KR102509267B1 - 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 재생 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴계 단량체를 포함하는 베이스 수지; 재생 알루미나 및 폴리실록산 화합물을 포함하는 포장재 조성물로부터 제조된 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 환경 이슈가 피부로 느껴질 만큼 가까워졌으며, 탄소중립 흐름에 발맞춰 석유화학 제품의 폐기물 이슈가 불거지고 있다. 이에 폐기물 관련하여 감축 및 재활용을 통해 석유화학 제품의 순환경제를 형성하는 것이 중요 해결과제로 대두되고 있다.
이와 관련하여, 산업부산물 및 폐기물에서 유효한 원자재의 추출이 가능하나 재활용 하는 것에 관해서는 인식하지 않고 있음에 따라, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 조성물로 이용하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 폐기물로부터 추출한 재생 MMA와 재생 알루미나 등을 활용하여 원가절감 효과가 우수하면서도 접착강도 및 내마모성이 뛰어난 미끄럼방지포장재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 재생 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴계 단량체를 포함하는 베이스 수지; 재생 알루미나 및 폴리실록산 화합물을 포함하는 포장재 조성물로부터 제조된 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 폴리실록산 화합물은 하기 화학식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서 R1 내지 R9는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸기이며, L은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고, X는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이며, m 및 n은 각 반복단위의 몰%로, m은 1 내지 99 몰%이며, n은 1 내지 99몰%이고, 이때 m+n=100 몰%이다.)
보다 바람직하게, 상기 일 양태에 있어, 상기 화학식 1에서 R1 내지 R9는 메틸기이며, L은 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, X는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이며, m은 70 내지 90 몰%이고, n은 10 내지 30 몰%일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지는 중량평균분자량이 30,000 내지 60,000 g/mol일 수 있으며, 유리전이온도(Tg)가 50 내지 70℃일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 아크릴계 단량체는 알킬 (메타)아크릴레이트; 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트; 아미노알킬 (메타)아크릴레이트; 알콕시알킬 (메타)아크릴레이트; 카르복시기 함유 아크릴계 단량체; 에폭시 함유 아크릴계 단량체; 및 글리콜계 아크릴계 단량체에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 보다 상세하게 부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트 및 이소보닐 (메타)아크릴레이트를 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 재생 알루미나의 평균 입경은 1 내지 50 ㎛일 수 있으며, 모스(Mohs) 경도가 9 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 a) 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 재생 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴계 단량체를 포함하는 베이스 수지; 재생 알루미나 및 폴리실록산 화합물을 혼합하여 포장재 조성물을 제조하는 단계; 및 b) 상기 포장재 조성물을 바탕면 상에 도포한 후 양생시키는 단계;를 포함하는 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재는 폐기물에서 회수한 재생 MMA 단량체 및 재생 알루미나를 사용함에 따라 친환경적이며, 원가 절감 효과가 우수하다. 또한, 아스팔트 및 콘크리트에 대한 접착력이 우수하며, 내마모성이 뛰어나 장기간 미끄럼 저항성이 우수하여 젖은 노면에서도 안전사고를 방지할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 재생 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴계 단량체를 포함하는 베이스 수지; 재생 알루미나 및 폴리실록산 화합물을 포함하는 포장재 조성물로부터 제조된 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재에 관한 것이다.
이처럼, 본 발명에 따른 미끄럼방지포장재는 폐기물에서 회수한 재생 MMA 단량체 및 재생 알루미나를 사용함에 따라 친환경적이며, 원가 절감 효과가 우수하다. 또한, 아스팔트 및 콘크리트에 대한 접착력이 우수하며, 내마모성이 뛰어나 장기간 미끄럼 저항성이 우수하여 젖은 노면에서도 안전사고를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재의 각 구성 성분에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 예에 따른 베이스 수지는 조성물을 구성하는 각 성분들을 결속시키고, 아스팔트 및 콘크리트 바탕면과 잘 접착되도록 하기 위한 것으로, 전술한 바와 같이 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 재생 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴계 단량체를 포함할 수 있다.
이와 같은 베이스 수지는 포장재 조성물 총 중량 중 30 내지 50 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 35 내지 45 중량%로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 콘크리트 및 아스팔트에 대한 접착강도가 우수하다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 재생 MMA는 폐기물에서 회수된 것일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 인조대리석 가공 과정에서 발생하는 스크랩 및 분진과 폐 인조대리석으로부터 회수된 것일 수 있다. 인조대리석은 PMMA, 수산화알루미늄 및 기타 첨가제로 구성되는데, 열분해 및 소성 공정을 통해 PMMA 중 60~70 중량%를 MMA로 회수할 수 있으며, 수산화알루미늄은 알루미나로 90~95 중량%를 회수할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 먼저 열분해 효율을 향상시키기 위해 상기 스크랩 및 분진과 폐 인조대리석을 잘게 분쇄할 수 있으며, 분쇄물의 크기는 0.1 내지 10 ㎜, 좋게는 1 내지 5 ㎜로 분쇄할 수 있다. 이와 같은 범위에서 열분해 효율이 우수하여 MMA 회수율을 극대화할 수 있다. 반면 분쇄물의 크기가 0.1 ㎜ 미만일 시 열분해 효율은 미미하게 향상되나 분쇄 공정에 과도한 에너지가 낭비될 수 있으며, 분쇄물의 크기가 10 ㎜ 초과일 시 열분해 효율이 감소하여 MMA 회수율이 저하될 수 있다. 적정 크기로 분쇄된 파쇄물은 전기에 의해 가열되는 열분해로로 장입될 수 있으며, 열분해 온도는 200 내지 600℃, 바람직하게는 300 내지 500℃에서 수행될 수 있다. 열분해 온도가 200℃ 미만일 시 열분해 효율이 떨어지며, 600℃ 초과일 시 고온에 의해 PMMA가 탄화될 수 있다. 이후 열분해에 의해 휘발된 MMA 성분을 응축기로 응축 및 액화시켜 재생 MMA를 회수할 수 있다. 재생 MMA는 순도가 96 중량% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 이보다 순도가 낮을 경우 정제 공정을 거쳐 순도를 높여 사용할 수 있다. 순도가 낮은 재생 MMA를 그대로 사용할 경우 단량체의 안정성이 떨어져 저장성이 불량하며, 경화 지연으로 건조 도막의 물성을 약화시킬 수 있다. 폐 인조대리석 내 PMMA의 열분해가 완료되면, 남은 잔재물을 소성로로 이송하여 700 내지 1200℃에서 유기물질을 완전 연소시키는 소성 과정을 수행할 수 있으며, 이를 통해 소성된 재생 알루미나를 회수할 수 있다.
이와 같은 재생 MMA 및 재생 알루미나는 상용 판매되고 있음에 따라, 이를 구입하여 사용할 수도 있음은 물론이다.
상기 재생 MMA는 포장재 조성물 총 중량 중 10 내지 22 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 14 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 재생 MMA 가 10 중량부 미만으로 첨가될 시 용해력이 낮아 작업성이 불량하며, 22 중량%를 초과할 시 인장강도 및 신장률에 영향을 주어 아스팔트 및 콘크리트의 내크랙성이 저하될 수 있다.
한편, 재생 PMMA 수지는 재생 MMA를 중합 반응시켜 제조된 것이거나, 다른 PMMA 폐기물로부터 중합체 상태로 회수된 것일 수 있다. 이와 같은 재생 PMMA 역시 상용 판매되고 있음에 따라, 이를 구입하여 사용할 수도 있음은 물론이다.
구체적으로 예를 들면, 상기 재생 PMMA 수지는 용융흐름속도(MFR)가 5 내지 30 g/10min일 수 있으며, 보다 좋게는 10 내지 20 g/10min일 수 있다. 또한, 밀도는 1.0 내지 1.3 g/㎤일 수 있으며, 보다 좋게는 1.1 내지 1.25 g/㎤일 수 있다. 이와 같은 범위에서 아스팔트 및 콘크리트에 적합한 경도를 가지며, 침투력이 우수하여 바탕면과의 부착성이 더욱 우수할 수 있다. 이때, 상기 용융흐름속도(MFR)은 ASTM D1238에 의거하여 측정된 것일 수 있으며, 밀도는 ASTM D792에 의거하여 측정된 것일 수 있다.
상기 재생 PMMA 수지는 포장재 조성물 총 중량 중 10 내지 20 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 12 내지 17 중량%로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 재생 PMMA 수지가 재생 MMA 및 단량체 혼합물에 잘 용해될 수 있으며, 10 내지 30분의 가사시간을 확보할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 재생 PMMA 수지를 다른 구성 성분들과 용이하게 혼합하기 위하여, 상기 재생 PMMA 수지를 유기용제에 선 용해시켜 사용할 수 있다. 상기 유기용제로는 DMF(N,N-dimethyl formamide) 등을 사용할 수 있으며, 용해도를 향상시키기 위해 50 내지 100℃로 가열할 수 있다. 본 발명에서는 재생 PMMA 수지를 유기용제에 30 내지 50 중량%로 용해시킨 재생 PMMA 용액을 사용할 수 있으며, 이 경우 포장재 조성물 총 중량에 대한 재생 PMMA 수지의 첨가량은 고형분인 재생 PMMA 수지를 기준으로 계산할 수 있다(유기용제는 계산에서 제외함).
본 발명의 일 예에 있어, 상기 아크릴계 단량체는 미끄럼방지포장재 형성 시 도막을 안정적으로 형성시킬 수 있도록 하며, 바탕면에 대한 접착력을 보다 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, MMA를 제외한 아크릴계 단량체를 의미한다. 예를 들어 상기 아크릴계 단량체는 알킬 (메타)아크릴레이트; 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트; 아미노알킬 (메타)아크릴레이트; 알콕시알킬 (메타)아크릴레이트; 카르복시기 함유 아크릴계 단량체; 에폭시 함유 아크릴계 단량체; 및 글리콜계 아크릴계 단량체 등에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 예를 들면 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, 부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소보닐 (메타)아크릴레이트 등의 알킬 (메타)아크릴레이트; 히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 히드록시헥실 (메타)아크릴레이트 등의 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트; 아미노에틸 (메트)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, t-부틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트 등의 아미노알킬 (메타)아크릴레이트; 메톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 에톡시에틸 (메트)아크릴레이트 등의 알콕시알킬 (메타)아크릴레이트; (메타)아크릴산, 카르복시에틸 (메타)아크릴레이트 등의 카르복시기 함유 아크릴계 단량체; 글리시딜 (메트)아크릴레이 등의 에폭시 함유 아크릴계 단량체; 및 에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 메톡시에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 메톡시프로필렌글리콜 (메트)아크릴레이트 등의 글리콜계 아크릴계 단량체; 등에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
보다 구체적인 일 예시로, 상기 아크릴계 단량체는 부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트 및 이소보닐 (메타)아크릴레이트를 포함할 수 있다. 이들을 조합하여 사용하는 것이 콘크리트 및 아스팔트에 대한 접착력을 향상시킴에 있어 특히 바람직할 수 있다.
상기 아크릴계 단량체는 포장재 조성물 총 중량 중 5 내지 10 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 6 내지 9 중량%로 첨가될 수 있다. 아크릴계 단량체로 부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트 및 이소보닐 (메타)아크릴레이트를 사용하는 경우, 아크릴계 단량체 총 중량 중 부틸 (메타)아크릴레이트 30 내지 60 중량%, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트 20 내지 50 중량% 및 이소보닐 (메타)아크릴레이트 5 내지 25 중량%로 포함될 수 있으며, 보다 좋게는 부틸 (메타)아크릴레이트 40 내지 50 중량%, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트 30 내지 40 중량% 및 이소보닐 (메타)아크릴레이트 10 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.
이 외에도 상기 베이스 수지는 우레탄 올리고머 및 가소제에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 우레탄 올리고머는 도막의 신율을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 구체적으로 예를 들면, 상기 우레탄 올리고머는 중량평균분자량이 5,000 내지 20,000 g/mol이고, 점도가 30,000 내지 40,000 cPs일 수 있다. 이와 같은 범위에서 신율 향상 효과가 우수하다. 반면, 점도가 30,000 cPs 미만일 시 도막의 강도가 저하될 수 있으며, 40,000 cPs 초과일 시 작업성이 불량해질 수 있다.
상기 우레탄 올리고머는 포장재 조성물 총 중량 중 0.1 내지 5 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 0.5 내지 3 중량%로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 신율 향상 효과가 우수하다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 가소제는 베이스 수지의 유연성을 향상시키기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 (C1-C10)알칸디올, (C1-C10)알칸트리올 또는 (C1-C10)글리콜 등의 다가 알코올 화합물을 1종 이상 사용할 수 있다.
상기 가소제는 포장재 조성물 총 중량 중 0.1 내지 5 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 0.5 내지 3 중량%로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 유연성 증진 효과가 우수하다.
한편, 본 발명의 일 예에 있어, 상기 재생 알루미나는 전술한 바와 같이, 폐 인조대리석 등으로부터 회수된 것으로, 알루미나는 포장재 조성물에 흔히 사용되는 탄산칼슘보다 모스(Mohs) 경도가 40배 이상 강하여 도막의 강도를 효과적으로 향상시키며, 이를 통해 우수한 내마모성 및 내구성을 도모할 수 있다. 바람직하게, 상기 재생 알루미나의 평균 입경은 1 내지 50 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 5 내지 15 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 재생 알루미나는 모스 경도가 9 이상, 구체적으로는 9 내지 9.5인 것일 수 있다. 이와 같은 범위에서 다른 구성 성분들과 잘 혼합되면서도 충분한 강도 증진 효과를 확보할 수 있다.
상기 재생 알루미나는 포장재 조성물 총 중량 중 5 내지 25 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 10 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 강도 증진 효과가 우수하다. 반면, 재생 알루미나가 5 중량% 미만으로 첨가될 시 충분한 강도의 확보가 어려우며, 25 중량% 초과로 첨가될 시 바탕면에 대한 접착력이 저하될 수 있으며, 조성물의 점도가 너무 높아져 작업성이 불량해질 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 폴리실록산 화합물은 베이스 수지와 재생 알루미나가 보다 안정적으로 혼합되도록 하며, 도막의 탄성력을 향상시켜 내크랙성을 향상시키기 위한 것으로, 구체적으로 예를 들면 하기 화학식 1을 만족하는 것을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 R1 내지 R9는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸기이며, L은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고, X는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이며, m 및 n은 각 반복단위의 몰%로, m은 1 내지 99 몰%이며, n은 1 내지 99몰%이고, 이때 m+n=100 몰%이다. 보다 바람직하게, 상기 화학식 1에서 R1 내지 R9는 메틸기이며, L은 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, X는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이며, m은 70 내지 90 몰%이고, n은 10 내지 30 몰%일 수 있다.
이를 만족하는 폴리실록산 화합물을 사용할 시 베이스 수지와 재생 알루미나가 보다 안정적으로 혼합될 수 있으며, 도막의 탄성력이 효과적으로 향상되어 내크랙성이 증진될 수 있고, 아스팔트 및 콘크리트에 대한 접착력이 보다 향상될 수 있다.
상기 폴리실록산 화합물은 포장재 조성물 총 중량 중 0.5 내지 8 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 1 내지 5 중량%로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 강도 증진 효과가 우수하다. 반면, 폴리실록산 화합물이 0.5 중량% 미만으로 첨가될 시 접착강도, 탄성력 및 내크랙성 향상 효과가 미미하며, 8 중량% 초과로 첨가될 시 도막의 강도가 저하되어 내마모성이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 예에 따른 포장재 조성물은 실리카 및 개시제에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 실리카는 도막의 마찰력을 높여 미끄럼 방지 성능을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 4호사(16~20 mesh), 5호사(20~30 mesh) 및 6호사(30~60 mesh)에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 실리카는 포장재 조성물 총 중량 중 15 내지 45 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 25 내지 40 중량%로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 미끄럼 방지 성능이 뛰어나다. 반면, 실리카가 15 중량% 미만으로 첨가될 시 충분한 마찰력의 확보가 어려우며, 45 중량% 초과로 첨가될 시 바탕면에 대한 접착력이 저하될 수 있으며, 조성물의 점도가 너무 높아져 작업성이 불량해질 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 예에 따른 포장재 조성물은 충진재를 더 포함할 수 있다. 상기 충진재는 미끄럼방지 성능을 향상시키고, 도료의 점도를 조절하기 위해 첨가하는 것으로, 구체적으로 예를 들면 탄산칼슘, 아라고나이트 및 탈크 등에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 충진재는 포장재 조성물 총 중량 중 0.1 내지 15 중량%로 첨가될 수 있으며, 보다 좋게는 1 내지 10 중량%로 첨가될 수 있다. 이와 같은 범위에서 미끄럼방지 효과가 우수하다. 반면 충진재가 0.1 중량% 미만으로 첨가될 시 다른 고가 원료의 함량이 높아져 원가가 높아질 수 있으며, 15 중량% 초과로 첨가될 시 베이스 수지나, 알루미나 등의 다른 성분 함량이 낮아져 충분한 접착강도, 내마모성 등을 확보가 어려울 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 개시제는 라디칼 중합의 연쇄 반응을 개시하기 위하여 첨가되는 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 벤조일 퍼옥사이드(BPO), 디쿠밀 퍼옥사이드 등의 퍼옥사이드계 경화제를 사용할 수 있다.
상기 개시제는 주제(베이스 수지, 재생 알루미나 및 실리카) 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 첨가될 수 있다.
이 외에도 본 발명의 일 예에 따른 포장재 조성물은 목적에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 증점제, 분산제, 착색안료, 중합촉진제, 레벨링제, 소포제, 자외선 안정제 및 접착증진제 등의 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 포장재 조성물 총 중량 중 0.1 내지 5 중량%로 각각 첨가될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예시로, 상기 증점제는 포장재 조성물의 점도 조절을 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 벤토나이트, 카라기네이트, 에틸셀룰로스, 젤라틴, 말티톨 및 수크로스 등에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 분산제는 조성물의 각 구성 성분들이 고르게 분산하여 일정한 품질을 유지할 수 있도록 하는 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 폴리카본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 착색안료는 색상을 부가하여 도로의 식별력 및 시인성을 향상시키기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 산화철, 수산화철, 산화크롬, 유산바륨, 탄산바륨, 산화티탄, 이산화티탄, 이산화망간, 이산화티타늄, 규산지르코늄, 카본블랙 및 나트륨알루미노실리케이트 등에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이에 따른 색상의 선택은 산화철 등의 적갈색 안료, 수산화철 등의 황색 안료, 산화크롬 등의 녹색 안료, 산화티탄 등의 백색 안료, 나트륨알루미노실리케이트 등의 군청색 안료 등으로서 통상적으로 이 분야에 시판되는 안료가 선택될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 a) 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 재생 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴계 단량체를 포함하는 베이스 수지; 재생 알루미나 및 폴리실록산 화합물을 혼합하여 포장재 조성물을 제조하는 단계; 및 b) 상기 포장재 조성물을 바탕면 상에 도포한 후 양생시키는 단계;를 포함할 수 있다. 이때, 각 구성 성분은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략하며, 포장재의 도포 및 양생 방법은 통상적인 방법에 따라 수행될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재 및 그 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[제조예] 베이스 수지
상용제품인 재생 PMMA 수지(r-PMMA, MFR 14.8 g/10min, 밀도 1.19 g/㎤)를 디메틸포름아미드(DMF)에 35 중량%의 농도가 되도록 넣고 80℃로 가열하여 완전히 녹을 때까지 용해시켜 재생 PMMA 용액을 제조하였다.
상기 재생 PMMA 용액(고형분 36.1 중량%)에 상용제품인 재생 MMA(r-MMA, 순도 96 중량% 이상) 41.2 중량%, 아크릴계 단량체 혼합물 17.9 중량%(n-부틸 메타크릴레이트(BMA) 5.1 중량%, 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA) 6.6 중량%, n-부틸 아크릴레이트(n-BA) 3.6 중량%, 이소보닐 아크릴레이트(iBoA) 2.6 중량%), 가소제(에틸렌 글리콜) 2.9 중량% 및 우레탄 올리고머(PU, 중량평균분자량 13,000~14,000 g/mol, 점도 35,000 cPs) 1.9 중량%를 투입하여 베이스 수지(100 중량%)를 제조하였다.
[실시예 1]
상기 베이스 수지 중 20 중량%를 고속분산기로 이동시켜 상용제품인 재생 알루미나(r-알루미나, 평균 입경 12 ㎛, 모스 경도 9) 15 중량%, (아크릴옥시프로필)메틸실록산-디메틸실록산 공중합체(25℃에서의 점도 80~120 cSt, 밀도 1.01 g/㎖, (아크릴옥시프로필)메틸실록산 반복단위 15-20 몰%) 3 중량%, 실리카 35 중량%, 착색안료(산화철) 3 중량%, 아닐린 0.5 중량%, 증점제(에틸셀룰로스) 0.1 중량%, 분산제(인산에스테르) 0.1 중량% 및 탄산칼슘 15 중량%를 혼합한 후 균일하게 분산시켜 주제를 제조하였다.
상기 주제에 대하여 개시제로서 벤조일 퍼옥사이드 1 중량%를 혼합하여 포장재 조성물을 제조하였다.
[실시예 2 내지 9]
하기 표 1에 기재된 바에 따라 포장재 조성물의 각 구성 성분의 함량(중량%)을 달리 조절한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다(기재되지 않은 성분은 실시예 1과 동일하게 첨가).
[비교예 1]
상용제품인 재생 MMA 단량체, 재생 PMMA 및 재생 알루미나 대신 상용 MMA 단량체(virgin), 상용 PMMA 수지(virgin, 43,000~43,500 g/mol) 및 상용 알루미나(virgin, 평균 입경 12 ㎛, 모스 경도 9)를 사용한 것 외 모든 과정을 실시예 3과 동일하게 진행하였다.
[비교예 2]
하기 표 1에 기재된 바에 따라 포장재 조성물의 각 구성 성분의 함량(중량%)을 달리 조절한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다(기재되지 않은 성분은 실시예 3과 동일하게 첨가).
[비교예 3]
재생 알루미나를 미첨가한 것 외 모든 과정을 실시예 3과 동일하게 진행하였다(기재되지 않은 성분은 실시예 3과 동일하게 첨가).
| (중량%) | 베이스수지 | r-알루미나 | 폴리실록산 | 실리카 | 탄산칼슘 |
| 실시예 1 | 20 | 15 | 3 | 35 | 22.3 |
| 실시예 2 | 30 | 15 | 3 | 35 | 12.3 |
| 실시예 3 | 40 | 15 | 3 | 35 | 2.3 |
| 실시예 4 | 50 | 15 | 3 | 25 | 2.3 |
| 실시예 5 | 60 | 15 | 3 | 15 | 2.3 |
| 실시예 6 | 40 | 1 | 3 | 35 | 16.3 |
| 실시예 7 | 40 | 30 | 3 | 15 | 7.3 |
| 실시예 8 | 40 | 15 | 0.1 | 35 | 5.2 |
| 실시예 9 | 40 | 15 | 10 | 30 | 0.3 |
| 비교예 1 (virgin) |
40 | 15 | 3 | 35 | 2.3 |
| 비교예 2 | 40 | 15 | 0 | 35 | 5.3 |
| 비교예 3 | 40 | 0 | 3 | 35 | 17.3 |
[물성 평가]
상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 포장재 조성물을 KS M ISO 1513에 따라 도포 및 양생하여 시험편을 제조하였으며, 하기 기재된 방법에 따라 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1) 미끄럼 방지 성능: KS F2375 방법에 따라 미끄럼 방지 성능(BPN)을 측정하였다.
2) 내마모성: 지름 100 ㎜, 두께 5 ㎜ 이하의 시멘트 보드(CRC board, Cellulose fiber Reinforced Cement Board)에 시료를 도포하여 충분히 건조시킨 후 KS F 2813에 따라 내마모 성능을 측정하였다.
3) 접착강도: KS F 2386 방법에 따라 접착강도(㎫)를 측정하였다.
| 미끄럼 방지 성능 (BPN) | 마모량 (㎎) | 접착강도 (㎫) | |||
| 초기 | 내마모시험 50만회 후 |
콘크리트 | 아스팔트 | ||
| 실시예 1 | 102.1 | 92.7 | 170 | 1.8 | 1.2 |
| 실시예 2 | 101.2 | 93.3 | 172 | 2.2 | 1.4 |
| 실시예 3 | 100.5 | 92.1 | 175 | 2.5 | 1.6 |
| 실시예 4 | 100.2 | 89.6 | 182 | 2.6 | 1.7 |
| 실시예 5 | 94.9 | 82.5 | 196 | 2.6 | 1.7 |
| 실시예 6 | 98.4 | 78.5 | 195 | 2.4 | 1.5 |
| 실시예 7 | 97.6 | 92.2 | 170 | 1.7 | 1.4 |
| 실시예 8 | 97.8 | 87.4 | 176 | 2.0 | 1.3 |
| 실시예 9 | 96.9 | 82.8 | 189 | 2.4 | 1.4 |
| 비교예 1 | 100.9 | 92.7 | 173 | 2.6 | 1.6 |
| 비교예 2 | 99.0 | 88.9 | 176 | 1.9 | 1.3 |
| 비교예 3 | 91.7 | 75.6 | 197 | 2.2 | 1.3 |
상기 표 1 및 2를 참조하면, 재생 성분과 버진 성분만을 달리 사용한 실시예 3과 비교예 1의 경우, 미끄럼 방지 성능, 마모율 및 접착 강도 등의 물성이 유사하여, 재생 MMA, 재생 PMMA 및 재생 알루미나를 사용하여도 품질이 우수한 미끄럼방지포장재를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
한편, 표면개질된 재생 알루미나와 실리카를 적정 비율로 첨가한 실시예 2 내지 4의 경우, 미끄럼 방지 성능, 마모율 및 접착 강도 등의 물성이 우수하였으며, 특히 베이스 수지 35 내지 45 중량%, 재생 알루미나 10 내지 20 중량% 및 폴리실록산 화합물 1 내지 5 중량%로 첨가한 실시예 3의 경우 물성이 고루 우수하였다.
반면, 베이스 수지의 함량이 너무 적은 실시예 1의 경우 접착성능이 좋지 않았으며, 반복된 내마모성 실험에서 크랙이 발생하는 등의 문제가 발생하였다. 반대로, 베이스 수지는 과량이나 재생 알루미나와 실리카의 함량이 너무 적은 실시예 5의 경우 미끄럼방지 성능 및 내마모성이 다소 좋지 않았다.
한편, 재생 알루미나를 탄산칼슘으로 모두 대체한 비교예 3의 경우, 내마모시험 후 미끄럼방지 성능이 크게 떨어졌으며, 접착강도 다소 저하되었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (10)
- 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 재생 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴계 단량체를 포함하는 베이스 수지; 재생 알루미나 및 폴리실록산 화합물을 포함하는 포장재 조성물로부터 제조되며,
상기 폴리실록산 화합물은 하기 화학식 1을 만족하는 것인, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서 R1 내지 R9는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸기이며, L은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고, X는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이며, m 및 n은 각 반복단위의 몰%로, m은 1 내지 99 몰%이며, n은 1 내지 99몰%이고, 이때 m+n=100 몰%이다.) - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 화학식 1에서 R1 내지 R9는 메틸기이며, L은 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, X는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이며, m은 70 내지 90 몰%이고, n은 10 내지 30 몰%인, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재. - 제 1항에 있어서,
상기 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지는 중량평균분자량이 30,000 내지 60,000 g/mol인, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재. - 제 4항에 있어서,
상기 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지는 유리전이온도(Tg)가 50 내지 70℃인, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재. - 제 1항에 있어서,
상기 아크릴계 단량체는 알킬 (메타)아크릴레이트; 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트; 아미노알킬 (메타)아크릴레이트; 알콕시알킬 (메타)아크릴레이트; 카르복시기 함유 아크릴계 단량체; 에폭시 함유 아크릴계 단량체; 및 글리콜계 아크릴계 단량체에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재. - 제 6항에 있어서,
상기 아크릴계 단량체는 부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트 및 이소보닐 (메타)아크릴레이트를 포함하는, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재. - 제 1항에 있어서,
상기 재생 알루미나의 평균 입경은 1 내지 50 ㎛인, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재. - 제 8항에 있어서,
상기 재생 알루미나는 모스(Mohs) 경도가 9 이상인, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재. - a) 재생 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 재생 메틸메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴계 단량체를 포함하는 베이스 수지; 재생 알루미나 및 폴리실록산 화합물을 혼합하여 포장재 조성물을 제조하는 단계; 및 b) 상기 포장재 조성물을 바탕면 상에 도포한 후 양생시키는 단계;를 포함하며,
상기 폴리실록산 화합물은 하기 화학식 1을 만족하는 것인, 접착강도 및 내마모성능이 우수한 미끄럼방지포장재의 제조 방법.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서 R1 내지 R9는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸기이며, L은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고, X는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기이며, m 및 n은 각 반복단위의 몰%로, m은 1 내지 99 몰%이며, n은 1 내지 99몰%이고, 이때 m+n=100 몰%이다.)
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| GRNT | Written decision to grant |