KR20030045527A - 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트개질 폴리에스터 결합제 조성물 - Google Patents

폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트개질 폴리에스터 결합제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 스타이렌을 함유하고 있는 불포화 폴리에스터 수지에 메틸 메타아크릴레이트를 첨가함으로서 저점도의 결합제를 만들 수 있기 때문에 상대적으로 고가인 결합제량을 줄일 수 있어 경제적이고, 온도의 변화에도 점도의 변화가 거의 없으므로 낮은 온도에서도 저점도로 사용이 수월하여 작업성이 좋으며, 경화시간이 빨라 작업이 효율적으로 이루어 질 수 있고, 폴리머 콘크리트나 모르타르를 제조시에도 골재를 균일하게 혼합시키게 되므로 압축강도나 인장강도, 휨강도가 높은 제품을 얻을 수 있는 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제 조성물에 관한 것이다.

Description

폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제 조성물{MMA modified UP binder composites for polymer concret and mortar}
본 발명은 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 불포화 폴리에스터 결합제에 메틸 메타아크릴레이트를 일정한 조성비로 첨가함으로서 낮은 온도에서도 저점도의 결합제를 만들 수 있고, 경화시간을 단축시킬 수 있어 작업성이 편리하며, 수중타설시에도 높은 접착강도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트나 모르타르에 골재를 균일하게 분포시켜 압축, 인장 및 휨강도가 높은 제품을 얻을 수 있는 폴리머 콘크리트 및 모르타르에 사용되는 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트는 조골재와 세골재가 모두 사용되는 것으로 시멘트가 물의 수화반응에 의해 얻어지는 시멘트 풀을 골재와 골재사이에 충진 및 접착시킨 다음, 상기 시멘트 풀이 경화됨으로 인하여 강도가 발현된다.
상기와 같은 콘크리트에 있어서 골재를 모래와 같은 세골재만을 사용하여 시멘트와 물로 반죽한 것을 모르타르라고 하는데, 이와 같은 모르타르는 벽돌이나 블록, 석재 등을 쌓을 때 사용하기도 하며 벽이나 바닥, 천장 등의 마감재료에 사용되는 것이 일반적이다.
상기와 같은 콘크리트와 모르타르(이하 총칭하여 "콘크리트"로 표기한다)는 시멘트를 사용하기 때문에 시공이 간편하고, 내구성 및 경제성 등에 있어서 유리한 특성을 가지고 있어 각종 토목, 건축 분야에서 폭넓게 사용되고 있지만, 내동결융해성, 내약품성, 및 방수성이 약하고, 수축성, 부식성, 접착성, 중성화 또는 염화물 이온의 침투에 의한 철근의 부식 및 알칼리에 대한 골재의 반응이 약하다는 결점을 가지고 있다.
특히 이러한 내구성 문제는 교각이나 해양 및 지중구조물 등 열악한 환경에서 더욱 뚜렷이 나타나고 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 콘크리트의 결합제로서 시멘트를 사용하지 않고 유기고분자 물질을 결합제로 사용한 폴리머 콘크리트에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 상황이다.
상기와 같은 폴리머 콘크리트는 통상적으로 시멘트 콘크리트에 사용되는 조골재나 세골재에 결합제와 충진제, 가교제 및 기타 첨가제를 혼합하여 사용하게 되는데, 먼저 상기 결합제로 사용되는 폴리머로는 불포화 폴리에스터, 에폭시, 퓨란, 아크릴, 페놀 등과 같은 열경화성 수지가 주로 사용되며, 이러한 폴리머에는 경화시키기 위한 경화제나 반응을 시작하기 위한 개시제 및 반응을 촉진하기 위한 촉진제가 첨가되기도 한다.
충진제의 경우 골재사이의 미세공극을 채워주고 볼베어링 작용에 의한 작업성 향상을 위해 사용되는 것으로 일반적으로 미립질의 중질탄산칼슘이나 플라이애쉬, 탄산마그네슘 및 실리카 분말을 사용하고 있으며, 가교제의 경우는 트리메틸 프로판, 트리메타아크릴레이트, 디크밀퍼옥사이드, 2.5-디메틸-2.5G(터셔리부틸)퍼옥사이드, 1.3-비스(터셔리부틸옥시이소프로필렌)벤젠, m-옥타디아지드홀메이트 등의 유기 과산화물을 사용하며, 상기 가교제를 통한 수지들의 가교효과로 콘크리트의 물성, 특히 기계적인 성질을 증가시키는 역할을 하게 된다.
이밖에 폴리머 콘크리트의 성질을 개선하기 위하여 소포제, 희석제, 가요제, 수축감소제, 자외선 차단제, 내화제 그리고 부착력 증진제와 같은 첨가제들이 적용되는 용도에 따라 부가적으로 첨가된다.
이러한 폴리머 콘크리트는 압축, 인장 및 휨강도 등 역학적 성질이 일반 시멘트 콘크리트에 비해 매우 높을 뿐만 아니라 경화시간이 단축되어 작업성을 높일 수 있고, 가사시간이나 경화시간을 광범위하게 제어할 수 있으며, 동결융해에 대한 저항성, 수밀성, 내식성, 약품에 대한 화학적 저항성 및 내마모성이 우수하고, 콘크리트, 석재, 금속, 목재 및 유리 등의 각종 건설재료에 대한 접착성에 있어서도 매우 우수한 특성을 가지고 있다.
특히 최근에는 결합제로서 가격이 다른 수지에 비해 저렴할 뿐만 아니라 화학적 성질이 매우 우수한 불포화 폴리에스터 수지를 사용하는 경우가 증가하고 있으며, 상기와 같은 불포화 폴리에스터 수지에 스타이렌을 포함시켜 점도를 조절하고, 경화시 수축되는 것을 감소시키기 위한 수축감소제를 첨가하여 양질의 콘크리트 조성물을 생산되고 있다.
하지만 상기와 같은 폴리머 콘크리트의 경우, 사용되는 용도에 따른 충진제와 골재 및 결합제의 적절한 배합비가 정립되지 않아 소정의 작업성과 강도를 갖는 폴리머 콘크리트를 얻기가 힘들며, 따라서 고가인 결합제의 무분별한 남발로 제조비용이 증가한다는 문제점이 발생하였다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자가 선출원한 대한민국 특허 출원번호 제1995-44208호에서는 결합제 전체 중량의 10 내지 20%(V/W)의 수축저감제가 포함되어 있는 불포화 폴리에스터 수지 결합제 10 내지 16%(W/W)와, 조골재와 세골재를 단독 또는 혼합한 상태의 혼합물 60 내지 80%(V/W)와, 충진제 8 내지 16%(W/W)와, 0.1 내지 0.16%(W/W)의 가교제 및 적당량의 반응개시제로 이루어진 샌드위치 단열 패널용 폴리머 콘크리트 조성물 및 제조방법을 소개한 바 있다.
상기와 같은 배합비를 갖는 조성물은 불포화 폴리에스터 수지의 큰 단점인 경화시 수축으로 인한 형상변화를 최소화시킬 수 있는 최적의 배합비 및 이와 함께 사용되는 충진제와 골재의 적절한 배합비를 도출하여, 경량이면서도 고강도이며 시공시 작업성이 뛰어나고, 특히 방수성과 내구성 및 단열성이 우수하다는 효과를 갖도록 하였다.
하지만 상기와 같은 조성물에 사용되는 불포화 폴리에스터 수지 결합제의 경우 점도가 너무 높고, 특히 저온으로 갈수록 급격하게 점도가 높아지기 때문에 낮은 온도에서 작업하기가 어려우며, 결합제의 경화시간이 길어 작업시간이 오래 걸리고, 조성물간의 균일한 혼합이 어렵기 때문에 콘크리트 내에 골재가 골고루 혼합되지 않아 상,하층의 다짐효과가 달라져 제품의 위치별로 강도가 차이가 크게 나타난다는 문제점이 발생하게 되었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 콘크리트 조성물의 접착제에 비해 점도가 낮아 작업성이 좋고, 조성물간의 혼합이 골고루 이루어지므로 강도를 균일하게 보장할 수 있으며, 낮은 온도에서도 경화시간을 단축시킴으로서 공정시간을 줄일 수 있고, 결합제의 수지량을 감소시켜도 양질의 제품을 생산할 수 있어 고가인 결합제 절감에 의한 원가절약의 효과를 가져오는 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
스타이렌을 함유한 불포화 폴리에스터 수지를 주제로 하는 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 결합제 조성물에 있어서,
스타이렌이 함유된 불포화 폴리에스터 수지 50내지 80%와, 메틸 메타아크릴레이트 20 내지 50%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 조성물을 제공함으로서 달성될 수 있다.
본 발명에서는 결합제 전체 중량에 대해서 메틸 메타아크릴레이트 20 내지 50%를 첨가하게 되는데, 상기와 같은 메틸 메타아크릴레이트를 첨가함으로서 결합제의 점도를 낮추게 된다.
만약 메틸 메타아크릴레이트를 전체 결합제 중량에 대해서 50%이상 첨가하게 되면, 결합제의 점도가 지나치게 낮아 결합제와 충진제 및 골재가 재료분리를 일으키게 되고, 또한 상온에서 경화시간이 지나치게 늦어지는 문제점이 발생하며, 20%미만으로 첨가하면 결합제가 불포화 폴리에스터 수지이 성질에 가까워져 저온(영하온도)에서 타설이 어렵고, 작업성의 향상이나 수중접착강도 증진 효과도 기대하기 어렵다는 문제점을 발생시키게 된다.
상기와 같은 조성범위에서 메틸 메타아크릴레이트를 첨가함으로서 저점도의 접착제를 제조하게 되므로 저온에서도 작업이 효율적으로 이루어질 수 있으며, 골재와 결합제를 균일하게 혼합할 수 있어 제조되는 모르타르나 콘크리트의 압축, 인장, 휨강도를 높일 수 있다는 효과를 갖는 것이다.
본 발명에서 사용되는 불포화 폴리에스터 수지는 코발트계 경화 촉진제인 옥탄산코발트(CoCc)가 첨가되어 있고, 개시제에 의하여 경화반응을 일으키는 올소타입(ortho type)이나 이소타입(iso type)인 것을 사용하게 되는데, 상기한 불포화 폴리에스터 수지에는 통상적으로 전체 양에 대해 40%의 스타이렌이 첨가되어 있어 불포화 폴리에스터 수지의 점도를 혼합가능한 저점도로 낮추도록 되어 있다.
상기와 같은 불포화 폴리에스터 수지는 경화시 수지 자체의 경화수축률이 7 ~ 10%를 가지기 때문에, 이를 폴리머 콘크리트에 사용시 콘크리트 자체의 경화수축률도 0.004 ~ 0.008로 매우 크게 나타나 표면부의 형상을 변화시키는 경우가 발생하므로 불포화 폴리에스터에 대해서 수축감소제를 첨가하게 되면 좀 더 좋은 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 사용되는 수축감소제는 열가소성인 폴리스티렌을 스틸렌모노머에 용해시킨 것으로서 불포화 폴리에스터 수지의 양에 대해서 5 내지 20%를 첨가하는 것이 효과적인데, 만약 상기와 같은 수축감소제를 전체 결합제에 대해서 5% 미만으로 첨가하게 되면 수축감소효과가 뚜렷하게 나타나지 않아 표면의 형성변화에 대한 소정의 효과를 가질 수 없다는 문제점이 발생하고, 20% 이상으로 첨가하게 되면 경화 후 폴리머 수지의 응집밀도를 낮추어 콘크리트나 모르타르의 강도를 저하시키게 된다는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 불포화 폴리에스터 수지나 수축감소제에 대한 설명은 본 고안자가 선출원한 대한민국 특허 출원번호 제1995-44208호에서 소개한 바 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하 본 발명에 의한 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 조성물은 하기의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기는 하나, 본 발명이 하기의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1>
스타이렌이 40% 함유된 불포화 폴리에스터 수지에 대해 수축저감제를 5 :1로 혼합하고 표준경화형 개시제로서 MEKPO(메틸에틸케톤프록사이드가 55% 함유되어 있는 DMP용액)를 수지에 대해 1% 첨가하여 폴리에스터 결합제를 제조하였다.
상기와 같이 만들어진 폴리에스터 결합제 15%와, 충진제로서 중질탄산칼슘 15%, 평균입경이 0.2mm인 규사 23%, 최대입경이 5mm인 규사 47%를 강제식 믹서기를 이용하여 충분히 혼합하여 제조된 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트를 제조예 1로 하였다.
<제조예 2 내지 제조예 6>
스타이렌이 40% 함유된 불포화 폴리에스터수지와 메틸 메타아크릴레이트를 하기의 표 1과 같이 혼합하고, 수축저감제를 불포화 폴리에스터 수지에 대하여 5 : 1의 비율로 첨가한 다음, 표준경화형 개시제로서 MEKPO(메틸에틸케톤프록사이드가 55% 함유되어 있는 DMP용액)를 수지에 대해 1%를 첨가하여 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제를 제조하였다.
상기와 같이 만들어진 결합제 12%와, 충진제로서 중질탄산칼슘 15%와, 평균입경이 0.2mm인 규사 23%, 최대입경이 5mm인 규사 47%를 강제식 믹서기를 이용하여 충분히 혼합하여 제조된 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트를 제조예 2 내지 제조예 6으로 하였다.
<실시예 1>
상기 제조예1 내지 제조예 6에 사용되는 접착제의 점도를 20℃에서 측정하여 하기 표 1에 기재하였고, 제조예1 내지 제조예 6의 방법으로 제조된 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트에 대하여 각각의 플로우, 압축강도, 인장강도 및 휨강도를 하기와 같은 방법으로 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
<점도측정 시험>
폴리에스터 결합제에 대한 점도측정은 실린더 모양의 원통 장착된 저점도용 VT-03과 고점도용 VT-04 점도시험기로 측정하였다. 상기 점도 측정기는 점도를 가진 샘플용액 속에서 원통의 회전에 의해 눈금상에서 나타난 값을 점도로 측정하였으며, 330mPa·S를 기준으로 이보다 높은 것은 고점도용으로 이보다 낮은 것은 저점도용으로 측정하였다.
<플로우 시험>
KS L 5105의 폴리에스터 레진 콘크리트의 측정방법에 따라 폴리머 콘크리트의 굳기전 성질 중 워커빌리티, 즉 작업성의 척도인 플로우 값을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
<압축강도 시험>
KS F 2419의 폴리에스터 레진 콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작방법에서 정한 규정에 따라, 직경이 7㎝이고 길이가 14㎝인 공시체 제조용 원통형 몰드 4개를 준비하고, 여기에 상기 콘크리트 제조예 1 내지 제조예 6에서 제조한 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트를 각각 2회에 나누어 채우되, 우선 각각의 몰드 높이의 반을 채우고 탁상식 바이브레이터(3.000vpm)를 이용하여 10분간 다진 후, 다시 나머지 반을 채워 10분간 다짐하고, 각각의 공시체의 축과 수직이 되도록 상부면을 캡핑한 후, 25±3℃의 온도와 50±10%의 습도를 유지하면서 14일간 기건양생하여 압축강도 시험용 원통형 공시체를 제조예 1 내지 제조예 6의 종류에 따라 각각 3개씩 총 12개를 제조하였다.
-시험방법과 계산-
상기와 같이 제조한 압축강도 시험용 원통형 공시체를 상기 제조예 1 내지 5에서 제조된 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트의 종류별로 분류한 후, 각각의 콘크리트 제조예에 대한 공시체를 KS F 2481에서 정한 방법에 따라 일본 S사의U.T.M(모델 UEH-200A)시험기를 이용하여 공시체의 중심축을 가압판의 중심에 일치시켜 매초 10㎏f/㎠로 압축응력을 증가시키면서 공시체가 파괴될 때까지의 시험기가 나타내는 최대하중을 유효숫자 3자리까지 측정한 후, 하기한 수학식 1에 의해 각각의 압축강도를 구하고, 이와 동일한 시험을 추가로 2회 반복하여, 각각의 제조예 1 내지 6에 의해 제조된 폴리머 콘크리트에 대한 압축강도의 평균치를 계산하여 이를 하기 표 1에 나타내었다.
σc={P/ π(d/2)2}
(σc: 압축강도(㎏f/㎠), P : 최대하중(㎏f), d : 공시체의 지름(㎝))
<인장강도시험>
KS F 2419의 폴리에스터를 레진 콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작방법에서 정한 규정에 따라, 직경이 7.5㎝이고 길이가 14㎝인 공시체 제조용 원통형 몰드 4개를 준비하고, 여기에 상기 콘크리트 제조예 1 내지 제조예 6에서 제조한 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트를 각각 2회에 나누어 채우되, 우선 각각의 몰드 높이의 반을 채우고 탁상식 바이브레이터(3.000vpm)를 이용하여 10분간 다진 후, 다시 나머지 반을 채워 10분간 다짐하고, 공시체의 축과 수직이 되도록 상부면을 캡핑한 후, 25±3℃의 온도와 50±10%의 습도를 유지하면서 14일간 기건양생하여 인장강도 시험용 원통형 공시체를 제조예 1 내지 제조예 6의 종류에 따라 각각 3개씩 총 12개를 제조하였다.
-시험방법과 계산-
상기와 같이 제조한 인장강도 시험용 원통형 공시체를 상기 제조예 1 내지 제조예 6에서 제조된 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트의 종류별로 분류한 후, 각각의 콘크리트 제조예에 대한 공시체를 KS F 2480에서 정한 방법에 따라 일본 S사의 U.T.M(모델 UEH-200A)시험기를 이용하여 공시체를 가압판 위에 편심되지 않도록 설치한 후, 매분 50㎏f/㎠의 속도로 공시체에 충격을 주지 않도록 균일하게 하중을 가하여 공시체가 파괴될 때 시험기가 나타내는 최대하중을 유효숫자 3자리까지 측정한 후, 하기한 수학식 2에 의해 각각의 인장강도를 계산하였으며, 이와 동일한 시험을 추가로 2회 반복하여 제조예 1 내지 제조예 6에 의해 제조된 폴리머 콘크리트에 대한 인장강도의 평균치를 계산하여 이를 하기 표 1에 나타내었다.
σt={2P/ πdl}
(σt: 인장강도(㎏f/㎠), P : 최대하중(㎏f), d : 공시체의 지름(㎝), l : 공시체의 길이(㎝))
<휨강도 시험>
KS F 2419의 폴리에스터를 레진 콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작방법에서 정한 규정에 따라, 6×6×24㎝의 크기를 갖는 4개의 각주형 몰드를 준비하고, 여기에 상기 콘크리트 제조예 1 내지 제조예 6에서 제조한 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트를 각각 2회에 나누어 채우되, 우선 각각의 몰드 높이의 반을 채우고탁상식 바이브레이터(3.000vpm)를 이용하여 10분간 다진 후, 다시 나머지 반을 채워 10분간 다짐하고, 공시체의 축과 수직이 되도록 상부면을 캡핑한 후, 25±3℃의 온도와 50±10%의 습도를 유지하면서 14일간 기건양생하여 휨강도 시험용 공시체를 제조예 1 내지 제조예 6의 종류에 따라 각각 3개씩 총 12개를 제조하였다.
-시험방법과 계산-
상기 제조한 휨강도 시험용 원통형 공시체를 상기 제조예 1 내지 5에서 제조된 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트의 종류별로 분류한 후, 각각의 콘크리트 제조예에 대한 공시체를 KS F 2482에서 규정한 방법에 따라 일본 S사의 U.T.M(모델 UEH-200A)시험기를 이용하여 공시체를 지지폭의 중앙에 눕혀 놓고 스팬의 3등분점에 상부 가압장치를 접촉시킨 후, 매분 100㎏f/㎠의 속도로 하중을 가하여 공시체가 파괴될 때 시험기가 나타내는 최대하중을 유효숫자 3자리까지 측정하고, 이 때 나타나는 파괴단면의 나비를 3개소에서 0.2mm까지 측정하여 그 평균치를 구하고, 파괴단면의 높이를 2개소에서 0.2mm까지 측정하여 그 평균치를 구한 다음, 하기한 수학식 3에 대입하여 각각의 공시체에 대한 휨강도를 측정하고 이와 동일한 시험을 추가로 2회 반복하여, 각각의 제조예 1 내지 제조예 6에 의해 제조된 폴리머 콘크리트에 대한 휨강도의 평균치를 계산하여 이를 하기 표 1에 나타내었다.
σb={PL/ bd2}
(σb: 휨강도(㎏f/㎠), P : 최대하중(㎏f), L : 스팬(㎝), b : 파괴 단면의 나비(㎝), d : 파괴단면의 높이(㎝))
UP(%) MMA(%) 점도(20℃,m㎩.s) 플로우 압축강도(㎏f/㎠) 인장강도(㎏f/㎠) 휨강도(㎏f/㎠)
제조예1 - 1750±50 110±1 930±5 116±2 230±2
제조예2 90 10 210±5 107±1 840±5 106±2 210±2
제조예3 80 20 72±2 138±1 940±5 119±2 248±2
제조예4 60 40 47±2 150±1 1015±5 124±2 258±2
제조예5 50 50 20±2 164±1 920±5 116±2 245±2
제조예6 40 60 14±2 168±1 760±5 98±2 200±2
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 불포화 폴리에스터 수지로만 이루어진 제조예 1의 경우에 비해 불포화 폴리에스터수지에 메틸 메타아크릴레이트를 첨가한 제조예 2 내지 제조예 6의 경우 점도가 매우 낮은 것을 알 수 있으며, 상기한 제조예 2 내지 제조예 6에 있어서도 수축저감제가 포함된 불포화 폴리에스터 수지와 메틸 메타아크릴레이트의 조성비가 50 ~ 80% : 20 ~ 50%의 비율로 혼합된 제조예 3 내지 제조예 5의 경우에 압축강도, 인장강도 및 휨강도에 있어서도 대체로 향상되는 것을 알 수 있다.
상기한 이유는 불포화 폴리에스터 수지에 메틸 메타아크릴레이트를 첨가함으로서 저점도의 메틸 메타아크릴레이트의 희석작용에 의해 저점도의 결합제를 얻을 수 있으나, 제조예 2의 경우 불포화 폴리에스터 수지에 비해 메틸 메타아크릴레이트의 양이 너무 적어 점도가 충분히 낮아지지 않아 골재와 결합제가 완전히 혼합되지 못하여 압축, 인장, 휨강도가 낮게 나타났고 플로우 값도 작게 나타났다.
반대로 제조예 6의 경우에는 불포화 폴리에스터 수지에 비해 메틸 메타아크릴레이트의 양이 과량 첨가되어 결합제의 점도가 지나치게 낮아져 재료분리 현상이 일어나 역시 압축, 인장, 및 휨강도가 낮게 나타나는 것을 발견할 수 있다.
<제조예 7>
스타이렌이 40% 함유된 불포화 폴리에스터 수지와 수축저감제를 5 : 1의 비율로 혼합하고, 상기 혼합액과 메틸 메타아크릴레이트를 2 : 1의 비율로 혼합하여 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 제조예 1에 사용되는 결합제와 제조예 7에 의해 제조된 결합제를 하기 표 2와 같이 온도를 변화시키면서 점도를 측정하여 각각의 값을 하기 표 2에 나타내었다.
배합비(UP : MMA) 온도(℃)에 따른 점도(m㎩.s)
20 10 0 -5 -10
제조예1 - 1750±50 2400 3500 4950 7000
제조예7 2 : 1 62±1 74 88 103 130
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 불포화 폴리에스터 수지에 메틸 메타아크릴레이트를 첨가하였을 경우, 온도에 따른 점도의 변화가 작으며, 특히 낮은 온도에서도 저점도를 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 저온에서 작업시에도 골재가 균일하게 혼합된 콘크리트나 모르타르를 제조할 수 있으며, 강도면에서도 균일한 압축강도, 인장강도 및 휨강도를 가질 수 있음을 알 수 있다.
<실시예3 내지 실시예 4>
제조예 1에 의해 제조되는 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트에 있어서 촉진제로서 MEKPO(Methylethyl ketone peroxide)를 각각 결합제에 대하여 1%와 3%를 첨가한 것을 실시예 3 내지 실시예 4로 하고 하기 표 3과 같은 온도에서 경화시간을 측정하여 기재하였다.
<실시예 5 내지 실시예 6>
제조예 4에 의해 제조되는 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트에 있어서 촉진제로서 메틸 메타아크릴레이트의 양에 대해 BPO(Benzoyl peroide)와 DMA(N,N - dimethyl aniline)을 각각 1%씩 첨가하고, 불포화 폴리에스터 수지의 양에 대해서 MEKPO(Methylethyl ketone peroxide)를 1.5% 첨가한 것을 실시예 5로 하고, 메틸 메타아크릴레이트의 양에 대해 BPO(Benzoyl peroide)와 DMA(N,N - dimethyl aniline)을 각각 1.5%씩 첨가하고, 불포화 폴리에스터수지 의 양에 대해서 MEKPO(Methylethyl ketone peroxide)를 1.5% 첨가한 것을 실시예 6으로 하여 하기 표 3과 같은 온도에서 경화시간을 측정하여 기재하였다.
배합비(UP : MMA) 온도(℃)에 따른 경화시간(min)
20 0 -5 -10
실시예3 - 37±2 220±10 320±10 400±10
실시예4 20±2 200±10 290±10 360±10
실시예5 6 : 4 27±2 39±2 47±2 56±2
실시예6 20±2 36±2 43±2 50±2
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 불포화 폴리에스터 수지에 메틸 메타아크릴레이트가 첨가된 실시예 5 내지 실시예 6의 경우 불포화 폴리에스터 수지로만 이루어진 실시예 3 내지 실시예 4에 비해 온도에 따른 경화시간이 많이 차이나지 않은 것을 알 수 있으며, 특히 0℃ 이하의 온도에서는 실시예 3 내지 실시예 4의 경우에는 통상적으로 3시간이 넘는 경화시간을 갖는 반면 실시예 5 내지 실시예 6에 있어서는 1시간 이내에 모든 경화가 이루어지므로 낮은 온도에서도 성형이 잘됨을 알수 있다.
<실시예7>
제조예 1 에 의해 제조되는 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트와 제조예 4에 의해 제조되는 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트에 대하여 양생시간에 따른 조기강도를 20℃에서 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
배합비(UP : MMA) 양생시간(H) 압축강도(㎏f/㎠) 인장강도(㎏f/㎠) 휨강도(㎏f/㎠)
제조예1 - 3 321±5 38±2 96±2
6 400±5 45±2 110±2
12 527±5 57±2 140±2
24 730±5 75±2 175±2
72 830±5 95±2 200±2
168 930±5 116±2 230±2
제조예4 6 : 4 3 640±5 72±2 165±2
6 680±5 84±2 190±2
12 780±5 96±2 200±2
24 840±5 102±2 210±2
72 940±5 110±2 245±2
168 1020±5 123±2 260±2
상기 표 4에서 보는 바와 같이 불포화 폴리에스터로만 이루어진 제조예 1에 비해 불포화 폴리에스터 수지에 메틸 메타아크릴레이트를 첨가한 제조예 4의 경우는 양생시간에 따라 조기강도가 상당히 높게 발현되는 것을 알 수 있다. 따라서 프리케스트 제품 제조시 거푸집의 조기 탈형을 가능케 하여 거푸집의 회전율을 높일 수 있음을 알 수 있다.
<실시예 8>
제조예 1에 의해 제조되는 불포화 폴리에스터 폴리머 모르타르와 제조예 4에의해 제조되는 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스터 폴리머 모르타르의 수중 휨접착강도를 하기 표 5에 나타내었다.
<수중 휨 접착시험>
KS F 2482의 폴리에스터 레진 콘크리트의 휨강도 시험방법에 따라 6×6×24cm의 성형몰드내에 6×6×12cm의 크기로 미리 제작되고 양생완료된 일반시멘트 콘크리트 절편을 수중에 침적시켜 설치한 후, 불포화 폴리에스터 수지 모르타르 혹은 메틸 메타아크릴레이트 개질 불포화 폴리에스터 수지 모르타르를 수중타설하여 20℃ 온도에서 7일간 수중양생한 후 휨접착강도를 측정하였다.
배합비(UP : MMA) 수중 휨접착강도(㎏f/㎠)
제조예1 - 6
제조예4 6 : 4 60
상기 표 5에서 보는 바와 같이 불포화 폴리에스터로만 이루어진 제조예 1에 비해 불포화 폴리에스터수지에 메틸 메타아크릴레이트를 첨가한 제조예 4의 경우 수중 휨접착강도가 높게 나타남을 알 수 있으며, 따라서 수중에서 이루어지는 각종 구조물의 보수에도 용이하게 사용되는 것을 알 수 있다.
<실시예 9>
제조예 1 에 의해 제조되는 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트와 제조예 4에 의해 제조되는 불포화 폴리에스터 폴리머 콘크리트에 대하여 다음과 같이 색차를 측정하여 하기 표 6에 나타내었다.
<색차>
상기의 폴리머 콘크리트에 황색안료(수지의 3%)를 혼합한 다음 이를 6.5×2.5㎝의 나무판에 코팅하여 시험체를 제조한다. 상기 시험체를 내후성 시험기(Xenon lamp, 52±3℃, chamber humidity 50±5%, specimen rack diameter 20inches)를 사용하여 100, 200, 400, 800, 1600시간동안 촉진열화시킨 다음 KS A 0066규정에 따라 색차를 측정하여 하기 표 5에 나타내었다. 이 때 색차는 Rite사의 색차계를 사용하여 ΔL, Δa 및 Δb를 측정하고 하기 수학식 4를 이용하여 ΔE를 산출하였다.
ΔE =[(ΔL)2+ (Δa)2+ (Δb)2]1/2
배합비(UP : MMA) 시간(H)에 따른 색차( ΔE)
100 200 400 800 1600
제조예1 - 5.72 6.91 7.42 8.31 9.25
제조예4 6 : 4 4.34 4.74 5.24 6.03 6.98
상기 표 6에서 보는 바와 같이, 불포화 폴리에스터 수지에 메틸메타아크릴레이트를 첨가한 제조예 4의 경우에는 불포화 폴리에스터 수지로만 이루어진 제조예1에 비해 색차가 크지 않음을 알 수 있는데, 이는 메틸 메타아크릴레이트와 불포화 폴리에스터 수지의 공중합에 의해 내후성이 증진될 뿐만 아니라 폴리머 수지가 자외선에 의해 분해되는 것을 방지하는 효과가 있음을 추정할 수 있다.
상기와 같은 실시예들을 종합하여 볼 때 본 발명에 의해 제조되는 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 결합제는 저점도이면서도 온도의 변화에도 점도의변화가 거의 없기 때문에 낮은 온도에서도 저점도의 상태를 유지할 수 있어 사용이 수월하며 경화시간이 빨라 작업이 효율적으로 이루어 질 수 있다.
또한 상기와 같은 결합제를 사용하여 폴리머 콘크리트나 모르타르를 제조시에도 골재를 균일하게 혼합시키게 되므로 압축강도나 인장강도, 휨강도가 높은 제품을 얻을 수 있고, 조기강도가 높아 프리케스트 제품제조시 거푸집의 조기 탈형을 가능케 하여 거푸집의 회전율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 폴리머의 자외선 분해억제 성능을 가지므로 자외선 노출에 의한 구조물의 성능저하를 효율적으로 방지할 수 있다.
따라서 상기와 같은 본 발명의 결합제를 사용하여 제조된 폴리머 콘크리트나 모르타르의 경우, 전기통신선로, 가스공급 및 수로시스템에 사용되는 맨홀과 핸드홀, 파이프와 같은 지하구조물 분야나, 샌드위치 패널, 경량 단열 폴리머 콘크리트, 터널 측벽용 패널, 슬래브와 같은 상판제조분야와, 인조대리석, 외장판, 지붕재 등과 같은 장식재 분야와, 도로 중앙 방호벽, 연석, 교량 바닥공, 철도용 시설과 같은 교통시설물 뿐만 아니라 기존 콘크리트 관이나 박스구조물의 내,외부 라이닝용, 각종 콘크리트 구조물의 보수 보강용으로 사용할 수 있어 그 활용분야가 광범위하게 적용될 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 스타이렌을 함유하고 있는 불포화 폴리에스터 수지에 메틸 메타아크릴레이트를 첨가하여 저점도의 결합제를 만들 수 있기 때문에 상대적으로 고가인 결합제의 양을 줄일 수 있어 경제적이고, 온도에 따른 점도의 변화가 거의 없기 때문에 낮은 온도에서도 저점도로 사용할 수 있어 작업성이 좋으며, 경화시간이 빨라 공정시간을 효율적으로 단축시킬 수 있다는 효과를 가져오는 것이다.
또한 상기와 같은 결합제를 사용하여 폴리머 콘크리트나 모르타르를 제조할 경우 골재를 균일하게 혼합시키게 되므로 압축강도나 인장강도, 휨강도가 높은 제품을 얻을 수 있고, 특히 초기강도가 높아 프리케스트 제품제조시 거푸집의 조기 탈형을 가능케 하여 거푸집의 회전율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 폴리머의 자외선 분해억제 성능을 가지므로 자외선 노출에 의한 구조물의 성능저하를 효율적으로 방지할 수 있다는 효과를 가져오는 것이다.

Claims (2)

  1. 스타이렌을 함유한 불포화 폴리에스터수지를 주제로 하는 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 결합제 조성물에 있어서,
    스타이렌이 함유된 불포화 폴리에스터 수지 50내지 80%와, 메틸 메타아크릴레이트 20 내지 50%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 불포화 폴리에스터 수지가 불포화 폴리에스터 수지의 양에 대해서 5 내지 20%의 수축저감제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 및 모르타르용 메틸 메타아크릴레이트 개질 폴리에스터 조성물.
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