KR20140029892A - 친환경 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 이용한 강재 및 콘크리트 표면과 콘크리트 바닥마감용 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 표면에 사용되어 방수성과 표면 마감성이 있는 콘크리트 표면 코팅제 및 강재 구조물의 열화 방지용 표면 코팅제에 관한 것으로써, 우수한 기계적, 화학적 성질을 가지는 친수성 고분자로 섬유, 필름, 코팅제, 표면 처리제 등 다양한 분야에서 이용되며, 또한, 생분해가 가능하고, 뛰어난 산소 투과 억제 기능을 가져 고기능성 산업용 재료, 고성능 및 편광 필름 등의 광학용 필름과 분리 막에도 사용되고 있을 뿐 아니라 물을 용매로 용하고 있고 무독성으로 환경 친화성, 수용성 섬유 등에 이용할 수 있어 청정 소재로의 응용이 가능한 폴리비닐 알코올을 기재로 하여 폴리비닐 알코올의 단점인 내수성을 개선하기 위하여 실리케이트 화합물을 사용하여 개질한 콘크리트 표면 마감용 유·무기 복합 실리케이트 코팅 마감재에 관한 것이다.

본 발명의 콘크리트 표면 마감용 유·무기 복합 실리케이트 코팅 마감재는 우수한 항장력, 인장 강도, 신장도, 내마모성 등을 가지고 있으며, 특히 산소 차단성, 투명성, 강인성, 비대전성, 광택성이 우수하여 강재 구조물의 열화 방지용 표면 코팅재 및 토목·건축 구조물용 콘크리트의 표면 마감재로 사용되어 우수한 마감특성과 화재에 대한 난연성, 강재 및 콘크리트의 열화를 방지하는 탁월한 효과가 있다.

폴리비닐 알코올, 실리케이트, 난연성, 친환경, 표면 마감

Description

친환경 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 이용한 강재 및 콘크리트 표면과 콘크리트 바닥마감용 조성물 및 그 제조방법{A Composite of eco-friendly organic·inorganic composite silicate materials for surface finishing of concrete floor and/or wall and manufacturing method thereof}

본 발명은 콘크리트 표면에 사용되어 방수성과 표면 마감성이 있는 콘크리트 표면 코팅제에 관한 것으로써, 우수한 기계적, 화학적 성질을 가지는 친수성 고분자로 섬유, 필름, 코팅제, 표면 처리제 등 다양한 분야에서 이용되며, 또한, 생분해가 가능하고, 뛰어난 산소 투과 억제 기능을 가져 고기능성 산업용 재료, 고성능 및 편광 필름 등의 광학용 필름과 분리 막에도 사용되고 있을 뿐 아니라 물을 용매로 용하고 있고 무독성으로 환경 친화성, 수용성 섬유 등에 이용할 수 있어 청정 소재로의 응용이 가능한 폴리비닐 알코올을 기재로 하여 폴리비닐 알코올의 단점인 내수성을 개선하기 위하여 실리케이트 화합물을 사용하여 개질한 강재 구조물의 열화 방지용 표면 코팅제 및 콘크리트 표면 마감용 유·무기 복합 실리케이트 코팅 마감재에 관한 것이다.

통상적으로, 철근 콘크리트 구조물은 요구 성능이나 손상 형태에 따라 아주 다양한 마감방법이 이용된다. 특히, 보수보강용 마감 공법에 사용되는 FRP는 부식 저항성이 뛰어나며, 높은 절연성, 피로저항성을 갖고 콘크리트의 연성 증진에 있어 타 재료에 비해 우수하여 많이 각광받고 있다(ACI Committee 440, 2006; ACI Committee 440).

이와 같이 FRP를 이용한 보수보강 마감 공법은 에폭시 등의 접착제를 사용하여 보강재를 모재와 일체화시킴으로써 강도 및 강성을 증진시키는 공법적 특성을 지니고 있으나 표면처리용 프라이머, 접착제 등의 도포 공정이 복잡하고, 건조 시간이 길어 시공성이 떨어진다. 여기서 사용되는 접착제는 불필요한 계면을 만들고, 시간이 경과함에 따라 열화, 탈락 등의 문제가 발생한다. 따라서 이러한 문제를 근본적으로 해결할 수 있도록 구조물과 보수재료에 존재하는 계면을 제거하고 일체 거동을 유도할 수 있는 획기적인 재료가 필요하게 되었다.

또한 콘크리트, 철강재, 목재 등은 대기 중의 다양한 환경 변화, 즉 온도나 습도의 변화 등에 의해 빠르게 열화되어 본래의 설계 내구 수명을 유지하지 못하는 단점이 있다. 철강재의 열화를 방지하기 위한 코팅 재료로서 페인트 등을 사용하고 있으나, 페인트 등의 일반적인 도장재료는 다양한 외부 환경 조건에서 코팅 막의 분리, 탈락 등으로 본래의 물성을 유지하지 못하는 단점이 있다.

시멘트 재료는 경제적이고 고강도의 재료라는 점에서는 매우 좋은 재료이나, 다공성이라는 취약점으로 인하여 여러 가지 단점이 노출되어 왔다. 이러한 시멘트계 재료의 약점을 보완하기 위하여 시멘트계 재료에 유기물의 기능을 동시에 갖는 폴리머 시멘트 모르터가 건축물 콘크리트의 표면 마감용 재료로 활용되고 있다.

폴리머 시멘트 모르터에 관한 종래의 기술 및 특허를 보면, 한국특허 제 294805호에서는 아크릴 수지 23-31 중량％, 시멘트 23-31 중량％, 규사 30-48 중량％ 및 기타 첨가제로 구성되는 방수제가 개시되어 있으며,

한국공개특허 제 2000-17879호 에서는 시멘트 57％, 규사 7％, 에틸렌 비닐 아세테이트 ％, 활성 실리카 1％, 물 34％로 구성된 방수제가 개시되어 있다.

또한 한국공개특허 제2002-31684에는 유화 분산시킨 스테아린산 칼슘과 아크릴 에멀젼 수 공중합체로 구성된 A제와, 백시멘트, 규사, 폴리옥시 에틸렌 라우릴 에테르 등으로 구성된 B제를 1:0.25 중량비로 혼합하는 단계로 이루어지는 방수제가 개시되어 있다.

또한 한국공개특허 공보 제 10-2004-0067060 에는 시멘트 규사, 스테아린산 마그네슘, EVA, 세노스피어 등으로 구성되는 단열성 방수 몰탈이 개시되어 있다.

폴리머 시멘트 모르터는 유기 재료와 무기재료의 복합 기능을 갖는 재료로서 현재 다양한 공법이나 마감재로 여타 다른 마감재의 기능을 대체하고 있으며, 무기질 재료인 시멘트계 재료의 단점을 보완할 수 있는 유용한 재료이기는 하나, 무기질 재료와 유기질 재료의 조합에 따른 다양한 문제점으로써 표면 부착성능 저하, 통기성 저하 등이 나타나고 있다.

폴리머 모르터 복합체에 대해서는 한국 공개특허 특2000-0000485 에서는 폴리머 모르타르를 제조함에 있어 불포화 폴리에스테르 모르타르 수지를 결합재로 하여 금형몰드에 넣고 20 ℃에서 양생하여 제조하고 있는데, 이는 불포화 폴리에스터 수지를 사용함으로 인하여 상온에서의 양생이 곤란하고, 일반 건축물에서의 다양한 형태로의 적용 및 시공이 불편할 뿐 아니라, 그 범위가 성형품으로만 국한되는 단점이 있다.

또한 한국공개특허 특2001-0046911에서는 폴리머 모르터와 시멘트 모르터 복합체를 제조함에 있어 중앙에 제거 가능한 격막을 설치한 후 모르터가 경화되기 전에 격막을 제거하여 모르터를 혼합 시키는 방법을 제시하고 있어 역시 다양한 형태로의 사용이 불가능한 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 내수성 및 내구성이 저하된 콘크리트의 성능을 회복시키면서 방수는 물론 콘크리트 내부 및 외부를 보호해 줄 수 있는 새로운 콘크리트 표면 코팅 조성물을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적으로 강재 구조물의 표면에 코팅되어 내오염성능 및 내열화성능을 구현하는 강재 표면 코팅 조성물 뿐 아니라, 콘크리트 시공 초기에 콘크리트의 표면에 코팅되어 외부의 다양한 열화 환경 조건에서도 우수한 내구성을 갖는 표면 코팅 조성물을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고형분이 5 내지 30 중량％인 폴리비닐알코올 수용액 60 내지 90 중량％, 비닐트리에톡시올소실리케이트(vinyl tri-ethoxy ortho siliicate) 화합물 10 내지 40 중량％를 넣고 회전 속도 200, 온도 85℃에서 2시간 동안 반응 시킨다. 반응 완료 후 개시제인 포타슘 퍼설페이트 3％ 수용액을 상기 반응 완료한 화합물 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부를 첨가한 후 회전속도 200, 20±5℃에서 10내지 40분간 반응시킨다. 반응 후 상온에서 냉각하여 폴리비닐알코올-실리케이트 용액을 얻는다.

상기에서 구한 폴리비닐알코올-실리케이트 용액을 다시 폴리아크릴산과 가교 결합을 시키기 위하여 상기 폴리비닐알코올-실리케이트 용액 60 내지 90중량％와 폴리 아크릴 산 10내지 40 중량％를 혼합한 후, 온도 65내지 95℃의 범위에서 2시간 종안 반응하여 본 발명품을 얻는다.

일 구현예에서, 상기 폴리비닐 알코올은 중합도 1,000내지 2,500의 것을 사용하나 바람직하게는 1,400에서 1,800mm 범위의 것을 사용한다.

일 구현예에서, 상기 개시제는 포타슘퍼설페이트 또는 소디움퍼설페이트 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상이다.

본 발명의 콘크리트 표면 마감용 유·무기 복합 실리케이트 코팅 마감재는 우수한 항장력, 인장 강도, 신장도, 내마모성 등을 가지고 있으며, 특히 산소 차단성, 투명성, 강인성, 비대전성, 광택성이 우수하여 강재 구조물의 표면에 표면 보호용 마감재로 사용될 뿐 아니라, 토목 구조물용 콘크리트의 내구성 향상 및 건축 구조물용 콘크리트의 표면 마감재로 사용되어 우수한 마감특성과 화재에 대한 난연성 및 콘크리트의 열화를 방지하는 탁월한 효과가 있다.

결과적으로, 본 발명의 조성물은 내수성이 취약한 폴리비닐알코올에 실리케 이트 화합물과 폴리 아크릴산으로 개질 및 가교 반응 시키므로서, 내수성이 탁월하고 실리케이트에 의한 난연성능, 수분차단성이 우수하므로 건축물 내외장용 마감재, 강재 구조물의 열화 방지용 표면 마감재 또는 콘크리트 구조물 표면 및 바닥 마감재로의 활용이 효과적이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 이용한 콘크리트 표면 및 바닥마감용 조성물은, 우수한 기계적, 화학적 성질을 가지는 친수성 고분자로 섬유, 필름, 코팅제, 표면 처리제 등 다양한 분야에서 이용되며, 또한, 생분해가 가능하고, 뛰어난 산소 투과 억제 기능을 가져 고기능성 산업용 재료, 고성능 및 편광 필름 등의 광학용 필름과 분리 막에도 사용되고 있을 뿐 아니라 물을 용매로 용하고 있고 무독성으로 환경 친화성, 수용성 섬유 등에 이용할 수 있어 청정 소재로의 응용이 가능한 폴리비닐 알코올을 기본 구성재료로 함으로써, 탄탄하고, 광택이 있으며 내마모성이 우수한 도막을 형성하게 되고, 폴리비닐 알코올의 단점인 내수성을 개선하기 위하여 실리케이트 화합물 및 폴리 아크릴 산으로 구성된다.

콘크리트 표면 마감 및 콘크리트 바닥 마감재용 코팅제로 사용하기 위해서는 필름의 생성, 광택성, 수분 차단성, 내마모성 등이 중요한데, 본 발명에서는 기본 재료로 폴리비닐 알코올의 사용으로 상기와 같은 필름의 생성, 광택성, 수분 차단성, 내마모성 등의 특성을 발휘할 수 있도록 하였으며, 폴리비닐 알코올의 단점인 내수성을 개선하기 위하여 실리케이트 화합물 및 폴리 아크릴 산을 사용하였다. 또 한 실리케이트 화합물을 사용함으로써 화재에 대한 저항성, 즉 난연성을 개선하여, 건축물의 지하 주차장 등에 사용시 화재에 대한 내구성능 향상으로 본 발명의 목적을 달성하였다.

본 발명에서 사용하는 폴리비닐 알코올은 중합도 1,000내지 2,500의 것을 사용하나 바람직하게는 1,400에서 1,800mm 범위의 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 폴리비닐 알코올은 중합도 1,000내지 2,500의 것을 사용하는데, 중합도가 1,000이하로 너무 낮으면 코팅에 의한 필름 형성이 약하고, 중합도가 2,500이상으로 높으면 필름의 생성이 둔화된다. 바람직하게는 1,400에서 1,800 이다.

한편, 폴리비닐 알코올의 내수성을 향상시키기 위하여 비닐트리에톡시올소실리케이트(vinyl tri-ethoxy ortho siliicate) 화합물을 사용하는데, 상기 폴리비닐알코올 고형분에 대하여 10 내지 30 중량％를 넣고 반응시킨다. 이때 10 중량％ 이하이면 내수성이 약하게 되고, 30 중량％ 이상인 경우에는 가격이 고가이므로 경제적인 효과가 없다. 바람직하게는 15 내지 25 중량％를 사용한다.

또한 폴리비닐알코올과 실리케이트 화합물의 반응 완료 후 개시제인 포타슘 퍼설페이트 3％ 수용액을 상기 반응 완료한 화합물 100 중량에 대하여 5 내지 15 중량％를 사용하는데, 5 중량％ 이하인 경우 반응에 기여하지 못하며, 15 중량％ 이상인 경우에는 역시 경제적이지 못하다. 바람직하게는 7 내지 12 중량％이다.

또한, 폴리비닐알코올-실리케이트 용액을 다시 폴리아크릴산과 가교 결합을 시키기 위하여 상기 폴리비닐알코올-실리케이트 용액 60 내지 90중량부와 폴리 아크릴 산 10내지 40 중량부를 혼합하여 물 900 중량부와 혼합하는데, 폴리 아크릴산이 10 중량부 이하이면 내수성이 저하되며 40 중량부 이상이면 역시 경제적이지 못하다. 바람직하게는 20 냐지 30 중량부 이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 조성물은, 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 구성하여 탄탄한 도막의 생성 및 도막의 광택성, 내수성, 내마모성의 특성을 나타냄으로써, 건축용 내외장 재료의 표면 마감 코팅재로 사용이 용이할 뿐 아니라, 강재 구조물의 열화를 방지할 수 있는 표면 코팅제, 콘크리트 표면에 사용되어 콘크리트 주차장 바닥 마감재, 열화 콘크리트의 보수재 등으로의 사용이 용이하다.

Claims (5)

1. 고형분이 5 내지 30 중량％인 폴리비닐알코올 수용액 60 내지 90 중량％, 비닐트리에톡시올소실리케이트(vinyl tri-ethoxy ortho siliicate) 화합물 10 내지 40 중량％를 넣고 회전 속도 200, 온도 85℃에서 2시간 동안 반응 시킨 후 개시제인 포타슘 퍼설페이트 3％ 수용액을 상기 반응 완료한 화합물 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부를 첨가한 후 회전속도 200, 20±5℃에서 10내지 40분간 반응시킨 후 상온에서 냉각하여 구한 폴리비닐알코올-실리케이트 용액 60 내지 90중량％와 폴리 아크릴 산 10내지 40 중량％로 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 이용한 강재 및 콘크리트 표면과 콘크리트 바닥마감용 조성물 및 그 제조방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 폴리비닐 알코올은 중합도 1,000내지 2,500의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 이용한 강재 및 콘크리트 표면과 콘크리트 바닥마감용 조성물
3. 제1항에 있어서,

   상기 개시제는 포타슘퍼설페이트 또는 소디움퍼설페이트 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 친환경 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 이용한 강재 및 콘크리트 표면과 콘크리트 바닥마감용 조성물 및 그 제조방법
4. 콘크리트 지하 주차장용 표면 마감재, 열화된 건축물 외벽의 보수 마감재 및 열화 콘크리트 구조물의 보수용 코팅재로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 친환경 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 이용한 강재 및 콘크리트 표면과 콘크리트 바닥마감용 조성물 및 그 제조방법
5. 철강재 구조물의 표면에 열화 방지용 코팅재로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 친환경 유·무기 복합 실리케이트 화합물을 이용한 강재 및 콘크리트 표면과 콘크리트 바닥마감용 조성물 및 그 제조방법