KR101803270B1 - 에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 frp 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법 - Google Patents

에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 frp 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 변성 다이머산 에폭시 수지, 변성 고무 에폭시 수지, 변성 우레탄 에폭시 수지 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 에폭시 수지 100중량부를 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드, 석신 안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 트리멜리틱 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 산무수물 경화제 60 내지 120중량부; 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 성형물 70 내지 90중량부; 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 충진제 5 내지 50중량부; 및 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 접착증진제 3 내지 15중량부를 포함하는 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 제공한다.에 관한 것이다.
본 발명에 따른 FRP 조성물은 고강도 에폭시 수지를 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 등을 인발 가공한 복합소재에 함침시킬 수 있도록 하여 기계적 성능, 내구성, 내충격성 및 강도 등을 향상시킨 FRP 조성물을 제공함으로써, 성형성이 좋고, 생산공정이 간편하여 생산비용이 저렴하다.
또한, 본 발명에 따른 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물은 복합섬유 소재의 인발성형 형태에 따라 다양한 모양으로 적용가능하여 빌딩, 변전소, 전산실 등의 특수시설, 지하 주차장 등의 건축 구조물, 터널, 교량 등의 토목 구조물에 적용이 용이하다.

Description

에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법{FRP Composition Made of Complex Fiber Material Manufactured by Drawing with Binder Having Epoxy Resin and Acid Anhydride-Hardener and Constructing Methods Using Thereof}
본 발명은 에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물에 관한 것으로서, 더 상세하게는 콘크리트 구조물 등의 강도와 구조내력을 증대시키기 위해 에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물 및 이를 이용한 보수 보강공법에 관한 것이다.
일반적으로 구조물은 시간이 지남에 따라 설계 및 시공 상의 하자, 사용 중의 구조변경, 환경변화에 따른 노후화 및 자연재해, 화재 등 각종 원인에 의해 내구성 및 내하력이 저하되며, 이러한 원인에 의해 구조적으로 영향을 받게 된 구조물들은 붕괴로까지 이어질 수 있어 인명피해 등 대형 참사뿐만 아니라, 사회 기반인 주요시설 및 교통망이 장기간 마비되고 복구를 위해서는 막대한 공사비가 소요되어 사회적으로 큰 영향을 미친다.
구조적인 손상을 입은 구조물들은 안전성 확보를 위해 전면 또는 부분적인 보강조치가 반드시 필요하며, 이러한 문제점을 해결하고자 여러 가지 보수, 보강 공법이 개발되고 있고, 이러한 주요 보강공법으로는 강판보강공법과 섬유시트보강공법 그리고 섬유판 보강공법으로 나눌 수 있고, 시공방식에 따라 현장 함침보강공법, 압착보강공법, 접착보강공법, 매립보강공법으로 나눌 수 있다.
여기서, 상기한 강판보강공법은 검증된 보강효과와 시공성 때문에 실제 구조물에 폭넓게 적용되어 왔지만, 강판의 무거운 중량과 부식에 취약하여 시공성과 유지 관리적 측면에서 문제점이 있다.
특히, 강판의 과도한 자중으로 인해 시공시에는 중장비가 필요하고. 용접작업 등으로 인한 화재의 위험도 상존하며 부식을 막기 위해 별도의 방청도장이 필요하다.
또한, 상기한 강판보강공법은 통기성 결여로 인한 밀폐현상으로 대상 구조물과 보강재의 계면에서 발생되는 부착력의 약화 등 내구성에 문제점이 있다.
그리고 현장함침 보강공법은 주로 카본섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등의 섬유강화복합소재를 이용한 보강공법으로 운송비가 저렴하고, 취급이 용이하며, 빠르고 간편한 시공성, 우수한 내구성 때문에 그 활용빈도가 지속적으로 증가되어 왔다.
그러나 상기한 카본섬유는 제품의 가격이 매우 고가이기 때문에 적용이 용이하지 않고, 전도체로서 고압전류가 흐르는 곳에서는 사용이 적합하지 않다는 문제점이 있다.
또한, 상기 유리섬유는 카본섬유에 비해 가격이 상대적으로 저렴한 특성이 있고, 저탄성재료로서의 이점이 있으나, 유리섬유의 제작, 재단 및 시공시 유리분진에 의하여 시공성이 문제가 있으며, 내화성이 떨어질 뿐만 아니라, 폐기시 환경에 영향을 미치는 것으로 알려져 있고, 최근에는 발암가능성 물질로 분류되어 그 사용이 제한되고 있다.
그리고 상기 아라미드섬유의 경우에는 기계적, 역학적 성능이 유리섬유나 카본섬유에 비하여 현저히 떨어지므로 최근에는 그 사용이 감소하고 있는 실정이다.
또한, 상기한 현장함침보강공법은 보강성능에 비해 시공이 힘들고, 작업자의 숙련도, 노하우에 따라 품질이 많이 좌우된다.
이 또한 전면시공으로 인한 통기성의 결여, 유지관리의 어려움 등의 문제점이 있다.
한편, 섬유판 보강공법은 재료적 물성은 우수하나 보강대상 구조물과의 부착을 에폭시 접착제에만 의존할 수밖에 없는 메커니즘으로 단부박리 등 부착성능의 한계가 있고, 이러한 부착성능의 한계를 해결하기 위하여 별도의 보강철물이 필요하며, 이 공법 또한 전면시공으로 인한 통기성의 결여, 유지관리의 어려움 등의 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 대한민국 특허 제10-1204368호에는 현무암 섬유를 이용한 철근콘크리트구조물 보수보강용 패널이 개시되어 있다.
한편, 상기 콘크리트 구조물의 보수보강하기 위해 판, 리바, 패널 등의 다양한 물건을 사용할 수 있는바, 이러한 물건으로 제조하기 위해 충분한 내구성을 갖는 조성물을 개발하는 것이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 에폭시 수지를 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 등을 인발 가공한 복합소재에 함침시킬 수 있도록 하여 기계적 성능, 내구성, 내충격성 및 강도 등을 향상시킨 FRP 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 빌딩, 변전소, 전산실 등의 특수시설, 지하 주차장 등의 건축 구조물, 터널, 교량 등의 토목 구조물에 적용 가능한 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 변성 다이머산 에폭시 수지, 변성 고무 에폭시 수지, 변성 우레탄 에폭시 수지 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 에폭시 수지 100중량부를 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드, 석신 안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 트리멜리틱 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 산무수물 경화제 60 내지 120중량부;
현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 성형물 70 내지 90중량부;
탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 충진제 5 내지 50중량부; 및
베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 접착증진제 3 내지 15중량부를 포함하는 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 성형물을 인발하여 성형물을 제조하는 인발성형단계;
비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 변성 다이머산 에폭시 수지, 변성 고무 에폭시 수지, 변성 우레탄 에폭시 수지 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 에폭시 수지 100중량부를 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드, 석신 안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 트리멜리틱 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 산무수물 경화제 60 내지 120중량부, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 충진제 5 내지 50중량부, 및 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 접착증진제 3 내지 15중량부로 이루어진 혼합물에 상기 인발성형단계에서 제조된 인발성형물 70 내지 90중량부를 함침시켜 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 제조하는 FRP 조성물 제조단계;
상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 시공할 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 단계;
상기 콘크리트 구조물의 바탕면에 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 부착 고정하는 단계;
상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물의 표면과 콘크리트 구조물의 바탕면 사이를 실링재로 밀봉 처리하는 단계; 및
상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물에 주입관과 확인관을 설치하고, 상기 주입관을 통해 에폭시수지를 충전하면서 확인관을 통해 에폭시수지의 충전을 확인하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 보수 보강공법을 제공한다.
본 발명에 따른 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물은 기계적 성능, 내구성, 내충격성 및 강도 등을 향상시킨 FRP 조성물을 제공함으로써, 성형성이 좋고, 생산공정이 간편하여 생산비용이 저렴하다.
또한, 본 발명에 따른 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물은 복합섬유 소재의 인발성형 형태에 따라 다양한 모양으로 적용가능하여 빌딩, 변전소, 전산실 등의 특수시설, 지하 주차장 등의 건축 구조물, 터널, 교량 등의 토목 구조물에 적용이 용이하다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
한 가지 관점에서, 본 발명은 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 변성 다이머산 에폭시 수지, 변성 고무 에폭시 수지, 변성 우레탄 에폭시 수지 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 에폭시 수지 100중량부를 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드, 석신 안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 트리멜리틱 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 산무수물 경화제 60 내지 120중량부; 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 성형물 70 내지 90중량부; 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 충진제 5 내지 50중량부; 및 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 접착증진제 3 내지 15중량부를 포함하는 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 제공한다.
다른 관점에서, 본 발명은 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 성형물을 인발하여 성형물을 제조하는 인발성형단계; 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 변성 다이머산 에폭시 수지, 변성 고무 에폭시 수지, 변성 우레탄 에폭시 수지 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 에폭시 수지 100중량부를 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드, 석신 안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 트리멜리틱 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 산무수물 경화제 60 내지 120중량부, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 충진제 5 내지 50중량부, 및 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 접착증진제 3 내지 15중량부로 이루어진 혼합물에 상기 인발성형단계에서 제조된 인발성형물 70 내지 90중량부를 함침시켜 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 제조하는 FRP 조성물 제조단계; 상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 시공할 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 단계; 상기 콘크리트 구조물의 바탕면에 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 부착 고정하는 단계; 상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물의 표면과 콘크리트 구조물의 바탕면 사이를 실링재로 밀봉 처리하는 단계; 및 상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물에 주입관과 확인관을 설치하고, 상기 주입관을 통해 에폭시수지를 충전하면서 확인관을 통해 에폭시수지의 충전을 확인하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 보수 보강공법을 제공한다.
본 발명에 따른 FRP 조성물, 특정적으로 에폭시 수지 혼합물과 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP조성물은 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 등을 인발 가공한 복합소재를 에폭시 수지, 특정적으로 에폭시 수지 혼합물 및 산무수물경화제 혼합물로 함침하여 보수 및/또는 보강이 필요한 콘크리트, 예를 들면 콘크리트 구조물 등에 적용함으로써, 기계적 성능 및/또는 내충격성 등을 향상시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
더욱이 본 발명에 따른 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물은 복합섬유 소재의 인발성형 형태에 따라 다양한 모양으로 적용 가능하여 빌딩, 변전소, 전산실 등의 특수시설, 지하 주차장 등의 건축 구조물, 터널, 교량 등의 토목 구조물에 적용이 용이하다.
본 발명에 따른 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물은 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 등을 인발 가공한 복합소재로 성형물, 예들 들면 판, 리바 및/또는 패널 등의 성형물을 제조한 후 에폭시 수지, 특정적으로 에폭시 수지 혼합물 및 산무수물 경화제 혼합물이 함침되도록 구성된다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 혼합물은 산무수물경화제와 혼합되어 경화되어 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP의 형태를 이룰 수 있도록 한다.
바람직한 에폭시 수지 혼합물은 비스페놀 A형 에폭시 수지(Bisphenol A type Epoxy resin), 비스페놀 F형 에폭시 수지(Bisphenol F type Epoxy resin), 노볼락 에폭시 수지(Novolac Epoxy resin), 변성 다이머산 에폭시 수지(Dimer Acid Modified Epoxy resin), 변성 고무 에폭시 수지(Rubber Modified Epoxy resin) 변성 우레탄 에폭시 수지(Urethane Modified Epoxy resin) 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 포함한다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 에폭시 수지 혼합물은 에폭시 수지가 단독으로 사용될 수도 있지만, 상기 에폭시 수지 혼합물을 구성하는 각각의 에폭시 수지의 함량이 에폭시 수지 혼합물 전체 100중량% 기준으로, 비스페놀 A형 에폭시 수지 20 내지 40중량%, 비스페놀 F형 에폭시 수지 20 내지 40중량%, 노볼락 에폭시 수지 20 내지 40중량%, 변성 다이머산 에폭시 수지 10 내지 30중량%, 변성 고무 에폭시 수지 5 내지 20중량% 및 변성 우레탄 에폭시 수지 5 내지 20중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 액상 에폭시 수지로 뛰어난 접착력, 내약품성, 내열성 등 경화물성이 우수하여 다양한 용도로 응용되는 범용 에폭시 수지로서, 반응수축이 매우작고 휘발이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 기계적강도가 우수하며, 치수안정성, 강근성, 고온특성, 내마모성이 좋아 기계적 가공성이 높다.
또한, 상기 비스페놀 F형 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지의 분자 가운데 CH3대신에 H가 있는 수지로서, 비스페놀 A형에 비해 저점도이며 가소성이 우수하며 고반응성이다.
또한, 상기 노볼락 에폭시 수지는 반응활성기인 에폭시 그룹이 3개 이상인 수지로서, 밀실한 경화구조를 형성하므로 내약품성, 기계적강도, 접착력 등이 우수하다.
또한, 상기 변성 다이머산 에폭시 수지는 가소성과 내충격성이 우수하며 접착력과 치수안정성이 좋은 특성이 있다.
또한, 상기 변성 고무 에폭시 수지는 NBR 및 CTBN의 변성 에폭시 수지로서, 강근성과 가소성이 우수하며 부착성이 좋다.
또한, 상기 변성 우레탄 에폭시 수지는 우레탄 변성 에폭시 수지로서, 고유연성 및 탄성력이 우수하다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 에폭시 수지 혼합물은 복합소재 성형물, 특정적으로 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 등을 인발 가공한 복합소재 성형물에 함침되기 용이하도록 용액 형태로 이루어진 것이 좋다.
이때, 상기 FRP 조성물, 특정적으로 에폭시 수지, 특정적으로 에폭시 수지 혼합물과 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 구성하는 에폭시 수지 혼합물 외 나머지 성분들의 함량은 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 한다.
본 발명에 따른 산무수물경화제는 FRP 조성물, 특정적으로 조성물에 포함된 에폭시 수지 혼합물 등을 경화시켜 바인더로서 역할을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 산무수물 경화제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 도데실 석신 안하이드라이드(Dodecenyl succinic anhydride), 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드(Hexahydro-4-Methylphthalic anhydride), 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드(Methylbutenyl tetrahydrophthalic anhydride), 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드(Methylendomethylene tetrahydrophthalic anhydride), 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드(Methyltetrahydrophthalic anhydride), 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드(Methylcyclohexene dicarboxylic anhydride), 석신 안하이드라이드(Succinic anhydride), 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드(Tetrahydrophthalic anhydride), 트리멜리틱 안하이드라이드(Trimellitic anhydride), 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드(Hexahydrophthalic anhydride), 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드(Benzophenone tracarboxylic anhydride) 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋고, 그 사용량은 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 60 내지 120중량부인 것을 추천한다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 산무수물 경화제는 산무수물 경화제를 구성하는 각각의 산무수물 경화제의 함량은 사용자의 선택에 따라 선택 가능하지만, 바람직하게는 산무수물 경화제 전체 100중량% 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드 5 내지 40중량%, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드 5 내지 30중량%, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드 5 내지 25중량%, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드 5 내지 25중량%, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 석신 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 트리멜리틱 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드 5 내지 25중량% 및 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 5 내지 25중량%를 포함하는 것이 좋다.
여기서, 상기 도데실 석신 안하이드라이드는 지방족 액상 산무수물경화제로서 에폭시 수지와 상용성이 좋고, 점도는 낮으며, 가사시간(Potlife)이 길며 경화물의 가소성이 좋다.
또한, 상기 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드는 지환족 액상 산무수물 경화제로서 점도가 낮고 가사시간이 매우 길며, 높은 내열성 및 우수한 기계적 특성을 갖을 뿐만 아니라, 점도가 낮아 함침성, 주형성이 좋고, 경화수축이 적다.
아울러, 상기 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드는 추가적으로 열변형온도가 높고, 섬유와의 친화성이 좋다.
또한, 상기 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드는 가사시간이 길고, 높은 내열성 및 우수한 기계적 특성을 가질 뿐만 아니라, 경화수축이 적고 열변형온도가 높으며 섬유와의 친화성이 좋고, 치수안정성이 좋아 기계적 가공성이 좋은 제품을 제조할 수 있다.
또한, 상기 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드는 경화수축이 적고, 열변형온도가 높아 섬유와의 친화성이 좋을 뿐만 아니라, 치수안정성 및 기계적 가공성이 좋고, 내마모성이 우수하다.
또한, 상기 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드는 지환족 액상 산무수물 경화제로서 점도가 낮고 가사시간이 매우 길며, 높은 내열성 및 우수한 기계적 특성을 가질 뿐만 아니라, 점도가 낮아 함침성/주형성이 좋고, 경화수축이 적으며, 열변형온도가 높다.
또한, 상기 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드는 가사시간이 매우 길고, 높은 내열성 및 우수한 기계적 특성을 가질 뿐만 아니라, 경화수축이 적고 열변형온도가 높으며, 치수 안정성이 좋다.
또한, 상기 석신 안하이드라이드는 석식산의 산무수물로서, 가사시간이 매우 길며, 높은 내열성 및 우수한 기계적 특성을 가질 뿐만 아니라, 경화수축이 적고 열변형온도가 높다.
또한, 상기 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드는 가사시간이 매우 길며, 높은 내열성 및 우수한 기계적 특성을 가질 뿐만 아니라, 열변형 온도가 높아 고온에서 물리적 성질이 좋다.
또한, 상기 트리멜리틱 안하이드라이드는 경화수축이 적고 열변형온도가 높아 치수안정성 및 기계적 가공성이 좋고, 내약품성이 우수하다.
또한, 상기 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드는 경화수축이 적고 열변형온도가 높아 치수안정성 및 기계적 가공성이 좋으며, 단시간 경화가 가능하다.
또한, 상기 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드는 높은 내열성 및 우수한 기계적 특성을 가질 뿐만 아니라, 열변형 온도가 높다.
본 발명에 따른 성형물은 콘크리트 구조물을 보수보강하기 위한 물건의 형태, 특정적으로 제품의 형태를 지칭하는 것으로서, 그 형태에 따라 판, 리바 및/또는 패널 형태를 포함할 수 있다.
이때, 상기 성형물은 성형물을 제외한 나머지 FRP 조성물을 구성하는 성분들이 함침되어 최종적인 제품으로 제작된다.
바람직한 성형물은 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 것을 포함하고, 그 사용량은 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 70 내지 90중량부인 것을 추천한다.
여기서, 상기 현무암섬유는 유리섬유와 화학적 성질이 서로 유사하다. 즉, 유리와 현무암 모두 실리카를 주성분으로 하는 비결정성 소재이다.
통상 유리섬유는 활용이 다양화되면서 전세계 연평균 생산량도 약 300만톤에 달하고 있다.
또한, 상기 유리섬유 또한 다양한 종류가 있으나, 물량을 기준으로 보면 유리섬유(E glass)가 주요 제품이다.
일반 유리섬유와 현무암 섬유를 비교해 보면, 유리섬유는 다양한 성분으로 되어 있고, 밀도가 2.6 내지 2.7g/㎤ 정도로 낮지만, 현무암섬유는 고강도, 고내열성이며, 복합재료로 사용할 경우 그 기능이 우수하다.
특히, 상기 현무암섬유는 강도 보강시 요구되는 경제성(낮은 비용)으로 인해, 다양한 용도로 사용이 가능하다.
더욱이, 현무암 섬유는 적당한 강도(단위면적당 강도기준), 높은 내산화성, 전기 절연성, 용이한 가공성 및 원료 조달, 매우 저렴한 가격 등의 특징이 있다.
이러한 면에서 카본섬유의 우위성은 저밀도 및 고강도에 국한된다고 볼 수 있으며, 고가이며 공급이 부족한 카본섬유에 비해 현무암섬유가 갖는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 아라마이드 섬유는 실의 형태로 뽑아 직물을 만드는 데 사용하는 필라멘트 형태, 분말형태로 형성하여 제품을 만드는 데 사용하는 펄프형태, 실의 두께를 자유롭게 조정함은 물론 다른 성질의 실과 혼방하여 사용하기 위해 약한 분쇄가공을 한 스테플 형태가 있는데, 본 발명에서는 필요에 따라 이중 선택된 어느 하나의 형태로 적용될 수 있다.
한편, 상기 아라미드 섬유는 단일 형상을 갖는 것이며, 그 길이는 1 내지 100mm, 바람직하게는 3 내지 40mm이며, 단면의 직경 또는 두께는 1 내지 50㎛, 바람직하게는 10 내지 40㎛이다. 상기 아라미드의 길이 및 직경 또는 두께는 목적하는 FRP 조성물의 품질, 내구 성능과 인장강도, 휨강도 및 인성 등에 따라 최적 범위로 조절할 수 있으며, 단일 형상을 유지하는 단일 길이 및 단일 직경으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아라미드에서 단일 형상이라 함은 길이 또는 직경 중 어느 하나라도 상이한 섬유가 혼합되지 않은 것을 의미하며, FRP 조성물 내의 분산성 측면에서 단일 길이 및 단일 직경의 단일 형상을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 아라미드는 5mm의 게이지 길이(gauge length)로 측정한 강도가 8.5g/d 이상, 바람직하게는 9.5g/d이상이고, 5mm의 게이지 길이로 측정한 신도가 60 내지 135%, 바람직하게는 75 내지 115%가 될 수 있다.
본 발명에서 상기 아라미드의 강도 및 신도가 상기 범위를 벗어나면 FRP 조성물의 균열저항 등을 개선하는 효과가 미약해질 수 있다.
상기 아라미드는 상대점도(RV)가 2.9 이상, 바람직하게는 3.2 이상이 될 수 있으며, 아라미드의 상대점도(RV)가 상기 범위 보다 낮으면 섬유자체의 강도 및 내마모 특성이 저하될 수 있다.
본 발명에서 아라미드는 섬도가 1 내지 10 데니어, 바람직하게는 1.5 내지 5 데니어인 것을 사용할 수 있다.
상기 섬도가 1 데니어 미만인 경우에는 섬유의 표면적이 증가해서 접촉면적이 증가하는 장점은 있으나, 섬유 자체의 강도가 저하되고 FRP 조성물 내 섬유의 분산성이 저하될 수 있다. 반면에, 섬도가 10 데니어를 초과하는 경우에는 FRP 조성물 단위면적당 섬유 개수가 감소하여 상대적으로 FRP 조성물에서 취약부가 형성될 위험이 발생될 수 있다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 아라미드 섬유는 분산제가 코팅된 형태를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 분산제가 코팅된 아라미드(aramid)는 인장력, 내마모성, 내구성 등이 뛰어나다는 장점이 있어서 이를 FRP 조성물에 혼입하게 되면, 앞서와 같은 아라미드 고유의 특성을 FRP 조성물에 부여할 수 있으며, 또한, 아라미드는 낮은 열전도도 특성 때문에 단열성능을 향상시킬 수 있다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 아라미드 섬유는 그 표면에 에스테르계 윤활제 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 코팅액으로 코팅될 수 있으며, 이러한 코팅을 통해 FRP 조성물 내 분산성과 각 조성물과의 결합력이 크게 향상될 수 있다.
아라미드의 분산성과 결합력의 개선효과를 고려하면, 상기 코팅액의 코팅량은 아라미드 전체 중량 대비 0.5 내지 3중량%가 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 충진제는 치수 안정성 및 내마모성을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 충진제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 그 사용량은 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 5 내지 50중량부인 것이 좋다.
바람직한 충진제로는 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물을 추천한다.
여기서, 상기 탄산칼슘 및/또는 탈크은 무기질 충진재로서 내마모성을 향상시킬 수 있고, 압축강도, 기계적 강도 및 접착강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 경화시 발열을 낮게 하여 경화수축률을 감소시키고, 열팽창률을 조절할 수 있다.
또한, 상기 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘은 난연성을 부여할 수 있고, 내마모성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열전도성을 좋게 하고, 내약품성을 향상시켜주며, 수지의 브리딩을 방지할 수 있다.
또한, 상기 알루미나는 열전도성을 좋게 하고, 압축강도, 기계적 강도 및 접착강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 경화시 발열을 낮게 하여 경화수축률을 감소시키고, 열팽창률을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 접착증진제는 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물의 접착성 및 점도를 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 접착증진제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란[beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane], 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란(gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilane), 감마-아미노프로필트리에톡시실란(gamma-Aminopropyltriethoxysilane), N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란(N-beta-(Aminoethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilane) 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 접착증진제는 접착증진제를 구성하는 각각의 성분 함량은 사용자의 선택에 따라 선택 가능하지만, 바람직하게는 접착증진제 전체 100중량%를 기준으로, 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란 5 내지 60중량%, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란 5 내지 40중량%, 감마-아미노프로필트리에톡시실란 5 내지 30중량% 및 N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 5 내지 25중량%를 포함한다.
여기서, 상기 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란는 점도 및 접착성을 증진시킨다.
또한, 상기 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란 및 N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란은 점도 및 접착성을 증진시킬 뿐만 아니라, 슬립(slip), 웨팅(wetting)성 등의 기능을 부여하며, 복합체의 표면을 더 부드럽게 하고, 결합강도를 강화시켜준다.
바람직한 접착증진제의 사용량은 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 3 내지 15중량부인 것이 좋다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물, 특정적으로 에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물은 FRP 조성물을 구성하는 인발 성형물에 그 외 성분이 함침된 후 수축되는 것을 방지하기 위하여 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부의 저수축제를 더 포함할 수 있다.
바람직한 저수축제는 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 폴리에스터계 저수축제, 특정적으로 불포화 폴리에스터 수지로 이루어진 저수축제를 사용하는 것이 좋다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물, 특정적으로 에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물은 보수 및/또는 보강에 적용되는 FRP 조성물의 강도를 증가시키고, 조성물간의 결합력, 균열방지 등을 제공하기 위하여 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 폴리아미드 섬유 보강재 5 내지 30중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리아미드 섬유 보강재는 FRP 조성물의 균열방지 및 인성증대를 위해 첨가된다.
상기 폴리아미드 섬유 보강재로는 폴리아미드(나일론) 6, 폴리아미드(나일론) 66 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
상기 폴리아미드는 비교적 우수한 불활성 물질이며, 강염기를 포함한 다양한 유/무기 물질에 내성이 우수한 것으로 알려져 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 우수한 접착력 및 기계적 물성을 유지하여 외부 충격에 의한 크랙 및 탈락현상을 방지하기 위하여 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 메틸메타아크릴레이트(MMA: Methyl MethAcrylate) 5 내지 15중량부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메틸메타아크릴레이트는 점도가 10 내지 1,000cps인 저점도 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 49 내지 70중량%와, 점도가 2,000 내지 20,000cps인 고점도 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 50중량%를 혼합하여 얻어지는 메틸메타크릴레이트 혼합물에 SIS(stylene isoprene stylene), SBR(stylene butadiene rubber), SBS(stylene butadiene stylene) 중에서 선택된 하나 이상의 혼합물 1 내지 10중량%를 혼합한 변성 메틸메타아크릴레이트를 사용할 수도 있다.
이때, 상기 SIS, SBR 및/또는 SBS의 함량이 1중량% 미만인 경우에는 투입시에 도막이 강인하여 내충격성 저하로 인한 크랙이 발생할 수 있고, 10중량%를 초과하는 경우에는 변성 메틸메타크릴레이트 수지의 점도상승으로 인하여 작업성에 문제가 발생될 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 소성변형을 감소시키기 위해 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 5 내지 30중량부의 변형방지제를 더 포함할 수 있다.
바림직한 변형방지제는 폴리에틸렌, 폴리뷰텐, 하임팩트폴리스티렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 추천한다.
이때, 상기 변형방지제의 사용량이 5중량부 미만이면 변형을 방지하는 효과가 미미하고, 30중량부를 초과하면 FRP 조성물을 이용하여 제품, 특정적으로 콘크리트 구조물 보수보강용 제품을 제조할 경우 다른 구성성분과의 혼합이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 FRP 조성물로 제조되는 제품과 콘크리트 구조물의 보수보강면 사이의 강고한 밀착성, 내수성, 투수성, 산소투과성, 이온투과성, 전기절연성, 내약품성, 기계적 특성(탄성, 유리전이온도, 응력완화) 등을 제공하기 위하여, 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 10 내지 50중량부의 아크릴코폴리머를 더 포함할 수 있다.
바람직한 아크릴코폴리머는 아크릴 모노머, 4-시아노바릭 산(4-cyanovaleric acid), 글리시달메타아크릴레이트(GMA)의 중합에 의해 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 추천하기로는 아크릴레이트코폴리머(Acrylates copolymer)를 사용하는 것이 좋다.
이때, 상기 아크릴 모노머는 부틸아크릴레이트(BAM), 글리시달메타아크릴레이트(GMA) 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 초기 접착력을 강화하기 위하여 폴리비닐알코올을 더 포함할 수 있는데, 폴리비닐알코올은 FRP 조성물의 구성성분의 분산성을 좋게 할 뿐만 아니라, 초기의 끈적임 정도(tacky property)도 증가되어 초기접착력을 개선하여 들뜸 현상, 뒤틀림 등의 불량률을 감소시킬 수 있다.
상기 폴리비닐알코올의 사용량은 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 2 내지 10중량부인데, 폴리비닐알코올이 2중량부 이하 일 때는 그 효과가 미미하며, 10중량부 이상일 경우에는 그 양이 과도하여 경제적이지 못할 뿐만 아니라, FRP 조성물의 내후성 등에 나쁜 영향을 미칠 수 있어 바람직하지 않다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 테트라에틸렌펜타민(Tetraethylenepentamine; TEPA)을 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 2 내지 8중량부로 더 포함할 수 있는데, 테트라에틸렌펜타민은 폴리아민의 일종으로서, FRP 조성물의 경화속도 및 점도 조절의 역할을 하며, 그 사용량이 2중량부 이하 일 때는 효과가 미미하며, 8중량부 이상일 경우에는 그 양이 과도하여 경제적이지 못하다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 접착성을 향상시키기 위하여 옥틸트리에톡시실란을 더 포함할 수 있다.
상기 옥틸트리에톡시실란은 단량체 형태로 사용 가능하며, 상기 단량체의 분자량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 150 내지 450Da인 것이 좋고, 그 사용량은 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부인 것을 추천한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 실온에서 효과적으로 경화하고 내열성, 저온 성능, 내화학성, 내용매성 및 내유성과 같은 개선된 특성을 제공하기 위하여 아미노기 함유 실록산(Aminofunctional siloxan)을 더 포함할 수 있다.
상기 아미노 함유 실록산은 특별히 제한되는 것은 아니며, 일례로서 아미노메틸폴리디메틸실록산을 들 수 있으며, 그 사용량은 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 3 내지 10중량부인 것을 추천한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 FRP 조성물의 수명 연장을 위하여 마그네슘 실리케이트를 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함할 수 있다.
상기, 마그네슘 실리케이트는 내화학성 및 내약품성과 풍화 저항성이 우수한 물성을 갖고 있으므로 FRP 조성물에 포함되면 상기와 같은 특성에 의해 수명이 연장되는 것이다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부의 수축저감제를 더 포함할 수 있다.
상기 수축저감제는 FRP 조성물을 이용하여 제품, 예를 들면 판, 리바, 패널 등의 제품 제조시 건조수축을 방지하기 위하여 첨가되는 것으로, 폴리에테르계, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 희석제 3 내지 10중량부를 더 포함할 수 있다.
바람직한 희석제로는 스티렌모노머, 비닐 아세테이트(VAc) 또는 메틸 아크릴레이트를 사용할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 성형-이형제(mould-release agent) 1 내지 10중량부를 더 포함할 수 있다.
바람직한 성형-이형제로는 스테아린산 아연을 사용하는 것을 추천한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 조성물의 조성물의 점탄성을 향상하기 위하여 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 0.1 내지 1중량부의 소듐 벤조 에이트(sodium benzoate)를 더 포함할 수 있는데, 소듐 벤조 에이트가 0.1중량부 보다 적을 경우 효과가 미미하며, 1중량부를 초과할 경우 과량이 되어 물성을 저하시킬 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 점도증진 및 부착력 강화를 위하여 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 5 내지 10중량부의 알긴산 나트륨을 더 포함할 수 있는데, 폴리 이소시아네이트 에폭시 수지 혼합물100중량부에 대하여 함량이 5중량부 미만이면 소수성이 저하되고, 함량이 10중량부를 초과하면 과도하게 점도가 상승되어 좋지 않다.
상기 알긴산 나트륨은(C6H8O6)n으로 표시되는 다당류의 하나로서 카르복실기를 가지고 있으며, 다시마류를 소다회 처리하여 만들 수 있는데, 알긴산 나트륨 자체에 점성을 갖고 있어 이를 FRP 조성물에 혼입되면 점도증진 및 부착력을 강화하게 된다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 조성물의 표면에 수분침투를 방지하면서 통기성을 확보하기 위하여 에폭시 수지 혼합물 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부의 소디윰스테아레이트를 더 포함할 수 있는데, 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 1중량부 미만이면 목적한 수분침투 방지기능을 얻을 수 없고, 5중량부를 초과하면 조성물의 강도 저하현상을 나타내어 좋지 않다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 분산성을 향상시키기 위하여 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 5 내지 15중량부의 이소보닐아크릴레이트를 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 FRP 조성물은 조성물이 접착되는 피접착면에 존재하는 유해 성분들이 외부로 용출되는 것을 방지함으로써 환경오염을 유발되는 것을 방지하기 위하여 에폭시 수지 혼합물 100중량부를 기준으로 5 내지 15중량부의 디메틸 암모늄 클로라이드를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 FRP 조성물을 이용한 보수 보강공법을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 하기 보수 보강공법은 FRP 조성물의 일 실시양태로서 이에 한정되지 않고, 당업계의 통상적인 FRP 조성물을 이용한 보수 보강공법이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
본 발명에 따른 FRP 조성물을 이용한 보수 보강공법은 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 성형물을 인발하여 성형물을 제조하는 인발성형단계;
비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 변성 다이머산 에폭시 수지, 변성 고무 에폭시 수지, 변성 우레탄 에폭시 수지 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 에폭시 수지 100중량부를 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드, 석신 안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 트리멜리틱 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 산무수물 경화제 60 내지 120중량부, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 충진제 5 내지 50중량부, 및 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 접착증진제 3 내지 15중량부로 이루어진 혼합물에 상기 인발성형단계에서 제조된 인발성형물 70 내지 90중량부를 함침시켜 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 제조하는 FRP 조성물 제조단계;
상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 시공할 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 단계;
상기 콘크리트 구조물의 바탕면에 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 부착 고정하는 단계;
상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물의 표면과 콘크리트 구조물의 바탕면 사이를 실링재로 밀봉 처리하는 단계; 및
상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물에 주입관과 확인관을 설치하고, 상기 주입관을 통해 에폭시수지를 충전하면서 확인관을 통해 에폭시수지의 충전을 확인하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 실링재는 당업계에서 통상적으로 사용하는 실링재라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 실리콘, 모르타르, 콘크리트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 인발성형물은 판, 리바 또는 패널 형태로서, 상기 인발성형물의 형태에 따라 콘크리트 구조물의 보수보강용 제품의 최종 형태가 결정된다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
현무암 섬유를 인발하여 판 형상의 성형물을 제조하였다.
그 다음, 비스페놀 A형 에폭시 수지 100g; 도데실 석신 안하이드라이드 80g; 탄산칼슘 25g; 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란 10g;을 혼합한 혼합물에 상기 인발성형단계에서 제조된 인발성형물 80g을 함침시켜 FRP 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
현무암 섬유를 인발하여 판 형상의 성형물을 제조하였다.
그 다음, 비스페놀 A형 에폭시 수지 28g, 비스페놀 F형 에폭시 수지 23g, 노볼락 에폭시 수지 22g, 변성 다이머산 에폭시 수지 15g, 변성 고무 에폭시 수지 6g, 및 변성 우레탄 에폭시 수지 6g을 포함하는 에폭시 수지 혼합물 100g; 도데실 석신 안하이드라이드 16g, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드 12g, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드 12g, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드 8g, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드 8g, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드 4g, 석신 안하이드라이드 4g, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드 4g, 트리멜리틱 안하이드라이드 4g, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드 4g 및 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 4g을 포함하는 산무수물 경화제 80g; 탄산칼슘 25g; 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란 3g, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란 3g, 감마-아미노프로필트리에톡시실란 2g 및 N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 2g을 포함하는 접착증진제 10g;을 혼합한 혼합물에 상기 인발성형단계에서 제조된 인발성형물 80g을 함침시켜 FRP 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 현무암 섬유를 인발하여 판 형상의 성형물을 제조하는 대신 현무암 섬유를 인발하여 리바 형상의 성형물을 제조하여 실시하였다.
[실시예 4]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 현무암 섬유를 인발하여 판 형상의 성형물을 제조하는 대신 현무암 섬유를 인발하여 패널 형상의 성형물을 제조하여 실시하였다.
[실시예 5]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 현무암 섬유 대신 현무암 섬유 및 아라마이드 섬유가 1:1의 중량비율로 혼합된 섬유를 사용하여 실시하였다.
[실시예 6]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 현무암 섬유 대신 현무암 섬유, 카본섬유 및 아라마이드 섬유가 1:1:1의 중량비율로 혼합된 섬유를 사용하여 실시하였다.
[실시예 7]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 불포화 폴리에스터 수지 5g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 8]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 폴리아미드 섬유 보강재인 나인론 66 15g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 9]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 저점도 메틸메타크릴레이트 수지 60중량%와, 점도가 약 10,000cps인 고점도 메틸메타크릴레이트(MMA) 39중량%, 및 SIS(stylene isoprene stylene) 1중량%를 혼합한 메틸메타아크릴레이트 10g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 10]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 폴리뷰텐을 포함하는 변형방지제 15g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 11]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 부틸아크릴레이트 25g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 12]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 폴리비닐알코올 5g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 13]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 테트라에틸렌펜타민 4g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 14]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 옥틸트리에톡시실란 5g을 더 포함시켜 실시하였다.
[실시예 15]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 아미노메틸폴리디메틸실록산 5g을 더 포함시켜 실시하였다.
[실시예 16]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 마그네슘 실리케이트 3g을 더 포함시켜 실시하였다.
[실시예 17]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 프로필렌글리콜로 이루어진 수축저감제 3g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 18]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 스티렌모노머로 이루어진 희석제 5g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 19]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, FRP 조성물에 스테아린산 아연 5g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 20]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 소듐 벤조 에이트 0.5g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 21]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 알긴산 나트륨 7g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 22]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 소디윰스테아레이트 3g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 23]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 이소보닐아크릴레이트 10g을 더 부가하여 실시하였다.
[실시예 24]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 디메틸 암모늄 클로아이드 10g을 더 부가하여 실시하였다.
[실 험]
실시예에 따라 제조된 조성물을 이용하여 제조한 제품의 기계적물성을 측정하였다.
그 결과를 표 2로 나타냈다.
압축강도(N/mm2) 휨강도(N/mm2) 부착강도(N/mm2)
실시예 1 46.1 13.9 1.3
실시예 2 47.8 14.9 1.6
실시예 3 48.6 14.9 1.7
실시예 4 49.9 15.7 1.7
실시예 5 48.8 16.1 1.7
실시예 6 49.2 15.8 1.7
실시예 7 47.5 15.7 1.6
실시예 8 50.3 15.5 1.5
실시예 9 52.4 16.3 1.6
실시예 10 49.3 14.3 1.5
실시예 11 50.3 15.2 1.5
실시예 12 51.4 16.5 1.6
실시예 13 47.2 15.5 1.7
실시예 14 47.3 14.2 1.6
실시예 15 46.3 15.4 1.5
실시예 16 47.3 14.1 1.7
실시예 17 46.7 14.6 1.6
실시예 18 46.4 14.4 1.5
실시예 19 47.7 14.3 1.6
실시예 20 46.7 15.3 1.6
실시예 21 46.3 15.1 1.7
실시예 22 46.4 14.5 1.7
실시예 23 47.4 14.4 1.6
실시예 24 46.4 15.3 1.5
표 2에 나타난 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 FRP 조성물은 압축강도와 휨강도가 좋고, 부착성이 우수한 것으로 나타났다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 에폭시 수지 혼합물 전체 100중량% 기준으로, 비스페놀 A형 에폭시 수지 20 내지 40중량%, 비스페놀 F형 에폭시 수지 20 내지 40중량%, 노볼락 에폭시 수지 20 내지 40중량%, 변성 다이머산 에폭시 수지 10 내지 30중량%, 변성 고무 에폭시 수지 5 내지 20중량% 및 변성 우레탄 에폭시 수지 5 내지 20중량%를 포함하는 에폭시 수지 100중량부를 기준으로,
    도데실 석신 안하이드라이드, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드, 석신 안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 트리멜리틱 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 산무수물 경화제 60 내지 120중량부;
    현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 성형물 70 내지 90중량부;
    탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 충진제 5 내지 50중량부; 및
    베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 접착증진제 3 내지 15중량부를 포함하는 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물.
  2. 삭제
  3. [청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제1항에 있어서,
    상기 산무수물 경화제는 산무수물 경화제 전체 100중량% 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드 5 내지 40중량%, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드 5 내지 30중량%, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드 5 내지 25중량%, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드 5 내지 25중량%, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 석신 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 트리멜리틱 안하이드라이드 5 내지 25중량%, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드 5 내지 25중량% 및 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 5 내지 25중량%를 포함하는 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물.
  4. [청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제1항에 있어서,
    상기 접착증진제는 접착증진제 전체 100중량%를 기준으로, 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란 5 내지 60중량%, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란 5 내지 40중량%, 감마-아미노프로필트리에톡시실란 5 내지 30중량% 및 N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 5 내지 25중량%를 포함하는 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물.
  5. [청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    현무암 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 메탈섬유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 인발성형한 성형물을 인발하여 성형물을 제조하는 인발성형단계;
    비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 변성 다이머산 에폭시 수지, 변성 고무 에폭시 수지, 변성 우레탄 에폭시 수지 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 에폭시 수지 100중량부를 기준으로, 도데실 석신 안하이드라이드, 헥사히드로-4-메틸프탈릭 안하이드라이드, 메틸부테닐 테트라하이드로프탈릭 안하아드라이드, 메틸렌도메틸렌 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하아이드라이드, 메틸사이클로헥산 디카르복실릭 안하이드라이드, 석신 안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 트리멜리틱 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드, 벤조페논 트라카르복실릭 안하이드라이드 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 산무수물 경화제 60 내지 120중량부, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 알루미나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 충진제 5 내지 50중량부, 및 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 접착증진제 3 내지 15중량부로 이루어진 혼합물에 상기 인발성형단계에서 제조된 인발성형물 70 내지 90중량부를 함침시켜 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 제조하는 FRP 조성물 제조단계;
    상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 시공할 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 단계;
    상기 콘크리트 구조물의 바탕면에 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물을 부착 고정하는 단계;
    상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물의 표면과 콘크리트 구조물의 바탕면 사이를 실링재로 밀봉 처리하는 단계; 및
    상기 인발성형물 형태로 이루어진 복합섬유 소재를 인발성형한 FRP 조성물에 주입관과 확인관을 설치하고, 상기 주입관을 통해 에폭시수지를 충전하면서 확인관을 통해 에폭시수지의 충전을 확인하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 보수 보강공법.
KR1020170067528A 2017-05-31 2017-05-31 에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 frp 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법 KR101803270B1 (ko)

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