KR100966511B1 - 박층 포장재 조성물 및 이를 이용한 폴리머 콘크리트 조성물 - Google Patents

박층 포장재 조성물 및 이를 이용한 폴리머 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메틸메타크릴레이트, (메타)아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상의 단량체 및 우레탄계 아크릴레이트 단량체를 아크릴계 중합체에 용해한 혼합물에 가교제, 인 성분을 함유한 비닐 단량체, 중합촉진제를 포함하는 박층 포장재 조성물에 관한 것이다. 상기 박층 포장재는 본 발명의 조성물에 의해 상온에서 속경화가 가능하고 우수한 접착력, 방수성 및 저온 유연성을 나타낸다. 또한, 상기 박층 포장재 조성물, 중합개시제, 충진재 및 골재를 포함하는 폴리머 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
박층 포장재, 폴리머 콘크리트

Description

박층 포장재 조성물 및 이를 이용한 폴리머 콘크리트 조성물{Thin stratum pavement material and polymer concrete component used that same}
본 발명은 우레탄계 아크릴레이트 단량체를 포함하는 박층 포장재 조성물에 관한 것이다. 또한, 상기 박층 포장재 조성물을 이용한 폴리머 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
종래 콘크리트 상판 및 강상판, 교량의 상면 또는 콘크리트 도로의 상면에 에폭시계 수지, 클로로프렌계 수지 및 아크릴계 수지 등이 사용되었다.
에폭시계 수지의 경우 경화 시 발생하는 유독가스로 인한 환경오염 문제와 온도 변화에 따른 이완 또는 수축으로 인한 문제가 있으며, 클로로프렌계 수지의 경우 높은 온도에서 들뜨는 현상과 접착력이 약화되는 문제가 있다.
아크릴계 수지는 접착 성능 및 방수성이 뛰어나지만 저온에서 취약하여 진동에 의한 손상되는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 구스계 아스팔트나 개질 아스팔트가 사용되어 왔는데, 포장층의 자중으로 인해 교량의 안전 구조물이 추가로 설치되어야 하고, 이로써 비용이 상승하는데 비용에 따른 효과를 기대할 수 없다.
따라서 본 발명은 콘크리트 상판 및 강상판, 교량의 상면 또는 콘크리트 도로의 상면에 박층 포장재를 제조함에 있어서, 상온 속경화가 가능하고, 우수한 접착성, 방수성, 내구성 및 저온에서 유연성을 갖는 박층 포장재를 제공한다. 또한, 상기 박층 포장재를 이용하여 제조한 폴리머 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 박층 포장재 조성물은 아크릴계 중합체, 메틸메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트를 제외한 (메타)아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상의 단량체 및 우레탄계 아크릴레이트 단량체로 이루어지는 혼합물에 가교제, 인 성분을 함유한 비닐 단량체, 중합촉진제를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 박층 포장재 조성물, 중합개시제, 충진재 및 골재를 포함하여 폴리머 콘크리트를 제조한다.
이하에서는 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 박층 포장재 조성물은 아크릴계 중합체 20 ~ 40중량%, 메틸메타크릴레이트 20 ~ 40중량%, 메틸메타크릴레이트를 제외한 (메타)아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상의 단량체 25 ~ 35중량% 및 우레탄계 아크릴레이트 단량체 5 ~ 15중량%로 이루어지는 혼합물 100중량부에 대하여 가교제 0.1 ~ 5 중량부, 인 성분을 함유한 비닐 단량체 0.1 ~ 3 중량부, 중합촉진제 1 ~ 10 중량부를 포함한다.
상기 메틸메타크릴레이트는 20 ~ 40중량%를 사용함이 바람직하다. 상기 함량이 20중량% 미만일 경우 경화가 지연되는 문제가 있으며, 40중량%를 초과할 경우 경화 후 저온 특성을 확보할 수 없다.
상기 메틸메타크릴레이트를 제외한 (메타)아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상의 단량체는 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, I-부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 메타크릴레이트계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체를 포함한다.
상기 (메타)아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상의 단량체는 혼합물 중 25 ~ 35중량%를 사용함이 바람직하다. 상기 함량이 25중량% 미만일 경우경화 후 저온 특성이 나빠지며, 35중량%를 초과할 경우 경화가 지연된다.
상기 우레탄계 아크릴레이트 단량체는 방향족 우레탄 아크릴레이트 또는 지방족 우레탄 아크릴레이트에서 선택된 1종 이상의 우레탄 결합을 갖는 아크릴레이트계 단량체를 포함한다.
상기 우레탄계 아크릴레이트 단량체는 5 ~ 15중량%를 사용함이 바람직하다. 상기 함량이 5중량% 미만일 경우 저온 유연성에 대한 효과를 볼 수 없으며, 35중량%를 초과할 경우 포장재로서의 내구성을 갖지 못한다.
상기 아크릴계 중합체는 메틸메타크릴레이트 30 ~ 80중량%와 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, I-부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 라우 릴메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 메타크릴레이트계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체, 또는 메타크릴산, 아크릴산에서 선택되는 1종 이상의 공단량체를 20 ~ 70중량%로 공중합한 것을 포함한다.
상기 아크릴계 중합체는 20 ~ 40중량%를 사용함이 바람직하다. 상기 함량이 20중량% 미만일 경우 상기 조성물의 점도가 낮아 경화 시 수축 문제가 발생하며, 40중량% 초과할 경우 점도가 높아져 작업성이 떨어지며, 셀프레벨링이 불가능하게 된다.
또한, 상기 아크릴계 중합체는 유리전이 온도가 -20℃ ~ 60℃인 것을 특징으로 한다.
상기 가교제는 에틸렌글리콜다이아크릴레이트, 에틸렌글리콜다이메타아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜다이아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜다이 메타아크릴레이트, 1,3-부틸렌클리콜다이아크릴레이트, 1,3-부틸렌클리콜다이메타아클릴레이트, 1,4-부틸렌글리콜다이메타아크릴레이트, 1,6-헥산다이올다이아크릴레이트에서 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 가교제는 단량체의 경화 과정에서 가교결합으로 내화학성을 향상시키며, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부를 사용함이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 경화성이 저하되며, 5중량부를 초과할 경우 경화 후 유연성이 저하되어 깨지는 문제가 있다.
상기 인 성분을 함유한 비닐 단량체는 다이에틸알릴포스페이트, 히도록시에틸메타아크릴레이트포스페이트, 히드록시에틸아크릴레이트포스페이트, 비스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산포스페이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트산포스페이트, 트리스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산포스페이트에서 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 인 성분을 함유한 비닐 단량체는 콘크리트 상판 및 강상판과의 접착력을 향상시키며, 통상적으로 실시하는 하도코팅 작업을 하지 않고 기존의 콘크리트 상판 또는 강상판과의 접착력을 향상시킬 수 있다.
상기 혼합물 100중량부에 대하여, 상기 비닐 단량체는 0.1 ~ 3 중량부를 사용함이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 접착력이 충분하지 못하며, 3중량부를 초과할 경우 경화 반응을 지연시킨다.
상기 중합촉진제는 아민계 화합물이나 금속산화물에서 선택되는 1종을 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 아민계 화합물은 N,N-다이(2-히이드록시 프로필)-p-톨루이딘, 트리-n-부틸 아민, N,N-다이메틸-p-톨루이딘,N-에틸-N-하이드록시 에틸 아닐린, N,N-다이 메틸 아닐린에서 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 중합촉진제는 상기 혼합물 100중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부를 사용함이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 저온에서 경화 반응이 지연되며, 10중량부를 초과할 경우 온도가 높은 경우 미경화 문제를 발생 시킨다.
본 발명은 필요에 따라 왁스, 조색제, 착색제 및 중합금지제와 같은 기능성 첨가제를 추가할 수 있다. 상기 왁스는 레진 표면과 산소의 접촉을 차단하여 표면 미경화를 방지하기를 위한 것이며, 조색제는 색 발현을 가능하게 하고, 하이드로퀴논 및 토파놀-A와 같은 중합금지제는 저장 안정성을 부여할 수 있다.
상기 혼합물 100중량부에 대하여, 상기 왁스의 함량은 0.1 ~ 5중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 효과를 볼 수 없으며, 5 중량부를 초과할 경우 콘크리트 상판 및 강산판과의 접착성이 저하된다.
또한, 본 발명은 앞서 기술한 것을 포함하는 상기 박층 포장재 조성물, 중합개시제, 충진재 및 골재를 포함하여 폴리머 콘크리트 조성물을 제조한다.
상기 중합개시제는 유기과산화물로서 케톤퍼옥사이드류, 다이아실퍼옥사이드류. 하이드로퍼옥사이드류, 다이알킬퍼옥사이드류, 퍼옥시타르류에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 상기 중합개시제는 박층 포장재 조성물 100중량부에 대하여 1 ~ 20중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 함량이 1 중량부 미만일 경우 반응속도가 떨어져 속경화성이 어렵고, 20 중량부를 초과할 경우 유연성이 불충분하다.
상기 충진재는 탄산칼슘, 탈크를 사용할 수 있으며, 골재는 다양한 크기의 규사를 포함한다.
상기 폴리머 콘크리트 조성물은 박층 포장재 조성물의 점도가 800 ~ 1,500cp인 것을 특징으로 한다. 상기 점도가 800cp 미만이면 교량 상판의 구배에 따른 흐름성으로 인하여 작업성이 저하되고, 1500cp 초과하면 점도가 너무 높아 작업성이 현저하게 저하된다.
또한, 상기 폴리머 콘크리트 조성물은 전체 조성물 중 20 ~ 25중량%인 것을 특징으로 한다.
상기 박층 포장재 조성물의 함량이 20중량% 미만일 경우 흐름성이 좋지 않아 셀프레벨링 및 표면 평탄화 작업이 용이하지 못하며, 25중량%를 초과할 경우 과도한 흐름성 때문에 경사면에서의 작업성이 떨어지고 경화 수축이 일어난다.
본 발명에 따른 박층 포장재 조성물은 상온 속경화가 가능하고 콘크리트 상판 및 강산판과의 접착력이 우수하고, 방수 성능이 뛰어나며, 가볍기 때문에 자체 하중에 의한 부담을 줄일 수 있다. 또한, 종래 낮은 온도에서의 취약점을 극복하는 저온 유연성을 갖기 때문에, 폴리머 콘크리트가 0℃ 이하의 저온에 노출될 시 균열이 생기거나 파손되는 위험으로부터 안전하다며 내구성이 우수하다.
이하는 본 발명의 바람직한 일예를 들어 설명하는바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1] 아크릴계 중합체의 제조
메틸메타아크릴레이트 60 중량%, 에틸아크릴레이트 20 중량% 및 부틸아크릴레이트 20중량%를 혼합한 단량체 100중량부에 대하여, 개시제로 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN) 0.15중량부, 물 200중량부, 분산제로 5% 폴리비닐알콜 용액(Kuraray사 POVAL PVA217) 0.84중량부, 사슬 전이 이동제로 노르말옥틸메르캡탄(normal-octylmercaptan)을 0.36중량부를 80℃에서 90분간 현탁중합 반응시킨 후 잔류모노머 제거를 위하여 120℃에서 15분간 추가 반응을 실시하였다. 상기 반응으로 중합된 중합체는 세정한 후 24시간 건조하여 제조하였고, 중합체의 유리전이온도는 45℃를 나타내었다.
[제조예 2] 박층포장용조성물의 제조
교반기를 60℃로 가온 교반하면서 메틸메타아크릴레이트 30중량%, n-부틸아크릴레이트 22 중량%, n-부틸메타크릴레이트 8 중량%, 우레탄 아크릴레이트(Aliphatic difunctional Urethane acrylate, 분자량 2,600)를 10 중량% 혼합단량체에 상기 제조예 1에서 제조한 아크릴 중합체 A 30 중량%를 용해한 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물 100 중량부에 1,4-부탄다이올다이아크릴레이트 3중량부, 비스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산포스페이트 0.4 중량부, 트리-n-부틸아민 0.3중량부를 첨가하여 용해하고 상온으로 감온하여 박층 포장재 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물의 점도는 1,050cp이다.
[비교제조예]
우레탄아크릴레이트를 대신하여 메틸메타아크릴레이트를 첨가하는 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 박층 포장재 조성물을 제조하였으며, 상기 조성물의 점도는 980cp 이다.
[실시예 1]
상기 제조예 2의 박층 포장재 조성물 24중량%, 탄산칼슘(평균입도 270㎛) 20중량%, 규사(4호 및 6호) 53중량%를 혼합하여 폴리머 콘크리크트 조성물을 만들고 여기에 개시제로 벤졸퍼옥사이드 3중량%를 첨가하여 경화시키고, 그 물성 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
비교제조예에서 제조된 박층 포장용 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 조성물을 제조하였고, 그 물성 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
압축강도 (MPa) 휨강도(MPa) 휨변형률(%)
20℃ -10℃ 20℃ -10℃
실시예 1 3.81 11.17 20.47 0.0392 0.0135
비교예 1 9.36 15.43 24.17 0.0373 0.0073
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 박층 포장재 조성물을 이용한 폴리머 콘크리트는 저온 특성이 뛰어나다. 상기 실시예 1의 압축강도는 폴리머 콘크리트로서 충분한 강도를 보여주고 있으며, 휨강도는 -10℃의 저온에서 비교예 1과 비교하여 낮은 값을 보이는데, 이는 본 발명에 의해 제조된 폴리머 콘크리트가 영하 이하의 온도를 갖는 환경에서도 유연성을 나타내는 것을 보여주는 것이다. 또한, 실시예 1의 휨변형률은 비교예 1보다 높은값을 나타냄으로써 저온에서 부서지지 않고 변형이 잘 일어나는 것을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 아크릴계 중합체 20 ~ 40중량%, 메틸메타크릴레이트 20 ~ 40중량%, 메틸메타크릴레이트를 제외한 (메타)아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상의 단량체 25 ~ 35중량% 및 우레탄계 아크릴레이트 단량체 5 ~ 15중량%로 이루어지는 혼합물 100중량부에 대하여 가교제 0.1 ~ 5 중량부, 인 성분을 함유한 비닐 단량체 0.1 ~ 3 중량부, 중합촉진제 1 ~ 10 중량부를 포함하는 박층 포장재 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메타크릴레이트계 단량체 또는 아크릴레이트계 단량체에서 선택된 2종 이상의 단량체는 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, I-부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 메타크릴레이트계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체를 포함하는 박층 포장재 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 우레탄계 아크릴레이트 단량체는 방향족 우레탄 아크릴레이트 또는 지방족 우레탄 아크릴레이트에서 선택된 1종 이상의 우레탄 결합을 갖는 아크릴레이트계 단량체를 포함하는 박층 포장재 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 아크릴계 중합체는 메틸메타크릴레이트 30 ~ 80중량%와 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, I-부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 메타크릴레이트계 단량체 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체, 또는 메타크릴산, 아크릴산에서 선택되는 1종 이상의 공단량체를 20 ~ 70중량%로 공중합한 것을 포함하는 박층 포장재 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 아크릴계 중합체는 유리전이 온도가 -20℃ ~ 60℃인 박층 포장재 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가교제는 에틸렌글리콜다이아크릴레이트, 에틸렌글리콜다이메타아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜다이아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜다이 메타아크릴레이트, 1,3-부틸렌클리콜다이아크릴레이트, 1,3-부틸렌클리콜다이메타아클릴레이트, 1,4-부틸렌글리콜다이메타아크릴레이트, 1,6-헥산다이올다이아크릴레이트에서 선택된 1종 이상을 포함하는 박층 포장재 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 인 성분을 함유한 비닐 단량체는 다이에틸알릴포스페이트, 히도록시에틸메타아크릴레이트포스페이트, 히드록시에틸아크릴레이트포스페이트, 비스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산포스페이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트산포스페이트, 트리스(2-히드록시에틸메타크릴레이트)산포스페이트에서 선택된 1종 이상을 포함하는 박층 포장재 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 중합촉진제는 N,N-다이(2-히이드록시 프로필)-p-톨루이딘, 트리-n-부틸 아민, N,N-다이메틸-p-톨루이딘,N-에틸-N-하이드록시 에틸 아닐린, N,N-다이 메틸 아닐린에서 선택된 1종 이상을 포함하는 박층 포장재 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 박층 포장재 조성물의 점도는 800 ~ 1,500cp인 것을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 조성물.
  10. 제 1항 내지 제 9항에서 선택되는 어느 한 항의 박층 포장재 조성물에 중합개시제, 충진재 및 골재를 포함하여 제조하는 폴리머 콘크리트 조성물.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 박층 포장재 조성물은 폴리머 콘크리트 전체 조성물 중 20 ~ 25중량%인 것을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 조성물.
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