KR101886687B1 - 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법 - Google Patents

차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 접착력, 인장 강도 및 방수 성능이 향상될 뿐만 아니라, 기능성 분말을 첨가하여 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법에 관한 것이다.

Description

차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법{Environment-friendly waterproof coating method superior in heat insulation and insulation}
본 발명은 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 접착력, 인장 강도 및 방수 성능이 향상될 뿐만 아니라, 기능성 분말을 첨가하여 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법에 관한 것이다.
폴리우레아 수지는 분자 구조 내에 우레아 결합기를 갖는 고분자 화합물로서 활성 아민기(-NH2)를 갖고 있는 아민과 이소시아네이트기(-NCO)를 갖고 있는 이소시아네이트 화합물이 부가중합 반응을 통하여 우레아 결합을 형성한다. 따라서 폴리우레아 수지는 합성고무와 같은 엘라스토머 성질을 가지므로 내한성, 내열성, 내수성, 내구성, 내후성, 내화학성, 내충격성, 내마모성 등 우수한 물성을 나타내어, 우레탄과 에폭시로 대표되는 유기 방수재료에 비하여 뛰어난 내후성 및 내구성을 발휘할 수 있다.
뿐만 아니라, 폴리우레아 수지는 경화속도가 빨라서 시공 시간이 짧을 뿐만 아니라, 우레탄이나 에폭시 수지에 비하여 소수성을 가지고 있어, 표면에 습기가 있거나 낮은 온도의 표면에도 직접 분사가 가능하고, 원하는 두께의 도막을 자유롭게 조정할 수 있으며, 다양한 바탕면 재질에 높은 접착력을 나타내어, 그 적용 범위가 넓은 장점이 있다. 더욱이 경화 후 인체에 유해한 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)이 발생하지 않는 환경친화적 특성이 있다.
건축구조물에서는 외부의 기후조건에 영향을 받지 않고 가능한 실내의 온도를 일정하게 유지하기 위해 여러 가지의 단열재를 사용하고 있다.
그러나 이러한 단열재의 사용에도 불구하고 건축물 내외부의 온도차에 의한 열손실율이 높아 에너지 낭비의 큰 요인이 되고 있다.
한편, 실내공기의 습도 조절을 위해 습기를 실외로 방출시키거나 제습기를 설치하는 방법을 사용하고 있으나 실내공기와 콘크리트 벽의 온도차이로 인해 결로가 생성되어 근본적 해결책이 되지 못하기 때문에 단열로 인하여 결로를 억제하여 근본적인 결로방지에 도움이 되고자 한다.
건축물 내의 수분과 실내의 과포화수분은 곰팡이 번식의 원인이 되어 쾌적한 주거환경을 이루지 못하며 도포된 도료가 부풀어지는 현상이 일어나 건축물의 내구성이 저하되고 생활환경에도 악영향을 미치는 등 기존의 건축물 마무리 공법에는 많은 개선의 여지를 내포하고 있다.
기존의 건축물에는 외부와의 열전도를 차단하기 위하여 일반적으로 발포폴리스티렌, 글래스울, 석면 등과 같은 단열재를 사용하고 있으며, 건축물 외부에는 미관을 고려하여 수성도료를 각각 별도의 목적으로 사용하고 있다.
그러나, 기존 단열재만으로는 열차단 효과가 확실하지 못하여 냉난방시 에너지 활용효율이 높지 못하며, 기존 단열재 사용시 단열 및 결로방지 효과를 더 높이기 위해서는 단열재의 두께가 두꺼워져야 한다. 또한 단열소재를 사용함에 있어서 소재특성에 따른 제한조건이 있으며, 단열재의 두께에 비례하여 벽체의 두께가 두꺼워져 건축물의 실제 사용면적이 감소하며 건축비용의 상승이 불가피하다.
한편, 건축물의 옥상 등을 방수 코팅하는 경우 단열성 향상을 위해 아크릴 공중합 에멀젼, 탄산칼슘, 충진제, 안료, 분산제, 소포제 등을 첨가하여 사용시 침전을 방지함으로써 사용상 불편을 줄이면서 단열성과 결로를 방지하는 예가 있으나, 단열 개념을 넘어서서 적외선 및 가시광선의 침투를 원천적으로 차단하는 차열 성능을 가진 방수 코팅 소재 개발이 필요한 실정이다.
1. 대한민국 등록특허 제10-0728388호 2. 대한민국 등록특허 제10-1755528호 3. 대한민국 등록특허 제10-0976831호 4. 대한민국 등록특허 제10-1219687호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 접착력, 인장 강도 및 방수 성능이 향상될 뿐만 아니라, 기능성 분말을 첨가하여 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법은 코팅대상 바닥면에 프라이머층을 형성하는 단계와;
상기 프라이머층 위에 폴리우레아 수지와 제1 기능성 분말을 함유하는 제1 방수 조성물을 도포하여 중도층을 형성하는 단계와;
상기 중도층 위에 MMA(Methyl methacrylate)와 제2 기능성 분말을 함유하는 제2 방수 조성물을 도포하여 상도층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제1 방수 조성물은 폴리우레아 수지 100중량부를 기준으로 제1 기능성 분말 1~10중량부를 포함하며,
상기 제1 기능성 분말은 알루미노 실리케이트로 이루어지는 구형 중공체 표면에 텅스텐 전구체와, 아연 전구체를 이용한 화학기상증착 방식으로 산화텅스텐과 산화아연의 중량비가 1 : 0.1~0.3인 복합 산화 금속이 증착된 것을 특징으로 한다.
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본 발명에서 제안하고 있는 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법에 의하면, 접착력, 인장 강도 및 방수 성능이 향상될 뿐만 아니라, 기능성 분말을 첨가하여 차열 및 단열이 우수하다.
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.
본 발명에 따른 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법은 크게 코팅대상 바닥면에 프라이머층을 형성하는 S1단계와, 상기 프라이머층 위에 폴리우레아 수지와 제1 기능성 분말을 함유하는 제1 방수 조성물을 도포하여 중도층을 형성하는 S2단계와, 상기 중도층 위에 MMA(Methyl methacrylate)와 제2 기능성 분말을 함유하는 제2 방수 조성물을 도포하여 상도층을 형성하는 S3단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 S1단계에서 프라이머층은 공지의 폴리우레탄수지, 에폭시수지 등의 접착수지를 도포하여 형성될 수 있다.
프라이머층은 바람직하게는, 에폭시수지 100중량부를 기준으로 Phenyltrimethoxy silane 10~30중량부와, 아민 화합물 1~5중량부와, 디부틸린디로레이트 1~5중량부와, BPO(Benzoyl peroxyde) 1~5 중량부와, 물 30~60중량부로 이루어지는 것을 예시할 수 있다.
여기서, 상기 Phenyltrimethoxy silane은 하도 프라이머층의 콘크리트 표면에 대한 접착력을 강화시키고 들뜸 현상을 방지하는 역할을 하며, 아민 화합물과 BPO(Benzoyl peroxyde)는 경화제 역할을 하고, 상기 디부틸린디로레이트(DBTDL)는 에폭시수지를 수용성으로 개질하고 반응 촉매 역할을 한다. 그리고 상기 아민 화합물은 디에틸 톨루엔 디아민, 트리에탄올아민, 폴리에테르 아민인 것을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 구성의 프라이머층은 수용성으로 이루어져 콘크리트 바닥면과의 젖음성으로 인해 접착성이 향상되고, 중도층과도 밀접한 결합을 형성하는 것으로서, 기존 프라이머층으로 활용되던 폴리우레탄수지의 접착력, 수분에 대한 취약점을 보완하고 빠른 경화속도를 확보할 수 있도록 한다.
본 발명의 S2단계는 프라이머층 위에 폴리우레아 수지와 제1 기능성 분말을 함유하는 제1 방수 조성물을 도포하여 중도층을 형성하는 단계이다.
상기 제1 방수 조성물은 폴리우레아 수지 100중량부를 기준으로 제1 기능성 분말 1~10중량부를 포함하는 것을 예시할 수 있다.
상기 폴리우레아 수지는 이소시아네이트 100중량부를 기준으로 폴리올 10~50중량부가 혼합하여 이루어지는 우레아 프리폴리머와, 폴리올 100중량부를 기준으로 아민 화합물 30~60중량부와, 체인연장제 10~30중량부 및 실란 화합물 5~15중량부로 이루어지는 경화부로 구성되는 것을 예시할 수 있다.
상기 이소시아네이트는 메틸렌 다이페닐 디이소사이아네이트(MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트 (HMDI), 이소프론 디이소시아네이트(IPDI), 메타 자일렌 디이소시아네이트(MXDI) 중 적어도 어느 하나인 것을 예시할 수 있다.
상기 폴리올은 프탈레이트계 디올, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리부타디엔 폴리올 및 알키드 폴리올 중 적어도 어느 하나인 것을 예시할 수 있다.
상기 아민 화합물은 폴리에테르아민, 디에틸톨루엔디아민 및 폴리프로필렌디아민 중 적어도 어느 하나인 것을 예시할 수 있다.
상기 체인연장제는 1,3-부틸렌글리콜(1,3-Butylene Glycol), 1,4-부타디엔(1,4-Butadien) 및 트리메틸올프로판(TrimethylolPropane) 중 적어도 어느 하나인 것을 예시할 수 있다.
상기 실란 화합물은 aminopropyl triethoxy silane, aminoethyl aminopropyl methyldimethoxy silane, phenyl aminopropyl trimethoxy silane 중 적어도 어느 하나인 것을 예시할 수 있다.
상기 주제부와, 경화부의 비율은 1 : 0.3~0.5 중량비인 것을 예시할 수 있다.
상기 제1 기능성 분말은 근적외선 및 원적외선에 대한 차열 성능을 향상하는 역할을 하는 것이다.
보다 구체적으로 상기 제1 기능성 분말은 알루미노 실리케이트로 이루어지는 구형 중공체 표면에 텅스텐 전구체와, 아연 전구체를 이용한 화학기상증착 방식으로 산화텅스텐과 산화아연을 함유한 복합 산화 금속이 증착된 것을 예시할 수 있다.
산화텅스텐(WO3) 및 산화아연을 화학기상증착 방식으로 구형 중공체 표면에 나노 사이즈의 박막을 형성하는 경우, 일반적인 용액 코팅 방법에 비해 결정성을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 적외선 반사, 차단 성능을 극대화할 수 있다.
상기 텅스텐 전구체는 W(CO)6이고, 아연 전구체는 디메틸아연[Zn(CH3)2], 디에틸아연[Zn(C2H5)2]인 것을 예시할 수 있다. 화학기상증착 공정은 공지된 바와 같이 아르곤(Ar)과 같은 캐리어 가스로 상기 전구체들을 반응기 내로 공급하고, 아울러 산소가 공급되는 분위기에서 10~20분 동안 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서 반응기는 230~280℃로 가열된 상태에서 비교적 짧은 시간인 10~20분 동안 증착이 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 복합 산화 금속이 결정이 형성되지 않은 비정질 형태로 증착되거나 적어도 결정의 크기 및 밀집도가 낮아지도록 하기 위함이다.
복합 산화 금속이 비정질 형태인 경우 결정성이 높은 구조에 비해 적외선 산란 효과가 더 크기 때문이다. 일반적인 산화텅스텐은 적외선을 흡수하는 성질을 가지나, 비정질의 산화텅스텐은 적외선을 반사하거나 산란시키는 특성을 가지며, 아연 이온이 도핑된 경우에는 더욱 그러하다.
그리고 텅스텐 전구체의 공급 유량을 아연 전구체의 공급 유량보다 크게 하는 경우 산화텅스텐에 아연 이온이 도핑된 구조와, 각각 개별적으로 증착되는 구조가 함께 공존할 수 있는데, 이러한 복합 구조로 인해 적외선 산란 특성이 개선된다.
다만, 화학기상증착 공정이 이루어지는 반응기는 내부에 교반기를 설치하여 교반하면서 증착이 이루어질 수도 있고, 반응기 자체가 회전하도록 구성된 로터리식 반응기인 것이 바람직한데, 그 이유는 평판 표면에 증착되는 것과는 달리, 본 발명에서는 다수의 구형 중공체 표면에 증착이 이루어지기 때문에 균일성을 확보하기 위함이다.
여기서, 상기 구형 중공체는 내부가 진공으로 이루어지기 때문에 단열 효과가 크다. 그리고 산화텅스텐과 산화아연은 적외선의 산란을 극대화하기 위해 1 : 0.1~0.3의 중량비로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 상기 구형 중공체의 평균 직경은 5~50㎛이고, 복합 산화 금속은 10~100nm의 두께로 증착되는 것을 예시할 수 있다.
본 발명의 S3단계는 상기 중도층 위에 MMA(Methyl methacrylate)와 제2 기능성 분말을 함유하는 제2 방수 조성물을 도포하여 상도층을 형성하는 단계로서, 상기 제2 방수 조성물은 복합 수지 조성물 100중량부를 기준으로 제2 기능성 분말 1~10중량부로 이루어질 수 있다.
상기 복합 수지 조성물은 폴리비닐알코올(PVA)을 부틸알데히드로 아세탈화하여 합성한 폴리비닐부티랄(PVB)로 표면 개질한 MMA(Methyl methacrylate) 수지 100중량부를 기준으로 에틸렌-아크릴산 공중합체 10~20중량부와, 용매 5~10중량부를 포함하여 이루어지는 것을 예시할 수 있다.
상기 폴리비닐부티랄(PVB)수지는 산과 알칼리에 대한 내구성이 강할 뿐만 아니라, 사용되어지는 MMA 수지와 PVB간의 수소결합으로 접착력이 우수하고, 수분과의 친화성으로 수분을 6% 이상까지 흡수할 수 있기 때문에 수분이 있는 지역에서의 사용도 가능하며, 높은 인장강도와 뛰어난 접착력과 온도변화에 대한 내구력을 가지고 있어서 도로의 열섬효과를 줄이는데 효과적이다.
상기 MMA 수지는 이중 탄소결합을 갖도록 만든 반응형 수지로서, 내구성, 내열성, 내화학성, 내마모성, UV 안전성 등 물성이 뛰어나고, 햇빛 등의 날씨 및 기후에 견디는 성질인 내후성이 우수하고, 부착강도 및 안료 등에 의한 착색성이 우수하다.
여기서, 에틸렌-아크릴산 공중합체는 MMA 수지와 함께 블렌딩되어 부착강도를 더욱 향상시킬 뿐만 아니라, 경도를 더욱 향상시켜 장기간 사용에도 분말이 외력에 의해 떨어지지 않도록 해주는 역할을 하는 것으로서, 에틸렌과 아크릴산을 1 : 0.2~0.4의 중량비로 공중합된 것을 예시할 수 있다.
상기 용매는 이소프로판올 등을 예시할 수 있으며, MMA 수지 등의 점도를 낮추어 유동성을 향상시켜 분산성을 제공한다.
상기 제1 기능성 분말이 주로 적외선 차단 내지 산란을 하는 역할을 한다면, 상기 제2 기능성 분말은 가시광선을 차단 내지 산란하는 역할을 한다.
상기 제2 기능성 분말은 일라이트 100중량부와 수산화칼슘 용액 10~20중량부로 이루어지는 일라이트 분산액과, 나노 실리카 1~5중량부와, 분산제 1~5중량부와, 용매 5~15중량부와, 접착수지 1~10중량부로 이루어지는 나노 실리카 분산액을 혼합하고 교반한 다음, 건조 과정을 거쳐 상기 일라이트 표면에 나노 실리카가 흡착되는 코어-쉘 구조인 것이 바람직하다.
일라이트는 원적외선 방출, 음이온방출, 중금속 흡착, 유독가스 흡착 및 탈취, 분해 효능으로 물, 토양, 대기의 탁월한 정화능력을 나타내고 있으나, 용매 내에서 낮은 분산특성을 가지고 있기 때문에 강알칼리성인 수산화칼슘 용액에 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 만일 강알칼리성이 아닌 중성의 물을 사용하는 경우에는 분산시 일라이트가 응집되는 문제가 발생한다. 이러한 일라이트 분산액은 습식 볼밀 과정에서 분쇄와 분산이 함께 이루어질 수 있으며, 일라이트의 평균 입도는 1~20㎛인 것을 예시할 수 있다.
상기 나노 실리카 분산액의 접착수지는 아크릴수지 또는 에폭시 수지이고, 분산제는 알킬암모늄염인 것을 예시할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법에 대한 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.
(1) 프라이머층
에폭시수지 100중량부를 기준으로 Phenyltrimethoxy silane 20중량부와, 트리에탄올아민 3중량부와, 디부틸린디로레이트 3중량부와, BPO(Benzoyl peroxyde) 1 중량부와, 물 50중량부로 이루어지는 하도 조성물을 콘크리트 공시체 표면에 30㎛ 두께로 형성한다.
(2) 중도층
이소시아네이트 100중량부를 기준으로 폴리에테르 폴리올 10~50중량부를 반응기에서 85℃로 4시간 동안 반응시켜 제조하고, 폴리에테르 폴리올 100중량부를 기준으로 폴리프로필렌디아민 50중량부와, 1,3-부틸렌글리콜 10중량부 및 aminopropyl triethoxy silane 10중량부로 이루어지는 경화부를 마련한다.
산화텅스텐(WO3) 및 산화아연을 화학기상증착 방식으로 구형 진공 중공체인 인슐래드(Insuladd) 표면에 산화텅스텐(WO3) 및 산화아연을 반응기에 넣고 화학기상증착한 제1 기능성 분말을 마련한다.
그리고 주제부와, 경화부를 1 : 0.4의 중량비로 혼합한 폴리우레아수지 100중량부를 기준으로 제1 기능성 분말 5중량부를 혼합한 제1 방수 조성물을 프라이머층 표면에 도포하여 80㎛의 중도층을 형성한다.
(3) 상도층
폴리비닐알코올(PVA)을 부틸알데히드로 아세탈화하여 합성한 폴리비닐부티랄(PVB)로 표면 개질한 MMA(Methyl methacrylate) 수지 100중량부를 기준으로 에틸렌-아크릴산 공중합체 20중량부와, 이소프로판올 10중량부를 가열 교반하여 복합 수지 조성물을 마련한다.
일라이트 100중량부와 수산화칼슘 용액 20중량부로 이루어지는 일라이트 분산액과, 나노 실리카 2중량부와, 알킬암모늄염 5중량부와, 이소프로판올 15중량부와, 아크릴수지 5중량부로 이루어지는 나노 실리카 분산액을 혼합하고 교반한 다음, 건조 과정을 거쳐 제2 기능성 분말을 마련한다.
복합 수지 조성물 100중량부를 기준으로 제2 기능성 분말 5중량부를 혼합한 제2 방수 조성물을 중도층 표면에 도포하여 50㎛의 상도층을 형성하여 방수 코팅 시공을 완료한다.
위 실시예 1의 방수 코팅의 물성 시험을 한 결과를 아래 표 1에 기재하였다.
결과 시험방법
인장강도 21.4 N/㎟ KS F 4922
신장율 543.12 % KS F 4922
위 표 1의 인장강도 측정 결과를 보면 일반적인 폴리우레아 수지의 인장강도인 17.5 N/㎟에 비해 크게 향상되고, 폴리우레아 수지의 400~500% 신율 보다도 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
위 실시예 1의 방수 코팅의 차열 성능 시험을 한 결과를 아래 표 2에 기재하였다.
가로,세로,높이가 각각 30cm인 박스 형태의 콘크리트 공시체 상면에 실시예 1의 방수 코팅을 한 다음, 적외선 램프와 가시광선을 방사하는 할로겐 램프를 동시에 1시간 동안 조사한 다음 초기 온도와의 온도차를 계산하여 차열 성능을 측정하였다. 비교예로서 실시예 1의 폴리우레탄 수지만을 120㎛ 두께로 도포한 것을 사용하였다.
초기 1시간 후 온도차
상면 내부 표면(℃)
 실시예 1 17.2 39.5 22.3
비교예 1 17.1 68.9 51.8
실내온도(℃)
 실시예 1 17.3 23.1 5.8
비교예 1 17.5 38.4 20.9
위 표 2의 결과를 보면, 실시예 1의 차열 성능은 제1, 2 기능성 분말에 의해 크게 향상된다는 것을 확인할 수 있었다.
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 (4)

  1. 코팅대상 바닥면에 프라이머층을 형성하는 단계와;
    상기 프라이머층 위에 폴리우레아 수지와 제1 기능성 분말을 함유하는 제1 방수 조성물을 도포하여 중도층을 형성하는 단계와;
    상기 중도층 위에 MMA(Methyl methacrylate)와 제2 기능성 분말을 함유하는 제2 방수 조성물을 도포하여 상도층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 방수 조성물은 폴리우레아 수지 100중량부를 기준으로 제1 기능성 분말 1~10중량부를 포함하며,
    상기 제1 기능성 분말은 알루미노 실리케이트로 이루어지는 구형 중공체 표면에 텅스텐 전구체와, 아연 전구체를 이용한 화학기상증착 방식으로 산화텅스텐과 산화아연의 중량비가 1 : 0.1~0.3인 복합 산화 금속이 증착된 것을 특징으로 하는 차열 및 단열이 우수한 친환경 폴리우레아수지 도막 방수 공법.
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