KR20100032869A - 다공성 재료를 보존하기 위한 혼합물 및 방법 - Google Patents
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Abstract
다공성 재료, 특히 석재 또는 목재로 구성된 물체를 보존하기 위한 액체 물질 혼합물에 있어서, 상기 혼합물은 유기 개질된 이산화실리콘 (오르모실), 특히 오르가노(알콕시)실란류로 이루어진 군으로부터의 2종 이상의 물질을 함유하는 혼합물과 관련되어 있다. 본 발명은 다공성 재료를 보존하기 위한 방법에도 역시 관련되어 있다.
Description
본 발명은 다공성 재료, 특히 석재 또는 목재로 구성된 물체를 보존하기 위한 메틸메타크릴레이트 무함유 물질 혼합물에 관한 것이다. 본 발명은 다공성 재료를 보존하기 위한 방법에도 역시 관련되어 있다.
이미 자연 풍화된 석재의 보존 및 풍화 방지는 때때로 보호 물질을 전달함으로써 상기 석재의 표면 (즉, 가시 영역 등)을 보호하고 강화시키는 원리로 수행된다. 그러나, 보호 물질의 전달은 도달되는 영역에서의 석재의 물성 변화를 가져온다. 상기 물성 변화는 때때로 간접 손상과 관련된다. 따라서, 어떤 보존 작용의 목표는 상기 물성 변화를 최소화하고, 그 석재의 전체 횡단면 (즉, 중심부에 이르기까지 전부)에 걸쳐 보존함으로써, 물성이 상이한 부분들을 제거하여야 한다.
이 요건은 그의 요점상 1972년 이래로 개발되어 온 완전한 아크릴 수지 함침법에 의하여 구현된 것으로, 이 방법에서는 미리 완전 건조시킨 석재를 침수조 내에서 진공 및 압력의 도움을 받아 메틸 메티크릴레이트 (MMA)에 의하여 그 중심까지 함침시키고, 이어서 상기 MMA를 중합시켜서 아크릴 유리로 되게 한다. 이 방법은 전체 함침 용액의 경화를 유발하기 때문에, 개공(開孔)을 PMMA로 완전히 채워서 수분 흡수성 및 공기 투과성이 완전히 억제되도록 한다.
다년간, 보호 효과와 강화 효과가 개공계(開孔系) 내부 보호막에 의하여 개공 벽면에 라이닝을 입힘으로써 달성되는 개공 보호법을 행하는 것이 역사적인 보호법에서 소망되어 왔다. 이러한 개공 벽면 라이닝의 목적은 "규산에스테르"라는 용어로 더 잘 알려져 있고, 반응 진행 후의 "최종 생성물"이 순수한 SiO2로 구성되는 실리카 겔인 테트라에톡시실란 (TEOS)의 사용 (역사적 보호법에 있어서 용인됨)으로는 달성되지 않는다. 이 겔은 가수 분해 및 축중합에 의하여 완전 반응시, 깨지기 쉽고 균열되며, 그 결과 얻은 SiO2는 단층이 형성된 블럭 형태로 개공 공간 내에 존재한다. 따라서, 보호 및 강화 효과는 때때로 빈약하고, 더욱이 추가의 미소공계(微小孔系)가 생성되므로, 수분 흡수 및 수분 방출에 관한 거동이 통제할 수 없는 영향을 받는다. 탄성이 충분한 막형성 실리카 겔을 생성시키기 위하여 이 실리카 겔을 개질하려는 시도는 성공된 바가 없었다. 내부 표면을 피복하는 데에만 적절한 계(系)는 모노머로 이루어져 있으므로, 매우 작은 개공 내부에까지도 침투할 수 있다. 모노머/폴리머계 (외부용으로 입증된 나노계)의 페인트형계는 이들의 다수의 개공계 내부로의 불충분한 침투능 때문에, 특히 석조물용으로는 부족하다.
본 발명의 목적은 다공성 재료 및 특정의 물체와 관련하여, 상기 개공계 내에 수분 및 오염물들의 공격에 대하여 내성인 보호층을 형성시킴과 동시에 상기 개공계가 없는 결합제를 생성하려는 것이다.
이러한 목적은 상기 혼합물이 유기 개질된 이산화실리콘, 특히 오르가노(알콕시)실란 (오르모실)으로 이루어진 군으로부터의 2종 이상의 물질을 함유하는 본 발명에 따라 달성된다.
놀랍게도, 오르가노(알콕시)실란 ("오르모실"이라고도 부름. 즉, 유기 개질된 이산화실리콘)의 상이한 혼합물들이 상기 내부 표면의 피복용으로 적절하다는 것이 밝혀지게 되었다. 나노계, 용매 및 고체류로 이루어진 "페인트"계와는 반대로, 상기 물질 혼합물들은 이들의 분자 크기 때문에 침투 거동이 매우 양호하고, 매우 작은 개공 내에까지도 침투가 가능하다.
일단 내부 공동(空洞)에 도달하게 되면, 이들 물질 혼합물은 가수 분해 및 축중합 반응에 의하여 경화되어 고체 함량이 4% 내지 69%, 특히 8% 내지 30%가 되도록 개공 벽면을 라이닝하는 막으로서 상기 개공 공간 중에 잔류하게 된다.
가수 분해 및 축중합 반응에 의하여 진행되는 경화 작용은 특히 부피가 큰 물체의 경우에 프로그램 제어 온도 및 수분 전달에 의하여, 놀라울 정도로 양호하게 제어될 수 있다.
놀랍게도, 실험 결과들은 대응하는 수분 성분을 가하여 가수 분해를 개시시킬 수 있는 한편, 고흡수성 다공성 재료들에 대하여 양호한 침투 거동을 충분한 시간 유지할 수 있다는 사실을 보여준다.
상기 개공 공간 중에서 형성된 실리카 겔은 균열이 없고 투명하며 접착력이 양호한 수불용성 막으로서 상기 개공 벽면에 뚜렷하게 피복되므로, 목적하는 개공 라이닝 효과가 발휘된다.
놀랍게도, 상기 필요로 하는 수분은 필요로 하는 침투 시간 도중에 상기 침투 거동에 더욱 강력한 부정적인 방식으로 영향을 주는 일이 없이 함침 직전에 전달될 수 있다.
접착 프라이머, 특히 오르가노실란을 1 내지 10%으로 가하는 것이 특히 유리하다. 액체인 아크릴레이트 무함유 물질 혼합물을 달성하는 것도 역시 중요하다.
본 발명의 유리한 실시 상태들은 종속 특허 청구 범위에 기재되어 있다.
이하, 본 발명을 예시하는 실시 상태들을 더 상세하게 설명하겠다.
본 발명에 따른 액체 물질 혼합물은 다공성 재료들, 특히 석재 또는 목재로 구성된 물체의 함침을 보존하는 데 사용된다.
글리시딜옥시프로필 트리메톡시실란 (GLYMO)과 아미노프로필 트리에톡시실란 (APTS)으로 이루어진 알코올 용액 상태인 활성 물질계의 두 가지 성분들은 피보존 재료의 개공계 내로 주입시키기 전에 화학양론적 양으로 혼합되고, 반응하여 말단 알콕시기가 6개인 중간체를 생성한다 (수분 방출). 상기 활성 물질계는 부분 가수 분해에 의하여 활성화 후 농축되어 (수분 및 알코올 방출) 실리카 겔을 생성하는데, 그 실리카 겔 구조 내에 저응력 겔 구조의 구조에 대한 스페이서로서 다소 기여하는 Si 원자 사이에 유기 성분들이 혼입된다 (예시 참조).
보존 액체는 상이한 조성일 수 있는데, 그 혼합물은 오르가노(알콕시)실란류 (오르모실)로 이루어진 군으로부터의 1종 이상의 물질을 함유한다.
이러한 맥락에서, 다음의 혼합물들이 특히 유리하다.
a) 상기 혼합물의 한 가지 물질은 1개 이상의 에폭시 단위를 함유하는 오르
모실이다.
b) 상기 혼합물의 한 가지 물질은 3-글리시딜옥시프로필 트리메톡시실란
(GLYMO)이다.
c) 상기 혼합물의 한 가지 물질은 1개 이상의 아민 관능기를 함유하는 오르
모실이다.
d) 상기 혼합물의 한 가지 물질은 감마-아미노프로필 트리에톡시실란 (APTS)
이다.
e) 이 혼합물의 두 가지 물질은 전술한 a) 및 c)로 특징지어지는 오르모실로
구성되어 있다.
f) 이 혼합물의 두 가지 물질은 전술한 b) 및 d)로 특징지어지는 오르모실로
구성되어 있다.
친수성 용매로서는 탄소 원자 수가 1 내지 6개인 알코올, 특히 에탄올 또는 메탄올을 첨가하는 것이 좋다.
1개 이상의 에폭시 단위를 함유하는 오르모실 대 1개 이상의 아민 관능기를 함유하는 오르모실의 질량비는 1:0.2 내지 1:10, 좋기로는 1:0.7 내지 1:1.7, 특히 좋기로는 1:0.07이다.
또 한 가지 대안은 1개 이상의 에폭시 단위를 함유하는 오르모실과 1개 이상의 아민 관능기를 함유하는 오르모실 외에, 1종 이상의 추가의 오르모실도 함유한다. 이러한 점에 있어서, 상기 추가의 오르모실은 다음과 같다.
- 감마-메틸아크릴옥시프로필 트리메톡시실란
- 비닐트리에톡시실란
- 디메틸디에톡시실란
- 디메틸디메톡시실란
상기 혼합물에 대응하는 수분 성분을 가하여 가수 분해를 개시시키는 것이 중요하다.
추가의
실시예
물체 형태의 다공성 재료, 예컨대 석재 또는 목편(木片)을 우선 건조시킨 다음, 2종 이상의 오르모실과 액체 용매, 좋기로는 에탄올 내에 함침시킨다. 1개 이 상의 에폭시 단위를 함유하는 오르모실 대 1개 이상의 아민 관능기를 함유하는 오르모실의 중량비는 1:1.07이다. 유리한 혼합물은 2.4 g의 오르모실 1과 2.3 g의 오르모실 2 및 28 g의 에탄올로 구성된다. 28g의 에탄올을 사용하면, 상기 물체 중에서 약 9.5 내지 약 10%의 고체 침전이 달성된다. 이러한 점에 있어서, 선택된 에탄올 성분은 0 내지 50 g일 수 있다.
이 방법은 상기 물체에 대하여 풍화 방지를 향상시킬 뿐만 아니라 강도도 역시 높여주는 결과로 된다. 이것은 탄성 계수가 크게 상승한 사실로부터 명백하다.
Claims (15)
- 다공성 재료, 특히 석재 또는 목재로 구성된 물체를 보존하기 위한 메틸 메타크릴레이트 무함유 액체 물질 혼합물에 있어서, 상기 혼합물은 유기 개질된 이산화실리콘 (오르모실), 특히 오르가노(알콕시)실란류로 이루어진 군으로부터의 2종 이상의 물질을 함유하는 것인 다공성 재료, 특히 석재 또는 목재로 구성된 물체를 보존하기 위한 메틸 메타크릴레이트 무함유 액체 물질 혼합물.
- 제1항에 있어서, 상기 혼합물의 한 가지 물질은 1개 이상의 에폭시 단위를 함유하는 오르모실인 것인 물질 혼합물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합물의 한 가지 물질은 3-글리시딜옥시프로필 트리메톡시실란 (GLYMO)인 것인 물질 혼합물.
- 선행 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 혼합물의 한 가지 물질은 1개 이상의 아민 관능기를 함유하는 오르모실인 것인 물질 혼합물.
- 선행 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 혼합물의 한 가지 물질은 감마-아미노프로필 트리에톡시실란 (APTS)인 것인 물질 혼합물.
- 선행 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 친수성 용매, 좋기로는 탄소 원자 수가 1 내지 6개인 알코올을 더 함유하는 것이 특징인 물질 혼합물.
- 제6항에 있어서, 상기 알코올은 에탄올 또는 메탄올인 것인 물질 혼합물.
- 제2항 내지 제7항에 있어서, 상기 1개 이상의 에폭시 단위를 함유하는 오르모실 대 1개 이상의 아민 관능기를 함유하는 오르모실의 중량비는 1:0.2 내지 1:10, 좋기로는 1:0.7 내지 1:1.7, 특히 좋기로는 중량비가 1:1.07인 것인 물질 혼합물.
- 선행 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 1개 이상의 에폭시 단위를 포함하는 오르모실과 1개 이상의 아민 관능기를 함유하는 오르모실 외에 1종 이상의 추가의 오르모실도 역시 함유하는 것인 물질 혼합물.
- 제9항에 있어서, 상기 혼합물에 첨가되는 추가의 오르모실은 감마-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란인 것인 물질 혼합물.
- 제9항에 있어서, 상기 혼합물에 첨가되는 추가의 오르모실은 비닐트리에톡시실란인 것인 물질 혼합물.
- 제9항에 있어서, 상기 혼합물에 첨가되는 추가의 오르모실은 디메틸디에톡시실란인 것인 물질 혼합물.
- 제9항에 있어서, 상기 혼합물에 첨가되는 추가의 오르모실은 디메틸디메톡시실란인 것인 물질 혼합물.
- 선행 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 혼합물은 가수 분해 개시를 위하여 대응하는 수분 성분을 더 함유하는 것인 물질 혼합물.
- 다공성 재료를 오르모실로 함침시킨 다음 건조시킴으로써 선행 청구항들 중 어느 하나의 항에 따른 혼합물을 사용하여 다공성 재료를 보존하는 방법.
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