KR100602793B1

KR100602793B1 - 콘크리트의 표면강화 코팅액의 제조방법

Info

Publication number: KR100602793B1
Application number: KR1020050022106A
Authority: KR
Inventors: 김영근; 임명수
Original assignee: (주)피엠씨
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-07-20

Abstract

본 발명은 콘크리트의 표면을 보호할 목적으로 표층부에 도포함으로써 코팅막을 형성하여 외부로부터 물 및 염화이온 등의 침투를 억제하기 위한 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 콘크리트의 구성성분과 유사한 무기질 재료를 원료로 하여 콘크리트 구조물과의 친화력을 증대시킴과 동시에 친환경적이고, 무기질 폴리머 특유의 결정구조인 3차원 망목구조의 결합을 유도하여 콘크리트 표면을 코팅함으로써 콘크리트 구조물에 형성된 침투성 흡수방지막을 보호하는 한편 콘크리트 표면을 강화시켜 열화인자를 차단할 수 있도록 한 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의해 제조되는 코팅액은 무기물인 실리케이트 나노입자의 기능성기에 2개 이상의 금속원소를 치환시키고 알콕시실란과 졸겔법으로 합성하여 완성된 환경친화형 나노합성 무기질 폴리머계 코팅액으로, 가수분해반응을 통한 무기질 폴리머 특유의 결정구조인 3차원 망목구조의 결합을 유도하여 콘크리트 표면강화 및 표면보호 코팅재로서의 기능하는 것을 특징으로 한다.

콘크리트, 표면강화, 표면보호, 코팅, 알콕시실란

Description

콘크리트의 표면강화 코팅액의 제조방법{Manufacturing method of coating solution for protecting the surface of concrete}

본 발명은 콘크리트의 표면을 보호할 목적으로 표층부에 도포함으로써 코팅막을 형성하여 외부로부터 물 및 염화이온 등의 침투를 억제하기 위한 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트의 구성성분과 유사한 무기질 재료를 원료로 하여 콘크리트 구조물과의 친화력을 증대시킴과 동시에 친환경적이고, 무기질 폴리머 특유의 결정구조인 3차원 망목구조의 결합을 유도하여 콘크리트 표면을 코팅함으로써 콘크리트 구조물에 형성된 침투성 흡수방지막을 보호하는 한편 콘크리트 표면을 강화시켜 열화인자를 차단할 수 있도록 한 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법에 관한 것이다.

콘크리트가 공기중에 노출되면 수화물인 Ca(OH)₂가 공기중의 CO₂와 반응하여 CaCO₃를 생성하게 되는데 이러한 작용으로 알칼리성인 콘크리트가 pH 8.5~10의 중성 화로 변화되며, 이를 콘크리트의 중성화 또는 열화라 한다. 콘크리트의 열화는 콘크리트의 표면에서 내부를 향하여 진행하며, 열화가 진행함에 따라 철근이 부식된다. 철근이 부식되면 철근의 체적이 팽창하게 되는데, 철근의 체적팽창은 콘크리트 내부에 균열을 발생시키고, 철근 부착강도의 저하, 피복 콘크리트의 박리, 철근의 강도 저하 등 철근콘크리트 구조물의 물리적 성능을 떨어드리는 바, 종국적으로는 구조물 전체의 위기를 초래한다.

한편, 콘크리트는 다공질이기 때문에 습기나 수분을 흡수하며, 결빙점 이하의 온도에서는 흡수된 수분이 동결하면서 수분의 동결팽창으로 콘크리트에 균열이 발생하게 된다. 동결·융해가 반복되면 그에 따라 콘크리트의 균열 또한 진행하며, 이러한 작용이 내부로 진전되면 철근부식 및 열화 등이 수반되어 구조물의 내구성을 저하시키는 문제를 유발한다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로는 콘크리트의 표면에 흡수방지제 및/또는 코팅액을 도포하는 방법이 있다. 종래에는 콘크리트 표면 도포용 액상형 흡수방지제로 파라핀계 탄화수소화합물, 지방산계 유지를 유화시켜 흡수방지제를 사용해 왔으나, 침투깊이 확보가 어려워 내구성 개선에 그다지 효과적이지 않았다. 이를 개선한 것으로 실리콘 수지나 오일을 유기용제(벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 석유류의 솔벤트)에 희석한 발수제 혹은 침투흡수방지제가 있으나, 이들은 용제의 특성상 유독성이어서 공해문제와 인체에 심한 악영향을 미친다는 문제를 수반하기 때문에 현재는 그 사용을 제한하고 있는 실정이다. 뿐만 아니라, 상기와 같은 종 래의 흡수방지제는 무기물인 콘크리트와는 달리 유기화합물이어서 이종재료 간의 상이한 특성으로 침투 및 결합에 의한 내구성을 기대하기가 어려운 재료적인 문제점이 있었다.

한편, 발수제 또는 침투흡수방지제를 콘크리트에 도포하여 흡수방지막을 형성하더라도 시간이 경과함에 따라 흡수방지막이 마모되기 쉬우므로 콘크리트 표면을 코팅하여 강화시키기 위해 코팅액을 도포하여 코팅막을 형성시킨다. 기존에는 콘크리트 보호용 코팅 도장재료로 합성수지계 도료를 주로 택하여 왔으나, 합성수지계 도료에는 환경문제로 대두되고 있는 VOC물질이 포함되어 있기 때문에 작업자의 건강을 해칠뿐만 아니라 환경오염을 유발하는 문제를 수반한다. 특히 에폭시계 도료의 경우 에피클로로 히드린과 비스페놀A와 같은 환경호르몬이 포함되어 있어 전세계적으로 이에 따른 규제의 움직임이 제기되고 있는 상황이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 개선하고자 안출된 것으로서, 콘크리트 구성성분과 유사한 무기질 재료를 원료로 하여 콘크리트 구조물과의 친화력을 증대시킴과 동시에 친환경적인 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 무기질 폴리머 특유의 결정구조인 3차원 망목구조의 결합을 유도하여 콘크리트 표면을 코팅함으로써 콘크리트 구조물에 형성된 침투성 흡수방지막을 보호하고 콘크리트 표면을 강화시켜 열화인자를 차단할 수 있도록 한 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 침적, 붓, 로울러, 스프레이 방법으로 용이하게 콘크리트 표면에 도포할 수 있는 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 참고하여 상세히 설명한다.

삭제

본 발명에 의해 제조되는 코팅액은 무기물인 실리케이트 나노입자의 기능성기에 2개 이상의 금속원소를 치환시키고 알콕시실란과 졸게법으로 합성하여 완성된 환경친화형 나노합성 무기질 폴리머계 코팅액이다. 본 발명의 코팅액은 콘크리트 표면에 도포시 가수분해반응을 통한 무기질 폴리머 특유의 결정구조인 3차원 망목구조의 결합을 유도하여 콘크리트의 표면을 강화시키고 보호하는 코팅재로서 기능하게 된다.

본 발명에 의해 제조되는 코팅액은 콘크리트 구조물에 도포되면 콘크리트 수화물인 Ca(OH)₂은 물론 미반응의 유리 K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Al³⁺ 등과 반응하여 불용성 염을 형성하면서 콘크리트 표면을 코팅하게 된다. 그 결과 콘크리트 표면에는 외부의 열악한 환경에서도 열화인자(염화물, CO₂, 산성비 등)가 침투하지 못하도록 코팅막이 형성되며, 이에 따라 흡수방지(방수성)는 물론 표면강도(내마모성)가 향상되어 콘크리트 구조물의 내구성이 증대되는 것이다.

1. 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법

30~60중량% 농도의 수산화칼륨 수용액 300~600g에 대하여 수산화알루미늄 2~5중량%를 용해하여 투명한 액상을 제조한다.

이어, 20~40중량% 농도의 실리카졸 700~1000g과 증류수 400~700g을 첨가하여 1~2시간 동안 70~80℃로 교반하여 투명한 액상이 될 때까지 반응시킨 후 상온으로 냉각시키고 여기에 알콕시실란 5~20g을 이소프로필알콜 70~100g에 혼합한 용액을 천천히 첨가하여 60분간 졸-겔 가수분해 반응을 유도한다. 상기 알콕시실란은 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시 실란, 메틸트리에톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 군에서 2종 이상을 혼합한 것을 채택할 수도 있다.

상기와 같은 방법에 의해 제조되는 콘크리트 표면강화 코팅액의 반응메카니즘은 다음과 같다.

도포시

상기 [반응식 1]에서 M은 콘크리트 수화물인 Ca(OH)₂ 혹은 미반응의 유리 K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Al³⁺ 등이고, R 및 R'은 C_nH_2n+1(n=1~2)이고, l은 0~3, m은 0~2이다. 즉, [반응식 1]의 반응과정을 거쳐 생성된 본 발명의 코팅액이 콘크리트에 도포되면 코팅액의 금속이온이 콘크리트 수화물 등과 결합하여 콘크리트 표면에 코팅막을 형성하게 되는 것이다.

[실시예 1] 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조

(1) 50중량% 농도의 수산화칼륨 수용액 600g에 대하여 수산화알루미늄 5g을 용해하여 투명한 액상을 제조한다.

(2) 40중량% 농도의 실리카졸 수용액 1000g과 증류수 700g을 혼합한 용액을 첨가하여 1~2시간 동안 70~80℃로 교반하여 투명한 액상이 될 때까지 반응시킨 후 상온으로 냉각시킨다.

(3) 메틸트리메톡시실란 20g을 이소프로필알콜 100g에 혼합한 용액을 천천히 첨가하여 60분간 졸-겔 가수분해 반응을 유도하여 코팅액을 제조한다.

상기 실시예 1의 방법으로 제조된 콘크리트 표면강화 코팅액의 물성을 확인하기 위해 하기 표와 같이 내열성, 내수성의 시험을 하고 그 결과를 확인하였다.

시험항목		결과	시험방법
내열성 (400℃, 2h)	겉모양	이상없음	코팅시편 400℃, 2hrs 처리후 겉모양 관찰
내수성 (20±3℃, 500h)	겉모향	이상없음	JIS K-5400
내오염성	윤활유	이상없음	KSM-3802
	등유
	10% 암모니아
	숯그을음
부착성		100/100	KSD-6711
도막경도	연필긁기값	8H
내약품성	내산성 (5% H₂SO₄, 24h)	이상없음	KSM-3802 JIS K-5400
	내알칼리성 (3% NaOH, 24h)
	내산성 (5% HCl, 24h)
흡수량(g)		0.02	KSF-4919
염수분무시험(3000h)		이상없음	KSD-9502
내충격성(직접 1/2˝, 500g, 300㎜)		이상없음	KSM-5307
열팽창(1/℃)		1.1×10^-5	KSM-3105
중성화(5% CO₂, 168h)		중성화없음	코팅시편 5% CO₂, 168h 처리후 중성화 깊이측정
내투수성능		0.01	KSF-4930
염화물이온침투저항성(Coulombs)		596	KSF-4936(기준 1000 이하)

본 발명에 의해 제조되는 콘크리트 표면강화 코팅액은 콘크리트는 물론 콘크리트와 유사한 물성을 갖는 시멘트 모르타르, ALC패널, 석면슬래이트, 섬유보강시멘트판, 벽돌, 석재 등에 적용하면 물, 염화물이온, 산성액 등의 외부환경으로 보호하고 미세한 균열이 있는 자재의 간이방수 등에 광범위하게 사용할 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 콘크리트 구성성분과 유사한 무기질 재료를 원료로 하기 때문에 콘크리트 구조물과의 친화력이 증대됨과 동시에 환경친화적인 효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 무기질 폴리머 특유의 결정구조인 3차원 망목구조의 결합을 유도하여 콘크리트 표면을 코팅하기 때문에 콘크리트 구조물에 형성된 침투성 흡수방지막을 보호하는 한편 콘크리트 표면을 강화시켜 열화인자를 차단하고 그 결과 콘크리트 구조물의 내구성을 증대시키는 효과를 발휘하게 된다.

또한, 본 발명은 콘크리트 구조물 표면에 도포함에 침적, 붓, 로울러, 스프레이 방법으로 용이하게 도포할 수 있다.

Claims

삭제
30~60중량% 농도의 수산화칼륨 수용액 300~600중량부에 대하여 수산화알루미늄 2~5중량부를 용해하는 제1단계;

20~40중량% 농도의 실리카졸 수용액 700~1000중량부와 증류수 400~700중량부를 첨가하여 1~2시간 동안 70~80℃로 교반하는 제2단계; 및,

알콕시실란 5~20중량부에 이소프로필알콜 70~100중량부를 용해한 용액을 첨가하는 제3단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법.
제2항에서, 상기 제3단계는

알콕시실란을 천천히 첨가하면서 졸-겔 가수분해반응을 유도하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법
제2항 또는 제3항에서, 상기 알콕시실란은,

테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시 실란, 메틸트리에톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면강화 코팅액의 제조방법.