KR100904051B1 - 융설 시스템용 몰탈 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상온 경화가 가능한 융설 장치 시공용 시럽 조성물과 몰탈제조에 대한 것이다. 즉, 복합적인 기재(기존 콘크리트 도로 및 알루미늄 발열판)에 대하여 접착 성능이 우수하고, 접착 성능을 개선을 위한 별도의 절차 없이 동일한 시럽으로 시공이 가능한 수지 조성물에 대한 것으로, (메타)아크릴레이트계 단량체, (메타) 아크릴레이트계 단량체에 용해 가능한 (메타)아크릴레이트계 중합체, 인성분을 포함한 비닐 단량체, 가교성 단량체, 과산화물, 아민계 화합물 또는 유기 금속산화물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

아크릴, 융설, 유기과산화물

Description

융설 시스템용 몰탈 조성물{Mortar composition for snow melting apparatus}

본 발명은 겨울철 도로 상에 눈이 쌓여 결빙이 되는 것을 방지하는 융설 시스템 시공에 사용 가능한 아크릴계 수지 조성물 및 몰탈에 관한 것으로 상세하게는 결빙 방지를 위해 도로 아래에 설치하는 알루미늄 재질의 발열체와 기존 도로면과 접착력을 향상시키기 위한 추가적인 하도 코팅작업이 필요 없는 아크릴계 수지 조성물과 몰탈 제조에 관한 것이다.

통상적으로 도로의 결빙을 방지하기 위해서는 염화칼슘 등의 화학 약품을 살포하여 도로의 결빙을 방지하거나 규사, 모래 등을 살포하여 결빙된 도로의 미끄럼을 방지하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이러한 방법들은 갑자기 폭설이 내리는 경우에 대처 능력이 현저히 낮고 염화칼슘 등의 화학 약품은 특히 교량의 경우 교량의 경우 콘크리트를 열화 시켜 수명을 단축시키는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 2007-0055977에는 도로 표면의 상부 1cm아래에 전기 효율이 뛰어난 발열판을 삽입하여 도로의 결빙을 방지하는 방법이 제시되어 있다. 대략적인 시공 순서는 기존의 도로면을 제거하고 발열판 고정을 위하여 하부 포장을 실 시하고, 발열반을 고정하고, 상부 포장을 실시하는 것이다.

상기 특허에서 제시하고 있는 상부 및 하부 포장의 재료는 메틸메타아크릴레이트, 우레탄,에폭시 계열을 수지를 사용하는 것으로 기재되어 있는데, 이 경우 기존 도로면과 알루미늄 재질을 발열판이 동시에 존재함으로 인하여 통상적인 폴리머 수지로는 충분한 접착 성능을 얻기가 어렵다.

또한 기재와 접착성을 좋게 하기위한 통상적인 하도 코팅을 실시하는 경우, 하부 포장을 위한 하도코팅과 하부 포장과 발열판 접착을 위한 하도코팅 그리고 상부 포장과 발열판 접착을 위한 하도코팅을 시행해야 하는 어려움이 있다.

본 발명은 하도 코팅 작업 없이 기존도로면과 발열체(알루미늄, 철판 등) 복합적인 기재가 존재하는 융설 장치 시공에서 접착성능이 향상된 시럽 조성물과, 그 조성물에 탄산칼슘 및 규사를 혼합한 몰탈 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 본 발명자들은 아크릴계 시럽에 포스페이트기를 갖는 단량체 및 아크릴계 가교제를 혼합하여 사용함으로써 별도의 하도코팅 작업 없이 기존의 도로면과 강철 및 알루미늄재질의 융설용 발열판과 접착 성능이 뛰어나고 차량 운행이 가능한 일반적인 도로의 표면으로 사용 가능한 아크릴 시럽 조성물을 제공할 수 있음을 발견하였다.

구체적으로 본 발명은 알루미늄이나 강철 재질의 융설용 발열판을 도로에 설치하는 아크릴계 수지 조성물에 있어서 (메타)아크릴레이트계 단랑체에서 선택된 2종 이상의 단량체 혼합물(a), 상기 (a)성분에 용해될 수 있는 아크릴계 중합체(b) 아크릴계 가교제(c), 인성분을 함유 비닐 단량체(d), 아민계 화합물 또는 금속산화물에서 선택되는 1종 이상의 중합촉진제(e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온경화 기능한 일액형 아크릴계 시럽 조성물에 관한 것이다.

보다 구체적으로 본 발명에서는 상기 단량체 혼합물(a) 30 ~ 95 중량%에 상기 중합체(b) 70 ~ 5 중량%를 혼합하여 용해하고, 상기 (a)와(b)의 혼합물 100중량부에 대하여 아크릴계 가교제(c) 0.1~5 중량부, 인성분을 함유한 비닐 단량체(d) 0.1 ~ 3 중량부, 중합촉진제(e) 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 단량체 혼합물(a)로는 메타크릴레이트계 단량체, 아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상을 혼합하여 사용하며, 상기 메타 크릴레이트계 단량체로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타아크릴레이트, I-부틸메타아크릴레이트, t-부틸메타아크릴레이트, 라우릴메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트, 등이 있으며, 상기 아크릴레이트계 단량체로는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아트릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등이 사용가능하다.

보다 바람직하게는 메틸메타아크릴레이트를 10 ~ 80중량%와 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타아크릴레이트, I-부틸메타아크릴레이트, t-부틸메타아크릴레이트, 라우릴메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 메타아크릴레이트계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아트릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체 90 ~ 20중량%를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 단량체 혼합물 (a)에서 상기 메타아크릴레이트가 10 중량% 미만으로 사용된 경우 경화성이 저하되어 경화 후에도 심한 냄새가 발생하며, 80 중량%를 초과하는 경우에는 경화 후 충격에 의하여 깨지게 되므로 상기 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 아크릴계 중합체(b)는 상기 단량체 혼합물(a)에 용해될 수 있으며 메타크릴계 단량체 및 아크릴레이트계 단량체와 공중합이 가능한 단량체를 1종 이상 사용하여 중합한 것으로, 상기 메타크릴계 단량체로는 메틸메타크릴레이 트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타아크릴레이트, i-부틸메타아크릴레이트, t-부틸메타아크릴레이트, 라우릴메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트 등이 사용가능 하다.

상기 메타크릴계 단량체와 공중합이 가능한 단량체는 앞서 설명한 메타크릴계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아트릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택된 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체 및 메타아크릴산, 아크릴산 등의 공중합체를 들 수 있다.

보다 바람직하게는 메틸메타아크릴레이트 30 ~ 80중량%와 에틸메타아크릴레이트, n-부틸메타아크릴레이트, I-부틸메타아크릴레이트, t-부틸메타아크릴레이트, 라우릴메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 메타아크릴레이트계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아트릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체, 또는 메타아크릴산, 아크릴산에서 선택되는 1종 이상의 공중합 가능한 공단량체를 20 ~ 70중량%로 사용하여 공중합한 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 메틸메타아크릴레이트가 30중량% 미만으로 사용되는 경우는 표면경화 상태가 좋지 못하고, 80중량%를 초과하는 경우에는 경화 후 충격에 의해 깨지는 현상이 있어 상기 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 아크릴계 중합체는 유리전이 온도가 30 ~ 60℃인 것을 사용하는 경우 날씨와 관계없이 충분히 혼련성을 가지는 몰타르 수지 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명에서 상기 아크릴계 가교제(c)는 상기 사용된 단량체와 수지의 결합 을 좋게 하기 위하여 사용되는 것으로, 예를들어 에틸렌글리콜다이아크릴레이트, 에틸렌글리콜다이메타아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜다이아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜다이 메타아크릴레이트, 1,3-부틸렌클리콜다이아크릴레이트, 1,3-부틸렌클리콜다이메타아클릴레이트, 1,4-부틸렌글리콜다이메타아크릴레이트, 1,6-헥산다이올다이아크릴레이트 등이 사용가능하다. (c)성분은 단독 혹은 2종 이상으로 사용가능 하다.

본 발명에서 상기 인성분을 함유한 비닐단량체(d)는 기재와 접착력을 향상시키며 통상적으로 수행하는 하도코팅 작업 없이 기존의 도로면과 융설을 위하여 설치되는 알루미늄 혹은 강철 재질의 발열판과 접착력을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로 인성분을 함유한 비닐단량체로 예를 들어 다이에틸알릴포스페이트, 히도록시에틸메타아크릴레이트포스페이트, 히드록시에틸아크릴레이트포스페이트, 비스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산 포스페이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트산 포스페이트, 트리스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산 포스페이트에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 중합촉진제(e)는 아민계 화합물 이나 금속산화물에서 선택되는 1종을 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들어 경화 촉진제로는 아민계 화합물이 사용가능하다. 아민계 화합물로는 N,N-다이(2-히이드록시 프로필)-p-톨루이딘, 트리-n-부틸 , N,N-다이메틸-p-톨루이딘,N-에틸-N-하이드록시 에틸 아닐린, N,N-다이 메틸 아닐린 등이 가능하며, 단독 또는 혼합해서 사용 가능하다.

본 발명의 수지의 조성물은 (a)~(e) 성분을 함유하여 구성되어 있지만 필요 에 따라서 왁스,중합금지제,착색제,충전제 등 해당 분야에 사용 가능한 첨가제를 더 추가하여 사용할 수 있다. 특히 제거된 도로의 포장면을 제거하고 발열판 설치 후 차량의 통행이 가능한 도로의 기능을 하기 위하여 탄산칼슘 분말, 규사 및 골재를 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 저장 안정성을 위해 하이드로퀴논,토파놀-A와 같은 중합금지제를 첨가할 수 있으며 조색제를 첨가하여 색발현이 가능하다.

이하 구체적으로 본 발명의 시럽 조성물을 이루기 위한 성분들의 함량으로, 본 발명의 시럽에서 상기 단량체 혼합물(a)의 사용량은 주제성분인 상기 (a)와 (b)성분 100 중량% 중에서 30 ~ 95 중량%의 범위가 바람직하다. 30 중량% 이하의 경우, 시럽의 점도가 증가하여 작업성이 저하되고, 95 중량% 이상의 경우 중합도가 낮아져 경화성이 저하되는 문제가 있다. 상기 아크릴계 중합체(b)의 사용 비율은 70 ~ 5 중량%가 바람직하다. 5중량% 미만으로 사용하는 경우 경화성이 저하되며, 70중량%를 초과하여 사용하는 경우, 시럽의 점도가여 충전재(탄산칼슘, 규사, 골재)와 혼합이 어려워 작업성이 저하된다.

상기 아크릴계 가교제(c)의 사용량은 상기(a)와(b)성분의 합 100중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부가 바람직하다. 0.1 중량부 미만으로 사용하면 경화성이 저하되며 5중량부 이상으로 사용하면 경화 후 유연성이 저하되어 깨어지는 문제가 있다.

상기 인성분을 함유한 비닐 단량체의 함량은 상기(a)와(b)성분의 합 100중량부에 대하여 0.1 ~ 3중량부가 바람직하다 0.1중량부 미만인 경우 기존 도로면 및 발열체와 접착력이 저하되며, 3중량부를 초과하는 경우 경화성이 저하된다.

상기 중합촉진제 (e)는 (a)와(b)성분의 합 100중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부가 바람직하다. 0.1 중량부 미만으로 사용하는 경우 경화속도가 느려지며, 10중량부를 초과하는 경우 경화후에 깨지기 쉽다.

또한 필요에 따라서 왁스를 0.1 ~ 5 중량부로 더 추가하여 사용할 수 있으며, 0.1 중량부 미만으로 사용하는 경우 효과가 미미하고, 5 중량부를 초과하는 경우 기재와 접착성이 저하된다.

본 발명에서 제조한 상기 시럽조성물은 탄산칼슘, 규사 및 과산화물과 혼합하여 융설용 발열체에 시공한다. 즉, 상기 시럽조성물 100중량부에 대하여 과산화물에서 선택되는 라디칼 중합개시제를 1~20중량부를 혼합한 후 이를 탄산칼슘 50~300중량부와 규사성분 100~500중량부를 혼합하여 시공하게 된다. 과산화물로는 유기과산화물로서 케톤퍼옥사이드류, 다이 아실 퍼옥사이드류. 하이드로 퍼옥사이드류, 다이 알킬 퍼옥사이드류, 퍼옥시 타르류 등이 있으며, 단독 또는 혼합하여 사용이 가능하다.

본 발명에 따른 구성을 채택하는 경우 콘크리트면과 알루미늄 또는 강철로 이루어진 발열체와의 접착력이 우수하고, 접착력 강화를 위한 별도의 하도코팅 작업이 필요하지 않는 보다 효율적인 시공을 가능하게 한다.

이하는 본 발명의 바람직한 일예를 들어 설명하는바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[제조예1]

중합체 A의 제조

메틸메타아크릴레이트 60 중량%, 에틸아크릴레이트 20 중량%, 부틸아크릴레이트 20중량%를 혼합한 모노머 100중량부에 대해서 개지제로 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile,AIBN) 0.15중량부, 물 200중량부, 분산제로 5% 폴리비닐알콜 용액(Kuraray사 POVAL PVA217) 0.84중량부, 사슬전이 이동제로 노르말옥틸메르캡탄(normal-octylmercaptan)을 0.36중량부를 사용하여, 반응온도 80℃로 90분간 현탁중합 반응시킨 후 잔류모노머 제거를 위해 120℃에서 15분간 추가 중합을 실시 하였다. 중합된 중합체 A는 탈수기를 이용하여 세척하고 건조기에서 24시간 건조 하였다. 열분석기로 분석한 결과 유리전이온도 45℃의 중합체 A를 얻었다.

[실시예 1]

교반기를 60℃로 가온 교반하면서 (a)성분으로 메틸메타아크릴레이트 60중량%와 부틸아크릴레이트 20 중량% 혼합단량체로 교반기에 투입 하였다. (b)성분으로 상기 제조예 1에서 제조한 아크릴 중합체 A를 20 중량%를 상기 혼합 단량체에 용해시켰다 상기 (a)성분과 (b)성분의 합을 100중량부로 했을 때 (c)성분으로 1,4-부탄다이올다이아크릴레이트 3중량부, (d)성분으로 비스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산 포스페이트 0.4 중량부. (e)성분으로 트리-n-부틸 아민 0.3중량부를 첨가 하여 용해가 종료된 후 상온으로 교반기 내부 온도를 감온 하여 시럽을 제조하였다. 기존 도로에 융설용 발열판 시공을 위한 몰탈의 제조는 상기 제조한 시럽 20 중량부, 탄산칼슘 미분말 30 중량부와 규사 #5호와 #6호를 1:1로 혼합한 혼합규사를 50 중량부를 혼합하여 몰탈을 제조한다. 상기 몰탈의 경화를 위하여 경화제개시로 벤졸퍼옥사이드를 액상 시럽에 대하여 3중량부를 첨가하여 융설용 발열체 시공에 사용하였다.

[실시예 2~3]

실시예 1과 같은 방법으로 수지 및 몰탈을 제조하였으며, 그 함량은 표1과 같이 하였다.

[비교예 1]

실시예 1과 같은 방법으로 수지 및 몰탈을 제조하였으며, 그 함량은 표1과 같이 하였다.

[실험예]

실시예 및 비교예에서 제조된 조성물의 접착강도를 측정하여 표2에 나타내었다.

<접착강도측정>

시험 방법 및 절차를 설명하면 다음과 같다.

1) 직경 5cm, 높이 3cm 콘크리트 시편과 직경 5cm, 높이 0.5cm의 강상판을 제작한다.

2) 콘크리트 시편 및 강상판을 핸드 그라인딩을 이용 하여 표면에 있는 이물질을 완전히 제거 한다.

(표면에 그란인딩이 불충분하여 이물질이 있을 경우 접착판과 보수용 몰탈과의 접착강도에 영향을 줄 수 있다.)

3) 그라인딩 한 시편을 알콜을 이용 다시한번 표면의 미세먼지를 제거 한다.

4) MMA 보수용 몰탈을 3cm정도 콘크리트 상판 및 강상판 위에 타설하여 3시간 정도 경화 시킨다.

5) 에폭시 접착제를 이용하여 접착인장시험을 위한 지그와 부착시키고 24시간 방치한다.

6) 시편을 12시간이상 온도 챔버에 넣어두어 시편의 내부 온도 까지 시험에 적합한 온도가 되도록 한다. 실험은 +20C에서 먼저 한 후 -20C에서 실시한다.

7) 시편을 시험장치에 올려놓고 접착력을 측정한다.

[표1] 융설 시공을 위한 수지 조성물

MMA : 메틸메타아크릴레이트

BA : n-부틸아크릴레이트

2-EHA : 2-에틸헥실 아크릴레이트

BPO : 다이벤조일퍼옥사이드

촉진제: 트리-n-부틸 아민

(c) : 1,4-부탄다이올다이아크릴레이트

(d) : 비스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산 포스페이트

중합체 A : MMA 60중량% + EA 20중량% + BA 20중량%, 유리전이 온도 45℃

[표2] 접착력 실험 결과

상기 표에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물의 경우 콘크리트나 발열판(알루미늄,강철)과의 접착 강도가 비교예에 비하여 높은 것을 알수 있다.

이는 본 발명에서 제시한 단량체의 비율 및 조성으로 제조할 경우 물성을 만족하는 것을 알 수 있었다.

Claims (8)

1. (메타)아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상의 단량체 혼합물(a), 상기 (a)성분에 용해될 수 있는 아크릴계 중합체(b), 가교제(c), 인성분을 함유한 비닐 단량체(d), 아민계 화합물 또는 금속산화물에서 선택된 1종을 혼합한 중합촉진제(e)를 함유하는 시럽성분을 탄산칼슘과 혼합규사 및 중합개시제와 혼합하여 제조하는 일액형 아크릴계 몰탈 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 인성분을 함유한 단량체(d)는 다이에틸알릴포스페이트, 히도록시에틸메타아크릴레이트포스페이트, 히드록시에틸아크릴레이트포스페이트, 비스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산 포스페이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트산 포스페이트, 트리스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산 포스페이트에서 선택된 1종 이상을 사용하는 일액형 아크릴계 몰탈 조성물.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 가교제(c)는 에틸렌글리콜다이아크릴레이트, 에틸렌글리콜다이메타아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜다이아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜다이 메타아크 릴레이트, 1,3-부틸렌클리콜다이아크릴레이트, 1,3-부틸렌클리콜다이메타아클릴레이트, 1,4-부틸렌글리콜다이메타아크릴레이트, 1,6-헥산다이올다이아크릴레이트에서 선택되는 1종이상을 사용하는 일액형 아크릴계 몰탈 조성물.
4. 제 1항에 있어서

   상기 아크릴계 중합체(b)는 메틸메타아크릴레이트 30 ~ 80중량%와 에틸메타아크릴레이트, n-부틸메타아크릴레이트, I-부틸메타아크릴레이트, t-부틸메타아크릴레이트, 라우릴메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 메타아크릴레이트계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아트릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체, 또는 메타아크릴산, 아크릴산에서 선택되는 1종 이상의 공중합 가능한 공단량체를 20 ~ 70중량%로 공중합한 것인 일액형 아크릴계 몰탈 조성물.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 아크릴계 중합체는 유리전이 온도가 30 ~ 60℃인 일액형 아크릴계 몰탈 조성물.
6. 제 4항에 있어서

   상기 단량체 혼합물(a)는 메틸메타아크릴레이트를 10 ~ 80중량%와 에틸메타 크릴레이트, n-부틸메타아크릴레이트, I-부틸메타아크릴레이트, t-부틸메타아크릴레이트, 라우릴메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 메타아크릴레이트계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아트릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체 90 ~ 20 중량%를 혼합하여 사용하는 일액형 아크릴계 몰탈 조성물.
7. 제 1항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,

   상기 시럽성분은 단량체(a) 30 ~ 95 중량%에 상기 중합체 (b) 70 ~ 5 중량%를 혼합하여 용해시키고, 상기 (a)와(b)의 혼합물 100중량부에 대하여 아크릴계 가교제(c) 0.1 ~ 10 중량부, 인성분을 함유한 비닐 단량체(d) 0.1 ~ 3 중량부, 중합개시제(e) 1 ~ 10 중량부를 포함하는 시럽인 일액형 아크릴계 몰탈 조성물.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 시럽혼합물 100중량부에 대하여 과산화물에서 선택되는 라디칼 중합개시제를 1~20중량부를 혼합한 후 이를 탄산칼슘 50~300중량부와 규사성분 100~500중량부를 혼합하여 제조하는 일액형 아크릴계 몰탈 조성물.