KR20000000485A

KR20000000485A - 불포화 폴리에스테르 모르타르

Info

Publication number: KR20000000485A
Application number: KR1019990047091A
Authority: KR
Inventors: 조영국; 소양섭
Original assignee: 조영국; 소양섭
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR100386969B1

Abstract

본 발명은 역학적 성질 및 내구성, 내약품성등이 우수하기 때문에 바닥재, 포장보수재, 방식라이닝제, 접착제, 프리캐스트제품 등 건설재료로 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지를 결합재로 한 폴리머 모르타르에 관한 것이다.

결합재로 오르토프탈산염계 불포화폴리에스테르 16중량부, 충전재를 16중량부, 골재 68중량부, 폴리스티렌수지(PS)10~50중량부, 발포폴리스티렌(EPS)/폴리스티렌수지(PS)10~50중량부로 하여 메틸에틸케톤퍼옥사이드1중량부로 혼합하여 금형몰드에 넣고 20℃에서 제조한 후 양생함을 특징으로 하는 불포화폴리에스테르 모르타르 {Unsaturated Polyester Mortar} 및 그 조성물에 관한 것이다.

Description

불포화 폴리에스테르 모르타르{Unsaturated Polyester Mortar}

일반적으로 불포화 폴리에스테르 모르타르, 또는 콘크리트의 경화수축은 매우 커서 매트릭스 내부에 균열이나 내부응력을 발생시켜 접착물량이나 치수 불안정과 같은 문제점을 초래할 수 있다. 그래서 현재 불포화폴리에스테르(이하 "UP"라 한다) 생산업체 및 학계에서 이 경화수축을 방지하기 위한 수단이 연구되어지고 있으나 뚜렷한 성과를 거두지 못하고 있으며, 특히 상온경화용 저수축 UP의 개발은 난제로 남아있는 실정이다. 경화수축 방지의 수단에는 무기질 충진제, 열가소성 수지의 혼입, 가열경화등의 방법이 있다. 열가소성 수지의 혼입은 폴리에스테르중이 미 분산 ( 약 0.5μ)상태로 존재하는 열가소성 수지가 경화 시 팽창 및 충진작용을 일으켜 폴리에스테르의 경화에 수반한 수축을 보완하는 작용을 이용하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 열경화성인 불포화폴리에스테르 수지에 열가소성인 스티렌 수지를 혼합하여 사용함으로써 불포화폴리에스테르 수지의 경화기구 중 스티렌 수지가 수축보완 효과를 일으켜 UP모르타르의 경화수축을 저감시키며, 또한 본 발명에서 사용된 스티렌 수지는 폐 발포 폴리스티렌을 스티렌 모노머로 액화시킨 것으로서 자원을 재활용할 수 있는 불포화폴리에스테르 모르타르{Unsaturated Polyester Mortar}를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 오르토프탈산염계 (Orthophthalate), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated Polyester:UP) 수지, 스티렌 모노머(Styrene Monomer:SM. (비중 0.906))를 사용하여 스티로폴을 용해액, 촉매는 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드(Methyl Ethyl Keton Peroxide : MEKPO), 충진재는 중질탄산칼슘(CaCO₃)을, 골재는 주문진산 표준사(Standard Sand) 및 규사(Silica Sand), 발포 폴리스티렌(Expanded Polystyren : EPS; 밀도:15㎏/㎥)으로 조성된 불포화폴리에스테르 모르타르{Unsaturated Polyester Mortar} 및 콘크리트{Unsaturated Polyester Concrete}에 관한 것이다.

본 발명에서 사용되는 결합재는 일반성형용 오르토프탈산염계 (Orthophthalate), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated Polyester:UP)수지를 사용하였으며 그 성질은 표 1과 같다.

표 1 불포화 폴리에스테르수지의 성질

Specificgravity (20℃)	acid value	Viscosity(20m℃.Paㆍs)	Gel time(min.)
1.12 ±0.02	23 ±4	125	12.4

용재는 99.0%의 스티렌 모노머(Styrene Monomer:SM. (비중 0.906))를 사용하여 스티로폴을 용해 시켰다.

촉매는 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드(Methyl Ethyl Keton Peroxide : MEKPO)를 사용하였다.

충진재 및 골재

충진재는 중질탄산칼슘(CaCO₃)을, 골재는 주문진산 표준사(Standard Sand) 및 규사(Silica Sand)를 사용하였다. 표 2는 중질탄산칼슘의 일반적인 성질을 나타냈다.

표2 중질산칼슘의 성질

Specificgravity	Unit weight	Surface area(㎠/g)	Water content(%)
2.7	0.984	2,500	≤0.1

발포 폴리스티렌(Expanded Polystyren : EPS; 밀도:15㎏/㎥)은 건설폐기물로 발생되는 건축용 단열재를 사용하였다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

실시예1

결합재로 오르토프탈산염계 불포화폴리에스테르 16중량부, 충전재를 16중량부, 골재 68중량부, 로하여 메틸에틸케톤퍼옥사이드1중량부,로 혼합하여 금형몰드에 넣고 20℃에서 소정의 기간동안 양생하여 제조하였다.(설명 : 실험종류에 따른 양생기간이 약간씩 다름)

양생방법은 20℃에서 24시간 양생하였다. (실험항목에 따라 양생기간이 달라지는데 강도시험은 20℃에서 24시간 양생 후 실험을 한다.)

제조과정은 다음과 같다.

스티로폴분쇄(20~40mm) - 스티로폴용해 - UP혼합 - 촉매첨가 - 교반 - 성형 - 양생

실시예2

결합재로 오르토프탈산염계 불포화폴리에스테르 16중량부, 충전재를 16중량부, 골재 68중량부, 폴리스티렌수지(PS)10중량부로하여 메틸에틸케톤퍼옥사이드1중량부,로 혼합하여 금형몰드에 넣고 20℃에서 제조 후 양생하였다.

실시예3

결합재로 오르토프탈산염계 불포화폴리에스테르 16중량부, 충전재를 16중량부, 골재 68중량부, 폴리스티렌수지(PS)10중량부, 발포폴리스티렌(EPS) / 폴리스티렌수지(PS)10중량부로하여 메틸에틸케톤퍼옥사이드1중량부로 혼합하여 금형몰드에 넣고 20℃에서 제조 후 양생하였다.

실시예4

결합재로 오르토프탈산염계 불포화폴리에스테르 16중량부, 충전재를 16중량부, 골재 68중량부, 폴리스티렌수지(PS)10중량부, 발포폴리스티렌수지(EPS))/폴리스티렌수지(PS)20중량부로하여 메틸에틸케톤퍼옥사이드1중량부,로 혼합하여 금형몰드에 넣고 20℃에서 제조 후 양생하였다.

실시예5~26

상기 실시예4와 동일한 제조방법으로 제조하며, 조성물 및 조성비는 표3에 나타난바와 같다.

표.3 폴리머 모르타르의 배합표

실시예	[EPS/PS](중량부)	[PS/UP](중량부)	결합재(UP)(중량부)	충전재(중량부)	골재(중량부)
실시예 1	0	0	16	16	68
실시예 2	0	10
실시예 3	10
실시예 4	20
실시예 5	30
실시예 6	50
실시예 7	0	20
실시예 8	10
실시예 9	20
실시예 10	30
실시예 11	50
실시예 12	0	30
실시예 13	10
실시예 14	20
실시예 15	30
실시예 16	50
실시예 17	0	40
실시예 18	10
실시예 19	20
실시예 20	30
실시예 21	50
실시예 22	0	50
실시예 23	10
실시예 24	20
실시예 25	30
실시예 26	50

실험예1(샘플의 제작 및 양생방법)

본 실험에서 폴리머 모르타르의 배합은 표 3과 같이 결합재비를 16중량부, 충전재비를 결합재의 100%인 16중량부, 그리고 골재비를 68중량부로 하였고 폴리스티렌 수지(PS)의 첨가비를 결합재(UP)에 대하여 0, 10, 20, 30, 40, 50의 중량부로 변화시켰다. 스티로폴의 용해는 70℃ 항온수조에서 실시하였으며 EPS/PS 는 0, 10, 20, 30, 40, 50의 중량부로 하였다. 압축강도 및 휨강도 시험은 40 ×40 ×160㎜, 경화수축 시험은 75 ×100 ×400㎜ 의 금형몰드를 각각 사용하였으며 샘플 제작 후 소정의 기간동안 기중양생(20℃, 50%RㆍH)을 실시하였다. 여기서 촉매는 결합재량의 1%를 사용하였다.

수지의 점도측정 :

폴리스티렌 수지를 첨가한 폴리에스테르수지의 점도를 브록필드 점도계를 사용하여 측정하였다. 측정 시 수지온도 20℃ 항온상태로 실시하였다.

UP수지는 용도에 따라 화학적 중점법을 이용하여 점도를 증가시키기도 하고 수지의 분자량 조절이나 희석제의 첨가를 통해 점도를 감소시키기도 하는데, 건설재료로서의 폴리머 모르타르 및 콘크리트를 개발하는데 있어서는 양호한 시공성을 갖는 저점도의 수지가 필요하므로 시판되는 UP수지에는 점도를 낮추기 위해 반응성 희석제인 스티렌모노머가 30~40중량부정도 함유되어 있다. 그러나 스티렌모노머의 과다한 첨가는 가도에 영향을 미치므로 그 첨가량의 적절한 조정이 필요하다. 표2는 EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 결합재의 점도를 나타내고 있다. 수지의 점도는 EPS

/PS비가 50중량부일 때는 높은 점도를 나타내었다. PS/UP비의 증가에 따른 영향은

EPS/PS비가 30중량부이하인 저 농도 PS수지에서는 감소하는 경향을 보였으나 EPS/PS비가 그 이상이 될 경우에는 오히려 증가하는 것으로 나타났다.

표 4. EPS/PS비 및PS/UP비에 따른 결합재의 점도

슬럼프- 플로우 시험 :

슬럼프 시험은 KS F 2474(폴리머 시멘트 모르타르의 슬럼프 시험방법)에 준하여 실시하였고, 동 시에 플로우 값도 측정하였다.

표 3은 UP모르타르의 슬럼프를, 표 4는 플로우를 측정한 결과이다. UP모르타르의 슬럼프 및 프로우는 EPS/PS비에 따라서는 거의 변화가 없었고 PS/UP비에 따른 영향을 크게 만든 것으로 나타났는데 앞의 점도 측정의 결과에서와는 달리 EPS/PS비 30중량부 이상에서도 PS/UP비가 증가함에 따라서슬럼프-플로우값이 증가하는 경향을 나타낸 것은 모르타르의 유동성을 좌우하는 수지의 상대적인 량(UP·PS)이 증가했기 때문으로 사료된다.

표5. EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 슬럼프

표6. EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 플로우

사용가능시간 측정 :

UP모르타르의 사용가능시간은 KS F 2484(폴리에스테르 레진 콘크리트의 사용가능시간 측정방법, 촉감법)에 준하여 양생온도 20℃에서 실시하였다.

UP모르타르 및 콘크리트의 사용가능시간은 수지의 조성, 양생온도, 개시제, 촉진제의 종류 및 사용량에 의해서 크게 변화된다. 따라서 이들 조건을 변화시켜 직업가능시간을 조정 할 수 있는데 보통 10분~60분 사이에서 사용되고 있다. 표 5는 EPS/PS비 및 PS/UP비의 증가, 즉 결합재 안의 스티렌모노머 양이 증가함에 따라서는 길어지는 것으로 나타났으나 EPS/PS비의 증가에 따라서는 소폭으로 단축되는 경향을 보였다.

표7. EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 사용가능시간

휨 및 압축강도 시험 :

휨강도 시험은 KS F 2482(폴리에스테르 레진 콘크리트의 휨강도 시험방법),압축강도 시험은 휨강도 시험 후, 2등분 된 공시체를 사용하였다

UP모르타르의 압축강도:

표 6은 EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 UP모르타르의 압축강도를 나타낸 것이다 보통 UP모르타르 및 콘크리트의 압축강도는 결합재 함유율에 의해서도 영향을 받는다. 본 실험에서는 EPS/PS비의 증감에 따른 압축강도의 변화는 매우 적은 것으로 나타났으며 PS/UP비의 증가, 즉 결합재(UP)에 첨가되는 PS의 양이 증가됨에 따라서는 압축강도가 소폭으로 감소되는 것으로 나타났다. 특히 PS/UP비가 40중량부 이상이 될 때는 그 감소의 폭이 큰 것으로 나타났다. 이것은 열가소성수지인 스티렌모노머의 잉여중합물이 경화체내에 섞여 있기 때문이며, 또한 UP모르타르의 강도를 지배할 수 있는 UP의 상대적인 양이 감소되었기 때문인 것으로 생각된다.

표8. EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 압축강도

UP모르타르의 휨강도;

표 7는 EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 UP모르타르의 휨강도를 나타낸 것이다. UP모르타르 휨강도는 진술한 압축강도와 유사한 경향을 나타냈다. UP모르타르의 휨강도 또한 EPS/PS비에 따른 변화는 적었으며, PS/UP비 증가에 따라 소폭의 강도감소현상을 보였는데 특히 PS/UP비가 40중량부 이상이 될 때는 그 감소의 폭이 큰 것으로 나타났다.

표9.EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 휨강도

경화수축 시험 :

샘플의 경화에 의한 수축율은 75 ×100 ×400㎜ 샘플의 양단 중앙부에 다이얼게이지를 사용한 길이변화율로써 측정하였다. 경화 수축율은 촉매(MEKPO)를 결합제에 혼입 할 때 측정하여 경화에 의한 수축의 변화가 거의 없는 40시간까지 매시간 측정하였다.

표 8은 UP모르타르의 EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 경화수축율을 나타내고 있다. 플레인 모르타르의 경화수축률 은 54.5 ×10^-4이으나 스티로폴 용해액의 첨가 량이 증가함에 따라서 현저한 수축감소 효과를 보였는데 최고 13.62 ×10^-4의 수축률이라는 수축감소 효과를 얻을 수 있었다. 이는 UP경화과정 중의 발열에 의해 스티렌 수지가 팽창하여 수축보완 작용을 한 것으로 보여진다. EPS/PS비 변화가 수축에 미치는 영향은 PS/UP비 30~40중량부일 때 가장 컸으며 PS/UP비의 증가에 따른 수축감소효과는 EPS/PS비 30중량부 이상일 때 현저하게 나타남을 알 수 있다.

표10. EPS/PS비 및 PS/UP비에 따른 경화수축율

불포화 폴리에스테르 레진 모르타르의 수축저감 및 강도특성에 관한 연구결과

1) 폴리스티렌수지를 혼입한 불포화 폴리에스테르수지의 점도 측정결과 EPS/PS비가 증가함에 따라 점도가 증가하는 것으로 나타났으나 EPS/PS비가 30%이하 일 때는 원래의 UP 수지보다 점도가 현저하게 낮아지므로 양호한 시공성을 갖는 결함재의 제조가 가능하다.

2) PS수지를 혼입한 UP모르타르 사용가능 시간은 45~65분 사이의 안정된 분포를 보였다.

3) UP모르타르의 휨 및 압축강도는 EPS/PS비 보다는 PS/UP비에 따른 영향이 크게 나타났으며 PS/UP비의 증가에 따라 감소현상을 보였으나 PS/UP비 30%이하에서는 그 정도가 미비하였다.

4) EPS/PS비가 10% 이상, PS/UP비가 20% 이상으로 갈수록 경화수축율은 보통 UP모르타르에 비해 현저하게 줄어들었다.

5) 적절한 시공성과 휨 및 압축강도 특성 그리고 경화수축율의 종합적인 검토결과 본 실험에서는 EPS/PS비 30%, PS/UP비30% 일 때가 최적의 배합 조건인 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 열가소성 수지의 혼입은 폴리에스테르중이 미 분산 ( 약 0.5μ)상태로 존재하는 열가소성 수지가 경화 시 팽창 및 충진작용을 일으켜 폴리에스테르의 경화에 수반한 수축을 보완하는 작용하여 역학적 성질 및 내구성, 내약품성등이 우수하기 때문에 바닥재, 포장보수재, 방식라이닝제, 접착제, 프리캐스트제품 등 건설재료로 응용되는 효과가 있는 것이다.

Claims

불포화폴리에스테르 모르타르{Unsaturated Polyester Mortar}의 제조방법에 있어서, 결합재로 오르토프탈산염계 불포화폴리에스테르 16중량부, 충전재를 16중량부, 골재 68중량부, 폴리스티렌수지(PS)10~50중량부, 발포폴리스티렌(EPS)/폴리스티렌수지(PS)10~50중량부로 하여 메틸에틸케톤퍼옥사이드1중량부로 혼합하여 금형몰드에 넣고 20℃에서 제조한 후 양생함을 특징으로 하는 불포화폴리에스테르 모르타르. {Unsaturated Polyester Mortar}
불포화폴리에스테르 모르타르{Unsaturated Polyester Mortar}의 조성물에 있어서, 결합재로 오르토프탈산염계 불포화폴리에스테르 16중량부, 충전재를 16중량부, 골재 68중량부, 폴리스티렌수지(PS)10~50중량부, 발포폴리스티렌(EPS)/폴리스티렌수지(PS)10~50중량부로하여 메틸에틸케톤퍼옥사이드1중량부로 조성됨을 특징으로 하는 불화폴리에스테르 모르타르. {Unsaturated Polyester Mortar}
제1항에 있어서 발포폴리스티렌(EPS)과 폴리스티렌(PS)비율과 폴리스티렌(PS)와 불포화폴리에스테르비가 각각 30중량부임을 특징으로 하는 불화폴리에스테르 모르타르. {Unsaturated Polyester Mortar}