KR101346039B1 - 1액형 에폭시 에멀젼 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1액형 에폭시 에멀젼과 이를 이용한 에폭시 시멘트 접착마감재 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 습윤면에서도 접착력과 내마모성이 우수하고 경화속도가 빠른 에폭시 시멘트 접착마감재와 여기에 혼합 사용되는 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼 제조 방법은 에폭시 수지를 물에 유화시켜 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계와, 표면 개질 아민계 경화제를 보호콜로이드로 코팅하고 물에 분산시켜 수성화시키는 단계와, 상기 에폭시 수지 에멀젼과 수성화된 아민계 경화제를 혼합하는 단계를 포함하며, 여기에 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물과 모래 등 골재를 혼합하면 에폭시 시멘트 접착마감재가 제조된다.

Description

1액형 에폭시 에멀젼 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF ONE COMPONENT TYPE EPOXY EMULSION}
본 발명은 1액형 에폭시 에멀젼 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상온에서도 사용이 가능하면서도 건설용 습윤면에서도 접착력과 내마모성이 우수하고 경화속도가 빠른 에폭시 시멘트 접착마감재 제조를 위한 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 건축물이나 토목 구조물의 시공시 또는 도로 포장이나 바닥 마감시, 콘크리트, 목재, 철재 등의 하지면에 방수, 방청 및 방식을 목적으로 에폭시 시멘트 접착마감재가 시공된다.
이러한 에폭시 시멘트 접착마감재는 수성화된 2액형 에폭시와 시멘트 몰탈이 혼합된 형태로서, 종래에는, 대한민국 등록특허 제0168835호와 같이, 통상 주제와 경화제로 구성된 2액형 에폭시 접착제를 시멘트와 혼합하여 사용하는 경우가 대부분이었다. 그런데, 이와 같은 2액형 에폭시 시멘트 접착마감재의 경우, 현장에서 2가지 액상 물질을 혼합해야 하는 번거로움이 존재하고, 경화에 상당한 시간이 소요되며, 습윤면에서는 접착력이 떨어지고 내마모성이 좋지 못한 문제점이 있었다. 또한, 액상 제품의 저장 안정성 및 동절기 어는 문제점과 포장용기의 제한, 물류비용 증가 등의 추가적인 문제점도 내포하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 등록특허 10-0581377 호 등에서 1액형 에폭시 수지 조성물 및 이를 포함하는 시멘트 몰탈이 제안되었으나, 이러한 1액형 에폭시 수지 조성물도 경화 시간에 상당한 시간이 걸리거나, 경화불량 또는 습윤면에서는 접착성이나 내마모성이 떨어지는 문제점을 완벽하게 해소하지는 못하였다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 건축용 2액형 에폭시 시멘트 및 1액형 에폭시 시멘트의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 상온 경화로 콘크리트, 철판, 목재 기타 하지면과의 접착력 및 내마모성이 우수하고, 습윤면에서도 사용이 가능하며, 경화 시간이 매우 짧은 에폭시 시멘트 제조용 1액형 에폭시 에멀젼과, 이를 이용한 에폭시 시멘트 접착마감재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 에폭시 수지를 물에 유화시켜 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계와; 표면 개질 아민계 경화제를 보호콜로이드로 코팅하고 물에 분산시켜 수성화시키는 단계와; 상기 에폭시 수지 에멀젼과 수성화된 아민계 경화제를 혼합하는 단계를 포함하는 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법이다.
여기서, 상기 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계는, 물에 에폭시 수지 반응성 유화제와 에폭시 수지를 혼합하여 유화시켜 액상의 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계이다.
보다 구체적으로, 상기 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계는, 물 10~40중량%에 에폭시 수지 반응성 유화제 0.1~2.0중량%와 에폭시 수지 50~80중량%를 혼합한 후 강제 교반하면서, 추가적으로 물을 첨가하여 유화시켜 고형분이 50~80%인 액상의 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계이다.
그리고, 상기 에폭시 수지 반응성 유화제는 비이온성인 그리시지르에이텔류와 음이온 계면활성제가 혼합된 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면 개질 아민계 경화제를 수성화하는 단계는, 물에 보호콜로이드를 용해하여 분산시킨 다음, 표면 개질 아민계 경화제와, 음이온성 계면활성제 또는 글리콜에테르계 유화제를 넣고 교반하고, 여기에, 계면가교제와 회합형 우레탄 증점제를 혼합하여 수성화된 경화제를 제조하는 단계이다.
보다 구체적으로, 상기 표면 개질 아민계 경화제를 수성화하는 단계는, 물 20~40중량%에 보호콜로이드 PVA(Polyvinylalcohol)를 0.1~0.5중량%를 용해하여 분산시킨 다음, 표면 개질 아민계 경화제 50~80중량%와, 음이온성 계면활성제 소듐라우릴설페이트(sodium lauryl sulphate) 또는 글리콜에테르계(glycol ether) 유화제 0.1-1.0중량%를 넣고 교반하고, 여기에, 수용성 아미노산 또는 수용성 다관능성 산(polyfunctional acid)을 포함하는 계면가교제(interfacial crosslinking agent)를 적어도 0.1중량% 첨가하고, 여기에, 회합형 우레탄 증점제 0.3중량%와 물 10.0중량%를 넣어 혼합하여 고형분 50~80%의 수성화된 경화제를 제조하는 단계이다.
그리고, 상기 에폭시 수지 에멀젼과 수성화된 경화제를 혼합하는 단계는, 물 10~40중량%에 에폭시 수지 에멀젼 30~50중량%을 서서히 투입하면서 교반한 다음, 폴리카르복실산 0.1~0.5중량%와, 2-메틸-2-4-펜탄디올(2-methyl-2-4-pentandiol) 0.05~0.3중량%, 비이온성 지방 알콜 에테르 0.01~0.3중량%를 넣고 교반하고, 여기에, 수성화된 경화제 30~50중량%를 서서히 투입하면서 교반하고, 소포제 0.1~0.3중량%를 투입하고 교반하는 단계이다.
한편, 본 발명에 따른 에폭시 시멘트 접착마감재는 위와 같은 방법으로 제조된 1액형 에폭시 에멀젼에, 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물과 모래 및 골재를 혼합하여 제조된다.
여기서, 상기 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물은, 칼슘설포알루미네이트(3CaOㆍ3Al2O3ㆍCaSO4)를 포함하는 아윈계 클링커 분말과, 무수석고 및 반수석고가 혼합된 석고분말과, 포틀랜드 시멘트와, 실리카흄을 포함하며, 고유동화제, 응결지연제, 경화촉진제, 실란으로 처리된 방수용 분말수지, 수축저감제 및 소포제를 더 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 콘크리트, 철판, 목재 기타 하지면과의 접착력 및 내마모성이 우수하고, 습윤면에서도 사용이 가능하며, 경화 시간이 매우 짧은 에폭시 시멘트 제조용 1액형 에폭시 에멀젼과, 이를 이용한 에폭시 시멘트 접착마감재를 제공할 수 있다.
그리고, 1액형화로 단일 포장이 가능하여 생산, 유통, 시공시 발생하는 각종 사고, 포장 경비 증가, 사용 불편, 재료 손실 등의 문제점을 개선할 수 있으며, 저온경화형으로 통상 80℃ 이상에서 반응성이 좋은 에폭시를 상온에서 계절에 상관없이 일정하게 반응시킬 수 있으며, 열에 약한 에폭시를 수경성 무기질 결합제와 혼용함으로써 콘크리트와의 일체성도 향상되며, 저장안정성 향상으로 상온에서 충분한 작업성 확보가 가능 장점을 갖는다.
도 1 은 본 발명에 따른 1액형 에폭시 시멘트 조성물의 전체 제조 공정 단계를 나타낸 순서도,
도 2 는 본 발명에 따른 1액형 에폭시 시멘트 조성물에 사용되는 1액형 에폭시 에멀젼의 상세 제조 공정 단계를 나타낸 순서도,
도 3 은 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼의 건조시 조직 구조 변화를 모식적으로 나타낸 도면,
도 4a, 도 4b 및 도 4c 는 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼의 r건조 단계별 구조 변화를 촬영한 주사전자현미경 사진,
도 5 는 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼과 시멘트 몰탈이 경화되는 과정을 모식적으로 나타낸 도면,
도 6a 는 일반 시멘트의 조직 구조를 촬영한 주사전자현미경 사진,
도 6b 는 에폭시의 조직 구조를 촬영한 주사전자현미경 사진,
도 6c 는 본 발명에 따른 1액형 에폭시 시멘트의 조직 구조를 촬영한 주사전자현미경 사진.
도 7 은 본 발명에 따른 1액형 에폭시 시멘트와 2액형 에폭시 시멘트의 시공 상태를 비교한 사진,
도 8 은 본 발명에 따른 에폭시 시멘트 조성물의 하지면 상태에 따른 접착강도를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼과 이를 이용한 에폭시 시멘트 접착마감재의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 에폭시 시멘트 접착마감재의 제조 방법은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 1액형 에폭시 에멀젼을 제조하는 제1단계(ST1)와, 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물을 제조하는 제2단계(ST2), 및 각 단계에서 제조된 1액형 에폭시 에멀젼과 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물을 모래 및 기타 골재와 혼합하는 제3단계(ST3)로 구성된다.
먼저, 제1단계(ST1)로서 1액형 에폭시 에멀젼을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 도 2 에는 제1단계(ST1)의 세부적인 공정 순서도가 도시된다.
1액형 에폭시 에멀젼을 제조하기 위해, 첫번째 단계로서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 에폭시 수지를 물에 유화시켜 에폭시 수지 에멀젼을 제조한다(ST1-1). 구체적으로, 물 10~40중량%에 에폭시 수지 반응성 유화제 0.1~2.0중량%와 에폭시 수지 50~80중량%를 혼합한 후 강제 교반하면서 추가적으로 물을 서서히 첨가해 가면서 유화시키면 고형분이 50~80%인 액상의 에폭시 수지 에멀젼이 제조된다.
여기서, 상기 에폭시 수지 및 에폭시 수지 반응성 유화제의 종류에는 특별한 제한이 없으나, 에폭시 수지는 비스페놀 A형, EEW 190인 것이 바람직하고, 에폭시 수지 반응성 유화제는 비이온성인 그리시지르에이텔류와 음이온 계면활성제가 적당량 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그 다음, 표면 개질 아민계 경화제를 보호콜로이드로 코팅하고 물에 분산시켜 경화제를 수성화한다(ST1-2). 구체적으로, 물 20~40중량%에 보호콜로이드인 PVA(Polyvinylalcohol)를 0.1~0.5중량%를 용해하여 분산시킨 다음, 표면 개질 아민계 경화제(HEW 208) 50~80중량%와, 음이온성 계면활성제인 소듐라우릴설페이트(sodium lauryl sulphate;LOXANOL DPN4)) 또는 글리콜에테르계(glycol ether) 유화제 0.1-1.0중량%를 넣고 교반하여 아민계 경화제의 외곽층을 코팅한다. 그리고, 여기에, 폴리아크릴산과 같은, 수용성 아미노산 또는 수용성 다관능성 산(polyfunctional acid)인 계면가교제(interfacial crosslinking agent)를 적어도 0.1중량% 정도 첨가하여 반응성 아미노기를 갖는 아민계 경화제를 포함하는 코어를 형성한다. 그 다음, 회합형 우레탄 증점제 0.3중량%와 물 10.0중량%를 넣어 혼합하면 고형분 50~80%의 수성화된 경화제가 제조된다.
여기서, 상기 PVA는 보호콜로이드로서 작용하는 바, 보호콜로이드란 소수콜로이드의 전해질에 대한 불안정도를 줄이기 위해 사용하는 친수콜로이드를 말한다. 소수콜로이드는 전해질을 첨가하거나 가열하면 안정성을 잃고 쉽게 응결하는데, 이 소수콜로이드에 친수콜로이드를 가하면 소수콜로이드의 안정성이 증가하여 소량의 전해질 첨가나 가열에도 쉽게 응결하지 않는다. 이렇게 친수콜로이드가 소수콜로이드를 안정시키는 데 도움이 될 때, 이 친수콜로이드를 보호콜로이드라고 한다. 그 원리는 친수콜로이드 입자가 소수콜로이드 입자를 싸서, 전체적으로는 친수콜로이드 성질을 나타내기 때문인 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는 보호콜로이드인 PVA가 소수성인 아민계 경화제를 둘러싸 전체적으로 친수콜로이드 성질을 나타내도록 하여 물속에서 안정화된다. 본 발명에서PVA는 시멘트와 혼합시 강알칼리화될 때 주제와 경화제 표면에서 떨어져나와 물속에 용해되며, 수분이 건조되면서 주제와 경화제의 반응이 이루어지게 된다.
그 다음 단계로서, 위에서 유화된 에폭시 수지 에멀젼과 수성화된 경화제를 혼합하여 1액형 에폭시 에멀젼을 제조한다(ST1-3). 구체적으로, 물 10~40중량%에 위에서 제조된 에폭시 수지 에멀젼 30~50중량%을 서서히 투입하면서 교반한 다음, 폴리카르복실산 0.1~0.5중량%와, 2-메틸-2-4-펜탄디올(2-methyl-2-4-pentandiol) 0.05~0.3중량%, 비이온성 지방 알콜 에테르 0.01~0.3중량%를 넣고 교반하여 시멘트와의 상용성, 저장안정성, 용기세척성을 향상시킨다. 여기에, 수성화된 경화제 30~50중량%를 서서히 투입하면서 교반하고, 소포제 0.1~0.3중량%를 투입하고 교반하여 기포를 제거한 다음 혼합 공정을 마친다.
여기서, 상기 폴리카르복실산은 물속에서 시멘트 및 각종 산화물 분말이 쉽게 분산되어 반응성 및 유동특성에서 균질한 물성을 나타내도록 도와주는 수성용 분산제로서 작용한다. 그리고, 2-메틸-2-4-펜탄디올은 물과 혼합되면 수분의 증발을 막아주어 보습력을 높여주는 보습제 역할을 한다. 건설현장에서 사용되는 시멘트계 제품의 겉마름 방지와 급격한 수분 증발에 따른 작업 가능 시간이 짧아지는 것을 예방할 수 있게 한다. 또한, 비이온성 지방 알콜 에테르는 소수성을 가진 물질로 혼합 과정에서 재료 내부에 발생하는 기포를 쉽게 탈포되도록 해주는 역할을 하며 재료의 강도 증진 효과도 있다.
상술한 바와 같은 방법으로 1액형 에폭시 에멀젼이 제조되는 바, 이와 같이 보호콜로이드로 코팅된 경화제를 포함한 1액형 에폭시 에멀젼은 저장 안정성이 개선되고 저온 경화성도 양호하게 유지된다.
그 다음, 제2단계로서, 도 1 에 도시된 바와 같이, 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물을 제조한다. 상기 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물은 에폭시의 경화 속도를 증진시키는 조성물로서, 본원발명의 출원인이 기 출원하여 등록받은 특허 제10-1045952호에 게재된 초속경 방수시멘트를 사용한다.
상기 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물은 칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4) 30 ~ 60중량%를 포함하는 아윈계 클링커를 분쇄한 블레인 비표면적이 4,000~8,000cm2/g 인 분말 40 ~ 60중량%, 무수석고와 반수석고가 혼합된 블레인 비표면적이 4,000~6,000cm2/g 인 석고분말 20~40 중량%, 보통 포틀랜드시멘트 블레인 비표면적이 3,500~4,500cm2/g 인 시멘트 20~40 중량%, 실리카흄 블레인 비표면적이 150,000~250,000cm2/g 인 3~15 중량%가 배합되어 제조됨이 타당하다.
이에 더하여 상기 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물은 전체 조성물 100 중량부에 대해, 고유동화제 0.3~1.0 중량부, 응결지연제 0.2~1.0 중량부, 경화촉진제 평균입도 3~10㎛ 0.1~1.0 중량부, 실란으로 처리된 방수용 분말수지 1.0~6.0 중량부, 수축저감제 0.2~1.0 중량부, 소포제 0.1~1.0 중량부가 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 방수용 분말수지는 시멘트나 콘크리트 내의 SiO2와 반응하는 실란을 유화시켜 EVA 에멀전과 합성한 다음 분말화한 제품으로, 전체 조성물 100중량부에 대해 1 내지 30중량부가 배합되는 것이 바람직하다. 보통 콘크리트 내에 존재하는 기포(capillary pore)는 친수기인 OH그룹이 수분과 쉽게 접촉하게 되지만 실란이 존재하게 되면, OH그룹과 먼지 실란이 결합한 다음 기포 내 표면에 하이드로카본 그룹(알킬)을 형성하여 수분이 유입될 때 발수특성을 나타낸다.
또한, 상기 방수용 분말수지는 알킬트리알콕시 실란을 유화시켜 스프레이 건조방식으로 분말화한 제품으로 분말도가 높음으로 발생하는 점도상승 현상과 기포가 갇히게 되는 현상을 줄여 줄 뿐만 아니라 미장성을 부드럽게 해주며, 경화 후 조직내에 방수특성을 극대화 할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 상기 수축저감제는 습윤기능을 가지는 글리콜계를 사용하는 것이 타당하다. 분말도가 높은 경화촉진형 시멘트와 나노미터 크기의 폴리머 입자가 혼합될 때 점도가 상승하며 끈적임이 증가하는데 이는 외기에 노출된 현장에서는 온도와 바람의 영향으로 겉마름 현상이 증가하며 미장작업이 조금만 늦어도 주름현상이나 표면의 잔균열이 증가하는 바, 양생 후 표면처리 작업을 추가로 해야 되는 경우가 생기는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 상기 보습제로 글리콜계 보습제인 2,2-디메틸-1,3-프로판디올(2,2-Dimethyl-1,3-Propanediol)의 고분자 물질을 첨가하도록 함으로써 각종 무기질 입자의 분산성 향상과 폴리머 시멘트 슬러리의 습윤성을 증가시켜 작업 초기의 가사시간을 늘려주며, 표면에서의 급격한 수분이탈을 막아주어 표면의 균열발생을 현저히 감소시킬 수 있다. 이러한 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물의 구체적인 작용 및 물성은 특허 제10-1045952호에 상세히 기술되어 있으므로, 여기서는 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그 다음, 제3단계로서, 제1단계에서 제조된 1액형 에폭시 에멀젼과, 제2단계에서 제조된 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물을 혼합하고 여기에 모래나 기타 골재를 혼합하면 1액형 에폭시 시멘트 접착 마감재가 완성된다.
지금까지 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼 및 에폭시 시멘트 접착마감재의 제조 방법에 대하여 설명하였는 바, 이하에서는 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼과 에폭시 시멘트 접착마감재의 작용 메카니즘 및 물성에 대해 설명한다.
도 3 에는 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼의 건조 과정이 모식도로 도시되고, 도 4a, 도 4b 및 도 4c 에는 1액형 에폭시 에멀젼의 건조 단계별 조직 구조가 변화되는 모습이 나타난 SEM(주사전자현미경) 사진이 제시된다.
먼저, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 에폭시 에멀젼은 최초 에폭시 폴리머 입자가 물에 분산되어 있는 상태이다. 이는 도 4a 에 첨부된 에폭시 에멀젼의 SEM(주사전자현미경) 사진을 통해 확인된다. 도 4a 로부터 수 ㎛의 다양한 크기의 에폭시 폴리머 입자가 물에 분산되어 있는 것을 알 수 있다.
에폭시 에멀젼의 건조가 시작되어 수분이 증발하면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 에폭시 폴리머 입자간 간격이 가까워지면서 최밀충진 상태가 된다. 이는 도 4b 에 첨부된 SEM 사진을 통해 확인된다. 도 4b 로부터 건조 초기 수 ㎛의 다양한 크기를 가진 에폭시 폴리머 입자가 촘촘히 충진된 상태를 확인할 수 있다.
그 다음, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 입자간의 계면에 보호콜로이드가 빠져나오며 공극이 없는 연속적인 폴리머 필름이 형성될 때까지 폴리머 입자의 형상이 변형된다. 그리고, 최종적으로 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 입자의 막들을 가로지르는 거대분자 체인의 상호확산(interdiffusion of macromolecular chanins)이 일어나 폴리머 필름이 형성된다. 도 4c 로부터 건조 후기 표면 확산에 의해 폴리머 필름이 형성된 상태를 확인할 수 있다. 이러한 폴리머 필름의 형성으로 인하여 접착성이 우수해진다.
도 5 에는 본 발명에 따른 에폭시 시멘트 접착마감재의 경화 메카니즘이 모식도로 도시된다. 즉, 물과 에폭시 에멀젼, 에폭시 경화촉진용 수경성 조성물 및 모래 등의 골재를 혼합하여 교반 후 경화되기까지의 과정을 나타내었다. 도 5 를 참조하면, 최초, 에폭시 시멘트 접착마감재에는 파랑색으로 표시된 물이 에폭시 에멀젼과 혼재되어 있다. 입자별 크기로부터 알 수 있는 바와 같이, 100나노미터(=0.1㎛)의 에폭시 입자가 물에 분산되어 있고, 수마이크로미터의 시멘트입자가 물과 수화반응을 하면서 수분이 줄어들면 에폭시 입자는 시멘트 수화물이 성장하는 틈새에 몰리게 되며 기포와 함께 시멘트 수화물들 사이에 혼재하게 된다. 수화반응이 더욱 진행되면 수분이 감소함에 따라 에폭시 에멀젼의 필름화가 진행된다. 결국, 에폭시 필름은 시멘트와 모래 표면을 아주 얇은 막(thin film) 형태로 감싸게 되고, 시멘트의 기본 강도 외에 에폭시 필름의 강도로 경화제를 감싸는 유무기복합상으로 존재하게 되어 접착력과 강도, 방수성 및 내마모성을 향상시킨다.
도 6a 와 도 6b 에는 각각 시멘트와 에폭시의 SEM 사진이 제시되고, 도 6c에는 시멘트와 에폭시가 혼합된 에폭시시멘트 복합상의 SEM 사진이 제시된다. 도 6c로부터, 필름화된 에폭시가 시멘트 표면을 감싸고 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 에폭시는 통상 고온에서 활발하게 반응하는데, 본 발명에서는 70℃~80℃ 정도의 높은 수화열이 발생함으로써 에폭시의 반응을 촉진시켜 상온에서도 신속한 시공이 가능하게 된다. 일반 2액형 수성 에폭시 제품은 시멘트 혼합물과 혼합하더라도 완전 경화되는데 까지 약 3일 내지 5일 정도가 소요되나, 본 발명에 따른 1액형 에폭시 시멘트 접착마감재는 수화반응을 거치며 급격히 반응이 진행되어 약 1일 후에는 후속공정의 작업을 할 수 있을 정도로 경화속도가 빠르다.
실시예
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 에폭시 시멘트 접착마감재에 대한 물성 테스트를 위하여, 아래와 같은 배합으로 접착마감재 시료를 제조하였다.
표1. 에폭시 시멘트 접착마감재 시료 배합표



구분
배합비(총재료)
혼합수


계
에폭시
경화촉진용 수경성
조성물
모래
시멘트		 에폭시
에멀젼
(고형분 40%)
물
주제
경화제

실시예1
41.66%
41.66%
-
16.68%
-
-
-
100%

500g
500g
-
200g
-
-
-
1200g

실시예2
40%
40%
-
20%
-
-
-
100%

500g
500g
-
250g
-
-
-
1250g

실시예3
38.46%
38.46%
-
23.08%
-
-
-
100%

500g
500g
-
300g
-
-
-
1,300g

비교예1
(non-epoxy)
40%
40%
-
-
20%
-
-
100%

500g
500g
-
-
250g
-
-
1250g

비교예2
(2액형 epoxy)
-
40.00%
40.00%
-
-
15.80%
5.20%
100%

-
500g
500g
-
-
200g
66g
1266g
위와 같은 조건으로 제조된 실시예1, 실시예2, 실시예3 및 비교예1, 비교예2 시료에 대한 물성테스트 결과가 아래 표2에 제시된다.
표2. 1액형 에폭시 시멘트 접착마감재 물성테스트 결과


시험항목

시험규격

단위
결과(1액형 epoxy)
결과
(non-epoxy)
결과
(2액형 epoxy)

실시예1
실시예2
실시예3
비교예1
비교예2

응결시간(초결)		 KS F 2436:2007
시:분
0:43
0:45
0:50
3:30
3:00



압축강도
1일


KS F 2405:2005


MPa
25
28
20
10
-

7일
31
45.8
36
17
30

14일
35
49.4
52
24
43

28일
46
54.8
56.1
27
48



휨강도
1일


KS F 2408:2000


MPa
2.1
2.7
2.9
0.1
-

7일
2.7
3.0
4.3
0.17
9

14일
4.2
5.2
8
2.2
11

28일
6.5
9.4
11.15
1.4
12



부착강도
1일


ASTM C 882:2005


N/㎡
17.7
19.1
21
-
-

7일
19.5
22.6
23.1
0.17
17

14일
22.0
24.1
27
0.18
22

28일
23
25
27.2
0.2
24
길이변화율
(21일)
-경화수축
ASTM C 157
%
0.045
0.046
0.048
-
-
상대동탄성계수
(동결융해,
300cycles)
ASTM C 666
%
84
85
89
-
-
표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼을 포함하는 에폭시 시멘트 접착 마감재(실시예1, 실시예2, 실시예3)의 경우, 에폭시를 전혀 포함하지 않는 비교예1 및 2액형 에폭시를 사용한 비교예2와 비교할 때 상대적으로 매우 짧은 응결시간을 갖는 것으로 나타나 상온에서 신속한 경화가 일어나는 것을 알 수 있다. 다만, 에폭시 에멀젼의 양이 많아지면 수분의 증가로 건조시까지의 시간이 더 소요되므로 실시예3의 응결시간이 가장 길게 나타났다.
또한, 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼을 포함하는 접착마감재의 경우(실시예1, 실시예2, 실시예3), 압축강도와 부착강도 및 휨강도가 비교예1 및 비교예2와 비교하여 상대적으로 큰 것을 알 수 있다. 다만, 휨강도에 있어서는 2액형 에폭시를 사용한 비교예2가 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼을 사용한 경우 보다 높게 나타났으나, 전반적인 물성에서 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼을 포함하는 실시예가 평균적으로 우수한 물성치를 갖는 것으로 나타났다. 한편, 본 발명에 따른 1액형 에폭시 에멀젼을 포함하는 실시예 중에서는 에폭시 에멀젼의 함량이 높아질수록(실시예1, 실시예2, 실시예3 순) 압축강도와 휨강도 및 부착강도가 높아지는 것으로 나타났다.
한편, 습윤면에의 물성을 알아보기 위하여, 위 실시예2의 배합에 따른 1액형 에폭시 시멘트 접착마감재 시료와 위 통상적인 2액형 에폭시 시멘트 접착마감재 시료를 각각 습윤면(함수율 100%인 침수된 콘크리트면)과 건조면(함수율 50%인 건조 콘크리트면)에 시공 후 1일, 7일, 14일에 걸쳐 부착강도를 측정하였다. 여기서, 사용된 2액형 에폭시의 성분 및 물성, 배합비는 아래와 같다.
* 주제 : 국내산 비스페놀 A형 에폭시수지(Diglycidyl ether of bisphenol A; DGEBA)
- 에폭시 당량(Epoxy Equivalent) : 190-210
- 분자량(Molecular Weight) : 380
- 비중(Specific Gravity) : 1.17
- 점성(Viscosity(mPa.s,20)) :10,000
* 경화제 : 아민계 에폭시 경화제
- TAV*1(mgKOH/g) : 190-250
- 점성(Viscosity(cps at 25℃) : 3,000-10,000
* 주제:경화제 혼합비율 =100/33(경화 조건 : 80℃×2hr)
도 7 에는 1액형 에폭시 시멘트 접착마감재(a)와 2액형 에폭시 시멘트 접착마감재(b)가 시공된 예를 촬영한 사진이 제시되고, 도 8 에는 부착강도 결과 그래프가 제시된다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 1일 후, 2액형 에폭시 시멘트 접착마감재의 경우 습윤면에서의 부착강도가 약 4.8N/㎟로 1액형 에폭시 시멘트 접착마감재의 부착강도 10N/㎟의 50% 수준으로 나타났다. 또한, 2액형 에폭시 시멘트 접착마감재의 경우 하지면의 수분이 건조되지 않은 상태로 완전 건조시까지 4일 정도 소요되어 후속공정인 표면 코팅공사를 수행할 수 없었으나, 본 발명에 따른 1액형 에폭시 시멘트 접착마감재의 경우 습윤면에서 초기 부착력이 크고, 시멘트 수화열에 의한 건조 도 빨라 1일 경과 후에 후속공정이 가능하였다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 의하여 설명하였으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항 및 이에 균등한 모든 실시예에 미친다고 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 에폭시 수지를 물에 유화시켜 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계와;
    표면 개질 아민계 경화제를 보호콜로이드로 코팅하고 물에 분산시켜 수성화시키는 단계와;
    상기 에폭시 수지 에멀젼과 수성화된 아민계 경화제를 혼합하는 단계를 포함하되;
    상기 표면 개질 아민계 경화제를 수성화하는 단계는, 물에 보호콜로이드를 용해하여 분산시킨 다음, 표면 개질 아민계 경화제와, 음이온성 계면활성제 또는 글리콜에테르계 유화제를 넣고 교반하고, 여기에, 계면가교제와 회합형 우레탄 증점제를 혼합하여 수성화된 경화제를 제조하는 것을 특징으로 하는 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계는, 물에 에폭시 수지 반응성 유화제와 에폭시 수지를 혼합하여 유화시켜 액상의 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 것을 특징으로 하는 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 단계는, 물 10~40중량%에 에폭시 수지 반응성 유화제 0.1~2.0중량%와 에폭시 수지 50~80중량%를 혼합한 후 강제 교반하면서, 추가적으로 물을 첨가하여 유화시켜 고형분이 50~80%인 액상의 에폭시 수지 에멀젼을 제조하는 것을 특징으로 하는 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 반응성 유화제는 비이온성인 그리시지르에이텔류와 음이온 계면활성제가 혼합된 것을 특징으로 하는 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 개질 아민계 경화제를 수성화하는 단계는, 물 20~40중량%에 보호콜로이드 PVA(Polyvinylalcohol)를 0.1~0.5중량%를 용해하여 분산시킨 다음, 표면 개질 아민계 경화제 50~80중량%와, 음이온성 계면활성제 소듐라우릴설페이트(sodium lauryl sulphate) 또는 글리콜에테르계(glycol ether) 유화제 0.1-1.0중량%를 넣고 교반하고, 여기에, 수용성 아미노산 또는 수용성 다관능성 산(polyfunctional acid)을 포함하는 계면가교제(interfacial crosslinking agent)를 적어도 0.1중량% 첨가하고, 여기에, 회합형 우레탄 증점제 0.3중량%와 물 10.0중량%를 넣어 혼합하여 고형분 50~80%의 수성화된 경화제를 제조하는 것을 특징으로 하는 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 에멀젼과 수성화된 경화제를 혼합하는 단계는, 물 10~40중량%에 에폭시 수지 에멀젼 30~50중량%을 서서히 투입하면서 교반한 다음, 폴리카르복실산 0.1~0.5중량%와, 2-메틸-2-4-펜탄디올(2-methyl-2-4-pentandiol) 0.05~0.3중량%, 비이온성 지방 알콜 에테르 0.01~0.3중량%를 넣고 교반하고, 여기에, 수성화된 경화제 30~50중량%를 서서히 투입하면서 교반하고, 소포제 0.1~0.3중량%를 투입하고 교반하는 것을 특징으로 하는 1액형 에폭시 에멀젼의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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