KR102548144B1 - 친환경 도막 방수재 조성물 및 이를 이용한 방수 시공 방법 - Google Patents

친환경 도막 방수재 조성물 및 이를 이용한 방수 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축물의 방수 공사에 사용되어 상온 시공이 가능하며, 에어포켓의 발생을 최소화하고, 짧은 경화시간으로 인해 공사 기간을 단축시킬 수 있는 친환경 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물 및 이의 시공 방법을 개시한다.

Description

친환경 도막 방수재 조성물 및 이를 이용한 방수 시공 방법{Eco-friendly composition for Waterproof and waterproofing method}
본 발명은 친환경 도막 방수재 조성물 및 이를 이용한 방수 시공 방법에 관한 것이다.
건물 옥상, 지하주차장 상부, 지하 외벽, 지하철, 지하차도, 교량 등의 방수 시공은 콘크리트 구조물의 수명과 관련이 있으며 그 중요성이 더욱 강조되고 있다.
방수 시공은 그 재료 및 시공 방법에 따라 시트 방수재, 도막 방수재, 시트와 도막이 결합된 복합 방수재 등이 있다.
그 중에서도 폴리우레탄을 이용한 도막 방수재가 가장 널리 사용되고 있다. 폴리우레탄 도막 방수는 이음새가 없는 연속된 방수층을 형성할 수 있고 스프레이, 롤러 및 스퀴지를 이용하여 피착면에 시공하는 방식을 따르기 때문에 비교적 간단한 공정으로 수행하고 소요 시간이 적다는 이점이 있다.
그러나, 폴리우레탄 도막 방수는 시공 후 경화 또는 건조에 따른 긴 소요 시간이 요구되고, 또한, 습기에 취약하고 방수 시공 후 도막의 노화가 발생하여 시공 후 약 1년 내지 2년 정도 후에 부분적으로 다시 방수를 해야 하며, 하절기나 동절기 등의 계절에는 시공이 어려운 문제가 있다.
KR 등록특허 제10-0921923호는 2액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재를 제시하면서 도막 조성 내 아스팔트를 사용하여 폴리우레탄에 의한 방수화 함께 아스팔트 특유의 방수 효과를 함께 얻고자 하였다.
상기 특허에서는 100 내지 180℃로 가열된 아스팔트에 나머지 조성을 넣어 주제를 제조한 후, 이를 100℃이하로 낮춰 경화제와 혼합하여 조성물을 제조한 다음, 방수 시공을 수행하고 있다. 상기 아스팔트에 의해 방수 효과의 개선을 얻었으나 100 내지 180℃의 열에 의한 다른 조성의 열화 또는 분해가 발생하였다. 특히, 가소제로서 환경 호르몬 발생으로 인해 인체에 유해하고, 이행 손실을 유발하거나 열 안정성을 낮추는 DOP(디옥틸프탈레이트)를 사용하고 있다.
한편, 폴리우레탄 도막 방수는 콘크리트층에 도포 후 도막을 형성하는데, 낮과 밤의 온도 차이에 의해 상기 콘크리트층으로 대기중의 공기 및 수증기가 이동한다. 이때 콘크리트층의 열을 식혀도 온도가 떨어지면 응축된 수증기가 발생하고 다시 열을 받을 경우 가스 상태로 팽창하여 에어포켓(부풀음)을 형성한다.
따라서 폴리우레탄 도막 방수에 앞서 콘크리트층의 형성시 상기 콘크리트 표면의 함수율을 고려하여 폴리우레탄 도막 조성의 설계가 이루어지나, 여전히 크고 작은 에어포켓의 형성에 의한 하자가 발생하고 있다.
에어포켓 형성 억제를 위한 방수 공법은 망사형 탄소 섬유시트를 설치하거나(KR 등록특허 제10-1024534호), 표면의 요철 또는 공극이 메꿈 또는 보강된 바탕조정 도막제를 방수 처리전 도포하는 등(KR 등록특허 제10-1141504호)의 복합 방수 공법이 사용되고 있으며, 아직까지 도막 방수재 조성물에는 적용되고 있지 않다.
KR 등록특허 제10-0921923호 (2009.10.16 공고) KR 등록특허 제10-1024534호 (2011.03.31 공고) KR 등록특허 제10-1141504호 (2012.05.04 공고)
에어포켓의 발생 원인인 대기 중의 수증기 유입은 도막의 치밀화도를 높일 경우 방지할 수 있다는 아이디어에 착안하여, 본 발명은 아스팔트와 함께 우레탄 결합을 이루는 폴리올 및 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 주성분으로 하고, 빠른 경화와 함께 상온 시공이 가능하도록 조성을 설계하였다.
본 발명은 인체에 유해한 물질의 사용을 배제한 친환경 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물 및 이를 이용한 방수 시공 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 용제 아스팔트, 다관능 폴리올, 사슬 연장제, 제1가소제, 무기질 필러, 수분 흡수제 및 제1유기용제를 포함하는 주제 성분(a); 및
이소시아네이트 말단 프리폴리머, 제2가소제, 반응 속도 조절제 및 제2유기용제를 포함하는 경화제 성분(b);을 포함하는 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물을 제공한다.
상기 용제 아스팔트는 65 내지 75 중량%의 아스팔트가 석유 용제에 용해된 것이다.
상기 다관능 폴리올은 분자 중의 수산기 수가 2.5 내지 3.5이고, 수평균 분자량이 500 내지 6,000이다.
상기 사슬 연장제는 방향족 디아민계 화합물을 포함하는 아민계 사슬 연장제이다.
상기 제1가소제 및 제2가소제는 서로 같거나 다르며, 비프탈레이트계 가소제인 사이클로헥산 1,4-디에스터계 화합물이다.
상기 이소시아네이트기 말단 프리폴리머는 관능기의 수가 2 내지 4개이고, 중량 평균 분자량은 300 내지 6000이며, 당량은 100 내지 2000 g/eq이다.
상기 반응 속도 조절제는 산, 또는 알칼리이다.
상기 주제 및 경화제는 1:2 내지 1:3.5의 중량비로 혼합하여 사용한다.
상기 주제 성분(a)은 용제 아스팔트와 다관능 폴리올을 혼합하는 단계; 여기에 무기질 필러, 사슬 연장제, 제1유기용제 및 수분 흡수제를 순차적으로 투입하여 제조한다.
또한, 본 발명은 상기 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물을 이용하여 상온에서 방수 시공을 수행하는 방수 시공 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물은 상온에서 혼합을 통해 제조가 가능하며 계절에 관계없이 상온 시공이 가능하다는 이점이 있다. 또한, 인체에 유해한 물질을 배제하여 친환경적일 뿐만 아니라 짧은 경화시간으로 인해 공사 기간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
방수 시공을 통해 얻어진 도막 방수재는 균일하면서도 얇은 두께로 형성이 가능하고, 이러한 도막 방수재는 건설용 도막 방수재(KS F 3211)에서 규정하는 품질 기준을 만족하고, 에어포켓이 발생되는 것을 최소화할 뿐만 아니라 내수성, 내후성, 내구성 등의 물성이 우수하다는 이점이 있다. 이로 인해 도막 방수재의 수명이 연장되어, 방수 재시공 주기를 늘릴 수 있어 교체에 따른 비용을 저감할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명은 도막의 치밀화도를 높여 방수 시공 후 발생하는 도막의 에어포켓 하자를 최소화하고, 인체에 유해한 성분을 포함하지 않는 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물(이하 '도막 방수재 조성물'이라 한다) 및 이를 이용한 방수 시공 방법을 제시한다.
이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물
도막 방수재 조성물은 주제 성분(a) 및 경화제 성분(b)을 포함한다.
상기 주제 성분(a)은 용제 아스팔트, 다관능 폴리올, 사슬 연장제, 제1가소제, 무기질 필러, 수분 흡수제 및 제1유기용제를 포함하고, 상기 경화제 성분(b)은 이소시아네이트 말단 프리폴리머, 제2가소제, 반응 속도 조절제 및 제2유기용제를 포함한다.
상기 조성을 포함하는 도막 방수재 조성물은 주제에 있는 아스팔트로 인해 방수 성능 및 도막의 치밀성을 높이고, 아스팔트로서 용제 아스팔트를 사용하고 주제의 폴리올과 경화제의 이소시아네이트 말단 프리폴리머의 우레탄 경화 반응에 도막을 형성함으로써 상온 시공 및 시공성이 우수하고 저온 탄성을 높일 수 있다. 특히, 주제의 사슬 연장제로 경화 시간을 단축할 수 있어 시공 중 외부로부터의 수증기의 침투를 방지한다. 이로 인해 시공 후 치밀한 도막이 형성되어 수증기의 침투를 방지함에 따라 에어포켓의 생성을 억제할 수 있다. 더불어, 상기 가소제 및 사슬 연장제로 기존 인체에 유해한 성분을 포함하지 않아 친환경적인 조성물의 제조가 가능하다.
이하 각 조성을 상세히 설명한다.
(a) 주제 성분
용제 아스팔트
에어포켓은 방수층과 콘크리트층 사이의 열전도도에 의한 온도 차이로 인해 공기 중에 포함된 수증기의 응축 및 팽창에 의해 발생한다. 이에 본 발명에서는 보다 치밀화된 도막을 형성하여 내부로 수증기 유입을 최소화하여 상기 에어포켓의 발생을 억제한다.
치밀화된 도막의 형성을 위해 아스팔트를 사용하고, 이 아스팔트는 방수 성능 또한 우수하다. 상기 아스팔트는 종래 타르의 사용을 대체한 것으로 방수재의 가격 또한 저렴하게 구입이 가능하다. 상기 아스팔트의 종류로는 스트레이트 아스팔트, 컷백 아스팔트, 유화 아스팔트, 블로운 아스팔트, 및 개질 아스팔트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.
아스팔트는 상온에서 반고체 또는 고체 상태를 나타내므로, 도막 방수재 조성물에 적용하기 위해선 반드시 가열하여 녹여서 사용해야만 한다. 이에 본 발명에서는 아스팔트를 휘발성의 석유 용제와 혼합하여 액체 상태로 용제 아스팔트, 즉 파스(PAS, Petroleum Asphalt Solution)를 사용함으로써 상온에서 타 조성과의 혼합이 가능해지도록 한다. 상기 석유 용제로는 디메틸 카보네이트(DMC), 자이렌, 톨루엔, 벤젠, 에틸벤젠 등의 석유계 탄화수소 용제가 사용될 수 있다. 특히 파스를 사용 시 용제로 디메틸 카보네이트를 사용하면 용해성 향상과 더불어 시멘트 바탕면에 침투가 용이할 뿐만 아니라 부착력이 우수하여 별도 프라이머층을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
바람직하기로, 용제 아스팔트의 아스팔트로는 블로운 아스팔트, 그 중에서도 산화 아스팔트를 사용한다. 상기 블로운 아스팔트는 침입도(Penetration value)가 10 내지 40, 연화점(softening point)가 80 내지 100℃인 것을 사용한다. 상기 범위의 산화 아스팔트를 사용할 경우 하절기 소성 변형, 동절기 저온 균열, 충격에 의한 피로 균열 등을 방지할 수 있다. 또한, 상기 아스팔트는 다른 아스팔트 대비 가격이 저렴하고 점착성, 내수성, 광택성, 전기 절연성 및 방청성이 우수하다. 상기 용제 아스팔트는 아스팔트가 65 내지 75 중량% 함유되고 점도가 10,000 mPa * s (cP) (20℃)인 것을 사용하나 이에 한정되지 않는다.
더욱 바람직하기로, 용제 아스팔트로는 한본인더스트리(주) 제품의 PA-100을 사용하며, 이는 상온에서 액상 또는 점도가 높은 페이스트 상을 형성한다.
본 발명에 따른 용제 아스팔트는 고형분 함량으로 주제 성분 100 중량% 내에서 10 내지 40 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 초기 점착력 저하 및 방수 성능이 저하되고, 상기 범위를 초과하면 도막의 강성이 증가하여 유연성 있는 도막을 형성할 수 없고, 상분리가 발생할 우려가 있다.
다관능 폴리올
다관능 폴리올은 분자 구조 내 복수 개의 수산기를 포함하여 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합에 의한 경화 반응을 수행할 수 있다.
상기 다관능 폴리올의 수산기는 한 분자 중의 수산기 수가 2.5 내지 3.5 범위를 포함함으로써 도막의 가교 밀도를 높이고 가교 시간을 단축할 수 있다는 이점이 있다. 특히, 말단에 수산기를 포함하는 경우 도막의 물성, 즉 표면 경도 및 강도를 더욱 높일 수 있다. 이러한 도막의 물성 향상으로 인해 방수재 도막 내로 침입하는 수증기의 침투를 방지할 수 있다.
사용 가능한 다관능 폴리올은 수평균 분자량(Mn)이 500 내지 6,000 범위의 것이 바람직하고, 2,000 내지 5,000이 더 바람직하다. 만약 상기 범위 미만이면 경화 속도의 제어가 어렵고, 상기 범위를 초과할 경우 경화제인 이소시아네이트 말단 프리폴리머와 국소적으로 반응한 마이크로겔의 생성이 발생할 우려가 있다.
본 발명에 따른 다관능 폴리올은 주제 성분 100 중량% 내에서 20 중량% 초과 내지 45 중량%, 바람직하기로 25 내지 35 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 경화 반응이 충분치 않아 잔류 이소시아네이트 말단 프리폴리머가 존재할 수 있고, 상기 범위를 초과하면 미반응 다관능 폴리올의 존재로 인해 도막 물성의 저하가 발생할 우려가 있다.
사슬 연장제
폴리우레탄은 폴리올(polyol)을 주성분으로 하는 연질부(soft segment)와 이소시아네이트(isocyanate)의 경질부(hard segment)로 구성된다. 사슬 연장제는 체인의 연질부 및 경질부를 질서화함으로써 경질부는 강하게 응집되어 연질부의 유동성을 제한하고 생성물이 탄성 거동을 나타낼 수 있도록 한다.
종래 사슬 연장제로는 MOCA(4,4'-Methylene-bis(2-chloroaniline))를 사용하고 있으나, 상기 MOCA는 구조적으로 분자당 2개의 염소원자가 붙어 있기 때문에 열 인가시 극히 유해한 포스겐과 HCl을 생성하기 때문에 강력한 발암 물질로 규정된다. 이에 대한 대안으로 알디민기, 케티민기 또는 옥사졸리딘기를 갖는 화합물을 사용하는 것이 제안되었으나, 조기 가교결합 반응을 촉발시키므로 조성물의 저장 안정성을 저하시키고 및/또는 너무 짧은 개방 시간(open time) 및 너무 짧은 작업 시간을 초래하는 정도로 경화를 촉진시킬 수 있어 불리한 것으로 알려져 있다
본 발명에서는 MOCA를 대체하여 인체에 무해한 화합물을 사용하며, 구체적으로, 아민계 사슬 연장제를 사용한다.
아민계 사슬 연장제는 지방족 디아민계 화합물과 방향족 디아민계 화합물이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 방향족 디아민계 화합물을 사용한다.
방향족 디아민계 화합물로는 디에틸렌톨루엔디아민(DETDA) 또는 60?g/mol인 톨루엔 디아민 프로필렌 옥사이드 폴리머, 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 바람직하기로, 디에틸렌톨루엔디아민와 톨루엔 디아민 프로필렌 옥사이드 폴리머가 각각 40~50 중량%, 50~60 중량%인 것을 사용한다.
이러한 아민계 사슬 연장제는 종래 MOCA 대비 동등한 경화 특성을 가진다.
더불어, 아민계 사슬 연장제는 경화 촉매의 역할을 하여 MOCA 사용 대비 경화 시간을 보다 단축시킬 수 있다.
경화 촉매는 주제의 다관능 폴리올과 경화제의 이소시아네이트 말단 프리폴리머와의 경화 반응을 촉진시키기 위해 사용한다. 종래 폴리우레탄의 경화 촉매로서 주석계 촉매, 납계 촉매, 코발트계 촉매, 아연계 촉매 등의 사용이 이루어지고 있으나, 본 발명에서는 별도의 경화 촉매 사용 없이 아민계 사슬 연장제의 사용만으로 짧은 경화 시간으로 공사기를 단축할 수 있다.
본 발명에 따른 사슬 연장제는 주제 성분 100 중량% 내에서 0.1 내지 5 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 경화 속도의 단축 및 사슬 연장에 따른 물성 개선 효과를 확보할 수 없고, 상기 범위를 초과하면 빠른 경화로 인해 도막의 가사 시간을 충분히 확보할 수 없어 시공이 곤란해진다.
제1가소제
주제에 사용되는 제1가소제는 도막재 조성물 내 주제의 유동성을 높여 주제 및 경화제와의 혼합을 용이하게 하고, 경화 이후 얻어진 방수 도막에 유연성을 부여하기 위해 사용한다.
폴리우레탄 도막 제조시 다양한 가소제가 사용되며, 대표적으로 프탈레이트계 가소제가 사용된다. 상기 프탈레이트는 환경 호르몬 발생으로 인해 인체에 유해하고, 이행 손실을 유발하거나 열 안정성을 낮추는 문제가 있다.
본 발명에서는 가소제로서 친환경적인 비프탈레이트계 가소제를 사용하여, 종래 프탈레이트 가소제 대비 동등한 물성을 나타내 이를 대체할 수 있도록 한다.
비프탈레이트계 가소제는 사이클로헥산 1,4-디에스터계 화합물을 사용하며, 바람직하기로 부틸(2-에틸헥실) 시클로헥산-1,4-디카르복실레이트(1,4-BEHCH), 디부틸 시클로헥산-1,4-디카르복실레이트(1,4-DBCH), 및 비스(2-에틸헥실) 시클로헥산-1,4-디카르복실레이트(1,4-DEHCH)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용한다.
본 발명에 따른 제1가소제는 주제 성분 100 중량% 내에서 5 내지 10 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 가소제 사용에 따른 유동성 및 유연성을 확보할 수 없고, 상기 범위를 초과하면 이행 손실이 발생하거나 도막의 강도가 저하되는 문제가 발생한다.
무기질 필러
무기질 필러는 방수재의 원가 절감, 흐름성 방지 및 물리적 강도를 높이기 위하여 사용되는 것으로, 그 종류로는 탄산칼슘(중탄, 경탄), 탈크, 마이카, 클레이, 침상형 무기질 분말[wollastonite, Sepiolite(Rheological Additives)] 등을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 무기질 필러는 주제 성분 100 중량% 내에서 30 내지 60 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기 언급한 물리적 강도 향상 효과를 얻을 수 없고, 상기 범위를 초과하면 제품의 점도가 높아지고 점착력이 약화되며 방수 도막의 탄성이 줄어들어 우수한 물성의 제품을 제조할 수 없다.
수분 흡수제
수분 흡수제는 도막 방수재 조성물 및 이로써 제조된 도막 내부에 있는 수분 및 외부로부터 침투하는 수분을 제거하기 위해 사용한다. 상기 수분은 수산기를 가지고 있어 경화제의 이소시아네이트기와 반응하여 탄소를 발생시킨다. 이렇게 발생된 탄소는 가스 상태로, 방수 도막 형성 후 에어포켓을 형성하거나 이의 형성을 돕는다.
사용 가능한 수분 흡수제로는 벤토나이트, 석회, 시멘트, 실리카겔, 및 합성 흡수 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 가능하다.
본 발명에 따른 수분 흡수제는 주제 성분 100 중량% 내에서 1 내지 5 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 수분의 충분한 흡수가 어려워 에어포켓을 발생시킬 수 있고, 반대로 상기 범위를 초과하면 도막 조직의 치밀성을 해치고, 가격을 상승시키는 역효과가 나타난다.
제1유기용제
제1유기용제는 시공을 용이하게 하도록 주제의 점도를 조절하기 위해 사용한다.
주제의 점도는 90,000 내지 150,000 cps를 가지며, 상기 점도 범위에 있을 때 경화제와 혼합이 용이하고 시공이 간편해진다. 만약 점도가 너무 낮으면 무기질 필러 및 수분 흡수제가 바닥으로 침강하여 층분리가 발생하므로 방수재로서 사용할 수가 없고, 반대로 점도가 너무 높게 되면 경화제와의 혼합이 어려워 도막 시공에 곤란을 겪게 된다.
제1유기용제는 디메틸 카보네이트(DMC), 톨루엔, 자이렌, 벤젠, 에틸벤젠 등의 석유계 탄화수소, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 아세톤 등의 케톤류, 셀로솔브아세테이트, 부틸아세테이트 등의 아세테이트류, N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF) 등이 사용될 수 있다.
바람직하기로, 상기 아스팔트가 솔루션 형태로 제공되며, 이때 사용하는 유기 용제(자이렌 및 에틸벤젠)와 동일하거나 이와 상용성이 높은 용제를 사용하는 것이 유리하며, 더욱 바람직하게는 용해성이 우수하고 친환경적인 DMC를 사용할 수 있다.
제1유기용제는 상기 언급한 주제의 점도 범위를 갖도록 사용하며, 주제 성분 100 중량%를 만족하기 위한 0 중량% 이상의 잔부로 사용한다.
(b) 경화제 성분
이소시아네이트 말단 프리폴리머
본 발명에 사용되는 이소시아네이트기 말단 프리폴리머는 경화된 방수 도막의 기계적 물성을 결정하는 주요 재료로서 이소시아네이트기 말단 프리폴리머의 관능기 수, 중량 평균 분자량 및 당량, 사용된 쇄 연장제의 종류에 따라 그 물성이 결정된다.
상기 이소시아네이트기 말단 프리폴리머에 요구되는 조건으로서는 말단 이소시아네이트 관능기 수는 2 내지 4개, 중량 평균 분자량은 300 내지 6000인 것, 당량은 100 내지 2000 g/eq인 것이 가장 바람직하고, 가장 바람직하게는 관능기의 수는 2 내지 3개인 것이다. 이때 쇄 연장제는 요구되는 물성에 따라 다양하게 선택될 수 있으므로 그 종류는 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 이소시아네이트 말단 프리폴리머는 경화제 성분 100 중량% 내에서 60 내지 90 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 방수 도막의 인장강도 및 신장률 등의 물성이 매우 약해져 방수 기능이 떨어지고, 반대로 상기 범위를 초과하면 점도가 너무 높아 사용상에 문제가 있다.
제2가소제
경화제에 사용되는 제2가소제는 도막재 조성물 내 경화제의 유동성을 높여 주제 및 경화제와의 혼합을 용이하게 하고, 경화 이후 얻어진 방수 도막에 유연성을 부여하기 위해 사용한다.
제2가소제는 제1가소제와 동일하거나 여기에서 언급한 바의 친환경 비프탈레이트계 가소제를 사용한다.
본 발명에 따른 제2가소제는 경화제 성분 100 중량% 내에서 5 내지 30 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 가소제 사용에 따른 유동성 및 유연성을 확보할 수 없고, 상기 범위를 초과하면 이행 손실이 발생하거나 도막의 강도가 저하되는 문제가 발생한다.
반응 속도 조절제
반응 속도 조절제는 다관능 폴리올과 이소시에네이트 말단 프리폴리머와의 경화 반응 속도 조절을 위해 사용한다. 경화 반응 속도가 너무 빠를 경우 가사 시간이 짧아 시공이 어려워질 수 있으며, 너무 느릴 경우에는 시공 기간이 연장되는 문제가 있어, 이에 대한 조절이 필요하다.
사용 가능한 반응 속도 조절제는 산, 또는 알칼리가 사용된다.
본 발명에 따른 반응 속도 조절제는 경화제 성분 100 중량% 내에서 0.1 내지 5 중량%로 함유된다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이거나 이를 초과하면 경화 반응 속도의 조절이 어렵다.
제2유기 용제
제2유기용제는 시공을 용이하게 하도록 경화제의 점도를 조절하기 위해 사용한다.
경화제의 점도는 1,800 내지 2,500 cps를 가지며, 상기 점도 범위에 있을 때 주제와 혼합이 용이하고 시공이 간편해진다. 만약 점도가 너무 낮거나 높으면 경화제와의 혼합이 어려워 도막 시공에 곤란을 겪게 된다.
제2유기용제는 제1유기용제와 같거나 여기에서 언급한 바의 것을 사용한다.
제2유기용제는 상기 언급한 경화제의 점도 범위를 갖도록 사용하며, 경화제 성분 100 중량%를 만족하기 위한 0 중량% 이상의 잔부로 사용한다.
이하 본 발명의 도막 방수재 조성물의 제조방법에 대하여 설명한다.
도막 방수재 조성물은 주제 및 경화제를 각각 제조한 다음, 이들을 특정 중량비로 혼합하는 단계를 거쳐 제조한다.
주제는 아스팔트와 다관능 폴리올을 혼합하는 단계; 여기에 무기질 필러, 사슬 연장제, 제1유기용제 및 수분 흡수제를 순차적으로 투입하여 제조한다. 상기 혼합은 상온에서 수행하며, 1000 내지 1500rpm의 속도로 혼합한다.
종래 아스팔트 우레탄 도막재 조성물(KR 10-0921923 B)의 경우 아스팔트 및 아스팔트 개질제의 사용에 의해 100 내지 180℃로 가열하여 혼합을 이루는 것과 비교하여, 본 발명의 주제는 액상 상태의 아스팔트의 사용에 의해 상온에서 혼합이 가능하다는 이점이 있다.
경화제는 혼합기에 이소시아네이트 말단 프리폴리머, 가소제, 반응 속도 조절제 및 제2유기 용제를 투입하여 균일하게 혼합함으로써 제조된다.
주제 및 경화제는 1:2 내지 1:3.5의 중량비로 혼합하여 사용한다. 만약 경화제를 적게 사용할 경우 방수 도막의 물리적 성능이 너무 취약하여 방수재로서 요구되는 최소의 규격을 만족할 수 없는 문제점이 있으며, 반대로 과도한 경화제의 사용은 미반응된 경화제가 잔류하거나 과도한 경화로 인해 도막의 경도가 필요 이상으로 증가하여 쉽게 부서질 우려가 있다.
추가로, 상기 조성에 더하여 이 분야에서 통상적으로 사용하는 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 일례로, 안료제, 소포제, 계면활성제, 항산화제, 레벨링제 등 다양한 첨가제가 사용될 수 있다.
방수 시공
이렇게 제조된 도막 방수재 조성물은 방수가 필요한 곳에 경화 후 도막을 형성함으로써 방수재로서 사용할 수 있다. 일례로, 건축물의 옥상, 지하주차장 상부, 지하 외벽, 지하철, 지하차도, 공동구 등 토목 구조물에 적용된다.
특히, 본 발명의 도막 방수재 조성물은 건설용 도막 방수재(KS F 3211), 즉 철근 콘크리트조 건축물 및 그 밖의 구조물에 대한 방수를 목적으로 사용하는 도막 방수재에서 규정하는 품질 성능 기준을 충족시킨다.
<품질 기준>
하기 표의 규정에 적합해야 한다.
<KS F 3211> 항목 우레탄 고무계 2류 본발명 조성물
인장성능 인장강도 N/mm2 2.0이상 3.5
파단 시의 신장율 % 550이상 630
항장적 N/mm 294.2 이상 430
인열 성능 인열강도 N/mm 12.8 이상 14.6
온도의존성 인장강도 비% 시험시 온도
-20℃		 100 이상 340
시험시 온도 60℃ 35이상 47
파단 시 물림부사이의 신장률% 시험시 온도
-20℃		 300이상 310
시험시 온도 20℃ 200이상 349
가열 신축 성상 신축률 % -4 이상 1이하 -2
열화 처리후의 인장 성능 인장강도 비% 가열 처리 80 이상 150 이하 89
알칼리 처리 80 이상 150 이하 93
파단 시의 신장율% 가열 처리 500 이상 686
알칼리 처리 500 이상 723
신장 시의 열화 성상 가열 처리 어느 시험편에도 갈라진 잔금 및 뚜렷한 변형이 없을 것 이상 없음
촉진 노출 거리 어느 시험편에도 갈라진 잔금 및 뚜렷한 변형이 없을 것 이상 없음
오존처리 어느 시험편에도 갈라진 잔금 및 뚜렷한 변형이 없을 것 이상 없음
부착 성능 무처리 N/mm2 0.7 이상 1.7
0.5이상 0.9
냉온 반복처리 후 도막 상태 어느 시험체에도 도막의 들뜸, 박리 부분이 없을 것. 이상 없음
내피로 성능 어느 시험체에도 도막의 구멍 뚫림, 찢김, 파단이 없을 것. 이상 없음
고형분 % 표시값, ±3 93
참고 주로 비노출용 비노출용
상기 표 1을 보면, 본 발명에 따른 조성물은 KS F 3211에서 규정하는 품질 성능 기준을 충족시킨다
방수 시공은 방수가 요구되는 건축물(바닥, 벽면, 지붕, 기둥 등)에 상기 도막 방수재 조성물을 상온에서 코팅 후 경화를 통해 수행한다.
상기 건축물에 조성물을 그대로 적용하여 도막 방수층을 형성하거나, 부직포와 같은 방수 시트(보강재)를 설치한 후, 상기 방수 시트의 표면에 조성물을 적용하여 도막 방수층을 형성할 수 있다. 상기 방수 시트(보강재)는 PE 또는 부직포를 사용하거나, 나일론 수지로 만든 심재(芯材)에 폴리에스터 수지를 가열 코팅처리하여 만든 특수 합성섬유 사를 랜덤 분사하여 직조한 특수 합성섬유 부직포가 사용될 수 있다. 구체적인 공정은 당업자에 의해 적절히 선정될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물을 적용하기 전에 건축물의 표면 또는 방수 시트(보강재) 상의 이물질을 청소하고 결함 부위를 정리하는 전처리 공정을 수행한다.
필요한 경우 상기 조성물의 코팅 공정 이전에 프라이머층을 형성하거나, 코팅 이후 탑코트층을 형성할 수 있다.
상기 프라이머층은 통상의 에폭시나 실리콘 또는 아크릴계 수지를 사용할 수 있으므로, 조성물이 건축물의 콘크리트 또는 방수 시트 표면에 잘 부착될 수 있도록 한다. 또한, 자외선이나 열 또는 오염으로부터 보호하기 위해 아크릴계 수지를 이용한 탑코트층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 도막 방수재 조성물은 콘크리트에 대한 부착력이 우수하고 발수성, 내수성 및 내후성 등의 물성이 우수하여 상기 프라이머층 또는 탑코트층의 배제가 가능하다.
코팅 방식은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 스프레이, 롤러, 또는 붓 등을 이용한 코팅 방식이 사용될 수 있다. 특히, 스프레이 코팅 방식을 사용하여 시공 대상의 형상이나 부위와 관계없이 시공할 수 있으며, 수직면, 경사면, 구면, 천정면 등에 사용할 경우, 흘러내림 현상이 발생하여 균일한 두께의 도막을 얻을 수 있다.
(지촉)경화는 상온에서 이루어지며, 특히, 30분, 바람직하기로 20분 이내의 빠른 속경화가 진행된다.
종래 24시간 이상의 폴리우레탄 방수 도막은 여러 가지 문제를 야기하였으나, 본 발명의 조성물은 빠른 경화로 인해 흘러내림 없이 균일한 도막을 형성할 수 있고, 공기를 대폭적으로 단축할 수 있다는 장점이 있다. 경화를 통해 얻어진 도막 방수재의 두께는 누수 현상이 없다.
특히, 본 발명의 도막 방수재 조성물을 통해 얻어진 도막은 높은 외부로부터 유입되는 수증기의 차단율이 매우 높다.
방습 포장 재료의 투습도 시험방법인 KS T 1305에 의거하여 측정된 투습도가 3.5 g/m2/24h 내지 5.0 g/m2/24h의 범위를 갖는다. 이 수치는 하기 비교예에서 언급되는 우레탄 방수의 11.6 g/m2/24h 대비 최대 약 3.5배 이상 낮은 수치를 가져, 수분 침투로 인한 에어포켓의 생성을 최소화할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위한 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제시되는 것으로 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
하기 표의 조성을 준비하고, 혼합기에 각 조성을 혼합하여 주제 및 경화제를 제조하고, 이를 상온에서 1:2의 중량비로 혼합하여 도막 방수재 조성물을 제조하였다.
PA-100: 한본인더스트리(주) 제품
AP-3: 아스팔트 시멘트
다관능 폴리올: UA- 290A(㈜유원플렛폼)
NEOMINE A-100: 디에틸톨루엔디아민/디에틸톨루엔 디아민 폴리머 메틸옥시란
MOCA: 4,4 '-Methylene bis(ortho-chloroaniline)
1,4-DEHCH: Diethyl hexyl cyclohexane-1,4-dicarboxylate
DOP: Di-octyl-phthalate
이소시아네이트 말단 프리폴리머: UA- 290B(㈜유원플렛폼)
DMC: Dimethyl Carbonate
이때 하기 비교예 1 및 4는 아스팔트를 150℃로 가열하여 주제를 제조 후 100℃에서 경화제와 혼합하였다.
중량% 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1(기존아스팔트 비교예2(사슬연장제 비교예3(가소제 비교예4(아스팔트+사슬+가소제)
주제 아스팔트 PA-100 30 10 45 30 30 30 30
AP-3 30 30
다관능폴리올 UA-290A 25 25 25 25 25 15 25 25 25
사슬연장제 NEOMINE A-100 1 1 1 1 1 1
MOCA 1 1 1
제1가소제 1,4-DEHCH 6 6 6 6 6 6 6
DOP 6 6
무기질필러 탈크 35 35 20 35 35 35 35 35 35
수분흡수제 실리카겔 2 2 2 2 2 2 2 2 2
제1유기용제 DMC 1 21 1 1 1 11 1 1 1
총합(중량%) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
점도 120,000 6,000 90,000 120,000 120,000 280,000 150,000 150,000 300,000
경화제 이소시아네이트말단프리폴리머 제품명 75 75 75 75 75 75 75 75 75
제2가소제 1,4-DEHCH 20 20 20 20 20 20 20
DOP 20 20
반응속도조절제 염산 1 1 1 1 1 1 1 1 1
제2유기용제 DMC 4 4 4 4 4 4 4 4 4
총합(중량%) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
점도 2300 2300 2300 2300 2300 2300 3000 3000 3000
주제: 경화제 1:2 1:2 1:2 1:1 1:4 1:2 1:2 1:2 1:2
시험예 1
실시예 및 비교예의 조성물을 이용하여 얻어진 도막 방수재의 물성을 KS F 3211에 의거하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표에 나타내었다.
KS F 3211 우레탄고무류 2류(비노출용) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
인장성능 인장강도, N/mm2 2.0 이상 3.5 2.5 2.2 2.3 2.2 2.3 2 3.2 2.1
신율, % 550 이상 642 640 610 582 350 540 480 560 420
항정적, N/mm 294.2 이상 345 250 320 315 255 264 284 301 310
인열성능 인열강도, N/m 12.8 이상 17.6 12.5 13.5 15.2 14.5 10.3 11.3 16.5 15.5
부착 성능 무처리, N/mm2 0.7 이상 1.7 0.7 0.7 0.9 0.7 0.5 0.9 1 1.1
냉온 반복 처리 후 도막 상태 들뜸, 박리 없을 것 들뜸, 박리 없음 들뜸, 박리 없음 박리 발생 없음 발생 들뜸 발생 없음 없음 없음
내피로 성능 구멍뚫림, 찍김, 파단이 없을 것 없음 발생 발생 발생 발생 파단 없음 없음 파단
흘러내림저항성능 주름 발생 없을 것 없음 없음 없음 없음 없음 발생 없음 없음 없음
상기 표를 보면, 본 발명에 따른 조성물은 KS F 3211에서 규정하는 품질 성능 기준을 충족됨을 알 수 있다. 이와 비교하여, 비교예 1 및 비교예 4의 도막 방수재는 거의 모든 물성이 만족하지 못하였다.
비교예 3의 조성의 경우 실시예 1 대비 동등 수준의 결과를 보였으나, MOCA 및 DOP의 사용으로 인체에 유해한 성분을 포함하고 있다.
시험예 2
실시예 및 비교예의 조성물을 이용하여 얻어진 도막 방수재의 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표에 나타내었다.
(1) 경화: 20℃에서의 지촉 건조 및 경화 건조 시간을 측정하였다.
(2) 부착성:
- 건조 부착성(Dry Adhesion): 온도가 25℃인 상태에서 가로 세로 11줄 칼로 커팅하여 에릭센 시험(Erichsen Test) 기기를 이용하여 도포 두께 3㎜, 6㎜로 각각 설정하여 시험한다.
- 끓는물 부착성(Boiling Water Adhesion): 20분 동안 99℃의 끓는 증류수나 탈이온수에 담근 시편을 닦아서 말린 후 5분 안에 X자 모양으로 칼로 커팅하여 에릭센 시험 기기를 이용하여 6㎜로 시험한다.
(3) 내수성: 40℃온수에서 7일간 도막을 침적시킨 후에 이상유무를 육안으로 판정
(4) 내산성: 황산 5%용액에 1일간 침적하여 이상유무를 육안으로 판정
(5) 내용제성: 자일렌 용액에 1시간 침적하여 이상유무를 육안으로 판정
(6) 내후성: Q-Panel사의 QUV 기기를 이용하여 1,500시간 경과 후 시편의 Δβ 측정. 이때 β 값이 작을수록 내후성 우수한 것으로 판단
(7) 내마모성: Gardner laboratory사의 Heavy-duty wear tester를 이용하여 연마제 (CS10)를 500g의 무게로 1,000회 시험하는 것으로 Wear index로 수치가 작을수록 우수
(8) 경도: JIS K-5400의 연필경도법에 따라 연필경도 시험기를 이용하여 건조된 도막에 연필의 종류별로 45°각도로 그어 보았을 때의 긁힘이 나는 정도를 육안으로 판정

구분		 실실시예 1 실실시예 2 실실시예 3 실실시예 4 실실시예 5 비비교예 1 비비교예 2 비비교예 3 비비교예 4
지촉건조 2시간 5시간 3시간 6시간 1시간







-		 6시간 3시간







-
경화건조 15시간 25시간 21시간 23시간 22시간 52시간 52시간
가사시간 30분 이상 50분이상 50분 이상 60분 이상 40분
이상		 2시간 이상 2시간 이상
건조도막성 3mm 우수 양호 양호 양호 양호 보통 보통
6mm 우수 양호 양호 양호 양호 보통 보통
끓는물 부착성 우수 양호 양호 양호 양호 불량 불량
젖은면 접착성 우수 양호 보통 보통 보통 불량 불량
내수성 양호 보통 보통 보통 보통 불량 불량
내산성 양호 일부 들뜸 일부 들뜸 일부 들뜸 일부 들뜸 일부 들뜸 일부 들뜸
내용제성 양호 보통 일부 들뜸 일부 들뜸 일부 들뜸 일부 들뜸 일부 들뜸
내후성 2.47 2.58 2.54 2.68 2.42 8.15 2.36
내마모성 0.0012 0.0058 0.0098 0.012 0.0058 0.016 0.0017
경도 5H 3H 4H 2H 5H 2H 5H
상기 표를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 조성물은 경화 건조가 30분 이내로 속경화가 가능함을 확인하였다. 또한, 각 물성에 있어서도 우수한 결과를 나타내었다.
이와 비교하여 비교예 1, 4는 상온 건조가 진행되지 않았다.
비교예 3의 경우 실시예 1 대비 동등 수준의 결과를 보였으나, MOCA 및 DOP의 사용으로 인체에 유해한 성분을 포함하고 있다.
시험예 3: 투습도 및 에어포켓 발생 여부
KS T 1305(방습 포장 재료의 투습도 시험방법)에 의거하여 실시예 및 비교예의 방수 시편을 제작한 후 투습도를 측정하였으며, 그 결과를 하기에 나타내었다. 또한, 각 조성물을 콘크리트에 3 mm 두께로 도막을 형성한 후, 12시간 후 도막의 에어포켓 발생 여부를 확인하였다. 비교예 1 및 4는 각각 50℃의 열을 인가하여 경화를 수행하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
투습도(g/m2/24h) 4.2 6.5 3.8 5.5 3.9 12.5 13.2 10.1 12.5
에어포켓 미발생 미발생 미발생 미발생 미발생 발생 발생 발생 발생
상기 표를 보면, 본 발명에 따른 조성물의 경우 투습도가 낮으며 에어포켓이 형성되지 않은 반면에, 비교예의 조성물의 경우 높은 투습도로 에어포켓이 발생함을 확인하였다.

Claims (10)

  1. 용제 아스팔트, 다관능 폴리올, 사슬 연장제, 제1가소제, 무기질 필러, 수분 흡수제 및 제1유기용제를 포함하는 주제 성분(a); 및
    이소시아네이트 말단 프리폴리머, 제2가소제, 반응 속도 조절제 및 제2유기 용제를 포함하는 경화제 성분(b);을 포함하는 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물이되,
    상기 용제 아스팔트는 상온에서 액상 또는 페이스트 상을 갖도록 65 내지 75 중량%의 아스팔트가 석유 용제에 용해된 파스(Petroleum Asphalt Solution)이고,
    상기 사슬 연장제는 아민계 사슬 연장제이며,
    상기 제1 가소제 및 제2 가소제는 사이클로헥산 1, 4-디에스터계 화합물이고,
    상기 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물은 경화된 후, KS T 1305에 의한 시험에서 3.5g/m2/24h 내지 5.0g/m2/24h 범위의 투습도를 갖는 것을 특징으로 하는 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다관능 폴리올은 분자 중의 수산기 수가 2.5 내지 3.5이고, 수평균 분자량이 500 내지 6,000인, 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트기 말단 프리폴리머는 관능기의 수가 2 내지 4개이고, 중량 평균 분자량은 300 내지 6000이며, 당량은 100 내지 2000 g/eq인, 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 속도 조절제는 산, 또는 알칼리인, 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주제 및 경화제는 1:2 내지 1:3.5의 중량비로 혼합하여 사용하는, 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 주제 성분(a)은 용제 아스팔트와 다관능 폴리올을 혼합하는 단계; 여기에 무기질 필러, 사슬 연장제, 제1유기용제 및 수분 흡수제를 순차적으로 투입하여 제조하는, 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물.
  10. 제1항, 제3항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 이액형 아스팔트 우레탄 도막 방수재 조성물을 이용하여 상온에서 방수 시공을 수행하는 방수 시공 방법.
KR1020210099260A 2021-07-28 2021-07-28 친환경 도막 방수재 조성물 및 이를 이용한 방수 시공 방법 KR102548144B1 (ko)

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