KR101468466B1 - 친환경 복합 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법 - Google Patents

친환경 복합 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 복합 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법에 관한 것으로서, 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 기재 수지로 사용하고 여기에 경화제인 수산화금속염 등을 첨가하여 도료를 제조하는데, 이 때 상기 수산화금속염을 전처리하여 표면에 유기실란기를 도입함으로써 점도 상승을 방지하고 이소프렌 고무를 포함함으로써 수축을 방지하여 균열 문제를 해결할 수 있는 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호 시공 기술을 제공한다.
본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료는 피도체인 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면과의 부착성이 뛰어나고, 내구성, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하며, 아울러 도막 형성의 균일성과 표면 균열 발생 방지 성능도 매우 우수하므로, 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 표면 보호 효과가 우수하다.

Description

친환경 복합 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법{Eco-friendly coating material composition and construction method for surface protection of steel structure and concrete structure using the same}
본 발명은 친환경 복합 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법에 관한 것으로서, 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 표면을 효과적으로 보호하는 동시에 내구성, 내수성, 내후성 등의 물리적 특성이 강화된 친환경 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 표면 보호 시공 기술에 관한 것이다.
일반적으로 건축 구조물, 그 중에서도 강재 또는 콘크리트로 이루어진 건축 구조물은 건설 후 염해나 물의 침투 등에 강도가 저하될 뿐만 아니라 시간 경과에 따라 내구성이 떨어져 사용 수명이 감소하게 된다. 특히 바닷가에 축조될 경우 염분의 침투를 받는 경우가 많으며 공장 폐수 지역이나 하수 지역에 축조될 경우에는 여러 화학 약품에 의한 침투를 받아 심각한 내구성 저하가 일어난다.
이러한 건축 구조물의 내구성 저하를 감소시키기 위하여 구조물의 표면을 도료(코팅제)로 도장하는 것이 일반적이다.
한편, 종래의 코팅제는 탄산칼슘, 유리섬유, 마이카(mica), 실리카 등의 충전재를 사용하여 왔는데 이러한 물질들은 단순한 도료의 감가와 증량을 위한 성분으로만 사용되었으며 도료의 접착성이나 내구성, 내마모성의 개선 등과 함께 기능성을 부여하기 위한 역할은 하지 못하였다.
한편, 대한민국 공개특허 제2008-0094427호는 철과 시멘트에 친화성이 높은 고로 슬래그를 충전재로 사용함으로써 피도체와의 접착성을 향상시키고 아크릴이나 우레탄 수지와 같은 연성 수지를 첨가함으로써 유연성을 높여 피도체면과의 분리를 막아 내진동성을 높게 하며, 수산화알칼리금속을 경화제로 사용하여 경화속도를 낮춤으로써 피도체와의 밀착성을 높일 수 있는 기술을 제안한 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0937632호는 기존의 도료 조성물이 오염에 대한 저항성이 떨어지는 것을 해결하기 위하여 도막 표면에 대전 방지성 및 먼지 부착 방지성이 우수한 불소계 계면활성제를 첨가함으로써 내오염성과 함께 내약품성, 내곰팡이성을 향상시키는 기술을 제안한 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1417727호는 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 제조하고 이렇게 제조되는 변성 불포화 폴리에스테르 수지에 가교성 모노머, 수산화금속염, 및 세라믹 분말 혼합물을 혼합하여 제조되는 강재 표면 보호용 코팅제에 관한 기술로서, 강재와의 부착성이 뛰어나고, 내구성, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하며, 탈취, 항균, 항곰팡이성도 우수하고 원적외선 및 음이온 방출 효과도 뛰어나므로 강재의 표면 보호 효과가 우수한 동시에 우수한 물성과 각종 기능성이 부여된 코팅제를 제안한 바 있다.
그러나, 위 특허에 개시된 바와 같은 불포화 폴리에스테르계 수지를 기재 수지로 이용하고 여기에 수산화금속염을 투입하여 코팅제를 제조할 경우에는 수산화금속염의 오일 흡유량이 높기 때문에 불포화 폴리에스테르계 수지와 혼용하게 되면 점도가 지나치게 올라가서 균일한 도막이 형성되기 어렵고 현장에서의 작업성이 떨어지는 문제가 발견되었다. 또한, 상기 불포화 폴리에스테르계 수지가 경화되는 과정에서 과다 수축이 일어나 도막 균일성과 품질이 떨어지는 문제가 발견되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 종래 상기와 같은 불포화 폴리에스테르계 수지를 기재 수지로 사용하여 코팅제를 제조할 때의 문제점을 해결하기 위하여 새로이 개발된 것으로서, 불포화 폴리에스테르계 수지를 사용한 코팅제에 있어 수산화금속염의 과다 오일 흡유로 인한 점도 상승의 문제를 해결하여 균일한 도막 형성과 작업성을 향상시키고 코팅제의 과다 수축으로 인한 도막 균일성 및 품질이 떨어지는 문제를 해결할 수 있는 기술을 제공하는 것을 본 발명의 과제로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 수산화금속염 분말이 용매에 콜로이드 상태로 분산된 콜로이달 수산화금속염 100 중량부에 유기알콕시실란 1~50 중량부를 첨가하고 0~30℃에서 1~10시간 동안 교반한 후 100~300℃로 승온하여 1~10시간 동안 반응시킨 후 건조시켜 표면에 실란기가 형성된 수산화금속염 분말을 얻는 단계;
(2) 다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 중간체를 얻는 후, 상기 얻어진 중간체와 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 얻은 다음, 상기 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지와 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트를 반응시켜 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 얻는 단계; 및
(3) 상기 얻어진 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 가교성 모노머 10~35 중량부, 상기 (1)에서 얻어진 표면에 실란기가 형성된 수산화금속염 분말 1~30 중량부 및 액상 이소프렌 0.1~10 중량부를 혼합하여 조성물을 얻는 단계;를 포함하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
상기 본 발명에 따른 방법으로 제조되며, 점도가 3~12 poise(25℃, 부룩필드 점도계)이고 불휘발분이 75~85중량%이며, 산가가 5~18 mmKOH/g인 것을 특징으로 하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료를 제공한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 표면에 도료로 처리하기 위하여 전처리하는 단계;
(2) 상기 전처리된 표면에 구조물의 바탕 정리 및 블록 조정을 위한 바탕제를 도포하는 단계; 및
(3) 상기 바탕제가 처리된 표면에 상기 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 도료를 2~3회 도포하여 도막을 형성하고 건조시키는 단계;를 포함하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 친환경 복합 도료 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 불포화 폴리에스테르 수지와 혼합되는 수산화금속염의 표면에 미리 전처리 과정을 통해 유기기를 도입함으로써 수산화금속염의 오일 흡유량을 줄일 수 있어 점도가 지나치게 상승하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 도료 도막 작업의 효율성을 높일 수 있고 형성되는 도막의 균일성을 향상시킬 수 있다.
2. 또한, 상기 불포화 폴리에스테르 수지를 포함하는 도료(코팅제)가 경화되는 과정에서 과다 수축하는 문제는 이소프렌계 고무를 배합함으로써 해결하여 도막의 균일성 및 품질을 향상시킬 수 있다.
3. 또한, 도료(코팅제)와 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 피도체면 간의 접착력이 높고, 피도체면 코팅후 변형이 발생하지 않아 형태 안정성이 우수하므로, 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 기능이 우수하다.
4. 또한, 내후성과 내수성 및 표면 강도가 우수하여 장기간 사용에 따른 열화가 적어 수명을 연장시키는 효과도 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 표면 보호용 도료의 제조 방법은 다음과 같은 순서로 진행된다. 즉
(1) 수산화금속염 분말이 용매에 콜로이드 상태로 분산된 콜로이달 수산화금속염 100 중량부에 유기알콕시실란 1~50 중량부를 첨가하고 0~30℃에서 1~10시간 동안 교반한 후 100~300℃로 승온하여 1~10시간 동안 반응시킨 후 건조시켜 표면에 실란기가 형성된 수산화금속염 분말을 얻는 단계;
(2) 다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 중간체를 얻는 후, 상기 얻어진 중간체와 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 얻은 다음, 상기 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지와 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트를 반응시켜 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 얻는 단계; 및
(3) 상기 얻어진 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 가교성 모노머 10~35 중량부, 상기 (1)에서 얻어진 표면에 실란기가 형성된 수산화금속염 분말 1~30 중량부 및 액상 이소프렌 0.1~10 중량부를 혼합하여 조성물을 얻는 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 유기알콕시실란으로 수산화금속염을 처리하는 것은 상기 유기알콕시실란에 수산화금속염이 용매에 분산된 콜로이달 수산화금속염을 투입한 후 1~10시간 동안 교반하여 수행할 수 있다.
구체적으로, 콜로이달 수산화금속염 100 중량부를 기준으로 유기알콕시실란 1~50 중량부를 상기 콜로이달 수산화금속염에 첨가하여 용액 내에서 수산화금속염 입자 표면에 유기기를 형성하고 반응기를 통과시켜 탈수 및 축합반응을 통해 유기기로 표면 처리된 수산화금속염 분말을 형성시킨다. 이 때 상기 콜로이달 수산화금속염은 수산화금속염 분말이 물이나 알코올과 같은 용매 내에 콜로이드 상태로 분산되어 있는 것으로서, 콜로이드 상태로 유기알콕시실란과 접촉시킨다.
본 발명에서 상기 유기알콕시실란의 구체적인 예로는 비제한적으로 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트로에톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 디에틸디메톡시실란 등을 들 수 있으며, 이 중에서 1종 또는 2종 이상이 선택되어 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 유기알콕시실란으로 수산화금속염 표면을 처리하는 것은 수산화금속염 분말이 용매에 콜로이드 상태로 분산된 콜로이달 수산화금속염 100 중량부에 유기알콕시실란 1~50 중량부를 첨가하고 0~30℃에서 1~10시간 동안 교반한 후 100~300℃로 승온하여 1~10시간 동안 반응시킨 후 건조시켜 표면에 실란 유기기가 형성된 수산화금속염 분말을 얻는다.
이어서, 상기 (2) 단계를 진행하여 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 제조한다.
본 발명에서 상기 변성 불포화 폴리에스테르는 도료의 주제로 사용되며 다음과 같은 순서로 제조된다. 즉 먼저, 다가 알코올과 다염기산을 축합 반응시켜 중간체를 제조하고, 상기 제조된 중간체와 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한 후, 상기 제조된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한다.
본 발명에서 상기 다가알코올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-부틸-2-에틸-1,3 프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,6-헥산 디올, 1,4-사이클로 헥산 디메틸올, 디하이드록시-2,2-디메틸 프로필 에스테르, 디에틸렌 글리콜, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 글리세린등 에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 다염기산은 포화 다염기산 및 불포화 다염기산의 혼합물을 사용한다. 상기 포화 다염기산은 메틸테트라히드로무수프탈산, 프탈산, 무수프탈산, 할로겐화무수프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 헥사히드로프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 헥사히드로테레프탈산, 헥사히드로이소프탈산, 호박산, 말론산, 글루타르산,아디핀산, 세바신산, 1,12-도데칸2산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산무수물, 4,4'-비페닐디카르복실에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 불포화 다염기산은 푸마르산, 말레산, 무수말레산, 이타콘산, 무수이타콘산, 테트라히드로프탈산, 무수테트라히드로프탈산, 테트라브로모무수프탈산, 테트라클로로무수프탈산, 무수헤트산(chlorendicacid) 및 무수하이믹산(himic acid)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 아민 화합물으로는 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어지는 중간체는 구체적으로 다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 제조한다. 또한 반응 과정에서 매 시간 샘플링 60%(in SM)를 측정하여 반응정도를 확인하고 냉각하여, 가드너 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g인 중간체를 얻을 수 있다. (SM: 스티렌 모노머)
상기 중간체를 축합 반응할 때 150 ~ 200℃의 범위 내인 것이 겔화를 방지하는데 바람직하고, 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g 범위 내인 것이 건조성, 내수성, 부착성 면에서 바람직하다.
이어서 상기 합성된 중간체 100 중량부에 대하여 아민 화합물 0.1 ~ 10 중량부를 함유하는 반응물과 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 합성한다. 이때, 상기 아민 화합물의 함량이 0.1 중량부 미만이면, 생성되는 변성 불포화폴리에스테르 수지의 입자에 충분한 안정성을 부여하지 못하여 반응 후에 응고물이 생성될 우려가 있고, 10 중량부를 초과하면, 최종 물성에서 내수성이 저하되고, 경화도막이 깨지기 쉬운 우려가 있다.
이어서, 상기 합성된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한다. 이때, 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 상기 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부, 상기 트리메틸올프로판트리아크릴레이트는 15 ~ 25 중량부를 첨가하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 수 있다. 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 때 트리메틸올프로판트리아크릴레이트의 함량이 15 중량부 미만이거나 25 중량부를 초과하면, 내후성 및 표면경도가 떨어질 수 있고, 상기 펜타에리트리톨폴리아크릴레이트의 함량이 0.1 중량부 미만이면 가교성이 떨어져 표면경도가 떨어지고, 5 중량부를 초과하면 내후성 및 요변성이 떨어질 수 있다.
상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지는 점도 3 ~ 9 Poise (25℃, 브룩필드 점도계), 불휘발분 80 ~ 90 중량% 및 산가 5 ~ 13 ㎜KOH/g인 것이 바람직하다. 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지의 점도, 불휘발분, 산가의 범위가 상기의 범위일 때, 표면경도, 경화성, 내수성 및 요변성면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료는 상기 (2)에서 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지에 가교성 모노머, 상기 (1)에서 제조된 표면에 실란기가 형성된 수산화금속염 분말, 및 액상 이소프렌을 혼합함으로써 제조된다.
본 발명에서 상기 가교성 모노머는 변성 불포화폴리에스테르 수지와 반응하는 반응성 성분으로서 그 혼합비율은 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부 대비 가교성 모노머 10~35중량부로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 가교성 모노머의 함량이 10 중량부 미만이면 표면경도, 내열성 및 경화성이 떨어지고, 20 중량부를 초과하면 경화도막이 깨지기 쉽고 부착성 및 요변성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 상기 가교성 모노머는 스티렌, 아크롤로니트릴, 아크릴이미드, 디아세톤아크릴이미드, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 및 히드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 주제 성분의 경화를 촉진하기 위한 성분으로서 수산화금속염을 사용한다. 기존의 에폭시계 수지를 이용한 도료(코팅제) 조성물의 경우 경화제로서 폴리아미드 또는 아민류를 사용하였는데, 이 경우 응력이 크고 흡습성이 높으며 유연성이 낮아 시간이 경과함에 따라 피도체면과의 밀착성이 떨어지고 침투하는 산 성분을 중화시키는 내부 성분 부족으로 도료 자체는 물론 피도체의 장기 내구성을 확보하기 어려운 문제가 발생하였다.
본 발명에서는 주제 성분을 에폭시 수지로 사용하지 않고 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하였으며, 아민류 경화제를 사용하는 것이 아니라 수산화금속염을 경화제 및 충전재로 사용하는 것을 특징으로 한다. 수산화금속염은 상온 경화가 일어나므로 흡습성을 낮출 수 있으며, 수분면의 도색도 가능하다. 또한, 상기 수산화금속염은 피도체면과 화학적으로 반응하여 부착강도와 내구성을 더욱 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 표면 미처리된 수산화금속염은 오일 흡유량이 높기 때문에 상기 제조되는 변성 불포화 폴리에스테르 수지와 혼용되면 수지의 점도가 지나치게 올라가서 도막 작업이 어려워지고 도막의 균일성이 떨어진다. 따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 수산화금속염의 표면을 미리 전처리하여 표면에 유기실란기를 도입함으로써 변성 불포화폴리에스테르 수지와의 결합력을 향상시키고 유기실란기 코팅으로 인해 오일 흡유량을 감소시킴으로써 점도가 지나치게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 상기 표면에 실란기가 형성된 수산화금속염 분말은 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부 대비 1~30중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 1 중량부 미만이면 경화속도가 떨어지고, 30 중량부를 초과하면 경화속도가 지나치게 빠르고 수지 대비 충전재의 양이 너무 많아 도막 형성이 어려우므로 문제가 있다.
본 발명에서 상기 수산화금속염의 예로는 비제한적으로 NaOH, KOH, Al(OH)3, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 들 수 있으며, 더욱 바람직하게는 Al(OH)3, Ca(OH)2이다.
또한, 본 발명에서 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지는 경화 과정에서 수축을 수반하기 때문에 최종 도막의 균일성 및 품질이 떨어지고 크랙이 발생하여 표면 평활도가 떨어질 수 있다. 따라서 이를 극복하기 위해 본 발명에서는 액상 이소프렌 고무를 소량 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 상기 액상 이소프렌 고무는 상온에서 액상으로 존재하며, 수평균분자량이 3,000~50,000 정도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 7,000~30,000 정도이다. 또한, 분자 중 또는 분자 말단에 산가가 10~40 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15~30 정도이다. 이와 같이 액상 이소프렌 고무에 산가를 도입하면 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지와의 상용성이 높아지고 도막 형성시에 액산 이소프렌 고무의 분리를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료를 제조함에 있어서는 상기 성분 외에 기존의 에폭시 수지, 예를 들어 비스페놀 A, 비스페놀 F계의 에폭시 수지도 더 포함될 수 있는데 그 사용량은 소량 적용하는 것이 바람직하고 구체적으로는 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 10 중량부 이하의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다. 상기 에폭시 수지의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 내수성 및 내후성 개선 효과가 크게 나지 않고 또한, 유해 성분의 방출을 방지하기 어려워지므로 상기 함량 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 제조 방법에 의해 얻어지는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료는 점도가 3~12 poise(25℃, 부룩필드 점도계)이고 불휘발분이 75~85%중량이며, 산가가 5~18 mmKOH/g인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료에는 장시간 경과시 피도면과 도장면이 분리되는 것을 방지하기 위하여 연성 수지를 추가로 포함할 수 있다. 연성수지는 도장면의 유연성을 높여 접착성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 때 사용되는 연성 수지로서는 아크릴수지, 메타크릴수지, 우레탄수지, 페녹시수지, 스티렌수지, 천연고무, SBR, NBR 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 0.1~5.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 각종 첨가제를 포함될 수 있는데, 그 첨가제로 분산제, 증점제, 소포제, 안료, pH조절제, 동결방지제, 방부제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 첨가제는 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법에 관하여 설명한다.
본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법은 하기의 단계로 진행된다. 즉,
(1) 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 표면에 도료로 처리하기 위하여 전처리하는 단계;
(2) 상기 전처리된 표면에 구조물의 바탕 정리 및 블록 조정을 위한 바탕제를 도포하는 단계; 및
(3) 상기 바탕제가 처리된 표면에 상기 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 도료를 2~3회 도포하여 도막을 형성하고 건조시키는 단계;를 포함하여 구성된다.
상기 (1)의 전처리 단계는 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 것으로 통상적으로 샌드페이퍼 폴리싱 또는 그라인딩 등과 같은 과정을 진행하고 고압 살수기 등을 이용하여 구조물 표면의 분진 및 먼지 등을 제거하는 단계이다.
또한, 상기 (2)의 바탕제 도포 단계는 구조물의 외부 방수 및 표면 강화 보호를 위하여 바탕제(프라이머제)를 도포하여 바탕정리 및 블록 조정을 실시한다. 이러한 바탕제의 도포는 구조물 표면의 고르지 않은 부분을 도장 전에 면처리하는 공정이다. 상기 바탕제 처리는 온도, 하중, 충격 또는 오파손 등의 유해한 영향을 최소화하기 위해 1~2일 동안 양생하는 것이 바람직하다.
이어서, (3)의 도료(코팅제) 도포 단계는 구조물(강재 구조물 및 콘크리트 구조물)의 표면에 본 발명에 따른 도료 조성물을 반복 도장하는 공정이다.
본 발명에 따른 상기 도료 조성물은 1회 도장만으로도 내구성, 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 도료 조성물은 20~200g/m2로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하며, 각 도장 작업 사이에는 2~6 시간 정도의 휴지 기간을 두는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 (3)단계 이후에 표면 오염 방지를 위한 탑코팅제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 탑코팅제는 공지의 것을 사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
(제조예 1) 수산화금속염의 유기알콕시실란 처리
무기물 용액으로서 물에 수산화금속염(구체적으로 수산화알루미늄염)을 분산시켜 얻은 콜로이드성 용액(고형분:물=30:70) 중량부에 유기알콕시실란(구체적으로는 메틸트리메톡시실란) 10 중량부를 첨가하여 6시간 동안 상온(약 25℃)에서 700~800 rpm으로 교반하여 졸을 얻은 후, 반응기의 온도를 170℃로 승온하여 7시간 동안 반응시킴으로써 유기실란기로 표면 처리된 수산화금속염 분말을 얻었다.
(제조예 2) 수산화금속염의 유기알콕시실란 처리
무기물 용액으로서 물에 수산화금속염(구체적으로 수산화칼슘염)을 분산시켜 얻은 콜로이드성 용액(고형분:물=30:70) 중량부에 유기알콕시실란(구체적으로는 메틸트리메톡시실란) 10 중량부를 첨가하여 6시간 동안 상온(약 25℃)에서 700~800 rpm으로 교반하여 졸을 얻은 후, 반응기의 온도를 170℃로 승온하여 7시간 동안 반응시킴으로써 유기실란기로 표면 처리된 수산화금속염 분말을 얻었다.
(제조예 3) 변성 불포화 폴리에스테르 수지 제조
질소가스 도입관, 교반장치, 온도계, 냉각콘덴서 및 비드데칸더, 적하깔대기가 장착된 5리터의 플라스크에 네오펜틸 글리콜 682g, 이소프탈산 493g을 넣고 질소가스 분위기에서 2시간에 걸쳐 165 ℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 2시간 유지하면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 제거 후 2시간에 걸쳐 재승온하여 서서히 교반, 승온하여 215℃로 승온 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링하여 고체 산가를 측정하고 고체 산가 2 ㎜KOH/g 도달시 반응을 중지시키고 100℃로 냉각하였다. 100℃에서 프로필렌글리콜 114g과 푸마르산 544g를 차례로 더 첨가하고 질소분위기에서 2시간에 걸쳐 165℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 1시간 유지시키면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 발생 후 3시간에 걸쳐 재승온하여 215℃까지 승온시킨 후 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링 60% IN SM를 측정하여 반응정도를 확인하였다. 가드너 기포 점도 N, 산가 11 ㎜KOH/g 에서 냉각하여 중간체를 얻었다. 상기 플라스크에서 비드데칸터를 제거하고 적하 깔대기를 장착한 후 1,3-디아미노프로판 79g을 첨가하고, 90℃로 안정화시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하였다. 그 후 미리 준비된 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 59g 와 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 462g을 적하깔대기에 가한 후 2시간 동안 일정한 시간으로 중합에 주의하면서 적하하여, 점도 6 Poise, 불휘발분 85 중량%, 산가 9 ㎜KOH/g의 변성 불포화폴리에스테르 수지 67.7g을 합성하였다.
(제조예 4) 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조
상기 제조예 3에서 얻은 변성 불포화 폴리에스테르 100 중량부에 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3 중량부 및 메틸메타크릴레이트 11.9 중량부를 혼합하고, 상기 제조예 1에서 얻은 유기실란기로 표면 처리된 수산화금속염 15 중량부를 첨가한 다음, 액상 이소프렌(수평균분자량 20,000, 산가 20) 5 중량부를 혼합하고 여기에 각종 첨가제를 추가하여 도료를 제조하였다.
(제조예 5) 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조
상기 제조예 3에서 얻은 변성 불포화 폴리에스테르 100 중량부에 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3 중량부 및 메틸메타크릴레이트 11.9 중량부를 혼합하고, 상기 제조예 2에서 얻은 유기실란기로 표면 처리된 수산화금속염 15 중량부를 첨가한 다음, 액상 이소프렌(수평균분자량 20,000, 산가 20) 5 중량부를 혼합하고 여기에 각종 첨가제를 추가하여 도료를 제조하였다.
(제조예 6) 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조
상기 제조예 3에서 얻은 변성 불포화 폴리에스테르 100 중량부에 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3 중량부 및 메틸메타크릴레이트 11.9 중량부를 혼합하고, 상기 유기실란기로 표면 처리되지 않은 일반 수산화금속염(수산화알루미늄염) 15 중량부를 첨가한 다음, 여기에 각종 첨가제를 추가하여 도료를 제조하였다.
(제조예 7) 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조
상기 제조예 3에서 얻은 변성 불포화 폴리에스테르 100 중량부에 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3 중량부 및 메틸메타크릴레이트 11.9 중량부를 혼합하고, 상기 유기실란기로 표면 처리되지 않은 일반 수산화금속염(수산화칼슘염) 15 중량부를 첨가한 다음, 여기에 각종 첨가제를 추가하여 도료를 제조하였다.
[실시예 1]
콘크리트 구조물 표면에 제조예 4에서 제조한 도료를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[실시예 2]
콘크리트 구조물 표면에 제조예 5에서 제조한 도료를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[실시예 3]
강재 구조물 표면에 제조예 4에서 제조한 도료를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[실시예 4]
강재 구조물 표면에 제조예 5에서 제조한 도료를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[비교예 1]
콘크리트 구조물 표면에 제조예 6에서 제조한 도료를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[비교예 2]
콘크리트 구조물 표면에 제조예 7에서 제조한 도료를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[비교예 3]
강재 구조물 표면에 제조예 6에서 제조한 도료를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[비교예 4]
강재 구조물 표면에 제조예 7에서 제조한 도료를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 표면 보호 작업을 마무리하였다.
[비교예 5]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 시중에서 구입 가능한 일반 에폭시 수지 도료(Sikafloor사, 1004K)를 이용하여 콘크리트 구조물 표면을 도장한 것만 다르게 하여 실시하였다.
[비교예 6]
실시예 3과 동일하게 실시하되, 시중에서 구입 가능한 일반 에폭시 수지 도료(Sikafloor사, 1004K)를 이용하여 강재 구조물 표면을 도장한 것만 다르게 하여 실시하였다.
성능 평가
1) 내후성 평가
ASTM G 155에 따라 400시간 측정하였다.
2) 표면 경도 평가
KS D 6711에 따라 연필경도를 측정하였다.
3) 내수성 평가
90℃ 열수에서 연속으로 표면 변형(균열, 블리스터 등)이 일어나는 시간을 측정하였다.
상기 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
내후성(백색) 표면경도 내수성
실시예 1 △E1.2 4H 500hr
실시예 2 △E1.1 3H 450hr
실시예 3 △E1.2 4H 550hr
실시예 4 △E1.3 3H 520hr
비교예 1 △E1.5 4H 500hr
비교예 2 △E1.4 4H 450hr
비교예 3 △E1.5 4H 490hr
비교예 4 △E1.5 3H 440hr
비교예 5 △E3.0 3H 360hr
비교예 6 △E3.5 3H 340hr
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료를 사용하여 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면을 도장한 경우 종래의 일반 에폭시계 도료를 사용한 경우에 비하여 내후성, 표면 경도 및 내수성이 현저하게 우수함을 확인할 수 있다.
4) 도막 균일성 및 표면 균열 평가
도막 형성 후 1주일 경과 후에 도막의 균일성 및 표면 균열 발생 여부를 육안으로 평가하여 최상의 경우는 ◎, 우수한 정도는 ○, 보통의 경우는 △, 열악한 경우는 X로 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
도막 균일성 표면 균열
실시예 1 ◎ ◎
실시예 2 ◎ ◎
실시예 3 ◎ ◎
실시예 4 ◎ ◎
비교예 1 ○ ○
비교예 2 △ ○
비교예 3 ○ △
비교예 4 X X
비교예 5 △ △
비교예 6 ○ △
표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료는 도막의 균일성이 우수하고 표면 균열도 발생하지 않는데 비해, 비교예에 따른 도료의 경우는 도막 균일성이 비교적 떨어지고 표면 균열도 일부 발생되는 것을 확인할 수 있었다.
이상의 실험 결과로부터 본 발명에 따른 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료는 피도체인 강재 구조물 및 콘크리트 구조물과의 부착성이 뛰어나고, 내구성, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하며, 아울러 도막 형성의 균일성과 표면 균열 발생 방지 성능도 매우 우수하므로, 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 표면 보호 효과가 우수하다.

Claims (8)

  1. (1) 수산화금속염 분말이 용매에 콜로이드 상태로 분산된 콜로이달 수산화금속염 100 중량부에 유기알콕시실란 1~50 중량부를 첨가하고 0~30℃에서 1~10시간 동안 교반한 후 100~300℃로 승온하여 1~10시간 동안 반응시킨 후 건조시켜 표면에 실란기가 형성된 수산화금속염 분말을 얻는 단계;
    (2) 다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 중간체를 얻는 후, 상기 얻어진 중간체와 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 얻은 다음, 상기 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지와 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트를 반응시켜 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 얻는 단계; 및
    (3) 상기 얻어진 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 가교성 모노머 10~35 중량부, 상기 (1)에서 얻어진 표면에 실란기가 형성된 수산화금속염 분말 1~30 중량부 및 액상 이소프렌 0.1~10 중량부를 혼합하여 조성물을 얻는 단계;를 포함하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유기알콕시실란은 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트로에톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 디에틸디메톡시실란 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 디펜타에티트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 가교성 모노머는 스티렌, 아크롤로니트릴, 아크릴이미드, 디아세톤아크릴이미드, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 및 히드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 수산화금속염은 NaOH, KOH, Al(OH)3, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료의 제조 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며, 점도가 3~12 poise(25℃, 부룩필드 점도계)이고 불휘발분이 75~85중량%이며, 산가가 5~18 mmKOH/g인 것을 특징으로 하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면 보호용 도료.
  7. (1) 강재 구조물 및 콘크리트 구조물의 표면에 도료로 처리하기 위하여 전처리하는 단계;
    (2) 상기 전처리된 표면에 구조물의 바탕 정리 및 블록 조정을 위한 바탕제를 도포하는 단계; 및
    (3) 상기 바탕제가 처리된 표면에 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 도료를 2~3회 도포하여 도막을 형성하고 건조시키는 단계;를 포함하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 (3)단계 이후에 표면 오염 방지를 위한 탑코팅제를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 구조물 및 콘크리트 구조물 표면의 보호 시공 공법.
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