KR20170014037A - 건축용 시멘트 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제 - Google Patents

건축용 시멘트 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은, 분말 상태에서 부피 밀도(bulk density)가 0.20 ~ 0.29 g/ml 인 비이온 수용성 셀룰로오스 에테르를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제를 제공한다.

Description

건축용 시멘트 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제{CEMENT ADDITIVE COMPOSITION FOR CONSTRUCTION AND CEMENT ADDITIVE FOR CONSTRUCTION INCLUDING THE SAME}
본 발명은 건축용 시멘트 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 함량을 낮추어도 건축용 시멘트의 높은 보수성을 갖도록 하는 건축용 시멘트 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제에 관한 것이다.
건축용 시멘트는 시멘트 및 모래를 적정 양의 물과 혼합하여 반죽한 것으로, 적용되는 마감 분야에 따라 시멘트 플라스터, 타일 시멘트 모르타르 및 압출 성형용 시멘트 모르타르 등으로 구분된다.
건축용 시멘트는 보수성, 작업성, 보형성 및 처짐 저항성 등의 물성의 향상을 위하여 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 첨가제로서 셀룰로오스 에테르가 많이 사용되고 있다.
셀룰로오스 에테르는 천연 재료를 기본 원료로 하는 증점제(thickener)로서, 소량 첨가에 의해서도 뛰어난 증점 효과를 나타내며, 여타의 화학 증점제와는 달리 뛰어난 보수력을 가진다. 아울러, 셀룰로오스 에테르는 건축용 증점제로서 요구되는 건축용 시멘트의 재료 분리 방지, 작업성 향상, 경화에 필요한 수분 유지, 접착력 향상, 보형성 향상 및 처짐 저항성 개선 등의 물성을 만족시키는데 매우 적합한 재료이다. 따라서, 셀룰로오스 에테르는 건축용 마감재 분야에서 증점제로 널리 사용되고 있으며, 건축용 시멘트 분야 중에서도 시멘트 플라스터, 타일 시멘트 모르타르, 압출 성형용 시멘트 모르타르, 모노카파(monocapa) 및 ETICS(exterior thermal insulation composite system) 등에 필수적으로 사용되고 있다.
그러나, 셀룰로오스 에테르의 높은 가격으로 인하여 셀룰로오스 에테르의 사용량을 줄이고자 하는 방안이 요구되고 있다. 셀룰로오스 에테르의 사용량을 일정 수준 이하로 줄이면 건축용 시멘트의 보수성, 처짐 저항성 및 보형성 등의 물성 저하가 나타나며, 이러한 물성 저하를 보상하기 위하여 별도의 기능성 첨가제를 추가할 경우에는 셀룰로오스 에테르 본연의 기능인 보수력의 저하를 가져오게 된다.
따라서, 셀룰로오스 에테르의 사용량을 줄이면서도, 이를 포함하는 첨가제가 첨가된 건축용 시멘트의 물성이 저하되지 않는 셀룰로오스 에테르가 요구된다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 건축용 시멘트 첨가제의 셀룰로오스 에테르 함량을 줄이면서도 건축용 시멘트의 보수성 및 작업성 등의 물성이 저하되지 않는 건축용 시멘트 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 시멘트 첨가제 조성물은 분말 상태에서 부피 밀도(bulk density)가 0.20 ~ 0.29 g/ml 인 비이온 수용성 셀룰로오스 에테르를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 셀룰로오스 에테르는 섬유상(fibrous) 형태의 셀룰로오스 에테르를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 셀룰로오스 에테르는 알킬 셀룰로오스(alkyl cellulose), 히드록시알킬 알킬 셀룰로오스(hydroxyalkyl alkyl cellulose) 및 히드록시알킬 셀룰로오스(hydroxyalkyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 셀룰로오스 에테르는 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose), 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(hydroxyethyl methyl cellulose), 히드록시에틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose) 및 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 셀룰로오스 에테르는 상기 건축용 시멘트 첨가제 조성물 총 중량 대비 0.05 ~ 1.00 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 시멘트 첨가제는 상기 건축용 시멘트 첨가제 조성물을 포함할 수 있다.
일 예로, 모르타르, 셀프-레벨링 조성물, 렌더(render) 또는 플라스터(plaster) 제조에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 시멘트 첨가제 조성물을 포함하는 건축용 시멘트 첨가제는 적은 첨가량에도 불구하고 이를 포함하는 건축용 시멘트의 보수성 및 작업성 등의 물성이 저하되지 않는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 시멘트 첨가제는 셀룰로오스 에테르(cellulose ether)를 포함할 수 있으며, 상기 셀룰로오스 에테르는 분말 상태에서 부피 밀도(bulk density)가 0.20 ~ 0.29 g/ml인 비이온 수용성 셀룰로오스 에테르일 수 있다. 셀룰로오스 에테르의 부피 밀도가 0.29 g/ml를 초과하는 경우, 이를 포함하는 건축용 시멘트의 보수성이 낮아질 수 있다. 또한, 셀룰로오스 에테르의 부피 밀도가 0.20 g/ml 미만인 경우 수율이 낮아 상업적으로 생산성이 저하될 수 있다.
천연 셀룰로오스 펄프를 이용하여 제조되는 각종 셀룰로오스 에테르 유도체는 증점제, 보수제, 또는 재료분리 저감제 등의 명칭으로 건축용 시멘트용 혼화제로서 널리 사용되고 있다. 이러한 셀룰로오스 에테르가 건축용 시멘트용 혼화제로 사용되는 주된 이유는 건축용 시멘트에 혼입된 셀룰로오스 에테르가 보수 작용, 수화 반응 지연 작용 및 공기 연행 작용이라는 3대 기본작용을 수행함으로써 소정 시간 동안 응결되지 않도록 하여 건축용 시멘트의 작업성을 개선하고 재료의 분리를 방지하며 경화된 모르타르의 강도를 증가시키기 때문이다.
보수 작용이란, 시멘트가 충분한 강도를 갖도록 하기 위하여 물을 모르타르 내부에 유지하는 작용을 말한다. 결합재로서 시멘트를 사용하는 건축 마감용 모르타르는 1 ~ 30 mm 정도의 매우 얇은 시공 두께를 갖는 것이 일반적이다. 시공 직후부터 물이 하지(substrate)에 흡수되고 대기 중으로 증발되면서 수분이 급감하게 되어 정상적인 응결 강화가 일어나지 않는데 이를 드라이 아웃(dry out)이라고 한다. 따라서, 충분한 강도 발현을 위해서는 시멘트의 수화 반응에 필요한 물이 모르타르 내부에 오랫동안 유지되는 것이 중요하며, 모르타르 내부에 충분한 양의 물이 존재하는 시간 내에 최대의 수화 반응이 진행되도록 모르타르의 배합을 설계하는 것이 중요하다. 셀룰로오스 에테르는 상기와 같이 시멘트의 수화반응에 필요한 물을 오랫동안 잡아 주는 작용, 즉 보수 작용을 수행하게 된다. 일반적으로 건축용 시멘트의 작업 가능 시간은 모르타르 비빔(mixing) 후 약 1시간 정도이면 충분하며 일단 시공이 완료되면 빠른 시간 내에 시멘트의 수화 반응이 진행되도록 하는 것이 바람직하다.
수화 반응 지연 작용이란, 건축용 시멘트가 비빔수(mixing water)에 혼합 및 용해되어 점도 발현을 할 때, 셀룰로오스 에테르의 일부 미치환된 OH기가 시멘트 입자 표면의 Ca2 + 이온에 흡착하여 시멘트와 물이 접촉하는 것을 방해함으로써 시멘트의 수화 반응을 저해하는 것을 말한다. 이러한 수화 반응 지연 작용은 모르타르의 작업 가능 시간을 연장시켜주는 역할을 하기도 하지만 과도한 지연작용은 시멘트의 충분한 경화를 방해하여 최종적으로는 모르타르의 강도를 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 시공 후 빠른 수화 반응을 통해 강도의 증가를 도모하기 위해서는 보수성 및 작업 가능 시간이 확보되는 범위 내에서 셀룰로오스 에테르가 시멘트에 흡착되는 양을 최소화하도록 건축용 시멘트를 설계하는 것이 바람직하다.
공기 연행 작용이란, 셀룰로오스 에테르의 계면 활성 작용에 의하여 건축용 시멘트에 비빔 시에 공기를 연행하는 작용을 말한다. 연행된 미세한 공기 기포들은 모르타르 내에서 볼 베어링(ball bearing) 작용을 하여 골재간의 마찰을 줄여줌으로써 작업성을 개선하는 역할을 수행한다. 그러나, 과도한 공기 연행량은 경화된 건축용 시멘트의 강도를 저하시키는 결과를 초래하게 되고, 아울러 건축용 시멘트의 처짐 저항성(sag resistance), 즉 미끄럼 저항성도 감소시킨다. 따라서, 작업성이 확보되는 범위내에서 연행 공기량을 최소화하는 방향으로 건축용 시멘트를 설계하는 것이 바람직하다.
상기 셀룰로오스 에테르는 섬유상(fibrous) 형태를 가질 수 있다. 섬유상 형태의 셀룰로오스 에테르는 비표면적이 높아서 부피 밀도가 낮다. 높은 비표면적을 갖는 셀룰로오스 에테르는 물과 접촉하는 면적이 넓어 물에 대한 용해도가 높다. 높은 용해도를 갖는 셀룰로오스 에테르는 이를 포함하는 건축용 시멘트가 높은 보수성 및 증점성을 갖도록 할 수 있다. 따라서 적은 양의 셀룰로오스 에테르가 포함된 건축용 시멘트 첨가제를 첨가하여도 보수성 및 작업성 등의 물성이 우수한 건축용 시멘트를 얻을 수 있다.
상기 셀룰로오스 에테르는 알킬 셀룰로오스(alkyl cellulose), 히드록시알킬 알킬 셀룰로오스(hydroxyalkyl alkyl cellulose) 및 히드록시알킬 셀룰로오스(hydroxyalkyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스 에테르는 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose), 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(hydroxyethyl methyl cellulose), 히드록시에틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose) 및 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으며, 더욱 구체적으로 상기 셀룰로오스 에테르는 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose) 또는 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(hydroxyethyl methyl cellulose)일 수 있다.
상기 셀룰로오스 에테르의 2 중량% 수용액은 브룩필드(Brookfield) 점도계를 사용하여 20 ℃ 및 20 rpm에서 측정한 점도가 100 ~ 100,000 cps 일 수 있다. 상기 점도가 100 cps 미만인 경우, 통상적인 사용 범위에서 보수율이 부족할 수 있다. 100,000 cps를 초과하는 경우, 공기 연행량이 과도하게 많아져서 경화 후 건축용 시멘트의 강도가 약해질 수 있다.
상기 셀룰로오스 에테르의 함량은 상기 건축용 시멘트 첨가제 조성물 총 중량 대비 0.05 ~ 1.00 중량% 일 수 있다. 상기 셀룰로오스 에테르의 함량이 0.05 중량% 미만인 경우, 보수성, 수화 반응 지연성 등의 첨가제로서의 기능이 충분히 발현될 수 없다. 상기 셀룰로오스 에테르의 함량이 1.00 중량%를 초과하는 경우, 수화 반응 시간이 현저하게 길어지게 되는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 시멘트는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 시멘트 첨가제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 건축용 시멘트는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 시멘트 첨가제, 시멘트 및 골재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 건축용 시멘트 첨가제는 모르타르, 셀프-레벨링 조성물, 렌더(render) 또는 플라스터(plaster) 제조에 사용될 수 있다.
상기 시멘트로는 포틀랜드 시멘트(Portland cement), 플라이 애쉬 시멘트(fly ash cement), 알루미늄 함유 시멘트(aluminous cement)등의 수경성 시멘트가 사용될 수 있으며, 컬러 시멘트 등을 사용하여도 무방하다. 필요할 경우, 반수석고, 소석회, 탄산칼슘, 백운석 플라스터, 및/또는 점토 등을 함께 사용할 수도 있다. 상기 골재로는 강모래, 산모래, 규사, 경량 골재(예를 들어, 펄라이트(pearlite))등이 사용될 수 있다. 이외에도 에멀젼 및/또는 섬유물질 등을 배합하여도 무방하다.
상기 골재의 배합량은 시멘트의 중량 대비 30 ~ 300 중량%인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 건축용 시멘트는 물을 첨가하여 일정한 방식에 의해 혼련하지만, 물은 통상 요구되는 건축용 시멘트의 시공성(workability)을 확보할 수 있을 만큼의 양이 첨가된다. 한편, 상기 건축용 시멘트에는 타일 시멘트 모르타르, 타일 줄눈 모르타르, 조적 모르타르, 그라우트 모르타르, 철근 콘크리트 보수 모르타르, 시멘트 플라스터 등 시멘트를 결합재로 사용하는 건축공사 마감재 또는 보수재용 시멘트 모르타르가 포함될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 더욱 상세히 설명한다. 본 실시예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
[실시예 및 비교예]
(건축용 시멘트 첨가제를 포함하는 건축용 시멘트의 제조)
시멘트(동양시멘트社, 포틀랜드 시멘트), Hydrate lime(충무화학社, 소석회 1급), Limestone flour(충무화학社, NAC600) 및 Limestone sand(충무화학社, NAC100)를 혼합한 후, Air entrainment agent(Clariant社, Hostapur OSB) 및 첨가제로서 셀룰로오스 에테르를 건비빔(dry mixing)하고, 이에 물을 첨가하고 이를 혼련하면서 건축용 시멘트를 제조하였다. 여기서 셀룰로오스 에테르는 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(HPMC) 또는 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(HEMC)이다.
하기 표 1에 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 구체적인 함량을 나타내었다.
내할(%) 외할(%)
시멘트 Hydrate lime Limestone flour Limestone sand Air entrainment agent MC 물
MC 종류 함량 부피 밀도 (g/ml)
실시예 1 12.0 7.0 11.0 70.0 0.02 HPMC1 0.15 0.29 23
실시예 2 12.0 7.0 11.0 70.0 0.02 HPMC2 0.15 0.25 23
실시예 3 12.0 7.0 11.0 70.0 0.02 HPMC3 0.15 0.20 23
실시예 4 12.0 7.0 11.0 70.0 0.02 HEMC1 0.15 0.29 23
실시예 5 12.0 7.0 11.0 70.0 0.02 HEMC2 0.15 0.25 23
실시예 6 12.0 7.0 11.0 70.0 0.02 HEMC3 0.15 0.20 23
비교예 1 12.0 7.0 11.0 70.0 0.02 HPMC4 0.15 0.31 23
비교예 2 12.0 7.0 11.0 70.0 0.02 HEMC4 0.15 0.31 23
HPMC1: 삼성정밀화학(주), 제품명:MECELLOSE® PMC-15U, 점도:약 15,000 cps
HPMC2: 삼성정밀화학(주), 제품명:MECELLOSE® PMC-15U, 점도:약 15,000 cps
HPMC3: 삼성정밀화학(주), 제품명:MECELLOSE® PMC-15U, 점도:약 15,000 cps
HPMC4: 삼성정밀화학(주), 제품명:MECELLOSE® PMC-15U, 점도:약 15,000 cps
HEMC1: 삼성정밀화학(주), 제품명:MECELLOSE® EMA-15U, 점도:약 15,000 cps
HEMC2: 삼성정밀화학(주), 제품명:MECELLOSE® EMA-15U, 점도:약 15,000 cps
HEMC3: 삼성정밀화학(주), 제품명:MECELLOSE® EMA-15U, 점도:약 15,000 cps
HEMC4: 삼성정밀화학(주), 제품명:MECELLOSE® EMA-15U, 점도:약 15,000 cps
[실험예]
유리판 위에 지름 100 mm, 높이 10 mm인 링 하단부에 지름 150 mm인 5A 필터(제조사: Toyo Roshi Kaisha, Ltd) 1장을 깐 다음, 상기 링에 충분히 혼련된 페이스트를 채운 후 물이 흡수되어 퍼져나간 직경을 측정하고 하기 수학식 1을 통하여 보수성(water retention)을 계산하였다.
[수학식 1]
보수성=(1-((30분 경과 후 5A 필터가 젖은 직경(mm)-100)/100))x100
다음 표 2는 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 건축용 시멘트들 각각에 대하여 상기 실험예에 의하여 보수성을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 2
보수성(%) 92.2 94.4 95.9 91.1 92.1 94.2 95.8 91.0
표 2를 참조하면, 부피 밀도가 0.20~0.29 g/ml 범위 이내인 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 또는 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스를 첨가하였을 때 92.0 % 이상의 값을 가지며 건축용 시멘트의 보수성이 향상되는 것을 알 수 있다. 그러나, 부피 밀도가 0.31 g/ml인 히드로시프로필 메틸 셀룰로오스 또는 히드록시에틸 셀룰로오스를 첨가한 경우 91.1 %의 낮은 보수성을 나타내는 것을 알 수 있다.
상기 표 2의 결과를 통하여, 부피 밀도가 0.20~0.29 g/ml 범위 이내인 셀룰로오스 에테르를 첨가한 건축용 시멘트의 보수성이 상기 범위를 벗어나는 셀룰로오스 에테르를 첨가한 건축용 시멘트의 보수성보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (7)

  1. 분말 상태에서 부피 밀도(bulk density)가 0.20 ~ 0.29 g/ml 인 비이온 수용성 셀룰로오스 에테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 시멘트 첨가제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 에테르는 섬유상(fibrous) 형태의 셀룰로오스 에테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 시멘트 첨가제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 에테르는 알킬 셀룰로오스(alkyl cellulose), 히드록시알킬 알킬 셀룰로오스(hydroxyalkyl alkyl cellulose) 및 히드록시알킬 셀룰로오스(hydroxyalkyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 시멘트 첨가제 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 에테르는 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose), 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(hydroxyethyl methyl cellulose), 히드록시에틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose) 및 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 시멘트 첨가제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 에테르는 상기 건축용 시멘트 첨가제 조성물 총 중량 대비 0.05~1.00 중량%인 것을 특징으로 하는 건축용 시멘트 첨가제 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 건축용 시멘트 첨가제 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 시멘트 첨가제.
  7. 제6항에 있어서,
    모르타르, 셀프-레벨링 조성물, 렌더(render), 또는 플라스터(plaster)의 제조에 사용되는 건축용 시멘트 첨가제.
KR1020150106405A 2015-07-28 2015-07-28 건축용 시멘트 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 건축용 시멘트 첨가제 KR20170014037A (ko)

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