KR101325017B1 - 고경도 속경성 폴리우레아 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

개시된 폴리우레아 수지 조성물은 말단에 이소시아네이트기를 갖는 프리폴리머와 쇄연장제 혼합물을 포함하며, 상기 쇄연장제 혼합물은, 디에틸톨루엔디아민, 디알킬아미노디페닐메탄, 폴리옥시프로필렌디아민, 폴리에테르트리아민, 안료, 메틸렌비스옥시클로로아닐린, 캐스터 오일, 자일렌포름알데히드 및 접착증진제를 포함한다. 상기 폴리우레아 수지 조성물은 폴리우레아의 속경성 및 높은 기계적 물성을 유지하면서도, 가사 시간을 증가시킴으로써, 폴리우레아 도막의 평활성을 향상시켜, 미려한 외관을 갖는 도막을 형성할 수 있다. 또한, 시공시 분진을 감소시켜 작업성을 개선하고 재료의 손실을 감소시킬 수 있다.

Description

고경도 속경성 폴리우레아 수지 조성물{HIGH-STRENGTH AND FAST-CURABLE POLYUREA RESIN COMPOSITION}

본 발명은 폴리우레아 수지를 형성할 수 있는 조성물 에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고경도 속경성 폴리우레아 수지 조성물 에 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 수지의 내구성을 증가시키기 위해서는 인장 강도와 경도를 높이는 것이 필요한데, 이를 위하여 디에틸톨루엔아민과 같은 쇄연장제의 양을 늘리는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 상기 디에틸톨루엔아민과 같은 쇄연장제의 양을 늘리면, 인장 강도 및 경도와 같은 기계적 강도를 증가시킬 수 있는 반면, 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI)로 합성된 이소시아네이트 프리폴리머와의 반응성이 증가하여, 시공시 가사시간을 확보하기 어려우며, 이로 인해 표면 평활성이 불량해질 수 있다. 또한, 빠른 반응성으로 인하여 스프레이 작업 시에 많은 분진과 재료 손실이 발생할 수 있다.

반면에, 쇄연장제의 사용양을 줄이면, 겔(gel) 타임과 가사시간을 확보하여 미려한 외관을 구현할 수 있으나, 인장강도 및 경도가 저하되어, 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 겔 타임과 가사 시간을 확보할 수 있으면서도 기계적 강도를 증가시킬 수 있는 폴리우레아 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레아 수지 조성물은 말단에 이소시아네이트기를 갖는 프리폴리머와 쇄연장제 혼합물을 포함하며, 상기 쇄연장제 혼합물은, 디에틸톨루엔디아민, 디알킬아미노디페닐메탄, 폴리옥시프로필렌디아민, 폴리에테르트리아민, 안료, 메틸렌비스옥시클로로아닐린, 캐스터 오일, 자일렌포름알데히드 및 접착증진제를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 프리폴리머는 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI)와 폴리프로필렌 글리콜의 반응으로 얻어진다.

일 실시예에서, 상기 프리폴리머의 NCO 함량은 14% 내지 16%이다.

일 실시예에서, 상기 쇄연장제 혼합물은, 디에틸톨루엔디아민 15.9 내지 18.4 중량%, 디알킬아미노디페닐메탄 3.3 내지 6.3 중량%, 폴리옥시프로필렌디아민 52.1 내지 56.4 중량%, 폴리에테르트리아민 3.4 내지 4.8 중량%, 안료 2 내지 5 중량%, 메틸렌비스옥시클로로아닐린 6.0 내지 7.6 중량%, 캐스터 오일 3.8 내지 7.4 중량%, 자일렌 포름알데히드 1.0 내지 7.3 중량% 및 접착증진제 0.1 중량% 이하를 포함한다.

본 발명에 따른 폴리우레아 수지 조성물은 폴리우레아의 속경성 및 높은 기계적 물성을 유지하면서도, 가사 시간을 증가시킴으로써, 폴리우레아 도막의 평활성을 향상시켜, 미려한 외관을 갖는 도막을 형성할 수 있다. 또한, 시공시 분진을 감소시켜 작업성을 개선하고 재료의 손실을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레아 수지 조성물을 이용한 도막 형성 공정에 사용되는 분사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

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 프리폴리머와 쇄연장제 혼합물을 포함한다. 상기 프리폴리머 및 쇄연장제 혼합물의 비율은 구체적 성분, 사용 양태 및 목적에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 약 1:1의 부피비로 사용될 수 있다.

상기 프리폴리머는 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI)를 다가알코올과 반응시켜 얻어질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 프리폴리머는 MDI와 폴리프로필렌 글리콜을 반응시켜 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리프로필렌 글리콜의 분자량은 1,000 내지 3,000일 수 있다. 상기 프리폴리머의 NCO(이소시아네이트기) 함량이 높아질수록, 도막의 경도가 높아지나, 반응 조절이 어렵다. 이러한 점을 고려하여. 본 실시예에서, 상기 프리폴리머의 NCO 함량은 14몰% 내지 16몰%이다.

상기 쇄연장제 혼합물은 디에틸톨루엔디아민, 디알킬아미노디페닐메탄, 폴리옥시프로필렌디아민, 폴리에테르트리아민, 안료, 메틸렌비스옥시클로로아닐린, 캐스터 오일, 자일렌포름알데히드 및 접착증진제를 포함한다.

상기 디에틸톨루엔아민은 폴리우레아의 가교도를 증가시킨다. 상기 디에틸톨루엔아민의 함량이 20 중량%를 초과할 경우, 인장 강도와 경도는 상승하지만, 도막의 자기평활성이 저하되어 미려한 외관을 구현하기 어려우며, 스프레이 분진이 증가하여 시공시 재료의 손실이 증가할 뿐만 아니라, 겔 타임 및 가사 시간이 감소한다. 따라서, 상기 디에틸톨루엔아민의 함량은, 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 20 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 15.9 중량% 내지 18.4 중량%를 사용한다.

상기 디알킬아미노디페닐메탄은 폴리우레아의 가교도를 증가시킨다. 상기 디알킬아미노디페닐메탄의 함량이 10 중량%를 초과할 경우, 용액의 점도가 과도하게 증가하여, 스프레이 작업이 용이하지 않으며, 폴리우레아의 과반응을 유도하여 물성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 디알킬아미노디페닐메탄의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 10 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3.3 중량% 내지 6.3 중량%를 사용한다.

상기 폴리옥시프로필렌디아민은 폴리우레아의 신율을 증가시킨다. 예를 들어, 상기 폴리옥시프로필렌디아민의 분자량은 400 내지 4,000일 수 있다. 상기 폴리옥시프로필렌디아민의 함량이 60 중량%를 초과할 경우, 인장 강도 및 경도가 저하될 수 있다. 따라서, 상기 폴리옥시프로필렌디아민의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 60 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 52.1 중량% 내지 56.4 중량%를 사용한다.

상기 폴리에테르트리아민은 가교도를 증가시키며, 경화 시간 조절을 위해 사용된다. 예를 들어, 상기 폴리에테르트리아민의 분자량은 400 내지 5,000일 수 있다. 상기 폴리에테르트리아민의 함량이 5 중량%를 초과할 경우, 삼관능기 가교도가 증가하여 신율이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 폴리에테르트리아민의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 5 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는3.4 중량% 내지 4.8 중량%를 사용한다.

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. 상기 안료의 함량이 2 중량% 미만인 경우, 은폐력이 저하되며, 5 중량%를 초과하는 경우, 점도가 과도하게 상승하여, 작업성이 저하된다. 따라서, 상기 안료의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 2 중량% 이상 5 중량% 이하인 것이 바람직하다.

상기 메틸렌비스옥시클로로아닐린은 가교도를 증가시키며, 신율 조절을 위해 사용된다. 상기 메틸렌비스옥시클로로아닐린의 함량이 8 중량%를 초과하는 경우, 용액의 점도가 상승하여, 원료의 균일한 분산이 어려워지며, 폴리우레아의 과반응을 유도할 수 있다. 따라서, 상기 메틸렌비스옥시클로로아닐린의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 8 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 6.0 중량% 내지 7.6 중량%를 사용한다.

상기 캐스터 오일은 상기 용액의 분산성을 증가시키고, 비산 먼지를 감소시킨다. 상기 캐스터 오일은 종래의 코팅 조성물에 사용되는 것이 사용될 수 있다. 상기 캐스터 오일의 함량이 8 중량%를 초과하는 경우, 폴리우레아 도막의 신율 저하로 인한 내구성이 감소하여 쉽게 손상될 수 있으며, 폴리우레아 반응성 저하로 인하여 도막의 기계적 물성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 캐스터 오일의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 8 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3.8 중량% 내지 7.4 중량%를 사용한다.

상기 자일렌 포름알데히드는 폴리우레아 도막의 경도와 자기평활성을 향상시킨다. 상기 자일렌 포름알데히드의 함량이 8 중량%를 초과하는 경우, 착색력 및 색상 발현이 저하되며, 용액의 점도가 과도하게 상승한다. 또한, 다른 원료와의 비중 차이로 인하여 용액의 저장 안정성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 자일렌 포름알데히드의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 8 중량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1.0 중량% 내지 7.3 중량%를 사용한다.

상기 접착 증진제는, 상기 폴리우레아 도막과 부착되는 기저층과의 부착력을 증가시킨다. 상기 접착 증진제로는 실란 커플링제가 사용될 수 있다. 상기 접착 증진제의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우, 폴리우레아 이중 코팅 시에 실란 성분이 베어나와 부착력을 오히려 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 접착 증진제의 함량은 상기 쇄연장제 혼합물의 전체 중량의 0.1 중량% 이하인 것이 바람직하다.

도막 형성 방법

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레아 수지 조성물을 이용한 도막 형성 공정에 사용되는 분사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 분사 장치는, 프리폴리머를 수용하는 제1 용기(10) 및 쇄연장제 혼합물을 수용하는 제2 용기(20)를 포함한다. 상기 프리폴리머는 MDI와 폴리프로필렌 글리콜을 반응시켜 얻어지며, 상기 쇄연장제 혼합물은 디에틸톨루엔디아민, 디알킬아미노디페닐메탄, 폴리옥시프로필렌디아민, 폴리에테르트리아민, 안료, 메틸렌비스옥시클로로아닐린, 캐스터 오일, 자일렌포름알데히드 및 접착증진제를 포함한다.

상기 프리폴리머 및 상기 쇄연장제 혼합물은 기설명된 것과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 프리폴리머 및 상기 쇄연장제 혼합물은 서로 분리된 라인을 따라 고압 펌프(30)로 이송되어 분사를 위해 높은 압력, 예를 들어, 1,800 psi 내지 2,000 psi이 가해진다. 다음으로, 상기 프리폴리머 및 상기 쇄연장제 혼합물은 서로 분리된 라인을 따라 분사부(50)로 이송되며, 그 과정에서 열선(40)에 의해 반응에 적절한 온도, 예를 들어, 60℃ 내지 80℃로 승온된다. 상기 프리폴리머 및 상기 쇄연장제 혼합물은 반응성이 매우 높으므로, 각각의 노즐에 의해 분사되거나, 분사 직전에 합쳐진다. 상기 프리폴리머 및 상기 쇄연장제 혼합물이 서로 접촉하게 되면, 아래와 같이, 이소시아네이트와 아민기의 반응이 빠르게 일어나, 폴리우레아를 형성함으로써, 도막이 형성된다.

R-NCO + R'-NH2 → R-NH-CO-NH-R'

상기 프리폴리머 및 쇄연장제 혼합물은 콘트리트 또는 철근에 직접 분사되거나, 먼저 도포된 프라이머층(하도막) 또는 중도막 위에 분사되어 상도막을 형성할 수 있다. 상기 하도막 및 중도막은 폴리우레아 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지 등으로 이루어질 수 있다.

상기 폴리우레아 도막의 두께는 약 1 mm 내지 2 mm일 수 있다.

본 발명에 따르면, 폴리우레아의 속경성 및 높은 기계적 물성을 유지하면서도, 가사 시간을 증가시킴으로써, 폴리우레아 도막의 평활성을 향상시켜, 미려한 외관을 갖는 도막을 형성할 수 있다. 또한, 시공시 분진을 감소시켜 작업성을 개선하고 재료의 손실을 감소시킬 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, MDI와 폴리프로필렌글리콜의 반응에 의해 얻어지며, NCO 함량이 약 15몰%인 프리폴리머를 준비하였다. 분사 장치를 이용하여, 상기 쇄연장제 혼합물과 상기 프리폴리머를 약 1,900 psi의 압력으로, 약 70℃에서 분사하여, 가로 및 세로폭이 각 30cm인 폴리에틸렌 판에 약 1.5cm의 두께로 도막을 형성한 후, 물성(겔타임, 태크프리(tack-free)타임, 인장강도, 경도)을 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다. 구체적으로, 만능인장시험기를 이용하여 인장 강도를 측정하고, Shore D 경도계를 이용하여 경도를 측정하였다.

표 1

표 1을 참조하면, 메틸렌비스옥시클로로아닐린, 캐스터 오일, 자일렌 포름알데히드 등을 포함하지 않은 비교예와 비교하여, 실시예 1 내지 5의 쇄연장제 조성물을 이용하여 형성된 도막은 우수한 경도를 가질 수 있으며, 겔 타임과 태크프리타임이 증가함으로써, 도막의 평활성을 증가시켜 외관 불량을 방지할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 폴리우레아 수지 조성물은 건축물 등의 내외부 방수, 바닥 시공, 마감재 등으로 사용될 수 있다.

Claims (4)

1. 말단에 이소시아네이트기를 갖는 프리폴리머와 쇄연장제 혼합물을 포함하며, 상기 쇄연장제 혼합물은,
   디에틸톨루엔디아민, 디알킬아미노디페닐메탄, 폴리옥시프로필렌디아민, 폴리에테르트리아민, 안료, 메틸렌비스옥시클로로아닐린, 캐스터 오일, 자일렌포름알데히드 및 접착증진제를 포함하는 폴리우레아 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 프리폴리머는 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI)와 폴리프로필렌 글리콜의 반응으로 얻어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레아 수지 조성물.
3. 제2항에 있어서, 상기 프리폴리머의 NCO 함량은 14몰% 내지 16몰%인 것을 특징으로 하는 폴리우레아 수지 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 쇄연장제 혼합물은,
   디에틸톨루엔디아민 15.9 내지 18.4 중량%;
   디알킬아미노디페닐메탄 3.3 내지 6.3 중량%;
   폴리옥시프로필렌디아민 52.1 내지 56.4 중량%;
   폴리에테르트리아민 3.4 내지 4.8 중량%;
   안료 2 내지 5 중량%;
   메틸렌비스옥시클로로아닐린 6.0 내지 7.6 중량%;
   캐스터 오일 3.8 내지 7.4 중량%; 및
   자일렌 포름알데히드 1.0 내지 7.3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레아 수지 조성물.

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