KR101740239B1

KR101740239B1 - 유ㆍ무기 복합수지를 이용하여 중성화 및 염해방지 기능이 향상된 콘크리트 구조물 보호용 코팅제

Info

Publication number: KR101740239B1
Application number: KR1020160102210A
Authority: KR
Inventors: 설태윤
Original assignee: (주)새론테크
Priority date: 2016-08-11
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2017-05-29

Abstract

본 발명은 수용성 폴리우레아 수지, 수용성 아크릴수지, 수용성 에폭시수지, 수성 EVA 수지 중에서 1종 또는 1종 이상의 수계 폴리머 수지 100중량부에 대해 알카리성 수용액 25 내지 75중량부, 체질 안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부, 습윤분산제 2 내지 5중량부, 소포제 2 내지 5중량부, 접착증진제 2 내지 5중량부를 포함하는 하도; 유무기 복합수지 100중량부에 대해 수용성 폴리머수지 25 내지 75중량부, 체질 안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부, 습윤분산제 2 내지 5중량부, 소포제 2 내지 5중량부, 접착증진제 2 내지 5중량부를 포함하는 상도;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보호용 코팅제에 관한 것이다.

Description

유ㆍ무기 복합수지를 이용하여 중성화 및 염해방지 기능이 향상된 콘크리트 구조물 보호용 코팅제{Coating material for protecting surface of concrete structure having improved preventing injury from salt and neutralization}

본 발명은 유기용제를 사용하지 않아 친환경적이면서, 콘크리트 내부로 침투하여 콘크리트 표면의 강도를 높여주며, 후속 도료와의 접착력을 향상시키는 역할을 하는 하도와, 상기 하도 상부에 도포되어 콘크리트 구조물의 중성화, 열화 등 내구성 저하 방지와 염해방지 및 도막 강도 등 제품의 물리적 특성과 내후성 등 화학적 특성이 향상된 상도를 포함하는 보호용 코팅제에 관한 것이다.

통상적으로 콘크리트는 시멘트에 모래,자갈,물 및 기타 혼화 재료를 첨가하고 시멘트와 물이 반응하여 굳어지는 수화반응을 통하여 만들어 지는 것으로서 댐이나 도로포장, 교량 등의 각종 토목공사용이나 또는 건축용 구조재료의 중심이 되는 재료이다.

상기와 같은 콘크리트는 설계자나 시공자의 노력에도 불구하고 시공 후에 균열이 발생하게 되고 이러한 미세균열을 통해 외부의 이산화탄소, 물, 염화물 등이 콘크리트 내부로 침투되면 콘크리트 내의 철근이 부식되어 콘크리트가 붕괴되는 심각한 문제가 발생 할 수 있다. 즉. 콘크리트 구조물은 시간이 경과함에 따라 이산화탄소와 수분이 반응하여 콘크리트 내 철근에 부식을 초래하는 중성화(carbonation), 해풍, 해수, 제설용 염화칼슘의 염기가 콘크리트 내에 침투하여 콘크리트 내 철근에 부식을 초래하는 염기 침투(chloride intrusion)나 또는 고알카리성 시멘트와 특정골재가 수분이 있는 상태에서 반응,팽창하여 콘크리트의 균열을 초래하는 알카리-실리카 반응(alkali-silica reaction) 등으로 인하여 열화(deterioration)되어, 수명이 단축된다.

특히 최근 교통량이 급격히 증가함으로서 자동차에서 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소의 발생으로 콘크리트의 중성화 속도가 급속히 빨라지고 있는 실정이며, 콘크리트가 중성화되면 철근을 보호하고 있던 부동태 피막이 파괴되어 철근이 부식하게 된다. 콘크리트 속의 철근이 부식하게 되면 철근 체적의 팽창으로 인하여 콘크리트의 균열 및 박리가 일어나게 되며, 심할 경우에는 구조물의 붕괴에 까지 이르게 된다.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 콘크리트를 보호하기 위한 코팅제들이 다양하게 개발되고 있으며, 이와 같이 개발된 기술들의 특허출원 내용들을 살펴보면, 대한민국 특허등록 제0723775호에 상온형 폴리우레아를 사용한 콘크리트 구조체의 방수시공방법, 대한민국 특허등록 제0875589호에 콘크리트 구조물의 단면 보수용 에폭시 변성 폴리우레아 보수재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 단면 보수방법 등과 같이 다양한 특허들이 공지되어 있지만 상기와 같은 특허들의 경우에는 이액형 유용성 폴리우레아 조성물을 폴리우레아 전용 고압 스프레이 장비와 같은 특수 장비를 사용하여 도장시킴에 따라 시공방법이 복잡할 뿐만 아니라 유기용제들에 의해 환경을 오염시키는 문제점들이 있었다.

한편 실리카졸과 같은 무기수지를 이용한 코팅제는 내열성, 고경도 등 우수한 특성을 가지고 있지만 그 코팅제 특성이 너무 깨지기 쉬어(brittle) 기계적 물성이 취약한 문제점이 있었다.

또한 유기수지를 이용한 코팅제의 경우 코팅의 유연성 및 부착성이 우수한데 그중에서 에폭시 수지는 내화학성, 전기절연성, 성형성 등이 있으나 무기수지와 비교시 에폭시 도막 자체가 균열저항성에 취약하여 크랙이 발생할 우려가 크다.

따라서 이러한 무기수지 또는 유기수지를 외부환경과 노출되는 상도용 코팅제로 사용하는 경우 각각 단점에 의해 물리적 특성이 저하되거나 화학적 특성이 저하되는 문제가 있는 것이다.

대한민국 특허등록 제0723775호 대한민국 특허등록 제0875589호

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유기용제를 사용하지 않아 친환경적이면서 피구조물의 내구성 저하요인을 제어할 수 있는 하도와 유기수지 및 무기수지의 단점을 보완하여 물리적특성 및 화학적특성을 향상시킨 유무기 복합수지를 이용한 상도로 이루어진 코팅제를 제공하고자 함이다.

본 발명의 콘크리트 구조물 보호용 코팅제는, 수용성 폴리우레아 수지, 수용성 아크릴수지, 수용성 에폭시수지, 수성 EVA 수지 중에서 1종 또는 1종 이상의 수계 폴리머 수지 100중량부에 대해 알카리성 수용액 25 내지 75중량부, 체질 안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부, 습윤분산제 2 내지 5중량부, 소포제 2 내지 5중량부, 접착증진제 2 내지 5중량부를 포함하는 하도; 유무기 복합수지 100중량부에 대해 수용성 폴리머수지 25 내지 75중량부, 체질 안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부, 습윤분산제 2 내지 5중량부, 소포제 2 내지 5중량부, 접착증진제 2 내지 5중량부를 포함하는 상도;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 수용성 폴리우레아 수지는, 폴리에테르아민(polyether amine) 100중량부에 대해 ATEP(amine terminated epoxy prepolymer) 15 내지 75 중량부, 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate) 15 내지 60 중량부, DMBA(dimethylol butaionic acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 1 내지 5중량부, 쇄 연장제 1 내지 3중량부, TEA(triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 100 내지 600중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 유무기 복합수지는, 폴리에테르 아민 또는 실리콘 아민 100중량부에 대해 Functional PerFluoroPolyEther 50 내지 150중량부, HTFS(Hydroxyl Terminated Functional silicone) 또는 ATSP(Acrylate Terminated Silicone Prepolymer) 20 내지 70중량부, 이소시아네이트 프리폴리머 20 내지 70중량부, DMBA (Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 2 내지 10중량부, 쇄연장제 5 내지 15중량부, TEA (Triethylamine), 물 200 내지 600중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 접착증진제는 디스테아디모늄헥토라이트(Disteardimonium Hectorite)인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 수용성 폴리우레아 수지 100중량부에 대해 수산화리튬 5 내지 30중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 수용성 폴리우레아 수지 100중량부에 대해 글리콜류 1 내지 3중량부, 치아씨드 분말 0.5 내지 2중량부가 더 포함되며, 유무기 복합수지 100중량부에 대해 글리콜류 1 내지 3중량부, 치아씨드 분말 0.5 내지 2중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 유무기 복합수지 100중량부에 대해 이산화티탄함유 다공성섬유가 1 내지 3중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 콘크리트 구조물과 접하는 하도에 수용성 폴리우레아 수지 등을 사용하여 견고하고 수밀한 도막을 콘크리트 구조물 표면에 형성하여 장기적으로 콘크리트 표면을 중성화 및 염해로부터 보호할 수 있도록 하여 콘크리트 열화 및 내부 철근 부식을 방지할 수 있고, 또한 충진성을 향상시켜 피도면인 콘크리트 구조물 표면의 균열에도 밀실한 충진이 가능한 장점이 있다.

또한 하도에 유무기복합수지 등이 포함된 상도가 구성되어 강인성,내마모성, 평활성 등 물리적 특성이 우수하고 내후성, 내오염성 등 화학적 특성이 우수한 장점이 있다.

또한 하도 및 상도에 친수성 수지를 주제로 함으로써 친환경적인 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

즉 본 발명은 피도면인 콘크리트 구조물에 직접 도포되는 하도와 상기 하도의 상부에 도포되는 상도로 구성되어 하도의 경우 콘크리트의 내구성 저하요인의 발생을 제어토록 하는 것이며, 상도의 경우 외부에 노출됨에 따라 물리적 특성 및 화학적 특성을 향상시켜 외부환경에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

우선 하도의 일 구성으로 폴리우레아 수지의 특성에 대하여 설명하면 폴리우레아 수지는 내수성, 내화학성, 내염수성과 같은 화학적 특성과 내마모성 및 내충격성과 같은 기계적 물성이 우수한 특성을 갖는 수지로서, 수용성으로 인체에 무해한 환경친화적 특성을 갖는 수용성 폴리우레아 수지이다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 상기 수용성 폴리우레아 수지는, 폴리에테르아민(polyether amine) 100중량부에 대해 ATEP(amine terminated epoxy prepolymer) 15 내지 75 중량부, 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate) 15 내지 60 중량부, DMBA(dimethylol butaionic acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 1 내지 5중량부, 쇄 연장제 1 내지 3중량부, TEA(triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 100 내지 600중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리에테르아민(polyether amine)은 기본적인 수지 물성에 영향을 미치는 원료로서, 중량평균분자량이 1,000~5,000인 것이 바람직하다. 폴리에테르아민의 중량평균분자량이 1,000 미만이 될 경우에는 충격강도, 인열강도, 내환경응력균열성, 신율 등 물리적 특성이 저하할 우려가 있고, 폴리에테르아민의 중량평균분자량이 5,000을 초과할 경우에는 상기와 같은 물리적 특성은 향상되지만, 인장력이 낮아지는 문제점이 발생한다.

또한 폴리에테르아민의 함량이 상기 배합범위 미만이 될 경우에는 상기에서 열거한 바와 같은 물리적 특성이 저하할 우려가 있고, 상기 배합범위를 초과하는 경우 폴리에테르아민의 과량 혼합에 의해 미반응성 폴리에테르아민이 잔류하여 폴리우레아 합성 수율이 저하할 우려가 있다.

상기 ATEP(amine terminated epoxy prepolymer)는 도막의 강도 및 강인성을 향상시켜 주는 기능을 하는 원료로서, ATEP 함량이 상기 배합범위 미만이 될 경우에는 인장강도와 피도면과의 접착력이 저하되는 문제점이 있으며, ATEP 함량이 상기 배합범위를 초과할 경우에는 수지의 강도와 인장력이 지나치게 높아져 쉽게 부서지기 쉬우므로 크랙에 대한 저항성이 저하될 우려가 있다.

상기 ATEP(amine terminated epoxy prepolymer)는 모노 관능기 에폭시(mono functional epoxy), 디 관능기 에폭시(di functional epoxy), 멀티 관능기 에폭시(multi functional epoxy) 중에서 선택된 1종 또는 그 이상의 에폭시 수지(epoxy resin)에 1급 아민 및/또는 2급 아민 및/또는 그 혼합물을 반응시켜 만들어진 ATEP(amine terminated epoxy prepolymer)를 제조한다,

상기 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate)는 상기 배합범위 미만이 될 경우에는 수지의 점도가 높아지고 기계적인 물성이 저하되는 문제점이 있으며, 상기 배합범위를 초과할 경우에는 수지의 점도가 낮아지는 문제가 있다. 상기 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate)는 1,6-헥산 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 메틸렌 비스 (p-시클로헥실 이소시아네이트)(H12MDI) 등으로부터 1종 또는 그 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 DMBA(dimethylol butaionic acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid)는 이온성 작용기(ionic center) 부여제로서, DMBA 또는 DMPA의 함량이 상기 배합범위 미만이 될 경우에는 수지의 이온화성이 저하되며, DMBA 또는 DMPA의 함량이 상기 배합범위를 초과할 경우에는 내수성이 저하될 우려가 있다.

상기 쇄 연장제(chain extender)는 디아민 모노머류의 쇄 연장재로서, 쇄 연장재의 상기 배합범위 미만이 될 경우에는 쇄 연장의 가교 효과가 저하될 우려가 있고, 쇄 연장재의 첨가량이 상기 배합범위를 초과할 경우에는 수지의 경도 및 인장강도가 지나치게 높아질 우려가 있다. 상기 쇄 연장제(chain extender)는 구체적으로는 IPDA(Isophorone diamine), EDA (Ethylene diamine)로부터 1종 또는 그 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 TEA(triethylamine)는 수용화에 필요한 중화(neutralization)를 위하여 DMBA의 양에 비례하여 적절하게 사용하며, TEA의 첨가량이 상기 배합범위 미만이 될 경우에는 수용화에 따른 분산성능이 저하되고, 상기 배합범위를 초과할 경우에는 수용화 후 미반응분에 의한 냄새 등이 발생할 우려가 있다.

상기 물은 수용화 과정에서 용매로 작용하며, 증류수를 사용하는 것이 바람직하다. 물 배합량이 상기 배합범위 미만이 될 경우에는 폴리우레아 수지의 수용화가 어려우며, 물 배합량이 상기 배합범위를 초과할 경우에는 수용화에는 큰 영향이 없지만 최총 제품의 고형분이 낮아져 경화도막의 물성에 영향을 미칠 우려가 있다.

상기 수용성 폴리우레아 수지는 상기와 같은 화합물들의 조성성분비에 의해 아래의 방법에 의해 합성되어 진다.

먼저, 폴리에테르아민(polyether amine), ATEP(amine terminated epoxy prepolymer)를 반응용기에 투입한다. 그리고 상온에서 교반하면서 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate)를 서서히 드롭핑(dropping)하면서 1~2시간 적가하고 30분간 교반하여 프리폴리머(prepolymer) 수지를 제조한다. 이때 상기 프리폴리머(prepolymer) 수지를 70~80℃ 까지 승온시킨후 DMBA(dimethylol butaionic acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid)를 첨가하고, 촉매하에서 3시간 정도 충분히 교반시켜 이온화시킨다. 이 합성 과정에서 점도를 조절하기 위하여 MEK(methyl ethyl ketone)를 첨가한다.

그리고 상기 수지의 온도를 40℃ 이하로 유지하면서 MEK에 용해시킨 쇄연장제인 디아민 모노머(diamine monomer)를 천천히 적가하여 쇄연장을 진행한다. 2~3시간 교반 후 IR로 이소시아네이트기(isocyanate group)의 소멸을 확인하고 TEA(triethylamine)를 용해한 MEK 용액을 적가하고 30분간 교반하여 중화시킨다. 반응용기 내 반응물을 3,000~5,000rpm의 빠른 속도로 교반하면서 물을 천천히 적가하여 수분화 시킨 다음 감압증류로 MEK를 제거하면 수용성 폴리우레아 수지가 합성되어진다.

또한 상기 하도의 일 조성으로서 알카리성 수용액은 pH가 11~12인 알카리성 수용액으로 침투 도막의 알카리성 부여 및 표면강화 부여하고, 내수성과 내열성이 우수하고, 콘크리트의 부식을 방지하는 작용을 한다.

상기 알카리성 수용액은 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 상기에서 열거한 바와 같은 기능들이 저하할 우려가 있고, 알카리성 수용액의 혼합량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 상대적으로 다른 구성성분들의 혼합량이 적어짐에 따라 콘크리트 표면에 견고하고 수밀한 코팅 도막이 형성되지 않을 우려가 있다. 상기 알카리성 수용액은 리튬 실리케이트를 물로 용해시켜 pH를 11~12로 조절시킨 것이 바람직하다.

상기 체질 안료는 도료의 강도보강 및 치수안정성 등의 기능을 부여하는 작용을 하며, 체질안료의 혼합량이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 상기와 같은 기능들이 저하할 우려가 있고, 체질안료의 혼합량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 점도상승으로 인해 작업성 및 크랙저항성의 성능이 저하할 우려가 있다. 상기 체질안료는 탈크, 경탄, 중탄, 규소계 필러, 황산바륨, 수산화 알루미늄 분말 중에서 선택된 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 안료는 코팅제 조성물의 색상을 부여하기 위한 것이다.

상기 소포제는 도료의 젖음성을 향상시켜 소재에 대한 부착력 증진 및 하도 조성물의 기포를 제거함으로써 외관의 미려함 및 도막의 조밀성을 개선하여 내구성을 증진시키는 작용을 하며, 소포제의 첨가량이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 하도 조성물의 기포 제거효과가 저하할 우려가 있고, 소포제의 첨가량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 소포 효과는 더 이상 현저히 향상되지 않고 하도의 다른 물성을 저하시킬 우려가 있다. 상기 소포제는 일예로 BYK-028(BYK사)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 접착증진제는 점도향상에 의해 바인더와 구성물에 대한 화학적인 작용을 통하여 소재에 대한 부착력 보강 및 하도의 강도를 보강하는 역할을 하며, 접착증진제의 첨가량이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 하도 조성물과 콘크리트 면과의 접착력이 저하할 우려가 있고, 접착증진제의 첨가량이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 코팅제 조성물과 콘크리트 면과의 접착력이 더이상 현저히 향상되지 않고 하도 조성물의 다른 물성을 저하시킬 우려가 있다.

특히 본 발명에서는 상기 접착증진제로 디스테아디모늄헥토라이트(Disteardimonium Hectorite)가 사용되는 예를 제시하고 있다. 일반적인 접착증진제를 사용하는 경우 하도를 구성하는 조성들을 교반하는 과정에서 조기에 증점효과가 발생되어 조성간의 충분한 교반이 이루어지지 않아 물성의 균일성이 확보되지 않는 문제가 있으며, 특히 충진성이 저하되어 피구조물에 균일한 충진이 이루어지지 않아 부착강도가 저하될 수 있다.

이에 본 발명의 하도에서는 상기 접착증진제로 디스테아디모늄헥토라이트(Disteardimonium Hectorite)가 사용되도록 하는 바, 상기 디스테아디모늄헥토라이트는 일반적인 접착증진제로 메틸셀롤로오즈(MC) 등과 달리 조성재료 혼합 시 즉각적인 증점효과가 나타나지 않고, 일정 시간 경과후에 증점효과를 나타내기 때문에 증점효과가 나타나는 시기가 다소 지연된다.

즉 디스테아디모늄헥토라이트는 타 조성의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있도록 교반시간을 제공하게 되며, 충분히 혼합된 후에 도포시 점성이 발현되어 굴곡 및 균열이 형성되는 피구조물의 면에도에 균일하게 충진이 되어 구조물과 하도가 충분한 부착강도가 발현되도록 하는 것이다.

특히 콘크리트 구조물은 피도면을 연마하더라도 미세균열이 존재하여 이러한 미세균열에 공기가 존재하므로 이를 충분히 충진하지 못하는 경우 공기가 팽창되어 부피가 커지므로 하도의 부착을 방해하는 요인이 되고 이러한 미세균열에 이산화탄소가 존재하는 경우에는 콘크리트 구조물의 중성화를 야기하는 원인이 되므로 본 발명의 하도에서는 접착증진제로 상기 디스테아디모늄헥토라이트가 사용되도록 하는 것이 바람직한 것이다.

한편 본 발명의 하도에서는 상기 소포제가 포함되도록 하여 하도의 배합 및 도포과정에서 발생되는 기포를 제거토록 하는데, 이러한 소포제에 의한 기포에 터짐에 의해 기포내부에 존재하는 공기가 페이스트로 유출이 되는데 특히 이산화탄소가 유출되는 경우 하도와 피도면 사이에서 이산화탄소 막이 형성되어 피도면의 중성화를 야기시킬 수 있는 포인트가 될 수 있는 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 상기 하도에 있어 수계 폴리머 수지 100중량부에 대해 수산화리튬 5 내지 30중량부가 더 포함되도록 하는 예를 제시한다. 이와 같이 수산화리튬이 첨가됨에 따라 소포제에 의해 유출되는 이산화탄소의 경우 상기 수산화리튬이 이를 고정시킴으로써 피구조물의 중성화 원인을 제어할 수 있게 되는 것이다.

한편 하도의 경우 구조물의 피도면과 직접적으로 접촉이 된 상태이므로 피도면에 하도를 도포하는 경우 경화과정에서 신장율의 차이 등에 의해 하도에서 상기 피도면과 접합면에 미세균열이 유발되는 문제가 있다. 이러한 미세균열은 하도에 있어 더 큰 균열로 발전하여 하도의 내구성 저하요인이 될 수 있으며 하도와 피도면의 부착력을 저하시키는 요인이 될 수 있다.

이에 본 발명에서는 이러한 미세균열을 제어하기 위해서 하도에 있어 수계 폴리머 수지 100중량부에 대해 글리콜류 1 내지 3중량부, 치아씨드 분말 0.5 내지 2중량부가 더 포함되도록 하는 예를 제시한다.

상기 치아씨드는 차조기과 민트의 한 종류로서 1년생 아열대 식물로서 수용성 섬유로 쌓여 있는 외피는 물에 넣으면 젤라틴화 된 후, 10배로 팽창하는 특성을 가지고 있다. 이에 본 발명의 하도에는 치아씨드 분말이 상기 배합범위로 배합되어 하도의 도포후 경화과정에서 페이스트의 수축을 제어하는 팽창제로서 기능을 하도록 하여 미세균열의 발생을 제어토록 하는 것이다. 또한 상기 치아씨드 분말은 보습제로서 기능도 수행토록 하여 건조수축의 발생도 제어토록 하는 것이다.

단, 상기 치아씨드 분말을 상기와 같은 배합범위로 한정하는 것은 치아씨드 분말이 상기 배합범위를 초과하는 경우에는 배합되는 물을 너무 많이 흡수하여 폴리우레아 수지의 수용화가 용이하지 않은 문제가 있어 오히려 페이스트의 내구성을 저하시킬 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 있어서는 상기 치아씨드 분말의 팽창 및 보습에 의해 미세균열을 제어하면서 이를 보완하기 위해 글리콜류가 더 배합되도록 하는 것이다. 즉 하도의 경화과정에서 온도차에 의한 균열이 아니라 페이스트 내 물의 증발에 의한 표면균열의 제어를 위해서 글리콜류가 더 배합되도록 하는 것이다.

상기 글리콜류는 페이스트의 공극에 물증발 시 모세관장력을 저하시킴으로서 내부 인장응력을 줄여 줌에 의해 경화 후 수축 저감을 유도하도록 하는 것이다. 즉 수축에 의한 균열을 제어하도록 하는 것이다. 바람직하게 상기 글리콜류는, 부틸디글리콜, 부틸트라이글리콜, 부틸글리콜, 메틸디글리콜, 부틸폴리글리콜, 에틸폴리글리콜, 메틸트라이글리콜, 에틸글리콜로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합물인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 하도가 피도면에 도포된 후에는 상도가 도포되는데, 상기 상도의 일 조성으로 상기 유무기 복합수지는, 폴리에테르 아민 또는 실리콘 아민 100중량부에 대해 Functional PerFluoroPolyEther 50 내지 150중량부, HTFS(Hydroxyl Terminated Functional silicone) 또는 ATSP(Acrylate Terminated Silicone Prepolymer) 20 내지 70중량부, 이소시아네이트 프리폴리머 20 내지 70중량부, DMBA (Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 2 내지 10중량부, 쇄연장제 5 내지 15중량부, TEA (Triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 200 내지 600중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리에테르 아민(Polyether amine)은 상기에서 언급한 바와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

상기 실리콘 아민은 End Group에 Amine Value를 갖는 실리콘 아민으로, 내충격강도, 신율 등의 물리적 특성의 효과를 상승시켜 주는 역할을 한다.

일 예로 SILTECH 사의 Silamine D208-EDA를 사용할 수 있다.

상기 Functional PerFluoroPolyEther은 말단에 Hydorxylic group, Urethane acrylate group, Silane group을 갖는 불소계 중간체로, 내열성 및 내후성 향상, 화학적 안정성, 낮은 표면에너지, 내수 및 내유성 향상, 내오염성(Ant-Graffiti) 부여의 역할을 한다. 일 예로 SOLVAY사의 Fomblin ZDOL PFPE (평균분자량 2,000 ~ 4,000)이 사용될 수 있다.

상기 HTFS(Hydroxyl Terminated Functional silicone)은 End Group에 Hydroxyl Value를 갖는 반응성 실리콘으로, 매끄러운 표면을 형성시켜 내마모성 및 물리적 특성 향상,우 수한 내스크래치성 부여, 낮은 표면 에너지, 도막의 유연성을 부여하는 역할을 한다. 일 예로 SILTECH 사의 Silmer OH Di-10 (평균분자량 1,000)이 사용될 수 있다.

상기 ATSP(Acrylate Terminated Silicone Pre-polymer)는 경화도막 표면의 매끄러운 슬립(Slip) 성부여, 변색 방지 등의 효과를 부여하는 역할을 한다. 일 예로 SILTECH 사의 Silmer ACR D2 가 사용될 수 있다.

상기 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate Prepolymer)는 지방족 이소시아네이트로 1,6-헥산 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 메틸렌 비스(p-시클로헥실 이소시아네이트) (H12MDI) 등으로부터 1종 또는 그 이상을 혼합과 말단에 이소시아네이트기를 가진 Linear Di-Functional Silicone Prepolymer를 1종 또는 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 이소시아네이트 프리폴리머는 상기 배합범위 미만이면 수지의 점도가 높아지고 기계적인 물성이 저하되는 문제점이 있으며, 상기 배합범위를 초과할 경우에는 접착력과 인장강도가 증가되지만 수지점도가 낮아지는 문제가 있다.

상기 DMBA 또는 DMPA, 상기 쇄 연장제, 상기 TEA (Triethylamine)는 상기에서 기 언급한 바와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

상기와 같은 조성을 가진 유무기 복합수지의 합성은, 폴리에테르 아민 또는 실리콘 아민과 Functional PerFluoroPolyEther Resin과 Hydroxyl Terminated Functional silicone, Acrylate Terminated Silicone Pre-polymer을 반응용기에 투입하여 상온에서 교반하면서 이소시아네이트 프리폴리머를 서서히 드롭핑(Dropping)하면서 1~2 시간 적가하고 30분간 교반하여 유무기 복합수지를 제조하게 되는 것이다. 이때 상기 수지를 70~80℃ 까지 승온시킨 후 DMBA 또는 DMPA를 첨가하고, 촉매하에서 3시간 정도 충분히 교반시켜 이온화 시킨다.

이 합성과정에서 점도를 조절하기 위해 MEK(Methyl Ethyl Ketone)를 첨가하는데, 상기 수지 온도를 40℃ 이하로 유지하면서 MEK에 용해시킨 쇄연장제인 실리콘 아민류를 천천히 적가하여 쇄연장을 진행한다. 2~3시간 교반 후 IR로 이소시아네이트기(Isocyanate Group)의 소멸을 확인하고 TEA를 용해한 MEK 용해을 적가하고 30분간 교반하여 중화시킨다. 반응용기 내 반응물을 3,000~5,000 rpm의 빠른 속도로 교반하면서 물을 적가하여 수분화 시킨 다음 감압증류로 MEK를 제거하면 친환경적인 유무기 복합수지가 합성되는 것이다.

이렇게 제조되는 유무기 복합수지는 내후성, 내오염성(Anti-Graffiti), 내마모성이 탁월하고 강인성과 인장강도, 신장율 등과 같은 물리적 특성이 우수하며, 내열, 내유, 내수, 화학적 안정성과 낮은 표면에너지 부여 등의 특성을 부여하는 주제로서 기능을 하는 것이며 다양한 소자와의 접착력 또한 우수한 것이 특징이다.

상기 상도의 일 조성으로 상기 수용성 폴리머 수지는 상도의 내충격성 및 내균열성능이 발현되도록 하는 것인데 수분산 폴리우레탄, 수분산 Rubber계 레진, 수분산 아크릴 수지 중 1종 또는 그 이상의 원료를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 수용성 폴리머 수지가 상기 배합범위 미만으로 첨가되는 경우 상기에서 열거한 기능들이 저하될 우려가 있고, 상기 배합범위를 초과할 경우에는 상대적으로 다른 조성들의 혼합량이 적어짐에 따라 견고하고 기밀성을 지닌 상도를 얻을 수 없는 문제가 있다.

그 밖에 상도의 조성으로 체질안료, 안료, 물, 소포제, 접착증진제는 상기에서 언급한 바와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

상도의 경우도 상기 접착증진제로 디스테아디모늄헥토라이트가 사용되는 것이 바람직한 바, 상도의 경우는 접착증진제로 디스테아디모늄헥토라이트가 사용되어 특히 증점효과를 지연시킴으로써 조성간 균일한 분산이 가능하도록 하여 균일한 물성이 발현되도록 하는 점에 의미가 있다.

또한 상도의 경우도 미세균열을 제어하기 위해 유무기 복합수지 100중량부에 대해 글리콜류 1 내지 3중량부, 치아씨드 분말 0.5 내지 2중량부가 더 포함되도록함이 타당하다.

한편 상도에는 도포과정, 경화과정, 시공후에 다양한 원인에 의해 표면에 미세균열 등이 발생될 수 있고 이러한 미세균열은 유기물 등의 축적에 의한 핀홀발생의 원인이 되는 바, 이러한 핀홀은 상도의 내구성저하 원인이 될 수 있다. 또한 상도의 경우 외부환경에 그대로 노출이 되므로 여름 등에 열을 그대로 받아 하도 등으로 전달하는 경우 피구조물, 하도, 상도 간에 열팽창계수의 차이 등으로 들뜸, 균열이 발생될 수 있다.

이에 본 발명의 상도에는 유무기 복합수지 100중량부에 대해 이산화티탄함유 다공성섬유가 1 내지 3중량부가 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다.

이산화티탄함유 다공성섬유가 첨가되어 섬유의 가교작용에 의해 균열저항성을 물리적으로 향상시키게 되는 것이며 섬유가 다공성으로 이루어져 상도가 열차단층의 기능을 하게 되는 것이며 이산화티탄이 함유되어 있어 표면에 침적되는 유기물을 분해토록 할 수 있는 것이다. 상기 이산화티탄은 자외선에 의해 활성산소를 발생시켜 강력한 산화환원작용을 나타내어 유기물을 분해토록 하는 것이다.

이러한 이산화티탄함유 다공성섬유는 공지의 방법에 의해 제조될 수 있는 바, 예로 폴리머 전구체와 용매를 혼합한 후에 이러한 혼합물에 이산화티탄(TiO2)을 상기 폴리머 전구체에 분산시키고 이러한 과정을 거쳐 얻어진 혼합물을 전기방사하여 섬유로 제조되도록 하는 것이다. 이렇게 제조된 섬유를 산화시키고 탄화시켜 최종적으로 이산화티탄이 함유된 다공성섬유로 제조되도록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims

수용성 폴리우레아 수지, 수용성 아크릴수지, 수용성 에폭시수지, 수성 EVA 수지 중에서 1종 또는 1종 이상의 수계 폴리머 수지 100중량부에 대해 알카리성 수용액 25 내지 75중량부, 체질 안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부, 습윤분산제 2 내지 5중량부, 소포제 2 내지 5중량부, 소포제에 의해 유출되는 이산화탄소를 고정시키는 수산화리튬 5 내지 30중량부, 일정시간 경과후 증점효과가 발현되는 디스테아디모늄헥토라이트(Disteardimonium Hectorite) 2 내지 5중량부를 포함하는 하도;
유무기 복합수지 100중량부에 대해 수용성 폴리머수지 25 내지 75중량부, 체질 안료 25 내지 75중량부, 안료 5 내지 30중량부, 물 20 내지 75중량부, 습윤분산제 2 내지 5중량부, 소포제 2 내지 5중량부, 일정시간 경과후 증점효과가 발현되는 디스테아디모늄헥토라이트(Disteardimonium Hectorite) 2 내지 5중량부를 포함하는 상도;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기 복합수지를 이용하여 중성화 및 염해방지 기능이 향상 된 콘크리트 구조물 보호용 코팅제.
제 1항에 있어서,
상기 수용성 폴리우레아 수지는,
폴리에테르아민(polyether amine) 100중량부에 대해 ATEP(amine terminated epoxy prepolymer) 15 내지 75 중량부, 지방족 이소시아네이트(aliphatic isocyanate) 15 내지 60 중량부, DMBA(dimethylol butaionic acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 1 내지 5중량부, 쇄 연장제 1 내지 3중량부, TEA(triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 100 내지 600중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기 복합수지를 이용하여 중성화 및 염해방지 기능이 향상 된 콘크리트 구조물 보호용 코팅제.
제 1항에 있어서,
상기 유무기 복합수지는,
폴리에테르 아민 또는 실리콘 아민 100중량부에 대해 Functional PerFluoroPolyEther 50 내지 150중량부, HTFS(Hydroxyl Terminated Functional silicone) 또는 ATSP(Acrylate Terminated Silicone Prepolymer) 20 내지 70중량부, 이소시아네이트 프리폴리머 20 내지 70중량부, DMBA (Dimethylol Butaionic Acid) 또는 DMPA(dimethylol propionic acid) 2 내지 10중량부, 쇄연장제 5 내지 15중량부, TEA(Triethylamine) 1 내지 5중량부, 물 200 내지 600중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기 복합수지를 이용하여 중성화 및 염해방지 기능이 향상 된 콘크리트 구조물 보호용 코팅제.
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제 1항에 있어서,
수계 폴리머 수지 100중량부에 대해 글리콜류 1 내지 3중량부, 치아씨드 분말 0.5 내지 2중량부가 더 포함되며, 유무기 복합수지 100중량부에 대해 글리콜류 1 내지 3중량부, 치아씨드 분말 0.5 내지 2중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기 복합수지를 이용하여 중성화 및 염해방지 기능이 향상 된 콘크리트 구조물 보호용 코팅제.
제 1항에 있어서,
유무기 복합수지 100중량부에 대해 이산화티탄함유 다공성섬유가 1 내지 3중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기 복합수지를 이용하여 중성화 및 염해방지 기능이 향상 된 콘크리트 구조물 보호용 코팅제.