KR102037428B1 - 외단열용 우레탄계 접착제 조성물 및 이를 이용한 외단열 시스템 - Google Patents

외단열용 우레탄계 접착제 조성물 및 이를 이용한 외단열 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 레졸형 페놀 수지; 및 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물 를 포함하는 우레탄계 외단열용 접착제 및 이를 이용한 외단열 시스템을 제공한다.

Description

외단열용 우레탄계 접착제 조성물 및 이를 이용한 외단열 시스템{URETHANE ADHESIVE COMPOSITION FOR EXTERNAL THERMAL INSULATION AND EXTERNAL THERMAL INSULATION SYSTEM APPLYING THE SAME}
외단열용 우레탄계 접착제 조성물 및 이를 이용한 외단열 시스템에 관한 것이다.
외단열 시스템에 적용하는 접착제는 주로 시멘트계 접착제로서 구성요소 자재는 크게 시멘트, 모래, 폴리머 에멀전, 첨가제로 구성되어 있다. 대부분 시공 현장에서는 이 자재 각각을 현장에서 배합하고 물을 부어서 혼합한 다음 단열재 접착제로 사용하고 있는데, 자재비 하락을 목적으로 구성요소 중 값이 싼 시멘트나 모래를 정해진 배합비 이상으로 섞어서 접착제 량을 늘려서 사용하거나, 상대적으로 값이 비싼 수용액상 폴리머 에멀젼의 양을 줄여서 시공하고 있는 실정이다. 이는 결국 단열재 탈락, 균열 및 백화현상을 유발하여 접착력 및 장기 내구성을 하락시키는 주요한 원인이 되고 있다. 또한, 기존의 분말형 외단열용 몰탈의 개발 추세는 점차적으로 시멘트 함량을 줄이고 폴리머 에멀젼 및 메틸셀룰로우즈 같은 유기물의 함량을 높임으로써 크랙저항성과 고탄성을 가질 수 있도록 진행하고 있는 실정이다.
그러나, 국내 건설 시공 현황은 고온 다습한 여름이나, 겨울의 영하의 온도에서 시공기간을 맞추기 위해서 외단열 시스템을 시공해야 하는데 이는 바로 시스템 품질 저하 및 다양한 하자 발생의 요인이 되고 있다. 따라서 종래의 대부분 단열재용 몰탈을 벗어나 경화속도가 빠르고 한국의 기후와 관계없이 적용할 수 있는 접착제의 개발이 시급한 상황이다.
본 발명의 일 구현예는 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 페놀 수지; 및 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물; 을 포함하는 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 콘크리트 벽체; 상기 콘크리트 벽체의 외벽에 부착된 접착제; 상기 접착제 상에 부착된 단열재; 및 상기 단열재의 외벽에 부착되어, 상기 단열재를 보호하는 보호 몰탈;을 포함하며, 상기 접착제는 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물; 아민계 촉매; 및 페놀 수지; 를 포함하는 조성물로 형성된 외단열 시스템을 제공한다.
본 발명은 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 레졸형 페놀 수지; 및 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물; 을 포함하는 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공한다.
상기 폴리올 화합물과 상기 페놀 수지의 중량비는 3 : 1 내지 20 : 1인 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
상기 폴리올 화합물의 중량평균 분자량은 1500g/mol 내지 6000g/mol 인 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
상기 페놀 수지의 중량평균 분자량은 500g/mol 내지 1500g/mol인 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
상기 조성물 고형분 100중량부에 대하여, 상기 이소시아네이트 화합물을 40 내지 50 중량부로 포함하는 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
상기 조성물 고형분 100중량부에 대하여, 아민계 촉매를 0.5 내지 3 중량부로 추가로 포함하는 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
상기 조성물은 용매를 추가로 포함하는 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
상기 조성물 고형분 100중량부에 대하여, 상기 용매는 메틸에틸케톤 1 내지 5 중량부 및 에틸렌글리콜 1 내지 5 중량부로 포함하는 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
상기 조성물의 부착 강도는 0.10 N/mm2 내지 0.30 N/mm2인 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 콘크리트 벽체; 상기 콘크리트 벽체의 외벽에 부착된 접착제; 상기 접착제 상에 부착된 단열재; 및 상기 단열재의 외벽에 부착되어, 상기 단열재를 보호하는 보호 몰탈;을 포함하며, 상기 접착제는 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 레졸형 페놀 수지; 및 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물을 포함하는 조성물로 형성된 외단열 시스템을 제공한다.
상기 조성물의 상기 폴리올 화합물과 상기 페놀 수지의 중량비는 3 : 1 내지 20 : 1 인 외단열 시스템을 제공할 수 있다.
상기 접착제는 1 내지 4mm의 두께로 도포된 외단열 시스템을 제공할 수 있다.
상기 외단열 시스템은 상기 보호 몰탈의 외벽에 부착된 마감재를 더 포함하는 외단열 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 외단열 시스템에 페놀수지가 함유된 우레탄계 접착제를 적용함으로써, 현장 발포시 빠른 경화로 인해 외기 노출에 있어서 내수성과 강도가 강화된 외단열 시스템을 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 우레탄계 외단열용 접착제를 이용한 외단열 시스템은 균일하고 최적화된 물성을 갖는 접착제를 사용함으로써, 현장 시공시 품질 관리가 가능하여 우수한 접착성 및 장기내구성을 보증할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외단열 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 사진이다.
본 발명자들은 외단열 시스템에 대해 연구하던 중, 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물; 아민계 촉매; 및 페놀 수지; 를 포함하는 우레탄계 접착제를 외단열 시스템에 적용함으로써, 현장 시공시 내수성과 강도가 강화된 외단열 시스템을 구현할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
외단열용 우레탄계 접착제 조성물
본 발명은 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 레졸형 페놀 수지; 및 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물을 포함하는 우레탄계 외단열용 접착제를 제공한다.
상기 폴리올 화합물은 폴리에스테르계 폴리올, 락톤계 폴리올, 폴리카보네이트계 폴리올, 폴리에테르계 폴리올 및 이들의 조합으로 형성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물일 수 있고, 바람직하게는 하기의 화학식1을 갖는 폴리에스테르계 폴리올일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112014093584840-pat00001
(n 은 10 내지 20인 정수이다.)
구체적으로, 상기 폴리올 화합물의 중량평균 분자량은 상기 폴리올 화합물의 중량평균 분자량은 약 1500 g/mol 내지 약 6000g/mol일 수 있다. 중량평균 분자량이 상기 범위를 벗어나면 조성물의 점도에 문제가 생길 우려가 있고, 첨가 효과 없이 제조 비용만을 상승시킬 우려가 크므로 경제적이지 못하다
상기 페놀 수지는 레졸형 페놀 수지로써, 하기의 화학식2의 구조를 가질 수 있다. 상기 페놀 수지를 조성물에 포함함으로써, 우레탄계 접착제가 외단열 시스템에 적용될 시 현장 발포에 있어서, 강도가 더 우수하고, 외부환경으로부터 내성이 좋은 접착제를 구현할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014093584840-pat00002
(n은 5 내지 15인 정수이다.)
구체적으로, 상기 페놀 수지의 중량평균 분자량은 약 500 g/mol 내지 약 1500g/mol일 수 있다. 상기 중량평균 분자량이 약 500g/mol 미만인 경우 내수성 및 강도에 대한 효과를 적절히 부여하지 못할 문제가 있고, 약 1500g/mol을 초과하는 경우 점도가 너무 높아질 우려가 있어, 상기 범위의 중량평균 분자량을 유지함으로써 본 발명을 용이하게 구현할 수 있다.
상기 폴리올 화합물과 상기 페놀 수지의 혼합비는 약 3 : 1 내지 약 20 : 1, 바람직하게는 약 3 : 1 내지 약 15 : 1, 보다 바람직하게는 약 3:1 내지 약 7:1일 수 있다. 상기 혼합비가 상기 범위를 벗어나, 페놀 수지가 과첨가되는 경우에는 수지의 점도가 상승하여 작업성이 떨어져서 사용상의 불편함이 증가한다. 반대로, 페놀 수지가 상기 범위 미만의 비율로 첨가되는 경우에는 가교 후 물리적 강성 하락 및 내수성 강화효과가 떨어져서 페놀 수지 첨가 효과가 미미할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 변성 디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트, 페닐렌 디이소시아네이트트, 메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 리신 이소시아네이트, 사이클로헥산 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌디페닐 이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트, 노르보넨 디이소시아네이트, 트리페닐메탄 트리이소시아네이트, 폴리페닐 폴리메틸렌 폴리이소시아네이트, 카보디이미드기를 포함하는 폴리이소시아네이트, 알로파네이트기를 포함하는 폴리이소시아네이트, 이소시아누레이트기를 포함하는 폴리이소시아네이트 및 이들의 조합으로 형성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물일 수 있고, 바람직하게는 메틸렌 디이소시아네이트일 수 있다.
또한, 상기 이소시아네이트 화합물은 상기 조성물 고형분 100중량부에 대하여, 상기 이소시아네이트 화합물을 약 40 내지 약 50 중량부로 포함할 수 있다. 상기 범위의 중량부 혼합하여 반응함으로써 형성된 조성물은 접착제의 크랙발생을 저하시킬 수 있다.
반대로, 상기 이소시아네이트 화합물이 상기 중량 범위를 벗어나서 반응하는 경우, 폴리머 화합물의 하이드록시기 또는 이소시아네이트 화합물의 이소시아네이트기가 잔류물로 남아 반응 후 결합된 조성물 중에 결합이 약한 지점(Weak Point)을 형성할 수 있고 이로 인해 반응에 의해 형성된 조성물이 쉽게 분해될 수 있다. 또한 초기반응이 과도하게 일어나 접착제의 강성이 약화될 소지가 있다.
상기 조성물 고형분 100중량부에 대하여, 아민계 촉매를 약 0.5 내지 약 3 중량부로 포함할 수 있다. 상기 아민계 촉매는 상기 폴리올 화합물과 상기 이소시아네이트 화합물의 반응시 우레탄 반응을 증진시킬 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 아민계 촉매는 Polycat®40, Polycat®SA-102, Polycat®SA2LE (Air products 사) 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 아민계 촉매를 약 0.5 미만으로 포함할 경우 우레탄 반응이 지연 되는 문제점이 있고, 약 3 중량부를 초과하여 포함할 경우 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용만을 상승시킬 우려가 크므로 경제적이지 못하다.
상기 조성물은 용매를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 용매는 상기 조성물 고형분 100중량부에 대하여, 메틸에틸케톤 약 1 내지 약 5 중량부 및 에틸렌글리콜 약 1 내지 약 5 중량부로 포함할 수 있다. 상기 용매를 포함함으로써 조성물 화학 구조상 유연성을 부여하고 수지 분자간 거리를 조절할 수 있는 효과를 부여할 수 있는데, 상기 메틸에틸케톤과 에틸렌 글리콜을 상기 범위로 포함함으로써, 보다 우수하게 발포 시 셀 형성 안정화 효과를 구현할 수 있다.
상기 조성물은 첨가제를 포함할 수 있는데, 상기 외단열용 우레탄계 접착제 조성물의 특정한 목적을 위하여 자외선 안정제, 산화 방지제, 조색제, 보강제, 충진제, 소포제, 계면활성제, 가소제 등을 적절히 첨가하여 상기 외단열용 우레탄계 접착제 조성물의 물성을 보강할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 상기 외단열용 우레탄계 접착제 조성물의 부착 강도는 성분비 조절 등을 통해 약 0.10 N/mm2내지 약 0.30 N/mm2일 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따른 조성물은 현장에서 배합하고 용매를 부어서 혼합하여 단열재를 부착하기 위한 접착제로 사용할 수 있다.
외단열 시스템
본 발명은 다른 구현예에서, 콘크리트 벽체; 상기 콘크리트 벽체의 외벽에 부착된 접착제; 상기 접착제 상에 부착된 단열재; 및 상기 단열재의 외벽에 부착되어, 상기 단열재를 보호하는 보호 몰탈;을 포함하며, 상기 접착제는 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 레졸형 페놀 수지; 및 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물을 포함하는 조성물로 형성된 외단열 시스템을 제공한다.
즉, 상기 조성물의 조성 및 특징에 관해서는 전술한 바와 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 외단열 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 외단열 시스템(100)은 콘크리트 벽체(110)와, 상기 콘크리트 벽체(110)의 외벽에 부착된 접착제(120)와, 상기 접착제(120) 상에 부착된 단열재(130)와, 상기 단열재(130)의 외벽에 부착되어, 단열재(130)를 보호하는 보호 몰탈(140)을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 외단열 시스템(100)은 보호 몰탈(140)의 외벽에 부착되며, 미적 감각을 부여하는 역할을 하는 마감재(150)를 더 포함할 수 있다.
특히, 본발명의 일 실시예에 따른 외단열 시스템(100)은 접착제(120)이 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물; 아민계 촉매; 및 페놀 수지; 를 포함하는 조성물로 형성된다.
즉, 본 발명의 실시예의 외단열 시스템(100)에 사용되는 접착제(120)는 전술한 외단열용 몰탈과 실질적으로 동일한 물질로 조성된다.
또한, 상기 외단열 시스템에서, 상기 접착제는 약 1 내지 약 4 mm두께로 도포될 수 있다. 상기 두께 범위를 만족함으로써 접착력을 향상시키는데 유리하며 콘크리트 벽체와 단열재를 접합시키는 작업을 용이하게 구현할 수 있다.
따라서, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 외단열 시스템은 균일하고 최적화된 물성을 갖는 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 사용함으로써, 현장 시공시 품질 관리가 가능하여 우수한 접착성 및 장기내구성을 보증할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 시편 제조
실시예 1
폴리에스테르 폴리올 화합물 45중량부, 페놀 수지 5 중량부, 아민계 촉매 1중량부 및 기타 첨가제 1 중량부를 무중력 분말 혼합기로 30분 동안 혼합하여 프리폴리머를 형성하였다. 이때, 상기 형성된 프리폴리머에 메틸렌 디이소시아네이트 화합물을 45 중량부로 포함하여 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 제조하였다.
이후, 상기 조성물을 메틸에틸케톤 1.5 중량부 및 에틸렌글리콜 1.5 중량부와 전동형 혼합기에서 1분 동안 혼합하여 접착제 조성물을 제조한 후, 가로X세로X높이가 300mmX300mmX50mm인 단열재 EPS상에 상기 외단열용 우레탄계 접착제 조성물을 2mm의 두께로 도포 및 건조한 후, 상기 접착제 조성물의 부착력 및 부착강도를 측정하였다.
실시예 2
상기 폴리에스테르 폴리올 화합물 47.5 중량부, 페놀 수지 2.5 중량부로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 외단열용 우레탄계 접착제 조성물의 부착력 및 부착강도를 측정하였다.
실시예 3
상기 폴리에스테르 폴리올 화합물 42.5 중량부, 페놀 수지 7.5 중량부로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 외단열용 우레탄계 접착제 조성물의 부착력 및 부착강도를 측정하였다.
비교예 1
상기 페놀 수지를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 외단열용 우레탄계 접착제 조성물의 부착력 및 부착강도를 측정하였다.
비교예 2
종래 판매중인 시멘트계 외단열용 접착제 (G2 본드)를 사용하여 실시예1과 동일하게 시편을 제조하여 부착력 및 부착강도를 측정하였다.
실험예
표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 물성을 KS F 4715에 의거하여 부착강도를 측정하였고, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.
부착력 (N) 부착강도 (N/m 2 )
실시예 1 0.0135 0.15
실시예 2 0.0108 0.12
실시예 3 0.0144 0.16
비교예 1 0.0099 0.11
비교예 2 0.0081 0.09
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 3의 부착력 및 부착강도가 비교예 1 내지 2의 부착력 및 부착강도에 비해 크게 측정되었는바, 실시예 1 내지 3의 외단열용 우레탄계 접착제 조성물이 비교예 1 내지 2의 접착제에 비해 강성과 접착력이 보다 우수함을 알 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
100 : 외단열 시스템 110 : 콘크리트 벽체
120 : 접착제 130 : 단열재
140 : 보호 몰탈 150 : 마감재

Claims (13)

  1. 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물;
    레졸형 페놀 수지;
    말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물; 및
    용매를 포함하는
    외단열용 우레탄계 접착제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올 화합물과 상기 페놀 수지의 중량비는 3 : 1 내지 20 : 1인
    외단열용 우레탄계 접착제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올 화합물의 중량평균 분자량은 1500g/mol 내지 6000g/mol인
    외단열용 우레탄계 접착제 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페놀 수지의 중량평균 분자량은 500g/mol 내지 1500g/mol인
    외단열용 우레탄계 접착제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 고형분 100중량부에 대하여, 상기 이소시아네이트 화합물을 40 내지 50 중량부로 포함하는
    외단열용 우레탄계 접착제 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 고형분 100중량부에 대하여, 아민계 촉매를 0.5 내지 3 중량부로 추가로 포함하는
    외단열용 우레탄계 접착제 조성물.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 고형분 100중량부에 대하여, 상기 용매는 메틸에틸케톤 1 내지 5 중량부 및 에틸렌글리콜 1 내지 5 중량부로 포함하는
    외단열용 우레탄계 접착제 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조성물의 부착 강도는 0.10 N/mm2 내지 0.30 N/mm2인
    외단열용 우레탄계 접착제 조성물.
  10. 콘크리트 벽체;
    상기 콘크리트 벽체의 외벽에 부착된 접착제;
    상기 접착제 상에 부착된 단열재; 및
    상기 단열재의 외벽에 부착되어, 상기 단열재를 보호하는 보호 몰탈;을 포함하며,
    상기 접착제는 말단에 하이드록시기를 갖는 폴리올 화합물; 레졸형 페놀 수지; 말단에 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물; 및 용매를 포함하는 조성물로 형성된
    외단열 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조성물의 상기 폴리올 화합물과 상기 페놀 수지의 중량비는 3 : 1 내지 20 : 1 인
    외단열 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 접착제는 1 내지 4mm의 두께로 도포된
    외단열 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 외단열 시스템은
    상기 보호 몰탈의 외벽에 부착된 마감재를 더 포함하는
    외단열 시스템.

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