KR100833921B1 - 석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법이 개시된다. 개시된 석고 플라스터의 첨가제 조성물은 셀룰로오스 에테르 및 계면활성제를 포함하고, 상기 계면활성제는 상기 셀룰로오스 에테르와 물리적으로 혼합되거나, 상기 셀룰로오스 에테르의 표면에 코팅된다.
따라서, 개시된 석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법은 석고 플라스터의 덩어리(lump)를 감소시키고 작업성을 향상시킬 수 있다.

Description

석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법{Additive composition of gypsum plaster and method for preparing the same}
본 발명은 석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석고 플라스터 덩어리(lump)를 감소시키고 작업성을 향상시킬 수 있는 석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
석고 플라스터는 석고나 석회, 물, 또는 모래 등의 성분으로 이루어진 것으로, 건조시 경화되는 성질을 이용하여 벽, 천장 등을 도장하는데 사용되는 풀 모양의 건축재를 지칭하는 용어이다. 석고 플라스터에는 점도, 작업성, 및/또는 보수성(water retention) 향상을 위해 다양한 첨가제가 첨가된다.
셀룰로오스 에테르는 증점성, 보수성, 접착성, 분산성 및 안정화 특성이 우수하여 시멘트 또는 석고와 같은 건축용 재료의 첨가제로부터 화장품의 첨가제에 이르기까지 다양한 용도로 사용되는 물질이다. 특히, 셀룰로오스 에테르는 석고 플라스터의 점도를 증가시켜 석고 플라스터를 벽면에 도포할 경우 석고 플라스터가 벽면에서 처지는 것을 방지하고, 석고 플라스터의 흐름성을 향상시키며, 물을 보유할 수 있는 성질을 증가시킬 수 있어서 상기 석고 플라스터의 첨가제로서 널리 사 용되어 왔다.
셀룰로오스 에테르를 건축용 재료의 첨가제로 사용하는 기술들 중의 일부는 하기와 같이 특허로 출원되어 공개되어 있다
미국등록특허 제6902797호는 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스 또는 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스를 이용하여 석고계 복합재료의 강도를 증가시킬 수 있음을 개시하고 있다.
미국공개특허 제2005/0241541호는 면 린터(raw cotton linters)로부터 제조한 고점도 셀룰로오스 에테르를 이용하여 석고 플라스터의 보수성, 처짐 저항성, 및 작업성을 향상시키고, 아울러 셀룰로오스 에테르의 사용량을 감소시킬 수 있음을 개시하고 있다.
유럽등록특허 제0774445호는 메틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 또는 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스 등 비이온성 셀룰로오스 에테르를 라임(lime)을 포함한 석고 플라스터에 0.1~0.4중량%를 첨가함으로써 경화 시간이 길어질 수 있음을 개시하고 있다. 여기서, 경화 시간이 너무 짧으면 작업을 서둘러서 해야하는 단점과 건조후 강도가 저하될 수 있는 단점이 있다. 따라서, 경화시간이 충분히 길어지면 작성 편의성, 석고의 건조후 강도가 우수해질 수 있어서 바람직하다.
일본특개평 0036162호는 메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스, 검, 구아검, 웰란 검(Welan gum), 람잔검(rhamsan gum), 히드록시프로필 구아검을 포함하는 첨가제 조성물로서, 보수성의 손상없이 작업성을 현저히 개선할 수 있는 석고계 조성물을 개시하고 있다.
국제특허출원 제PCT/US90/13598호는 점도 100~5,000 cps의 히드록시에틸 셀룰로오스를 포함하는 석고 플라스터 조성물을 개시하고 있다.
이러한 셀룰로오스 에테르 조성물들은 석고 플라스터에 사용될 경우 풀리지 않는 석고 플라스터 덩어리(Lump)가 발생하여 작업자들이 이를 제거하여야 하므로 작업시간이 증가하거나, 벽면 등에 도포될 경우 불균일한 플라스터 면이 생기는 등 최종 작업결과의 품질을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 덩어리(lump)가 발생하지 않는 경우에도 처짐 저항성이 나쁘다든지 보수성이 저하되어 결과적으로 작업성이 저하된다든지 하는 문제점이 있다. 따라서, 덩어리(lump)가 발생하지 않으면서도 작업성이 우수한 석고 플라스터에 대한 개발의 필요성이 대두되었다.
최근에, 다양한 종류의 석고 및 석고 플라스터가 다양한 지역 및 작업환경에서 사용되고 있으므로, 증점제로 사용되고 있는 기존의 석고용 셀룰로오스 에테르 형태만으로는 이러한 다양한 석고용 제품의 작업환경을 모두 만족시키는데 한계가 있다. 따라서, 현재 석고용 제품의 물성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 새로운 첨가제 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 석고 플라스터의 작업성을 향상시킬 수 있는 석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 석고 플라스터 덩어리를 감소시킬 수 있는 석고 플라 스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면,
셀룰로오스 에테르 및 계면활성제를 포함하는 석고 플라스터의 첨가제 조성물이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면,
상기 셀룰로오스 에테르는 메틸셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸 메틸셀룰로오스, 및 히드록시에틸 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 셀룰로오스 에테르의 점도는 10~200,000 cps이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 셀룰로오스 에테르의 점도는 2,000~120,000 cps이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 중성 계면활성제, 또는 이들의 혼합물이다.
또한 본 발명에 따르면,
상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 첨가제 조성물을 포함하는 석고 플라스터가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면,
셀룰로오스 에테르에 계면활성제를 물리적으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 석고플라스터의 첨가제 조성물 제조방법이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면,
셀룰로오스 에테르에 계면활성제를 코팅 방법으로 투입하는 것을 특징으로 하는 석고플라스터의 첨가제 조성물 제조방법이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 계면활성제의 투입량은 셀룰로오스 에테르 100중량부에 대해서 0.001~20중량부이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 석고 플라스터의 첨가제 조성물은 셀룰로오스 에테르 및 게면활성제를 포함한다. 이 경우, 상기 계면활성제는 상기 셀룰로오스 에테르와 물리적으로 혼합되거나, 상기 셀룰로오스 에테르의 표면에 코팅된다.
상기 셀룰로오스 에테르는 메틸셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 또는 이들의 혼합물이다. 여기서, 메틸셀룰로오스는 메틸기 치환도(DS)가 0.27~2.0이고, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 메틸기 치환도(DS)가 0.27~2.50이고 히드록시프로필기 치환도(MS)가 0.02~1.1이며, 히드록시에틸 메틸셀룰로오스는 메틸기 치환도(DS)가 0.27~2.40이고 히드록시에틸기 치환도(MS)가 0.03~1.3이고, 히드록시에틸 셀룰로오스는 히드록시에틸기 치환도(MS)가 0.3~5.0인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 셀룰로오스 에테르의 점도는 2.0 중량% 농도의 용액을 기준으로 브룩필드(Brookfield) 점도계를 이용하여 20℃ 및 20 rpm에서 측정할 경우, 10~200,000 cps인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2,000~120,000 cps이다. 상기 점도가 10 cps 미만이면 점도가 너무 낮아서 석고 플라스터가 벽면에서 흘러내기기 쉬워 바람직하지 않고, 200,000 cps를 초과하게 되면 석고 플라스터의 점도가 너무 커서 작업자가 석고 플라스터로 작업하기가 어려워서 바람직하지 않다.
상기 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 중성 계면활성제, 또는 이들의 혼합물이다.
상기 음이온성 계면활성제는 1) 술포네이트계 계면활성제, 예를 들어, 알킬벤젠술포네이트(alkylbenzenesulfonate), 알칸술포네이트(alkanesulfonate), 석유 술포네이트(petroleum sulfonate), 리그닌 술포네이트(lignin sulfonate), 에스테르 술포네이트(ester sulfonate), 또는 이들의 혼합물 등; 2) 설페이트계 계면활성제, 예를 들어, 알킬 설페이트(alkyl sulfate), 알킬 에테르 설페이트(alkyl ether sulfate), 또는 이들의 혼합물 등; 3) 에스테르계 계면활성제, 예를 들어, 설포숙시네이트 에스테르(sulfosuccinate ester), 이세티오네이트 에스테르(isethionate esters), 또는 이들의 혼합물 등; 4) 아미노산계 계면활성제, 예를 들어, N-아실레이티드 아미노산(N-acylated amino acid); 비누계 계면활성제, 예를 들어, 소듐 스테아레이트(sodium stearate); 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다.
상기 중성계 계면활성제는 에톡실레이티드(ethoxylated) 화합물, 알카놀아미드(alkanolamide) 화합물, 폴리히드록실 에스테르(polyhydroxyl ester) 화합물, 에틸렌 옥사이드(EO)/프로필렌 옥사이드(PO) 블록 공중합체, 아민 옥사이드계 화합물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 여기서, 에톡실레이티드 화합물은 에톡실레이 티드 알코올(ethoxylated alcohol), 에톡실레이티드 알킬페놀(ethoxylated alkylphenol), 에톡실레이티드 애시드(ethoxylated acid), 에톡실레이티드 에스테르(ethoxylated ester), 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다. 또한 여기서, 알카놀아미드 화합물은 지방산 알카놀아미드(fatty acid alkanolamide), 에톡실레이티드 알카놀아미드(ethoxylated alkanolamide), 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다. 또한 여기서, 폴리히드록실 에스테르 화합물은 소비탄 디스테아레이트(sorbitan distearate)일 수 있다.
한편, 상기 계면활성제를 상기 셀룰로오스 에테르에 물리적으로 혼합하는 경우에, 상기 계면활성제의 함량은 상기 셀룰로오스 에테르 100중량부에 대하여 0.1~20 중량부인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에는 석고덩어리(lump) 감소 및 작업성 향상이라는 계면활성제에 의한 효과가 나타나지 않게 되어 바람직하지 않고, 20중량부를 초과하는 경우에는 보수성이 감소하고 공기량이 크게 증가하여 석고 플라스터의 표면이 불균일해지고 거칠어지며 벽면에서 석고 플라스터가 흘러내리기 쉬워 바람직하지 않다.
상기 물리적 혼합방법으로는 혼합기기(Mixer)를 사용하여 혼합하는 방법, 혼합용기에 넣고 손으로 흔드는 방법(소량 혼합의 경우)등이 있으며, 혼합기기(Mixer)를 사용하여 혼합하는 방법이 바람직하다. 상기 방법의 일례로는 고체상의 셀룰로오스 에테르에 고체상의 계면활성제를 혼합기기(Mixer)에서 물리적 혼합하는 것을 들 수 있다.
또한, 상기 계면활성제를 상기 셀룰로오스 에테르의 표면에 코팅하는 경우 에, 상기 계면활성제의 함량은 상기 셀룰로오스 에테르 100중량부에 대하여 0.001~20 중량부인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 함량이 0.001 중량부 미만인 경우에는 석고덩어리(lump) 감소 및 작업성 향상이라는 계면활성제에 의한 효과가 나타나지 않게 되어 바람직하지 않고, 20중량부를 초과하는 경우에는 보수성이 감소하고 공기량이 크게 증가하여 석고 플라스터의 표면이 불균일해지고 거칠어지며 벽면에서 석고 플라스터가 흘러내리기 쉬워 바람직하지 않다.
상기 코팅 방법으로는 셀룰로오스 에테르가 합성된 후 분쇄 및 건조되기 전에 젖어있는 상태에서 코팅 처리하는 방법, 분쇄 및 건조후 분말상태에서 코팅 처리하는 방법이 있으며, 셀룰로오스 에테르가 합성된 후 분쇄 및 건조되기 전에 젖어있는 상태에서 코팅 처리하는 방법이 바람직하다. 상기방법의 일례로는 젖어있는 상태의 셀룰로오스 에테르를 고속으로 회전시키면서 액상의 계면활성제를 스프레이로 분사하면서 코팅하는 방법을 들수 있다.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(석고 플라스터의 첨가제 조성물의 제조)
실시예 1~8
메틸기 치환도(DS)가 1.80이고, 히드록시에틸기 치환도(MS)가 0.25이며, 점도가 25,000 cps인 히드록시에틸 메틸셀룰로오스에, 계면활성제를 물리적으로 혼합하거나, 또는 상기 히드록시에틸 메틸셀룰로오스의 표면에 계면활성제를 코팅함으로써 첨가제 조성물을 제조하였다. 상기 히드록시에틸 메틸셀룰로오스의 점도는 브룩필드(Brookfield) 점도계를 이용하여 2.0중량% 농도의 용액에서 측정하였다.
상기 계면활성제를 상기 히드록시에틸 메틸셀룰로오스 100중량부에 대하여 1중량부 또는 5중량부의 비율로 물리적으로 혼합하거나, 800kg의 상기 히드록시에틸 메틸셀룰로오스에 20중량 % 농도의 계면활성제 수용액 40 kg 또는 200 kg을 각각 분사함으로써 상기 히드록시에틸 메틸셀룰로오스 100중량부에 대하여 상기 계면활성제가 1 중량부 또는 5중량부 코팅되도록 하였다.
비교예 1
계면활성제를 첨가하지 않고 히드록시에틸 메틸셀룰로오스만으로 첨가제 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1~8과 비교예 1의 첨가제 조성물에 포함된 계면활성제의 종류, 첨가 방법, 및 함량을 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.
(표 1) 석고 플라스터의 첨가제 조성물의 구성
구분 계면활성제 계면활성제 첨가방법 계면활성제의 함량(셀룰로오스 100중량부 대비 중량부)
실시예 1 EO/PO 공중합체 물리적 혼합 1
2 EO/PO 공중합체 물리적 혼합 5
3 EO/PO 공중합체 코팅 1
4 EO/PO 공중합체 코팅 5
5 리그닌 술포네이트 물리적 혼합 1
6 리그닌 술포네이트 물리적 혼합 5
7 리그닌 술포네이트 코팅 1
8 리그닌 술포네이트 코팅 5
비교예 1 - - 0
(석고 플라스터의 첨가제 조성물의 성능 평가)
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 석고 플라스터의 첨가제 조성물의 성능을 하기와 같이 평가하였다.
먼저, 상기 첨가제 조성물을 석고 플라스터 100중량부에 대하여 0.2 중량부 첨가하였다. 이 경우, 상기 첨가제 조성물을 포함하는 석고 플라스터는 β형 반수석고 50중량%, 무수 석고 25중량%, 탄산칼슘 22중량%, 소석회 1중량%, 펄라이트 1.9중량%, 및 주석산 0.1중량%로 이루어졌다.
이후, 상기 첨가제 조성물이 첨가된 석고 플라스터를 물과 혼합한 다음, 독일 푸쯔마이어社 기계를 이용하여 벽에 분사하였다. 이 경우, 물 요구량 및 토출 압력은 플라스터링 기계에서 측정되어 나타났다.
벽에 분사된 석고 플라스터의 처짐 저항성과 도포시의 작업성은 상대적 비교법인 5점법(물성이 좋을 수록 점수가 높음)으로 평가하였고, 덩어리(lump)는 벽면에 생긴 덩어리(lump)의 숫자를 세어서 측정하였다.
또한, 석고 플라스터의 보수성은 DIN 18555에 의거하여 하기와 같이 측정하였다. 즉, 높이 1cm, 내경10 cm의 링을 건조된 종이 위에 위치시킨 다음, 상기 링 안의 상기 종이 위에 상기 링의 내부 부피에 상당하는 양의 석고 플라스터 모르타르를 담고 30 분간 방치하였다. 이후, 상기 종이가 흡수한 물의 무게를 측정하였다. 보수성은 하기 수학식 1에 의하여 계산하였다.
[수학식 1]
보수성(중량%) = (Wo-Wp)/Wo×100
상기 식에서, Wo는 초기에 석고 플라스터에 포함된 물의 무게이고, Wp는 종이가 흡수한 물의 무게이다.
석고 플라스터의 첨가제 조성물의 성능 평가 결과를 하기 표 2에 정리하여 나타내었다.
(표 2)석고 플라스터의 첨가제 조성물의 성능 평가 결과
구분 물 요구량 (l/h) 토출압력(bar) 처짐 저항성 도포시 작업성 덩어리(lump) (수) 보수성 (중량%)
실시예 1 860 15 4 3.5 12 80.0
2 880 15 3.5 4 10 80.4
3 860 15 4 5 3 80.3
4 880 14.5 4 5 2 80.2
5 880 15 3.5 4 13 80.4
6 860 15 3 5 11 80.3
7 870 15 4 5 3 80.2
8 860 14.5 4 5 1 80.3
비교예 1 880 15 4 3 23 80.3
상기 표 2에서 처짐 저항성과 도포시 작업성은 가장 우수한 것에서부터 가장 열등한 것의 순으로, 차례로 숫자 5, 4, 3, 2, 1로 표시하였다. 즉, 5는 '매우 우수', 4는 '우수', 3은 '보통', 2는 '나쁨', 1은 '매우 나쁨'을 나타낸다.
(계면활성제를 물리적으로 혼합한 경우: 실시예 1, 2, 5, 6)
상기 표 2를 참조하면, 계면활성제의 종류와 관계없이 계면활성제를 첨가함에 따라 처짐 저항성은 감소하였으나, 작업성이 향상되고 덩어리(lump)의 발생수도 감소하는 경향을 보였다. 리그닌 술포네이트계 계면활성제의 경우, 처짐 저항성이 더욱 감소하는 경향을 보였으나, 작업성은 오히려 더욱 향상되는 결과를 나타내었다. 보수성에 있어서는 계면활성제의 첨가량에 따라 큰 변화가 없는 것으로 나타났 다. 전체적으로, 계면활성제를 물리적으로 혼합한 경우, 덩어리(lump) 감소와 작업성 향상에 우수한 효과가 있는 것으로 나타났다.
(계면활성제를 코팅한 경우: 실시예 3, 4, 7, 8)
상기 표 2를 참조하면, 계면활성제의 종류와 관계없이 계면활성제의 첨가량이 1중량부만 되어도 덩어리(lump)의 발생수가 크게 감소하고 작업성이 크게 향상되는 결과를 나타내었다. 계면활성제를 물리적으로 첨가한 경우와는 달리 코팅한 경우는 처짐 저항성의 저하가 없었다. 보수성에 있어서는 계면활성제 첨가에 따라 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 전체적으로, 계면활성제를 코팅하는 경우, 물성의 저하가 전혀 없으면서, 덩어리(lump) 감소와 작업성 향상에 큰 효과가 있는 것으로 나타났다.
본 발명에 의하면, 석고 플라스터의 작업성을 향상시킬 수 있는 석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법이 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 석고 플라스터 덩어리를 감소시킬 수 있는 석고 플라스터의 첨가제 조성물 및 그의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명은 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 메틸기 치환도(DS)가 0.27~2.0인 메틸 셀룰로오스, 메틸기 치환도(DS)가 0.27~2.50이고 히드록시프로필기 치환도(MS)가 0.02~1.1인 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 메틸기 치환도(DS)가 0.27~2.40이고 히드록시에틸기 치환도(MS)가 0.03~1.3인 히드록시에틸메틸 셀룰로오스, 및 히드록시에틸기 치환도(MS)가 0.3~5.0인 히드록시에틸 셀룰로오스 중에서 선택된 1종 이상의 셀룰로오스 에테르 및 계면활성제를 포함하는 석고 플라스터 첨가제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    계면활성제의 투입량은 셀룰로오스 에테르 100중량부에 대해서 0.001~20중량부인 것을 특징으로 하는 석고플라스터의 첨가제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 에테르의 점도는 10~200,000 cps인 것을 특징으로 하는 석고 플라스터의 첨가제 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 에테르의 점도는 2,000~120,000 cps인 것을 특징으로 하는 석고 플라스터의 첨가제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 중성 계면활성제, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 석고 플라스터의 첨가제 조성물.
  6. 제1 내지 제5항 중 한 항에 따른 첨가제 조성물을 포함하는 석고 플라스터.
  7. 계면활성제를 셀룰로오스 에테르에 물리적으로 혼합하거나 그 표면에 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 계면활성제를 상기 셀룰로오스 에테르에 물리적으로 혼합하는 경우에, 상기 계면활성제의 함량은 상기 셀룰로오스 에테르 100중량부에 대해서 0.1~20중량부이고,
    상기 계면활성제를 상기 셀룰로오스 에테르의 표면에 코팅하는 경우에, 상기 계면활성제의 함량은 상기 셀룰로오스 에테르 100중량부에 대하여 0.001~20 중량부인 석고 플라스터 첨가제 조성물의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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