KR100728388B1

KR100728388B1 - 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제

Info

Publication number: KR100728388B1
Application number: KR1020070015201A
Authority: KR
Inventors: 김동규; 유진성
Original assignee: 듀라케미 (주)
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2007-06-13

Abstract

본 발명은 주 사슬이 선형구조이며 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로서 방청 및 방수 기능을 동시에 갖도록 하는 코팅제를 제안하여 황변현상이 전혀 일어나지 않고 반응성 또한 늦어 코팅시 평탄화 현상이 일어나 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않음에 따라 수명연장은 물론, 코팅 후 미관상의 수려함으로 인해 방청 및 방수제로서의 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제에 관한 것이다.

본 발명은 전체 경도와 내후성, 신장율 등 물성을 좌우하는 10~13% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 프리폴리머용액과, 도막의 신율과 인장강도를 조절하기 위한 폴리옥시프로필렌디아민 50~53중량%와, 경화시간을 조정하기 위한 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 4~7중량%와, 각각의 재료들의 가교반응을 증가시켜 주기 위해 반응성 첨가제로 사용되는 폴리디에틸톨루엔디아민 12~14중량%와, 경화물성 중 경화시간을 조절하고 신율을 증가시켜주는 폴리디페닐트리아민 25~29중량%와, 원료간의 혼합을 원활하고 도포시 소지와의 접착력을 증가시켜 주는 접착증진제 1~2중량%와, 색상을 나타내기 위한 안료 4~5중량%로 이루어지는 수지용액이 구비되고, 상기 프리폴리머용액과 수지용액을 1:1 비율로 혼합하여 사용하는 것에 특징이 있다.

Description

방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제{Polyurea coating material in aliphatic group for water-rust proof}

본 발명은 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주 사슬이 선형구조이며 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로서 방청 및 방수 기능을 동시에 갖도록 하는 코팅제를 제안하여 황변현상이 전혀 일어나지 않고 반응성 또한 늦어 코팅시 평탄화 현상이 일어나 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않음에 따라 수명연장은 물론, 코팅 후 미관상의 수려함으로 인해 방청 및 방수제로서의 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제에 관한 것이다.

일반적으로 방청제는 금속 표면에 녹이 스는 것을 방지하기 위해 사용하는 물질로서, 녹은 수분이나 고온산화(高溫酸化), 대기중의 CO₂, SO₂, Cl^－에 의해 염기성 탄산염ㅇ황산염ㅇ염화물 등이 생기기 때문에 이것들과의 접촉을 차단하는 물질을 사용해야 한다.

특히, 수분에 의해 생긴 녹을 방지하기 위해서는 크롬산염, 인산염, 규산염과 유기질소ㅇ황화합물 등을 사용하며, 산소와의 접촉을 막기 위해서는 페인트, 니스 등을 주로 사용하고, 이외에도 전기야금(電氣冶金)을 이용해 금속의 산화로 인한 부식을 방지할 수 있는데, 철은 철보다 산화가 잘 되는 금속인 아연으로 도금한 후 보통 크롬산염으로 마무리해 녹을 방지하고 있으나, 소지로부터 도금막이 쉽게 탈리되어 수명이 매우 짧은 문제점을 안고 있을 뿐만 아니라, 선박의 경우와 같이 염분과 수분이 함께 존재할 경우 철의 부식 정도는 더욱 심화되는 것이다.

따라서 최근에 개발된 방청제 기능의 코팅제는 방향족화합물(Aromatic)류의 폴리우레아가 제안 및 사용되고 있으나, 이러한 방향족화합물류의 폴리우레아가 갖는 최대의 단점으로서는 반응성(경화시간)이 너무 빨라 스프레이 도포시 먼지 및 티끌에 의해 엠보싱이 형성되어 미관상 아주 보기 싫은 단점이 있을 뿐만 아니라, 방향족화합물계는 구조상 벤젠고리가 있어 자외선에 노출되면 발색단이 파괴되어 황변(YELLOWING) 현상이 생겨 시간이 지남에 따라 코팅제의 도막 물성 저하에 따른 탈락현상으로 발청이 시작하여 방청제의 주 기능을 못하고 코팅제색이 노랗게 변하여 미관상 아주 큰 단점이 있다.

또한, 종래 방수제 기능의 코팅제는 기존의 방향족화합물(Aromatic)류의 폴리우레아가 제안 및 사용되고 있으나, 자외선에 노출시 황변현상이 일어남으로써 도막 물성이 급격히 저하되어 조금의 진동에 의해 콘크리트가 균열이 발생되어 누수의 원인이 됨으로써 방수제의 주 기능인 방수 역할을 제대로 하지 못하는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로 10~13% NCO 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)를 주재료로 하는 프리폴리머용액과, 폴리옥실프로필렌디아민(Polyoxylpropylenediamine), 분자량 5000 폴리에테르트리아민(polyethertriamine), 폴리디에틸톨루엔디아민(Diethyltoluenediamine), 폴리디페닐트리아민(Polydiphenyltriamine), 접착증진제, 안료로 이루어진 수지용액을 구비하고, 상기 각각의 프리폴리머용액과 수지용액을 2액형 스프레이 기기로서 분사하여 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명은 주 사슬(main chain)이 선형(Linear)구조로서 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로 방청 및 방수 기능을 동시에 갖도록 하는 코팅제를 제안함으로써 황변현상이 전혀 일어나지 않고 반응성 또한 늦어 코팅시 평탄화(self levelling) 현상이 일어나 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않음에 따라 수명연장은 물론, 코팅 후 미관상의 수려함으로 인해 방청 및 방수제로서의 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 방수제로서 사용할 경우 자외선에 노출시에도 황변현상이 일어나지 않음으로 도막의 물성 변화가 발생되지 않고, 이로 인해 균열현상이 제거됨으로써 방수제로서의 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 전체 경도와 내후성, 신장율 등 물성을 좌우하는 10~13% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 프리폴리머용액과, 도막의 신율과 인장강도를 조절하기 위한 폴리옥시프로필렌디아민 50~53중량%와, 경화시간을 조정하기 위한 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 4~7중량%와, 각각의 재료들의 가교반응을 증가시켜 주기 위해 반응성 첨가제로 사용되는 폴리디에틸톨루엔디아민 12~14중량%와, 경화물성 중 경화시간을 조절하고 신율을 증가시켜주는 폴리디페닐트리아민 25~29중량%와, 원료간의 혼합을 원활하고 도포시 소지와의 접착력을 증가시켜 주는 접착증진제 1~2중량%와, 색상을 나타내기 위한 안료 4~5중량%로 이루어지는 수지용액이 구비되고, 상기 프리폴리머용액과 수지용액을 1:1 비율로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 방청방수용 코팅제의 신율과 인장강도를 결정하며 경화제인 프리폴리머용액과, 방청 및 방수 기능을 동시에 가지며 자외선에 노출시 황변현상이 전혀 일어나지 않고 반응성 또한 늦어 코팅시 평탄화 현상이 일어나 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않는 수지용액으로 이루어진다.

상기 프리폴리머용액은 10~13% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 것으로서, 상기 프리폴리머용액은 전체 경도와 내후성, 신장율 등 물성을 좌우하는 재료로 N=C=O결합(이하 'NCO'라함)을 사용하였으며, NCO 함유량이 높아질수록 경화 후 도막의 경도는 높아지고, NCO 함유량이 낮아질수록 경화 후 도막의 경도는 낮아지는 것으로서, 본 발명의 방청방수용 코팅제에서는 10~13중량% NCO HDI 또는 10~13중량% NCO IPDI를 사용한다.

상기 수지용액은 도막의 신율과 인장강도를 조절하기 위한 폴리옥시프로필렌디아민 50~53중량%와, 경화시간을 조정하기 위한 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 4~7중량%와, 각각의 재료들의 가교반응을 증가시켜 주기 위해 반응성 첨가제로 사용되는 폴리디에틸톨루엔디아민 12~14중량%와, 경화물성 중 경화시간을 조절하고 신율을 증가시켜주는 폴리디페닐트리아민 25~29중량%와, 원료간의 혼합을 원활하고 도포시 소지와의 접착력을 증가시켜 주는 접착증진제 1~2중량%와, 색상을 나타내기 위한 안료 4~5중량%를 반응조에 차례로 투입한 후, 200~300rpm의 속도를 유지하며 20~30분간 교반하여 균질화 함으로써 제조한다.

상기 수지용액에서 도막의 신율과 인장강도를 조절하기 위한 폴리옥시프로필렌디아민은 50중량% 미만으로 첨가될 경우에는 도막의 신율이 떨어지며, 53중량% 이상이 초과되어 첨가되면 신율과 인장강도는 증가하지만 내마모성이 떨어져 내구성저하를 초래하므로 50~53중량% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 경화시간을 조정하기 위한 폴리에테르트리아민은 4중량% 미만 첨가될 경우 경화시간이 너무 느려 외관의 표면 상태 저하와 부착력의 저하를 가지고 오며, 7중량% 이상 첨가될 경우에는 경화시간이 너무 빨라 표면 상태 및 작업성이 저하됨으로써 4~7중량% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 각 재료들의 가교반응을 증가시켜 주는 반응성 첨가제로 사용되는 폴리디에틸톨루엔디아민은 12중량% 미만으로 첨가시에는 미반응 물질이 남게 되어 표면에 점성이 잔존하여 경화반응이 느려지며, 14중량% 이상 첨가시 요구되어지는 표면의 경도보다 높게 되어 접착력이 떨어지며 신장율 또한 감소하게 됨으로써 12~14중량% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 경화물성 중 경화시간을 조절하고, 신율을 증가시켜주는 폴리디페닐트리아민은 25중량% 미만 첨가시에는 표면에 끈적임이 남게 되며 경화완료 이후에도 잔존하여 표면의 오염과 이물질의 접착이 잘되고 내마모성이 저하되며, 29중량% 초과시에는 경화시간은 빠른 반면 경화 후 내구성이 저하되어 쉽게 끊어지거나 부서지는 현상이 발생됨으로써 25~29중량% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 접착력을 향상 시켜주는 접착증진제는 무기물 성질과 유기물의 양쪽 특성을 가지고 있는 실란커플링제인 베타-(3,4-에폭시싸이클로헥실) 에틸트리메톡시실란(α-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoysilane), 감마-글리시드옥시프로필 메톡시실란(Gamma-glycidoxypropyltrimethoxysilane), 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(Gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilane) 중에서 어느 하나를 택일하여 사용하며, 1중량% 미만 첨가될 경우에는 접착력의 저하가 일어나고, 2중량% 이상 첨가될 경우에는 접착력은 증가하나 내마모성이 떨어지는 현상이 있으므로 1~2중량% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 수지용액에서 색상을 표현하는 안료는 4중량% 미만 첨가시에는 은폐가 나오지 않게 되고, 5중량% 이상 첨가시에는 점도 상승의 원인이 되므로 4~5중량% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제를 이용하여 소지에 방청 및 방수층을 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 소지가 선박 선체, 유체 및 가스 이송관, 수도에 사용되는 강관과 같은 철재의 경우 샌드 블라스팅 작업을 통해 표면에 형성된 녹을 제거한 후, 프라이머를 도포하는 한편, 소지가 콘크리트면의 경우 기초층의 레이텐스층을 제거한 다음, 파공부위가 있는 부분은 씰링제로 메우고, 먼지와 유분을 제거 한 후, 프라이머를 도포하여 소지와 본 발명에 따른 조성물과의 부착력을 증대시키기 위한 전처리과정을 진행한다.

상기 전처리과정이 완료되면 전처리된 소지의 표면에 2액형 고압 스프레이 기기를 이용하여 압력 2,000psi 이상, 호스온도는 70~80℃ 조건하에서 방청방수용 코팅제의 신율과 인장강도를 결정하는 프리폴리머용액과, 방청 및 방수 기능을 동시에 가지며 자외선에 노출시 황변현상이 전혀 일어나지 않고 반응성 또한 늦어 코팅시 평탄화 현상이 일어나 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않는 수지용액을 1:1 비율로 동시에 분사하는 분사과정을 진행하게 된다.

상기 분사과정에 의해 프리폴리머용액과 수지용액이 소지의 표면에 1:1 비율로 스프레이 분사되면 상기 프리폴리머용액과 수지용액이 혼합과 동시에 화학반응을 일으키면서 소지 표면에 지방족화합물계 폴리우레아 방청층 또는 지방족화합물계 폴리우레아 방수층을 형성하는 과정을 진행하게 된다.

이러한 지방족화합물계 폴리우레아 방청.방수층은 주 사슬이 선형구조이며 방향족화합물 구조상의 벤젠고리가 없는 지방족화합물계 폴리우레아로서 황변현상이 전혀 일어나지 않고 경화시간이 약 5시간 정도로 늦어 코팅시 평탄화 현상이 일어나 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않음에 따라 수명연장은 물론, 코팅 후 미관상의 수려하게 되는 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 조성물 함량비를 표 1에 나타내었다.

먼저, 아래의 표 1과 같이 실시예 1 내지 실시예 3에서는 수지용액의 구성 성분인 폴리옥시프로필렌디아민 50중량%, 분자량 5,000 폴리에테르트리아민 5중량%, 폴리디에틸톨루엔디아민 12중량%, 폴리디페닐트리아민 27중량%, 접착증진제 1중량%, 안료 5중량%로 고정한 상태에서 프리폴리머용액인 이소포론 디이소시아네이트의 NCO 값을 10.0%, 11.4%, 13.0%로 각각 변화하였다.

또한, 아래의 표 2와 같이 실시예 4 및 실시예 5에서는 프리폴리머용액인 이소포론 디이소시아네이트의 NCO 값을 13.0%로 고정하고, 수지용액의 구성 성분인 폴리디에틸톨루엔디아민 12중량%, 폴리디페닐트리아민 27중량%, 접착증진제 1중량%, 안료 5중량%로 고정한 상태에서 수지용액의 구성 성분인 폴리옥시프로필렌디아민을 53중량%, 47중량%로, 그리고 분자량 5,000 폴리에테르트리아민 2중량%, 8중량%로 각각 변화하였다.

(표 1) 실시예 1 내지 3의 성분 혼합비율

폴리우레아	성분	혼합비율(중량%)
폴리우레아	성분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2
프리폴리머 용액	이소포론디이소시아네이트	100	100	100	B사폴리우레아	K사폴리우레아
프리폴리머 용액	NCO%(10~13)	10.0%	11.4%	13.0%
수지용액	폴리옥시프로필렌디아민	50	50	50
	폴리에테르트리아민	5	5	5
	폴리디에틸톨루엔디아민	12	12	12
	폴리디페닐트리아민	27	27	27
	안료	5	5	5
	접착 증진제	1	1	1

(표 2) 실시예 4 내지 5의 성분 혼합비율

폴리우레아	성분	혼합비율(중량%)
폴리우레아	성분	실시예4	실시예5
프리폴리머 용액	이소포론디이소시아네이트	100	100	B사폴리우레아	K사폴리우레아
프리폴리머 용액	NCO%(10~13)	13.0%	13.0%
수지용액	폴리옥시프로필렌디아민	53	47
	폴리에테르트리아민	2	8
	폴리디에틸톨루엔디아민	12	12
	폴리디페닐트리아민	27	27
	안료	5	5
	접착 증진제	1	1

상기와 같은 실시예 1 내지 5와 비교예 1, 2에 의해 제조된 본 발명의 지방족 화합물계 폴리우레아를 가로 및 세로폭이 7ㅧ15㎝, 두께 2mm의 철판에 300~500㎛ 두께로 코팅하여 1000시간 동안 염수분무시험 (salt spray test)을 하여 외관상에 부풀음이나 발청 정도를 외관으로 확인하였다.

또한, 상기와 같은 실시예 1 내지 5와 비교예 1, 2에 의해 제조된 본 발명의 지방족 화합물계 폴리우레아를 선박의 외판에 코팅시 해수의 온도가 높은 해안을 항해하는 것을 감안하여 해수의 온도를 60℃로 항온시켜 위와 같은 크기의 시편을 제작하여 3개월 동안 침지하여 외관 상태를 확인하였다.

또한, 상기와 같은 실시예 1 내지 5와 비교예 1, 2에 의해 제조된 본 발명의 지방족 화합물계 폴리우레아를 만능시험기를 이용해 인장력 및 신율을 측정하였다.

또한, 상기와 같은 실시예 1 내지 5와 비교예 1, 2에 의해 제조된 본 발명의 지방족 화합물계 폴리우레아를 웨더 오 메터(weather-o-meter기)를 이용해 7일 동안 UV저항성(도막의 변색 유,무)을 측정 하였다.

(표 3) 실시예 1 내지 5 와, 비교예 1, 2의 방청성, 고온 침적시험, 인장력,

신율, 내자외선의 측정 결과표.

측정 항목	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예1	ㅇ비교예2
방 청 성(SALT SPRAY 1000시간)	양호	양호	양호	양호	양호	불량	불량
고온 침적 시험(60℃ 3개월)	양호	양호	양호	양호	양호	불량	불량
인장력(MPA)	9.7	12.3	17.6	18.7	13.1	8.6	9.1
신율(%)	126	211	560	33	317	138	211
내자외선(QUV 7일)	약간 변색	양호	양호	양호	양호	완전 변색	완전 변색

상기 실시예 1 내지 실시예 5에서 보는 바와 같이 기존 방수방청 코팅제인 비교예 1, 2(B사, K사)에 비해 방청성, 고온 침적시험, 인장력, 신율, 내자외선이 월등히 우수한 것으로 측정되었으며, 특히 실시예 3에서와 같은 조성물의 범위가 가장 좋은 것으로 나타났다.

또한, 실시예 1 내지 실시예 3에서 보는 바와 같이 수지용액의 각 성분의 혼합비율을 고정한 상태에서 프리폴리머용액인 이소포론 디이소시아네이트의 NCO 값을 10.0%, 11.4%, 13.0%로 변화시킬 경우 NCO 값이 상승될수록 인장력, 신율, 내자외선이 높아지는 것으로 나타났다.

또한, 실시예 4 , 5에서 보는 바와 같이 프리폴리머용액인 이소포론 디이소시아네이트의 NCO 값을 13.0%로 고정시키고, 수지용액에서 폴리옥시프로필렌디아민 과 폴리에테르트리아민 의 양을 조절한 결과, 실시예 4 에서와 같이 폴리옥시프로필렌디아민 을 과량 첨가시에는 인장력은 우수하나 도막이 너무 강해(hard) 깨지는 현상을 보였으며, 실시예 5 에서와 같이 폴리에테르트리아민 을 과량 첨가시에는 인장력 및 신율이 실시예 3보다 낮게 나타났다.

이와 같이 본 발명의 방청방수용 코팅제는 지방족화합물계 폴리우레아로 구성함에 따라 황변현상과 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않으며, 도막의 물성 변화가 발생되지 않음으로 인해 균열현상이 제거되어 방청.방수제로서의 신뢰성을 극대화시킬 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 10~13% NCO 이소포론 디이소시아네이트를 주재료로 하는 프리폴리머용액과, 폴리옥실프로필렌디아민, 분자량 5000 폴리에테르트리아민, 폴리디에틸톨루엔디아민, 폴리디페닐트리아민, 접착증진제, 안료로 이루어진 수지용액을 구비하고, 상기 각각의 프리폴리머용액과 수지용액을 2액형 스프레이 기기로서 분사하여 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제를 제공함으로써 황변현상이 전혀 일어나지 않고 반응성 또한 늦어 코팅시 평탄화 현상이 일어나 먼지(티끌)에 의한 엠보싱이 전혀 발생하지 않음에 따라 수명연장은 물론, 코팅 후 미관상의 수려함으로 인해 방청 및 방수제로서의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

전체 경도와 내후성, 신장율 등 물성을 좌우하는 10~13% NCO 이소포론 디이소시아네이트 100중량%로 이루어진 프리폴리머용액과,

도막의 신율과 인장강도를 조절하기 위한 폴리옥시프로필렌디아민 50~53중량%와, 경화시간을 조정하기 위한 분자량 5,000의 폴리에테르트리아민 4~7중량%와, 각각의 재료들의 가교반응을 증가시켜 주기 위해 반응성 첨가제로 사용되는 폴리디에틸톨루엔디아민 12~14중량%와, 경화물성 중 경화시간을 조절하고 신율을 증가시켜주는 폴리디페닐트리아민 25~29중량%와, 원료간의 혼합을 원활하고 도포시 소지와의 접착력을 증가시켜 주는 접착증진제 1~2중량%와, 색상을 나타내기 위한 안료 4~5중량%로 이루어지는 수지용액이 구비되고,

상기 프리폴리머용액과 수지용액을 1:1 비율로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 방청방수용 지방족화합물계 폴리우레아 코팅제.