KR101054588B1 - 환경 친화성 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

환경 친화성 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환경 친화성 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이고, 구체적으로 콜로이드 실리카를 포함하는 무기 바인더에 소수성 관능기를 부가하여 제조되는 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 세라믹 도료 조성물은 메틸트리메톡시실란, 옥틸실란 및 메탄올이 혼합된 용액에 실리카 졸, 증류수 및 초산이 혼합된 용액을 첨가하여 제조된 하도 바인더; 및 메틸트리메톡시실란 및 메탄올이 혼합된 용액에 실리카 졸, 증류수 및 초산이 혼합된 용액을 첨가하여 제조된 상도 바인더를 포함한다.
세라믹, 상도 용액, 하도 용액, 초산, 실리카 졸, 콜로이드 실리카

Description

환경 친화성 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물 및 그 제조방법{Ceramic Paint Composition for Preventing Moisture from Permeating into Concrete with Eco-Friendship and Method for Producing the Same}
본 발명은 환경 친화성 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이고, 구체적으로 콜로이드 실리카를 포함하는 무기 바인더에 소수성 관능기를 부가하여 제조되는 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
바인더(binder), 경화제(Curing agent), 첨가제 및 안료를 포함하는 도료는 바인더 또는 경화제의 성분에 따라 유기 도료와 무기 도료로 나누어질 수 있다. 유기 도료는 아크릴 수지, 에폭시 수지 또는 에스테르 수지가 바인더 또는 경화제로 사용되고 무기 도료의 경우 실리카 또는 실리케이트가 바인더로 사용되고 소량의 수지가 경화제로 사용될 수 있다. 바인더와 경화제가 별도로 제조되어 도장 과정에서 혼합되는 2액형 유기도료는 휘발성 유기 화합물을 발생을 발생시킬 수 있어 이에 대한 대안으로 수계도료 또는 분체도료가 개발되었다. 그러나 수계도료 또는 분체도료는 여전히 유기 성분의 수지를 포함하는 한편 도막 물성이 떨어지고 도장 작 업이 복잡하다는 문제점을 가진다.
무기 도료는 유기도료에 비하여 환경적인 관점에서 유리하지만 도막 물성과 접착성이 약하면서 경화가 어렵다는 단점을 가진다. 이에 비하여 유기 용제 형태의 도료에 대체 도료인 수계도료 또는 분체도료는 제조 공정이 복잡하면서 도막 물성이 떨어지고 제품의 균일화가 어렵다는 단점을 가진다.
본 발명은 무기도료가 가진 단점을 해결하여 수계도료 또는 분체도료를 대체할 수 있는 세라믹 도료 조성물을 제공하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 유기 성분을 전혀 포함하지 않거나 또는 필요한 최소의 양으로 포함하면서 도막 물성이 개선되어 수계도료 또는 분체도료를 대체할 수 있는 친환경성 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 메틸트리메톡시실란, 옥틸실란 및 메탄올이 혼합된 용액에 실리카 졸, 증류수 및 초산이 혼합된 용액을 첨가하여 제조된 하도 바인더; 및 메틸트리메톡시실란 및 메탄올이 혼합된 용액에 실리카 졸, 증류수 및 초산이 혼합된 용액을 첨가하여 제조된 상도 바인더를 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상도 바인더는 충진재를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물의 제조방법은 실리카 졸, 증류수 및 초산을 혼합하여 제1 하도 용액을 제조하는 단계; 메틸트리메톡시실란, 옥틸실란 및 메탄올을 혼합하여 제2 하도 용액을 제조하는 단계; 제1 하도 용액을 제2 하도 용액에 첨가하여 하도 바인더를 제조하는 단계; 실리카 졸, 증류수 및 초산을 혼합하여 제1 상도 용액을 제조하는 단계; 메틸트리메톡시실란과 메탄올을 혼합하여 제2 상도 용액을 제조하는 단계; 제1 상도 용액을 제2 상도 용액에 첨가하여 상도 바인더를 제조하는 단계; 및 상도 바 인더에 충진재를 첨가하여 상도 세라믹 도료 조성물을 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제1 하도 용액과 제2 하도 용액의 혼합 비율은 중량비로 제1 하도 용액 : 제2 하도 용액 = 1: 2.4~3.2가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제1 상도 용액과 제2 상도 용액의 혼합 비율은 중량비로 제1 상도 용액: 제2 상도 용액 = 1 : 2.4 ~ 3.2가 된다.
본 발명에 따른 세라믹 도료 조성물에 따른 도료는 유기 도료에 비하여 뛰어난 도막 물성을 나타내면서 제조 공정이 간단하고 도장 작업이 용이하다는 이점을 가진다. 이에 따라 기존의 유기 도료뿐 아니라 유기도료의 대안으로 개발되고 있는 수계도료 또는 분체도료를 대체할 수 있다는 장점을 가진다. 아울러 본 발명에 따른 세라믹 도료 조성물은 일액형 도료로 제조될 수 있어 배합에 따른 도막 물성의 편차를 방지할 수 있어 도막 물성의 균일성을 가져올 수 있다는 이점을 가진다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
도 1은 친환경성 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물의 제조 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 세라믹 도료 조성물의 제조 공정은 하도 코팅 바인더를 제조하는 공정(P) 및 상도 코팅 바인더를 제조하는 공정(S)을 포함하고 하도 코팅 바인더를 제조하는 공정(P)은 증류수와 실리카 졸을 혼합하여 제1 하도 용액을 제조하는 단계(P11); 부가 반응의 유도를 위한 제2 하도 용액을 제조하는 단계(P12); 및 제1 하도 용액을 제2 하도 용액에 투입하여 바인더를 제조하는 단계(P13)를 포함하고 그리고 상도 코팅 바인더를 제조하는 공정(S)은 제1 상도 용액을 제조하는 공정(S11); 부가 반응의 유도를 위한 제2 상도 용액을 제조하는 단계(S12); 제1 상도 용액과 제2 하도 용액을 투입하여 바인더를 제조하는 단계(S13); 및 충진재를 첨가하는 단계(S14)를 포함한다.
하도 코팅 바인더의 제조를 위하여 먼저 증류수와 실리카 졸이 준비되고 실리카 졸이 증류수에 투입되어야 한다(P11). 증류수는 이온 교환수와 같이 알칼리 또는 산성 이온 성분을 포함하지 않은 물을 의미하고 pH는 7에 근사한 값을 가질 수 있다. 실리카 졸(Silica-sol)은 실리카 또는 이산화규소(SiO2)가 콜로이드 상태로 존재하는 콜로이드 실리카를 말한다. 콜로이드 실리카는 액체상(liquid phase)으로 존재하는 무정형의 구형 실리카로 알칼리 실리케이트(alkali silicate)로부터 만들어질 수 있다. 콜로이드 실리카는 1~5 ㎚의 크기를 가지는 실리카 핵으로부터 만들어지고 예를 들어 아래와 같이 실란으로부터 만들어질 수 있다.
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2 H2O
실리카 핵은 pH가 7보다 큰 용액에서 서로 분리되어 점차로 성장하여 실리카 졸(silica sol) 또는 콜로이드 서스펜션(colloid suspension)을 형성하게 되고 전기적으로 음성을 띠게 된다. 실리카 졸 또는 콜로이드 실리카는 pH 조절제에 의하여 안정된 상태를 유지하고 콜로이드 실리카의 고형분 양은 실리카 입자의 크기에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들어 실리카 입자의 평균 직경이 50 ㎚가 된다면 고형분은 50 wt%가 될 수 있는 반면 실리카 입자의 평균 직경이 10 ㎚라면 단지 고형분은 30 wt%까지만 만들어질 수 있다.
본 발명에 따른 바인더 제조를 위한 실리카 졸의 평균 직경은 10 내지 200 ㎚가 될 수 있고 고형분은 30 내지 50 wt%, 바람직하게 30 내지 40 wt%가 될 수 있다. 증류수와 실리카 졸은 만약 실리카 졸이 40 wt%의 고형분을 포함하고 있다면 중량비로 증류수: 실리카 = 1.0~1.8: 1이 될 수 있고 하도 코팅 바인더 전체 중량에 대하여 증류수 10 내지 20.0 wt%와 실리카 졸 8 내지 12 wt%가 혼합될 수 있다. 증류수와 실리카 졸의 혼합을 위하여 먼저 증류수가 반응용기에 투입되어 20 내지 30℃의 온도로 유지된다. 반응용기에 초산(CH3COOH)이 바인더 전체 중량의 0.1 내지 0.4 wt%의 양으로 추가될 수 있다. 초산은 교반과 함께 투입될 수 있다. 이후 실리카 졸이 반응 용기에 투입되고 반응용기의 온도를 25 내지 45 ℃로 유지하면서 교반을 하여 제1 하도 용액을 제조한다(P11). 위에서 반응용기에 차례대로 증류수, 초산 및 실리카 졸이 투입되는 것으로 제시되어 있지만 투입순서에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다. 증류수, 실리카 졸 및 초산을 포함하는 제1 하도 용액은 콜로이드 서스펜션의 상태가 되고 용액 전체에 걸쳐 실리카 입자가 균일하게 분산된 형 태가 된다.
제2 하도 용액의 제조를 위하여 메탄올, 메틸트리메톡시실란(MTS) 및 옥틸실란이 준비된다. 메탄올, 메틸트리메특시실란(MTS) 및 옥틸실란은 중량비로 1: 1~1.8: 0.2 내지 0.6이 될 수 있고, 전체 하도 코팅 바인더 중량에 대하여 메탄올 25 내지 32 wt%, 메틸트리메톡시실란 35 내지 40 wt% 그리고 옥틸실란 9.0 내지 12 wt%가 될 수 있다. 이와 같은 양의 메탄올, 메틸트리메톡시실란 및 옥실실란이 준비되면, 혼합용기에 먼저 메틸트리메톡시실란이 투입된다. 메틸트리메톡시실란이 투입되는 혼합용기는 35 내지 45 ℃의 온도가 유지될 수 있다. 혼합용기의 내부에 교반기가 설치될 수 있고 온도 조절을 위한 가열장치 및 냉각장치가 설치될 수 있다. 메틸트리메톡시실란의 투입이 되면 다시 정해진 양의 옥틸실란이 혼합용기에 투입되면서 혼합용액은 교반이 될 수 있다. 그리고 다시 위에서 제시된 양의 메탄올이 혼합용기에 투입되면서 교반이 이루어진다. 위에서 혼합용기에 차례대로 메틸트리메톡시실란, 옥틸실란 및 메탄올이 투입되는 실시 예를 제시하였지만 각 성분의 투입순서는 특별히 제한되지 않는다.
제2 하도 용액이 제조되면(P12), 제1 하도 용액이 제2 하도 용액에 첨가될 수 있다(P13).
제1 하도 용액과 제2 하도 용액의 혼합 비율은 중량비율로 제1 하도 용액: 제2 하도 용액 = 1: 2.4~3.2가 될 수 있다. 첨가를 위하여 제1 하도 용액이 수용된 반응용기는 개폐 가능한 밸브가 설치된 관에 의하여 제2 하도 용액이 수용된 혼합용기에 연결될 수 있다. 그리고 제1 하도 용액의 첨가를 위하여 밸브를 개폐하면 서 반응용기에 압력 펌프를 이용하여 일정한 압력을 가할 수 있다. 제1 하도 용액은 15 내지 25 Liter/min의 속도로 첨가될 수 있고 첨가과정에서 교반기에 의하여 혼합용액은 계속적으로 교반이 될 수 있다.
제1 하도 용액이 제2 하도 용액에 첨가되면, 발열 반응이 진행될 수 있다. 그러므로 혼합 용기는 냉각 장치를 이용하여 일정한 온도 범위로 유지될 필요가 있고 예를 들어 혼합 용기는 50 내지 70 ℃의 온도로 유지될 수 있다. 제1 하도 용액이 제2 하도 용액에 첨가되면 본 발명에 따른 바인더가 완성된다. 제조된 바인더는 콘크리트 침투 방지를 위한 하도 코팅제로 적용될 수 있다.
상도 코팅 도료 바인더의 제조를 위하여 먼저 실리카 졸, 증류수 및 초산이 준비된다. 실리카 졸 및 증류수는 하도 코팅 바인더의 제조에서 사용된 것과 동일한 종류가 될 수 있고 중량비율로 증류수: 실리카 졸: 초산 = 1: 0.6~1.0: 0.006~0.01이 될 수 있다. 상도 코팅 바인더 전체에 대한 중량 비율은 증류수 12~18 wt%, 실리카 졸 9~15 wt% 그리고 초산 0.0008~0.0018 wt%가 될 수 있다. 증류수, 실리카 졸 및 초산은 혼합 용기에 투입되어 제1 하도 용액의 제조과정과 동일한 조건으로 제1 상도 용액으로 만들어 질 수 있다(S11). 제2 상도 용액은 메틸트리메톡시실란과 메탄올로부터 제조될 수 있다(S12). 제2 상도 용액의 제조를 위하여 중량비로 메틸트리메톡시실란: 메탄올 = 1: 0.5~0.7, 그리고 상도 코팅 바인더 전체 중량에 대하여 메틸트리메톡시실란 40~53 wt% 그리고 메탄올 25~32 wt%가 준비되고 혼합 용기에 투입되어 교반될 수 있다. 제2 상도 용액이 제조되면(S12) 제1 상도 용액이 제2 상도 용액에 첨가될 수 있다. 제1 상도 용액과 제2 상도 용액 의 혼합 비율은 중량비율로 제1 상도 용액 : 제2 상도 용액 = 1 : 2.4 ~ 3.2가 될 수 있다. 제1 상도 용액이 제2 상도 용액에 첨가되는 방법은 제1 하도 용액이 제2 하도 용액에 첨가되는 것과 동일한 방식으로 이루어질 수 있다. 첨가속도는 20 Liter/min가 될 수 있고 첨가 과정에서 발열 반응이 진행되므로 50 내지 70 ℃의 온도를 유지하면서 혼합 용액을 50 내지 70분 동안 교반시킨다. 이후 상온 냉각을 하면 상도 코팅 바인더의 제조가 완료된다(S13).
상도 코팅 바인더에 추가적으로 충진재가 첨가될 수 있다(S14). 충진재는 예를 들어 펄, 이산화티탄, 산화크롬, 산화철 또는 황연과 같은 것이 있고 상도 코팅 바인더 전체에 대하여 8 내지 15 wt%가 첨가될 수 있다. 충진재는 이 분야에서 공지된 임의의 물질이 될 수 있고 또한 안료를 포함할 수 있다. 상도 코팅 바인더는 충진재의 첨가에 의하여 페인트 또는 도료가 될 수 있다.
콘크리트 침투 방지를 위하여 먼저 하도 바인더가 콘크리트 표면에 하도로 도장이 되고 그리고 상도 도료가 하도 도장에 상도 도장이 될 수 있다. 하도 및 상도 도장은 붓 또는 스프레이로 작업이 진행될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료는 하도 및 상도 도료가 각각 일액형 도료가 되어 바인더와 경화제의 배합비에 따른 도막 물성 편차를 방지할 수 있다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 세라믹 도료는 일반 코팅제의 작업을 위한 붓 또는 압송식 스프레이와 같이 공지된 도장 수단으로 도장 작업이 이루어질 수 있다는 장점을 가진다. 아울러 본 발명에 따른 세라믹 도료는 일액형 도료로 유기 성분을 전혀 포함하지 않으므로 휘발성 유기 성분이 전혀 발생시키지 않는 환경 친화성을 가진 도료로 기존의 유기 용제 도료에 비하여 뛰어난 물성을 가진다는 이점을 가진다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
도 1은 친환경성 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물의 제조 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

Claims (5)

  1. 메틸트리메톡시실란, 옥틸실란 및 메탄올이 혼합된 용액에 실리카 졸, 증류수 및 초산이 혼합된 용액을 첨가하여 제조된 하도 바인더; 및
    메틸트리메톡시실란 및 메탄올이 혼합된 용액에 실리카 졸, 증류수 및 초산이 혼합된 용액을 첨가하여 제조된 상도 바인더를 포함하는 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상도 바인더는 충진재를 더 포함하는 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물.
  3. 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물의 제조방법에 있어서,
    실리카 졸, 증류수 및 초산을 혼합하여 제1 하도 용액을 제조하는 단계;
    메틸트리메톡시실란, 옥틸실란 및 메탄올을 혼합하여 제2 하도 용액을 제조하는 단계;
    제1 하도 용액을 제2 하도 용액에 첨가하여 하도 바인더를 제조하는 단계;
    실리카졸, 증류수 및 초산을 혼합하여 제1 상도 용액을 제조하는 단계;
    메틸트리메톡시실란과 메탄올을 혼합하여 제2 상도 용액을 제조하는 단계;
    제1 상도 용액을 제2 상도 용액에 첨가하여 상도 바인더를 제조하는 단계; 및
    상도 바인더에 충진재를 첨가하여 상도 세라믹 도료 조성물을 제조하는 단계를 포함하는 콘크리트 침투 방지 세라믹 도료 조성물의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 제1 하도 용액과 제2 하도 용액의 혼합 비율은 중량비로 제1 하도 용액 : 제2 하도 용액 = 1: 2.4~3.2가 되는 것을 특징으로 하는 세라믹 도료 조성물의 제조방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 제1 상도 용액과 제2 상도 용액의 혼합 비율은 중량비로 제1 상도 용액: 제2 상도 용액 = 1 : 2.4 ~ 3.2가 되는 것을 특징으로 하는 세라믹 도료 조성물의 제조 방법.
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