KR101705893B1 - 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법 - Google Patents

차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명은 페로니켈 슬래그를 폴리우레탄 바인더를 사용하여 도로 포장재나 도막형 바닥재로 사용한 경우 계면 간의 부착이 약하여 파손이 잘되고 내구성이 약하며 온도 변화에 의한 수축률이 달라 계면 간의 간극이 생겨 페로니켈 슬러그가 쉽게 탈리되는 문제를 해결할 수 있도록 바인더에 커플링제를 도입하여 바인더와 페로니켈 슬래그 간에 결합이 공고해져 계면분리가 잘 일어나지 않도록 함으로써 내구성, 내가수분해성, 내후성, 접착성 등 제반 성능이 향상된 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법{The heat shield performance, excellent resistance permeable block composition and manufacturing method thereof}
본 발명은 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명은 페로니켈 슬래그를 폴리우레탄 바인더를 사용하여 도로 포장재나 도막형 바닥재로 사용한 경우 계면 간의 부착이 약하여 파손이 잘되고 내구성이 약하며 온도 변화에 의한 수축률이 달라 계면 간의 간극이 생겨 페로니켈 슬러그가 쉽게 탈리되는 문제를 해결할 수 있도록 바인더에 커플링제를 도입하여 바인더와 페로니켈 슬래그 간에 결합이 공고해져 계면분리가 잘 일어나지 않도록 함으로써 내구성, 내가수분해성, 내후성, 접착성 등 제반 성능이 향상된 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.
수년 전부터 자전거 이용 활성화를 통한 여가 활동과 국민건강 증진 등을 위하여 전국에 걸쳐서 정부와 지방자치단체에서 정책적으로 자전거 전용도로를 설치했고, 더불어 공원이나 호수 주변에 산책로와 같은 보행자 도로를 많이 건설했는데, 지금까지 시공된 대부분의 자전거 전용도로 및 산책로는 표면에 고무칩을 설치하여 자전거가 주행하거나 또는 보행자가 산책하면서 도로에서 미끄러지지 않고 배수가 잘 되도록 하는 점에만 주안점을 두고 있었다.
자전거 도로나 보행자 도로의 바닥재는 우레탄 바인더와 탄성칩(폐타이어칩 또는 재생우레탄칩, EPDM칩 등)으로 시공하는 방식이 가장 많은데, 이 방식은 탄성도가 높다는 장점은 있으나, 시간이 지나면서 자외선 등에 의한 바인더의 결합력 약화로 탄성칩 입자가 이탈하는 등 내후성에 취약한 단점이 있으며, 시공시 기후에 따른 시공조건(대기중 습도 등)에 민감하고, 접착면이 습기에 취약한 단점이 있어 시공후 접착면의 크랙이나 들뜸 현상으로 인해 탄성칩의 이탈 및 박리 등으로 인한 하자가 발생하여 재시공이나 보수가 불가피한 경우가 많다는 문제가 발생하였다.
또 다른 시공방식 중 하나인 칼라 투수콘크리트는 시공단가가 저렴하다는 장점은 있으나, 탄성도가 거의 없어서 자전거 운전자 및 보행자가 넘어졌을 때 골절이나 타박상 등을 입을 위험성이 많으며, 접착면과 투수콘크리트의 접착력 부족과 투수콘크리트의 골재 입자 간의 접착력이 부족하여 크랙이 생기거나 쉽게 파괴되게 되고, 특히 동절기에는 반복적인 동결 및 융해로 인해 크랙이나 들뜸 및 박리현상이 발생하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 자전거 도로의 포장재에 관하여 많은 기술이 출현하였는데, 예를 들면, 특허등록 제1167279호 "슬래그볼 및 우레탄 바인더 혼합 조성물 및 이를 이용한 인보도 및 자전거 도로 포장시공방법", 특허등록 제1178588호 "슬래그 볼 및 규사를 이용한 인보도 및 자건거 도로 포장시공방법"과 같은 것인데, 상기 특허들은 제강 슬래그를 사용한 포장재에 관한 기술이다.
하지만, 상기 특허들은 다음과 같은 문제가 있다. 첫째, 슬래그볼(Precious Slag Ball)의 형상이 구형이므로 칩끼리의 접착면적이 작기 때문에 부착강도가 작아서 시공 후 재료분리 현상이 빨리 발생하게 되어 포장도로가 파손되거나 크랙이 쉽게 발생하여 내구연한이 짧다는 문제가 있다.
둘째, 슬래그볼이 구형이므로 포장도로의 착색을 위해 도포한 안료가 흘러내리기 때문에 이를 방지하기 위해서는 시공시 규사를 혼합해 주어야 한다는 문제가 있다.
셋째, 슬래그볼에 철(Fe) 성분이 다량 함유되어 있어서 자석에 달라붙을 정도이고, 슬래그볼의 형상이 구형이므로 도로의 표면이 비 또는 눈으로 젖어 있을 때에는 매우 미끄럽기(같은 철판이라도 젖어 있는 철판 위가 더 미끄러운 원리 같음)때문에 규사를 설치하여 미끄럼저항을 향상시켜 주어야 한다는 문제가 있다.
넷째, 시공시 칩과 바인더를 중량비로 혼합하는데, 슬래그볼은 철(Fe) 성분이 많아서(30% 정도-한국화학시험연구원 시험 결과임) 페로니켈 슬래그보다 무겁기(비중이 15~20% 높음) 때문에 시공시 바인더 사용량이 많아지게 되어 시공비용이 많이 소요된다는 문제가 있다.
다섯째, 시공 후 표면층 보호를 위해 표면강화제를 도포하여 상도 코팅을 하게 되는데, 칩의 형상이 구형이므로 표면강화제가 칩에서 흘러내리기 때문에 표면강화제를 반복적으로 수회 도포해 주어야 하므로 시공비용이 많이 소요된다는 문제가 있다.
한편, 규사를 경량도로 포장재의 소재로 사용함에 있어서, 강에서 수집한 모래(규사)는 모래에 미생물이나 미네랄 등이 부착되어 있기 때문에 폴리우레탄을 혼합하면 서로 반응하여 포장재의 품질이 균일하지 못하게 된다는 문제가 있다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1167279호"슬래그볼 및 우레탄 바인더 혼합 조성물 및 이를 이용한 인보도 및 자전거도로 포장시공방법" 2. 대한민국 등록특허 제10-1178588호 "슬래그 볼 및 규사를 이용한 인보도 및 자건거 도로 포장시공방법"
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,본 발명의 목적은 페로니켈의 제강 과정에서 발생하는 슬래그를 이용하여 경량도로를 포장함으로써, 외기온도 변화에 따른 변형과 파괴가 거의 일어나지 않고 표면이 미끄러지 않으며, 시공시 포장재를 가열할 필요가 없을 뿐만 아니라 기존 바닥층을 제거하지 않고 기층면으로 하여 그 상부에 시공할 수 있어서 공사기간을 단축할 수 있고, 시공도 매우 간편한 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 페로니켈 슬래그를 폴리우레탄 바인더를 사용하여 도로 포장재나 도막형 바닥재로 사용한 경우 계면 간의 부착이 약하여 파손이 잘되고 내구성이 약하며 온도 변화에 의한 수축률이 달라 계면 간의 간극이 생겨 페로니켈 슬러그의 탈리가 쉽게 생기는 단점이 있었으나, 커플링제를 도입하여 폴리우레탄 바인더와 페로니켈 슬래그의 표면에서 화학 결합을 시키면 바인더와 페로니켈 슬래그 간에 결합이 공고해져 계면분리가 잘 일어나지 않아 내구성이 좋아지고, 내가수분해성, 내후성, 접착성 등 제반 성능이 향상된 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 커플링제에 아민기와 NCO기 간에 반응하여 생기는 우레아기는 페로니켈 슬래그와 수소결합, 반데르발스 인력등이 작용하여 접착력을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록은 페로니켈 슬래그(ferronickel slag)와; 주제와 경화제가 1 : 0.4~0.8의 중량비로 혼합되어 이루어지는 폴리우레탄 바인더;를 포함하되, 상기 페로니켈 슬래그와 폴리우레탄 바인더의 중량비는 1 : 0.05~0.1이며, 상기 주제는, 바이오 오일과 폴리올의 혼합물 50~80중량부와, 안료 5~20중량부와, 커플링제 0.3~1.0중량부와, 촉매 0.1~0.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록에 있어서, 커플링제는 일단에 에폭시기를 가지고, 타단에 실란기를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록에 있어서, 커플링제는 일단에 아민기를 가지고, 타단에 실란기를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록에 있어서, 금속산화물을 포함하는 차열 성분;을 더 포함하되, 상기 페로니켈 슬래그와 상기 차열 성분의 중량비는 1 : 0.05~0.1이며, 상기 차열 성분은 ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Al-doped ZnO ) 및 ITO(Titanium Oxide), WO3(Tungsten trioxide) 중 적어도 하나의 금속 산화물 분말 10~20중량부와, 분산제 10~20중량부와, 아크릴 고무계 에멀젼 또는 변성 아크릴우레탄 고무계 에멀젼 20~45중량부로 이루어지는 금속산화물 분산용액인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록의 제조방법은, 바이오 오일과 폴리올의 혼합물 50~80중량부와, 안료 5~20중량부와, 커플링제 0.3~1.0중량부와, 촉매 0.1~0.5중량부를 포함하는 주제를 마련하는 단계와; 경화제를 마련하는 단계와; 상기 주제와 경화제를 소정 중량비로 혼합하여 폴리우레탄 바인더를 합성하는 단계와; 상기 페로니켈 슬래그와 폴리우레탄 바인더를 소정 중량비로 혼합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록에 의하면, 친환경적이며, 미끄럼방지 성능과 충격흡수 기능이 우수하다.
또한, 페로니켈의 제강 과정에서 발생하는 슬래그를 이용하여 경량도로를 포장함으로써, 외기온도 변화에 따른 변형과 파괴가 거의 일어나지 않고 표면이 미끄러지 않으며, 시공시 포장재를 가열할 필요가 없을 뿐만 아니라 기존 바닥층을 제거하지 않고 기층면으로 하여 그 상부에 시공할 수 있어서 공사기간을 단축할 수 있고, 시공도 매우 간편하다.
또한, 페로니켈 슬래그를 폴리우레탄 바인더를 사용하여 도로 포장재나 도막형 바닥재로 사용한 경우 계면 간의 부착이 약하여 파손이 잘되고 내구성이 약하며 온도 변화에 의한 수축률이 달라 계면 간의 간극이 생겨 페로니켈 슬러그의 탈리가 쉽게 생기는 단점이 있었으나, 커플링제를 도입하여 폴리우레탄 바인더와 페로니켈 슬래그의 표면에서 화학 결합을 시키면 바인더와 페로니켈 슬래그 간에 결합이 공고해져 계면분리가 잘 일어나지 않아 내구성이 좋아지고, 내가수분해성, 내후성, 접착성 등 제반 성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 커플링제에 아민기와 NCO기 간에 반응하여 생기는 우레아기는 페로니켈 슬래그와 수소결합, 반데르발스 인력등이 작용하여 접착력을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록의 기술적 특징은, 첫째, 페로니켈의 제강 과정에서 발생한 슬래그를 활용함으로써 폐기물 처리 문제를 해결하면서 투수성 및 탄성을 향상시키고, 친환경적이며, 내후성 내지 내구성이 탁월한 경량도로를 시공할 수 있다는 점과, 둘째, 시공시에 포장재를 가열할 필요가 없고 기존 바닥층을 제거하지 않고 기층면으로 하여 그 상부에 시공함으로써 시공이 매우 간편하여 공사기간을 현저히 단축시켰다는 점이다.
다음으로, 본 발명의 명세서에서 '경량도로'란 자전거 도로, 보행로, 산책로, 테마공원, 다목적 광장 등과 같이 자동차가 다니지 않는 도로를 의미한다. 또, '페로니켈 슬래그(ferronickel slag)'는 제철소의 제강 과정에서 니켈 광석 등이 고온에서 용융되어 페로니켈과 분리된 후 얻어지는 부산물이다.
본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록은 페로니켈 슬래그(ferronickel slag)와, 주제와 경화제가 1 : 0.4~0.8의 중량비로 혼합되어 이루어지는 폴리우레탄 바인더를 포함하여 이루어진다.
상기 페로니켈 슬래그와 폴리우레탄 바인더의 중량비는 1 : 0.05~0.1인 것을 예시할 수 있다.
상기 주제는 바이오 오일과 폴리올이 혼합된 혼합물 50~80중량부와, 안료 5~20중량부와, 커플링제 0.3~1.0중량부와, 촉매 0.1~0.5중량부, 흡습제 0.5~2.0중량부를 포함하는 것을 예시할 수 있다.
상기 바이오 오일과 폴리올의 혼합물은 OH기를 가진 프리폴리머이며, 50~80중량부 중에서 상기 바이오 오일은 10~40중량부가 함유되어 탄성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
상기 바이오 오일은 피마자유 및 대두유가 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 분자량이 500~2,000, 점도가 800~1,200cps(25℃)인 것을 예시할 수 있다.
상기 폴리올은 폴리에테르계 폴리올인 것을 예시할 수 있다.
본 발명의 경화제는 이소시아네이트 화합물이며, TDI(toluene diisocyanate), MDI(methyl dipheny diisocyanate), NDI(1,5-naphthalene diisocyanate), TODI(toluidine diisocyanate), HDI(hexamethylene diisocyanate), XDI(xylene diisocyanate) 중 어느 하나의 화합물인 것을 예시할 수 있다.
본 발명에서 폴리우레탄 바인더는 주제와 경화제를 1 : 0.4~0.8의 중량비로 혼합하는 2액형인 것을 예시할 수 있다.
이러한 조성을 가진 주제는 그 점도가 2,000~4,000cps(25℃)인 것을 예시할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 금속산화물을 포함하는 차열 성분을 더 포함할 수 있다.
상기 페로니켈 슬래그와 상기 차열 성분의 중량비는 1 : 0.05~0.1인 것을 예시할 수 있다.
상기 차열 성분은 열 차단 및 단열성능을 제공하는 것으로서, ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Al-doped ZnO ) 및 ITO(Titanium Oxide), WO3(Tungsten trioxide) 중 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물 분말 10~20중량부와, 분산제 10~20중량부와, 아크릴 고무계 에멀젼 또는 변성 아크릴우레탄 고무계 에멀젼 20~45중량부로 이루어지는 금속산화물 분산용액인 것을 예시할 수 있다.
한편, 상기 페로니켈 슬래그(ferronickel slag)의 구성성분은 MgO 35.50중량%, SiO2 53.45중량%, T-Fe 4.5중량%, Al2O3 1.45중량%, CaO 0.65중량%인 것을 예시할 수 있으며, 그 형상이 불규칙한 다면체이기 때문에 포장도로의 표면이 눈이나 물에 젖어 있어도 미끄럽지 않고, 칩 사이의 공극을 통해 배수가 잘되며, 표면에 안료를 도포하더라도 잘 흘러내리지 않게 된다.
또한, 페로니켈 슬래그가 일정 입도를 갖는 불규칙한 다면체이기 때문에 규사를 살포하지 않더라도 포장면의 미끄럼저항이 커져 물이나 눈이 묻어 있도록 리끄럽지 않다.
페로니켈 슬래그는 입도 2~5mm인 것을 사용하며, 밀도 1.95~2.0g/㎤이고, 1,000℃에서 10분 동안 가열했을 때 열팽창율이 0.005% 이하인 것을 사용한다. 이와 같이 열팽창율이 매우 낮기 때문에 외기온도 변화에 따른 변형이 거의 일어나지 않아 동절기에도 크랙이 발생하지 않게 된다.
구체적으로, 페로니켈 슬래그의 표면은 거칠고 큰 공극이 많으므로 우선 표면적이 크다. 따라서 유기 바인더로 결합시킬 때 이 점은 접착력에 유리하다. 특히, 유기 바인더로 폴리우레탄을 사용하면 무기성분이나 금속성분과는 이온결합과 같은 강력한 결합력을 가지지 않기 때문에 바인더로서의 기능이 떨어진다. 따라서, 여기에 무기질과 특별한 상호작용을 가지는 기능성기를 유기 바인더에 도입하면 유기 바인더인 폴리우레탄과 페로니켈 슬래그의 Si, Mg, Fe, Al, Ca 등의 무기 및 금속성분과 결합력을 향상시켜 우수한 도막형 소재로서의 성능을 발휘하게 된다.
이를 위해, 상기 커플링제는 일단에 에폭시기 또는 아민기를 가지고, 타단에 실란기를 가지는 것이 바람직하다.
즉, 페로니켈 슬래그를 도막형 포장재로 사용할 경우에는 슬래그를 결합시키고 도로의 표면 위에서 포장재가 분리되지 않도록 고정시키는 바인더가 필요하다.
본 발명에서는 내후성이 좋고 친환경성의 폴리우레탄 2액형을 사용하고자 하는데 유기성분의 폴리우레탄과 페로니켈 슬래그에 포함된 무기, 금속성분과는 기본적으로 계면에서의 상호 인력이 약해 결합력이 약하다. 따라서, 계면 분리에 의한 내구성의 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 바인더에 무기성분의 표면에 생기는 수화물과 반응할 수 있는 기능성기를 가진 커플링제를 도입하여 계면 간 접착력을 향상시키면 접착력과 내구성 등 제반 물성이 올라간다.
여기에 사용되는 커플링제는 한쪽 말단에 에폭시기를 가지고, 다른 말단에 실란기를 가지고 있는 것, 또는 한쪽 말단에 아민기를 가지고 다른 말단에 실란기를 가지고 있는 두 종류의 커플링제 사용이 가능하다. 이러한 구조를 가진 커플링제는 glycidyloxypropyl trimethoxy silane, glycidoxypropyl triethoxy silane, glycidoxypropyl methyldiethoxy silane, glycidoxypropyl methyldimethoxy silane, 2-(3, 4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxy silane, aminopropyl trimethoxy silane, aminopropyl triethoxy silane, aminoethyl aminopropyl trimethoxy silane, aminoethyl aminopropyl triethoxy silane, aminoethyl aminopropyl methyldimethoxy silane, phenyl aminopropyl trimethoxy silane, aminopropyl methyldimethoxy silane, aminopropyl methyldimethoxy silane, aminoethyl aminopropyl methyldimethoxy silane, aminoethyl aminopropyl methyltriethoxy silane 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로, 페로니켈 슬래그 중 약 1/3 정도를 차지하는 MgO는 제조공정중 뿌리는 물이나 공기중의 수분에 의해 표면에 있는 MgO는 물에 수화되어 Mg(OH)₂가 된다.
MgO + H2O → Mg(OH)₂
또한, MgO가 공기중의 CO₂와 반응하면 하기와 같이 탄산마그네슘이 된다.
MgO + CO₂→ MgCO₃
또 하기와 같은 반응도 일어난다.
Mg(OH)₂+ CO₂→ MgCO₃+ H2O
CaO는 공기중에 방치하면 물 또는 CO2를 흡수하여 발열하면서 수산화칼슘과 탄산칼슘이 된다.
CaO + H2O → Ca(OH)₂
CaO + CO₂→ CaCO₃
Ca(OH)2는 대기 중에서 탄산가스(CO2)를 흡수하여 점차 탄산 칼슘으로 될 수 있다.
Ca(OH)₂+ CO₂→ CaCO₃+ H2O
이러한 구조를 가진 페로니켈 슬래그의 표면에서 폴리우레탄 바인더를 사용하여 결합시킬 때에는 특별한 화학적 구조 개질이 필요하다. 접착력을 올리기 위해 개질하는 방법으로 바인더에 커플링제를 도입하여 접착력을 올리는 반응기구를 두가지 예로 설명하고자 한다.
첫 번째는, 커플링제의 한쪽 말단에 에폭시기를 가지고 다른 말단에 실란기를 가진 경우는 하기와 같은 반응이 일어난다.
Figure 112016096186731-pat00001
다음으로, 에폭시기는 폴리올과 NCO기와의 반응에 의해 하기와 같은 반응이 일어난다.
Figure 112016096186731-pat00002
두 번째는, 커플링제의 한쪽 말단에 아민기를 가지고 다른 말단에 실란기를 가진 커플링제를 도입하는 방법이다. 그 반응예는 하기와 같이 진행된다.
Figure 112016096186731-pat00003
그리고 말단의 아민기는 NCO기와의 하기와 같은 반응이 진행된다.
Figure 112016096186731-pat00004
NCO기와 아민기는 반응하여 우레아기가 되면서 화학 결합을 하게 된다.
여기서 생긴 우레아기는 비금속이나 금속 산화물은 반데르 발스력과 수소 결합이 생기므로 이것은 접착력을 향상시키며 그 반응기구는 다음과 같다.
Figure 112016096186731-pat00005
Figure 112016096186731-pat00006
한편, 폴리우레탄 중합에 사용되는 촉매는 트리에틸렌디아민, 비스(N,N-디메틸아미노에틸)에테르, N,N-디메틸벤질아민, N,N-디메틸에탄올아민과 같은 3급 아민류, 염화주석, 질산비스무트의 산성 금속염류, 디알킬주석 디카르복실레이트, 금속옥토에이트 등을 예시할 수 있다.
상기 촉매는 10~500nm 입도인 가돌리늄 산화물 0.01~0.1중량부를 더 포함하여 경화시간을 단축하고, 내구성 및 내후성을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기서, Gd2O3 나노 분말은 금속 전구체를 액상에서 환원제를 이용하여 환원시켜 제조하는 통상의 방법으로 제조될 수 있다. 실험을 통해 극히 소량의 가돌리늄 산화물이 부착강도와 내후성 등의 전체적인 물성 향상에 큰 도움이 된다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 투수 블럭을 이용한 경량도로 포장방법에 대하여 간략히 설명하면, 시공면의 이물질을 제거하고 하지를 정리하는 S1단계, 시공면에 프라이머를 도포하는 S2단계, 페로니켈 슬래그와 폴리우레탄 바인더를 혼합한 투수 블럭을 설치하는 S3단계, 설치된 투수 블럭(조성물)을 평탄자를 사용하여 고르게 평탄화하는 S4단계, 롤러를 사용하여 투수 블럭을 압착하는 S5단계를 거쳐서 시공될 수 있다.
투수 블럭을 제조하기 위해서는, 우선 폴리우레탄 바인더의 주제와 경화제를 핸드 믹서기를 이용하여 2분간 혼합하고, 혼합한 바인더와 페로니켈 슬래그를 교반기에 넣고 3분 정도 교반한다.
본 발명에 따른 페로니켈 슬래그를 사용한 투수 블럭을 사용하여 시공한 도로는 다음과 같은 실험결과를 얻었다.
이하에서는 본 발명에 따른 투수 블럭 조성물에 대한 보다 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.
입도가 3.5mm인 페로니켈 슬래그(ferronickel slag)와, 주제와 경화제로 이루어지는 2액형 폴리우레탄 바인더를 혼합하여 투수 블럭 조성물을 제조한다.
상기 페로니켈 슬래그와 2액형 폴리우레탄 바인더의 중량비는 1:0.08이다.
상기 주제는 피마자 오일 30중량부와, 폴리에테르계 폴리올 40중량부와, 안료 5중량부와, 커플링제 0.5중량부와, 촉매 0.3중량부로 이루어지고, 상기 경화제는 MDI(methyl dipheny diisocyanate) 35중량부를 사용하였다. 여기서, 상기 커플링제는 aminoethyl aminopropyl triethoxy silane을 사용하였으며, 촉매는 염화주석을 사용하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 커플링제를 전혀 사용하지 않은 것을 제외하면 동일한 방법으로 투수 블럭 조성물을 제조한다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 페로니켈 슬래그 대신 입도가 1mm인 원형의 슬래그 볼을 사용하고, 커플링제를 전혀 사용하지 않은 것을 제외하면 동일한 방법으로 포장재 조성물을 제조한다.
아래 표 1은 실시예 1 및 비교예 1, 2의 투수 블럭 조성물을 이용하여 시공한 포장도로에 대한 한국화학시험연구원의 평가 결과를 나타낸 것이다.
시험항목
 단위
 시험결과 시험방법
 품질기준
실시예1 비교예1 비교예2
부착강도
(표준양생 후)		 N/㎟ 2.1 1.8 1.3 KS F 4936:2008
1.2 이상
부착강도
(냉,온반복시험 후)		 N/㎟ 2.1 1.6 1.2 KS F 4936:2008
내마모성
(CS-17,1000g,1000회)		 mg 93 113 150 KS F 2813:2001 200 이내
미끄럼저항 BPN 63 61 3.9 KS F 2375:2001 40 이상
촉진내후성시험
(WS,300시간)후-겉모양(갈라짐,부풀음,떨어짐)		 이상없음 이상없음 약간 떨어짐 KS F 2274:2007 300시간 후 부풀음,떨어짐이 없을 것
촉진내후성시험
(WS,300시간)후-색차		 1.2 1.2 1.1 KS F 2274:2007
KS M ISO 7724-2:2007		 색차3.0 이하
납
(상도, 중도, 하도)		 % 불검출 불검출 불검출 KS M ISO 3856-1:2007 0.1 이하
카드뮴
(상도, 중도, 하도)		 % 불검출 불검출 불검출 KS M ISO 3856-4-2007
위 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 1은 국토교통부와 환경부에서 규정하고 있는 기준 및 조달청 품질기준에 모두 적합한 것으로 나타났으나, 비교예 1에서 커플링제를 첨가하지 않은 경우에는 실시예 1에 비해 부착강도가 저하된다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 2와 같이 페로니켈 슬래그 대신 구형의 슬래그 볼을 사용한 경우에는 실시예 1에 비해 부착강도는 물론, 내마모성, 미끄럼저항, 내후성에서 모두 저하된 성능을 가진다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 위 표 1에 나타내지 않았으나, 실시예 1의 촉매와 함께 입도가 120nm인 Gd2O3 나노 분말 0.02중량부와, 분산제로서 알콜 5중량부를 더 첨가한 경우에는 표준양생 후 부착강도가 2.3N/㎟이고, 내마모성은 87mg이며, 촉진내후성시험에서 500시간 후 겉모양 및 색차에서도 이상이 없었다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (5)

  1. 경량도로 포장에 사용되는 투수 블록에 있어서,
    페로니켈 슬래그(ferronickel slag)와;
    주제와 경화제가 1 : 0.4~0.8의 중량비로 혼합되어 이루어지는 폴리우레탄 바인더;를 포함하고,
    상기 페로니켈 슬래그와 폴리우레탄 바인더의 중량비는 1 : 0.05~0.1이며,
    상기 주제는 바이오 오일과 폴리올의 혼합물 50~80중량부와, 안료 5~20중량부와, 커플링제 0.3~1.0중량부와, 촉매 0.1~0.5중량부를 포함하되,
    금속산화물을 포함하는 차열 성분;을 더 포함하고,
    상기 페로니켈 슬래그와 상기 차열 성분의 중량비는 1 : 0.05~0.1이며,
    상기 차열 성분은,
    ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Al-doped ZnO ) 및 ITO(Titanium Oxide), WO3(Tungsten trioxide) 중 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물 분말 10~20중량부와, 분산제 10~20중량부와, 아크릴 고무계 에멀젼 또는 변성 아크릴우레탄 고무계 에멀젼 20~45중량부로 이루어지는 금속산화물 분산용액인 것을 특징으로 하는 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커플링제는,
    일단에 에폭시기를 가지고, 타단에 실란기를 가지는 것을 특징으로 하는 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커플링제는,
    일단에 아민기를 가지고, 타단에 실란기를 가지는 것을 특징으로 하는 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록.
  4. 삭제
  5. 경량도로 포장에 사용되는 투수 블록 제조방법에 있어서,
    바이오 오일과 폴리올의 혼합물 50~80중량부와, 안료 5~20중량부와, 커플링제 0.3~1.0중량부와, 촉매 0.1~0.5중량부를 포함하는 주제를 마련하는 단계와;
    경화제를 마련하는 단계와;
    상기 주제와 경화제를 소정 중량비로 혼합하여 폴리우레탄 바인더를 합성하는 단계와;
    페로니켈 슬래그와, 상기 폴리우레탄 바인더와, 금속산화물을 포함하는 차열 성분을 소정 중량비로 혼합하는 단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 페로니켈 슬래그와 상기 차열 성분의 중량비는 1 : 0.05~0.1이며,
    상기 차열 성분은,
    ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Al-doped ZnO ) 및 ITO(Titanium Oxide), WO3(Tungsten trioxide) 중 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물 분말 10~20중량부와, 분산제 10~20중량부와, 아크릴 고무계 에멀젼 또는 변성 아크릴우레탄 고무계 에멀젼 20~45중량부로 이루어지는 금속산화물 분산용액인 것을 특징으로 하는 차열 성능이 우수한 내마모성 투수 블록의 제조방법.
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