KR101309513B1 - 반응 조절이 가능한 상온 경화형 폴리우레아 수지 조성물 - Google Patents

반응 조절이 가능한 상온 경화형 폴리우레아 수지 조성물 Download PDF

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김영근
김성래
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Abstract

개시된 폴리우레아 수지 조성물은 헥사메틸렌디이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트와 쇄연장제 혼합물을 포함한다. 상기 쇄연장제 혼합물은, 아민 당량이 279인 제1 아스파틱 에스테르(aspartic ester), 아민 당량이 290인 제2 아스파틱 에스테르, 소포제, 분산제, 수분흡습제, 안료, 탄산칼슘, 바륨 설페이트, 활석 분말, 자일렌 및 자외선 안정제를 포함한다. 상기 폴리우레아 수지 조성물은 경화 속도가 상대적으로 느리다. 따라서, 스프레이뿐만 아니라, 붓, 롤러 등으로 도포 작업이 가능하므로, 고가의 대형 분사 기계와 숙련된 인력 없이도, 방수, 방식 및 방청 기능을 갖는 폴리우레아 도막의 형성이 가능할 뿐만 아니라, 분사 공정에서 수반되는 재료의 손실 및 작업 환경의 악화를 방지할 수 있다.

Description

반응 조절이 가능한 상온 경화형 폴리우레아 수지 조성물{REACTION-CONTROLLABLE AND ROOM-TEMPERATURE-CURABLE POLYUREA RESIN COMPOSITION}
본 발명은 폴리우레아 수지를 형성할 수 있는 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반응 조절이 가능하며 상온 경화형인 폴리우레아 수지 조성물에 관한 것이다.
폴리우레아 수지는 높은 기계적 물성을 보유하고 있기 때문에, 우레탄과 에폭시로 대표되는 유기 방수 재료에 비하여 뛰어난 내구성을 발휘할 수 있다. 또한, 폴리우레아 수지는 경화속도가 빨라서 시공 시간이 짧을 뿐만 아니라, 우레탄이나 에폭시 수지에 비하여 소수성을 가지고 있어, 표면에 습기가 있거나 낮은 온도의 표면에도 직접 분사가 가능하며, 내열성이 강하여 적용 범위가 확대되고 있다.
상기 폴리우레아 수지는 반응이 매우 빠르게 일어나기 때문에, 일반적인 혼합 및 교반 작업이 불가하며, 이로 인해 폴리우레아 도막 형성 작업에는 고온/고압의 대형 기계장비 및 숙련된 인력을 필요로 한다.
또한, 일반적인 롤러 및 붓 도장이 어렵기 때문에, 콘크리트 구조체의 모서리나 각진 부위에는 작업이 어려우며, 속경성의 특징으로 인하여, 구조체에 핀홀이 있는 경우, 기포가 발생하는 문제점이 있다
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수작업이 가능한 상온경화형 폴리우레아 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레아 수지 조성물은 헥사메틸렌디이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트와 쇄연장제 혼합물을 포함한다. 상기 쇄연장제 혼합물은, 아민 당량이 279인 제1 아스파틱 에스테르(aspartic ester), 아민 당량이 290인 제2 아스파틱 에스테르, 소포제, 분산제, 수분흡습제, 안료, 탄산칼슘, 바륨 설페이트, 활석 분말, 자일렌 및 자외선 안정제를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 쇄연장제 혼합물은, 상기 제1 아스파틱 에스테르 및 상기 제2 아스파틱 에스테르를 포함하는 아스파틱 에스테르 혼합물 46 중량% 내지 53 중량%, 상기 소포제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%, 상기 분산제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%, 상기 수분 흡습제 1 중량% 내지 5 중량%, 상기 안료 10 중량% 내지 20 중량%, 상기 탄산칼슘 13 중량% 내지 16 중량%, 상기 바륨 설페이트 3 중량% 내지 7 중량%, 상기 활석 분말 7 중량% 내지 12 중량%, 상기 자일렌 2 중량% 내지 5 중량% 및 상기 자외선 안정제 0.3 중량% 내지 0.7 중량%를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 아스파틱 에스테르 및 상기 제2 아스파틱 에스테르의 중량비는 65:35 내지 55:45이다.
일 실시예에서, 상기 쇄연장제 혼합물은, 폴리옥시프로필렌디아민 3 중량% 내지 4 중량%를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 쇄연장제 혼합물은, 평활성 부여제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 이소시아네이트는 5 중량% 이하의 자일렌과 혼합된다.
본 발명에 따른 폴리우레아 수지 조성물은 경화 속도가 상대적으로 느리다. 따라서, 스프레이뿐만 아니라, 붓, 롤러 등으로 도포 작업이 가능하므로, 고가의 대형 분사 기계와 숙련된 인력 없이도, 방수, 방식 및 방청 기능을 갖는 폴리우레아 도막의 형성이 가능할 뿐만 아니라, 분사 공정에서 수반되는 재료의 손실 및 작업 환경의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리우레아 수지 조성물은 지방족화합물이며 자외선 안정제를 포함함으로써, 도막의 황변 현상을 방지하여 미려한 외관을 구현할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
폴리우레아 수지 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레아 수지 조성물은 이소시아네이트와 쇄연장제 혼합물을 포함한다. 상기 이소시아네이트 및 쇄연장제 혼합물의 비율은 구체적 성분, 사용 양태 및 목적에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 약 1:2의 중량비로 사용될 수 있다.
상기 이소시아네이트는 헥사메틸렌디이소시아네이트를 포함하며, 점도 조절을 위하여 자일렌과 혼합될 수 있다. 상기 자일렌의 함량은 상기 이소시아네이트/자일렌 혼합물 전체 중량에 대하여 5 중량% 이하인 것이 바람직하다. 상기 이소시아네이트의 NCO(이소시아네이트기) 함량이 높아질수록, 도막의 경도가 높아지나, 반응 조절이 어렵다. 이러한 점을 고려하여. 본 실시예에서, 상기 이소시아네이트의 NCO 함량은 16% 내지 18%이다.
상기 쇄연장제 혼합물은 아민 당량(아민 화합물의 분자량/아민의 활성 수소 개수)이 약 279인 제1 아스파틱 에스테르(aspartic ester), 아민 당량이 약 290인 제2 아스파틱 에스테르, 소포제, 분산제, 수분흡습제, 안료, 탄산칼슘, 바륨 설페이트, 활석 분말, 자일렌 및 자외선 안정제를 포함한다.
상기 제1 아스파틱 에스테르는 가사시간을 조절하고, 도막의 경도를 향상시킨다. 상기 제2 아스파틱 에스테르는 가사시간을 조절한다. 상기 제1 아스파틱 에스테르 및 상기 제2 아스파틱 에스테르를 포함하는 아스파틱 에스테르 혼합물의 함량이 60 중량%를 초과할 경우, 인장 강도 및 경도가 저하될 수 있다. 따라서, 상기 아스파틱 에스테르 혼합물의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 60 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 46 중량% 내지 53 중량%를 사용한다.
또한, 도막의 경도를 고려하였을 때, 상기 제1 아스파틱 에스테르의 함량이, 상기 제2 아스파틱 에스테르의 함량보다 큰 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 제1 아스파틱 에스테르 및 상기 제2 아스파틱 에스테르의 중량비는 65:35 내지 55:45이다.
상기 소포제는 상기 쇄연장제 혼합물에 소포 성능을 부여한다. 상기 소포제의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 0.1 중량% 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 소포제로는 BYK-054, EFKA-2020, BYK-535 (이상 상품명) 등이 사용될 수 있다.
상기 분산제는, 상기 쇄연장제 혼합물의 분산성을 향상시킨다. 상기 분산제의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 0.1 중량% 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 분산제로는 BYK-110, BYK-9076, BYK-161(이상 상품명) 등이 사용될 수 있다.
상기 수분 흡습제는 폴리우레아 도막의 경화시에 수분 흡습을 증가시켜, 도막의 기계적 물성을 증가시킬 수 있다. 상기 수분 흡습제의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 1 중량% 내지 5 중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3 중량% 내지 4 중량%이다. 예를 들어, 상기 수분 흡습제로는 SILIPORITE SA-1720(상품명) 등이 사용될 수 있다.
상기 안료는 폴리우레아 도막의 색상을 나타내고, 필러의 역할을 한다. 상기 안료는 TiO2와 같은 무기 안료 및 유기 안료를 포함할 수 있으며, 프로필렌 글리콜 등과 같은 용제에 분산된 것일 수 있다. 바람직하게, 상기 안료는 백색 안료이다. 상기 안료의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 10 중량% 내지 20 중량%인 것이 바람직하다.
상기 탄산칼슘은 폴리우레아 도막의 경도를 향상시키고, 은폐력을 증가시킨다. 바람직하게, 중질 탄산칼슘이 사용될 수 있다. 상기 탄산칼슘의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 20 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게, 13 중량% 내지 16 중량%이다.
상기 바륨 설페이트는 폴리우레아 도막에 살오름성을 부여한다. 상기 바륨 설페이트의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 10 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게, 3 중량% 내지 7 중량%이다.
상기 활석 분말은 폴리우레아 도막의 은폐력을 증가시키고, 고형분의 침강을 방지한다. 상기 활석 분말의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 15 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게, 7 중량% 내지 12 중량%이다.
상기 자일렌은, 상기 쇄연장제 혼합물의 분산성을 향상시키고, 작업성을 증진한다. 상기 자일렌의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 7 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게, 2 중량% 내지 5 중량%이다.
상기 자외선 안정제는 폴리우레아 도막의 황변 현상을 억제한다. 상기 자외선 안정제의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 1 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게, 0.3 중량% 내지 0.7 중량%이다. 예를 들어, 상기 자외선 안정제로는 TINUVIN B97, TINUVIN 292, ZIKA-UVS3(이상 상품명) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 쇄연장제 혼합물은 폴리옥시프로필렌디아민 및 평활성 부여제(레벨링제)를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리옥시프로필렌디아민은 폴리우레아 도막의 신율을 증가시킬 수 있다. 상기 폴리옥시프로필렌디아민의 함량이 5 중량%를 초과하는 경우, 경화시간이 과도하게 증가하고, 경도가 저하될 수 있다. 따라서, 상기 폴리옥시프로필렌디아민의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 5 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게, 3 중량% 내지 4 중량%이다.
상기 평활성 부여제는 폴리우레아 도막의 평탄성을 증가시킨다. 상기 평활성 부여제의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 0.1 중량% 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 평활성 부여제로는 BYK-306, BYK-320, BYK-354(이상 상품명) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 폴리우레아 수지 조성물은, 이소시아네이트와 쇄연장제 혼합물을 교반한 후, 피도물에 도포되고, 시간이 지남에 따라 경화(이소시아네이트와 아민기가 반응)됨으로써 폴리우레아 도막을 형성한다. 상기 피도물은 콘크리트, 철근, 수지층 등일 수 있다. 상기 수지층은, 하도층(프라이머층) 또는 중도층일 수 있으며, 상기 하도층 및 중도층은 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 또는 폴리우레아 수지 등으로 이루어질 수 있다. 상기 도막의 두께는 약 0.2 내지 0.4mm일 수 있다.
본 발명의 폴리우레아 수지 조성물은, 경화 속도가 상대적으로 느리다. 따라서, 스프레이뿐만 아니라, 붓, 롤러 등으로 도포 작업이 가능하므로, 고가의 대형 분사 기계와 숙련된 인력 없이도, 방수, 방식 및 방청 기능을 갖는 폴리우레아 도막의 형성이 가능할 뿐만 아니라, 분사 공정에서 수반되는 재료의 손실 및 작업 환경의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리우레아 수지 조성물은 자외선 안정제를 포함함으로써, 도막의 황변 현상을 방지하여 미려한 외관을 구현할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통하여, 본 발명의 폴리우레아 수지 조성물의 효과를 알아보기로 한다.
폴리우레아 도막 성능 평가
아래 표 1에 따라 쇄연장제 혼합물을 준비하고, 헥사메틸렌디이소시아네이트 97 중량% 및 자일렌 3 중량%를 포함하는 이소시아네이트 혼합물을 준비하였다. 도포 장치를 이용하여, 상기 쇄연장제 혼합물과 상기 이소시아네이트 혼합물을 교반한 후, 폴리에틸렌 판에 약 0.4 mm의 두께로 도막을 형성한 후, 물성(겔타임, 태크프리타임, 인장강도, 경도)을 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다. 구체적으로, 만능인장시험기를 이용하여 인장 강도를 측정하고, Shore D 경도계를 이용하여 경도를 측정하였다. 내마모성은 일정 시간 마모시킨 후, 도막의 감소된 중량을 측정하였다. 내굽힘성은 도막을 180도 굽힌 후, 깨짐 등이 나타나는지를 관찰하였다. 변색안정성은 일정시간 광에 노출한 후, 황변 현상이 나타나는지 여부를 관찰하였다. 가사 시간은 작업이 가능한 시간을 측정하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
아스파틱에스테르(아민당량 279)
(상품명:Desmophen NH-1420)		 27.0 30.0 27.0 29.0
아스파틱에스테르(아민당량 290)
(상품명:Desmophen NH-1520)		 19.6 22.3 20.3 18.6
폴리옥시프로필렌디아민
(상품명:JEFFAMINE D-2000)		 4.0 - - -
소포제(상품명:BYK-054) 0.3 0.3 0.3 0.3
평활성 부여제(상품명:BYK-306) 0.3 0.3 0.3 0.3
분산제(상품명:BYK-110) 0.3 0.3 0.3 0.3
수분 흡습제
(상품명:SILIPORITE SA-1720)		 4.0 4.0 3.0 3.0
백색 안료
(상품명:PRETIOX RGU)		 14.0 14.0 14.0 14.0
중질 탄산칼슘 13.5 11.8 14.9 15.0
바륨 설페이트 5.0 5.0 5.0 5.0
활석 분말 7.0 7.0 12.0 9.0
자일렌 4.5 4.5 2.4 5.0
자외선 안정제
(상품명: TINUVIN B97)		 0.5 0.5 0.5 0.5
쇄연장제 총중량(g) 100 100 100 100
중량비(쇄연장제/이소시아네이트) 2:1 2:1 2:1 2:1
인장강도(N/mm2) 13 15 16 16
경도 (Shore D) 45 51 52 52
내굽힘성 양호 양호 양호 양호
내마모성(손실량, mg) 15 13 13 13
변색안정성 양호 양호 양호 양호
가사시간(분) 12 30 30 30
경화시간(분) 220 160 160 120
본 발명에 따른 폴리우레아 수지 조성물은 건축물 등의 내외부 방수, 바닥 시공, 마감재 등으로 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 헥사메틸렌디이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트와 쇄연장제 혼합물을 포함하며, 상기 쇄연장제 혼합물은,
    아민 당량이 279인 제1 아스파틱 에스테르(aspartic ester), 아민 당량이 290인 제2 아스파틱 에스테르, 소포제, 분산제, 수분흡습제, 안료, 탄산칼슘, 바륨 설페이트, 활석 분말, 자일렌 및 자외선 안정제를 포함하는 폴리우레아 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쇄연장제 혼합물은,
    상기 제1 아스파틱 에스테르 및 상기 제2 아스파틱 에스테르를 포함하는 아스파틱 에스테르 혼합물 46 중량% 내지 53 중량%;
    상기 소포제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%;
    상기 분산제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%;
    상기 수분 흡습제 1 중량% 내지 5 중량%;
    상기 안료 10 중량% 내지 20 중량%;
    상기 탄산칼슘 13 중량% 내지 16 중량%;
    상기 바륨 설페이트 3 중량% 내지 7 중량%;
    상기 활석 분말 7 중량% 내지 12 중량%;
    상기 자일렌 2 중량% 내지 5 중량%; 및
    상기 자외선 안정제 0.3 중량% 내지 0.7 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레아 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 아스파틱 에스테르 및 상기 제2 아스파틱 에스테르의 중량비는 65:35 내지 55:45인 것을 특징으로 하는 폴리우레아 수지 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 쇄연장제 혼합물은, 폴리옥시프로필렌디아민 3 중량% 내지 4 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레아 수지 조성물.
  5. 제2항에 있어서, 상기 쇄연장제 혼합물은, 평활성 부여제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레아 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이소시아네이트는 5 중량% 이하의 자일렌과 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리우레아 수지 조성물.
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