KR20230139936A - 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 옥상정원, 지하주차장, 건축 및 토목구조물의 바닥면이나 내외 벽체, 수영장, 물탱크 등 다양한 용도의 콘크리트 구조물 표면에 방수재층을 형성하기 위하여, 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지 60~80중량%와, 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지 10~20중량%와, 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지 5~20중량%와, 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카 5~10중량%를 포함하여 조성되어, 상기 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카에 의하여 통기성 및 방수성을 가지는 친환경 통기성 방수재 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 옥상정원, 지하주차장, 건축 및 토목구조물의 바닥면이나 내외 벽체, 수영장, 물탱크 등 다양한 용도의 콘크리트 구조물 표면에 방수재층을 형성하기 위하여, 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지 60~80중량%와, 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지 10~20중량%와, 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지 5~20중량%와, 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카 5~10중량%를 포함하여 조성되어, 상기 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카에 의하여 통기성 및 방수성을 가지는 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물에 관한 것이다.
최근들어 건설공사의 패러다임은 친환경, 고성능, 에너지 절약, 자원의 재활용, 장수명의 5가지 항목으로 정하여 건설 정책과 기술 개발을 추진하고 있으며, 방수기술도 사회기반시설물(토목구조물, 건축구조물)의 장기적 안전성과 내구수명의 확보, 사용의 안전과 편리를 위해 물(강우, 지하수, 생활용수 등)의 침입으로부터 구조체를 보호하기 위한 중요 기술로 인식되어 있다.
이러한 방수기술 시장은 옥상 방수공사 약 60%, 지하 방수공사 약 30%, 기타 실내와 외벽 방수공사가 약 10%의 산업군으로 이루어지고 있는데, 방수는 콘크리트 구조물의 지하, 옥상, 외벽 등 모든 부분에 필수적으로 사용되고, 건설용 도막 방수의 경우 주원료 재료와 노출형, 비노출형에 따른 KS F 3211을 통과가 필수적이다
종래, 방수기술을 살펴 보면, 최근까지도 한국공개특허 10-2022-0001096(공개일자 2022년01월05일)에 이소시아네이트기(-NCO)를 갖는 폴리우레탄 프리폴리머 75∼90 중량부; 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화바륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화바륨, 규산마그네슘, 규산알루미늄, 알루민산마그네슘 및 규조토 중에서 선택된 발포억제제 7∼9 중량부; 탄소수가 10∼17인 파라핀계 탄화수소(CnH2n+2) 1∼15 중량부; 로 구성된 액상조성물과, 상기 액상조성물 100 중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트 40∼100 중량부와, 플라이애쉬 5∼30 중량부와, 규사 200∼400 중량부의 무기분체분말과, 경화제로서 상기 액상조성물 100 중량부에 대하여 물 40∼120 중량부와 반응촉매 01∼5 중량부를 혼합한 물질로 구성되며, 상기 액상조성물과 무기분체분말은 중량비로 1 : 2∼5 의 비율로 혼합하며, 액상조성물과 무기분체분말을 혼합한 주제와 경화제는 중량비로 4 : 1의 비율로 배합된 것을 특징으로 하는 수경화 폴리우레탄 복합 조성물 매트를 이용한 방수구조가 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2022-0017704(공개일자 2022년02월14일)에는 건축물의 상부 콘크리트 바탕면(슬라브층)을 정리하는 단계(a), 상기 바탕면에 프라이머를 도포하여 프라이머층을 형성하는 프라이머 도포단계(b), 상기 프라이머층에 제1보강층을 형성하는 단계(c), 상기 보강층에 우레탄계 방수제 조성물을 도포하여 제1도막층을 형성하는 단계(d), 상기 제1도막층 위에 메쉬형상의 제2보강층을 형성하는 단계(e), 상기 제2보강층 위에 우레탄계 방수제 조성물을 도포하여 제2도막층을 형성하는 단계(f), 상기 제2도막층 위에 탑코트층을 형성하는 단계(g)를 포함하는 방수층을 형성한 단계(A); 상기 (A) 단계를 통하여 얻어진 방수층 상부에 제1방근층을 형성하는 단계(b-1);를 포함하는 방근층 형성단계(B); 상기 방근층 상부에 코팅층을 도포하는 단계(C);를 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄계 옥상 방수제를 이용한 방수 방근 방법으로서, 상기 우레탄계 방수제는 조성물은 주제부 및 경화제부를 포함하고, 상기 주제부는 (i) 중량평균분자량이 4,000∼~10,000인 폴리에테르계 폴리올, 상기 (i) 폴리에테르계 폴리올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 및 트리메틸올프로판으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 개시제에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 알킬렌 옥사이드가 개환 부가 중합을 통해 제조되는 것이고, (ii) 다관능 알코올을 개시제로 알킬렌 옥사이드가 개환 부가 중합된 다관능 지방족 폴리올, 아민계 화합물을 개시제로 알킬렌 옥사이드가 개환 부가 중합된 아민계 폴리올, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리올, 상기 (ii)의 다관능 지방족 폴리올은 중량평균분자량이 5000 내지 10,000이고, 소르비톨, 펜타에리트리톨, 만니톨, 및 수크로오스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 다관능 알코올을 개시제로 사용하여 제조되는 것이고, 상기 (ii)의 아민계 폴리올은 중량평균분자량이 200 내지 1000이고, 트리에탄올아민, 에틸렌디아민, 톨릴렌디아민, 및 디페닐메탄디아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 아민계 화합물을 개시제로 사용하여 제조되는 것이고, (iii) 아민계 촉매, 유기금속 촉매, 반응형 촉매, 이소시아누레이트 촉매 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 촉매; (iv) 에틸렌성 불포화기 함유 하이드록시 화합물; (v) 희석제;를 포함하고, 상기 경화제부는 NCO 함량이 20~40%인 이소시아네이트 화합물, 이소시아네이트 프리폴리머, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종; 디옥틸프탈레이트; 폴리프로필렌글리콜;을 포함하며, 상기 주제부 및 경화제부는 1:01 내지 1:10의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 우레탄계 옥상 방수제를 이용한 방수 방근 방법이 공지되어 있다.
그러나, 상기 우레탄계 방수기술들은 {도 1] 내지 [도 2]에 도시한 바와 같이, 통기성이 없어서 콘크리트 내부에 존재하는 습기가 외부로 배출되는 것을 차단하여 방수 시공 후 코팅층의 에어 포켓(Air-pocket)이 자주 발생하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 콘크리트의 수축팽창에 의한 크랙이 발생하여 방수성능이 저하되며, 취급시 화재의 위험성이 있었다.
한편, 상기와 같은 우레탄계 방수가 아닌 친환경 수용성 도막방수제가 개발된 바 있는데, 한국공개특허 10-2011-0117506(공개일자 2011년10월27일)에는 (A) 수용성 에틸렌 비닐아세트산 기상공중합체 50~60 중량%; (B) 수용성 아크릴 에멀젼 수지 20~30 중량%; 및 (C) 폴리부틸 아크릴산 공중합체 10~20 중량%를 포함하는 수지 조성물로 이루어지며, 고형분 함량 40~60 %, 점도 5,000∼10,000 cps인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 수용성 도막방수제가 공지된 바 있다.
그러나, 상기 수용성 도막방수제의 경우에도 물의 침투를 막는 방수기능과 건축물 구조재료의 부식과 크랙에 대한 저항성을 가지는 효과가 있으나, 콘크리트 내부에 존재하는 습기가 외부로 배출되지 못해 방수 시공 후 방수층의 에어 포켓(Air-pocket)이 발생하는 문제점은 여전히 있었다.
상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여, 통기성 방수시공기술이 개발되었는데, 한국등록특허 10-1407602(등록일자 2014년06월09일)에는 통기성과 신축성을 갖는 방수용 시트로서, 배합기에 저밀도 폴리에틸렌 25 - 40중량%, 탄산칼슘 55 - 65중량%, 폴리우레탄 5 - 10중량%을 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 혼합물 98중량%에 건조제 2중량%를 혼합하고, 상기 혼합물을 80℃ - 100℃에서 4시간 동안 건조하여 상기 혼합물에 존재하는 습기를 제거하고, 상기 혼합물을 압출시켜 1차로 두께와 중량을 조절하고, 1차로 두께와 중량이 조절되면 연신과정을 거치되, 40℃ - 60℃의 연신로울러를 거치면서 2차로 두께를 조절하여 박막형태의 필름을 성형하고, 성형된 상기 필름을 80℃ - 100℃의 숙성로울러로 통과시키면서 숙성시키고, 숙성된 상기 필름을 20℃ - 30℃의 냉각로울러로 통과시키면서 냉각하여 얻어진 0.35 - 0.4mm 두께의 멤브레인 필름으로 이루어져 통기성과 신축성을 갖는 멤브레인 층; 및 폴리프로필렌의 장 섬유로 제조되고, 0.25 - 0.3mm의 두께를 갖으며, 대전방지제가 코팅되고, 상기 멤브레인 필름의 양면에 우레탄계열의 접착제로 각각 부착되는 부직포들로 이루어진 보호부재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 통기성을 갖는 방수용 시트가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-2094106(등록일자 2020년03월20일)에 건축물에 방수가 이루어지도록 시공하는 방수공법으로서, 상기 건축물의 시공면에 달라붙은 분진이나 이물질을 제거하는 시공준비단계; 상기 건축물의 시공면을 시멘트페이스트를 도포하여 기초시멘트층을 형성시키는 기초시멘트층형상단계; 상기 기초시멘트층의 상부를 덮으면서 브레시블시트를 부착하는 브레시블시트부착단계; 및 상기 브레시블시트의 상부에, 시멘트 방수제 또는 무기질 방수제를 포함하는 통기성 도막 방수제를 도포하여 통기성 방수층을 형성시키는 마감통기성방수층형성단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 브레시블시트는 미세통기공들이 형성된 비닐시트와, 상기 비닐시트의 일면 또는 양면에 부착되는 합성섬유재로 이루어진 망상시트로 이루어지되, 상기 망상시트는 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유 중에서 선택되는 탄성을 갖는 합성섬유재를 망상 형상으로 직조하여 얻어진 것을 사용하며, 상기 망상시트는 상기 기초시멘트층 및 마감통기성방수층에 인서트되어 경화에 의해 고정되는 것을 특징으로 하고, 상기 비닐시트의 내부에는 상기 미세통기공들을 연결하도록 미세연결공이 형성되어 상기 미세통기공들로 이동되는 공기가 다른 미세통기공으로 이동되도록 함으로써 미세통기공의 단부가 이물질에 의해 막히는 경우 상기 미세연결공을 통해 다른 미세통기공으로 공기가 이동되도록 하며, 상기 비닐시트의 상면에는 상기 미세통기공들을 상부로 연결하여 연통되게 상부연결홈이 형성되고 저면에는 상기 미세통기공들을 하부로 연결하여 연통되게 하부연결홈이 형성되어 상기 상부연결홈과 하부연결홈을 통해 공기가 이동하면서 미세통기공들에 전달되어 균일하게 미세통기공을 통해 이동되도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 브레시블시트의 상부는 지지핀들의 하부가 용접되는 금속망을 더 배치한 후 시멘트 방수제, 무기질 방수 및 통기성 방수제를 도포하여 상기 마감통기성방수층을 형성함으로써 상기 금속망과 지지핀에 의해 상기 마감통기성방수층의 지지력이 확보되도록 하여 외력에 의해 균열 발생 및 파손을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 통기성을 갖는 복합 방수공법이 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2021-0129491(공개일자 2021년10월28일)에는 방수 시공 대상이 되는 구조물의 표면을 정리하는 (a)단계; 상기 구조물 표면에 하도를 도포하는 (b)단계; 상기 프라이머가 도포된 구조물 표면에 방수시트베이스를 포설하는 (c)단계; 서로 이웃하는 상기 방수시트베이스의 이음매 부분에 매쉬 테이프를 접착시키고, 상기 매쉬 테이프 상에 무기질방수층을 도포하는 (d)단계; 상기 방수시트베이스 위에 무기질 방수층을 도포하는 (e)단계; 및 상기 무기질 방수층이 도포된 상기 방수시트베이스 위에 상도를 도포하는 (f)단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 시공 방법이 공지되어 있다.
그러나, 상기 통기성 방수시공기술들은 모두 복합시트를 콘크리트 표면에 부착하여 시트를 이루는 멤브레인의 통기성 또는 방수시트 이음부 기공을 통하여 콘크리트 내부의 수분을 증발시키는 통기성 방수로서, 사용되는 방수복합시트와 콘크리트 표면과의 부착력이 약화되는 경우 방수효과가 현저히 저하되거나 방수시트가 콘크리트로부터 발기되는 치명적인 단점이 있었다.
한편, 방수복합시트가 아닌 도막형 방수재로서 한국등록특허 10-2289198(등록일자 2021년08월06일)에는 방수성 물질을 도포하여 방수층을 형성하면서 일부에는 일정한 크기로 방수층을 형성하지 않도록 하고, 방수층을 형성하지 않은 부위에는 초친수성을 갖는나노성 촉매 물질이 일정 두께로 도포되도록 하며, 상기 초친수성을 갖는 나노성 촉매 물질은 방수층을 형성하는 바닥면에 대해 방수층을 형성하지 않은 바닥면과 높이 차를 갖는 단차지거나 절곡된 면의 배수구의 입구 주변에 일정 사이즈로 도포되도록 하는 수분증발 기능을 갖는 방수 및 보수 공법에서, 상기 초친수성을 갖는 나노성 촉매 물질은 1~3 나노의 사이즈로 이루어지는 삼산화 텅스텐에 물을 혼합하여 사용하는 것으로 상기 삼산화텅스텐은 전략물자로서 수급이 불가능하여 시약 정도로만 사용될 수 있을 뿐이어서 상용이 불가능한 문제점이 있다.
이에 따라, 본 출원인은 종래 방수복합시트 및 도막형 방수재의 문제점인 통기성이 없어 콘크리트 내부 수분이 증발되지 못하여 에어포켓이 발생하는 단점을 해결하기 위하여, 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 나타내며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카를 함유한 통기성 및 방수성을 가지는 친환경 수용성 방수재 조성물을 개발하고 본 발명을 완정하였다.
본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하기 위하여, 옥상정원, 지하주차장, 건축 및 토목구조물의 바닥면이나 내외 벽체, 수영장, 물탱크 등 다양한 용도의 콘크리트 구조물 표면에 방수재층을 형성하기 위하여, 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지 60~80중량%와, 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지 10~20중량%와, 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지 5~20중량%와, 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카 5~10중량%를 포함하여 조성되어, 상기 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카에 의하여 통기성 및 방수성을 가지는 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 옥상정원, 지하주차장, 건축 및 토목구조물의 바닥면이나 내외 벽체, 수영장, 물탱크 등 다양한 용도의 콘크리트 구조물 표면에 방수재층을 형성하기 위하여, 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지 60~80중량%와; 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지 10~20중량%와; 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지 5~20중량%와; 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카 5~10중량%;를 포함하여 조성되어, 상기 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카에 의하여 통기성 및 방수성을 가지도록 한 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지는 에틸렌에 비닐아세트산을 그래프트 중합시킨 공중합수지로서 평균분자량이 1,000~12,000 범위인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지는 아크릴산 또는 메타크릴산 에스테르를 중합한 수용성 아크릴 에멀젼 수지에 충진제로서 탈크 및 은폐제로서 이산화티타늄분말을 균질 분산시킨 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지는 염화비닐, 초산비닐 및 비닐알콜 모노머를 삼원공중합시킨 것으로 상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트 및 수용성 아크릴 에멀젼 수지와 혼합되어 부착력 및 인장강도 보강제로 사용되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카는, (1) 증류수 500~1000㎖, 스타이렌 1~20㎖ 및 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochloride(AIBA)를 스타이렌 : AIBA = 1 : 0.1 ~ 0.3 몰로 맞추어 첨가하고, 교반하면서 90~100℃에서 15~24시간 반응시킨 후, 건조하여 코어물질인 폴리스타이렌(PS)을 합성하는 단계와; (2) 증류수 500~2000㎖에 상기 합성된 폴리스타이렌(PS), 양이온 계면활성제 Cetyltrimethylammoniumchloride(CTACl) 10~50㎖ 및 실리카 전구체인 물유리(waterglass) 10~50㎖를 첨가하여 교반한 다음, 교반된 용액에 암모니아수를 첨가하여 pH를 8~10으로 맞추고, 24시간 상온 반응 후, 여과, 세척한 다음 70~90℃에서 24시간 건조하고, 500~700℃에서 5시간 소성과정을 거쳐 폴리스타이렌(PS) 코어에 실리카 쉘이 씌어진 코어-쉘 형태의 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카를 합성하는 단계와; (3) 상기 합성된 메조포러스 실리카 100중량부에 대하여 불소계 계면활성제 0.3~3중량부를 혼합 균질 교반하여 상기 메조포러스 실리카에 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 나타내는 메조포러스 실리카를 합성하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 친환경 통기성 방수재 조성물은 점도 10,000~15,000cps, 고형분 함량 50~70%인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 친환경 통기성 방수재 조성물은 경화 후, 부착강도 0.7~0.8 N/㎟, 통기성 1,500~3,100 g/㎡/24h인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 친환경 통기성 방수재 조성물에는 분산제, 증점제, 난연제를 포함하는 첨가제가 더 포함하여 조성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명의 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물은, 옥상정원, 지하주차장, 건축 및 토목구조물의 바닥면이나 내외 벽체, 수영장, 물탱크 등 다양한 용도의 콘크리트 구조물 표면에 방수재층을 형성하기 위하여, 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지 60~80중량%와, 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지 10~20중량%와, 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지 5~20중량%와, 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카 5~10중량%를 포함하여 조성되어, 상기 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카에 의하여 통기성 및 방수성을 가지는 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래 우레탄계 방수재의 도막 들뜸(에어포켓) 발생 모식도
도 2는 종래 우레탄계 방수재의 도막 들뜸(에어포켓) 발생
도 3은 본 발명에서 사용되는 메조포러스 실리카 제조 모식도
도 4는 본 발명에서 사용되는 불소계 계면활성제 코팅된 메조포러스 실리카 제조 모식도
도 5는 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물의 방수도막의 통기 및 방수 개념도
도 6은 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물의 방수도막의 방수 개념도
도 7은 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물의 방수도막의 통기 개념도
도 2는 종래 우레탄계 방수재의 도막 들뜸(에어포켓) 발생
도 3은 본 발명에서 사용되는 메조포러스 실리카 제조 모식도
도 4는 본 발명에서 사용되는 불소계 계면활성제 코팅된 메조포러스 실리카 제조 모식도
도 5는 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물의 방수도막의 통기 및 방수 개념도
도 6은 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물의 방수도막의 방수 개념도
도 7은 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물의 방수도막의 통기 개념도
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및 도면에 한정되지 않는다.
먼저, 본 발명의 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물은 옥상정원, 지하주차장, 건축 및 토목구조물의 바닥면이나 내외 벽체, 수영장, 물탱크 등 다양한 용도의 콘크리트 구조물 표면에 방수재층을 형성하기 위하여, 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지 60~80중량%와; 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지 10~20중량%와; 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지 5~20중량%와; 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카 5~10중량%;를 포함하여 조성된다.
이때, 상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지는 에틸렌에 비닐아세트산을 그래프트 중합시킨 공중합수지로서 평균분자량이 1,000~12,000 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 특히, 비닐아세트산의 함량이 25% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 저온 하에서도 유연성이 있고 양호한 접착성과 인장강도를 발휘하기 때문이다.
또한, 상기 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지는 아크릴산 또는 메타크릴산 에스테르를 중합한 수용성 아크릴 에멀젼 수지에 충진제로서 탈크 및 은폐제로서 이산화티타늄분말을 균질 분산시킨 것으로 상기 수용성 아크릴 에멀젼 수지와 탈크 및 이산화티타늄분말은 널리 상용되는 것으로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지는 염화비닐, 초산비닐 및 비닐알콜 모노머를 삼원공중합시킨 것으로 상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트 및 수용성 아크릴 에멀젼 수지와 혼합되어 부착력 및 인장강도 보강제로 사용되는 것이며, 그 사용량은 5~20중량% 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위 미만사용시에는 부착력 및 인장강도 보강효과가 저하되고, 초과 사용시에는 점도가 지나치게 상승되어 가사시간이 짧아지는 단점이 있다.
한편, 상기 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카는, (1) 증류수 500~1000㎖, 스타이렌 1~20㎖ 및 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochloride(AIBA)를 스타이렌 : AIBA = 1 : 0.1 ~ 0.3 몰로 맞추어 첨가하고, 교반하면서 90~100℃에서 15~24시간 반응시킨 후, 건조하여 코어물질인 폴리스타이렌(PS)을 합성하는 단계와; (2) 증류수 500~2000㎖에 상기 합성된 폴리스타이렌(PS), 양이온 계면활성제 Cetyltrimethylammoniumchloride(CTACl) 10~50㎖ 및 실리카 전구체인 물유리(waterglass) 10~50㎖를 첨가하여 교반한 다음, 교반된 용액에 암모니아수를 첨가하여 pH를 8~10으로 맞추고, 24시간 상온 반응 후, 여과, 세척한 다음 70~90℃에서 24시간 건조하고, 500~700℃에서 5시간 소성과정을 거쳐 폴리스타이렌(PS) 코어에 실리카 쉘이 씌어진 코어-쉘 형태의 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카를 합성하는 단계와; (3) 상기 합성된 메조포러스 실리카 100중량부에 대하여 불소계 계면활성제 0.3~3중량부를 혼합 균질 교반하여 상기 메조포러스 실리카에 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 나타내는 메조포러스 실리카를 합성하는 단계;를 거쳐 제조되는 것이 본 발명의 특징적 구성이다.
이때, 불소계 계면활성제가 코팅되기 전의 상기 메조포러스 실리카는 본 출원인의 한국등록특허 10-2300317(등록일자 2021년09월03일) 및 [도 3]에 따라 제조되지만, 특히, 본 발명에서는 [도 4]에 도시한 바와 같이, 상기 제조된 메조포러스 실리카 100중량부에 대하여 불소계 계면활성제 0.3~3중량부를 혼합 균질 교반하여 상기 메조포러스 실리카에 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 나타내는 메조포러스 실리카를 합성하는 것이 특징적인 목적 및 구성이다.
여기서, 초친수성을 나타내는 메조포러스 실리카를 사용하는 이유는, 즉, 초친수성의 성질은 외부로부터의 빗물 등이 표면에 접촉되더라도 흡수되지 않고 단순히 표면을 따라 수막이 형성되는 상태가 되며, 따라서 수막에는 자정세정효과가 발생되면서 외부로부터 먼지나 분진 등의 세정작용에 의해 접착이 방지되도록 하는 동시에 이들 먼지나 분진으로 인한 열화를 방지하는 효과가 있게 된다.
따라서, [도 5] 및 [도 6]에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 상기 메조포러스 실리카에 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 나타내는 메조포러스 실리카는 초친수성을 갖고 있어 기본적으로 표면에 접촉되는 빗물 등 물기의 흡수를 방지하게 되므로 방수기능을 발휘하게 된다.
즉, 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물로 방수막이 형성되는 부위를 통해서는 더 이상 외부로부터의 빗물이나 물기가 콘크리트 구조물 내부로 흡수되지 않게 되어 방수효과를 나타내게 된다.
또한, [도 5] 및 [도 7]에 도시한 바와 같이, 이미 콘크리트 구조물의 내부에 잔류하는 빗물이나 물기, 습기는 콘크리트 구조물이 외부의 온도 변화에 의해 서서히 증발되는데, 특히, 본 발명의 상기 메조포러스 실리카에 형성된 기공을 통해 콘크리트 구조물의 내부 습기를 외부로 지속적으로 배출시키게 되면 콘크리트 구조물의 내부는 항상 외부와 유사한 습도를 유지할 수가 있도록 하므로 외부의 온도 변화에 의한 콘크리트 표면의 변형을 미연에 방지할 수가 있게 된다.
즉, 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물은 상기 메조포러스 실리카에 형성된 기공을 통해 콘크리트 내부의 물기, 습기가 온도 변화에 의해 팽창과 수축현상이 발생되지 않으며, 에어 포켓, 부풀음 현상 및 콘크리트 구조물 균열이 방지되는 우수한 효과가 있게 된다.
한편, 상기 불소계 계면활성제는 불소원자를 함유하고 있는 소수성 직쇄분자내의 말단에 수용성 간능기를 치환반응시켜 제조한 불소계 계면활성제는 현존하는 계면활성제 중에서 가장 표면장력 저항력이 우수한 제품이다.
근래, 트리메틸암모튬염이 함유된 per-fluoro oligomer형의 양쪽성 계면활성제를 포함하며, EO를 부가시킨 비이온성, 아미도나 이미다졸린 치환체를 지니고 있는 계면활성제 등 다양한 종류의 화합물이 개발되어 상용화되고 있다.
특히, 불소계 계면활성제는 실리콘제제 보다도 낮은 표면장력을 나타내며, 물과 기름에 대한 반발력이 우수하고 내약품성이 좋은 고기능성 계면활성제이지만, 비교적 고가의 제품이고, 유기용매에 대한 표면활성 효과가 우수하여 페인트의 첨가제, 유화, 분산제 등으로 사용되고 있다.
특히, 본 발명에서는 상기 불소계 계면활성제로서 다음 [화학식 1] 또는 [화학식 2]로 표시되는 화합물중에서 선택될 수 있으며, 특히, 말단기에 친수성 -OH기가 터미네이트되어 있는 것이다.
[화학식 1]
Rf-CH2CH2O-H
(상기 식중 Rf는 F(CF2CF2)y이고, 여기서 y는 1 내지 9의 정수이다.)
[화학식 2]
Rf-(CH2)y-(CH2CH2O)x-H
(상기 식중 Rf는 직쇄 또는 측쇄의 과불화 알킬이고, 과불화된 탄소수는 1 내지 10 이며, x는 1 내지 50의 정수이고, y는 1 내지 10의 정수이다.)
아울러, 본 발명의 상기 친환경 통기성 방수재 조성물은 점도 10,000~15,000cps, 고형분 함량 50~70%인 것이고, 경화 후, 부착강도 0.7~0.8 N/㎟, 통기성 1,500~3,100 g/㎡/24h를 나타낸다.
또한, 상기 친환경 통기성 방수재 조성물에는 분산제, 증점제, 난연제를 포함하는 첨가제가 더 포함하여 조성될 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이다.
상기와 같은 본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물은 상기 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카에 의하여 통기성 및 방수성을 가지는 효과가 있게 된다.
[본 발명의 메조포러스 실리카 제조]
본 출원인이 특허받은 한국등록특허 10-2300317(등록일자 2021년09월03일)에 따라 제조하여 보관중인 샘플로서, 상기 특허 명세서 [표 2]에 기재된 sample 2-4의 메조포러스 실리카를 사용하였다.
[본 발명의 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카 제조]
상기 [실시예 1]의 sample 2-4의 메조포러스 실리카 100g에 [화학식 1] 또는 [화학식 2]에 해당하는 미국 듀퐁사의 Zonyl 불소계 계면활성제 10g을 혼합 균질 교반하여 상기 메조포러스 실리카에 불소계 계면활성제를 코팅시켰다.
[본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물 제조]
수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지 600g, 탈크 15g 및 이산화티타늄 150g이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지 150g, 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지 150g, [실시예 2]에서 제조한 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카 100g을 혼합하여 가소제와 함께 믹서기에 투입한 후, 상온에서 5,000 rpm으로 1시간 교반하여 점도 11,000 cps의 본 발명의 방수재 조성물을 제조하였다.
[본 발명의 메조포러스 실리카 비표면적 및 기공측정]
상기 [실시예 1]의 메조포러스 실리카 비표면적 및 기공직경은 다음 [표 1]과 같다.
| 실시예 1 | |
| 비표면적(BET)(㎡/g) | 1,520 |
| 기공직경(nm) | 3.411 |
상기 [표 1]에서와 같이 본 발명의 메조포러스 실리카는 비표면적 높고 기공이 형성되어 있음을 알 수 있다.
[본 발명의 친환경 통기성 방수재 조성물 물성측정]
상기 [실시예 3]에서 제조한 통기성 방수재 조성물을 5개의 시편에 각각 도포하여 경화시킨 후, 물성을 측정하고, 그 결과를 다음 [표 2]에 나타내었다. 접촉각은 접촉각 측정기(Phoenix 300 Touch, S.E.O)를 사용하였다.
| 시편 1 | 시편 2 | 시편 3 | 시편 4 | 시편 5 | |
| 점도(cps) | 12,000 | 10,000 | 11,000 | 13,000 | 15,000 |
| 부착강도 (N/mm2) |
0.8 | 0.7 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| 통기성 g/(m2*day) |
2,857 | 1,712 | 892 | 3,154 | 2,628 |
| 접촉각 | 6.3° | 6.5° | 6.8° | 7.1° | 8.0° |
상기 [표 2]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 통기성 방수재 조성물은 통기성에 의한 수분증발 및 초친수성에 의한 방수성이 있는 것을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (8)
- 옥상정원, 지하주차장, 건축 및 토목구조물의 바닥면이나 내외 벽체, 수영장, 물탱크를 포함하는 콘크리트 구조물 표면에 방수재층을 형성하기 위하여, 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지 60~80중량%와; 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지 10~20중량%와; 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지 5~20중량%와; 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카 5~10중량%;를 포함하여 조성되어, 상기 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카에 의하여 통기성 및 방수성을 가지도록 한 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트(Eethylene-vinyl acetate ; EVA) 공중합수지는 에틸렌에 비닐아세트산을 그래프트 중합시킨 공중합수지로서 평균분자량이 1,000~12,000 범위인 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 탈크 및 이산화티타늄이 분산된 수용성 아크릴 에멀젼 수지는 아크릴산 또는 메타크릴산 에스테르를 중합한 수용성 아크릴 에멀젼 수지에 충진제로서 탈크 및 은폐제로서 이산화티타늄분말을 균질 분산시킨 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 폴리(비닐클로라이드-비닐아세테이트-비닐알콜)[Poly(vinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol), CAS 25086-48-0] 삼원공중합수지는 염화비닐, 초산비닐 및 비닐알콜 모노머를 삼원공중합시킨 것으로 상기 상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트 및 수용성 아크릴 에멀젼 수지와 혼합되어 부착력 및 인장강도 보강제로 사용되는 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물
- 제1항에 있어서,
상기 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 가지며 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카는, (1) 증류수 500~1000㎖, 스타이렌 1~20㎖ 및 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochloride(AIBA)를 스타이렌 : AIBA = 1 : 0.1 ~ 0.3 몰로 맞추어 첨가하고, 교반하면서 90~100℃에서 15~24시간 반응시킨 후, 건조하여 코어물질인 폴리스타이렌(PS)을 합성하는 단계와; (2) 증류수 500~2000㎖에 상기 합성된 폴리스타이렌(PS), 양이온 계면활성제 Cetyltrimethylammoniumchloride(CTACl) 10~50㎖ 및 실리카 전구체인 물유리(waterglass) 10~50㎖를 첨가하여 교반한 다음, 교반된 용액에 암모니아수를 첨가하여 pH를 8~10으로 맞추고, 24시간 상온 반응 후, 여과, 세척한 다음 70~90℃에서 24시간 건조하고, 500~700℃에서 5시간 소성과정을 거쳐 폴리스타이렌(PS) 코어에 실리카 쉘이 씌어진 코어-쉘 형태의 높은 비표면적을 가지는 메조포러스 실리카를 합성하는 단계와; (3) 상기 합성된 메조포러스 실리카 100중량부에 대하여 불소계 계면활성제 0.3~3중량부를 혼합 균질 교반하여 상기 메조포러스 실리카에 불소계 계면활성제가 코팅되어 초친수성을 나타내는 메조포러스 실리카를 합성하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친환경 통기성 방수재 조성물은 점도 10,000~15,000cps, 고형분 함량 50~70%인 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친환경 통기성 방수재 조성물은 경화 후, 부착강도 0.7~0.8 N/㎟, 통기성 1,500~3,100 g/㎡/24h인 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친환경 통기성 방수재 조성물에는 분산제, 증점제, 난연제를 포함하는 첨가제가 더 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 불소계 계면활성제가 코팅된 메조포러스 실리카를 함유한 친환경 통기성 방수재 조성물
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