KR102155884B1 - 우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법 및 건축부재 - Google Patents

우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법 및 건축부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법 및 건축부재에 관한 것으로서, 터널, 다리 상판 슬래브 및 교각, 옹벽, 건축물 바닥 및 옥상 슬래브, 폐수처리장, 쓰레기 처리장, 수영장 바닥 등의 콘크리트 구조물 보수공사 및 보강공사와 방수처리를 간단 용이하게 시공함과 동시에 견고하게 시공함으로서 관리 및 보수비용을 절감하기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 제조방법은, 톨루엔디이소시안에이트(TDI) 32중량%와 분자량 1,000~5,000g/mol의 폴리올 68중량%가 혼합되어 이루어진 프리폴리머 우레탄 A제를 제조하는 제1공정과; 다염기성 폴리올 혼합물 35중량%, 충진제 55중량%, 아민류 2.0중량%, 피그먼트 5.0중량%, 소포제, 표면강화제, 셀프레벨링제, 자외선방지제가 균등하게 혼합된 첨가제 3.0중량%를 혼합한 우레탄 B제를 제조하는 제2공정과; 상기 우레탄 A제와 우레탄 B제 및 제올라이트 촉매를 1:1:1의 비율로 혼합하여 복합 우레탄을 제조하는 제3공정과; 상기 제조된 복합 우레탄을 가열하는 제4공정과; 상기 가열된 복합 우레탄을 진공챔버 내에서 건조를 수행하는 제5공정과; 상기 혼합 제조된 복합 우레탄 40~60중량%, 실리콘오일 10~20중량%, 질화붕소 1~10중량%, 이산화탄소 10~30중량%를 혼합하는 제6공정; 상기 혼합된 복합 우레탄 혼합물을 초음파 진동자를 이용하여 교반 및 혼합하는 제7공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법 및 건축부재{Manufacturing method and construction member of urethane foam waterproof mortar}
본 발명은 우레탄 발포 방수 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균열된 건축구조물, 신축건물의 방수제로 사용할 수 있는 방수 몰타르 제조방법을 제공하여 시공성을 향상시킴과 함께 방수효율이 개선될 수 있는 우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법 및 건축부재에 관한 것이다.
종래에는 사용중인 콘크리트 건축구조에 균열이 발생하여 보수작업을 할 경우 시멘트와 모래, 물을 혼합한 몰타르를 사용하거나 시멘트와 물을 혼합한 시멘트 풀을 사용하였으나 몰타르의 경우 파손된 부분의 공간부를 메우는 용도로는 가능하나 균열이 된 부분 또는 슬래브의 방수처리로는 불가능할 뿐만 아니라 기존의 구조물과 접합이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있으며, 시멘트 풀의 경우 균열된 부분의 메움 작업은 어느 정도 효과를 볼 수 있으나 이 역시 기존의 구조물과 시멘트 풀의 양생 후 강도의 차이에 의하여 접합부가 균열되는 문제점이 있었다.
상기의 방법 이외로는 합성수지 실리콘을 주입하여 균열부분을 보수하는 경우가 있으나 이는 보수공사 초기에는 완벽한 접합이 이루어지나 외기의 온도에 약하므로 시간이 지날 수록 점성이 떨어져 재시공해야 하는 문제점 등이 있었다.
또한, 기존의 다른 예로는 도로시공시 지반침하를 방지하기 위한 방수시트로서 산업폐기물인 폴리우레탄 폼을 재생처리하여 폴리우레탄시트를 얻고 이 시트에 고무화아스팔트를 접착하여 고무화아스팔트층을 형성한 다음 그 위에 이 형 필름을 적층시킨 폴리우레탄 방수적층 시트가 있었으나, 이러한 종래의 폴리우레탄 방수적층 시트는 아스팔트의 온도변화에 따른 상태의 변화 즉 점도의 변화 때문에 장기간이 경과하면 점성이 없어져 경화되고 경화된 아스팔트 층은 온도변화에 따라 팽창과 수축이 되풀이되는 과정에서 접착성이 극히 불량한 폴리에틸렌필름층 사이에 간극을 발생시키고 또 박막의 폴리에틸렌필름은 시공 전의 작업 부주의 몰탈시공시 돌이나 이물질이 혼입되면 표면손상이 쉽게 올 수 있으므로 간극과 필름의 파손은 방수기능을 저하시킨다.
또한, 이와 같은 방수시트는 시트 접착 후 그 위에 필히 몰탈 시공이 있어야 하는바 바닥 방수시공시는 몰탈시공작업이 용이하나 벽면 방수시공시는 미끄러운 폴리에틸렌의 표면 때문에 벽돌을 쌓거나 거푸집을 설치해야 하는 등 시공작업이 극히 번거운 문제점이 있었다.
대한민국 특허등록 제0499932호(2005.06.28.등록) 대한민국 특허등록 제1165283호(2012.07.06.등록)
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 개선된 방식의 우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법을 제공함으로써 콘크리트 구조물의 방수와 보수공사 및 방수공사를 간단 용이하게 시공하고 보수 관리비용을 최소화 할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 제조방법은, 톨루엔디이소시안에이트(TDI) 32중량%와 분자량 1,000~5,000g/mol의 폴리올 68중량%가 혼합되어 이루어진 프리폴리머 우레탄 A제를 제조하는 제1공정과; 다염기성 폴리올 혼합물 35중량%, 충진제 55중량%, 아민류 2.0중량%, 피그먼트 5.0중량%, 소포제, 표면강화제, 셀프레벨링제, 자외선방지제가 균등하게 혼합된 첨가제 3.0중량%를 혼합한 우레탄 B제를 제조하는 제2공정과; 상기 우레탄 A제와 우레탄 B제 및 제올라이트 촉매를 1:1:1의 비율로 혼합하여 복합 우레탄을 제조하는 제3공정과; 상기 제조된 복합 우레탄을 120~140℃에서 5~10시간동안 가열하는 제4공정과; 상기 가열된 복합 우레탄을 진공챔버 내에서 건조를 수행하는 제5공정과; 상기 혼합 제조된 복합 우레탄 50중량%, 실리콘오일 20중량%, 질화붕소 10중량%, 이산화탄소 20중량%를 혼합하는 제6공정; 상기 혼합된 복합 우레탄 혼합물을 초음파 진동자를 이용하여 교반 및 혼합하는 제7공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은, 터널, 다리 상판 슬래브 및 교각, 옹벽, 건축물 바닥 및 옥상 슬래브, 폐수처리장, 쓰레기 처리장, 수영장 바닥 등의 콘크리트 구조물 보수공사 및 보강공사와 방수처리를 간단 용이하게 시공함과 동시에 견고하게 시공함으로써 관리 및 보수비용을 절감할 수 있게된 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방수 몰타르 제조 공정도.
도 2는 본 발명의 실시 예에서 냉각용 진공챔버 개략 구조도.
도 3은 본 발명에 의해 제작된 패널 건축부재 외관도.
도 4는 본 발명에 의해 제작된 패널 건축부재 단면 구조도.
도 5는 본 발명에 의해 제작된 터널 건축부재 구조도.
도 6은 본 발명에 의해 제작된 교량상판 건축부재 구조도.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서 표현한 구성요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 우레탄 발포 방수 몰타르 제조과정을 도 1을 통해 살펴보면 다음과 같다.
<제1공정>
먼저, 제1공정에서는 톨루엔디이소시안에이트(이하"TDI"라칭함) 32중량%에 분자량 1,000∼5,000g/mol의 폴리올 680중량%가 혼합되어 이루어진 프리폴리머 우레탄(이하 "우레탄 A제"라 칭함)을 제조한다.
즉, 이때에는 제조시 반응속도에 특히 주의해야 하는데 100∼200RPM으로 TDI를 교반하면서 폴리올(polyol)을 서서히 주입하면서 온도 45℃를초과 하지 않도록 한다.
상기 폴리올(polyol)을 주입하여 2시간의 교반한다. 상기 TDI를 교반할 때는 질소가스 분위기에 진행시켜 공기중의 수분 유입을 막도록 한다.
이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 폴리올을 크게 두 가지로 나누면 polyether polyol과 polyester polyol로 나눌 수 있는데 최근에는 80~90%정도로 주로 polyether polyol이 많이 쓰여지고 있다. 또한 polyether polyol은 알칼리 촉매하에서 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드를 중합시켜 만든다. 개시제로서는 낮은 분자량의 di,polyfunctional 알코올 또는 아민이 사용된다.
Polyester polyol의 경우에는 di,polycarboxylic acid를 축중합하거나 이들의 anhydride와 di,polyalcohol를 축중합해서 얻는다. 가장 일반적인 polyester polyol은 Adipic acid또는 phthalic anhydride와 탄소 2~6개 정도 포함하고 있는 Diglycol과 같은 oligoether diols또는 glycerol또는 trimethylol propane과 같은 triols과의 반응으로 얻어지며 elastomers나 연질폼, 경질폼 등에 많이 쓰인다.
Polyether polyol은 상대적으로 점도 편차가 적게 생산 할 수 있다. 폴리머 폴리올은 polyether polyol에 solid가 분산되어 있는 것을 말하며, 폼의 경도를 높이는데 사용된다.
따라서 본 발명은 TDI 50중량%와 분자량 1,000∼5,000g/mol의 폴리올 68중량%를 교반 혼합하여 프리폴리머를 제조하고, 프리폴리머 제조시 반응속도에 주의하면서 100∼200RPM으로 TDI를 교반하는 동시에 온도 45℃에서 폴리올(polyol)을 서서히 주입하여 우레탄 A제를 제조하게 된다.
<제2공정>
이후, 제2공정에서는 다염기성 폴리올 혼합물 35중량%, 충진제 55중량%, 아민류 2.0중량%, 피그먼트 5.0중량%와, 소포제, 표면강화제, 셀프레벨링제, 자외선방지제를 균등 혼합한 첨가제 3.0중량%를 혼합한 베이스 수지(이하"우레탄 B제"라칭함)를 제조한다.
상기 피그먼트(pigment)는 안료의 영문표기이며, 무기계로서 자외선에 의해 탈색되지 않은 것이며, 그 색상은 현장 조건에 따라 달라지는 것이므로 어느 한가지 색상에는 한정되지 않는다.
<제3공정>
제3공정에서는 상기 제조된 우레탄 A제와 우레탄 B제 및 제올라이트 촉매를 1:1:1의 비율(중량 기준)로 혼합하여 복합 우레탄을 제조하게 된다.
즉, 이때에는 제올라이트 촉매가 함께 혼합됨으로써 이후 가열 공정에서 우레탄 A제와 우레탄 B제 상호간의 화학적 안정화가 촉진되어 몰타르 생산 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 제1공정과 제2공정에서 제조된 A,B제 우레탄과 이를 혼합하여 제조된 복합우레탄은 모두 액체(수지)과정에서 실시된다.
<제4공정>
제4공정에서는 상기 혼합 제조된 복합 우레탄을 가열로에 투입한 후 120~140℃에서 5~10시간동안 가열하여 제올라이트 촉매가 활성화 될 수 있도록 하는 공정이 수행된다.
<제5공정>
이후, 제5공정에서는 상기 가열된 복합 우레탄을 진공챔버 내에서 24시간 냉각 및 건조를 수행하게 된다.
즉, 이때에는 도 2에서와 같이 진공챔버(1) 내의 상부 공간에 냉각핀(2) 및 냉각파이프(3)를 구비하여 복합 우레탄에 대한 냉각 작용이 이루어지게 되는데, 냉각파이프(3)를 통한 저온 냉각수의 순환공급이 이루어지게 되면 냉각핀(2)에 의한 열교환 작용이 이루어지면서 진공챔버(1) 내부에 저장된 복합 우레탄에 대한 균일한 진공 냉각 및 건조가 이루어지게 된다.
<제6공정>
이후에는 상기 냉각 및 건조가 이루어진 복합 우레탄을 실리콘오일, 질화붕소 등과 같은 혼합물질과 혼합시키는 공정을 수행하게 된다.
즉, 이때에는 복합 우레탄 40~60중량%, 실리콘오일 10~20중량%, 미분말 형태의 질화붕소 1~10중량%, 이산화탄소(CO2) 10~30중량%의 비율로 혼합이 이루어지게 된다. 실리콘오일은 중합도 및 응고점이 낮기 때문에 복합 우레탄의 점성 변화를 감소시킬 수 있게 되고, 질화붕소는 절연성이 뛰어난 특성을 갖는다.
또한, 몰타르의 기능성 향상을 위해, 포타슘코코일하이드롤라이즈드콜라겐 및 탄산마그네슘이 각각 1~5중량% 비율로 추가로 첨가됨이 바람직하다. 포타슘코코일하이드롤라이즈드콜라겐은 칼륨염 수용액으로 실리콘오일의 화학적 안정화를 향상시키고, 탄산 마그네슘은 몰타르의 변색 발생을 방지하는 기능을 수행하게 된다.
<제7공정>
상기 혼합된 복합 우레탄 혼합물을 초음파 진동자를 이용하여 교반 및 혼합하게 된다.
이때에는 일반적인 교반 방식의 혼합이 아닌 초음파 진동자에서 발생되는 진동을 전달하는 교반수단으로 사용함으로써 혼합물의 균일한 혼합이 이루어짐과 함께 화학적 안정성이 일정하게 유지될 수 있게 된다.
<제8공정>
상기와 같은 과정을 통해 제조된 본 발명의 방수몰타르는 노즐 분사를 통해 다양한 형태의 건축부재로 제작이 이루어지게 된다.
이러한 건축부재는 일정 형상으로 제작된 형틀에 노즐 분사하는 작업을 통해 도 3 및 도 4에서와 같이 블럭 형태의 건축용 패널(10)로 제작되어질 수 있게 된다.
이때, 성형 제작이 이루어지는 형틀 내부에는 코일스프링을 구비시켜서 패널(10) 내부에 코일형상의 탄성스프링(12)이 매립 구비되도록 하고, 패널(10) 외표면에는 표면 손상 방지를 위한 보호층(11)이 코팅 형성된다.
본 실시 예에서의 보호층(11)은 열경화성의 불포화 폴리에스터 수지 30~50중량%, 요소수지 10~30중량%, 알콕시실란 10~30중량%, 유기겔화제인 솔비탄 올리베이트 1~10중량%의 혼합 조성을 이루도록 하였다. 상기 불포화 폴리에스터 수지는 보호층의 산화 발생을 억제하고, 요소수지는 접착력 및 결합력을 강화하며, 알콕시실란 및 솔비탄 올리베이트는 보호층(11)의 균질화를 극대화하는 이점을 나타내게 된다.
이와 같이 제작되어진 본 발명의 패널(10)은 신축성이 뛰어난 방수 몰타르를 원재료로 하고 있기 때문에 강한 접착력과 탄성을 갖고 내마모성, 내약품성, 내노화성을 갖게 된다.
특히, 내부에 탄성스프링(12)이 매립 구비되어 있기 때문에 신축성 및 탄력성이 우수하며, 외표면에 형성된 보호층(11)으로 인해 변색 및 표면 크랙 발생이 방지되는 이점을 나타낸다.
한편, 도 5 및 도 6은 터널(100) 또는 교량 상판(200)에 본 발명의 우레탄 발포 방수 몰타르를 고압 노즐을 이용하여 분사시켜서 일정 두께로 방수 몰타르층(20,30)을 형성시킨 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
이러한 방수 몰타르층(20,30)은 해당 건축물의 균열된 부분, 파손된 부분에 분사노즐을 이용하여 직접 분사하는 방식이 사용될 수 있다.
본 발명의 우레탄 방수 몰타르로 제작된 건축부재의 방수 및 방습성, 유연성 및 신축성, 내마모성 등의 물성을 측정해본 결과, 마모지수 : 15, 접착강도 : ＞1000(703㎏/㎡), 신장율 : 75%, 경도 : 85, 열노화 : 70℃(30일) 통과, 충격강도 : 크랙무, 투습성 : 0038, 항파열 : 250PSI, 인장강도 : 1365PSI으로서 우수한 물성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 우레탄 발포 방수 몰타르를 폐수처리장, 쓰레기처리장, 내 약품성 바닥재, 수영장 내부 라이닝, 지하주차장 및 천장에 사용하기 위한 내화학성을 시험한 결과 내화학성이 상당히 양호함으로 나타남을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 우레탄 발포 방수 몰타르는 점착력이 강한 동시에 내화가성을 갖게 되므로 보강공사 및 보수공사를 한 부분 또는 시공한 건축자재가 쉽게 이탈되거나 파손되지 않고 오래 지속될 수 있는 효과를 나타낸다.
그리고 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 우레탄 발포 방수 몰타르 제조과정은 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
그러나 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.
10 : 패널 11 : 보호층
12 : 탄성스프링 20,30 : 방수 몰타르층
100 : 터널 200 : 교량상판

Claims (7)

  1. 톨루엔디이소시안에이트(TDI) 32중량%와 분자량 1,000~5,000g/mol의 폴리올 68중량%가 혼합되어 이루어진 프리폴리머 우레탄 A제를 제조하는 제1공정과;(ST 1)
    다염기성 폴리올 혼합물 35중량%, 충진제 55중량%, 아민류 2.0중량%, 피그먼트 5.0중량%, 소포제, 표면강화제, 셀프레벨링제, 자외선방지제가 균등하게 혼합된 첨가제 3.0중량%를 혼합한 우레탄 B제를 제조하는 제2공정과;(ST 2)
    상기 우레탄 A제와 우레탄 B제 및 제올라이트 촉매를 1:1:1의 비율로 혼합하여 복합 우레탄을 제조하는 제3공정과;(ST 3)
    상기 제조된 복합 우레탄을 120~140℃에서 5~10시간동안 가열하는 제4공정과;(ST 4)
    상기 가열된 복합 우레탄을 진공챔버 내에서 24시간 냉각 및 건조를 수행하는 제5공정과;(ST 5)
    상기 제조된 복합 우레탄 40~60중량%, 실리콘오일 10~20중량%, 질화붕소 1~10중량%, 이산화탄소 10~30중량%를 혼합하는 제6공정;(ST 6)
    상기 혼합된 복합 우레탄 혼합물을 초음파 진동자를 이용하여 진동을 전달하여 교반 및 혼합하는 제7공정;(ST 7)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제5공정에서는 진공챔버 내의 상부 공간에 냉각핀 및 냉각파이프를 구비하여 진공 열교환에 따른 복합 우레탄에 대한 냉각작용이 이루어지는 것을 특징으로 하는 우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제6공정에서는 혼합물에 포타슘코코일하이드롤라이즈드콜라겐 및 탄산 마그네슘이 각각 1~5중량% 비율로 추가 첨가됨을 특징으로 하는 우레탄 발포 방수 몰타르 제조방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 우레탄 발포 방수 몰타르를 분사시켜 성형이 이루어진 것을 특징으로 하는 우레탄 발포 방수 건축부재.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 건축부재는 일정 형상을 이루는 형틀에 우레탄 발포 방수 몰타르를 분사시켜 패널 구조로 성형 제작이 이루어지되, 상기 패널 내부에는 코일형상의 탄성스프링이 매립 구비된 것을 특징으로 하는 우레탄 발포 방수 건축부재.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 패널 외표면에는 표면 손상 방지를 위한 보호층이 코팅 형성되되, 상기 보호층은 열경화성의 불포화 폴리에스터 수지 30~50중량%, 요소수지 10~30중량%, 알콕시실란 10~30중량%, 유기겔화제인 솔비탄 올리베이트 1~10중량%의 혼합 조성을 이루는 것을 특징으로 하는 우레탄 발포 방수 건축부재.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 건축부재는 터널 또는 교량 상판에 우레탄 발포 방수 몰타르를 분사시켜서 일정 두께로 방수 몰타르층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 우레탄 발포 방수 건축부재.
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