KR102060506B1 - 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 및 이를 이용한 친환경 도막형 바닥재 시공방법 - Google Patents

기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 및 이를 이용한 친환경 도막형 바닥재 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기능성 친환경 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 및 이를 이용한 친환경 도막형 바닥재 시공방법에 관한 것이다. 본 발명의 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물은 주제 : 경화제가 중량비로 1 : 0.1~0.7 비율로 혼합되며, 상기 주제는, 주제 중량 대비 오가노 실리카 졸 5 ~ 75 중량%, 유기 실란디올 1 ~ 30 중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 1~25 중량%, 무기 필러 분산액 1~25 중량%, 그래핀 분산액 1~25 중량% 및 알콕시 실란 가수분해물 1~65 중량%를 포함하고, 상기 경화제는, 경화제 중량 대비 알콕시 실란 가수분해물 20 ~ 65 중량% 및 알코올 35 ~ 80 중량%를 포함한다. 본 발명에 의하면, 표면 경도, 밀착성, 내오염성, 자외선 저항성, 불연성, 내한성, 내용제성, 내오존성 및 내구성 등이 우수하고, 상온 경화되기 때문에 도막 형성을 위해 고온 처리 등이 요구되지 않고, 경화 후에는 우수한 내수성, 내구성 및 통기성을 나타내며, 구조물 표면에 물리· 화학적 방호 기능으로 인하여 구조물의 사용 수명 연장과 유지관리 비용 절감 효과, 미관 및 조도를 개선할 수 있다.

Description

기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 및 이를 이용한 친환경 도막형 바닥재 시공방법{FUNCTIONAL ECO-FRIENDLY COATING-TYPE FLOOR MATERIALS COMPOSITE AND FLOOR CONSTRUCTION METHOD THEREWITH}
본 발명은 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 및 이를 이용한 친환경 도막형 바닥재의 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부착력, 표면 경도, 밀착성, 내오염성, 내마모성, 미끄럼 저항성, 자외선 저항성, 불연성, 내한성, 내용제성, 내오존성 등의 내구성 및 기능성이 향상된 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 및 이를 이용한 친환경 도막형 바닥재 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 건축 구조물 및 공장 등의 콘크리트 구조물에서 콘크리트 면을 그대로 노출할 경우 장기적으로 콘크리트의 열화에 의해 바닥면이 파쇄되거나 노화되어 인체에 유해한 콘크리트 분진 발생으로 환경오염의 문제를 일으키게 된다.
따라서, 이들 공간의 환경을 쾌적하게 유지하기 위해서는 바닥의 콘크리트 바닥면 특히 주차장 부분을 개선하여 크랙(crack)이나 분진의 발생을 억제하여야 한다. 이러한 단점을 보완, 개선하고 시각적인 효과를 얻기 위해서 마감재가 개발되어 적용되어 왔다.
현재 사용되는 바닥마감재는 주성분에 따라 크게 유기계 마감재와 무기계 마감재로 구분할 수 있다. 유기계는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 불포화 폴리에스터 수지 등을 사용한 제품이 대표적인데, 상온 경화형 가교결합을 형성하는 고분자타입으로 석유화학 유도품으로 제조되며, 질감이 우수하고 색상을 원하는 대로 거의 구현할 수 있으며, 균열발생이 적고 경우에 따라 탄성과 미끄럼방지 기능도 부여할 수 있으며, 건조가 빠르고 시공 후 유지관리도 비교적 손쉬운 제품이다. 하지만, 에폭시, 우레탄, 불포화 폴리에스터 등의 유기계 마감재는 유기 용제의 사용으로 인해 인체에 유해하고 작업환경을 열악하게 만들고, 유기계 마감재로 형성된 바닥층은 소음 발생 및 가연성의 문제가 있다. 뿐만 아니라, 종래의 대부분의 바닥 마감재는 수분과 접촉시 유해성분이 용출되고 화재발생시 휘발성 유기화합물(VOC) 등의 유독가스가 방출되어 친환경적이지 못하여 식당 및 식자재 제조 공장 등은 물론 환경문제가 부각되는 사업장에는 시공하기 곤란하여 적용에 한계가 있었다.
한편, 자기 수평성 모르타르의 조성물을 이용하는 무기계 마감재는 자료나 특허가 다수 공개되어 있고 현장에서 적용하고 있다. 하지만, 재료의 특성은 자기 수평성을 가지지만, 실제 현장에 적용하면, 피착재의 특성에 따라 자기 수평을 잘 이루어지지 않는다. 또한, 수평성에 치중한 나머지 하지와의 접착력이 부족하여 박리되는 현상이 발생하거나 균열이 발생할 소지가 있다. 이에 따라, 단순한 시멘트계의 마감으로는 최종 칼라 마감재로서의 기능을 가질 수 없고 그 상단에 또 다른 칼라 마감재로 시공해야하는 이중적인 어려움이 있다.
등록특허 제10-1533104호 (2015.06.25.) 등록특허 제10-1281120호 (2013.06.26.) 등록특허 제10-1400959호 (2014.05.22.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 표면 부착력, 표면 경도, 밀착성, 내오염성, 내마모성, 미끄럼 저항성, 자외선 저항성, 불연성, 내한성, 내용제성, 내오존성 등의 내구성 및 기능성이 향상된 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 제공함에 있다.
상술한 과제를 성취하기 위하여, 본 발명은, 표면 경도, 밀착성, 내오염성, 자외선 저항성, 불연성, 내한성, 내용제성, 내오존성 및 내구성 등을 개선하기 위한 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 및 이를 이용한 친환경 도막형 바닥재 시공방법을 제공한다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물은, 주제 : 경화제를 중량비로 1 : 0.1~0.7 비율로 혼합되는 조성물이며, 상기 주제는 오가노 실리카 졸, 유기 실란디올, 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트, 무기 필러 분산액, 그래핀 분산액 및 알콕시 실란 가수분해물을 포함하고, 상기 경화제는 알콕시 실란 가수분해물 및 알코올을 포함한다.
구체적으로 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 중 상기 주제는, 주제 중량 대비 오가노 실리카 졸 5 ~ 75 중량%, 유기 실란디올 1 ~ 30 중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 1~25 중량%, 무기 필러 분산액 1~25 중량%, 그래핀 분산액 1~25 중량% 및 알콕시 실란 가수분해물 1~65 중량%를 포함하고, 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 중 상기 경화제는, 경화제 중량 대비 알콕시 실란 가수분해물 20 ~ 65 중량% 및 알코올 35 ~ 80 중량%를 포함한다.
실무에서 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물은, 상기 주제와 상기 경화제를 별도 보관하다가, 사용하기 전 상기 주제와 경화제를 중량비 1 : 0.1~0.7 비율로 혼합한 후 예컨대 상온 ~ 60℃에서 예컨대, 2 ~ 24시간 동안 교반하여 제조할 수 있다.
상기 무기 필러 분산액은 물(예컨대, 증류수)에 무기질이 분산된 것으로서, 무기질 농도는 0.001~50중량%의 범위이다. 상기 무기질은 무기질 중량 대비 멀라이트 1~50중량%, 안료 1~50중량% 및 티타늄디옥사이드 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 그래핀 분산액은 산 용액에 그래핀 분말을 분산시키고 알칼리 용액으로 pH를 8로 조절한 것으로서, 용액 내 분산된 그래핀의 농도는 0.001~30중량%의 범위이다.
상기 알콕시 실란 가수분해물은 물의 존재 하에 알콕시 실란 간의 가수분해와 축합반응을 통해 제조된다.
또한, 본 발명은, 구조물의 표면에 있는 불순물, 이물질, 열화부위 등을 워터젯, 그라인더, 숏블라스터 등으로 제거하는 표면 치핑 단계와, 표면 치핑된 부위의 홈, 균열 등을 초속경 또는 에폭시 퍼티 등을 이용하여 바탕면 처리하는 단계와, 바탕면 상부를 연마기 등을 이용하여 표면 처리하는 단계와, 상기 표면 처리된 상부에 프라이머를 도포하는 단계와, 프라이머가 도포된 상부에 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 1차 도포하여 경화된 후 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 2차 도포하여 양생하는 단계 및 기능성을 개선하기 위하여 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물이 양생된 상부에 표면 강화제를 도포하여 양생하는 단계를 포함하는 친환경 도막형 바닥재 시공방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 부착력, 표면 경도, 밀착성, 내오염성, 내마모성, 미끄럼 저항성, 자외선 저항성, 불연성, 내한성, 내용제성, 내오존성 등의 내구성 및 기능성이 등이 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 상온 경화되기 때문에 도막 형성을 위해 고온 처리 등이 요구되지 않고 경화 후에는 우수한 내수성, 내구성 및 통기성을 나타내며, 콘크리트, 강재, 비철금속, 플라스틱, 유리 등과 같은 피착물과의 우수한 접착력을 나타내는 친환경 도막형 바닥재를 제공한다.
또한 구조물 표면에 물리· 화학적 방호 기능으로 인하여 구조물의 사용 수명 연장과 유지관리 비용 절감 효과, 미관 및 조도를 개선할 수 있다.
또한, 구조물의 부식 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시키며, 화재 시 각종 구조물의 보호를 위해 내열성과 방청 바닥재의 기능을 함께 발현할 수 있음은 물론 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전한 친환경 도막형 바닥재 시공방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물은, 주제 : 경화제를 중량비로 1 : 0.1~0.7 비율로 혼합되는 조성물이며, 상기 주제는 오가노 실리카 졸, 유기 실란디올, 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트, 무기 필러 분산액, 그래핀 분산액 및 알콕시 실란 가수분해물을 포함하고, 상기 경화제는 알콕시 실란 가수분해물 및 알코올을 포함한다.
구체적으로 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 중 상기 주제는, 주제 중량 대비 오가노 실리카 졸 5 ~ 75 중량%, 유기 실란디올 1 ~ 30 중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 1~25 중량%, 무기 필러 분산액 1~25 중량%, 그래핀 분산액 1~25 중량% 및 알콕시 실란 가수분해물 1~65 중량%를 포함하고, 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 중 상기 경화제는, 경화제 중량 대비 알콕시 실란 가수분해물 20 ~ 65 중량% 및 알코올 35 ~ 80중량%를 포함한다.
실무에서 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물은, 상기 주제와 상기 경화제를 별도 보관하다가, 사용하기 전 상기 주제와 경화제를 중량비 1 : 0.1~0.7 비율로 혼합한 후 예컨대 상온 ~ 60℃에서 예컨대, 2 ~ 24시간 동안 교반하여 제조할 수 있다.
상기 오가노 실리카 졸은, 원료 오가노 실리카 졸에 대하여 알콕시 실란(alkoxy silane, R1 nSi(OR2)4-n) 을 이용하여 가수분해 반응을 일으켜 입자 표면을 부분소수화 처리하는 방식의 처리 과정을 통하여 얻는다.
상기 원료 오가노 실리카 졸은, 시중에서 구입한 오가노 실리카 졸 제품으로 사용할 수 있으며, 일반적으로 입자크기가 10nm ~ 200nm 이며 다양한 용제에 분산된 실리카 졸을 나타낸다. 시중에서 구입할 수 있는 원료 오가노 실리카 졸 제품은, 실리카 입자크기는 10nm, 20nm, 50nm, 90nm, 150nm 로 이루이진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이를 한정하는 것은 아니다. 또한, 용제는 알코올계(메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알코올 등), 에테르계 (에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 등), 에스테르계(에칠 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필렌글리코 모노메틸에트르 아세테이드 등), 케톤계(엠이케이, 엠아이비케이 등)로 이루이진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 원료 오가노 실리카 졸을 처리하기 위한 알콕시 실란(alkoxy silane, R1 nSi(OR2)4-n)의 분자식 R1 nSi(OR2)4-n에서 R1은 탄소수 1 내지 8의 유기기이고, R2는 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 아실기를 나타낸다.
상기 가수분해 반응은 원료 오가노 실리카 졸 및 알콕시 실란의 혼합물에 용매와 촉매를 첨가하여 수행할 수 있는데, 용매로는 에탄올과 같은 알콜류 또는 물 등을 사용할 수 있고, 촉매로는 산 또는 알칼리계 촉매를 사용할 수 있다. 산계 촉매로는 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 초산(CH3COOH) 등을 사용할 수 있고, 알칼리계 촉매로는 수산화암모늄(NH4OH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 유기 아민 등을 사용할 수 있다.
상기 가수분해 반응에서, 상기 원료 오가노 실리카 졸은 5~75중량부 첨가하며, 바람직하게는 20~40중량부 첨가한다. 상기 알콕시 실란은 1~60중량부 첨가하며, 바람직하게는 5~20중량부 첨가한다. 상기 용매는 30~40중량부 첨가하며, 상기 촉매는 0.1~10 중량부 첨가한다. 상기 가수분해 반응은 20 ~ 90℃의 온도에서 실시할 수 있다.
상기 가수분해 반응에 의해 가수분해물이 단분산 실리카 졸의 입자 표면에 생성됨과 함께 중축합반응을 일으켜 오가노 실리카 졸을 얻을 수 있다. 이와 같이 원료 오가노 실리카 졸에 알콕시 실란을 처리하는 것에 의해 실리카 입자가 부분적으로 소수화되어 친수 및 소수성의 특성을 발현하게 된다.
상기 오가노 실리카 졸의 입자 표면을 부분소수화 처리를 위해 사용되는 알콕시 실란(organo alkoxy silane,R1 nSi(OR2)4-n)은, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란, 다이페닐다이에톡시실란, 트리페닐메톡시실란, 트리페닐에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필에틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리프로폭시실란, 3-아크릴옥시프로필메틸비스(트리메톡시)실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리메톡시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 크롤로프로필트리에톡시실란, 헵타데카플루오르데실트리메톡시실란 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 유기 실란디올은 오가노 실리카 졸과 알콕시 실란 가수분해물의 결합력을 증진시켜 일체화된 도막을 형성 시켜 줄 뿐만 아니라 기재와 밀착성을 증진, 내수성 및 발수성을 개선시키기 위해 사용한다. 상기 유기 실란디올은 주제 중량 대비 1~30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 유기 실란디올의 함량이 30중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점성이 높아져 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 미흡하게 된다.
상기 유기 실란디올은 유기 작용기가 치환 또는 비치환된 사슬 및 2개의 수산화기가 결합된 실란화합물일 수 있으며, 일례로 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 혼합물로부터 선택하여 사용할 수 있다.
화학식 1 : R3 mR4 KSi(OH)4-m-k
상기 화학식 1에서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 (C1~C20)알킬, (C3~C8) 사이클로알킬, (C3~C8)사이클로알킬로 치환된 (C1~C20)알킬, (C2~C20)알케닐, (C3~C20) 알키닐 및 (C6~C20)아릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상 또는 아크릴기, 메타크릴기, 아릴기, 할로겐기, 아미노기, 머캡토기, 에테르기, (C1~C20) 알콕시기, 술폰기, 니트로기, 하이드록시기, 사이클로부텐기, 카르보닐기, 카르복실기, 알키드기, 우레탄기, 비닐기, 니트릴기, 에폭시기, 옥세탄기 및 페닐기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 작용기를 포함하며, m 및 k는 각각 0 내지 3의 정수이다.
보다 구체적으로는, 상기 유기 실란디올은 디페닐실란디올, 디이소부틸실란디올, 1,4-비스(하이드록시디메틸실릴)벤젠 및 4-비닐디페닐실란디올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 알콕시 실란 및 유기 실란디올은 1: 0.2 내지 5.0 혹은 1: 0.2 내지 4.0의 몰비로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트는 부착력, 내후성, 내충격성을 개선시키기 위하여 사용된다. 상기 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트는 주제 중량 대비 1~25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트의 함량이 25중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점성이 높아져 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 미흡하게 된다.
상기 무기 필러 분산액은 강도, 내마모성, 내열성, 내화학성, 내구성을 개선하기 위해 사용하며, 용매(예컨대, 물)에 무기질이 분산된 형태이다. 상기 무기질 은 무기질 중량 대비 멀라이트 1~50중량%, 안료 1~50중량%, 및 티타늄디옥사이드 0.01~10중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 무기 필러 분산액에서의 무기질 농도는 0.001~50중량%의 범위로 하는 것이 가능할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 무기 필러 분산액은 주제 중량 대비 1~25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 무기 필러 분산액의 함량이 25중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점성이 높아져 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 미흡하게 된다. 물에 분산하여 제조하며 사용가능한 안료는 이산화 티탄, 적색 산화철, 황색 산화철, 녹색 산화철, 산화크롬(Cr2O3), 자색 산화철, 흑색 산화철 및 카본블랙 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 그래핀 분산액은 휨, 인장강도, 전기저항성, 열전도율, 내마모성, 내식성, 자외선 저항성 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용된다. 상기 그래핀 분산액은 주제 중량 대비 1~25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 그래핀 분산액의 함량이 25중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점성이 높아져 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 미흡하게 된다.
상기 그래핀 분산액은 용매 내에 그래핀 분말 입자가 분산된 형태이다. 그래핀은 탄소원자로 만들어진 원자크기의 벌집 형태 구조를 가진 소재로, 두께가 0.2nm로 얇아서 투명성이 높고, 상온에서 구리보다 100배 많은 전류를, 실리콘보다 100배 빨리 전달할 수 있으며, 열전도성이 최고라는 다이아몬드보다 2배 이상 높다. 또한, 인장 강도가 강철보다 200배 이상 강하지만, 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는 성질을 가지고 있다. 따라서 그래핀 분산액은 휨, 인장강도, 전기저항성, 열전도율, 내마모성, 내식성, 자외선 저항성 및 내구성을 개선하기 위해 사용한다.
상기 그래핀 분산액은 산 용액에 그래핀 분말을 분산시키고 알칼리 용액으로 pH를 8로 조절한 것으로서, 용액 내 분산된 그래핀의 농도는 0.001~30중량%의 범위이지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 주제 및 경화제 양자 모두에 구성 성분으로 사용되는 알콕시 실란 가수분해물은 물의 존재 하에 알콕시 실란 간의 가수분해와 축합반응을 통해 제조된다.
하기 반응식 1 내지 반응식 2은 물과 촉매의 존재 하에 알콕시 실란의 가수분해와 축합 반응을 개략적으로 나타낸 것이다.
반응식 1 :
Figure 112019094617371-pat00001
반응식 2 :
Figure 112019094617371-pat00002
상기 반응식 1 내지 2에서, R은 선형 또는 분지형의 C1 ∼ C20 알킬기, C3 ∼ C20 사이클로알킬기, C2 ∼ C20 알케닐기, C3 ∼ C20 알키닐기, C6 ∼ C20 아릴기, 아크릴기, 메타크릴기, 할로겐기, 아미노기, 머캅토기, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 카르복실기, 비닐기, 나이트로기, 술폰기, 알키드기 등으로 이루어진 군에서 1종 이상의 작용기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기의 반응식 1은 출발 물질인 알콕시 실란의 알콕시기가 물에 의해 가수분해되어 수산화기를 형성하는 것을 나타낸 것이다. 이를 통해 형성된 수산화기는 반응식 2에서 볼 수 있듯이 다른 실란의 수산화기 또는 알콕시 간의 축합반응을 통해서 실록산 결합을 형성한다.
상기의 반응식 1 및 반응식 2를 이용하여 실록산 화합물을 제조할 시 반응속도를 조절하기 위해 촉매를 사용하게 되는데, 사용 가능한 촉매로는, 예를 들어, 염산, 아세트산, 질산, 황산, 클로로술폰산, 요오드산, 필로인산 등의 산 촉매; 암모니아, 수산화칼륨, 수산화바륨, 이미다졸 등의 염기 촉매가 있으며, 또한 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되어 사용될 수 있다. 촉매의 양은 특별히 제한되지 않으나, 산 촉매 및 염기 촉매의 경우 알콕시 실란 중량 대비 0.01 내지 1.00중량%를 첨가할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기의 가수분해 및 축합반응은 상온에서 약 2 ~ 24시간 정도 교반에 의해 진행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 알콕시 실란은 하기 화학식 2로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
화학식 2: R1 nSi(OR2)4-n
예를 들면, 상기 화학식 2로 표시되는 알콕시 실란은, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란, 다이페닐다이에톡시실란, 트리페닐메톡시실란, 트리페닐에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필에틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리프로폭시실란, 3-아크릴옥시프로필메틸비스(트리메톡시)실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리메톡시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 크롤로프로필트리에톡시실란, 헵타데카플루오르데실트리메톡시실란 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물의 제조방법을 설명하기로 한다.
발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물은 주제 중량 대비 주제로서 오가노 실리카 졸 5 ~ 75 중량%, 유기 실란디올 1 ~ 30 중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 1~25 중량%, 무기 필러 분산액 1~25 중량%, 그래핀 분산액 1~25 중량% 및 알콕시 실란 가수분해물 1~65 중량%와 경화제로서 경화제 중량 대비 알콕시 실란 가수분해물 20 ~ 65 중량% 및 알코올 35 ~ 80 중량%를 예컨대 상온 ~ 60℃에서 예컨대, 2 ~ 24시간 동안 교반 혼합하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 따른 친환경 도막형 바닥재 시공방법을 설명하기로 한다.
구조물의 표면에 있는 불순물, 이물질, 열화부위 등을 워터젯, 그라인더, 숏블라스터 등으로 제거하는 표면 치핑 단계와, 표면 치핑된 부위의 홈, 균열 등을 초속경 또는 에폭시 퍼티 등을 이용하여 바탕면 처리하는 단계와, 바탕면 상부를 연마기 등을 이용하여 표면 처리하는 단계와, 상기 표면 처리된 상부에 프라이머를 도포하는 단계와, 프라이머가 도포된 상부에 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 1차 도포하여 경화된 후 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 2차 도포하여 양생하는 단계 및 기능성을 개선하기 위하여 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물이 양생된 상부에 표면 강화제를 도포하여 양생하는 단계를 포함하는 친환경 도막형 바닥재 시공방법을 제공한다.
상기 프라이머는 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물과 피착물과의 고착되기 용이하게 하는, 우레탄계 프라이머, 아크릴계 프라이머, 아크릴-우레탄계 프라이머, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA)계 프라이머, 스티렌-부타디엔계 프라이머, 또는 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 표층 강화제는 부착력, 표면 경도, 밀착성, 내오염성, 내마모성, 미끄럼 저항성, 자외선 저항성, 불연성, 내한성, 내용제성, 내오존성 등의 내구성 및 기능성을 개선하기 위하여 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 제조할 때 사용한 오가노 실리카 졸 또는 알콕시 실란 가수분해 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 구조물이라 함은 콘크리트, 강재, 비철금속, 타일 등의 구조물을 말한다.
이하에서, 본 발명에 따른 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
오가노 실리카 졸 제조
5ℓ 반응기에 원료 오가노 실리카 졸(Grace사, HS-30) 3kg을 투입 교반하고, 반응기의 온도를 약 60℃로 유지하면서, 알콕시 실란의 일종인 r-글리시독시프로필트리메톡시실란 (시약급) 0.2kg을 정량펌프를 이용하여 20㎖/min의 속도로 투입하고, 그 온도에서 12시간 동안 부분가수분해 중합 반응하여 오가노 실리카 졸을 만들고 상온까지 냉각한다. 상기 냉각은 오가노 실리카 졸을 상온에 두어 자연적으로 냉각하는 방법으로 실시하였다. 상기 가수분해는 용매와 촉매를 이용할 수 있는데, 용매로는 에탄올을 사용하고 촉매로는 산계 촉매인 염산(HCl)을 사용한다. 용매는 오가노 실리카 졸 중량 대비 35중량% 첨가하며, 촉매는 1중량% 첨가한다.
무기 필러 분산액
냉각수 자켓이 장착된 10ℓ 반응기에 증류수 7kg을 투입하여 반응기의 자켓에 냉각수를 순환하면서 반응기 온도를 50℃로 유지하면서 멀라이트 0.2kg, 산화철 분말 0.2kg 및 티타늄디옥사이드 0.1kg을 천천히 투입하여 4시간 동안 교반하여 무기 필러 분산액을 제조한다.
그래핀 분산액
냉각수 자켓이 장착된 10ℓ 반응기에 40 ml의 citric acid (농도; 1mg/ml) 수용액에 나노 그래핀을 Teflon-lined autoclave에 넣고 200℃에서 3 시간 동안 교반한 후, 상온으로 냉각시킨 후에 NaOH를 이용해서 pH를 8로 조절하여 그래핀 분산액을 제조한다.
알콕시 실란 가수분해물 제조
테트라메톡시실란 5kg, 페닐트리에톡시실란 4kg을 미리 15L 반응기에 투입하여 40℃에 1시간 동안 충분히 교반 혼합하고, 따로 준비한 증류수 3kg와 염산 50g을 순차적으로 투입하여 10시간동안 가수분해, 축합반응을 하여 제조한다.
<실시예 1>
냉각수 자켓이 장착된 20L 반응기에 상기 원료 오가노 실리카졸에 알콕시 실란 처리하여 제조한 오가노 실리카 졸 5kg을 투입하여 교반하면서 디페닐실란디올을 2kg 10ml/min 속도로 투입하여 3시간동안 교반한 후에 상기 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 1kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반하고, 상기 제조한 무기 필러 분산액 0.5kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한 후에 상기 그래핀 분산액 0.5kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한다. 이 용액을 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 상기 경화제로서 알콕시 실란 가수분해물 5kg과 이소플로필알콜 10kg를 20ml/min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하도록 함으로써 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 제조한다.
<실시예 2>
냉각수 자켓이 장착된 20L 반응기에 상기 원료 오가노 실리카졸에 알콕시 실란 처리하여 제조한 오가노 실리카졸 4.5kg을 투입하여 교반하면서 디페닐실란디올을 2kg 10ml/min 속도로 투입하여 3시간동안 교반한 후에 상기 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 1.5kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반하고 상기 제조한 무기 필러 분산액 0.5kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한 후에 상기 그래핀 분산액 0.5kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한다. 이 용액을 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 경화제로서 상기 제조한 알콕시 실란 가수분해물 4kg과 이소플로필알콜 7kg를 20ml/min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하여 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 제조한다.
<실시예 3>
냉각수 자켓이 장착된 20L 반응기에 상기 원료 오가노 실리카졸에 알콕시 실란 처리하여 제조한 오가노 실리카졸 4.5kg을 투입하여 교반하면서 디이소부틸실란디올을 2kg 10ml/min 속도로 투입하여 3시간동안 교반한 후에 상기 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 1kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반하고 상기 제조한 무기 필러 분산액 1kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한 후에 상기 그래핀 분산액 0.5kg을 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한다. 이 용액을 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 경화제로서 상기 제조한 알콕시 실란 가수분해물 7kg과 이소플로필알콜 14kg를 20ml/min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하여 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 제조한다.
이하는 상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예를 제시한다.
<비교예 1>
10L 반응기에 상기 제조한 오가노 수성 실리카 졸 5kg을 투입하여 교반하면서 상기 제조한 알콕시 실란 가수분해물 5kg을 20ml/min 속도로 천천히 투입한 후 2시간 동안 혼합하여 조성물을 제조한다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물과 비교예 1에 의하여 제조된 조성물을 KS F 4936에 의한 중성화촉진시험을 수행하였고, KS D 9502에 의하여 염수분무 시험을 수행하였고, KS M 2274에 의하여 촉진내후성 시험을 수행하였으며, KS F 4936에 의하여 부착강도, 도막형성 겉모양, 내투수성, 염화물 이온 침투 저항성 및 투습도 시험을 수행하였고, KS M ISO 2812에 의하여 내약품성(황산, 염산, 수산화 나트륨) 시험을 수행하였으며, KS D 6711에 의하여 내충격성 시험을 수행하였으며, 주택공사 전문시방-2006에 의하여 내오염성 시험을 수행하였고, 먹는 물 수질공정 시험법에 의하여 음용수용출 46개 항목 시험을 수행하였으며, 500g연필로 도막을 긁어 스크레치가 나지 않는 정도를 측정하여 연필경도시험을 실시하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
중성화촉진 (mm) 0 0 0 0.1
염수분무 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
부착강도
(kgf/cm2)		 표준양생 후 16 18 20 13
촉진내후성 후 15 17 19 12
온냉반복 후 15 17 19 12
내알칼리성 후 14 15 17 12
내염수성 후 16 18 19 11
도막형성
겉모양		 표준양생 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
온냉반복 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내알칼리성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내염수성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내투수성 투수되지않음 투수되지않음 투수되지않음 투수되지않음
염화물이온침투저항성(C) 12 8 7 25
투습도 1.0 1.0 1.0 1.4
내약품성 황산 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
염산 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
수산화나트륨 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내굴곡성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내충격성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내오염성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
음용수용출46개항목 용출안됨 용출안됨 용출안됨 용출안됨
연필경도 4H 4H 4H 2H
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 조성물에 비하여 성능이 월등히 높았다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 친환경 바닥 마감재 조성물과 비교예 1에 의하여 제조된 조성물의 특성을 비교하기 위하여 HPLC 분석(DNPH법) 및 ISO 11890-2:2000(E) 에 의하여 대기오염물질 방출량 시험을 수행하였으며, KS F 4039에 의하여 열전도율 시험을 수행하였고, KFIA-FI-1004 (암모니아 가스검지관)에 의하여 탈취성 시험을 수행하였고, 4-point probe method로 전기 전도도를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
항 목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
오염물질 방출량
(mg/kg)		 포름알데히드 불검출 불검출 불검출 불검출
VOCs 불검출 불검출 불검출 불검출
열전도율 (W/mk) 10.2 10.4 10.5 1.01
탈취성 (%) 84 86 88 75
전기전도도 (S/m) 11.0 11.6 12.0 5.8
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 친환경 바닥 마감재 조성물의 성능은 비교예 1에 따라 제조된 조성물에 비하여 월등히 높았다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (5)

  1. 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물로서,
    주제 : 경화제가 중량비 1 : 0.1~0.7 비율로 혼합되며,
    상기 주제는, 주제 중량 대비 오가노 실리카 졸 5 ~ 75 중량%, 유기 실란디올 1 ~ 30 중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 1~25 중량%, 무기 필러 분산액 1~25 중량%, 그래핀 분산액 1~25 중량% 및 알콕시 실란 가수분해물 1~65 중량%를 포함하고,
    상기 경화제는, 경화제 중량 대비 알콕시 실란 가수분해물 20 ~ 65 중량% 및 알코올 35 ~ 80 중량%를 포함하는
    것을 특징으로 하는 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기 필러 분산액은 증류수에 무기질이 분산된 것으로서, 상기 무기질의 농도는 0.001~50중량%이며, 상기 무기질은 무기질 중량 대비 멀라이트 1~50중량%, 안료 1~50중량% 및 티타늄디옥사이드 0.01~10중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 그래핀 분산액은 산 용액에 그래핀 분말을 분산시키고 알칼리 용액으로 pH를 8로 조절한 것으로서, 용액 내 분산된 그래핀의 농도는 0.001~30중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 알콕시 실란 가수분해물은 물의 존재 하에 알콕시 실란 간의 가수분해와 축합반응을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 이용하는 친환경 도막형 바닥재 시공방법으로서,
    구조물의 표면에 있는 불순물, 이물질, 열화부위를 제거하는 표면 치핑 단계와,
    표면 치핑된 부위의 홈, 균열을 초속경 또는 에폭시 퍼티를 이용하여 바탕면 처리하는 단계와,
    바탕면 처리된 상부를 연마기를 이용하여 표면 처리하는 단계와,
    상기 표면 처리된 상부에 프라이머를 도포하는 단계와,
    프라이머가 도포된 상부에 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 1차 도포하여 경화된 후 상기 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물을 2차 도포하여 양생하는 단계, 및
    양생된 상부에 표면 강화제를 도포하고 양생하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 도막형 바닥재 시공방법.
KR1020190113863A 2019-09-17 2019-09-17 기능성 친환경 도막형 바닥재 조성물 및 이를 이용한 친환경 도막형 바닥재 시공방법 KR102060506B1 (ko)

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