차단되어야 할 필요가 있다.

본 발명의 보수제를 구성하는 기본제에 있어서는, 에폭시 당량 175-195인 에폭시 수지와 에폭시 당량 180-210인 에폭시 수지를 혼용하는 바, 이들은 점성, 강도, 접착력, 탄성의 조화를 위해 적절한 비로 혼합되어야 한다. 이에 부응할 수 있는 가장 적합한 함량은 에폭시 당량 175-195인 에폭시 수지가 기본제 조성 중 10-30중량%이고, 에폭시 당량 180-210인 에폭시 수지가 기본제 조성 중 10-30중량%로 포함되는 것이다. 만일 에폭시 당량 175-195인 에폭시 수지의 함량이 10중량% 미만이면 강도가 떨어지게 되고, 반면에 에폭시 당량 180-210인 에폭시 수지의 함량이 30중량%보다 많게 되면 점성이 높아지는 문제가 있다.한편, 본 발명의 기본제 조성 중에서 금속성 필라로서 금속분말을 포함하는 바, 금속 분말로는 Zn, Fe, Ni 및 W 중에서 선택된 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 그 함량은 기본제 조성 중 30중량%인 것이 바람직하다.또한, 본 발명의 기본제 조성 중에는 불활성 필라로서 알루미나 및 실리카를 포함하는 데, 알루미나는 10중량%로, 실리카는 20중량%로 포함되는 것이 바람직하다.한편, 본 발명 보수제를 구성하는 경화제 조성을 살펴보면, 먼저 폴리메르캅탄을 포함하는 데 그 함량은 기본제를 구성하는 에폭시 수지의 당량에 맞추어서 설정되는 바, 구체적으로는 경화제 조성 중 30-40중량%이다.한편, 디메칠 아미노 메칠 페놀(DMP-30)을 포함하는 데, 이는 폴리메르캅탄의 활성화 촉매로서의 역할을 하는 것으로, 그 함량은 경화제 조성 중 3-5중량%이다. 만일 디메칠 아미노 메칠 페놀의 함량이 3중량% 미만이면 필요이상으로 가사시간이 길어지는 문제가 있고, 5중량%보다 많아지면 가사시간이 너무 짧아지는 문제가 있을 수 있다.그리고, 경화제 조성 중에도 상기 기본제에서 언급한 바와 같은 금속분말을 포함하는 바, 그 함량은 20중량%인 것이 바람직하다.또한, 경화제 조성 중에서도 알루미나와 실리카를 포함하는 바, 알루미나는 화학적으로 안정한 구조를 가져 내화학성과 강도를 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 그 함량은 경화제 조성 중 12-18중량%이다. 만일 그 함량이 경화제 조성 중 12중량% 미만이면 첨가의 효과가 미미하며, 18중량% 초과면 도막 형성시 크랙이 발생되는 문제가 있을 수 있다.그리고, 실리카 또한 알루미나와 같은 역할을 하는 것으로서 그 함량은 10-15중량%인 것이 바람직하다.한편, 알루미나나 실리카는 비중이 크므로 장시간 정치시 용기 아래로 가라앉게 되는 문제가 있는 바, 이를 방지하기 위해 본 발명 보수제의 경화제 조성 중에 흄드 실리카(fumed silica)를 포함한다. 그 함량은 경화제 조성 중 3-4중량%로서, 만일 그 함량이 3중량% 미만이면 첨가효과가 미미하고, 4중량% 초과면 유동성이 적어지는 문제가 있다.한편, 내열성 개량을 위한 경화제로서 메타크실렌디아민(C₈H₁₂N₂)을 포함하는 바, 그 함량은 0.5중량%인 것이 바람직하다.또한 통상의 필러로서 탈크를 10중량%로 경화제 조성 중 포함할 수 있다.이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

＜실시예 1＞

에폭시 당량 175-195인 에폭시 수지 30중량%, 에폭시 당량 180-210인 에폭시 수지 10중량%, 금속분말 30중량%(Zn, Fe, Ni 및 W의 혼합분말), 알루미나 10중량%, 및 실리카 20중량%로 이루어진 기본제와; 폴리메르캅탄 30중량%, 메타크실렌디아민(C₈H₁₂N₂) 0.5중량%, 디메칠 아미노 메칠 페놀(DMP-30) 3중량%, 금속분말(Zn, Fe, Ni 및 W의 혼합분말) 20중량%, 알루미나 18중량%, 실리카 15중량%, 흄드 실리카 4중량%, 및 탈크 10중량%로 이루어진 경화제를 2:1중량비로 배합하여 본 발명의 보수제를 제조하였다.구체적으로는, 먼저 상기 기본제의 주 원료인 에폭시 수지를 평량한 후 이에 Zn, Fe, Ni, W의 혼합 금속분말을 평량하여 80℃로 가열·보온되는 배합기에 투입하여 교반시키게 되는데, 경화제는 세라믹피복처리 또는 내식성의 강판 재질인 배합기를 이용하며, 원자재인 폴리메르캅탄과 상기 금속분말을 평량하여 투입한 후 40℃를 유지하면서 20-30rpm의 속도와 60℃가 넘지않는 온도로서 균일한 페이스트가 되도록 혼합시키게 된다.이와 같이 기본제와 경화제를 유압식 압출기에 투여한 후 형성되는 보수제의 반응식은 다음 반응식 2와 같다.[반응식 2]제 1단계,제 2단계,제 3단계,얻어진 보수제의 가사시간과 각종 경화시간에 대한 결과를 산출하여 다음 표 1에 나타내었다.

＜실시예 2＞

에폭시 당량 175-195의 에폭시 수지 10중량%, 에폭시 당량 180-210인 에폭시 수지 30중량%, 금속분말(Zn, Fe, Ni 및 W의 혼합분말) 30중량%, 알루미나 10중량%, 및 실리카 20중량%로 이루어진 기본제와; 폴리메르캅탄 30중량%, 메타크실렌디아민(C₈H₁₂N₂) 0.5중량%, 디메칠 아미노 메칠 페놀(DMP-30) 3중량%, 금속분말(Zn, Fe, Ni 및 W의 혼합분말) 20중량%, 알루미나 18중량%, 실리카 15중량%, 흄드 실리카 4중량%, 및 탈크 10중량%로 이루어진 경화제를 2:1중량비로 배합하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 보수제를 제조하였다.

얻어진 보수제의 가사시간과 각종 경화시간에 대한 결과를 산출하여 다음 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1의 결과에서 알수 있듯이, 반응성 경화제인 폴리메르캅탄으로 독성의 최소화와 가사시간 5분, 경화시간 10분, 완전경화 60분이라는 대단한 신속성을 부여받으며, Zn, Fe, Ni, W의 금속분말과 알루미나 및 실리카의 불활성 필라로 인해 강도와 내구력의 증대도 구현할수 있게 된다.

이때, 내열성 에폭시를 사용하고 경화제와 혼합되어 발생하는 반응열에 의해 충분히 경화될 수 있는 내열성 경화제를 첨가함으로 경화물의 열 변형온도를 상승시킬 수도 있는데, 경화제 성분중 -SH의 반응성에 의해 제조공정중 금속용기의 사용이 불가능하여 합성수지제 용기 혹은 기본제와 경화제를 공존시키는 별도의 방안이 제시되어야 한다.

이와같이 제조되는 본 발명 보수제의 성상은 소정의 실험분석 결과 다음 표 2와 같은 형태를 유지하고 있음이 확인되었다.

[표 2]또한, 본 발명의 성상을 종래의 에폭시 퍼터와 비교한 결과를 다음 표 3에 나타내었다.[표 3]

따라서, 본 발명 보수제는 반 고체상태로 2성분 1포장상태의 에폭시 저온 속경화성 물질로서, 폴리메르캅탄의 특성을 활용하여 기계, 강관 등의 철재구조물이나 혹은 콘크리트 구조물의 긴급을 요하는 균열부위의 보수 성형작업이 가능한 것인데, 우수한 마감처리는 물론이고 특히 금속분말, 세라믹 분말 등을 충진제로 하여 피착물과의 강력한 접착력을 도모함과 동시에 영하의 온도와 수중에서의 신속한 경화가 가능한 완전한 무 용제형의 환경친화적인 무독성 보수제가 제공될 수 있다는 것이다.

한편, 본 발명은 그에 관한 최선의 실시예를 예거하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 국한되어 본발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다면 지금까지 설명된 실시예의 변경을 고려해 볼 수도 있음은 물론이다.

Claims

에폭시 당량 175-195인 에폭시 수지 10-30중량%, 에폭시 당량 180-210인 에폭시 수지 10-30중량%, 금속성 필라로서 금속분말 30중량%, 불활성 필라로서 알루미나 10중량% 및 실리카 20중량%를 포함하는 기본제와;

폴리메르캅탄 30-40중량%, 메타크실렌디아민(C₈H₁₂N₂) 0.5중량%, 디메칠 아미노 메칠 페놀(DMP-30) 3-5중량%, 금속분말 20중량%, 알루미나 12-18중량%, 실리카 10-15중량%, 흄드 실리카 3-4중량% 및 탈크 10중량%를 포함하는 경화제를 일정한 배합비로 혼합한 폴리메르캅탄 경화형 에폭시 조성물로서, 구조물의 균열부위에 충진되어 보수 성형이 가능토록 함을 특징으로 하는 저온 및 급속경화성의 에폭시 수지를 이용한 토목·건축 구조물용 보수제.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 금속분말은 Zn, Fe, Ni 및 W 중에서 선택된 2종 이상의 혼합물인 것임을 특징으로 하는 저온 및 급속경화성의 에폭시 수지를 이용한 토목·건축 구조물용 보수제.