KR100738020B1

KR100738020B1 - 치환도가 개선된 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필메틸셀룰로오스

Info

Publication number: KR100738020B1
Application number: KR20050135284A
Authority: KR
Inventors: 엄인철; 노욱환; 김은정
Original assignee: 삼성정밀화학 주식회사
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-07-16
Also published as: KR20070071632A

Abstract

본 발명은 치환도가 개선된 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필 메틸셀룰로오스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 메틸 치환도(DS)가 1.0 ∼ 1.8 범위이고, 히드록시프로필기 치환도(MS)가 1.3 ∼ 1.6 범위로 조절됨으로써, 타일시멘트의 보수성, 작업가능 시간, 강도, 처짐 방지성 등을 향상시킬 수 있도록 메틸 치환도와 히드록시프로필기 치환도가 개선된 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필 메틸셀룰로오스에 관한 것이다.

히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 치환도, 타일 시멘트, 처짐 방지성, 보수성, 작업가능 시간, 강도

Description

치환도가 개선된 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필 메틸셀룰로오스{SUBSTITUTION RANGE OF CELLULOSE ETHER FOR IMPROVEMENT OF WORKABILITY OF TILE CEMENT}

시멘트 모르타르는 시멘트와 모래를 물로 반죽한 것을 의미한다. 이는 건축용 재료로 많이 사용되는데 점도 등의 물성을 개선시키기 위하여 시멘트 모르타르에 혼화제 등의 다양한 첨가제를 넣는다.

셀룰로오스 에테르는 증점성, 보수성, 접착성, 분산성 및 안정화 특성이 우수하여 시멘트, 석고와 같은 건축용 재료의 첨가제부터 화장품의 첨가제에 이르기 까지 다양한 용도가 있는 물질이다.

특히, 메틸셀룰로오스가 가지고 있는 증점성과 보수성에 기인하여 타일 시멘트 모르타르의 점도를 증가시켜 쉽게 벽면에서 처지는 것을 방지하고 시멘트의 흐름성을 향상시키며 물을 보유할 수 있는 성질을 증가시킬 수 있다.

메틸셀룰로오스는 치환도에 따라 구조 및 물리적 성질이 다양하게 변화하며 특정용도에 적합한 치환도 분포가 존재하므로 적절한 치환도를 가지는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 및 히드록시에틸 메틸셀룰로오스를 선택하여 제조하는 기술은 건축 소재분야에서 셀룰로오스 에테르 제품을 응용하는데 있어서 중요한 기술 중 하나로 알려져 왔다.

이들 중의 일부는 특허로 출원되고 공개되어 있기도 하다. 즉, 일본특허공개 2000-203915는 시멘트 모르타르의 응결지연 시간을 길게 할 수 있고 작업효율을 높이기 위하여 메톡시기 치환율 26 ∼ 31 중량%, 히드록시프로필기 치환율 3 ∼ 13 중량%의 히드록시프로필 메틸셀룰로오스와 메톡시기 치환율 19 ∼ 27 중량%, 히드록시에틸기 3 ∼ 16 %의 히드록시에틸 메틸셀룰로오스에 대해 개시하고 있다.

미국특허 제4,846,889호는 얕은 층의 시멘트 모르타르의 작업시간을 증가시키고 처짐방지 성능을 증가시키는 셀룰로오스 에테르가 포함된 고분자 브렌드 첨가제에 메톡시기 치환율 16 ∼ 32 중량%, 히드록시프로필기 치환율 4 ∼ 32 중량%의 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 사용을 개시하고 있다.

미국특허 제5,387,626A호는 타일시멘트, 플라스터, 모르타르, 필러의 건축재료에 사용되는 메틸 치환도(DS)가 1.3 ∼ 2.2이고, 히드록시프로필기 치환도(MS)가 0.1 ∼ 1.0인 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 사용을 개시하고 있다.

그러나, 상기 셀룰로오스 에테르는 공동적으로 특정 치환도 범위에 한정되어 있는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스다.

시멘트 모르타르의 경우, 시멘트 모르타르의 흐름성이 좋거나 또는 작업가능 시간이 길면 점도가 떨어져서 벽면에서 처지는 경우가 발생하기 쉬웠고 처짐 방지 성질이 좋은 경우에는 흐름성 또는 작업가능 시간이 짧아서 작업성이 떨어지는 특성이 있어 상충되는 물성들을 동시에 향상시키지는 못하였다.

또한, 증점제들은 타일시멘트에 있어 불순물에 해당하므로 증점제 첨가로 인하여 타일시멘트의 건조시 강도가 저하되는 경우가 많고 타일시멘트의 성능을 저하시키는 단점이 되었으므로 이를 개선할 필요가 있었다.

오늘날 다양한 종류의 타일 시멘트가 다양한 지역 및 작업환경에서 사용되고 있으므로 현재 사용되고 있는 제한된 치환도 범위의 셀룰로오스 에테르 만으로 다양한 타일시멘트의 특성과 이를 사용하는 작업환경을 모두 만족시키는데 한계가 있는 바 타일시멘트의 물성을 우수하게 개선시킬 수 있는 새로운 치환도 범위의 셀룰로오스 에테르의 개발이 현실적으로 요구되고 있다.

이에 본 발명의 발명자는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 연구, 노력한 결과, 종래에 사용한적 없는 치환도 범위의 셀룰로오스 에테르를 사용하면 종래보다 작업가능 시간은 길면서 보수성이 높고 처짐성이 적으며 건조시 접착 및 압 축 강도가 우수한 타일 시멘트의 제조가 가능하다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은 타일시멘트에 사용할 수 있는 새로운 치환도 범위의 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 메틸 치환도(DS)가 1.0 ∼ 1.8 범위이고, 히드록시프로필기 치환도(MS)가 1.3 ∼ 1.6 범위인 처짐방지성이 향상되고 치환도가 개선된 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필 메틸셀룰로오스에 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 시멘트, 무기골재 및 혼화제를 포함하는 타일시멘트 모르타르 조성물에 있어서, 혼화제로서 상기 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 타일시멘트 모르타르 조성물 전체 중량 중에 0.1 ∼ 0.4 중량% 포함하는 타일시멘트 모르타르 조성물을 포함한다.

이하 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 메틸 치환도(DS)가 1.0 ∼ 1.8 범위이고, 히드록시프로필기 치환도(MS)가 1.3 ∼ 1.6 범위로 조절됨으로써, 타일시멘트의 보수성, 작업가능 시간, 강도, 처짐 방지성 등을 향상시킬 수 있도록 메틸 치환도와 히드록시프로필기 치환도가 개선된 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필 메틸셀룰로오스에 관한 것이다.

본 발명의 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 메틸 치 환도(DS)와 히드록시프로필기 치환도(MS)가 특정범위로 조절됨에 그 특징이 있다.

상기 메틸 치환도(DS)는 1.0 ∼ 1.8 범위인데, 이때 상기 메틸 치환도(DS)가 1.0 미만이면 보수성이 작아지고, 1.8을 초과하면 프로필렌옥시드의 수율이 크게 감소하여 경제성이 저하되며, 그 이상 DS가 증가하게 되면 제조가 어렵게 된다.

상기 히드록시프로필기 치환도(MS)는 1.3 ∼ 1.6 범위인데, 이때, 상기 히드록시프로필기 치환도(MS)가 1.3 미만이면 타일시멘트 모르타르가 처지게 되고 작업가능시간이 짧아지고, 1.6을 초과하면 프로필렌옥시드의 수율이 크게 감소하여 경제성이 없으며 제조가 불가하다. 또한, 본 발명의 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 점도가 1,000 ∼ 100,000 cps(2% 용액을 제조하여 브룩필드(Brookfield) 점도계로 20 ℃, 20 rpm에서 측정 기준)이며, 벌크 밀도(Bulk density)는 0.1 ∼ 0.7 g/l 범위이며, 수분율이 0 ∼ 10 %이고, 회분(Ash) 함량이 4 % 이하인 것을 사용하는 것이 더욱 좋다.

상기한 본 발명의 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 타일시멘트 모르타르용 조성물 중에 0.1 ∼ 0.4 중량% 사용할 경우, 보수성, 작업 가능시간, 강도, 처짐방지성 등의 물성이 동시에 개선된다. 이때, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 사용량이 0.1 중량% 미만이면 상기한 물성의 개선이 충분하지 못하고, 0.4 중량%를 초과할 경우에는 사용자인 타일시멘트 모르타르 제조업체에게 경제성이 현저히 낮아지게 되므로 실제로 적용되기 어렵다.

이러한 본 발명의 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 분쇄된 셀룰로오스에 가성소다 등의 알칼리를 분산시키고, 에테르화제를 투입하는 등의 방법으로 제조할 수 있다.

즉, 분쇄된 셀룰로오스 1 중량부에 대하여 에테르화제 0.01 ∼ 3.0 중량부를 투입하고 난 후 40 ∼ 60 ℃의 온도로 승온하여 10 ∼ 60 분 동안 1차 반응시키고, 45 ∼ 75 ℃ 범위로 승온하여 60 ∼ 180 분 동안 2차 반응시킨 다음, 80 ∼ 90 ℃ 범위로 승온하여 60 ∼ 180 분 동안 3차 반응시켜 셀룰로오스 에테르를 제조할 수 있다.

상기 제조된 셀룰로오스에테르를 충분한 열수로 세척하여 염을 제거하고 건조한 후 사용한다.

이렇게 제조된 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 메틸치환도가 1.0 ∼ 1.8 범위이고, 히드록시프로필기 치환도가 1.3 ∼ 1.6 범위로 나타났다.

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 5

용량 100 ∼ 150 L의 고압반응기에 잘게 분쇄한 셀룰로오스 4 ∼ 8 kg을 투입한 다음 50% 가성소다 수용액 4 ∼ 12 kg, 디메틸에테르 4 ∼ 8 kg를 셀룰로오스에 골고루 잘 분산되도록 분사시켰다.

상기 혼합물에 프로필렌옥시드 0.5 ∼ 2 kg과 메틸할라이드 3 ∼ 7 kg을 첨가하여 40 ∼ 60 ℃에서 30 분 동안 반응시킨 후 45 ∼ 75 ℃ 범위로 승온하여 90 분 동안 2차 반응시킨 다음, 80 ∼ 90 ℃ 범위로 승온하여 90 분 동안 3차 반응시켜 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 슬러리를 제조하였다.

상기 슬러리를 물을 사용하여 1 ∼ 3 회 반복 세척하여 염을 제거시킨 후 40 ∼ 60 ℃ 범위에서 건조시켜 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 제조하였다. 제조된 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 메틸기 치환도와 히드록시프로필기 치환도를 다음 표 1에 나타내었다.

실험예

상기 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 5에 의하여 제조된 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 물성을 평가하기 위하여 타일시멘트 모르타르에 첨가하였다.

상기 타일시멘트 모르타르는 시멘트(코리끼표, 아세아시멘트) 350 g, 잔골재(6호사 및 7호사, 호남규사) 650 g, 물 250 g 및 상기 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 5에 의하여 제조된 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 2.5 g을 혼합하여 제조하였다.

타일 시멘트의 응용 물성을 평가하기 위하여 다음의 방법으로 보수성, 작업가능 시간, 흐름성, 처짐성, 접착강도 및 압축강도를 측정하여 다음 표 1의 결과를 얻었다.

[측정방법]

1. 보수성

보수성은 DIN 18555에 준하여 실시하였으며 10 cm의 링에 동일한 양의 타일시멘트 모르타르를 담고 30 분이 경과한 후에 종이가 수분을 흡수한 양을 %로 계산하였다.

2. 작업가능 시간

작업가능 시간은 EN 1346에 준하여 실시하였으며 일정 시간 동안 23℃, 55% 습도조건에서 방치한 타일시멘트 모르타르에 타일을 붙이고 30 초 후에 타일을 떼었을 때 타일에 붙었던 시멘트의 양이 50 % 이상을 유지하는 최장시간으로 측정하였다.

3. 흐름성

흐름성은 DIN 18555에 준하여 실시하였으며 흐름성 측정장치(전동식 모르타르 흐름시험기, 흥진정밀)를 이용하여 측정하였다.

4. 처짐성

처짐성은 EN 1308에 준하여 실시하였으며 타일시멘트 모르타르에 타일을 붙이고 타일을 세우고 20 분 동안 방치한 후에 기준점으로부터 타일이 흘러내린 길이를 측정하였다.

5. 접착강도 및 압축강도

접착강도는 EN 1348에 준하여 실시하였으며 벽돌 표면에 모르타르를 균일한 두께로 바른 후 5분을 방치한 후에 타일을 붙이고 28일 후 강도시험기를 이용하여 타일을 벽돌로부터 분리해내는데 필요한 힘을 측정하였다.

압축강도는 KSF 2476(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)의 7.2 (휨강도 및 압축강도 시험 방법)에 준하여 실시하였으며 이때 형틀은 40 X 40 X 16 몰드를 사용하였고, 28 일 건조양생(23 ℃, 50 % RH)을 실시한 후 강도시험을 실시하였다.

구분	DS	MS	흐름성 (mm)	보수성 (%)	처짐정도 (mm)	작업가능시간 (분)	접착강도 (N/㎟)	압축강도 (N/㎟)
비교예 1	1.98	1.39	152	90.7	1.4	18	5.91	4.67
비교예 2	1.96	1.52	151	91.6	1.1	19	6.19	5.01
실시예 1	1.53	1.55	149	92.1	0.4	27	6.11	5.14
실시예 2	1.21	1.47	152	91.9	0.6	28	6.21	5.21
실시예 3	1.18	1.33	151	94.2	0	22	7.71	6.53
실시예 4	1.57	1.34	152	95.9	0	23	7.11	6.02
비교예 3	1.75	0.21	151	92.5	1.3	13	5.92	5.13
비교예 4	1.47	0.23	153	91.8	3.5	15	5.92	4.68
비교예 5	1.40	0.98	153	90.8	5.7	18	6.21	5.09
DS : 메틸 치환도 MS : 히드록시프로필기 치환도

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 메틸 치환도(DS)가 1.8을 초과하고, 히드록시프로필기 치환도(MS)가 1.3 ∼ 1.6 범위인 비교예 1 ∼ 2의 경우 처짐강도, 작업가능시간, 접착강도 및 압축강도 등의 물성이 좋지 못함을 알 수 있다.

한편, 메틸 치환도(DS) 1.0 ∼ 1.8 범위이고, 히드록시프로필기 치환도(MS)가 1.4 이상 1.6 이하인 실시예 1 ∼ 2의 경우 보수성과 강도가 우수하며, 처짐방지성은 1 mm 이하로 개선되었고 특히 작업가능시간의 경우 25분 이상으로 크게 증가하는 결과를 보였다.

또한, 메틸 치환도가 1.0 ∼ 1.8 범위이고, 히드록시프로필기 치환도가 1.3 ∼ 1.4 이하인 실시예 3 ∼ 4의 경우 작업가능시간이 20분 이상으로 향상되었고, 보수성이 95 % 부근으로 크게 향상되었고 처짐방지성이 개선되어 타일시멘트가 전혀 처지지 않음을 알 수 있으며, 강도가 크게 개선되는 결과를 보였다.

상술한 바와 같이 본 발명의 개선된 메틸치환도 및 히드록시프로필기 치환도를 가지는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 타일시멘트 모르타르에 적용될 경우 타일시멘트의 보수성, 작업가능시간, 처짐방지, 강도의 성질들을 향상시킴으로써 작업자의 작업능률을 향상시키고 타일시멘트의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

메틸 치환도(DS)가 1.0 ∼ 1.8 범위이고, 히드록시프로필기 치환도(MS)가 1.3 ∼ 1.6 범위인 것을 특징으로 하는 처짐방지성이 향상되고 치환도가 개선된 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필 메틸셀룰로오스.
제 1 항에 있어서, 상기 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 점도가 1,000 ∼ 100,000 cps (브룩필드 점도계, 20 ℃, 20 rpm의 2 % 용액) 이며, 벌크 밀도(Bulk density)가 0.1 ∼ 0.7 g/l 이고, 수분율이 0 ∼ 10 %이며, 회분(Ash) 함량이 4 % 이하인 것을 특징으로 하는 처짐방지성이 향상되고 치환도가 개선된 타일시멘트 모르타르용 히드록시프로필 메틸셀룰로오스,
시멘트, 무기골재 및 혼화제를 포함하는 타일시멘트 모르타르 조성물에 있어서,

혼화제로서 청구항 1 또는 2의 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 타일시멘트 모르타르 조성물 전체 중량 중에 0.1 ∼ 0.4 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 타일시멘트 모르타르 조성물.