KR101081827B1 - 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은 속경성 시멘트와 황산나트륨이 반응하여 모르타르의 모세관 기공 내부에 에트링자이트 결정을 생성하고, 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼에 의해 모르타르의 모세관 기공 내부에 팽윤성 폴리머와 탄성 필름이 형성됨으로써, 모르타르의 수축에 의한 균열이 방지되고, 물, 휘발성 유기화합물(VOCs), 이산화탄소나 아황산가스와 같이 환경에 유해한 이온 등의 침투가 방지되어 위생상 문제를 유발하지 않으며, 부착성능 및 내구성이 우수하여 단열패널에 대한 뛰어난 표면마감성능을 제공한다.
Description
본 발명은 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것이다.
단열패널은 건축물에 단열성을 부여하기 위하여 건축물의 내부에 사용되는 것으로서 발포 스티렌 폼이나 발포 우레탄 폼 등을 기재로한 패널을 뜻한다. 일반적으로 건축물 내부에 사용되는 패널은, 동절기에 실내와 실외의 기온 차이에 의해 건축물의 외주부 등 단열성능이 부족한 부분의 단열패널의 외부로 노출된 표면 온도가 노점온도 이하로 떨어지는 경우, 단열패널의 내부 부착 표면에 결로현상이 발생 된다. 이러한 결로현상은 벽지 또는 페인트 등 내수 성능이 취약한 실내마감 재료로 처리된 부분의 부패나 곰팡이 발생 등을 야기함으로써 실내 환경을 크게 훼손한다.
이에, 단열성능을 향상시키고 결로현상의 발생을 방지하기 위하여 다양한 형태의 단열패널 및 그의 제조방법이 제안되고 있다.
일반적으로 사용되는 복합 단열패널은 결로현상 방지 및 단열 향상을 위해서 폴리프로필렌수지로 제조된 합성수지 중공판에 아크릴계 합성수지 접착제를 사용하여 스티렌계 발포성 합성수지를 결합시킨 형태이다. 이러한 복합 단열패널은 표면에 무기질 마감재를 사용함으로써 표면을 미려하게 하고 유기계 재료의 단점인 난연성을 부여하는 것을 특징으로 한다. 그러나 상기 무기질 마감재로 많이 사용되는 시멘트계 마감 재료는 유기계 재료와 달리 건조시 수축이 발생하며, 유기계 재료와 일체를 이루지 못하여 박리, 탈락 등이 발생하는 빈도가 높다. 또한, 시멘트계 마감 재료는 미려한 외관을 제공하지만, 다공성 재료로써 수분의 침투가 용이하여 표면이 오염되기 쉬운 단점을 갖는다. 즉, 시멘트계 마감 재료는 경화과정에서 필수적으로 균열이 발생하는데, 이 균열을 통하여 물이나 유해한 이온의 침투가 이루어지며, 시멘트 경화체는 내부로 침투한 유해한 이온이나 물로 인하여 중성화되면서 빠르게 열화된다. 건축물 실내에 사용되었을 경우에도 시멘트 경화체의 중성화에 의한 열화로 인하여 벽지가 탈락하거나 타일 등이 탈락되는 경우가 많으며, 탈락되지 않는 경우에도 심한 오염이 발생하는 경우가 빈번하다.
그러므로, 상기와 같은 시멘트계 마감 재료의 단점을 보완하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예컨대, 시멘트계 재료로서 유기물질의 기능을 동시에 갖는 폴리머 시멘트 모르타르는 상기와 같은 단점을 보완한 재료로 개발되어 건축물의 리-모델링 및 신규 건축물을 위한 실내외용 재료로서 다양하게 사용되고 있다.
일반적으로 폴리머 시멘트 모르타르는 시멘트와 다양한 폴리머 에멀젼을 혼합하여 사용하는 재료로서 그 용도는 방수재료, 바탕면 마감재료 등이 있다. 이들 중 방수재료로서의 폴리머 시멘트 모르타르는 사용의 편리성 등으로 인하여 일반적인 건축물로부터 토목 구조물에까지 매우 다양하게 사용되고 있으며, 기술 발전이 많이 이루어져 있다.
상기 폴리머 시멘트 모르타르에 관한 종래의 기술로는, 아크릴 수지 23-31 중량부, 시멘트 23-31 중량부, 규사 30-48 중량부 및 기타 첨가제로 구성되는 마감용 모르타르를 개시하고 있는 한국특허 제294805호, 유화 분산시킨 스테아린산 칼슘과 아크릴 에멀젼 수 공중합체로 구성된 A제와, 백시멘트, 규사, 폴리옥시 에틸렌 라우릴 에테르 등으로 구성된 B제를 1:0.25 중량비로 혼합하는 단계로 이루어지는 방수용 모르타르를 개시하고 있는 한국공개특허 제2002-31684호 등을 들 수 있다.
그러나, 상기 예시된 기술들을 포함한 이 분야의 기술들은 방수성능이 안정되어 실내, 지하실 등 건축물에 다양하게 적용될 수 있으나, 시멘트 재료의 건조수축에 의한 균열의 발생에 의한 누수나 유해 이온의 침투 등에는 뚜렷한 해결책을 제시하지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 부착강도가 우수하며, 탁월한 신축율과 수축방지 기능에 의해 균열이 발생하지 않으며, 물, 휘발성 유기화합물(VOCs), 이산화탄소나 아황산가스와 같이 환경에 유해한 이온 등의 침투가 방지되어 위생상 문제를 유발하지 않으며 내구성이 우수하여, 표면마감성능이 뛰어난 단열패널 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, 속경성 시멘트 12-20 중량%, 보통 시멘트 10-30 중량%, 규사(60-100 메쉬) 30-50 중량%, 황산나트륨 5-10 중량%, 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼 15-25 중량%, 스테아릭산 염 4-8 중량% 및 첨가제 0.01-10 중량%를 포함하는 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 사용하여 형성된 도막을 포함하는 단열패널을 제공한다.
본 발명의 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은 속경성 시멘트와 황산나트륨이 반응하여 모르타르의 모세관 기공 내부에 에트링자이트 결정을 생성하고, 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼에 의해 모르타르의 모세관 기공 내부에 팽윤성 폴리머와 탄성 필름이 형성됨으로써, 모르타르의 수축에 의한 균열이 방지되고, 물, 휘발성 유기화합물(VOCs), 이산화탄소나 아황산가스와 같이 환경에 유해한 이온 등의 침투가 방지되어 위생상 문제를 유발하지 않으며, 부착성능 및 내구성이 우수하여 단열패널에 대한 뛰어난 표면마감성능을 제공한다.
도 1 은 본 발명의 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 의해서 생성되는 1 마이크로 미터 이하의 에트링자이트 결정의 사진이다.
도 2 는 본 발명의 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물의 모세관기공 침투방지 기능을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명의 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물의 모세관기공 침투방지 기능을 모식적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여, 속경성 시멘트 12-20 중량%, 보통 시멘트 10-30 중량%, 규사(60-100 메쉬) 30-50 중량%, 황산나트륨 5-10 중량%, 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼 15-25 중량%, 스테아릭산 염 4-8 중량% 및 첨가제 0.01-10 중량%를 포함하는 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것이다.
종래의 단열패널의 표면마감용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 있어서, 가장 약점으로 지적되는 점은 폴리머 시멘트 모르타르가 경화되면서 균열이 발생되며, 이러한 균열 또는 폴리머 시멘트 모르타르의 내부에 존재하는 모세관 기공을 통하여 물, 휘발성 유기화합물(VOCs), 이산화탄소나 아황산가스와 같이 환경에 유해한 이온 등의 침투가 이루어진다는 점이다.
따라서, 본 발명의 단열패널의 표면마감용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은 속경성 시멘트와 황산나트륨의 반응에 의하여 모르타르의 모세관 기공 내부에 에트링자이트 결정을 생성시키고, 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼에 의해 모르타르의 모세관 기공 내부에 팽윤성 폴리머와 탄성 필름을 형성시키는 것에 의해, 폴리머 시멘트 모르타르의 건조시 수축에 의한 균열을 방지하고, 물, 휘발성 유기화합물(VOCs), 이산화탄소나 아황산가스와 같이 환경에 유해한 이온 등이 모세관 기공을 통하여 침투하는 것을 완벽히 차단하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 구성성분 별로 상세히 설명한다.
본 발명의 모르타르 조성물에서 상기 속경성 시멘트는 보통 시멘트와 비교하여 경화시간이 1시간 내지 3시간 정도 단축되는 특성을 가진 시멘트이다. 상기 속경성 시멘트의 속경 특성 발현은 시멘트 수화과정에서 생성되는 에트링자이트라는 광물에 의해 이루어지는데, 에트링자이트는 속경성 시멘트 구성광물 중 C3A(3CaO Al2O3) 성분이 수화 초기에 황산 이온과 반응하여 빠르게 생성된다. 이때 생성되는 에트링자이트는 1 마이크로 미터 이하의 결정으로 생성되며 이들은 속경특성을 나타낼 뿐 아니라 모르타르의 모세관 공극에 위치하여 공극을 충진함으로써 수분의 증발에 의한 수축을 방지하고, 수축에 의한 균열을 방지하며, 물의 침투나 유해한 이온의 침투를 방지하는 역할을 한다. 따라서 미세한 에트링자이트 결정에 의해 충진된 공극은 수밀성(水密性)을 나타낸다.
상기 에트링자이트의 형태를 도1에 나타내었다. 도1에 나타낸 바와 같이, 에트링자이트 결정은 1 마이크로 미터 이하의 구체의 결정으로 모르타르의 모세관 공극에 생성된다.
상기 속경성 시멘트로는 보통 시멘트의 분말도인 3,500cm2/g와 비교하여 분말도가 5,500cm2/g 이상인 미분 형태의 것이 사용된다.
상기 속경성 시멘트는 조성물 총 중량에 대하여, 12-20 중량%로 포함되는 것이 바람직한데, 12 중량% 미만으로 포함되면 모르타르 조성물의 경화시간이 길어지고, 20 중량%를 초과하면 너무 빠르게 경화되어 작업성을 확보하지 못하는 단점이 있다.
또한, 상기 황산나트륨은 조성물 총 중량에 대하여 5-10 중량%로 포함되며, 5 중량% 미만으로 포함되면 에스트링자이트가 충분하게 생성되기 어려우며, 10 중량%를 초과하면 에트링자이트 생성이 너무 많아져 에트링자이트에 의한 팽창 균열이 발생하는 문제가 발생한다.
본 발명의 모르타르 조성물에서, 상기 보통 시멘트는 일반적으로 사용되고 있는 시멘트를 의미하며, 조성물 총 중량에 대하여 10-30 중량%로 포함되는 경우에, 모르타르 조성물의 물성이 우수하며, 경제적으로도 바람직하다.
또한, 상기 규사(60-100 메쉬)는 모르타르 조성물에 일반적으로 사용되고 있는 것을 사용하며, 실리카 함량이 90% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 규사는 조성물 총 중량에 대하여 30-50 중량%로 포함되는 경우에 재료분리의 방지 및 모르타르의 압축강도 발현 및 모르타르의 표면 마감성 측면에서 바람직한 효과를 제공한다.
본 발명의 모르타르 조성물에서 상기 스테아릭산 염은 방수제 성분으로서, 이 분야에서 널리 사용되고 있는 통상의 스테아릭산 염이 사용될 수 있다. 상기 스테아릭산 염은 조성물 총 중량에 대하여 4-8 중량%로 포함되는 경우에 모르타르 조성물의 방수성과 전체 물성 측면에서 바람직한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 상기 스테아릭산 염과 같은 기존에 알려진 방수성 재료 이외에, 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼이 사용된다. 상기 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼은 팽윤특성이 우수한 특징을 갖는다. 상기 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼은 모르타르의 모세관 기공 내부에 팽윤성 폴리머 및 탄성 필름을 형성한다. 따라서, 물이나, 휘발성 유기 화합물(VOCs), 기타 시멘트계 재료에 심각한 위해를 주는 이온 등이 침투가 방지된다. 특히, 물이나 수분이 침투하는 경우 모르타르의 모세관 기공 내부에 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼에 의해 생성된 팽윤성 폴리머가 팽윤되면서 물이나 수분의 침투를 차단한다. 또한, 모르타르의 모세관 기공 내부에 생성된 탄성 필름에 의해 모르타르의 신축율이 증가하여 건조후의 균열도 방지된다.
상기 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼의 팽윤특성을 도2에 모식적으로 나타내었다. 도2에 나타낸 바와 같이, 상기 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트에 의하여 형성된 팽윤성 폴리머는 모르타르의 모세관 기공 내부에 존재하다가, 외부에서 수분이나 유해 이온 등이 침투하면 팽윤하여 모세관 기공을 막는 역할을 한다.
상기 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼은 시판품을 구입해서 사용할 수 있으며, 시판품으로는 예컨대 독일 BASF 사의 아크로날 에스559 (Acronal S 559) 또는 클라리언트 사의 엘디엠 6880(LDM 6880) 등을 들 수 있다.
본 발명의 모르타르 조성물에서 상기 첨가제로는 증점제, 소포제, 분산제, 접착제, 방부제 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것을 들 수 있으며, 상기 첨가제는 조성물 총 중량에 대하여 0.1-10 중량%로 포함될 수 있다.
특히, 상기 첨가제로서 조성물 총 중량에 대하여 메틸 셀루로오스계 증점제 0.1-3 중량%, 실리콘계 소포제 0.02-2 중량% 및 멜라민-설포네이트계 포름알데히드 축합물 분산제 0.1-5 중량%가 포함하는 경우에, 폴리머 시멘트 모르타르 조성물이 더욱 바람직한 물성을 나타낸다.
본 발명에서 단열패널은 예컨대, 폴리프로필렌계 보드. 석고보드, 발포 스티렌 보드 등, 이 분야에서 일반적으로 사용되고 있는 것을 의미한다. 본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르 조성물로 표면이 마감처리된 단열패널은 건축물 실내 벽체, 천정, 바닥 등에 유용하게 사용될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예1: 폴리머 시멘트 모르타르의 제조
속경성 시멘트 160 kg, 일반 시멘트 240 kg. 분말도 80 메쉬 이상이 95% 이고 실리카 함량이 90% 이상인 규사 320 kg, 황산나트륨 60 kg, 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼(독일 BASF사의 아크로날 에스559) 200 kg, 스테아릭산 염 20 kg, 메틸 셀루로오스계 증점제 1.2 kg, 실리콘계 소포제 0.8 kg 및 멜라민-설포네이트 포름알데히드 축합물계 분산제 2 kg 을 혼합하여 본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르 조성물 1000kg을 제조하였다.
본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 물과 혼합(물:모르타르 조성물=22:100의 비율)한 상태의 모르타르와, 시판제품(표면마감용 시멘트 모르타르)을 물과 혼합(물:모르타르=22:100의 비율)한 상태의 모르타르를 각각 단열판 시편에 5mm 두께로 도포한 후, 물성을 비교하였다. 시험 결과는 하기 표1에 나타내었다.
| 실시예1 | 시판제품 | 시험방법 | |
| 압축강도(kgf/cm2) | 252 | 172 | KSL 5105 |
| 부착강도(kgf/cm2) | 25 | 6 | KSF 4918 |
| 흡수율(%) | 2.1 | 15.2 | KSF 4925 |
| 표면 잔갈림성 | 균열 없음 | 균열 발생 | KSF 4716 |
| 경화 시간 | 28분 | 197분 | 양생온도 : 20±3℃ |
상기 표1로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은 기존에 사용되고 있는 시판제품에 비하여 압축강도 및 부착강도가 현저히 우수하고, 균열 발생도 없으며, 매우 뛰어난 방수성(흡수율)을 나타냈다. 또한, 경화시간이 짧아서 패널 또는 보드 등의 제품에 적용하는 경우, 제조시간의 단축이 가능함을 알 수 있다.
Claims (4)
- 조성물 총 중량에 대하여, 속경성 시멘트 12-20 중량%, 보통 시멘트 10-30 중량%, 규사(60-100 메쉬) 30-50 중량%, 황산나트륨 5-10 중량%, 스티렌-에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼 15-25 중량%, 스테아릭산 염 4-8 중량% 및 첨가제 0.01-10 중량%를 포함하는 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 첨가제는 증점제, 소포제, 분산제, 접착제 및 방부제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 첨가제는, 조성물 총 중량에 대하여 메틸 셀루로오스계 증점제 0.1-3 중량%, 실리콘계 소포제 0.02-2 중량% 및 멜라민-설포네이트계 포름알데히드 축합물 분산제 0.1-5 중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항의 단열패널의 표면마감용 속경성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 사용하여 형성된 도막을 포함하는 단열패널.
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