KR101232628B1 - 겔상 방수제 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접착력을 더욱 개선하고, 온도 변화에 따른 콘크리트의 수축팽창으로 인해 저하되는 방수 효과를 높이고, 또한 환경오염 문제에도 기여할 수 있는 겔상 방수제, 그의 제조방법 및 그를 이용한 그를 이용한 콘크리트의 방수 시공방법에 관한 것이다.

Description

겔상 방수제 및 그의 제조 방법 {Gel-typed Waterproof Stuff and Method For Manufacturing Thereof}

본 발명은 본 발명자의 등록특허 제 986181 호의 개량 발명으로서 겔상 방수제, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 콘크리트의 방수 시공방법에 관한 것이다.

19세기 말부터 미국 등지에서 블론 아스팔트(Blown Asphalt)가 제조되면서 아스팔트를 녹인 용융 아스팔트가 접착제로 사용되고 아스팔트 루핑류를 덧쌓아 방수층을 형성하는 공법이 개발되었다.

콘크리트에 적용하기 위한 보다 효과적인 방수제 조성물을 제조하는 종래의 제조 방법으로는 분말형 침투 공법 및 액체형 침투 공법이 있다.

먼저, 분말형 침투 공법은 여러 종류의 활성 화합물을 포함하는 분말형 방수제를 물과 혼합하여 도포함으로써, 분말형 방수제가 콘크리트 내부의 수산화칼슘과 화학적인 반응을 일으키도록 하여 불용해성 결정체의 형성을 유도하는 방법이다. 그러나, 분말형 침투 공법은 반응 원리상 알칼리 조건하에서만 활성화되기 때문에 알칼리도가 낮은 부위에서는 그 효능을 기대할 수 없으며, 알칼리 조건이 충족된 경우에도 방수제의 침투 속도가 낮아 활성 성분이 모체에 충분히 침투하여 결정화 생성물을 형성하는 데까지 장시간이 소요되므로 활성화 이전까지의 성능 발현에 대한 문제점이 있다.

액체형 침투 공법은 규산질계가 가장 많이 사용되고 있으며, 주성분은 실리케이트, 실리카 에멀젼, 콜로이달 실리카 등이다. 액체형 침투 공법은 변성체를 첨가한 침투 반응성 아크릴 중합체를 시멘트 및 모르타르와 혼합하여 도포함으로써 콘크리트 내부에서 수화 반응에 의해 생성된 수산화칼슘과의 화학적인 반응을 유도하여 불용성의 안정된 규산질계 화합물(칼슘 실리케이트 수화물)의 형성을 유도하거나, 실리콘계의 액체를 도포하여 콘크리트 내부로 침투시키는 방법이다.

액체형 침투 공법은 모두 분말형 침투 공법에서와 동일한 화학적 원리를 사용하므로 알칼리도가 낮은 부위에서는 효과적으로 작용할 수 없고, 현장에 적용할 경우 침투 깊이를 확인할 수 없다는 단점을 가진다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명자의 상기 등록특허에서는 블론 아스팔트를 특정 조건 하에서 중탕시켜 중탕된 블론 아스팔트를 얻고, 상기 얻어진 블론 아스팔트를 특정 조건 하에서 정제 박리제와 혼합 및 중탕하여 블론 아스팔트-정제 박리제의 조성물을 얻고, 그리고 상기에서 얻어진 조성물을 또한 특정 조건 하에서 접착제와 혼합하여 중탕함으로써, 고체 방수제보다 접착력 및 방수력에 있어 수십 배 우수한 액상 방수제의 제조방법을 발명하였었다.

그러나 본 발명자는 상기 특허를 실시함에 있어 콘크리트의 수축팽창에 대응한 방수효과와 접착력을 더 높이고, 또한 환경오염 문제를 고려할 필요를 절감하게 되었다.

종래에는 정제 박리제에 함유되어 있는 공업용 폐유를 사용함에 따라 환경오염 문제를 개선할 필요가 있고, 또 액상 방수제를 사용하다 보니 온도 변화에 따른 콘크리트의 수축팽창으로 인해 방수 수명에 미흡한 점이 있다.

우리나라에서는 현재 연간 수백만 톤의 폐식용유가 발생하고 있는데, 이중 일부만이 바이오디젤, 재활용비누, 사료, 페인트 안료 등으로 사용되고 나머지는 소각 및 폐기되고 있는 실정이다.

한국 특허출원 공개 제2004-25057호에서는 폐식용유를 이용한 아스팔트 봉함재(균열 채움재) 조성물에 대해 기재하고 있다. 이 발명의 목적은 일교차가 심한 지역에서 아스팔트가 균열되었을 때 보수하기 위해 사용되는 봉함재에 대해서 기술하고 있다.

본 발명자는 상술한 문제점을 개선하기 위해서 연구를 거듭한 결과, 공업용 폐유 대신에 폐식용유를 사용하고, 액상 방수제 대신에 겔상의 방수제를 사용함으로써 접착력을 더욱 개선하고, 온도 변화에 따른 콘크리트의 수축팽창으로 인해 저하되는 방수 효과를 높이고, 또한 환경오염 문제에도 기여할 수 있다는 사실을 알아내고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 제1 목적은 접착력을 더욱 개선하고, 온도 변화에 따른 콘크리트의 수축팽창으로 인해 저하되는 방수 효과를 높이고, 또한 환경오염 문제에도 기여할 수 있는 겔상 방수제를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 겔상 방수제의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제3 목적은 상기 겔상 방수제를 사용하여 콘크리트 벽체를 방수하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제1 목적은, 조성물 100 중량부를 기준으로, 다음 조성을 갖는 겔상 방수제를 제공함으로서 달성된다:

- 유화 아스팔트 55 내지 57 중량부,

- 물 35 내지 40 중량부,

- 폐식용유 2 내지 5 중량부,

- 접착제 1 내지 2 중량부,

- 겔화성 중합체 4 내지 7 중량부, 및

- 겔화제 1.0 중량부.

또한, 본 발명의 제2 목적은 다음 단계를 포함하는 겔상 방수제의 제조방법에 의해 달성된다:

- 유화 아스팔트와 물을 상온에서 균일하게 혼합하는 단계,

- 상기 혼합물에 폐식용유를 첨가하여 5 내지 10분 동안 60 내지 80℃로 가열하여 액상의 혼합물을 얻는 단계,

- 상기 액상 혼합물에 접착제를 첨가하고 30 내지 50 rpm에서 20분 내지 30분 동안 교반하는 단계, 및

- 상기 액상 혼합물에 겔화성 중합체와 겔화제를 첨가한 다음 다시 30 내지 50 rpm에서 20분 내지 30분 동안 교반한 후 상온으로 냉각하여 겔상의 방수제를 얻는 단계.

또한, 본 발명의 제3 목적은 콘크리트 표면을 바탕정리 후 이물질을 제거하고, 겔상의 방수제를 5분 내지 3 시간 동안 1,000 내지 5,000 rpm의 속도로 교반하여 겔상의 방수제를 분쇄한 다음, 100 내지 250 ㎏f/㎠ 의 압력으로 스프레이 분무하는 방수 시공방법에 의해 달성된다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 겔상 방수제는 접착력이 우수하고, 온도 변화에 따른 콘크리트의 수축팽창으로 인해 저하되는 방수 효과를 높일 수 있으며, 또한 환경오염 문제에도 기여할 수 있다.

유화 아스팔트는 유화제 및 안정제를 포함하는 물속에 아스팔트(도로 포장용)를 미립자 상으로 분산시킨 아스팔트를 말한다. 이때 유화제 및 안정제의 종류에 따라 아스팔트 입자의 표면이 양전하를 갖는 양이온계, 음전하를 갖는 음이온계, 양/음 어느 전하도 갖지 않는 비이온계로 나눌 수 있다. 통상적으로, 유화제 및 안정제로써 양이온계는 지방 디아민염 및 암모늄염을 사용하고, 음이온계는 비누, 알킬술폰산염을 사용하고, 또 비이온계는 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르를 사용한다. 본 발명에서는 어떠한 형태의 유화 아스팔트를 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따라서, 유화 아스팔트는 조성물 총 100 중량부를 기준으로 55 내지 57 중량부의 양으로 사용된다. 그 함량이 55 중량부 미만이면 점성이 낮아 방수효과가 떨어지는 문제점이 생기고, 57 중량부를 초과하면 점성이 높아 방수효과가 떨어지는 문제점이 생긴다.

본 발명에 따라서, 유화 아스팔트와 혼합되는 물의 양은 조성물 총 100 중량부를 기준으로, 30 내지 35 중량부이다. 그 함량이 30 중량부 미만이면 점성이 높아 방수력이 떨어지는 문제점이 발생하고, 35 중량부를 초과하면 점성이 낮아져 방수 효과가 떨어지는 문제점이 발생한다.

본 발명에서 사용되는 폐식용유는 대두유, 팜유, 올리브유 등이 있으며, 이들은 고온 튀김처리 시 가열산화 또는 자동 산화되어 유리지방산, 공액이중결합물질, 산화물을 포함한다. 이러한 폐식용유는 본 발명에서 조성물 총 100 중량부를 기준으로 3 내지 5 중량부의 양으로 사용된다. 그 함량이 3 중량부 미만이면 인장강도가 높아져 갈림 현상이 나타나 방수 효과가 낮아지는 문제점이 발생하고, 5 중량부를 초과하면 인장강도가 낮아져 흐름 현상이 나타나 방수 효과가 낮아지는 문제점이 발생한다.

본 발명에서 사용될 수 있는 접착제는 스티렌-부타디렌 라텍스이며, 그 성분은 고형분 66 내지 72%, PH 농도 10.0 내지 11.0, 표면장력 30 내지 38 dyne/cm, 점도 750 내지 850 cps의 고유 물성을 갖는 고분자 물질로써, 입자경이 크고 고농도이다. 이러한 접착제의 사용량은 조성물 총 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부이며, 그 함량이 2 중량부 미만이면 콘크리트 표면과의 접착력이 떨어지는 문제점이 발생하고, 5 중량부를 초과하면 흡수력이 약해 방수 효과가 떨어지는 문제점이 발생한다.

본 발명에서는 상기와 같이 유화 아스팔트, 물 및 접착제를 포함하는 방수제를 겔 상(phase)으로 만들기 위해 겔화성 중합체를 사용한다. 겔화는 통상적으로 온도 변화에 의해 겔이 생성되는 물리적인 겔화와 화학물질을 첨가하여 겔화되는 화학적인 겔화가 있다.

겔화성 중합체 물질은 상온에서 자체로는 겔화가 이루어지지 않으며 40 내지 80℃ 정도로 승온한 후, 상온으로 냉각한 다음, 겔화제(젤라틴화제)를 첨가하여야 한다. 겔화성 중합체의 예로는 폴리티오펜, 트리아릴아민, 폴리인돌로카바졸 등이 있으며, 겔화제로는 유기 금속 화합물, 예를 들면, 겔화성 중합체와 착체를 형성할 수 있는 Pt(스티렌)₃가 있다.

본 발명에서 겔화성 중합체는 조성물 총 100 중량부를 기준으로 4 내지 7 중량부의 양으로 사용되며, 그 함량이 상기 범위를 벗어나면 점도가 너무 높아져 겔화가 이루어지지 않는다. 겔화제는 겔화성 중합체에 대해 약 1 중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.

이렇게 겔화된 방수제는 유동 가능하지 않고, 약 3,000 센티포아즈 정도의 점도를 갖는다. 어떠한 콘크리트일지라도 그 표면은 미세한 틈이나 공극이 형성되어 있는데, 본 발명에 따른 겔상 방수제를 콘크리트에 도포하는 경우, 특히 스프레이로 도포하게 될 때 겔이 분쇄되어 도포된다. 이때 겔 상태로 함수된 물의 1/2은 증발하게 되고, 나머지 1/2은 콘크리트 표면의 조직에 침투하게 된다. 여기서 증발된 물만큼 생긴 공극을 겔상의 방수제가 더 침투하게 되고, 또 고압에 의한 분무 도포로 결국 콘크리트 표면으로부터 1 내지 3 mm 의 깊이까지 침투하게 된다. 이와 같이 시공된 방수제는 온도 변화에 따른 수축팽창에 대응하기 때문에 접착력과 방수효과가 우수하다.

겔상 방수제의 제조 방법은 유화 아스팔트와 물을 상온에서 균일하게 혼합하고, 상기 혼합물에 폐식용유를 첨가하여 승온으로 가열하여 액상의 혼합물을 얻은 다음, 상기 액상 혼합물에 접착제를 첨가 및 교반한 후, 상기 액상 혼합물에 겔화 성 중합체와 겔화제를 첨가한 다음 다시 교반한 후 상온으로 냉각하는 것이다.

본 발명에 따른 겔상의 방수제는 유동성이 없으므로 그대로 콘크리트 면에 도포할 수 없다. 따라서 겔화 방수제를 교반에 의해 분쇄하여 분사하여야 한다. 교반은 약 5분 내지 3 시간 동안 약 1,000 내지 5,000 rpm의 속도로 이루어지고, 이와 같이 하여 얻어진 분쇄된 겔상의 방수제는 100 내지 250 ㎏f/㎠ 압력으로 분무기로 분무되어야 한다.

미세하게 분쇄된 겔상의 방수제는 높은 분무압에 의해 콘크리트 표면의 미세한 틈이나 공극에 침투하게 된다. 이때 겔 상태로 함수된 물의 1/2은 증발하게 되고, 나머지 1/2은 콘크리트 표면의 미세 조직에 침투하게 된다. 여기서 증발된 물의 공간을 더 높아진 겔상의 방수제가 1 내지 3 mm 까지 침투하게 되어 온도 변화에 따른 수축팽창에 대응하기 때문에 접착력과 방수효과가 우수하다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

<겔상 방수제의 제조>

실시예 1

먼저, 교반기가 구비된 100 리터의 철 용기에 원재료로서 시중에서 구입한 A사 제품의 유화 아스팔트 550 g과 물 360 g을 넣고 균일하게 혼합한 후, 폐식용유 30 g을 첨가한 다음 8분 동안 60℃까지 가열하여 액상의 혼합물을 얻었다.

상기 액상의 혼합물에 접착제로서 스티렌-부타디엔 라텍스 20 g을 첨가하고 50 rpm에서 25분 동안 교반하여 액상의 혼합물을 얻었다. 상기 액상의 혼합물에 겔화성 중합체로서 트리아릴아민 30 g과 겔화제로서 Pt(스티렌)₃ 10 g을 첨가하고 다시 50 rpm에서 30분 동안 교반한 다음 상온으로 냉각하여 본 발명에서 목적으로 하는 겔상의 방수제를 얻었다.

실시예 2

교반기가 구비된 100 리터의 철 용기에 원재료로서 시중에서 구입한 A사 제품의 유화 아스팔트 570 g과 물 350 g을 넣고 균일하게 혼합한 후, 폐식용유 20 g을 첨가한 다음 10분 동안 70℃까지 가열하여 액상의 혼합물을 얻었다.

상기 액상의 혼합물에 접착제로서 스티렌-부타디엔 라텍스 10 g을 첨가하고 50 rpm에서 30분 동안 교반하여 액상의 혼합물을 얻었다. 상기 액상의 혼합물에 겔화성 중합체로서 트리아릴아민 40 g과 겔화제로서 Pt(스티렌)₃ 10 g을 첨가하고 다시 50 rpm에서 30분 동안 교반한 다음 상온으로 냉각하여 본 발명에서 목적으로 하는 겔상의 방수제를 얻었다.

실시예 3

교반기가 구비된 100 리터의 철 용기에 원재료로서 시중에서 구입한 A사 제품의 유화 아스팔트 560 g과 물 350 g을 넣고 균일하게 혼합한 후, 폐식용유 30 g을 첨가한 다음 10분 동안 80℃까지 가열하여 액상의 혼합물을 얻었다.

상기 액상의 혼합물에 접착제로서 스티렌-부타디엔 라텍스 20 g을 첨가하고 50 rpm에서 30분 동안 교반하여 액상의 혼합물을 얻었다. 상기 액상의 혼합물에 겔화성 중합체로서 트리아릴아민 30 g과 겔화제로서 Pt(스티렌)₃ 10 g을 첨가하고 다시 50 rpm에서 30분 동안 교반한 다음 상온으로 냉각하여 본 발명에서 목적으로 하는 겔상의 방수제를 얻었다.

<방수 시공 실시예>

실시예 4

실시예 1에서 얻어진 겔상의 방수제를 10분 동안 2,000 rpm의 속도로 교반하여 겔상의 방수제를 분쇄한 후, 100 ㎏f/㎠ 압력의 분무기로 가로 x 세로 각 1 m 크기의 콘크리트 바닥에 분무하였다. 상기와 같이 처리된 콘크리트를 2일 동안 방치하였다.

실시예 5

실시예 2에서 얻어진 겔상의 방수제를 20분 동안 3,000 rpm의 속도로 교반하여 겔상의 방수제를 분쇄한 후, 250 ㎏f/㎠ 압력의 분무기로 가로 x 세로 각 1 m 크기의 콘크리트 바닥에 분무하였다. 상기와 같이 처리된 콘크리트를 2일 동안 방치하였다.

실시예 6

실시예 3에서 얻어진 겔상의 방수제를 30 분 동안 5,000 rpm의 속도로 교반하여 겔상의 방수제를 분쇄한 후, 200 ㎏f/㎠ 압력의 분무기로 가로 x 세로 각 1 m 크기의 콘크리트 바닥에 분무하였다. 상기와 같이 처리된 콘크리트를 2일 동안 방치하였다.

<물리적 성질 평가>

본 발명의 겔상 방수제를 사용하여 상기 실시예 4 내지 6에 따라 방수된 콘크리트의 방수 관련 물리적 성질을 평가하기 위해서 부착력, 갈림성, 흡수성, 내투수성, 인장성능 및 인열강도를 KSF 4919에 따라 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 1에 나타냈다.

항목		KSF 4919 기준	실시예 4	실시예 5	실시예 6
부착력 [N/㎠(kgf/㎠)]		80 이상	105	110	107
갈림성		잔갈림 없음	갈림 없음	갈림 없음	갈림 없음
흡수성(g)		2.0 이하	0.27	0.30	0.28
내투수성 (kgf/㎠)		3.1	이상 없음	이상 없음	이상 없음
인장성능	인장강도 [Nkgf/㎠(kgf/㎠)]	100 이상	101	103	102
	신장율(%)	50 이상	92	90	94
인열강도 [N/cm(kgf/㎠)]		50 이상	71	70	72

상기 표1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 4 내지 6에 따라 방수 시공된 콘크리트 표면은 부착력, 갈림성, 흡수성, 내투수성, 인장성능, 및 인열강도에 있어서, 기준치를 훨신 상회하는 우수한 결과를 얻었음을 알 수 있었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 조성물 100 중량부를 기준으로, 다음 조성을 갖는 겔상 방수제:
   - 유화 아스팔트 55 내지 57 중량부,
   - 물 35 내지 40 중량부,
   - 폐식용유 2 내지 5 중량부,
   - 접착제 1 내지 2 중량부,
   - 겔화성 중합체 4 내지 7 중량부, 및
   - 겔화제 1.0 중량부.
   
2. 제 1 항에 있어서, 접착제가 스티렌-부타디렌 라텍스이며; 겔화성 중합체가 폴리티오펜, 트리아릴아민 또는 폴리인돌로카바졸이며; 그리고 겔화제가 Pt(스티렌)₃인 것을 특징으로 하는 겔상 방수제.
   
3. 다음 단계를 포함하는 겔상 방수제의 제조방법:
   - 유화 아스팔트와 물을 상온에서 균일하게 혼합하여 혼합물을 얻는 단계,
   - 상기 혼합물에 폐식용유를 첨가하여 5 내지 10분 동안 60 내지 80℃ 로 가열하여 액상의 혼합물을 얻는 단계,
   - 상기 액상 혼합물에 접착제를 첨가하고 30 내지 50 rpm에서 20분 내지 30분 동안 교반하는 단계, 및
   - 상기 액상 혼합물에 겔화성 중합체와 겔화제를 첨가한 다음 다시 30 내지 50 rpm에서 20분 내지 30분 동안 교반한 후 상온으로 냉각하여 겔상의 방수제를 얻는 단계.
   
4. 제 3항에 있어서, 접착제가 스티렌-부타디렌 라텍스이며; 겔화성 중합체가 폴리티오펜, 트리아릴아민 또는 폴리인돌로카바졸이며; 그리고 겔화제가 Pt(스티렌)₃인 것을 특징으로 하는 겔상 방수제의 제조방법.
   
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