KR102159754B1

KR102159754B1 - 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102159754B1
Application number: KR1020200046742A
Authority: KR
Inventors: 김갑수; 박종석; 임윤묵; 정성린
Original assignee: 한양건설(주); 한국원자력연구원
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-09-24

Abstract

본 발명은 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내 균열, 틈새 사이로 유입되는 라돈을 저감시킬 수 있도록 흡착성이 높은 무기물을 함유하는 코팅제 조성물을 제공하고, 무기물이 함유되지 않더라도 방사선 처리를 통해 형태학적 구조 치밀화를 유도하여 라돈 투과를 차단할 수 있는 코팅제 조성물로 활용할 수 있도록 개선된 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

라돈 투과 차단용 코팅제 조성물 및 그 제조방법{Radon permeation barrier coating composition and method for manufacturing the same}

폐암의 한 원인으로 지목받는 라돈은 지각의 암석이나 토양 중에 천연적으로 존재하는 우라늄(²³⁸U)과 토륨(²³²Th)이 몇 단계 방사성붕괴를 거듭한 후 생성되는 불활성 기체이다.

이러한 라돈은 지반 뿐만 아니라 건축자재, 상수, 취사용 천연가스 등을 통해서도 실내로 들어오지만 일반적으로는 약 80%가 지반의 토양으로부터 방출된 것이고, 건축물의 틈을 통해 유입되며, 물질 내,외의 압력과 온도 차에 의한 확산 및 대류과정에 의하여 지상 또는 실내 환경으로 방출하기 때문에 건물 바닥이나 벽에 틈새가 많거나 건축연도가 오래돼 균열이 많이 발생한 건물은 라돈 농도가 높은 경우가 많다.

라돈은 불활성 기체이기 때문에 상온에서 화학적인 반응을 하지 않는다.

따라서, 화학반응을 통해 실내 라돈을 모두 포집하여 없애는 것은 불가능한 방법이며, 또한 수 나노미터 이하의 크기를 가지는 기체 형태의 라돈을 필터를 통해서 걸러내는 것도 불가능하다.

예컨대, 최근에 활성탄 필터를 이용한 라돈저감 공기청정기가 많이 출시되고 있지만, 활성탄은 흡착된 라돈을 다시 탈착하여 방출할 수도 있기 때문에 잦은 주기로 필터를 교환하여 사용해야만 효과를 확인할 수 있으며, 공기청정기가 영향을 미치는 공간(기계 주변 공기만 집중적으로 정화하거나 성능에 따라 정화가 가능한 면적의 한계)에 대해서만 저감 효과를 본다는 문제점을 가지고 있다.

뿐만 아니라, 실내 라돈의 발생원은 라돈량이 많은 건축자재나 토양으로부터 오래된 건축물의 갈라진 틈으로 실내에 유입되기 때문에 노후 건축물이나 건축자재로부터 원천적으로 차단하는 방법이 효과적일 수 있다.

등록특허공보 제10-1580643호(2015년12월21일) 활성탄을 포함하는 라돈 저감용 조성물 및 이의 제조방법 등록특허공보 제10-2017008호(2019년08월27일) 라돈 차단 코팅 및 시공방법 등록특허공보 제10-2040964호(2019년10월30일) 라돈 저감을 위한 실리카 에어로겔 코팅제 조성물의 제조방법

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 실내 균열, 틈새 사이로 유입되는 라돈을 저감시킬 수 있도록 흡착성이 높은 무기물을 함유하는 코팅제 조성물을 제공하고, 무기물이 함유되지 않더라도 방사선 처리를 통해 형태학적 구조 치밀화를 유도하여 라돈 투과를 차단할 수 있는 코팅제 조성물로 활용할 수 있도록 개선된 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, PVA(Poly vinyl alcohol) 용액 63중량%와, 실리콘(Silicone) 30중량%와, SDS(Sodium Dodecyl Sulfate) 2중량% 및 나노필러 5중량%로 이루어진 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물에 있어서; 상기 PVA(Poly vinyl alcohol) 용액은 증류수와 PVA가 8:2의 중량비로 혼합된 용액이고; 상기 나노필러는 나노클레이와 RDP(resorcinol diphosphate)가 1:1의 중량비로 혼합된 것을 사용하며; 상기 코팅제 조성물 100중량부에 대해, 디히드록시부탄디산 8중량부와, ATO(Antimony doped Tin Oxide) 5중량부와, 설포라판(Sulforaphane) 5중량부가 더 첨가된 것을 특징으로 하는 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 친수성 PVA(Poly vinyl alcohol)를 증류수에 넣고 교반하여 PVA 용액을 만드는 제1단계; PVA 용액을 실리콘과 나노필러가 계량 투입된 교반조에 계량하여 넣고, 3분 동안 500rpm으로 믹싱한 후 다시 5분 동안 1700rpm으로 디포밍(deforming)하여 혼합하는 제2단계; PVA와 실리콘의 상용성 향상과 유연성 강화를 위해 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)를 정량 투입한 후 전자선 가속기를 이용하여 5kGy 이하로 전자선 가교처리하는 제3단계;를 포함하는 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물을 제조하는 방법에 있어서; 상기 PVA(Poly vinyl alcohol) 용액은 증류수와 PVA가 8:2의 중량비로 혼합된 용액이고; 상기 나노필러는 나노클레이와 RDP(resorcinol diphosphate)가 1:1의 중량비로 혼합된 것을 사용하며; 상기 교반조는 금속으로 이루어지되, 교반조의 내표면에는 부식방지를 위해 벤즈트리아졸 15중량%, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 25중량%, 하프늄 20중량%, 유화몰리브덴(MoS₂) 10중량%, 산화티타늄(TiO₂) 15중량%, 페놀 노블락형 글리시딜에테르 15중량%로 구성된 부식방지도포층이 도포 형성되고; 상기 교반조의 외표면에는 증류수 1000㎖에 메르캅토벤조씨아졸 0.1 몰 및 아미도알킬 베타인 0.05몰을 첨가 혼합한 오염 방지 도포용 조성물이 도포된 것을 특징으로 하는 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물 제조방법도 제공한다.

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본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 실내 균열, 틈새 사이로 유입되는 라돈을 저감시킬 수 있도록 흡착성이 높은 무기물을 함유하는 코팅제 조성물을 제공한다.

둘째, 무기물이 함유되지 않더라도 방사선 처리를 통해 형태학적 구조 치밀화를 유도하여 라돈 투과를 차단할 수 있는 코팅제 조성물을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 시료 제조공정을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시료의 변형여부를 실험한 예시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 시료의 라돈 침투율을 실험한 그래프이다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물은 PVA(Poly vinyl alcohol) 용액 63중량%와, 실리콘(Silicone) 30중량%와, SDS(Sodium Dodecyl Sulfate) 2중량% 및 나노필러 5중량%로 이루어진다.

이때, 상기 PVA는 친수성으로서, 증류수에 넣고 교반하여 PVA 용액을 만든다.

이 경우, 증류수와 PVA의 비율은 8:2의 중량비이다.

이러한 PVA는 Vinyl alcohol의 중합에 의해서 제조되는 고분자로서, 강도확보, 나노필러(Nano Filler)의 고분산성을 유도하여 라돈의 흡수율을 높이기 위해 첨가된다.

그리고, 상기 실리콘은 대표적인 방수성 물질로서, 부착성을 높이고 오염을 줄이며 틈새를 제거하여 라돈의 침투를 차단하기 위해 첨가된다.

또한, 상기 SDS는 PVA와 실리콘의 상용성 향상과 유연성 강화를 위해 첨가된다.

아울러, 상기 나노필러는 다공성 무기물인 제올라이트 혹은 나노클레이를 사용한다.

이들은 라돈의 흡수력을 높여 작은 틈새를 통해 유입되더라도 그 과정에서 흡수분해하여 침투를 차단함으로써 실내 공기질 개선에 기여하게 된다.

특히, 나노클레이를 사용하는 경우, RDP(resorcinol diphosphate)를 1:1의 중량비로 혼합하여 사용하게 되면 난연성까지 확보할 수 있게 된다.

덧붙여, 본 발명에서는 상기 코팅제 조성물 100중량부에 대해, 디히드록시부탄디산 8중량부와, ATO(Antimony doped Tin Oxide) 5중량부와, 설포라판(Sulforaphane) 5중량부를 더 첨가할 수 있다.

이때, 상기 디히드록시부탄디산은 혼합시 입자간 흡착에 의한 공극 감소를 막아 라돈의 침투시 흡착하여 차단하고, 내한성을 증대시킨다.

또한, 상기 ATO는 차열 성능을 제공하면서, 다공성 무기질의 공극 확보를 통한 라돈 차단 효과를 증대시킨다.

아울러, 상기 설포라판(C₆H₁₁NOS₂)은 자외선에 대한 저항성을 증대시켜 내변색, 내구성, 내크랙성을 유지하기 위해 첨가된다.

이와 같은 코팅제 조성물을 제조하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 친수성 PVA를 증류수에 넣고 교반하여 PVA 용액을 만드는 제1단계가 수행된다.

이때, PVA 용액은 앞서 설명하였던 중량비율로 혼합된다.

이어, PVA 용액을 실리콘과 나노필러가 계량 투입된 교반조에 계량하여 넣고, 3분 동안 500rpm으로 믹싱한 후 다시 5분 동안 1700rpm으로 디포밍(deforming)하여 혼합하는 제2단계가 수행된다.

이렇게 속도차를 두고 교반하는 이유는 나노필러가 아주 균일하게 분산된 상태를 유지해야 틈새로 침투하는 라돈의 차단효율을 높일 수 있기 때문이다.

본 발명에서는 90%의 라돈 차단율에 만족하지 않고, 최소한 95% 이상의 라돈 차단율을 확보하기 위한 것이 목적이기 때문이다.

이후, PVA와 실리콘의 상용성 향상과 유연성 강화를 위해 SDS를 정량 투입한 후 전자선 가속기를 이용하여 5kGy 이하로 전자선 가교처리하는 제3단계가 수행된다.

이렇게 처리하면, 무기물인 나노필러를 첨가한 경우에는 라돈 차단율을 95% 이상 더 높일 수 있고, 무기물인 나노필러가 첨가되지 않은 경우에도 라돈 차단율을 95%에 가깝게 상승시킬 수 있게 된다.

이것은 조사된 전자선, 바람직하게는 방사선인 X선에 의해 수지가 가교형 분자 구조로 바뀌면서 탄성이 증가하고 형태학적 구조가 치밀해져 라돈 차단율을 높이게 된다.

그런데, 너무 강한 전자선을 조사할 경우, 이를 테면 10kGy 초과와 같은 경우에는 오히려 고가교가 일어나 접착성이 감소함으로써 라돈 차단율이 급격히 떨어지므로 반드시 일정 범위 이내로 조절할 필요가 있다.

즉, 본 발명에 따른 코팅제 조성물의 점도하고 라돈 침투율과도 밀접한 관계가 있는 것이다.

이와 같은 본 발명의 특성을 확인하기 위해 다음과 같이 실험하였다.

먼저, 시료는 다음 표 1과 같이 조성하였다.

시료명	PVA 용액	Silicone	SDS	나노필러
비교예	68%	30%	2%	-
발명예1	63%	30%	2%	Zeolite 5%
발명예2	63%	30%	2%	Nano clay 5%

이렇게 조성된 코팅제 조성물을 가로 2.5cm, 세로 7.5cm, 두께 0.1cm 크기의 글래스 프레임에 넣고 도 1과 같이 캐스팅하여 필름을 제조하였다.

필름 제조전에 코팅제 조성물을 방사선 처리하여 점도 변화를 확인하였으며, 그 결과는 표 2와 같았다.

구분	비교예	발명예1	발명예2
0 kGy	34,470	74,000	65,280
5 kGy	184,600	102,700	84,100
10 kGy	3,516,000	1,382,000	149,800

(단위: cP)

이때, 점도 측정은 BROOKFIELD(社)의 LVDV-IT, Digital Viscometer를 사용하였으며, 핫 플레이트를 이용하여 75℃를 유지한 상태에서 실험하였다.

아울러, 방사선 처리 후 필름 제조시 시간에 따른 필름의 변형유무를 확인한 결과, 도 2와 같이 변형이 발생하지 않았다.

한편, 라돈 차단율을 측정하기 위해 색 메디아 병에 라돈 방출 농도가 높은 흙을 20g씩 넣어 라돈 발생원으로 사용하였다. 그리고, 지름 5mm 크기의 원형 구멍을 갖는 메디아병 뚜껑에 발명예1,2 및 비교예로 코팅 후 24시간 동안 자연 건조한 후 건조가 완료된 각각의 메디아병을 라돈 측정장치 (Radon eye plus 2)가 장착된 소형 아크릴 챔버에 넣은 후 가스 누출여부 검사를 통해 완전히 밀폐된 상태를 확인하여 7일 동안 라돈 차단율을 측정하였다.

측정결과, 도 3에서와 같이 발명예1,2는 무기물인 나노필러를 포함하는 것으로 라돈 차단율이 95% 이상으로 확인되었으나, 무기물을 포함하지 않은 비교예는 93.3%로 확인되었다.

물론, 비교예의 경우도 매우 높은 라돈 차단율을 갖지만, 본 발명이 목적하는 95% 이상의 조건에는 미달하였다.

그런데, 이러한 비교예를 방사선 처리한 결과, 도 4에서와 같이 95% 이상의 차단율을 가짐을 확인할 수 있었다.

다만, 너무 과하게 처리하면 앞서 설명하였던 문제로 인해 차단율이 급격히 떨어졌다.

때문에, 5kGy의 범위로 방사선 가교할 때 무기물을 포함하는 경우에 필적하는 차단율을 얻을 수 있음을 확인하였고, 무기물을 포함하면서 방사선 가교하게 되면 더욱 더 높은 차단율을 확보할 수 있음은 물론인 것으로 파악되었다.

한편, 교반조는 금속재로 이루어질 수 있고, 이러한 금속재의 교반조에는 금속표면의 부식현상을 방지하기 위하여 부식방지도포층이 도포될 수 있다. 이 부식방지도포층의 도포 재료는 벤즈트리아졸 15중량%, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 25중량%, 하프늄 20중량%, 유화몰리브덴(MoS₂) 10중량%, 산화티타늄(TiO₂) 15중량%, 페놀 노블락형 글리시딜에테르 15중량%로 구성되며, 코팅두께는 8㎛로 형성할 수 있다.

벤즈트리아졸, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 페놀 노블락형 글리시딜에테르는 부식 방지 및 변색 방지 등의 역할을 한다.

하프늄은 내부식성이 있는 전이 금속원소로서 뛰어난 방수성, 내식성 등을 갖도록 역할을 한다.

유화몰리브덴은 코팅피막의 표면에 습동성과 윤활성 등을 부여하는 역할을 한다.

산화티타늅은 내화도 및 화학적 안정성 등을 목적으로 첨가된다.

상기 구성 성분의 비율 및 코팅 두께를 상기와 같이 수치 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 부식방지 효과를 나타내었다.

또한, 교반조의 외부면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.

상기 오염 방지 도포용 조성물은 메르캅토벤조씨아졸 및 아미도알킬 베타인이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 메르캅토벤조씨아졸과 아미도알킬 베타인의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.

상기 메르캅토벤조씨아졸과 아미도알킬 베타인은 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 교반조의 도포성이 저하되거나 도포 후에 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.

상기 메르캅토벤조씨아졸 및 아미도알킬 베타인은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 교반조의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.

한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 교반조 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 교반조 상의 최종 도포막 두께는 550 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1100 ~ 1900Å이다. 상기 도포막의 두께가 550 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 메르캅토벤조씨아졸 0.1 몰 및 아미도알킬 베타인 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.

Claims

PVA(Poly vinyl alcohol) 용액 63중량%와, 실리콘(Silicone) 30중량%와, SDS(Sodium Dodecyl Sulfate) 2중량% 및 나노필러 5중량%로 이루어진 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물에 있어서;
상기 PVA(Poly vinyl alcohol) 용액은 증류수와 PVA가 8:2의 중량비로 혼합된 용액이고; 상기 나노필러는 나노클레이와 RDP(resorcinol diphosphate)가 1:1의 중량비로 혼합된 것을 사용하며;
상기 코팅제 조성물 100중량부에 대해, 디히드록시부탄디산 8중량부와, ATO(Antimony doped Tin Oxide) 5중량부와, 설포라판(Sulforaphane) 5중량부가 더 첨가된 것을 특징으로 하는 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물.
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친수성 PVA(Poly vinyl alcohol)를 증류수에 넣고 교반하여 PVA 용액을 만드는 제1단계; PVA 용액을 실리콘과 나노필러가 계량 투입된 교반조에 계량하여 넣고, 3분 동안 500rpm으로 믹싱한 후 다시 5분 동안 1700rpm으로 디포밍(deforming)하여 혼합하는 제2단계; PVA와 실리콘의 상용성 향상과 유연성 강화를 위해 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)를 정량 투입한 후 전자선 가속기를 이용하여 5kGy 이하로 전자선 가교처리하는 제3단계;를 포함하는 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물을 제조하는 방법에 있어서;
상기 PVA(Poly vinyl alcohol) 용액은 증류수와 PVA가 8:2의 중량비로 혼합된 용액이고; 상기 나노필러는 나노클레이와 RDP(resorcinol diphosphate)가 1:1의 중량비로 혼합된 것을 사용하며;
상기 교반조는 금속으로 이루어지되, 교반조의 내표면에는 부식방지를 위해 벤즈트리아졸 15중량%, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 25중량%, 하프늄 20중량%, 유화몰리브덴(MoS₂) 10중량%, 산화티타늄(TiO₂) 15중량%, 페놀 노블락형 글리시딜에테르 15중량%로 구성된 부식방지도포층이 도포 형성되고;
상기 교반조의 외표면에는 증류수 1000㎖에 메르캅토벤조씨아졸 0.1 몰 및 아미도알킬 베타인 0.05몰을 첨가 혼합한 오염 방지 도포용 조성물이 도포된 것을 특징으로 하는 라돈 투과 차단용 코팅제 조성물 제조방법.