KR101780731B1 - 폴리머 시멘트 모르타르 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
폴리머 시멘트 모르타르 및 이의 제조방법이 제공된다. 상기 폴리머 시멘트 모르타르는 탄소(C)와 황(S)의 단일결합(C-S), 탄소(C)와 실리콘(Si)의 단일결합(C-Si), 실리콘(Si)들과 산소(O)의 단일결합(Si-O-Si) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 포함한다.
Description
발명은 폴리머 시멘트 모르타르 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
폴리머 시멘트 모르타르(polymer cement mortar)는, 폴리머가 함유되어 있지 않은 시멘트 모르타르에 비해, 인장강도, 휨강도, 내마모성, 내약품성 등과 같이 물리역학적 성질이 우수하여, 콘크리트 구조물의 내구성을 개선시키는데 뛰어난 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 폴리머 시멘트 모르타르는 주로 콘크리트 구조물의 보수보강 시 손상이나 열화된 단면의 복구제로 이용되는 보수재료의 일종이다.
시멘트 혼화용 폴리머는, 일반적으로, 수성 폴리머 디스퍼젼(aqueous polymer dispersion), 재유화형 분말수지(redispersible polymer powder), 수용성 폴리머(water soluble polymer) 및 액상 폴리머(liquid polymer)의 4 종류로 분류될 수 있고, 널리 사용되고 있는 시멘트 혼화용 폴리머의 예로는, 에폭시 수지가 있다.
상기 에폭시 수지는 다른 열경화성 수지와 비교하여 경화 시, 수축이 적고, 경화된 후, 접착성, 내약품성, 전기적 성질, 내열성 등이 매우 우수하다. 경화된 에폭시 수지의 성질은 에폭시 수지의 종류와 경화제의 종류에 의해 다양하게 변화시킬 수가 있으며, 건축, 토목분야를 포함하여 산업분야에 있어서 널리 활용되고 있다.
발명은 상온 경화시간이 단축된 폴리머 시멘트 모르타르를 제공하고자 한다.
발명은 상온 경화시간을 단축시킬 수 있는 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당해 업계의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
발명의 일 실시예에 따른 폴리머 시멘트 모르타르는, 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(polyhedral oligomeric silsesquioxane)을 포함한다. 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 시멘트 모르타르는, 탄소(C)와 황(S)의 단일결합(C-S 결합)의 흡수피크, 탄소(C)와 실리콘(Si)의 단일결합(C-Si 결합)의 흡수피크, 실리콘(Si)들과 산소(O)의 단일결합(Si-O-Si 결합)의 흡수피크 및 탄산칼슘(CaCO3)의 흡수피크를 포함하는 적외선 분광스펙트럼을 포함한다.
상기 적외선 분광 스펙트럼은, 방향족(aromatic) 고리의 탄소(C)와 탄소(C)의 이중결합(방향족 C=C 결합)의 흡수피크를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리머 시멘트 모르타르는, 암모늄 이온(NH3 +)의 흡수피크를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리머 시멘트 모르타르는, 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법은, 에폭시계 수지 조성물을 제조하는 것과 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하는 것을 포함한다. 상기 에폭시계 수지 조성물은 에폭시 수지, 티올기-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(thiol-contained polyhedral oligomeric silsesquioxane) 및 경화제를 포함하며, 상기 폴리머 시멘트 페이스트는 상기 에폭시계 수지 조성물, 시멘트, 모래 및 물을 포함한다.
상기 경화제는 액상 경화제일 수 있다. 상기 에폭시계 수지 조성물에는 실리콘계 입자가 더 배합될 수 있고, 상기 실리콘계 입자는, 실리카 또는 암모늄 이온(NH3 +)-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 시멘트는, 상기 에폭시계 수지 조성물이 중간 경화된 때, 상기 에폭시계 수지 조성물에 배합될 수 있다.
상기 에폭시계 수지 조성물은 상온에서 경화될 수 있다. 상기 폴리머 시멘트 페이스트는 상온에서 경화될 수 있다. 상기 폴리머 시멘트 모르타르는 상온에서 경화될 수 있다.
상기 폴리머 시멘트 페이스트는 상온에서, 1 시간 내지 8 시간 내에 완전 경화될 수 있다. 상기 폴리머 시멘트 모르타르는 상온에서, 1 시간 내지 8 시간 내에 완전 경화될 수 있다.
상기 폴리머 시멘트 페이스트는 상온에서, 1 시간 내지 3 시간 내에 완전 경화될 수 있다. 상기 폴리머 시멘트 모르타르는 상온에서, 1 시간 내지 3 시간 내에 완전 경화될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
발명은 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
발명은 상온 경화시간이 단축된 폴리머 시멘트 모르타르를 제공할 수 있다.
발명은 상온 경화시간을 단축시킬 수 있는 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 폴리머 시멘트 모르타르의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 2는 에폭시계 수지 조성물의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 3은 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 4는 실리카의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 5는 티올기-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 6은 시멘트의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 2는 에폭시계 수지 조성물의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 3은 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 4는 실리카의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 5는 티올기-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산의 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 6은 시멘트의 적외선 분광 스펙트럼이다.
발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 발명의 개시가 완전하도록 하며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함한다", "갖는다" 라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서 전체에서, "A 내지 B"는 A 이상 B 이하의 범위 내인 것을 의미하고, "A 이상 내지 B 미만"은 A 이상 B 미만의 범위 내인 것을 의미하며, "A 초과 내지 B 이하"는 A 초과 B 이하의 범위 내인 것을 의미한다.
이하, 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 폴리머 시멘트 모르타르에 대해 실험예, 제조예, 및 도면 등을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법은, 에폭시계 수지 조성물을 제조하는 것과, 상기 에폭시계 수지 조성물에 시멘트 및 물을 배합하여 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하는 것을 포함한다. 상기 에폭시계 수지 조성물은, 에폭시 수지, 티올기-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(thiol-contained polyhedral oligomeric silsesquioxane, 이하, 'SH-POSS'라 한다) 및 경화제를 포함할 수 있다. 상기 에폭시계 수지 조성물은, 실리콘계 입자를 더 포함할 수 있다.
폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법은, 모래, 골재 등을 상기 폴리머 시멘트 페이스트에 배합하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 화학구조 내에 에폭시기를 함유한 모든 화합물로서, 열경화성 수지이다. 상기 에폭시 수지는, 예를 들어, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 등일 수 있다. 상기 에폭시 수지는, 에폭시기의 수에 따라 일관능성, 이관능성, 다관능성으로 분류될 수 있고, 3차원의 망목상 구조를 형성하기 위해서는, 최소 2개 이상의 에폭시기들을 함유하는 것이 바람직하다.
일 구현예에서, 상기 에폭시 수지는, 하기 화학식 1로 표현되는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(Bisphenol A diglycidyl ether)일 수 있으나, 이것 만으로 한정되는 것은 아니다.
<화학식 1>
SH-POSS는 실리콘과 산소를 포함하고, 실리콘들과 산소의 단일결합으로 구성된 바구니 구조(case structure)와 상기 실리콘에 도입된 적어도 하나의 티올기(-SH)를 가진 나노구조의 유무기 복합 소재이다. 상기 적어도 하나의 티올기는 메틸렌(-CH2-), 에틸렌(-CH2CH2-), 트리메틸렌(-CH2CH2CH2-) 등과 같은 링커(linker)를 통해 실리콘과 결합될 수 있고, 예를 들어, SH-POSS는 머캅토메틸기(mercaptomethyl group), 머캅토에틸기(mercaptoethyl group), 머캅토프로필기(mercaptopropyl group) 중 적어도 하나를 가질 수 있다.
SH-POSS는 상기 에폭시 수지의 경화제 및 경화촉진제의 역할을 동시에 수행할 수 있다. 상기 에폭시 수지의 경화 및 경화촉진을 위해, SH-POSS는 복수 개의 티올기들을 포함하는 것이 바람직하다.
일 구현예에서, SH-POSS는 머캅토프로필 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(mercaptopropyl polyhedral oligomeric silsesquioxane)일 수 있고, 바람직하게는, 하기 화학식 2로 표현되는 화합물과 같이, 8개의 티올기가 도입된 것일 수 있다.
<화학식 2>
SH-POSS는 상기 화학식 2로 표현되는 화합물로만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, SH-POSS는 상기 화학식 2에서 8개의 머캅토프로필기들 중 일부 또는 전부가 머캅토메틸기와 머캅토에틸기 중 어느 하나로 대체된 것일 수도 있다.
상기 경화제는 에폭시 수지를 상온에서 경화시키는데 사용되는 것으로서, 예를 들어, 아민계 경화제일 수 있다. 상기 경화제는, 액상 경화제인 것이 바람직하다. 이에 대해서는, 하기의 실험예들을 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 일 구현예에서, 상기 아민계 경화제는, 액상의 에틸렌 디아민(Ethylene Di Amine)일 수 있지만, 이것 만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 에틸렌 디아민은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물일 수 있다.
<화학식 3>
상기 실리콘계 입자는, 상기 에폭시 수지 조성물의 경화물의 강도를 높이는 필러(filler)로서의 역할과 상기 에폭시 수지와 상기 시멘트를 결합시키는 역할을 할 수 있다. 상기 실리콘계 입자는, 예를 들어, 상기 실리콘계 입자는, 실리카 및 암모늄 이온(NH3 +)-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(NH3 +-contained polyhedral oligomeric silsesquioxane, 이하, 'NH3 +-POSS'라 한다) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 시멘트는 토목용이나 건축용의 무기질의 결합경화제로서, 포틀랜드 시멘트, 경성 시멘트, 내산 시멘트, 중용열 시멘트, 조강 시멘트, 저열 시멘트, 내황산 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트, 포틀랜드 포졸란(실리카) 시멘트, 백색 시멘트, 팽창 질석 시멘트, 팽창성 수경 시멘트, 메이슨리 시멘트, 초조강 시멘트, 초속경 시멘트, 방통 시멘트 및 유정 시멘트 등일 수 있다.
상기 에폭시계 수지 조성물을 시멘트 모르타르에 혼입하면, 시멘트 페이스트나 골재 사이의 공간, 그리고 기타 공극들 속에서 폴리머 필름이 형성될 수 있고, 상기 폴리머 필름은 시멘트와 함께 결합제로써 역할을 할 수 있다. 상기 시멘트 페이스트는, 시멘트와 물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 시멘트 모르타르는, 상기 시멘트 페이스트에 모래, 골재, 자갈 등이 더 포함된 것일 수 있다.
상기 폴리머 시멘트 페이스트 또는 상기 폴리머 시멘트 모르타르는, 상온에서 경화될 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리머 시멘트 페이스트 또는 상기 폴리머 시멘트 모르타르는, 상온에서 1 시간 내지 8 시간 내에 완전 경화될 수 있다. 또는, 상기 폴리머 시멘트 페이스트 또는 상기 폴리머 시멘트 모르타르는, 상온에서 1 시간 내지 3 시간 내에 완전 경화될 수 있다.
이하, 실험예 1을 참조하여, SH-POSS가 폴리머 시멘트 모르타르의 경화속도에 미치는 영향과 폴리머 시멘트 모르타르의 각 성분들의 배합순서가 폴리머 시멘트 모르타르의 경화속도에 미치는 영향에 대해 설명하기로 한다.
실험예
1
표 1에 정리된 바와 같이, 폴리머 시멘트 모르타르의 각 구성성분들의 함량에 변화를 주어, 제조예 1 내지 8을 제조하였다. 제조예 1 내지 8을 각각 상온에서 방치한 상태에서, 완전히 경화될 때까지의 소요된 시간을 측정하였다.
제조예 2 내지 8에 사용된 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르(Bisphenol A Diglicidyl Ether, 이하, 'DGEBA'라 한다)은 국도화학(제품명: YD-128)에서 구입한 것으로서, 분자량은 380g/mol이다.
제조예 2 내지 8에 사용된 에틸렌 디아민(Ethylene Di Amine, 이하, 'EDA'라 한다)은, 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)(제품명: 03550-Ethylenediamine)사에서 구입한 것으로서, 분자량은 60.1g/mol 이고, 밀도는 0.899g/mL 이다.
제조예 3 내지 8에 사용된 실리카는 디토테크놀로지(제품명: DT-SI-10)에서 구입한 것으로서, 입경이 100 nm 이고, 순도는 99.9%이상이다.
제조예 4 내지 8에 사용된 SH-POSS는 하기의 반응식 1에 따라 본 발명자들에 의해 합성되었다.
<반응식 1>
구체적으로, 본 발명자들은, 제조예 4 내지 8에 사용된 SH-POSS를 하기의 합성법에 따라 제조하였다.
합성법
(3-머캅토프로필)트리메톡시실란((3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane) 15mL와 37% 염화수소(HCl) 30mL를 메틸알코올(MeOH) 360mL에 넣고, 90℃에서 24 시간동안 교반하였다. 이 후, 반응 산물(흰색 점액)을 메틸알코올로 세척하고 메틸렌클로라이드에 녹인 뒤, 다시 증류수로 세척하였다. 그 뒤, 반응 산물에 남아있는 수분을 소듐설페이트를 이용하여 제거하고, 증발건조기를 이용하여 남아있는 용매를 제거한 뒤, 보관하였다[참고 - Adv. Funct. Mater. 2011,21,2960-2967].
| 성분 | 제조예 1 | 제조예 2 | 제조예 3 | 제조예 4 | 제조예 5 | 제조예 6 | 제조예 7 | 제조예 8 |
| DGEBA | -(1) | 9.5g | 9.5g | 9.5g | 9.5g | 9.5g | 9.5g | 19g |
| EDA | - | 1.5g | 1.5g | 1.5g | 1.5g | 1.5g | 1.5g | 3g |
| 실리카 | - | - | 0.55g | 0.59g | 0.59g | 0.59g | 0.59g | 1.1g |
| SH-POSS | - | - | - | 0.79g | 0.79g | 0.79g | 0.79g | 1.58g |
| 시멘트 | 110g | 110g | 110g | 110g | 110g | 110g | 110g | 220g |
| 물 | 22g | 22g | 22g | 22g | 22g | 22g | 22g | 44g |
(1) - : 첨가하지 않음, DGEBA: Bisphenol A Diglycidyl Ether, EDA: Ethylene Di Amine
제조예
1
시멘트 110g과 물 22g을 배합하여, 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
2
DGEBA 9.5g(25 mmol)과 EDA 1.5g(25 mmol)을 배합하여 DGEBA와 EDA의 배합물을 제조하고, DGEBA와 EDA의 배합물에 시멘트 110g과 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
3
DGEBA 9.5g(25 mmol)와 실리카 0.55g을 배합하여 DGEBA와 실리카의 배합물을 제조하고, DGEBA와 실리카의 배합물에 EDA 1.5g(25 mmol)을 넣어 DGEBA, 실리카 및 EDA의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카 및 EDA의 배합물에 시멘트 110g과 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
4
DGEBA 9.5g(25 mmol), 실리카 0.55g 및 SH-POSS 0.79g(1.55 mmol)를 배합하여 DGEBA, 실리카 및 SH-POSS의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카 및 SH-POSS의 배합물에 EDA 1.5g(25 mmol)을 더 넣고, DGEBA, 실리카, SH-POSS 및 EDA의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카, SH-POSS 및 EDA의 배합물에 시멘트 110g과 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
5
DGEBA 9.5g(25 mmol)와 실리카 0.55g를 배합하여 DGEBA와 실리카의 배합물을 제조하고, DGEBA와 실리카의 배합물에, SH-POSS 0.79g(1.55 mmol), EDA 1.5g(25 mmol), 시멘트 100g 및 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
6
DGEBA 9.5g(25 mmol), EDA 1.5g(25 mmol) 및 실리카 0.55g을 배합하여 DGEBA, EDA 및 실리카의 배합물을 제조하고, DGEBA, EDA 및 실리카의 배합물에 SH-POSS 0.79g(1.55 mmol), 시멘트 100g 및 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
7
DGEBA 9.5g(25 mmol), EDA 1.5g(25 mmol), SH-POSS 0.79g(1.55 mmol) 및 실리카 0.55g을 배합하여, DGEBA, EDA, SH-POSS 및 실리카의 배합물을 제조하고, DGEBA, EDA, SH-POSS 및 실리카의 배합물에, 시멘트 100g 및 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
8
제조예 4의 배합순서로 제조된 폴리머 시멘트 페이스트로서, 제조예 4에서 각 성분의 함량을 두 배로 증가시켰다.
실험결과
실험결과가 표 2에 정리되어 있다.
| 제조예 1 | 제조예 2 | 제조예 3 | 제조예 4 | 제조예 5 | 제조예 6 | 제조예 7 | 제조예 8 | |
| 경화시간 (hr(1)) |
24 | 24 | 24 | 7~8 | 24+(2) | 24+ | 24+ | 168 |
(1): 시간, (2) 24+: 24 시간 이상
제조예 1은 제조예 2 내지 4에 대한 레퍼런스(Reference)로서, 제조예 1의 시멘트 페이스트는 상온에서 완전 경화될 때까지 24시간이 필요하였다. 제조예 4는, 제조예 1 내지 3에 비해 상온 경화시간이 단축되었다. 반면, 제조예 1 내지 3은 상온 경화시간이 차이가 없었다. 제조예 1 내지 4에 대한 비교실험으로부터, SH-POSS가 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간을 단축시킬 수 있음을 확인되었다.
한편, 제조예 4 내지 7의 비교실험결과로부터, 각 성분들의 배합순서가 폴리머 시멘트 페이스트의 경화시간의 단축에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 구체적으로, 제조예 4는, 에폭시 수지(DGEBA), 실리카 및 SH-POSS의 배합물에 상온 경화제(EDA)를 더 넣고, 그 이후, 시멘트와 물을 더 넣는 순서로 배합되었고, 이 때, 폴리머 시멘트 페이스트는 상온에서 7 시간 내지 8 시간 내에 완전 경화되었다. 반면, 각 성분들의 배합순서가 제조예 4와 상이한 제조예 5 내지 7 의 경우에는, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간이 24시간 이상이었다.
또한, 제조예 8은 제조예 4의 각 성분들의 함량이 2배 증가되었지만, 오히려 폴리머 시멘트 페이스트의 경화시간이 더 길어졌다.
본 발명자들은, 실험예 1을 통해, SH-POSS가 폴리머 시멘트 페이스트의 경화속도를 단축시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었고, 각 성분들의 배합순서에 따라 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화속도가 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 제조예 8의 실험결과로부터, 제조예 4의 배합순서로 제조된 폴리머 시멘트 모르타르는, 각 성분들의 함량이 2배 증가된 때, 오히려 상온에서 완전히 경화될 때까지의 시간이 더 길어진다는 것을 확인되었다.
한편, 본 발명자들은, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간을 더욱 단축시키기 위해서, 다음과 같이 실험예 2를 수행하였다.
실험예
2
폴리머 시멘트 페이스트의 각 성분들이 상온 경화시간에 미치는 영향을 알아보기 위해서, 본 발명자들은 각 성분들의 함량을 변화시켜가면서 제조예 9 내지 15를 제조하였다. 이후, 제조예 9 내지 15가 상온에서 완전 경화될 때까지의 시간을 측정하였다.
제조예 9 내지 15의 각 성분들의 함량은 표 3에 정리되어 있다. 제조예 9 내지 15에 사용된 DGEBA, EDA, 실리카 및 SH-POSS에 대한 정보는 각각 실험예 1에서 설명한 바와 같다.
| 성분 | 제조예 9 | 제조예 10 | 제조예 11 | 제조예 12 | 제조예 13 | 제조예 14 | 제조예 15 |
| DGEBA | 8.35g | 6.15g | 9.5g | 9.5g | 19g | 9.5g | 9.5g |
| EDA | 2.64g | 4.85g | 1.5g | 1.5g | 3g | 1.5g | 1.5g |
| 실리카 | 0.55g | 0.55g | 0.55g | 0.55g | 1.1g | 1.65g | 1.77g |
| SH-POSS | 0.79g | 0.79g | 1.58g | 3.16g | 1.58g | -(*) | 0.79g |
| 시멘트 | 110g | 110g | 110g | 110g | 110g | 110g | 110g |
| 물 | 22g | 22g | 22g | 22g | 22g | 22g | 22g |
(*) - : 미첨가
제조예
9
DGEBA 8.35g, 실리카 0.55g 및 SH-POSS 0.79g을 배합하여 DGEBA, 실리카 및 SH-POSS의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카 및 SH-POSS의 배합물에 EDA 2.64g을 더 넣고, DGEBA, 실리카, SH-POSS 및 EDA의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카, SH-POSS 및 EDA의 배합물에 시멘트 110g과 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
10
DGEBA 6.15g, 실리카 0.55g 및 SH-POSS 0.79g을 배합하여 DGEBA, 실리카 및 SH-POSS의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카 및 SH-POSS의 배합물에 EDA 4.85g을 더 넣고, DGEBA, 실리카, SH-POSS 및 EDA의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카, SH-POSS 및 EDA의 배합물에 시멘트 110g과 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
11
제조예 4의 배합순서로 제조된 폴리머 시멘트 페이스트로서, 제조예 4에서 SH-POSS의 함량을 두 배로 증가시켰다.
제조예
12
제조예 4의 배합순서로 제조된 폴리머 시멘트 페이스트로서, 제조예 4에서 SH-POSS의 함량을 네 배로 증가시켰다.
제조예
13
제조예 4의 배합순서로 제조된 폴리머 시멘트 페이스트로서, 제조예 4에서 DGEBA, EDA, 실리카, SH-POSS의 함량을 각각 두 배로 증가시켰다.
제조예
14
제조예 3의 배합순서로 제조된 폴리머 시멘트 페이스트로서, 제조예 3에서 실리카의 함량을 세 배 증가시켰다.
제조예
15
제조예 4의 배합순서로 제조된 폴리머 시멘트 페이스트로서, 제조예 4에서 실리카의 함량을 세 배로 증가시켰다.
실험결과
실험결과가 표 4에 정리되어 있다.
| 제조예 9 | 제조예 10 | 제조예 11 | 제조예 12 | 제조예 13 | 제조예 14 | 제조예 15 | |
| 경화시간 (hr(1)) |
24 | 24 | 8 | 8 | X(2) | 20 | 25 |
(1) hr: 시간, (2) X: 경화되지 않음
제조예 9는 에폭시 수지(DGEBA)와 경화제(EDA)의 몰비가 1:2 이고, 제조예 10은 에폭시 수지(DGEBA)와 경화제(EDA)의 몰비가 1:5인 점에서, 실험예 1의 제조예 4와 차이가 있다. 제조예 9 및 10은 상온에서 완전 경화될 때까지 24 시간이 필요하였다. 에폭시 수지(DGEBA)에 대한 경화제(EDA)의 함량이 증가되면, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간이 단축될 것으로 예상하였지만, 이러한 예상을 벗어나는 결과였다. 이는 에폭시 수지의 양이 감소되었기 때문인 것으로 생각되었다.
제조예 11은 제조예 4에 비해 SH-POSS 의 함량이 두 배 증가되었고, 제조예 12는 제조예 4에 비해 SH-POSS의 함량이 네 배 증가되었다. 제조예 11 및 12는 상온에서 완전 경화될 때까지 8 시간이 필요하였다. 이러한 결과는, 제조예 4와 동일한 것으로, SH-POSS의 함량이 증가되면 상온 경화시간이 단축될 것이라는 예측을 벗어난 것이었다.
제조예 13은 제조예 4에 비해 DGEBA, EDA, 실리카, SH-POSS의 함량이 두 배 증가되었다. 제조예 13은 폴리머 시멘트 페이스트가 상온에서 완전히 경화되지 않았고, 물이 분리되었으며, 강도 또한 약해졌다. 본 발명자들은, 물과 에폭시 수지의 상관관계에 대한 추가 실험을 진행하였으나, 에폭시 수지와 물은 서로 섞이지 않지만, 에폭시 수지의 점도가 낮아지는 것을 확인하였다. 에폭시 수지와 물의 상관관계는, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간에 영향을 미치지 않는 것으로 생각되었다.
제조예 14는 제조예 3에 비해 실리카의 함량이 세 배 증가되었으나, 폴리머 시멘트 페이스트가 상온에서 완전히 경화될 때까지 20 시간이 필요하였다. 또한, 제조예 15는 제조예 4에 비해 실리카의 함량이 세 배 증가되었으나, 폴리머 시멘트 페이스트가 상온에서 완전히 경화될 때까지 25 시간이 필요하였다. 본 발명자들은, 실리카가 에폭시 수지의 경화에 미치는 영향을 추가 실험을 통해 확인하였으나, 실리카만으로는 에폭시 수지가 경화되지 않았다. 따라서, 실리카의 함량을 증가시키는 것만으로, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간이 단축되지는 않는 것으로 생각되었다.
제조예 9 내지 15의 실험결과로부터, 경화제(EDA), SH-POSS, 및 실리카의 함량을 단순히 증가시키는 것 만으로는, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간을 단축시키기 어렵다는 것을 확인하였다.
본 발명자들은, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간을 더 단축시키기 위해서, 다음과 같이 실험예 3을 수행하였고, 이를 통해, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간을 1 시간 내지 3 시간 내로 단축시킬 수 있었다.
실험예
3
에폭시 수지(DGEBA), 경화제(EDA), SH-POSS 및 실리카의 배합물을 상온에서 소정의 시간 동안 경화시킨 뒤, DGEBA, EDA, SH-POSS 및 실리카의 중간 경화물에 시멘트와 물을 더 넣었다.
제조예 16 내지 18의 각 성분들의 함량은 표 5에 정리된 바와 같다. 제조예 16 내지 18에 사용된 DGEBA, EDA, 실리카 및 SH-POSS에 대한 정보는 각각 실험예 1에서 설명한 바와 같다.
| 성분 | 제조예 16 | 제조예 17 | 제조예 18 |
| DGEBA | 9.5g | 9.5g | 19g |
| EDA | 1.5g | 1.5g | 3g |
| 실리카 | 0.59g | 0.59g | 1.18g |
| SH-POSS | 0.79g | 0.79g | 1.58g |
| 시멘트 | 110g | 110g | 220g |
| 물 | 22g | 22g | 44g |
제조예
16
DGEBA 9.5g(25 mmol), EDA 1.5g(25 mmol), SH-POSS 0.79g(1.55 mmol) 및 실리카 0.55g을 배합하여, DGEBA, EDA, SH-POSS 및 실리카의 배합물을 제조하고, 약 10분 간 상온에서 방치시킨 뒤, DGEBA, EDA, SH-POSS 및 실리카의 중간 경화물에, 시멘트 100g 및 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
17
DGEBA 9.5g(25 mmol), 실리카 0.55g 및 EDA 1.5g(25 mmol)를 배합하여 DGEBA, 실리카 및 EDA의 배합물을 제조하고, 상온에서 약 10 분간 방치시킨 뒤, DGEBA, 실리카 및 EDA의 중간 경화물에 시멘트 110g, 물 22g, SH-POSS 0.79g(1.55 mmol)을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
18
제조예 16의 배합순서로 제조된 폴리머 시멘트 페이스트로서, 제조예 16에서 각 성분의 함량을 두 배로 증가시켰다.
실험결과
실험결과가 표 6에 정리되어 있다.
| 제조예 16 | 제조예 17 | 제조예 18 | |
| 경화시간 (hr(1)) |
8 | 24 | 2 ~ 3 |
(1): 시간
제조예 16은 DGEBA, EDA, SH-POSS 및 실리카의 중간 경화물에 시멘트와 물을 더 넣어 제조된 폴리머 시멘트 페이스트이다.
제조예 17은 DGEBA, EDA 및 실리카의 중간 경화물에 시멘트, 물 및 SH-POSS 를 더 넣어 제조된 폴리머 시멘트 페이스트이다.
제조예 16은 상온에서 완전 경화될 때까지 8시간이 필요하였지만, 제조예 17은 상온에서 완전 경화될 때까지 24 시간이 필요하였다.
한편, 제조예 18은, 제조예 16의 각 성분들의 함량을 2 배 증가시킨 것으로서, 폴리머 시멘트 페이스트가 상온에서 1 시간 내지 3 시간 내에 완전 경화되었다. 제조예 18은, 제조예 16과 각 성분들의 비율이 실질적으로 동일함에도 불구하고, 제조예 16에 비해 더 단축된 상온 경화시간을 보였다. 이는 전혀 예측하지 못한 효과였다.
이하, 액상 경화제와 고상 경화제의 비교실험결과에 대해 상세히 설명하기로 한다.
실험예
4
실험예 4는 액상 경화제와 고상 경화제 각각에 대해 에폭시 수지의 상온 경화시간 촉진 효과를 확인하기 위한 것으로서, 제조예 19와 20을 각각 다음과 같이 제조한 후, 각각 상온과 50℃ 오븐에 보관하였다. 이후, 에폭시 수지가 완전 경화될 때까지의 시간을 측정하였다.
DGEBA와 EDA에 대한 정보는 각각 실험예 1에서 설명한 바와 같고, 디아미노 디페닐 메탄(Diamino Diphenyl Methane, 이하, 'DDM'이라 한다)은 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)(제품명: 32950-4,4-Diaminodiphenylmethane)사로부터 구입한 것이고, 분자량이 198g/mol 이다. DDM은 하기 화학식 4로 표현되는 화합물일 수 있다.
<화학식 4>
제조예
19
DGEBA 25.3g(0.06 mol)에 EDA 2.23mL(0.03mol)이 첨가되었다.
제조예
20
DGEBA 25.3g(0.06 mol)에 DDM 6.6g(0.03mol)이 첨가되었다.
실험 결과
표 7에는 실험결과가 정리되어 있다.
| 구분 | 상온 | 50℃ | 비고 |
| 제조예 19 | 완전 경화 (5 시간) |
완전 경화 (30 분) |
투명 경화물 |
| 제조예 20 | 완전 경화되지 않음 (17 시간) |
완전 경화 (5 시간 내지 17 시간) |
경화물에서 황변현상이 발견됨 |
제조예 19는, 상온에서 5 시간 경과 후 완전히 경화된 반면, 제조예 20은, 상온에서 17 시간 경과 후에도 완전히 경화되지 않았다. 한편, 제조예 19는 50℃ 오븐에서 30 분이 경과된 후에 완전히 경화되었으나, 제조예 20은 50℃ 오븐에서 5 시간 내지 17 시간의 사이에 완전히 경화되었다.
제조예 19과 20이 서로 경화 시간에서 차이를 보인 이유는, EDA와 DDM의 차이인 것으로 생각되었다. DDM은 고상 경화제이므로, 분말로 만들어서 사용해야 하고, 사용 시 분말이 뭉치는 문제가 있었다. 반면, EDA는 액상 경화제로서, DDM에 비해 에폭시 수지와 잘 섞였다. 이러한 차이로 인해, 제조예 19와 20은 서로 경화시간이 상이한 것으로 생각되었다. 한편, 제조예 19는 경화물이 투명한 반면, 제조예 20은 경화물에서 황변 현상이 발견되었다.
한편, 본 발명자들은, 다음과 같은 실험예 5를 통해, SH-POSS와 다음과 같은 머캅토 화합물들 간의 에폭시 수지의 상온 경화시간 촉진 효과를 비교하였다.
실험예
5
제조예 20 내지 59를 각각 하기와 같이 제조하였고, 이들이 상온에서 완전히 경화될 때까지 걸리는 시간을 측정하였다.
제조예
20 내지
제조예
24
DGEBA 9.5g(25 mmol)과 EDA를 1 분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 20 내지 24를 제조하였다. 표 8에는 각 제조예에 사용된 EDA의 함량이 정리되어 있다.
| 구분 | 제조예 20 | 제조예 21 | 제조예 22 | 제조예 23 | 제조예 24 |
| EDA | 0g | 0.75g (12.5mmol) |
1.5g (25mmol) |
2.25g (37.5mmol) |
3.0g (50mmol) |
제조예
25 내지
제조예
29
SH-POSS 3.14g(3.1 mmol)과 DGEBA 9.5g(25 mmol)을 10 분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 25를 제조하였다. EDA의 함량을 표 9에서와 같이 변화시켰고, SH-POSS, DGEBA 및 EDA를 1분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 26 내지 29를 제조하였다. 표 9에는 각 제조예에 사용된 EDA의 함량이 정리되어 있다.
| 구분 | 제조예 25 | 제조예 26 | 제조예 27 | 제조예 28 | 제조예 29 |
| EDA | 0g | 0.75g (12.5mmol) |
1.5g (25mmol) |
2.25g (37.5mmol) |
3.0g (50mmol) |
제조예
30 내지
제조예
34
DGEBA 9.5g(25 mmol)과 2-에틸헥실-3-머캅토프로피오네이트(2-Ethylhexyl-3-mercaptopropionate, 화학식 5 참조) 3.1 mmol을 10 분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 30을 제조하였다. EDA의 함량을 표 10에서와 같이 변화시켰고, 2-에틸헥실-3-머캅토프로피오네이트, DGEBA 및 EDA를 1분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 31 내지 34를 제조하였다. 표 10에는 각 제조예에 사용된 EDA의 함량이 정리되어 있다.
<화학식 5>
| 구분 | 제조예 30 | 제조예 31 | 제조예 32 | 제조예 33 | 제조예 34 |
| EDA | 0g | 0.75g (12.5mmol) |
1.5g (25mmol) |
2.25g (37.5mmol) |
3.0g (50mmol) |
제조예
35 내지
제조예
39
DGEBA 9.5g(25 mmol)과 에탄-1,2-디일 비스(3-설파닐프로파노에이트(Ethane-1,2-diyl bis(3-sulfanylpropanoate, 화학식 6 참조) 3.1 mmol을 10 분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 35를 제조하였다. EDA의 함량을 표 11과 같이 변화시켰고, 에탄-1,2-디일 비스(3-설파닐프로파노에이트, DGEBA 및 EDA를 1분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 36 내지 39를 제조하였다. 표 11에는 각 제조예에 사용된 EDA의 함량이 정리되어 있다.
<화학식 6>
| 구분 | 제조예 35 | 제조예 36 | 제조예 37 | 제조예 38 | 제조예 39 |
| EDA | 0g | 0.75g (12.5mmol) |
1.5g (25mmol) |
2.25g (37.5mmol) |
3.0g (50mmol) |
제조예
40 내지
제조예
44
DGEBA 9.5g(25 mmol)와 트리메틸올프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트)(Trimethylolpropane tris(3-mercaptopionate, 화학식 7 참조) 3.1 mmol을 10 분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 40을 제조하였다. EDA의 함량을 표 12와 같이 변화시켰고, 트리메틸올프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트), DGEBA 및 EDA를 1분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 41 내지 44를 제조하였다. 표 12에는 각 제조예에 사용된 EDA의 함량이 정리되어 있다.
<화학식 7>
| 구분 | 제조예 40 | 제조예 41 | 제조예 42 | 제조예 43 | 제조예 44 |
| EDA | 0g | 0.75g (12.5mmol) |
1.5g (25mmol) |
2.25g (37.5mmol) |
3.0g (50mmol) |
제조예
45 내지
제조예
49
DGEBA 9.5g(25 mmol)와 펜타에리스리톨 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트)(Pentaerythritol tetrakis(3-mercaptopionate, 화학식 8 참조) 3.1 mmol을 10 분간 300 rpm으로 교반하여, 제조예 45를 제조하였다. EDA의 함량을 표 13과 같이 변화시켰고, 펜타에리스리톨 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트), DGEBA 및 EDA를 1분간 300 rpm으로 교반하여 제조예 46 내지 49를 제조하였다. 표 13에는 각 제조예에 사용된 EDA의 함량이 정리되어 있다.
<화학식 8>
| 구분 | 제조예 45 | 제조예 46 | 제조예 47 | 제조예 48 | 제조예 49 |
| EDA | 0g | 0.75g (12.5mmol) |
1.5g (25mmol) |
2.25g (37.5mmol) |
3.0g (50mmol) |
실험 결과
실험 결과를 하기 표 14와 같이 정리하였다. 전반적으로, 경화제의 함량이 증가되면 경화가 촉진되는 것으로 보이지만, 일정량이 초과되면, 경화 촉진의 효과가 사라졌다. 특히, 제조예 43과 제조예 44는 시간이 지나도 완전 경화가 되지 않고 고무와 같은 상태가 지속되었다. 또한, 전반적으로, 티올기의 수가 증가될 수록 경화가 촉진되는 것으로 확인되었다.
| 제조예 | 에폭시 수지와 경화제의 비 | ||||
| 1 : 0 | 1 : 0.5 | 1 : 1 | 1 : 1.5 | 1 : 2 | |
| 20 내지 24 | X(*) | 9.5 hr(**) | 5.5 hr | 4 hr 40 min | 4 hr 10 min |
| 25 내지 29 | X | 1.5 hr | 25 min(***) | 20 min | 0 min (즉시 경화) |
| 30 내지 34 | X | X | 7 hr 25 min | 7 hr 25 min | X |
| 35 내지 39 | X | 3.5 hr | 3 hr | 2 hr 20 min | 2 hr |
| 40 내지 44 | X | 3hr 40min | 50 min | X | X |
| 45 내지 49 | X | 1 hr | 30 min | 30min | 30 min |
(*) X: 미경화, (**) hr: 시간, (***) min:분
한편, 암모늄 이온(NH3 +)-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(이하, NH3 +-POSS)이 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간에 미치는 영향을 알아보기 위해서, 하기와 같이 실험예 6을 수행하였다.
실험예
6
제조예 16과 같은 배합순서로 제조예 50을 제조하였다. 제조예 50은 실리카를 대신에 NH3 +-POSS를 사용한 점에서 제조예 16과 차이가 있다.
제조예
50
DGEBA 9.5g(25 mmol), EDA 1.5g(25 mmol), SH-POSS 0.79g(1.55 mmol) 및 NH3 +-POSS 0.59g을 배합하여, DGEBA, EDA, SH-POSS 및 NH3 +-POSS의 배합물을 제조하고, 약 10분 간 상온에서 방치시킨 뒤, DGEBA, EDA, SH-POSS 및 NH3 +-POSS의 중간 경화물에, 시멘트 100g 및 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
| 성분 | 제조예 50 |
| DGEBA | 9.5g |
| EDA | 1.5g |
| NH3 +-POSS | 0.59g |
| SH-POSS | 0.79g |
| 시멘트 | 110g |
| 물 | 22g |
| 경화시간 (hr(*)) | 8 |
(*) hr: 시간
실험결과
제조예 50의 실험결과로부터, 실리카 대신에 NH3 +-POSS 를 사용하는 경우에도, 폴리머 시멘트 페이스트의 상온 경화시간을 단축시킬 수 있음이 확인되었다.
실험예
7
추가적으로, 에폭시 수지와 물의 상관관계, SH-POSS와 시멘트와의 상관관계, NH3 +-POSS가 시멘트 페이스트의 경화시간에 미치는 영향, 펜타에리스리톨 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트)(이하, 'PETP'라 한다)가 폴리머 시멘트 페이스트의 경화시간에 미치는 영향, 실리카가 에폭시 수지의 경화에 미치는 영향을 알아보기 위해 다음과 같이 실험예 7을 수행하였다.
제조예
51
DGEBA 9.5g과 물 22g을 혼합하였다.
제조예
52
SH-POSS 0.79g, 시멘트 100g 및 물 22g을 혼합하여 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
53
NH3 +-POSS 0.59g, 시멘트 100g 및 물 22g을 섞어 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
54
DGEBA 9.5g, 실리카 0.55g 및 PETP 1.52g를 배합하여 DGEBA, 실리카 및 PETP의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카 및 PETP의 배합물에 EDA 1.5g을 더 넣고, DGEBA, 실리카, PETP 및 EDA의 배합물을 제조하였다. DGEBA, 실리카, PETP 및 EDA의 배합물에 시멘트 110g과 물 22g을 더 넣고 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하였다.
제조예
55
DGEBA 9.5g와 실리카 0.475g을 혼합하였다.
실험결과
표 16에 실험결과를 정리하였다.
| 제조예 51 | 제조예 52 | 제조예 53 | 제조예 54 | 제조예 55 | |
| 에폭시 수지 | 9.5g | - | - | 9.5g | 9.5g |
| EDA | -(**) | - | - | 1.5g | - |
| 실리카 | - | - | - | 0.55g | 0.475g |
| NH3 +-POSS | - | - | 0.59g | - | - |
| SH-POSS | - | 0.79g | - | - | - |
| PETP | - | - | - | 1.52g | - |
| 시멘트 | - | 110g | 110g | 110g | - |
| 물 | 22g | 22g | 22g | 22g | - |
| 경화시간 (hr(*)) |
X(***) | 48 | 24+(****) | X | X |
(*) hr: 시간, (**) -: 미함유, (***) X: 경화되지 않음, (****) 24+: 24 시간 이상
도 1에는 상기 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법에 따라 제조된 폴리머 시멘트 모르타르의 적외선 분광스펙트럼이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 폴리머 시멘트 모르타르의 적외선 분광스펙트럼은, 탄소(C)와 수소(H)의 단일결합(C-H 결합)의 흡수피크, 탄소(C)와 황(S)의 단일결합(C-S 결합)의 흡수피크, 탄소(C)와 실리콘(Si)의 단일결합(C-Si 결합)의 흡수피크, 탄소(C)와 탄소(C)의 이중결합(C=C 결합)의 흡수피크, 실리콘(Si)들과 산소(O)의 단일결합(Si-O-Si 결합)의 흡수피크 및 탄산칼슘(CaCO3)의 흡수피크를 포함한다.
도 2에는 상기 에폭시계 수지 조성물에 해당하는 에폭시계 수지 조성물의 적외선 분광스펙트럼이 도시되어 있다. 도 1 및 2를 참조하면, 탄소(C)와 수소(H)의 단일결합(C-H 결합)의 흡수피크, 탄소(C)와 황(S)의 단일결합(C-S 결합)의 흡수피크, 탄소(C)와 실리콘(Si)의 단일결합(C-Si 결합)의 흡수피크, 탄소(C)와 탄소(C)의 이중결합(C=C 결합)의 흡수피크, 실리콘(Si)들과 산소(O)의 단일결합(Si-O-Si 결합)의 흡수피크가 동시에 관찰된다.
도 3에는 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르의 적외선 분광스펙트럼이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르는, 대략 1500 cm-1 근처에서 탄소(C)와 탄소(C)의 이중결합(C=C 결합)의 흡수피크를 가지고 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 탄소(C)와 탄소(C)의 이중결합(C=C 결합)의 흡수피크은 비스페놀 A 형 디글리시딜 에테르로부터 유래된 것으로 생각된다.
구체적으로, 비스페놀 A 형 디글리시딜 에테르는, 하기 화학식 1로 표현될 수 있고, 탄소(C)와 탄소(C)의 이중결합(C=C 결합)의 흡수피크는 벤젠으로부터 유래된 것으로 이해된다. 따라서, 비스페놀 A 형 디글리시딜 에테르가 에폭시 수지로 사용된 경우, 폴리머 시멘트 모르타르는 방향족 고리를 포함할 수 있고, 이 때, 적외선 분광스펙트럼은 방향족 C=C 결합의 흡수피크를 포함할 수 있다.
<화학식 1>
도 4에는 실리카의 적외선 분광스펙트럼이 도시되어 있고, 도 5에는 티올기-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산의 적외선 분광스펙트럼이 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 실리카의 적외선 분광스펙트럼과 SH-POSS의 적외선 분광스펙트럼은 모두 실리콘(Si)들과 산소(O)의 단일결합(Si-O-Si 결합)의 흡수피크가 나타난다. 도 1의 폴리머 시멘트 모르타르의 적외선 분광스펙트럼에 나타난 실리콘(Si)들과 산소(O)의 단일결합(Si-O-Si 결합)의 흡수피크는 실리카 또는 티올기-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산으로부터 유래된 것일 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, SH-POSS의 적외선 분광 스펙트럼에서, 탄소(C)와 황(S)의 단일결합(C-S 결합)의 흡수피크, 황(S)과 수소(H)의 단일결합(S-H 결합)의 흡수피크가 관찰된다. 도 1의 폴리머 시멘트 모르타르의 적외선 분광 스펙트럼에 나타난 탄소(C)와 황(S)의 단일결합(C-S 결합)의 흡수피크는 SH-POSS로부터 유래된 것일 수 있다.
도 2와 도 5를 참조하면, SH-POSS의 적외선 분광스펙트럼에서와는 달리, 에폭시계 수지 조성물의 적외선 분광스펙트럼에서는, 황(S)과 수소(H)의 단일결합(S-H 결합)의 흡수피크가 사라졌다. 이는, 티올기(SH-)가 에폭시계 수지 조성물의 경화반응 중에 사라진 것으로 이해된다.
한편, 도 6에는 시멘트의 적외선 분광 스펙트럼이 도시되어 있다. 도 1 및 도 6을 참조하면, 탄산칼슘(CaCO3)의 흡수피크가 폴리머 시멘트 모르타르의 적외선 분광 스펙트럼과 시멘트의 적외선 분광 스펙트럼에서 동시에 관찰된다.
도시되지는 않았지만, 제조예 50과 같이 실리카 대신에 NH3 +-POSS가 사용된 경우, 대략 3250 cm-1 근처에서 NH3 + 흡수피크가 관찰될 수 있다[Polymer(Korea), Vol 33, No 6, pp 615-619, 2009 참조].
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (19)
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- 에폭시 수지, 경화제 및 티올기-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산 (thiol-contained polyhedral oligomeric silsesquioxane)을 포함하는 에폭시계 수지 조성물을 제조하는 것;
상기 에폭시계 수지 조성물을 상온에서 방치하여 상기 에폭시계 수지 조성물의 중간 경화물을 제조하는 것; 및
상기 에폭시계 수지 조성물의 중간 경화물에 시멘트와 물을 더 배합하고, 상기 에폭시계 수지 조성물의 중간 경화물, 상기 시멘트 및 상기 물을 포함하는 폴리머 시멘트 페이스트를 제조하는 것;
을 포함하는 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법.
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- 제6 항에 있어서,
상기 폴리머 시멘트 페이스트는 상온에서 1 시간 내지 8 시간 내에 완전 경화되는 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제10 항에 있어서,
상기 폴리머 시멘트 페이스트는 상온에서 1 시간 내지 3 시간 내에 완전 경화되는 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제6 항에 있어서,
상기 경화제는 액상 경화제인 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제12 항에 있어서,
상기 액상 경화제는 아민계 경화제인 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 아민계 경화제는 에틸렌 디아민(Ethylene Di Amine)인 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제6 항에 있어서,
상기 에폭시계 수지 조성물에는 실리콘계 입자가 더 배합되는 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제15 항에 있어서,
상기 실리콘계 입자는 실리카인 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제15 항에 있어서,
상기 실리콘계 입자는 NH3 + 함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산인 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제6 항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(Bisphenol A diglycidyl ether) 인 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법. - 제6 항에 있어서,
상기 티올기-함유 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산은 머캅토프로필 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(mercaptopropyl polyhedral oligomeric silsesquioxane)인 폴리머 시멘트 모르타르의 제조방법.
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