KR102227285B1 - 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트, 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트, 부틸 프롭-2-에노에이트, 3-카르복시-3-부테노익산 등 모노머를 이용하여 모노머 조성물을 미리 2 종류의 조성물로 나누어 반응기에 투입함으로서 폴리머 주쇄의 중합반응을 균일하게 유도할 수 있으며, 중합 완료된 폴리머의 품질변화를 최대한 줄여 품질균일성을 극대화하는데 효과적이고, 중합반응시 1차 중합반응에 의한 폴리머 필름의 인장력을 높여 외부의 충격으로부터 폴리머 내부 필름의 파괴 또는 찢어지는 현상을 최대한 억제한 상태에서 2차 중합반응에 의한 폴리머 외곽부 필름의 시멘트 입자 또는 기존 구 콘크리트 표면에 노출된 다가 양이온 성분과의 결합 및 접착강도를 극대화하여 외부로부터의 충격 및 기온변화에 따른 콘크리트의 팽창, 수축으로부터 폴리머 혼입 콘크리트의 변형과 파손을 최소화할 수 있어 공용중 잠재적 하자가능성을 낮추고 생애주기를 연장시킬 수 있도록 개선된 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물 및 그 제조방법{Composition for manufacturing double synthetic polymers for concrete and method for manufacturing the same}
본 발명은 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트, 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트, 부틸 프롭-2-에노에이트, 3-카르복시-3-부테노익산 등 모노머를 이용하여 모노머 조성물을 미리 2 종류의 조성물로 나누어 반응기에 투입함으로서 폴리머 주쇄의 중합반응을 균일하게 유도할 수 있으며, 중합 완료된 폴리머의 품질변화를 최대한 줄여 품질균일성을 극대화하는데 효과적이고, 중합반응시 1차 중합반응에 의한 폴리머 필름의 인장력을 높여 외부의 충격으로부터 폴리머 내부 필름의 파괴 또는 찢어지는 현상을 최대한 억제한 상태에서 2차 중합반응에 의한 폴리머 외곽부 필름의 시멘트 입자 또는 기존 구 콘크리트 표면에 노출된 다가 양이온 성분과의 결합 및 접착강도를 극대화하여 외부로부터의 충격 및 기온변화에 따른 콘크리트의 팽창, 수축으로부터 폴리머 혼입 콘크리트의 변형과 파손을 최소화할 수 있어 공용중 잠재적 하자가능성을 낮추고 생애주기를 연장시킬 수 있도록 개선된 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 속경성 또는 조강성 시멘트계 조성물은 콘크리트계 도로, 교량, 구조물, 건축물, 항만 등의 포장, 보수용으로 주로 사용된다.
이때, 콘크리트의 경화 전,후의 성질을 개량하기 위해 시멘트, 물, 골재 이외에 첨가되는 재료로 혼화제가 사용된다.
이러한 혼화제로는 작업성능이나 동결융해저항성을 개선하거나 혹은 강력한 감수효과와 대폭적인 강도 증가 효과를 얻기 위한 것이거나 혹은 콘크리트의 유동성을 개선하기 위한 것이거나 혹은 염해저항성을 높이고 기포발생을 억제하거나 점성, 응집작용을 향상시켜 재료 분리를 막도록 하는 것 등 다양한 재료들이 사용되고 있으며, 폴리머가 대표적이다.
특히, 콘크리트 도로 및 교면 포장의 경우, 스티렌과 부타디엔을 주 모노머로 하여 진공 또는 밀폐형 고압반응기를 통해 가교결합시키는 유화중합 코폴리머 합성라텍스를 주로 사용하는데, 이 합성라텍스의 경우 시멘트와의 혼화성과 작업성이 떨어지기 때문에 이를 해결하기 위해 친수성 유화제를 다량 사용해야 한다.
그런데, 이로 인해 라텍스 자체의 분산 및 저장안정성이 떨어져 장기 저장 시 라텍스 입자의 상분리(phase separation) 현상이 일어나 불량처리되고, 이렇게 불량된 것을 사용하게 되면 시멘트 혼화성, 가사시간, 소성크랙(plastic crack), 및 포설된 부위별 방수성, 강도 및 내구성에 편차가 발생하는 문제가 생긴다.
뿐만 아니라, 기존 혼화제는 시멘트 표면입자의 혼화성이 떨어지다 보니 콘크리트 혼합시 잔골재 및 굵은골재 표면의 음이온성 관능기와의 결합성이 저하되어 콘크리트 구조가 치밀하지 못하고, 내부 공극 충진 효율도 낮아져 균일한 품질을 확보하는데 어려움이 존재하고 있다.
국내 등록특허 제10-1355400호(2014.01.20.), '내구성이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 유지보수공법' 미국 등록특허 제4710526호(1987.12.01.), 'Alkaline curing emulsions for use in cement admixtures'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 모노머를 이용하여 모노머 조성물을 미리 2 종류의 조성물로 나누어 반응기에 투입함으로서 폴리머 주쇄의 중합반응을 균일하게 유도할 수 있으며, 중합 완료된 폴리머의 품질변화를 최대한 줄여 품질균일성을 극대화하는데 효과적이고, 중합반응시 1차 중합반응에 의한 폴리머 필름의 인장력을 높여 외부의 충격으로부터 폴리머 내부 필름의 파괴 또는 찢어지는 현상을 최대한 억제한 상태에서 2차 중합반응에 의한 폴리머 외곽부 필름의 시멘트 입자 또는 기존 구 콘크리트 표면에 노출된 다가 양이온 성분과의 결합 및 접착강도를 극대화하여 외부로부터의 충격 및 기온변화에 따른 콘크리트의 팽창, 수축으로부터 폴리머 혼입 콘크리트의 변형과 파손을 최소화할 수 있어 공용중 잠재적 하자가능성을 낮추고 생애주기를 연장시킬 수 있도록 개선된 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머를 제조하기 위한 조성물에 있어서; 상기 합성폴리머 제조용 조성물은, 암모늄 퍼설페이트 0.1-0.3 중량%, 소디움도데실 설페이트 0.1-0.5 중량%, 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 5-25 중량%, 소디움 옥탄설포네이트(sodium octane sulfonate) 0.1-0.5중량%, 부틸 프롭-2-에노에이트(butyl prop-2-enoate) 10-30중량%, 3-카르복시-3-부테노익산(3-Carboxy-3-butenoic Acid) 1.0-4.0중량%, 술폭실산 포름알데하이트염 0.1~0.5중량%, 및, 나머지로 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트(methyl 2-methyl prop-2-enoate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 합성폴리머 제조용 조성물을 이용하여 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머를 제조하는 방법에 있어서; 반응개시제인 암모늄 퍼설페이트와, 유화제인 소디움도데실 설페이트를 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트와 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트를 포함한 1차 모노머에 투입하여 1차 중합반응을 시작하는 제1단계; 상기 제1단계를 통해 얻어진 1차 중합반응물에 소디움 옥탄설포네이트와 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트와 부틸 프롭-2-에노에이트를 포함하는 2차 모노머를 마저 투입하여 2차 중합반응을 진행하는 제2단계; 상기 2차 중합반응 종료 120분전부터 반응종결시까지 상기 제2단계를 통해 얻어진 2차 중합반응물에 3-카르복시-3-부테노익산을 첨가하고, 2차 중합반응 종료 30분전부터 술폭실산 포름알데하이트염을 투입하여 중합반응을 종결시키는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조방법도 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 모노머를 이용하여 모노머 조성물을 미리 2 종류의 조성물로 나누어 반응기에 투입함으로서 폴리머 주쇄의 중합반응을 균일하게 유도할 수 있다.
둘째, 중합 완료된 폴리머의 품질변화를 최대한 줄여 품질균일성을 극대화하는데 효과적이다.
세째, 중합반응시 1차 중합반응에 의한 폴리머 필름의 인장력을 높여 외부의 충격으로부터 폴리머 내부 필름의 파괴 또는 찢어지는 현상을 최대한 억제한 상태에서 2차 중합반응에 의한 폴리머 외곽부 필름의 시멘트 입자 또는 기존 구 콘크리트 표면에 노출된 다가 양이온 성분과의 결합 및 접착강도를 극대화하여 외부로부터의 충격 및 기온변화에 따른 콘크리트의 팽창, 수축으로부터 폴리머 혼입 콘크리트의 변형과 파손을 최소화할 수 있다.
네째, 이에 따라 공용중 잠재적 하자가능성을 낮추고 생애주기를 연장시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트, 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트, 부틸 프롭-2-에노에이트, 3-카르복시-3-부테노익산 등 모노머를 이용하여 모노머 조성물을 미리 2 종류의 조성물로 나누어 반응기에 투입함으로서 폴리머 주쇄의 중합반응을 균일하게 유도할 수 있으며, 중합 완료된 폴리머의 품질변화를 최대한 줄여 품질균일성을 극대화하는데 효과적이고, 중합반응시 1차 중합반응에 의한 폴리머 필름의 인장력을 높여 외부의 충격으로부터 폴리머 내부 필름의 파괴 또는 찢어지는 현상을 최대한 억제한 상태에서 2차 중합반응에 의한 폴리머 외곽부 필름의 시멘트 입자 또는 기존 구 콘크리트 표면에 노출된 다가 양이온 성분과의 결합 및 접착강도를 극대화하여 외부로부터의 충격 및 기온변화에 따른 콘크리트의 팽창, 수축으로부터 폴리머 혼입 콘크리트의 변형과 파손을 최소화할 수 있어 공용중 잠재적 하자가능성을 낮추고 생애주기를 연장시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물은 암모늄 퍼설페이트 0.1-0.3 중량%, 소디움도데실 설페이트 0.1-0.5 중량%, 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 5-25 중량%, 소디움 옥탄설포네이트(sodium octane sulfonate) 0.1-0.5중량%, 부틸 프롭-2-에노에이트(butyl prop-2-enoate) 5-30중량%, 3-카르복시-3-부테노익산(3-Carboxy-3-butenoic Acid) 1.0-4.0중량%, 술폭실산 포름알데하이트염 0.1~0.5중량%, 및 나머지 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트(methyl 2-methyl prop-2-enoate)로 이루어진다.
여기에서, 나머지란 Bal.(Balance)을 의미한다.
이때, 암모늄 퍼설페이트는 반응개시제로 첨가되며, 소디움도데실 설페이트는 유화제로 첨가된다.
그리고, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트와 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트는 1차 모노머이고, 소디움 옥탄설포네이트와 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트와 부틸 프롭-2-에노에이트 2차 모노머로 첨가된다.
즉, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트는 1,2차에 나누어 투입된다.
또한, 술폭실산 포름알데하이트염은 반응종결제로 첨가된다.
여기에서, 상기 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트(CH2C(CH3)COOCH3, molecular weight 100.13, solubility 1.6g/100ml(20℃), Tg 105℃, boiling point 100.5℃)는 중합된 합성폴리머 입자의 내부 중심부 필름의 강성 부여 및 필름의 마모저항성 증진용으로 폴리머 개질 콘크리트의 압축강도 증진 및 조절을 할 수 있으며, 그 사용량은 폴리머의 주쇄의 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트와의 중합율을 고려할 때, 35-85중량%가 바람직하다.
이때, 상기 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트는 1차 중합과, 2차 중합으로 나누어 사용되는데 상기 사용량 중에서 15-35중량%가 1차 중합에 사용되고, 나머지 20-50중량%가 2차 중합에 사용된다.
그리고, 상기 상기 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트(molecular weight 184.28, solubility 100mg/100L, Tg -70℃, boiling point 125℃, melting point -90℃)는 중합된 합성폴리머 입자의 내부 중심부 필름의 연성(softness) 부여 및 조절용으로 폴리머 개질 콘크리트의 휨강도 증진 및 조절용이며, 그 사용량은 폴리머 주쇄의 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트의 중합율을 고려할 때, 5-25중량%가 바람직하다.
만약, 그 사용량이 5중량% 미만이면 콘크리트의 연성이 부족하게 되고, 25중량%를 초과하면 연성이 초과되어 요구되는 콘크리트의 압축강도가 감소된다.
또한, 상기 부틸 프롭-2-에노에이트(CH2CHCOOC4H9, molecular weight 128.17, solubility 0.14g/100ml(20℃), Tg -54℃, boiling point 145℃)는 이중구조 합성폴리머 입자의 바깥쪽 필름의 연성을 부여하고, 폴리머 개질 콘크리트의 부착강도를 선택적으로 증진하는데 효과적이며, 교량보수용 슬라브의 열화부 및 강도저하 부분에 합성폴리머 혼입 콘크리트의 부착강도를 향상시켜 준다.
아울러, 상기 3-카르복시-3-부테노익산(molecular weight 130g/mol, solubility 1g/12ml, Melting point 162-164℃, density 1.63g/cm3)은 중합폴리머 입자표면의 음이온성을 부여하여 폴리머 입자간 또는 폴리머 입자 대 시멘트 입자, 무기골재 표면의 양이온기를 중화하여 입자간 반발력을 부여함으로서 폴리머의 분산 및 저장안정성 및 무기물과의 혼합시 분산력을 부여한다.
이때, 그 사용량은 1-4중량% 정도가 바람직하며, 5중량% 이상이면 합성폴리머의 입자크기, 점도, 및 pH에 미치는 영향이 커지므로 원하는 합성폴리머의 물성을 얻을 수 없다.
이에 더하여, 본 발명에서는 계면 분리를 억제하여 상분리가 일어나지 않도록 상기 합성폴리머 조성물 100중량부에 대해, 계면분리억제제를 더 첨가할 수 있다.
이 경우, 계면분리억제제는 피로인산나트륨과 잔탄검을 8:2의 중량비로 혼합한 혼합액 12중량부, 메틸살리실레이트 5중량부, 로진 5중량부, 3-하이드록시톨루엔 15중량부, 콜타르 5중량부, 디메틸올프로피온산 5중량부 및 삼불화붕소아민착염 5중량부일 수 있다.
이때, 피로인산나트륨과 잔탄검을 8:2의 중량비로 혼합한 혼합액은 젤화 특성을 증대시키면서 계면에서의 앵커링 기능을 강화시켜 층분리를 억제시키는데 강력한 특성을 발휘한다.
그리고, 메틸살리실레이트(Methyl Salicylate)는 무색의 액체로서 비중은 1.18이고, 비점은 223℃이며, 융점은 -9℃로서 유화 및 연화성을 증대시키기 위해 첨가된다.
또한, 로진(Rosin)은 송진을 수증기로 증류하여 테레빈유를 제거한 다음에 남는 담황색 또는 갈색의 투명한 액체로서 성분간 결합성을 강화시키면서 점도를 조절하며 접착력을 부여하기 위해 첨가된다.
아울러, 3-하이드록시톨루엔은 표면에 기능기를 부여하여 함으로써 표면 거칠기를 높이게 되며, 이를 통해 높아진 표면 거칠기는 일종의 앵커 혹은 쐐기 기능을 수행함으로써 층이 쉽게 분리되지 않도록 강고한 고정력을 제공하게 된다.
뿐만 아니라, 콜타르는 균열억제 및 방수성능 강화, 계면분리 억제 및 열화방지를 위해 첨가된다.
또한, 디메틸올프로피온산은 친수성 그룹을 도입하여 잘 섞이도록 하기 위한 것이고, 삼불화붕소아민착염은 안정적인 점착강도 유지 및 내화학성을 유지하기 위해 첨가된다.
이러한 조성물을 이용하여 본 발명에 따른 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 암모늄 퍼설페이트, 소디움도데실 설페이트를 포함한 유화제 및 반응개시제를 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트와 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트를 포함한 1차 모노머에 투입하여 1차 중합반응을 시작하는 제1단계가 수행된다.
이때, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트는 전체 사용량의 절반 가량만 제1단계에서 사용한다. 더 정확하게는 총 35-85중량%중 15-35중량%만 1차 중합에 사용하고, 나머지 20-50중량%는 2차 중합에 사용하도록 한다.
그런 다음, 제1단계를 통해 얻어진 1차 중합반응물에 소디움 옥탄설포네이트와 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트와 부틸 프롭-2-에노에이트를 포함하는 2차 모노머를 마저 투입하여 2차 중합반응을 진행하는 제2단계가 수행된다.
이후, 2차 중합반응 종료 120분전부터 반응종결시까지 상기 제2단계를 통해 얻어진 2차 중합반응물에 3-카르복시-3-부테노익산을 첨가하고, 2차 중합반응 종료 30분전부터 술폭실산 포름알데하이트염을 투입하여 중합반응을 종결시키는 제3단계;를 거친다.
여기에서, 본 발명에 따른 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머는 주 모노머로서 [메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트]-[2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트]-[소디움 옥탄설포네이트]-[부틸 프롭-2-에노에이트]-[3-카르복시-3-부테노익산]과 같은 여러종류의 모노머를 포함한 합성폴리머의 유화중합물이기 때문에 중합전에 각각의 조성물 형태로 준비하여 투입함으로써 균일하고 정확한 반응을 유도할 수 있다.
예컨대, 유화제 및 반응개시제 조성물, 1단계 중합용 1단계 모노머 조성물, 2단계 모노머 조성물, 반응종결 조성물 형태로 미리 나누어 각각을 정량한 다음 반응기에 순차적으로 투입하는 중합과정을 거치는 것이 중요하다.
이와 같이, 여러종류의 모노머를 이용하여 모노머 조성물을 미리 2 종류의 1,2차 조성물로 나누어 반응기에 투입함으로써 폴리머 주쇄의 중합반응을 균일하게 유도할 수 있으며, 중합 완료된 폴리머의 품질변화를 최대한 줄여 품질균일성을 극대화하는데 효과적이고, 중합반응시 1차 중합반응에 의한 폴리머 주쇄와 음이온성 관능기를 유도하여 시멘트 표면입자의 중금속 양이온 입자들을 중화, 시멘트 혼화성을 최대한 높일 수 있다.
뿐만 아니라, 2차 중합반응에 의한 폴리머 주쇄와 양이온성 관능기를 부여하여 콘크리트 혼합시 잔골재 및 굵은골재 표면의 음이온성 관능기와 결합하여 보다 콘크리트 구조가 치밀하고 내부 공극을 충진하는 효과를 얻을 수 있으며, 잔골재 및 굵은골재의 골재원에 따라 발생하는 골재 품질편차에 의한 배합수 및 가사시간에 미치는 영향을 줄일 수 있어 균일한 품질의 콘크리트를 생산하는데 효과적일 뿐만 아니라, 기존의 스티렌과 부타디엔 합성폴리머 개질 콘크리트에서 요구된 사용량을 줄일 수 있어 원가절감면에서 유리하다.
특히, 1차 중합시 반응기 온도를 85℃로 승온하여 4시간 동안 진행하고, 반응 4시간 후 2차 중합 반응을 4시간 동안 진행한 후 반응을 종결시키는 것이 바람직하다.
덧붙여, 상기 제1단계 후 제2단계 개시전에 상술한 계면분리억제제를 더 첨가한 후 제2단계를 수행할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 제3단계에서, 방수-중성화억제제를 더 첨가할 수 있다.
즉, 중합을 종결하기 전에 합성폴리머 조성물 100중량부에 대해 나트륨-시트레이트 10중량부, 황산제1철(FeSO4.7H2O) 5중량부, N,N-디메틸에탄올아민 10중량부, 올레인산 10중량부로 이루어진 방수-중성화억제제를 더 첨가 혼합하여 2차 중합반응시킨 후 중합을 종결하도록 할 수 있다.
이 경우, 나트륨-시트레이트(Na-citrate:Na3C6H5O7)는 방수 착체 형성을 위해 첨가되고, 황산제1철(FeSO4.7H2O)은 용해시 pH가 질산염이나 염산염에 비하여 높기 때문에 pH를 약염기 영역(7~9)으로 조절하여 별도로 pH 조절제(Na2CO3, K2HPO4, KH2PO4 등)을 첨가하지 않고도 콘크리트의 중성화을 막을 수 있어 상호 개시비율로 정확히 계량되어 배합되어야 한다. 그래야, 철-시트레이트 킬레이트 화합물을 원활히 생성하여 치밀한 조직을 갖는 균일한 방수구조를 갖출 수 있게 된다.
그리고, N,N-디메틸에탄올아민(N,NDimethylethanol amine)은 부착력, 즉 접착력을 강화시켜 크랙 사이로 앵커링되면서 계면에서의 층분리를 억제키 위해 첨가된다.
아울러, 올레인산은 침투력을 높이게 크랙 침투 후 겔화를 촉진하여 고정 안정화에 기여하고, 점성을 유지하기 위해 첨가된다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
상술한 본 발명의 제조방법에 따라 합성폴리머를 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 하되, 계면분리억제제를 더 첨가하였다.
[실시예 3]
실시예 2와 동일하게 하되, 방수-중성화억제제를 더 첨가하였다.
그리고, 이들 합성 폴리머의 물성을 표 1에 나타내었는데, 비교를 위해 스티렌-부타디엔 폴리머의 경우를 비교예1로 하였다.
Figure 112020045673720-pat00001
상기 표 1 결과에 의거하여, 본 발명의 제조방법으로 얻어진 실시예 1 내지 3은 비교예(대조군) 대비 중합후 고형분농도, pH, 입자크기 등이 균일한 값을 나타내었다. 또한, 중합균일성에 따른 미반응 반응잔존물(residue) 함량이 비교에 대비 적은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실시예의 중합방법이 입자 내부로부터 외부로의 2단계 중합반응으로 단계적으로 이루어진 결과에 의해 비교예 대비 반응잔존물의 함량이 낮았던 것으로 해석된다.
또한, 상기 표 1의 실시예 1 내지 3과 비교예의 폴리머 시료를 이용한 폴리머 혼입 콘크리트를 제작하였으며, 배합조건은 하기 표 2와 같다.
Figure 112020045673720-pat00002
상기 표 2에서 각 콘크리트 조성물의 슬럼프는 190±30mm 범위 안으로 조정하여 시료를 제작할 경우, 비교예는 실시예 1 내지 3 대비 보다 많은 배합수량이 필요한 것으로 나타났다.
상기 결과는 비교예의 경우, 중합 후 투입되는 계면활성제의 종류와 첨가량으로 분산성을 확보하는 반면, 실시예 1 내지 3은 폴리머 자체 공중합된 3-카르복시-3-부테오익산의 2개의 카르복실기의 음이온성 관응기가 시멘트 표면의 양이온기를 중화하여 입자간 반발력에 영향을 미친 결과, 동일 배합조건에서 콘크리트 생산시 첨가되는 배합수량을 일정하게 유지할 수 있고, 변동폭이 덜 민감하여 안정적인 콘크리트 생산 및 품질을 얻을 수 있음을 확인하였다.
이때, 상기 표 2의 배합표에 사용된 속경성 시멘트의 물성은 하기 표 3과 같다.
Figure 112020045673720-pat00003
상기 표 2와 3에 의거 실시예 1 내지 3과 비교예로 조성된 콘크리트의 재령 압축강도(KS F 2405)는 하기 표 4와 같다.
Figure 112020045673720-pat00004
상기 표 4와 같이 실시예 1 내지 3은 비교예 대비 재령별 압축강도가 우수한 것으로 나타났다. 상기와 같은 결과는 실시예 1 내지 3의 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트 함량이 증가할수록 압축강도도 증가하는 경향을 보였으며, 이중구조 폴리머 구조가 파괴 전단에 보다 효과적으로 반응한 결과에 기인한 것으로 판단된다.
Figure 112020045673720-pat00005
아울러, 콘크리트의 부착강도(KS F 2762)는 상기 표 5와 같이 실시예 1 내지 3은 비교예 대비 전반적으로 부착강도가 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실시예 1 내지 3폴리머의 바깥부위를 형성하는 부틸 프롭-2-에노에이트와 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트가 기존의 일반적인 스티렌-부타디엔 모노머 대비 폴리머 필름의 인장강도 차이에 의해 부착강도에 영향을 미친 결과이며, 아울러 실시예 1 내지 3 폴리머의 외곽부를 구성하는 3-카르복시-3-부테노익산의 시멘트 입자와의 결합강도가 높아 부착강도가 높게 나타난 것으로 판단된다.
Figure 112020045673720-pat00006
또한, 마모저항성의 경우, 상기 표 6과 같이 실시예 1 내지 3의 마모성이 비교예 대비 적게 나타났으며, 실시예 1 내지 3의 폴리머 필름의 인장강도 및 콘크리트의 압축강도가 비교예 대비 우수한 결과, 마모저항성 차이가 발현된 것으로 사료된다. 이러한 마모저항성은 실시예 3이 가장 우수하였으며, 이러한 결과는 메틸 2-메틸 프롭-2-에노에이트 함량이 높을수록 마모저항성이 개선되는 것으로 나타났다.
Figure 112020045673720-pat00007
또한, 상기 표 7에서와 같이, 실시예 1 내지 3은 실시예 대비 높은 동결융해안정성을 갖는 것으로 나타났다. 상기와 같은 결과는 실시예 1 내지 3에 사용된 폴리머 필름의 온도변화에 따른 신축이완율이 비교예 대비 상대적으로 적은 결과에 기인한 것으로 특히 폴리머 외곽부 주쇄의 모노머 중 하나인 메틸 2-메틸 프롭-2-에노에이트의 함량이 증가할수록 폴리머 필름의 기온변화에 따른 동결융해성이 향상되는 것으로 나타났다,
Figure 112020045673720-pat00008
뿐만 아니라, 실시예 1 내지 3은 상기 표 8에서와 같이, 비교예 대비 우수한 염분침투안정성을 갖는 것으로 나타났다. 상기와 같은 결과는 실시예 1 내지 3 폴리머가 비교예 대비 소수성을 갖는 아크릴 모노머로 구성된 결과에 기인한 것으로 비교예보다 물 또는 염분수에 대한 높은 표면장력을 갖음으로서 수분 및 염분의 침투저항 효과가 뛰어난 것으로 보여주었다.
덧붙여, 본 발명에 따른 합성폴리머가 속경성 조강시멘트에도 적용될 수 있는지 그 특성을 확인하기 위해 아래 표 9와 같은 배합조건으로 조성하였다.
Figure 112020045673720-pat00009
상기 표 9에서 각 콘크리트 조성물의 슬럼프는 190±30mm 범위 안으로 조정하여 시료를 제작할 경우, 비교예는 실시예 1 내지 3 대비, 보다 많은 배합수량이 필요한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 상기 표 2와 같은 경향의 결과를 보여주었으며, 실시예 1 내지 3의 아크릴계 이중구조 폴리머의 시멘트 혼화 및 분산성이 비교예보다 우수하여 동일 슬럼프를 갖는 배합조건시 사용되는 배합수량을 줄일 수 있는 동시에 감량된 배합수량을 통해 보다 콘크리트의 내구성을 개선하는데 효과적인 것으로 나타났다.
그리고, 조강시멘트의 물성은 아래 표 10과 같다.
Figure 112020045673720-pat00010
이에 근거하여, 본 발명에 따른 합성폴리머를 속경성 조강시멘트에 적용한 콘크리트의 부착강도, 콘크리트의 강도, 마모저항성, 동결융해저항성, 염분침투저항성을 상술한 방법과 동일하게 테스트한 결과, 상술한 속경시멘트에 적용한 것과 대등하게 기존보다 월등히 우수한 특성을 보였다.

Claims (2)

  1. 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머를 제조하기 위한 조성물에 있어서;
    상기 합성폴리머 제조용 조성물은,
    암모늄 퍼설페이트 0.1-0.3 중량%,
    소디움도데실 설페이트 0.1-0.5 중량%,
    2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 5-25 중량%,
    소디움 옥탄설포네이트(sodium octane sulfonate) 0.1-0.5중량%,
    부틸 프롭-2-에노에이트(butyl prop-2-enoate) 10-30중량%,
    3-카르복시-3-부테노익산(3-Carboxy-3-butenoic Acid) 1.0-4.0중량%,
    술폭실산 포름알데하이트염 0.1~0.5중량%, 및, 나머지로 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트(methyl 2-methyl prop-2-enoate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조용 조성물.
  2. 청구항 1에 기재된 합성폴리머 제조용 조성물을 이용하여 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머를 제조하는 방법에 있어서;
    반응개시제인 암모늄 퍼설페이트와, 유화제인 소디움도데실 설페이트를 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트와 2-에틸헥실 프롭-2-에노에이트를 포함한 1차 모노머에 투입하여 1차 중합반응을 시작하는 제1단계;
    상기 제1단계를 통해 얻어진 1차 중합반응물에 소디움 옥탄설포네이트와 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트와 부틸 프롭-2-에노에이트를 포함하는 2차 모노머를 마저 투입하여 2차 중합반응을 진행하는 제2단계;
    상기 2차 중합반응 종료 120분전부터 반응종결시까지 상기 제2단계를 통해 얻어진 2차 중합반응물에 3-카르복시-3-부테노익산을 첨가하고, 2차 중합반응 종료 30분전부터 술폭실산 포름알데하이트염을 투입하여 중합반응을 종결시키는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼화용 복층 합성폴리머 제조방법.
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