KR20110039731A - 나노세라믹과 고분자수지를 포함한 콘크리트 중성화 및 염해 방지용 도료 조성물 및 이를 이용한 방수방식공법 - Google Patents

나노세라믹과 고분자수지를 포함한 콘크리트 중성화 및 염해 방지용 도료 조성물 및 이를 이용한 방수방식공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부환경에 의해 점차적으로 열화되는 콘크리트에 대해, 그 손상원인물질을 원천적으로 차단함으로써 중성화 및 염해를 방지하는, 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 방수방식공법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 각종 해양 환경 하에 있는 콘크리트 구조물, 항만구조물, 지하구조물, 노출구조물, 오랜 수명으로 중성화가 진행된 구조물, 건습 반복작용을 자주 받는 교량 구조물, 염화칼슘 및 SOx, NOx 등에 의하여 화학적으로 침식작용이 발생한 구조물 등과 같이 대기중 및 수중 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화를 방지하기 위한 도료용 고분자 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내염해성 및 중성화 방지 능력이 우수하고, 공기 중 또는 수중에서 경화시간 조절이 가능하며 콘크리트 구조물과의 접착력이 뛰어난 고분자 도료 조성물에 관한 것이다.
고분자 도료, 콘크리트, 세라믹 도료, 방수재, 방식재, 염해, 중성화

Description

나노세라믹과 고분자수지를 포함한 콘크리트 중성화 및 염해 방지용 도료 조성물 및 이를 이용한 방수방식공법 {Paint Composition Including Nano-Ceramic and Polymer Resin Against Neutralization and Salt Damage of Concrete and Method for Waterproof and Anticorrosion Using the Same}
본 발명은 외부환경에 의해 점차적으로 열화되는 콘크리트에 대해, 그 손상원인물질을 원천적으로 차단함으로써 중성화 및 염해를 방지하는, 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 방수방식공법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 각종 해양 환경 하에 있는 콘크리트 구조물, 항만구조물, 지하구조물, 노출구조물, 오랜 수명으로 중성화가 진행된 구조물, 건습 반복작용을 자주 받는 교량 구조물, 염화칼슘 및 SOx, NOx 등에 의하여 화학적으로 침식작용이 발생한 구조물 등과 같이 대기중 또는 수중 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화를 방지하기 위한 도료용 고분자 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내염해성 및 중성화 방지 능력이 우수하고, 공기중 또는 수중에서 경화시간 조절이 가능하며 콘크리트 구조물과의 접착력이 뛰어난 고분자 도료 조성물에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 초기에 주재료인 시멘트가 물과 섞이면 pH 12~13의 강알카리성 수산화칼슘을 만들고, 이에 따라 콘크리트 내부의 철근은 알카리성 피복에 둘러싸여 있어 녹이 슬지 않는다. 그러나, 콘크리트 구조물의 표면에 도막이 없으면, 다공질의 콘크리트 표면에 염화물 등 유해한 화합물이 부착하기 쉬우며 이러한 유해 화합물이 부착된 콘크리트는 빗물, 바람 등에 의해서도 쉽게 떨어지기 때문에 유해 화합물이 더욱 쉽게 침투하게 된다.
또한, 콘크리트 구조물 중 콘크리트 조성물이 불균일하게 분포된 시공이음부와 조인트 등 취약부분에서 염화물은 급속히 침투하여 축적량이 증가하고, 이에 따라 콘크리트 및 강재(철근)가 조기에 부식된다. 더욱이, 상기 염화물은 다량의 수분을 끌어들여 겨울철 동파를 초래한다. 콘크리트에 이러한 결함이 없어도 콘크리트 표면에 부착한 염화물은 상당량이 내부로 이동하는 것으로 알려져 있다.
또한, 이산화탄소와 콘크리트와의 탄산화 반응, 외부의 산성비, 오염된 대기, CO2, SO2, 염해 등에 의해서도 중성화가 서서히 진행되어 콘크리트 구조물이 열화(劣化)되고, 결국 콘크리트 구조물의 수명을 단축시키게 된다. 따라서 콘크리트 구조물은 초기에 유해 화합물에 대한 차폐층을 형성시키는 것이 콘크리트 및 철근의 부식을 방지하는데 유효한 방법으로 알려져 있다.
상기 차폐층의 형성을 위해 콘크리트에 사용되는 도료는, 콘크리트의 특성에 적합한 함침성, 방수성, 내알칼리성을 가져야 하며, 접착력, 내마모성, 내후성 등 도막으로서의 성능이 좋아야 한다. 콘크리트 표면에 적용하는 도료는 또한 내화학 성 이외에도 수밀성, 내마모성 및 높은 경도 등의 도막물성이 요구되는데, 이러한 물성을 갖는 도료의 경우, 도막표면에 염화물 등 각종 유해 화합물이 부착하기 어렵고 또한 빗물에 의해 쉽게 씻겨나가기 때문이다. 나아가, 이러한 조건을 갖춘 도막의 염화물 이온 투과성은 극히 작기 때문에 염화물 이온의 내부 침투가 거의 없다.
일반 콘크리트 구조물 (교량, 교각, 터널, 해양구조물, 정수장, 하수시설물 등)에 대한 기존의 염해방지용 도료로는 세라믹계, 금속계, 에폭시계 등이 다양하게 적용되고 있으나, 외부환경에 따른 내구성 (부식, 중성화, 열화, 염해, 동결융해 등)에 많은 문제가 있으며, 습윤 및 수중 상태에서 작업이 불가능하다.
일반적으로 국내외에서 사용하고 있는 콘크리트구조물 중성화/염해 방지용 도료로는 주로 금속분말과 접착제로 이루어진 것과 세라믹계 방식용 도료가 주종을 이루고 있다.
상기 접착제로서 일반적으로 사용되는 에폭시수지는 내수성, 접착성 및 내약품성이 우수하여 구조물의 접착제 및 코팅제 등으로 널리 사용되고 있는 바, 주제로 가장 많이 사용되고 있는 수지는 비스페놀A형, 비스페놀F형, 삼관능성 에폭시수지, 사관능성 에폭시수지, 노볼락 에폭시수지 및 가소성 에폭시수지 등이다.
상기의 에폭시수지들을 주제로 사용하는 종래의 에폭시 도료는 내약품성, 부착성 및 기계적 특성 등이 우수한 반면, 에폭시수지의 분산에 사용되는 유기용제로 인하여 환기가 원활하지 않은 곳에서의 작업성이 저하되고, 화재나 폭발에 대한 위험성도 클 뿐만 아니라 유해 유기용제의 배출에 따른 환경오염 유발 등의 문제점이 있었다. 그리고, 상기 문제점의 해결을 위해 수용성 에폭시 도료가 연구된 바 있으나, 도막 물성이 유기용제를 사용한 경우에 미치지 못하여, 친환경성 에폭시 도료에 대한 산업계 요구는 몹시 큰 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내화학성과 부착성 등의 도료 기본 물성이 뛰어나고 조직이 치밀하여 염화물 이온, SOx, NOx, 대기 중에 포함된 황산염 등의 침투를 원천적으로 차단할 수 있으며, UV와 수분에 저항성이 뛰어나고 미관적으로 우수하며, 친환경적으로 도포할 수 있는 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 방수방식공법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,
(A) 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부;
아크릴레이트수지 20.3 내지 37.6 중량부;
반응성 에폭시 희석제 7.4 내지 13.7 중량부;
실리콘카바이드(SiC) 9.2 내지 17.1 중량부;
알루미나 9.2 내지 17.1 중량부;
실리카 9.2 내지 17.1 중량부;
ZnO 11.1 내지 20.5 중량부;
TiO2 16.6 내지 30.8 중량부;
CaCO3 12.9 내지 23.9 중량부;
무기안료 14.7 내지 27.4 중량부;
친수성 실리카 미분 0.7 내지 1.4 중량부;
친유성 클레이 미분 0.7 내지 1.4 중량부;
에폭시계 실란 커플링제 0.2 내지 0.3 중량부;
소포제 0.4 내지 0.7 중량부;
분산제 0.7 내지 1.4 중량부;
자외선 안정제 0.4 내지 0.7 중량부; 및
자외선 차단제 0.6 내지 1.0 중량부
를 포함한 주제; 및
(B) 변성 지환족아민 100 중량부;
무황변 폴리이소시아네이트 경화제 15.0 내지 27.9 중량부;
실리카 16.3 내지 30.2 중량부;
CaCO3 20.0 내지 37.1 중량부;
친수성 실리카 미분 1.3 내지 2.3 중량부;
친유성 클레이 미분 0.5 내지 0.9 중량부;
소포제 0.8 내지 1.4 중량부; 및
분산제 1.3 내지 2.3 중량부
를 포함한 경화제
로 이루어지고, 상기 주제:경화제의 중량비가 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 1:1 내지 4:1, 보다 바람직하게는 1:1 내지 3:1인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비스페놀A형 에폭시수지의 에폭시 당량은 180 내지 195 g/eq인 것이 바람직하다.
또한, 상기 비스페놀A형 에폭시수지의 점도는 25 ℃에서 11000 내지 14000 cps인 것이 바람직하다.
또한, 상기 반응성 에폭시 희석제의 에폭시 당량은 250 내지 400 g/eq인 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리콘카바이드의 평균 입경은 300 내지 500 nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미나는 이소결성 (easily sinterable)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미나의 평균 입경은 500 내지 1000 nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 ZnO의 평균 입경은 500 내지 1000 nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 TiO2의 평균 입경은 100 내지 300 nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 주제를 구성하는 CaCO3의 평균 입경은 500 내지 1000 nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 주제를 구성하는 무기안료는 Fe2O3인 것이 바람직하다.
또한, 상기 친수성 실리카 미분의 평균 입경은 5 내지 10 nm인 것이 바람직 하다.
또한, 상기 친수성 실리카 미분의 비표면적(BET)은 250 내지 350 m2/g인 것이 바람직하다.
또한, 상기 친유성 클레이 미분의 평균 입경은 1 내지 5 ㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 친유성 클레이 미분의 벌크 밀도는 250 내지 500 g/ℓ인 것이 바람직하다.
또한, 상기 변성 지환족아민의 아민 당량은 200 내지 350 mgKOH/g인 것이 바람직하다.
또한, 상기 변성 지환족아민의 겔 타임은 30 분 내지 1 시간인 것이 바람직하다.
또한, 상기 무황변 폴리이소시아네이트 경화제의 점도는 230 내지 450 cps인 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리카의 평균 입경은 700 내지 1500 nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화제를 구성하는 CaCO3의 평균 입경은 300 내지 500 nm인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 콘크리트 방수방식공법은
콘크리트 표면에 침투성 에폭시 프라이머를 코팅하는 단계; 및
상기 에폭시 프라이머가 1 내지 10 mm 두께로 상기 콘크리트 표면에 침투된 후 상기 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물을 상기 에폭시 프라이머 위에 1 내지 5 회 코팅하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물은 기존 콘크리트 구조물과의 접착력이 뛰어나고, 강도성능이 우수하다. 또한, 신너(thinner)나 유기용매를 사용하지 않는 친환경 도료 조성물로서, 물과의 접촉면에서 인체유해물질이 용출되지 않는다. 그리고, 본 발명의 도료 조성물은 동결융해에 대한 피해가 거의 없어 콘크리트의 내구성이 크게 향상되고, 염해환경 및 고부식성환경에서 방식성 (황산염, 탄산염 등) 및 내화학성 (황산, 염산, 질산, 염화칼슘 등)이 우수하다. 나아가, UV차단성이 뛰어나 변색 및 들뜸 발생이 적고, 시공의 편리성, 품질안정성, 유지관리의 경제성 등에서 우수하다.
또한, 본 발명의 고분자 도료 조성물은 배기가스 (아황산가스, 아질산가스 등) 또는 탄산가스와 수산화칼슘의 접촉으로 인해 콘크리트가 중성화됨으로써 발생하는 콘크리트의 열화를 방지할 수 있으며, 염해에 노출시 콘크리트 자체의 염해방지 뿐만 아니라 내부 철근의 부식 역시 방지할 수 있다. 따라서 본 발명기술은 이상과 같은 콘크리트 보호성능으로, 이산화탄소의 농도가 상대적으로 높은 도심 구조물, 염해에 노출되어 있는 해안가 구조물, 열악한 상황 하에 노출되어 있는 지하 구조물 등 철근 콘크리트 구조물 전체에 적용이 가능하여 파급력이 크다고 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 상기 고분자 도료 조성물을 도포하여 콘크리트 구조물에 일차적으로 침투로 인한 콘크리트 표면을 강화하고 방수방식성을 나타내며, 이차적으로 내염해성 및 내화학성, 내열성, 내마모성, 중성화 방지 능력이 우수하고, UV차단 및 안정성이 뛰어나, 구조물의 표면을 보호하고 콘크리트 열화의 외적 요인인 염화물, 이산화탄소, 수분 등을 차단시켜 콘크리트 구조물을 염해 및 중성화로부터 보호함으로써 구조물의 미관을 유지하고 내구성을 향상시키는 데 그 목적이 있는 콘크리트 표면보호를 위한 방수방식공법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 주제를 구성하는 에폭시수지는 대표적인 에폭시수지라 할 수 있는 비스페놀A형 에폭시수지 중 에폭시 당량이 180 내지 195 g/eq의 것을 사용한다. 상기 당량 범위의 에폭시수지를 사용함으로써 목적하는 도막 물성을 확보할 수 있고, 도막의 외관 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 에폭시수지는 25 ℃에서의 점도가 11000 내지 14000 cps인 것이 상기 목적 달성 및 생산성을 담보할 수 있다. 이러한 당량 및 점도 범위를 만족시키는 비스페놀A형 에폭시수지는 후술할 변성 지환족아민 경화제와 혼합시 신너나 유기용제 없이도 방식성, 수밀성, 내화학성 등이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
본 발명의 고분자 도료 조성물의 주제는 상기 비스페놀A형 에폭시수지 외에 아크릴레이트수지, 반응성 에폭시 희석제, 및 에폭시계 실란 커플링제를 포함함으로써 방식성, 수밀성, 내화학성 등 상기 물성을 가질 수 있으며, 결합제로서의 기능이 최적화된다. 특히, 에폭시수지 외에 아크릴레이트수지를 함유함으로써 경화시 콘크리트 기재에는 에폭시수지가, 반대쪽 (외부 방향)에는 아크릴레이트수지가 위치하는 복합도막층을 얻을 수 있다. 이러한 아크릴레이트수지의 함량은 상기 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 20.3 내지 37.6 중량부인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 주재료 성분의 점도조절 및 반응성을 제어하기 위하여 에폭시 당량 135~330 g/eq 정도의 BGE(부틸 글리시딜 에테르), PGE(페닐 글리시딜 에테르), 지방족 글리시딜에테르(C12-C14) 등의 반응성 에폭시 희석제를 사용한다. 본 발명의 고분자 도료 조성물은 이러한 반응성 에폭시 희석제를 상기 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 7.4 내지 13.7 중량부의 양으로 함유하는 것이 바람직하다. 7.4 중량부 미만이면 희석 효과가 떨어지기 때문에 조성물의 교반이 불가능하며, 13.7 중량부를 초과하면 주제 조성물의 점도가 지나치게 감소하며 주제와 경화제의 반응을 방해하는 역할을 한다. 그리고, 상기 반응성 에폭시 희석제의 에폭시 당량은 250 내지 400 g/eq인 것이 바람직하다.
본 발명의 고분자 도료 조성물은 또한 나노세라믹 입자를 다량 함유하는데, 구체적으로 실리콘카바이드, 알루미나, 실리카, ZnO, TiO2, 및 CaCO3가 포함된다. 이들 세라믹입자는 평균 입경이 나노 범위인 것이 바람직한데, 구체적으로 상기 실리콘카바이드의 평균 입경은 300 내지 500 nm, 상기 알루미나의 평균 입경은 500 내지 1000 nm, 상기 실리카의 평균 입경은 700 내지 1500 nm, 상기 ZnO의 평균 입경은 500 내지 1000 nm, 상기 TiO2의 평균 입경은 100 내지 300 nm, 그리고 CaCO3의 평균 입경은 500 내지 1000 nm인 것이 바람직하다.
이 중에서도 실리콘카바이드는 천연광물로 존재하지 않으므로 인공적으로 합성하며, 고온에서의 화학적 안정성 및 내식성이 뛰어나고 높은 경도를 갖는다. 이러한 실리콘카바이드와 알루미나 초미립자 분말이 건조 중에 도막의 표면으로 부상하여 치밀하고 경도가 높은 도막을 형성하기 때문에, 수증기와 기타 기체, 액체의 투과를 방지함은 물론, 내습성, 내구성, 내후성, 내충격성, 내약품성이 뛰어나고 도장 면은 빛을 반사하여 자외선으로부터 도막을 보호하게 된다. 또한, 실리콘카바이드와 알루미나의 뛰어난 열적 안정성으로 인하여 피착물의 온도상승을 방지함으로써 콘크리트의 수축, 팽창을 감소시키며 수지의 중성화/염화를 방지하여 도장의 내구성을 장기간 유지시킨다. 본 발명의 고분자 도료 조성물은 이러한 실리콘카바이드 분말을 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 9.2 내지 17.1 중량부 함유한다. 실리콘카바이드가 9.2 미만이면 내약품성 및 제 특성을 발휘하지 못하고, 17.1 중량부를 초과하면 점도 증가로 인하여 작업성이 떨어지고 도막의 경도가 지나치게 증가하여 취성파괴를 일으킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 주제는 또한 알루미나를 함유하는데, 높은 경도를 가지며 강도 및 내식성이 매우 뛰어나다. 상기 알루미나는 특히 이소결성 (easily sinterable)인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 이러한 알루미나의 함량은 상기 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 알루미나 9.2 내지 17.1 중량부를 함유하는 것이 바람직한데, 9.2 중량부 미만이면 자외선반사, 부식방지 등의 기능을 발휘하지 못하고, 17.1 중량부를 초과하면 점도 및 비중 증가로 인하여 작업성이 떨어진다.
기타 나노세라믹 입자들의 함량은 상기 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 실리카 9.2 내지 17.1 중량부, ZnO 11.1 내지 20.5 중량부, TiO2 16.6 내지 30.8 중량부, 및 CaCO3 12.9 내지 23.9 중량부인 것이 본 발명 도료의 물성 발휘를 위해 바람직하다. ZnO 및 TiO2 함량이 상기 범위 미만이면 자외선 차단 및 반사효과 그리고 오염물 정화효과를 기대할 수 없으며, 상기 범위를 초과하면 도막이 빛을 과도하게 반사함으로써 도로 등 안전을 요하는 구조물에 사용할 수 없다.
다음으로, 본 발명의 주제를 구성하는 안료는 무기안료, 그 중에서도 특히 Fe2O3를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 무기안료는 주제를 구성하는 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 14.7 내지 27.4 중량부를 첨가하는 것이 바람직한데, 14.7 중량부 미만에서는 선명한 색을 발현시키지 못하고, 27.4 중량부를 초과하면 도막이 경화하는 데 시간이 지나치게 길어져 경제성이 현저히 떨어지며, 도막의 표면조도가 거칠어지는 등 물성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.
한편, 본 발명의 또 하나의 커다란 특징을 이루는 것은 친환경성 제고를 위해 요변제 역시 세라믹 미분상 요변제를 사용하였다는 것이다. 본 발명의 주제를 구성하는 세라믹 미분상 요변제는 친수성 실리카 미분 및 친유성 클레이 미분의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 친수성 실리카 미분은 특히 평균 입경 5 내지 10 nm 범위의 것이 바람직하며, 비표면적(BET)은 250 내지 350 m2/g 범위의 것이 본 발명의 목적 구현을 위해 바람직하다.
그리고, 친유성 클레이 미분은 평균 입경 1 내지 5 ㎛ 범위의 것이 바람직하며, 벌크 밀도는 250 내지 500 g/ℓ 범위의 것이 바람직하다.
상기 친수성 실리카 미분 및 친유성 클레이 미분의 함량은 본 발명의 주제를 구성하는 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 각각 0.7 내지 1.4 중량부를 함유하는 것이 도막의 흐름성 및 유변학적 특성을 향상시킬 수 있어 도막의 강도, 경도 및 표면조도의 발현을 위해 바람직하다. 상기 함량이 0.7 중량부 미만인 경우 상기 효과를 기대할 수 없으며, 1.4 중량부를 초과하는 경우 도막의 표면조도 및 작업성에 나쁜 영향을 미치며, 심하면 도막이 아예 형성되지 않고 페이스트 형태로 남는다.
전술한 나노세라믹 입자와 상기 세라믹 미분상 요변제를 함유함으로 인해 본 발명의 고분자 도료 조성물은 심하게 손상된 콘크리트 구조체의 단면을 보수하는 데 적합한 페이스트 상태를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에서 도료와 피착물과의 접착력 향상을 위하여 사용하는 커플링제는 분자량 220~250 내외의 에폭시계 실란화합물(3-글리시독시프로필트리메톡시실란)을 사용한다. 아울러, 아미노계 실란(3-아미노프로필트리에톡시실란), 아크릴계 실란(3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란), 메르캅토계 실란(3-메르캅토프로필 트리메톡시실란) 등도 사용할 수 있다. 본 발명의 고분자 도료 조성물은 이러한 실란 화합물을 상기 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 0.2 내지 0.3 중량부의 양으로 함유한다. 실란 화합물은 서로 성질이 다른 이종(異種) 재료 사이의 접착력을 높이는데 업계에서 통상적으로 사용하고 있는 가장 적합한 비율이며, 0.2 중량부 미만 또는 0.3 중량부를 초과하여 함유하게 되면 접착력 증진 효과를 기대할 수 없다.
본 발명에서는 또한 주제 제조시 발생하는 기포의 제거를 위해 소포제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 소포제의 첨가량은 상기 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 0.4 내지 0.7 중량부가 바람직한데, 0.4 중량부 미만에서는 소포기능이 나타나지 않으며, 0.7 중량부를 초과하면 도막의 열화 및 블러싱 현상이 나타난다.
그리고, 상기 제 성분의 균일한 분산을 위해 분산제를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 분산제는 주제를 구성하는 비스페놀A형 에폭시수지 및 무기안료를 고려하여 안료친화기를 갖는 고분자량의 블록공중합체 용액을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 주제에 사용되는 분산제의 첨가량은 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 0.7 내지 1.4 중량부가 바람직한데, 상기 범위 를 벗어나면 안료의 응집, 광택저하 및 접착의 결함이 발생되고, 도막의 견고성이 떨어질 뿐만 아니라 황화 등이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 고분자 도료 조성물을 구성하는 주제는 또한 도막의 자외선 내성 제고를 위해 상기 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부 당 자외선 안정제 0.4 내지 0.7 중량부, 및 자외선 차단제 0.6 내지 1.0 중량부를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 함량 범위 미만에서는 자외선 차단 효과를 충분히 기대하기 어려우며, 상기 범위를 초과하는 경우 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 도막 물성에도 나쁜 영향을 가져올 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 경화제는 도막의 베이스를 구성하는 비스페놀A형 에폭시수지와의 반응성을 고려하여 변성 지환족아민을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 특히 습한 환경 나아가 물 속에서도 경화가 가능한 저온경화형을 구비하는 것이 바람직하다.
이를 위해서는 상기 경화제의 아민 당량이 200 내지 350 mgKOH/g이며, 겔 타임은 30 분 내지 1 시간 범위의 것이 특히 바람직하다. 나아가, 점도는 230 내지 450cps 정도인 것이 바람직하다. 이를 통해 신너나 유기용제 없이도 요구조건을 충족시키는 도막을 형성할 수 있으며, 특히 철근 콘크리트에의 적용시 뛰어난 물성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 경화제에는 상기 변성 지환족아민 외에 무황변(non-yellowing) 폴리이소시아네이트 경화제를 상기 변성 지환족아민 100 중량부 당 15.0 내지 27.9 중량부 포함함으로써 경화와 함께 황변을 예방하는 것이 바람직하 다.
본 발명의 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물에 사용되는 경화제는 전술한 주제에서와 마찬가지로 나노세라믹 입자, 특히 실리카와 CaCO3를 함유하는 것이 바람직하다. 이들 나노세라믹 입자의 기능은 앞서 주제에서 설명한 바와 같으며, 함량은 변성 지환족아민 100 중량부 당 실리카 16.3 내지 30.2 중량부, CaCO3 20.0 내지 37.1 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 경화제에는 또한 전술한 평균 입경, 비표면적 및 벌크 밀도 범위를 갖는 세라믹 미분상 요변제를 포함할 수 있는데, 친수성 실리카 미분 및 친유성 클레이 미분은, 본 발명의 변성 지환족아민 100 중량부 당 각각 1.3 내지 2.3 중량부, 및 0.5 내지 0.9 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 제시한 함량 미만인 경우 도막의 강도, 경도 및 표면조도가 요구조건을 충족시키지 못하고, 초과하는 경우에는 도막의 표면조도 및 작업성에 나쁜 영향을 미친다.
추가로, 본 발명의 경화제는 상기 주제에 첨가된 것과 같은 소포제를 더 포함하는 것이 바람직한데, 첨가량은 변성 지환족아민 100 중량부 당 0.8 내지 1.4 중량부가 바람직하며, 0.8 중량부 미만에서는 소포기능이 나타나지 않고, 1.4 중량부를 초과하면 도막의 열화 및 블러싱 현상이 나타난다.
마지막으로, 본 발명의 경화제는 상기 주제에 첨가된 것과 같은 분산제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 분산제의 첨가량은 변성 지환족아민 100 중량부 당 1.3 내지 2.3 중량부가 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 광택저하 및 접 착의 결함이 발생되고, 도막의 견고성이 떨어질 뿐만 아니라 황화 등이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 상기 주제:경화제의 배합비율은 중량비 기준으로 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 1:1 내지 4:1, 보다 바람직하게는 1:1 내지 3:1인 것이 바람직하다. 주제:경화제 = 5:1 보다 경화제의 양이 적으면 에폭시기와 반응할 아민기가 절대적으로 부족하게 되어 도료로서의 성능을 발휘할 수 없으며, 1:1 보다 경화제의 양이 많으면 주제 조성물과 급격히 반응하거나, 미반응된 과잉의 아민 화합물이 조성물 내에 잔존하여 물성의 저하를 초래할 수 있다.
본 발명의 콘크리트 방수방식용 도료 조성물은 주제와 경화제가 대기중 또는 물 속에서 서로 혼합될 때 30 분 이내에 경화되기 시작하여 일반적으로 2 시간 이내에 완전히 경화되므로, 주제와 경화제를 혼합하여 사용하는 2액형 조성물의 형태로 제조한다.
먼저, 주제는 비스페놀A형 에폭시수지와 소량의 분산제를 먼저 저속으로 혼합한 다음, 소포제와 요변제를 제외한 나머지 성분들을 투입하여 고속으로 충분히 분산시킨다. 다음으로 친수성 실리카 미분과 친유성 클레이 미분의 요변제를 조금씩 투입하면서 4000 rpm 이상의 고속으로 30 분 이상 혼합한다. 최종적으로는 생성된 혼합물에 소량의 소포제를 넣고 저속으로 교반하여 방수방식용 도료 조성물 내부의 기포를 제거한 다음, 감압용기 내에서 감압하여 완전히 탈포 처리를 하여 주제 성분을 완성한다.
경화제 역시 상기 주제의 제조방법과 동일한 방법으로 제조된다.
이렇게 제조된 본 발명의 고분자 도료 조성물은 콘크리트의 부식을 방지하기 위하여 콘크리트 표면에 도포하며, 콘크리트 구조물의 표면에 실리콘카바이드, 알루미나, 실리카 등의 세라믹스 성분이 혼합된 층을 이루어, 2중의 고분자 성분 (에폭시와 아크릴)의 바인더에 고루 분포하게 된다. 또한 피막 상부에 부상하게 되는 UV차단 성분 (라디칼포착제, 페놀릭 리퀴드 타입)을 통하여 별도의 탑코팅재가 필요 없이 내구성을 획기적으로 증대시키고, 세라믹성분과 함께 치밀한 도막층을 형성하여 염화물 및 외부로부터 침투되는 화학성분을 원천적으로 차단시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 고분자 도료 조성물은 에폭시 및 변성 지환족아민과 더불어 아크릴레이트 및 무황변 폴리이소시아네이트 경화제를 복합화한 도료로써 경화시에 에폭시수지는 콘크리트 기재의 접착면에 주로 존재하게 되고 아크릴레이트 수지는 외부로 부상하게 되어 1회 도포만으로도 2중의 복합도막층을 형성하게 된다. 이를 통해 UV에 쉽게 황변되고 광분해되는 에폭시수지의 단점을 UV차단성분과 결합된 아크릴레이트수지층으로 완벽하게 극복할 수 있게 되는 것이다. 따라서, 자외선 차단성능, 오염물정화기능, 중성화염해방지를 비롯한 유해화합물 차단기능을 한층 더 높여 도막의 수명을 획기적으로 증대시킬 수 있다. 따라서 부착성 및 내구성, 내수성 및 내습성, 내약품성 및 내열성, 내충격성 및 균열추종성, 내후성 등이 타 도료에 비해 월등하게 우수하기 때문에 피착물인 콘크리트를 완벽하게 보호하는 도막을 형성하며, 어떠한 가혹한 자연 또는 인공의 조건에서도 도장의 내구성을 장기간 유지시킨다.
이어서 본 발명의 고분자 도료 조성물을 콘크리트 구조물에 도포하는 공법을 설명한다. 일반적인 침투성 프라이머를 2100 psi 이상의 고압 에어리스 스프레이로 콘크리트 표면에 도포하면, 일차적인 압력으로 침투성 프라이머가 콘크리트 기재에 스며들게 되고, 이후 모세관현상에 의하여 추가적으로 침투하게 되어 총 2.0 ~ 5.0 mm의 깊이로 콘크리트와 일체화된 방수방식층을 형성하게 된다. 이 방수방식층은 콘크리트 자체의 균열억제와 더불어 표면강화 효과를 나타낸다. 이후 본 발명의 고분자 도료 조성물을 스프레이 또는 붓, 로울러를 통하여 100 ~ 300 μm의 두께로 1회 또는 2회에 걸쳐 도포하는 것만으로도 내구연한 10년 이상의 방수방식 층을 형성하게 된다. 이후 보다 열악한 조건이나 초내구성이 필요한 구조물의 경우는 UV차단성이 한층 강화된 탑코팅제를 추가 도포하여 마무리한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예
실시예: 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물
실시예는 표 1의 함량에 따라 혼합하여 조성물을 제조하였다.
Figure 112009062302736-PAT00001
시험예: 물성 측정
상기 실시예에서 제조한 2액형 조성물로 이루어진 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물의 주제와 경화제를 혼합하고 콘크리트 시편에 스프레이 도포한 후 경화시켜 시험한 결과를 표 2에 나타내었다.
Figure 112009062302736-PAT00002
상기된 바와 같이 우수한 효과를 나타내고 있는 본 발명의 고분자 도료 조성물을 종래의 도장재와 비교하면 다음 표 3, 4와 같다.
Figure 112009062302736-PAT00003
Figure 112009062302736-PAT00004
종래 기술의 문제점은 종합적으로 필요한 도료의 물성들에 있어서 각각의 조성물마다 장단점이 극명하다는 것이다. 즉 에폭시도료의 경우는 내화학성 및 부착성 등에서 매우 뛰어나지만, UV에 쉽게 황변 및 광분해되기 쉽고 균열추종성이 낮아 야외 노출구조물에는 사용하기 어려운 단점이 있다. 그리고, 우레탄의 경우는 쉽게 찢어지므로 두껍게 도포하여야 한다. 또한, 일반 세라믹계 방식용 도료나 금속분말첨가형 도료의 경우는 바인더로 사용되는 고분자 수지 (에폭시, 우레탄, 아크릴 등)의 기본적 단점을 포함하고 있고 고가에 비하여 내구성은 한계를 가진다. 이를 극복하기 위하여 대부분 이종재질의 탑코팅재를 사용하여 주요 도막을 보호하고자 하나, 서로 쉽게 박리되기 때문에 일정 시간 경과 후 유지보수에 추가적 비용이 발생하는 경우가 많다.
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 방수방식용 도료 조성물은 신너나 유기용제를 사용하지 않아 친환경성이 높음에도 불구하고, 콘크리트에서 요구되는 각종 강도 및 내충격성, 내습성, 내유성, 내화학성, 경도가 높고, 결과적으로 방식성 또한 뛰어남을 확인할 수 있었다. 나아가, 주제 및 경화제의 배합비율 조절을 통해 가사시간을 조절할 수 있어, 현장에서의 작업성 또한 대단히 뛰어난 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. (A) 비스페놀A형 에폭시수지 100 중량부;
    아크릴레이트수지 20.3 내지 37.6 중량부;
    반응성 에폭시 희석제 7.4 내지 13.7 중량부;
    실리콘카바이드 9.2 내지 17.1 중량부;
    알루미나 9.2 내지 17.1 중량부;
    실리카 9.2 내지 17.1 중량부;
    ZnO 11.1 내지 20.5 중량부;
    TiO2 16.6 내지 30.8 중량부;
    CaCO3 12.9 내지 23.9 중량부;
    무기안료 14.7 내지 27.4 중량부;
    친수성 실리카 미분 0.7 내지 1.4 중량부;
    친유성 클레이 미분 0.7 내지 1.4 중량부;
    에폭시계 실란 커플링제 0.2 내지 0.3 중량부;
    소포제 0.4 내지 0.7 중량부;
    분산제 0.7 내지 1.4 중량부;
    자외선 안정제 0.4 내지 0.7 중량부; 및
    자외선 차단제 0.6 내지 1.0 중량부
    를 포함한 주제; 및
    (B) 변성 지환족아민 100 중량부;
    무황변 폴리이소시아네이트 경화제 15.0 내지 27.9 중량부;
    실리카 16.3 내지 30.2 중량부;
    CaCO3 20.0 내지 37.1 중량부;
    친수성 실리카 미분 1.3 내지 2.3 중량부;
    친유성 클레이 미분 0.5 내지 0.9 중량부;
    소포제 0.8 내지 1.4 중량부; 및
    분산제 1.3 내지 2.3 중량부
    를 포함한 경화제
    로 이루어지고, 상기 주제:경화제의 중량비가 1:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물.
  2. 콘크리트 표면에 침투성 에폭시 프라이머를 코팅하는 단계; 및
    상기 에폭시 프라이머가 1 내지 10 mm 두께로 상기 콘크리트 표면에 침투된 후 청구항 1의 콘크리트 방수방식용 고분자 도료 조성물을 상기 에폭시 프라이머 위에 1 내지 5 회 코팅하는 단계
    를 포함하는 콘크리트 방수방식공법.
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