KR20020097407A

KR20020097407A - 급결용 폴리우레탄 앵커 조성물

Info

Publication number: KR20020097407A
Application number: KR1020010035206A
Authority: KR
Inventors: 이대훈
Original assignee: 이대훈
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2002-12-31

Abstract

본 발명은 폴리에스텔계 폴리올과 크루드 MDI(Crude MDI) 중합반응으로 생성되는 반응물에 가교제, 촉매제, 정포제, 강화제 또는 충진제가 조성된 폴리우레탄 앵커 조성물에 관한것임.

Description

급결용 폴리우레탄 앵커 조성물{FIXING COMPOSITION OF POLYURETHANE FOR RAPID HARDNING}

본 발명은 건축, 토목 공법에 있어 구조물의 크랙충진용, 구조물의 연결 그리고 콘크리트, 암반 특히 터널의 천정암반 등에 구멍을 천공하고 천공된 구멍에 앵커볼트를 고정하기위한 급결용 폴리우레탄 앵커 조성물에 관한 것이다.

구체적으로는 튜브형의 2중 카트리지 내에 각각 내장되어있는 폴리에스텔 폴리올 프리믹서 조성물과 크루드 MDI(polymeric diphenyl methane-4,4' diisocyanate)가 앵커볼트를 밀어넣으므로 구멍 내에서 카트리지가 파손되어 상기 폴리에스텔 폴리올 프리믹스 조성물과 크루드 MDI(Crude MDI)가 혼합되므로서 부가 중합으로 생성되는 급결용 폴리우레탄 앵커 조성물이라 할 수 있다.

종래 상기와 같은 건축, 토목 공법에 있어 앵커볼트를 고정시키는 수단으로초기단계에 있어서는 콘크리트 또는 암반 등의 모재 구멍에 묽은 급결용 시멘트 몰탈을 주입하고 앵커볼트를 밀어넣어 시멘트몰탈이 숙성 경화되므로서 앵커볼트를 고정하는 방법을 사용하여 왔으나 이와 같은 공법은 현장에서 몰탈을 만들어야하는 불편이 있고 양생 경화에 상당한 시간이 요하게 되고 고정기능이 떨어져 현재에는 이와 같은 방법은 거의 사용하지 않고 있다.

이와 같은 공법의 결점을 해결하기 위하여 개발된 것이 속성으로 경화되는 수지형 콘크리트 또는 중합형 수지콘크리트 조성물이 등장하게 되었다.

수지형 콘크리트 조성물은 불포화폴리에스텔수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지 등에 충진재 또는 보강재로서 탄산칼슘, 규사, 실리카와 이들을 경화시키는 경화제로 구성되는 수지형 앵커 조성물들이라 할 수 있으며, 일예로서 국내특허등록번호 196005호로 소개된 불포화폴리에스텔을 주재로하는 수지형 앵커 조성물은 상당기간 건축,토목 공법의 분야에 이용되어 왔으나 장비, 시공재료, 시공기술 등의 향상으로 날로 공기가 단축되는 기술수준에 부응하지 못하고 있는 실정이다.

우선 불포화폴리에스텔형 앵커조성물은 경화되는 속도가 느려 작업성이 좋지 않고 발포성이 없으므로 암반 구멍과 앵커볼트 사이의 공극을 충진 밀착하는 기능이 부족하고 구멍 입구 부분을 완전히 충진시키지 못하는 결점 때문에 인발력이 약하다.

그 밖에도 수지형 앵커조성물로서 폴리에텔 폴리올형인 폴리푸로피렌 그라이콜(poly propylene glycol)과 MDI의 중합반응으로 충진재 또는 보강재 조성물과 함께 생성된 폴리우레탄 앵커조성물이 소개되고 있다.

이와 같은 앵커조성물은 폴리에텔계로서 일반적으로 폴리에스텔계보다 일반적으로 접착력이 떨어지므로 앵커볼트 고정후 인발강도가 만족스럽지 못하고 점도가 높아서 시공성과 반응성이 좋지않은 결점이 있다.

본 발명은 종래 불포화 폴리에스텔을 주원료로하는 수지형 앵커 조성물이나 폴리에텔 폴리올과 MDI의 중합으로 생성되는 폴리우레탄 앵커 조성물의 문제점을 보완 개선한 폴에스텔폴리올과 폴리머릭 MDI(Crude MDI)의 중합으로 생성되는 급결용 폴리우레탄 앵커 조성물을 제공함에 목적이 있으며,

상세하게는 본 발명에서 사용되는 폴리에스텔폴리올은 아로마틱계에 선형 폴리올을 혼합 사용하므로서 접착성이 우수하고 또 일부 중합된 폴리머릭 MDI(Crude MDI)와 상용성이 우수하므로서 반응성이 우수하여 완전 반응된 폴리우레탄을 생성하므로서 접착성을 향상시킬 수 있고 고착된 앵커볼트의 인발강도를 크게 향상시킬 수 있으며, 발포성을 갖게 하므로서 충진 밀착성을 좋게하여 앵커볼트의 인발력을 크게 향상시킴은 물론 주위 암반의 크랙까지 충진되므로 암반전체의 보강효과를 갖는 폴리우레탄 앵커 조성물을 제공함에 목적이 있다 하겠다.

도 1은 본 발명에 따른 급결용 폴리우레탄 앵커 조성물의 포장 상태단면도,

도 2는 본 발명에 따른 급결용 폴리우레탄 앵커 조성물의 시공 및 시공상태도 이다.

본 발명은 종래 불포화 폴리우레탄을 경화시켜서되는 수지형 앵커 조성물이나 폴리에텔 폴리올과 MDI(diphenyl methane-4,4' diisocyanate)의 중합반응으로 생성되는 중합형 앵커 조성물의 취약점을 보완 개량한것으로 시공성이 좋고 충진밀착성과 접착성이 우수하므로서 앵커볼트고정에 있어서 우선적으로 요구되는 기능으로서 인발강도가 뛰어난 급결용 폴리우레탄 앵커 조성물에 관한 것으로 그 조성물과 조성비는 표(1)과 같다.

상기 표(1)에서 폴리에스텔폴리올은 방향족 폴리에스텔 폴리올과 선형폴리에 스텔폴리올(Lineas polyester polyol)을 6 : 4 내지는 7 : 3으로 혼합된 폴리올로서 OH-V370의 제품이며, 가교제(Crossling agent)는 디메칠푸로피렌그라이콜과 에치렌그라이콜을 거의 동량으로 혼합한 가교제이다.

또 상술한 폴리에스텔폴리올은 디에시드(Diacid)류인 무수푸탈산, 이소푸탈산, 테레푸탈산, 에드핀산과 그리콜류(EG, DEG, TEG, PG, DPG, TPG, 1,4 부탄디올, 그리세린)중에서 단독 또는 조합에 의하여 중축합 반응으로 생성된 반응물로서 OH-V : 70-400 범위의 것을 말한다.

여기에서 방향족 폴리에스텔에 선형폴리에스텔의 혼합은 상호취약점을 보완하기 위한 혼합으로 방향족 폴리에스텔은 강도는 좋으나 충격, 인장강도가 약한편이며, 선형폴리에스텔폴리올은 접착력이 좋고 인장강도가 우수하므로 물성에 있어서 상호 보완적인 관계라할 수 있다.

그 밖에 MDI는 일부 중합된 액상의 폴리머릭 MDI를 사용한다.

이상의 조성물은 도 1에서와 같이 조성물 ①-⑥ 까지의 조성물은 외부케트리지(A)내에 탄산칼슘의 고형분을 포함한 액상으로 충진되어있고 조성물 ⑦은 액상상태로 소형 케트리지(B)에 넣어 대형케트리지(A)에 내장하고 이를 사용할 때에는 천공된 암반 구멍내에 넣고 앵커볼트를 회전드릴로 밀어넣으면 케트리지(A) 및 (B)가 분쇄 혼합되면서 폴리에스텔폴리올과 크루드 MDI(일명 폴리머릭 MDI)와 반응하여 폴리우레탄이 생성되면서 급결한다.

표(1)에서 폴리우레탄 앵커 조성물의 조성비는 OH-V에 따라 다소 차이는 있지만 폴리에스텔폴리올과 폴리머릭 MDI와 중합 당량비에 가깝고 가교제와 촉매의 조성비는 상기 ①의 조성물과 ⑦의 조성물의 중합반응에 필요한 필수적인 조성비이고 단지 정포제로서 실리콘오일은 액상반응물이 기포(CO₂)를 발생하여 경화될때까지 기포를 유지하는 기능을 갖게하므로서 수축현상을 방지하며 적은량을 사용할 경우에는 수축현상이 발생하고 충진, 밀착성도 떨어지며 많은량을 사용할 경우에는 그 이상의 효과가 발생하지 않는다.

보강재로서 탄산칼슘은 적량을 사용하지 않으면 강도가 떨어진다. 또 MDI는 케트리지가 파손되는 순간 폴리에스텔폴리올과 중합반응으로 폴리우레탄이 생성되지만 조성물에 존재하는 수분, 공기중의 수분, 또는 암반구멍에 존재하는 수분과 반응하여 탄산개스를 발생하므로서 폴리우레탄에 발포현상이 일어나며 발포비는 약 30분후 2-3배로 발포하고 이후에는 거의 팽창하지 않는다.

이 때문에 폴리우레탄의 팽창으로 암반구멍 내에서 우수한 충진밀착효과를 나타내게 된다.

이상의 급결용 폴리우레탄 앵커 조성물의 사용방법은 도 2에서와 같이 암반(R)에 뚫어진 구멍(H)에 급결용폴리우레탄 앵커 조성물 즉, 크루드 MDI가 충진된 케트리지(B)를 내장하면서 동시에 폴리에스텔 폴리올 프리믹스조성물(조성물 ①-⑥까지)을 내장시킨 케트리지(A) 2개를 암반구멍 내측에 길이방향으로 일열로 밀어넣고 그 다음에 충진용 폴리우레탄 조성물이 담긴 케트리지(C) 2개를 일열로 밀어넣은 다음 앵커볼트(D)를 회전드릴로 회전시키면서 밀어넣으면 케트리지 전체가 파손되면서 중합반응과 동시에 발포반응까지 일어나 폴리우레탄 조성물이 구멍내부는 물론 암반크랙(K)에 까지 충진 밀착됨은 물론 구멍 입구까지 완벽하게 충진되고 경화되면 엄청난 강도를 발생하게 된다.

본 발명에 의한 폴리우레탄 앵커 조성물의 폴리에스텔폴리올은 방향족폴리에 스텔폴리올과 선형(Lenear) 폴리에스텔폴리올을 적절히 혼합하므로서 양측 폴리올의 취약점을 상호보완하게되어 강력한 접착력과 인발강도를 얻을 수 있으며, 폴리에스텔폴리올과 크루드 MDI의 반응시 발포성폴리우레탄 앵커 조성물을 얻을 수 있어 앵커볼트와 암반 구멍간의 공극에 충진 밀착성이 우수하여 여분의 공간이 있을수 없고 암반 구멍 입구까지 완벽하게 충진되어 엄청난 인발강도가 발생할 뿐 아니라 암반구멍 천공시 발생된 크랙이나 암반내에 이미 생성되어있는 크랙까지 폴리우레탄 조성물이 충진 밀착되어 암반전체를 보강할뿐 아니라 수밀성까지 우수하여 앵커볼트의 산화에 의한 부식까지 방지할 수 있어 내구성이 향상되며 급결용이어서 시공기간까지 단축시킬 수 있는 폴리우레탄 앵커 조성물이라 할 수 있다.

이상의 본 발명에 의한 폴리우레탄 앵커 조성물의 효과를 분명하게 알아보기 위하여 다음 실시예와 같이 인발강도를 알아 보았다.

실시예 (1)

폴리푸로피렌(PPG)과 MDI의 반응조성물로된 종래 폴리에틸계우레탄 앵커 조성물과 본 발명에 의한 폴리에스텔계폴리올과 크루드 MDI(Crude MDI)의 반응조성물이 얻어진 폴리우레탄 앵커 조성물의 인발강도를 비교하였다.

시험방법

내경 38Ψmm 이며 일측이 밀폐되고 내면이 널링처리된 1.5m의 강관파이프(두께 6mm) 여러게 준비하고 26Ψmm x 650mm 규격의 케트리지에 내장된 종래 및 본 발명의 폴리우레탄 앵커 조성물을 구분하여 상기 파이프에 삽입한후 26Ψmm x 2000mm 앵커 볼트를 회전시키면서 거의 밀폐된 부분까지 밀어넣고 시간경과에 따른 인발강도를 측정하였다.

위의 표(1)에서와 같이 종래 폴리우레탄 앵커 조성물은 2시간 30분 부근에서 최대 인발강도 19톤을 얻을 수 있으며 본 발명에 의한 폴리우레탄 앵커 조성물은 3시간 부근에서 최대 인발강도 24톤을 나타내었다.

Claims

다음과 같은 조성물과 조성비로된 폴리우레탄 앵커 조성물

① 폴리에스텔폴리올(polyester polyol) 40.55wt%

② 가교제(Cross Linking agent) 2.03wt%

③ 트리에치렌 디아민(Triethylene diamine) 0.75wt%

④ 디부칠 틴 디로우레이트(Dibuthyl Tin dilaurate) 0.15wt%

⑤ 정포제(silicon oil) 0.15wt%

⑥ 강화제 또는 충진제(CaCO₃) 8.92wt%

⑦ 폴리머릭 MDI(Crude MDI) 47.45wt%
제 1 항에 있어서, 폴리에스텔 폴리올은 디에시드(Diacid)류인 무수푸탈산, 이소푸탈산, 테레프탈산, 에드핀산과 그리콜류(EG, DEG, TEG, PG, DPG, TPG, 1,4 부탄디올, 그리세린)중에서 단독 또는 조합에 의하여 중축합 반응으로 생성된 반응물로서 OH-V : 70-400 범위인 폴리에스텔 폴리올임을 특징으로하는 폴리우레탄 앵커 조성물