KR101155174B1

KR101155174B1 - 콘크리트 표면강화를 위한 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물

Info

Publication number: KR101155174B1
Application number: KR1020110124593A
Authority: KR
Inventors: 문정호; 이동우; 복정수; 김상진; 김윤수
Original assignee: (주)재경
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2012-06-12

Abstract

본 발명은 SiO₂/K₂O의 몰비가 1 : 2.8 ~ 1 : 3.4인 규산칼륨을 주 기재로 하고, 불휘발분 함량이 40% 이상인 수성 아크릴 에멀젼에 표면강화제 성분을 콘크리트 구조체의 미세 기공으로 전달시킬 수 있는 전달매체역할 및 콘크리트 표면에 발수력을 부여해주는 칼륨메틸실리코네이트를 포함하는 3성분계의 유기무기 혼성 콘크리트 표면강화제 조성물에 관한 것이다.

Description

콘크리트 표면강화를 위한 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물{Antibiotic organic-inorganic hybrid permeation enhancing composition for reinforcing concrete surface}

본 발명은 수용성의 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 규산칼륨을 포함하는 알칼리금속규산염을 주 기재로 하고, 수성 아크릴 에멀젼, 칼륨메틸실리코네이트 및 방부제를 포함하여 콘크리트 표면에 발생하여 오염을 유발하는 것을 방지하고, 인체의 건강에 유해한 곰팡이 균을 억제할 수 있는 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물에 관한 것이다.

최근들어 산성비 및 대기오염의 증가에 따라서 일반 대기환경 하에서 콘크리트 중성화에 의한 콘크리트구조물의 내구성 저하 현상이 빠르게 진행되고 있다. 이와 같은 콘크리트의 중성화는 대기 중의 이산화탄소가 콘크리트 내에 침입하여 탄산화반응을 일으킴으로써 세공용액의 pH를 저하시킨다.

이러한 중성화 현상은 콘크리트 내부의 강재에 부식 가능성을 높이고, 강재 부식 진행으로 인하여 균열의 발생, 피복의 박리 박락 및 강재의 단면 결손에 따른 내하력 저하 등의 구조물 혹은 부재의 성능 저하 발생을 유발한다.

특히, 콘크리트의 중성화는 콘크리트 표면으로부터 탄산가스가 침투 및 확산됨에 따라 진행되기 때문에, 콘크리트 표면 상태에 따라 중성화 속도가 큰 영향을 받게 된다.

상기 문제에 대한 해결방안으로 콘크리트 표면에 마감재를 도포함으로써 중성화속도 및 투기성을 저감시키는 방법이 이미 수많은 연구결과에서 발표되고 있으나, 마감재는 바탕 콘크리트와 완전히 일체화되지 못하고 시간이 경과함에 따라 도장재 자체에서 열화가 진행되는 단점을 지니고 있다.

종래에는 콘크리트의 마감재로 에폭시나 우레탄 또는 수성 에멀젼 도료를 사용하였으나, 이러한 수지계 도료는 콘크리트 표면에 치밀한 도막을 형성하여 일시적인 접착력은 발휘하나, 콘크리트의 구조체와 일체화가 이루어지지 않으며, 콘크리트 내부의 수분이 존재하는 경우, 접착력이 현저히 감소하는 문제점을 가지고 있었다.

또한 콘크리트 표면의 강화제로, 규산나트륨 등의 알칼리규산염을 사용하는 예가 있는데, 이는 콘크리트 표면에서 콘크리트 성분 중 수산화 칼슘 등과의 반응으로 콘크리트 소재와 일치가 되고, 콘크리트를 알칼리성으로 전환시켜 강화시켜주는 장점을 가지고 있으며, 가격이 현저히 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 이러한 규산나트륨은 콘크리트의 시멘트 성분과 급격한 반응으로 인해 콘크리트 구조체 내부로 충분히 침투하지 못하며, 국부적으로 반응하여 콘크리트 표면을 균일하게 강화시켜 주지 못하고, 또한 콘크리트 내부의 수분에 의해 백화현상을 유발할 수 있다는 단점을 가지고 있다.

이러한 규산나트륨의 단점에도 불구하고 최근에 알칼리규산염을 사용하여 콘크리트 벽면 및 바닥 등에 사용하여 방수효과를 높이는 용도로 사용되었던 콘크리트 침투성 개질제를 사용하여 콘크리트 바닥면을 보호하기 위한 노력이 진행되고 있으며, 규산나트륨, 규산리튬 등과 같은 규산알칼리금속 수용액 제품들이 많이 제안되고 있다.

예를 들면, 미국특허 제3180747호 명세서는 규산리튬 수용액으로 콘크리트의 표면을 강화시키는 것이 제시되고 있다. 규산리튬 수용액 단독으로 표면처리하면, 규산나트륨을 이용한 경우보다 백화현상의 발생은 억제되지만, 처리용액이 시멘트계 경화체의 표면에 남고, 깊게 침투하지 못하기 때문에 표면강도의 개선효과가 불충분한 결점이 있다. 일본 특개소58-20768호 공보에서는 나프탈렌술폰산나트륨의 포르말린 축합물을 특정조성의 규산알칼리용액에 함유시킨 표면개질제가 제시되어 있다. 이 개질제는 시멘트계 경화체에 비교적 양호하게 침투하는 이점은 있지만, 표면강도의 개선효과가 충분히 발현되지 못하는 문제점이 있다. 또한 대한민국 특허 10-0623674에서는 규산나트륨과 수용성 규불화염 및 계면활성제를 사용하여 콘크리트 표면을 강화시키는 조성물이 제시되어 있다. 이 강화제의 경우에는, 강알칼리 화합물인 규산나트륨과 산성 화합물인 규불화염이 주재료로 구성되어 있어 장기보관시 산염기 중화반응에 따른 고형분의 침전 등이 발생할 수 있으며, 유독물인 규불화물질을 사용함으로서, 작업자들의 안전을 위협하는 문제점이 있다.

또한, 편리성, 경제성 및 내구성 등의 이점으로 시멘트 및 각종 화학제품을 포함하는 콘크리트는 각종 환경공해를 유발하고 있는데, 포르말린 등의 유해 독성가스의 발생 및 곰팡이 균의 서식으로 아토피성 피부염, 알러지 비염 등의 질환을 야기하는 등의 인체에 유해한 문제점이 있다.

대한민국등록특허 제10-0623674호(2006.09.06)

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 콘크리트표면에서의 성능개선 및 조직을 치밀화시켜 콘크리트 중성화반응을 억제함과 동시에 인체의 건강을 위협하는 곰팡이 균을 방지할 수 있는 수용성의 안정한 콘크리트 표면강화를 위한 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시멘트 경화체의 성분인 Ca(OH)₂와 반응하여 시멘트를 강화시켜주는 역할과 동시에 콘크리트의 알칼리도를 회복시켜 내구성을 증가시켜주는 역할을 수행하는 무기계 강화제인 규산칼륨을 주 기재로 사용하고, 내수성을 부여해 주는 유기계 강화제인 수성 아크릴계 에멀젼, 표면 강화 성분을 콘크리트 구조체 내부로 침투시켜주는 역할과 발수성을 동시에 수행해 주는 칼륨메틸실리코네이트, 유기바인더 및 방부제를 포함하는 3성분계의 유기무기 혼성 콘크리트 표면 강화제 조성물을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물은 규산칼륨 5 ~ 50 중량%, 불휘발분이 40 중량% 이상인 수성 아크릴 에멀젼 2 ~ 30 중량%, 유기바인더 0.1 ~ 5 중량%, 발수제 1 ~ 10 중량%, 방부제 0.1 ~ 10 중량% 및 물을 포함한다.

상기 규산칼륨은 SiO₂ 대비 K₂O 몰비가 1 : 2.8 ~ 1 : 3.4이고, 고형분 함량이 35 ~ 45 중량%이며, pH 10 ~ 12인 것을 특징으로 한다.

상기 규산칼륨은 콘크리트 내부에서 석회와 반응하여 가교 결합에 의해 규산칼륨실리케이트 수화물을 형성하며, 기계적 물성의 향상 및 내수성을 갖게 된다. 또한, 염해 및 중성화 방지에 우수하며 대기 중에서 이산화탄소와의 반응이 적어 백화현상이 적고 탄산염을 거의 형성하지 않는다. 이 때, 규산칼륨은 SiO₂ 대비 K₂O 몰비가 1 : 2.8 ~ 1 : 3.4이며, 고형분 함량이 35 ~ 45 중량%, pH 10 ~ 12인 것이 바람직하다. 상기 고형분 함량은 40~45 중량%를 함유하는 것이 보다 바람직하며, 상기 범위 내의 규산칼륨을 사용 시 본 발명에 따른 수성 아크릴 에멀젼, 유기바인더, 발수제 및 방부제와의 결합력을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물은 규산칼륨을 5 ~ 50 중량%를 함유한다. 상기 규산칼륨의 함량이 5중량% 미만이면 염해 또는 중성화 방지의 효과가 거의 없으며, 50중량%를 초과하면 콘크리트 표면의 강도가 저하되고 다른 조성물과의 결합이 떨어질 수 있다.

본 발명에서 수성 아크릴 에멀젼은 내수성을 부여하며, 콘크리트 표면에 침투하여 콘크리트 내의 공극을 충진시키며 수밀성을 향상시킬 수 있어, 콘크리트의 내구성, 강도 및 기계적 물성을 좋게 한다.

상기 수성 아크릴 에멀젼은 조성물 내의 함량이 2 ~ 30중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 2중량% 미만이면 콘크리트의 물성 향상 효과를 기대하기 어렵고, 30중량% 초과이면 내수성, 중성화 방지 및 방부 효과가 저하된다. 이 때, 사용되는 수성 아크릴 에멀젼은 불휘발분의 함량이 40%이상이며, 점도가 상온에서 200cps, 무기계 강화제와의 상용성을 높일 수 있도록 pH 8이상인 알칼리 수용액인 것이 바람직하다.

본 발명의 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물은 유기바인더 0.1 ~ 5 중량% 포함한다.

상기 유기바인더는 조성물 간의 결합력을 증진시키며 경시경화가 가능하여, 콘크리트 내부의 기계적 강도 및 수밀성을 높임과 동시에 본 발명에 따른 발수제 및 방부제의 함량만으로도 우수한 발수성 및 항균성의 효과를 나타내게 한다.

본 발명에 따른 조성물이 유기바인더의 첨가로 인해 내수성, 내화학성, 내마모성, 내구성 및 강도 등의 기계적 물성 및 항균성에 대한 향상을 동시에 나타낼 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 유기바인더는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리디메틸실록산 수지, 페톨 수지, 폴리우레탄 수지, 아미노 수지, 폴리에스테르 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함한다.

이 때, 유기바인더의 함량이 상기 범위를 벗어나게 되면 상기의 효과를 기대하기 어렵다.

본 발명의 발수제는 표면 강화 성분을 콘크리트 구조체 내부로 침투시켜주는 역할과 동시에 발수성을 부여하는 것으로, 바람직하게는 고형분 함량이 40~45 중량%이고, pH 12 ~ 14인 칼륨메틸실리코네이트인 것이 좋다.

상기 발수제의 함량은 1 ~ 10 중량%인 것으로, 1중량% 미만이면 발수성의 효과가 미미하며, 10중량% 초과이면 상용성이 저하된다.

본 발명의 방부제는 시멘트 및 각종 화학제품을 포함하는 콘크리트는 각종 환경공해를 유발하는 것을 방지함과 동시에 인체에 유해한 균들을 억제하기 위한 것으로, 0.1 ~ 10중량%를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나면 항균성이 떨어져 콘크리트 표면에 발생하여 오염을 유발하고 인체의 건강을 위협하는 균을 억제하는 효과가 미미하고, 상용성이 떨어지게 된다.

상기 방부제는 디알킬 디메틸 암모늄 클로라이드(DDAC), 3-아이오도-2-프로피닐 부틸 카보메이트(IPBC) 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

본 발명은 상기에서 언급한 와 같은 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물을 콘크리트 표면에 적용되는 것을 특징으로 한다. 이러한 예로는 콘크리트 도로, 지하 주차장 및 시멘트 몰탈로 이루어진 표면에 적용되는 것을 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물은 콘크리트 표면을 강화하고 콘크리트 내부의 수밀성을 높여, 내수성, 내화학성, 내마모성, 내구성 및 강도 등의 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라 항균성이 우수한 장점이 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

실시예 1

고형분 함량이 40 중량%이고, SiO₂ 대비 K₂O의 몰비가 3인 규산칼륨((주)에스켐텍, POSIL 45) 20wt%을 물 41wt%에 혼합하여 균일한 규산칼륨 수용액을 만든 다음, 수성 아크릴 에멀젼(대양화학, 519H) 30wt%을 첨가하여 교반하고, 최종적으로 칼륨메틸실리코네이트(Dow Corning, IE 6683) 5wt%를 첨가한 후, 디알킬 디메틸 암모늄 클로라이드(DDAC, (주)KCI, DDAC 75KC) 및 3-아이오도-2-프로피닐 부틸 카보메이트(IPBC, 계성인더스트리, KEIPANG IPBC30)를 각각 3wt% 및 1wt% 넣어 본 발명에 따른 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 조성물은 저장 안정성, 마모감량, 물 흡수율, 중성화 억제성능을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2

고형분 함량이 40 중량%이고, SiO₂ 대비 K₂O의 몰비가 3인 규산칼륨 25wt%을 물 41wt%에 혼합하여 균일한 규산칼륨 수용액을 만든 다음, 수성 아크릴 에멀젼 25wt%을 첨가하여 교반하고, 최종적으로 칼륨메틸실리코네이트 5wt%를 첨가한 후, DDAC 3wt% 및 IPBC 1wt%를 넣어 본 발명에 따른 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 조성물은 저장 안정성, 마모감량, 물 흡수율, 중성화 억제성능을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 3

고형분 함량이 40 중량%이고, SiO₂ 대비 K₂O의 몰비가 3인 규산칼륨 30wt%을 물 41wt%에 혼합하여 균일한 규산칼륨 수용액을 만든 다음, 수성 아크릴 에멀젼 20wt%을 첨가하여 교반하고, 최종적으로 칼륨메틸실리코네이트 5wt%를 첨가한 후, DDAC 3wt% 및 IPBC 1wt%를 넣어 본 발명에 따른 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 조성물은 저장 안정성, 마모감량, 물 흡수율, 중성화 억제성능을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 4

고형분 함량이 40 중량%이고, SiO₂ 대비 K₂O의 몰비가 3인 규산칼륨 30wt%을 물 31wt%에 혼합하여 균일한 규산칼륨 수용액을 만든 다음, 수성 아크릴 에멀젼 30wt%을 첨가하여 교반하고, 최종적으로 칼륨메틸실리코네이트 5wt%를 첨가한 후, DDAC 3wt% 및 IPBC 1wt%를 넣어 본 발명에 따른 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 조성물은 저장 안정성, 마모감량, 물 흡수율, 중성화 억제성능을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 5

고형분 함량이 40 중량%이고, SiO₂ 대비 K₂O의 몰비가 3인 규산칼륨 20wt%을 물 36wt%에 혼합하여 균일한 규산칼륨 수용액을 만든 다음, 수성 아크릴 에멀젼 30wt%을 첨가하여 교반하고, 최종적으로 칼륨메틸실리코네이트 5wt%를 첨가한 후, DDAC 3wt% 및 IPBC 1wt%를 넣어 본 발명에 따른 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 조성물은 저장 안정성, 마모감량, 물 흡수율, 중성화 억제성능을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

고형분 함량이 40 중량%이고, SiO₂ 대비 K₂O의 몰비가 3인 규산칼륨 20wt%을 물 31wt%에 혼합하여 균일한 규산칼륨 수용액을 만든 다음, 수성 아크릴 에멀젼 35wt%을 첨가하여 교반하고, 최종적으로 칼륨메틸실리코네이트 5wt%를 첨가한 후, DDAC 3wt% 및 IPBC 1wt%를 넣어 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 조성물은 저장 안정성, 마모감량, 물 흡수율, 중성화 억제성능을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

고형분 함량이 40 중량%이고, SiO₂ 대비 K₂O의 몰비가 3인 규산칼륨 20wt%을 물 46wt%에 혼합하여 균일한 규산칼륨 수용액을 만든 다음, 수성 아크릴 에멀젼 30wt%을 첨가하여 교반하고, 최종적으로 칼륨메틸실리코네이트 5wt%를 첨가하여 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 조성물은 저장 안정성, 마모감량, 물 흡수율, 중성화 억제성능을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

(평가)

(1) 저장안정성

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 조성물을 3개월간 상온(20± 2 ℃)의 조건하에 실내에서 보관하여 육안으로 상분리를 통해 저장안정성을 관찰하였다. 그 결과를 하기 표 1에 상분리가 발생하면 발생함, 발생하지 않으면 발생없음으로 표기하였다.

(2) 흡수율

흡수율 실험을 위하여 5×5×5cm의 정육면체 공시체에 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 조성물을 바닥면에 도포한 후 측면 4면을 에폭시로 코팅하여 물에 잠기도록하여 한쪽방향으로 물의 침투를 유도하여 1일 및 7일 동안 물에 침적시켜 시편의 무게를 측정하였다.

(3) 마모성

KS F 2811 「건축 재료 및 건축 구성 부품의 마모 시험 방법」에 의거하여 마모에 의해 감량된 두께를 측정하였다. 시험체는 시멘트 : 물 : 표준사의 중량비가 1 : 0.3 : 2되도록 하여 제조하였고, 시험체의 크기는 윗변 93㎜, 아랫변 300㎜, 높이 250㎜의 사다리꼴로, 두께는 30㎜가 되도록 제작하였다. 제작한 후 1 일이 경과된 후에 각각의 시험체에 바닥강화제를 공히 300g/m²씩 도포하였다. 도포한 시험체를 28일간 양생한 후 KS F 2811의 기준에 따라 마모감량을 측정하였다.

(4) 중성화 억제성능

표준양생을 28일동안 실시한 100mm×100mm×100mm 콘크리트 시험페의 표면에 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 조성물을 각각 도포한 후, 24시간 동안 23℃에서 습윤양생을 실시한 후 다시 4일간 기건양생(온도 23℃, 상대습도 55%)하여 중성화 억제성능 실험 시편을 제조하였다. 상기 시편을 온도 30℃, 상대습도 60%, 이산화탄소 농도 10%의 중성화 가속장치에 넣어 90일간 중성화 촉진 실험을 실시하였다. 중성화 촉진 실험을 실시한 시편을 쪼개, 페놀프탈레인 용액을 뿌린 후, 붉은색으로 변색되는 부분의 깊이를 측정하였다. 중성화 억제 성능을 보이는 시편은 변색되지 않고, 중성화 억제 성능을 보이지 않는 시편은 선홍색이 발색되는 것으로 평가하였다.

(5) 곰팡이 저항성

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 조성물에 대한 곰팡이 저항성은 공시균으로 Alternaria alternata(AA), Fusarium moniliforme(FM), Penicillium expansum(PE), Rhizopus nigricans(RN), Trichoderma virens(TV)을 사용하였다. PDA(Potato dextrose Agar) 용액을 제조하여 50℃까지 식힌 다음 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 조성물로 고체배지를 준비하였다. 상기 배지에 시험균을 접종하여 상온에서 7일간 배양하여 곰팡이의 생육을 관찰하였다. 그 결과는 하기 표 1에 곰팡이가 발생하면 저항성 없음, 곰팡이가 발생하지 않으면 저항성 있음으로 표기하였다.

표 1. 실시예 및 비교예에서 따른 평가

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

SiO₂ 대비 K₂O 몰비가 1 : 2.8 ~ 1 : 3.4이고, 고형분 함량이 35 ~ 45 중량%이며, pH 10 ~ 12인 규산칼륨 5 ~ 50 중량%, 불휘발분이 40 중량% 이상인 수성 아크릴 에멀젼 2 ~ 30 중량%, 유기바인더 0.1 ~ 5 중량%, 발수제 1 ~ 10 중량%, 방부제 0.1 ~ 10 중량% 및 물을 포함하는 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 유기바인더는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리디메틸실록산 수지, 페톨 수지, 폴리우레탄 수지, 아미노 수지, 폴리에스테르 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 발수제는 고형분 함량이 40~45 중량%이고, pH 12 ~ 14인 칼륨메틸실리코네이트인 것을 특징으로 하는 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 방부제는 디알킬 디메틸 암모늄 클로라이드, 3-아이오도-2-프로피닐 부틸 카보메이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물.
제1항 내지 제4항 중 선택되는 어느 한 항의 조성물은 콘크리트 표면에 적용되는 것을 특징으로 하는 항균성 유기무기 혼성 침투성 강화제 조성물.