KR100421436B1 - 발수제조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발수제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알코올 용매, 이소부틸트리메톡시실란 또는 이소부틸트리에톡시실란, 올리고머성실록산, 경화촉매로서 테트라이소프로필티타네이트와 디부틸틴디라우레이트를 첨가하여 이루어짐으로써 내구성이 향상되고 발수력이 우수한 발수제 조성물에 관한 것이다.

Description

발수제 조성물

본 발명은 발수제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알코올 용매, 이소부틸트리메톡시실란 또는 이소부틸트리에톡시실란, 올리고머성실록산, 경화촉매로서 테트라이소프로필티타네이트와 디부틸틴디라우레이트를 첨가하여 이루어짐으로써 내구성이 향상되고 발수력이 우수한 발수제 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트, 모르타르, 슬레이트 또는 기와지붕의 무기재료 표면은 많은 모세기공으로 형성되어 있다. 따라서, 염해, 동해, 대기중의 산이나 알칼리 등의 콘크리트 골재반응으로 노후되어 수명이 단축되고 자연환경에 의한 풍화로 부서지기 쉬운 문제가 있다.

이와같은 다공질 무기재료 노후화 현상의 주원인은 수분의 침투로 발생한다. 즉, 수분이 침투되면 물에 용해되어 있는 염화이온이 함께 흡수되어 염해가 발생하고, 동절기에는 모세 기공안의 수분이 동결하여 다공질 무기재료가 동파된다. 또한, 침투된 수분은 시멘트 골재와 화학반응이 일어나 알칼리 성분이 표면에 잔류하는 백화현상으로 노후화된다.

따라서, 콘크리트, 모르타르, 조적조(Masonry)와 같은 다공질 무기재료의 수명과 내구성을 향상시키기 위해서는 무기재료 내부에 수분이 침투하는 것을 방지하여야 한다. 이와같이 수분침투를 방지하는 방법으로는 모르타르에 방수제를 첨가하여 방수 효과를 얻는 방법, 표면의 도막방수법, 쉬트 방수법 등으로, 수분이 침투하는 것을 방지하기 위하여 톨루엔 등의 탄화수소계 용매와 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지 등을 이용하여 제조된 밀폐형 방수제를 시멘트 모르타르에 혼합하여 사용하거나, 소수성 물질을 표면에 도포함으로써 수분의 접촉을 방지하는 방법등이 있다.

그러나, 이와같은 밀폐형 방수제를 첨가하는 경우 통기성이 부족하여 콘크리트와 모르타르 소지가 부패하고, 도막이 파손되는 단점이 있다. 또한, 형성된 도막 또한 발수층 깊이가 얄팍해서 내구성이 좋지 못하고 발수성이 떨어진다.

따라서, 본 발명자는 상기와 같은 종래의 밀폐형 방수제의 통기성 및 발수성이 취약한 문제점을 해결하기 위하여 연구노력한 결과, 발수층의 발수성능은 발수제의 침투 깊이와 조성물의 소수성기의 성질에 크게 의존함을 발견하여 이소부틸트리메톡시실란 또는 이소부틸트리에톡시실란 및 올리고머성 실록산과 알코올계 용매 및 경화촉매로서 테트라이소프로필티타네이트와 디부틸틴디라우레이트를 첨가하여 이루어진 본 발명의 발수제 조성물을 개발하게 되었다.

본 발명은 다공질 무기재료에 도포하여 콘크리트, 모르타르, 조적조 등의 모세기공 내부로 침투력 및 확산력이 우수하여 발수층 형성이 양호하고, 내구성 및 표면 발수효과를 향상시킬 수 있으며, 다공질 무기재료 소지 내부에서의 원활한 통기성 및 내약품성을 유지할 수 있는 발수제 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알코올계 용매 50 ∼ 64 중량%, 이소부틸트리메톡시실란 또는 이소부틸트리에톡시실란 5 ∼ 40 중량%, 올리고머성실록산 1 ∼ 10 중량%, 테트라이소프로필티나네이트 0.1 ∼ 1.0 중량%와 디부틸틴디라우레이트 0.1 ∼ 1.0 중량%를 첨가하여 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 내구성 및 발수성이 우수한 발수제 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에서 사용되는 알코올계 용매는 이소부틸트리메폭시실란, 이소부틸트리에톡시실란과 올리고머성실록산의 분산과 용해를 용이하게 하며, 발수제를 다공질 무기재료에 도포할 경우 도포작업 및 침투를 용이하게 하는 역할을 한다. 이와같은 알코올계 용매의 구체적인 예로는 이소프로필알코올 또는 에탄올이 있으며, 전체 조성중 50 ∼ 64 중량%로 함유한다. 만일 그 첨가량이 50 중량% 미만이면 발수제의 침투속도 및 확산속도가 느려지고 다공질 무기재료 내부에 형성된 발수층 깊이가 저하되는 문제가 있고, 64 중량%를 초과하여 첨가되면 발수력이 떨어진다.

그리고, 이소부틸트리메톡시실란 또는 이소부틸트리에톡시실란과 올리고머성 실록산은 콘크리트, 모르타르 및 조적조와 같은 다공질 무기재료의 모세 기공을 통하여 표면으로부터 수mm 깊이까지 침투하여 모세기공의 내벽과 실란모노머가 결합하여 모세기공의 중심방향으로 소수성의 알콕시와 알킬기가 배열한다. 이와같은 이유로 콘크리트 표층에 발수성을 부여하며, 콘크리트 내부에 방수층을 형성하여 표면으로부터 수분이 침투하는 것을 방지하고, 대기중의 탄산가스, 아황산가스 및 물에 용해된 염화물 이온의 침입을 억제하는 역할을 한다.

여기서, 이소부틸트리메톡실란 또는 이소부틸트리에톡시실란의 함량은 전체 발수제 조성중 5 ∼ 40 중량%로서, 그 함량이 5 중량% 미만이면 수분이 흡수되어 발수력이 저하되는 문제가 있고, 40 중량%를 초과하면 발수제의 침투속도 및 확산속도가 느려져 침투깊이가 저하되는 문제가 있다.

그리고, 올리고머성 실록산은 전체 발수제 조성중 1 ∼ 10 중량% 첨가한다. 만일, 그 함량이 1 중량% 미만이면 발수력이 떨어지며, 10 중량%를 초과하여 첨가하면 침투깊이가 낮아지는 문제가 있다.

상기와 같은 실리콘 화합물의 가수분해 반응 및 탈수축합 반응에 의해 형성되는 실리콘 그물망의 분자식은 다음과 같이 표시된다.

상기식에서, R'= 메틸기, R" = 이소부틸기이다.

본 발명에서 경화촉매로는 테트라이소프로필티타네이트와 디부틸틴디라우레이트를 첨가하는 바, 이는 상기 실리콘 화합물의 메톡시기와 에톡시기의 가수분해 및 탈수축합 반응을 촉진하여 실록산이 선형의 유연한 고분자 화합물을 형성하고, 소수성의 이소부틸기를 다공질 무기재료의 미세기공의 중심방향으로 배열시킴으로써 발수층의 내구성 및 발수성을 향상시키고, 또한 소수성의 프로필기, 부틸기를도막표면으로 배열시켜 표면 발수력을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 메톡시기와 메톡시기, 에톡시기와 에톡시기의 경화반응을 촉진하는 특성이 우수하고, 경화반응 완료 후에는 표면에 잔류하여 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란의 부틸기와 올리고머성 실록산의 메틸기와 함께 콘크리트 구조물 표면에서 발수성능을 상승시킨다.

여기서, 이소프로필티나네이트와 디부틸틴디라우레이트는 전체 콘크리트 구조를 보호제 조성물에 대하여 각각 0.2 ∼ 2.0 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 경화제를 0.2 중량% 미만으로 첨가하는 경우 실리콘 화합물의 경화가 불충분하고, 발수력이 저하된다. 그리고, 2.0 중량%를 초과하여 사용하는 경우 경화제 증가에 따른 발수성 상승효과가 미미하며 지나치게 과량으로 사용하는 경우 저장안정성이 불안정하다. 그밖에 발수층 형성상태가 좋지 않으며, 침투깊이가 낮아지는 문제가 발생한다.

본 발명의 콘크리트 구조물 보호제를 콘크리트, 모르타르, 조적조, 기와지붕 또는 슬레이트 등의 다공질 무기재료에 도포한 후 이루어지는 실란 화합물과 소지사이의 반응식은 다음 (I) 및 (II)와 같다.

상기식에서, R" = 이소부틸기이고, R'" = 메틸기 또는 에틸기이다.

상기 반응식(I)은 발수제가 무기재료에 침투하여 가수분해하는 것이고, 반응식(II)는 축합반응을 나타낸 것으로 (c) 물질이 무기질 기재와 반응하여 수분을 내보내며 발수층을 형성한다.

본 발명의 발수제 조성물은 실리콘 화합물로 콘크리트, 모르타르, 조적조, 목재, 기와 또는 슬레이트 등에 도포하는 경우 빠르게 표면 발수성을 나타내며, 내구성, 내열성, 내산성, 내염성이 우수한 수분 흡수 방지층, 발수층을 얻을 수 있다. 즉, 도포후 기재 내부에 형성된 수 mm의 발수층은 방수, 발수, 차염효과를 발휘한다. 그리고, 도막형성으로 인한 기재의 외관손상이 없고, 다공질 무기재료인 콘크리트 구조물의 통기성이 우수하다. 또한, 내알칼리성, 내산성, 내열성이 우수하여 콘크리트 교량의 교면등에 살포하는 경우 아스콘 포장공사시 발수층이 파손되지 않으며, 건축무르이 경우 수성도료로 2차 도장이 가능하다.

따라서, 본 발명의 발수제는 콘크리트, 모르타르, 조적조, 목재, 기와 또는 슬레이트 등의 각종 건축물과 콘크리트 교량의 염해, 동해, 중성화로 인한 노후화 현상 방지를 위하여 사용될 경우 우수한 방수 및 발수 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

이소프로필알코올 60 중량%를 교반조에 투입한 후 교반기를 이용하여 교반속도를 300 ∼ 1,000 rpm으로 격렬하게 교반하면서, 25 ℃에서 올리고머성 실록산(Bayer사 LO-N 제품) 8 중량%를 투입하고 10분 동안 교반하였다. 이 용액에 이소부틸트리에폭시실란 30 중량%를 투입하여 10 ∼ 20 분동안 격렬하게 교반하였다. 이어서, 테트라이소프로필티타네이트 1 중량%와 디부틸틴디라우레이트 1 중량%를 투입한 다음 충분히 혼합될 때까지 20 ∼ 30 분동안 격렬하게 교반하여 침투성 발수제 조성물을 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하되, 에탄올 64 중량%, 올리고머성 실록산(Bayer사 LO-N 제품) 5 중량%, 이소부틸트리에톡시실란 20 중량%, 이소부틸트리메톡시실란 9 중량%, 테트라이소프로필티타네이트 1 중량%와 디부틸틴디라우레이트 1 중량%를 차례로 투입한 다음 격렬하게 교반하여 침투성 발수제 조성물을 제조하였다.

실시예 3

에탄올 30 중량%, 이소프로필알코올 34 중량%를 교반조에 투입한 후 교반기를 이용하여 교반속도를 300 ∼ 1000 rpm으로 강력하게 교반시키면서 올리고머성 실록산(Bayer사 LO-N 제품) 5 중량%를 투입하고 10분 동안 교반하였다. 이 용액에 이소부틸트리에톡시실란 10 중량%를 10 ∼ 20분 동안 격렬하게 교반하였다. 상기용액에 이소부틸트리메톡시실란 19 중량%를 투입하고 10 ∼ 20분동안 격렬하게 교반하였다. 이어서 테트라이소프로필티타네이트 1 중량%와 디부틸틴디라우레이트 1 중량%를 투입한 다음 충분히 혼합될 때까지 20 ∼ 30분 동안 격렬하게 교반하여 침투성 발수제 조성물을 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 다만 이소프로필알코올 60 중량%, 올리고머성 실록산(Bayer사 LO-N 제품) 2 중량%, 이소부틸트리에톡시실란 30 중량%, 이소부틸트리메톡시실란 7 중량%, 테트라이소프로필티타네이트 0.5 중량%와 디부틸틴디라우레이트 0.5 중량%를 차례로 투입한 후 격렬하게 교반하여 침투성 발수제 조성물을 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 다만 이소프로필알코올 59.9 중량%, 올리고머성 실록산(Bayer사 LO-N 제품) 2 중량%, 이소부틸트리에톡시실란 30 중량%, 이소부틸트리메톡시실란 7 중량%, 테트라이소프로필티타네이트 0.1 중량%와 디부틸틴디라우레이트 1.0 중량%를 차례로 투입한 후 격렬하게 교반하여 침투성 발수제 조성물을 제조하였다.

실시예 6

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 다만 이소프로필알코올 60.8 중량%, 올리고머성 실록산(Bayer사 LO-N 제품) 2 중량%, 이소부틸트리에톡시실란 30 중량%, 이소부틸트리메톡시실란 7 중량%, 테트라이소프로필티타네이트 0.1 중량%와디부틸틴디라우레이트 0.1 중량%를 차례로 투입한 후 격렬하게 교반하여 침투성 발수제 조성물을 제조하였다.

실시예 7

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 다만 이소프로필알코올 59.8 중량%, 올리고머성 실록산(Bayer사 LO-N 제품) 10 중량%, 이소부틸트리에톡시실란 15 중량%, 이소부틸트리메톡시실란 15 중량%, 테트라이소프로필티타네이트 0.1 중량%와 디부틸틴디라우레이트 0.1 중량%를 차례로 투입한 후 격렬하게 교반하여 침투성 발수제 조성물을 제조하였다.

비교예 1

톨루엔 60 중량%를 교반조에 투입한 다음 교반기를 이용하여 교반시키면서 우레탄계 수지 15 중량%, 올리고머성 실록산(Wacker사 제품, Wate Repellent 290) 24 중량%, 테트라부틸티타네이트 1 중량%를 투입하고 충분히 교반하여 발수제 조성물을 제조하였다.

비교예 2

톨루엔 60 중량%를 교반조에 투입한 다음 교반기를 이용하여 교반시키면서 에폭시계 수지 15 중량%, 올리고머성 실록산(Wacker사 제품, Water Repellent 290) 24 중량%, 테트라부틸티타네이트 1 중량%를 투입하고 충분히 교반하여 발수제 조성물을 제조하였다.

실험예

상기 실시예 1 ∼ 7 및 비교예 1 ∼ 2에 따라 제조된 발수제 조성물에 대하여 침투깊이, 흡수비, 내산성후 흡수비, 내염성후 흡수비 및 통기성을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표에 나타낸 바와 같다.

여기서, 상기 발수제에 대한 물성은 한국공업규격 KS-L 5105-87, KS-L 5201-81, KS-L 5200-81, KS-L 5109, KS L 2405-92, KS F 2451-93규격에 따라 실시하였다.

먼저, 시멘트 모르타르 시편을 준비하였다. 한국공업규격 KS-L 5105(1987)에 따라 보통 포틀랜드 시멘트 : 주문진 표준사(표준건조상태) : 물 = 1 : 2.45 : 0.485의 무게비로 콘크리트를 혼합한 다음,5 × 5 × 5 cm의 성형체로 제조하였다.

성형체는 20 ℃, 습도 80%에서 24 시간 후 탈형하며, 같은 조건하에서 14일 동안 양생하여 공시체를 제조하였다.

양생한 공시체의 표면에 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 각각의 발수제 조성물을 도포하여 물성을 평가하였다.

우선, 초기 발수력 실험은 14일 양생한 공시체의 표면에 상기 실시예 및 비교예에서 각각 제조한 발수제를 1 ㎖(400 ㎖/㎡) 도포하였다. 발수제 도포후 상온에서 48시간 건조시킨 다음, 발수제 도포 공시체에 이온교환수를 10 ㎖ 부어서 소지면과의 접촉각을 측정하였다.

그리고, 침투깊이 시험은 초기발수력을 시험한 공시체를 절단하고, 절단면에 이온 교환수를 뿌려 표면으로부터 물이 젖지 않은 곳까지의 두께를 측정하였다.

흡수비 시험은 7일 양생한 공시체를 105 ℃에서 24 시간 건조후 무게를 측정하였다. 건조한 공시체를 상기 실시예 및 비교예에서 각각 제조한 발수제에 30 초간 완전히 침적시킨 다음 꺼내어 상온에서 48 시간 건조시켰다. 이 공시체를 이온교환수에 24 시간 완전히 침적시킨 다음, 침적시킨 공시체를 꺼내어 표면의 수분을 닦아내고 무게를 측정하였으며, 그 흡수비는 다음과 같은 식에 의하여 구하였다.

그리고, 내열성 시험은 7일 동안 양생한 공시체를 105 ℃에서 24 시간 건조시킨 후 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 발수제에 30 초간 완전히 침적시킨 다음 꺼내어 상온에서 48 시간 건조시켰다. 이 공시체를 160 ℃에서 1 시간 처리한 후 표면에 이온교환수를 10 ㎖ 부어서 소지면과의 접촉각을 측정하였다.

통기성 시험은 7일 양생한 공시체를 105 ℃에서 24 시간 건조시킨 후 무게를 측정하였다. 그리고, 건조한 공시체의 한면을 바셀린으로 완전히 도포하였다. 그리고, 도포된 바셀린을 완전히 제거한 후 상온에서 24 시간동안 건조하였다. 이 공시체를 이온교환수에 24 시간 완전히 침적시킨 후 꺼내어 표면의 수분을 제거하고 포화수분 흡수량을 측정하였다. 발수제가 도포되지 않은 면을 바셀린으로 완전히 밀봉한 다음 상온에서 7일간 방치한 후 무게를 측정하여 수분 증발량을 측정하였다. 수분 증발량을 포화수분흡수량으로 나누어 흡수율(%)로 나타내었다.

그리고, 내약품성 시험은 내산성 및 내염성을 시험하는 것으로, 통기성을 시험한 공시체의 바셀린이 도포된 면의 바셀린을 완전히 제거한 후 50℃, 24 시간 건조시켰다.

이 공시체를 3% 황산마그네슘 또는 5% 염화칼슘 용액에 72 시간동안 1/3 침적시켰다. 침적시킨 공시체를 상온에서 24 시간 건조한 다음에 흡수비 시험을 하였다.

상기 표의 결과로 부터 본 발명의 발수제 조성물을 첨가하는 경우 다공질 무기재료에 대한 침투속도 및 확산속도가 우수하여 발수층 형성(침투깊이 5 mm 이상)이 양호하고, 내구성 및 발수효과가 우수하며, 다공질 무기재료 소지 내부에서의 원활한 통기성 및 원활한 통기성 및 내약품성(내산성 및 내염성)을 유지할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (2)

1. 실란계 화합물, 상기 실란계 화합물의 경화를 촉진하는 금속화합물 및 상기 조성성분을 용해하는 용매가 함유된 발수제 조성물에 있어서,

   알코올계 용매 50 ∼ 64 중량%, 이소부틸트리메톡시실란 또는 이소부틸트리에톡시실란 5 ∼ 40중량%, 올리고머성 실록산 1 ∼ 10 중량%, 테트라이소프로필티타네이트 0.1 ∼ 1.0 중량%와 디부틸틴디라우레이트 0.1 ∼ 1.0 중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 무기재료 표면처리용 발수제 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알코올계 용매는 이소프로필알코올 또는 에탄올임을 특징으로 하는 다공성 무기재료 표면처리용 발수제 조성물.