KR102065604B1 - 부착성능이 우수한 발청 억제형 도포 방청제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수지 100중량부에 대해 아크릴에멀젼 20 내지 80중량부, 제올라이트 분말 20 내지 80중량부, 티타늄 10 내지 40중량부, 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 5 내지 10중량부, 산화방지제 1 내지 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부착성능이 우수한 발청 억제형 도포 방청제에 관한 것이다.

Description

부착성능이 우수한 발청 억제형 도포 방청제{Rust inhibitor with excellent adhesion performance}

본 발명은 밀실한 페이스트가 형성되며, 타설면 및 철근과 부착력이 우수하여 들뜸현상이 없어 방청성이 우수하여 각종 구조물 등에 도포됨으로써 구조물의 발청, 열화 등 내구성 저해요인을 차단할 수 있는 방청제에 관한 것이다.

오늘날 콘크리트 구조물들이 널리 사용되고 있으며 그 중에서도 철도, 도로, 교량 및 터널 관련 콘크리트 구조물, 항만 및 수리 시설물 관련 콘크리트 구조물, 하수 종말 처리장 및 환경 콘크리트 구조물, 지하 암거·관거 구조물 및 건축 시설물관련 콘크리트 구조물 등에서 요구되는 성능은 콘크리트 수밀성을 통한 구체의 방수성능과 각종 열화인자에 대한 내구성능을 요구하여 왔으나 이에 대한 저항성이 부족하여 각종 콘크리트 구조물에서 방수성능 및 내구성능을 높이기 위하여 콘크리트 시공 후 내·외부에 방수시공을 추가로 진행하고 있는 실정이다.

또한 각종 콘크리트 관련 구조물 등에서는 철근 콘크리트의 철근을 부식시키는 성분(아황산가스, 질소화합물, 산성비 등)들이 다량으로 존재하고 있어 방수성능과 더불어 방청성능에 대한 대책도 절실히 필요하게 되었다.

이에 지금까지 각종 콘크리트 구조물의 방수성능, 방청성능 및 내구성능 등의 향상을 위한 대책 방안은 콘크리트 구조물 시공 후 콘크리트 표면에 침투방수, 도막방수 및 시트방수 공법 등을 적용하여 방수시공을 하였으나 시공상 어려운 부위가 발생되고 시공부위의 하자 발생이 늘면서 장기적인 내구성능을 확보하지 못함에 따라 유지관리의 어려움 및 보수주기 단축으로 인해 경제적 손실이 큰 실정이다.

한편 철재구조물의 경우도 건설 후 염해나 물의 침투 등에 강도가 저하될 뿐만 아니라 표면으로부터 부식이 발생하여 내구성 저하에 의해 사용 수명이 감소하게 된다. 특히 바닷가에 축조될 경우 염분의 침투를 받는 경우가 많으며 공장 폐수 지역이나 하수 지역에 축조될 경우에는 여러 화학 약품에 의한 침투를 받아 심각한 내구성 저하가 일어난다. 이러한 철재 구조물의 경우도 표면을 보호하기 위해 그 표면에 방청코팅제를 이용하여 도장하는 것이 일반적이다.

그런데 각종 구조물에 방청제를 도포하여 방청성을 향상시키도록 하는 기존 기술에서는 접합면의 들뜸, 균열 등 다양한 원인에 의해 발생되는 구조물의 발청을 충분히 억제할 수 없는 문제가 있었다.

대한민국 특허등록 제0500151호

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 다양한 원인에 의한 발청을 제어하기 위한 방청제를 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발청 억제형 도포 방청제(이하 "본 발명의 방청제"라함)는 수지 100중량부에 대해 아크릴에멀젼 20 내지 80중량부, 제올라이트 분말 20 내지 80중량부, 티타늄 10 내지 40중량부, 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 5 내지 10중량부, 산화방지제 1 내지 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 제올라이트 분말은 유기실란화합물을 포함하는 증기에 노출시킨 개질 제올라이트 분말인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 수지 100중량부에 대해 탄닌 1 내지 3중량부, 이디티에이 사엔에이(EDTAㆍ4Na) 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 수지 100중량부에 대해 탄산수소칼륨 0.1 내지 2중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 수지 100중량부에 대해 부틸카비톨 5 내지 10중량부, 부틸셀로솔브 5 내지 10중량부, 모노에틸렌글리콜 3 내지 10중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 수지 100중량부에 대해 테트라플루오르에틸렌 폴리머(Tetrafluoroethylene polymer; TFE) 5 내지 10중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명인 발청 억제형 도포 방청제는 밀실한 페이스트가 형성되도록 하면서, 콘크리트 및 철근 등 피도포체와의 부착력이 우수하여 들뜸현상이 방지되고, 균열저항성 등 내구성이 우수하여 발청억제효율이 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 방청제가 구조물 보수 및 보강에 있어 적용된 예를 도시한 개략도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명의 방청제는 수지 100중량부에 대해 아크릴에멀젼 20 내지 80중량부, 제올라이트 분말 20 내지 80중량부, 티타늄 10 내지 40중량부, 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 5 내지 10중량부, 산화방지제 1 내지 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 수지는 다양한 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 예로 수분산 우레탄수지가 사용되도록 하여 내수성을 증대시키면서 유기용제를 사용하지 않음에 따라 친환경적이고 시공시 안정성을 도모할 수 있다.

상기 아크릴에멀젼의 경우는 발수성을 향상시키면서 피도포체와의 부착력을 향상시키기 위한 구성에 해당한다. 상기 아크릴 에멀젼은 셀룰로오스 에스테르계열로 알카리성에서 에멀젼의 점도를 상승시키는 효과가 있다. 즉 콘크리트 구조물의 경우 강알카리 환경인데 이러한 강알카리 환경에서 타 증점제의 경우 증점의 효과가 저하될 수 있는 문제가 있는 바, 상기 아크릴에멀젼의 경우에는 알카리 환경하에서도 점도를 상승시켜 부착력을 강화시키는 효능이 발현되므로 본 발명에서는 증점제로 아크릴에멀젼이 첨가되도록 하는 것이다.

본 발명에서 사용한 아크릴에멀젼은 바람직하게는 고형분이 24 ∼ 26% 이고 밀도가 0.1∼ 10g/㎤ 인 음이온성인 것을 특징으로 한다.

또한 상기에 언급되지 않았으나 증점보조제 0.1∼0.5 중량부를 더 사용하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 메틸셀룰로오스를 사용하는 것이 타당하다. 증점보조제는 증점효과와 접착력을 증가 시켜주며 보습성이 향상되어 부착가능 시간이 늘어나 물리적 성능을 향상시켜 준다. 뿐만 아니라 작업성을 증진시키는 윤활특성을 가지고, 계면 활성 특성으로 인해 용액 내 분산된 입자들의 안정성을 향상시켜준다.

상기 제올라이트 분말은 충진제로서 강도를 향상시키는 것은 물론 도포시 모체의 음폐력을 높이는 기능을 하는 것이다.

상기 제올라이트 분말은 다공성 광물질로서 그 자체에 포함되는 다수의 기공들로 인해 소음과 충격을 흡수, 분산시켜 차음과 완충 기능을 할 뿐만 아니라 습윤과 단열성을 증대시키는 역할을 한다. 단, 상기 제올라이트 분말은 상기 배합범위 미만으로 포함되는 경우 충분한 소음 및 충격 저감효과를 기대할 수 없고 상기 배합범위를 초과하는 경우 타 성분들과의 결합력을 저하시키고 작업성을 저하시키는 문제가 있어 상기와 같이 한정하는 것이 바람직하다.

그런데 상기 제올라이트 분말은 표면에 개방 공극을 보유하고 있고, 내부 공극사이의 칸막이 벽은 형성된 틈이나 균열로 인하여 내부공극과 외부에 개방된 공극이 연결되어 있어서 강도가 낮고 수분과의 접촉시 수분이 쉽게 내부까지 침투되기 때문에 흡수성이 매우 높다. 즉 제올라이트 분말의 첨가에 의해 강도가 저하되는 문제가 있으며, 배합시 물을 너무 많이 흡수하여 배합비 조절이 어려운 것은 물론 건조수축 등 균열을 유발할 수 있는 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 상기 제올라이트 분말이 배합되도록 하되, 유기실란화합물을 포함하는 증기에 노출시킨 개질 제올라이트 분말이 사용되도록 하여 상기와 같은 문제를 해결토록 하는 예를 제시한다.

제올라이트 분말 원재료를 유기실란화합물을 포함하는 증기에 노출시켜 내부공극에 유기실란화합물이 충진되도록 하는 것이다.

상기 유기실란화합물은 소수성으로 표면처리 된 나노 콜로이드 졸과 가수분해 및 축중합 반응을 하여 고온에서의 안정성과 내구성을 향상시키도록 하는 것인데 이러한 유기실란화합물이 제올라이트 분말의 내부공극에 충진되도록 하여 강도를 보강토록 하는 것이며 유기실란화합물의 소수성으로 인해 수분의 흡수율을 저하시키도록 하는 것이다. 즉 제올라이트 분말의 내부공극에 유기실란화합물에 의한 코팅층이 도포되도록 하여 내부 공극사이의 칸막이 벽에 형성된 틈이나 균열을 메우게 되어 강도가 보강되는 것이며, 이러한 내부 공극을 소수화시켜 물의 흡수를 제어토록 하는 것이다.

상기 유기실란화합물은 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 비닐메틸디메톡시실란, 비닐메틸디에톡시실란, 비닐메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 테트라에톡시실란, 에톡시메틸비닐실란, 부톡시트리메틸실란, 부틸트리메톡시실란, 디페닐에톡시비닐실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 부톡시트리메틸실란, 부틸트리메톡시실란, 디페닐에톡시비닐실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 메틸트리아세톡시실란, 테트라페톡시실란, 테트라프로폭시실란, 비닐트리이소프로폭시실란 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.

여기서 반응성 유기실란화합물을 포함하는 증기에 제올라이트 분말의 노출은 전형적으로 감압 하에 실행되며, 승온에서(예를 들어, 20℃ 내지 40℃ 범위에서) 실행될 수 있다. 반응성 유기실란화합물의 증기압이 어느 정도 고압(400pa 정도)으로 제올라이트 분말에 노출되도록 하여야 유기실란화합물이 내부기공으로 충진이 되는 것이다.

상기 타타늄의 경우도 충진제로서 강도를 보강하는 기능을 하며 또한 도포시 모체의 음폐력을 높이는 기능을 하는 것이고 이에 더하여 티타늄은 자체 탄성이 있어 온도변화에 따른 변형을 자체적으로 흡수할 수 있어 온도균열 등을 방지하여 내구성 저하포인트를 제어하도록 하는 것이다.

상기 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA)는 내수성을 향상시키도록 하는 구성으로서 특히 항상 수분에 노출되어 있는 철근콘크리트 구조물 등에 있어 내수성이 저하된 재료를 사용하게 되면 재 발청이 쉽게 발생하며, 콘크리트의 중성화가 쉽게 일어날 수 있어 재시공이 불가피하다. 이에 본 발명에서는 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA)가 첨가되도록 하여 내수성을 향상시키도록 하는 것이다.

한편 본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 수지를 수용성으로 사용하는 경우 도포후 경화과정에서 수분의 건조에 의한 수증기가 페이스트 내부 또는 표면에 기포 및 핀홀을 형성하며 경화되기 때문에 페이스트의 강도를 저하시키는 문제가 발생될 수 있다.

이에 본 발명에서는 상기에서 언급한 바는 없으나 소포제로 실리콘에멀젼 소포제가 사용되도록 할 수 있는데 이러한 소포제는 배합에 의해 연행되는 기포 및 상기에서 언급한 바와 같이 경화과정에서 연행되는 기포를 제거하여 강도저하를 방지하기 위한 것이다. 특히 실리콘에멀젼 소포제는 억포형 소포제로서 공기연행 자체를 제어토록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 소포제를 사용하는 경우라도 기포의 완전한 제거가 이루어지지 않거나 상기 범위를 초과하여 소포제를 사용하는 경우 유동성 확보가 용이하지 않은 문제가 있어 상기 범위로 소포제를 첨가함에 따라 시공후 기포가 잔존하게 된다. 그런데 잔존하는 기포는 시공후 기포가 터지면서 가스에 의해 페이스트 내부의 산화를 유발하게 되고 이러한 산화는 페이스트 전체 내구성 저하의 문제를 유발할 수 있는데 이에 본 발명에서는 산화방지제가 첨가되도록 한다.

상기 산화방지제는 그 종류를 한정하지 않는 바, 일 예로 디부틸히드록시톨루엔이 사용될 수 있으며 이와 같이 디부틸히드록시톨루엔이 첨가되어 시공후 잔존하는 기포에 의해 페이스트 내부의 부식, 산화 등 내구성 저하를 방지토록 하는 것이다.

또한 본 발명은 도포후 경화과정에서 도포한 페이스트가 흘러내리기 때문에 일정한 두께를 유지하기 위해서는 2-5회 반복시공이 필요로 하는 문제가 있을 수 있어 증점제를 더 첨가하도록 한다. 특히 증점제로는 디스테아디모늄헥토라이트(Disteardimonium Hectorite)가 혼합되도록 한다. 일반적인 증점제의 경우 타 조성들과 교반하는 과정에서 조기에 증점효과가 발생되어 조성간의 충분한 교반이 이루어지지 않아 물성의 균일성이 확보되지 않는 문제가 있으며, 특히 충진성이 저하되어 시공면에 균일한 충진이 이루어지지 않아 부착강도가 저하될 수 있다. 이에 본 발명에서는 디스테아디모늄헥토라이트가 사용되도록 하는 바, 상기 디스테아디모늄헥토라이트는 일반적인 접착증진제로 메틸셀롤로오즈(MC) 등과 달리 조성재료 혼합 시 즉각적인 증점효과가 나타나지 않고, 일정 시간 경과후에 증점효과를 나타내기 때문에 증점효과가 나타나는 시기가 다소 지연된다. 즉 디스테아디모늄헥토라이트는 타 조성의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있도록 교반시간을 제공하게 되며, 충분히 혼합된 후에 시공시 점성이 발현되어 굴곡 및 균열이 형성되는 피도포면에도 균일하게 충진이 되어 충분한 부착강도가 발현되도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 발청억제효율 등을 더욱 높이기 위한 실시 예로서 상기 조성들 외에도 수지 100중량부에 대해 탄닌 1 내지 3중량부, 이디티에이 사엔에이(EDTAㆍ4Na) 1 내지 3중량부가 더 포함되도록 하는 예를 제시한다.

본 발명의 방청제가 도포되는 피도포체가 도 1에서 보는 바와 같이 구조물(a)에 노출된 철근(b)인 경우 도포하는 과정에서 금속이온 등이 페이스트와 피도포체의 접합면으로 용출되어 접합면에서 금속이온이 흡착 등에 의해 상호 부착력을 저하시킬 수 있는데 이러한 점을 제어하기 위해 탄닌이 더 포함되도록 하는 것이다. 즉 이렇게 금속이온의 흡착 등에 의한 접합면에 공극의 형성은 부착력을 저하시키는 것은 물론 이러한 공극이 발청포인트로서 작용할 수가 있는 바, 본 발명에서는 탄닌이 첨가됨으로써 탄닌이 금속이온 등과 결합을 통해 금속이온이 표면으로 용출되는 것을 제어하게 되는 것이며, 이러한 제어에 의해 부착력 및 발청억제를 더욱 강화시키게 되는 것이다.

이에 더하여 본 실시 예에서는 이디티에이 사엔에이(EDTAㆍ4Na)가 더 포함되도록 하는데, 이디티에이 사엔에이(EDTAㆍ4Na)는 구조물 표면부식에 의한 스케일의 침적을 방지토록 하기 위한 것이다.

상기 이디티에이 사엔에이(EDTAㆍ4Na)는 칼슘이온(Ca^{2 +}), 마그네슘이온(Mg ²⁺), 실리카(SiO₂) 등의 스케일을 발생시키는 금속성분과 결합하여 안정한 구형구조의 착화합물을 만든다. 이에 따라 상기 이디티에이 사엔에이는 금속이온을 불활성화시켜 철근 표면에 부착되지 않도록 하여 철근의 부식과 스케일을 방지해 주는 역할을 한다.

즉 본 실시예에서는 탄닌과 이디티에이 사엔에이(EDTAㆍ4Na)가 상호 보완적으로 작용을 하여 철근의 부식 및 스케일을 제어토록 하는 것이다.

또한 본 발명은 특히 수지를 수용성으로 사용하는 경우 페이스트에 유발될 수 있는 균열을 제어하여 발청억제는 물론 내구성을 향상시키도록 하는 실시 예를 제시하고 있다.

본 실시 예에서는 상기 조성들 외에도 수지 100중량부에 대해 부틸카비톨 5 내지 10중량부, 부틸셀로솔브 5 내지 10중량부, 모노에틸렌글리콜 3 내지 10중량부가 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다.

본 실시 예에서 부틸카비톨(Butyl Carbitol), 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve)가 첨가되도록 하는 이유는 부틸카비톨(Butyl Carbitol), 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve)가 수용성 용제로서 습윤성 활성화 기능이 발현되도록 하기 위한 것이다.

또한 본 실시 예에서 모노에틸렌글리콜이 더 첨가되는 바, 이는 동절기에 어느점을 낮춰줌으로써 동결에 대한 저항성을 향상시키는 것이며 균열에 대한 저항성도 향상시키도록 하는 것이다. 즉 경화과정에서 수분이 증발되나 페이스트 내부에 잔존하는 수분이 있을 수 있는데 이러한 수분은 계절이 변화하면서 동결 및 융해과정이 반복에 의해 부피의 변화가 발생되고 이러한 부피의 변화는 내부균열을 초래하게 되어 방수성, 내구성의 저하포인트로서 작용하게 되는 바, 본 실시 예서는 모노에틸렌글리콜이 첨가되도록 하여 어는점을 낮춤으로써 이러한 동결 및 융해에 대한 저항성 및 균열저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 수지 100중량부에 대해 탄산수소칼륨 0.1 내지 2중량부가 더 포함되는 예를 제시한다. 상기 탄산수소칼륨은 경화열 발생시 경화열 일부를 흡수함으로써 전체 경화열을 저하시키도록 하는 것으로 이러한 작용에 의해 경화열에 의한 균열을 제어할 수 있도록 하는 것이다. 즉 경화열에 의한 온도균열을 제어토록 하는 것이다.

한편 본 발명은 주재로 수분산 우레탄수지 등이 사용되는데 이러한 수지는 강알카리 환경에서는 부식에 대한 저항성이 현저히 낮아지는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 수지 100중량부에 대해 테트라플루오르에틸렌 폴리머(Tetrafluoroethylene polymer; TFE) 5 내지 10중량부가 더 포함되는 예를 제시하는 바, 이러한 테트라플루오르에틸렌 폴리머의 첨가로 전체 코팅층의 알카리 환경하에서 내부식성을 향상시키도록 하는 것이다.

이하 실험에 의해 본 발명의 실시예를 설명한다.

하기 실시예 1은 수분산 우레탄수지 100중량부에 대해 아크릴에멀젼 50중량부, 개질 제올라이트 분말 50, 티타늄 20중량부, 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 5중량부, 산화방지제 1중량부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 실시예 2의 경우 실시예 1과 동일하되 탄닌 1중량부, 이디티에이 사엔에이(EDTAㆍ4Na) 1중량부가 더 포함되도록 배합된 시료이고, 실시예 3의 경우 실시예 2와 동일하되 탄산수소칼륨 1 중량부, 모노에틸렌글리콜 3중량부가 더 포함되도록 배합된 시료이다. 이렇게 제조된 시료를 철근 표면에 각각 코팅을 하였다. 한편 하기 비교예의 경우는 시중의 방청제를 적용한 예이다.

상기 표 1의 내식성 평가에서 비교예에 비해 실시예들이 내식성이 개선됨을 알 수 있다. 실시예 1의 경우보다 실시예 2의 경우가 내식성면에서 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 탄닌과 이디티에이 사엔에이(EDTAㆍ4Na)가 상호 보완적으로 작용을 하여 금속이온을 불활성화 시킴에 의한 것으로 판단되며, 실시예 2보다 실시예 3의 경우가 더욱 유리한 효과가 발현되는 것을 알 수 있는데 이는 탄산수소칼륨 및 모노에틸렌글리콜의 첨가에 따라 균열저항성의 향상에 기인한 것으로 판단된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

Claims (6)

1. 수지 100중량부에 대해 아크릴에멀젼 20 내지 80중량부, 제올라이트 분말 20 내지 80중량부, 티타늄 10 내지 40중량부, 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 5 내지 10중량부, 산화방지제 1 내지 3중량부를 포함하고,
   수지 100중량부에 대해 테트라플루오르에틸렌 폴리머(Tetrafluoroethylene polymer; TFE) 5 내지 10중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 부착성능이 우수한 발청 억제형 도포 방청제.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제올라이트 분말은 유기실란화합물을 포함하는 증기에 노출시킨 개질 제올라이트 분말인 것을 특징으로 하는 부착성능이 우수한 발청 억제형 도포 방청제.
   
3. 제 1항에 있어서,
   수지 100중량부에 대해 탄닌 1 내지 3중량부, 이디티에이 사엔에이 (EDTAㆍ4Na) 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 부착성능이 우수한 발청 억제형 도포 방청제.
   
4. 제 1항에 있어서,
   수지 100중량부에 대해 탄산수소칼륨 0.1 내지 2중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 부착성능이 우수한 발청 억제형 도포 방청제.
   
5. 제 1항에 있어서,
   수지 100중량부에 대해 부틸카비톨 5 내지 10중량부, 부틸셀로솔브 5 내지 10중량부 및 모노에틸렌글리콜 3 내지 10중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 부착성능이 우수한 발청 억제형 도포 방청제.
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