KR102224093B1 - 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제, 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제, 이를 이용한 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제, 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 제1프리폴리머 30 내지 60중량부, 제2프리폴리머 30 내지 60중량부 및 경화촉진제 6.5 내지 9중량부를 혼합하여 형성되는 수지와, 상기 수지 100중량부에 대하여, 가교제 10 내지 20중량부, 필러 45 내지 75중량부, 색상안료 5 내지 10중량부 및 첨가제 3 내지 8중량부를 포함하는 주제와, 상기 주제 100중량부에 대하여, 경화개시제 1 내지 5중량부를 포함하되, 제1프리폴리머는 에폭시 아크릴레이트 20 내지 25중량부와 폴리에테르 아민 1 내지 5중량부를 50 내지 70℃에서 1시간 동안 반응시킨 후 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 70 내지 75중량부를 70 내지 90℃에서 1 내지 2시간 동안 반응시켜 형성되는 시아네이트 에스터-에폭시 올리고머이고, 제2프리폴리머는 이소시아네이트 아크릴레이트 20 내지 30중량부와 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체 70 내지 80중량부를 70 내지 90℃에서 2 내지 3시간 동안 반응시켜 형성되는 시아네이트 에스터-에폭시-우레탄 올리고머인 것을 특징으로 한다.

Description

교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제, 이를 이용한 시공방법{ULTRA-THIN ECO-FRIENDLY ADHESIVE COATING FOR BRIDGE PAVEMENT, CONSTRUCTION METHOD USING IT}
본 발명은 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제, 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
교량은 하천, 해안 및 도로 등의 상부를 지나갈 수 있도록 가설된 고가 구조물을 총칭하는 것으로, 지형과 주위환경을 고려하여 교각이 소정의 거리간격으로 구축되며, 이웃하는 교각 사이를 철 구조물과 철근 콘크리트 구조물 등으로 연결하는 과정으로 건설된다. 그중 장대교량은 교량 본래의 목적인 도로의 연결로써의 역할을 하며, 최근 계획되고 있는 장경간 케이블 교량은 그 규모가 장대화가 되고 있는 추세이다.
교량에서 차량의 무게를 지탱하며 교량의 차로가 되는 부분인 상판을 보호하면서 차량에 평탄성, 주행 쾌적성 및 안정성을 제공하기 위하여, 교면포장을 하고 있다. 교면포장은 교통 하중을 직접 전달하는 부분으로, 이에 적합한 강도 및 균열 저항성을 가져야 하는 것은 물론, 빗물 등의 수분에 노출되어 있고 염화물 이온의 침투가 쉬워 철근의 부식을 방지할 수 있는 염소이온 투수성이 요구된다.
또한 교면포장 시공 후 5년이 되기 전에 주행트랙을 따라 소성변형이 생겨서 심각한 주행 문제점을 발생시키거나, 소성변형은 없다 하더라도 시간이 경과되면서 포장재료가 점차 노화되어 결국에는 심한 균열을 발생시켜 주기적으로 유지보수를 해야 하는 번거로움이 있다.
이에, 유지보수에 따른 비용을 최소화하기 위해 아스콘을 이용하여 포장한 상태에서의 소성변형을 최소화하고, 장시간 동안 노화되지 않으면서 쉽게 박리되지 않도록 하는 것이 중요하다.
특히 교면포장은 보통 약 80 내지 100mm의 두께로 두껍게 시공이 이루어지고 있는데, 포장재료가 두껍게 시공되기 위해서는 포장재료가 많이 투입될 수 밖에 없어 공사비가 증가되는 문제점이 있다.
예컨대 '구스 아스팔트를 이용한 교량 상판의 포장공법(등록번호: 10-1015260)'에서는 교량 상판의 표면에 프라이머 도포층, 에폭시계 수지 재질로 이루어진 접착층, 아스팔트 재질의 방수시트, 구스 아스팔트를 차례대로 적층 형성하고 200 내지 300℃로 가열 및 포설하여 제1포장층을 형성한 후, 제1포장층의 상면에 제2포장층을 형성하는 과정으로 교량 상판을 포장하는 방법을 제시하고 있다. 하지만 프라이머 도포층, 접착층, 방수시트, 구스 아스팔트가 차례대로 적층된 제1포장층의 두께는 3 내지 4cm이고, 제1포장층의 상면에 형성되는 제2포장층의 두께는 3 내지 4cm로써, 최대 8cm에 달하는 두꺼운 두께로 이루어지기 때문에 공사비용이 많이 소요될 수 밖에 없는 문제점이 있다.
따라서 교량 상판을 초박형으로 포장하여 고정하중을 줄여 공사비를 절감할 수 있도록 하는 코팅제와, 이를 이용하여 포장 시공할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
국내 등록특허공보 제10-1015260호, 2011.02.09.자 등록.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 교량 상판에 초박층으로 포장하여 고정하중을 줄여봄으로써 공사비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 용제를 사용하지 않아 친환경성능을 확보할 수 있도록 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제, 이를 이용한 시공방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 제1프리폴리머 30 내지 60중량부, 제2프리폴리머 30 내지 60중량부 및 경화촉진제 6.5 내지 9중량부를 혼합하여 형성되는 수지와, 상기 수지 100중량부에 대하여, 가교제 10 내지 20중량부, 필러 45 내지 75중량부, 색상안료 5 내지 10중량부 및 첨가제 3 내지 8중량부를 포함하는 주제와, 상기 주제 100중량부에 대하여, 경화개시제 1 내지 5중량부를 포함하되, 상기 제1프리폴리머는 에폭시 아크릴레이트 20 내지 25중량부와 폴리에테르 아민 1 내지 5중량부를 50 내지 70℃에서 1시간 동안 반응시킨 후 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 70 내지 75중량부를 70 내지 90℃에서 1 내지 2시간 동안 반응시켜 형성되는 시아네이트 에스터-에폭시 올리고머이고, 상기 제2프리폴리머는 이소시아네이트 아크릴레이트 20 내지 30중량부와 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체 70 내지 80중량부를 70 내지 90℃에서 2 내지 3시간 동안 반응시켜 형성되는 시아네이트 에스터-에폭시-우레탄 올리고머인 것을 특징으로 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제를 제공한다.
바람직하게는, 상기 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체는, 하기 화학식 1을 갖는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112020141534374-pat00001
(단, 상기 식에서 n은 1 내지 100 중 어느 하나의 정수이다.)
바람직하게는, 상기 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체는, 하기 화학식 2를 갖는 것을 특징으로 한다.
[화학식 2]
Figure 112020141534374-pat00002
(단, 상기 식에서 n은 1 내지 100 중 어느 하나의 정수이다.)
바람직하게는, 상기 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 또는 상기 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체는, 시아네이트 에스터와 에폭시 수지를 70 내지 90℃에서 30분 내지 1시간 동안 교반하면서 반응시킨 후 냉각시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 시아네이트 에스터의 시아네이트기 당량이 100 내지 300g/eq이고, 상기 에폭시 수지의 에폭시기 당량이 100 내지 400g/eq인 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 교량 상판의 바탕면을 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 바탕면의 표면에 상기 접착 코팅제와 골재를 도포하여 포장층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제를 이용한 시공방법을 제공한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제에 따르면, 시아네이트 에스터와 에폭시 수지의 반응에 의한 고기능성 접착 중간체의 합성을 통하여 고접착성, 내열성을 가지면서 장기내구성과 장기공용성이 확보된 포장층을 형성할 수 있고, 용제가 포함되지 않아 친환경적인 효과가 있다.
또한, 본 발명의 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제는 교량 상판에 대한 접착력을 강화시키고 유연성, 내충격성 및 내마모성을 향상시킬 수 있으므로, 교량 상판에 박층으로 도포하더라도 내구성이 우수하고 기계적 물성이 뛰어난 포장층 형성으로 외부의 유해인자들을 효율적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제를 이용한 시공방법에 따르면, 롤러, 레기 및 스프레이 등을 이용하여 용이하게 시공이 가능하면서도, 포장 두께가 초박층으로 공사기간이 짧을 뿐만 아니라 내구성이 우수한 포장층을 확보할 수 있어 교량 교면의 보호로 유지보수 기간을 늦출 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제에 관한 것으로, 고기능성 접착 중간체를 합성하여 주제에 포함함으써 교량 상판과의 고접착성 및 우수한 내열성을 가지면서 장기 내구성이 우수하여 장기공용성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
관련하여, 본 발명의 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제는 제1프리폴리머 30 내지 60중량부, 제2프리폴리머 30 내지 60중량부 및 경화촉진제 6.5 내지 9중량부를 혼합하여 형성되는 수지와, 수지 100중량부에 대하여, 가교제 10 내지 20중량부, 필러 45 내지 75중량부, 색상안료 5 내지 10중량부 및 첨가제 3 내지 8중량부를 포함하는 주제와, 주제 100중량부에 대하여, 경화개시제 1 내지 5중량부를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 있어서, 주제는 제1프리폴리머 30 내지 60중량부, 제2프리폴리머 30 내지 60중량부 및 경화촉진제 6.5 내지 9중량부를 혼합하여 형성되는 수지와, 수지 100중량부에 대하여, 가교제 10 내지 20중량부, 필러 45 내지 75중량부, 색상안료 5 내지 10중량부 및 첨가제 3 내지 8중량부를 포함하여 형성된다. 이때 수지는 교량 상판에 대한 접착력을 강화하고, 유연성, 내충격성 및 내마모성을 부여하는 것으로, 제1프리폴리머 30 내지 60중량부, 제2프리폴리머 30 내지 60중량부 및 경화촉진제 6.5 내지 9중량부를 반응시켜 형성되는 것이 바람직하다.
제1프리폴리머는 에폭시 아크릴레이트와 폴리에테르 아민을 50 내지 70℃에서 1시간 동안 반응시킨 후 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 70 내지 75중량부를 70 내지 90℃에서 1 내지 2시간 동안 반응시켜 형성되는 시아네이트 에스터-에폭시 올리고머인 구성이다. 즉 에폭시 아크릴레이트 20 내지 25중량부와 폴리에테르 아민 1 내지 5중량부를 1차적으로 반응시키고, 이후 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 70 내지 75중량부와 반응시킴으로써, 비닐기(-vinyl)를 갖는 시아네이트 에스터-에폭시 올리고머를 제조할 수 있게 된다.
에폭시 아크릴레이트의 경우 20중량부 미만으로 포함되면 접착 코팅제에 화학저항성을 높일 수 없어 포장층으로의 외부열화인자 침투를 쉽게 야기하는 단점이 있으며, 25중량부를 초과하여 포함되면 그 이하의 양을 첨가한 경우와 대비하여 폴리에테르 아민과의 반응성이 좋지 못한 단점이 있다. 이와 같은 에폭시 아크릴레이트는 분자량이 98.14g/mol이고 에폭시기 당량이 98.14g/eq인 1,2-에폭시-5-헥산(1,2-epoxy-5-hexene)일 수 있으며, 이는 하기 구조식 1과 같다.
Figure 112020141534374-pat00003
[구조식 1]
폴리에테르 아민은 수지 물성에 영향을 미치는 원료로, 폴리에테르 아민이 1중량부 미만으로 포함되는 경우 접착 코팅제의 강인성 등 물리적 특성이 저하되고, 5중량부를 초과하여 포함되면 폴리에테르 아민이 과량으로 혼합되어 미반응성 폴리에테르 아민이 잔류하여 제1프리폴리머 합성 수율이 저하될 수 있다. 이러한 폴리에테르 아민은 분자량이 230g/mol이고 아민수소(amine hydrogen)기 당량이 60g/eq이며, 하기 구조식 2와 같다.
Figure 112020141534374-pat00004
[구조식 2]
단, 구조식 2에서 x는 2.5이다.
시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체는 고기능성 접착 중간체인 것으로, 시아네이트 에스터와 에폭시 수지의 반응에 의해 합성되며 하기 화학식 1을 갖는다. 단, 화학식 1에서 n은 1 내지 100 중 어느 하나의 정수이다.)
Figure 112020141534374-pat00005
[화학식 1]
화학식 1과 같은 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체는 70 내지 75중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 제1프리폴리머 내에 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체가 70중량부 미만이면 시아네이트 에스터-에폭시 올리고머가 합성되지 못하고, 75중량부를 초과하여 포함되면 시아네이트 에스터-에폭시 올리고머의 변형을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.
이러한 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체는 시아네이트 에스터 50 내지 70중량부와 에폭시 수지 30 내지 50중량부를 반응기에 투입하고 70 내지 90℃에서 30분 내지 1시간 동안 교반하면서 반응시킨 후 천천히 상온으로 냉각시켜 합성될 수 있다.
시아네이트 에스터는 구조식 3의 비스페놀 A 시아네이트 에스터(bisphenol A cyanate ester), 구조식 4의 비스페놀 E 시아네이트 에스터(bisphenol E cyanate ester), 구조식 5의 비스페놀 F 시아네이트 에스터(bisphenol F cyanate ester) 및 구조식 6의 비스페놀 M 시아네이트 에스터(bisphenol M cyanate ester)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 즉 시아네이트 에스터는 하기 구조식 3 내지 6으로 나타내는 화합물 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112020141534374-pat00006
[구조식 3]
Figure 112020141534374-pat00007
[구조식 4]
Figure 112020141534374-pat00008
[구조식 5]
Figure 112020141534374-pat00009
[구조식 6]
구조식 3 내지 6에서와 같은 시아네이트 에스터가 50중량부 미만으로 사용되면 고기능성 접착 중간체로의 합성이 완전히 일어나지 못하고, 70중량부를 초과하면 오히려 물성 저하를 초래하는 문제점이 있으므로, 시아네이트 에스터의 함량은 50 내지 70중량부 범위 내에서 반응이 이루어지는 것이 바람직하다.
에폭시 수지는 비스페놀 A 에폭시 수지(bisphenol A epoxy resin, DGEBA) 및 비스페놀 F 에폭시 수지(bisphenol F epoxy resin, DGEBF) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 여기서 비스페놀 A 에폭시 수지는 하기 구조식 7과 같으며, 비스페놀 F 에폭시 수지는 구조식 8과 같다.
Figure 112020141534374-pat00010
[구조식 7]
Figure 112020141534374-pat00011
[구조식 8]
구조식 7, 8과 같은 에폭시 수지는 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 합성을 위하여 30 내지 50중량부 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다. 에폭시 수지가 30중량부 미만으로 포함되면 중간체로서의 물성저하를 초래할 수 있고, 50중량부를 초과하여 포함되면 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체로의 합성이 이루어지지 못해 바람직하지 않다.
특히 시아네이트 에스터는 시아네이트기 당량이 100 내지 300g/eq인 것이 바람직하며, 에폭시 수지는 에폭시기 당량이 100 내지 400g/eq인 것이 바람직하다. 시아네이트 에스터의 시아네이트기 당량이 100g/eq 미만이면 접착 코팅제의 접착성능이 저하되고, 시아네이트기 당량이 400g/eq를 초과하면 잔류 시아네이트기의 영향으로 이 역시 접착성능을 높일 수 없다. 에폭시 수지의 에폭시기 당량이 100g/eq 미만이면 고기능성 접착 중간체로의 물성을 가지기 어려워지며, 에폭시기 당량이 400g/eq를 초과하면 접착 코팅제의 강도 및 경화도에 도움을 주지 못하게 된다. 이때 바람직하게는 시아네이트기/에폭시기의 당량비는 1.7 내지 2.3 범위일 수 있다.
제2프리폴리머는 이소시아네이트 아크릴레이트와 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체를 반응시켜 형성되는 시아네이트 에스터-에폭시-우레탄 올리고머인 구성이다.
상세히 제2프리폴리머는 이소시아네이트 아크릴레이트 20 내지 30중량부와 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체 70 내지 80중량부를 반응기에 투입하고, 70 내지 90℃에서 2 내지 3시간 동안 중합반응을 통하여 천천히 상온에서 냉각시킴으로써, 비닐기(-vinyl)와 에폭시기(-epoxy)를 갖는 시아네이트 에스터-에폭시-우레탄 올리고머를 형성하여 이루어진다. 이러한 우레탄 개질반응을 통하여 접착 코팅제에 유연성을 부여하면서, 내마모성 및 전단접착강도와 우수한 내구성을 가질 수 있게 된다.
시아네이트 에스터-에폭시-우레탄 올리고머 합성에 필요한 이소시아네이트 아크릴레이트를 20중량부 미만으로 반응시키면 시아네이트 에스터-에폭시-우레탄 올리고머의 원활한 합성을 방해하며, 30중량부를 초과하여 반응시키면 미반응된 이소시아네이트 아크릴레이트가 잔류하여 접착 코팅제의 점도 및 경도를 조절하기가 까다로워진다. 이소시아네이트 아크릴레이트의 경우 분자량 155.15g/mol의 이소시아네이트기 당량이 155.15g/eq인 2-메타크릴로일옥시에틸 이소시아네이트(2-methacryloyloxyethyl isocyanate)일 수 있으며, 이는 하기 구조식 9와 같다.
Figure 112020141534374-pat00012
[구조식 9]
에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체는 분자량 1,026g/mol이고 에폭시기 당량이 513g/eq일 수 있으며, 하기 화학식 2를 갖는 것을 특징으로 한다. 단, 화학식 2에서 n은 1 내지 100 중 어느 하나의 정수이다.)
Figure 112020141534374-pat00013
[화학식 2]
화학식 2와 같은 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체는 상술한 바 있는 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체의 합성과정과 동일하게 진행되되, 시아네이트 에스터와 에폭시 수지 간의 함량 변화에 따라 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체가 형성될 수 있다.
경화촉진제는 잠재성 촉진제, 경화속도 촉진제, 라디칼 중합 경화촉진제로 이루어진 군으로부터 1종 이상이 선택되어 주제의 경화속도를 향상시키는 구성이다.
잠재성 촉진제로는 아민 경화제인 디시안디아미드(dicyandiamide, DICY)일 수 있으며, 이는 하기 구조식 10에 나타내었다. 경화속도 촉진제로는 티올 화합물인 2,2'-(에틸렌디옥시)디에탄티올(2,2'-(ethylenedioxy)diethanethiol, DMDO)일 수 있으며, 이는 하기 구조식 11에 의해 확인된다. 라디칼 중합 경화촉진제로는 하기 구조식 12의 N,N-디메틸-p-톨루이딘(N,N-dimethyl-p-toluidine, DMPT), 하기 구조식 13의 N,N-디메틸아닐린(N,N-dimethylaniline, DMA)일 수 있다.
Figure 112020141534374-pat00014
[구조식 10]
Figure 112020141534374-pat00015
[구조식 11]
Figure 112020141534374-pat00016
[구조식 12]
Figure 112020141534374-pat00017
[구조식 13]
구조식 10 내지 13과 같은 경화촉진제는 6.5 내지 9중량부를 포함하여 수지를 형성할 수 있으며, 6.5중량부 미만이면 주제의 경화속도를 촉진시켜줄 수 없어 교량 상판에 접착 코팅제 시공 후 경화시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 경화촉진제가 수지에 9중량부를 초과하여 포함되면 주제의 경화가 너무 빨리 진행되어 오히려 작업성이 저하되는 단점이 있다.
가교제는 접착 코팅제의 경화시간에 영향을 주면서, 가교도를 증가시켜 내마모성 및 내구성을 향상시키는 구성이다. 가교제는 이소시아네이트 45 내지 55중량부와 하이드록시 아크릴레이트 45 내지 55중량부를 반응기에 넣고 70 내지 90℃에서 2 내지 3시간 동안 반응시킨 후 천천히 상온에서 냉각시켜 제조될 수 있다.
가교제 합성에 사용되는 이소시아네이트는 분자량이 250.25g/mol이고 이소시아네이트기 당량이 125.13g/eq인 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethane diisocyanate)일 수 있으며, 이는 하기 구조식 14와 같다.
Figure 112020141534374-pat00018
[구조식 14]
가교제 합성에 사용되는 하이드록시 아크릴레이트는 분자량이 130.14g/mol이고 하이드록시기 당량이 130.14g/eq인 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate)일 수 있으며, 이는 하기 구조식 15와 같다.
Figure 112020141534374-pat00019
[구조식 15]
이소시아네이트와 하이드록시 아크릴레이트의 반응으로 합성되는 가교제는 수지 100중량부에 대하여, 10 내지 20중량부인 것이 바람직하다. 가교제가 10중량부 미만이면 사슬을 연장시킬 수 있도록 가교하는 효과가 도출되지 않으며, 20중량부를 초과하는 경우 경도가 지나치게 높아지고, 신율이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
필러는 접착 코팅제의 내충격성을 높이면서 방식성 또한 확보하기 위하여 core-shell rubber powder와 인산아연을 포함하는 구성이다. core-shell rubber powder는 부타디엔을 포함하는 공중합체를 코어로 갖는 것으로, 접착 코팅제에 내충격성능을 향상시켜 주고, 차량 통행으로 인해 발생되는 진동에 대한 저항성능을 부여하게 된다. 또한 인산아연은 방식성능을 부여하게 된다. 이러한 core-shell rubber powder과 인산아연을 통하여 접착 코팅제가 내충격성 및 방식성이 우수해져 내열성, 내염기성, 내산성 및 내약품성을 높일 수 있게 되는 것이다.
필러는 수지 100중량부에 대하여 45 내지 75중량부인 것이 바람직한데, 45중량부 미만이면 접착 코팅제에 내충격성 및 방식성을 부여하기에 부족하고, 75중량부를 초과하면 접착 코팅제의 점도 상승으로 작업성이 저하되는 단점이 있다.
색상안료는 접착 코팅제에 색상을 부여하기 위해 금속 화합물을 고온에서 결합시켜 제조되는 구성이다. 색상안료는 내열성, 내화학성 및 내약품성을 향상시켜 안정적인 포장층을 형성할 수 있게 하는 것으로, 코발트, 아연, 니켈, 티타늄, 알루미늄 및 리튬으로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택하여 사용될 수 있으며, 예컨대 Hanil 사의 P120(Co-Al-Li 색상안료), P521(Co-Al 색상안료) 및 P600(Co-Ni-Zn-Ti 색상안료) 등이 있다.
색상안료의 경우 수지 100중량부에 대하여 5중량부 미만으로 첨가되면, 원하는 농도의 색상을 표현하지 못하는 어려움이 있다. 반면, 수지 100중량부에 대해 색상안료가 10중량부를 초과하면 물성 변형을 초래할 우려가 있어 바람직하지 못하다. 따라서 색상안료는 수지 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부 범위 내로 혼합되는 것이 바람직하다.
첨가제는 통상적으로 접착 코팅제에 사용될 수 있는 접착증진제, 소포제 및 분산제가 수지 100중량부에 대하여 3 내지 8중량부 범위 내로 사용되어 접착 코팅제의 물성 개선을 보조하는 구성이다.
접착증진제는 교량 상판에 대한 부착력 및 접착 코팅제의 강도를 보강하는 역할을 하며, 예컨대 에폭시 기능성 실란이 사용될 수 있다. 소포제는 접착 코팅제의 기포 발생을 방지하는 것으로, 실리콘계 소포제, 비실리콘계 소포제 및 미네랄 오일계 소포제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 분산제는 필러와 색상안료의 분산을 원활하게 해주는 역할을 한다.
첨가제가 수지 100중량부에 대해 3중량부 미만으로 첨가되면 교량 상판에 대한 부착력 보강, 접착 코팅제의 강도 보강, 기포의 억제 및 분산에 유리한 효과를 부여하지 못하게 된다. 반면 첨가제가 수지 100중량부에 대해 8중량부를 초과하면 그 이하의 양을 첨가한 경우와 대비하여 더 탁월한 효과가 나타나지 않고, 오히려 접착 코팅제의 물성을 저하시키게 된다.
본 발명에 있어서, 경화개시제는 주제가 경화될 수 있도록 개시하는 구성이다. 경화개시제는 주제 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부 범위로 혼합될 수 있으며, 1중량부 미만으로 포함되면 주제의 경화가 시작되지 못하여 접착 코팅제로 형성될 수 없게 되고, 5중량부를 초과하면 과경화되어 성분들 간의 불필요한 반응을 유도할 수 있기 때문에 바람직하지 못하다. 경화개시제로는 예컨대, 과산화벤조일(benzoyl peroxide, BPO)이 사용될 수 있으며, 상술한 예 외에 주제의 경화를 개시할 수 있는 물질이라면 경화개시제로 사용 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 접착 코팅제를 이용한 시공방법은 교량 상판의 바탕면이 되는 시공부위에 SSPC-SP10으로 블라스팅 처리해 철재 표면의 흑피나 녹, 이물질 등을 제거하는 과정으로 전처리한다. 블라스팅 처리가 어려운 바탕면의 경우 SSPC-SP3(power tool)을 처리한 후 세척 및 건조작업을 실시한다. 이어서 본 발명의 접착 코팅제와 골재(1 내지 4호사, 평균입도 0.8 내지 8mm)를 살포하거나 혼합한 형태를 적용한 후 롤러, 레기 및 스프레이 등을 이용하여 전처리가 끝난 교량 상판의 바탕면에 도포하여 포장층을 형성할 수 있다. 이때 골재는 접착 코팅제의 미끄럼저항성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 이산화규소, 실리카, 세라믹분말, 산화알루미늄(Al2O3), 제강슬래그 및 글라스비드로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제를 이용한 시공방법에 따르면, 교량 상판의 작업 현장에서 접착 코팅제를 신속하게 도포할 수 있어 공사기간을 줄일 수 있으면서도, 내구성이 우수한 포장층을 형성할 수 있어 교량 상판에 대한 보호 효과가 가능한 초박층을 형성할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예, 비교예의 친환경 접착 코팅제를 제조하기에 앞서, 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체와 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체, 제1프리폴리머와 제2프리폴리머를 우선 제조하였다.
① 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체의 제조
시아네이트기/에폭시기의 당량비가 2.0이 되도록, 4,4'-isopropylidenediphenol-epichlorohydrin copolymer(KER-828) 40.2중량부와 cyanate ester(AroCy B-10) 59.8중량부를 반응기에 넣고 80℃에서 30분 내지 1시간 동안 교반하면서 반응시킨 후 천천히 상온으로 냉각시켜 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체를 제조하였다.
② 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체의 제조
에폭시기/시아네이트기의 당량비가 2.0이 되도록, 4,4'-isopropylidenediphenol-epichlorohydrin copolymer(KER-828) 72.9중량부와 cyanate ester(AroCy B-10) 27.1중량부를 반응기에 넣고 80℃에서 30분 내지 1시간 동안 교반하면서 반응시킨 후 천천히 상온으로 냉각시켜 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체를 제조하였다.
③ 제1프리폴리머의 제조
분자량이 98.14g/mol이고 에폭시기 당량이 98.14g/eq가 되도록 1,2-epoxy-5-hexene 22.17중량부와, 분자량이 230g/mol이고 아민수소기 당량이 60g/eq가 되도록 polyetheramine(D-230) 3.71중량부를 반응기에 넣고 60℃에서 1시간 동안 교반해 반응시키고, 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 74.12중량부와 80℃에서 1 내지 2시간 동안 반응시킨 후 상온으로 천천히 냉각시켜 제1프리폴리머를 제조하였다.
④ 제2프리폴리머의 제조
분자량이 155.15g/mol이고 이소시아네이트기 당량이 155.15g/eq가 되도록 이소시아네이트 아크릴레이트(2-methacryloyloxyethyl isocyanate) 23.18중량부와, 1,026g/mol이고 에폭시기 당량이 513g/eq가 되도록 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체 76.82중량부를 반응기에 넣고 80℃에서 2 내지 3시간 동안 반응시킨 후 상온에서 천천히 냉각시켜 제2프리폴리머를 제조하였다.
<실시예 1> 친환경 접착 코팅제의 제조
제1프리폴리머 55.3중량부, 제2프리폴리머 36.9중량부, DICY 4.6중량부, DMDO 2.7중량부 및 DMPT 0.5중량부를 혼합한 수지 100중량부에 대해 urethane acrylate 12중량부, core-shell rubber powder 35중량부, 인산아연 20중량부, 색상안료 8중량부와 함께, 첨가제로 접착증진제 2중량부, 소포제 1.5중량부 및 분산제 1.5중량부를 혼합하여 주제를 제조하였다. 제조된 주제 100중량부에 대하여 경화개시제로 BPO 2중량부를 혼합하여 친환경 접착 코팅제를 제조하였다.
<실시예 2> 친환경 접착 코팅제의 제조
제1프리폴리머 46.0중량부, 제2프리폴리머 46.0중량부, DICY 4.6중량부, DMDO 2.9중량부 및 DMPT 0.5중량부를 혼합한 수지 100중량부에 대해 urethane acrylate 15중량부, core-shell rubber powder 40중량부, 인산아연 25중량부, 색상안료 8중량부와 함께, 첨가제로 접착증진제 2중량부, 소포제 1.5중량부 및 분산제 1.5중량부를 혼합하여 주제를 제조하였다. 제조된 주제 100중량부에 대하여 경화개시제로 BPO 2중량부를 혼합하여 친환경 접착 코팅제를 제조하였다.
<실시예 3> 친환경 접착 코팅제의 제조
제1프리폴리머 36.9중량부, 제2프리폴리머 55.3중량부, DICY 4.6중량부, DMDO 2.7중량부 및 DMPT 0.5중량부를 혼합한 수지 100중량부에 대해 urethane acrylate 16중량부, core-shell rubber powder 30중량부, 인산아연 30중량부, 색상안료 8중량부와 함께, 첨가제로 접착증진제 2중량부, 소포제 1.5중량부 및 분산제 1.5중량부를 혼합하여 주제를 제조하였다. 제조된 주제 100중량부에 대하여 경화개시제로 BPO 2중량부를 혼합하여 친환경 접착 코팅제를 제조하였다.
<비교예 1> 친환경 접착 코팅제의 제조
제1프리폴리머 48.0중량부, 제2프리폴리머 46.0중량부, DICY 4.5중량부, DMDO 1.0중량부 및 DMPT 0.5중량부를 혼합한 수지 100중량부에 대해 urethane acrylate 14중량부, core-shell rubber powder 20중량부, 인산아연 15중량부, 색상안료 8중량부와 함께, 첨가제로 접착증진제 2중량부, 소포제 1.5중량부 및 분산제 1.5중량부를 혼합하여 주제를 제조하였다. 제조된 주제 100중량부에 대하여 경화개시제로 BPO 2중량부를 혼합하여 친환경 접착 코팅제를 제조하였다.
<비교예 2> 친환경 접착 코팅제의 제조
제1프리폴리머 65.7중량부, 제2프리폴리머 25.7중량부, DICY 4.6중량부, DMDO 2.7중량부, DMPT 0.5중량부 및 DMA 0.8중량부를 혼합한 수지 100중량부에 대해 urethane acrylate 8중량부, core-shell rubber powder 35중량부, 인산아연 25중량부, 색상안료 8중량부와 함께, 첨가제로 접착증진제 2중량부, 소포제 1.5중량부 및 분산제 1.5중량부를 혼합하여 주제를 제조하였다. 제조된 주제 100중량부에 대하여 경화개시제로 BPO 2중량부를 혼합하여 친환경 접착 코팅제를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 및 비교예 2의 구체적인 배합은 하기 표 1과 같다.
실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 비교예
1		 비교예
2
주제 수지 제1프리폴리머 55.3 46.0 36.9 48.0 65.7
제2프리폴리머 36.9 46.0 55.3 46.0 25.7
경화
촉진제		 DICY 4.6 4.6 4.6 4.5 4.6
DMDO 2.7 2.9 2.7 1.0 2.7
DMPT 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
DMA - - - - 0.8
가교제(우레탄 아크릴레이트) 12 15 16 14 8
필러 core-shell rubber powder 35 40 30 20 35
인산아연 20 25 30 15 25
색상안료 8 8 8 8 8
첨가제 접착증진제 2 2 2 2 2
소포제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
분산제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
경화개시제 BPO 2 2 2 2 2
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3과 달리, 비교예 1 및 2는 제1프리폴리머, 제2프리폴리머, 경화촉진제, 가교제 및 필러의 함량을 달리하였음을 알 수 있다.
<시험예 1>
본 시험예에서는 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 및 2에서 제조된 친환경 접착 코팅제에 대한 물성시험을 분석하였다. 관련하여, 시험항목에 따른 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시험항목 시험방법 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
부착강도
(MPa)		 ASTM D 4541 ○ ○ ○ ○ ○
굴곡강도
(MPa)		 ASTM D 790 ○ ○ ○ △ ×
내충격성
(kg·m)		 ASTM D 2794 ○ ○ ○ △ △
염수분무시험 KS D 9502 ○ ○ ○ △ ○
경화건조시간
(시간)		 KS M 5000 ○ ○ ○ × ○
○: 우수, △: 보통, ×: 미흡
표 2를 참고하여 접착 코팅제의 물성에 대해 살펴보면, 실시예 1 내지 3, 비교예 1 및 2의 부착강도는 모두 우수한 결과를 나타내었다. 하지만 굴곡강도, 내충격성에 있어서, 실시예 1 내지 3에서만 우수한 결과가 나옴을 확인할 수 있다. KS D 9502 시험방법에 의한 염수분무시험에서는 인산아연의 함량이 적게 함유된 비교예 1에서, 실시예 1 내지 3과 비교예 2에 대비하여 상대적으로 내식성이 낮음을 알 수 있다. 실시예 1 내지 3, 비교예 2에서는 경화건조시간이 2시간 이내로 매우 짧은 시간이 걸린 반면, 비교예 1은 경화촉진제가 적게 함유되어 경화되는데 까지 많은 시간이 소요됨이 확인된다.
즉 비교예 1의 경우에는 경화촉진제의 함량이 6중량부로 낮고, core-shell rubber powder가 20중량부로 낮으며, 인산아연 역시 15중량부로 낮아 굴곡강도와 내충격성이 우수하진 못하고 경화촉진제가 6중량부 밖에 첨가되지 않아 접착 코팅제의 경화건조시간이 매우 많이 걸려 바람직하지 못함을 알 수 있다.
비교예 2의 경우에는 제2프리폴리머의 함량이 25.7중량부로 낮고 가교제 역시 8중량부로 낮아 굴곡강도가 매우 불량하고, 내충격성 또한 우수한 결과를 나타내지 못하였다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제는 교량 상판과의 고접착성 및 우수한 내열성을 가지면서 장기 내구성이 우수하여 장기공용성을 가질 수 있도록, 주제에 있어 고기능성 접착 중간체를 합성하여 주제에 포함함으써 접착성, 내열성, 내구성 및 장기공용성을 향상시켜 교량 상판의 보호기능이 우수하다.
더욱이 본 발명의 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제을 0.8 내지 8mm 크기의 골재를 함께 살포하거나 혼합한 형태로 롤러, 레기 및 스프레이 등을 이용하여 박층으로 포장할 수 있으므로, 기존 80 내지 100mm 정도로 포장되는 재료보다 두께를 낮춰 고정하중을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공사비를 절감할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 제1프리폴리머 30 내지 60중량부, 제2프리폴리머 30 내지 60중량부 및 경화촉진제 6.5 내지 9중량부를 혼합하여 형성되는 수지와, 상기 수지 100중량부에 대하여, 가교제 10 내지 20중량부, 필러 45 내지 75중량부, 색상안료 5 내지 10중량부 및 첨가제 3 내지 8중량부를 포함하는 주제와,
    상기 주제 100중량부에 대하여, 경화개시제 1 내지 5중량부를 포함하되,
    상기 제1프리폴리머는 에폭시 아크릴레이트 20 내지 25중량부와 폴리에테르 아민 1 내지 5중량부를 50 내지 70℃에서 1시간 동안 반응시킨 후 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 70 내지 75중량부를 70 내지 90℃에서 1 내지 2시간 동안 반응시켜 형성되는 시아네이트 에스터-에폭시 올리고머이고,
    상기 제2프리폴리머는 이소시아네이트 아크릴레이트 20 내지 30중량부와 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체 70 내지 80중량부를 70 내지 90℃에서 2 내지 3시간 동안 반응시켜 형성되는 시아네이트 에스터-에폭시-우레탄 올리고머인 것을 특징으로 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체는,
    하기 화학식 1을 갖는 것을 특징으로 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제.
    [화학식 1]
    Figure 112020141534374-pat00020

    (단, 상기 식에서 n은 1 내지 100 중 어느 하나의 정수이다.)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체는,
    하기 화학식 2를 갖는 것을 특징으로 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제.
    [화학식 2]
    Figure 112020141534374-pat00021

    (단, 상기 식에서 n은 1 내지 100 중 어느 하나의 정수이다.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시아네이트 말단 에폭시 프리폴리머 중간체 또는 상기 에폭시 말단 시아네이트 프리폴리머 중간체는,
    시아네이트 에스터와 에폭시 수지를 70 내지 90℃에서 30분 내지 1시간 동안 교반하면서 반응시킨 후 냉각시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시아네이트 에스터의 시아네이트기 당량이 100 내지 300g/eq이고,
    상기 에폭시 수지의 에폭시기 당량이 100 내지 400g/eq인 것을 특징으로 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제.
  6. 교량 상판의 바탕면을 전처리하는 단계; 및
    상기 전처리된 바탕면의 표면에 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 접착 코팅제와 골재를 도포하여 포장층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 초박층 친환경 접착 코팅제를 이용한 시공방법.
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