KR102438531B1 - 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물 및 이를 사용한 시공 공법 - Google Patents

상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물 및 이를 사용한 시공 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1차 코팅 조성물 40 내지 60 중량%, 알콕시실란 30 내지 50 중량%, 및 수용성 활성촉매 5 내지 10 중량%를 포함하며,
상기 1차 코팅 조성물은 규산 무수물(SiO2) 15 내지 25 중량%, 수용성 폴리인산 1 내지 2 중량부, 및 초산 2 내지 4 중량%를 물 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 70 내지 80 중량%에 혼합시킨 것인 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물 및 이를 사용하는 세라믹 코팅 시공 공법을 제공한다.

Description

상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물 및 이를 사용한 시공 공법{Inorganic ceramic coating composition which is cured at room temperature and construction method using the same}
본 발명은 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물 및 이를 사용한 시공 공법에 관한 것이다.
바닥, 교각, 도로 등 콘크리트 표면의 수명 연장 및 안전성을 보강하고, 외관을 조성하기 위해 도막형 코팅재를 사용한다.
상기 도막형 코팅재로는 다양한 종류의 유기질 도료 및 하이브리드 도료 제품이 개발되어 사용되고 있다. 이들 도료를 물성적으로 구분하면 유기질 도료, 유무기 하이브리드 도료, 무기질 도료로 분류할 수 있다.
현재 주로 사용되고 있는 도료로는 유기질 도료 또는 유무기 혼합물 도료 제품 등이 있다. 그러나 이러한 제품은 시공후 내광성이 저하되며 산, 유기 용재에 취약하여 한시적인 보호 효과를 제공하나, 수명 단축으로 주기적 유지관리가 필요하며 부식으로 철거비용이 과다 소요되며, 오염 등의 다양한 문제가 발생한다.
이러한 문제와 관련하여, 무기질 세라믹 도료가 알려져 있다. 상기 무기질세라믹 도료는 내광성, 내열성, 내약품성, 내식성 등이 우수한 것으로 알려져 있다.
그러나, 종래의 세라믹 도료는 대부분 유기질 액상 수지에 무기질 첨가제를 적용한 제품군으로 순수한 무기질 제품군으로 분류할 수 없다. 환경친화형 수용성 순무기질 상온 경화형 액상 바인더를 적용한 세라믹 도료 제품은 선진국에서도 사용되고 있지 않다. 즉, 이와 유사한 제품군은 있으나 품질 성능이 미흡하므로 널리 보급되지 않았다.
대한민국 공개특허 제10-2003-0044650호
본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명은 우수한 친환경성을 가지며, 콘크리트 바닥, 교각, 도로 등의 다양한 소지면에 다양한 색상으로 도색하는 것이 가능하며, 상온 경화가 가능하며, 도막층의 내오염성, 내수성, 내광성, 내식성, 내화학성 및 내구성이 우수하며, 미려한 외관을 제공하는 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물 및 이를 사용한 시공 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
1차 코팅 조성물 40 내지 60 중량%, 알콕시실란 30 내지 50 중량%, 및 수용성 활성촉매 5 내지 10 중량%를 포함하며,
상기 1차 코팅 조성물은 규산 무수물(SiO2) 15 내지 25 중량%, 수용성 폴리인산 1 내지 2 중량부, 및 초산 2 내지 4 중량%를 물 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 70 내지 80 중량%에 혼합시킨 것인 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
(a) 콘크리트 소지면에 상기 본 발명의 세라믹 코팅제 조성물을 도포 및 건조시켜 도막을 형성하는 단계; 및
(b) 상기 도막을 상온에서 0.5 내지 2 시간 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 시공 공법을 제공한다.
본 발명의 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물은 다음의 효과를 제공한다.
1) 상온 건조에 의해 경화된 도막층은 불용성으로 콘크리트 표층부에 침투하면서 표면에 강력하게 부착되어 모재와 일체화 됨으로써, 중성화, 열화방지 및 부식 오염을 억제하여 모재를 최대로 보존한다.
2) 시공 후, 수축률 및 팽창률이 콘크리트 모재와 동일 또는 유사하며, 양생된 결정체는 내흡수, 내투수성이 우수하다.
3) 콘크리트 표층부에 형성된 도막층이 물의 흡수는 억제하고 통기성은 유지시킴으로써, 장기간 자외선 노출에도 변성되지 않는 화학적으로 안정한 물성 및 긴 수명을 유지시킨다.
4) 백화, 곰팡이 서식을 억제하고 내염, 내산성등 유기용재에 강한 내구성을 제공한다.
5) 휘발성 유기화합물(VOC)이 포함되지 않은 순무기질 코팅제로 화재 발생시 위험 및 유해가스 발생이 없는 안전한 생활공간 확보를 가능하게 한다.
6) 시공이 간편하고, 한번 시공으로 변색없이 장시간 콘크리트 구조물 표면의 보호가 가능하므로, 경제적이며 유지관리를 용이하게 한다.
도 1은 본 발명의 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물에 의해 표현 가능한 색상을 촬영한 사진이다.
이하에서 본 발명에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명은
1차 코팅 조성물 40 내지 60 중량%, 알콕시실란 30 내지 50 중량%, 및 수용성 활성촉매 5 내지 10 중량%를 포함하며,
상기 1차 코팅 조성물은 규산 무수물(SiO2) 15 내지 25 중량%, 수용성 폴리인산 1 내지 2 중량부, 및 초산 2 내지 4 중량%를 물 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 70 내지 80 중량%에 혼합시킨 것인 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 알콕시실란으로는 3 내지 4관능의 알콕시실란이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 트리에톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란 및 메틸트리에톡시실란 등 중에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 수용성 활성촉매로는 지방족 또는 방향족 3급아민을 사용할 수 있다. 이 때 상기 지방족 또는 방향족 3급아민은 중량평균분자량이 50~1000일 수 있다.
상기 지방족 또는 방향족 3급아민으로는 트리에틸아민, 디부틸메틸아민, 디부틸페녹시아민, 3차 폴리아민, 디에틸페녹시아민, 트리에탄올아민, 디프로필에틸아민 중에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으며, 상품명으로는 AMP95, KH30, ALPHAMINEN41 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 세라믹 코팅제 조성물은 질화규소(Si3N4) 1 내지 3 중량% 및 산질화알루미늄(AlON) 1 내지 3 중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 성분들은 염해 방지를 일으키는 Cl- 이온을 흡착하여 고정하는 역할을 수행할 수 있으며, 코팅막의 강도를 강화시키는 기능을 수행한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 세라믹 코팅제 조성물은 수산화리튬 1 내지 3 중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 성분은 염해 방지를 일으키는 Cl- 이온을 흡착하여 고정하는 역할을 수행한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 물 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이 물로 이루어지는 수성 타입일 수 있으며, 상기 1종 이상이 이소프로필알코올로 이루어지는 이소프로필알코올 타입일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 세라믹 코팅제 조성물은 세라믹 유색안료 1 내지 20 중량% 및 기능성 첨가제 1 내지 20 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 세라믹 안료는 천연광물에서 추출한 분말 상태의 안료로서, 예를 들어, 아연, 황화아연, 이산화 타이타늄, 카본블랙이 등이 사용될 수 있으며, 검은색 안료로는 주로 카본블랙이 사용된다.
상기 기능성 첨가제는 무기질 필러로서 카오린 및 알루미나 중에서 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기능성 첨가제로는 침강방지제, 계면활성제, 분산제 등이 사용될 수 있다.
상기 침강방지제로는 이 분야에 공지된성분이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 하이드로마그네슘알루미늄실리케이트(hydro magnesium aluminium silicate)가 사용될 수 있다.
상기 계면활성제로는 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양쪽성계 계면활성제가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리옥시에틸리네이티드알킬페놀(polyoxyethylenated alkylphenols)이나 폴리옥시에틸리네이티드 패티 알콜(polyoxyethylenated fatty alcohols) 등이 사용될 수 있다.
상기 분산제로는 이 분야에 공지된 성분이 사용될 수 있으며, 위에 설명된 계면활성제가 사용될 수도 있다.
또한, 본 발명은
(a) 콘크리트 소지면에 상기 본 발명의 세라믹 코팅제 조성물을 도포 및 건조시켜 도막을 형성하는 단계; 및
(b) 상기 도막을 상온에서 0.5 내지 2 시간 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 시공 공법에 관한 것이다.
상기 (a) 단계에서 콘크리트 소지면은 상기 본 발명의 세라믹 코팅제 조성물을 도포하기 전에 세척 및 건조될 수 있다.
이하에서, 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1~3: 세라믹 코팅제 조성물의 제조
하기 표 1의 성분들을 해당 조성비로 혼합하여 세라믹 코팅제 조성물을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
1차 코팅제 조성물 규산 무수물(SiO2) 0 18 18
수용성 폴리인산 1.5 1.5 1.5
초산 3 3 3
물 75.5 73.5 71.5
수산화리튬 - 2 2
질화규소(Si3N4) - 2 2
산질화알루미늄(AlON) - - 2
합계 100(wt%) 100(wt%) 100(wt%)
상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물 1차 코팅제 조성물 42 42 42
테트라에톡시실란 31 31 31
디에틸페녹시아민 7 7 7
알루미나 2 - 1
카오린 - 2 1
침강방지제 0.3 0.3 0.3
분산제 0.7 0.7 0.7
안료 17 17 17
합계 100(wt%) 100(wt%) 100(wt%)
실시예 4 내지 6: 세라믹 코팅 시공
콘크리트 바닥 소지면을 세척 및 건조한 후, 상기 실시예 1 내지 3의 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물을 각각 개별적으로 도포하였다.
상기 도포에 의해 형성된 도막을 상온에서 1시간 동안 건조시켜서 각각 샘플 1(실시예 1), 샘플 2(실시예 2), 및 샘플 3(실시예 3)을 제조하였다.
시험예 1: 물리적 성질 평가
상기 샘플 1 내지 3의 도막의 특성을 종래의 유기질 하이브리드 제품군과 비교하여 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1 내지 3의 세라믹 코팅 조성물
(샘플 1 내지 3)		 유기질 하이브리드
[기존의 제품군]
Figure 112022044427100-pat00001
순무기질의 이산화규소 중합물질
Figure 112022044427100-pat00002
내구성: 5년 이상 내구성 극대화
Figure 112022044427100-pat00003
산, 알칼리등 유기용재 강한 내구성있음.
Figure 112022044427100-pat00004
자외선 노출에도 변성되지 않음.
Figure 112022044427100-pat00005
시공후 모재 성능을 개선 향상시킴.
Figure 112022044427100-pat00006
내열온도: 700~800℃이상
Figure 112022044427100-pat00007
통기성: 통기성 유지하며 물침투 억제함.
Figure 112022044427100-pat00008
유기질 제품보다 적용범위 제한됨
Figure 112022044427100-pat00009
유기질 또는 유,무기질 혼합물
Figure 112022044427100-pat00010
내구성: 5년 이하 수명 유한함.
Figure 112022044427100-pat00011
산, 유기용재에 취약함.
Figure 112022044427100-pat00012
자외선 노출시 물성 변화로 내구성 저하.
Figure 112022044427100-pat00013
시공후 모재와 이종으로 성능을 약화시킴.
Figure 112022044427100-pat00014
내열온도: 150℃미만
Figure 112022044427100-pat00015
통기성: 통기성 차단으로 열화촉진
Figure 112022044427100-pat00016
무기질 제품보다 적용범위 많음.
시험예 2: 시공성 및 도막 성능 평가
상기 샘플 1 내지 3의 도막의 특성을 종래의 유기질 하이브리드 제품군과 비교하여 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 1 내지 3의 세라믹 코팅 조성물
(샘플 1 내지 3)		 유기질 하이브리드
[기존의 제품군]
Figure 112022044427100-pat00017
모재 침투하면서 형성된 도막은 동질의 물성으로 일체화되어 수분은 차단하고 통기성을 유지함.
Figure 112022044427100-pat00018
경화후 표면경도 우수함 [6h 이상]
Figure 112022044427100-pat00019
친환경으로 연한냄세 작업환경 쾌적함.
Figure 112022044427100-pat00020
하도없이 2회 도색으로 작업이 간편함.
Figure 112022044427100-pat00021
경화시간 단축. [ 20℃기준 7시간 경화]
Figure 112022044427100-pat00022
시공이 간편하므로 임률 기준 경제적임.
Figure 112022044427100-pat00023
소지면에 부착되어 도막을 형성하므로 통기성없고 유기질 수명한계로 내구성 저하 및 부식을 촉진함.
Figure 112022044427100-pat00024
유연성은 우수하나 표면경도 저하됨.
Figure 112022044427100-pat00025
유해성 물성으로 작업환경 열악함.
Figure 112022044427100-pat00026
하도, 중도, 상도 작업조건 복잡함.
Figure 112022044427100-pat00027
품종에따라 상이함. [1일 이상 소요]
Figure 112022044427100-pat00028
재료비 저렴하나 다공정으로 원가 상승.
시험예 3.
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 세라믹 코팅제 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, KS F 4936에 의한 중성화촉진시험을 수행하였고, KS D 9502에 의하여 염수분무 시험을 수행하였고, KS M 2274에 의하여 촉진내후성 시험을 수행하였으며, KS F 4936에 의하여 부착강도, 도막형성 겉모양, 내투수성, 염화물 이온 침투 저항성 및 투습도 시험을 수행하였고, KS M ISO 2812에 의하여 내약품성(황산, 염산, 수산화나트륨) 시험을 수행하였으며, KS D 6711에 의하여 내충격성 시험을 수행하였으며, 주택공사 전문시방에 의하여 내오염성 시험을 수행하였고, 먹는 물 수질공정 시험법에 의하여 음용수용출 46개 항목 시험을 수행하였으며, 500g연필로 도막을 긁어 스크레치가 나지 않는 정도를 측정하여 연필경도시험을 실시하여 각각의 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
중성화촉진 (mm) 0 0 0
염수분무 이상 없음 이상 없음 이상 없음
촉진내후성 이상 없음 이상 없음 이상 없음
부착강도
(kgf/cm2)		 표준양생 후 22 24 25
촉진내후성 후 20 23 24
온냉반복 후 20 23 25
내알칼리성 후 21 23 24
내염수성 후 21 24 25
도막형성
겉모양		 표준양생 후 이상 없음 이상 없음 이상 없음
촉진내후성 후 이상 없음 이상 없음 이상 없음
온냉반복 후 이상 없음 이상 없음 이상 없음
내알칼리성 후 이상 없음 이상 없음 이상 없음
내염수성 후 이상 없음 이상 없음 이상 없음
내투수성 투수 없음 투수 없음 투수 없음
염화물이온침투저항성(C) 12 9 7
투습도 13 10 8
내약품성 황산 이상 없음 이상 없음 이상 없음
염산 이상 없음 이상 없음 이상 없음
수산화나트륨 이상 없음 이상 없음 이상 없음
내굴곡성 이상 없음 이상 없음 이상 없음
내충격성 이상 없음 이상 없음 이상 없음
내오염성 이상 없음 이상 없음 이상 없음
음용수용출 46개 항목 용출안됨 용출안됨 용출안됨
연필경도 6H 7H 8H
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 세라믹 코팅제 조성물은 물성이 매우 우수하였다. 더 나아가서, 실시예 3의 세라믹 조성물로 제조된 샘플 3은 다른 실시예 시료들과 비교해서도 매우 우수한 물성을 나타내었다.
시험예 4.
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 세라믹 코팅제 조성물의 특성을 확인하기 위하여, 국토교통부고시 제 2015-744호에 의하여 불연성 및 가스유해성 시험을 수행하였고, KS F 2813에 의하여 내마모성 시험을 수행하였고, AASHTO TP 60에 의하여 열팽창계수 시험을 수행하였으며, 수도용 자재 및 제품의 위생 안전기준 공정시험방법(환경부 고시 제 2015-103)에 의하여 중금속 용출시험을 실시하여 각각의 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
불연재료(불연성, 가스유해성) 적합 적합 적합
내마모성 (500g, 500회) (%) 0.09 0.07 0.06
열팽창계수 (Х10-6 /
Figure 112022044427100-pat00029
)		 6.1 5.0 4.9
맛 이상 없음 이상 없음 이상 없음
냄새 이상 없음 이상 없음 이상 없음
색도 (도) 0.09 0.09 0.09
탁도 (NTU) 0.02 0.018 0.018
로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1-디클로로에틸렌1,2-디클로 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1,2-트리클로로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
트리클로로에틸렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
벤젠 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1,1-트리클로로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
디클로로메탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
시스-1,2-디클로로에틸렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
에피클로로히드린 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
아세트산비닐 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
스티렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,2-부타디엔 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,3-부타디엔 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
N,N-디메틸아닐린 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
Hg 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
사염화탄소 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 세라믹 코팅제 조성물은 전체 시험결과가 우수하였으며, 특히, 실시예 3의 세라믹 조성물로 제조된 샘플 3은 다른 실시예 시료들과 비교해서도 매우 우수한 특성을 나타내었다.

Claims (7)

1차 코팅 조성물 40 내지 60 중량%, 알콕시실란 30 내지 50 중량%, 및 수용성 활성촉매 5 내지 10 중량%를 포함하며,
상기 1차 코팅 조성물은 규산 무수물(SiO2) 15 내지 25 중량%, 수용성 폴리인산 1 내지 2 중량부, 및 초산 2 내지 4 중량%를 물 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 70 내지 80 중량%에 혼합시키고, 질화규소(Si3N4) 1 내지 3 중량% 및 산질화알루미늄(AlON) 1 내지 3 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 세라믹 코팅제 조성물은 수산화리튬 1 내지 3 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물.
제3항에 있어서,
상기 물 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이 물로 이루어지는 수성 타입이거나,
상기 물 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이 이소프로필알코올로 이루어지는 이소프로필알코올 타입인 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물.
제1항에 있어서,
세라믹 코팅제 조성물은 유색안료 1 내지 20 중량% 및 기능성 첨가제 1 내지 20 중량%를 더포함하는 것을 특징으로 하는 상온경화 일액형 무기질 세라믹 코팅제 조성물.
제5항에 있어서,
상기 기능성 첨가제는 카오린 및 알루미나 중에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 상온경화 일액형 무기질 세라믹 칼라 코팅제 조성물.
삭제
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