KR100937631B1 - 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법 및 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, a) 고형분 함량이 25 ~ 35 중량%인 수성 콜로이달 실리카에, 수성 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 물 20 ~ 45중량부를 혼합 교반하면서 55 ~ 85℃로 승온시키는 단계; b)수성 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 수산화칼륨 10 ~ 20중량부, 수산화알루미늄 0.3 ~ 0.9중량부 및 물 10 ~ 30중량부를 혼합한 용액을 상기 승온시킨 수성 콜로이달 실리카에 첨가 교반하여 복합 콜로이달 실리카를 제조하는 단계; c)상기 복합 콜로이달 실리카에 상기 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 올가노알콕시실란 1 ~ 8중량부를 첨가하여 50 ~ 100분 교반하는 단계; 및 d)불소계 계면활성제를 첨가하여 교반하는 단계;를 포함하는 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 콘크리트 구조물에 도포하였을 때 열화 방지기능을 가질 뿐 아니라 내구성, 내수성, 표면 경도가 우수한 장점이 있다. 본 발명은 또한 불소계 계면활성제를 첨가하여 표면의 오염을 극복하면서, 내약품성, 내곰팡이성이 강한 장점이 있을 뿐 아니라, 본 발명에 의한 조성물의 표면장력을 떨어트려 콘크리트 내부로 깊이 침투시켜 내구성을 강화시킬 수 있다.

콘크리트 도료조성물 열화방지

Description

콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법 및 시공방법{Method for fabricating inorganic paint composition}

본 발명은 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법에 관한 것이다.

콘크리트 구조물의 내구 성능 저하는 주로 외부 환경적 열화 요인인 염해, 탄산화등에 의하여 발생하며, 이러한 요인 대부분은 콘크리트 표면으로 침투하여 내부로 확산되는 특성을 갖는 다. 특히 콘크리트는 내부에 모세관 공극, 겔 공극 등이 존재하는 다공성 재료로서 이러한 공극은 콘크리트의 강도 저하는 물론 열화 요인의 확산 통로로서 내구 성능에 악 영향을 미치게 된다. 이러한 콘크리트 구조물의 노후화에 따른 보수에 관한 방법으로는 에폭시 또는 우레탄 등의 유기질 합성수지 또는 이러한 유기질 합성수지에 규사 등을 혼입하여 콘크리트 구조물의 탈락된 부위에 채워 수밀화하는 방법이 있다.

이러한 유기계 고분자 물질은 진동, 수증기압, 콘크리트와의 탄성 계수의 차이에 의해 그 도막이 파괴되거나 박리되는 문제점이 있으며, 근본적으로는 콘크리트와의 일체성이 없는 한계점을 지니고 있다.

특히, 콘크리트가 공기 중에 노출되면 시멘트 수화물인 수산화칼슘 Ca(OH)₂;이 공기 중의 이산화탄소(CO₂)와 반응하여 탄산염(탄산칼슘, 탄산수소칼슘)을 생성하게 되며, 이러한 작용으로 알칼리성인 콘크리트가 중성화되어 콘크리트가 열화 되는데 콘크리트의 열화는 표면에서 내부를 향하여 진행되며, 열화가 진행됨에 따라 콘크리트의 알칼리성(pH 12.5~13)인 pH가 8.5~10 정도로 중성화되며, 강알칼리성에서 철근이 부동태 막을 형성하고 있던 것이 이의 영향으로 파괴되어 철근의 부식을 가속화 시키며, 철근이 부식되면 체적이 팽창하게 되는데, 콘크리트 속에서 구속되어 있던 철근의 체적팽창은 콘크리트 구조물의 응력을 가속화시켜 균열을 유발시키고 철근 부착강도 저하, 피복 콘크리트의 박리, 철근의 강도저하 등 철근 콘크리트 구조물의 물리적 성능을 떨어뜨리는바, 종국적으로는 구조물 전체의 위기를 초래한다.

또한, 종래의 유기 바인더는 대부분이 용제형으로 용제의 특성상 유독성이어서 공해문제와 시공시 인체에 심한 악영향을 미치는 문제점을 수반하기 때문에 오늘날 그 사용을 제한하고 있는 실정이다. 뿐만 아니라 상기와 같은 종래의 유기 바인더는 무기물인 콘크리트나 강구조물과의 이종재료 간의 상이한 특성으로 밀착성 및 접착성에 의한 내구성을 기대하기 어려운 재료적인 문제점이 상존해 있어 왔다.

그래서 이러한 단점을 보완하는 무기질 바인더를 제조하여 이를 콘크리트 구조물이나 강구조물에 적용할 수 있는 공법개발이 요구되어 오고 있다. 이에 한국등록특허 10-0852392에서 내구성을 증가시키는 콘크리트 구조물용 액상 무기 바인더 의 제조방법에 관하여 기재하고 있다. 하지만 상기 기재된 무기 바인더로 콘크리트 구조물에 도포하였을 때 표면이 쉽게 오염이 되고, 내약품성, 내곰팡이성이 약한 단점이 있다.

이에 본 발명은 콘크리트 구조물에 도포하였을 때, 표면의 오염을 극복하면서, 내약품성, 내곰팡이성이 강한 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 콘크리트 구조물에 도포하였을 때 열화 방지 기능을 가질 뿐 아니라 외부로부터 수분 침투를 방지하고 콘크리트 구조물 내부의 공극을 치밀하게 보강하여 내구성을 향상시키는 친환경성 무기 도료 조성물 제조방법을 제공한다. 또한 본 발명은 표면장력을 떨어뜨려 콘크리트 내부로 깊이 침투시켜 내구성을 강화시키는 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법을 제공한다.

본 발명은 a) 고형분 함량이 25 ~ 35 중량% 수성 콜로이달 실리카에, 수성 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 물 20 ~ 45중량부를 혼합 교반하면서 55 ~ 85℃로 승온시키는 단계;

b)수성 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 수산화칼륨 10 ~ 20중량부, 수산화알루미늄 0.3 ~ 0.9중량부 및 물 10 ~ 30중량부를 혼합한 용액을 상기 승온시킨 수성 콜로이달 실리카에 첨가 교반하여 복합 콜로이달 실리카를 제조하는 단계;

c)상기 복합 콜로이달 실리카에 상기 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 올가노알콕시실란 1 ~ 8중량부를 첨가하여 50 ~ 100분 교반하는 단계; 및

d)불소계 계면활성제를 첨가하여 교반하는 단계;

를 포함하는 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 콘크리트 구조물에 도포하였을 때 열화 방지기능을 가질 뿐 아니라 내구성, 내수성, 표면 경도가 우수한 장점이 있다. 본 발명은 또한 불소계 계면활성제를 첨가하여 표면의 오염을 극복하면서, 내약품성, 내곰팡이성이 강한 장점이 있다.

상기 b)단계에서 수산화칼슘을 첨가함으로써, 본 발명이 수산화나트륨을 사용하였을 때 보다 접착력이 증대될 뿐 아니라 백화현상을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 상기 범위에 첨가하였을 때 본 상기 b)단계에서 발열반응이 일어나 수산화알루미늄이 용해되고, 용해된 알루미늄 이온은 경화를 촉진시키는 역할뿐 아니라 열화 방지 기능을 한다.

상기 b)단계에서 제조된 복합 콜로이달 실리카는 24 ~ 30중량%의 규산칼륨을 포함하되 SiO₂ / K₂O의 몰비 1.5 ~2.5인 것이 좋으며, 이는 접착력을 증대할 수 있는 최적의 범위이다. 상기 규산칼륨의 중량범위와 SiO₂ / K₂O의 몰비에서 벗어날 경우 크랙이 발생하거나 표면이 불량할 수 있으며, 접착력이 저하될 수 있다.

상기 c)단계에서, 올가노알콕시실란을 상기범위로 첨가하여 교반함으로써 포타슘실리케이트를 부가 반응을 시켜 실록산 결합을 유도할 수 있다. 상기 올가노알콕시실란은 콘크리트 표면 도막에 내수성을 높이기 위해 소수성 배향막과 콘크리트 기재와 도막의 화학적 커플링을 향상시키기 위하여 사용되며, 소수성을 부여하기 때문에 수분침투 방지 효과를 가질 수 있다. 상기 올가노알콕시실란은 이소부틸트 리메톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란 및 옥틸트리메톡시실란로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택된 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 이소부틸메톡시실란을 사용할 수 있다. 상기 교반시간은 반응이 충분히 일어나게 하기 위하여 50 ~ 100분 교반하는 것이 바람직하다.

상기 c)단계에서 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 수산화바륨 0.01 ~ 0.3중량부를 더 첨가하여 교반하는 것이 좋다. 상기 수산화바륨은 부가반응시 촉매로 사용되며, 0.01중량부 미만일 경우 반응이 일어나지 않을 수 있다.

본 발명에서는 상기 d)단계에서 불소계 계면활성제는 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 0.1 ~ 0.6중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 불소계 계면활성제는 침투제로 사용되는데, 본 발명에 의한 조성물의 표면장력을 떨어트려 콘크리트 내부로 깊이 침투시켜 내구성을 강화시킬수 있다. 그리고 , 표면의 오염을 극복하면서 내약품성, 내곰팡이성을 강화시킬 수 있다. 또한 불소계 계면활성제를 사용함으로써 기포가 심하게 일어나서 제품 질을 저하시키는 것을 방지하는 효과가 있다.

보다 구체적으로 본 발명에서 상기 불소계 계면활성제는 분자량이500 ~800인 F(CF₂CF₂)_nI를 포함할 수 있으며, 또는 하기 화학식 1 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상인 것을 특징으로 한다.

[화학식1]

C_nF_{2n +1}CH₂CH₂SO₃ ^-NH^{4 +}

[화학식2]

C_nF_{2n +1}CH₂CH₂SO₃H

[화학식3]

(C_nF_{2n +1}CH₂CH₂O)_xPO(ONH^{4 +})_y(OCH₂CH₂OH)_z

[화학식4]

C_nF_{2n +1}CH₂CH₂O(OCH₂CH₂OH)_xH

[화학식5]

C_nF_{2n +1}SO₂N(C₂H₅)(CH₂CH₂)_xH,

[화학식6]

C_nF_{2n +1}CH₂CH₂OCH₂(OH)CH₂CH₂N(C_nF_2n+1)₂,

[화학식7]

C_nF_{2n +1}CH₂CH₂OCH₂(OCH₂CH₂)_nCH₂CH₂N(C_nF_2n+1)₂

[상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이고, x, y 및 z 는 x+y+z = 3을 만족하고, 0을 초과하는 실수이다.]

본 발명에서 상기 d)단계에서 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 무기 충진제 7~　20중량부, 무기항균제 1 ~　10중량부 및 안료 1 ~ 10중량부 더 첨가할 수 있다.

상기 무기 충진제를 상기범위에서 포함할 때, 콘크리트 은폐력을 증대시킬 뿐 아니라 방수효과를 가질 수 있으며, 미관상에도 장점을 가질 수 있다. 무기 충진제로는 크게 제한 받지 않으나 탄산칼슘, 이산화티탄, 카오링, 산화알루미늄 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있고, 또한 무기항균제는 은, 아연 또는 이들의 혼합물을 함침시킨 합성제올라이트를 포함할 수 있으며, 곰팡이를 방지할 수 있는 효과가 있다. 상기 충진제와 무기항균제는 볼밀로 분쇄하여 사용하면 은폐력을 증진 시킬 수 있는 장점이 있다. 상기 안료는 상기범위에서 포함되는 것이 바람직하며, 통상적으로 쓰이는 것을 제한받지 않고 사용할 수 있다.본 발명에 의한 콘크리트용 무기 도료 조성물을 시공 시 스프레이나 롤러를 통해서 도포 할 수 있다.

본 발명은 콘크리트 구조물에 도포하였을 때 열화 방지기능을 가질 뿐 아니라 내구성, 내수성, 표면 경도가 우수한 장점이 있다. 본 발명은 또한 불소계 계면활성제를 첨가하여 표면의 오염을 극복하면서, 내약품성, 내곰팡이성이 강한 장점이 있을 뿐 아니라, 본 발명에 의한 조성물의 표면장력을 떨어트려 콘크리트 내부로 깊이 침투시켜 내구성을 강화시키는 장점이 있다.

또한 수산화칼슘을 첨가하여 반응시킴으로써, 접착력이 증대될 뿐 아니라 백화현상을 방지할 수 있다. 또한 무기 항균제를 포함함으로써 곰팡이를 방지 할 수 있는 효과가 있다.

이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예1]

고형분 함량이 30중량%인 수성콜로이달 실리카100g에 물 35g을 넣고 교반하면서 서서히 승온시켜 80℃로 승온시켰다.

수산화칼륨 15g, 미분말형 수산화알루미늄 0.8g,물 20g을 혼합한 용액을 상기 승온시킨 수성콜로이달 실리카에 첨가하여 60분 교반하여 복합 콜로이달 실리카170g을 제조하였다. 상기 제조된 복합 콜로이달 실리카는 25중량%의 규산칼륨을 포함하되 SiO₂ / K₂O의 몰비가 2이 되었다.

상기 복합 콜로이달 실리카에 이소부틸트리메톡시실란 5g, 수산화바륨 0.02g을 넣어 교반하여 1시간 반응을 시킨 후, C₂F₅CH₂CH₂SO₃ ^-NH₄ ⁺ 0.2g를 첨가하여 혼합 30분 교반하였다.

여기에 볼밀로 50분 분쇄한 이산화티탄 5g,카오린 5g,산화알루미늄 5g, 은을 함침시킨 합성제올라이트(코스모정밀화학) 2g, 안료(현대케미칼HDC) 2g을 더 첨가하여 30분 1500rpm으로 교반하여 콘크리트용 무기 도료 조성물을 제조하였다.

[실시예2]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되C₂F₅CH₂CH₂SO₃ ^-NH4⁺를 사용한 것 대신에 596인 F(CF₂CF₂)_nI(듀폰사)를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.

[실시예3]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 C₂F₅CH₂CH₂SO₃ ^-NH4⁺ 를 사용한 것 대신에 C₂F₅CH₂CH₂SO₃H를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.

[실시예4]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 C₂F₅CH₂CH₂SO₃ ^-NH4⁺ 를 사용한 것 대신에 (C₂F₅CH₂CH₂O)PO(ONH⁴⁺)(OCH₂CH₂OH)를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.

[실시예5]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 C₂F₅CH₂CH₂SO₃ ^-NH4⁺ 를 사용한 것 대신에 C₂F₅CH₂CH₂O(OCH₂CH₂OH)H를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.

[실시예6]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 C₂F₅CH₂CH₂SO₃ ^-NH4⁺ 를 사용한 것 대신에 C₂F₅CH₂CH₂OCH₂(OH)CH₂CH₂N(C₂F₅)₂,를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.

[실시예7]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 C₂F₅CH₂CH₂SO₃ ^-NH4⁺ 를 사용한 것 대신에C₂F₅CH₂CH₂OCH₂(OCH₂CH₂)_nCH₂CH₂N(C₂F₅)₂ 를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.

[비교예1]

상기 실시예1과 동일하게 실시하되 C₂F₅CH₂CH₂SO₃ ^-NH4⁺ 를 포함하지 않은 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[시험예1]

1)압축강도시험

50mm× 50mm 크기의 모르타르 공시체에 각각의 실시예1, 실시예2, 비교예1의 무기 도료 조성물을 도포한 시험체를 제작하였다. 무기 도료 조성물의 도포 횟수는 1일 1회 도포를 기준으로 하여 각 1회, 2회, 3회를 구분하였고, 3일 건조 후 기건 양생을 4일동안 진행하였다. 양생이 끝난 공시체의 압축강도 측정은 KS L 5101(수경성 시멘트 모르타르의 압축 강도 시험 방법)에 준하여 실시하였다. 본 시험은 무기 도료 조성물의 도포에 따른 표면 강도, 내마모성 등의 물리적 특성 개선 효과를 확인하기 위한 목적으로 진행하였다.

그 결과를 하기 도 1에 나타내었다. 하기 도 1에서 시험체는 무기 도료 조성물을 도포하지 않은 시험체, LA1은 실시예1을 1회 도포한 시험체, LA2는 실시예 1를 2회 도포한 시험체, LA3은 실시예 1을 3회 도포한 시험체, LB1는 실시예 2를 1 회 도포한 시험체, LB2는 실시예 2를 2회 도포한 시험체, LB3은 실시예2를 3회 도포한 시험체, LC1는 비교예 1을 1회도포한 시험체, LC2는 비교예 1을 2회 도포한 시험체, LC3은 비교예 1을 3회 도포한 시험체를 의미한다. 실시예 1과 실시예 2의 경우 도포 횟수가 늘어날수록 강도가 증진되는 경향이 있으나, 비교예1에서는 3회도포시 오히려 압축 강도가 작게 측정이 되었는데 이는 2회 이상 도포시 침투하지 않고 흐르는 경향 때문이다.

2)내염수성, 내투수성, 내흡수성 ,용출저항성능, 열중량분석시험 및 내열성평가

상기 실시예1에서 제조된 무기 도료 조성물을 한국건자재 시험연구원에 의뢰하여 성능 실험 표준규격 KS F-4936-'03’,KS F-4930-'02', KS M 5000(2011)-'03 KS M 5000;2003 의 각 항목에 의거 성능 실험을 하여 그 결과를 하기 도 2 내지 4에 나타내었다.

하기 도 2는 실시예1의 내염수성 및 내투수성을 평가한 시험 성적서를 나타낸 것이다.

하기 도 3은 실시예 1의 내흡수성, 용출저항성능을 평가한 시험 성적서를 나타낸 것이다.

하기 도 4는 실시예 1의 열중량분석시험(TGA)과 내열성을 평가한 시험 성적서를 나타낸 것이다.

3) 항균성시험

상기 실시예 1을 시험체(15× 10× 4mm)각각에 하기 각 시험균의 균액을 1.7ml을 떨어뜨리고 실온에서 24시간 후 모든 시험체의 생존 균수를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

표1

도 1은 실시예 1, 실시예2, 비교예 1의 압축강도시험의 결과를 나타낸 그래프이다.

도 2는 실시예1의 내염수성 및 내투수성을 평가한 시험 성적서를 나타낸 것이다.

도 3은 실시예 1의 내흡수성, 용출저항성능을 평가한 시험 성적서를 나타낸 것이다.

도 4는 실시예 1의 열중량분석시험(TGA)과 내열성을 평가한 시험 성적서를 나타낸 것이다.

Claims (9)

1. a) 고형분 함량이 25 ~ 35 중량%인 수성 콜로이달 실리카에, 수성 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 물 20 ~ 45중량부를 혼합 교반하면서 55 ~ 85℃로 승온시키는 단계;

   b)수성 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 수산화칼륨 10 ~ 20중량부, 수산화알루미늄 0.3 ~ 0.9중량부 및 물 10 ~ 30중량부를 혼합한 용액을 상기 승온시킨 수성 콜로이달 실리카에 첨가 교반하여 복합 콜로이달 실리카를 제조하는 단계;

   c)상기 복합 콜로이달 실리카에 상기 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 올가노알콕시실란 1 ~ 8중량부를 첨가하여 50 ~ 100분 교반하는 단계; 및

   d) 하기 화학식1의 불소계 계면활성제; 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 탄산칼슘, 이산화티탄, 카올린, 산화알루미늄 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 무기 충진제 7 ~ 20중량부; 은을 함침시킨 합성제올라이트 1 ~ 10중량부; 및 안료1 ~ 10중량부;를 첨가하여 교반하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법.

   [화학식1]

   C_nF_2n+1CH₂CH₂SO₃ ^-NH₄ ⁺

   [상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이다.]
2. 제 1항에 있어서,

   상기 d)단계에서 불소계 계면활성제는 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 0.1 ~ 0.6중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 2항에 있어서,

   상기 c)단계에서 복합 콜로이달 실리카 100중량부에 대하여 수산화바륨 0.01 ~ 0.3중량부를 더 첨가하여 교반하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   상기 b)단계에서 제조된 복합 콜로이달 실리카는 24 ~ 30중량%의 규산칼륨을 포함하되 SiO₂ / K₂O의 몰비 1.5 ~2.5인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 c)단계에서 올가노알콕시실란은 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란 및 옥틸트리메톡시실란로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택된 것을 특징으로 하는 콘크리트용 무기 도료 조성물 제조방법.

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