KR20200133926A - 콘크리트 구조물의 긴급 보수보강용 초속경 폴리머 조성물 - Google Patents

Abstract

콘크리트 도로의 파손부위나 크랙, 교량의 교각이나 바닥의 파손을 보수하는 등 구조물의 보수·보강에 적합하며, 방수용도로도 사용가능한 초속경 폴리머 조성물을 개시한다. 본 발명은 초속경 폴리머 보수보강제를 사용하여 보수보강제의 낮은 점성으로 인한 콘크리트 등의 모체의 우수한 침투성능으로 모체와의 높은 부착성능을 나타내며, 저온에서도 경화가능하고, 모래, 자갈, 실리카, 골재 등의 바인더와 사용시 시공후 단시간내에 작업을 마무리할 수 있어서 경제적인 면에서도 우수한 초속경화의 장점과 내구성이 향상된, 콘크리트 구조물의 긴급 보수보강용 초속경 폴리머 조성물을 제공한다.

Description

콘크리트 구조물의 긴급 보수보강용 초속경 폴리머 조성물{RAPIDLY HARDENING POLYMER COMPOUND FOR REINFORCEMENT OF CONCRETE STRUCTURE}

본 발명은 콘크리트 구조물의 긴급 보수보강용 초속경 폴리머 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 도로의 파손부위나 크랙, 교량의 교각이나 바닥의 파손을 보수하는 등 구조물의 보수·보강에 적합하며, 방수용도로도 사용가능한 초속경 폴리머 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 구조물, 도로나 교량 등에 콘크리트를 많이 사용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 구조물들에는 시간의 경과나 환경의 변화 등에 의해 노후화 되거나 파손 또는 크랙이 발생하게 된다.

상기와 같은 구조물의 노후화 증가로 인하여 구조물(도로시설물, 철도시설물 : 교량, 터널)에 대한 보수/보강 및 사후유지관리의 필요성이 제기되고 있다. 구조물은 가설되는 순간부터 외적, 내적 환경에 의해 지속적인 성능저하과정을 겪게 되는데 이로 인해 구조물의 심각한 손상을 입히게 된다. 따라서 구조물의 성능 저하는 사전에 방지하는 것만이 구조물의 안정성을 높이고 유지 보수비용을 절약할 수 있는 방법이나, 이는 보수/보강 재료의 고 내구성화를 통해서만 이루어질 수 있다. 또한, 구조물의 보수·보강공사는 다양한 조건들이 공존하는 작업이며, 구조물을 구성하고 있는 부재의 재료와 단면, 형식, 손상정도, 공용조건, 내구성, 내하력, 교통량, 보수·보강후의 잔여 공용기간, 작업환경 등 다양한 조건들이 고려되고 충족되어야 한다. 일반적으로 단일재료에 의하여 보강·시공되는 경우보다 여러재료를 사용하여 시공되는 경우가 많으며 각 재료의 품질이 뛰어나도 재료간의 조합과 시공이 부실하면 공사품질이 떨어지게 되므로 양질의 보수·보강공사를 위하여 주재료의 품질뿐만이 아니라 부재료의 품질과 각 재료 조합의 적정성 및 현장시공의 품질을 복합적으로 평가하여야한다.

전 세계적으로 콘크리트 구조물에 대한 보수 및 보강기술은 지금까지 많이 연구되고 있으며, 표면보수기술, 충전기술, 주입기술, 단면복구기술, 프리스트레싱기술, 강판접착기술, 복합섬유부착기술 등의 다양한 기술들이 연구되고 현장에 적용되고 있다.

그러나 상기의 각각의 기술들은 나름대로 장점과 단점을 모두 가지고 있지만, 각 기술들의 특성을 살리고 개선 및 보완하기 위한 신재료에 대한 연구는 미흡한 것이 현실이다. 또한 국내에서 사용되고 있는 많은 보수 및 보강기술은 외국의 재료 및 시공기술을 그래도 도입한 경우가 많아서 국내 건설 환경과 조건에 적합하지 않거나 충분한 경험이 없이 시공되어 시공 후 많은 문제점을 나태내고 있다.

국내에서도 1960년대 이후에 시작된 산업화의 물결 속에서 급속한 경제성장과 함께 사회기반시설을 비롯하여 많은 구조물들이 건설되었다. 그리고 시간이 지남에 따라 구조물의 내하력과 내구성은 점차 줄어들게 되었다. 따라서 성능이 저하된 구조물에 대해서는 적절한 보수 및 보강공사를 실시해야 한다. 특히 우리나라는 국토의 대부분이 산지나 하천으로 이루어진 지형적인 특성 때문에 사회기반시설의 입지는 자연적으로 터널과 교량으로 연결될 수밖에 없고, 4계절이 뚜렷하고 일시·집중적인 강우와 바람 등이 많은 기후특성상 구조물의 재해 및 재난의 방지를 위하여 보수·보강을 통한 구조물의 내구조적 강화가 필수적인 사항으로 대두되고 있다. 현재까지도 구조물의 안전 및 유지관리의 부실로 인하여 국내·외에서 많은 건설 관련 재해가 발생하고 있으며 2012년 현재까지 피해사고가 끊이지 않고 있다. 이와 같은 현상은 구조물의 설계 및 시공단계에서 발생된 문제보다는 시공이 완료된 후, 구조물의 유지관리단계에서 발생된 문제로 조사 및 분석되었다. 국내에서는 대표적으로 1994년 성수대교를 비롯하여 많은 건설관련 재해 사고가 발생하고 있으며 국외에서는 2008년 미국에서 발생한 인터스테이트(Interstate) 35W 브릿지(Bridge) 붕괴사고를 대표적인 안전 및 유지관리부실로 인한 사고사례로 들 수 있다.

또한, 일반적으로 콘크리트로 된 교량의 바닥판, 도로의 노면 및 교각 등 부식이나 파손 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 및 보강하기 휘한 보수공사에는 에폭시, 우레탄, 라텍스, 초속경 몰탈, 긴급 보수용 아스콘 등이 많이 사용되어 지고 있다. 이와 같은 보수보강재료들은 누구나 쉽게 사용할 수 있는 시공성이 우수한 장점이 있는 반면 제품 자체의 점도가 높거나 동절기 미 경화 또는 경화시간이 늦은 단점이 있어 모체와의 단순 박막 형성의 제품들로서 부착성이 현저히 낮아 탈락되는 현상이 많이 발생되고 경화시간이 지연됨에 따른 후속공정에 문제가 발생될 수 있다. 또한, 온도 변화에 따른 경화 문제가 발생되는 현상이 많이 나타나고 투수성이 높아 염화물이나 수분 침투에 따른 부식되는 문제가 초래되고 있다.

상기와 같은 문제점들을 해결하고 필요성 등에 의해 다양한 콘크리트 보수·보강용 조성물이나 그 보수·보강 방법 등이 개발되어 왔다.

예를 들어, 공개특허 제 1999-0083837 호에서는 콘크리트 구조물 보강용 침투성 폴리머 조성물 및 그 제조방법을 공개하고 있는데, 상기특허에서는 보통 포틀랜드시멘트, 칼슘-설포-알루미네이트계시멘트, 실리카흄, 플라이 애쉬, 무수석고, 팽창제, 감수제, 증점제 및 침투성 방청제를 함유시켜 스테인레스스틸와이어메쉬를 사용하여 콘크리트구조물을 보수하는 발명으로서, 통상의 종래기술로 와이어메쉬를 사용하여야만 하는 것이다.

또한, 등록특허 제 10-0801423 호에서는, 나노성 무기질계 폴리머와 나이론 섬유가 혼입된 콘크리트 구조물 단면 보수보강용 조성물과 이를 이용한 단면보수보강공법을 개시하고 있으나, 상기특허는 시멘트, 기능성 무기질, 나노합성무기질계 폴리머, 나일론 섬유 및 물로 이루어진 조성물에 대한 것과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 단면 보수보강방법이므로 본 발명이 추구하는 사상과는 전혀 별개의 것이다.

한편 등록특허 제 10-1174106 호에서는 콘크리트 구조물의 표면을 방수코팅하고자 초속경 프라이머를 이용한 폴리우제아 방수코팅방법을 개시하고 있는데, 상기 특허는 구조물의 표면을 방수코팅하기 위한 것으로 이에 따라 콘크리트 바닥층을 전처리하고, 프라이머 층을 형성시킨 다음 방수도막층을 형성시키는데, 프라이머층 형성시 프라이머가 아크릴수지, 스티렌수지, 계면활설제, 산화방지제, 침전방지제, 색상안료, 이온교환수로 구성되는 주제 혼합물과; 시멘트, 규사분말, 염화메틸렌 및 무기충전제로 구성되는 보조제 혼합물을 사용하고 있어서 본 발명의 추구하는 목적과 이에 따른 구성이 전혀 별개의 발명이다.

또다른 등록특허 제 10-1165785 호에서는, 콘크리트 구조물의 보수보강용 무기계 폴리머 시멘트 몰탈 조성물 및 이를 이용한 구조물의 보수 보강 방법을 개시하고 있으마, 포틀랜드시멘트, 실리카샌드, 프롬시멘트, 슬래그 및 가넷을 포함하는 조성물에 대한 것으로 본 발명의 구성과는 전혀 다른 발명이다.

또한, 공개특허 10-2013-0011560 호에서는, 보수용 폴리머 혼입 초속경콘크리트조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법을 공개하고 있으나, 보수용 초속경 콘크리트 조성물에 소수성에멀젼 등을 사용하고 있어서 본 발명과는 상이하다.

또다른 공개특허 제 10-2013-0043464 호에서는 콘크리트 보수용 고강도 조성물을 공개하고 있으나, 이 공개특허에도 포틀랜드시멘트, 황상칼슘 등을 사용하고 있어서 본 발명의 구성과는 상이한 것으로 판단된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고 콘크리트 구조물의 보수·보강에 적합하고 방수용도로도 사용가능한 조성물을 제공하기 위해, 초속경 폴리머 보수보강제를 사용하여 보수보강제의 낮은 점성으로 인한 콘크리트 등의 모체의 우수한 침투성능으로 모체와의 높은 부착성능을 나타내며, 저온에서도 경화가능하고, 모래, 자갈, 실리카, 골재 등의 바인더와 사용시 시공후 단시간내에 작업을 마무리할 수 있어서 경제적인 면에서도 우수한 초속경화의 장점과 내구성이 향상된, 콘크리트 구조물의 긴급 보수보강용 초속경 폴리머 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여;

폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트(Polymethylene Polyphenyl Isocyanate), 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(Methylenediphenyl Diisocyanate), 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트(Methylenediphenyl Diisocyanate) 중에서 선택되는 1종 이상 MDI군 물질 70wt%, 프로필렌카보네이트 또는 솔벤트나프타 중에서 선택되는 1종 이상 물질 25wt%, 그리고 통상의 첨가제 5wt%를 함유하는 주제부와; 디에틸톨루엔디아민(DETDA) 30~40 wt%, 4,4'-메틸렌 비스(Methylene bis) 2-클로로아닐린(2-chloroaniline) 5~10 wt%, 4,4'-메틸렌 비스(methylene bis) [N-(1-메틸프로필;methylpropyl)] 벤젠아민(benzenamine) 3~5 wt%,

4,4'-(1-메틸에틸리딘(methylethylidene))비스페놀폴리머 위드(bisphenol polymer with) (클로로메틸 : chloromethyl) 옥실란(oxirane) 2~5 wt%, 폴리카보네이트(PropyleneCarbonate) 또는 솔벤트나프타(Solventnaphtha)40~60 wt%를 함유하는 경화제부를 포함하는 초속경 폴리머 조성물을 제공한다.

상기에서, 본 발명의 조성물은 압축강도는 22Mpa/30분, 31Mpa/1일을 나타냄이 바람직하고, 상기 MDI의 NCO(%)는 20~25%를 사용하여 기계적 강도 쇼어 D가 70 이상이 됨이 바람직하다.

또한 상기에서의 첨가제는 점도가 10~20 cps 범위 내의 것을 사용함이 바람직하며, 부가적 특성을 부여하기 위해 분자량 200~2000의 폴리아민 레진을 더 사용할 수도 있다.

본 발명에 의하면 본 발명의 조성물은 점성이 낮아서 콘크리트 등의 모재에 깊숙히 침투하여 모재와의 부착성이 우수하고 저온에서도 경화가능하여 후속공정을 앞당길 수 있으므로 공기단축이 가능하여 경제적이고, 초속경화로 인해 높은 기계적 강도를 얻을 수 있고, 또한 시공시 폴리머의 기계적 강도를 유지할 수 있어서 콘크리트 구조물의 긴급 보수 보강에 효과적이면서도 경제적으로 사용할 수 있게 된다.

이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 이해와 실시를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상내에서 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.

먼저 본 발명에서의 주제부는 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트 70 중량%, 솔벤트나프타(solvent naphtha) 25 중량% 및 통상의 첨가제 5중량%로 혼합되어 이루어져 있고, 경화제부의 조성물은 디에틸톨루엔 디아민 30~40 wt% 4,4'-메틸렌 비스(Methylene bis) 2-클로로아닐린(chloroaniline) 5~10 wt%, 4,4'-메틸렌 비스(methylene bis) [N-(1-메틸프로필(methylpropyl)) 벤젠아민(benzenamine) 3~5 wt%,

4,4'-(1-메틸에틸리딘(methylethylidene)) 비스페놀 폴리머 위드(bisphenol polymer with) (클로로메틸; chloromethyl) 옥실란(oxirane) 2~5 wt%, 솔벤트나프타(Solvent naphtha) 40~60 wt%로 혼합되어 이루어져 있다.

보다 자세하게는 주제(A Part)는 폴리이소시아네이트 프레폴리머(Polyisocyanate Prepolymer)와 경화제부(B Part)에 폴리아민 폴리머(Polyamine Resin)을 사용하여 Nco(%) 범위를 20~25%로 높게 설정하여 고경질 특성과 빠른 반응성을 부여하여 초속경화 특성을 나타내도록 한다. 여기에 사용된 주제 A Part에는 하기의 표 1에서 도시된 이소시아네이트(Isocyanate)를 사용이 가능하다.

이 중 지방족(Aliphatic) 계열의 반응성이 느린 제품들보다는 가장 일반적으로 많이 사용되고 있는 방향족(Aromatic)계열의 MDI군의 제품을 사용할 수 있다. 더 자세하게는 폴리아민 레진(Polyamine Resin)과 반응하여 초기 작업성을 2~3분의 겔타임(Gel Time)을 가질 수 있고 또한 후기 경화가 빠르게 하기 위하여 MDI를 사용하기로 한다.

본 발명에서는 하기의 표 2, 표 3에서와 같이 주제와 경화제부를 사용한다.

상기에서, 주제부의 배합을 결정하는데 있어 첫 번째로 맞추는 것이 NCO(%)함량을 고려하는데 NCO(%)함량에 따라 고경질, 반경질, 연질 타입으로 제품의 성질이 달라지게 되기 때문이다. 이를 단독적으로 사용하게 되면 높은 NCO(%)함량에 의해 제품 자체가 깨지거나 용도에 맞게 사용할 수 없게 되므로 이를 적절히 배합하여 사용해야 하는데 폴리폭시는 고경질의 특성을 나타내야 하기 때문에 Nco(%)를 20%이상으로 맞추었고, 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트+솔벤트나프타 +통상첨가제 한번에 첨가한 후 약 40도에서 1시간 가량 교반을 하여 제조를 하게 된다.

경화제부의 구성 물질들은 부가적인 열할들을 하게 되는 것으로, 예를들면 제품을 유연하게 해주거나 강도를 높여주거나 경화시간을 조절하는 역할들을 하게 되는 것이다. 또한 각각의 물질들에는 반응기들을 갖고 있는데 이를 잘 배합해야만 반응을 지연시키거나 빠르게 경화시킬 수 있다. 따라서 각각의 물질들의 설정 첨가량 범위에서 첨가량 범위보다 적게 첨가되거나 많게 첨가되면 기본적으로 설계해 놓은 물리적 성능면이나 경화특성들에 만족하지 못할 것이며 몰비(Mol Ratio)도 틀어져 주제, 경화제의 일정한 비율이 맞지 않아 제품에 문제가 생길 수도 있을 수 있으므로 상기와 같이 사용한다 .

경화제로 사용되는 폴리아민 레진(Polyamine Resin)은 다음의 표 4에서와 같은 제품군을 사용 가능하다.

더 자세하게는 평균 당량(Equivalent WT avg) 100~400제품을 반응성 및 작업성을 고려하여 적절히 혼합 및 사용함이 바람직하다.

당량이 낮을수록 반응성이 활발해 짧은 가사시간을 갖고 있고 당량이 높을수록 반응성이 길어지는 특성을 갖고 있다. 또한, 침투력 특성을 부여하기 위하여 최종 점도를 10Cps이하로 하는 것이 바람직하다.

이러한 점도를 조절하기 위하여 비활성의 제품의 사용이 적당하며 하기의 표 5에서와 같은 용제류 첨가제를 사용이 가능하다.

주제 A Part 조성물 제조를 위해 초속경화 특성을 위한 반응성 테스트를 진행하였다. 각 이소시아네이트군들의 속해있는 원료와 폴리우레아에 일반적으로 많이 사용되는 경화제와 합성하여 경화시간을 측정한다. 반응성이 빠른 이소시아네이를 찾기 위해 이소시아네이의 각 군에 포함되어 있는 원료들을 변수로 하였으며 폴리우레아에 가장 많이 사용되는 경화제의 종류와 배합비는 고정하여 사용하였다.

초속경화 특성 확인을 위한 실험 재료

	주제(Part-A) (Isocyanate)(70wt%)	솔벤트나프타	첨가제(5wt%)
배합 1	P,P'-METHYLENEBISPHENYL ISOCYANATE	25wt%	프로필렌카보네이트
배합 2	Methylenebis(4,1-Phenylene)Diisocyanate
배합 3	4,4'-Methylenediphenyl Diisocyanate		MEK
배합 4	Toluene Diisocyanate
배합 5	Hexamethylene Diisocyanate		DOP
배합 6	3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate or isophorone diisocyanate
배합 7	Dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate

경화제(배합명 Resin B)의 종류 및 배합비

	종류	배합비
경화제 (Resin B)	디에틸톨루엔디아민	36.5
	4-4' 메틸렌비스2 클로로아닐린	7.8
	4-4' 메틸렌비스[N-(1-메틸프로필)벤젠아민	3.5
	4-4'-(1-메틸에틸리딘)비스페놀폴리머위드(클로로메틸)옥시레인	1.5
	솔벤트나프타	잔량

평가1) Isocyanate의 각각의 원료와 경화제(배합명 : Resin B)를 혼합하여 경화시간을 측정한 결과 P,P'- METHYLENEBISPHENYL ISOCYANATE이 약5초로 가장 빠른 반응성(경화)을 보였으며 P,P'- METHYLENEBISPHENYL ISOCYANATE ＞ Toluene diisocyanate ＞ Methylenebis(4,1-Phenylene)Diisocyanate ＞ 4,4'-Methylenediphenyl Diisocyanate 순으로 빠른 반응성(경화)을 보이는 것으로 나타났다. 단, Toluene diisocyanate는 유해성 물질로서 사용하지 않기로 한다.

각 이소시아네이트의 경화시간

	주제(Part-A)(Isocyanate)	경화시간
배합 1	P,P'-METHYLENEBISPHENYL ISOCYANATE	5초
배합 2	Methylenebis(4,1-Phenylene)Diisocyanate	8초
배합 3	4-4' Methylenediphenyl Diisocyanate	5초
배합 4	Toluene diisocyanate	7초
배합 5	Hexamethylene Diisocyanate	1분 20초
배합 6	3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate or isophorone diisocyanate	5분
배합 7	Dicyclohexylmethane 4-4'-diisocyanate	7분

NCO(%) 함량에 따른 고경질 특성을 확인하기 위하여 실시예1 실험에서 반응성을 평가한 P,P'- METHYLENEBISPHENYL ISOCYANATE, Methylenebis(4,1-Phenylene)Diisocyanate, 4,4'-Methylenediphenyl Diisocyanate를 사용하여 각각의 20, 25%의 NCO(%) 함량에 따른 배합을 설정하였다. 경화제는 앞선 실험과 동일하게 배합명 : Resin B를 사용하였다. 아래의 배합명에서 A는 P,P'- METHYLENEBISPHENYL ISOCYANATE, B는 Methylenebis(4,1-Phenylene)Diisocyanate, C는 4,4'-Methylenediphenyl Diisocyanate의 사용을 뜻하며 1은 20%, 2는 25% NCO함량(%)을 나타낸다.

NCO(%)함량에 따른 배합

NCO함량(%)	배합명	주제(Isocyanate)			경화제
		Isocyanate(%)	Polyol(%)	첨가제
20	배합A-2	70	25	5	배합명 Resin B
	배합B-2
	배합C-2
25	배합A-3	85	10	5
	배합B-3
	배합C-3

평가2) 각 배합을 합성 후 물성을 측정한 결과 신장율과 경도(Shore D)는 NCO(%)함량이 높을수록 낮은 것으로 확인된 반면 인장강도는 NCO(%)의 함량이 높을수록 높은 것으로 확인되어 우수한 물리적 특성을 나타내었다. 특히 연구 개발을 위한 성능지표를 기준으로 판단하였을 때의 인장강도 및 물리적 성능을 나타내려면 적어도 NCO(%) 함량은 20~25%사이로 설정하여야 될 것으로 판단된다.

침투력 부여 특성을 위한 점도 조절 첨가제의 안정성 테스트를 확인하기 위해 앞선 원재료 검토에서 선정된 5가지의 가능성이 있는 점도 조절용 첨가제 중 안정성이 우수한 첨가제를 찾기 위한 실험이다. 실험을 통해 선정된 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트를 이소시아네이트로 고정하여 각각의 점도 조절용 첨가제와 합성하였다. 합성 후 장기적인 안정성 확인을 위하여 상온 25℃에서 보관하였다. 그 후 3일, 7일, 14일, 30일 간격으로 상태를 확인하여 시간이 지남에 따른 장기적인 안정성을 판단하였다.

평가3) 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate)를 이소시아네이트와 혼합하여 약 30일간 상온(25℃)에서 보관하여 안정성 확인을 한 결과, 혼합액의 색상이 변하지 않았고 이소시아네이트와도 반응성이 없는 기존 그대로의 안정성이 확보되었다. 1,2,4-트리메틸벤젠(Trimethylbenzene)을 이소시아네이트와 혼합하여 상온(25℃)에서 보관하여 안정성 확인을 한 결과, 혼합물와 반응성을 보이지 않았고 약 30일이 지나도 혼합액의 색상이 변하거나 응고 덩어리들이 발생하지 않아 우수한 안정성을 보였다. 특히, 1,2,4-트리메틸벤젠(Trimethylbenzene)의 낮은 점성으로 인해 혼합 시 점도가 다른 첨가제와 비교하였을 때 상당히 낮아짐을 확인할 수 있었다. 실란(Xylene)을 이소시아네이트와 혼합하여 약 30일간 상온(25℃)에서 보관하여 안정성 확인을 한 결과, 약 14일이 지나면서 혼합액의 색상이 변하였고, 혼합액 상부에 소량의 응고 덩어리들이 발생 되어 안정성 면에서 좋지 않은 결과가 나타났다. MEK를 이소시아네이트와 혼합하여 상온(25℃)에서 보관하여 안정성 확인을 한 결과 이소시아네이트와 반응성을 보였다. 약 14일이 지나면서 혼합액의 색상이 변하였고 상부에 응고 덩어리들이 발생 되었다. 안정성 면에서 좋지 못한 결과를 보였다. DOP를 이소시아네이트와 혼합하여 상온(25℃)에서 보관하여 안정성 확인을 한 결과, 혼합한 이소시아네이트와 반응성을 보이지 않았다. 약 30일이 지나도 색상이 변하거나 응고 덩어리들이 발생하지 않았으며 우수한 안정성이 확보되었다. 그러나 DOP 자체의 높은 점성으로 인해서 점도 조절용 첨가제로 사용하기에는 부적합한 것으로 판단하였다. 결론적으로, 각 점도 조절용 첨가제의 종류에 따른 안정성 실험 결과, 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate), DOP ＞ 1,2,4-트리메틸벤젠(Trimethylbenzene) ＞ 실란(Xylene) ＞ MEK 순으로 우수한 안정성을 나타내었다. 따라서 장기적인 안정성이 우수한 점도 조절용 첨가제는 MEK와 프로필렌 카보네이트 두 가지로 압축되었고, 점도 조절을 위한 첨가량 범위를 위한 추가적인 실험 진행이 필요할 것으로 판단된다.

침투력 부여 특성을 위한 점도 조절 첨가제의 적정 범위 설정을 위해 실시예3을 결과로 선정된 점도 조절용 첨가제 프로필렌 카보네이트과 MEK의 적정 범위 설정을 위한 실험이다. 실험에서는 평가지표의 목표달성을 위하여 앞에서 이소시아네이트는 앞선 실험을 통해 선정된 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트와 경화제는 배합명 : Resin B를 사용하였으며 점도 조절용 첨가제를 각각의 주제와 경화제에 10~60%로 치환 합성하여 실험을 진행하였다. 아래의 배합명에서 A는 MEK, B는 프로필렌 카보네이트의 사용을 뜻하며 1은 10%, 2는 20%, 3은 30%, 4는 40%, 5는 50%, 6은 60%로 각 배합에 치환하여 합성된 점도 조절용 첨가제의 양을 나타낸다.

평가4) MEK 첨가제를 10%단위로 10~60%씩 치환하여 첨가한 결과 주제와 경화제 모두 점도가 감소하였다. 그러나 경화제의 경우 성과지표의 수치와 비교하였을 때 매우 높아 부적절한 것으로 판단하였다. 또한 MEK는 주제와 경화제 모두 평가지표의 점도를 맞추기 위해서는 너무 많은 양을 첨가해야 때문에 점도를 조절하기가 어렵고 이후의 물성에 영향을 줄 것으로 보인다. 프로필렌 카보네이트첨가제를 10%단위로 10~60%씩 치환하여 첨가한 결과 주제와 경화제 모두 점도가 감소하였다. 또한 주제와 경화제 모두 성과지표의 수치와 비교하였을 때 점도가 비슷함으로 적절한 것으로 판단하였으며 프로필렌 카보네이트의 경우 원료 자체의 점성도 낮아 점도 조절을 하는데 있어서 상당히 좋을 것으로 보인다. 점도조절제 프로필렌 카보네이트를 적용하여 주제에는 약 20~30% 이내, 경화제에는 약 50~60%사이의 이내로 설정하였다.

초속경 폴리머의 최종 합성품에 대한 물리적 성능을 평가하였다. 합성품은 NCO(%)함량에 따른 가장 우수한 특성을 보이는 3가지 배합을 선정하였으며 그 배합은 다음과 같다.

평가5) NCO(%)의 함량에 따른 배합 중 배합 1과 배합 2는 초기 반응성이 너무 빨라 작업성 확보가 되지 않는다. 그러나 고경질의 특성을 나타내는 물리적 성능을 기준으로 판단하였을 때에는 상당히 우수한 측정값을 보이고 있는 것으로 나타났다. 최종적으로 보았을 때 배합3이 작업시간도 양호하고 물리적성능도 상당히 만족스런 결과를 보였다.

상기에서 배합 1,2,3번은 Nco(%) 함량에 따른 배합의 결과 값이다. NCO(%) 함량에 따라 더 높은 고경질의 특성을 보이고 물리적성능 또한 높게 나타나고 있으나, NCO(%) 함량이 높은 배합일수록 물리적 성능은 우수하지만 경화시간이 빠른 단점이 있어 사용상 불편하며 기준 목표치 2분 이상의 배합 3번을 결정하기로 한다. 이는 기존 사용하고 있는 보수 몰탈 제품보다는 기계적 물성이 우수하고, 기존 제품같은 경우 약 수일 후에 목표치 강도가 발현하지만 폴리폭시는 몇시간안에 목표치 강도에 도달하는 큰 장점이 있다. 또한 초속경화 타입으로 경화시간이 빨라 경화 후 후속공정 진행이 가능한 반면 기존 제품은 늦은 경화시간으로 인해 후속공정 진행이 상당히 오래 걸리는 단점이 있게 된다.

Claims (3)

1. 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 중에서 선택되는 1종 이상 MDI군 물질 70wt%, 프로필렌카보네이트 또는 솔벤트나프타 중에서 선택되는 1종 이상 물질 25wt%, 그리고 통상의 첨가제 5wt%를 함유하는 주제부와;
   디에틸톨루엔디아민(Diethyltolunediamine) 30~40 wt%, 4,4'-메틸렌 비스(Methylene bis) [2-클로로아닐린(chloroaniline)] 5~10 wt%, 4,4'-메틸렌 비스(methylene bis) [N-(1-메틸프로필(methylpropyl)) 벤젠아민(benzenamine) 3~5 wt%, 4,4'-(1-메틸에틸리딘(methylethylidene)) 비스페놀 폴리머 위드(bisphenol polymer with) (클로로메틸;chloromethyl) 옥실란(oxirane) 2~5 wt%, 프로필렌 카보네이트 Propylene Carbonate) 40~60 wt%를 함유하는 경화제부를 포함하는 초속경 폴리머 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 압축강도는 22Mpa/30분, 31Mpa/1일임을 특징으로 하는 초속경 폴리머 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 MDI의 NCO(%)는 20~25vt% 임을 특징으로 하는 초속경 폴리머 조성물.