KR101976244B1 - 방수시스템 표면이 폴리우레탄 반응물과 화학적으로 결합하는 방수시스템 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방수시트층과 폴리우레탄 도막방수재층을 복합한 방수시스템에서 방수시트층 표면이 폴리우레탄과 결합하는 결합제로 코팅된 것이 아니라, 방수시트층 표면이 적용되는 결합제와 화학적 결합을 이루며 동시에 적용되는 결합제와 폴리우레탄 도막방수재층 간의 화학적 결합이 발생하여 방수시트층 표면과 폴리우레탄 도막방수재층 간에 통합적인 화학적 결합이 이루어진 방수시스템을 제조하는 것에 관한 것이다.

Description

방수시스템 표면이 폴리우레탄 반응물과 화학적으로 결합하는 방수시스템 구조물{Waterproof system structure with its surface chemically reacting with a reactant of polyurethane}
본 발명은 시트 방수 표면과 폴리우레탄 도막 간의 화학적 접착방법을 통한 시트 방수 폴리우레탄 도막방수를 복합한 방수시스템을 제조하는 데 있어서, 시트 방수 표면과 폴리우레탄 도막 간의 화학적 접착방법 및 화학적 접착물에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 복합구조체로서 그 자체가 갖는 물리화학적 특성에 따라 구조체의 균열 등 내구성 저하현상이 발생하고 콘크리트 건축물의 내구성 저하는 구조체의 균열이나 빗물침투, 철근 부식, 구조체의 팽창을 가속화하는 현상으로 나타난다. 특히 콘크리트의 거동이나 균열은 이와 결합된 방수층에까지 응력이 전달되어 방수시트가 부풀어오르거나 파단되는 등 하자발생의 위험성이 노출되어 왔다. 구조체의 거동과 함께 이와 결합된 방수층에까지 연결되어 방수시트가 부풀어 오르거나 파단되는 등 하자가 발생되고 있다. 따라서 콘크리트의 균열이나 열화 등과 상관없이 방수층은 안정적으로 방수성능을 지속적으로 유지할 수 있는 방수자재나 방수공법이 요구되고 있다.
방수재료 및 방수공법의 기술동향을 보면, 슬라브에 사용되는 방수재료와 공법은 아스팔트 방수, 몰탈 방수, 합성고무시트 방수, 염화비닐시트 방수, 개량 아스팔트시트 방수 등이 있고, 도막방수는 우레탄계, 아크릴고무계, 고무아스팔트계, 아크릴수지계로 발전하여 왔다. 고분자를 아스팔트에 첨가한 개질 아스팔트의 성질은 고분자의 특성, 아스팔트의 특성, 혼합 조건 및 아스팔트의 상용성에 따라 다양한 형태로 나타난다. 방수시트 기재(base material)에 코팅된 아스팔트(아스팔트 방수시트)는 물리적 온도변화에 있어 저온에서는 굳음성(stiffness)이 커지고 크랙(또는 균열)이 발생하여 누수가 발생하며, 고온에서는 코팅물의 흐름저항이 적어져서 흘러내리는 특성이 있다. 따라서 저온에서도 유연성을 유지하여 크랙이 적게 발생하고 고온에서도 굳음성(stiffness)이 있어서 적은 소성변형이 발생하는 우수한 개량아스팔트 방수시트용 또는 방수도막용 개질아스팔트를 기술개발 및 제조하고 현장에 적용하고 있다.
현재 대부분의 방수재료와 공법에서 시트 방수로는 개량 아스팔트시트 방수, 합성고분자계 시트 방수가 사용되며, 도막방수로는 우레탄계를 주종으로 사용하고 있다. 현재 사용되는 우레탄 방수제는 건축용 도막방수제로 가장 많이 사용되는 제품으로서 물성은 좋으나 콘크리트 구조체의 균열에 대한 추종성과 저항성이 적어 구조체가 균열 될 경우 시공면의 완전 건조상태가 아니면 구조체에서 발생되는 수증기압의 잔류로 인해 도막의 들뜸 현상이 발생한다. 원칙적으로 콘크리트 함수율이 8% 이상의 경우에는 도막방수를 할 수 없다. 한편, 시트 방수의 문제점으로서는 시트끼리의 이음부에서 들뜸이나 박리가 자주 발생하고 시트재료가 온도에 민감하여 동절기 및 하절기에 작업에 영향을 미치며 복잡부위의 시공 시 작업이 곤란하다는 점이다. 또한, 방수시트와 구조체 표면 사이가 접착되지 않고 떠 있는 상태이기 때문에 방수 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 시트 방수와 폴리우레탄 도막방수를 복합한 방수시스템이 시중에 사용되고 있으나, 방수시트 표면의 부직포 또는 표면층과 폴리우레탄 도막 간의 접착에 상호간의 점착력과 같은 물리적 방법에 의존하고 있다. 구체적으로는 공고특허 10-1600072(공고일자 2016. 3. 15.)에 의하면 부직포층, 부직포층 상부에 위치하는 중심기재층 및 중심기재층 상부에 위치한 표면층으로 구성된 방수시트층에 있어서, 우레탄이 포함된 중심기재층의 경우에 방수시트층에 아민계화합물이 코팅된 부직포층을 사용하여 부직포층과 중심기재층 사이에 폴리우레아반응을 유도하여 방수시트층을 일체화 하거나, 한편 우레탄을 포함하는 방수도막재층이 방수시트층 하부에 위치하는 경우에도 마찬가지로 아민계화합물이 코팅된 부직포층을 사용하여 부직포층과 하부의 방수도막재층 사이에 폴리우레아반응을 유도하여 방수도막재층과 방수시트층 간의 접착력을 향상시킨다고 주장하고 있다. 그러나 부직포층에 아민계화합물을 코팅하는 일반적인 공정은 롤 코터(roll coater) 또는 스프레이 코터 등을 사용한 물리적 코팅공정을 거치게 된다. 특히 아민계화합물의 특성과 이를 용해하는데 쓰이는 용매에 따라서 아민계 화합물의 부직포층에 대한 코팅 및 물리적 부착특성이 결정되나, 아민계 화합물과 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포와는 일반적으로 상용성을 가지기 어렵다. 공개특허 10-1600072(공고일자 2016. 3. 15.)에서는 코팅방법 및 적용되는 아민계 화합물과 이에 대한 용매를 명시하지 못하였다. 그럼에도 불구하고 공고특허 10-1600072(공고일자 2016. 3. 15.)는 시트 방수와 폴리우레탄 도막방수를 복합한 방수시스템에 있어서 아민계 화합물이 코팅된 부직포층을 기재하여 아민계 화합물과 부직포층의 물리적 부착을 개시하고 있다.
폴리우레탄 도막과 물리적으로 접착되는 방수시트층 상부 또는 하부표면은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌보다 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포를 주로 적용한다. 그러나 PET 부직포도 소수성이 커서 우레탄 극성기를 가지는 폴리우레탄과 상용성이 부족하여 상호 접착 후에 필연적으로 박리가 발생하는 바, 이는 시트방수 표면과 폴리우레탄 도막의 상호 접착면이 쉽게 분리됨으로써 시트방수와 폴리우레탄 도막방수를 복합한 방수시스템의 장점을 제대로 살리지 못하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 방수시트층과 폴리우레탄 도막방수재층을 복합한 방수시스템에서 방수시트층 표면이 폴리우레탄과 결합하는 결합제로 코팅된 것이 아니라, 방수시트층 표면이 적용되는 결합제와 화학적 결합을 이루며 동시에 적용되는 결합제와 폴리우레탄 도막방수재층 간의 화학적 결합이 발생하여 방수시트층 표면과 폴리우레탄 도막방수재층 간에 통합적인 화학적 결합이 이루어진 방수시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기 목적은
방수시트 층의 표면에 하이드록실기(-OH)를 발생시키는 단계; 상기 단계에서 얻은 하이드록실기(-OH)를 도막 방수층의 디아이소시아네이트(di-isocyanate)와 직접 우레탄 결합을 시키거나 또는 실란커플링제의 알콕시실란(alkoxy silane)을 매개하여 우레아 또는 우레탄 결합을 시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 시트방수재와 도막방수재층을 통합적 화학적으로 결합시킨 방수시스템을 제공함으로써 달성하였다.
방수자재와 도막 방수, 시트 방수, 시트복합방수 등 방수공법에서 발생하는 가장 대표적인 문제점 또는 하자는 도막의 균열과 찢어짐, 시트 이음부 파단 등이다. 상기 문제점 또는 하자는 콘크리트 바탕면의 거동(움직임)에 대한 도막의 대응력 부족, 방수 시트 재료와 이음 재료와의 상이성 및 방수 시트 이음부에서의 접착력 약화가 큰 요인으로 작용한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 시트 방수와 폴리우레탄 도막 방수를 복합한 방수시스템이 시중에 사용되고 있으나, 방수시트층 표면과 폴리우레탄 도막재 간의 접착에 상호 간의 점착력과 같은 물리적 방법에 의존하고 있다. 폴리우레탄 도막과 물리적으로 접착되는 방수시트층 표면은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌보다 폴리에틸렌테레프탈레이트 부직포를 주로 적용한다, 그러나 PET 부직포도 소수성이 커서 우레탄 극성기를 가진 폴리우레탄과 상용성이 부족하여 상호 접착 후 필연적으로 박리가 발생한다. 이와 같은 방수시트층 표면과 폴리우레탄 도막의 상호 접착 면이 쉽게 분리되는 문제점이 있어서 시트 방수와 폴리우레탄 도막 방수를 복합한 방수시스템의 장점을 살리지 못하고 있는바, 이를 극복하기 위하여 본 발명은 시트 방수와 폴리우레탄 도막방수를 복합한 방수시스템에서 방수시트층 표면과 폴리우레탄 도막재 간의 통합적인 화학적 결합이 이루어진 방수시스템을 제조하는 효과가 있고 나아가 본원발명은 시트 방수와 폴리우레탄 도막방수를 복합한 방수시스템에 있어서 방수시트층 표면이 폴리우레탄과 결합하는 결합제로 코팅된 것이 아니라, 방수시트층 표면이 적용되는 결합제와 화학적 결합을 이루며 동시에 적용되는 결합제와 폴리우레탄 도막 방수재층 간의 화학적 결합이 발생하여 방수시트층 표면과 폴리우레탄 도막 방수재층 간에 통합적인 화학적 결합이 이루어진 방수시스템을 제조하는 것을 특징으로 하는데 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 표면개질 되어 하이드록실기(-OH)를 가지는 상부 층과, 이에 접하는 방수도막재 층의 우레탄을 생성하는 아이소시아네이트(isocyanate)의 우레탄 반응을 나타낸 그림이다.
도 2 는 표면개질된 상부층과 실란커플링제가 화학반응하여 결합하고 그 화학결합된 실란커플링제의 링커(linker) 끝의 관능기(6)와, 상부층과 접하는 방수도막재 층의 우레탄을 생성하는 아이소시아네이트(isocyanate)와의 우레아 반응(아민기[실란커플링제 관능기]의 경우) 또는 우레탄 반응(에폭시기[실란커플링제 관능기]의 개환 반응에 의해 생성되는 하이드록실기의 경우)를 나타낸 그림이다.
도 3 은 표면개질 되어 하이드록실기(-OH)를 가지는 상부층과, 이와 접하는 중앙기재층의 우레탄을 생성하는 아이소시아네이트(isocyanate)의 우레탄 반응을 나타낸 그림이다.
본 발명에서는 방수시트 층과 폴리우레탄 도막 방수재 층을 복합한 방수시스템에서, 방수시트 층 표면이 폴리우레탄과 결합하는 결합제로 코팅된 것이 아닌, 방수시트 층 표면이 적용되는 결합제와 화학적 결합을 이루며 동시에 적용되는 결합제와 폴리우레탄 도막 방수재층 간의 화학적 결합이 발생하여 방수시트 층 표면과 폴리우레탄 도막 방수재층 간에 통합적인 화학적 결합이 이루어진 방수시스템을 제조한다. 더욱 상세하게는 중심기재층(1), 중심기재층 상부의 상부층(2) 및 중심기재층 하부의 하부층(3)으로 이루어진 방수시트층(5)을 제조하고, 상기 중심기재층(1)은 [1] 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 고분자 재질의 시트 또는 부직포 층이거나, [2] 개질아스팔트 재질 또는 부틸고무 재질 또는 우레탄 재질 또는 개질아스팔트/우레탄 혼성재질 또는 부틸고무/우레탄 혼성재질의 방수 도막재 층(4)이거나, [3] 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 고분자재질의 시트 또는 부직포층의, 윗면 또는 아랫면 또는 위/아래면에 개질아스팔트 방수층 또는 부틸고무 방수층 또는 폴리우레탄 방수층 또는 개질아스팔트/우레탄 혼성방수층 또는 부틸고무/우레탄 혼성방수층이 코팅된 것이다. 상기 상부층(2) 및 하부층(3)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 시트 또는 부직포층을 포함하는 고분자재질의 시트 또는 부직포층이다.
상기 방수시트층(5)에 있어서, 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3)은 폴리우레탄과 접하는 표면에 하이드록실기(-OH)를 포함하는 극성 관능기를 가지는 것을 특징으로 하는 방수시트층(5)을 제조함으로써 본 발명의 목적이 1차적으로 달성된다. 더욱 자세히 설명하면, 폴리우레탄 도막방수재층 또는 개질아스팔트와 폴리우레탄의 혼성 도막방수재층 또는 부틸고무와 폴리우레탄의 혼성 도막방수재층이 상기 방수시트층(5)의 상부, 하부, 또는 상하부에 적층되는 상기 방수시트층(5) 또는; 상기 폴리우레탄 도막방수재층 또는 개질아스팔트와 폴리우레탄의 혼성 도막방수재층 또는 부틸고무와 폴리우레탄의 혼성 도막방수재층이 중심기재층(1)을 이루는 요소로서 상부층(2) 또는 하부층(3)과 접하는 상기 방수시트층(5)에 있어서; 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3)은 폴리우레탄과 접하는 표면에 하이드록실기(-OH)를 포함하는 극성 관능기를 가지는 것이다.
상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면의 상기 하이드록실기(-OH)를 포함하는 극성 관능기는, 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3)의 표면개질을 통하여 가지게 하는 것을 본 발명에서는 포함한다. 상기 표면개질은 코로나방전, 플라즈마방전, 글로우방전, 및 프라이머 처리 등의 방법에 의하여 실시된다. 프라이머 처리는 프라이머 코팅제, 언더코팅제 또는 앵커코팅제를 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면에 도포 및 건조함으로써 실시된다.
또한 본 발명의 상기 목적은 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면의 상기 하이드록실기(-OH)와 폴리우레탄을 생성하는 반응물인 디아이소시아네이트(di-isocyanate)가 우레탄결합을 함으로써 2차적으로 달성된다. 또 다른 방법으로서, 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면의 상기 하이드록실기(-OH)에 아민기(-NH2)를 링커(linker)의 끝에 관능기로 가지는 실란커플링제의 알콕시실란(alkoxy silane) 반응기가 반응하여 결합하고; 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3)표면에 결합된 실란커플링제의 관능기인 상기 아민기(-NH2)와 폴리우레탄을 생성하는 반응물인 디아이소시안이트(di-isocyanate)가 우레아 결합을 함으로써 2차적으로 달성된다. 상기 실란커플링제는 APS(amino-propyl-triethoxy silane)가 대표적으로 추천된다.
또한 본 발명의 상기 목적은, 또 다른 방법으로서, 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면의 상기 하이드록실기(-OH)에 에폭시기를 링커(linker)의 끝에 관능기로 가지는 실란커플링제의 알콕시실란(alkoxy silane) 반응기가 반응하여 결합하고; 상기 상부층(2)과 하부층(3) 표면에 결합된 실란커플링제의 관능기인 상기 에폭시기가 산성조건에서 에폭시링이 개방되어서 두개의 하이드록실기(-OH)를 가지게 되고; 상기 하이드록실기(-OH)는 폴리우레탄을 생성하는 반응물인 디아이소시아네이트(di-isocyanate)가 우레탄결합을 함으로써 2차적으로 달성된다. 상기 실란커플링제는 GPTMS(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)가 대표적으로 추천된다. 본 발명에서는 위와 같은 어느 하나 아상의 방법으로 방수시스템을 제공한다.
1. 중심기재층
2. 상부층
3. 하부층
4. 방수도막층
5. 방수시트층
6. 상부층의 하이드록실기(-OH)와 반응한 실란커플링제의 링커(linker) 말단에 위치한 관능기(아민기 또는 에폭시기)
7. 링커(linker)

Claims (14)

  1. 중심기재층(1); 상기 중심기재층(1) 상부의 상부층(2); 및 상기 중심기재층(1) 하부의 하부층(3);으로 구성된 방수시트층(5);을 포함하는 방수시스템에 있어서,
    상기 중심기재층(1)이 i) 폴리우레탄 방수도막층; ii) 개질아스팔트와 폴리우레탄의 혼성 방수도막층; 또는 iii) 부틸고무와 폴리우레탄의 혼성 방수도막층;으로 구성되며,
    상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3)은 상기 중심기재층(1)의 폴리우레탄과 접하는 표면에 하이드록실기(-OH)를 포함하는 극성 관능기를 갖고; 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면의 상기 하이드록실기(-OH)와, 상기 하이드록실기(-OH)가 접하는 폴리우레탄의 디아이소시아네이트(di-isocyanate)기가 우레탄결합을 하여 화학적으로 결합한 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  2. 중심기재층(1); 상기 중심기재층(1) 상부의 상부층(2); 및 상기 중심기재층(1) 하부의 하부층(3);으로 구성된 방수시트층(5); 및
    상기 방수시트층(5)의 상부, 하부 또는 상하부에 적층되는 i) 폴리우레탄 방수도막층; ii) 개질아스팔트와 폴리우레탄의 혼성 방수도막층; 또는 iii) 부틸고무와 폴리우레탄의 혼성 방수도막층;을 포함하는 방수시스템에 있어서,
    상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3)은 상기 적층되는 방수도막층의 폴리우레탄과 접하는 표면에 하이드록실기(-OH)를 포함하는 극성 관능기를 갖고; 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면의 상기 하이드록실기(-OH)와, 상기 하이드록실기(-OH)가 접하는 폴리우레탄의 디아이소시아네이트(di-isocyanate)기가 우레탄결합을 하여 화학적으로 결합한 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면의 하이드록실기(-OH)를 포함하는 극성 관능기는, 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3)을 표면개질시켜 얻는 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 표면개질은 코로나방전, 플라즈마방전 및 글로우방전 중의 어느 하나에 의하여 발생되는 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  5. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 상부층(2)과 하부층(3)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 고분자재질의 시트 또는 부직포층인 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부층(2) 또는 하부층(3), 또는 상부층(2)과 하부층(3) 표면의 상기 하이드록실기(-OH)에 실란커플링제의 알콕시실란(alkoxy silane) 반응기가 반응하여 결합하는 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 실란커플링제는 아민기(-NH2)를 관능기로 가지는 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  8. 제6항에 있어서, 상기 실란커플링제는 에폭시기를 관능기로 가지는 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  9. 제7항에 있어서, 상기 실란커플링제의 관능기인 상기 아민기(-NH2)와, 상기 아민기(-NH2)가 접하는 폴리우레탄을 생성하는 반응물인 디아이소시아네이트(di-isocyanate)가 우레아결합을 하는 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  10. 제8항에 있어서, 상기 실란커플링제의 관능기인 상기 에폭시기가 산성조건에서 에폭시링이 개방되어서 두 개의 하이드록실기(-OH)를 가지게 되고;
    상기 하이드록실기(-OH)는, 상기 하이드록실기(-OH)가 접하는 폴리우레탄을 생성하는 반응물인 디아이소시아네이트(di-isocyanate)가 우레탄결합을 하는 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  11. 제6항에 있어서, 상기 실란커플링제는 APS(amino-propyl-triethoxy silane) 인 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  12. 제6항에 있어서, 상기 실란커플링제는 GPTMS(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)인 것을 특징으로 하는 방수시스템 구조물.
  13. 제2항에 있어서, 상기 중심기재층(1)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 고분자재질의 시트 또는 부직포층인 방수시스템 구조물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 중심기재층(1)은 상기 고분자재질의 시트 또는 부직포층의, 윗면 또는 아랫면 또는 윗/아래면에 개질아스팔트 재질, 부틸고무 재질, 폴리우레탄 재질, 개질아스팔트/우레탄 혼성재질, 또는 부틸고무/우레탄의 혼성재질이 코팅된 것인, 방수시스템 구조물.
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