KR102390367B1 - 습윤면용 경화성 도료조성물 및 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법 - Google Patents

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Abstract

습윤면용 경화성 도료조성물 및 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법에 관한 것으로, 비스페놀 A형 에폭시(Bisphenol-A type Epoxy), 부타디엔-아크릴로니트릴 고무(Butadiene-acrylonitrile Rubber), 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 포함하는 주제 100 중량부에 대해 아민(Amine)계 물질을 포함하는 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합함으로써 함수율이 높은 습윤면에서도 경화하여 도막을 형성할 뿐 아니라 내수성, 내화학성, 내부식성, 유연성, 및 신율이 우수한 도료조성물을 제공한다. 또한, 내수성, 내화학성, 내부식성, 유연성, 및 신율이 우수한 도료조성물을 이용하여 보다 간단한 방법으로 구조물을 처리하는 방법을 제공한다.

Description

습윤면용 경화성 도료조성물 및 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법{Hardening paint for moisture surface and method of treating surface of structure applying hardening paint for moisture surface}
습윤면에 사용 가능한 경화성 도료조성물 및 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다.
건물의 바닥면과 벽면, 상하수도용 콘크리트 수조, 선박 등과 같이 외부로 노출되어 있는 구조물의 표면은 공기와 수분에 의해 부식되어 내구성이 저하됨에 따라 구조물의 표면에 도료를 도포하여 도막을 형성함으로써 구조물을 보호한다. 이와 같이, 구조물의 표면에 도포되는 도료는 구조물의 물리적, 화학적 특성을 향상시키면서도 특유의 광택과 색감으로 구조물의 심미성을 향상시킨다. 일반적으로 도료에는 취급이 용이하며 내부식성, 내화학성, 내구성, 부착성 등이 우수한 에폭시 수지가 주로 활용되나, 에폭시 수지는 유해한 휘발 성분을 배출하는 유기용제와 함께 사용되어야 하며, 경화된 에폭시 수지는 취성이 높아 충격이나 진동에 의해 크랙(Crack)이 쉽게 발생되는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제 10-1027595호에서는 도막의 크랙을 방지하기 위해 에폭시 수지, 유기용매, 경화제를 포함하는 프라이머와 가소성 수지, 에폭시 수지, 경화제를 포함하는 방수조성물을 이용하여 구조물의 표면에 도막을 형성하나, 습도 내지 온도 변화에 따른 구조물의 수축과 팽창에 대응하지 못해 여전히 도막에 크랙이 발생하거나 구조물로부터 도막이 분리되는 문제점이 있었다.
또한, 전술한 등록특허를 포함하는 종래기술에서는 외부로 노출되어 있는 구조물의 표면을 처리하기 위해 도료와 함께 프라이머를 사용함에 따라 프라이머 제조 공정, 프라이머 도포공정, 프라이머 경화공정, 도료 제조공정, 도료 도포공정, 도료 경화공정 등을 포함하는 복잡한 공정으로 구조물의 표면을 처리하기 때문에 구조물의 표면 처리에 긴 시간이 소요되는 문제가 있었다. 게다가, 종래의 에폭시계 도료 및 프라이머는 함수율이 8% 미만, 상대습도 85% 이하의 조건에서만 시공이 가능함에 따라 함수율 및 상대습도가 높은 경우에는 구조물의 표면에 도포된 프라이머 및 도료가 충분히 경화되지 못해 시공이 어려운 문제가 있었다.
습윤면에서도 경화하여 도막을 형성함에 따라 구조물의 시공이 용이할 뿐만 아니라 구조물의 수축과 팽창에 대응할 수 있도록 유연성 및 신율이 향상된 친환경 도료조성물을 제공하는 데에 있다. 또한, 구조물의 표면에 프라이머를 적용하는 공정을 생략할 수 있어 보다 간단한 공정으로 단 시간 내에 구조물의 표면을 처리하는 방법을 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 습윤면용 경화성 도료조성물은 비스페놀 A형 에폭시(Bisphenol-A type Epoxy), 부타디엔-아크릴로니트릴 고무(Butadiene-acrylonitrile Rubber), 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 포함하는 주제; 및 아민(Amine)계 물질을 포함하는 경화제;를 포함하고, 상기 주제 100 중량부에 대해 상기 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합하여 구조물의 표면에 도포한다.
상기 주제는 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합되고, 상기 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합되어 있는 상기 주제 100 중량부에 대해 상기 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합할 수 있다.,
상기 아민계 물질은 메타 자일렌 디아민(Meta Xylene Diamin)을 포함할 수 있다. 상기 충진제는 클레이, 카본 블랙, 산화티타늄, 실리카 중 적어도 하나 이상을 포함하는 혼합물일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 도료조성물을 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법은 제 1 항의 주제 100 중량부에 대해 제 1 항의 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합함으로써 도료조성물을 형성하는 혼합단계(20); 구조물의 표면에 상기 도료조성물을 적어도 1회 도포하는 도포단계(30); 및 상기 구조물의 표면에 도포된 도료조성물을 양생함으로써 상기 구조물의 표면에 상기 도료조성물에 의한 도막을 형성하는 도막형성단계(40);를 포함한다.
상기 혼합단계에서는 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합되어 있는 상기 주제 100 중량부에 대해 상기 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 습윤면용 경화성 도료조성물을 이용하여 구조물의 표면을 처리한다.
상기 도료조성물 도포단계에서는 상기 구조물의 표면에 상기 도료조성물을 8 ~ 12 시간 간격으로 1회 이상 반복 도포하고, 상기 도막형성단계에서는 상기 구조물의 표면에 도포된 상기 도료조성물을 24 시간 이상 양생할 수 있다.
비스페놀 A형 에폭시, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 포함하는 주제와 아민계 물질을 포함하는 경화제를 포함하고, 주제 100 중량부에 대해 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합하여 구조물에 표면에 도포됨으로써 습윤면에서도 경화되어 도막을 형성할 뿐 아니라 종래의 도료보다 유연성과 신율이 향상된 도료조성물을 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 도료조성물은 유연성과 신율이 대폭 향상됨에 따라 외부의 자극에 의해 구조물이 수축되거나 팽창되어도 구조물의 표면에 형성된 도막에 쉽게 크랙이 발생하지 않는다.
또한, 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합되어 있는 주제 100 중량부에 대해 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합함으로써 강도, 내화학성, 내충격성, 유연성, 및 신율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 경화제로 아민계 물질을 사용함에 따라 비스페놀 A형 에폭시 수지와 경화제의 반응에 의해 도료조성물의 부착성이 더욱 향상된다. 특히, 아민계 물질로 메타 자일렌 디아민을 사용하면 도료조성물은 습윤면에서 경화되어 습윤 상태의 구조물의 표면에 도막을 형성할 뿐 아니라 내열성, 내화학성이 더욱 향상된다.
또한, 충진제로 클레이, 카본 블랙, 산화티타늄, 실리카 중 적어도 하나 이상 포함하는 혼합물을 사용함으로써 상대적으로 저렴한 비용으로 도료조성물의 물리적, 화학적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 충진제를 사용함으로써 도막의 광택과 색감을 좋게하여 구조물의 심미성을 향상시킬 수 있다.
또한, 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합된 주제 100 중량부에 대해 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합하여 도료조성물을 형성하며, 도료조성물을 구조물 표면에 도포하고 양생함으로써 구조물의 표면에 우수한 강도, 내화학성, 내충격성, 내열성, 유연성, 및 신율을 갖는 도막을 형성할 수 있다. 이에 따라, 구조물은 외부의 자극으로부터 보호되며 구조물이 수축되거나 팽창되어도 구조물의 표면에 형성된 도막에 쉽게 크랙이 발생하지 않는다. 게다가, 프라이머의 사용을 생략할 수 있어 보다 간단한 방법으로 단 시간 내에 구조물의 표면을 처리할 수 있다.
또한, 구조물에 표면에 도포된 도료조성물은 8 ~ 12 시간이 지나면 반 경화된 상태가 됨에 따라 구조물에 표면에 8 ~ 12 시간 간격으로 도료조성물을 수회 반복 도포하면 도막 간의 경계가 형성되지 않아 균일한 두께를 갖는 도막을 형성할 수 있다. 또한, 도포된 도료조성물을 24 시간 이상 양생함으로써 균일한 두께를 가지며 매끄러운 표면을 갖는 도막을 형성할 수 있다. 이에 따라, 구조물의 심미성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 습윤면용 경화성 도료조성물을 이용하여 습윤면을 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 실시예는 외부로 노출되어 있는 구조물을 보호하기 위해 구조물의 표면에 도포되는 습윤면용 경화성 도료조성물 및 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 실시예의 도료조성물은 함수율이 높은 구조물의 표면에서도 경화되어 구조물의 표면에 도막을 형성함으로써 외부의 자극으로부터 구조물을 보호할 뿐만 아니라 유연성과 신율이 우수하여 구조물이 수축하거나 팽창되어도 도막에 쉽게 크랙이 발생되지 않는다.
본 실시예의 도료조성물은 주제와 경화제로 분리되는 이액형 도료로 시공 현장에서 주제와 경화제를 혼합하여 사용할 수 있다. 도료조성물의 주제는 에폭시 수지를 주성분으로 포함하며 성능향상을 위해 다양한 물질들이 추가로 혼합된 혼합물이다. 본 실시예의 도료조성물은 비스페놀 A형 에폭시(Bisphenol-A type Epoxy), 부타디엔-아크릴로니트릴 고무(Butadiene-acrylonitrile Rubber), 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 포함하는 주제와 아민(Amine)계 물질을 포함하는 경화제를 포함하며, 주제 100 중량부에 대해 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합하여 구조물의 표면에 도포한다..
상술한 바와 같이, 주제는 비스페놀 A형 에폭시(Bisphenol-A type Epoxy), 부타디엔-아크릴로니트릴 고무(Butadiene-acrylonitrile Rubber), 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 포함하며 주제의 각 성분은 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합될 수 있다. 전술한 성분들의 성질과 용도에 대한 자세한 설명은 후술하도록 하겠다.
비스페놀 A형 에폭시 수지는 본 실시예의 도료조성물의 주성분으로 도료조성물의 내열성, 내화학성, 부착성 등을 향상시키며, 비스페놀 A형 에폭시 수지는 경화 과정에서 부피의 수축률이 낮아 도막의 두께 조절이 용이하며 유해한 휘발 성분의 발생이 적어 친환경적인 시공이 가능하다. 또한, 비스페놀 A형 에폭시 수지는 내수성이 우수하여 구조물의 표면에 습기가 있어도 외측으로 물을 밀어내며 경화될 수 있어 습윤면에서도 적용이 가능하게 된다. 특히, 비스페놀 A형 에폭시 수지는 아민계 물질과 반응하여 더 높은 부착성을 갖음에 따라 본 실시예의 도료조성물을 이용한 도막은 구조물의 표면에 강하게 부착되어 있어 구조물로부터 쉽게 분리되지 않게 된다.
더 상세히 설명하면, 비스페놀 A형 에폭시는 양단에 두 개의 에폭시기를 갖는 구조를 갖는다. 본 실시예의 도료조성물의 제조를 위해 주제와 아민계 물질을 포함하는 경화제의 혼합하면, 비스페놀 A형 에폭시의 에폭시기는 아민계 물질의 아민기(-NH2)의 활성수소에 의해 고리 열림되어 사슬형 화합물로 변화한다. 이 과정에서 비스페놀 A형 에폭시 수지의 에폭시기와 아민계 물질의 아민기의 반응으로 다량의 수산기(R-OH)가 발생하게 되며, 수산기는 도료조성물과 구조물의 경계면 사이에 위치하여 도료조성물과 구조물의 부착력을 더욱 향상시킨다.
즉, 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 주제와 아민계 물질을 포함하는 경화제의 반응에 의한 경화 과정에서 도료조성물은 구조물의 표면에 더욱 강하게 부착되어 본 실시예의 도료조성물을 이용한 도막은 구조물로부터 쉽게 분리되지 않게 된다. 이에 따라, 수분에 의해 구조물의 표면으로부터 도막이 들뜨거나 분리되는 등의 문제가 발생되는 종래기술과는 달리, 본 실시예의 도료조성물을 이용하여 습윤면을 처리하면 도막이 들뜨거나 분리되지 않아 도막의 수명이 길어지게 되어 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
도료조성물은 총 중량에 대해 비스페놀 A형 에폭시 수지는 35 ~ 50 중량%로 사용될 수 있으며 비스페놀 A형 에폭시 수지가 35 중량% 미만일 경우에는 도료조성물의 내화학성, 내열성, 내수성, 부착성이 저하되어 구조물로부터 도막이 쉽게 분리되고 습윤면에서 도료조성물이 경화되지 않아 도막의 성능이 저하될 수 있으며, 비스페놀 A형 에폭시 수지가 50 중량%를 초과할 경우에는 경제성이 떨어지며 도료조성물의 점도가 지나치게 높아져 작업성이 저하되고 과도하게 발생된 수산기에 의해 도료조성물의 염기성이 강해져 구조물이 부식될 수 있다.
부타디엔-아크릴로니트릴 고무는 저분자상 액상 고무계 폴리머로 상술한 비스페놀 A형 에폭시 수지의 강인성, 접착성, 유연성, 신율을 향상시키는 역할을 한다. 본 실시예의 부타디엔-아크릴로니트릴 고무로는 카복시 말단화된 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체(CTBN)가 사용될 수 있다. 비스페놀 A형 에폭시 수지는 상술한 바와 같이 내열성, 내수성, 내화학성, 부착성, 습윤 경화성 등이 우수하나, 경화되면 취성이 높아져 외부의 자극에 의해 쉽게 크랙이 발생되며 심할 경우 구조물로부터 도막이 분리되는 문제가 있을 수 있다. 상술한 외부의 자극은 습도 내지 온도의 변화, 강한 충격과 진동일 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 실시예에서는 비스페놀 A형 에폭시 수지와 함께 유연성 및 신율이 높은 부타디엔-아크릴로니트릴 고무를 혼합하여 경화시킴으로써 도료조성물의 유연성과 신율을 향상시킨다. 이에 따라, 도료조성물의 유연성과 신율이 향상되어 외부로부터 구조물에 자극이 가해졌을 때 도막에 쉽게 크랙이 발생되거나 도막이 구조물로부터 분리되지 않을 수 있게 된다. 부타디엔-아크릴로니트릴 고무는 상온에서 액상으로 존재하며 에폭시 수지와 쉽게 혼합됨에 따라 사용이 편리하다.
도료조성물은 총 중량에 대해 부타디엔-아크릴로니트릴 고무를 5 ~ 15 중량%로 사용될 수 있으며 부타디엔-아크릴로니트릴 고무가 5 중량% 미만일 경우 도료조성물의 유연성과 신율이 낮아 외부의 자극에 의해 구조물로부터 도막이 쉽게 분리될 수 있으며, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무가 15 중량%를 초과할 경우 도막이 지나치게 연질화되어 경도, 내후성, 및 부착성이 저하되고 점성이 높아져 작업성이 저하될 수 있다.
탄산칼슘은 도료조성물의 경화 과정에서 도막 내에 형성된 기공을 채움으로써 기계적인 강도를 향상시키며 흡수성과 방청성을 향상시킨다. 본 실시예의 도료조성물은 일반적인 시멘트 구조물 뿐 아니라 금속 소재 구조물, 신소재 구조물 등 다양한 소재의 구조물에 적용될 수 있다. 그 중에서도 철재 소재의 구조물은 공기, 물, 이산화탄소 등의 작용에 의해 부식되어 녹이 슬게 됨에 따라 본 실시예에서는 흡수성과 방청성이 우수한 탄산칼슘을 이용하여 이를 방지한다.
더 상세히 설명하면, 탄산칼슘은 도료조성물에 혼합되어 있으며 아민계 물질을 포함하는 경화제에 의해 경화되는 과정에서 도막 내에 형성된 기공을 채움으로써 도막의 기계적인 강도를 향상시켜 외부의 자극으로부터 구조물을 보호할 수 있도록 한다. 또한, 탄산칼슘은 도막의 기공을 채움으로써 기공을 통해 외부로부터 수분, 공기, 이산화탄소 등이 유입되는 것을 방지하여 금속에 녹을 방지한다. 특히, 탄산칼슘은 흡수성이 우수하여 본 실시예의 도료조성물이 습윤면에 도포되면 수분을 흡수하여 도료조성물이 경화될 수 있도록 하여 도막과 구조물의 부착성을 향상시킴에 따라 수분에 의해 구조물로부터 도막이 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도료조성물은 총 중량에 대해 35 ~ 45 중량%로 사용될 수 있으며 탄산칼슘이 35 중량% 미만일 경우 도료조성물의 방청성 및 흡수성이 저하되어 습윤면에서 경화가 어렵고 금속에 녹이 발생될 수 있으며, 탄산칼슘이 45 중량%를 초과할 경우 탄산칼슘에 의해 도막이 과도하게 단단해져 도막의 유연성과 신율이 저하될 수 있으므로 상술한 바와 같은 조성비에 유의하여야 한다. 한편, 탄산칼슘은 체질안료로서 도료조성물의 경화 시 도막의 광택을 조절하는 역할을 함에 따라 탄산칼슘 특유의 광택과 색감으로 구조물의 심미성을 향상시킬 수 있다.
희석제는 도료조성물의 점도를 조절하며 부착성과 작업성을 향상시키는 역할을 한다. 비스페놀 A형 에폭시 수지와 부타디엔-아크릴로니트릴 고무의 혼합물은 점도가 높아 도료조성물을 도포 내지 분무할 경우에 작업성이 매우 떨어지는 문제가 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 도료조성물에 희석제를 혼합하여 점도를 낮춤으로써 작업성과 부착성을 향상시킨다. 또한, 희석제는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 탄산칼슘, 및 후술할 충진제가 비스페놀 A형 에폭시 수지와 균일하게 혼합될 수 있도록 돕는다.
희석제는 에폭시기를 한 개 이상 가지고 있어 반응에 참여하는 반응성 희석제와 단순히 물리적으로 에폭시 수지와 혼합되는 비반응성 희석제로 구분할 수 있다. 본 실시예에서는 각 성분들과 물리적으로 혼합되는 비반응 희석제를 사용하여 각 성분들이 균일하게 혼합될 수 있도록 하면서도 도료조성물의 점도를 낮춰 부착성과 작업성이 향상되도록 하였다. 본 실시예에서 사용되는 비반응 희석제는 벤질알콜, 살리실산, 아세트산 에틸, 에탄올 등이 있으며 이에 특별히 제한되지는 않는다.
도료조성물은 총 중량에 대해 희석제를 0.1 ~ 2.5 중량%로 사용될 수 있으며 희석제가 0.1 중량% 미만일 경우 도료조성물의 점도가 높아 도료조성물의 도포 내지 분무가 어려워 도막이 균일한 두께를 갖지 못하고 부착성과 작업성이 저하될 수 있으며, 희석제가 2.5 중량%를 초과할 경우 도료조성물의 점도가 지나치게 묽어져 경화시간이 길어지고 도막의 강도가 저하될 수 있다.
또한, 본 실시예의 도료조성물에는 상술한 비스페놀 A형 에폭시 수지, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 탄산칼슘, 희석제 이외에 도료조성물의 다양한 특성 향상을 위해 충진제가 추가된다. 충진제는 주로 제조비용을 절감하고 도료의 점도조정, 균열방지, 기계적 강도 향상 등의 목적으로 첨가되는 물질로서, 본 실시예에서는 도료조성물의 물리적, 화학적 특성을 향상시키기 위해 충진제를 사용한다. 충진제로는 클레이, 카본 블랙, 산화티타늄, 실리카 중 적어도 하나 이상을 포함하는 혼합물이 사용될 수 있다.
클레이는 탄산칼슘과 같이 흡수성이 뛰어나 수분을 흡수하여 본 실시예의 도료조성물이 습윤면에서도 경화될 수 있도록 하며, 수분에 의해 구조물로부터 도막이 분리되는 것을 방지한다. 카본 블랙은 흑색의 미세한 탄소분말로 도료조성물의 내수성, 내유성, 내열성, 기계적 강도를 향상시킨다. 카본 블랙은 상술한 바와 같이 도료조성물의 성능을 향상시키는 역할 이외에도 흑색안료의 역할을 함에 따라 도료조성물의 적용 장소에 따라 그 양을 조절하여 사용할 수 있다.
산화티타늄은 자외선에 의해 산소나 물속에서 강한 산화력을 갖는 활성 산소를 만들어 낸다. 이러한 활성 산소는 각종 오염물질을 제거하는 항균 역할을 함에 따라서 빛에 노출되는 도막은 자외선에 의해 항균될 수 있다. 또한, 산화티타늄은 증량제로 사용되며 도막의 색상에 영향을 준다. 실리카는 상술한 탄산칼슘과 같이 도료조성물에 혼합되어 있으며 아민계 물질을 포함하는 경화제에 의해 경화되는 과정에서 도막 내에 형성된 기공을 채움으로써 도막의 기계적인 강도를 향상시키며 도막의 광택을 조절하는 역할을 한다.
도료조성물은 총 중량에 대해 충진제를 3.1 ~ 5.3 중량%로 사용될 수 있으며 충진제가 3.1 중량% 미만일 경우 도료조성물의 내수성, 흡수성, 기계적 강도가 저하되며 제조비용이 증가될 수 있으며, 충진제가 5.3 중량%를 초과할 경우 경제성이 저하되며 과도한 충진제에 의해 주성분인 비스페놀 A형 에폭시 수지와 부타디엔-아크릴로니트릴 고무의 경화반응이 방해될 수 있다. 한편, 충진제는 상술한 클레이, 카본 블랙, 산화티타늄, 실리카 중 적어도 하나를 혼합하여 사용될 수 있으며 각 성분의 혼합비율은 특별히 제한되지 않는다.
도료조성물의 주제는 상술한 바와 같이 비스페놀 A형 에폭시, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합하여 제조될 수 있으며, 이에 따라,내수성, 내열성, 내화학성, 내부식성, 부착성, 유연성, 및 신율이 우수한 도료조성물을 제조할 수 있다.
본 실시예의 도료조성물은 상술한 주제 이외에 주제를 경화시키는 경화제를 포함한다. 종래에는 아마이드계 물질을 주로 경화제로 사용했으나 경화속도가 느리며 내수성이 떨어지는 문제가 있었다. 이에 따라 본 실시예에서는 아민계 물질을 경화제로 사용함으로써 경화속도를 높이며 부착성, 내수성을 향상시켰다. 또한, 상술한 바와 같이 본 실시예에서는 아민계 물질을 포함하는 경화제를 사용함으로써 비스페놀 A형 에폭시 수지의 에폭시기와 아민계 물질의 아민기의 반응으로 다량의 수산기(R-OH)가 발생시켜 도료조성물과 구조물의 부착력을 더욱 향상시키도록 하였다.
일반적으로 경화제는 촉매와 비슷하게 반응을 촉진하면서도 직접 반응에 참여함에 따라서 같은 주제를 사용하더라도 경화제의 종류에 따라서 도료조성물의 특성이 매우 달라지게 된다. 이에 따라, 본 실시예에서는 아민계 물질 중에서도 내열성, 내화학성이 우수하며 습기에 매우 강해 습윤면에서 적용 가능한 메타 자일렌 디아민(Meta Xylene Diamin)을 경화제로 사용함으로써 도료조성물의 내열성, 내화학성을 향상시키며 함수율이 높은 구조물에서도 도료조성물이 경화될 수 있도록 한다. 한편, 본 실시예의 경화제에는 아민계 물질 이외에 희석제, 충진제 등이 더 혼합될 수 있다.
본 실시예에 따르면 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합되어 있는 주제 100 중량부에 대해 아민계 물질을 포함하는 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합할 수 있다. 특히, 경화제로 메타 자일렌 디아민을 사용하여 제조되는 도료조성물은 종래의 도료보다 내열성, 내화학성, 내수성, 유연성, 및 신율이 향상되어 도막에 자극이 가해져도 쉽게 크랙이 발생하거나 구조물로부터 분리되지 않을 수 있다. 또한, 습기가 있는 구조물의 표면에서도 경화하여 도막을 형성함에 따라 함수율이 높은 구조물 또는 수분에 지속적으로 노출되는 구조물에 적용될 수 있다.
도 1은 본 실시예의 일 실시예에 따른 습윤면용 경화성 도료조성물을 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따라 구조물의 표면을 처리하는 방법은 전처리단계(10), 혼합단계(20), 도포단계(30), 도막형성단계(40)를 포함한다.
전처리단계(10)에서는 도료조성물이 도포되는 구조물의 표면의 이물질을 제거하고 평탄화한다. 전처리단계(10)는 구조물의 표면에 도포되는 도료조성물과 구조물의 표면 간의 부착력을 더욱 향상시키고 매끄러운 표면을 갖는 도막 형성을 위해 도료조성물 혼합단계(20) 전에 실시될 수 있으며 반드시 실시되어야 하는 것은 아니다. 전처리단계(10)에서 구조물 표면의 이물질을 제거하고 평탄화하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 작업장의 상황에 따른 작업자의 판단하에 선택적으로 실시될 수 있다.
예를 들어, 빗자루, 청소기, 세척기 등 별도의 도구 내지 장비를 이용하여 구조물 표면의 이물질을 긁거나 털어서 제거할 수 있으며, 이물질 제거제를 도포 내지 분무함으로써 먼지, 레이턴스, 잔여시멘트, 각질, 녹 등을 녹여서 제거할 수 있다. 또한, 콘크리트 구조물의 경우 홈, 균열 등의 손상부위에 모르타르, 시멘트, 탄성실링제 등을 적용하여 손상부위를 복구할 수 있으며, 중성화된 부위는 고압수 분사를 통해 제거할 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같은 전처리단계(10)를 통해 구조물의 표면을 매끄럽게 하여 구조물의 표면에 도포되는 도료조성물과 구조물의 표면 간의 부착력을 더욱 향상시키고 매끄러운 표면을 갖는 도막 형성할 수 있도록 한다.
혼합단계(20)에서는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 포함하는 주제 100 중량부에 대해 아민계 물질을 포함하는 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합함으로써 도료조성물을 형성한다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 도료조성물은 주제와 경화제로 분리되어 있는 이액형 도료로서 주제와 경화제를 혼합하면 경화 반응되어 응고됨에 따라서 구조물 표면에 도료조성물을 도포하기 전에 주제와 경화제를 혼합하여 도료조성물을 제조한다.
본 실시예에 따른 혼합단계(20)에서는 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합된 주제 100 중량부에 아민계 물질을 포함하는 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합한다. 특히, 상술한 바와 같은 조성비로 도료조성물이 제조됨에 따라서 본 실시예의 도료조성물은 우수한 내수성, 내화학성, 내부식성, 유연성, 및 신율을 가질 수 있게 된다.
본 실시예에 따라 혼합단계(20)는 다음과 같이 진행된다.먼저, 반응기에 비스페놀 A형 에폭시, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 반응기에 투입한다. 이후 교반기를 이용하여 반응기에 투입된 성분들을 혼합함으로써 주제를 제조할 수 있다. 주제의 제조는 상온에서 실시될 수도 있고, 각 성분들의 균일한 혼합을 위해 50 ~ 60 ℃의 온도에서 실시될 수도 있다. 주제의 제조 온도는 특별히 제한되지는 않으나 상술한 온도조건을 따르는 것이 바람직하다.
이어서, 반응기에 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합된 주제 100 중량부를 투입하고, 주제 100 중량부에 아민계 물질을 포함하는 경화제 20 ~ 30 중량부를 투입한다. 반응기에 투입된 주제와 경화제를 교반기를 이용하여 혼합하며 두 물질이 균일하게 혼합될 수 있도록 10 ~ 20 분 동안 교반을 실시한다. 반응기에 투입된 주제와 경화제는 반응기에 장착되어 있는 교반기에 의해 혼합될 수 있고 별도의 혼합 및 교반장치를 이용하여 혼합될 수 있으며, 교반기를 이용하지 않는 또 다른 방법으로 혼합될 수 있다.
한편, 주제와 경화제의 균일한 혼합을 위해 희석제가 소량 추가될 수 있으며 희석제는 상술한 바와 같은 비반응 희석제에서 선택될 수 있다. 희석제의 추가 사용은 작업자의 판단하에 실시될 수 있으며 도료조성물의 물성에 영향을 주지 않는 범위 내에서 소량 사용될 수 있다. 한편, 주제와 경화제는 혼합되어 발열함에 따라 반응기에 투입된 주제와 경화제의 혼합은 상온에서 실시될 수 있도록 하며, 추가 냉각공정이 실시될 수도 있다.
도료조성물은 주제 100 중량부에 대해 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합하여 사용할 수 있으며 주제 100 중량부에 대해 경화제가 20 중량부 미만일 경우 도료조성물의 경화시간이 지나치게 길어지며 습윤면에서 도료조성물이 경화되지 않아 구조물의 표면에 도막을 형성하기 어려울 수 있으며, 주제 100 중량부에 대해 경화제가 30 중량부를 초과할 경우 경제성이 저하되며 과도하게 투입된 경화제에 의해 주제와 경화제를 구성하는 각 성분들이 충분히 반응하지 못한채로 경화 및 응고됨에 따라 도막의 특성이 저하되어 도막에 쉽게 크랙이 발생되거나 구조물로부터 쉽게 분리될 수 있다. 특히, 주제와 경화제의 혼합비율은 본 실시예의 도료조성물의 전체적인 특성에 영향을 미치기 때문에 상술한 조성비에 유의하여야 한다.
이와 같이, 혼합단계(20)에서 형성된 도료조성물은 희석제에 의해 점도가 낮아짐에 따라 약간의 점성을 갖는 액상 형태로 제조될 수 있다. 이에 따라, 도포단계(30)에서 구조물 표면에 룰러, 도포기 등의 도포 장치 내지 도구로 도포될 수 있으며 분사기를 통해 분사 도포될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 본 실시예의 비스페놀 A형 에폭시 수지와 메타 자일렌 디아민의 반응으로 인해 수산기가 발생됨에 따라 주제와 경화제의 경화 반응을 통해 형성된 도막은 구조물의 표면에 강하게 부착되어 있어 별도의 프라이머의 사용이 불필요하다. 따라서, 본 실시예에서는 도료조성물과 구조물의 부착력, 결합력 향상을 위한 프라이머 도포 및 경화단계가 실시되지 않음에 따라 전처리된 구조물의 표면에 바로 도료조성물을 도포한다. 이와 같이, 본 실시예에서는 프라이머의 사용을 생략함에 따라 더욱 간단한 방법으로 단 시간 내에 구조물을 처리할 수 있게될 뿐 아니라, 저렴한 비용으로 구조물의 표면을 처리할 수 있게 된다.
도포단계(30)에서는 구조물의 표면에 도료조성물을 적어도 1회 도포한다. 본 실시예에 따르면 도료조성물은 작업자가 룰러, 도포기 등의 도포 도구를 사용하여 구조물 표면에 도포할 수 있으며 분무기, 튜브 등의 분사 도구를 사용하여 구조물 표면에 분사함으로써 전처리된 구조물 표면에 도포될 수 있다. 상술한 방법으로 전처리된 구조물 표면에 도포된 도료조성물은 습윤면에서도 경화하여 도막을 형성할 수 있음에 따라 구조물 표면의 함수율이 높은 상태에서도 도막을 형성하여 구조물을 보호할 수 있다.
종래에는 구조물의 표면을 처리하기 위해 구조물의 표면에 하도용 도료를 도포하여 경화시키고, 경화된 하도용 도료 상에 중도용 도료를 도포하여 경화시킨 뒤에 마지막으로 경화된 중도용 도료 상에 상도용 도료를 도포하여 경화시킴으로써 도막을 형성하였다. 상술한 중도용 도료와 상도용 도료는 동일한 물질일 수 있다. 즉, 종래에는 구조물의 표면에 도막을 형성하기 위해 하도, 중도, 및 상도에 서로 다른 종류의 도료를 사용함에 따라 시공 비용이 증가하며 시공 시간이 길어지는 문제가 있었다. 반면, 상술한 것처럼 본 실시예에서는 별도의 하도용 도료, 중도용 도료, 및 상도용 도료의 사용없이 구조물의 표면에 본 실시예에 따른 한 가지 도료조성물을 반복 도포하는 것만으로 원하는 두께의 도막을 형성할 수 있기 때문에 종래에 비해 시공 비용이 저렴하며 시공 시간이 짧아지는 효과가 있다.
도포단계(30)에서는 도막의 두께를 두껍게 하거나 도막의 강도를 더욱 향상시키기 위해서 도료조성물을 반복하여 도포할 수 있다. 도료조성물은 반복 도포하는 횟수는 특별히 제한되지는 않으나 10회를 넘지 않도록 한다. 만약, 10회 이상 반복하여 도료조성물을 도포하면 도료조성물의 경화 및 양생에 많은 시간이 소요되어 구조물의 표면을 처리하는데 긴 시간이 소요될 수 있기 때문이다.
한편, 도포단계(30)에서 구조물의 표면에 도료조성물을 반복하여 도포할 시에 구조물의 표면에 도료조성물을 도포한 뒤 8 ~ 12 시간의 간격으로 1회 이상 반복도포한다. 이와 같이, 구조물 표면탕면에 도료조성물을 반복하여 도포함으로써 시공 장소에 따라 필요한 도막 두께를 조정할 수 있다. 특히, 도포단계(30)에서 구조물의 표면에 도포된 도료조성물은 도포되고 8 ~ 12 시간이 지나면 약간의 점성을 갖는 액체 상태에서 반경화된 반고체 상태로 변하게 된다. 이와 같이, 반고체 상태의 도료조성물에 약간의 점성을 갖는 액체 상태의 도료조성물을 추가로 도포하게 되면 반복 도포된 도료조성물 간의 경계층이 형성되지 않고 도료조성물이 서로 잘 밀착됨에 따라 균일한 두께와 매끄러운 표면을 갖는 도막을 형성할 수 있게 된다.
만약, 도료조성물을 도포 후 8 시간 간격 이하로 추가 도포를 실시하게 되면, 이미 도포되어 있는 도료조성물의 경화 정도가 매우 낮아 도료조성물이 여전히 약간의 점성을 갖는 액체 상태로 존재하게 되어 추가로 도포되는 도료조성물과 불균일하게 혼합되어 불균일한 두께를 가지며 표면이 매끄럽지 못한 도막이 형성될 수 있다. 도료조성물을 도포 후 12 시간 간격 이상으로 추가 도포를 실시하게 되면, 이미 도포된 도료조성물이 반경화된 반고체 상태가 아닌 고체 상태가 되어 추가로 도포되는 도료조성물과 잘 혼합되지 못하고 층을 형성하게 된다. 이에 따라, 도막에 층이 형성되고 외부의 자극으로 인해 도막 층과 층이 분리되는 문제가 있을 수 있으므로 이에 유의하여야 한다. 본 실시예에서는 이와 같은 방법으로 외부의 강한 장극을 받는 구조물을 효과적으로 보호할 수 있다.
도막형성단계(40)에서는 구조물 표면에 도포된 도료조성물을 양생함으로써 구조물의 표면에 도료조성물에 의한 도막을 형성한다. 상술한 도료조성물 도포단계(30)에서 구조물 표면에 적어도 1회 도포된 도료조성물을 일정시간 동안 양생함으로써 도료조성물을 경화하여 구조물 표면에 도막을 형성한다. 도막의 두께는 상술한 바와 같이 도료조성물의 도포 횟수에 따라 조절될 수 있다.
도막형성단계(40)에서 구조물 표면에 도포된 도료조성물을 24 시간 이상 양생함으로써 도막을 형성한다. 만약, 도막형성단계(40)에서 24 시간 이하로 도료조성물을 양생하는 경우 도료조성물이 충분히 경화되지 못하여 상술한 바와 같은 우수한 특성을 갖는 도막을 형성할 수 없게 되며 균일한 두께와 매끄러운 표면을 갖는 도막의 형성이 어려우므로 도료조성물의 양생 시간에 유의하여야 한다. 이후, 형성된 도막의 표면에 별도의 코팅제, 방수제, 조색제 등이 추가로 도포될 수 있으며 이는 작업장의 환경이나 외관에 따라 작업자의 판단하에 실시될 수 있다.
이하 실시예, 비교예, 및 시험예를 통하여 본 발명의 도료조성물에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
<실시예 1>
전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 습윤면용 경화성 도료조성물을 제조하고, 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 50 ~ 60℃의 온도로 유지되는 제 1 반응기에 비스페놀 A형 에폭시 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 9 중량%, 탄산칼슘 35 중량% , 희석제 1.5 중량%, 및 충진제 4.5 중량%를 투입하고 10분 동안 교반함으로써 주제를 제조하였다. 이어서, 상온의 제 2 반응기에 상술한 방법으로 제조된 주제 100 중량부를 투입하고, 주제 100 중량부에 대해 메타 자일렌 디아민을 25 중량부 투입하여 10분 동안 교반하여 도료조성물을 혼합하였다. 이때, 주제의 혼합과 도료조성물의 혼합 과정에서 교반은 300 ~ 500 rpm의 속도로 실시하였다.
이 후, 이물질 제거제와 물을 1 : 1의 비율로 혼합한 혼합액을 구조물의 표면에 도포하여 이물질을 녹여서 제거하였다. 이물질이 제거된 구조물의 표면에 분사기를 이용하여 물을 분무함으로써 구조물의 표면에 습윤 상태로 하였다. 이어서, 롤러를 이용하여 도료조성물을 1회 도포하였으며 도료조성물을 약 26 시간 동안 양생함으로써 구조물의 표면에 도막을 형성하였다.
<실시예 2>
전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 습윤면용 경화성 도료조성물을 제조하고, 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 50 ~ 60℃의 온도로 유지되는 제 1 반응기에 비스페놀 A형 에폭시 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 9 중량%, 탄산칼슘 35 중량% , 희석제 1.5 중량%, 및 충진제 4.5 중량%를 투입하고 10분 동안 교반함으로써 주제를 제조하였다. 이어서, 상온의 제 2 반응기에 상술한 방법으로 제조된 주제 100 중량부를 투입하고, 주제 100 중량부에 대해 메타 자일렌 디아민을 25 중량부 투입하여 10분 동안 교반하여 도료조성물을 혼합하였다. 이때, 주제의 혼합과 도료조성물의 혼합 과정에서 교반은 300 ~ 500 rpm의 속도로 실시하였다.
이 후, 이물질 제거제와 물을 1 : 1의 비율로 혼합한 혼합액을 구조물의 표면에 도포하여 이물질을 녹여서 제거하였다. 이물질이 제거된 구조물의 표면에 분사기를 이용하여 물을 분무함으로써 구조물의 표면에 습윤 상태로 하였다. 이어서, 롤러를 이용하여 도료조성물을 10 시간 간격으로 3회 반복 도포하였으며 마지막으로 도료조성물을 도포한 뒤 약 26 시간 동안 도료조서울을 양생함으로써 구조물의 표면에 도막을 형성하였다.
<비교예 1>
전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 습윤면용 경화성 도료조성물을 제조하고, 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 50 ~ 60℃의 온도로 유지되는 제 1 반응기에 비스페놀 A형 에폭시 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 9 중량%, 탄산칼슘 35 중량% , 희석제 1.5 중량%, 및 충진제 4.5 중량%를 투입하고 10분 동안 교반함으로써 주제를 제조하였다. 이어서, 상온의 제 2 반응기에 상술한 방법으로 제조된 주제 100 중량부를 투입하고, 주제 100 중량부에 대해 HHPA(Hexa hydro phthalic anhydride)을 25 중량부 투입하여 10분 동안 교반하여 도료조성물을 혼합하였다. 이때, 주제의 혼합과 도료조성물의 혼합 과정에서 교반은 300 ~ 500 rpm의 속도로 실시하였다.
이 후, 이물질 제거제와 물을 1 : 1의 비율로 혼합한 혼합액을 구조물의 표면에 도포하여 이물질을 녹여서 제거하였다. 이물질이 제거된 구조물의 표면에 분사기를 이용하여 물을 분무함으로써 구조물의 표면에 습윤 상태로 하였다. 이어서, 롤러를 이용하여 도료조성물을 1회 도포하였으며 도료조성물을 약 26 시간 동안 양생함으로써 구조물의 표면에 도막을 형성하였다.
<비교예 2>
전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 습윤면용 경화성 도료조성물을 제조하고, 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 50 ~ 60℃의 온도로 유지되는 제 1 반응기에 비스페놀 A형 에폭시 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 9 중량%, 탄산칼슘 35 중량% , 희석제 1.5 중량%, 및 충진제 4.5 중량%를 투입하고 10분 동안 교반함으로써 주제를 제조하였다. 이어서, 상온의 제 2 반응기에 상술한 방법으로 제조된 주제 100 중량부를 투입하고, 주제 100 중량부에 대해 메타 자일렌 디아민을 25 중량부 투입하여 10분 동안 교반하여 도료조성물을 혼합하였다. 이때, 주제의 혼합과 도료조성물의 혼합 과정에서 교반은 300 ~ 500 rpm의 속도로 실시하였다.
이 후, 이물질 제거제와 물을 1 : 1의 비율로 혼합한 혼합액을 구조물의 표면에 도포하여 이물질을 녹여서 제거하였다. 이물질이 제거된 구조물의 표면에 분사기를 이용하여 물을 분무함으로써 구조물의 표면에 습윤 상태로 하였다. 이어서, 롤러를 이용하여 도료조성물을 약 20 시간 간격으로 3회 반복 도포하였으며 마지막으로 도료조성물을 도포한 뒤 약 26 시간 동안 도료조서울을 양생함으로써 구조물의 표면에 도막을 형성하였다.
<비교예 3>
전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 습윤면용 경화성 도료조성물을 제조하고, 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 50 ~ 60℃의 온도로 유지되는 제 1 반응기에 비스페놀 A형 에폭시 50 중량%, 탄산칼슘 44 중량% , 희석제 1.5 중량%, 및 충진제 4.5 중량%를 투입하고 10분 동안 교반함으로써 주제를 제조하였다. 이어서, 상온의 제 2 반응기에 상술한 방법으로 제조된 주제 100 중량부를 투입하고, 주제 100 중량부에 대해 에틸렌 디아민(ethylene diamine)을 25 중량부 투입하여 10분 동안 교반하여 도료조성물을 혼합하였다. 이때, 주제의 혼합과 도료조성물의 혼합 과정에서 교반은 300 ~ 500 rpm의 속도로 실시하였다.
이 후, 이물질 제거제와 물을 1 : 1의 비율로 혼합한 혼합액을 구조물의 표면에 도포하여 이물질을 녹여서 제거하였다. 이물질이 제거된 구조물의 표면에 분사기를 이용하여 물을 분무함으로써 구조물의 표면에 습윤 상태로 하였다. 이어서, 롤러를 이용하여 도료조성물을 1회 도포하였으며 도료조성물을 약 26 시간 동안 양생함으로써 구조물의 표면에 도막을 형성하였다.
<비교예 4>
전술된 본 발명의 실시예에 따라 다음과 같이 습윤면용 경화성 도료조성물을 제조하고, 이를 이용하여 구조물의 표면을 처리하였다. 이하 생략된 내용이 있더라도 전술된 실시예의 내용을 따른다. 먼저, 50 ~ 60℃의 온도로 유지되는 제 1 반응기에 비스페놀 A형 에폭시 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 10 중량%, 탄산칼슘 38 중량% , 및 희석제 2.0 중량%를 투입하고 10분 동안 교반함으로써 주제를 제조하였다. 이어서, 상온의 제 2 반응기에 상술한 방법으로 제조된 주제 100 중량부를 투입하고, 주제 100 중량부에 대해 에틸렌 디아민(ethylene diamine)을 25 중량부 투입하여 10분 동안 교반하여 도료조성물을 혼합하였다. 이때, 주제의 혼합과 도료조성물의 혼합 과정에서 교반은 300 ~ 500 rpm의 속도로 실시하였다.
이 후, 이물질 제거제와 물을 1 : 1의 비율로 혼합한 혼합액을 구조물의 표면에 도포하여 이물질을 녹여서 제거하였다. 이물질이 제거된 구조물의 표면에 분사기를 이용하여 물을 분무함으로써 구조물의 표면에 습윤 상태로 하였다. 이어서, 롤러를 이용하여 도료조성물을 1회 도포하였으며 도료조성물을 약 26 시간 동안 양생함으로써 구조물의 표면에 도막을 형성하였다.
<시험예 1>
시험예 1에서는 실시예 1, 2와 비교예 1에 따라 표면이 처리되는 구조물의 함수율을 각각 다르게 함으로써 습윤면에서의 도료조성물의 경화정도를 비교하는 시험을 수행하였다. 시험예 1에서 실시예 1, 2, 및 비교예 1은 모두 상술한 과정과 동일하게 진행되었으며 분사기를 이용하여 물을 분무하는 과정에서 물의 분무량을 조절하여 구조물 표면의 함수율을 4%, 7%, 10% 로 각각 다르게 하여 도료조성물의 경화 정도를 비교하였으며, 상대습도는 85%로 모두 동일하게 실시하였다.
도료조성물의 상태 실시예1 실시예2 비교예1
함수율 4% 도료조성물이 경화하여 구조물의 표면에 도막이 형성됨 도료조성물이 경화하여 구조물의 표면에 도막이 형성됨 도료조성물이 경화하여 구조물의 표면에 도막이 형성됨
함수율 7% 도료조성물이 경화하여 구조물의 표면에 도막이 형성됨 도료조성물이 경화하여 구조물의 표면에 도막이 형성됨 도료조성물이 충분히 경화되지 못하였으며 일부분만 경화됨
함수율 10% 도료조성물이 경화하여 구조물의 표면에 도막이 형성됨 도료조성물이 경화하여 구조물의 표면에 도막이 형성됨 도료조성물이 충분히 경화되지 못함
표 1에 나타난 바와 같이, 주제와 혼합되는 경화제로 메타 자일렌 디아민을 혼합한 실시예 1, 2의 경우 함수율 4 ~ 10% 조건에서 도료조성물이 모두 경화하여 구조물의 표면에 도막을 형성하였다. 반면, 주제와 혼합되는 경화제로 메타 자일렌 디아민이 아닌 HHPA 사용한 비교예 1의 경우 함수율 4% 에서는 도료조성물이 경화하여 도막을 형성하나 함수율 7% 이상에서는 도료조성물이 경화하지 못해 구조물의 표면에 도막이 형성되지 않음을 알 수 있다. 이에 따라, 도료조성물의 경화제로 아민계 물질을 사용하면 함수율이 높은 구조물에서도 도료조성물이 경화하여 도막을 형성함을 알 수 있다.
<시험예 2>
시험예 2에서는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 및 비교예 4에 따라 제조된 도료조성물을 이용하여 표면이 처리된 구조물의 물리적 특성을 비교하기 위해 듀로미터경도, 인장강도, 굽힘강도, 압축강도, 인장접착강도를 비교하는 시험을 수행하였다.
듀로미터경도는 ASTM D2240-05 시험방법으로 측정하였고, 인장강도는 KS M ISO 527-2 : 2013 시험방법으로 측정하였으며 인장강도 시험은 IB형 시험편 3개를 사용하여 5mm/min 속도 조건에서 실시되었다. 또한, 굽힘강도와 압축강도는 KS M 3015 : 2003 시험방법으로 측정하였고, 인장접착강도는 KS M 3722 : 2008 시험방법으로 측정하였으며 3개의 시험편을 사용하여 측정하였다 . 보다 정확한 시험값을 위해 각 시험을 5 ~ 10회 반복하였으며 그 평균값을 아래의 표 2에 나타내었다.
시험항목 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
듀로미터경도(-) 87 92 60 73.3 74 80
인장강도(N/m2) 55.2 63 47 34 32 52
굽힘강도(N/m2) 95.6 98 75 74 79 90
압축강도(N/m2) 207 220 130 156 160 180
인장접착강도(N/m2) 36.8 42 29.8 21.5 20 32
표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에서 제시하는 조성비로 성분들을 혼합하여 제조된 실시예 1, 2가 비교예 1, 2, 3, 및 4에 비해 더욱 우수한 물리적 특성을 갖는 것을 알수 있다. 먼저, 실시예 1과 실시예 2의 비교를 통해 동일한 도료조성물을 이용하여도 반복 도포하여 도막의 두께를 증가시킨 경우 강도 및 경도가 더 높게 측정됨에 따라 도료조성물을 1회 이상 반복 도포함으로써 구조물의 표면의 강도를 향상시킬 수 있다고 판단된다. 또한, 표 1과 같이 메타 자일렌 디아민을 경화제로 사용한 실시예 1, 2의 경우 습윤 상태의 구조물의 표면에서도 경화되어 도막을 형성함에 따라 우수한 강도 및 경도를 갖으나, 에틸렌 디아민을 경화제로 사용한 비교예 1의 경우 습윤면에서 충분히 경화되지 못하여 구조물의 표면에 형성된 도막의 특성이 저하됨에 따라 실시예 1, 2에 비해 상대적으로 낮은 강도 및 경도를 갖는 것을 알 수 있다.
실시예 1, 2와 비교예 3의 비교를 통해 부타디엔-아크릴로니트릴 고무의 사용에 따른 물리적 특성의 차이를 알 수 있다. 실시예 1, 2와 달리 비교예 3에는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무가 사용되지 않았다. 표 2에 나타난 바와 같이, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무가 사용된 실시예 1, 2의 경우 우수한 인장강도와 인장접착강도를 갖으나 부타디엔-아크릴로니트릴 고무가 사용되지 않은 비교예 3의 경우 실시예 1, 2에 비해 매우 낮은 인장강도와 인장접착강도를 갖는다. 이에 따라, 실시예 1, 2는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무를 사용함에 따라 유연성과 신율이 향상되어 높은 인장강도를 갖는다고 판단할 수 있다.
실시예 1, 2와 비교예 4의 비교하면 충진제를 사용하지 않은 비교예 4에 비해 실시예 1, 2의 강도 및 경도가 더 우수함을 알수 있다. 즉, 비교예 4의 경우 기계적 강도를 향상시키는 역할을 하는 충진제를 사용하지 않음에 따라 실시예 1, 2에 비해 낮은 강도 및 경도를 보인다고 판단 할 수 있다. 이에 따라, 충진제는 도료조성물에 소량 첨가되나 도료조성물의 강도 및 경도를 향상시키는 역할은 한다고 판단된다.
<시험예 3>
시험예 3에서는 실시예 1, 2와 비교예 1, 2, 3, 및 4에 따라 표면이 처리된 구조물의 내화학성을 비교하기 위해 내산성, 내알칼리성, 내수성, 내염성을 비교하는 시험을 수행하였다. 콘크리트 수조의 표면을 각각 실시예 1, 2와 비교예 1, 2, 3, 및 4에 따라 처리한 뒤, 수조에 각각 5% 황산용액(산성), 5% 수산화나트륨용액(알칼리성), 증류수(중성), 10% 염화나트륨용액(내염성)을 10L 부었다. 약 7일간 방치한 뒤 용액을 제거하고 콘크리트 수조의 표면의 도막을 관찰하였다. 여기에서, 내산성은 구조물이 높은 산도에 견디는 성질을 말하고, 내알칼리성은 알칼리 수용액 및 알칼리 증기 등 알칼리에 견디는 성질을 말하며, 내수성은 물과 접촉해도 젖거나 물이 베지 않는 성질을 말한다.
내산성 내알칼리성 내수성 내염성
실시예 1 양호 양호 양호 양호
실시예 2 양호 양호 양호 양호
비교예 1 크랙발생 크랙발생 및 들뜸현상 미세한 크랙발상 크랙발생
비교예 2 미세한 크랙발생 미세한 크랙발생 미세한 크랙발상 크랙발생
비교예 3 크랙발생 및 들뜸현상 크랙발생 및 들뜸현상 크랙발생 크랙발생 및 들뜸현상
비교예 4 크랙발생 및 들뜸현상 크랙발생 및 들뜸현상 크랙발생 크랙발생 및 들뜸현상
표 3에 나타난 바와 같이 실시예 1, 2에 따라 표면이 처리된 경우 비교예 1, 2, 3, 및 4에 따라 표면이 처리된 경우에 비해 더 우수한 내화학성을 갖는 것을 알 수 있다. 실시예 1, 2의 경우 산성용액, 알칼리성용액, 중성용액, 염용액에서 도막에 크랙이 발생되거나 도막이 들뜨는 등의 문제가 없이 양호한 상태를 보임을 알 수 있다. 반면, 비교예 1, 2, 3, 및 4의 경우 도막에 미세한 크랙이 발생되거나 구조물의 표면으로부터 도막이 들뜨는 등의 문제가 발생하였다. 이에 따라, 시예 1, 2에 제시된 조성비로 제조된 도료조성물의 내화학성이 더욱 우수함을 알 수 있으며 본 발명에서 제시하는 성분을 모두 포함하지 않거나 구조물 표면 처리방법을 달리한 비교예 1, 2, 3, 및 4의 도료조성물은 내화학성, 내부식성이 떨어지는 것으로 판단할 수 있다.
<시험예 4>
시험예 에서는 실시예 1, 2에 따라 표면이 처리된 구조물과 비교예 2에 따라 표면이 처리된 구조물의 내충격성 비교를 위해 KS F 4929 : 2010 시험방법으로 시험을 실시하였으며 아래의 표 3에 그 결과를 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 2
도막 상태 균열과 도막의 분리가 없음 균열과 도막의 분리가 없음 균열발생 및 도막 층과 층이 분리됨
[표 4]의 결과를 통해서 실시예 1, 2에 따라 표면이 처리된 구조물의 경우 구조물의 표면에 형성된 도막의 균열이나 분리가 발생되지 않아 우수한 내충격성을 갖음을 알 수 있다. 반면, 비교예 2에 따라 표면이 처리된 구조물의 경우 구조물의 표면에 형성된 도막에서 균열이 발생되고 일부 도막이 분리됨을 알 수 있다. 특히, 실시예 2와 비교예 2는 동일한 도료조성물을 이용하여 2회 반복 도포하나, 실시예 2에서는 10 시간 간격으로 도료조성물을 반복 도포하며 비교예 2에서는 약 20시간 간격으로 도료조성물을 반복 도포하는 차이가 있다. 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 2의 경우 도막의 균열과 분리가 없으나, 비교예 2는 도막의 균열과 도막 층과 층이 분리된다.
즉, 도료조성물은 도포되고 8 ~ 12 시간이 지나면 반경화되어 반고체 상태가 됨에 따라 추가로 도포되는 도료조성물과 층을 형성하지 않고 하나의 균일한 도막을 형성하여 외부로부터 충격이 가해져도 도막 층과 층이 분리되지 않는 것으로 판단된다. 그러나, 비교예 2와 같이 20 시간 간격으로 반복 도포하면 도막 층 간의 경계가 형성되어 외부의 충격에 의해 도막 층과 층이 분리되는 것으로 판단된다. 이에 따라, 실시예 2와 같이 8 ~ 12 시간의 간격을 두고 도료조성물을 반복 도포하게 되면 도막의 내충격성을 더욱 향상시킬 수 있다.
<시험예5>
시험예 5에서는 실시예 1에 따라 제조된 도료조성물의 유해한 휘발 성분 검출 여부를 시험하기 위해 KS F 4929 : 2010 시험방법으로 시험을 실시하였다. 주요 유해한 휘발 성분에 해당하는 수은, 벤젠, 페놀류 등의 검출 여부를 확인하였으며 그 결과를 표 4에 나타내었다. 수은과 시안은 (23 ± 2)℃, (40 ± 5) % R.H. 시험환경에서 시험을 실시하였으며 수은과 시안을 제외한 나머지 성분들은 (23 ± 1)℃, (40 ± 5) % R.H. 시험환경에서 시험을 실시하였다.
시험항목 시험결과 시험항목 시험결과
수은 불검출 페놀류 불검출
시안 불검출 에피클로로히드린 불검출
디클로로메탄 불검출 아세트산비닐 불검출
1,1,1-트리클로로에탄 불검출 스티렌 불검출
1,1,2-트리클로로에탄 불검출 1,2-부타디엔 불검출
벤젠 불검출 1,3-부타디엔 불검출
1,1-디클로로에틸렌 불검출 N,N-디메틸아닐린 불검출
1,2-디클로로에탄 불검출 2,4-톨루엔디아민 불검출
시스-1,2-디클로로에틸렌 불검출 2,6-톨루엔디아민 불검출
트리클로로에틸렌 불검출 톨루엔디이소시아네이트 불검출
테트라클로로에틸렌 불검출
[표 5]의 결과를 통해 실시예 1에 따라 제조된 도료조성물에서는 수은, 시안, 벤젠, 스트렌, 페놀류 등의 유해한 휘발 성분이 검출되지 않았으므로 실시예 1에 따라 친환경 도료조성물을 제조할 수 있어 이를 이용한 친환경 시공이 가능하다고 판단된다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예, 시험예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명은 실시예, 시험예들을 통하여 구체적으로 설명하였으나 이는 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니며 단지 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 따라서 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 전처리단계
20 : 혼합단계
30 : 도포단계
40 : 도막형성단계

Claims (6)

  1. 습윤면용 경화성 도료조성물에 있어서,
    비스페놀 A형 에폭시(Bisphenol-A type Epoxy), 부타디엔-아크릴로니트릴 고무(Butadiene-acrylonitrile Rubber), 탄산칼슘, 희석제, 및 충진제를 포함하는 주제; 및
    아민(Amine)계 물질을 포함하는 경화제;를 포함하고,
    상기 주제는 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴고무 5 ~15 중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량%, 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합되고,
    상기 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15 중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량%, 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합되어 있는 상기 주제 100 중량부에 대해 상기 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합하여 구조물의 표면에 도포하고,
    상기 희석제는 상기 비스페놀 A형 에폭시에 물리적으로 혼합되는 비반응성 희석제로서 벤질알콜, 살리실산, 아세트산 에틸, 에탄올 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 습윤면용 경화성 도료조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아민계 물질은 메타 자일렌 디아민(Meta Xylene Diamin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 습윤면용 경화성 도료조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충진제는 클레이, 카본 블랙, 산화티타늄, 실리카 중 적어도 하나 이상을 포함하는 혼합물인 것을 특징으로 하는 습윤면용 경화성 도료조성물.
  5. 제 1 항의 습윤면용 경화성 도료조성물을 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법에 있어서,
    제 1 항의 주제 100 중량부에 대해 제 1 항의 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합함으로써 도료조성물을 형성하는 혼합단계(20);
    구조물의 표면에 상기 도료조성물을 적어도 1회 도포하는 도포단계(30); 및
    상기 구조물의 표면에 도포된 도료조성물을 양생함으로써 상기 구조물의 표면에 상기 도료조성물에 의한 도막을 형성하는 도막형성단계(40);를 포함하고,
    상기 혼합단계(20)에서는 비스페놀 A형 에폭시 35 ~ 50 중량%, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 5 ~ 15중량%, 탄산칼슘 35 ~ 45 중량% , 희석제 0.1 ~ 2.5 중량%, 및 충진제 3.1 ~ 5.3 중량%의 비율로 혼합되어 있는 상기 주제 100 중량부에 대해 상기 경화제를 20 ~ 30 중량부의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 습윤면용 경화성 도료조성물을 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도포단계(30)에서는
    상기 구조물의 표면에 상기 도료조성물을 8 ~ 12 시간 간격으로 1회 이상 반복 도포하고,
    상기 도막형성단계(40)에서는
    상기 구조물의 표면에 도포된 상기 도료조성물을 24 시간 이상 양생하는 것을 특징으로 하는 습윤면용 경화성 도료조성물을 이용하여 구조물의 표면을 처리하는 방법.
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