KR20160044152A - 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하는 분말 소포제 조성물 - Google Patents

필러 및 소수성 유기 물질을 포함하는 분말 소포제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하고, 상기 소수성 유기 물질이 상기 필러에 함침되어 있는, 분말 소포제 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 분말 소포제 조성물은 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하고, 상기 소수성 유기 물질이 상기 필러에 함침되어 있어서, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 몰탈에 사용될 경우, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 몰탈의 수중 불분리성 및 셀프레벨링성을 그대로 유지시키면서도, 발생 공기량을 저하시켜 초기강도 저하 등과 같은 시공상의 문제점을 해결할 수 있으므로, 수중 불분리성 콘크리트 또는 셀프레벨링성 몰탈의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

필러 및 소수성 유기 물질을 포함하는 분말 소포제 조성물{DEFOAMER POWDER COMPOSITION COMPRISING FILLER AND HYDROPHOBIC ORGANIC MATERIAL}
본 발명은 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하는 분말 소포제 조성물에 관한 것으로, 보다 자세하게는 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링(Self-leveling)성 특수 몰탈에 사용될 수 있는 분말 소포제 조성물에 관한 것이다.
최근 해양건축물의 수요 증가로 인하여 수중 구조물의 수요와 공사가 급증하고 있으며, 항만, 해양 토목, 연육교 등 바다와 연관된 공사와 더불어 수력발전소, 다목적 댐 등의 치수 및/또는 수리를 위한 토목공사 또한 증가하는 추세이다. 이에, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 특수 몰탈에 대한 수요와, 수중 불분리성 혼화제 공법 및 혼화제 조성물들에 대한 연구 또한 증가하고 있는 상황이다.
콘크리트 또는 몰탈을 다리 교각과 같은 수중 구조물 및 치수, 수리를 위한 토목공사 등에 적용하기 위해서는 콘크리트 또는 몰탈을 수중에 타설하여도 타설 재료가 물속으로 흩어지지 않고, 고유동성을 나타내면서, 타설하기 유리하도록 흐름성이 좋고, 콘크리트 또는 몰탈이 차곡차곡 채워지는 물성이 우수해야 한다. 상기 타설 재료가 물속으로 흩어지지 않는 물성을 수중 불분리성(anti-washout property)이라 하고, 상기 고유동성, 흐름성, 및 차곡차곡 채워지는 물성을 셀프레벨링성(self-leveling property, 충진성)이라고 한다.
일반적으로, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 특수 몰탈은 점성과 유동성을 높이기 위하여, 증점제를 사용하여 왔다. 그러나, 셀룰로오스 에테르계나 아크릴계 증점제를 기본 조성으로 하는 불분리 혼화제를 사용하는 경우, 다량의 공기가 발생함에 따른 초기강도저하 등과 같은 시공상의 문제점을 나타내어, 소포제의 사용이 필수적으로 이루어지고 있다.
이와 관련된 종래의 특허문헌인 대한민국 특허공개 제2011-7008169호에는 폴리알킬렌글리콜 사슬을 포함하는 다분기 폴리알킬렌글리콜계 중합체와 그것을 사용한 시멘트 혼화제 및 시멘트 조성물 제조기술이 개시되어 있고, 대한민국 특허공고 제1995-0008587호에는 수중 공사용 불분리 시멘트 조성물의 제조기술이 개시되어 있으며, 대한민국 특허공개 제2006-0112748호에는 저분자량 실란계에 내황산염 시멘트, 입경 25 mm 이하의 조골재, 염분 성분이 제거된 조립율 2.92%의 규사질 세골재, 탄산술폰산알루미늄계(CSA계) 팽창제, 리그닌계 유동화제 및 물과 감수제로 혼합구성되는 수중콘크리트 조성물이 개시되어 있다.
상기 문헌은 수중 콘크리트 및 수중 불분리성 시멘트 조성물에 관련한 기술에 관한 것이나, 이에 사용되는 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 특수 몰탈에 적용되는 분말 소포제에 대해서는 개시하고 있지 않다.
따라서, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 특수 몰탈에 적용할 수 있는 새로운 분말 소포제의 개발을 필요로 한다.
KR 2011-7008169 A KR 1995-0008587 B1 KR 2006-0112748 A
본 발명의 목적은, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 몰탈의 수중 불분리성 및 셀프레벨링성은 그대로 유지하면서도, 상기 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 몰탈의 발생 공기량을 저하시켜 초기강도 저하 등과 같은 시공상의 문제점을 해결할 수 있는, 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하는 분말 소포제 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하고, 상기 소수성 유기 물질이 상기 필러에 함침되어 있는, 분말 소포제 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 분말 소포제 조성물은 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하고, 상기 소수성 유기 물질이 상기 필러에 함침되어 있어서, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 몰탈에 사용될 경우, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 몰탈의 수중 불분리성 및 셀프레벨링성을 그대로 유지시키면서도, 발생 공기량을 저하시켜 초기강도 저하 등과 같은 시공상의 문제점을 해결할 수 있으므로, 수중 불분리성 콘크리트 또는 셀프레벨링성 몰탈의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 분말 소포제 조성물은 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하고, 상기 소수성 유기 물질이 상기 필러에 함침되어 있다.
상기 필러는 미세 분말 형태일 수 있으며, 상기 소수성 유기 물질을 함침시킬 수 있도록 다공성의 구조, 또는 필러의 내부에 중공을 가진 구조일 수 있다.
상기 필러는, 예컨대 실리카, 무정형(amorphous) 실리카, 탄산나트륨, 제올라이트, 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 이때 상기 실리카로는 일반적인 습식법(wet-process)에 의한 실리카를 들 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
상기 필러는 분말 소포제 조성물 총 중량을 기준으로 20 내지 60 중량%, 바람직하게는 25 내지 55 중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 50 중량% 포함될 수 있다.
상기 필러가 20 중량% 이하로 포함될 경우, 상기 분말 소포제 조성물의 기본 성능인 소포성이 저하되며, 상기 필러가 60 중량% 이상으로 포함될 경우, 분말 소포제 조성물이 적절한 미세 분말 형태를 유지할 수 없다.
상기 소수성 유기 물질은, 본 발명의 분말 소포제 조성물이 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 특수 몰탈에 사용될 경우, 상기 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 특수 몰탈의 내부에서 발생하는 다량의 공기에 대한 소포 작용을 발휘하여 상기 콘크리트 및 몰탈의 내부에서 발생하는 공기를 제거함으로써 상기 콘크리트 또는 몰탈의 압축 강도를 증진 시켜 시공시의 초기강도 저하 등과 같은 문제점을 해결할 수 있다.
상기 소수성 유기 물질은 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌글라이콜, 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌글라이콜 알킬에터, 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌글라이콜 알킬에스터, 저점도 미네랄 오일(white oil, 점도 100 cps 이하), 및 폴리디메틸실리콘 오일(polydimethylsilicone oil, 점도 1,000 cps 이하) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌 알킬에스터, 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌글라이콜 에터, 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌글라이콜, 저점도 미네랄 오일(White oil) 및 폴리디메틸실리콘 오일로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 예컨대 저점도 미네랄 오일, 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌 글라이콜 및 폴리디메틸실리콘 오일을 함께 포함하는 것일 수 있다.
상기 소수성 유기 물질은 상기 분말 소포제 조성물 총 중량을 기준으로 40 내지 80 중량%, 바람직하게는 45 내지 75 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 70 중량% 포함될 수 있다.
상기 소수성 유기 물질이 40 중량% 이하로 포함될 경우, 상기 제조된 분말형 소포제가 요구하는 소포 성능을 발휘할 수 없으며, 상기 소수성 유기 물질이 80 중량% 이상으로 포함될 경우, 상기 분말 소포제 조성물이 미세 분말 형태를 유지할 수 없다.
본 발명의 분말 소포제 조성물은 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하고, 미세 분말 형태로 이루어져 있으며, 이때 상기 소수성 유기 물질은 상기 필러에 함침되어 있다.
따라서, 본 발명의 분말 소포제 조성물이 수중 불분리성 콘크리트 또는 셀프레벨링성 특수 몰탈에 포함될 경우, 상기 필러의 우수한 분산성에 따라, 상기 필러에 함침되어 있는 소수성 유기 물질이 수중 불분리성 콘크리트 또는 셀프레벨링성 특수 몰탈 내에서 적절히 분산되게 되어, 더욱 우수한 소포 성능을 발휘할 수 있다.
상기 분말 소포제 조성물은 상기 필러 및 소수성 유기물질을 적절한 혼합비로 포함하여, 미세 분말 형태를 유지하면서도, 상기 소수성 유기 물질에 의한 적절한 소포 성능을 발휘할 수 있도록 할 필요가 있으며, 따라서, 상기 분말 소포제 조성물은 상기 필러 및 소수성 유기 물질을 20:80 내지 60: 40의 중량비, 더욱 바람직하게는 30:70 내지 50:50의 중량비로 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 분말 소포제 조성물은 미세 분말 형태의 입자 형상을 가지며, 예컨대 파우더 또는 과립(granule) 형태일 수 있다.
본 발명의 분말 소포제 조성물은, 바람직하게는 수중 불분리성 콘크리트 또는 셀프레벨링성 특수 몰탈용 분말 소포제 조성물일 수 있으며, 따라서, 본 발명은 상기 분말 소포제 조성물은 수중 불분리성 콘크리트, 및/또는 셀프레벨링성 특수 몰탈에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5: 분말 소포제 조성물의 제조
일반적으로 사용되는 가정용 분말 믹서에 필러로서 무정형의 침강성 실리카(amorphous precipitated silica, SS-230, 에스켐텍사)를 투입한 다음, 소수성 유기 물질로서 미네랄 오일(SP-22, 서진화학) 40 중량부 및 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌 글리콜(PE62, KPX케미칼) 60 중량부로 이루어진 소수성 유기 물질을 하기 표 1에 나타낸 조성이 되도록 천천히 투입하면서 1,500 rpm의 교반 속도를 유지하여 30 분간 교반함으로써, 분말 소포제 조성물을 제조하였다.
실리카(%) 유기소수성물질 (%)
실시예 1 15 85
실시예 2 30 70
실시예 3 40 60
실시예 4 50 50
실시예 5 65 35
실험예 1 : 소포력의 평가
실시예 1 내지 5의 분말 소포제 조성물의 소포력 평가를 다음과 같은 방법에 의하여 측정하였다.
소포력 평가는 압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험방법 KS F 2421에 의거하되, 분말 소포제의 성능 평가를 위한 골재 시료로는 범용적인 셀프레벨링성 특수 몰탈인 레미탈(한일시멘트사제)을 적용하여 시행하였다.
공기량 측정에 사용한 장비는 Form+test Seidner & GmbH사의 Item number B2030 model(1Liter)을 사용하였고, 비교예 1로써 분말형 소포제를 적용하지 않은 상태의 블랭크 테스트(blank test)를 함께 진행하였다.
공기량 측정 결과를 표 2에 나타내었고, 소포제 제형을 파우더 형태와 과립(granule)형태, 및 슬러리 형태로 구분하여, 그 결과를 표 2에 함께 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
Air(%) 2.3 2.9 2.9 3.8 5.9 7.0
소포제 제형 슬러리 과립 파우더 파우더 파우더 -
상기 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 5에 따른 분말 소포제 조성물을 포함한 레미탈의 경우, 비교예 1의 경우에 비하여 발생된 공기량이 적음을 알 수 있었다.
이중, 실시예 1에 따른 분말 소포제 조성물의 경우는 소포제 제형이 슬러리 형태였고, 실시예 2 내지 5에 따른 분말 소포제 조성물의 경우는 과립 또는 파우더 형태였다. 실시예 2 내지 5에 따른 분말 소포제 조성물과 같이 분말 소포제 조성물이 과립 또는 파우더 형태의 제형을 가질 경우, 수중 불분리성 콘크리트 및 셀프레벨링성 특수 몰탈용 분말 소포제로서 보다 적절히 사용될 수 있다.
한편, 실시예 1 내지 4의 경우, 실시예 5를 사용한 경우에 비해 보다 높은 소포력을 나타냈으며, 이는 상대적으로 높은 소수성 유기 물질의 함량 때문인 것으로 생각된다.
실험예 2 : 수중 콘크리트의 성능 평가
증점제(카르복시메틸셀룰로오즈, 80 중량부)와 실험예 3의 소포제(20 중량부)를 혼합하여 당업계에 공지된 통상의 방법에 따라 불분리제를 제조하였다.
비교군으로는 상기 실험예 3의 소포제를 대신하여 일반적으로 사용되고 있는 수중몰탈용 분말소포제인 Agitan P803(독일, Munzing사)을 첨가한 예를 사용하였다.
하기 표 3과 같은 배합으로, 수중콘크리트를 제조하였으며, 수중콘크리트 강도 및 공기량, 슬럼프 플로우, 블리딩 비율에 대한 성능을 한국콘크리트학회 KCI-AD102 검사 방법에 의거하여 실험한 결과를 표 4에 나타내었다.
W/C
(%)		 S/A
(%)		 단위재료사용량(kg/㎥)
시멘트 물 잔골재 굵은골재 불분리제 유동화제
55.0 40.0 400 220 679 1,027 2.2 8.0
(콘크리트 배합표)
W/C : 물과 시멘트의 중량비율
S/A : 잔골재율(콘크리트속의 전골재량에 대한 잔골재량의 절대용적비를 백분율로 나타낸 값)
시멘트 : 포틀랜드 시멘트(쌍용시멘트사제)
잔골재 : 자연사(밀도 2.6 ㎤)
굵은골재 : 자연자갈(굵은골재 최대치수 25 mm, 밀도 2.59 ㎤)
유동화제 : 폴리카르본산계 고성능 유동화제(제조사 동남기업)

시험 검사 종목
단 위
시험 검사 방법 		검사결과
( 실험예3 ) 		검사결과
(비교군)
1 슬럼프 슬로우 mm*mm



KCI-AD102
(한국콘크리트학회)		 500*525 470*495
2 슬럼프 슬로우의
시간적 감소량(30분)		 mm*mm 15*20 10*20
3 공기량 % 2.5 2.6
4 블리딩률 % 블리딩발생 없음 블리딩발생 없음
5 기중제작공시체의
압축강도		 (7일) MPa 20.1 21.6
(28일 )MPa 27.1 29.3
6 수중제작공시체의
압축강도		 (7일) MPa 17.8 17.5
(28일) MPa 26.2 26.3
7 수중-기중제작
공시체의 압축강도비		 (7일) % 88.6 80.9
(28일) % 96.7 89.8
상기 표 4의 결과를 참조하면, 현재 보편적으로 사용되고 있는 분말 소포제(독일 Munzing사, Agitan P803)를 적용하여 제조된 콘크리트의 물성과 본 발명에 따른 실시예 3의 분말소포제를 적용하여 제조된 콘크리트의 물성은 공기량 및 블리딩률, 슬럼프 플로우, 수중제작공시체의 압축강도 등의 항목은 유사하면서도, 수중제작 공시체와 기중제작 공시체의 압축 강도비가 비교군에 비하여 보다 우수함을 확인할 수 있었다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

  1. 필러 및 소수성 유기 물질을 포함하고,
    상기 소수성 유기 물질이 상기 필러에 함침되어 있는, 분말 소포제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필러가 무정형(amorphous) 실리카, 탄산나트륨, 제올라이트, 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인, 분말 소포제 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성 유기 물질이, 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌글라이콜, 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌글라이콜 알킬에터, 폴리옥시알킬렌 폴리옥시프로필렌 글라이콜 알킬에스터, 미네랄오일, 실리콘오일, 지방산 및 지방알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인, 분말 소포제 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 소포제 조성물이 분말 소포제 조성물 총 중량을 기준으로 상기 필러를 20 내지 60 중량% 포함하는 분말 소포제 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 소포제 조성물이 분말 소포제 조성물 총 중량을 기준으로 상기 소수성 유기 물질을 40 내지 80 중량% 포함하는 분말 소포제 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 소포제 조성물이 상기 필러 및 소수성 유기 물질을 20:80 내지 60:40의 중량비로 포함하는 분말 소포제 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 소포제 조성물이 수중 불분리성 콘크리트 또는 셀프레벨링성 특수 몰탈용 분말 소포제인 분말 소포제 조성물.
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