KR20150025992A

KR20150025992A - 슬래그를 이용한 우레탄 방수재

Info

Publication number: KR20150025992A
Application number: KR20130104243A
Authority: KR
Inventors: 제창현; 박종진; 시대복; 최형철; 김홍규; 문경명; 조남욱
Original assignee: 주식회사 포스코건설; 강남화성 (주)
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-11

Abstract

프리폴리머의 주제와 폴리머 폴리올, 쇄연장제, 용제, 충진제, 소포제, 안료 및 촉매를 포함하는 경화제로 구성되며, 경화제 중 충진제에는 슬래그가 포함되는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재가 소개된다.

Description

슬래그를 이용한 우레탄 방수재 {URETHANE WATERPROOFING MATERIAL USING SLAG}

본 발명은 철광석, 석탄, 석회석 등 천연자원으로부터 철강제품을 제조하면서 부산물로 생성된 물질인 슬래그를 우레탄 방수재에 사용되는 충진제로 대체하여 자원을 재활용할 수 있도록 한 슬래그를 이용한 우레탄 방수재에 관한 것이다.

건축용 우레탄 도막 방수재(이하 우레탄 방수재라 한다)는 KS F 3211(지붕용 도막 방수재)에 따라 이소시아네이트(-NCO)기를 갖는 화합물을 주된 원료로 하는 주제와 폴리올, 아민, 가교제, 충진제 등을 주성분으로 하는 경화제의 2성분형 우레탄계 방수재이다. 우레탄 방수재의 종류는 다음과 같다.

- TAR 우레탄 : 주제 + TAR 배합 경화제

- Non-TAR 우레탄(카본우레탄) : 주제 + 카본 배합 경화제

- 칼라우레탄 : 주제 + 착색안료 배합 경화제

우레탄 방수재는 노출용과 비노출용의 두 종류가 있으나 Self Leveling이 양호하기 때문에 평면용 외에 수직면 방수재가 필요하다. 또한 최근에는 주, 경화제의 혼합과정 없이 사용이 가능한 1액형 우레탄 방수재가 개발되어 사용되고 있다.

주제의 경우는, 통상 이소시아네이트 화합물과 폴리올류를 이소시아네이트 화합물을 과잉 사용하여 반응시켜 말단에 이소시아네이트기를 갖게 하는 고분자 화합물로서 프레폴리머로도 불린다. 프레폴리머는 금속에 대해 부식성이 없기 때문에 저장 또는 취급시 금속용기가 사용된다. 또 시공시에 접촉되는 피착제, 콘크리트, 몰탈, 금속, 플라스틱에 대해 부식 오염성이 거의 없으나 수분과 접촉하여 경화반응을 일으키기 때문에 취급에 주의해야 한다.

경화제의 경우는 주제와 반응하여 고무상의 탄성체를 만드는 것으로 이소시아네이트기와 반응하는 활성 수소 화합물(가교제)에 충진제, 개질제, 안정제, 반응속도 조절용 촉매 등을 혼합시킨 것이다.

우레탄 방수재의 경화는 프레폴리머(주제)의 말단에 있는 이소시아네이트기와 경화제 중의 가교제가 반응하여 고분자형이 되는 현상이다. 가교제에는 통상 폴리올류와 아민류가 사용되는데 어느 경우나 이소시아네이트기가 과잉 사용되어 삼차원 구조를 형성하여 일정한 강도를 갖는 결합을 생성한다.

이러한 우레탄 방수재의 구성성분 중 경화제에 사용되는 충진제는 마이카, 탄산칼슘, 탈크, 실리카, 클레이, 뮬라이트, 제올라이트, 벤토나이트 등을 단독으로 또는 두 종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그중에서도 특히 탄산칼슘이 경제적인 측면에서 많이 사용되고 있다.

본 발명은 이러한 충진제를 조성함에 있어서, 철광석, 석탄, 석회석 등 천연자원으로부터 철강제품을 제조하면서 부산물로 생성된 물질인 슬래그를 우레탄 방수재에 사용되는 충진제로 대체하여 자원을 재활용하고자 하는 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2013-0011524 A

본 발명은 철광석, 석탄, 석회석 등 천연자원으로부터 철강제품을 제조하면서 부산물로 생성된 물질인 슬래그를 우레탄 방수재에 사용되는 충진제로 대체하여 자원을 재활용할 수 있는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬래그를 이용한 우레탄 방수재는, 프리폴리머의 주제와 폴리머 폴리올, 쇄연장제, 용제, 충진제, 소포제, 안료 및 촉매를 포함하는 경화제로 구성되며, 경화제 중 충진제에는 슬래그가 포함된다.

슬래그는 평균입경이 5~15㎛일 수 있다.

슬래그는 경화제 100wt%를 기준으로 5~15wt% 포함될 수 있다.

충진제는 경화제 100wt%를 기준으로 55~65wt% 포함될 수 있다.

폴리머 폴리올은 수평균분자량 3000의 폴리프로필렌 글리콜일 수 있다.

주제는 주제 100wt%를 기준으로, 이소시아네이트 화합물 15~30wt%, 폴리머 폴리올 50~70wt% 및 가소제 5~20wt%를 포함될 수 있다.

이소시아네이트 화합물은 톨루엔디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 중 하나 이상의 성분으로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 슬래그를 이용한 우레탄 방수재에 따르면, 철광석, 석탄, 석회석 등 천연자원으로부터 철강제품을 제조하면서 부산물로 생성된 물질인 슬래그를 우레탄 방수재에 사용되는 충진제로 대체하여 자원을 재활용할 수 있게 된다.

또한, 슬래그를 이용하면서도 동시에 필요한 성능을 만족할 수 있는 우수한 우레탄 방수재를 얻을 수 있어 친환경적이고 원가도 절감되는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 슬래그를 이용한 우레탄 방수재에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 슬래그를 이용한 우레탄 방수재는, 프리폴리머의 주제와 폴리머 폴리올, 쇄연장제, 용제, 충진제, 소포제, 안료 및 촉매를 포함하는 경화제로 구성되며, 경화제 중 충진제에는 슬래그가 포함된다.

또한, 슬래그는 평균입경이 5~15㎛이며, 슬래그는 경화제 100wt%를 기준으로 5~15wt% 포함될 수 있다.

한편, 충진제는 경화제 100wt%를 기준으로 55~65wt% 포함될 수 있으며, 폴리머 폴리올은 수평균분자량 3000의 폴리프로필렌 글리콜일 수 있다.

그리고, 주제는 주제 100wt%를 기준으로, 이소시아네이트 화합물 15~30wt%, 폴리머 폴리올 50~70wt% 및 가소제 5~20wt%를 포함될 수 있으며, 이소시아네이트 화합물은 톨루엔디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 중 하나 이상의 성분으로 구성될 수 있다.

우레탄 방수재는 크게 이소시아네이트(-NCO)기를 갖는 화합물을 주된 원료로 하는 주제와 폴리올, 아민, 가교제, 충진제 등을 주성분으로 하는 경화제로 구성된다.

주제인 이중, 이소시아네이트 화합물로는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트와 같은 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(pure-MDI, modified-MDI, polymer-MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 등이 있으며, 단독 혹은 이들의 혼합물들을 조합하여 사용할 수 있다. 상업성 등을 고려할 때, 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(pure-MDI, modified-MDI, polymer-MDI)를 사용하는 것이 바람직하다.

주제와 경화제로서 첨가되는 폴리머 폴리올은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 등을 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 내수성이 좋고, 신축성이 뛰어나며, 내마모성이 우수한, 분자량 1,000~5,000의 폴리에테르 폴리올을 사용한다. 구체적으로는, 폴리부타디엔 디올, 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜, 폴리프로필렌 옥사이드 글리콜 및 트리올, 폴리부틸렌옥사이드 글리콜 및 트리올 등이 있다.

가소제로는 당 분야에서 통상 사용되어 있는 것을 선정하여 사용할 수 있다. 구체적으로는 DOP(디옥틸프탈레이트), DINP(디이소노닐프탈레이트), DOA(디옥틸아디페이트), TOTM(트리옥틸트리멜리테이트), DBP(디부틸프탈레이트), DIDP(디이소데실프탈레이트), DOM (디옥틸멜레이트), DINA (디이소노닐아디페이트) 등을 사용할 수 있다.

상기 이소시아네이트 화합물, 폴리머 폴리올 및 가소제를 각각 주제 총 중량 100wt%에 대하여, 이소시아네이트 화합물 15~30wt%, 폴리머 폴리올 50~70wt% 및 가소제 5~20wt%의 양으로 배합하여 본 발명의 주제 총 100wt%가 합성된다.

주제 이외에 본 발명의 우레탄 방수재 조성물의 경화제는 폴리머 폴리올에 쇄연장제, 용제, 충진제, 소포제, 안료, 촉매 및 첨가제를 배합하여 합성된다.

이중, 폴리머 폴리올은 주제 합성시 사용된 폴리머 폴리올과 동일한 성분을 사용한다. 쇄연장제는 각 성분들의 결합도를 증가시켜 내마모성이나 경도 등 우수한 물성을 제공하기 위하여, 분자량이 50~300 정도인 지방족 디올 또는 디아민을 사용한다. 구체적으로는 에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,3-펜탄디올, 1,2-헥산디올, 3-메틸렌펜탄-1,5-디올, 1,9-노난디올, 2-메틸옥탄-1,8-디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올 등의 디올류, 이소포론디아민, 에틸렌디아민, 1,2-프로필렌디아민, 1,3-프로필렌디아민, N-메틸프로필렌-1,3-디아민, N,N'-디메틸에틸렌 디아민, 4,4-메틸렌-비스-2-클로로아닐린, 이소부틸-3,5-디아미노-4-클로로벤조에인트, 트리메틸렌글리콜-디-P-아미노벤조에이트, 4,4-메틸렌-비스-3-클로로-2,6-디에틸아닐린, 3,5-디메틸시오-2,4-톨루엔디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 등의 디아민류를 사용한다. 특히, 반응속도를 빠르게 해주고, 물성을 향상시킬 수 있는 디아민류 쇄연장제를 사용하는 것이 바람직하다.

용제는 제품의 점도를 낮추어서 작업성이 좋게 하기 위하여 크실렌, 톨루엔, 메틸에틸케톤, 메틸이소 부틸케톤 등을 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

충진제는 마이카, 탄산칼슘, 탈크, 실리카, 클레이, 뮬라이트, 제올라이트, 벤토나이트 등을 단독으로 또는 두 종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서도 특히 탄산칼슘이 경제적인 측면에서 바람직하다. 일반적으로 충진제는 우레탄 수지의 총 경화제 중량 100wt% 중 30~50wt%정도가 사용되고 있다. 그 중에서도 특히 탄산칼슘이 경제적인 측면에서 바람직하다. 또한, 전체 충진제에서 종래의 탄산칼슘을 대체하는 슬래그는 총 경화제 중량 100wt% 기준으로 10~50wt%인 것이 바람직하다.

안료는 제품의 색상을 내기 위하여, 바닥재의 사용용도에 따라, 소비자가 요구에 따라 적합한 색상의 안료를 선정하여 사용한다. 특히, 본 발명에서는 가격이 저렴하고 내후성이 뛰어난 무기 안료 중 적합한 색상의 안료를 선정하여 사용한다.

촉매로는 우레탄 방수재 조성물에서 일반적으로 사용되는 산 촉매, 금속 촉매 등을 사용한다.

이외에도 분산제, 자외선 안정제, 소포제, 침강 방지제, 수분흡수제 등에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 사용할 수 있다. 특히, 기포 발생을 억제하기 위하여 소포제로는 폴리우레탄에 적합한 실리콘계의 소포제가 바람직하다.

본 발명의 비교예와 실시예의 조성은 아래의 표와 같다.

상기 표의 성분은 주제 100wt%, 경화제 100wt%를 기준으로 표시한 것이다.

주제의 경우, 수평균분자량 2000의 폴리프로필렌 글리콜(금호석유화학, PPG-2000D) 33wt%, 수평균분자량 3000의 폴리프로필렌 글리콜(금호석유화학, PPG-2100) 33wt%에 톨루엔 디이소시아네이트(한국화인케미칼, TDI-80) 17wt%, 디옥틸 프탈레이트(애경유화, DOP) 8wt%, 자일렌 8wt%, 1,3 부틸렌 글리콜 1wt%를 첨가한 후 반응온도를 70 ~ 80℃로 유지시키면서 약 6 시간 반응시켜 유리 이소시아네이트 함량이 약 4wt%인 우레탄 프리폴리머를 제조하였다.

경화제의 경우, 표 1에 기재된 함량에 따라 수평균분자량 3000의 폴리프로필렌 글리콜(금호석유화학, PPG-3000D), 3,3'-디클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄(MOCA), 카본 블랙, 레드 옥테이트, 평균입경 약 5 ~ 10㎛의 탄산칼슘, 평균입경 약 10㎛의 슬래그, 디옥틸 프탈레이트 등을 혼합기에 넣은 후 균일하게 혼합한 후 탈포시켜서 경화제를 제조하였다. 슬래그는 평균입경이 5~15㎛가 바람직한데, 5 이하나 15 이상의 경우 탄산칼슘과의 입도 차이가 커서 충진제로서의 역할이 어렵고 품질이 불균일해지기 때문이다.

이에 관한 시험결과를 정리하면 아래와 같다.

탄산칼슘을 일정 비율로 슬래그로 대체하면서 합성한 결과, 점도는 전체적으로 슬래그의 함유량이 늘어나면서 낮아지는 추세를 보였다. 특히, 전량 슬래그로 대체 검토한 실시예 4의 경우는 50%정도로 점도가 낮아지는 효과를 확인할 수 있다.

한편, 응용 물성면에서는 슬래그 사용량이 증가함에 따라 물성이 전반적으로 저하되는 결과를 보였다. 따라서, 실시예 1의 경우가 응용 물성의 면에서는 적합한 것으로 판단되었다. 따라서, 슬래그는 전체 경화제 100wt% 기준 5~15wt%임이 바람직하다. 5 이하의 경우 점도가 높으며, 15 이상의 경우 물성이 취약하기 때문이다.

또한, 실시예 1의 방수재의 경우는 필요한 규격을 만족하는 것으로 시험결과 나타났다. 우레탄 방수재의 경화후의 물성은(KS F 3211)에 규정되어 있다. 물성에 관해서는 KS의 품질 시험 항목의 규정치를 만족하지 않으면 안 된다. 이 시험 항목에서는 인장시험, 인열 강도, 신율, 항장적 등 4가지로 대별된다. 우레탄 방수재는 우레탄 고무계 1류와 우레탄 고무계 2류의 종류로 나눠지고, 1류품은 주로 노출용이고 2류품은 비노출용으로 구별된다. 따라서, 적용 장소를 고려하여 필요시험 항목을 결정한다. 구체적인 규격은 아래와 같다.

서울과학기술대학교 건설기술연구소의 시험 의뢰 결과, 실시예 1 성분의 방수재의 경우 1류와 2류의 시험 규격에 모두 만족하는 것으로 나타났다(시험 발급번호 제1306-13호).

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims

프리폴리머의 주제와 폴리머 폴리올, 쇄연장제, 용제, 충진제, 소포제, 안료 및 촉매를 포함하는 경화제로 구성되며, 경화제 중 충진제에는 슬래그가 포함되는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재.
청구항 1에 있어서,
슬래그는 평균입경이 5~15㎛인 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재.
청구항 1에 있어서,
슬래그는 경화제 100wt%를 기준으로 5~15wt% 포함되는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재.
청구항 1에 있어서,
충진제는 경화제 100wt%를 기준으로 55~65wt% 포함되는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재.
청구항 1에 있어서,
폴리머 폴리올은 수평균분자량 3000의 폴리프로필렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재.
청구항 1에 있어서,
주제는 주제 100wt%를 기준으로, 이소시아네이트 화합물 15~30wt%, 폴리머 폴리올 50~70wt% 및 가소제 5~20wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재.
청구항 6에 있어서,
이소시아네이트 화합물은 톨루엔디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 중 하나 이상의 성분으로 구성된 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 우레탄 방수재.