KR100403508B1 - 불포화 폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법 - Google Patents

불포화 폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리머 모르타르를 가공하여 토목, 건축용 경화물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 불포화 폴리에스테르계 중합성 액상 수지, 무기 충전재 및 골재를 함유하는 폴리머 모르타르 조성물을 박리성 필름으로 포장하여 숙성하는 공정, 박리성 필름을 벗겨내고 숙성된 불포화 폴리에스터계 폴리머 모르타르를 몰드에 넣고 가열 및 가압하는 공정을 포함하는 토목, 건축용 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법이 제공되며, 이에 의하면 개선된 작업성과 높은 생산성으로 건축 및 토목용 폴리머 모르타르 경화물을 생산하는 것이 가능하게 된다.

Description

불포화 폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법{Method for producing molding with an aged unsaturated polyester resin mortar}
본 발명은 폴리머 모르타르로 토목, 건축용 경화물을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 장기간 동안 보존할 수 있으며, 개선된 작업성과 높은 생산성을 갖는 숙성된 불포화 폴리에스테르계 폴리머 모르타르를 경화시켜 경화물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래, 결합재로서 래디칼 중합성의 모노머나 폴리머를 함유하는 중합성 액상수지를 사용한 폴리머 모르타르 조성물이 넓게 이용되고 있다. 예를 들면 대표적인 중합성 액상수지인 불포화 폴리에스테르 수지를 이용한 폴리머 모르타르 조성물이 도상재, 포장재, 프리캐스트 제품 등의 건축 및 토목재료에 사용되고 있다.
종래 폴리머 모르타르 조성물의 결합재로서 불포화폴리에스테르 수지를 이용한 것으로 대한민국 특허 공개 제97-65467호, 제2000-48호, 일본특허공고 소62-12934호 및 소62-143916호가 있다.
그러나, 이러한 폴리머 모르타르 모르타르 조성물은 불포화 폴리에스테르 수지에 무기분상 충전재나 골재를 조합하면 점성이 높게 되고 유동성이 좋은 것을 얻을 수 없다, 또 경화에 장시간을 요하고, 작업성 및 시공성이 열등한 단점이 있으며, 또한 물과 장시간 접촉하면 강도가 저하하고 내수성이 뛰어난 경화물을 얻을 수 없다는 단점이 있다.
종래, 불포화폴리에스테르계 모르타르 조성물로 된 경화물이 수분과의 접촉 등으로 가수분해되어 물성이 취약하게 되는 단점은 상기 조성물을 경화성 수지에 유리섬유와 같은 보강제가 혼합된 벌크몰딩 컴파운드(bulk molding compound) 또는 시트 몰딩 컴파운드(sheet molding compound)재 시트로 피복하는 방법으로 해결하고 있으나, 현재까지 경화에 장시간이 소요되는 문제점, 작업성 및 시공성이 불량한 문제점에 대한 만족할 만한 해결방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 감안하여, 작업성 및 시공성이 간편하고 경화시간을 단축시킬 수 있는 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르로 토목 및 건축용 경화물을 제조하는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 연구에서 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르를 박리성 필름으로 포장하여 특정 조건하에 숙성한 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르가 상온에서 장시간 보존할 수 있고, 원할 때에 소망하는 형상의 경화물을 간단하면서도 용이하게 제조할 수 있게 된다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면, 불포화 폴리에스테르계 중합성 액상 수지, 무기 충전재 및 골재를 함유하는 폴리머 모르타르 조성물을 박리성 필름으로 포장하여 숙성하는 공정, 박리성 필름을 벗겨내고 숙성된 불포화 폴리에스터계 폴리머 모르타르를 몰드내에 넣고 가열 및 가압하는 공정을 포함하는 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법이 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 상기 가열 및 가압공정을 수행하기 전에 숙성된 불포화 폴리에스터계 폴리머 모르타르를 경화성 수지와 보강재를 함유하는 시트 몰딩 컴파운드 또는 벌크몰딩 컴파운드재 시트 사이에 개재하는 공정을 더 포함하는 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 박리성 필름으로 포장하여 숙성한 불포화 폴리에스테르계 폴리머 모르타르를 단독 또는 SMC 시트 또는 BMC 시트 사이에 개재하여 경화시키는 것에 주된 특징이 있는 것이다.
바람직하게 본 발명에서 사용되는 불포화 폴리에스터계 폴리머 모르타르 조성물은 불포화 폴리에스테르 중합성 액상 수지 100중량부와, 무기충전재 및 골재를 그 합량으로 300 내지 1000중량부를 함유한다.
불포화 폴리에스테르계 중합성 액상 수지에는 주성분인 불포화 폴리에스테르계 수지 이외에도 경화제를 필수적으로 함유하고, 선택적으로 불포화폴리에스테르와 공중합가능한 단량체 및 중합체, 증점제, 점도감소제, 경화수축저감제 등이 함유될 수도 있다.
본 발명에서 사용가능한 불포화폴리에스테르의 대표적인 예로는 올소타입, 이소타임, 비스페놀타입, 비닐에스테르타입 불포화폴리에스테르가 있다. 이중에서 올소타입이 제조원가의 측면에서 유리하다.
경화제는 당분야에 잘 알려져 있는 통상의 것을 사용할 수 있으며 그 대표적인 예로는 과산화벤조일, t-부틸 퍼옥시 벤조에이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사오네이트, 1,1-디-t-부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 비스(4-t-부틸사이클로헥실)퍼옥시카보네이트 등을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 경화제는 불포화 폴리에스테르계 중합성 액상 수지에 대하여 0.1 내지 5중량%의 양으로 배합하는 것이 바람직하다.
또한 본 조성물에 경화촉진제를 배합할 수도 있는데, 이러한 경화촉진제의 예로는 나프텐산코발트, N,N-디메틸-p-톨루이딘, N,N-디메틸아닐린 등의 제3급 아민을 들 수 있다.
불포화 폴리에스테르계 중합성 액상 수지에 포함시키에 바람직한 단량체 및 중합체로는 에폭시수지, 비닐에테르수지, 폴리메타크릴산메틸, 폴리스티렌, 비닐단량체 등이 있다.
본 발명의 모르타르에 사용가능한 무기 충전제의 예로는 탄산칼슘, 실리카, 클레이, 탈크, 수산화알루미늄, 이산화티탄 등을 들 수 있다. 이중에서도 탄산칼슘이 바람직하며, 탄산칼슘중에서도 중질탄산칼슘이 바람직하다. 무기충전재는 통상적으로 평균입경이 0.1 ㎛ 이상, 바람직하게 1-100㎛의 것을 사용한다. 중질탄산칼슘의 경우에는 평균입경이 3-4㎛이고 함수율이 0.1% 미만인 것이 특히 바람직하다.
또한 사용가능한 골재의 예로는 규사, 천사, 산사, 플라이애쉬, 세골재 등을 들 수 있다.
특별히 제한하기 위한 것은 아니지만 무기 충전재 및 골재의 전함유량은 그 종류나 입경 등에 따라 다르지만 중합성 액상수지 100중량부당 300-1000중량부가 적당하다. 또한 특별히 제한하기 위한 것은 아니지만 중합성 액상수지에 대한 무기충전재의 비율은 중량대비 1/3∼3/1이 적당하다. 무기 충전재의 비율이 이보다 높을 경우에는 작업성이 불량하게 되고 경화후에도 강도가 저하되는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 조성물에 있어서, 무기 충전재나 골재의 함유비율에 따라 점성과 유동성이 변화한다. 따라서 조성물의 점성을 높게하기 위해서는 증점제를 배합할 수 있으며, 점성을 낮추기 위해서 점도저하제를 배합할 수도 있다.
또한 본 조성물에는 경화에 따른 수축을 방지하고 치수정밀도가 높은 경화물을 목적으로 경화수축저감제로서 열가소성 고분자를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 열가소성 고분자로서는 폴리알킬(메타)아크릴레이트, 포화지방족 폴리에스테르, 비닐방향족 탄화수소중합체, 비닐공중합체 등을 들 수 있다. 경화수축저감제로서 사용되는 열가소성 고분자로서는 결합제로서 사용하는 중합성 액상수지 100중량부에 대하여 1-50중량부, 바람직하게 3-15중량부가 적당하다.
본 발명의 폴리머 모르타르는 상기한 폴리머 모르타르 조성물을 박리성 필름으로 포장한 상태에서 숙성시킨다. 숙성온도는 45∼50℃가 적당하며 숙성시간은 12∼20시간이 적당하다. 조성물을 숙성하기 전에 박리성 필름으로 포장하는 이유는 숙성중에 수분이나 기타 휘발성 물질이 증발하여 숙성물의 작업성이 불량하게 되는 것을 방지하기 위함이며, 숙성온도를 상기한 범위로 한정한 이유는 숙성온도가 너무 낮으면 숙성이 불충분하여 숙성물로 소망하는 경화물을 제조하는데 많은 시간이 소요되고 작업성이 불량하게 되고, 숙성온도가 너무 높으면 경화가 과도하게 되어 발생하여 경화물의 성형이 곤란하게 되기 때문이다. 숙성시간의 경우도 너무 짧으면 숙성이 불충분하여 숙성물로 소망하는 경화물을 제조하는데 많은 시간이 소요되고 작업성이 불량하게 되고, 너무 길면 경화가 과도하게 되어 발생하여 경화물의 성형이 곤란하게 된다.
본 발명에 있어서 특별히 제한하기 위한 것은 아니지만 폴리머 모르타르 조성물을 숙성하기 위하여 포장하는 박리성 필름은 광선, 특히 자외선을 차단하여 숙성된 모르타르가 포장된 상태에서 원치않는 경화를 방지할 수 있는 필름이 바람직하다. 이러한 자외선차단기능을 갖는 필름으로 잘 알려져 있는 것중의 한 예로 폴리에틸렌 복합필름을 들 수 있다.
본 발명에 따르는 숙성된 폴리머 모르타르로 프리캐스트 제품 등과 같은 경화물을 제조할 때에는 포장 필름을 벗겨내고 숙성된 폴리머 모르타르를 소망하는 형상의 몰드에 넣고 가열,가압하는 간단한 공정으로 충분하며, 뿐만아니라 종래 숙성되지 않은 모르타르조성물을 혼합하여 몰드에 붓고 가열,가압하는 방법에 비해 훨씬 단축된 시간에 경화물을 얻을 수 있게 된다. 숙성된 폴리머 모르타르는 포장된 상태에서 장기간 보관하여도 성형가능한 상태를 유지하므로 미리 준비하였다가 원할 때에 경화물로 제조할 수 있는 장점이 있다.
바람직하게, 본 발명에 의하면 몰드내에서 SMC 시트 또는 BMC 시트를 깔고 그 위에 본 발명의 숙성된 폴리머 모르타르를 위치시킨 다음 그 위에 다시 SMC 시트 또는 BMC 시트를 덮고 가열,가압하여 경화물을 제조한다. 이와 같이 하면 경화물이 수분 등에 의해 물성이 취약하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이러한 본 발명에 의하면 우수한 물성의 경화물을 간편하면서도 신속하게 제조할 수 있으며 제조코스트도 대폭 낮출 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 한정되지 않는다.
[실시예 1 내지 8]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이 배합비율(중량%)을 변경하여 숙성된 코어를 다음과 같은 공정순서로 제조하였다.
먼저, 올소타입 불포화폴리에스테르 수지와 경화제인 t-부틸 퍼옥시 벤조에이트를 혼합한 후 증점제인 산화마그네슘을 투입하여 5분간 혼합하여 중합성 수지 용액을 제조하였다. 다음 규사와 평균입경이고 3-4㎛이고 함수율이 0.1% 미만인 중질 탄산 칼슘을 믹서에서 혼합한 후 여기에 상기 용액을 넣어 충분히 혼합하였다. 얻어진 혼합 조성물을 폴리에틸렌 복합필름에 포장하여 약하게 프레스한 후 45-50℃의 직접열풍방식으로 200,000 kcal/hr 이상의 효율을 갖는 숙성실에서 12-20시간 숙성하여 숙성된 코어 100개를 제조하였다.
숙성된 코어를 3개씩 나란히 놓고(1500×50×21), 두장의 SMC 시트 사이에 배치하여 예열된 금형내에서 1,000톤의 압력으로 가압하에 핫프레스하여 두께 21mm의 판재를 제조하였다. 제조된 판재를 다음과 같은 방법으로 역학적 및 물리적 특성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
* 인장강도(㎏f/㎠) : KSF 2480-99' 방법으로 측정
* 압축강도(㎏f/㎠) : KSF 2481 방법으로 측정
* 충격강도(㎏f㎝/㎝) : KSM 3015 방법에 의한 아이조드 충격강도
* 굴곡강도(㎏f/㎠) : KSF 2482 방법으로 측정
* 열팽창계수(10-5/℃): KSM 3015-97' 방법으로 측정
또한, 제조된 판재의 40% HNO3, 40% NaOH, 10% NaCl, 30% H2SO4,석유에 대한 안정성(내화학성)과 120℃에서 240간 열처리하였을 때의 외관변화를 평가하였다. 그 결과는 표 1에 제시된다.
구분 실시예 콘크리트세멘트
1 2 3 4 5 6 7 8
불포화폴리에스테르 15.6 15.0 16.05 16.55 15.2 14.45 14.3 17.05
경화제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.25 0.2 0.2 0.25
증점제 0.2 0.2 0.25 0.25 0.25 0.25 0.2 0.2
규 사 74 73 72 71 70 70 73 72
탄산칼슘 10 11.6 11.5 12 14.3 15 12.3 10.5
인장강도 93 92 95 95 93 93 94 95 20-25
압축강도 944 943 940 941 939 941 943 943 250
충격강도 35 33 34 34 32 30 32 31 -
굴곡강도 974 971 971 973 973 974 970 972 45-55
열팽창계수 4.8 5.5 5.1 6.1 6.4 6.4 5.2 5.3 11
40% HNO3 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
40% NaOH 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
10% NaCl 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
30% H2SO4 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
석유 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
열처리후 외관변화 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 숙성된 폴리머 모르타르는 장기간 저장 및 유통할 수 있으며, 개선된 작업성과 높은 생산성으로 건축 및 토목용 경화물을 생산하는 것을 가능하게 한다.

Claims (4)

  1. 불포화 폴리에스테르계 중합성 액상 수지, 무기 충전재 및 골재를 함유하는 폴리머 모르타르 조성물을 박리성 필름으로 포장하여 숙성하는 공정, 박리성 필름을 벗겨내고 숙성된 불포화 폴리에스터계 폴리머 모르타르를 몰드내에 넣고 가열 및 가압하는 공정을 포함하는 토목, 건축용 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 숙성이 40∼50℃의 온도에서 12∼20시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열 및 가압공정을 수행하기 전에 숙성된 불포화 폴리에스터계 폴리머 모르타르를 경화성 수지와 보강재를 함유하는 시트 몰딩 컴파운드 또는 벌크몰딩 컴파운드재 시트 사이에 개재하는 공정을 더 포함하는 불포화 폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모르타르 조성물이 불포화 폴리에스테르 중합성 액상 수지 100중량부와, 무기충전재 및 골재를 그 합량으로 300 내지 1000 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 불포화폴리에스테르계 폴리머 모르타르 경화물의 제조방법.
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