KR20020097408A

KR20020097408A - 충진용 발포성의 폴리우레탄 앵커조성물

Info

Publication number: KR20020097408A
Application number: KR1020010035207A
Authority: KR
Inventors: 김환택
Original assignee: 송림기업 주식회사
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2002-12-31

Abstract

본 발명은 폴리에스텔폴리올, 촉매(DMEA), 정포제(Siliconoil), 발포제(H₂O), 충진제(CaCO₃)로 구성되는 폴리에스텔 프리믹스 조성물이 내장된 외부 케트리지와 이 케트리지 내부에 함께 내장된 크루드 MDI(polymeric diphenyl methane-4,4' diisocyanate)가 담긴 소형 케트리지를 파쇄 혼합시킴으로써 폴리에스텔폴리올과 크루드 MDI의 중합반응으로 생성되는 반응물을 포함하는 충진용 폴리우레탄 앵커조성물

Description

충진용 발포성의 폴리우레탄 앵커조성물 {FIXING COMPOSITION OF POLYURETHAN FOR FILLING}

본 발명은 건축, 토목 공법에 있어 구조물의 크랙충진용이나 구조물의 연결 및 부착 그리고 콘크리트나 암반 특히 터널의 천정 구조물의 구축을 위해 콘크리트나 암반 등에 구멍을 천공하고 천공된 구멍에 앵커볼트(일명 록볼트)를 고정하기 위한 충진용 발포성 폴리우레탄 앵커 조성물에 관한 것이다.

구체적으로는 유리 또는 프라스틱재 튜브형의 2중 케트리지 내에 각각 내장되어 있는 폴리에스텔폴리올 프리믹서 조성물과 크루드 MDI(polymeric diphenyl methane-4,4' diisocyanate)함께 들어있는 케트리지는 암반구멍에 넣고 앵커볼트를 밀어 넣으므로 구멍 내에서 케트리지가 파손되어 상기 폴리에스텔 폴리올 프리믹스 조성물과 MDI가 혼합됨으로써 중합으로 생성되는 충진용 발포성 폴리우레탄 앵커 조성물에 관한 것이다.

종래 상기와 같은 건축, 토목공법에 있어 앵커볼트를 고정시키는 수단으로 초기단계에 있어서는 콘크리트 또는 암반 등의 모재 구멍에 묽은 조기경화용 시멘트 몰탈을 주입하고 앵커볼트를 밀어 넣어 시멘트몰탈이 수경화되어 앵커볼트를 고정하는 방법을 사용하여 왔으나 이와 같은 공법은 현장에서 몰탈을 만들어야 하는 불편이 있고 양생 경화에 상당한 시간이 요하게 되고 고정기능이 약하여 현재에는 이와 같은 방법은 거의 사용하지 않는다.

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

수지형 콘크리트 조성물은 불포화 폴리에스텔수지, 에폭시수지 기타 경화성 수지 등에 충진재 또는 보강재로서 탄산칼슘, 규사, 실리카와 이들을 경화시키는 경화제로 조성되는 수지형 앵커 조성물들이 있으나 이들은 그 고유의 특성을 갖고 있으나 무엇보다 발포성이 전혀 없으므로 콘크리트 구조물 및 암반크랙에 충진시나 콘크리트 및 암반을 모재로하는 구멍에 앵커볼트를 밀어 넣고 고정시에 충진밀착성이 부족하여 완전한 접착력을 발휘하지 못하고 수밀성까지 떨어지며 특히 터널구조물을 구축함에 있어 앵커볼트를 고정하는 암반구멍을 완전히 채울 수 없으므로 인발력 부족에 의한 문제점을 발생한다.

그밖에도 수지형 앵커 조성물로서 에텔형인 폴리푸로피렌 그라이콜(poly propylene glycol)과 MDI의 중합으로 충진재 또는 보강재 조성물과 함께 생성된 폴리우레탄 앵커 조성물이 소개되고 있다.

이와 같은 앵커 조성물은 폴리에텔계로서 일반적으로 폴리에스텔계보다 접착력이 떨어지므로 앵커볼트고정후 인발강도가 만족스럽지 못하고 점도가 높아서 시공성이 좋지 않은 결점을 갖고 있다.

본 발명은 종래 경화성수지를 주원료로 하는 수지형 앵커 조성물이나 에텔계형으로서 PPG와 MDI의 중합으로 생성되는 폴리우레탄 앵커 조성물의 문제점을 보완 개선한 폴리에스텔 폴리올과 크루드 MDI(Crude MDI)의 중합으로 생성되는 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물을 제공함에 있으며 상세하게는 본 발명에서 사용되는 폴리에스텔 폴리올은 아로마마틱에 선형 폴리올을 적량 사용함으로써 물성의 보완성을 가지며 또한 폴리머릭 MDI(일명 Crude MDI)와 상용성이 우수함으로써 반응성을 높여 접착성을 향상시킴으로써 인발강도를 크게 높일 수 있고 발포성을 갖게 하여 우수한 충진밀착성을 갖게 하는 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 단면도,

도 2는 본 발명의 사용상태 예시도 이다.

본 발명은 종래 경화성수지의 앵커 조성물이나 폴리에텔 폴리올과 MDI(polymeric diphenyl methane-4,4' diisocyanate)의 중합반응으로 생성되는 중합형 폴리우레탄 앵커 조성물의 취약점을 보완 개량한 것으로 시공성이 좋고 충진 밀착성과 접착성이 우수하며, 특히 앵커볼트 고정에 있어

인발강도가 뛰어난 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물에 관한 것으로 조성물과조성비는 표(1)과 같다.

상기표(1)에서 폴리에스텔 폴리올은 방향족 폴리에스텔 폴리올과 선형폴리에스텔 폴리올(Lineas polyester polyol)을 6 : 4 내지는 7 : 3의 혼합물로서 OH : V 310인 폴리에스텔 폴리올이고, 촉매는 디메칠에칠아민(Dimethyl etlyl amine)이며, 물은 폴리올과 MDI가 반응시 발포성을 높인다.

또 여기에서 사용하는 폴리에스텔 폴리올은 디에시드(Diacid)류인 무수푸탈산, 이소푸탈산, 테레프탈산, 에드핀산(adipic acid)과 그리콜류(EG, DEG, TEG, PG, DPG)중에 서 단독 또는 조합에 의하여 중축합반응으로 생성된 반응물로서 OH-V 70-400범위의 제품이다.

여기에서 방향족 폴리에스텔 폴리올과 선형폴리에스텔 폴리올의 혼합은 상호물성의 취약점을 보완하기 위한 혼합으로 방향족 폴리에스텔 폴리올은 강도는 좋으나 충격 인장강도가 약한편이며, 선형 폴리에스텔폴리올은 접착력이 좋고 인장강도가 우수하므로 물성에 있어 상호보완적인 관계라 할 수 있다.

그밖에 MDI는 폴리머릭 MDI(일명 Crude MDI)를 사용함으로써 폴리올과 상용성을 좋게 함으로서 반응성을 높인다.

이상의 조성물은 도 1에서와 같이 조성물 ①-⑤까지 조성물은 외부케트리지(A)내에 고형분인 탄산칼슘을 포함시킨 액상으로 충진되어있고 조성물⑥은 소형케트리지(B)에 넣어 외부케트리지(A)에 내장하고 이를 사용시에는 천공된 암반구멍내에 밀어 넣고 앵커볼트를 회전드릴로 밀어 넣으면 케트리지(A) 및 (B)가 분쇄되면서 폴리에스텔 폴리올과 그루드 MDI(일명 polymeric MDI)와 반응하여 발포 폴리우레탄이 생성되면서 팽창되면서 충진 밀착 효과를 높인다.

표(1)에서 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물의 조성비는 OH-V에 따라 약간의 차이는 있지만 폴리에스텔 폴리올과 폴리머릭 MDI와 완전한 반응이 이루어질 수 있는 당량비에 가깝고 촉매는 충분히 반응이 촉진될 수 있는 량이며 단지 정포제로서 실리콘오일은 액상반응물 특히 물과 MDI의 시아네이드기와 반응하여 발생하는 CO₂가스 기포가 경화될 때까지 일정크기로

유지시키는 기능을 갖게 함으로서 수축현상을 방지하며 적은량을 사용할 경우에는 충진 밀착성이 떨어지며 많은 량을 사용할 경우에는 그 이상의 효과가 발생하지 않는다.

특히 물의 사용량은 충진용 폴리우레탄 앵커조성물 발포비율을 조정하는 것으로 암반 구멍에 앵커볼트를 고정함에 있어 충진용 폴리우레탄 조성물로 요구되는 발포비율에 해당되며 약 30분후 12-15배로 팽창한다.

물론 콘크리트나 암반구멍에 앵커볼트를 고정시에 구멍 내층에는 급결용 폴리우레탄 조성물을, 구멍 입구에서 가까운 쪽으로는 충진용 폴리우레탄을 함께 사용하게되어 있는데 접착력과 강도면에서는 급결용 폴리우레탄 조성물에 뒤지지만 이와 같은 공법에 있어 충진 밀착성과 구멍 입구까지 충만 시키는 기능 또한 중요하다.

이상의 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물의 사용방법은 도 2에서와 같이 암반(R)에 뚫어진 구멍(H)에 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물 즉, 크루드 MDI가 충진된 케트리지(B)를 내장하면서 동시에 폴리올 프리믹서 조성물(조성물 ①-⑤)을 내장시킨 케트리지(A) 2개를 구멍내측에 급결용 폴리

우레탄 조성물이 포장된 급결용 케트리지(C) 2개가 놓인 것에 연결하여 밀어 넣은 다음 앵커볼트(D)를 회전시키면서 끝까지 밀어 넣으면 케트리지 전체가 파손되면서 중합반응과 동시에 발포반응까지 일어나 구멍 내측으로는 급결용 폴리우레탄 조성물이, 구멍 입구에 가까운 측에서는 충진용 폴리우레탄 조성물이 충진 밀착되면서 구멍입구까지 완벽하게 충진되어 경화된다.

본 발명에 의한 충진용 앵커 조성물은 사용 원료에 있어 폴리에스텔 폴리올을 방향족 폴리에스텔 폴리올과 선형폴리에스텔 폴리올을 적절히 혼합함으로써 양측 폴리올의 취약점을 상호 보완하게되어 우수한 접착력과 인발강도를 얻을 수 있으며 발포성을 높힘으로써 암반 구멍내의 공극을 완전하게 충진하고 암반구멍 입구까지 완벽하게 충진되며 밀착성을 높힘으로서 우수한 접착력을 갖게 하고 암반구멍 천공시 발생된 크랙이나 이미 생성되어있는 크랙까지 충진 밀착되어 암반 전체를보강할뿐아니라 수밀성까지 향상되어 내구성까지 향상시킬 수 있는 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물이라 할 수 있다.

이상의 본 발명에 의한 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물의 효과를 알아보기 위하여 다음 실시예와 같이 인발강도를 알아보았다.

실시예(1)

폴리에텔계폴리올(PPG)과 MDI의 반응조성물로된 종래 충진용 폴리우레탄 조성물과 본 발명에 의한 폴리에스텔계 폴리올과 크루드 MDI의 반응 조성물로 얻어진 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물의 인발강도를 비교하였다.

시험방법

내경 38Ψmm 이며 일측이 밀폐되고 내면이 널링처리된 길이 1.5m의 강관파이프(두께 6mm)를 여러개 준비하고 20Ψmm x 650mm 규격의 케트리지에 내장된 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물을 구분하여 상기 파이프 내에 삽입한 후 20Ψmm x 2000mm 앵커 볼트를 회전시키면서 밀폐된 부분까지 밀어 넣고 시간경과에 따른 인발강도를 측정한 결과 표(2)와 같이 나타났다.

상기표(2)에서와 같이 종래 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물은 2시간 부근에서 최대 인발강도 9톤이 발생하며, 본 발명에 의한 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물은 3시간 부근에서 최대 인발강도 15톤으로 나타났다.

Claims

다음과 같은 조성물과 조성비를 갖는 충진용 폴리우레탄 앵커조성물

조성물 조성비 (중량비)

① 폴리에스텔 폴리올 40.08%

② 촉매(DMEA) 0.44%

③ 정포제(실리콘오일) 0.69%

④ 발포제(H₂O) 1.53%

⑤ 충진재(CaCO₃) 4.96%

⑥ 크루드 MDI(Crude MDI) 52.3%
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 특징으로 하는 충진용 폴리우레탄 앵커 조성물