KR102435289B1 - 친환경 무기계 코팅제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트의 보수방법 - Google Patents

친환경 무기계 코팅제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트의 보수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하암거, 공동구, 전력구 등의 콘크리트 보수 시 적용할 수 있는 친환경 무기계 코팅제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트의 보수방법에 관한 것이다. 상기 친환경 무기계 코팅제 조성물은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로, 소수성 이산화티탄졸 5 내지 70 중량부, 폴리비닐부틸알 30 내지 50 중량부, 소르비탄모노올레산에스테르 1 내지 20 중량부, 옥틸페놀에톡실레이트 1 내지 10 중량부, 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액 10 내지 30 중량부, 계면활성제 1 내지 5 중량부, 질산칼슘 1 내지 5 중량부, 가성소다 1 내지 30 중량부, 경화제 15 내지 35 중량부, 보수제 5 내지 10 중량부, 증점제 1 내지 20 중량부, 안료 1 내지 30 중량부 및 용제 50 내지 150 중량부를 포함한다. 본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물은 유해물질을 배출하지 않아 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 중성화 방지, 열화 방지, 균열 방지, 필요수분 보존, 및 염화칼슘과 하수오염물질로부터의 내화학성을 확보하는 효과가 있다.

Description

친환경 무기계 코팅제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트의 보수방법{Eco-friendly inorganic coating agent composition and repairing method of concrete using the same}
본 발명은 친환경 무기계 코팅제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트의 보수방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하암거, 공동구, 전력구 등의 콘크리트 보수 시 적용할 수 있는 친환경 무기계 코팅제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트의 보수방법에 관한 것이다.
공동구란 지하 매설물들을 공동으로 관리 수용함으로써 미관의 개선, 도로구조의 보전 및 교통의 원활한 소통을 기하기 위하여 도로의 지하에 박스암거 형태로 설치된 시설물로써, 현대 도시 사회에 있어서 혈관과 같은 역할을 하고 있으며, 상기 공동구에는 전기, 가스, 수도 등의 공급설비, 통신시설, 하수도 시설 등의 주요 시설물들이 집중되어 있기에 관리가 매우 중요하다.
상기 공동구는 일반적으로 콘크리트로 구성되어 있는데, 상기 공동구는 지하에 형성되어 있으므로, 습기 및 물에 대한 환경에 노출되어 있으며, 하수 오염 물질에도 노출되어 있다. 따라서, 상기 공동구를 이루는 콘크리트에 대한 방수 성능의 결함으로 누수되는 경우에는 압축 강도, 화학식 침식에 대한 저항성 등이 저하되어 콘크리트 구조물의 수명이 단축된다. 또한 습기 및 물에 의한 열화현상으로 콘크리트 구조물은 주기적으로 보수가 필요하다.
한편, 콘크리트 구조물을 보수하여 기능 유지 및 사용수명을 연장하여 안전과 경제성을 확보하는 기술 중에 가장 효과적인 방법으로 구조물 표면에 방호 피막을 형성하는 도장 방법이 있는데, 기존에 사용하던 일반적인 표면보호제들은 기본적으로 요구되는 성능 외에 특수 성능들을 함께 충족하기는 어려운 실정이다. 기존의 유기계 에폭시나 아크릴 수지 등은 초기에 큰 접착강도를 나타내지만, 온도변화에 따른 수축, 팽창율이 구조물과 매우 상이하고, 구조물 표면에만 접착되기 때문에 장기적인 접착성능을 발휘하지 못해 결국 표면보호제와 구조물의 계면에서 탈락이 된다.
또한, 수성 아크릴계열, SBR 라텍스 계열, 폴리우레탄 계열 등을 원료로 하는 표면보호제는 어느 정도의 습윤 조건에서도 작업이 가능하고 시멘트와의 결합성도 있어 기존 표면보호제의 문제점을 보완하기 위해 많이 검토되어 왔지만, 부식성분의 차단성능, 내수성, 내후성, 부착성 및 도막 자체의 역학적 성능(인장, 인열강도)이 떨어져 사용에 제약을 받아왔으며 열화환경이나 내구성능이 요구되는 부위에는 주로 유기계 도막제가 사용되어져 왔다.
그러나, 유기바인더 표면보호강화제는 경화 시 휘발성 유기 화합물의 방출과 경화 후의 다양한 환경요소, 특히 산성비에 의한 질소산화물, 황산화물 및 해양환경에서의 염소이온 등에 의해 도막제가 열화되어 내구성의 확보에 어려움이 대두되고 있는 실정이다.
또한, 기존의 보수 보강 방법으로 시공할 경우 표면에서 수분과 산소가 미세한 틈으로 스며들기 때문에 산소에 의한 철근의 부식이 진행되고 수분에 의한 콘크리트의 열화가 발생하여 보수 보강 효과가 오래 지속되기 어렵기 때문에 보수 보강 공사를 자주 실시해야 하는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1102134호
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 콘크리트 구조물의 보수를 위한 친환경 무기계 코팅제 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 상기 친환경 무기계 코팅제 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법을 제공하는 것이다.
상기 제1 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 친환경 무기계 코팅제 조성물을 제공한다. 상기 친환경 무기계 코팅제 조성물은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로, 소수성 이산화티탄졸 5 내지 70 중량부, 폴리비닐부틸알 30 내지 50 중량부, 소르비탄모노올레산에스테르 1 내지 20 중량부, 옥틸페놀에톡실레이트 1 내지 10 중량부, 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액 10 내지 30 중량부, 계면활성제 1 내지 5 중량부, 질산칼슘 1 내지 5 중량부, 가성소다 1 내지 30 중량부, 경화제 15 내지 35 중량부, 보수제 5 내지 10 중량부, 증점제 1 내지 20 중량부, 안료 1 내지 30 중량부 및 용제 50 내지 150 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소수성 이산화티탄졸은, 알콕시 티탄을 용제, 산, 물의 존재 하에 가수분해 및 축중합을 통해 이산화티탄졸을 제조하는 단계; 및 제조된 이산화티탄졸에 트리에톡시(옥틸)실란(CH3(CH2)7Si(OC2H5)3)을 0.01~0.2 중량부 첨가하고 반응하여 소수성 이산화티탄졸을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액은 탄소나노튜브 번들이 하기 화학식 1의 화합물로 표시되는 고분자에 둘러싸여 랩핑됨으로써 탄소나노튜브 번들과 고분자의 복합체를 형성하면서 유기용매 내에 분산되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112022056927524-pat00001
(상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 독립적으로 C1-20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬이고,
Y1 및 Y2는 독립적으로 CH, CF 또는 N이고,
m은 10,000 내지 100,000의 정수이다.)
상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액 내에서 탄소나노튜브와 고분자의 혼합 중량비는 1:1 내지 1:10일 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 탄소벽의 수가 2 내지 10개인 소수벽 탄소나노튜브(Few-walled CNT; FWCNT)일 수 있다.
상기 친환경 무기계 코팅제 조성물은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 수용성규소 5 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 친환경 무기계 코팅제 조성물은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 트리메틸포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리크실레닐 포스페이트, 레조시놀비스(디페닐포스페이트), 페닐디레조시놀포스페이트, 비스페놀디페닐포스페이트, 크레실디페닐포스페이트, 크실레닐디페닐 포스페이트, 페닐디(이소프로필페닐)포스페이트, 트리이소페닐포스페이트, 디페닐포스페이트, 레조시놀디포스페이트, 방향족 폴리포스페이트, 인산 구아니딘, 인산 암모늄, 인산 멜라민, 폴리인산암모늄, 노말부틸에시드포스페이트, 트리클로로프로필포스페이트 또는 트리에틸포스페이트 중에서 선택된 하나 이상의 난연성 첨가제 5 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 친환경 무기계 코팅제 조성물은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 수용성규소 5 내지 10 중량부; 및 트리메틸포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리크실레닐 포스페이트, 레조시놀비스(디페닐포스페이트), 페닐디레조시놀포스페이트, 비스페놀디페닐포스페이트, 크레실디페닐포스페이트, 크실레닐디페닐 포스페이트, 페닐디(이소프로필페닐)포스페이트, 트리이소페닐포스페이트, 디페닐포스페이트, 레조시놀디포스페이트, 방향족 폴리포스페이트, 인산 구아니딘, 인산 암모늄, 인산 멜라민, 폴리인산암모늄, 노말부틸에시드포스페이트, 트리클로로프로필포스페이트 또는 트리에틸포스페이트 중에서 선택된 하나 이상의 난연성 첨가제 5 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은 상기 친환경 무기계 코팅제 조성물을 이용한 콘크리트의 보수방법을 제공한다. 상기 콘크리트 보수방법은 바탕면 처리단계(S10); 처리된 바탕면에 프라이머를 도포하는 단계(S20); 상기 프라이머 상에 보수 모르타르를 도포하는 단계(S30); 및 상기 보수 모르타르 상에 상기 친환경 무기계 코팅제 조성물을 도포하여 양생하는 단계(S40)를 포함한다.
상기 콘크리트 보수방법은 지하암거, 공동구, 전력구 및 지하맨홀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 시설의 콘크리트 보수 시 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물은 유해물질을 배출하지 않아 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 중성화 방지, 열화 방지, 균열 방지, 필요수분 보존, 및 염화칼슘과 하수오염물질로부터의 내화학성을 확보하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 보수방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면은 친환경 무기계 코팅제 조성물을 제공한다.
상기 친환경 무기계 코팅제 조성물은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로,
소수성 이산화티탄졸 5 내지 70 중량부,
폴리비닐부틸알 30 내지 50 중량부,
소르비탄모노올레산에스테르 1 내지 20 중량부,
옥틸페놀에톡실레이트 1 내지 10 중량부,
탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액 10 내지 30 중량부,
계면활성제 1 내지 5 중량부
질산칼슘 1 내지 5 중량부,
가성소다 1 내지 30 중량부,
경화제 15 내지 35 중량부,
보수제 5 내지 10 중량부,
증점제 1 내지 20 중량부,
안료 1 내지 30 중량부 및
용제 50 내지 150 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 소수성 이산화티탄졸은 내산성, 내알칼리성, 내마모성 및 방오성을 향상시기키 위하여 사용한다.
상기 소수성 이산화티탄졸은 이산화티탄졸을 제조한 후, 소수성 특성을 부여하는 방법으로 제조할 수 있다.
구체적으로, 먼저, 알콕시 티탄을 용제, 산, 물의 존재 하에 가수분해 및 축중합을 통해 10~50nm 크기의 단분산 형태의 가수분해하여 0.001~1.0 중량%의 이산화티탄졸을 제조한다. 이 때, 상기 알콕시 티탄은 티탄 이소프로폭사이드(Titanium Isopropoxide), 티탄 부톡사이드(Titanium Butoxide)의 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 출발 물질인 알콕시 티탄은 알콕시기가 물에 의해 가수 분해되어 수산화기를 형성되고, 이를 통해 형성된 수산화기는 다른 알콕시 티탄과의 수산화기 또는 알콕시 간의 축합반응을 통해서 이산화티탄졸을 형성한다. 상기 이산화티탄졸을 제조할 시 반응속도를 조절하기 위해 촉매를 사용하게 되는데, 사용 가능한 촉매로는, 예를 들어, 염산, 아세트산, 질산, 황산, 클로로술폰산, 요오드산, 필로인산 등의 산 촉매; 암모니아, 수산화칼륨, 수산화바륨, 이미다졸 등의 염기 촉매가 있으며, 또한 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되어 사용될 수 있다. 촉매의 양은 특별히 제한되지 않으나, 산 촉매 및 염기 촉매의 경우 알콕시 티탄 중량에 대하여 약 0.0001~0.03 중량부를 첨가할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
다음으로, 제조된 이산화티탄졸에 소수성 특성을 부여하기 위해 트리에톡시(옥틸)실란(CH3(CH2)7Si(OC2H5)3)을 0.01~0.2 중량부 첨가하고 소정온도(예컨대 상온 ~ 60℃)에서 소정시간(예컨대, 2 ~ 24시간) 동안 교반 반응하여 소수성 이산화티탄졸을 제조할 수 있다.
상기 소수성 이산화티탄졸은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 5 내지 70 중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 소수성 이산화티탄졸의 함량이 70 중량부를 초과하면 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성 및 경제성이 저하되고, 그 함량이 5 중량부 미만이면 성능 개선효과가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 폴리비닐부틸알은 부착력, 내후성, 내충격성을 개선시키기 위하여 사용된다. 상기 폴리비닐부틸알은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 30 내지 50 중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐부틸알의 함량이 50 중량부를 초과하면 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성 및 경제성이 저하되고, 그 함량이 30 중량부 미만이면 성능 개선효과가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 소르비탄모노올레산에스테르는 내식성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 소르비탄모노올레산에스테르는 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 20 중량부인 것이 바람직한 바, 상기 범위 내에서 내식성의 개선 효과가 나타날 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 옥틸페놀에톡실레이트는 에톡실화된 옥틸페놀 유도체로서, 코팅제 조성물을 이용한 코팅시 시공면에 도막이 용이하게 형성될 수 있도록 한다. 상기 옥틸페놀에톡실레이트는 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 10 중량부인 것이 바람직한 바, 상기 범위 내에서 도막 형성 효과가 나타날 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액은 내부식성 및 중성화를 방지하고, 균열을 방지하며, 내화학성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액은 탄소나노튜브 번들이 상기 고분자에 둘러싸여 랩핑됨으로써 탄소나노튜브 번들과 고분자의 복합체를 형성하면서 유기용매 내에 분산되는 것일 수 있다.
이때, 상기 탄소나노튜브는 탄소벽의 수가 2 내지 10개인 소수벽 탄소나노튜브(Few-walled CNT; FWCNT)일 수 있고, 상기 유기용매는 메탄올, 톨루엔, 크실렌 및 클로로포름으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 고분자는 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.
Figure 112022056927524-pat00002
(상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 독립적으로 C1-20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬이고,
Y1 및 Y2는 독립적으로 CH, CF 또는 N이고,
m은 10,000 내지 100,000의 정수이다.)
상기 탄소나노튜브와 고분자의 혼합 중량비는 1:1 내지 1:10일 수 있다.
상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 10 내지 30 중량부인 것이 바람직한 바, 상기 범위 내에서 상술한 내부식성, 중성화 방지, 균열 방지 및 내화학성능 개선 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 계면활성제는 당업계의 통상적인 계면활성제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 계면활성제 이온성계면활성제(음이온, 양이온, 양성) 비이온성계면활성제를 사용할 수 있으며, 음이온계면활성제로서 술폰 에스테르(Sulfuric ester), 술폰산(sulfonic acid), 포스포릭 에스테르(phosphoric ester); 양이온계면활성제로서 2차 아민염(Secondary amine salt), 3차 아민염(tertiary amine salt); 양이온성계면활성제로서 아미노산 타입(amino acid type), 베타인 타입(betaine type); 비이온성계면활성제로서 폴리에틸렌글리콜 타입(polyethyleneglycol type), 폴리하이드록시알코올 타입(polyhydroxyalcohol type) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 사용자의 선택에 따라 변경 가능하지만, 아크릴 수지 100중량부 기준으로 1 내지 5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 질산칼슘은 코팅제 조성물을 용이하게 경화시키기 위한 것으로서, 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직한 바, 상기 범위 내에서 효과적인 경화 작용이 일어날 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 가성소다는 코팅제 조성물의 적정 pH, 예를 들면 pH 7 내지 12로 유지되도록 하는 것으로서, 상기 pH가 7 미만이면 질산칼슘이 반응되지 않는 문제가 있다. 상기 가성소다의 사용량은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 30 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 보수제는 수분을 유지할 수 있도록 하는 것으로서, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 메틸하이드록시에틸셀룰로오스, 구아검, 잔탄검 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보수제의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 5 내지 10 중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 증점제는 코팅제 조성물의 점도를 조절하여 사용을 용이하게 하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 증점제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 하이드록시에틸 셀룰로오즈(Hydroxyethyl cellulose), 소수성 우레탄변성계 증점제 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 증점제의 사용량은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 특히, 상기 하이드록시에틸 셀룰로오즈는 증점제 이외에도 보수성을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 안료는 코팅제 조성물에 색상을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 안료라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 그 사용량은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 30 중량부일 수 있다. 바람직한 안료로는 무기계 안료 및 유기계 안료 중에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기계 안료는 산화철, 수산화철, 산화크롬, 산화티탄 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 이때, 산화철, 수산화철은 적갈색을 나타내고, 산화크롬은 녹색을 나타내고, 산화티탄은 백색을 나타낸다.
상기 유기계 안료는 카본 블랙, 아조피그먼트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 있어서, 상기 용제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 용제라면 특별히 한정되지 않지만, 물을 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 50 내지 150 중량부일 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물은 항균작용 및 방청작용 효과를 부여하기 위하여 수용성규소를 더 포함할 수 있다. 상기 수용성규소는 물에 용해되면 화학적 작용에 의해 성분의 분자성을 띠게 되고 코팅층 상에 피막을 입히며, 형성된 피막이 고착화되어 항균 및 방청효과를 나타낼 수 있다. 상기 수용성규소는 아크릴 수지 100 중량부 기준으로 5 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물은 난연성 효과를 부여하기 위하여 트리메틸포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리크실레닐 포스페이트, 레조시놀비스(디페닐포스페이트), 페닐디레조시놀포스페이트, 비스페놀디페닐포스페이트, 크레실디페닐포스페이트, 크실레닐디페닐 포스페이트, 페닐디(이소프로필페닐)포스페이트, 트리이소페닐포스페이트, 디페닐포스페이트, 레조시놀디포스페이트, 방향족 폴리포스페이트, 인산 구아니딘, 인산 암모늄, 인산 멜라민, 폴리인산암모늄, 노말부틸에시드포스페이트, 트리클로로프로필포스페이트 또는 트리에틸포스페이트 중에서 선택된 하나 이상의 난연성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 난연성 첨가제는 아크릴 수지 100 중량부 기분으로 5 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물은 유해물질을 배출하지 않아 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 중성화 방지, 열화 방지, 균열 방지, 필요수분 보존, 및 염화칼슘과 하수오염물질로부터의 내화학성을 확보하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 친환경 무기계 코팅제 조성물을 이용한 콘크리트의 보수방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물을 이용한 콘크리트의 보수방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트의 보수방법은
바탕면 처리단계(S10);
처리된 바탕면에 프라이머를 도포하는 단계(S20);
상기 프라이머 상에 보수 모르타르를 도포하는 단계(S30); 및
상기 보수 모르타르 상에 친환경 무기계 코팅제 조성물을 도포하여 양생하는 단계(S40)를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 콘크리트의 보수방법을 단계별로 상세하게 설명한다.
먼저, S10 단계는 바탕면 처리단계이다.
구체적으로, 상기 S10 단계는 구조물의 바탕면 상에 불순물, 레이턴스, 이물질 등을 청소하여 제거하는 단계(S11)와, 청소된 부위의 홈, 균열 등을 에폭시 퍼티, 초속경 시멘트 퍼티 등을 이용하여 바탕면 처리하는 단계(S12)를 포함할 수 있다.
먼저, S11 단계는 구조물의 바탕면 상에 불순물, 레이턴스, 이물질 등을 청소하여 제거하는 단계이다.
상기 구조물의 바탕면 상에 불순물, 레이턴스, 이물질을 청소하는 방법으로는 핸드 워터젯, 고압수 세척기, 숏블라스터, 평삭기, 연마기, 그라인더 등으로 제거하고 진공흡입기 등으로 청소하는 방법을 사용할 수 있다.
또한, 상기 구조물의 바탕면 상에 불순물, 레이턴스, 이물질을 청소하는 방법으로 바탕면 상에 도포, 분무 등의 방법으로 이물질제거제를 적용하여 표면을 정리하는 방법이 있다. 상기 이물질제거제를 적용함으로써 구조물의 바탕면 표면의 이물질, 즉 먼지, 레이턴스, 불순물, 시멘트 페이스트, 각질, 그리스, 녹 등의 오염물질이 제거됨과 동시에 이후에 시공될 방수제의 접착 효과를 높이게 된다.
상기, 이물질제거제는 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것이 적용된다.
상기 S11 단계에서 이물질제거제를 적용하기전 상기 구조물의 바탕면을 물로 세척하여 건조시킨 후에 이물질제거제를 도포할 수 있다.
다음으로, S12 단계는 청소된 부위의 홈, 균열 등을 에폭시 퍼티, 초속경 시멘트 퍼티 등을 이용하여 바탕면 처리하는 단계이다. 상기 퍼티는 구조물의 수축 팽창에 따른 미세 균열이 발생 시 이러한 미세 균열을 보수함과 동시에 초기 소성 균열 발생을 방지할 수 있다.
또한, 콘크리트 구조물에서 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고 균열 부위로 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 안전 진단 및 점검을 실시하여 이와 같은 현상이 발행하면, 보수가 필요한 콘크리트 구조물에 대하여 균열이 발생한 콘크리트와 노출된 철근을 제거하여 열화되지 않은 콘크리트가 나올 때까지 단면을 기계를 이용하여 파쇄하고 다듬는 치핑 단계를 수행할 수 있다. 이 때 다듬어진 콘크리트의 최외 표면은 모르타르의 부착이 용이하도록 거친 표면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, S20 단계는 처리된 바탕면에 프라이머를 도포하는 단계이다.
상기 프라이머는 구조물 표면의 내수성, 내구성을 향상시킴과 아울러, 이후 형성되는 모르타르 조성물과 구조물 표면과의 결합력을 강화하기 위해 사용된다.
본 발명에서 사용되는 프라이머는 당 업계에서 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 시멘트, 혼화재, 액상 나트륨 실리케이트, 액상 폴리실란 및 물을 포함하는 성분으로 구성될 수 있다. 구체적으로는 상기 프라이머는 시멘트 10~30 중량부, 혼화재 5~20 중량부, 액상 나트륨 실리케이트 15~45 중량부, 액상 폴리실란 5~20 중량부 및 물 55~80 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 시멘트와 혼화재는 외부 환경으로 인한 구조물의 손상 부위에 침투하여 구조물을 유해물질로부터 보강하고 내구 연한을 증대시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 혼화재는 슬래그 미분말과 플라이애쉬를 약 10:1~5의 비율로 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 액상 나트륨 실리케이트는 물에 수용성인 나트륨 실리케이트를 용해시켜 얻어지며, 혼합비율은 물:나트륨 실리케이트가 약 100:20~100의 중량비로 혼합되어 용해될 수 있다.
다음으로, S30 단계는 상기 프라이머 상에 보수 모르타르를 도포하는 단계이다.
상기 프라이머가 도포되어 경화된 후에 그 표면에 보수 모르타르를 도포함으로써 보수할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 보수 모르타르는 속경성 및 콘크리트 구조물과의 부착 강도 확보 등을 위해 하기의 조성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예컨대, 시멘트 30~75 중량%, 분말도 1,000~ 5,000 cm2/g인 고령토 미분말 5~45 중량%, 현무암 섬유 0.2~2 중량%, 분말도 1,000~3,000 cm2/g을 갖는 합성 미분 실리카 분말 5~30 중량%, 수축 저감제 3~20 중량%, 폴리머 수지 0.5~1.5 중량%, 실리카 흄 1~5 중량%, 클링커 0.5 내지 5.0 중량%, 플라스터 0.5 내지 5.0 중량%, 알파형 반수 석고 0.5 내지 5 중량%, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량%, 레드머드 0.1 내지 5 중량%, 하소포졸라나 0.01 내지 5 중량%, 마이크로실리카 0.01 내지 5 중량%로 이루어진 결합재 100 중량부와 규사 20~100 중량부 및 물을 포함하여 이루어진 것을 사용한다.
본 발명에서 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 알루미나 시멘트, 속경성 시멘트 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 포틀랜드 시멘트이며, 구체적으로 포틀랜드 시멘트의 경우도 주요 성분이 C3S 51%, C2S 25%, C3A 9%, C4AF 9%, CaSO4 4% 정도이며, 비표면적은 3,300cm2/g 전후인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 상기 고령토는 높은 점성과 경화 이후 발현되는 우수한 강도뿐만 아니라, 통기성, 계절 변화에 따른 흡습 및 수축성 등의 장점이 있으며, 특히 염화물(예: 염화칼슘)에 대한 저항성이 우수하여 습윤 현장 등 열악한 환경에 대한 적용성이 우수한 특징을 갖는다.
본 발명에서 상기 고령토 미분말은 결합재 형성시 5~45 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 고령토 미분말이 5 중량% 미만이면 얻고자 하는 성능을 확보하기 어렵고, 45 중량%를 초과하면 소요의 강도를 얻는데 시간이 오래 걸리고 적절한 물리적 성능 발현에 어려움이 있다. 또한, 본 발명에서 상기 고령토 미분말은 분말도 1,000 ~ 5,000 cm2/g인 것을 제조하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 석고는 고령토 분말의 피막을 파괴하여 내부에서 이온 방출을 가속화시키고 이들과 반응하여 수화 초기에 에트린자이트를 다량 생성해주는 역할을 하며, 재령 경과에 따라 칼슘실리케이트 수화물을 생성해 강도를 발현해주는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 석고는 천연석고, 배연탈활석고, 페트로 코크스 탈황석고 및 석탄 코크스 탈활석고 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기와 같이 얻어진 보수 모르타르를 시공 대상면에 도포하여 콘크리트 구조물의 단면을 보수하는데, 1회 이상 반복 시공하는 경우 대상면과의 접착성을 위해 표면을 연마하여 거칠게 마감하며, 상기 도포는 스프레이 또는 흙손을 이용하여 1차 타설시 5 ~ 15 mm, 2차 및 3차 타설시 20 ~ 50 mm, 최종 타설 시 5 ~ 15 mm로 시공 및 미장하는 것이 바람직하나 상기 두께는 치핑된 콘크리트의 두께에 따라 변경 가능하다.
다음으로, S40 단계는 상기 보수 모르타르 상에 친환경 무기계 코팅제 조성물을 도포하여 양생하는 단계이다.
구체적으로, 상기 보수 모르타르를 콘크리트 파쇄 부위에 도포하여 평활하게 마감하고 건조한 후 그 표면에 본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물을 도포하고 양생함으로써 보수된 표면을 외부조건으로부터 보호하고 마감한다.
상기 친환경 무기계 코팅제 조성물은 전술한 바와 같으므로, 중복 기재를 피하기 위하여 자세한 설명은 생략한다.
이상의 방법으로 시공되는 콘크리트 보수방법은 상기 상술된 친환경 무기계 코팅제 조성물을 사용함으로써 모르타르 표면과의 결합력과 내구성이 우수하고, 유해물질을 배출하지 않아 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 중성화 방지, 열화 방지, 균열 방지, 필요수분 보존, 및 염화칼슘과 하수오염물질로부터의 내화학성을 확보하는 효과가 있으므로, 지하암거, 공동구, 전력구 및 지하맨홀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 시설의 콘크리트 보수 시 유용하게 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물의 특성을 확인하기 위하여 상술한 성분조성비와 제조방법을 통해 테스트용 시료를 제조하였다.
이때, 제조된 시료는 하기 표 1에 나타난 제조예 1,2,3과 같이 조성하였으며, 비교대상인 비교예 1은 대한민국 특허 제10-1937454의 실시예 1의 표면 보호 코팅제 조성물을 채택하여 비교하였다.
구분 제조예 1 제조예 2 제조예 3 비교예 1
아크릴 수지 100 중량부 100 중량부 100 중량부 대한민국 특허 제10-1937454의 실시예 1
소수성 이산화티탄졸 60 중량부 65 중량부 68 중량부
폴리비닐부틸알 40 중량부 35 중량부 45 중량부
소르비탄모노올레산에스테르 15 중량부 13 중량부 12 중량부
옥틸페놀에톡실레이트 10 중량부 9 중량부 8 중량부
탄소나노튜브-화학식 2의 고분자 복합체 분산액 25 중량부 20 중량부 25 중량부
계면활성제 5 중량부 5 중량부 5 중량부
질산칼슘 5 중량부 5 중량부 5 중량부
가성소다 25 중량부 20 중량부 23 중량부
경화제 30 중량부 33 중량부 35 중량부
보수제 10 중량부 8 중량부 8 중량부
증점제 15 중량부 15 중량부 10 중량부
안료 10 중량부 10 중량부 10 중량부
용제(물) 150 중량부 150 중량부 150 중량부
수용성규소 - 10 중량부 5 중량부
트리메틸포스페이트 - 5 중량부
[실험예]
실시예 및 비교예에 따라 제조된 코팅제 조성물을 이용하여 0.2 평방미터의 콘크리트 표면상에 약 10 마이크로미터 두께의 도막을 형성한 후 안정도, 부착강도, 중성화 깊이, 침투 저항성, 내투수성, 내균열성 등을 측정하여 하기 표 2로 나타내었다.
시험 종목 단위 시험 방법 시험 결과
비교예 1 제조예 1 제조예 2 제조예 3
도막 후의 겉모양 표준 양생 후 - KS F 4936:2008 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 시험 후 - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
온냉반복 시험 후 - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내알칼리성 시험 후 - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내염수성 시험 후 - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
중성화 깊이 mm 0.5 0.2 0.2 0.1
염화물 이온 침투 저항성능 coulombs 358 470 475 483
내투수성(0.1 N/m2) - 투수되지 않음 투수되지 않음 투수되지 않음 투수되지 않음
부착 강도 표준 양생 후 N/m2 3.5 3.8 3.8 3.7
촉진내후성 시험 후 N/m2 3.3 3.7 3.7 3.5
온냉반복 시험 후 N/m2 3.2 3.6 3.5 3.5
내알칼리성 시험 후 N/m2 3.1 3.6 3.6 3.6
내염수성 시험 후 N/m2 3.2 3.7 3.7 3.6
내균열성 20℃ - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
-20℃ - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 시험 후 - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
부착 강도 침수 후 N/m2 KS F 4919:2008 3.1 3.7 3.7 3.6
내잔갈림성 - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내투수성(0.3 N/m2) - 투수되지 않음 투수되지 않음 투수되지 않음 투수되지 않음
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물은 종래 코팅제 조성물에 비하여 부착강도가 높고, 중성화 저항성, 염화물 이온 침투 저항성, 내투수성, 내균열성이 높은 것으로 나타났다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물에 대하여 불연성, 항균성, 가스유해성 등을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
시험 종목 단위 시험 방법 시험 결과
제조예 1 제조예 2 제조예 3
불연재료(불연성, 가스유해성) - 국토교통부고시 제 2015-744호 적합 적합 적합
총대장균군 -/100 mL 먹는물수질공정시험기준:2017 불검출 불검출 불검출
대장균 -/100 mL 불검출 불검출 불검출
중온일반세균 CFU/mL 불검출 불검출 불검출
여시니아 -/2L 불검출 불검출 불검출
VOCs TVOCs mg/(m2·h) KS I ISO 16000-3:2014 불검출 불검출 불검출
벤젠 mg/(m2·h) 불검출 불검출 불검출
톨루엔 mg/(m2·h) 불검출 불검출 불검출
에틸벤젠 mg/(m2·h) 불검출 불검출 불검출
자일렌 mg/(m2·h) 불검출 불검출 불검출
스티렌 mg/(m2·h) 불검출 불검출 불검출
포름알데히드 mg/(m2·h) 불검출 불검출 불검출
아세트알데히드 mg/(m2·h) 불검출 불검출 불검출
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물은 불연재료로서 적합하고, 항균성을 가지며, 유해적인 휘발성 가스들을 방출하지 않으므로 안전하고 친환경적이다.
따라서, 본 발명에 따른 친환경 무기계 코팅제 조성물은 콘크리트 상의 결합력과 내구성이 우수하고, 유해물질을 배출하지 않아 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 중성화 방지, 열화 방지, 균열 방지, 필요수분 보존, 및 염화칼슘과 하수오염물질로부터의 내화학성을 확보할 수 있으므로, 지하암거, 공동구, 전력구 등의 콘크리트 보수 시 표면 코팅 마감으로서 유용하게 적용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 아크릴 수지 100 중량부 기준으로,
    소수성 이산화티탄졸 5 내지 70 중량부,
    폴리비닐부틸알 30 내지 50 중량부,
    소르비탄모노올레산에스테르 1 내지 20 중량부,
    옥틸페놀에톡실레이트 1 내지 10 중량부,
    탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액 10 내지 30 중량부,
    계면활성제 1 내지 5 중량부,
    질산칼슘 1 내지 5 중량부,
    가성소다 1 내지 30 중량부,
    경화제 15 내지 35 중량부,
    보수제 5 내지 10 중량부,
    증점제 1 내지 20 중량부,
    안료 1 내지 30 중량부 및
    용제 50 내지 150 중량부를 포함하는,
    친환경 무기계 코팅제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 이산화티탄졸은,
    알콕시 티탄을 용제, 산, 물의 존재 하에 가수분해 및 축중합을 통해 이산화티탄졸을 제조하는 단계; 및
    제조된 이산화티탄졸에 트리에톡시(옥틸)실란(CH3(CH2)7Si(OC2H5)3)을 0.01~0.2 중량부 첨가하고 반응하여 소수성 이산화티탄졸을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는, 친환경 무기계 코팅제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액은 탄소나노튜브 번들이 하기 화학식 1의 화합물로 표시되는 고분자에 둘러싸여 랩핑됨으로써 탄소나노튜브 번들과 고분자의 복합체를 형성하면서 유기용매 내에 분산되는 것을 특징으로 하는, 친환경 무기계 코팅제 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112022056927524-pat00003

    (상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2는 독립적으로 C1-20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬이고,
    Y1 및 Y2는 독립적으로 CH, CF 또는 N이고,
    m은 10,000 내지 100,000의 정수이다.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 분산액 내에서 탄소나노튜브와 고분자의 혼합 중량비는 1:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는, 친환경 무기계 코팅제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 탄소벽의 수가 2 내지 10개인 소수벽 탄소나노튜브(Few-walled CNT; FWCNT)인 것을 특징으로 하는, 친환경 무기계 코팅제 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    아크릴 수지 100 중량부 기준으로
    수용성규소 5 내지 10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 무기계 코팅제 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    아크릴 수지 100 중량부 기준으로
    트리메틸포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리크실레닐 포스페이트, 레조시놀비스(디페닐포스페이트), 페닐디레조시놀포스페이트, 비스페놀디페닐포스페이트, 크레실디페닐포스페이트, 크실레닐디페닐 포스페이트, 페닐디(이소프로필페닐)포스페이트, 트리이소페닐포스페이트, 디페닐포스페이트, 레조시놀디포스페이트, 방향족 폴리포스페이트, 인산 구아니딘, 인산 암모늄, 인산 멜라민, 폴리인산암모늄, 노말부틸에시드포스페이트, 트리클로로프로필포스페이트 또는 트리에틸포스페이트 중에서 선택된 하나 이상의 난연성 첨가제 5 내지 10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 무기계 코팅제 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    아크릴 수지 100 중량부 기준으로
    수용성규소 5 내지 10 중량부; 및
    트리메틸포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리크실레닐 포스페이트, 레조시놀비스(디페닐포스페이트), 페닐디레조시놀포스페이트, 비스페놀디페닐포스페이트, 크레실디페닐포스페이트, 크실레닐디페닐 포스페이트, 페닐디(이소프로필페닐)포스페이트, 트리이소페닐포스페이트, 디페닐포스페이트, 레조시놀디포스페이트, 방향족 폴리포스페이트, 인산 구아니딘, 인산 암모늄, 인산 멜라민, 폴리인산암모늄, 노말부틸에시드포스페이트, 트리클로로프로필포스페이트 또는 트리에틸포스페이트 중에서 선택된 하나 이상의 난연성 첨가제 5 내지 10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 무기계 코팅제 조성물.
  9. 바탕면 처리단계(S10);
    처리된 바탕면에 프라이머를 도포하는 단계(S20);
    상기 프라이머 상에 보수 모르타르를 도포하는 단계(S30); 및
    상기 보수 모르타르 상에 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 친환경 무기계 코팅제 조성물을 도포하여 양생하는 단계(S40)를 포함하는,
    친환경 무기계 코팅제 조성물을 이용한 콘크리트의 보수방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 콘크리트 보수방법은 지하암거, 공동구, 전력구 및 지하맨홀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 시설의 콘크리트 보수 시 사용되는 것을 특징으로 하는, 친환경 무기계 코팅제 조성물을 이용한 콘크리트의 보수방법.
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