KR100643033B1 - 도상안정제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도상안정제 조성물에 관한 것으로, 그 내후성의 향상을 위해 자외선을 흡수하는 물질을 포함하고, 접착력을 향상시키기 위하여 우레탄계 열가소성 폴리머의 접착력을 향상시키는 물질을 포함하면서도, 철로 도상에 존재하는 자갈의 비산을 방지하기 위해 사용되는 도상안정제로서 그 내후성과 접착력을 전체적으로 향상시킬 수 있도록 조성된 도상안정제 조성물에 관한 것이다.
도상안정제, 우레탄계 열가소성 폴리머

Description

도상안정제 조성물{COMPOSITION FOR FIXING ROAD BED BALLASTS}
본 발명은 도상안정제 조성물에 관한 것으로, 그 내후성의 향상을 위해 자외선을 흡수하는 물질을 포함하고, 접착력을 향상시키기 위하여 우레탄계 열가소성 폴리머의 접착력을 향상시키는 물질을 포함하면서도, 철로 도상에 존재하는 자갈의 비산을 방지하기 위해 사용되는 도상안정제로서 그 내후성과 접착력을 전체적으로 향상시킬 수 있도록 조성된 도상안정제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 철도 차량을 달리게 하기 위해 설치되는 레일에는 받침목이 받는 차량의 하중을 노반에 고루 분포시킴과 동시에 방진효과를 위해 도상 자갈이 깔린다. 이러한 자갈의 내구성과 자갈의 비산을 방지하기 위하여 도상 자갈에 사용되는 것이 도상안정제이다. 이처럼 도상안정제를 사용하면 도상에 깔린 자갈의 접착성과 내구성이 증가하여 자갈 비산 방지 효과가 증대할 뿐만 아니라, 곡선부 선로의 도상 종횡 저항력(Vertical & Lateral Resistance)이 증가하며, 자갈의 수명이 증가하고, 도상 보수 비용이 절감하게 된다. 뿐만 아니라, 철도 운행시의 안정성을 확보할 수 있으며, 정거장 구간 살포시 청소성 및 미관을 양호하게 할 수 있다.
종래부터 상기와 같은 용도의 도상안정제로는 일액형습기경화성 폴리우레탄 조성물이 사용되어오고 있다. 그러나 이와 같은 폴리우레탄 조성물은 근본적으로 내후성이 낮기 때문에 오랜 기간동안 야외에 방치되는 도상 자갈에 사용되는 도상안정제로는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.
또한 철도에서는 오랜 시간동안 주기적으로 진동에 의한 충격이 발생하게 되는데, 이러한 충격의 상당부분이 도상에 전달된다. 이때 도상에 깔려있는 자갈들이 비산되지 않고 상기와 같은 충격을 흡수할 수 있도록 하기 위해서는 일정한 수준 이상으로 도상의 자갈들이 서로 접착되어 있어야 하는데, 도상안정제가 이러한 역할을 수행한다. 그러나, 일반적인 폴리우레탄 조성물은 접착성이 낮기 때문에 철도상에 전해지는 충격을 오랜 시간동안 견디면서 도상 자갈들을 서로 접착시키도록 하기 위해서는 상당량의 폴리우레탄 조성물이 살포되어야 하므로 경제적으로 실효성이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한 철도차량이 고속화될경우 철도에 부가되는 하중이 더욱 증가하므로, 일반적인 폴리우레탄 조성물을 도상안정제로 사용한다면 철도차량을 보다 고속화시켰을 때 도상의 안전성 및 내구성에 대한 신뢰가 힘들다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 내후성과 접착성이 동시에 개선되어 고속철도용 도상에서도 사용될 수 있는 안전성 및 내구성이 높은 도상안정제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 도상안정제 조성물은 일액형 습기경화성 폴리우레탄 조성물로서, 우레탄계 열가소성 폴리머 100중량부에 대하여, 유기용제 100~900중량부, 무기충진제 0.1~1.0중량부, 자외선흡수제 0.1~3중량부, 접착촉진제로서 에폭시계 실란커플링제 0.1~3중량부 및 경화촉진제 0.1~3중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 우레탄계 열가소성 폴리머는 디페닐메탄디이소시아네이트, 트리스(이소시아네이트페닐메탄), HDI뷰렛 또는 HDI, IPDI트라이머로 예시되는 NCO기를 함유하고 있는 이소시아네이트와 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 디프로플렌글리콜과 같은 저분자량폴리올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥심프로필렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜과 같은 폴리에테르폴리올 및 폴리β-메틸-δ-바렐락톤, 폴리카프롤락톤 및 디올 또는 이염기산으로부터의 폴리에스테르와 같은 폴리에스테르 폴리올 등으로 예시되는 OH기를 함유한 화합물을 반응시켜 제조하는 것으로, 당해 기술분야에서 다양한 우레탄계 열가소성 폴리머가 시판되고 있으며, 상기 시판되는 우레탄계 열가소성 폴리머는 모두 본 발명의 도상안정제를 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 유기용제의 양은 우레탄계 열가소성 폴리머 100중량부에 대하여 100~900중량부인 것이 바람직하다. 유기용제의 양이 100중량부에 미치지 못하면 우레탄계 열가소성 폴리머가 충분히 용해되지 못하여 자외선흡수제, 접착촉진제 및 경화촉진제 등과 충분히 혼합되지 못하게 되므로 본 발명이 목적으로 하는 효과를 얻을 수 없어 바람직하지 않고, 유기용제의 양이 900중량부를 넘더라도 늘어난 유기용제의 양이 우레탄계 열가소성 폴리머의 용해도에는 영향을 끼치지 못하므로 효율적이지 못하게 되어 바람직하지 않다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 사용되는 유기용제로는 바람직하게는 우레탄계 열가소성폴리머와 상용성이 있는 방향족 탄화수소류, 에스테르계 탄화수소, 케톤계 탄화수소 또는 디카르복실산이 있다. 보다 바람직하게는 톨루엔, 초산에틸, 아세톤, 메틸에틸케톤 및 디카르복실산 중에서 선택되는 하나 이상이 사용된다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 무기충진제의 양은 우레탄계 열가소성 폴리머 100중량부에 대하여 0.1~1.0중량부인 것이 바람직하다. 본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서 무기충진제는 충진제의 역할로 사용되는 것이 아니라, 조성물 중의 미량의 수분을 흡수시키기 위한 것이다. 무기충진제의 양이 0.1중량부에 미치지 못하면 첨가되는 무기충진제의 양이 너무 미미하여 무기충진제 첨가에 따른 수분흡수라는 효과를 얻을 수 없어 바람직하지 않고, 무기충진제의 양이 1.0중량부를 넘더라도 무기충진제의 첨가에 따른 효과에 큰 차이가 없으므로 효율적이지 못하게 되므로 바람직하지 않다. 상기 무기충진제로 바람직하게는 에틸실리케이트가 사용된다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 상기 자외선흡수제의 양은 0.1~3중량부인 것이 바람직하다. 자외선흡수제의 양이 0.1중량부에 미치지 못하면 첨가되는 자외선흡수제의 양이 미미하여 자외선흡수제를 첨가시키므로써 도상안정제 조성물의 내후성을 증가시키려는 본 발명의 효과를 달성할 수 없으므로 바람직하지 않다. 또한, 자회선흡수제의 양이 3중량부를 넘어서면 3중량부를 초과하여 첨가되는 자외선 흡수제의 양이 증가하더라도 도상안정제 조성물의 내후성에는 큰 변화가 없 으므로 효율적이지 못하게 되므로 바람직하지 않다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 자외선 흡수제로는 벤조페논계열이 바람직하다. 본 발명의 발명자는 이러한 벤조페논계열의 자외선흡수제를 도상안정제 조성물에 사용되었을 때 그 내후성을 가장 크게 향상시키는 점을 발견하였다. 살리실산 유도체계열, 벤조페논계열, 벤조트리아졸계열 및 힌더드·아민계열 등이 자외선을 흡수하는 물질로 알려져 있으나, 그 중에서도 벤조페논계열은 합성고무계, 합성수지계의 많은 타입에 상용성을 나타내며, 최대흡수파장범위는 280~340㎛로 광범위한 자외선을 흡수할 수 있어 단독사용으로 자외선에 의한 노화를 방지할 수 있다. 또한 유기용제에 대한 용해성이 탁월하기 때문에 어느 유기용제에도 잘 용해된다. 본 발명의 벤조페논계열 자외선흡수제로는 2,2',4,4'-테트라하이드록시벤조페논 또는 2,4'-하이드록시벤조페논을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 상기 접착촉진제의 양은 0.1~3중량부인 것이 바람직하다. 접착촉진제의 양이 0.1중량부에 미치지 못하면 첨가되는 접착촉진제의 양이 미미하여 접착촉진제를 첨가시켜 도상안정제 조성물의 접착력을 증가시키려는 본 발명의 효과를 달성할 수 없으므로 바람직하지 않다. 또한, 접착촉진제의 양이 3중량부를 넘어서면 3중량부를 초과하여 첨가되는 접착촉진제의 양이 증가하더라도 도상안정제의 접착력에는 큰 변화가 없으므로 효율적이지 못하게 되므로 바람직하지 않다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 상기 접착촉진제로는 에폭시계 실란커플링제가 바람직하다. 본 발명의 발명자는 도상안정제 조성물을 제조하기 위해서 에폭시계 실란커플링제를 접착촉진제로 사용할때 도상안정제의 접착력을 가장 크게 향상시킬 수 있다는 점을 발견하였다. 접착력 향상을 위하여 -NH2기를 함유하는 아미노계 실란커플링제를 첨가하면 폴리우레탄의 -NCO기와 실온에서 용이하게 화학반응을 해버리기 때문에 용액안정성을 나쁘게 만드는 문제가 있고, 또한 폴리우레탄의 경화에 크게 관련되어 있는 -NCO기가 -NH2기와 반응해서 없어지기 때문에 미경화가 되어버리는 문제가 있다. 또한 비닐기를 가진 실란커플링제를 첨가하면 열안정성이 나쁘기 때문에 도상안정제의 보존시 수송중에 용액의 안정성이 나쁘게 되는 문제가 있다. 본 발명이 목적으로 하는 접착성이 우수한 도상안정제 조성물을 제조하기 위해서는 접착촉진제로 에폭시계 실란커플링제 중에서 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 또는 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 경화촉진제의 양은 0.1~3중량부인 것이 바람직하다. 경화촉진제의 양이 0.1중량부에 미치지 못하면 첨가되는 경화촉진제의 양이 미미하여 도상에 살포되는 도상안정제 조성물의 경화가 느려지므로 바람직하지 않다. 또한 경화촉진제의 양이 3중량부를 넘어서더라도 도상안정제의 경화에는 변화가 없으므로 효율적이지 못하게 되므로 바람직하지 않다.
본 발명의 도상안정제 조성물에 있어서, 경화촉진제로는 제 3급 아민 화합물이 사용되고, 바람직하게는 몰포린이 사용된다.
본 발명에 따른 도상안정제 조성물은 다음 단계들을 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다:
(1)우레탄계 열가소성 폴리머 100중량부에 유기용제 100~900중량부 및 무기충진제 0.1~1.0중량부를 투입하여 용해 및 분산시키는 단계; 및
(2)상기 단계 (1)의 결과물에 자외선흡수제 0.1~3중량부, 접착촉진제 0.1~3중량부 및 경화촉진제 0.1~3중량부를 첨가하여 교반하는 단계.
상기 단계 (1)에서 우레탄계 열가소성 폴리머에 유기용제 및 무기충진제를 투입하여 용해 및 분산시키는 것은, 용해 및 분산을 용이하게 하기 위하여 실온하의 질소기류중에서 약 3시간동안 수행하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
도상안정제 조성물의 제조
콘덴서, 질소투입구 및 교반날개에 붙은 2L의 세퍼러블플라스크에 표 1에 기재된 배합의 유기용제 850g을 넣은 다음, 표 1에 따라 100g의 우레탄계 열가소성 폴리머, 지정량의 무기충진제를 투입하고 나서, 실온에서 또한 질소기류중에서 3시간에 걸쳐서 용해 분산시켰다. 이어서 표 1에 기재된 조성으로 자외선흡수제, 접착촉진제 및 경화촉진제를 각각 첨가하여 30분간 교반, 용해하여 각각의 폴리우레탄 조성물을 제조하였다.
[표 1:도상안정제의 조성]
도상안정제의 조성 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2
우레탄계열가소성폴리머 폴리에테르형1) 100 100 - - 100 100 -
폴리에스테르형2) - - 100 100 - - 100
무기충진제 에틸실리케이트 0.1 1.0 0.1 1.0 1.0 0.5 0.5
자외선흡수제 2,2',4,4'-테트라하이드록시 벤조페논 0.1 3.0 - - 3.0 - -
2,4-하이드록시 벤조페논 - - 0.1 3.0 - - -
경화촉진제 몰포린 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
접착촉진제 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리메톡시실란 0.1 3.0 - - 3.0 - -
γ-글리시독시 프로필 트리메톡시실란 - - 0.1 3.0 - - -
유기용제 톨루엔 340 340 340 340 - 340 340
초산에틸 255 255 255 255 - 255 255
아세톤 - 255 - 255 - 255 -
메틸에틸케톤 255 - 255 - - - 255
디메틸아디페이트 - - - - 178.5 - -
디메틸 글루타레이트 - - - - 501.5 - -
디메틸 석시네이트 - - - - 170 - -
도상안정제의 조성 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
우레탄계열가소성폴리머 폴리에테르형1) 100 100 - -
폴리에스테르형2) - - 100 100
무기충진제 에틸실리케이트 0.1 1.0 0.1 1.0
자외선흡수제 페닐살리실레이트 0.1 3.0 - -
벤조트리아졸 - - 0.1 3.0
경화촉진제 몰포린 2.0 2.0 2.0 2.0
접착촉진제 N-β-(아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 0.1 3.0 - -
비닐트리에톡시실란 - - 0.1 3.0
유기용제 톨루엔 340 340 340 340
초산에틸 255 255 255 255
아세톤 - 255 - 255
메틸에틸케톤 255 - 255 -
*1) 폴리에테르형:三井武田케미칼F-703N, 707N의 50:50병용
2) 폴리에스테르형:일본폴리우레탄제 코로네이트2041
내후성 시험
상기 방법에 의하여 제조된 실시예 1~5 및 비교예 1~6의 도상안정제 조성물을 유리판에 글라스봉으로 균일하게 도포한 다음 실온에서 24시간 건조 및 경화시켰다. 24시간이 지난 시료의 도포면적의 절반에 알루미늄 호일을 덮어 빛이 들어가지 않도록 밀봉해서 아쿠메식 내후성 시험기에 투입하여 자외선을 400시간 조사하여, 알루미늄 호일을 덮은 부분과 그렇지 않은 부분을 제논 아크램프(Xenon arc lamp)식 일본공업규격 JIS K5400-9-8에 준하여 비교하였다. 그 결과를 하기의 표 2에 기재하였다.
부착시험
유리판 위에 자갈을 깔고, 자갈 표면에 제조된 조성물을 균일하게 도포하고 실온에서 24시간 건조 및 경화시켰다. 그 후에 컷트나이프로 십자모양을 내서 그 위에 셀로판테이프를 팽팽하게 붙인 후에 강하게 떼어내어 박리상태를 일본공업규격 JIS K5600-5-6에 준하여 관찰하였다. 자갈 표면에서도 동등한 시험을 실시하였다. 그 결과를 하기의 표 2에 기재하였다.
[표 2:시험결과]
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2
내후성시험 알루미늄 없을때 저황변 무황변 저황변 무황변 무황변 황변 황변
알루미늄 있을때 무황변 무황변 무황변 무황변 무황변 무황변 무황변
부착 시험 글라스판 위 무변화 무변화 무변화 무변화 무변화 코너박리 코너박리
자갈 위 무변화 무변화 무변화 무변화 무변화 일부박리 일부박리
구분 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
내후성시험 알루미늄 없을때 황변 황변 황변 황변
알루미늄 있을때 무황변 무황변 무황변 무황변
부착 시험 글라스판 위 부분박리 부분박리 부분박리 부분박리
자갈 위 일부박리 일부박리 일부박리 일부박리
상기 표 2의 시험결과를 통하여 본 발명에 따라 벤조페논계열의 자외선흡수제인 2,2',4,4'-테트라하이드록시벤조페논 또는 2,4'-하이드록시벤조페논을 첨가한 실시예 1~5의 도상안정제 조성물은 내후성 시험에 있어서 알루미늄 호일을 씌웠을 때와 씌우지 않았을 때 변색이 없거나 낮은 수준으로만 나타남을 알 수 있다. 그러나, 자외선 흡수제가 첨가되지 않은 비교예 1 및 비교예 2는 알루미늄 호일의 유무에 따라 변색의 정도에 있어 큰 차이를 나타냈으며, 자외선흡수제를 사용하였으나 살리실산 유도체계열 또는 벤조트리아졸계열을 사용한 비교예 3~6의 도상안정제 조성물은 내후성 시험에서 본 발명에 따른 실시예와 달리 알루미늄 호일의 유무에 따라 변색의 정도에 큰 차이를 나타냈다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 도상안정제 조성물은 내후성이 크게 향상되었음을 알 수 있다.
또한 상기 표 2의 시험결과를 통하여 본 발명에 따라 에폭시계 실란커플링제 로 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 또는 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란을 첨가한 도상안정제 조성물은 부착시험에 있어서 글라스판 위 또는 자갈 위 모두 변화가 없었음을 알 수 있다. 그러나, 접착촉진제가 첨가되지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 도상안정제 조성물은 보존안정성이 낮았으며, 접착촉진제로 아미노계 실란커플링제 또는 비닐기를 가진 실란커플링제를 사용한 비교예 3~6의 도상안정제 조성물은 부착시험에서 보존안정성이 낮았다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 도상안정제 조성물은 접착력에 있어서 크게 향상되었음을 알 수 있다.
본 발명에 의하면 상기와 같이 철도차량을 보다 고속화시켰을때 도상의 안전성 및 내구성에 대한 신뢰도를 높인 도상안정제 조성물을 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 우레탄계 열가소성 폴리머 100중량부에 대하여, 방향족 탄화수소류, 에스테르계 탄화수소, 케톤계 탄화수소 및 디카르복실산으로 구성되는 군으로부터 선택되는 유기용제 100~900중량부, 무기충진제 0.1~1.0중량부, 벤조페논계 자외선흡수제 0.1~3중량부, 접착촉진제로서 에폭시계 실란 커플링제 0.1~3중량부, 경화촉진제 0.1~3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도상안정제 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 벤조페논계 자외선흡수제가 2,2',4,4'-테트라하이드록시벤조페논 또는 2,4'-하이드록시벤조페논인 것을 특징으로 하는 도상안정제 조성물.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 에폭시계 실란커플링제로 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 또는 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란을 사용하는 것을 특징으로 하는 도상안정제 조성물.
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