KR20200001241A - 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 발명은 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물은, 폴리에테르디아민 40~75wt%와, 디에틸톨루엔디아민 10~25wt%와, 변성 아미노실리콘 0.1~5wt%와, 자외선안정제 0.1~5wt%와, 안료 0.1~10wt%와, 난연합성첨가제 8~20wt%로 이루어지는 주제부 및, 이소시아네이트 프레폴리머 35~47wt%와, 폴리올 35~45wt%와, 난연합성첨가제 8~20wt%로 이루어지는 경화제부;로 구성되는 것이 특징이다.
본 발명에 의해, 건축물에 손쉽게 시공함으로써 구조물의 충격과 압력을 유연하게 바꿔 방폭 성능과 충격흡수능으로 인해 건축물 보호할 뿐만 아니라 난연 성능을 극대하게 발휘시켜 인명 피해를 최소화하는 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물 및 그 제조방법{Waterproofing polyurea resin paints composition for protective explosion and earthquake-proof having flame retardant and preparation method thereof}
본 발명은 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난연성이 우수함과 동시에 경화성(tack free time), 경도, 인장강도, 신장률, 인열강도의 물리적 특성이 우수하고 외부 또는 내부의 충격파와 폭발 하중에 대한 에너지 흡수률이 높아 폭발 및 지진에 의한 압력 하중이 콘크리트 구조물 또는 시멘트 벽돌 구조물에 미치는 영향을 방지할 수 있어 내진시설 및 인명피해, 시설물 피해를 최소화할 수 있도록 하는 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 폭탄의 폭약은 폭약의 저장된 에너지가 빠른 속도로 전이되는데 초음속 속도로 주변의 공기를 통해 충격파로 전송이 되며 폭발에너지는 폭발과 즉시 상승, 붕괴되는 시간은 극히 짧은 시간에 발생된다.
최근 들어, 2010년도 11월23일에 발생한 북한의 연평도 포격 사건도발 등 폭탄으로 인해 화재발생과 건축구조물 파괴 등으로 인해 많은 인명피해 발생되었으며, 국가 주요시설 파괴로 인한 군사적, 경제적 손실도 발생된 바 있다.
따라서, 이런 주요 시설과 인명을 보호할 수 있는 대책이 시급히 필요하며, 특히, 최근 일본과 국내에서 발생된 지진에 따라 건물 붕괴 및 인명피해의 예방을 위해 기본적으로 구조물에 가해지는 폭발하중에 대한 이해가 필요하며, 이러한 폭발하중은 매우 빠른 시간 내에 콘크리트 구조물에 큰 압력으로 작용하는 하중이므로 변형률, 속도와 구조물의 국부적인 손상을 고려하여 동적응답을 평가해야 하며, 이러한 기반 위에서 방호 방폭용 도료개발이 시급히 필요한 실정이다.
이에 관련된 여러 연구들이 하기와 같이 시행되고 있다. 관련 공지기술들로는 공개특허 제10-2013-0074699(방호 방폭용 실리콘 폴리우레아 수지도료의 조성물 및 그 시공방법) 및 등록특허 제10-0976831호(콘크리트 구조물 보호용 수용성 폴리우레아 수지 코팅제 조성물 및 이 코팅제 조성물을 이용한 시공방법)이 공개되어 있다.
그러나, 상기 공지기술들은 콘크리트 구조물 보호효과만을 갖고 있으며, 적용되어 있는 인계 난연제가 있긴 하나, 이는 자기소화성의 기능은 있지만 내열성이 열세하여 난연성이 미흡한 바, 폭발화재로 인해 발생되는 인명피해를 최소화하는데 다소 부족한 면이 있다.
본 발명은 건축물에 손쉽게 시공함으로써 구조물의 충격과 압력을 유연하게 바꿔 방폭 성능과 충격흡수능으로 인해 건축물 보호할 뿐만 아니라 난연 성능을 극대하게 발휘시켜 인명 피해를 최소화하는 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물은, 폴리에테르디아민 40~75wt%와, 디에틸톨루엔디아민 10~25wt%와, 변성 아미노실리콘 0.1~5wt%와, 자외선안정제 0.1~5wt%와, 안료 0.1~10wt%와, 난연합성첨가제 8~20wt%로 이루어지는 주제부 및, 이소시아네이트 프레폴리머 35~47wt%와, 폴리올 35~45wt%와, 난연합성첨가제 8~20wt%로 이루어지는 경화제부;로 구성되는 것이 특징이다.
상기 폴리우레아수지 도료조성물은 상기 주제부와 상기 경화제부가 중량비 1~4 : 1 비율로 구성되는 것이 특징이다.
상기 난연합성첨가제는 인산계 난연제와 인계 난연제로 구성되는 것이 특징이다.
본 발명의 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물의 제조방법은, 주제부 전체중량을 기준으로 중량평균분자량 2000인 폴리에테르디아민 35~66wt%, 디에틸톨루엔디아민 10~25wt%, 중량평균분자량 5000인 폴리에테르디아민 5~9wt%을 먼저 용기에 넣고 500~1500 rpm으로 5~10분간 혼합한 후, 여기에 변성 아미노실리콘 0.1~5wt%, 자외선안정제 0.1~5wt%, 안료 0.1~10wt%, 난연합성첨가제 8~20wt%를 넣고 1000~1500 rpm으로 20~30분간 혼합하여 주제부를 제조하는 단계; 30~150rpm의 교반속도가 유지되는 반응기에 경화제부 전체중량을 기준으로 이소시아네이트 프레폴리머 35~47wt%, 폴리올 35~45wt%를 먼저 넣은 후, 반응기의 온도는 70~80℃로 승온시킨 후, 70~80℃로 온도가 도달되면 3~4시간동안 반응하여 중합한 다음, 이를 50~60℃로 하강한 후 난연합성첨가제 8~20 wt%를 넣고 혼합하여 경화제부를 제조하는 단계 및, 상기 주제부와 상기 경화제부를 1~4 : 1 중량비로 혼합하되, 주제부와 경화제부의 당량비는 1.05~1.15 범위 내에서 혼합하여 폴리우레아수지 도료조성물을 제조하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.
상기 주제부의 난연합성첨가제는 용기에 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트(butylphenyl diphenyl phosphate)와 인산계 난연제인 페닐 다이클로로 포스페이트(Phenyl dichlorophosphate)를 투입하고 50~60℃에서 1~2시간동안 1차 반응한 후, 여기에 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate)를 넣고 50~60℃에서 1~2시간동안 2차 반응시켜 제조하는 것이 특징이다.
상기 경화제부의 난연합성첨가제는 용기에 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트(butylphenyl diphenyl phosphate)를 넣고 50~60℃ 1~2시간동안 1차반응한 다음, 다시 인산계의 난연제인 인산계 난연제인 페닐 다이클로로 포스페이트(Phenyl dichlorophosphate)를 넣고 50~60℃에서 1~2시간동안 2차반응한 다음 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate)를 투입하고 50~60℃에서 1~2시간동안 3차반응시켜 제조하는 것이 특징이다.
본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물을 코팅하여 시공하는 방법으로는 상기의 폴리우레아수지 도료조성물을 콘크리트 구조물 또는 시멘트 벽돌구조물 표면에 고온, 고압의 스프레이 기기로 분사하여 시공하는 것이 특징이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의해, 난연 성능과 지진 및 방폭 내성에 강한 폴리우레아수지 도료조성물이 제공되며, 이는 경화성(tack free time), 경도, 인장강도, 신장률, 인열강도의 물리적 특성 및 난연 성능이 우수하게 나타남으로써 강한 에너지를 흡수, 화재 발생억제, 건축물 붕괴 방지 등 건축벽체내진설계, 시설물 보호가 요구되는 산업전반의 기반시설에 확대 적용할 수 있으며, 초속 경화형 폴리우레아수지 도료조성물로써 빠른 시공이 가능하게 됨과 동시에 온도변화와 관계없이 시공이 가능하게 된다.
도 1은 일실시예에 따른 폴리에테르디아민 및 디에틸톨루엔디아민의 구조식을 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 난연합성첨가제를 구성하는 인산계 난연제 및 인계 난연제의 구조식을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물 도포 후 방폭능을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물은 주제부와 경화제부의 2액형으로 구분되는데, 상기 주제부는 폴리에테르디아민, 디에틸톨루엔디아민, 변성 아미노실리콘, 자외선안정제, 안료, 난연합성첨가제로 이루어지는 것이 특징이며, 상기 경화제부는 이소시아네이트 프레폴리머, 폴리올, 난연합성첨가제로 이루어지는 것이 특징이다.
이러한, 본 발명의 상기 폴리우레아수지 도료조성물은 기계적, 화학적 물성이 우수하고 이음새 없는 연속 도막을 형성할 수 있고 폭발로부터 큰 충격에도 견딜수 있는 우수한 탄성체 폴리머 복합소재로써, 화재 발생을 억제할 수 있는 우수한 난연 성능과 다양한 색상 발현이 가능하고 복잡한 부위에도 쉽게 시공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 상기 폴리우레아수지 도료조성물은 기존의 방식 또는 바닥 코팅 시스템에 비하여 빠른 경화 특성이 있으므로 작업의 성력화를 이룰 수 있으며 수직면에도 흐름 없이 연속적으로 소정의 도막두께를 확보할 수 있고 최근 지구의 기후 변화에 의한 침수, 가뭄, 지진에 효과적이며 시설물 설계 시 신속하게 대응하기 위한 시설물보호 및 내진설계의 용도로 사용될 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 상기 폴리우레아수지 도료조성물은 수지 특성상 탄성이 풍부하고 인장강도, 신장률 등 기계적 강도가 우수하며 특히, 신장률이 극대하게 우수하므로 하지의 거동에 대한 균열 추종성이 우수하고 내약품성이 뛰어나고 촉매, 가소제 등 비 반응 물질을 포함하지 않으므로 시공 후 인체에 대한 유해성이 없어 정수장 및 식수 저장탱크 등의 코팅 도료로도 사용될 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물의 일 구현 예들로서, 주제부 및 경화제부 중에 포함될 수 있는 성분들 및 그 제조방법을 살피면 다음과 같다.
(주제부)
1. 폴리에테르디아민(polyether diamine)
폴리에테르디아민은 기본적인 수지 물성에 영향을 미치는 원료로서, 중량평균분자량이 1,000~5,000 인 것이 바람직하다. 다시 말해, 폴리에테르디아민의 중량평균분자량이 1,000 미만이 될 경우에는 신장률, 인장강도 등 물리적 특성이 저하할 우려가 있고, 중량평균분자량이 5,000 을 초과할 경우에는 상기와 같은 물리적 특성은 향상되지만, 인장강도가 낮아지는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 폴리에테르디아민의 함량은 주제부 중량을 기준으로 40~75 wt%로 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 상기 폴리에테르디아민의 함량이 40 wt%미만이 될 경우에는 인장강도, 신장률 등 물리적 특성이 저하할 우려가 있고, 75 wt%를 초과할 경우에는 폴리에테르디아민의 과량 혼합에 의해 미반응성 폴리에테르디아민이 잔류하여 폴리우레아 합성수율이 저하할 우려가 있다.
본 발명에서 사용되는 폴리에테르디아민의 예를 구체적으로 들면 도 1A에 도시된 바와 같이, 중량평균분자량 2000의 바스프사 D-2000과 헌츠만사의 D-2000, 중량평균분자량 5000의 바스프사 T-5000과 헌츠만사의 T-5000을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 중량평균분자량 2000의 폴리에테르디아민과 중량평균분자량 5000의 폴리에테르디아민을 8~10:1 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
2. 디에틸톨루엔디아민(di-ethyltoluene diamine)
본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물의 경화속도는 디에틸톨루엔디아민(di-ethyltoluene diamine)을 사용하여 통상 경화속도를 조정한다.
다시 말해, 디에틸톨루엔디아민(di-ethyltoluene diamine)은 가교제(Chain extender)로 사용되는 것으로써, 폴리우레아 도료의 겔화 시간(Gel time)을 조절하는데 기여한다. 경화속도 조절은 wt%양이 증가 할수록 반응속도는 빠르고 wt%양이 감소하면 반응속도는 느려진다. 경화속도(Tack Free Time)가 30초 이상으로 늦춰진 경우 특히, 수직면이나 천정부 뿜칠 시 액체 상태로 뭉쳐 흘러내리는 문제점이 발생된다. 자세하게는 1차 아민은 상기 폴리우레아 도료의 겔화 시간을 단축시킬 수 있고, 2차 아민은 상기 폴리우레아 도료의 겔화시간을 연장시킬 수 있다.
이에, 본 발명에서 사용되는 디에틸톨루엔디아민의 예를 구체적으로 들면 도료의 겔화시간을 단축시키기 위해 1차아민의 디에틸톨루엔디아민은 모두 사용가능하며, 더욱 바람직하게는 도 1B에 도시된 바와 같이, 중량평균분자량 178.3의 1차아민인 알버말사의 디에틸톨루엔디아민(DETDA)을 사용하는 것이 좋다.
이러한, 상기 디에틸톨루엔디아민의 첨가량은 주제부 중량을 기준으로 10~25 wt%로 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 상기 디에틸톨루엔디아민을 10 wt%미만으로 첨가할 경우에는 가교제로의 효과가 미미하여 기계적 물성의 향상을 기대하기 어렵게 되며, 25 wt%를 초과할 경우에는 경화속도가 너무 빠르게 발생되어 외관미는 저하되고 스프레이 분사 노즐이 막히는 문제점과 약한 충격에도 쉽게 부서지는 현상이 발생된다.
3. 변성 아미노실리콘
변성 아미노실리콘은 방폭성능의 충격흡수의 역할을 하도록 사용되는 것으로써, 변성 아미노실리콘은 -Si-O-Si-의 구조가 중심 골격을 이루고 있고, 여기에 다양한 유기기가 결합되어 있는 구조이다. 본 발명에 따른 상기 변성 아미노실리콘에 있어서, 상기 유기기는, 바람직하게는 에폭시기, 알키드기 및 우레탄기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 유기기는 에폭시기이다. 이러한 변성 아미노실리콘은 실리콘과 에폭시 수지, 알키드 수지 또는 우레탄 수지를 공중합 반응시켜 제조할 수 있다.
이러한, 상기 변성 아미노실리콘의 첨가량은 주제부 중량을 기준으로 0.1~5 wt%로 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 상기 변성 아미노실리콘을 0.1 wt%미만으로 첨가할 경우에는 충격을 흡수하는 탄성효과가 미약하고, 5 wt% 초과할 경우 경화속도가 너무 빠르게 발생되어 오히려 약한 충격에도 쉽게 부서지는 현상이 발생된다.
4. 자외선안정제
자외선안정제는 자외선에 의한 황변발생을 방지하기 위한 것으로써, 그 첨가량은 주제부 중량을 기준으로 0.1~5 wt%로 첨가하는 것이 바람직하다. 즉, 자외선안정제의 첨가량이 0.1 wt% 미만이 될 경우에는 자외선에 의한 황변발생의 방지 효과가 저하되고, 5 wt%를 초과할 경우에는 자외선에 의한 황변발생의 방지 효과는 더 이상 향상되지 않고 오히려 도료조성물의 다른 물성을 저하시킬 우려가 있다.
5. 안료(pigment)
안료는 폴리우레아수지 도료 조성물의 색상을 부여하기 위한 것으로써 그 첨가량은 주제부 중량을 기준으로 0.1~10 wt%로 첨가하는 것이 바람직하지만 소비자이 요구나 제조자의 필요에 따라 상기의 범위에만 반드시 한정되지 아니하고 적절히 조절되어 질 수 있다.
6. 난연합성첨가제
난연합성첨가제는 난연성능과 지진 및 방폭 내성에 강하도록 첨가하는 재료로써 본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물의 자기소화성 기능을 부여하여 유기질 도료가 가지는 단점인 화염에 대한 전이를 막아주는 역할로 화염이 중단되면 즉시 화기가 사라지는 기능을 하게 된다. 이때, 난연합성첨가제는 인산계의 난연제와 인계의 난연제로 구성되는 것이 특징이며, 보다 바람직하게는 인산계의 난연제와 인계의 난연제가 1~2:1 중량비로 혼합되어 구성되는 것이 좋다.
여기서 상기 인산계의 난연제로는 부틸페닐 디페닐 포스페이트, 페닐 다이클로로 포스페이트를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용하며, 인계의 난연제로는 트리페닐 포스페이트, 트리스(2,3-다이클로로프로필)포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 인산에스테르, 트리크레실포스페이트, 트리클로로에틸포스페이트 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하며, 이때 상기 인산계와 인계는 1~2:1 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
이러한 상기 주제부에 첨가되는 난연합성첨가제의 일실시예에 따른 제조방법으로는, 습도 65% 이내의 반응기에서 30~150rpm의 속도로 교반 유지하면서 50~60℃ 온도로 먼저 승온시킨 후, 도 2A에 도시되어 있는 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트(butylphenyl diphenyl phosphate)와 인산계 난연제인 페닐 다이클로로 포스페이트(Phenyl dichlorophosphate)를 1:1 비율로 넣고 50~60℃에서 1~2시간동안 1차 반응하고, 여기에 도 2B에 도시되어 있는 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate)를 상기 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트와 같은 함량으로 투입한 후, 50~60℃에서 1~2시간동안 2차 반응하여 축합 중합을 완료하여 난연합성첨가제를 제조하는 것이 바람직하다.
이렇게 제조된 상기 난연합성첨가제는 주제부 전체중량을 기준으로 8~20 wt%로 첨가되는 것을 특징으로, 상기 난연합성첨가제의 첨가량이 상기 중량을 벗어나 8 wt%미만일 경우에는 자기소화성의 기능이 소실되고 인장강도, 신장률 등 물성이 감소하게 되며, 20 wt%를 초과하면 상승된 난연성능은 기대하기 어려울 뿐 아니라 오히려 탄화층이 너무 딱딱하게 되어 탄화층이 쉽게 부서져서 난연성능을 발휘할 수 없게 될 수 있다.
(주제부의 제조방법)
이러한 상기 본 발명의 주제부의 일실시예에 따른 제조방법으로는, 용기에 먼저 중량평균분자량 2000인 폴리에틸렌아민을 주제부 중량을 기준으로 35~66 wt%로 투입한 후, 디에틸톨루엔디아민을 주제부 중량을 기준으로 10~25 wt%로 투입한 다음, 다시 중량평균분자량 5000인 폴리에틸렌아민을 주제부 중량을 기준으로 5~9 wt%투입한 후 500~1500 rpm으로 5~10분간 혼합하며, 여기에 주제부 중량을 기준으로 변성 아미노실리콘 0.1~5 wt%, 자외선안정제 0.1~5 wt%, 안료 0.1~10 wt%, 난연합성첨가제 8~20 wt%를 투입한 후, 1000~1500 rpm으로 20~30분간 혼합하는 방법으로 제조하는 것이 특징이다.
(경화제부)
본 발명의 일 구현예에 의한 폴리우레아수지 도료조성물에 있어 경화제부에는 상술한 난연합성첨가제와, 통상 폴리우레아수지 도료조성물의 경화제부를 구성할 수 있는 다음과 같은 성분을 포함하는 것이 특징이다.
1. 이소시아네이트 프레폴리머
경화제인 이소시아네이트(isocyanate) 프레폴리머는 도막 내에서 하드 블록(Hard Segment)을 형성하여 기계적 강도, 인장 강도, 탄성, 내충격성 및 저온 안정성을 나타내는 것을 특성으로, 바람직하게는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI; methylene diphenyl diisocyanate)를 사용하며, 이는 Polymeric MDI, Monomeric MDI, Modified MDI 로 분류한다. 특히 상기 MDI의 중량평균분자량이 250~300인 것이 바람직하다. 다시 말해, MDI의 중량평균분자량이 250 미만이 될 경우에는 상기와 같은 특성이 저하할 우려가 있고, 300을 초과할 경우에는 더 상승되는 물리적 특성을 기대하기는 어렵다.
본 발명에서 사용되는 이소시아네이트(isocyanate)의 예를 구체적으로 들면 ㈜금호미쓰이, 다우코닝㈜, ㈜애경화학, ㈜바스프 등 제조 유통 판매되는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 특히 MDI는 ㈜바스프사의 중량평균분자량 250.3의 Modified MDI, Lupranate MI, ㈜금호미쓰이사의 중량평균분자량 285의 Monomeric MDI, Cosmonate LL을 주로 사용하는 것이 바람직하다.
2. 폴리올(Polyether Polyol)
폴리올은 상기 이소시아네이트 프레폴리머의 경화능을 향상시켜주기 위해 상용되는 재료로써, 주로 비 폼(Non Foam)용으로 ㈜바스프, ㈜KPX 등 제조 유통 판매되는 폴리올을 쓰고, 보다 바람직하게는 중량평균분자량이 2000~3000인 폴리에테르 폴리올을 사용한다. 이때, 중량평균분자량이 2000 미만이면 경화 도막의 흡수율이 높아지는 경향이 있고, 3000을 초과하면 표면경도가 낮아지고, 내오염성도 악화되는 경향이 있다.
더욱 바람직하게는, ㈜KPX사의 폴리에테르 폴리올 PP-2000을 사용하며 중량평균분자량은 2000이다. 그 외 여러 종류의 폴리올이 있지만, 본 발명에서 주로 PP-2000의 폴리올을 사용하고 PP-2000과 같은 성분을 제조 판매하는 회사가 여러 있다. 제품 성분은 비슷하지만 제품의 명칭은 모두 다르게 판매 한다.
(경화제부의 제조방법)
본 발명의 경화제부의 제조방법은 상기 이소시아네이트 프레폴리머의 분류된 MDI에 따라 하기와 같이 3가지 형태의 방법으로 나뉘어 제조된다.
1. Monomeric MDI에 따른 경화제부의 제조방법
본 경화제부의 구성은 경화제부 전체중량을 기준으로 Monomeric MDI 35~47wt%, 폴리올 35~45wt%, 난연합성첨가제 8~20wt%로 구성된다.
일실시예에 따른 본 경화제부의 제조방법은, 먼저 습도 65% 이내의 반응기를 30~150rpm의 속도로 교반유지하면서, Monomeric MDI를 경화제부 중량을 기준으로 35~47wt%로 투입한 후, 폴리에테르 폴리올을 경화제부 중량을 기준으로 35~45wt%로 투입한 다음, 반응기의 온도를 70~80℃로 승온하여 70~80℃로 온도가 도달되면 3~4시간동안 반응하여 중합한 후, 50~60℃로 다시 하강시킨다.
그다음 난연합성첨가제를 경화제부 전체중량을 기준으로 8~20 wt%로 포함되도록 혼합하여 본 발명에 사용되는 경화제부를 제조한다.
이때, 상기 난연합성첨가제는 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트(butylphenyl diphenyl phosphate), 페닐 다이클로로 포스페이트(Phenyl dichlorophosphate) 및 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate)로 구성된 것을 사용하는 것이 좋다. 구체적으로 설명하면, 상기 난연합성첨가제는 바람직하게 3차 축합 중합반응을 통해 제조하는 것으로써, 먼저 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트(butylphenyl diphenyl phosphate)를 50~60℃에서 1~2시간동안 1차 반응하고, 여기에 인산계 난연제인 페닐 다이클로로 포스페이트(Phenyl dichlorophosphate)를 투입한 후, 다시 50~60℃에서 1~2시간동안 2차 반응한 후, 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate)를 투입하고 50~60℃에서 1~2시간동안 3차 반응하여 축합 중합하여 제조하는 것으로써, 이때, 상기 인산계 난연제와 인계 난연제는 1~2:1 중량비를 이룰 수 있도록 하는 것이 가장 난연성능이 우수하다.
이러한 상기 난연합성첨가제는 경화제부 전체중량을 기준으로 8~20 wt%로 첨가되는 것을 특징으로, 상기 난연합성첨가제의 첨가량이 상기 중량을 벗어나 8 wt%미만일 경우에는 상기 난연성능이 낮아 목적하는 효과를 얻기 어려우며, 20 wt%를 초과하면 상승된 난연성능은 기대하기 어려울 뿐 아니라 오히려 상기 이소시아네이트 프레폴리머의 경화능에 악영향을 미치게 되어 경화성(tack free time)이 오히려 떨어질 우려가 있게 된다.
2. Modified MDI에 따른 경화제부의 제조방법
상기 1의 제조방법과 같은 방법으로 제조하되, Monomeric MDI 대신 Modified MDI를 적용하여 본 발명에 사용되는 경화제부를 제조한다.
3. Monomeric MDI 와 Modified MDI 혼용에 따른 경화제부의 제조방법
상기 1의 제조방법과 같은 방법으로 제조하되, Monomeric MDI 대신 상기 Monomeric MDI와 상기 Modified MDI 1:1 중량비로 혼용한 MDI를 적용하여 본 발명에 사용되는 경화제부를 제조한다.
이때, 상기 경화제부에 분류된 MDI의 NCO기의 함량(%)은 MDI 전체중량을 기준으로 10~20 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 이는 NCO기 함량(%)이 증가할수록 Tack Free Time의 경화속도가 빠르게 나타나고 경도가 높게 발생되며, 반대로 NCO기 함량(%)이 낮아질수록 경도는 낮아진다.
이렇게 구성된 본 발명의 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물은 상기 주제부와 경화제부를 혼합하여 완성되고 주제부에서 재료들의 종류 및 성분과 경화제부에서의 재료들의 종류 및 성분에 따라 겔화 시간이 달라지게 되고 그 성능이 달라지게 되어, 폴리우레아수지 도료의 형태가 구분되어지게 되는 것이다.
이러한 본 발명의 난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물은 물리적 특성 성이 우수하여 콘크리트구조물 또는 시멘트 벽돌 구조물 등의 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 고온, 고압의 스프레이 기기를 이용하여 시공하게 된다.
일반적으로 폴리우레아는 뿜칠 시 압력은 1500psi 이상이 발생되고 과도한 토출량이 발생되기 때문에 1회 뿜칠에 500㎛이상의 도막을 형성이 어렵다. 폴리우레아는 빠르게는 수 초에서 느리게는 10분 이상의 경화시간이 형성되는데 경화속도가 빠르면 뿜칠 시 도막표면의 Self-Leveling이 부족하여 거친 표면이 형성되고 Dust가 날려서 도막 표면에 엠보싱 무늬가 발생된다.
본 발명의 다른 일예에 따르면, 콘크리트 또는 시멘트 벽돌구조물면의 이물질을 제거하는 단계; 상기 이물질 제거 후 통상의 프라이머를 도포한 후, 상기 도료 조성물을 스프레이 하는 단계를 포함하는 폴리우레아수지 도료조성물을 이용한 시공방법으로서, 상기 혼합시 액 온도를 60 내지 80℃로 하고, 스프레이 분사기 압력을 2000 내지 3500 psi로 하여 상기 폴리우레아수지 도료조성물을 이용한 시공방법을 제공한다. 이때, 스프레이 분사기의 압력은 2000 psi 보다 낮아질 때에는 혼합 불량으로 미경화로 인한 물성저하의 문제점이 있고, 압력이 3,500 psi 보다 높아지면 평활한 도장면을 얻을 수가 없다.
한편, 혼합충돌시의 주제부와 경화제부의 온도는 60 ~ 80℃로 유지하는 것이 바람직하다. 온도가 600℃ 이하가 될 경우에는 혼합 불량의 문제점이 생기고, 온도가 80℃ 이상이 되면 주제부와 경화제부의 반응속도가 빨라져 평활한 도장면을 얻을 수가 없기 때문에 바람직하지 못하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물은 주제부, 경화제부가 중량비 1~4 : 1 의 혼합비율로 혼합되어, 반응성 열경화성 수지로 형성되며, 주제부와 경화제부의 당량비는 1.05~1.15 범위 내에서 조정되는 것이 특징이다.
다시 말해, 본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물은 주제부와 경화제부의 혼합비율이 1~4:1의 중량비로 형성되는데 혼합 비율의 차이에 따라 물성은 크게 달라진다. 다시 말해, 주제부, 경화제부의 당량비가 어느 한쪽이라도 높거나 낮을 시, 폴리우레아의 도막 물성은 미 경화가 발생되거나 발포가 발생되는 문제가 발생된다. 이에, 폴리우레아에서 문제점이 발생됨에 따라서 바람직하게는 주제부와 경화제부의 부피비율 당량비를 1.05~1.15로 조정하여 적용한다.
이렇게 구성된 본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물은 폭발 및 지진에 의한 압력 하중이 콘크리트구조물 또는 시멘트 벽돌 구조물에 미치는 영향을 방지하는 방폭 성능이 우수한 난연 성능과 지진 및 방폭 내성에 강하도록, 신장률 및 인장강도의 물성이 우수하고 외부 또는 내부의 충격파와 폭발 하중에 대한 에너지 흡수가 높아 내진시설 및 인명피해, 시설물 피해를 축소 시키는 역할을 한다.
특히, 마찰력과 밀접한 관계로 마찰성능에 따른 충격파의 에너지는 반사, 분산되고 잔류 에너지는 폴리우레아에 흡수되어 높은 탄성력으로 충격파의 에너지를 막아내어 방폭 성능을 발휘한다.
또한, 높은 가교도로 이루어진 고 물성의 난연 성능과 지진 및 방폭 내성에 강한 강화 폴리우레아 수지조성물의 도료로써 내구성, 내충격성, 내스크래치성이 높고 난연 성능은 종래의 폴리우레아에 비해 월등히 우수하며 인장강도, 신장률의 물성이 우수하여 방폭 성능 기능이 향상되고 동시에 탄성력과 균열 추종성이 우수하게 나타난다.
이하에서는 실시예 및 실험예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시예 및 실험예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 5> 본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물 제조
주제부를 제조하기 위하여, 용기내에 습기, 물, 먼지 등의 이물질이 포함하지 않아야 하며, 습도 65% 이내에서 용기에 폴리에테르디아민 분자량 2000의 바스프사 D-2000를 먼저 투입한 후, 1차아민인 알버말사의 디에틸톨루엔디아민 분자량 178.3의 DETDA를 투입하고, 그 다음 폴리에틸렌아민 분자량 5000의 바스프사 T-5000를 투입한 후 1000 rpm으로 10분간 혼합한 다음, 여기에 안료(삼영사), 자외선안정제(지코사), 변성아미노실리콘(다우코닝), 및 난연합성첨가제제(디켐)를 투입한 후 1000 rpm으로 30분간 혼합하여 본 발명에서 사용될 주제부를 제조하였다.
여기서 상기 난연합성첨가제는 반응기 내에 습기, 물, 먼지 등의 이물질이 포함하지 않아야 하며, 습도 65% 이내에서 반응기는 100rpm의 속도로 교반 유지하면서, 50℃ 온도로 승온시킨 후, 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트와, 페닐 다이클로로 포스페이트를 각각 투입한 후 50℃에서 1시간동안 1차 반응시킨 다음 여기에 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트를 투입한 후 50℃에서 1시간동안 2차 반응시켜 축합 중합을 완료하여 제조한 것을 사용하였다.
그 다음 경화제부를 제조하기 위해, 반응기내에 습기, 물, 먼지 등의 이물질이 포함하지 않아야 하며, 습도 65% 이내에서 반응기는 100rpm의 속도로 교반유지하면서, Monomeric MDI(금호미쓰이사의 Cosmonate LL) 또는 Modified MDI(바스프사의 Lupranate MI) 또는 이들 혼합물을 투입하고, KPX사의 PP-2000 폴리에테르 폴리올을 투입한 후, 반응기의 온도는 70℃로 승온시킨 다음, 70℃로 온도가 도달되면 3시간동안 반응하여 중합시킨 다음, 50℃로 하강시킨 후, 난연합성첨가제를 넣고 50℃에서 1~3시간동안 반응시키되, 먼저 난연합성첨가제의 일부재료인 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트를 투입한 다음 50℃ 1시간동안 1차반응시킨 후, 여기에 인산계 난연제인 페닐 다이클로로 포스페이트를 투입한 후 50℃에서 1시간동안 2차반응시킨 다음, 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트를 투입한 다음, 50℃에서 1시간동안 3차반응하여 본 발명에서 사용될 경화제부를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 주제부와 경화제부는 1:1 중량비로 혼합하되, 당량비를 1.05로 맞추어 본 발명의 폴리우레아수지 도료조성물들을 제조하였다.
이때, 상기 조성물들을 이루는 구성성분들의 혼합비율은 하기 표 1에 기재한 바와 같이 적용하여 실시하였다.
구분 성분
혼합비율(wt%)
주제부 폴리
에테르디아민
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
분자량 2000 59.8 62.8 65.8 68.8 71.8 59.8 59.8
분자량 5000 7 7 7 7 7 7 7
디에틸톨루엔디아민
(1차 아민)
13 13 13 13 13 13 13
변성아미노실리콘
0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
자외선안정제
1 1 1 1 1 1 1
안료
4 4 4 4 4 4 4
난연
합성
첨가제
부틸페닐 디페닐 포스페이트
(인산계)
5 4 3 2 1 5 -
페닐 다이클로로 포스페이트
(인산계)
5 4 3 2 1 5 -
트리페닐 포스페이트
(인계)
5 4 3 2 1 5 15
경화제부

이소시아네이트 프레폴리머 Monomeric MDI 42 - - 48 50 42 42
Modified
MDI
- 44 - - - - -
Monomeric MDI +
Modified
MDI(1:1 혼합)
- - 46 - - - -
폴리에테르 폴리올
43 44 45 46 47 43 43
난연
합성
첨가제
부틸페닐 디페닐 포스페이트
(인산계)
5 4 3 2 1 - 5
페닐 다이클로로 포스페이트
(인산계)
5 4 3 2 1 - 5
트리페닐 포스페이트
(인계)
5 4 3 2 1 15 5
<비교예 1> 폴리우레아수지 도료조성물 제조
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 난연첨가제의 중량비를 달리 적용하여 제조하였다. 그 함량은 상기 표 1에 나타나 바와 같다.
<비교예 2>폴리우레아수지 도료조성물 제조
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 난연첨가제의 중량비를 달리 적용하여 제조하였다. 그 함량은 상기 표 1에 나타나 바와 같다.
<비교예 3> 폴리우레아수지 도료조성물 제조
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 주제부에서 난연합성첨가제 대신 인계난연제를 100% 대체 적용하여 도료조성물을 제조하였다.
<비교예 4> 폴리우레아수지 도료조성물 제조
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 경화제부에서 난연합성첨가제 대신 인계난연제를 100% 대체 적용하여 도료조성물을 제조하였다.
<실험예 1> 물리적 특성 확인
1. 실험방법
상기 표 1의 실시예1 내지 실시예5에 의한 배합비로 이루어진 폴리우레아수지 도료조성물을 전용 도장장비로 뿜칠하여 도막시편을 가로 300mm x 세로 300mm, 도막두께 2000㎛로 10장의 시편을 제작하여 KS M6518의 시험방법으로 경도(Shore A), KS F 4922의 시험방법으로 인장강도(N/mm2) 및 신장률(%), 인열강도(N/mm) 시험을 측정하였고 경도시험은 KS M 6518의 경도측정 시험방법 Shore A 측정시험 하였다.
2. 실험결과
상기 실험결과, 하기 표 2와 같이 나타났다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
Tack Free Time
(Sec)
16 17 18 18 18 14 15
경도
(Shore A)
89 92 93 93 93 86 86
인장강도
(N/mm2)
19.5 20 21 21 21 19 18
신장률
(%)
410 430 450 340 320 380 370
인열강도
(N/mm)
75 77 78 65 66 68 67
상기 표 2에 나타나 있듯이, 경화력(Trac Free Time), 경도, 인장강도, 신장률, 인열강도 모두 실시예1 내지 3의 조성물에서 비교예1 내지 4보다 높게 나타남을 확인하였다.
<실험예 2> 난연시험등급 확인
1. 실험방법
본 발명에서 여러 분류의 난연제를 시험하였다. 발포 팽창성 흑연의 시험에서 내열성이 높고 자기소화성 기능은 있었지만, 주제부와 경화제부의 점도가 높게 상승하여 폴리우레아 전용 도장장비 사용 시, 점도의 영향으로 뿜칠이 되지 않는 문제점이 있고, 발포 팽창성 흑연의 첨가량을 감소하였을 때, 난연성의 효과가 극히 적게 나타났다.
특히, 종래의 폴리우레아의 통상 사용되는 인계난연제인 트리페닐 포스페이트는 자기소화성의 기능은 있지만, 내열성이 열세하여 난연성이 미흡할 분만 아니라, 종래의 폴리우레아는 석유 화학물질의 기반으로 이소시아네이트 프레폴리머와 폴리아민의 수지로 구성 되다보니 에폭시 또는 세라믹에 비교하여 내열성 부분이 열세이다.
이에, 본 발명에서는 도시되어 있지는 않지만, 난연성능 시험에서 멜라민, 할로겐, 인계, 흑연 등 여러 난연 첨가제를 적용 시 난연 성능에 한계를 확인하였다. 난연 성능의 시험 방법은 UL-94V(DIN IEC 60695-11-10)의 시험을 진행하였다. 그 결과, 본 발명과 같이 인계, 인산계로 이루어진 난연합성첨가제를 사용할 경우, 난연성능이 가장 우수함을 확인하였다. 본 난연성능 결과에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
2. 실험결과
상기 실험결과, 하기 표 3과 같이 나타났다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
난연시험 등급
UL-94V
V-0 V-1 V-2 FAIL FAIL FAIL FAIL
상기 표 3에 나타나 있듯이, 시험의 결과는 V-O는 최고등급을 나타내는 것이다. 다시 말해, 본 발명에 적용한 난연합성첨가제는 경화제부 및 주제부에 이소시아네이트 프레폴리머의 인산계인 부틸페닐 디페닐 포스페이트, 페닐 다이클로로 포스페이트, 인계인 트리페닐 포스페이트로 구성된 것을 각각 8~20wt%로 첨가하여 사용한 바, 인계 난연제만을 사용하는 비교예 1, 2 대비 우수한 난연 등급을 나타냄을 확인하였다. 이는 본 발명의 바람직하게는 여러 우수하고 무수히 많은 난연제가 있지만, 난연 성능과 폴리우레아의 본연의 물성을 유지하게 위해서는 인계, 인산계의 난연제를 축합 중합의 방법으로 제조하되, 적정비율로 혼합된 난연합성첨가제를 사용하는 것이 본연의 물성은 유지한 체 우수한 난연성능 가질 수 있도록 함을 확인하게 되었다.
<실험예 3> 방폭성능 확인
1. 실험방법
실시예 1의 방폭용 폴리우레아수지 도료조성물을 콘크리트 벽돌 구조물 면에 6mm 두께로 도포하여 방폭 시공을 실시하고 그 기능의 실질적인 효용성을 확인하였다. 이는 육군 공병학교 시험장에서 실시한 것으로써 1차 피격시험 155mm 고폭탄(실탄) 폭파시험 후 연속적으로 2차 피격시험 TNT 120kg을 폭파시험 결과, 상기 방폭 시공 상태를 확인하였으며, 폭발물과 구조물의 이격 거리는 6.5m로 두었다.
2. 실험결과
그 결과, 도 3에 도시되어 있듯이, 실시예 1의 방폭용 폴리우레아수지 도료조성물을 시공한 벽체의 경우에는 폭발 후에도 구조물 지지상태나 수지물성상태 등 원상태를 유지함을 확인하였으며, 이에 방폭 효능을 갖음을 확인하였다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 폴리에테르디아민 40~75wt%와, 디에틸톨루엔디아민 10~25wt%와, 변성 아미노실리콘 0.1~5wt%와, 자외선안정제 0.1~5wt%와, 안료 0.1~10wt%와, 난연합성첨가제 8~20wt%로 이루어지는 주제부 및,
    이소시아네이트 프레폴리머 35~47wt%와, 폴리올 35~45wt%와, 난연합성첨가제 8~20wt%로 이루어지는 경화제부;로 구성되는,
    난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레아수지 도료조성물은 상기 주제부와 상기 경화제부가 중량비 1~4 : 1 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 난연합성첨가제는 인산계 난연제와 인계 난연제로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물.
  4. 주제부 전체중량을 기준으로 중량평균분자량 2000인 폴리에테르디아민 35~66wt%, 디에틸톨루엔디아민 10~25wt%, 중량평균분자량 5000인 폴리에틸렌아민 5~9wt%을 먼저 용기에 넣고 500~1500 rpm으로 5~10분간 혼합한 후, 여기에 변성 아미노실리콘 0.1~5wt%, 자외선안정제 0.1~5wt%, 안료 0.1~10wt%, 난연합성첨가제 8~20wt%를 넣고 1000~1500 rpm으로 20~30분간 혼합하여 주제부를 제조하는 단계;
    30~150rpm의 교반속도가 유지되는 반응기에 경화제부 전체중량을 기준으로 이소시아네이트 프레폴리머 35~47wt%, 폴리올 35~45wt%를 먼저 넣은 후, 반응기의 온도는 70~80℃로 승온시킨 후, 70~80℃로 온도가 도달되면 3~4시간동안 반응하여 중합한 다음, 이를 50~60℃로 하강한 후 난연합성첨가제 8~20 wt%를 넣고 혼합하여 경화제부를 제조하는 단계 및,
    상기 주제부와 상기 경화제부를 1~4 : 1 중량비로 혼합하되, 주제부와 경화제부의 당량비는 1.05~1.15 범위 내에서 혼합하여 폴리우레아수지 도료조성물을 제조하는 단계;를 포함하는,
    난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주제부의 난연합성첨가제는 용기에 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트(butylphenyl diphenyl phosphate)와 인산계 난연제인 페닐 다이클로로 포스페이트(Phenyl dichlorophosphate)를 투입하고 50~60℃에서 1~2시간동안 1차 반응한 후, 여기에 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate)를 넣고 50~60℃에서 1~2시간동안 2차 반응시켜 제조하는 것이 특징인,
    난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 경화제부의 난연합성첨가제는 용기에 인산계 난연제인 부틸페닐 디페닐 포스페이트(butylphenyl diphenyl phosphate)를 넣고 50~60℃ 1~2시간동안 1차반응한 다음, 다시 인산계의 난연제인 인산계 난연제인 페닐 다이클로로 포스페이트(Phenyl dichlorophosphate)를 넣고 50~60℃에서 1~2시간동안 2차반응한 다음 인계 난연제인 트리페닐 포스페이트(Triphenyl phosphate)를 투입하고 50~60℃에서 1~2시간동안 3차반응시켜 제조하는 것이 특징인,
    난연성을 갖는 방폭 및 내진용 방수재 폴리우레아수지 도료조성물의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 폴리우레아수지 도료조성물을 고온, 고압의 스프레이 기기로 분사하여 콘크리트 구조물 또는 시멘트 벽돌구조물 표면에 폴리우레아수지 도료조성물을 코팅하여 시공하는 방법.
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