KR102229134B1 - 탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물 및 이로 형성된 코팅층을 포함하는 건축 및 토목 자재 - Google Patents

탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물 및 이로 형성된 코팅층을 포함하는 건축 및 토목 자재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무 분말, 탄소 섬유, 무기 충전제 및 유기 용제를 포함함에 따라, 우수한 탄성, 내충격성 및 부착성을 동시에 구현할 수 있는, 보강용 폴리우레탄 조성물에 관한 것이다.

Description

탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물 및 이로 형성된 코팅층을 포함하는 건축 및 토목 자재{POLYURETHAN COMPOSITION FOR REINFORCING HVING EXCELLENT ELASTICITY AND IMPACT-RESISTANT AND BUIDING MATERIALS COMPRISING COATING LAYER FORMED BY USING THE SAME}
본 발명은 탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물 및 상기 보강용 폴리우레탄 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 건축 및 토목 자재에 관한 것이다.
일반적으로 각종 건축 자재에는 산화 방지, 내수성, 내충격성, 강도, 내구성 등을 향상시킴과 동시에 열화를 방지하기 위한 목적으로, 폴리올레핀계 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 등을 포함하는 조성물을 포함하는 코팅층이 형성된다.
다양한 성분들 중에서도 폴리우레탄은 내수성, 탄성 등이 우수하여 그 사용도가 높으나, 폴리우레탄만을 포함할 경우에는, 상대적으로 충격에 약해 쉽게 크랙이 발생되며, 대상물과의 부착성이 충분하지 못하여 시간이 지남이 따라, 도막의 박리가 발생되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 폴리우레탄과 함께 다른 종류의 고분자 수지, 촉매, 첨가제 등을 혼합하여 사용함으로써, 물성이 향상된 폴리우레탄 조성물을 개발하고자 하는 시도들이 있었다.
일례로, 대한민국 등록특허 제10-1351556호에서는, 팽창 흑연을 함유한 난연성 폴리우레탄-우레아 하이브리드 코팅제 조성물 및 이의 제조방법에 대해 개시하고 있다.
그러나, 상기 등록특허에서는 구조물에 폴리우레탄 조성물을 적용하여 강도, 내수성, 난연성 등을 향상시키는 것을 고려하고 있으나, 여전히 상기와 같이 탄성, 내충격성 및 부착성을 동시에 향상시키는 점에 대해서는 충분히 고려하고 있지 않았다. 구체적으로, 건축 자재 또는 구조물의 보강을 위한 조성물은 목재, 석재, 금속, 플라스틱 등 다양한 소재에 적용되는 바, 대상물과의 우수한 부착성이 요구되고 있으나, 현재까지는 대상물의 탄성, 내충격성, 내구성, 강도 등의 물성을 향상시킴과 동시에 우수한 부착성을 가지는 폴리우레탄 조성물에 대한 개발은 미흡한 상황이다.
따라서, 본 출원인은 대상물의 탄성, 내충격성, 강도 등의 물성을 향상시키면서도 대상물과의 부착성이 현저히 우수하여 상기된 효과를 장시간 동안 유지할 수 있는, 보강용 폴리우레탄 조성물을 제조함으로써, 본 발명을 완성하였다.
대한민국 등록특허 제10-1351556호
본 발명의 첫 번째 목적은 탄성, 내충격성 및 부착성이 동시에 향상된 보강용 폴리우레탄 조성물을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 두 번째 목적은 상기의 폴리우레탄 조성물로 형성된 코팅층을 포함하여, 우수한 탄성, 내충격성 등의 물성을 갖는 건축 자재를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무 분말, 탄소 섬유, 무기 충전제 및 유기 용제를 포함하되, 조성물 총 중량 기준으로 상기 폴리우레탄 수지 50 ~ 60 중량%, 에폭시 수지 1 ~ 7 중량%, 고무 분말 7 ~ 15 중량%, 탄소 섬유 0.1 ~ 3 중량%, 무기 충전제 0.1 ~ 10 중량% 및 잔량의 유기 용제를 포함하며, 상기 고무 분말은 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 포함하는, 탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물을 제공한다.
상기 에폭시 수지는 중량평균 분자량이 300 ~ 500 인 것일 수 있다.
상기 고무 분말은 평균 입자 크기가 0.01 ~ 1 mm 인 것일 수 있다.
상기 고무 분말은 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 1 : 0.1 ~ 1 : 7 ~ 10 의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 탄소 섬유는 평균 직경이 10 ~ 12 마이크로미터(㎛) 이며, 평균 길이가 200 ~ 300 마이크로미터(㎛) 인 것일 수 있다.
상기 무기 충전제는 평균 입자 크기가 1 ~ 30 마이크로미터(㎛)이되, 알루미나, 실리카, 이산화티탄, 산화아연 및 산화철로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 조성물은 분산제, 경화제, 경화보조제, 소포제, 점증제, pH 조정제, 가교제 및 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기된 보강용 폴리우레탄 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 건축 자재를 제공한다.
본 발명의 보강용 폴리우레탄 조성물은 탄성 및 내충격성이 우수함과 동시에 대상물과의 부착성이 우수할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 보강용 폴리우레탄 조성물은 대상물의 표면에 장시간 동안 충분히 밀착됨으로써, 상기와 같은 효과를 장시간 동안 지속적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 건축 자재는, 상기의 보강용 폴리우레탄 조성물로 형성된 코팅층을 포함함으로써, 우수한 탄성, 내충격성, 강도 등의 특성을 구현할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.
이하에서 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 보강용 폴리우레탄 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무 분말, 탄소 섬유, 무기 충전제 및 유기 용제를 포함하는, 보강용 폴리우레탄 조성물을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에서는 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무 분말, 탄소 섬유, 무기 충전제 및 유기 용제를 포함하되, 특히, 조성물 총 중량 기준으로 상기 폴리우레탄 수지 50 ~ 60 중량%, 에폭시 수지 1 ~ 7 중량%, 고무 분말 7 ~ 15 중량%, 탄소 섬유 0.1 ~ 3 중량%, 무기 충전제 0.1 ~ 10 중량% 및 잔량의 유기 용제를 포함하며, 상기 고무 분말은 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 포함함으로써, 우수한 탄성, 내충격성 및 부착성을 구현하는, 보강용 폴리우레탄 조성물을 제공할 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 폴리우레탄 수지를 포함한다.
본 실시예의 폴리우레탄 수지는 디이소시아네이트 및 폴리올의 중첨가 반응에 의해 형성되는 공지된 모든 형태의 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 총 중량 기준으로 폴리우레탄 수지를 50 ~ 60 중량%, 구체적으로는 53 ~ 58 중량%, 더 구체적으로는 55 중량%를 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 폴리우레탄 수지를 50 ~ 60 중량%로 포함할 때, 본 실시예에 따르는 보강용 폴리우레탄 조성물의 탄성, 내충격성 및 부착성이 우수할 수 있다.
만약, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 폴리우레탄 수지를 50 중량% 미만으로 포함하거나, 60 중량% 초과로 포함할 경우, 폴리우레탄 수지를 50 ~ 60 중량%로 포함하는 경우 보다, 탄성, 내충격성 및 부착성의 향상 정도가 미미할 수 있다. 특히, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 폴리우레탄 수지를 50 중량% 미만으로 포함할 경우에는, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 대상물에 적용되어 도막 형태의 코팅층을 형성하는데 어려움이 있을 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 에폭시 수지를 포함한다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 에폭시 수지를 포함하며, 대상물과 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물의 부착 성능을 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 에폭시 수지는 공지된 모든 형태의 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지 및 비스페놀 F형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 본 실시예의 에폭시 수지는 액상으로서, 중량평균 분자량(Mw)이 300 ~ 500 일 수 있으며, 더 구체적으로는 중량평균 분자량(Mw)이 400 ~ 450 일 수 있다. 특히, 본 실시예의 에폭시 수지의 중량평균 분자량(Mw)이 300 ~ 500 으로 형성될 때, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 수지의 탄성, 내충격성 및 부착성은 우수할 수 있다.
만약, 본 실시예의 에폭시 수지의 중량평균 분자량(Mw)이 300 미만이거나, 500 초과인 경우에는, 중량평균 분자량(Mw)이 300 ~ 500 으로 형성되는 경우 보다, 본 실시예에 따르는 보강용 폴리우레탄 조성물의 탄성, 내충격성 및 부착성의 향상 정도가 미미할 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 총 중량 기준으로 에폭시 수지를 1 ~ 7 중량%, 구체적으로는 3 ~ 5 중량%, 더 구체적으로는 5 중량%로 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 에폭시 수지를 1 ~ 7 중량%로 포함할 때, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물의 탄성, 내충격성 및 부착성이 우수할 수 있다.
만약, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 에폭시 수지를 1 중량% 미만으로 포함하거나, 7 중량% 초과로 포함할 경우에는, 에폭시 수지를 1 ~ 7 중량%로 포함하는 경우 보다, 탄성, 내충격성 및 부착성의 향상 정도가 미미할 수 있다. 특히, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 에폭시 수지를 1 중량% 미만으로 포함할 경우에는, 본 실시예에 따르는 보강용 폴리우레탄 조성물이 적용되는 대상물과의 부착성이 충분히 향상되지 못할 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 고무 분말을 포함한다.
본 실시예의 고무 분말은 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물의 탄성, 내충격성, 강도 등의 물성을 향상시킬 수 있으며, 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 고무 분말로 상기 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 모두 포함할 때, 이들을 각각 단독으로 포함하는 경우 보다, 상기와 같은 물성이 현저히 향상됨을 확인하였다(실험예 1 내지 3 참조).
구체적으로, 본 실시예의 고무 분말은 상기 세 종류의 고무 분말을 모두 포함하되, 상기 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 1 : 0.1 ~ 1 : 7 ~ 10 의 중량비로 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 고무 분말이 상기 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 1 : 0.1 ~ 1 : 7 ~ 10 의 중량비로 포함할 때, 탄성, 내충격성, 강도 등은 더욱 향상될 수 있다.
더 구체적으로, 본 실시예의 고무 분말은 상기 세 종류의 고무 분말을 모두 포함하되, 상기 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 1 : 1 : 8 ~ 9 의 중량비로 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 고무 분말이 상기 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 1 : 1 : 8 ~ 9 의 중량비로 포함할 때, 탄성, 내충격성, 강도 등은 현저히 우수할 수 있다.
본 실시예의 고무 분말은 평균 입자 크기가 0.01 ~ 1 mm, 구체적으로는 0.2 ~ 0.7 mm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 특히, 본 실시예의 고무 분말의 평균 입자 크기가 0.01 ~ 1 mm로 형성될 때, 본 실시예에 따르는 보강용 폴리우레탄 조성물의 탄성, 내충격성, 강도 등은 우수할 수 있다.
만약, 본 실시예의 고무 분말의 평균 입자 크기가 0.01 mm 미만이거나, 1 mm 초과일 경우에는, 평균 입자 크기가 0.01 ~ 1 mm로 형성된 경우 보다, 본 실시예에 따르는 보강용 폴리우레탄 조성물의 탄성, 내충격성, 강도 등의 향상 효과가 미미할 수 있다. 특히, 본 실시예의 고무 분말의 평균 입자 크기가 1 mm 를 초과할 경우에는, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물로 균일한 표면을 가지는 도막의 형성이 어렵고, 크랙이 쉽게 발생되는 문제가 있을 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 총 중량 기준으로 고무 분말을 7 ~ 15 중량%, 구체적으로는 9 ~ 14 중량%, 더 구체적으로는 12 중량%로 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 고무 분말을 7 ~ 15 중량%로 포함할 때, 탄성, 내충격성 및 부착성은 우수할 수 있다.
만약, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 고무 분말을 7 중량% 미만으로 포함하거나, 15 중량% 초과로 포함할 경우에는, 고무 분말을 7 ~ 15 중량%로 포함하는 경우 보다, 탄성, 내충격성 및 부착성의 향상 정도가 미미할 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 탄소 섬유를 포함한다.
본 실시예의 탄소 섬유는 공지된 모든 형태의 탄소 섬유를 포함할 수 있으며, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물의 내충격성, 강도 등의 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유, 피치(pitch) 섬유, 레이온 및 리그닌 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 섬유를 약 1,000 ~ 3,000 ℃의 온도로 소성하여 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예의 탄소 섬유는 침상형으로 형성되되, 평균 직경이 10 ~ 12 마이크로미터(㎛) 이며, 평균 길이가 200 ~ 300 마이크로미터(㎛) 인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
특히, 본 실시예의 탄소 섬유는 침상형으로 형성되되, 평균 직경이 10 ~ 12 마이크로미터(㎛) 이며, 평균 길이가 200 ~ 300 마이크로미터(㎛) 임에 따라, 평균 직경과 평균 길이가 상기된 범위를 벗어나는 경우 보다, 현저히 우수한 내충격성, 강도, 부착성 등의 효과를 구현할 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 총 중량 기준으로 탄소 섬유를 0.1 ~ 3 중량%, 구체적으로는 0.5 ~ 2 중량%, 더 구체적으로 1 중량%로 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 탄소 섬유를 0.1 ~ 3 중량%로 포함할 때, 탄성, 내충격성 및 부착성은 우수할 수 있다.
만약, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 탄소 섬유를 0.1 중량% 미만으로 포함하거나, 3 중량% 초과로 포함할 경우에는, 탄소 섬유를 0.1 ~ 3 중량%로 포함하는 경우 보다, 탄성, 내충격성 및 부착성의 향상 정도가 미미할 수 있다.
특히, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 탄소 섬유를 3 중량% 초과로 포함할 경우에는, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 대상물에 적용되어 균일한 표면을 갖는 코팅층을 형성하는데 어려움이 있을 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 무기 충전제를 포함한다.
본 실시예의 무기 충전제는 본 실시예에 따르는 보강용 폴리우레탄 조성물의 내충격성, 강도, 부착성 등을 향상시킬 수 있으며, 공지된 모든 형태의 무기 충전제를 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 실시예의 무기 충전제는 알루미나, 실리카, 이산화티탄, 산화아연 및 산화철로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 본 실시예의 무기 충전제는 알루미나 및 이산화티탄을 포함할 수 있다.
본 실시예의 무기 충전제는 평균 입자 크기가 1 ~ 30 마이크로미터(㎛), 구체적으로는 20 ~ 30 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 특히, 본 실시예의 무기 충전제의 평균 입자 크기가 1 ~ 30 마이크로미터(㎛)로 형성될 때, 본 실시예에 따르는 보강용 폴리우레탄 조성물의 탄성, 내충격성 및 접착성은 현저히 우수할 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 총 중량 기준으로 무기 충전제를 0.1 ~ 10 중량%, 구체적으로는 1 ~ 7 중량%, 더 구체적으로 6 중량%로 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 무기 충전제를 0.1 ~ 10 중량%로 포함할 때, 탄성, 내충격성 및 부착성은 우수할 수 있다.
만약, 본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물이 총 중량 기준으로 무기 충전제를 0.1 중량% 미만으로 포함하거나, 10 중량% 초과로 포함할 경우에는, 무기 충전제를 0.1 ~ 10 중량%로 포함하는 경우 보다, 탄성, 내충격성 및 부착성의 향상 정도가 미미할 수 있다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 잔량의 유기 용제를 포함한다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 잔량의 유기 용제를 포함하며, 적용 가능한 공지의 모든 유기 용제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 용제는 이소프로폭시에탄올, 에톡시에탄올, 메틸에틸케톤, 톨루엔 및 벤젠으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 공지의 모든 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 분산제, 경화제, 경화보조제, 소포제, 점증제, pH 조정제, 가교제 및 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예의 보강용 폴리우레탄 조성물은 흐름성이 있는 액체 상태로 형성될 수 있으며, 상기 조성물을 건축 자재에 도포 내지 분사함으로써, 건축 자재의 표면에 상기 보강용 폴리우레탄 조성물로 형성된 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 코팅층은 도막을 의미할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기의 보강용 폴리우레탄 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 건축 자재를 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 건축 가재는 '상기 본 발명의 보강용 폴리우레탄 조성물'의 내용을 모두 포함한다.
상기 건축 자재는 건축 구조물에 적용될 수 있는 공지의 모든 건축 자재를 포함할 수 있다.
이하 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 본 발명의 탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
[ 실시예 ]
실시예 1 내지 5
표 1[단위 : 중량%]에 따라, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무 분말, 탄소 섬유, 무기 충전제 및 유기 용제를 포함하는 폴리우레탄 조성물을 제조하였다.
구체적으로, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이며, 중량평균 분자량(Mw)이 400 ~ 450 인 것을 사용하였다.
상기 고무 분말은 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 표 2[단위 : 중량비]의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용하였으며, 세 종류의 고무 분말의 평균 입자 크기는 0.2 ~ 0.7 mm 인 것을 사용하였다. 이때, 에피클로로히드린고무는 CO(에피클로로히드린 호포폴리머)를 사용하였다.
상기 탄소 섬유는 레이온을 약 1,000 ~ 3,000 ℃의 온도로 소성하여 형성된 것으로, 평균 직경이 10 ~ 12 마이크로미터(㎛) 이며, 평균 길이가 200 ~ 300 마이크로미터(㎛) 이되, 침상형으로 형성된 것을 사용하였다.
상기 무기 충전제는 알루미나 및 이산화티탄을 동량 혼합하여 사용하였으며, 평균 입자 크기가 20 ~ 30 마이크로미터(㎛)인 것을 사용하였다.
상기 유기 용제로는 메틸에틸케톤을 사용하였다.
성분 실시예 1 내지 5
폴리우레탄 수지 55
에폭시 수지 5
고무 분말(*표 2) 12
탄소 섬유 1
무기 충전제 6
유기 용제 to.100
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
아이소프렌고무 분말 1 1 1 1 1
폴리아크릴레이트고무 분말 1 1 1 1 1
에피클로로히드린고무 분말 9 7 10 4 13
[ 비교예 ]
비교예 1 내지 3
표 3의 고무 분말만을 포함하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예1 비교예2 비교예3
아이소프렌고무 분말 ○ X X
폴리아크릴레이트고무 분말 X ○ X
에피클로로히드린고무 분말 X X ○
비교예 4 내지 5
에폭시 수지의 중량평균 분자량이 표 4[단위 : g/mol]인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예4 비교예5
중량평균 분자량(Mw) 100 ~ 200 1,000 ~ 1,500
비교예 6 내지 15
표 5[단위 : 중량%]에 따르도록 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무 분말, 탄소 섬유, 무기 충전제 및 유기 용제를 포함하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
성분 비
교
예
6 		비
교
예
7 		비
교
예
8 		비
교
예
9 		비
교
예
10 		비
교
예
11 		비
교
예
12 		비
교
예
13 		비
교
예
14 		비
교
예
15
폴리우레탄 수지 45 65 55 55 55 55 55 55 55 55
에폭시 수지 5 5 0.1 12 5 5 5 5 5 5
고무 분말 12 12 12 12 2 20 12 12 12 12
탄소 섬유 1 1 1 1 1 1 0.01 10 1 1
무기 충전제 6 6 6 6 6 6 6 6 0.01 15
유기 용제 to.100
비교예 16
고무 분말을 포함하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 17
탄소 섬유를 포함하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
[ 실험예 ]
실험예 1 : 탄성력 평가
실시예 및 비교예에 따라 제조된 폴리우레탄 조성물의 반발탄성 및 영구압축변형률을 평가한 뒤, 이를 3회 반복하여 측정한 평균값을 표 6에 나타내었다.
이때, 반발탄성은 [BS 903]에 따라, 시료에 충격을 가해 반발하는 순간적인 정지위치를 기록하여 측정하였다.
또한, 영구압축변형률은 [KSM 6518]에 따라 측정을 하였으며, 구체적으로는 70 ℃에서 22 시간 동안 25% 압축 조건에서 실시되었다.
반발탄성 영구압축
변형률(%) 		반발탄성 영구압축
변형률(%)
실시예1 우수 40 비교예7 불량 75
실시예2 우수 47 비교예8 불량 80
실시예3 우수 48 비교예9 불량 75
실시예4 보통 58 비교예10 불량 90
실시예5 보통 60 비교예11 불량 72
비교예1 불량 90 비교예12 보통 59
비교예2 불량 92 비교예13 불량 75
비교예3 불량 89 비교예14 보통 60
비교예4 보통 73 비교예15 불량 76
비교예5 불량 75 비교예16 불량 95
비교예6 불량 82 비교예17 보통 72
표 7을 보면, 본 실시예에 따를 경우, 반발탄성이 좋고, 영구압축변형률(%)이 낮은 바, 원래의 상태를 회복하는 탄성이 우수함을 알 수 있다.
실험예 2 : 내충격성 평가
ASTM D-256에 따라 실시예 및 비교예의 폴리우레탄 조성물의 아이조드 충격강도(1/4˝노치, kgf·cm/cm)를 평가한 뒤, 3 회 평균값을 표 8[단위 : kgf·cm/cm]에 나타내었다.
충격강도 충격강도
실시예1 20.2 비교예7 11.1
실시예2 17.8 비교예8 9.4
실시예3 18.0 비교예9 12.0
실시예4 15.0 비교예10 5.4
실시예5 15.5 비교예11 13.8
비교예1 7.4 비교예12 5.5
비교예2 6.9 비교예13 14.0
비교예3 7.8 비교예14 6.0
비교예4 10.1 비교예15 14.1
비교예5 11.0 비교예16 6.0
비교예6 8.1 비교예17 5.8
표 8을 보면, 본 실시예에 따를 경우, 충격강도가 우수한 바, 내충격성이 우수함을 알 수 있다.
실험예 3 : 부착성 평가
Cross-cut 시험법(ASTM D 3359 시험규격)에 따라, 실시예 및 비교예의 폴리우레탄 조성물의 부착성을 0B ~ 5B로 평가하여, 표 9에 나타내었다.
구체적으로, 표 9에는 10 회 실험을 반복한 평균값을 기재하였으며, 5B 일 경우에 부착성이 가장 우수함을 의미한다.
- 0B : 분리된 면적이 65 % 이상
- 1B : 분리된 면적이 35 ~ 65 %
- 2B : 분리된 면적이 15 ~ 35 %
- 3B : 분리된 면적이 5 ~ 15 %
- 4B : 분리된 면적이 5 % 이하
- 5B : 분리된 면적이 0 %
부착성 부착성
실시예1 4.5 비교예7 3.0
실시예2 4.3 비교예8 1.5
실시예3 4.3 비교예9 3.5
실시예4 4.0 비교예10 3.0
실시예5 4.0 비교예11 2.5
비교예1 3.5 비교예12 3.5
비교예2 3.5 비교예13 2.5
비교예3 3.5 비교예14 3.0
비교예4 2.0 비교예15 2.5
비교예5 3.0 비교예16 3.0
비교예6 2.0 비교예17 3.0
표 9를 보면, 본 실시예에 따를 경우, 부착성이 현저히 우수함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무 분말, 탄소 섬유, 무기 충전제 및 유기 용제를 포함하되,
    조성물 총 중량 기준으로 상기 폴리우레탄 수지 53 ~ 58 중량%, 에폭시 수지 3 ~ 5 중량%, 고무 분말 9 ~ 14 중량%, 탄소 섬유 0.5 ~ 2 중량%, 무기 충전제 1 ~ 7 중량% 및 잔량의 유기 용제를 포함하며,
    상기 에폭시 수지는 중량평균 분자량이 400 ~ 450 인 것이고,
    상기 고무 분말은 평균 입자 크기가 0.2 ~ 0.7 mm 인 것이되, 상기 고무 분말은 아이소프렌고무(isoprene rubber)분말, 폴리아크릴레이트고무(polyacrylate rubber)분말 및 에피클로로히드린고무(epichlorohydrine rubber)분말을 1 : 1 : 9 의 중량비로 포함하고,
    상기 탄소 섬유는 평균 직경이 10 ~ 12 마이크로미터(㎛) 이며, 평균 길이가 200 ~ 300 마이크로미터(㎛) 인 것을 특징으로 하는, 탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 충전제는
    평균 입자 크기가 1 ~ 30 마이크로미터(㎛)이되,
    알루미나, 실리카, 이산화티탄, 산화아연 및 산화철로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은
    분산제, 경화제, 경화보조제, 소포제, 점증제, pH 조정제, 가교제 및 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄성 및 내충격성이 우수한 보강용 폴리우레탄 조성물.
  8. 제 1 항의 보강용 폴리우레탄 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 건축 자재.
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