KR102075592B1 - 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물 - Google Patents

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Abstract

개시된 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물은, 수용성 아크릴 공중합체 45 내지 60 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 0.1 내지 3 중량%, 탄산칼슘 10 내지 25 중량%, 산화철 입자 5 내지 15 중량%, 이산화티탄 입자 5 내지 15 중량%; 및 금속 수산화물 0.01 내지 0.5중량%를 포함한다.

Description

콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물{AQUEOUS COATING COMPOSITION FOR CONCRETE STRUCTURE}
본 발명은 콘크리트 구조물용 코팅 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 방수-표면보호-염해방지 성능을 갖는 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트 구조물은 장기간에 걸쳐 산성비, CO2가스, 오존, 대기오염, 태양열, 동절기 염화칼슘 사용 등의 외부 환경에 의해 열화되어 콘크리트 구조물은 성능과 내구성이 현저히 저하된다.
콘크리트 구조물의 열화의 주된 원인 중 하나는 탄산화에 의한 중성화이다. 일반적으로, 경화된 시멘트 수화생성물인 수산화 칼슘(Ca (OH)2)이 존재하는데, 이는 강알칼리성으로 공기중의 탄산가스(CO2)를 흡수하여 서서히 탄산칼슘(CaCO3)으로 변한다. 이와 같이 알칼리성이 산성에 중화되어 pH가 7.5∼10 정도로 될 때의 현상을 중성화 현상이라고 한다. 중성화 자체는 콘크리트에 크게 문제가 되지 않으나, 그것이 내부에 있는 철근에 영향을 미치는 것이 문제가 된다. 콘크리트의 pH가 10정도만 되어도 철근에 녹이 발생하고, 녹슨 철은 체적이 약 2 내지 10배 정도의 팽창을 하므로 체적 팽창이 생겨 피복 콘크리트를 파괴하고 철근을 따라 균열이 발생 하게 된다. 심한 경우 콘크리트를 박리 탈락시켜 철근이 노출되어 콘크리트 구조물의 내구성이 손상된다.
그리고 콘크리트 구조물의 열화의 또 다른 원인 중 하나는 염해이다. 염해는 주로 해수에서 유산염을 포함한 염분이 콘크리트의 모세관 공극으로 침투해서 콘크리트 성분에 팽창 결정을 만듬과 동시에 철근이 녹슬어 팽창함으로써 콘 크리트 구조물을 손상시키는 것이 원인이다. 피해 현상은 해상이나 해안에 인접한 구조물에서 많이 나타나며, 추운 산간지방과 도심지역에서는 제설용 염화칼슘 및 자동차 매연으로의 영향을 받아 구조물이 손상되기도 한다.
또한, 신설된 콘크리트 구조물도 그 표면에는 수화반응시 수화생성물이 불충분하여 무수히 많은 미세공극이 형성된다. 또한, 미세공극과 마찬가지로 이때 미세균열도 발생하게 되는데 미세균열은 건조수축과 수화열로 인한 수분 증발로 발생된다.
이런 콘크리트 구조물의 표면에 생긴 미세공극 및 미세균열은 열화를 촉진시키는 통로이다. 따라서, 신설된 콘크리트 구조물의 표면에는 표면 보호가 요구된다.
또한, 콘크리트는 철구조물과 대비 표면처리가 까다롭다. 따라서, 종래의 방청도료 등은 접착력이 낮아 단기간에 박리되어 열화방지의 효과가 없어진다.
한국등록특허 제0153086호에는 시멘트를 포함하는 무기질분말, 합성 고분자 분산물, 지방산염계 고분자 수분산물, 아질산계 금속염을 포함하는 방청 도포제 조성물이 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2009-0108357호에는 시멘트, 유리분말, 에폭시 수지 및 배합수를 포함하는 철강 방청제에 관하여 개시되어 있고, 한국등록특허공보 제0661494호에는 콘크리트 중성화 염해방지용 고분자 도료조성물에 관한 것으로 주재료와 경화재료를 가지는 것이 개시되어 있고, 한국등록특허공보 제0526418호에서는 콘크리트를 보호하기 위하여 유기계 화합물을 콘크리트에 도포하며, 콘크리트를 보호하는 것이 개시되어 있습니다. 그러나, 이러한 수지 조성물은 내수성, 방청성능, 내구성, 그리고 특히 철강 및 콘크리트와의 내접착성을 충분히 확보하지 못하는 문제가 있다.
(1) 대한민국 등록특허 제0153086호 (2) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0108357호 (3) 대한민국 등록특허 제0661491호 (4) 대한민국 등록특허 제0526418호
본 발명의 일 과제는, 상기의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 방수, 방청, 항균 효과가 뛰어나며, 염분에 대한 저항성이 강하고, 강한 접착력, 우수한 내구성, 내산성, 내알카리성, 내굴곡성, 내마모성 등의 특성을 보유하고 있으며, 작업성이 간편하여 시공비 및 공기를 대폭 줄일 수 있고, 부풀음, 박리 및 탈락 현상을 현저히 개선한 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물은, 수용성 아크릴 공중합체 45 내지 60 중량%, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 0.1 내지 3 중량%, 탄산칼슘 10 내지 25 중량%, 산화철 입자 5 내지 15 중량%, 이산화티탄 입자 5 내지 15 중량%; 및 금속 수산화물 0.01 내지 0.5중량%를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물은 분산제 0.05 내지 0.3 중량%, 소포제 0.05 내지 0.3 중량%, 방부제 또는 항균제 0.05 내지 0.3 중량% 및 증점제 0.05 내지 0.3 중량%를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 수산화물은 리튬하이드록사이드(lithium hydroxide), 소듐하이드록사이드(sodium hydroxide), 마그네슘하이드록사이드(magnesium hydroxide), 바륨하이드록사이드(barium hydroxide), 칼륨하이드록사이드(potassium hydroxide), 칼슘하이드록사이드(calcium hydroxide), 스트론튬하이드록사이드(strontium hydroxide) 및 보론하이드록사이드(boron hydroxide)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물은, 길이가 1 내지 500㎛이고, 직경이 0.02 내지 0.1㎛인 와이어 형상을 갖는 금속계 부식 방지제 0.01 내지 3 중량%를 더 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 콘크리트 구조물에 대한 중성화 및 염해 방지성은 물론, 방수성, 내부식성 및 내구성이 우수하고, 친환경적이고 내구성이 높은 보호막을 형성할 수 있다. 따라서, 콘크리트 내외로 이동하는 산성비, CO2가스, 오존, 대기오염, 태양열, 동절기 염화칼슘 등에 의한 중성화 및 염화를 발생시키는 인자를 차단시킬 수 있다. 또한, 상기 코팅 조성물은 습기가 있는 곳에서도 시공이 가능하고 콘크리트에 대하여 우수한 접착력을 갖는다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 코팅 조성물은, 건물 등과 같은 콘크리트 구조물에 도막층을 형성하여 방수, 표면 보호, 중성화 방지, 보수 등의 목적으로 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 조성물은 수용성 아크릴 공중합체, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올(이하 텍사놀), 탄산칼슘, 산화철, 이산화티탄 및 금속 수산화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 코팅 조성물는, 분산제, 소포제, 방부제(항균제), 증점제 및 색안료를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 코팅 조성물은, 수용성 아크릴 공중합체 45 내지 60 중량%, 텍사놀 0.1 내지 3 중량%, 분산제 0.05 내지 0.3 중량%, 소포제 0.05 내지 0.3 중량%, 방부제 또는 항균제 0.05 내지 0.3 중량%, 증점제 0.05 내지 0.3 중량%, 탄산칼슘 10 내지 25 중량%, 산화철 입자 5 내지 15 중량%, 이산화티탄 입자 5 내지 15 중량%, 색안료 0.1 내지 1.0 중량%, 금속 수산화물 0.01 내지 0.5중량%를 포함할 수 있다.
상기 수용성 아크릴 공중합체는, 접착력이 크고, 방수 및 방습 효과가 우수한 특성을 갖는다. 상기 수용성 아크릴 공중합체의 함량이 과다하거나 과소한 경우, 접착력이 저하되거나, 도막의 신축성이 저하될 수 있다.
상기 수용성 아크릴 공중합체는, 불포화 결합을 갖는 아크릴계 모노머 또는 비닐계 모노머들의 중합으로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 수용성 아크릴 공중합체는, 부틸아크릴레이트(Butylacrylate), 에틸아크릴레이트(Ethylacrylate), 메틸아크릴레이트(Methylacrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-Ethylhexyl Acrylate), 메타크릴레이트(Methacrylates), 2-클로로에틸비닐에테르, (2-Chloroethyl vinyl ether), 하이드록시에틸메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate) 및 TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate)로부터 선택된 적어도 2 이상의 모노머의 중합에 의해 얻어질 수 있다.
상기 텍사놀(Texanol)은 코팅 조성물에 포함되어 흡착성, 내스크럽, 세척성, 색상, 열유연성 등의 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 적량의 증점제와 함께 사용되어 증점 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한 텍사놀은, 낮은 독성 및 생분해성을 갖고 VOC가 발생되지 않아서 친환경적이다. 특히, 본 발명에서 텍사놀은 도막을 유연하게 하여 동결에 따른 팽창압에 의한 균열 발생을 방지하여 동결 융해 안정성을 증가시키고, 고상의 입자들을 코팅하여 보호할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 텍사놀의 함량은 0.1 내지 3 중량%일 수 있으며, 바람직하게 0.1 내지 0.5 중량%일 수 있다. 상기 텍사놀의 함량이 과다한 경우, 도막의 접착력이 저하될 수 있다.
분산제는 고상의 입자들을 분산시키고 응집을 방지한다. 상기 분산제는, 계면활성제, 유화제, 펩타이저 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 고분자계 계면활성제로서 폴리초산비닐수지(PVAC), 폴리비닐피롤리돈(PVD) 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 상업적으로 이용 가능한 것들이 사용될 수 있다.
상기 소포제는 거품이나 기포, 핀홀이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 상기 소포제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 상업적으로 이용 가능한 것들이 사용될 수 있다.
상기 방부제는 코팅 조성물과 도막에 항박테리아성을 부여함으로써 도막의 오염을 방지하고 미관을 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 방부제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 상업적으로 이용 가능한 것들이 사용될 수 있다.
상기 증점제는 코팅 조성물의 점도를 증가시켜 칙소트로피(thixotropy)한 성질을 부여함으로써 시공성을 개선할 수 있다. 일 실시에에 따르면, 상기 증점제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 상업적으로 이용 가능한 우레탄계 증점제를 포함할 수 있다.
산화철은 도막의 강도를 보강하고, 피착물의 녹이나 부식을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 산화철은 직경이 20~500㎛인 입자일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화철은 제이산화철(Fe2O3), 제삼산화철(Fe3O4) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
탄산칼슘은 코팅 조성물의 강도를 향상시키고도 도막의 갈라짐을 방지할 수 있다. 또한, 단위 표면적이 넓어 증점효과가 증대될 수 있다.
이산화티탄은 코팅 조성물의 강도를 향상시키는 동시에 산화막을 형성하여 태양광과 자외선을 반사하거나 산란시켜 차광/단열 성능을 개선할 수 있다.
상기 금속 수산화물은, 콘크리트로 이루어진 피착물의 염해 및 중성화를 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 수산화물은 리튬하이드록사이드(lithium hydroxide), 소듐하이드록사이드(sodium hydroxide), 마그네슘하이드록사이드(magnesium hydroxide), 바륨하이드록사이드(barium hydroxide), 칼륨하이드록사이드(potassium hydroxide), 칼슘하이드록사이드(calcium hydroxide), 스트론튬하이드록사이드(strontium hydroxide), 보론하이드록사이드(boron hydroxide) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 금속 수산화물의 함량이 과도한 경우, 건조시간이 증가하여 작업성 및 속경화성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 수산화물의 함량은 0.01 내지 0.5중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게, 0.05 내지 0.2 중량%일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 코팅 조성물은, 와이어 형상을 갖는 금속계 부식 방지제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속계 부식 방지제의 함량은 0.01 내지 3 중량%일 수 있으며, 바람직하게 0.1 내지 1 중량%일 수 있다.
상기 부식 방지제는 와이어 형태를 갖는다. 따라서, 콘크리트 구조물이 표면에 노출된 금속 부재(고정 볼트, 앵커 등)를 포함하는 경우, 코팅 조성물에 의해 형성된 보호막에 포함된 부식 방지제 입자들은 금속 부재에 접촉할 수 있다. 따라서, 보호막에 크랙이 발생하거나, 침투수에 의해 금속 부재의 산화 반응이 일어날 때, 부식 방지제가 전자를 잃고 피착물 대신 산화됨으로써, 피착물의 산화 및 녹 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.
상기 부식 방지제는 피착물의 금속 보다 이온화 전위가 낮은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 부식 방지제는 리튬, 바륨, 마그네슘, 아연, 알루미늄, 철, 크롬, 니켈, 실리콘, 납, 칼슘, 구리, 텅스텐 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 부식 방지제는 리튬, 바륨, 마그네슘, 아연, 알루미늄, 철, 구리 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 부식 방지제는, 아연-구리 합금, 알루미늄-구리 합금, 구리-알루미늄-아연 합금 등과 같은 합금을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 부식 방지제는 아연 도금 구리 와이어, 알루미늄 도금 구리 와이어 등을 포함할 수 있다. 아연 및 알루미늄은, 철보다 이온화 전위가 낮으며, 산화되었을 때, 광을 흡수하는 역할을 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 부식 방지제는, 길이가 1 내지 500㎛이고, 직경이 0.02 내지 0.1㎛인 와이어 또는 로드 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 부식 방지제의 함량은 0.01 내지 3 중량%일 수 있으며, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%일 수 있다. 상기 부식 방지제의 함량이 과다한 경우, 입자의 응집이 일어나고, 도막의 크랙이 발생하기 쉬우며, 평활성이 저하될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 부식 방지제는 분산성 향상을 위하여 표면 개질될 수 있다. 예를 들어, 상기 부식 방지제의 표면에는 흑연 플레이크들이 결합될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 부식 방지제의 표면에는 유기 리간드가 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 부식 방지제의 표면에는 올레산과의 반응에 의해 형성된 올리에이트(oleate) 리간드가 결합될 수 있다.
상기 코팅 조성물은 새로이 양생된 또는 기존 콘크리트 구조물의 보호 또는 보수를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 콘크리트 구조물에 대한 중성화 및 염해 방지성은 물론, 방수성, 내부식성 및 내구성이 우수하고, 친환경적이고 내구성이 높은 보호막을 형성할 수 있다. 따라서, 콘크리트 내외로 이동하는 산성비, CO2가스, 오존, 대기오염, 태양열, 동절기 염화칼슘 등에 의한 중성화 및 염화를 발생시키는 인자를 차단시킬 수 있다. 또한, 상기 코팅 조성물은 습기가 있는 곳에서도 시공이 가능하고 콘크리트에 대하여 우수한 접착력을 갖는다.
이하에서는, 구체적인 실시예 및 실험을 통하여, 본 발명에 따른 수용성 코팅 조성물의 효과 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
실시예
아래 표 1의 조성에 따라, 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl methacrylate), 부틸아크릴레이트(Butyl acrylate), 메타아크릴릭산(Methacrylic acid), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexyl acrylate)로 구성된 수용성 아크릴 공중합체를 넣고, 고속 임펠라 교반기를 이용하여 700rpm으로 교반하였다. 추가로 텍사놀을 첨가하여 교반한 후, 분산제(상업용), 소포제(상업용), 방부제(상업용), 우레탄 증점제(상업용)를 첨가한 후 교반한다. 그리고, 탄산칼슘, 산화철 및 이산화티탄을 첨가하고 교반한 다음, 색안료(상업용) 및 금속 수산화물(리튬하이드록사이드)을 첨가하여 교반하여 분산시키면서 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수용성 코팅 조성물을 제조하고, 건조시간 및 흐름성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
또한, 상기 수용성 코팅 조성물의 콘크리트 구조물에 대한 중성화 억제 효과를 확인하기 위하여, 100ㅧ100ㅧ100mm 시험용 밑판에 시료를 도포하고 7일간 양생한 후, 양생 종료 1일 전에 공시체의 4측면 및 밑면을 에폭시 수지로 밀봉하고, 에폭시 수지를 24시간 경화시켰다. 다음으로, 온도(20±2)℃, 상대습도(65±10)%, CO2 농도 5.0%로 고정된 중성화 시험기에 넣은 후 4주, 8주, 24주 동안 중성화시켰다.
다음으로, 공시체의 단면을 절단하고, 전단면에 1% 페놀프탈레인 용액을 분무하여 적색으로 변하지 않는 부분(중성화된 부분)을 1측면 3곳의 깊이를 버니어 캘리퍼스를 이용하여 0.1mm까지 측정한다. 측정한 3곳의 평균값을 공시체 1개의 중성화깊이로 간주하고, 시험체 3개의 평균값으로 하여 측정하여 표 1에 나타내었다.
표 1
Figure 112019062682716-pat00001
표 1을 참조하면, 금속 수산화물을 포함하지 않는 조성물(비교예1)을 콘크리트의 표면에 도포하여 중성화 깊이를 시험한 결과 24주 후 중성화 깊이가 2.1㎜가 진행 되었으나, 금속 수산화물을 0.1 중량% 포함하는 조성물(실시예1)을 콘크리트 표면에 시공한 표면은 중성화 깊이가 0.0㎜의 결과를 나타내어 콘크리트의 중성화 및 염화방지 특성에 탁월한 효과를 나타내는 것을 확인하였다.
상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 코팅 조성물은 콘크리트 구조물의 보호 및 방수 시공에 이용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 수용성 아크릴 공중합체 45 내지 60 중량%;
    2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 0.1 내지 3 중량%;
    탄산칼슘 10 내지 25 중량%;
    산화철 입자 5 내지 15 중량%;
    이산화티탄 입자 5 내지 15 중량%;
    금속 수산화물 0.05 내지 0.2중량%; 및
    길이가 1 내지 500㎛이고, 직경이 0.02 내지 0.1㎛인 와이어 형상을 갖는 금속계 부식 방지제 0.01 내지 3 중량%를 포함하는 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 분산제 0.05 내지 0.3 중량%, 소포제 0.05 내지 0.3 중량%, 방부제 또는 항균제 0.05 내지 0.3 중량% 및 증점제 0.05 내지 0.3 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 수용성 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 수산화물은 리튬하이드록사이드(lithium hydroxide), 소듐하이드록사이드(sodium hydroxide), 마그네슘하이드록사이드(magnesium hydroxide), 바륨하이드록사이드(barium hydroxide), 칼륨하이드록사이드(potassium hydroxide), 칼슘하이드록사이드(calcium hydroxide), 스트론튬하이드록사이드(strontium hydroxide) 및 보론하이드록사이드(boron hydroxide)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 코팅 조성물.
  4. 삭제
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