KR102221359B1 - 차열 성능이 우수한 미끄럼방지 폴리우레아 도막형바닥재 포장용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재, 골재 및 광물섬유를 포함하는 주제부; 및 폴리에테르아민, 폴리아스파틱 에스테르, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재, 안료, 가소제 및 촉매를 포함하는 경화제부;를 포함하는 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 차열 성능이 우수한 미끄럼방지 폴리우레아 도막형바닥재 포장용 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 미끄럼방지포장은 포장의 미끄럼 저항을 높여 자동차 등의 안전한 주행을 도모하기 위한 시설로서, 노면의 미끄럼 저항이 낮아진 곳, 도로의 평면 및 종단 선형이 불량한 곳 등에 포장 면의 미끄럼 저항을 높여주어 자동차의 제동거리를 짧게 하거나 또는 학교 통학로, 횡단보도 등과 같이 사람들이 보행하는 도로의 식별력을 높여 교통사고를 예방하기 위한 목적으로 설치되는 시설을 말한다.
이러한, 미끄럼방지포장은 도로의 기하구조 및 교통 특성에 따라 요구되는 수준의 미끄럼 저항이 확보되지 못하는 구간에 설치하여 마찰력을 증진시키는데 목적이 있다. 즉, 도로의 사용 기간이 증가함에 따라 포장의 미끄럼 저항이 전 구간에 걸쳐서 일정 수준 이하로 떨어지는 경우에는 포장의 유지관리 측면에서 근본적으로 미끄럼 저항을 높이기 위해 미끄럼방지용 도료조성물을 이용하여 도로를 보수하며, 최근 이러한 미끄럼방지용 도료 조성물은 도로 이외에도 보행 시 미끄러지기 쉬운 장소인 건축물의 옥상, 야외주차장, 공원 등에도 도포함에 따라 그 수요가 급증하고 있다.
이와 같은 미끄럼방지포장용 도료조성물과 관련한 종래의 기술로, 한국 공개특허 제10-2006-0124544호에는 맥반석 25∼40 중량%, 아크릴계 에멀젼 수지 35∼50 중량% 및 무기질 결합재 10∼25 중량%를 포함하는 미끄럼방지용 반강성 포장 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국 공개특허 제10-2008-0079234호에는 시멘트, 규사, 탄산칼슘, 아윈계 고강도 혼화재료, 아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 아크릴 에스테르 폴리머 에멀젼의 혼합된 수지 조성물과 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3 중량% 이내 첨가된 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 도로 미끄럼방지 포장시스템이 공지되어 있다.
그러나, 상기와 같은 특허들의 조성물을 이용하여 시공한 미끄럼방지포장재,도막형바닥재포장포장의 경우 수지와 골재의 혼화성 문제로 인해 대형 트럭의 하중 및 충격 등에 의해 포장 면들이 쉽게 균열하거나 접착력이 약화되고, 골재의 마모로 인해 시간이 지날수록 미끄럼방지 효과가 크게 줄어드는 문제점이 있었다.
한편, 최근 산업화와 도시화가 급속히 진행되면서 주거, 상업, 공공시설 등이 늘어나 녹지 면적이 줄어들고, 각종 인공열과 대기오염 물질로 인해 도시 상공의 기온이 주변 지역보다 높아지는 현상이 발생되기 시작했는데, 이러한 현상을 바로 열섬(Heat Island) 현상이라 부른다.
열섬 현상의 가장 큰 원인은 도시에 건설되는 아스팔트나 콘크리트 구조물 등의 인공 구조물에 있다. 이 인공 구조물은 낮 동안 태양 에너지를 열로 흡수하고 저장하였다가, 야간이 되면 방출하여 열대야와 도심 열섬 현상을 야기하게 된다.
이에 따라 최근 도시부의 도로 등을 중심으로 보행자의 열 환경을 개선하거나 열섬 현상을 완화시키기 위해 노면 온도의 상승을 억제시키는 포장기술 개발이 주목받고 있으며, 지속적인 연구가 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 미끄럼방지 성능이 우수하면서도 차열 성능이 향상된 폴리우레아 포장용 조성물과, 이로부터 제조된 미끄럼방지포장재, 도막형바닥재, 및 폴리우레아 포장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내충격성 및 내마모성이 향상된 폴리우레아 포장용 조성물과, 이로부터 제조된 미끄럼방지포장재, 도막형바닥재, 및 폴리우레아 포장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재, 골재 및 광물섬유를 포함하는 주제부; 및 폴리에테르아민, 폴리아스파틱 에스테르, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재, 안료, 가소제 및 촉매를 포함하는 경화제부;를 포함하는 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머는 지방족 디이소시아네이트 화합물 및 폴리에테르 폴리올의 반응에 의해 제조된 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머는 중량평균분자량이 500 내지 5,000 g/mol일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 제1차열소재는 산화아연(ZnO), 이산화티탄(TiO2), 산화세륨(CeO) 및 산화텅스텐(WO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 제2차열소재는 안티몬주석산화물(ATO), 인듐주석산화물(ITO), 세슘텅스텐산화물(CWO) 및 삼산화안티몬-산화아연(Sb2O3-ZnO)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 폴리에테르아민은 중량평균분자량이 300 내지 3,000 g/mol일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물을 경화시켜 제조된 미끄럼방지포장재, 도막형바닥재 또는 폴리우레아 포장재에 관한 것이다.
본 발명에 따른 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물은 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재, 골재 및 광물섬유를 포함하는 주제부; 및 폴리에테르아민, 폴리아스파틱 에스테르, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재, 안료, 가소제 및 촉매를 포함하는 경화제부;를 혼합하여 미끄럼방지 폴리우레아 포장재는 제조함으로써 뛰어난 미끄럼방지 성능 및 차열 성능을 가질 수 있으며, 내수성, 내화학성 등이 뛰어나고 내마모성 및 내충격성과 같은 기계적 물성이 우수하다.
이하 본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 미끄럼방지 폴리우레아 도막형바닥재 포장용 조성물에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재, 골재 및 광물섬유를 포함하는 주제부; 및 폴리에테르아민, 폴리아스파틱 에스테르, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재, 안료, 가소제 및 촉매를 포함하는 경화제부;를 포함하는 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물에 관한 것이다.
이처럼 본 발명에 따른 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물은 상기 조성을 만족하는 주제부 및 경화제부를 혼합하여 포장재를 제조함으로써 뛰어난 미끄럼방지 성능 및 차열 성능을 가질 수 있으며, 내수성, 내화학성, 내열성 등이 뛰어나고 내마모성 및 내충격성과 같은 기계적 물성이 우수하다.
이하, 본 발명에 따른 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 예에 따른 주제부에 대하여 설명하며, 전술한 바와 같이, 주제부는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재, 골재 및 광물섬유를 포함한다.
구체적으로, 상기 주제부는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부에 대하여 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카 10 내지 100 중량부, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재 5 내지 50 중량부, 골재 50 내지 200 중량부 및 광물섬유 5 내지 50 중량부를 포함할 수 있으며, 보다 좋게는 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카 15 내지 50 중량부, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재 10내지 30 중량부, 골재 100 내지 150 중량부 및 광물섬유 10 내지 25 중량부를 포함할 수 있다. 이와 같은 범위에서 경화제부와 혼합 시 폴리우레아 포장재가 효과적으로 제조될 수 있으며, 목표하는 물성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머(또는 간략하게 프리폴리머라 지칭함)는 성형을 쉽게 하기 위해 비교적 중합도가 낮은 상태에서 중합 반응을 중지시켜 제조된 중합체를 의미하는 것으로, 중량평균분자량은 500 내지 5,000 g/mol, 보다 좋게는 1,000 내지 3,000 g/mol일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 프리폴리머는 지방족 디이소시아네이트 화합물 및 폴리에테르 폴리올의 반응에 의해 제조된 것일 수 있으며, 말단에 이소시아네이트기를 형성하기 위해 지방족 디이소시아네이트 화합물의 몰수 대비 폴리에테르 폴리올을 소량 사용하는 것이 바람직하다. 일 구체예로 지방족 디이소시아네이트 화합물 : 폴리에테르 폴리올의 몰비는 1 : 0.05 내지 0.9, 보다 좋게는 1 : 0.1 내지 0.5일 수 있다. 이와 같은 범위에서 말단에 이소시아네이트기가 포함된 프리폴리머를 효과적으로 제조할 수 있다.
상기 지방족 디이소시아네이트 화합물은 자외선에 의한 황변 현상을 억제함과 동시에 내화학성 및 내열성을 향상시키고, 작업 시 냄새를 저감시키기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 알리파틱 구조 또는 사이클로알리파틱 구조일 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 지방족 디이소시아네이트 화합물은 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트(TMHDI), 리신 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트(CHDI) 및 4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(HMDI) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 HDI일 수 있다.
상기 폴리에테르 폴리올은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 바람직하게는 중량평균분자량이 300 내지 3,000 g/mol, 보다 좋게는 500 내지 2,500 g/mol인 폴리에테르 폴리올일 수 있다. 보다 구체적인 일 예시로, 상기 폴리에테르 폴리올은 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 에틸렌옥시드와 프로필렌옥시드의 랜덤 공중합체나 블록 공중합체 및 에틸렌옥시드와 부틸렌옥시드의 랜덤 공중합체나 블록 공중합체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 가장 바람직하게는 폴리프로필렌글리콜일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카는 폴리우레아 포장재의 내구성을 향상시키기 위한 것으로, 실리카의 표면이 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 개질된 것일 수 있다. 이처럼 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카를 사용함으로써 차후 경화제부와 혼합하여 폴리우레아 포장재를 제조할 시 폴리우레아 수지 파트와 실리카 입자가 단단히 결착될 수 있다. 실리카 입자의 크기는 1호사(2.5~4 메쉬), 2호사(4~8 메쉬), 3호사(8~12 메쉬), 4호사(12~18 메쉬), 5호사(18~24 메쉬), 6호사(24~60 메쉬), 7호사(60~150 메쉬) 및 8호사(150~200 메쉬) 중에서 2종 이상 선택하여 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 3호사와 8호사를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 3호사와 8호사를 혼합하여 사용할 시 3호사:8호사의 중량비는 30~50:50~70일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 이소시아네이트 함유 실란 커플링제는 3-(트리메톡시실릴) 프로필 이소시아네이트, 3-(트리에톡시실릴) 프로필 이소시아네이트, (트리메틸실릴) 이소시아네이트 및 이소시아네이토(디메틸)실란 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 3-(트리메톡시실릴) 프로필 이소시아네이트 또는 3-(트리에톡시실릴) 프로필 이소시아네이트를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재는 폴리우레아 포장재에 차열 성능을 부여하기 위한 것으로, 제1차열소재의 표면이 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 개질된 것일 수 있다. 이 역시 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재를 사용함으로써 차후 경화제부와 혼합하여 폴리우레아 포장재를 제조할 시 폴리우레아 수지 파트와 제1차열소재 입자가 단단히 결착될 수 있다. 이때, 상기 이소시아네이트 함유 실란 커플링제는 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.
한편, 상기 제1차열소재는 자외선 차단 성능이 우수한 금속산화물일 수 있으며, 구체적인 일 예시로 산화아연(ZnO), 이산화티탄(TiO2), 산화세륨(CeO) 및 산화텅스텐(WO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 산화아연일 수 있다. 상기 제1차열소재의 형상은 구형, 막대형, 침형 등의 입자 형상 또는 중공(hollow) 형상일 수 있으며, 평균입경은 2 내지 100 ㎚일 수 있고, 보다 좋게는 5 내지 50 ㎚일 수 있다. 이와 같은 범위에서 차열 효과가 특히 우수하다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 골재는 폴리우레아 포장재의 미끄럼방지 기능을 더욱 향상시키기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 모래, 규사 및 자갈 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 바람직하게는 규사일 수 있다. 상기 규사는 1 내지 5 ㎜의 평균 입도를 가진 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 광물섬유는 폴리우레아 포장재의 강도를 더욱 증가시켜 내구성 및 내마모성을 향상시키기 위한 광물 조성의 섬유강화재를 의미하는 것으로, 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화철(Fe2O3) 및 알칼리토금속산화물을 포함하며, 상기 이산화규소 : 산화알루미늄의 중량비가 1 : 0.5 내지 1인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이와 같은 조성을 가진 광물섬유는 이산화규소 성분을 포함함에 따라 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카 및 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재의 혼화성이 우수하여 폴리우레아 수지의 강도 및 내구성을 증진시킴에 있어 효과적일 수 있다.
보다 바람직한 일 예시로, 상기 광물섬유는 광물섬유 총 중량 중 이산화규소(SiO2) 30 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 15 내지 30 중량%, 이산화철(Fe2O3) 0.1 내지 7 중량%, 및 알칼리토금속산화물 15 내지 50 중량%를 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 범위에서 광물섬유가 고강도, 고탄성율 및 저파단신도 특성을 가질 수 있다. 반면, 각 조성이 상기 범위를 벗어날 경우 광물섬유의 물리적 강도가 저하되거나, 섬유화가 어려울 수 있다.
이때, 상기 알칼리토금속산화물은 산화칼슘(CaO) 및 산화마그네슘(MgO)일 수 있으며, 산화칼슘 : 산화마그네슘의 중량비는 1 : 0.2 내지 0.6일 수 있다. 이와 같은 범위에서 상기 광물섬유의 섬유화가 용이하게 조절될 수 있다. 반면, 산화칼슘 : 산화마그네슘의 중량비가 1:0.2 미만일 시 광물섬유 용융물의 점도 조절이 어려울 수 있으며, 1:0.6 초과 시 광물섬유의 섬유화가 저해될 수 있다.
광물섬유가 효과적으로 작용하기 위해서는 그 크기 또한 매우 중요한데, 본 발명에 사용하기 적합한 광물섬유는 평균 직경이 0.1 내지 0.5 ㎜이며, 평균 길이가 1 내지 10 ㎜일 수 있고, 어스펙트비는 10 내지 30일 수 있다. 이와 같은 범위에서 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물에 잘 혼합될 수 있으면서도 폴리우레아 포장재의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 예에 따른 경화제부에 대하여 설명한다.
상기 경화제부는 주제부 100 중량부에 대하여 50 내지 300 중량부로 혼합될 수 있으며, 보다 좋게는 80 내지 150 중량부로 혼합될 수 있다. 이와 같은 범위에서 폴리우레아 중합체의 형성이 용이할 수 있으며, 우수한 내화학성 및 내구성을 확보할 수 있다. 특히 주제부와 경화제부를 포함하는 폴리우레아 포장재용 조성물 내 반응성 관능기의 당량비를 적절하게 맞춰주는 것이 좋으며, 일 예시로 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물에서 NCO/NH2의 당량비는 1 내지 3, 보다 좋게는 1.2 내지 1.5일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 경화제부는 폴리에테르아민 100 중량부에 대하여 폴리아스파틱 에스테르 5 내지 100 중량부, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재 5 내지 50 중량부, 안료 1 내지 15 중량부, 가소제 1 내지 30 중량부 및 촉매 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있으며, 보다 좋게는 폴리아스파틱 에스테르 30 내지 60 중량부, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재 15 내지 40 중량부, 안료 3 내지 10 중량부, 가소제 5 내지 15 중량부 및 촉매 1 내지 3 중량부를 포함할 수 있다. 이와 같은 범위에서 주제부와 혼합 시 폴리우레아 포장재가 효과적으로 제조될 수 있으며, 목표하는 물성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 폴리에테르아민은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 바람직하게는 중량평균분자량이 300 내지 3,000 g/mol, 보다 좋게는 500 내지 2,500 g/mol인 폴리에테르아민일 수 있다. 보다 구체적인 일 예시로, 제프아민(JEFFAMINE)의 D-400. D-2000, ED-600, ED-900, ED-2003, T-403 및 T-3000 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 상용화된 제품을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 폴리아스파틱 에스테르는 경화 속도를 조절하여 작업 용이성을 좋게 하기 위한 것으로, DESMOPHEN NH-1220, NH-1420 및 NH-1520 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 상용화된 제품을 사용할 수 있다.
이와 같은 폴리아스파틱 에스테르는 폴리에테르아민 100 중량부에 대하여 5내지 100 중량부로 첨가될 수 있으며, 좋게는 20 내지 80 중량부, 보다 좋게는 30 내지 60 중량부로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 폴리우레아 도막 방수재 형성시 경화 속도 조절이 용이하며, 우수한 인장강도 및 신장율을 확보할 수 있어 좋다. 반면, 폴리아스파틱 에스테르가 5 중량부 미만일 시 경화 속도가 느려지고 인장강도 및 신장율과 같은 도막 물성이 불량해질 수 있으며, 폴리아스파틱 에스테르가 100 중량부 초과일 시 경화 후 도막 경도가 높아지고 취성이 높아지는 단점이 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재는 폴리우레아 포장재에 차열 성능을 부여하기 위한 것으로, 제1차열소재와 제2차열소재를 혼합하여 첨가함으로써 차열 성능을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 개질된 제1차열소재와 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재가 혼합 사용됨으로써 이소시아네이트 함유 실란 커플링제와 아민기 함유 실란 커플링제 뿐만 아니라 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 및 폴리에테르아민 등이 서로 교차 반응하여 폴리우레아 내 제1차열입자 및 제2차열입자가 더욱 잘 결착될 수 있도록 한다.
이때, 상기 아민기 함유 실란 커플링제는 3-아미노프로필 트리메톡시실란, 3-아미노프로필 트리에톡시실란, 3-아미노프로필 메틸디에톡시실란, 3-아미노프로필 디메틸에톡시실란, 4-아미노부틸 트리메톡시실란, 3-(메타-아미노페녹시)프로필트리메톡시실란, 및 노르말-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 3-아미노프로필 트리메톡시실란 또는 3-아미노프로필 트리에톡시실란을 사용하는 것이 좋다. 이처럼 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재를 사용함으로써 차후 주제부와 혼합하여 폴리우레아 포장재를 제조할 시 폴리우레아 수지 파트와 제2차열소재 입자가 단단히 결착될 수 있다.
한편, 상기 제2차열소재는 근적외선 차단 성능이 우수한 금속산화물일 수 있으며, 구체적인 일 예시로 안티몬주석산화물(ATO), 인듐주석산화물(ITO), 세슘텅스텐산화물(CWO) 및 삼산화안티몬-산화아연(Sb2O3-ZnO)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 안티몬주석산화물일 수 있다. 상기 제2차열소재의 형상은 구형, 막대형, 침형 등의 입자 형상 또는 중공(hollow) 형상일 수 있으며, 평균입경은 2 내지 100 ㎚일 수 있고, 보다 좋게는 5 내지 50 ㎚일 수 있다. 이와 같은 범위에서 차열 효과가 특히 우수하다.
본 발명의 일 예에 있어, 안료는 색상을 부가하여 도로의 식별력 및 시인성을 향상시키기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 산화철, 수산화철, 산화크롬, 유산바륨, 탄산바륨, 산화티탄, 이산화티탄, 이산화망간, 이산화티타늄, 규산지르코늄, 카본블랙 및 나트륨알루미노실리케이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 이에 따른 색상의 선택은 산화철 등의 적갈색 안료, 수산화철 등의 황색 안료, 산화크롬 등의 녹색 안료, 산화티탄 등의 백색 안료, 나트륨알루미노실리케이트 등의 군청색 안료 등으로서 통상적으로 이 분야에 시판되는 안료가 선택될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 가소제는 폴리우레아 포장재에 유연성 및 탄성을 부여하기 위한 것으로, 디이소노닐프탈레이트, 디이소부틸프탈레이트, 디부틸프탈레이트, 벤질부틸프탈레이트, 디노말옥틸프탈레이트, 디이소데실프탈레이트, 디에틸헥실프탈레이트 및 프로필렌 카보네이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 상기 조성물에 가소제를 첨가함으로써 폴리우레아 수지 파트에 유연성 및 탄성이 부여되어 포장재의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 촉매는 주제부와 경화제부가 혼합되어 폴리우레아 중합체를 형성할 시 반응이 보다 쉽게 진행될 수 있도록 하기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 주석계, 납계, 코발트계, 비스무트계, 3차 아민계 등의 촉매를 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
이에 더하여, 상기 경화제부는 필요에 따라 증점제, 레벨링제, 소포제, 자외선 안정제 및 접착증진제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 첨가할 수 있다. 상기 첨가제는 폴리에테르아민 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 각각 첨가될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물을 경화시켜 제조된 포장재에 관한 것으로, 구체적으로 상기 포장재는 미끄럼방지포장재, 도막형바닥재 또는 폴리우레아 포장재일 수 있다. 상세하게 상기 포장재는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재, 골재 및 광물섬유를 포함하는 주제부; 및 폴리에테르아민, 폴리아스파틱 에스테르, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재, 안료, 가소제 및 촉매를 포함하는 경화제부;를 반응시켜 제조된 것일 수 있다.
이때, 각 구성 성분의 종류 및 함량은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략하며, 주제부와 경화제부를 혼합하여 반응시키는 방법은 통상적인 방법을 적용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 차열 성능이 우수한 미끄럼방지 폴리우레아 도막형바닥재 포장용 조성물에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[제조예]
1) 프리폴리머: 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI) : 중량평균분자량이 1,000 g/mol인 폴리프로필렌글리콜을 1 : 0.3의 몰비로 용기에 투입하고 90℃에서 6시간 동안 교반시킨 후 미반응 단량체를 제거하여 중량평균분자량이 1,345 g/mol인 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 제조하였다.
2) 표면개질된 실리카: 3-(트리에톡시실릴) 프로필 이소시아네이트 100 중량부에 대하여 실리카 3호사 8 중량부 및 실리카 8호사 12 중량부를 투입하여 100 rpm의 속도로 10분간 교반한 후 2 시간 동안 50℃의 온도로 열풍 건조하여 제조하였다.
3) 표면개질된 산화아연(ZnO-SM): 3-(트리에톡시실릴) 프로필 이소시아네이트 100 중량부에 대하여 산화아연(ZnO, 평균직경 20 ㎚) 20 중량부를 투입하여 100 rpm의 속도로 10분간 교반한 후 2 시간 동안 50℃의 온도로 열풍 건조하여 제조하였다.
4) 표면개질된 안티몬주석산화물(ATO-SM): 3-아미노프로필 트리에톡시실란 100 중량부에 대하여 안티몬주석산화물(ATO, 평균직경 20 ㎚) 20 중량부를 투입하여 100 rpm의 속도로 10분간 교반한 후 2 시간 동안 50℃의 온도로 열풍 건조하여 제조하였다.
[실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 4]
하기 표 1에 기재된 구성 및 함량(중량부)으로 주제부와 경화제부를 각각 준비하고, 주제부 100 중량부에 대하여 경화제부 100 중량부를 혼합 및 반응시켜 폴리우레아 포장재 조성물을 준비하였다.
이때, 폴리에테르아민으로 ED-900(상품명), 폴리아스파틱 에스테르로 NH-1220(상품명), 가소제로 디이소데실프탈레이트(DIDP), 안료로 이산화티탄과 카본블랙, 촉매로 비스무트 옥토에이트를 사용하였다.
[표 1]
[특성 평가]
상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 4에서 각각 제조된 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물로 포장재를 제조한 후 하기 방법에 따라 각 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 표시하였다.
1) 미끄럼 방지 성능(BPN): KS F2375 방법에 의해 미끄럼 방지 성능을 측정하였다.
2) 차열 성능(℃): 10 ㎜×10 ㎜ 철판 위에 시료 조성물 도포하여 충분히 건조시킨 후, 일정한 거리에서 100W 적외선 램프를 조사하면서 포장재의 표면 중앙에 온도 측정 센서를 설치하여 시간에 따른 샘플 표면의 온도를 측정하였다. 이때 램프 조사 시간은 일반적으로 4시간 정도이면 정지상(steay-state) 상태에 도달하므로 평균 4시간으로 측정하였다.
3) 내마모성(㎎): KS M 6080:2009 방법에 의해 내마모성을 측정하였다.
4) 내충격성: 콘크리트에 약 400 ㎛ 두께로 시료 조성물을 도포하여 건조시킨 다음, 1 ㎏의 추를 500 ㎜ 높이에서 10회 반복 낙하시킨 후 포장재가 손상된 정도를 육안으로 확인하였다. 이때, 평가는 전혀 손상되지 않은 경우 ◎, 육안으로 판별이 힘든 미세한 크랙이 발생한 경우 △, 크랙이 확연하게 발생하거나 포장재가 벗겨진 경우 X로 표시하였다.
5) 부착 성능: 콘크리트에 약 400 ㎛ 두께로 시료 조성물을 도포하여 건조 후 망치로 깨어보아 콘크리트와 함께 박리되는지 확인하였다. 이때, 평가는 콘크리트 파편에 포장재가 잘 부착되어 있는 경우 ◎, 다소 박리가 일어난 경우 △, 완전히 박리된 경우 X로 표시하였다.
[표 2]
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물로 제조된 포장재는 우수한 미끄럼방지 성능, 차열 성능, 내충격성, 내마모성 및 부착 성능을 가짐을 확인할 수 있었다.
상세하게, 실시예 1 내지 3의 경우, 미끄럼방지 성능 121 BPN 이상, 차열 성능 58℃로 이하, 내모마성 110 ㎎ 이하로 측정되었으며, 내충격성 및 부착 성능이 모두 우수하였다.
특히, 실시예 2의 경우 적정 함량으로 각 성분이 배합됨에 따라 뛰어난 부착 성능을 유지하면서 미끄럼방지 성능 127 BPN, 차열 성능 54℃, 내모마성 106 ㎎의 우수한 기계석 특성을 보였다.
반면, 비교예 1은 미끄럼방지 성분, 차열 성분 및 광물섬유가 배제됨에 따라 미끄럼방지 성능 106 BPN, 차열 성능 65℃, 내모마성 129 ㎎로 좋지 않으며, 부착성은 좋았으나 충격에 의해 크랙이 발생하여 내충격성은 좋지 않았다. 비교예 2의 경우 차열 성분이 배제됨에 따라 차열 성능이 62℃로 좋지 않았다. 비교예 3의 경우 미끄럼방지 성분이 배제됨에 따라 미끄럼방지 성능 110 BPN, 내마모성 121 ㎎으로 좋지 않았으며, 내충격성도 다소 저하되었다. 비교예 4는 광물섬유가 배제됨에 따라 내마모성이 내마모성 114 ㎎으로 좋지 않았으며, 내충격성이 크게 저하되었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (7)
- 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부에 대하여 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 실리카 15 내지 50 중량부, 이소시아네이트 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제1차열소재 10 내지 30 중량부, 골재 100 내지 150 중량부 및 광물섬유 10 내지 25 중량부를 포함하는 주제부; 및
폴리에테르아민 100 중량부에 대하여 폴리아스파틱 에스테르 30 내지 60 중량부, 아민기 함유 실란 커플링제로 표면개질된 제2차열소재 15 내지 40 중량부, 안료 3 내지 10 중량부, 가소제 5 내지 15 중량부 및 촉매 1 내지 3 중량부를 포함하는 경화제부;
를 포함하는 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머는 지방족 디이소시아네이트 화합물 및 폴리에테르 폴리올의 반응에 의해 제조된 것인, 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물.
- 제 2항에 있어서,
상기 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머는 중량평균분자량이 500 내지 5,000 g/mol인, 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1차열소재는 산화아연(ZnO), 이산화티탄(TiO2), 산화세륨(CeO) 및 산화텅스텐(WO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 제2차열소재는 안티몬주석산화물(ATO), 인듐주석산화물(ITO), 세슘텅스텐산화물(CWO) 및 삼산화안티몬-산화아연(Sb2O3-ZnO)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 폴리에테르아민은 중량평균분자량이 300 내지 3,000 g/mol인, 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물.
- 제 1항의 미끄럼방지 폴리우레아 포장재용 조성물을 경화시켜 제조된 포장재.
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