KR100614415B1 - 비산재를 함유하는 2성분형 폴리우레탄 방수재 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비산재를 이용한 2성분형 폴리우레탄 방수재의 제조방법으로써 상세하게는 산업 및 지정폐기물을 소각 후 발생되는 소각재를 이용하여 2성분형 폴리우레탄 방수재를 제조함으로써 친환경적인 제품을 제조하고, 제조비를 절감하는데 그 특징이 있다. 이를 위하여 본 발명에서는 비산재를 방수재 제조시 사용되는 탄산칼슘의 양을 일부 대체하여 제조하는 것으로, 보다 상세하게는 폴리올 23 중량%, 타르 13 중량%, 탄산칼슘 40 내지 45 중량%, 비산재 5 내지 10 중량%, 기타 14 중량%를 혼합한 후, 교반하여 제조되는 주제와 폴리우레탄 전구체를 경화제로 사용하여 도막을 형성하는 2 성분형 폴리우레탄 방수재를 제조하는데 있다.
본 발명에 의해 산업폐기물인 비산재를 이용하여 2성분형 폴리우레탄 방수재를 제조한 결과, 기존과 동등한 물성을 나타냈으며, 종래의 문제점인 비산재에 함유된 중금속의 용출문제도 해결할수 있었다. 이러한 결과로 자원의 재활용 효과와 비산재의 매립에 의한 토양의 오염을 줄일수 있는 방법을 제공할 수 있다.
폴리우레탄, 방수재, 탄산칼슘, 백필터비산재, 싸이클론비산재
Description
본 발명은 산업 및 지정폐기물을 소각하므로 발생되는 비산재를 함유하는 2성분형 폴리우레탄 방수재의 제조방법에 관한 것이며, 소각장에서 발생되는 비산재를 재활용하는 방안으로써 이를 이용하여 2성분형 폴리우레탄 방수재를 개발하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 구체적으로 폴리올 23 중량%, 타르 13 중량%, 탄산칼슘 40내지 45 중량%, 비산재 5내지 10 중량%, 기타 14 중량%를 혼합한 후, 교반하여 제조되는 주제와 폴리우레탄 전구체를 경화제로 사용하여 도막을 형성하는 2 성분형 폴리우레탄 방수재를 제조에 관한 것이다.
본 발명은 소각 후 매립되는 비산재를 재활용함으로써 친환경적인 목적과 기존 제품에 적용되는 탄산칼슘의 일부를 대체하므로 도막의 수밀성 및 도막의 강도를 증가시키는 결과를 나타내었고, 비산재를 폴리우레탄에 적용하므로 우레탄의 강한 결용출문제를 해결할 수 있었다. 국내에서 배출되는 비산재, 제지 슬러지 소각회 및 소각장 소각회 등 소각 잔재물의 배출량은 년간 수 백만톤(2005년도에는 570 만톤, 2010년에는 610 만톤 추정)에 이르고 있으나 대부분이 매립되고 있는 실정이다. 매립되는 각종 소각회는 매립지의 부족과 유해물질의 용출에 의한 토양과 지하수 오염 등의 여러 가지 문제를 일으키고 있다. 비록, 일부가 재활용되고 있다고는 하지만, 대부분이 단순하게 활용되고 있으며 부가가치가 높은 상품으로서 활용되고 있지 못하고 있다. 지금까지는 비산재 활용을 위한 연구들이 산발적으로 이루어져 왔으나, 대부분이 콘크리트 시멘트, 2차 제품(벽돌, 인터록킹 블록 등), 인공경량골재, 아스콘 등 무기 건축 재료에 활용방안들이 제안되어 왔기 때문에 비산재의 활용은 여전히 부진한 편이다. 따라서 비산재의 재활용을 활성화시키기 위해서는 중금속의 용출문제가 없으며 부가가치가 높은 제품의 제조에 이용되어야 하기 때문에, 이에 대한 연구가 절실하다고 판단된다. 지금까지는 비산재의 활용이 제대로 이루어지지 않았기 때문에 비산재 배출업체는 쓰레기 매립지에 비산재를 처리하기 위하여 비용을 부담해야 했다. 그러나, 이제부터는 비산재 배출업체들이 경제적으로 오히려 비산재를 판매함으로써 수익을 올릴 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에서는 비교적 부가가치가 높은 비산재 함유 폴리우레탄 방수재를 물성이 우수하도록 개발하고자 한다.
본 발명은 산업 및 지정폐기물의 소각장에서 발생되는 비산재를 재활용하는 방안으로써 비산재를 함유하는 2성분형 폴리우레탄 방수재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 소각 후 매립되는 비산재를 재활용함으로써 친환경적인 목적과 기 존 제품에 적용되는 탄산칼슘의 일부를 대체하므로 도막의 수밀성 및 도막의 강도를 증가시키는 결과를 나타내었고, 비산재를 폴리우레탄에 적용하므로 우레탄의 강한 결합력으로 인해 종전 비산재를 이용한 건축자재 제조보다 비산재의 용출문제를 해결할 수 있는 2성분형 폴리우레탄 방수재의 제조방법에 관한 것이다.
지금까지는 비산재의 활용이 제대로 이루어지지 않았기 때문에 비산재 배출업체는 쓰레기 매립지에 비산재를 처리하기 위하여 비용을 부담해야 했다. 그러나, 이제부터는 비산재 배출업체들이 경제적으로 오히려 비산재를 판매함으로써 수익을 올릴 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에서는 비교적 부가가치가 높은 비산재 함유 2성분형 폴리우레탄 방수재를 물성이 우수하도록 개발하는데 목적이 있다. 폴리우레탄은 다목적 방수재로서 뛰어난 방음, 방진, 단열효과 때문에 건물의 옥상, 아파트옥상, 지하실, 기타 방수가 필요한 곳에 활용하기에 적합한 방수재이다. 이러한 폴리우레탄 방수재의 특성은 다음와 같다.
시공이 간단하고, 이음새가 없어 연속 방수층이 형성될 수 있으며, 건축물에 대한 하중부담이 적고, 부분 보수가 용이하며, 방음 및 방진효과가 매우 우수하다. 특히, 폴리우레탄 방수재는 노출과 비노출 공법에 의하여 방수층이 형성되는데, 우수한 기계적 물성과 타 재질과의 우수한 접착력으로 시공된 방수층의 보수공사 시 공기 단축은 물론 시공비가 경제적이고 시공이 용이하며 유지관리 측면에서 경제적이기 때문에 요즈음 수요가 점점 증가하고 있는 추세이다.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 폴리우레탄 방수재는 주제와 경화제의 2성분을 혼합하여 형성되는 2성분형 형태이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 2성분형 폴리우레탄 방수재의 조성물은 주제 및 경화제로 이루어진 것으로, 주제는 폴리올, 아민화합물, 가소제, 타르, 비산재, 충진제, 촉매, 첨가제(소포제, 분산제, 크실렌, 침전방지제)등으로 이루어진 것이며, 경화제는 폴리우레탄 전구체로써 NCO%가 5.4인 수지를 사용하였다.
본 발명을 상세히 설명하면, 2성분형 폴리우레탄 방수재의 조성물에 관한것으로서 주제를 구성하는 폴리올로는 폴리옥시프로필렌 트리올로 분자량 3000(GP-3000)인 것과 폴리옥시프로필렌 디올로 분자량3000(PP-3000)인 것을 사용하였으며, 아민화합물로는 메틸렌비스클로로아닐린(MOCA)을 사용하였다. 폴리올과 아민화합물은 경화제인 폴리우레탄전구체의 말단기 이소시아네이트와 반응하여 탄성체를 형성하고, 폴리우레탄 방수재의 기계적 물성, 내구성, 접착성 등에 우수한 물성을 나타낸다.
본 발명에서 주제에 함유되는 폴리올 및 아민화합물은 전체 주제 중에 10-30 중량%, 바람직하기로는 13-20 중량%이다.
그 외에도, 본 발명의 비산재가 함유된 2성분계 폴리우레탄 방수재를 구성하는 주제에는 가소제, 충전제, 촉매, 소포제, 분산제, 침전방지제등이 함유된다. 가소제로서는 디옥틸프탈레이트를 사용하였으며, 주제 함량 중 3~6 중량%를 함유한다.
충진제는 탄산칼슘, 클레이, 탈크 및 실리카 중에서 1종이상의 것이며, 바람직하게는 탄산칼슘이다. 충진제의 함량은 20~60 중량%이고, 만일 60 중량%가 초과될 경우 도막의 레벨성과 침전,등의 물리적인 특성이 떨어진다.
한편, 본 발명의 목적으로 사용되는 비산재는 비산재 집진설비의 형태에 따른 비산재 각각의 성분 즉, 일반 백필터, 일반 싸이클론, 고온 백필터, 고온 싸이클론에서 집진된 비산재를 사용하였으며, 상세하게는 싸이클론비산재의 입자크기는 50~200㎛, 백필터비산재는 5~20 ㎛의 입자들을 사용하였다.
비산재의 사용량은 상기 충진제인 탄산칼슘의 적용량의 10~30 중량%를 사용한다. 즉 상기 비산재의 함량은 주제함량 중 2~18 중량%를 사용한다.
2성분형 폴리우레탄 방수재의 제조시 탄산칼슘의 대체물로 적용하기 위해 비산재는 전처리 과정없이 제조한 경우(실시예 1, 실시예 2)와 볼밀(지르코늄 비드)로 전처리한 경우(실시예 3∼실시예 7), 그리고 분쇄기를 이용하여 전처리한 경우(실시예 8∼실시예 9)로 구분하여 실시하였으며, 비산재의 효과적인 분산을 위해 전처리를 실시하였다.
비산재의 사용량은 상기 충진제인 탄산칼슘의 적용량의 10~30 중량%를 사용한다. 즉 상기 비산재의 함량은 주제함량 중 2~18 중량%를 사용한다.
2성분형 폴리우레탄 방수재의 제조시 탄산칼슘의 대체물로 적용하기 위해 비산재는 전처리 과정없이 제조한 경우(실시예 1, 실시예 2)와 볼밀(지르코늄 비드)로 전처리한 경우(실시예 3∼실시예 7), 그리고 분쇄기를 이용하여 전처리한 경우(실시예 8∼실시예 9)로 구분하여 실시하였으며, 비산재의 효과적인 분산을 위해 전처리를 실시하였다.
본 발명에서 사용한 비산재를 볼밀 및 분쇄기로 전처리 한 경우 입자의 크기는 60㎛과 10 ㎛으로 측정되었다. 분쇄기를 사용하여 분쇄된 비산재의 입자크기는 탄산칼슘의 입자크기와 유사하게 나타났다.
그 외에도, 본 발명의 2성분계 폴리우레탄 방수재 조성물을 구성하는 주제에 가소제 디옥틸프탈레이트(DOP), 페인트 타르(PT-1500), 탄산칼슘, 촉매, 첨가제(크실렌, 소포제, 분산제, 침전방지제)를 혼합한 후, 교반하여 제조되는 비산재 함유 2성분형 폴리우레탄 방수재 주제를 제조하는데 있다. 경화제(NCO% = 5.4%)는 정우화인(주)의 수지를 사용하였다. 따라서 본 발명기 비산재함유 2성분형 폴리우레탄방수재의 조성물은 다음과 같다.
본 발명에서 폴리올로는 말단에 하이드록실기를 포함하는 폴리옥시프로필렌글리콜을 사용하였으며, 관능기의 수는 2~3개이고 수평균분자량은 2000~3000이며, 적어도 2가지 이상의 폴리옥시프로필렌글리콜을 사용하였다.
본 발명에서 비산재는 2 가지 종류의 비산재를 사용하였다. 즉, 싸이클론 집진장치와 백필터 집진장치에서 얻어진 비산재를 사용하였다. 싸이클론 집진장치에서 얻어진 비산재의 입자크기는 50~200 ㎛이며, 백필터의 경우는 5~20 ㎛의 입자를 사용하였다.
실시예 1
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 2.14g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 9.01g, 폴리옥시프로필렌트리올(분자량 3000) 6.83g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.40g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 13.13g, 분산제 0.44g을 넣고 도료용 교반기를 이용하여 1000 rpm으로 30분 동안 혼합한 후, 탄산칼슘 58.67g, 크실렌 3.47g, 소포제 0.22g을 넣어, 1000 rpm으로 60분 동안 교반하고, 침전방지제 2.02g, 촉매 0.67g을 넣고 800 rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 2
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 2.26g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 16.74g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.59g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 13.87g, 분산제 0.47g을 넣고, 도료용 교반기를 이용하여 1000rpm으로 30분간 혼합한 후, 탄산칼슘 44.19g, 일반백필터비산재 4.91g, 크실렌 6.04g, 소포제 0.23g을 넣고 1000rpm으로 60분 동안 교반하고, 침전방지제 2.14g, 촉매 5.56g을 넣고 800rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 3
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 2.35g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 17.40g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.73g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 14.41g, 분산제 0.49g을 넣고, 도료용 교반기를 이용하여 1000 rpm으로 30분간 혼합한 후, 탄산칼슘 40.83g, 일반싸이클론비산재 10.21g, 크실렌 4.42g, 소포제 0.24g을 넣고 1000 rpm으로 60분동안 교반하고, 침전방지제 2.22g, 촉매 3.71g을 넣고 800 rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 4
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 2.26g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 16.74g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.59g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 13.87g, 분산제 0.47g을 넣고, 도료용 교반기를 이용하여 1000 rpm으로 30분간 혼합한 후, 탄산칼슘 44.19g, 일반백필터비산재 4.91g, 크실렌 6.04g, 소포제 0.23g, 비드 100g을 넣고 1000 rpm으로 60분동안 교반하고 침전방지제 2.14g, 촉매 5.56g을 넣고 800 rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 5
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 2.35g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 17.40g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.73g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 14.41g, 분산제 0.49g을 넣고, 도료용 교반기를 이용하여 1000 rpm으로 30분간 혼합한 후, 탄산칼슘 40.83g, 일반싸이클론비산재 10.21g, 크실렌 4.42g, 소포제 0.24g, 비트 100g을 넣고 1000 rpm으로 60분동안 교반하고, 침전방지제 2.22g, 촉매 3.71g을 넣고 800 rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 6
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 3.06g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 19.30g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.33g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 12.89g, 분산제 0.44g을 넣고, 도료용 교반기를 이용하여 1000 rpm으로 30분간 혼합한 후, 탄산칼슘 44.27g, 일반백필터비산재 5g, 크실렌 3.96g, 소포제 0.22g, 비드 100g을 넣고 1000 rpm으로 60분동안 교반하고, 침전방지제 1.89g, 촉매 5.65g을 넣고 800 rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 7
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 3.11g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 19.66g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.40g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 13.13g, 분산제 0.45g을 넣고, 도료용 교반기를 이용하여 1000 rpm으로 30분간 혼합한 후, 탄산칼슘 40~17g, 일반싸이클론 비산재 10g, 크실렌 4.24g, 소포제 0.22g, 비드 100g을 넣고 1000 rpm으로 60분동안 교반하고, 침전방지제 1.92g, 촉매 3.71g을 넣고 800 rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 8
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 3.06g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 19.30g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.33g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 12.89g, 분산제 0.44g을 넣고, 도료용 교반기를 이용하여 1000 rpm으로 30분간 혼합한 후, 탄산칼슘 39.27g, 일반싸이클론비산재 15g, 크실렌 3.96g, 소포제 0.22g을 넣고 1000 rpm으로 60분동안 교반하고, 침전방지제 1.89g, 촉매 5.65g을 넣고 800 rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 9
1리터 용기에 아민화합물로서 메틸렌비스클로로아닐린 3.06g, 폴리올로서 폴리옥시프로필렌글리콜(분자량 3000) 19.30g, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 3.33g, 타르로서 페인트타르 피티-1500 12.89g, 분산제 0.44g을 넣고, 도료용 교반기를 이용하여 1000 rpm으로 30분간 혼합한 후, 탄산칼슘 39.27g, 고온싸이클론비산재 15g, 크실렌 3.96g, 소포제 0.22g을 넣고 1000 rpm으로 60분동안 교반하고 침전방지제 1.89g, 촉매 5.65g을 넣고 800 rpm으로 20분간 교반한다.
실시예 1∼실시예 9 와 같이 제조된 2성분형 폴리우레탄 방수재의 주제는 기포 및 수분을 제거하기 위해 진공오븐에서 60℃에서 24시간 동안 탈포하였다. 2성분형 폴리우레탄 방수재의 경화제는 말단에 이소시아네이트가 존재하는 프레폴리머 (NCO%=5.4%)로써 NCO/OH의 당량비가 1.05/1가 되도록 주제와 혼합하여 상온에서 필름을 제조하였다.
본 발명에서 제조된 필름은 각각 한국산업규격(KSF 3211)에서 규정하는 방법으로 인장강도, 인열강도, 파단시 신장율을 측정하였고, 경도를 측정하였다. 또한, 폐기물 관리법에서 규정하는 방법(용출시험검사항목 및 기준-시행규칙제2조)으로 중금속용출시험을 실시하였다. 이때, 용출시험은 실시예 6 ∼실시예 9 까지 실시하였다.
그 결과는 하기의 표 1, 2와 같다.
[표 1]
[표 2]
본 발명에 의해 산업폐기물인 비산재를 이용하여 2성분형 폴리우레탄 방수재를 제조한 결과, 기존과 동등한 물성을 나타냈으며, 종래의 문제점인 비산재중금속의 용출문제도 해결할수 있었다. 이러한 결과로 자원의 재활용 효과와 비산재의 매립에 출문제도 해결할수 있었다. 이러한 결과로 자원의 재활용 효과와 비산재의 매 립에 의한 토양의 오염을 줄일수 있는 방법을 제공할 수 있다.
Claims (3)
- 평균분자량이 3000인 폴리옥시프로필렌글리콜 15~20중량%, 메틸렌비스클로로아닐린 2.0~3.5중량%, 탄산칼슘 40~57중량%, 싸이클론 집진장치를 통해 얻어진 비산재 4~15중량%, 촉매 3~5중량%, 페인트타르 10~15중량%, 가소제 3~6중량%, 기타첨가제 6~9중량%로 이루어진 주제와;말단에 이소시아네이트기를 함유하는 폴리우레탄 전구체로 이루어진 경화제;로 구성되는 것을 특징으로 하는 2성분형 폴리우레탄 방수제.
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