KR101971074B1 - 친환경 발수제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 침투성 발수제 조성물을 제공하며, 본 발명에 따른 발수제 조성물은 무취하여 인체에 유해한 독성 등의 요소를 저감시켜 친환경적이며, 스티로폼과 같은 타 건축 부자재에 악영향을 미치지 않고, 침투성이 좋다는 효과가 있다. 또한, 본 발명에서 제공하는 발수제 조성물은 발수성이 특징이지만, 통기성도 우수하다.

Description

친환경 발수제 조성물{ENVIRONMENT FRIENDLY WATER REPELLENT COMPOSITION}
본 발명은 침투성이 좋은 친환경 발수제 조성물 및 친환경 발수제 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무기질 소재로 분류되는 벽돌이나 적벽돌, 콘크리트 재료를 주성분으로 하는 건축물은 초기에는 강알카리성이나 시간이 경과함에 따라 외부의 산성비, 오염된 대기, 탄산가스, 아황산가스, 염해 등의 부식 환경에 노출되어 중성화(탄산화)가 되는데, 이것이 점토벽돌 및 콘크리트 건축물의 염화 원인이 되어, 결국 건축물의 수명을 단축하게 되고 미관도 불량하게 만든다.
따라서, 건축물과 같은 고형 건축 자재의 일부분인 벽, 천장 또는 바닥 부분과 물 탱크, 수영장 등의 표면을 코팅 처리하고, 이들 표면에 화학적 및 생물학적 부식을 방지하는 시약을 침투처리하기 위해, 이들 표면에 페인트칠을 하거나 이들 표면을 피복시키기 위한 용도를 갖는 수많은 물질들과 시약들이 시판되고 있다(대한민국 등록 특허 제 10-06902793호).
그러나, 이와 같은 시판중인 물질들은 건축 자재의 표면을 화학적 및 생물학적 부식에 대해서도 보호해야 하는 경우(예를 들어, 옥외에 설치되는 수조 등)에, 그 효과와 지속성 측면에서 부적절한 경우가 많았다.
또한, 기존에 사용하고 있는 실리콘 화합물의 건축, 토목용 발수제는 일반적으로 유기용제(톨루엔, 크실렌, 벤젠, 공업용 가솔린, 등유 등의 솔벤트)로 희석시켜 제조된 물질을 사용하여 왔다. 이러한 유기용제형 발수제는 용제의 특성상 유독성이며, 공해(대기의 오존층을 파괴)가 심하고, 흡입시 인체에 치명적인 타격을 주는 등 독성, 휘발성, 인화성 및 점화성과 같은 특성으로 인하여 그 사용이 제한되고 있는 실정이다. 또한, 유기용제형 발수제는 취급이 제한되고 제품의 원가상승의 요인이 되어 비경제적일 뿐만 아니라 근본적으로 유기 용매는 습한 콘크리트 표면에 대하여 이들을 적용할 수 없는 문제점을 갖고 있다.
따라서, 인체에 유해한 독성 등의 요소를 저감시키고, 타 부자재에 악영향을 미치지 않는 조성물에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 인체에 유해한 독성 등의 요소를 저감시키고, 타 부자재에 악영향을 미치지 않고, 침투성이 좋으며, 친환경적인 발수제 조성물 및 친환경 발수제 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본원에 기재된 다양한 구현예가 도면을 참조로 기재된다. 하기 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위해서, 다양한 특이적 상세사항, 예컨대, 특이적 형태, 조성물 및 공정 등이 기재되어 있다. 그러나, 특정의 구현예는 이들 특이적 상세 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법 및 형태와 함께 실행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정 및 제조 기술은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않게 하기 위해서, 특정의 상세사항으로 기재되지 않는다. "한 가지 구현예" 또는 "구현예"에 대한 본 명세서 전체를 통한 참조는 구현예와 결부되어 기재된 특별한 특징, 형태, 조성 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치에서 표현된 "한 가지 구현예에서" 또는 "구현예"의 상황은 반드시 본 발명의 동일한 구현예를 나타내지는 않는다. 추가로, 특별한 특징, 형태, 조성, 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서 어떠한 적합한 방법으로 조합될 수 있다.
본 발명 내 특별한 정의가 없으면 본 명세서에 사용된 모든 과학적 및 기술적인 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 당업자에 의하여 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명에서 "침투성"은 콘크리트 등의 무기질 구조물에 도포 시 침투된 후 모세관을 완전히 막아 물의 흡수를 차단하는 작용을 일컫는다.
본 발명에 따른 침투성 발수제를 제조하기 위해, 침투성을 양호하게 해주는 특징이 있는 실란(silane)은 사용하였다. 상기 실란으로는 메틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필 메틸디에톡시 실란, 감마메타아크릴옥시 프로필 트리에톡시 실란, 감마글리시독시 프로필 트리에톡시 실란(gamma-Glycidoxypropyl trimethoxy silane), 감마아미노프로필 트리에톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란, N-옥틸트리에톡시실란, 알킬-에톡시 실란, 알킬 알콕시 실란, 및 트리-에톡시-옥틸-실란 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 들 수 있고, 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 바람직하게는, N-옥틸트리에톡시실란을 사용하고, 보다 바람직하게는 다우코닝사의 z-6341을 사용하였다. 본 발명에서 실란만으로 이루어진 성분을 제 1성분으로 하였다.
본 발명에서 "발수성"이란 고체의 표면 장력에 의한 물의 흡수를 막을 수 있도록 고체의 표면을 소수성으로 전환하여 물을 배척해 내는 특성을 의미하며, "발수제"란 이러한 특성을 갖는 물질을 의미한다. 소수성은 고체와 물이 이루는 각도인 접촉각이 90°보다 큰 경우를 말하며, 침투에 의한 발수의 원리는 구조물의 내구성을 향상시키므로 널리 사용되고 있다.
또한, 본 발명에 따른 침투성 발수제를 제조하기 위해, 발수성을 양호하게 해주는 특징이 있는 실리콘은 추가로 사용하였다. 상기 실리콘을 포함하는 제 2성분으로는 아미노알킬-작용성 폴리-디-메딜 실론산, 알킬 알콕시 실록산, 폴리 알킬 실록산, 폴리메틸실록산, 폴리에틸실록산, 폴리메틸하이드록시실록산, 유기적으로 변형된 실록산 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 들 수 있고, 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 선택하여 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 제 2성분은 폴리메틸실록산 및 감마아미노프로필 트리에톡시 실란, 폴리메틸실록산 및 비닐트리메톡시 실란, 또는 폴리메틸실록산 및 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란을 사용하였다(다우코닝사의 z-6689 참고).
본 발명은 제 1성분은 1 내지 9 중량%, 제 2성분은 5 내지 15 중량%, 및 이소파라핀 80 내지 90 중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 침투성 발수제 제조 방법으로서, 상기 제 1성분은 메틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필 메틸디에톡시 실란, 감마메타아크릴옥시 프로필 트리에톡시 실란, 감마글리시독시 프로필 트리에톡시 실란(gamma-Glycidoxypropyl trimethoxy silane), 감마아미노프로필 트리에톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란, N-옥틸트리에톡시실란, 알킬-에톡시 실란, 알킬 알콕시 실란, 트리-에톡시-옥틸-실란 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 어느 하나를 선택하고, 상기 제 2성분은 폴리메틸실록산 및 감마아미노프로필 트리에톡시 실란, 폴리메틸실록산 및 비닐트리메톡시 실란, 또는 폴리메틸실록산 및 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란으로 이루어진 군으로부터 어느 하나를 선택하는, 침투성 발수제 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 제 1성분은 N-옥틸트리에톡시실란이다. 본 발명의 다른 구체예에서, 상기 제 2성분은 1:1 비율의 폴리메틸실록산 및 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란이다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 이소파라핀은 점도가 1.25 내지 1.53cSt이고, 비중이 0.68 내지 0.84이며, 인화점이 49.05 내지 59.95℃이다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 제 1성분은 5 중량%이고, 제 2성분은 10 중량%이며, 이소파라핀 85 중량%이다.
본 발명은 제 1성분은 1 내지 9 중량%, 제 2성분은 5 내지 15 중량%, 및 이소파라핀 80 내지 90 중량%를 포함하는 침투성 발수제 조성물로서, 상기 제 1성분은 메틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필 메틸디에톡시 실란, 감마메타아크릴옥시 프로필 트리에톡시 실란, 감마글리시독시 프로필 트리에톡시 실란(gamma-Glycidoxypropyl trimethoxy silane), 감마아미노프로필 트리에톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란, N-옥틸트리에톡시실란, 알킬-에톡시 실란, 알킬 알콕시 실란, 트리-에톡시-옥틸-실란 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 어느 하나를 선택하고, 상기 제 2성분은 폴리메틸실록산 및 감마아미노프로필 트리에톡시 실란, 폴리메틸실록산 및 비닐트리메톡시 실란, 또는 폴리메틸실록산 및 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란으로 이루어진 군으로부터 어느 하나를 선택하는, 침투성 발수제 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 제 1성분은 N-옥틸트리에톡시실란이다. 본 발명의 다른 구체예에서, 상기 제 2성분은 1:1 비율의 폴리메틸실록산 및 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란이다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 이소파라핀은 점도가 1.25 내지 1.53cSt이고, 비중이 0.68 내지 0.84이며, 인화점이 49.05 내지 59.95℃이다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 침투성 발수제 조성물은 제 1성분이 5 중량%, 제 2성분이 10 중량%, 및 이소파라핀 85 중량%이다.
본 발명에서 제공하는 발수제 조성물은 무취하여 인체에 유해한 독성 등의 요소를 저감시켜 친환경적이며, 스티로폼과 같은 타 건축 부자재에 악영향을 미치지 않고, 침투성이 좋다는 효과가 있다. 또한, 본 발명에서 제공하는 발수제 조성물은 발수성이 특징이지만, 통기성도 우수하다는 특징이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
본 발명에서 실란만으로 이루어진 성분을 제 1성분으로 하였다. 제 1성분으로는 N-옥틸트리에톡시실란을 사용하였다(다우코닝사의 z-6341 참고).
또한, 발명에 따른 제 2성분은 폴리메틸실록산 및 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란을 사용하였다(다우코닝사의 z-6689 참고). 이들 성분의 비율은 바람직하게는 1:1로 첨가하였다.
또한, 본 발명에 따른 침투성 발수제를 제조하기 위해, 이소파라핀을 사용하였다. 바람직하게는, 본 발명의 이소파라핀은 하기 표 1의 특징을 갖는 제품명 Isoparaffin H(보성유화)를 사용하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 표 1에 나타난 실험 방법에 의해 측정한 경우, 본 발명의 이소파라핀은 점도가 1.25 내지 1.53cSt이고, 비중이 0.68 내지 0.84이며, 인화점이 49.05 내지 59.95℃인 것이 바람직하다.
측정항목 실험방법 규격 결과값
증류 IBP(℃) ASTM D86 Min. 170 179.4
증류 EP(℃) ASTM D86 Max. 195 190.2
비중(@60°F) ASTM D4052 0.755-0.775 0.7660
점도(@40℃)(cSt) ASTM D445 Record 1.398
인화점(℃) ASTM D56 Min. 49 54.5
본 발명에 따른 침투성 발수제를 제조하기 위하여, 상기한 바와 같은 제 1성분이 1 내지 9 중량%이고, 제 2성분은 5 내지 15 중량%이며, 이소파라핀은 80 내지 90 중량%로 혼합하였다.
실시예 1 : 표 2에 나타난 바와 같이, 제 1성분, 제 2성분, 및 이소파라핀 H를 각각 5 중량%, 10 중량%, 및 85 중량%로 혼합하였다. 스티로폼이 녹지 않았고, 통기성이 좋아 색깔이 변색되지 않았다.
비교예 1 : 표 2에 나타난 바와 같이, 제 1성분, 제 2성분, 및 이소파라핀 H를 각각 5 중량%, 20 중량%, 및 75 중량%로 혼합하였다. 스티로폼이 약간 녹고, 색깔 변색이 나타났다.
비교예 2 : 표 2에 나타난 바와 같이, 제 1성분, 제 2성분, 및 이소파라핀 H를 각각 15 중량%, 20 중량%, 및 65 중량%로 혼합하였다. 스티로폼이 녹고, 색깔 변색이 나타났다.
비교예 3 : 표 2에 나타난 바와 같이, 제 1성분, 제 2성분, 및 이소파라핀 H를 각각 15 중량%, 25 중량%, 및 60 중량%로 혼합하였다. 스티로폼이 녹고, 색깔 변색이 나타났다.
비교예 4 : 표 2에 나타난 바와 같이, 제 1성분, 제 2성분, 및 이소파라핀 H를 각각 15 중량%, 30 중량%, 및 55 중량%로 혼합하였다. 스티로폼이 유의하게 녹고, 색깔 변색이 심하게 나타났다.
비교예 5 : 표 2에 나타난 바와 같이, 감마아미노프로필 트리에톡시 실란, 제 2성분, 및 이소파라핀 H를 각각 5 중량%, 10 중량%, 및 85 중량%로 혼합하였다. 스티로폼이 약간 녹고, 색깔 변색이 심하게 나타났다.
비교예 6 : 표 2에 나타난 바와 같이, 제 1성분, 폴리에틸실록산, 및 이소파라핀 H를 각각 5 중량%, 10 중량%, 및 85 중량%로 혼합하였다. 스티로폼이 유의하게 녹고, 색깔 변색이 나타났다.
제 1성분
(중량%)		 감마아미노프로필 트리에톡시 실란
(중량%)		 제 2성분
(중량%)		 폴리에틸실록산
(중량%)		 이소파라핀
(중량%)
실시예 1 5 10 85
비교예 1 5 20 75
비교예 2 15 20 65
비교예 3 15 25 60
비교예 4 15 30 55
비교예 5 5 10 85
비교예 6 5 10 85
[실험예 1]
본 발명자들은 본 발명에 따른 조성물을 사용한 경우에 건축 부자재에서의 부식 정도를 측정하였다. 구체적으로, 금속 시료로 사용하기 위해 연강 판(mild steel sheet)를 준비하여 3㎝ × 1㎝ × 0.5㎝(크기)로 자른 다음, 1/0, 2/0, 3/0, 4/0, 5/0, 6/0 내지 7/0의 다양한 정도의 사포지로 연마하였다. 연마한 연강 조각은 탈이온수로 잘 세척하고, 아세톤으로 디그리스(degrease)하여 실온에서 건조하여, 본 발명의 연강 조각으로서 준비하였다.
본 발명에 따른 실시예 1 및 상기 비교예들에서 수득한 조성물로 상기 준비한 연강 조각에 분사하여 도포하고나서, 3시간 동안 실온에서 방치하였다. 3시간 후, 증류수로 잘 세척하고 건조한 다음, 연강 조각의 중량을 측정하였다. 측정한 중량의 변화는 하기 [식 1] 내지 [식 3]을 이용하여, 연강 조각의 부식 속도(Cr) 및 본 발명에 따른 조성물의 금속 부식 억제 효율(η)을 계산하였다. 용매 대조군으로, 시판 중인 제품으로는 바우만 사의 BS 1701을 이용하여 동일한 방법으로 연강 조각의 중량을 측정하였다.
[식 1]
Figure 112018086714964-pat00001
상기 식 1에서, η은 본 발명에 따른 조성물의 금속 부식 억제 효율(%)이고; WO는 용매 대조군에서 연강 조각의 중량(㎎)이며; Wi는 본 발명에 따른 실시예 1 및 상기 비교예들의 조성물에 대한 각각의 연강 조각의 중량(㎎)이다.
그 결과, 하기 표 3에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물의 적용에서 연강 조각의 부식 정도가 감소하여 중량이 유지되며, 본 발명에 따른 조성물을 도포한 경우에 연강 조각에 대한 부식 억제 효율(η)이 약 95%인 것을 확인하였다(표 3).
연강 조각 중량(mg/cm2) 금속 부식 억제 효율(%)
실시예 1 0.0215 95.06
비교예 1 0.2175 50.07
비교예 2 0.3087 29.13
비교예 3 0.3458 20.62
비교예 4 0.5916 -35.81
비교예 5 0.6215 -42.68
비교예 6 0.5130 -17.77
용매대조군 0.4356 -
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 발수제 조성물은 건축 자채의 부식을 방지하며, 스티로폼과 같은 다른 건축 부자재에 악영향을 미치지 않았고, 색 변색도 거의 일어나지 않았다.
[실험예 2]
본 발명자들은 본 발명에 따른 조성비를 갖는 발수제 조성물과 시판 중인 제품을 비교하였다. 시판 중인 제품으로는 바우만 사의 BS 290, BS 375 및 BS 1701을 준비하였다. 상기한 물질들을 동일한 양으로 준비하여 서로 이격하여 각각 외벽에 뿌리고, 일정 시간이 경과한 후에 변화를 관찰하였다. BS 290, BS 375 및 BS 1701은 코를 찌르는 듯한 화학품 냄새가 났다. 그러나, 본 발명에 따른 조성비를 갖는 발수제 조성물은 무취인 것을 확인하였다.
실란류는 자극적인 냄새를 가진 무색의 자연발화성 가스이지만, 본원 발명의 구성에 따라 무취의 효과를 증대시켜 인체에 무해하도록 고안하였다. 본 발명에서 제공하는 발수제 조성물 및 이의 제조 방법은 무취하여 인체에 유해한 독성 등의 요소를 저감시켜 친환경적이다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. N-옥틸트리에톡시실란 1 내지 9 중량%, 1:1 비율의 폴리메틸실록산 및 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란 5 내지 15 중량%, 및 이소파라핀 80 내지 90 중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 침투성 발수제 제조 방법.
  2. 삭제
  3. N-옥틸트리에톡시실란 1 내지 9 중량%, 1:1 비율의 폴리메틸실록산 및 트리-에톡시(2,4,4-트리-메틸-펜틸)실란 5 내지 15 중량%, 및 이소파라핀 80 내지 90 중량%를 포함하는 침투성 발수제 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
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