KR101486475B1 - 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 제조방법 및 그 시공방법 - Google Patents

장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 제조방법 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 제조방법 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 가열하여 괴상 중합하는 단계와, 상기 괴상 중합된 중합체를 분말로 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 중합체로부터 중합체의 30~50 중량%를 용제를 이용하여 용출시킴으로써, 다공질의 입자를 제조하고, 이를 희석제로 희석하여 다공질 입자 용액을 제조하는 단계와, 상기 제조된 다공질 입자 용액에 부직포 또는 직포를 함침시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 내구성, 내수성, 친환경성, 투습성, 내광성, 내마모성, 내크랙성이 우수한 방수 도막이 시공됨으로써, 잦은 유지보수 없이 장기간 사용이 가능한 장점이 있다.

Description

장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 제조방법 및 그 시공방법{METHOD FOR PREPARING COMPOSITE WATER-PROOFING MATERIALS WITH GRAPHENE AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 제조방법 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물의 옥상 등에 방수목적으로 사용하기 위하여 복합 그래핀 방수재를 제조하고 시공하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물을 형성하는 콘크리트나 모르타르와 같은 무기질 재료는 우리나라와 같이 사계절에 따른 기온변화가 큰 환경에서 기온변화에 따른 단열팽창과 수축을 반복하는 과정에서 균열이 생기고 이를 통해 누수 및 결로가 발생하여 건물의 내구성이 약화된다는 단점이 있다. 이러한 하자가 발생하는 것을 방지하기 위한 방법 중 하나로 건물의 옥상 및 외벽 등을 방수처리함으로써 균열이 발생하더라도 누수나 결로로 인해 균열이 확장되거나 내부 구조가 부식되지 않도록 하는 방법이 적용되고 있다.
이러한 방수층 시공 방법은 크게 방수시트를 사용한 시트방수공법, 도막방수재료를 타설하는 도막방수공법 및 시트와 도막을 함께 사용하는 복합도막방수공법으로 분류된다.
먼저, 시트방수공법은 바탕면에 아스팔트 시트를 서로 겹치도록 펼치고 시트끼리 겹쳐지는 이음부에 토치램프 등과 같은 열기구로 열을 가하여 아스팔트를 용융시켜서 상호 접착되도록 하여 방수층을 형성하는 시공법으로, 규격화된 시트를 공장에서 제조하기 때문에 시트의 두께가 일정하여 방수층의 두께가 균일하고, 미리 제조된 시트를 바탕면에 펼쳐서 시공하기 때문에 시공시간이 적게 걸린다는 장점은 있으나, 시트끼리의 이음부에 열기구를 이용하여 열융착 방식으로 접착시키기 때문에 시트에 열이 과도하게 가해질 때는 시트가 손상되거나 변형되고, 부분적으로 미열이 가해진 부분은 아스팔트가 용융되지 않은 채 접착되기 때문에 접착력이 약해서 결국에는 이음 부위에서 들뜸이나 박리 등이 생겨 누수의 원인이 되는 문제가 있다. 또한, 열융착 작업을 위하여 토치램프, 가스통, 가스관 등 부수적인 장비를 수반해야 하기 때문에 불편할 뿐더러 화재 위험성과 작업자가 화상을 입을 염려가 많아 안전 및 작업능률이 저하되는 문제가 있다.
한편, 폴리우레탄과 같은 액상의 도막재를 도포하여 방수층을 형성하는 도막 방수공법은 방수재료로서 우수한 성능을 갖는 액상의 도막재로 이음매 없는 방수층을 형성하며 상온에서 시공한다는 장점은 있으나, 1회의 도막재 도포로 시공이 끝나는 것이 아니고, 1차 도포한 도막재가 경화된 후 그 위에 다시 수 회에 걸쳐 도막재 도포를 반복해서 시공하기 때문에 시공기간이 길어질 뿐만 아니라 도막이 얇을 경우 바탕면 균열이 발생하면 방수층도 함께 파단되는 문제가 있다. 또한, 바탕면 자체가 경사진 곳에서는 액상의 방수재가 흘러 내려 방수층이 윗부분은 얇고 아랫부분은 두껍게 형성되기 때문에 바탕면 전체에 균일한 두께로 방수층을 형성하기가 매우 어렵다는 문제가 있으며, 바탕면을 이루는 콘크리트에는 수분이 포함되어 있으므로, 수분으로 인해 생기는 증기압 때문에 액상의 도막재가 경화되기 전에 꽈리가 생기거나 들뜸 현상이 발생하고, 특히 여름철에는 이런 현상이 빈번하기 때문에 콘크리트 함수율이 8% 이상일 때에는 원칙적으로 도막방수를 할 수 없다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 시트방수공법과 도막방수공법이 가진 각각의 단점을 보완시킨 다양한 복합방수공법이 출현하였다. 이러한 복합방수공법으로는 PVC(poly vinyl chloride) 시트를 이용하여 바탕면에 시공하고, 그 표면에 도막층으로 폴리 우레탄 방수재를 도포하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나 상기 PVC 시트는 사용 후 폐기시 소각과정에서 맹독성 유해물질인 다이옥신(DIOXIN)이 다량 발생하는 문제가 있으며, 내부에서 발생하는 습기를 배출하지 못하여 실내로 습기가 유입되거나 콘크리트의 알칼리를 용출시켜 콘크리트의 수명을 단축시키는 문제가 있었다. 또한, 외부로 노출되는 도막층의 폴리우레탄은 자외선 등에 내성이 낮고 내크랙성, 내마모성 등의 물성이 좋지 못하며, 빠르게 열화되어 잦은 보수가 필요한 단점이 있었다.
이러한 복합방수공법의 예로서 대한민국 등록특허 제10-1380960호에서는 단섬유로 제직되는 부직포 형태의 상부시트 및 하부시트가 구비되고, 상기 상부시트 및 하부시트 사이에 메쉬망이 구비되어, 상기 상부시트, 메쉬망 및 하부시트가 상호 간에 차례로 면접촉된 상태에서 펀칭기를 이용하여 메쉬망의 상,하부에 위치된 상부시트 및 하부시트의 상호간 엮임에 의해 일체로 결속되도록 구성함으로써, 방수액이 부직포 복합시트의 하부측으로 완전히 침투됨과 아울러 복합시트 내부 전체에 골고루 침투되도록 하여 부직포 복합시트의 인장력을 증대시키면서 쉽게 파손되지 않고 방수시트와 방수층이 쉽게 분리되지 않도록 하였다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1130828호에서는 PP 또는 PETE 필름 등의 폴리머계 필름층과 상기 필름층 위에 형성된 초속경 폴리우레아 도포층을 포함하도록 하여 시공상의 경제성과 편의성을 부여하였다.
그리고 대한민국 등록특허 제10-0921676호는 고무화 아스팔트층; 부직포층; 무용제 우레탄 방수제 코팅층을 포함하여 구성되는 복합 시트 공법을 제안하여, 시공 후 시간이 지남에 따라 이음매가 들뜨거나 변색되는 문제점을 개선하였다.
그러나 이러한 선행기술들 모두 여전히 자외선 등에 내성이 낮고 내크랙성, 내마모성 등의 물성이 좋지 못하며, 빠르게 열화되어 잦은 보수가 필요한 단점이 있었다.
KR 10-1380960 B1 KR 10-1130828 B1 KR 10-0921676 B1
따라서, 본 발명은 상기한 복합방수공법이 갖는 제반 문제점을 해소하기 위하여, 다공성의 입자구조를 갖는 그래핀 하이브리드 함침액을 제조하고, 이에 직포 또는 부직포를 함침시켜 복합 그래핀 방수재를 제조함으로써, 투습성이 우수하여 콘크리트의 수명을 단축하지 않고, 폐기시 환경오염을 일으키지 않는 친환경성 및 투습성이 우수한 방수재를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 상기 복합 그래핀 방수재의 상면에 그래핀 하이브리드 방수액을 시공함으로써, 내구성, 내수성, 친환경성, 투습성, 내광성, 내마모성, 내크랙성이 우수한 복합 그래핀 방수 도막을 시공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 제조방법은, 그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 가열하여 괴상 중합하는 단계와, 상기 괴상 중합된 중합체를 분말로 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 중합체로부터 중합체의 30~50 중량%를 용제를 이용하여 용출시킴으로써, 다공질의 입자를 제조하고, 이를 희석제로 희석하여 다공질 입자 용액을 제조하는 단계와, 상기 제조된 다공질 입자 용액에 부직포 또는 직포를 함침시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계에서, 메칠실록산을 추가로 혼합하며, 그 혼합비는 그래핀 100중량부, 수산화 알루미늄 50~3,000중량부, 폴리올 프리폴리머 500~3,000중량부, 디이소시아네이트 프리폴리머 25~600중량부, 메칠실록산 5~200중량부로 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 그 시공방법은 상기한 방법으로 복합 그래핀 방수재를 제조하는 단계와, 상기 제조된 방수재를 바탕면에 접착시키는 단계와, 상기 접착된 방수재에 그래핀 하이브리드 방수액을 도포하는 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 그래핀 하이브리드 방수액은 그래핀, 폴리실록산, 폴리올 프리폴리머, 폴리이소시아네이트 프리폴리머를 포함하여서 되는 것을 특징으로 한다.
상기 그래핀 하이브리드 방수액은 다공질의 입자를 추가로 포함하되, 상기 다공질의 입자는, 그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 가열하여 괴상 중합하는 단계와, 상기 괴상 중합된 중합체를 분말로 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 중합체로부터 중합체의 30~50중량%를 용제를 이용하여 용출시킴으로써, 다공질의 입자를 제조하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 제조된 방수재를 바탕면에 접착시키는 단계 전, 상기 바탕면에 침투제, 피복제, 산촉매 및 중화제를 차례로 도포하고 건조하여서 되는 바탕면 강화 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 복합 그래핀 방수재와 그래핀 하이브리드 방수액의 시공으로 인하여, 내구성, 내수성, 친환경성, 투습성, 내광성, 내마모성, 내크랙성이 우수한 방수 도막이 시공됨으로써, 잦은 유지보수 없이 장기간 사용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 복합 그래핀 방수재의 제조공정도.
도 2는 본 발명에 의한 복합 그래핀 방수재의 시공순서도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 주사전자현미경 사진.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
종래 옥상, 옥외 등의 바탕면에 시공되는 방수재로는 PVC 시트 또는 PP 시트 등을 사용하였는바, 이러한 방수재는 내부에서 발생하는 습기를 배출하지 못하여 실내로 습기가 유입되거나 콘크리트의 알칼리를 용출시켜 콘크리트의 수명을 단축시키고, 폐기시 다이옥신 등의 독성물질이 발생하는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 폐기시 독성물질의 발생이 없으며, 투습성 및 내마모성이 우수하여 콘크리트의 수명을 연장하면서도 보수공정 없이 장기간 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재를 제조, 시공하는 방법을 제안하는 것이다.
먼저, 본 발명에 의한 복합 그래핀 방수재를 제조하는 방법은, 그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 가열하여 괴상 중합하는 단계와, 상기 괴상 중합된 중합체를 분말로 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 중합체로부터 중합체의 30~50 중량%를 용제를 이용하여 용출시킴으로써, 다공질의 입자를 포함하는 용액을 제조하는 단계와, 상기 제조된 다공질의 입자를 포함하는 용액에 부직포 또는 직포를 함침시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1을 참조하여 방수재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
그래핀 , 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머 , 디이소시아네이트 프리폴리머 를 혼합하는 단계.
먼저, 본 발명에서 사용되는 그래핀(grapene)은 반데르발스 힘(van der Waales force) 등에 의하여 수십만 내지 수백만 이상으로 쌓인 층상 구조를 갖는 그래파이트(graphite)로부터 분리된 단층을 일컫는 것이나, 본 발명에서의 그래핀 복합 유기용액에 포함된 그래핀은 이러한 단층의 그래파이트 또는 수 내지 수십 층의 그래파이트(유사 그래핀)일 수 있다.
상기 그래파이트로부터 분리된 단층의 그래핀은 물리적 및 화학적 안정성이 매우 높으며, 전기 전도성은 구리(Cu)에 비하여 약 100배 이상, 전자 이동성은 실리콘(silicone)에 비하여 약 100배 이상, 강도는 강철에 비하여 약 200배 이상, 열 전도성은 다이아몬드(diamond)에 비하여 약 2배 이상 우수하며, 초소수성으로 인하여 물기의 접근을 막아 숨 쉬는 다공질 구조 방수재료로서 우수한 물성을 갖는다.
따라서, 이러한 그래핀을 이용하여 방수재 또는 방수액을 제조할 경우, 방수성이 우수한 것은 물론, 내마모성, 내구성, 내오염성 등이 우수한 제품을 생산할 수 있는 것이다.
그리고 상기 수산화알루미늄(aluminium hydroxide)은 하이드록시(OH)기를 형성하고 있어 이소시아네이트(NCO) 반응기와 무, 유기 공중합체를 이루며, 화재발생시 가열되면 물분자를 합성하여 자기소화되는 물질이다.
또한, 폴리올 프리폴리머(polyol prepolymer)는 폴리올과 이소시아네이트를 반응기에서 예비중합하여서 되는 분자량 150~1000MW의 다가알콜(polyhydric alcohol)로서, 이소시아네이트(NCO) 반응기와 중합반응하여 삼차원 망상구조의 치밀한 방수 도막을 형성시키는 재료이다.
그리고 상기 디이소시아네이트 프리폴리머(isocyanate prepolymer)는 상기 수산화알루미늄과 폴리올 프리폴리머와 반응하는 이소시아네이트(NCO) 반응기를 제공하여 중합반응을 일으키는 재료이다.
따라서, 본 발명에서는 상기 그래핀, 수산화알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합함으로써, 중합반응이 일어나도록 하는 것이다.
이때, 메칠실록산(methylsiloxane)을 추가로 더 혼합할 수 있는데, 상기 메칠실록산 역시 초소수성, 초내후성 물질로서 하이드록시 관능기에 의하여 이소시아네이트의 반응기와 반응하여 공중합한다.
여기서, 상기 혼합물의 혼합비는 그래핀 100중량부를 기준으로, 수산화 알루미늄 50~3,000중량부, 폴리올 프리폴리머 500~3000 중량부, 디이소시아네이트 프리폴리머 25~600중량부, 메칠실록산 5~200중량부로 되는 것이 바람직하나, 이를 반드시 제한하는 것은 아니다. 상기와 같이 혼합비를 제한한 이유는 공중합 반응이 원활히 일어나면서도 제품의 물성을 우수하게 하는 혼합비이기 때문이다.
상기 혼합된 혼합물을 가열하여 괴상 중합하는 단계.
다음으로, 상기 혼합된 혼합물을 30~150℃의 온도로 1~24시간 가열하여 괴상 중합, 즉 고체상의 덩어리를 형성시킨다. 이때, 상기 가열온도를 30~150℃로 하는 이유는 상기 가열온도가 30℃ 미만일 경우 괴상 중합체가 원활히 생성되지 않고, 150℃를 초과하면 필요 이상의 에너지가 사용되어 경제적이지 못하기 때문이며, 상기 가열시간을 1~24시간으로 하는 이유는 가열시간이 너무 짧으면 괴상 중합체의 형성이 원활하지 못하고, 가열시간이 너무 길 경우 생산성이 떨어지기 때문이다.
이때, 상기 중합반응은 가열을 통해 수산화알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 하이드록시 메칠실록산의 하이드록시기가 발생하고, 상기 하이드록시기 중 일부가 그래핀의 표면에 반응하여 하이드록시기를 갖는 그래핀을 형성하고, 상기 하이드록시기를 갖는 그래핀과, 수산화알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 하이드록시 메칠실록산의 하이드록시기가 이소시아네이트 프리폴리머의 반응기와 중합반응함으로써, 괴상의 중합체, 고체상의 덩어리가 형성되는 것이다.
상기 괴상 중합된 중합체를 분말로 분쇄하는 단계.
상기 괴상 중합된 중합체를 0.5~50㎛ 크기의 분말로 분쇄한다. 이때, 그 분쇄방법은 제한하지 않는데, 볼밀, 분쇄기 등을 사용할 수 있다. 상기 괴상의 중합체를 분쇄하는 이유는 분쇄를 통해 입자를 작게 함으로써, 중합체의 일부를 용출시키기 용이하도록 하기 위함이다.
상기 분쇄된 중합체로부터 중합체의 30~50 중량%를 용제를 이용하여 용출시킴으로써, 다공질의 입자를 제조하고, 이를 희석제로 희석하여 다공질 입자 용액을 제조하는 단계.
분쇄가 완료되면, 상기 분쇄된 중합체로부터 유기물 중합체의 일부를 용출시킴으로써, 남아있는 유기질 중합체가 결합제로 작용하는 다공질의 입자를 형성한다. 즉, 상기 분쇄된 중합체에 시클로헥사논(cyclohexanone), 에틸아세테이트(ethylacetate) 등의 용제를 투입하고, 이를 교반하여 중합체를 구성하는 일부의 유기질을 용출시켰다. 이어서, 5㎛의 눈이 형성된 스테인리스 망 등을 이용하여 여과함으로써, 용출된 겔상의 고분자 일부가 비용해성 입자(그래핀, 수산화 알루미늄)에 결합제로 작용하는 상태의 고점질의 다공질 입자를 제조한다. 여기서 상기 다공질 입자의 크기는 0.1~50nm 정도이다. 그리고 에틸알코올, 에틸아세테이트 등의 희석제를 상기 다공질 입자에 1:1 중량비 정도로 희석하여 유동성의 액체를 제조한다.
상기 제조된 다공질 입자 용액에 부직포 또는 직포를 함침시키는 단계.
다음으로, 상기 다공질 입자 용액에 0.1~5mm의 두께를 갖는 부직포 또는 직포를 1분 이상 함침시켜 부직포에 상기 다공질의 입자가 코팅되도록 함으로써, 물성이 우수한 방수재를 제조하는 것이다.
이때, 상기 부직포 또는 직포는 그 종류를 제한하지 않으며, 그 크기 역시 제한하지 않는바, 용액에 부직포 또는 직포가 충분히 함침될 수 있으면 족하다.
상기와 같이 제조된 복합 그래핀 방수재는 그래핀의 성질을 그대로 가지고 있어, 내구성, 내마모성, 방수성이 우수할 뿐만 아니라, 섬유로 구성되는 부직포 또는 직포를 이용함으로써 투습성 역시 우수한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 복합 그래핀 방수재의 시공방법에 대해 도 2를 참고하여 설명한다.
복합 그래핀 방수재를 제조하는 단계
먼저, 앞서 설명된 방법을 통해 복합 그래핀 방수재를 제조한다.
상기 제조된 방수재를 바탕면에 접착시키는 단계
다음으로, 상기 제조된 방수재를 바탕면에 접착시킨다. 이때, 상기 접착방법으로는 별도의 접착제를 사용하여 방수재를 접착시킨다. 여기서, 상기 접착제는 통상의 방수시공에 사용되는 접착제로서 시중에서 유통, 판매되고 있는 제품을 구입하여 사용할 수 있으며, 그 사용량 역시 종래의 기준에 따른다.
상기 접착된 방수재에 그래핀 하이브리드 방수액을 도포하는 단계
그리고 상기 방수재의 접착이 완료되면, 상기 방수재에 그래핀 하이브리드 방수액을 10~5,000㎛의 건조도막 두께로 도포한다. 이때, 상기 도막의 두께가 너무 얇으면 방수성이 충분하지 못하고, 너무 두꺼울 경우 과량의 방수액이 소비되어 경제적이지 못하므로 상기한 두께로 도장함이 바람직하다.
여기서, 상기 그래핀 하이브리드 방수액이란, 그래핀, 폴리실록산, 폴리올 프리폴리머, 폴리이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하여서 되는 것을 말한다. 이때 그 배합비는 폴리올 프리폴리머 100중량부를 기준으로, 그래핀 5~20중량부, 폴리실록산 5~20중량부, 이소시아네이트 프리폴리머 5~15중량부의 범위로 배합되며, 더욱 우수한 방수성능과 내광성, 내마모성, 내크랙성 등이 요구될 경우, 앞서 제조한 다공질의 입자 10~100중량부의 범위로 추가로 배합할 수 있다.
즉, 상기 다공질의 입자란, 앞서 방수재의 제조시 설명된 그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 가열하여 괴상 중합하는 단계와, 상기 괴상 중합된 중합체를 분말로 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 중합체로부터 중합체의 30~50중량%를 용제를 이용하여 용출시킴으로써, 다공질의 입자를 제조하는 단계를 포함하여 제조되는 다공질의 입자를 의미한다.
한편, 본 발명의 방수재를 시공시, 방수재의 바탕면에 방수재를 접착시키기 전, 바탕면, 즉 콘크리트 표면을 강화한 후, 방수재를 접착시킬 수도 있다. 이는 사용자의 선택사항으로, 바탕면을 강화하기 위해서는 바탕면에 침투제를 도포한 후 건조시키고, 이에 다시 피복제를 도포한 후 건조시킨다. 그리고 상기 피복제에 다시 산촉매를 도포한 후 숙성하고, 중화제로 처리하여 건조함으로써 이루어진다. 이러한 바탕면의 강화 공정은 이미 기출원되어 등록된 대한민국 등록특허 제10-1317573호의 '고 내구성 콘크리트 표면의 시공방법'에 의해 개시된 콘크리트 표면 강화 단계를 통해 개시되어 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 침투제, 피복제, 산촉매, 중화제에 대한 상세한 설명 및 그 처리방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그리고 이러한 콘크리트 표면의 강화 단계는 선택적으로 적용할 수 있는 것으로, 생략할 수 있음은 당연하다.
상기와 같이 복합 그래핀 방수재와 그래핀 하이드록시 방수액으로 복합 시공된 도막은, 내마모성, 내크랙성, 내오염성 등이 우수할 뿐 아니라, 투습성, 방수성 역시 매우 우수하여, 옥외 방수에 탁월한 효과가 있으며, 별도의 유지보수 작업 없이 장기간 사용할 수 있어, 방수비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.
(실시예 1)
그래핀 15.7g, 수산화 알루미늄 125g, 폴리올 프리폴리머 117g, 폴리이소시아네이트 프리폴리머 18g을 첨가하고 혼합하였다.
이어서, 질소 충진하의 반응용기에 상기 혼합물을 넣고, 123℃의 온도로 6시간 30분간 가열하여 267.5g의 고체상 중합물을 제조하였다. 그리고 이를 분쇄기로 평균 입도 2.3mm로 분쇄하였다. 다음으로, 시클로헥사논 120g과 에틸아세테이트 120g을 첨가하고 6시간 교반함으로써, 상기 유기 중합물의 일부를 용출시켰다. 그리고 이를 5㎛의 크기의 눈(目)이 형성된 스테인레스 망으로 여과하여 표면에 용출된 겔상의 고분자가 일부 묻어 있어 비용해물에 결합제로 사용될 수 있는 상태의 고점질 다공질 입자를 제조하였다.
다음으로, 에틸알콜 50중량% : 에틸아세테이트 50중량%로 되는 조성 희석제를 상기의 다공질 입자에 1:1 중량비로 희석하여 유동성 액상을 제조한 후, 두께 1mm의 부직포(폴리에스테르) 1㎡를 10분간 함침하여 코팅하고, 이를 자연건조함으로써, 복합 그래핀 방수재를 제조하였다.
상기 복합 그래핀 방수재를 이용하여 방수공정을 수행하였는바, 그 방법은 다음과 같았다. 먼저, 콘크리트 표면을 강화하였다.
상기 강화를 위하여 침투제를 제조하였는데, 상기 침투제는 알킬실록산(무게 평균 분자량 1,550) 2kg에 가수분해제로서 수산화리튬 수용액(고형분 20%) 1kg을 첨가하고, 50℃의 온도에서 12시간 교반하여 가수분해 반응시킴으로써, 고점도의 겔을 형성시켰다. 이어서 정수 0.6kg을 더 첨가한 후 극미세 충전제로서 평균 입자 크기가 50nm인 실리카 0.1kg, 평균 입자 크기가 35nm인 산화알루미늄 0.05kg 및 평균 입자 크기가 65nm인 수산화칼슘 0.3kg를 첨가한 후, 침투활성제로서 비이온계면활성제 폴리옥시에틸렌알킬에테르(HLB 18) 수용액(고형분 20%) 0.1kg 첨가하고, 습윤제 프로필렌글리콜(C3H8O2)(비중 1.036) 0.1kg을 첨가하여 교반함으로써, 제조하였다.
그리고 피복제를 제조하였는데, 상기 피복제는 정제수 1.5kg, 금속이온 전구체로서 평균 입자 크기가 7㎛인 산화아연 0.9kg, 평균 입자 크기가 5㎛인 산화마그네슘 0.1kg 및 코어제로서 산화지르코늄 0.1kg, 규산지르코늄 0.3kg, 실리카 0.2kg을 첨가하고, 앞서 제조한 침투제 1kg을 첨가하여 혼합함으로써 피복제를 제조하였다.
이어서 산촉매를 제조하였는데, 상기 산촉매는 50ℓ 스테인리스 반응기에 인산(H3PO4/85%) 1kg, 알루미늄 분말 0.2kg을 첨가하고 10분간 교반한 후, 25℃에서 6시간 방치함으로써 1차 반응시켜 고체 덩어리를 제조하였다. 그리고 이에 인산(H3PO4/85%)을 1kg 추가하고 50℃에서 12시간 교반함으로써 2차 반응 용해시켜 제조하였다.
다음으로, 중화제를 제조하였는데, 상기 중화제는 정제수 1kg에 수산화나트륨 0.02kg을 혼합하고 교반하여 제조하였다.
상기 콘크리트 표면의 강화방법으로서는, 상기에서 제조한 침투제를 시험용 밑판 콘크리트 표면에 롤러를 이용하여 1㎡에 1kg 도포한 후, 평균온도 26℃에서 12시간 건조하였다. 그리고 앞서 제조한 피복제 0.5kg 건조된 침투제 표면에 도포한 후 평균온도 24℃에서 12시간 건조하였다. 다음으로, 상기 침투제의 표면에 앞서 제조한 산촉매 0.33kg을 도포한 후 평균온도 27℃에서 3일간 숙성 반응시켜, pH 5가 되도록 하고, 상기에서 제조한 중화제를 표면에 스프레이하고 건조하여 pH 11이 되도록 함으로써, 콘크리트 표면을 강화하였다.
다음으로, 앞서 제조한 복합 그래핀 방수재를 접착제를 이용하여 접착시킨 후, 그 표면에 그래핀 하이브리드 방수액을 건조도막 두께가 2mm가 되도록 도포하였다.
상기 그래핀 하이브리드 방수액은 그래핀 7kg, 폴리실록산 10kg, 폴리올 프리폴리머 100kg 및 폴리이소시아네이트 프리폴리머 10kg을 첨가하고 혼합하여 제조하였다.
이어서 도포단계로서 상기의 시공단계에서 설치한 복합 그래핀 방수재의 표면에 상기의 그래핀 하이브리드 방수액을 2mm 도포하였다. 그리고 상기 콘크리트의 방수 도막 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 분석하여 도 3에 나타내었다.(10,000배 확대)
(실시예 2)
그래핀 25.7g, 수산화 알루미늄 115g, 폴리올 프리폴리머 117g, 폴리이소시아네이트 프리폴리머 18g을 첨가하고 혼합하였다. 나머지는 실시예1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 3)
그래핀 35.7g, 수산화 알루미늄 115g, 폴리올 프리폴리머 107g, 폴리이소시아네이트 프리폴리머 18g을 첨가하고 혼합하였다. 나머지는 실시예1과 동일하게 실시하였다.
(비교예 1)
아크릴 수지 410g과 분산제 2g을 투입한 다음, 교반기를 이용하여 1,500~3,000rpm으로 30분 동안 분산교반하였다. 그리고 안료로서 백색안료(DUPON 사, Ti-Prue R-902) 350g, 카본블랙 10g, 침강방지제 5g 및 희석제 170g을 투입하고, 이에 다시 폴리에스테르 수지 150g, 레벨링제 5g, 소포제 5g, 희석제 20g, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 10g, 톨루엔 26g을 투입하고, 교반기를 이용해 1,500~3,000rpm으로 20분간 분산교반하여 주제부를 제조하였다.
또한, 폴리이소시아네이트 450g, 희석제 30g, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 20g, 부틸아세테이트 200g, 메틸 이소부틸 케톤 50g 및 톨루엔 200g을 교반기를 이용해 1,500~3,000rpm으로 20분 정도 분산교반하여 경화제부를 제조하였다. 상기 제조된 주제부 및 경화제부를 2:1의 부피비로 2,500rpm으로 10분간 교반하여 일반적인 우레탄 방수재 도료를 제조하였다.
(비교예 2)
폴리올 460g과 분산제 2g을 투입한 다음, 교반기를 이용하여1,500~3,000rpm으로 30분 동안 분산교반하였다. 상기 배합물에 안료로 백색안료(DUPONT 사, Ti-Pure R-902) 350g, 카본블랙 10g, 침강방지제 5g 및 희석제 170g을 투입하고, 이에 다시 폴리에스테르 수지 50g, 레벨링제 5g, 소포제 5g, 희석제 20g, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 10g, 톨루엔 26g을 투입하고, 교반기를 이용해 1,500~3,000rpm으로 20분간 분산교반하여 주제부를 제조하였다.
또한, 폴리이소시아네이트 450g, 희석제 30g, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 20g, 부틸아세테이트 200g, 메틸 이소부틸 케톤 50g 및 톨루엔 200g을 교반기를 이용해 1,500~3,000rpm으로 20분 정도 분산교반하여 경화제부를 제조하였다. 상기 제조된 주제부 및 경화제부를 2:1의 부피비로 2,500 rpm으로 10분간 교반하여 일반적인 우레탄 방수재 도료를 제조하였다.
그리고 실시예 1 내지 3, 비교예 1, 2의 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 물성 측정 결과.
시험항목 시험방법 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
전기저항 Insulation resistance tester/
SH-2000M
17 MΩ 15 MΩ 12 MΩ 2000 MΩ
이상
2000 MΩ
이상
내마모성 KS
M 6080:2011
13mg 10mg 19mg 214mg 186mg
내산성 HCl 10%
/7일
이상없음 이상없음 이상없음 도막 박리 팽윤,변색
내알칼리성 NaOH 10%
/7일
이상없음 이상없음 이상없음 도막 박리 팽윤,변색
*전기저항:낮을수록 대전방지성능이 우수하며, 표면에 먼지 등의 오염부착을 방지하여, 내오염성이 우수하다.
*내마모성:수치가 낮을 수록 내마모성이 우수하다.
상기 표 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3은 모두 그래핀의 특성을 잘 나타냄을 확인할 수 있었는바, 실시예 1 내지 실시예 3은 전기저항 값이 매우 낮아 대전방지성능이 우수하여, 내오염성이 우수함을 확인할 수 있었다. 반면에 비교예 1 내지 2의 경우 2000 MΩ 이상으로 내오염성이 좋지 못함을 확인할 수 있었다. 또한, 내마모성에 있어서도 실시예 1 내지 3이 비교예 1 내지 2와 비교하여 내마모성이 우수함을 확인할 수 있었다. 그리고 실시예 1 내지 3은 내산성 및 내알칼리성 시험에 있어서도 이상이 없었으나, 비교예 1 내지 2는 도막이 박리되거나, 팽윤, 변색되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 복합 그래핀 방수재 및 방수액을 이용한 방수 도막은 종래의 방수 도막과는 달리, 우수한 내오염성, 내마모성을 가지며, 도막의 박리, 팽윤, 변색 현상이 없어 별도의 유지보수 없이 장기간 사용이 가능함을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계와,
    상기 혼합된 혼합물을 가열하여 괴상 중합하는 단계와,
    상기 괴상 중합된 중합체를 분말로 분쇄하는 단계와,
    상기 분쇄된 중합체로부터 중합체의 30~50중량%를 용제를 이용하여 용출시킴으로써, 다공질의 입자를 제조하고, 이를 희석제로 희석하여 다공질 입자 용액을 제조하는 단계와,
    상기 제조된 다공질 입자 용액에 부직포 또는 직포를 함침시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계에서 메칠실록산을 추가로 혼합하며,
    그 혼합비는 그래핀 100중량부, 수산화 알루미늄 50~3,000중량부, 폴리올 프리폴리머 500~3,000 중량부, 디이소시아네이트 프리폴리머 25~600중량부, 메칠실록산 5~200중량부로 되는 것을 특징으로 하는 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항의 복합 그래핀 방수재를 제조하는 단계와,
    상기 제조된 방수재를 바탕면에 접착시키는 단계와,
    상기 접착된 방수재에 그래핀 하이브리드 방수액을 도포하는 단계를 포함하여 이루어지되,
    상기 그래핀 하이브리드 방수액은 그래핀, 폴리실록산, 폴리올 프리폴리머, 폴리이소시아네이트 프리폴리머를 포함하여서 되는 것을 특징으로 하는 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 시공방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 그래핀 하이브리드 방수액은 다공질의 입자를 추가로 포함하되,
    상기 다공질의 입자는,
    그래핀, 수산화 알루미늄, 폴리올 프리폴리머, 디이소시아네이트 프리폴리머를 혼합하는 단계와,
    상기 혼합된 혼합물을 가열하여 괴상 중합하는 단계와,
    상기 괴상 중합된 중합체를 분말로 분쇄하는 단계와,
    상기 분쇄된 중합체로부터 중합체의 30~50중량%를 용제를 이용하여 용출시킴으로써, 다공질의 입자를 제조하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 시공방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제조된 방수재를 바탕면에 접착시키는 단계 전,
    상기 바탕면에 침투제, 피복제, 산촉매 및 중화제를 차례로 도포하고 건조하여서 되는 바탕면 강화 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장기적 사용이 가능한 복합 그래핀 방수재의 시공방법.
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