KR101535351B1

KR101535351B1 - 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101535351B1
Application number: KR1020130108449A
Authority: KR
Inventors: 송명신
Original assignee: 동창기업주식회사
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2015-07-09
Also published as: KR20130143535A

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 계면에 사용되어 계면 접착성과 고방수성능이 있는 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물에 관한 것으로서, 건축물의 옥상 및 지하 구조물 등의 콘크리트 슬라브 표면에 사용하는 방수 마감재에 관한 것으로써, 우수한 기계적, 화학적 성질을 가지는 고분자로서 무독성으로 청정 소재로의 응용이 가능한 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol, PVA)를 기재로 하여 다양한 무기 고분자와의 중합 및 속경성 시멘트 재료와의 혼합에 의한 시공시 빠른 경화 시간과 함께 방수 도막의 강도 및 경도를 향상시킬 수 있는 분체가 혼합된 유·무기 복합 방수제 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 유·무기 복합 방수제 조성물은 우수한 항장력, 인장 강도, 내마모성 등을 가지고 있으며, 특히 산소 차단성, 강인성, 고탄성이 우수하여 콘크리트 구조물의 계면 접착용, 열화 방지용 표면 코팅 및 토목·건축 구조물용 콘크리트의 표면 마감 방수제 재료로 사용되어 우수한 마감특성과 콘크리트 구조물의 방수성능 향상의 탁월한 효과가 있다.
[색인어]
폴리비닐알코올, 개질, 실리케이트 화합물, 고탄성, 고내구성, 방수성, 표면 마감

Description

개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물 및 그 제조방법{A Composite of organic·inorganic composite water-proofing materials by using modified polymer and manufacturing method thereof}

본 발명은 콘크리트 구조물의 계면에 사용되어 계면 접착성과 고방수성능이 있는 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물에 관한 것으로서, 건축물의 옥상 및 지하 구조물 등의 콘크리트 슬라브 표면에 사용하는 방수 마감재에 관한 것으로써, 우수한 기계적, 화학적 성질을 가지는 고분자로서 무독성으로 청정 소재로의 응용이 가능한 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol, PVA)를 기재로 하여 다양한 무기 고분자와의 중합 및 속경성 시멘트 재료와의 혼합에 의한 시공시 빠른 경화 시간과 함께 방수 도막의 강도 및 경도를 향상시킬 수 있는 분체가 혼합된 유·무기 복합 방수제 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 건축물의 옥상은 강수에 대한 방어를 위하여 우수한 방수 기능을 필요로 하며, 햇빛에 의한 일사 열량의 열부하를 경감시키는 기능과, 내부의 보온을 위한 단열기능을 필요로 하며, 적설하중과 풍화에 의해 옥상 및 지붕면에 작용하는 적재하중을 감당할 수 있는 기능을 필요로 한다.

종래의 방수 시공은 방수 부위와 기존 모체의 재질, 용도 등에 따라서 아스팔트 방수, 시멘트 액체 방수, 합성 고분자 방수 등의 방수공법과 다양한 방수용 재료가 사용되고 있다.

일반적으로 건축물에 사용하는 접착 및 방수 성능의 재료들은 매우 다양하다. 이러한 접착성능과 방수 기능을 동시에 필요로 하는 가장 대표적인 부분은 방수기능을 필요로 하는 곳이다. 건축물에서 방수기능은 여러 부분에서 사용이 되고 있지만 그 중에서도 가장 대표적으로 사용되는 것은 외벽이나 옥상, 지하 구조물 등이라 할 수 있다. 이러한 부분에 사용되는 재료는 유기물, 무기물, 유기-무기 복합물 등 매우 다양하다.

이들 재료 중에서 무기물의 가장 대표적인 재료는 시멘트를 기준으로 한 재료가 주종을 이루고 있으나 이들 무기질 재료 들은 접착강도 등에서는 매우 유리하나, 방수성능 및 시멘트 경화 시간에 따른 작업시간 확보 등의 이유로 별로 크게 사용되지 못하고 있다. 유기질 재료는 주로 우레탄이나 에폭시 등이 많이 사용되고 있는데, 이들 재료는 접착강도, 방수성능, 작업시간 확보 등에서는 매우 유리하나, 가격이 고가이며, 작업시의 휘발성 유기물에 의한 작업환경 조건의 악화 등의 문제점이 있다. 더구나 이들 재료는 유기질 재료로서 건축물의 대부분이 시멘트를 주원료로 한 콘크리트이기 때문에 이질 재료로서의 공사 하자가 빈번히 발생하고 있다. 즉, 콘크리트에 함유되어 있는 수분의 방출로 인해 이들 유기질 재료는 박리, 부분탈락, 에어 포켓의 형성 등의 하자가 발생하는 것이다.

이러한 유기질 재료와 무기질 재료의 단점을 극복하기 위하여 폴리머 에멀젼을 이용한 시멘트계 재료로서의 무기질-유기질 재료가 여러 가지 복합기능으로 인하여 다양하게 개발되어 사용되고 있다.

그러나 이들 재료는 기본이 시멘트계 재료이기 때문에 시멘트 경화에 소요되는 시간이 길다는 단점을 갖고 있으며, 또한 시멘트 재료의 수화와 폴리머 에멀젼에 의해 생성되는 필름만으로 방수성능을 부여하기 때문에 실제로는 시멘트를 주원료로 한 무기질 재료보다는 방수성능이 약간 우수하나 유기질 재료보다는 방수성능이 약한 단점이 있다.

한편, 종래의 옥상 방수 공법은 바닥층 상면에 방수 시트를 설치하고 방수 시트가 겹치는 부분에는 양면테이프를 테이핑 하거나, 열에 의해 열융착하여 접착시키고, 시트의 표면에 도막 방수제를 도포 경화 시켜 도막 방수층을 현성 한 후 다시 그 표면 위에 방수성 코팅재의 타설 또는 보호용 누름 콘크리트를 타설하는 것으로 되어 있다.

일반적인 방수 시공법의 문제점으로는 첫째, 바탕층의 방수를 위하여 방수 시트와 방수 시트를 접착하나 이 시트 사이의 접착 부분이 파손이나 들뜸으로 인하여 탈락, 박리되는 하자가 발생하는 문제점이 있으며, 둘째, 방수 시트의 상부에 도막 방수층을 설치하고 다시 보호 콘크리트를 타설하나, 보호용 누름 콘크리트 층이 햇빛에 의해 온도가 상승하면 하부로 열의 전달이 일어나고, 따라서 최상층의 콘크리트, 도막방수제, 방수 시트, 바탕층 콘크리트로 구성된 각 층의 열팽창율이 다르기 때문에 도막 방수층은 열화 되어 파손되기 쉽고, 시트와 바탕 콘크리트 사이에는 결로가 발생하여 에어 포켓이 형성됨으로 인하여 방수 구조가 파괴된다.

또한 건축물 옥상의 경우 바탕층과 벽체와의 연결부위 또는 각종 설비물의 설치에 의한 바탕층과의 연결부위는 기존의 방수 시스템의 경우 가장 공사 하자가 많이 발생하는 부위이다.

벽체와 바탕층과의 연결부위 또는 옥상층에 설치되는 설비물과 바탕층과의 연결부위는 "

" 나 "

" 과 같은 형태를 이루게 되며 이러한 연결부위에는 각종 시트와 시트의 접착이 어렵고, 비록 우레탄이나 에폭시 아스팔트 등 여러 가지 고분자 물질로 접착을 시킨다 하더라도 시트 층과 콘크리트 층, 우레탄이나 에폭시 등의 접착 물질과 콘크리트 층 사이에 열 팽창 수축의 차이에 의해 발생하는 결로에 의한 습기나 벽체 외부에서 유입되는 습기에 의해 접착된 부위가 탈락, 박리되어 시트층이 파괴 되거나 들뜨는 문제점이 많이 발생한다.

한국 공개 특허 0029912는 기존의 방수 공법의 단점을 일부 보완한 것으로, 바탕층과 시트층, 도막방수층, 그리고 도막방수층을 보호하기 위한 탑 코팅(Top Coating)을 한 것은 기존의 방법과 동일하나, 시트를 고정하기 위하여 못을 사용하고 있으며 못에 의해 구멍이 난 부분을 보완하기 위하여 다시 방수제를 사용하고 있다. 이 공개 특허는 기존의 방수 공법을 보완 한 듯하나, 상부의 열에 의해 발생할 수 있는 결로, 에어 포켓 등에 대한 대비가 전혀 없으며, 하부 바탕층의 콘크리트와 시트 층의 접착 역시 열팽창 계수가 다르기 때문에 박리 및 에어 포켓이 형성될 수 있는 위험성이 높은 단점이 있다.

기타 한국 공고 특허 특-0135675는 바탕층 위에 우레탄으로 방수층을 형성하고, 다시 현장 발포 우레탄으로 단열층을 형성한 후 다시 우레탄계 방수도료로 단열보호 방수층을 형성하고, 이 단열보호 방수층 위에 보호용 누름 콘크리트를 타설하는 공법이 개시 되어있다. 이 공법은 매우 우수한 방수 성능을 나타낼 수는 있으나, 근본적으로 바탕층 콘크리트를 우레탄 방수층으로 도포하여 부착함으로 인하여, 바탕층 콘크리트에 함유되어 있는 수분의 배출로 인하여 바탕층과 부착된 우레탄 방수층 사이에 결로가 발생하고 결로의 생성에 의한 증기압으로 인하여 에어 포켓이 발생하게 됨으로서 방수층이 다시 파손되는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 접착성능과 방수성능 및 신축기능을 위하여 공지의 친환경 수성 폴리머인 폴리비닐 알코올을 사용하고, 폴리비닐 알코올의 단점인 내수성을 개선하기 위하여 실리케이트 화합물인 트리에톡시실란 화합물로 폴리비닐 알코올을 개질하고, 개질한 폴리비닐 알코올에 탄산염 화합물과 실리케이트 분체와의 혼합에 의해 방수성능 필름을 형성함으로서, 내수성 및 내구성의 유지를 위하여 콘크리트 구조물의 표면에 사용되어 재료와 재료 사이의 부착이 용이하고, 콘크리트 구조물의 팽창 수축에 대한 추종성을 향상시킴으로써 구조물 사이의 균열 박리, 탈락을 방지하고, 진동, 하중 및 환경적 영향에 의한 다양한 내구성 저하 요인을 저하시킴으로써 콘크리트 구조물의 초기 성능을 유지시키고, 방수는 물론 콘크리트, 구조물의 내부 및 외부를 보호해 줄 수 있는 새로운 고내구성 및 고방수성의 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, 이하 PVA" 라 함)을 5 내지 30 중량% 물을 70 중량% 내지 95 중량%를 섭씨 65도 내지 100도의 범위에서 회전속도를 1분당 5 내지 50의 속도로 하여 물에 용해하는 공지의 PVA 수용액 제조 단계(1); 단계(1)에서 생성된 PVA 수용액 100 중량%에 대해 과황산 철을 1 중량% 내지 5 중량%를 상온에서 회전속도를 1분당 5 내지 50의 속도로 혼합하는 단계(2); 단계(2)의 용액 100 중량 %를 기준으로하여, 테트라 에톡시 실란(Tetra Ethoxy Ortho Silicate, 이하 "TEOS" 라 함)을 10 중량% 내지 40 중량%를 섭씨 65도 내지 100도의 범위에서 회전속도를 1분당 30 내지 100의 속도로 고르게 혼합하는 단계(3); 단계(3)에서 제조된 개질 PVA를 상온에서 6시간 숙성시키는 단계(4); 단계(4)의 용액 100 중량%에 대하여 탄산염 화합물을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는 단계(5); 단계(5)의 혼합물을 상온에서 1시간 내지 5시간 동안 숙성시키는 단계(6); 단계(6)의 혼합물에 단계(5)의 혼합물 100 중량%에 대하여 입자 크기가 1 밀리미터 내지 10 밀리미터 크기의 실리카 겔을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는 단계(7); 로 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물의 액체 부분을 구성한다. .

상기에서 구한 단계(7)의 용액 100 중량%에 대하여 일반적으로 급속공사에 사용되는 속경성 시멘트 모르타르를 50 중량% 내지 100 중량%를 혼합하여 사용함으로써, 본 발명품을 얻는다.

본 발명의 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물은 우수한 항장력, 인장 강도, 내마모성 등을 가지고 있으며, 특히 산소 차단성, 강인성, 고탄성이 우수하여 콘크리트 구조물의 계면 접착용, 열화 방지용 표면 코팅 및 토목·건축 구조물용 콘크리트의 방수제 재료로 사용되어 우수한 방수특성과 콘크리트의 열화를 방지하는 탁월한 효과가 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, 이하 PVA" 라 함)을 5 내지 30 중량% 물을 70 중량% 내지 95 중량% 를 섭씨 65도 내지 100도의 범위에서 회전속도를 1분당 5 내지 50의 속도로 하여 물에 용해하는 공지의 PVA 수용액 제조 단계(1); 단계(1)에서 생성된 PVA 수용액 100 중량%에 대해 과황산 철을 1 중량% 내지 5 중량%를 상온에서 회전속도를 1분당 5 내지 50의 속도로 혼합하는 단계(2); 단계(2)의 용액 100 중량 %를 기준으로하여, 테트라 에톡시 실란(Tetra Ethoxy Ortho Silicate, 이하 "TEOS" 라 함)을 10 중량% 내지 40 중량%를 섭씨 65도 내지 100도의 범위에서 회전속도를 1분당 30 내지 100의 속도로 고르게 혼합하는 단계(3); 단계(3)에서 제조된 개질 PVA를 상온에서 6시간 숙성시키는 단계(4); 단계(4)의 용액 100 중량%에 대하여 탄산염 화합물을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는 단계(5); 단계(5)의 혼합물을 상온에서 1시간 내지 5시간 동안 숙성시키는 단계(6); 단계(6)의 혼합물에 단계(5)의 혼합물 100 중량%에 대하여 입자 크기가 1 밀리미터 내지 10 밀리미터 크기의 실리카 겔을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는 단계(7); 로 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물의 액체 부분을 구성한다. .

일 구현예에서, 단계(1)에서 생성된 PVA 수용액 100 중량%에 대해 과황산 철을 1 중량% 내지 5 중량%를 상온에서 회전속도를 1분당 5 내지 50의 속도로 혼합하며, 과황산 철의 사용량이 1 중량% 이하이며 TEOS에 의한 PVA 표면 개질성능이 저하되며, 과황산 철의 사용량이 5 중량% 이상이면, 과다한 사용에 의해 TEOS의 PVA 표면에의 결합력이 저하된다. 바람직하게는 과황산 철의 사용량은 2 중량% 내지 4 중량%이다.

일 구현예에서, 탄산염 화합물은 물에 용해성 탄산염을 사용하며, 탄산 칼륨, 탄산 나트륨, 탄산 리튬 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상이다.

일 구현예에서, 탄산염 화합물의 첨가량이 1 중량% 이하이면 PVA 필름의 내수성이 저하되며, 10 중량% 이상 첨가하면 개질 PVA 용액이 겔화되어 장기 보관성에 문제가 발생한다. 바람직하게는 3 중량% 내지 7 중량% 이다.

일 구현예에서, 실리카 겔을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는데 실리카 겔이 1 중량% 이하이면, 개질 PVA의 내수성이 저하되며, 10 중량% 이상이면 겔화되어 장기 보관성에 문제가 발생한다. 바람직하게는 3 중량% 내지 7 중량% 이다.

Claims

폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, 이하 PVA" 라 함)을 5 내지 30 중량%, 물을 70 중량% 내지 95 중량% 를 섭씨 65도 내지 100도의 범위에서 회전속도를 1분당 5 내지 50의 속도로 하여 물에 용해하는 공지의 PVA 수용액 제조 단계(1); 단계(1)에서 생성된 PVA 수용액 100 중량%에 대해 과황산 철을 1 중량% 내지 5 중량%를 상온에서 회전속도를 1분당 5 내지 50의 속도로 혼합하는 단계(2); 단계(2)의 용액 100 중량 %를 기준으로 하여, 테트라 에톡시 실란(Tetra Ethoxy Ortho Silicate, 이하 "TEOS" 라 함)을 10 중량% 내지 40 중량%를 섭씨 65도 내지 100도의 범위에서 회전속도를 1분당 30 내지 100의 속도로 고르게 혼합하는 단계(3); 단계(3)에서 제조된 개질 PVA를 상온에서 6시간 숙성시키는 단계(4); 단계(4)의 용액 100 중량%에 대하여 탄산염 화합물을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는 단계(5); 단계(5)의 혼합물을 상온에서 1시간 내지 5시간 동안 숙성시키는 단계(6); 단계(6)의 혼합물에 단계(5)의 혼합물 100 중량%에 대하여 입자 크기가 1 밀리미터 내지 10 밀리미터 크기의 실리카 겔을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는 단계(7); 로 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물의 액체 부분을 구성하며, 상기에서 구한 단계(7)의 용액 100 중량%에 대하여 일반적으로 급속공사에 사용되는 속경성 시멘트 모르타르를 50 중량% 내지 100 중량%를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물 제조방법
제1항에 있어서,
PVA 수용액 100 중량%에 대해 과황산 철을 1 중량% 내지 5 중량%를 상온에서 회전속도를 1분당 5 내지 50의 속도로 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물 제조방법
제1항에 있어서,
단계(4)의 용액 100 중량%에 대하여 탄산염 화합물을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물 제조방법
제1항에 있어서,
단계(6)의 혼합물에 단계(5)의 혼합물 100 중량%에 대하여 입자 크기가 1 밀리미터 내지 10 밀리미터 크기의 실리카 겔을 1 중량% 내지 10 중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물 제조방법
제1항에 있어서,
단계(7)의 용액 100 중량%에 대하여 일반적으로 급속공사에 사용되는 속경성 시멘트 모르타르를 50 중량% 내지 100 중량%를 혼합하여 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 폴리머를 이용한 유·무기 복합 방수제 조성물 제조방법