KR20100008480A - 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수도포제의 조성물과 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접착성, 지수성(방수성), 내구성, 내마모성, 영구 탄성 등 물리화학적 물성을 우수하게 개선한 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수 도포제 조성물과 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 5~50 중량%의 석유계 아스팔트, 1~20 중량% 이소시아네이트계 화합물, 10~50 중량%의 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지, 20~50 중량%의 표면처리된 반응성 무기 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄변성 아스팔트 방수 도포제 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.

아스팔트, 도포제, 폴리우레탄, 방수

Description

폴리우레탄 변성 아스팔트 방수도포제의 조성물과 제조방법 {Polyurethane-modified waterproof coating material and producing method of the same}

본 발명은 접착성, 지수성(방수성), 내구성, 내마모성, 영구 탄성 등 물리화학적 물성을 우수하게 개선한 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수도포제의 조성물과 그의 제조방법에 관한 것이다.

국내에서 생산되는 아스팔트 방수 도포제는 아스팔트를 석유계 용제에 혼합 용해 후 제조한다. 또 미국특허 제 3985694호와 같이 고분자 개질제를 혼합 용해한 아스팔트를 석유계 용제에 용해 후 제조할 수 있고, 대한민국 특허출원공개 제97-700234호와 같이 주쇄에 에폭시, 아민, 카르복실산, 수산화기 관능기와 아민, 알콜산, 폴리올, 폴리산 등 경화제를 혼합하여 제조할 수 있다. 그리고 대한민국 특허출원공개 제96-701955호와 같이 산화제 페릭클로라이드(FeCL)를 첨가하여 점도를 증가시키는 제조방법도 개시되어 있다.

이러한 방법에 의해 제조된 아스팔트 방수 도포제는 아스팔트 내의 아스팔트성분, 수지성분, 방향족성분, 삼투성 성분 등과 균일한 상용성이 없으므로 장기간 저장시나 고온 저장시는 상 분리되어 아스팔트 고유의 경화성으로 인한 노화와 상 분리, 이물질의 노출로 불량현상이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 석유계 아스팔트, 이소시아네이트계 화합물, 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지 및 표면처리된 반응성 무기재료를 화학적으로 반응을 시킴으로 접착성, 내마모성, 내구성, 내노화성, 영구 탄성 등 물리화학적 물성을 우수하게 개선한 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수도포제의 조성물과 그의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 무기충전제의 표면처리로 무기충전제의 수지와의 상용성과 분산성을 개선해 궁극적으로 도포제의 물리적 특성을 보다 효율적으로 높인 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수도포제용 조성물을 제공하고자 하는 것이다.

5~50 중량%의 석유계 아스팔트, 1~20 중량% 의 이소시아네이트계 화합물, 10~50%의 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지, 20~50 중량% 의 표면처리된 반응성 무기 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄변성 아스팔트 방수 도포제 조성물을 제공한다.

또한 다음 단계로 이루어지는 상기의 조성물의 제조방법을 제공한다.

5~50 중량%의 석유계 아스팔트와 석유계 용매 10~50 중량%를 혼합해 용해 후, 1~20 중량%의 이소시아네이트를 첨가해 유리 이소시아네이트의 양이 이론값에 대해 40~60%가 되는 시점까지 25~40℃에서 반응을 진행하는 1차 반응 단계;

1차 반응 생성물에 표면 처리된 반응성 무기 충전제를 20~50 중량% 혼합하 고 유리 이소시아네이트의 양이 이론값에 대해 10~20%가 되는 시점까지 실온 반응을 진행하는 2차 반응 단계;

2차 반응 생성물에 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지를 10~50 중량% 혼합 분산하여 25~55℃에서 가교 반응 진행 후 유리 이소시아네이트가 존재하지 않고 균일 용액화 될 때까지 반응을 진행하는 3차 단계.

본 발명에 의하면 아스팔트의 방수성과 폴리우레탄의 탄력성 및 무기재료의 내열성, 내후성이 발휘된 방수 도포제가 제조된다. 이 방수 도포제는 콘크리트,시멘트,철구조물에 도포시 방수, 지수, 방식, 방청성이 탁월하여 건물의 내구력을 보강하는 경제성 있는 토목건축 재료이다.

그리고 무기충전제의 표면처리로 무기충전제의 수지와의 상용성과 분산성을 개선해 궁극적으로 도포제의 물리적 특성을 보다 효율적으로 높이는 효과가 있다.

5~50 중량%의 석유계 아스팔트, 1~20 중량% 의 이소시아네이트계 화합물, 10~50 중량%의 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지, 20~50 중량%의 표면처리된 반응성 무기 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄변성 아스팔트 방수 도포제 조성물을 제공한다.

본 발명에서의 석유계 아스팔트는 25℃의 침입도가 100~400이고, 60℃의 동점도가 0.001~1.0㎡/s의 범위를 갖는 아스팔트를 사용하는 것이 바람직하다. 이 아스팔트는 석유제품의 최종 물질이므로 경제적인 측면에서 유리한 이점이 있고, 방수 기능을 한다. 단, 너무 많이 첨가할 경우 최종 물성에서 신율이 좋지 못한 결과를 초래할 수 있으므로, 5~50 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 이소시아네이트계 화합물은 이소포론디이시아네이트(IPDI), 메칠렌디이소시아네이트(MDI), 핵사메칠렌디이소시아네이트(HMDI), 이소프론디이소시아네이트(IPDI) 등과 이들의 2종 이상의 혼합물이 가능하다.

이것은 경화제로써 역할을 하고, 1~20중량%를 투입하는 것이 바람직하다.

본 발명의 합성수지는 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지이다. 아크릴수지, 비닐수지, 폴리에스터수지, 폴리 에테르수지, 폴리에칠렌수지, 고무변성수지, 폴리부타디엔수지, 석유수지 등에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 합성수지를 선택해서 첨가할 수 있다. 바람직하게는 수평균분자량이 100~100000인 폴리에스테르수지, 폴리아크릴수지, 폴리부타디엔수지를 택할 수 있다. 상기의 합성수지는 접착력을 보강하고, 인장강도, 내열성, 내구성 및 도막 강도(또는 탄성)를 증가시키기 위한 것이다. 첨가 비율은 10~50 중량%가 바람직하다.

본 발명에서의 무기 충전제는 실란계 커플링제로 표면처리된 것으로, 산화티타늄, 실리카, 탄산칼슘, 마이카, 탈크, 규회석, 벤토나이트 등에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 것을 첨가할 수 있다. 이 무기 충전제는 최종제품의 내구성 및 내열성을 개선하는 작용을 한다. 이것을 너무 적게 첨가하면 내구성 및 내열성 향상이 미미하고, 너무 많이 첨가하면, 도포제의 접착성이 떨어진다. 따라서 20~50 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

이때 이 무기충전제들은 단순히 첨가, 혼합하면 충전제와 수지와의 상용성이 좋지 않은 문제가 있기 때문에 무기충전제의 수지와의 상용성과 고른 분산성을 위해 실란계 화합물인 커플링제로 표면 처리하는 것이 중요하다. 상기 실란 화합물은 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane; TMOS), 테트라에톡시실란

(tetraethoxysilane; TEOS), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxy silane),메틸트리에톡시실란(methyltriethoxy silane), 아미노프로필트리메톡시실란(Aminopropyltrimethoxy silane)중 선택한 일종 또는 이종 이상의 것을 사용가능하다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 아래와 같은 제조방법을 제공한다.

(1차 반응단계)

석유계 아스팔트 5~50 중량%와 석유계 용매 10~50 중량%를 혼합하여 용해 후, 이소시아네이트 모노머를 1~20 중량% 혼합하여 반응시킨다. 25~40℃에서 3~5시간 반응 후 유리 이소시아네이트의 양이 이론값의 40~60 중량%가 되는 시점에서 1차 반응을 완료한다.

상기의 석유계 용매는 등유, 경유, 솔벤트, 미네랄 오일 등 일반적인 석유계 용매를 사용 가능하다. 이 석유계 용매는 아스팔트의 점도 조절의 기능을 하고, 분산성을 용이하게 한다.

디이소시아네이트의 R-NCO의 구조 중 NCO(이소시안산형 구조)는 습식 분석 방법으로 정량분석이 가능하고 이때 반응 초기의 NCO의 정량 분석값을 이소시아네이트의 이론값이라고 한다. 반응 중에 측정한 NCO의 정량 분석값을 초기의 NCO이론값에 대한 비율로 확인하여 반응의 단계를 결정한다. 이렇게 단계별로 반응을 진행 해야만 본 발명이 목적하는 우레탄 반응을 통한 균일한 아스팔트 접착제의 물성 향상을 유도할 수 있다.

(2차 반응단계)

1차 반응 생성물에 표면 처리된 반응성 무기 충전제를 20~50 중량% 혼합하고 유리 이소시아네이트의 양이 이론값의 10~20 중량%가 되는 시점까지 실온 반응을 진행한다. 이때 무기 충전제는 실란계 커플링제로 표면처리를 한 산화티타늄, 실리카, 탄산칼슘, 마이카, 탈크, 규회석, 벤토나이트 등에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물을 사용한다.

(3차 반응 단계)

2차 반응 생성물에 아크릴수지, 비닐수지, 폴리에스터수지, 폴리 에테르수지, 폴리에칠렌수지, 고무변성수지, 폴리부타디엔수지, 석유수지 등에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 것으로, 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지를 10~50 중량% 혼합 분산하여 25~55℃에서 가교 반응 진행 후 후 유리 이소시아네이트가 존재하지 않고 균일 용액화 될 때까지 반응을 진행한다.

본 발명의 도포제 조성물은 그 자체로도 사용 가능하고, 특히 내열성 및 내구성을 향상시키기 위해 시공시 폴리이소시아네이트 화합물을 첨가하여 사용할 수도 있다. 이로써 방수 도포제의 사용 용도나 시공 조건에 따라 적합한 물성으로 유연한 사용이 가능하다. 이때 이 폴리이소시아네이트 화합물의 배합량은 접착력의 관점에서 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수 도포제 100 중량부에 대해 폴리이소시아네이트 화합물 3~15 중량부, 더욱 바람직하게는 5~10 중량부로 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 다음과 같다. 단, 이것은 발명의 구현을 위한 예시이고, 발명의 기술사상을 실시예로 한정하는 것은 아님은 당업자의 입장에서 자명하다.

[실시예1] 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수 도포제 조성물의 제조

(1차 반응 단계)

도로포장용 아스팔트(아스팔트 시멘트) 500g, 경유 500g, 3구 스텐레스 반응기에 넣고 50℃에서 서서히 용해한 후, TDI(toluenediisocyanate) 50g을 넣고 아스팔트와 반응하도록 25~40℃에서 3시간 유지하여 유리 이소시아네이트의 양을 정량분석하여 이론값에 대해 50%로 될 때에 반응을 정지한다.

(2차 반응 단계)

별도의 스텐레스 반응기에 아미노프로필트리메톡시실란(Aminopropyltrimethoxy silane) 10g을 솔벤트 나프타(solvent naphtha) 500g에 희석한 후 200mesh 실리카 분말 500g을 넣고 3시간 분산하며 표면 처리한 다음, 상기의 1차 반응용액을 교반하면서 이 표면처리된 실리카를 서서히 혼합 후 유리이소시아네이트의 양이 이론값에 대해 10~20%가 존재하도록 반응을 진행한다.

(3차 반응 단계)

상기의 2차 반응 용액에 히드록시기를 가진 에틸렌글리콜 변성 폴리올(분자량 1000) 50g을 넣고 40~50℃에서 유리 이소시아네이트가 완전히 반응하도록 해 균일상태로 하여 합성을 완료한다.

합성 완료된 본 발명 조성물의 특성은 다음과 같다.

외관은 흑색 점조액이고, 비중은 1.4 (25℃)이며, 점도는 6000~8000cps (25℃)이다. 솔벤트 나프타(solvent naphtha), 아로마틱(aromatic)계 용매에 용해된다.

[시험 1] 아스팔트 방수제의 성능시험

상기의 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수 도포제와 기존 사용되는 아스팔트 방수제의 비교시험 결과 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수 도포제가 부착성,내마모성 , 굴곡강도, 탄성, 내열성, 내노화성이 우수하였다. 구제적인 내용은 표 1과 같다.

[표1] 기존의 방수도포제와 효과비교

[시험 2] 기존의 방수도포제와의 인장강도 및 신장률 비교 실험

본 발명의 인장성능을 비교예와 비교해서 실험을 한다. 도면 1의 a는 본 발명의 실시예에 의해서 제작된 도막의 시편이고, 도면 1의 b는 비교예인 종래의 에어 브라운(Air brown) 아스팔트 도포제 제품(이하 ABA 라고 한다)이다. 인장성능의 비교를 위해 인장 강도와 신장률을 측정한다. 본 발명과 ABA의 시편을 각각 3개씩 제작한다. 시편 형틀에서 시편을 4일간 양생하며, 시편 규격은 KS M 6518로 한다.

각각의 시편을 표준 상태에서 1시간 이상 방치한 후 인장 시험기에 물림간격 이 60mm가 되도록 시편을 부착하고, 500mm/min의 인장속도로 시편이 파단될 때까지 인장한다.

[표2] 인장성능 시험결과

표 2는 그 실험 결과이고, 도 2는 시편의 인장 성능 시험에서 절단된 시편의 사진이다.

본 발명은 위의 표와 같이 인장강도는 기존의 제품과 비교해서 2배 정도의 향상을 보였고, 신장률 또한 2.5배의 향상을 보였다. 도 2의 a는 본 발명의 절단사진으로 인장강도와 신장률이 높기 때문에 형체의 변성 없이 절단되었다. 그러나 ㄷ도 2 b의 ABA는 그 형태 유지를 못 하고 늘어나다가 다시 그 형태가 복원되지 못하고 늘어난 상태에서 절단되었다.

이 실험결과는 본 발명이 큰 인장강도로 인하여 내구성이 우수하며, 큰 신장률에 의해 시공된 후 하지면(콘크리트 바닥 등)의 신축팽창에 대한 적응성이 우수하다는 것을 보여준다.

도 1은 인장성능 시험을 위해 준비된 시편 사진

도 2는 인장성능 시험을 통해 절단된 시편 사진

Claims (4)

1. 5~50 중량%의 석유계 아스팔트, 1~20 중량% 의 이소시아네이트계 화합물, 10~50 중량%의 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지, 20~50 중량%의 표면처리된 반응성 무기 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수 도포제 조성물.
2. 청구항 1에 있어서, 합성수지는 아크릴수지, 비닐수지, 폴리에스터수지, 폴리 에테르수지, 폴리에칠렌수지, 고무변성수지, 폴리부타디엔수지, 석유수지 등에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 합성수지인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수 도포제 조성물.
3. 청구항 1에 있어서, 무기 충전제는 실리콘, 알미늄, 티타늄 알콜래이트 가교제로 표면처리된 것으로, 산화티타늄, 실리카, 탄산칼슘, 마이카, 탈크, 규회석, 벤토나이트 등의 반응성 무기 충전제인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 변성아스팔트 방수 도포제의 조성물.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항의 조성물의 제조방법은:

   5~50 중량%의 석유계 아스팔트와 석유계 용매 10~50 중량%를 혼합해 용해 후, 1~20 중량%의 이소시아네이트계 화합물을 첨가해 유리 이소시아네이트의 양이 이론값에 대해 40~60%가 되는 시점까지 25~40℃에서 반응을 진행하는 1차 반응 단계;

   1차 반응 생성물에 표면 처리된 반응성 무기 충전재료를 20~50 중량%로 혼합하고 유리 이소시아네이트의 양이 이론값에 대해 10~20%가 되는 시점까지 실온 반응을 진행하는 2차 반응 단계;

   2차 반응 생성물에 히드록시기를 가진 수평균분자량 100~100000의 합성수지를 10~50 중량% 혼합 분산하여 25~55℃에서 가교 반응 진행 후 유리 이소시아네이트가 존재하지 않고 균일 용액화 될 때까지 반응을 진행하는 3차 반응 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 변성 아스팔트 방수 도포제 조성물의 제조방법.

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