KR101600841B1 - 습윤면에 부착성이 우수한 콘크리트 구조물의 표면 도장용 복합 다층 도막 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자와, 친수성 중공입자를 포함하는 에폭시 프라이머층; 상기 프라이머층 상부에 상기 친수성 중공입자를 통하여 콘크리트에 존재하는 수분과 수화 반응을 하며 콘크리트 바닥 표면을 평평하게 하는, 수용성 에폭시 수지와 경화제 및 시멘트 파우더로 이루어지는 바탕조정재층; 및 상기 바탕조정재층 위에 형성되는 방수성의 무용제 에폭시 방수층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막 및 이를 형성하기 위한 콘크리트 구조물의 표면 도장공법에 관한 것이다.

Description

습윤면에 부착성이 우수한 콘크리트 구조물의 표면 도장용 복합 다층 도막{ COMPOSITE MULTILAYER COATING WITH HIGH ADHESIVE STRENGTH IN WET SURFACE FOR SURFACE COATING OF CONCRETE STRUCTURE}

본 발명은 습윤면에 부착성이 우수한 콘크리트 구조물의 표면 도장용 복합 도막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수처리 시설 등에 사용되는 콘크리트 구조물의 내부 표면에 적용할 복합 다층 도막에 관한 것이다.

수 처리 시설에는 상수도 시설로서 취수장, 착수정, 혼화지, 응집지, 침전지, 여과지, 고도정수처리지, 배수지등이 있고, 이러한 시설 중 특히 콘크리트 구조물에는 내부공간에 방수 공사를 해야만 저장수의 유출을 막고 시설물의 내구연한을 늘려줄 수가 있다.

일반적으로 콘크리트는 사용기간이 경과됨에 따라 미세 균열 및 이음부위의 작업불량, 외력에 의한 크랙이 발생될 수 있으며, 부식이 심화될 경우에는 매설된 철근까지도 부식되어 구조물의 내구성이 심하게 저하되어 콘크리트 구조물의 기능을 손상시키는 문제가 있고, 수분이 콘크리트 내부에 침투하게 되면 문제가 될 수 있어, 정수장 등의 바닥층에 대한 신축 또는 보수공사가 이루어질 때 수분의 일부가 증발되지 않고 건축물 내부로 침투하여 구조물의 내구성에 악영향을 주는 것을 방지하기 위해, 각종 방수 재료를 사용하여 외벽, 바닥 등의 구조물에 방수 작업을 수행한다.

이 경우, 콘크리트 표면이 습윤 상태이면 시공면에 방수/방식 코팅재가 시공면에 제대로 부착되지 못하면서 바탕면의 거동에 대한 대응성이 떨어져 코팅재가 들뜨거나 균열이 발생하는 문제점이 있다

이러한 문제점을 해결하기 위해 등록특허공보 10-0947460에서는 폴리우레아 콘크리트 구조물에 대한 방수 코팅공법으로서, 초속경화형 수지인 폴리우레아 수지를 포함하는 코팅재로 외부 노출면을 형성하기 전에 수용성 에폭시 시멘트계로 코팅층의 핀홀 발생 현상을 방지하는 한편, 콘크리트 구조물의 바닥층이 습윤되더라도, 상기 습윤면에서 코팅층의 접착력이 견고하게 유지되도록 하는 기술이 기재되어 있으나, 상기 종래의 기술들도 콘크리트 바닥 또는 표면이 습윤상태인 경우 견고하게 코팅층을 접착시키지 못하고 있으며, 콘크리트 구조물에 존재하는 다양한 형태의 공극들에 수분을 포함하는 경우 비록 표면이 건조된 상태로 방수를 시공하여도 사용환경에 따른 습도차에 의해 도막 방수층 계면에 수증기압이 발생되거나 기포가 팽창하여 핀홀 현상 및 부풀음 등이 발생될 수 있어 방수 공사의 하자를 초래하는 문제점이 여전히 잔존하고 있다.

한편, 등록특허공보 10-1227380호(2013.01.30.)에서는 습윤 환경의 콘크리트 표면에 침투 가능한 나노사이즈의 다공성 입자와, 친수성 중공입자를 포함하는 저점도 에폭시 프라이머층을 형성하는 단계를 포함하는 콘크리트 표면 도장 공법에 관해 기재되어 있으나, 상기 프라이머층의 기계적 물성을 향상시킬 필요성이 있으며, 나노사이즈의 다공성 입자의 에폭시 수지내 분산성이 낮은 문제점이 있다.

따라서 기존의 방수,방식재의 한계를 극복하면서 습윤 환경의 콘크리트 표면에 침투 가능하고 기계적 물성이 향상되며, 콘크리트의 함수율이 높은 경우에 기존의 방수재가 가지는 부착불량, 워터포켓, 들뜸 등의 현상이 일어나는 문제점을 해결할 수 있는 다층 도막에 대한 필요성은 지속적으로 요구되어 지고 있다.

등록특허공보 10-0947460(2010.03.11.) 등록특허공보 10-1227380호(2013.01.30.)

본 발명은 기존의 방수,방식재의 한계를 극복하면서 정수장 등의 콘크리트 구조물에 대한 신축 또는 보수공사시 콘크리트 모체가 건조되어야 함에도 불구하고 건조가 덜 되거나 현장 여건이 구조적으로 완벽한 건조가 어려운 조건에서 바닥층의 방수방식 코팅공사가 이루어질 때, 상기 코팅 소재내 프라이머층의 기계적 물성을 향상시키며 보다 친환경적인 공법에 의해 프라이머층을 형성시키고, 콘크리트 바닥면과 완벽한 접착력으로 코팅 처리될 수 있는 도막을 제공하고자 하는 것이다.

또한 본 발명은 상기 도막을 형성시키기 위한 콘크리트 구조물의 표면 도장공법을 제공함으로써, 기존의 방수재가 콘크리트의 함수율이 높고 모체에 수분이 존재할 때 부착불량, 워터포켓, 들뜸등의 현상이 일어나는 문제점을 해결하고자 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자 3 ~ 10 중량%, 친수성 중공입자 5 ~ 20 중량%, 에폭시 수지 30 ~ 60 중량%, 수용액 10 ~ 40 중량% 및 아민 경화제 수용액 20 ~ 40 중량%를 사용하여 형성된 에폭시 프라이머층; 상기 프라이머층 상부에 상기 친수성 중공입자를 통하여 콘크리트에 존재하는 수분과 수화 반응을 하며 콘크리트 바닥 표면을 평평하게 하는, 수용성 에폭시 수지와 경화제 및 시멘트 파우더로 이루어지는 바탕조정재층; 및 상기 바탕조정재층 위에 형성되는 방수성의 무용제 에폭시 방수층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막으로서, 상기 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자는 알콕시기가 실리콘 원자에 결합되되, 실리콘 원자의 나머지 연결부분의 말단에 아민기를 가지는 치환기를 도입함으로써, 말단이 아민기를 가진 실리콘 화합물로 표면이 개질된 점토입자인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막을 제공한다.

본 발명은 콘크리트 표면을 보수하고 세정하여 도막처리할 수 있도록 표면처리하는 단계; 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자 3 ~ 10 중량%, 친수성 중공입자 5 ~ 20 중량%, 에폭시 수지 30 ~ 60 중량%, 수용액 10 ~ 40 중량% 및 아민 경화제 수용액 20 ~ 40 중량%를 사용하여 형성된 에폭시 프라이머층을 형성하는 단계로서, 상기 친수성 치환기로 표면개질된 점토입자는 알콕시기가 실리콘 원자에 결합되되, 실리콘 원자의 나머지 연결부분의 말단에 아민기를 가지는 치환기를 도입함으로써, 말단이 아민기를 가진 실리콘 화합물로 표면이 개질된 점토입자인 것을 특징으로 하는 에폭시 프라이머층을 형성하는 단계; 상기 프라이머층 상부에 상기 친수성 중공입자를 통하여 콘크리트에 존재하는 수분과 수화 반응을 하며, 콘크리트 바닥 표면을 평평하게 하는, 수용성 에폭시 수지와 경화제 그리고 시멘트 파우더로 이루어지는 바탕조정재층을 형성하는 단계; 및 상기 바탕조정재층 위에 방수성을 가지는 무용제 에폭시 방수층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 도막구조를 이용한 콘크리트 구조물의 표면 도장공법을 제공한다.

본 발명에 의한 복합 다층 도막은 습윤 환경의 콘크리트 표면에 침투 가능하며, 기존의 방수재가 콘크리트의 함수율이 높고 모체에 수분이 존재하는 경우의 문제점인 부착불량, 워터포켓, 들뜸 등의 현상이 일어나는 문제점을 해결할 수 있고, 또한 코팅 소재내 프라이머층의 입자의 분산성이 양호하여, 프라이머층의 기계적 물성이 향상되며, 또한 프라이머층의 투습도가 높음으로써 프라이머층 내 수분의 이동을 자유롭게 해줄 수 있어 습윤 환경에서의 바탕면의 수분 처리가 용이해질 수 있으며, 보다 친환경적인 측면에서 프라이머층을 형성시키는 우수한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 다층 도막구조에 관한 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 다층 도막구조 중 프라이머층을 보다 상세히 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막은 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자와, 친수성 중공입자를 포함하는 에폭시 프라이머층; 상기 프라이머층 상부에 상기 친수성 중공입자를 통하여 콘크리트에 존재하는 수분과 수화 반응을 하며 콘크리트 바닥 표면을 평평하게 하는, 수용성 에폭시 수지와 경화제 및 시멘트 파우더로 이루어지는 바탕조정재층; 및 상기 바탕조정재층 위에 형성되는 방수성의 무용제 에폭시 방수층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 프라이머층은 습윤면에 사용시 기존의 방수재가 콘크리트의 함수율이 높고 모체에 수분이 존재할 때 부착불량, 워터포켓, 들뜸 등의 현상이 일어나는 문제점을 해결함과 동시에 친환경적으로 프라아머층을 형성하며 또한, 프라이머층의 입자의 분산성을 개선과 이의 기계적 물성을 향상시키고자 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자 및 친수성을 지니는 중공입자 및 에폭시계 고분자 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프라이머층은 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자를 포함하고 있어 에폭시계 고분자내 기계적 물성을 향상시키며, 또한 콘크리트의 공극에 포함되어 있는 수분을 효과적으로 흡수하여 친수성 중공입자로 전달하는 통로의 역할을 하며, 또한 수분의 전달 이후에는 저점도 무용제 에폭시 수지와 함께 모체의 공극에 침투하여 기포 억제와 부착력 증대의 역할을 하게 된다.

또한 본 발명에 사용되는 프라이머층은 도 2에서 보는 바와 같이 친수성 중공입자(11)를 포함하고 있어 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자(12)로부터 전달되거나 모체에서 흡수한 수분을 입자 내부의 중공 부위에 저장하며 또한 바탕조정재에 사용되는 시멘트와 수화반응을 일으켜 수분을 소비할 수 있도록 한다.

또한 상기 친수성 중공입자는 하도인 프라이머의 표면적을 넓게 하고 거친 표면을 지니게 하여 프라이머층과 바탕 조정제와의 부착력을 향상 시켜주는 역할을 한다.

본 발명에 따른 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자는 바람직하게는 말단이 아민기를 가진 실리콘 화합물로 표면이 개질된 점토입자일 수 있다. 일반적으로 점토입자는 유기성 재료에 의해 표면개질이 가능하다.

예를 들면, 표면이 친수성인 히드록시기를 포함하고 있는 점토 입자는 알콕시기가 실리콘 원자에 결합된 형태를 포함하고 있는 유기성 재료와의 반응에 의해 점토 표면내 히드록시기가 상기 알콕시기와 반응함으로써, 실리콘 원자를 포함하는 유기성 재료가 점토 표면과 공유결합을 형성함으로써 표면개질이 가능하다.

본 발명에서는 상기 알콕시기가 실리콘 원자에 결합되되, 실리콘 원자의 나머지 연결부분의 말단에 아민기를 가지는 치환기를 도입함으로써, 점토입자의 표면이 아민기를 말단에 가진 실리콘 화합물로 개질된 점토 입자를 프라이머층을 형성하기 위한 조성물에 사용하는 것을 기술적 특징으로 한다.

아래 그림 A에서는 본 발명에 따른, 말단에 아민기를 가진 실리콘 화합물로 표면이 개질된 점토입자의 구조를 도식화하여 나타내었다.

[그림 A]

한편, 본 발명에서 상기 표면 개질된 점토 입자를 제조하기 위해서 표면개질 반응전에 상기 점토는 양이온을 4차 암모늄염으로 유기화처리한 후에 표면개질 반응을 수행할 수 있다.

상기 아민기를 가진 실리콘 화합물로 표면이 개질된 점토입자는 통상의 비극성 관능기에 해당하는 알킬기 등을 가진 실리콘 화합물로 표면이 개질된 점토 입자에 비해, 아민기가 극성의 성질을 가짐으로써 프라이머층내에 포함된 에폭시 고분자와의 분산성이 향상될 수 있으며, 이와 더불어 점토입자의 표면을 보다 친수성쪽으로 개질시킴으로써, 콘크리트의 공극에 포함되어 있는 수분을 효과적으로 흡수할 수 있다.

상기 아민기를 가진 실리콘 화합물로서 본 발명에서 예시적으로 사용가능한 것으로서, 2-아미노에틸 트리에톡시 실란, 3-아미노프로필 트리에톡시 실란, 4-아미노부틸 트리에톡시 실란, N-[3-트리메톡시실릴 프로필]에틸렌디아민 등이 사용가능하다.

한편, 본 발명에서 사용되는 점토 입자는 천연물 또는 합성물로 이루어진 점토 광물을 들 수 있으며, 몬모릴로나이트, 철 몬노릴로나이트, 바이델라이트, 사포나이트, 헥토라이트, 스티븐사이트, 논트로나이트, 마가디아이트, 일러라이트, 카네마이트, 층상 티탄산, 스멕타이트 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

또한 상기 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자는 상기 그림 A에서 나타낸 바와 같이 표면개질반응이 진행된 이후에는 박리(Expoliate) 가능하여 박편화된 형태로 존재할 수 있다.

또한 본 발명에서는 상기 박리과정을 거쳐 박편화된 2차원 구조 형태의 점토입자를 보다 효과적으로 얻기 위해, 프라어머층을 형성하기 전에 프라이머용 조성물을 초음파 처리 등을 수행할 수 있다.

또한 상기 박편화된 나노사이즈의 입자는 프라이머층을 형성하기 위한 조성물에 직접 혼합될 수도 있고, 또는 다른 코팅재, 예를 들면 우레탄 수지, 실리콘 수지 등에 포함된 형태로 프라이머층에 혼합될 수 있다.

본 발명의 상기 친수성 중공입자는 중공 다공성 실리카, 중공구조의 플라스틱, 중공 구조의 알루미나, 화성암을 고온 발포시킨 초경량 미소 중공구체, MgO, CaCO₃, TiO₂, Fe₂O₃, BaTiO₃, 하프니아(HfO₂), SrTiO₃, ZrO₂, SnO₂, CeO₂ 중에서 선택되는 하나이상의 무기세라믹 입자일 수 있다.

또한 상기 친수성 중공입자는 10 ~ 200 um 크기를 가질 수 있고, 친수성 중공 입자도 프라이머층용 조성물에 직접 혼합될 수도 있거나, 또는 다른 코팅재, 예를 들면 우레탄 수지, 실리콘 수지 등에 포함된 형태로 프라이머층에 혼합될 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 에폭시 프라이머층은 상기 점토입자와 친수성 중공입자이외에, 에폭시 수지와 수용액 및 수용성 아민 경화제를 추가로 포함한 조성물을 이용하여 형성될 수 있다.

상기 에폭시 수지로는 고형분의 에폭시 수지로서, 도막을 형성하는 경우 도막의 강인성 및 고온특성이 우수하고, 내약품성 및 내수성이 우수한 특징이 있으며, 경화시에 휘발성 물질의 발생 및 부피의 수축이 없고, 경화할 때는 피도체의 표면에 큰 접착력을 가지게 된다.

이경우에 상기 조성물은 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자 3 ~ 10 중량%, 친수성 중공입자 5 ~ 20 중량%, 에폭시 수지 30 ~ 60 중량%, 수용액 10 ~ 40 중량% 및 아민 경화제 수용액 20 ~ 40 중량 %를 사용하여 형성가능하다.

예시적으로 상기 에폭시 프라이머층은 수용성 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 상기 에폭시 수지의 함량이 지나치게 적으면 부착강도가 저하되며 도막의 강도가 낮아 질수 있으며 너무 많으면 수분의 이동과 배출이 어려워져 습윤면에 사용이 어려울 수 있다.

또한 상기 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자와 친수성 중공입자의 함량이 너무 많으면 도막의 강도가 저해되고 모체의 수분이 지속적으로 공급될 수 있어 도막의 부착강도가 낮아지거나 워터 포켓 현상이 발생할수 있으며 너무 적으면 수효과적인 물성을 나타 내지 못하게 된다.

또한 상기 수용액은 희석제로서 사용될 수 있으며, 사용되는 에폭시 수지의 점도가 높거나 고체상의 에폭시 수지인 경우 함침이 어려우므로 수용액상에 녹여서 사용함으로써, 점도를 낮출 수 있으며, 또한 수 계용매를 사용함으로써, 프라이머 층의 형성시 보다 친환경 조건에서 이를 형성할 수 있다.

상기 수용액의 함량이 상기의 범위를 벗어나는 경우에는 점도가 낮아 충전제의 침강이 발생되고, 혼합이 불균일해져 제반특성이 저하된다.

상기의 아민 경화제는 사슬구조를 갖고 있는 것으로, 에폭시 수지의 유기기와 가교결합 밀도를 높이면서도 반응하여 표면경도와 부착력을 향상시키며 경화를 촉진하는 역할을 하며, 수용액에 용해시켜 에폭시 수지와 반응할 수 있도록 한다.

상기 아민 경화제는 변성 지방족 아민, 변성 방향족 아민 또는 이들의 혼합물이며, 상기 변성 지방족 아민은 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 디에틸아미노프로필아민, 멘탄디아민, N-아미노에틸피페라진, 엠크실렌디아민 및 이소포론디아민군에서 선택된 하나 이상이며, 상기 변성 방향족 아민은 메타 페닐렌 디아민, 디아미노디페닐메탄 및 디아미노디페닐 설폰으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 아민 경화제의 함량이 적은 경우에는 적절한 경화효과를 부여할 수 없고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 과도한 경화로 인하여 도막의 경도가 지나치게 높아지는 문제점이 있게 되므로 상기의 범위를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 상기 프라이머층의 도장두께는 0.05 ~ 0.30 ㎜ 범위가 바람직하다. 이보다 얇은 경우 도막의 강도를 유지할 수 없고 콘크리트의 표면이나 공극에 효과 적으로 습윤되지 못하여 부착력을 저해하게 되며, 두꺼운 경우 수분의 이동과 배출이 어려워지게 되며 도막강도 약화의 원인이 되므로, 적절한 두께를 취하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프라이머층은 수용액을 이용하여 도포함으로써, 일반 유기용매를 사용한 경우보다 친환경적인 측면은 있으나, 충분히 건조하지 않는 경우에 수분이 잔류할 수 있어 주의를 요한다.

또한 본 발명에서 사용되는 바탕조정재는 통상의 사용되는 에폭시 시멘트 몰탈재를 사용하나, 프라이머층의 친수성 중공입자로부터 제공되는 콘크리트 모체의 수분과 반응하여 하도와 바탕조정재와의 부착력을 증대하고 콘크리트 층에 존재하는 수분을 소비시킴으로 하도와 콘크리트의 부착력을 증대시키는 작용을 함을 기술적 특징으로 한다. 상기 수용성 에폭시 수지는 10 ~ 15 중량%, 경화제는 20 ~ 30 중량%, 시멘트 파우더는 55 ~ 70 중량%로 이루어질 수 있다.

상기의 경화제는 페놀수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 옥세탄 수지, 디알릴 프탈레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 규소 수지, 말레이미드 수지, 열경화성 폴리이미드 수지 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

상기 바탕조정재층은 두께 0.5 ~ 1 ㎜ 가 바람직하며, 필요에 따라 2회 이상 도포될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 무용제 에폭시 방수층은 중도층으로서 사용되는 것으로, 외부충격과 작용하는 힘으로부터 도장층을 보호하는 에폭시 수지 30 ~ 50 중량%과 경화제 20 ~ 40 중량%, 충전제 30 ~ 50 중량%로 구성된 방수성의 무용제 에폭시 방수층을 사용할 수 있다.

상기의 충전제로는 탄산칼슘 또는 산화아연을 사용하여 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자를 분산 및 수화할 수 있다. 충전제로 탄산칼슘 또는 산화아연을 사용함으로 인해 별도의 충진제가 첨가할 필요가 없으며, 기타 동결방지제, 방부제, 증점제, 은폐제 등도 첨가되지 아니하여도 무방하다.

상기 중도층은 방수의 특성 및 외부층격으로부터 보호특성을 만족하는 다른 고분자층으로 변경가능하다. 예를 들어 상기 에폭시 수지층은 폴리우레아층이나 변성 에폭시층, 폴리 우레탄과 그변성체, 비닐에스테르 수지를 이용한 수지층으로 대체 가능할 수 있다.

상기 중도층은 두께 0.3 ~ 2 mm 가 바람직하며 상도가 필요 없는 조건에서는 중도가 노출되는 도장으로 최종 마감할 수 있다.

또한 본 발명에서는 내후성을 요구하는 자외선에 노출되는 옥외 사용처 또는 내산화성 및 내오존성의 특성을 요구하는 특수 용도의 한도내에서 선택적으로 상도층이 사용가능 하다.

또한 상기 상도층은 내산화성 및 내오존성을 가지기 위해서 상도용 코팅재로서 불소 아크릴 우레탄, 또는 불소를 포함하는 폴리실록산 중에서 선택되는 불소수지를 포함할 수 있다.

통상적으로 사용되는 불소수지는 오염방지성능과 부착방지성능이 있으나 실제 적용 시에는 불소수지가 고가이어서 경제성 문제도 고려해야 하므로 폴리실록산에 불소수지를 소량 첨가하여 사용할 수 있다.

예컨대 상기 불소수지의 종류는 RCH₂CH₂OH 또는 RCH₂CH₂OOCCH=CH₂를 포함할 수 있다. 여기서 R은 CF₃(CF₂)₈인 불소수지가 사용될 수 있고, 바람직하게는 RCH₂CH₂OH(FC-C-1022, 한국정밀화학)을 사용될 수 있다.

상기 불소수지는 통상 2 ~ 30 %를 사용할 수 있고, 바람직하게는 3 ~ 15 %를 사용할 수 있고, 상기 상도층은 두께 0.1 ~ 0.5 mm를 유지하는 것을 특징으로 한다. 일예로서, 상기 불소수지는 폴리실록산에 불소수지를 3 ~ 15%를 포함하는 것을 사용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 바닥층에 대한 도막 구조를 도시한 것이다. 상기 도 1에 도시한 다층 도막을 형성하기 위해서 본 발명은 콘크리트 표면을 보수하고 세정하여 도막처리할 수 있도록 콘크리트층(50)의 표면처리를 진행한 후, 순서대로 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자 및 친수성 중공입자를 포함하는 에폭시 프라이머층(10)을 형성하고, 상기 프라이머층 상부에 상기 친수성 중공입자를 통하여 콘크리트에 존재하는 수분과 수화 반응을 하며, 콘크리트 바닥 표면을 평평하게 하는, 수용성 에폭시 수지와 경화제 그리고 시멘트 파우더로 이루어지는 바탕조정재층(20)을 형성한 후에, 상기 바탕조정재층 위에 방수성을 가지는 무용제 에폭시 방수층(30)을 형성하고, 이에 더불어 선택적으로 상도층(40)을 형성하는 단계로 진행된다.

1. 콘크리트층(50)의 표면처리

상기 콘크리트층(50)의 표면처리는 상기 콘크리트 구조물의 바닥층(50)에 대한 균열상태와 누수 및 용수 부분을 보강하며, 상기 콘크리트 구조물의 바닥층(50)으로 프라이머 침투가 용이하게 이루어지도록 먼지, 표면의 유분, 염분, 수분, 먼지 등 기타 이물질을 제거한다.

2. 프라이머층(10) 형성 단계

상기 제2 단계는 상기 표면 처리된 콘크리트층(50) 전체에 프라이머층(10)을 형성하는 것으로, 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자 3 ~ 10 중량%, 친수성 중공입자 5 ~ 20 중량%, 에폭시 수지 30 ~ 60 중량%, 수용액 10 ~ 40 중량% 및 아민 경화제 수용액 20 ~ 40 중량 %을 포함하는 조성물을 사용한다.

보다 상세하게는 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자와 친수성 중공안료 및 수용액을 포함하고 있는 에폭시 수지 파트에 주제와 경화제를 당량비 1 : 0.8 ~ 1 : 1.2를 유지하며 아민 경화제 수용액을 혼합한 후 로울러나 붓, 에어리스 스프레이를 이용하여 도포하는 방식으로 콘크리트 표면에 도장할 수 있다.

상기 프라이머층(10)의 도장두께는 0.05 ~ 0.3 ㎜ 범위내에서 하는 것이 바람직하며, 이는 1회 도장시의 두께가 0.3 ㎜ 이상인 경우 건조가 매우 느려 24시간 이상 경과하여도 도막 밀림 현상이 발생할 수 있고 바탕체의 수분이 효과적으로 배출될 수 없으며, 0.3 ㎜ 이상으로 과도장을 할 경우에는 크랙이 발생할 수 있기 때문이다.

상기 도장층은 붓이나 로울러, 에어리스 스프레이를 통해서는 전면 도장이 이루어지도록 하고, 상기 노즐구경 및 분사압력은 작업여건에 따라 변경이 가능하다.

3. 바탕조정재층(20) 형성단계

수용성 에폭시 수지 10 ~ 15 중량%, 경화제는 20 ~ 30 중량%, 시멘트 파우더는 55 ~ 70 중량%로 이루어진 수용성 에폭시 수지와 경화제 그리고 시멘트 파우더를 이용하여 바탕조정층을 형성한다.

바탕조정층은 주제로 수용성 에폭시 수지를 사용하고 경화제로 아민 혼합물을 사용하며 시멘트 세라믹 혼합물을 파우더로 사용하는 3액형 에폭시 시멘트 몰탈재로서 콘크리트의 바탕조정과 강도 보강의 목적으로 사용되며, 본 발명을 통하여서는 모체의 수분과 반응하여 수분을 소비하는 역할을 한다.

4. 무용제 에폭시 방수층 중도층(30) 형성단계

에폭시 수지 30 ~ 50 중량%과 경화제 20 ~ 40 중량%, 충전제 30 ~ 50 중량% 로 구성된 무용제 에폭시 방수층을 이용하여 중도층을 형성할 수 있다. 비스페놀 A또는 비스페놀 F 에폭시 수지와 반응성희석제, 각종 기능성 충진제가 사용된 주제에 당량비 1 : 0.8 ~ 1 : 1.2 를 유지하며 경화제를 혼합한 후 붓 또는 로울러, 에어리스 스프레이 기기를 이용하여 균일하게 도포한다.

중도층은 내산성, 내오존성을 요하는 환경이나 외부에 노출되어 내후성을 요하는 환경이 아닐시 중도 자체만으로 마감될수있으므로 KS F 4921에 만족하는 물성을 지니는 것이 바람직하다.

5. 상도층(40) 형성단계

상기와 같이 형성된 중도층의 위에 비오염성 불소 수지 조성물의 코팅층을 형성한다. 상기 비오염성 불소 수지 조성물은 불소 함유 수지, 친수성 부여제, 가수분해촉진제 및 경화제를 포함할 수 있다. 이에 반드시 제한되는 것은 아니나, 불소 함유 수지로는 수산기가 고형분 기준으로 50 ∼ 150 ㎎ KOH이고, 분자량이 2,000 ∼ 100,000인 불소수지가 바람직하게 사용된다. 일예로서, 상기 불소수지는 불소 아크릴 우레탄을 사용하거나 또는 폴리실록산에 불소수지를 3~15%를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서 상도층의 도장 방법에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 스프레이(Spray) 또는 롤러(Roller)를 사용하여 건조도막두께가 바람직하게는 50 ㎛ 이상이 되도록 도장할 수 있다.

실시예 1 내지 5(다층 도막의 제조)

본 발명의 특징 및 장점인 습윤 환경에서 콘크리트 면에 침투하여 부착력이 우수한 프라이머의 물성을 점검하기 위하여 콘크리트 구조물 시험체를 양생한 후 7일동안 침수하고 상온(25℃)에서 2시간동안 건조 시켜 함수율 40 %의 시험체를 제작한 후 표면 처리공정을 시행하였다.

전처리된 시험체의 표면에 하기 표 1에 기재된 성분의 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자, 친수성 중공입자, 에폭시 수지 및 수용액과 아민 경화제 수용액의 조성을 가지는 프라이머층 조성물을 이용하되, 표면개질된 점토 입자와 친수성 중공입자, 수용액 및 에폭시 수지를 포함하는 주제(PART A)와 아민 성분을 지니는 경화제(PART B)로 형성된 2액형 프라이머를 동력 교반기를 사용하여 (RPM 500 ~ 1,000)로 약 2 ~ 5분간 균일하게 혼합한 후 에어리스 스프레이 기기를 이용하여 도장(도막두께 ~ 0.1㎜)하였다.

여기서, 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자를 제조하기 위해서 천연 점토인 몬모릴로나이트(실시예 1 내지 4)와 상기 몬모릴로나이트를 4차 암모늄염으로 유기화 처리한 몬모릴로나이트(실시예 5)를 각각 사용하였다.

표면개질을 위해 아미노실란으로서 3-아미노프로필트리에톡시실란을 사용하며, 10 리터 반응기내에서 질소분위기하에 2 리터의 자일렌 용매 또는 에탄올 용매하에 교반을 통해 80도에서 하루 분산시키고, 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란을 상기 점토와 2: 1의 무게비로 주입하여 반응시켰다. 이후에 고체상 수득물을 재침전하여 여과후 아세톤으로 세척하여 진공 오븐에서 이틀동안 건조하여 아미노기를 포함하는 실란으로 표면개질된 점토 입자를 얻었다.

상기 표면개질된 점토 입자를 평균직경 65 um이고 부피비중 0.15 (g/cm²)인 화성암을 고온 발포시킨 초경량 미소 중공구체의 친수성 중공입자와 함께 주제에 사용하였다.

바탕조정재는 수용성 에폭시 수지 8 중량%, 경화제는 20 중량%, 시멘트 파우더는 63 중량%을 포함하여 이루어진 바탕조정재층을 도막두께 1 mm가 되도록 1회 도장(도포량 : 0.5 ㎡/kg) 하여 형성하였다.

주제, 경화제를 혼합용기에 넣고 동력 교반기를 사용하여 주제와 경화제를 지시된 비율에 따라 고속교반기(RPM 500 ~ 1,000)로 약 3 ~ 5분간 균일하게 혼합한다. 혼합 후 시멘트 파우더를 서서히 넣고 균일하게 교반 한다. 고속교반기(RPM 500 ~ 1,000)로 약 3 ~ 5분간 균일하게 혼합한다. 이후 완전히 경화된 프라이마 층위에 흙손을 이용하여 미장 작업을 한다.

상기 바탕조정재층 상에 중도층을 형성하기 위해 에폭시 수지 30 ~ 50 중량%과 경화제 20 ~ 40 중량%, 충전제 30 ~ 50 중량%로 구성된 무용제 에폭시 방수층을 주제와 경화제 혼합비율 무게비 4 : 1로 동력 교반기를 사용하여 (RPM 500 ~ 1,000)로 약 2 ~ 5분간 균일하게 혼합한후 에어리스 스프레이기기를 이용하여 도장 하였다. 도막두께는 150 ㎛로 스프레이 도포 시 2회 도포(도포량 : 5.0 ㎡/L)하였다.

마지막으로, 상도처리단계에서 불소수지를 포함하는 불소 아크릴 우레탄을 주제 경화제 혼합비율 6 : 1로 동력 교반기를 사용하여 (RPM 500 ~ 1,000)로 약 2 ~ 5분간 균일하게 혼합한 후 에어리스 스프레이 기기를 이용하여 도막두께는 50 ~ 100 ㎛로 도포하여 본 발명의 다층 도막구조 피막을 형성하였다.

비교예 1 내지 2

상기 실시예1에서 프라이머층에 친수성 중공입자와 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자를 포함하지 않은 프라이머층을 도장하여 다층 피막을 제조(비교예1)한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 공정을 진행하였다. 이 경우 친수성 중공입자와 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자에 해당하는 양의 저점도 에폭시 수지를 보충하였다.

상기 실시예 2에서 표면개질된 점토입자를 사용하지 않고 다층 피막을 제조(비교예2)한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 공정을 진행하였다.

성분		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예1	비교예2
프라이머층	표면개질된 점토 입자	5	5	7	7	5	0	0
	친수성 중공입자	8	13	8	13	16	0	8
	에폭시 수지	42	37	40	40	34	50	44
	반응성 희석제	15.0	18.6	16.4	15	20.7	10.7	15.0
	아민 경화제	30.0	26.4	28.6	25.0	24.3	39.3	33.0
바탕조정재층		○	○	○	○	○	○	○

상기와 같이 하여 본 발명의 다층 도료 피막이 형성된 콘크리트 시험체 실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 2의 성능비교표를 아래 표 2에 나타내었다.

아래에서 부착강도 측정방법은 시멘트 몰탈 위에 KS F 4929에 준하여 표준상태의 부착강도를 측정하였고, 투습도는 KS F 4936(콘크리트 보호용 도막재)의 성능 기준에 의해 프라이머층의 도막을 각각의 실시예 및 비교예에 따라 0.1㎜ 의 두께로 제작하고 컵의 입구를 상기 형성된 도막으로 막은 후에 24시간 후 컵안의 흡습제의 무게 변화를 측정 하여 측정하였다.

평가 항목	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예1	비교예2
부착강도 (kgf/㎠)	30	28	28	29	23	10	9
흡습성 바닥의 부착정도 관능성 평가	우수	우수	우수	우수	우수	미흡	보통
투습도 (수증기 투과율, g/m2/24h)	5.2	5.7	6.5	6.9	6.2	2.24	3.16

상기 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 친수성 중공입자와 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자를 포함하는 프라이머층과 바탕조정재층을 갖는 다층 도막은 비교예 1 또는 비교예 2에 비해 부착강도가 높고 기계적 물성이 우수하며, 흡습성 바닥의 부착정도 관능성 평가가 우수함을 보여주고 있고, 또한 상기 프라이머층의 투습도가 높음으로써 프라이머층 내의 수분의 이동을 자유롭게 해줄 수 있어 습윤 환경에서의 바탕면의 수분 처리가 용이해질 수 있고, 콘크리트의 함수율이 높고 모체에 수분이 존재할 때 보다 개선된 특성을 나타낼 것으로 판단된다.

10; 프라이머층 11; 친수성 중공 입자
12; 표면개질된 점토 입자 20; 바탕조정재층
30; 무용제 에폭시 방수층 40; 상도층
50; 콘크리트층

Claims (10)

1. 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자 3 ~ 10 중량%, 친수성 중공입자 5 ~ 20 중량%, 에폭시 수지 30 ~ 60 중량%, 수용액 10 ~ 40 중량% 및 아민 경화제 수용액 20 ~ 40 중량%를 사용하여 형성된 에폭시 프라이머층;
   상기 프라이머층 상부에 상기 친수성 중공입자를 통하여 콘크리트에 존재하는 수분과 수화 반응을 하며 콘크리트 바닥 표면을 평평하게 하는, 수용성 에폭시 수지와 경화제 및 시멘트 파우더로 이루어지는 바탕조정재층; 및
   상기 바탕조정재층 위에 형성되는 방수성의 무용제 에폭시 방수층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막으로서, 상기 친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자는 알콕시기가 실리콘 원자에 결합되되, 실리콘 원자의 나머지 연결부분의 말단에 아민기를 가지는 치환기를 도입함으로써, 말단이 아민기를 가진 실리콘 화합물로 표면이 개질된 점토입자인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막.
2. 제1항에 있어서,
   상기 무용제 에폭시 방수층위에 내산화성 및 내오존성을 가지기 위해, 불소 아크릴 우레탄, 또는 불소를 포함하는 폴리실록산 중에서 선택되는 불소수지의 상도층이 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 바탕조정재는 수용성 에폭시 수지 10 ~ 15 중량%, 경화제 20 ~ 30 중량%, 시멘트 파우더는 55 ~ 70 중량%를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막.
6. 제1항에 있어서,
   상기 에폭시 방수층은 외부충격과 작용하는 힘으로부터 방수층을 보호하는 에폭시 수지 30 ~ 50 중량%, 경화제 20 ~ 40 중량% 및 충전제 30 ~ 50 중량%로 구성된 무용제 에폭시 방수층인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 친수성 중공입자는 10 ~ 200 um 크기의 중공 다공성 실리카, 중공구조의 플라스틱, 중공 구조의 알루미나, 화성암을 고온 발포시킨 초경량 미소 중공구체, MgO, CaCO₃, TiO₂, Fe₂O₃, BaTiO₃, 하프니아(HfO₂), SrTiO₃, ZrO₂, SnO₂, CeO₂ 중에서 선택되는 하나이상의 무기세라믹 입자인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막.
8. 제1항에 있어서,
   상기 프라이머층의 도장두께는 0.05 ~ 0.30 mm 범위내인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막.
9. 제1항에 있어서,
   상기 바탕조정재층은 두께 0.5 ~ 1.0 mm를 유지하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면 도장용 다층 도막.
10. 콘크리트 표면을 보수하고 세정하여 도막처리할 수 있도록 표면처리하는 단계;
    친수성 치환기로 표면개질된 점토 입자 3 ~ 10 중량%, 친수성 중공입자 5 ~ 20 중량%, 에폭시 수지 30 ~ 60 중량%, 수용액 10 ~ 40 중량% 및 아민 경화제 수용액 20 ~ 40 중량%를 사용하여 형성된 에폭시 프라이머층을 형성하는 단계로서, 상기 친수성 치환기로 표면개질된 점토입자는 알콕시기가 실리콘 원자에 결합되되, 실리콘 원자의 나머지 연결부분의 말단에 아민기를 가지는 치환기를 도입함으로써, 말단이 아민기를 가진 실리콘 화합물로 표면이 개질된 점토입자인 것을 특징으로 하는 에폭시 프라이머층을 형성하는 단계;
    상기 프라이머층 상부에 상기 친수성 중공입자를 통하여 콘크리트에 존재하는 수분과 수화 반응을 하며, 콘크리트 바닥 표면을 평평하게 하는, 수용성 에폭시 수지와 경화제 그리고 시멘트 파우더로 이루어지는 바탕조정재층을 형성하는 단계; 및
    상기 바탕조정재층 위에 방수성을 가지는 무용제 에폭시 방수층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 도막구조를 이용한 콘크리트 구조물의 표면 도장공법.

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