KR100520113B1 - 나노합성 재료를 함유하는 방수 및 단열용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방수 및 단열용 조성물에 관한 것으로서, 간편하고 시공이 용이하며 건물의 외관을 손상시키지 않고, 누수 부분을 막는 능력이 우수한 방수 및 단열용 조성물을 제공한다.

본 발명의 방수 및 단열용 조성물은 규산염 20.00 내지 50.00 중량%, 아크릴 우레탄 공중합체 5.00 내지 15.00 중량%, 결합제 15 내지 30 중량 %, CSA계 팽창제 5 내지 20 중량%, 이산화티탄 5 내지 25 중량%, 산화아연 3 내지 15 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노합성 재료를 함유하는 방수 및 단열용 조성물{COMPOSITION OF NANO LEVEL MATERIALS WITH　ＷATERPROOF AND ADIABATIC CHARACTERICS}

본 발명은 콘크리트 구조물 및 건축물의 물과 열의 침입을 막기 위하여 조성된 방수 및 단열용 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 누수의 원인이 되는 크랙 또는 구멍에 침투하여 그 간극을 메움으로써 누수의 침투를 저지할 수 있는 방수 및 단열용 조성물에 관한 것이다.

콘크리트 구조물은 기본적인 방수성능을 지니고 있으나 콘크리트가 지니고 있는 방수성능 만으로는 지하구조물이나 물과 접하는 콘크리트가 흡수, 투수에 대한 저항성(방수성)이 부족하다. 따라서 콘크리트 구조물의 방수성능과 환경조건으로 인한 성능저하를 방지하기 위하여 외.내부 방수로 구조물의 방수성을 높여야 할 필요성이 대두되었다. 침투수로부터 구조물을 효과적으로 차단시킬 수 있는 피막을 형성하여 수밀성을 확보함에 의해 구조물의 내구성 및 사용성, 기능성의 향상이 이루어질 수 있으며 구조물의 중성화가 진행되거나 철근의 부식, 재료분리, 백화현상 등을 일으키는 근본적인 열화원인에 대응할 수 있는 방수 및 단열재의 개발의 필요성이 대두되었다.

콘크리트구조물은 외기 및 우수 등의 접촉에 의해 열화가 이루어지기 때문에 콘크리트부재를 보호하여 열화 및 수화를 방지하기 위해서는 필수적으로 부재표면을 외기와 차단하는 방법을 사용하여야 한다.

종래에는 부재표면에 발수제나 방수제를 얇게 코팅하는 도막차단, 부재표면에 어느 정도 두께를 가지도록 보호재를 덧씌워 미장재료와 같은 역할을 하게 하는 도포차단, 더욱 적극적인 방법으로 타일, 패널 등을 부착하는 방법이 사용 되어 왔으나 도막차단 방식은 거의 두께가 없을 정도로 얇은 피막이므로 내구성이 미약하며 도포차단방식은 콘크리트와의 열팽창계수, 탄성계수의 차이 등으로 장기 접착강도가 저하되고, 부착차단은 콘크리트 표면의 결점을 완벽하게 감추고 내구성도 뛰어 나지만 많은 비용이 들어 주로 고급건축 구조물에 주로 적용되고 있다

특히 외벽에 대해서는 벽면 강우량이라는 형식으로 상당한 우량이 있음에는 틀림없지만 판넬류로 벽면이 구성되었을 경우에는 줄눈처리를 제외하고는 일반적으로 방수처리를 하지 않고 있으며, 방수를 중요시하면 외벽의 미적 표현을 제약할수 있어 지금까지 방수가 소홀이 이루어져 왔으나 외벽으로부터의 누수사고는 경우에 따라 외장재의 탈락으로 인한 인명피해 등으로 확대되기 때문에 가장 진지하게 몰두할 필요가 있는 부위가 되었으며 대기중의 유해물질의 표면부착을 방지하고 구조물의 미관을 해치지 않으며 방수효과를 동시에 만족할 수 있는 코팅제의 개발이 필요하게 되었다.

또한 지붕, 바닥 또는 벽면으로부터의 누수를 막기 위해서는, 누수의 원인이 되는 구멍, 크랙 또는 간극과 같은 누수 침투 부분에 씰링제를 도포하거나 충진하든지, 혹은 누수 침투 부분이 분명치 않은 경우에는 지붕 전체를 다시 깔거나 방수시트를 완전히 새로 바르거나, 벽면에 대해서는 전면 스프레이 도장을 하거나 전면에 타일을 새로 붙여야만 한다. 대부분의 경우 누수 침투 부분을 특정하는 것이 매우 어렵기 때문에, 간단한 씰링재의 도포 또는 충전만으로는 보수되지 않을 수도 있다.

또한 일반적으로, 수압의 영향을 많이 받는 지하층의 내벽 방수용으로 사용되고 있는 무기질 침투성 표면 처리제들은 침투성 표면 처리제를 도포하지 않은 무도포 공시체에 비하여 우수한 방수 성능을 보이지만, 콘크리트 구조체와의 접착력에 있어서는 일반 모르타르보다 떨어지는 접착력을 가지므로 시공 후 표면 처리층이 들뜨는 문제와 장기적 측면에서의 내구성 문제 등이 우려되고 있다.

콘크리트 건물의 경우 누수방지를 위해 콘크리트 접합부에 아스팔트나 합성수지인 우레탄의 방수 조인트가 종종 사용된다. 그러나, 시공시 접합면이 젖어 있거나 축축하면, 콘크리트에 대한 아스팔트나 우레탄의 밀착성이 없어지기 때문에, 방수 조인트로서의 누수저지 능력을 잃어버리게 된다. 그 때문에, 이들 방수 조인트의 시공시에는 접합면을 완전히 건조시킨 후 실시하여야 한다. 또, 접합면의 건조가 일부 불완전하면 그 곳이 오히려 누수의 원인이 되었다.

본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하기 위해 입자의 크기가 작아 침투력이 있고 콘크리트와 친화성이 있는 나노합성재료와 광촉매를 함유한 방수 및 단열 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방수 및 단열용 조성물은 규산염 20.00 내지 50.00 중량%, 아크릴 우레탄 공중합체 5.00 내지 15.00 중량%, 결합제 15 내지 30 중량 %, CSA계 팽창제 5 내지 20 중량%, 이산화 티탄 5 내지 25 중량%, 산화아연 3 내지 15 중량 %로 구성된다.

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즉, 본 발명의 방수 및 단열재 조성물은 나노합성무기질 폴리머를 주재료로 하고, 여기에 규산변성 무기질바인더, CSA팽창제, 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO)를 첨가하여 조성된다.

이하 본 발명의 각 성분들에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

<나노합성 무기질 재료>

일반적으로 100㎚이하의 크기를 갖는 분말을 나노분말이라고 부르며, 입자크기의 나노화에 의해 물질이 본래부터 가지고 있던 성질과는 상이한 특성을 나타낸다. 특히 물질이 나노화 되면 분말의 표면에 존재하는 원자의 개수가 전체 원자 개수에 비하여 많아지게 되므로 표면효과에 의한 촉매능, 이물질의 흡착능, 강한 응집력, 모세관 응축등의 성질을 나타내게 된다.

본 발명에서는 나노합성 무기질 재료로는 비결정규산염(amorphous silicate)와 아크릴 우레탄 공중합체를 사용한다.

규소는 순수한 것은 무색 투명한 고체로, 분자량 60.09이다. 천연산은 불순물을 함유하므로 불투명, 또는 유색인 것도 있다. 규소를 4개의 산소가 둘러싼 정사면체형인 SiO4를 기본단위로 하고 모든 산소를 규소가 공유하여 3차원적으로 연결된 거대분자구조를 가지고 있다.

일반적으로 규소를 함유한 실리카질 재료는 건설자재로 사용되어 왔다. 특히 열처리가 필요하여 Auto clave양생을 실시하는 제품의 주재료로는 시멘트와 석회이며 여기에 적량의 실리카질 재료를 혼합하여 사용하며 이때 사용되는 실리카질 재료로는 세립규사, 플라이애쉬, 규조토, 분쇄한 클링커 등이 있다. 양생을 실시하는 제품에 규사를 사용하는 이유는 양생온도 180도 ~ 200도, 압력 10 ~ 15 kg/cm2 의 범위에서 규소를 고온고압 양생(Auto clave양생)을 행하면 CSH 결정겔, 터보모라이트(tobermorite), 칼슘실리케이트 화합물(C₂SH), αC₂SH, CaOH₂등과 같은 상압의 습윤양생에서 발생되는 수화생성물과는 다른 생성물을 얻을 수 있기 때문에 고강도화가 가능하기 때문이다.

규소 중에서 비결정성인 것 특히 실리카겔은 흡습성이 있어서, 건조제로 사용된다.

본 발명의 방수 단열 조성물에 있어서는 미세한 나노 사이즈의 Silicate 입자가 모체에 깊이 침투하여 표면조직의 기공을 완전히 막아 방수효과 뿐 아니라 규산본래의 효과인 단열성능, 자체강도 강화, 오염방지 등 다양한 성능을 가진다. 비결정규산염을 포함한 본 발명의 방수 단열 조성물을 다공질 구조물에 도포, 분사 또는 침적하여 상온에서 경화되고 나면 조성물내의 다른 성분인 바인더와 구조물 내부에 존재하는 이온들이 상호 치환반응을 일으키게 되는 것이고, 조성물내의 Silica Sol성분이 이 치환반응의 촉매로 작용을 한다. 즉 구조물의 내부에 존재하는 잉여의 Ca, Mg, Al등의 +이온 및 CaO, MgO등의 산화물과 재용해 되지 않는 규산Ca과 복합 Colloid규산 화합물 등의 불용성Glass가 구조물 표면과 내부의 미세한 구멍에까지 형성됨으로써 구조물에 존재하는 구멍을 완전히 충진시켜 무공화시키며 완전 방수는 물론 강도강화를 시키게 된다. 　또한, 일반 콘크리트나 석재, 벽돌, 기와 등에 간단히 분사, 도포하면 강도가 강화됨은 물론 내후성과 耐화학성이 뛰어나고 높은 내마모성과 표면경도의 강화가 동시에 이루어지며, 구조물의 지속적이고 영구적인 산성화와 열화현상 방지효과와 외관을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

<아크릴 우레탄 공중합체>

아크릴 우레탄 공중합체는 일반적으로 우레탄 수지 제조 후, 아민으로 중화시킨 후, 물을 수지에 첨가하여 수분산시키고 쇄연장제를 첨가하여 일부 이소시아네이트를 쇄연장시키며 유화제를 사용하지 않고 비닐 모노머와 개시제를 첨가하여 공중합함으로써 만들어진다.

상기 아크릴 우레탄 공중합체는 내마모성, 내약품성, 부착력, 내화학성, 내수성, 색상보유력등이 우수하여 주로 도료로 사용된다.

본 발명의 상기와 같은 나노합성 재료들은 누수 방지제의 점도를 낮게 유지함과 동시에, 누수 방지제가 누수통로에 유입 또는 침투될 때의 마찰저항을 감소시키고, 미팽윤 상태에서 흡수성 고분자를 흡수통로로 운반하는 역할을 갖는다. 따라서, 본 발명의 누수 방지제는 작은 크랙에 대해서도 순조롭게 침투한다. 그 결과, 빗물 등으로 누수 부분에 침투된 수분에 의해 흡수성 고분자가 팽윤함으로써 누수 부분을 막아 우수한 누수 방지 효과를 달성한다.

<CSA계 팽창제>

CSA 팽창제란 Al₂O₃의 공급원으로서 Bauxite 및 Aluminate 광물, 석회석(CaO) 및 석고(CaSO4)를 혼합한 후 1200 - 1300℃의 온도에서 2시간동안 소성하여 생성된 칼슘설포알루미네이트( Hauyne 3CaO·3Al2O3·CaSO4)의 구성물질의 첫글자를 붙여 명명한 것을 말한다.

이와 같은 CSA계 팽창제를 보통 5-10 중량%로 혼합한 시멘트가 물과 반응하여 수화되면 시멘트에 CSH겔 결정 공극이나 모세관 공극에 Ettringite라는 침상 결정의 수화물을 생성한다. Ettringite의 결정 성장력에 의해 팽창력이 시멘트의 경화수축을 보상하므로 기존 시멘트 콘크리트의 문제점등을 보완할 수 있게 되는 것이다.

<규산변성무기질바인더>

결합제(binder)는 일반적으로 비가소성의 입상물에 작업성이나 소지강도, 건조강도를 부여하기 위해 첨가하는 물질을 말하는 것으로, 주로 시멘트 수화물 또는 실리카, 석회, 반응성의 규산물질에 의한 것을 것을 말한다. 본 발명의 조성물에는 결합제로써 규산변성 무기질 바인더를 사용한다.

<광촉매>

본 발명의 방수 단열 조성물에는 광촉매 분말로서 이산화티탄(TiO2) 과 산화아연(ZnO)을 함유한다.

광촉매(Photocatalyst)란 광반응을 가속시키는 촉매를 지칭한다. 이러한 광촉매로는 반도체성 금속 산화물이나 황 화합물이 이용되며, 광촉매의 종류에는 TiO2 , ZnO, CdS등 여러 종류가 있다.

본 발명의 조성물에 포함된 가시광 응답형 광촉매 분말은 벽표면에 부착된 세균 등을 살균하거나 인체에 유해한 물질을 분해하여 실내 오염을 감소시킨다. 상기 광촉매로는 일반적으로 아나타제상의 결정 구조를 갖는 이산화티탄을 사용하지만, 상기 아나타제상의 이산화티탄이 자외선 영역에서 광활성이 우수한 반면 가시광 영역에서의 광활성은 미미한 편이다. 따라서 본 발명에서는 실내의 미약광에서 탈취 및 바이오 특성을 향상시키기 위해 산화티탄에 금속 양이온을 도핑하거나 음이온을 도핑하여 만든 산소결핍형 이산화티탄을 사용하거나, 부루카이트상의 결정 구조를 갖는 이산화티탄을 이용한 분말형의 제품을 사용할 수 있다. 이밖에도 유기물에 의한 특성 저하가 발생하지 않도록 이산화티탄에 실리카 코팅 처리를 하거나, 아파타이트와 복합화한 하이브리드 광촉매를 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 방수 및 단열조성물에 있어서는 주로 [TiO2 Anatase 결정형]이 이용되는데, 이는 광여기 반응을 일으키는데 필요한 에너지가 387.5nm (이론적인 값)정도로 태양광으로 부터 충분한 에너지를 받을 수 있고 화학적으로 안정하고, 광활성이 우수하며 인체에 무해한 점 등 물성이 우수하기 때문이다. 산화티탄은 강한 촉매활성이 있어, 수지를 분해시키기 때문에 유리나 타일 등 튼튼한 소재와 함께 사용된다.

<방수 및 단열재의 사용방법>

본 발명의 조성물에 적당량의 물을 혼합하여 방수 및 단열재로 시공한다. 수득되는 방수 및 단열용 조성물의 점도는 유동성 측면에서는 낮은 것이 바람직하므로 3000 cP 이하를 유지하도록 물의 함량에 따라 본 발명에 따른 방수 및 단열용 조성물의 점도를 적당한 범위로 조정할 필요가 있다.

이렇게 하여 수득된 본 발명에 따른 방수 및 단열재의 사용방법에 대하여 설명한다.

누수침투구를 예측할 수 있는 경우에는 그 침투구 부근에 산포하거나 주입구를 설치하여 주입하면 되고, 누수 침투 부분이 불명확한 경우에는 누수되는 지붕, 바닥 또는 벽 전면에 균일하게 도포하거나 주입구를 설치하여 주입하면 된다. 이 때, 지붕, 바닥 또는 벽을 전면적으로 도포할 필요는 없다.

주입구의 역할은 건물 본체 표면에 직접 방수 및 단열용 조성물이 도달할 수 있도록 건물 표면으로부터 본체에 연결되어 있으며, 누수 방지재가 통과할 수 있는 통로가 되는 것이다. 방수 및 단열용 조성물가 누수 부분에 도달할 수 있으며, 주입구 및 주입통로의 형상 및 크기는 어떠한 것이라도 상관없지만, 주입구를 크랙의 양면을 따라 지그재그 형상으로 설치하는 것이 바람직하다. 주입구를 설치할 때는 천공 피치나 천공 각도를 고려하여 가능한 한 본체의 크랙 심부에서 천공 구멍이 크랙을 교대로 관통할 수 있도록 한다. 그 결과, 본체내에 충분히 방수 및 단열용 조성물를 주입할 수 있어 확실하게 누수 부분을 막을 수 있다.

천공 피치는 콘크리트 등의 본체 두께에 따라 결정되지만, 본체 두께가 120㎝ ~ 40 ㎝인 경우, 25 ~ 40 ㎝의 피치로 지그재그 형상으로 천공하는 것이 바람직하다. 또, 본체의 두께가 40 ㎝ 이하인 경우는 직접 크랙의 바로 위에서 천공하는 것이 바람직하다. 크랙의 폭이 넓은 경우는 주입할 때 흘러나오는 방수 및 단열용 조성물의 양이 많으므로 천공 피치를 10~20㎝ 정도로 짧게 하여 급결 시멘트(quick-solidifying cement)로 크랙을 매우거나 에폭시 수지로 크랙을 봉한 후 방수 및 단열용 조성물을 주입할 수도 있다 .

건물 외벽의 경우, 콘크리트 본체의 벽체에 통상은 아스팔트 방수 조인트가 이루어지며, 그 위에 장식용 판이나 타일이 붙어 있다. 이 경우에도 방수 조인트에 직접 방수 및 단열용 조성물이 도달할 수 있도록 천공하여 주입구를 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 방수 조인트와 콘크리트 간극에 생긴 크랙에 방수 및 단열용 조성물이 침투하여 누수를 방지할 수 있다.

또한, 건물이 지하 매설물인 경우, 누수는 통상 지하수에 기인하므로, 지하 매설물의 외측 접합부분의 조인트에 방수 및 단열용 조성물이 도달할 수 있도록 천공하여 주입구를 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방수 및 단열용 조성물을 적용하기에 바람직한 바닥은 콘크리트를 쳐 넣은 바닥이며, 콘크리트 접합부 또는 이음부에 본 발명의 방수 및 단열용 조성물을 방수 조인트로 사용할 수 있는데, 방수 조인트를 몰타르로 덮는 방법이 외관상 바람직하다. 또한, 콘크리트 이음부란 경화된 콘크리트 또는 경화하기 시작한 콘크리트에 접하여 새로 콘크리트를 유입시키고 경화시킴으로써 생성된 경계면을 가리키며, 누수 부분이 되기 쉽다.

본 발명의 방수 및 단열용 조성물을 적용하기에 바람직한 벽체는 콘크리트 벽이며, 콘크리트들의 접합부, 구조물의 배면에 설치하는 것이 좋다. 이 경우에도 접합 조인트 표면을 아스팔트, 몰타르 또는 탄성 씰링재로 덮어도 아무런 문제가 없다.

이어, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다.

<실시예 1>

나노합성 재료로써 비결정질 규산염 300g, 아크릴 우레탄 공중합체 100g, 규산변성무기질 바인더로서 실리카졸 200g, CSA 팽창제 150g을 혼합하여 방수 단열 조성물을 제조하였다. 이 조성물에 물을 소량씩 교반하면서 가하고 용해시켰다.

이렇게 제조된 본 발명의 방수 단열 조성물을 사용하여 아래 표1과 같은 시험항목에 대해 각각 한국공업규격 KSF 부분에 해당되는 시험법으로 물성을 시험하여 결과를 측정하였다.

<표 1>

시험항목	단위	한국공업규격 KSF 부분 시험법	결과
인장강도	kgf/㎠	KSF 3211-90	10.5
신장율	%	KSF 3211-90	17
인열강도	kgf/㎠	KSF 3211-90	5.5
부착강도	kgf/㎠	KSF 4715-92	8.3
내알칼리성		KSF 4715-92	이상없음
내후성		KSF 4715-92	이상없음
투수성		KSF 4715-92	이상없음
내충격성		KSF 4716-92	이상없음
흡수량	g	KSF 4716-92	0.7
내마모성	mg	ASTM D-4060	76.5

<비교예>

본 발명의 나노합성 재료를 포함한 방수단열재와 기존단열재료를 각각 사용하여 단열효과에 대해 실험하여, 본 발명의 나노합성 재료를 포함한 재료의 결과를 100으로 한 비교 수치를 아래 표 2에 나타내었다.

본 발명의 나노합성 재료로는 비결정질 규산염 300g, 아크릴 우레탄 공중합체 100g, 규산변성무기질 바인더로서 실리카졸 200g, CSA 팽창제 150g을 혼합하여 방수 단열 조성물에 물을 소량씩 교반하면서 가하고 용해시켜 사용하였다.

건물외벽, 스팀라인 및 산업용 보일러 외부에 본 발명의 방수 및 단열재료를 1.5 mm 도포한 후 열손실을 측정하였다. 또한 건물외벽, 스팀라인 및 산업용 보일러 외부 에 기존의 단열 재료를 각각 1.5mm, 3.0mm, 1.5mm 도포하였을 때 열손실을 측정하고 이를 본 발명의 방수 및 단열 재료를 도포하였을 때의 열손실과의 비교값으로 <표 2> 에 나타내었다.

<표 2> 단열효과의 비교

단열체	건물외벽	스팀라인	산업용 보일러 외부
단열효과	69	45	37

또한 기존의 단열재와 본 발명의 방수 및 단열재 조성물에 대해 결로 방지 효과과 흡수효과를 실험한 후 본 발명의 방수 및 단열재 조성물의 결로 방지 및 흡수 효과를 100 으로 하여 기존의 단열재의 효과를 비교했을 때 결로방지효과는 15%, 흡수효과는 15%에 그쳤다.

본 발명의 방수 및 단열제 조성물은 유연성, 내구성, 탄성, 접착성 및 내수성을 가지고 있으며 수분방지막, 내기후성, 자외선 차단효과를 지닌 특성을 갖도록 배합되어 있다. 따라서 본 발명의 방수 및 단열제 조성물은 우수한 누수 방지기능을 가지며 시공이 간단하고 친화경적인 기능을 가지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 나노입자의 재료들이 고분자 수지의 결합으로 치밀한 구조를 만들어 균열, 누수, 결로현상을 막아주어 확실한 누수 방지가 가능하고, 그에 따라 몰타르 및 콘크리트 제품의 크랙이 확대되는 것이 방지되어 악화를 막을 수 있어 건물 등의 몰타르 및 콘크리트 제품의 수명을 연장하는데 매우 유용하다. 본 발명의 조성물은 옥상방수, 건축물 내, 외벽방수, 지하실, 목욕탕, 교량, 터널등 방수성을 요구하는 콘크리트 구조물의 요소에 적합하다,

또한 본 발명의 조성물은 유해한 화합물을 분해하여 새집증후군등을 억제하여 친환경적인 기능을 갖을 뿐 아니라, 내화, 단열, 방폭, 방염 및 방수기능도 갖는다.

Claims (1)

1. 규산염 20.00 내지 50.00 중량%, 아크릴 우레탄 공중합체 5.00 내지 15.00 중량%, 규산변성무기질 바인더 15.00 내지 30.00 중량 %, CSA계 팽창제 5.00 내지 20.00 중량%, 이산화티탄 5.00 내지 25.00 중량%, 산화아연 3.00 내지 15.00 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 및 단열용 조성물.