KR101692187B1 - 수성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드의 제조방법 - Google Patents

수성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 수분산 아크릴수지와 증류수를 포함하는 수성 코팅제를 격자상으로 제직된 폴리에스테르 섬유에 도포하므로 인체에 무해하고 환경 친화적이며, 성능 면에서도 종래의 유성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드와 비교하여 동등 이상의 보강재를 제조할 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수성 코팅제를 이용한 폴리에스테르 지오그리드의 제조방법은,
수분산 아크릴수지 10 내지 30중량%(고형분 기준), 증류수 65 내지 90중량%(수성 코팅제에 포함된 전체 증류수의 함량 기준, 즉 수분산 아크릴수지에 함유된 증류수까지 합친 전체 증류수의 양이 수성 코팅제에서 차지하는 비율을 말한다)를 포함하는 수성 코팅제를 폴리에스테르 섬유에 도포하는 것을 특징으로 한다.
이때 수성 코팅제의 점도는 25℃에서 1~50센티포이즈(cps)인 것을 특징으로 한다.

Description

수성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드의 제조방법 {A manufacturing method of polyester geogrid using aqueous coating agent}
본 발명은 수성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드의 제조방법에 관한 것이다.
즉 본 발명은 토목공사나 건축공사의 보강재로 사용되는 폴리에스테르 지오그리드(Geogrid)의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 수분산 아크릴수지와 증류수를 포함하는 수성 코팅제를 격자상으로 제직된 폴리에스테르 섬유에 도포하므로 인체에 무해하고 환경 친화적이며, 성능 면에서도 종래의 유성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드와 비교하여 동등 이상의 보강재를 제조할 수 있다.
폴리에스테르 지오그리드는 연약지반 보강, 성토사면 보강, 보강토 옹벽 등 다양한 토목 현장에서 보강재로 폭넓게 사용된다. 폴리에스테르 지오그리드는 격자구조를 가지므로 지반 내부에서 흙과의 상호 친화성으로 흙의 결집력을 향상시켜 지반의 붕괴, 침하 등을 방지하며 연약한 지반 강화용이나 옹벽 보호용, 경사면 강화용 등에 널리 사용된다. 이러한 폴리에스테르 지오그리드는 경사, 위사 방향의 각 띠가 격자를 가진 재료로서 구성, 교차연결 또는 결합방법을 다양하게 변화시킬 수 있으며, 하중을 받는 방향의 구조용 보강재로 사용된다.
종래로부터 폴리에스테르 지오그리드의 도장에 사용되는 유성 코팅제는 폴리염화비닐수지에 프탈산계 가소제와 흑색안료를 혼합하고 톨루엔, 크실렌과 같은 휘발성 유기화합물(VOC)로 희석하여 손쉽게 제조할 수 있다. 이러한 유성 코팅제를 폴리에스테르 지오그리드에 도포하는 경우, 휘발성 유기화합물이 대기오염을 일으키고 호흡기를 통하여 인체에 흡입될 경우 두통, 현기증 등을 유발하여 건강에 악영향을 일으킨다. 또한 유성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드를 토양 중에 매설할 경우, 환경호르몬 물질인 프탈레이트계 가소제와 같은 그 구성 성분의 일부가 토양오염을 일으키는 문제점이 있다.
이와 관련하여 대한민국 특허출원 제10-2000-0079451호(등록번호 제10-0408978호)는 아크릴계 수지에 염화암모늄을 첨가하는 것을 특징으로 하는 무공해성 수지로 코팅하는 텍스타일 지오그리드의 제조방법을 게시하고 있다. 그러나 상기 제조방법은 촉매를 사용하여 도막 물성을 향상했다고는 하지만 수지 고형분이 너무 높고 점도가 명확하지 않아 건조가 느려질 수 있는 문제점이 있다. 후술하는 바와 같이 본 발명에서 점도는 중요한 요소이고 이에 따라 물성이 크게 달라지는바, 상기 종래기술은 수지 고형분이 너무 높을 뿐 아니라 점도 측면에 대한 고려가 배제돼 있다.
본 발명은 상기한 배경하에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 수성 코팅제를 폴리에스테르 섬유에 도포하여 인체 및 환경 친화적이면서도 건조성도 양호한 폴리에스테르 지오그리드를 제조하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수성 코팅제를 이용한 폴리에스테르 지오그리드의 제조방법은,
수분산 아크릴수지 10 내지 30중량%(고형분 기준), 증류수 65 내지 90중량%(수성 코팅제에 포함된 전체 증류수의 함량 기준, 즉 수분산 아크릴수지에 함유된 증류수까지 합친 전체 증류수의 양이 수성 코팅제에서 차지하는 비율을 말한다)를 포함하는 수성 코팅제를 폴리에스테르 섬유에 도포하는 것을 특징으로 한다.
이때 수성 코팅제의 점도는 25℃에서 1~50센티포이즈(cps)인 것을 특징으로 한다.
또한 이때 건조방법은 150℃ 내지 180℃의 온도에서 3분 내지 5분간 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 환경호르몬 물질인 프탈레이트 계통의 가소제나 톨루엔, 크실렌과 같은 휘발성 유기화합물(VOC)을 포함하지 않는 수성 코팅제를 폴리에스테르 섬유에 도포하여 지오그리드를 제조하므로 냄새가 없고 대기오염을 일으키지 않으며, 인체에 무해하고 매설할 경우에도 토양오염을 일으키지 않는다.
또한 성능 면에서도 인장강도가 높고 신장신도가 낮으며 내수성 및 내알카리성이 우수한 폴리에스테르 지오그리드를 제조할 수 있다.
또한 수분산 아크릴수지와 증류수의 함량 및 수성 코팅제의 점도 조절을 통해 건조성이 양호한 폴리에스테르 지오그리드를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 구성에 대해 좀 더 자세히 설명한다.
본 발명의 수성 코팅제는 수분산 아크릴수지를 10 내지 30중량%(고형분 기준) 포함한다.
상기 수분산 아크릴수지는 안료의 침전을 방지하며, 도막의 기초적인 물성을 부여하는 것으로서, 이때 상기 수분산 아크릴 수지는 수성 코팅제의 전체 중량에 대하여 10 내지 30중량%가 포함되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수분산 아크릴수지의 함량이 10 중량% 미만인 경우에는 안료의 침전이 가속화되어 안료와 수지의 분리가 촉진될 수 있고 내알칼리성이 저하될 수 있다. 또한, 수분산 아크릴수지 함량이 30중량% 초과인 경우에는 안료와 수지의 분리는 어느 정도로 방지되지만 건조가 느려지고 치밀한 도막이 형성되지 않을 수 있다.
또한 본 발명의 수성 코팅제는 증류수를 65 내지 90중량% 포함한다.
상기 증류수는 점도 및 건조성을 조절하며, 톨루엔, 크실렌과 같은 휘발성 유기 화합물 대신 사용하는 친환경 용매로서, 이때 상기 증류수는 수성 코팅제의 전체 중량에 대하여 65 내지 90중량%가 포함되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 증류수 함량이 65중량% 미만인 경우에는 고형분이 높아지고 점도가 높아져 건조가 느려질 수 있다. 또한, 증류수 함량이 90중량% 초과인 경우에는 점도가 낮아지고 안료 침전이 가속화되어 장기 보관하기가 어려워진다.
또한 본 발명에서는 수성 코팅제를 격자상으로 제직, 제편된 폴리에스테르 섬유에 도포한다. 폴리에스테르 섬유는 통상의 방법으로 제조하거나 시판되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 수성 코팅제의 점도는 25℃에서 1~50센티포이즈(cps)인 것이 바람직하다. 다시 말해 본 발명에서 수성 코팅제의 점도는 25℃에서 50센티포이즈(cps)를 넘지 않아야 한다.
상기 점도가 50센티포이즈 초과인 경우에는 건조가 느려지고 치밀한 도막이 형성되지 않을 수 있다.
또한 본 발명의 수성 코팅제를 폴리에스테르 섬유에 도포한 후의 건조방법은 150℃ 내지 180℃의 온도에서 3분 내지 5분간 열처리하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 열처리 온도가 180℃ 초과인 경우에는 소재의 열수축이 심해지고, 또한, 열처리 온도가 150℃ 미만인 경우에는 건조가 느려진다. 또한, 이때의 열처리하는 시간이 5분을 초과하는 경우에도 소재의 열수축이 심해지고 3분 미만에서는 건조가 느려진다.
이하, 본 발명을 실시예와 함께 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 점도에 따른 성능 비교
본 발명자의 시험 결과, 청구항에 기재된 바와 같이 수성코팅제의 점도에 따른 우열이 있음을 알 수 있었는바, 다음의 실시예는 고형분을 일정하게 하고 점도를 조정하여 수성코팅제를 제조하고 성능을 평가하고자 하였다. 이를 위해 다음과 같은 내용으로 시험을 실시하였다.
[실시예 1]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 46g(제조원: 대광고분자)에 증류수 48.4g, 점도조절제 0.1g(제조원: 미국, 다우사의 우레탄블록 공중합체, 고형분 30중량%), 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50중량%) 5.5g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
[실시예 2]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 46g(제조원: 대광고분자)에 증류수 48.7g, 점도조절제 0.3g(제조원: 미국, 다우사의 우레탄블록 공중합체, 고형분 30중량%), 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50 중량%) 5g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
[실시예 3]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 46g(제조원: 대광고분자)에 증류수 48.3g, 점도조절제 0.7g(제조원: 미국, 다우사의 우레탄블록 공중합체, 고형분 30중량%), 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50 중량%) 5g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
[실시예 4]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 46g(제조원: 대광고분자)에 증류수 49.9g, 점도조절제 1.1g(제조원: 미국, 다우사의 우레탄블록 공중합체, 고형분 30중량%), 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50 중량%) 3g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
상기 설명된 실시예로 하여 다음과 같은 방법으로 물성 평가를 실시하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 점도(센티포이즈, cps): 25℃에서 BH형 점도계를 사용하여 측정하였다.
(2) 건조성: 160℃에서 3분간 열처리 후 끈적임이 없어야 한다.
(3) 내수성: KS M IOS 2812-1 시험방법 1에 따라 시험하였다.
(4) 내알카리성: KS M IOS 2812-1 시험방법 1에 따라 시험하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비고
점도(cps) 10 30 70 90 ○: 양호
△: 보통
X: 나쁨
건조성 ○ ○ △ X
내수성 ○ ○ △ X
내알카리성 ○ ○ △ X
상기 결과에 의하면 실시예 1 및 실시예 2가 양호하다. 실시예 3 및 실시예 4의 경우에는 점도가 높아 건조가 느려지고 도막이 치밀하지 않아 내수성 및 내알카리성이 보통 이하이다.
2. 수분상 아크릴수지 고형분에 따른 성능 비교
본 발명자의 시험 결과, 청구항에 기재된 바와 같이 수분산 아크릴 수지 고형분에 따른 우열이 있음을 알 수 있었는바, 이와 관련된 시험을 기재한다.
상기에서 살핀 대로 예컨대 실시예 1 및 실시예 4와 같이 점도 차이에 의한 우열이 있었으므로, 다음의 실험에서는 점도를 20센티포이즈(cps)로 일정하게 하고 수분산 아크릴 수지의 고형분을 조정하여 수성 코팅제를 제조하고 비교예와 함께 성능을 평가하고자 하였다. 이를 위해 다음과 같은 내용으로 시험을 실시하였다.
[실시예 5]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 15g(제조원: 대광고분자)에 증류수 76g, 점도조절제 2g(제조원: 미국, 다우사의 우레탄블록 공중합체, 고형분 30 중량%), 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50중량%) 7g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
[실시예 6]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 24.4g(제조원: 대광고분자)에 증류수 68.6g, 점도조절제 1g(제조원: 미국, 다우사의 우레탄블록 공중합체, 고형분 30중량%), 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50중량%) 6g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
[실시예 7]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 50g(제조원: 대광고분자)에 증류수 44.6g, 점도조절제 0.4g(제조원: 미국, 다우사의 우레탄블록 공중합체, 고형분 30중량%), 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50중량%) 5g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
[실시예 8]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 70g(제조원: 대광고분자)에 증류수 25.7g, 점도조절제 0.3g(제조원: 미국, 다우사의 우레탄블록 공중합체, 고형분 30중량%), 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50 중량%) 4g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
[실시예 9]
고형분 50중량%인 수분상 아크릴수지 98.5g(제조원: 대광고분자)에 흑색안료(제조원: 우신피그먼트, 고형분 50 중량%) 1g, 촉매인 20% 염화암모늄 0.5g을 첨가하고 30분간 교반하여 수성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유(제조원: 효성)에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
[비교예 1]
폴리염화비닐수지 58g에 프탈산계 가소제인 디부틸프탈레이트 10g, 흑색 안료 3g, 톨루엔 29g을 첨가하고 30분간 교반하여 유성 코팅제를 제조한다. 이때, 교반기의 교반속도는 600 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다. 통상의 방법으로 제조된 폴리에스테르 섬유에 도포하고 160℃에서 3분간 열처리 한다.
상기 설명된 실시예와 비교예로 하여 다음과 같은 방법으로 물성 평가를 실시하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
(1) 냄새: KS M 5000의 시험방법 2041에 따라 시험하였다.
(2) 건조성: 160℃에서 3분간 열처리 후 끈적임이 없어야 한다.
(3) 내수성: KS M IOS 2812-1 시험방법 1에 따라 시험하였다.
(4) 내알카리성: KS M IOS 2812-1 시험방법 1에 따라 시험하였다.
(5) 인장강도(kN/m): KS K ISO 10319에 따라 시험하였다.
(6) 인장신도(%): KS K ISO 10319에 따라 시험하였다.
실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 비교예 1 비고
수지 고형분 7.5 12.2 25 35 49.25 58 ○: 양호
△: 보통
X: 나쁨
냄새 ○ ○ ○ ○ ○ X
건조성 ○ ○ ○ △ X X
내수성 ○ ○ ○ △ X ○
내알카리성 △ ○ ○ △ X ○
인장강도 64 70 74 62 61 65
인장신도 11.0 10.8 9.8 11.2 11.0 11.2
상기 결과에 의하면 실시예 6 및 실시예 7이 가장 양호하다. 실시예 5의 경우에는 수분산 아크릴수지 고형분이 10 중량% 미만으로 도포량이 감소하여 인장강도가 낮고 내알칼리성이 보통이다. 또한 실시예 8 및 실시예 9는 수분산 아크릴수지 고형분이 30중량% 초과로 건조가 느려지고 도막이 치밀하지 않아 이 또한 인장강도가 낮고 내수성 및 내알카리성이 보통 이하이다.
따라서 상기 평가 결과에 의한 실시예 6 및 실시예 7의 경우에는 물성이 양호하고 비교예 1 보다 수지 고형분이 낮음에도 불구하고 물성이 동등 이상인 것으로 평가된다.
또한 실시예 8 및, 종래 기술인 대한민국 특허출원 제10-2000-0079451호(등록번호 제10-0408978호)와 유사하게 구성한 실시예 9에서와 같이 고형분이 높아지면 건조가 느려지고 물성이 저하됨을 알 수 있었다.
또한 비교예 1의 유성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드는 인체 및 환경에 유해한 반면에, 실시예와 같이 수성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드는 냄새가 없고 인체에 무해하며 대기오염이나 토양오염을 일으키지 않는 장점이 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상기 실시예를 통해 그 물성의 우수성이 입증되었지만 본 발명은 상기 실시예로만 한정되는 것은 아니며 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 수분산 아크릴수지 10 내지 30중량%(고형분 기준), 증류수 65 내지 90중량%(수성 코팅제에 포함된 전체 증류수의 함량 기준)를 포함하는 수성 코팅제를 폴리에스테르 섬유에 도포하여 제조하되,
    상기 수성 코팅제의 점도는 25℃에서 1~50센티포이즈(cps)이고,
    건조방법은 150℃ 내지 180℃의 온도에서 3분 내지 5분간 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 코팅제를 사용한 폴리에스테르 지오그리드의 제조방법.
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