KR102238135B1 - 건축용 방수 재료 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 건축용 방수 재료는, 아크릴 수지에 혼합된 복합나노섬유를 포함하는 주재료와, 부재료로서, 상기 주재료에 포함되어 바인더 역할을 수행하는 규산칼륨과, 부재료로서, 상기 주재료 100중량부를 기준으로 3 내지 8 중량부가 포함되는 실란 커플링제와, 부재료로서, 소수성인 상기 아크릴 수지를 둘러싸 에멸션을 형성하는 폴리아민으로 이루어진 수용성 아민 수지 경화제를 포함하고, 상기 복합나노섬유는 카본나노튜브와, 상기 카본나노튜브를 지지하기 위한 폴리머로 이루어진 나노 섬유로 구성되고, 상기 폴리머는 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

건축용 방수 재료{Waterproof stuff for construction}

본 발명은 콘크리트, 벽돌 등의 구조물 표면을 방수처리할 수 있는 방수 재료에 대한 것으로서, 물의 침투는 방지하면서 벽돌에 가해지는 압력은 분산되도록 공기의 이동은 가능하도록 하는 방수 재료에 대한 것이다.

일반적으로 건축구조물은 시멘트를 주성분으로 하는 철근 콘크리트를 바탕으로 이루어지며 시멘트, 모래, 자갈과 같은 골재에 물과 기타 첨가제를 넣어 제조하고 시간이 경과함에 따라 골재 주위를 시멘트 중의 반응성 성분이 수화 반응을 일으켜 이에 가해지는 각종 하중을 지탱할 수 있는 강도가 발휘된다. 또한 이때의 수화반응에 의하여 콘크리트는 pH 12∼ 13 정도의 강알칼리성을 가지게 되며 이러한 강알칼리성은 외부에서 가해지는 각종 하중을 주로 부담하게 되는 철근의 표면에 피막을 형성하여 장기간 녹이 슬지 않도록 하는 전형적인 복합구조물로 알려져 있다.

그러나, 이러한 콘크리트 구조물은 크게 재료적 요인, 시공상의 요인, 환경적인 요인 등으로 조기 균열 발생과 들뜸이나 탈락 등과 같은 결함이 발생하여 콘크리트의 구조 내력 저하와 누수 등의 치명적인 결함으로 이어지고 있는 실정이다.

재료적 요인으로는 골재 자원의 고갈에 따른 다량의 해사 사용과 시멘트중의 알칼리의 과도한 증가를 들 수 있으며 시공상의 요인으로는 작업성 및 생산성 향상을 위하여 다량의 물을 사용함으로써 콘크리트 조직이 다공질화 되는 현상이 있으며, 환경적인 요인으로는 늘어나는 산업시설과 자동차로 인한 대기 중 이산화탄소 농도의 증가와 산성비, 결빙방지를 위한 염화칼슘 등의 물질 다량 사용 등을 들 수 있다.

이러한 여러 가지 요인으로 알칼리 골재반응, 동해, 염해 또는 중성화 등과 같은 노후화 현상이 조기에 발생하거나, 알칼리 성분이 수분과 반응하여 수화된 물질을 형성하고 이러한 재결정된 물질들이 소지 표면에서 백화현상을 일으켜 표면을 오염시키거나 이로 인한 콘크리트의 알칼리성 저하가 철근의 발청을 유발하여 콘크리트의 균열발생, 들뜸, 탈락 등의 결함이 나타나며 결과적으로 구조내력의 저하를 가져올 뿐 아니라 누수 등의 치명적인 결함을 나타낸다.

종래에는 콘크리트의 마감재로 우레탄이나 에폭시계 또는 수성 에멀젼을 사용한 도료를 도장하였으나, 이런 유기계 도료는 콘크리트 표면에 치밀한 건조도막을 이루어 불투수, 투기성 피막을 형성하므로 일시적인 접착력은 발휘하지만 콘크리트의 수화반응과는 무관한 화학반응을 일으키고 콘크리트와 일체가 될 수 없고 특히 수분이 존재하는 환경에서는 충분한 접착력을 발휘할 수 없다. 또한 유기계 도료가 도장된 경우 콘크리트 내부에서 기화된 수분의 팽창에 의해 건조도막의 들뜸, 갈라짐, 부풀음 또는 탈락 등과 같은 결함이 발생하게 된다.

또한, 콘크리트 마감 또는 강화제로 소디움 실리케이트(sodium silicate)를 이용한 무기질 코팅제가 알려져 있는데, 이는 콘크리트 표면에서 콘크리트 성분중 수산화 칼슘등과의 반응으로 콘크리트 소재와 일체가 되고, 소디움 실리케이트 자체의 강알칼리성으로 중성화된 콘크리트를 알칼리성으로 전환시켜 강화시켜 줄 뿐 아니라, 비교적 다른 알칼리 실리케이트에 비하여 가격이 저렴하다는 장점을 가지고 있지만, 소디움 실리케이트의 경우, 반응이 콘크리트 표면에서 비교적 빠르게 일어나 균일한 반응을 하지 못하고 미반응 콘크리트 부분을 표면에 남기고, 물과 접촉시 수화된 물질을 형성하여 콘크리트 표면에 백화현상을 야기하여 오염성에 문제를 나타낼 뿐 아니라, 소디움 실리케이트의 특성상 초기 내수성에 많은 문제점을 나타내고 있다.

본 발명은 벽돌에 사용되는 방수 재료에 대한 것으로서, 공기의 통공은 가능하도록 하면서 수분이 벽돌 내로 흡수되는 것은 차단시킬 수 있는 방수 재료를 제안하고자 한다.

특히, 공기의 통공으로 인해 벽돌 내부에 존재하는 공기를 이요하여 하중 분할이 매우 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 방수 재료를 제안하고자 한다.

본 발명에 따른 건축용 방수 재료는, 아크릴 수지에 혼합된 복합나노섬유를 포함하는 주재료와, 부재료로서, 상기 주재료에 포함되어 바인더 역할을 수행하는 규산칼륨과, 부재료로서, 상기 주재료 100중량부를 기준으로 3 내지 8 중량부가 포함되는 실란 커플링제와, 부재료로서, 소수성인 상기 아크릴 수지를 둘러싸 에멸션을 형성하는 폴리아민으로 이루어진 수용성 아민 수지 경화제를 포함하고, 상기 복합나노섬유는 카본나노튜브와, 상기 카본나노튜브를 지지하기 위한 폴리머로 이루어진 나노 섬유로 구성되고, 상기 폴리머는 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제안되는 바와 같은 방수 재료에 의해서, 벽돌로는 공기가 통하도록 하면서 물의 침투를 강력히 방지할 수 있어, 벽돌이 부담하여야 하는 압력을 더욱 증가시키면서 물의 침투에 의한 부식이나 부패 등의 구조적인 약점을 해결할 수 있는 장점이 있다.

도 1과 도 2는 본 발명의 건축용 시멘트 벽돌을 방수시키기 위한 방수 재료를 제조하는 과정을 간단히 도시한 도면들이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 나노섬유를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따라 제조된 나노섬유의 모식도이다.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

본 발명에 따른 방수재용 나노섬유 방수 조성물은 아크릴 수지에 복합나노섬유가 배합되어서 이루어지고, 복합나노섬유는 카본나노튜브의 적어도 일부가 나노섬유 내부에 포함되어 있는 것이다. 카본나노튜브는 나노섬유에 전계 방사를 통하여 포함되도록 제조되는데, 카본나노튜브에 의해 복합나노섬유의 강도를 크게 증가시키게 된다.

특히, 상기 아크릴수지와 복합나노섬유가 에멀젼된 주재료에 규산칼륨(POTASSIUM METASILICATE)과, 실란 및 유화제가 부재료로 이용되고, 이들 주재료와 부재료는 물과 함께 건축용 시멘트 벽돌 표면을 방수 코팅하기 위한 방수 재료로 이용된다.

그리고, 상기 규산칼륨은 아크릴 수지의 주재료에 포함되어 바인더 역할을 수행하는 것으로서, 상기 규산칼륨 이외에 세라믹 결합체인 분체를 사용하는 것도 가능하다. 다만, 본 발명에서는 바인더로서 규산칼륨을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 다른 물질의 세라믹 결합체는 그 사용량이 증가할수록 색상, 내후성 및 흡착력, 착색효과가 증가하기 때문에, 상기 주재료 100중량부를 기준으로 10 내지 20 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 10중량부 미만으로 포함되는 경우에는 바인더로서 그 역할을 충분히 발휘하지 못하게 되며, 20중량부를 초과하는 경우에는 착색효과나 색상이 지나치게 증가하여 본래의 색이 발휘되어야 하는 건축용 시멘트 벽돌의 색상이 다른 색상으로 보여질 수 있기 때문이다.

도 1과 도 2는 본 발명의 건축용 시멘트 벽돌을 방수시키기 위한 방수 재료를 제조하는 과정을 간단히 도시한 도면들이다.

앞서 설명한 바와 같이, 주재료인 아크릴수지와 복합나노섬유를 혼합하는 주재료 준비 공정(S10)과, 규산칼륨, 실란 및 유화제를 준비하는 부재료 준비 공정(S20)으로 크게 구분할 수 있다.

설명하지 않은 실란의 경우, 커플링제로서 상기 주재료인 아크릴수지(복합나노섬유 포함) 100중량부를 기준으로 3 내지 8 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 주재료를 500rpm으로 교반하면서 실란 커플링제 3중량부 내지 8중량부를 첨가하는 경우에는, 4시간 내지 24시간 동안 가수분해 시켜야 한다. 사용되는 실란 커플링제는 아미노프로필트리에톡시 실란(Aminopropyltriethoxy silane), 아미노에틸-아미노프로필트리메톡시 실란(Aminoethylaminopropyltrimethoxy silane), 메타크록시프로필트리메톡시 실란(Methacryloxypropyltrimethoxy silane), 글리독시프로필트리메톡시 실란(Glycidoxypropyltrimethoxy silane) 중 유기 관능기와 무기 관능기를 갖고 있는 실란 커플링제이다.

주재료에 대해서 부재료로서 실란 커플링제를 혼합하고 가수분해를 시키기 전, 교반하는 때에 수용성 아민 수지 경화제를 더 혼합함으로써, 수용성 아민에 의한 유화 작용과 주재료의 점도에 의해 아크릴 수지의 적당한 유화를 촉진할 수 있다.

수용성 아민 수지 경화제로는 용매인 물에 분산시킨 폴리아민을 이용하는 것이 바람직하다. 폴리아민을 이용함으로써 아민 성분이 소수성인 아크릴 수지를 둘러싸 에멀션을 형성하면서, 성급한 반응을 억제하면서 균일하게 가교 반응을 진행시킬 수 있기 때문이다.

건축용 시멘트 벽돌은 통상의 모르타르나 콘크리트에 사용되는 것이고, 예를 들면 포틀랜드 시멘트, 알루미나시멘트, 실리카 시멘트 중 어느 하나를 선택하거나 이들의 혼합물을 사용하여도 좋다.

본 발명의 주재료인 아크릴 수지에 혼합되는 복합나노섬유에 대해서 상세히 설명하여 본다.

본 발명은 복합나노섬유가 혼합된 아크릴 수지가 주재료로서, 상기 복합나노섬유에 의해 방수재가 공기의 통과는 가능하도록 하면서 물은 높은 성능으로 침투를 방지할 수 있는 방수 재료에 대한 것이다.

본 발명에서 나노 섬유는 나노 스케일의 직경을 갖는 섬유(평균 섬유 직경이 대략 1000㎚ 이하, 바람직하게는 500㎚ 이하의 섬유)를 가리킨다. 복합 나노 섬유는 섬유로서의 구조가 잔존하고 있으면, 다양한 형태로 구성할 수 있다. 이러한 복합 나노 섬유는 액체는 통과하지 않지만 기체는 통과되기 때문에, 벽돌 내부의 빈틈에 공기층이 형성되도록 함으로써, 높은 압력으로 건축물을 지지할 수 있도록 하면서, 방수도 함께 이루어지도록 한다.

도 3은 본 발명에 사용되는 나노섬유를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 함께 참조하면, 복합 나노 섬유(100)와 관련하여서는, 카본 나노튜브(102)의 적어도 일부가 나노 섬유(103)의 내부에 포함되어 있다.

카본 나노튜브(102)는 나노 섬유(103)에 전계 방사를 통하여 포함되도록 제조되는데, 상기 카본 나노튜브(102)에 의하여 복합 나노 섬유의 강도를 크게 증가하게 된다.

이러한 카본 나노튜브(102)를 이용하여 복합 나노 섬유(100)를 제조하는 방법에 대해서는 후술하기로 한다.

나노 섬유(103)는 폴리머 재료를 주원료로 한다. 폴리머 재료로는, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF), 폴리우레탄(PU), 폴리프로필렌(PP), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PB), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리유산(PLA, polylactic acid) 등 다양한 종류를 단독 또는 혼합하여 이용하는 것이 가능하다. 폴리머 재료로는, 폴리비닐알코올(이하, 간단히 「PVA」라고 기재)를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 실시예에 있어서 나노 섬유(103)를 구성하는 폴리머 재료는 PVA이다.

나노 섬유(103)는 폴리머 재료 이외의 첨가제 등을 포함하고 있는 것도 가능하다. 상기 폴리머 재료가 PVA를 주성분으로 하는 경우, 나노 섬유(103)는 물에 대한 불용화 처리를 하여 주는 것이 바람직하다. 상기의 불용화 처리는, 예를 들면, 폴리머 재료에 글루타르알데히드를 첨가하여 전계방사한 뒤 나노 섬유와 염화수소를 반응시키는 것에 의하여 수행될 수 있다.

그리고, 카본 나노튜브(102)의 양은, 예를 들면, 나노 섬유(103)에 대하여 중량비 30wt% 이하가 될 수 있다. 제조시에 카본 나노튜브(102)가 과도하게 응집되지 않도록 나노 섬유(103)에 양에 대한 카본 나노튜브(102)의 양을 조절할 필요가 있다.

도 2와 도 3을 참조하여 제조 방법을 설명하면, PVA와 같은 물질로 이루어진 나노 섬유(103)와, 카본 나노튜브(102)를 준비하고, 나노 섬유(103)에 의하여 상기 카본 나노튜브(102)가 지지되도록 전계 방사를 실시한다.

실시예에 따른 복합 나노 섬유 제조 공정에서는, 카본 나노튜브(102)의 적어도 일부를 나노 섬유(103)의 내부로 삽입하여 복합 나노 섬유(100)를 제조한다. 복합 나노 섬유 제조 공정은 복합나노섬유 용액 제작 공정(S101)과, 전계 방사 공정(S102)을 포함한다.

복합나노섬유 용액 제조 공정(S101)은 나노 섬유(103)의 원료인 폴리머 재료를 용매에 용해시켜서 폴리머 용액을 제조하고, 그 후 폴리머 용액에 카본 나노튜브(102)를 추가하여 교반함으로써, 복합 나노 섬유(100)의 원료인 방사 용액을 제조하는 공정이다. 폴리머 재료로는, 복합 나노 섬유(100)의 설명에서 기재한 바와 같이, 다양한 재료를 이용하는 것이 가능하다. 실시예에서는, 폴리머 재료가 PVA이다.

전계 방사 공정(S102)은 방사 용액을 사용하여 전계 방사하는 공정이다. 전계 방사 공정(S24)은 용해된 아크릴 수지를 담아두는 용기 안으로 복합나노섬유를 빼내어서 투입시키는 공정이다.

도 4는 실시예에 따라 제조된 나노섬유의 모식도이다.

PVA 등의 물질로 이루어진 나노 섬유에 의해 지지되는 카본 나노튜브는 식별될 수 있는 선의 형태로 배치되거나, 많은 수의 카본 나노튜브들이 복잡하게 얽혀져 하나의 덩어리와 같이 응집될 수도 있다.

상기에서 설명한 전계 방사 공정에 의하여 카본 나노튜브가 효과적으로 나노 섬유 내에 수용되지만, 수용된 카본 나노튜브들의 형태는 복잡하게 얽혀진 군집의 형태와, 각각의 카본 나노튜브들이 선형적으로 배열된 개별 형태로 수용될 수 있다.

이러한 카본 나노튜브에 의하여 결국 나노 섬유의 강도가 크게 올라가게 되며, 바람직하게는 카본 나노튜브들이 상호간에 얽혀서 군집화된 비율 보다는 각각의 나노튜브들이 나노 섬유를 따라 선형적 내지는 개별적으로 배열되는 비율을 높이는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 복합나노섬유는 아크릴 수지에 혼합되어 주재료로 사용되고, 상기 주재료와 함께 부재료가 함께 혼합됨으로써, 건축용 시멘트 또는 벽돌 표면에 코팅하거나, 벽돌을 방수 재료가 수용된 용기에 침지시켜 표면막을 형성시킬 수 있다.

이와 같이 제조된 방수 재료에 의해서, 방수만을 위하여 공기의 통공이 이루어지지 않아 시멘트나 벽돌의 지지력이 약해지지 않도록 하며, 방수 효과를 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 아크릴 수지에 혼합된 복합나노섬유를 포함하는 주재료와,
   부재료로서, 상기 주재료에 포함되어 바인더 역할을 수행하는 규산칼륨과,
   부재료로서, 상기 주재료 100중량부를 기준으로 3 내지 8 중량부가 포함되는 실란 커플링제와,
   부재료로서, 소수성인 상기 아크릴 수지를 둘러싸 에멸션을 형성하는 폴리아민으로 이루어진 수용성 아민 수지 경화제를 포함하고,
   상기 복합나노섬유는 카본나노튜브와, 상기 카본나노튜브를 지지하기 위한 폴리머로 이루어진 나노 섬유로 구성되고,
   상기 폴리머는 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어지고,
   상기 규산칼륨은 상기 주재료 100중량부를 기준으로 10 내지 20 중량부가 포함되고,
   상기 카본나노튜브를 지지하기 위한 상기 나노 섬유는, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리프로필렌(PP), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PB), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리에테르이미드(PEI) 중 어느 하나로 이루어지거나 이들의 혼합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축용 방수 재료.
   
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