KR102058597B1 - 콘크리트 보호용 도료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 보호용 도료 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로 아크릴 에멀젼을 주원료로 하여 접착성 및 내구성을 향상시키고 콘크리트의 중성화를 방지하고, 내염 성능이 우수하여 철근의 부식을 방지할 수 있는 도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 아크릴 에멀젼 100중량부와; 상기 아크릴 에멀젼 100중량부를 기준으로, 마그네슘 규산염 15~30중량부와, 표면 개질된 금속산화물 10~30중량부와, 이산화티타늄 10~30중량부와, 탄산칼슘 10~30중량부와, 프로필렌 글로콜 5~15중량부와, 메틸메타크릴레이트 5~15중량부와, 아민 화합물 1~3중량부와, 인산소다 0.1~0.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 보호용 도료 조성물{Concrete protection and metal corrosion protection paints}

본 발명은 콘크리트 보호용 도료 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로 아크릴 에멀젼을 주원료로 하여 접착성 및 내구성을 향상시키고 콘크리트의 중성화를 방지하고, 내염 성능이 우수하여 철근의 부식을 방지할 수 있는 도료 조성물에 관한 것이다.

콘크리트 구조물은 공기 중에 노출되면 수화물인 수산화칼슘이 공기 중의 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 생성하게 되는데, 이러한 작용으로 알칼리성인 콘크리트의 pH가 중성화되는 열화현상이 발생하며, 이러한 열화현상은 콘크리트의 내부로 진행되어 철근을 부식시키고 철근의 체적 팽창을 야기시켜 콘크리트 내부의 균열이 발생하여 구조물의 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 철근콘크리트 구조물이나 발전소 및 화학시설물, 하수관거, 폐수처리장등의 시설물은 산성 가스나 직접적인 산성폐수에 접촉됨으로써 구조물의 노후화가 더 빨리 진행되고 있다. 또한 외부로 확인할 수 있는 시설물뿐만 아니라 지하매설 시설물이나 수중구조물에 있어서도 노후화가 진행되고 있다. 이러한 산성 환경 하에 노출된 콘크리트 구조물의 열화단면을 보수하기 위한 여러 가지 재료 및 공법이 개발 적용되어지고 있으나 현재까지도 산성 환경에 대한 내구성능이 부족한 상황이다. 더욱이, 정수장이나 배수지의 콘크리트 구조물은 염소, 오존 등으로 물을 정수하기 때문에 이러한 물질에 노출되어 열화가 촉진된다.

정수장이나 배수지의 콘크리트 구조물의 표면을 도막공법이나 부착공법을 이용하여 보호하고 있다. 도막공법에는 일반적으로 에폭시계, 우레탄계 및 아크릴계 수지 도료 등과 같은 유기계 성분으로 이루어진 도료가 주로 사용되는데, 유기계 성분으로 이루어진 도료의 경우는 가공성이 좋고 접착성 및 유연성이 우수하다는 장점이 있으나, 도막을 형성하는 유기물이 자외선, 오존이나 수분에 의한 열화가 쉽게 발생하여 내구성이 저하되며, 내열성이 낮고 기름과 같은 유기물질이 혼입되어 오염되기 쉬운 문제점이 있다.

또한, 부착식에 사용되고 있는 FRP 판넬은 폴리에스테르(PE), 초산비닐(PVAC), 페놀수지(PF), 멜라민수지(MF), 에폭시수지 등 열경화성 수지(thermosetting resin)를 사용하는게 일반적이다. 그러나 상기와 같은 소재들은 열, 자외선, 산성 및 알카리성 화학물질, 유기용제, 내식성 등에 취약한 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1668591호 대한민국 등록특허 제10-0461575호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,본 발명의 목적은 콘크리트 표면에 도포하여 이산화탄소, 산성가스, 염소이온, 산소나 물 등의 침투를 억제하고, 콘크리트 내부의 수분을 외부로 배출시키는 통기성이 우수한 도막을 형성하여 콘크리트의 중성화 및 염해를 방지하여 수명을 연장시켜주며 미려한 색상을 가질 뿐만 아니라, 우수한 내염성능을 제공하여 철근 및 철판을 산화로부터 보호시켜 철근 및 철판을 부식되지 않게 보호해 주고, 수용성 제품으로 유기재료와 무기재료가 복합적으로 반응함으로 자외선에 대한 저항성이 탁월하여 자외선에 노출되었을 때 변색 및 물성 파괴에 대한 저항성이 강하고 신장율, 복원력이 높아서 콘크리트 크랙저항성을 가지고 있는 콘크리트 보호용 도료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 콘크리트 보호용 도료 조성물은 아크릴 에멀젼 100중량부와; 상기 아크릴 에멀젼 100중량부를 기준으로, 마그네슘 규산염 15~30중량부와, 표면 개질된 금속산화물 10~30중량부와, 이산화티타늄 10~30중량부와, 탄산칼슘 10~30중량부와, 프로필렌 글로콜 5~15중량부와, 메틸메타크릴레이트 5~15중량부와, 아민 화합물 1~3중량부와, 인산소다 0.1~0.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보호용 도료 조성물에 있어서, 표면 개질된 금속산화물은 텅스텐 산화물 10~30중량부와, 실란 화합물 1~3중량부와, 지방산 화합물 1~3중량부와, 비극성 용매 10~30중량부와, 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트 0.1~1중량부를 교반하면서 건조하여 텅스텐 산화물을 표면개질하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보호용 도료 조성물에 있어서, 아민 화합물은 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타민, 펜타에틸렌 헥사민, 프로필렌 디아민, 디부틸렌 트리아민, 헥사메틸렌 디아민 중에서 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보호용 도료 조성물에 있어서, 실란 화합물은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane), 퍼플루오로데실트리클로로실란(perfluorodecyltrichlorosilane), 퍼플루오로데실트리에톡시실란(perfluorodecyltriethoxysilane), 퍼플루오로옥틸트리에톡시실란(perfluorooctyltriethoxysilane) 중 적어도 어느 하나가 선택되며, 상기 지방산 화합물은 도데카노산(dodecanoic acid), 테트라데칸산(tetradecanoic acid), 헥사데칸산(hexadecanoic acid) 중 적어도 어느 하나가 선택되고, 상기 비극성 용매는 톨루엔, 헥산, 펜탄 중 적어도 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 콘크리트 보호용 도료 조성물은 콘크리트 표면에 도포하여 이산화탄소, 산성가스, 염소이온, 산소나 물 등의 침투를 억제하고, 콘크리트 내부의 수분을 외부로 배출시키는 통기성이 우수한 도막을 형성하여 콘크리트의 중성화 및 염해를 방지하여 수명을 연장시켜주며 미려한 색상을 가질 뿐만 아니라, 우수한 내염성능을 제공하여 철근 및 철판을 산화로부터 보호시켜 철근 및 철판을 부식되지 않게 보호해 주고, 수용성 제품으로 유기재료와 무기재료가 복합적으로 반응함으로 자외선에 대한 저항성이 탁월하여 자외선에 노출되었을 때 변색 및 물성 파괴에 대한 저항성이 강하고 신장율, 복원력이 높아서 콘크리트 크랙저항성을 가지고 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 각각 실험예 1, 2의 실험 결과를 나타내는 사진들이다.

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 콘크리트 보호용 도료 조성물은 아크릴 에멀젼 100중량부와, 상기 아크릴 에멀젼 100중량부를 기준으로, 마그네슘 규산염 15~30중량부와, 표면 개질된 금속산화물 10~30중량부와, 이산화티타늄 10~30중량부와, 탄산칼슘 10~30중량부와, 프로필렌 글로콜 5~15중량부와, 메틸메타크릴레이트 5~15중량부와, 아민 화합물 1~3중량부와, 인산소다 0.1~0.5중량부를 포함하는 것을 예시할 수 있다.

본 발명의 아크릴 에멀젼은 바인더 역할을 하는 수성 수지로서, 스티렌 모노머와, 아크릴레이트를 혼합한 것으로서 스티렌 모노머가 최소한 45 중량% 이상으로 구성되고, 수지고형분이 48~52 중량%, 이온교환수가 48~52 중량%, 에멀젼 수지의 평균입자 크기가 0.1~0.5㎛인 것을 예시할 수 있다.

본 발명의 마그네슘 규산염은 활석분으로서 천연으로 산출되는 광석 중 가장 연하여 모오스 경도 1 정도이며, 산이나 알칼리에도 비교적 안정하다. 본 발명에서는 산이나 알칼리에 대한 화학적 안정성 제공을 위해 포함된다.

이러한 마그네슘 규산염을 15중량부 미만으로 혼합할 경우 상술한 효과를 얻지 못하게 되고, 30중량부를 초과할 경우 기계적 강도가 낮아지는 것은 물론, 점도가 상승하여 시공성이 저하되므로 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명의 표면 개질된 금속산화물은 텅스텐 산화물 10~30중량부와, 실란 화합물 1~3중량부와, 지방산 화합물 1~3중량부와, 비극성 용매 10~30중량부와, 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트 0.1~1중량부를 교반하면서 건조하여 텅스텐 산화물을 표면개질하여 얻을 수 있다.

이러한, 상기 텅스텐 산화물은 WO₃인 것을 예시할 수 있으며, 표면 개질을 통해 자외선 및 적외선 차폐 효과는 물론, 내염성을 크게 향상시킬 수 있으며, 콘크리트 표면에서의 부착강도를 높여주며 도막의 열화현상을 억제하는 역할을 한다.

상기 실란 화합물과 지방산 화합물은 텅스텐 산화물 표면에 발수코팅막을 형성하여 콘크리트 표면에 수분이나 염수가 젖음성에 의해 흡수되는 것을 방지해주는것으로서, 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane), 퍼플루오로데실트리클로로실란(perfluorodecyltrichlorosilane), 퍼플루오로데실트리에톡시실란(perfluorodecyltriethoxysilane), 퍼플루오로옥틸트리에톡시실란(perfluorooctyltriethoxysilane) 중 적어도 어느 하나가 선택되는 것을 예시할 수 있다.

상기 지방산 화합물은 도데카노산(dodecanoic acid), 테트라데칸산(tetradecanoic acid), 헥사데칸산(hexadecanoic acid) 중 적어도 어느 하나가 선택되는 것을 예시할 수 있다.

상기 비극성 용매 대신 극성 용매를 사용하게 되면 예를 들어 실란 화합물끼리의 고분자 중합이 이루어져 분산 내지 표면 코팅이 어려워지기 때문에 비극성 용매를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 비극성 용매는 톨루엔, 헥산, 펜탄 중 적어도 어느 하나가 선택되는 것을 예시할 수 있다.

상기 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트는 실란 화합물과, 지방산 화합물의 가교제 역할을 한다.

상기 표면 개질된 금속산화물은 10중량부 미만이면 상술한 효과를 제공하기 어렵고, 30중량부를 초과하면 접착력이 저하되고 점도 증가에 따라 시공성 내지 작업성이 나빠지기 때문에 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명의 탄산칼슘(CaCO₃)은 물리적 강도, 내구성 및 통기성을 제공하기 위한 것으로서, 10중량부 미만이면 상술한 효과를 발휘하기 어렵고 30중량부를 초과하면 마그네슘 규산염, 이산화티타늄 등과 함께 아크릴 에멀젼 대비 고형분 함량이 과다해져 접착성이 크게 저하되므로 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명의 프로필렌 글로콜과 메틸메타크릴레이트는 도막의 접착력과 강도를 높이기 위해 첨가되는데, 각각 상술한 범위 미만이면 접착력과 강도 향상 효과를 기대하기 어렵고, 초과하면 통기성이 저하되므로 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명의 아민 화합물과 인산소다(Na₃PO_4·12H₂O)는 반응하여 내염 성능을 제고하는 역할을 한다.

상기 아민 화합물은 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타민, 펜타에틸렌 헥사민, 프로필렌 디아민, 디부틸렌 트리아민, 헥사메틸렌 디아민 중에서 적어도 하나가 선택되는 것을 예시할 수 있다.

본 발명의 콘크리트 보호용 도료 조성물의 보다 바람직한 실시예를 설명한다.

아크릴 에멀젼(칠성고분자(주)의 CS-875) 100중량부와, 상기 아크릴 에멀젼 100중량부를 기준으로 평균 입자 크기가 마그네슘 규산염 20중량부와, 표면 개질된 금속산화물 20중량부와, 이산화티타늄 20중량부와, 탄산칼슘 20중량부와, 프로필렌 글로콜 10중량부와, 메틸메타크릴레이트 5중량부와, 아민 화합물 2중량부와, 인산소다 0.2중량부를 혼합한 도료 조성물을 제조하였다. 여기서, 표면 개질된 금속산화물은 텅스텐 산화물 20중량부와, 퍼플루오로데실트리에톡시실란 2중량부와, 테트라데칸산 1중량부와, 펜탄 20중량부와, 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트 0.5중량부를 교반하면서 건조하여 얻어진다.

상기 본 발명의 도료 조성물의 성능을 확인하기 위해 아래의 실험예 1, 2와 같은 실험을 진행하였다.

철판으로 된 시편 위에 본 발명에 따른 도료를 도포하여 X자로 칼집을 만들고 염화나트륨 용액을 사용하여 시간이 경과됨에 따라서 녹이 발생하는 정도를 확인하였다. 실험예 1의 분무 시험은 주기적으로 분사기를 통해서 시편에 용액을 분사하여 염에 대한 내성을 확인한 것이며, 실험예 2의 침지 시험은 분무 시험보다 악조건으로 염화나트륨 용액에 시편을 담가 두고 시간이 경과됨에 따라서 녹이 얼마나 발생하는지 확인하였다.

[ 실험예 1]내염수 분무실험

내염수 분무 실험을 위해 NaCl(염화나트륨)30% 용액을 준비하고, 본 발명의 도료를 도포한 시편을 X자 표시로 칼집을 만든다. 그리고 NaCl(염화나트륨) 30% 용액을 분무장비를 통해 7일 동안 주기적으로 시편에 분사한다.

7일 후 철판으로 된 시편에 녹이 얼마나 발생했는지 측정한 결과, NaCl(염화나트륨) 30%용액을 7일 동안 분무 시킨 결과 비교예의 도료보다 본 발명에 따른 실시예 1의 도료가 내염 성능이 월등히 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.(도 1 참조) 비교예로서, 본 발명의 실시예 1에서 표면 개질된 금속산화물이 첨가되지 않은 기존 중성화방지용 도료를 사용하였다.

[실험예 2]내염수 침지실험

본 발명에 따른 실시예 1의 도료를 도포한 시편을 X자 표시로 칼집을 만든 다음, NaCl(염화나트륨) 30% 용액에 7일 동안 담가 둔다. 그리고 7일 후 철판으로 된 시편에 녹이 얼마나 발생했는지 측정한다.

시험 결과 분무 시험 및 침지 시험에서 기존 중성화방지용 도료보다 본 발명에 따른 실시예 1의 도료을 도포한 시편이 녹이 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.(도 2 참조)

위 실험예 1, 2의 결과를 통해 본 발명에 따른 도료 조성물의 내염 성능이 기존의 중성화 방지용 도료보다 월등히 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

[실험예 3]

상기 실시예 1에 따라 준비된 도료를 스프레이건으로 아스팔트 노면에 2mm 두께로 도포하여 20분간 상온 경화시킨 후 물성을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다. 아래 표 1에서 접착강도는 KS M 3723 방법에 준하여 시험하였다.

구분	접착강도 (MPa)	적외선 투과율(IR.T%)	색도(luminance factor) UV 노화 후(200시간) (△β)
실시예 1	3.01	0	0.02

위 실험예 1 내지 3 및 표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 도료 조성물은 내염 성능은 물론, 콘크리트 노면과의 접착강도가 우수하고, 적외선 및 자외선에 대한 내후성이 우수하다는 것을 알 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. 아크릴 에멀젼 100중량부와;
   상기 아크릴 에멀젼 100중량부를 기준으로, 마그네슘 규산염 15~30중량부와, 표면 개질된 금속산화물 10~30중량부와, 이산화티타늄 10~30중량부와, 탄산칼슘 10~30중량부와, 프로필렌 글로콜 5~15중량부와, 메틸메타크릴레이트 5~15중량부와, 아민 화합물 1~3중량부와, 인산소다 0.1~0.5중량부를 포함하되,
   상기 표면 개질된 금속산화물은,
   텅스텐 산화물 10~30중량부와, 실란 화합물 1~3중량부와, 지방산 화합물 1~3중량부와, 비극성 용매 10~30중량부와, 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트 0.1~1중량부를 교반하면서 건조하여 텅스텐 산화물을 표면개질하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보호용 도료 조성물.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 아민 화합물은,
   에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타민, 펜타에틸렌 헥사민, 프로필렌 디아민, 디부틸렌 트리아민, 헥사메틸렌 디아민 중에서 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보호용 도료 조성물.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 실란 화합물은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane), 퍼플루오로데실트리클로로실란(perfluorodecyltrichlorosilane), 퍼플루오로데실트리에톡시실란(perfluorodecyltriethoxysilane), 퍼플루오로옥틸트리에톡시실란(perfluorooctyltriethoxysilane) 중 적어도 어느 하나가 선택되며,
   상기 지방산 화합물은 도데카노산(dodecanoic acid), 테트라데칸산(tetradecanoic acid), 헥사데칸산(hexadecanoic acid) 중 적어도 어느 하나가 선택되고,
   상기 비극성 용매는 톨루엔, 헥산, 펜탄 중 적어도 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보호용 도료 조성물.
   

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